JP2012040204A - Ｘ線画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＡ画像からリアルタイムにＤＳＡ画像を作成する場合、血管と骨のエッジとの重なりを回避するようにする。
【解決手段】ＤＡ画像を得る１回の撮影によってリアルタイムにＤＳＡ画像を得るＸ線画像撮影装置において、画像収集中に得られたサブトラクション画像から、血管と骨のエッジとが重なりそうになった時点での血管の骨に対する進入角度を演算し、この演算された血管の骨に対する進入角度から、血管が骨から離れる観察角度を逆算し、この逆算した角度にＸ線発生部１およびＸ線検出部２を保持する保持装置３の角度を制御するシステム制御部８を備えた。これにより、血管と骨のエッジとの重なりの少ないＤＳＡ画像がリアルタイムに収集され、診断精度も向上できる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線画像撮影装置に係り、例えば下肢の血管造影を行なうのに好適なＸ線画像撮影装置に関する。

循環器系疾患の診断には、被検者の血管に造影剤を注入してＸ線撮影を行なう血管造影法が行なわれている。このとき、血管部分をより鮮明に観察できるようにするために、被検者の同じ部位について、造影剤を注入する前と注入した後の２回Ｘ線撮影を行い、得られた２種の画像を減算処理することによって血管部分の強調された画像を得ている。この造影剤を注入する前に得た画像をマスク像、造影剤を注入して得た画像をライブ像と称し、これらの画像を減算処理して得た画像をサブトラクション画像と称している。

ところで、サブトラクション画像を得るためには、通常１回目のＸ線撮影によってマスク像を得、２回目のＸ線撮影でライブ像を得るが、Ｘ線被曝を低減するために、１回のＸ線撮影によってマスク像とライブ像を得てサブトラクション画像を形成する試みがされている。

特開平８−３２１９９５号公報

例えば、心臓カテーテル手術を実施した後に、プラークが下肢に流れて栓塞を起こしていないかどうかを確認することが必要になる。そのような場合、１回のＸ線撮影で下肢全体のサブトラクション画像を得ようとすると、下肢全体の画像を収集するために、被検者を載置した天板を体軸方向へ移動させながら撮影を行なう必要があり、その移動によって生ずる幾何学的ズレが原因でサブトラクションが不完全になり、マスク画像内の画像レベルの変化度が大きい部分（主に骨のエッジ）がサブトラクション後の画像内に残ることがある。そのため、骨のエッジに重なった血管部分の観察が難しくなるという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。

上述の課題を解決するため、本実施形態によれば、被検者を載置する天板と、前記被検者を間にして対向するようにＸ線発生部とＸ線検出部とから成る撮影系を保持する保持手段と、前記被検者の血管に注入した造影剤の流れに応じて、前記被検者の体軸方向へ前記天板または保持手段を相対的に移動させながら複数の画像を撮影する撮影手段と、この撮影手段による１回の撮影によって得られる複数の画像を基にしてサブトラクション画像を得る画像処理手段と、を備えるＸ線画像撮影装置において、前記撮影手段による画像収集中に、前記画像処理手段でサブトラクション画像を得るとともに、得られたサブトラクション画像から、血管と骨のエッジとが重なりそうになった時点での血管の骨に対する進入角度を演算し、この演算された血管の骨に対する進入角度から、血管が骨から離れる観察角度を逆算し、この逆算した角度に前記保持手段を駆動する制御手段を具備することを特徴とする。

本実施形態に係るＸ線画像撮影装置の一実施例の、全体的な概略構成を示した系統図である。 本実施形態に係るＸ線画像撮影装置の動作の概略を説明したフローチャートである。 Ｘ線の照射タイミングと、これによって取得される画像の取得タイミングを説明した説明図である。 ＤＳＡ画像を作成する過程の一例を、図３に対応付けて概念的に説明した説明図である。 血管の他に骨のエッジが残存しているＤＳＡ画像にＲＯＩを配置した様子を説明した説明図である。 血管と骨との重なりを、保持装置の角度を変更することによって回避して観察できるようになることを説明した説明図である。

以下、本実施形態に係るＸ線画像撮影装置について、図１ないし図６を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係るＸ線画像撮影装置の、全体的な概略構成を示した系統図である。

このＸ線画像撮影装置は、被検者ＰにＸ線を照射するＸ線発生部１と、Ｘ線発生部１から照射され被検者Ｐを透過したＸ線を検出するＸ線検出部２とを備え、これらＸ線発生部１およびＸ線検出部２は、例えばＣ字形に形成された保持装置３の両端部分に、互いに対向する向きに保持されている。なお、被検者Ｐは寝台装置（図示せず）の天板４に載置されるようになっている。

Ｘ線発生部１には、Ｘ線を発生するＸ線管１ａとＸ線の照射野を制限するＸ線絞り器１ｂが備えられている。また、Ｘ線検出器２は、例えばマトリックス状に配列された半導体Ｘ線検出素子を有するフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ：平面型Ｘ線検出器）である。そして、Ｘ線発生部１には高電圧発生部５が接続されており、この高電圧発生部５には、Ｘ線管１ａに高電圧を印加する高電圧発生器５ａとＸ線の発生状況を制御するＸ線制御部５ｂが備えられている。

保持装置３は、被検者Ｐの体軸方向および体幅方向へ所定範囲にわたって回転可能になっており、天板４は被検者Ｐを体軸方向および体幅方向へ所定範囲にわたって平行に移動させるようにスライド可能となっている。そして、この保持装置３や天板４を駆動するための可動部駆動機構６と、高電圧発生部５や可動部駆動機構６を制御するためのＸ線／機構部制御コントローラ７が備えられている。

なお、これらの各構成機器を制御したり、Ｘ線検出部２から得られる出力データを基に画像を形成したりするためのシステム制御部８が備えられているとともに、形成された画像を表示するモニタ９と操作者が各種操作指示を入力するための操作部１０が設けられている。

システム制御部８は、ＣＰＵ８ａ、ハードデスク８ｂ、メモリ８ｃ、画像蓄積データベース（以下、ＲＡＩＤと称する。）８ｄ、Ｘ線／機構部制御インターフェイス８ｅ、ビデオメモリ８ｆ、検出器インターフェイス８ｇを備え、これらはバスラインで相互に接続されており、ＣＰＵ８ａの指示の下で各種の動作を実行するものである。

次に、このように構成されたＸ線画像撮影装置によって、血管造影により例えば下肢のサブトラクション画像を得る場合の動作について、図２に示したフローチャートを参照しながら説明する。

先ず、ステップ１（Ｓ１）として、Ｘ線技師などの操作者は、Ｘ線画像撮影装置によって下肢のサブトラクション画像を得るに当たって必要となる、Ｘ線の発生条件、撮影範囲、撮影角度などの撮影条件などを、操作部１０を操作してシステム制御部８に設定する。この設定に基づき、ＣＰＵ８ａはＸ線／機構部制御インターフェイス８ｅを介してＸ線／機構部制御コントローラ７へ駆動信号を供給し、Ｘ線／機構部制御コントローラ７は保持装置３を所定の撮影角度に位置づけるとともに、天板４を所定の撮影開始位置へスライドさせて、画像収集の準備状態を整える。

次に、ステップ２（Ｓ２）として、ステップ１で設定した条件に沿ってデジタルアンギオ画像（ＤＡ画像）の収集を開始する。すなわち、操作部１０からシステム制御部８へ撮影開始指示を与えると、ＣＰＵ８ａの指示によりＸ線／機構部制御インターフェイス８ｅを介してＸ線／機構部制御コントローラ７へ駆動信号を供給する。Ｘ線／機構部制御インターフェイス８ｅを介して駆動信号を受けたＸ線／機構部制御コントローラ７は、高電圧発生部５を制御し、その制御に従いＸ線発生部１からＸ線を被検者Ｐへ向けて照射する。

図３は、Ｘ線発生部１からのＸ線の照射タイミングと、これによってＸ線検出部２で取得される画像の取得タイミングを説明したものである。

すなわち、Ｘ線／機構部制御インターフェイス８ｅを介して駆動信号を受けたＸ線／機構部制御コントローラ７は、高電圧発生部５を制御し、その制御に従いＸ線発生部１から図３（ａ）に示すようなパルス状のＸ線Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４・・・を、被検者Ｐへ向けて順次照射する。同時にＸ線／機構部制御コントローラ７は、可動部駆動機構６も制御し、被検者の血管へ注入した造影剤の流れに応じて、天板４を所定の速度で被検者の体軸方向へ移動させる。なお、保持装置３が天井走行型のものの場合には、天板４を停止させたまま保持装置３を被検者の体軸方向へ移動させても同様である。よって、Ｘ線が照射される毎にＸ線検出器２から図３（ｂ）に示すような少しずつ撮影位置のずれた画像が得られる。

ここで画像ＩＭ１は、Ｘ線パルスＸ１によって得られた画像を示し、この時点ではまだ造影剤がこの撮影部位に到達していないため、画像ＩＭ１は全体が血管の造影されていないマスク像に相当する画像となる。次の画像ＩＭ２は、Ｘ線パルスＸ２によって得られた画像を示し、この時点では造影剤がこの撮影部位にある程度到達することとなり、画像ＩＭ２の上側約半分のところまで造影剤が到達した様子を示している。よって、画像ＩＭ２の上側約半分は血管像が存在する（網目を付して示す）ライブ像に相当する画像であり、画像ＩＭ２の下側約半分は血管の造影されていないマスク像に相当する画像となる。同様に、画像ＩＭ３はＸ線パルスＸ３によって得られた画像を示しており、この時点では画像の上側約半分のところまで造影剤が到達して、画像ＩＭ３の上側約半分も血管像が存在する（網目を付して示す）ライブ像に相当する画像であり、画像ＩＭ３の下側約半分は血管の造影されていないマスク像に相当する画像となる。画像ＩＭ４以降についても同様である。

なお、Ｘ線検出器２から得られる信号はデジタル信号であり、この信号は検出器インターフェイス８ｇを介して順次システム制御部８に取り込まれ、デジタルアンギオ画像（ＤＡ画像）としてＲＡＩＤ８ｄに格納される。

次にステップ３（Ｓ３）として、収集したＤＡ画像からＤＳＡ画像を作成するために、ＲＡＩＤ８ｄに格納されているＤＡ画像は、ＣＰＵ８ａによって読み出されてメモリ８ｃに展開され、ＣＰＵ８ａはＤＡ画像を血管像が存在するライブ像に相当する画像と、血管の造影されていないマスク像に相当する画像とに分割する。

図４は、ＤＳＡ画像を作成する過程の一例を、図３に対応付けて概念的に説明するために示したものである。ここでは、１回の撮影で得たＤＡ画像からＤＳＡ画像を作成するために、１フレームのＤＡ画像を上下に２分して２つの分割画像にするとともに、分割画像の大きさに等しい移動量で天板４または保持装置３を被検者の体軸方向へ移動させ、さらに、被検者の血管へ注入した造影剤の流れに伴い、血管造影像の先端部分が画像の中央に達するタイミングで画像を撮影するものとする。

すなわち、図４に示されている画像ＩＭ１は、図３で説明したＸ線パルスＸ１によって得られた画像であるとする。この画像ＩＭ１は、全体が血管の造影されていないマスク像に相当する画像であるが、この画像ＩＭ１を上下方向に２分割する。よって、両者とも血管の造影像を含まない画像であるが、上半分をマスク像ＭＴ０とし、同じく下半分をマスク像ＭＴ１とする。Ｘ線パルスＸ２によって得られた画像ＩＭ２を２分割すると、上半分は血管の造影像を含む画像となり、これをライブ像ＬＴ２とする。同じく画像ＩＭ２の下半分は血管の造影像を含まない画像となり、これをマスク像ＭＴ２とする。同様にして、Ｘ線パルスＸ３によって得られた画像ＩＭ３を２分割すると、上半分はライブ像ＬＴ３であり下半分はマスク像ＭＴ３となる。従って、これらステップ３で分割した画像を、ステップ４（Ｓ４）として、マスク像とライブ像とに分類する。

続いて、ステップ４でマスク像とライブ像とに分類した画像を、ステップ５（Ｓ５）において減算処理することによってＤＳＡ画像を得る。すなわち、マスク像ＭＴ１とライブ像ＬＴ２とは同じ位置の画像であるから、これを減算処理するとその位置のＤＳＡ画像が得られるので、これをＤＳＡ１とする。同様にして、マスク像ＭＴ２とライブ像ＬＴ３とは同じ位置の画像であるから、これを減算処理するとその位置のＤＳＡ画像が得られるので、これをＤＳＡ２とする。

そして、このＤＳＡ画像ＤＳＡ１とＤＳＡ画像ＤＳＡ２を結合すれば、１フレームのＤＳＡ画像となり、これをメモリ８ｃに保存する。このことを順次繰り返すことによって、例えば下肢全体のＤＳＡ画像を得ることができる。

ところで、ステップ５（Ｓ５）で得たＤＳＡ画像には、画像内に骨のエッジが残ることがあり、骨のエッジに血管部分が重なると血管部分の観察が難しくなるという問題がある。以下、この問題を解決するための手法について説明する。

先ず、ステップ６（Ｓ６）として、メモリ８ｃに保存されているＤＳＡ画像内の観察すべき主要血管の周りに、ＣＰＵ８ａが所定の関心領域（以下、ＲＯＩと称する。）を配置する。図５は、血管の他に骨のエッジが残存している、あるフレームのＤＳＡ画像にＲＯＩを配置した様子を示したものである。このＲＯＩの形状は、円、四角など適宜のものでよい。

次にステップ７（Ｓ７）として、ＣＰＵ８ａは、ＤＳＡ画像に配置したＲＯＩ内の血管と骨とを、コントラスト値や形状などの特徴量から抽出し、抽出した血管の走行状態を収集したフレーム毎に追っていく。そして、血管の走行状態を追跡しながらステップ８（Ｓ８）として、主要血管に骨が重なりそうか否かを判定する。ここで、血管に骨が重なるおそれがない状況（ＮＯ）であれば、後述するステップ１３（Ｓ１３）へ進み、血管に骨が重なりそうな状況（ＹＥＳ）であれば、ステップ９（Ｓ９）へ進む。

すなわち、主要な血管が骨と重なりそうになった時点でステップ９（Ｓ９）として、血管の骨に対する進入角度を計算する。この計算は勿論ＣＰＵ８ａが実行する。さらに、ＣＰＵ８ａは、算出した進入角度からステップ１０（Ｓ１０）として、血管が骨から離れることになる観察角度を逆算する。

このＣＰＵ８ａによって逆算された観察角度に関する情報は、システム制御部８からＸ線／機構部制御コントローラ７へ送られ、ステップ１１（Ｓ１１）として、Ｘ線／機構部制御コントローラ７は受けた観察角度に関する情報に従い可動部駆動機構６を制御して、保持装置３の角度を変更する。

図６は、保持装置３の角度を変更することによって、血管と骨との重なりを回避して血管を明瞭に観察できるようになることを説明するために示したものである。

すなわち、保持装置３を、Ｘ線発生部１がＸＡの位置となる状態にして撮影が行なわれているものとする。このときＸ線検出部２には注目したい血管が骨に重なって写し込まれることになる。そこで、前述の手法によって逆算された観察角度となるように、Ｘ線発生部１をＸＢの位置となるように保持装置３の角度を変更する。このようにすれば、Ｘ線検出部２には血管は骨から外れた状態で写し込まれるので、血管の観察を確実にするＤＳＡ画像を得ることができる。なお、骨に重ならないように設定する血管は、必ずしも１本に絞る必要はなく、例えば２本か３本であっても良い。

ステップ１１（Ｓ１１）として保持装置３の角度を変更した後も、引き続き画像の収集が続けられるので、ステップ１２（Ｓ１２）として、その後取得されるＤＳＡ画像について、血管と骨との重なりが回避されたか否かを判定する。ここで、血管と骨との重なりが未だ回避されていない状況（ＮＯ）であれば、ステップ９（Ｓ９）へ戻って血管の骨に対する進入角度の計算をやり直し、その結果に基づいて、血管が骨から離れる観察角度を逆算（Ｓ１０）し、保持装置３の角度を変更する（Ｓ１１）動作を繰り返す。

その結果、血管と骨との重なりが回避された状況（ＹＥＳ）になれば、ステップ１３（Ｓ１３）へ進み、所望とする全範囲のＤＳＡ画像を収集したか否かを判定し、収集途中（ＮＯ）であればステップ２（Ｓ２）へ戻って動作を継続し、収集が完了していれば（ＹＥＳ）終了となる。なお、ステップ８（Ｓ８）において主要血管に骨が重なりそうか否かを判定した結果、血管に骨が重なるおそれがない状況（ＮＯ）と判断した場合には、ステップ１３（Ｓ１３）において所望とする全範囲のＤＳＡ画像を収集したか否かを判定することになる。

このような動作を繰り返すことによって、下肢全体のＤＳＡ画像がシステム制御部８のＲＡＩＤ８ｄに格納される。そして、ＲＡＩＤ８ｄに格納されたＤＳＡ画像はメモリ８ｃに展開された後、ビデオメモリ８ｆを介してモニタ９に表示される。

なおこれまでは、主要な血管が骨と重なりそうになった時点で血管の骨に対する進入角度を計算（Ｓ９）し、算出した進入角度から血管が骨から離れることになる観察角度を逆算する（Ｓ１０）する。そして、逆算された観察角度に関する情報に基づき、Ｘ線／機構部制御コントローラ７は可動部駆動機構６によって保持装置３の角度を変更する（Ｓ１１）ものと説明した。しかし、ステップ１０（Ｓ１０）において逆算された観察角度が小さい場合には、天板４の位置を変更しても被検体Ｐと保持装置３の相対的な角度はわずかながら変化するので、ステップ１１（Ｓ１１）として、Ｘ線／機構部制御コントローラ７は観察角度に関する情報に従い可動部駆動機構６によって天板４の位置を変更するようにしても、血管と骨との重なりを回避して血管を明瞭に観察できるようになる。

以上詳述したように本実施形態によれば、血管と骨のエッジとの重なりの少ないＤＳＡ画像をリアルタイムに収集することができ、診断精度の向上に寄与することができる。

次に、実施例２について説明する。

実施例２では、予め被検者に対して治療計画を実施して、観察したい血管を決めておき、その血管の情報を、実施例１として説明した図２のステップ２と同様に、操作者が操作部１０から入力して、システム制御部８のメモリ８ｃに保存しておく。その上で下肢のＤＡ画像の収集を開始する。その後の動作の流れは図２に示したフローチャートに沿ったものとなる。すなわち、収集中のＤＡ画像は、実施例１の場合と同様にしてＲＡＩＤ８ｄに格納される。このＤＡ画像は、ＣＰＵ８ａによってＲＡＩＤ８ｄから読み出されてメモリ８ｃに展開され、メモリ８ｃ上のＤＡ画像に対してＣＰＵ８ａがＤＳＡ画像を作成し、そのＤＳＡ画像をメモリ８ｃに保存する。

次に、メモリ８ｃに保存されているＤＳＡ画像内に、ＣＰＵ８ａが所定の関心領域ＲＯＩを配置する。このＲＯＩの形状は、円、四角など適宜のものでよい。そこでＣＰＵ８ａは、ＤＳＡ画像に配置したＲＯＩ内の血管と骨とを、コントラスト値や形状などの特徴量から抽出し、予め実施した治療計画に基づきメモリ８ｃに登録した血管情報に従って、抽出した血管のうち観察したい血管の走行状態を収集したフレーム毎に追っていく。そして、その血管と骨のエッジとが重なりそうになった時点で、血管の骨に対する進入角度をＣＰＵ８ａが計算する。さらに、ＣＰＵ８ａは算出した進入角度から、その血管が骨から離れる観察角度を逆算する。

このＣＰＵ８ａによって逆算された観察角度に関する情報は、Ｘ線／機構部制御インターフェイス８ｅからＸ線／機構部制御コントローラ７へ送られ、Ｘ線／機構部制御コントローラ７は受けた観察角度に関する情報に従い可動部駆動機構６を制御して、保持装置３の角度または天板４の位置を変更する。このような動作を繰り返すことによって、下肢全体のＤＳＡ画像がシステム制御部８のＲＡＩＤ８ｄに格納される。そして、ＲＡＩＤ８ｄに格納されたＤＳＡ画像はメモリ８ｃに展開された後、ビデオメモリ８ｆを介してモニタ９に表示される。

このように、実施例２によっても実施例１と同様に、血管と骨のエッジとの重なりの少ないＤＳＡ画像をリアルタイムに収集することができ、診断精度の向上に寄与することができる。

１ Ｘ線発生部
２ Ｘ線検出部
３ 保持装置
４ 天板
５ 高電圧発生部
６ 可動部駆動機構
７ Ｘ線／機構部制御コントローラ
８ システム制御部
９ モニタ
１０ 操作部
Ｐ 被検者

Claims (3)

1. 被検者を載置する天板と、前記被検者を間にして対向するようにＸ線発生部とＸ線検出部とから成る撮影系を保持する保持手段と、前記被検者の血管に注入した造影剤の流れに応じて、前記被検者の体軸方向へ前記天板または保持手段を相対的に移動させながら複数の画像を撮影する撮影手段と、この撮影手段による１回の撮影によって得られる複数の画像を基にしてサブトラクション画像を得る画像処理手段と、を備えるＸ線画像撮影装置において、
   前記撮影手段による画像収集中に、前記画像処理手段でサブトラクション画像を得るとともに、
   得られたサブトラクション画像から、血管と骨のエッジとが重なりそうになった時点での血管の骨に対する進入角度を演算し、
   この演算された血管の骨に対する進入角度から、血管が骨から離れる観察角度を逆算し、
   この逆算した角度に前記保持手段を駆動する制御手段を
   具備することを特徴とするＸ線画像撮影装置。
2. 前記制御手段で骨に対する進入角度を演算する対象となる血管は、事前の治療計画によって予め決められていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線画像撮影装置。
3. 前記画像処理手段で得られる前記サブトラクション画像に関心領域を設定し、この設定した関心領域について前記血管の骨に対する進入角度を演算することを特徴とする請求項１に記載のＸ線画像撮影装置。

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