JP6179394B2 - 放射線撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体に対して放射線を照射してライブ像を取得する放射線撮影装置に関し、特に、事前に取得しておいた画像をライブ像に重ね合わせて表示することができる放射線撮影装置に関する。

医療機関には放射線で被検体の画像を取得する放射線撮影装置が備えられている。この様な従来装置の構成について説明する。従来構成によれば、図１７に示すように放射線を照射する放射線源５３と放射線を検出するＦＰＤ５４を有している。この放射線源５３とＦＰＤ５４とはＣアーム５７により支持されている。撮影対象の被検体は、放射線源５３とＦＰＤ５４とに挟まれる位置にある天板５２に載置される（例えば特許文献１参照）。

このような放射線撮影装置は、被検体の透視を連続して行い、動画（ライブ像）を生成できるようになっている。術者はこのライブ像を視認しながらカテーテルを被検体の血管に挿入することにより各種の治療を行うことができる。この様なライブ像は、被検体の骨やカテーテル自体をはっきりと写し込んでいる。

しかし、このような撮影方法は、被検体の血管を鮮明に写し出すのは不向きである。血管はカテーテルなどとは違い、放射線による画像化が難しいからである。被検体内で血管がどのように伸びているかが分からないと、術者のカテーテルの挿入に支障がでる。

この様な問題を解決する目的で、従来より血管の位置を示す血管像をライブ像に重ね合わせる構成が考え出されている。すなわち、カテーテル挿入操作の前に血管造影剤を用いて被検体の血管像を撮影しておき、この血管像をライブ像に重畳させて表示されるのである。すると、術者は、カテーテルが被検体の血管のどの部分に到達しているかが理解できるようになり、カテーテル挿入操作をスムーズに行えるようになる。

ライブ像に重ね合わせられる２次元画像である血管像は、血管の三次元像を基に生成される。この三次元像は、ライブ像の撮影に先立って撮影されるものであり、ＣＴ装置と同じ原理に基づき放射線撮影装置で撮影される。すなわち、この血管の三次元像は、放射線源５３とＦＰＤ５４とを被検体周りに回転させながら画像の連写を行い、これら画像を再構成することで取得されるわけである。この三次元像を平面に投影した像が血管像であり、ライブ像では判然としない血管の位置をはっきりと表した画像となっている。

ところで、天板５２は、被検体の体軸方向に移動することが可能となっている。この様な構成とすることで、術者は、被検体をＣアーム５７に対して移動させることによりライブ像の撮影視野を手術がやりやすいように変更することができる。

特開２０１０−１９３９６５号公報

しかしながら、従来構成によれば次のような問題点がある。
すなわち、従来構成によれば、天板５２を移動させていくうちに血管像とライブ像との間でズレが生じてしまうのである。

上述のように、放射線撮影装置による撮影は、血管の三次元像の取得に係るものとライブ像の取得に係るものとの２つがある。この２つの撮影を行う間に天板５２を移動させなければ、ライブ像とそれに重畳される血管像との間にズレは生じない。従来構成はこの考え方に基づいている。

しかしながら、実際の手術の現場では、血管の三次元像を撮影した後、天板５２を移動させることがあり得るのである。ライブ像の撮影中に天板５２を動かすと、ライブ像に写り込む被検体は、全体がスクロールするように移動していく。一方、血管像は、天板５２が初期の位置にある時に生成されたものであるから、この動きについて行けず、同じ位置に留まり続ける。

すると、ライブ像の撮影当初は、互いにズレがなく重なり合っていたライブ像と血管像は、天板５２の移動に伴い、位置ズレを起こしてし乖離してきてしまう。このような乖離が発生すると、ライブ像に重畳される血管像がライブ像にあるはずの血管の位置を表さなくなってきてしまい、正確な手術の妨げとなる。

本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、天板が移動してもライブ像を正確に血管像に重ね合わせることができる放射線撮影装置を提供することにある。

本発明は上述の課題を解決するために次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る放射線撮影装置は、被検体を載置する天板と、前記天板を移動させる天板駆動手段と、前記天板駆動手段を制御する天板駆動制御手段と、前記天板の移動量を検出するセンサと、放射線を被検体に照射する放射線源と、被検体を透過してきた放射線を検出する検出手段と、前記放射線源および前記検出手段を支持するアームと、前記アームを駆動させることにより前記放射線源および前記検出手段を回転させるアーム駆動手段と、前記アーム駆動手段を制御するアーム駆動制御手段と、被検体を連写して得られた一連の放射線画像を撮影順につなぎ合わせて動画を生成する動画生成手段と、被検体に対して前記放射線源および前記検出手段を回転させながら連写された一連の放射線画像を基に被検体の立体像を生成する立体像生成手段と、前記立体像を動画の撮影方向から二次元平面に投影させた投影像を生成する投影像生成手段と、前記天板の移動方向に前記天板の位置を変えて前記ファントムを２つの位置で撮影することにより得られた前記ファントムの２つの３次元データにより前記センサの出力が有している移動量および前記天板の移動方向を補正する補正手段と、前記補正手段により補正された前記天板の移動方向に、補正された移動量だけデータ上で被検体の立体像または投影像を移動させる編集を加える編集手段と、前記動画に前記投影像を重畳させて表示する表示手段とを備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］本発明によれば、天板が移動してもライブ像を正確に血管像に重ね合わせることができる放射線撮影装置を提供することができる。すなわち、本発明によれば、センサが出力した天板の移動量に従って被検体の立体像または投影像をデータ上で移動させる編集を加えることにより、前記天板に伴って移動する前記動画上の像にデータ上の像を追従させる編集手段を備えている。これにより、天板の移動に伴って自ずと移動する動画に追従して投影像を移動させることができるようになる。
ただし、このセンサのみに頼って天板の移動を把握するようにすると、動画と投影像の重ね合わせの際にズレが生じる。そこで、本発明は、天板の位置を変えてファントムを複数回撮影することにより天板の移動を実測するようにしている。このような実測されたデータを加味すれば、センサに誤差や天板の移動方向に狂いがあってもズレなく動画と投影像の重ね合わせることができるようになる。

また、上述の放射線撮影装置において、編集手段が動作に用いる撮影結果は、ファントムの立体像であればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明をより具体的に表現したものとなっている。編集手段が動作に用いる撮影結果は、ファントムの立体像であれば、天板の移動を立体的に捉えることができるようになり、より正確な像の位置合わせが可能となる。

また、上述の放射線撮影装置において、補正手段は、ファントムの２つの３次元データによって得られるセンサが検出した移動距離を実際の天板の移動距離に変換する係数に基づいて移動量を補正すればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明をより具体的に表現したものとなっている。センサが検出した移動距離を実際の天板の移動距離に変換する係数でセンサの出力値を補正するようにすれば、センサの誤差を吸収することができ、より正確な像の位置合わせが可能となる。

また、上述の放射線撮影装置において、前記補正手段により補正された実際の天板の移動方向は、ベクトルデータとして表されていればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明をより具体的に表現したものとなっている。実際の天板の移動方向を示すベクトルデータに基づいて動作すれば、天板の移動方向が理想から外れていてもこの狂いを確実に吸収することができ、より正確な像の位置合わせが可能となる。

また、上述の放射線撮影装置において、被検体の立体像および投影像には、被検体における血管の分布が写り込んでいればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明をより具体的に表現したものとなっている。被検体の立体像および投影像には、被検体における血管の分布が写り込んでいれば、血管像が動画に重畳され、手術が行いやすい放射線撮影装置が提供できる。

また、上述の放射線撮影装置において、カテーテル挿入操作用となっていればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明をより具体的に表現したものとなっている。本発明は、特にカテーテル挿入操作に適している。

本発明によれば、天板が移動してもライブ像を正確に血管像に重ね合わせることができる放射線撮影装置を提供することができる。すなわち、本発明によれば、センサが出力した天板の移動量に従って被検体の血管像をデータ上で移動させる編集手段を備えている。ただし、このセンサのみに頼って天板の移動を把握するようにすると、動画と血管像の重ね合わせの際にズレが生じる。そこで、本発明は、天板の位置を変えてファントムを複数回撮影することにより天板の移動を実測するようにしている。このような実測されたデータを加味すれば、センサに誤差や天板の移動方向に狂いがあってもズレなく動画と投影像の重ね合わせることができるようになる。

実施例１に係るＸ線撮影装置の全体構成を説明する機能ブロック図である。 実施例１に係るＣアームの構成を説明する模式図である。 実施例１に係る天板の構成を説明する模式図である。 実施例１に係る投影像生成部の構成を説明する模式図である。 実施例１に係るファントムを説明する模式図である。 実施例１に係るファントムが撮影される様子を説明する模式図である。 実施例１に係る天板の移動とそれに伴うファントムの変位を説明する模式図である。 実施例１に係る距離補正係数算出部、ベクトルデータ算出部の動作を説明する模式図である。 実施例１に係るＸ線撮影装置の動作を説明するフローチャートである。 実施例１に係る立体像が撮影される様子を説明する模式図である。 実施例１に係る動画が撮影される様子を説明する模式図である。 実施例１に係る重畳動画を説明する模式図である。 実施例１に係る動画の撮影中に天板が移動される様子を説明する模式図である。 実施例１に係る天板の移動に伴って現れる重畳動画上の像のズレを説明する模式図である。 実施例１に係る立体像編集部の動作を説明する模式図である。 実施例１に係る重畳動画を説明する模式図である。 従来構成の放射線撮影装置の構成を説明する模式図である。

本発明に係るＸ線撮影装置は、カテーテル挿入操作用となっているＣアームタイプである。以降、本発明に係るＸ線撮影装置の詳細について説明する。なお、ＦＰＤはフラットパネルディテクタの略であり、Ｘ線は、本発明の放射線に相当する。

＜Ｘ線撮影装置の構成＞
実施例１に係るＸ線撮影装置１は、図１に示すように被検体Ｍを載置する天板２と、天板２の下側に設けられたＸ線を照射するＸ線管３と、天板２の上側に設けられた被検体Ｍを透過してきたＸ線を検出するＦＰＤ４と、Ｘ線管３の管電流、管電圧を制御するＸ線管制御部６と、Ｘ線管３，ＦＰＤ４を支持するＣアーム７と、Ｃアーム７を支持する支柱８と、Ｃアーム７を回転させるＣアーム回転機構２１と、これを制御するＣアーム回転制御部２２とを備えている。Ｘ線管３は被検体ＭにＸ線を照射する構成である。なお、図１における符号Ａは被検体Ｍの体軸方向を表し、符号Ｓは被検体Ｍの体側方向を表している。Ｘ線管３は、本発明の放射線源に相当し、ＦＰＤ４は、本発明の検出手段に相当する。また、Ｃアーム７は、本発明のアームに相当する。Ｃアーム回転機構２１は、本発明のアーム駆動手段に相当し、Ｃアーム回転制御部２２は、本発明のアーム駆動制御手段に相当する。

Ｃアーム７は、Ｃアーム回転機構２１により回転することもできる。すなわち、Ｃアーム７は、図２に示すように、Ｃアーム７は、半円形状となっているＣアーム７のカーブが沿う仮想円ＶＡが属する平面（図２においては紙面に相当する面）上を仮想円ＶＡに沿って回転することができる。すなわち、Ｃアーム７は、Ｘ線管３が鉛直下側、ＦＰＤ４が鉛直上側にあるとき、Ｃアーム７が属する平面上にあるとともに、Ｃアーム７と支柱８との結合部を通過する軸と垂直な水平方向に伸びる軸（Ｃアーム７のカーブの中心点を通過する体軸方向Ａに伸びた軸）を中心軸として回転することができる。Ｃアーム回転機構２１は、Ｃアーム７を駆動させることによりＸ線管３およびＦＰＤ４を回転させる。このときの中心軸と仮想円ＶＡとが交わる点を回転中心点ｃと呼ぶことにする。Ｃアーム回転制御部２２は、Ｃアーム回転機構２１を制御する構成である。なお、この仮想円ＶＡは、Ｃアーム７を二分する位置にある平面上に位置しているものとする。

天板駆動機構２３は、図３に示すように、天板２を体軸方向Ａに移動させる機構である。この天板駆動機構２３は、図１に示す天板駆動制御部２４の制御に従い天板２を駆動させる。天板駆動制御部２４は、天板２の移動方向と移動量を示す天板移動信号を天板駆動機構２３に入力することで、天板駆動機構２３を制御している。術者が天板２を移動させたい場合、操作卓３１を通じてその旨を伝えれば、天板駆動制御部２４は、術者の入力通りの移動方向（正方向または逆方向）と移動距離で天板２を駆動させるように天板駆動機構２３を制御する。天板駆動機構２３は、本発明の天板駆動手段に相当し、天板駆動制御部２４は、本発明の天板駆動制御手段に相当する。

天板２が付属している寝台には天板２の移動量を検出するポテンショメータ２５が備えられている。天板駆動機構２３が天板２の移動を行うと、ポテンショメータ２５が天板２の移動を検出する。天板２の移動が止むと、ポテンショメータ２５はこの一連の天板２の移動に伴う天板２の移動距離と移動方向を示した移動量を出力する。すなわち、ポテンショメータ２５は、天板２を体軸方向Ａに正方向に移動させると、移動距離を表す移動量をデータとして出力する。この状態から天板２を体軸方向Ａに逆方向に移動させると、移動距離を表すマイナスの移動量をデータとして出力する。ポテンショメータ２５は、本発明のセンサに相当しエンコーダによっても実現できる。

Ｘ線管制御部６は、所定の管電流、管電圧、パルス幅でＸ線管３を制御する目的で設けられている。Ｘ線管制御部６の制御によりＸ線がＸ線管３から発せられると、Ｘ線は、被検体Ｍを透過してＦＰＤ４の検出面に入射する。ＦＰＤ４は入射したＸ線を検出して検出信号を生成する。この検出信号は、画像生成部１１（図１参照）に送出され、そこで被検体Ｍやファントムｐｈが写り込んだＸ線画像Ｐ１が生成される。このＸ線画像Ｐ１は、ＦＰＤ４の有するＸ線を検出する検出面と同一形状の矩形となっており、検出面上で検出したＸ線の強度をマッピングしたものとなっている。

立体像生成部１２は、Ｃアーム７を一回転させながら連写された一連のＸ線画像Ｐ１を再構成して、被検体Ｍの内部構造をボクセルデータとして表した立体像Ｄ１を生成する。この立体像Ｄ１は、血管に造影剤を流し込まれた被検体Ｍに対してＸ線管３およびＦＰＤ４を回転させながら連写された一連のＸ線画像を基に生成されたものであり、被検体Ｍの血管像が立体的に写り込んだ三次元ボリュームデータである。立体像生成部１２は、本発明の立体像生成手段に相当する。

立体像編集部１３は、ポテンショメータ２５の出力、ベクトルデータ、および補正係数ｋに従って立体像生成部１２が生成した立体像Ｄ１に写り込む被検体像をデータ上で移動させるような編集を加えて編集立体像Ｄ２を生成する。この編集立体像Ｄ２と編集前の立体像Ｄ１を重ね合わせたとすると、各立体像に写り込む被検体Ｍの血管像の位置がズレることになり、各血管像は完全には重ならない。立体像編集部１３は、本発明の編集手段に相当する。

投影像生成部１４は、立体像生成部１２が生成した立体像Ｄ１または立体像編集部１３が生成した編集立体像Ｄ２をある平面で投影して投影像Ｐｒ１または投影像Ｐｒ２を生成する。図４は、投影像生成部１４が投影像Ｐｒ１を生成する様子を表している。投影像生成部１４は、立体像Ｄ１に対し投影方向を定め、立体像Ｄ１をこの投影方向に直交する平面に投影して二次元画像である投影像Ｐｒ１を生成する。被検体Ｍの投影像Ｐｒ１には、被検体Ｍにおける血管の分布が写り込んでいる。具体的には、投影像生成部１４は、立体像Ｄ１をＣアーム７の傾斜角度によって定まる動画Ｖ０の撮影方向から二次元平面に投影させた投影像Ｐｒ１を生成する。投影像生成部１４は、本発明の投影像生成手段に相当する。投影像生成部１４は、本発明の投影像生成手段に相当する。

投影像生成部１４が投影方向をどのように決定するのかについて説明する。投影像生成部１４は、Ｘ線撮影を動画で行っている最中に投影像Ｐｒ１を生成する構成となっている。この動画撮影は、上述の立体像Ｄ１の生成に関する撮影とは別の撮影となっており、Ｘ線がある方向から発せられ、被検体Ｍを通過してＦＰＤ４に入射することでなされるものである。このときのＸ線が発せられる方向は、Ｃアーム７を回転させることで適宜変更が可能である。投影像生成部１４は、Ｃアーム７の回転角度に基づきＸ線の照射方向を認識して、この照射方向を投影像生成時の投影方向として投影像Ｐｒ１を生成する。

Ｘ線の照射方向は、Ｃアーム回転制御部２２より出力されるＣアーム７の回転角度によって一義的に決定される。したがって、投影像生成部１４は、投影像Ｐｒ１を生成するときにＣアーム回転制御部２２より回転角度に関するデータを取得して、これに基づき投影方向を決定して編集立体像Ｄ２の投影を実行する。また、Ｘ線の照射方向は、Ｃアームに付属のポテンショメータによって認識されるようにしてもよい。この場合は、投影像生成部１４は、ポテンショメータの出力に基づき投影方向を決定して動作することになる。このポテンショメータは、上述の天板２に係るポテンショメータ２５とは異なるものであることには注意が必要である。

動画生成部１６は、動画生成用のＸ線撮影を行っている最中に次々と生成されるＸ線画像Ｐｓを経時的につなぎ合わせて動画Ｖ０を生成する。この動画Ｖ０は、被検体Ｍを連写して得られた一連のＸ線画像Ｐｓを撮影順につなぎ合わせて生成され、被検体Ｍをある方向から投影したときの二次元像が写り込んでいるものの、血管を鮮明には写し込んではいない。動画生成部１６は、本発明の動画生成手段に相当する。

画像合成部１７には、動画生成部１６から送られてきた動画Ｖ０と投影像生成部１４から送られてきた投影像Ｐｒ１とを重ね合わせて重畳動画Ｖ１を生成する。この重畳動画Ｖ１は、動画Ｖ０に投影像Ｐｒ１が重畳表示されたものとなっており、動画Ｖ０上の血管像が強調されたような動画となっている。

主制御部３４（図１参照）は、各制御部を統括的に制御する目的で設けられている。この主制御部３４は、ＣＰＵによって構成され、各種のプログラムを実行することによりＸ線管制御部６および各部１１，１２，１３，１４，１６，１７，１８，１９，２２，２４，２６を実現している。また、上述の各部は、それらを担当する演算装置に分割されて実行されてもよい。記憶部２８（図１参照）は、撮影に用いられるパラメータ等のＸ線撮影装置１の制御に関するパラメータの一切を記憶する。表示部３２は、重畳動画Ｖ１などを表示する目的で設けられている。表示部３２は、動画Ｖ０に投影像Ｐｒ２を重畳させて表示する構成であり、本発明の表示手段に相当する。表示部３２は、本発明の表示手段に相当する。

＜動画撮影中における天板の移動＞
術者は重畳動画Ｖ１の撮影中に動画撮影視野を微調整したい場合がある。この様な微調整は、例えば、重畳動画Ｖ１の端に写り込むカテーテルの先端を中央に寄せたい場合などに必要となる。術者は、撮影視野を変更しようとして操作卓３１を通じて天板２の移動の指示を入力すると、天板２が術者の指示通りに移動される。すると、Ｘ線管３およびＦＰＤ４に対して被検体Ｍが移動することになるので、重畳動画Ｖ１に写り込む被検体Ｍのライブ像も移動するわけである。

それでは、天板２が移動されると重畳動画Ｖ１上の投影像Ｐｒ１は、どのようになるのであろうか。従来構成によれば、投影像Ｐｒ１は、動画撮影が始まると更新されることがないので、重畳動画Ｖ１上を移動することがない。したがって、従来構成によれば、天板２を動画撮影中に移動させる操作が行われると、重畳動画Ｖ１における被検体Ｍのライブ像は、移動するのに、投影像Ｐｒ１は置き去りにされ、互いの像がずれてきてしまう。この様な像のズレは、被検体Ｍのライブ像における被検体Ｍの血管の位置を知る上で妨げとなる。

そこで、本発明によれば、天板２を移動させると、投影像Ｐｒ１が更新されるように構成されている。この様な構成とすることにより、天板２を移動させても重畳動画Ｖ１上の投影像は、被検体Ｍのライブ像に追従するように移動するようになり、術者はライブ像における血管の位置を知ることができる。

投影像Ｐｒ１を天板２の移動に合わせて更新する構成を実現するには、天板２の移動方向および移動距離を反映するように立体像の投影をやり直して投影像Ｐｒ１を生成する仕組みが必要となる。天板２の移動距離は、天板２を構成する寝台に備え付けのセンサであるポテンショメータ２５が知っている。そして、天板２の移動方向は、天板２を有する寝台を検査室に取り付ける際に決まる定まったの方向である。したがって、ポテンショメータ２５が検出した天板２の移動距離と規定の天板２の移動方向に従って投影像Ｐｒ１を再生成するようにすれば、天板２の移動にも対応した重畳動画Ｖ１を表示できるようになるはずである。

このような天板２の移動によって生じる投影像Ｐｒ１と動画Ｖ０との位置合わせは、投影像Ｐｒ１を生成する前の立体像Ｄ１の段階で行われる。この位置合わせを具体的に行う構成は、立体像編集部１３であり、この立体像編集部１３は、ポテンショメータ２５が出力する移動量（正確には後述する補正済みの移動量）に従って被検体Ｍの立体像または投影像をデータ上で移動させる編集を加えることにより、天板２に伴って移動する動画上の像にデータ上の像を追従させる。この立体像編集部１３は、天板２に備え付けられているポテンショメータ２５から天板２の移動距離に関するデータが送出されるようになっている。立体像編集部１３は、立体像Ｄ１に係る撮影が終了した時点から天板２の移動に関するデータの送出の有無を監視している。ポテンショメータ２５から移動距離に関するデータが送出されると、立体像編集部１３は、基本的にはこの移動距離通りに立体像Ｄ１をデータ上で所定の方向に移動させて編集立体像Ｄ２を生成する。この編集立体像Ｄ２は、投影像生成部１４に送出され、投影像Ｐｒ２に変換される。こうして、天板２の移動に伴った重畳動画Ｖ１上の被検体Ｍの移動に追従して投影像Ｐｒ２も移動することになるはずである。

この天板２は、実は理想通りには移動しない。すなわち、実際の天板２の移動と、ポテンショメータ２５が検出した天板２の移動とには僅かながら差異が見られるのである。このような差異は、２つの要因によって起こるのでこれについて説明する。

＜移動距離に係る要因＞
ポテンショメータ２５は、センサであり、検出に誤差が発生する。ポテンショメータ２５が１０ｃｍの天板２の移動を検出しても、実際は、９．９５ｃｍの移動だったりするのである。立体像編集部１３が行う立体像Ｄ１の移動処理は、ポテンショメータ２５の出力を基に行われる。したがって、先程の例では、立体像編集部１３は、立体像Ｄ１を０．０５ｃｍ分だけ余計に移動させてしまう。正確に血管の位置を示した重畳動画Ｖ１を表示するには、この検出誤差も考慮に入れなければならない。

＜移動方向に係る要因＞
立体像Ｄ１は、体軸方向Ａをｘ軸、体側方向Ｂをｙ軸、鉛直方向をｚ軸としたデータ空間上にある像である。例えば、天板２を移動させることにより、被検体Ｍが体軸方向Ａにある幅だけ移動したとする。立体像Ｄ１をこの被検体Ｍの移動に追従させようとする場合は、データ空間上で立体像Ｄ１を体軸方向Ａに対応するｘ軸方向に移動させればいいだけのはずである。

しかし、天板２を備えた寝台を検査室に設置するときの誤差や、天板駆動機構２３が天板２を理想通りの方向に移動しないなどの事情から、実際の天板２の移動方向は理想の方向から僅かにずれている。このような事情があるのにもかかわらず、立体像Ｄ１に係るｘ軸は、理想通りの天板２の移動方向を示しているわけである。つまり、被検体Ｍが体軸方向Ａに移動したとすると、立体像Ｄ１をこの被検体Ｍの移動に追従させるには、立体像Ｄ１をデータ空間上でｘ軸よりとは僅かに異なる方向に移動させなければならない。正確に血管の位置を示した重畳動画Ｖ１を表示するには天板２の移動方向を正確に知る必要がある。

このような、移動距離に係る要因、および移動方向に係る要因により理想通りに天板２が移動しないことに伴って生じる像のズレは、ファントムを撮影することによって消去される。このファントムの撮影により、移動方向に係る要因による像のズレ、および移動距離に係る要因による像のズレのいずれもが抑制されるのである。すなわち、立体像編集部１３は、ファントムｐｈの立体像の撮影結果を用いて動作するのである。

図５は、像のズレを防ぐのに用いられるファントムを示している。ファントムｐｈは、一辺が５ｃｍ程度の立方体の形状をしており、図示しない複数の鉄球を有している。天板２に伴って生じる像のズレを防ぐには、図６のようにこのファントムｐｈの立体像を撮影する。天板２に載置されたファントムｐｈに対してＣアーム７を回転させながらＸ線画像の連写を行い、連写されたＸ線画像を立体像に組み立てることにより、ファントム立体像Ｄｐｈが撮影される。ファントム立体像Ｄｐｈの中心をファントム立体像中心Ｄｐｈｃと呼ぶことにする。

この様なファントム立体像Ｄｐｈの撮影は、２回行われる。この２回の撮影はファントムｐｈを天板２における立体像撮影における視野範囲の中に置いて行われる。ただし１回目の撮影は図７に示すように、ファントムｐｈを視野範囲の１端側に配置して行われ、２回目の撮影は、ファントムｐｈを視野範囲の他端側に配置して行われる。このときのファントムｐｈの移動は、天板駆動機構２３を通じた天板２の移動により行われる。したがって、２回の撮影で得られたファントム立体像Ｄｐｈ１，Ｄｐｈ２の位置関係を分析すれば、天板２がどの程度どの方向に移動したかが分かる。この様な説明からも分かるように、ファントムｐｈの大きさは、全域を視野範囲に位置した状態で視野範囲内を移動できる程度となっている。また、１回の撮影の間にポテンショメータ２５は、１０ｃｍの天板２の移動を検出していたものとする。

図８は、得られたファントム立体像Ｄｐｈ１，Ｄｐｈ２を１つのデータ空間上に重ね合わせて描いている。ファントム立体像Ｄｐｈ１，Ｄｐｈ２は、９．９５ｃｍに相当するボクセルだけずれている。天板２を１０ｃｍ移動させたはずなのにこの様になるのは、実際の天板２が天板駆動制御部２４の想定する理想どおりの距離だけ移動しなかったからである。ファントム立体像Ｄｐｈ１，Ｄｐｈ２の移動距離は、距離補正係数算出部１８が互いの立体像中心Ｄｐｈｃ１，Ｄｐｈｃ２のデータ上の位置を比較することにより行われる。

また、ファントム立体像Ｄｐｈ１，Ｄｐｈ２は、データ上の体軸方向Ａを示すｘ軸に沿ってシフトしていない。実際の天板２が理想通りの方向で移動しなかったからである。天板２は体軸方向Ａに沿って移動するはずなのにこの様になるのは、実際の天板２が理想どおりの方向に移動しなかったからである。ファントム立体像Ｄｐｈ１，Ｄｐｈ２の移動方向は、ベクトル算出部１９が互いの立体像中心Ｄｐｈｃ１，Ｄｐｈｃ２のデータ上の位置を比較することにより行われる。ファントム立体像Ｄｐｈ１，Ｄｐｈ２の移動方向をＦとする。この方向Ｆを示すベクトルデータは、ベクトルデータ算出部１９が算出する天板２の移動方向を示すデータである。

さらに距離補正係数算出部１８は、天板２の移動距離に係る係数を取得する。距離補正係数算出部１８には、ポテンショメータ２５より天板２の移動量に関するデータが送られてきている。上述の例では、ポテンショメータ２５は、天板２の移動距離が１０ｃｍである旨を距離補正係数算出部１８に通知するわけである。距離補正係数算出部１８は、これとは別にファントム立体像Ｄｐｈ１，Ｄｐｈ２の画像解析から実際の天板２が９．９５ｃｍ移動したことを知っている。そこで、距離補正係数算出部１８は、ポテンショメータ２５が出力した移動距離と画像解析で得られた移動距離とに基づいて、ポテンショメータ２５が出力した移動距離を実際の移動距離に変換する係数を算出する。この係数は、ポテンショメータ２５が出力した移動距離に乗じると、実際の移動距離が算出できるというものであり、上述の例では、９．９５／１０つまり、０．９９５となる。この係数を補正係数ｋと呼ぶことにする。この補正係数ｋは、天板２の位置を変えてファントムｐｈを複数回撮影することにより得られた撮影結果により取得されたものである。

距離補正係数算出部１８が算出した係数は、距離補正部２６に出力される。距離補正部２６は、今後ポテンショメータ２５から天板２の移動量に関するデータの出力があると、そのデータを補正して立体像編集部１３に送出する。すなわち、被検体Ｍの動画撮影中にポテンショメータ２５が「ａだけ天板２が移動した」という距離データを出力したとすると、距離補正部２６は、「ａｋだけ天板２が移動した」という補正済み距離データを立体像編集部１３に送出する。このａｋという値は、ファントムｐｈの撮影結果によって得られるポテンショメータ２５が検出した移動距離を実際の天板２の移動距離に変換する係数に基づいて移動量の誤差を距離補正部２６が補正したものである。距離補正部２６は、本発明の補正手段に相当する。

また、立体像編集部１３には、ベクトルデータ算出部１９より実際の天板２の移動方向を示すベクトルデータが送られてきている。そこで立体像編集部１３は、被検体Ｍが写り込んだ立体像をベクトルデータ算出部１９が出力した通り「Ｆ方向」にａｋだけデータ上で移動させて編集立体像Ｄ２を生成することになる。このように、立体像編集部１３は、ファントムｐｈの撮影結果によって得られる実際の天板２の移動方向を示すベクトルデータに基づいて像を移動する。

＜Ｘ線撮影装置の動作＞
続いて、図９を参照しながら実施例１におけるＸ線撮影装置１の動作について説明する。本発明に係るＸ線撮影装置１を用いたライブ像撮影は次のようにして行われる。なお、以降に説明する動作は、被検体Ｍの血管内部にカテーテルを挿入するような外科手術が想定されたものとなっており、ファントム撮影に係る前準備の段階と、被検体撮影に係る本撮影の段階に分かれる。前準備は、実空間とデータ空間の位置合わせを行うのに必要である。したがって、前準備を一度行ってしまえば天板２の移動様式に変化がない限り前準備で得られた結果を流用して本撮影を何度も行うことができる。前準備は、必ずしも被検体撮影の度に行う必要はない。

前準備に当たる補正係数・ベクトル算出ステップＳ１では、上述の補正係数およびベクトルデータが算出される。すなわち、天板２に載置されたファントムｐｈの立体像の撮影がされた後、天板２を移動させ、もう一度ファントムｐｈの立体像の撮影がなされる。これに伴い、距離補正係数算出部１８は、補正係数ｋを、ベクトルデータ算出部１９は、Ｆ方向を示すベクトルデータを算出する。

そして、いよいよ被検体Ｍに対する本撮影が開始される。本撮影を行うには、まず天板２に被検体Ｍが載置される（被検体載置ステップＳ２）。載置された被検体Ｍは、まず血管造影剤が注射される。そして、Ｃアーム７を回転しながら（図２参照），Ｘ線画像Ｐ１の連写がなされる（被検体回転撮影ステップＳ３）。得られたＸ線画像Ｐ１は、血管の３次元分布を示す立体像Ｄ１に組み立てられる。そして、投影像生成部１４は、Ｃアーム回転制御部２２が有しているＣアーム７の回転角度を示すデータに基づき、動画撮影に係るＸ線の照射方向を認識して、この方向で立体像Ｄ１を投影して投影像Ｐｒ１を生成する。図１０は、この投影像Ｐｒ１が生成される様子を示している。

投影像Ｐｒ１の生成を終えると、被検体Ｍにカテーテルを差し込んで外科手術が開始されることになる。なお、外科手術中のＣアーム７の回転角度は、投影像生成部１４が動作の際に参考にした回転角度と同じである。術者が操作卓３１を通じてライブ像撮影の開始を指示すると、線量が抑えられたＸ線ビームが１秒間に１５回〜３０回照射され、動画Ｖ０の撮影が開始される（動画撮影開始ステップＳ４）。図１１は、このときの様子を示している。

投影像Ｐｒ１は、画像合成部１７に送出され、動画Ｖ０に重畳されて表示部３２に表示される。こうして動画Ｖ０に投影像Ｐｒ１が重畳した重畳動画Ｖ１の表示が開始される（重畳動画表示開始ステップＳ５）。図１２はこのとき表示される重畳動画Ｖ１を示している。動画撮影は、被検体回転撮影ステップＳ３における立体像撮影範囲の位置を視野として行われる。この立体像撮影範囲は、図１１においては斜線で示されている。従って、重畳動画Ｖ１における動画Ｖ０と投影像Ｐｒ１とはずれることなく重なり合っている。

ここで、術者がカテーテル手術をやりやすいように操作卓３１を通じ天板２の移動をＸ線撮影装置１に指示したとする。天板２は、術者の指示に従いＣアーム７に対し体軸方向Ａに移動する（天板移動ステップＳ６）。とはいっても、機械的精度の問題から実際の天板２の移動の軌跡はベクトルデータの示す方向に向いており、体軸方向Ａとは僅かにずれてはいる。図１３は、天板２が移動していく様子を示している。図１３の上側は、天板２が移動される前の状態を示し、下側は、天板２が移動された後の状態を示している。斜線で示す立体像撮影範囲と被検体Ｍとの相対位置は、天板２の移動に伴って変化してしまう。図１４左側は、天板２の移動終了後から得られる動画Ｖ０を表している。図１１右側に示す天板２の移動前の動画Ｖ０と比較すれば分かるように、天板２の移動に伴い、動画撮影の視野範囲がスクロールするように移動している。この様な動画Ｖ０に先程の投影像Ｐｒ１を重ね合わせると、図１４右側のように像同士にズレが生じる。

距離補正部２６がポテンショメータ２５を通じて天板２の移動を認識すると、距離補正部２６は、距離補正係数算出部１８が算出した補正係数ｋに基づいてポテンショメータ２５の出力に補正処理を行い実際の天板２の移動量を示すデータを立体像編集部１３に送出する。立体像編集部１３は、図１５に示すように立体像Ｄ１をベクトルデータが示す実際の天板２の移動方向に補正後の移動量だけデータ空間上で移動することで編集立体像Ｄ２を生成する（立体像編集ステップＳ７）。編集立体像Ｄ２は、投影像生成部１４に送出され、投影像Ｐｒ２に変換される。この投影像Ｐｒ２は、画像合成部１７によって動画Ｖ０に重畳され、重畳動画Ｖ１に変換される。図１６は、こうして生成された重畳動画Ｖ１を示している。投影像Ｐｒ２は、被検体Ｍの移動を追いかけて移動した編集立体像Ｄ２を投影したものであるので、動画Ｖ０と投影像Ｐｒ２はずれることなく重ね合わせられる。この動画Ｖ０が表示部３２に表示されて動作は終了となる。

以上のように、天板２が移動してもライブ像を正確に血管像に重ね合わせることができる放射線撮影装置を提供することができる。すなわち、本発明によれば、ポテンショメータ２５の出力に基づき天板２がどのように移動したかを把握して、被検体Ｍの立体像または投影像をデータ上で移動させる編集を加える立体像編集部１３を備えている。これにより、天板２の移動に伴って自ずと移動する動画に追従して投影像を移動させることができるようになる。ただし、このポテンショメータ２５のみに頼って天板２の移動を把握するようにすると、動画と投影像の重ね合わせの際にズレが生じる。そこで、本発明は、天板２の位置を変えてファントムを複数回撮影することにより天板２の移動を実測するようにしている。このような実測されたデータを加味すれば、ポテンショメータ２５に誤差や天板２の移動方向に狂いがあってもズレなく動画と投影像の重ね合わせることができるようになる。

本発明は上述の構成に限られず下記のように変形実施するとが可能である。

（１）上述の実施例１では、立体像Ｄ１に対して編集を行う構成としていたが、本発明はこの構成に限られない。投影像生成部１４が生成した二次元像である投影像Ｐｒ１をデータ空間上で移動させる編集を行う構成としてもよい。この場合、３次元的なベクトルとなっている方向Ｆを示すベクトルデータは、投影像生成部１４によって投影されて平面上の２次元ベクトルデータに変換される。このときの投影の方向は、立体像Ｄ１を投影して投影像Ｐｒ１を生成するとき投影方向と同じである。

また、補正係数ｋも２次元ベクトルデータに対応するように変換される。すなわち、３次元的なベクトルを平面上に投影して２次元的なベクトルとするときに、基のベクトル長が投影されてどのぐらいの長さになるかを算出し、投影後のベクトル長を基のベクトル長で除したときの比率を求める。そして、この比率を補正係数ｋに乗じることで、新たな補正係数ｋを求めるのである。

この様なベクトルデータと補正係数ｋの最適化は、投影像生成部１４より投影方向に関するデータを受信した距離補正係数算出部１８，ベクトルデータ算出部１９が行う。投影像Ｐｒ１をデータ空間上で移動させる編集は、距離補正係数算出部１８，ベクトルデータ算出部１９より補正係数ｋおよびベクトルデータを受信した図示されていない投影像編集手段（投影像編集部）が行うことになる。この投影像編集手段は、天板２の移動に伴う動画Ｖ０上の像のスクロール移動に追従するように投影像Ｐｒ１をデータ空間上で移動させて編集投影像Ｐｒ３を生成し、この編集投影像Ｐｒ３が動画Ｖ０に重畳されて重畳動画Ｖ１が生成されることになる。

（２）上述の実施例１では、ポテンショメータ２５の出力に対して補正を行うような構成となっていたが、本発明はこの構成に限られない。距離補正部２６は、天板駆動制御部２４から天板２の理想的な移動距離を示すデータを取得してこれに対して補正を行うようにしてもよい。この場合の補正係数ｋは、天板駆動制御部２４が出力した移動距離を実際の移動距離に変換する係数となる。

（３）上述の実施例１では、ファントムの撮影を２回するようにしていたが、撮影回数を３回以上としてもよい。すなわち、上述の構成では、天板２を被検体Ｍの体軸方向Ａに移動させてファントムｐｈを２回撮影していたが、天板２を被検体Ｍの体側方向Ｓに移動させてファントムｐｈをもう２回撮影するようにしてもよい。また、天板２を上下に移動させてファントムｐｈを２回撮影するようにしてもよい。この構成によれば、天板２における体軸方向Ａ以外の移動ズレを補正することができる。
この様な構成においては、各移動方向に対して補正が独立に実施可能となっているので，天板が移動方向に対してチルトしている場合などのように，天板の各移動方向が体軸方向Ａ、体側方向Ｓおよび上下方向のように互いに直交していなくても適用が可能である。

２ 天板
３ Ｘ線管（放射線源）
４ ＦＰＤ（検出手段）
７ Ｃアーム（アーム）
１２ 立体像生成部（立体像生成手段）
１３ 立体像編集部（編集手段）
１４ 投影像生成部（投影像生成手段）
１６ 動画生成部（動画生成手段）
２１ Ｃアーム回転機構（アーム駆動手段）
２２ Ｃアーム回転制御部（アーム駆動制御手段）
２３ 天板駆動機構（天板駆動手段）
２４ 天板駆動制御部（天板駆動制御手段）
２５ ポテンショメータ（センサ）
２６ 距離補正部（補正手段）
３２ 表示部（表示手段）

Claims (5)

1. 被検体を載置する天板と、
   前記天板を移動させる天板駆動手段と、
   前記天板駆動手段を制御する天板駆動制御手段と、
   前記天板の移動量を検出するセンサと、
   放射線を被検体に照射する放射線源と、
   被検体を透過してきた放射線を検出する検出手段と、
   前記放射線源および前記検出手段を支持するアームと、
   前記アームを駆動させることにより前記放射線源および前記検出手段を回転させるアーム駆動手段と、
   前記アーム駆動手段を制御するアーム駆動制御手段と、
   被検体を連写して得られた一連の放射線画像を撮影順につなぎ合わせて動画を生成する動画生成手段と、
   被検体に対して前記放射線源および前記検出手段を回転させながら連写された一連の放射線画像を基に被検体の立体像を生成する立体像生成手段と、
   前記立体像を動画の撮影方向から二次元平面に投影させた投影像を生成する投影像生成手段と、
   前記天板の移動方向に前記天板の位置を変えて前記ファントムを２つの位置で撮影することにより得られた前記ファントムの２つの３次元データにより前記センサの出力が有している移動量および前記天板の移動方向を補正する補正手段と、
   前記補正手段により補正された前記天板の移動方向に、補正された移動量だけデータ上で被検体の立体像または投影像を移動させる編集を加える編集手段と、
   前記動画に前記投影像を重畳させて表示する表示手段とを備えることを特徴とする放射線撮影装置。
2. 請求項１に記載の放射線撮影装置において、
   前記補正手段は、前記ファントムの２つの３次元データによって得られる前記センサが検出した移動距離を実際の前記天板の移動距離に変換する係数に基づいて移動量を補正することを特徴とする放射線撮影装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の放射線撮影装置において、
   前記補正手段により補正された実際の前記天板の移動方向は、ベクトルデータとして表されていることを特徴とする放射線撮影装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放射線撮影装置において、
   被検体の前記立体像および前記投影像には、被検体における血管の分布が写り込んでいることを特徴とする放射線撮影装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の放射線撮影装置において、
   カテーテル挿入操作用となっていることを特徴とする放射線撮影装置。

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