CN106798565A - X射线测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种X射线测定装置。从X射线照射器(30)对多个检测元件(32a)照射扇束形状的X射线。根据各检测元件(32a)检测出的各检测数据即X射线的衰减量来计算各被检测体部分(22a)的面密度。另外，根据各检测数据计算各被检测体部分(22a)的体厚。根据计算出的体厚在各被检测体部分(22a)的体厚方向的中心位置定义虚拟测定面。将各被检测体部分(22a)的面密度与在各被检测体部分(22a)中定义的各虚拟测定面的面积相乘，计算表示各被检测体部分(22a)的质量的多个元件单位质量。通过合计多个元件单位质量来计算被检测体(22)的质量。

Description

X射线测定装置
技术领域
本发明涉及一种X射线测定装置，特别涉及一种用于计算被检测体的质量的技术。
背景技术
目前，在医疗机构等中使用X射线测定装置。在X射线测定装置中，向被检测体照射X射线，根据透过了被检测体的X射线的衰减量来进行各种测定。目前，一般在X射线测定装置中测定骨盐量或体脂肪率等，但是近年来提出一种在X射线测定装置中测定被检测体的质量的技术。例如日本特表2013-532823号公报公开一种使用X射线测定装置求出被检测体的重量的技术。
作为在X射线测定装置中测定被检测体的质量的一个方法，列举以下的方法。图5是用于说明X射线测定装置中的现有的质量测定方法的图。如图5所示，在X射线光源1与多个检测元件3之间配置被检测体5。从X射线光源照射的X射线是扇束，从X射线光源1向x轴方向扩展地照射。用1点划线表示从X射线光源照射的X射线的照射范围。
多个检测元件3在扇束的扩展方向排列。用2点划线分隔来表示各检测元件3检测出的X射线的透过区域。各个透过区域中包括被检测体5的一部分即被检测体部分5a。例如在与检测元件3a对应的透过区域中包括用斜线表示的被检测体部分5a。另外，检测元件3a(以及X射线光源1)在y轴方向扫描，因此与检测元件3a对应的被检测体部分5a时刻发生变化。
如果X射线光源1和多个检测元件3在y轴方向扫描，则扇束形状的X射线在y轴方向扫描，其结果得到由2维排列的多个检测数据组成的检测数据群。图6表示得到的2维检测数据群9的概念图。
根据各检测元件3检测出的检测数据来求出各被检测体部分5a的面密度(单位面积的质量)。详细是在检测数据群9的各检测数据9a中求出对应的被检测体5a的面密度。
通过将各检测数据9a所对应的与被检测体部分5a相关的单位面积与根据各检测数据9a计算出的各被检测体部分5a的面密度相乘，计算各检测数据9a的元件单位质量。元件单位质量是各被检测体部分5a的质量。在各被检测体部分5a内定义与各被检测体部分5a相关的单位面积，将其设定为与检测元件面3b平行设置的面(以下记载为“虚拟测定面”)的面积。即，与各被检测体5a相关的单位面积表示各被检测体部分5a的水平截面(与检测元件面3b平行的面的截面)的面积。
虚拟测定面7(参照图5)按照各被检测体5a进行定义。若将X射线光源1与虚拟测定面7之间的距离设为l1，将X射线光源1与检测元件面3b之间的距离设为l2，将各检测元件3的扇束的扩展方向(x轴方向)的长度设为dx，则通过以下公式求出虚拟测定面7的x轴方向的长度(图5中的Δx)。
[数学式1]
另外，虚拟测定面7的y轴方向的长度是在所有的检测元件3中得到检测数据之前由X轴光源1以及多个检测元件3在y轴方向移动后的距离，将其设为Δy。于是，通过以下公式得到虚拟测定面7的面积。
[数学式2]
这样得到的各虚拟测定面7的面积是与各被检测体部分5a相关的单位面积。
通过关于如上述那样计算出的各被检测体5a的面密度与单位面积的相乘处理得到各被检测体部分5a的质量(元件单位质量)，将多个元件单位质量进行合计，求出被检测体5的质量。
如上所述，与各被检测体部分5a相关的单位面积、即虚拟测定面7的面积是直接影响计算出的被检测体5的质量的重要的参数。但是，以往在各被检测体5a中均等地设定虚拟测定面7的面积。即在离X射线光源1均等的距离定义各被检测体5a的虚拟测定面7的位置。
在如扇束形状那样X射线的射束形状为扇形的情况下，均等地定义虚拟测定面7的位置会使计算结果产生误差。根据图5可知在使用了扇形的X射线射束时，各被检测体部分5a的水平截面面积为离X射线光源1越近变得越小，离X射线光源1越远则变得越大。
因此，需要适当地定义本来在体厚方向的虚拟测定面的位置。具体地说，对于体厚大的部分应该将虚拟测定面7设定在远离X射线光源1的位置(即，使虚拟测定面7的面积更大)，对于体厚小的部分应该将虚拟测定面7设定在离X射线光源1近的位置(即，使虚拟测定面7的面积更小)。反过来说，如果在各虚拟测定面7的面积均等，即在离X射线照射器均等的位置定义虚拟测定面7，则会有对于体厚薄的部分过大评价(计算过大)质量，对于体厚厚的部分过小评价(计算过小)质量的问题。
发明内容
本发明的目的为在X射线测定装置中进一步提高被检测体的质量的测定精度。
本发明的X射线测定装置具备：X射线照射器，其对被检测体照射具有扇形的射束形状的X射线；X射线检测元件，其检测透过了上述被检测体的上述X射线并输出检测数据；以及质量计算部，其将根据上述X射线检测元件输出的检测数据确定的、该X射线检测元件检测出的X射线透过区域中包括的被检测体部分的面密度与根据该检测数据计算出的单位面积相乘来计算元件单位质量，根据上述元件单位质量计算上述被检测体的质量。
优选设置多个上述X射线检测元件，多个上述X射线检测元件输出多个上述检测数据，上述质量计算部按照每个上述X射线检测元件计算上述元件单位质量，并计算上述被检测体的质量作为对多个上述X射线检测元件计算出的多个元件单位质量的总和。另外，优选根据上述被检测体部分的体厚来计算上述单位面积，上述被检测体部分的体厚根据上述X射线检测元件输出的检测数据来计算。
根据上述结构，根据与各被检测体部分对应的检测数据来决定与各被检测体部分相关的单位面积。例如，如果被检测体的射线吸收系数已知，则能够根据检测数据即X射线的衰减量计算被检测体部分的体厚。根据这样计算出来的各被检测体部分的体厚能够设定与各被检测体部分相关的单位面积。由此，能够消除以下现有的问题，即对于体厚薄的部分质量被评价过大，而对于体厚较厚的部分质量被评价过小。
优选上述单位面积被定义在上述被检测体部分的体厚方向的中心位置，并被计算为与上述X射线检测元件的检测面平行的面即虚拟测定面的面积。
从X射线照射器照射的X射线具有扇形的射束形状、即面向前进方向扩展的形状，所以在被检测体部分中定义的虚拟测定面的面积越接近X射线照射器则变得越小，越远离X射线照射器则变得越大。即，该面积根据虚拟测定面的定义位置而不同。这里，在各X射线检测元件中计算出的面密度是根据透过了各X射线检测元件所对应的被检测体部分的整体的X射线计算出来的面密度。因此，作为单位面积优选是在该被检测体部分中定义得到的虚拟测定面的面积的平均面积。在被检测体部分的体厚方向的中心位置定义的虚拟测定面的面积成为该平均的面积。通过在被检测体部分的体厚方向的中心位置设定虚拟测定面积，能够更高精度地计算被检测体的质量。
优选还具备警报单元，当根据上述X射线检测元件输出的检测数据计算出的上述被检测体部分的体厚在预定值以上时，输出警报。不能够对体厚太厚的被检测体适当地进行X射线测定。因此当被检测体部分的体厚在预定值(根据能够适当地进行X射线测定的体厚来决定该预定值)以上时，输出警报，由此能够对测定者暗示所得到的数据有可能不正确。
另外，本发明的X射线测定程序使计算机作为质量计算单元发挥功能，该质量计算单元将根据检测出具有扇形的射束形状并透过了被检测体的X射线的X射线检测元件输出的检测数据而确定的、该X射线检测元件检测出的X射线的透过区域中包括的被检测体部分的面密度与根据该检测数据计算出的单位面积相乘来计算元件单位质量，根据上述元件单位质量计算上述被检测体的质量。
附图说明
图1是X射线照射检测机的外观立体图。
图2是表示在X射线照射检测机中设置摄影台和被检测体后的情况的图。
图3是本实施方式的X射线测定装置的功能框图。
图4是用于说明本实施方式的质量计算方法的图。
图5是用于说明现有的质量计算方法的图。
图6是表示2维排列后的多个检测数据的概念图。
具体实施方式
以下，说明本发明的X射线测定装置。本发明的X射线测定装置用于医疗目的等，对被检测体照射X射线，根据检测透过了被检测体的X射线而得到的检测数据来测定被检测体的质量。另外，在该X射线测定装置中，除了测定被检测体的质量，也能够根据检测数据测定被检测体的骨盐量、骨密度或者体脂肪率等。
图1是本发明的X射线测定装置中包括的X射线照射检测机10的外观立体图。图2是表示在X射线照射检测机10中设置摄影台和被检测体后的情况的侧面图。另外，在图1和图2中，将X射线照射检测机10的宽度方向(左右方向)设为x轴，将长度方向(进深或前后方向)设为y轴，将高度方向设为z轴。
X射线照射检测机10具有：基部12，其从侧面看为大致コ字状(U-shaped)，向水平方向延伸；臂部14，其在基部12的上方同样向水平方向延伸；以及壁部16，其从基部12的一侧端部向上方延伸，悬臂支撑臂部14。
如图2所示，X射线照射检测机10与摄影台(滤线台)18一起被使用。X射线照射检测机10是通过滚动轮(Caster)能够自由移动的移动式，在使用X射线照射检测机10时，调节X射线照射检测机10的位置使得摄影台18的摄影台顶板20位于基部12和臂部14之间。在该基础上被检测体22被放置在摄影台顶板20的上面，从而在基部12和臂部14之间配置被检测体22。
在基部12的上面配置能够透过X射线的材质的X射线照射检测机顶板24(参照图1)。在X射线照射检测机顶板24的下方空间，照射X射线的X射线照射器在进深方向(y轴方向)进行扫描。从扫描中的X射线照射器向上方照射X射线。通过设置在臂部14且与X射线照射器同步进行扫描的X射线检测器检测从X射线照射器照射并通过了被检测体的X射线。
另外，在壁部16的前面安装收容盒26，在收容盒26的内部收容主要用于测定骨密度的校正用物质。
图3是本发明的X射线测定装置的功能框图。本实施方式的X射线测定装置包括X射线照射检测机10以及测定终端40而构成。
X射线照射器30面向被检测体照射扇形的(向前进方向扩展的形状的)X射线。在本实施方式中，X射线照射检测机10照射向左右方向(x轴方向)扩展的扇束形状的X射线。另外，本实施方式的X射线照射检测机10能够对被检测体照射高能X射线以及低能的X射线。由此，在后述的测定终端40中，根据两条X射线的衰减量的比，即能够通过DEXA(Dual-EnergyX-ray Absorptiometry：双能X射线吸收计量)法计算体脂肪率或骨盐量等。
X射线检测器32检测从X射线照射器30照射，并透过被检测体22的X射线。X射线检测器32包括在与从X射线照射器30照射的X射线的形状对应的方向排列的多个检测元件。在本实施方式中，从X射线照射器30照射向左右方向扩展的扇束形状的X射线，所以X射线检测器32包括在左右方向排列成一列的多个检测元件。或者，也可以代替他而使用在左右方向以及进深方向的2维方向排列了多个检测元件的X射线检测器。
扫描部34使X射线照射器30以及X射线检测器32在进深方向扫描。由此，扇束形状的X射线在进深方向扫描。X射线检测器32中包括的各检测元件它们自身一边扫描一边检测X射线，经由后述的控制部36将通过检测出的X射线得到的各检测数据发送给测定终端40。由此，测定终端40得到包括2维排列的多个检测数据的检测数据群(参照图6)。
控制部36例如由微型处理器等构成，根据设置在X射线照射检测机10中的存储部(未图示)中存储的程序来控制X射线照射检测机10的各部。控制部36向X射线照射器30发送X射线的照射开始以及照射停止指示，使X射线照射器30开始以及停止X射线的照射，或者，对扫描部34发送扫描指示，使扫描部34扫描X射线照射器30以及X射线检测器32。
测定终端40是由医生和护士等测定者使用的终端，例如是个人计算机。测定终端40与X射线照射检测机10通过有线或无线可通信地连接，为了防止测定者被照射而配置在与X射线照射检测机10不同的房间。测定终端40包括计算部42以及存储部44。
计算部42通过例如CPU等计算装置来实现。计算部42根据从X射线照射检测机10(控制部36)发送的检测数据群来计算被检测体22的质量。在本实施方式中，计算部42特别计算不包括骨部的软组织的被检测体的质量。另外，计算部42具有指定计算质量的被检测体的区域(ROI：Region Of Interest(感兴趣区域))的功能。该ROI的指定可以按照测定终端40所具有的输入部(未图示)输入的测定者的指示(即手动)来进行，也可以根据来自X射线照射检测机10的检测数据来自动设定。另外，计算部42根据与高能X射线以及低能X射线相关的检测数据群，使用DEXA法来计算被检测体的骨盐度、骨密度或者体脂肪率等。后面详细描述计算部42的质量计算处理。
存储部44由硬盘、ROM或RAM等构成，存储从X射线照射检测机10发送的检测数据群或用于使测定终端40的各部动作的程序等。
此外，测定终端40具有：形成X射线图像等图像的图像形成部；由液晶面板等构成的显示部；由CPU等构成，根据存储在存储部44中的程序来控制测定终端40的各部；以及由鼠标或键盘等构成，用于将测定者的指示输入到测定终端40的输入部。
以下，说明计算部42的用于计算被检测体的质量的计算处理。
图4是从跟前侧方向看到X射线照射检测机10时的侧面概念图，表示X射线照射器30、X射线检测器32以及被检测体22之间的位置关系。
如上所述，X射线检测器32具有在左右方向(x轴方向)排列的多个检测元件32a。俯视时多个检测元件32a成为长方形或正方形，其左右方向的长度为均等。
从X射线照射器30所具有的点光源30a向上方照射向左右方向扩展的扇束形状的X射线。图4中，用1点划线表示照射的X射线的照射范围。在该照射范围中配置搭载在摄影台顶板20上的被检测体22或其一部分即被测定部位(以下统称为“被检测体”)。为了方便，在图4中用半圆表示被检测体22的截面。
如图4所示，从点光源30a照射的X射线透过被检测体22并由多个检测元件32a检测。图4中，用2点划线分隔来表示各检测元件32a检测出的X射线的透过区域。各透过区域中包括的被检测体22的一部分是被检测体部分22a。各检测元件32a检测出透过对应的被检测体部分22a并衰减的X射线，据此输出与各被检测体部分22a对应的多个检测数据。
即使在本实施方式中，与现有相同将关于各被检测体部分22a的面密度和与各被检测体部分22a对应的单位面积相乘来计算各被检测体部分22a的质量(元件单位质量)，并通过合计与多个检测数据对应的各元件单位质量来计算被检测体22的质量。但是，在本实施方式中，与现有相比，单位面积的设定方法不同。以下详细进行说明。
首先，说明关于各被检测体部分22a的面密度的计算方法。已知能够通过以下的公式表示透过了不存在骨部的软组织的X射线的衰减量。
[数学式3]
RH＝μHS·XS……(公式3)
在公式3中，RH是高能的X射线透过了被检测体时的衰减量，μHS是软组织的射线吸收系数(单位是“1/cm”)，XS是被检测体22的厚度(单位为“cm”)。另外，根据使计算处理简单化的观点，使用高能的X射线来进行质量计算。详细地说，已知对于高能的X射线的射线吸收系数μHS在脂肪部分和除脂肪部分中大致相同。因此通过使用高能的X射线，能够将μHS定义为脂肪和除脂肪外共存的软组织整体的射线吸收系数，由此计算被简化。
这里，通过将被检测体22的密度和质量吸收系数相乘来求出射线吸收系数μHS，所以通过以下公式表示。
[数学式4]
μHS＝ρ·μ’HS……(公式4)
在公式4中，ρ是被检测体22的密度(单位为“g/cm3”)，μ’HS是质量吸收系数(单位为“cm2/g”)。另外，已知质量吸收系数μ’HS在脂肪部分和除脂肪部分中也大致相同。
另外，通过用被检测体22的密度除被检测体22的面密度(单位面积的质量)求出被检测体的厚度XS，所以通过以下公式来表示。
[数学式5]
在公式5中，σ是面密度σs(单位是“g/cm2”)。
如果将公式4以及公式5代入公式3，，则得到以下公式。
[数学式6]
RH＝μ’HS·σ……(公式6)
公式6表示高能X射线的衰减量(RH)与面密度σ成比例。质量吸收系数μ’HS是已知的值，所以根据公式6，能够基于对被检测体22照射高能的X射线时的X射线衰减量来计算被检测体22的面密度σ。通过以上的计算，根据2维排列的各检测数据(高能X射线衰减量)来计算与各被检测体部分22a对应的多个面密度σ。
接着，说明关于各被检测体部分22a的单位面积的设定方法。在本实施方式中，根据与各被检测体部分22a对应的检测数据来计算各被检测体部分22a的单位面积。具体地说，根据与各被检测体部分22a对应的检测数据来计算各被检测体部分22a的体厚，根据该体厚来设定各单位面积。以下，详细进行说明。
根据公式5以及公式6得到以下公式。
[数学式7]
软组织的密度ρ是已知的值(与水大致相同)，而且如上所述质量吸收系数μ’HS是已知的值，所以公式7表示根据高能X射线的衰减量(RH)求出体厚。具体地说，根据对各被检测体部分22a检测出的高能X射线的衰减量来求出各被检测体部分22a的体厚。
如果求出了各被检测体部分22a的体厚，则能够根据体厚来设定与各被检测体部分22a对应的单位面积。即，与现有技术不同，能够按照各被检测体22a来设定与其体厚对应的不同的单位面积。在本实施方式中，根据体厚设定在各被检测体部分22a中定义的虚拟测定面50的位置，从而适当地设定与各被检测体部分22a对应的单位面积(虚拟测定面的面积)。
若将点光源30a与摄影台顶板20的载置面20a之间的距离设为L1，将载置面20a与虚拟测定面50之间的距离设为L2，将点光源30a与X射线检测器32的检测元件面32b之间的距离设为L3，将各检测元件32a的扇束的扩展方向(x轴方向)的长度设为dx，则通过以下公式求出虚拟测定面50的x轴方向的长度(图4中的Δx)。
在本实施方式中，在各被检测体部分22a的体厚方向的中心位置设定关于各被检测体部分22a的各虚拟测定面50。通过公式7计算各被检测体部分22a的体厚，所以通过以下公式表示载置面20a与在各被检测体部分22a的体厚方向的中心位置设定的各虚拟测定面50之间的距离：
[数学式9]
将公式9代入公式8后得到的Δx设为虚拟测定面50的x轴方向的长度。
各虚拟测定面50的y轴方向的长度即Δy与现有技术相同，是在所有的检测元件32a中得到检测数据之前点光源30a(X射线照射器30)以及X射线检测器32在y轴方向移动的距离。然后，通过将计算出的Δx和Δy相乘来计算各虚拟测定面50的面积即与各被检测体22a相关的单位面积。
如图4所示，从点光源30a照射的X射线具有向左右方向扩展的射束形状，所以在被检测体部分22a中定义的虚拟测定面50的面积(具体而言是虚拟测定面50的左右方向的长度)越接近点光源30a则变得越小，越远离点光源30a则变得越大。根据透过了各被检测体部分22a的整体的X射线来计算针对各被检测体部分22a计算出的各面密度。因此优选将在上下方向的各个位置处不同的被检测体部分22a的左右方向长度的平均长度设定为虚拟测定面50的左右方向的长度。表示各被检测体部分22a的左右方向长度的平均长度是各被检测部分22a的体厚方向的中心位置。因此，通过在各被检测部分22a的体厚方向的中心位置设定虚拟测定面，能够更高精度低计算被检测体的质量。
根据上述公式7，根据各检测数据(高能X射线的衰减量)来计算各被检测部分22a的体厚。能够将计算出的各被检测部分22a的体厚(即被检测体22的体厚)用于各种处理。例如，对于体厚太厚的被检测体(例如体厚为20cm以上的被检测体)鉴于不能适当地进行X射线测定，当通过上述公式7计算出的体厚超过了预定值时，能够对测定者输出警报。确认了警报的测定者能够掌握对该被检测体扫描X射线而得到的检测数据有可能不恰当。按照测定终端40的控制部(未图示)的指示，通过在测定终端40的显示部进行错误显示来进行该警报。或者，除了这个或代替这个，测定终端40的控制部在测定终端40或X射线照射检测机10中通过发出声音或发光来进行。
可以在进行了针对被检测体22的X射线的扫描后，在检测数据的分析时输出该警报，如果各被检测部分22a的体厚被实时(即X射线的扫描中)计算，则也可以在X射线的扫描过程中进行输出该警报。当在X射线的扫描过程中输出警报时，根据避免被检测体22的无意义的被照射的观点，输出警报的同时立即停止来自X射线照射器30的X射线照射。
如上所述，根据本实施方式，按照各被检测体部分22a的每一个来设定与其体厚对应的合适的单位面积。由此，与将各被检测体部分的单位面积进行均等设定并计算被检测体的质量的情况相比，能够根据其体厚更高精度地计算各被检测体部分22a的质量(元件单位质量)，进而更高精度地计算被检测体22整体的质量。
以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离本发明主旨的限度内进行各种变更。例如，在本实施方式中，使用了扇束形状的X射线，但是在例如使用锥束或笔束等向前进方向扩展的射束形状的X射线来计算质量时，能够适当地适用本发明。在本实施方式中，使用了扇束形状的X射线(即向一个方向扩展的射束)，因此只在x轴方向进行了虚拟测定面的边长度修正，当使用如锥束那样的向2个方向扩展的射束时，在x轴以及y轴的2个方向实施虚拟测定面的边长度修正。此时，通过上述同样的处理来实现y轴方向的长度修正。
在使用笔束形状的X射线的X射线测定装置中，在照射区域的x轴方向(左右方向)排列的各线中，X射线照射器和X射线检测器在y轴方向(进深方向)依次扫描(Z形扫描)。此时，笔束多少在x轴方向具有射束的扩展，所以通过适用本发明在x轴方向进行虚拟测定面的长度修正。
另外，在本实施方式中，个别地计算各被检测体部分22a的质量(元件单位质量)，所以能够计算被检测体的任意区域(部分)的质量。例如，通过将由测定者指定的ROI内包括的被检测体部分22a的元件单位质量进行合计，能够计算出作为ROI而被指定的部分检测体的质量。
另外，在本实施方式中，X射线照射检测机10与测定终端40为分体，但是也能够采用将测定终端40所具有的计算部42以及存储部44的功能组入到X射线照射检测机10中的方式。

Claims (5)

1.一种X射线测定装置，其特征在于，
该X射线测定装置具备：
X射线照射器，其对被检测体照射具有扇形的射束形状的X射线；
X射线检测元件，其检测透过了上述被检测体的上述X射线并输出检测数据；以及
质量计算部，其将根据上述X射线检测元件输出的检测数据确定的、该X射线检测元件检测出的X射线透过区域中包括的被检测体部分的面密度与根据该检测数据计算出的单位面积相乘来计算元件单位质量，根据上述元件单位质量计算上述被检测体的质量。
2.根据权利要求1所述的X射线测定装置，其特征在于，
设置有多个上述X射线检测元件，多个上述X射线检测元件输出多个上述检测数据，
上述质量计算部按照每个上述X射线检测元件计算上述元件单位质量，并计算上述被检测体的质量作为对多个上述X射线检测元件计算出的多个元件单位质量的总和。
3.根据权利要求1所述的X射线测定装置，其特征在于，
根据上述被检测体部分的体厚来计算上述单位面积，上述被检测体部分的体厚根据上述X射线检测元件输出的检测数据来计算。
4.根据权利要求3所述的X射线测定装置，其特征在于，
上述单位面积被定义在上述被检测体部分的体厚方向的中心位置，且被计算为与上述X射线检测元件的检测面平行的面即虚拟测定面的面积。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的X射线测定装置，其特征在于，
该X射线测定装置还具备：警报单元，其在根据上述X射线检测元件输出的检测数据计算出的上述被检测体部分的体厚为预定值以上时，输出警报。
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