JP2005034436A

JP2005034436A - 放射線画像撮影装置

Info

Publication number: JP2005034436A
Application number: JP2003275289A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tsujii; 修辻井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】断層撮影装置においては、画質（例えばＳＮ比）を一定に保つために、被写体の他に入射角度にも依存して線量制御をする。
【解決手段】Ｘ線発生手段と、前記Ｘ線を画像化するＸ線撮像検出器と、前記Ｘ線発生手段と前記Ｘ線撮像検出器３の相対関係を変化させる機構制御手段から構成されるＸ線断層撮影装置において、前記Ｘ線の前記Ｘ線撮像検出器３への入射角に依存してＸ線発生手段の管電流を制御することを特徴とする装置。
【選択図】図１

Description

本発明は放射線画像撮影装置、特にはフラットパネルを使用するＸ線デジタル断層撮影装置に関するものである。

フィルムに断層像を形成するＸ線断層撮影装置においては、フィルムの濃度を適切にするために、被写体の一方向からの透視状態におけるイメージインテンシファイアにより変換された可視光像の輝度に基づいて断層撮影時の撮影条件を求めることが行われている。

しかし、被写体に入射するＸ線量が入射方向によって大きく変動する場合があるので、断層撮影時と同様にＸ線照射手段等を移動させて透視を行ない、その移動の全期間、像変換手段からの可視光像の輝度を積分し撮影条件を設定した上で、フィルム撮影手段による断層撮影が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

さらに、濃度を動的に管理する手段として、所定の管電圧、管電流による所定パルス間隔のパルスＸ線の発生と遮断とを制御するＸ線発生制御手段と、フィルムの感度と撮影時間とを特定する情報を設定する設定手段と、フィルムに入射する入射Ｘ線量を検出する入射Ｘ線量検出手段（例えば、イメージインテンシファイア、Ｉ．Ｉ．）と、断層撮影中のフィルムへの入射Ｘ線量を積算し、入射されるべき入射Ｘ線量のしきい値を積算した積算値を越えたときＸ線の曝射を遮断させる装置が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

以上、説明した断層撮影装置は、フィルムを撮像媒体とした例であるが、近年では半導体センサを撮像装置（フラットパネル）を使用したデジタル断層撮影装置が可能になっている。
特開平５−０９１９９４号公報特開平６−３０４１６２号公報

ところで、複数のパルスＸ線画像あるいは複数方向からのから連続Ｘ線画像から構成されるデジタル断層撮影においては、フィルムを使用しないので濃度を撮影時に管理するようなことは必要なく、画像の階調変換によって線量の多寡を補正することが可能である。

一方、デジタル断層撮影においては、被検体に対するＸ線入射角度によっては、検出器に非常に少量のＸ線しか到達しない場合や、逆に多すぎるＸ線が入射する場合があり、撮影線量が有効に利用されていないばかりでなく、透過データから断層画像を再構成した際に、ＳＮの悪い画像とＳＮの良い画像が混在して、画像に偽像を発生させる原因となっていると想像できるが、このような線量の制御はデジタル断層撮影においては行われていない。

断層撮影装置と同類の技術であるＸ線ＣＴスキャナにおいては、特開平５−１９２３２３号公報に開示されるように、Ｘ線管の管電流を設定する管電流設定手段と、Ｘ線検出器群の一部を注目検出器としてこの注目検出器の所定角度毎のＸ線データを選択して出力するデータ取出部と、該データ取出部の出力と事前に設定される基準データとに基づいて、次の回動角において前記Ｘ線検出器群に到達するＸ線量をスキャン中に亘って一定となるように前記管電流設定手段を制御する装置が開示されている。

同様に、螺旋状走査型Ｘ線ＣＴ装置において、特開平５−３０５０７７号公報では、Ｘ線管のＸ′の角度位置及び体軸方向の位置においてＸ線検出器の各素子が検出したＸ線量を平均した平均透過Ｘ線量を、Ｘ線管の各角度及び体軸方向の位置毎に求める演算手段と、この演算手段が求める平均透過Ｘ線量が一定のある平均透過Ｘ線量に等しくなるように、Ｘ線管に与える電流を制御する制御手段を有することを特徴とする装置が開示されている。

ただし、断層撮影装置とＣＴスキャナでは撮影の幾何学条件がことなり、単純にＣＴスキャナの技術を断層撮影装置に応用することはできない。以上の課題をまとめると、（３）のように結論される。

（１）デジタル断層撮影装置においては、高画質の断層画像を得るには入射角度に依存した線量制御が必要であるが今まで公知はない。

（２）入射角に対して対象物を透過するＸ線量が変化したときに、画質（例えばＳＮ比）を一定に保つために、直前の入射角により次回の入射角でのＸ線減衰量を予測してＸ線量を加減する技術は公知である。

（３）断層撮影装置においては、画質（例えばＳＮ比）を一定に保つために、被写体の他に入射角度にも依存して線量制御をすべきである。

Ｘ線発生手段と、前記Ｘ線を画像化するＸ線撮像検出器と、前記Ｘ線発生手段と前記Ｘ線撮像検出器の相対関係を変化させる機構制御手段から構成されるＸ線断層撮影装置において、前記Ｘ線の前記Ｘ線撮像検出器への入射角に依存してＸ線発生手段の管電流を制御することを特徴とする装置を開示する。

また、上記の構成に加えて、前記Ｘ線検出器の出力の統計量計算手段と、Ｘ線管電流の基準値を記憶する基準値記憶手段とから構成されて、前記入射角をもとに前記基準値を換算した換算後基準値と前記統計量とを比較してＸ線発生手段の管電流を制御することを特徴とする装置を開示する。

以上、本発明を整理して要約すれば以下の構成に集約できる。

（１）Ｘ線発生手段と、前記Ｘ線を画像化するＸ線撮像検出器と、前記Ｘ線発生手段と前記Ｘ線撮像検出器の相対関係を変化させる機構制御手段から構成されるＸ線断層撮影装置において、前記Ｘ線の前記Ｘ線撮像検出器への入射角に依存してＸ線発生手段の管電流を制御することを特徴とする放射線画像撮影装置。

（２）前記Ｘ線検出器の出力の統計量計算手段と、Ｘ線管電流の基準値を記憶する基準値記憶手段とから構成されて、前記入射角をもとに前記基準値を換算した換算後基準値と前記統計量とを比較してＸ線発生手段の管電流を制御することを特徴とする前記（１）記載の放射線画像撮影装置。

（３）前記Ｘ線検出器の出力の統計量計算手段と、Ｘ線管電流の入射角毎の基準値を記憶する基準値記憶手段とから構成されて、前記入射角をもとに前記基準値と前記統計量と比較してＸ線発生手段の管電流を制御することを特徴とする前記（１）記載の放射線画像撮影装置。

（４）「管電流」を「管電流、管電圧、パルス幅の少なくとも一つ」と読みかえることを特徴とする前記（１）ないし（３）いずれか記載の放射線画像撮影装置。

（５）統計量は検出量の平均値、最小値、ヒストグラム解析から求められる値、あるいは予め決められセンサ位置（例えば、中央のセンサ）の値のいずれかを使用することを特徴とする前記（１）ないし（３）いずれか記載の放射線画像撮影装置。

断層撮影中動的に、入射角情報、センサ出力値を使用してＸ線の制御を行うことによって、効率的な曝射制御が行えて、患者の被曝を低減できるとともに、透過画像間での画質をほぼ一定に保つことが可能になるので、偽像のない高質の断層画像を再生することが可能になる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明を概念的に説明する。（ａ）は被写体１の真上からＸ線を曝射した場合であり、この場合の入射角を便宜的に０度、（ｂ）は入射角θにした場合の曝射である。一般的な撮影においては、入射角θから−θまでの画像が収集されて、この場合の断層角をθとよぶ。リファレンス検出器２により入力Ｘ線量相当値を検出する。

本発明による断層装置の機構を説明する。Ｘ線管球は回転中心から伸びる指示棒（図示しない）によって支持されて、曝射位置を移動する。これに連動するように撮像検出器３（センサ）は被写体の下に設けられた面上をシフトする。管球、センサから回転中心までの距離（Ｄｘ、Ｄｓ）を考察すると、管球距離Ｄｘは不変であるのに対して、センサ距離はＤｓ／ｃｏｓθと入射角に依存する。ただし、入射角θがゼロのときの距離をＤｓとする。

（ａ）から（ｂ）への入射角の変化により、再構成したときの断面上での１画素に対応する検出器３上でのサイズはＡ倍に変化する。ここで、Ａは（Ｄｘ＋Ｄｓ／ｃｏｓθ）／（Ｄｘ＋Ｄｓ）である。この変化は再構成演算をする際に検出器３上のＡ倍の領域のデータを使用することによって解消される。つまり、入射角θに関係なく断面状のＳＮは維持することが可能である。

しかし、再構成したときの断面上での１画素に対応するＸ線の放射角度の変化を考えると、入射角によってｃｏｓθ倍に変化する。つまり、１画素あたりのＳＮは√ｃｏｓθだけ悪化することになる。この現象はＣＴスキャナでは観測することができない。つまり、Ｘ線の入射方向に沿った断面を再構成しているので、各画素に対するＸ線の入射角度は被写体１への入射角度に関係なく不変である。以上まとめると、被写体１による入射角θに依存したＸ線減衰が不変であると仮定した場合において、入射角θに依存して管電流を１／ｃｏｓθ倍にすることが好ましい。

実施例１の説明においては、被写体におけるＸ線の減衰が入射角θに関係なく不変であることを前提に説明したが、人体が臥位になった際に人体が重力方向に扁平であることを考慮すると、入射角θが大きくなるにしたがって減衰量は大きくなる。もちろん、局所的な変動はある。また、人体が横になるテーブルに関しても入射角θに依存して減衰量が増える構造である。

人体およびテーブルなどに依存する透過Ｘ線量の変動に関しては、画素値基準値を設けて管理する。つまり、放射線情報システム（ＲＩＳ）からの撮影部位オーダに依存して、各撮影部位に最適な透過Ｘ線基準値が経験的に決定されて記憶される。この透過Ｘ線基準値は、入射角θがゼロの場合のみを記憶して、機構制御部分から入力される入射角θに依存して各画素値基準値にＡｃｏｓθ倍を演算することも可能であるし、予め入射角毎の基準値を記憶しておくことも可能である。

この基準値に対して、センサからのデータとの比較を行うことによって管電流を制御する。センサからの画素値は比較の前に統計量に変換される。統計量の例としては、平均値、最大値、最小値などが考えられるが、いずれもＸ線が直接センサに入射する部分（巣抜け）を除去して演算することが望ましい。また、ヒストグラムなどの手法によって画像中から関心領域を抽出して、関心領域の２次元的な平均線量を計算することも考えられる。管電流の変更量は、基準値と統計量の比率をリニアに演算することによって求めることができる。

以上の説明においては、画素値基準値の比較をもとに、管電流を制御する場合について述べたが、同様に管電圧、パルス幅を制御することも可能である。パルス幅は、基準値と統計量の比率をリニアに演算することによって変更量を算出することができるが、管電圧は非線型な制御であり、実験によって２次以上の多項式で計算することができる。

（ａ），（ｂ）本発明の概念図（ａ），（ｂ）入射角による放射角と検出器面上の領域の変化を示す図実施例の構成図

符号の説明

１被写体（被検体）
２リファレンス検出器
３撮像検出器

Claims

Ｘ線発生手段と、前記Ｘ線を画像化するＸ線撮像検出器と、前記Ｘ線発生手段と前記Ｘ線撮像検出器の相対関係を変化させる機構制御手段から構成されるＸ線断層撮影装置において、前記Ｘ線の前記Ｘ線撮像検出器への入射角に依存してＸ線発生手段の管電流を制御することを特徴とする放射線画像撮影装置。
前記Ｘ線検出器の出力の統計量計算手段と、Ｘ線管電流の基準値を記憶する基準値記憶手段とから構成されて、前記入射角をもとに前記基準値を換算した換算後基準値と前記統計量とを比較してＸ線発生手段の管電流を制御することを特徴とする請求項１記載の放射線画像撮影装置。
前記Ｘ線検出器の出力の統計量計算手段と、Ｘ線管電流の入射角毎の基準値を記憶する基準値記憶手段とから構成されて、前記入射角をもとに前記基準値と前記統計量と比較してＸ線発生手段の管電流を制御することを特徴とする請求項１記載の放射線画像撮影装置。
「管電流」を「管電流、管電圧、パルス幅の少なくとも一つ」と読みかえることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の放射線画像撮影装置。
統計量は検出量の平均値、最小値、ヒストグラム解析から求められる値、あるいは予め決められセンサ位置（例えば、中央のセンサ）の値のいずれかを使用することを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の放射線画像撮影装置。