JP2005245904A - デジタルｘ線断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 イメージインテンシファイアなどにおける固有の構造ノイズの影響を避けながら、リアルタイムで所望の裁断面の断層像を得る。
【解決手段】 イメージインテンシファイア１２とＴＶカメラ１３とによって得た画像信号を一定の時間間隔で取り込んでＡ／Ｄ変換器１４に通した上で、画像メモリ１５に送り、この画像メモリ１５上で、各画像を、その取り込みごとにピクセル数ａずつ順次シフトさせて重ね合わせ、その重ね合わせによって形成された画像データをＤ／Ａ変換器１６を経て画像モニター装置１７に送って表示する。Ｘ線管１１と、Ｘ線イメージインテンシファイア１２およびＴＶカメラ１３とはリンク機構によって連結され、相対的に反対方向に移動させられるが、揺動棹２５を回転させる駆動装置１９をＣＰＵ１８によって制御することにより、揺動棹２５の回転角速度を角度が大きくなるほど遅くする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、Ｘ線発生器とＸ線撮像装置とを被検体を中心に相対的に反対方向に移動させて得た画像信号をデジタル化して加算することにより被検体内の所定の裁断面の画像（断層像）を得るデジタルＸ線断層撮影装置に関する。

Ｘ線断層撮影装置は、周知の通り、被検体の撮像すべき任意高さ（深さ）の一断面の１点を中心としてＸ線発生器（Ｘ線管）とフィルムとを相対的に反対方向に移動させながら多重露光することにより、その深さ以外の部分をぼかし、その一断面の画像（断層像）を撮影するものである。デジタルＸ線断層撮影装置は、フィルムの代わりにイメージインテンシファイアとＴＶカメラの組み合わせまたはフラットパネルディテクタと呼ばれる平面型半導体放射線検出器などのＸ線撮像装置を用いてＸ線透過像の画像信号を取得し、デジタル化して画像メモリに加算していくようにしてフィルムに多重露光したのと同様の断層像を得ようというものである。

デジタルＸ線断層撮影装置では、Ｘ線発生器とＸ線撮像装置とが相対的に反対方向に移動していくときにＸ線投射方向が傾いていくことになるが、撮影すべき裁断面の像は受像面上でつねに同一の位置に投射され、その面以外の面上の像はＸ線投射方向に傾きに応じて他の位置に投射されるよう、移動量が定められ、その撮影像がデジタル加算される。そのため、撮像装置の受像面において同じ位置に入射した信号が加算されることになるので、撮像装置の構造ノイズが強調されて、診断能に劣る断層像しか得られない。ここで構造ノイズというのは、イメージインテンシファイアの蛍光面の非均一性に起因するものや、ＴＶカメラの傷、平面型半導体放射線検出器における各ピクセル感度の不均一性によるものなどである。

これに対して、つぎの特許文献１、２や非特許文献１に記載されているように、Ｘ線発生器と撮像装置とが相対的に反対方向に移動していくときの各位置で得た画像をそのままいったん記憶し、後に読み出して、各位置ごとの画像をシフトさせて加算するようにすれば、そのシフト量に応じて、任意の高さ（深さ）の裁断面の画像を得ることができる。また、このように画像をシフトさせて加算するため、受像面の違う位置に入射した信号を加算することになり、上記のような構造ノイズが加算されることがなく分散されるので、優れた画質の断層像を得ることができる。
特開２００１−２８６４５８ 特開昭５７−２０３４３０ Shusuke Sone, et al., "Development of a High-Resolution Digital Tomosynthesis System and Its Clinical Application", 11 Radio Graphics 807 (Sep. 1991).

しかしながら、この画像をそのままいったん記憶して後にシフトさせながら加算するものは、後処理で画像データのシフト・加算を行い、しかもそのシフト量を１枚１枚の画像ごとに計算して定める必要があるため処理に時間がかかり、リアルタイムで断層像を得ることができず、断層像を得るまでに時間がかかるという欠点がある。

この発明は、上記に鑑み、構造ノイズの影響を避けながら、しかもリアルタイムで断層像を得ることができるように改善したデジタルＸ線断層撮影装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、この発明のデジタルＸ線断層撮影装置においては、Ｘ線発生器と、Ｘ撮像装置と、該Ｘ線発生器およびＸ線撮像装置を、これらを結ぶ線上の１点を中心に相対的に反対方向に移動させる移動機構と、その移動中に一定時間間隔で取り込んだ上記Ｘ線撮像装置からのデジタル画像データを、予め定めたピクセル数ずつ順次シフトさせながら加算していく画像メモリと、上記のＸ線発生器およびＸ線撮像装置の移動速度が、Ｘ線発生器とＸ線撮像装置が正面に相対する角度より傾いていくほど遅くなるように上記移動機構を制御する制御装置とが備えられることが特徴となっている。

Ｘ線発生器およびＸ線撮像装置が、これらを結ぶ線上の１点を中心に相対的に反対方向に移動させられていくとき、それらが互いに正面に相対する角度より傾いていくほど遅くなるようにそれらの移動速度が制御される。これにより、一定時間間隔で取り込まれる画像の角度間隔が、傾きが大きくなるほどに狭くなっていく。そのため、画像メモリにおいて画像データを書き込んでいく位置（番地）を同じピクセル数ずつ順次シフトさせても、上記の中心点の位置する裁断面とは異なる所望の裁断面上の画像を画像メモリに同一番地に加算していくことができ、この所望の裁断面上の画像を画像メモリにおいて形成することができる。

つぎに、この発明を実施したデジタルＸ線断層撮影装置について図面を参照して説明する。

図１において、Ｘ線管１１と、Ｘ線イメージインテンシファイア１２およびＴＶカメラ１３とを組み合わせたＸ線撮像装置とが、所定の間隔を隔てて対向配置させられている。この間隔内に、検査台（ベッド）２２に横たえられた被検体（患者）２１が挿入される。

ＴＶカメラ１３から得られる画像信号はＡ／Ｄ変換器１４を経てデジタル化された後、画像メモリに書き込まれる。ここでは、この画像信号取り込み、デジタル化、書き込みが一定の時間間隔で行われるよう制御されている。そして、その書き込みごとに、書き込み位置が一定のピクセル数ａごとにシフトされる。これによりピクセル数ａずつシフトさせられながら画像データが順次加算されることになり、この加算によって形成された画像データが読み出されてＤ／Ａ変換器１６を経てアナログ信号に変換され、画像モニター装置１７で表示されることになる。

Ｘ線管１１と、Ｘ線イメージインテンシファイア１２およびＴＶカメラ１３とは、一種のリンク機構により結ばれ、被検体２１中に想定された基準裁断面３１上の１点を中心にして矢印に示すように相対的に反対方向に移動させられる。Ｘ線管１１と、Ｘ線イメージインテンシファイア１２およびＴＶカメラ１３とはそれぞれ、検査台２２と平行な異なる平面（この平面の高さは後述のように設定可能である）上で図の左右方向に移動自由に保持されており、これらにはリンク棒２３、２４が連結されている。揺動棹２５は駆動装置１９によって１点を中心に傾けられるようになっているが、その中心点は揺動棹２５の任意の位置（高さ）に設定できるようになっている。そして、揺動棹２５は、リンク棒２３、２４に対して傾き可能でかつ揺動棹２５の長さ方向にスライド可能に結合されている。これにより揺動棹２５が傾く方向に駆動されると、それに応じてＸ線管１１と、Ｘ線イメージインテンシファイア１２およびＴＶカメラ１３とが相対的に反対方向に移動することとなる。また、揺動棹２５の傾き中心点の位置（高さ）を変えることにより、Ｘ線管１１と、Ｘ線イメージインテンシファイア１２およびＴＶカメラ１３との相対的な反対方向の移動の中心点の位置（高さ）を変化させることができる。

ＣＰＵ１８は、画像メモリ１５および揺動棹２５を傾動させる駆動装置１９を含めて全体を制御する。このＣＰＵ１８による制御動作は図２に示す通りである。まず裁断面を指定すると映像系が初期位置に移動する。つまりＸ線管１１と、Ｘ線イメージインテンシファイア１２およびＴＶカメラ１３とがそれぞれ移動する平面の位置（高さ）が定められ、かつ揺動棹２５の傾き中心位置（高さ）が図４の基準裁断面３１と同じ高さとなるように定められる。こうして撮影が開始され、画像データの取り込みとシフトしながら画像データを画像メモリ１５に書き込んでいく動作が、一定の時間間隔で繰り返される。このとき同時にＸ線管１１と、Ｘ線イメージインテンシファイア１２およびＴＶカメラ１３の移動速度が計算され、それに応じて移動が行われるよう駆動装置１９の制御が行われるという動作が、上記の書き込みタイミングごとに繰り返される。このような画像取り込み・メモリ１５への書き込みと、速度計算およびそれに応じた移動制御とがなされつつ、Ｘ線管１１と、Ｘ線イメージインテンシファイア１２およびＴＶカメラ１３の移動の全行程が終了すると、画像メモリ１５において図４に示すような所望の裁断面３２上の断層像が形成されるので、この断層画像が表示され、撮影が終了することになる。

Ｘ線管１１と、Ｘ線イメージインテンシファイア１２およびＴＶカメラ１３の移動速度は、収集経過時間ｔに応じて図３に示すように変化させられる。つまり、この図３においてｔ１はＸ線管１１と、Ｘ線イメージインテンシファイア１２およびＴＶカメラ１３とが互いに正面に相対する角度となる時刻であり、この正面に相対する角度より傾いていくほど遅くなるようにそれらの移動速度が制御される。

この移動速度の変化について、図４を参照しながらもう少し詳しく説明する。図４において、点４１は基準裁断面３１上の１点であり、この点４１を中心にＸ線管１１と、Ｘ線イメージインテンシファイア１２およびＴＶカメラ１３とが反対方向に移動するものとする。すると、イメージインテンシファイア１２などの撮像装置の受像面５０の中心点５１には、つねに点４１を通ったＸ線が入射する。これに対して、基準裁断面３１より距離ｈだけ離れた所望裁断面３２上の点４２を通るＸ線は受像面４０において中心点５１から距離Ｘだけ離れた位置５２に入射する。

ここで、Ｘ線管１１と、Ｘ線イメージインテンシファイア１２およびＴＶカメラ１３とが互いに正面に相対する角度を０°（垂直）とし、これからの角度を図４に示すようにθとする。点４１と４２は垂直線上にあるとすると、つぎのような比例関係が成立する。
Ｌ：（Ｌ−Ｈ−ｈ）＝Ｘ：ｈ＊tan θ
この式で、ＬはＸ線管１１のＸ線焦点から受像面までの垂直方向距離であり、Ｈは受像面５０から基準裁断面３１までの垂直方向距離である（＊は乗算を表わす）。そのため、Ｘはつぎのように表わすことができる。
Ｘ＝Ｌ＊ｈ＊tan θ／（Ｌ−Ｈ−ｈ）

そこで、画像メモリ１５への書き込みのシフト量がつねにこの式で表わされるＸになるように定めれば、所望裁断面４２上の画像を形成することができる。ところが、上記のとおり、画像取り込み時間間隔をΔｔとすると、Δｔごとにピクセル数ａずつＸが変化するよう定められている。そのため、Ｘは、この関係を満たすような係数をｋとして、つぎのような時間ｔの関数として表わされることになる。
Ｘ＝ｋｔ

すると、
ｋｔ＝Ｌ＊ｈ＊tan θ／（Ｌ−Ｈ−ｈ）
であるから、この関係が成立するようθをコントロールしていけばよい。つまり、
θが０（Ｘ線管１１と、Ｘ線イメージインテンシファイア１２およびＴＶカメラ１３との傾きが垂直）になるまで、
θ＝arctan｛（Ｌ−Ｈ−ｈ）＊ｋ＊（t1−ｔ）／（Ｌ＊ｈ）｝
θが０を超えて逆方向に傾くようになったとき、
θ＝arctan｛（Ｌ−Ｈ−ｈ）＊ｋ＊（ｔ−t1）／（Ｌ＊ｈ）｝
となるように、傾き角度θを経過時間ｔの関数として制御していけばよい。Ｘ線管１１と、Ｘ線イメージインテンシファイア１２およびＴＶカメラ１３とが移動していく際の移動速度は、傾き角度θの変化速度（角速度）に対応しているため、上記の式で表わされるようにθが変化させられるとき、移動速度（単位時間あたりの移動距離）は図３のように表わされる。

したがって、ここでは、Ｘなどによって得られた画像信号は、取得される都度ピクセル数ａずつシフトされて重ね合わされるため、イメージインテンシファイア１２の受像位置固有のノイズなどが重ね合わさって強調されるということがなくなる。これらの構造ノイズは分散されることになり、その影響を軽減できる。画像メモリ１５では、画像データをピクセル数ａずつ順次シフトしながら重ね合わせる（加算する）動作だけが行われるので、データ処理操作が簡単となり、しかもその操作に時間がかかることはないのでＸ線管１１と、Ｘ線イメージインテンシファイア１２およびＴＶカメラ１３との移動行程が終了した時点で重ね合わせが完了して断層像が形成されることになり、リアルタイムで画像モニター装置１７で表示することができる。

なお、この例では、Ｘ線撮像装置としてイメージインテンシファイア１２とＴＶカメラ１３とを組み合わせたものを用いているが、フラットパネルディテクタと呼ばれる平面型半導体放射線検出器などを用いることもできることはもちろんである。その他、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で、具体的な構成などは種々に変更できる。

この発明によれば、画像のノイズを軽減しながらリアルタイムで所望の裁断面での断層像を得ることができ、しかも構成簡単で安価なデジタルＸ線断層撮影装置を得ることができる。

この発明の一実施例のブロック図。 動作説明のためのフローチャート。 経過時間に対するＸ線管１１と、Ｘ線イメージインテンシファイア１２およびＴＶカメラ１３の移動速度例を示すグラフ。 裁断面位置と角度θとシフト量Ｘとの関係を説明するための線図。

符号の説明

１１ Ｘ線管
１２ イメージインテンシファイア
１３ ＴＶカメラ
１４ Ａ／Ｄ変換器
１５ 画像メモリ
１６ Ｄ／Ａ変換器
１７ 画像モニター装置
１８ ＣＰＵ
１９ 駆動装置
２１ 被検体
２２ 検査台
２３、２４ リンク棒
２５ 揺動棹
３１ 基準裁断面
３２ 所望の裁断面
５０ 受像面
５１ 点４１の投影点
５２ 点４２の投影点

Claims (1)

1. Ｘ線発生器と、Ｘ撮像装置と、該Ｘ線発生器およびＸ線撮像装置を、これらを結ぶ線上の１点を中心に相対的に反対方向に移動させる移動機構と、その移動中に一定時間間隔で取り込んだ上記Ｘ線撮像装置からのデジタル画像データを、予め定めたピクセル数ずつ順次シフトさせながら加算していく画像メモリと、上記のＸ線発生器およびＸ線撮像装置の移動速度が、Ｘ線発生器とＸ線撮像装置が正面に相対する角度より傾いていくほど遅くなるように上記移動機構を制御する制御装置とを有するデジタルＸ線断層撮影装置。

Images