JP2005312776A - 放射線画像取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な操作により、胸部の呼吸動態画像の撮影を適切に行えるようにする。
【解決手段】連続画像取得部5は、被検体を透過した放射線強度分布に基づいて連続的な放射線画像を取得し、画像解析部６は取得された連続的な放射線画像のそれぞれから肺野部分を抽出する。そして、肺野変動状態解析部７は、抽出された肺野部分から変動状態を検出し、この検出された変動状態に基づいて、被検体の呼吸状態が呼吸動態の撮影に適するか否かを判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は医療分野における放射線を用いた撮影に関する。

Ｘ線に代表される放射線の物質透過能力を用いて、その透過強度分布を画像化する技術は、近代医療技術発展の基本となるものである。Ｘ線発見以来、その強度分布の画像化は、Ｘ線強度分布を蛍光体により可視光に変換した後、銀塩フィルムで潜像を作り現像するという方法が取られてきた。近年、Ｘ線画像をデジタル化する際は輝尽性蛍光体を用い、Ｘ線照射による輝尽性蛍光体上の蓄積エネルギ分布としての潜像をレーザ光で励起して読み出し、デジタル画像化する、いわゆるイメージングプレートを用いる方法が一般化してきた。さらに、半導体技術の進歩により人体の大きさをカバーできる大判の固体撮像素子、いわゆるフラットパネルディテクタが開発され、潜像をつくることなく直接Ｘ線画像をデジタル化することが可能となった。これにより、効率のよい診断が行えるようになってきた。

また一方、光電子増倍管（イメージインテンシファイア）に代表される高感度の撮像素子により微弱なＸ線による蛍光を画像化し、人体内部の動態を観察することも可能であり、一般に用いられている。そして、最新のフラットパネルディテクタはそのイメージインテンシファイアにも匹敵する感度を持ち、人体の広範囲における動態を撮影することが可能になってきている。

ところで、医療用のＸ線撮影で最も有効であるのは人体の胸部撮影である。腹部を含む胸部の広範囲を撮影すれば、肺疾患を含む多くの疾病の発見に役立つため、通常の健康診断では胸部X線撮影は不可欠なものになっている。また、近年健康診断のために撮影された膨大な量の胸部Ｘ線画像を効率よく診断するため、胸部デジタルＸ線画像に対し、計算機を用いて画像解析を行い、医師の初期診断を補助するいわゆる計算機支援診断（Computer Aided Diagnosis, CAD）も実用化しつつある。

画像解析の例として、非特許文献１には胸部デジタルＸ線画像から肺野部分を抽出する技術が記載されている。
Powell GF, Doi K, Katsuragawa S: Location of inter-rib spaces for lung texture analysis and computer-aided diagnosis in digital chest images; Med.Phys.15 581-587,1988

健康診断で何らかの疾病の疑いがあるとの所見が得られた場合は、いわゆる精密診断により確定診断が行われる。このような確定診断は、多くの場合ＣＴ・ＭＲスキャンというような、通常のＸ線撮影の数倍の診断コストがかかるものである。更に、精密診断により初期の診断が誤診であり何の疾病も無いという場合も多く見られるため、無駄な医療費を費やすことになり、医療費高騰の一因ともなっている。

これを防ぐには、初期診断である健康診断の正確度を向上させる他ない。コスト上昇を抑えて正確度を向上させる方法は、前述の大判のフラットパネルディテクタを用いて、呼吸などにより動態を示す胸部動画像を取得し、動態観察を行うことが有効である。ここで、安定した動態観察を行うには、被写体である患者が適切な呼吸をすることが前提である。したがって、患者が適切な呼吸を行っている状態で撮影を開始させることが必要であるが、そのようなタイミングを見出すのは困難である。呼吸をモニタリングする装置も存在するが、コスト高であり、患者に対して煩雑な操作が必要になる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡易な操作により、胸部画像の動態撮影を適切に行えるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明による放射線画像取得装置は以下の構成を備える。即ち、
被検体を透過した放射線強度分布に基づいて連続的な放射線画像を取得する取得手段と、
前記取得手段で取得された連続的な放射線画像のそれぞれから肺野部分を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段で抽出された肺野部分から変動状態を検出し、該検出された変動状態に基づいて、前記被検体の呼吸状態が呼吸動態の撮影に適するか否かを判定する判定手段とを備える。

また、上記の目的を達成するための本発明による放射線画像取得方法は、
呼吸動態画像を取得可能な放射線画像取得装置による放射線画像取得方法であって、
被検体を透過した放射線強度分布に基づいて連続的な放射線画像を取得する取得工程と、
前記取得工程で取得された連続的な放射線画像のそれぞれから肺野部分を抽出する抽出工程と、
前記抽出工程で抽出された肺野部分から変動状態を検出し、該検出された変動状態に基づいて前記被検体の呼吸状態が呼吸動態の撮影に適するか否かを判定する判定工程とを備える。

本発明によれば、呼吸動態画像における呼吸状態の適否が自動的に判定されるので、胸部画像の動態撮影における適切な撮影結果を容易に得ることができる。

以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

＜第１実施形態＞
第１実施形態では、取得された呼吸動態画像をリアルタイムに（動画取得と併行して）解析し、肺野部分の大きさの変動を検出し、その変動の状態に基づいて適切な呼吸動態画像が得られたかどうかを判断する。ここで、適切でないと判断された場合は、再度撮影を促す。なお、以下の実施形態では、放射線画像としてＸ線画像を用いるものとする。

図１は第１実施形態による呼吸動態撮影装置の構成を模式的に示すブロック図である。図１において、Ｘ線画像センサ１はＸ線発生装置２から照射され、当該センサ上へ到達したＸ線の強度を検出し、画像化する。Ｘ線画像センサ１はＦＰＤによって構成され、連続的なＸ線画像の取得が可能である。制御装置３は、Ｘ線画像センサ１およびＸ線発生装置２を制御し、Ｘ線の発生と画像取得の間の適切な同期を実現する。本実施形態では、被検体として人体４が採用される。連続画像取得部５はＸ線画像センサ１から出力される画像データを取得、保存する。画像解析部６は、連続画像取得部５で取得された胸部Ｘ線画像を解析し、例えば非特許文献１に記載されている手法を用いて肺野部分を抽出する。肺野変動状態解析部７は、画像解析部６にて抽出された肺野部分の長さもしくは面積を算出し、肺野部分の時間変動を解析する。肺野変動状態解析部７により、肺野部分の時間変動が不適切であると判断された場合は、警告表示部８により、操作者に対して警告・再撮影が促される。

患者に呼吸を促しながら制御装置３により人体４の胸部を連続的にＸ線撮影すると、連続画像取得部５により、図２の（Ａ）に示すような呼吸動態のＸ線画像が得られる。画像解析部６では、図２の（Ａ）のごとく取得された胸部Ｘ線画像から、図２（Ｂ）に示すように肺野の輪郭のみを抽出し、次段の肺野変動状態解析部７に渡す。

図３は肺野変動状態解析部７による肺野部分の時間変動の解析を模式的に示した図である。図３（Ａ）に示すように、肺野の輪郭から矢印で示すような肺野の長さを計測する。なお、長さの計測を行う位置は、肺野部分の画像で最も上に凸となっている位置（図３（Ａ）で矢印を示したような位置）の長さを検出する。なお、これに限られるものではなく、例えば、肺野部分の最上部と最下部の距離Ｌを検出してもよい。

そして、図３の（Ｂ）に示すように、計測された長さを時系列に並べてグラフ化し、その変動量を解析する。解析はたとえば、図３の（Ｂ）において、肺野の長さの変動量Ｔ（最大値と最小値の差）、もしくは、グラフの凹凸形状を調べることにより行う。例えば、Ｔがある規定値より小さい場合、患者は適切な呼吸をしていない可能性がある、或いは呼吸の１周期分を撮影できていない可能性があるため、即座に警告を出し、最撮影を促す。また、グラフの凹凸形状がいびつになっている場合（例えば、）でも、適切な呼吸ではないと判断し、即座に警告を出し再撮影を促す。なお、本実施形態では肺野長さを抽出したが、肺野の面積など呼吸動態を示し得るパラメータならいかなるものでも構わない。

なお、適切な撮影を行うために、動態画像を撮影する前に、患者に対して適切な呼吸なペースを示すガイダンスを提示するようにしてもよい。このようなガイダンスの具体例としては、音の高低により呼吸のタイミングを提示することが上げられる。この場合、音が高くなるときに息を吸って、音が低くなるときに息を吐くようにさせることが好ましい。一般に人は音の周波数が高くなると、体を伸ばすイメージがあり、それに伴って息を吸い込むイメージが作りやすいからである。発せられる音は単一の周波数をもつ機械的な音、もしくは複合されたいわゆる和音のようなもの、もしくは、ピアノなど楽器から発せられる音を利用してもよい。ただし、全体として周波数を上昇下降させることが大切であることは上述のとおりである。

また、呼吸のガイダンスの例として、患者から見える位置に配置された表示部に、呼吸の動作を指示する表示を行うようにしてもよい。例えば、呼吸にあわせたアニメーションなどを表示して、患者に呼吸のリズムを明示する。

以上のような音や表示による呼吸のガイダンスは、Ｘ線を発せずに「練習モード」として行う。このようなガイダンスに従った呼吸動作を数回繰り返すことにより、患者は撮影に適切な呼吸を短時間で習得できる。なお、呼吸のガイダンスとして音や、表示をあげたが、他の形態のものであってもかまわない。例えば、顔にあたる微風の強弱、バイブレータなども同様に呼吸ガイダンスとして用いることができる。また、微風に香気を混入させて、より円滑な呼吸動作を促すことも可能である。更に、音と表示というように、複数の形態のガイダンスを組み合わせて用いてもかまわない。

操作者は続いて「撮影モード」で実際にＸ線を曝射して撮影を行う。このとき、患者には練習モード時と同様な呼吸ガイダンスが提示され、最初１回〜数回の呼吸はＸ線曝射を行わず、患者が適切な呼吸のリズムになれた数回目からＸ線曝射を開始し、適切な呼吸動作の１周期分をＸ線撮影する。

以上の動作について、図６のフローチャートを参照して更に説明する。上述したように、先ず、適切な呼吸のためのガイダンスをユーザに提示し、呼吸を練習させる（ステップＳ１０１）。操作者が、適当なタイミングで制御装置３に対してＸ線の撮影開始を指示すると、連続画像取得部５は、呼吸のガイダンスを提示して患者に数回呼吸を行わせた後、Ｘ線撮影を実行する（ステップＳ１０２、Ｓ１０３）。このＸ線撮影では、１周期分の呼吸動態画像を撮影するが、この１周期の長さ（撮影時間）は、上記呼吸のガイダンスが想定している１周期の長さと合わせることが好ましい。

以上のようにして呼吸動態画像が取得されると、画像解析部６により肺野部が抽出され、肺野変動状態解析部７により肺野部の時間変動から当該呼吸動態画像の適否が判断される（ステップＳ１０４）。適切な呼吸であると判断された場合は、当該動態画像を撮影結果として保存したり、フィルム等へ画像出力する（ステップＳ１０６）。一方、不適切な呼吸状態であると判断された場合は、その旨を通知する表示を行うとともに、再度撮影を行うことを通知する（ステップＳ１０７）。

以上説明したように第１実施形態によれば、撮影された呼吸動態画像について呼吸状態の適否が自動的に判定されるので、不適切な呼吸状態による画像を診断のために出力してしまうというような無駄を排除できる。

＜第２の実施形態＞
上記第１実施形態では、呼吸動態画像として撮影した画像について呼吸状態の適否を判断している。第２実施形態では、患者に呼吸動作を指示した後、微弱なＸ線曝射によって得られた画像から肺野部分の大小変動を検出し、適切な呼吸が行われているタイミングを自動的に検出し、このタイミングで撮影を開始する、或いは開始するように指示する。

図４は第２実施形態による呼吸動態撮影装置の構成を模式的に示すブロック図である。第１実施形態（図１）と同様の構成には同一の参照番号を付してある。Ready表示部９は患者が適切な呼吸を継続していることを示す表示装置であり、撮影準備が整っていることを示すいわゆるレディー表示を行う。Ｘ線曝射ボタン１０は、撮影用のＸ線曝射の開始を指示するためのスイッチである。なお、第２実施形態のＸ線発生装置２は、撮影用のＸ線量とは別に、非常に微弱なＸ線を継続して発生できる構成となっている。

操作者は、患者に対して継続的に呼吸動作をするように促す。そのとき不図示の操作スイッチ等を操作することにより、Ｘ線発生装置２から、画像解析部６が肺野部分を抽出する処理を実行可能な程度の、微弱なＸ線が連続的に発せられる。逆いえば、微弱なＸ線による不鮮明な画像であっても、画像解析部６が肺野部分を抽出する程度の処理は可能である。

図５は第２実施形態による呼吸動態撮影処理の動作タイミングを示すタイミングチャートである。肺野変動解析部７は図５のＡで示すように肺野長さの変動を出力し、解析する。なお、肺野の長さの変動の検出は、図２及び図３を参照して上述したとおりである。なお、呼吸動作の適否は種々の方法により判定できるが、一例として、本実施形態では、図５のＡに示されるグラフにおいて肺野長さの最大側のピークの時間間隔（Ｔ１）と、隣接する最大側ピークと最小側ピークの時間間隔（Ｔ２）及び変動量（Ｌ）が、所定期間にわたって所定の範囲に収まる場合に適切な呼吸状態になったものと判定する。

そして、肺野の運動が適切になったと判断できる符号１１のタイミングで、レディー表示装置９が撮影準備可能である表示を行う（図５のＢ）。操作者は、このレディー表示を確認した後、曝射ボタン１０を押下する（図５のＣ）。曝射ボタンが押下された後にも、肺野長さの解析は継続して行われ、適切な撮影範囲を判断して、図５の符号１３で示す区間の呼吸動態を撮影する（図５のＤ）。

以上説明した第２実施形態の動作について、図７のフローチャートを参照して更に説明する。

所定の操作により微弱なＸ線による連続画像の撮影が開始される（ステップＳ２０１）。連続画像取得部５はこの微弱なＸ線によるＸ線画像を連続的に取得し、画像解析部６へ送る。画像解析部６は連続的なＸ線画像から肺野の輪郭を抽出し、肺野変動状態解析部７では抽出された肺野の長さの変動を解析する（ステップＳ２０２）。この解析により、肺野の変動が呼吸動態の撮影に適した呼吸となっているかどうかを判定し（ステップＳ２０３）、適切であると判定されるとレディー表示部９によりその旨を操作者に通知する。このレディー表示により、操作者は、適切なタイミングで曝射ボタン１０による呼吸動態の撮影開始を指示することができる。

その後、曝射ボタンが押されると、引き続き微弱なＸ線によるＸ線画像を解析し、適切な撮影タイミングを検出し、呼吸動態のＸ線撮影を実行する（ステップＳ２０６）。本実施形態では、上述の変動状態の解析により、肺野の長さが最大となるタイミングから次の最大となるタイミングを検出（推定）し、この期間を１周期として呼吸動態の撮影を行う。

なお、上記実施形態では操作者がレディー表示によりレディー状態を確認して曝射ボタン１０を押すことにより曝射を開始したが、曝射ボタンによらず、レディー状態になったら撮影をするように構成することも可能である。

以上のように第２実施形態によれば、微弱なＸ線により適切な呼吸状態となっていることを検出した後に呼吸動態の撮影を開始するので、適切な呼吸動態画像が１回の撮影で得られる可能性が非常に大きくなる。即ち、適切な呼吸動態画像を少ないＸ線被曝量で取得することを可能にできる。

本発明を実施した第１の実施形態のブロック図である。 肺野部分を抽出することを模式的に示した図である。 肺野部分の変動形態を抽出した例を示す図である。 本発明を実施した第２の実施形態のブロック図である。 第２の実施形態の撮影形態を表すタイミングチャートである。 第１実施形態による呼吸動態画像の撮影処理を説明するフローチャートである。 第２実施形態による呼吸動態画像の撮影処理を説明するフローチャートである。

Claims (12)

1. 被検体を透過した放射線強度分布に基づいて連続的な放射線画像を取得する取得手段と、
   前記取得手段で取得された連続的な放射線画像のそれぞれから肺野部分を抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段で抽出された肺野部分から変動状態を検出し、該検出された変動状態に基づいて、前記被検体の呼吸状態が呼吸動態の撮影に適するか否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする放射線画像取得装置。
2. 呼吸のペースを提示する提示手段を更に備え、
   前記提示手段で提示される呼吸のペースに同期して前記取得手段を機能させることにより、呼吸動態の撮影を実行することを特徴とする請求項１に記載の放射線画像撮影装置。
3. 前記抽出手段と前記判定手段はリアルタイムに動作し、
   前記判定手段で不適切であると判定された場合、当該撮影終了後にその旨を通知することを特徴とする請求項１に記載の放射線画像取得装置。
4. 前記取得手段は、呼吸動態の撮影に先立って、該撮影に用いる放射線量より弱い放射線を用いて連続的な放射線画像を取得し、
   前記判定手段で適切であると判定された場合、その旨を通知する通知手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像取得装置。
5. 前記取得手段は、呼吸動態の撮影に先立って、該撮影に用いる放射線量より弱い放射線を用いて連続的な放射線画像を取得し、
   前記判定手段で適切であると判定された場合に、呼吸動態の撮影を実行する実行手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像取得装置。
6. 前記実行手段は、前記肺野部分から検出された変動状態に基づいて呼吸動態の撮影の開始タイミングと撮影時間を決定することを特徴とする請求項５に記載の放射線画像取得装置。
7. 前記判定手段は、前記抽出された肺野部分の長さの変動に基づいて前記被検体の呼吸状態が呼吸動態の撮影に適するか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の放射線画像取得装置。
8. 前記判定手段は、前記抽出された肺野部分の面積の変動に基づいて前記被検体の呼吸状態が呼吸動態の撮影に適するか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の放射線画像取得装置。
9. 前記判定手段は、呼吸に伴う肺野部分の大きさの変動を解析することにより前記変動状態を検出することを特徴とする請求項１に記載の放射線画像取得装置。
10. 呼吸動態画像を取得可能な放射線画像取得装置による放射線画像取得方法であって、
    被検体を透過した放射線強度分布に基づいて連続的な放射線画像を取得する取得工程と、
    前記取得工程で取得された連続的な放射線画像のそれぞれから肺野部分を抽出する抽出工程と、
    前記抽出工程で抽出された肺野部分から変動状態を検出し、該検出された変動状態に基づいて前記被検体の呼吸状態が呼吸動態の撮影に適するか否かを判定する判定工程とを備えることを特徴とする放射線画像取得方法。
11. 請求項１０に記載の放射線画像取得方法をコンピュータに実行させるための制御プログラム。
12. 請求項１０に記載の放射線画像取得方法をコンピュータに実行させるための制御プログラムを格納した記憶媒体。

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