JP2005342088A - 放射線画像撮影装置およびそのプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】 Ｘ線撮影等による動画撮影を行なって、所望の状態となった対象物の撮影を行う。
【解決手段】
所定の範囲内で変化する対象物を撮影して得た異なる位相の基準画像を少なくとも２つ記憶し、所定の範囲内で変化している対象物を低線量で所定の時間間隔で撮影した複数枚の連続撮影画像を取得する。連続撮影画像より、各連続撮影画像について前記異なる位相の基準画像に基づいて対象物の位相を検出して、検出された位相が所望の位相となった際に、通常線量で撮影を行う。
【選択図】 図１
【解決手段】
所定の範囲内で変化する対象物を撮影して得た異なる位相の基準画像を少なくとも２つ記憶し、所定の範囲内で変化している対象物を低線量で所定の時間間隔で撮影した複数枚の連続撮影画像を取得する。連続撮影画像より、各連続撮影画像について前記異なる位相の基準画像に基づいて対象物の位相を検出して、検出された位相が所望の位相となった際に、通常線量で撮影を行う。
【選択図】 図１
Description
本発明は、Ｘ線撮影等により動画撮影を行う放射線画像撮影装置およびそのプログラムに関するものである。
骨関節炎は、人間の関節に影響を与える最も一般的な症状であり、動作時痛および動作不能の主な原因となる。特に、膝の骨関節炎は中高年以上の人々の多く発症するものである。
しかし、その発症の多さにもかかわらず、骨関節炎が進行する要因に関する情報は非常に少なく、特に、摩耗損耗による変性疾患で治療方法はほとんどないと考えられていた。しかし、近年、骨関節炎は、軟骨移植、骨切除、および、脛側皮質切除等により、薬学的あるいは外科的治療の可能性があるものとして見られることが多くなった。しかし、骨関節炎の治療方法を適正に選択できるか否かは、患者の関節の状態と変性プロセスを評価する方法にかかっている。そのため、この疾患の進行に影響を与える要因の調査とその進行の定量化の方法を開発する必要がある。特に、動的負荷が骨関節炎の進行に関係していることが分かってきたため、骨関節炎の進行に影響を与える要因を評価する上で運動サイクルにおける負荷領域との関係に関する情報が非常に重要である。
また、関節は関節の両側に軟骨およびそれに付随する骨からなるため、関節の状態を評価するために、磁気共鳴像(MRI)やCT等を用いて、関節の運動パターンと関節の軟骨変性パターンから負荷領域に関する情報を得る方法が提案されている。具体的には、関節の運動パターンと関節の軟骨変性パターンと比較し、運動パターンと軟骨変性パターンとの関連性を得るようにし、運動パターンを検出するために、付随する骨の上の皮膚に置かれた外部マーカを付着させて、外部マーカの動きから運動パターンを経時的に得るものが提案されている（特許文献１参照）。
また、磁気共鳴像(MRI)は、特に膝部における骨関節炎の関節軟骨を視覚化するために尤も正確で的確な方法であり、特に、膝関節の動態解析では、主にKinetic MRIなどが検査に用いられている。
特表２００２−５３２１２６号公報
しかしながら、CT検査やMRI検査になると、検査を受けるまでに予約などの時間がかかりコスト面でも負担が大きくなる。一方、動態解析をスクリーニング検査として行なうことができれば、非常に有効な検査となる。
そこで、現在その動態検査モダリティとして動画対応のFlat Panel Detector（FPD）が有望視されている。この動画対応のFPDを用いることによって、通常のX線検査のように簡単に動態解析を行なえる可能性が高くなり、スクリーニング検査にも適用可能となる。
このような動態解析を目的としたX線撮影を行う場合には、例えば、３ｆｐｓから３０ｆｐｓ程度のフレームレートで連続撮影を行い、収録した画像から動態解析をして診断を行なう。しかし、このような撮影の方法では、
・被験者の関節の動かし方により、所望の位置での撮影ができない
・連続撮影を決められたフレームレートで行うため、本来必要とする位置の画像が取得できない場合があり、再度撮影を行う必要がある
などという問題が発生する。
・被験者の関節の動かし方により、所望の位置での撮影ができない
・連続撮影を決められたフレームレートで行うため、本来必要とする位置の画像が取得できない場合があり、再度撮影を行う必要がある
などという問題が発生する。
また、被写体を明瞭に撮影できる通常の線量で用いて連続撮影を行うと、被爆量が多くなるため、本来必要とする位置でのみ通常の線量で撮影を行うことが望まれる。
そこで、本発明は以上のことを踏まえてなされたものであって、Ｘ線撮影等による動画撮影を行なって、所望の状態となった対象物の撮影を行う放射線画像撮影およびそのプログラムを提供することを目的とするものである。
本発明の放射線画像撮影装置は、所定の変動範囲内で変動する対象物を放射線により撮影する撮影手段と、
前記所定の変動範囲内で変動する前記対象物を撮影して得た異なる位相の基準画像を少なくとも２つ記憶する記憶手段と、
前記所定の変動範囲内で変動している前記対象物を低線量で所定の時間間隔で撮影して複数枚の連続撮影画像を取得するように前記撮影手段に指示する連続撮影指示手段と、
該連続撮影指示手段の指示に応じて前記撮影手段により撮影された各連続撮影画像について前記異なる位相の基準画像に基づき前記対象物の位相を検出する位相検出手段と、
該位相検出手段により検出された位相が所望の位相となった際に、前記対象物を通常線量で撮影するように前記撮影手段に指示する通常撮影指示手段とを備えたことを特徴とするものである。
前記所定の変動範囲内で変動する前記対象物を撮影して得た異なる位相の基準画像を少なくとも２つ記憶する記憶手段と、
前記所定の変動範囲内で変動している前記対象物を低線量で所定の時間間隔で撮影して複数枚の連続撮影画像を取得するように前記撮影手段に指示する連続撮影指示手段と、
該連続撮影指示手段の指示に応じて前記撮影手段により撮影された各連続撮影画像について前記異なる位相の基準画像に基づき前記対象物の位相を検出する位相検出手段と、
該位相検出手段により検出された位相が所望の位相となった際に、前記対象物を通常線量で撮影するように前記撮影手段に指示する通常撮影指示手段とを備えたことを特徴とするものである。
本発明のプログラムは、コンピュータを、
撮影手段により所定の変動範囲内で変動している対象物を撮影して得た異なる位相の基準画像を少なくとも２つ記憶する記憶手段と、
前記所定の変動範囲内で変動している前記対象物を低線量で所定の時間間隔で撮影して複数枚の連続撮影画像を取得するように前記撮影手段に指示する連続撮影指示手段と、
該連続撮影指示手段の指示に応じて前記撮影手段により撮影された各連続撮影画像について前記異なる位相の基準画像に基き前記対象物の位相を検出する位相検出手段と、
該位相検出手段により検出された位相が所望の位相となった際に、前記対象物を通常線量で撮影するように前記撮影手段に指示する通常撮影指示手段として機能させることを特徴とするものである。
撮影手段により所定の変動範囲内で変動している対象物を撮影して得た異なる位相の基準画像を少なくとも２つ記憶する記憶手段と、
前記所定の変動範囲内で変動している前記対象物を低線量で所定の時間間隔で撮影して複数枚の連続撮影画像を取得するように前記撮影手段に指示する連続撮影指示手段と、
該連続撮影指示手段の指示に応じて前記撮影手段により撮影された各連続撮影画像について前記異なる位相の基準画像に基き前記対象物の位相を検出する位相検出手段と、
該位相検出手段により検出された位相が所望の位相となった際に、前記対象物を通常線量で撮影するように前記撮影手段に指示する通常撮影指示手段として機能させることを特徴とするものである。
「通常線量」とは、「低線量」より高線量なものをいい、また、「通常線量」は対象物を観察するのに最適な線量であるものが望ましい。
「所定の変動範囲内で変動する」ものとして、例えば、腕のように尤も曲げたところから腕を伸ばしたところまでの範囲内で動かすものや、心臓のように最大拡張と最小収縮の間で動くものが挙げられる。
また、異なる位相の基準画像は、前記所定の変動範囲内における最大変位と最小変位の画像が望ましい。
「最大変位」と「最小変位」は、変動範囲内における両端を意味するものである。
また、対象物は、所定のＸ線吸収特性を有するマーカが付されたものであり、
位相検出手段では、前記基準画像および連続撮影画像中におけるマーカの位置を基準にして位相を検出するものでよい。
位相検出手段では、前記基準画像および連続撮影画像中におけるマーカの位置を基準にして位相を検出するものでよい。
「所定のＸ線吸収特性を有するマーカ」とは、対象物と異なるコントラストで撮影されるＸ線吸収特性を有するものであり、鉛等の金属片や微小な容器中にマーカ材を入れたものが上げられる。
本発明によれば、所定の変動範囲内で動かしている対象物、あるいは、周期的に動く対象物を、低線量で所定の時間間隔で撮影した複数枚の連続撮影画像を取得して、連続撮影画像より対象物の位相を検出し、位相が所望の位相となったときに、通常線量で撮影を行うことにより、対象物が観察したい状態になったときに通常線量の撮影が行われる。
また、位相の検出を最大変位と最小変位の画像を基準に得るようにすれば、正確に位相を得ることが可能になる。
また、所定のＸ線吸収特性を有するマーカが付して撮影を行って、マーカの位置を基準にして位相を検出するようにすれば、位相の算出を正確に行なうことが可能になる。
本発明の放射線画像撮影装置の第１の実施の形態について、図に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明の放射線画像撮影装置１は、対象物をＸ線撮影するＣＲ（computed radiography）等の放射線撮影装置（撮影手段）２と、放射線撮影装置２による撮影を制御するコンピュータ３とを備える。
コンピュータ３は、対象物が最大変位の状態を撮影した基準画像と最小変位の状態を撮影した基準画像を記憶する記憶手段３１と、放射線撮影装置２により低線量で対象物を所定の時間間隔で撮影した連続撮影画像を取得するように放射線撮影装置２に指示する連続撮影指示手段３２と、異なる位相の基準画像に基づいて連続撮影画像より対象物の位相を検出する位相検出手段３３と、検出された位相が所望の位相となった際に、放射線撮影装置２に通常線量で撮影を行うように指示する通常撮影指示手段３４とを備える。
放射線撮影装置２は、X線管から所定の線量を対象物に照射し、動画対応のFPDなどを用いて、所定の範囲内で変化している対象物を、例えば3fpsから30fps程度のフレームレートで被検者の所望の部位（対象物）を連続撮影可能に構成される。撮影された画像は、放射線撮影装置２からコンピュータ３に送信される。
コンピュータ３の連続撮影指示手段３２は、低線量で所定のフレームレートで連続撮影を行なうように放射線撮影装置２に指示し、撮影された連続撮影画像を放射線撮影装置２から受信する。
また、通常撮影指示手段３４は、対象物が所定の位相になったときに、対象物を観察するのに最適な通常の線量を用いて撮影を行うように放射線撮影装置２に指示する。
ここで、本実施の形態の放射線画像撮影装置１を用いて、上腕と肘を固定し肘の関節を軸として下腕を屈伸させながら撮影する場合の流れについて、図２を用いて具体的に説明する。
まず、放射線撮影装置２に、被検者の上腕と肘を固定し、下腕を尤も曲げた状態（図３(a)参照）と伸ばした状態（図３(b)参照）を低線量でプレ撮影を行う（S100）。撮影された尤も曲げた状態の画像を最大変位の画像とし、伸ばした状態の画像を最小変位の画像としてコンピュータ３に送信し、この２枚の画像を基準画像として記憶手段３１に予め記憶する。
この２枚の基準画像より、例えば、微分フィルタ（Sobelフィルタやラプラシアンフィルタなど）などを用いて上腕と下腕の骨部のエッジ検出を行い、下腕の骨部のエッジの画像と上腕の骨部のエッジの画像を取得する。上腕と肘の位置を固定して撮影することから、２枚の基準画像上の上腕のエッジは同じ位置に現れるため、２枚の基準画像から得た骨部のエッジの画像の差分を求めることにより、下腕の骨部のエッジの画像を抽出することができる。この各基準画像から得られた下腕の骨部のエッジの画像から、エッジの方向を検出し（例えば、直線を検出するハフ変換などを用いて求める。）、最大変位と最小変位における下腕の方向ｔ１、ｔ２を求める（図３参照）。
下腕は、肘を中心として最大変位と最小変位の間で動き、最大変位と最小変位における下腕の方向を基準にして下腕の位相を求める。例えば、図４に示すように、最大変位での下腕の角度が120°で最小位相での下腕の角度が30°であった場合は、30°〜120°の間を変化させた状態を１位相とすると、1/2位相は上腕と下腕の成す角度が75°のときを指すものである。
撮影者は撮影を開始する前に、下腕がどの位相になったときに通常線量で撮影を行うかを指示するが（S101）、具体的には、基準画像より得られた最大変位から最小変位の区間を例えば１０分割し、分割したどの区間に下腕が入ったときに撮影をするかを指示するようにする。最大変位から最小変位の間を分割する数は、撮影する対象物に応じて指定するようにしてもよい。
そこで、撮影者は、被検者に上腕と肘を動かさないようにして下腕の屈伸するように指示し、被検者が下腕の屈伸を開始するとコンピュータから撮影開始の指示を入力する（S102）。撮影開始の指示がコンピュータに入力されると、連続撮影指示手段３２より所定のフレームレートで連続撮影するように放射線撮影装置２に信号が送られる。放射線撮影装置２は所定のフレームレートで連続画像を取得し、取得した連続撮影画像は放射線撮影装置２からコンピュータ３に随時送信される。各連続撮影画像から、位相検出手段３３で腕（上腕、下腕）の骨部のエッジを抽出し、上述と同様に下腕の骨部のエッジの方向を求めて連続撮影画像の位相を随時算出する（S103）。
算出した連続撮影画像の位相から、指定された位相の区間内に下腕が入ったと判断されると（S104）、通常撮影指示手段３４より放射線撮影装置２に通常線量で撮影を行うように指示する。実際には、被検者が下腕を動かす速さによって連続撮影画像から得られた位相と下腕が所定の位相になった時間とにはずれがあり、連続撮影画像から被検者が下腕を動かす速さを検出し、その速さに応じて下腕を動かす速さよる位相のずれを予め計測しておき、そのずれに応じて実際の位相を推定する。さらに、放射線撮影装置２が撮影の指示を受信してからＸ線発生源がＸ線を曝射するまで時間遅れが生じるため、その時間の遅れを考慮して放射線撮影装置２に通常撮影の指示をする（S105）。
上述では、プレ撮影を行なって最大変位の画像と最小変位の画像を取得する場合について説明したが、過去に撮影した最大変位の画像と最小変位の画像を記憶手段３１に読み込むようにしてもよい。
過去に撮影した最大変位の画像と最小変位の画像は、連続撮影する際の腕の位置や大きさとずれて撮影されている場合が多い。そこで、肘の位置など特徴となるいくつかの点を検出して、連続撮影画像の位置と一致するように過去に撮影した最大変位の画像と最小変位の画像をワーピングして位置合わせを行なった後に、位置合わせをした最大変位の画像と最小変位の画像を用いて、連続撮影画像の位相を求めて通常線量で撮影するタイミングを得るようにしてもよい。
また、上述では、最大変位と最小変位を基準にして位相を求める場合について説明したが、関節に関する疾患などでは、患者が痛みにより関節を動かすことができず最大変位と最小変位の画像の撮影が行えない場合がある。この場合には外挿補間をして撮影した範囲外の位相を求めるようにしてもよい。これにより、回復したときの状態や回復度を推定して予後観察を行うために参考することが可能となる。
具体的、例えば最小変位の画像は撮影できたが、尤も大きく変位したときでも８０％程度変位した画像しか撮影できなかった場合には、最小変位の画像と８０％変位の画像を基準にして９０％変位した方向θ３を外挿補間により求める。最小変位下腕の方向をθ１とし、８０％変位の下腕の方向をθ２とすると、
θ３＝９／８×θ２−１／８×θ１
として得られる（図５参照）。
θ３＝９／８×θ２−１／８×θ１
として得られる（図５参照）。
撮影の指示が９０％変位した時に通常の線量で撮影をするように指示された場合には、通常撮影指示手段３４は上式で得られた方向と連続画像から得た下腕の方向とが一致したときに、放射線撮影装置２に通常線量で撮影を行うように指示を行なう。
また、上述では、骨のエッジを検出して位相を求める場合について説明したが、図６に示すように、人の組織と異なるコントラストで撮影される所定のＸ線吸収特性を有するマーカｍを複数付着させて撮影を行い、腕などの対象部位の動きを検出するようにしても良い。
このマーカとしては、鉛等の金属片や微小な容器中にマーカ材（例えば、水や油等の液体）を入れたものなどが上げられる（具体的なマーカ材料については、例えば、特表平８−５０５６７４４を参照）。また、マーカの形状は、正円や矩形など撮影対象となる部位に存在しないような形状であるほうが、撮影された画像よりマーカの検出が容易に行なわれ好ましい。また、マーカなどを所定の部位に付着させて撮影を行うことによって、過去撮影を行った画像を基準画像として用いる場合にも、ワーピング等の処理が容易になる。
上述では、下腕を動かして撮影する場合について説明したが、心臓が所定の位相になったときに撮影を行う場合について説明する。
予め低線量で連続撮影により心臓をプレ撮影して、得られた連続撮影画像から最小収縮〜最大拡張〜最小収縮の３つの画像を選ぶ。この３つの画像を基準画像として位相を求める。心疾患に種類によっては、心房収縮期に異常が現れるものと、心房拡張期に異常が現れるものがある。収縮期（最大拡張〜最小収縮）に異常の現れる疾患としては、高血圧症、大動脈弁狭窄症、肥大型心筋症、僧帽弁狭窄症、収縮性心膜炎などが上げられる。一方、拡張期（最小収縮〜最大拡張）に異常の現れる疾患としては、鬱血性心不全、心房中隔欠損症、三尖弁閉鎖不全症、肺高血圧症があげられる。従来これらの異常は、心尖部の動きに伴って前胸壁が振動ものを計測した心尖拍動図を観察することによって、収縮期や拡張期に現れる特有の波形を観察して診断していたが、これと一緒に心臓の形状を観察することにより、より正確は診察を行うことが可能になる。
そこで、撮影のタイミングの指示は、例えば、拡張期に異常が現れるような心疾患の場合には、図７に示すように、最小収縮〜最大拡張では２０分割した区間を指定するようにし、最大拡張〜最小収縮では１０分割した区間を指定するようにする。具体的に、心臓の位相は、図８に示すように、右心房のエッジを抽出して、各基準画像から対応する位置を検出し、最小収縮と最大拡張の基準画像の対応する位置を線で結び、結んだ線上を２０分割（最大拡張〜最小収縮では１０分割）した区間のどこに右心房のエッジが現れたかによって位相を求める。得た位相が所定の位相になったときに通常の線量で撮影を行う。
上述では、放射線画像撮影装置が放射線撮影装置とコンピュータから構成されている場合について説明したが、コンピュータに備える各機能を放射線撮影装置に備えるようにしたものでもよい。
また、上述のコンピュータの各機能を備えたプログラムをCD−ROMやネットワークを介して、コンピュータにインストールするようにしてもよい。
以上、詳細に説明したように、連続撮影された画像から腕のように所定の範囲内を変化する対象物の位相を得て、所望の状態となった対象物を撮影することが可能である。
１ 放射線画像撮影装置
２ 放射線撮影装置
３ コンピュータ
31 記憶手段
32 連続撮影指示手段
33 位相検出手段
34 通常撮影指示手段
２ 放射線撮影装置
３ コンピュータ
31 記憶手段
32 連続撮影指示手段
33 位相検出手段
34 通常撮影指示手段
Claims (4)
- 所定の変動範囲内で変動する対象物を放射線により撮影する撮影手段と、
前記所定の変動範囲内で変動する前記対象物を撮影して得た異なる位相の基準画像を少なくとも２つ記憶する記憶手段と、
前記所定の変動範囲内で変動している前記対象物を低線量で所定の時間間隔で撮影して複数枚の連続撮影画像を取得するように前記撮影手段に指示する連続撮影指示手段と、
該連続撮影指示手段の指示に応じて前記撮影手段により撮影された各連続撮影画像について前記異なる位相の基準画像に基づき前記対象物の位相を検出する位相検出手段と、
該位相検出手段により検出された位相が所望の位相となった際に、前記対象物を通常線量で撮影するように前記撮影手段に指示する通常撮影指示手段とを備えたことを特徴とする放射線画像撮影装置。 - 前記異なる位相の基準画像が、前記所定の変動範囲内における最大変位と最小変位の画像であ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。
- 前記対象物が、所定のＸ線吸収特性を有するマーカが付されたものであり、
前記位相検出手段が、前記基準画像および連続撮影画像中におけるマーカの位置を基準にして位相を検出するものであることを特徴とする請求項１または２記載の放射線画像撮影装置。 - コンピュータを、
撮影手段により所定の変動範囲内で変動している対象物を撮影して得た異なる位相の基準画像を少なくとも２つ記憶する記憶手段と、
前記所定の変動範囲内で変動している前記対象物を低線量で所定の時間間隔で撮影して複数枚の連続撮影画像を取得するように前記撮影手段に指示する連続撮影指示手段と、
該連続撮影指示手段の指示に応じて前記撮影手段により撮影された各連続撮影画像について前記異なる位相の基準画像に基き前記対象物の位相を検出する位相検出手段と、
該位相検出手段により検出された位相が所望の位相となった際に、前記対象物を通常線量で撮影するように前記撮影手段に指示する通常撮影指示手段として機能させるためのプログラム。
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