JP2005511222A - Ｘ線検査装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、Ｘ線検査装置及び対応する方法に関する。Ｘ線センサからの高速且つ不正確なセンサ線量信号と、Ｘ線検出器からの遅い且つ正確な検出器線量信号（I）を組み合わせ、２つの前記信号間の遅延を考慮に入れてＸ線量の高速且つ正確な制御を提供するために、ａ）Ｘ線を生成するＸ線源（１）と、ｂ）関心の対象（３）を透過した後のＸ線を検出し、前記Ｘ線量を正確に示す検出器線量信号（I）を供給するＸ線検出手段（２、６）と、ｃ）前記関心の対象（３）を透過する前記Ｘ線の現在のＸ線量を測定し、前記現在のＸ線量を示すセンサ線量信号（S）を供給するＸ線量検知手段（５）と、ｄ）制御信号（C）により前記Ｘ線源（１）を制御し、前記センサ線量信号（S）を補正することにより前記制御信号（C）を生成するように構成された制御手段（７−１３）であって、最新の測定された前記センサ線量信号の複数の値を記憶する記憶手段と、前記センサ線量信号を補正する補正信号を生成する補正手段であって、前記補正信号が、前記検出器線量信号の現在の値及び前記検出器線量信号の値と本質的に同じ時間に測定された前記センサ線量信号の記憶された値から生成される当該補正手段とを有する当該制御手段とを有するＸ線検査装置が提案される。

Description

本発明は、特に、診断目的のために患者の医療用Ｘ線画像を生成するＸ線検査装置と、対応するＸ線検査方法と、コンピュータプログラムとに関する。

多くのＸ線検査装置において、Ｘ線量検知手段、例えば照射線量検知装置又はAmplimatのようなシステムが使用され、特に、関心のある対象を透過するＸ線の現在のＸ線量のリアルタイム測定情報を生成することができる。このＸ線量検知手段は、アプリケーションに依存して、非常に単純なもの、即ちスポット測定又は積分測定から非常に高度なものに及ぶことができる。このようなＸ線量検知手段は、ほぼリアルタイムな情報を伝えるので、前記Ｘ線量検知手段は、Ｘ線検査装置の高速制御ループにおいて使用されることができる。これは、変化する状況に対する高速調整を可能にし、結果として良い動特性を生じる。一般には、しかしながら、リアルタイム手段は、限定的な精度を有し、これは、スポット測定の場合に明らかである。

ドイツ特許出願ＤＥ３１０６６２７Ａ１は、照射線量制御のための制御ループを有する診断用Ｘ線設備を開示する。この中で、主要フィールド応答回路（dominant-field-responsive circuit）は、イメージ増倍管テレビチェーンにより供給されるビデオ信号を評価し、主要フィールドの形成のために前記ビデオ信号の一部を消去する装置を含む。実効値送信器は、従って、前記制御回路に平均画像輝度値に対応する実効値信号を供給するために、Ｘ線イメージ増倍管の光電陰極と、高電圧発生器との間に回路で接続される。前記制御回路において、前記実効値信号及び前記主要フィールド応答回路の出力信号は、線量率設定値信号の補正として結合されるので、前記線量率は、画像フィールドの所望の主要部に対応するビデオ信号の選択された部分に応じて制御される。

既知の解決方法によると、フィールド測定機能は、平均ビデオ信号レベルのみを測定する装置、即ち前記光電陰極において実施される。更に、時間効果、即ち前記実効値信号に対する前記主要フィールド応答回路の出力信号を提供する遅延が、考慮に入れられていない。従って、前記実効値信号を補正する補正信号として前記主要フィールド応答回路の出力信号を使用する場合、遅い補正信号が、不安定性を生じるであろう高速制御ループと組み合わせて使用される。前記制御ループのスピードを調整即ち減少することによりこれらの不安定性を解決することは、しかしながら、結果として照射線状況の変化に対する遅い反応を生じ、遅い制御ループとなる。

本発明の目的は、Ｘ線源ひいては実際のＸ線量を高速且つ正確な仕方で動的に制御する高速且つ正確な制御ループを有する向上されたＸ線検査装置及び方法を提供することである。

この目的は、
−Ｘ線を生成するＸ線源と、
−関心の対象を透過した後のＸ線を検出し、Ｘ線量を正確に示す検出器線量信号を供給するＸ線検出手段と、
−前記関心の対象を透過する前記Ｘ線の現在のＸ線量を測定し、前記現在のＸ線量を示すセンサ線量信号を供給するＸ線量検知手段と、
−前記Ｘ線源を制御信号により制御し、前記センサ線量信号を補正することにより前記制御信号を生成するように構成された制御手段であって、
最新の測定された前記センサ線量信号の複数の値を記憶する記憶手段と、
前記センサ線量信号を補正する補正信号を生成する補正手段であって、前記補正信号が、前記検出器線量信号の現在の値及び前記検出器線量信号の値と本質的に同じ時間に測定された前記センサ線量信号の記憶された値から生成される当該補正手段と、
を有する当該制御手段と、
を有する請求項１に記載のＸ線検査装置により達成される。

対応するＸ線検査方法は、請求項８に記載される。本発明は、コンピュータプログラムにも関し、前記コンピュータプログラムは、前記コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行される場合に前記方法によってコンピュータに前記制御信号を生成させるプログラムコード手段を有する。前記Ｘ線検査装置の好ましい実施例は、従属請求項に含まれる。

本発明は、現在のＸ線量を示す高速且つ不正確なセンサ線量信号と、Ｘ線量を正確に示す遅い且つ正確な検出器線量信号とを組み合わせ、最終的に前記Ｘ線源及び前記Ｘ線量を制御する高速且つ正確な制御信号を得るために動的に前記高速且つ不正確なセンサ線量信号を補正する正確な補正信号を生成するというアイデアに基づく。本発明によると、前記検出器線量信号を供給する前記Ｘ線検出手段により必要とされる画像処理による前記センサ線量信号と前記検出器線量信号との間の時間遅延は、これらの２つの信号を同期させることにより考慮に入れられ、即ち最新の測定された前記センサ線量信号が記憶手段に記憶される。補正手段の使用により、この場合、前記補正信号の生成のために、以前得られていて、且つ前記記憶手段に記憶されている前記検出器線量信号の現在の値と前記センサ線量信号の対応する値とが使用されることが、確認されるだろう。従って、前記検出器線量信号が遅延と共に前記補正手段に与えられるとしても、両方の信号が本質的に同時に前記対象を透過する前記Ｘ線量を示すことが、保証される。前記補正信号は、この場合、前記Ｘ線源及び前記現在のＸ線量を制御するために現在のセンサ線量信号を補正するために使用されるだろう。高速且つ正確な制御ループは、従って、本発明により達成される。

本発明の単純な実施例は、前記検出器線量信号の現在の値を前記記憶手段から読み出された前記センサ線量信号の対応する値で除算することにより前記補正信号を生成する除算器を使用する。前記補正信号は、更に、前記制御信号を生成する単純な乗算器を使用して前記センサ線量信号の現在の値を乗算される。

好ましくは、前記補正は、前記制御の動特性を制御するローパスフィルタを介して行われる。前記フィルタの特性は、好ましくは、安定性と制御ループの反応性との間のバランスに基づいて選択される。もし前記Ｘ線量検知手段に影響を及ぼす非常に遅い効果のみ、例えば外の温度及び圧力が、補正されるべきならば、非常に低い遮断周波数が使用されることができる。

請求項４に記載の進歩した実施例において、追加の線量制御アルゴリズムが、全ての状況下で最適な画質を得るために加えられる。本実施例によると、追加の適合信号は、前記検出器線量信号の平均グレイレベル値を補正することにより、特に特定の関心領域の前記検出器線量信号の値を前記検出器線量信号の最適な値と比較することにより前記Ｘ線検出手段により生成される。前記適合信号は、この場合、前記制御信号を更に補正するために使用される。前記Ｘ線検出手段の適合信号生成手段は、従って、特に、一方における選択された関心領域に対する前記検出器グレイレベルと、他方におけるアプリケーションに関して重要な範囲の前記検出器グレイレベルとの間で比較を行う。しかしながら他の適合も可能である。

本発明は、どの特定の構成要素が使用されるかにかかわらず、如何なる種類のＸ線検査装置に対しても適用されることができる。特に、前記Ｘ線検出手段は、アナログＸ線検出器と、ビデオ信号を生成するイメージ増倍管とを有し得る。代わりに、フラットデジタルＸ線検出器が使用されてもよい。更に、画像処理手段が備えられ、前記画像処理手段は、この場合、前記検出器線量信号の生成を可能にする。

デジタル信号処理は、最適な照射条件についての情報を計算する機会を与える。好ましい実施例によると、前記制御信号は、従って、このようなＸ線照射条件を制御するために、特に照度若しくはＸ線強度、ダイヤフラムのサイズ及び／又は照射時間を調整するために、使用されるように構成される。特に、高電圧発生器により供給される前記Ｘ線源の高電圧電源は、前記制御信号により制御される。

依然として他の好ましい実施例によると、前記制御手段は、両方とも同じ関心領域から生じた前記検出器線量信号で前記センサ線量信号を補正することにより前記制御信号を生成するように構成される。従って、最高の精度が達成されることができる。

本発明は、本発明によるＸ線検査装置の好ましい実施例のブロック図を示す図面を参照して、より詳細にここで説明されるだろう。この中で、Ｘ線を生成するＸ線源１とＸ線検出器２が示され、Ｘ線検出器２は、対象３、特に患者を透過した後のＸ線を検出するために、且つ表示するビデオ信号を生成するためにイメージ増倍管及びテレビカメラを有する。Ｘ線源１、即ちＸ線管は、本発明により制御されるべき発電器４により高電圧を供給される。

対象３とＸ線検出器２との間のＸ線経路において、Ｘ線量センサ５、好ましくはAmplimatが、現在のＸ線量を測定するために配置され、前記測定は、ほぼリアルタイムで実行される。前記センサ５の出力において、前記現在のＸ線量を示すセンサ線量信号S_Nが与えられ、ここでＮは、当該測定が実行されるフレームの連続的な系列のフレーム番号を示す。“ＲＯＩ”パラメータを使用して、選択された範囲、即ち関心領域が、設定されることができる。センサ線量信号S_Nは、従って、前記選択された範囲内の線量率を表す。

Ｘ線検出器２の出力は、画像処理手段６に与えられる。画像処理手段６は、Ｘ線検出器２により測定された前記信号から正確なＸ線量を示す検出器線量信号I_N-3を生成する手段を有する。画像処理手段６は、前記検出器線量信号がセンサ線量信号S_Nと同じ選択された範囲（関心領域）から生じるように制御されることもできる。画像処理手段６は、正確に動作するが、遅い。検出器線量信号Iには、センサ線量信号Sに対して遅延を与えられ、これは、異なるインデックスN及びN-3により示され、即ち検出器線量信号I_N-3は、センサ線量信号S_Nの結果を生じるＸ線量より３フレーム前に当てられたＸ線量の結果として生じる。I_NとI_N-3との間の３フレームの遅延は、ただの一例であり、一般には、実際の遅延は、遅延（ｍｓ単位）及びフレーム速度に依存することに注意すべきである。

本発明によると、検出器線量信号Iとセンサ線量信号Sとの間の如何なるずれも、センサ線量信号Sを調整するために使用されるだろう。従って、検出器線量信号Iはセンサ線量信号Sに対して遅延を与えられることを考慮に入れて、補正信号Gが生成される。これは、センサ線量信号Sの最新の測定値を記憶手段、特にシフトレジスタ７に記憶することにより達成される。本例において、検出器線量信号Iとセンサ線量信号Sとの間に３フレームの遅延があるので、シフトレジスタ７は、センサ線量信号Sの最新の４つの測定値S_N、S_N-1、S_N-2及びS_N-3を記憶する４つのメモリユニットを有する。値S_N-3は、この場合、好ましくはI_N-3をS_N-3で除算する除算器である比較器８において前記検出器線量信号の現在の値I_N-3と直接比較されるだろう。シフトレジスタ７は、前記検出器が照射されると検出器２により始動されるので、S及びIが常に同期することが確認されることができる。比較器８の出力は、好ましくはローパスフィルタ９に供給され、ローパスフィルタ９の特性は、安定性と前記制御ループの反応性との間のバランスに基づいて選択されることができる。これは、結果として補正信号G_N-3を生じ、前記補正信号は、この場合、次の照射のＸ線量調整に使用される。

Ｘ線量制御のために、制御信号C_Nが、現在のセンサ線量信号S_Nを計算された補正信号G_N-3の逆数で除算する除算器１０により生成される。代わりに、乗算器１０が、S_NをG_N-3で乗算するように実施されることができる。全ての信号が目標レベルに対して標準化されることができるので、S_N=1は、これが正確に目標どおりであり、即ち前記発電器から補正が必要とされないことを意味し、S<1は、前記Ｘ線量が、例えば発電器４によりＸ線源１に供給される電圧又は電流値を増加することにより増加されなければならないことを意味する。この制御のために、制御信号C_Nは、発電器４に直接印加されることができる。

結果として、一度前記制御ループが安定化すると、センサ５は、自動的に較正されるだろう。補正信号Gを生成する信号は、常に同期する。これは、照射実行の中断後でさえも補正が効果的であることを意味する。平衡状態において、もし前記Ｘ線量が全ての画像に対して一定ならば、S_N=S_N-3が成り立つので、制御信号C_NはI_N-3になる。これは、正確な前記検出器線量信号が、前記Ｘ線量を制御することを意味する。非平衡状態において、センサ線量信号Sは、正確な前記検出器線量信号により発見されたパーセンテージ線量エラーを表す検出器線量信号Iを用いて補正される。S_N-3による第２補正は、この間に、即ちパルスNとパルスN-3との間に、センサ５が、発電器４を既に制御し、１に等しくないS_Nにおいて発見されたＸ線量エラーを補正しているという事実を確かめるために適用される。従って、二重補正は、防止される。

素子１１、１２、１３を有するオプションの追加制御ループが、前記Ｘ線量の記載された前記制御を更に高めるために更に備えられることができる。乗算器１１は、発電器４を制御する向上された制御信号C’を得るために制御信号C_Nに前記制御ループにより生成された適合信号A_N-3を乗算するために設けられる。前記追加制御ループ内に、一方において選択された範囲（関心領域）の検出器グレイレベルと、他方におけるアプリケーションに関して重要な範囲の検出器グレイレベルとの間で比較を行う適合信号生成手段１３が設けられる。前記選択された範囲は、例えば直接の放射線等により引き起こされる大いに照射された範囲を除くことができる。これらの高い輝度の範囲は、ユーザにとって適切でないかもしれず、従って、平均グレイレベルにおけるこの高い輝度の範囲の効果は、補正されるべきである。適合信号生成手段１３は、従って、最適な検出器グレイレベル信号を選択された前記関心領域に対する検出されたグレイレベル信号で除算する。前記除算の結果は、ローパスフィルタ１２によるローパスフィルタリング後に、向上された制御信号C’を得るために乗算器１１により制御信号C_Nを乗算されるべき適合信号A_N-3を与える。前記制御ループにおいて、高度なアプリケーションに依存する補正アルゴリズムが、実施されることができる。

本発明によるＸ線検査装置の好ましい実施例のブロック図を示す。

Claims (9)

1. −Ｘ線を生成するＸ線源と、
   −関心の対象を透過した後のＸ線を検出し、Ｘ線量を正確に示す検出器線量信号を供給するＸ線検出手段と、
   −前記関心の対象を透過する前記Ｘ線の現在のＸ線量を測定し、前記現在のＸ線量を示すセンサ線量信号を供給するＸ線量検知手段と、
   −前記Ｘ線源を制御信号により制御し、前記センサ線量信号を補正することにより前記制御信号を生成するように構成された制御手段であって、
   最新の測定された前記センサ線量信号の複数の値を記憶する記憶手段と、
   前記センサ線量信号を補正する補正信号を生成する補正手段であって、前記補正信号が、前記検出器線量信号の現在の値と、前記検出器線量信号の値と本質的に同じ時間に測定された前記センサ線量信号の記憶された値とから生成される当該補正手段と、
   を有する当該制御手段と、
   を有するＸ線検査装置。
2. 前記補正手段が、前記補正信号を生成するために前記検出器線量信号の値を前記センサ線量信号の値で除算する除算器を有し、前記制御手段が、更に、前記補正信号に前記センサ線量信号の現在の値を乗算する乗算器を有する、
   請求項１に記載のＸ線検査装置。
3. 前記補正手段が、更に、前記制御の動特性を制御するローパスフィルタを有する、
   請求項１に記載のＸ線検査装置。
4. 前記Ｘ線検出手段が、更に、前記検出器線量信号の平均グレイレベル値を補正することにより前記制御信号を補正する適合信号を生成する適合信号生成手段を有し、
   前記制御手段が、更に、前記適合信号を用いて前記制御信号を補正する適合手段を有する、
   請求項１に記載のＸ線検査装置。
5. 前記Ｘ線検出手段が、
   −アナログＸ線検出器及びイメージ増倍管又はフラットデジタルＸ線検出器と、
   −前記検出器線量信号を生成する画像処理手段と、
   を有する、
   請求項１に記載のＸ線検査装置。
6. 前記制御信号が、Ｘ線照射条件、特にＸ線強度、ダイヤフラムのサイズ及び／又は照射時間を制御するように構成される、
   請求項１に記載のＸ線検査装置。
7. 前記制御手段が、両方とも同じ関心領域から生じた前記検出器線量信号を用いて前記センサ線量信号を補正することにより前記制御信号を生成するように構成される、
   請求項１に記載のＸ線検査装置。
8. Ｘ線源により生成されたＸ線が、関心の対象を透過した後にＸ線検出手段により検出され、前記Ｘ線検出手段が、Ｘ線量を正確に示す検出器線量信号を供給し、
   前記関心領域を透過する前記Ｘ線の現在のＸ線量が、前記現在のＸ線量を示すセンサ線量信号を供給するＸ線量検知手段により測定され、
   前記Ｘ線源を制御する制御信号が、前記センサ線量信号を補正することにより制御手段により生成され、
   最新の測定された前記センサ線量信号の複数の値が、記憶手段に記憶され、前記センサ線量信号を補正する補正信号が、前記検出器線量信号の現在の値と、前記検出器線量信号の値と本質的に同じ時間において測定された前記センサ線量信号の記憶された値とから補正手段により生成される、
   Ｘ線検査方法。
9. コンピュータ上で実行された場合に、請求項８に記載の前記方法によりコンピュータに前記制御信号を生成させるプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム。
   

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