JP2006130159A - Ｘ線撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動く被写体を撮像する場合であっても、被検体への被曝量が少なくでき、かつ、高画質の画像が得られるＸ線撮像装置を提供すること。
【解決手段】患者Ｋに対してＸ線を曝射するＸ線源２６と、Ｘ線源２６からのＸ線を検出するＸ線検出器２８と、Ｘ線源２６とＸ線検出器２８とが患者Ｋを挟んで対向するように支持するＣアーム２４と、Ｃアーム２４を前記被検体回りを所定の回転軸回りに回転させる主回転系駆動機構と、Ｃアーム２４に設けられ、Ｘ線源２６を回転軸Ｐ回りに往復動させるガイド部２５と、Ｘ線検出器２８で検出された画素データを収集して処理する制御部３０とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ｃ型アームを用いたＸ線撮像装置に関し、特に動きを伴う臓器や部位を撮像する場合であっても高画質の画像を得ることができるものに関する。

Ｘ線撮像装置は、患者の体内を透過したＸ線の強弱を濃淡画像として表示する画像装置であり、診断・治療等の目的に応じて種々のものが存在する。特に被写体を３次元再構成する技術としては、断層技術、直接再構成技術、数値的再構成技術等の方法があり、一般的に用いられている（例えば、特許文献１，２参照）。

図１３〜１５は、このようなＸ線撮像装置の一例を示す図である。すなわち、Ｘ線撮像装置１０は、患者Ｋを載せる寝台１１と、架台１２と、この架台１２に支持されて図１３中Ｐ軸を中心に回転するＣアーム１４と、このＣアーム１４の一方の端部に設けられたＸ線源１５と、他方の端部に設けられたＸ線検出器１６とを備えている。このように構成されたＸ線撮像装置１０においては、Ｘ線源１５からこのうち、被写体の周りにＸ線源と検出器を回転させるシステムにおいては、多方向から撮像した画像から３次元画像を再構成する。

Ｘ線撮像装置によれば、頭部や腹部や四肢等、動きの小さい被写体部位に対し、適用され、大きな診断効果を上げている。
特開２００２−６５６５４号公報 特開２００３−２３０５５４号公報

上述したＸ線撮像装置であると、次のような問題があった。すなわち、周期的な動きをする臓器（例えば心臓）には、多方向撮像している間に、被写体が動いてしまうため、再構成された画像の画質が低下してしまい、そのままでは診断に耐え得る画像とはならないという問題があった。

図１６は、心臓の動きをグラフ化したものである。拡張中末期と収縮末期においては動きは比較的小さいものの、拡張前期や収縮前期では大きく動くことがわかる。

このため、心臓の動きが大きい時には、画像が不要であるため、Ｃアーム１２を等速で回転させ、心電図波形に基づいて心臓の動きが小さいと推測される時刻に同期させて撮像を行う。しかし、得られる画像がいわゆる歯抜け状態になり、被写体に対し全ての方向から画像を揃えることができないため、再構成画像の画質が低下するという問題がある。

また、Ｃアーム１２を可変速度で回転させ、心臓の動きが小さいときに速度を上げ、心臓の動きが大きいときには速度を下げたり、逆回転させる方法が考えられる。図１７は、Ｃアーム１２の回転角度と心拍との関係を示す図である。図１７中ＲはＣアーム１２の回転角度、ＨＲは心拍を示している。すなわち、心拍を基準にして、Ｃアーム１２の回転と停止を繰り返すようにするものである。具体的には図１７中Ｍの区間でＣアーム１２を回転させ、画素データを収集し、その他の区間ではＣアーム１２の回転を停止し、画素データの収集を停止することが理想的である。

しかし、Ｘ線源１３やＸ線検出器１４がその先端に搭載されることにより慣性重量が大きくなっているＣアーム１２を急激に加減速させる必要があることから、Ｃアーム１２の慣性重量に応じた加減速力を有する駆動装置が必要となり、装置全体が大型化するとともに、製造コストが高くなる。さらに、撮像時間の合計時間が長くなるため、被曝量が増すとともに、心臓を撮像する場合に用いる造影剤使用量が多くなり、患者の負担が大きくなるという問題があった。

図１８は、Ｃアーム１２の回転角度と撮像時間との関係を示す図である。図１８中Ｑ０はＣアーム１２を等速度（４０度／秒）で２００度回転させた場合を示しており、撮像時間は約５秒である。図１８中Ｑ１は心拍数が６０回／分の患者を撮像する場合を示しており、拡張期で回転速度を上げ、収縮期で回転速度を下げる又は逆回転させた場合を示している。同様に、図１８中Ｑ２は心拍数が８０回／分の患者を撮像する場合、図１８中Ｑ３は心拍数が１２０回／分の患者を撮像する場合を示している。しかしながら、患者の造影剤投与時間としては２０秒程度が限界であり、患者の心拍数が早い場合には適用できないという問題があった。

そこで本発明は、動く被写体を撮像する場合であっても、被検体への被曝量が少なくでき、かつ、高画質の画像が得られるＸ線撮像装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のＸ線撮像装置は次のように構成されている。

（１）被検体に対してＸ線を曝射するＸ線源と、前記Ｘ線源からのＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器とが前記被検体を挟んで対向するように、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器とを支持する支持アームと、この支持アームを前記被検体回りを所定の回転軸回りに回転させる主回転系駆動機構と、上記支持アームに設けられ、上記Ｘ線源を上記所定の回転軸回りに往復動させる副回転系駆動機構とを備えていることを特徴とする。

（２）前記（１）に記載されたＸ線撮像装置であって、上記副回転系駆動機構は、上記支持アームに設けられ、上記Ｘ線検出器を上記回転軸回りに往復動させることを特徴とする。

（３）前記（１）に記載されたＸ線撮像装置であって、上記主回転系駆動機構は、上記支持アームを一定角速度で回転させるものであることを特徴とする。

（４）前記（３）に記載されたＸ線撮像装置であって、上記副回転系駆動機構は、上記主回転系駆動機構による上記支持アームの角速度に対し、方向が同一で、かつ／もしくは、逆向きの角速度で上記Ｘ線源を駆動することを特徴とする。

本発明によれば、動く被写体を撮像する場合であっても、被検体への被曝量が少なくでき、かつ、高画質の画像を得ることが可能となる。

図１は本発明の一実施の形態に係るＸ線撮像装置２０を示す図である。Ｘ線撮像装置２０は、患者Ｋを載せる寝台２１と、架台（主回転系駆動機構）２２と、この架台２２に支持されて図１中Ｐ軸を中心に図１中Ｒ０方向に回転するＣアーム（支持アーム）２４と、このＣアーム２４の一方の端部に設けられたガイド部（副回転系駆動機構）２５と、このガイド部２５に案内されて図１中Ｒ１方向に往復動するＸ線源２６と、Ｃアーム２４の他方の端部に設けられたガイド部２７と、このガイド部２７に案内されて図１中Ｒ２方向に往復動するＸ線検出器２８と、これら各装置を連携制御するとともに、多方向から撮像した画素データを収集し、３次元画像を再構成する制御部（画像処理部）３０とを備えている。なお、矢印Ｒ１方向と矢印Ｒ２方向もその回転中心がＰ軸となるように設定されている。

寝台２１は、鉛直方向及び水平方向に移動可能となっており、これにより患者Ｋは、Ｘ線源２６とＸ線検出器２８との間に適当に配置される。

Ｃアーム２４は、Ｘ線源２６及びＸ線検出器２８を対向配置させて保持する構造になっている。Ｘ線源２６は、患者Ｋに対しＸ線を曝射するＸ線管球と、当該Ｘ線管球から曝射されたＸ線をコリメートするＸ線絞り装置を有している。Ｘ線管球は、Ｘ線を発生する真空管であり、図示していない高電圧発生装置で発生された高電圧により電子を加速させ、ターゲットに衝突させることでＸ線を発生させる。Ｘ線検出器２８は、例えばＩ．Ｉ．（イメージ・インテンシファイア）と光学系とによって構成されている。Ｘ線検出器２８は、Ｉ．Ｉ．によって患者Ｋを透過したＸ線情報を光学情報に変換し、光学系によってこの光学情報を光学レンズで集光する。なお、Ｉ．Ｉ．以外の検出装置としてＸ線平面検出器を用いてもよい。

このように構成されたＸ線撮像装置２０では、次のようにして患者Ｋの断層画像を撮像する。なお、患者Ｋの心拍数ＨＲは６０回／分とする。撮像が開始されると、Ｘ線源２６からはＸ線がＸ線検出器２８に向けて曝射されるとともに、Ｘ線検出器２８では画素データが収集され、制御部３０に送られる。

一方、Ｃアーム２４は図１中矢印Ｒ０に示すように、Ｐ軸回りに一定の角速度（４０度／秒）で回転する。Ｃアーム２４の回転角と時間との関係は図４中Ｒ０で示されている。同時に、Ｘ線源２６とＸ線検出器２８はそれぞれ図１中矢印Ｒ１，Ｒ２に示すように、往復動する。この往復動の周期は患者Ｋの心拍数ＨＲと同期する。Ｘ線源２６とＸ線検出器２８の回転角度と時間との関係は図４中Ｒ１，Ｒ２で示されている。

図４中Ｓは、これらＣアーム２４の回転角度とＸ線源２６及びＸ線検出器２８の回転角度を合成した合成回転角度である。合成回転角度Ｓは、前述した図１７に示すように患者Ｋの心臓の動き（心拍）に合わせて、心臓の動きが小さいときに速度を上げて多くの画素データを収集し、心臓の動きが大きいときには速度を下げて画素データをあまり収集しないように制御される。これにより、上述した図１７に示すような理想的な回転速度と心臓の動きとの関係に近似する動作となる。このような条件下で撮像が行われ、画素データが収集されるので、高画質の画像を再構成することが可能となる。

Ｃアーム２４には、その先端にＸ線源２６及びＸ線検出器２８が搭載されているため、慣性重量が大きくなる。しかしながら、撮像の際には一定の角速度で駆動されるため、駆動モータは従来のものと同じものを適用できる。一方、Ｘ線源２６及びＸ線検出器２８をそれぞれ搭載するガイド部２５，２７では、駆動すべき慣性重量が小さいので、往復動動作を行わせるための駆動モータは小型でもよい。このため、Ｘ線撮像装置が大型化することなく構成することができる。

さらに、Ｃアーム２４は、一定の角速度で回転されているので、撮像自体は通常のＣアームを用いたＸ線撮像装置と略同じ時間で撮像が終了し、患者Ｋに対する被曝量を最小限に抑えることが可能となる。なお、造影剤を用いる場合にも、造影剤の投与時間を延長することがないので、この観点からも患者Ｋへの負担が軽減される。

上述したように、本実施の形態に係るＸ線撮像装置２０によれば、心臓等のように撮像中に大きく動く臓器を被写体とした場合であっても、慣性重量の大きいＣアーム２４による主回転系とは別に、副回転系を有することで、合成回転角度速度を細かく制御することができるため、Ｃアーム２４の駆動機構を従来のものとほぼ同じ程度のものを用いることができる。したがって、装置を大幅に大型化することはない。大きく動く際には画像データの収集頻度を減らす又は無くすことで、断層画像を再構成する際に画像のブレを防止することができ、高画質の画像を得ることが可能となる。

図５及び図６は、上述したＸ線撮像装置２０の第１変形例を示す図である。本変形例では、ガイド部２５がＣアーム２４に対し、収容可能に構成されている。すなわち、ガイド部２５が回動軸３０によって支持されており、前述したような副回転系を用いる場合には図５に示すようにＸ線源２６を図５中Ｒ１方向に沿って往復動させる。また、大きい動きをしない被写体を撮影する場合には図６に示すように収納した状態で撮像することが可能である。

図７は、Ｘ線撮像装置２０の第２変形例を示す図である。本変形例では、Ｃアーム２４に、別のアーム３１が取り付けられており、このアーム３１の先端にＸ線源２６が取り付けられている。アーム３１は図７中矢印Ｒ３方向に揺動する。本変形例においても、上述したＸ線撮像装置２０と同様の効果を得ることができる。

図８は、Ｘ線撮像装置２０の第３変形例を示す図である。本変形例では、Ｃアーム２４に、別のアーム３２が取り付けられており、このアーム３２の先端にＸ線検出器２８が取り付けられている。アーム３２は図８中矢印Ｒ４方向に揺動する。本変形例においても、上述したＸ線撮像装置２０と同様の効果を得ることができる。

図９〜図１１は、Ｘ線撮像装置２０の第４変形例を示す図である。本変形例では、Ｃアーム２４に、別の一対のアーム３３が取り付けられており、これら一対のアーム３３の先端にＸ線検出器２８が取り付けられている。これら一対のアーム３３は伸縮自在に形成されており、アーム３３は揺動するとともに伸縮することで、Ｘ線検出器２８を図９〜１１中矢印Ｒ５方向に回動させることができる。本変形例においても、上述したＸ線撮像装置２０と同様の効果を得ることができる。

図１２は、Ｘ線撮像装置２０の第５変形例に係るＣアーム２４の要部を示す斜視図。本変形例では、Ｃアーム２４に、フレーム３４と、このフレーム３４に設けられた雄ネジ部材３５とを備え、この雄ネジ部材３５にＸ線源２６が螺合している。雄ネジ部材３５が図示しない駆動モータによって回転駆動されることにより、Ｘ線源２６が図１２中矢印Ｒ６方向に往復動する。本変形例においても、上述したＸ線撮像装置２０と同様の効果を得ることができる。

この他、Ｘ線源２６やＸ線検出器２８を往復動させる手段としては上述したものに限られない。また、Ｘ線検出器２８を、Ｘ線源２６の往復動範囲に対応するように十分回転方向に長く配置することで、Ｘ線検出器２８を往復動させなくてもよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の一実施の形態に係るＸ線撮像装置を示す斜視図。 同Ｘ線撮像装置の要部を示す側面図。 同Ｘ線撮像装置の要部を示す正面図。 同Ｘ線撮像装置における主回転系、副回転系及び合成回転系の回転角度と時間との関係を示すグラフ。 同Ｘ線撮像装置の第１変形例に係るＣアームの要部を示す斜視図。 同Ｃアームの要部を示す斜視図。 同Ｘ線撮像装置の第２変形例に係るＣアームの要部を示す斜視図。 同Ｘ線撮像装置の第３変形例に係るＣアームの要部を示す斜視図。 同Ｘ線撮像装置の第４変形例に係るＣアームの要部を示す斜視図。 同Ｃアームの要部を示す斜視図。 同Ｃアームの要部を示す斜視図。 同Ｘ線撮像装置の第５変形例に係るＣアームの要部を示す斜視図。 従来のＸ線撮像装置を示す側面図。 同Ｘ線撮像装置の要部を示す側面図。 同Ｘ線撮像装置の要部を示す正面図。 心臓の容量と時間との関係を示す図。 心臓を撮像する場合の理想的なＸ線源の回転角度及び心拍と時間との関係を示す図。 Ｘ線源の回転角度と時間との関係を示す図。

符号の説明

２０…Ｘ線撮像装置、２２…架台（主回転系駆動機構）、２４…Ｃアーム（支持アーム）、２５…ガイド部（副回転系駆動機構）、２６…Ｘ線源、２８…Ｘ線検出器、３０…制御部（画像処理部）。

Claims (4)

1. 被検体に対してＸ線を曝射するＸ線源と、
   前記Ｘ線源からのＸ線を検出するＸ線検出器と、
   前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器とが前記被検体を挟んで対向するように、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器とを支持する支持アームと、
   この支持アームを前記被検体回りを所定の回転軸回りに回転させる主回転系駆動機構と、
   上記支持アームに設けられ、上記Ｘ線源を上記所定の回転軸回りに往復動させる副回転系駆動機構とを備えていることを特徴とするＸ線撮像装置。
2. 上記副回転系駆動機構は、上記支持アームに設けられ、上記Ｘ線検出器を上記回転軸回りに往復動させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
3. 上記主回転系駆動機構は、上記支持アームを一定角速度で回転させるものであることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
4. 上記副回転系駆動機構は、上記主回転系駆動機構による上記支持アームの角速度に対し、方向が同一で、かつ／もしくは、逆向きの角速度で上記Ｘ線源を駆動することを特徴とする請求項３に記載のＸ線撮像装置。

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