JP2006296494A - Ｘ線診断装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、Ｘ線の照射間隔を従来よりも短くしたＸ線診断装置及びその制御方法を提供すること。
【解決手段】マトリクス状に配置され、検出したＸ線を電荷として蓄積する複数のＸ線検出素子（１２４）と、前記Ｘ線検出器の前記複数のＸ線検出素子に蓄積された電荷を画素信号としてライン毎に順次読み出す読出手段（５）と、Ｘ線照射開始のフレームから、Ｘ線照射終了の次のフレームまでの有効情報を加算して、１枚の画像を再構成する手段（１７）を備え、前記再構成手段は、Ｘ線の照射が終了したフレームの次のフレームの前記画素信号を、所定の位置で、前後の２つのＸ線画像の情報に分離する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ｘ線診断装置及びその制御方法に関する。特に、Ｘ線平面検出器を用いて、非同期で連続して複数枚の画像の撮影を行う際の制御方法に関する。

近年、Ｘ線診断装置として、スクリーン・フィルムシステムやイメージング・プレートが有する携帯性と、フィルム・スクリーン系が有する高解像度特性と、Ｉ．Ｉ．（イメージ・インテンシファイヤ）−ＴＶシステムが有するリアルタイム性とを兼ね備えたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）をスイッチングゲートとして使用した平面検出器を使用したものが開発されている。

薄膜技術を用い薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を各画素のスイッチング要素として使用する平面検出器は、平板状の検出面にＸ線を光に変換する蛍光体とその光を電荷に変換するフォトダイオードと、電荷を蓄積するコンデンサと、電荷を読み出す（出力する）ためのＴＦＴから構成され、フォトダイオード（及びコンデンサ、ＴＦＴ）を２次元的に（アレイ状かつ平面的に）配列している。この平面検出器は、ガラス基板の片側面に薄膜を生成しては、エッチングによりパターンニングし、更に薄膜を重ねて形成し、再びパターンニングするということを繰り返し、薄膜を積層することにより回路が形成されている。

図７は、平面検出器の要部構成を示す回路図である。図７に示す平面検出器は、図示しないフォトダイオード（コンデンサを含む）からなるＸ線検出素子１２４（ＴＦＴ１２３をＸ線検出素子に含めても良い）を１素子として、これを列方向と行方向（ライン方向）に２次元的に配列して構成されている。Ｘ線検出素子１２４として、Ｘ線を直接電荷に変換できるセレンがある。しかし、Ｘ線検出素子１２４としては、セレンに限るものではない。増感紙とフォトダイオードを組み合わせたものでもよい。

ＴＦＴ１２３のゲート端子は、ライン毎にゲート駆動ラインとして共通に接続され、ゲートドライバ１２５の各ライン出力端子に接続されている。また、ＴＦＴ１２３のドレイン端子は列毎にデータ信号ラインとして共通に接続され、リードアウトアンプ（Read-out Amplifier）とコンデンサと図示しないリセット用のリセットスイッチとからなる積分回路１２６を介して、マルチプレクサ１２７の各入力端子に接続されている。

ゲートドライバ１２５の各ライン出力端子から、それぞれ時間系列的に順番にパルス状の制御信号が出力するようになっており、このパルス状の制御信号により、同じラインのＴＦＴ１２３は同時にオン動作し、異なるラインのＴＦＴ１２３はそれぞれ時間系列的に順番に、かつ重ならないようにオン動作する。

マルチプレクサ１２７は、ゲートドライバ１２５の各ライン出力端子から出力される１パルスの間に各入力端子に入力される信号をそれぞれ時間系列的に順番に１つずつ取込んでその出力端子から出力するようになっている。

従って、ゲートドライバ１２５の各ライン出力端子から出力されたパルス状の制御信号により、１ラインのＴＦＴ１２３が同時にオン動作すると、図示しない蓄積用コンデンサに蓄積された電荷がＴＦＴ１２３を通過して出力され、この電荷は積分回路１２６を介して電圧に変換され、マルチプレクサ１２７により順番に１つずつ（１ラインの１画素ずつ）出力される。このようにして１ラインの読取りが終了すると、次のラインの読取りが開始される。

上記のように、平面検出器は、ライン毎に各Ｘ線検出素子１２４から１個ずつ（１画素ずつ）順番に検出信号を読取って、１画面分の撮像データ（ビデオ信号）として出力する。ここで、１画面分の撮像データを平面検出器から読取る期間が１フレームである。このため、平面検出器では、画像信号の読出しに時間がかかる。

上記のような平面検出器において、ゲート線がＯＦＦの時には、常に信号を蓄積できる状態になっている。このため、ゲート線を一度ＯＮにして信号を読出し、ＯＦＦ状態にすると、次にＯＮにするまで、リーク電流等が各Ｘ線検出素子に蓄積される。しかし、リーク電流が異なると、毎回基準が異なるため、正常な画像が得られないことになる。これを防ぐには、一定周期でＸ線検出素子を駆動し続けるか、Ｘ線を照射する前に、一度全てのゲート線をＯＮにして、リーク電流等をリセットする動作を行う必要がある。

しかし、ＤＳＡや回転ＤＳＡなどのように、検出器を移動させながら、指定の位置での撮影をさせる場合、所望の位置へ来てからリセットを行っていたのでは、リセットに時間を要するため、実際の撮影までに時間がかかる。更に、その間にも検出器が移動してしまうために、本来の指定の位置での撮影ができないことになってしまう。

このため、Ｘ線検出器を連続駆動した状態で、任意のタイミングで所望の時間Ｘ線曝射を行うことができ、しかも正確なＸ線画像を得ることができるＸ線撮像装置が提案されている（特許文献１参照）これにより、平面検出器を連続駆動した状態での撮影が可能となる。その様子を、図８を参照して説明する。
図８に示すように、平面検出器は、ブランキング期間を設けずに、常に読み続けるようになっている。そして、例えば、位置１でＸ線を照射するものとする。この場合において、フレームの途中からＸ線が照射され、次のフレームの途中でＸ線の照射が終了しているが、Ｘ線の照射が終了した時点では、まだ、各Ｘ線検出素子に電荷が蓄積された状態になっている。従って、Ｘ線の照射終了フレームの次のフレームのデータを取得して、全部で３枚の画像データから画像を再構成する。そして、次に、位置２に移動してＸ線を照射したものとする。このとき、Ｘ線の照射から終了まで１フレーム期間内で収まっているものとすれば、２枚の画像データから画像を再構成することができる。図９を参照して、このアルゴリズムを説明する。

図９は特許文献１によって、画像を取得するためのアルゴリズムを説明するための図である。図９において、（ａ）に示すようにＸ線の照射から終了まで１フレーム期間に収まっているが、各フレームにおけるデータは（ｂ）に示すようになっている。
図９では、１枚目の画像では、Ｘ線をフレームの途中から照射しているので、Ｘ線照射開始時の電荷量は少なく、Ｘ線の照射量に応じて徐々に増加する様子が示されている。２枚目の画像では、残りのデータが読み込まれて、１枚目と２枚目とを合成することにより、所望の画像が得られることになる。なお、３枚の画像データで画像を再構成する様子を図１０に示すが、基本的には、図９と同じであるので、説明は省略する。

しかし、ＤＳＡ（Digital Subtraction Angiography）や回転ＤＳＡなどのように、非同期動作において、連続して複数の撮影を行う際、できるだけ短い撮影間隔で画像を収集できるようにすることが好ましい。しかし、特許文献１に記載の方法では、Ｘ線照射が終わった最後のフレームの次のフレームの画像も画像構成に利用するので、次のＸ線を照射できるのは、最も早い場合でも、更に次のフレームの開始時ということになる。つまり、次にＸ線を照射するまで、Ｘ線の照射終了後に最大２フレーム待つ必要性があった。
特開平９−１４０６９１号公報

本発明は、Ｘ線の照射間隔を従来よりも短くしたＸ線診断装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の局面に係る発明は、マトリクス状に配置され、検出したＸ線を電荷として蓄積する複数のＸ線検出素子（１２４）と、前記Ｘ線検出器の前記複数のＸ線検出素子に蓄積された電荷を画素信号としてライン毎に順次読み出す読出手段（５）と、Ｘ線照射開始のフレームから、Ｘ線照射終了の次のフレームまでの有効情報を加算して、１枚の画像を再構成する手段（１７）を備え、前記再構成手段は、Ｘ線の照射が終了したフレームの次のフレームの前記画素信号を、所定の位置で、前後の２つのＸ線画像の情報に分離することを特徴とする。なお、本発明は、装置に限らず、上記の制御を行う方法でも良い。

本発明によれば、Ｘ線の照射間隔を従来よりも短くしたＸ線診断装置及びその制御方法を提供できる。

図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本実施形態に係るＸ線診断装置の概略構成を示すブロック図である。本発明は、２つの平面検出器を有するような構成（本明細書において、このような構成を「バイプレーン」と称する）に適用されるが、基本的な構成は１つの検出器の場合も同様であるので、図１では、１つの平面検出器の構成のみを示している。なお、平面検出器の回路構成は、前述した図７の構成と同じであるので、図示及び説明を省略する。

図１に示すように、Ｘ線診断装置は、Ｘ線発生部１２と、Ｘ線検出部１５とが、保持部２３により支持されて、被検体１３を挟むように対向配置されている。Ｘ線発生部１２の前段には高電圧発生部１０が設けられており、Ｘ線発生部１２のＸ線管１１に高電圧を供給する。Ｘ線管１１からばく射されたＸ線は、Ｘ線絞り器２２で所定のビーム幅に成形されて被検体１３にばく射される。

被検体１３を透過したＸ線は、Ｘ線検出部１５の平面検出器２５で検出されて、電気信号に変換される。この電気信号はゲートドライバ５の制御により順次読み込まれて、電荷・電圧変換器６で電流・電圧変換される。そして電圧信号に変換された電気信号は、Ａ／Ｄ変換器７でデジタル信号に変換された後に、パラレル・シリアル変換器８でパラレル・シリアル変換を受けて、被検体１３の画像が得られる。この被検体１３の画像信号は、例えば、ＤＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ等のメモリやＨＤＤ或いは光ディスクなどの大容量外部記憶装置からなる画像記憶回路１６に出力される。なお、電荷・電圧変換器６からパラレル・シリアル変換器８は、画像データ生成部２６を構成する。

画像記憶回路１６に記憶された画像信号は、一旦、表示部２１の表示用画像メモリ３６に展開され、その後、Ｄ／Ａ変換器３１でアナログ信号に変換され、表示回路３２でビデオ信号に変換されてモニタ３３に表示される。

図１において、システム制御部１７は、各部の動作を制御する。また、システム制御部１７は、操作部２０の操作を受け付けて、その操作に応じた制御を行う。操作部２０は、例えば、キーボードや操作ボタン等からなる。なお、機構制御部１８は、保持部２３を３次元的に移動・回転させるための制御を行う。

上記のように構成された発明の一実施形態にかかるＸ線診断装置の動作を説明する。
Ｘ線診断装置の平面検出器を移動させながら、被検体１３の画像を連続して取得する場合において、従来のように、Ｘ線の照射終了時のフレームの次のフレームの全てを取り込むのではなく、Ｘ線の照射終了時のフレームの次のフレームの途中で画像データを分離している。以下、具体的に説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る制御方法を説明するための図である。なお、本実施形態の前提条件として、Ｘ線の照射が終了した後、１フレーム周期以上の期間をおいて、次のＸ線照射が行われるものとする。

図２の（ａ）に示すように、第１回目のＸ線照射では、○を付したフレームのデータを用いて画像を再構成する必要がある。そして、第２回目のＸ線照射では△を付したフレームのデータを用いて画像を再構成する必要がある。このため、○と△とが重なったフレーム期間では、前後の２つの画像データが重なって取得されることになる。しかし、（ｂ）に示すように、１フレーム中の各Ｘ線検出素子のデータをみると第１回目の照射分のデータ（ハッチングで示す）と第２回目の照射分のデータとが蓄積されたＸ線検出素子（画素）が同じラインのＸ線検出素子ではないことがわかる。従って、同じフレーム内のデータではあるが、第１回目の照射時のデータと第２回目の照射時のデータとを分離することが出来ることになる。なお、図３に示すように、第１回目の照射の終了から第２回目の照射の開始までの期間が１フレーム期間より短い場合には、図３の（ｂ）に示すように、同じ画素に、第１回目の照射データと第２回目の照射データが蓄積されることになるので、図２のように、画素によって、画像を分離することが出来ない。

図４を参照して、具体的に、どのデータからどのデータまでを、１つの画像データとして扱うかについて説明する。図４は、画像データの取り扱いを説明するためのタイミングチャートである。
図４において、時刻ｔ１でＸ線の照射が開始され、時刻ｔ２で照射が終了したものとする。時刻ｔ１で、第１フレームにおける垂直選択線４のゲートがオンになっている、また、時刻ｔ２では第３フレームの垂直選択線５のゲートがオフになっている。ここで、Ｘ線による電荷が各画素に蓄積されるのは、時刻ｔ１からｔ２の間であることは明らかである。
ここで、画像の開始を、第１フレームの垂直選択線４のゲートオン時からとすれば、Ｘ線の照射開始時からの画像データが取得できることになる。そして、時刻ｔ２でＸ線の照射が終了するので、各光電検出素子には、それまでのＸ線照射による電荷が蓄積されている。従って、第４フレームの垂直選択線５のゲートオフを時刻ｔ１から時刻ｔ２までのＸ線照射による画像の取得の終了時刻とする。すなわち、Ｘ線の照射開始から照射を終了した後の１フレーム後の時間までの期間を画像取得期間として、時刻ｔ１からｔ２のＸ線照射による画像取得を行うことになる。なお、次の画像取得用のＸ線照射は、第４フレームの垂直選択線５のゲートがオフになった時点で出来ることになる。すなわち、第４フレームの垂直選択線６のゲートオン時以降にＸ線を照射して、その時点から上記と同様に、次の画像取得を開始できる。このように、１フレーム期間における検出データを、Ｘ線の照射終了時に応じて、前の画像データと次の画像データに分離する機能を、本明細書では「分離機能」と称する。

上記のような分離機能により、Ｘ線の照射が終了した時点から、次の１フレーム期間の途中までを前の画像データの読み出し期間として使用し、その後すぐに次の画像取得を行うことが出来る。なお、図５に記載のように、従来、Ｘ線照射期間と読み出し期間を分ける必要があり、ブランキング期間を設けていたが、本発明では、Ｘ線照射の画像取得期間を垂直選択線単位で知ることが出来るので、ブランキング期間を設ける必要がない。

上記のような分離機能を持たない場合には、図６の（ａ）に示すように、Ｘ線照射終了後の次のフレームの終了までを前の画像データの読み込み期間として使用されるので、その読み出し期間が終了するまで、次のＸ線照射が出来ないことになる。これに対し、本発明の実施の形態では、図６の（ｂ）に示すように、Ｘ線照射が終了したら、少なくとも１フレーム期間時間を置くことにより、次のＸ線照射を開始できることになる。従って、本発明の実施の形態によれば、連続して複数の撮影を行う際、できるだけ短い撮影間隔で画像を収集できる。また、平面検出器の駆動周期が短ければ短いほど、Ｘ線の照射間隔を短くすることができる。よって、平面検出器の駆動に、ブランキング期間を設けない方が、Ｘ線の照射間隔を短く出来る。更に、この方が、読出し順番によるシェーディングの影響を減らすことができるので有効である。

従来では、Ｘ線の照射が終わった、次のフレームの画像は、前のＸ線像の合成に利用される。このフレーム中に、次のＸ線が照射されると、この画像に次のＸ線の画像が写ってしまう。しかし、上記のような構成により、１枚の画像から、前のＸ線照射による画像と、次のＸ線照射による画像とを分離することが可能になる。すなわち、最初のＸ線の照射が終わった直前に、オン状態になっているゲート線の位置情報をもとに、次のフレームの同一のゲート線までを前の画像情報とする。すなわち、この時点では、Ｘ線照射によって画素に蓄積された電荷が全て読み出されているので、次の画像取得用のＸ線照射をしても良いことになる。従って、この後、すぐに次のＸ線照射を行った場合に、オン状態であるゲート線の位置情報を基に、同一フレームの画像であっても、同一ゲート線以降の信号が、次のＸ線の画像情報になる。従って、Ｘ線の照射間隔が平面検出器の駆動周期以上離れていれば、１枚の画像上に前の画像と次の画像とを空間的に分離されて写すことができる。

また、平面検出器の駆動周期が短ければ短いほど、Ｘ線の照射間隔を短くすることができる。よって、平面検出器の駆動に、ブランキング期間を設けない方が良い。なお、この方が、読出し順番によるシェーディングの影響を減らすことができるので有効である。

また、平面検出器を用いて、ＤＳＡ等位置トリガーで複数の位置で撮影を行う場合において、平面検出器を連続駆動させ、移動させながら、所定の位置にて、Ｘ線を照射し、次の位置にて、同様にＸ線を照射することを繰り返し、各画像を、Ｘ線照射され始めたフレームから、Ｘ線の照射が終わった最後のフレームの次のフレームまでを加算して、１枚の画像にする場合に有効である。

本発明は、上記各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。

また、例えば各実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

本実施形態に係るＸ線診断装置の概略構成を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係る制御方法を説明するための図。 ２回目の照射開始までに１フレーム以上の期間が取れない場合を示す図。 １つの画像データとして取り扱う方法について説明するための図。 Ｘ線照射間にブランキング期間を設けた場合と設けない場合について示す図。 本発明と従来の方法との違いを説明するための図。 平面検出器の要部構成を示す回路図。 平面検出器を連続駆動した状態での撮影が可能となる様子を示す図。 ２枚の画像データから画像を再構成するアルゴリズムを説明するための図。 ３枚の画像データから画像を再構成するアルゴリズムを説明するための図。

符号の説明

４…垂直選択線
５…ゲートドライバ
６…電荷・電圧変換器
７…Ａ／Ｄ変換器
８…パラレル・シリアル変換器
１０…高電圧発生部
１１…Ｘ線管
１２…Ｘ線発生部
１３…被検体
１５…Ｘ線検出部
１６…画像記憶回路
１７…システム制御部
１８…機構制御部
２０…操作部
２１…表示部
２２…線絞り器
２３…保持部
２５…平面検出器
２６…画像データ生成部
３１…Ｄ／Ａ変換器
３２…表示回路
３３…モニタ
３６…表示用画像メモリ

Claims (8)

1. マトリクス状に配置され、検出したＸ線を電荷として蓄積する複数のＸ線検出素子と、
   前記Ｘ線検出器の前記複数のＸ線検出素子に蓄積された電荷を画素信号としてライン毎に順次読み出す読出手段と、
   Ｘ線照射開始のフレームから、Ｘ線照射終了の次のフレームまでの有効情報を加算して、１枚の画像を再構成する手段を備え、
   前記再構成手段は、Ｘ線の照射が終了したフレームの次のフレームの前記画素信号を、所定の位置で、前後の２つのＸ線画像の情報に分離することを特徴とするＸ線診断装置。
2. 請求項１に記載のＸ線診断装置において、前記所定の位置は、前のＸ線照射によって蓄積された画素信号が全て読み出されたラインまでであることを特徴とするＸ線診断装置。
3. 請求項１に記載のＸ線診断装置において、前記所定の位置は、Ｘ線照射が終了する直前に画像信号を読み出したラインであって、次のフレームで読み出された当該ラインまでの画素信号を、前のＸ線画像情報として、それ以降の画素信号を次のＸ線画像情報として分離することを特徴とするＸ線診断装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＸ線診断装置において、前のＸ線の照射終了から次のＸ線の照射開始までの期間が１フレーム以上であることを特徴とするＸ線診断装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＸ線診断装置において、前記平面検出器の駆動において、ブランキング期間を設けず、常に信号を読み続けることを特徴とするＸ線診断装置。
6. 平面検出器を備え、非同期撮影が可能なＸ線診断装置の制御方法において、Ｘ線照射開始時の有効情報から、Ｘ線照射終了時までの有効情報を各画素毎に加算して、Ｘ線画像を再構成することを特徴とする制御方法。
7. 請求項６に記載の制御方法において、前記有効情報は、平面検出器に蓄積された電荷であることを特徴とする制御方法。
8. 請求項６または請求項７に記載の制御方法において、前記再構成される画像に使用される有効情報は、Ｘ線照射開始時からＸ線照射終了までに平面検出器に蓄積された電荷であって、Ｘ線照射終了の直前に読み出された画素から次のフレームにおける当該画素までの情報であり、それ以降に読み出す画素情報は次のＸ線画像用の情報であることを特徴とする制御方法。

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