JP2006517439A - コリメータを持つｘ線装置及びコリメータを設定する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、Ｘ線放射源（７）、コリメータ（６）及びＸ線検出器（４）を持つＸ線装置に関する。コリメータ（６）により生じる、患者が曝される放射線量の減少は、データ処理ユニットにより、コリメータ（６）のシールド及びフィルタ素子の現在の設定から計算され、例えば、エリアシールド因子ＡＡ及び／又は線量減少因子ＤＲＦとして表示ユニット（３）に表示される。ユーザは、このように、画像の改善及び放射線に曝されることを最小にするために依然として存在するコリメータの潜在的可能性を検出することができる。

Description

本発明は、コリメータを持つＸ線装置に関すると共に、このようなコリメータを設定する方法にも関する。

医療用Ｘ線画像を記録するためのＸ線装置は通常、不透過シャッター及び半透過シールドウェッジを持つコリメータを有し、このコリメータの設定は、患者の身体の関心のある部分だけが所望の放射強度で照射されるように、Ｘ線の束が形成されることを可能にする。その上、コリメータは通常、所望のやり方で前記Ｘ線のスペクトルを変化させるフィルタ素子を有する。コリメータを使用する最も重要な利点は、画像品質の改善と、放射線による患者へのダメージ（皮膚への外傷）の危険性の減少と、画像の記録中に作業員が曝される散乱放射線の減少とである。

DE 199 03 749 A1は、放射線の生物学上の効果を考慮して、患者が曝される実効線量が選択されたシールドの設定及び患者の照射される器官の関数として計算されるコリメータを有するＸ線装置を開示している。これにより、医師が、患者の身体の様々な器官の影響をさらに正確に評価することが可能であるため、医師は例えばこのコリメータを設定することにより、既定の最大線量を超えないことを保証することができる。

これに基づいて、本発明の目的は、コリメータの設定をさらに最適にすることを可能にする手段を提供することである。

本目的は、請求項１に記載の特徴を持つＸ線装置と、請求項５に記載の特徴を持つ方法とにより達成される。有利なバージョンは、従属請求項に述べられている。

本発明によるＸ線装置は、医療Ｘ線画像を生成するのに特に用いられ、以下の要素、
ａ）Ｘ線の束を生成するためのＸ線管を通常は有するＸ線放射源；
ｂ）シールド素子を用いて、Ｘ線放射源から出てくるＸ線の束がこの光線の形状に関し制限される及び／又は局部的に減衰される、Ｘ線放射に対し不透過及び／又は半透過であるシールド素子を持つ、及び／又はフィルタ素子を用いて、Ｘ線のスペクトルが変化することができるフィルタ素子を持つ、（手動又は自動的に）設定可能なコリメータであり、通常は、これらシールド素子は、Ｘ線の束を制限する、いわゆる絞りを含み、フィルタ素子は、放射線品質を最適にする放射フィルタ又はプレフィルタシステムを含むコリメータ；
ｃ）Ｘ線の束の経路内に配され、それに当たるＸ線放射量を測定することができるＸ線検出器であり、検査対象、例えば患者はＸ線放射源とＸ線検出器との間に通常は配されるＸ線検出器；及び
ｄ）Ｘ線の束において、コリメータにより生じる放射線量の減少を検出する手段；
を有する。

このようなＸ線装置は、Ｘ線放射源から出てくるＸ線放射がコリメータにより減少する量に関する情報をユーザに提供する利点を有する。これはユーザに画像を改善させる、並びに患者及び作業員が放射線に曝されることを最小にする、コリメータの設定がいまだ存在する、若しくは既に使用している潜在的可能性を評価することを可能にする。このコリメータはこの情報を利用して最適に設定されることができる。

コリメータにより生じる放射線量の減少は、例えばコリメータと患者との間にある適当なセンサにより直接測定することができる。好ましくは、Ｘ線装置は、画像の生成を制御し、記録されたＸ線画像を処理するためのデータ処理ユニットを有し、このデータ処理ユニットは、Ｘ線放射源、コリメータ及びＸ線検出器に接続され、このコリメータの現在の設定を検出し、これからコリメータにより生じる放射線の減少を決定することを目的に設定される。コリメータの現在の設定、すなわち、特に幾何学的位置並びに個々のシールドする及びフィルタ素子の吸収挙動を知ることにより、放射線量の減少は、追加の測定を必要とすることなく、理論上の推定の理由で相当の正確さを持って決められる。コリメータの現在の設定は、例えば適切な（位置）センサにより測定されてもよい。データ処理ユニットは、コリメータの自動的な設定構造のための命令を生成する又は伝えるために設定される場合、このコリメータの設定は、（センサを反結合(back-coupling)することすらなく）送信される命令から推定される。その上、シールド素子の位置は、自動画像処理の適切な方法を用いて、記録されたＸ線画像から決められもする。

Ｘ線装置の改良型によれば、Ｘ線装置は、記録されたＸ線画像を表示するための表示ユニット及び／又は例えばＸ線放射源の発電電圧のような撮像パラメタを表示するための表示ユニットを有する。ここで、放射線量の検出される減少は、前記表示ユニット上にテキスト及び／又はグラフィックとして表示されることができる。Ｘ線画像及び撮像パラメタに対する表示ユニットは、いずれにしても一般的に従来のＸ線装置に存在する。これにより、これら表示ユニット上に、放射線量の決められる減少をユーザに対する追加の情報として表示することを提案するので、ユーザはコリメータを設定する際、これを使用することができる。

本発明はさらに、特に上述した形式のＸ線装置でもよいＸ線装置のコリメータを設定する方法に関する。この方法において、コリメータの現在の設定及び場合によるとＸ線装置の他の構成要素の設定に基づいて、コリメータにより生じる放射線量の減少が決められ、ユーザに表示される。生じる減少は、この場合、絶対値又は現在のコリメータの設定に与えられるパラメタの値と、シールドが完全に開いている及び／又はフィルタを持たない場合のこのパラメタの値との比として任意に表されてよい。この方法は、Ｘ線装置に関し上述したような、ユーザがいまだ存在している又は既に使用したコリメータの最適化の可能性に関する情報を与えられる利点を持つ。特に、患者に供給される線量比率又は全体の放射線量のような他の値が、（生物学的な効果を考慮して又は考慮しないで）既に目標とする範囲内にある場合、この方法を用いて、放射線量をさらに減少させるための、恐らくはまだ使用されていない潜在的可能性として検出され、使用される。

コリメータにより生じる放射線量の減少を定量化するための様々な可能性が存在する。第１の好ましい方法に従って、放射線量の減少は、コリメータにおいて位置決めされたシールド素子を持つ（患者に到達する）Ｘ線の束の断面領域、及びシールド素子を持たない（すなわち、完全に開かれたシールドである）Ｘ線の束の断面領域との比により線量計無しに定量化される。第２の好ましい方法に従って、放射線量の減少は、コリメータにおけるシールド及びフィルタ素子を位置決めする領域と線量との積、及び位置決めしない領域と線量との積の比によって定量化される。この領域と線量との積は、Ｘ線の束内にある線量と、同じポイントにおけるＸ線の束との断面領域との積に対応する線量計値（単位：Ｇｙ・ｃｍ^２）である。

上記方法の改良型に従って、セットコリメータの場合における領域と線量との積は、例えば、その放射線品質（光線のスペクトル）のような、Ｘ線装置のＸ線放射源の特徴の関数として計算される。これは、フィルタ及び／又は例えば連続して増大する厚さを持つウェッジのような半透過シールドが使用される場合、放射線量の減少のより正確な決定を可能にする。ここで通過する放射線の量が入射する放射線の放射線品質に依存している。

放射線量の決められた減少は、ユーザがそれらを利用するために、好ましくはテキスト（例えば数値）及び／又はグラフィック（例えば円グラフ又は棒グラフ）として表示される。その上、例えば一方にはシールド素子及び他方にはフィルタ素子のような異なる素子により、生じた線量の減少は、別々に表示されることができる。この点において、線量の減少の特性からなるカラー符号化を用いて結合される表示も考えられる。

この方法の他の改良型に従って、Ｘ線放射の後方散乱の減少及び／又は画像品質の改善は、この放射線量の減少から決められ、ユーザに表示される。このようにして、ユーザは、線量の減少の正の影響に対する使用及び依然として存在する潜在的可能性を直接検出することができる。

本発明は、図に示される実施例を参照してさらに説明されるが、本発明はこれに制限されない。

患者５の身体のＸ線画像を生成するために、Ｘ線装置は、発電機により供給されるＸ線電圧を用いてＸ線放射を生じさせる、Ｘ線管を有するＸ線放射源と、患者５の身体が通すＸ線放射を局所的に分解して測定するＸ線検出器４とを有する。このＸ線検出器４はさらに、個々の画像センサを読み取るための画像処理ユニット１に接続されている。Ｘ線装置及び得られる（デジタル化された）Ｘ線画像の処理は、データ処理ユニット２により制御され、そのためにこのデータ処理ユニット２は、画像生成ユニット１及びＸ線放射源７に接続されている。その上、このデータ処理ユニット２は、システム制御パネル８及び記録されたＸ線画像を表示するためのディスプレイユニット３に接続され、このシステム制御パネルを用いてユーザは、命令を入力したり、記録手順を制御する。

Ｘ線装置はさらに、コリメータ６を有する。Ｘ線の束に浸透するこのコリメータの２つのシャッター及び１つのフィルタが図に例として示される。このコリメータは、絞り(iris)及びプレフィルタを有するいわゆる一次放射フィルタ（図示せず）も含んでいる。Ｘ線管により生成される放射線のフィルタは、コーン形状の光線の束だけしか通らない。コリメータにおける放射線フィルタは、放射線の品質を制御したり、患者の線量を減少させたりするのに頻繁に用いられる。

コリメータ６も同様にデータ処前記理ユニット２に接続され、この処理ユニットがフィルタ及びシールド素子を所望の位置に設定するための命令をコリメータ６に送信することは可能である。前記命令は適切な自動位置決め機構により実施される。

従来、ユーザに利用可能である、コリメータを設定するための情報は、シャッター及び絞りの位置だけを考慮して決められる患者の全線量（単位：Ｇｙ・ｃｍ^２）及び瞬時的な患者の線量速度（単位：ｃＧｙ・ｃｍ^２／ｓ）、並びにこれらシールドにより生じる現在の画像のトリミングである。コリメータのシールドをできるだけ閉じることにより、画像の品質は、散乱放射が減少するので改善することができる。その上、患者及び作業員が放射線に曝されることも最小になる。これらの利点にもかかわらず、臨床実験において、コリメータは散発的にしか使用されていない。

Ｘ線装置がコリメータを持っていることをユーザに上手く知らせるために、コリメータにより生じる放射線量の減少を検出することはこれにより、本発明に従って実行される。好ましくは、この減少は、この場合、全体として、コリメータ及びＸ線装置の現在の設定から、理論的考慮に基づいて計算される。前記設定は、例えば、シールド及びフィルタ素子の位置及び透過関数を含んでいる。この方法の補助的な態様において、後方散乱が減少することによる作業員に対する利益、又は画像品質に対する利益を評価することも可能である。

線量の減少を映像化するための様々な線量計測パラメタ、例えばエネルギー線量（単位：Ｇray）、イオン線量（カーマ(kerma)）、又は実効線量若しくは等価線量（単位：シーベルト(Sievert)）が用いられる。これらは、例えば検出器の画像から患者の断面画像を決め、様々な組織形態を自動的にセグメント化することにより患者モデルから計算されてもよい（DE199 03 749 A1参照）。この線量の決定において、患者の入射線量（散乱部を持たない純粋な線量）と、（散乱を考慮する）表面線量との間をさらに区別する。実際に、絶対的な情報（例えば、線量率とエリア線量との積：ｃＧｙ・ｃｍ^２／秒又は線量率と積分エリア線量との積：Ｇｙ・ｃｍ^２）と、相対的な情報（以下参照）との両方が得られる。

さらに、本発明による方法におけるＸ線装置の使用は、例えば以下のようである。

最初に、コリメータ６のフィルタ及びシールド素子が制御パネル８を用いて操作員により手動で位置決めされるか、又はデータ処理ユニット２により自動的に位置決めされる。前記シールド素子の位置は、次いで、Ｘ線の束のシールドされた断面領域（すなわち、コリメータ６の背後にある“見えない”領域）Ａｂをそれらから計算するために、データ処理ユニット２により読み取られる。領域シールド因子ＡＡは、次いでシールドが開いているとき、

に従って、Ｘ線の束のシールドされた断面領域Ａｂと全断面領域Ａ０との商として計算される。

これによりＡＡ＝０％の値は完全に開いたシールドに対応し、ＡＡ＝１００％の値は完全に閉じたシールドに対応する。基本的な使用に依存する場合、瞬間的な画像は、これらの計算から、（すなわち、Ｘ線放射が患者を通過しない）直接照射である無関係の領域を排除するために、いまだ分析されなければならない。このような分析において、例えば、最初に、吸収のない（又は数ｃｍの水の吸収がある）画像の輝度のシミュレートされるしきい値が所与の取得パラメタの関数（Ｘ線管電圧及び電流、プレフィルタリング、ＩＩモード、スペクトル等）として決められ、次に、前記しきい値よりも明るい画像エリアは直接放射の領域と分類され、前記しきい値よりも暗い画像領域は、患者に関連する領域と分類されるセグメント化が行われる。

その上、Ｘ線放射源７の電流発生装置の設定値は、コリメータ６におけるフィルタの送信を決めるのに用いられ、このフィルタの送信は放射線の品質に依存している。このようにして、線量減少因子（ＤＲＦ）が計算される。この場合、画像当たり、１秒当たり、シーケンス当たり、又は完全に開いているシールドでの介在当たりの領域と線量との積ＤＡＰ_０は、

に従って、フィルタを置いた後の評価される領域と線量との積ＤＡＰ_ｂと相対して置かれる。

代わりに、この領域と線量との積における相対的な減少ＤＲも

に従って計算されることができる。

領域シールド因子ＡＡ、領域と線量との積における相対的な減少ＤＲ及び／又は線量減少因子ＤＲＦの上述したパラメタは、特別な指標として表示される。従来のＸ線システムは、患者の線量をシステム制御パネル８上及び現在のＸ線画像の下にある表示ユニット３上に映像化する。直前に述べた表示ユニットは通例、様々な撮像パラメタ（ＳＩＤ(Source-Image-Distance)、前記Ｘ線管の現在の電荷、ＩＩモード、患者の線量の速度等）に関する情報を有する。この線量の減少の新しい指標が表示ユニット３、又は表示ユニット３並びにシステム制御パラメタ８の一方に表示されることができる。

データを表示するための様々な可能性が存在する。最も簡単な場合、図に示されるように、前記指標の絶対的な数値が表示される。加えて又は代わりに、象徴的な表示が例えば円グラフ又は棒グラフを選択することも可能である。

コリメータ６による放射線量の減少に対する上述した新しい指標は特に、自動的なフィルタの配置が直接認識できるという利点をもたらすので、自動的なフィルタの配置及び興味のある範囲の撮像に対する取り組みに関連して価値がある。手動で設定されたコリメータに関連して、前記新しい指標は、線量を減少させるのに利用可能な潜在的可能性に関する多くの情報をユーザに提供するので、これらは画像の品質及び放射線に曝されることを最小にする対応する利点を用いて、実際により日常的に用いられる。

本発明によるＸ線装置の構成要素を概略的に示す。

Claims (10)

1. ａ）Ｘ線放射源、
   ｂ）Ｘ線の束を制限する、局部的に減衰する及び／又はフィルタリングする設定可能なコリメータ、
   ｃ）Ｘ線検出器、及び
   ｄ）前記コリメータにより生じた放射線量の減少を検出する手段
   を有するＸ線装置。
2. 請求項１に記載のＸ線装置において、画像の生成を制御し、記録されたＸ線画像を処理するためのデータ処理ユニットを有し、前記データ処理ユニットは、前記Ｘ線放射源、前記コリメータ、及び前記Ｘ線検出器に接続され、前記コリメータの現在の設定を検出し、この検出した設定から前記コリメータにより生じた前記放射線量の減少を決定するために構成されることを特徴とするＸ線装置。
3. 記録されたＸ線画像を表示する表示ユニットを有し、前記表示ユニット上に、検出された前記放射線量の減少がテキスト及び／又はグラフィックとして表示されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線装置。
4. 撮像パラメタを表示する表示ユニットを有し、前記表示ユニット上に、検出された前記放射線量の減少がテキスト及び／又はグラフィックとして表示されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線装置。
5. 前記Ｘ線装置のコリメータを設定する方法であって、前記コリメータ及び前記Ｘ線装置の他の構成要素の現在の設定に基づいて、前記コリメータにより生じた前記放射線量の減少が決められると共に、表示される方法。
6. 前記放射線量の減少は、コリメータを用いた放射断面領域とコリメータを用いない放射断面領域との比により量子化されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記放射線量の減少は、コリメータを用いた領域と線量との積と、コリメータを用いない領域と線量との積との比により量子化されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 前記コリメータを用いた領域と線量との積は、前記Ｘ線装置のＸ線放射源の特性の関数として計算されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記放射線量の減少がテキスト及び／又はグラフィックとして表示されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
10. Ｘ線放射の後方散乱の減少及び／又は画像品質の改善は、前記放射線量の減少から決められることを特徴とする請求項５に記載の方法。

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