JP2007097666A - X線診断装置及びx線診断装置制御プログラム - Google Patents

X線診断装置及びx線診断装置制御プログラム Download PDF

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Naoushi Onoue
奈央子 小ノ上
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Abstract

【課題】 X線透視画像取得中において、X線曝射レートを被検体の動きに応じて動的に制御することができるX線診断装置等を提供すること。
【解決手段】 X線検出部15に対する被検体の動きの度合いを示す指標、例えばフレーム間の差分値、前記被検体を搭載する寝台表面の圧力の時間的変化、診断部位近傍の移動量の時間的変化等を随時計算する。中央制御部29は、計算された指標Dが、例えばD>Th+a、Th−a≦D≦Th+a、D<Th−aのいずれの範囲に属するかを評価し、その結果に応じてパルスレート上昇、パルスレート維持、パルスレート低下のいずれかの制御を行う。
【選択図】 図1

Description

本発明は、X線診断装置に関するもので、特に、パルスX線透視が可能なX線診断装置及び当該装置の射制御プログラムに関する。
X線診断装置は、被験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、その撮影形態には、診断・治療等の目的に応じて、リアルタイム画像を取得する透視モードと、静止画像を取得する本撮影モードとがある。また、透視モードには、X線を連続的に曝射する透視連続モードと、被爆低減のためにX線を間欠的に曝射するパルス透視モードとが存在する。
X線診断装置でパルス透視を行う場合、X線曝射間隔であるパルスレートは、画像取得前に、検査毎にマニュアル操作によって設定されが、その値は、検査部位や検査目的によって予め適切な数字が決まっていることが多い。この点を利用し、透視モードから予めプリセットすることにより、透視モードをいちいちマニュアル設定する煩わしさを解消する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。また、検査部位を選択する部位選択スイッチを操作卓上に設けておき、動きが大きい部分を選択した場合にはパルスレートを上昇させ、一方、動きが小さい部分を選択した場合には、レートを下げることで、設定作業を簡易化する技術も存在する(例えば、特許文献2参照)。
特開平8−138883号公報 特開2000−279400号公報
しかしながら、現在のX線診断装置では、同じ検査部位や同じ検査目的では、その画像取得中におけるパルスレートは固定されてしまう。従って、同一検査部位に係る画像取得中にパルスレートを変更しようとすれば、迅速且つ的確なマニュアル操作が必要とされる。そのため、現実的には、同一検査中にパルスレートを変更することは困難である。
また、動きが大きい検査部位を低レートで撮影すると、観察時のコマ送り感が強くなり、時間分解能が低下する。従って、検査中に適切なパルスレート変更が困難である従来の装置においては、動きが大きな場所に合わせてパルスレートが設定される。そのため、高いパルスレートを必要としない場所(例えば、動きが小さな場所)であっても、高レートで透視されることとなり、被爆低減の観点から好ましくない。
また、例えば被検体が小児と大人とでは、同一検査部位、同一検査目的であっても動きに差異があり、個別に対応できることが好ましい。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、X線透視画像取得中において、X線曝射レートを被検体の動きの程度に応じて動的に制御することができるX線診断装置及びX線診断装置制御プログラムを提供することを目的としている。
本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。
本発明の第1の視点は、被検体に対し所定のレートでX線を曝射するX線曝射手段と、入射するX線を検出するX線検出手段と、検出されたX線に基づいて、X線画像を生成する画像生成手段と、前記被検体の動きの度合いに応じて前記レートを制御する制御手段と、を具備することを特徴とするX線診断装置である。
本発明の第2の視点は、コンピュータに、被検体に対し所定のレートでX線を曝射させるX線曝射機能と、入射するX線を検出させるX線検出機能と、検出されたX線に基づいて、X線画像を生成させる画像生成機能と、前記被検体の動きの度合いに応じて前記レートを制御させる制御機能と、を実現させることを特徴とするX線診断装置制御プログラムである。
以上本発明によれば、X線透視画像取得中において、X線曝射レートを被検体の動きに応じて動的に制御することができるX線診断装置及びX線診断装置制御プログラムを実現することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
図1は、本実施形態に係るX線診断装置1のブロック構成図を示している。同図に示すように、本X線診断装置1は、装置本体2、X線制御部11、X線管球12、寝台14、X線検出部15、寝台制御部16、寝台駆動部17、操作部30、モニタ31を具備している。
X線制御部11は、中央制御部29(後述)からの指示のもと、所定強度のX線が所定レートで曝射されるように、X線管球12を制御する。
X線管球12は、X線を発生する真空管であり、高電圧発生装置からの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線を発生する。
寝台14は、被検体を搭載したまま起倒及び位置決め動作可能な機構を有する。
X線検出部15は、イメージインテンシファイア(I.I.)とTVカメラとから構成され、被検者を透過したX線を入力蛍光面で光学情報に変換し、さらに当該光学情報に基づいて生成された光電子を出力蛍光面に衝突させて高輝度光学画像を生成する。しかしながら、これに拘泥されず、例えばシンチレータとフォトダイオードアレイとを有するフラットパネルデテクタ(FPD)を採用してもよい。FPDとは、被検体を透過したX線を光電膜に当てることで電子正孔を生成し、これを半導体スイッチにおいて蓄積し、電気信号として読み出すことでX線信号を検出するものである。
寝台制御部16は、中央制御部29(後述)からの指示のもと、例えば造影剤の流れを追いながら診断部位(寝台)の位置決めを行うために、寝台駆動部17を制御する。
寝台駆動部17は、寝台制御部16の制御のもと、寝台14を駆動する。
操作部30は、キーボードや各種スイッチ、マウス等を備えた入力装置であり、患者情報(患者ID、検査部位、検査目的等)の入力、撮影指示、パルスレート選択、画像選択等を入力する際に使用される。
モニタ31は、後述する画像処理部25から受け取った信号により、X線診断画像等を表示するCRT、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ等の表示装置である。
装置本体2は、本X線診断装置の動作に関する制御、検出したX線に基づく画像データ生成等を行うものであり、A/D変換器21、メモリ23、画像処理装置25、D/A変換器27、記憶部28、中央制御部29を有している。
A/D変換器21は、X線検出部15から出力されるアナログの映像信号を、ディジタル信号に変換し、フレーム毎の画像データとしてメモリ23に送り出す。
メモリ23は、A/D変換器21から供給されるディジタル信号を一時的に記憶する。
画像処理装置25は、メモリ23からディジタル信号をフレーム毎に読み出し、必要に応じてサブトラクション処理等の所定の画像処理を行う。
D/A変換器27は、画像処理装置25から入力した画像データのディジタル信号列を、アナログ信号列に変換する。
記憶部28は、画像処理部27での画像処理前又は処理後の画像データ等を記憶する。また、記憶装置15は、後述するパルスレートの動的制御機能を実現するための専用プログラムを記憶する。さらに、記憶装置15は、被検体の動きの度合い示す指標の値と、レート切替の基準となる閾値Th及び不感帯幅とを対応付けた対応テーブルを、検査部位毎に記憶する。
中央制御部29は、画像データの収集に関する制御、及び収集した画像データの画像処理、画像再生処理等に関する制御を行う中央処理装置である。特に、中央制御部29は、後述するパルスレートの動的制御機能に関する処理を実行する。
(パルスレートの動的制御機能)
次に、本X線診断装置1が有するパルスレートの動的制御機能について説明する。この機能は、X線検出部15に対する被検体の動きの度合いに応じて、透視モード中にパルスレートを動的に制御するものである。これにより、透視モードにおけるX線画像取得中であっても、X線検出部15に対する被検体の動きが早い場合にはパルスレートを高く設定し、また、X線検出部15に対する被検体の動きが遅い又は動きがない場合にはパルスレートを低く設定することができる。なお、本機能は、例えば記憶部28に記憶された専用プログラムを中央制御部29のメモリ上に展開することで実現することができる。しかしながら、これに拘泥されず、専用のハードウェアによって実現するようにしてもよい。
図2は、X線診断装置の一般的な撮影動作の流れを示したフローチャートである。図2に示すように、患者ID、検査部位等を含む患者情報が操作部30を介して入力され(ステップS1)、当該患者情報に基づく(透視モードにおける)パルスレートが設定される(ステップS2)。次に、設定されたパルスレートに従って、透視モードによるX線画像の取得が実行され(ステップS3)、撮影位置が決定されると本撮影モードによるX線画像の取得が実行される(ステップS4)。
本X線診断装置では、ステップS2の透視モードによるX線画像の取得において、パルスレートの動的制御機能に従う処理(パルスレート動的制御処理)が常時実行される。以下、パルスレート動的制御処理の具体的な内容について、被検体の動きの度合いを示す指標別に、実施例に従って説明する。
(実施例1)
本実施例は、X線検出部15に対する被検体の動きの度合いを示す指標として、フレーム間の差分値を用いるものである。
図3は、本実施例に係るパルスレート動的制御処理の流れを示したフローチャートである。まず、透視モードによるX線画像取得が実行されると、中央制御部29は、次の式(1)を用いて、直前のフレームと現在のフレームとの間で、ROI内の差分値を計算する(ステップS31)。
D=Σ|fiN(x,y)−fiN−1(x,y)| (1)
ここで、和はROI内の全画素について取るものとし、また、Nはフレーム番号を示す。
次に、中央制御部29は、対応テーブルを用いた差分値Dの評価を実行する(ステップS32)。すなわち差分値DがD>Th+a、Th−a≦D≦Th+a、D<Th−aのいずれの範囲に属するかを判定する。判定の結果、Dの値がD>Th+aに属すると判定した場合には、中央制御部29は、現在の設定から一定値だけパルスレートを上昇させる(ステップS33a)。また、中央制御部29は、Dの値がTh−a≦D≦Th+aに属すると判定した場合には、現在の設定でパルスレートを維持する(ステップS33b)。さらに、Dの値がD<Th−aに属すると判定した場合には、現在の設定から一定値だけパルスレートを低下させ(ステップS33c)る。
なお、本実施例では、閾値Thの間に不感帯幅aを設けている。これは、レートが頻繁に変更されることを防止し、より安定したレートに従うX線画像取得を実現するためである。この不感帯幅aは、設定により変更できることが好ましい。例えば、a=0と設定することで、不感帯幅のないパルスレート制御を実行することもできる。
また、指標としてのフレーム間の差分値は、式(1)の定義に拘泥されない。例えば、式(1)によって求められる差分値DをROI内の画素数で除算した平均差分値Dmを、指標として採用するようにしてもよい。
(実施例2)
被検体の動きが発生した場合には、当該被検体と接触する寝台14表面の圧力に変化が生ずる。本実施例は、この点に着目し、X線検出部15に対する被検体の動きの度合いを示す指標として、寝台14上の圧力の時間的変化を用いるものである。
図4は、本実施例に係るX線診断装置1の構成を示した図である。同図に示すように、寝台14には圧力センサ40が設けられている。この圧力センサ40は、ある時間間隔(例えば、1秒間隔)で寝台上の検査部位を含む(検査部位を搭載する)領域R(s,t)の各位置における圧力を測定する。
図5は、本実施例に係るパルスレート動的制御処理の流れを示したフローチャートである。まず、透視モードによるX線画像取得が実行されると、中央制御部29は、領域Rにおける直前(すなわち、一秒前)の圧力の測定結果と現在の圧力の測定結果との差分を、式(2)に従って計算する(ステップS41)。
P=|f(s,t)−fN−1(s,t)| (2)
ここで、f(s,t)は領域R(s,t)内にかかる圧力を意味し、また、Nはフレーム番号を示す。
次に、中央制御部29は、対応テーブルを用いた差分値Pの評価を実行する(ステップS42)。すなわち差分値PがP>Th+a、Th−a≦P≦Th+a、P<Th−aのいずれの範囲に属するかを判定する。判定の結果、Pの値がP>Th+aに属すると判定した場合には、中央制御部29は、現在の設定から一定値だけパルスレートを上昇させる(ステップS43a)。また、中央制御部29は、Pの値がTh−a≦P≦Th+aに属すると判定した場合には、現在の設定でパルスレートを維持する(ステップS43b)。さらに、Pの値がP<Th−aに属すると判定した場合には、現在の設定から一定値だけパルスレートを低下させる(ステップS43c)。
(実施例3)
本実施例は、X線検出部15に対する被検体の動きの度合いを示す指標として、診断部位近傍の移動量の時間的変化を用いるものである。
図6は、本実施例に係るX線診断装置1の構成を示した図である。同図に示すように、被検体の診断部位近傍には位置センサ41が設けられている。この位置センサ41は、自身の空間的位置を中央制御部29に常に転送している。中央制御部29は、転送されてくる位置センサ41の空間的位置に基づいて、診断部位の単位時間当たりの移動量を計算する。
図7は、本実施例に係るパルスレート動的制御処理の流れを示したフローチャートである。まず、透視モードによるX線画像取得が実行されると、中央制御部29は、診断部位の単位時間当たりの移動量Lを計算する(ステップS51)。
次に、中央制御部29は、対応テーブルを用いた移動量Lの評価を実行する(ステップS52)。すなわち移動量LがL>Th+a、Th−a≦L≦Th+a、L<Th−aのいずれの範囲に属するかを判定する。判定の結果、Lの値がL>Th+aに属すると判定した場合には、中央制御部29は、現在の設定から一定値だけパルスレートを上昇させる(ステップS53a)。また、中央制御部29は、Lの値がTh−a≦L≦Th+aに属すると判定した場合には、現在の設定でパルスレートを維持する(ステップS53b)。さらに、Lの値がL<Th−aに属すると判定した場合には、現在の設定から一定値だけパルスレートを低下させる(ステップS53c)。
(実施例4)
本実施例は、X線検出部15に対する被検体の動きの度合いを示す指標として、検査中に医師又は技師が患者に対して行う指示における所定の言葉の有無を用いるものである。
図8は、本実施例に係るX線診断装置1の構成を示した図である。同図に示すように、本X線診断装置1には音声認識装置42が設けられている。音声認識装置42は、検査中に医師等が患者に対して行う指示の中に、患者の動きを発生させる所定の言葉(例えば、「仰向けになってください。」、「俯せになってください。」等)が含まれるか否かを判定する。所定の言葉が含まれると判定した場合には、音声認識装置42は、含まれることを示す信号を中央制御部29に対し送信する。
中央制御部29は、音声認識装置42から送信されてくる信号をトリガとし、パルスレートが現在の設定よりも一定期間高くなるように、X線制御部11を制御する。
(実施例5)
本実施例は、X線検出部15に対する被検体の動きの度合いを示す指標として、本X線診断装置1の機械的動作の有無を用いるものである。すなわち、中央制御部29は、X線検出部15に対する被検体の動きを発生させる機械的動作(例えば、絞りや寝台の移動(平行移動、回転移動、角度移動等))を指示した場合には、当該指示と同時にパルスレートが一定期間に亘って上昇させるように、X線制御部11を制御する。
(実施例6)
本実施例は、上記実施例1乃至実施例3のうちのいずれか場合において、呼吸に起因する動きの場合にはパルスレート上昇を行わないものである。
図9は、本実施例に係るX線診断装置1の構成を示した図である。同図に示すように、本X線診断装置1には呼吸センサ43が設けられている。呼吸センサ43は、検査中の被検体の呼吸情報(例えば、胸郭の上下移動及びその時間変化等)を測定し、その測定結果を中央制御部29に送信する。
中央制御部29は、実施例1乃至実施例3のうちのいずれかの指標を用いて「被検体の動き有り(又は、パルスレート上昇)」と判定した場合において、呼吸センサ43から送信されてくる測定結果を参照し、その動きが呼吸による動きと一致している場合には、呼吸に起因するものであると判定し、パルスレート上昇を行わないものとする。
以上述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
本X線診断装置置によれば、種々の指標に基づいて被検体の動きの度合いを判定し、その判定結果に応じてパルスレートを制御する。従って、X線透視画像取得中において、X線曝射レートを被検体の動きに応じて動的に制御することができる。特に、動きが少ない場合には、動きが大きな場合に比してパルスレートを低下させることができ、X線診断における余分な被爆を低減させることができる。また、被検体の動きに合わせてパルスレートをマニュアル設定する必要がなく、操作者の作業負担を軽減させることができる。
また、本X線診断装置置によれは、指標の値に応じた判定において閾値Thの間に不感帯幅aを設けている。これにより、レートが頻繁に変更されることを防止し、より安定したレートに従うX線画像取得を実現することができる。
さらに、本X線診断装置置によれは、検査中に被検体が動いた場合に、その動きが呼吸に起因するものであるのか否かを判定することができる。従って、呼吸以外の被検体の動きを対象とし、これに合わせたパルスレート制御を実現することができる。その結果、不要なパルスレート上昇を防止することができ、X線診断における余分な被爆を低減させることができる。
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。具体的な変形例としては、例えば次のようなものがある。
(1)本実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスクなど)、光ディスク(CD−ROM、DVDなど)、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することも可能である。
(2)上記実施形態においては、被検体の動きに対応させてパルスレートを一定の割合で上昇又は低下させる場合を例とした。しかしながら、これに拘泥されず、三段階以上のパルスレート制御、例えば指標の値に応じてパルスレートを計算し、これに従ってX線曝射を制御する構成であってもよい。また、どの様な状況においても被爆を一定以下に抑えるために、パルスレートの設定値の上限を設けるようにしてもよい。
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。
以上本発明によれば、X線透視画像取得中において、X線曝射レートを被検体の動きに応じて動的に制御することができるX線診断装置及びX線診断装置制御プログラムを実現することができる。
図1は、本発明の実施形態に係るX線診断装置1のブロック構成図を示している。 図2は、X線診断装置の一般的な撮影動作の流れを示したフローチャートである。 図3は、透視モードにおいて実行されるパルスレート動的制御処理の流れを示したフローチャートである。 図4は、実施例2に係るX線診断装置1の構成を示した図である。 図5は、実施例2に係るパルスレート動的制御処理の流れを示したフローチャートである。 図6は、実施例3に係るX線診断装置1の構成を示した図である。 図7は、実施例3に係るパルスレート動的制御処理の流れを示したフローチャートである。 図8は、実施例4に係るX線診断装置1の構成を示した図である。 図9は、実施例6に係るX線診断装置1の構成を示した図である。
符号の説明
1…X線診断装置、2…装置本体、11…X線制御部、12…X線管球、14…寝台、15…X線検出部、16…寝台制御部、17…寝台駆動部、21…A/D変換器、23…メモリ、25…画像処理装置、27…D/A変換器、28…記憶部、29…制御部、30…操作部、31…モニタ

Claims (12)

  1. 被検体に対し所定のレートでX線を曝射するX線曝射手段と、
    入射するX線を検出するX線検出手段と、
    検出されたX線に基づいて、X線画像を生成する画像生成手段と、
    前記被検体の動きの度合いに応じて前記レートを制御する制御手段と、
    を具備することを特徴とするX線診断装置。
  2. フレーム間の差分値、前記被検体を搭載する寝台表面の所定領域における圧力の時間的変化、診断部位近傍の移動量の時間的変化のうちのいずれかを、前記被検体の動きの度合いを示す指標として計算する計算手段をさらに具備し、
    前記制御手段は、
    前記指標が所定の閾値を超える場合には、前記レートを上昇させ、
    前記指標が所定の閾値よりも小さい場合には、前記レートを低下させること、
    を特徴とする請求項1記載のX線診断装置。
  3. フレーム間の差分値、前記被検体を搭載する寝台表面の圧力の時間的変化、診断部位近傍の移動量の時間的変化のうちのいずれかを、前記被検体の動きの度合いを示す指標として計算する計算手段をさらに具備し、
    前記制御手段は、
    前記指標が第1の閾値を超える場合には、前記レートを上昇させ、
    前記指標が第2閾値よりも小さい場合には、前記レートを低下させ、
    前記指標が前記第1の閾値と前記第2の閾値との間にある場合には、前記レートを変化させないこと、
    を特徴とする請求項1記載のX線診断装置。
  4. 呼吸に起因する前記被検体の移動量を測定する測定手段をさらに具備し、
    前記制御手段は、前記計算された指標と呼吸に起因する前記被検体の移動量とが対応する場合には、前記レートを上昇させないこと、
    を特徴とする請求項2又は3記載のX線診断装置。
  5. 検査中に医師又は技師が患者に対して行う指示における所定の言葉の有無を判定する判定手段をさらに具備し、
    前記制御手段は、前記判定手段が前記所定の言葉有と判定した場合には、前記レートを上昇させること、
    を特徴とする請求項1記載のX線診断装置。
  6. 当該X線診断装置の所定の機械的動作の有無を判定する判定手段をさらに具備し、
    前記制御手段は、前記判定手段が前記所定の機械的動作有と判定した場合には、前記レートを上昇させること、
    を特徴とする請求項1記載のX線診断装置。
  7. コンピュータに、
    被検体に対し所定のレートでX線を曝射させるX線曝射機能と、
    入射するX線を検出させるX線検出機能と、
    検出されたX線に基づいて、X線画像を生成させる画像生成機能と、
    前記被検体の動きの度合いに応じて前記レートを制御させる制御機能と、
    を実現させることを特徴とするX線診断装置制御プログラム。
  8. コンピュータに、
    フレーム間の差分値、前記被検体を搭載する寝台表面の所定領域における圧力の時間的変化、診断部位近傍の移動量の時間的変化のうちのいずれかを、前記被検体の動きの度合いを示す指標として計算させる計算機能をさらに実現させ、
    前記制御機能においては、
    前記指標が所定の閾値を超える場合には、前記レートを上昇させ、
    前記指標が所定の閾値よりも小さい場合には、前記レートを低下させること、
    を特徴とする請求項7記載のX線診断装置制御プログラム。
  9. コンピュータに、
    フレーム間の差分値、前記被検体を搭載する寝台表面の圧力の時間的変化、診断部位近傍の移動量の時間的変化のうちのいずれかを、前記被検体の動きの度合いを示す指標として計算させる計算機能をさらに実現させ、
    前記制御機能においては、
    前記指標が第1の閾値を超える場合には、前記レートを上昇させ、
    前記指標が第2閾値よりも小さい場合には、前記レートを低下させ、
    前記指標が前記第1の閾値と前記第2の閾値との間にある場合には、前記レートを変化させないこと、
    を特徴とする請求項7記載のX線診断装置制御方法。
  10. コンピュータに、
    呼吸に起因する前記被検体の移動量を測定させる測定機能をさらに具備し、
    前記制御機能においては、前記計算された指標と呼吸に起因する前記被検体の移動量とが対応する場合には、前記レートを上昇させないこと、
    を特徴とする請求項8又は9記載のX線診断装置制御プログラム。
  11. コンピュータに、
    検査中に医師又は技師が患者に対して行う指示における所定の言葉の有無を判定させる判定機能をさらに実現させ、
    前記制御機能においては、前記判定機能が前記所定の言葉有と判定した場合には、前記レートを上昇させること、
    を特徴とする請求項7記載のX線診断装置制御プログラム。
  12. コンピュータに、
    当該X線診断装置の所定の機械的動作の有無を判定させる判定機能をさらに実現させ、
    前記制御機能は、前記判定機能が前記所定の機械的動作有と判定した場合には、前記レートを上昇させること、
    を特徴とする請求項7記載のX線診断装置制御プログラム。
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WO2013054287A1 (en) * 2011-10-11 2013-04-18 Sura Amish Guided imaging system
JP2020074978A (ja) * 2018-11-08 2020-05-21 株式会社日立製作所 X線透視撮影装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013054287A1 (en) * 2011-10-11 2013-04-18 Sura Amish Guided imaging system
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