JP2007330302A - X線撮影装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】X線照射部と、X線可動絞りと、X線平面検出器(FPD)と、有効画像領域算出部101と、電荷読み出し時間算出部102と、第一画像データ取得周期設定部103とを備える。これらの構成により、実際にX線がFPDに入射する領域(有効画像領域)における電荷の読み出し時間を算出し、この時間に基づいて、X線の照射周期の1/n(nは2以上の整数)となるように画像データ取得周期を設定する。ここで、FPDの全面に亘って電荷を読み出した場合の画像データ取得周期を基準画像データ取得周期とした場合、設定する画像データ取得周期は、基準画像データ取得周期の電荷蓄積可能時間よりも短縮された電荷蓄積可能時間を有する。
【選択図】図3
Description
蓄積可能時間CSTm>蓄積可能時間CSTm+1
読み出し時間RCTm=読み出し時間RCTm+1
実施例1では、画像データ取得周期を短縮することで暗電流ノイズを低減するX線撮影装置を図1〜図6に基づいて説明する。
本発明のX線撮影装置は、図1に示すように、対向配置されたX線発生器(X線照射手段)3とFPD(flat panel detector:X線平面検出器)2との間で載置台6に乗った被検体4の透視画像を撮影する装置である。具体的な撮影手順として、まず初めに、X線発生器3から照射されて、被検体4を透過したX線をFPD2により画像データとして取得する。そして、この画像データをコンピュータ1内の画像処理部15により画像処理(ホワイトバランスの調節など)してモニタ5に表示する。このとき、X線は、X線照射周期に基づいて間歇的に照射されており、1回のX線の照射に対応して1枚の画像データをFPD2により取得する。なお、コンピュータ1とモニタ5は、本発明の装置を総合的に操作する操作卓(図示せず)に設けられる。
X線発生器3は、被検体4にX線を照射する機器である。X線発生器3は、高圧発生器16から電力供給を受けてX線を発生させるX線管を有しており、一方向に向かってX線を照射することができるようになっている。ここで、高圧発生器16からの電力供給の調節は、後述するX線制御部11にて行なう。
X線制御部11は、高圧発生器16に接続されて、X線発生器3に供給する電力を制御することで、被検体4に照射するX線の照射線量を調節する。照射線量は、X線管電流値と、X線照射時間とで決定され、X線制御部11は、これらの数値を情報として記憶することができる。
X線発生器3には、X線の照射領域を制限するX線可動絞り30が設けられている。X線可動絞り30は、放射線遮蔽能に優れた部材、例えば、鉛などでできた4枚の絞り板を四方に配置することで構成されており、この絞り板がX線を遮蔽する。四方に配置された絞り板に囲まれる部分は、絞り板により遮蔽されておらず、この部分から、X線が放射状に照射される。そして、この絞り板を、中心方向に挿入する量(絞り量)を調節することで、被検体4に対するX線の照射領域を変化させることができる。このようにX線の照射領域が制限されることにより、X線発生器3に対向して配置されるFPD2に実際に入射するX線の領域(有効画像領域)が変化する。
X線可動絞り制御部12は、X線可動絞り30を制御して、X線発生器3から照射されるX線の照射範囲を調節する。ここで、X線可動絞り制御部12は、絞り板の挿入量(絞り量)を情報として記憶することができる。
FPD2はX線発生器3から照射されて被検体4を透過したX線を検出して画像データとして出力する機器である。FPD2は、主として、その厚さ方向にシンチレーター層と、検出素子層とに分けることができる。シンチレーター層は、CsI:TlやGd2O2S:Tbなどの蛍光体からなり、この層に入射したX線を光に変換する。一方、検出素子層は、図2に示すように、光を検知する最小単位である画素が、2次元アレイ状に配置されることで構成されている。各画素は、光を電荷に変換するフォトダイオード(PD)21と、変換された電荷を蓄積するコンデンサ22と、蓄積された電荷の読み出し制御を行なうTFTスイッチ23から構成されている。TFTスイッチ23はライン毎に共通の端子に接続され、各画素に読み出し同期信号を入力するゲートドライバGDの端子に接続されている。
X線平面検出器制御部14は、FPD2に接続され、FPD2の任意の領域についてFPD2に蓄積された電荷を画像データとして出力させるようにFPD2を制御する。ここで、FPD2は、上述のように読み取り領域を変える複数のモードを有しており、X線平面検出器制御部14は、このモードに従ってFPD2を制御して画像データを読み出すことができる。その他、後述するように、FPD2のゲートドライバGDに入力させる信号のタイミングを全て同一にすることで、FPD2の全面に蓄積される電荷を短時間で一斉排出させることができる。
機構制御部13は、被検体4を載せる載置台6とX線発生器3とFPD2の位置関係を変更可能なように制御する。これら3つの構成の相対的位置関係を変更することで、種々の角度や距離から被検体4を撮影することができる。ここで、機構制御部13は、X線発生器3と載置台6との距離、X線発生器3とFPD2との距離(SID)を情報として記憶することができる。X線発生器3とFPD2との距離は、後述する有効画像領域を特定するために使用することができる。また、X線発生器3と載置台6との距離は、被検体4の関心領域以外の部分にX線を照射しないように作業者が可動絞り30を調節する目安として使用することができる。
中央処理部10は、画像処理部15に接続され、この画像処理部15に取得した画像データの補正を指示する。また、この中央処理部10は、図3に示すように、各制御部から得られる情報に基づいて最適な画像データの読み出し周期を算出する最適画像データ取得周期設定部100を有する。最適画像データ取得周期設定部100は、有効画像領域算出部(有効画像領域算出手段)101と、電荷読み出し時間算出部(電荷読み出し時間算出手段)102と、第一画像データ取得周期設定部(第一画像データ取得周期設定手段)103とを備え、暗電流ノイズを低減することができる画像データの読み出し周期を決定する。
上述した最適画像データ取得周期設定部100の有効画像領域算出部101は、機構制御部13およびX線可動絞り制御部12に接続され、それぞれの制御部からX線発生器3とFPD2との距離(SID)およびX線可動絞り30の絞り量の情報を取得できるように構成される。また、有効画像領域算出部101は、FPD2における有効画像領域の位置と、後述するように、この領域における画素数を算出できるように構成される。
電荷読み出し時間算出部102は、有効画像領域算出部101に接続されて、上述した有効画像領域の位置と、この領域における画素数の情報を取得できるように構成される。電荷読み出し時間算出部102は、一画素当たりの電荷読み出し時間や読み出し動作を制御する時間を考慮して有効画像領域における電荷の読み出し時間を算出することができる。また、電荷読み出し時間算出部102は、後述する第一画像データ取得周期設定部103に接続され、算出した電荷読み出し時間を出力可能なように構成される。
第一画像データ取得周期設定部103は、電荷読み出し時間算出部102からの情報を取得可能であると共に、X線制御部11に接続されて、X線の照射条件(X線管電流値や照射時間)についての情報を取得できるように構成される。第一画像データ取得周期設定部103は、X線照射時間と電荷読み出し時間とから、最短の画像データ取得周期を算出する。そして、最短の画像データ取得周期に基づいて、電荷蓄積可能時間を決定し、最適な画像データの読み出し周期を決定する。最適な画像データ取得周期の決定の仕方は、後段で詳細に説明する。また、第一画像データ取得周期設定部103は、取得した情報に基づいて画像データ取得周期を決定し、X線平面検出器制御部14に出力できるように構成される。
per second)に設定されている。基準画像データ取得周期(nRDC)は、基準電荷蓄積可能時間(nCST)と基準電荷読み出し時間(nRCT)とからなり、基準電荷蓄積可能時間(nCST)の間にX線が照射されている。
まず初めに、作業者は、FPD2の全面に亘って画像データを読み出している状態から被検体4の関心領域を特定し、操作卓を操作してX線可動絞り30によりX線の絞り量を調節する。絞り量は、中央処理部10からX線可動絞り制御部12に伝達され、可動絞り30が稼動される。絞り量が決定された場合、中央処理部10は、画像データ取得周期の算出を開始する。具体的には、以下の手順(ステップ)により画像データ取得周期を算出する(図5を参照)。
本発明の装置の有効画像領域算出部101は、X線可動絞り制御部12からX線可動絞り30の絞り量を取得する。なお、絞り量は、X線可動絞り制御部12に記憶されていても良いし、中央処理部10に記憶されていても良い。
有効画像領域算出部101は、機構制御部13からX線発生器3とFPD2との距離(SID)を取得する。なお、SIDは、機構制御部13に記憶されていても良いし、中央処理部10に記憶されていても良い。
有効画像領域算出部101は、絞り量とSIDから有効画像領域を算出する。X線発生器3から照射されるX線は、X線可動絞り30によってその一部が遮蔽された状態になる。そして、遮蔽されなかったX線は、X線の照射方向に広がりながら被検体4を透過し、FPD2に到達する。X線の広がり度合いは、SIDに比例するので、絞り量とSIDが判ればFPD2におけるX線が照射された領域、即ち、有効画像領域がわかる。このとき、FPD2における有効画像領域に相当する位置を特定しておく。なお、本例の装置では、X線管と可動絞り30との距離は、固定されているため、SIDを有効画像領域の算出に使用することができる。
電荷読み出し時間算出部102は、有効画像領域内にある全画素を読み出すのに必要な時間を算出する。本例では、有効画像領域が、512×512画素である場合を説明する。本例のFPD2では、一画素あたりの電荷読み出し時間が、約25nsであり、各機器の制御時間などを考慮に入れて、512×512画素の画像データの電荷読み出し時間は、8msである。
第一画像データ取得周期設定部103は、X線制御部11から、X線発生器3により照射されるX線の照射時間を取得する。照射時間は、作業者が、被検体4への照射線量を決定したときに、作業者が任意に決定するか、若しくは中央処理部10により自動で決定される。本例では、照射時間は、5msであり、X線照射の開始は、平面検出器読み出し同期信号の入力に遅れること、2msである。また、X線照射周期は、nRDCと同じ33.3msである。なお、照射時間は、このステップS14において取得することができれば良く、中央処理部10で記憶しておいても良い。
第一画像データ取得周期設定部103は、電荷読み出し時間と設定されたX線照射時間との合計時間(最短の画像データ取得周期)を算出する。最短の画像データ取得周期における電荷蓄積可能時間は、X線照射時間と一致している。この場合、X線照射時間の開始と電荷蓄積可能時間の開始とが一致し、X線照射時間の終了と電荷蓄積可能時間の終了とが一致することになる。上述したように、本例では、照射時間が5ms、電荷読み出し時間が8msであるので、最短の画像データ取得周期は、13msである。なお、本例では、読み出し同期信号から遅れてX線の照射が開始されるので、この遅れを考慮して最短の画像データ取得周期を決定するようにしても良い。例えば、X線の照射の開始が、同期信号に遅れること1.5msであれば、最短の画像データ取得周期は、14.5msである。
さらに、第一画像データ取得周期設定部103は、X線照射周期が、算出した最短の画像データ取得周期の倍数(2以上の整数倍)以上かどうかを判断する。X線照射周期が、画像データ取得周期の2倍未満であれば、設定を変えることなく画像データ取得周期の算出処理を終了する。本例では、撮影初期における画像データ取得周期が33.3msであり、最短の画像データ取得周期(13ms)の倍数以上であるので、ステップS17に移行する。
第一画像データ取得周期設定部103は、ステップS16の結果を基に、画像データ取得周期の設定をする。この設定の際、画像データ取得周期を整数倍した長さと、X線照射周期の長さとが一致するように電荷蓄積可能時間を調節するとともに、電荷蓄積可能時間にX線照射時間が収まるようにする。本例では、X線照射周期1回につき、画像データ取得周期を2回以上、3回未満設定することができる。ここで、X線照射周期が画像データ取得周期の整数倍でない場合、撮影が進行するほど両周期の間にずれが生じて、X線を照射しているときに電荷を蓄積することができなくなってしまう。従って、本例の場合、画像データ取得周期のフレームレートは60fps(1フレームが16.6ms)として、X線照射周期のフレームレート(30fps)の2倍となるようにした。
ステップS12で決定した有効画像領域に相当する範囲をFPD2に設定する。この範囲の設定は、代表的には、FPD2における有効画像領域のアドレスを設定することである。例えば、図2において、有効画像領域の4隅のアドレスが、A11、A12、A21、A22である場合、ライン3〜Nには、そもそも読み出し信号を入力する必要がない。また、ライン2に入力した信号により、例えば、A1MやA2Mなどから読み出された電荷は、画像データとして処理できるように出力する必要がない。従って、有効画像領域のデータを読み出す時間は飛躍的に短縮することになる。
次に、有効画像領域を維持しつつ、さらに画像データ取得周期を高速化させるX線撮影装置を図1、7〜9に基づいて説明する。実施例1の装置は、画像データ取得周期を30fpsから60fpsにすることができる装置であった。一方、本例の装置は、実施例1に示した有効画像領域を維持しつつ、さらに画像データ取得周期を90fpsにして暗電流ノイズの影響を低減することができる装置である。
図7に示すように、X線照射時間算出部104は、最適画像データ取得周期設定部100内に設けられ、第一画像データ取得周期設定部103と、X線制御部11とに接続されている。X線照射時間算出部104は、現在のX線管電流値とX線照射時間とから、現在の照射線量と同一の照射線量を達成することができる最短のX線照射時間を求めることができる。X線管電流値と、X線照射時間とは、具体的には、以下の関係を有している。
実施例1と同様に、X線可動絞り30の絞り量と、SIDとから有効画像領域を算出する。本例では、有効画像領域は、512×512画素である。
実施例1と同様に、有効画像領域に基づく電荷読み出し時間を算出する。本例では、電荷読み出し時間は、8msである。
現在の管電流値Iと、現在のX線照射時間Eとから最短のX線照射時間Eminを算出する。具体的には、X線制御部11からIとEとを取得し、X線照射時間算出部により、最短のX線照射時間Eminを算出する。本例では、Eminは、1.25msである。
ステップS21により求めた電荷読み出し時間と、ステップS22により求めた最短のX線照射時間とから最短の画像データ取得周期を算出する。本例では、電荷読み出し時間8ms、最短のX線照射時間1.25msであるので、最短の画像データ取得周期は9.25msである。
第一画像データ取得周期設定部103は、X線照射周期が算出した最短の画像データ取得周期の倍数以上かどうかを判断する。X線照射周期が、最短の画像データ取得周期の2倍未満であれば、設定を変えることなく画像データ取得周期の算出処理を終了する。本例では、撮影初期の段階における画像データ取得周期のフレームレートは30fps(1フレーム、33ms)であり、最短の画像データ取得周期(9.25ms)の3倍以上であるので、画像データ取得周期のフレームレートを90fps(1フレーム、11.1ms)に設定することができる。従って、ステップS25に移行する。
ステップS23で求めた最短の画像データ取得周期に基づいて、現在設定されているX線照射時間を変更する。この変更において、必ずしも最短のX線照射時間を設定する必要はなく、本装置の各機器の制御時間などを考慮に入れて、適宜変更することができる。本例では、図9に示すように、X線照射時間を、最短のX線照射時間(1.25ms)以上で初期のX線照射時間(5ms)以下である2msに設定した。また、読み出し同期信号の入力から0.5ms後にX線照射時間が開始されるようにした。
ステップS25により決定したX線照射時間に基づいてX線管電流値を設定する。例えば、ステップS25でX線照射時間を最短のX線照射時間Eminとした場合、設定するX線管電流値は、最大のX線管電流値Imaxとなる。本例では、X線照射時間をEmin(1.25ms)ではなく、2msとしたので、式(2)よりX線管電流値は、25mAである。
設定したX線照射時間と、電荷読み出し時間に基づいて画像データ取得周期を算出し、この算出した画像データ取得周期をX線平面検出器制御部14に設定する。このとき、画像データ取得周期から電荷読み出し時間を引いた時間が、電荷蓄積可能時間となる。もちろん、電荷蓄積可能時間の間にX線照射時間が設定されるようにする。本例では、図9に示すように、一回のX線照射周期(33.3ms)の間に、三回の画像データ取得周期を11.1msに設定しており、両周期がずれることがないので、電荷蓄積可能時間(CST)とX線照射時間とがずれることはない。また、三回の画像データ取得周期のうち、実際に画像データを取得する時間は、最初の電荷読み出し時間(RCT)のみである。
本実施例では、実施例1の画像データ取得周期算出手順のステップS16において、X線照射周期が、画像データ取得周期の倍数以上でない場合でも、暗電流ノイズを低減することができるX線撮影装置を説明する。本例の装置では、実施例1の第一画像データ取得周期設定部に代えて第二画像データ取得周期設定部が設けられている。この第二画像データ取得周期設定部以外の構成は、実施例1と同じであるため、相違点について説明する。
第二画像データ取得周期設定部は、有効画像領域における電荷読み出し時間に基づいて画像データ取得周期を設定する。その際、画像データ取得周期は、X線の照射周期と同一としたままで、基準電荷蓄積可能時間よりも短縮した電荷蓄積可能時間を設定する。
2 FPD 21 PD 22 コンデンサ 23 TFTスイッチ
GD ゲートドライバ IC 積分回路 MP マルチプレクサ
3 X線発生器 30 X線可動絞り
4 被検体 5 モニタ 6 載置台 16 高圧発生器
10 中央処理部 100 最適画像データ取得周期設定部
11 X線制御部 12 X線可動絞り制御部 13 機構制御部
14 X線平面検出器制御部 15 画像処理部
101 有効画像領域算出部 102 電荷読み出し時間算出部
103 第一画像データ取得周期設定部 104 X線照射時間算出部
Claims (4)
- 被検体にX線を照射するX線照射手段と、X線の照射領域を制限するX線可動絞りと、X線の入射量に応じて蓄積された電荷を画像データとして任意の領域から選択的に読み出し可能なX線平面検出器とを備え、前記X線照射手段から一定の照射周期でX線を照射可能にすると共に、一つの画像データを取得するのに要する単位周期である画像データ取得周期に基づいて画像データの取得を行うX線撮影装置であって、
X線可動絞りにより照射領域を制限されたX線がX線平面検出器に入射する領域を算出する有効画像領域算出手段と、
有効画像領域における画像データを選択的に読み出した場合の電荷読み出し時間を算出する読み出し時間算出手段と、
前記照射周期の1/n(nは2以上の整数)となるように画像データ取得周期を設定する第一画像データ取得周期設定手段とを備え、
前記照射周期と同一の画像データ取得周期を基準画像データ取得周期、X線平面検出器の全面に亘って電荷を読み出すのに要する時間を基準電荷読み出し時間、基準画像データ取得周期から基準電荷読み出し時間を減算した時間を基準電荷蓄積可能時間とした場合、前記画像データ取得周期は、基準電荷蓄積可能時間よりも短縮された電荷蓄積可能時間と読み出し時間算出手段で算出された電荷読み出し時間との合計で規定されることを特徴とするX線撮影装置。 - さらに、X線の照射時間と照射強度との相関で規定される被検体へのX線の照射線量を一定に保つように、照射時間を算出するX線照射時間算出手段を備え、
画像データ取得周期が照射周期の1/m(mは2以上n以下の整数)のときの画像データ取得周期を画像データ取得周期RDCm、そのときの読み出し時間算出手段で算出された電荷読み出し時間を読み出し時間RCTm、画像データ取得周期RDCmから読み出し時間RCTmを減算した時間を蓄積可能時間CSTmとし、画像データ取得周期が照射周期の1/(m+1)のときの画像データ取得周期を画像データ取得周期RDCm+1、その画像データ取得周期RDCm+1における電荷蓄積可能時間と電荷読み出し時間をそれぞれ蓄積可能時間CSTm+1、読み出し時間RCTm+1とした場合、第一画像データ取得周期設定手段は、X線照射時間算出手段で算出された照射時間に基づいて、次式を満たす画像データ取得周期RDCm+1となるように画像データ取得周期を設定することを特徴とする請求項1に記載のX線撮影装置。
蓄積可能時間CSTm>蓄積可能時間CSTm+1
読み出し時間RCTm=読み出し時間RCTm+1 - 前記照射周期に対応する時間内に、X線の照射が行われて画像データが取得される実画像データ取得周期と、X線の照射が行われないで画像データの取得がなされる空画像データ取得周期とが含まれ、
この空画像データ取得周期内に、X線平面検出器に蓄積される全ての電荷を排出するように構成したことを特徴とする請求項1または2に記載のX線撮影装置。 - 被検体にX線を照射するX線照射手段と、X線の照射領域を制限するX線可動絞りと、X線の入射量に応じて蓄積された電荷を画像データとして任意の領域から選択的に読み出すことができるX線平面検出器とを備え、前記X線照射手段から一定の照射周期でX線を照射可能にすると共に、一つの画像データを取得するのに要する単位周期である画像データ取得周期に基づいて画像データの取得を行うX線撮影装置であって、
X線可動絞りにより照射領域を制限されたX線がX線平面検出器に入射する領域を算出する有効画像領域算出手段と、
有効画像領域における画像データを選択的に読み出した場合の電荷読み出し時間を算出する読み出し時間算出手段と、
前記照射周期と同一となるように画像データ取得周期を設定する第二画像データ取得周期設定手段とを備え、
前記照射周期と同一の画像データ取得周期を基準画像データ取得周期、X線平面検出器の全面に亘って電荷を読み出すのに要する時間を基準電荷読み出し時間、基準画像データ取得周期から基準電荷読み出し時間を減算した時間を基準電荷蓄積可能時間とした場合、前記画像データ取得周期は、基準電荷蓄積可能時間よりも短縮された電荷蓄積可能時間と読み出し時間算出手段で算出された電荷読み出し時間とX線平面検出器に蓄積される全ての電荷を排出させる電荷排出時間との合計で規定されることを特徴とするX線撮影装置。
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