JP2007509687A - Ｘ線装置のイメージングパラメータを調整する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、Ｘ線装置（１）のイメージングパラメータを調整する装置に関する。ユーザは、予備的な画像上で、関心のある画像領域（ＲＯＩ）及びこの画像領域について望まれるコントラストノイズ比（ＣＮＲ_ｒｅｆ）を予め規定する。発生器制御モジュール（７）が画像中でＸ線装置（１）を制御するために、現在のコントラストノイズ比（ＣＮＲ_ｍ）に基づいて、新しいイメージングパラメータ（Ｉ、Ｖ、Ｌ、ｆ、Ｑ_０）が計算される。方法によって、Ｘ線量は、最小限に低減されることができ、同時に、関心領域の所望の可視性が確実にされる。

Description

本発明は、特に、患者への放射線負荷を最小にするために、Ｘ線量、Ｘ線管電流、Ｘ線管電圧、パルス幅及びＸ線装置のフィルタ設定のようなイメージングパラメータを調整する調整装置及び方法に関する。

医学の多くの診断及び治療プロシージャが、今日、Ｘ線透視観察下において実行されている。患者及びスタッフの放射線露光を最小限にするために、最低の可能な放射線量により十分な画質を達成するための努力がなされている。これを考慮して、製造業者は、さまざまなイメージングシナリオ（身体領域／器官、臨床的考察等）についてイメージングパラメータの予めプログラムされた値を含むＡＰＲ設定（ＡＰＲ＝Anatomical Programmed Radiography（解剖学的にプログラムされたＸ線撮影法））を、Ｘ線装置に含める。これらの値は、リアルタイム線量制御のパラメータも含み、それらのパラメータによって、線量は、検出器又はイメージアンプリファイア上の予め規定されたフィールド（例えば検出回路の中央の円）の平均輝度が予め規定された値を有するように、実質的に制御される。ユーザは、通常、特定の状況についてＡＰＲ設定をより良く調整する可能性をもたない。

しかしながら、例えば予め決められたイメージングパラメータが基にする吸収モデルが、最新の臨床条件下で不適当である場合のように、特定の状況において予め決められたイメージングパラメータが、最適状態には及ばないことがあるので、このような調整可能性が望ましい。このような状況の典型的な例は、電子生理学検査において使用される大きな直径のカテーテルである。このタイプのカテーテルは、その背景からはっきりと目立ち、従って、標準のパラメータを使用して生成されるＸ線画像は、一般に、必要以上のＸ線量を使用する。

Ｘ線装置のイメージングパラメータを調整するために、関心のある対象（オブジェクト）のコントラストノイズ比が最大にされるように、所与の最大Ｘ線量についてイメージングパラメータを計算することは、特開平１１−２９９７６５から知られている。

この背景に対して、本発明の目的は、放射線負荷を最小限にすることを可能にするＸ線装置のイメージングパラメータを調整する手段を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴を有する装置及び請求項１０の特徴を有する方法によって達成される。有利な実施形態は、従属請求項に含まれている。

本発明による装置は、Ｘ線装置のイメージングパラメータを調整する働きをし、以下の構成要素を有する：

−ユーザインタフェース。ユーザは、ユーザインタフェースを用いて、Ｘ線装置により生成される予備的な画像の助けを借りて、対象（例えば血管セクション及び／又はカテーテル）のような関心領域の画像及びこの画像領域について望まれる可視性（visibility、見やすさ）の基準を指定することができる。好適には、可視性基準は、選択された画像領域及びその周辺部から計算される。ユーザインタフェースは、一般に、予備的な画像を表示するためのモニタ、入力手段、及びキーボード及び／又はマウスを含む。

−ユーザインタフェース及びＸ線装置にリンクされるデータ処理装置。データ処理装置は、例えば適切なプログラムによって、次のステップを実行するように構成される：
ａ）Ｘ線装置の調整されたイメージングパラメータを計算するステップ。調整されたイメージングパラメータの使用中、予め決められた可視性基準が、所与の画像領域について達成される。所与の画像領域及びそれに関する所与の可視性基準は、特に、ユーザインタフェースを介して、予備的な画像に基づいて、装置のユーザによって予め規定されることができる。
ｂ）計算された調整されたイメージングパラメータに基づいてＸ線装置を制御するステップ。

記述される装置は、具体的なアプリケーション状況に関連してＸ線装置のイメージングパラメータを設定することを可能にし、その一方、カテーテルのような関心のある画像領域についての所望の可視性基準が、参照として利用される。このようにして、ユーザは、関心のある構造の可視性に関してユーザの要求を満たすＸ線画像を提供され、それによって、イメージングパラメータ、ゆえに放射線負荷は、所望の結果が達成されるように自動的に設定される。非常に低いが、同時に十分な可視性基準を指定し、当該画像領域又は対象に対する制限を行うことによって、ユーザは、特に、画像がまさに最小限の必要な線量によって生成されることを達成することができる。これは、関心のある構造の不必要に高い可視性をもたらす高い線量による露光と、繰り返されなければならないあまりに低い線量による露光と、の両方を回避する。

データ処理装置は、特に、予備的な画像において、所与の画像領域について可視性基準の現在値を決定するように構成される。このタイプのステップは、特に、調整されたイメージングパラメータの計算のフレームワーク内で実施されることができ、それによって、可視性基準の現在値及び所望の値がこのために利用できる。可視性基準について選択される実際の規定及びイメージングパラメータに依存して、調整されたイメージングパラメータに関する結論は、多くの場合、２つの変数の比から導かれることができる。

調整されるべきＸ線装置のイメージングパラメータとして、特に、露光あたりのＸ線量、露光中のＸ線放射の強度及び／又は露光中のＸ線放射の線質に影響を及ぼすものが考慮に入れられることが多い。Ｘ線量は、一般に基本の変数であり、強度又は放射線の線質の値は、基本の変数の取り決め（stipulation）に依存する。更に、Ｘ線放射の強度は、一般に、Ｘ線源のＸ線管電流によって決められ、Ｘ線放射の線質は、Ｘ線管電圧及び／又はＸ線源のフィルタ素子の設定値によって決められる。

特定の画像領域又は対象及び／又はその周辺部に関連する可視性基準を規定するために、さまざまな可能性がある。好適には、関心のある画像領域のコントラストノイズ比ＣＮＲが使用されることができる。これは、画像の予め規定される当該領域におけるノイズに対する画像領域のコントラストの比として規定される。「画像領域のコントラスト」は、例えば、画像領域の（平均）グレー値（又は画像領域のエッジの平均グレー値）と、画像領域の（より近い）周辺領域の（平均）グレー値と、の間の差として、規定されることができる。Ｘ線画像において、画像背景は均一ではなく、大きく異なりうるので、平均グレー値の使用が考えられる。更に、ノイズが決定される画像の当該領域は、好適には、画像領域及び周辺領域に及ぶ。これは、Ｘ線画像における画像ノイズが通常は一定ではなく、局所的に変化する、という事実を考慮する。しかしながら、画像ノイズは、全体的に決定され、画像全体についての基礎として得られることもできる。ノイズは、一般に、当該領域のその関連するグレー値レンジによって定量化される。

関心のある画像領域の取り決めは、例えば、ユーザが、完全に、適切な入力手段によって関心領域の境界を定め、又は予め規定された部分的ジオメトリ（矩形ウィンドウ、その他）についてコーナーポイントを予め規定する点において、ユーザによって行われることができる。しかしながら、好適には、ユーザインターフェースを介して予め規定される少なくとも１つの画素によって、データ処理装置が、予備的な画像上の関心のある画像領域をセグメント化する点において、データ処理装置は、半自動プロセスでユーザを支援するように構成される。例えば、ユーザは、カテーテルセクションの端点を定めることができ、データ処理装置は、これらの端点の間にあるカテーテルの部分を自動的にセグメント化することができる。

装置の他の特徴によれば、データ処理装置は、調整されたイメージングパラメータを計算するとき、画像操作プロシージャの影響を考慮するように構成される。一般的な画像操作プロシージャは、画像ノイズを減らすためのノイズ濾過である。従って、コントラストノイズ比が、可視性基準のための基礎として利用される場合、データ処理装置が、元の画像におけるノイズ値からではなく、適切なノイズ濾過後のノイズ値から始めるのが適当である。

装置は更に、Ｘ線画像中において、Ｘ線装置のイメージングパラメータをフィードバック制御するための調節モジュールを有することが好ましい。装置によって計算される調整されたイメージングパラメータは、例えば画像毎のＸ線量のような、基本のターゲット値を表すことができ、その場合、画像中において、Ｘ線管電流又はＸ線管電圧のような「ダイナミックな」イメージングパラメータが、一定のフィードバック監視を受ける。更に、装置によって計算されるイメージングパラメータは、フィードバック制御される変数の開始値を含むこともできる。特に、制御モジュールは、画像輝度のための予め決められた閾値が達成されるときにＸ線画像を終えるために、画像輝度制御部を有することができる。

他の特徴により、装置は、イメージングジオメトリの変化を検出する手段を有する。このタイプの変化は、例えば、患者テーブルの移動又はＸ線装置の回転から生じることがありうる。イメージングジオメトリによって、予め計算されたイメージングパラメータの効果も変化し、従って、データ処理装置は、それが、イメージングジオメトリの変化を検出したとき、予め決められた可視性基準が新たなイメージングジオメトリ下で（おそらく）達成されるように、これらのイメージングパラメータを調整するように設計されることが好ましい。このタイプの調整のために、データ処理装置は、例えば患者の厚みを決定することができ、それを考慮に入れることができる。

本発明は、更に、Ｘ線装置のイメージングパラメータを調整する方法であって、
ａ）イメージングパラメータの開始値によって、予備的な画像を生成するステップと、
ｂ）関心のある画像領域及びこの画像領域について望まれる可視性基準を対話的に定めるステップと、
ｃ）Ｘ線装置について調整されたイメージングパラメータを計算するステップであって、該調整されたイメージングパラメータを使用することによって、予め決められた画像領域について予め決められた可視性基準が達成される、ステップと、
ｄ）計算された調整されたイメージングパラメータに基づいて、Ｘ線装置を制御するステップと、
を含む方法に関する。

方法は、一般的な形式で、上述したタイプの装置により実施可能なステップを実現する。従って、方法の詳細、利点及び他の展開の詳しい説明については、上述の説明を参照されたい。

本発明は、更に、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に開示される調整装置を有するＸ線装置に関する。

本発明のこれら及び他の見地は、以下に記載する実施例から明らかであり、それらを参照して解明される。

図１の左側には、Ｘ線源２及びＸ線検出器４を有するＣアームを備えるＸ線装置１が示されている。Ｘ線装置１を用いて、患者のＸ線投影画像３が、生成されることができ、これらは、接続されているデータ処理装置５（ワークステーション）における画像記録モジュール９に渡される。データ処理装置５は、更に、発生器制御モジュール７を有する。発生器制御モジュール７は、特に、Ｘ線管電流Ｉ、Ｘ線管電圧Ｖ及びＸ線パルスのパルス幅Ｌのようなイメージングパラメータを制御するために、その出力側でＸ線源２にリンクされている。発生器制御モジュール７は、更に、例えばＸ線画像中において、フィードバック画像輝度制御を実行するために、画像記録モジュール９にリンクされている。データ処理装置５は、更に、モニタ６ａ、キーボード６ｂ及びマウス６ｃを有するユーザインタフェース６にリンクされている。モニタ６ａには、Ｘ線装置１によって生成された画像が、表示されることができる。

ユーザが、Ｘ線量の低減及び／又は画質の改善を望む場合、ユーザは、データ処理装置５上の適切な調整プロシージャを起動させることができる。このプロシージャのフレームワーク内で、まず、Ｘ線装置１によって生成される現在の予備的な画像が、モニタ６ａ上に表示される。予備的な画像を生成するために、例えば、基礎をなす臨床状況に従ってユーザによって前もって選択された予め決められたＡＰＲ設定が使用され、ＡＰＲ設定は、複数の制御パラメータを通じて、標準の設定にセットされる。ユーザは、画像上で、特定の関心領域ＲＯＩ（region of interest）又は関心のある対象（解剖学的な詳細又はカテーテルのような特定の医療機器）を示し、この領域ＲＯＩの可視性基準について所望の値を定めることを要求される。例えば、関心のある対象自体が、ほとんど特徴をもたず、又は画質に関する異なる要求をもつ可視領域における複数の医療機器の場合のように曖昧である場合にでも、ユーザによる対話的な介入によって、関心領域ＲＯＩの明確な識別が可能である。更に、関心領域ＲＯＩは、当然、一貫していなくてもよく、又は左心室のような解剖学的な対象及びカテーテルのような、複数の別個の対象を含むこともできる。

さまざまな可能性が、ユーザによって関心のある対象ＲＯＩを指し示すために利用できる。例えば、ユーザは、関心のある対象ＲＯＩの始点Ａ及び終点Ｂを定めることができる。データ処理装置５は、適切なセグメンテーションアルゴリズムを使用して、所与のポイントＡ、Ｂを、より詳細な対象の規定に拡張することができる。

更に、前述したように、所望の基準値が、対象の可視性基準について、ユーザによって定められなければならない。この文脈において、適切な可視性基準は、コントラストノイズ比ＣＮＲである。その理由は、コントラストノイズ比が、対象とその背景との間のコントラストに関して画像ノイズを示すからである。特に、対象の周りの周辺領域に対する対象の（平均）コントラストは、対象の周りの周辺領域の平均ノイズに関して示されることができる。ユーザは、コントラストノイズ比について、特定の最小基準値ＣＮＲ_ｒｅｆを定めることができ、又は、システムからの標準値が、このために使用されることができ、例えばＡＰＲ設定において予め規定されることができる。

関心のある画像領域ＲＯＩ及び基準値ＣＮＲ_ｒｅｆが与えられると、データ処理装置５は、所与のアプリケーション、正確な患者及び関心のある画像領域ＲＯＩに関して、最適なイメージングパラメータを決定することができる。このために、まず、データ処理装置のモジュール１０において、現在の予備的な画像について、関心のある対象ＲＯＩとその周辺部との間のコントラストが、測定され、画像ノイズが決定される。これらの値から、コントラストノイズ比の現在値ＣＮＲ_ｍが、計算されることができる。そののち、データ処理装置５の他のモジュール８において、測定されたコントラストノイズ比ＣＮＲ_ｍと所望の値ＣＮＲ_ｒｅｆとの間の比較が行われる。測定値ＣＮＲ_ｍが所望の値ＣＮＲ_ｒｅｆより小さい場合、すなわち、関心のある対象ＲＯＩの可視性があまりに小さい場合、Ｘ線装置１のイメージングパラメータは、後続の画像記録において高いＸ線量が使用されるように、変更されなければならない。しかしながら、測定値ＣＮＲ_ｍが基準値ＣＮＲ_ｒｅｆより大きく、関心領域ＲＯＩが必要以上に良くイメージングされる場合、Ｘ線量は、対応する量だけ減らされることができる。一般に、上述したパラメータ調整を実行するために、測定されたコントラストノイズ比と所望のコントラストノイズ比との間の比ＣＮＲ_ｍ：ＣＮＲ_ｒｅｆが計算される。正式に予め規定される技術的な制限値を考慮して、画像あたりの所望の線量の値Ｑ_０のような、Ｘ線画像に関する基本の仕様が、計算された比率及び発生器制御モジュール７に依存して調整されて、利用可能にされることができる、更に、モジュール８は、フィルタ素子の設定を制御するために、Ｘ線源２のコリメータにコマンドｆを与えることができる。

後続のＸ線画像の生成中、Ｘ線管電流Ｉ及びＸ線管電圧Ｖのようなダイナミックなイメージングパラメータが、輝度に基づく線量チェックによって制御され、それによって、最適なＸ線量を用いて関心のある対象ＲＯＩを表わすために、調整されたイメージングパラメータＱ_０が考慮に入れられる。

Ｘ線量Ｑは、一般に、
−Ｘ線管電流Ｉによって決定される放射線強度、及び
−Ｘ線濾過の程度及びＸ線管電圧によって決定される放射線の線質、
の２つのパラメータによって影響を及ぼされうる。

方法の特別な実施例によれば、臨床条件に依存して、放射線強度だけが調整される。これは、患者を照射するＸ線光子の数が、所望のコントラストノイズ比と測定されたコントラストノイズ比との間の比ＣＮＲ_ｒｅｆ：ＣＮＲ_ｍに関して線形に増加されることを意味する。

方法の他の実施例において、関心のある対象ＲＯＩとその周辺部との間の所望のコントラストノイズ比を達成するために調整されるのは、Ｘ線管電流Ｉのみならず、放射線の線質もである。プロセスにおいて、最適のイメージング条件を見つけるために、さまざまな妥協が、例えば、
−患者の厚み対画質（ＣＮＲ）対ｋＶｐ（ピークＸ線管電圧）、
−患者の厚み対患者照射対ｋＶｐ、
のような異なり且つ部分的に相反する要求間で見出されなければならない。

方法によって得られる結果を改善するために、モジュール８における新たな線量設定Ｑ_０の計算において、Ｘ線画像の処理中、ノイズ濾過が、考慮に入れられることができる。線量が減少するにつれて、画像信号のノイズ成分は増加する。しかしながら、画像処理方法によって、ノイズは、部分的に除去されることができ、それによって画質が改善されることができる。このために、露光パラメータは、ノイズ濾過を考慮して決定されることが有利である。

方法は更に、線量設定Ｑ_０のような計算されたイメージングパラメータが、受容角及びシステムジオメトリの変化に合わせて調整されうるように展開されることができる。こうして、Ｘ線露光中、医師は、患者の解剖学的構造の異なる透視図を表すために、例えば、患者テーブルを移動させることができ、又はＸ線装置１のＣアームの位置を変更することができる。このようなプロシージャの処理のために、患者の厚みが、測定されたコントラストノイズ比ＣＮＲ_ｍを決定するために使用される予備的な画像から決定されることができる。システムジオメトリに対する変更に続いて、患者の厚み及び実際のコントラストノイズ比ＣＮＲ_ｍと所望の値ＣＮＲ_ｒｅｆとの間の比が再計算されて、これらの計算に基づいて線量設定Ｑ_０を更新し、発生器制御モジュール７にそれらを渡さなければならない。このようにして、変更されたジオメトリにもかかわらず、システムは、画質と使用される放射線量との間の最適のバランスで動作し続けることができる。

要約すると、上述の方法は、以下の利点を達成する。

−放射線負荷を最小にすると同時に、関心のある構造の十分な可視性を確実にする。それに関して、２分の１の線量低減が可能である。

−不十分なイメージング条件を与えられる詳細の可視性が改善される。

−リアルタイムに関心のある対象をセグメント化する必要がない（すなわち不安定性の潜在的な要因がない）。

−可視レンジに複数の対象が存在する場合にも、関心のある対象がはっきりする。

−関心のある対象が観察領域外に位置するときでも、可視性の所与のレベルを確実にする。

−関心のある対象の基本の可視性モデルが、さまざまな患者の厚みに関して推定されることができるので、システムジオメトリを変更することに関してロバストネスが得られる。

−方法を組み込むために、既存のシステムアーキテクチャに要求される変更は少ない。特に、既存の輝度に基づく線量は、変化しないままでありうる。

−実現されるべきＡＰＲ設定の数が、最小限にされることができる。

Ｘ線装置のイメージングパラメータを調整するための本発明による装置の構成要素を概略的に示す図。

Claims (11)

1. Ｘ線装置のイメージングパラメータを調整する調整装置であって、
   ユーザインタフェースと、
   データ処理装置と、を有し、
   ユーザは、前記ユーザインタフェースを用いて、予備的な画像の助けを借りて、関心のある画像領域及び該画像領域について望まれる可視性基準を指定することができ、
   前記データ処理装置は、
   ａ）前記Ｘ線装置の調整されたイメージングパラメータを計算するステップであって、該調整されたイメージングパラメータを使用することによって、前記予め決められた可視性基準が、前記所与の画像領域について達成される、ステップと、
   ｂ）前記計算された調整されたイメージングパラメータに基づいて、前記Ｘ線装置を制御するステップと、
   を実施するように構成される、調整装置。
2. 前記データ処理装置が、前記予備的な画像において、前記予め決められた画像領域に関する前記可視性基準の現在値を決定するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の調整装置。
3. 前記イメージングパラメータが、前記Ｘ線装置によって生成されるＸ線放射の露光毎の線量、強度及び／又は線質に影響を与えることを特徴とする、請求項１に記載の調整装置。
4. 前記イメージングパラメータが、Ｘ線管電流、Ｘ線管電圧、パルス幅及び／又はフィルタ素子の設定値を含むことを特徴とする、請求項３に記載の調整装置。
5. 前記可視性基準が、前記関心のある画像領域のコントラストノイズ比であることを特徴とする、請求項１に記載の調整装置。
6. 前記予備的な画像において、前記ユーザインターフェースを介して予め規定される少なくとも１つの画素に基づいて、前記データ処理装置が、前記関心のある画像領域をセグメント化するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の調整装置。
7. 前記データ処理装置は、前記調整されたイメージングパラメータが計算されるとき、特にノイズ濾過のような画像処理プロシージャの影響を考慮するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の調整装置。
8. Ｘ線画像中において、前記Ｘ線装置の前記イメージングパラメータをフィードバック制御する制御モジュールを有することを特徴とする、請求項１に記載の調整装置。
9. イメージングジオメトリの変化を検出する手段を有し、前記データ処理装置は、前記イメージングジオメトリの変化がある場合に、前記予め決められた可視性基準がなお達成されるように、前記計算されたイメージングパラメータを調整するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の調整装置。
10. Ｘ線装置のイメージングパラメータを調整する方法であって、
    ａ）前記イメージングパラメータの開始値によって予備的な画像を生成するステップと、
    ｂ）関心のある画像領域及び該画像領域について望まれる可視性基準を対話的に定めるステップと、
    ｃ）前記Ｘ線装置について調整されたイメージングパラメータを計算するステップであって、前記調整されたイメージングパラメータの使用中、前記予め決められた可視性基準が、前記予め決められた画像領域について達成される、ステップと、
    ｄ）前記計算された調整されたイメージングパラメータに基づいて、前記Ｘ線装置を制御するステップと、
    を含む方法。
11. 請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の調整装置を有するＸ線装置。

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