JP2008086760A - 二重照射方式の乳房撮影装置及びその装置を用いる乳房撮影方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のビームでそれぞれ異なる角度で乳房をスキャンして得られた映像を3次元に再構成することにより、乳房の異常有無を容易に把握できるようにする二重照射方式の乳房撮影装置に関する。
【解決手段】X線発生部10と、放射されるX線の円錐形ビームから、一定大きさの複数のビームが放射されるように、複数の透過孔22が形成された第1コリメータ20と、透過したそれぞれのビームを反射し、特定エネルギーバンドだけ一定角度ひねって反射されるように濾過する複数の多層フィルタ部30と、反射された複数のビームによりスキャンされる乳房(B)を固定する乳房固定部50と、固定された乳房(B)をスキャンした複数のビームそれぞれに対して設けられ、前記相違する角度で反射される複数のビームにより獲得された2次元映像を3次元映像として再構成して出力する映像出力部60と、を備える。
【選択図】図2
【解決手段】X線発生部10と、放射されるX線の円錐形ビームから、一定大きさの複数のビームが放射されるように、複数の透過孔22が形成された第1コリメータ20と、透過したそれぞれのビームを反射し、特定エネルギーバンドだけ一定角度ひねって反射されるように濾過する複数の多層フィルタ部30と、反射された複数のビームによりスキャンされる乳房(B)を固定する乳房固定部50と、固定された乳房(B)をスキャンした複数のビームそれぞれに対して設けられ、前記相違する角度で反射される複数のビームにより獲得された2次元映像を3次元映像として再構成して出力する映像出力部60と、を備える。
【選択図】図2
Description
本発明は、二重照射方式の乳房撮影装置に関し、より詳細には、X線発生部から放射されるビームから複数のファンビームを形成し、複数のビームでそれぞれ異なる角度で乳房をスキャンして得られた映像を3次元に再構成することにより、乳房の異常有無を容易に把握し、且つ病変がある場合に前記病変の位置及び大きさを正確に判別できるようにする二重照射方式の乳房撮影装置に関する。
一般に、乳房X線撮影法(mammography)を使用する乳房撮影装置(または「乳房癌診断装置」とも呼ぶ)は、殆ど回転ターゲット(rotating target)型X線発生装置を使用し、ターゲット物質としては主にモリブデン(molybdenum)とロジウム(rhodium)を使用する。また、X線発生部の両極に与えられる管(tube)電圧は最大40kVpであり、X線発生部のフィラメントから放射された電子ビームで前記両極を打撃することで発生するX線光源を使用して、診断用映像を撮影する。
この場合、乳房X線映像において、軟部組織と腫瘍の対比度(contrast)の優れたエネルギーバンドである15〜20keVを除く他のエネルギーバンドは、実際映像に影響を与えられず、特に低エネルギーバンド(8〜15keV)は殆ど乳房に吸収されて、X線被爆を増加させ、高エネルギーバンド(20ekV以上)は、コンプトン散乱(compton scattering)による映像のブラー(blur)を誘発する。
一方、従来は前記のような低エネルギーバンドによる乳房のX線被爆を最小化するために、アルミニウム(Al)フィルタやモリブデン(molybdenum)フィルタ、ロジウム(rhodium)フィルタを使用して、特定部分までのエネルギーバンドを選別した。しかし、この場合、映像に有利な特定X線、例えば、17.48keV(Mo Target)の線量そのものが相当フィルタにより低下して、照射時間が増加し、獲得映像の質も向上することができなかった。
なお、近来には特定X線部分だけを選別するために、シリコン単結晶(Si single crystal)によりブラッグ角(Bragg angle)で特定X線だけの単色光(monochromatic beam)を用いる映像装置に対する開発努力もしている。しかし、この場合、特定エネルギーの大域幅(band width)が狭くて、X線被爆量と散乱(scattering)は減少させることができるが、光子フラックス(photon flux)が極めて微弱なので、長時間にわたって映像獲得を行わなければならないという不便さがあった。
一方、最近は、使用される乳房撮影装置は、通常のX線発生部から円錐形(solid angle)にX線を放射するコリメータを用いて乳房の全領域を照射して映像を獲得するか、特殊なコリメータにより一つのファンビーム(fan beam)を用いて乳房をスキャンすることで映像を獲得する方法が使用された。
図1は、従来の乳房撮影装置の概念図である。図1を参照すると、円錐形X線を用いて一回のX線スキャンで乳房の全体を撮影する。この方法には、撮影時間を短縮するという長所があるが、撮影とは関係ない低エネルギーバンド(8〜15keV)のX線が乳房に吸収されて、被爆量が増加し、特に解像度が劣るという問題点がある。
上記の問題点を解決するために、ファンビームを用いる乳房撮影装置が提供されている。前記の装置によれば、放射されるX線が特殊コリメータを経ることで、撮影に有効なX線だけ乳房に照射される。よって、円錐形乳房撮影装置に比べて被爆量が減少し、高解像度の映像が得られるという長所がある。
しかし、従来の乳房撮影装置は、X線発生部と映像検出部が垂直線上に位置するので、病変が垂直線上に重なる場合、一つの病変として撮影された映像が得られて、病変の位置及び大きさを把握できないという問題点を有する。さらに、病変の2次元的な平面映像を獲得することにより、病変の正確な位置を把握できず、乳房の異常有無だけを確認するという限界を有する。
上記の問題点を克服するために、従来にはX線発生部と映像検出部を左側または右側に15〜30°ずらして再撮影することで、垂直線上に重なった病変の位置を確認した。しかし、それぞれ独立的に再撮影して映像を獲得するので、病変の位置を把握するためには、複雑な作業過程を通じて、独立的に得られた映像を集められる連関性を探さねばならないという問題点があった。
さらに、病変を確認した後、組織検査のために病変の組織を抽出する場合、最少3回以上の撮影が伴われて、患者の被爆量及び撮影時間が増加する。そして、獲得された2次元映像を基準に病変の位置を直感的に把握するか、病変抽出用器具(needle)を少しずつ挿入しながら追加的に撮影して病変に接近する方法が使用された。
しかし、前記の方法には、長時間の乳房圧縮により患者の苦痛が増大するだけでなく、被爆量の増加により第2の事故を誘発し、乳房撮影装置により得られた2次元映像で病変の位置及び大きさなどを判別するので、診断者の正確な乳房状態を判断する能力を補助できないという問題点がある。
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、X線発生部から放射されるビームを照射角度の異なる複数のファンビームにして乳房をスキャンすることにより、前記相違する角度で得られた複数の乳房撮影映像から、幾何的な逆変換により数値的な計算で3次元映像を得て、乳房の異常有無及び異常のある時には病変の位置及び大きさを正確に把握して、治療の効率性を極大化できる資料収集が可能で、特に乳房撮影時間の短縮で患者の被爆量及び乳房圧縮による苦痛を最小化できるようにする二重照射方式の乳房撮影装置及びその装置を用いる乳房撮影方法を提供することにある。
上記目的を達成すべく、本発明に係る二重照射方式の乳房撮影装置は、乳房の異常有無を判別するためにX線を用いて前記乳房を撮影する乳房撮影装置において、X線ビームを生成するX線発生部と、前記X線発生部を通して放射されるX線の円錐形ビームから、一定大きさの複数のビームが放射されるように、複数の透過孔が形成された第1コリメータと、前記第1コリメータの複数の透過孔を透過したそれぞれのビームを反射し、特定エネルギーバンドだけ一定角度ひねって反射されるように濾過する複数の多層フィルタ部と、前記多層フィルタ部で反射された複数のビームによりスキャンされる乳房を固定する乳房固定部と、前記乳房固定部に固定された乳房をスキャンした複数のビームそれぞれに対して設けられ、前記相違する角度で反射される複数のビームにより獲得された2次元映像を3次元映像として再構成して出力する映像出力部と、を備えることを特徴とする。
本発明において、前記多層フィルタ部を通して特定エネルギーバンドが濾過反射される複数のビームが乳房をスキャンする時、ビーム線幅が維持されるようにする第2コリメータがさらに備えられ、前記乳房固定部には、乳房の圧縮固定が一定するように固定圧力を制御する圧力センサーがさらに備えられることが好ましい。
本発明に係る二重照射方式の乳房撮影方法は、乳房の異常有無を判別するためにX線を用いて前記乳房を撮影する乳房撮影方法において、乳房に一定の圧力を提供して、前記乳房を固定する乳房固定ステップと、X線発生部により生成された円錐形ビームのうち一定大きさの複数のビームだけ透過させ、他のビームは遮断して、複数のビームだけ透過するようにする複数のビーム生成ステップと、前記複数のビーム生成ステップで生成された複数のビームそれぞれを濾過反射して、特定エネルギーバンドの複数のビームが相違する角度でひねって入射するようにする濾過反射ステップと、前記濾過反射ステップで相違する角度でひねって濾過された複数のビームが、固定された乳房をスキャンする乳房スキャンステップと、前記乳房スキャンステップで乳房をスキャンした相違する角度の複数のビームから2次元スキャン映像を獲得し、前記獲得した2次元スキャン映像を幾何的計算により3次元映像として再構成する映像獲得及び出力ステップと、を含むことを特徴とし、前記濾過反射ステップで濾過された複数のビームそれぞれが乳房をスキャンする時、複数のビームそれぞれのビーム線幅が一定に維持されるように、複数のビームを濾過するビーム線幅維持ステップをさらに含むことが好ましい。
本発明によれば、X線発生部から放射されるビームを、照射角度の異なる複数のファンビームにして乳房をスキャンすることにより、前記相違する角度で得られた複数の乳房撮影映像を幾何的な逆変換で数値的に計算して3次元映像が得られる。それによって、乳房の異常有無及び異常がある場合に病変の位置及び大きさを正確に把握して、治療の効率性を極大化する資料収集が可能となる。特に、乳房撮影時間の短縮により、患者が受ける被爆量及び乳房圧縮による苦痛を最小化できるという効果がある。
以下、添付図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
図2は、本発明に係る二重照射方式の乳房撮影装置の斜視図であり、図3は、図2の二重照射方式の乳房撮影装置の概念図である。図2及び図3に示すように、乳房撮影装置は、X線発生部10と、前記X線発生部10により生成された円錐形ビームから一定大きさの複数のビームが放射されるようにする第1コリメータ20と、前記第1コリメータ20により放射される複数のビームを相違する角度で放射されるようにする多層フィルタ部30と、前記多層フィルタ部30により相違する角度で放射された複数のビームの線幅を一定に維持する第2コリメータ40と、乳房Bを固定する乳房固定部50と、前記第2コリメータ40により相違する角度で照射されるビームで乳房Bをスキャンし、相違する角度で得られた乳房撮影映像を3次元映像として再構成する映像出力部60とで構成される。
前記X線発生部10は、従来と同様の構成を有し、モリブデン(Mo)やロジウム(Rh)をターゲット物質として使用し、過電圧及び過電流条件も同一に設定されるので、既存のX線発生部と同一な放射スペクトラム(spectrum)を有する。
前記第1コリメータ20には、X線発生部10から放射される円錐形ビームから一定大きさの複数のビームが透過するように、複数の透過孔22が形成される。前記複数の透過孔22を透過したビームはファンビーム(fan beam)形状を有するように、前記複数の透過孔22はファンビーム形状に形成されることが好ましい。
前記第1コリメータ20は、鉛やタングステンのうち何れか一つからなり、ファンビーム形状の複数の透過孔22、すなわち、二つのファンビーム形状の透過孔22を通して円錐形ビームの一部分だけ透過し、他の部分は患者に照射されないように遮断する。
前記多層フィルタ部30は、前記第1コリメータ20を透過した複数のビームそれぞれを濾過して、特定エネルギーバンドだけ一定角度ひねって反射されるようにする。前記特定エネルギーバンドは15〜23keVであることが好ましい。前記多層フィルタ部30は、モリブデン(Mo)やロジウム(Rh)またはアルミニウム(Al)のうち何れか一つからなって、低いエネルギーバンドは濾過して、患者の被爆量を減少させる。
この場合、前記多層フィルタ部30を通して、角度の異なる複数のビーム、すなわち、二つのビームのうち何れか一つは乳房に対して垂直の角度で入射し、他の一つのビームは、垂直線上から一定角度ひねって入射することが好ましい。
前記第2コリメータ40は、前記多層フィルタ部30を通して異なる角度で照射される複数のビームが一定の線幅で乳房Bに照射されるように維持する。前記第2コリメータ40は、前記第1コリメータ20と同一な材質で形成されることが好ましい。
前記第2コリメータ40には、映像検出部60の画素(pixel)と同一な大きさの濾過孔42が形成される。前記濾過孔42を通して特定エネルギーバンドだけ通過し、他は遮断されて、患者の被爆量が非常に減少する。前記濾過孔42の幅は40〜60μmで、より好ましくは50μmである。
これは、多層フィルタ部30を通して濾過反射された複数のファンビームが直射されず、円錐形に拡散しながら乳房Bに入射することにより、必要なくビームにより乳房Bが被爆されることを防止し、鮮明な映像を獲得するためである。
前記乳房固定部50は、前記第2コリメータ40を通して入射する特定エネルギーバンドのビームが照射される乳房を支持するパドル(paddle)を含む。前記乳房固定部50は、従来の乳房撮影装置の乳房固定部と同一な構成を有し、炭素(carbon)材質の板形状からなる。乳房を圧縮する圧縮板は、PMMA(Poly Methyl Meta Acrylate)や炭素の材質からなることが好ましいが、これに限定されず、ビーム透過が容易で、乳房固定部による映像損失を最小化する材質及び構造であれば使用可能である。
特に、乳房固定部50は圧力センサー52をさらに含む。前記圧力センサー52は、一定圧力以上に乳房固定部50で乳房Bを圧迫しないように制御して、患者の苦痛を最小化する。
前記映像出力部60は、大きく映像獲得部、映像走査部及び映像処理部に区分される。前記映像獲得部は、前記第2コリメータ40から照射されたビームの幅に対応して直列に配列されて、前記乳房の走査前の映像と走査後の映像を結合して、完全な乳房の映像を獲得する。前記映像獲得部としては、CCDまたはCMOSカメラを用いるデジタル検出器(digital detector)を使用することが好ましく、それによって構成品の価格を最小化し、露出線量の活用度を極大化することができる。
そして、前記映像獲得部は複数のビームそれぞれに対して設けられ、映像の解像度を高めるためにビームと垂直に構成されることが好ましい。
映像走査部(scanning system)は、複数のファンビーム(fan beam)が乳房の全領域を走査できるように、電動ステージ(stage)に装着されて乳房の全領域を走査する方式、または複数のX線は固定された状態で乳房固定部50を移動しながら乳房の全領域を走査する方式を選択的に使用する。
映像処理部は、垂直で及び一定角度ひねって照射される複数のビームから得られたそれぞれの映像を用いて、幾何的な逆変換を通じて数値的に解釈して、3次元映像を再構成する。それによって、病変の正確な位置を診断者が把握でき、それにより診断者の判断力を極大化する。
以下、前記のように構成された二重照射方式の乳房撮影装置を用いる乳房撮影方法を説明する。
乳房固定ステップ(S10)では、診断しようとする乳房を固定する。乳房固定部50に構成されたパドルにより、診断しようとする乳房Bを圧迫して、固定する。特に、前記乳房固定部50に設けられた圧力センサー52の制御により、乳房Bに与えられる圧力を一定に維持して、患者が感じる苦痛を最小化する。
もちろん、前記圧力センサー52は、患者の乳房Bの大きさによって、抑える圧量を制御することができる。また、乳房Bを固定する前に、X線発生部10、第1及び第2コリメータ20、40、多層フィルタ部30、乳房固定部50及び映像出力部60は、電動ステージにより初期化セッティングが完了した状態である。
複数のビーム生成ステップ(S20)では、X線発生部10により生成された円錐形ビームから、一定の大きさを有する複数のビームが生成されるようにする。X線発生部10により生成されるX線は、通常的に円錐形ビームであり、第1コリメータ20に形成された複数の透過孔22を透過するビームの他は遮断され、一定の大きさを有する複数のビームが生成される。
濾過反射ステップ(S30)では、前記複数のビーム生成ステップ(S20)で生成された複数のビームが乳房の該当領域に照射されるようにその幅を調節する。また、特定エネルギーバンドだけ一定角度ひねって反射する。第1コリメータ20を通して照射された複数のビームは、前記複数のビームそれぞれに対して設けられた多数のフィルタ部30に入射する。
前記多層フィルタ部30は、入射した複数のビームが乳房Bの該当領域に照射できるようにその線幅を調節し、特に特定エネルギーバンド(15〜23keV)のビームだけを反射し、低いエネルギーバンドは濾過して患者の被爆量を減少させ、一定角度ひねる反射角を有するように反射する。
前記多層フィルタ部30を通して反射される複数のビームのうち何れか一つは乳房Bに垂直に入射し、他の一つは一定角度ひねる状態で入射するようにして、前記乳房Bに入射するビームの透視映像をそれぞれ獲得する。
ビーム線幅維持ステップ(S32)では、前記濾過反射ステップ(S30)により一定角度ひねって入射する複数のビームの線幅を、映像獲得可能な画素に維持する。多層フィルタ部30を通して反射される複数のビームは、第2コリメータ40に入射し、それにより前記複数のビームは映像撮影部60の画素大きさとなり、乳房Bに透視されるビーム線幅が一定に維持される。
乳房スキャンステップ(S40)では、前記ビーム線幅維持ステップ(S32)により照射線幅が一定になった複数のビームは乳房に入射し、乳房をスキャンする。第2コリメータ40を通して照射線幅が一定に維持される複数のビームは、乳房固定部50に固定された乳房Bに入射して、乳房Bの全領域をスキャンする。
乳房スキャンステップ(S40)では、前記ビーム線幅維持ステップ(S32)により照射線幅が一定になった複数のビームは乳房に入射し、乳房をスキャンする。第2コリメータ40を通して照射線幅が一定に維持される複数のビームは、乳房固定部50に固定された乳房Bに入射して、乳房Bの全領域をスキャンする。
図3は、図2の二重照射方式の乳房撮影装置の概念図である。図3に示すように、乳房に三つの病変a1、a2、a3 が形成されており、前記病変a1と病変a2は垂直線上に位置し、病変a3は病変a2と水平一側に形成されたと仮定する。第2コリメータ40を通して照射される複数のビームは、乳房Bの一側から他側に移動しながら、ファンビームの幅の分ずつ乳房Bをスキャンする。
そして、垂直線上に照射されるビームは、垂直線上に重なった病変a1と病変a2のうち病変a1の位置及び垂直断面の大きさをスキャンし、また、一側に移動しながら病変a3の一及び垂直断面の大きさをスキャンする。
一定角度ひねって照射されるビームは、一定角度ひねった状態の乳房断面をスキャンしながら病変a1〜a3の位置及び大きさをスキャンする。
映像獲得及び出力ステップ(S50)では、前記乳房スキャンステップ(S40)で複数のビームが乳房をスキャンし、前記乳房をスキャンした複数のビームそれぞれで獲得した2次元映像を3次元映像として再構成して、乳房に病変があるかを判別し、病変がある場合には病変の大きさ及び位置を出力する。
映像獲得及び出力ステップ(S50)では、前記乳房スキャンステップ(S40)で複数のビームが乳房をスキャンし、前記乳房をスキャンした複数のビームそれぞれで獲得した2次元映像を3次元映像として再構成して、乳房に病変があるかを判別し、病変がある場合には病変の大きさ及び位置を出力する。
前記乳房固定部50に固定された乳房Bをスキャンした複数のビームそれぞれに対して映像出力部60が位置し、複数のビームそれぞれで獲得した2次元映像を前記映像出力部60で幾何的な逆変換で数値的に解釈して、3次元映像として再構成する。
図4は、本発明に係る二重照射方式の乳房撮影装置により撮影された病変の映像を再構成した概念図である。図4に示すように、垂直線上のファンビームにより病変a1と病変a3の2次元映像が獲得され、一定角度ひねったファンビームにより病変a1〜a3の2次元映像が獲得される。前記それぞれの2次元映像を幾何的な数値的逆変換により3次元映像として再構成することにより、病変の位置及び大きさまで判別することが可能となる。それによって診断者は診断及び施術の範囲を患者に性格に説明することができる。
特に、一回の撮影で、患者が受ける被爆量及び乳房が押し付けられる苦痛を最小化することができる。
上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。
10 X線発生部
20 第1コリメータ
30 多層フィルタ部
40 第2コリメータ
50 乳房固定部
52 圧力センサー
60 映像出力部
20 第1コリメータ
30 多層フィルタ部
40 第2コリメータ
50 乳房固定部
52 圧力センサー
60 映像出力部
Claims (5)
- 乳房の異常有無を判別するためにX線を用いて前記乳房を撮影する乳房撮影装置において、
X線ビームを生成するX線発生部(10)と、
前記X線発生部(10)を通して放射されるX線の円錐形ビームから、一定大きさの複数のビームが放射されるように、複数の透過孔(22)が形成された第1コリメータ(20)と、
前記第1コリメータ(20)の複数の透過孔(22)を透過したそれぞれのビームを反射し、特定エネルギーバンドだけ一定角度ひねって反射されるように濾過する複数の多層フィルタ部(30)と、
前記多層フィルタ部(30)で反射された複数のビームによりスキャンされる乳房(B)を固定する乳房固定部(50)と、
前記乳房固定部(50)に固定された乳房(B)をスキャンした複数のビームそれぞれに対して設けられ、前記相違する角度で反射される複数のビームにより獲得された2次元映像を3次元映像として再構成して出力する映像出力部(60)と、を備えることを特徴とする二重照射方式の乳房撮影装置。 - 前記多層フィルタ部(30)を通して特定エネルギーバンドが濾過反射される複数のビームが乳房(B)をスキャンする時、ビーム線幅が維持されるようにする第2コリメータ(40)をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の二重照射方式の乳房撮影装置。
- 前記乳房固定部(50)は、乳房(B)の圧縮固定が一定するように固定圧力を制御する圧力センサー(52)を含むことを特徴とする請求項1に記載の二重照射方式の乳房撮影装置。
- 乳房の異常有無を判別するためにX線を用いて前記乳房を撮影する乳房撮影方法において、
乳房に一定の圧力を提供して、前記乳房を固定する乳房固定ステップ(S10)と、
X線発生部により生成された円錐形ビームのうち一定大きさの複数のビームだけ透過させ、他のビームは遮断して、複数のビームだけ透過するようにする複数のビーム生成ステップ(S20)と、
前記複数のビーム生成ステップ(S20)で生成された複数のビームそれぞれを濾過反射して、特定エネルギーバンドの複数のビームが相違する角度でひねって入射するようにする濾過反射ステップ(S30)と、
前記濾過反射ステップ(S30)で相違する角度でひねって濾過された複数のビームが、固定された乳房をスキャンする乳房スキャンステップ(S40)と、
前記乳房スキャンステップ(S40)で乳房をスキャンした相違する角度の複数のビームから2次元スキャン映像を獲得し、前記獲得した2次元スキャン映像を幾何的計算により3次元映像として再構成する映像獲得及び出力ステップ(S50)と、を含むことを特徴とする二重照射方式の乳房撮影方法。 - 前記濾過反射ステップ(S30)で濾過された複数のビームそれぞれが乳房をスキャンする時、複数のビームそれぞれのビーム線幅が一定に維持されるように、複数のビームを濾過するビーム線幅維持ステップ(S32)をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の二重照射方式の乳房撮影装置。
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