JP2008284081A - X線撮影装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 術者の本当に見たい患部のみを映し出した画像を、短い撮影時間で、アーティファクトの発生も抑えて取得することによって、より効率的で正確な診断をサポートするX線撮影装置を提供することを目的とする。
【解決手段】回転制御部15は、X線管3AとFPD4Aと回転駆動機構5Aとを有する第1X線撮影系統6Aが回転駆動に追従させて、X線管3BとFPD4Bと回転駆動機構5Bとを有する第2X線撮影系統6Bを回転駆動させる。また、X線照射タイミング制御部12は、X線管3AとX線管3Bとが逐次同一位置を撮影するようにX線照射タイミングを制御する。したがって、高エネルギーX線照射と低エネルギーX線照射との間の時間差が小さくて済む。その結果、術者の本当に見たい患部のみを映し出した画像を、短い撮影時間で、アーティファクトの発生も抑えて取得することによって、より効率的で正確な診断をサポートすることができる。
【選択図】図1

Description

この発明は、2組のX線管とX線検出器とを備えるX線撮影装置に係り、特に、2つのX線管の電圧差を利用してサブトラクション像を得る技術に関する。
従来のX線撮影装置としては、造影剤を投与する前のマスク像と投与後のライブ像をサブトラクション処理して血管像のみを得るという回転DSA(Digital Subtraction Angiography)機能を備えるものが存在する(例えば、特許文献1参照)。
また、X線管とX線検出器からなるX線撮影系統を一組有するシングルプレーンX線撮影装置において、X線管の管電圧を異なる値に設定して2度回転撮影することにより、血管以外の情報を含んだ画像を得るエネルギーサブトラクション機能を備えるものも存在する。
特開平5−137711号公報(第2−4頁、図3)
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来の装置は、DSA機能を備えるX線撮影装置の場合、得られる画像からは血管像以外の患部の情報を得ることができず、多様で複雑な症例に対するより効率的で正確な診断を行うためには、この機能のみでは十分とは言い難い技術であった。
とくに、DSA機能を備えるX線撮影装置は、血管狭窄部の診断装置から血管狭窄部の治療装置へと位置づけが変化してきており、カテーテルでの狭窄部の削除や、ステント留置による血管拡大等が行われている。カテーテルもバルーン、ドリル、カッター等多種存在し、血管狭窄部の組成に応じて適切なカテーテルが使用される。しかしながら、血管像以外の患部の情報を得ることができないDSA機能を備える従来のX線撮影装置の場合、この血管狭窄部の組成の判断は、施術中にカテーテルを対象部位まで進め、手元の反応により硬い軟らかいの手ごたえから判断するしかなかった。そのため、選択したカテーテルが適切でなければ施術をやり直す必要があるので、造影剤投与やX線被曝による患者への負担が大きく、施術を行う術者にもX線被曝による負担が大きいという問題がある。
エネルギーサブトラクション機能を備える従来のシングルプレーンX線撮影装置を使用すれば、原理的には血管以外の画像を得ることができるので、血管狭窄部の石灰化の診断に効果が期待されるが、2度の回転撮影の間に大きな時間差が生じてしまうことや、被検者が動いてしまうことがあることなどの理由から実用的な技術ではなかった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、術者の本当に見たい患部のみを映し出した画像を、短い撮影時間で、アーティファクトの発生も抑えて取得することによって、より効率的で正確な診断をサポートするX線撮影装置を提供することを目的とする。
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項1に記載の発明は、被検体に対して高エネルギーX線を照射する第1X線照射手段と、前記被検体を透過する透過X線を検出して高エネルギーX線検出信号を出力する第1X線検出手段とを有する第1X線撮影系統と、前記第1X線撮影系統を駆動させる第1駆動手段と、被検体に対して前記高エネルギーよりも低い低エネルギーX線を照射する第2X線照射手段と、前記被検体を透過する透過X線を検出して低エネルギーX線検出信号を出力する第2X線検出手段とを有する第2X線撮影系統と、前記第2X線撮影系統を駆動させる第2駆動手段と、前記第1X線撮影系統もしくは前記第2X線撮影系統のいずれか一方系統の回転駆動に他方系統の回転駆動を追従させる駆動制御手段と、前記第1X線照射手段と前記第2X線照射手段とが逐次同一位置にX線を照射するようにX線照射タイミングを制御するX線照射制御手段と、前記第1X線検出手段から出力される高エネルギーX線検出信号から高エネルギーX線画像データを取得する第1X線画像取得手段と、前記第2X線検出手段から出力される低エネルギーX線検出信号から低エネルギーX線画像データを取得する第2X線画像取得手段と、前記高エネルギーX線画像データと前記低エネルギーX線画像データとのエネルギー差を利用してサブトラクション画像データを取得するエネルギー差利用式サブトラクション手段と、前記サブトラクション画像データを出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
[作用・効果]請求項1に記載の発明によれば、駆動制御手段は、第1X線透視撮影系もしくは第2X線透視撮影系のいずれか一方系統が回転駆動すると、他方系統を一方系統の回転駆動に追従するように回転駆動させるので、両系統は同一円周上を同時に回転する。X線制御手段は、第1X線照射手段と第2X線照射制御手段とが逐次同一位置にX線を照射するように制御するので、高エネルギーX線照射と低エネルギーX線照射との間の時間差が小さくなる。したがって、短い撮影時間で、アーティファクトの発生も抑えて、エネルギーサブトラクション画像を取得することができる。
第1X線検出手段は被検体を透過した高エネルギーX線を検出して、高エネルギーX線検出信号を第1X線画像取得手段に出力する。第2X線照射手段は被検体を透過した低エネルギーX線を検出して、低エネルギーX線検出信号を第2X線画像収集手段に出力する。第1X線画像取得手段と第2X線画像取得手段とはそれぞれ、高エネルギーX線画像データと低エネルギーX線画像データを取得して、エネルギー差利用式サブトラクション手段に出力する。エネルギー差利用式サブトラクション手段は、高エネルギーX線画像データと低エネルギーX線画像データとのエネルギー差を利用してサブトラクション画像データを取得し、サブトラクション画像データを出力手段に出力する。出力手段にはサブトラクション画像が表示される。このように、エネルギー差利用式サブトラクション手段によりエネルギーサブトラクション画像を取得するので、術者が本当に見たい患部のみを抽出した画像を作成することができる。
これらの結果、術者にとって効率的で正確な診断をサポートすることができる。
また、この発明において、前記サブトラクション画像データを三次元画像データに再構成する三次元画像再構成手段を備えることが好ましい(請求項2)。これにより、被検者の動きによって生じるアーティファクトの発生を抑えたサブトラクション画像を取得できるとともに、術者が本当に見たい患部のみを抽出した3次元画像を作成することができる。その結果、より効率的に正確な診断をサポートすることができる。
この発明に係るX線撮影装置によれば、術者の本当に見たい患部のみを映し出した画像を、短い撮影時間で、アーティファクトの発生も抑えて取得することによって、より効率的で正確な診断をサポートすることができる。
以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図1は、実施例に係るX線撮影装置の全体構成を示すブロック図であり、図2は、実施例に係るX線撮影装置のX線撮影系統を示す立面図である。
実施例のX線撮影装置は、図1に示すように、天板1に載置された撮影対象の被検体Mへコーン状のX線ビームXAを照射する第1X線照射手段としてのX線管3Aと、被検体へのX線ビームXAの照射により生じる被検体Mの透過X線像を検出してX線検出信号を出力する第1X線検出手段としてのフラットパネル型X線検出器(以下、適宜「FPD4A」と略記)とで構成される第1X線撮影系統6Aと、第1X線撮影系統6Aを回転させる第1駆動手段としての回転駆動機構5Aとを備えている。なお、X線管3Aは、例えば160KVの高電圧で高エネルギーのX線を照射する。
また、被検体Mの上方には、X線ビームXBを照射する第2X線照射手段としてのX線管3Bと、第2X線検出手段としてのFPD4Bとで構成される第2X線撮影系統6Bと、第2駆動手段としての回転駆動機構5Bとが配置されている。なお、X線管3Bは、例えば40KVの低電圧で低エネルギーのX線を照射する。
第1X線撮影系統6Aと第2X線撮影系統6Bについて、図2を用いて説明する。図2(a)は、第1X線撮影系統6Aを天板BDの長手方向から見たときの立面図である。図2(b)は、第1X線撮影系統6Aと第2X線撮影系統6Bを天板BDの短手方向から見たときの立面図である。
X線管3AとFPD3Bは、図2(a)に示すように、支軸部材8で支えられているC字形アーム9Aの一端と他端に取り付けられていており、回転駆動機構5Aは支軸部材8を回転軸として回転させる電気モータ11Aを有している。回転駆動機構5Aが電気モータ11Aを回して支軸部材8を回転させるのに連動して、C字形アーム9Aが回転すると共に、X線管3AおよびFPD4AがC字形アーム9Aの回転に伴って、矢印RAの方向に回転する。
X線管3BとFPD4Bは、図2(b)に示すように、天井に設けられたスライド支持部材13で支えられているC字形アーム9Bの一端と他端に取り付けられている。スライド支持部材13には、C字形アーム9Bをスライド回転させる電気モータ11Bが回転駆動機構5Bとして備えられる。回転駆動機構5Bが電気モータ11Bを回してC字形アーム9Bをスライド回転させると、X線管3BおよびFPD4Bが矢印RBの方向に回転する。このように、X線管3BとFPD4Bは、X線管3AとFPD4Aと同じ方向に回転することができる。
FPD4A、4Bは、入射X線強度に対応する電気信号を直接発生させる多数の小さな半導体検出エレメント(画素に対応)がフラットパネル上に二次元マトリクス配列されている。これらマトリクス上の各エレメントを順次スキャンして信号を読み出すことにより画像信号を得る。FPD4A、4Bは、X線入射量に応じて蓄積した電荷を、TFTスイッチを介して読み出すようにしており、素子ごとのTFTスイッチを順次オンにして蓄積電荷を読み出すスキャンを行う。蓄積電荷は読み出しが終わったときクリアされる。
実施例の装置は、X線管3AとFPD3Aとが所定の回転位相に達したタイミングでX線管3AにX線ビームXAを照射させた後に、X線管3BとFPD4BとがX線管3AがX線ビームXAを照射したのと同じ回転位相に達したタイミングでX線管BにX線ビームXAを照射させる照射タイミング制御を行うX線照射制御手段としてのX線照射タイミング制御部12を備えている。
実施例の装置は、X線管3Aに例えば160KVの高電圧を加えるX線管用電源14Aと、X線管3Bに例えば40KVの低電圧を加えるX線管用電源14Bとを備える。
実施例の装置は、X線照射タイミングに同期して第1X線撮影系統6と第2X線撮影系統7とを回転駆動制御する駆動制御手段としての回転制御部15を備えている。
このようなX線照射タイミングと回転駆動タイミングについて、図3、図4を参照して説明する。図3はX線照射タイミング信号とX線駆動タイミング信号のタイミングチャートである。図4は、第1X線撮影系統と第2X線撮影系統とが回転する様子を示す模式図である。
図3に示されるX線照射タイミング信号13Aは、図1に示されるX線照射タイミング制御部12からX線管用電源14Aに対して出力されるものである。同様に、X線照射タイミング信号13Bは、X線照射制御部12からX線管用電源14Bに対して出力されるものである。X線照射タイミング信号13Bは、X線照射タイミング信号13Aと同じ周期の信号であり、X線照射タイミング信号13Aよりも所定時間遅れたタイミングで出力される。回転駆動タイミング信号16は、回転制御部15から回転駆動機構5Aと回転駆動機構5Bとに対して出力されるものである。回転駆動タイミング信号16は、X線照射タイミング信号13Aのあと所定時間遅れたタイミングで回転駆動機構5A,5Bに同時に出力される。このようなX線照射タイミング信号13AとX線照射タイミング信号13Bと回転駆動タイミング信号16のタイミングのずれは、例えば遅延回路を用いることにより発生させることができる。
図3に示すタイミングに従って第1X線撮影系統6Aと第2X線撮影系統6Bとが回転する様子を図4を参照して説明する。図4(a)は実施例の装置の撮影開始位置を示す図であり、X線管3Aの第1回目のX線照射位置も示す。図4(b)はX線管3Aの第2回目のX線照射位置を示し、(c)はX線管3Aの第3回目のX線照射位置を示し、(d)はX線管3Aの第4回目のX線照射位置を示す。
図4(a)に示すように、X線管3Aは回転位相P2のときに第1回目のX線照射を開始する。X線管3AがX線照射を終えると、X線管3AとX線管3Bとは同時に回転移動する。次に、図4(b)に示すように、X線管3Aが回転位相P3に達し、X線管3Bが回転位相P2に達したとき、X線管3AとX線管3Bは停止する。X線管3Bは回転位相P2でX線照射し、X線管3Aは回転位相P3でX線照射する。X線管3AがX線照射を終えると、X線管3AとX線管3Bとは同時に回転移動を開始する。以下、図4(c)に示すように、X線管3AとX線管3Bとは逐次同じ回転位相でX線照射を行いながら、回転駆動を繰り返す。
このように、同じ回転位相でX線エネルギー強度が異なる2種類の画像データが各回転位相ごとに複数得られる。以下、この画像データの処理について図1を参照しながら説明する。
実施例の装置は、高エネルギーX線ビームXAの照射に伴ってFPD4A、4Bから出力されるX線検出信号にしたがって高エネルギーX線撮影画像、低エネルギー画像を取得して高エネルギー画像メモリ18Aへ送り込む第1X線画像取得手段としての高エネルギー画像取得部17Aと、低エネルギーX線ビームXBの照射に伴ってFPD4Bからから出力されるX線検出信号にしたがって低エネルギーX線撮影画像を取得して低エネルギー画像メモリ18Bへ送り込む第2X線画像取得手段としての低エネルギー画像取得部17Bとを備えている。
実施例の装置は、高エネルギーX線撮影画像と低エネルギーX線撮影画像について被検体Mにおける注目部位を抽出するのに適当な重み付けを設定する重み付け設定部19と、時間的に隣り合うタイミングで取得されている高エネルギーX線撮影画像と低エネルギーX線撮影画像を重み付け設定部で設定された重み付けにしたがって画像サブトラクション処理してサブトラクション画像を取得するエネルギーサブトラクション部20(エネルギー差利用式サブトラクション手段)とを備えている。
具体的には、重み付け設定部19によって高エネルギーX線撮影画像についての係数aと低エネルギーX線撮影画像についての係数bが設定される。また、エネルギーサブトラクション部によって、a×log(高エネルギーX線撮影画像の画素信号)−b×log(低エネルギーX線撮影画像の画素信号)という画像を差し引く演算が行われる。したがって、重み付け設定部19によって設定する係数aと係数bを適当に調整することにより、例えば、実質的に肋骨や背骨等の骨部のみが写っている画像をサブトラクション画像として取得することができる。勿論、係数aと係数bの調整で実質的に軟部組織のみが写っている画像をサブトラクション画像として取得することもできる。
さらに、実施例の装置は、サブトラクション画像メモリ21に記憶されている幾枚ものサブトラクション画像に対して各サブトラクション画像が撮影されたときの回転位相を基にして3次元再構成処理を行う3次元再構成部25(3次元画像再構成手段)を備えている。
3次元再構成部25で取得された3次元X線画像は3次元画像メモリ26に送り込まれて記憶されると共に、必要に応じて3次元画像メモリ26から3次元X線画像が読み出されて、例えば表示モニタ27の画面に映し出される。
なお、表示モニタ27の画面にはX線撮影や装置の稼働に必要な操作を行なう為のメニューなども表示される。X線撮影や装置の稼働に必要な指令やデータを入力する時は、マウスやキーボード等の入力機器を用いた操作部28から指令やデータを入力する操作を行なう。また、主制御部29は、コンピュータ(CPU)と動作プログラムを中心に構成されていて、操作部28などによる各種の指令入力、あるいは、X線撮影の進行状況などに応じて適切な命令やデータを必要な部所へ適時に送出し、装置全体を常に適切に動作させる統括的制御機能を果たす。
実施例の装置は、図5に示すプロセスで撮影を行う。
〔ステップS1〕高エネルギー・低エネルギーX線撮影
術者は装置を始動させて高エネルギーX線撮影と低エネルギーX線撮影を開始する。
〔ステップS2〕エネルギーサブトラクション処理
X線管3AおよびFPD4Aと、X線管3BおよびFPD4Bとが被検体Mの周りを等速回転しながら高エネルギーと低エネルギーのX線ビームを交互に照射するのに伴って高エネルギーX線撮影画像と低エネルギーX線撮影画像が取得される。高エネルギーX線撮影画像と低エネルギーX線撮影画像とは高エネルギー画像取得部17Aと低エネルギー画像取得部17Bに取得される。それぞれのX線撮影画像は、エネルギーサブトラクション部20で画像サブトラクション処理されて、被検体Mの骨部のみが抽出されたサブトラクション画像と被検体Mの軟部のみが抽出されたサブトラクション画像とに形成されて、第1サブトラクション画像メモリ21にそれぞれ記憶される。
〔ステップS3〕必要枚数のサブトラクション画像を取得したか
エネルギーサブトラクション部20によりサブトラクション画像が未だ必要枚数取得されていなければ、ステップS2へ戻る。エネルギーサブトラクション部20によりサブトラクション画像が既に必要枚数取得されたならば、次のステップS4に進む。
〔ステップS4〕3次元再構成処理
3次元再構成部25による3次元再構成処理により、サブトラクション画像メモリ21で記憶されているサブトラクション画像から3次元X線画像が取得される。
実施例の装置によれば、回転制御部15は、X線管3AとFPD4Aと回転駆動機構5Aとを有する第1X線撮影系統6Aが回転駆動に追従させて、X線管3BとFPD4Bと回転駆動機構5Bとを有する第2X線撮影系統6Bを回転駆動させる。また、X線照射タイミング制御部12は、X線管3AとX線管3Bとが逐次同一位置を撮影するようにX線照射タイミングを制御する。したがって、高エネルギーX線照射と低エネルギーX線照射との間の時間差が小さくて済む。その結果、術者の本当に見たい患部のみを映し出した画像を、短い撮影時間で、アーティファクトの発生も抑えて取得することによって、より効率的で正確な診断をサポートすることができる。
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
(1)上述した実施例では、2次元X線検出手段がFPDであったが、2次元X線検出手段はFPDに限らず、例えばイメージインテンシファイアなどであってもよい。
(2)上述した実施例では、エネルギーサブトラクションや3次元画像再構成をX線撮影装置で行っていたが、画像データを記録媒体に収納して、外部のコンピュータで処理を行っても構わない。
(3)上述した実施例では、エネルギーサブトラクション処理のみを行ったが、エネルギーサブトラクション処理と造影剤抽出サブトラクション処理を組み合わせて行ってよいし。
(4)上出した実施例では、被検者に造影剤を投与しないで高エネルギーX線画像と低エネルギーX線画像とを取得したが、被検者に造影剤を投与して高エネルギーX線画像と低エネルギーX線画像とを取得してエネルギーサブトラクションしても構わない。この場合造影剤の濃度あるいは重み付け係数を調整すれば、術者がもっとも見たい患部を含むサブトラクション画像と、造影部を含むサブトラクション画像とを取得することができる。例えば、血管狭窄部の石灰化の有無を診断したい場合、一方のサブトラクション画像には骨部と石灰化部とを映し出し、他方のサブトラクション画像には軟部と造影血管とを映し出す。これにより、術者は、一方のサブトラクション画像で血管狭窄部の石灰化の有無を診断し、他方のサブトラクション画像で石灰化が存在する血管狭窄部の位置を見つけることができる。
実施例の装置の全体構成を示すブロック図である。 実施例の装置の撮影系統を示す立面図である。 実施例の装置の撮影と駆動のタイミングチャートである。 実施例の装置の撮影系統の回転駆動を示す模式図である。 実施例の装置の撮影プロセスを示すフローチャートである。
符号の説明
3 …X線管
4 …FPD
6 …X線撮影系統
12 …X線照射タイミング制御部
15 …回転制御部
20 …エネルギーサブトラクション部

Claims (2)

  1. 被検体に対して高エネルギーX線を照射する第1X線照射手段と、前記被検体を透過する透過X線を検出して高エネルギーX線検出信号を出力する第1X線検出手段とを有する第1X線撮影系統と、前記第1X線撮影系統を駆動させる第1駆動手段と、被検体に対して前記高エネルギーよりも低い低エネルギーX線を照射する第2X線照射手段と、前記被検体を透過する透過X線を検出して低エネルギーX線検出信号を出力する第2X線検出手段とを有する第2X線撮影系統と、前記第2X線撮影系統を駆動させる第2駆動手段と、前記第1X線撮影系統もしくは前記第2X線撮影系統のいずれか一方系統の回転駆動に他方系統の回転駆動を追従させる駆動制御手段と、前記第1X線照射手段と前記第2X線照射手段とが逐次同一位置にX線を照射するようにX線照射タイミングを制御するX線照射制御手段と、前記第1X線検出手段から出力される高エネルギーX線検出信号から高エネルギーX線画像データを取得する第1X線画像取得手段と、前記第2X線検出手段から出力される低エネルギーX線検出信号から低エネルギーX線画像データを取得する第2X線画像取得手段と、前記高エネルギーX線画像データと前記低エネルギーX線画像データとのエネルギー差を利用してサブトラクション画像データを取得するエネルギー差利用式サブトラクション手段と、前記サブトラクション画像データを出力する出力手段とを備えることを特徴とするX線撮影装置。
  2. 請求項1に記載のX線撮影装置において、前記サブトラクション画像データを三次元画像データに再構成する三次元画像再構成手段を備えることを特徴とするX線撮影装置。
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