JP2010094241A - Ｘ線撮影装置及びその制御方法、コンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】機械的なＸ線遮断機構を設けることなく、人体への無効曝射期間を減少することが可能なＸ線撮影装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線を照射するＸ線発生手段と、Ｘ線画像を取得する撮影手段と、前記Ｘ線が照射される被検者を載置し、軸を中心として回転する回転台を有し、該回転台の回転を制御する回転台ユニットとを備えるＸ線撮影装置であって、前記回転台ユニットは、前記回転台の一定の回転角度毎の前記Ｘ線発生手段からのＸ線の照射量の積分値が等しくなるように、前記回転台の回転速度を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ｘ線撮影装置及びその制御方法、コンピュータプログラムに関する。

近年においては大面積のイメージセンサによって構成されるフラットパネルディテクタを使用し、被写体のＸ線画像をデジタル撮影するシステムが開発されている。このシステムは、従来の銀塩写真を用いるＸ線写真システムと比較して、極めて広範囲の放射線露出域に渡って画像を記録できるという実用的な利点を有している。

即ち、極めて広範囲のダイナミックレンジのＸ線を、蛍光体を用いて光電変換し、電気信号として読み取り、この電気信号をさらにデジタル信号に変換する。このデジタル信号を処理して、写真感光材料等の記録材料、ＣＲＴ等の表示装置に、可視像として放射線画像を出力することにより、放射線露光量がある程度変動しても良好な放射線画像が得られる。

イメージセンサとしては、CCD型撮像素子や、MOS型撮像素子、CMOS型撮像素子などが利用されている。特許文献１には、CMOS型撮像素子を用い、非破壊読み出しが可能な放射線撮影システムの技術が開示されている。

更に近年では、Ｘ線デジタル撮影装置のＣＴ撮影装置への応用も考えられている。特許文献２には、被写体を直立或いは座位の状態で回転させることができる回転台を設け、この回転台をＸ線源及びフラットパネルディテクタに対して回転させながら撮影するCT撮影装置が開示されている。

ＣＴ撮影においては、弱いＸ線線量を一定時間照射して撮影する方法が主に用いられる。この撮影方法の場合、Ｘ線照射開始時に、Ｘ線出力がゆるやかに立ち上がる特性が問題となる。しかし、特許文献３が開示するように、メカ的なＸ線遮断用シャッターを設け、照射線量的に診断画像として使えない観測不能期間はシャッターを閉じる手段が取られている。
特開２００５−１４３８０２号公報 特開２０００−２１７８１０号公報 特開２００４−１１３４０８号公報

線量不足により利用不可なＸ線出力立ち上り時の取得画像は、シャッター等のメカ的機構を用いてＸ線を遮断することで排除することができる。しかし、この手法ではＸ線遮断に対するメカ的機構が必要となるため、装置構成が複雑になってしまう。

そこで、本発明では、機械的なＸ線遮断機構を設けることなく、人体への無効曝射期間を減少することが可能なＸ線撮影装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、
Ｘ線を照射するＸ線発生手段と、
Ｘ線画像を取得する撮影手段と、
前記Ｘ線が照射される被検者を載置し、軸を中心として回転する回転台を有し、該回転台の一定の回転角度毎の前記Ｘ線発生手段からのＸ線の照射量の積分値が等しくなるように、該回転台の回転を制御する回転台ユニットと
を備えるＸ線撮影装置であって、
前記回転台ユニットは、
前記Ｘ線の照射条件に応じて、前記回転台の回転開始からの経過時間に応じた回転速度の値を登録した複数のテーブルを備え、
前記Ｘ線発生手段における実際の照射条件と関連づけられるテーブルが前記複数のテーブルに含まれない場合に、前記複数のテーブルから、前記実際の照射条件における前記回転速度の値を予測し、前記回転台の回転開始からの経過時間に応じて、該予測した回転速度の値により前記回転台の回転速度を制御する
ことを特徴とする。

上記課題を解決するための本発明は、また、
Ｘ線を照射するＸ線発生手段と、
Ｘ線画像を取得する撮影手段と、
前記Ｘ線が照射される被検者を載置し、軸を中心として回転する回転台を有し、該回転台の回転を制御する回転台ユニットと、
前記Ｘ線発生手段から照射されるＸ線照射量を測定する線量測定手段と
を備えるＸ線撮影装置であって、
前記回転台ユニットは、前記線量測定手段からのＸ線照射量の積分値に応じて、前記回転台の一定の回転角度毎の前記Ｘ線発生手段からのＸ線の照射量の積分値が等しくなるように、前記回転台の回転速度を制御することを特徴とする。

本発明によれば、機械的なＸ線遮断機構を設けることなく、人体への無効曝射期間を減少することが可能なＸ線撮影装置を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１に、発明の実施形態に対応するＸ線撮影システムの構成の一例を示す。本システムは、Ｘ線撮影部１０１、回転台ユニット１０２、Ｘ線撮影部１０１と回転台ユニット１０２を制御するコントロールＰＣ１０３、Ｘ線照射線量をモニタする線量計１０４、Ｘ線発生装置１０５からなる。各ユニット間は、光ファイバや、電線などの通信ラインで接続される。被検者１０７は、回転台ユニットの上に、座位または立位の格好にて載置される。

撮影部１０１は、センサ部１１０と、ADボード１１１とデジタルボード１１２とで構成される。センサ部の詳細については後述するが、センサから出力される画像情報は、ADボード１１１でデジタル変換し、デジタルボード１１２を介して、コントロールＰＣ１０３へと転送される。

回転台ユニット１０２は、所定の軸を中心として回転台１２７の回転制御を行い、更にＸ線発生装置１０５とのインターフェースを備える回転制御/XIFボード１２１、回転台１２７の回転駆動を行うモータ１２２、モータドライバ１２３を備える。また、、回転角度情報をモニタするエンコーダ１２４、Ｘ線照射線量をモニタする線量計１０４とのインターフェースである線量計ボード１２５、電源１２６を備える。回転制御/XIFボード１２１は、Ｘ線撮影部１０１のデジタルボード１１２或いはコントロールＰＣ１０３内のキャプチャ制御ボード１３１からの指示に従い、回転台１２７の回転制御や、Ｘ線発生装置１０５との通信を行う。

コントロールＰＣ１０３は、システム制御および画像取り込み動作を行うキャプチャ制御ボード１３１と、CT画像処理を行う画像処理ボード１３２と、画像を保管するハードディスク１３５、各種IO１３６等を有する。コントロールＰＣ１０３には、操作者用に、キーボード１３７やＣＲＴ等のディスプレイ１３８等が接続される。

実際の撮影動作において、コントロールＰＣ１０３内のキャプチャ制御ボード１３１は、操作者の指示に基づき、Ｘ線発生装置１０５とＸ線撮影部１０１、回転台ユニット１０２との間で同期を取りながら、Ｘ線ＣＴ撮影動作を実行する。

取得された画像は、画像処理ボードで画像処理された後、操作者の要求により、ディスプレイ１３８に表示されたり、あるいはハードディスク１３５や不図示の外部記憶装置に保存されたりする。

ここで、Ｘ線撮影部１０１の内部構造について図２を参照して説明する。図２は、発明の実施形態に対応するＸ線撮影部１０１の内部構造の一例を示す図である。
Ｘ線撮影部１０１は、図２に示されるように蛍光体２０１と光電変換素子２０２とを組み合わせて構成される。蛍光体２０１では、エネルギーの高いＸ線によって蛍光体の母体物質か励起（吸収）され、その再結合エネルギーにより可視領域の蛍光が発生する。即ち、Ｘ線を可視光に変換する。その蛍光はＣａＷｏ４やＣｄＷｏ４などの母体自身によるものや、ＣｓＩ：ＴｌやＺｎＳ：Ａｇなどの母体内に付加された発光中心物質によるものがある。光電変換素子２０２は、CMOS型撮像素子を用いており、全ての素子から共通の時間に蓄積した電荷を高信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ）で読み出せる。

光電変換素子２０２の１画素の等価回路図を図３に示す。点線で囲む部分３０１が１画素に相当する。実際の撮影装置は、２６８８画素×２６８８画素等の高解像度なマトリクス構造となっている。

フォトダイオード(PD)で光電変換された信号電荷は、FD(Floating Diffusion)アンプにより信号電圧に変換され、増幅される。FDアンプの次段にクランプ回路、クランプ回路の次段にPD信号電圧S、クランプ電圧Nを独立にサンプルホールドする回路を内蔵し、出力信号はアナログS、N独立の２系統となっている。各画素にサンプルホールド回路を設けてあり、全画素を不図示のリセット回路により同時にリセットし、露光後、全画素同時にFDアンプの出力をサンプルホールドすることにより、一括電子シャッタが可能な構造となっている。読み出しマトリックス回路部は、垂直（V）方向に順次水平ラインを選択する垂直走査回路(V方向スタティック型シフトレジスタ)、水平（H）方向に画素を選択する水平走査回路(H方向スタティック型シフトレジスタ)から出力される制御信号、VSR、HSR、HSR-８BLKにより制御され、順番に全画素の信号電荷が読み出される。

このようにして読み出された信号電荷情報は、先に述べたように、AD変換され、画像情報としてコントロールＰＣ１０３へと転送される。

ここで、本発明の実施形態における回転台制御の様子を図４を参照して説明する。図４は、発明の実施形態に対応する、回転台制御に関わるタイミングチャートである。

図４において、Ｓ１はＸ線発生装置１０５につながる曝射スイッチ１０６のＯＮ／ＯＦＦに基づく照射要求信号を示す。Ｓ２は回転台１２７の回転速度を示す。Ｓ３はキャプチャ制御ボード１３１より発行される撮影タイミングパルスを示す。Ｓ４はＸ線出力の様子を示す。図４のタイミングチャートにおいて、横軸は時間を示す。

まず、時刻Ｔ１において操作者が曝射スイッチ１０６をオンすることにより、本システムに対する撮影要求が発行される。撮影要求に応じたコントロールＰＣ１０３の指示に基づいて、回転台ユニット１０２が回転制御を開始し、一定の加速度で回転速度を増していく。回転台回転の様子は、エンコーダ１２４でモニタされ、目標となる角速度に達した時点（時刻Ｔ２）で等速回転を行う。撮影動作は、キャプチャ制御ボード１３１から送信される撮影タイミングパルスＳ３に従って実施される。

この撮影タイミングパルスは、エンコーダでモニタされた回転情報に基づき、例えば０.３６度等（１回転１０００撮影の場合）、一定の回転角度毎に撮影動作が行われるように発行される。その後、所望の枚数Ｘ線画像を取得した後、不図示の照射許可信号をネゲートしてＸ線照射を終了し、回転台停止動作を行い、CT撮影動作が終了する。

本ＣＴ撮影においては、例えば２００fps程度の高フレームレートで画像取得を行う必要があるが、同レートでＸ線パルス照射することは速度的に不可能である。そのため、一定の低線量でＸ線連続照射を行いながら、高フレームレートにて撮影を行う。このような低線量でのＸ線連続照射における実際のＸ線出力は、Ｓ４に示すように、緩やかに立ち上がる。CT撮影では、先に述べたように、一定の等間隔角度毎に、一定のＸ線照射量による画像取得が必要となる。そのため、この立ち上りが緩やかな時刻Ｔ１からＴ２までの期間Ｔａの画像取得においても、時刻Ｔ２移行の出力安定期間Ｔｂ同様、一定の照射線量画像が得られるように、各取得画像におけるＸ線照射量の積分値が一定となるように回転速度を制御する。この様子を次に示す。

まず、撮影前準備として、Ｘ線の出力立ち上り特性を予め測定し、回転制御設定に反映するために、事前にＸ線照射画像を取得する。この時、解析の分解能を上げるために、実際の撮影間隔に対して、十分に短い時間間隔で画像取得を行う必要があるが、回転動作は不要である。撮影終了後、コントロールＰＣ１０３にて、各取得画像の出力平均値を求め、Ｘ線出力の立ち上り特性を解析し、立ち上り時においても出力安定時と同等の一定照射線量積分値を得るための時間間隔を算出する。この作業は、例えば、撮影装置設置時や、撮影環境が大きく変わったとき等に行う。

その後の実際のCT撮影においては、上記で求めた各時間間隔にて撮影実施角度となるよう、回転速度の制御パターンが設定され、それに従い回転制御を行う。回転速度の制御パターンの一例は図５の回転速度制御テーブル５００に示す通りである。

図５において、時刻５０１は、回転台ユニット１０２の回転制御が開始されてからの経過時間を示す。時刻０は、図４の時刻Ｔ１に対応し、時刻ｔｎは図４の時刻Ｔ２に対応する。また速度５０２は、時刻５０１に対応する回転台ユニット１０２の回転速度を示す。例えば、回転制御の開始からｔ２時間が経過した場合の回転速度はｖ２となる。時刻ｔｎにおける速度Ｖｎは、図４における時刻Ｔ２における回転速度に対応する。

また、図５の回転速度制御テーブル５００を利用した、回転台ユニット１０２の回転制御の処理について図６のフローチャートを参照して説明する。当該フローチャートは、対応する処理プログラムを回転制御/XIFボード１２１で実行することにより実現される。

まず、ステップＳ６０１において、回転制御/XIFボード１２１内のソフトウェアタイマーを０にリセットする。続くステップＳ６０２では、回転台１２７の回転を開始するか否かを判定する。当該判定は、曝射スイッチ１０６のＯＮに基づく照射要求信号を受信したか否かにより行うことができる。

もし、回転台１２７の回転が開始される場合（ステップＳ６０２において「ＹＥＳ」）、ステップＳ６０３に移行する。回転台１２７の回転が開始されない場合（ステップＳ６０２において「ＮＯ」）、回転開始の監視を継続する。

ステップＳ６０３では、回転制御/XIFボード１２１内のソフトウェアタイマーをスタートさせ、回転開始からの経過時間を測定する。また、このとき回転速度制御テーブル５００のデータを取得しておく。

ステップＳ６０４では、回転速度制御テーブル５００の登録内容に従い、経過時間に応じた回転速度となるようにモータ１２２を制御する。続くステップＳ６０５では、エンコーダ１２４からの通知に従い、所定速度（図５のｖｎ）に到達したか否かを判定する。もし、回転台１２７の回転速度が所定速度に到達している場合は（ステップＳ６０５において「ＹＥＳ」）、ステップＳ６０６に移行して回転速度を所定速度で固定し、処理を終了する。一方、回転台１２７の回転速度が所定速度に到達していない場合は（ステップＳ６０５において「ＮＯ」）、ステップＳ６０４に戻って、回転速度の制御を継続する。

なお、図６のフローチャートでは、ステップＳ６０５において回転速度が所定速度に到達したか否かを、エンコーダ１２４による検知結果に基づいて判定したが、これによらず、タイマーの経過時間に基づいて判定しても良い。

また、Ｘ線出力の立ち上り特性が、照射条件設定（管電圧、管電流）によって異なる場合は、予め幾つかの照射条件での立ち上り特性解析動作を行い、図５の回転速度制御テーブル５００を複数用意しておくことができる。この場合、実際のCT撮影においては、設定された照射条件と関連づけられたテーブルを選択して回転速度制御を実施する。これにより、照射条件に応じて、適切な回転速度制御が行える。

また、実際のCT撮影時の照射条件と同一の条件下で求めた回転速度制御パターンが無かった場合に、保持している回転速度制御パターンから、出力特性を予測し、その予測結果に基づき回転速度制御を決定してもよい。例えば、ある照射条件について管電圧、管電流が既存の２つの照射条件の中間にある場合に、該２つの照射条件の中間の出力特性が得られるものと予測して、回転速度を制御することができる。

以上により、Ｘ線立ち上り期間においても各取得画像のＸ線照射量積分値が等しくなり、シャッター等の特別なメカ的機構が無くとも、一連のＸ線照射期間において、有用となる一定線量のＸ線画像が取得できる。なお、事前の立ち上り特性の解析は、実際の撮影画像データでなく、線量計データの値を用いてもよい。

［第２の実施形態］
次に、本発明における第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、予め、立ち上り特性データを取得し、その解析結果により回転速度制御を設定した。これに対し第２の実施形態では、Ｘ線量測定を行う線量計によりＸ線出力値をリアルタイムにモニタし、図７に示すように、モニタ解析結果を撮影時の回転速度にフィードバックする。図７は、発明の第２の実施形態に対応する、回転台制御に関わるタイミングチャートである。Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４はそれぞれ図４におけるものと同様である。

ＣＴ撮影時のＸ線照射量情報は、線量計１０４によりモニタされ、線量計ボード１２５を介して回転台/XIFボードへと入力される。回転台/XIFボードは、照射量情報をリアルタイムに解析し、撮影時間間隔毎に一定の照射線量積分値となるよう、モータの回転速度制御を行う。

なお、撮影毎の照射線量積分値の目標値は、Ｘ線照射条件設定に応じて、予め設定する。また、照射線量情報解析の時間間隔は、フィードバック制御を行うために、実際の撮影間隔に対して、十分短い必要がある。この第２の実施形態では、立ち上り時に限らず、撮影中においてフィードバック制御を行うため、Ｘ線出力ゆらぎが生じても、一定の照射量の画像が取得できる。

なお、第１及び第２の実施形態とも、FPN補正用の画像は、回転撮影動作前に一定の撮影間隔で取得してもよいし、回転撮影後に一定の間隔で取得してもよい。また、装置起動時等に予め取得しておいてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、一定角度毎に得る各取得画像のＸ線照射積分値が同等になるように、回転速度を制御することにより、Ｘ線遮断機構を設けることなくなる。同時に、人体への無効曝射期間を減少することが出来るＸ線撮影装置を提供できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

［その他の実施形態］
また、本発明の目的は、前述した機能を実現するコンピュータプログラムのコードを記録した記憶媒体を、システムに供給し、そのシステムがコンピュータプログラムのコードを読み出し実行することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたコンピュータプログラムのコード自体が前述した実施形態の機能を実現し、そのコンピュータプログラムのコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成する。また、そのプログラムのコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した機能が実現される場合も含まれる。

さらに、以下の形態で実現しても構わない。すなわち、記憶媒体から読み出されたコンピュータプログラムコードを、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込む。そして、そのコンピュータプログラムのコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行って、前述した機能が実現される場合も含まれる。

本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明したフローチャートに対応するコンピュータプログラムのコードが格納されることになる。

発明の実施形態に対応するＸ線撮影システムの構成の一例を示す 発明の実施形態に対応するＸ線撮影部１０１の内部構造の一例を示す図である。 発明の実施形態に対応する光電変換素子１画素の等価回路の一例を示す図である。 発明の第１の実施形態に対応する、回転台制御に関わるタイミングチャートである。 発明の第１の実施形態に対応する回転速度制御テーブルの一例を示す図である。 発明の第１の実施形態に対応する回転速度制御の処理の一例を示すフローチャートである。 発明の第２の実施形態に対応する、回転台制御に関わるタイミングチャートである。

符号の説明

１０１：Ｘ線撮影部
１０２：回転台ユニット
１０３：コントロールＰＣ
１０４：線量計
１０５：Ｘ線発生装置

Claims (7)

1. Ｘ線を照射するＸ線発生手段と、
   Ｘ線画像を取得する撮影手段と、
   前記Ｘ線が照射される被検者を載置し、軸を中心として回転する回転台を有し、該回転台の一定の回転角度毎の前記Ｘ線発生手段からのＸ線の照射量の積分値が等しくなるように、該回転台の回転を制御する回転台ユニットと
   を備えるＸ線撮影装置であって、
   前記回転台ユニットは、
   前記Ｘ線の照射条件に応じて、前記回転台の回転開始からの経過時間に応じた回転速度の値を登録した複数のテーブルを備え、
   前記Ｘ線発生手段における実際の照射条件と関連づけられるテーブルが前記複数のテーブルに含まれない場合に、前記複数のテーブルから、前記実際の照射条件における前記回転速度の値を予測し、前記回転台の回転開始からの経過時間に応じて、該予測した回転速度の値により前記回転台の回転速度を制御する
   ことを特徴とするＸ線撮影装置。
2. 前記回転台ユニットは、
   前記Ｘ線発生手段における実際の照射条件と関連づけられるテーブルが前記複数のテーブルに含まれる場合は、該関連づけられるテーブルから、前記回転台の回転開始からの経過時間に応じて対応する回転速度の値を取得し、前記回転台の回転速度を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮影装置。
3. 前記回転台ユニットは、前記回転台の回転速度が所定速度に達した場合に、該所定速度で固定する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。
4. Ｘ線を照射するＸ線発生手段と、
   Ｘ線画像を取得する撮影手段と、
   前記Ｘ線が照射される被検者を載置し、軸を中心として回転する回転台を有し、該回転台の回転を制御する回転台ユニットと、
   前記Ｘ線発生手段から照射されるＸ線照射量を測定する線量測定手段と
   を備えるＸ線撮影装置であって、
   前記回転台ユニットは、前記線量測定手段からのＸ線照射量の積分値に応じて、前記回転台の一定の回転角度毎の前記Ｘ線発生手段からのＸ線の照射量の積分値が等しくなるように、前記回転台の回転速度を制御する
   ことを特徴とするＸ線撮影装置。
5. Ｘ線を照射するＸ線発生手段と、
   Ｘ線画像を取得する撮影手段と、
   前記Ｘ線が照射される被検者を載置し、軸を中心として回転する回転台を有し、該回転台の一定の回転角度毎の前記Ｘ線発生手段からのＸ線の照射量の積分値が等しくなるように、該回転台の回転を制御する回転台ユニットと
   を備えるＸ線撮影装置の制御方法であって、
   前記Ｘ線の照射条件に応じて、前記回転台の回転開始からの経過時間に応じた回転速度の値を登録した複数のテーブルに、前記Ｘ線発生手段における実際の照射条件と関連づけられるテーブルが含まれない場合に、前記回転台ユニットが、前記複数のテーブルから、前記実際の照射条件における前記回転速度の値を予測し、前記回転台の回転開始からの経過時間に応じて、該予測した回転速度の値により前記回転台の回転速度を制御する工程
   を備えることを特徴とするＸ線撮影装置の制御方法。
6. Ｘ線を照射するＸ線発生手段と、
   Ｘ線画像を取得する撮影手段と、
   前記Ｘ線が照射される被検者を載置し、軸を中心として回転する回転台を有し、該回転台の回転を制御する回転台ユニットと、
   前記Ｘ線発生手段から照射されるＸ線照射量を測定する線量測定手段と
   を備えるＸ線撮影装置の制御方法であって、
   前記回転台ユニットが、前記線量測定手段からのＸ線照射量の積分値に応じて、前記回転台の一定の回転角度毎の前記Ｘ線発生手段からのＸ線の照射量の積分値が等しくなるように、前記回転台の回転速度を制御する工程
   を備えることを特徴とするＸ線撮影装置。
7. コンピュータを請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＸ線撮影装置として機能させるためのコンピュータプログラム。

Images