JP2010179155A - 放射線画像取得装置および放射線画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静止画用のＦＰＤで動態画像を得る場合の被曝線量を抑制可能にする。
【解決手段】放射線発生装置と該放射線発生装置から発せられた放射線の強度分布を画像情報に変換する検出装置を制御して放射線画像を取得する放射線画像取得装置において、動態撮影のための放射線の総曝射線量が１回の静止画撮影に必要な曝射線量と同等もしくはそれ以下となるように、該動態撮影における各フレームの撮影条件を決定し、決定された撮影条件で各フレームの放射線画像を取得する。
【選択図】図１

Description

本発明は放射線強度分布を画像化する技術に関し、特に医療用のＸ線画像を取得するのに好適なものである。

人体内部を非侵襲に観察し、医療診断に用いる最も一般的な手法として、人体を透過したＸ線の透過率分布を直接画像化することがあげられる。そのような画像化の方法としては、蛍光体へ到達したＸ線に起因する蛍光分布を銀塩フィルムで画像化する旧来の方法、蛍光による光電子を光電子増倍管により増幅しＴＶカメラで映像化する方法、Ｘ線強度分布が輝尽性蛍光体上につくる潜像情報をレーザ光線にて励起して読み取り顕像化する方法が知られている。さらに最近では半導体技術の進歩により、人体の胸部全体を包含できるような大規模な固体撮像素子で構成されたフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）を用いて、蛍光もしくはＸ線照射により重金属中に発生した自由電子の空間分布を画像化する方法が実用化されてきている。

人体の動きは心臓、胃腸など主に自律神経のみに依存して動く部位と、呼吸・四肢など意識的にも動かせることが可能な部位に分離できる。意識的に動かせる部位に関しては、従来の静止画撮影では意識的に静止させることも可能であるため、静止画像としてＸ線像を撮影してきた。それは、撮影装置が主に銀塩フィルムもしくは輝尽性蛍光体によるものであったからであるが、医学的にはそのような部位でもその動態を観察することも重要である。意識的に静止させるのではなく、意識的に動かして撮影する場合は、動きの速度がコントロールできるため、心臓などのようにその動きに合わせた撮影速度にする必要はない。たとえば、肺の呼吸動態を観察する場合には、被検者が比較的ゆっくりと呼吸をすれば、１秒あたり３フレーム程度の撮影速度でも十分に動態を観察することが可能になる。ただし、余りにゆっくりと意識的に動かすこともまた被検者にとって困難であり、それぞれの部位で適度な運動速度というものがある。

従来の自律神経に依存する動態を観察する場合、その部位は心臓、動脈、胃腸など非常に限られた部位でよかったため、光電子増倍管を用いたＴＶカメラシステムで必要な部位の撮影が可能であった。この場合重要なのは、撮影速度であった。

J.H.Siewerdsen,L.E.Antonuk; DQE and System Optimization for Indirect-Detection Flat-Panel Imagers in Diagnostic Radiology; SPIE Vol.3336

反面、意識的に動かせる部位の撮影、特に肺の呼吸動態の撮影には、撮影速度はそれほど必要ない代わりに、撮影面積が重要になる。肺機能を動態から観察するには、横隔膜の動きから、肺内部の血管の動きなどを全般に観察する必要がある。従って、光電子増倍管を用いることはできず、大判のフィルムを高速に入れ替えて秒３画像程度で動態観察を行う必要があった。しかし、フィルムを高速に入れ替えるための機構が必要となる上、フィルムを画像化するためには相当量のＸ線曝射が必要であるため、動態観察のための複数の画像を得るためには莫大な被曝量とコストが必要となり、実用にはならなかった。また、そのような複数画像を最適に観察する方法も無かった。

近年、大判のＸ線ＦＰＤの開発により、フィルムを高速に入れ替えるような機械的動作を行わせることなく、胸部などの比較的広範囲の人体の動態が取得可能になって来た。しかし、ＦＰＤといえども、コスト的に実用性があるのは、感度的に従来のフィルムと同様のものがほとんどである。よって、光電子増倍管を利用したＴＶシステムほどの感度は無いため、十分な画質の画像を得るためには相当量の被曝量が必要になる。例えば、非特許文献１によれば、胸部静止画撮影での通常センサに到達する線量は３ｍＲ（ミリレントゲン）であり、この線量で動態観察のための複数の画像を撮影すれば、相当量の被曝量に達してしまう。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、動態撮影において被曝量の増大を防ぐことを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明による放射線画像取得装置は以下の構成を備える。即ち、
放射線発生装置と該放射線発生装置から発せられた放射線の強度分布を画像情報に変換する検出装置を制御して放射線画像を取得する放射線画像取得装置であって、
動態撮影のための放射線の総曝射線量が１回の静止画撮影に必要な曝射線量と同等もしくはそれ以下となるように、該動態撮影における各フレームの撮影条件を決定する決定手段と、
前記決定手段で決定された撮影条件で各フレームの放射線画像を取得する取得手段とを備える。

また、上記の目的を達成するための本発明による放射線画像表示装置は以下の構成を備える。即ち、
総撮影線量を静止画撮影と同等もしくはそれ以下とした動態撮影によって得られた複数の放射線画像を順次に切り替えて表示する放射線画像表示装置であって、
前記複数の放射線画像の一つについて得られる画素値の頻度分布に基づいて、放射線量不足に起因する非画像化領域の画素値を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された該非画像化領域の画素値を無視するように階調変換する階調変換手段と、
前記階調変換手段による階調変換後の画像データを表示器に表示させる表示手段とを備える。

本発明によれば、例えば低コストなＦＰＤを用いた場合でも、被曝量の増大を防ぎながら、動態撮影を行うことが可能となる。

第１実施形態による放射線撮影装置の構成を示すブロック図である。 制御ユニットの構成を示すブロック図である。 第１実施形態による静止画撮影と動画撮影のタイミングチャートである。 処理ユニットによるパラメータ受付時の処理を示すフローチャートである。 処理ユニットによる静止画撮影時および動画撮影時の処理を示すフローチャートである。 第３実施形態における、動画撮影時のヒストグラムの例及び、動画表示に用いるルックアップテーブルの例を示す図である。 第４実施形態における、画像取得時および表示時のフレームの時間間隔を説明する図である。 第５実施形態によるフレームの繰り返し順序を説明する図である。 第６実施形態における、フレームを縮小して表示することを説明する図である。 第２実施形態による放射線撮影装置の構成例を示すブロック図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
本発明者は、Ｘ線動態画像観察では、画像情報１フレームごとの線量もさることながら動態撮影時におけるトータルの被曝線量も重要であることを見出した。これは、人間の目および認識の残像効果と、無意識もしくは意識的な移動物体の追跡により生じる「認識される画質の改善効果」が存在するためである。たとえば、静止している被写体に対して２つの方法で画像取得を試みる。１つはある特定のＸ線量で撮影された静止画を観察する場合であり、他方はトータルで上記特定のＸ線量になるように複数画像を撮影して動画として観察する場合である。理論的には、後者の複数の画像をすべて加算平均すればＸ線の量子モトル的には前者の画像とまったく同じになるので、前者の静止画と同様の画像になる。そして、後者の画像を繰り返し動画として観察する場合、動画の表示速度にも依存するが、人間の目および認識の残像効果により演算による平均化とほぼ同等の効果が生じ、静止画と同様の認識がおこなえる。

また、被写体が動いた場合、その動画像を観察するときには、人間は無意識に物体の構造を認識し、必然的にその動きを追跡して観察する。この結果、一つの部位に関して言えば、前述と同様の平均化効果が起こり、やはり静止画と同程度の認識が行える。

これらの人間の目や認識による残像効果によって得られる平均化は、複数の画像のトータルの線量が十分でなければ成り立たないが、上述したように静止画と同等の線量があれば観察に耐えるものとなる。従って、静止画と同じ受像装置で動態Ｘ線像を撮影し観察する場合に、静止画と同等の情報量を得るためには動態撮影のトータルの線量を静止画と同等にすればよい。また、動態観察に求める画像情報によっては、その動態撮影時のトータル線量を落としてもよいことになる。

そこで、以下に説明する実施形態では、「動態撮影の総撮影線量を、静止画撮影と同等もしくはそれ以下に抑える」ように動態撮影を行う。

そのため、第１実施形態では、１つのＦＰＤを用いて静止画撮影と動態撮影とを連続して行い、動態撮影では、トータルの線量がその直前に行った静止画撮影と同じになるように設定される。すなわち、静止画像の撮影を動態画像撮影に先立って行うことにより、静止画像撮影に必要なＸ線量をモニタし、その結果を動態撮影の被曝線量の設定に役立てる。この場合、静止画撮影のみの場合に比べて２倍の被曝量になる。しかしながら、一般の静止画撮影においても、撮影失敗によるいわゆる「射損」と呼ばれる再撮影はよく行われることであり、その場合も被曝量は２倍になる場合がある。よって、通常、その程度の被曝量であれば人体に悪影響を及ぼすおそれはない。

図１は第１実施形態によるＸ線画像取得装置および表示装置の構成例を示す図である。図１において、Ｘ線発生装置３で発生したＸ線は被写体１を透過してＸ線フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）２に到達する。ＦＰＤ２は、到達したＸ線の線量分布を画像化する。なお、ＦＰＤ２は、不図示ではあるが、被写体１等からの散乱Ｘ線を除去するための散乱線除去グリッドを担持している。このＦＰＤ２は、人体の細部まで画像化するために、少なくとも空間サンプリングピッチは１ｍｍ以下とする。なお、不図示であるが、Ｘ線発生装置３は、Ｘ線の発生条件である管電圧、管電流値を設定できるようになっており、被写体や撮影目的に応じてそれらを調整することが可能である。

静止画撮影時に適度なＸ線被曝量にするためのＸ線量モニタとしてフォトタイマ４が設けられている。フォトタイマ４は、被写体１の特定部位を通過したＸ線量を信号線２５上に出力する。この信号は制御ユニット５によって累積される。この制御ユニット５の制御により、その累積値がある一定値に達すると静止画を撮影するために十分なＸ線量が得られたとしてＸ線が遮断される。

制御ユニット５はＸ線発生装置３およびＦＰＤ２を制御する。上述したように制御ユニット５は、フォトタイマ４からの信号を累積し、その累積値に基づいてＸ線発生装置３から発せられるＸ線を遮断したり、必要に応じたパルス幅のＸ線パルスをＸ線発生装置３から継続的に出力させるような制御を行う。制御ユニット５には、Ｘ線曝射を開始するための曝射開始トリガ１９と、フォトタイマ出力の累積値と比較される静止画用Ｘ線量設定レベル２０（静止画撮影に必要なＸ線量レベル）と、動態観察用の画像（以下、動画ともいう）取得時のフレーム数２１、および動画取得時間２２を入力、設定するための構成が設けられている。また、制御ユニット５は、Ｘ線発生装置３への制御信号２３およびＦＰＤ２の制御信号２４等を出力する。

Ａ／Ｄ変換器６は、ＦＰＤ２の出力をデジタル値に変換する。切り替え器７は、ＦＰＤ２の暗出力と画像出力とでデータの格納先を切り替える。暗出力とはＸ線を曝射しない状態でＦＰＤ２から取得される出力であり、切り替え器７をＢ側に接続することで画像メモリ９へ保存される。一方、画像出力は、Ｘ線を曝射時にＦＰＤ２から取得される出力であり、切り替え器７をＡ側に接続することで画像メモリ８へ保存される。なお、暗出力は、画像出力の取得前後等のどの段階で取得してもよい。減算器１０により、画像メモリ８に格納された画像出力から画像メモリ９に格納された暗出力が差し引かれる。この処理により、画像出力に対するオフセット補正が行われる。

ルックアップテーブルユニット１１は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ：Look Up Table）を有し、減算器１０でオフセット補正された画像データを対数値に変換する。対数値に変換することにより、後段の減算処理によって除算の操作が行われる。切り替え器１２は、ＦＰＤ２のゲイン画像と被写体画像を切り替えるための切り替え器である。ゲイン画像とは、あらかじめ被写体が無い状態でＸ線を曝射した際のＦＰＤ２よりの出力を取得し、暗出力を差し引いた後、ルックアップテーブルユニット１１で対数変換したものである。ゲイン画像は、切り替えスイッチ１２をＢ側に接続することによりゲイン画像メモリ１３へ記録される。被写体画像も同様にスイッチ１２をＡ側にすることでメモリ１４へ記録される。減算器１５は、ゲイン画像メモリ１３に格納されたデータをメモリ１４に格納されたオフセット補正後の画像データから減算する。減算器１５による減算処理により、ＦＰＤ２における画素ごとのゲインばらつきが補正される。なお、図１では図示しないが、ＦＰＤ２において画像化されない欠陥画素がある場合、その欠陥画素を周囲の正常な画素値によって補修（補間）する。こうして得られた画像データはデータ記録装置１６に保存される。データ記録装置１６に保存された画像データは、表示制御装置１７によって読み出され、表示用モニタ１８に表示される。

以下、制御ユニット５の構成、及びＸ線撮影処理についてより詳細に説明する。

図２は制御ユニット５の詳細の構成を示すブロック図である。図２において、積分器３１はフォトタイマ４からの信号、すなわち被写体１の特定部位を透過したＸ線量を示す信号を積分する。そして、その積分出力４１は比較器３２に入力される。比較器３２では、設定された静止画用Ｘ線量設定レベル２０と積分出力４１を比較し、比較結果４０を出力する。

フリップフロップ３５は、曝射開始トリガ１９でセットされ、比較器３２から出力される比較結果４０でリセットされる。フリップフロップ３５からの信号はＸ線発生制御信号２３として用いられる。処理ユニット３４は、マイクロプロセッサを内蔵し、外部から設定される動画フレーム数２１、動画取得時間２２を受け付ける。また、処理ユニット３４は曝射開始トリガ１９を入力し、曝射が開始されたタイミングを検知し、動画用のＸ線制御パルス３８を出力する。また、このＸ線制御パルス３８に同期して画像データを取得すべく、信号線２４を介してＦＰＤ２での画像取得のタイミングを制御する。また、処理ユニット３４は、信号線３９を介して、パルス幅計測ユニット３３より静止画撮影時におけるＸ線曝射のパルス幅を取得する。パルス幅計測ユニット３３は静止画撮影におけるＸ線パルス幅（フリップフロップ３５の出力）を計測し、その結果を処理ユニット３４へ伝える。論理和ゲート３６は、フリップフロップ３５からの静止画用のＸ線制御パルス、或いは処理ユニット３４からの動画用のＸ線制御パルスの両者をＸ線発生装置３に伝える。即ち、論理和ゲート３６の出力はＸ線制御信号２３として図１のＸ線発生装置３へ伝えられる。

次に、図３のタイミングチャートにより制御ユニット５によるＸ線撮影動作を説明する。なお、動画撮影において設定される動画フレーム数をＮ、動画撮影時間をＴｍとする。図３に示されるように、曝射トリガ１９の立ち上がりによってフリップフロップ３５がセットされ、Ｘ線発生制御信号２３が出力される。このＸ線発生制御信号２３がＯＮの間、Ｘ線が発射される。Ｘ線が発射されるとフォトタイマ４が到達したＸ線量を示す信号を出力するので、積分器３１からの積分出力４１が図３に示すように増加していく。積分出力４１は、比較器３２によって静止用Ｘ線量設定レベル２０と比較され、図３ではＡの時点で目的の線量（静止画用Ｘ線量設定レベル２０）に達している。このＡの時点で比較器３２は比較結果４０を出力するため、即ち比較結果４０が立ち上がるためフリップフロップ３５はリセットされ、Ｘ線発生制御信号２３がＯＦＦされて、Ｘ線曝射は停止される。この結果、Ｘ線発生制御信号２３は図３の第２段目に示すように幅ＴｘのＸ線制御パルスとして出力され、このパルスの期間だけＸ線発射装置３からＸ線が出力される。

パルス幅計測ユニット３３は、Ｘ線発生制御信号２３のパルス幅（時間）Ｔｘを測定する。上述したように動画撮影時間がＴｍ、フレーム数がＮに設定されているので、処理ユニット３４は、パルス幅計測ユニット３３よりＴｘを受け取ると、動画撮影用のパルス幅（Ｔｘ／Ｎ）と、動画１フレームに割り当てられる時間（Ｔｍ／Ｎ）を算出する。処理ユニット３４は、このＴｍ／Ｎをパルス周期として幅Ｔｘ／ＮのパルスをＸ線発生制御信号として出力する。この結果、図３の第２段目の後半に示されるような動画用パルスがＮ個出力されることになる。こうして、静止画撮影から引き続き動画撮影が実行され、その動画撮影用のトータルのＸ線量は静止画と同レベルになる。

なお、動画用のパルスを決定する際に、トータルのＸ線量が静止画とまったく同じである必要はなく、目的、患者への負担に応じて、少なめに設定することも可能である。この設定の詳細については後述する。

以上の操作を具体的に呼吸動態を撮影する場合に適用すると、患者は操作者の指示により、最初の段階で吸気を行い、最大吸気の状態で静止し、静止画撮影を行う。静止画撮影が終わると、患者にゆっくりと呼気を開始させ、その呼気の様子を動態として連続して撮影することになる。

図２の処理ユニット３４はマイクロプロセッサがプログラムを実行することで上述した撮影処理を実行する。以下、図４、５に示すフローチャートを参照してその処理を更に説明する。

図４は動画フレーム数および動画撮影時間入力を受け付ける処理であり、図１、２では不図示であるが、適切なユーザインターフェースにより、操作者が所望の動画撮影時間Ｔｍ、動画フレーム数Ｎを入力する。図４のフローチャートで示される処理では、その入力された値が適切なものであるかどうかを判断し、適切であれば設定値を保存する。

ステップＳ１において撮影時間Ｔｍを受け付けると、ステップＳ２においてその時間が５秒以上であるかどうかを判断する。もし、５秒より少ない時間が指定された場合は、ステップＳ３に進み、操作者に対して警告を出し、撮影時間の変更を促す。５秒以上が設定されていれば、ステップＳ４へ進み、指定された動画フレーム数Ｎを受け付ける。なお、動画撮影時間Ｔｍを５秒以上とする理由については後述する。次に、指定されたフレーム数Ｎと動画撮影時間Ｔｍとを用いて、動画のフレーム周期に相当する動画フレーム時間Ｔｍ／Ｎを算出し、この値が１／３秒か否かを判定する。１／３秒以下でない場合は、ステップＳ６へ進み、操作者に対して警告を出し、フレーム数の設定変更を促す。ステップＳ５において１／３秒以下であると判定された場合は、ステップＳ７へ進み、設定値Ｔｍ、Ｎを処理ユニット３４内の不図示のメモリに保持する。なお、動画フレーム時間を１／３秒以下とする理由は後述する。

なお、この設定で決定しなければならないパラメータとしては「動画撮影時間（Ｔｍ）」、「動画フレーム数（Ｎ）」そして「動画フレーム時間（Ｔｍ／Ｎ）」の３つがある。 これら３つのパラメータはそれぞれ関連しており、２つが決定されればおのずと他方１つは計算できるものである。よって、図４では「動画撮影時間Ｔｍ」、「動画フレーム数Ｎ」を入力しているが、他２つのパラメータの組み合わせを入力しても構わないことは明白である。その場合でも、動画撮影時間Ｔｍが５秒以上、動画フレーム時間Ｔｍ／Ｎが１／３秒以下という条件を判断し、適切な動態観察が行える条件を満たすようにする。

なお、本実施形態で動画撮影時間を５秒以上、動態画像の撮影速度は１秒あたり３フレーム以上としている。その理由は以下のとおりである。課題の項で上述したように、意識的に呼吸などで人体を動かす場合にはその移動速度を遅くするにも限界がある。たとえば、呼吸に関しては意識的にゆっくりしても５秒間の呼気、５秒間の吸気程度の速度（どの部位にしても５秒間でひとつの動きを行う）が限界である。それ以下に遅くすると動きが非常にぎこちなくなり、安定した動きは望めない。本発明者は、そのような動きを画像化し、観察する場合に、最低でも１秒あたり３フレーム以上で取得したものでなければ、安定した追跡認識ができないことを見出した。動態撮影時間は上記の５秒間で１つの動きを行うため、５秒以上の撮影時間が必要になる。また、胸部の呼吸動態を観察する場合には、少なくとも人体胸部全体を包含するようなサイズのＦＰＤを用いることも重要である。なお、動態画像の撮影時間に上限を設けることは望ましいことである。本実施形態の場合であれば、上述したように５秒間の呼気、吸気の速度が安定した動作を保証する限界であるとの観点から、例えば１０秒以下という上限を設ければよい。

図５は、動画用パラメータが決定された後に実際に撮影を行う場合の処理ユニット３４による制御を説明するフローチャートである。図５に示す処理を処理ユニット３４が実行することにより、図３のタイムチャートで説明した動作が実現される。

ステップＳ１１及びステップＳ１２により、静止画撮影におけるＸ線の曝射開始から終了を判断する。本実施形態では、曝射トリガ入力１９をモニタしてＸ線の曝射開始を判断し、パルス幅計測ユニット３３の出力をモニタすることによりＸ線の曝射終了を判断する。なお、フリップフロップ３５の出力信号をモニタすることでＸ銭の曝射開始と終了を判断するようにしてもよい。ステップＳ１３では、当該静止画撮影に要した曝射時間Ｔｘを読み出し、設定されているフレーム数Ｎや動画撮影時間Ｔｍを用いて各フレームの撮影条件を設定する。例えば、１フレームあたりの曝射時間をＴｘ／Ｎに、フレーム周期（曝射周期）をＴｍ／Ｎに設定する。また、このときに撮影された画像データは図１に示した各ユニットを経て記憶装置１６に格納される。ステップＳ１４では、動画撮影の開始に至るまでの待ち時間である。待ち時間は患者の動作に応じて適当に設定されるものであり、無くても良い。或いは、動画撮影の開始を指示する操作入力に応じてステップＳ１５以降へ進むようにしてもよい。

動画撮影が開始されるとステップＳ１５〜Ｓ１９の処理が実行される。まず、ステップＳ１５では、動画用のパルスがＮ回出力されたかどうかを判断する。例えば、１フレームのＸ線照射を行う毎にカウンタメモリを累積することによりＮ回曝射（Ｎフレームの撮影の完了）の判断を行う。Ｎ回の曝射が完了していない場合は、図２に示されるタイミングに従ってＸ線を曝射するように動画用のＸ線制御パルス３８を出力する。即ち、ステップＳ１６において、動画用のＸ線制御パルス３８をＯＮし、ステップＳ１７においてＴｘ／Ｎの待ち時間だけ待ちを実行し、Ｔｘ／Ｎの待ち時間が過ぎるとステップＳ１８においてＸ線制御パルス３８をＯＦＦする。こうして１フレームの曝射を終了する。ついでステップＳ１９において、パルス間隔分の待ち時間（Ｔｍ−Ｔｘ）／Ｎだけ待ちを実行し、ステップＳ１５に戻る。以上の処理をＮ回繰り返す（ステップＳ１５）ことによりＮ個のＸ線画像（フレーム画像）が得られる。なお、この場合でも、一回のＸ線パルスが発生するごとに図１の各処理ユニットを経て、フレーム画像が記憶装置１６に順次記録される。

なお、ステップＳ１７での待ち時間を（Ｔｘ−α）／Ｎ、ステップＳ１９での待ち時間を（Ｔｍ−Ｔｘ＋α）／Ｎとして、適当な数値α（α≧０）を用いることにより、動画撮影線量を目的・患者負担に応じて低減させることが可能になる。なお、αを０未満に設定すると動画撮影における総曝射線量が静止画撮影時の曝射線量よりも大きくなる設定となる。本実施形態では動画撮影における総曝射線量を静止画撮影時の曝射線量と同等もしくはそれ以下とするためにα≧０とするが、所定の許容範囲で動画撮影の曝射線量が静止画撮影時の曝射線量を超えるようにしてもよいであろう。例えば、フレーム数Ｎが多いと一回当たりのＸ線量が少なくなるので、Ｎが所定値より大きい場合に、Ｎに応じてαを負に設定するようにすることが考えられる。

また、ＦＰＤ２が外部入力の設定により、内部のアンプのゲインもしくは画像情報を担持するための容量を変化させて出力電圧ゲインを変化させることが可能であるようになっている場合もあり、この場合、静止画撮影時と動画撮影時の出力電圧ゲインを変化させることも当然可能である。

以上のように第１実施形態によれば、動画撮影時のトータルの曝射線量が、同じ装置で静止画像を取得する際の曝射線量と同等になるように制御されるので、安全な被曝量で、動態観察に耐え得る動画データを取得できる。

＜第２実施形態＞
前述の第１実施形態では静止画撮影時のＸ線量をモニタした。しかしながら、静止画に必要な被曝量は、測定せずとも従来からの経験で判明していることであり、たとえば、上述の非特許文献１（J.H.Siewerdsen,L.E.Antonuk; DQE and System Optimization for Indirect-Detection Flat-Panel Imagers in Diagnostic Radiology; SPIE Vol.3336 ）によれば、胸部静止画撮影においてセンサに到達する線量は通常３ｍＲである。よって、第２実施形態では、動態撮影を行う場合に、センサに到達するトータルの最大線量が３ｍＲ以下になるようにする。すなわち、トータルのＸ線量がセンサ上で通常の静止画撮影の線量である３ｍＲ以下になるように設定し、静止画撮影を行うことなく胸部の動態撮影をおこなう。

具体的には、特定の線質（管電圧）にて、事前にＸ線量計にて所定時間Ｔ0におけるＸ線量Ａxを測定し、その値に基づき１フレームあたりのパルス幅、パルス数を決定する。例えば、Ｘ線量をセンサ前面で減弱させる要素をＸ線が透過する率を透過率Ｐとすると、センサ上で線量を３ｍＲとするのに必要な照射時間Ｔxは、
Ｔx＝３ｍＲ／（Ａx／（Ｔ0×Ｐ））
で表される。なお、透過率Ｐを生じるような要素としては、散乱線除去グリッドがあげられ、通常５０〜６０％の透過率であると見なされる。

以上のようにして得られたＴｘを用いて第１実施形態で説明した手順により動画撮影時の撮影条件を設定することができる。

なお、より確実に被爆量を調整するために、図１０に示すようにＸ線モニタ５１を被写体１とは無関係な部分（被写体１の背面部分もしくは、ＦＰＤ２背後の直接線領域）に設けて、動画撮影中の放射線量を測定するようにしてもよい。すなわち、Ｘ線モニタ５１の出力が、静止画と同量（センサ前面で３ｍＲに相当する線量）になった時点で、動態観察を終了し、過度な被曝を防ぐ。例えば、被写体１の背面部分にＸ線モニタ５１を配置した場合は、Ｘ線量の積算値が３ｍＲ／Ｐとなった時点で動画撮影を終了するようにする。

＜第３実施形態＞
第３実施形態では、上述のようにして撮影した動画像を好適に表示するための構成について説明する。すなわち、図１に示したデータ記録装置１６に格納されている動画データを、表示制御装置１７によってモニタ１８へ動画像表示するための制御について詳しく説明する。

動態撮影においてトータル線量を静止画像撮影と同じにしても、１フレームあたりの線量があまりに小さいと、量子化（Ａ／Ｄ変換）誤差が支配的になり、画像化されない部分、或いは画像化しても意味の無い部分が生じる。たとえば胸部を撮影した場合の縦隔部、腹部などがそれにあたる。そこで、第３実施形態では、この画像化できない部分を無視して階調変換を行い、観察できる部分のみを画像化する。動画の表示においては、多くの場合、それで十分だからである。

モニタ１８に画像表示を行うための階調変換処理は表示制御装置１７にて実行される。通常、階調変換処理には入力階調値（Ｘ線量）と出力階調値を１対１に対応付けたルックアップテーブルが用いられるが、第３実施形態では線量の小さい領域を画像化しないようなルックアップテーブルを表示対象の動画に応じて生成し、階調変換を行う。すなわち、第３実施形態では、表示制御装置１７は表示すべきフレームの１つについて図６のＡに示すようなＸ線量のヒストグラムを作成し、これに基づいて図６のＢに示すようなルックアップテーブルを生成する。そして、不図示のメモリに生成したルックアップテーブルを格納する。

図６のＡは得られた動画像中の一つのフレーム画像の典型的なヒストグラムを示したものであり、横軸が画素値（輝度値）、縦軸が頻度を表す。図１６のＡにおいて符号５３で示す部分は非常にデータが小さく、Ａ／Ｄ変換の量子ノイズに埋もれた部分であり、このままで画像化しても意味がない。従って、図６のＢで示すような参照テーブル（ＬＵＴ）を作成し、５３で示される画像化できない部分はあえて表示しないような設定を行う。表示制御装置１７はこのようなルックアップテーブルによって階調変換を施した画像を順次表示していく。なお、この領域５３の設定方法としては、予め設定された値以下の画素値の領域としてもよい。或いは、ヒストグラムを作成して解析し、領域５３を決定してもよい。この場合、例えば、ヒストグラムの極小値のうちの最低の画素値以下の領域を領域５３に設定するといった方法が考えられる。また、上記ヒストグラムの解析は、例えば動画像中の最初のフレームの画像データについて行えば十分である。もちろん処理能力が許せば、各フレームの画像データについてヒストグラムの解析を行うようにしてもよい。

以上のように第３実施形態の表示制御によれば、動態撮影の総撮影線量が静止画撮影と同等もしくはそれ以下に抑えられた動画像の表示において、画像化するのに十分であると判定された線量の情報によって動画が再生されるので、不要な画像部分が再生されず、認識正の高い画像を得ることができる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態では、第１実施形態或いは第２実施形態で得られた動態画像を観察する場合に、その表示速度を撮影速度より早くする。このような表示によれば、残像効果による平均化がより促進され、認識率が向上する。さらに、動態画像を繰り返し表示することによりさらに平均化、認識率を促進させる。

低線量で得られた動画像を安定して観察するために、人眼および認識の残像効果を利用することができる。従って、表示時にはその速度を規定することが望ましい。

図７のＡは３０フレームの動画像を時間間隔Ｔ１ごとに取得した例であり、図７のＢは、図７のＡの如き動画像を表示するときの表示間隔をＴ２にした様子を示している。一般にＴ２＜Ｔ１にすることにより残像効果をより高めることができる。また、図７のＢでも示すように、動画像の全フレーム（図７の例では３０フレーム）を繰り返し表示して観察させることで、より残像効果を高め、特定の部位の追跡を行うことが可能になる。

なお、本発明者は、安定した残像効果を得るためには、Ｔ２＜１／６秒であることを見出している。従って、Ｔ１としていかなる時間間隔が取られたとしても、Ｔ２を１／６秒以下の一定値にするというようにしてもよい。Ｔ２が取得時のフレーム間隔に関係なく一定値であれば、観察者も取得時のフレーム間隔に関係なく安定した観察が可能になる。

＜第５実施形態＞
第５実施形態では、上記第４実施形態で説明したように動態画像の表示を繰り返す場合において、すべての動態画像表示が終了すると、そこから逆回しで動態画像表示を行い、繰り返しの動画像表示に連続性を持たせて、残像、物体追跡による画像認識率を向上させる。

図８は第５実施形態による動画像表示を説明する図である。図７のＢにおける繰り返しの表示方法では全フレームの表示を終えると先頭のフレームから表示を開始したが、第５実施形態では、１〜３０フレームまでを順次表示したのち、２９、２８フレームと降順に表示し、１フレーム目になったらまた昇順に表示する。このような表示手法により、より連続性を持たせることができる。すなわち、第５実施形態の表示方法によれば、繰り返しの切れ目が無くなり、観察者はより安定して画像内の部位・構造を追跡することができるため、残像効果による安定した画像観察が行える。

＜第６実施形態＞
更に、第６実施形態では、第１実施形態或いは第２実施形態で得られた動態画像を観察する場合に、画像を実体より縮小表示し、縮小表示の効果（１画素のノイズレベルを下げる効果）により、動態の認識率を向上させる。

低Ｘ線量で得られた画像は１画素あたりのＸ線粒子数が少ないため、平均値にくらべて多くのばらつきをもち、いわゆるＳ／Ｎの悪い画像となっている。これを観察する場合、人眼の観察できる範囲でＳ／Ｎを向上させるには、画像を縮小表示することがあげられる。人眼が注目する最小範囲をａ［ｍｍ］とすると、その単位で画素情報がばらついて表示されている場合に観察者は画像情報にばらつきを感じてしまい、正常な観察の妨げになる。通常の観察距離においてはａは約０．５ｍｍである。

そこで、第６実施形態では、動画像を表示する場合に、周辺画素をまとめて（平均して）新たな１画素とした縮小表示を行う。このような縮小表示を行うことにより１画素ごとのばらつきは少なくなり、画像全体の観察がしやすくなる。

たとえば、ＦＰＤで０．２ｍｍで取得された画像をそのままの大きさで表示した場合、人眼では1画素ごとのばらつきが見えてしまう。しかしながら、その画像をたとえば縦横２画素ごとで４画素の平均値を１画素として表示すれば、表示画像サイズは１／４になるが、１画素ごとのばらつき（標準偏差値）は１／２になり、ノイズの少ない画像を観察できる。

図９のＡは３０フレームの動画像を時間間隔Ｔ１ごとに取得した例であり、図９のＢはそれを表示するときの表示間隔をＴ２にしたものである。第４、第５実施形態で説明したように、Ｔ２＜Ｔ１とし、表示を繰り返すことにより残像効果をより高めている。そして、図９のＢに示されるように、表示する画像サイズを縮小し、小さく表示することにより、画像全体の観察のしやすさを向上する。なお、図９のＢでは、図７のＢに示したように先頭フレームから順番に表示を繰り返しているが、図８に示したように折り返して繰り返し表示するようにしても構わない。なお、上記第３〜第６実施形態はそれぞれ単独で実施してもよいし、適宜組み合わせて実施してもよい。

以上説明したように、上記各実施形態によれば、比較的低感度のＦＰＤを用いて動態を撮影し、観察する場合でも、動態撮影時のトータルの被曝線量を静止画と同量もしくはそれ以下にすることにより、安定した動態撮影が行える。さらに、表示時に画像化できない部分を無視するような階調特性をもたせ、さらに撮影時よりも高速で表示、繰り返し表示、折り返して繰り返し表示、縮小表示などと組み合わせることでより安定した観察が行えることになる。

Claims (2)

1. 放射線発生装置と該放射線発生装置から発せられた放射線の強度分布を画像情報に変換する検出装置を制御して放射線画像を取得する放射線画像取得装置であって、
   動態撮影のための放射線の総曝射線量が１回の静止画撮影に必要な曝射線量と同等もしくはそれ以下となるように、該動態撮影における各フレームの撮影条件を決定する決定手段と、
   前記決定手段で決定された撮影条件で各フレームの放射線画像を取得する取得手段とを備えることを特徴とする放射線画像取得装置。
2. 総撮影線量を静止画撮影と同等もしくはそれ以下とした動態撮影によって得られた複数の放射線画像を順次に切り替えて表示する放射線画像表示装置であって、
   前記複数の放射線画像の一つについて得られる画素値の頻度分布に基づいて、放射線量不足に起因する非画像化領域の画素値を検出する検出手段と、
   前記検出手段で検出された該非画像化領域の画素値を無視するように階調変換する階調変換手段と、
   前記階調変換手段による階調変換後の画像データを表示器に表示させる表示手段とを備えることを特徴とする放射線画像表示装置。

Images