JP2013111216A

JP2013111216A - Ｘ線撮影装置

Info

Publication number: JP2013111216A
Application number: JP2011259775A
Authority: JP
Inventors: Masaya Katsumata; 真弥勝間田; Masakazu Okabe; 正和岡部; Katsumi Suzuki; 克己鈴木
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2013-06-10

Abstract

【課題】操作者により任意に設置位置を決めることのできるX線検出器において、磁気を用いずにX線検出器の位置を算出し、位置決めしたX線検出器と対向する位置にX線源を移動制御させることのできるX線撮影装置を提供する。
【解決手段】 X線検出器に3つ以上のマーカーを設置し、このマーカーを撮影する撮影装置と、撮影装置によって撮影されたマーカーの画像データからX線検出器の位置を演算し、この演算した結果を用いてX線源をX線検出器に対向する位置に移動させる移動機構部を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、X線源から照射されたX線を検出するワイヤレス型のX線検出器の位置を検出し、この検出したX線検出器の位置に応じてX線源の位置を移動制御するX線撮影装置に関する。

X線源に対するワイヤレス型のX線検出器の位置を検出するために、X線源の近傍、及び、X線検出器の保持部材にそれぞれ磁気センサを設置し、これら磁気センサを用いて、X線源をX線検出器に対向する位置に移動させるX線撮影装置がある(特許文献1)。

特開2010-119485号公報

しかしながら、一般的に被検体に対してX線を用いて撮影する場合、X線源からX線検出器までの距離は、1100(mm)〜2000(mm)であり、これは、磁気センサの有効距離に対しては長く、更に、X線源とX線検出器との間には磁場に影響を及ぼす被検体が位置するため、特許文献1のように、X線検出器の位置を、磁気センサを用いて計測した場合、精度の高い位置測定をすることは困難であった。

また、磁場を受信する受信部或いは送信部の何れかを一方をX線検出器に設置しなければならないことから、これら駆動するためのバッテリー等をX線検出器に設置しなければならず、バッテリー切れや、重量増加等の観点から取り扱いの利便性に欠いていた。

前記課題を解決するために、本発明は以下の様に構成される。
被検体にX線を照射するX線源と、被検体に対するX線照射領域を設定するX線絞り装置と、被検体を透過したX線を検出するX線検出器と、X線検出器から出力されたX線信号に対して画像処理を行なう画像処理部と、画像処理部によって処理されたX線画像を表示する表示部と、を備えるX線撮影装置において、X線検出器に設置した3つ以上のマーカーと、マーカーを撮影する撮影装置と、撮影されたマーカーの画像データから前記X線検出器の位置を演算するX線検出器位置演算部と、X線源の位置を検出するX線源位置検出部と、X線源を支持し移動させる移動機構部と、を備え、移動機構部は、X線検出器位置演算部による演算結果、及びX線源位置検出部による検出結果に基づいて、X線源をX線検出器に対向する位置に移動させることを特徴とする。

本発明によれば、マーカーを用いてX線検出器の位置を検出させるため、X線検出器自身にその位置を知らせるための電源を必要とせず、また、磁気を用いていないため、被検体による影響を受けずに精度の高いX線検出器の位置測定をすることができる。

本発明のX線透視撮影装置の全体構成図 X線検出器106の位置の演算方法を説明するための図 (a)(b)X線検出器106に備えられたマーカー支持棒301を説明するための図

以下、添付図面に従って本発明のX線透視撮影装置について詳説する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

図1は、本発明のX線透視撮影装置の全体構成を示す図である。
本発明のX線撮影装置1は、特に図示しない被検体にX線を照射するX線源101と、被検体に対するX線照射領域を設定するX線絞り装置102と、X線源101を支持し移動させる移動機構部103と、移動機構部103によって移動したX線源101の位置を検出するX線源位置検出部104と、X線源101に電力供給を行なう高電圧発生部105と、X線源101から照射し、被検体を透過したX線を検出するX線検出器106と、X線検出器106に設置した後述するマーカー107a〜dを撮影する光学撮影装置108と、光学撮影装置108によって撮影されたマーカー107a〜dの画像データからX線検出器106の位置を演算するX線検出器位置演算部109と、X線検出器106から出力されたX線信号に対して画像処理を行なう画像処理部110と、画像処理部110によって処理されたX線画像を表示する表示部111と、該X線画像を記憶する画像記憶部112と、上記各構成要素を制御する制御部113と、制御部113に対して指令を行なう操作部114と、を備えている。

X線源101は、高電圧発生部105から電力供給を受けてX線を発生させるX線管球を有する。また、X線源101には、特定のエネルギーのX線を選択的に透過させるX線フィルタなどを有していてもよい。

X線絞り装置102は、X線源101から発生したX線の照射領域を制限する、複数の可動制限羽根と、それらの可動制限羽根の位置を制御する可動制限羽根移動機構部を備える。可動制限羽根は、アルミや銅等の平板で、X線照射領域の4辺を囲むように配置され、それらを移動することにより、被検体に対するX線照射領域を設定できるようになっている。可動制限羽根移動機構部が、可動制限羽根の位置を制御し、X線照射領域を設定する動作の詳細については、後述する。

移動機構部103は、X線源101を床面に対し鉛直方向への移動、鉛直方向を軸とした回転方向への移動、及び、床面に対し水平となる方向を軸とした回転方向への移動を行なう支柱部115と、支柱部115を支持する移動部116と、移動部116を水平方向に移動可能にさせる走行レール117及び天井レール118と、を有し、これら各構成部は、モーター、ラック、ピニオン、ワイヤケーブル等の公知の技術を用いて動作を行なう。また、移動機構部103には移動方向毎に移動量を検出するエンコーダを備えており、X線源101を移動した場合、前記エンコーダの値に基づいて、X線源位置検出部104がX線源101の位置を検出する。

X線検出器106は、例えば、X線を検出する複数の検出素子を二次元アレイ状に配置して構成された検出器であり、X線源101から照射され、被検体を透過したX線の、入射量に応じたX線信号を検出する。本実施例に用いられるX線検出器106は、ワイヤレス型の二次元検出器であり、X線源101等と別体に配置される。X線検出器106には、操作者が手で持つための握り部等が備えられており、操作者は握り部を持ち、X線検出器106を任意の位置に設置することができる。また、前記X線信号は、X線検出器106内部に設置された送信部から、画像処理部110内部に設置された受信部に送信される。X線検出器106の形状は長方形または正方形であり、その四隅にそれぞれ異なる特徴を持つマーカー107a〜dが設置されている。

異なる特徴の例としては、形状、色、大きさ等がある。X線源101が設置されている室内(撮影室)の天井、あるいは、X線源101の近傍に、カメラなどの光学撮影装置108が設置されており、マーカー107a〜dを撮影する。撮影されたマーカー107a〜dの画像データ(空間座標データ)は、X線検出器位置演算部109に送られ、X線検出器106の位置を演算するのに用いられる。

四隅のマーカーは、上述したように、それぞれ異なった特徴を持っており、これを識別して、X線検出器106の上下左右それぞれの方向を認識することができる。そして、X線検出器位置演算部109によって演算されたX線検出器106の位置と、X線源位置検出部104によって検出されたX線源101の位置に基づいて、X線源101がX線検出器106と対向する位置となるように、移動機構部103を用いてX線源101の設置位置を制御する。また移動機構部103の動作と合わせて、X線源101から発生したX線の照射領域がX線検出器106の撮影視野の範囲内になるように、前記可動制限羽根移動機構部を用いて前記複数の可動制限羽根の位置を制御する。以上の動作は、操作者が、操作部114に設置されたX線源位置移動開始スイッチを押下することにより、開始される。

次に、図2を用いてX線検出器106の位置の演算方法につき詳細に説明する。
図2は、光学撮影装置108が、撮影室の内部を撮影する、幾何学図を示している。光学撮影装置108の視点中心を原点にとり、光学撮影装置108の視線方向をＺ軸とする。矩形201及び円202は、それぞれ矩形視野、円形視野の光学撮影装置108による撮影像を示している。撮影像201、202に写っている、X線検出器106と、その四隅に設置されたマーカー107a〜dは、Ｚ軸に垂直な2次元平面への投影像とみなす事ができる。撮影室の床上に投影されたマーカー107a〜dは、X線検出器位置演算部109によって拡大率が演算され、各マーカー間の画素数から物理的な長さ(位置情報)へ換算することが出来る。この撮影室床上に投影されたマーカー107a〜dの位置情報から次の計算を行うことにより、空間的な座標を求めることができる。まず、原点と3次元空間上の点を結ぶ直線の式は、次の式(1)(2)で書ける。

y=x・tanθ ・・・(1)
z=x・tanθ/tanψ ・・・(2)
ここで、θはX-Y平面上の直線のX軸上からの角度、ψはY-Z平面上のＺ軸からの角度であり、原点からマーカー107a〜dの投影面までの距離z'と、投影面でのマーカー座標(x',y')を用いて、以下の式で表される量である。

ψ=Arctan(y'/z') ・・・(3)
θ=Arctan(z'・tanψ/x') ・・・(4)
マーカー107a〜dは、X線検出器106の面上にあり、同一平面上に存在する。そのため、マーカー107a(x_a,y_a,z_a)とマーカー107c(x_c,y_c,z_c)、マーカー107b(x_b,y_b,z_b)とマーカー107d(x_d,y_d,z_d)を、それぞれ結ぶ対角線を考えると、2つの対角線に交点が存在する。座標値y_a〜d,z_a〜dを、上記の式(1)〜(4)で定義した角度θとψと、x_a〜dを用いて表わし、さらに、本実施例のX線検出器106の形状は長方形あるいは正方形であり、対角線の交点は中点となることを利用すると、以下の式が成り立つ。

x_a＋x_c＝x_b＋x_d ・・・(5)
x_atanθ_a＋x_ctanθ_c＝x_btanθ_b＋x_dtanθ_d ・・・(6)
(x_atanθ_a/tanψ_a)＋(x_ctanθ_c/tanψ_c)
=(x_btanθ_b/tanψ_b)+(x_dtanθ_d/tanψ_d) ・・・(7)
ここで、θ_a〜θ_d、及びψ_a〜ψ_dは、それぞれマーカー107a〜dに対応した角度θ、ψを表している。このとき、式(5)(6)(7)から3つのx座標より残りの一つのx座標とθ、ψが導出でき、少なくとも4つのマーカー107a〜dのうち、3つのマーカーが検出できれば、X線検出器106の位置は導出できる。更に、X線検出器106の各辺の物理的な長さは既知であるので、マーカー107aとマーカー107bの間の長さをLine_a-bとすると、以下の式を導出する事ができる。

Line_a-b＝((x_a−x_b)²＋(x_atanθ_a−x_btanθ_b)²＋
((x_atanθ_a/tanψ_a)-(x_btanθ_b/x_btanψ_b)) ²)^1/2 ・・・(8)
同様に、マーカー107bとマーカー107c、マーカー107cとマーカー107d、マーカー107dとマーカー107a、との間にも、式(8)と同様の式を導出することができる。さらに、本実施例のX線検出器106の形状は長方形あるいは正方形であることから、各辺の内角は90°であり、以下の式が成り立つ。

ここで、Vは、頂点を結ぶベクトルであり、ベクトルの内積演算を表している。以上の式(5)乃至 (10)の連立方程式を解くと、マーカー107a〜dの各x座標が正と負となる2つの解が求まるが、xが正となる解を選べば、X線検出器106の位置を一意的に求めることができる。

以上説明した様に本実施例のX線撮影装置1は、光学撮影装置108によって撮影されたX線検出器106の画像データに基づいて、X線検出器106の位置が演算され、該演算結果から、X線検出器106と対向する位置にX線源101が移動されるため、操作者は、所望の位置にX線検出器106を設置するだけでよく、X線撮影の際のX線源101及びX線検出器106の位置決めを容易に行なうことができる。また、X線検出器106に設置したマーカー107a〜dは電源を必要としないため、ワイヤレス型のX線検出器に対してはバッテリー容量の観点から特に効果が大きい。本発明のX線検出器106はワイヤレス型で説明したがワイヤードであってもよい。

また、本発明のX線撮影装置1はこれに限定されることはない。
例えば、光学撮影装置108によって撮影された画像データ中に、マーカーが2以下しか映っていない場合、操作者に対してその旨を通知する通知部を設けてもよい。通知の方法は音声や表示部111による表示などがある。これにより、操作者はマーカーが3以上となるようにX線検出器106の位置、または角度を修正することができる。また、マーカーが3以上映っている場合でも、物理的制約によりX線検出器106と対向する位置にX線源101を移動することができない場合、操作者に対してその旨を通知する通知部を設けてもよい。

また、光学撮影装置108によって、マーカー107a〜dを一度認識した後、操作者によってマーカー107a〜dの位置を移動した場合、移動したマーカー107a〜dを追従するために光学撮影装置108の撮影視野方向を可変させる撮影視野方向可変機構部を備えてもよい。これにより、一つの光学撮影装置108にて、マーカー107a〜dを捕らえるための広い視野角を備えることができる。

また、光学撮影装置108に、光学撮影装置108の視野領域を示す照明機能を備えてもよい。これにより、操作者は撮影装置108の視野領域を認識することができる。

また、光学撮影装置108は複数備えていてもよい。この場合、X線検出器位置演算部109によるX線検出器106の位置を演算する際は、複数の光学撮影装置108のうちマーカーを3つ以上捕らえた光学撮影装置108の画像データに基づいて行なうこととし、複数の光学撮影装置108でマーカーを3つ以上捕らえた場合はどの光学撮影装置108を用いるかの優先順位を予め設定しておく。これにより、より広い範囲でマーカー107a〜dを捕らえることができる。

また、X線源101とX線検出器106と間に位置する被検体によって、光学撮影装置108からX線検出器106のマーカーが映らなくなった場合、例えば、光学撮影装置108、X線源101、被検体、及びX線検出器106が直線上に並んだ場合などは、図3(a)(b)に示すマーカー支持棒301a〜dを用いて、光学撮影装置108にマーカーを映すことができる。マーカー支持棒301a〜dはそれぞれのマーカー107a〜dの間隔を広げるためのもで、具体的にはマーカー支持棒301a〜dは、X線検出器106のX線を検出する面と異なる面に設置されており、マーカー支持棒301a〜dの一方の端部にマーカー107a〜dを設置している。マーカー支持棒301a〜dをそれぞれX線検出器106の対角線上にX線検出器106の枠302の外側に向かって延長することで、撮影装置108から見て被検体の裏側に位置していたマーカー107a〜dを、光学撮影装置108とマーカー107a〜dの間に被検体を挟まない位置に移動することができる。

図3(a)に対し図3(b)はマーカー支持棒301a〜dを伸ばした状態を示している。また、マーカー支持棒301a〜dにはそれぞれメモリ303が刻まれており、伸ばした量を把握することができる。この伸ばした量を、操作部を用いて入力することで、X線検出器位置演算部109は、適宜X線検出器106の位置の演算に反映させる。これにより、マーカー支持棒301a〜dを伸ばした場合でも光学撮影装置108からのX線検出器106の距離を実際の距離より短いものして演算することが防げる。

なお、上記では、X線検出器106の形状が長方形あるいは正方形の場合を例に説明したが、本発明は、3以上の頂点を持てば、任意の多辺形の形状をもつ、X線検出器に対しても、適用することができる。

1 X線撮影装置、101 X線源、102 X線絞り装置、103 移動機構部、104 X線源位置検出部、105 高電圧発生部、106 X線検出器、107a〜d マーカー、108 撮影装置、109 X線検出器位置演算部、110 画像処理部、111 表示部、112 画像記憶部、113 制御部、114 操作部、115 支柱部、116 移動部、117 走行レール、118 天井レール、301a〜d マーカー支持棒、302 X線検出器106の枠、303 メモリ

Claims

被検体にＸ線を照射するＸ線源と、前記被検体に対するＸ線照射領域を設定するＸ線絞り装置と、前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器から出力されたＸ線信号に対して画像処理を行なう画像処理部と、前記画像処理部によって処理されたＸ線画像を表示する表示部と、を備えるＸ線撮影装置において、
前記Ｘ線検出器に設置した３つ以上のマーカーと、前記マーカーを撮影する撮影装置と、前記撮影されたマーカーの画像データから前記Ｘ線検出器の位置を演算するＸ線検出器位置演算部と、前記Ｘ線源の位置を検出するＸ線源位置検出部と、前記Ｘ線源を支持し移動させる移動機構部と、を備え、前記移動機構部は、前記Ｘ線検出器位置演算部による演算結果、及び前記Ｘ線源位置検出部による検出結果に基づいて、前記Ｘ線源を前記Ｘ線検出器に対向する位置に移動させることを特徴とするＸ線撮影装置。
前記Ｘ線絞り装置は、Ｘ線照射領域を制限する複数の可動制限羽根と、該可動制限羽根の位置を制御する可動制限羽根移動機構部と、を備え、
前記可動制限羽根移動機構部は、前記Ｘ線検出器位置演算部による演算結果、及び前記Ｘ線源位置検出部による検出結果に基づいて、前記Ｘ線照射領域が前記Ｘ線検出器の複数の検出素子が配置された範囲内になるように前記複数の可動制限羽根を移動させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮影装置。
前記３以上のマーカーは、それぞれ異なる特徴を有し、前記特徴は、形状、色、大きさの少なくとも何れか一つであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線撮影装置。
前記Ｘ線撮影装置によって、前記マーカーが３以上撮影されていない場合、又は、前記移動機構部によって、前記検出したＸ線検出器と対応する位置に前記Ｘ線源を移動させることが出来ない範囲にある場合、その旨を、操作者に通知する通知部を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＸ線撮影装置。
前記Ｘ線撮影装置の撮影視野方向を可変させる撮影視野方向可変機構部を有し、前記撮影視野方向可変機構部は、前記撮影装置によって前記マーカーを一度認識した後、前記マーカーの位置が移動された場合、移動した前記マーカーを追従するように前記撮影視野方向を可変させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＸ線撮影装置。
前記Ｘ線検出器は四角形状であり、前記マーカーは前記四角形状のうち少なくとも３つの角に配置され、前記マーカーは、前記Ｘ線検出器のＸ線を検出する面と異なる面に設置されたマーカー支持棒により支持され、マーカー支持棒は、前記Ｘ線検出器の対角線上に前記Ｘ線検出器の枠の外側に向かって延長することで、前記それぞれのマーカーの間隔を広げることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＸ線撮影装置。
前記マーカー支持棒は、前記マーカー支持棒の延長した際、該延長した長さを示すメモリを有し、該メモリの値を前記Ｘ線検出器位置演算部による演算に反映させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＸ線撮影装置。
前記Ｘ線検出器は、前記Ｘ線源とは別体に設けられたワイヤレス型であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のＸ線撮影装置。