JP2014094099A - 放射線撮影装置、施術補助装置、それらの制御方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】放射線撮影装置が別体の施術補助装置と併用される場合であっても、放射線画像のノイズを抑制する。
【解決手段】被検体の放射線画像を撮影する放射線撮影装置であって、前放射線撮影装置の駆動状態に応じて、被検体に対する施術を補助する際に磁場を生成する施術補助装置の駆動を規制する信号を出力する出力部を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、放射線撮影装置、施術補助装置、それらの制御方法、およびプログラムに関する。

近年、医療分野において診断画像を確認しながら手術を行うＩＶＲ(Interventional radiology)と呼ばれる手法が行われるようになってきた。それに伴い、被検体の放射線撮影画像を観察・診断しつつ、カテーテルを関心部位まで誘導して関心部位を診断・治療するような方法が多く用いられるようになってきた。

しかし、上記の方法では施術中に頻繁に放射線撮影が必要となるため、被曝線量が増加してしまう。そこで、特許文献１では、磁気ターゲティング法によりカテーテルの相対位置を検出し、あらかじめ撮影された放射線画像上にカテーテルの先端位置をプロットするような方法が用いられている。この方法により、非曝射の状態でもカテーテルの位置を検出することができるため、被曝量を抑制することができるようになった。

米国特許第６２３３４７６号明細書

しかしながら、このような施術システムでは、術者の操作によりカテーテルの相対位置を検出する施術補助装置と、放射線撮影装置とが別個に駆動されているので、施術補助装置が駆動している状態で被検体を撮影することがある。施術補助装置からは高周波・高強度の磁場が発生しているので、取得される放射線画像にノイズ（たとえばスジ状のノイズ）が発生してしまうことがある。また、施術補助装置に供給される電力が高周波であるほどその影響は顕著になる。

上記の課題に鑑み、本発明は、放射線撮影装置が別体の施術補助装置と併用される場合であっても、放射線画像のノイズを抑制することを目的とする。

上記の目的を達成する本発明に係る放射線撮影装置は、
被検体の放射線画像を撮影する放射線撮影装置であって、
前記放射線撮影装置の駆動状態に応じて、前記被検体に対する施術を補助する際に磁場を生成する施術補助装置の駆動を規制する信号を出力する出力手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、放射線撮影装置が別体の施術補助装置と併用される場合であっても、放射線画像のノイズを抑制することができる。

第１実施形態に係る放射線撮影システムの概略構成を示すブロック図。 第１実施形態に係る施術補助装置２０が備える磁界生成・検出器２０１の内部構成を示す図。 第１実施形態に係る放射線撮影装置１０が実施する処理の手順を示すフローチャート。 第１実施形態に係る放射線撮影装置１０の駆動状態と、規制レベルとに応じて規制信号を出力するか否かを定めた表。 第１実施形態に係る規制レベルごとの規制信号の生成タイミングの一例を示す図。 第２実施形態に係る放射線検出器用磁気センサの設置位置の一例を示す図。 第３実施形態に係る放射線撮影システムの概略構成を示すブロック図。

以下、添付の図面を参照ながら、本発明の実施の形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る放射線撮影システムの概略構成を示すブロック図である。第１実施形態に係る放射線撮影システムは、放射線撮影装置１０と、施術補助装置２０とを備える。

＜放射線撮影装置１０の構成＞
放射線撮影装置１０は、放射線管１０１と、放射線検出器１０２と、駆動制御部１０３と、画像処理部１０４と、モニタ１０５と、同期制御部１０６と、高電圧発生器１０７とを備えている。

放射線管１０１は、被検体Ｍに放射線（例えば、Ｘ線）を照射する。なお、必ずしもＸ線に限定されず、α線、β線、γ線等、他の放射線にも本発明を適用可能である。放射線検出器１０２は、被検体Ｍを透過した放射線を検出する。放射線管１０１と放射線検出器１０２とは対向するように配置されている。例えば、放射線管１０１と放射線検出器１０２がアームによって固定されており、アームが回転することで放射線管１０１と放射線検出器１０２とが被検体Ｍの周りを回転可能に構成されていてもよい。放射線検出器１０２の検出面には、放射線を検出する多数の検出素子（不図示）が設けられており、検出素子ごとに放射線を検出して検出信号（電荷情報）を生成する。

そして、駆動制御部１０３が放射線検出器１０２の各検出素子からの読み出し駆動を制御することによって検出信号を収集する。収集された検出信号は、Ａ／Ｄ変換器（不図示）を介して、放射線検出器１０２から画像処理部１０４へ出力される。

画像処理部１０４は、検出信号に対して補正等の各種処理を行って画像データを取得する。取得された画像データは、画像処理部１０４が備える記憶部（不図示）に記憶されるとともに、モニタ１０５へ出力される。また画像処理部１０４は、画像のノイズ量を算出し、当該画像ノイズ量に基づいて、施術補助装置２０の駆動を規制するための後述する規制信号の生成タイミングを決定する。なお、画像処理部１０４は、各種処理、操作を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）や、演算処理の作業領域となるＲＡＭ（Random-Access Memory）や、各種情報を記憶する固定ディスク等の記憶媒体等によって実現されている。モニタ１０５は、取得した画像データに基づいて放射線画像を表示する。

同期制御部１０６は、画像処理部１０４を介してあるいは直接放射線検出器１０２と、高電圧発生器１０７と接続されており、放射線の照射と放射線の検出とを同期させる。具体的には、放射線検出器１０２が検出信号を収集するタイミングに応じて高電圧発生器１０７から放射線管１０１に管電圧を印加させる。これにより、放射線を所定の照射時間に照射させるための指示を、放射線管１０１に対して間接的に与えることができる。また、同期制御部１０６は、画像処理部１０４を制御して、画像データの出力等を放射線の照射及び放射線の検出と同期させる。高電圧発生器１０７は、接続された放射線管１０１へ所望の管電圧を印加する。

＜施術補助装置２０の構成＞
次に、図１および図２を参照して、第１実施形態に係る施術補助装置２０の構成を説明する。施術補助装置２０は、磁界生成・検出器２０１と、スイッチＳＷ２０２とを備えている。図２に示すように、磁界生成・検出器２０１は、３次元磁場生成部２００１と、データ受信部２００２と、座標演算部２００３とを備えており、被検体Ｍ内に存在する施術補助装置用磁気センサ３０の位置を検出することができる。施術補助装置２０は、例えば、カテーテルナビゲーションシステムである。

３次元磁場生成部２００１は、３次元方向それぞれに振幅を持った磁場を生成する。被検体Ｍ内（カテーテル内）に存在する施術補助装置用磁気センサ３０によって磁場強度が検出される。データ受信部２００２は、施術補助装置用磁気センサ３０からカテーテル３１を介して磁場強度の情報を受信する。座標演算部２００３は、データ受信部２００２により受信された磁場強度の情報に基づいて施術補助装置用磁気センサ３０の座標位置を算出する。

このようにして磁界生成・検出器２０１によって取得された施術補助装置用磁気センサ３０の座標位置情報は、放射線撮影装置１０が備える画像処理部１０４へ出力される。画像処理部１０４は、あらかじめ撮影されている放射線画像上に座標位置情報をプロットして、モニタ１０５に表示する。

スイッチＳＷ２０２は、画像処理部１０４からの制御に基づいて、磁界生成・検出器２０１の駆動・停止を制御する。

＜施術補助装置２０の駆動を規制するタイミングの決定方法＞
施術補助装置２０の駆動を規制する信号は画像処理部１０４において生成され、磁界生成・検出器２０１の駆動を制御するスイッチＳＷ２０２へと出力される。規制信号の出力期間は、取得される放射線画像の画像ノイズ量に応じて決定される。

以下、図３のフローチャートを参照して、第１実施形態に係る放射線撮影装置１０が実施する処理の手順を説明する。

Ｓ３０１において、駆動制御部１０３は、放射線検出器１０２が撮影駆動中であるか否かを判定する。撮影駆動中であると判定された場合（Ｓ３０１；ＹＥＳ）、Ｓ３０２へ進む。一方、撮影駆動中でないと判定された場合（Ｓ３０１；ＮＯ）、待機する。

Ｓ３０２において、画像処理部１０４は、放射線検出器１０２から取得した検出信号を処理して放射線画像を取得する。

Ｓ３０３において、画像処理部１０４は、取得された放射線画像の画像ノイズ量を算出する。一つの方法として、画像ノイズ量は着目領域ＲＯＩ内の画素値の標準偏差によって算出する。

Ｓ３０４において、画像処理部１０４は、画像ノイズ量の大小を判定する。本実施形態では、画像ノイズ量を大中小の三段階に分ける。画像ノイズ量が第１の値以上である場合に画像ノイズ量が大であると判定し、第１の値未満かつ第２の値以上である場合に画像ノイズ量が中であると判定し、そして第２の値未満である場合に画像ノイズ量が小であると判定する。画像ノイズ量が大であると判定された場合、Ｓ３０５へ進む。画像ノイズ量が中であると判定された場合、Ｓ３０６へ進む。画像ノイズ量が小であると判定された場合、Ｓ３０７へ進む。

Ｓ３０５において、画像処理部１０４は、施術補助装置２０の駆動の規制レベルを高に設定する。ここで、規制レベル高とは、放射線撮影装置１０の撮影駆動中の全期間にわたって施術補助装置２０の駆動を規制（停止）する制御状態を示す。

Ｓ３０６において、画像処理部１０４は、施術補助装置２０の駆動の規制レベルを中に設定する。ここで、規制レベル中とは、放射線撮影装置１０の撮影駆動中の一部期間にわたって施術補助装置２０の駆動を規制（停止）する制御状態を示す。

Ｓ３０７において、画像処理部１０４は、施術補助装置２０の駆動の規制レベルを低に設定する。ここで、規制レベル低とは、放射線撮影装置１０の撮影駆動中であっても施術補助装置２０の駆動を規制（停止）しない制御状態を示す。

このようにして、Ｓ３０３で算出された画像ノイズ量に応じて規制信号の出力期間が決定される。

Ｓ３０８において、画像処理部１０４は、Ｓ３０５−Ｓ３０７の何れかで決定された出力期間に基づいて、施術補助装置２０の駆動を規制する規制信号を生成して、施術補助装置２０へ出力する。

Ｓ３０９において、駆動制御部１０３は、放射線検出器１０２が撮影駆動中であるか否かを判定する。撮影駆動中であると判定された場合（Ｓ３０９；ＹＥＳ）、Ｓ３０２に戻る。一方、撮影駆動中でないと判定された場合（Ｓ３０９；ＮＯ）、処理を終了する。

図４は、図３のフローチャートに従って決定された規制レベルに応じて、さらに放射線撮影装置１０の駆動状態ごとに規制信号を出力するか否かを定めた表である。放射線撮影装置１０の駆動状態には、リセット駆動、サンプリング駆動、リードアウト駆動など様々な駆動状態があり、駆動状態に応じて規制信号を出力することでより詳細な制御が可能になる。

図４の例では、規制レベル高では、リセット駆動、サンプリング駆動、リードアウト駆動の全ての駆動状態において規制信号を出力する。規制レベル中では、リセット駆動では規制信号を出力せず、サンプリング駆動およびリードアウト駆動では規制信号を出力する。そして規制レベル小では、リセット駆動、サンプリング駆動、リードアウト駆動の全ての駆動状態において規制信号を出力しない。

特にリードアウト駆動の際に磁場が発生すると画質への影響が大きくなる。リードアウト駆動との時間間隔、前後関係に応じてリードアウト駆動・サンプリング駆動・リセット駆動の順に規制の順位を設けてもよい。

図５は、規制レベルごとの規制信号の生成タイミングの一例を示す。画像処理部１０４により算出された画像ノイズ量は、次の画像取得の際の規制信号出力期間の設定に用いられる。画像取得の際、放射線検出器１０２の駆動は、リセット駆動・サンプリング駆動・リードアウト駆動に大別される。算出された画像ノイズ量に応じて３つの規制レベルを設け、規制レベルに応じて規制信号の出力期間を駆動単位で設定する。

例えば、規制レベル高の場合、リセット駆動期間からリードアウト駆動期間まで規制信号を生成している。規制レベル中の場合、リセット駆動期間で規制信号の生成はなく、サンプリング駆動の開始から、生成が開始される。規制レベル低の場合、リセット駆動期間からリードアウト駆動期間まで規制信号を生成しない。

以上説明したように、放射線撮影装置の駆動状態と、画像ノイズ量に応じた規制レベルとに基づいて施術補助装置の駆動を規制することにより、放射線撮影を行っている期間と施術補助装置が駆動する期間とが重複する期間が減少する。これにより、放射線撮影装置が別体の施術補助装置と併用される場合であっても、放射線画像のノイズを抑制することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、画像ノイズ量に基づいて規制レベルを決定する方法について説明した。これに対して、第２実施形態では、放射線検出器に備え付けられている放射線検出器用磁気センサによる検出値に基づいて規制レベルを決定する構成を説明する。なお、第１実施形態で説明した構成要素と同様の構成要素には同様の参照符号を付している。

＜磁気センサによる規制レベル決定方法＞
図６は、放射線検出器用磁気センサの設置位置を示している。放射線検出器１０２は、放射線検出器筺体６０１を備えており、放射線検出器筺体６０１のＺ軸正方向側に位置するＸＹ平面上に放射線検出器用磁気センサ６０２が一又は複数個配置されている。

放射線検出器用磁気センサ６０２は、放射線が曝射される面の逆側で磁場印加の影響を受けやすい面の四隅に配置される（図６の場合、Ｚ軸に垂直な面が磁場印加に対して影響を受けやすい面であるとする）。４つの放射線検出器用磁気センサ６０２の検出値のうち、最も値の高い検出値を確認し、予め定められた閾値に応じて規制レベルを決定する。

第１実施形態と同様に、検出値の最高値が第１の値以上である場合に規制レベルが高であると判定し、第１の値未満かつ第２の値以上である場合に規制レベルが中であると判定し、そして第２の値未満である場合に規制レベルが低であると判定する。

あるいは、放射線検出器用磁気センサ６０２が１つだけ設けられる場合には、当該放射線検出器用磁気センサ６０２の検出値に基づいて同様に規制レベルを決定すればよい。規制レベル決定後の施術補助装置２０の規制タイミング決定方法は第１実施形態と同様である。

なお放射線検出器用磁気センサ６０２は、磁場生成・検出器２０１が生成する磁場の周波数帯域に対して高い感度特性を有することが好ましい。

以上説明したように、放射線検出器用磁気センサによる検出値に基づいて施術補助装置の駆動を規制することにより、放射線を検出している期間と施術補助装置が駆動する期間とが重複する期間が減少する。これにより、放射線撮影装置が別体の施術補助装置と併用される場合であっても、放射線画像のノイズを抑制することができる。

（第３実施形態）
第１及び第２実施形態では、放射線撮影装置側から施術補助装置側へ駆動を規制する信号を出力する構成について説明した。これに対して、第３実施形態では、施術補助装置側から放射線撮影装置側へ、放射線生成や読出し駆動を規制する信号を出力する構成を説明する。なお、第１実施形態で説明した構成要素と同様の構成要素には同様の参照符号を付している。

本実施形態では、図７に示す放射線撮影装置１０が備える画像処理部７０４、同期制御部７０６の動作が第１実施形態とは異なっている。また放射線撮影装置１０が備える磁界生成・検出器７１１の動作が第１実施形態とは異なっている。

画像処理部７０４は、検出信号に対して補正等の各種処理を行って画像データを取得する。取得された画像データは、画像処理部７０４が備える記憶部（不図示）に記憶され、モニタ１０５に出力される。第１実施形態とは異なり、画像ノイズ量に関する演算は実行しない。

同期制御部７０６は、高電圧発生器１０７と、画像処理部７０４を介してあるいは直接放射線検出器１０２とに接続されており、放射線の照射と放射線の検出とを同期させる。具体的には、放射線検出器１０２が検出信号を収集するタイミングに応じて高電圧発生器１０７から放射線管１０１に管電圧を印加させる。これにより、放射線を所定の照射時間に照射させるための指示を、放射線管１０１に対して間接的に与えることができる。また、同期制御部７０６は、画像処理部７０４にも接続されており、画像データの出力等を放射線の照射及び放射線の検出に同期させる。

同期制御部７０６は、施術補助装置２０から磁界生成・検出器７１１の駆動中に出力される規制信号を受信する。規制信号を受信した場合、放射線管１０１への照射指示を停止し、画像処理部７０４に対しては規制信号受信の直前に既に表示されている画像のモニタ１０５への表示継続を指示する。

また、画像処理部７０４は、規制信号の受信に起因する表示継続の指示を同期制御部７０６から受信すると、駆動制御部１０３に対して、画像読出し駆動の停止を要求する。この際、読出し途中の画像データは破棄されてもよい。

磁界生成・検出器７１１において生成される規制信号は、磁界生成・検出器７１１の駆動期間中、すなわち磁場が発生している期間に生成される。以上説明したように、施術補助装置側から放射線撮影装置側へ、磁界生成・検出器の駆動期間中に、放射線生成や読出し駆動を規制する信号を出力する。これにより、磁場の発生中に放射線撮影装置が放射線生成や読み出しを行わないように制御できるため、取得される放射線画像のノイズの発生を低減することができる。

（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (9)

1. 被検体の放射線画像を撮影する放射線撮影装置であって、
   前記放射線撮影装置の駆動状態に応じて、前記被検体に対する施術を補助する際に磁場を生成する施術補助装置の駆動を規制する信号を出力する出力手段を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
2. 撮影された前記放射線画像の画像ノイズ量を算出する算出手段と、
   前記画像ノイズ量に基づいて、前記施術補助装置の駆動を規制するための規制レベルを設定する設定手段と、をさらに備え、
   前記出力手段は、前記放射線撮影装置の駆動状態と、前記規制レベルとに応じて予め定められた期間において、前記施術補助装置の駆動を規制する信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
3. 前記施術補助装置により生成される前記磁場の強度を検出する磁気センサと、
   前記磁場の強度に基づいて規制レベルを設定する設定手段と、をさらに備え、
   前記出力手段は、前記放射線撮影装置の駆動状態と、前記規制レベルとに応じて予め定められた期間において、前記施術補助装置の駆動を規制する信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
4. 前記施術補助装置はカテーテルナビゲーションシステムであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の放射線撮影装置。
5. 被検体に対する施術を補助する際に磁場を生成する施術補助装置であって、
   前記施術補助装置の駆動状態に応じて、前記被検体の放射線画像を撮影する放射線撮影装置を規制する信号を出力する出力手段を備えることを特徴とする施術補助装置。
6. 出力手段を備えており、被検体の放射線画像を撮影する放射線撮影装置の制御方法であって、
   前記出力手段が、前記放射線撮影装置の駆動状態に応じて、前記被検体に対する施術を補助する際に磁場を生成する施術補助装置の駆動を規制する信号を出力する出力工程を有することを特徴とする放射線撮影装置の制御方法。
7. 出力手段を備えており、被検体に対する施術を補助する際に磁場を生成する施術補助装置の制御方法であって、
   前記出力手段が、前記施術補助装置の駆動状態に応じて、前記被検体の放射線画像を撮影する放射線撮影装置を規制する信号を出力する出力工程を有することを特徴とする施術補助装置の制御方法。
8. 請求項６に記載の放射線撮影装置の制御方法の工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
9. 請求項７に記載の施術補助装置の制御方法の工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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