JP2017209244A - 制御装置、その動作方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】高い精度で放射線の照射線量を制御する。【解決手段】放射線撮影装置と通信可能な制御装置であって、放射線撮影装置に対して所定の照射条件で照射された放射線の累積線量の情報を取得する取得部と、照射条件ごとに予め取得された放射線の線量が非定常な期間の線量情報と、累積線量の情報とに基づいて、放射線の照射停止信号を出力するタイミングを制御する制御部とを備える。【選択図】 図４

Description

本発明は、制御装置、その動作方法およびプログラムに関する。

放射線による医療画像診断や非破壊検査に用いる撮影装置として、半導体材料によって形成された平面検出器（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下ＦＰＤと略す）を用いた放射線撮影装置が普及している。このような放射線撮影装置は、例えば医療画像診断においては、一般撮影のような静止画撮影や、透視撮影のような動画撮影のためのデジタル撮影装置として用いられている。

放射線撮影装置の中には、放射線の照射線量をモニタして該照射線量が目標値に達した場合に放射線の照射を終了させる（例えば、放射線の照射を停止させるための信号を放射線源に対して出力する）ものがある。この動作は、自動露光制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＡＥＣ））と称され、これにより放射線の過剰照射を防ぐことができる。

特許文献１では、放射線の出力が一定であることを仮定し、放射線照射開始時からＴ１時間経過後の出力Ｓ１を外挿して、所望の線量が照射される時間Ｔ２を推定し、Ｔ２時間が経過したら放射線照射停止信号を出力している。

特開２０１３−２４４１６６号公報

しかしながら、放射線管球には管電圧、管電流の立ち上がり特性があるため、放射線照射開始時に管球から照射される単位時間当たりの放射線量は一定ではない。同様に、放射線管球には管電圧、管電流の立ち下がり特性があるため、放射線照射停止信号をＸ線発生装置に送信した後も管球からしばらくの間放射線が照射されることになる。そのため、特許文献１に記載の方法では、実際に照射される放射線の線量と、目標とする照射線量との間に差異が生じやすいという課題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、より高い精度で放射線の照射線量を制御する技術を提供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制御装置は、
放射線撮影装置と通信可能な制御装置であって、
前記放射線撮影装置に対して所定の照射条件で照射された放射線の累積線量の情報を取得する取得手段と、
照射条件ごとに予め取得された放射線の線量が非定常な期間の線量情報と、前記累積線量の情報とに基づいて、前記放射線の照射停止信号を出力するタイミングを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする制御装置。

本発明によれば、より高い精度で放射線の照射線量を制御することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るＸ線撮影システムの構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＸ線撮影システムによる事前撮影処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る累積線量及び線量率の時間変化の説明図である。 本発明の一実施形態に係るＸ線撮影システムによる本撮影処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るＸ線照射停止タイミングの説明図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を適用した実施形態を説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。

また、以下の本発明の各実施形態の説明では、本発明に係る放射線撮影装置として、放射線の一種であるＸ線を用いて被写体のＸ線画像データの撮影を行うＸ線撮影装置を使用する場合について説明を行う。また、本発明においては、Ｘ線撮影装置に限らず、例えば、他の放射線（例えば、α線、β線、γ線等）を用いて被写体の放射線画像の撮影を行う放射線撮影装置を使用することも可能である。

（第１の実施形態）
＜Ｘ線撮影装置の構成＞
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。第１の実施形態では、放射線の線量が非定常な期間の線量情報に基づいて、放射線の照射を制御する例を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るＸ線撮影システム１０の全体構成を示す図である。Ｘ線撮影システム１０は、制御装置１００と、Ｘ線照射装置１０１と、Ｘ線撮影装置１０２とを含んで構成されている。Ｘ線撮影システム１０は、特に医療用として使用される。制御装置１００は、撮影条件設定部１０３と、撮影制御部１０４と、画像処理部１０５と、表示制御部１０６とを備えている。制御装置１００は、Ｘ線照射装置１０１及びＸ線撮影装置１０２の動作を制御するとともに、Ｘ線撮影装置１０２で撮影されたＸ線画像データを取得して処理する。

図１において、Ｘ線照射装置１０１は被写体ＰにＸ線を照射する。Ｘ線照射装置１０１は、Ｘ線を生成するＸ線生成部（管球）と、Ｘ線生成部で生成したＸ線のビーム広がり角を規定するコリメータとを含んで構成される。Ｘ線撮影装置１０２はＦＰＤであり、二次元に分布した撮影素子を有する。Ｘ線撮影装置１０２は、撮影素子に到達したＸ線量の二次元分布（線量情報）を検出し、Ｘ線画像データを生成する。Ｘ線撮影装置１０２は、生成したＸ線画像データを制御装置１００の画像処理部１０５に送信する。またＸ線撮影装置１０２は、検出したＸ線量の二次元分布を制御装置１００の撮影制御部１０４に送信する。

次に、制御装置１００が備える各処理部の機能を説明する。撮影条件設定部１０３は、撮影部位、被写体Ｐに照射されるＸ線の目標線量、管電圧等の撮影条件情報を操作者が入力するための入力部（不図示）を有し、操作者が入力した撮影条件情報を撮影制御部１０４に送信する。撮影制御部１０４は、撮影条件設定部１０３から受信した撮影条件情報及びＸ線撮影装置１０２から受信したＸ線量の二次元分布に基づいて、Ｘ線照射装置１０１、Ｘ線撮影装置１０２を制御する。

画像処理部１０５は、Ｘ線撮影装置１０２から送信されたＸ線画像データに対して、階調処理、ノイズ低減処理といった処理を行う。画像処理部１０５は、処理後のＸ線画像データを表示制御部１０６に送信する。表示制御部１０６は、画像処理部１０５から送信された画像情報をモニタ等の表示部（不図示）に出力する。

＜事前撮影処理＞
続いて、図２及び図３を参照して、本発明の第１の実施形態に係る事前撮影の開始から終了までの一連の処理の手順を説明する。事前撮影処理では、管電圧、管電流ごとに、Ｘ線照射開始時、終了時の線量が非定常な時間に照射される線量を算出し、後述の本撮影処理で用いるＬＵＴ（ＬｏｏｋＵｐ Ｔａｂｌｅ）として格納する。

ステップＳ２０１では、撮影条件設定部１０３は、入力部（不図示）を介して操作者が入力した事前撮影開始の指示を受け付ける。入力信号は撮影制御部１０４に送信される。撮影制御部１０４は、Ｘ線照射時間ｍＳをｍＳｉ（図３）とする信号をＸ線照射装置１０１へ送信する。

ステップＳ２０２では、撮影制御部１０４は、Ｘ線照射装置１０１に管電圧条件ｋＶをｋＶｉとする信号を送信する。ステップＳ２０３では、撮影制御部１０４は、Ｘ線照射装置１０１に管電流条件ｍＡをｍＡｉとする信号を送信する。ステップＳ２０４では、撮影制御部１０４は、Ｘ線照射装置１０１にＸ線照射信号を送信する。そして、Ｘ線照射装置１０１は、受信した信号に基づいて、ステップＳ２０１、ステップＳ２０２、ステップＳ２０３で設定されたＸ線照射条件でＸ線撮影装置１０２に向けてＸ線を照射する。

そして、撮影制御部１０４は、Ｘ線撮影装置１０２に撮影制御信号を送信する。そして、Ｘ線撮影装置１０２は、撮影制御部１０４から受信した撮影制御信号に基づいて撮影素子を制御し、Ｘ線撮影装置１０２に到達したＸ線を撮影素子ごとに線量信号に変換する。変換された撮影素子ごとの線量信号は、所定の時間間隔でＸ線撮影装置１０２から撮影制御部１０４に送信される。Ｘ線照射装置１０１は、Ｘ線照射時間ｍＳｉが経過するまで管球に管電圧を印加し、Ｘ線照射時間ｍＳｉ経過後に印加を停止する。Ｘ線撮影装置１０２は、Ｘ線照射時間ｍＳｉ経過時点から所定の時間Ｔｔｈが経過するまで線量信号を撮影制御部１０４に送信する。

ステップＳ２０５では、撮影制御部１０４は、ステップＳ２０４で受信した線量信号に基づいて、Ｘ線照射開始後（例えばＸ線照射開始直後）及びＸ線照射終了前（例えばＸ線照射終了直前）の非定常な期間の線量を算出する。以下、図３を参照しながら、ステップＳ２０５の処理の詳細を説明する。ステップＳ２０５では、撮影制御部１０４は、ステップＳ２０４で受信した撮影素子ごとの線量信号の平均値を、線量信号を代表する信号値として算出する。なお、ここでは平均値を算出する例を説明するが、平均値に限らず中央値や最大値等を信号値として算出してもよい。次いで、撮影制御部１０４は、線量信号を時間微分し、Ｘ線の累積線量の時間変化を示す線量率ＤＲを算出する。次いで線量率ＤＲが非定常判定閾値ＤＲｔｈ以下である期間を判定する。図３の例ではｔ＝０〜ｔ₁の期間（Ｘ線の照射開始直後であって且つ線量率ＤＲが閾値以下である第１の期間である。）及びｔ＝ｔ₂以降の期間（Ｘ線の照射停止直後であって且つ線量率ＤＲが閾値以下である第２の期間である。）において、線量率ＤＲが閾値ＤＲｔｈ以下となる。なお、閾値ＤＲｔｈは管電圧、管電流によらず線量率の最大値に対して所定値（例えば最大値の１０％に相当する値等）だけ小さい一定値としてもよい。また管電圧、管電流に応じて個別に閾値を定めてもよい。次いで、判定された期間に基づいて、Ｘ線照射開始直後の線量が非定常な期間（ｔ＝０〜ｔ₁）、Ｘ線照射終了直後の線量が非定常な期間（ｔ＝ｔ₂以降）に照射される累積線量Ｄｂｅ、Ｄａｆをそれぞれ算出する。ここで、累積線量Ｄｂｅはｔ＝０〜ｔ₁の非定常期間に照射される線量の合計値であり、累積線量Ｄａｆはｔ＝ｔ₂以降の非定常期間に照射される線量の合計値である。

ステップＳ２０６では、撮影制御部１０４は、累積線量Ｄｂｅ、Ｄａｆの情報を保存する。ステップＳ２０７では、撮影制御部１０４は、管電流ｍＡに管電流刻みｍＡｓｔｅｐを乗算する。ステップＳ２０８では、撮影制御部１０４は、管電流ｍＡと管電流閾値ｍＡｔｈとを比較し、ｍＡがｍＡｔｈより小さければ（Ｓ２０８でＹｅｓ）、ステップＳ２０４に戻る。一方、ｍＡがｍＡｔｈ以上であれば（Ｓ２０８でＮｏ）、ステップＳ２０９へ進む。

ステップＳ２０９では、撮影制御部１０４は、管電圧ｋＶに管電圧刻みｋＶｔｈを加算する。次いで、ステップＳ２１０では、撮影制御部１０４は、管電圧ｋＶと管電圧閾値ｋＶｔｈとを比較し、ｋＶがｋＶｔｈより小さければ（Ｓ２１０でＹｅｓ）、ステップＳ２０３に戻る。一方、ｋＶがｋＶｔｈ以上であれば（Ｓ２１０でＮｏ）、事前撮影の処理を終了する。以上の処理により、管電圧、管電流ごとにＸ線照射開始時、終了時の線量が非定常な期間に照射される累積線量Ｄｂｅ、Ｄａｆを算出することができる。

＜本撮影処理＞
続いて、図４及び図５を参照して、本発明の第１の実施形態に係る被写体の撮影開始から終了までの処理を説明する。本撮影処理では、事前撮影処理で取得した情報を使用してＸ線照射停止信号の出力タイミングを制御する。まず、ステップＳ４０１では、撮影条件設定部１０３は、操作者による入力部（不図示）の操作によって、管電圧ｋＶ、管電流ｍＡ、目標線量Ｄａｉｍ等の撮影条件情報の入力を受け付ける。入力された撮影条件情報は、撮影制御部１０４に送信される。

ステップＳ４０２では、撮影制御部１０４は、取得した撮影条件情報に基づいて、Ｘ線照射装置１０１を制御し、管電圧ｋＶ、管電流ｍＡの条件で被写体ＰにＸ線を照射する。ステップＳ４０３では、Ｘ線撮影装置１０２は、撮影素子ごとの線量信号を撮影制御部１０４に送信する。撮影制御部１０４は、受信した撮影素子ごとの線量信号の最大値の累積値Ｄｍａｘと、事前撮影処理で取得した管電圧ｋＶ、管電流ｍＡにおけるＸ線照射開始時の非定常期間の累積線量Ｄｂｅとを比較する。なお、ここでは線量信号の最大値の累積値としているが、これに限るものではない。線量信号の平均値や中央値等、線量信号を代表する他の値を用いてもよい。累積値ＤｍａｘがＤｂｅより小さい間は比較を続け、Ｄｂｅ以上となった時点でステップＳ４０４に進む。

ステップＳ４０４では、撮影制御部１０４は、累積値ＤｍａｘとＤａｉｍ−Ｄａｆ−ＤＲ×Ｔｔとを比較する。ここで、図５に示すように、Ｄａｆは事前撮影処理で取得した管電圧ｋＶ、管電流ｍＡにおけるＸ線照射終了後の非定常期間の累積線量である。また、線量率ＤＲは撮影制御部１０４により算出される、その時点における累積値Ｄｍａｘの時間微分値である。また、Ｔｔは撮影制御部１０４がＸ線照射装置１０１にＸ線照射停止信号を送信してから実際に管球に印加される管電圧が低下するまでの伝搬時間である。Ｘ線の照射を停止する停止信号が出力されてから実際に照射される放射線の線量が低下するまでにはタイムラグがあるため、伝播時間Ｔｔの間に累積される線量も考慮してＸ線照射停止信号の出力タイミングを制御する。具体的には、伝播時間Ｔｔと線量率ＤＲとの積に基づいて算出される線量情報も考慮してＸ線照射停止信号の出力タイミングを制御する。伝播時間Ｔｔと放射線の線量の時間微分値ＤＲとの積は、Ｘ線の照射を停止する停止信号が出力されてから実際に照射されるＸ線の線量が低下するまでに照射される線量情報に対応している。

ステップＳ４０４では、撮影制御部１０４は、ＤｍａｘがＤａｉｍ−Ｄａｆ−ＤＲ×Ｔｔより小さい間は比較を続け、それ以上となった時点でステップＳ４０５に進む。すなわち、この時点がＸ線照射停止信号を送信すべきタイミングとなる。図５の例では、ＤａｉｍがＤａｉｍ１の場合、Ｄａｉｍ１に対応するＸ線照射停止信号の出力タイミングはｔ_{ｓｔｏｐ１}の時点となる。また、ＤａｉｍがＤａｉｍ２の場合、Ｄａｉｍ２に対応するＸ線照射停止信号の出力タイミングはｔ_{ｓｔｏｐ２}の時点となる。ステップＳ４０５では、撮影制御部１０４は、Ｘ線照射装置１０１にＸ線照射停止信号を送信して、Ｘ線照射装置１０１の管球に印加される管電圧を低下させる。

ステップＳ４０６では、撮影制御部１０４は、Ｘ線撮影装置１０２に撮影制御信号を送信する。Ｘ線撮影装置１０２は、撮影制御部１０４から受信した撮影制御信号に基づいて撮影素子を制御し、撮影制御信号の受信から所定時間経過後に線量信号変換を停止し、生成したＸ線画像データを画像処理部１０５に送信する。

ステップＳ４０７では、画像処理部１０５は、Ｘ線撮影装置１０２から受信したＸ線画像データに階調処理、ノイズ低減処理を施す。次いで、画像処理部１０５は、処理後の信号を表示制御部１０６に送信する。

ステップＳ４０８では、表示制御部１０６は、受信した情報を２次元画像に変換して表示部（不図示）に表示し、操作者に対して提示する。以上により被写体撮影の一連の処理が終了する。

なお、第１の実施形態においては、ステップＳ２０５、Ｓ２０６において、Ｘ線照射開始時の線量が非定常な期間に照射される線量Ｄｂｅの代わりに時間ｔ₁を算出して保存してもよい。そして、ステップＳ４０３において、Ｘ線照射開始からの時間ｔとｔ₁を比較し、ｔがｔ₁より小さい間は比較を続け、ｔがｔ₁以上となった時点でステップＳ４０４に進むように構成してもよい。

以上説明した処理によれば、Ｘ線照射開始時、終了時の線量が非定常な期間に照射される線量及びＸ線照射停止信号を送信してから実際に管球に印加される管電圧が低下するまでの伝搬時間を考慮して、累積線量が目標線量を超過しないようにＸ線の照射停止タイミングを制御する。

これにより、高い精度でＸ線照射線量の制御が可能なＸ線撮影システムを実現できるため、Ｘ線の過剰照射を低減することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態との違いは、Ｘ線照射開始時の線量が非定常な期間の終了判定を、本撮影時のＸ線撮影装置１０２の線量信号の時間微分値である線量率ＤＲに基づいて行う点である。

第１の実施形態では、Ｘ線照射開始時の線量が非定常な期間の終了判定を、事前撮影処理において管電圧、管電流ごとにＸ線照射開始時の線量が非定常な期間に照射される線量を取得し、その情報に基づいて行っていた。第２の実施形態では、本撮影処理時のＸ線撮影装置１０２の線量信号の時間微分値である線量率ＤＲに基づいて終了判定を行うことによって、第１の実施形態と比較して事前撮影処理に掛かる時間の短縮、事前撮影処理のデータ保存量を削減する例を説明する。

以下では、第１の実施形態との差分について主に説明する。第２の実施形態では図２に示す第１の実施形態の事前撮影処理のうち、ステップＳ２０５、Ｓ２０６の処理が異なる。第２の実施形態では、線量が非定常な期間に照射される線量のうち、Ｘ線照射終了後の非定常期間の累積線量Ｄａｆを算出する。そして、ステップＳ２０６では、当該累積線量Ｄａｆの情報が保存される。Ｘ線照射開始後の非定常期間の累積線量Ｄｂｅの情報は保存しない。

また、図４に示す本撮影処理のうち、ステップＳ４０３の処理が異なる。第２の実施形態では、撮影制御部１０４は、受信した撮影素子ごとの線量信号の最大値の累積値Ｄｍａｘの時間微分値である線量率ＤＲの更なる時間微分値ＤＲＲを算出し、ＤＲＲと所定の閾値ＤＲＲｂｅとを比較する（図５参照）。ＤＲＲがＤＲＲｂｅより大きい場合は比較を続け、ＤＲがＤＲＲｂｅ以下となった時点でステップＳ４０４に進む。

以上の処理によって、事前撮影の処理において、Ｘ線照射開始時の線量が非定常な期間に照射される線量Ｄｂｅの算出、保存の処理を省略することが可能となる。これによって、事前撮影処理時間が短く、事前撮影処理のデータ保存量が小さいＸ線撮影システムを実現できる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０：Ｘ線撮影システム、１００：制御装置、１０１：Ｘ線照射装置、１０２：Ｘ線撮影装置、１０３：撮影条件設定部、１０４：撮影制御部、１０５：画像処理部、１０６：表示制御部

Claims (11)

1. 放射線撮影装置と通信可能な制御装置であって、
   前記放射線撮影装置に対して所定の照射条件で照射された放射線の累積線量の情報を取得する取得手段と、
   照射条件ごとに予め取得された放射線の線量が非定常な期間の線量情報と、前記累積線量の情報とに基づいて、前記放射線の照射停止信号を出力するタイミングを制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記非定常な期間は、前記放射線の累積線量の時間変化を示す線量率が閾値以下の期間であることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記非定常な期間は、前記放射線の照射開始直後であって且つ前記線量率が閾値以下である第１の期間を含むことを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 前記非定常な期間は、前記放射線の照射停止直後であって且つ前記線量率が閾値以下である第２の期間を含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の制御装置。
5. 照射条件ごとに予め取得された放射線の線量が非定常な期間の線量情報のうち前記所定の照射条件に対応する線量情報と、前記累積線量の情報とに基づいて、前記第１の期間が終了したか否かを判定する判定手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
6. 前記取得手段により取得された前記放射線の累積線量の時間微分値に基づいて、前記第１の期間が終了したか否かを判定する判定手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
7. 前記制御手段は、前記照射停止信号が出力されてから実際に照射される放射線の線量が低下するまでに照射される線量情報をさらに用いて、前記照射停止信号を出力するタイミングを制御することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の制御装置。
8. 前記照射停止信号が出力されてから実際に照射される放射線の線量が低下するまでに照射される線量情報は、前記停止信号が出力されてから実際に照射される放射線の線量が低下するまでの伝播時間と、前記放射線の累積線量の時間微分値との積であることを特徴とする請求項７に記載の制御装置。
9. 放射線の照射条件を設定する設定手段をさらに備え、
   前記制御手段は、照射条件ごとに予め取得された放射線の線量が非定常な期間の線量情報のうち前記設定された照射条件に対応する線量情報と、前記累積線量の情報とに基づいて、前記放射線の照射停止信号を出力するタイミングを制御することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の制御装置。
10. 放射線撮影装置と通信可能な制御装置の動作方法であって、
    取得手段が、前記放射線撮影装置に対して所定の照射条件で照射された放射線の累積線量の情報を取得する取得工程と、
    制御手段が、照射条件ごとに予め取得された放射線の線量が非定常な期間の線量情報と、前記累積線量の情報とに基づいて、前記放射線の照射停止信号を出力するタイミングを制御する制御工程と、
    を有することを特徴とする制御装置の動作方法。
11. コンピュータを、請求項１乃至９の何れか１項に記載の制御装置の各手段として機能させるためのプログラム。

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