JP2021142099A - 動態撮影システム - Google Patents

Abstract

【課題】注目領域の動きを確実に捉えることのできる動態撮影システムを提供する。【解決手段】放射線照射装置及び放射線検出器を用いて被写体の動態撮影を行い、被写体の動態を示す複数のフレーム画像を取得する撮影手段を備える動態撮影システムは、撮影手段による動態撮影中に、被写体の注目領域の位置情報を取得する取得手段と、取得手段により取得された被写体の注目領域の位置情報に基づいて、放射線照射装置の照射野及び／又は放射線検出器の位置を調整する調整手段と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、動態撮影システムに関する。

従来、被写体に対し、Ｘ線等の放射線を所定時間間隔で繰り返し照射して、被写体の動態を示す複数の画像からなる動態画像を取得する動態撮影システムが知られている。このような動態撮影システムでは、被写体の動きによって、注目領域が画像からはみ出てしまう場合がある。例えば、立ち上がり動作時の膝関節の動きを動態撮影した場合、膝関節が画像からはみ出てしまう場合がある。そうすると、撮影された画像から注目領域の動きが捉えられず、再撮影による撮影効率の低下や被検者の被ばく線量の増加が生じる等の不都合が生じる。

そこで、例えば、特許文献１には、Ｘ線透視画像から特定部位を追跡し、特定部位が所定の範囲内にあるときに被写体に放射線を照射することが記載されている。
また、特許文献２には、カメラにより撮影された被検者を含む画像から被検者の位置を認識し、認識した位置に基づいて、Ｘ線の撮影領域の中心と照射野の中心が一致するようにコリメーターリーフの位置を設定することが記載されている。

特開２０１８−７５３５６号公報 特開２０１２−１４７９７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、特定部位が動いて所定範囲外にはみ出てしまった場合には、その間のフレーム画像が撮影されず、動きの全体を捉えることができない。
また、特許文献２に記載の技術では、静止画撮影の場合に照射野を自動的に調整することができるが、注目領域の動きを捉えることはできない。

本発明の課題は、注目領域の動きを確実に捉えることのできる動態撮影システムを提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
放射線照射装置及び放射線検出器を用いて被写体の動態撮影を行い、前記被写体の動態を示す複数のフレーム画像を取得する撮影手段を備える動態撮影システムであって、
前記撮影手段による動態撮影中に、前記被写体の注目領域の位置情報を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記被写体の注目領域の位置情報に基づいて、前記放射線照射装置の前記照射野及び／又は前記放射線検出器の位置を調整する調整手段と、
を備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記取得手段は、前記撮影手段、可視光カメラ又は赤外線カメラにより前記被写体の画像を取得し、取得した前記画像から前記注目領域を認識することにより前記注目領域の位置情報を取得する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、
前記調整手段は、前記取得手段により取得された前記注目領域の位置情報に基づいて、前記動態撮影において以降に撮影されるフレーム画像の画像領域に前記注目領域が入るか否かを判断し、前記フレーム画像の画像領域に前記注目領域が入らないと判断した場合、前記注目領域の位置情報に応じて前記照射野及び前記放射線検出器の位置を調整する。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
前記調整手段は、前記フレーム画像の画像領域に前記注目領域が入ると判断した場合、前記放射線検出器の位置は調整せずに前記照射野を調整する。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、
前記取得手段は、前記注目領域の中心と前記照射野の中心が合うように、前記調整を行う。

本発明によれば、注目領域の動きを確実に捉えることのできる動態撮影システムを提供することが可能となる。

本発明の実施形態における動態撮影システムの全体構成を示す図である。 図１のコンソールの機能的構成を示すブロック図である。 図２の制御部により実行される撮影制御処理の流れを示すフローチャートである。 図３の撮影制御処理による放射線検出器の移動の一例を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。

〔動態撮影システム１００の構成〕
まず、本実施形態の構成を説明する。
図１は、本実施形態に係る動態撮影システム１００の全体構成例を示す図である。
動態撮影システム１００は、被写体Ｈに放射線を照射して被写体Ｈの動態撮影を行う装置である。動態撮影とは、被写体Ｈに対し、Ｘ線等の放射線をパルス状にして所定時間間隔で繰り返し照射するか（パルス照射）、もしくは、低線量率にして途切れなく継続して照射（連続照射）することで、被写体の動態を示す複数の画像を取得することをいう。動態撮影により得られた一連の画像を動態画像と呼ぶ。また、動態画像を構成する複数の画像のそれぞれをフレーム画像と呼ぶ。なお、本実施形態では、パルス照射により動態撮影を行う場合を例にとり説明する。

図１に示すように、動態撮影システム１００は、放射線照射装置１と、放射線検出装置２と、コンソール３と、を備えて構成されている。放射線照射装置１と放射線検出装置２は、撮影手段を構成している。コンソール３は、放射線照射装置１及び放射線検出装置２とデータ送受信可能に接続されて構成されている。

放射線照射装置１は、放射線源１１、コリメーター１２、カメラ１３、保持部１４、移動機構１５等を備えて構成されている。
放射線源１１は、被写体Ｈ（被検者）を挟んで放射線検出装置２と対向する位置に配置され、コンソール３の制御に従って、被写体Ｈに対し放射線（Ｘ線）を照射する。

コリメーター１２は、放射線源１１の放射線の照射側に設けられた開口部を有し、コンソール３の制御に従って、開口部を開閉することにより放射線源１１から照射される放射線を遮蔽して、矩形状の照射野を形成する。

カメラ１３は、コリメーター１２の近傍に設けられ、コンソール３の制御に従って、被写体Ｈの撮影画像を取得し、コンソール３に出力する。カメラ１３としては、可視光カメラや赤外線カメラ等が適用可能である。

保持部１４は、放射線源１１、コリメーター１２、カメラ１３を一体的に天井Ｃから昇降可能（Ｙ方向（体軸方向）に移動可能）に保持する。

移動機構１５は、例えばモーター等を備え、コンソール３の制御に従って、放射線照射方向であるＺ方向及びＹ方向に垂直なＸ方向に延在するレール１５ｂに沿って放射線照射装置１をＸ方向に移動させるとともに、天井Ｃに設けられたＺ方向に延在するレール１５ａに沿って、レール１５ｂと放射線照射装置１を一体的にＺ方向に移動させる。また、移動機構１５は、コンソール３の制御に従って、保持部１４をＹ方向に昇降させる。

放射線検出装置２は、支柱２１、検出器保持部２２、移動機構２３、放射線検出器Ｐ等を備えて構成されている。
検出器保持部２２は、Ｘ方向及びＹ方向に移動可能に構成され、放射線検出器ＰをＸ方向及びＹ方向に移動可能に保持する。

移動機構２３は、例えばモーター等を備え、コンソール３の制御に従って、Ｘ方向に延在するガイド２３ａに沿って検出器保持部２２をＸ方向に移動させるとともに、支柱２１に設けられたＹ方向に延在するガイド（図示せず）に沿って、ガイド２３ａと検出器保持部２２を一体的にＹ方向に移動させる。

放射線検出器Ｐは、ＦＰＤ（Flat Panel Detector）等より構成される。放射線検出器Ｐは、例えば、ガラス基板等を有しており、基板上の所定位置に、放射線照射装置１から照射されて少なくとも被写体Ｈを透過した放射線（Ｘ線）をその強度に応じて検出し、検出した放射線を電気信号に変換して蓄積する複数の検出素子（画素）がマトリックス状に配列されている。各画素は、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）等のスイッチング部を備えて構成されている。放射線検出器Ｐは、コンソール３から入力された画像読取条件に基づいて各画素のスイッチング部を制御して、当該各画素に蓄積された電気信号の読み取りをスイッチングしていき、各画素に蓄積された電気信号を読み取ることにより、画像データ（フレーム画像）を取得する。そして、放射線検出器Ｐは、取得した画像データをコンソール３に出力する。

コンソール３は、放射線照射条件を放射線照射装置１に出力するとともに、画像読取条件を放射線検出装置２に出力し、放射線照射装置１による放射線撮影及び放射線検出装置２による放射線画像の読み取り動作を制御する。
コンソール３は、図２に示すように、制御部３１、記憶部３２、操作部３３、表示部３４、通信部３５を備えて構成され、各部はバス３６により接続されている。

制御部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成される。制御部３１のＣＰＵは、操作部３３の操作に応じて、記憶部３２に記憶されているシステムプログラムや各種処理プログラムを読み出してＲＡＭ内に展開し、展開されたプログラムに従って、コンソール３各部の動作や、放射線照射装置１及び放射線検出装置２の動作を集中制御する。例えば、制御部３１は、後述する撮影制御処理を実行することにより、取得手段、調整手段として機能する。

記憶部３２は、不揮発性の半導体メモリーやハードディスク等により構成される。記憶部３２は、制御部３１で実行される各種プログラムやプログラムにより処理の実行に必要なパラメーター、或いは処理結果等のデータを記憶する。各種プログラムは、読取可能なプログラムコードの形態で格納され、制御部３１は、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。
また、記憶部３２は、撮影により取得された動態画像を患者情報や検査情報に対応付けて記憶する。

操作部３３は、カーソルキー、数字入力キー、及び各種機能キー等を備えたキーボードと、マウス等のポインティングデバイスを備えて構成され、キーボードに対するキー操作やマウス操作により入力された指示信号を制御部３１に出力する。また、操作部３３は、表示部３４の表示画面にタッチパネルを備えても良く、この場合、タッチパネルを介して入力された指示信号を制御部３１に出力する。更に、操作部３３には、放射線照射装置１の放射線源１１及び放射線検出装置２の放射線検出器Ｐの位置を調整するための調整キーや、放射線照射装置１に動態撮影を指示するための曝射スイッチが備えられている。

表示部３４は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等のモニターにより構成され、制御部３１から入力される表示信号の指示に従って、操作部３３からの入力指示やデータ等を表示する。

通信部３５は、放射線照射装置１及び放射線検出装置２とデータ送受信を行うためのインターフェースを有する。なお、コンソール３と放射線照射装置１及び放射線検出装置２との通信は、有線通信であっても無線通信であってもよい。

〔動態撮影システム１００の動作〕
次に、動態撮影システム１００の動作について説明する。
従来、例えば以下に例示するように、被写体の比較的大きな動きを動態撮影した際に、注目領域がフレーム画像の画像領域からはみ出てしまうことがあった。
・椅子に着席した状態から立ち上がる動作を動態撮影した場合に、膝がフレーム画像からはみ出る。
・肩の内旋、外旋運動を動態撮影した場合に、肩関節がフレーム画像からはみ出る。
・頸椎を前後に動かす動作を動態撮影した場合に、頸椎がフレーム画像からはみ出る。
・歩行時の足関節への荷重変化を見るために歩行動作を動態撮影した場合に、足関節がフレーム画像からはみ出る。

注目領域がフレーム画像の画像領域からはみ出ると、注目領域の動きの全体が捉えられなくなるため、再撮影を行わなければならず、技師の作業工数の増加（撮影効率の低下）、被検者の被ばくの増加が問題となる。

そこで、動態撮影システム１００では、動態撮影の開始が指示されるとコンソール３の制御部３１が図３に示す撮影制御処理を実行し、動態撮影中に、被写体Ｈの注目領域の位置情報を取得し、取得された注目領域の位置情報に基づいて、動態撮影における放射線照射装置１の照射野及び／又は放射線検出器Ｐの位置を調整することで、動態画像上で注目領域の動きを確実に捉えることができるようにする。動態撮影中とは、１回の動態撮影開始から動態撮影が終了するまでの間を指す。

ここで、動態撮影前、撮影実施者は、まず、撮影準備を行う。すなわち、コンソール３の操作部３３により患者情報や検査情報（検査日時、撮影部位等）の入力を受け付け、被写体Ｈの注目領域が撮影できるサイズの放射線検出器Ｐを検出器保持部２２に装填し、ポジショニングを行う。ポジショニングでは、例えば、被写体Ｈを放射線検出器Ｐと放射線源１１の間に配置し、被写体Ｈの注目領域の中心が放射線検出器Ｐ（放射線入射面）の中心及び放射線源１１の中心に対向するように、放射線源１１及び放射線検出器Ｐの位置を調整する。

撮影準備が終了すると、撮影実施者は、曝射スイッチを操作して、動態撮影開始を指示するとともに、被検者に所定の動作を行わせる。動態撮影開始が指示されると、制御部３１は、撮影制御処理を実行する。撮影制御処理は、制御部３１とＲＯＭに記憶されているプログラムとの協働により実行される。

まず、制御部３１は、放射線照射装置１及び放射線検出装置２に動態撮影を開始させ、一枚目のフレーム画像を取得する（ステップＳ１）。

次いで、制御部３１は、被写体Ｈの注目領域の位置情報を取得する（ステップＳ２）。
例えば、制御部３１は、放射線照射装置１に備えられているカメラ１３に撮影を行わせ、得られた撮影画像を解析して注目領域を認識し、注目領域の位置情報（座標）を取得する。または、放射線源１１に放射線を照射させて放射線検出器Ｐから撮影画像を取得し、取得した撮影画像を解析して注目領域を認識し、注目領域の位置情報を取得してもよい。あるいは、動態撮影において取得されたフレーム画像を解析して注目領域を認識し、注目領域の位置情報を取得してもよい。
カメラ１３により位置情報取得用の撮影画像を取得すると、応答性が速いというメリットがある。一方、放射線撮影により位置情報取得用の撮影画像を取得すれば、動態撮影システム１００にカメラ１３を備える必要がない（余分な構成が不要である）というメリットがある。動態撮影において取得されたフレーム画像に基づいて注目領域の位置情報を取得すれば、さらに、位置情報取得用の撮影動作が不要となる。
撮影画像やフレーム画像からの注目領域の認識は、例えば、機械学習やテンプレートマッチング等により行うことができる。なお、注目領域は撮影部位ごとに予め定められているものとする。

次いで、制御部３１は、取得した注目領域の位置情報に基づいて、以降に撮影されるフレーム画像の画像領域内に注目領域が入るか否かを判断する（ステップＳ３）。
制御部３１は、取得した注目領域の位置情報、セットされている放射線検出器Ｐの位置及びサイズ等に基づいて、以降に撮影されるフレーム画像の画像領域内に注目領域が入るか否かを判断する。それまでに取得した複数の位置情報を用いて、以降に撮影されるフレーム画像の画像領域内に注目領域が入るか否かを予測して判断してもよい。

以降に撮影されるフレーム画像の画像領域内に注目領域が入ると判断した場合（ステップＳ３；ＹＥＳ）、制御部３１は、放射線照射装置１を制御して、注目領域の位置に応じて照射野を調整する（ステップＳ４）。

例えば、制御部３１は、放射線照射装置１のコリメーター１２を制御して、以降に撮影されるフレーム画像における照射野（照射野領域）の中心と注目領域の中心が合うようにコリメーター１２の開口部の位置を調整するとともに、注目領域のサイズに応じて、撮影されるフレーム画像において注目領域が照射野に収まる範囲でコリメーター１２の開口部のサイズを調整する（絞る）。
照射野の中心と注目領域の中心が合うようにコリメーター１２の開口位置を調整することで、例えば、撮影された各フレーム画像の照射野外領域を除去した場合に注目領域の中心の位置をフレーム画像間で固定して読影者の読影負荷を低減させることができるので好ましい。また、注目領域のサイズに応じてコリメーター１２の開口部のサイズを調整することで、被検者の被ばく量を低減できるので好ましい。

以降に撮影されるフレーム画像の画像領域に注目領域が入らないと判断した場合（ステップＳ３；ＮＯ）、制御部３１は、放射線照射装置１及び放射線検出装置２を制御して、注目領域の位置に応じて、以降に撮影されるフレーム画像において注目領域が照射野内に収まるように放射線検出器Ｐと照射野の位置を調整する（ステップＳ５）。
例えば、制御部３１は、放射線検出装置２の移動機構２３を制御して、撮影されるフレーム画像の中心と注目領域の中心が合うように検出器保持部２２を移動させることで、放射線検出器Ｐの位置を移動させる。また、放射線照射装置１の移動機構１５及び／又はコリメーター１２を制御して、撮影されるフレーム画像において照射野の中心と注目領域の中心が合うように、放射線源１１の位置やコリメーター１２の開口位置を調整するとともに、フレーム画像において注目領域が照射野に収まるようにコリメーター１２の開口部のサイズを調整する。

次いで、制御部３１は、放射線照射装置１及び放射線検出装置２に、次のフレーム画像の撮影を行わせ（ステップＳ６）、動態撮影を終了する否かを判断する（ステップＳ７）。
例えば、撮影されたフレーム画像数が予め定められた数に到達した場合に、動態撮影を終了すると判断する。
動態撮影を続行すると判断した場合（ステップＳ７；ＮＯ）、制御部３１は、ステップＳ２に戻る。
動態撮影を終了すると判断した場合（ステップＳ７；ＹＥＳ）、制御部３１は、放射線照射装置１及び放射線検出装置２に撮影を停止させ（ステップＳ８）、撮影制御処理を終了する。

上記撮影制御処理によれば、例えば、図４に示すように、動作中の手を注目領域として動態撮影を行った場合、動態撮影中の手の可動に伴って放射線検出器Ｐを移動させることができる。

以上説明したように、動態撮影システム１００によれば、コンソール３の制御部３１は、動態撮影中に、被写体Ｈの注目領域の位置情報を取得し、取得した注目領域の位置情報に基づいて、動態撮影における照射野及び／又は放射線検出器の位置を調整する。
したがって、フレーム画像において照射野から注目領域がはみ出てしまい、注目領域の動きの全体を捉えることができなくなることを防止することができるので、注目領域の動きを確実に捉えることができる。また、再撮影による撮影効率の低下や被検者の被ばく線量の増加を抑えることができる。

例えば、制御部３１は、取得された注目領域の位置情報に基づいて、動態撮影において以降に撮影されるフレーム画像の画像領域に注目領域が入るか否かを判断し、入らないと判断した場合、注目領域の位置情報に応じて、照射野及び放射線検出器Ｐの位置を調整する。
したがって、注目領域がフレーム画像の照射野領域内に収まるように調整することができ、注目領域の動きを確実に捉えることができる。

また、例えば、制御部３１は、以降に撮影されるフレーム画像の画像領域に注目領域が入ると判断した場合、放射線検出器Ｐの位置は調整せずに、照射野の位置を調整する。したがって、注目領域がフレーム画像の照射野領域内に収まる範囲で、照射野領域を絞ることができ、被写体Ｈの被ばく線量を低減することができる。

また、例えば、制御部３１は、注目領域の中心と照射野の中心が合うように、調整を行うので、例えば、撮影された各フレーム画像の照射野外領域を除去した場合に、フレーム画像間の注目領域の位置を固定することができ、読影者の読影負担を低減することができる。

なお、上記実施形態における記述内容は、本発明の好適な一例であり、これに限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、動態撮影の各フレーム画像の撮影前にステップＳ２〜ステップＳ５の調整を行うこととして説明したが、例えば、予め定められた数のフレーム画像を撮影したら調整を行うなどとしてもよく、調整を行う間隔は、特に限定されない。

また、上記実施形態では、ステップＳ２で取得された注目領域の位置情報に基づいて、以降に撮影されるフレーム画像の画像領域に注目領域が入るか否か（外れそうであるか否かとしてもよい）を判断し、その判断結果に基づいて照射野及び／又は放射線検出器Ｐの位置を調整したが、ステップＳ２で取得された注目領域の位置情報に基づいて、以降に撮影されるフレーム画像の画像領域から注目領域が外れそうであるか否かを判断し、外れそうな場合はアラームを出す、又は撮影を中止することとしてもよい。

また、上記実施形態では、本発明を立位で撮影を行う動態撮影システムに適用した場合を例にとり説明したが、臥位で撮影を行う動画撮影システムに適用してもよい。

また、例えば、上記の説明では、本発明に係るプログラムのコンピューター読み取り可能な媒体としてハードディスクや半導体の不揮発性メモリー等を使用した例を開示したが、この例に限定されない。その他のコンピューター読み取り可能な媒体として、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を適用することが可能である。また、本発明に係るプログラムのデータを通信回線を介して提供する媒体として、キャリアウエーブ（搬送波）も適用される。

その他、動態撮影システムを構成する各装置の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

１００ 動態撮影システム
１ 放射線照射装置
１１ 放射線源
１２ コリメーター
１３ カメラ
１４ 保持部
１５ 移動機構
２ 放射線検出装置
２１ 支柱
２２ 検出器保持部
２３ 移動機構
Ｐ 放射線検出器
３ コンソール
３１ 制御部
３２ 記憶部
３３ 操作部
３４ 表示部
３５ 通信部
３６ バス

Claims (5)

1. 放射線照射装置及び放射線検出器を用いて被写体の動態撮影を行い、前記被写体の動態を示す複数のフレーム画像を取得する撮影手段を備える動態撮影システムであって、
   前記撮影手段による動態撮影中に、前記被写体の注目領域の位置情報を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された前記被写体の注目領域の位置情報に基づいて、前記放射線照射装置の照射野及び／又は前記放射線検出器の位置を調整する調整手段と、
   を備える動態撮影システム。
2. 前記取得手段は、前記撮影手段、可視光カメラ又は赤外線カメラにより前記被写体の画像を取得し、取得した前記画像から前記注目領域を認識することにより前記注目領域の位置情報を取得する請求項１に記載の動態撮影システム。
3. 前記調整手段は、前記取得手段により取得された前記注目領域の位置情報に基づいて、前記動態撮影において以降に撮影されるフレーム画像の画像領域に前記注目領域が入るか否かを判断し、前記フレーム画像の画像領域に前記注目領域が入らないと判断した場合、前記注目領域の位置情報に応じて前記照射野及び前記放射線検出器の位置を調整する請求項１又は２に記載の動態撮影システム。
4. 前記調整手段は、前記フレーム画像の画像領域に前記注目領域が入ると判断した場合、前記放射線検出器の位置は調整せずに前記照射野を調整する請求項３に記載の動態撮影システム。
5. 前記取得手段は、前記フレーム画像において前記注目領域の中心と前記照射野の中心が合うように、前記調整を行う請求項１〜４のいずれか一項に記載の動態撮影システム。

Images