JP2023073628A - Ｘ線診断装置およびｘ線条件設定方法 - Google Patents

Ｘ線診断装置およびｘ線条件設定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】被曝量を低減し画質を向上可能なＸ線条件を設定すること。【解決手段】本実施形態に係るＸ線診断装置は、決定部と、算出部と、設定部とを備える。決定部は、Ｘ線画像に基づいて、前記Ｘ線画像における対象物の領域を決定する。算出部は、前記領域に含まれる複数の画素値に基づいて、前記領域に関する統計値を算出する。設定部は、前記統計値に基づいて、Ｘ線の発生に関するＸ線条件を設定する。【選択図】図２

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、Ｘ線診断装置およびＸ線条件設定方法に関する。
従来、Ｘ線診断装置における輝度の制御において、ＡＢＣ（ａｕｔｏ ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ）制御がある。ＡＢＣ制御は、関心領域（Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ：以下、ＲＯＩと呼ぶ）をＸ線画像の全域に一様に設定して、被検体の体厚に応じた最適な画質と被曝とのバランスを維持するＸ線条件の制御である。これにより、被曝量と画質を両立して、最適なＸ線条件を設定にするＸ線制御を実現することができる。
しかしながら、従来のＡＢＣ制御では、被検体に対する手技または高いＸ線吸収率を有する物体がＸ線画像に含まれる場合などによっては、最適なＸ線条件を設定できず、最適な被曝量と画質とを両立することができないことがある。これにより、過剰な線量のＸ線を患者に照射してしまうこと、および十分な画質が得られないことがある。
特開２０１４－３３８１３号公報
本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、被曝量を低減し画質を向上可能なＸ線条件を設定することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。
本実施形態に係るＸ線診断装置は、決定部と、算出部と、設定部とを備える。決定部は、Ｘ線画像に基づいて、前記Ｘ線画像における対象物の領域を決定する。算出部は、前記領域に含まれる複数の画素値に基づいて、前記領域に関する統計値を算出する。設定部は、前記統計値に基づいて、Ｘ線の発生に関するＸ線条件を設定する。
図１は、実施形態に係るＸ線診断装置の構成の一例を示す図。 図２は、実施形態に係るＸ線条件設定処理の手順の一例を示すフローチャート。 図３は、実施形態に係り、Ｘ線画像における対象領域とカテーテルとの一例を示す図。 図４は、実施形態に係り、高吸収領域を除く対象領域における重みの一例を示す図。 図５は、実施形態の応用例に係り、Ｘ線画像における対象領域とカテーテルとステントとの一例を示す図。 図６は、実施形態の応用例に係り、高吸収領域を除く対象領域における重みの一例を示す図。
以下、図面を参照しながら、Ｘ線診断装置およびＸ線条件設定方法の実施形態について説明する。以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作をおこなうものとして、重複する説明は適宜省略する。
（実施形態）
図１は、本実施形態に係るＸ線診断装置１００の構成の一例を示す図である。Ｘ線診断装置１００は、Ｘ線発生部１と、高電圧発生部２と、Ｘ線検出部３と、保持アーム４と、寝台５と、機構部６と、機構制御部７と、心電計８と、画像演算・記憶部９と、表示部１０と、システム制御部１１と、操作部１２とを備える。
Ｘ線発生部１は、Ｘ線を発生する。Ｘ線発生部１は、例えば、Ｘ線管１ａおよびＸ線絞り器１ｂを有する。Ｘ線管１ａは、高電圧発生部２からの高電圧の印加及びフィラメント電流の供給により、陰極（フィラメント）から陽極（ターゲット）に向けて熱電子を照射することでＸ線を発生する真空管である。熱電子がターゲットに衝突することによりＸ線が発生される。Ｘ線管１ａには、例えば、回転する陽極に熱電子を照射することでＸ線を発生させる回転陽極型のＸ線管がある。なお、Ｘ線管１ａの型式は、回転陽極型に限定されず、任意の型式のＸ線管が適用可能である。
Ｘ線絞り器１ｂは、Ｘ線管１ａのＸ線照射野を成形する。Ｘ線絞り器１ｂは、Ｘ線管１ａにおけるＸ線放射窓の前面に設けられる。Ｘ線絞り器１ｂは、例えば、鉛などの金属板で構成された４枚の絞り羽根を有する。絞り羽根は、操作部１２や入力インターフェースを介して操作者により入力された関心領域に応じて、図示しない駆動装置により駆動される。Ｘ線絞り器１ｂは、駆動装置によりこれらの絞り羽根をスライドさせることで、Ｘ線が遮蔽される領域を任意のサイズに調節する。調整された絞り羽根により、Ｘ線絞り器１ｂは、開口領域外のＸ線を遮蔽する。これにより、Ｘ線絞り器１ｂは、Ｘ線管１ａが発生したＸ線を、被検体Ｐの関心領域に照射されるように絞り込む。
高電圧発生部２は、変圧器（トランス）及び整流器等の電気回路と、高電圧発生装置と、Ｘ線制御装置とを有する。高電圧発生部２は、Ｘ線管１ａに印加する高電圧及びＸ線管１ａに供給するフィラメント電流を発生する機能を有する。Ｘ線制御装置は、Ｘ線管１ａが照射するＸ線に応じた出力電圧の制御を行う。高電圧発生部２は、変圧器方式であってもよいし、インバータ方式であっても構わない。なお、高電圧発生部２は、保持アーム４に設けられてもよい。
Ｘ線検出部３は、Ｘ線管１ａにより発生されたＸ線を検出する。Ｘ線検出部３は、例えば、Ｘ線検出器に相当する平面検出器３ａ、画像データ生成部３ｂ、およびゲートドライバ３ｃを有する。平面検出器３ａは、例えば、フラットパネルディテクタ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：以下、ＦＰＤと呼ぶ）により実現される。ＦＰＤは、複数の半導体検出素子を有する。半導体検出素子にはＸ線を直接的に電気信号に変換する直接変換形と、Ｘ線を蛍光体で光に変換し、その光を電気信号に変換する間接変換形とがある。ＦＰＤには、いずれの形式が用いられてもよい。ＦＰＤにより発生された電気信号は、画像データ生成部３ｂに出力される。
画像データ生成部３ｂは、電荷・電圧変換器３ｂ－１、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器３ｂ－２、およびパラレル・シリアル変換器３ｂ－３によって構成される。電荷・電圧変換器３ｂ－１は、平面検出器３ａから出力される電気信号を電圧信号に変換し、Ａ／Ｄ変換器３ｂ－２に出力する。Ａ／Ｄ変換器３ｂ－２は、システム制御部１１の制御の下、電圧信号に変換された電気信号をデジタルデータとしてのＸ線画像データに変換し、パラレル・シリアル変換器３ｂ－３に出力する。パラレル・シリアル変換器３ｂ－３は、システム制御部１１の制御の下、Ａ／Ｄ変換されたＸ線画像データをパラレルデータからシリアルデータに変換し、画像演算・記憶部９に出力する。
ゲートドライバ３ｃは、システム制御部１１の制御の下、平面検出器３ａの検出素子を駆動する。
保持アーム４は、Ｘ線を発生するＸ線管１ａとＸ線管１ａに対向しＸ線を検出する平面検出器３ａとを移動可能に保持する。換言すると、Ｘ線管１ａと平面検出器３ａとは、互いに対向して、保持アーム４の端部に取り付けられる。保持アーム４は、Ｘ線管１ａにおいてＸ線が発生される焦点と平面検出器３ａにおける中心部とを結ぶ直線を回転軸として、Ｘ線絞り器１ｂと平面検出器３ａとを回動自在に支持する。保持アーム４は、保持アーム移動機構６ａの動作により、当該回転軸周りにＸ線絞り器１ｂと平面検出器３ａとを回動する。なお、保持アーム４は、例えば、線源受像面間距離（Ｓｏｕｒｃｅ Ｉｍａｇｅ Ｄｉｓｔａｎｃｅ：以下、ＳＩＤと呼ぶ）を変更可能に、Ｘ線発生部１とＸ線検出部３とを保持してもよい。
寝台５は、天板と基台とを有する。天板には、被検体Ｐが載置される。基台は、例えば、天板の長軸方向、天板の短軸方向、および鉛直方向などに沿って、天板を平行移動可能に支持する。また、基台は、天板の短軸方向、天板の長軸方向、および鉛直方向などを回転軸として、天板を回転可能に支持する。
機構部６は、保持アーム移動機構６ａおよび寝台移動機構６ｂを有する。保持アーム移動機構６ａおよび寝台移動機構６ｂは、例えば、モータあるいはアクチュエータ等により実現される。保持アーム移動機構６ａは、機構制御部７の制御の下、保持アーム４を、ユーザの指示または予め設定された位置に移動させる。寝台移動機構６ｂは、機構制御部７の制御の下、寝台５における天板を、ユーザの指示または予め設定された位置に移動させる。
機構制御部７は、システム制御部１１の制御の下、機構部６を制御する。例えば、機構制御部７は、操作部１２を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、保持アーム移動機構６ａの移動動作および寝台移動機構６ｂの移動動作を制御する。具体的には、機構制御部７は、ストレージに記憶されている機構制御プログラムを読み出して機構制御部７におけるプロセッサ内のメモリ上に展開し、展開された機構制御プログラムに従って保持アーム移動機構６ａの移動動作および寝台移動機構６ｂの移動動作を制御する。
心電計８は、被検体Ｐの心臓の活動電位の時間的変化を計測し、計測結果である心電位相を画像演算・記憶部９に出力する。なお、心電計８は、Ｘ線診断装置１００の外部に設けられているが、Ｘ線診断装置１００に設けられてもよい。また、被検体Ｐの心電位相を取得する必要がない場合、心電計８は、適宜省略可能である。また、心電計８の代わりに、脈波計などが用いられてもよい。
画像演算・記憶部９は、画像データ記憶部９ａおよび画像演算部９ｂを有する。画像データ記憶部９ａは、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、半導体メモリなどで構成される。画像データ記憶部９ａは、画像データ生成部３ｂから出力されたＸ線画像データを記憶する。このとき、画像データ記憶部９ａは、Ｘ線画像データを、心電計８から出力された心電位相に関連付けて記憶してもよい。
画像演算部９ｂは、画像データ記憶部９ａに記憶されているＸ線画像データに対して増幅処理や画像演算処理などを施して、表示対象としてのＸ線画像を生成する。このとき、画像演算部９ｂは、生成したＸ線画像に、心電計８から出力される心電位相を関連付けてもよい。また、画像演算部９ｂは、操作者による画像表示などの指示に応じて、システム制御部１１の制御の下、画像データ記憶部９ａに記憶されているＸ線画像を表示部１０の表示用画像メモリ１０ａに出力させる。
画像演算部９ｂは、決定機能９１と、算出機能９３と、設定機能９５とを有する。決定機能９１と、算出機能９３と、設定機能９５とを実現する画像演算部９ｂは、決定部、算出部、および設定部に対応する。決定機能９１は、Ｘ線画像に基づいて、当該Ｘ線画像における対象物の領域（以下、対象領域と呼ぶ）を決定する。例えば、決定機能９１は、各種セグメンテーション処理、画像認識処理、または画像認識処理とセグメンテーション処理とを実現するように学習された学習済みモデル（例えば、セマンティックセグメンテーションを実現する学習済みのニューラルネットワーク）などの各種画像処理により、Ｘ線画像において、対象領域を決定する。
具体的には、決定機能９１は、Ｘ線画像において予め区分された複数の区画のうち、対象領域を決定する。複数の区画は、例えば、Ｘ線画像の範囲をｎ×ｍ（ｎおよびｍは、２以上の自然数）で格子状に区分した複数の区分領域に相当する。複数の区画は、Ｘ線画像を区切ったものであるため、複数の画素を有する。複数の区画各々は、当該区画に含まれる複数の画素に対して、後述の重みを統一的に扱う単位に相当する。以下、説明を具体的にするために、複数の区画は、Ｘ線画像の範囲を５×５で格子状に区分した複数の区分領域であるものとして説明する。
対象物は、例えば、カテーテルである。このとき、決定機能９１は、Ｘ線画像に対する画像処理により、複数の区画のうちカテーテルが存在する領域（対象領域）を決定する。加えて、決定機能９１は、Ｘ線画像または対象領域に対する画像処理により、対象領域においてカテーテルの先端を含む領域をさらに決定する。決定機能９１は、Ｘ線画像において対象物に重畳し、所定のＸ線吸収率より高いＸ線吸収率を有する高吸収体の領域（以下高吸収領域と呼ぶ）を、Ｘ線画像において決定する。所定のＸ線吸収率とは、例えは、歯、骨、被検体内に配置された各種デバイス（例えば、ペースメーカー、経食道心エコー用のプローブ（ＴＥＥ（ｔｒａｎｓｅｓｏｐｈａｇｅａｌ ｅｃｈｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ）プローブ、人工関節など）に関するＸ線吸収率である。
高吸収体が骨および歯である場合、決定機能９１は、Ｘ線画像に対して解剖学的な所見に基づく検出処理を実行することで、高吸収領域を決定する。また、高吸収体が各種デバイスである場合、決定機能９１は、Ｘ線画像に対して当該デバイスの認識処理により、高吸収領域を決定する。例えば、高吸収体がＴＥＥプローブである場合、Ｘ線画像とエコー（超音波）画像とのフュージョン画像に基づいて高吸収領域を決定する。高吸収体に関する認識処理および検出処理は、既存の手法が適宜利用可能であるため、説明は省略する。
また、決定機能９１は、保持アーム４と天板とのうち少なくとも一つの移動に応答して、対象物の領域を再度決定してもよい。具体的には、決定機能９１は、機構制御部７またはシステム制御部１１から出力された、機構部６に対する移動指示の受信を応答して、Ｘ線画像に対する画像処理を実行し、対象物の領域を再度決定する。
算出機能９３は、決定された対象物の領域に含まれる複数の画素値に基づいて、当該対象物の領域に関する統計値を算出する。例えば、算出機能９３は、決定されたカテーテルの先端からカテーテルの末端に向けて漸減する重みを用いて、当該統計値を算出する。具体的には、算出機能９３は、複数の区画のうち、カテーテルの先端が位置する区画（以下、先端区画と呼ぶ）に最大の重み（例えば、重み１）を設定し、カテーテルの末端に位置する区画（以下、末端区画と呼ぶ）に最小の重み（例えば、重み０）を設定する。すなわち、算出機能９３は、先端区画に含まれる複数の画素に対して最大の重みを付与し、末端区画に含まれる複数の画素に対して最小の重みを付与する。また、算出機能９３は、カテーテルの領域において、先端区画から末端区画に向けて、各区画における重みが漸減するように、先端区画に隣接する区画から末端区画に隣接する区画まで、重みを設定する。
以下、説明を具体的にするために、重みは、０～１で示す比率で表すこととする。なお、重みは、０～１で示す比率に限定されず、適宜設定可能である。また、重みの設定は、算出機能９３とは異なる機能（例えば、重み設定機能）により実現されてもよい。
算出機能９３は、例えば、以下の式（１）を用いて統計値を算出する。式（１）に示すように、統計値は、重み付け平均値に相当する。なお、式（１）において、０の重みが設定された区画に属する複数の画素値は、式（１）の計算対象外とする。
Figure 2023073628000002
式（１）における添え字ｉは、画素を示す引数である。また、式（１）におけるＲＯＩは、Ｘ線画像において、対象領域から重みがゼロの領域と高吸収領域とを除く領域（以下、算出領域と呼ぶ）である。すなわち、ＲＯＩは、複数の区画のうち対象物を含みかつ重みがゼロの領域と高吸収領域とを含まない領域であって、対象物の周辺として決定された領域である。式（１）におけるｗｉは、ｉ番目の画素に対する重み付け係数、すなわちｉ番目の画素が属する区画に割り当てられた重み付け係数である。また、式（１）におけるｐｉは、ｉ番目の画素の画素値である。算出機能９３は、対象物に関する領域から高吸収体に関する領域を除いて、式（１）を用いて統計値を算出する。
なお、保持アーム４と天板とのうち少なくとも一つが移動した場合、算出機能９３は、保持アーム４と天板とのうち少なくとも一つの移動に応答して、再度決定された領域に含まれる複数の画素値に基づいて、統計値を再度算出してもよい。
設定機能９５は、算出された統計値に基づいて、Ｘ線の発生に関するＸ線条件を設定する。Ｘ線条件とは、Ｘ線管１ａに印加される管電圧ｋＶ、Ｘ線管１ａに供給される管電流とＸ線の照射時間との積（管電流時間積ｍＡｓ）などである。設定機能９５は、例えば、統計値と閾値とを比較する。閾値は、例えば、画像演算部９ｂにおけるメモリに予め記憶される。なお、閾値は、操作部１２を介したユーザの指示により、適宜設定、変更、調整が可能である。設定機能９５は、統計値と閾値とを比較する。設定機能９５は、統計値と閾値との比較結果に基づいて、Ｘ線条件を設定する。設定機能９５は、設定されたＸ線条件をシステム制御部１１へ出力する。Ｘ線条件の設定は、例えば、当該Ｘ線画像に関するＸ線条件において、管電圧ｋＶと管電流時間積ｍＡｓとのうち少なくとも一つの調整（以下、ＡＢＣ制御と呼ぶ）に相当する。ＡＢＣ制御におけるＸ線条件の調整は、既知の各種手法を用いることができるため、説明は省略する。
表示部１０は、表示用画像メモリ１０ａ、Ｄ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ）変換器１０ｂ、表示制御部１０ｃ、およびモニタ１０ｄを有する。表示用画像メモリ１０ａは、画像データ記憶部９ａから出力された画像データを記憶し、Ｄ／Ａ変換器１０ｂに出力する。Ｄ／Ａ変換器１０ｂは、表示用画像メモリ１０ａから出力された画像データをアナログ信号に変換し、表示制御部１０ｃに出力する。表示制御部１０ｃは、Ｄ／Ａ変換器１０ｂから出力された画像データに基づくＸ線画像をモニタ１０ｄに表示させる。
なお、表示部１０は、ディスプレイとして実現可能である。このとき、ディスプレイとしては、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｓｐｌａｙ）、プラズマディスプレイ又は他の任意のディスプレイが、適宜、使用可能となっている。また、ディスプレイは、デスクトップ型でもよいし、システム制御部１１および画像演算・記憶部９と無線通信可能なタブレット端末等で構成されることにしても構わない。また、モニタ１０ｄがデジタルデータとしてのＸ線画像を表示する場合、Ｄ／Ａ変換器１０ｂは、不要となる。
システム制御部１１は、操作部１２を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、Ｘ線発生部１、高電圧発生部２、ゲートドライバ３ｃ、Ａ／Ｄ変換器３ｂ－２、パラレル・シリアル変換器３ｂ－３、機構制御部７、画像演算・記憶部９、表示部１０等を制御する。具体的には、システム制御部１１は、システム制御プログラムを読み出して自身のメモリ上に展開し、展開された制御プログラムに従ってＸ線診断装置１００の各部を制御する。
操作部１２は、操作者からの各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換してシステム制御部１１に出力する。操作部１２は、例えば、入力インターフェースにより実現される。操作部１２は、保持アーム４と寝台５とのうち少なくとも一つを動作させるための操作、Ｘ線の発生に関するＸ線条件、画像演算部９ｂにより実行される画像処理に関する条件等を操作者から受け付ける。操作部１２としては、例えば、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、フットスイッチ、タッチパッド及びタッチパネルディスプレイ等が適宜、使用可能となっている。操作部１２は、例えば、検査室とは異なる操作室に設置されたコンソール装置に搭載される。なお、操作部１２は、保持アーム４などに設けられてもよい。
なお、本実施形態において、操作部１２は、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパッド及びタッチパネルディスプレイ等の物理的な操作部品を備えるものに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号をシステム制御部１１へ出力する電気信号の処理回路も操作部１２の例に含まれる。なお、操作部１２は、システム制御部１１と無線通信可能なタブレット端末等で構成されることにしても構わない。
上記機構制御部７、画像演算部９ｂ、システム制御部１１などを実現する処理回路は、ハードウェア資源として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサとＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリとを有する。
プロセッサにおいて実行される各種機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で不図示のメモリへ記憶されている。プロセッサは、メモリからプログラムを読み出して実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態の各回路は、読み出したプログラムに対応する機能を有することとなる。
例えば、画像演算部９ｂを実現する処理回路は、メモリに展開されたプログラムを実行するプロセッサにより、決定機能９１、算出機能９３および設定機能９５を実行する。決定機能９１、算出機能９３および設定機能９５をそれぞれ実行する処理回路２１は、決定部、算出部、設定部に相当する。なお、決定機能９１、算出機能９３および設定機能９５は、単一の処理回路で実現される場合に限らない。複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより決定機能９１、算出機能９３および設定機能９５を実現するものとしても構わない。
また、画像演算部９ｂを実現する処理回路は、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）やフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ）、他の複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）などのプロセッサにより実現されてもよい。
以上、実施形態に係るＸ線診断装置１００の全体構成について説明した。かかる構成のもと、実施形態に係るＸ線診断装置１００は、Ｘ線画像に基づいてＸ線条件を設定する処理（以下、Ｘ線条件設定処理と呼ぶ）を実行する。Ｘ線条件設定処理は、決定機能９１、算出機能９３および設定機能９５により、Ｘ線画像に基づいてＸ線画像における対象領域を決定し、決定された対象領域に含まれる複数の画素値に基づいて当該領域に関する統計値を算出し、算出された統計値に基づいてＸ線の発生に関するＸ線条件を設定する処理である。Ｘ線条件設定処理は、本実施形態における技術的特徴を有するＡＢＣ制御に対応する。
以下、Ｘ線条件設定処理の手順について、図２を参照して説明する。図２は、Ｘ線条件設定処理の手順の一例を示すフローチャートである。説明を具体的にするために、対象物は、カテーテルであるものとして説明する。
（Ｘ線条件設定処理）
（ステップＳ２０１）
システム制御部１１は、被検体Ｐに対してＸ線による撮影を実行するように、Ｘ線診断装置１００における各ユニットを制御する。本実施形態における撮影は、例えば、高線量のＸ線を被検体Ｐに照射するワンショット撮影（レントゲン）と、低線量のＸ線を被検体Ｐに連続的または断続的に照射する透視撮影とのうちいずれ撮影にも適用可能である。
高電圧発生部２は、設定されたＸ線条件に従って、高電圧を発生し、発生した高電圧をＸ線管１ａに印加する。加えて、高電圧発生部２は、設定されたＸ線条件に従って、管電流を照射時間に亘ってＸ線管１ａに供給する。Ｘ線検出部３は、検出したＸ線に基づいて、Ｘ線画像を生成する。Ｘ線検出部３は、生成されたＸ線画像を、画像データ記憶部９ａに出力する。画像データ記憶部９ａは、Ｘ線画像を、画像演算部９ｂと表示部１０とに出力する。表示部１０は、Ｘ線画像をモニタ１０ｄに表示する。
（ステップＳ２０２）
画像演算部９ｂにおける処理回路は、決定機能９１により、Ｘ線画像に対してセグメンテーション処理などの画像処理を実行する。決定機能９１は、画像処理により、Ｘ線画像において、対象領域を決定する。また、決定機能９１は、Ｘ線画像または対象領域に対する画像処理により、対象領域においてカテーテルの先端を含む領域（先端区画）と高吸収領域とをさらに決定する。
（ステップＳ２０３）
画像演算部９ｂは、算出機能９３により、対象領域から高吸収領域を除いた領域において重みを設定する。このとき、決定機能９１は、対象領域から重みゼロの領域と高吸収領域とを除くことで、統計値の算出に用いられる領域を決定する。
図３は、Ｘ線画像３１における対象領域３３とカテーテル３５との一例を示す図である。図３において破線で示す格子状の枠は、複数の区画を示している。図３に示すように、カテーテル３５は、６つの区画に亘って検出されている。カテーテル３５を含む当該６つの区画を示す太線の枠は、対象領域３３に相当する。また、図３に示すように、椎体Ｖｂの領域は、５つの区画に亘って決定されている。椎体Ｖｂを含む５つの区画は、高吸収領域に相当する。Ｌ字型の対象領域３３から高吸収領域を除いた領域は、図３において斜線で示されている。図３に示す領域３９は、カテーテルの先端３７を含む先端区画に相当する。
図４は、高吸収領域を除く対象領域３３における重みの一例を示す図である。図４に示すように、例えば、算出機能９３は、カテーテルの先端３７を含む先端区画３９の重みを１００％として設定し、カテーテルの末端４１を含む２つの末端区画の重みを０％として設定する。また、算出機能９３は、先端区画３９から末端区画に向けて重みが漸減するように、先端区画３９に隣接する区画から末端区画に隣接する区画まで、重みを設定する。このとき、決定機能９１は、対象領域３３から重みがゼロの領域と高吸収領域とを除くことで算出領域を決定する。図４における算出領域は、１００％の重みに対応する領域と、７０％の重みに対応する領域と、３０％の重みに対応する領域とを有する。
（ステップＳ２０４）
画像演算部９ｂは、算出機能９３により、対象領域３３に含まれる複数の画素値と重みとを用いて、対象領域３３に関する統計値を算出する。具体的には、算出機能９３は、重みが０％の区画と高吸収領域とを除く対象領域（算出領域）における重みと画素値とを式（１）に適用することで、対象領域３３に関する統計値を算出する。
（ステップＳ２０５）
画像演算部９ｂは、設定機能９５により、算出された統計値と閾値とを比較する。次いで、設定機能９５は、統計値と閾値との比較結果に基づいて、Ｘ線条件を変更するか否かを判定する。設定機能９５により、統計値と閾値との比較結果に基づいてＸ線条件を変更すると判定された場合（ステップＳ２０５のＹｅｓ）、ステップＳ２０６の処理が実行される。設定機能９５により、統計値と閾値との比較結果に基づいてＸ線条件を変更すると判定されなかった場合（ステップＳ２０５のＮｏ）、Ｘ線条件は維持されてステップＳ２０７の処理が実行される。
（ステップＳ２０６）
画像演算部９ｂは、設定機能９５により、統計値と閾値との比較結果に基づいてＸ線条件を変更する。すなわち、設定機能９５は、統計値に基づいて、Ｘ線の発生に関するＸ線条件を設定する。以降のＸ線の曝射は、変更されたＸ線条件に従って、実行される。
（ステップＳ２０７）
被検体Ｐに対するＸ線の撮影が終了しなければ（ステップＳ２０７のＮｏ）、ステップＳ２０１以降の処理が繰り返される。また、被検体Ｐに対するＸ線の撮影が終了すれば（ステップＳ２０７のＹｅｓＮｏ）、Ｘ線条件設定処理は終了する。
本実施形態の変形例として、Ｘ線条件設定処理は、Ｘ線画像の生成に関する所定のフレームレートで実行されてもよい。また、このとき、決定機能９１は、保持アーム４と天板とのうち少なくとも一つの移動に応答して、対象物の領域を再度決定してもよい。具体的には、決定機能９１は、システム制御部１１から機構制御部７１に出力される移動指示の受信を応答して、Ｘ線画像に対する画像処理を実行し、対象物の領域を再度決定する。
また、本実施形態の変形例として、被検体Ｐの心臓の拍動により、時系列に沿った複数のＸ線画像において対象物が移動する場合、以下のような手順で、対象領域３３を決定してもよい。例えば、決定機能９１は、心電計８からの出力された心電位相のうち収縮末期または拡張末期に対応するＸ線画像に対する各種画像処理により、対象物の領域を決定する。また、決定機能９１は、時系列に沿った複数のＸ線画像に対する各種画像処理により、複数のＸ線画像各々おいて対象物の領域を決定してもよい。このとき、決定機能９１は、複数のＸ線画像に亘って決定された領域を重畳することにより、対象物の領域を決定する。このとき、高吸収領域は、対象領域３３から除外される。これらにより、決定機能９１は、複数のＸ線画像における対象物の動きの範囲を包含するように、対象物の領域を決定する。すなわち、決定機能９１は、時系列的に取得された複数のＸ線画像において対象物の位置が移動する場合、対象物が移動する範囲を、対象物の領域として決定する。
以上に述べた実施形態に係るＸ線診断装置１００によれば、Ｘ線画像に基づいて当該Ｘ線画像における対象物の領域（対象領域３３）を決定し、対象領域３３に含まれる複数の画素値に基づいて当該対象領域３３に関する統計値を算出し、算出された統計値に基づいてＸ線の発生に関するＸ線条件を設定する。例えば、本Ｘ線診断装置１００によれば、対象物はカテーテルであって、Ｘ線画像に基づいて当該カテーテルの先端を含む領域（先端区画）３９をさらに決定し、カテーテル３５の先端３７から当該カテーテルの末端に向けて漸減する重みを用いて、当該統計値を算出する。また、本Ｘ線診断装置１００によれば、Ｘ線画像において対象物に重畳し、所定のＸ線吸収率より高いＸ線吸収率を有する高吸収体の領域を、Ｘ線画像において決定し、対象物に関する領域から高吸収体に関する領域を除いて、統計値を算出する。
これらのことから、本実施形態に係るＸ線診断装置１００によれば、対象物の関心部分を含みかつ高吸収領域を除く算出領域を、ＡＢＣ制御に関する関心領域として設定することができる。すなわち、本Ｘ線診断装置１００によれば、ＡＢＣ制御に関する対象物に重畳する干渉物（骨、歯、各種デバイスなど高吸収体）の存在、および臨床の状況に応じて、関心領域において重み付けを行う最適化により、ＡＢＣ制御に関する統計値を算出することができる。以上のことから、本Ｘ線診断装置１００によれば、実際の手技の状況に応じて、解剖学的な情報を活用する事で、関心領域に適したＡＢＣ制御をリアルタイムに実現することができる。本Ｘ線診断装置１００によれば、適切なＡＢＣ制御によるＸ線条件の設定により、被検体Ｐに対する被曝量を低減し、関心領域周辺の画質を向上させることができる。
また、実施形態に係るＸ線診断装置１００によれば、時系列的に取得された複数のＸ線画像において対象物の位置が移動する場合、対象物が移動する範囲を対象領域として決定する。例えば、本Ｘ線診断装置１００によれば、保持アーム４と天板とのうち少なくとも一つの移動に応答して対象領域を再度決定し、当該移動に応答して、再度決定された対象領域に含まれる複数の画素値に基づいて、統計値を再度算出する。
また、本Ｘ線診断装置１００によれば、被検体Ｐの心臓の拍動により、時系列に沿った複数のＸ線画像において対象物が移動する場合、心電計８などの外部の生態信号計測装置からの出力された心電位相のうち収縮末期または拡張末期に対応するＸ線画像に対する各種画像処理により、対象領域を決定する。これらのことから、本Ｘ線診断装置１００によれば、被検体Ｐに対する実際の各種手技（例えば、経皮的冠動脈インターベンション：ＰＣＩ（ｐｅｒｃｕｔａｎｅｏｕｓ ｃｏｒｏｎａｒｙ ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎ）など）の状況に応じて、心電計８などのＸ線診断装置１００の周辺機器から取得する情報および解剖学的な情報を活用する事で、関心領域に最も適したＡＢＣ制御をリアルタイムに実現することができる。これにより、被検体Ｐに対する被曝量をさらに低減し、関心領域周辺の画質をさらに向上させることができる。
（応用例）
本応用例は、対象物がカテーテル３５に加えて、ステントまたはバルーンに設けられたマーカーとのうち少なくとも一つを含むことにある。このとき、ユーザによる関心部位は、ステントまたはバルーンとして操作部１２により予め設定されてもよい。本応用例において、決定機能９１は、Ｘ線画像に対する画像処理により、複数の区画のうちステントまたはマーカーに関する領域をさらに決定する。また、算出機能９３は、ステントまたはマーカーに関する領域における画素値に対して重みを付与して、統計値を算出する。以下、説明を具体的にするために、対象物は、カテーテル３５とステントとを含む場合について説明する。
決定機能９１は、Ｘ線画像におけるステントを検出する画像処理を当該Ｘ線画像に適用することで、ステントを検出し、ステントに関する領域（以下、ステント領域と呼ぶ）を決定する。ステント領域は、例えば、Ｘ線画像におけるステントの外面の一部を少なくとも含む領域である。ステントを検出する画像処理は、各種セグメンテーション処理、画像認識処理、またはステントを検出するように学習された学習済みモデル（例えば、セマンティックセグメンテーションを実現する学習済みのニューラルネットワーク）などの既知の技術により、実現される。具体的には、決定機能９１は、Ｘ線画像において予め区分された複数の区画のうち、ステント領域を決定する。
図５は、Ｘ線画像３２における対象領域３３とカテーテル３５とステント３４との一例を示す図である。図５に示すように、カテーテル３５は、６つの区画に亘って検出されている。カテーテル３５を含む当該６つの区画を示す太線の枠は、対象領域３３に相当する。また、図５に示すように、椎体Ｖｂの領域は、５つの区画に亘って決定されている。椎体Ｖｂを含む５つの区画は、高吸収領域に相当する。Ｌ字型の対象領域３３から高吸収領域を除いた領域は、図５において斜線で示されている。図５に示す領域３９は、カテーテルの先端３７を含む先端区画である。また、図５示すステント３４は、先端区画３９の下方のステント領域３６に位置する。すなわち、ステント領域３６は、先端区画３９に隣接している。
算出機能９３は、ステント領域３６における画素値に対して重みを付与して、式（１）により統計値を算出する。例えば、算出機能９３は、ステント領域３６における画素値に対して、先端区画３９に対する重みより大きな重みを設定する。具体的には、算出機能９３は、ステント領域３６に重み１を設定し、先端区画３９に重み０．７を設定し、末端区画に重み０を設定する。また、算出機能９３は、カテーテル３５の領域において、先端区画３９から末端区画に向けて重みが漸減するように、先端区画３９に隣接する区画から末端区画に隣接する区画まで、重みを設定する。
図６は、高吸収領域を除く対象領域３３における重みの一例を示す図である。図６に示すように、例えば、算出機能９３は、ステント３４を含むステント領域３６の重みを１００％として設定し、カテーテルの先端３７を含む先端区画３９の重みを７０％として設定し、カテーテルの末端４１を含む２つの末端区画の重みを０％として設定する。また、算出機能９３は、先端区画３９から末端区画に向けて重みが漸減するように、先端区画３９に隣接する区画から末端区画に隣接する区画まで、重みを設定する。このとき、決定機能９１は、対象領域３３から重みがゼロの領域と高吸収領域とを除くことで算出領域を決定する。図６における算出領域は、１００％の重みに対応するステント領域３６と、７０％の重みに対応する先端区画３９と、３０％の重みに対応する領域とを有する。
算出機能９３は、対象領域３３に含まれる複数の画素値と重みとを用いて、対象領域３３に関する統計値を算出する。具体的には、算出機能９３は、算出領域における重みと画素値とを式（１）に適用することで、対象領域３３に関する統計値を算出する。統計値の算出以降の処理は、実施形態と同様なため、説明は省略する。
本応用例の変形例として、対象物は、ユーザにより指定された血管の分岐部と病変とのうち少なくとも一つであってもよい。病変とは、例えば石灰化の領域である。具体的には、Ｘ線画像は、例えば、造影剤を用いて生成され、モニタ１０ｄに表示される。このとき、決定機能９１は、Ｘ線画像に対する画像処理により、血管の分岐部および石灰化の範囲に関する領域を決定する。これにより、モニタ１０ｄに表示されたＸ線画像には、分岐部および石灰化の範囲が強調表示される。操作部１２を介して、血管の分岐部および／または石灰化の範囲がユーザにより指定されると、算出機能９３は、血管の分岐部および／または石灰化の範囲を含む領域の重みを、変形例におけるステント領域３６と同様に最大値である１として設定する。これにより、算出機能９３は、分岐部または病変に関する領域における画素値に対して重みを付与して、統計値を算出する。他の処理は、本応用例と同様なため、説明は省略する。
以上に述べた実施形態に係るＸ線診断装置１００によれば、対象物がカテーテル３５に加えて、ステントとバルーンに設けられたマーカーとのうち少なくとも一つをさらに含む場合、ステントまたはマーカーに関する領域をさらに決定し、ステント３４またはマーカーに関する領域における画素値に対して重みを付与して、統計値を算出する。また、本Ｘ線診断装置１００によれば、対象物はユーザにより指定された血管の分岐部と病変とのうち少なくとも一つを有し、当該分岐部または当該病変に関する領域をさらに決定し、当該分岐部または当該病変に関する領域における画素値に対して重みを付与して、統計値を算出する。
これらにより、本Ｘ線診断装置１００によれば、ユーザが着目する部位およびデバイス等に応じて、適切なＡＢＣ制御を実行することができる。他の効果については、実施形態と同様なため、説明は省略する。
本実施形態における技術的思想をＸ線条件設定方法で実現する場合、Ｘ線条件設定方法は、Ｘ線画像に基づいてＸ線画像における対象物の領域を決定し、決定された領域に含まれる複数の画素値に基づいて当該領域に関する統計値を算出し、算出された統計値に基づいてＸ線の発生に関するＸ線条件を設定すること、を有する。Ｘ線条件設定方法に対応する処理手順は、Ｘ線条件設定処理の手順に対応するため、説明は省略する。また、Ｘ線条件設定方法による効果は、実施形態と同様なため、説明は省略する。
以上説明した少なくとも実施形態、変形例および応用例等によれば、被曝量を低減し画質を向上可能なＸ線条件を設定することができる。
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１ Ｘ線発生部
１ａ Ｘ線管
１ｂ Ｘ線絞り器
２ 高電圧発生部
３ Ｘ線検出部
３ａ 平面検出器
３ｂ 画像データ生成部
３ｂ－１ 電荷・電圧変換器
３ｂ－２ Ａ／Ｄ変換器
３ｂ－３ パラレル・シリアル変換器
３ｃ ゲートドライバ
４ 保持アーム
５ 寝台
６ 機構部
６ａ 保持アーム移動機構
６ｂ 寝台移動機構
７ 機構制御部
８ 心電計
９ 画像演算・記憶部
９ａ 画像データ記憶部
９ｂ 画像演算部
１０ 表示部
１０ａ 表示用画像メモリ
１０ｂ Ｄ／Ａ変換器
１０ｃ 表示制御部
１０ｄ モニタ
１１ システム制御部
１２ 操作部
３１ Ｘ線画像
３２ Ｘ線画像
３３ 対象領域
３４ ステント
３５ カテーテル
３６ ステント領域
３７ カテーテルの先端
３９ 先端区画
４１ カテーテルの末端
９１ 決定機能
９３ 算出機能
９５ 設定機能
１００ Ｘ線診断装置

Claims (9)

  1. Ｘ線画像に基づいて、前記Ｘ線画像における対象物の領域を決定する決定部と、
    前記領域に含まれる複数の画素値に基づいて、前記領域に関する統計値を算出する算出部と、
    前記統計値に基づいて、Ｘ線の発生に関するＸ線条件を設定する設定部と、
    を備えるＸ線診断装置。
  2. 前記対象物は、カテーテルであって、
    前記決定部は、前記カテーテルの先端を含む領域をさらに決定し、
    前記算出部は、前記先端から前記カテーテルの末端に向けて漸減する重みを用いて、前記統計値を算出する、
    請求項１に記載のＸ線診断装置。
  3. 前記対象物が前記カテーテルに加えて、ステントとバルーンに設けられたマーカーとのうち少なくとも一つを含む場合、
    前記決定部は、前記ステントまたは前記マーカーに関する領域をさらに決定し、
    前記算出部は、前記ステントまたは前記マーカーに関する領域における画素値に対して重みを付与して、前記統計値を算出する、
    請求項２に記載のＸ線診断装置。
  4. 前記対象物がユーザにより指定された血管の分岐部と病変とのうち少なくとも一つである場合、
    前記決定部は、前記分岐部または前記病変に関する領域をさらに決定し、
    前記算出部は、前記分岐部または前記病変に関する領域における画素値に対して重みを付与して、前記統計値を算出する、
    請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のＸ線診断装置。
  5. 前記決定部は、Ｘ線を発生するＸ線管と前記Ｘ線管に対向し前記Ｘ線を検出するＸ線検出器とを移動可能に保持する保持アームと、被検体が載置される天板とのうち少なくとも一つの移動に応答して、前記領域を再度決定し、
    前記算出部は、前記移動に応答して、前記再度決定された領域に含まれる複数の画素値に基づいて、前記統計値を再度算出し、
    前記設定部は、前記再度算出された統計値に基づいて、前記Ｘ線条件を設定する、
    請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載のＸ線診断装置。
  6. 前記決定部は、前記Ｘ線画像において前記対象物に重畳し、所定のＸ線吸収率より高いＸ線吸収率を有する高吸収体の領域を、前記Ｘ線画像において決定し、
    前記算出部は、前記対象物に関する領域から前記高吸収体に関する領域を除いて、前記統計値を算出する、
    請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載のＸ線診断装置。
  7. 被検体の心臓の拍動により、時系列に沿った複数の前記Ｘ線画像において対象物が移動する場合、決定部は、心電計からの出力された心電位相のうち収縮末期または拡張末期に対応するＸ線画像に対する各種画像処理により、対象物の領域を決定する、
    請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載のＸ線診断装置。
  8. 決定部は、時系列的に取得された複数の複数のＸ線画像において前記対象物の位置が移動する場合、前記対象物が移動する範囲を、対象物の領域として決定する、
    請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載のＸ線診断装置。
  9. Ｘ線画像に基づいて、前記Ｘ線画像における対象物の領域を決定し、
    前記領域に含まれる複数の画素値に基づいて、前記領域に関する統計値を算出し、
    前記統計値に基づいて、Ｘ線の発生に関するＸ線条件を設定すること、
    を備えたＸ線条件設定方法。
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