JP3105520B2 - X線検査装置 - Google Patents

X線検査装置

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、周期的に動く対象の時系列X線画像を作る
X線検査装置に係る。該対象はX線源により出射された
X線ビームにより照射される。記録装置は対象の動作周
期を測定する。記録パルスはX線源を活性化及び非活性
化する同期装置に印加される。
本発明は又X線検査装置を実施するに適したX線源
と、記録装置と、同期装置とからなる装置に係る。X線
検査装置は、リーフレット「フィリップス・メディカル
・システム」4522 984 09241/744、DVI−V、1985年1
月から公知である。
例えば人体、心臓又は血管の如き対象のX線画像の形
成中、X線ビームは対象及びその環境で減衰される。人
体では、画像されるべき対象及びその環境は主に水から
なり、これによりX線ビームは対象及びその環境により
実質的に同じ程度まで減衰される。これは対象の画像を
低コントラストにする。画像さるべき対象がヨー化物の
ような比較的高いX線吸収を有するコントラストエージ
ェントで満たし、コントラストエージェントなしで記録
された対象の像即ちいわゆるマスク像からコントラスト
エージェントで満たされた対象の像を減算することによ
り、コントラスト強調が達成される。コントラストエー
ジェントで満たされた対象の画像が対象の動きによりマ
スク画像に関してシフトされた場合、人工物がコントラ
スト強調画像中に発生する。テレビジョンモニターでの
表示する以前に雑音積分用に合計され、又は画像さるべ
き対象を通るコントラストエージェントの流れに従う一
連の連続的X線画像の形成中明らかにマスク画像からの
減算によるコントラスト強調は対象の動きにより強く低
下される。心臓の近傍にある血管の画像に対し、心臓の
動きにより該問題が生じる。記録装置、例えば心電図の
形成に対し、記録装置により対象の動作リズムを測定す
ることにより照射は動きのリズムと同期されうる。これ
は例えばフィリップスDVI−Vシステムで起こる。照射
が記録装置により供給された記録パルスに関して所定の
遅延の後に実行されるので、X線画像は相が合っており
マスク画像と整合する。これは例えばコントラストエー
ジェントにより起こされた画像されるべき対象の動きの
リズムの変動の結果、X線画像が異なる位置に対象を示
すという欠点を有し、これにより人工物は、このX線検
査装置が用いられた時更に発生する。
本発明は、なかんずくその対象に対し、動作人工物の
発生が減少するX線検査装置を提供する。
これを達成する為、本発明によるX線検査装置は次の
記録パルスの時点から同期装置の算出手段により記録パ
ルスから計算されることを特徴とする。
測定された記録パルスからの次の記録パルスの時点の
計算は2つの順次の記録パルス間の時間の一定の時点
で、即ち一定の対象位置で照射が起こるのを可能にす
る。動きのリズムの変化には計算により検出され、X線
源の同期は変化した動きのリズムに適合される。時間的
に遠い記録パルスの効果が計算でより強く又はより弱く
なるにつれ、同期はリズム変化により速く又はより遅く
応答する。対象動作が系統的増速及び減速、例えば別な
心臓収縮又は心臓の早期心臓収縮に加えて確率的動作を
示す時、記録パルスは正確に予測可能な時点で互いに続
かない。測定された記録パルスの組み合わせにより次の
パルス(これから発生するパルス)の正確な計算のため
には、同期が系統的リズム変化に無感応になることな
く、全ての変動のうちの幾つかが同期の変化を引き起こ
すよう先行パルスが正確に加重されることが必要であ
る。平均動作リズム及び変化が対象動作を示す確率過程
の特徴的パラメータである時、次の記録パルスの正確な
予測は、平均値及び偏差値が知られている時、行われう
る。通常、対象動作の拡大統計的分析に対し時間がない
が、多数のX線画像はコントラストエージェントの変位
により素速く形成されなければならない。計算は記録パ
ルスの平均周期内の次の記録パルス時点に対する値を発
生すべきで、これにより僅かな計算時間だけを必要とす
る。次の記録パルスの計算はX線画像の形成を簡素化す
る為、完全に自動的であるべきである。
本発明に関するX線検査装置の望ましい例は反復的カ
ルマンフィルタ法が次の記録パルスを計算するのに用い
られることを特徴とする。
カルマンフィルタ法を使用すると、動きのリズムが反
復的に示され、これはそれ自身この確率的過程の変化に
適合する。この計算方法は系統的変化から動きのリズム
の非系統的変化を適切に区別する。これは明らかに心臓
の血管検査に対し有利である。
以下図面と共に本発明を詳細に説明する。
第1図は細部4を含む対象3をX線ビーム5により照
射するX線源1を示す。X線検出器7、この場合はX線
増強管を用いて、画像搬送X線ビーム6はX線画像増強
管の出射スクリーンに現れる光画像に変換され、この光
画像はテレビジョンカメラ管9により電気信号に変換さ
れる。この信号はアナログ・ディジタル変換器11に印加
され、次にメモリー12又は13の一つに印加される。例え
ばメモリー12では、コントラストエイジェントで満たさ
れた細部4を含む対象3の像が記憶され、メモリー13で
は対象3のマスク像が記憶される。メモリー12及び13の
信号の対数化の後、メモリーのディジタル像は減算装置
15で減算され、細部4のコントラスト強調像を発生す
る。ディジタルーアナログ変換器16によるディジタルー
アナログ変換の後、この像はモニター17上に表示され
る。メモリー12及び13に記憶されたディジタルX線画像
はバックグラウンドメモリー19に記憶され、そこからデ
ィジタル画像がメモリー12及び13に印加される、細部4
の動作リズムを決める為、記録装置20は細部4に接続さ
れ、該記録装置は細部4が所定位置を占有する時点でパ
ルス状信号を同期装置22に印加する。同期装置22は記録
パルスから次の記録パルスの時点を計算し、細部4の系
統的リズム変化を検出する。同期装置22は対象のリアル
タイム像を表示するデレビジョンモニター23のフレーム
周期、例えば40msと同期してX線源1を作動させる。
第2a図は互いに間隔Tで続き系統的リズム変化が時点
t3以後発生する一連の記録パルスt1−t5を示す。記録パ
ルス関して所定の時間の間隔遅延した時点x1−x4での同
期装置によるX線源の同期は、リズム変化の後Tの分数
からずれるTの分数でのリズム変化に先行する時点で起
こる。次の時点Tを計算することにより、また前回の記
録パルスの後Tの所定の分数で同期に作用させることに
より、上記問題が避けられる。第26図は心臓リズムで起
こる確率的リズム変化:別な収縮を示す。その場合には
別な心臓収縮は間隔Tで互いに続く2つの心臓鼓動間で
生じる。前回の記録パルスに関して予め決められた遅延
時間の後の同期は時点x2及びx3で位相外れ照射に導く。
第2c図は、変動が計算された次の記録パルスにかかる効
果を有さない場合、位相外れ照射は時点x2でのみ起こる
ことを示す。記録パルスt3を確立的変動として認識する
ことにより、時点x2での同期はそれ(記録パルスt3)を
基に抑制されうる。心臓リズムで起こる別な変動はいわ
ゆる早期心室収縮であり、ここで、一つの記録パルスは
早く起こり、次の記録パルスは予期した時点で起こる。
位相外れ照射が公知の同期手段によって時点x1及びx2
起こる場合位相外れ照射は、本発明による同期が用いら
れている時、専ら時点x1で起こる。時点x2での周期は確
率的変動として記録パルスt2の認識の後抑圧されうる。
第3図はカルマンフィルタ法に対するフローチャート
を示す。画像されるべき対象の動作リズムは確率的処理
として示され、その三次元ベクトルx(t)は処理に関
連したパラメータからなる。処理を適宜に特徴づけるx1
(tn)=tn、 x2(tn)=tn−tn及びx3(tn)=tn−2tn+t
nが見出された。処理は下記の式で示される: x(k+1)=Ax(k)+w(k) (1) ここで、バーは列ベクトルを示し大文字は行列を示す
w(K)は平均ゼロを有する確率的白処理して示され
る: E(x(k).wT(1)]=Q(k)δk,1 (2) ここで、Eは予測演算子であり、w(k)は列ベク
トルw(K)の転置ベクトルである。
式1に記述されるような一次自己回帰処理は一連の離
散測定置y(k)、すなわち、記録パルスとして観測さ
れ、これは以下の式によりシステムに関連する: y(k)=Cx(k)+v(k) (3) ここで、C=(1,0,0)及びv(K)は平均ゼロ及び
共分散行列を有する測定置を妨害する白色雑音処理であ
る: E[v(k).v(1)]=R(k)δk,1 (4) 更に、w(k)及びv(k)は非相関である。解決さ
るべき問題点は、動作リズムx(k+1)が、観測され
た記録パルスy(o)…y(k)から計算されなければ
ならないことからなる。この予測子は(k+1|k)と
して示される。ここで (k+1|k)=E[x(k+1|y(k)]は所与のy
(k)に対するx(k+1)の条件平均値である。x
(k)及びy(k)が共に正規分布を有するので、動作
リズムの統計値はこの分布の条件平均値及び分散により
完全に説明される。共通条件確率分布はカルマンフィル
タ法により反復的に与えられる。カルマンフィルタ法は
予測された次の記録パルス E[(tn+1−tn]の平均二乗誤差を最小にする。
(k+1|k)に対し、カルマンフィルタ法は,下式を
発生する: k(k+1|k)=A(k|k−1) +G(k)[y(k)−Cx(k|k−1)] (5) 又は (k+1|k)=A(k|k) (5b) そこで、G(k)は予測利得行列である。(G)kは
次式により与えられる。
G(k)=AP(k|k−1)CT[CP(k|k−1)CT +R(k)]-1 (6) カルマン利得行列K(k)は AK(k)=G(k) (6b) として定義され、 P(K+1|1k)は下記の予測平均二乗誤差行列であ
る: P(k+1|k)=(A−G(k)C)P(k|k −1)AT+Q(k) (7) 平均二乗誤差行列P(k|1k)は次式である: P(k|k)=E[((k)−x(k)) ((k)−x(k))] (8) 上記適用に対し、 とすると初期値は次の通りである: (3)=t3 (3)=t3−t2,及び (3)=t3−2t2+t1 P(3|3)に対し、初期値は次の通りである: 式(5)から、xの予測値に対し下式が得られる。
(4|3)=Ax(3|3)=3(t3−t2)+t1 式(7)からPの予測値に対し下式が得られる。
P(4|3)=AP(3|3)AT+Q(k)のようになり、修
正が下記の次の時点で求められている。
(4|4)=(4|3)+k(k)(y(4) −Cx(4|3) (9) kを用いて、カルマン利得行列は下式になる。
k(k)=P(4|3)CT(CP(4|3)CT+0.5)-1 (1
0) P(4|4)は下式により与えられる: P(4|4)=P(4|3)−KCP(4|3) (11) (9),(10)及び(11)式の計算の後、(5|4)
が(5)式等により計算されうる。
【図面の簡単な説明】
第1図はX線検査装置を実施するに適した装置のブロッ
ク図、 第2a〜2e図は一連の記録パルスを関連した同期パルスと
共に示す図、 第3図はカルマンフィルタ法による次の記録パルスに対
する計算方法のフローチャート図である。 1……X線源、3……対象、4……細部、5,6……X線
ビーム、7……X線検出器、9……テレビジョンカメラ
管、11……アナログディジタル変換器、12,13……メモ
リー、15……減算装置、16……ディジタルアナログ変換
器、17……モニター、19……バックグラウンドメモリ
ー、20……記録装置、22……同期装置、23……テレビジ
ョンモニター、t1,t2,t3,t4,t5,t6……記録パルス、x1,
x2,x3,x4,x5……時点。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−83987(JP,A) 実開 昭49−112171(JP,U)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】X線源により出射されたX線ビームによ
    り、対象を照射することによって、周期的に動く対象の
    時系列X線画像を作成するためのX線検査装置におい
    て、 前記X線検査装置は、記録装置と同期装置を有し、 前記記録装置は、X線源を作動させるための同期装置
    に、上記周期的に動く対象の動きに応じた記録パルスを
    印加し、 前記同期装置は、印加された記録パルスからこれから発
    生する記録パルスの時点を計算し、 発生した記録パルスの現実の時点と前記計算された時点
    を比較して、周期的動作における変化を検出し、 発生した記録パルスを統計的変動と認識することによ
    り、同期を抑圧して、X線源の同期を周期的動作の変化
    に適合させる ことを特徴とするX線検査装置。
  2. 【請求項2】X線源により出射されたX線ビームによ
    り、対象を照射することによって、周期的に動く対象の
    時系列X線画像を作成するためのX線検査装置におい
    て、 前記X線検査装置は、記録装置と同期装置を有し、 前記記録装置は、X線源を作動させるための同期装置
    に、上記周期的に動く対象の動きに応じた記録パルスを
    印加し、 前記同期装置は、これから発生する記録パルスを計算す
    る反復カルマンフィルタ法を含み、印加された記録パル
    スからこれから発生する記録パルスの時点を計算し、発
    生した記録パルスの現実の時点と計算された時点を比較
    して周期的動作における変化を検出し、X線源の同期を
    周期的動作の変化に適合させる ことを特徴とするX線検査装置。
  3. 【請求項3】前記同期装置は、3つの順次記録パルス
    tn、tn-1及びtn-2から計算され、tnに等しい第1の要
    素、tn−tn-1に等しい第2の要素、tn−2tn-1+tn-2
    等しい第3の要素を計算するものであって、 第1要素、第2要素及び第3要素は、カルマンフィルタ
    によって計算されるこれから発生する記録パルスの時点
    を三次元ベクトルによる時間の関数として表したときの
    各要素であることを特徴とする請求項2記載のX線検査
    装置。
  4. 【請求項4】X線源により出射されたX線ビームによ
    り、対象を照射することによって、周期的に動く対象の
    時系列X線画像を作成するためのX線露光装置における
    露光同期方法において、 前記同期方法は、 X線源を作動させるための同期装置に記録パルスを印加
    し、 印加された記録パルスからこれから発生する記録パルス
    の時点を計算し、 発生した記録パルスの現実の時点と前記計算された時点
    を比較して周期的動作における変化を検出し、 発生した記録パルスを統計的変動と認識することによ
    り、同期を抑圧して、X線源の同期を周期的動作の変化
    に適合させる ことを特徴とするX線露光装置における露光同期方法。
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