JP3740429B2 - 放射線撮影装置、放射線撮影方法、放射線画像用システム、プログラム、及びコンピュータ可読記憶媒体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は医療分野における放射線撮影装置、放射線撮影方法、放射線画像用システム、プログラム、及びコンピュータ可読記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線に代表される放射線の物質透過能力を用いて、その透過強度分布を画像化する技術は、近代医療技術発展の基本となるものである。Ｘ線発見以来、その強度分布の画像化は、Ｘ線強度分布を蛍光体により可視光に変換した後、銀塩フィルムで潜像を作り現像するという方法が取られてきた。近年、Ｘ線画像をデジタル化する際は輝尽性蛍光体を用い、Ｘ線照射による輝尽性蛍光体上の蓄積エネルギ分布としての潜像をレーザ光で励起して読み出し、デジタル画像化する、いわゆるイメージングプレートを用いる方法が一般化してきた。さらに、半導体技術の進歩により人体の大きさをカバーできる大判の固体撮像素子、いわゆるフラットパネルディテクタも開発され、潜像をつくることなく直接Ｘ線画像をデジタル化し、効率のよい診断が行えるようになって来た。
【０００３】
また一方、光電子増倍管（イメージインテンシファイア）に代表される高感度の撮像素子により微弱なＸ線による蛍光を画像化し、人体内部の動態を観察することも可能であり、一般に用いられてきている。そして、最新のフラットパネルディテクタはそのイメージインテンシファイアにも匹敵する感度を持ち、人体の広範囲における動態を撮影することが可能になってきている。
【０００４】
医療用のＸ線撮影で最も有効であるのは人体の胸部撮影である。腹部を含む胸部の広範囲を撮影すれば、肺疾患を含む多くの疾病の発見に役立つため、通常の健康診断では胸部Ｘ線撮影は不可欠なものになっている。また、近年健康診断のために撮影された膨大な量の胸部Ｘ線画像を効率よく診断するため、胸部デジタルＸ線画像に対し、計算機を用いて画像解析を行い、医師の初期診断を補助するいわゆる計算機支援診断（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ，ＣＡＤ）も実用化しつつある。
【０００５】
そして、近年、人体胸部全体を撮影できるような大きさのフラットパネルディテクタを用いて、人体の呼吸動態を観察することにより、さらに診断精度の向上を図ることができるようになりつつあり、また、その膨大な画像データを効率よく処理する動態ＣＡＤ技術も開発されつつある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の呼吸動態観察は、主に肺野部分の呼吸による動態を観察するためのものであるが、本来３次元的な人体構造を観察・把握する必要がある医療診断において、３次元的な情報を提供するためのものではない。
【０００７】
そこで、本発明は、人体胸部の呼吸動態の３次元的把握を可能にした放射線撮影装置、放射線撮影方法、放射線画像用システム、プログラム、及びコンピュータ可読記憶媒体を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための第１の発明は、呼吸状態にある人体胸部を透過した放射線を固体撮像素子により検出し、前記人体胸部の呼吸動態を撮影する放射線撮影装置において、
前記呼吸動態を、複数の異なる方向から、放射線画像データとして撮影する撮影手段と、
前記撮影手段により取得された２つの異なる方向からの前記放射線画像データを順次ステレオ表示するステレオ表示手段とを備え、
前記ステレオ表示される前記２つの異なる方向からの前記放射線画像データは、実質的に同一の呼吸位相において撮影されたことを特徴とする放射線撮影装置である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明を実施した第１の形態を模式的に示すブロック図であり、１はＸ線発生装置（Ｘ線源）を表し、図で示す破線の矢印の方向へＸ線を放射する。２は被写体である人体（患者）を示し、この場合胸部の撮影をするため背面よりＸ線を入射し胸部の画像を撮影する。３はＸ線強度分布を画像化するフラットパネルディテクタであり、受像面に画像を構成する複数の画素に対応する複数の受像素子（単に画素ともいう）がマトリックス状に配置されている。そして、このＸ線源１とフラットパネルディテクタ３とは３１で模式的に示される回転アームで接続されている。この回転アーム３１の回転により、Ｘ線源１とフラットパネルディテクタ３とは常に対向しながら、被写体２を異なる方向から撮影するように動作する。通常フラットパネルディテクタ３の画素マトリックスは１００μｍ〜２００μｍピッチの等間隔に配置さている。４は人体に放射されるＸ線量が最適なＸ線量になるようにコントロールするため、人体を透過したＸ線量をモニタするフォトタイマと呼ばれる装置であり、フラットパネルディテクタの後部もしくは前部に配置されている。フラットパネルディテクタから出力される各画素値は初期段階ではアナログ電圧信号であるため、５で示すＡ／Ｄ変換器で数値であるデジタル値に変換される。通常、少なくともこのＡ／Ｄ変換器はフラットパネルディテクタと同筐体に内蔵され、外見的にはフラットパネルディテクタから直接デジタル値（画像データ）が出力されるように認識される。６および７は画像データを一旦格納するバッファメモリであり、それぞれいわゆるダブルバッファとして働き、片側が読み込み中はもう一方は読み出しを行う構成で、読み出し処理の連続性を保つ働きをスイッチ１６を用いて行う。９は差分器であるが、あらかじめメモリ８に記憶されたＸ線を放射せずにセンサから取得された画像データ（オフセット画像）を実際の被写体の画像データから差し引く機能を有する。具体的にはスイッチ１７をＢ側に倒し、Ｘ線を放射せずに画像データをメモリ８に格納し、実際の使用時にはスイッチ１７をＡ側に倒して用いる。１０は参照テーブル（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）であり、画像データ値を値変換する機能を有する。具体的にはこの参照テーブルは入力値をその対数値に比例した値に変換するように設定される。１１のブロックは差分器であり、あらかじめ被写体を置かずに、Ｘ線のみを放射して取得され、対数値に変換された画像データをメモリ１２に格納し、当該画像データを実際の被写体の画像から差し引き、フラットパネルディテクタの画素ごとのゲインのばらつきを補正するためのものである。具体的には被写体が無い状態で放射線を放射し、スイッチ１７をＡ側、スイッチ１８をＢ側に倒して、メモリ１２へゲインばらつきを表す画像データを格納し、実際の被写体画像の場合にはスイッチ１７、スイッチ１８それぞれをＡ側に倒して用いる。１９は欠陥画素を補正する機能を有するブロックであり、２０で示すメモリにあらかじめ記憶された、使用されるフラットパネルセンサの欠陥画素について、そのデータを回りの正常な画素データから推測し、欠陥画素補正を行うためのものである。この補正には一般に周りの正常な画素データ値の平均値が用いられる。このようにして各種の補正がなされた画像は一旦画像メモリ１３に格納され、ついで１４のファイリング装置に記録される。この複数の画像データは２１で示される表示装置で読み出され、連続的に表示されて、観察者に提示される。
【００２１】
１５で示されるブロックは撮影の制御を行うコントローラ（制御機構）を表し、所定のタイミングでフラットパネルディテクタ３を駆動すると共に、Ｘ線発生装置１へＸ線パルスの放射タイミングのトリガを出力する。
【００２２】
図２は撮影順序を図示するものであり、左のＡの列は被写体である患者の動作、Ｂの列は操作者である放射線技師の動作、Ｃの列はＸ線撮影装置のモード、Ｄの列は回転アーム３１の動きを表す。最初の（Ａ１）の時点で患者は操作者の指示に従って、撮影台の前（図１の２の位置）に立つ。次の（Ｂ１）の時点で操作者は息を吸い込むように指示し、ついで（Ｂ２）の時点から息をゆっくり吐き出すように指示を出す。患者はその指示に従って息を吸い込んだ（Ａ２）後、ゆっくりと息を吐き出す（Ａ３）が、操作者は図１の撮影装置および回転アームを操作し、患者の呼吸動態を連続的に撮影する（Ｃ１）。回転アームは撮影中、所定の速度で回転する（Ｄ１）。通常一回の撮影の回転角度は±３０°くらいである。また、この撮影間隔は呼吸動作の速度にあわせて、秒あたり３画像〜１０画像程度になる。操作者は患者の様子を見ながら適当な時間（数秒）経過したあとに、今度はゆっくりと息を吸い込むように指示を出す（Ｂ３）。この時点でも、連続的なＸ線撮影は継続している。操作者は患者の様子をみながら、患者が息を吸いきった時点で、撮影終了を告げる（Ｂ４）。そして、撮影、回転アームの回転を停止する（Ｃ２，Ｄ２）。図３はこのときの状態を模式的に表すタイミングチャートであり、上段が患者の状態、中段がＸ線パルス、下段がフラットパネルディテクタ３を含むセンサシステムの動きを表す。患者が操作者の指示に従って呼気もしくは吸気を行う間、Ａで示されるＸ線パルスが発せられる。このＡのパルス幅は、規定の一定値を用いてもよく、また、図１にあるフォトタイマ４を用いて制御することも可能であり、後者の場合、フォトタイマ４で計測される総Ｘ線量（積分値）が所定の設定値になった時点で、コントローラ１５はＸ線放射停止信号をＸ線発生装置１へ送出し、Ｘ線放射を止める（パルスを停止する）。通常、ゆっくり呼吸する場合に必要な時間サンプリング間隔は秒あたり３〜１０フレーム程度であり、ここでは患者に比較的ゆっくり呼吸してもらい、秒あたり３フレーム程度の撮影を行う。
【００２３】
上述の操作により、深呼吸をゆっくりするだけの従来の健康診断とあまり変わらない動作を患者に行ってもらうことで、呼吸動態撮影が行える。
【００２４】
本実施形態の呼気・吸気の順、回数は上述のものに限られるものではない。
【００２５】
このような操作で、患者の呼吸の各位相に対応した複数の画像が得られる。
【００２６】
図４は、図１の表示装置２１での表示の様子を示したものである。ここでは、最大吸気状態から最大呼気状態を経て、最大吸気状態に再び戻るまでのＦ１〜Ｆ３２の３２枚の画像が表示される。図４の各フレーム（途中を省略してある）に添えてある模式図は、撮影時の回転アーム３１の回転により変化する被写体２とＸ線源１及びフラットパネルディテクタ３との位置関係を模式的に示している。Ｆ１では被写体の左後ろから撮影し、Ｆ１６ではほぼ正面、Ｆ３２では右後ろから撮影するような構成になる。この画像を連続して観察する観察者は、肺野の呼吸動態を観察できると同時に、撮影方向が回転する動画像を観察することにより、被写体内部の３次元構造を把握することができる。
【００２７】
本実施例では回転アーム３１を用いて、Ｘ線源１とフラットパネルディテクタ３とを同時に回転させたが、フラットパネルディテクタを固定し、撮影方向を常に被写体およびフラットパネルディテクタへ向けながらＸ線源のみを移動する構成をとることも当然可能である。
【００２８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の構成図を図５に示す。第１の実施形態と同様の構成要素には同様の符号を付し説明を省略する。図５において、３３で示されるブロックはステレオＸ線発生装置であり、図６に示されるように回転陽極に対して、２ヶ所の陰極線のターゲットを有し、離れた位置である右眼焦点、左眼焦点から交互にＸ線を放射できる。また、最終段に２２で示されるブロックは３Ｄモニタであり、具体的にはステレオ表示可能なモニタである。このモニタには各種の方式があるが、観察者の左右眼に独立した左眼用画像と右眼用画像を提示し、観察者の脳内で融像を誘起させ３次元構造を把握可能にするものであればよい。左右画像を左右眼に独立して提示する方法は、偏光特性の異なる左右レンズを備えためがねを観察者がかけ、対応した偏光による画像を表示する方法、レンチキュラ・レンズを用いて、左右画像を空間的に分離して観察者の左右眼に独立に提示する方法等がある。
【００２９】
図７はこの場合のタイミングチャートであり、上段がＸ線パルス、下段がフラットパネルセンサ３の動作である。図７のＡ１のタイミングでステレオＸ線管の右眼焦点からＸ線を発するように制御し、Ａ２のタイミングでステレオＸ線管の左眼焦点からＸ線を発するように制御する。このＡ１のパルスとＡ２のパルスの間隔Ｔ１は約５０ｍＳｅｃと比較的短く設定する。このＴ１の期間にＸ線の強度分布をフラットパネルディテクタ３に蓄積し、読み出す動作を行う。この蓄積に要する時間は３〜４ｍＳｅｃ程度で、残りの時間でフラットパネルディテクタ３からデータを読み取る。すなわちフラットパネルディテクタ３は、Ｘ線パルスが発せられている間は画像情報を蓄積し、その後画像情報を読み取る。このＡ１及びＡ２のパルス幅は、所定の一定値を用いてもよく、また、フォトタイマ４を用いて制御することも可能であり、後者の場合、フォトタイマ４で計測される総Ｘ線量（積分値）が所定の設定値になった時点で、コントローラ１５はＸ線放射停止信号をＸ線発生装置１へ送出し、Ｘ線放射を止める（パルスを停止する）。また、次のサイクルの撮影までの時間間隔Ｔ２を約３００ｍＳｅｃ程度の比較的長い時間として設定する。通常、ゆっくり呼吸する場合に必要な時間サンプリング間隔は秒あたり３〜１０フレーム程度であり、ここでは患者に比較的ゆっくり呼吸してもらい、秒あたり３フレーム程度の撮影を行う。
【００３０】
このＡ１及びＡ２のパルスの発せられる時間中にも当然肺野は運動して動いているはずであるが、ステレオビューアで観察する場合、観察者にとって左右画像の多少の動きは観察の邪魔になりにくく、十分脳内で融像可能であり、３次元構造を把握可能である。
【００３１】
したがって、このようにして撮影された左右用の２組の動画像を３Ｄモニタ２１に表示することにより、観察者は呼吸動態を観察しつつ、その３次元構造も把握できることになる。
【００３２】
本実施形態ではステレオ管球３３を用いたが、場合により、通常のＸ線管球を物理的に移動させる、もしくは、２個以上の複数のＸ線管球を用いることにより、同様の機能を実現することも可能である。
【００３３】
（第３の実施形態）
呼吸動作の呼気・吸気では同様の肺形状になるタイミングがある。したがって、呼気動作中の複数の画像と吸気動作中の複数の画像との間で対応する画像のペアが存在するように構成することができる。
【００３４】
本実施形態では、呼気の状態と吸気の状態とでそれぞれ異なる方向から撮影し、異なる方向から撮影された同一の呼吸位相の画像を３Ｄモニタ２２により観察することにより、３次元構造の把握が可能となる。
【００３５】
すなわち、図１の回転アーム３１又は図５のステレオ管球３３のいずれを用いても可能であるが、患者が呼気状態のときには左斜め後ろからＸ線撮影し、吸気状態のときには右斜め後ろから撮影する。次に、得られた複数の画像から対応する画像ペアを見出し、３Ｄモニタ２２によりステレオ表示する。このとき、対応する画像ペアを見出す方法には、画像データから肺野部分の大きさ・形状に基づいてペアを見出す方法や、画像取得時に患者の呼吸状態をベローズもしくはインピーダンス測定器等を用いてモニタし、実質的に同じ呼吸位相時に撮影を行うと共に、画像ペアを設定する方法等が考えられる。
【００３６】
また、患者に呼吸動作を２回以上行わせ、２つの呼気動作及び吸気動作の同一位相時にそれぞれ異なる方向からのＸ線撮影を行って、３Ｄモニタで観察するように構成することも可能である。
【００３７】
（他の実施形態）
本発明を、複数の装置（例えば、１以上の画像処理装置、１以上のインターフェース、１以上の放射線撮影装置、及び１以上のＸ線発生装置、等）から構成されるシステム、又は画像処理装置及び放射線撮影装置を統合した構成等のいずれにも適用可能であることは言うまでもない。
【００３８】
また、本発明の目的は、上述の実施の形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、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（ＣＰＵ又はＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【００３９】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述の実施の形態の機能を実現することとなり、当該プログラムコード、及び当該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。
【００４０】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、ＲＯＭ、フロッピー(Ｒ)ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等を用いることができる。
【００４１】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述の実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述の実施の形態の機能が実現される場合も本発明を構成することは言うまでもない。
【００４２】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された拡張機能ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニット等に備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニット等に備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述の実施の形態の機能が実現される場合も本発明を構成することは言うまでもない。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態により、呼吸動態を異なる複数の方向から撮影し、表示し、観察することにより、患者の呼吸動態を３次元的に把握することが可能になった。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、人体胸部の呼吸動態の３次元的把握を可能にした放射線撮影装置、放射線撮影方法、放射線画像用システム、プログラム、及びコンピュータ可読記憶媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ブロック図
【図２】撮影シーケンスの一例を表す図
【図３】撮影に係るタイミングチャート
【図４】表示される画像を模式的に示した図
【図５】ブロック図
【図６】ステレオＸ線管球の構造を模式的に示した図
【図７】撮影に係るタイミングチャート
【符号の説明】
３ フラットパネルディテクタ
５ コントローラ
２１ 表示装置
３１ 回転アーム

Claims (4)

1. 呼吸状態にある人体胸部を透過した放射線を固体撮像素子により検出し、前記人体胸部の呼吸動態を撮影する放射線撮影装置において、
   前記呼吸動態を、複数の異なる方向から、放射線画像データとして撮影する撮影手段と、
   前記撮影手段により取得された２つの異なる方向からの前記放射線画像データを順次ステレオ表示するステレオ表示手段とを備え、
   前記ステレオ表示される前記２つの異なる方向からの前記放射線画像データは、実質的に同一の呼吸位相において撮影されたことを特徴とする放射線撮影装置。
2. 前記撮影手段は前記呼吸状態における呼気状態と吸気状態とで異なる方向の放射線画像を取得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. 前記撮影手段は２回の呼吸にわたって撮影を行い、２つの呼気状態において実質的に同一の呼吸位相における２つの異なる方向からの放射線画像を取得し、２つの吸気状態において実質的に同一の呼吸位相における２つの異なる方向からの放射線画像を取得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. 前記呼吸状態を検出する呼吸状態検出手段を更に有し、前記呼吸状態検出手段により検出される呼吸の位相に基づいて、前記撮影手段が実質的に同一の呼吸位相において２つの異なる方向からの放射線画像を取得するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。

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