JP3763967B2

JP3763967B2 - Ｘ線装置

Info

Publication number: JP3763967B2
Application number: JP10719198A
Authority: JP
Inventors: 広則植木; 健植田; 重之池田
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1998-04-17
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2018-04-17
Also published as: JPH11299765A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線装置に関し、特に、Ｘ線透視およびＸ線撮影時におけるＸ線条件の最適化に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＸ線装置である医療用のＸ線診断装置では、Ｘ線管の管電圧、管電流およびＸ線フィルタの有無または種類等のＸ線条件は、Ｘ線条件自動制御装置によって被検体の厚さに応じて決定されていた。通常、Ｘ線管の管電流、およびＸ線フィルタの有無または種類は、Ｘ線管の管電圧に応じて一意に設定されていた。また、Ｘ線管の管電圧の設定には、通常、水層やアクリル板等の模擬被検体が用いられ、この模擬被検体のそれぞれの厚さに対して管電圧が一意に決定されるように調節されていた。
【０００３】
これに対して、特開昭６２−１５８００号公報（以下、「文献１」と記す）に記載されるＸ線診断装置では、任意の被検体に対して、その透視撮影像のコントラストノイズ比を最大化するＸ線条件の自動制御方法が記載されている。この文献１に記載のＸ線診断装置では、被検体のＸ線透視時においてＸ線検出器から出力されるビデオ信号から、被検体の平均的な厚さ、および最小・最大の厚さが計算され、前記被検体のＸ線透視または撮影像のコントラストが最大となるようにＸ線条件が自動制御されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
近年、Ｘ線診断装置を用いたＩＶＲ（Interventional Radiology、Ｘ線透視下のカテーテル手術）が盛んに行われている。このＩＶＲでは、被検者は手術という長時間にわたってＸ線を照射されているので、被検体の被曝量を低減させるためにＸ線量をできるだけ抑える必要があった。しかしながら、Ｘ線量を抑えすぎると透視画像中の量子ノイズが増加してカテーテルやガイドワイヤー等が見えにくくなるため、作業に時間がかかり逆に被曝量が増加してしまうという問題があった。この問題を解決するためには、被曝線量と画質との最適値を見つけだす必要があった。
【０００５】
しかしながら、前述するように、従来のＸ線条件自動制御装置では、Ｘ線条件の組み合わせは均一な組成を持つ模擬被検体に対して設定されており、その設定方法は医師や技術者の経験や勘によることが多かった。このために、被検者の被曝線量については、十分に考慮されていなかった。また、被検体中の注目物質（例えばカテーテル等）の見えやすさと被検体の被曝線量に対する最適化が考慮されていなかった。
【０００６】
一方、文献１に記載のＸ線診断装置では、被検体のコントラストノイズ比の最大化は被検体中の最大厚および最小厚の部分に対して行われていたので、カテーテル等の注目物質に対してコントラストノイズ比の最大化を行うことは困難であった。また、実際のＸ線透視撮影時においては、被写体の無い部分に直接Ｘ線が入射してハレーションが発生している部分や、Ｘ線を部分的に遮蔽しているために、出力信号が得られないような部分が存在し、これらの部分に最小厚および最大厚がそれぞれ設定されてしまうという問題があった。このような問題の解決には、カテーテル等の注目物質の存在する部分に常に関心領域を追従させる必要があるが、一般的にこのような作業は非常に困難であるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、どのような被写体条件においても、注目物質とその背景となる物質とのコントラストノイズ比を最大とすることが可能なＸ線装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、医師等の検者の作業効率を向上することが可能なＸ線装置を提供することにある。
【０００９】
本発明のその他の目的は、被検体の被曝線量を低減することが可能なＸ線装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
Ｘ線を発生し被検体に照射するＸ線照射手段と、前記被検体をＸ線で撮像するＸ線撮像手段と、該Ｘ線像を表示する表示手段を有し、前記被検体内に該被検体の組成物質と異なる注目物質が存在する部位のＸ線像を撮像するＸ線装置において、撮像中における前記被検体の最大被曝線量を予め設定する被曝線量設定手段と、該注目物質の特徴量が既知である場合に該最大被曝線量内で前記注目物質とその他の部分とのコントラストノイズ比を最適にするＸ線条件をＸ線照射に先立って計算するＸ線条件計算手段と、Ｘ線条件を該最適Ｘ線条件に基づいて制御するＸ線条件制御手段とを具備する。
【００１１】
前述した手段によれば、検者が被曝線量設定手段で設定した被曝線量の範囲内で、注目物質以外の部分となる被検体部分に対する注目物質のコントラストノイズ比が最適値となるように、Ｘ線条件計算手段が後述する原理の項に示す原理に基づいてＸ線条件を設定し、このＸ線条件でＸ線透視およびＸ線撮影を行うことができるので、従来のＸ線装置のように医師や技術者の経験や勘によらず、常に最適のＸ線条件でのＸ線透視およびＸ線撮影ができる。すなわち、どのような被写体条件においても、注目物質と該注目物質の周辺物質（背景物質）である被検体部分とのコントラストノイズ比を最大とすることができる。
【００１２】
また、被検体の被曝線量を考慮してＸ線条件を制御することができるので、被検体の過度な被曝や、不必要な被曝を抑え、人に優しいＸ線透視およびＸ線撮影を行うことができる。
【００１３】
（原理）
図７は本願発明における最適Ｘ線条件の算出原理を説明するための図であり、特に、図７（Ａ）は最適Ｘ線条件を計算するために用いるファントムの概念図であり、図７（Ｂ）はファントムのＸ線透過像のｘ軸方向のプロファイルを示す図である。
【００１４】
本願発明では、被検体の組織物質部分に相当するファントムにおける背景物質７００と、該被検体中に挿入した注目物質７０１となるカテーテル用のガイドワイヤー等とのコントラスト比が最も良好となるＸ線条件を最適Ｘ線条件としている。
【００１５】
図７（Ａ）に示すように、撮像領域の大部分を占めているのが、被検体の組織物質部分を単純な形状、サイズおよび組成として近似した、たとえば、水やアクリル等から構成される背景物質７００であり、該背景物質７００中に配置されるそのＸ線吸収係数が異なる小物体となるのが、たとえば、カテーテル用のガイドワイヤーや血管中に注入した造影剤等から構成される注目物質である。
【００１６】
図７（Ｂ）から明らかなように、図７（Ａ）に示すファントムのＸ線透過像の内で、注目物質７０１の延在方向と垂直をなす方向（図７（Ｂ）中のｘ軸方向）のプロファイルにおいて、Ｓ₂は背景物質７００を透過して検出された信号の強度を、Ｓ₁は注目物質７０１の部分の信号の極小値を、Ｃは背景物質７００に対する注目物質７０１のコントラスト信号Ｃ、すなわち、Ｃ＝Ｓ₂−Ｓ₁をそれぞれ示している。一般に、注目物質７０１のＸ線透過率が小さい場合であっても、背景物質７００中で散乱されるＸ線（以下、「散乱Ｘ線」と記す）の影響によって、Ｓ₁は０（ゼロ）とはならない。
【００１７】
ここで、背景物質７００の部分におけるノイズの標準偏差をＮ₁、注目物質７０１の部分におけるノイズの標準偏差をＮ₂とした場合、背景物質７００に対する注目物質７０１のコントラストノイズ比ＣＮＲは、下記の数６に示すことができる。
【００１８】
【数６】

【００１９】
信号Ｓ₁およびＳ₂がそれぞれｎ₁およびｎ₂個のＸ線フォトンの検出量に相当しているものとすると、数６は下記の数７で表現することもできる。
【００２０】
【数７】

【００２１】
ここで、管電圧を一定にしたまま管電流量のみをβ倍した場合、フォトン数が単純にβ倍されるので、このときのコントラストノイズ比ＣＮＲ’は下記の数８で得られる。
【００２２】
【数８】

【００２３】
この数８から明らかなように、管電圧を一定にしたまま管電流量のみをβ倍した場合、コントラストノイズ比はｓｑｒｔ（β）倍されることがわかる。ただし、ｓｑｒｔは平方根を表すものとする。
【００２４】
一方、管電圧を変化させた場合のコントラストノイズ比については、そのシミュレーション結果を図８に示す。特に、図８（Ａ）は同一被曝線量下における管電圧とＸ線透過像のコントラストノイズ比との関係をシミュレーションした結果の図であり、図８（Ｂ）はこのときの管電圧と管電流量（ｍＡＳ値）との関係をシミュレーションした結果の図である。ただし、図８において、背景物質７００の厚さは５ｃｍおよび１０ｃｍの場合のそれぞれについて、Ｘ線フィルタを使用しない場合と、５ｍｍ厚のアルミニウム板をＸ線フィルタとして挿入した場合とについて計算している。また、それぞれの被検体厚において、被検体のＸ線入射表面（体表面）における被曝線量が同一となるように管電流量をコントロールした。さらには、背景物質７００としては水を、注目物質７０１としてはステンレスを主成分とする標準的なガイドワイヤーを想定した。また、それぞれの被写体厚（背景物質の厚さ）における許容被曝線量を決定する際には、後述する被曝線量の設定方法に基づき、被曝線量パラメータＩ₀，αを用いた。ただし、ここでは、被写体の平均質量吸収係数μとして、水の８０［ｋｅＶ］における吸収係数を設定した。被曝線量パラメータは、Ｉ_o＝３．２９［Ｊ／（ｃｍ²）］、α＝１とした。このときの被検体厚５ｃｍ、および１０ｃｍの場合の許容被曝線量は、それぞれ１．５［μＧｙ］および３．７５［μＧｙ］である。
【００２５】
図８（Ａ）から明らかなように、同一の被曝線量において、コントラストノイズ比に最大値が存在することが明らかとなった。すなわち、被検体の被曝線量を予め設定しておき、管電圧を制御することによって、当該被曝線量におけるコントラストノイズ比を最大にする管電圧が存在することが明らかとなった。したがって、本願発明では、検者が予め設定した被曝線量に対してコントラストノイズ比が最も大きくなるＸ線条件を最適Ｘ線条件として設定することによって、被検体の被曝線量を低減する。
【００２６】
また、図８（Ｂ）から明らかなように、最適管電圧における管電流量が最適管電流量である。更に、本例においては、Ｘ線フィルタを用いた場合の方が、用いない場合よりも常にコントラストノイズ比が高いため、Ｘ線フィルタは常に使用する。したがって、たとえば、このようにして求めた最適管電圧、管電流およびフィルタの種類（ここでは有無）の値をテーブルにして格納しておき、Ｘ線透視時およびＸ線撮影時にこのテーブル値に基づいて、Ｘ線条件を設定することによって、最適Ｘ線条件におけるＸ線透視およびＸ線撮影ができるということが判明した。
【００２７】
ここで、それぞれの被写体厚において、管電流量をｋ倍（すなわち、被曝線量をｋ倍）した場合、コントラストノイズ比は数８に示すように、全体的にｓｑｒｔ（ｋ）倍されるのみである。従って、最適管電圧は被曝線量の大きさに依存しないことがわかる。すなわち、図８（Ａ）で求めた最適管電圧は全ての被曝線量に対して普遍的に成り立つ値である。
【００２８】
図８（Ａ）から明らかなように、Ｘ線フィルタを用いた場合の方が用いない場合よりもコントラストノイズ比が高いが、図８（Ｂ）から明らかなように、管電流量はＸ線フィルタを用いない場合に比べてかなり多いことがわかる。これはＸ線フィルタで吸収されるＸ線量の分だけ、管電流量を増加する必要があるからである。このような管電流量の増加は、管電流量がＸ線管の許容量内であれば可能であるが、実際には限界がある。このとき管電流量の限界値に対して、本来供給すべき管電流量の値がｋ倍であったとすると、コントラストノイズ比はＸ線管の容量限界によってｓｑｒｔ（ｋ）分の１倍されてしまい、最適管電圧の値が変化する。従って、最適Ｘ線条件を出すには、Ｘ線管の容量限界も考慮しなければならないことが分かる。
【００２９】
図９は、Ｘ線管容量を考慮した場合の最適Ｘ線条件の計算結果を示す図であり、特に、図９（Ａ）はＸ線管容量を考慮した場合における管電圧とＸ線透過像のコントラストノイズ比との関係をシミュレーションした結果の図であり、図９（Ｂ）はＸ線管容量を考慮した場合における管電圧と管電流量との関係をシミュレーションした結果の図である。ただし、ここではＸ線管の管電流量の限界を０．１３［ｍＡｓ］（４［ｍＡ］ｘ１／３０［ｓ］）に設定してある。
【００３０】
図９（Ｂ）から明らかなように、低管電圧部分では管電流量が０．１３［ｍＡｓ］で頭打ちになっているため、この領域内でコントラストノイズ比が減少する。すなわち、図９（Ａ）に示すようになる。
【００３１】
被検体厚５ｃｍの場合では、図９（Ａ）に示すように、低管電圧においてコントラストノイズ比が減少しており、図８（Ａ）の場合に比べて最適管電圧が上昇していることがわかる。また、被検体厚１０ｃｍの場合では、Ｘ線フィルタを使用するとかなりの量の管電流量が制限されるため、Ｘ線フィルタを用いない方がより高いコントラストノイズ比が得られる結果となっている。
【００３２】
これらの結果より、Ｘ線管容量を考慮した場合、被検体厚５ｃｍにおいてはＸ線フィルタを使用し、１０ｃｍにおいてはＸ線フィルタを使用しない方がよいことがわかる。このようにＸ線管容量を考慮した場合、最適Ｘ線条件の値が変化する。またＸ線管容量による制限量は被曝線量の設定に依存するため、被曝線量パラメータの設定値毎に最適Ｘ線条件となる場合のテーブルを用意する必要がある。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、発明の実施の形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。
なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００３４】
図１は、本発明の一実施の形態に係るＸ線装置の概略構成を説明するための図である。本実施の形態に係るＸ線装置は、Ｘ線管（Ｘ線照射手段）１、Ｘ線フィルタ２、Ｘ線コリメータ３、寝台天板５、Ｘ線グリッド６、Ｘ線イメージインテンシファイア（以下、「Ｘ線Ｉ．Ｉ．」と略記する）７、光学レンズ系８、テレビカメラ９、モニタ（表示手段）１０、操作卓１１、簡易操作卓１２、Ｘ線制御器１００、Ｘ線フィルタ制御器１０１、Ｘ線コリメータ制御器１０２、透視・撮影位置制御器１０３、Ｉ．Ｉ．モード制御器１０４、光学絞り制御器１０５、テレビカメラ制御器１０６、アンプ１０７、Ａ／Ｄ変換器１０８、画像処理手段１０９、透視・撮影条件演算手段（Ｘ線条件計算手段）１１０、設定条件メモリ１１１、Ｘ線条件テーブル１１２等より構成される。なお、前記各機構および各制御器は公知のものを用いる。
【００３５】
Ｘ線検出器（Ｘ線撮像手段）はＸ線Ｉ．Ｉ．７、光学レンズ系８およびテレビカメラ９からなる。また、撮影系はＸ線管１、Ｘ線フィルタ２、Ｘ線コリメータ３、Ｘ線グリッド６およびＸ線検出器からなる。被検体４は寝台天板５上に位置し、撮影体位を様々に変化できるものする。そして、被検体４の撮りたい部位をＸ線検出器の視野の中心付近に設定する。また、被検体４に照射されるＸ線量、すなわち、被検体４のＸ線入射面（体表面）の被曝線量を設定する手段は、操作卓１１あるいは簡易操作卓１２と該操作卓１１，１２から入力された被曝線量を格納する設定条件メモリ１１１とからなる。
【００３６】
図１において、Ｘ線管１とＸ線Ｉ．Ｉ．７の入力面との距離は１２０［ｃｍ］、被検体４の厚さはｔ、寝台天板５の上面とＸ線Ｉ．Ｉ．７の入力面との間の距離（以下、「エアギャップ」と記す）はＬである。ｔは被検体４の個体差あるいは体位に応じて様々に変化する。また、エアギャップＬは寝台天板５の位置の設定に従い変化する。Ｘ線Ｉ．Ｉ．７のＸ線入力面の直径は３０．４８［ｃｍ］である。（ｘ、ｙ）座標系はＸ線Ｉ．Ｉ．７の入力面上で定義され、Ｘ線Ｉ．Ｉ．７の中心を原点に持ち、体軸方向をｙ軸、ｙ軸に直交する方向をｘ軸として定める。Ｘ線グリッド６は、Ｘ線Ｉ．Ｉ．７の入力面上に固定される。テレビカメラ９は、撮像素子として高解像度ＣＣＤ素子を使用している。
【００３７】
次に、前記各部の概要を説明する。
Ｘ線制御器１００は、Ｘ線透視時における透視管電圧および透視管電流を透視・撮影条件演算手段１１０から読み出し、Ｘ線管１のＸ線発生をリアルタイム制御する。また、Ｘ線制御器１００はＸ線撮影時における撮影管電圧、撮影管電流および撮影時間を透視・撮影条件演算手段１１０から読み出し、Ｘ線管１のＸ線発生を制御する。
【００３８】
Ｘ線フィルタ制御器１０１は、Ｘ線透視・撮影時におけるＸ線フィルタ２の有無または種類を、透視・撮影条件演算手段１１０から読み出し、制御する。Ｘ線フィルタ２はＸ線管１から放射されるＸ線のエネルギー分布を変化する。
【００３９】
Ｘ線コリメータ制御器１０２は、Ｘ線透視・撮影時におけるＸ線照射野１３を設定するためのＸ線コリメータ３の位置を、透視・撮影条件演算手段１１０から読み出し、制御する。ただし、Ｘ線照射野１３はＸ線Ｉ．Ｉ．７の入力面上におけるＸ線の照射野として定義する。Ｘ線コリメータ３は、Ｘ線照射野１３をｘ軸およびｙ軸方向に変化することができる。このときの変化量はそれぞれｘ軸およびｙ軸に対して軸対称であり、ｘ軸方向およびｙ軸方向のＸ線照射野の大きさは、それぞれＡｘおよびＡｙで表現する。
【００４０】
透視・撮影位置制御器１０３は、被検体４のＸ線透視・撮影位置を制御する。透視・撮影位置の制御は、固定された寝台天板５に対して撮影系全体を移動することにより、あるいは固定された撮影系に対して寝台天板５を移動することにより、またはこれらの両方を組み合わせることにより行う。
【００４１】
Ｉ．Ｉ．モード制御器１０４は、Ｘ線透視・撮影時におけるＸ線Ｉ．Ｉ．７のＩ．Ｉ．モードを、透視・撮影条件演算手段１１０から読み出し、制御する。Ｉ．Ｉ．モードは、Ｘ線Ｉ．Ｉ．７のＸ線検出領域を規定する。Ｘ線Ｉ．Ｉ．７にはＩ．Ｉ．モードとして、７、９、１２インチモードが用意されており、Ｘ線Ｉ．Ｉ．７の入力面上において、およそそれぞれのインチ数（ただし、１インチを２．５４［ｃｍ］とする）を直径とする円の内部の領域でＸ線を検出する。
【００４２】
光学絞り制御器１０５は、Ｘ線透視・撮影時における光学レンズ系８の光学絞り面積を、それぞれ透視・撮影条件演算手段１１０から読み出し、制御する。
【００４３】
テレビカメラ制御器１０６は、Ｘ線透視・撮影時におけるテレビカメラ９の走査条件（以下、「カメラモード」と記す）を、透視・撮影条件演算手段１１０から読み出し、制御する。また、テレビカメラ９の走査のタイミングを制御する。テレビカメラ９のＸ線透視時における標準走査モードは毎秒３０フレーム、走査線数１０５０本であるが、毎秒６０フレーム、走査数５２５本による透視も可能である。テレビカメラ９のＸ線撮影時における標準走査線数は２１００本であるが、走査線数１０５０本および５２５本による撮影も可能である。
【００４４】
アンプ１０７は、Ｘ線透視・撮影時におけるテレビカメラ９の出力信号のゲインを、透視・撮影条件演算手段１１０から読み出し、制御する。
【００４５】
Ａ／Ｄ変換器１０８は、アンプ１０７によりゲイン調整されたテレビカメラ９の出力信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器１０８により変換される画像の画素数はカメラモードに従って決まる。テレビカメラ９の走査線数が５２５本の場合、Ａ／Ｄ変換器１０８は画素数５１２ピクセル四方のデジタル画像に変換する。同様に走査線数が１０５０および２１００本の場合、Ａ／Ｄ変換器１０８はそれぞれ１０２４および２０４８ピクセル四方のデジタル画像に変換する。Ａ／Ｄ変換における量子化ビット数は１２ビットであり、デジタル画像の画素値は０〜４０９５の範囲の数値として表現される。
【００４６】
画像処理手段１０９は、Ａ／Ｄ変換器１０８から出力されるデジタル画像に対して公知の画像処理を行い、この画像処理を行った後のデジタル画像をモニタ１０に表示する。
【００４７】
透視・撮影条件演算手段１１０は、たとえば、周知の情報処理装置上で動作するプログラムによって実現されており、Ａ／Ｄ変換器１０８から出力されるデジタル画像、Ｘ線条件テーブル１１２から読み出されるＸ線条件、および設定条件メモリ１１１に記録された設定条件に基づき、透視および撮影時におけるそれぞれの制御器の設定条件を計算する。なお、Ｘ線条件テーブル１１２に格納するＸ線条件および設定条件メモリ１１１に格納される本実施の形態のＸ線装置に対する設定値の詳細については、後述する。
【００４８】
次に、図２に本実施の形態のＸ線装置におけるＸ線条件の設定に使用される各パラメータを説明するための図を示し、以下、図２に基づいて、条件設定に使用される各パラメータの設定方法を説明する。ただし、図２において透視および撮影時のパラメータ値の違いを明確にするために、撮影時のパラメータにはプライム記号を付けている。
【００４９】
本実施の形態のＸ線装置では、図２に示す各パラメータすなわちＸ線管１の管電圧Ｖないし管電流量Ｑ（ただし管電流量Ｑは、Ｘ線透視時においてはＸ線管１の管電流とテレビカメラ９の１フレームの読み込み時間との積として、またＸ線撮影時においてはＸ線管１の管電流と撮影時間との積として定義する）、被検体の最大被曝線量Ｄ、Ｘ線フィルタ２の種類、Ｘ線照射野１３の大きさＡｘおよびＡｙ、エアギャップＬ、注目物質の種類、Ｘ線グリッド６の種類、Ｉ．Ｉ．モード、光学絞り面積Ω、カメラモード、およびアンプ１０７のゲインＧの値は、それぞれパラメータとして可変である。前記各パラメータの設定は、パラメータ毎に手動あるいは自動に設定される。
【００５０】
この各パラメータの内で、カメラモード、Ｉ．Ｉ．モード、Ｘ線照射野１３、最大被曝線量、Ｘ線フィルタ２の種類、Ｘ線グリッド６の種類、エアギャップ、および注目物質の種類の各パラメータは、それぞれ検者が操作卓１１あるいは簡易操作卓１２を通して手動設定されたものであり、本実施の形態においては、たとえば、周知の情報処理装置のメインメモリ上あるいは情報処理装置に接続される周知の磁気ディスク装置上に確保された領域である設定条件メモリ１１１に格納される。前記手動設定されるパラメータの内、カメラモード、Ｉ．Ｉ．モード、Ｘ線照射野１３および最大被曝線量は透視、撮影時によって異なる値が設定がされる可能性があり、その他のパラメータは透視、撮影時において共通の値が設定される。ただし、Ｘ線透視時における最大被曝線量は、単位時間当りの最大被曝線量を表すものである。また、図２に示すパラメータの内で、管電圧、管電流量、光学絞り面積、ゲインおよびＸ線フィルタの種類は、透視および撮影時においてそれぞれ後述する手順により自動設定される。
【００５１】
次に、本実施の形態に係るＸ線装置の動作を図１および図２に基づいて説明する。
【００５２】
Ｘ線透視および撮影時において、Ｘ線管１から発生されたＸ線はＸ線フィルタ２によりエネルギー分布が変化され、Ｘ線コリメータ３によりＸ線照射野１３を制限された後に被検体４を透過する。このＸ線は被検体４を透過する際にその一部が被検体４により散乱される。この散乱されたＸ線（以下、「散乱Ｘ線」と記す）はＸ線グリッド６により大部分遮断されるが、その一部は遮断されずにＸ線グリッド６を透過する。Ｘ線グリッド６を透過した散乱Ｘ線と被検体４を散乱されずに透過した直接Ｘ線とは、同時にＸ線Ｉ．Ｉ．７により検出され、光学像に変換される。この光学像は光学レンズ系８において光学絞りを用いて光量を調節され、テレビカメラ９に結像される。テレビカメラ９は光学像をビデオ信号に変換し、出力する。出力されたビデオ信号は、アンプ１０７によって信号強度を調整された後にＡ／Ｄ変換器１０８においてアナログ信号からデジタル信号へ変換される。前記デジタル信号へ変換されたビデオ信号は画像処理手段１０９によって公知の画像処理を行われた後に、モニタ１０の表示画面上に表示される。
【００５３】
このとき、Ｘ線透視時においては、Ａ／Ｄ変換器１０８から出力されるデジタル画像が透視・撮影条件演算手段１１０に入力される。透視・撮影条件演算手段１１０は、設定された最大被曝線量の制限の中で、デジタル画像の出力を最適にするＸ線管１の透視管電圧Ｖおよび管電流量Ｑ、光学絞り面積Ω、アンプ１０７のゲインＧ、およびＸ線フィルタの種類のそれぞれの値をＸ線条件テーブル１１２を参照しながら後述する手順でリアルタイムに計算して、各制御器に出力する。また透視・撮影条件演算手段１１０は、操作卓１１から入力される透視時の設定値、すなわちＸ線照射野Ａｘ，Ａｙ、Ｉ．Ｉ．モードおよびカメラモードの設定値を設定条件メモリ１１１から読み出して、それぞれＸ線コリメータ制御器１０２、Ｉ．Ｉ．モード制御器１０４およびテレビカメラ制御器１０６に出力する。各制御器では、入力された制御情報に従ってリアルタイムに各装置を制御し、制御結果はＡ／Ｄ変換器１０８から出力されるデジタル画像に反映されて、透視・撮影条件演算手段１１０にフィードバックされる。
【００５４】
検者はＸ線透視時において、被検体４の見たい部位がモニタ１０の表示画面の適正な位置にくるように、操作卓１１あるいは簡易操作卓１２を用いて位置を合わせ、位置が合った時点において操作卓１１あるいは簡易操作卓１２を用いてＸ線撮影開始の信号を発生する。Ｘ線撮影開始の信号が発生すると同時に、以下に示す手順によってＸ線撮影が行われる。
【００５５】
撮影開始の信号が発生されると、まずＸ線制御器１００はＸ線発生を停止してＸ線透視を終了する。次に、透視・撮影条件演算手段１１０は、設定された最大被曝線量の制限の中で、デジタル画像の出力を最適にするＸ線管１の撮影管電圧Ｖ’および管電流量Ｑ’、光学絞り面積Ω’、アンプ１０７のゲインＧ’、およびＸ線フィルタの種類のそれぞれの値をＸ線条件テーブル１１２を参照しながら後述する手順でリアルタイムに計算して、各制御器に伝える。また、透視・撮影条件演算手段１１０は操作卓１１から入力される撮影時の設定値、すなわちＸ線照射野Ａ’ｘ，Ａ’ｙ、Ｉ．Ｉ．モードおよびカメラモードの設定値を設定条件メモリ１１１から読み出して、それぞれＸ線コリメータ制御器１０２、Ｉ．Ｉ．モード制御器１０４およびテレビカメラ制御器１０６に出力する。各制御器では、入力された制御情報に従って各装置を制御し、全ての設定が完了すると同時にＸ線制御器１００はＸ線発生信号をＸ線管１に送り、Ｘ線撮影を行う。Ｘ線撮影像はＡ／Ｄ変換器１０８によりデジタル信号に変換された後に、図示しないフレームメモリに格納される。
【００５６】
図３は透視時におけるＸ線条件の計算手順を説明するための図であり、以下、図３に基づいて、本実施の形態のＸ線装置におけるＸ線透視時の動作を詳細に説明する。
【００５７】
まず、操作卓１１あるいは簡易操作卓１２においてＸ線透視開始ボタンがオンされると（３００）、テレビカメラ制御器１０６、Ｉ．Ｉ．モード制御器１０４、およびＸ線コリメータ制御器１０２は、それぞれの透視時における設定値を設定条件メモリ１１１から読み出して各装置を制御する（３０１）。次に透視・撮影条件演算手段１１０は、設定条件メモリ１１１から透視時設定値および透視・撮影時共通設定値を読み出し、各設定値に従って使用する、すなわち、各設定値に一致するＸ線条件テーブル１１２を選択する（３０２）。次に透視・撮影条件演算手段１１０は、Ｘ線制御器１００に対してＸ線条件の初期値を出力し、Ｘ線制御器１００はこのＸ線条件の初期値に従ってＸ線管１を制御してＸ線の照射を開始する（３０３）。なお、Ｘ線条件の初期値の例としては、たとえば、Ｘ線管１が許容する最小のＸ線量を実現するＸ線条件等が挙げられる。次に透視・撮影条件演算手段１１０は、Ｘ線照射後において計測される透視画像の信号強度が既定値よりも小さいか否かを判断し（３０４）、既定値よりも小さい場合は被写体厚を大きく見積るように設定し（３０５）、既定値よりも大きい場合は被写体厚を小さく見積るように設定する（３０６）。ただし、既定値としては、たとえば、テレビカメラ９のダイナミックレンジの１／３あるいは１／２を用いる。
【００５８】
次に、透視・撮影条件演算手段１１０は、Ｘ線条件テーブル１１２から設定された被検体厚に応じてＸ線条件テーブルを読み出し（３０７）、該読み出した値に基づいて後述する手順でＸ線条件を計算する（３１１）。このようにして計算されたＸ線条件はＸ線制御器１００、アンプ１０７、光学絞り制御器１０５、Ｘ線フィルタ制御器１０１の各制御器に送られ、各制御器は再設定されたＸ線条件に基づいて制御を行う（３０８）。ここで、透視終了の信号が入力されている場合は、直ちにＸ線の発生を遮断してＸ線透視を終了するが（３１０）、透視終了の信号が入力されていない場合は、再び透視画像の信号強度と規定値との比較の段階に戻り、Ｘ線透視時のフィードバック制御系をなす（３０９）。このように、フィードバック制御系をなすことによって、常にＸ線透視時におけるＸ線条件を最適に保つことができる。
【００５９】
このように、本実施の形態のＸ線装置では、操作卓１１あるいは簡易操作卓１２から入力された設定値に対応するＸ線条件は予めＸ線条件テーブル１１２に設定しておき、透視画像から得られた透視画像強度に基づいて、被検体厚さを推定し、この被検体厚さを変数としてＸ線条件を変化させることによって、最適のＸ線条件を求めＸ線透視を行う構成となっている。
【００６０】
次に、図４に撮影時におけるＸ線条件の計算手順を説明するための図を示し、以下、図４に基づいて、本実施の形態のＸ線装置におけるＸ線撮影時の動作を詳細に説明する。
【００６１】
まず、操作卓１１あるいは簡易操作卓１２においてＸ線撮影開始ボタンがオンされると（４００）、テレビカメラ制御器１０６、Ｉ．Ｉ．モード制御器１０４、およびＸ線コリメータ制御器１０２は、それぞれの撮影時における設定値を設定条件メモリ１１１から読み出して各装置を制御する（４０１）。次に、透視・撮影条件演算手段１１０は、設定条件メモリ１１１から撮影時設定値および透視・撮影時共通設定値を読み出し、各設定値に従って使用するＸ線条件テーブル１１２を選択する（４０２）。次に、透視・撮影条件演算手段１１０は、透視終了時の被検体厚に基づいて（４０４）、Ｘ線条件テーブル１１２からＸ線条件テーブルを読み出し（４０３）、この読み出した値に基づいて後述する手順でＸ線条件を計算する（４０５）。このようにして計算されたＸ線条件はＸ線制御器１００、アンプ１０７、光学絞り制御器１０５およびＸ線フィルタ制御器１０１の各制御器に送られ、各制御器は前記Ｘ線条件に基づいて撮影のスタンバイを行う（４０６）。最後に、撮影のスタンバイが終了した時点で直ちにＸ線撮影を行い（４０７）、Ｘ線撮影を終了する。
【００６２】
次に、図５に本実施の形態のＸ線条件テーブル１１２の構成の一例を説明するため図を示し、以下、図５に基づいて、Ｘ線条件テーブルの構成を説明する。
【００６３】
図５から明らかなように、本実施の形態のＸ線テーブル１１２は、エアギャップＬ、使用するＸ線グリッドの種類、Ｘ線照射野、被曝線量、および注目物質の種類のすべての組み合わせからなる。したがって、本実施の形態では、これらのパラメータ全ての組み合わせに対するテーブルをそれぞれ求める必要がある。これは、これらのパラメータの変化に応じて直接および散乱Ｘ線量が変化して、最適なＸ線条件が変わるためである。ただし、Ｘ線グリッドの種類は通常１種類に固定されているため、複数のグリッドに対してテーブルを用意する必要がない場合が多い。また、通常Ｘ線条件の最適値はエアギャップおよびＸ線照射野の変化に伴って大きく変化しないため、近似的にこれらのパラメータを省略してもよい。この場合、注目物質の種類および被曝線量のみがパラメータとなり、テーブル数を減少することができる。
【００６４】
まず、本実施の形態おいて、被曝線量の指定に用いる２つのパラメータＩ_oおよびαについての説明を行う。
【００６５】
今、被検体を厚さをｔ、平均質量吸収係数をμ、平均密度をＰとし、また被検体透過前後のＸ線のエネルギー強度をそれぞれＩ_I、Ｉ_oとすると、下記の数１が成り立つ。
【００６６】
【数１】

【００６７】
このとき、被検体のＸ線入力面の厚さΔｔの部分における被検体の被曝線量Ｄ’は、下記の数２で表される。
【００６８】
【数２】

【００６９】
ここで、Δｔを０に近づけると、被検体の入力表面における被曝線量Ｄは、下記の数３となる。
【００７０】
【数３】

【００７１】
この数３によれば、被検体透過後のＸ線のエネルギー強度Ｉ_oを一定に保つ場合、被曝線量Ｄは被検体厚ｔに対して指数関数的に増加することがわかる。そこで、本実施の形態では、増加量を規定するパラメータαを導入し、被曝線量の設定値Ｄ_sを下記の数４で設定することにする。
【００７２】
【数４】

【００７３】
数４において、被検体透過後のＸ線のエネルギー強度Ｉ_oも、パラメータとして設定できるようにすると、各被検体厚ｔに対して任意に被曝線量を設定できるようになる。このとき、一般的に被曝線量を抑えるためにはＩ_oを小さくすればよい。また、被検体厚ｔの増加に伴う被曝線量の増加を抑えるためにはαの値を小さくすればよい。αが１の場合Ｄ_s＝Ｄとなり、被写体厚ｔが増加しても、Ｘ線検出器に入力するＸ線のエネルギー強度Ｉ_oが一定値に保たれる。従って、透視撮影を低線量で行うにはＩ_oを小さくし、またαを１より小さく設定すればよい。一方、高画質の透視撮影像を得るためには、Ｉ_oを大きくし、αを１に近い値か、１より大きな値に設定すればよい。なお、平均質量吸収係数μおよび平均密度をＰの値は、被検体を模擬する物質として水やアクリルの値を用いる。また、平均質量吸収係数μの値は、Ｘ線エネルギー６０〜８０［ｋｅＶ］程度の値を用いる。
【００７４】
次に、本実施の形態のＸ線条件テーブル１１２で規定される各被検体厚さｔに対応する最適の管電圧Ｖ、管電流Ｑ、トータルゲインＡおよびフィルタの種類に基づいて、光学絞り面積Ωおよびアンプ１０７のゲインＡの算出手順を説明する。
【００７５】
トータルゲインＡは下記の数５で与えられることが知られている。
【００７６】
【数５】

【００７７】
ただし、Ｆ_IはＩ．Ｉ．モードにより、Ｆ_Cはカメラモードによりそれぞれ規定される係数を示す。
【００７８】
ここで、Ｆ_IおよびＦ_Cはそれぞれ操作卓１１から予め設定される値であり、既知の値である。したがって、この数５に基づいて、光学絞り面積Ωとアンプ１０７のゲインＧとが算出できる。これによって、全てのＸ線条件が決定される。
【００７９】
図６は本実施の形態の透視撮影条件演算手段における光学絞り面積とアンプのゲインとの演算手順を説明するための図であり、以下、図６に基づいて、光学絞り面積Ωとアンプ１０７のゲインＧとの演算手順を説明する。
【００８０】
まず、透視撮影条件演算手段１１０は、Ｘ線条件テーブル１１２からトータルゲインＡを読み出し、次にｋ＝Ａ／（Ｆ_I＊Ｆ_C）＝ΩＧを計算する（６００）。ここで、アンプ１０７のゲインＧを大きくするにつれてアンプのノイズが増大することが知られている。したがって、アンプ１０７によるノイズを低減させるためには、できるだけ光学絞り面積Ωを大きくして、アンプ１０７のゲインＧを小さくする必要がある。いま、Ωの最大値をΩｍａｘとした場合、Ｋ／Ωｍａｘの値が１より小さい場合には（６０１）、アンプによる増幅の必要がないので、アンプ１０７のゲインＧを１に設定でき、光学絞り面積Ωをｋに設定する（６０３）。一方、Ｋ／Ωｍａｘの値が１より大きい場合には（６０１）、アンプ１０７のゲインＧの値をできるだけ小さくする必要があるので、光学絞り面積Ωをその最大値Ωｍａｘに設定し、アンプ１０７のゲインＧをＧ＝Ｋ／Ωｍａｘとして計算することによって、最適な光学絞り面積Ωとアンプ１０７のゲインＧとが計算できる（６０２）。
【００８１】
以上説明したように、本実施の形態のＸ線装置によれば、前述した原理の項に記載する原理に基づいたＸ線条件テーブル１１２を作成し格納しておき、透視・撮影条件演算手段１１０が、まず、操作卓１１あるいは簡易操作卓１２から入力されて設定条件メモリ１１１に格納されるＸ線量（被曝線量）等の設定条件、および、直前あるいはそれ以上前に透視で得られた被検体厚さに基づいて、Ｘ線条件テーブル１１２を検索して該当するＸ線管電圧Ｖ、Ｘ線管電流量Ｑ、トータルゲインＡ並びにＸ線フィルタ２の有無およびその種類を選択する。次に、透視・撮影条件演算手段１１０は、条件設定メモリ１１１に格納されるＩ．Ｉ．モードＦ_I、カメラモードＦ_C、トータルゲインＡおよびＸ線フィルタ２の種類に基づいて、光学絞り面積Ωおよびアンプ１０７のゲインＧを決定し全てのＸ線条件を決定する。次に、透視・撮影条件演算手段１１０がこのＸ線条件を各制御器に出力し、各制御器がそれぞれをＸ線条件に制御した後に、次のＸ線透視像の撮像を行うので、検者が被曝線量設定手段となる操作卓１１あるいは簡易操作卓１２で設定条件メモリ１１１に設定したＸ線量すなわち被曝線量の範囲内で、被検体４の生体部分に相当する背景物質に対するカテーテルに相当する注目物質のコントラストノイズ比が最適値となるＸ線透視を行うことができる。したがって、従来のＸ線装置のように医師や技術者の経験や勘によらず、常に最適のＸ線条件を設定できるので、どのような被写体条件においても、注目物質の被検体部位（背景物質）に対するコントラストノイズ比を向上することができる。また、従来のＸ線装置のように医師や技術者の経験や勘によらず、常に最適のＸ線条件を設定できるので、医師や技術者等の診断効率を向上することができる。
【００８２】
また、本実施の形態のＸ線装置では、検者は操作卓１１あるいは簡易操作卓１２から被検体４の被曝線量を設定することができる、すなわち、検者は被検体４への被曝線量を考慮してＸ線条件を制御することができるので、被検体４の過度な被曝や不必要な被曝を抑えることができる。その結果として、人に優しいＸ線透視およびＸ線撮影を行うことができる。
【００８３】
さらには、本実施の形態のＸ線装置では、被検体の被曝線量を、数４に示すＸ線のエネルギー強度Ｉ_oと被曝線量の増加量を規定するパラメータαとによって指示することで、被検体中で最も被曝量の多い皮膚に対する最大被曝線量を設定することができるので、被検体の最大被曝線量をより正確に見積もることができる。
【００８４】
なお、本実施の形態においては、ＩＶＲを行う場合についてのみ説明したが、Ｘ線条件テーブル１１２に通常のＸ線透視時およびＸ線撮影時の条件を格納しておき、入力装置からの情報に基づいて、ＩＶＲ時のテーブルを使用するか、通常時のテーブルを使用するかによって、より最適なＸ線透視およびＸ線撮影を行うことができることはいうまでもない。
【００８５】
また、本実施の形態では、テレビカメラ９の出力に基づいて、Ｘ線透視時における被写体厚の設定をコントロールしていたが、光電子増倍管等の二次検出器の出力で、これを置き換えてもよいことはいうまでもない。
【００８６】
また、本発明は一般的なＸ線透視装置、Ｘ線撮影装置、立体Ｘ線撮影装置等にも適用できることはいうまでもない。
【００８７】
さらには、本発明は医療用のＸ線診断装置において、特に、その効果を得ることができることはいうまでもない。
【００８８】
また、本実施の形態のＸ線装置では、注目物質としてはカテーテルおよびそのガイドワイヤーの場合について説明したが、これに限定されることはなく、たとえば、癌細胞等のように、予めその形状、サイズおよび組成が概略で予想できる物質に対しても、注目物質としてその予測値に基づいたＸ線条件テーブル１１２を作成し格納しておくことによって、癌細胞等を注目物質に指定した場合であっても、前述の効果を得ることができることはいうまでもない。
【００８９】
さらには、本実施の形態のＸ線装置においては、背景物質として被検体４としたが、Ｘ線透視およびＸ線撮影の対象が他の物質の場合には、背景物質はその物質であることはいうまでもない。
【００９０】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００９１】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）どのような被写体条件においても、注目物質の背景に対するコントラストノイズ比を最大とすることができる。
（２）医師等の検者の作業効率を向上することができる。
（３）被検体の被曝線量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＸ線装置の概略構成を説明するための図である。
【図２】本実施の形態のＸ線装置におけるＸ線条件の設定に使用される各パラメータを説明するための図である。
【図３】透視時におけるＸ線条件の計算手順を説明するための図である。
【図４】撮影時におけるＸ線条件の計算手順を説明するための図である。
【図５】本実施の形態のＸ線条件テーブルの構成の一例を説明するため図である。
【図６】本実施の形態の透視・撮影条件演算手段における光学絞り面積とアンプのゲインとの演算手順を説明するための図である。
【図７】本願発明における最適Ｘ線条件の算出原理を説明するための図である。
【図８】管電圧を変化させた場合のコントラストノイズ比についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図９】Ｘ線管容量を考慮した場合の最適Ｘ線条件の計算結果を示す図である。
【符号の説明】
１…Ｘ線管、２…Ｘ線フィルタ、３…Ｘ線コリメータ、４…被検体、５…寝台天板、６…Ｘ線グリッド、７…Ｘ線イメージインテンシファイア、８…光学レンズ系、９…テレビカメラ、１０…モニタ、１１…操作卓、１２…簡易操作卓、１００…Ｘ線制御器、１０１…Ｘ線フィルタ制御器、１０２…Ｘ線コリメータ制御器、１０３…透視・撮影位置制御器、１０４…Ｉ．Ｉ．モード制御器、１０５…光学絞り制御器、１０６…テレビカメラ制御器、１０７…アンプ、１０８…Ａ／Ｄ変換器、１０９…画像処理手段、１１０…透視・撮影条件演算手段、１１１…設定条件メモリ１１１、１１２…Ｘ線条件テーブル、７００…背景物質、７０１…注目物質。

Claims

Ｘ線を発生し被検体に照射するＸ線照射手段と、前記被検体をＸ線で撮像するＸ線撮像手段と、該Ｘ線像を表示する表示手段とを有し、前記被検体内に該被検体の組成と異なる注目物質が存在する部位のＸ線像を撮像するＸ線装置において、
撮像中における前記被検体の厚みに応じて被曝線量を予め設定する被曝線量設定手段と、
設定された前記被曝線量内で前記注目物質とその他の部分である背景物質とのコントラストノイズ比を最大にするＸ線条件をＸ線照射に先立って計算するＸ線条件計算手段と、
Ｘ線照射条件を計算された前記Ｘ線条件に基づいて制御するＸ線条件制御手段とを具備し、
撮像中における被曝線量をＤ、前記被検体部分となる背景物質の平均質量吸収係数をμ、前記背景物質の平均密度をＰ、前記背景物質の厚さをｘ、任意に設定する２つの変数をａおよびｂとした場合に、前記被曝線量設定手段は、Ｄ＝ａμ・ｅｘｐ（ｂμＰｘ）に基づいて被曝線量を設定し、撮像を低線量で行うときはｂを１より小さい値とし、高画質の撮影像を得るときはｂを１に近い値もしくは１より大きい値とすることを特徴とするＸ線装置。
請求項１に記載のＸ線装置において、前記Ｘ線条件計算手段は、前記注目物質として予め幾つかの物質を既設定注目物質として定め、該既設定注目物質毎に最適となるＸ線条件を予め計算したものを格納する格納手段と、指定された注目物質に基づいて、前記格納手段から該当するＸ線条件を選択し設定する手段とを具備することを特徴とするＸ線装置。
請求項２に記載のＸ線装置において、前記格納手段は、前記既設定注目物質としてカテーテル用のガイドワイヤーを設定した場合のＸ線条件を格納することを特徴とするＸ線装置。
請求項２に記載のＸ線装置において、前記格納手段は、前記既設定注目物質として血管中のＸ線造影剤を設定した場合のＸ線条件を格納することを特徴とするＸ線装置。