JP4996231B2 - X線撮影装置およびx線撮影方法 - Google Patents

X線撮影装置およびx線撮影方法 Download PDF

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Description

この発明は、X線撮影装置およびX線撮影方法に関し、特に、X線の照射野の設定に関するものである。
X線診断装置では、患者(被検体)を不要な被曝から守るために、X線照射野の境界とX線検出器の対応する境界とのずれは、X線管の焦点からX線検出器までの距離(SID)の3%を超えてはいけないなどのX線防護規格が定められている(例えば、非特許文献1参照。)。
このため、X線診断装置には、例えば、オートコリメーション機能など、不要な被曝が発生しないようにする機能が備えられている。ここで、オートコリメーション機能とは、図12に示すように、X線検出器70がX線管30から遠ざかると、X線絞り装置40の羽根を自動的に絞り込むことによって照射野を狭くする機能である。
JIS規格Z4701
しかしながら、オートコリメーション機能では、X線検出器70の受光領域でない不要なX線は防護はできるが、照射野内の関心領域以外のX線(例えば照射野の端の部分)を防護することはできないため、関心領域以外のX線の照射を制限するには、術者がマニュアル操作にてX線絞り装置40を絞り込む必要がある。
したがって、術者が患者へのアプローチを容易にするために、図13に示すように、患者Pの頭尾方向を軸として天板50が回転する天板ローリングをX線を照射しながら行うと、患者Pの関心部位から外れた部位にX線が照射され、不要な被曝が発生するという問題がある。
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、X線を照射しながら天板50をローリングした場合に、不要な被曝の発生を防ぐことができるX線撮影装置およびX線撮影方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、発明は、天板上の被検体にX線を照射して該被検体を透過したX線を検出し、検出したX線に基づいて画像データを生成するX線撮影装置であって、所定の軸に対して天板を回転させる天板回転手段と、前記天板回転手段により天板が回転した際に被検体へのX線の照射範囲が変化しないように制御する天板回転連動照射野制御手段と、を備えたことを特徴とする。
また、発明は、天板上の被検体にX線を照射して該被検体を透過したX線を検出し、検出したX線に基づいて画像データを生成するX線撮影装置によるX線撮影方法であって、所定の軸に対して天板を回転させる天板回転ステップと、前記天板回転ステップにより天板が回転した際に被検体へのX線の照射範囲が変化しないように制御する天板回転連動照射野制御ステップと、を含んだことを特徴とする。
発明によれば、不要な被曝の発生を防ぐことができるという効果を奏する。
以下に添付図面を参照して、この発明に係るX線撮影装置およびX線撮影方法の好適な実施例を詳細に説明する。
まず、本実施例1に係る天板ローリング連動照射野制御の概念について説明する。図1は、本実施例1に係る天板ローリング連動照射野制御の概念を説明するための説明図である。同図に示すように、本実施例1に係る天板ローリング連動照射野制御では、天板50がローリングすると、X線絞り装置40を自動的に絞り込むことによって、関心領域以外にX線が照射することを防ぐ。
すなわち、天板ローリング連動照射野制御を行わない場合には、図1(a)に示すローリング前の画像と比較すると、図1(b)に示すローリング後の画像では、患者Pの広い範囲にX線が照射されて関心領域以外の領域が映し出される。これに対して、本実施例1に係る天板ローリング連動照射野制御を行う場合には、図1(c)に示すローリング後の画像では、関心領域だけが映し出される。
このように、天板50のローリングに連動して照射野を狭めることによって、患者Pを不要な被曝から守るとともに、照射野内に被写体のない領域が発生してハレーションを起こす可能性をなくすことができる。
次に、本実施例1に係るX線診断装置の構成について説明する。図2は、本実施例1に係るX線診断装置の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、このX線診断装置100は、X線制御部10と、高電圧発生器20と、X線管30と、X線絞り装置40と、天板50と、Cアーム60と、X線検出器70と、Cアーム回転・移動機構110と、天板移動機構120と、Cアーム・天板機構制御部130と、絞り制御部140と、システム制御部150と、操作部160とを有する。
X線制御部10は、高電圧発生器20による高電圧の発生を制御することによってX線の発生を制御する制御部であり、高電圧発生器20は、X線の発生に必要な高電圧をX線管30に供給する装置である。X線管30は、患者Pに照射するX線を高電圧発生器20から供給される高電圧を用いて発生する装置であり、X線絞り装置40は、X線管30が発生したX線を遮蔽する装置である。天板50は、患者Pが横たわる板であり、Cアーム60は、X線管30、X線絞り装置40、X線検出器70などを指示するアームである。X線検出器70は、患者Pを透過したX線を検出する装置である。
Cアーム回転・移動機構110は、Cアーム60を回転させたり移動させたりする機構であり、天板移動機構120は、天板50を回転させたり移動させたりする機構である。Cアーム・天板機構制御部130は、Cアーム回転・移動機構110および天板移動機構120を制御してCアーム60および天板50を回転・移動する制御部であり、絞り制御部140は、X線絞り装置40の絞り羽根の開度を制御してX線の照射範囲を制御する制御部である。
システム制御部150は、操作部160からの指示に基づいてX線制御部10、Cアーム・天板機構制御部130、絞り制御部140などに指示することによってX線診断装置100全体を制御する制御部であり、天板50のローリングに連動して絞り制御部140に対して絞り羽根の開度を指定する絞り開度指定部151を有する。操作部160は、術者からの指示を受け付けてシステム制御部150に術者の指示を伝えるコンソールである。
次に、天板50のローリングに連動したX線絞り装置40の絞り制御について説明する。図3は、天板50のローリングに連動したX線絞り装置40の絞り制御を説明するための説明図である。同図(a)は、関心領域(照射野)の中心とローリング回転の中心が一致している場合を示し、同図(b)は、関心領域の中心とローリング回転の中心が一致していない場合を示す。
同図(a)に示すように、関心領域の中心とローリング回転の中心が一致している場合には、天板ローリング前の照射野Rおよび天板ローリング角度β1ならびに天板ローリング後の天板ローリング角度β2を用いて天板ローリング後の照射野R’はR’=R×cos(β2−β1)となる。したがって、絞り開度指定部151は、R、β1およびβ2からR’を計算し、照射野がR’となるように絞り羽根の開度を計算して、絞り制御部140に対して計算した絞り羽根の開度を指定する。
一方、関心領域の中心とローリング回転の中心が一致していない場合には、同図(b)に示すように、ローリング回転の中心から照射野の境界までの距離をr1およびr2とすると、R’=r1×cos(β2−β1)+r2×cos(β2−β1)となる。したがって、絞り開度指定部151は、r1、r2、β1およびβ2からR’を計算する。
このように、絞り開度指定部151が、R’および照射野がR’となるような絞り羽根の開度を計算し、絞り制御部140に対して計算した絞り羽根の開度を指定することによって、天板50のローリングに連動して絞り羽根の開度を制御し、患者Pの照射範囲をローリング前後で一致させることができる。
次に、天板50のローリングに連動したX線絞り装置40の絞り制御の処理手順について説明する。図4は、天板50のローリングに連動したX線絞り装置40の絞り制御の処理手順を示すフローチャートである。なお、ここでは、絞り開度指定部151は、ローリング前の天板ローリング角度β1、ローリング前の照射野Rならびにローリング回転の中心から照射野の境界までの距離r1およびr2を記憶しているものとする。
図4に示すように、この絞り制御の処理では、絞り開度指定部151が、ローリング後の天板ローリング角度β2をCアーム・天板機構制御部130から取得する(ステップS11)。なお、Cアーム・天板機構制御部130は、角度センサを備え、角度センサを用いて天板ローリング角度を測定する。
そして、絞り開度指定部151は、取得した天板ローリング角度β2および記憶したローリング前の天板ローリング角度β1からβ2−β1を計算し(ステップS12)、関心領域の中心とローリング回転の中心が一致している場合には、ローリング後の照射野R’=R×cos(β2−β1)をローリング前の照射野Rおよびcos(β2−β1)を用いて計算し、関心領域の中心とローリング回転の中心が一致していない場合には、ローリング後の照射野R’=r1×cos(β2−β1)+r2×cos(β2−β1)をr1、r2およびcos(β2−β1)を用いて計算する(ステップS13)。
そして、絞り開度指定部151は、照射野がR’となるように絞り羽根の開度を計算して、計算した絞り羽根の開度を絞り制御部140に対して指定し、絞り制御部140が、照射野がR’となるように絞り羽根の開度を制御する(ステップS14)。
上述してきたように、本実施例1では、絞り開度指定部151が、照射野がR’となるような絞り羽根の開度を計算して絞り制御部140に対して絞り羽根の開度を指定し、絞り制御部140が、照射野がR’となるように絞り羽根の開度を制御することとしたので、天板ローリングの際にX線が関心領域以外に照射することを防ぐことができる。
ところで、上記実施例1では、患者Pへのアプローチのため天板ローリングが行われるケースなどを想定し、天板ローリングと連動してX線絞り装置40を制御する場合について説明したが、天板ローリングを行った際に術者は関心領域をローリング前と同じ方向(角度)から見たい場合もある。そこで、本実施例2では、天板ローリングと連動してCアーム60の位置決めを行うことによって、天板ローリングの前後でX線が照射する領域および方向を同一に保つX線診断装置について説明する。
まず、本実施例2に係る天板ローリング連動照射野制御の概念について説明する。図5は、本実施例2に係る天板ローリング連動照射野制御の概念を説明するための説明図である。同図に示すように、本実施例2に係る天板ローリング連動照射野制御では、天板50がローリングすると、X線管30を天板50と同様に回転させる。
このように、本実施例2に係る天板ローリング連動照射野制御では、X線管30を天板50と同様に回転させることによって、関心領域以外にX線が照射することを防ぐとともに、術者は関心領域をローリング前と同じ方向から見ることができる。
次に、本実施例2に係るX線診断装置の構成について説明する。図6は、本実施例2に係るX線診断装置の構成を示す機能ブロック図である。なお、ここでは説明の便宜上、図2に示した各部と同様の役割を果たす機能部については同一符号を付すこととしてその詳細な説明を省略する。
図6に示すように、このX線診断装置200は、図2に示したX線診断装置100と比較すると、システム制御部150の代わりにシステム制御部250を有する。システム制御部250は、システム制御部150と同様に、操作部160からの指示に基づいてX線制御部10、Cアーム・天板機構制御部130、絞り制御部140などに指示することによってX線診断装置200全体を制御する制御部であるが、絞り開度指定部151の代わりにアーム位置指定部251を有する。
アーム位置指定部251は、天板50がローリングした際にローリング前後で患者Pに対してX線を照射する領域が変化しないようにCアーム・天板機構制御部130に対してCアーム60の位置を指定する処理部である。Cアーム・天板機構制御部130は、アーム位置指定部251により指定された位置にCアーム60を位置するように制御する。
図7は、天板50のローリングに連動したCアーム60の位置決めを説明するための説明図である。同図(a)は、関心領域の中心とローリング軸が一致している場合を示し、同図(b)は、関心領域の中心とローリング軸が一致していない場合を示す。
同図(a)に示すように、関心領域の中心とローリング軸が一致している場合には、アーム位置指定部251は、天板50のローリング角度と同じ角度だけX線管30およびX線検出器70が回転するようにCアーム60の位置決めを行う。なお、このCアーム60の位置決めの詳細については後述する。
一方、関心領域の中心とローリング軸が一致していない場合には、同図(b)に示すように、単に天板50のローリング角度と同じ角度だけX線管30およびX線検出器70を回転させる、すなわち、臨床角度だけをローリング前とあわせると、関心部位が照射野からずれてしまう。
そこで、アーム位置指定部251は、同図(c)に示すように、Cアーム60の長手横手位置をあわせて照射野と関心領域の位置ずれを解消するように位置決めを行う。ただし、このようにCアーム60の位置決めを行うとX線管30の焦点から関心部位までの距離、関心部位からX線検出器70までの距離が変わるため、関心部位と照射野の広さにずれが発生する。そこで、アーム位置指定部251は、さらに、関心領域と照射野の広さが一致するようにSIDを調整する。
なお、ここでは、術者の患者へのアプローチを重視して、天板50はローリング動作のみで、ずれの補正はCアーム60によって行っているが、ずれの補正を天板50とCアーム60が連携して行うようにすることもできる。例えば、天板50の高さを変動させて問題ない場合には、天板ローリングに連動して天板50の高さを変化させることによって、X線管30の焦点から関心部位までの距離、関心部位から検出器までの距離を一定に保つようにすることもできる。
次に、天板50のローリング角度と同じ角度だけX線管30およびX線検出器70が回転するようなCアーム60の位置決めについて図8および図9を用いて説明する。図8は、Cアーム60の斜視図である。X線診断装置では、通常、図8の矢印「A」の方向(この角度をγ角度0度とする)から患者Pの頭部を侵入させ、γ方向の角度を固定し、α、β方向にそれぞれ回転させることにより図9(a)に示すような患者Pに対する軌道1を得ていた。即ち、α方向に回転させることにより患者PのCRA、CAUの方向に移動可能であり、β方向に回転させることによりLAO、RAOの方向に移動が可能である。
しかしながら、実際には臨床時の周辺機器との干渉上の問題や、臨床上の必要性の問題から常に図8に示した矢印「A」の方向から患者Pを撮影するとは限らず、斜めの方向(γ角度が0でない方向)から撮影する場合がある。このような場合においては患者Pの撮影方向が図9(a)の場合と異なるので例えば図9(b)の符号2に示す如くの軌道となってしまう。つまり、α方向の回転、β方向の回転をそれぞれ単独に制御するだけでは図9(a)に示したLAO、RAO、CAU、CRAの方向の軌道を得ることができない。
そこで、図9(c)に示すように、患者の「頭側」、「左手側」を決め、ξ(+)をCRA、ξ(−)をCAU、η(+)をLAO、η(−)をRAOと決める。すると、天板50をローリング角度β1からβ2へローリングすると、関心部位が、LAO/RAO方向に(β2−β1)だけ回転したことになるので、アーム位置指定部251は、アーム角度を(LAO/RAO η1+(β2−β1),CRA/CAU ξ1)に位置決めする。ここで、(LAO/RAO η1,CRA/CAU ξ1)はローリング前の臨床角度である。なお、LAO/RAO,CRA/CAUの臨床角度にアームを位置決めする制御については、特開平8−84723号公報に記載されている。
次に、天板50のローリングに連動したCアーム60の位置決め制御の処理手順について説明する。図10は、天板50のローリングに連動したCアーム60の位置決め制御の処理手順を示すフローチャートである。なお、ここでは、アーム位置指定部251は、ローリング前の臨床角度(LAO/RAO η1,CRA/CAU ξ1)および天板ローリング角度β1を記憶しているものとする。
図10に示すように、この位置決め制御の処理では、アーム位置指定部251が、ローリング後の天板ローリング角度β2をCアーム・天板機構制御部130から取得する(ステップS21)。
そして、アーム位置指定部251は、記憶した臨床角度(LAO/RAO η1,CRA/CAU ξ1)および天板ローリング角度β1ならびに取得したβ2を用いてアーム角度を(LAO/RAO η1+(β2−β1),CRA/CAU ξ1)に位置決めするようにCアーム・天板機構制御部130に指示し、Cアーム・天板機構制御部130は、アーム角度を(LAO/RAO η1+(β2−β1),CRA/CAU ξ1)に位置決めするように制御する(ステップS22)。
また、アーム位置指定部251は、Cアーム60の長手横手位置を、関心部位に位置決めするようにCアーム・天板機構制御部130に指示するとともに、関心領域と照射野の広さが一致するようにSIDを連動させて制御するようにCアーム・天板機構制御部130に指示する。そして、Cアーム・天板機構制御部130が、アーム位置指定部251の指示に従ってCアーム60の位置決めを制御するとともに、SIDを連動して制御する(ステップS23)。
上述してきたように、本実施例2では、アーム位置指定部251が、天板ローリングの前後でX線が照射する領域および方向を同一に保つように、天板50のローリングに連動してCアーム60の位置決めを行い、Cアーム・天板機構制御部130がアーム位置指定部251の指示に従ってCアーム60の位置決めを制御することとしたので、天板ローリングの際にX線が関心領域以外に照射することを防ぐことができる。
なお、本実施例1および2では、Cアーム60を備えるX線診断装置100および200について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばΩアームなど他のアームを備えるX線診断装置あるいはCアーム60に加えて他のアームを備えるX線診断装置にも同様に適用することができる。
また、本実施例1では、システム制御部150の絞り開度指定部151が天板50のローリングに対応させてX線絞り装置40の絞り開度を指定し、本実施例2では、システム制御部250のアーム位置指定部251が天板50のローリングに対応させてCアーム60の位置を指定する場合について説明したが、システム制御部が絞り開度指定部151およびアーム位置指定部251を備え、術者がどちらの機能を動作させるかを指定できるようにすることもできる。あるいは、絞り開度指定部151の機能を絞り制御部140が備え、アーム位置指定部251の機能をCアーム・天板機構制御部130が備えるようにすることもできる。
また、本実施例1および2では、天板50のローリング動作に連動させて照射野を制御する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図11に示すように、寝台の支柱部を軸として天板が正傾(頭が上、足が下に傾いた状態)/逆傾(頭が下、足が上に傾いた状態)に動作する天板起倒動作に連動させて照射野を制御する場合にも同様に適用することができる。なお、天板起倒動作は、CO2造影等の手技において行われる動作である。
また、本実施例1および2では、X線診断装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、天板上の被検体にX線を照射して撮影するX線撮影装置に対して同様に適用することができる。
以上のように、本発明に係るX線撮影装置およびX線撮影方法は、天板がローリングする場合に有用であり、特に、不必要なX線の被曝をできるだけ抑える必要がある場合に適している。
本実施例1に係る天板ローリング連動照射野制御の概念を説明するための説明図である。 本実施例1に係るX線診断装置の構成を示す機能ブロック図である。 天板のローリングに連動したX線絞り装置の絞り制御を説明するための説明図である。 天板のローリングに連動したX線絞り装置の絞り制御の処理手順を示すフローチャートである。 本実施例2に係る天板ローリング連動照射野制御の概念を説明するための説明図である。 本実施例2に係るX線診断装置の構成を示す機能ブロック図である。 天板のローリングに連動したCアームの位置決めを説明するための説明図である。 Cアームの斜視図である。 Cアームの位置決めを説明するための説明図である。 天板のローリングに連動したCアームの位置決め制御の処理手順を示すフローチャートである。 天板起倒動作を示す図である。 オートコリメーション機能を説明するための説明図である。 天板ローリング動作を示す図である。
符号の説明
1,2 軌道
10 X線制御部
20 高電圧発生器
30 X線管
40 X線絞り装置
50 天板
60 Cアーム
70 X線検出器
100,200 X線診断装置
110 Cアーム回転・移動機構
120 天板移動機構
130 Cアーム・天板機構制御部
140 絞り制御部
150,250 システム制御部
151 絞り開度指定部
160 操作部
251 アーム位置指定部

Claims (7)

  1. 天板上の被検体にX線を照射して該被検体を透過したX線を検出し、検出したX線に基づいて画像データを生成するX線撮影装置であって、
    所定の軸に対して天板を回転させる天板回転手段と、
    前記天板回転手段により天板が回転することで関心領域の照射野が変化し、X線の照射野が該関心領域の照射野以外の領域まで広がる場合に、変化した関心領域の照射野に該X線の照射野が合うように、X線絞り装置の絞り開度を制御する天板回転連動照射野制御手段と、
    を備えたことを特徴とするX線撮影装置。
  2. 前記天板回転手段は、被検体の上下方向を軸として天板を回転させることを特徴とする請求項1に記載のX線撮影装置。
  3. 前記天板回転手段は、被検体の左右方向を軸として天板を回転させることを特徴とする請求項1に記載のX線撮影装置。
  4. 前記天板回転連動照射野制御手段は、関心領域の中心と天板の回転の中心とが一致しない場合、回転の中心から前記関心領域の照射野の境界までの距離、回転前の角度、および回転後の角度に基づいて、前記絞り開度を制御することを特徴とする請求項1、2または3に記載のX線撮影装置。
  5. 天板上の被検体にX線を照射して該被検体を透過したX線を検出し、検出したX線に基づいて画像データを生成するX線撮影装置であって、
    所定の軸に対して天板を回転させる天板回転手段と、
    関心領域の中心と天板の回転軸とが一致しない場合、前記天板回転手段により天板が回転した際に被検体へのX線の照射範囲が変化しないように、X線管が取り付けられたアームの長手横手位置をあわせて関心領域の照射野X線の照射野との位置決めを行うとともに、関心領域の照射野の広さとX線の照射野の広さとが一致するようにX線管−X線検出器間距離を連動して制御する天板回転連動照射野制御手段と、
    を備えたことを特徴とするX線撮影装置。
  6. 天板上の被検体にX線を照射して該被検体を透過したX線を検出し、検出したX線に基づいて画像データを生成するX線撮影装置によるX線撮影方法であって、
    所定の軸に対して天板を回転させる天板回転ステップと、
    前記天板回転ステップにより天板が回転することで関心領域の照射野が変化し、X線の照射野が該関心領域の照射野以外の領域まで広がる場合に、変化した関心領域の照射野に該X線の照射野が合うように、X線絞り装置の絞り開度を制御する天板回転連動照射野制御ステップと、
    を含んだことを特徴とするX線撮影方法。
  7. 天板上の被検体にX線を照射して該被検体を透過したX線を検出し、検出したX線に基づいて画像データを生成するX線撮影装置によるX線撮影方法であって、
    所定の軸に対して天板を回転させる天板回転ステップと、
    関心領域の中心と天板の回転軸とが一致しない場合、前記天板回転ステップにより天板が回転した際に被検体へのX線の照射範囲が変化しないように、X線管が取り付けられたアームの長手横手位置をあわせて関心領域の照射野X線の照射野との位置決めを行うとともに、関心領域の照射野の広さとX線の照射野の広さとが一致するようにX線管−X線検出器間距離を連動して制御する天板回転連動照射野制御ステップと、
    を含んだことを特徴とするX線撮影方法。
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