JP5017014B2 - 放射線撮影装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮影装置による動画撮影に関するものであり、特に心臓や肺など動きに周期性のある組織の動画撮影に好適なものである。

近年、医療用のＸ線透視診断装置は、従来のアナログ撮影からデジタル画像を用いて診断を行う方式が普及してきている。これに伴い、連続的にＸ線撮影されたデジタル画像を、動画像データとしてモニタ上に表示したり、メモリやハードディス装置内に保存したりすることで、診断や治療等に利用可能としている。

一般に、このような動画撮影において被検体の胸部や腹部の撮影を行う際に、撮影された画像の精度向上を図るために被検体の呼吸や心拍に伴う臓器等の変動を考慮する必要がある。例えば、被検体表面から臓器までの深さは、呼吸による自律運動で周期的に常に変動している。従って、適切なＸ線照射量により安定した精度で臓器を撮影するためには、被検体表面から臓器までの深さを所定の値（位置）に保った状態でＸ線を照射することが極めて重要である。また、診断用画像として精度良く撮影するために、心臓や肺など臓器の撮影範囲が最も大きくなるように、例えば肺の場合、被検体が最大吸気状態のときに撮影したり、各呼吸位相で連続的に撮影したりする場合がある。この間、被検体はＸ線技師の指示により体を固定してかつ息を止める事によって所定の状態を保つことが可能である。心臓の場合も同様に、心拍に同期した各位相で連続的に撮影する必要があり、被検体の動きに応じた撮影が重要となるが、心臓を止めることはできない。

そこで、被検体の心臓や肺など動きに周期性のある組織の位相を何らかの手段で検出して、所望の位相に同期してＸ線動画撮影を行う手法が種々提案されている。

被検体の動きに応じた撮影に関する提案としては、特許文献１、特許文献２で示すように、生態的な動きに応じて動画フレームレートを可変にしたりＸ線パルスの強度を可変にしたりする手法が提案されている。

また、被検体の動き、特に位相に同期した撮影に関する提案としては、特許文献３、特許文献４、特許文献５がある。これら特許文献に示されるように、被検体の透視診断画像を解析したり、被検体の体表面の変位など外部要因を用いたりすることで、動きのある組織の周期を検出して、所望の位相に同期してＸ線動画撮影を行う手法が提案されている。
特開平５−１９２３１９号公報 特開２００４−０７３４９０号公報 特開２００３−２４５２７２号公報 特開２００５−３４２０８８号公報 特開２００６−０３４５７９号公報

しかしながら、心臓や肺など動きに周期性がある組織の動きの位相に同期したタイミングで撮影するＸ線診断装置においては、位相を検出するために透視診断用のＸ線動画像を用いる。透視診断用のＸ線動画像は、透視診断に必要な強い線量のＸ線パルスを照射して撮影される。一般的に動きの位相に同期するためには、フレームレートを高くする必要があるが、高いフレームレートで透視診断用のＸ線動画像を撮影すると、被検体の被曝量は増大してしまう。反対に被検体の被曝量を低減するためにフレームレートを低くした場合は、動きの位相に同期することが出来ないため、最適な撮影タイミングで撮影を行うことが出来ないと言う課題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、動きに周期性がある組織を、動きの位相に同期したタイミングで放射線撮影するにおいて、放射線の被曝量を抑えつつ、最適な撮影タイミングでの撮影可能とすることを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の一態様による放射線撮影装置は以下の構成を備える。すなわち、
第１の線量で放射線撮影をする第１の撮影と、前記第１の線量よりも少ない第２の線量で放射線撮影をする第２の撮影とが可能な撮影手段と、
周期的な動作をする臓器について、当該周期的な動作の一周期における複数のタイミングで前記第２の撮影を実行して複数の画像を得る実行手段と、
前記実行手段により取得された前記複数の画像から得られる前記臓器の変化量に基づいて、前記臓器の周期的な動作における一周期内の特定の位相に対応する予測されたタイミングを決定する決定手段と、
前記予測されたタイミングで前記第１の撮影を実行し、前記第２の撮影を前記予測されたタイミングの前後で実行する撮影制御手段と、
前記第１及び第２の撮影を実行することにより取得された画像に基づいて認識される前記特定の位相のタイミングと、前記予測されたタイミングとのずれを検出する検出手段と、
前記検出手段で検出されたずれに基づいて、前記予測されたタイミングを補正する補正手段と、
前記検出手段で検出されたずれの量に基づいて、前記撮影制御手段が実行する前記第２の撮影の回数を変更する変更手段と、を備える。

上記の目的を達成するための本発明の他の態様による放射線撮影装置の制御方法は、
第１の線量で放射線撮影をする第１の撮影と、前記第１の線量よりも少ない第２の線量で放射線撮影をする第２の撮影とが可能な放射線撮影装置の制御方法であって、
実行手段が、周期的な動作をする臓器について、当該周期的な動作の一周期における複数のタイミングで前記第２の撮影を実行して複数の画像を得る実行工程と、
決定手段が、前記実行工程により取得された前記複数の画像から得られる前記臓器の変化量に基づいて、前記臓器の周期的な動作における一周期内の特定の位相に対応する予測されたタイミングを決定する決定工程と、
撮影制御手段が、前記予測されたタイミングで前記第１の撮影を実行し、前記第２の撮影を前記予測されたタイミングの前後で実行する撮影制御工程と、
検出手段が、前記第１及び第２の撮影を実行することにより取得された画像に基づいて認識される前記特定の位相のタイミングと、前記予測されたタイミングとのずれを検出する検出工程と、
補正手段が、前記検出工程で検出されたずれに基づいて、前記予測されたタイミングを補正する補正工程と、
変更手段が、前記検出工程で検出されたずれの量に基づいて、前記実行工程で実行される前記第２の撮影の回数を変更する変更工程と、を備える。

本発明によれば、動きに周期性がある組織を、動きの位相に同期したタイミングで放射線撮影するにおいて、放射線の被曝量を抑えつつ、最適な撮影タイミングで撮影することが可能となる。

以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

図１は実施形態におけるＸ線透視診断装置の全体構成を表すブロック図を示す。図１に示すＸ線透視診断装置は、センサユニット１０１、Ｘ線発生装置１０４、コントローラ１０７、操作ユニット１１３を有する。

センサユニット１０１は、Ｘ線センサ１０２、センサ制御部１０３を備えている。Ｘ線センサ１０２は、Ｘ線に反応し、検出したＸ線の強度に応じた電気信号に変換・出力することが可能な固体撮像素子を具備して構成される。或いは、Ｘ線センサ１０２は、Ｘ線のエネルギーに応じた可視光を発生する蛍光体と、その可視光をその強度に応じた電気信号に変換する光電変換素子を組み合わせたユニットなどで構成されてもよい。Ｘ線センサ１０２から出力された生画像デジタルデータはコントローラ１０７に送られる。また、センサ制御部１０３では、後述の撮影制御部１１２からのタイミング指示に応じてＸ線センサ１０２のデータ出力タイミング信号を発生させる処理やセンサの出力モード設定などを含む、センサ駆動制御を行う。センサユニット１０１とコントローラ１０７の間は、データ転送用としてＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signaling）などの高速デジタルインタフェースが用いられている。またパラメータの入出力用としてＵＡＲＴなどの非同期シリアル通信が用いられている。

Ｘ線発生装置１０４は、Ｘ線管１０５およびＸ線パルス制御部１０６を備えている。Ｘ線管１０５はＸ線パルス制御部１０６からのタイミング信号に応答してパルスＸ線を曝射する。また、Ｘ線パルス制御部１０６は、後述の撮影制御部１１２からのタイミング指示や設定パラメータに応じて、設定された曝射条件でＸ線管１０５に対してＸ線曝射タイミング信号を出力する処理を行う。

コントローラ１０７は、画像処理部１０８、符号化部１０９、表示画像送信部１１０、位相検出部１１１、撮影制御部１１２を有する。Ｘ線発生装置１０４とコントローラ１０７間のパラメータの入出力用としては、非同期シリアル通信、あるいはＣＡＮ（Controller Area Network）などの低遅延型のネットワークプロトコルが用いられる。

これらＸ線発生装置１０４およびセンサユニット１０１に対して連続的にタイミング指示を送ることにより、Ｘ線透視画像の連続撮影が可能であり、例えば１秒間に３０回のタイミング指示によって、３０ｆｐｓの動画データを発生することができる。一般に、Ｘ線透視診断装置の動画データは、３０〜１００ｆｐｓのフレームレートで連続撮影することが可能である。臓器の中でも比較的動きの速い心臓の心拍であっても伸縮の繰り返しは約１秒間隔であるため、３０ｆｐｓの動画データを発生することが出来れば特に問題とならない。

画像処理部１０８では、センサユニット１０１から出力された生画像デジタルデータを受けて所定の画像処理を行う。画像処理はＸ線センサの特性に依存した補正やノイズ除去、ダイナミックレンジ改善などの画像の高画質化処理などである。また画像処理部１０８では、画像処理されたデータを位相検出部１１１へ送り、同時に、そのうち診断用に撮影された画像データ、つまり表示画像データのみを符号化部１０９へ送る処理を行う。符号化部１０９では、画像処理された表示画像データに対してロスレスの圧縮符号化処理を行い、表示画像送信部１１０へ送る。コントローラ１０７と操作ユニット１１３の間は、ギガビットイーサネットを使用したネットワークを介して接続されている。表示画像送信部１１０は、画像データのパケット化やネットワークプロトコル処理を実行し、操作ユニット１１３へネットワークを介してデータを送信する。

位相検出部１１１は、診断用の画像撮影（以下、本撮影と呼ぶ。）のためのＸ線照射タイミングと、動き検出用の補助撮影（以下、補助撮影と呼ぶ。）のためのＸ線照射タイミングを決定する。本撮影は、心臓や肺など動きに周期性のある組織に対して、所望の位相に同期したＸ線動画撮影を行う。例えば、心臓の心拍による伸縮動作で最も膨張した状態での撮影を連続して行ったり、被検体が最大吸気状態のときに肺の撮影を連続して行ったりする。また、補助撮影は本撮影の撮影タイミングを適切な位相で行うために本撮影の前後に挿入され、撮影された各画像データの動き量から位相のずれを検出して、本撮影の撮影タイミングを補正する。ここで、補助撮影で得られた画像データは、直接診断には用いられず動き検出にのみ用いられるため高精細な画像は必要とせず、使用するＸ線パルスは本撮影のＸ線パルスに比べて低線量で良い。また、本撮影のためのＸ線照射タイミングと補助撮影のためのＸ線照射タイミングは、それぞれ撮影制御部１１２に伝えられる。位相検出部１１１の動作については、後で詳細に説明する。

撮影制御部１１２は、位相検出部１１１からの各Ｘ線照射タイミングに応じて、また、操作ユニット１１３からの指示に基づいた撮影条件に従って、センサユニット１０１やＸ線発生装置１０４に対してタイミング指示やパラメータ指示を送る。

操作ユニット１１３は、表示システム１１４、表示装置１１５、コンソール１１６、蓄積装置１１７を備えており、本実施形態では、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）とこれに接続される周辺機器で構成される。表示システム１１４はＰＣ本体とその上で動作するアプリケーションソフトウエアにより実現される。表示システム１１４は、コントローラ１０７からネットワークを通じて送信された符号化撮影画像データを受信し、データの復号処理を行った後に表示装置１１５へ出力、あるいは蓄積装置１１７へ格納する処理を行う。また、コンソールからの操作に対応して、例えば撮影の開始／停止、撮影モードの設定などコントローラ１０７に対する各種指示をネットワークを通じて行う。

次に、心臓や肺など、動きに周期性のある組織の動きを説明する。以下では、特に、肺の伸縮動作について図２と図３を用いて説明する。

図２は、被検体の呼吸に伴う肺の伸縮動作を表す図である。図２において、２０１は肺が最も収縮した状態であり、２０４は肺が最も膨張した状態である。被検体が吸気を行うことで肺は２０１の状態から次第に膨張を続けて２０２と２０３の状態を経由した後に、最も膨張した状態である２０４となる。また、反対に被検体が呼気を行うことで肺は２０４の状態から次第に収縮を続けて２０５と２０６の状態を経由した後に最も収縮した状態である２０１に戻る。以上のように、被検体が呼吸を行うことで肺は２０１から２０６までの伸縮動作を順次繰り返し、常に周期的な自律動作を行う。

図３は、図２における肺の伸縮動作をグラフ化した図である。図３の横軸は、肺が最も収縮した状態から次に同じ状態（最も収縮した状態）となるまでの一周期分の伸縮動作を正規化して、０°から３６０°までの位相で表しており、縦軸は肺の大きさを表す。なお、肺の大きさの増減分は、画面上の面積（ピクセル数）に対応する。すなわち、位相０°と位相３６０°で肺は最も収縮した状態であり、これは図２の２０１の状態と同等である。また、位相１８０°で肺は最も膨張した状態であり、これは図２の２０４の状態と同等である。更に図３は肺の伸縮動作の位相と変化量の関係を表している。すなわち、図３の矢印３０２は位相１００°から位相１４０°までの肺の大きさの変化量を表しており、矢印３０２は増加方向にあることから肺が膨張状態であることが分かる。同様に、矢印３０４は位相２２０°から位相２６０°までの肺の大きさの変化量を表しており、矢印３０４は減少方向にあることから肺が収縮状態であることが分かる。また、矢印３０３は位相１６０°から位相２２０°までの肺の大きさの変化量を表しており、矢印３０３は水平方向で増加も減少もしていないことから肺が最も膨張した状態であること（或いは、肺が最も膨張した状態となるタイミングを含むこと）が分かる。以上のように、心臓や肺など動きに周期性のある組織の動きを位相と変化量の関係としてモデル化することで現在の組織の状態を判別することが可能である。

次に、図４乃至図１０を参照して、図１に示される位相検出部１１１の動作を詳細に説明する。

図４は、位相検出部１１１の全体構成を表すブロック図である。位相検出部１１１は、周期カウンタ４０１、タイミング生成部４０２、動き検出部４０３、位相比較部４０４、タイミング補正部４０５を具備する。

周期カウンタ４０１は、本撮影のためのＸ線照射タイミングと補助撮影のためのＸ線照射タイミングを生成するために、被写体の動きの一周期内を予め設定した内部タイミングでカウントするカウンタである。また、周期カウンタ４０１は、一周期が経過した後にカウンタ値をクリアして再度カウントを繰り返すので、被写体の動きが一定である限り被写体の位相とカウンタ値は一致する。周期カウンタ４０１の値は、タイミング生成部４０２に入力される。

タイミング生成部４０２は、タイミング補正部４０５の指示に基づいて周期カウンタ４０１の出力値に合わせて本撮影のためのＸ線照射タイミングと補助撮影のためのＸ線照射タイミングを生成する。タイミング補正部４０５は、本撮影画像を得る被写体の予想位相と周期カウンタ４０１の値との対応、補助撮影回数および各補助撮影画像を得る被写体の予想位相と周期カウンタ４０１の値との対応を決定し、タイミング生成部４０２に指示する。タイミング生成部４０２はタイミング補正部４０５が指示する周期カウンタ４０１の値で各Ｘ線照射タイミングを生成することで、被写体の予想位相での撮影タイミングを生成する。

動き検出部４０３は、本撮影と補助撮影で得られた画像データから被写体の動きベクトルの方向と大きさを算出する。例えば動きベクトルの算出はマクロブロック単位で行われ、それらを組み合わせることで被写体全体の動きが拡大方向であるか縮小方向であるか、あるいはその増加量または減少量が算出可能である。なお、このような動き検出のためのアルゴリズムは、従来技術として広く利用されているためここでは詳細な説明を省略する。

位相比較部４０４は、動き検出部４０３で算出された動きベクトルの方向と大きさから現在の本撮影画像を得る撮影タイミング（本撮影の予想位相）が実際の位相に対して遅れているのか進んでいるのかを判断する。例えば、動きベクトルの増減分をそれぞれ加算して０になれば位相が等しいと判断し、結果がプラスであれば予想位相が実際の位相より進んでいると判断し、反対にマイナスであれば予想位相が実際の位相より遅れていると判断する。更に、位相比較部４０４は加算した結果の大きさから撮影タイミングの補正量を算出して、タイミング補正部４０５に伝える。

タイミング補正部４０５は、位相比較部４０４の結果に基づいて本撮影画像を得る被写体の予想位相と周期カウンタ４０１の値との対応、補助撮影回数および各補助撮影画像を得る被写体の予想位相と周期カウンタ４０１の値との対応を更新する。すなわち、被写体の予想位相が実際の位相に対して遅れている場合は、現在の周期カウンタ４０１の値より早いタイミングで撮影するように各予想位相と値の対応を更新する。また、被写体の予想位相が実際の位相に対して進んでいる場合は、現在の周期カウンタ４０１の値より遅いタイミングで撮影するように各予想位相と値の対応を更新する。被写体の予想位相が実際の位相と等しい場合は各対応を更新しない。更に、タイミング補正部４０５は、位相比較部４０４からの撮影タイミングの補正量に応じて補助撮影回数を更新する。すなわち、補正量が大きければ被写体の動きに十分追従出来ていない可能性があり、精度を向上させるために補助撮影回数を増加させる。反対に補正量が小さければ被写体の動きに十分追従出来ているものとして、被曝量を低減させるために補助撮影回数を減少させる。ただし、補助撮影は少なくとも１回は行われるものとする。

図５乃至図７は、位相検出部１１１の処理の一例を示した図である。ここでは、図３で説明した肺の伸縮動作を基に説明する。すなわち、位相０°と位相３６０°で肺は最も収縮した状態であり、位相１８０°で肺は最も膨張した状態である。また、本撮影は、肺が最も膨張した状態である位相１８０°に同期して連続して行うものとする。

図５の（ａ）は、肺の予想位相と実際の位相が等しい場合を表す図である。タイミング生成部４０２は、予想位相として本撮影のためのＸ線照射タイミングを位相１８０°で生成している。また、タイミング生成部４０２は、補助撮影のためのＸ線照射タイミングを位相１００°、１４０°、２２０°、２６０°で生成している。従って、補助撮影は本撮影の位相１８０°を中心とした対象的なタイミングで実行されることになる。ここで、位相比較部４０４は、本撮影と補助撮影で得られた画像データから算出された動きベクトルを用いて肺の予想位相と実際の位相を比較する。図５の（ａ）によれば、肺の大きさの増減分はそれぞれ＋２０、＋１０、−１０、−２０であり、これらを加算すると０になる。したがって、位相比較部４０４は予想位相と実際の位相とが等しいと判断する。このため、タイミング補正部４０５は肺の予想位相と周期カウンタ４０１の値との対応を更新せず、次の周期も同じタイミングで撮影を行う。図５の（ｂ）に次の周期における撮影タイミングを示す。

図６の（ａ）は、肺の予想位相が実際の位相に対して進んでいる場合を表す図である。上述の様にタイミング生成部４０２は、予想位相として本撮影のためのＸ線照射タイミングを位相１８０°で生成し、補助撮影のためのＸ線照射タイミングを位相１００°、１４０°、２２０°、２６０°でそれぞれ生成している。位相比較部４０４は、本撮影と補助撮影で得られた画像データから算出された動きベクトルを用いて肺の予想位相と実際の位相を比較する。図６の（ａ）によれば、肺の大きさの増減分はそれぞれ＋２０、＋２０、±０、−２０であり、これらを加算すると＋２０になるので、位相比較部４０４は予想位相が実際の位相より進んでいると判断する。このため、タイミング補正部４０５は肺の予想位相と周期カウンタ４０１の値との対応を、現在の周期カウンタ４０１の値より遅いタイミングで撮影するように更新し、次の周期では現在より遅いタイミングで各撮影が行われるようにする。図６の（ｂ）に、図６の（ａ）に示した周期の次の周期における撮影タイミングを示す。図６の（ｂ）によれば、肺の予想位相が図６の（ａ）の周期カウンタの値に対して２０サイクル加算されており、各Ｘ線照射タイミングが前の周期の撮影に対して遅れて生成されており、実際の位相に追従している様子が示されている。

図７の（ａ）は、肺の予想位相が実際の位相に対して遅れている場合を表す図である。上述したように、タイミング生成部４０２は、予想位相として本撮影のためのＸ線照射タイミングを位相１８０°で生成し、補助撮影のためのＸ線照射タイミングを位相１００°、１４０°、２２０°、２６０°でそれぞれ生成している。上述したように、位相比較部４０４は、本撮影と補助撮影で得られた画像データから算出された動きベクトルを用いて肺の予想位相と実際の位相を比較する。図７の（ａ）によれば、肺の大きさの増減分はそれぞれ＋２０、±０、−２０、−２０であり、これらを加算すると−２０になるので、位相比較部４０４は予想位相が実際の位相より遅れていると判断する。このため、タイミング補正部４０５は肺の予想位相と周期カウンタ４０１の値との対応を現在の周期カウンタ４０１の値より早いタイミングで撮影するように更新し、次の周期では現在より早いタイミングで各撮影が行われるようにする。図７の（ｂ）に、図７の（ａ）に示した周期の次の周期における撮影タイミングを示す。図７の（ｂ）によれば、肺の予想位相が図７の（ａ）の周期カウンタの値に対して２０サイクル減算されて、各Ｘ線照射タイミングが前の周期の撮影に対して進んで生成されており、実際の位相に追従している様子が示されている。

以上を繰り返すことで、本撮影は肺が最も膨張した状態である位相１８０°に同期して連続して本撮影が行われ、画像撮影中に肺の動きに変動があった場合でも即座に撮影タイミングを補正して肺の動きに追従させることが可能である。

また、図８乃至図１０は、位相検出部１１１の別の処理例を示した図である。ここでも、同様に図３で説明した肺の伸縮動作を基に説明する。すなわち、位相０°と位相３６０°で肺は最も収縮した状態であり、位相１８０°で肺は最も膨張した状態である。また、本撮影は、肺が最も膨張した状態である位相１８０°に同期して連続して行われるものとする。

図８の（ａ）は、肺の予想位相と実際の位相が等しい場合を表す図である。タイミング生成部４０２は、予想位相として本撮影のためのＸ線照射タイミングを位相１８０°で生成している。また、補助撮影のためのＸ線照射タイミングを位相１４０°、２２０°で生成している。従って、補助撮影のためのＸ線照射タイミングは、本撮影の位相１８０°を中心とした対象的なタイミングでそれぞれ実行される。位相比較部４０４は、本撮影と補助撮影で得られた画像データから算出された動きベクトルを用いて肺の予想位相と実際の位相を比較する。図８の（ａ）によれば、肺の大きさの増減分はそれぞれ＋１０、−１０であり、これらを加算すると０になるため、位相比較部４０４は予想位相と実際の位相は等しいと判断する。このため、タイミング補正部４０５は肺の予想位相と周期カウンタ４０１の値との対応を更新せず、次の周期も同じタイミングで撮影を行う。図８の（ｂ）に、図８の（ａ）に示した周期の次の周期における撮影タイミングを示す。

図９の（ａ）は、肺の予想位相が実際の位相に対して大幅に進んでいる場合を表す図である。タイミング生成部４０２は、予想位相として本撮影のためのＸ線照射タイミングを位相１８０°で生成し、補助撮影のためのＸ線照射タイミングを位相１４０°、２２０°でそれぞれ生成している。位相比較部４０４は、本撮影と補助撮影で得られた画像データから算出された動きベクトルを用いて肺の予想位相と実際の位相を比較する。図９の（ａ）によれば、肺の大きさの増減分はそれぞれ＋２５、＋１０であり、これらを加算して＋３５になるため、位相比較部４０４は予想位相が実際の位相より進んでいると判断する。また、位相比較部４０４は、加算した値と予め定めた値（本実施形態では２５とする）とを比較する。図８の（ａ）の例では、加算した値が予め定めた値より大きいため、位相比較部４０４は、肺の予想位相が実際の位相に対して大幅に進んでいると判断する。この場合、タイミング補正部４０５は肺の予想位相と周期カウンタ４０１の値との対応を現在の周期カウンタ４０１の値より遅いタイミングで撮影可能な値に更新すると同時に補助撮影の回数を増やす。

図９の（ｂ）に、図９の（ａ）に示す周期の次の周期における撮影タイミングを示す。図９の（ｂ）によれば、肺の予想位相が図９の（ａ）の周期カウンタの値に対して２０サイクル加算されて各Ｘ線照射タイミングが前の周期の撮影に対して遅れて生成されていることが示されている。更に、補助撮影のためのＸ線照射タイミングを位相１００°、１４０°、２２０°、２６０°として、位相検出のための精度を向上させている。なお、変更された補助撮影のためのＸ線照射タイミングも、本撮影の位相１８０°を中心とした対象的なタイミングとなっている。

図１０の（ａ）は、肺の予想位相が実際の位相に対して大幅に遅れている場合を表す図である。上記と同様にタイミング生成部４０２は、予想位相として本撮影のためのＸ線照射タイミングを位相１８０°で生成しており、補助撮影のためのＸ線照射タイミングを位相１４０°、２２０°でそれぞれ生成している。ここで、位相比較部４０４は、本撮影と補助撮影で得られた画像データから算出された動きベクトルを用いて肺の予想位相と実際の位相を比較する。図１０の（ａ）によれば、肺の大きさの増減分はそれぞれ−１０、−２５であり、これらを加算して−３５になるため、位相比較部４０４は予想位相が実際の位相より遅れていると判断する。また、位相比較部４０４は、加算した値と予め定めた値（本実施形態では−２５とする）とを比較する。図１０の（ａ）の例では、加算した値が予め定めた値より小さいため肺の予想位相が実際の位相に対して大幅に遅れていると判断する。このとき、タイミング補正部４０５は肺の予想位相と周期カウンタ４０１の値との対応を現在の周期カウンタ４０１の値より早いタイミングで撮影可能な値に更新すると同時に補助撮影回数を増やす。

図１０の（ｂ）に、図１０の（ａ）に示す周期の次の周期における撮影タイミングを示す。図１０の（ｂ）において、肺の予想位相が図１０の（ａ）の周期カウンタの値に対して２０サイクル減算されて、各Ｘ線照射タイミングが前の周期の撮影に対して進んで生成されている。更に、図１０の（ｂ）において、補助撮影のためのＸ線照射タイミングが位相１００°、１４０°、２２０°、２６０°のタイミングでそれぞれ生成されている。このように、補助撮影の回数を増やすことで位相検出のための精度を向上させている。なお、変更された補助撮影のためのＸ線照射タイミングも、本撮影の位相１８０°を中心とした対象的なタイミングとなっている。

なお、図９の（ｂ）や図１０の（ｂ）の状態において、肺の大きさの増減分を加算した結果が予め定められた値より小さくなった場合は、補助撮影の回数を減らすようにする。例えば、肺の大きさの増減分の絶対値が２５未満になった場合は、補助撮影のタイミングを位相１４０°と２２０°のタイミング（図９、図１０の（ａ）の状態）に戻す。また、上記の説明では、杯の大きさの増減分の加算結果に応じて変化させる補助撮影の回数を「２回」と「４回」の２段階としたが、これに限られるものではない。例えば、補助撮影の回数を「２回」、「４回」、「６回」の３段階としてもよい。また、この際、補助撮影の間隔を変更してもよい（例えば、本撮影を中心とした位相４０°毎の補助撮影から、本撮影を中心とした位相３５°毎の補助撮影に変更する）。更に、上記の例では、臓器の最も膨張した状態、或いは最も収縮した状態を特定の位相とし、この特定の位相に対応したタイミングでの撮影を行うように制御しているが、特定の位相はこれに限られるものではない。臓器の膨張から収縮、或いは収縮から膨張の任意の位相を特定の位相とすることも可能である。この場合、臓器の大きさの増減分の加算値が０以外の特定の値となったときに、予想位相と実際の位相とが一致すると判断されることになる。

以上を繰り返すことで、本撮影は肺が最も膨張した状態である位相１８０°に同期して連続して行われることになる。また、画像撮影中に肺の動きに大幅な変動があった場合でも、補助撮影回数を増やすことにより位相検出精度を向上させているので、撮影タイミングを補正して肺の動きに追従することが可能である。また、補助撮影回数を増やすことで被写体の動きに十分追従出来れば、撮影タイミングの補正量は減少するため、改めて補助撮影回数を減らすことで被検体への被曝量を最小限にとどめることが可能である。

以上説明した処理について、図１１のフローチャートを参照して更に説明する。まず、ステップＳ１１０１において、コントローラ１０７は、補助撮影を実行することにより周期的に動く臓器の周期を検出する。撮影された画像から臓器の動作の周期を検出する方法は、周知であるので説明を省略する（特許文献３、特許文献４を参照）。周期カウンタ４０１は、検出された周期を３６０等分して得られた各位相のタイミングで周期カウンタ４０１のカウント値を１つずつ増加する。この結果、臓器の動作の周期に同期して、０〜３６０（＝０）がカウントされることになる。このカウント値が、周期中における予測された各位相（０°〜３６０°）に対応することになる。そして、ステップＳ１１０２において、本撮影を実施すべき位相を設定する。図５〜図７の例では、本撮影を実施すべき特定の位相として１８０°が設定されている。また、本撮影の前後に補助撮影を実施すべき位相が設定される。図５〜図７の例では４０°の間隔で前後に２回ずつ補助撮影を行うので、補助撮影の位相として１００°、１４０°、２２０°、２６０°が設定されている。

ステップＳ１１０３において、コントローラ１０７は、上記設定された位相で本撮影と補助撮影を実行する。すなわち、タイミング生成部４０２は、周期カウンタ４０１の値が１８０のときに本撮影を実行し、周期カウンタ４０１の値が１００，１４０，２２０，２６０のときに補助撮影を実行するよう、各タイミング信号を撮影制御部１１２に送る。撮影制御部１１２は、タイミング生成部４０２からのタイミング信号に応じてＸ線発生装置１０４とセンサユニット１０１を制御する。これにより、位相が１８０°であると予測されたタイミングで第１の線量で放射線撮影をする第１の撮影としての本撮影が実行される。また、位相が１００°、１４０°、２２０°、２６０°となる予測されたタイミングで、第１の線量よりも少ない第２の線量で放射線撮影をする第２の撮影としての補助撮影が実行される。ステップＳ１１０３では、周期的な動作をする撮影対象の臓器について特定の位相に対応する予測されたタイミングで本撮影が行われ、予測されたタイミングの前後で所定回数の補助撮影が行われることになる。このステップＳ１１０３における本撮影が繰り返し実行されることで、同位相における複数のＸ線画像が取得される。

次に、ステップＳ１１０４において、動き検出部４０３と位相比較部４０４は、本撮影と補助撮影で得られた複数のＸ線画像から認識される位相のタイミングと、予測された位相のタイミングとのずれを検出する。上記実施形態では、臓器の大きさの増減分の加算値が、ずれ量として算出される。そして、ステップＳ１１０５において、タイミング補正部４０５は、位相比較部４０４で検出されたずれの大きさ（増減分の加算値の大きさ）に基づいてタイミングの補正が必要か否かを判断する。上述の実施形態では、臓器の大きさの増減分の加算値と所定値との比較により、補正の要否が判断される。撮影タイミングに関して補正が不要であれば、ステップＳ１１０３へ戻り、現在設定されているタイミングでの撮影が繰り返される。

ステップＳ１１０５で撮影タイミングの補正が必要と判定された場合は、ステップＳ１１０６に進む。ステップＳ１１０６おいて、タイミング補正部４０５は、検出されたずれの大きさに基づいてタイミングの補正量を決定する。そして、ステップＳ１１０７において、タイミング補正部４０５は、上記本撮影及び補助撮影のための、位相１００°、１４０°、１８０°、２２０°、２６０°に対する予測されたタイミングに対応するカウント値を補正する。本実施形態では、予測された位相が遅れているか進んでいるかに応じて、各位相に対応する予測されたタイミングのカウント値を＋２０または−２０する（図６、図７を参照)。

なお、上記実施形態では、本撮影及び補助撮影を実行して取得された画像間における臓器の大きさの増減量が検出され、検出された増減量の和が所定の値（上記実施形態では０）になるように予測されたタイミングが補正される。

また、ステップＳ１１０７において、更に、ステップＳ１１０６で検出されたずれの大きさに基づいて、補助撮影の回数や補助撮影の間隔を変更するようにしてもよい。また、ずれの大きさに基づいて本撮影のタイミングの変更量を変えてもよい。例えば、ずれ量の絶対値が３０以上ならば本撮影のタイミングの変更量を±２０とし、ずれ量の絶対値が２５以上〜３０未満ならば本撮影の変更量を±１５とするという制御が考えられる。

以上のように、上記実施形態によれば、医療用のＸ線透視診断装置において、Ｘ線被曝量を抑えながら手術や診断を行うに十分な品位のＸ線撮影を行うことができる。また、上記実施形態によれば、位相を検出するために透視診断用のＸ線動画像より低い線量のＸ線パルスを照射して撮影した補助撮影画像を用いるため、フレームレートが高い場合であっても被検体の被曝量を最小限に抑えることが可能である。また、被検体の被曝量を低減するためにフレームレートを低くした場合でも、動きの変動に応じて撮影タイミングを補正して位相に同期することが出来る。このため、常に最適な撮影タイミングで撮影を行うことが可能である。

［他の実施形態］
以上、実施形態を詳述したが、本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラムもしくは記憶媒体等としての実施態様をとることが可能である。具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、また、一つの機器からなる装置に適用しても良い。

尚、本発明は、ソフトウェアのプログラムをシステム或いは装置に直接或いは遠隔から供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータが該供給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前述した実施形態の機能が達成される場合を含む。この場合、供給されるプログラムは実施形態で図に示したフローチャートに対応したコンピュータプログラムである。

従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。

その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等の形態であっても良い。

コンピュータプログラムを供給するためのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体としては以下が挙げられる。例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ）などである。

その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、該ホームページから本発明のコンピュータプログラムをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることが挙げられる。この場合、ダウンロードされるプログラムは、圧縮され自動インストール機能を含むファイルであってもよい。また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明に含まれるものである。

また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布するという形態をとることもできる。この場合、所定の条件をクリアしたユーザに、インターネットを介してホームページから暗号を解く鍵情報をダウンロードさせ、その鍵情報を使用して暗号化されたプログラムを実行し、プログラムをコンピュータにインストールさせるようにもできる。

また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどとの協働で実施形態の機能が実現されてもよい。この場合、ＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される。

さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれて前述の実施形態の機能の一部或いは全てが実現されてもよい。この場合、機能拡張ボードや機能拡張ユニットにプログラムが書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行なう。

実施形態によるＸ線透視診断装置の構成例を表すブロック図である。 肺の伸縮動作を説明する図である。 図３に示した肺の伸縮動作をグラフ化した図である。 実施形態による位相検出部１１１の構成例を表すブロック図である。 実施形態の位相検出部の、肺の予想位相が実際の位相と等しい場合の動作を説明する図である。 実施形態の位相検出部の、肺の予想位相が実際の位相より進んでいる場合の動作を説明する図である。 実施形態の位相検出部の、肺の予想位相が実際の位相より遅れている場合の動作を説明する図である。 実施形態の位相検出部の、肺の予想位相が実際の位相と等しい場合の別の動作例を表す図である。 実施形態の位相検出部の、肺の予想位相が実際の位相より進んでいる場合の別の動作例を表す図である。 実施形態の位相検出部の、肺の予想位相が実際の位相より遅れている場合の別の動作例を表す図である。 実施形態による撮影処理を説明するフローチャートである。

Claims (6)

1. 第１の線量で放射線撮影をする第１の撮影と、前記第１の線量よりも少ない第２の線量で放射線撮影をする第２の撮影とが可能な撮影手段と、
   周期的な動作をする臓器について、当該周期的な動作の一周期における複数のタイミングで前記第２の撮影を実行して複数の画像を得る実行手段と、
   前記実行手段により取得された前記複数の画像から得られる前記臓器の変化量に基づいて、前記臓器の周期的な動作における一周期内の特定の位相に対応する予測されたタイミングを決定する決定手段と、
   前記予測されたタイミングで前記第１の撮影を実行し、前記第２の撮影を前記予測されたタイミングの前後で実行する撮影制御手段と、
   前記第１及び第２の撮影を実行することにより取得された画像に基づいて認識される前記特定の位相のタイミングと、前記予測されたタイミングとのずれを検出する検出手段と、
   前記検出手段で検出されたずれに基づいて、前記予測されたタイミングを補正する補正手段と、
   変更手段が、前記検出手段で検出されたずれの量に基づいて、前記撮影制御手段が実行する前記第２の撮影の回数を変更する変更手段と、を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
2. 前記検出手段は、前記第１及び第２の撮影を実行することにより取得された画像間における前記臓器の大きさの増減量を検出し、
   前記補正手段は、前記検出手段で検出された増減量の和が所定の値になるように前記予測されたタイミングを補正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. 第１の線量で放射線撮影をする第１の撮影と、前記第１の線量よりも少ない第２の線量で放射線撮影をする第２の撮影とが可能な放射線撮影装置の制御方法であって、
   実行手段が、周期的な動作をする臓器について、当該周期的な動作の一周期における複数のタイミングで前記第２の撮影を実行して複数の画像を得る実行工程と、
   決定手段が、前記実行工程により取得された前記複数の画像から得られる前記臓器の変化量に基づいて、前記臓器の周期的な動作における一周期内の特定の位相に対応する予測されたタイミングを決定する決定工程と、
   撮影制御手段が、前記予測されたタイミングで前記第１の撮影を実行し、前記第２の撮影を前記予測されたタイミングの前後で実行する撮影制御工程と、
   検出手段が、前記第１及び第２の撮影を実行することにより取得された画像に基づいて認識される前記特定の位相のタイミングと、前記予測されたタイミングとのずれを検出する検出工程と、
   補正手段が、前記検出工程で検出されたずれに基づいて、前記予測されたタイミングを補正する補正工程と、
   変更手段が、前記検出工程で検出されたずれの量に基づいて、前記実行工程で実行される前記第２の撮影の回数を変更する変更工程と、を備えることを特徴とする放射線撮影装置の制御方法。
4. 前記検出工程では、前記第１及び第２の撮影を実行することにより取得された画像間における前記臓器の大きさの増減量を検出し、
   前記補正工程では、前記検出工程で検出された増減量の和が所定の値になるように前記予測されたタイミングを補正することを特徴とする請求項３に記載の放射線撮影装置の制御方法。
5. 請求項３または４に記載された放射線撮影装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
6. 請求項５に記載されたコンピュータプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

Images