JP5217179B2 - Ｘ線断層撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、照射対象の断層面を、Ｘ線センサを用いて撮影するＸ線断層撮影装置に関するものであり、特に歯科用のＸ線断層撮影装置に関するものである。

近年、Ｘ線を用いて、外部からは肉眼で見ることのできない内部構造を見るために、従来のフィルムを用いた方法から、ＣＣＤなど、Ｘ線から変換された光を電荷に変えるデバイスを用いた方法に変わりつつある。特に歯科診断用途においてはその発展は著しく、口腔内用の小さなデバイスから、パノラマ撮影、セファロ撮影まで幅広くフィルムに置き換わってきている。さらにはＣＴ撮影へと発展を続け、従来のフィルムでは不可能であった技術が実現しつつあり、新たな有用な診断技術が広まりつつある。

そのような情勢の中、高齢になってもできるだけ豊かに過ごしたいという社会的風潮から、入れ歯ではなく、できるだけ自分の歯に近い感覚で食物を噛みたいという要望が強くなってきており、それに最も適したインプラント処置が一般の歯科医でも広く行われるようになってきている。そのためにはどの部位にインプラントを施すべきかを精確に見極めることが必要であることから、極めて精度の高い鮮明な断層画像が要求される。

通常の歯科用パノラマ装置における撮影画像は、奥行き方向の厚みすなわち断層厚は、全体を撮影する必要性があることからかなりの厚みを持っており、しかも撮影した部位によって断層厚はまちまちである。それに対してインプラント処置においては断層厚１ｍｍ程度の極めて薄い厚さでの断層撮影画像を必要としており、通常のパノラマ撮影方法とは異なる、特殊な撮影方法が必要である。

この撮影方法は従来よりフィルム撮影でも広く行われており、照射対象を挟んで常に対向するように照射装置とフィルムを配した回転アームを、照射対象を回転中心として回転させながらＸ線撮影することで断層画像が得られる。この時、振角と呼ばれる回転アームの回転角を大きくすることで、断層厚の薄い画像を得ることができる。

このような撮影方法により、フィルムをセンサに置き換えることでデジタルでのＸ線断層撮影化する技術が特許文献１などですでに示されている。

なお近年ではＣＴ装置の発展も盛んであり、ＣＴ装置を用いることで極めて容易に所望の断層画像を得ることができる。ＣＴによる撮影画像であれば一度でかなり多くの情報が得られるため診断が容易であり、撮影ミスなどの恐れも少ない。

しかしながらこのＣＴは撮影装置がかなり大型であり、設置面積を多く取ること、前述のＣＣＤなどのＸ線センサのデバイスもかなり大面積のものを要求されるために装置費用が極め高いことなどから、一般に普及するにはまだまだ時間を要する。そこで、前述したように、現在のところ、現在世界中に普及しつつあるパノラマ撮影用のデバイスを用いて断層撮影を試みる方法が実施されている。このデバイスはＣＴ用大面積のフラットパネルディテクタのような高価なデバイスに比べれば、縦長のセンサであるのでかなり安くできる。

その撮影方法の一例について図９および図１０を用いて説明する。

図９は、従来のＸ線断層撮影法におけるアームの動きを示す図を示し、図１０は従来のＸ線断層撮影法におけるアームの動き、Ｘ線センサの駆動信号およびＸ線照射のタイミングを示す。なおＸ線センサのデバイスの詳細な動作については本発明の実施の形態と同じであるので詳細は後述し、ここではアームとＸ線センサの動きの概略について簡単に説明する。

図９において、照射対象１０９は、図９に示すように横長でありこの矩形部分が撮影画像として得たい断層面である。Ｘ線照射部１１０は、具体的には図は省略するがＸ線管の照射源である。またＸ線センサ１１１は、Ｘ線の強度に反応して電気信号を発する複数の画素が格子状に配されている。そしてＸ線照射部１１０とＸ線センサ１１１は図示しないアームによって照射対象１０９を挟んで常に対向する位置に配されている。

従来例においては、照射対象１０９の断層部の始点１０９ａから終点位置１０９ｂに至るまでの間に、アームにより所定の角度だけ一方向に回転させる。

同時にアームは前述の回転の回転中心が常に撮影対象の断層面の位置になるように軌跡を保ちながら直線運動を行う。このとき、Ｘ線照射部１１０からはＸ線が連続照射され、Ｘ線センサ１１１ではアームの直線運動に合わせた速度で、電荷蓄積、電荷排出、電荷転送を高速で繰り返す。これによりセンサを動かしながら狙いとする対象部だけを撮影できるいわゆるＴＤＩ法によって所望の断層画像を得ることができる。

これについてもう図１０を用いてもう少し詳細に触れる。図１０は従来のＸ線断層撮影法におけるアームの動き、Ｘ線センサの駆動信号およびＸ線照射のタイミングを示す図である。

この図で示すように、アーム直進、アーム回転、Ｘ線照射は同じタイミングで始まり、連続して実施される。そしてその間、ＴＤＩ法によって電荷蓄積と電荷排出を高速で繰り返し、排出された電荷を画像信号として順次転送することによって所望の断層部だけがくっきりと見える断層画像が得られる。
特開平１０−２１１２００号公報

しかし、上記した従来のＸ線断層撮影装置では、Ｘ線照射中にアームの回転運動と直線運動の両方が入るため、長い照射対象に対して、照射対象の中で、照射範囲が徐々に移動しながら回転することになり、このアームの回転角がそのまま断層面の振角とはならず、本来の断層画像に比べて薄い断層厚の断層画像が得にくいこと、ＴＤＩ法を取っているためアーム進行方向の電荷足しこみがあるため画像信号が平均化されＳ／Ｎが落ちること、などの課題があった。

上記した課題を解決するために本発明におけるＸ線断層撮影装置は、Ｘ線強度に応じて複数の画素ごとに電荷を蓄積し電気信号にして順次出力するＸ線センサと、前記Ｘ線センサへの駆動信号を制御して電荷を蓄積し出力するセンサ制御回路と、前記Ｘ線センサからの電気信号を順次デジタル化し、かつ配列し直し画像再生する画像再生部と、照射対象を挟んで前記Ｘ線センサと対向する位置に配されたＸ線照射部と、前記Ｘ線センサと前記Ｘ線照射部とを保持するアームと、前記照射対象の断層面をＸ線撮影するために前記照射対象の所定の範囲を中心にして前記Ｘ線照射部からＸ線を照射させながら前記アームを所定角度回転させるアーム回転部とを備え、前記センサ制御回路は、前記アームが回転中は前記Ｘ線センサの各画素に電荷を蓄積し、回転終了後蓄積した電荷を電気信号にして順次出力する。

この構成により、照射対象の所定の範囲を中心にしてＸ線照射部からＸ線を照射させながらアームを所定角度回転させることができ、所定の範囲に対する振角を大きくすることができ、より鮮明で断層厚の薄い画像を得ることができる。

以上のように、本発明におけるＸ線断層撮影装置は、アーム回転中は、Ｘ線センサの各画素に、Ｘ線の強度に応じて発生する電荷を蓄積し、回転終了後蓄積した電荷を電気信号にして順次出力して断層撮影画像を作成し、撮影したい断層部のみが画像がくっきり現れた、より鮮明で断層厚の薄い画像を得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１から図８を用いて説明する。

図１は本発明のＸ線断層撮影装置１における装置全体を示すブロック図を示し、照射対象９に対して、Ｘ線照射部１０から照射されたＸ線２がＸ線センサ５に入射される。アーム１１は、Ｘ線照射部１０に対してＸ線センサ５とＸ線照射部１０とを対向した状態で支持している。

アーム１１はセンサー制御回路７からの駆動信号６により、アーム回転部１２ａで回転され、アーム直線移動部１２ｂで直線移動する構成である。Ｘ線センサ５内の複数の画素１で、Ｘ線２は電気信号に変換・蓄積され、画像信号として画像接合部１３に伝達され、画像に再生される。

また図２は、図１中のＸ線センサ５を示す図であり、図３はＸ線センサ５の内部の動作を示す模式図である。

図２に示すようにＸ線センサ５には画素１が格子状に配置している。また図３に示すように、Ｘ線２は、Ｘ線２を可視光に変換するシンチレータ１５を介して、電荷３として蓄積され、蓄積された電荷が排出されセンサ内で順次電荷が転送されることにより電気信号４が発生する。

まずＸ線センサ５の動作について図２および図３を用いて説明する。図２に示すようにＸ線センサ５には複数の画素１が格子状に配列されている。

そして図３に示すようにＸ線２が入射するとその強度に応じてシンチレータ１５がＸ線２を可視光に変換して可視光を発する。そしてＸ線センサ５が有する光量に応じて電荷を発生する特性により、電荷３が蓄積される。

さらに各画素１に蓄積された電荷３は電気信号４としてまず水平方向に順次転送され、端まで到達した信号は今度は垂直方向に順次転送される。そして、Ｘ線センサ５の最終出力端から画像信号としてセンサ外部へ出力される。

なおシンチレータ１５の材質はＣＳＩなどが一般的であるが、これに固執するわけではなく、他のものであっても良い。また、本実施の形態ではＸ線センサ５は可視光に変換するシンチレータ１５と光量に応じて電荷３を発生するＣＣＤデバイスを例にしているが、Ｘ線２の強度に応じてそのまま電荷量に変換する特性を持つＣｄＴｅを用いたセンサであってもよい。さらにはシンチレータ１５は、シート状であっても、画素１ごとに分離した状態で配されたものでも良い。

この時Ｘ線センサ５は、センサ制御回路７から送られる駆動信号６により電荷３蓄積、排出、転送などの動作が制御される。ここで重要な点として、センサ制御回路７は、回転終了後蓄積した電荷３を電気信号にして順次出力する点にあり、本実施の形態では、隣接する画素１から転送される電荷３を自分の画素データと足し合わせる従来のＴＤＩ法と異なり、各画素１の電荷３を独立して順次送り出すことにある。すなわち、Ｘ線センサの各画素１のデータを個々の独立したものとして各画素１で電荷３を蓄積している点が従来と大きく異なる。

次に図１を用いてこのＸ線センサ５を用いた装置全体について説明する。

前述したように、センサ制御回路７は、撮影が開始されると、Ｘ線センサ５に駆動信号６を送信し、Ｘ線センサ５の制御を行う。

またＸ線照射部１０は、Ｘ線センサ５と照射対象２を挟んで対向する位置に配され、アーム１１がＸ線センサ５とＸ線照射部１０との相対的位置を維持するように両者を保持している。

さらに、アーム回転部１２ａは、照射対象９の所定範囲を回転中心としてアーム１１を所定角度だけ回転させる機能を有する。すなわち、アーム回転部１２ａは、撮影開始と同時に、予め決められたタイミング、回転速度、回転角でアーム１１の回転を行う。

またアーム直線移動部１２ｂは、アーム１１の回転が完了したら照射対象９の断層面に平行して所定の距離だけアーム１１を直線移動させる機能を有している。アーム直線移動部１２ｂも、予め決められたタイミング、移動量でアーム１１の直線移動を行う。

そして、画像再生部８は、撮影開始後Ｘ線センサ５から送り出される画像信号１４を順次デジタル化して格子状に再配列して画像再生する機能を有している。すなわち画像再生部８は、アナログ信号であるＸ線センサ１の各画素のＸ線強度示す画像信号１４を、内蔵するＡ／Ｄコンバータ（図示せず）にてデジタル化し、さらにデジタル化した画像データをメモリ（図示せず）に保存し、予め決められた配列規則に従って画像再生できるようにしている。

また画像再生部８内に配された画像接合部１３は、画像再生部８で再生された画像データをつなぎ合わせる機能を有する。すなわち画像再生部８は、アーム回転１２ａによるアーム１１の回転と直線移動部１２ｂによるアーム１１の直線移動の繰り返し動作中に、アームの回転中に得られた個々の画像データをつなぎ合わせる機能を有する。

以上のような本実施の形態のＸ線断層撮影装置において、断層撮影を実施する時の動作について図４および図５を用いて説明する。

図４は本発明の実施の形態１におけるアームの動きを示す図であり、照射対象の断層面９を示している。

Ｘ線センサ５とＸ線照射部１０はアーム１１によって保持され、まず照射対象９の中のねらいとする所定範囲の断層面（長さ：Ｌ２）を回転中心として回転し、その後、回転終了後直線移動する。そして、アーム１１の直線移動は停止し、回転中にのみＸ線照射され、この間Ｘ線センサ５では電荷蓄積され、回転終了後にＸ線センサ５は電荷の排出が行われ、続いて、電荷転送されて画像データが構築される。

これをタイミングチャートを用いて説明する。図５は本発明の実施の形態１におけるアーム１１の動き、Ｘ線センサの駆動信号６およびＸ線照射のタイミングを示す。図５において、上述したように、Ｘ線断層撮影が開始されると先ずアーム回転とＸ線照射が開始される。この間、Ｘ線センサ５では各画素１においてＸ線強度に応じた電荷３の蓄積が行われる。

そして、アーム１１が所定の回転角（振角）だけ回転すると、アーム回転とＸ線照射が停止する。

続いてアームが照射対象の所望の断層面（長さ：Ｌ２）に平行してＸ線センサ５の横幅（長さ：Ｌ1）またはそれ以下の長さだけ直進移動する。この移動量は、後々の画像つなぎあわせに必要であるので予め数値を固定しておく。またその間Ｘ線センサ５では各画素１においてアーム１１回転中に蓄積された電荷３を排出し、続いて画像信号として電荷転送を行う。そして全画素分の画像信号１４が、図１で示すように、画像再生部８に送られる。この動作を予め決められた回数分実施する。

このように、Ｘ線照射部からＸ線を照射させながらアームを照射対象の所定の範囲を中心にしている所定角度回転させることができ、その断層面の一定の厚さ部分（撮影したい断層部）に関する画像のみが、くっきり現れ、同時に透過して入射される他の周辺部分は、常に対象が変わるのでいわゆるボケ画像になる。そして、所定の範囲に対する振角を大きくするほど、薄い断層撮影画像が得られる。

つまり、アーム回転中は、Ｘ線センサの各画素に、Ｘ線の強度に応じて発生する電荷を蓄積し、回転終了後蓄積した電荷を電気信号にして順次出力して断層撮影画像を作成し、撮影したい断層部のみが画像がくっきり現れた、より鮮明で断層厚の薄い画像を得ることができる。

ここで実際の撮影例を用いて説明する。図６は照射対象である人体の歯のモデルを示す図であり、図６中照射対象９ａで示す実線が断層撮影画像として所望する断層面である。図７は本実施の形態の装置で得られるＸ線断層撮影画像のモデルであり、図６の断層撮影画像を横方向から示示したものに相当する。

アーム１１の１回転中に得られる画像データで再生される画像は図８上側の各短冊状に示される画像のうちの１枚のような画像となる。そしてアーム１１の回転と直進を複数回繰り返すと、図８上側のような短冊状の画像が繰り返した回数分だけ得られる。画像再生部８ではこれらの画像データをメモリに保存する。

さらにこれらの短冊状の画像データを、画像接合部１３において、予め固定して決めていたアームの直線移動量を考慮して、つなぎ合わせ、所望の長さ分だけの断層画像データを再生する。

このような画像処理により、図８下側のような歯及び歯茎の所望の幅の断層撮影画像が得られる。

本発明のＸ線断層撮影装置は、薄い断層厚の鮮明な断層画像を得ることができるので歯科治療、特にインプラント手術などを実施するための診断用として極めて有用である。

本発明のＸ線断層撮影装置の装置全体を示すブロック図 本発明のＸ線断層撮影装置のＸ線センサを示す図 本発明のＸ線断層撮影装置のＸ線センサの内部の動作を示す模式図 本発明のＸ線断層撮影装置のアームの動きを示す図 本発明のＸ線断層撮影装置のアームの動き、Ｘ線センサの駆動信号およびＸ線照射のタイミングを示す図 本発明のＸ線断層撮影装置の照射対象の一例を示す図 本発明のＸ線断層撮影装置の照射対象のＸ線断層撮影図 本発明のＸ線断層撮影装置の画像接合を示す図 従来のＸ線断層撮影法におけるＸ線断層撮影装置のアームの動きを示す図 従来のＸ線断層撮影法におけるＸ線断層撮影装置のアームの動き、Ｘ線センサの駆動信号およびＸ線照射のタイミングを示す図

符号の説明

１ Ｘ線断層撮影装置
２ Ｘ線
３ 電荷
４ 電気信号
５ Ｘ線センサ
５ａ 画素
６ 駆動信号
７ センサ制御回路
８ 画像再生部
９，９ａ 照射対象
１０ Ｘ線照射部
１１ アーム
１２ａ アーム回転部
１２ｂ アーム移動部
１３ 画像接合部
１４ 画像信号
１５ シンチレータ

Claims (2)

1. Ｘ線強度に応じて複数の画素ごとに電荷を蓄積し電気信号にして順次出力するＸ線センサと、
   前記Ｘ線センサへの駆動信号を制御して電荷を蓄積し出力するセンサ制御回路と、
   前記Ｘ線センサからの電気信号を順次デジタル化し、かつ配列し直し画像再生する画像再生部と、
   照射対象を挟んで前記Ｘ線センサと対向する位置に配されたＸ線照射部と、
   記Ｘ線センサと前記Ｘ線照射部とを保持するアームと、
   前記照射対象の断層面をＸ線撮影するために前記照射対象の所定の範囲を中心にして前記Ｘ線照射部からＸ線を照射させながら前記アームを所定角度回転させるアーム回転部と、
   前記アームの回転終了に伴い前記アームを前記照射対象の断層面に平行して所定の距離を直線移動させるアーム直線移動部と、
   前記アーム回転部による前記アームの回転と前記アーム直線移動部によるアームの直線移動の繰り返しにより前記アームの回転中に取得され前記画像再生部で再生された複数の所定の範囲の画像データをつなぎ合わせる画像接合部とを備え、
   前記センサ制御回路は、前記アームが回転中は前記Ｘ線センサの各画素に電荷を蓄積し、回転終了後蓄積した電荷を電気信号にして順次出力することを特徴とするＸ線断層撮影装置。
2. 前記Ｘ線センサの複数の画素が格子状に配列され、前記画像再生部は前記Ｘ線センサからの電気信号を順次デジタル化して格子状に再配列して画像再生することを特徴とする請求項１記載のＸ線断層撮影装置。

Images