JP5220995B2 - Ｘ線照射装置及びｘ線照射時間制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線を被検体に照射（曝射、放射）して撮像し、撮像して得られたＸ線画像を診断に用いるためのＸ線照射装置及びそのＸ線照射制御方法に関する。特に、Ｘ線管を含むその駆動系の応答時間の照射時間における影響を考慮し、実照射時間が本来の所望の照射時間になるように制御する技術に係る。

Ｘ線照射装置は、被検体にＸ線を照射して、その被検体からの透過Ｘ線をＸ線検出部により検出し、検出したデータを基にその画像処理手段により被検体内部の構造を画像化して、表示手段により可視できる構成を有する。そのとき、Ｘ線の照射量を、不要な量をできるだけ減らして必要なＸ線画像を得るようにして照射している。

しかし、一般に、Ｘ線照射装置は、Ｘ線管のフィラメント（カソード）をフィラメント電源で熱するとともに、高電圧電源によりＸ線管のアノードとフィラメント（カソード）間に高電圧を印加して駆動している。その高電圧の供給にあたっては、高電圧ケーブルが用いられことが多い（特許文献１）。このため、高電圧ケーブルに見込まれる浮遊容量、さらにＸ線管、高電圧電源の回路構成を含めて構成された駆動系は立ち上がり、立ち下がりにおいて応答特性を有するので、照射開始信号もしくは照射終了信号を受けてＸ線管を照射させたとき、Ｘ線管に実際の照射は、所定の立ち上がり時間もしくは所定の立ち下がり時間（以下、駆動系の「応答時間」と言う。）を経過して、Ｘ線照射を開始し、もしくは終了する。

一方、照射時間は、被検体が被曝することを考慮すれば、できるだけ短時間が望ましいが、照射の目的である撮像、或いは観察に適切な時間（以下、纏めて「撮像時間」と言うことがある。）を確保する必要がある。

上記の例では、所望の照射時間Ｔを設定しても、上記のように駆動系の応答時間により実照射時間とのズレが生じて、設定した照射時間通りの照射をすることが困難であった。そのため、撮像する時間が適切に確保できないという問題があった。

そこで、従来は、設計者が種々の照射条件下における所望の照射時間と実際の実照射時間とのズレ量を測定して、各条件に対する補正値を定めて照射をする構成としていた。そして適切な撮像時間を確保するようにしていた。

特開２００１−４６３６３号公報

しかしながら、各種の条件下で、測定して補正値を決めていたのでは、非常に多くの時間がかかっていた。また、各Ｘ線照射装置のバラツキ迄は、対応が困難であったが、必要な場合は、微調整を行うようにしていた。

本発明は、上記問題を解決するために、撮像のための照射開始以前に、Ｘ線管を駆動する駆動系の応答特性を知って、その応答特性を基に、設定された所望の照射時間と実照射時間とを合わせる技術を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、Ｘ線管と、制御信号に応答して前記Ｘ線管の管電圧を駆動してＸ線を照射させる駆動手段とを備えたＸ線照射装置において、所望の照射時間を入力するための操作手段と、前記駆動手段によって駆動されたときの前記Ｘ線管の管電圧又は管電流に対応した信号を受けて、その受けた信号の大きさと参照電圧とを比較して、前記駆動手段による前記管電圧の立ち上がり及び立ち下がりの応答時間を含む実照射時間を測定して取得する時間測定手段と、測定した前記実照射時間を基に前記所望の照射時間を補正し、前記補正された照射時間、照射させる制御信号を送る補正手段とを備えた。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、所望の管電流値が入力可能にされ、前記駆動手段は、前記Ｘ線管の管電流を検出して入力された前記所望の管電流値との差を演算し、該差が無くなるように前記Ｘ線管の管電流を制御する管電流制御手段を備えた。

請求項３に記載の発明は、所望の照射時間を操作手段により入力される入力段階と、Ｘ線管を有する駆動手段に対して、前記所望の照射時間、照射するよう前記Ｘ線管の管電圧を駆動してＸ線を照射させる試照射段階と、前記駆動手段によって駆動されたときの前記Ｘ線管の管電圧又は管電流に対応した信号を受けて、その受けた信号の大きさと参照電圧とを比較して、前記駆動手段によって駆動されたときの立ち上がり及び立ち下がりの応答時間を測定する時間測定段階と、測定した前記応答時間を基に前記所望の照射時間を補正手段により補正し、前記補正された照射時間、照射させる制御信号を前記駆動手段に送る実照射段階とを備えた。

本発明の構成によれば、設定された所望の照射時間と実照射時間とを合わせることができる。特に間欠照射するような場合は、予定の通りの照射時間で照射させることができる。さらには、適切な撮像時間を確保できる。また、測定して照射時間を補正するので管電圧等の条件によらず所望の照射時間、照射できる。またバラツキも含めて測定するので、バラツキを吸収して補正できる。

本発明に係るＸ線照射装置及びその照射制御方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の機能構成を示す図である。図２は、図１の実施形態における時間補正部２０の変形例を示す図である。図３は、他の実施形態の機能構成を示す図である。図４は、図１及び図３の駆動手段４０の機能構成を示す図である。図５は、図１の実施形態におけるタイミングを説明するために模式的に表した図である。図６は、図３の他の実施形態における補正について説明するための図である。

図１を基に実施形態を説明する。なお、図１では、背景技術で説明したような、透過Ｘ線を検出するＸ線検出部、画像として再構成するための画像データを生成する画像処理部、及びがその画像データに基づく画像を表示する表示手段等を備えているが、省略している。

図１において、Ｘ線管５０はアノード５１とフィラメント５２（カソード）との間に駆動手段４０から高電圧、例えば７５ＫＶを高電圧用のケーブル４６を通して印加される。

駆動手段４０は、所定の照射時間照射することを指示する時間制御信号を受けて、その照射時間だけスイッチＳｐをオンにしてＸ線管５０に高電圧を印加させる。一方、駆動手段４０は、操作者が所望する管電圧、及び管電流に対応した管電圧生制御信号及び管電流制御信号を受けて、それらの制御信号に沿ってＸ線管５０に印加する高電圧、及び流す管電流を調整する。分圧手段４１は、後記する時間測定手段２１で実照射時間を測定するのに用いるために、高電圧を低電圧に落として、例えば、ｍ＝１／１０に分圧して取り出すための手段である。

駆動手段４０の詳細例を図４に示す。高電圧電源部４２は、管電圧制御信号に応じた高電圧を生成し、時間制御信号のタイミングでＸ線管５０に印加する。管電流検出手段４３はＸ線管５０に高電圧が印加されてアノード５１に流れる管電流を検出する。管電流制御手段４４は、その検出した管電流と所望の管電流を表す管電流制御信号と比較して、管電流が管電流制御信号より小さい場合は大きなフィラメント電流が流れるように、管電流が管電流制御信号より大きい場合は小さなフィラメント電流が流れるように、フィラメント電源部４５を制御する。フィラメント電源部４５は、パルス生成部４５ａにより管電流制御手段４４からの制御にしたがったパルス幅のパルスを生成し、トランス４５ｂを介してフィラメント５２の電流を制御する。フィラメント５２をトランス４５ｂでパルス駆動するのは、高電圧から分離して駆動するためである。結果として、管電流制御手段４４は、管電流制御信号と管電流が一致するようにフィードバック制御する。

図１に戻って、ユーザインタフェース１０は、操作手段１１及び表示手段１２を備え、所望の管電圧、所望の管電流、及び所望の照射時間（照射の開始時期、及び照射の終了時期を含む）を入力設定可能にされている。

操作手段１１で入力された管電圧情報及び管電流情報は、照射制御部３０により駆動手段４０とのインタフェースの合った管電圧制御信号、及び感電流制御信号として、駆動手段４０へ送られる。操作手段１１で入力された所望の照射時間情報は、図１では時間補正部２０へ、図３では時間制御信号生成手段６０を介して時間補正部７０へ、送られ、次に示す［照射時間の補正（１）］、［照射時間の補正（２）］又は［照射時間の補正（３）］の形態で処理される。

［照射時間の補正（１）］
図１の例は、操作手段１１により設定された照射時間情報に応じた時間制御信号を生成して駆動手段４０を駆動することによって、試照射して実照射時間を測定し、測定した実照射時間を基に設定された照射時間情報を補正し、次の実照射から補正された照射時間により照射することにより、駆動手段４０の応答時間の問題をクリアして所望の照射時間＝実照射時間にするものである。図１、及び図５のタイミング波形を基に説明する。

（ａ）操作手段１１により照射時間情報を設定されたとき、補正手段２２は、そのままパスし、時間制御信号生成手段６０が、図５（Ａ）に示す１回目の照射用（測定のための試照射）の時間制御信号、つまり設定された照射時間情報に基づく時間制御信号を生成し、これを基に駆動手段４０を動作させる。駆動手段４０を動作させるときの管電圧等の照射条件は、本照射時の条件に基づいて行う。

（ｂ）参照電圧発生手段は、所望の管電圧情報Ｅから、次に示す参照電圧を発生させる。
参照電圧＝ｎ×ｍ×Ｅ
ただし、ｎ：設定された管電圧と参照電圧との比で０．５<ｎ<１、つまり、設定
された管電圧Ｅの（１−ｎ）％以内であれば、実照射電圧と判断するものであ
る。ｎは、予め決めておく値である。
ｍ：分圧手段４１の分圧比
なお、以下の説明では、係数ｐ＝ｎ×ｍとして説明する。
したがって、参照電圧はｐ×Ｅで説明される。

（ｃ）時間測定手段２１により実照射時間を測定する。
カウンタ２１ｄ及びカウンタ２１ｅは、入力パルスの立ち上がりで時間を計数するカウンタ（或いはタイマー）である。いずれも１回目の時間制御信号の立ち上がりでカウントを開始している。そして、比較手段２１ｂ及び比較手段２１ｃは、いずれも参照電圧発生部２１ａからの参照電圧と、分圧手段４１からの管電圧検出信号とを受けて、互いの大きさを比較する。比較手段２１ｂは参照電圧より管電圧検出信号が大きくなったとき（図５のΔｔ１のとき）に立ち上がるパルスを発生してカウンタ２１ｄのカウント値をΔｔ１で停止させる。比較手段２１ｃは参照電圧が管電圧検出信号より小さくなったとき（図５の［Ｔ＋Δｔ２］のとき）立ち上がるパルスを発生してカウンタ２１ｅのカウント値を［Ｔ＋Δｔ２］で停止させる。これらのことにより、カウンタ２１ｄ及びカウンタ２１ｅは、駆動手段４０による立ち上がりもしくは立ち下がりの応答時間（応答特性）の影響を受けた実照射時間を測定したことになる。実照射時間は図５に示すように［Ｔ―Δｔ１＋Δｔ２］で示される。

（ｄ）補正手段２２は、カウンタ２１ｄ及びカウンタ２１ｅより受けた、駆動手段４０の応答時間の要素、つまり図５に示すΔｔ１（立ち上がりの応答時間）及びＴ＋Δｔ２（Δｔ２は、立ち下がりの応答時間）を基に、最初に操作手段１１で設定された所望の照射時間情報Ｔを、照射時間情報［Ｔ＋Δｔ１―Δｔ２］に補正して出力する。

（ｅ）時間制御信号生成手段６０は、補正された照射時間情報［Ｔ＋Δｔ１―Δｔ２］を基に、図５に示すように２回目の照射（本照射）の時間制御信号を生成して、駆動手段４０に送り照射させる。この照射時の他の条件、例えば管電圧等の条件は、試照射のときと同じ条件にする。特に、管電圧は、その大きさが変われば、応答時間も変わってしまうおそれがある。

（ｆ）次に図５（Ｂ）の補正後の管電圧検出信号が観測されるが、これの実照射時間は、最初に設定された所望の照射時間と等しくなる。１回目の試照射を除く、２回目以降の実照射にあたっては、時間測定手段２１による実照射時間の測定は行われない。時間測定手段２１による実照射時間の測定が行われ、補正されるのは、改めて、新たな所望の照射時間が設定、或いは変更されたときである。

数値例で示すと、所望の照射時間Ｔ＝１００ｍｓとして、測定したのがΔｔ１＝１ｍｓ、Ｔ＋Δｔ２＝１１０ｍｓであれば、このときの実照射時間は［Ｔ―Δｔ１＋Δｔ２］＝１０９ｍｓである。したがって、次に所望の照射時間Ｔを［Ｔ＋Δｔ１―Δｔ２］＝９１ｍｓに補正して実照射すれば、結果として実照射時間Ｔ＝１００ｍｓが得られることになる。

［照射時間の補正（２）］
図２は、操作手段１１から設定された照射時間情報に基づいて時間制御信号生成手段６０が図５（Ａ）の１回目の照射の時間制御信号波形を生成した後に、２回目に補正手段２２からの指示により２回目の照射の時間制御信号波形に補正する例である。これは、図１の補正のように、時間制御信号生成手段６０に入力される所望の照射時間を変更して補正し、補正した後に時間制御信号を生成したのと実質同じである。

［照射時間の補正（３）］
図３を基に他の補正の実施形態を説明する。図３は、操作手段１１からの照射時間情報を基に時間制御信号生成手段６０が時間制御信号を作成した後に、補正手段７２により補正している形態であるが、これらの前後関係は、上記説明のように反対の形態であっても良い。この図３の形態が図１及び図２の形態と異なるのは、管電圧等の照射条件が変更されたときの駆動手段４０の応答時間（特性）を予め経験的に取得し、その取得したデータを基に照射条件に応じた補正関数を記憶して、その補正関数により、時間制御信号生成手段６０からの時間制御信号を補正して、駆動手段４０に送って制御するものである。

図６（Ａ）に操作手段１１から設定された照射時間情報及び管電圧（縦軸が管電圧）を反映した時間制御信号を表す。図６（Ｂ）は実際に図６（Ａ）の制御信号で照射したときの実管電圧波形を示す。このときの立ち上がり時間Δｔ１、立ち下がり時間Δｔ２は、管電圧Ｅに応じて変化する。この変化のしかたは、上記したように、応答時間が高電圧ケーブル４６のように受動素子の影響が強い場合、或いは、高電圧電源部４２が出力する管電圧Ｅの違いによって不連続な動きを示さない場合、次式に示すように表すことができる。
立ち上がり特性：Ｅｒ＝Ｆｒ（Ｅ、ｔ）
立ち下がり特性：Ｅｄ＝−Ｑｄ（Ｅ、ｔ−Ｔ）＋Ｅ、
ただし、Ｅは、所望の管電圧、ｔ−Ｔは正。
ここで、Ｅｒ＝Ｅｄ＝ｐ×Ｅ、ただし、ｐ×Ｅは参照電圧、ｐは係数とすると、上記各立ち上がり特性は、次式で示される。
（式１） Ｆｒ（Ｅ、ｔｐ）／Ｅ＝ｐ、
（式２） Ｑｄ（Ｅ、ｔｐ−Ｔ）／Ｅ＝１−ｐ
係数ｐを固定にすると、立ち上がり関数Ｆｒ（Ｅ、ｔｐ）及び立ち下がり関数Ｑｄ（Ｅ、ｔｐ−Ｔ）は、所望の管電圧Ｅに比例する。

したがって、係数ｐ（又はｎ）毎に、経験的に調べて、立ち上がり関数Ｆｒ（Ｅ、ｔｐ）、立ち下がり関数Ｑｄ（Ｅ、ｔｐ−Ｔ）、又はそれらの近似関数を求めて、補正関数として記憶しておき、管電圧Ｅと係数ｐを指定されたときに、上記式１及び式２に代入して、ｔｐ及びｔｐ−Ｔを求める演算を行うことによって、所望の管電圧Ｅに対応した応答時間Δｔ１及びΔｔ２を求めることができる。

図３の補正関数記憶手段７４は、補正関数として例えば上記したような式１、式２のような補正関数を記憶させておき、補正値演算手段７３が、操作手段１１から設定された所望の管電圧Ｅ、所望の照射時間Ｔを受けて、補正関数記憶手段７４に記憶されている補正関数に参照電圧を決定する係数ｐ（又はｎ）、所望の管電圧Ｅ、所望の照射時間Ｔを代入して、応答時間Δｔ１及びΔｔ２を算出する。補正値演算手段７３はＣＰＵで構成できる。

補正手段７２は、応答時間Δｔ１及びΔｔ２を受けて、時間制御信号生成手段６０から照射時間Ｔの時間制御信号を、照射時間［Ｔ＋Δｔ１―Δｔ２］の時間制御信号に補正して、駆動手段４０を駆動する。そうすることにより、照射時間［Ｔ＋Δｔ１―Δｔ２］の時間制御信号で駆動したときの実管電圧の照射時間は、所望の管電圧でかつ所望の照射時間Ｔとなる。

なお、補正関数には、高電圧や参照電圧といった条件の外、それが変更すると応答時間が連続、ある関数に沿って変わる要素があれば、その要素で応答時間が引き出せる形態で関連する関数（近似関数）を記憶させて、補正する構成にしても良い。

このように照射時間を補正する形態としては、主に上記［照射時間の補正（１）］と上記［照射時間の補正（３）］があるが、前者は、実照射時間を測定してその測定値を基に補正するので、管電圧等の設定条件に依存した補正はしなくともよいが、その測定のために一度、試照射する必要がある。ただし、試照射は、被検体に対する照射である必要はない。また、前者の場合は、Ｘ線照射装置毎の補正値のバラツキも自動で測定して得た補正値に吸収されるので、そのための微調整は不要である。一方、後者は、予め管電圧等の条件に応じた応答時間を推定する関数を準備する必要があるが、試照射の必要がないので、直ちに、本照射が可能である。また、後者は、補正関数としてＸ線照射装置毎に想定されるバラツキの範囲の平均的な関数を用意することにより、実照射時間のバラツキを許容値内に抑え込むことも可能である。

また、上記のように駆動手段４１による管電圧の応答時間に起因した補正は、管電流制御とは独立しているので、本発明に係る補正を図４に示すような管電流の自動制御回路を有する駆動系であっても適用できる。

本実施形態の機能構成を示す図である。 図１の実施形態における時間補正部を変形した実施形態の機能構成を示す図である。 他の実施形態の機能構成を示す図である。 図１及び図３の駆動手段を詳細説明するための機能構成図である。 図１の実施形態におけるタイミングを説明するための図である。 図３の実施形態におけるタイミングを説明するための図である。

符号の説明

１０ ユーザインタフェース
２０ 時間補正部
３０ 照射制御部
４０ 駆動手段
５０ Ｘ線管
６０ 時間制御信号生成手段
７０ 時間補正部

Claims (3)

1. Ｘ線管と、制御信号に応答して前記Ｘ線管の管電圧を駆動してＸ線を照射させる駆動手段とを備えたＸ線照射装置において、
   所望の照射時間を入力するための操作手段と、
   前記駆動手段によって駆動されたときの前記Ｘ線管の管電圧又は管電流に対応した信号を受けて、その受けた信号の大きさと参照電圧とを比較して、前記駆動手段による前記管電圧の立ち上がり及び立ち下がりの応答時間を含む実照射時間を測定して取得する時間測定手段と、
   測定した前記実照射時間を基に前記所望の照射時間を補正し、前記補正された照射時間、照射させる制御信号を送る補正手段と、を備えたことを特徴とするＸ線照射装置。
2. 所望の管電流値が入力可能にされ、前記駆動手段は、前記Ｘ線管の管電流を検出して入力された前記所望の管電流値との差を演算し、該差が無くなるように前記Ｘ線管の管電流を制御する管電流制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線照射装置。
3. 所望の照射時間を操作手段により入力される入力段階と、
   Ｘ線管を有する駆動手段に対して、前記所望の照射時間、照射するよう前記Ｘ線管の管電圧を駆動してＸ線を照射させる試照射段階と、
   前記駆動手段によって駆動されたときの前記Ｘ線管の管電圧又は管電流に対応した信号を受けて、その受けた信号の大きさと参照電圧とを比較して、前記駆動手段によって駆動されたときの立ち上がり及び立ち下がりの各応答時間を測定する時間測定段階と、
   測定した前記各応答時間を基に前記所望の照射時間を補正手段により補正し、前記補正された照射時間、照射させる制御信号を前記駆動手段に送る実照射段階とを備えたことを特徴とするＸ線照射時間制御方法。

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