JP5559648B2 - 放射線撮影装置、方法およびプログラム - Google Patents

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本発明は、断層画像を生成するトモシンセシス撮影を行うための放射線撮影装置、方法およびプログラムに関するものである。
近年、X線撮影装置において、患部をより詳しく観察するために、X線管を移動させて異なる角度から被写体にX線を照射して撮影を行い、これにより取得した画像を加算して所望の断層面を強調した画像を得ることができるトモシンセシス撮影が提案されている。トモシンセシス撮影では、撮影装置の特性や必要な断層画像に応じて、X線管をX線検出器と平行に移動させたり、円や楕円の弧を描くように移動させて、異なる照射角となる複数の照射位置において被写体を撮影することにより複数の撮影画像を取得し、単純逆投影法あるいはフィルタ逆投影法等の逆投影法等を用いてこれらの撮影画像を再構成して断層画像を生成する。
このようなトモシンセシス撮影を行うことにより、任意の断層画像を再構成可能な放射線撮影装置では、1回の撮影開始指示に基づいて、被写体の複数の画像を撮影することから、撮影開始から撮影終了までの撮影時間として数秒を要し、この撮影時間内に被写体が動いてしまう場合がある。
撮影時間内での被写体の動き(体動)のレベルが再構成に影響のないレベルであれば問題ないが、体動のレベルが再構成に影響がある場合は、その後の撮影は無駄なものとなる。しかも、再撮影が必要になる等、作業効率、患者の被曝、患者の拘束時間の点で無駄が多くなるという問題がある。このため、トモシンセシス撮影中に順次取得される複数の放射線画像をモニタに表示することにより、操作者に体動を確認させることが考えられる(特許文献1)。
また、トモシンセシス撮影等により取得された複数の放射線画像において、検出器の欠陥領域に起因する画素欠陥を補正するために、X線管の移動情報に基づいて、複数の放射線画像の位置を合わせて加算する手法が提案されている(特許文献2参照)。
特願2009−270553号 特開2008−237550号公報
しかしながら、トモシンセシス撮影は、X線管を移動させて異なる角度から被写体にX線を照射して撮影を行っているため、X線管の位置に応じてX線検出器におけるX線の照射領域の位置が異なる。例えば、X線管の移動経路においてX線検出器の重心を通る垂線と交差する位置(すなわち移動範囲の中央位置)にX線管が位置する場合、X線照射領域はX線検出器の中央に位置するが、X線管が中央位置から離れると、X線照射範囲が移動する。具体的には、X線管の移動経路に直交する方向から見て、X線管が中央位置の左側にある場合、X線照射位置はX線検出器の右側へ移動し、X線管が中央位置の右側にある場合、X線照射位置はX線検出器の左側へ移動する。
このため、撮影により取得された複数の画像をモニタ表示した場合、図6に示すようにモニタの表示画面上においてX線照射により得られる被写体領域が上下に移動してしまう。このように表示画面上において被写体領域が移動すると、操作者は被写体の体動が観察しにくいという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、トモシンセシス撮影中の被写体の体動の観察をし易くすることを目的とする。
本発明による放射線撮影装置は、被写体に放射線を照射する放射線源を、該被写体を透過した放射線を検出する検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の照射位置において前記被写体に前記放射線を照射して、前記複数の照射位置にそれぞれ対応する複数の撮影画像を取得する画像取得手段と、
前記複数の撮影画像から断層画像を再構成することにより前記被写体の断層画像を生成する再構成手段と、
前記検出手段から順次出力される前記撮影画像に基づいて、プレビュー用の画像を表示手段に表示するプレビュー表示制御手段と、
前記撮影画像に含まれる被写体領域の基準となる部分を、前記表示手段の表示画面における所定位置と一致させるよう前記撮影画像の前記表示画面における表示位置を調整する表示位置調整手段とを備えたことを特徴とするものである。
「放射線源を検出手段に対して相対的に移動させる」とは、検出手段を固定して放射線源のみを移動させる場合、および検出手段と放射線源との双方を同期させて移動する場合の両方を含む。また、移動は、直線に沿った移動および円弧に沿った移動のいずれであってもよい。
「撮影画像に含まれる被写体領域」とは、被写体を透過した放射線により被写体の放射線画像が形成されている領域であり、被写体を透過した放射線の検出手段の検出面における照射領域と一致する。
なお、本発明による放射線撮影装置においては、前記表示位置調整手段を、前記複数の撮影画像のそれぞれにおいて、前記断層画像を再構成するための基準点の投影位置を算出し、該投影位置を前記所定位置に位置させるためのシフト量を算出し、該シフト量に基づいて前記表示位置を調整する手段としてもよい。
この場合、前記基準点を、前記断層画像を再構成する再構成範囲の中心点としてもよい。
また、本発明による放射線撮影装置においては、前記所定位置を、前記表示画面の中心位置としてもよい。
また、本発明による放射線撮影装置においては、前記画像取得手段を、前記検出手段に対して前記放射線源を移動させて撮影を行うことにより、前記複数の撮影画像を取得する手段としてもよい。
また、本発明による放射線撮影装置においては、前記プレビュー表示制御手段を、前記撮影画像よりも低い解像度で前記撮影画像を表示する手段としてもよく、少なくとも所定枚数目の前記撮影画像を順次表示する手段としてもよく、前記撮影画像を基準パターンとともに表示する手段としてもよい。
本発明による放射線撮影方法は、被写体に放射線を照射する放射線源を、該被写体を透過した放射線を検出する検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の照射位置において前記被写体に前記放射線を照射して、前記複数の照射位置にそれぞれ対応する複数の撮影画像を取得し、
前記複数の撮影画像から断層画像を再構成することにより前記被写体の断層画像を生成し、
前記撮影画像に含まれる被写体領域の基準となる部分を、表示手段の表示画面における所定位置と一致させるよう前記撮影画像の前記表示画面における表示位置を調整し、
表示位置が調整された前記撮影画像に基づいて、プレビュー用の画像を前記表示手段に表示することを特徴とするものである。
なお、本発明による放射線撮影方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。
本発明によれば、検出手段から順次出力される撮影画像に基づいて、プレビュー用の画像を表示する際に、撮影画像に含まれる被写体領域の基準となる部分を、画像表示手段の表示画面における所定位置と一致させるよう撮影画像の画像表示手段における表示位置を調整するようにしたものである。このため、プレビュー用画像を順次表示する際に、被写体領域が表示画面において移動することがなくなり、その結果、撮影中の被写体の体動を容易に観察することができる。
本発明の実施形態による放射線撮影装置を適用したX線撮影装置の概略図 X線管の照射位置と撮影画像におけるX線の照射範囲との関係を示す図 シフト量の算出を説明するための図 表示位置調整後の撮影画像がモニタに表示される状態を示す図 本実施形態において行われる処理を示すフローチャート 表示位置が調整されていない撮影画像がモニタに表示される状態を示す図
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は本発明の実施形態による放射線撮影装置を適用したX線撮影装置の概略図である。図1に示すように、本実施形態によるX線撮影装置10は、トモシンセシス撮影を行うためのものであり、X線管12およびフラットパネルX線検出器(以下、単に検出器とする)14を備える。X線管12は移動機構16により直線または円弧に沿って移動し、移動経路上の複数の位置において、撮影台天板4上の被写体2にX線を照射する。本実施形態においては直線軌道に沿って矢印A方向にX線管12を移動させるものとする。なお、被写体2へのX線照射量は後述する制御部により所定量となるように制御される。また、移動機構16は後述する制御部により制御されてX線管12を移動する。
また、X線管12にはコリメータ(照射野絞り)6が接続されており、被写体2に照射されるX線の範囲(照射範囲)を操作者が設定できるようになっている。なお、コリメータ6を用いて照射範囲を設定する際には、X線に代えて可視光がコリメータ6を介して被写体2に照射される。なお、可視光はコリメータ6に設けられた照射野ランプ(不図示)から発せられる。これにより、操作者は被写体2に照射された可視光の範囲をコリメータ6を用いて調整することにより、X線の照射範囲を設定することができる。
検出器14は、被写体2を透過したX線を検出するために、被写体2を載置する撮影台天板4を間に挟んでX線管12と対向するように配置されている。検出器14は、移動機構18により必要に応じて直線または円弧に沿って移動し、移動経路上の複数の位置において被写体2を透過したX線を検出する。なお、本実施形態においては直線軌道に沿って矢印B方向に検出器14を移動させるものとする。
ここで、本実施形態においては、X線管12のみを移動し、検出器14は移動させないでトモシンセシス撮影を行うものとして説明する。
また、X線撮影装置10は、画像取得部20および再構成部22を備える。画像取得部20は、X線管12の移動による複数の照射位置(すなわち被写体にX線を照射する位置)において被写体2にX線を照射し、被写体2を透過したX線を検出器14により検出して、移動中の複数の照射位置における複数の撮影画像を取得する。
再構成部22は、画像取得部20が取得した複数の撮影画像を再構成することにより、被写体2の所望の断面を示す断層画像を生成する。本実施形態においては、再構成部22は、単純逆投影法あるいはフィルタ逆投影法等の逆投影法等を用いてこれらの撮影画像を再構成して断層画像を生成するものとする。具体的には下記のように断層画像を生成する。すなわち、再構成を行う断層面上の各点の座標を(x,y,z)、i(i=1〜n)番目の撮影画像への各点の投影位置の座標を(ti,si)、投影位置(ti,si)の画素値をPi(ti,si)とすると、下記の式(1)を用いて、断層面上の各点の再構成像の信号値Tz(x,y)を算出することにより、断層画像を生成する。なお、式(1)において、(sxi,syi,szi)は、i番目の撮影画像を取得した際の線源位置の位置座標である。
Figure 0005559648
また、X線撮影装置10は、操作部24、表示部26および記憶部28を備える。操作部24はキーボード、マウスあるいはタッチパネル方式の入力装置からなり、操作者によるX線撮影装置10の操作を受け付ける。また、トモシンセシス撮影を行うために必要な、撮影条件等の各種情報の入力および情報の修正の指示も受け付ける。本実施形態においては、操作者が操作部24から入力した情報にしたがって、X線撮影装置10の各部が動作する。表示部26は液晶モニタ等の表示装置であり、画像取得部20が取得した撮影画像および再構成部22が再構成した断層画像の他、操作に必要なメッセージ等を表示する。なお、表示部26は音声を出力するスピーカを内蔵するものであってもよい。記憶部28は、X線撮影装置10を動作させるために必要な撮影条件を設定する各種パラメータ等を記憶している。なお、各種パラメータは、撮影部位に応じた標準値が記憶部28に記憶されており、必要に応じて操作者が操作部24から指示を行うことにより修正される。
撮影条件を設定するためのパラメータとしては、基準面、断層角度、線源距離、ショット数、ショット間隔、X線管12の管電圧および管電流、並びにX線の照射時間等が挙げられる。なお、これらのパラメータのうち、ショット数、ショット間隔、X線管12の管電圧および管電流、並びにX線の照射時間等は、これらがそのまま撮影条件となりうるものである。
基準面は、断層画像を取得する範囲を定める面であり、例えば撮影台天板4の天板面、検出器14の検出面あるいは被写体2における任意の断層面等を用いることができる。断層角度は、基準面上の基準点からX線管12の移動範囲を定める2つの端部を臨む角度である。なお、基準点としては検出器14の重心を通る垂線と基準面との交点を用いることができる。ここで、検出器14の検出面とX線管12の移動経路とは平行となっているため、X線管12の移動経路上における検出器14の検出面に最も近い距離を線源距離とする。
ショット数は、断層角度の範囲内においてX線管12が端から端まで移動する間の撮影回数である。ショット間隔は、各ショットにおいて行われるX線照射の時間間隔である。
また、X線撮影装置10は演算部30を備える。演算部30は、X線管12の移動範囲、各撮影におけるX線管12の位置(以下照射位置とする)、撮影時間および線源走行速度等の撮影条件を記憶部28に記憶されたパラメータにしたがって算出する。
また、X線撮影装置10は、プレビュー表示制御部32および表示位置調整部34を備える。プレビュー表示制御部32は、トモシンセシス撮影により順次取得される撮影画像をモニタ36にプレビュー表示して、トモシンセシス撮影を続行するか否かのオペレータによる判定を支援するためのもである。なお、プレビュー表示制御部は撮影画像をプレビュー表示するのみならず、撮影画像の解像度よりも低い解像度の低解像度撮影画像を生成し、この低解像度撮影画像を表示するようにしてもよい。また、複数の撮影画像または低解像度撮影画像のうち、例えば、奇数番目に撮影された画像または偶数番目に撮影された画像のみを表示するようにしてもよい。また、所定枚数目の撮影画像または低解像度撮影画像を順番に表示するようにしてもよい。この場合、例えば5枚目、10枚目、15枚目・・・というように、5枚目単位で撮影画像または低解像度撮影画像を表示する。なお、1枚目の撮影画像を含めてもよい。なお、上記の「5枚目単位」は一例であり、所定枚数は例えば撮影速度に合わせて、3枚目、4枚目、6枚目、10枚目等を適宜選択することができることはもちろんである。
表示位置調整部34は、撮影画像に含まれる被写体領域の基準となる部分が、モニタ36の表示画面における中心位置と一致するように、撮影画像の表示位置を調整する。以下、表示位置の調整について説明する。
図2はX線管12の照射位置と撮影画像における被写体領域との関係を示す図である。なお、被写体領域は検出器14におけるX線の照射範囲に対応するものである。図2に示すように、X線管12がその移動範囲の両端部、すなわち最初の照射位置S1および最後の照射位置Snにある場合、撮影画像G1,Gnにおける被写体領域A1,Anは台形状に歪み、X線管12が移動範囲の中央の照射位置Scにある場合、撮影画像Gcにおける被写体領域Acは、コリメータ6の開口部の形状に対応する長方形または正方形となっている。
一方、X線管12が照射位置Scにある場合、被写体領域Acの中心は撮影画像Gcの中心と一致しているが、X線管12の移動経路に垂直な方向から見て、撮影画像G1においては被写体領域A1は撮影画像G1の右側に寄り、撮影画像Gnにおいては被写体領域Anは撮影画像Gnの左側に寄っている。このため、撮影画像G1〜Gnを、X線管12の移動経路とモニタ36の上下方向を一致させて、撮影画像G1〜Gnをモニタ36に順次表示すると、上記図6に示すように被写体領域が上下に移動してしまう。
このため、表示位置調整部34は、撮影画像G1〜Gnのそれぞれにおいて、被写体領域の基準となる部分を、モニタ36の表示画面38における所定位置に移動させるためのシフト量を算出する。本実施形態においては、被写体領域の基準となる部分として、断層画像の再構成範囲の中心点の投影位置を、表示画面38における所定位置として、表示画面38の中心位置を用いる。
図3はシフト量の算出を説明するための図である。なお、図3および以降の説明において、X線管12が移動する方向をx方向、これに直交する方向をy方向、紙面の上下方向をz方向とする。また、図3においては再構成範囲をR0、検出器14の重心を通る垂線とX線管12の移動範囲との交点を基準位置O1、再構成範囲R0の中心点(すなわち再構成範囲R0の中心面B0と検出器14の重心を通る垂線との交点)をRc、中心点Rcの検出器14上への投影位置をPi(i=1〜n)とする。
ここで、撮影台天板4の天板面から中心面B0までの高さ、検出器14の検出面から撮影台天板4の天板面までの距離、i番目の線源位置Siの座標位置および線源距離は既知であり、記憶部28に記憶されている。したがって、検出器14から中心面B0までの距離zaおよび中心面B0からX線管12の移動範囲までの距離zbを算出でき、さらに基準位置O1と線源位置Siとの間の距離SLを算出することができる。よって、検出器14の検出面の受信から投影位置Piまでのx方向の距離、すなわちシフト量Δiは下記の式(2)により算出できる。
Δi=SL×za/zb (2)
そして表示位置調整部34は、算出したシフト量Δiを用いて、撮影画像Giにおける再構成範囲R0の中心位置の投影位置がモニタ36の表示画面の中心位置と一致するように、撮影画像Giの表示位置を調整する。図4は表示位置調整後の撮影画像がモニタに表示される状態を示す図である。図4に示すように、表示位置調整後のプレビュー画像においては、X線管12の位置が変わっても、被写体領域が上下に移動してしまうことがなくなる。
なお、プレビュー表示制御部32は、撮影画像を基準パターンとともに表示するようにしてもよい。基準パターンとしては、例えばモニタ36の画面の中心位置を交点とする十字パターンや、枠パターンと十字パターンとが組み合わされた格子パターン等が挙げられる。操作者は、モニタ36に表示される放射線画像を例えば基準パターンとともに見ることによって、被写体2の体動を容易に認識することができ、トモシンセシス撮影を続行すべきか中止すべきかを容易に判定することができる。
さらに、X線撮影装置10は、X線撮影装置10の各部を制御するための制御部40を備える。制御部40は、操作部24からの指示に応じてX線撮影装置10の各部を制御する。
次いで本実施形態において行われる処理について説明する。図5は本実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、本発明は撮影画像をプレビュー表示する点に特徴を有するため、ここではプレビュー表示を行う処理についてのみ説明し、複数の撮影画像を用いた再構成の処理については説明は省略する。操作者による処理開始の指示を操作部24が受け付けることにより制御部40が処理を開始し、X線管12を移動させつつトモシンセシス撮影を行い(ステップST1)、画像取得部20がX線管12の照射位置Siにおける撮影画像Giを取得する(ステップST2)。
次いで、表示位置調整部32が上述したシフト量Δiを算出し(ステップST3)、撮影画像Giの表示位置を調整する(ステップST4)。そしてプレビュー表示制御部32が表示位置が調整された撮影画像Giをプレビュー表示し(ステップST5)、処理を終了する。
このように、本実施形態においては、トモシンセシス撮影中の被写体2の撮影画像をモニタ36にプレビュー表示させるようにしたため、操作者は被写体24の体動のレベルを容易に把握させることができ、これにより、作業効率の向上を図ることができるとともに、患者の被曝や患者の拘束時間に無駄を生じさせることがなくなる。とくに、本実施形態においては、撮影画像を表示する際に、撮影画像に含まれる被写体領域における再構成範囲の中心位置の投影位置を、モニタ36の表示画面38の中心位置と一致させるよう撮影画像の表示位置を調整するようにしたため、プレビュー用画像を順次表示する際に、被写体領域が表示画面38において移動することがなくなる。したがって、本実施形態によれば、撮影中の被写体の体動を容易に観察することができる。
なお、上記実施形態においては、被写体領域の基準となる部分として、断層画像の再構成範囲の中心点の投影位置を用いているが、撮影画像における被写体領域の重心位置、対角線の交点あるいは撮影画像における被写体領域を構成する4つの辺のうちの互いに平行となる2つの辺のいずれか一方の辺の位置等、あらかじめ定められた任意の部分を用いることができる。また、表示画面38における所定位置としても、中心位置に限定されるものではなく、表示画面38の1つの辺あるいはあらかじめ定められた点等、任意の位置を用いることができる。
また上記実施形態においては、被写体を臥位にて撮影台に載置してトモシンセシス撮影を行っているが、立位の撮影台を用いてトモシンセシス撮影を行う場合にも本発明を適用できることはもちろんである。
2 被写体
4 撮影台天板
6 コリメータ
10 X線撮影装置
12 X線管
14 検出器
16,18 移動機構
20 画像取得部
22 再構成部
24 操作部
26 表示部
28 記憶部
30 演算部
32 プレビュー表示制御部
34 表示位置調整部
36 モニタ
38 表示画面
40 制御部

Claims (10)

  1. 被写体に放射線を照射する放射線源を、該被写体を透過した放射線を検出する検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の照射位置において前記被写体に前記放射線を照射して、前記複数の照射位置にそれぞれ対応する複数の撮影画像を取得する画像取得手段と、
    前記複数の撮影画像から断層画像を再構成することにより前記被写体の断層画像を生成する再構成手段と、
    前記検出手段から順次出力される前記撮影画像表示手段に順次プレビュー表示するプレビュー表示制御手段と、
    前記プレビュー表示される撮影画像に含まれる被写体領域の基準となる部分を、前記表示手段の表示画面における所定位置と一致させるよう前記プレビュー表示される各撮影画像の前記表示画面における表示位置を調整する表示位置調整手段とを備えたことを特徴とする放射線撮影装置。
  2. 前記表示位置調整手段は、前記複数の撮影画像のそれぞれにおいて、前記断層画像を再構成するための基準点の投影位置を算出し、該投影位置を前記所定位置に位置させるためのシフト量を算出し、該シフト量に基づいて前記表示位置を調整する手段であることを特徴とする請求項1記載の放射線撮影装置。
  3. 前記基準点は、前記断層画像を再構成する再構成範囲の中心点であることを特徴とする請求項2記載の放射線撮影装置。
  4. 前記所定位置は、前記表示画面の中心位置であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の放射線撮影装置。
  5. 前記画像取得手段は、前記検出手段に対して前記放射線源を移動させて撮影を行うことにより、前記複数の撮影画像を取得する手段であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の放射線撮影装置。
  6. 前記プレビュー表示制御手段は、前記撮影画像よりも低い解像度で前記撮影画像を表示する手段であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載の放射線撮影装置。
  7. 前記プレビュー表示制御手段は、少なくとも所定枚数目の前記撮影画像を順次表示する手段であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項記載の放射線撮影装置。
  8. 前記プレビュー表示制御手段は、前記撮影画像を基準パターンとともに表示する手段であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項記載の放射線画像撮影装置。
  9. 被写体に放射線を照射する放射線源を、該被写体を透過した放射線を検出する検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の照射位置において前記被写体に前記放射線を照射して、前記複数の照射位置にそれぞれ対応する複数の撮影画像を取得し、
    前記複数の撮影画像から断層画像を再構成することにより前記被写体の断層画像を生成し、
    前記検出手段から順次出力される前記撮影画像を表示手段に順次プレビュー表示するに際し、前記プレビュー表示される撮影画像に含まれる被写体領域の基準となる部分を、前記表示手段の表示画面における所定位置と一致させるよう前記プレビュー表示される各撮影画像の前記表示画面における表示位置を調整し、
    表示位置が調整された前記撮影画像に基づいて、プレビュー用の画像を前記表示手段に表示することを特徴とする放射線画像撮影方法。
  10. 被写体に放射線を照射する放射線源を、該被写体を透過した放射線を検出する検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の照射位置において前記被写体に前記放射線を照射して、前記複数の照射位置にそれぞれ対応する複数の撮影画像を取得する手順と、
    前記複数の撮影画像から断層画像を再構成することにより前記被写体の断層画像を生成する手順と、
    前記検出手段から順次出力される前記撮影画像を表示手段に順次プレビュー表示するに際し、前記プレビュー表示される撮影画像に含まれる被写体領域の基準となる部分を、前記表示手段の表示画面における所定位置と一致させるよう前記プレビュー表示される各撮影画像の前記表示画面における表示位置を調整する手順と、
    表示位置が調整された前記撮影画像に基づいて、プレビュー用の画像を前記表示手段に表示する手順とをコンピュータに実行させることを特徴とする放射線画像撮影プログラム。
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