JP5599143B2 - Ｘ線画像撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線画像撮影装置に関し、特に、動く臓器に対してＸ線画像の撮影を行うＸ線画像撮影装置に関する。

血管系や臓器血管などの診断を行う際には、DSA（Digital Subtraction Angiography）画像が収集される。このDSA画像を収集する手順は、まず、造影剤を注入する前にマスク画像を撮影してこれをメモリに一旦保存する。次に、被検体に造影剤を注入してコントラスト画像を撮影して、これもメモリに保存する。そして、被検体の同位置におけるマスク画像とコントラスト画像とをメモリから読み出して、両画像をサブトラクション処理することによって、骨などの背景が除去されて、造影剤の注入された血管像のみが残ったDSA画像を得る。

ところで、平面状のDSA画像だけではなく、関心領域の立体的なDSA画像を得る手法として、回転DSA撮影が知られている。これは、例えば、Ｃ字形状に形成されたアームの両端に、Ｘ線管とＸ線検出器とを対向するように支持させ、被検体の周りでアームを回転させることにより、連続的にＸ線画像を撮影するものである。このような回転DSA撮影において、造影剤注入前のマスク画像と、造影剤注入後のコントラスト画像とを同一角度で撮影し、両画像をサブトラクション処理することによって、造影血管などを表示するものであり、立体的な形状を把握し易くし、より診断に適した画像を提供することができる。

腹部のDSA撮影を行う際、患者は基本的に呼吸を一時的に止めることを課せられるが、老人や幼児、意識のない患者など、呼吸を止めることができない患者では、通常のDSA撮影を行うことが困難である。

そこで、被検体の体動に起因する位置ズレアーチファクトを軽減するため、特許文献１には、複数枚のマスク画像と複数枚のコントラスト画像から最適な画像を選択する技術が提案されている。また特許文献２には、被検体の呼吸情報に基づいて、マスク画像データ収集時のＸ線照射レートを制御する技術が提案されている。
特開２００７−２１５９２５号公報 特開２００７−１９５６３３号公報

上述した特許文献１および２の技術では、動く臓器を対象にしているものの、同じ角度で、かつ同じ大きさ同士のサブトラクション画像を生成することが困難である課題があった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、動く臓器に対して、同じ角度および同じ大きさ同士のサブトラクション画像を容易に生成することができるＸ線画像撮影装置を提供することである。

請求項１記載の発明の特徴は、被検体を間にしてＸ線管とＸ線検出器とを対向するように支持するアームを回転させながら、造影剤注入前および造影剤注入後の被検体に対しＸ線を照射してマスク画像とコントラスト画像とを撮影し、それらの画像をサブトラクション処理するＸ線画像撮影装置において、被検体の心電成分のうちのＲ波を検出するＲ波検出手段と、Ｒ波検出手段によりＲ波が検出されたときアームの回転を開始させる制御を行い、アームの回転中にマスク画像及びコントラスト画像のどちらの撮影でも同じ複数の照射位置でＸ線を照射するようにＸ線管を制御する制御手段と、照射位置ごとにマスク画像及びコントラスト画像をサブトラクション処理する手段とを備える。

本発明によれば、動く臓器に対して、同じ角度および同じ大きさ同士のサブトラクション画像を容易に生成することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る回転DSA撮影を行うＸ線画像撮影装置の構成例を示す図である。

図１に示すように、Ｘ線画像撮影装置には、被検体Ｐに対してＸ線を照射するＸ線管１、被検体Ｐを透過したＸ線を検出するＸ線検出器２、被検体Ｐを間にしてＸ線管１とＸ線検出器２とを対向するように支持する、例えばＣ字形状に形成されたアーム３、アーム３を保持するとともにその保持軸を中心として回転させるアーム駆動部４、アーム３の回転角度を検出する角度検出器５、被検体Ｐを載置する寝台６が備えられている。

またＸ線画像撮影装置には、Ｘ線検出器２で検出された画像信号をデジタルデータに変換するA/D（Analog to Digital）変換器７、A/D変換器を介してデジタルデータに変換された画像データを記憶するデータ記憶部８、データ記憶部８から読み出された画像データをサブトラクション処理するサブトラクション処理部９、サブトラクション処理部９でサブトラクション処理された画像データをアナログ信号に変換するD/A(Digital to Analog)変換器１０、D/A変換器の出力を表示する表示部１１、Ｘ線管１、アーム駆動部４、データ記憶部８、およびサブトラクション処理部９などを制御するシステム制御部１２、操作者がシステム制御部１２に対して指示入力するためのキーボードやマウスなどを有する操作部１３、被検体Ｐの心臓心拍の周期性などを表す心電情報からＲ波の割り込みを検出するＲ波検出部１４が備えられている。Ｒ波とは、電気的な心筋細胞の変化を見るP,Q,R,S,Tと名付けられた心電図成分のうち、血液を左心室から大動脈に送り出すときの電気活動の波形のことである。

Ｘ線管１は、図示せぬ高電圧発生部によって印加される所定の管電圧と管電流に基づいてＸ線を発生し、被検体Ｐの周囲を回転移動しながら、寝台６に載置される被検体Ｐに向けてこのＸ線を照射する。

Ｘ線検出器２は、Ｘ線管１に対向する位置に支持されており、被検体Ｐを透過したＸ線ビームのＸ線量を検出する。このＸ線検出器２には、イメージインテンシファイアとＴＶカメラとの組み合わせが採用されるか、あるいは、シンチレータとフォトダイオードアレイとを有するフラットパネルディテクタ（FPD）が採用される。なお、FPDの出力は、デジタルデータであるため、FPDが採用される場合には、A/D変換器７は不要である。

データ記憶部８には、造影剤注入前の被検体Ｐに対するＸ線照射においてＸ線検出器２が検出した所定期間の時系列的な投影データがマスク画像データとして記憶されるとともに、造影剤注入後の被検体Ｐに対するＸ線照射においてＸ線検出器２が検出した時系列的な投影データがコントラスト画像データとして記憶される。

サブトラクション処理部９は、データ記憶部８に記憶されたマスク画像データおよびコントラスト画像データを読み出し、それらのデータを用いたサブトラクション処理によりDSA（Digital subtraction angiography）画像データを生成する。すなわち、サブトラクション処理部９は、まず、データ記憶部８に記憶されている時系列的な複数枚のマスク画像データの中から、例えば、最初の心臓のＲ波の割り込み時におけるマスク画像データとコントラスト画像データのそれぞれとのサブトラクション処理を行って時系列的なDSA画像データを生成する。

システム制御部１２は、CPU（Central Processing Unit）、ROM（Read Only Memory）、およびRAM（Random Access Memory）などを実装した汎用のコンピュータで構成され、Ｘ線画像撮影装置の各部を統括的に制御する。システム制御部１２は、操作部１３からの入力信号に基づいて、アーム駆動部４の回転動作の制御、データ記憶部８のデータ記憶の制御、およびサブトラクション処理部９の画像演算処理の制御などを実行する。またシステム制御部１２は、Ｒ波検出部１４からの心臓のＲ波の検出結果に基づいて、Ｘ線管１およびＸ線検出器２の撮影動作の制御を実行する制御手段として機能する。

Ｒ波検出部１４は、被検体Ｐの心臓心拍の心電図成分のうちのＲ波の割り込みを検出するＲ波検出手段として機能する。Ｒ波検出部１４は、心臓のＲ波の割り込みを検出したとき、その検出結果をシステム制御部１２に供給する。

以上のような構成を有するＸ線画像撮影装置によって、通常の回転DSA撮影を実施する場合の手順について説明する。

まず、操作部１３を介して操作者から撮影開始が指示されると、システム制御部１２は、寝台６の上に横たわっている被検体Ｐの周りを、予め登録されている開始位置と終了位置の角度範囲にわたってアーム３を回転動作させながら、Ｘ線管１からＸ線を照射してＸ線撮影を行わせ、Ｘ線検出器２で検出されたマスク画像をA/D変換器７を介してデータ記憶部８に記憶させる。そして、マスク画像撮影終了後、アーム３は元の位置に戻される。

次に、被検体Ｐに造影剤が注入された後、システム制御部１２は、マスク画像を撮影した角度範囲にわたってアーム３を回転動作させながらＸ線撮影を行わせ、コントラスト画像をデータ記憶部８に記憶させる。サブトラクション処理部９は、データ記憶部８に記憶された、各角度におけるマスク画像データとコントラスト画像データからサブトラクション処理し、その処理結果をD/A変換器１０を介して表示部１１に表示させることによって、回転DSA画像が再生される。

本実施の形態では、マスク画像とコントラスト画像の撮影のタイミングを、Ｒ波検出部１４で検出される心臓のＲ波の割り込みタイミングに同期させるものである。

次に、図２のフローチャートを参照して、心臓のＲ波の割り込みタイミングに基づいて実行する、マスク画像とコントラスト画像の撮影制御処理について説明する。

まず、撮影制御処理を開始する前の準備として、操作者は、操作部１３を用いて撮影開始位置と撮影終了位置、Ｘ線管１からＸ線を照射するための照射レート、アーム３のアーム回転スピードを指示入力する。照射レートとは、単位時間当たりのＸ線照射回数（１秒間の撮影枚数）を表している。

システム制御部１２は、操作者からの入力に基づいて、全体の照射回数と１照射間隔の時間を算出し、照射位置テーブルを決定する。照射位置テーブルとは、Ｘ線照射のタイミング（何秒に１回Ｘ線を照射するか）を取り決めたものである。

次に、操作者は、操作部１３を用いてアーム３の位置を被検体Ｐの患部である関心領域に移動させ、被検体Ｐの透視を行う。そして、操作者は、撮影条件を決定した後、Ｘ線画像撮影装置にテストショットを行わせ、明るさの補正を行う。

以上の準備が終了することで、システム制御部１２は、回転DSAの撮影条件を確定する。次に、操作者は、アーム３の安全確認（クリアランス確認）を行う。安全確認が行われた後、システム制御部１２は、アーム駆動部４を制御し、アーム３を、操作者により予め入力された撮影開始位置に移動させる。操作者は、アーム３が撮影開始位置に移動したことを確認した後、操作部１３を用いて撮影開始を指示する。

システム制御部１２は、操作部１３からの撮影開始の指示を表す入力信号を受け、Ｘ線画像撮影装置の各部を統括的に制御する。ステップＳ１において、Ｒ波検出部１４は、システム制御部１２の制御の下、心臓のＲ波の割り込みを検出したか否かを判定し、心臓のＲ波の割り込みを検出するまで待機する。

Ｒ波検出部１４は、ステップＳ１において、心臓のＲ波の割り込みを検出したと判定した場合、検出結果をシステム制御部１２に供給し、ステップＳ２に進む。ステップＳ２において、アーム駆動部４は、システム制御部１２の制御の下、操作者により予め入力された回転スピードでアーム３を回転させる。Ｘ線管１は、システム制御部１２の制御の下、予め決められた照射位置でのＸ線照射を繰り返す。

すなわち、システム制御部１２は、撮影開始位置と撮影終了位置、アーム３の回転角度毎に通知される移動量で照射位置を算出し、決定した照射位置テーブルの値に達したとき、Ｘ線管１からＸ線を照射させる。

ステップＳ３において、角度検出器５は、システム制御部１２の制御の下、アーム３の回転角度から、アーム３が、操作者により予め入力された撮影終了位置に到達したか否かを判定し、まだアーム３が撮影終了位置に到達していないと判定した場合、ステップＳ２に戻り、Ｘ線照射を繰り返す。そして、角度検出器５は、ステップＳ３において、アーム３が撮影終了位置に到達したと判定した場合、処理は終了される。

以上の処理によって、被検体Ｐの心臓のＲ波の割り込みタイミングに応じて、アーム３が回転され、被検体Ｐのマスク画像が撮影されてデータ記憶部８に記憶される。マスク画像撮影終了後、アーム３は、撮影開始位置まで戻される。

次に、被検体Ｐに造影剤が注入された後、同様にして図２のステップＳ１乃至Ｓ３の処理が実行される。すなわち、被検体Ｐの心臓のＲ波の割り込みタイミングに応じて、アーム３が回転され、被検体Ｐのコントラスト画像が撮影されてデータ記憶部８に記憶される。

サブトラクション処理部９は、被検体Ｐの心臓のＲ波の割り込みタイミングに応じて撮影されたマスク画像データとコントラスト画像データをデータ記憶部８から読み出し、各角度におけるマスク画像データとコントラスト画像データからサブトラクション処理し、その処理結果をD/A変換器１０を介して表示部１１に表示させる。

以上のように、Ｘ線画像撮影装置は、被検体Ｐの心臓のＲ波の割り込みタイミングで高速回転しながらDSA撮影を行うことができる。従って、動く臓器に対しても、同じ角度および同じ大きさ同士のサブトラクション画像を容易に生成することができ、画像ずれの少ない、診断しやすい画像を提供することが可能となる。

次に、図３のフローチャートを参照して、心臓のＲ波の割り込みタイミングに応じて、指定位置において、指定枚数のマスク画像とコントラスト画像を撮影する場合の処理について説明する。

まず、図２のフローチャートを参照して上述したように、撮影制御処理を開始する前の準備を行う。すなわち、操作者によって、撮影開始位置と撮影終了位置、照射レート、アーム３の回転スピードが入力される。さらに操作者によって、照射間隔（例えば、１０度毎）が入力される。そして、明るさが補正された後、回転DSAの撮影条件が確定される。次に、操作者によりアーム３の安全確認が行われると、アーム３が撮影開始位置に移動される。

操作者は、アーム３が撮影開始位置に移動したことを確認した後、操作部１３を用いて撮影開始を指示する。この指示入力を受けたシステム制御部１２は、Ｘ線画像撮影装置の各部を統括的に制御する。ステップＳ１１において、アーム駆動部４は、システム制御部１２の制御の下、アーム３を回転させ、予め決められた照射位置に移動させる。

ステップＳ１２において、Ｒ波検出部１４は、システム制御部１２の制御の下、心臓のＲ波の割り込みを検出したか否かを判定し、心臓のＲ波の割り込みを検出するまで待機する。そして、Ｒ波検出部１４は、ステップＳ１２において、心臓のＲ波の割り込みを検出したと判定した場合、検出結果をシステム制御部１２に供給し、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３において、Ｘ線管１は、システム制御部１２の制御の下、操作者により予め入力された照射レートで、指定枚数分のＸ線照射を行う。ステップＳ１４において、角度検出器５は、システム制御部１２の制御の下、アーム３の回転角度から、アーム３が操作者により予め入力された撮影終了位置に到達したか否かを判定し、まだアーム３が撮影終了位置に到達していないと判定した場合、ステップＳ１１に戻り、上述した処理を繰り返し実行する。

すなわち、システム制御部１２は、アーム駆動部４を制御して、次の目標位置である照射位置にアーム３を移動させ、Ｘ線管１を制御して、指定枚数分のＸ線照射を行わせる。

ステップＳ１４において、角度検出器５は、アーム３が撮影終了位置に到達したと判定した場合、処理は終了される。

以上の処理によって、指定位置において、被検体Ｐの心臓のＲ波の割り込みタイミングに応じて、被検体Ｐのマスク画像が指定枚数分撮影されてデータ記憶部８に記憶される。マスク画像撮影終了後、アーム３は、撮影開始位置まで戻される。

次に、被検体Ｐに造影剤が注入された後、同様にして図３のステップＳ１１乃至Ｓ１４の処理が実行される。すなわち、指定位置において、被検体Ｐの心臓のＲ波の割り込みタイミングに応じて、被検体Ｐのコントラスト画像が指定枚数分撮影されてデータ記憶部８に記憶される。ただし、コントラスト画像の撮影では、照射位置にアーム３が移動される毎に造影剤が注入される。

サブトラクション処理部９は、指定位置において、被検体Ｐの心臓のＲ波の割り込みタイミングに応じて撮影されたマスク画像とコントラスト画像をデータ記憶部８から読み出し、各角度におけるマスク画像データとコントラスト画像データからサブトラクション処理し、その処理結果をD/A変換器１０を介して表示部１１に表示させる。

以上のように、Ｘ線画像撮影装置は、指定位置において、被検体Ｐの心臓のＲ波の割り込みタイミングで指定枚数のDSA撮影を行うことができる。従って、動く臓器に対しても、同じ角度および同じ大きさ同士のサブトラクション画像を容易に生成することができ、画像ずれの少ない、診断しやすい画像を提供することが可能となる。

なおこの発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化したり、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせたりすることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

Ｘ線画像撮影装置の構成例を示す図である。 撮影制御処理を説明するフローチャートである。 他の例の撮影制御処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ Ｘ線
２ Ｘ線検出器
９ サブトラクション処理部
１２ システム制御部
１４ Ｒ波検出部

Claims (2)

1. 被検体を間にしてＸ線管とＸ線検出器とを対向するように支持するアームを回転させながら、造影剤注入前および造影剤注入後の被検体に対しＸ線を照射してマスク画像とコントラスト画像とを撮影し、それらの画像をサブトラクション処理するＸ線画像撮影装置において、
   前記被検体の心電成分のうちのＲ波を検出するＲ波検出手段と、
   前記Ｒ波検出手段により前記Ｒ波が検出されたとき前記アームの回転を開始させる制御を行い、前記アームの回転中に前記マスク画像及び前記コントラスト画像のどちらの撮影でも同じ複数の照射位置で前記Ｘ線を照射するように前記Ｘ線管を制御する制御手段と、
   前記照射位置ごとに前記マスク画像及び前記コントラスト画像をサブトラクション処理する手段と
   を備えることを特徴とするＸ線画像撮影装置。
2. 前記制御手段は、前記照射位置ごとのマスク画像を全て撮影し、その後、前記照射位置ごとのコントラスト画像を全て撮影するように前記Ｘ線を照射するよう、前記Ｘ線管を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線画像撮影装置。

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