JP5635051B2 - Ｘ線診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、心臓等の造影検査に対応するＸ線診断装置に関する。

心臓のＸ線造影検査、インターベンションにおいては、血管・心臓形状や機能を把握することが非常に重要である。しかし心臓は他の部位と異なり、動きが避けられないため、あくまで影絵（プロジェクションデータ）を用いた把握が主であった。

ところで近年、心臓領域でのアプリケーションが徐々に開発され始めた。その中には冠状動脈のディジタルサブトラクションアンギオ(DSA)画像を作成するもの、冠状動脈からの心筋への灌流(Perfusion)を同定するもの、冠状動脈の三次元構造を局所的／全体的に作成するものなどがある。

冠状動脈のDSA画像を作成するには、最低限一心拍分の良好なマスク画像として造影剤の影響が殆どない画像が必要とされる。ところが造影剤注入開始のタイミングが早過ぎて、一心拍分の良好なマスク画像が収集できてないことがある。これはDSA画像を作成する上で致命的な問題となる。冠状動脈からの心筋へのPerfusionを同定する場合も、同様の問題が発生する危険性がある。

次に冠状動脈の三次元構造を局所的又は全体的に作成する場合、比較的動きの少ない拡張末期の画像がキーとなる。例えば注目領域のみに着目し、その部分の動きを補正することにより局所的な三次元構造を作成する方法では、拡張末期の画像に対し注目領域を指示する。

ところが拡張末期を過ぎた直後に撮影を開始した場合、任意の撮影区間の中に入る拡張末期の数が少なくなる危険性がある。その場合指示する情報量が少なくなるため、情報不足となり、その結果再構成が良好に行えないリスクがある。

一方、冠状動脈の三次元構造を全体的に作成する場合、拡張末期の画像のみを用いて再構成を用いて少ない情報下での再構成を行う。このような方法でも拡張末期が一つ少ないか、多いかは画質に大いに影響する。

本発明の目的は、必要な心拍位相の画像を少ない線量で収集することにある。

本発明の局面によるＸ線診断装置は、Ｘ線を発生し、Ｃ形アームに保持されるＸ線発生
部と、被検体を透過したＸ線を検出し、前記Ｘ線発生部と対向配置されるように前記Ｃ形
アームに保持されるＸ線検出部と、ユーザによる曝射ボタンの操作開始から前記曝射ボタ
ンの操作解除までの間継続的にＸ線曝射トリガ信号を発生させ、前記Ｘ線曝射トリガ信号
の発生から前記被検体の心電波形の特徴波が最初に現れる時点よりも前である予め指定さ
れた所定の時間に基づく時点で前記Ｘ線発生部からＸ線を発生させるためのＸ線発生信号
の発生を開始し、前記Ｘ線発生信号の発生から少なくとも１心拍期間を遅延して造影剤注
入信号の発生を開始し、前記Ｘ線曝射トリガ信号が停止された時点で前記Ｘ線発生信号と
前記造影剤注入信号とを停止する制御部とを具備する。

本発明によれば、必要な心拍位相の画像を少ない線量で収集することができる。

以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
本実施形態はその概要において、従来では、撮影開始トリガがオンになった瞬間から撮影を開始するものであったが、本実施形態ではさらに心拍位相が予め決められた心拍位相に達した瞬間、もしくはその予定時点より一定時間前から撮影を開始する。それにより必要な心拍位相の画像を過不足なく効率的に収集する。また、撮影開始から少なくとも１周期経過後に造影開始を指示する。それにより必要な情報（必要な周期のマスク画像）を確実に収集することができる。

図１は本実施形態に係るＸ線診断装置の構成を示している。本実施形態に係るＸ線診断装置１００は、被検体１５０に照射するためのＸ線を発生するＸ線発生部１を有する。Ｘ線発生部１はＸ線を発生するＸ線管１５とＸ線の照射野を成形するＸ線絞り器１６とを有する。高電圧発生部４の高電圧発生器４２はＸ線制御部４１の制御の元でＸ線管１５に高電圧を印加し、フィラメント電流を供給する。それによりＸ線管１５からＸ線が発生される。Ｘ線管１５は、アーム回動移動機構３１に少なくとも直交３軸に関して回転自在に支持されるＣ形アーム５に保持される。Ｘ線管１５に対向するＣ形アーム５上の位置及び向きにＸ線検出部２の平面検出器２１が保持される。

平面検出器２１は、例えば２次元状にアレイされた複数の半導体検出素子を有する。寝台の天板移動機構３２に移動自在に支持された天板１７上に載置された被検体１５０を透過したＸ線は、平面検出器２１の複数の半導体検出素子で電荷に変換され、蓄積される。蓄積された電荷はゲートドライバ２２のゲート駆動により半導体検出素子ごと又はチャンネル単位ごとに電流信号として読み出される。投影データ生成部１３の電荷電圧変換器２３は、平面検出器２１から読み出されたの電流信号を半導体検出素子ごと又はチャンネル単位ごとに電圧信号に変換する。アナログディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２４は、電荷電圧変換器２３で変換された電圧信号を半導体検出素子ごと又はチャンネル単位ごとにディジタル信号に変換し、画像データとして出力する。画像データ管理部７の画像データ記憶部７２は、生の画像データ又は画像演算部７１で演算された画像データを記憶する。画像表示部８は、画像データ記憶部７２から読み出された画像データを表示するために、表示用データ生成部８１とディジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換部８２とモニタ８３とを有する。 上記天板１７上に載置された被検体１５０には、心電図収集部６が装着される。心電図収集部６は、被検体１５０の心電図を計測する機能とともに、その心電図波形から、医師等が所望する特定の心拍位相を検出してパルス状の心電トリガ信号を繰り返し発生する機能を有している。この特定の心拍位相は、医師等が自由設定で指定しても良いし、撮影プログラム毎や撮影モード（どのような解析に使用するか）毎にデフォルト値として自動設定されるようにしても良い
心拍位相は、例えばＲ波から次のＲ波までの期間を百分率で規格化し、当該期間内の位置をパーセントで表現される。例えば冠状動脈の三次元構造を局所的又は全体的に作成する場合、比較的動きの少ない拡張末期に対応する心拍位相が上記「特定の心拍位相」として設定される。なお、ここでは説明の便宜上、特定の心拍位相はゼロ％、つまりＲ波のタイミングで心電トリガ信号を発生するものとする。

また、上記天板１７上に載置された被検体１５０には、システム制御部１０からの造影剤注入信号により制御されたタイミング、注入量及び注入速度で被検体１５０に造影剤を自動注入するためのいわゆるインジェクターと呼ばれる造影剤注入装置３３が装着される。

システム制御部１０には、撮影条件等の入力のための一般的な操作部９の他に、Ｘ線曝射ボタン３が接続されている。Ｘ線曝射ボタン３は典型的には押しボタンであり、操作者により押下操作されている期間中に継続的にＸ線曝射トリガ信号を発生する。

図２に例示するように、システム制御部１０内の例えばラッチ回路として構成されるＸ線信号発生部１０１は、Ｘ線曝射ボタン３から供給されるＸ線曝射トリガ信号と、心電図収集部６から供給される心電トリガ信号とに基づいて、特定期間中継続的にＸ線制御部４に対してＸ線発生信号を実質的に発生する。Ｘ線信号発生部１０１には立ち下がり検出回路１０３が接続される。立ち下がり検出回路１０３は、Ｘ線曝射ボタン３の押下操作解除に対応するＸ線曝射トリガ信号立ち下がりを検出する。Ｘ線信号発生部１０１は、立ち下がり検出回路１０３によりＸ線曝射トリガ信号立ち下がりが検出されたとき、または立ち下がり検出回路１０３からＸ線曝射トリガ信号立ち下がりの検出を表す信号を入力したとき、Ｘ線発生信号を停止する。

Ｘ線制御部４は、システム制御部１０からＸ線発生信号を受けている期間中、高電圧発生器４２からＸ線管１５に対してフィラメント電流を継続的に供給し、パルス形の管電圧を繰り返し印加するための制御信号を発生する。また、システム制御部１０は、Ｘ線発生信号に同期して、ゲートドライバ２２に対して電荷読出動作を実施させるための制御信号を発生し、またアナログディジタル変換器２４に対してアナログディジタル変換動作を実施させるための制御信号を発生する。これら制御信号により、Ｘ線発生信号が発生されている特定期間中にＸ線撮影が一定周期で繰り返され、一連をなす複数枚の画像のデータが発生される。

また、システム制御部１０は、Ｘ線曝射ボタン３から供給されるＸ線曝射トリガ信号と、心電図収集部６から供給される心電トリガ信号とに基づいて、Ｘ線発生信号の発生とは相違する期間中継続的に造影剤注入装置３３に造影剤注入信号を発生する。造影剤注入装置３３は、システム制御部１０から造影剤注入信号を受けている期間中、継続的に被検体１５０に対して造影剤を注入する。

図３には、システム制御部１０によるＸ線曝射動作と造影剤注入動作に関するタイムチャートを示している。Ｘ線曝射ボタン３が押される（オン状態）より前のオフ状態の段階から、心電図収集部６からシステム制御部１０に対して典型的にはＲ波に同期した心電トリガ信号が繰り返し供給される。この状態でシステム制御部１０はＸ線曝射ボタン３からのＸ線曝射トリガ信号の供給を待機する。なお、Ｘ線曝射トリガ信号の供給は、Ｘ線曝射トリガ信号が基準電圧から特定電圧に変化することに等価であり、ここでは説明の便宜上、Ｘ線曝射トリガ信号の供給／停止として説明する。なお、Ｘ線発生信号も同様とする。Ｘ線曝射ボタン３が押されている期間中継続的にＸ線曝射トリガ信号がシステム制御部１０に供給され、Ｘ線曝射ボタン３が離されている期間中は、Ｘ線曝射トリガ信号のシステム制御部１０への供給は停止する。

システム制御部１０は、Ｘ線曝射ボタン３が押されてＸ線曝射トリガ信号が供給された時点で直ちにＸ線発生信号を発生するのではなく、Ｘ線曝射トリガ信号の供給を受け、その後、最初の心電トリガ信号の供給を受ける時点まで待って（待ち時間ΔＷ）、Ｘ線発生信号を発生する。なお、待ち時間ΔＷは、既定時間ではなく、Ｘ線曝射ボタン３を押してからその後最初のＲ波までの期間に応じた変動時間である。このようにＸ線発生信号は、Ｘ線曝射ボタン３が押されてからその後最初のＲ波の時点で発生される。従って、Ｘ線曝射ボタン３が押されてからその後最初のＲ波の時点までの期間の画像データが診断上不要なものであるときでも、その無駄な撮影を回避できる。

なお、図４に示すように、所定の心拍位相に対し、ある程度のマージンを与えて、Ｘ線曝射ボタン３押してから最初のＲ波の時点、実際的には直前のＲ波から平均周期を経過したＲ波が生起する推定時点よりも、予め指定された先行時間ΔＬだけ少し早く撮影を開始しても良い。この場合は心電トリガ信号は指定された位相でなく、先行時間ΔＬだけ早い時間の時にオン状態になる。先行時間ΔＬは、心拍周期のぶれや収集画像輝度が安定化するまでの時間、さらに回転撮影時の回転が安定するまでの時間に基づいて設計すればよく、例えば０．３３秒に設定される。

システム制御部１０は、撮影技師がＸ線曝射ボタン３を押している間は継続的にＸ線曝射トリガ信号を発生し、撮影技師がＸ線曝射ボタン３を離した時、つまり撮影開始とは異なり心拍位相とは無関係に撮影技師がＸ線曝射ボタン３を離した時点で即時的にＸ線曝射トリガ信号を停止する。それにより、直ちにＸ線曝射が停止され、撮影が終了する。

次に冠状動脈のＤＳＡ等の造影検査では、造影剤の注入が必要とされる。システム制御部１０は、Ｘ線曝射ボタン３が押されてＸ線曝射トリガ信号が供給され、その後、予め設定された２回目又はｎ回目（ｎは３以上の整数）の心電トリガ信号の供給を受けた時点で、造影剤注入信号を発生する。それにより造影剤注入装置３３から被検体１５０への造影剤の注入が開始される。つまり、撮影技師がＸ線曝射ボタン３を押してから２回目又はｎ回目のＲ波の時点で、造影剤の注入が開始される。従って、撮影技師がＸ線曝射ボタン３を押してから最初のＲ波の時点で撮影が開始され、それから少なくとも１心拍期間を遅延して造影剤の注入が開始されるので、造影剤の影響が殆どないマスク像の撮影期間として少なくとも１心拍期間を確保することができる。ここで、造影剤の注入を開始する心拍位相は、上述では「特定の心拍位相」、つまり撮影開始と同一位相として説明したが、撮影開始に対応する「特定の心拍位相」とは異なる他の心拍位相に設定してもよい。

なお、造影剤注入装置３３に代えて手動により造影剤を注入してもよい。その場合、造影剤注入信号により、例えば表示装置の画面に造影剤を注入するべきメッセージが表示される。この場合も、撮影技師がＸ線曝射ボタン３を押してから２回目又はｎ回目のＲ波の時点で、撮影技師は造影剤の注入開始が促される。従って、撮影技師がＸ線曝射ボタン３を押してから最初のＲ波の時点で撮影が開始され、それから少なくとも１心拍期間を遅延して上記メッセージにより造影剤の注入開始が促される。

図７に示すように、造影剤注入信号がオンになり、その後最初のＲ波が生起するまでの期間、Ｘ線発生信号がオフされ、それによりＸ線の発生が休止される。当該期間は造影剤が注入されてから、撮影領域に到達する前の状態にある。当該期間に撮影された画像の用途はあまり無い。当該期間にＸ線の発生を休止することによりＸ線の被曝を減らすことができる。

なお、Ｘ線発生信号がオンになると、システム制御部１０は、Ｘ線発生信号がオンになった以降の心拍周期の回数を心電トリガ信号の計数によりカウントし、予め決められた回数に達すると、造影剤自動注入開始するのではなく、画像表示部８に、造影剤注入の手動操作を促すためのインジェクションアイコンを表示するようにしてもよい。このアイコンはメッセージでも良い。心拍周期の回数の計測は、Ｒ波からＲ波までの区間を１周期として計測し、収集開始から最初のＲ波までの区間は一心拍時間に対するＲ波までの時間の割合により計算する。また予め決められた回数とあるＲ波までの計測した周期数との差が１以下である場合は、同様に一心拍時間に対するそのＲ波からの時間の割合により計算する。なおこの時の一心拍時間は現在の心拍時間を用いて計算しても良いし、ある程度のマージンを考慮する意味で心拍時間に対して一定の割合をかける、最大心拍時間を使うなどしても良い。なお、予め決められた心拍の回数に対し、ある程度の遅延時間を設定し、予め決められた心拍回数より遅いタイミングでアイコンを表示しても良い。このマージンは心拍周期のぶれを吸収することができる。

このようにＸ線曝射トリガ信号と心電トリガ信号とが同時にオン状態にならない限り、Ｘ線発生信号がオン状態にならない構成となっている。Ｘ線曝射トリガ信号はＸ線曝射ボタン３が押されている間だけオン状態になる。心電トリガ信号は心電図収集部６からの信号で、予め決められた心拍位相の時のみ発生される。このような比較的簡単な構成により、様々な撮影手法に対して撮影の過不足を効果的に軽減することができる。

次に撮影期間中のフレームレートについて説明する。図５に例示するように、１秒当たりの撮影画像枚数（ｆｐｓ）を表すフレームレートは、システム制御部１０の制御により心拍数の変動に応じて動的に変化される。フレームレートの調整は、システム制御部１０からゲートドライバ２２及びＡ／Ｄ変換器２４への制御信号、例えばクロック信号の変調により行われる。

フレームレートは、心拍数（心拍周期の逆数）が増加すると、段階的に増加され、心拍数が減少すると、段階的に減少される。例えば、心拍数が６０以下のとき、フレームレートは１５に設定され、心拍数が６０超９０以下のとき、フレームレートは通常時のレートとしての３０に設定され、心拍数が９０超１２０以下のとき、フレームレートは４５に設定され、そして心拍数が１２０超のとき、フレームレートは６０に設定される。

また、撮影期間中のＸ線のパルス幅について説明する。図６に例示するように、Ｘ線パルスのパルス幅は、システム制御部１０の制御により心拍数に応じて動的に変化される。心拍数が増加すると、パルス幅は短くされ、心拍数が減少すると、長くされる。例えば、心拍数が６０のとき、パルス幅は７５ｍｓｅｃに設定され、心拍数が９０に増加したとき、パルス幅は５０ｍｓｅｃに短縮される。また心拍数が１２０のとき、パルス幅は２５ｍｓｅｃに設定される。

さらに、Ｘ線のパルス幅は、心拍位相に応じて動的に変化されてもよい。図８に示すように、心臓の動き、例えば心筋表面の２点間の距離の変化は、心拍位相に応じて変化する。システム制御部１０は、図９に示すように、標準的なパルス幅／心拍数グラフとともに、低速対応のパルス幅／心拍数グラフを保持する。標準的なパルス幅／心拍数グラフを用いて心拍数に応じて標準的なパルス幅を決定する。また、システム制御部１０は、低速対応のパルス幅／心拍数グラフを用いて心拍数に応じて低速対応のパルス幅を決定する。システム制御部１０は、図１０に示すように、心拍位相に応じて標準的なパルス幅と低速対応のパルス幅とを交番する。心拍位相が所定の位相期間（複数）に含まれるとき、Ｘ線のパルス幅を標準的なパルス幅から低速対応のパルス幅に切り換える。例えば、心拍位相が１０〜２０％の期間と、５０〜８０％の期間は、Ｘ線は、標準的なパルス幅よりも長い低速対応のパルス幅に設定される。それら以外の期間は、Ｘ線は、低速対応のパルス幅よりも短い標準的なパルス幅に設定される。なお、心拍位相に応じてパルス幅を動的に変化させたが、パルス幅とともにフレームレートも動的に変化させても良い。

本発明は上記実施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できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施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、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

図１は、本発明の実施形態によるＸ線診断装置の構成を示す図である。 図２は、図１のシステム制御部内のＸ線発生信号の発生部分に関する構成を示す図である。 図３は、本実施形態において、Ｘ線発生信号と造影剤注入信号のタイミングを示す図である。 図４は、本実施形態において、Ｘ線発生信号と造影剤注入信号の他のタイミングを示す図である。 図５は、図１のシステム制御部の制御による心拍数の変化に対するフレームレートの変化を示す図である。 図６は、図１のシステム制御部の制御による心拍数の変化に対するＸ線のパルス幅の変化を示す図である。 図７は、本実施形態において、Ｘ線発生信号と造影剤注入信号の他のタイミングを示す図である。 図８は、心拍位相と心臓の動きとの関係を示す図である。 図９は、本実施形態において、低速対応のパルス幅／心拍数グラフを示す図である。 図１０は、本実施形態において、心拍位相に応じてパルス幅を動的に変化させる様子を示す図である。

１００…Ｘ線診断装置、１５０…被検体、１…Ｘ線発生部、１５…Ｘ線管、１６…Ｘ線絞り器、４…高電圧発生部、４２…高電圧発生器、４１…Ｘ線制御部、３１…アーム回動移動機構、５…Ｃ形アーム、２…Ｘ線検出部、２１…平面検出器、３２…天板移動機構、１７…天板、１５０…被検体、２２…ゲートドライバ、１３…投影データ生成部、２３…電荷電圧変換器、２４…アナログディジタル（Ａ／Ｄ）変換器、７…画像データ管理部、７２…画像データ記憶部、７１…画像演算部、８…画像表示部、８１…表示用データ生成部、８２…ディジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換部、８３…モニタ、６…心電図収集部、１０…システム制御部、３３…造影剤注入装置、９…操作部、３…Ｘ線曝射ボタン。

Claims (2)

1. Ｘ線を発生し、Ｃ形アームに保持されるＸ線発生部と、
   被検体を透過したＸ線を検出し、前記Ｘ線発生部と対向配置されるように前記Ｃ形アー
   ムに保持されるＸ線検出部と、
   ユーザによる曝射ボタンの操作開始から前記曝射ボタンの操作解除までの間継続的にＸ
   線曝射トリガ信号を発生させ、前記Ｘ線曝射トリガ信号の発生から前記被検体の心電波形
   の特徴波が最初に現れる時点よりも前である予め指定された所定の時間に基づく時点で前
   記Ｘ線発生部からＸ線を発生させるためのＸ線発生信号の発生を開始し、前記Ｘ線発生信
   号の発生から少なくとも１心拍期間を遅延して造影剤注入信号の発生を開始し、前記Ｘ線
   曝射トリガ信号が停止された時点で前記Ｘ線発生信号と前記造影剤注入信号とを停止する
   制御部とを具備することを特徴とするＸ線診断装置。
2. 前記造影剤注入信号に対応するアイコン又はメッセージを表示する表示部をさらに備え
   ることを特徴とする請求項１記載のＸ線診断装置。

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