JP5931394B2 - Ｘ線診断装置及び線量分布データ生成方法 - Google Patents

Ｘ線診断装置及び線量分布データ生成方法 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、Ｘ線診断装置の技術に関する。
Ｘ線診断装置は、Ｘ線管から患者にＸ線を照射し、被検体を透過したＸ線をＸ線検出器などにより捕らえて、その透過線量に比例した陰影像である透視画像を生成する。そして、医師や検査技師等の操作者（以下、単に「操作者」という）は、Ｘ線診断装置で生成される透視画像を観察することで、被検体の診断を行う。
このようなＸ線診断装置を用いた診断には、被検体に照射された線量の管理が重要となる。これは、入射線量が大きい場合には、生体組織に対して照射障害を与える危険性があるためである。
一方で、Ｘ線診断装置の構成や撮影時の条件によりＸ線管から照射されるＸ線の強度分布にばらつきが生じる場合がある。例えば、Ｘ線管内でアノードに電子ビームが衝突しＸ線が発生する際に、ヒール効果により発生するＸ線の強度分布にバラつきが生じる場合がある。また、Ｘ線絞りや、フィルタの条件によって、照射野の一部を透過するＸ線の強度が低下する場合がある。また、Ｘ線管と被検体との間に天板が介在する場合には、天板が介在する部分においては、天板にＸ線の一部が吸収され、その部分のＸ線強度が低下する。
特開２００５−１９８７６２号公報
そこで、この発明の実施形態は、照射野内においてＸ線の強度分布にばらつきが生じるような条件においても、照射野内の所定の領域ごとに入射線量を管理可能とすることを目的とする。
上記目的を達成するために、この実施形態の第１の態様は、Ｘ線源と、Ｘ線検出器と、画像データ生成部と、線量検出部と、強度分布データ生成部と、線量分布データ生成部と、を備えたＸ線診断装置である。Ｘ線源は、所望の照射野に向けてＸ線を照射する。Ｘ線検出器は、Ｘ線源から照射されたＸ線の強度を検出する。画像データ生成部は、Ｘ線検出器により検出されたＸ線の強度に基づいてＸ線画像を生成する。線量検出部は、Ｘ線源とＸ線検出器との間に介在し、Ｘ線源から照射されたＸ線の面積線量を検出する。強度分布データ生成部は、Ｘ線検出器により検出されたＸ線の強度に基づき、照射野の複数の部分領域ごとにＸ線の強度を示す強度分布データを生成する。線量分布データ生成部は、強度分布データ生成部により生成された強度分布データ及び線量検出部により検出された面積線量に基づき、複数の部分領域ごとにＸ線の線量を示す線量分布データを生成する。
また、この実施形態の第２の態様は、Ｘ線源と、Ｘ線検出器と、画像データ生成部と、線量検出部と、を備えたＸ線診断装置を用いた線量分布データ生成方法である。Ｘ線源は、所望の照射野に向けてＸ線を照射する。Ｘ線検出器は、Ｘ線源から照射されたＸ線の強度を検出する。画像データ生成部は、Ｘ線検出器により検出されたＸ線の強度に基づいてＸ線画像を生成する。線量検出部は、Ｘ線源とＸ線検出器との間に介在し、Ｘ線源から照射されたＸ線の線量を検出する。線量分布データ生成方法は、第１工程と、第２工程と、を備えている。第１工程では、Ｘ線検出器により検出されたＸ線の強度に基づき、照射野の複数の部分領域ごとにＸ線の強度を示す強度分布データを生成する。第２工程では、第１工程により生成された強度分布データ及び線量検出部により検出された面積線量に基づき、複数の部分領域ごとにＸ線の線量を示す線量分布データを生成する。
本実施形態に係るＸ線診断装置のブロック図である。 照射野内のＸ線強度の分布の一例を示している。 Ｘ線強度のＳＮ比と入射線量の関係を示したグラフである。 分布データについて説明するための図である。 天板と入射線量との関係について説明するための図である。 補償フィルタと入射線量との関係について説明するための図である。 補償フィルタと入射線量との関係について説明するための図である。 補償フィルタと入射線量との関係について説明するための図である。 入射線量の管理方法の一例を示している。 入射線量の管理方法の一例を示している。 入射線量を示す情報の表示態様の一例である。 入射線量を示す情報の表示態様の一例である。 分布データの生成に係る処理の流れを示したフローチャートである。 入射線量の算出に係る処理の流れを示したフローチャートである。
本実施形態に係る医用画像処理システムについて図１を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態に係るＸ線診断装置は、撮影部２０と、システム制御部１０と、Ｘ線制御部１１と、高電圧発生部１２と、機構制御部１３と、撮像系移動機構１４と、天板移動機構１５と、画像データ生成部３１と、表示制御部３２と、線量情報表示部３３１と、画像表示部３３２と、分布データ生成部４１と、分布データ記憶部４２と、線量データ生成部４３と、線量データ記憶部４４とを含んで構成される。
また、撮影部２０は、Ｃアーム２１と、Ｘ線発生部２２と、Ｘ線検出器２３と、天板２４とを含んで構成される。
Ｃアーム２１は、Ｘ線発生部２２及びＸ線検出器２３を保持する保持部である。Ｃアーム２１の一端にはＸ線発生部２２が保持され、他端にはＸ線発生部２２と対向するようにＸ線検出器２３が保持されている。Ｃアーム２１は、例えば天井から吊り下げられる円弧状の支柱に回転自在に支持される。Ｘ線発生部２２と、Ｘ線検出器２３との間には、被検体Ｐを載置する寝台の天板２４が配置される。Ｘ線発生部２２は、Ｘ線検出器２３との間に介在する天板２４に載置された被検体Ｐに向けてＸ線を照射するための構成である。Ｘ線検出器２３は、Ｘ線発生部２２から照射されたＸ線を検出する。
撮像系移動機構１４は、Ｃアーム２１を移動及び回動させるための駆動部である。また、天板移動機構１５は、天板２４を移動させるための駆動部である。撮像系移動機構１４及び天板移動機構１５は、機構制御部１３からの制御に基づき動作する。具体的には、機構制御部１３は、システム制御部１０から供給される制御信号に従って、Ｃアーム２１やＸ線検出器２３の回動及び移動における方向、移動量、及び速度を示す情報を生成する。システム制御部１０については後述する。機構制御部１３は、生成された情報を撮像系移動機構１４に出力する。撮像系移動機構１４は、この情報に基づき、Ｃアーム２１を移動及び回動させることで、Ｃアーム２１の位置や向きを制御する。
また、機構制御部１３は、システム制御部１０からの制御信号に従って、天板２４の移動における方向、移動量、及び速度を示す情報を生成する。機構制御部１３は、生成された情報を天板移動機構１５に出力する。天板移動機構１５は、この情報に基づき、天板２４を被検体Ｐの体軸方向に沿って移動させることで、天板２４の位置を制御する。
Ｘ線発生部２２は、Ｘ線管２２１と、Ｘ線絞り２２２と、面積線量計２２３とを含んで構成されている。Ｘ線管２２１は、フィラメントより放出された電子を高電圧によって加速させ、陽極となるターゲットに衝突させることでＸ線を発生させ、照射窓から外部に照射する。ターゲットの材料としては、例えば、タングステンが用いられる。Ｘ線絞り２２２は、Ｘ線管２２１の照射窓に設けられており、複数枚の鉛羽で構成されている。Ｘ線絞り２２２は、Ｘ線管２２１から照射されたＸ線により、観察部位以外の不要な部分を被曝させないために、所定の照射野のサイズに絞り込む。また、Ｘ線絞り２２２の出射側には、アクリル等で形成されハレーションを防止するために、照射野内の所定の領域のＸ線を所定量だけ減衰させる補償フィルタＭ１を設けてもよい。
面積線量計２２３は、Ｘ線絞り２２２を通過したＸ線の線量を検出する。面積線量計２２３は、検出されたＸ線の線量を電荷に変換し、Ｘ線の照射強度、照射面積及び照射時間に略比例した面積線量の出力信号として分布データ生成部４１または線量データ生成部４３に出力する。分布データ生成部４１及び線量データ生成部４３については後述する。具体的な一例として、面積線量計２２３の出力信号を、Ｃアーム２１の回転中心（即ち、アイソセンタ）からＸ線管球側に所定距離だけ離れた基準位置（以降では、「線量計算基準位置」と呼ぶ場合がある）の面積で除算することで、基準位置における線量（以降では、「空気カーマ」と呼ぶ場合がある）が算出される。換言すると、面積線量計２２３の出力信号を利用して、線量計算基準位置における単位面積あたりのＸ線の照射強度を示す信号を空気カーマとして出力する。
高電圧発生部１２は、Ｘ線管２２１の陰極から発生する熱電子を加速するために、陽極と陰極の間に印加する高電圧を発生させる。高電圧発生部１２の動作は、Ｘ線制御部１１により制御される。具体的には、Ｘ線制御部１１は、システム制御部１０からＸ線の照射条件を示す制御情報を受ける。Ｘ線制御部１１は、この制御情報に基づき、高電圧発生部１２を動作させるための管電流、管電圧、Ｘ線パルス幅、照射周期（レート間隔）、透視区間等からなるＸ線照射条件を示す情報を生成する。Ｘ線制御部１１は、この情報に基づき高電圧発生部１２の動作を制御する。
Ｘ線検出器２３は、例えば、マトリクス状に配置された複数の検出素子を有するフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ：平面型Ｘ線検出器）で構成される。Ｘ線検出器２３は、所定の照射野でＸ線発生部２２から照射されたＸ線の強度を検出素子ごとに検出する。なお、ＦＰＤの天板２４側の面上に、被検体Ｐの所定部位を透過したＸ線の散乱光をカットするＸ線グリッドを設けてもよい。Ｘ線検出器２３は、検出素子ごとに検出されたＸ線の強度を電気信号に変換し画像データとして、分布データ生成部４１または画像データ生成部３１に出力する。分布データ生成部４１及び画像データ生成部３１については後述する。なお、Ｘ線検出器２３は、ＦＰＤに代えてＸ線Ｉ．Ｉ．（イメージ・インテンシファイア）とＸ線ＴＶカメラとの組み合わせにより構成してもよい。
画像データ生成部３１は、Ｘ線検出器２３から画像データを受けて、この画像データに画像演算や画像処理を施す。具体的な一例として、画像データ生成部３１は、造影剤注入前後の画像データ間サブトラクションによるＤＳＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ Ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ）画像データやロードマップ画像データ、長尺画像データなどを生成するための画像演算を行う。また、画像データ生成部３１は、画像演算により得られた画像データに対して輪郭抽出や平滑化、諧調変更などの画像処理を行う。また、画像データ生成部３１は、この画像データに関するＸ線検査の条件を示す情報をシステム制御部１０から受ける。画像データ生成部３１は、画像演算及び画像処理により得られた画像データに、Ｘ線検査の条件を示す情報を付帯させて、表示制御部３２に出力する。これを受けて、表示制御部３２は、この画像データに基づきＸ線画像を画像表示部３３２に表示させる。
システム制御部１０は全システムの制御中心を構成し、操作者により入力されたＸ線の照射条件や撮影位置の条件をＸ線検査の条件として受けて、Ｘ線制御部１１及び機構制御部１３の動作を制御する。具体的には、システム制御部１０は、操作者により入力されたＸ線の照射条件を基に制御信号を生成し、この制御信号によりＸ線制御部１１の動作を制御する。この制御信号により、Ｘ線制御部１１は、高電圧発生部１２を動作させてＸ線発生部２２からＸ線を照射させる。また、システム制御部１０は、操作者により入力された撮影位置の条件を基に制御信号を生成し、この制御信号により機構制御部１３の動作を制御する。この制御信号により、機構制御部１３は、撮像系移動機構１４及び天板移動機構１５を動作させて、Ｃアーム２１の移動及び回動と天板２４の移動とを制御する。
また、システム制御部１０は、Ｘ線検査の条件を示す情報を分布データ生成部４１、線量データ生成部４３、及び画像データ生成部３１に出力する。分布データ生成部４１及び線量データ生成部４３については後述する。
一方で、本実施形態に係るＸ線検査装置は、面積線量計２２３からの面積線量の出力信号に基づき、Ｘ線照射に伴う被検体Ｐの被曝線量を管理する機能を有する。ここで、Ｘ線発生部２２から照射されるＸ線の、照射野内におけるＸ線強度の分布について図２を参照しながら説明する。図２は、照射野内のＸ線強度の分布の一例を示している。図２のＤ０は、照射野内におけるＸ線強度の分布が一様な場合を示している。しなしながら、照射野内におけるＸ線強度の分布は、様々な要因によりばらつきが生じ、Ｄ１に示すようにＸ線強度の分布が一様にならない場合がある。例えば、Ｘ線管２２１内で、フィラメントより放出された電子がターゲットにぶつかる際に、ヒール効果によりアノード面に近い角度方向にＸ線強度が低下する傾向がある。また、補償フィルタＭ１を用いた場合、補償フィルタＭ１が適用された領域はＸ線強度が低下する。また、被検体ＰとＸ線発生部２２との間に天板２４が介在する場合には、天板２４を透過することでＸ線が減衰する。そこで、本実施形態に係る、Ｘ線強度の分布を示す分布データをあらかじめ生成し、Ｘ線検査の際に、この分布データを用いて、照射野内における領域ごとにＸ線強度を算出する。以降では、被曝線量を管理する機能に着目し、分布データを生成する「準備段階」と、Ｘ線の入射線量を算出する「検査段階」とに分けて、各工程で動作する構成について説明する。
（準備段階）
本実施形態に係るＸ線検査装置は、Ｘ線検査の前の準備段階として、Ｘ線強度の分布を示す分布データをＸ線の照射条件ごとにあらかじめ生成し記憶しておく。この分布データの生成方法と、その内容について、このときに動作する分布データを生成するための構成に着目して以下に説明する。
分布データの生成は、Ｘ線検出器２３のＸ線グリッドをはずし、Ｘ線発生部２２とＸ線検出器２３と間に天板２４や補償フィルタＭ１が介在しない状態で行われる。システム制御部１０は、操作者により入力されたＸ線検査の条件を受けて、これを基に制御信号を生成し、生成された制御信号をＸ線制御部１１及び機構制御部１３に出力する。この制御信号に基づきＸ線制御部１１及び機構制御部１３が動作することで、Ｃアーム２１が所定の撮影位置となるように動作及び回動するとともに、Ｘ線の照射条件に基づき決定された所定の照射野に向けてＸ線発生部２２からＸ線が照射される。また、システム制御部１０は、このＸ線検査の条件を示す情報を分布データ生成部４１に出力する。分布データ生成部４１の詳細については後述する。
面積線量計２２３は、Ｘ線管２２１から照射されＸ線絞り２２２を通過したＸ線の線量を検出する。準備段階においては、面積線量計２２３は、検出されたＸ線の線量を電荷に変換し、面積線量の出力信号として分布データ生成部４１に出力する。なお、Ｘ線検査装置が「準備段階」として動作しているか、または、「検査段階」として動作しているかは、例えば、システム制御部１０が操作者による操作を受けて認識する。
また、Ｘ線検出器２３は、Ｘ線発生部２２から照射されたＸ線の強度を検出素子ごとに検出する。Ｘ線検出器２３は、検出素子ごとに検出されたＸ線の強度を電気信号に変換し画像データとして、分布データ生成部４１に出力する。
分布データ生成部４１は、Ｘ線検出器２３から検出素子ごとの画像データを受ける。分布データ生成部４１は、画像データとしてＸ線が検出された領域（即ち、照射野）を複数の領域にあらかじめ分割する。分布データ生成部４１は、Ｘ線発生部２２を基準として、Ｘ線検出器２３までの距離と、線量計算基準位置までの距離とに基づき、分割後の各領域について、線量計算基準位置における領域に換算する。この、線量計算基準位置における各領域を「管理単位領域」と呼ぶ。分布データ生成部４１は、この管理単位領域ごとにＸ線のＳＮ比を算出する。Ｘ線検出器２３の出力の分布データを使用する方法が簡単ではあるが、一般的にＦＰＤ等のＸ線検出器の出力は、Ｘ線強度分布や検出器自体の感度のばらつきを補正して出力されるため、Ｘ線強度分布データへの流用は難しい。この管理単位領域ごとのＸ線のＳＮ比の算出方法について、以下に具体的に説明する。
分布データ生成部４１は、管理単位領域ごとに、検出素子ごとのＸ線強度の平均と、各検出素子におけるＸ線強度の分散とに基づき、Ｘ線強度のＳＤ値（標準偏差）を算出する。分布データ生成部４１は、Ｘ線強度の平均を算出されたＳＤ値で除算することで、その管理単位領域のＸ線強度の平均（出力レベル）とＳＤ値の比を、その管理単位領域におけるＸ線のＳＮ比として算出する。即ち、算出されたＸ線強度のＳＤ値が、このＳＮ比の算出におけるノイズの部分に相当する。
一方で、分布データ生成部４１は、Ｘ線のＳＮ比と入射線量との関係を、Ｘ線検出器２３の特性としてあらかじめ測定し、特性データとして記憶している。図３Ａは、Ｘ線検出器２３の特性として、Ｘ線強度のＳＮ比と入射線量の関係を示したグラフであり、この特性は、Ｘ線量子ノイズとＸ線検出器２３の固有ノイズに起因する。Ｘ線等の放射線の発生吸収は、ランダムな現象であり、その頻度は統計の法則に従うため、ノイズを伴う。このノイズがＸ線量子ノイズに相当する。また、固有ノイズとは、Ｘ線検出器２３を構成する回路のノイズのように、Ｘ線検出器２３に固有のノイズである。図３Ａに示すように、線量の低い領域では線形性が崩れる。これは、Ｘ線検出器２３の固有ノイズの影響によるものである。一方で、所定の線量以上の場合には、Ｘ線のＳＮ比と入射線量とは比例関係にある。これは、Ｘ線の強度が増大し所定の線量以上になると、Ｘ線量子ノイズに対するＸ線検出器２３の固有ノイズの影響が小さくなり無視できるためである。そのため、この準備段階において、線量が所定値以上となるように、Ｘ線発生部２２から照射されるＸ線の強度を設定しておくことで、分布データ生成部４１は、Ｘ線のＳＮ比を入射線量に換算することが可能となる。このような構成により、分布データ生成部４１は、この特性データを基に、管理単位領域ごとに算出されたＳＮ比をその領域ごとの入射線量に換算する。また、これらの分布は、Ｘ線管電圧、線質フィルタ厚や照射野サイズ等により変化する可能性があるため、各種条件下でデータを収集しておく。
また、分布データ生成部４１は、各種条件下でのＸ線強度の分布を示す分布データを線量計算基準位置において、照射野を管理単位領域ごとに分布データを持つ。例えば、図３Ｂの例では、全体の面積線量を全体の照射面積で除算した線量（即ち、空気カーマ）を「１００」とした場合（この場合の線量を「平均線量」と呼ぶ場合がある）の、各管理単位領域の線量比（％）が示されている。例えば、領域「ａ３」は「６０」を示しており、平均線量の６０％の線量となることを示している。また、領域「ｃ２」は「１２５」を示している。平均線量の１２５％の線量となることを示している。即ち、図３Ｂでは、全体の平均が「１００」となるように比率を補正している。
分布データ生成部４１は、分布データを生成したときのＸ線検査の条件を示す情報をシステム制御部１０から受ける。分布データ生成部４１は、生成された分布データを、Ｘ線検査の条件を示す情報と関連付けて分布データ記憶部４２に記憶させる。分布データ記憶部４２は、分布データを記憶するための記憶領域である。分布データ記憶部４２は、Ｘ線検査の条件を指定することで、その条件に対応する分布データを読み出し可能に構成されている。以上のようにして、分布データ生成部４１は、Ｘ線検査の条件ごとに分布データを生成し、生成された分布データを分布データ記憶部４２に記憶させる。
（検査段階）
次に、Ｘ線の入射線量を算出する「検査段階」について説明する。本実施形態に係るＸ線検査装置は、被検体Ｐに向けてＸ線を照射し、面積線量計２２３で検出された面積線量と、そのときのＸ線検査の条件に対応する分布データとを基に、領域ごとの入射線量を算出する。以降では、このとき動作する構成に着目して説明する。
操作者によりＸ線検査の条件が設定されると、システム制御部１０は、この条件に基づき制御信号を生成し、Ｘ線制御部１１及び機構制御部１３に出力する。これにより、所定の撮影位置となるようにＣアーム２１が動作及び回動し、天板２４が移動するとともに、Ｘ線の照射条件に基づきＸ線発生部２２からＸ線が天板２４上の被検体Ｐに向けて照射される。また、システム制御部１０は、このＸ線検査の条件を示す情報を画像データ生成部３１及び線量データ生成部４３に出力する。線量データ生成部４３の詳細については後述する。
Ｘ線検出器２３は、Ｘ線発生部２２から照射されたＸ線の強度を検出素子ごとに検出する。Ｘ線検出器２３は、検出素子ごとに検出されたＸ線の強度を電気信号に変換し画像データとして、画像データ生成部３１に出力する。画像データ生成部３１は、画像データに画像演算や画像処理を施し、この画像データにシステム制御部１０から受けたＸ線検査の条件を示す情報を付帯させて、表示制御部３２に出力する。
面積線量計２２３は、Ｘ線管２２１から照射されＸ線絞り２２２を通過したＸ線の線量を検出する。面積線量計２２３は、検出されたＸ線の線量を電荷に変換し、面積線量の出力信号として線量データ生成部４３に出力する。
線量データ生成部４３は、システム制御部１０からＸ線検査の条件を示す情報を受ける。線量データ生成部４３は、この情報に関連付けられた分布データを分布データ記憶部４２から抽出する。
また、線量データ生成部４３は、面積線量計２２３から面積線量の出力信号を受ける。この出力信号が示す面積線量は、全体の面積線量に相当する。線量データ生成部４３は、全体の面積線量と、分布データに含まれている、領域ごとの線量の比率とを基に線量計算基準位置における、領域ごとの入射線量を算出する。例えば、面積線量計２２３からの出力信号を線量計算基準位置全体の照射面積で除算した線量が１００ｍＧｙとし、図３Ｂに示す分布データが抽出されたものとする。この場合には、例えば、領域「ｂ２」に関連付けられた比率は「１００」のため、領域「ｂ２」の入射線量は１００ｍＧｙ×１００％＝１００ｍＧｙとなる。また、領域「ｂ４」に関連付けられた比率は「１１０」のため、領域「ｂ４」の入射線量は１００ｍＧｙ×１１０％＝１１０ｍＧｙとなる。
次に、線量データ生成部４３は、Ｘ線検査の条件を示す情報を基に、補償フィルタＭ１の使用や天板２４の透過に伴い、Ｘ線が減衰する領域とその減衰量を計算する。一例として、図４Ａを参照しながら、被検体ＰとＸ線発生部２２との間に天板２４が介在する場合に、天板２４を透過することによるＸ線の減衰量の計算方法について説明する。図４Ａでは、入射線量Ｉ０のＸ線が、厚さｔの天板２４に対して入射角θで入射する場合を示している。まず、線量データ生成部４３は、Ｘ線検査の条件を示す情報から、Ｘ線の照射野中において、被検体ＰとＸ線発生部２２との間に天板２４が介在する領域を特定する。次に、線量データ生成部４３は、特定された領域におけるＸ線の減衰量を算出する。Ｘ線の減衰量は、Ｘ線が天板２４中を透過する距離ｔ１と、天板２４のＸ線の吸収係数をｕと、入射線量Ｉ０とを基に算出される。具体的には、Ｘ線が天板２４中を透過する距離ｔ１は、ｔ１＝ｔ／ｃｏｓθにより算出される。また、天板２４を透過した後のＸ線の入射線量Ｉは、Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−ｕ・ｔ１）により算出される。
補償フィルタＭ１を使用する場合には、天板２４が介在する場合とは減衰量の計算方法が異なる。これは、補償フィルタＭ１を透過した後のＸ線が面積線量計２２３により検出されるためである。補償フィルタＭ１を使用する場合について、図４Ｂ〜図４Ｄを参照しながら説明する。図４Ｂ〜図４Ｄは、補償フィルタＭ１と入射線量との関係について説明するための図である。図４Ｂのように補償フィルタＭ１の一部分が入った状態で説明する。補償フィルタＭ１の影響を補正するためには、Ｘ線強度の分布データを補正する方法や、線量算出基準位置での線量算出結果を補正する方法等があるが、ここでは前者について説明する。補償フィルタＭ１の透過率をＡ×１００％とする。また、面積線量計２２３全体に対して補償フィルタＭ１が挿入された部分の割合をＢ×１００％とする。図３ＢのようなＸ線強度の分布データに対して、補償フィルタＭ１を入れた領域は、Ｘ線強度がＡの割合に減衰する。例えば、図４Ｂは、面積線量計２２３全体に対して４０％が、透過率５０％（Ａ＝０．５）の補償フィルタＭ１で覆われている場合の、Ｘ線強度の減衰率の分布を示している。図４Ｂに示した分布を基に、平均が１００（即ち、１００％）となるように換算された分布データをあらかじめ作成し記憶させておく。以下に、この分布データの具体的な作成方法について、図４Ｂの場合を例に説明する。
まず、各領域の値を１００とした場合の、各領域に対応する値の和をＤ１と、補償フィルタＭ１を適用した場合の、各領域に対応する値の和をＤ２とを算出する。本実施例では、５×５の領域に分割しているため、Ｄ１＝５×５×１００＝２５００となる。また、領域ｄ１〜ｄ５及びｅ１〜ｅ５が、補償フィルタＭ１により５０に減衰するため、Ｄ２＝１００×１５＋５０×１０＝２０００となる。この算出されたＤ１及びＤ２を基に係数Ｄ１／Ｄ２を算出する。図４Ｂの例の場合には、Ｄ１／Ｄ２＝２５００／２０００＝１．２５となる。算出された係数Ｄ１／Ｄ２で、図４Ｂに示した分布を補正することで、平均が１００となるように換算された分布データが作成される。図４Ｃは、図４Ｂに示した分布が、係数Ｄ１／Ｄ２により補正されて作成された分布データを指名している。図４Ｃに示すように、領域ａ１〜ａ５、ｂ１〜ｂ５、及びｃ１〜ｃ５は１２５に補正され、領域ｄ１〜ｄ５及びｅ１〜ｅ５は６２．５に補正される。
線量データ生成部４３は、領域ごとの入射線量を算出する際に、補償フィルタＭ１が使用されている場合には、Ｘ線検査の条件を示す情報に基づき抽出された分布データを、補償フィルタＭ１の条件に基づき作成された分布データで補正する。具体的には、Ｘ線検査の条件を示す情報に基づき抽出された分布データの値と、補償フィルタＭ１の条件に基づき作成された分布データの値とを、領域ごとに乗算することで補正する。図４Ｄに、図３Ｂに示した分布データを、図４Ｃに示した分布データで補正した結果を示す。図４Ｄにおける領域Ｍ２が、補償フィルタＭ１が適用された部分に相当する。例えば、領域ａ１は、図３Ｂでは「９０」％を示しており、補償フィルタＭ１で覆われない。そのため、この値に、図４Ｃで示した分布データの領域ａ１に対応する値「１２５」％が乗算されることで、「１１２．５」％に補正される。また、領域ｄ１は、図３Ｂでは「１００」％を示しており、この領域は、補償フィルタＭ１で覆われる。そのため、この値に、図４Ｃで示した分布データの領域ｄ１に対応する値「６２．５」％が乗算されることで、「６２．５」％に補正される。分布データの補正後に、線量データ生成部４３は、補正後の分布データをＸ線の減衰量を算出すればよい。
線量データ生成部４３は、算出された減衰量に基づき、領域ごとに算出された入射線量を補正する。
以上のようにして、線量データ生成部４３は、領域ごとに入射線量を算出し、その入射線量の算出元である領域と関連付けた線量データを生成する。例えば、図５Ａは、本実施例における線量データの一例を模式的に示した図である。また、図５Ｂは、照射野のＸ線強度分布を考慮しない従来の方法を示している。例えば、図５Ａに示した例では、領域「ｂ１」には、入射線量「１００ｍＧｙ」が関連付けられている。また、領域「ｃ３」には、入射線量「１２０ｍＧｙ」が関連付けられている。なお、図５Ｂに示した例では、照射野全体に対して平均入射線量「１００ｍＧｙ」が関連付けられている。このように、分布データを用いることで、照射野を複数の領域に分割し、その領域ごとに入射線量を算出することが可能となる。線量データ生成部４３は、生成した線量データを表示制御部３２に出力する。また、線量データ生成部４３は、生成した線量データを、Ｘ線検査の条件を示す情報と関連付けて線量データ記憶部４４に記憶させてもよい。線量データ記憶部４４は、線量データを記憶するための記憶領域である。線量データ記憶部４４は、Ｘ線検査の条件を指定することで、その条件に対応する線量データを読み出し可能に構成されている。
表示制御部３２は、システム制御部１０から、Ｃアーム２１の位置及び角度、天板２４の位置、Ｘ線検出器２３の位置、照射野のサイズ、及びＸ線絞り２２２の状態を示す情報を受ける。表示制御部３２は、これらの情報を基にモデル化された患者（以降は、「患者モデル」と呼ぶ）に対するＸ線の入射位置及び照射野の広さを計算する。また、表示制御部３２は、分布データに基づき領域ごとに入射線量が算出された線量データを線量データ生成部４３から受ける。表示制御部３２は、患者モデル上の照射面における入射線量を、この領域単位で識別可能に（例えば、入射線量に応じて色分けして）線量情報表示部３３１に表示させる。なお、この線量データは、例えば、検査中にリアルタイムで積算線量として算出し、線量情報表示部３３１に遂次表示させてもよい。図６Ａは、入射線量を示す情報の表示態様の一例として、患者モデル上に各領域の入射線量を識別可能に表示した場合を示している。なお、表示制御部３２は、システム制御部１０から受けた情報に対応する線量データを、線量データ記憶部４４から抽出し、線量情報表示部３３１に表示させてもよい。このように動作させることで、あらかじめ線量データを収集し、後日、これを線量情報表示部３３１に表示させて診断に用いることが可能となる。
なお、線量データ生成部４３は、画像データ生成部３１から画像データを受けて、この画像データと生成された線量データとを関連付けて線量データ記憶部４４に記憶させてもよい。この場合には、表示制御部３２は、画像データ及び線量データを線量データ記憶部４４から読み出し、この画像データ及び線量データに基づきＸ線画像及び入射線量を線量情報表示部３３１に表示させる。このような構成とすることで、画像データ及び線量データとが関連付けて記憶されるため、例えば、事前にＸ線画像の撮影と線量データの生成を行っておき、後日、Ｘ線画像及び入射線量を線量情報表示部３３１に表示させるといった態様で動作させることも可能となる。
（処理）
次に、本実施形態に係るＸ線診断装置の一連の動作について説明する。まず、図７Ａを参照しながら、分布データをＸ線の照射条件ごとにあらかじめ生成し記憶するための準備段階の動作について説明する。図７Ａは、準備段階の一連の動作を示したフローチャートである。
（ステップＳ１１）
分布データの生成は、Ｘ線検出器２３のＸ線グリッドをはずし、Ｘ線発生部２２とＸ線検出器２３と間に天板２４や補償フィルタＭ１が介在しない状態で行われる。また、入射Ｘ線とＸ線検出器２３からの出力が比例関係となるように、画像処理などの機能はＯＦＦにする。システム制御部１０は、操作者により入力されたＸ線検査の条件を受けて、これを基に制御信号を生成し、生成された制御信号をＸ線制御部１１及び機構制御部１３に出力する。また、システム制御部１０は、このＸ線検査の条件を示す情報を分布データ生成部４１に出力する。
（ステップＳ１２）
機構制御部１３は、システム制御部１０からの制御信号に基づき撮像系移動機構１４を制御し、Ｘ線検査の条件として指示された撮影位置となるようにＣアーム２１を動作及び回動させる。また、Ｘ線制御部１１は、システム制御部１０からの制御信号に基づき高電圧発生部１２を制御し、Ｘ線検査の条件として指示されたＸ線の照射条件に基づきＸ線発生部２２にＸ線を照射させる。
（ステップＳ１３）
また、Ｘ線検出器２３は、Ｘ線発生部２２から照射されたＸ線の強度を検出素子ごとに検出する。Ｘ線検出器２３は、検出素子ごとに検出されたＸ線の強度を電気信号に変換し画像データとして、分布データ生成部４１に出力する。
（ステップＳ１４）
分布データ生成部４１は、Ｘ線検出器２３から検出素子ごとの画像データを受ける。分布データ生成部４１は、画像データとしてＸ線が検出された領域（即ち、照射野）を複数の領域にあらかじめ分割し、管理単位領域ごとに画像データのＳＮ比を算出する。具体的には、分布データ生成部４１は、管理単位領域ごとに、検出素子ごとのＸ線強度の平均と、各検出素子におけるＸ線強度の分散とに基づき、Ｘ線強度のＳＤ値（標準偏差）を算出する。分布データ生成部４１は、Ｘ線強度の平均を算出されたＳＤ値で除算することで、管理単位領域のＸ線強度の平均（出力レベル）に対するＳＤ値の割合を、その領域におけるＸ線のＳＮ比として算出する。
一方で、分布データ生成部４１は、Ｘ線のＳＮ比と入射線量との関係を、Ｘ線検出器２３の特性としてあらかじめ測定し、特性データとして記憶している。分布データ生成部４１は、この特性データを基に、管理単位領域ごとに算出されたＳＮ比をその領域ごとの入射線量に換算する。分布データ生成部４１は、この管理単位領域ごとの入射線量を、平均値が一定となるように、その領域ごとの比（図３Ｂ参照）に換算する。
分布データ生成部４１は、分布データを生成したときのＸ線検査の条件を示す情報をシステム制御部１０から受ける。分布データ生成部４１は、生成された分布データを、Ｘ線検査の条件を示す情報と関連付けて分布データ記憶部４２に記憶させる。以上のようにして、分布データ生成部４１は、Ｘ線検査の条件ごとに分布データを生成し、生成された分布データを分布データ記憶部４２に記憶させる。
次に、図７Ｂを参照しながら、被検体ＰにＸ線を照射してＸ線画像を生成するとともに、Ｘ線の入射線量を算出する検査段階について説明する。図７Ｂは、検査段階の一連の動作を示したフローチャートである。
（ステップＳ２１）
操作者によりＸ線検査の条件が設定されると、システム制御部１０は、この条件に基づき制御信号を生成し、Ｘ線制御部１１及び機構制御部１３に出力する。また、システム制御部１０は、このＸ線検査の条件を示す情報を画像データ生成部３１及び線量データ生成部４３に出力する。
（ステップＳ２２）
線量データ生成部４３は、システム制御部１０からＸ線検査の条件を示す情報を受ける。線量データ生成部４３は、この情報に関連付けられた分布データを分布データ記憶部４２から抽出する。
（ステップＳ２３）
機構制御部１３は、システム制御部１０からの制御信号に基づき撮像系移動機構１４及び天板移動機構１５を制御し、Ｘ線検査の条件として指示された撮影位置となるようにＣアーム２１を動作及び回動させるとともに、天板２４を移動させる。また、Ｘ線制御部１１は、システム制御部１０からの制御信号に基づき高電圧発生部１２を制御し、Ｘ線検査の条件として指示されたＸ線の照射条件に基づきＸ線発生部２２にＸ線を照射させる。これにより、Ｘ線発生部２２から天板２４上の被検体Ｐに向けてＸ線が照射される。
（ステップＳ２４）
面積線量計２２３は、Ｘ線管２２１から照射されＸ線絞り２２２を通過したＸ線の線量を検出する。面積線量計２２３は、検出されたＸ線の線量を電荷に変換し、面積線量の出力信号として線量データ生成部４３に出力する。
（ステップＳ２５）
線量データ生成部４３は、面積線量計２２３から面積線量の出力信号を受ける。この出力信号が示す面積線量は、全体の面積線量に相当する。線量データ生成部４３は、全体の面積線量と、分布データに含まれている、領域ごとの線量の比率とを基に、領域ごとの入射線量を算出する。
次に、線量データ生成部４３は、Ｘ線検査の条件を示す情報を基に、補償フィルタＭ１の使用や天板２４の透過に伴い、Ｘ線が減衰する領域とその減衰量を計算する。線量データ生成部４３は、算出された減衰量に基づき、領域ごとに算出された入射線量を補正する。
線量データ生成部４３は、領域ごとに入射線量を算出し、その入射線量の算出元である領域と関連付けた線量データを生成する。線量データ生成部４３は、生成した線量データを表示制御部３２に出力する。
表示制御部３２は、システム制御部１０から、Ｃアーム２１の位置及び角度、天板２４の位置、Ｘ線検出器２３の位置、照射野のサイズ、及びＸ線絞り２２２の状態を示す情報を受ける。表示制御部３２は、これらの情報を基に患者モデルに対するＸ線の入射位置及び照射野の広さを計算する。また、表示制御部３２は、分布データに基づき領域ごとに入射線量が算出された線量データを線量データ生成部４３から受ける。表示制御部３２は、患者モデル上の照射面における入射線量を、この領域単位で識別可能に線量情報表示部３３１に表示させる。このように、本実施形態に係るＸ線検査装置に依れば、分布データを用いることで、照射野を複数の領域に分割し、その領域ごとに入射線量を算出することが可能となる。
ここで、図５Ｂを参照する。図５Ｂは、分布データを用いずに線量データを生成した場合の例を模式的に示した図である。線量データ生成部４３は、分布データを基に、照射野中におけるＸ線強度の分布を認識している。そのため、例えば従来のように分布データを用いない場合には、図５Ｂに示すように、各領域を認識して、領域ごとに入射線量を算出することが困難であった。例えば、図６Ｂは、この場合における入射線量を示す情報の表示態様の一例を示している。このように、分布データを用いない場合には、図５Ｂ及び図６ＢのＶ２Ｂに示すように、照射領域内に一様にＸ線が照射されているものとして入射線量が管理されていた。
これに対し、本実施形態に係るＸ線検査装置によれば、分布データを用いることで、照射野を複数の領域に分けて、この領域ごとに入射線量を算出することが可能となる。これにより、例えば、図５Ａ及び図６Ａに示すように、Ｘ線強度の分布にばらつきがあり、局所的にＸ線の入射線量が増大している場合においても、これを検出し管理することが可能となる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載されたその均等の範囲に含まれる。
１０ システム制御部
１１ Ｘ線制御部
１２ 高電圧発生部
１３ 機構制御部
１４ 撮像系移動機構
１５ 天板移動機構
２０ 撮影部
２１ Ｃアーム
２２ Ｘ線発生部
２２１ Ｘ線管
２２２ Ｘ線絞り
２２３ 面積線量計
２３ Ｘ線検出器
２４ 天板
３１ 画像データ生成部
３２ 表示制御部
３３１ 線量情報表示部
３３２ 画像表示部
４１ 分布データ生成部
４２ 分布データ記憶部
４３ 線量データ生成部
４４ 線量データ記憶部

Claims (5)

  1. 所望の照射野に向けてＸ線を照射するＸ線源と、
    前記Ｘ線源から照射された前記Ｘ線の強度を検出するＸ線検出器と、
    前記Ｘ線検出器により検出された前記Ｘ線の強度に基づいてＸ線画像を生成する画像データ生成部と、
    前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に介在し、前記Ｘ線源から照射された前記Ｘ線の面積線量を検出する線量検出部と、
    前記Ｘ線検出器により検出された前記Ｘ線の強度に基づき、前記照射野の複数の部分領域ごとにＸ線の強度を示す強度分布データを生成する強度分布データ生成部と、
    前記強度分布データ生成部により生成された前記強度分布データ及び前記線量検出部により検出された前記面積線量に基づき、前記複数の部分領域ごとに前記Ｘ線の線量を示す線量分布データを生成する線量分布データ生成部と、
    を備えたことを特徴とするＸ線診断装置。
  2. 前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に介在する天板又は補償フィルタを備え、
    前記線量分布データ生成部は、前記天板又は前記補償フィルタによる前記Ｘ線の減衰量を算出し、その減衰量を用いて前記線量分布データを補正することを特徴とする請求項１に記載のＸ線診断装置。
  3. 前記強度分布データ生成部は、前記Ｘ線検出器により検出された前記Ｘ線の強度に基づいて前記複数の部分領域ごとに前記Ｘ線のＳＮ比を示す分布データを用い、前記複数の部分領域ごとに線量比を示す分布データを前記強度分布データとして生成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線診断装置。
  4. 前記線量分布データ生成部により生成された前記線量分布データにおける前記複数の部分領域ごとの前記Ｘ線の線量を、前記Ｘ線画像上の当該領域に対応する部分に識別可能に表示させる表示制御部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＸ線診断装置。
  5. 所望の照射野に向けてＸ線を照射するＸ線源と、
    前記Ｘ線源から照射された前記Ｘ線の強度を検出するＸ線検出器と、
    前記Ｘ線検出器により検出された前記Ｘ線の強度に基づいてＸ線画像を生成する画像データ生成部と、
    前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に介在し、前記Ｘ線源から照射された前記Ｘ線の面積線量を検出する線量検出部と、
    を備えたＸ線診断装置を用いた線量分布データ生成方法であって、
    前記Ｘ線検出器により検出された前記Ｘ線の強度に基づき、前記照射野の複数の部分領域ごとにＸ線の強度を示す強度分布データを生成する第１工程と、
    前記第１工程により生成された前記強度分布データ及び前記線量検出部により検出された前記面積線量に基づき、前記複数の部分領域ごとに前記Ｘ線の線量を示す線量分布データを生成する第２工程と、
    を備えたことを特徴とする線量分布データ生成方法。
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