JP5956727B2 - Ｘ線撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線撮影装置に関する。

Ｘ線透視撮影においては、センサ駆動を、透視中は動画駆動に、静止画表示時は静止画駆動に切り替える。Ｘ線発生部とＸ線センサ部の位置決めが操作者により行われる装置においては、位置決め撮影は静止画撮影モードで、連続撮影は動画撮影モードで行うのが通常である。

例えば、特許文献１は、バイアス電源を複数具備し、動画モードと静止画モードとでセンサにかけるバイアスの電位を切り替える技術を開示する。同文献には、１枚の静止画像を得るまでに、Ｘ線曝射を行い光電変換によって生じた電荷の読み出しを行う撮影期間の前に、予めセンサをリフレッシュするため準備期間が設けられることが記載されている。

また、特許文献２は、被写体の静止画本撮影を行う前に、放射線の照射量を抑えて被写体を連続撮影する補助撮影を行う技術を開示する。同文献には、補助撮影で得られた画像に基づき被写体の動きの周期性を検出し、その周期性に基づき擬似画像を生成し、この擬似画像に基づき、静止画本撮影に使用する撮影パラメータを算出することが記載されている。

さらに、特許文献３は、読取画像から静止画を形成する場合と動画を形成する場合とで画素密度の設定を変更する技術を開示する。同文献には、静止画を形成する場合には、高画素密度で読み取って高解像度の画像を得ること、動画を形成する場合には、低画素密度で高速に読み取り動画に必要なフレームレートを確保することが好ましいことが記載されている。

特開２００２−３０５６８７号公報 特開２００９−１１９０２１号公報 特開２００４−１４４７１３号公報

静止画撮影と動画撮影とでセンサ駆動を切り替える場合、その切替え時にセンサが不安定になり補正エラーが発生する。そのため、従来、切替え時にはセンサが安定するまでの待機時間が必要であった。しかし、この待機時間は操作者の使い勝手を悪くする。

そこで、本発明は、静止画撮影と動画撮影との間で撮影モードを切り替える際の待機時間をなくし、これにより操作者の使い勝手が向上したＸ線撮影装置を提供する。

本発明の一側面によれば、照射指示信号が第一の状態となる期間にＸ線を発生可能なＸ線発生部と、前記Ｘ線発生部で発生したＸ線を検出することにより電気信号を得るＸ線センサ部と、前記Ｘ線センサ部で得られる電気信号に基づくＸ線画像を表示する表示部と、前記Ｘ線発生部及び前記Ｘ線センサ部の駆動を制御するとともに前記表示部での前記Ｘ線画像の表示を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記Ｘ線センサ部によりＸ線を検出することにより被写体の静止画を撮影する第一の撮影と、前記Ｘ線センサ部によりＸ線を検出することにより前記被写体の動画撮影を行う第二の撮影とを実行し、前記第二の撮影では、前記Ｘ線センサ部を積分区間と非積分区間とを繰り返すように駆動し、前記積分区間に前記Ｘ線センサ部で得られる電気信号に基づくＸ線画像を動画のフレーム画像として取得し、前記第一の撮影と前記第二の撮影との間の期間では、前記照射指示信号が前記第１の状態でない期間であっても前記Ｘ線センサ部に前記積分区間と前記非積分区間とを繰り返させ、かつ前記積分区間に前記Ｘ線センサ部で得られる電気信号に基づく画像データは生成しないことを特徴とするＸ線撮影装置が提供される。

本発明によれば、静止画撮影と動画撮影との間で撮影モードを切り替える際の待機時間がなくなり、操作者の使い勝手が向上する。

実施形態におけるＸ線撮影装置の外観図。 実施形態におけるＸ線撮影装置による動画撮影のフローチャート。 実施形態におけるＸ線センサ部の駆動例を示すタイミングチャート。 実施形態におけるＸ線センサ部の駆動例を示すタイミングチャート。 実施形態におけるＸ線画像の階調変換を説明する図。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。

実施形態におけるＸ線撮影装置の概観を図１に示す。Ｘ線発生部７で発生したＸ線は、Ｘ線絞り部６を介して、被写体を透過してＸ線センサ部３に到達し、Ｘ線センサ部３によって検出される。Ｘ線発生部７及びＸ線センサ部３の駆動は制御部５によって制御される。制御部５、Ｘ線電源を含む筐体から伸びたアーム１０がＸ線発生部７を支持する。Ｘ線センサ部３に到達したＸ線画像は、制御部５で画像処理されて表示部４に表示される。

操作者は、Ｘ線ビームがＸ線センサ部３の面内に到達するようにアーム１０の位置を調整することができる。従来は、このようなＸ線撮影装置で動画が撮影されることはなかった。しかし、最近のＸ線センサ部は、カセッテ形状であっても動画が撮影可能になっている。このような状況においては、動画撮影をする前に、Ｘ線発生部７及びＸ線センサ部３の少なくともいずれか一方の位置決め（アライメント）を行う必要がある。アライメントを行うには、その基準とする被写体の静止画を得るための位置決め撮影をする必要がある。動画撮影中に位置決め作業を行うと患者は不必要な被曝をすることになる。

図２に本実施形態における画像撮影のフローを示す。まず、動画撮影のオーダが入力される（Ｓ１０）。動画撮影のオーダは、図示しない放射線情報システムＲＩＳからコンピュータ通信により行われるので、そのオーダには患者情報、撮影部位情報が付加されている。患者情報は、疾患情報（どのような病気か）、患者の年齢、性別、身長、体重等の情報を含む。撮影部位情報は、頭部、肺、胃、膵臓、胆管、肝臓、小腸、大腸等の情報を含む。なお、このようなＸ線撮影装置では、心臓のような高フレームレート（ｆｐｓ）を必要とする撮影は行わない前提がある。本実施形態で想定している撮影される動画のフレームレートは例えば５ｆｐｓ以下である。

患者情報及び撮影部位情報に基づいて、Ｘ線条件、Ｘ線センサ部３の駆動条件が自動的に決定される（Ｓ１１）。Ｘ線条件は、例えば、管電圧、Ｘ線パルスのｍＡｓ値を含む。Ｘ線センサ部３の駆動条件は、例えば、フレームレート（ｆｐｓ）、読取面積、ゲイン、ビニングを含む。読取面積とは、Ｘ線センサ部３の受光部全面なのか、或いは一部分であるときはセンサ中心からどのサイズであるかを意味する。ゲインは、半導体センサの内部アンプのゲインを意味する。ビニングは、何画素束ねて読み出すかを意味する。例えば、オリジナル画素サイズが１６０μｍ正方であれば、２×２画素で読み出せば画像サイズは３２０μｍ正方となる。小児であれば管電圧は低く、Ｘ線パルスのｍＡｓは小さく設定される。撮影部位が体幹部であれば、管電圧は高く、Ｘ線パルスのｍＡｓは大きく、読取面積は大きく、ゲインは高く、ビニングを大きくする。フレームレートは、疾患情報により決定される。体動のある肺野部ではフレームレートは高く、体動の小さい頭部、腹部ではフレームレートは低く設定される。Ｓ１１で自動設定されたＸ線条件、Ｘ線センサ部３の駆動条件は、操作者により修正され、決定されうる（Ｓ１２）。

Ｘ線センサ部３の駆動条件が決定されると、Ｘ線センサ部３が実際に駆動開始される（Ｓ１３）。Ｓ１２の操作者による決定以前にＸ線センサ部３を駆動しないのは、駆動することで電力消費し、Ｘ線センサ部３の温度を無為に上げないためである。

次に、操作者により位置決め撮影又は本撮影（動画撮影）が選択される（撮影モード選択）。一般には、本撮影に先行して位置決め撮影が必要になる（Ｓ１４）。位置決め撮影には、本撮影よりも小さい線量で十分である。Ｓ１２で決定されたＸ線条件は本撮影のためのものであるから、位置決め撮影が選択されたときは、Ｓ１２で決定されたＸ線条件が自動的に修正される（Ｓ１５）。例えば、位置決め撮影の線量は、本撮影の線量の所定の割合（例えば１０％〜３０％）に設定される。図示しないＸ線曝射ボタンが押されることで発行されるＸ線曝射指令に応答して位置決め撮影が開始され、Ｘ線パルスが１回曝射される。Ｘ線センサ部３はＳ１３で既に駆動されているので、Ｘ線センサ部３の駆動に調歩してＸ線が曝射され、Ｘ線画像１が収集される（Ｓ１６）。Ｘ線センサ部３の駆動に調歩してＸ線が曝射される点が、従来の静止画撮影（位置決め撮影）と異なる。

Ｘ線画像１は、制御部５内の画像処理部で画像処理され、表示部４に表示される（Ｓ１７）。表示部４に表示される位置決め画像は、動画用駆動条件（ビニング、ゲイン）に関わらず所定のサイズになるようにスケーリングされて表示部４に表示される。従来は、位置決め画像撮影の際は、本撮影（動画撮影）の駆動条件に関係なく、静止画用駆動条件で撮影されていた。本発明では、動画用駆動条件で位置決め撮影が行われる点が従来と異なる。Ｓ１７で適用された画像処理パラメータは、画像解析により決定されたパラメータであるが、適切でない場合は操作者により修正され、決定されうる（Ｓ１８）。

操作者は、修正画像処理されたＸ線画像１を観察して位置決めの良否を判断することができる（Ｓ１９）。位置決めが不適切であれば、アーム位置、Ｘ線センサ部３の位置、Ｘ線絞り部６の開口を必要に応じて変更する（Ｓ２６）。変更後は、Ｓ１５に移行する。この場合、Ｓ１５では、位置決め画像の粒状性を自動判断して、Ｘ線条件を自動変更する。位置決め画像は、画像の粒状性が良いことは特に要求されないので、必要以上に粒状性が良い場合は、パルスのｍＡｓ値が小さくなるように変更する。

位置決めが適切であれば、その後、本撮影（動画撮影）が選択される（Ｓ２０）。位置決め撮影のために、Ｓ１５でＸ線条件のｍＡｓ値等が小さくなるように変更されていたのを、Ｓ１２で決定されたＸ線条件に戻す（Ｓ２１）。図示しないＸ線曝射ボタンが押されることで発行されるＸ線曝射指令に応答して本撮影が開始され、Ｘ線パルスが複数回連続して曝射される。Ｘ線パルスの個数は、例えば、Ｘ線曝射ボタンが押されている秒数とＸ線センサ部３の駆動条件のｆｐｓの積で計算される。Ｘ線センサ部３に調歩してＸ線パルスが出力されＸ線画像２が収集される（Ｓ２２）。

Ｘ線画像２には、Ｓ１８で決定された関心領域情報が適用されて、画像処理され表示部４に連続表示される（Ｓ２３）。Ｘ線画像１とＸ線画像２は、Ｘ線線量が異なるので画像の粒状性、画素値が異なる。よって、同一の周波数強調、同一の階調変換では適正な画像が得られない。しかし、被写体の撮影領域は同じであるので、関心領域は同じである。階調変換では、関心領域をどのように設定するかが重要である。関心領域情報は、Ｘ線画像の画素値ヒストグラムと階調変換曲線の位置関係で指定することができる。Ｓ１８で決定された階調変換曲線ＣのＸ線画像１の画素ヒストグラム上での位置を記憶し、その位置を、階調変換曲線ＣとＸ線画像２のヒストグラム上での位置と同じにする。階調変換曲線Ｃは、Ｘ線画像１とＸ線画像２で同一のものが適用される（図５）。Ｓ２３で適用された階調変換以外の画像処理パラメータは、画像解析により決定されたパラメータであるが、適切でない場合は操作者により修正され、決定されうる（Ｓ２４）。Ｓ２４で決定された画像処理パラメータによりＸ線画像２は連続表示される（Ｓ２５）。

以上のように、本実施形態では、位置決め撮影と本撮影との間でＸ線センサ部３の駆動条件が共通にされる。

以下、位置決め撮影及び本撮影が、いずれも本撮影の駆動条件（フレームレート、ゲイン、読取面積、ビニング）で駆動された場合の、Ｘ線画像の収集方法について説明する。図３は、フレームレート＝３ｆｐｓ（１秒間に３回の積分区間）で駆動される場合のタイミングチャートである。本実施形態では、フレームレートの半分が画像表示レートになる。Ｓ１３でＸ線センサ部３の駆動条件が決定されると、動画撮影駆動信号がアクティブになる（Ｈｉｇｈになる）。動画撮影駆動信号がアクティブになると、Ｘ線センサの積分区間が３ｆｐｓに決定される。Ｓ１４の撮影モード選択で位置決め撮影が選択され、図示しない曝射ボタンが押し下げられると、押し下げ時間に関係なく照射指示信号が一定時間アクティブになる（Ｈｉｇｈになる）。この照射指示信号と積分区間との論理積（ＡＮＤ）でＸ線照射がされる。Ｘ線照射と重なる積分区間でＸ線信号（本信号）が収集される。Ｘ線照射が行われると、引き続く積分区間でＯＦＦＳＥＴ信号（暗電流信号）が収集される。Ｘ線画像は、Ｘ線信号とＯＦＦＳＥＴ信号の差分である。

Ｘ線画像は画像処理されて表示部４に表示される。位置決め撮影モード時に、照射指示信号に対応しない積分区間も実際には積分は行われ、Ｘ線センサ部３は駆動される。しかし、電力を消費する増幅回路、ＡＤ変換回路は駆動されないので画像データは生成されない。

Ｓ１９で位置決め撮影を再度行う場合は、次回の曝射ボタンが押し下げに対応して再度、照射指示信号が出力される。Ｓ１９で位置決めが良好になると撮影モード選択で動画撮影が選択され、図示しない曝射ボタンが押し下げられると、押し下げ時間に時間に対応して照射信号信号が出力される。この照射指示信号と積分区間との論理積（ＡＮＤ）でＸ線照射がされる。ただし、Ｘ線照射は奇数回目の積分区間のみで行われる。Ｘ線照射と重なる積分区間でＸ線信号（本信号）が収集される。Ｘ線照射が行われると、引き続く積分区間でＯＦＦＳＥＴ信号（暗電流信号）が収集される。Ｘ線画像は、Ｘ線信号とＯＦＦＳＥＴ信号の差分である。Ｘ線画像は画像処理されて表示部４に表示される。本実施形態では、Ｘ線信号に続いて、ＯＦＦＳＥＴ信号が収集されるが、ＯＦＦＳＥＴが安定している場合は毎回ＯＦＦＳＥＴ信号を収集せずに、動画撮影開始前に収集した代表的なＯＦＦＳＥＴ信号を全てのＸ線信号に使用してもよい。

図４は、フレームレート＝５ｆｐｓ（１秒間に５回の積分区間）で駆動される場合のタイミングチャートである。図３との相違は、１秒間に５回の積分区間が設定されるために、Ｘ線センサ部３の積分区間が短くなっていることである。撮影モードが動画撮影の場合は、フレームレートに依存して積分区間が変化することは一般的であるが、撮影モードが位置決め（静止画）撮影の場合も積分区間が変化することが、従来技術と異なる。積分区間が短くなると、同一の線量（ｍＡ値）を足すには管電流値を大きくする必要があるが、位置決め撮影から動画撮影に高速に切り替えられるメリットがある。

（他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。この場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

Claims (12)

1. 照射指示信号が第一の状態となる期間にＸ線を発生可能なＸ線発生部と、
   前記Ｘ線発生部で発生したＸ線を検出することにより電気信号を得るＸ線センサ部と、
   前記Ｘ線センサ部で得られる電気信号に基づくＸ線画像を表示する表示部と、
   前記Ｘ線発生部及び前記Ｘ線センサ部の駆動を制御するとともに前記表示部での前記Ｘ線画像の表示を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記Ｘ線センサ部によりＸ線を検出することにより被写体の静止画を撮影する第一の撮影と、前記Ｘ線センサ部によりＸ線を検出することにより前記被写体の動画撮影を行う第二の撮影とを実行し、
   前記第二の撮影では、前記Ｘ線センサ部を積分区間と非積分区間とを繰り返すように駆動し、前記積分区間に前記Ｘ線センサ部で得られる電気信号に基づくＸ線画像を動画のフレーム画像として取得し、
   前記第一の撮影と前記第二の撮影との間の期間では、前記照射指示信号が前記第１の状態でない期間であっても前記Ｘ線センサ部に前記積分区間と前記非積分区間とを繰り返させ、かつ前記積分区間に前記Ｘ線センサ部で得られる電気信号に基づく画像データは生成しない
   ことを特徴とするＸ線撮影装置。
2. 前記制御部は、前記第一の撮影では、前記Ｘ線センサ部が前記積分区間に照射されたＸ線を検出して得られる電気信号に基づくＸ線画像を静止画像として取得することを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮影装置。
3. 前記制御部は、前記第一の撮影と前記第二の撮影とを、前記Ｘ線センサ部の駆動条件を共通にして実行することを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線撮影装置。
4. 前記制御部は、前記第一の撮影と前記第二の撮影とを、前記Ｘ線センサ部のアンプのゲインの設定を共通にして実行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＸ線撮影装置。
5. 前記制御部は、前記第一の撮影と前記第二の撮影とを、前記Ｘ線センサ部のビニングの設定を共通にして実行することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＸ線撮影装置。
6. 前記制御部は、前記第一の撮影と前記第二の撮影とが連続して行われる場合に、少なくとも前記第一の撮影が行われてから前記第二の撮影が行われるまでの間、前記積分区間と前記非積分区間の繰り返しを、該繰り返しの間隔が共通となるように制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＸ線撮影装置。
7. 前記Ｘ線センサ部の駆動条件は、フレームレート、前記Ｘ線センサ部のアンプのゲイン、前記Ｘ線センサ部のビニングの設定を含むことを特徴とする請求項３に記載のＸ線撮影装置。
8. 前記制御部は、前記第一の撮影においては、Ｘ線曝射指令に応答してＸ線パルスを１回曝射するよう前記Ｘ線発生部を制御し、前記第二の撮影においては、Ｘ線曝射指令に応答してＸ線パルスを複数回連続して曝射するよう前記Ｘ線発生部を制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＸ線撮影装置。
9. 前記制御部は、前記Ｘ線センサ部の駆動条件に関わらず、前記第一の撮影によって撮影された前記静止画が所定のサイズになるようスケーリングして前記表示部に表示することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＸ線撮影装置。
10. 前記第二の撮影において撮影される動画のフレームレートは５ｆｐｓ以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のＸ線撮影装置。
11. 入力された動画撮影のオーダに付加されている患者情報及び撮影部位情報に基づいて、前記Ｘ線発生部のＸ線条件及び前記Ｘ線センサ部の駆動条件を設定する設定手段を更に有し、
    前記制御部は、前記第一の撮影を行う場合、前記設定手段で設定されたＸ線条件を、前記第一の撮影での線量が前記第二の撮影での線量の所定の割合になるように修正し、その後、前記第二の撮影を行う場合に、該修正されたＸ線条件を前記設定手段で設定されたＸ線条件に戻す
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＸ線撮影装置。
12. 前記制御部は、前記第二の撮影においては、前記Ｘ線センサ部のアンプ及びＡＤ変換回路を駆動しないよう制御することで前記画像データを生成しないことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のＸ線撮影装置。

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