JP6047347B2

JP6047347B2 - 医療用ｘ線測定装置

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Publication number: JP6047347B2
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Inventors: 宮本　高敬; 高敬宮本; 細部　孝; 孝細部
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Publication date: 2016-12-21
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Description

本発明は医療用Ｘ線測定装置に関し、特に、キャリブレーションや比較演算のための基準物質を備える医療用Ｘ線測定装置に関する。

医療の分野において、Ｘ線を利用して被検体を測定する装置として、Ｘ線撮影装置（レントゲン撮影装置）、骨塩量測定装置、等が知られている。骨塩量測定装置は、一般に、二重エネルギーＸ線吸収撮像法（ＤＥＸＡ法）に基づいて骨塩量（骨密度）を測定する装置である。かかる装置では、高エネルギーＸ線及び低エネルギーＸ線が交互に生成され、それらが被検者に交互に照射される。その際、通常、一次元のペンシルビームの二次元走査、二次元のファンビームの一次元走査又は二次元走査が実行される。

Ｘ線撮影装置は、被検体の二次元Ｘ線透過像を形成するものである。一般に、立体的なビームとしてのコーンビームが形成され、一度のＸ線の照射で１枚の二次元透過像が形成される。具体的には、二次元感光フィルムにより二次元透過像が検出され、あるいは、二次元Ｘ線センサにより二次元透過像が検出される。可搬型の二次元検出パネルが利用されることもある。それは電気的又は光学的に二次元透過像を読み出すことが可能なものである。

Ｘ線撮影装置は、上記の骨密度測定装置とは異なり、通常、２種類のエネルギーをもったＸ線を交互に照射する機能を備えていない。すなわち、Ｘ線撮影装置では、一般に、広いエネルギー範囲をもったＸ線、あるいは、一重エネルギーＸ線が照射される。このような構成では、上記ＤＥＸＡ法に基づいて骨塩量を測定することはできないが、公知のＭＤ法（ＤＩＰ法）によれば、そのような構成でも骨塩量を推定することが可能である。ＭＤ法は、被検体の透過像と同時に特別な形状をもった基準物質の透過像を撮影して、後者を基準として被検体中の骨部における各位置の骨塩量を推定するものである。なお、基準物質として、例えば、連続的に又は段階的に変化する厚みをもったアルミニウムブロックが利用される。なお、ＭＤ法では軟部組織の厚みが無視されており、逆に言えば、軟部組織を無視できる程度に軟部組織の厚みが小さい部位が骨塩量測定部位とされる。

骨粗鬆症等の診断に当たっては腰椎や大腿骨が骨塩量測定対象となる。そのような部位においては、軟部組織は無視できない程度の厚みをもっている。よって、ＤＥＸＡ法を利用して骨塩量を測定するのが望ましい。その場合、検査時間を短縮化するためにはＸ線ビームを走査せずに二次元領域にわたって一度の照射で透過像（低エネルギーＸ線透過像又は高エネルギーＸ線透過像）を取得することが望ましい。そのためにはコーンビームつまり立体的なビームの形成が求められる。

なお、特許文献１には骨密度側測定と一般Ｘ線撮影とを行えるＸ線撮影装置が開示されている。特許文献２には骨密度測定と体脂肪測定とを行える骨密度測定装置が開示されている。特許文献３には、上記のＭＤ法に基づく骨塩量測定を行う装置が開示されている。

特開平１０−３１４１５４号公報特開２００４−１４７８６３号公報特開２０１０−１６７１５９号公報

ところで、骨塩量を正確に求めるためには、二次元透過像の取得に際して各種の補正（校正）を行っておく必要がある。例えば、Ｘ線のエネルギー特性、検出器の感度特性等に起因して、骨密度の実測値と実際の骨密度との間に非線形関係が認められるので、それについての補正を行う必要がある。そのために直線性を補正するファントム（基準物質）が利用される。そのファントムは、通常、高骨密度を模擬した部材、中骨密度を模擬した部材、低骨密度を模擬した部材を含むものである。被検体に代えてそのようなファントムに対して撮像を行って各部材の透過像を得て、それぞれの部材について演算された骨塩量と既知の骨塩量との相違から、骨密度の補正関数が生成される。また、体厚（軟部組織の厚み）によっても骨塩量の演算結果が異なるので、体厚によって骨塩量を補正する必要がある。そのために、複数の軟部組織の厚み（高さ）を模擬するファントムが利用される。また、軟部組織を筋肉と脂肪に分けるためにもファントムが利用される（特許文献３）。それ以外にも、キャリブレーション、補正、校正、比較演算等の目的から、各種のファントム（基準物質）が利用される。

以上のようなファントムの撮影は、被検体の測定前に実施されるのが通常である。一日の測定開始前にファントム測定が行われることもあるし、被検者の個別測定前にファントム測定が行われることもある。しかし、発生するＸ線は時間的に変動し易いものであり、被検体測定時のＸ線状態とファントム測定時のＸ線状態とが同じであるとは限られない。また、ファントムをその都度、被検体載置台上に手で持ち上げて設置し、また手で持ち上げて搬出するのは面倒である。なお、二次元の透過像を一度の照射で測定できるような装置においては二次元照射エリア内に被検体周辺にマージン領域が存在しているのが一般的である。しかし、従来、その部分の画像は有効活用されていない。

本発明の目的は、被検体透過像と基準物質透過像とを同時に取得できるＸ線測定装置を提供することにある。あるいは、基準物質の設置に伴う作業負荷を解消又は軽減できるＸ線測定装置を提供することにある。あるいは、Ｘ線照射原点の位置が変化してもＸ線ビームに対して基準物質を適正に設置できるようにすることにある。

本発明に係る医療用Ｘ線測定装置は、被検体の一方側に設けられ、立体的なＸ線ビームを発生するＸ線ビーム発生部と、前記被検体の他方側に設けられ、前記立体的なＸ線ビー
ムを受ける二次元検出面を有する検出部と、前記三次元ビーム空間内に前記被検体と共に配置されるユニットであって、少なくとも１つの基準物質を有する基準物質ユニットと、前記三次元ビーム空間内に前記基準物質ユニットが傾斜状態で配置されるようにする支持機構と、を含む。

上記構成によれば、Ｘ線ビームの照射により、被検体の透過像と共に基準物質の透過像を同時取得可能である。よって、基準物質の透過像を得るためだけにＸ線の照射を行う必要がなくなる。もっとも、被検体の測定に先立って、傾斜角度の調整その他の目的から被検体を配置しないで基準物質だけの透過像を先行取得するようにしてもよい。望ましくは、三次元ビーム空間の中央部分に被検体が配置され、三次元ビーム空間におけるそれ以外の空き領域に（例えば被検体の右側又は左側に）、基準物質ユニットが設けられる。そこではＸ線照射方向が傾斜しているから、その傾斜角度に合わせて基準物質ユニットを傾斜姿勢で配置するために支持機構が利用される。基準物質ユニットが板状の形態を有する場合、上面と下面がＸ線照射方向（Ｘ線透過方向）に直交するように、換言すれば、上面の中心と下面の中心とをＸ線照射方向が通過するように、基準物質ユニットが傾斜状態で設置される。例えば、Ｘ線ビーム発生器の高さが変化した場合、基準物質ユニット設置位置でのＸ線照射方向の角度も変化することになるから、それに応じて基準物質ユニットの傾斜角度を適応的に変化させるのが望ましい。その場合、支持機構に所望の傾斜角度を手動で又は自動的に設定できる角度可変機構を設ければよい。Ｘ線ビーム発生器及び検出部は、望ましくは、被検体を間において垂直方向に配列されるが、それらが被検体を間において水平方向に配列されてもよい。

望ましくは、前記支持機構は、前記基準物質ユニットの中心軸がＸ線発生原点を向くように前記基準物質ユニットを支持する。中心軸は、望ましくは、基準物質ユニットの中央を上下に貫く軸である。基準物質ユニットは、その中心軸がＸ線照射方向に一致した場合に限り、基準物質についての適正な投影像（つまり基準値）を取得できるように構成されているものである。Ｘ線発生原点は、Ｘ線ビーム空間の頂点であり、そこに中心軸を向けるということは、Ｘ線照射角度に基準物質の姿勢を正しく合わせることを意味する。望ましくは、前記支持機構は、前記Ｘ線発生原点の位置変化に応じて前記中心軸の傾斜角度を可変するための角度可変機構を有する。

望ましくは、前記基準物質ユニットは前記中心軸に沿って形成された貫通孔を有する。貫通孔が形成されていれば、そこに光又はＸ線が透過した場合に、貫通孔とビームの角度関係によって投影像が変化するから、投影像の形態を参照すれば、基準物質ユニットの傾斜角度が正しいのか否かを容易に判定できる。

望ましくは、前記被検体を載せる載置台を含み、前記Ｘ線ビーム発生部は前記Ｘ線発生原点から出る光ビームを生じさせる光照準器を含み、前記光ビームが前記貫通孔を通過して前記載置台上に光スポットを生じさせる。この構成によれば、光照準器が生成する光ビームを利用してＸ線照射前に光スポットを形成してその有無や形態から基準物質ユニットの傾斜角度が適正であるか否かを容易に判断できる。

望ましくは、前記基準物質ユニットは、当該基準物質ユニットの傾斜角度を判定するための前記基準物質とは異なるマーカー部材を有する。望ましくは、前記基準物質ユニットに対応するユニット投影像を有する二次元投影画像を形成する画像形成手段と、前記ユニット投影像における前記マーカー部材に対応するマーカー像の位置に応じて前記基準物質ユニットの傾斜角度を判定する画像解析手段と、を含む。この構成によれば、基準物質ユニットとＸ線照射方向との角度関係に応じて、ユニット投影像におけるマーカー造影像の位置が変化することになるから、それを利用して両者の角度関係が適正か否かを判定可能である。画像解析によって判定するのが望ましいが、表示画面上に表示された投影像を目視して傾斜角度の適否をユーザーが判断するようにしてもよい。

望ましくは、前記基準物質ユニットは、前記Ｘ線発生原点に対して近い側の上面から遠い側の下面にかけて末広がりの形態を有し、前記上面の中心と前記下面の中心を前記中心軸が通過し、前記上面において前記中心軸を間において前記マーカー部材として第１及び第２の線状部材が設けられ、前記第１の線状部材は、前記傾斜状態にある前記上面における下辺に相当し、前記第２の線状部材は、前記傾斜状態にある前記上面における上辺に相当する。この構成によれば、２つの線状部材について２つの線状投影像を取得でき、それらとユニット投影像との位置関係から、基準物質ユニットの傾斜角度の適否を判定可能である。

望ましくは、前記基準物質ユニットは前記中心軸を含む直交２断面がいずれも台形をなす四角錐形状を有する。コーンビームが形成される場合、直交２断面の両方においてビームが末広がりになるから、それに応じて基準物質ユニットの形状を定めるものである。

望ましくは、前記支持機構は、前記三次元ビーム空間内の設置位置から前記三次元ビーム空間外の退避位置へ前記基準物質ユニットを移動させるための退避機構を有する。この構成によれば、被検者が乗り降りする場合や基準物質ユニットを利用する必要がない場合において基準物質ユニットを退避させることができるからそれが邪魔になることはない。

望ましくは、前記支持機構は、前記検出部に連結され、前記検出部のスライド運動に伴って前記基準物質ユニットがスライド運動する。検出部がＸ線ビーム発生器と共にスライド運動してもよい。三次元ビーム空間の移動と共に基準物質ユニットを移動させればＸ線照射方向に対して基準物質ユニットの姿勢を適正に維持できる。基準物質ユニットは、スライド方向における中央に設置されるのが望ましい。

望ましくは、前記支持機構は、前記検出部に連結された第１端部と、第２端部とを有する第１アームと、前記第１アームの第２端部に対して第１回転軸を介して連結された第３端部と、第４端部とを有する第２アームと、を含み、前記第２アームの第４端部に対して第２回転軸を介して前記基準物質ユニットが連結され、前記第１回転軸回りにおいて前記第２アームが旋回運動を行い、前記第２回転軸回りにおいて前記基準物質ユニットが旋回運動を行う。

本発明によれば、被検体透過像と基準物質透過像とを同時に取得できる。あるいは、基準物質の設置に伴う作業負荷を解消又は軽減できる。あるいは、Ｘ線照射原点の位置が変化してもＸ線ビームに対して基準物質を適正に設置できる。

本発明に係る医療用Ｘ線測定装置を示す図である。撮影台上に被検者が載せられた状態を示す斜視図である。ファントムが跳ね上げられた退避状態を示す図である。上記退避状態を示す斜視図である。ファントムが傾斜していない比較例を示す図である。ファントムが傾斜している第１の傾斜姿勢を示す図である。ファントムが傾斜している第２の傾斜姿勢を示す図である。ファントムの斜視図である。ファントムに形成された貫通孔の作用を説明するための図である。ファントムの傾斜角度が適正である場合におけるファントム像と２つのライン像との関係を示す図である。ファントムの傾斜角度が過少である場合におけるファントム像と２つのライン像との関係を示す図である。ファントムの傾斜角度が過大である場合におけるファントム像と２つのライン像との関係を示す図である。減衰量を表す１次元波形を示す図である。装置構成を示す第１のブロック図である。装置構成を示す第２のブロック図である。立位状態にある被検者を測定する装置におけるファントム設置例を示す図である。図１６に示したファントムを退避させた状態を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る医療用Ｘ線測定装置の好適な実施形態が示されている。このＸ線測定装置は、例えば一般的なレントゲン撮影を行うＸ線撮影装置、骨密度測定装置、その他の装置として構成されるものである。

フロア面上には撮影台１０が設けられている。この撮影台１０は被検者１４を載置する載置面１２を有している。載置面１２はフロア面に対して平行な水平面を構成している。撮影台１０がいわゆるブッキーテーブルであってもよい。載置面１２上において、被検者１４は図１に示す例において仰向け姿勢にある。左腕が測定の邪魔にならないように胸部上方に折り曲げられているが、そのような姿勢は一例に過ぎない。なお、図においてＸ方向が左右方向としての第１の水平方向であり、紙面貫通方向が第２の水平方向としての体軸方向つまりＹ方向である。Ｚ方向は垂直方向である。

被検者１４の上方に、すなわち載置面１２から所定距離を隔てた上方に、Ｘ線発生器１６が設けられている。このＸ線発生器１６はＸ線発生管を有し、末広がりの立体的なコーンビームを形成する。すなわちコーンビームは円錐形状あるいは角錐形状を有するものである。Ｘ線発生器１６には、Ｘ線発生原点が設けられ、それがＸ線ビーム１８の頂点に相当する。Ｘ線発生器１６は後に説明するように投光照準器を有している。本実施形態においてはＸ線ビーム１８と同じ形状をもった光ビームが形成されている。

Ｘ線発生器１６はアーム機構１９によって支持されている。Ｘ線発生器１６のＺ方向の位置、すなわち高さを符号２０で示すように可変することが可能である。そのような高さ変更により、Ｘ線ビーム空間の大きさが変化することになる。

図１に示す構成例において、撮影台１０における載置面１２の下側にはＸＹ方向に広がったＸ線検出器２２が設けられている。Ｘ線検出器２２は、例えば、２次元配列された複数のＸ線センサからなるものである。そのようなセンサ群に代えて、Ｘ線フィルムを設けるようにしてもよい。その場合においてはフィルムに対する読み取りによりデジタルデータとしてのイメージデータが取得される。電気信号あるいは光信号として２次元透過像を蓄積するパネルをＸ線検出器として配置するようにしてもよい。図１に示す例において、被検者１４の上側にＸ線発生器１６が設けられ、一方、被検者１４の下側にＸ線検出器２２が配置されていたが、両者の位置関係を逆にするようにしてもよい。

本実施形態においては、Ｘ線検出器２２に対してファントム機構２４が連結されている。Ｘ線検出器２２は、図示されていないスライド機構により、Ｙ方向にスライド運動するものであり、Ｘ線検出器２２に搭載されたファントム機構２４も、Ｘ線検出器２２と共にスライド運動する。Ｘ線検出器２２と共にＸ線発生器１６がＹ方向にスライド運動してもよい。ファントム機構２４は、ファントム２６と支持機構２８とからなるものである。

具体的には、ファントム２６は、本実施形態において基準物質で構成されており、それは例えばキャリブレーション、補正、比較演算等において参照される物質により構成されるものである。図示例ではファントム２６が基準物質ユニットであり、複数の基準物質を組み合わせて基準物質ユニットを構成してもよい。例えば第１物質で構成されたファントムの中に第２物質で構成された別のファントムつまり基準物質を埋め込むようにしてもよい。また複数のプレート状のファントムを積層させて、そのような積層体を基準物質ユニットとして設けるようにしてもよい。いずれにしても、本実施形態においては、Ｘ線ビーム１８が形成する３次元のビーム空間内に被検者１４における被検部位と共にファントム２６が配置されており、１回の照射で被検部位のＸ線透過像と共にファントム透過像を取得することが可能である。

ファントム２６については後に詳述するが、本実施形態において、ファントム２６は支持機構２８によって角度可変可能に支持されている。３次元のビーム空間内において、例えばＸ方向に着目した場合、その中央部に被検体１４が配置されると、その右側あるいは左側に空き領域が生じることになる。そのような空き領域内にファントム１６が傾斜状態をもって配置される。本実施形態においては、３次元のビーム空間内において、被検者１４の本人から見て左側に空き領域が生じており、その部分にファントム２６が設置されている。支持機構２８は、ファントム２６の傾斜角度を任意に定めることが可能な角度可変機構を備えている。また、後に説明するように、支持機構２８は複数の関節及び複数のアームを有しており、支持機構２８は、ファントム２６をビーム空間内に設置して、その姿勢を維持する機能の他、ファントム２６を跳ね上げて退避位置に維持する機能も有している。

図２には、被検者１４を載せた撮影台１０の斜視図が示されている。上述したように、被検者１４の本人から見て左側にはファントム機構２４が設けられ、そのファントム機構２４は板状あるいは台形状のファントム２６と、それを支持してその傾斜角度を維持する支持機構２８と、で構成されている。支持機構２８について更に詳述すると、当該支持機構２８は、Ｘ線検出器のケースに連結された水平方向に伸長する水平部２８ａと、水平部２８ａのＸ方向の端部から垂直に立ち上がっている垂直部２８ｂと、垂直部２８ｂの上辺に設けられた第１回転軸３０を介して取り付けられた可動アーム２８ｃと、を有している。可動アーム２８ｃの被検者側の端部はホルダ２８ｄを構成している。ホルダ２８ｄは二股状の形態を有し、ファントム２６におけるＹ方向の両端を回転可能に支持している。符号３２はそのための第２回転軸を示している。回転角度を設定及び維持する機構については図示省略されている。ファントム２６が被検体に当接されるように構成し、それが被検体の位置決め作用を発揮するようにしてもよい。

図３には、ファントム２６の退避状態すなわち跳ね上げ状態が示されている。第１回転軸３０周りにおいて可動アーム２８ｃが上方へ回転運動をしておりそれは起立状態となっている。第２回転軸３２を中心としてファントム２６が図３において時計回り方向に回転しており、それが開いた姿勢となっている。このような退避状態すなわち退避姿勢によれば被検者に対してファントムが当たることはなくなる。撮影台上に被検者が載る場合やそこから下りる場合にこのような退避状態が形成されるのが望ましく、また、ファントムを利用しない測定を行う場合にもこのような退避状態とするのが望ましい。図４には、退避状態にあるファントム機構２４の斜視図が示されている。次に、図５乃至図７を用いてファントムの傾斜の必要性について説明する。

図５には比較例が示されている。符号２２はＸ線検出器を模式的に表したものである。そのＸ方向における中心の上方に原点３４が設定されており、それはＸ線発生原点である。そこからの垂線が中心線４０である。原点３４の高さがＨ１で表されている。立体的なビーム空間における隅部分にファントム２６が設けられ、それは起立状態となっている。すなわちファントム２６は傾斜姿勢とはなっていない。この場合において、原点３４から立体的に広がるＸ線ビームが形成される。ＸＹ平面上において、ファントム２６を通過するＸ線ビーム領域の外側が外側ライン３６として表されており、その内側が内側ライン３８として表されている。それらの間に挟まれる領域が有効領域４２である。すなわち有効領域４２はファントム２６を通過したＸ線が到達する領域であり、その幅はＷ１である。しかしながら、有効領域４２内のＸ線検出位置に応じてファントム２６中を通過するＸ線の透過距離が異なることになり、このような構成ではファントムを利用したキャリブレーション等を適正に行うことはできない。

そこで、本実施形態においては、図６に示すように、ファントム２６が傾斜姿勢になるように構成されている。具体的には、原点３４が高さＨ２の位置に設定されている場合において、すなわち最低の高さに設定されている場合において、ファントム２６における中心軸４６が原点３４を向くように、ファントム２６の傾斜角度θ１が定められている。ここで傾斜角度θ１はファントム２６の中心軸４６と垂直線４４とが成す角度である。符号５０は回転軸中心を示しているが、そのような回転軸中心５０を図示される位置以外に設定することも可能である。ファントム２６は上面から下面にかけて末広がりの台形状の形態を有しており、上面の２つのエッジを通過するライン３６，３８に着目した場合、その２つのライン３６，３８の範囲内においてはファントム２６の厚み全部にわたってＸ線ビームが通過する。したがって有効領域４２において適正な基準値を取得することが可能である。すなわち、ファントム２６の厚みに対応した減衰量を取得することが可能である。有効領域４２の幅はＷ２で示されている。ちなみに、符号４８はＸ方向の中心からＸ線検出器の端までの距離を表している。本実施形態においては、原点３４の高さがもっとも低くなった場合においても、すなわち図６に示すような状態が生じた場合においても、ファントム２６の上面を通過したＸ線の全てがファントム中を通過するようにファントム２６の形状が設定されており、すなわち十分な末広がり形状が採用されている。

図７には、原点３４の高さがＨ３とされた場合の状態が示されている。すなわち最高の高さに設定された場合が示されている。この場合において、ファントム２６は垂直線４４に対してθ２の傾斜角度をもって傾斜している。この場合において、ファントム２６の上面における上辺及び下辺を通過する２つのライン３６，３８によって挟まれる領域において適正に基準値を取得することが可能であり、それが検出器面上の有効領域４２である。それはＷ３の幅を有している。このように、Ｘ線発生原点３４の高さに応じて、垂直線４４に対するファントム２６の中心軸４６の傾き角度を可変することにより、ファントム２６の厚み全体を使った適正な減衰量検出を行うことが可能である。複数の基準物質すなわち複数のファントムが組み合わせて利用される場合、各ファントム毎に適正な減衰量が得られるようにその形状を定めるのが望ましい。例えば球体を利用すれば、それがどのような位置においてどのような姿勢であっても、その中心を通る軸上においては規定の厚みに対応する減衰量値を取得することが可能である。本実施形態においては、ファントム２６の測定にあたっても、被検者の測定値には影響が及ばないので、一度の測定で被検者についての測定値とファントムの測定値とを取得することが可能である。

図８には、本実施形態において使用されたファントム２６の斜視図が示されている。図８においてはファントム２６のより具体的な構成が示されている。ファントム２６は上面５２と下面５４とを有し、上面５２から下面５４にかけて水平断面積が徐々に増大しており、これにより台形形状が構成されている。すなわち第１垂直面及び第２垂直面の両方において台形状の形態となっている。上面５２におけるｘ方向の幅がｘ１であり、下面５４におけるｘ方向の幅がｘ２である。上面５２におけるｙ方向の幅がｙ１であり、下面５４におけるｙ方向の幅がｙ２である。図示されるように、ｘ１＜ｘ２であり、ｙ１＜ｙ２である。

ファントム２６は、上面５２と下面５４の他、４つの側面を有しており、すなわち第１側面５６、第２側面５８、第３側面６０及び第４側面６２を有している。それぞれの側面５６〜６２は台形状の面である。本実施形態においては、Ｘ線検出器におけるＹ方向の中心と、ファントム２６における中心軸のｙ方向の位置とが一致しており、すなわちファントム２６は、Ｙ方向に着目した場合、中央に設置されている。これにより、コーンビームにおけるＹ方向のセンターとファントムにおけるＹ方向のセンターとを一致させることが可能であり、つまりＹ方向において対称の形態を採用することが可能である。仮に、Ｙ方向について見た場合、Ｘ線ビーム空間の中心とファントム２６の中心とがずれている場合、そのずれ量に応じて変形した台形を採用すればよい。

ファントム２６には中心軸に沿って貫通孔６４が形成されている。すなわちその貫通孔６４はｚ方向に伸長した穴であり、そこにはファントム２６を構成する物質は含まれていない。また、ファントム２６における上面５２における２つの長辺には線状減衰体６６，６８が設けられている。すなわち、ファントム２６が傾斜状態にある場合、例えば、上面５２における下辺が線状減衰体６８に対応し、上辺が線状減衰体６６に対応することになる。以上説明した貫通孔６４及び線状減衰体６６，６８の作用について以下に説明する。

図９には、上述した貫通孔の作用が説明されている。２次元検出器のＸ方向の全幅が符号７０で示されている。その中心線４０上の所定高さに原点３４が設定されている。ファントム２６はその中心軸が原点３４を向くように傾斜状態で配置されている。この場合においてファントム２６の上面における２つの辺、つまり２つの線状減衰部材６０，６８を通過する２つのラインが破線で示されており、それらによって挟まれる有効領域が符号７２で示されている。当該有効領域７２の幅はＷ４である。上述したように、本実施形態におけるＸ線発生器はＸ線ビームと同一形状をもった光ビームを生成する投光照準器を備えており、そのような投光照準器において光ビームを生成した場合、原点３４からコーンビーム上の光ビームが形成され、それが貫通孔６４を通過して載置面上に光スポットを生じさせる。

その場合、ファントム２６の傾斜角度が適正であれば、光スポットとして円形の高輝度領域が生じる。検査者においてその状態を確認することにより、ファントム２６の傾斜角度が適正であることを目視確認することができる。仮に、ファントム２６の傾斜角度が不適切であるならば、光スポットがそれ自体形成されないか、偏平した光スポットが形成されるので、そのような状態を確認することによりファントム２６の傾斜角度を修正することが可能である。すなわち光スポットの現われ方を見ながらファントム２６の傾斜角度を修正することにより最終的にファントム２６を適正な傾斜角度に設定することが可能である。

ファントム２６の傾斜角度の適否を投影画像上において判定するためには、上述した２つの線状減衰体に対応する２つのライン像が利用される。図１０及び図１２を用いてそれについて説明する。

図１０において、符号７４は撮影された投影画像を表しており、それは全体画像である。ファントムを通過したイメージとしてファントム像７６が形成されている。また２つの線状減衰体を通過することにより生成された２つのライン像７８，８０が生じている。図１０に示す例においてはファントム像７６のＸ方向の両端の内側に２つのライン像７８，８０が生じている。図１０はファントムの角度が適正な場合を表しており、ファントム像７６の中央部に形成される貫通孔に相当する低減衰領域８２のＸ方向の幅８６及びＹ方向の幅８４とも直径に相当しており、円形の像が得られている。ちなみに、符号１００は撮影画像の端を示しており、符号８６はファントム像７６における被検体側エッジを表しており、符号８８はそれとは反対側のエッジを表している。符号９０はＸ方向におけるライン像７８の中心位置を表しており、同じく符号９２はライン像８０における中心位置を表している。それらが内側の立ち上がり点あるいは外側の立ち上がり点を示すものであってもよい。

以上のように、ファントムの角度が適正である場合、ファントム像７６の中に２つのライン像７８，８０が収まることになり、そのような位置関係をもってファントムの角度の適正さを判断することが可能である。

一方、図１１に示すように、撮影画像７４Ａに含まれるファントム像７６Ａにおいて、２つのライン像の位置がＸ方向右側に大きくシフトしている場合、より具体的には、ファントム像７６Ａにおける被検体側のエッジ８６から一方のライン像の中心位置９０までの距離が離れ、しかも他方のライン像の中心位置９２がファントム像７６Ａのエッジに達しているかそれを越えている場合、ファントムの傾斜角度が不足であることを判定可能である。この場合において、上述した、低減衰領域の形状を参照し、そのＸ方向の幅８６ＡとＹ方向の幅８４Ａとを参照することにより、両者の対比から傾斜角度不足を判定するようにしてもよい。

図１２においては、撮影画像７４Ｂに含まれるファントム像７６Ｂにおいて、一方のライン像の中心位置８６がファントム像７６の被検体側エッジに到達しており、また他方のライン像の中心位置９２がファントム像７６の外側エッジ８８よりも大きく内側にシフトしている。また低減衰領域におけるＸ方向の幅８６ＢがＹ方向の幅８４Ｂよりかなり小さくなっている。このような位置関係あるいはサイズの違いを利用して、ファントムの傾斜角度が過大であることを判定することが可能である。そのような判定は表示画面上における目視によりあるいは画像の自動解析により行うことが可能である。

図１３には画像解析により自動的に判定を行う場合の処理の一例が示されている。横軸はＸ方向を表しており、縦軸は減衰量を表している。符号１０２はＸ線ビームが及ぶ領域あるいは検出領域を示している。ファントムにおける貫通孔に相当する範囲１０４においては減衰量が小さく、その両側においてはファントムが存在しているために一定の減衰量が生じており、更に上面の左右辺には線状減衰体が設けられているためその部分において大きな減衰量が生じている。更にその外側においてはファントムが台形状を有しているために、減衰量がなだらかに減少している。

例えば閾値ｋ１を設定して、２つの線状減衰体に相当する波形部分を特定することが可能であり、例えばセンターからサーチした場合における立ち上がり点を特定することにより位置１０６，１０８を特定することができる。ファントムの傾斜角度が適正であれば、それらの２つの位置１０６，１０８の間が有効領域に対応することになる。一方、ファントムのＸ方向における両端を特定するために閾値ｋ２が設定され、波形におけるファントムの両側における立ち上がり点の位置が特定される。そして、位置１０６，１０８と両端エッジまでの範囲１１０，１１２が特定され、その範囲（すなわち距離）の大小を判断することにより、ファントムの傾斜角度が過小であるのか過大であるのかあるいは適正であるのかを判定することができる。これについては図１０乃至図１２に示した通りである。すなわち、例えばファントムにおけるＹ方向の中央を通過するＸ方向ラインにおいて１次元減衰量波形を取得し、その波形解析をもってファントムの傾斜角度の適否を判断することが可能である。もちろん１次元波形解析ではなく２次元画像を解析対象とすることも可能である。

なお、上述した線状減衰部材は鉄、鉛等の金属により構成されるのが望ましい。少なくともファントムそれ自体を構成する物質とは異なる物質によって構成する必要がある。

図１４には図１に示したＸ線測定装置がブロック図として示されている。制御部１１４には、Ｘ線発生器１６、投光照準器１１６及び二次元検出器２２が接続されている。また制御部１１４にはＸ線発生器１６を昇降させる昇降機構１１８及びＸ線検出器をスライド運動させるスライド機構１２０が接続されている。制御部１１４はそれらの構成の動作制御を行っている。また、制御部１１４には入力部１３４が接続され、また表示部１３６が接続されている。制御部１１４は通信部１３８を介して外部の情報処理装置と通信を行うことも可能である。

制御部１１４は骨密度画像形成部１２２を有しており、それは例えば二重エネルギーＸ線吸収法に基づいて骨密度演算を行い、それを表す２次元画像を形成するモジュールである。体脂肪画像形成部１２４は体脂肪量を表す２次元画像を生成するものであり、そのような場合においては体脂肪を演算するために所定のファントムが利用され、それは図１等に示したファントムである。もちろん、ファントムとしては、キャリブレーション、補正、比較演算のための各種のファントムを設置することが可能である。Ｘ線撮影画像形成部１２６は、検出された２次元データに基づいてＸ線投影像を形成するモジュールである。この場合においては、所定のエネルギーをもったＸ線が生成される。キャリブレーション部１３０は、ファントムを透過したＸ線を検出することにより得られたデータに基づいて各種のキャリブレーションを実行するモジュールである。例えばそのようなキャリブレーションとして、均一性ファントムを用いた補正、体厚補正ファントムを用いた補正、直線性ファントムを用いた補正等を挙げることができる。キャリブレーション部１３０は判定部１３２を備えている。判定部１３２は、画像解析によりファントムの傾斜角度が適正であるか否かを判定するモジュールである。制御部１１４において各モジュールは必要に応じて設けられるものである。少なくともファントムの検出値が何らかの形において利用される限りにおいて図１に示したファントム機構が利用され得る。

図１５には他の構成例が示されている。図１４に示した構成と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。図１５に示す例においては、演算部１１４Ａに画像読み取り器１４０が接続されている。画像読み取り器１４０は、例えばフィルムからＸ線透過像をデジタル信号として読み取るものであり、あるいはデジタル信号として投影像を格納したパネルから信号を読み取るものである。モータ１４２は、ファントム機構に設けられ、ファントムの傾斜角度を可変するための駆動源である。キャリブレーション部１３０Ａ内には傾斜制御部１４４が設けられ、また角度テーブル１４６が設けられている。角度テーブル１４６は、Ｘ線発生器の高さとファントムの傾斜角度との対応関係を格納したテーブルであり、傾斜制御部１４４はそのような角度テーブル１４６の内容を参照することによりＸ線発生器の高さに適合したファントムの傾斜角度を自動的に設定可能である。

図１６には、立位の状態にある被検体に対するＸ線測定が示されている。被検者１５２の背中側には図示されていないＸ線発生器が設けられ、被検者１５２の前面側にＸ線検出器１５０が設けられている。Ｘ線検出器１５０にはファントム機構１５４が設けられており、そのファントム機構１５４はファントム１５６と支持機構１５８とにより構成されている。支持機構１５８は第１回転軸１６０及び第２回転軸１６２を有している。第２回転軸１６２によりファントム１５６の傾斜角度を自在に設定することができ、特にその中心軸がＸ線発生原点に向くようにファントム１５６の傾斜角度が定められる。このことは図１に示した実施形態と同様である。

図１７には、図１６に示したファントム機構１５４における退避状態が示されている。すなわちファントム１５６は第１回転軸１６０及び第２回転軸１６２の作用により外側に開かれており、退避状態に置かれている。そのような状態において被検者１５２が検出器１５０に対し位置決められる。あるいはファントム１５６の同時照射を行わない場合にもこのような状態が設定される。

以上の通りであり、本願の実施形態によれば、被検体とともにファントムに対してＸ線を照射して、被検体透過像と共にファントム透過像を取得することが可能である。したがってキャリブレーション等を行いながら、被検体画像の補正や修正を行うことが可能である。また本実施形態においてはファントムの傾斜角度を可変でき、すなわちその中心軸を発生原点に向けることが可能であるから、Ｘ線発生器の高さが変化したような場合であっても、ファントムの姿勢を適正に設定することが可能である。しかもファントムは立体的なビーム空間において被検体が存在しない空き領域に設定されているから、そのような空き領域すなわち空いている検出チャンネルを利用してファントムの測定値を取得できるという利点が得られる。ファントムの傾斜角度の調整は上述したように人為的に行うことができ、また信号解析や画像解析を利用して自動的に行うことが可能である。

１０撮影台、１４被検者、１６Ｘ線発生器、２２Ｘ線検出器、２４ファントム機構、２６ファントム（基準物質ユニット）、２８支持機構。

Claims

被検体の一方側に設けられ、立体的なＸ線ビームを発生するＸ線ビーム発生部と、
前記被検体の他方側に設けられ、前記立体的なＸ線ビームを受ける二次元検出面を有する検出部と、
前記三次元ビーム空間内に前記被検体と共に配置されるユニットであって、少なくとも１つの基準物質を有する基準物質ユニットと、
前記三次元ビーム空間内に前記基準物質ユニットが傾斜状態で配置されるようにする支持機構と、
を含むことを特徴とする医療用Ｘ線測定装置。
請求項１記載の装置において、
前記支持機構は、前記基準物質ユニットの中心軸がＸ線発生原点を向くように前記基準物質ユニットを支持する、
ことを特徴とする医療用Ｘ線測定装置。
請求項２記載の装置において、
前記支持機構は、前記Ｘ線発生原点の位置変化に応じて前記中心軸の傾斜角度を可変するための角度可変機構を有する、
ことを特徴とする医療用Ｘ線測定装置。
請求項３記載の装置において、
前記基準物質ユニットは前記中心軸に沿って形成された貫通孔を有する、
ことを特徴とする医療用Ｘ線測定装置。
請求項４記載の装置において、
前記被検体を載せる載置台を含み、
前記Ｘ線ビーム発生部は前記Ｘ線発生原点から出る光ビームを生じさせる光照準器を含み、
前記光ビームが前記貫通孔を通過して前記載置台上に光スポットを生じさせる、
ことを特徴とする医療用Ｘ線測定装置。
請求項２記載の装置において、
前記基準物質ユニットは、当該基準物質ユニットの傾斜角度を判定するための前記基準物質とは異なるマーカー部材を有する、
ことを特徴とする医療用Ｘ線測定装置。
請求項６記載の装置において、
前記基準物質ユニットに対応するユニット投影像を有する二次元投影画像を形成する画像形成手段と、
前記ユニット投影像における前記マーカー部材に対応するマーカー像の位置に応じて前記基準物質ユニットの傾斜角度を判定する画像解析手段と、
を含むことを特徴とする医療用Ｘ線測定装置。
請求項７記載の装置において、
前記基準物質ユニットは、前記Ｘ線発生原点に対して近い側の上面から遠い側の下面にかけて末広がりの形態を有し、
前記上面の中心と前記下面の中心を前記中心軸が通過し、
前記上面において前記中心軸を間において前記マーカー部材として第１及び第２の線状部材が設けられ、
前記第１の線状部材は、前記傾斜状態にある前記上面における下辺に相当し、前記第２の線状部材は、前記傾斜状態にある前記上面における上辺に相当する、
ことを特徴とする医療用Ｘ線測定装置。
請求項８記載の装置において、
前記基準物質ユニットは前記中心軸を含む直交２断面がいずれも台形をなす四角錐形状を有する、
ことを特徴とする医療用Ｘ線測定装置。
請求項１記載の装置において、
前記支持機構は、前記三次元ビーム空間内の設置位置から前記三次元ビーム空間外の退避位置へ前記基準物質ユニットを移動させるための退避機構を有する、
ことを特徴とする医療用Ｘ線測定装置。
請求項１記載の装置において、
前記支持機構は、前記検出部に連結され、
前記検出部のスライド運動に伴って前記基準物質ユニットがスライド運動する、
ことを特徴とする医療用Ｘ線測定装置。
請求項１記載の装置において、
前記支持機構は、
前記検出部に連結された第１端部と、第２端部とを有する第１アームと、
前記第１アームの第２端部に対して第１回転軸を介して連結された第３端部と、第４端部とを有する第２アームと、
を含み、
前記第２アームの第４端部に対して第２回転軸を介して前記基準物質ユニットが連結され、
前記第１回転軸回りにおいて前記第２アームが旋回運動を行い、前記第２回転軸回りにおいて前記基準物質ユニットが旋回運動を行う、
ことを特徴とする医療用Ｘ線測定装置。