JP6112773B2 - 放射線撮影装置、その制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、被写体に放射線を照射して放射線画像データを生成する技術に関するものである。

近年、病院等で使用されているＸ線撮影装置は、Ｘ線照射部より被写体にＸ線を照射し、被写体を透過したＸ線をＸ線受光部により検出して電気信号として出力し、この電気信号を画像処理して、いわゆるＸ線画像データを生成する。このため、Ｘ線照射部とＸ線受光部とが対向して配置されることが必要である。

特許文献１には、Ｘ線が照射された照射領域を検出し、その照射領域に基づく位置情報によりＸ線照射部とＸ線センサとの相対的な位置ずれの有無を検出し、Ｘ線照射部によるＸ線照射を制御する技術が開示されている。また、特許文献２には、可視カメラで撮像された画像データに平面センサの外形をオーバーレイして表示する技術が開示されている。また、特許文献３には、治療放射線が当たる被検体の体表面上の範囲をマーキングする際の指標として、被検体の体表面に光（指標光）を照射する技術が開示されている。

特開２００９−１００９４８号公報 特開２０００−１３５２１２号公報 特開平９−６６１１６号公報

Ｘ線撮影装置を移動台車に搭載し、移動先でＸ線撮影を行うような移動用Ｘ線撮影装置等では、撮影機会毎にＸ線照射部とＸ線受光部とを対向させることが必要となる。しかしながら、Ｘ線受光部は、被写体となる被検者（患者）、シーツ又は衣類等で隠れるため、Ｘ線照射部とＸ線受光部とを正確に対向させることが困難である。

上述した特許文献１乃至３に開示された技術においても、Ｘ線照射部の照射範囲とＸ線受光部の位置とをユーザが同時に確認することができず、Ｘ線照射部とＸ線受光部とを正確に対向させることが困難である。

そこで、本発明の目的は、照射手段と受光手段とを容易に対向させることができるようにすることにある。

本発明の放射線撮影装置は、放射線を照射すると共に、位置及び姿勢角を調整することが可能な照射手段と、前記照射手段により照射された放射線を検出し、検出した放射線に対応する電気信号を出力する放射線検出手段と、前記照射手段と前記放射線検出手段の位置及び姿勢角をそれぞれ検出し、前記放射線検出手段の前記照射手段に対する相対的な位置情報を算出する位置検出手段と、前記照射手段の放射線照射方向と略同方向を撮像する撮像手段と、前記照射手段の放射線照射範囲を示す画像データを生成し、前記放射線照射範囲を示す画像データと、前記位置検出手段により検出された前記放射線検出手段の前記照射手段に対する相対的な位置情報を示す画像データと、前記撮像手段により撮像された画像データと、を重畳して表示手段に表示させる表示制御手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、照射手段と受光手段とを容易に対向させることが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係るＸ線撮影装置の外観構成を示す図である。 Ｘ線照射部と撮像部との位置関係を説明するための図である。 制御装置の機能的な構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るＸ線撮影装置の処理を示すフローチャートである。 Ｘ線受光部の仮想画像データを説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係るＸ線撮影装置の使用例を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係るＸ線撮影装置の使用例を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係るＸ線撮影装置の処理を示すフローチャートである。

以下、本発明を適用した好適な実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るＸ線撮影装置の外観構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るＸ線撮影装置は、回診車１００、Ｘ線照射部１０１、撮像部１０２、Ｘ線受光部１０３及び表示部１０４を備えており、回診車１００の移動機構により移動することが可能である。

なお、本実施形態に係るＸ線撮影装置は、放射線の一種であるＸ線を照射し、被験者を透過したＸ線を検知することにより、放射線画像データを生成するものを想定している。但し、本発明に適用可能な放射線は、Ｘ線に限定されず、α線、β線又はγ線等の他の放射線も含まれる。つまり、本実施形態に係るＸ線撮影装置は、放射線撮影装置の一例である。

回診車１００の筐体内部には、Ｘ線撮影装置を制御するための制御装置が設けられている。制御装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備え、Ｘ線照射部１０１のＸ線照射や表示部１０４の画像表示等を制御するとともに、Ｘ線受光部１０３のＸ線照射部１０１に対する相対的な位置を検出する。

Ｘ線照射部１０１は、Ｘ線管及びコリメータ（Ｘ線絞り）等によって構成されるＸ線を発生させるための機構を備える。撮像部１０２は、Ｘ線照射部１０１の内部に設けられたハーフミラーを介してＸ線管と共役な位置に配置され、Ｘ線の照射方向と略同方向を撮像するようになっている。Ｘ線受光部１０３は、Ｘ線照射部１０１によって照射されたＸ線を受光し、受光したＸ線に対応する電気信号を出力する一種の光電センサである。Ｘ線受光部１０３から出力された電気信号は、回診車１００の筐体内部の制御装置に入力される。

表示部１０４は、ＣＲＴや液晶ディスプレイ等の一般的な表示モニタによって構成され、画像データやＧＵＩ（グラフィカルユーザインタフェース）等を画面に表示する。なお、Ｘ線撮影装置には、フットペダル、キーボード及びマウス（何れも不図示）といった、ユーザがＸ線撮影装置を操作及び制御するための入力装置が備えられている。

次に、図２を参照しながら、Ｘ線照射部１０１と撮像部１０２との位置関係について説明する。図２に示すように、Ｘ線照射部１０１は、Ｘ線を発生するＸ線管２００と、Ｘ線管２００で発生したＸ線の照射方向及び照射領域を限定するためのコリメータ２０１と、Ｘ線を透過し、可視光線を反射するハーフミラー２０２とを備える。撮像部１０２は、光学的にＸ線管２００と同等な位置（共役な位置）に配置され、Ｘ線照射方向と略同方向を撮像することができる。なお、撮像部１０２がＸ線照射部１０１のＸ線照射方向と略同方向を撮像する方法は、これに限られない。例えば、撮像部１０２とＸ線照射部１０１とを極めて近接させて配置する方法や、特開平８−８４３５１号公報に開示されるような、複数の撮像された画像データ及び補間画像データより、任意の視点及び方向の画像データを得る方法等を用いてもよい。

次に、回診車１００の筐体内部に設けられている制御装置の機能的な構成について説明する。図３は、制御装置３００の機能的な構成を示す図である。図３に示すように、制御装置３００は、その機能的な構成として、位置検出部３０１、表示制御部３０２及び照射制御部３０３を備える。また、上述したように、制御装置３００は、そのハードウェア構成として、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えている。位置検出部３０１、表示制御部３０２及び照射制御部３０３は、ＣＰＵがＲＯＭから必要なデータ及びプログラムを読み込んでＲＡＭ上に展開し、実行することにより、実現する機能的な構成である。

位置検出部３０１は、Ｘ線受光部１０３のＸ線照射部１０１に対する相対的な位置を検出する。表示制御部３０２は、Ｘ線受光部１０３から出力される電気信号に基づいて、いわゆるＸ線画像データを生成し、表示部１０４に表示させる。また、表示制御部３０２は、位置検出部３０１によって検出される、Ｘ線受光部１０３のＸ線照射部１０１に対する相対的な位置に基づいて、Ｘ線受光部１０３の仮想画像データを生成する。そして、表示制御部３０２は、撮像部１０２によって撮像される画像データにＸ線受光部１０３の仮想画像データを重畳し、表示部１０４に表示させる。照射制御部３０３は、Ｘ線照射部１０１に対する撮影開始及び終了（照射開始及び終了）やＸ線照射パターンの指示及び制御を行う。移動センサ３０４は、Ｘ線照射部１０１に連接して設けられ、Ｘ線照射部１０１の移動方向及び移動量を検出する。このような移動センサ３０４には、静電容量方式によるものや振動ジャイロ方式によるもの等、種々多様なものが実用可能に提供されている。

次に、図４及び図５を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係るＸ線撮影装置の処理について説明する。図４は、本発明の第１の実施形態に係るＸ線撮影装置の処理を示すフローチャートである。図５は、Ｘ線受光部１０３の仮想画像データを説明するための図である。なお、図５のＡは、撮像部１０２の撮像領域を示し、図５のＢは、Ｘ線受光部１０３の仮想画像データを示している。

ステップＳ４０１において、照射制御部３０３は、図５（ａ）に示すように、コリメータ２０１により縦に絞られたＸ線５０１をＸ線照射部１０１からＸ線受光部１０３に対して照射させる。ステップＳ４０２において、表示制御部３０２は、Ｘ線を受光したＸ線受光部１０３から出力される電気信号に対して信号処理を施すことにより、図５（ｂ）に示すようなＸ線５０１に対応する第１のＸ線画像データ５０２を生成する。なお、１０３´は、Ｘ線受光部１０３の仮想的な位置を示している。

ステップＳ４０３において、照射制御部３０３は、図５（ｃ）に示すように、コリメータ２０１により横に絞られたＸ線５０３をＸ線照射部１０１からＸ線受光部１０３に対して照射させる。ステップＳ４０４において、表示制御部３０２は、Ｘ線を受光したＸ線受光部１０３から出力される電気信号に対して信号処理を施すことにより、図５（ｄ）に示すようなＸ線５０３に対応する第２のＸ線画像データ５０４を生成する。

ステップＳ４０５において、表示制御部３０２は、図５（ｅ）に示すように、第１のＸ線画像データ５０２と第２のＸ線画像データ５０４とがそれぞれの中心において直交するように合成する。ステップＳ４０６において、表示制御部３０２は、第１のＸ線画像データ５０２と第２のＸ線画像データ５０４との交点を、撮像部１０２の撮像領域Ａの中心点と一致させる。これは、撮像部１０２がＸ線照射部１０１のＸ線照射方向と略同方向を撮像しているためである。ステップＳ４０７において、表示制御部３０２は、撮像部１０２の撮像画角（ズーム比率）とコリメータ２０１による絞りの値とを比較して、撮像領域Ａにおける第１のＸ線画像データ５０２及び第２のＸ線画像データ５０４の大きさを定める。

ステップＳ４０８において、表示制御部３０２は、図５（ｆ）に示すように、撮像領域Ａにおける第１のＸ線画像データ５０２及び第２のＸ線画像データ５０４の位置及び大きさに基づいて、撮像領域Ａにおける仮想画像データＢの位置及び大きさを計算する。そして、表示制御部３０２は、計算した撮像領域Ａにおける仮想画像データＢの位置及び大きさに基づいて、撮像部１０２によって撮像されている画像データに仮想画像データＢを重畳させる。そして、表示制御部３０２は、仮想画像データＢが重畳された画像データを表示部１０４に表示させる。

ステップＳ４０９において、照射制御部３０３は、移動センサ３０４によって検知されるＸ線照射部１０１の移動方向及び移動量に基づいて、Ｘ線照射部１０１の位置が変更されたか否かを判定する。Ｘ線照射部１０１の位置が変更された場合、処理はステップＳ４１０に移行する。一方、Ｘ線照射部１０１の位置が変更されていない場合、処理はステップＳ４０９に戻り、Ｘ線照射部１０１の位置が変更されるまで待機する。なお、ステップＳ４０９は、位置検知手段の処理例である。

ステップＳ４１０において、表示制御部３０２は、撮像領域Ａにおける仮想画像データＢの位置及び大きさを再計算する。ステップＳ４１１において、表示制御部３０２は、仮想画像データＢを再描画して、撮像されている画像データに重畳し、表示部１０４に表示させる。ステップＳ４１２において、表示制御部３０２は、ユーザによる電源切断等の所定の終了条件を満たしたか否かを判定する。所定の終了条件を満たした場合、処理は終了する。一方、所定の終了条件を満たしていない場合、処理はステップＳ４０９に戻る。

なお、上記の方法において、Ｘ線受光部１０３の位置を検出するために照射されるＸ線は、画像ノイズ等を考慮する必要が小さいため、医療診断用画像データを得るために照射されるＸ線と比較して微弱なものであって構わない。さらに、撮像領域ＡにおけるＸ線受光部１０３の位置を検出する方法は、上記の方法に限られない。例えば、Ｘ線照射部１０１及びＸ線受光部１０３それぞれにおいて、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から送信される衛星電波を介して測位情報を受信するとともに、姿勢角センサ（地磁気センサ等）により姿勢角を検出する。位置検出部３０１は、これらの測位情報及びに姿勢角情報に基づいて、Ｘ線受光部１０３のＸ線照射部１０１に対する相対的な位置を算出する。そして、位置検出部３０１は、Ｘ線受光部１０３のＸ線照射部１０１に対する相対的な位置と、撮像部１０２の撮像画角（ズーム比率）とに基づいて、撮像領域ＡにおけるＸ線受光部１０３の位置を検出する方法等もある。

図６は、本実施形態に係るＸ線撮影装置の使用例を説明するための図である。図６（ｂ）に示すように、本実施形態に係るＸ線撮影装置は、被験者の背部にＸ線受光部１０３を配置するとともに、Ｘ線照射部１０１のＸ線管２００と共役な位置に配置された撮像部１０２によって、Ｘ線の照射方向と略同方向（被験者の胸部）を撮像する。すると、図６（ａ）に示すように、表示部１０４において、Ｘ線受光部１０３の仮想画像データＢとＸ線照射範囲を示す仮想画像データＣとが、撮像領域Ａの画像データに重畳されて表示される。なお、撮像部１０２は、Ｘ線照射部１０１のＸ線照射方向と略同方向を撮像しているため、図６（ａ）に示すように、Ｘ線照射範囲を示す仮想画像データＣの中心は、撮像範囲Ａの中心と一致する。

ここで、Ｘ線照射範囲を示す仮想画像データＣの生成方法について説明する。図６（ｂ）に示すように、撮像部１０２の撮像画角（ズーム比率）をθとし、コリメータ２０１による絞りの値により定まる照射角度をΦとする。さらに、撮像部１０２の横方向の撮像画角（ズーム比率）をθｈとし、コリメータ２０１による絞りの値により定まる横方向の照射角度をΦｈとした場合、Ｘ線照射範囲の横方向の長さの、撮像範囲Ａ全体の横方向の長さに対する比率は、ｔａｎΦh／ｔａｎθhとなる。同様に、撮像部１０２の縦方向の撮像画角（ズーム比率）をθｖとし、コリメータによる絞りの値により定まる縦方向の照射角度をΦｖとした場合、Ｘ線照射範囲の縦方向の長さの、撮像範囲Ａ全体の縦方向の長さに対する比率は、ｔａｎΦｖ／ｔａｎθｖとなる。以上のようにして、撮像範囲ＡからＸ線照射範囲を求めることができ、Ｘ線照射範囲を示す仮想画像データＣを生成することが可能となる。

本実施形態に係るＸ線撮影装置にいては、表示部１０４上に、撮像部１０２によって撮像されている撮像領域Ａの画像データに対し、Ｘ線受光部１０３の仮想画像データＢとＸ線照射範囲を示す仮想画像データＣとを重畳させて表示することができる。従って、ユーザは、表示部１０４を参照しながら、Ｘ線照射部１０１の位置や向きを調整し、Ｘ線受光部１０３と対向させることが可能となる。

また、ユーザがコリメータ２０１による絞りの値を変更すると、これに合わせて、Ｘ線照射範囲を示す仮想画像データＣの横方向及び縦方向のうちの少なくとも何れか一方の長さが変更される。従って、ユーザは、撮像部１０２によって撮像された撮像領域Ａの画像データ中の被写体（患部）の大きさと、Ｘ線照射範囲を示す仮想画像データＣとを同時に確認しながら、コリメータ２０１による絞りの値を調整することが可能となる。なお、上述したコリメータの絞り値の変更を検知する処理は、絞り値検知手段の処理例である。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態に係るＸ線撮影装置の使用例を説明するための図である。本発明の第２の実施形態に係るＸ線撮影装置では、Ｘ線照射部１０１に表示部１０４が設けられており、ユーザが表示部１０４を参照しながら、Ｘ線照射部１０１の位置や向きを調整することができる。なお、表示部１０４がＸ線照射部１０１に設けられていること以外は、第１の実施形態と同様である。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。近年、上述したＸ線管に代わる電子源として、冷陰極型マルチ電子源を使用したＸ線照射部が知られている。このようなマルチ電子源を使用したＸ線照射部は、一つ一つの電子源を小さく構成して平面状に配列するため、全体として小型に構成することが可能となっている。また、マルチ電子源を使用したＸ線源は、複数の焦点を持つため、一度のＸ線照射によりＸ線受光部の位置検出のための所定の照射パターン（例えば、十字形）のＸ線照射が可能である。本発明の第３の実施形態に係るＸ線撮影装置は、図１に示すＸ線照射部１０１として、上述したマルチ電子源を使用したＸ線照射部を適用したものであり、その他の構成は、第１の実施形態に係るＸ線撮影装置と同様である。

図８は、本発明の第３実施形態に係るＸ線撮影装置の処理を示すフローチャートである。以下、図８を参照しながら、本発明の第３の実施形態に係るＸ線撮影装置の処理について詳細に説明する。

ステップＳ８０１において、照射制御部３０３は、所定の照射パターン（例えば、十字形）のＸ線をＸ線照射部１０１からＸ線受光部１０３に照射させる。ステップＳ８０２において、表示制御部３０２は、Ｘ線を受光したＸ線受光部１０３から出力される電気信号に対して信号処理を施すことにより、Ｘ線画像データを生成する。ステップＳ８０３において、表示制御部３０２は、得られたＸ線画像データと上記所定の照射パターンとを比較して、撮像領域ＡにおけるＸ線画像データの位置及び大きさを定める。ステップＳ８０４において、表示制御部３０２は、上記Ｘ線画像データの位置及び大きさに基づいて、Ｘ線受光部１０３の仮想画像データＢを撮像領域ＡにおけるＸ線画像データに重畳させ、表示部１０４において表示させる。なお、ステップＳ８０３及びＳ８０４は、図４のステップＳ４０７及びＳ４０８と同様の処理である。

本発明の第３実施形態によれば、一度のＸ線照射によりＸ線受光部１０３の位置を検出するが可能であり、Ｘ線照射毎に絞りの値を変更する必要もないため、Ｘ線受光部１０３の位置を迅速に検出することが可能となる。

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。

１００：回診車、１０１：Ｘ線照射部、１０２：撮像部１０２：Ｘ線受光部、１０４：表示部、２００：Ｘ線管、２０１：コリメータ、２０２：ハーフミラー、３００：制御装置、３０１：位置検出部、３０２：表示制御部、３０３：照射制御部、３０４：移動センサ

Claims (12)

1. 放射線を照射すると共に、位置及び姿勢角を調整することが可能な照射手段と、
   前記照射手段により照射された放射線を検出し、検出した放射線に対応する電気信号を出力する放射線検出手段と、
   前記照射手段と前記放射線検出手段の位置及び姿勢角をそれぞれ検出し、前記放射線検出手段の前記照射手段に対する相対的な位置情報を算出する位置検出手段と、
   前記照射手段の放射線照射方向と略同方向を撮像する撮像手段と、
   前記照射手段の放射線照射範囲を示す画像データを生成し、前記放射線照射範囲を示す画像データと、前記位置検出手段により検出された前記放射線検出手段の前記照射手段に対する相対的な位置情報を示す画像データと、前記撮像手段により撮像された画像データと、を重畳して表示手段に表示させる表示制御手段と
   を有することを特徴とする放射線撮影装置。
2. 前記照射手段の位置の変更を検知する位置検知手段を更に有し、
   前記位置検出手段は、前記位置検知手段により前記照射手段の位置の変更が検知された場合に、前記放射線検出手段の位置を再び検出することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
3. 前記照射手段のコリメータの絞り値を検知する絞り値検知手段を更に有し、
   前記表示制御手段は、前記絞り値検知手段により検知される前記コリメータの絞り値に応じて、前記照射手段の放射線照射範囲に係る画像データを変更することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
4. 前記表示手段は、前記照射手段に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の放射線撮影装置。
5. 前記照射手段は、複数の焦点を有するマルチ電子源を使用して放射線を照射することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放射線撮影装置。
6. 放射線を照射すると共に、位置及び姿勢角を調整することが可能な照射手段と、
   前記照射手段により照射された放射線を検出し、検出した放射線に対応する電気信号を出力する放射線検出手段と、
   前記照射手段と前記放射線検出手段の位置及び姿勢角をそれぞれ検出し、前記放射線検出手段の前記照射手段に対する相対的な位置情報を算出する位置検出手段と、
   前記位置検出手段により検出された前記放射線検出手段の前記照射手段に対する相対的な位置情報を示す画像データと、前記照射手段の放射線照射範囲を示す画像データと、を重畳して表示手段に表示させる表示制御手段と
   を有することを特徴とする放射線撮影装置。
7. 前記照射手段の位置の変更を検知する位置検知手段をさらに有し、
   前記位置検出手段は、前記位置検知手段により前記照射手段の位置の変更が検知された場合に、撮像手段による撮像範囲内における前記放射線検出手段の位置を再び検出することを特徴とする請求項６に記載の放射線撮影装置。
8. 前記照射手段のコリメータの絞り値を検知する絞り値検知手段をさらに有し、
   前記表示制御手段は、前記絞り値検知手段により検知される前記コリメータの絞り値に応じて、前記照射手段の放射線照射範囲を示す画像データを変更することを特徴とする請求項６に記載の放射線撮影装置。
9. 放射線撮影装置が実行する制御方法であって、
   放射線を照射すると共に、位置及び姿勢角を調整することが可能な照射手段と、前記照射手段により照射された放射線を検出する手段であり、かつ検出した放射線に対応する電気信号を出力する手段である放射線検出手段の位置及び姿勢角をそれぞれ検出し、前記放射線検出手段の前記照射手段に対する相対的な位置情報を算出する位置検出ステップと、
   前記照射手段の放射線照射方向と略同方向を撮像する撮像ステップと、
   前記照射手段の放射線照射範囲を示す画像データを生成し、前記放射線照射範囲を示す画像データと、前記位置検出ステップにおいて検出された前記放射線検出手段の前記照射手段に対する相対的な位置情報を示す画像データと、前記撮像ステップにおいて撮像された画像データと、を重畳して表示手段に表示させる表示制御ステップと
   を含むことを特徴とする放射線撮影装置の制御方法。
10. 放射線撮影装置が実行する制御方法であって、
    放射線を照射すると共に、位置及び姿勢角を調整することが可能な照射手段と、前記照射手段により照射された放射線を検出する手段であり、かつ検出した放射線に対応する電気信号を出力する手段である放射線検出手段の位置及び姿勢角をそれぞれ検出し、前記放射線検出手段の前記照射手段に対する相対的な位置情報を算出する位置検出ステップと、
    前記位置検出ステップにおいて検出された前記放射線検出手段の前記照射手段に対する相対的な位置情報を示す画像データと、前記照射手段の放射線照射範囲を示す画像データと、を重畳して表示手段に表示させる表示制御ステップと
    を含むことを特徴とする放射線撮影装置の制御方法。
11. コンピュータに、
    請求項９又は１０に記載の制御方法の各ステップを実行させるためのプログラム。
12. 請求項１１に記載のプログラムを記録したコンピュータにより読み取り可能な記録媒体。

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