JPS6147471B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固体撮像素子を用いた間歇曝射Ｘ線テ
レビジヨン診断装置に関するものである。

Ｘ線透視診断時の患者への放射線被曝線量の減
少策としてＸ線を間歇的に曝射しそのＸ線像をテ
レビカメラで捕えてテレビジヨンモニタに表示し
患部の透視を行なうようにした間歇曝射Ｘ線テレ
ビジヨン診断装置がある。

この装置は第１図に示す如きもので、そのタイ
ムチヤートを第２図に示す。即ち、第１図におい
て、１はＸ線を曝射するＸ線管、２は被写体、３
はこの被写体２を介して前記Ｘ線管１に対峙され
被写体２のＸ線像を光学像に変換するＸ線螢光増
倍管（イメージインテンシフアイア；以下、Ｉ・
Ｉと略称する）、４はこのＩ・Ｉ３により変換さ
れた光学像をテレビカメラの撮像管５に導く光学
系、６は垂直駆動信号Ｐ１や水平駆動信号等の制
御に必要な信号を発生すると共にこの信号に同期
して前記撮像管５より映像信号を抽出し、テレビ
ジヨン用の映像信号化して出力するカメラ制御
器、７はこのカメラ制御器６の出力する垂直駆動
信号Ｐ１を受けこれを分周して曝射指令信号Ｐ２
及び録画指令信号Ｐ３を出力し、また撮像管５に
ブランキング信号Ｐ４を与える変換回路、８は前
記カメラ制御器６を介して与えられる映像信号Ｓ
_vaを前記記録指令信号Ｐ３に基づいて録画し、ま
た再生するビデオレコーダ、９はこのビデオレコ
ーダ８の再生映像信号Ｓ_vbを画像として表示する
テレビジヨン受像機等によるモニタ、１０は前記
曝射指令信号Ｐ２を受けて動作し、トリガパルス
Ptを出力する曝射制御回路、１１はトライアツク
またはサイリスタを逆並列接続して成り、前記曝
射制御回路１０の出力するトリガパルスPtにより
導通されるスイツチである。このスイツチ１１は
商用電源出力Ｖを入力とするもので、スイツチ１
１により商用電源出力Ｖの１サイクル分抽出され
るよう曝射制御回路１０はトリガパルスPtを出力
する。１２はこのスイツチ１１の抽出した１サイ
クル分の商用電源出力Ｖの抽出出力V₁を一次側
入力とし、これを昇圧して前記Ｘ線管１に与える
高圧発生器である。

上記構成の装置は次の通りとなる。即ち、カメ
ラ制御器６より発生された垂直駆動信号Ｐ１（第
２図ａ）が変換回路７に与えられるとこの変換回
路７はこの垂直駆動信号Ｐ１を分周して第２図ｂ
に示す如く所要の曝射指令信号Ｐ２と記録指令信
号Ｐ３を出力する。そして曝射指令信号Ｐ２は曝
射制御回路１０に入力される。すると曝射制御回
路１０は第２図ｄに示すようなトリガパルスPtを
出力する。このトリガパルスPtは点弧信号として
スイツチ１１の逆並列接続されたトライアツク
（またはサイリスタ）に与えられる。このスイツ
チ１１のトライアツクには第２図ｃに示す如き商
用電源出力Ｖが加えられているから、第２図ｅに
示す如く商用電源出力Ｖより１サイクル分の出力
V₁が抽出される。そして、この出力V₁は高圧発
生器１２の一次側に加えられる。その結果、高圧
発生器１２は一次側入力対応の高圧出力を発生
し、Ｘ線管１に与える。すると、Ｘ線管１は商用
電源出力Ｖの１サイクル分のＸ線を曝射し、被写
体２に照射する。これにより、Ｘ線管１に被写体
２を介して対峙されているＩ・Ｉ３の入射面に被
写体２のＸ線像が結像され、Ｉ・Ｉ３の出力面側
にその光学変換された光学像が表われる。この光
学像は光学系４を介して撮像管５に導かれ、撮像
される。この撮像された像はカメラ制御器６によ
つて制御されながら映像信号として読み出される
が、変換回路７によつて第２図ｆに示すようにＸ
線曝射期間中に当るフイールドはブランキングが
かかるようブランキング信号Ｐ４が出力され撮像
管５に与えられるため、撮像管５からはこのブラ
ンキング信号Ｐ４期間経過後、映像信号として抽
出され、カメラ制御器６により信号処理されて第
２図ｇの如く第１フイールドA₁及び第２フイー
ルドA₂の信号として出力される。この信号はビ
デオレコーダ８に送られ録画されるが、この録画
は第１フイールドA₁についてのみ行なわれる。
録画が終了するとビデオレコーダ８はただちに再
生に移り、次のＸ線曝射による映像が得られるま
での間、この再生映像信号Ｓ_vbのA′₁を第２図ｈ
の如く再生し続ける。そして、ビデオレコーダ８
の再生映像信号はモニタ９に与えられ、このモニ
タ９上に再生画像が表示される。カメラ制御器６
からは引続き垂直駆動信号Ｐ１が出力されるか
ら、変換回路７はこれを分周し、再び曝射指令信
号Ｐ２を発生して、曝射制御回路１０に与える。
これにより、曝射制御回路１０はトリガパルスPt
を出力し、スイツチ１１に与える。その結果、１
サイクル分の商用電源出力V₁が抽出され、前述
の如く昇圧された後、Ｘ線管１に与えられる。そ
して、Ｘ線管１から再び１サイクル分のＸ線が曝
射され、被写体２に照射される。これにより新た
なＸ線像が得られ、Ｉ・Ｉ３により光学像に変換
された後、撮像管５に導かれ、撮像される。この
撮像された像はカメラ制御器６を介してビデオレ
コーダ８に加えられ、第１フレームの映像信号の
みがこのビデオレコーダ８に録画される。そし
て、録画が終了するとただちにこの録画映像信号
は再生に移され、次の新たな映像信号が得られる
まで、繰り返し再生され、モニタ９に与えられ
る。以後、上述の如き動作が順次繰り返えされて
ゆく。

このようなものであるが、通常の連続曝射方式
の場合であれば、高圧発生器１２の一次側印加電
圧は所要の電圧値の商用電源出力をそのまま与え
るが、間歇曝射方式の場合はトライアツク或いは
サイリスタを逆並列接続したスイツチ１０を介
し、曝射指令信号Ｐ２を基にして作つたトリガパ
ルスPtにより、このスイツチ１０を１サイクル分
だけ導通させて高圧発生器１２に与える。従つて
Ｘ線管１からは１サイクル間、Ｘ線が曝射される
こととなる。高圧発生器１２の一次側印加電圧は
商用電源出力を用いるものであるから、１サイク
ルが20〔ｍｓ〕または16.7〔ｍｓ〕となり、この
時間がＸ線幅となる。そして、曝射指令信号と同
期して撮像管５に２フイールド間のブランキング
信号Ｐ４を加え像の蓄積を行なつた後、撮像管５
の走査を行ない映像信号の抽出を行なつてその第
１フイールドの映像信号A₁をビデオレコーダ８
に録画し、次のＸ線曝射まで、これを連続再生
し、モニタ９に表示するわけである。

ところが、上記方式では撮像管５に入力される
光学像がパルス状となり、しかも撮像管としてビ
ジコンやカルニコン等を用いているので、そのパ
ルス状の入力光学像に対する応答性は悪く、それ
は前記ブランキング信号Ｐ４によるブランキング
期間後の走査開始の際、映像信号出力に影響を与
えてしまうほど、その立上り特性は悪い。

この影響を受けないようにするためには一般に
前記ブランキング信号Ｐ４の時間幅を垂直駆動信
号２〜４パルス分とし、その後に映像信号を取り
出す必要があるとされている。そのため、Ｘ線曝
射繰り返えし速度はこの分、制限を受けることと
なる。

また、撮像管は入力光量が一定でもその入力時
間幅に応じ出力が変化し、また、パルス状の入力
光の場合、連続光の入力に比べて撮像管のガンマ
値が高くなり、画質やコントラスト等に差を示す
ことが一般に云われている。

一方、撮像管の残光特性（立下り特性が悪い）
のため、パルス状の入力光に対する場合は連続光
に対する場合よりも高い入力光量を必要とするの
で、毎秒曝射回数が増すと、画質変化に加え、本
来の目的である被曝線量の低減にそれほど効果を
示さなくなる。

従つて、前述した立上り特性の悪さのための読
出し効率を高めるようにブランキング信号Ｐ４の
時間幅を２〜３フイールド分設置せざるを得ない
ことと合わせると毎秒５回以上のＸ線曝射回数に
対しては性能が十分に保証できない。従つて、現
状では毎秒10回以上の繰り返し回数を必要とする
場合には撮像管の立上り特性等前述した問題の関
係上、連続曝射に切換えて使用せざるを得ず、間
歇曝射方式を用いることができる範囲は毎秒５回
以下となり、動的な部位に対しては利用できな
い。

また、テレビジヨンの垂直同期信号の周波数と
商用電源周波数との間に同期関係がないため、両
者の周波数差が生ずると曝射指令信号発生時から
実際に曝射が行なわれる最初の零位相即ち、曝射
指令信号を受けてトリガパルスPtが発生し、この
トリガパルスPtを受けて導通した前記スイツチ１
１に加わる商用電源出力Ｖの最初の零位相までの
時間が変動し、ブランキング信号Ｐ４の時間幅は
曝射指令信号Ｐ２から２フイールド間と常に一定
であることからＸ線曝射終了後の実質的なブラン
キング時間幅は変動することとなり、この結果、
撮像管より出力される映像信号のレベルに変動が
生じ、フリツカの原因となる。

このように従来の撮像管を用いた間歇曝射Ｘ線
テレビジヨン診断装置では毎秒曝射回数に制限が
あり、その結果、モニタ像の更新回数が少なくな
るからモニタ像は動きが断続的に変化し、診断し
にくい欠点があつた。

本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、撮
像管の代りに立上り特性の良い固体撮像素子を用
いることにより、前記欠点を除去した間歇曝射Ｘ
線テレビジヨン診断装置を提供することを目的と
する。

以下、本発明の一実施例について第３図〜第５
図を参照しながら説明する。

第３図は本装置の構成を示すブロツク図であ
り、図中第１図と同一物には同一符号を付してそ
の説明は省略する。本装置の特徴は前述の撮像管
５に代えて固体撮像素子３１即ち電荷結合素子
（例えばCharge Coupled Device；以下、CCDと
略称する）を用いたことにある。これは半導体基
板に絶縁膜を介して複数の電極を配列した構造を
有し、隣接する三個の電極を一組として三相の電
圧をそれぞれ一相づつ対応させて該電極に加える
ことにより、前記半導体基板内部にポテンシヤル
井戸が作られることを利用したもので、このポテ
ンシヤル井戸に光入射で発生した電荷を蓄積し、
その電荷を前記電極に対し所定の規則をもつて電
圧を印加することにより、ポテンシヤル井戸を移
動し、これによつて半導体基板表面に沿つて一方
向に転送しようとするものである。

フレームトランスフア式で三相形のCCD素子
のブロツク図を第４図に示す。CCDは光キヤリ
ア（光入射により発生した電荷）を蓄積する撮像
部３１ａ、後述するレジスタ部より１ラインずつ
出力回路へ信号電荷を転送させる間、一時的に信
号電荷の蓄積を行なう蓄積部３１ｂ、この蓄積部
３１ｂに蓄積された１ラインずつの電荷を三相の
高速クロツクパルスφH₁〜φH₃で映像信号とし
て読出すレジスタ部３１ｃ、このレジスタ部３１
ｃの読出した映像信号を外部へ送り出す最終出力
部３１ｄより構成されており、撮像部３１ａに光
学像を結像させることにより、ここに光キヤリア
を蓄積し、これを蓄積部３１ｂに一時的に蓄積さ
せた後、レジスタ部３１ｃより１ラインずつ高速
で読み出し、最終出力部３１ｄより映像信号とし
て外部に送出するものである。

このようなCCD３１をその撮像部に像が結像
されるよう前記光学系４の後段に配設し、この
CCD３１より得た映像出力信号を増幅する増幅
器３２及びこの増幅器３２により増幅された映像
出力信号に含まれる前記高速クロツクパルスφ
H₁，〜φH₃等による雑音成分を除去し映像信号
成分のみを得るための低周波通過用のローパスフ
イルタ３３及びこのローパスフイルタ３３の出力
に同期信号等を付加してテレビジヨン用の映像信
号として出力するプロセス回路３４を通して前記
ビデオレコーダ８に与える構成とする。尚、上述
の３１，３２，３３，３４にてテレビカメラを構
成している。また、テレビジヨン用の垂直同期信
号Ｓ_vを発生する同期信号発生回路３５を設ける
と共にこの同期信号発生回路３５の出力する垂直
同期信号を基準に外部より与えられる毎秒Ｘ線曝
射回数設定値Ｎに対応する周期のパルスを発生す
る変換回路３６が設けられている。このパルスは
前記ビデオレコーダ８に記録指令信号として与え
られると共にトリガパルスを生成するトリガパル
ス発生回路３７に与える構成となつている。そし
て、トリガパルス発生回路３７の出力するトリガ
パルスを受ける毎に所定の管電流、管電圧値が得
られるような一次側電圧を高圧発生器１２に与え
るＸ線制御器３８が設けられ、また、前記変換回
路３６の出力するパルスと前記同期信号発生回路
３５の出力する垂直同期信号を受けて動作し前記
CCD３１から映像出力信号を読出すための駆動
信号を発生する駆動信号発生回路３９が設けられ
ている。また、前記プロセス回路３４は同期信号
発生回路３５の出力する垂直同期信号等を受けて
信号処理を行なう。

次に上記構成の本装置の動作について説明す
る。同期信号発生回路３５を動作させるとこの同
期信号発生回路３５は垂直同期信号Ｓ_v（第５図
ａ）を発生する。この垂直同期信号Ｐ_vは変換回
路３６に加えられると、この変換回路３６は外部
から加えられた毎秒Ｘ線曝射回数設定値Ｎに対応
する周期のパルスを発生する。このパルスはトリ
ガパルス発生回路３７に加えられるが、これを受
けるとトリガパルス発生回路３７は波形整形して
トリガパルスとしてＸ線制御器３８に与える。す
るとＸ線制御器３８は予め設定してある管電圧、
管電流値となるような高圧出力を高圧発生器１２
が所定時間出力するような一次側入力を高圧発生
器１２に与えるべく出力を発生する。この出力を
受けると高圧発生器１２は高圧出力を発生し、Ｘ
線管１に与える。その結果、Ｘ線管１からは第５
図ｂの如くパルス状のＸ線XRが曝射される。
尚、パルス状のＸ線XRの時間幅は垂直ブランキ
ングインターバル時間Tv_Bを差引いた垂直同期時
間1Vよりも短いものとする。

この曝射されたＸ線XRは被写体２を透過し、
Ｉ・Ｉ３にて光学像に変換され後、光学系４を介
してテレビカメラのCCD３１の撮像部３１ａに
結像される。すると撮像部３１ａには入射された
光学像の電荷像が形成される。電荷像は垂直同期
信号Ｓ_vと変換回路３６の出力するパルスにより
動作する駆動信号発生回路３９の出力にて垂直同
期信号Ｖの次の垂直ブランキングインターバル時
間Tv_B期間内にCCD３１の蓄積部３１ｂに転送さ
れ、順次電気信号ｉとして読出されてゆく。そし
て、増幅器３２により増幅され、ローパスフイル
タ３３にて高周波雑音成分を除いた後、プロセス
回路３４に送られる。プロセス回路３４は同期信
号発生回路３５の出力する垂直同期信号Ｐ_vを受
けてCCD３１からの出力信号を処理し、テレビ
ジヨン用の映像信号Vc（第５図ｃ）としてビデ
オレコーダ８に出力する。このビデオレコーダ８
は例えば磁気シートを用いたシートレコーダでこ
の磁気シートを毎秒30回、回転させている。この
ビデオレコーダ８の記録ヘツドはテレビカメラか
らの１フイールドの映像信号Vc（即ちプロセス
回路３４の出力）を磁気シートの半周にまず記録
する。記録ヘツドと180゜（水平周期の1/2）隔た
つた位置に再生ヘツドがあり、記録された信号を
ただちに再生して記録ヘツドへ送り返えし、記録
ヘツドはこれを他の半周にも記録する。この動作
は変換回路３６の出力するパルスを受ける毎に行
なわれ、記録が完了すると次の録画指令があるま
で即ち、次のパルスを受けるまで、磁気シートの
記録内容を第５図ｄに示すように連続再生してモ
ニタ９へ供給する。これにより、モニタ９の表示
面上にはビデオレコーダ８の再生画像が表示され
ることとなる。同期信号発生回路３５は所定周期
の垂直同期信号を発生し続けるからこれを受けて
変換回路３６は毎秒Ｘ線曝射回数設定値Ｎに対応
する周期のパルスを発生し、再び前記の動作が繰
り返えされてゆく。このようにして設定された毎
秒Ｘ線曝射回数設定値Ｎの曝射回数でＸ線が曝射
され、そのＸ線像がビデオレコーダ８に録画さ
れ、再生されてモニタ９に表示されてゆく。

尚、この方式はCCDの容量の関係から１枚の
CCDから１フイールド分の映像信号しか得られ
ないために１フレーム分（２フイールド）録画で
きるレコーダに１フイールドの分同一映像信号を
録画し、再生するようにしているため、モニタ９
上では同一フイールドがインターレスされる。即
ち、奇数フイールドも偶数フイールドも同一の擬
似インタレス方式である。従つて解像度の低下が
心配される。

解像度を向上させるためには通常の２：１イン
ターレス方式即ち、奇数フイールド、偶数フイー
ルドにはそれぞれ本来のフイールド像が表示され
るようにすれば良いわけであり、本装置はこのよ
うにすることもできる。以下、これを第６図のタ
イムチヤートを参照しながら説明する。

まず、第６図ａ，ｂに示すようにパルス状のＸ
線XRの曝射タイミングが垂直同期信号Ｐ_vの垂直
ブランキング期間Tv_Bを挾みながら同時に２フイ
ールドに重なるようにする。

このようにトリガされたパルス状のＸ線XRに
よるＸ線像はＩ・Ｉ３を介して光学像に変換さ
れ、CCD３１の撮像部に結像される。このと
き、Ｘ線管１に高圧電圧を供給するための高圧ケ
ーブルの容量によるＸ線の立上り、立下りに問題
がある場合には必要に応じてＩ・Ｉブランキング
方法或いはCCD３１の撮像部のポテンシヤル井
戸形成パルスのタイミング制御或いはCCD前面
にシヤツタ等を取付け、垂直同期パルスに対する
タイミング補正を行なうことが望ましい。

このようにして、CCD３１の撮像部には１フ
イールド分の像が結像されるが、奇数フイール
ド、偶数フイールドに対応する光キヤリアの蓄積
を行なうための駆動信号φA₁，〜φA₃への電位
のかけ方をモニタ再生時の奇数、偶数フイールド
に対応させる。即ち、φA₁，〜φA₃の電位状態
に応じ、CCDはポテンシヤル井戸の位置を調整
することができるから、初めはφA₁，〜φA₃を
奇数フイールドに対応する位置となるよう電位を
調整してかけ、CCDを制御する。そして、第６
図ｃに示すように垂直同期信号Ｐ_vのフイールド
A₁に重なるＸ線（XRの前半分）による光キヤリ
アを蓄積してこれを垂直ブランキング期間Tv_Bに
読出し、次にφA₁，〜φA₃の電位のかけ方を調
整して垂直同期信号Ｐ_vのフイールドA₂に重なる
Ｘ線（XRの後半分）による光キヤリアを蓄積す
る。そして、これを読出す。

このようにすればCCDより読出された信号は
最初が本来の奇数フイールド像の信号、次が本来
の偶数フイールド像の信号となり、２：１インタ
ーレス方式に合つた映像信号となる。

このCCDの出力信号を前述のビデオレコーダ
８の磁気シート前半に奇数フイールド分を、また
後半に偶数フイールド分をそれぞれ録画し、次の
録画が成されるまでの間、第６図ｄに示すように
順次繰り返えして再生（但し録画中は再生映像信
号は使用せず記録ヘツドに与える映像信号をその
ままモニタ９にも与える）し、モニタ９に表示さ
せる。この方式により２：１インターレスの正規
の画像表示が可能となる。

このように撮像管に代えてCCDを用い、ま
た、Ｘ線パルスは各パルス毎にインターレス方式
の奇数フイールドと偶数フイールドにまたがるタ
イミングで曝射するとともに、各フイールド間に
必ず入るＸ線テレビジヨンのブランキング期間を
利用して撮像画像信号を得ることで、奇数フイー
ルドと偶数フイールドの映像信号を同一パルスで
得ることが出来るようにしたので、２：１インタ
ーレスの正規の画像表示が可能になり、自然な画
像が得られる他CCDの特徴とする立上り、立下
りの良さ並びにパルス状Ｘ線のパルス幅による入
出力特性差のないこと等の点から毎秒Ｘ線曝射回
数が増加しても均一な画質の像が得られ、且つ毎
秒Ｘ線曝射回数の増大も何ら制限がなくなり、し
かも従来のようにこの毎秒Ｘ線曝射回数の増加に
伴なうＸ線被曝線量低減効果の消失と云う心配も
なくなり、自然な動きを失なうことなく透視像の
表示が行なえる等、優れた特徴を有する間歇曝射
Ｘ線テレビジヨン診断装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成を示すブロツク図、第
２図ａ〜ｈはその動作を説明するためのタイムチ
ヤート、第３図は本発明の一実施例を示すブロツ
ク図、第４図はCCDの構成を説明するための
図、第５図ａ〜ｄは本装置の動作を説明するため
のタイムチヤート、第６図ａ〜ｄは他の実施例を
示すタイムチヤートである。 １……Ｘ線管、３……Ｉ・Ｉ、４……光学系、
８……ビデオレコーダ、９……モニタ、３１……
CCD、３５……同期信号発生回路、３５……同
期信号発生回路、３６……変換回路、３９……駆
動信号発生回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 間歇的にＸ線を曝射し、これにより得たＸ線
   像を光学像に変換する装置により光学像に変換
   し、この光学像をインターレス方式の撮像手段に
   より撮像して得た映像信号を録画装置により録画
   し、次のＸ線曝射までの間これを再生してモニタ
   装置に表示させるようにした間歇曝射Ｘ線テレビ
   ジヨン診断装置において、第１及び第２フイール
   ドに重なる期間Ｘ線を曝射させるＸ線制御手段
   と、撮像部及び蓄積部を有する固体撮像素子と、
   この固体撮像素子の撮像部でとらえた前記第１フ
   イールドの画像データを垂直ブランキング期間内
   に蓄積部へ転送するとともに前記第２フイールド
   の画像データを撮像するよう制御する固体撮像素
   子駆動手段とを備え、前記蓄積部に転送された画
   像データを前記録画装置へ順次送出することを特
   徴とする間歇曝射Ｘ線テレビジヨン診断装置。