KR101143081B1

KR101143081B1 - Ｘ선 발생 장치, ｘ선 촬영 장치 및 그들의 제어 방법

Info

Publication number: KR101143081B1
Application number: KR1020107012271A
Authority: KR
Inventors: 오사무 쯔지이; 마꼬또 사또; 마사히꼬 오꾸누끼; 사또시 시미즈; 다까시 오구라
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2012-05-08
Also published as: US20130294580A1; EP2197251A4; US8488742B2; CN101940066A; KR20100077048A; US20100310051A1; JP4886713B2; WO2009101882A1; EP2197251A1; US8879687B2; JP2009189507A

Abstract

복수의 전자 방출 소자를 갖고, 구동된 전자 방출 소자에 대응한 전자선을 발생시키는 전자선 발생부와, 전자선 발생부에 의해 발생된 전자선의 조사 위치를 X선 초점으로 한 X선을 발생시키는 타깃 전극을 갖는 X선 발생 장치에 있어서, 상기 복수의 전자 방출 소자의 구동을 개별로 제어함으로써 타깃 전극에 있어서의 X선 초점의 집합에 의해 형성되는 X선 초점 형상이 제어된다.

Description

Ｘ선 발생 장치, Ｘ선 촬영 장치 및 그들의 제어 방법{X-RAY GENERATOR, X-RAY PHOTOGRAPHING DEVICE, AND METHOD OF CONTROLLING THE GENERATOR AND THE DEVICE}

본 발명은 X선원을 사용한 의료 진단 기기나 산업 기기 분야의 비파괴 X선 촬영에 사용되는 X선 발생 장치 및 상기 장치를 사용한 X선 촬영 장치에 관한 것이다.

일반적으로, X선관구에서는, 전자원으로서 열전자원을 사용하여, 고온도로 가열한 필라멘트로부터 방출되는 열전자를 가속하고, 수렴하여 원하는 전자 빔을 형성하고, 이것을 금속으로 이루어지는 X선 타깃에 조사하여 X선을 발생시키고 있다.

최근의 이 열전자원을 대신할 전자원으로서 미세한 바늘의 선단에 고전계를 가하여 전자를 취출하는 스핀트형이나, 카본 나노튜브 등에 의한 냉음극형 전자원이 개발되고 있다. 그리고, 이들의 응용으로서 단일의 전자 빔을 취출하는 기술이 특허문헌 1, 특허문헌 2 및 특허문헌 3에 기재되어 있다.

일본 특허 공개 평08-264139호 공보 일본 특허 공개 평09-180894 공보 일본 특허 공개 제2005-237779 공보

W.T. 프리만과 E.H. 아델슨, 1991년 IEEE 트랜스. 패턴 분석 및 기계 지능 13권 제9호 891-906쪽 "가동 필터의 설계 및 이용"(W.T.Freeman and E.H.Adelson, "The design and use ofsteerable filters", IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol.13 No.9, pp891-906, 1991)

가속된 전자 빔을 타깃에 조사함으로써 X선을 발생할 때, X선의 발생 효율은 매우 낮은 것이 알려져 있으며, 타깃에 조사된 전자 빔의 에너지의 대부분은 열로 변한다. 그로 인해, X선 발생 장치에서는 종래부터 타깃을 회전시키는 회전 양극(陽極)의 구조가 사용되고 있다.

그러나, 특허문헌 1에 기재되어 있는 전자 빔의 조사면과 X선 발생면이 상대하는 구조에서는 특허문헌 3에 기재되는 발열을 억제하기 위한 회전 양극을 채용하는 것은 어렵다.

의료 진단 기기 등에 있어서 진단에 필요한 화질을 확보하기 위해서는 어느 정도의 전류가 필요하고, 또 화상의 선예도를 얻기 위해서는 타깃 위에 형성되는 X선 초점의 치수는 작은 편이 바람직하다. 그러나, 전류를 확보하면서 X선 초점의 크기를 작게 하면 작은 면적에 열부하가 집중되는 것에 의한 전술한 바와 같은 발열의 문제가 있고, 한편 크게 하면 선예도가 저하된다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 화상의 선예도를 저하시키지 않고 X선 발생에 있어서의 대전류화를 달성하는 X선 발생 장치 및 X선 촬영 장치를 제공하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 의한 X선 발생 장치는 이하의 구성을 구비한다. 즉,

복수의 전자 방출 소자를 갖고, 구동된 전자 방출 소자에 대응한 전자 빔을 발생시키는 전자 빔 발생 수단과,

상기 전자 빔 발생 수단에 의해 발생된 전자 빔의 조사 위치를 X선 초점으로 한 X선을 발생시키는 타깃 전극과,

상기 복수의 전자 방출 소자의 구동을 개별로 제어함으로써 상기 타깃 전극에 있어서의 X선 초점의 집합에 의해 형성되는 X선 초점 형상을 제어하는 구동 제어 수단을 구비한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 의한 X선 촬영 장치는 이하의 구성을 구비한다. 즉,

상기 복수의 전자 방출 소자의 구동을 개별로 제어함으로써 상기 타깃 전극에 있어서의, X선 초점의 집합에 의해 형성되는 X선 초점 형상을 제어하는 구동 제어 수단과,

상기 타깃 전극으로부터 발생된 X선을 검출함으로써 2차원 X선 화상을 생성하는 검출 수단과,

상기 검출 수단에 의해 검출된 상기 2차원 X선 화상에 기초하여, 상기 구동 제어 수단이 상기 타깃 전극에 형성해야 할 상기 X선 초점 형상을 결정하는 결정 수단을 구비한다.

본 발명에 따르면, 화상의 선예도를 저하시키지 않고 X선 발생에 있어서의 대전류화를 달성하는 X선 발생 장치 및 X선 촬영 장치가 제공된다.

본 발명의 그 밖의 특징 및 이점은, 첨부 도면을 참조로 한 이하의 설명에 의해 분명해질 것이다. 또한, 첨부 도면에 있어서는, 동일하거나 마찬가지의 구성에는 동일한 참조 번호를 붙인다.

첨부 도면은 명세서에 포함되고, 그 일부를 구성하고, 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 그 기술과 함께 본 발명의 원리를 설명하기 위하여 사용된다.

도 1은 실시 형태에 의한 X선 촬영 장치의 기본적인 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 2는 실시 형태에 의한 X선 촬영 장치의 구체예를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 X선 촬영 장치에 있어서의 X선 발생 장치의 기본적인 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 4는 전자 방출 소자의 구동 패턴과 X선 초점의 형상을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 X선 촬영 장치에 있어서의, 주방향 결정부의 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 6은 주방향 결정부에 있어서의 주파수 해석의 처리를 설명하는 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 X선 촬영 장치에 있어서의 화상 처리부의 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 8은 제1 실시 형태에 의한 X선 촬영 처리를 설명하는 흐름도이다.
도 9는 소자 기판 상에 있어서의 전자 방출 소자의 배열의 변형예를 도시하는 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 설명한다.

<제1 실시 형태>

도 1은 제1 실시 형태에 관한 X선 촬영 장치의 구성을 도시하는 도면이다. 도 1에 있어서 X선 발생 장치(1)로부터 조사된 X선(XR)은 피사체(P)를 투과하여 X선 검출기(2)에 입사한다. X선 검출기(2)는 X선 화상용의 평면 검출기이며, 피사체(P)를 투과하여 감약한 X선의 강도 분포를 화상으로서 주방향 결정부(3) 및 화상 처리부(4)에 출력한다.

이와 같은 촬영 장치의 구체예로서는, 예를 들어 X선 투시 촬영 장치를 들 수 있다. X선 투시 촬영 장치에서는 피사체(P)에 대하여 연속한 X선 조사 및 X선 화상의 취득을 행하여, 피사체(P)의 X선 동화상을 수집한다. 도 2는 그 일례를 도시하는 도면이며, C형 아암(21)에 설치된 X선 발생 장치(1) 및 X선 검출기(2)를 사용하여 피사체(P)인 환자의 투시 화상을 촬영하는 X선 투시 촬영 장치를 나타내고 있다.

또한, 도 2에 있어서 주방향 결정부(3) 및 화상 처리부(4)는 파선으로 둘러싸인 제어 장치(22)의 내부에 수납된 도시하지 않은 컴퓨터 및 소프트웨어에 의해 실현되고 있다.

제1 실시 형태에 있어서 주방향 결정부(3)는 X선 검출기(2)로부터 입력된 화상을 해석하여 주방향(상세는 후술한다)을 결정하고, 그 결과에 기초하여 X선 발생 장치(1)에 있어서 타깃 전극 상에 생성되는 X선 초점의 형상을 제어한다. 또한 제1 실시 형태에서는 화상 처리부(4)는 사용되지 않는다. 화상 처리부(4)에 대해서는 제3 실시 형태에 있어서 설명한다.

도 3을 사용하여 X선 발생 장치(1)의 동작을 설명한다. 제어 회로(101)는 주방향 결정부(3)로부터 입력된 조건에 기초하여, 소자 기판(103) 위에 복수 배치된 전자 방출 소자(104)를 전극(105)을 통하여 개별로 구동한다. 전자 방출 소자(104)로부터 방출된 전자는, 인출 전극(106) 및 렌즈 전극(107)에 의해 전자 빔(e)에 형성된다. 이상과 같이, 개별로 구동 가능한 복수의 전자 방출 소자(104)를 갖는 소자 기판(103)과, 인출 전극(106)과, 렌즈 전극(107)은 구동된 전자 방출 소자에 대응한 전자 빔을 발생시키는 전자 빔 발생부를 구성한다. 전자 빔(e)은 고전압 전원(109)과 접속된 타깃 전극(108) 상에 조사되어 X선 초점(F)을 형성한다. 타깃 전극(108) 상에 형성된 X선 초점(F)으로부터 전자 빔(e)과 반대 방향으로 X선(XR)이 방출된다. 타깃 전극(108)은, 상술한 전자 빔 발생부에 의해 발생된 전자 빔의 조사 위치를 X선 초점으로 한 X선을 발생시킨다. 이상과 같이, 복수의 전자 방출 소자(104)로 구성되는 전자 방출부가 방출한 전자는 인출 전극(106), 렌즈 전극(107), 및 고전압이 인가된 타깃 전극(108)에 의해 타깃 전극(108)을 향하여 가속된다. 타깃 전극(108)은 가속된 전자가 충돌함으로써 X선을 발생시키는 X선 발생부로서도 기능한다.

도 4는 소자 기판(103)에 있어서의 전자 방출 소자(104)의 구동 패턴과, 거기에 대응하여 타깃 전극(108) 상에 형성되는 X선 초점의 형상을 예시한 도면이다. 도 4의 4A 내지 4E에서는 좌측에 나타내는 소자 기판(103) 내의 굵은 파선으로 둘러싸인 전자 방출 소자(104)를 구동한 경우에 우측에 나타내는 형상의 X선 초점이 타깃 전극(108) 상에 형성되는 것을 나타내고 있다. 이와 같이, 제어 회로(101) 및 전자 방출 소자 구동 회로(102)는 복수의 전자 방출 소자(104)를 개별로 구동 제어함으로써 타깃 전극에 있어서의, X선 초점의 집합에 의해 형성되는 X선 초점의 형상(이하, X선 초점 형상이라고도 한다)을 제어한다. X선 초점의 형상의 변경은, 도 4에 도시된 바와 같이 전자 방출 소자(104)의 전극(105)을 온 또는 오프함으로써 실현할 수 있다. 또한, 이 외에 추가로 렌즈 전극(107)에 의한 전자 빔의 수렴을 조정함으로써 그 크기를 변경하도록 해도 좋다.

또한, 도 4에서는 전자 방출 소자가 3×3으로 배치되어 있지만, 전자 방출 소자의 개수, 배치 형태는 이것에 한정되는 것은 아니고, 타깃 전극(108) 상에 형성되는 X선 초점의 형상도 도시한 것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 전자 방출 소자를 도 9에 도시된 바와 같이 방사상으로 배치하는 것도 가능하다. 도 9와 같은 전자 방출 소자의 배치를 취함으로써 화상의 중심으로부터 방사상으로 연장되는 방향에 대하여 전자 방출 소자의 간격이 등간격으로 된다. 그로 인해, 예를 들어 도 4의 4B나 4C의 패턴에 있어서, 동일한 직경 방향에 있어서의 전자선 강도의 분포를 일치시키기 쉽게 할 수 있다.

다음에 X선 검출기(2)에 대하여 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이 X선 검출기(2)는 피사체(P)를 투과한 X선을 검출하여 디지털 신호로 변환하여 X선 화상을 출력하는 평면 검출기이다. X선 검출기(2)는 매트릭스 형상으로 배치된 X선 검출 소자를 갖는다. X선을 전기 신호로 변환하는 방식으로서는 X선을 한번 광신호로 변환한 후 이것을 전기 신호로 변환하는 간접형, 혹은 직접 X선을 전기 신호로 변환하는 직접형 중 어떤 방식이든 본 실시 형태에 적용 가능하다.

또한, X선 검출기(2)는 상기와 같은 평면 검출기에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 이미지 인텐시파이어나 CR(Computed Radiography)과 같이 피사체를 투과함으로써 생성되는 X선 화상을 디지털 신호로서 출력하는 것이면, 어떤 디바이스에서든 이용이 가능하다.

다음에 주방향 결정부(3)의 구성 및 동작에 대하여 설명한다. 도 5는 주방향 결정부(3)의 구성예를 도시하는 블록도이다. 주방향 결정부(3)는 도 2에서 설명한 바와 같이 컴퓨터의 소프트웨어, 혹은 전용의 하드웨어 혹은 그러한 조합에 의해 실현할 수 있다.

X선 검출기(2)로부터 출력된 X선 화상은 주파수 해석부(301)에 의해 복수의 방향을 따른 주파수 해석이 행하여진다. 이하에 도 6을 참조하여 주파수 해석부(301)의 동작을 예시한다.

주파수 해석부(301)는, 예를 들어 도 6의 6A에 나타내는 화상(X선 화상)을 입력하고, 도 6의 6B로 나타내는 방향 A 내지 방향 D의 4개의 방사상의 방향을 따라 화상 데이터를 샘플링하여, 4개의 데이터 열을 추출한다. 또한 이 데이터 열의 각각에 대하여 푸리에 변환에 의해 주파수 스펙트럼을 계산한다. 도 6의 6C는 산출된 주파수 스펙트럼의 일례를 나타내고 있다. 주파수 해석부(301)는 이와 같이 A 내지 D 각각의 방향에 대응한 데이터 열에 대하여 주파수의 파워를 계산하여, 주파수 파워 데이터로서 주방향 해석부(302)에 출력한다.

주방향 해석부(302)는 주파수 해석부(301)로부터의 주파수 파워 데이터에 기초하여, 화상에 있어서의 피사체의 주방향이 전술한 A 내지 D 중 어디에 해당하는지를 해석한다. 본 실시 형태에 있어서 주방향 해석부(302)는 주파수 해석부(301)로부터 입력된 주파수 파워 데이터를 p^d, d∈{A, B, C, D}로 했을 때, 다음 수학식에 기초하여 주방향(η)을 결정한다.

단 u는 공간 주파수이며,

으로 한다.

수학식 1에 따르면, 주방향(η)은 주파수 분해에 의해 얻어진 공간 주파수 대역(U)에 있어서 소정의 임계치(T₁) 이하의 저주파 성분을 제외한 주파수 스펙트럼이 차지하는 면적이 가장 작은 방향이다. 즉, 해석 대상으로 하는 방향 중에서 포함되는 고주파 성분이 가장 작은 것으로, 도 6의 6C의 예시에 있어서는 B의 방향이 해당한다.

또한, T₁은 피사체의 성질 등에 따라 적절한 값을 미리 설정하면 된다. 단, T₁로서, 피사체의 평균 휘도 레벨에 상당하는 직류 성분은 제외하고, 또한 주로 관찰 대상이 되는 피사체의 구조가 갖는 주파수 성분보다 작은 값을 선택하는 것이 바람직하다.

또한, 투시 촬영과 같이 X선량이 작은 조건 하에서 촬영이 행하여질 때는 저선량화에 있어서의 양자 노이즈의 영향을 제외하기 위해, 양자 노이즈의 영향을 회피 가능한 제2 임계치(T₂)를 설정하여, u의 범위를,

로 해도 좋다.

또한, 주파수 해석부(301)에 있어서의 주파수 분해의 방법은, 상술한 푸리에 변환에 한정될 필요는 없고, 각 방향별 데이터의 주파수 성분을 해석 가능한 방법이면 다른 방법, 예를 들어 이산 코사인 변환 등이어도 좋다. 이상과 같이 하여 주방향 결정부(3)에 의해 구해진 주방향(η)은 X선 발생 장치(1)의 제어 회로(101)에 출력된다.

제어 회로(101)는 주방향 결정부(3)로부터 입력된 주방향(η)에 기초하여 X선 발생 장치(1)의 전자 방출 소자(104)의 구동 패턴을 결정하여 전자 방출 소자 구동 회로(102)를 제어한다. 본 실시 형태에서는, 타깃 전극(108) 상에 있어서 전자선 강도의 주방향(η)에 평행한 방향으로의 분포가 다른 방향으로의 분포보다 상대적으로 길어지도록 전자 방출 소자 구동 회로(102) 및 / 또는 렌즈 전극(107)을 제어한다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 주방향(η)이 도 6의 6B에 있어서의 방향 B와 같이 화상의 수직 방향에 해당하는 경우를 상정한다. 이 경우, 제어 회로(101)는, 도 4의 4B에 나타낸 바와 같은 세로로 긴 X선 초점 형상으로 되도록 전자 방출 소자 구동 회로(102)에 의한 전자 방출 소자(104)의 구동 패턴을 제어한다.

이상과 같은 제어에 따르면, 고주파 성분이 적은 방향(주방향(η))에 대하여 길게 X선 초점이 형성되게 된다. 고주파 성분이 적은 방향에 대하여 선예도가 저하되었다고 해도 화질상의 영향은 작아, 필요한 선예도를 유지할 수 있음과 함께 X선 초점의 면적을 크게 할 수 있다. 따라서, 선예도의 유지와, 대전류화의 양립이 가능해진다.

이상은 고주파 성분이 가장 적은 방향을 주방향으로 하여 설명했지만, 반대로 수학식 1에 있어서 argmin을 argmax로 하여 고주파 성분이 가장 많은 방향을 주방향으로 해도 좋다. 이 경우, 제어 회로(101)는 주방향에 대하여 치수가 가장 작아지는 구동 패턴을 선택하여 전자 방출 소자 구동 회로(102)를 제어한다. 상술한 예에 있어서는, 어떤 경우에나 도 4의 4B로 나타낸 바와 같은 세로로 긴 X선 초점이 형성된다.

또한, 도 6의 예시에 있어서 각 방향 사이에서 주파수 성분의 차이가 없어 수학식 1에 있어서 주방향(η)이 일의적으로 결정되지 않은 경우, 주방향 해석부(302)는 그 취지를 제어 회로(101)에 대하여 통지한다. 제어 회로(101)는 이러한 경우에 미리 결정된 구동 패턴을 선택하여 전자 방출 소자 구동 회로(102)를 제어한다.

이와 같은 구동 패턴으로서는, 예를 들어 도 4의 4E에 나타낸 바와 같이 수평, 수직 방향에 대하여 치수가 작아지는 것이 선택되도록 하면 된다. 인간의 시각이 대각 방향에 비교하여 수평, 수직 방향은 선예도의 저하에 민감하기 때문이다.

도 8은 제1 실시 형태에 의한 X선 촬영 처리를 설명하는 흐름도이다. 스텝 S801에 있어서, 주방향 결정부(3)는 X선 검출기(2)로부터 X선 화상을 취득한다. 스텝 S802에 있어서 주방향 결정부(3)는 X선 화상을 주파수 해석하여, 당해 화상의 주방향을 결정한다. 결정된 주방향은 X선 발생 장치(1)의 제어 회로(101)에 통지된다. 스텝 S803에 있어서, 제어 회로(101)는 주방향 결정부(3)로부터 통지된 주방향으로의 전자선 강도의 분포가 다른 방향의 그것보다 크게 퍼지도록 전자 방출 소자의 예를 들어 선택적인 구동이나, 인출 전극(106), 렌즈 전극(107)의 구동 패턴을 결정한다. 그리고, 스텝 S804에 있어서 이들을 실제로 제어한다. 이러한 X선 발생 장치(1)의 구동에 의해 X선 검출기(2)로부터 2차원 X선 화상이 취득되어, 진단을 위한 화상으로서 제공된다(스텝 S805).

이상 설명한 바와 같이 제1 실시 형태에 있어서는, 취득된 화상의 주파수 특성을 해석하여, 고주파 성분이 작은 방향에 대하여 연장되는 형상으로 되도록 X선 초점이 형성된다. 즉, 주방향 결정부(3) 및 제어 회로(101) 등에 의해, 화상의 주파수 특성에 따라 복수의 전자 방출 소자의 구동이 제어되어, 전자 방출부인 소자 기판(103)이 발생시키는 전자의 방출 분포 패턴이 변경된다. 그리고, 타깃 전극(108)으로부터는 이 방출 분포 패턴에 따른 X선이 발생되므로, 방출 분포 패턴에 따른 X선 패턴이 피사체(P)에 조사되게 된다. 이에 의해, 고주파 성분이 큰 방향에 대한 선예도에 큰 영향을 주지 않아 전체적인 고전류화가 가능해진다.

또한, 도 8의 흐름도에 나타낸 스텝 S801 및 S805에 있어서 X선 화상이 취득되지만, X선 조사량은 각각의 처리에 적절한 양이 설정되어도 좋다. 예를 들어, 스텝 S801에 있어서의 X선의 조사량은 주파수 해석에 필요한 레벨이면 충분하며, 피사체에 대한 피폭량을 저감시키기 위해 스텝 S801에서의 X선 조사량을 스텝 S805보다 작게 하도록 해도 좋다.

<제2 실시 형태>

전술한 제1 실시 형태에 있어서는, 주방향의 결정은 X선 촬영된 화상의 주파수 해석에 기초하여 행하여졌지만, 다른 실시 형태로서 외부 입력에 기초하여 결정하도록 해도 좋다. 이하에 이 형태에 대하여 설명한다.

제2 실시 형태에 있어서 주방향 결정부(3)는 X선 검출기(2)로부터의 X선 화상 외에 외부로부터 촬영 정보를 입력한다. 여기서 촬영 정보란, 촬영의 대상이 되는 피사체에 관한 정보나 피사체의 주방향에 관한 정보이다. 예를 들어 의료용 촬영 장치에 있어서는, 피사체가 흉부, 사지, 복부 등 어느 한 부위를 나타내는 정보, 시선 방향을 나타내는 정보, 촬영 부위가 사지인 경우에 피사체가 화상상 어느 방향으로 연장되어 있는지를 나타내는 정보 등을 촬영 정보로서 들 수 있다.

도 2에서 설명한 바와 같이 주방향 결정부(3)가 컴퓨터의 소프트웨어로 실현되고 있는 경우, 예를 들어 도시하지 않은 키보드, 마우스 등의 입력 디바이스에 의해 오퍼레이터가 직접 촬영 정보를 입력하도록 구성할 수 있다. 또한, 주방향 결정부(3)가 전용의 하드웨어로 실현되고 있는 경우에는 미리 촬영 대상마다 세트된 버튼 등을 사용하여 촬영 정보가 입력되도록 해도 좋다.

혹은, 촬영 장치가 의료용 촬영 장치인 경우에는 직접 오퍼레이터의 조작에 의해 입력되는 것이 아니라, 방사선 정보 시스템으로부터 온라인으로 촬영 정보를 입력하도록 구성할 수도 있다.

이하에 일례로서 도 6에 도시된 바와 같이 촬영 부위가 슬관절인 경우에 대하여 본 실시 형태에 있어서의 주방향 결정부(3)의 동작에 대하여 설명한다.

제2 실시 형태에 있어서, 도 5에 도시된 바와 같이 촬영 정보는 주파수 해석부(301)에 입력된다. 여기서 촬영 정보는 촬영 부위의 종류 및 방향이며, X선 화상은 도 6의 6D에 예시된 바와 같이 약간 기운 상태에서 촬영된 슬관절로 한다. 또한, 주파수 해석부(301)는 촬영 부위에 대응하여 미리 관련지어진 주파수 해석의 방향을 도시하지 않은 메모리에 유지하고 있으며, 예를 들어 촬영 부위가 사지의 골격계인 경우에는 도 6의 6B의 4방향(A 내지 D)을 선택하는 것으로 한다.

또한, 주파수 해석부(301)는 입력된 촬영 정보에 포함되어 있는 「방향」에 기초하여, 도 6의 6B의 4개의 방향을 도 6의 6E에 도시된 4개의 방향으로 회전한다. 또한, 촬영 정보에 포함되는 「방향」은, 예를 들어 오퍼레이터에 의해 촬영 대상의 방향(각도)을 키보드로부터 입력한 것이다. 그리고, 도 6의 6E에 도시된 4개의 방향에 대해 제1 실시 형태에서 설명한 것과 동일하도록 4개의 데이터 열을 생성하여, 주파수 스펙트럼을 계산한다. 이후의 주방향 결정부(3)의 동작에 관해서는 제1 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

또한 제어 회로(101)가 구동 패턴을 선택할 때, 제2 실시 형태에서는 제1 실시 형태와 달리, 피사체가 약간 회전한 상태로 되어 있기 때문에 주방향(η)이 도 4의 4A 내지 4E에 예시된 패턴과는 정확하게 일치하지 않을 가능성이 있다. 그 경우는, 가장 가까운 어느 한 패턴을 선택하도록 한다. 혹은, 제어 회로(101)가, 타깃 전극(108) 상에 형성되는 전자선 강도의 분포가 주방향에 대하여 길게 분포되도록 각 전자 방출 소자(104)의 구동 전류를 조정하도록 해도 좋다. 이렇게 해서 소자 기판(103)이 발생시키는 전자의 방출 분포 패턴이 주방향에 대하여 길게 분포되는 전자선 강도를 갖도록 제어함으로써 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 고주파 성분이 큰 방향의 선예도에 큰 영향을 주지 않고 전체적인 고전류화를 실현하는 것이 가능해진다.

또한, 제2 실시 형태에 있어서는, 촬영 부위 및 방향 등의 촬영 정보가 입력되어, 주방향을 결정할 때에는 그들 촬영 정보를 사용하여 주파수 해석이 행하여진다. 이에 의해, 상술한 바와 같이 피사체가 특유한 방향에 대하여 특징을 갖는 것을 미리 알고 있는 경우에는 그 특징에 대한 선예도를 저하시키지 않도록 촬영을 행하는 것이 가능해진다.

<제3 실시 형태>

제1 실시 형태, 제2 실시 형태에 있어서는 피사체의 주방향에 따라 X선 초점의 형상을 변경하여, 피사체에 따라 화상의 선예도를 확보하도록 했다. 제3 실시 형태에서는 X선 초점이 긴 방향에 대해서도 선예도를 확보하는 X선 촬영 장치에 대하여 설명한다.

제3 실시 형태에서는 도 1에 도시된 화상 처리부(4)가 주방향 결정부(3)에 의해 결정된 주방향(η)에 기초하여, 입력된 X선 화상에 대하여 선예화 처리(주파수 강조 처리)를 행하는 것을 특징으로 한다.

도 7은 화상 처리부(4)의 구성을 도시한 블록도이다. X선 검출기(2)로부터 입력된 X선 화상(I)은 고주파 성분 연산부(402)에 입력된다. 또한, 주방향 결정부(3)로부터 입력된 주방향(η)은 필터 선택부(401)에 입력되어, 상기 주방향에 따른 고주파 성분 추출용 필터가 선택된다. 고주파 성분 연산부(402)는 입력된 화상(I)에 대하여 선택된 필터에 의해 컨볼루션 연산을 행하여 고주파 성분(Ih)을 추출하여, 이것을 가산기(403)에 출력한다. 가산기(403)는 입력 화상(I)과 고주파 성분(Ih)을 가산하여 선예화 화상(Ie)을 출력한다.

이하에 제1 실시 형태에서 사용한 예시에 기초하여 각 부의 동작을 상세하게 설명한다. 필터 선택부(401)는 입력된 주방향(η)이 도 6의 6B에 도시된 방향 중 어느 하나에 기초하여 4종류의 필터로부터 최적의 필터(G)를 선택하여, 고주파 성분 연산부(402)에 출력한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 주방향(η)은 고주파 성분이 적은 방향으로 한다.

고주파 성분 연산부(402)는 입력 화상(I)에 대하여 필터(G)에 의해 컨볼루션 연산을 행하여 고주파 성분(Ih)을 구하여, 이것을 가산기(403)에 출력한다. 가산기(403)는 입력 화상(I)에 대하여 가중치 부여를 한 고주파 성분(Ih)을 가산한다. 따라서, 이상의 처리는 다음 수학식(수학식 3, 수학식 4)에 의해 표현된다.

단 *은 컨볼루션 연산을 나타낸다. 또한, w는 가중 계수를 나타내고, 화상 처리부(4)가 읽어들이기 가능한 도시하지 않은 메모리에 기억되어 있는 것으로 한다. 또한, w의 값은 미리 실험 등에 의해 하나로 정해 두어도 좋고, 제2 실시 형태에 있어서 설명한 바와 같이 촬영 부위 등에 따라 최적의 값을 정해 두어 입력된 촬영 정보로부터 선택하도록 해도 좋다.

이상과 같이, X선 초점 형상을 고주파 성분이 작은 방향(상술한 예에 있어서는 도 6의 6B에 있어서의 방향 B에 상당한다)에 대하여 연장되도록 함으로써 이 방향의 선예도가 저하되어도 화상 처리에 의해 당해 방향의 고주파 성분이 선택적으로 강조된다. 즉, 제3 실시 형태에서는 주방향의 고주파 성분을 다른 방향에 대하여 상대적으로 강조하도록 2차원 X선 화상에 대하여 주파수 강조 처리를 행하므로 선예도가 비등방적으로 되는 것이 보정된다.

<제4 실시 형태>

제3 실시 형태에서 설명한 화상 처리부(4)에 의한 화상 처리는 상술한 방법에 한정되지 않고, 여러 형태를 취하는 것이 가능하다. 예를 들어, 제2 실시 형태에 있어서 예시한 바와 같이 피사체가 기울어 있으며, 그 방향이 임의의 각도이어도 본 발명을 적용하는 것이 가능하다. 이하에, 임의의 각도의 주방향에 대응 가능한 화상 처리부(4)의 예를 설명한다.

제4 실시 형태에 있어서는, 필터 선택부(401) 및 고주파 성분 연산부(402)는 상기한 비특허문헌에 기재된 방법에 의해 실현된다. 당해 방법은 필터를 임의의 각도로 회전시키는 것이 가능하고, 그 상세 설명은 당해 문헌에 기재되어 있기 때문에 생략한다. 이하에 도 7의 필터 선택부(401) 및 고주파 성분 연산부(402)를 합한 처리 블록(404)의 기능으로서 동작을 설명한다.

처리 블록(404)은 주방향(η)에 기초하여 하기와 같이 하여 고주파 성분(Ih)을 계산한다. 단, 제4 실시 형태에 있어서 주방향(η)은 임의의 각도([도])를 나타내는 것으로 한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 주방향(η)은 고주파 성분이 적은 방향으로 한다.

수학식 5에 의해 얻어진 고주파 성분(Ih)은 주방향(η)의 성분이 강조된 것이며, 이것을 수학식 3에 의해 처리함으로써 당해 방향의 선예도를 높일 수 있다.

단 G⁰ ₁ 및 G⁹⁰ ₁은 가우스 분포의 수평 및 수직 방향의 일차 도함수에 상당하는 필터이며, 본 실시 형태에서는 다음 수학식에 의해 계산한다.

여기서 G⁰ ₁ ^T는 G⁰ ₁의 전치이다. 실제의 필터의 계수는 수학식 6에 있어서의 x를 다음 수학식에 의해 결정함으로써 계산할 수 있다.

여기서 N은 기본이 되는 필터의 크기, Z는 정수의 집합이며, 예를 들어 N을5, 표준 편차(σ)를 1로 했을 때는 필터의 계수는 다음과 같아진다.

또한 필터의 크기, 표준 편차(σ)는 X선 초점(F)의 크기, X선 검출기(2)의 MTF, 또한 X선 초점(F)과 피사체(P), X선 검출기(2)의 위치 관계 등에 의해 미리 적절한 값을 선택할 수 있게 해 두는 것이 바람직하다. 또한, MTF란, modulation transfer function이며, 선예도의 지표이다.

즉 필터 선택부(401)는 도시하지 않은 메모리에 복수의 크기?표준 편차로부터 계산된 필터를 미리 기억해 둔다. 그리고, X선 초점(F)이 크고, 또는 도 2에 도시된 X선 초점(F)과 피사체(P) 사이의 거리(a)와 X선 검출기(2)와 피사체(P) 사이의 거리(b)의 비(b/a)가 커짐에 따라 더욱 고주파 강조의 효과가 강해지도록 크기, 또는 표준 편차(σ)가 큰 필터를 선택하도록 하면 된다.

혹은, 가산기(403)에 있어서, w를 크게 함으로써 더욱 고주파 강조하도록 해도 좋다. 또한, 전술한 X선 검출기(2)의 MTF, 거리의 비(b/a) 등은, 예를 들어 X선 촬영 장치 내의 메모리에 미리 기억되어 있어도 좋고, 촬영 중에 피사체(P)를 탑재한 테이블이나 C형 아암(21)의 상하 이동을 센서에 의해 감지함으로써 취득해도 좋다. 그리고, 도 7에 도시된 바와 같이 장치 정보로서 화상 처리부(4)에 입력된다.

이상 설명한 바와 같이, 제4 실시 형태에 따르면 임의의 방향에 대한 고주파 성분의 강조를 행할 수 있다. 따라서, X선 초점의 형상을 비등방적으로 함으로써 선예도가 저하된 방향이 임의의 각도인 경우에도 그것을 보정하는 것이 가능해진다.

이상과 같이, 상기 각 실시 형태에 따르면 전자 빔을 방출하는 복수의 전자 방출 소자(104)를 개별로 구동 가능한 전자 방출 소자 구동 회로(102)와, 제어 회로(101)에 의해, 타깃 전극(108) 상에 임의 형상의 X선 초점을 형성 가능하게 했다. 이에 의해, X선 발생 장치를 사용한 촬영에 있어서 특정한 방향에 대하여 선예도를 갖는 화상을 생성할 수 있다. 따라서, 고주파 성분이 최소가 되는 방향을 주방향으로 하고, 이 주방향을 따른 방향으로 연장되는 X선 초점 형상을 형성할 수 있다. 이렇게 선예도의 영향을 받기 어려운 방향으로 X선 초점을 연장시킴으로써 선예도의 저하의 방지와, X선 초점의 대면적화를 도모할 수 있다. 즉, 선예도를 유지하면서, 화질을 유지하기에 충분한 전자(전류)를 타깃 전극에 공급할 수 있다.

또한, 상기 각 실시 형태에 관한 X선 촬영 장치에 따르면, X선 검출기(2)에 의해 얻어진 2차원 X선 화상으로부터 주방향 결정부(3)에 의해 결정된 주방향에 따라 X선 초점의 형상이 제어된다. 이에 의해, 촬영 대상물에 따라 선예도를 유지하면서 대전류화를 달성함으로써 촬영 화상의 화질을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 제3, 제4 실시 형태의 X선 촬영 장치에 따르면, 임의 형상의 X선 초점 형상에 의해 어느 한 방향의 해상도가 저하되었다고 해도 화상 처리부(4)가 그 방향에 대하여 선예화 처리를 행함으로써 진단에의 영향을 억제할 수 있다.

[다른 실시 형태]

또한, 본 발명은, 소프트웨어의 프로그램을 시스템 혹은 장치에 직접 혹은 원격적으로부터 공급하여, 그 시스템 혹은 장치의 컴퓨터가 상기 공급된 프로그램 코드를 판독하여 실행함으로써 전술한 실시 형태의 기능이 달성되는 경우를 포함한다. 이 경우, 공급되는 프로그램은 실시 형태에서 도면에 나타낸 흐름도에 대응한 컴퓨터 프로그램이다.

따라서, 본 발명의 기능 처리를 컴퓨터로 실현하기 위해, 상기 컴퓨터에 인스톨되는 프로그램 코드 자체도 본 발명을 실현하는 것이다. 즉, 본 발명은 본 발명의 기능 처리를 실현하기 위한 컴퓨터 프로그램 자체도 포함된다.

그 경우, 프로그램의 기능을 갖고 있으면, 오브젝트 코드, 인터프리터에 의해 실행되는 프로그램, OS에 공급하는 스크립트 데이터 등의 형태이어도 좋다.

컴퓨터 프로그램을 공급하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체로서는 이하를 들 수 있다. 예를 들어, 플로피(등록 상표) 디스크, 하드 디스크, 광 디스크, 광자기 디스크, MO, CD-ROM, CD-R, CD-RW, 자기 테이프, 불휘발성의 메모리 카드, ROM, DVD(DVD-ROM, DVD-R) 등이다.

기타, 프로그램의 공급 방법으로서는, 클라이언트 컴퓨터의 브라우저를 사용하여 인터넷의 홈 페이지에 접속하여, 상기 홈 페이지로부터 본 발명의 컴퓨터 프로그램을 하드 디스크 등의 기록 매체에 다운로드하는 것을 들 수 있다. 이 경우, 다운로드되는 프로그램은, 압축되어 자동 인스톨 기능을 포함하는 파일이어도 좋다. 또한, 본 발명의 프로그램을 구성하는 프로그램 코드를 복수의 파일로 분할하여, 각각의 파일을 상이한 홈 페이지로부터 다운로드함으로써도 실현 가능하다. 즉, 본 발명의 기능 처리를 컴퓨터에 의해 실현하기 위한 프로그램 파일을 복수의 유저에 대하여 다운로드시키는 WWW 서버도 본 발명에 포함되는 것이다.

또한, 본 발명의 프로그램을 암호화하여 CD-ROM 등의 기억 매체에 저장하여 유저에게 배포한다는 형태를 취할 수도 있다. 이 경우, 소정의 조건을 클리어한 유저에게 인터넷을 통하여 홈 페이지로부터 암호를 푸는 열쇠 정보를 다운로드시키고, 그 열쇠 정보를 사용하여 암호화된 프로그램을 실행하여 프로그램을 컴퓨터에 인스톨시키도록 할 수도 있다.

또한, 컴퓨터가 판독한 프로그램을 실행함으로써 전술한 실시 형태의 기능이 실현되는 다른, 그 프로그램의 지시에 기초하여 컴퓨터 상에서 가동하고 있는 OS 등과의 협동으로 실시 형태의 기능이 실현되어도 좋다. 이 경우, OS 등이 실제 처리의 일부 또는 전부를 행하여, 그 처리에 의해 전술한 실시 형태의 기능이 실현된다.

또한, 기록 매체로부터 판독된 프로그램이 컴퓨터에 삽입된 기능 확장 보드나 컴퓨터에 접속된 기능 확장 유닛에 구비되는 메모리에 기입되어 전술한 실시 형태의 기능의 일부 혹은 모두가 실현되어도 좋다. 이 경우, 기능 확장 보드나 기능 확장 유닛에 프로그램이 기입된 후, 그 프로그램의 지시에 기초하여 그 기능 확장 보드나 기능 확장 유닛에 구비되는 CPU 등이 실제의 처리의 일부 또는 전부를 행한다.

본 발명은 상기 실시 형태에 제한되는 것이 아니라, 본 발명의 정신 및 범위로부터 이탈하지 않고, 여러 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위를 밝히기 위해 이하의 청구항을 첨부한다.

본원은, 2008년 2월 13일 제출한 일본 특허 출원 제2008-032351을 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 그 기재 내용의 모두를 여기에 원용한다.

Claims

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복수의 전자 방출 소자를 갖고, 구동된 전자 방출 소자에 대응한 전자 빔을 발생시키는 전자 빔 발생 수단과,
상기 전자 빔 발생 수단에 의해 발생된 전자 빔의 조사 위치를 X선 초점으로 한 X선을 발생시키는 타깃 전극과,
상기 전자 빔 발생 수단과 상기 타깃 전극과의 사이에 설치되고, 상기 전자 빔의 형성을 행하기 위한 렌즈 전극과,
　상기 타깃 전극으로부터 발생된 X선을 검출함으로써 2차원 X선 화상을 생성하는 검출 수단과,
　상기 검출 수단으로 검출된 상기 2차원 X선 화상을 방향별로 주파수 해석하고, 고주파 성분이 적은 방향의 전자선 강도의 분포가 고주파 성분이 많은 방향의 전자 강도의 분포보다 상대적으로 길어지도록, 상기 타깃 전극에 형성해야 할 X선 초점 형상을 결정하는 결정 수단과,
　상기 타깃 전극에 있어서의, X선 초점의 집합에 의해 형성되는 X선 초점 형상이 상기 결정 수단에 의해 결정된 X선 초점 형상이 되도록, 상기 복수의 전자 방출 소자의 구동을 개별적으로 제어함과 함께, 상기 렌즈 전극의 구동을 제어하는 구동 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, X선 촬영 장치.
제3항에 있어서, 상기 결정 수단은, 상기 2차원 X선 화상에 대해서 복수의 방향에 대해 주파수 해석을 행하여, 고주파 성분이 최소가 되는 방향을 주방향으로서 결정하는 주방향 결정 수단을 갖고,
상기 주방향에 기초하여 상기 타깃 전극에 형성해야 할 상기 X선 초점 형상을 결정하는 것을 특징으로 하는, X선 촬영 장치.
제4항에 있어서, 촬영 대상의 부위를 나타내는 정보를 포함하는 촬영 정보를 입력하는 입력 수단을 더 구비하고,
상기 주방향 결정 수단은, 상기 주파수 해석을 행해야 할 복수의 방향을, 상기 촬영 정보가 나타내는 상기 촬영 대상의 부위에 기초하여 선택하는 것을 특징으로 하는, X선 촬영 장치.
제5항에 있어서, 상기 촬영 정보는 상기 2차원 X선 화상에 있어서의 대상의 방향을 나타내는 정보를 더 포함하고,
상기 주방향 결정 수단은, 상기 촬영 대상에 기초하여 선택된, 주파수 해석을 행해야 할 복수의 방향을, 상기 대상의 방향을 나타내는 정보에 기초하여 회전시키는 것을 특징으로 하는, X선 촬영 장치.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 제어 수단은, 상기 타깃 전극 상의 전자선 강도의 상기 주방향에 평행한 방향으로의 분포가 다른 방향으로의 분포보다 상대적으로 길게 퍼지도록, 상기 복수의 전자 방출 소자의 구동 및 전기 렌즈 전극의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는, X선 촬영 장치.
제4항에 있어서, 상기 검출 수단에 의해 검출된 2차원 X선 화상에 대하여 주파수 강조 처리를 행하는 화상 처리 수단을 더 구비하고,
　상기 화상 처리 수단은, 상기 주방향의 고주파 성분을 다른 방향에 대해서 상대적으로 강조하는 것을 특징으로 하는, X선 촬영 장치.
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복수의 전자 방출 소자를 갖고, 구동된 전자 방출 소자에 대응한 전자 빔을 발생시키는 전자빔 발생 수단과, 상기 전자 빔 발생 수단에 의해 발생된 전자 빔의 조사 위치를 X선 초점으로 한 X선을 발생시키는 타깃 전극과, 상기 전자 빔 발생 수단과 상기 타깃 전극과의 사이에 설치되고, 상기 전자 빔의 형성을 행하기 위한 렌즈 전극과, 상기 타깃 전극으로부터 발생된 X선을 검출함으로써 2차원 X선 화상을 생성하는 검출 수단을 구비한 X선 촬영 장치의 제어 방법이며,
상기 검출 수단으로 검출된 상기 2차원 X선 화상을 방향별로 주파수 해석하고, 고주파 성분이 적은 방향의 전자선 강도의 분포가 고주파 성분이 많은 방향의 전자 강도의 분포보다 상대적으로 길어지도록, 상기 타깃 전극에 형성해야 할 X선 초점 형상을 결정하는 결정 공정과,
상기 타깃 전극에 있어서의, X선 초점의 집합에 의해서 형성되는 X선 초점 형상이 상기 결정 공정에 대해 결정된 X선 초점 형상이 되도록, 상기 복수의 전자 방출 소자의 구동을 개별적으로 제어함과 함께, 상기 렌즈 전극의 구동을 제어하는 구동 제어 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, X선 촬영 장치의 제어 방법.
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제11항에 기재된 X선 촬영 장치의 제어 방법을 컴퓨터에 실행시키는, 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기억 매체.
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