JP5693650B2

JP5693650B2 - Ｘ線撮影装置及びｘ線撮影方法

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Publication number: JP5693650B2
Application number: JP2013099446A
Authority: JP
Inventors: 雄一西井; 奥貫　昌彦; 昌彦奥貫; 辻井　修; 修辻井; 松本　和弘; 和弘松本; 新畠　弘之; 弘之新畠; 友彦松浦
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2027-12-07
Also published as: JP2013173015A

Description

本発明は、Ｘ線発生装置と平面検出器をアームを介して対向させ、例えば外科用として用いられる可搬型又は据置型のＸ線撮影装置及びＸ線撮影方法に関するものである。

図１７は主に外科用ＩＶＲ（ＩｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌＲａｄｉｏｌｏｇｙ）装置として用いられる可搬型のＸ線撮影装置の構成図を示している。本体１には、移動を可能とするための走行部２が取り付けられていると共に、支持部３を介してＣアーム４が取り付けられている。このＣアーム４の両端部には、Ｘ線発生装置５と平面検出器６が対向して設けられている。

図１８は主に循環器用ＩＶＲ装置として用いられる据置型のＸ線撮影装置の構成図を示している。天井等には移動可能な走行部１１が取り付けられ、支持部１２を介してＣアーム１３が設けられている。このＣアーム１３の両端部には、Ｘ線発生装置１４と平面検出器１５が対向して設けられている。

これらのＸ線撮影装置に使用されている平面検出器６、１５としては、イメージインテンシファイヤや平面検出器がよく用いられている。イメージインテンシファイヤの場合には、被検者を透過したＸ線情報を電子情報に変換して増倍した後に、出力面で光学情報に変換し、レンズで集光しＣＣＤ等のＴＶカメラに取り込むことにより画像を表示している。

また平面検出器の場合には、照射されたＸ線量に比例した信号電荷が二次元に配列された検出素子のそれぞれに蓄積される。この蓄積された信号電荷は、スイッチング機能を有するＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を介して順次に信号出力線を介して読み出される。そして、信号電荷は電荷・電圧変換器を介して、Ａ／Ｄ変換器においてデジタル信号に変換された後に表示される。

これらの装置においては、透視時と撮影時とでは照射野が異なるため、Ｘ線遮蔽マスクを円形又は矩形に切換えて、透視又は撮影を行うこともある。

また、これら装置は被検者に接近するために、各種の可動部として回転部を有している。例えば、図１８に示すＸ線撮影装置においては、Ｃアーム１３の前後動作を行うために回転部は図１９に示すような円弧方向に沿ってスライド回転を行う。また、首振り動作、上下動等の動作を行うために、回転部は図２０（ａ）、（ｂ）に示すような水平軸を中心として回転する主軸回転を行う。また、図２１（ａ）、（ｂ）に示すような鉛直軸を中心に回転する支柱回転を行う。医師はこの回転部を使用して様々な方向の透視を同時に行い、空間的位置関係をイメージしながら手術を進める。

上述のように、透視・撮影等を行う可搬型保持装置や据置型保持装置においては、一方向からだけでは二次元情報しか得られず、立体的なイメージが得難いという問題がある。

上述の問題への対策としては、電動や手動でＣアームの回転を行い、方向を変更して撮影を行っているが、手動回転は煩雑で、かつ同じ角度に復帰できないという問題がある。
更には、電動回転にしても切換えが遅く、手術に必要なリアルタイム性に欠け、しかも回転動作が手術の邪魔で危険であるという問題を有している。

他にも、複数のＣアームを用したバイプレーン撮影が知られているが、装置が大掛りとなり、複数のＣアームの連携が取り難いという問題がある。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、Ｍ個×Ｎ個のＸ線源から構成されるマルチＸ線発生装置と、Ｋ個×Ｌ個のセンサから構成される平面検出器をアームで対向させた装置を用いたＸ線撮影装置及びＸ線撮影方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るＸ線撮影装置は、Ｍ個×Ｎ個の複数のＸ線源から構成されるマルチＸ線発生装置と、Ｋ個×Ｌ個の複数のセンサから構成される平面検出器とをアームにより対向させ、該アームを該アームの円弧に沿ったスライド回転と主軸回りの回転とを可能とし、前記複数のＸ線源から順次に切換えて放射するＸ線に同期して前記センサが同期して動作し、複数の多方向画像を取得することを特徴とする。

また、本発明に係るＸ線撮影方法は、Ｍ個×Ｎ個の複数のＸ線源から構成されるマルチＸ線発生装置と、Ｋ個×Ｌ個の複数のセンサから構成される平面検出器とをアームにより対向させ、該アームを該アームの円弧に沿ったスライド回転と主軸回りの回転とを可能とし、前記複数のＸ線源から一次元又は二次元的に一定間隔の前記Ｘ線源から周期的にＸ線放射を行い、同期して前記センサを動作させ、前記センサで取得した複数の多方向画像を前記Ｘ線源の座標情報を基に再構成することにより、任意の多層断層画像を取得することを特徴とする。

更に、本発明に係るＸ線撮影方法は、Ｍ個×Ｎ個の複数のＸ線源から構成されるマルチＸ線発生装置と、Ｋ個×Ｌ個の複数のセンサから構成される平面検出器とをアームにより対向させ、該アームを該アームの円弧に沿ったスライド回転と主軸回りの回転とを可能にし、前記複数のＸ線源から一次元又は二次元的に一定間隔の前記Ｘ線源から周期的にＸ線放射を行い、同期して前記センサを動作させると共に前記アームの回転と同期させることで、前記センサで取得した複数の多方向画像を前記Ｘ線源の座標情報と回転角度を基に再構成することで、任意の位置の多層断層画像を取得することを特徴とする。

本発明に係るＸ線撮影方法は、Ｍ個×Ｎ個の複数のＸ線源から構成されるマルチＸ線発生装置と、Ｋ個×Ｌ個の複数のセンサから構成される平面検出器とをアームにより対向させ、該アームを該アームの円弧に沿ったスライド回転と主軸回りの回転とを可能にし、前記複数のＸ線源から一次元又は二次元的に一定間隔の前記Ｘ線源から同時にＸ線放射を行い、同期して前記センサを動作させ、広範囲のステッピング撮影を行うことを特徴とする。

本発明に係るＸ線撮影装置及びＸ線撮影方法によれば、アームにより対向したＸ線発生装置と平面検出器を、アームの回転や大掛りな装置を用いることなく、高速に立体的な画像を得ることが可能となる。

実施例１のＸ線撮影装置の構成図である。Ｘ線発生装置制御部を中心とするブロック回路構成図である。照射野絞り設定のための可視光発生装置の構成図である。ジョイスティックを用いた場合のＸ線源の移動例の説明図である。プログラム撮影設定画面の説明図である。Ｘ線源の切換えによる多方向撮影の説明図である。Ｘ線源の切換えによる多方向撮影の説明図である。プログラム撮影設定画面の説明図である。多方向画像表示例の説明図である。動作フローチャート図である。実施例２の断面再構成の説明図である。動作フローチャート図である。実施例３における動作フローチャート図である。撮像状態の説明図である。撮影状態の説明図である。撮影状態の説明図である。従来の可搬型のＸ線撮影装置の構成図である。据置型のＸ線撮影装置の構成図である。スライド回転の説明図である。主軸回転の説明図である。支柱回転の説明図である。

本発明を図１〜図１６に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は本実施例１におけるＸ線撮影装置の概略構成図を示している。基部に取り付けられたＣアーム２１の一端には、Ｍ個×Ｎ個の二次元的に配列されたＸ線源からＸ線を放射するマルチＸ線発生装置２２が固定され、各Ｘ線源にはそれぞれ照射野絞り２３が取り付けられている。また、Ｃアーム２１の他端には、Ｋ個×Ｌ個のセンサを有しＸ線量を検出する平面検出器２４と、平面検出器２４の散乱線を低減させるためのＭ個×Ｎ個のＸ線源の方向に対応可能な方向可変グリッド２５とが設けられている。

このマルチＸ線発生装置２２と平面検出器２４の間には、被検者Ｓを載置するための天板２６が配置されている。システム全体を制御するシステム制御部２７の出力は、Ｘ線発生装置制御部２８、機構制御部２９、検出器制御部３０に接続されている。Ｘ線発生装置制御部２８はマルチＸ線発生装置２２に指令信号を送信し、内蔵するＸ線管の管電圧、管電流、絞り等を制御する。機構制御部２９の出力はＣアーム２１及び天板２６に接続され、Ｃアーム２１及び天板２６を制御し、検出器制御部３０の出力は平面検出器２４に接続され、平面検出器２４の回転や撮影を制御する。また、システム制御部２７には操作部３１の出力が接続され、操作部３１には各パラメータをユーザが操作して入力するキーボードやマウス、タッチパネル、フットペダル等が備えられている。

平面検出器２４の出力は画像生成部３２を介して、各種画像処理を施す画像処理部３３、作成した画像を一時的に保存するメモリ３４に順次に接続されている。そして、このメモリ３４の出力は得られた画像を蓄積する画像蓄積部３５、及び画像を表示するＣＲＴや液晶モニタ等を備えた表示部３６に接続されている。また、画像処理部３３の出力はフィードバック情報を送信するためにＸ線発生装置制御部２８に接続されている。

マルチＸ線発生装置２２のＸ線源はＭ個×Ｎ個としたが、以下の説明に際しては理解を容易にするためにＸ線源は４×４に配列したマトリクスを例に説明する。

図２はＸ線発生装置制御部２８を中心とするブロック回路構成図を示しており、操作部３１の出力はシステム制御部２７を介してＸ線発生装置制御部２８内のＸ線源設定制御部４１及びＸ線条件制御部４２に接続されている。Ｘ線源設定制御部４１の出力はマルチＸ線発生装置２２のそれぞれのＸ線源を設定するためのＸ線源設定部４３ａ〜４３ｄに接続されている。Ｘ線条件制御部４２の出力はスイッチ４４を介して、マルチＸ線発生装置２２のそれぞれのＸ線源を制御する撮影制御部４５ａ〜４５ｄに接続されている。また画像生成部３２の出力は、画像処理部３３を経てＸ線条件制御部４２に接続されている。各Ｘ線源設定部４３と各撮影制御部４５の出力は対となって各マルチＸ線発生装置２２の各Ｘ線源に出力されている。

操作部３１において、Ｘ線源毎の焦点距離、方向、絞りが設定され、システム制御部２７を介してＸ線源設定制御部４１に送信され、Ｘ線源毎のＸ線源設定部４３ａ〜４３ｄにより、Ｘ線源毎に焦点距離、方向、絞りが反映される。この設定後に、操作部３１により手動操作でＸ線源番号、線質、線量、パルスＸ線の照射を行うか、自動線量制御を行うか等のＸ線条件設定と放射命令が設定され、Ｘ線条件制御部４２に伝達される。

上述のＸ線条件設定と放射命令が、Ｘ線源番号によってスイッチ４４で振り分けられ、撮影制御部４５ａ〜４５ｄに伝達され、マルチＸ線発生装置２２のそれぞれのＸ線源からＸ線放射が行われ、Ｘ線が照射野絞り２３によって照射野設定されて放射される。

図３はマルチＸ線発生装置２２のＸ線照射側にハーフミラー４６が配置され、照射野絞り２３の設定のために、Ｘ線と同じ照射野を有する可視光発生装置４７を設けた場合の構成図を示している。これにより、Ｘ線光線の個々の照射野絞り２３の位置は、可視光により確認しながら目視により設定可能とされている。

図４は操作部３１にジョイスティック３１ａを用いた場合の４×４個のＸ線源の移動例の説明図を示している。Ｘ線源番号の順次の切換えのタイミングは、このようなジョイスティック３１ａ以外にも、キーボード、マウス、放射スイッチ、ボタン、フットペダル等によって発せられるイベントにより容易に実施可能である。また、音声を音声認識によって発せられるイベントや、動作を画像認識することによって発せられるイベント等を用いることもできる。

また、自動線量制御を使用した場合は、画像処理部３３により取得された画像のある一定ＲＯＩを解析することにより、フィードバック情報をＸ線条件制御部４２に送信し、次回のＸ線放射に反映する。なお、次回の放射は同じＸ線源の次回放射の場合に反映する場合と、他のＸ線源ではあるが次の放射の場合にＸ線条件を反映する場合とが選択可能である。上述のＸ線条件設定と放射命令はプログラムで自動で実行することも可能である。

また、操作部３１を用いて、図５に示すような撮影設定画面において、Ｘ線源番号、線質、線量の設定、パルスＸ線の照射と自動線量制御をオン・オフで行うかが設定され、図４で示したような動作を自動的に順次に行うことが可能である。

上述した手動操作又は自動によるＸ線源の切換えによって、マルチＸ線発生装置２２のＸ線源は切換えられ、図６（ａ）、（ｂ）に示すように多数のＸ線源の方向からの撮影が可能となる。

上述の撮影装置において、複数のＸ線源で例えばインタフェイスによりプログラムされた順序に従って撮影を行い、複数のＸ線源の切換えを高速に行う。図７（ａ）〜（ｃ）は図４に示すＸ線源マトリクスの３つの隅部のＸ線源１３番、４番、１番を順次に切換えた撮影例を示している。

図８に示すような撮影条件により、３方向の撮影を高速に切換え、図９に示すような３方向の画像を同時に表示する。つまり、ＣＴ撮影表示において横断画像、冠状断画像、矢状断画像を同時に表示を行うＭＰＲ（ｍｕｌｔｉｐｌａｎａｒｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）表示のような表示方法を行う。なお表示に際しては、図９に示すようにＸ線源１３番、４番、１番の番号を付す等の何れのＸ線源から、Ｘ線が放射されたかを表示してもよい。

図１０は動作フローチャート図を示しており、先ずステップＳ１において、操作部３１で放射命令があったか否かの判断を行い、放射命令があればステップＳ２において、何個のＸ線源の切換えが行われているかを判断する。Ｎ個であると判断されると、ステップＳ３において描画領域をＮ個に分割する。そして、ステップＳ４〜Ｓ６のプログラムに従って撮影を行い、Ｎ個に達するとステップＳ７で表示部３６においてＮ個分の領域に描画してゆく。

なお、以上に示した描画領域の分割は、上記のような自動設定でなく、操作者が任意で設定する場合もある。

実施例２においては、上述した撮影装置により撮影された多方向画像を用いて多層断面の再構成を行い、高速に立体的つまり三次元にイメージし易く表示する。実施例１と同様に、複数のＸ線源を用いてプログラムに従って撮影を行い、Ｘ線源の切換えを一次元又は二次元的に高速に周期的に行い、複数の多方向画像を撮影する。本実施例２においては、この多方向画像を並べて表示するのではなく、再構成して任意の断面画像を作成する。

図１１は任意断面の再構成の説明図を示し、マルチＸ線発生装置２２の一定間隔に隣接するＸ線源のピッチをＥとし、またＸ線の焦点から平面検出器２４までの距離をＤとする。平面検出器２４から距離Ｌにある断面の座標情報を基に再構成を考えた場合に、図１１（ｂ）に示すようにＸ線源を１つ分、つまり距離ＥだけＸ線源の並列方向にずらす。すると、（ｃ）に示すように平面検出器２４でのずれＭは、距離Ｌにある断面にある像ＡがＸ線源では距離Ｅだけずれているので、次式のように計算される。
Ｅ：（Ｄ−Ｌ）＝Ｍ：Ｌ ∴Ｍ＝Ｅ×Ｌ／（Ｄ−Ｌ）

図１１（ａ）と（ｂ）とを−Ｍずらした平面検出器２４の出力を重ねると、距離Ｌにある例えば像Ａは重ね合わせられ強調されるが、その他のものはぼけるので、距離Ｌの断面画像を作成することができる。以上はＸ軸だけを考えたものであるが、実際はＹ軸についてもこの作業を行う。

図１２は本実施例の１つの断面図のみの動作フローチャート図である。先ずステップＳ２１において、操作部３１で基準となるＸ線源番号を設定し、ステップＳ２２において操作部３１で放射命令があったか否かの判断を行う。放射命令があれば、ステップＳ２３で何個のＸ線源の切換えを行うかを判断し、ステップＳ２５で撮影画造酒特の回数がＮ個よりも小さければ、ステップＳ２６で撮影、画像取得を行う。ステップＳ２７で現在選択されている光源番号を判別する。ステップＳ２８、Ｓ２９で、現在選択されている光源番号からＸ方向にＮ（Ｘ）個ずれ、Ｙ方向にＮ（Ｙ）個ずれているかを判断し、ステップＳ３０で上述したずれの計算を行い、画像を合成する。なお、上述した画像の合成は、画像処理によって画像合成を行う方法やアルファブンレンディング等を用いる方法が考えられる。

以上の方法を任意断面数だけ演算し、実施することで、画像の重ね合わせのみであるので、高速に三次元情報を取得可能である。三次元画像の表示方法としては、上述したＭＰＲ法、二次元モニタ上に擬似立体表示するＳｕｒｆａｃｅＲｅｎｄｅｒｉｎｇやＶｏｌｕｍｅＲｅｎｄｅｒｉｎｇ、ステレオ立体視による裸眼立体視、アナグリフ方式、液晶シャッタ方式等の表示方法がある。

実施例３は実施例２に撮影方向選択ステップを追加したものである。図１３は本実施例３におけるフローチャート図を示しており、図１２のフローチャート図と同一のステップ番号は同一の工程を示している。

図１３においては、ステップＳ３１におけるアーム２１の回転によるＣＴ撮影や、ステップＳ３２における実施例２に示した多層断層撮影による三次元画像作成や、ステップＳ３３におけるアーム２１を回転しながらの透視撮影を行う。例えばステップＳ３４において、多層断層画像を作成するに適した撮影方向を選択し、続いて実施例２の図１２のフローチャート図によりステップＳ２１に進む。

図１４はステップＳ３１によるアーム２１の回転によるＣＴ撮影を行う場合を示している。複数のＸ線源を持つマルチＸ線発生装置２２と平面検出器２４を用いて、アーム２１を回転して任意断面Ｐの多層断層撮影を行う。具体的な撮影方向選択方法としては、操作部３１でアーム２１の回転角度を選択する又は指示可能なＧＵＩ等を有する等が考えられる。

図１５はステップＳ３２により撮影を行う場合を示し、複数のＸ線源を持つマルチＸ線発生装置２２と平面検出器２４を用いて、アーム２１の回転によるＣＴ撮影を行い、広い再構成領域で撮影を行う。

図１６はステップＳ３３による撮影を示し、複数のＸ線源をマニュアル又はプログラムにより順次に動作し、Ｘ線の照射範囲に合わせて、平面検出器２４を同期して動かして撮影を行い、又は広範囲の平面検出器２４の検出領域を用いて撮影を行う。或いは、複数の平面検出器２４を用いてステッピング撮影を行ってもよい。

２１Ｃアーム
２２マルチＸ線発生装置
２３絞り
２４平面検出器
２５方向可変グリッド
２６天板
２７システム制御部
２８Ｘ線発生装置制御部
２９機構制御部
３０検出器制御部
３１操作部
３２画像生成部
３３画像処理部
３４メモリ
３５画像蓄積部
３６表示部
４１Ｘ線源設定制御部
４２Ｘ線条件制御部
４３ａ〜４３ｄＸ線源設定部
４４スイッチ
４５ａ〜４５ｄ撮影制御部

Claims

複数のＸ線源から構成されるＸ線発生装置と複数のセンサから構成される平面検出器とを対向させたＸ線撮影装置であって、
予め設定された切り替え順序に応じて、前記複数のＸ線源におけるＸ線の照射方向が設定され、それぞれ異なる線量による照射が可能な前記複数のＸ線源から順次照射されるＸ線に同期して前記センサを動作させる制御手段と、
前記Ｘ線を受けたセンサから複数の撮影画像を取得する取得手段と、を有することを特徴とするＸ線撮影装置。
前記Ｘ線源はそれぞれ絞りを持ち、それぞれ照射野を設定可能とし、前記絞りの設定手段を前記Ｘ線源がそれぞれ有することを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮影装置。
前記Ｘ線源はそれぞれが線量又は画像からフィードバック情報を取得し、それぞれがフィードバック情報を反映し、又は前に照射した他のＸ線源のフィードバック情報を用いることで、次に照射する線量を自動的に制御することを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮影装置。
前記複数の撮影画像を二次元モニタに擬似立体表示する表示制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮影装置。
複数のＸ線源から構成されるＸ線発生装置と複数のセンサから構成される平面検出器とを用いたＸ線撮影方法であって、
予め設定された切り替え順序に応じて、前記複数のＸ線源におけるＸ線の照射方向が設定され、それぞれ異なる線量による照射が可能な前記複数のＸ線源から順次照射されるＸ線に同期して前記センサを動作させる制御工程と、
前記Ｘ線を受けたセンサから複数の撮影画像を取得する取得工程と、
を有することを特徴とするＸ線撮影方法。