JP2005185648A - 被曝線量計算方法およびｘ線撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｘ線を検出することなく撮影中の被検体の被曝線量を計算によって求める方法、および、そのような被曝線量計算手段を有するＸ線撮影装置を実現する。
【解決手段】 Ｘ線を利用して被検体を撮影する撮影手段とＸ線撮影時の被検体の被曝線量を検出する検出手段とを有するＸ線撮影装置であって、検出手段（８０）は、Ｘ線管の管電圧に対応するドースレートを記憶する第１のルックアップテーブル（８０４）と、コリメータのブレード位置に対応する照射面積を記憶する第２のルックアップテーブル（８０６）と、管電圧の現在値に対応するドースレートを前記第１のルックアップテーブルから求め、コリメータのブレードの現在位置に対応する照射面積を前記第２のルックアップテーブルから求め、ドースレート、照射面積、Ｘ線管の管電流およびＸ線照射時間の積を求める計算手段（８０２）とを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被曝線量計算方法およびＸ線撮影装置に関し、とくに、Ｘ線撮影時の被検体の被曝線量を求める方法、および、Ｘ線撮影時の被検体の被曝線量を求める手段を有するＸ線撮影装置に関する。

Ｘ線撮影装置では、Ｘ線の被曝線量が予め定めた値となるように制御することが行われる。予め定めた値は例えば必要最小限の被曝線量である。そのような制御を行うために、撮影中のＸ線の線量を専用の検出器で検出して監視し、検出信号の時間積分値が予め定めた値に達したときにＸ線照射を停止するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
米国特許明細書第５，６９４，４４９号（第３−５欄、図１−４）

上記の方式では、撮影中のＸ線の線量を検出するために専用の検出器が必要とされ、また、その検出信号について時間積分を初めとする所定の処理を施す信号処理回路等が必要とされる。このため、例えば車載型（モバイルタイプ：ｍｏｂｉｌｅ ｔｙｐｅ）のＸ線撮影装置のように、構成の簡素化、軽量化、低コスト（ｃｏｓｔ）化等が要求されるものには適当でない。。

そこで、本発明の課題は、Ｘ線を検出することなく撮影中の被検体の被曝線量を計算によって求める方法、および、そのような被曝線量計算手段を有するＸ線撮影装置を実現することである。

（１）上記の課題を解決するためのひとつの観点での発明は、Ｘ線撮影時の被検体の被曝線量を求める方法であって、Ｘ線管の管電圧に対応するドースレートを予め作成された第１のルックアップテーブルから求め、Ｘ線の照射範囲を規制するコリメータのブレード位置に対応する照射面積を予め作成された第２のルックアップテーブルから求め、ドースレート、照射面積、Ｘ線管の管電流およびＸ線照射時間の積を求める、ことを特徴とする被曝線量計算方法である。
（２）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、Ｘ線を利用して被検体を撮影する撮影手段とＸ線撮影時の被検体の被曝線量を検出する検出手段とを有するＸ線撮影装置であって、前記検出手段は、Ｘ線管の管電圧に対応するドースレートを記憶する第１のルックアップテーブルと、Ｘ線の照射範囲を規制するコリメータのブレード位置に対応する照射面積を記憶する第２のルックアップテーブルと、管電圧の現在値に対応するドースレートを前記第１のルックアップテーブルから求め、コリメータのブレードの現在位置に対応する照射面積を前記第２のルックアップテーブルから求め、ドースレート、照射面積、Ｘ線管の管電流およびＸ線照射時間の積を求める計算手段と、を具備することを特徴とするＸ線撮影装置である。

前記第１のルックアップテーブルは、ドーシメータを用いたＸ線管のキャリブレーションにより作成されることが、Ｘ線管の管電圧とドースレートの対応関係を適切に求める点で好ましい。

前記第２のルックアップテーブルは、照射面積の実測を伴うコリメータのキャリブレーションにより作成されることが、コリメータのブレード位置と照射面積の対応関係を適切に求める点で好ましい。

前記第２のルックアップテーブルは、前記コリメータを構成する絞りおよびシャッタについてそれらのブレード位置と照射面積の対応関係を記憶していることが、絞りおよびシャッタの組み合わせによる照射野調節に対応する点で好ましい。

上記各観点での発明では、Ｘ線管の管電圧に対応するドースレートを予め作成された第１のルックアップテーブルから求め、Ｘ線の照射範囲を規制するコリメータのブレード位置に対応する照射面積を予め作成された第２のルックアップテーブルから求め、ドースレート、照射面積、Ｘ線管の管電流およびＸ線照射時間の積を求めるので、Ｘ線を検出することなく撮影中の被検体の被曝線量を計算によって求める方法、および、そのような被曝線量計算手段を有するＸ線撮影装置を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１にＸ線撮影装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は本発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、Ｘ線撮影装置に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。本装置の動作によって、被曝線量計算方法に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

同図に示すように、本装置はＸ線管１０を有する。Ｘ線管１０の焦点Ｆから発生したＸ線がコリメータ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）２０を通じて被検体Ｐに照射され、透過Ｘ線がイメージインテンシファイヤ（ｉｍａｇｅ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ）３０の受光面に入射する。以下、イメージインテンシファイヤをＩ．Ｉ．ともいう。

Ｘ線管１０はＸ線管駆動部４０によって駆動される。Ｘ線管駆動部４０は、Ｘ線管１０に管電圧および管電流を供給してＸ線を発生させる。Ｘ線管駆動部４０はデータ（ｄａｔａ）処理部５０によって制御される。データ処理部５０は例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等によって構成される。

データ処理部５０はまたコリメータ２０を制御してＸ線の照射野を調節する。コリメータ２０は位置が可変なブレード（ｂｌａｄｅ）を有し、その位置を変えることにより照射野を変えることができるようになっている。ブレード位置はコリメータ２０に内蔵された検出器によって検出されてデータ処理部５０にフィードバック（ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）される。コリメータ２０については後にあらためて説明する。

データ処理部５０にはＩ．Ｉ．３０からＸ線検出信号が入力される。データ処理部５０はこの入力信号に基づいて画像を形成する。画像はＸ線による被検体Ｐの透視像となる。透視像はデータ処理部５０に備わる表示部６０に表示されて診断に利用される。

データ処理部５０は、また、操作部７０を備えている。操作部７０は表示部６０とともにユーザーインターフェース（ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を構成し、使用者による本装置のインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）な操作が可能となっている。

データ処理部５０は、さらに、被曝線量計算部８０を備えている。被曝線量計算部８０は例えばコンピュータ等によって構成される。これはデータ処理部５０に内蔵するようにしてもよい。被曝線量計算部８０は、データ処理部５０から入力されるデータに基づいて被検体Ｐの被曝線量を計算し、計算結果をデータ処理部５０に出力する。データ処理部５０は、被曝線量の計算値に基づいて撮影を制御する。Ｘ線管１０から操作部７０まで構成は本発明における撮影手段の一例である。被曝線量計算部８０は本発明における検出手段の一例である。

図２に、被曝線量計算部８０のブロック図を示す。同図に示すように、被曝線量計算部８０は計算ユニット（ｕｎｉｔ）８０２およびルックアップテーブル（ｌｏｏｋ−ｕｐ ｔａｂｌｅ）８０４，８０６を有する。計算ユニット８０２は、データ処理部５０からの入力データに基づいてルックアップテーブル８０４，８０６を参照しつつ被曝線量を計算する。被曝線量の計算については後にあらためて説明する。

計算ユニット８０２は本発明における計算手段の一例である。ルックアップテーブル８０４は本発明における第１のルックアップテーブルの一例である。ルックアップテーブル８０６本発明における第２のルックアップテーブルの一例である。

コリメータ２０について説明する。図３および図４にコリメータ２０の模式的構成を示す。図３は側面図、図４はＸ線の焦点Ｆとは反対側から見た平面図である。同図に示すように、コリメータ２０は絞り２２およびシャッタ（ｓｈｕｔｔｅｒ）２４を有する。

なお、コリメータ２０はシャッタ２４を省略し絞り２２だけを有するものとしてもよい。以下、絞り２２とシャッタ２４を有する例で説明するが、絞り２２だけとした場合も同様である。

絞り２２は例えば８枚のブレード２２２によって構成される。ブレード２２２の材料は例えば鉛（Ｐｂ）やタングステン（Ｗ）等のＸ線吸収性の材料である。８枚のブレード２２２は、絞り２２の中央に八角形の窓を形成するように組み合わされる。窓の大きさは８枚のブレード２２２を一斉に動かすことにより変更可能になっている。窓は破線で示すように内接円で近似される。

ブレード２２２は図示しないアクチュエータ（ａｃｔｕａｔｏｒ）で駆動されて変位する。ブレード２２２の位置は位置検出器２２４で検出されデータ処理部５０にフィードバックされる。

シャッタ２４は例えば２枚のブレード２４２によって構成される。ブレード２４２の材料もＸ線吸収性の材料である。２枚のブレード２４２は平行な一辺同士が互いに対向するように組み合わされる。２枚のブレード２４２を互いに反対方向に一斉に動かすことにより対向間隔が変更可能になっている。ブレード２４２は図示しないアクチュエータで駆動されて変位する。ブレード２４２の位置は位置検出器２４４で検出されデータ処理部５０にフィードバックされる。

被曝線量計算について説明する。まず、被曝線量計算に用いられるルックアップテーブルについて説明する。ルックアップテーブル８０４には、予め求めた管電圧とドースレート（ｄｏｓｅ ｒａｔｅ）の対応関係が記憶されている。管電圧とドースレートの対応関係は、ドーシメータ（ｄｏｓｉｍｅｔｅｒ）による実測に基づいて求められる。

すなわち、被検体Ｐがない状態でＩ．Ｉ．３０の受光面にドーシメータを設置し、複数の管電圧の下でのドースレートをそれぞれ測定する。なお、管電流は例えば１ｍＡ等の一定値に維持される。これによって、例えば図５に示すような管電圧とドースレートの対応関係が得られる。このような測定は本装置の製造時にＸ線管１０のキャリブレーションの一環として行われる。

この実測値に対して２次式

による関数フィッティング（ｆｉｔｔｉｎｇ）を行う。関数フィッティングにより係数Ａ，Ｂ，Ｃが確定し、管電圧とドースレートの対応を表す関係式が得られる。この関係式を用いて、様々な管電圧に対応するドースレートを求め、それら管電圧とドースレートの対応関係を数表としてルックアップテーブルに記憶する。

ルックアップテーブル８０６には、予め求めたコリメータ２０のブレード位置と照射面積の対応関係が記憶されている。コリメータ２０のブレード位置と照射面積の対応関係は実測およびそれに基づく計算によって求められる。

すなわち、被検体Ｐがない状態でＩ．Ｉ．３０の受光面に鉛製のスケール（ｓｃａｌｅ）を設置し、複数のブレード位置の下でのコリメータ２０の窓の投影像の大きさをそれぞれ測定する。投影像の大きさは照射面積を表す。

絞り２２に関しては、窓の投影像が図６に示すように円形となりその半径ｒが測定される。シャッタ２４に関しては、窓の投影像が図７に示すように帯状になるのでその半幅が測定される。

これによって、例えば図８および図９に示すように、絞り２２およびシャッタ２４について、ブレード位置と投影像の半径ｒおよび半幅の対応関係を示す実測値がそれぞれ得られる。ただし、ブレード位置はそれぞれの位置検出器のカウント値で表されている。このような測定は本装置の製造時にコリメータ２０のキャリブレーションの一環として行われる。

これらの実測値に対して１次式

による関数フィッティングを行う。関数フィッティングにより係数Ｄ，Ｄ’，Ｆ，Ｆ’が確定し、ブレード位置と照射面積の対応を表す関係式が得られる。この関係式を用いて、様々なブレード位置に対応する半径ｒおよび半幅ｄを求めることができる。

半径ｒおよび半幅ｄがわかれば、それらを用いて照射面積を計算することができる。照射面積の計算を図１０によって説明する。同図に示すように半径ｒおよび半幅ｄが与えられたとき、照射面積は、半径ｒの円の面積から弦長がｃの部分円の面積Ｋの２倍を引いたものとなる。すなわち、

部分円の面積Ｋは、頂角がθの扇形領域から、扇形領域と頂角を共有し底辺の長さがｃの二等辺三角形を引いた面積となり、また、頂角θは、

で与えられ、二等辺三角形は、高さｄで底辺の長さｃが

で与えられる。そして、部分円の円弧の長さｓは

で与えられるから、部分円の面積Ｋは

となる。これを（３）式に代入することにより照射面積は

で与えられる。なお、コリメータ２０が絞り２２だけを用いる場合は照射面積は（３）において第２項を除いたもので与えられる。

（８）式による面積計算を、様々な半径ｒおよび半幅ｄについて行うことにより、ブレード位置と照射面積との対応関係を表す数表を得ることができる。この数表がルックアップテーブル８０６に記憶される。

本装置の動作を説明する。図１１に本装置の動作のフロー（ｆｌｏｗ）図を示す。同図に示すように、ステップ（ｓｔｅｐ）１０１で撮影範囲設定を行う。撮影範囲設定は使用者により操作部７０を通じて行われる。次に、ステップ１０３で、撮影条件設定を行う。撮影条件設定も使用者により操作部７０を通じて行われる。これによって、管電圧および管電流が設定される。

次に、ステップ１０５で、被曝線量設定を行う。被曝線量設定も使用者により操作部７０を通じて行われる。これによって、撮影時に被検体Ｐに照射するＸ線の被曝線量として所望の値が設定される。次に、ステップ１０７で、Ｘ線照射を開始する。Ｘ線照射は使用者が操作部７０の照射ボタンを押すこと等により開始される。

次に、ステップ１０９で被曝線量計算を行う。被曝線量計算は、被曝線量計算部８０における計算ユニット８０２によって行われる。計算ユニット８０２は、データ処理部５０から入力された管電圧、管電流、照射継続時間およびコリメータ２０のブレード位置情報に基づいて被曝線量を計算する。

すなわち、管電圧に基づいてルックアップテーブル８０４から対応するドースレート（ＤＯＳＥＲＡＴＥ）を読み出し、ブレード位置情報に基づいてルックアップテーブル８０６から対応する照射面積（ＡＲＥＡ）を読み出し、これらの情報と管電流（ｍＡ）および照射経過時間（ｓｅｃ）を用いて次式により被曝線量を計算する。

これによって、被検体Ｐの被曝線量すなわちドースエリアプロダクト（ｄｏｓｅ ａｒｅａ ｐｒｏｄｕｃｔ ： ＤＡＰ）が得られる。この計算に用いるドースレートおよび照射面積はいずれもＩ．Ｉ．３０の受光面における値であるが、そのような値を用いて計算したドースエリアプロダクトであっても、これを被検体Ｐの体表におけるドースエリアプロダクトとして差し支えない。なぜなら、ドースレートは焦点Ｆからの距離の２乗に反比例するが、照射面積は焦点Ｆからの距離の２乗に比例するので、それらの積は焦点Ｆからの距離に無関係となるからである。

次に、ステップ１１１で、被曝線量が設定量に到達したか否かを判定する。この判定はデータ処理部５０によって行われる。被曝線量が設定量に到達しないときはステップ１１３で照射を継続し、ステップ１０９で被曝線量計算を行う。被曝線量は照射時間の経過とともに増加するのでやがて設定量に到達する。そこでステップ１１５で照射停止を行う。照射停止はデータ処理部５０により自動的に行われる。このようにして、撮影時の被検体Ｐの被曝線量は、使用者が設定した通りに調節される。

Ｘ線撮影装置のブロック図である。 被曝線量計算部のブロック図である。 コリメータの構成を示す図である。 コリメータの構成を示す図である。 コリメータの窓の投影像を示す図である。 ドースレートの実測値を示す図である。 コリメータの窓の投影像を示す図である。 投影像半径の実測値を示す図である。 投影像半幅の実測値を示す図である。 照射面積計算を説明すための図である。 Ｘ線撮影のフロー図である。

符号の説明

１０ Ｘ線管
２０ コリメータ
３０ Ｉ．Ｉ．
４０ Ｘ線管駆動部
５０ データ処理部
６０ 表示部
７０ 操作部
８０ 被曝線量計算部
８０２ 計算ユニット。
８０４，８０６ ルックアップテーブル
２２ 絞り
２４ シャッタ
２２２，２４２ ブレード
２２４，２４４ 位置検出器

Claims (8)

1. Ｘ線撮影時の被検体の被曝線量を求める方法であって、
   Ｘ線管の管電圧に対応するドースレートを予め作成された第１のルックアップテーブルから求め、
   Ｘ線の照射範囲を規制するコリメータのブレード位置に対応する照射面積を予め作成された第２のルックアップテーブルから求め、
   ドースレート、照射面積、Ｘ線管の管電流およびＸ線照射時間の積を求める、
   ことを特徴とする被曝線量計算方法。
2. 前記第１のルックアップテーブルは、ドーシメータを用いたＸ線管のキャリブレーションにより作成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の被曝線量計算方法。
3. 前記第２のルックアップテーブルは、照射面積の実測を伴うコリメータのキャリブレーションにより作成される、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の被曝線量計算方法。
4. 前記第２のルックアップテーブルは、前記コリメータを構成する絞りおよびシャッタについてそれらのブレード位置と照射面積の対応関係を記憶している、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の被曝線量計算方法。
5. Ｘ線を利用して被検体を撮影する撮影手段とＸ線撮影時の被検体の被曝線量を検出する検出手段とを有するＸ線撮影装置であって、
   前記検出手段は、
   Ｘ線管の管電圧に対応するドースレートを記憶する第１のルックアップテーブルと、
   Ｘ線の照射範囲を規制するコリメータのブレード位置に対応する照射面積を記憶する第２のルックアップテーブルと、
   管電圧の現在値に対応するドースレートを前記第１のルックアップテーブルから求め、コリメータのブレードの現在位置に対応する照射面積を前記第２のルックアップテーブルから求め、ドースレート、照射面積、Ｘ線管の管電流およびＸ線照射時間の積を求める計算手段と、
   を具備することを特徴とするＸ線撮影装置。
6. 前記第１のルックアップテーブルは、ドーシメータを用いたＸ線管のキャリブレーションにより作成される、
   ことを特徴とする請求項５に記載のＸ線撮影装置。
7. 前記第２のルックアップテーブルは、照射面積の実測を伴うコリメータのキャリブレーションにより作成される、
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のＸ線撮影装置。
8. 前記第２のルックアップテーブルは、前記コリメータを構成する絞りおよびシャッタについてそれらのブレード位置と照射面積の対応関係を記憶している、
   ことを特徴とする請求項５ないし請求項７のうちのいずれか１つに記載のＸ線撮影装置。

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