JP2005304905A

JP2005304905A - 放射線撮影装置

Info

Publication number: JP2005304905A
Application number: JP2004128017A
Authority: JP
Inventors: Shinji Imai; 真二今井
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】放射線撮影装置において、被写体への被爆量やコストを抑えつつ、関節等の３次元的な動態解析に適した放射線画像を得ることを可能にする。
【解決手段】操作部８から被写体１の反復可能運動における複数の関心運動位相Ａｒｊを入力しておく。撮影手段が、被写体１を、一対のＸ線管２とフラットパネルディテクタ等のＸ線検出器３により、複数の異なる方向の各々において、運動位相検出器７により検出された被写体１の運動位相Ａｇが関心運動位相Ａｒｊの各々に一致した各時点で放射線撮影する。
【選択図】図１

Description

本発明は放射線撮影装置に関し、詳しくは、被写体の３次元的な動態解析に適した放射線画像を得る放射線撮影装置に関するものである。

従来、人体等の生体における関節、例えば、手関節、顎関節、肘関節、膝関節、股関節等の機能を評価するために、関節部分の放射線撮影による動態解析が重要視されている。特に、関節部分の３次元的な動態解析は、関節における骨等の移動方向、移動量を３次元的、定量的に計測することが可能であり、関節における骨同士の複雑な動きの解析や術前検討のためにも重要である。

このような３次元的な動態解析に有用な放射線画像を取得する方法としては、例えば、動画撮影可能なＸ線イメージ・インテンシファイア（X-Ray Image Intensifier；以下「Ｉ．Ｉ」という）を使って、運動状態にある被写体を複数の異なる方向から同時に撮影して動態画像を得る方法や、ＣＴ撮影装置を使って、被写体を姿勢別に撮影して動態を表す３次元画像を得る方法等が考えられる。

また、３次元的な動態解析に関連して、特許文献１には、呼吸状態にある人体胸部を透過した放射線を固体撮像素子により周期的に検出し、人体胸部の呼吸動態を撮影する放射線撮影方法において、上記呼吸動態を異なる方向から撮影する工程を有する放射線撮影方法等が開示されている。
特開２００３−２９０２０２号公報

しかしながら、上記のＩ．Ｉを使って被写体を複数の異なる方向から同時に撮影する方法では、Ｉ．Ｉを複数台必要とするため、撮影配置に制限があるほか、コストが大きい、画像歪が発生しやすい、画像のＳ／Ｎ比が悪い（フレーム数が多く被写体への被爆量を抑える目的から１フレーム当たりのＸ線量が少ないため）等の問題がある。また、上記のＣＴ撮影装置を使って被写体を姿勢別に撮影する方法では、被写体への被爆量が多くなるほか、コストが大きい、撮影時間がかかる、設置場所に制限がある等の問題がある。

また、関節等の３次元的な動態解析では、関節等の被写体の屈伸運動状態を見ながら、関心のある運動位相範囲を見極め、その範囲内での複数の異なる運動位相の各々の状態にある被写体を異なる方向から撮影した画像が重要とされるが、特許文献１には、同一の呼吸位相にある人体胸部を異なる方向から撮影する方法については触れられているものの、屈伸運動等の反復可能運動における複数の運動位相にある関節等の被写体を異なる方向から撮影する方法については述べられていないため、特許文献１記載の方法を用いても、上記のような関節等の３次元的な動態解析に重要とされる画像を得ることはできない。

本発明は、上記事情に鑑み、複数台のＩ．ＩやＣＴ撮影装置を用いる方法における、被写体への被爆量やコスト等の問題なしに、関節等の３次元的な動態解析に適した放射線画像を得ることが可能な放射線撮影装置を提供することを目的とするものである。

本発明の放射線撮影装置は、被写体の所定の反復可能運動における複数の異なる関心運動位相を表す関心運動位相情報を入力する関心運動位相情報入力手段と、前記所定の反復可能運動状態にある前記被写体の運動位相を検出し、該運動位相を表す運動位相情報を出力する運動位相検出手段と、前記被写体を、一対の放射線源と放射線検出器により、複数の異なる方向の各々において、前記関心位相情報入力手段により入力された前記関心運動位相情報と前記運動位相検出手段により出力された前記運動位相情報とに基づいて、前記運動位相が前記複数の関心運動位相の各々に一致した各時点で放射線撮影する撮影手段とを備えたことを特徴とするものである。

「反復可能運動」とは、反復が可能な運動のことをいい、例えば、手、肘、膝の曲げ伸ばしによる屈伸運動、顎の上下運動、股の開閉運動等のほか、エンジンのピストン運動等が考えられる。

「関心運動位相」とは、関心のある所望の運動位相のことをいう。

本発明の放射線撮影装置において、前記運動位相検出手段は、前記被写体を撮影して該被写体の動態を表す画像を得、該画像上の前記被写体の形態に基づいて前記運動位相を検出するものであってもよく、例えば、屈伸運動状態にある膝関節の運動位相を検出する場合において、ＣＣＤカメラ等で当該膝関節を含む足を動画撮影して動態画像を得、当該動態画像における膝関節の屈曲角度を認識することにより、運動位相を検出するものが考えられる。

また、本発明の放射線撮影装置において、前記運動位相検出手段は、前記運動位相に応じて変化する、所定方向における所定の場所から前記被写体までの距離を測定し、該距離に基づいて前記運動位相を検出するものであってもよく、例えば、屈伸運動状態にある膝関節の運動位相を検出する場合において、レーザ側長器を用いて所定の場所から当該膝関節の下方にあるすね部分までの距離を測定し、その距離に基づいて運動位相を検出するものが考えられる。

また、本発明の放射線撮影装置において、前記運動位相検出手段は、前記運動位相に応じて変化する、一端が所定の場所に固定され他端が前記被写体の所定の部分に固定された弾性部材の張力を測定し、該張力に基づいて前記運動位相を検出するものであってもよく、例えば、屈伸運動状態にある膝関節の運動位相を検出する場合において、ゴムやばね等を介して当該膝関節の下方にあるすね部分と固定位置にある張力測定器とをつないで張力を測定し、その張力に基づいて運動位相を検出するものが考えられる。

本発明の放射線撮影装置によれば、関心運動位相情報入力手段が、所定の反復可能運動における被写体の複数の異なる関心運動位相を表す関心運動位相情報を得るとともに、運動位相検出手段が、所定の反復可能運動状態にある被写体の運動位相を表す運動位相情報を得、撮影手段が、被写体を、一対の放射線源と放射線検出器により、複数の異なる方向の各々において、関心運動位相情報と運動位相情報とに基づいて、被写体の運動位相が複数の関心運動位相の各々に一致した各時点で放射線撮影するので、比較的簡素な撮影設備で、所望の同一運動位相にある被写体のみを異なる方向から撮影することができ、複数のＩ．Ｉを使用する方法やＣＴ撮影装置を使用する方法と異なり、被写体への被爆量やコスト等の問題なしに、関節等の３次元的な動態解析に適した放射線画像を得ることが可能となる。

以下、本発明の放射線撮影装置の実施の形態について説明する。

図１は本発明の放射線撮影装置の一実施形態によるＸ線撮影装置の構成を示すブロック図である。図１に示すＸ線撮影装置は、被写体である人体（患者）１の膝関節１ａにＸ線Ｌを照射するＸ線管２と、Ｘ線Ｌを光電的に検出してアナログ電気信号を出力する、フラットパネルディテクタ等のＸ線検出器３と、Ｘ線管２に高電圧を印加する高電圧発生器４と、Ｘ線検出器３から出力されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換器５と、Ａ／Ｄ変換器５から出力されたデジタル信号を画像データに変換し、後述の、複数の関心運動位相画像Ｐｉｊ（ｉ＝１，２、ｊ＝１，２，３，・・・）をそれぞれ表す関心運動位相画像データＰｉｊを生成する信号処理部６と、患者１の運動位相Ａｇを検出して運動位相信号Ａｇを出力する運動位相検出器７と、膝関節１ａの曲げ伸ばしによる屈伸運動（すね部分を前後方向に振る運動）における複数の異なる関心運動位相Ａｒｊ（ｊ＝１，２，３，・・・）を表す関心運動位相情報Ａｒやその他の情報を不図示のキーボードやマウス等により入力する操作部８と、操作部８により入力された関心運動位相情報Ａｒと運動位相検出器７により出力された運動位相信号Ａｇとに基づいて、運動位相Ａｇが複数の関心運動位相Ａｒｊの各々に一致した各時点で膝関節１ａをＸ線撮影して、複数の関心運動位相画像Ｐｉｊを得るべく、Ｘ線Ｌの線量や照射タイミングが所定の線量やタイミングとなるように高電圧発生器４が発生するＸ線管２への印加電圧を制御する制御部９とを備えている。

なお、本発明における撮影手段は、Ｘ線管２、Ｘ線検出器３、高電圧発生器４、Ａ／Ｄ変換器５、信号処理部６および制御部９により構成されており、また、本発明における関心運動位相情報入力手段は、操作部８と制御部９とにより構成されている。

また、運動位相検出器７は、レーザ測長器７ａにより、所定の場所から膝関節１ａの下方にあるすね部分への所定の方向において、上記所定の場所から当該すね部分までの距離を測定し、その距離に対応する値を膝関節１ａの屈伸運動における運動位相信号Ａｇとして出力するとともに、付属の不図示のモニタにその値を表示するものである。

また、ここでは、簡便のため、位相、画像等の情報と当該情報を表すデータもしくは信号とを同一の記号で表すことにする。

次に、図１に示すＸ線撮影装置の作用について説明する。

はじめ、患者１、Ｘ線管２、Ｘ線検出器３は、撮影したい２方向のうちの第１の撮影方向で撮影すべく、配置されている。

まず、操作者は、患者１に膝関節１ａの曲げ伸ばしによる屈伸運動を行ってもらい、痛みを感じたり違和感を覚えたりするような場所を言ってもらうなどして、撮影したい運動位相範囲を決定する。このとき、運動位相検出器７は、レーザ測長器７ａにより測定された所定の場所からすね部分までの距離に対応する値をモニタに表示している。操作者は、モニタに表示されている値を見ながら、撮影したい運動位相範囲とその値の範囲との対応関係を確認し、操作部８により、関心運動位相情報Ａｒとしての、撮影したい運動位相範囲とその範囲内での等位相間隔で撮影する回数等を入力することにより、関心運動位相Ａｒｊを決定する。

操作者は、続いて、操作部８により、撮影開始を指示する入力を行うとともに、膝関節１ａを、撮影したい運動位相範囲をカバーする範囲で屈曲あるいは伸張してもらう。

制御部１７は、撮影開始の指示を受けて、運動位相検出器７からの運動位相信号Ａｇをモニタリングし、運動位相Ａｇがさきほど決定された複数の関心運動位相Ａｒｊの各々と一致した各時点で、高電圧発生器４を制御してＸ線管２に高電圧を印加し、膝関節１ａにＸ線Ｌを照射させる。

Ｘ線検出器３は、Ｘ線の照射毎に、膝関節１ａを透過したＸ線Ｌを光電的に検出してアナログ電気信号を出力し、Ａ／Ｄ変換器５はＸ線検出器３から出力された各アナログ電気信号をデジタル信号に変換し、信号処理部６がそのデジタル信号に基づいて、第１の撮影方向における、各関心運動位相Ａｒｊのときの膝関節１ａの放射線画像を表す関心運動位相画像データＰ１ｊを生成する。

このようにして、第１の撮影方向において一連の撮影が終了したら、撮影したい２方向のうちのもう一つの方向である第２の撮影方向で撮影すべく、患者１に移動してもらうか、もしくは、Ｘ線管２およびＸ線検出器３を移動して、例えば、図２に示すような配置に変える。このとき、患者に移動してもらう場合には、運動位相検出器７のレーザ測長器７ａも運動位相の検出が可能な他の場所に移動する。図３は、第２の撮影方向での撮影配置を上から見た図であり、図３中の破線は第１の撮影方向での撮影配置を示している。なお、第１の撮影方向と第２の撮影方向とが水平方向に角度が異なる２方向である場合には、患者１に予め回転イス等の回転可能な支持台に座ってもらい、当該支持台を回転させて撮影の配置を変えるようにすると便利である。

後は、第１の撮影方向での撮影時と同様に、操作者は、操作部８により、撮影開始を指示する入力を行うとともに、患者１に膝関節１ａを、撮影したい運動位相範囲をカバーする範囲で屈曲あるいは伸張してもらい、各関心運動位相Ａｒｊにある膝関節１ａを撮影し、第２の撮影方向における、各関心運動位相Ａｒｊのときの膝関節１ａの放射線画像を表す関心運動位相画像データＰ２ｊを生成する。

関心運動位相画像であるＰ１１とＰ２１，Ｐ１２とＰ２２，・・・は、それぞれ、同一の関心運動位相Ａｒ１，Ａｒ２，・・・にある膝関節１ａの撮影方向の異なる画像であり、例えば、これらの画像を同一の各関心運動位相毎に並べて表示するようにすれば、膝関節１ａの３次元的な動態解析が容易に行える。

このように、本実施形態によるＸ線撮影装置によれば、関心運動位相情報入力手段を構成する操作部８、制御部９により、膝関節１ａの屈伸運動等の所定の反復可能運動における被写体の複数の関心運動位相Ａｒｊを表す関心運動位相情報Ａｒを得るとともに、運動位相検出器７により、当該所定の反復可能運動状態にある被写体の運動位相Ａｇを表す運動位相信号Ａｇを得、撮影手段を構成する、Ｘ線管２、Ｘ線検出器３、高電圧発生器４、Ａ／Ｄ変換器５、信号処理部６および制御部９が、被写体を、一対の放射線源と放射線検出器により、複数の異なる方向の各々において、関心運動位相情報Ａｒと運動位相信号Ａｇとに基づいて、被写体の運動位相Ａｇが複数の関心運動位相Ａｒｊの各々に一致した各時点で放射線撮影するので、比較的簡素な撮影設備で、所望の同一運動位相にある被写体のみを異なる方向から撮影することができ、複数のＩ．Ｉを使用する方法やＣＴ撮影装置を使用する方法と異なり、被写体への被爆量やコスト等の問題なしに、被写体の３次元的な動態解析に適した放射線画像を得ることが可能となる。

なお、本実施形態において、運動位相検出器７は、レーザ測長器７ａを用いて運動位相Ａｇを検出するものとしているが、この他に、例えば、図４（１）に示すように、ＣＣＤカメラ等の撮影機７ｂを用いて被写体を撮影し、被写体の動態を表す画像を得、当該画像上の被写体の形態に基づいて、被写体の運動位相を検出するものや、あるいは、図４（２）に示すように、ゴム、ばね等の弾性部材７ｃを介して所定の場所と被写体の反復可能運動に係る所定の部分とを接続し、張力測定器７ｄを用いてその弾性部材７ｃの張力を測定し、当該張力に基づいて運動位相を検出するもの等を考えることができる。撮影機７ｂで被写体を撮影する場合は、被写体の運動による形態が容易に把握できるように、被写体の運動方向を含む面と垂直な方向から撮影するのが望ましい。

また、本実施形態において、各関心運動位相は撮影前に予め設定されているが、この他、第１の撮影方向による撮影においては予め決まっていない適当な運動位相の被写体について複数枚撮影し、そのときの各運動位相を記憶しておき、第２の撮影方向にて撮影する際に、第１の撮影方向のときと同じ運動位相にある被写体について撮影をするようにしてもよい。

なお、本実施形態では、人体の膝関節の屈伸運動を例に説明したが、本発明は、エンジンのピストンのような、反復可能運動する工業製品等にも適用することができる。

本発明の放射線撮影装置の一実施形態によるＸ線撮影装置の構成を示した図被写体を異なる撮影方向にて撮影するときの配置の例を示した図第２の撮影方向での撮影配置を上から見た図運動位相検出器のその他の実施形態を示した図

符号の説明

１被写体
２Ｘ線管
３Ｘ線検出器
４高電圧発生器
５Ａ／Ｄ変換器
６信号処理部
７運動位相検出器
８操作部
９制御部

Claims

被写体の所定の反復可能運動における複数の異なる関心運動位相を表す関心運動位相情報を入力する関心運動位相情報入力手段と、
前記所定の反復可能運動状態にある前記被写体の運動位相を検出し、該運動位相を表す運動位相情報を出力する運動位相検出手段と、
前記被写体を、一対の放射線源と放射線検出器により、複数の異なる方向の各々において、前記関心運動位相情報入力手段により入力された前記関心運動位相情報と前記運動位相検出手段により出力された前記運動位相情報とに基づいて、前記運動位相が前記複数の関心運動位相の各々に一致した各時点で放射線撮影する撮影手段とを備えたことを特徴とする放射線撮影装置。
前記運動位相検出手段が、前記被写体を撮影して該被写体の動態を表す画像を得、該画像上の前記被写体の形態に基づいて前記運動位相を検出するものであることを特徴とする請求項１記載の放射線撮影装置。
前記運動位相検出手段が、前記運動位相に応じて変化する、所定方向における所定の場所から前記被写体までの距離を測定し、該距離に基づいて前記運動位相を検出するものであることを特徴とする請求項１記載の放射線画像装置。
前記運動位相検出手段が、前記運動位相に応じて変化する、一端が所定の場所に固定され他端が前記被写体の所定の部分に固定された弾性部材の張力を測定し、該張力に基づいて前記運動位相を検出するものであることを特徴とする請求項１記載の放射線画像装置。