JP2015100711A - X線検出器、x線映像装置及び制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】領域ごとにフレームレートを独立的に制御可能なX線検出器、これを含むX線映像装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】2次元に配列して入射されたX線に対応される電気的信号を出力する複数のピクセルを含むX線検出器100は、前記複数のピクセルを行(row)方向に接続する複数のゲートラインと、前記複数のピクセルを列(column)方向に接続する複数のデータラインと、前記複数のデータラインを介して前記複数のピクセルから電気的信号を読み出す読み出し回路130と、前記複数のデータラインと前記読み出し回路130との接続をデータラインごとに独立的にオン/オフするスイッチング部140を含む。
【選択図】図2
【解決手段】2次元に配列して入射されたX線に対応される電気的信号を出力する複数のピクセルを含むX線検出器100は、前記複数のピクセルを行(row)方向に接続する複数のゲートラインと、前記複数のピクセルを列(column)方向に接続する複数のデータラインと、前記複数のデータラインを介して前記複数のピクセルから電気的信号を読み出す読み出し回路130と、前記複数のデータラインと前記読み出し回路130との接続をデータラインごとに独立的にオン/オフするスイッチング部140を含む。
【選択図】図2
Description
本発明は、対象体にX線を照射してその内部を映像化するのに用いられるX線検出器、これを含むX線映像装置及びその制御方法(X−RAY DETECTOR、IMAGING APPARATUS HAVING THE SAME AND CONTROL METHOD FOR THE SAME)等に関する。
X線映像装置は、対象体にX線を照射して対象体を透過したX線を利用して対象体の内部映像を獲得する装置である。対象体を構成する物質の特性によってX線の透過性が異なるので、対象体を透過したX線の強さまたは強度を利用して対象体の内部構造を映像化することができる。
最近は、対象体の内部で現れる動きを観察できるように、X線動映像技術が開発されて血管造影術(angiography)のようなインターベンション(intervention)手術やX線透視法(fluoroscopy)などのX線映像分野に適用されている。
一方、対象体の内部映像は、使用者が実質的に観察しようとする領域である関心領域と関心領域以外の領域である背景領域とで区分されるが、関心領域と背景領域は映像獲得で要求される条件に差があるので、これらを独立的に制御する技術の開発が必要であった。
本発明の一態様は、領域ごとにフレームレートを独立的に制御可能なX線検出器、これを含むX線映像装置及びその制御方法等を提供することにある。
本発明の一態様による2次元に配列して入射されたX線に対応される電気的信号を出力する複数のピクセルを含むX線検出器は、前記複数のピクセルを行(row)方向に接続する複数のゲートラインと、前記複数のピクセルを列(column)方向に接続する複数のデータラインと、前記複数のデータラインを介して前記複数のピクセルから電気的信号を読み出す(read−out)読み出し回路と、前記複数のデータラインと前記読み出し回路との接続をデータラインごとに独立的にオン/オフするスイッチング部とを含む。
前記X線検出器は、前記複数のゲートラインにオン(on)信号を印加するゲートドライバと、前記スイッチング部にオン(on)信号を印加するスイッチドライバとをさらに含むことができる。
前記スイッチング部は、前記複数のデータラインにそれぞれ接続される複数の第2スイッチング素子を含むことができる。
前記ゲートドライバは、関心領域に対するフレーム映像を獲得するために前記関心領域に対応されるゲートラインにオン信号を印加することができる。
前記スイッチドライバは、関心領域に対するフレーム映像を獲得するために前記関心領域に対応するデータラインが接続された第2スイッチング素子にオン信号を印加することができる。
前記ゲートラインに印加されるオン信号と前記第2スイッチング素子に印加されるオン信号は相互同期することができる。
前記X線検出器は、関心領域に関する情報に基づいて前記ゲートドライバ及び前記スイッチドライバから出力するオン信号のタイミングを制御する検出器制御部をさらに含むことができる。
前記検出器制御部は、関心領域に対するフレーム映像が背景領域に対するフレーム映像よりも高いフレームレートに獲得されるように前記ゲートドライバ及び前記スイッチドライバを制御することができる。
本発明の一態様によるX線映像装置は、対象体にX線を照射するX線ソース;前記X線検出器;及び前記X線検出器で獲得したフレーム映像から関心領域に関する情報を獲得して、前記関心領域に関する情報を前記X線検出器に伝達する映像処理部を含む。
前記映像処理部は、前記フレーム映像から関心客体を検出し、前記関心客体の位置、大きさまたは動作特性に基づいて前記関心領域を設定することができる。
前記関心領域に関する情報は、前記関心領域の位置、前記関心領域の大きさ及び前記関心領域の動作特性のうちの少なくとも1つとすることができる。
前記映像処理部は、前記関心客体の検出及び前記関心領域の設定をリアルタイムで実行することができる。
前記X線映像装置は、前記X線ソースと前記X線検出器との間に配置されてX線をフィルタリングする関心領域フィルタと、前記関心領域フィルタを移動させるフィルタ駆動部と、前記関心領域フィルタを前記背景領域に対応する位置に移動させるように前記フィルタ駆動部を制御する制御部とをさらに含むことができる。
前記X線検出器は、前記複数のゲートラインにオン(on)信号を印加するゲートドライバと、前記スイッチング部にオン(on)信号を印加するスイッチドライバとをさらに含むことができる。
前記X線検出器は、前記関心領域に関する情報に基づいて前記ゲートドライバ及び前記スイッチドライバから出力するオン信号のタイミングを制御する検出器制御部をさらに含むことができる。
前記制御部は、前記関心領域に関する情報に基づいて前記関心領域に適用されるフレームレートを設定し、設定されたフレームレートに関する情報を前記検出器制御部に伝達することができる。
前記制御部は、前記背景領域に入射されたX線の線量に基づいて前記背景領域に適用されるフレームレートを設定し、設定されたフレームレートに関する情報を前記検出器制御部に伝達することができる。
本発明の一態様によるX線検出器の制御方法は、関心領域と背景領域に関する情報を受信する段階と、前記関心領域に対するフレーム映像を第1フレームレートによって獲得する段階と、前記背景領域に対するフレーム映像を第2フレームレートによって獲得する段階とを含む。
前記X線検出器は、前記複数のピクセルを行(row)方向に接続する複数のゲートラインと、前記複数のピクセルを列(column)方向に接続する複数のデータラインと、前記複数のデータラインを介して前記複数のピクセルから電気的信号を読み出す読み出し回路と、前記複数のデータラインにそれぞれ接続されて前記複数のデータラインと前記読み出し回路との接続を独立的にオン/オフする複数の第2スイッチング素子とを含むことができる。
前記関心領域に対するフレーム映像を獲得する段階は、前記第1フレームレートにより前記関心領域に対応されるゲートラインにオン信号を印加する段階と、前記関心領域に対応するデータラインが接続された第2スイッチング素子にオン信号を印加する段階とを含むことができる。
前記背景領域に対するフレーム映像を獲得する段階は、前記第2フレームレートにより前記背景領域に対応されるゲートラインにオン信号を印加する段階と、前記背景領域に対応されるデータラインが接続された第2スイッチング素子にオン信号を印加する段階とを含むことができる。
前記第1フレームレートは、前記第2フレームレートよりも大きい値を有することができる。
本発明の一態様によるX線映像装置の制御方法は、対象体にX線を照射する段階と、前記対象体を透過したX線を検出して前記対象体に対するフレーム映像を獲得する段階と、前記対象体に対するフレーム映像から関心領域に関する情報を獲得する段階と、前記関心領域に対するフレーム映像と背景領域に対するフレーム映像を互いに異なるフレームレートによって獲得する段階とを含む。
前記関心領域に関する情報に基づいて前記関心領域に適用されるフレームレートを設定する段階をさらに含むことができる。
前記背景領域に入射されるX線をフィルタリングする段階をさらに含むことができる。
前記背景領域に入射されたX線の線量に基づいて前記背景領域に適用されるフレームレートを設定する段階をさらに含むことができる。
前記関心領域に関する情報は、前記関心領域の動きの大きさを含み、前記関心領域に適用されるフレームレートを設定する段階は、前記関心領域の動きが大きいほど前記関心領域に適用されるフレームレートを大きく設定する段階を含むことができる。
前記背景領域に適用されるフレームレートを設定する段階は、前記背景領域に入射されたX線の線量が少ないほど前記背景領域に適用されるフレームレートを低く設定する段階を含むことができる。
本発明の一態様によれば、関心領域と非関心領域のフレームレートを独立的に制御することで、対象体のX線露出量の減少と高画質の映像獲得を同時に実現することができる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の一態様によるX線検出器、これを含むX線映像装置及びその制御方法の実施形態を詳細に説明する。
X線映像は、対象体の内部領域のうちのX線の透過及び検出が行われる領域が映像化されたものであって、医師や放射線技師のような使用者がX線映像中の一部領域に対する情報だけを必要とするか、あるいは一部領域をさらに注意深く観察したいとする場合がある。以下の実施形態では前記一部領域を関心領域(ROI)とし、関心領域を除く残りの領域を背景領域(background)とする。
図1は、本発明の一実施形態によるX線検出器が有するピクセル構造を概略的に示す図であって、図2は本発明の一実施形態によるX線検出器の構成を概略的に示す図である。
図1を参照すると、X線検出器が2次元に配列されたn×m(m、nは2以上の整数)個のピクセルを含む場合、これらのピクセルのうちの一部が関心領域として設定されることができる。図1の例示では、説明の便宜のために3×3個のピクセルが関心領域として設定されたものとした。個別ピクセルの位置はマトリックス座標で示すことができるので、関心領域ピクセルは、(2、2)、(2、3)、(2、4)、(3、2)、(3、3)、(3、4)、(4、2)、(4、3)、(4、4)の位置のピクセルであり、残りのピクセルが背景領域ピクセルである。
関心領域は、使用者が直接設定するか、またはあらかじめ保存された情報によってX線映像装置が自主的に設定することができる。関心領域の設定に関する内容ついては、X線映像装置に関する実施例で詳しく説明する。
血管造影術(angiography)、X線透視法(fluoroscopy)などのX線診断または手術分野においてX線動映像を撮影する場合、関心領域に対する映像を高いフレームレート(frame rate)で獲得することで関心領域内の動きをさらに細密に捕捉することができる。
しかし、背景領域の場合には、動きがほとんどないか、動きがあるとしても関心対象でないので高いフレームレートを適用する必要性が低い。また、背景領域に相対的に低いフレームレートを適用することで、1つのフレーム映像を獲得するのに使用されるX線の線量(dose)が増加されて映像の品質を向上させることができるという利点がある。
従来のX線検出器は、ピクセルごとにフレームレートを独立的に調節することができなかったので、関心領域と背景領域のフレームレートを異なるように調節することができなかったが、本発明の一実施形態によるX線検出器はピクセルごとにフレームレートを独立的に調節することができる構造を有する。以下、図2を参照して本発明の一実施形態によるX線検出器の構造を具体的に説明する。
図2を参照すると、本発明の一実施形態によるX線検出器100は、X線を検出し、検出されたX線を電気的信号に変換する領域である検出領域110、検出領域110に信号読み出し(read−out)に関するオン/オフ信号を伝送するゲートドライバ120、検出領域110からX線の強さに対応する電気的信号を読み出す読み出し回路130、検出領域110と読み出し回路130の接続をオン/オフするスイッチング部140、スイッチング部140にオン/オフ信号を伝送するスイッチドライバ150及びゲートドライバ120とスイッチドライバ150を制御する検出器制御部160を含む。
検出領域110で検出されたX線を電気的信号に変換する方式としては、直接変換(direct conversion)方式と間接変換(indirect conversion)方式とがある。
直接変換方式では、検出領域110にX線が入射されると検出領域110に備えられた受光素子内部に一時的に電子−正孔対が生成され、受光素子の両端に印加されている電場により電子は陽極に、正孔は陰極に移動するので、読み出し回路130で前記電子または正孔の流れを電気的信号として読み出す。直接変換方式では、a−Se(amorphous selenium)、CdZnTe、HgI2、PbI2などの光電導体(photoconductor)を受光素子として用いることができる。
間接変換方式では、検出領域110が閃光体(scintillator)をさらに備え、入射されたX線が閃光体と反応して可視光線に変換されると変換された可視光線を受光素子が感知して電気的信号に変換する。間接変換方式では、a−Si(amorphous silicon)などのフォトダイオードを受光素子として用いることができ、閃光体としては、薄膜状のGADOX閃光体、マイクロ柱型または針構造型のCSI(T1)などが用いられる。
本発明の一実施形態では、直接変換方式と間接変換方式のうちのいずれを用いることができるが、以下の実施形態では、間接変換方式を適用して説明する。
検出領域110は、前記図1の例示のように2次元に配列されたn×m個のピクセルを含み、それぞれのピクセルには入射されたX線の強さに対応する電荷が生成されるフォトダイオード111、生成された電荷を保存するキャパシタ112及びキャパシタ112に保存された電荷がデータラインDLを介して流れることをオン/オフする第1スイッチング素子113が含まれる。
X線検出器100に入射されたX線が閃光体(図示せず)によって可視光線に変換され、変換された可視光線がフォトダイオード111に到達すると、フォトダイオード111は可視光線の強さに対応する量(amount)の電荷を生成する。生成された電荷はキャパシタ112に保存される。
第1スイッチング素子113にオン信号が入力されると、すなわち、第1スイッチング素子113がオンされるとキャパシタ112に保存された電荷がデータラインDLを介して流れ、オン信号が入力されないと第1スイッチング素子113のオフ状態が維持されてキャパシタ112に電荷が蓄積される。
第1スイッチング素子113の一例としてトランジスタが用いられ、図2の実施形態では、TFT(Thin Film Transistor)を用いるものとする。よって、第1スイッチング素子113のゲートに所定大きさ以上の電圧信号を印加するとキャパシタ112に保存された電荷が第1スイッチング素子113のソースからドレインに流れるようになる。第1スイッチング素子113にオンさせるためにゲートに印加される電圧信号をオン信号またはゲート信号とする。
第1スイッチング素子113は、行(row)ごとにゲートラインGLにより接続され、列(column)ごとにデータラインDLにより接続される。図2の例示では、同一行に配列されたm個の第1スイッチング素子113が1つのゲートラインGLにより接続され、同一列に配列されたn個の第1スイッチング素子113が1つのデータラインDLにより接続される。
ゲートドライバ120は、n個のゲートラインGL(1)、GL(2)、…、GL(n)に順にゲート信号を印加する。ゲートドライバ120がゲートラインGLにゲート信号、すなわちオン信号を印加すると、該当のゲートラインに接続されたm個の第1スイッチング素子113がオンされ、該当のピクセルのキャパシタ112に保存された電荷が第1スイッチング素子113を介してデータラインDLに流れる。すなわち、X線検出器110はラインスキャン(line scan)を介してX線映像を獲得する。
m個のデータラインDL(1)、DL(2)、…、DL(m)を介して伝達する電気的信号は読み出し回路130に入力されるが、データラインの一端、すなわち、検出領域110と読み出し回路130との間にはスイッチング部140が備えられてデータラインと読み出し回路130との接続を選択的にオン/オフする。
スイッチドライバ150がスイッチング部140にオン信号を印加してスイッチング部140がオンされると、検出領域110から伝達する電気的信号が読み出し回路130に入力され、スイッチング部140がオフ状態の場合には電気的信号が読み出し回路130に入力されない。
スイッチング部140は、m個のデータラインごとに独立的に読み出し回路130との接続をオン/オフさせることができるので、以下の図3を参照してスイッチング部140と読み出し回路130の構成を説明する。
図3は、本発明の一実施形態によるX線検出器のスイッチング部と読み出し回路の構成を概略的に示す図である。
図3を参照すると、スイッチング部140は、m個のデータラインにそれぞれ対応するm個の第2スイッチング素子140−1、140−2、…、140−mを含むことができる。第2スイッチング素子は、オン信号が入力されるとオフされ、オン信号が入力されないとオンするものとする。第2スイッチング素子の種類には制限がないので、例えばトランジスタやサイリスタ(thyristor)などの半導体素子が用いられる。
スイッチドライバ150は、m個の第2スイッチング素子を個別的にオン/オフさせることができる。よって、m個のデータラインごとに個別的に読み出し回路130との接続がオン/オフされるので、関心領域に対応するゲートラインにオン信号が入力され、関心領域に対応するデータラインが読み出し回路130と接続されると関心領域に該当するピクセルから電気的信号を読み出すことができる。
関心領域に対応するゲートラインは、関心領域に対応するピクセルが接続されたゲートラインであって、1つのゲートラインに接続されたm個のピクセルのうちの1つでも関心領域に対応するピクセルがあればそのゲートラインは関心領域に対応するゲートラインとなる。
同様に、関心領域に対応するデータラインは、関心領域に対応するピクセルが接続されたデータラインであって、1つのデータラインに接続されたn個のピクセルのうちの1つでも関心領域に対応するピクセルがあればそのデータラインは関心領域に対応するデータラインとなる。
具体的な例として、関心領域が図2に示されたように、すなわち、(2、2)、(2、3)、(2、4)、(3、2)、(3、3)、(3、4)、(4、2)、(4、3)、(4、4)の位置のピクセルが関心領域に対応する場合、ゲートドライバ120は、GL(2)にオン信号を印加し、スイッチドライバ150は、DL(2)、DL(3)、DL(4)に接続された第2スイッチング素子140−2、140−3、140−4にオン信号を印加する。
第1スイッチング素子113のゲートにオン信号が入力されても、データラインに接続された第2スイッチング素子がオンされていなければキャパシタ112に充電された電荷が放電しない。よって、GL(2)に接続されたピクセルのうちのDL(2)、DL(3)、DL(4)に接続されたピクセル、すなわち、(2、2)、(2、3)、(2、4)位置のピクセルだけでキャパシタ112に充電された電荷がデータラインに沿って放電し、残りのピクセルでは電荷がキャパシタ112に蓄積される。
そして、順にGL(3)とGL(4)にオン信号を印加し、第2スイッチング素子140−2、140−3、140−4にオン信号を印加する。ゲートラインに印加されるオン信号と第2スイッチング素子に印加されるオン信号は互いに同期することができる。
上述のように、ピクセルごとに電気的信号を独立的に読み出すことができるので、領域ごとにフレームレートも独立的に制御することができる。フレームレートの制御については、以下の図4A及び図4Bで具体的に説明する。
読み出し回路130は、m個のデータラインにそれぞれ対応するm個の増幅器131aと各増幅器131aの入力端と出力端に接続されたキャパシタ131bを含む。
増幅器131aは、スイッチング部140と接続された第1入力端、基準電圧Vrefが印加される第2入力端及び出力端を含むので、一例として、第1入力端は増幅器131aのマイナス端子であり、第2入力端は増幅器131aのプラス端子とすることができる。出力端はマルチプレクサ132と接続される。
キャパシタ131bの一端は増幅器131aの第1入力端と接続され、他端は増幅器131aの出力端と接続される。また、図示しないが、キャパシタ131bの両端をスイッチで接続してキャパシタ131bに充電された電圧を放電することができる。
増幅器131aから出力された電気的信号はマルチプレクサ132に入力され、マルチプレクサ132は入力された電気的信号を順に外部の映像処理部に伝達する。そのために、マルチプレクサ132は各増幅器131aに対応するスイッチを含むことができる。
図4Aはすべてのピクセルに対して同一フレームレートで電気的信号を獲得する動作を示すタイミング図であり、図4Bは領域ごとに異なるフレームレートを適用して電気的信号を獲得する動作を示すタイミング図である。
フレームレートは、X線検出器でフレーム映像を獲得する速度を示す因子であって、秒当たり獲得するフレーム映像の数(fps)をその単位とすることができる。X線動映像分野では、5fps、10fps、15fps、20fps、30fpsなどの速度でフレーム映像を獲得することができるので、従来にはすべてのピクセルに対して同一フレームレートを適用した。
図4Aを参照すると、n×m個のピクセル全体に同一フレームレートを適用して電気的信号を読み出す場合、一番目のゲートラインGL(1)からn番目のゲートラインGL(n)まで順にゲート信号を印加する。よって、ピクセル全体に対して1つのフレーム映像を獲得するのにかかる時間のフレームタイム(FT)はライン当たりゲート信号印加時間のラインタイム(LT)とラインの個数(n)によって決定される。ここで、ラインは行(row)を意味する。
上述のように、本発明の一実施形態によるX線検出器100は、ピクセルごとに電気的信号を独立的に読み出すことができる。関心領域に対してだけ電気的信号を読み出す場合には、図4Bに示すように、関心領域に対応するゲートラインにだけオン信号を印加すれば良いので、フレームタイムよりもさらに短い時間に関心領域に対するフレーム映像を得ることができる。
例えば、関心領域に対するフレーム映像を背景領域に対するフレーム映像より2倍早い速度で獲得しようとする場合には、図4Bに示すように、関心領域に対するラインスキャンを2回実行する間に、背景領域に対するラインスキャンは1回実行する。すなわち、関心領域に対するフレーム映像を2枚獲得する間に背景領域に対するフレーム映像は1枚獲得する。
背景領域に対するフレーム映像を関心領域に対するフレーム映像と同一フレームレートで獲得する場合と比較すると、フレーム映像を2枚獲得するのに用いるX線の線量が蓄積されて1枚を獲得することになるので、映像の品質が向上する。
関心領域が、上述の図2の例示のような場合、GL(2)、GL(3)、GL(4)だけにゲート信号を順に印加すれば良いので、関心領域に対する1つのフレーム映像を獲得するのにかかる時間(FTR)は全体領域に対するフレーム映像を得るのにかかる時間(FT)の3/nで減る。
図5は、本発明の一実施形態によるX線検出器が電気的信号を獲得する動作を示す他のタイミング図である。図5のタイミング図は、フレーム映像が獲得される任意の時点を示すものである。
上述の図4Bでは、関心領域に対するフレーム映像を背景領域に対するフレーム映像よりも2倍早い速度で獲得する場合を例示したが、図5の例示では、関心領域に対するフレーム映像を30fpsの速度で獲得し、背景領域に対するフレーム映像を5fpsの速度で獲得する場合を例に示した。
この場合、関心領域に対するフレーム映像は1秒に30枚獲得し、背景領域に対するフレーム映像は1秒に5枚獲得する。よって、図5に示すように背景領域に対するフレーム映像が1枚獲得される0.2秒の間に関心領域に対するフレーム映像6枚を獲得することができる。
上述のように、X線検出器100は、関心領域に対するフレーム映像を高いフレームレートで獲得して関心領域内で示される動きをさらに細密に捕捉することができ、動き捕捉の大切さが相対的に低い背景領域に対してはフレーム映像を低いフレームレートで獲得して優れる映像品質を確保することができる。ここで、フレームレートの高低は相対的なものである。
後述のように、X線映像装置は、対象体のX線露出量を減少させるために背景領域に低線量のX線を入射させることができる。低線量のX線が入射された背景領域は映像品質が低下されるおそれがあるが、X線検出器100が背景領域に対するフレーム映像を低いフレームレートで獲得することで、映像品質を回復させることができる。
具体的に、X線検出器100が背景領域に対するフレーム映像を低いフレームレートで獲得する場合、背景領域に該当するピクセルは関心領域に該当するピクセルより低い頻度数で第1スイッチング素子113または第2スイッチング素子140がオンされるので、信号の読み出し周期が長くなって、その分電荷蓄積量が増える。よって、背景領域に低線量のX線が入射されても映像品質の低下を減少させることができる。
図6は、時間によって変化する関心領域の位置と大きさを概略的に示す図であり、図7は、関心領域の位置及び大きさの変化によるX線検出器の素子のオン/オフ状態変化を概略的に示す図である。
X線動映像の撮影中には、図6に示すように、関心領域の位置と大きさが時間によって変化することができる。例えば、X線検出器100が血管造影術に用いられ、関心領域が血管に挿入される手術道具を含む領域の場合、血管内で手術道具の動きによって関心領域の位置と大きさが変化することができる。
図6の例示によれば、3×3の大きさを有し、(2、2)、(2、3)、(2、4)、(3、2)、(3、3)、(3、4)、(4、2)、(4、3)、(4、4)に位置するピクセルに対応する関心領域が、△tほどの時間が経過した後には4×3の大きさを有し、(n−4、m−3)、(n−4、m−2)、(n−4、m−1)、(n−3、m−3)、(n−3、m−2)、(n−3、m−1)、(n−2、m−3)、(n−2、m−2)、(n−2、m−1)、(n−1、m−3)、(n−1、m−2)、(n−1、m−1)に位置するピクセルに対応している。
X線検出器100は、時間による関心領域の位置及び大きさ変化を反映してフレーム映像を獲得することができる。図7を参照すると、関心領域が前記図6の左側に示すような場合には、GL(2)、GL(3)、GL(4)に順にオン信号を印加し、DL(2)、DL(3)、DL(4)にそれぞれ接続された第2スイッチング素子140−2、140−3、140−4をオフする。
そして、△tほどの時間が経過した後に関心領域が前記図6の右側に示すように移動した場合には、GL(n−4)、GL(n−3)、GL(n−2)、GL(n−1)に順にオン信号を印加し、DL(m−3)、DL(m−2)、DL(m−1)にそれぞれ接続された第2スイッチング素子をオフする。
上述においては、検出器制御部160がゲートドライバ120とスイッチドライバ150を制御するものとした。検出器制御部160は、X線検出器100外部の映像処理部から関心領域に関する情報を受信し、ゲートドライバ120とスイッチドライバ150が関心領域に対応するゲートラインと第2スイッチング素子にオン信号を印加するように制御してもよい。
具体的に、検出器制御部160は、関心領域に対応するゲートラインと第2スイッチング素子を選択し、選択されたゲートラインと第2スイッチング素子に印加されるオン信号のタイミングを制御する。このとき、検出器制御部160は、第2スイッチング素子に印加されるオン信号のタイミングを該当のゲートラインに印加されるオン信号のタイミングと同期させることができる。
オン信号のタイミングは、関心領域と背景領域に適用されるフレームレートによって変化するので、各領域に適用されるフレームレートは検出器制御部160で設定するか、X線映像装置に備えられた制御部で設定するか、または使用者が設定することができる。
検出器制御部160やX線映像装置に備えられた制御部でフレームレートを設定する場合には、関心領域内の動作特性を反映して関心領域に適用されるフレームレートを設定することができ、背景領域に入射されたX線の線量を反映して背景領域に適用されるフレームレートを設定することができる。
具体的な例として、関心領域内の動きが大きいほど関心領域に適用されるフレームレートを高く設定し、背景領域に入射されるX線の線量が少ないほど背景領域に適用されるフレームレートを低く設定することができる。
上記図3をさらに参照すると、検出器制御部160は、関心領域に関する情報を受信し、GL(2)、GL(3)、GL(4)を関心領域に対応するゲートラインとして選択し、DL(2)、DL(3)、DL(4)に接続される第2スイッチング素子140−2、140−3、140−4を関心領域に対応する第2スイッチング素子として選択する。
関心領域に対するフレーム映像を獲得するために、検出器制御部160は、先にGL(2)にオン信号を印加し、DL(2)、DL(3)、DL(4)に接続された第2スイッチング素子140−2、140−3、140−4にオン信号を印加する。検出器制御部160は、第2スイッチング素子とGL(2)にオン信号を同時に印加することができる。ここで、検出器制御部160が信号を印加するということは、信号が印加されるようにゲートドライバ120及びスイッチドライバ150を制御するということを意味する。
GL(2)にオン信号の印加が完了すると、GL(3)にオン信号を印加し、同時にDL(2)、DL(3)、DL(4)に接続された第2スイッチング素子140−2、140−3、140−4にオン信号を印加することができる。
GL(3)にオン信号の印加が完了すると、GL(4)にオン信号を印加し、同時にDL(2)、DL(3)、DL(4)に接続された第2スイッチング素子140−2、140−3、140−4にオン信号を印加することができる。
一方、第2スイッチング素子のそれぞれに印加されるオン信号も同時に印加することができるが、X線検出器100を構成する素子の特性によって、ゲート信号が先に到達するピクセルに対応する第2スイッチング素子から順にオン信号が印加されることが可能である。
また、ゲート信号と第2スイッチング素子のオン信号においても検出器100を構成する素子の特性によってゲート信号印加の後に、第2スイッチング素子にオン信号が印加されることが可能である。
以下、X線検出器を含むX線映像装置に関する実施形態を説明する。
図8は、本発明の一実施形態によるX線映像装置の制御ブロック図であり、図9は本発明の一実施形態によるX線映像装置に含まれるX線チューブの構成を示す断面図である。
図8を参照すると、本発明の一実施形態によるX線映像装置200は、X線を発生させて照射するX線ソース210、照射されたX線を検出してフレーム映像を獲得するX線検出器100、フレーム映像から関心領域に関する情報を獲得する映像処理部230、及びX線ソース210を制御する制御部220を含む。
図9を参照すると、X線ソース210は、X線を発生させるX線チューブ211を含むことができる。X線チューブ211のガラス管211a内部には陽極211cと陰極211eが用意され、ガラス管211a内部を高真空状態とさせ、陰極211eのフィラメント211hを加熱して熱電子を発生させる。フィラメントに接続された電気導線211fに電流を印加してフィラメント211hを加熱することができる。
陰極211eは、フィラメント211hと電子を収束させる収束電極211gを含み、収束電極211gをフォーカシングコップ(focusing cup)とも言う。
そして、陽極211cと陰極211eとの間に高電圧を印加すると熱電子が加速されて陽極のターゲット物質211dに衝突しながらX線を発生させる。陽極のターゲット物質211dとしては、Cr、Fe、Co、Ni、W、Moなどの高抵抗材料が用いられる。発生したX線は、ウィンドウ211iを介して外部に照射され、ウィンドウの材料としてはベリリウム(Be)薄膜が用いられる。
陽極211cと陰極211eとの間に加わる電圧を管電圧といい、その大きさは波高値(kvp)で示すことができる。管電圧が増加すると熱電子の速度が増加され、結果的にターゲット物質に衝突して発生するX線のエネルギー(光子エネルギー)が増加される。また、X線の照射方向にフィルタを配置してX線のエネルギーを調節することができるので、ウィンドウ211iの前面または後面に特定波長帯域のX線をフィルタリングするフィルタを位置させて特定エネルギー帯域のX線をフィルタリングすることができる。例えば、アルミニウムや銅のようなフィルタを配置すると、低エネルギー帯域のX線がフィルタリングされて照射されるX線のエネルギーが増加される。
X線チューブ211に流れる電流を管電流といい、平均値mAで表示することができ、管電流が増加するとX線の線量(X線光子の数)が増加される。よって、管電圧によってX線のエネルギーが制御されることができ、管電流及びX線露出時間によってX線の線量が制御されることができる。
本発明の一実施形態によるX線映像装置200は、X線透視法(fluoroscopy)、血管造影術(angiography)などのX線診断分野またはこれを利用する各種手術分野に適用されてX線動映像を生成することができる。X線動映像はリアルタイムに生成して表示されることができる。
X線映像装置200は、X線動映像を生成するためにX線撮影を連続的に実行する。X線撮影を連続的に実行する方式には連続露出方式とパルス露出方式がある。
連続露出方式を適用する場合には、X線チューブ211に低い管電流を連続的に供給してX線を連続的に発生させ、パルス露出方式を適用する場合にはX線を短いパルスの連続によって発生させる。X線映像装置200は前記2つの方式のうちいずれの方式を適用してもよい。
本発明の実施形態において、対象体はX線撮影対象、すなわち、その内部をX線映像に表示しようとする対象を意味し、対象体領域は、対象体を含む所定領域でありX線映像として映像化される領域を意味する。よって、対象体領域はX線映像装置200の撮影領域(FOV)と一致することができる。
対象体領域は、関心領域と背景領域のうちの少なくとも一方を含む。対象体領域のうちの関心領域でない領域は背景領域となるので、関心領域と背景領域に対する詳しい説明は後述する。
さらに図8を参照すると、X線検出器100は、X線を検出して対象体領域に対する複数のフレーム映像を獲得するものであって、上記の図1ないし図7を参照して説明した実施形態によるX線検出器と等しい。
映像処理部230は、対象体領域に対するフレーム映像を分析して関心領域に関する情報を獲得する。フレーム映像の分析に関する具体的な説明は後述する。
制御部220は、X線ソース210を制御することができるので、そのために映像処理部230から関心領域に関する情報の提供を受けて関心領域に関する情報に基づいてX線ソース210を制御するためのパラメータを決定することができる。
また、上述の実施形態で説明した検出器制御部160の機能を制御部220が実行することができる。例えば、X線検出器100に検出器制御部160を集積させることが困難である場合には、X線検出器100が検出器制御部160を備えず、制御部220で同一機能を実行させることができる。
上述で言及したように、X線映像装置200はX線撮影を連続的に実行して対象体領域に関するX線動映像を得ることができる。X線検出器100が獲得したフレーム映像は映像処理部230に入力され、映像処理部230は入力されたフレーム映像を分析して関心領域に関する情報を獲得する。
まず、映像処理部230は、対象体領域に関するフレーム映像から関心客体(object)を検出する。関心客体は客体、対象体、対象等と言及されてもよい。関心客体を検出するために、関心客体の特徴をあらかじめ保存し、対象体領域に関するフレーム映像からあらかじめ記憶している特徴に対応する客体を検出する。例えば、関心客体の形状(shape)、X線吸収特性、動作特性など関心客体が有する特徴のうちのX線映像から検出可能な特徴をあらかじめ記憶しておくことができる。
関心客体は、使用者がX線撮影のうちの持続的に注視すべき客体であって、対象体に挿入される手術道具(instrument)や手術部位とすることができる。例えば、X線映像装置200が血管造影術に用いられる場合、ガイドワイヤ(guide wire)、カテーテル(catheter)、針、風船、ステント(stent)などの手術道具が血管に挿入される場合にこれら手術道具に対する細密な観察が必要である。よって、手術道具を関心客体として設定してその特徴に関する情報をあらかじめ保存することができる。
また、手術部位が関心客体として設定される場合には、狭窄症(stenosis)、動脈瘤(aneurysm)、癌領域(cancerous region)などの部位が関心客体となることができる。
関心客体が検出されると、映像処理部230は検出された関心客体を含む所定領域を関心領域として設定する。関心領域の位置と大きくは、関心客体の位置、大きさ、または関心客体の動作特性を考慮して決定することができる。
図10は、本発明の一実施形態によるX線映像装置で設定可能な関心領域の例示を概略的に示す図である。図10では、血管造影術を用いて血管にステントを挿入する場合を例示したものである。ステント13aは血管の閉塞などを防止するために血管に注入されるもので、網のような形状を有する。ステント13aは折り畳んだ状態で長いチューブ形状のステント器具13の端部分に装着されて血管内に注入され、必要な位置で網状に開くことになる。
図10を参照すると、対象体領域の血管にステント器具13を挿入するためにまずはガイドワイヤ11を挿入する。ステント器具13はガイドワイヤ11に沿って血管に挿入され、ステント器具13が挿入される間はステント器具13、特に端部のステント13aが関心客体とされ、ステント13aを含む所定領域が関心領域となることができる。
ガイドワイヤ11が挿入される間は、ガイドワイヤ11またはガイドワイヤ11の端部(tip)が関心客体とされ、血管に造影剤を注入するためにカテーテルを挿入する間はカテーテルまたはカテーテルの端部が関心客体とされる。
一方、映像処理部230は外部から入力された情報を関心客体の検出に用いられる。例えば、手術道具の種類、手術の種類、手術部位に関する情報、造影剤の注入可否などに関する情報が入力されると、入力された情報に基づいてフレーム映像から関心客体を検出することができる。
一例として、施術しようとする手術が大動脈のステント挿入手術である場合、挿入される手術道具がステント器具であるという情報が入力されると、映像処理部230はあらかじめ保存されたステントの特徴に関する情報を用いて対象体領域に対するフレーム映像から大動脈内のステントを検出する。
映像処理部230は、検出された関心客体を追跡しながら関心客体の動作特性を判断することができ、関心客体の検出、追跡及び関心領域に関する情報獲得は映像処理部230に入力されたフレーム映像のフレームレートによってリアルタイムで行うことができる。ここで、関心領域に関する情報の獲得は関心客体の検出、追跡及びこれに基づいた関心領域の設定を含む。
関心客体の動作特性は関心客体の動きの大きさ、動作方向などのような情報を含む。動きの大きさは速度を含むが、関心客体の動きは所定パターンを有しない場合もある。よって、動きの大きさは速度以外にも動きの程度を示す多様な情報を含むことができる。
関心領域は、関心客体を含む所定領域なので、関心客体によって定義されるので、関心客体の動作特性によって関心領域の動作特性が決定される。
そして、映像処理部230から獲得した関心領域に関する情報、具体的に関心領域の位置、大きさまたは動作特性のような情報は、X線検出器100に伝送されてフレーム映像の獲得を制御するのに用いられる。
一方、映像処理部230は、関心領域に関する情報だけでなく、フレーム映像に示されるノイズ、コントラスト(contrast)などの映像特性に関する情報を獲得することができ、このような特性は制御部220に伝送されてX線撮影条件を制御するのに用いられる。
制御部220は、X線撮影に適用される多様な撮影パラメータを制御する。撮影パラメータは露出パラメータ(exposure parameter)ともいい、X線映像装置200で撮影パラメータを自動で制御することを自動露出制御(Auto Exposure Control)という。
撮影パラメータは、管電圧、管電流、露出時間、フィルタの種類、撮影領域(FOV)、フレームレート、パルスレート、ターゲット物質の種類を含むグループから選択される少なくとも1つとすることができる。
撮影パラメータは対象体領域に対するフレーム映像に基づいて決定することができ、X線撮影を開始する前に入力した事前情報に基づいて決定することができる。以下、上記の場合に関する実施形態を具体的に説明する。
制御部220は、映像処理部230の分析結果に基づいて撮影パラメータを決定することができる。例えば、映像処理部230がフレーム映像を分析して対象体の厚さや密度のような特性が判断されると、制御部220はその判断結果に基づいて対象体の特性に適合する管電圧、管電流、露出時間、フィルタ種類、ターゲット物質種類などの撮影パラメータを決定することができる。
また、制御部220は、映像処理部230で獲得された関心領域に関する情報に基づいて撮影パラメータを決定することができる。一例として、制御部220は関心客体の動きの大きさや関心領域に示された映像の特性に従って関心領域に適用されるフレームレート、管電流、フレーム当たり線量などの撮影パラメータを決定して制御することができる。
例えば、制御部220は、関心客体の動きが大きいほど関心領域に適用されるフレームレートを高く設定して関心客体の動きをさらに細密に捕捉するようにさせる。設定されたフレームレートに関する情報はX線検出器100に伝達される。
また、制御部220は、関心領域のノイズレベルによってフレーム当たり線量を制御することができる。すなわち、X線チューブ211に供給される管電流及び露出時間を制御することができる。例えば、関心領域のノイズレベルがあらかじめ設定された基準値より高ければ、フレーム当たり線量を増加させてノイズレベルを低くし、関心領域のノイズレベルがあらかじめ設定された基準値より低ければ、フレーム当たり線量を減少させて対象体の被爆を低減することができる。
制御部220は、また背景領域に適用されるフレームレートを設定することができるので、フレーム当たり線量と関心領域フィルタ241のフィルタリングとの比率を考慮して背景領域に入射されるX線の線量を推定し、背景領域に入射されるX線の線量に基づいて背景領域に適用されるフレームレートを設定することができる。具体的な例として、背景領域に入射されるX線の線量が少ないほどフレームレートを低く設定することができる。
図11は、フィルタリング部をさらに含むX線映像装置の制御ブロック図であり、図12はフィルタリング部に含まれる関心領域フィルタの側断面図である。図11を参照すると、本発明の一実施形態によるX線映像装置200は、X線ソース210から照射されるX線をフィルタリングするフィルタリング部240をさらに含むことができる。
フィルタリング部240は、X線ソース210から照射されるX線をフィルタリングして非関心領域に関心領域よりも少ない線量のX線が入射されるようにする。これは対象体の被爆を減少させるためのものであって、X線フィルタリングを介して対象体の内部に関する有用な情報を多く含む関心領域には非関心領域よりも相対的に多くの線量のX線を加え、情報量が少ない非関心領域には関心領域よりも少ない線量のX線を加える。
図12を参照すると、フィルタリング部240は、関心領域フィルタ241と関心領域フィルタ241を移動させるフィルタ駆動部243を含む。フィルタ駆動部243はフィルタリング駆動部243等と言及されてもよい。フィルタ駆動部243は動力を発生させるモータと発生された動力を関心領域フィルタ241に伝達するギアなどの機構的構造物を含むことができる。
関心領域フィルタ241は、フィルタ駆動部243によりx、y、z軸に定義される3次元の空間上で移動することができる。具体的な例として、xy平面またはz軸上で移動することができるので、xy平面上での移動は関心領域フィルタ241と背景領域の位置を対応させるためのものであって、z軸上での移動は関心領域フィルタ241と関心領域の大きさを対応させるためのものである。
X線チューブ211の前方、すなわちX線の照射方向にはコリメータ213が配置されることができる。コリメータ231は鉛やタングステンのようにX線を吸収するかまたは遮断する物質で構成されてX線ソース210のX線の照射領域、すなわち撮影領域(FOV)の範囲を調節し、X線の散乱を減少させる。
関心領域フィルタ241は、コリメータ213とX線検出器100との間に位置してX線ソース210から照射されるX線をフィルタリングすることができる。関心領域フィルタ241は、X線を減衰させる物質から形成されることが可能であるので、X線は関心領域フィルタ241を通過することにより減衰し、その線量が低減される。よって、関心領域フィルタ241を対象体領域のうちの背景領域に対応する位置に配置すれば、背景領域に関心領域よりも少ない線量のX線が入射されるようにすることができる。
一般的には、関心領域が背景領域で囲まれるので、関心領域フィルタ241は中空である、すなわち、中に開口部(opening)が形成されたリング状に形成される。
制御部220は、関心領域に関する情報に基づいて関心領域フィルタ241の移動のための制御信号を生成し、生成された制御信号をフィルタ駆動部243に伝送して関心領域フィルタ241を背景領域に対応する位置に移動させることができる。関心領域フィルタ241が背景領域に対応する位置に移動すると、背景領域に入射されるX線は関心領域フィルタ241によってフィルタリングされ、関心領域フィルタ241の開口部を通過したX線は関心領域に入射される。
具体的な例として、制御部220は、関心領域フィルタ241の開口部が関心領域と対応する位置に位置するように関心領域フィルタ241のxy平面上での移動を制御し、関心領域フィルタ241の開口部が関心領域の大きさに対応するように関心領域フィルタ241のz軸上での移動を制御することができる。
X線チューブ111でファンビーム(fan beam)、円錐状ビームまたはコーンビーム(cone beam)状のX線を照射する場合、関心領域フィルタ241がX線チューブ211またはコリメータ213と近くなるほど関心領域フィルタ241に入射されるX線の幅が細くなり、反対の場合は関心領域フィルタ241に入射されるX線の幅が広くなる。関心領域フィルタ241に入射されるX線は幅が広くなるほどフィルタリング領域も広くなる。
したがって、フィルタリング領域を減らし、関心領域を増やそうとする場合には、関心領域フィルタ241をz軸上でX線チューブ211またはコリメータ213の方に移動させ、フィルタリング領域を増やし、関心領域を減らそうとする場合には、関心領域フィルタ241をz軸上でX線チューブ211またはコリメータ213の反対の方に移動させる。
ただし、図12に示す関心領域フィルタ241は、本発明の実施形態に適用される一例示に過ぎず、その外にも背景領域に入射されるX線の線量を減少させる多様なフィルタ構造を適用することができる。
図13は、関心領域と背景領域に入射されたX線の線量を概略的に示す図である。
図13は、関心領域と背景領域を通る任意の直線AB上に入射されるX線の線量を示す。制御部220が関心領域フィルタ241を背景領域に対応する位置に移動させれば図13に示すように背景領域に関心領域よりも少ない線量のX線が入射される。背景領域に低線量のX線が入射されるので、対象体のX線露出を減少させることができる。
背景領域に低線量のX線が入射されると、そのフレーム映像の信号対雑音比が低下されるが、上述のように、X線検出器100が背景領域に対するフレーム映像を低いフレームレートで獲得することで、背景領域に対するフレーム映像の画質低下を防止することができる。
制御部220は、背景領域に入射されたX線の線量を考慮して背景領域に対するフレーム映像のフレームレートを設定することができる。設定されたフレームレートに関する情報はX線検出器100に伝達される。
図14は、関心客体の動作による関心領域の移動を示す図であり、図15は移動する関心領域を追跡する動作を概略的に示す図である。
X線動映像は対象体領域に存在する動きを示し、動きの主体が関心客体の場合には関心客体の動きによって関心領域が移動することができる。一例として、図14に示すように、血管にステント器具13を挿入するステント挿入術を実行する場合、関心客体であるステント13aは血管内の目標位置に移動し、ステント13aの動きによって関心領域も一緒に移動する。
映像処理部230は、関心客体の検出及び追跡をリアルタイムで実行することができるので、図15に示すように、関心領域が移動する場合には映像処理部230がリアルタイムでこれを追跡し、制御部220は関心領域フィルタ241が関心領域の移動に同期されて一緒に移動するように制御する。
また、X線検出器100は、関心領域に関する情報をリアルタイムに受信し、関心領域の移動を反映してピクセルごとにフレームレートを制御する。
図16は、本発明の一実施形態によるX線映像装置の外観図である。
一例として、X線映像装置200は、図16に示すように、C−arm構造を有することができる。X線ソースアセンブリ207とX線検出器100は、C形状のアーム(C−arm)201の両方端部にそれぞれ装着される。C−arm201は連結軸205を介して本体203と連結され、軌道方向(orbital direction)で回転することができる。
X線ソースアセンブリ207の内部には、X線チューブ211、コリメータ213及びフィルタリング部240が備えられることができる。X線ソースアセンブリ207とX線検出器100との間には患者テーブル209が位置して患者テーブル209上に対象体が位置するとX線ソース210が対象体にX線を照射し、X線検出器100が対象体を透過したX線を検出して対象体に対するX線映像を獲得する。
上述のように、X線映像装置200は、対象体に対するリアルタイム動映像を得ることができるので、使用者は複数画面を備えて手術または診断に必要な多くの映像を表示するディスプレイ部272を見ながら手術または診断を実行することができる。
上述に言及したように、映像処理部230が関心領域に関する情報を獲得するか、または制御部220が撮影パラメータを設定する場合において、使用者から入力された情報を利用することができる。使用者はX線映像装置200に備えられた入力部271を介して必要な情報を入力することができる。
以下、本発明の一態様によるX線検出器の制御方法に関する実施形態を説明する。
図17は、本発明の一実施形態によるX線検出器の制御方法に関するフローチャートである。本実施形態には、上述の実施形態によるX線検出器100が適用されることができ、X線検出器100は、n×mの2次元配列を有するピクセルを含むものとする。また、本フローチャートには、フレーム映像獲得のうちの任意の時点において、電気的信号の読み出しに関する一周期だけを示すものとする。
図17を参照すると、まずは関心領域に関する情報を受信する(410)。関心領域に関する情報はX線検出器が含まれたX線映像装置で獲得してX線検出器に伝達することができ、関心領域に関する情報はリアルタイムで受信することができるので、関心領域の位置と大きさは時間によって変化する。
関心領域と背景領域に適用されるフレームレートは、X線映像装置に設定することができ、X線検出器に設定することもできる。以下、上述の実施形態では、関心領域に適用されるフレームレートは、第1フレームレートとし、背景領域に適用されるフレームレートは第2フレームレートとする。本実施形態では、第1フレームレートが第2フレームレートよりも2倍早いものとして設定した場合を例示している。
関心領域に対応するp番目のゲートラインにオン信号を印加する(411)。X線検出器100にn個のゲートラインが含まれた場合、pはn以下の正の整数とすることができる。関心領域に対応するゲートラインは、関心領域に対応するピクセルが接続されたゲートラインを意味するので、関心領域に対応するピクセルが1つでも接続されていれば、関心領域に対応するゲートラインとなる。
そして、関心領域に対応する第2スイッチング素子にオン信号を印加する(412)。関心領域に対応する第2スイッチング素子は、関心領域に対応するピクセルが接続されたデータラインと接続された第2スイッチング素子を意味する。p番目のゲートラインGL(p)にオン信号を印加することと第2スイッチング素子140にオン信号を印加することは、同時に行われるか、または順に行われることができる。
関心領域に対するスキャンがすべて完了しないと(413のいいえの場合)、スキャン対象ゲートラインの順序を1つ増やし(414)、該当のゲートラインと第2スイッチング素子にオン信号を印加する。関心領域に対するスキャンが完了するまで前記動作を繰り返す。
関心領域に対するスキャンが完了したら(413の例)、背景領域と関心領域を含む全体領域に対するスキャンを実行する。具体的に、一番目のゲートラインにオン信号を印加し(415、416)、全体第2スイッチング素子、すなわち、m個の第2スイッチング素子にオン信号を印加する(417)。n番目のゲートラインまでスキャンが完了しなかったら(418の例)、スキャン対象ゲートラインの順序を1つずつ増やしながら418ゲートラインと第2スイッチング素子にオン信号を印加する。
フレーム映像獲得が完了したら(420の例)終了し、完了しなかったら(420のいいえの場合)再び410段階から実行する。
以下、本発明の一態様によるX線映像装置の制御方法に関する実施形態を説明する。
図18は、本発明の一実施形態によるX線映像装置の制御方法に関するフローチャートである。本発明の一実施形態によるX線映像装置の制御方法には、上述のX線映像装置200が用いられることができ、上記図17に適用された過程は本実施形態でも適用される。図18を参照すると、対象体にX線を照射し、対象体を透過したX線を検出して対象体領域に関するフレーム映像を獲得する(430)。対象体にX線を照射することは、連続露出方式、パルス方式のうちのいずれを適用してもよい。
対象体領域に関するフレーム映像から関心領域に関する情報を獲得する(431)。関心領域に関する情報の獲得は、関心客体の検出及び検出された関心客体に基づいた関心領域の設定を含む。関心領域に関する情報は関心領域の位置、大きさまたは動作特性を含み、関心領域の動作特性は関心客体の動作特性によって定義されることができる。関心領域に関する情報はリアルタイムに獲得することができる。
X線検出器が関心領域に関する情報を受信し(432)、関心領域に対応するp番目のゲートラインにオン信号を印加する(433)。X線検出器100にn個のゲートラインが含まれた場合、pはn以下の正の整数となることができる。
そして、関心領域に対応する第2スイッチング素子にオン信号を印加する(434)。p番目のゲートラインGL(p)にオン信号を印加することと第2スイッチング素子140にオン信号を印加することは、同時に行われるか、または順に行われることができる。
関心領域に対するスキャンがすべて完了しなかったら(435のいいえの場合)、スキャン対象ゲートラインの順序を1つ増やし(436)、該当のゲートラインと第2スイッチング素子にオン信号を印加する。関心領域に対するスキャンが完了するまで前記動作を繰り返す。
関心領域に対するスキャンが完了したら(435の例)、背景領域と関心領域を含む全体領域に対するスキャンを実行する。具体的に、一番目のゲートラインにオン信号を印加し(437、438)、全体第2スイッチング素子、すなわち、m個の第2スイッチング素子にオン信号を印加する(439)。n番目のゲートラインまでスキャンが完了しなかったら(440の例)、スキャン対象ゲートラインの順序を1つずつ増やしながら441ゲートラインと第2スイッチング素子にオン信号を印加する。
フレーム映像獲得が完了したら(442の例)終了し、完了しなかったら(442のいいえの場合)再び430段階から実行する。
図19は、背景領域に低線量のX線を入射させるX線映像装置の制御方法に関するフローチャートである。本フローチャートには、フレーム映像獲得のうちの任意の時点において電気的信号読み出しに関する一周期だけを示すものとする。図19を参照すると、対象体にX線を照射し、対象体を透過したX線を検出して対象体領域に関するフレーム映像を獲得する(450)。対象体にX線を照射することは、連続露出方式及びパルス方式のうちのいずれを適用してもよい。
対象体領域に関するフレーム映像から関心領域に関する情報を獲得する(451)。関心領域に関する情報は、関心領域の位置、大きさまたは動作特性を含み、リアルタイムに獲得することができる。
背景領域に関心領域よりも少ない線量のX線が入射されるように、関心領域フィルタを制御する(452)。関心領域フィルタ241は、前記図12に示すように、X線を照射するX線ソース210とX線を検出するX線検出器100との間に位置制御が可能であるように配置されている。よって、関心領域フィルタ241を背景領域に対応する位置に位置させて背景領域に関心領域よりも少ない線量のX線が入射されるようにすることができる。関心領域の設定はリアルタイムで実行されることができ、関心領域が移動すると、これを追跡して関心領域フィルタ140を背景領域に対応する位置に移動させる。
X線検出器が関心領域に関する情報を受信し(453)、関心領域に関する情報に基づいて関心領域に対するフレーム映像と背景領域に対するフレーム映像を獲得する。関心領域に対するフレーム映像は第1フレームレートによって、背景領域に対するフレーム映像は第2フレームレートによって獲得することができるので、第1フレームレートは関心領域に関する情報のうちの関心領域の動きの大きさに基づいて設定することができ、第2フレームレートは背景領域に入射されたX線の線量に基づいて設定することができる。本実施形態では、第1フレームレートが第2フレームレートよりも2倍早く設定されたものとする。
関心領域に対するフレーム映像と背景領域に対するフレーム映像を獲得するため、関心領域に対応するp番目のゲートラインにオン信号を印加する(454)。X線検出器100にn個のゲートラインが含まれた場合、pはn以下の正の整数となることができる。
そして、関心領域に対応する第2スイッチング素子にオン信号を印加する(455)。p番目のゲートラインGL(p)にオン信号を印加することと第2スイッチング素子140にオン信号を印加することは、同時におこなわれるか、または順に行われることができる。
関心領域に対するスキャンがすべて完了しなかったら(456のいいえの場合)、スキャン対象ゲートラインの順序を1つ増やし(457)、該当のゲートラインと第2スイッチング素子にオン信号を印加する。関心領域に対するスキャンが完了するまで前記動作を繰り返す。
関心領域に対するスキャンが完了したら(456の例)、背景領域と関心領域を含む全体領域に対するスキャンを実行する。具体的に、一番目のゲートラインにオン信号を印加し(458、459)、全体第2スイッチング素子、すなわち、m個の第2スイッチング素子にオン信号を印加する(460)。n番目のゲートラインまでスキャンが完了しなかったら(461の例)、スキャン対象ゲートラインの順序を1つずつ増やしながら462ゲートラインと第2スイッチング素子にオン信号を印加する。
フレーム映像の獲得が完了したら(463の例)終了し、完了しなかったら(463のいいえの場合)再び450段階から実行する。
今まで上述したX線検出器及びその制御方法によれば、ピクセルごとに電気的信号を独立的に読み出すことができるので、ピクセルごとにフレームレートを異なるように適用することが可能である。よって、関心領域と非関心領域に対して異なるフレームレートを適用することができたので、関心領域には高いフレームレートを適用して動きを細密に捕捉し、背景領域には低いフレームレートを適用して高品質の映像を獲得することができる。
また、今まで上述したX線映像装置及びその制御方法によれば、関心領域フィルタを用いて背景領域に低線量のX線が入射されることで、対象体のX線露出量を減少させることができ、背景領域に対するフレーム映像は低いフレームレートで獲得することで、線量減少による画質低下問題を防止することができる。
100 X線検出器
110 検出領域
111 フォトダイオード
113 第1スイッチング素子
120 ゲートドライバ
130 読み出し回路
140 第2スイッチング素子を含むスイッチング部
150 スイッチドライバ
160 検出器制御部
110 検出領域
111 フォトダイオード
113 第1スイッチング素子
120 ゲートドライバ
130 読み出し回路
140 第2スイッチング素子を含むスイッチング部
150 スイッチドライバ
160 検出器制御部
Claims (15)
- 入射したX線に対応する電気的信号を出力する2次元に配列された複数のピクセルを含むX線検出器において、
前記複数のピクセルを行方向に接続する複数のゲートラインと、
前記複数のピクセルを列方向に接続する複数のデータラインと、
前記複数のデータラインを介して前記複数のピクセルから電気的信号を読み出す読み出し回路と、
前記複数のデータラインと前記読み出し回路との接続をデータラインごとに独立的にオン/オフするスイッチング部と、
を含むことを特徴とするX線検出器。 - 当該X線検出器は、
前記複数のゲートラインにオン(on)信号を印加するゲートドライバと、
前記スイッチング部にオン(on)信号を印加するスイッチドライバとをさら含み、
前記スイッチング部は、
前記複数のデータラインにそれぞれ接続される複数の第2スイッチング素子を含むことを特徴とする請求項1に記載のX線検出器。 - 前記ゲートドライバは、
関心領域に対するフレーム映像を獲得するために前記関心領域に対応するゲートラインにオン信号を印加し、
前記スイッチドライバは、
前記関心領域に対するフレーム映像を獲得するために前記関心領域に対応するデータラインが接続された第2スイッチング素子にオン信号を印加することを特徴とする請求項2に記載のX線検出器。 - 前記ゲートラインに印加されるオン信号と前記第2スイッチング素子に印加されるオン信号は相互に同期し、
前記関心領域に関する情報に基づいて前記ゲートドライバ及び前記スイッチドライバから出力するオン信号のタイミングを制御する検出器制御部をさらに含むことを特徴とする請求項3に記載のX線検出器。 - 前記検出器制御部は、
前記関心領域に対するフレーム映像が背景領域に対するフレーム映像よりも高いフレームレートで獲得されるように前記ゲートドライバ及び前記スイッチドライバを制御することを特徴とする請求項4に記載のX線検出器。 - 対象体にX線を照射するX線ソースと、
前記請求項1のX線検出器と、
前記X線検出器で獲得したフレーム映像から関心領域に関する情報を獲得し、前記関心領域に関する情報を前記X線検出器に伝達する映像処理部と、
を含むことを特徴とするX線映像装置。 - 前記映像処理部は、
前記フレーム映像から対象体を検出し、前記対象体の位置、大きさまたは動作特性に基づいて前記関心領域を設定することを特徴とする請求項6に記載のX線映像装置。 - 前記関心領域に関する情報は、
前記関心領域の位置、前記関心領域の大きさ及び前記関心領域の動作特性のうちの少なくとも1つであることを特徴とする請求項7に記載のX線映像装置。 - 前記X線ソースと前記X線検出器との間に配置され、X線をフィルタリングする関心領域フィルタと、
前記関心領域フィルタを移動させるフィルタ駆動部と、
前記関心領域フィルタが背景領域に対応する位置に移動するように前記フィルタ駆動部を制御する制御部と、
をさらに含むことを特徴とする請求項7又は8に記載のX線映像装置。 - 前記X線検出器は、
前記複数のゲートラインにオン(on)信号を印加するゲートドライバと、
前記スイッチング部にオン(on)信号を印加するスイッチドライバとさらに含み,
前記X線検出器は、
前記関心領域に関する情報及び前記関心領域と前記背景領域に適用されるフレームレートに基づいて前記ゲートドライバ及び前記スイッチドライバから出力するオン信号のタイミングを制御する検出器制御部をさらに含むことを特徴とする請求項9に記載のX線映像装置。 - 前記制御部は、
前記関心領域に関する情報に基づいて前記関心領域に適用されるフレームレートを設定し、設定されたフレームレートに関する情報を前記検出器制御部に伝達し、
前記制御部は、
前記背景領域に入射されたX線の線量に基づいて前記背景領域に適用されるフレームレートを設定し、設定されたフレームレートに関する情報を前記検出器制御部に伝達することを特徴とする請求項10に記載のX線映像装置。 - 入射したX線に対応する電気的信号を出力する2次元に配列された複数のピクセルを含むX線検出器の制御方法において、
関心領域に関する情報を受信する段階と、
前記関心領域に対するフレーム映像を第1フレームレートによって獲得する段階と、
背景領域に対するフレーム映像を前記第1フレームレートと異なる第2フレームレートによって獲得する段階と、
を含むことを特徴とするX線検出器の制御方法。 - 前記X線検出器は、
前記複数のピクセルを行方向に接続する複数のゲートラインと、
前記複数のピクセルを列方向に接続する複数のデータラインと、
前記複数のデータラインを介して前記複数のピクセルから電気的信号を読み出す読み出し回路と、
前記複数のデータラインにそれぞれ接続されて前記複数のデータラインと前記読み出し回路との接続を独立的にオン/オフする複数の第2スイッチング素子を含み、
前記関心領域に対するフレーム映像を第1フレームレートによって獲得する段階は、
前記第1フレームレートによって前記関心領域に対応されるゲートラインにオン信号を印加する段階と、
前記関心領域に対応するデータラインが接続された第2スイッチング素子にオン信号を印加する段階と、
を含むことを特徴とする請求項12に記載のX線検出器の制御方法。 - 前記第1フレームレートは、前記第2フレームレートよりも大きい値を有することを特徴とする請求項12又は13に記載のX線検出器の制御方法。
- 対象体にX線を照射する段階と、
前記対象体を透過したX線を検出して前記対象体に対するフレーム映像を獲得する段階と、
前記対象体に対するフレーム映像から関心領域に関する情報を獲得する段階と、
前記関心領域に対するフレーム映像と背景領域に対するフレーム映像を互いに異なるフレームレートによって獲得する段階と、
を含むことを特徴とするX線映像装置の制御方法。
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