JP6009799B2 - Ｘ線画像撮影装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置等のＸ線画像撮影装置に係り、Ｘ線管の管電流と管電圧の２次元マップ上に被曝線量を表す画像を表示するＸ線画像撮影装置に関する。

従来、Ｘ線画像撮影装置として、例えばＸ線コンピュータ断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ装置）が用いられている。Ｘ線ＣＴ装置は、被検体にＸ線管からのＸ線を曝射し、被検体を透過したＸ線をＸ線検出器にて検出して測定データを収集するものであり、Ｘ線管とＸ線検出器とを回転させ、各角度にて得られた収集データを基に画像の再構成を行ない、ＣＴ画像を得るものである。
Ｘ線ＣＴ装置では、Ｘ線管の管電圧と管電流を設定してデータ収集を行うが、管電圧と管電流を固定した状態で撮影してデータ収集を行うと、被検体の物理的寸法（体重、身長など）によって画質が変化するため、画質を高めるには、管電圧と管電流を高く設定したり、管電圧と管電流のいずれかを変調して撮影を行うようにしている。

また撮影する被検体の部位によっても適正なＸ線量が異なる。例えば、頭部、胸部、腹部などに応じて、体厚の厚い部分には高エネルギーのＸ線を照射し、より薄い部分には低エネルギーのＸ線を照射するようにしている。一般的には、管電圧を一定として、管電流を変調して各部位毎の画質を確保するようにしている。またＸ線ＣＴ装置おいて、デュアルエナジー（Dual Energy）スキャンを採用することもある。デュアルエナジースキャンとは、同一の部位を撮影する際に、管電圧を変えて２種類以上のＸ線エネルギーで撮影し、それぞれのエネルギー毎の画像を得るものである。

一方、管電流や管電圧を変えて撮影する場合、例えば、管電流や管電圧を高くすると患者の被曝線量が増加する。従来、被曝線量が規定値を超えないようにするため、被曝線量を表す指標として、コンソール上にＣＴＤＩvolやＤＬＰを表示することが一般的に行われている。ＣＴＤＩ（CT Dose Index Volume）はＸ線の密度を表し、ＤＬＰ（Dose Length Product）は総線量を表し、リファレンス線量を表す指標値である。リファレンス量（ＣＴＤＩvol、ＤＬＰ）は、例えば、被検者の体重、身長、年齢等によって設定される。

しかしながら、上記の表示は、あくまでもＩＥＣ規格上の要求事項としての対応に留まっているのが現状である。また被曝線量の変化を数値で表示する例もあるが、数値での情報提供では、管電流モジュレーション（又は管電圧モジュレーション）や、デュアルエナジースキャン等の複雑な撮影プロトコルの被曝線量の変化を表現することは難しかった。

特開２００３−１０１６８号公報

発明が解決しようとする課題は、設定した撮影プロトコルにおける被曝線量を、管電圧−管電流の２次元マップ上で表現するＸ線画像撮影装置を提供することにある。

実施形態に係るＸ線画像撮影装置は、被検体にＸ線を曝射するＸ線管と、前記Ｘ線管と対向配置したＸ線検出器とを含む撮影部と、前記Ｘ線管の管電流及び管電圧を含む複数の撮影条件を入力し、前記撮影部での撮影プロトコルを設定する入力部と、前記管電圧と前記管電流で示される２次元マップ上に、前記撮影プロトコルに基づく撮影中での被曝線量の変化を表す画像を重ね合わせた指標画像を作成する画像作成部と、前記画像作成部で作成した前記指標画像を表示する表示部と、を具備する。

一実施形態に係るＸ線画像撮影装置の構成を示すブロック図。 一実施形態において表示部に表示される指標画像の一例を示す説明図。 一実施形態における指標画像の作成例を示す説明図。 一実施形態における指標画像の他の表示例を示す説明図。 一実施形態における指標画像のさらに他の表示例を示す説明図。

以下、実施形態に係るＸ線画像撮影装置について図面を参照して詳細に説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付す。

（第1の実施形態）
図１は、一実施形態に係るＸ線画像撮影装置の構成を示すブロック図であり、Ｘ線ＣＴ装置を例に示している。Ｘ線ＣＴ装置１００は、架台１０とコンピュータシステム２０から構成される。架台１０は、被検体Ｐに関する投影データを収集するもので、回転フレーム１１、Ｘ線管１２、Ｘ線検出器１３、データ収集部１４、非接触型のデータ伝送装置１５、スリップリング１６、架台駆動部１７を含む。

回転フレーム１１は、回転駆動するリングであり、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３を搭載している。この回転フレーム１１の中央部分は開口しており、開口部に、寝台（図示せず）の天板１８に載置された被検体Ｐが挿入される。

Ｘ線管１２は、Ｘ線を発生する真空管であり、Ｘ線管１２には、Ｘ線の曝射に必要な電力（管電流、管電圧）が高電圧発生部２８（後述）からスリップリング１６を介して供給される。Ｘ線管１２は、供給された高電圧により電子を加速させターゲットに衝突させることで、有効視野領域内に載置された被検体Ｐに対してＸ線を曝射する。

Ｘ線検出器１３は、被検体Ｐを透過したＸ線を検出するものであり、Ｘ線管１２に対向して回転フレーム１１に取り付けられている。Ｘ線検出器１３は、例えばマルチスライスタイプの検出器であり、シンチレータとフォトダイオードを組み合わせて構成した複数の検出素子が、二次元的に配列されている。Ｘ線管１２とＸ線検出器１３は撮影部を構成する。

データ収集部１４は、ＤＡＳ(Data Acquisition System) と呼ばれ、Ｘ線検出器１３からチャンネルごとに出力される信号を電圧信号に変換し、増幅し、さらにデジタル信号に変換する。このデジタルデータは、非接触型のデータ伝送装置１５を介してコンピュータシステム２０に送られる。

架台駆動部１７は、回転フレーム１１を回転駆動する。回転フレーム１１の回転駆動により、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３とが対向しながら、被検体Ｐの体軸をほぼ中心として回転することになる。この回転と同時に天板１８を被検体Ｐの対軸方向に沿うように移動させれば、螺旋状に被検体をスキャンする所謂ヘリカルスキャンが可能となる。

コンピュータシステム２０は、前処理部２１、システム制御部２２、記憶部２３、再構成処理部２４、データ処理部２５、表示部２６、入力部２７、高電圧発生部２８を含む。また、バスライン２０１とネットワークインターフェース２９を含む。ネットワークインターフェース２９は、ネットワークＮＷに接続され、Ｘ線ＣＴ装置１００で取得した情報を外部装置（例えばＰＣなど）に出力し、外部装置からの情報をＸ線ＣＴ装置１００に入力することができる。

前処理部２１は、データ収集部１４からの生データを、非接触データ伝送装置１５を介して受け取り、感度補正やＸ線強度補正を行う。システム制御部２２は、バスライン２０１に接続され、Ｘ線ＣＴ装置１００の全体的な制御を行い、スキャン処理、信号処理、画像生成処理、画像表示処理等を行う。

前処理部２１によって各種の補正を受けた生データは、「投影データ」と呼ばれ、バスライン２０１を介して記憶部２３に一旦記憶される。再構成処理部２４は、複数種類の再構成法を装備し、操作者によって選択された再構成法により画像データを再構成する。

データ処理部２５は、再構成処理部２４によって生成された再構成画像データに対して、ウィンドウ変換、ＲＧＢ処理等の表示のための画像処理を行い、表示部２６に出力する。また、データ処理部２５は、オペレータの指示に基づき、任意断面の断層像、任意方向からの投影像、３次元画像等の生成を行い、表示部２６に出力する。また記憶部２３は、生データのほかに、再構成処理した断層像データ等の画像データを記憶する。

表示部２６は、データ処理部２５から入力したコンピュータ断層画像等のＣＴ画像を表示する。また、被曝線量を、管電圧−管電流の２次元マップ上に表示する（詳細は、図２以降で説明する）。入力部２７は、キーボードや各種スイッチ、マウス等を備え、オペレータによってＸ線管の管電圧や管電流等を設定することができ、各種スキャン条件等を入力する。高電圧発生部２８は、スリップリング１６を介して、Ｘ線の曝射に必要な電力をＸ線管１２に供給する。

またシステム制御部２２は、入力部２７から入力された管電圧や管電流等の条件をもとに撮影プロトコルを設定し、スキャン処理において、設定された撮影プロトコルに基づいて、高電圧発生部２８を制御する。またシステム制御部２２は、架台駆動部１７及び天板１８を制御して、被検体の体軸方向への送り量、送り速度、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３の回転速度、回転ピッチ、及びＸ線の曝射タイミング等を制御する。こうして、Ｘ線ＣＴ画像のデータ収集（スキャン）処理を行うことができる。

尚、管電圧や管電流を設定する場合は、例えば、体重、身長、年齢等によって予め設定された基準値を記憶部に記憶しておき、その基準値を参照して、実際の患者の物理的な寸法に応じて管電圧や管電流が入力され、撮影プロトコルが設定される。また検査部位によっても管電圧、管電流の設定が行われ、胸部、内臓等を適正な画質で収集できるようにする。

さらにシステム制御部２２は、入力部２７の操作により管電圧、管電流が設定されたときに、設定した値をもとに被曝線量を算出する。また算出した被曝線量を示す指標画像を作成し、表示部２６の表示画面上に作成した指標画像を表示する。指標画像は、管電圧と管電流で示される２次元マップ上に被曝線量を表す画像を重ね合わせた画像である。したがって、システム制御部２２は、管電圧と管電流の少なくとも一方を変化させたときの被曝線量を算出し、管電圧と管電流で示される２次元マップ上に被曝線量を表す画像を重ね合わせた指標画像を作成する画像作成部を構成する。

図２は、表示部２６に表示される指標画像の一例を示す説明図である。図２において、指標画像３０は、２次元マップ３１と２次元マップ３１上に重ね合わせた被曝線量を表す画像３２で成る。

２次元マップ３１は、縦軸の管電流［ｍＡ］と、横軸の管電圧［ｋＶ］で表される。２次元マップ３１は、さらに管電流と管電圧で規定される複数の領域Ａ１，Ａ２…Ａ５に区分され、それぞれの領域Ａ１，Ａ２…Ａ５が異なる色で表示されている。例えば管電流と管電流がともに低い領域Ａ１は青色で表示され、管電流と管電流が高くなる領域Ａ２…Ａ５ほど赤に近い色で表示される。尚、図２では２次元マップ３１を５つの領域Ａ１〜Ａ５に区分した例を示しているが、さらに多くの領域に区分してもよいし、少ない領域に区分してもよい。

また被曝線量を表す画像３２は、入力部２７で設定した管電流と管電圧によって、２次元マップ３１上での位置や大きさが変わる。例えば管電圧を一定（例えばＶ１）として管電流を変える管電流モジュレーションにおいては、被曝線量を表す画像３２は縦軸方向に延びる画像として表示される。通常は、管電流モジュレーションにより各部位を撮影することが多いため、管電流の変化に応じて被曝線量を表す画像３２は、縦軸方向に変わる。また管電圧を高く設定するほど、管電流を変えたときに被曝線量は増加するため、管電圧が高く設定されるほど（例えばＶ２，Ｖｎで示す）被曝線量を表す画像３２１，３２２は大きくなる。

例えば、図３（ａ）に示すように、大体は点線枠４１で示す平均的な量と所定の分布内にあるが、瞬間的に大きくなったり、小さくなり、ピーク値（max／min）を呈する場合がある。したがって、撮影プロトコル毎に予め平均的な被曝線量と、最大−最少の範囲（max-min）を取得しておくことにより、管電流及び管電圧の条件が入力されたときに、対応する被曝線量を表す画像３２を作成することができる。

被曝線量を表す画像３２は、図３（ｂ）で示すように、平均レベルと分布を枠４１で示し、ピーク値（max，min）を矢印４２，４３で模式化して表示する。これにより、管電流又は管電圧を変化したときに、平均的な被曝線量と最大値、最小値を表示することができる。

また、２次元マップ３１の内、管電流と管電圧がともに高くなり、被曝線量が許容値を越える危険領域をＡ５とし、危険領域の手前の領域をＡ４とすると、被曝線量を表す画像３２がこれらの領域内に表示された場合は、画像３２を点滅させるなどの警告表示をするとよい。これにより、検査者（操作者）は、管電流、管電圧を設定し直し、被曝線量を表す画像３２が、危険領域Ａ５（又はＡ４）から外れた他の領域、例えば領域Ａ１〜Ａ３内に表示されるように管電流、管電圧を修正することができる。

図４は、指標画像３０他の表示例を示す説明図である。図４は、管電圧-管電流の２次元マップ３１上に、管電流を一定として管電圧を変える管電圧モジュレーションの場合の被曝線量を表す画像３２を重ね合わせたものである。図４では、被曝線量を表す画像３２が、管電圧の変化により横軸方向に延びる画像として表示される。一般的には、管電圧を一定として、管電流を変える場合がほとんどであるが、管電圧を変えてＸ線を照射することもあるため、このような表示も有効である。

図５は、指標画像３０のさらに他の表示例を示す説明図である。図５の例は、管電流と管電圧の両方を変えた場合の被曝線量を表す画像３２を示す。一般的には、管電圧を一定として管電流を変える場合が多いが、デュアルエナジー（Dual Energy）スキャンを行うような場合は、図５の表示が適しており、被曝線量を表す画像３２は、管電流と管電圧に対応して横軸と縦軸に対して斜め方向の画像として表示される。

デュアルエナジースキャンでは、被検体の同一の部位に対して高い管電圧によるＸ線エネルギーと低い管電圧によるＸ線エネルギーのもとでそれぞれ管電流を変えて撮影を行い、線質の異なるＸ線を用いて得られた２つのＸ線画像データを用いて診断を行う。したがって、管電流と管電圧の両方を変えて撮影する場合は、図５のような被曝線量を表す画像３２を表示し、画像３２が危険領域（例えば領域Ａ５又はＡ４）内に入らないように管電流と管電圧を設定する。

こうして、被曝線量を表す画像３２を含む指標画像３０を表示することができるため、撮影計画時に適正な被曝線量になるように撮影プロトコルを設定することができる。また、実際に撮影している状態においても、リアルタイムに被曝線量を表す画像３２を表示することができるため、危険領域に近づいたときは検査者（操作者）に警告表示して設定し直すように喚起することができる。図５において、被曝線量を表す画像３２３は、危険領域Ａ４，Ａ５内に入った状態を示しており、警告するため画像３２３を例えば点滅したり色を変えて表示する。

上述したように、被曝線量を表す画像３２は、管電流と管電圧の２次元マップの上に表示され、かつ管電流と管電圧に応じて、表示される位置や大きさが変わるため、単なる数値を表示するよりも、直感的に被曝線量がどの程度のレベルであるかを知らせることができる。したがって、被曝線量が許容範囲なのか危険領域にあるのかを視覚的に把握することができる。

また図２，４，５では、管電流モジュレーション、管電圧モジュレーション、デュアルエナジーの撮影プロトコルにおける被曝線量を表す画像を表示する例を掲げたが、これらは、いずれも撮影中に被曝線量の変化を伴う複雑なプロトコルである。したがって、これらの被曝線量について、最大-最小の範囲や、統計的な分布として視覚的に示すことによって、そのプロトコルでの被曝線量の変化を視覚的に捕らえやすくすることができる。

以上述べたように本発明の実施形態によれば、撮影プロトコルに応じて被曝線量の変化を視覚的に表示することができ、かつ視覚的に行うことが可能となる。

尚、以上の実施形態では、Ｘ線ＣＴ装置を例に説明したが、Ｘ線管とＸ線検出器を含む装置であれば適用可能である。例えばＸ線管とＸ線検出器をＣアームに固定し、Ｃアームを寝台の天板に載置した被検体の体軸方向に移動したり、被検体の体軸周りに回転して、異なる角度方向から被検体を撮影するアンギオ装置と呼ばれるＸ線画像撮影装置に適用することもできる。

また２次元マップにおける管電流と管電圧で規定される複数の領域Ａ１，Ａ２…Ａｎをそれぞれ異なる色で区分して表示する例を述べたが、同色系の色で濃淡を変えて表示し、例えば危険領域Ａ５は濃い赤色で表示し、領域Ａ１は、薄い赤色で表示するようにしても良い。また複数の領域Ａ１，Ａ２…Ａｎを等高線表示したり、グラデュエーション表示するようにしても良い。また被曝線量を示す画像３２も図示した例に限らず、他の形状で表示してもよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を述べたが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００…Ｘ線画像撮影装置
１０…架台
１１…回転フレーム
１２…Ｘ線管
１３…Ｘ線検出器
１４…データ収集部
１５…データ伝送装置
２０…コンピュータシステム
２１…前処理部
２２…システム制御部
２３…記憶部
２４…再構成処理部
２５…データ処理部
２６…表示部
２７…入力部
２８…高電圧発生部

Claims (7)

1. 被検体にＸ線を曝射するＸ線管と、前記Ｘ線管と対向配置したＸ線検出器とを含む撮影部と、
   前記Ｘ線管の管電流及び管電圧を含む複数の撮影条件を入力し、前記撮影部での撮影プロトコルを設定する入力部と、
   前記管電圧と前記管電流で示される２次元マップ上に、前記撮影プロトコルに基づく撮影中での被曝線量の変化を表す画像を重ね合わせた指標画像を作成する画像作成部と、
   前記画像作成部で作成した前記指標画像を表示する表示部と、
   を具備するＸ線画像撮影装置。
2. 前記画像作成部は、前記２次元マップ上に表示される前記撮影プロトコルに基づく撮影中での前記被曝線量の変化を表す画像の位置と大きさを、前記管電流及び管電圧の設定値に合わせて変化させる請求項１記載のＸ線画像撮影装置。
3. 前記画像作成部は、前記撮影プロトコルに基づく撮影中での前記被曝線量の変化を表す画像として、前記管電流と管電圧に対応した被曝線量の平均レベルと最大値及び最小値を示す画像を作成する請求項１又は２記載のＸ線画像撮影装置。
4. 前記画像作成部は、前記２次元マップを、前記管電流と管電圧の増加に合わせて複数の領域に区分する請求項１乃至請求項３の内のいずれか一項に記載のＸ線画像撮影装置。
5. 前記画像作成部は、複数の領域に区分された前記２次元マップの予め設定した領域に、前記撮影プロトコルに基づく撮影中での前記被曝線量の変化を表す画像が表示されたときは、警告表示を行う請求項４記載のＸ線画像撮影装置。
6. 前記画像作成部は、前記２次元マップの前記複数の領域を異なる色で区分する請求項４又は５記載のＸ線画像撮影装置。
7. 前記画像作成部は、前記指標画像を撮影計画時に作成するとともに、前記撮影プロトコルに基づくリアルタイム撮影時に前記指標画像を作成して、前記表示部に表示する請求項１乃至請求項６の内のいずれか一項に記載のＸ線画像撮影装置。

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