JP7099544B2

JP7099544B2 - Ｘ線撮影装置およびｘ線画像の表示角度調整方法

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Publication number: JP7099544B2
Application number: JP2020556523A
Authority: JP
Inventors: 慎一郎森; 剛岡本
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2038-11-15
Also published as: WO2020100250A1; CN113038880A; JPWO2020100250A1

Description

この発明は、Ｘ線撮影装置およびＸ線撮影装置を使用して表示部に表示されるＸ線画像の表示角度を調整するＸ線画像の表示角度調整方法に関する。

例えば、循環器系等の検査および手術を行う場合に使用されるＸ線撮影装置は、Ｘ線管を備えたＸ線照射部と、Ｘ線照射部から照射され被検者を通過したＸ線を検出するフラットパネルディテクタ等のＸ線検出器と、円弧状の案内部を有しＸ線管とＸ線検出器とを支持する略Ｃ字状のＣ型アームと、円弧状の案内部と係合することによりＣ型アームをスライド可能に支持するスライド機構と、スライド機構を介してＣ型アームを水平方向を向く軸心を中心に回動可能に支持する回動機構と、Ｃ型アームを鉛直軸周りに旋回させる旋回機構と、を備えている。Ｘ線検出器により検出されたＸ線によるＸ線画像は、液晶表示パネル等の表示部に表示される。

このようなＸ線撮影装置においては、Ｃ型アームを旋回させたときには、表示部に表示されるＸ線画像も回転することになり、画像の方向が変更される。このため、従来、Ｃ型アームの旋回角度に対応させてＸ線検出器を回動させることにより、表示部に表示されるＸ線画像の向きが一定となるようにしている（特許文献１参照）。

図７は、このような従来のＸ線撮影装置によりＸ線画像の向きを調整する状態を模式的に示す平面図である。なお、この図においては、アーム１３により支持されたフラットパネルディテクタ３２により検出されたＸ線によるＸ線画像を、表示部としてのモニター１７に表示するときの状態を示している。

図７において左側に示すように、アーム１３が回動していない状態においてフラットパネルディテクタ３２により検出されたＸ線によるＸ線画像は、モニター１７上において正立した状態で表示される。これに対して、アーム１３が旋回した状態においてフラットパネルディテクタ３２により検出されたＸ線によるＸ線画像は、図７において中央に示すように、モニター１７上において傾斜した状態で表示される。このＸ線画像を正立した状態で表示するためには、図７において右側に示すように、アーム１３に対してフラットパネルディテクタ３２を回動させればよい。

特開平１１－２２６００１号公報

アーム１３の旋回角度が小さいときには、アーム１３に対してフラットパネルディテクタ３２を小さな角度で回動させるだけで、モニター１７に表示されるＸ線画像を正立した状態とすることができる。しかしながら、アーム１３の旋回角度が大きくなったときには、アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の回動角度も大きなものとする必要がある。フラットパネルディテクタ３２をアーム１３に対して、例えば、３６０度のように大きな角度で回動させるためには、配線の処理等が必要となり、大がかりな機構が必要となる。また、アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の回動角度が大きくなれば、フラットパネルディテクタ３２が回動を開始してから回動が終了するまでに長い時間が必要となる。

これに対して、フラットパネルディテクタ３２をアーム１３に対して回動させるかわりに、フラットパネルディテクタ３２により検出されたＸ線によるＸ線画像を画像処理によって回転させることも考えられる。しかしながら、このような構成を採用した場合においては、Ｘ線画像を回転させるための補完計算に伴って、モニター１７に表示されるＸ線画像の画質が低下するという問題が生ずる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、アームに対するＸ線検出器の回動機構を簡易なものとしながら、Ｘ線画像を適正な角度に速やかに回転させることが可能なＸ線撮影装置およびＸ線画像の表示角度調整方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、Ｘ線照射部とＸ線検出器とを対向する状態で支持するアームと、前記アームを鉛直軸周りに旋回させるアーム旋回機構と、前記Ｘ線検出器で検出されたＸ線画像を表示する表示部と、を備えたＸ線撮影装置において、前記アームの旋回角度を検出する旋回角度検出器と、前記Ｘ線検出器を前記アームに対して、少なくとも９０度の範囲で回動させる回動機構と、前記Ｘ線検出器の前記アームに対する回動角度を検出する回動角度検出器と、前記表示部に表示するＸ線画像を、画像処理により９０度毎の角度で回転させる画像処理部と、前記アームの旋回角度をθ１、前記画像処理部による画像の回転角度をθ２、前記アームに対する前記Ｘ線検出器の回動角度をθ３としたときに、θ１＝θ２＋θ３となるように、前記画像処理部を制御して前記画像処理部による画像の回転角度θ２を９０度毎に変更するとともに、前記回動機構を制御して前記回動機構による前記アームに対する前記Ｘ線検出器の回動角度θ３を９０度より小さい角度の範囲で変更する制御部と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、Ｘ線照射部とＸ線検出器とを対向する状態で支持するアームと、前記アームを鉛直軸周りに旋回させるアーム旋回機構と、前記Ｘ線検出器で検出されたＸ線画像を表示する表示部と、を備えたＸ線撮影装置において、前記Ｘ線検出器を前記アームに対して、少なくとも９０度の範囲で回動させる回動機構と、前記表示部に表示するＸ線画像を、画像処理により９０度毎の角度で回転させる画像処理部と、を備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のＸ線撮影装置を使用して前記表示部に表示されるＸ線画像の表示角度を調整するＸ線画像の表示角度調整方法であって、前記アームの旋回角度をθ１、前記画像処理部による画像の回転角度をθ２、前記アームに対する前記Ｘ線検出器の回動角度をθ３としたときに、θ１＝θ２＋θ３となるように、前記アームの旋回角度θ１に対して、前記画像処理部による画像の回転角度θ２を９０度毎に変更するとともに、前記アームに対する前記Ｘ線検出器の回動角度θ３を９０度より小さい角度の範囲で変更することを特徴とする。

請求項１から請求項３に記載の発明によれば、Ｘ線検出器により検出されたＸ線画像を、画像処理により９０度毎に角度で回転させるとともに、アームに対するＸ線検出器の回動により９０度より小さい角度で回転させることにより、表示部に表示されるＸ線画像を適正な角度に配置することが可能となる。このため、アームに対するＸ線検出器の回動範囲を少なくとも９０度の範囲とすることにより、アームに対するＸ線検出器の回動機構を簡易なものとすることができる。また、アームに対するＸ線検出器の回動角度を９０度より小さい角度とすることができることから、表示部に表示されるＸ線画像を適正な角度に配置するまでの時間を短時間とすることが可能となる。そして、画像処理によるＸ線画像の回転は９０度毎であることから、画像の回転に伴う画質の低下を防止することが可能となる。

この発明の第１実施形態に係るＸ線撮影装置の斜視図である。撮影台車１を図１とは逆側から見た斜視図である。フラットパネルディテクタ３２をＣ型アーム１３の先端の支持部３３に対して回動させるための回動機構の概要図である。この発明に係るＸ線撮影装置の主要な制御系を示すブロック図である。Ｃ型アーム１３の旋回角度θ１、画像処理部５１によりモニター１７に表示される画像の回転角度θ２、Ｃ型アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の回動角度θ３の関係を説明するための説明図である。Ｃ型アームの旋回角度θ１と、画像処理部５１による画像の回転角度θ２と、Ｃ型アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の回動角度θ３との関係を示す表である。従来のＸ線撮影装置によりＸ線画像の向きを調整する状態を模式的に示す平面図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係るＸ線撮影装置の斜視図であり、図２は、その撮影台車１を図１とは逆側から見た斜視図である。このＸ線撮影装置は、外科において手術を行うときにＸ線透視やＸ線撮影を実行するためのものであり、撮影台車１と、モニター台車２とを備える。

撮影台車１は、本体１１と、Ｘ線管２１と、このＸ線管２１から照射されるＸ線の照射野を規定するコリメータ２３を有するＸ線照射部と、Ｘ線管２１から照射され被検者を通過したＸ線を検出するＸ線検出器としてのフラットパネルディテクタ３２と、これらのＸ線照射部およびフラットパネルディテクタ３２とを対向する状態で支持するＣ型アーム１３とを備える。なお、矩形状の形状を有するフラットパネルディテクタ３２は、Ｃ型アーム１３の先端の支持部３３により支持されており、支持部３３の内部に配設された回動機構の作用により、Ｃ型アーム１３に対して回動する。

本体１１は台車状の構造を有し、この本体１１には、方向変更用の車輪である前輪１０と、図示しないモータの駆動により回転する駆動車輪である左右一対の後輪１２と、本体１１の進行方向を操作するための左右一対のハンドル２５とが配設されている。本体１１内には、指定された条件でＸ線撮影またはＸ線透視を実行するための撮影制御と、後述するフラットパネルディテクタ３２の回動制御およびＸ線画像の回転制御とを含む各種の制御を実行するための制御部５０（図４参照）が内設されている。

Ｃ型アーム１３は、略円弧状の形状を有し、Ｘ線管２１およびコリメータ２３からなるＸ線照射部と、Ｘ線検出器としてのフラットパネルディテクタ３２とを、Ｘ線照射部からフラットパネルディテクタ３２に至るＸ線の軸線がＣ型アーム１３の円弧の直径と一致する状態で支持している。このＣ型アーム１３は、支持部１４に対してスライド可能に支持されている。また、支持部１４は、本体１１に配設され、支持部１４をＣ型アーム１３等とともに、水平軸周りに回転させる連結部２４に連結されている。この連結部２４は、本体１１に対して、鉛直軸周りに旋回する。このため、Ｃ型アーム１３は、連結部２４の旋回に伴って、Ｘ線管２１、コリメータ２３およびフラットパネルディテクタ３２とともに、鉛直軸周りに旋回する。このＣ型アーム１３の旋回角度は、連結部２４の支軸に配設されたロータリエンコーダやポテンショメータからなる旋回角度検出器４７（図４参照）により検出される。

また、図２に示すように、本体１１の上面部には、ＬＣＤタッチパネル２６が配設されている。このＬＣＤタッチパネル２６には、Ｘ線透視またはＸ線撮影のために必要とされる各種の操作項目を示す複数の操作スイッチや、Ｘ線透視画像または撮影画像等が表示される。

一方、モニター台車２は、フラットパネルディテクタ３２により検出されたＸ線によるＸ線画像を表示するための表示部としてのモニター１７を支持するとともに、収納式のキーボード等から構成される入力部１６を備えた筐体１５を備える。この筐体１５は、複数の車輪１８、１９の作用により、移動可能となっている。

図３は、フラットパネルディテクタ３２をＣ型アーム１３の先端の支持部３３に対して回動させるための回動機構の概要図である。

フラットパネルディテクタ３２は、下面（Ｘ線検出面）に対して垂直方向を向く（Ｘ線検出面の法線方向を向く）支軸４１と連結されている。この支軸４１は、矩形状を成すフラットパネルディテクタ３２の中心に配置されている。この支軸４１は、ベアリング４２の作用により回転可能に支持されており、その上端付近にはギア４３が固定されている。このギア４３は、モータ４５の回転軸に固定されたギア４４と噛合している。このため、フラットパネルディテクタ３２は、モータ４５の駆動により、支軸４１を中心に回転する。フラットパネルディテクタ３２の回動角度は、モータ４５に付設されたロータリエンコーダまたはポテンショメータからなる回動角度検出器４６により検出される。なお、フラットパネルディテクタ３２の回転角度範囲は、少なくとも９０度の範囲となっている。すなわち、フラットパネルディテクタ３２は、９０度の範囲（例えば、プラスマイナス４５度の範囲）で回動すればよい。これにより、Ｃ型アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の配線等を含む回動機構を簡易なものとすることができる。

図４は、この発明に係るＸ線撮影装置の主要な制御系を示すブロック図である。

上述したＸ線撮影装置は、装置全体を制御する制御部５０を備える。この制御部５０は、ソフトウエアがインストールされたコンピュータから構成される。この制御部５０に含まれる各部の機能は、コンピュータにインストールされているソフトウエアを実行することで実現される。この制御部５０は、機能的構成として、モニター１７に表示するＸ線画像を画像処理により９０度毎の角度で回転させる画像処理部５１と、画像処理部５１によるＸ線画像の回転角度θ２とＣ型アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の回動角度θ３とを演算する角度演算部５２とを備える。この制御部５０は、上述したＸ線管２１、フラットパネルディテクタ３２、入力部１６、モニター１７、モータ４５、回動角度検出器４６および旋回角度検出器４７と接続されている。

次に、以上のような構成を有するＸ線撮影装置において、Ｃ型アーム１３の旋回に伴って回転するＸ線画像を適正な角度に回転させる動作について説明する。図５は、Ｃ型アーム１３の旋回角度θ１、画像処理部５１によりモニター１７に表示される画像の回転角度θ２、Ｃ型アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の回動角度θ３の関係を説明するための説明図である。

図５においては、Ｃ型アーム１３が撮影台車１に対して角度θ１だけ旋回した状態を示している。なお、このＣ型アーム１３の旋回は、オペレータがＣ型アーム１３を保持して旋回させる手動動作により実行される。但し、Ｃ型アーム１３をモータ等の駆動により旋回させる構成を採用してもよい。

Ｃ型アーム１３が角度θ１だけ旋回したときには、表示部としてのモニター１７に表示されるＸ線画像も回転することになる。このため、このＸ線撮影装置においては、Ｃ型アーム１３の旋回時に、制御部５０の指令により、図４に示す画像処理部５１を制御して画像処理部５１による画像の回転角度θ２を変更するとともに、図３に示す回動機構を制御して回動機構によるＣ型アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の回動角度θ３を変更する。

この場合においては、図４に示す角度演算部５２が、Ｃ型アーム１３の旋回角度をθ１、画像処理部５１による画像の回転角度をθ２、Ｃ型アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の回動角度をθ３としたときに、θ１＝θ２＋θ３となるように、角度θ２と角度θ３を演算する。そして、角度演算部５２の演算結果に基づいて制御部５０から指令を送信し、画像処理部５１を制御して画像処理部５１による画像の回転角度θ２を９０度をひとつの単位として９０度毎に変更するとともに、回動機構を制御して回動機構によるＣ型アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の回動角度θ３を９０度より小さい角度の範囲で変更する。

図６は、Ｃ型アーム１３の旋回角度θ１と、画像処理部５１による画像の回転角度θ２と、Ｃ型アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の回動角度θ３との関係を示す表である。

例えば、Ｃ型アーム１３の旋回角度θ１が４５度であるときには、画像処理部５１による画像の回転角度θ２を０度とし、Ｃ型アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の回動角度θ３を４５度とする。Ｃ型アーム１３の旋回角度θ１が１００度であるときには、画像処理部５１による画像の回転角度θ２を９０度とし、Ｃ型アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の回動角度θ３を１０度とする。Ｃ型アーム１３の旋回角度θ１が１７０度であるときには、画像処理部５１による画像の回転角度θ２を９０度とし、Ｃ型アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の回動角度θ３を８０度とする。Ｃ型アーム１３の旋回角度θ１が２００度であるときには、画像処理部５１による画像の回転角度θ２を１８０度とし、Ｃ型アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の回動角度θ３を２０度とする。

なお、Ｃ型アーム１３の旋回角度θ１が１７０度であるときに、画像処理部５１による画像の回転角度θ２を１８０度とし、Ｃ型アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の回動角度θ３を逆方向に１０度（－１０度）としてもよく、Ｃ型アーム１３の旋回角度θ１が２００度であるときに、画像処理部５１による画像の回転角度θ２を２７０度とし、Ｃ型アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の回動角度θ３を逆方向に７０度（－７０度）としてもよい。同様に、θ１が２００度である時に、これを逆方向に１６０度（－１６０度）であるとして取り扱ってもよい。

角度演算部５２は、正逆方向の回転をも考慮してθ２およびθ３を決定する。このとき、フラットパネルディテクタ３２の回転に要する時間をより短くするため、θ３が最も小さくなるようなθ２およびθ３を選択することが好ましい。

画像処理部５１によりＸ線画像を回転させる場合においては、Ｘ線画像を回転させるための補完計算に伴って、モニター１７に表示されるＸ線画像の画質が低下するという問題が生ずる。しかしながら、Ｘ線画像を９０度の単位で９０度毎に回転させたときには、行列変換等を利用して補完演算を行うことなく画像を回転させることができる。このため、上述した構成を採用した場合においては、モニター１７に表示されるＸ線画像の画質が低下することはない。

また、上述した構成を採用した場合においては、フラットパネルディテクタ３２の回転角度範囲は少なくとも９０度の範囲とすればよく、フラットパネルディテクタ３２は、９０度の範囲で回動すればよい。これにより、Ｃ型アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の配線等を含む回動機構を簡易なものとすることができる。また、Ｃ型アーム１３に対するフラットパネルディテクタ３２の回動角度が小さくなることから、モニター１７に表示されるＸ線画像を適正な角度に配置するまでの時間を短時間とすることが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、フラットパネルディテクタ３２をＣ型アーム１３に対してモータ４５の駆動で回動させているが、フラットパネルディテクタ３２をオペレータが手動で回動させる構成としてもよい。また、上述した実施形態においては、画像処理部５１により画像を自動的に回転させているが、オペレータの指令に基づいて画像処理部５１によりＸ線画像を９０度をひとつの単位として９０度毎に回転させてもよい。

また、上述した実施形態においては、フラットパネルディテクタ３２の回動角度θ３をモータ４５に付設されたロータリエンコーダまたはポテンショメータからなる回動角度検出器４６により検出しているが、角度θ３を支持部３３等に設けられた目盛り等により認識するようにしてもよい。さらに、上述した実施形態においては、Ｃ型アーム１３の旋回角度θ１を連結部２４の支軸に配設されたロータリエンコーダやポテンショメータからなる旋回角度検出器４７により検出しているが、角度θ１を本体１１等に設けられた目盛り等により認識するようにしてもよい。このような構成を採用した場合においては、目盛り等により認識された角度θ１または角度θ３を、オペレータが入力部１６から入力し、角度演算部５２が入力された値に基づいてθ２およびθ３を演算するとともに、必要に応じ、演算結果をＬＣＤタッチパネル２６に表示すればよい。

１撮影台車
２モニター台車
１１本体
１３Ｃ型アーム
１５筐体
１６入力部
１７モニター
２１Ｘ線管
２３コリメータ
３２フラットパネルディテクタ
３３支持部
４５モータ
４６回動角度検出器
４７旋回角度検出器
５０制御部
５１画像処理部
５２角度演算部

Claims

Ｘ線照射部とＸ線検出器とを対向する状態で支持するアームと、
前記アームを鉛直軸周りに旋回させるアーム旋回機構と、
前記Ｘ線検出器で検出されたＸ線画像を表示する表示部と、
を備えたＸ線撮影装置において、
前記アームの旋回角度を検出する旋回角度検出器と、
前記Ｘ線検出器を前記アームに対して、少なくとも９０度の範囲で回動させる回動機構と、
前記Ｘ線検出器の前記アームに対する回動角度を検出する回動角度検出器と、
前記表示部に表示するＸ線画像を、画像処理により９０度毎の角度で回転させる画像処理部と、
前記アームの旋回角度をθ１、前記画像処理部による画像の回転角度をθ２、前記アームに対する前記Ｘ線検出器の回動角度をθ３としたときに、θ１＝θ２＋θ３となるように、前記画像処理部を制御して前記画像処理部による画像の回転角度θ２を９０度毎に変更するとともに、前記回動機構を制御して前記回動機構による前記アームに対する前記Ｘ線検出器の回動角度θ３を９０度より小さい角度の範囲で変更する制御部と、
を備えたことを特徴とするＸ線撮影装置。
Ｘ線照射部とＸ線検出器とを対向する状態で支持するアームと、
前記アームを鉛直軸周りに旋回させるアーム旋回機構と、
前記Ｘ線検出器で検出されたＸ線画像を表示する表示部と、
前記Ｘ線検出器を前記アームに対して、少なくとも９０度の範囲で回動させる回動機構と、
前記表示部に表示するＸ線画像を、画像処理により９０度毎の角度で回転させる画像処理部と、
を備えたＸ線撮影装置を使用して前記表示部に表示されるＸ線画像の表示角度を調整するＸ線画像の表示角度調整方法であって、
前記アームの旋回角度をθ１、前記画像処理部による画像の回転角度をθ２、前記アームに対する前記Ｘ線検出器の回動角度をθ３としたときに、θ１＝θ２＋θ３となるように、前記アームの旋回角度θ１に対して、前記画像処理部による画像の回転角度θ２を９０度毎に変更するとともに、前記アームに対する前記Ｘ線検出器の回動角度θ３を９０度より小さい角度の範囲で変更することを特徴とするＸ線画像の表示角度調整方法。