(57)【要約】【課題】フラッド画像の線量過多と被検体画像の線量不足とをともに解決すること。【解決手段】本Ｘ線診断装置は、略Ｃ形アーム６０と、略Ｃ形アームを回転自在に支持する支持機構１０と、略Ｃ形アームの回転を駆動する回転駆動部２２と、略Ｃ形アームに搭載されるＸ線管１２と、Ｘ線管に対向する向きで略Ｃ形アームに搭載されるＸ線検出器１４と、Ｘ線管及びＸ線検出器で第１管電圧のもとで撮影したフラッド画像のデータを記憶する記憶部１９と、Ｘ線管及びＸ線検出器で第１管電圧より高い第２管電圧のもとで撮影した被検体に関する撮影角の異なる複数の画像各々からフラッド画像を差分して３次元画像を再構成する画像再構成部２７、３４とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略Ｃ形アームと、
前記略Ｃ形アームを回転自在に支持する支持機構と、
前記略Ｃ形アームの回転を駆動する回転駆動部と、
前記略Ｃ形アームに搭載されるＸ線管と、
前記Ｘ線管に対向する向きで前記略Ｃ形アームに搭載されるＸ線検出器と、
前記Ｘ線管及び前記Ｘ線検出器で第１管電圧のもとで撮影した少なくとも１フレームのフラッド画像のデータを記憶する記憶部と、
前記Ｘ線管及び前記Ｘ線検出器で前記第１管電圧より高い第２管電圧のもとで撮影した被検体に関する撮影角の異なる複数の画像各々から前記フラッド画像を差分して３次元画像を再構成する画像再構成部とを具備することを特徴とするＸ線診断装置。
【請求項２】
前記第２管電圧のもとで撮影したと実質的に等価になるように前記フラッド画像を補正する補正部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線診断装置。
【請求項３】
前記補正部は、前記フラッド画像に補正係数αを乗算し、かつ前記フラッド画像の収集管電圧を前記第２管電圧に変換することを特徴とする請求項２記載のＸ線診断装置。
【請求項４】
前記補正部は、前記フラッド画像の管電圧、Ｘ線パルス幅、ゲインのいずれか一つに補正係数αを乗算し、かつ前記フラッド画像の収集管電圧を前記第２管電圧に変換することを特徴とする請求項２記載のＸ線診断装置。
【請求項５】
前記フラッド画像は、前記第２管電圧のもとで撮影したと実質的に等価になるように補正されていることを特徴とする請求項１記載のＸ線診断装置。
【請求項６】
前記第２管電圧が被検体の状態に応じて変更可能であり、実質的に等価になるように前記フラッド画像を補正する第２管電圧の値毎の補正係数を記憶する変換係数記憶部を有し、第２管電圧のもとで撮影した被検体に関する撮影角の異なる複数の画像各々から前記フラッド画像を差分する際、Ｘ線条件の差異を補正係数を入れて補正することを特徴とする請求項１記載のＸ線診断装置。
【請求項７】
前記補正部は、前記フラッド画像に対しローパスフィルタリングを施すことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項記載のＸ線診断装置。
【請求項８】
前記補正部は前記フラッド画像に対し２次関数もしくはそれより高次の関数で画像輝度分布にフィッティングし、フィッティングの残差に対し１未満の減弱係数をかけた上で再度フィッティング画像を足し合わせることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項記載のＸ線診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆる回転撮影によるローコントラストイメージングの可能なＸ線診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ローコントラストイメージングでは、例えば管電圧１００ｋＶのもとで撮影した被検体に関する撮影角の異なる複数の画像（被検体画像という）各々から、フラッド画像（無減衰画像ともいう）を差分し、その複数の差分画像からＸ線コンピュータ断層撮影装置のような再構成技法を使って３次元画像を再構成するというＣＴライクイメージングとも呼ばれる技法である。このローコントラストイメージングでは、フラッド画像を被検体画像と同じ管電圧で取得する必要がある。
【０００３】
フラッド画像は、Ｘ線管とＸ線検出器との間に何も配置しないで撮影をする。そのためフラッド画像を被検体画像と同じ管電圧で取得すると、線量過多になり、ハレーションが起こったり、Ｘ線条件と画像輝度との関係が不安定になってしまう。フラッド画像を６０〜８０ｋＶで撮影をすることにより、線量過多が抑えられ、Ｘ線条件と画像輝度との関係が安定化する。
【０００４】
しかし、フラッド画像に合わせて、被検体画像を例えば８０ｋＶで撮影をすると、線量不足になってしまったり、ビームハードニングの影響で画質が低下することがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、フラッド画像の線量過多と被検体画像の線量不足とをともに解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ある局面において、略Ｃ形アームと、前記略Ｃ形アームを回転自在に支持する支持機構と、前記略Ｃ形アームの回転を駆動する回転駆動部と、前記略Ｃ形アームに搭載されるＸ線管と、前記Ｘ線管に対向する向きで前記略Ｃ形アームに搭載されるＸ線検出器と、前記Ｘ線管及び前記Ｘ線検出器で第１管電圧のもとで撮影した少なくとも１フレームのフラッド画像のデータを記憶する記憶部と、前記Ｘ線管及び前記Ｘ線検出器で前記第１管電圧より高い第２管電圧のもとで撮影した被検体に関する撮影角の異なる複数の画像各々から前記フラッド画像を差分して３次元画像を再構成する画像再構成部とを具備することを特徴とするＸ線診断装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、フラッド画像の線量過多と被検体画像の線量不足とをともに解決するこができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明に係るＸ線診断装置を好ましい実施形態により説明する。  
図１に示すように、Ｘ線診断装置は、Ｘ線撮影機構１０を有する。Ｘ線撮影機構１０は、図２に示すように、Ｘ線管１２とＸ線検出器１４とを有する。Ｘ線検出器１４は、イメージインテンシファイア１５とＴＶカメラ１６とから構成される。または、検出器１４は、マトリクス状に配列された半導体検出素子を有するフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ：平面型Ｘ線検出器）で構成されてもよい。Ｘ線管１２とＸ線検出器１４とは、互いに対向する向きで、Ｃ形アーム６０に搭載される。寝台の天板５０上の被検体Ｐは、Ｘ線管１２と検出器１４との間に配置される。Ｃ形アーム６０は、天井ベース６３から吊り下げられる支柱６４、または床置きスタンドに支持される。Ｃ形アーム６０は、直交３軸Ａ，Ｂ，Ｃに関して回転可能である。回転駆動部２２は、支柱６４の内部に収容される。回転駆動部２２は、Ｃ形アーム６０を矢印Ａ，Ｂに個別に回転するための２つの動力源を有する。Ｃ形アーム６０は、回転駆動部２２で高速にプロペラのように回転されることができる。
【０００９】
上述のように回転駆動部２２で高速にプロペラのようにＣ形アーム６０を回転しつつ、投影角度を変化させながら例えば０．５度間隔で撮影を繰り返し、得られた回転角度例えば２００度分の４００パターンのＸ線強度分布（Ｘ線画像）を収集する。Ｘ線画像信号は、カメラコントローラ２１内のアナログディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）でディジタル信号に変換される。画像メモリ２５は、被検体の複数のＸ線画像に関するデータを主に記憶するために設けられている。
【００１０】
フラッド画像記憶部１９は、少なくとも１フレームのフラッド画像のデータを記憶するために設けられている。フラッド画像は、出荷時、定期点検時、又は被検体の撮影直前に撮影される。フラッド画像は、典型的には、定期的に実施されるキャリブレーションの一ステップとして撮影される。フラッド画像は、図４に示すように、Ｘ線管１２とＸ線検出器１４の間に、１．８ｍｍ厚のアルミ製の線質フィルタだけを介在させた状態で撮影される。フラッド画像の撮影条件としては、被検体の撮影条件で設定された管電圧とは無関係に所定の管電圧、例えば８０ｋＶに設定される。そして、Ｘ線のパルス幅は、フラッド画像の撮影条件で設定されたパルス幅Ｙｍｓｅｃに対して、変換係数αを乗じたα×Ｙｍｓｅｃに変換して記録される。さらに、フラッド画像の撮影管電圧は８０ｋＶに設定されているが、記録上は１００ｋＶとして扱われる。後述するように、変換係数αは、管電圧８０ｋＶで撮影したフラッド画像を、管電圧１００ｋＶで撮影したものとして記録されるフラッド画像に変換する場合、０．６２である。変換係数α＝０．６２は、８０ｋＶで撮影したフラッド画像を、１００ｋＶで撮影したフラッド画像と同等になるように変換するものであり、他の９０ｋＶ、１１０ｋＶ等で撮影したフラッド画像と同等になるように変換する場合には、それぞれに対応する変換係数が予め決定されて記憶されている。対応する管電圧の相違する複数の変換係数は、被検体の撮影条件の管電圧に従ってフラッド画像変換部２６において選択的に用いられる。なおここではパルス幅Ｙｍｓｅｃに対し、変換係数αを乗算しているが、それに限定されるものではなく、代わりに管電流ＸｍＡ、検出器ゲインＺのどちらか一方に乗算しても良い。
【００１１】
なお、第２管電圧のもとで撮影したと実質的に等価になるようにフラッド画像を修正する方法は以下の方法がある。１）変換係数αをフラッド画像の画素値毎にかけてフラッド画像を変換し、フラッド画像の収集管電圧を第２管電圧に変換する方法。２）フラッド画像自体には何もしないで、Ｘ線パルス幅に対しαをかける変換を行い、フラッド画像の収集管電圧を第２管電圧に変換する方法。つまりＸ線パルス幅がＹｍｓｅｃだとすると、フラッド画像に登録するパルス幅をＹαｍｓｅｃに変更する。３）フラッド画像自体には何もしないで、管電流に対しαをかける変換を行い、フラッド画像の収集管電圧を第２管電圧に変換する方法。つまり管電流がＸｍＡだとすると、フラッド画像に登録する管電流をＸαｍＡに変更する。４）フラッド画像自体には何もしないで、検出器のゲインに対しαをかける変換を行い、フラッド画像の収集管電圧を第２管電圧に変換する方法。つまり検出器のゲインがＺだとすると、フラッド画像に登録する検出器のゲインをＺαに変更する。上記変換１）〜４）の内、どれか１つで修正できます。但し１番目の方法１）は画像全体を変換処理しなくてはならないので、好適には下の３つ２）〜４）のどれかを用いる方が容易である。
【００１２】
サブトラクション部２７は、８０ｋＶのフラッド画像から変換された見掛け上１００ｋＶのフラッド画像を、実際に１００ｋＶで撮影した被検体に関する撮影角度の相違する複数のＸ線画像各々をＸ線条件の差異を考慮しながら差分する。３次元再構成部３４は、複数の差分画像に基づいて３次元画像（ＣＴライクイメージ）を再構成する。３次元画像処理部３５では再構成された第１の３次元画像を例えばボリュームレンダリングなどの方法により３次元的な画像に変換する。再構成方法の１例としては、ここではFeldkamp等によって提案されたフィルタードバックプロジェクション法の場合を示すと、４００フレームの差分画像に対して例えばShepp & LoganやRamachandranのような適当なコンボリューションフィルタをかける。次に逆投影演算を行うことにより再構成データが得られる。ここで再構成領域は、Ｘ線管１２の全方向へのＸ線束に内接する円筒として定義される。この円筒内は、例えばディテクタ１４の１検出素子の幅に投影される再構成領域中心部での長さｄで３次元的に離散化され、離散点のデータの再構成像を得る必要がある。但しここでは離散間隔の１例を示したが、これは様々な手法があるので、基本的には装置によって定義された離散間隔を用いれば良い。３次元的な画像のデータはアナログディジタル変換器（Ｄ／Ａ）３６を介して表示部３７に表示される。
【００１３】
図３には、変換係数αの決定手順を示している。ここでは、８０ｋＶのフラッド画像から見掛け上１００ｋＶのフラッド画像に変換するための変換係数αの決定手順の例を示している。変換係数αは、出荷時又は定期点検時に決定される。まず、管電圧を１００ｋＶに設定し（Ｓ１１）、図４に示すようにＸ線管１２とＸ線検出器１４の間に１．８ｍｍ厚のアルミ製の線質フィルタだけを介在させた状態で、ｍＡｓ値を変化させながら繰り返し線量が検出される（Ｓ１２）。ここで、ｍＡｓ値は、管電流値（ｍＡ）とＸ線パルス幅（ｓｅｃ）との積で表される。複数の線量値Ｄｏｓｅが複数のｍＡｓ値との関係において図５に示すように分布される（Ｓ１３）。線量／ｍＡｓ値の関係が一次方程式で近似され、その傾斜Ａが決定される（Ｓ１４）。
【００１４】
次に、管電圧を８０ｋＶに設定し（Ｓ１５）、Ｘ線管１２とＸ線検出器１４の間に１．８ｍｍ厚のアルミ製の線質フィルタだけを介在させた状態で、Ｓ１２と同様に、ｍＡｓ値を変化させながら繰り返し線量が件される（Ｓ１６）。複数の線量値Ｄｏｓｅが複数のｍＡｓ値との関係において図６に示すように分布される（Ｓ１７）。線量／ｍＡｓ値の関係が一次方程式で近似され、その傾斜Ｂが決定される（Ｓ１８）。
【００１５】
変換係数αは、Ｂ／Ａによって求められる。  
ここで、視野径ＦＯＶ、線源検出器間距離ＳＩＤに対する変換係数αの依存性の有無について検証する。ＦＯＶを通常の選択肢である１６インチと１２インチとで切り換える。それとともにＳＩＤを通常の選択肢である１２０センチメートルと１１０センチメートルとで切り換える。それぞれの条件に対し図３のフローチャートで求める変換係数αの結果を図７に示す。基本的には、視野径ＦＯＶ、線源検出器間距離ＳＩＤに対する変換係数αの依存性は無く、共通して用いることができる。
【００１６】
図８に、ローコントラストイメージング（ＣＴライクイメージング）の手順を模式的に示している。まず、キャリブレーション時に、Ｘ線管１２とＸ線検出器１４の間に１．８ｍｍ厚のアルミ製の線質フィルタだけを介在させた状態で、管電圧８０ｋＶでフラッド画像が撮影される。フラッド画像変換部２６は、フラッド画像の撮影条件で設定されたパルス幅Ｙｍｓｅｃに対して、変換係数αを乗じたα×Ｙｍｓｅｃに変換して記録する。さらに撮影管電圧は１００ｋＶに変換して記録する。
【００１７】
それにより、８０ｋＶで撮影したフラッド画像が、被検体の撮影条件の管電圧と同じ１００ｋＶで撮影したフラッド画像に変換される。見掛け上１００ｋＶのフラッド画像のデータは、フラッド画像記憶部２８に記憶される。
【００１８】
次に、被検体がＸ線管１２とＸ線検出器１４の間に１．８ｍｍ厚のアルミ製の線質フィルタとともに配置され、設定された管電圧１００ｋＶで被検体に関する複数のＸ線画像がいわゆる回転撮影手順のもとで撮影される。例えば、撮影角度が１度ずつ相違する４００枚のＸ線画像が撮影される。
【００１９】
被検体に関する複数のＸ線画像はそれぞれ見掛け上１００ｋＶのフラッド画像とサブトラクション部２７においてＸ線条件の差異を考慮しながら差分される。３次元再構成部３４において複数の差分画像に基づいて３次元画像（ＣＴライクイメージ）が再構成される。本実施形態では被検体の撮影管電圧を１００ｋＶ固定としているが、本発明は固定ｋＶに限定されるものではなく、例えば９０ｋＶから１２０ｋＶの間で可変としても良い。その場合、フラッド画像の収集管電圧、例えば８０ｋＶに対する９０ｋＶから１２０ｋＶに対する変換係数を変換係数記憶部２８に記憶しておき、パルス幅Ｙｍｓｅｃに対する変換はフラッド画像には適用せず、被検体に関する複数のＸ線画像とフラッド画像をサブトラクションする際に、Ｘ線条件の差異の計算の中で変換係数αの寄与分を考慮して計算する。
【００２０】
本実施形態によれば、フラッド画像の線量過多と被検体画像の線量不足とをともに解決することができる。
【００２１】
本実施形態ではフラッド画像を８０ｋＶで撮影し、被検体を１００ｋＶのようなより高ｋＶで撮影している。高ｋＶで撮影すると一般的には影が薄くなることが知られているが、被検体を透過した平均Ｘ線エネルギーは１００ｋＶのＸ線管球から出力したＸ線の平均エネルギーよりビームハードニング効果によりさらに高エネルギーとなっていることがある。その結果散乱線除去グリッドのような不均一な構造の影の影響をより受け難くなり、被検体画像とブラッド画像とをそのままでサブトラクションすると、影の影響が残差として残ってしまうことがある。そこでフラッド画像に対し、影の影響を薄めるような変換を行う。変換の１つの方法はローパスフィルタリングであり、もう一つの方法は２次関数かそれ以上の高次関数でフラッド画像の輝度パターンにフィッティングを行い、そのフィッティングとの残差に対し１未満の減弱係数をかけた上で再度フィッティング画像を足し合わせる方法である。
【００２２】
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係るＸ線診断装置の構成図。
【図２】図１のＸ線撮影機構の外観図。
【図３】本実施形態において、８０ｋＶのフラッド画像を１００ｋＶのフラッド画像に変換するための変換係数αの決定手順を示す図。
【図４】図３の工程Ｓ１２、Ｓ１６の撮影状態を示す図。
【図５】図３の工程Ｓ１３、Ｓ１４の補足図。
【図６】図３の工程Ｓ１７、Ｓ１８の補足図。
【図７】本実施形態において、視野径ＦＯＶ、線源検出器間距離ＳＩＤに対する変換係数αの依存性の評価結果を示す図。
【図８】本実施形態において、実際の回転撮影における変換係数αを使った処理手順を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
１０…Ｘ線撮影機構、１２…Ｘ線管、１４…Ｘ線検出器、１９…フラッド画像記憶部、２０…システムコントローラ、２１…カメラコントーラ、２２…回転駆動部、２３…回転コントローラ、２５…画像メモリ、２６…フラッド画像変換部、２７…サブトラクション部、２８…変換係数記憶部、３４…３次元再構成部、３５…３次元画像処理部、３６…Ｄ／Ａ変換部、３７…表示部、６０…Ｃ形アーム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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