(57)【要約】【課題】造影剤注入前後の画像間でサブトラクション処理を行う際に生じる、被検体の体動に起因する位置ずれアーチファクトを軽減する。【解決手段】被検体に取り付けたマーカの位置を位置計測装置により測定し、得られた位置情報を用いて体動による移動を検出する。そして、その結果に基づいて回転駆動部２２によりＣ形アーム６０を２軸周りに回転駆動させ、Ｘ線撮影機構１０の撮影方向を被検体の体動に追従させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を撮影して複数のＸ線画像を発生するＸ線撮影部と、
前記Ｘ線撮影部の撮影方向を変更する駆動部と、
前記複数のＸ線画像のうち、造影剤注入後のコントラスト画像と造影剤注入前のマスク画像とをサブトラクションしてサブトラクション画像を求めるサブトラクション画像発生部とを備えたＸ線診断装置において、
前記被検体の体動を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき、検出された体動に追従して前記Ｘ線撮影部を移動するように前記駆動部を制御する制御部とを具備することを特徴とするＸ線撮影装置。
【請求項２】
前記検出部は、前記被検体に取り付けられたマーカに基づいて前記被検体の体動を検出し、
前記制御部は、前記マーカの位置が前記Ｘ線画像上でほぼ同じ位置になるように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮影装置。
【請求項３】
さらに、前記検出部の検出結果に基づき、前記Ｘ線画像の回転又は平行移動を行なう画像処理部を備え、
前記サブトラクション画像発生部は、前記画像処理部により処理された前記Ｘ線画像を用いて前記サブトラクション画像を求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線撮影装置。
【請求項４】
前記Ｘ線撮影部は、
Ｘ線発生部と、
前記Ｘ線発生部に対向して設けられるＸ線検出器と、
前記Ｘ線発生部およびＸ線検出器を支持するアームとを備え、
前記駆動部は、前記Ｘ線撮影部を互いに直交する第１軸および第２軸のまわりで回転可能に前記アームを支持することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のＸ線撮影装置。
【請求項５】
前記検出部は、前記被検体に取り付けられた光反射型マーカの位置に基づいて前記被検体の体動を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のＸ線撮影装置。
【請求項６】
前記検出部は、前記被検体に取り付けられたＸ線マーカのＸ線画像における位置に基づいて前記被検体の体動を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のＸ線撮影装置。
【請求項７】
前記検出部は、前記被検体に取り付けられたマーカの位置と、前記被検体の輪郭情報とに基づいて前記被検体の体動を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のＸ線撮影装置。
【請求項８】
前記検出部は、前記被検体の撮影画像に設定される複数の対象領域の比較から得られるベクトルに基づいて前記被検体の体動を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のＸ線撮影装置。
【請求項９】
前記Ｘ線撮影部は、Ｘ線管とＸ線検出器とを２式備えるバイプレーン構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のＸ線撮影装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記体動に対する前記Ｘ線撮影部の移動又は回転の少なくとも一方による移動量が所定の閾値以下になるように制御すること特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載のＸ線撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばＸ線サブトラクションアンギオグラフィに適用可能なＸ線撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線サブトラクションアンギオグラフィは造影剤を用いて血管を観察する検査であり、特に頭頚部の検査で用いられることが多い。この検査は血管内に造影剤を投与する前のＸ線画像（マスク画像）と造影剤を投与した後のＸ線画像（コントラスト画像）とを撮影し、両像を減算して得られる像（サブトラクション画像）を算出することによって、造影剤で造影された血管の像を描出するものである。骨などの像は造影剤の投与前後で変化しないが、血管の像は造影剤投与後にだけ現れるので、サブトラクション画像には血管だけが抽出されて現れる。
【０００３】
またＸ線サブトラクションアンギオグラフィでは、マスク画像の撮影後に血管内に造影剤を持続的に投与している過程での一連の画像を動画像として撮影し、これら一連の画像からマスク画像を減算することにより血管に造影剤が流入してゆく過程を表す一連の画像を描出する検査も行われる。
【０００４】
これら一連の画像は、そのまま観察に供されるだけでなく種々の機能画像（functional image）を算出するのにも利用される。機能画像としては、画像上の各画素位置における画素値の最大値を取り出して作った最大値画像、画像上の各画素位置において画素値が最大になった時刻を表すピーク時刻画像、画像上の各画素位置において造影効果が最初に現れた時刻を表す到達時刻画像、などがある。
【０００５】
ところで、造影剤が投与されると患者（以下、被検体と称する）が僅かに動くことが多い。これは投与された造影剤により血管に熱感を生じるからで、被検体に意識があるか否かに係わらず起こり得る。このような被検体の動き（体動）が生じると、造影剤の投与前後で血管の像だけでなく骨などの像にも変化が生じることになり、コントラスト画像からマスク画像を減算しても骨の像を消去できなくなる。その結果、サブトラクション画像には血管の他に骨などの像がアーチファクトとして現れてしまい、血管の観察が難しくなる。さらに機能画像の算出にも悪影響が及び、誤った機能画像が算出されてしまう。
【０００６】
図２７は造影剤を投与した際にしばしば見られる典型的な体動を示す図である。注意深く観察しないと分からない程度の僅かな動きであるが、造影剤投与に伴って顎が上がり（図２７（ａ）→図２７（ｂ））、左右への首の捻転（図２７（ｂ）→図２７（ｃ））も生じることがある。
【０００７】
図２８（ａ）はマスク画像の一例を示し、図２８（ｂ）は同じ被検体のコントラスト画像の一例を示す。この例では片方の頸動脈に挿入したカテーテル先端から造影剤を投与するケースを示す。図２８（ａ）のマスク画像には骨などが写っているが血管は写っていない。造影剤が投与されると片側半球の血管が造影され、画像に現れる。図２８（ｂ）のコントラスト画像には骨などのほか、造影された血管が写っている。
【０００８】
図２９（ａ）は被検体が全く動かない理想的な状態で得られるサブトラクション画像の模式図を示す。図２９（ｂ）は造影剤投与の際に被検体が動いた場合に得られるサブトラクション画像の模式図を示す。図２９（ａ）の理想的なサブトラクション画像では血管だけが描出されているのに対し、被検体が体動を起こした場合のサブトラクション画像（図２９（ｂ））では、血管の他に、骨などの組織が複雑な像を形成しており、血管を見分けることが難しくなる。機能画像（functional image）を算出した場合にも、本来画像に現れるべきでない骨などの像が重なっているために正しい結果が得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１９９２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のように既存のＸ線撮影装置では、図３０に示すように被検体の体動の有無にかかわらず同じ方向から撮影を行っているので、被検体に体動が生じるとマスク画像とコントラスト画像との間に位置ずれが生じ、鮮明なサブトラクション画像を得られないという不具合がある。  
この発明の目的は、造影剤注入前後の画像間でサブトラクション処理を行う際に生じる、被検体の体動に起因する位置ずれアーチファクトを軽減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するためにこの発明の一態様によれば、被検体を撮影して複数のＸ線画像を発生するＸ線撮影部と、前記Ｘ線撮影部の撮影方向を変更する駆動部と、前記複数のＸ線画像のうち、造影剤注入後のコントラスト画像と造影剤注入前のマスク画像とをサブトラクションしてサブトラクション画像を求めるサブトラクション画像発生部とを備えたＸ線診断装置において、前記被検体の体動を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づき、検出された体動に追従して前記Ｘ線撮影部を移動するように前記駆動部を制御する制御部とを具備することを特徴とするＸ線撮影装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、造影剤注入前後の画像間でサブトラクション処理を行う際に生じる、被検体の体動に起因する位置ずれアーチファクトを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明に関わるＸ線撮影装置の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図２】図１のＸ線撮影機構の外観図。
【図３】この発明の実施の形態における撮影の様子を示す模式図。
【図４】被検体の頭部に複数のマーカを取り付けた状態を示す図。
【図５】被検体の体動により画像に生じる変化に含まれる成分を示す模式図。
【図６】ステレオ撮影機能を持つＸ線管を用いて体動を検出する例を示す模式図。
【図７】Ｘ線撮影用マーカを被検体に取り付けた状態を示す模式図。
【図８】Ｘ線画像に現れたマーカを示す図。
【図９】複数の画像フレームにわたるマーカ像を示す図。
【図１０】複数の画像フレームにわたるマーカ像が一致しないことを説明するための図。
【図１１】図１０の直線Ｌの延長上から被検体を見た際のマーカの位置を示す概念図。
【図１２】ステレオペア画像を用いてマーカの３次元的位置を算出する一例を示す図。
【図１３】Ｘ線画像に現れるマーカと被検体の輪郭とを示す模式図。
【図１４】複数の画像フレームにわたるマーカ像と被検体の輪郭を示す図。
【図１５】図１４のマーカの部分を拡大して示す図。
【図１６】Ｘ線画像に設定されたＲＯＩの一例を示す図。
【図１７】計算された２次元ベクトル場の一例を示す模式図。
【図１８】図１７からは打ち消されずに残ったベクトル成分を示す図。
【図１９】被検体の回旋方向を表すベクトル（向きは不明）を示す図。
【図２０】第５の実施形態における演算により得られたベクトルａの一例を示す図。
【図２１】バイプレーン装置の一例を示す図。
【図２２】マーカの形状の例を示す図。
【図２３】体動の前後でマーカ位置の変化する様子を示す図。
【図２４】耳の画像パターンをトレースする状態を示す図。
【図２５】Ｘ線撮影機構１０の移動に制限を設ける一例を示す図。
【図２６】Ｘ線撮影機構１０の移動に制限を設ける他の例を示す図。
【図２７】造影剤の投与時における典型的な体動を示す図。
【図２８】マスク画像とコントラスト画像の一例を示す図。
【図２９】理想的なサブトラクション画像と体動の有る状態で撮影されたサブトラクション画像とを示す図。
【図３０】既存技術における撮影を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明に係るＸ線撮影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線撮影装置は、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（Ｘ線発生手段）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）で構成される。
【００１５】
Ｘ線管１２は、Ｘ線検出器１４とともに、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。天井ベース６３は、天井に対して、直交する２方向に沿って個別に平行移動可能に構成されている。Ｃ形アーム６０は、アイソセンタを中心に直交する軸Ａ，Ｂに関して回転可能に、支柱６４に取り付けられている。この回転自由度を用いてＸ線管１２とＸ線検出器１４とを結ぶ撮影方向を変更することが可能である。
【００１６】
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を軸Ａ，Ｂまわりに個別に回転して移動するための２つの動力源を有する。Ｃ形アーム６０は、回転駆動部２２で回転することにより、Ｘ線管１２とＸ線検出器１４とを結ぶ撮影方向撮影方向を変更することができる。すなわち回転駆動部２２はＣ形アーム６０を支持し、回転コントローラ２３の制御のもとにＣ形アーム６０をＡ軸、Ｂ軸周りに回転駆動して上記撮影方向を変更する。
【００１７】
Ｘ線撮影装置は、Ｘ線撮影機構１０とともに、画像を処理してマーカ検出などの種々の処理を行うシステムコントローラ２０、カメラコントローラ２１、回転コントローラ２３、画像メモリ２５、感度補正部２６、対応画像選択部１９、サブトラクション部２７、高周波強調フィルタリングなどを行うフィルタリング部３１、画像拡大移動などを行うアフィン変換部３２、Ｄ／Ａ変換部３６、表示部３７を有する。撮影されたＸ線画像は、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。
【００１８】
画像メモリ２５は、造影前に撮影されたマスク画像に関するデータ、および造影後に撮影されたコントラスト画像に関するデータを記憶するために設けられる。サブトラクション部２７は、マスク画像とコントラスト画像とを差分（引き算）することにより差分画像（ＤＳＡ（Digital Subtraction Angiography）画像ともいう）を生成する。次に、この発明の実施の形態につき詳細に説明する。
【００１９】
［第１の実施形態］
この実施形態では被検体の位置を位置計測装置などで測定し、得られた位置情報を用いて体動による移動量を検出し、その結果に基づいてＸ線撮影機構１０の撮影方向を制御するようにする。すなわち図３に示すように、被検体の体動を自動的に検出し、その検出結果を利用して撮影方向を変更することで、骨などの像がマスク画像と概ね一致するような方向から撮影を行えるようにする。
【００２０】
この実施形態では例えば赤外線反射型マーカを被検体の皮膚などに取り付け、赤外線光学式位置計測装置を用いてこれらマーカの３次元的位置を測定する。一連のＸ線撮影を行うあいだ、マーカの３次元的位置の測定を少なくとも毎秒数回程度継続的に行う。尚、赤外線以外の光反射型マーカを用いるようにしても良い。
【００２１】
マーカは図４に示すように、同じ被検体に３個以上取り付けることが望ましい。以下の説明では被検体の頭部にマーカを取り付け、頭部の動きを検出することを考える。複数のマーカを区別するために番号を付し、マーカ１，マーカ２，．．．のように表記することにする。
【００２２】
マスク画像を撮影した時点でのマーカｊの位置ベクトルをｍ（ｊ，０）とする。その後、第ｎフレームの画像を撮影しようとする直前に測定したマーカｊの位置ベクトルをｍ（ｊ，ｎ）とする。これらの位置ベクトルは同次座標表現を用いて次式（１）のように表せる。  
【数１】
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【００２３】
ｍ（ｊ，ｎ）とｍ（ｊ，０）とは次式に示すように拡大・縮小を伴わないアフィン変換Ｔ（４行４列の行列）によって結ばれる。  
ｍ（ｊ，ｎ）＝Ｔ・ｍ（ｊ，０）
現実には位置計測に係わる誤差のために両辺は完全には一致しないが、ベクトルｍ（ｊ，ｎ）−Ｔ・ｍ（ｊ，０）のノルムが最小になるようにＴを定めることにより、最適なＴを算出することができる。Ｔの演算には最小二乗法などを用いることができる。
【００２４】
行列Ｔは、第ｎフレームの撮影直前に、マスク画像の撮影時に比べて被検体の頭部が３次元的にどれだけどの方向に回旋したかを示す。そこでこの実施形態では、Ｘ線撮影機構１０をＡ軸、Ｂ軸周りの回転の自由度を利用して駆動し、この回旋を打ち消すように撮影方向を変化させる。
【００２５】
撮影を継続している間に、撮影方向を変えるためにＸ線撮影機構１０が機械的に運動している状態で第ｎフレームを撮影すべき時刻が来る可能性がある。このような場合には、撮影方向の変化が足りていなくてもその方向から撮影を行う一方で、第ｎ＋１フレームの撮影に備えてＸ線撮影機構１０の撮影方向を変える駆動を継続して実施する。
【００２６】
被検体の体動による画像の変化は、図５（ａ）に示すようにＸ線撮影機構１０の撮影方向を変えることによっても打ち消せない成分を含むことがある。しかしそのような成分は、図５（ｂ）に示すように、画像処理手段により、撮影されたＸ線画像の平行移動と、画面に垂直な軸のまわりでの回転を行なうことによって打ち消すことが可能である。このときの画像の平行移動量及び画像の回転量は、体動による移動のうちＸ線撮影機構１０の撮影方向の変更で打ち消せない成分の量に基づいて求めるようにすれば良い。このように回転駆動部２２は、検出された体動に追従するようにＸ線撮影機構１０を回転駆動する。
【００２７】
上記構成によれば、被検体が体動を起こしてもＸ線撮影機構１０の撮影方向が体動による回旋を常に打ち消すように、回転駆動部２２により回転駆動される。従ってサブトラクション画像に現れる回旋の影響を小さくすることができる。例えば体動が継続的に続いても、Ｘ線撮影機構１０はそれに追従するように移動するので、一定の効果を得ることができる。さらに、体動を起こした後に被検体が静止している場合には、撮影方向を変えるためにＸ線撮影機構１０を動かす動作がすぐに完了するので、体動による回旋をほぼ完全に打ち消したサブトラクション画像を得ることができる。
【００２８】
図６は、ステレオ撮影機能を持つＸ線管を用いて体動を検出する例を示す模式図である。図６（ａ）に示すように、ステレオ撮影機能を持つＸ線管は複数の焦点を備え、焦点を切り替えてＸ線を曝射可能なＸ線管である。この種のＸ線管を用いて体動を検出するには、Ｘ線撮影に写るマーカを被検体に複数取り付け、随時ステレオ撮影を行って一対の画像を得る。そうして図６（ｂ）に示すように一対の画像上でマーカの像を自動認識することによって、マーカの３次元的位置を計測することができる。
【００２９】
以上述べたようにこの実施形態では、被検体に取り付けたマーカの位置を位置計測装置により測定し、得られた位置情報を用いて体動による移動を検出する。そして、その結果に基づいて回転駆動部２２によりＣ形アーム６０を２つの軸周りで回転駆動させ、Ｘ線撮影機構１０の撮影方向を被検体の体動に追従させて、被検体に取り付けられたマーカの位置がＸ線画像上でほぼ同じ位置になるように駆動する。このようにしたので、造影剤注入前後の画像間でサブトラクション処理を行う際に生じる、被検体の体動に起因する位置ずれアーチファクトを軽減することが可能になる。
【００３０】
［第２の実施形態］
この実施形態では、Ｘ線撮影で得た画像に基づいて被検体の体動と移動量を検出し、その結果を用いてＸ線撮影機構１０を制御する。特にこの実施形態では、Ｘ線撮影に写るＸ線マーカを被検体に取り付ける形態につき説明する。  
この実施形態では、図７に示すようにＸ線撮影に写るマーカを被検体に複数取り付け、Ｘ線撮影で得た画像上でマーカの像をシステムコントローラ２０が検出する。システムコントローラ２０は各マーカの像の画像上での相互位置関係が常に一定になるように、回転コントローラ２３を介してＸ線撮影機構１０の撮影方向を制御する。
【００３１】
マーカはＸ線を透過しにくい物質、例えば金属やヨードなどを含む材料で作られ、例えば体表に貼付することによって取り付ければ良い。この実施形態においても３個以上のマーカを取り付けることが望ましい。また、マーカ像が血管像と重なることを避けるためには、造影検査を行わない側の半球に取り付けるのが望ましい。
【００３２】
体動の検出にあたっては、図８に示すように、第ｎ回目の撮影で得た画像（第ｎフレームの画像）と、それよりもｋ回前の撮影で得た画像（第ｎ−ｋフレームの画像）とを比較する。その際、システムコントローラ２０は画像処理を行って各画像からマーカの像を抽出し、認識する（図８（ａ）、（ｂ））。
【００３３】
図９（ａ）は第ｎ−ｋフレームの画像から抽出したマーカを示す。図９（ｂ）は第ｎフレームの画像から抽出したマーカを示す。これらの情報から両者のマーカが最も良く一致するように、両者を位置あわせする。すなわち、２次元のアフィン変換であって、拡大・縮小を伴わないような変換Ｔを考えると、Ｔは２次元の平行移動と回転角度の３つのパラメータを持っている。これら３つのパラメータを調節して、両画像に含まれるマーカの輪郭が最も良く一致するようなＴを見いだす。このような計算は非線形最小二乗法を応用することにより可能である。図９（ｃ）は、そのような変換Ｔによって位置合わせを行った結果の一例を示す。
【００３４】
もしこの変換Ｔによって両画像のマーカの位置が完全に一致したとすると、被検体の体動が画面に対して平行な移動と、画面に垂直な軸のまわりでの回転だけであったことになる。しかし一般には、被検体の体動は３次元的な動きであるので、変換Ｔによって両者のマーカの位置が一致することはない。この不一致が、被検体の３次元的体動を推定する情報となる。
【００３５】
すなわち図１０に示すように第ｎ−ｋフレームの画像上のマーカ像と第ｎフレームの画像上のマーカ像とは、変換Ｔによっても解消されないずれを持つ。このずれは、フレーム中に図示する直線Ｌを軸とする回転によって良く説明できる。図１１は図１０の直線Ｌの延長上から被検体を見た際のマーカの位置を示す概念図である。マーカは顔面と後頭部に取り付けてあり、その間隔が頭部サイズであるおおよそ２００ｍｍほど離れていることが分かっているので、直線Ｌのまわりにどれだけ回転すれば両者のマーカが最も良く一致するかを推算することができる。直線Ｌおよび回転角度は、最小二乗法を用いた計算により容易に算出できる。そうしてシステムコントローラは、推算結果を用いて、その動きを打ち消すようにＸ線撮影機構１０の撮影方向を変更する。
【００３６】
なお、以下のようにして、マーカ相互の相対的な３次元位置関係を計測することができる。この手法を用いれば、顔面に付けたマーカと後頭部に付けたマーカとの間のおよその距離（例えば２００ｍｍ）が不明であっても、体動を正確に把握することが可能になる。
【００３７】
図１２（ａ）に示すように、造影を開始する前に、まず第１の撮影を行い、Ｘ線撮影機構１０の撮影方向を少し変えて、その方向からも第２の撮影を行う。その間、被検体は動かないものとする。  
第１と第２の撮影で得られた一対の画像はいわゆるステレオペアであり、これらの画像中のマーカ像を同定することにより各マーカの三次元的位置を算出できる。ステレオペアから点状の物体の空間位置を算出する方法は既に知られており、その方法を利用すれば各マーカの３次元的位置を計測できる。
【００３８】
なお、複数のフレームの画像を比較するのではなく、ステレオペア画像から点状の物体の空間位置を算出して各マーカの３次元的位置を計測する上記手法では、各マーカの３次元的位置の情報と、Ｘ線撮影で得られた画像上のマーカ像の位置を比較するだけで、Ｘ線撮影機構１０の撮影方向の修正が可能であることは明らかである。
【００３９】
以上述べたように第２の実施形態では、Ｘ線撮影に写るマーカを被検体に複数取り付け、Ｘ線撮影により取得した画像上でマーカの像を自動認識し、これらのマーカの像の画像上での相互位置関係が常に概ね一定になるようにＸ線撮影機構１０の撮影方向を制御するようにしている。このようにすることでもＸ線撮影機構１０を被検体の体動に追従して駆動することが可能になり、体動による位置ずれアーチファクトを軽減することができる。
【００４０】
［第３の実施形態］
この実施形態では、Ｘ線マーカにより取得した位置情報と被検体の輪郭情報とを用いて体動による位置ずれを検出する手法につき説明する。図１３（ａ）に示すように、被検体にＸ線撮影に写るマーカを取り付け、Ｘ線撮影で得た画像上でマーカの像を自動認識する（図１３（ｂ））。さらにＸ線画像に写る被検体の骨、あるいは体表の輪郭を自動認識して画像上で輪郭に対するマーカの像が常に概ね一定の場所に来るようにＸ線撮影機構１０の撮影方向を制御する。
【００４１】
体動の検出にあたっては、図１４に示すように、第ｎ回目の撮影で得た画像（第ｎフレームの画像）と、それよりもｋ回前の撮影で得た画像（第ｎ−ｋフレームの画像）とを比較する。その際、システムコントローラ２０は画像処理を行って各画像からマーカの像と被検体の骨あるいは体表の輪郭を抽出し、認識する（図１４（ａ）、（ｂ））。マーカの像、および、被検体の骨あるいは体表の輪郭を抽出するには既存の画像処理技術を用いればよい。
【００４２】
それぞれ抽出した輪郭が最も良く一致するように、各画像を位置あわせする。すなわち、２次元のアフィン変換であって、拡大・縮小を伴わないような変換Ｔを考えると、Ｔは２次元の平行移動と回転角度の３つのパラメータを持っている。これら３つのパラメータを調節して、両者の輪郭が最も良く一致するようなＴを見いだす。このような計算は非線形最小二乗法を応用することにより可能である。図１４（ｃ）は、そのような変換Ｔによって位置合わせを行った結果の一例を示す。
【００４３】
変換Ｔによりマーカの像の位置も変換される。図１５はマーカの部分を拡大して示すもので、矢印はマーカの位置ずれを示すベクトルである。このベクトルは、第ｎ−ｋフレームが撮影された時刻から第ｎフレームが撮影された時刻に至る時間に、顎が僅かに上がると共に首が回旋したことを示す。
【００４４】
その回転は図１５のベクトルに直交する平面内に軸を持つ単一の３次元の微小回転であるが、画像の平面に垂直な回転成分は、輪郭を合わせることによって既に打ち消されている。よって体動による回旋は、図１５のｘ軸のまわりでの微小回転と、ｙ軸のまわりでの微小回転だけで表現されることになる。
【００４５】
また、マーカが顔面に貼付されており、頭部の直径は概ね２００ｍｍ程度（これをＤとする）であることから、画像上でｈ［ｍｍ：ミリメートル］のずれが生じた場合、頭部の回転角度はほぼ  ｈ／Ｄ  ［ｒａｄｉａｎ：ラジアン］であることが推定される。このようにして、被検体がどれだけ回転したかが推算できる。この推算結果を用いて、その動きを打ち消すようにＸ線撮影機構１０の撮影方向を変更する。
【００４６】
以上述べたようにこの実施形態では、Ｘ線撮影に写るマーカを被検体に単数、または複数個取り付け、Ｘ線撮影で得た画像上でマーカの像を自動認識し、さらに被検体の骨あるいは体表の輪郭を自動認識して、画像上で輪郭に対するマーカの像が常に概ね一定の場所に来るようにＸ線撮影機構１０の撮影方向を制御するようにする。このようにしたので、造影剤注入前後の画像間でサブトラクション処理を行う際に生じる、被検体の体動に起因する位置ずれアーチファクトを軽減することが可能になる。
【００４７】
［第４の実施形態］
この実施形態では、マーカを用いず、Ｘ線撮影で得た画像に基づいて被検体がどちらにどれだけ動いたかを推定し、その結果をもとにＸ線撮影機構１０を制御する手法につき説明する。  
この実施形態では、第ｎフレームで撮影した画像（画像ｎ）と、第ｎ＋ｋフレームで撮影した画像（画像ｎ＋ｋ）を比較する。以下、画像ｎをＱ（ｎ，ｘ，ｙ）と表す。ここにｘ，ｙは画像上の画素の位置を表す座標であり、Ｑ（ｎ，ｘ，ｙ）はその画素の画素値である。
【００４８】
図１６に示すように画像上に多数（図１６では３６個）の対象領域（ＲＯＩ（Region of Interest））を決めておき、個々のＲＯＩ内の部分画像を比較する。あるＲＯＩ ｊについて、画像ｎの部分画像をｐ（ｎ，ｊ，ｘ，ｙ）と表記することにする。なおｊはインデックスであり、ｘ，ｙはこの部分画像内の画素の位置をあらわす座標である。
【００４９】
（ステップ１）  ｐ（ｎ，ｊ，ｘ，ｙ）とｐ（ｎ＋ｋ，ｊ，ｘ−ｈ，ｙ−ｖ）とが最大限に合致するような平行移動量（ｈ，ｖ）を算出する。そのためには、例えば次式（２）の指標が最小になるｈ，ｖを算出すれば良い。  
【数２】
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【００５０】
高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：ＦＦＴ）を利用することでこの種の数値を効率よく計算できる。こうして、各ＲＯＩについて、部分画像をどちらにどれだけ平行移動すべきかを示す２次元ベクトル（ｈｊ，ｖｊ）が得られる。図１７は、計算された２次元ベクトル場の一例を示す模式図である。
【００５１】
なお、個々のベクトルには、重要性（あるいは信用性）を表す重み係数ｗｊを付与することができる。ｗｊは例えば、Ｒｊ（ｈｊｊ，ｖｊ）の最小値ＲｍｉｎｊとＲｊ（０，０）との差を用いて、次式により計算しても良い。  
ｗｊ  ＝  Ｒｊ（０，０）−Ｒｍｉｎｊ
このほか、様々なバリエーションが考えられる。
【００５２】
（ステップ２）  次に、画面全体にひとつの（拡大縮小を伴わない）アフィン変換、すなわち２次元的平行移動と２次元的回転を適用して、これらのベクトルを最大限打ち消す処理を行う。
【００５３】
すなわち、ＲＯＩ ｊの中心の画像上での位置をベクトルＸｊであらわすと、平行移動（ｍｘ，ｍｙ）と回転θにより、各ベクトルは次式（３）に示す変換を受ける。  
【数３】
2011160978.tif 000005
【００５４】
そこで、次式（４）に示す、ノルムの重み付き総和が最小になるようなアフィン変換を決定すればよい。  
【数４】
2011160978.tif 000006
【００５５】
以上の処理は最小二乗法の問題であり、容易に計算することができる。この変換を画像ｎ＋ｋ全体に施して得られる画像をＱ′（ｎ＋ｋ，ｘ，ｙ）とする。画像Ｑ（ｎ，ｘ，ｙ）と画像Ｑ′（ｎ＋ｋ，ｘ，ｙ）との総合的不一致度を次式（５）以下のように定義する。  
【数５】
2011160978.tif 000007
【００５６】
以上の処理によって打ち消されずに残った成分（ｈ′ｊ，ｖ′ｊ）が、Ｘ線撮影の方向を修正することによって打ち消されるべき体動成分（およびノイズ）を表す。図１８は打ち消されずに残ったベクトル成分を示す。
【００５７】
（ステップ３）  次に、図１８の各ベクトルの矢の向きを無視し、その方向だけを考慮してこれら全てのベクトルの平均ベクトルａを計算する。そうすると例えば図１９に示すような結果を得る。これが、被検体の回旋方向を表すベクトルである。ただし向きは不明である。
【００５８】
（ステップ４）  被写体は概ね直径２００ｍｍの球内に存在しているという知識を利用すれば、Ｘ線撮影方向を何度回せばよいかは、おおよそ推定できる。そこで、Ｘ線撮影方向を、どちらかの向きに少し動かして撮影を行う。こうして得られた画像をＱ（ｎ＋ｋ＋１，ｘ，ｙ）とする。
【００５９】
式（５）に示す不一致度Ｒ（ｎ，ｎ＋ｋ）に比べてＲ（ｎ，ｎ＋ｋ＋１）が大きくなった場合には、Ｘ線撮影機構１０を動かす向きが逆だったのであり、その結果を元に正しい方向にＸ線撮影方向を修正する。
【００６０】
また、Ｒ（ｎ，ｎ＋ｋ）に比べてＲ（ｎ，ｎ＋ｋ＋１）が小さくなった場合には、Ｘ線撮影方向を動かす向きが正しかったのであり、さらにもう少し同じ方向にＸ線撮影方向を動かして撮影する。こうして得た画像をＱ（ｎ＋ｋ＋２，ｘ，ｙ）とする。そして、Ｒ（ｎ，ｎ＋ｋ＋１）に比べてＲ（ｎ，ｎ＋ｋ＋２）が大きくなるか、小さくなるかを判定する。以下、同様にしてＲを算出し、その値を小さくする方向にＸ線撮影機構１０を移動させることで、被検体の体動に追従した撮影方向の変更を実現することができる。
【００６１】
［第５の実施形態］
この実施形態では、第４の実施形態の応答性を改善し急激な体動にも対応することの可能な制御手順につき説明する。  
この実施形態では、造影開始前（すなわち、被検体が静止している時）に、まずＸ線撮影を行ってＱ（０，ｘ，ｙ）を得ておき、次にＸ線撮影方向を作為的に少し動かして撮影を行ってＱ（１，ｘ，ｙ）を得る。これは被検体の体動に相当する動きを作為的に模擬するものである。
【００６２】
作為的にＸ線撮影方向を動かしたことで、アイソセンターから例えば１００ｍｍ検出器に近い側の点の像が画像上でどれだけ動くかは、Ｘ線撮影方向を動かした量が分かっているので直ちに計算できる。これをベクトルｂとする。
【００６３】
そして、第４の実施形態と同様の処理を行って（ｈ′ｊ，ｖ′ｊ）のベクトル場を算出し、さらに平均ベクトルａ（図１９）を算出する。当然、ａはｂとほぼ平行なベクトルとなる。次に、次式（６）の計算を行う。  
【数６】
2011160978.tif 000008
【００６４】
スカラー量ｇｊは、各ベクトル（ｈ′ｊ，ｖ′ｊ）と、Ｘ線撮影方向ｂとの関係を表す「ゲイン」であり、負の値も取り得る。ひとたびｇｊを算出しておけば、第４の実施形態の（ステップ４）において、Ｘ線撮影方向を動かすべき向きを決定すること、およびＸ線撮影機構１０の移動量を決定することが容易にできるようになる。すなわち以下の手順を実施する。
【００６５】
（ステップ４′）  ステップ３までの画像Ｑ′（ｎ＋ｋ，ｘ，ｙ）とＱ（ｎ，ｘ，ｙ）との比較によって得られた各ベクトル（ｈ′ｊ，  ｖ′ｊ）について次式（７）を計算する。  
【数７】
2011160978.tif 000009
【００６６】
次に、式（７）の全てのベクトルの平均ベクトルａを計算する。ベクトルａが、被検体の回旋方向と回旋量を向きまで含めて表すベクトルである。図２０に、このようにして得られるベクトルａを示す。ここで旋回量はアイソセンターから１００ｍｍの位置における移動量として表現される。
【００６７】
ベクトルａが得られればその大きさ及び向きが分かるので、Ｘ線撮影機構１０をベクトルａに沿って動かして撮影を行う。このようにして得られた画像をＱ（ｎ＋ｋ＋１，ｘ，ｙ）とする。なお、撮影を繰り返す過程でゲイン係数ｇｊを何度か計算し直すことにより、被検体の体動による回旋をより正確に推算できるように改良していくことができる。
【００６８】
［第６の実施形態］
この実施形態では、バイプレーン装置を用いた構成につき説明する。バイプレーン装置は、２式のＸ線撮影機構１０を同時に使用できるＸ線撮影装置であり、典型的には例えば図２１に示すように２式のＣアーム撮影装置を組み合わせて構成される。２式のＣアーム撮影装置のアイソセンターが一致するように、かつ、両者の撮影方向が直交するように組み合わせて用いられることが多い。
【００６９】
一方の撮影装置で得た画像を用いて被検体の体動を検出し、撮影方向の修正量を決定できれば、他方の撮影装置にもそれを反映して撮影方向を修正させることは明らかに容易である。また、両方の撮影装置で得た画像からそれぞれ被検体の体動を検出した結果を平均するなどして、両方の撮影装置で得た画像を使って被検体の体動をより正確に推定するように構成することも、容易に実現できる。
【００７０】
以上述べたように本願発明によれば、被検体の体動に追従してＸ線撮影機構を移動させることが可能になり、造影剤注入前後の画像間でサブトラクション処理を行う際に生じる、被検体の体動に起因する位置ずれアーチファクトを軽減することが可能になる。
【００７１】
なおこの発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態にて述べた体動の検知に係わる手法は、サブトラクションアンギオグラフィーのほか、血管構造を示すロードマップにも用いることができる。
【００７２】
また、体動に係わる制御として、例えば検出された体動量がある閾値以上となれば、その直後のＸ線撮像においては照射Ｘ線線量を落とすようにすることが考えられる。被検体が動いている間の画像は観察に用いる可能性が低いからである。これによりトータルでの被曝量を低減することができる。
【００７３】
また、Ｘ線照射中であることを報知するパルス音を、体動の有無に応じて変化させることも考えられる。これにより術者も患者さん（被検体）も、動いたことを容易に認識できるようになる。
【００７４】
また、複数のＸ線マーカの形状や大きさ、あるいは材質を変化させても良い。例えば図２２に示すように一方のマーカを○型、他方を＋型とし、Ｘ線像上で容易に区別できるようにする。またこれらのマーカをそれぞれ被検体の前面と背面に配置するようにする。このようにすれば画像上で○のマーカ像と＋のマーカ像の距離の変化、および変化した方向（符号）によって、被検体の顎が上がったのか下がったのかを容易に区別できるようになる。例えば図２３（ａ）および図２３（ｂ）に示すように、区別可能なマーカの間隔が体動の前後で変化している。この事実から、図２３においては体動により被検体の顎が上がったと結論付けることができる。
【００７５】
また、マーカを用いない場合には、Ｘ線検出器１４の近傍に光学カメラを取り付け、被検体の外観を撮影して得られた光学像中の特定の画像パターンを追跡することにより体動を検出するようにしても良い。例えば被検体を側方から撮影している状態で被検体の顎が上がるが下がるかした場合には、Ｘ線画像を２次元回転するだけで位置合わせが可能である。よって被検体の首の左右の捻転を計測することが専ら必要となる。
【００７６】
例えば耳は光学像中で容易に検出できる画像パターンであり、パターン認識技術を応用すれば容易に検出可能である。そこで図２４（ａ）、（ｂ）に示すように耳の画像パターンを継続的にトレースし、そのパターンがどちらに動いているかを追跡するようにすれば被検体が首を左右どちら向きに、どれだけの角度捻転したかを判定することができる。
【００７７】
また本発明では、被検体の体動に追従してＸ線撮影機構１０を物理的に動かすようにしている。よって被検体が急に首を振るなどした場合、Ｘ線撮影機構１０の撮影方向が自動的に急激かつ大きく動くために、近くで作業している医療従事者などにＸ線撮影機構１０が衝突するおそれがある。また、被検体に装着された点滴などのチューブや心電計などのケーブルをＸ線撮影機構１０が引っかけて、事故を起こすおそれもある。
【００７８】
そこで、Ｘ線撮影機構１０の動きに関し次のような制限を設けることもできる。以下に示す制限事項は複数組み合わせることも可能である。  
（Ａ）  被検体の体動に追従する動作をＸ線撮影機構１０が行うかどうかを、例えばスイッチなどの機構によりシステムに指示するようにする。そして、このスイッチがオンになっているときに限り、Ｘ線撮影機構１０に被検体の体動に追従する動作を行わせるようにする。  
（Ｂ）  Ｘ線撮影機構１０の回旋動作の角速度（単位  ｒａｄｉａｎ／ｓｅｃ）に上限を設ける。  
（Ｃ）  ある基準となるＸ線撮影機構１０の撮影方向、例えば、ある時点（例えば撮影を開始した時点）におけるＸ線撮影機構１０の撮影方向、過去から現在までの一定期間（例えば１０秒前）までのＸ線撮影機構１０の撮影方向の平均値、を定め、この基準方向から一定の上限値（例えば３度）以上の角度の回旋が必要となった場合には、回旋動作を上限値までしか行わない。
【００７９】
例えば図２５に示すように、体動の計測結果から所定の閾値以上の角度に動かす必要が生じた場合、閾値を超えた移動を禁止する。（１）例えば画像から計測された、Ｘ線撮影方向を動かすべき量ｘに閾値を設ける。あるいは、（２）Ｘ線撮影機構１０に対してＸ線撮影機構１０をどれだけ動かすかを命令する量をｙとし、ｙが閾値を越える場合には、Ｘ線撮影方向をそれ以上動かさない。
【００８０】
（Ｄ）  ある基準となるＸ線撮影機構１０の撮影方向、例えば、ある時点（例えば撮影を開始した時点）におけるＸ線撮影機構１０の撮影方向、過去から現在までの一定期間（例えば１０秒前）までのＸ線撮影機構１０の撮影方向の角度の平均値によって定まる撮影方向、などを定め、この基準方向から一定の上限値（例えば５度）以上の角度の回旋が必要となった場合には、（Ａ）でいう「被検体の体動に追従する動作をＸ線撮影装置が行うかどうか」の指示を自動的にオフにする。
【００８１】
例えば図２６に示すように、体動の計測結果により閾値以上の角度に動く必要が生じた場合、追跡しない。すなわち（１）画像などから計測された、Ｘ線撮影方向を動かすべき量をｘとし、（２）Ｘ線撮影装置に対して、Ｘ線撮影方向をどれだけ動かすかを命令する量をｙとしたとき、ｘが閾値を越えた場合には、Ｘ線撮影方向を変更しない。
【００８２】
さらに、この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。
【符号の説明】
【００８３】
１０…Ｘ線撮影機構、１２…Ｘ線管、１４…Ｘ線検出器、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、２４…第１画像メモリ、２５…第２画像メモリ、２６…感度補正部、２７…サブトラクション部、３１…フィルタリング部、３２…アフィン変換部、３３…画像合成部、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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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