(57)【要約】【課題】診断に有効な画質と被曝線量の両面から最適な撮影条件を設定することにより、被写体の特性に応じた最適な動態撮影を行う。【解決手段】Ｘ線源１１によって照射されたＸ線を検出器１２が検出し、撮影装置１０は、被写体Ｍを撮影条件に基づいて動態撮影し、前記検出器１２によって検出されたＸ線から動態画像を取得する。制御部２１は、予め定められた前記撮影条件（フレームレート、照射線量を含む）に基づいて取得されたプレ撮影時の前記複数の動態画像を画像解析し、本撮影時の前記撮影条件を算出し、算出された前記撮影条件に基づいて撮影装置１０に対して本撮影を行わせる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の胸部に対してＸ線を照射することにより前記被写体の動態を撮影し、動態画像を取得する撮影手段と、
予め定められた撮影条件に基づいて前記撮影手段にプレ撮影を行わせ、プレ撮影において取得された動態画像を画像解析することにより本撮影時の撮影条件を算出し、当該算出された本撮影時の撮影条件に基づいて前記撮影手段に対して本撮影を行わせる制御手段と、
を備える動態撮影システム。
【請求項２】
前記被写体の動態は、自然呼吸であり、
前記予め定められた撮影条件及び本撮影時の撮影条件は、少なくとも前記Ｘ線の照射タイミング及び前記撮影手段が撮影する単位時間当りの画像数を含み、
前記制御手段は、プレ撮影において取得された前記動態画像の肺野領域の変化に基づいて本撮影時の前記Ｘ線の照射タイミング及び前記撮影手段が撮影する単位時間当たりの画像数を算出する請求項１に記載の動態撮影システム。
【請求項３】
前記制御手段は、プレ撮影において取得された前記動態画像の肺野領域の変化に基づいて算出された前記被写体の自然呼吸の呼吸持続期間、呼気持続期間、又は吸気持続期間のいずれかに基づいて本撮影時の前記Ｘ線の照射タイミング及び前記撮影手段が撮影する単位時間当たりの画像数を算出する請求項２に記載の動態撮影システム。
【請求項４】
前記制御手段は、プレ撮影において取得された前記動態画像の肺野領域の変化に基づいてプレ撮影時の前記Ｘ線の照射タイミング及び前記撮影手段により撮影する単位時間当りの画像数を変更して前記撮影手段にプレ撮影を行わせる請求項２又は３に記載の動態撮影システム。
【請求項５】
前記撮影条件は、少なくとも前記Ｘ線の照射線量を含み、
前記制御手段は、プレ撮影において取得された前記動態画像から算出される信号対雑音比に基づいて本撮影時の前記照射線量を算出する請求項１に記載の動態撮影システム。
【請求項６】
前記制御手段が解析するプレ撮影時の前記動態画像は、前記動態の一の周期において取得された前記動態画像である請求項１〜５のいずれか一項に記載の動態撮影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動態撮影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
胸部動態画像によって肺の診断を行う際、被写体が自然呼吸の状態で撮影された時系列の胸部動態画像の観察が重要となる。肺機能を評価するための手段としては、生理学的なデータを取得しやすいスパイロメータやＲＩ（Radio Isotope）検査等や、形態的なデータが得られる単純Ｘ線写真やＣＴ（Computed Tomography）等が挙げられるが、生理学的なデータと形態的なデータの両者を効率よく取得することは装置の特性上の問題があり非常に困難とされている。
【０００３】
近年においては、ＦＰＤ（Flat Panel Detector）に代表される固体撮像素子を使用して、Ｘ線照射によって得られる被写体のＸ線画像をデジタル化することにより、動態画像を収集することができる。単純Ｘ線写真のような形態的なデータだけでなく、動態画像によって時系列の信号値の解析ができることにより、生理学的なデータも同時に取得することが可能となる。また、Ｘ線を用いた撮影においては、被写体の被曝線量と診断のために取得する情報量とのバランスが問題となる。
【０００４】
このようにして得られた動態画像を診断に有効となるように画像処理する方法として、特許文献１には、時系列に撮影された複数の動態画像に対して、所望の位置にラインを設定し、このラインに沿って並ぶ画素列を取得することにより、時系列順に並ぶ画素列を取得して新たな画像を生成する技術が開示されている。
特許文献２には、時系列に撮影された複数の動態画像に対して、時間位相が隣接する動態画像の差分画像に基づいて生成された結果画像を表示する技術が開示されている。
特許文献３には、単純Ｘ線写真のような静止画像と同等以下の被曝線量となるように動態撮影の撮影条件としてフレームレートや照射線量を決定する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３０５４８７号公報
【特許文献２】特開２００４−３１２４３４号公報
【特許文献３】特開２００５−３１２７７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＦＰＤを利用した動態撮影では、単純Ｘ線写真に比べれば１フレームあたりの被曝線量は減るものの、多くの枚数の動態撮影を行うことを考慮すれば被曝線量の増加を避けることはできない。被曝線量を減らすために照射線量を低下させる等のように撮影条件を変更した場合は、画質の低下につながり、有効な診断情報は得られない。また、被写体の性別、年齢、体格等によって撮影のための条件は異なるため、被写体毎に撮影条件を設定する必要がある。
【０００６】
特許文献１と特許文献２の技術は、撮影装置によって得られた動態画像に対して画像処理を行う技術であり、撮影条件等に関しては全く触れられていない。また、特許文献３の技術のように、事前に設定したフレームレートや照射線量で動態撮影をした場合には、所望の動きを捉えるために有効な画像を撮影できない可能性がある。つまり、撮影条件を事前に設定しているので、被写体に応じた撮影条件を設定しているわけではない。したがって、各撮影フレームの照射線量が少なく、画質劣化のために診断に活用できない場合や、撮影のタイミングで診断に有効な情報を捉えることができない可能性もあり、有効な診断結果を得ることができない恐れがある。さらに、再撮影のために被写体の総被曝線量をかえって増加させてしまう恐れもある。
【０００７】
本願発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、診断に有効な画質と被曝線量の両面から最適な撮影条件を設定することにより、被写体の特性に応じた最適な動態撮影を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
被写体の胸部に対してＸ線を照射することにより前記被写体の動態を撮影し、動態画像を取得する撮影手段と、
予め定められた撮影条件に基づいて前記撮影手段にプレ撮影を行わせ、プレ撮影において取得された動態画像を画像解析することにより本撮影時の撮影条件を算出し、当該算出された本撮影時の撮影条件に基づいて前記撮影手段に対して本撮影を行わせる制御手段と、
を備える。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記被写体の動態は、自然呼吸であり、
前記予め定められた撮影条件及び本撮影時の撮影条件は、少なくとも前記Ｘ線の照射タイミング及び前記撮影手段が撮影する単位時間当りの画像数を含み、
前記制御手段は、プレ撮影において取得された前記動態画像の肺野領域の変化に基づいて本撮影時の前記Ｘ線の照射タイミング及び前記撮影手段が撮影する単位時間当たりの画像数を算出する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、
前記制御手段は、プレ撮影において取得された前記動態画像の肺野領域の変化に基づいて算出された前記被写体の自然呼吸の呼吸持続期間、呼気持続期間、又は吸気持続期間のいずれかに基づいて本撮影時の前記Ｘ線の照射タイミング及び前記撮影手段が撮影する単位時間当たりの画像数を算出する。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、
前記制御手段は、プレ撮影において取得された前記動態画像の肺野領域の変化に基づいてプレ撮影時の前記Ｘ線の照射タイミング及び前記撮影手段により撮影する単位時間当りの画像数を変更して前記撮影手段にプレ撮影を行わせる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記撮影条件は、少なくとも前記Ｘ線の照射線量を含み、
前記制御手段は、プレ撮影において取得された前記動態画像から算出される信号対雑音比に基づいて本撮影時の前記照射線量を算出する。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発明において、
前記制御手段が解析するプレ撮影時の前記動態画像は、前記動態の一の周期において取得された前記動態画像である。
【発明の効果】
【００１４】
診断に有効な画質と被曝線量の両面から最適な撮影条件を設定することによって、被写体の特性に応じた最適な動態撮影を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施の形態）
まず、構成を説明する。
図１に、本実施形態における動態撮影システム１を示す。
図１に示すように、動態撮影システム１は、撮影装置１０、撮影用コンソール２０、診断用コンソール３０と、画像処理装置４０と、サーバ５０とを備えて構成され、それぞれはネットワークＮを介して接続されている。
【００１６】
図２に、撮影装置１０、撮影用コンソール２０、及び診断用コンソール３０の詳細な構成を示す。
図２に示すように、撮影装置１０は、Ｘ線源１１、検出器１２、読取部１３、サイクル検出部１４を備えて構成されている。一方、撮影用コンソール２０は、制御部２１、記憶部２２、操作部２３、表示部２４、通信部２５を備えて構成されている。診断用コンソール３０も同様に、制御部３１、記憶部３２、操作部３３、表示部３４，通信部３５を備えて構成されている。
【００１７】
まず、撮影装置１０について説明する。
撮影装置１０は、被写体Ｍに対しＸ線を照射し、検出器１２からＸ線画像を読み取る。撮影装置１０では動態撮影が可能である。動態画像とは撮影を連続的に行い、複数の時間位相における動態画像を得る撮影方法である。動態画像とは動態撮影により得られた撮影画像をいい、本実施形態では動態画像はＸ線画像である。被写体Ｍに対して動態撮影を行うことにより、撮影装置１０は撮影手段として機能する。
【００１８】
Ｘ線源１１は、撮影用コンソール２０の制御部２１の制御に従って、Ｘ線を照射する。制御されるＸ線照射条件としては、例えば動態撮影における連続撮影時のパルスレート、パルス幅、パルス間隔、照射開始／終了タイミング、Ｘ線の照射線量（以下、単に照射線量という）等が挙げられる。
パルスレートとは、単位時間あたりの撮影回数である。パルス幅とは、撮影１回あたりのＸ線照射時間である。パルス間隔とは、連続撮影においてあるＸ線照射開始から次の撮影でのＸ線照射を開始するまでの時間である。照射開始／終了タイミングとは、被写体Ｍに対してＸ線の照射を開始／終了するタイミングのことである。照射線量とは、照射するＸ線の強さのことであり、本実施の形態においては、管電圧３０〜１５０ｋＶの範囲で、Ｘ線照射条件にて設定される管電流時間積（単位ｍＡｓ）に比例する値を示す。
【００１９】
検出器１２は、被写体Ｍを挟んでＸ線源１１と対向する位置に配置される。検出器１２はＸ線の検出センサが格子状に配置されたＦＰＤ（Flat Panel Detector）等である。すなわち、Ｘ線を強度に応じて電気信号に変換して画素（検出センサ）毎に蓄積することにより、検出器１２にはＸ線画像が記録されることとなる。
【００２０】
読取部１３は、検出器１２からＸ線画像を読み取る処理を行い、読み取られたＸ線画像を撮影用コンソール２０に送信する。なお、読取動作は制御部２１により制御される。制御される画像読取条件としては、フレームレート、フレーム間隔、画素サイズ等がある。フレームレート、フレーム間隔は上記パルスレート、パルス間隔と同意義である。画素サイズとは、Ｘ線画像を構成する画素の大きさのことである。
【００２１】
サイクル検出部１４は、被写体Ｍの撮影部位について生体反応のサイクルを検出する。例えば、撮影部位が肺を含む胸部である場合には、呼吸モニタベルト、ＣＣＤカメラ、光学カメラ、スパイロメータ等を適用して呼吸サイクルを検出する。また、撮影部位が心臓部である場合、心拍計や心電計等を用いて心拍サイクルを検出する。
サイクル検出部１４は、検出したサイクルの情報を、撮影用コンソール２０の制御部２１に出力する。
【００２２】
次に、撮影用コンソール２０と診断用コンソール３０について説明する。
撮影用コンソール２０は技師の撮影操作のために用いられ、撮影条件等の入力を受け付けたり、撮影装置１０のＸ線画像を技師が確認するために表示したりする。診断用コンソール３０は、医師の操作のために用いられ、撮影用コンソール２０から送信されるＸ線画像を医師が確認するために表示したりする。また、本実施の形態においては、撮影用コンソール２０は、撮影装置１０において撮影された動態画像を画像解析し、被写体Ｍの動態に応じた最適なフレームレートを算出する。具体的な処理は後述する。
【００２３】
診断用コンソール３０の各部（制御部３１、記憶部３２、操作部３３、表示部３４、通信部３５）の機能は、撮影用コンソール２０の各部（制御部２１、記憶部２２、操作部２３、表示部２４、通信部２５）と基本的に同一である。よって、ここでは撮影用コンソール２０の各部を代表として説明し、診断用コンソール３０の各部の説明を省略する。
【００２４】
制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory
）等により構成されている。制御部２１は記憶部２２に記憶されている各種プログラムをＣＰＵにより読み出してＲＡＭ内に展開し、展開されたプログラムとの協働により各種演算を行ったり、各部の動作を集中制御したりして処理を実行する。
なお、制御部２１はＣＰＵクロックを利用して時間を計時するタイマ機能を有する。
【００２５】
記憶部２２は、ハードディスク等のメモリであり、制御部２１により用いられる各種プログラムやプログラムの実行に必要なパラメータ等を記憶している。例えば、撮影部位毎に最適化された撮影条件（Ｘ線照射条件やＸ線画像の画像読取条件等）を記憶している。
【００２６】
操作部２３は、キーボードやマウス等を備えて構成され、これらの操作に応じて操作信号を生成して制御部２１に出力する。
表示部２４はディスプレイを備え、制御部２１の表示制御に従って各種操作画面や撮影により得られたＸ線画像等を表示する。
通信部２５は、通信用のインターフェイスを備え、ネットワークＮに接続された外部装置と通信を行う。
【００２７】
次に、画像処理装置４０とサーバ５０について説明する。
画像処理装置４０とサーバ５０は、撮影により得られたＸ線画像を提供するために用いられ、制御部等を備えて構成されている。画像処理装置４０とサーバ５０の構成は、撮影用コンソール２０の構成と同様であるので説明を省略する。
【００２８】
画像処理装置４０は、Ｘ線画像に対し、医師が観察しやすい画質となるように階調変換処理や周波数調整処理等の各種画像処理を施すものである。この各種画像処理は撮影部位に応じた種類のものを、撮影部位に応じた画像処理条件により施す。
【００２９】
サーバ５０は、画像処理装置４０によって画像処理されたＸ線画像を保存し、管理する。サーバ５０に保存されたＸ線画像は診断用コンソール３０からの要求に応じて配信され、診察に供される。
【００３０】
次に、動作について説明する。
本実施形態に係る動態撮影システム１は、フレームレートを決定するために一定枚数の動態画像を取得するために胸部の動態撮影（以下、プレ撮影という）を行い、プレ撮影によって得られた複数の時間位相における動態画像を収集し、診断のために必要な撮影（以下、本撮影という）のためのフレームレートを決定する。撮影装置１０においては、当該決定されたフレームレートに基づいて本撮影を開始する。
【００３１】
図３に、撮影装置１０及び撮影用コンソール２０における処理の流れを示す。
図３に示すように、被写体Ｍに対して動態撮影の指示がなされると、撮影用コンソール２０においては、フレームレート決定用画像データ収集処理が行われる（ステップＳ１）。
【００３２】
図４に、ステップＳ１において行われるフレームレート決定用画像データ収集処理を示す。当該処理では、撮影装置１０においてプレ撮影された動態画像から、フレームレートを決定するために必要な情報を取得する。当該処理は、撮影用コンソール２０の制御部２１によって行われる。
【００３３】
まず、カウンタ変数Ｎに１が代入される（ステップＳ１０１）。次いで、設定されたフレームレートに基づいて撮影装置１０に対して動態画像Ｆ（Ｎ）を撮像するよう指示が行われる（ステップＳ１０２）。具体的には、ステップＳ１０２においては、カウンタ変数Ｎが１であれば、予め記憶部２２に定められたフレームレートが設定されており、このフレームレートに基づいて撮影装置１０に対して動態画像Ｆ（Ｎ）を撮像するよう指示が行われる。カウンタ変数が１以上であれば後述するステップＳ１０８において設定されたフレームレートに基づいて撮影装置１０に対して動態画像を撮像するよう指示が行われる。
なお、動態画像Ｆ（Ｎ）の「Ｎ」はカウンタ変数Ｎと同値であり、つまり動態画像Ｆ（Ｎ）とはＮ枚目の動態画像という意味である。
【００３４】
以下、ステップＳ１０２において動態画像Ｆ（Ｎ）を撮像するよう指示が行われた場合における、撮影装置１０の具体的な処理を説明する。
撮影にあたっては、撮影技師が撮影用コンソール２０の操作部２３を介して、被写体Ｍに関する患者情報の入力、撮影部位の指定操作等が予め行われている。患者情報には被写体Ｍ（患者）の氏名の他、年齢、性別、体重、身長等の患者の属性を示す情報が含まれる。
【００３５】
撮影用コンソール２０においては、制御部２１によって指定された被写体Ｍの撮影部位に応じた撮影条件が記憶部２２から読み出され、撮影装置１０のＸ線源１１におけるＸ線照射条件、読取部１３における画像読取条件として設定される。
以下、撮影技師により「肺（換気）」の撮影部位が指定されたとして説明する。換気能を診断するために肺を撮影する場合、呼吸サイクルは平均０．３回／秒程度であることから、これを考慮して複数の時間位相の動態画像を少なくとも１つの呼吸位相について撮影できるように、例えば下記の撮影条件が設定される。
フレームレート（パルスレート）：４フレーム／秒（つまり１秒あたり４回の撮影）
画素サイズ：１５０μｍ
画像サイズ：４０ｃｍ×４０ｃｍ
照射線量：５ｍＡｓ
撮影タイミング：吸気から呼気への変換点のタイミング（撮影開始タイミング）からフレーム間隔時間毎
【００３６】
撮影条件を設定後、制御部２１によってサイクル検出部１４により検出される呼吸サイクルの情報に基づいて、撮影開始タイミングであるか否か、つまり１つの呼吸位相が始まるタイミング（例えば、吸気→呼気の変換点）であるか否かが判断される。
カウンタ変数Ｎの値が１の場合、撮影開始タイミングであれば、制御部２１によってＸ線源１１及び読取部１３が制御され、上記撮影条件に基づいてプレ撮影として動態撮影を開始させることになる。カウンタ変数Ｎの値が２以上であった場合には、先述したようにステップＳ１０２においては、ステップＳ１０８で設定されたフレームレートに基いて（他の撮影条件はカウンタ変数Ｎの値が１である時と同値とする）動態撮影が行われることになる。また、制御部２１によって動態撮影開始に合わせて撮影の開始から終了までに要した撮影時間が経時される。
【００３７】
撮影装置１０においては、設定されたＸ線照射条件に従って所定のフレームレートでＸ線が照射される。同様に、読取部１３は設定された画像読取条件に従って、所定フレームレートで検出器１２からＸ線画像の読取処理が行われる。このＸ線照射動作と画像読取動作は制御部２１によって同期されることになる。
【００３８】
以上説明した処理により、撮影装置１０においては、ステップＳ１０２で指示されたフレームレートで撮像が行われ、撮影用コンソール２０に対して当該撮影された動態画像Ｆ（Ｎ）が送信され、撮影用コンソール２０においては、当該受信した動態画像Ｆ（Ｎ）から信号値ヒストグラムが作成される（ステップＳ１０３）。
【００３９】
図５（ａ）に、最大呼気位の動態画像Ｆ（ｇａ）と、その信号値ヒストグラムｈａを示す。図５（ｂ）は、最大吸気位の動態画像Ｆ（ｇｉ）と、その信号値ヒストグラムｈｉを示す。
図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、信号値ヒストグラムｈａ、ｈｉには大きく分けて３つのピークが現れる。高信号域に現れるのは被写体Ｍを透過せずに直接Ｘ線が検出された直接Ｘ線領域であり、低信号側に現れるのはＸ線の透過率が低い骨、縦隔、横隔膜下の体幹部領域である。それらの間に現れるのが肺を透過した肺野領域である。
最大吸気位の方が肺野領域の面積が大きくなるため、図５（ａ）に示す信号値ヒストグラムｈａにおける肺野領域と比べて図５（ｂ）に示す信号値ヒストグラムｈｉの方が肺野領域の信号分布の面積が大きいことが分かる。
【００４０】
次いで、ステップＳ１０３において作成された信号値ヒストグラムから肺野領域の画素数がカウントされる（ステップＳ１０４）。具体的には、ステップＳ１０３において作成された動態画像の信号値ヒストグラムには、図５（ａ）と図５（ｂ）に斜線の領域で示すような信号値の分布が肺野領域を示しており、ステップＳ１０４においては、動態画像Ｆ（Ｎ）を構成する画素のうち、この斜線の領域に相当する信号値を有する画素がカウントされることになる。
【００４１】
ステップＳ１０４でカウントした動態画像Ｆ（Ｎ）の画素の総数を示す総カウント数Ｃ（Ｎ）が取得される（ステップＳ１０５）。総カウント数Ｃ（Ｎ）の「Ｎ」はカウンタ変数Ｎと同値である。
次いで、カウンタ変数Ｎが１であるか否かが判断される（ステップＳ１０６）。カウンタ変数Ｎが１であると判断された場合（ステップＳ１０６；ＹＥＳ）、予め記憶部２２に記憶されたデフォルトのフレームレートの値が設定される（ステップＳ１０７）。
カウンタ変数Ｎが１であると判断されない場合（ステップＳ１０６；ＮＯ）、総カウント数Ｃ（Ｎ）とＣ（Ｎ−１）の差に対応したフレームレートが設定される（ステップＳ１０８）。具体的には、例えばＣ（Ｎ）とＣ（Ｎ−１）の差が予め記憶部２２に定められた閾値以下であれば、フレームレートをデフォルト値の倍に設定し、閾値以上であればフレームレートをデフォルト値に設定する等によって行われる。これにより制御部２１は指示手段として機能する。
【００４２】
図６に、肺野の画素数と撮影タイミングの相関関係を示す。図６に示すように、被写体Ｍは自然呼吸状態であるので、肺野領域の画素数は先述の通りほぼ一定周期（呼気から次の吸気の周期）で増減する。
総カウント数Ｃ（Ｎ）とＣ（Ｎ−１）の差が小さいということは、吸気から呼気へと切り替わるタイミング（以下、タイミングＴin→exという）又は呼気から吸気へと切り替わるタイミング（以下、タイミングＴex→inという）付近であることを示している。なお、吸気の最中は肺野が膨張し、呼気の最中は肺野が収縮するので、肺野領域の変化が大きいことになり、肺野の画素数の変化、つまり総カウント数Ｃ（Ｎ）とＣ（Ｎ−１）の差は大きいことになる。
【００４３】
診断のために必要な動態画像を取得するための撮影（以下、本撮影という）のフレームレートを決定するには、タイミングＴin→exとタイミングＴex→inを正確に把握することが重要であるため、ステップＳ１０８においては、タイミングＴin→exとタイミングＴex→inの付近、つまり総カウント数Ｃ（Ｎ）とＣ（Ｎ−１）の差がある程度小さくなった場合にフレームレートを増加させることになる。つまり、ステップＳ１０８においては、先述したように、総カウント数Ｃ（Ｎ）とＣ（Ｎ−１）の差が予め定められた閾値以下となった場合に、例えばフレームレートをデフォルト値の倍に設定する等の処理が行われることになる。
この場合には、図６に示すようにタイミングＴin→exとタイミングＴex→inの付近において撮影タイミングが集中することになる。
【００４４】
図７に、フレームレートと時間位相との相関関係を示す。
図７に示すように、本実施の形態においては、先述したように信号値ヒストグラムの変化量つまり肺野面積とフレームレートとは相関することになるので、自然呼吸状態にある被写体Ｍに対しては、撮影用コンソール２０が設定するフレームレートも周期的に変化することになる。
【００４５】
次いで、カウンタ変数Ｎが１加算され（ステップＳ１０９）、カウンタ変数Ｎが予め記憶部２２に定められた閾値（本実施の形態においては３０としている）よりも大きくなったか否かが判断される（ステップＳ１１０）。つまり、ステップＳ１１０において閾値を３０とした場合には、プレ撮影において、動態画像Ｆ（Ｎ）が３０枚撮影されることになる。
カウンタ変数Ｎが予め定められた閾値よりも大きくなったと判断されない場合（ステップＳ１１０；ＮＯ）、処理はステップＳ１０２に戻る。
カウンタ変数Ｎが予め定められた閾値よりも大きくなったと判断された場合（ステップＳ１１０；ＹＥＳ）、処理は終了する。
【００４６】
撮影用コンソール２０において、ステップＳ１のフレームレート決定用画像データ収集処理が終了すると、フレームレート決定処理が行われる（ステップＳ２）。
【００４７】
図８に、ステップＳ２において行われるフレームレート決定処理を示す。当該処理では、ステップＳ１において撮影装置１０においてプレ撮影された動態画像Ｆ（Ｎ）を基に、本撮影のためのフレームレートを決定する。
【００４８】
まず、ステップＳ１において収集された動態画像Ｆ（Ｎ）から算出された肺野領域の総カウント数Ｃ（Ｎ）の最大値と最小値が取得される（ステップＳ２０１）。次いで、総カウント数Ｃ（Ｎ）が最大値となる画像の撮影タイミングをタイミングＴin→ex、つまり最大吸気のタイミングとし、総カウント数Ｃ（Ｎ）が最小値となる画像の撮影タイミングをタイミングＴex→in、つまり最大呼気のタイミングとする（ステップＳ２０２）。
【００４９】
ステップＳ２０２において得られたタイミングＴin→exの間隔から呼吸持続期間Ｔrespが算出される（ステップＳ２０３）。なお、ステップＳ２０３において、ステップＳ２０１において得られたタイミングＴex→inの間隔から呼吸持続期間Ｔrespが算出されてもよい。
次いで、タイミングＴin→exとタイミングＴex→inの間隔から呼気持続期間Ｔexが算出される（ステップＳ２０４）。同様に、タイミングＴex→inと次のタイミングＴin→exの間隔から吸気持続期間Ｔinが算出される（ステップＳ２０５）。
【００５０】
図９に、ステップ２０３からステップＳ２０５において算出される値の相関関係を示す。図９に示すように、総カウント数Ｃ（Ｎ）が最大値となる時間位相をタイミングＴin→exとし、総カウント数Ｃ（Ｎ）が最小値となる時間位相をタイミングＴex→inとする。
ステップＳ２０３においては、タイミングＴin→exの時間位相の間隔又はタイミングＴex→inの時間位相の間隔から、図９に示す時間間隔である呼吸持続期間Ｔrespが算出される。
ステップＳ２０４においては、総カウント数Ｃ（Ｎ）が最大値となるタイミングＴin→exから総カウント数Ｃ（Ｎ）が最小値となるタイミングＴex→inの時間位相の間隔から、図９に示す時間間隔である呼気持続期間Ｔexが算出される。
ステップＳ２０５においては、総カウント数Ｃ（Ｎ）が最小値となるタイミングＴex→inから総カウント数Ｃ（Ｎ）が次に最大値となるタイミングＴin→exの時間位相の間隔から、図９に示す時間間隔である吸気持続期間Ｔinが算出される。
【００５１】
次いで、ステップＳ２０３〜ステップＳ２０５において算出された呼吸持続期間Ｔresp、呼気持続期間Ｔex、又は吸気持続期間Ｔinに基づいて本撮影に必要なフレームレートが決定され、設定される（ステップＳ２０６）。具体的には、例えば吸気持続期間Ｔin内に１０フレームの撮影が行われるように、１０／吸気持続期間Ｔinをフレームレートとして決定されたり、一つの呼吸サイクルのタイミングＴex→inとタイミングＴin→exの付近においてデフォルトのフレームレートの倍の値を用いるよう決定する等によって、本撮影のフレームレートが設定される。なお、被写体ＭのタイミングＴex→inとタイミングＴin→exが算出されているので、タイミングＴex→inとタイミングＴin→exに基づいて、ステップＳ２０６においてフレームレートの設定と同時に、本撮影開始の撮影タイミングを決定してもよい。
【００５２】
ステップＳ２におけるフレームレート決定処理によって決定されたフレームレートを基に、撮影装置１０に対して撮影指示が行われ、撮影装置１０においては被写体Ｍの胸部動態撮影の本撮影が開始されることになる（ステップＳ３）。なお、ステップＳ２及びステップＳ３における処理により、制御部２１は制御手段として機能する。
【００５３】
以上のように、本実施の形態における動態撮影システム１によれば、プレ撮影において撮影された動態画像に基づいて、本撮影のためのフレームレートが算出され、設定される。当該設定されたフレームレートに基づいて本撮影が行われることにより、被写体Ｍの自然呼吸の特性に応じた最適なフレームレートに基づいて、診断のために必要な動態画像を得ることができる。
【００５４】
また、本実施の形態においては、プレ撮影において撮影される自然呼吸のタイミングＴin→exとタイミングＴex→in付近において、集中して動態撮影が行われるため、自然呼吸の切り替わりのタイミング等のプレ撮影において必要な動態画像を得ることができ、呼吸持続期間Ｔresp、呼気持続期間Ｔex、又は吸気持続期間Ｔinに基づいて、本撮影に必要なフレームレートが決定されることにより、被写体Ｍの被曝量を軽減することができる。撮影タイミングとＸ線の照射タイミングは同期されていることによる。
【００５５】
なお、上述した本実施の形態における記述は、本発明に係わる最適な動態撮影システムの一例であり、これに限定されるものではない。
例えば、本実施の形態においては、プレ撮影においてステップＳ１１０において動態画像Ｆ（Ｎ）が３０枚撮影されるまでをプレ撮影としたが、自然呼吸の１の周期である１つの呼吸サイクルを取得した場合にプレ撮影を終了すると判断してもよい。この場合においても、少なくとも１つの呼吸サイクルの動態画像Ｆ（Ｎ）が取得されているので、呼吸持続期間Ｔresp、呼気持続期間Ｔex、及び吸気持続期間Ｔinを算出することができ、ステップＳ３において本撮影のためのフレームレートを算出することができる。
【００５６】
また、ステップＳ２０６において設定される本撮影のフレームレートの算出方法は本実施の形態における例に限られない。プレ撮影において得られた動態画像Ｆ（Ｎ）から算出されればよく、例えば、呼気持続期間Ｔex内に２０フレームの撮影が行われるよう、２０／呼気持続期間Ｔexが本撮影のフレームレートとして算出され、設定されてもよい。
【００５７】
また、上記の説明では、本発明に係るプログラムのコンピュータ読み取り可能な媒体としてハードディスクや半導体の不揮発性メモリ等を使用した例を開示したが、この例に限定されない。その他のコンピュータ読み取り可能な媒体として、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を適用することが可能である。また、本発明に係るプログラムのデータを通信回線を介して提供する媒体として、キャリアウエーブ（搬送波）も適用される。
【００５８】
その他、動態撮影システム１を構成する各装置の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【００５９】
（第２の実施の形態）
次に図１０から図１５を参照しつつ、本発明に係る動態撮影システム１の第２の実施の形態について説明する。なお、動態撮影システム１を構成する撮影装置１、撮影用コンソール２０、診断用コンソール３０、画像処理装置４０、及びサーバ５０の構成は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００６０】
第１の実施の形態における動態撮影システム１は、プレ撮影における動態画像を解析することにより本撮影のためのフレームレートを算出したが、第２の実施の形態における動態撮影システム１は、プレ撮影における動態画像を解析することにより本撮影のための照射線量を算出する。
【００６１】
図１０に、第２の実施の形態における撮影装置１０、撮影用コンソール２０における処理の流れを示す。
図１０に示すように、まず予め設定された撮影条件に基づいて撮影装置１０においてプレ撮影として胸部の動態撮影が行われ、複数の時間位相における動態画像Ｆ（Ｎ）が生成される（ステップＳ２１）。具体的には、サイクル検出部１４において検出された被写体Ｍの呼吸サイクルのうち、動態撮影を開始してから１サイクル目の呼吸サイクルの動態撮影が行われることになる。プレ撮影における撮影装置１０における処理は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
ステップＳ２１において得られた動態画像Ｆ（Ｎ）が撮影用コンソール２０に送信され、撮影用コンソール２０においては、当該動態画像Ｆ（Ｎ）に対して画質解析処理が行われる（ステップＳ２２）。
【００６２】
図１１に、ステップＳ２２において行われる画質解析処理の流れを示す。
図１１に示すように、撮影装置１０において行われたプレ撮影が、単撮影（１サイクルで１枚の動態撮影のことをいう）もしくは複数枚撮影（本実施の形態においては、１サイクルで５フレームまでの動態撮影のことをいう）であるか否かが判断される（ステップＳ２２０１）。具体的には、ステップＳ２１において撮影された動態画像Ｆ（Ｎ）の枚数Ｎに基づいて判断されることになる。
撮影装置１０において行われたプレ撮影が、単撮影又は複数枚撮影であると判断された場合（ステップＳ２２０１；ＹＥＳ）、当該動態画像に予め定められたリファレンス領域における平均画素値が算出される（ステップＳ２２０２）。
【００６３】
図１２に、動態画像に予め定められたリファレンス領域の一例を示す。図１２に示す例では、動態画像に対して４つのリファレンス領域が予め定められており、それぞれをリファレンス領域（１）〜（４）とする。
リファレンス領域（１）とリファレンス領域（２）は、被写体Ｍの肺野領域である。
リファレンス領域（３）は、被写体Ｍを通過せずに検出器１１に直接Ｘ線が照射されている領域である。
リファレンス領域（４）は、被写体Ｍの横隔膜下や縦隔領域等のＸ線吸収量が多い低信号の領域である。
ステップＳ２２０２において平均画素値が算出されるリファレンス領域としては何箇所でもよいが、本実施の形態においては上記の４つをリファレンス領域とする。
【００６４】
図１３に、あるリファレンス領域を模式的に示す。図１３に示すように、一つのリファレンス領域を構成する画素をＮ画素×Ｎ画素とし、水平方向にｉ番目、垂直方向にｊ番目の画素の画素値をＩ（ｉ，ｊ）とする。
図１３に示した例では、一つのリファレンス領域にＮ×Ｎ個の画素が含まれることになるので、ステッ２２０２においては、リファレンス領域毎の平均画素値は以下の式によって算出されることになる。
【数１】
2011152154.tif 000003
【００６５】
図１４（ａ）に、肺野領域（図１２の例の場合、リファレンス領域（１）とリファレンス領域（２））における平均画素値の変化を示す。
図１４（ａ）に示すように、本実施の形態における動態撮影では、被写体Ｍは自然呼吸状態にあるので、吸気と呼気が繰り返される呼吸サイクルに応じて肺野領域の平均画素値も周期的な変化をとる。
【００６６】
図１４（ｂ）に、直接Ｘ線が照射されている領域（図１２の例の場合、リファレンス領域（３））とＸ線吸収量が多い領域（図１２の例の場合、リファレンス領域（４））における平均画素値の変化を示す。
図１４（ｂ）に示すように、直接Ｘ線が照射されている領域においては、被写体Ｍを通過せずに検出器１１にＸ線が到達しているため、平均画素値は高く検出される。一方、Ｘ線吸収量が多い領域においては、被写体ＭにＸ線が吸収されているため、平均画素値は低く検出されることになる。
これらの領域は、肺野領域とは異なり被写体Ｍの時系列的な変化が少ないため、平均画素値は時間が経過しても本来は一定値が計測されることになる。しかし、撮影条件や外的要因等から各種のノイズが発生するため、図１４（ｂ）に示すように平均画素値が一定値を取らないこととなる。具体的な算出方法は後述するが、このノイズは標準偏差として算出される。
【００６７】
次いで、リファレンス領域毎に画素値の標準偏差が算出される（ステップＳ２２０３）。具体的には、リファレンス領域を図１３に示した例とすると以下の式によって標準偏差が算出される。本実施の形態においては、リファレンス領域（１）〜（４）ごとに標準偏差が算出されることになる。
【数２】
2011152154.tif 000004
【００６８】
ステップＳ２２０２において算出された平均画素値とステップＳ２２０３において算出された標準偏差から、各リファレンス領域の信号対雑音比（以下、Ｓ／Ｎ比という）が算出される（ステップＳ２２０４）。具体的には、以下の式のように、リファレンス領域の平均画素値を標準偏差で割った値がＳ／Ｎ比として算出される。
【数３】
2011152154.tif 000005
【００６９】
ステップＳ２２０２〜ステップＳ２２０４の処理は、プレ撮影が単撮影であれば１枚の動態画像のリファレンス領域毎に、平均画素値、標準偏差、及びＳ／Ｎ比が算出される。プレ撮影が複数枚撮影であれば、当該複数の動態画像のリファレンス領域毎に平均画素値、標準偏差、及びＳ／Ｎ比が算出されることになる。
【００７０】
一方、撮影装置１０において行われたプレ撮影が、単撮影又は複数枚撮影であると判断されない場合（ステップＳ２２０１；ＮＯ）、当該動態画像に予め定められたリファレンス領域における時系列の平均画素値が算出される（ステップＳ２２０５）。なお、ステップＳ２２０１において単撮影もしくは複数枚撮影であると判断されない場合（以下、多撮影という）、１サイクル内である程度多く（本実施の形態においては１サイクルで６フレーム以上の撮影をいい、以下、多撮影という）の動態撮影が行われていることになる。
【００７１】
図１５に、多撮影が行われた場合における動態画像の模式図を示す。図１５に示す例では、１サイクルにおいてＮフレーム撮影された例を示し、斜線で囲まれた領域は、あるリファレンス領域を示す。リファレンス領域は、単撮影の場合と同様に複数箇所が選択されているものとする。
ステップＳ２２０５においては、まず、各フレームの動態画像におけるリファレンス領域毎に平均画素値が算出される。つまり、一つのリファレンス領域に対して平均画素値がＮ個算出されることになる。各フレームの動態画像におけるリファレンス領域毎の平均画素値の算出方法はステップＳ２２０２と同様であるので説明を省略する。
そして、各フレームの動態画像における平均画素値から、時系列の平均画素値が以下の式によって算出される。
【数４】
2011152154.tif 000006
【００７２】
次いで、リファレンス領域毎に画素値の時系列の標準偏差が算出される（ステップＳ２２０６）。具体的には、以下の式によって標準偏差が算出される。
【数５】
2011152154.tif 000007
【００７３】
ステップＳ２２０５において算出された平均画素値とステップＳ２２０６において算出された標準偏差から、各リファレンス領域のＳ／Ｎ比が算出される（ステップＳ２２０７）。具体的には、以下の式のように、リファレンス領域の時系列の平均画素値を時系列の標準偏差で割った値がＳ／Ｎ比として算出される。
【数６】
2011152154.tif 000008
【００７４】
次いで、ステップＳ２２０４又はステップＳ２２０７において算出されたＳ／Ｎ比に基づいて、本撮影のための線量が算出される（ステップＳ２２０８）。
具体的には、リファレンス領域毎に算出されたＳ／Ｎ比（以下、測定Ｓ／Ｎ比という）と、予め記憶部２１に記憶されたＳ／Ｎ比Ｒｋ（以下、基準Ｓ／Ｎ比Ｒｋという）が比較されることによって行われる。例えば、以下の式により算出された判断値Ｒが負となるリファレンス領域がある場合は、照射線量が過多であると判断し、判断値Ｒが正となるリファレンス領域がある場合は、照射線量が不足している等によって判断する。つまり、計測Ｓ／Ｎ比が大きい時は、比較的ノイズが小さいので照射線量を少なくし、計測Ｓ／Ｎ比が小さい時は、比較的ノイズが大きいので照射線量を多くすることになる。
【数７】
2011152154.tif 000009
【００７５】
照射線量の調整は１サイクル目で設定された照射線量をＡ（第１の実施の形態と同様、本実施の形態における照射線量の単位はｍＡｓとする）とすると、上記数式にて算出されたＲを用いて、ステップＳ２２０８においては、（１．０＋Ｒ）×Ａを照射線量として算出する等によって行われる。
なお、このように算出される照射線量は、被写体Ｍの被曝線量の観点から、本実施の形態においては、Ｒは１以下とし、ステップＳ２２０８において算出される照射線量は、第１サイクルの照射線量の１／４まで、つまりＲは−０．７５以上に制限する等、最低限の照射線量を下回らないように設定する。つまり、Ｒが−０．７５以下と算出された場合にはＲを−０．７５としてステップＳ２２０８における処理が行われることになる。
【００７６】
ステップＳ２２によって算出された照射線量が、本撮影における照射線量として設定され（ステップＳ２３）、撮影装置１０においては当該照射線量で本撮影が開始されることになる（ステップＳ２４）。
【００７７】
以上のように、第２の実施の形態における動態撮影システム１によれば、プレ撮影において得られた動態画像Ｆ（Ｎ）を画像解析し、リファレンス領域毎にＳ／Ｎ比を算出することにより、本撮影のための照射線量を算出し、設定することができる。つまり、被写体Ｍの自然呼吸の１サイクル目の動態画像Ｆ（Ｎ）に基づいて、本撮影のための照射線量を算出しているので、被写体Ｍの特性に応じた照射線量を設定することができる。
【００７８】
また、Ｓ／Ｎ比を算出するリファレンス領域として、肺野領域以外の領域を指定することにより、被写体Ｍを通過しない領域のＳ／Ｎ比を算出することができ、動態撮影システム１が固有に有する雑音を把握し、照射線量の設定のために情報を反映させることができる。
【００７９】
なお、上述した本実施の形態における記述は、本発明に係わる最適な動態撮影システムの一例であり、これに限定されるものではない。
例えば、Ｓ／Ｎ比に基づいて算出される照射線量は本実施の形態において示した例に限られず、例えばステップＳ２２０８において算出されたＳ／Ｎ比に対応した照射線量をテーブルとして保持して参照されることによって、照射線量が設定されてもよい。
【００８０】
その他、動態撮影システム１を構成する各装置の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本実施形態における動態撮影システムを示す図である。
【図２】図１の撮影装置、撮影用コンソール、診断用コンソールの機能的構成を示す図である。
【図３】動態撮影システムにおける処理の流れを示す図である。
【図４】撮影用コンソールにおいて行われるフレームレート決定用画像データ収集処理の流れを示す図である。
【図５】動態画像及びその信号値のヒストグラムを示す図であり、（ａ）は最大呼気位の場合であり、（ｂ）は最大吸気位の場合である。
【図６】肺野の画素数と撮影タイミングの関係を時系列に示す図である。
【図７】プレ撮影において設定されるフレームレートを時系列に示す図である。
【図８】撮影用コンソールにおいて行われるフレームレート決定処理の流れを示す図である。
【図９】肺野領域の画素数と呼吸持続時間、呼気持続時間、吸気持続時間、吸気→呼気の移行タイミング、及び呼気→吸気の移行タイミングの関係を示す図である。
【図１０】第２の実施の形態における動態撮影システムにおける処理の流れを示す図である。
【図１１】撮影用コンソールにおいて行われる画質解析処理の流れを示す図である。
【図１２】リファレンス領域を模式的に示す図である。
【図１３】リファレンス領域を構成する画素を模式的に示す図である。
【図１４】平均画素値の変化を時系列に示す図であり、（ａ）は肺野領域における平均画素値の変化を示し、（ｂ）は肺野領域以外の領域における平均画素値の変化を示す。
【図１５】複数の動態画像とリファレンス領域を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  動態撮影システム
１０  撮影装置
１１  Ｘ線源
１２  検出器
１３  読取部
１４  サイクル検出部
２０  撮影用コンソール
２１  制御部
２３  操作部
３０  診断用コンソール
３１  制御部
３４  表示部
４０  画像処理装置
５０  サーバ
【図１】
2011152154.tif 000010
【図２】
2011152154.tif 000011
【図３】
2011152154.tif 000012
【図４】
2011152154.tif 000013
【図５】
2011152154.tif 000014
【図６】
2011152154.tif 000015
【図７】
2011152154.tif 000016
【図８】
2011152154.tif 000017
【図９】
2011152154.tif 000018
【図１０】
2011152154.tif 000019
【図１１】
2011152154.tif 000020
【図１２】
2011152154.tif 000021
【図１３】
2011152154.tif 000022
【図１４】
2011152154.tif 000023
【図１５】
2011152154.tif 000024