(57)【要約】【課題】  対象体に照射されるＸ線の線量を減少させるＸ線画像装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】  本発明の一態様は、対象体のＸ線被爆量を低減するためにカルマンフィルタを利用して関心客体の位置を追跡し、追跡の正確度を示す共分散を算出し、算出された関心客体の位置と共分散がＸ線が照射される領域の位置及び面積と連動するようにコリメーターを制御するＸ線画像装置及びその制御方法を提供する。本発明の一態様によるＸ線画像装置は、Ｘ線ソースと、該Ｘ線ソースで照射されるＸ線の照射領域を調節するコリメーターと、Ｘ線画像で関心領域を決定し、前記関心領域で関心客体の位置を追跡し、Ｘ線が照射される領域が前記関心客体の追跡結果に連動するように前記コリメーターを制御するプロセッサと、を含む。【選択図】      図２
2015097782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線ソースと、
該Ｘ線ソースで照射されるＸ線の照射領域を調節するコリメーターと、
Ｘ線画像で関心領域を決定し、前記関心領域で関心客体の位置を追跡し、Ｘ線が照射される領域が前記関心客体の追跡結果に連動するように前記コリメーターを制御するプロセッサと、
を含むＸ線画像装置。
【請求項２】
前記プロセッサは、前記関心客体の位置を予測し、前記予測の正確度を示す共分散を予測し、Ｘ線画像での前記関心客体の位置の測定値に基づいて前記関心客体の位置と前記共分散の予測を更新することによって、前記関心客体の位置を追跡する、請求項１に記載のＸ線画像装置。
【請求項３】
前記プロセッサは、前記更新された関心客体の位置及び共分散に連動して前記Ｘ線が照射される領域の位置と面積が決定されるように前記コリメーターを制御する、請求項２に記載のＸ線画像装置。
【請求項４】
前記プロセッサは、前記更新された関心客体の位置及び共分散に基づいて関心客体の位置が含まれた楕円領域を設定し、Ｘ線の照射領域の面積が前記楕円領域の面積に対応するように前記コリメーターを制御する、請求項２に記載のＸ線画像装置。
【請求項５】
前記プロセッサは、Ｘ線画像で前記関心客体の位置が測定されなければ、前記予測された関心客体の位置及び共分散に基づいてさらに関心客体の位置及び共分散を予測する過程を繰り返す、請求項２に記載のＸ線画像装置。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記予測された関心客体の位置及び共分散に連動して前記Ｘ線が照射される領域の位置と面積が決定されるように前記コリメーターを制御する、請求項５に記載のＸ線画像装置。
【請求項７】
前記プロセッサは、前記予測された関心客体の位置及び共分散に基づいて関心客体の位置が含まれた楕円領域を設定し、Ｘ線の照射領域の面積が前記楕円領域の面積に対応するように前記コリメーターを制御する、請求項５に記載のＸ線画像装置。
【請求項８】
前記プロセッサは、前記関心領域で前記関心客体の位置及び速度を追跡する、請求項１に記載のＸ線画像装置。
【請求項９】
Ｘ線画像で関心領域を決定するステップと、
前記関心領域で関心客体の位置を追跡するステップと、
Ｘ線が照射される領域が前記関心客体の追跡結果に連動するように前記コリメーターを制御するステップと、
を含むＸ線画像装置の制御方法。
【請求項１０】
前記関心客体の位置を追跡するステップは、
プロセッサで前記関心客体の位置を予測し、前記予測の正確度を示す共分散を予測するステップと、
Ｘ線画像での前記関心客体の位置の測定値に基づいて前記関心客体の位置と前記共分散の予測を更新することによって、前記関心客体の位置を追跡するステップと、
を含む、請求項９に記載のＸ線画像装置の制御方法。
【請求項１１】
前記コリメーターを制御するステップは、
前記更新された関心客体の位置及び共分散に連動して前記Ｘ線が照射される領域の位置と面積が決定されるように前記コリメーターを制御するステップ、
を含む、請求項１０に記載のＸ線画像装置の制御方法。
【請求項１２】
前記コリメーターを制御するステップは、
前記プロセッサで前記更新された関心客体の位置及び共分散に基づいて関心客体の位置が含まれた楕円領域を設定するステップと、
Ｘ線の照射領域の面積が前記楕円領域の面積に対応するように前記コリメーターを制御するステップと、
を含む、請求項１０に記載のＸ線画像装置の制御方法。
【請求項１３】
Ｘ線画像で前記関心客体の位置が測定されなければ、前記予測された関心客体の位置及び共分散に基づいてさらに関心客体の位置及び共分散を予測する過程を繰り返すステップ、
をさらに含む請求項１０に記載のＸ線画像装置の制御方法。
【請求項１４】
前記コリメーターを制御するステップは、
前記予測された関心客体の位置及び共分散に連動して前記Ｘ線が照射される領域の位置と面積が決定されるように前記コリメーターを制御するステップ、
を含む、請求項１３に記載のＸ線画像装置の制御方法。
【請求項１５】
前記コリメーターを制御するステップは、
前記予測された関心客体の位置及び共分散に基づいて関心客体の位置が含まれた楕円領域を設定するステップと、
Ｘ線の照射領域の面積が前記楕円領域の面積に対応するように前記コリメーターを制御するステップと、
を含む、請求項１３に記載のＸ線画像装置の制御方法。
【請求項１６】
前記関心客体の位置を追跡するステップは、
前記関心領域で前記関心客体の位置及び速度を追跡するステップ、
を含む、請求項９に記載のＸ線画像装置の制御方法。
【請求項１７】
Ｘ線ソースと、
前記Ｘ線ソースで照射されるＸ線の照射領域を調節するコリメーターと、
Ｘ線画像で関心領域を決定し、前記関心領域で関心客体の位置を追跡し、前記追跡の正確度を示す共分散を算出するプロセッサと、
Ｘ線が照射される領域の位置が前記追跡された関心客体の位置を追従し、Ｘ線が照射される領域のサイズが前記共分散に連動するように前記コリメーターの駆動を制御するコントローラーと、
を含むＸ線画像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象体にＸ線を照射し、その内部を画像化するＸ線画像装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線画像装置は、対象体にＸ線を照射し、対象体を透過したＸ線を利用して対象体の内部画像を獲得することができる装置である。対象体を構成する物質の特性によってＸ線の透過性が異なるので、対象体を透過したＸ線の強さまたは強度を検出し、対象体の内部構造を画像化することができる。
【０００３】
最近、対象体の内部で現われる動きを観察することができるようにＸ線動画技術が開発され、血管造影術のような診療法やＸ線透視法などのＸ線画像分野に適用されている。
【０００４】
一方、Ｘ線画像装置の安定性を確保するために対象体に照射されるＸ線の線量を低減することが重要な問題として認識されており、Ｘ線の線量を低減するための多様な研究及び開発が進行されている。
【０００５】
しかし、Ｘ線の線量を低減する方法が施術者のワークフローを妨害するか、または施術者に複雑な作業になる場合、施術者は、Ｘ線の線量の減少より円滑な施術を選択する場合が多い。
【０００６】
したがって、施術者の施術を邪魔することなく、対象体に照射されるＸ線の線量を減少させる技術の開発が要求されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一態様は、カルマンフィルタを利用して関心客体の位置を追跡し、追跡の正確度を示す共分散を算出し、算出された関心客体の位置と共分散がＸ線が照射される領域の位置及び面積と連動するようにコリメーターを制御するＸ線画像装置及びその制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によるＸ線画像装置は、Ｘ線ソースと、該Ｘ線ソースから照射されるＸ線の照射領域を調節するコリメーターと、Ｘ線画像で関心領域を決定し、前記関心領域で関心客体の位置を追跡し、Ｘ線が照射される領域が前記関心客体の追跡結果に連動するように前記コリメーターを制御するプロセッサと、を含む。
【０００９】
本発明の一態様によるＸ線画像装置の制御方法は、Ｘ線画像で関心領域を決定するステップと、前記関心領域で関心客体の位置を追跡するステップと、Ｘ線が照射される領域が前記関心客体の追跡結果に連動するように前記コリメーターを制御するステップと、を含む。
【００１０】
本発明の一態様によるＸ線画像装置は、Ｘ線ソースと、該Ｘ線ソースで照射されるＸ線の照射領域を調節するコリメーターと、Ｘ線画像で関心領域を決定し、前記関心領域で関心客体の位置を追跡し、前記追跡の正確度を示す共分散を算出するプロセッサと、Ｘ線が照射される領域の位置が前記追跡された関心客体の位置を追従し、Ｘ線が照射される領域のサイズが前記共分散に連動するように前記コリメーターの駆動を制御するコントローラーと、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様によれば、対象体に対するＸ線照射量を低減させることができる。
【００１２】
また、施術者は、Ｘ線照射量の低減のために別途の措置を取る必要なく、施術に集中することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例によるＸ線画像装置の外観図である。
【図２】本発明の一実施例によるＸ線画像装置の制御ブロック図である。
【図３】本発明の一実施例によるＸ線画像装置に含まれるＸ線チューブの内部構造を示す断面図である。
【図４】エネルギーと減衰係数との関係を対象体内部の物質別に示すグラフである。
【図５】時間減算法で使用されるＸ線画像を簡略に示す図である。
【図６Ａ】時間減算法によってＸ線を発生させる方法を説明するための図である。
【図６Ｂ】時間減算法によって血管Ｘ線画像を獲得する方法を説明するための図である。
【図７Ａ】エネルギー減算法によってＸ線を発生させる方法を説明するための図である。
【図７Ｂ】エネルギー減算法によって血管Ｘ線画像を獲得する方法を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施例によるＸ線画像装置において関心客体を追跡し、追跡結果にＸ線照射領域を連動させるためにコリメーターの駆動を制御する過程を概念的に示す図である。
【図９】血管ステント挿入術の場合に対する関心を例示的に示す図である。
【図１０】拡張カルマンフィルタを利用して関心客体を追跡する過程を概念的に示す図である。
【図１１】拡張カルマンフィルタを利用して関心客体を追跡する過程を概念的に示す図である。
【図１２】関心客体の追跡結果に連動して、Ｘ線照射領域が変わることを示す図である。
【図１３】コリメーターのマスクが追跡結果によって形成された楕円に対応してＸ線照射領域を調節することを示す図である。
【図１４】本発明の一実施例によるＸ線画像装置の制御方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照して本発明の一態様によるＸ線画像装置及びその制御方法の実施例を詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施例によるＸ線画像装置の外観図であり、図２は、本発明の一実施例によるＸ線画像装置の制御ブロック図であり、図３は、本発明の一実施例によるＸ線画像装置に含まれるＸ線チューブの内部構造を示す断面図である。
【００１６】
図１に示されたように、血管造影のためのＸ線画像装置１００は、Ｃ−ａｒｍ構造を有することができる。Ｘ線発生アセンブリー１０７とＸ線検出部１２０は、Ｃ−ａｒｍ  １０１の両端部にそれぞれ装着されることができる。Ｃ−ａｒｍ  １０１は、連結軸１０５を介して本体１０３と連結され、軌道方向に回転することができる。
【００１７】
Ｘ線発生アセンブリー１０７の内部には、Ｘ線ソース１１０、コリメーター１１２及びフィルタリング部（図示せず）が具備されることができる。Ｘ線発生アセンブリー１０７とＸ線検出部１２０との間には、患者テーブル２０９が位置し、患者テーブル２０９の上に対象体が位置すれば、Ｘ線ソース１１０が対象体にＸ線を照射し、Ｘ線検出部１２０が照射されたＸ線を検出し、対象体に対するＸ線画像を獲得する。
【００１８】
血管造影のためのＸ線画像装置１００は、多様なイメージングモードによってＸ線撮影を行うことができ、対象体に対するリアルタイム動画を得ることができる。ユーザは、複数の画面を具備し、施術または診断に必要な様々な画像を表示することができるディスプレイ１７２を見ながら施術または診断を行うことができる。
【００１９】
ユーザは、Ｘ線画像装置１００に具備された入力部１７１を介して必要な情報を入力することができる。例えば、Ｘ線ソース１１０がＸ線を繰り返して照射するように入力部を介して周期を入力することができる。入力された周期は、制御部１６０に伝達され、制御部１６０が入力された周期によってＸ線ソース１１０を制御することができる。
【００２０】
図２には、本発明の一実施例によるＸ線画像装置１００の主要構成を示すブロック図が示されている。図２を参照して、Ｘ線画像装置１００の主要構成をさらに具体的に説明する。図２を参照すれば、Ｘ線画像装置１００は、Ｘ線を発生させて照射するＸ線ソース１１０と、Ｘ線ソース１１０で照射されるＸ線の照射範囲を調節するコリメーター１１２と、対象体を透過したＸ線を検出し、フレームデータを獲得するＸ線検出部１２０と、関心領域の関心客体を追跡し、追跡結果に連動してＸ線照射領域が調節されることができるようにコリメーターの駆動を制御することができる信号を出力するプロセッサ１５０と、Ｘ線撮影のためのパラメータを設定し、プロセッサで出力された信号によってコリメーター１１２の駆動を制御する制御部１６０と、複数の画面を具備し、施術または診断に必要な様々な画像を表示することができるディスプレイ１７２とを含む。
【００２１】
Ｘ線ソース１１０は、Ｘ線を発生させて対象体に照射する。Ｘ線ソース１１０は、電源供給部（図示せず）から電源を供給されてＸ線を発生させる。Ｘ線のエネルギーは、管電圧またはフィルタのうち少なくとも１つによって制御されることができ、Ｘ線の強さまたは線量は、管電流及びＸ線露出時間によって制御されることができる。Ｘ線ソース１１０は、Ｘ線を発生させるＸ線チューブ１１１を含む。
【００２２】
図３は、Ｘ線チューブの構成を例示した図である。図３を参照すれば、Ｘ線チューブ１１１は、陽極１１１ｃと陰極１１１ｅを含む２極真空管で具現されることができ、管体は、ケイ酸硬質ガラスなどを材料とするガラス管１１１ａであることができる。
【００２３】
陰極１１１ｅは、フィラメント１１１ｈと電子を集束させる集束電極１１１ｇを含み、集束電極１１１ｇは、フォーカシングコップとも言う。ガラス管１１１ａの内部が約１０ｍｍＨｇ程度の高真空状態になり、陰極のフィラメント１１１ｈが高温に加熱されれば、熱電子が発生することができる。
【００２４】
フィラメント１１１ｈの一例として、タングステンフィラメントを使用することができ、フィラメントに連結された電気導線１１１ｆに電流を加えて、フィラメント１１１ｈを加熱することができる。但し、本発明の実施例が陰極１１１ｅにフィラメント１１１ｈを採用することに限定されるものではなく、高速パルスで駆動可能なカーボンナノチューブを陰極とすることも可能である。
【００２５】
陽極１１１ｃは、主に銅で構成され、陰極１１１ｅと対向する側にターゲット物質１１１ｄが塗布または配置され、ターゲット物質としては、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏなどの高抵抗材料が使用されることができる。ターゲット物質の融点が高いほど焦点サイズが小さくなる。
【００２６】
そして、陰極１１１ｅと陽極１１１ｃの間に高電圧を印加すれば、熱電子が加速され、陽極のターゲット物質１１１ｄに衝突しながらＸ線を発生させる。発生したＸ線は、ウィンドウ１１１ｉを通じて外部に照射され、ウィンドウは、ベリリウム（Ｂｅ）薄膜を使用して具現されることができる。
【００２７】
ターゲット物質１１１ｄは、ローター１１１ｂによって回転することができ、ターゲット物質１１１ｄが回転すれば、固定された場合に比べて熱蓄積率が単位面積当たり１０倍以上増大されることができ、焦点サイズが減少する。
【００２８】
Ｘ線チューブ１１１の陰極１１１ｅと陽極１１１ｃとの間に加えられる電圧を管電圧と言い、そのサイズは、波高値ｋｖｐで表示することができる。管電圧が増加すれば、熱電子の速度が増加し、熱電子の速度が増加すれば、ターゲット物質に衝突して発生するＸ線のエネルギー（光子のエネルギー）が増加する。
【００２９】
また、Ｘ線のエネルギーを調節するために、Ｘ線の照射方向にフィルタが配置されることができる。ウィンドウ１１１ｉの前面または後面に特定波長帯域のＸ線をフィルタリングするフィルタが設けられることができ、フィルタは、特定エネルギー帯域のＸ線をフィルタリングすることができる。例えば、アルミニウムや銅で形成されたフィルタが配置されれば、低エネルギー帯域のＸ線がフィルタリングされ、これにより、照射されるＸ線のエネルギーが増加する。
【００３０】
Ｘ線チューブ１１１に流れる電流は、管電流と言い、平均値ｍＡで表示することができ、管電流が増加すれば、Ｘ線の線量（Ｘ線光子の数）が増加する。
【００３１】
前述した管電圧によってＸ線のエネルギー帯域が制御されることができ、管電流及びＸ線露出時間によってＸ線の強度または線量が制御されることができる。したがって、対象体の種類や特性によって管電圧と管電流を調節し、照射されるＸ線のエネルギー帯域及び強度を制御することができる。
【００３２】
Ｘ線ソース１１０は、前述したＸ線チューブ１１１を利用してＸ線を発生させ、発生したＸ線を対象体に照射する。Ｘ線ソース１１０から対象体にＸ線が照射されれば、対象体内部の物質によって、そして照射されるＸ線のエネルギー帯域によってＸ線が減衰する程度が変わる。
【００３３】
Ｘ線が減衰する程度を数値的に示したものを減衰係数と言う。図４は、エネルギーと減衰係数との関係を対象体内部の物質別に示すグラフであり、図４を参照して減衰係数について説明する。
【００３４】
第一に、減衰係数は、対象体内部の物質によって変わることができる。図４に示されたグラフで、ｘ軸は、対象体に照射される光子エネルギーを意味し、ｙ軸は、減衰係数を示す。図４のグラフを見れば、骨の減衰係数を示す曲線が軟組織（筋肉、脂肪）の減衰係数を示す曲線より上方に位置し、ヨードの減衰係数を示す曲線が骨の減衰係数を示す曲線より上方に位置する。
【００３５】
具体的に、同一のエネルギー帯域のＸ線、例えばＥ１が照射されるとき、骨の減衰係数は、Ｂ１は、筋肉の減衰係数Ｍ１より大きく、筋肉の減衰係数Ｍ１は、脂肪の減衰係数Ｆ１より大きく、ヨードの減衰係数Ｉ１は、骨の減衰係数Ｂ１より大きい。
【００３６】
すなわち、対象体内部の互いに異なる物質は、互いに異なる減衰係数を有し、物質の性質が堅いほど減衰係数が増加する。
【００３７】
第二に、減衰係数は、照射されるＸ線のエネルギー帯域によって異なる。図４のグラフで、対象体内部の物質である骨に対してエネルギー帯域がＥ１、Ｅ２であるＸ線がそれぞれ照射されるとき、エネルギー帯域が低いＥ１での減衰係数Ｂ１が、エネルギー帯域が高いＥ２での減衰係数Ｂ２より大きい。
【００３８】
対象体内部の物質が筋肉や脂肪である場合にも、エネルギー帯域が低いＥ１が照射されるときの減衰係数Ｍ１、Ｆ１が、エネルギー帯域が高いＥ２が照射されるときの減衰係数Ｍ２、Ｆ２より大きいということをそれぞれ確認することができる。ヨードも同様であることが分かる。
【００３９】
すなわち、対象体に照射されるＸ線のエネルギー帯域が低いほど減衰係数が増加するようになる。
【００４０】
このような減衰係数は、次の式（１）で表現されることができる。
【００４１】
Ｉ＝Ｉ０・ｅ−μ（Ｅ）・Ｔ      （１）
【００４２】
Ｉ０は、物質に照射されたＸ線の強度であり、Ｉは、物質を透過したＸ線の強度であり、μ（Ｅ）は、エネルギーＥを有するＸ線に対する物質の減衰係数である。Ｔは、Ｘ線が透過される物質の厚さである。
【００４３】
数式１によれば、減衰係数が増加するほど（すなわち、物質の性質が堅いほど、または照射されるＸ線のエネルギー帯域が低いほど）、そして物質の厚さが厚いほど、透過したＸ線の強度が小さくなることが分かる。
【００４４】
血管のような動的臓器に対するＸ線画像を獲得するためには、視点を異にする複数回の撮影が要求される。したがって、一般的には、ユーザが入力部１７１を介して撮影周期を設定し、周期ごとに対象体にＸ線を照射し、対象体の時間による変化をＸ線画像に反映する。
この際、血管Ｘ線画像を獲得するために、時間減算法またはエネルギー減算法によってＸ線を照射することができる。特にエネルギー減算法によるとき、照射されるＸ線のエネルギー帯域を異にすることができる。すなわち、造影剤の成分であるヨードの減衰係数が照射されるＸ線のエネルギー帯域によって異なることを利用すれば、Ｘ線画像から血管に対する画像のみを分離することができる。ここについては、後述する。
【００４５】
一方、本発明の一実施例によるＸ線画像装置１００は、Ｘ線透視法を適用してＸ線動画を生成することができ、血管造影術、心血管造影術などのＸ線診断分野またはこれを利用した各種施術分野に適用されることができる。この際、Ｘ線動画は、リアルタイムで生成されて表示されることができる。
【００４６】
Ｘ線画像装置１００は、Ｘ線動画を生成するためにＸ線撮影を連続的に行う。Ｘ線撮影を連続的に行う方式には、連続露出方式とパルス露出方式がある。
【００４７】
連続露出方式を適用する場合には、Ｘ線チューブ１１１に低い管電流を連続的に供給し、Ｘ線を連続的に発生させ、パルス露出方式を適用する場合には、Ｘ線を短いパルスの連続によって発生させる。したがって、パルス露出方式を適用すれば、Ｘ線の線量とモーションブラーを減少させることができる。Ｘ線画像装置１００は、上述の２つの方式がすべて適用可能である。
【００４８】
Ｘ線ソース１１０は、対象体領域にあらかじめ定められた時間間隔または任意の時間間隔によってＸ線を複数回照射することができる。ここで、あらかじめ定められた時間間隔または任意の時間間隔は、パルスレートまたはフレームレートによって決定されることができ、パルスレートは、フレームレートによって決定されるか、またはその反対であることができる。フレームレートは、秒当たり３０フレーム（３０ｆｐｓ）、秒当たり１５フレーム（１５ｆｐｓ）、秒当たり７．５フレーム（７．５ｆｐｓ）などに設定されることができるところ、一例として、フレームレートが１５ｆｐｓに設定されれば、パルスレートが１５ｐｐｓに設定され、１秒に１５回Ｘ線を発生させることができる。
【００４９】
対象体は、Ｘ線撮影対象、すなわちその内部をＸ線画像で示す対象を意味し、対象体領域は、対象体を含む一定領域であって、Ｘ線画像に画像化される領域を意味する。したがって、対象体領域は、Ｘ線画像装置１００の撮影領域ＦＯＶと一致するか、Ｘ線画像装置１００の撮影領域を含むことができる。Ｘ線ソース１１０の前方、すなわちＸ線照射方向には、コリメーター１１２が配置されることができる。
【００５０】
コリメーター１１２は、鉛やタングステンのように、Ｘ線を吸収するかまたは遮断する物質で構成される複数のマスクを含む、Ｘ線ソース１１０のＸ線の照射領域、すなわち撮影領域（ＦＯＶ）の範囲を調節し、Ｘ線の散乱を減少させる。
【００５１】
マスクＭは、複数のレイヤで形成されることができ、各レイヤを構成するマスクＭが制御信号によって移動し、Ｘ線が照射される領域を多様な形態で形成することができる。
【００５２】
Ｘ線検出部１２０は、Ｘ線を検出し、対象体領域に対する複数のフレームデータを獲得する。フレームデータは、Ｘ線画像装置１００のフレームレートによって獲得される複数のＸ線データそれぞれを意味する。
【００５３】
Ｘ線検出部１２０は、複数のピクセルを含む２次元アレイ構造を有することができる。Ｘ線検出部１２０が検出されたＸ線をピクセル別に電気的信号に変換すれば、対象体領域に対する１つのＸ線データになる。
【００５４】
一般的に、Ｘ線検出部１２０は、検出されたＸ線を電気的な信号に変換させる方式及びＸ線データを獲得する方式などによって区分されることができる。
【００５５】
以下、Ｘ線検出部１２０がＸ線を検出し、検出されたＸ線を電気的信号に変換し、Ｘ線データを獲得する多様な方式について説明する。
【００５６】
まず、Ｘ線検出部１２０は、Ｘ線を電気的信号に変換させる方式に従って、直接変換方式と間接変換方式に区分されることができる。直接変換方式では、Ｘ線が照射されれば、受光素子の内部に一時的に電子−正孔の対が生成され、受光素子の両端に印加されている電場によって、電子が陽極に移動し、正孔が陰極に移動するところ、Ｘ線検出部１２０がこのような移動を電気的信号に変換する。直接変換方式で、受光素子に使用される物質は、ａ−Ｓｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＨｇＩ２、ＰｂＩ２などがある。
【００５７】
間接変換方式では、受光素子とＸ線発生部との間にシンチレータを具備する。シンチレータは、Ｘ線発生部で照射されたＸ線と反応し、可視光領域の波長を有する光子を放出する。受光素子は、シンチレータで放出された光子を感知し、電気的信号に変換する。間接変換方式で受光素子として使用される物質は、ａ−Ｓｉなどがあり、シンチレータとしては、薄膜形態のＧＡＤＯＸシンチレータ、マイクロ柱型または針構造型ＣＳＩ（Ｔ１）などが使用されることができる。
【００５８】
また、Ｘ線検出部１２０は、Ｘ線データを獲得する方式に従って、電荷を一定時間保存した後、それから信号を獲得する電荷累積方式と、単一Ｘ線光子によって信号が発生する度に閾エネルギー以上のエネルギーを有する光子を計数する光子計数方式とに区分されることができる。
【００５９】
Ｘ線ソース１１０でＸ線が照射され、Ｘ線検出部１２０で設定されたフレームレートで対象体を透過したフレームデータを獲得すれば、プロセッサ１５０では、Ｘ線検出部１２０から伝達されたフレームデータに基づいてＸ線画像を獲得することができる。特に血管Ｘ線画像を獲得する場合、プロセッサ１５０は、Ｘ線データから所望の内部組職を分離し、血管Ｘ線画像を獲得することができる。
【００６０】
以下では、図５〜図７Ｂを参照して、血管造影の方法として時間減算法とエネルギー減算法とに分けて、血管造影時にプロセッサ１５０の役目を説明する。
【００６１】
図５は、時間減算法で使用されるＸ線画像を簡略に示す図である。図５で、ａは、マスク画像を示す。マスク画像というのは、造影剤が注入される前に、対象体に対して獲得したＸ線画像を意味する。ｂは、造影剤が注入された後、対象体から獲得したＸ線画像を示す。ｃは、時間減算法によって最終的に獲得した血管Ｘ線画像を示す。
【００６２】
一般的に、血管は、単純なＸ線撮影では見えない。しかし、血管中に造影剤を注入し、Ｘ線撮影をすれば、血管の形状をＸ線撮影で確認することができる。このような方法を血管造影術と言う。
【００６３】
時間減算法は、血管造影術の１つの方法である。図６Ａ及び図６Ｂは、時間減算法によって血管Ｘ線画像を獲得する過程を示す図である。時間減算法によるとき、照射するＸ線は、単一エネルギー帯域を有するものとする。
【００６４】
図６Ａは、時間減算法によってＸ線を発生させる方法を説明するための図である。ＸＳ０、ＸＳ１、ＸＳ２、ＸＳ３は、それぞれ照射時点がｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３である単一エネルギーＸ線を意味する。ＩＳは、ｔ０＋α時点で対象体に注入された造影剤を意味する。
【００６５】
図６Ｂは、時間減算法によって血管Ｘ線画像を獲得する方法を説明するための図である。ＭＳ０は、時点ｔ０で獲得したマスク画像であり、ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３は、造影剤注入後に時点ｔ１、ｔ２、ｔ３で獲得した単一エネルギーＸ線画像である。そして、ＡＳ１、ＡＳ２、ＡＳ３は、造影剤注入後に、時点ｔ１、ｔ２、ｔ３で時間減算法によって獲得された血管Ｘ線画像である。
【００６６】
図６Ａのように、まず、対象体に対して造影剤を注入する前の画像であるマスク画像を撮影するために、時点ｔ０で単一エネルギーＸ線ＸＳ０を照射する。照射されたＸ線ＸＳ０から図５のｂのマスク画像であるＭＳ０を獲得することができる。
【００６７】
マスク画像が獲得された時点ｔ０から所定の時間が経過した時点ｔ０＋αに対象体に造影剤ＩＳを注入する。血管画像を得るために、造影剤が血管に沿って拡散するように十分な時間が経過した後、所望の時点ｔ１で単一エネルギーＸ線ＸＳ１を照射する。
【００６８】
このように照射されたＸ線ＸＳ１から、プロセッサ１５０は、ｔ１時点での造影剤注入後にＸ線画像ＣＳ１を獲得することができる。プロセッサ１５０は、造影剤注入後のＸ線画像ＣＳ１をマスク画像ＭＳ０と比較する。
【００６９】
対象体の動きがないという仮定の下に、２つの画像の差異は、造影剤の分布を意味するので、２つの画像の差の画像を求めれば、ｔ１時点での血管Ｘ線画像ＡＳ１を獲得することができる。
【００７０】
時間減算法による場合、マスク画像とＸ線画像の獲得時点との間に時間差が存在する。先に言及したように、このような時間差は、造影剤が血管の中で一定程度拡散するように十分な時間が経過した後、Ｘ線画像を獲得するので発生する。例えば、図６Ａ、図６Ｂのように、マスク画像の獲得時点であるｔ０とその後のＸ線の照射時点ｔ１との間に時間差が存在する。
【００７１】
このような時間差は、獲得された血管Ｘ線の画像に誤差を発生させる。造影剤の注入後に、Ｘ線画像とマスク画像を比較するとき、背景の構造的差異と明暗対比が一致すれば、比較的正確に血管領域のみを抽出することができる。しかし、造影剤の拡散が起きる時間の間に、患者、すなわち対象体が動く場合、Ｘ線画像の幾何学的な変形が生じ得る。または、対象体自体の収縮や膨脹のような固有の動きが血管領域の抽出において誤差を誘発し得る。
【００７２】
このような誤差を低減するために、エネルギー減算法による血管造影術が利用できる。図７Ａ及び図７は、エネルギー減算法による血管造影術を説明するための図である。エネルギー減算法は、単一エネルギーＸ線を利用する時間減算法とは異なって、互いに異なるエネルギー帯域のＸ線を対象体に照射する。
【００７３】
図７Ａ及び図７Ｂでは、低エネルギーＸ線と高エネルギーＸ線を対象体に照射する場合について記述する。ここで、高エネルギー帯域と低エネルギー帯域は、互いに相対的な概念であり、対象体によって変わることができる。
【００７４】
図７Ａは、エネルギー減算法によってＸ線を発生させる方法を説明するための図である。ＸＭＬ１、ＸＭＬ２、ＸＭＬ３は、それぞれ照射時点がｔ１１、ｔ２１、ｔ３１である低エネルギーＸ線を意味し、ＸＭＨ１、ＸＭＨ２、ＸＭＨ３は、それぞれ照射時点がｔ１２、ｔ２２、ｔ３２である高エネルギーＸ線を意味する。ＩＭは、ｔ０時点で対象体に注入された造影剤を意味する。
【００７５】
図７Ｂは、エネルギー減算法によって血管Ｘ線画像を獲得する方法を説明するための図である。ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３は、造影剤の注入後に、時点ｔ１１、ｔ２１、ｔ３１で獲得した低エネルギーＸ線画像であり、ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３は、造影剤注入後に、時点ｔ１２、ｔ２２、ｔ３２で獲得した高エネルギーＸ線画像である。そして、ＡＭ１、ＡＭ２、ＡＭ３は、造影剤注入後に、時点ｔ１、ｔ２、ｔ３でエネルギー減算法によって獲得された血管Ｘ線画像である。
【００７６】
図７Ａのように、Ｘ線を照射するのに先立って、造影剤ＩＭを対象体に注入する。造影剤の注入後に、血管画像を得るために造影剤が血管に沿って拡散するように十分な時間が要求される。
【００７７】
まず、互いに異なる２つのエネルギー帯域に対応するＸ線画像を獲得するために、Ｘ線ソース１１０でＸ線を照射する。このために、Ｘ線ソース１１０で高エネルギー帯域のＸ線と低エネルギー帯域のＸ線をそれぞれ照射するか、またはＸ線ソース１１０では、２つのエネルギー帯域をすべて含む広帯域Ｘ線を一度照射し、Ｘ線検出部１２０で検出されたＸ線を高エネルギー帯域と低エネルギー帯域とに分離することができる。
【００７８】
Ｘ線画像装置１００及び制御方法の一実施例として、Ｘ線検出部１２０は、高エネルギーと低エネルギー帯域のＸ線をそれぞれ順次に照射するものと前提し、以下説明する。図７Ａを参照すれば、造影剤が拡散するように十分な時間が経過した時点ｔ１１、ｔ１２で、低エネルギーＸ線ＸＭＬ１と高エネルギーＸ線ＸＭＨ１を照射する。
【００７９】
Ｘ線画像で２種類の物質を分離しようとする場合、分離しようとする物質は、互いに異なるＸ線減衰特性を有しなければならないし、互いに異なるエネルギー帯域に対応するＸ線画像を獲得しなければならない。
【００８０】
このために、プロセッサ１５０は、互いに異なるエネルギー帯域に対応するＸ線画像を生成することができる。例えば、図７Ｂのように、Ｘ線ＸＭＬ１とＸＭＨ１に対応して、プロセッサ１５０は、造影剤の注入後の低エネルギーＸ線画像ＣＬ１と高エネルギーＸ線画像ＣＨ１を順次に生成することができる。
【００８１】
このように生成されたＸ線画像ＣＬ１及びＣＨ１で分離しようとする内部物質である血管（造影剤）と骨及び石灰化組職間の明るさの差が異なるように現われる。これは、前述したように、エネルギー帯域別に内部物質の減衰特性の差異が異なるからである。
【００８２】
プロセッサ１５０は、原本画像から血管画像を分離する。プロセッサ１５０は、２つのＸ線画像ＣＬ１及びＣＨ１のうち少なくとも１つに加重値を乗算した後、減算する２回の演算を行い、２つの物質画像を分離することができる。これを二重エネルギー減算法とも言う。
【００８３】
例えば、血管を骨及び石灰化組職から分離するために、低エネルギーＸ線画像ＣＬ１に一定の加重値を乗算した後、高エネルギーＸ線画像ＣＨ１で減算し、血管Ｘ線画像を得ることができる。すなわち。骨及び石灰物質が除去され、血管が鮮明に見える画像を得ることができる。
【００８４】
さらに他の例として、分離しようとする物質が血管を含んで３種類以上である場合には、プロセッサ１５０で３個以上のエネルギー帯域にそれぞれ対応する３個以上のＸ線画像を生成し、各画像に適切な加重値を乗算した後、減算し、血管を含む３種類以上の物質画像を分離することができる。
【００８５】
前述したように、Ｘ線画像装置１００は、分離される物質の数が制限されず、分離しようとする物質の数によって原本画像を獲得し、物質別に減衰特性を利用してそれぞれの物質画像を分離することができる。
【００８６】
また、画像に加重値を乗算した後、減算し、物質画像を分離する方法は、プロセッサ１５０で使用することができる方法のうち１つに過ぎず、その他の方法が物質画像分離に使用できる。
【００８７】
このようにプロセッサ１５０は、Ｘ線画像ＣＬ１とＣＬ２を利用して血管Ｘ線画像ＡＭ１を生成することができる。結局、低エネルギーＸ線と高エネルギーＸ線を順次に照射した結果、それに対応する１つの血管Ｘ線画像を獲得される。
【００８８】
エネルギー減算法による血管造影術は、獲得される血管Ｘ線画像の基礎になる低エネルギー画像と高エネルギー画像の獲得時点の差が、時間減算法によるときのマスク画像獲得時点と造影剤の注入後にＸ線画像の獲得時点間の時間差より小さい。時間減算法では、造影剤が拡散する間に、Ｘ線を照射することができないが、エネルギー減算法は、このような制約がなく、多重エネルギーのＸ線を順次に照射することができるからである。
【００８９】
したがって、エネルギー減算法を適用するとき、対象体の動きが発生する時間がさらに短い。その結果、２つの画像の獲得時点間の差の間に、対象体の動きによって発生し得る誤差が、エネルギー減算法が時間減算法に比べて小さいと言える。
【００９０】
しかし、エネルギー減算法を通じて獲得される血管Ｘ線画像は、時間減算法を通じて獲得される血管Ｘ線画像に比べて低い信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）を有する。
【００９１】
信号対雑音比が大きいほど、獲得される画像の画質が鮮明であることを意味するので、時間減算法によれば、エネルギー減算法より雑音が少ない鮮明なＸ線画像を獲得することができる。
【００９２】
このように時間減算法は、高い信号対雑音比を有するにもかかわらず、対象体の動きによる誤差発生が可能性が高い一方で、エネルギー減算法は、時間減算法に比べて低い信号対雑音比を有するが、対象体の動きによる誤差を低減することができる。
【００９３】
制御部１６０は、造影剤の注入と関連したパラメータ、Ｘ線撮影と関連してＸ線ソース１１０、コリメーター１１２、Ｘ線検出部１２０を制御するための撮影パラメータなどを設定し、造影剤の注入やＸ線撮影が最適の条件で行われることができるようにする。
【００９４】
造影剤の注入と関連したパラメータは、造影剤注入量、注入時間、濃度などを含むことができる。撮影パラメータは、露出パラメータとも言い、Ｘ線画像装置１００で撮影パラメータを自動に制御することを自動露出制御またはＡｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ、Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｄｏｓｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ、Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｄｏｓｅ  Ｒａｔｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌと言う。
【００９５】
撮影パラメータは、管電圧、管電流、露出時間、フィルタの種類、撮影領域（ＦＯＶ）、フレームレート、パルスレート、ターゲット物質の種類などを含むことができる。
【００９６】
撮影パラメータは、プロセッサ１５０で獲得した対象体領域に対するフレーム画像に基づいて決定されることもでき、Ｘ線撮影を開始する前に入力された事前情報に基づいて決定されることもできる。以下、前者の場合に関する実施例を具体的に説明する。
【００９７】
制御部１６０は、プロセッサ１５０の分析結果に基づいて撮影パラメータを決定することができる。例えば、プロセッサ１５０がフレーム画像を分析し、対象体の厚さや密度のような特性を判断すれば、制御部１６０は、その判断結果に基づいて対象体の特性に相当する管電圧、管電流、露出時間、フィルタ種類、ターゲット物質種類などの撮影パラメータを決定することができる。
【００９８】
また、制御部１６０は、プロセッサ１５０で獲得された関心領域に関する情報に基づいて撮影パラメータを決定することもできる。一実施例として、制御部１６０は、関心客体の動きの大きさや関心領域に示された画像の特性によってフレームレート、管電流、フレーム当たり線量などの撮影パラメータを決定し、それぞれまたは同時に制御することができる。
【００９９】
例えば、制御部１６０は、関心客体の動きが大きい場合には、フレームレートを増加させて関心客体の動きに関する情報を最大限獲得し、関心客体の動きのサイズが小さい場合には、フレームレートを減少させて、対象体の被爆を低減することができる。
【０１００】
また、制御部１６０は、関心領域のノイズレベルによってフレーム当たり線量を制御することもできる。例えば、関心領域のノイズレベルがあらかじめ設定された基準値より高ければ、フレーム当たり線量を増加させてノイズレベルを低減することによって、関心領域がさらに鮮明に見えるようにし、関心領域のノイズレベルがあらかじめ設定された基準値より低ければ、フレーム当たり線量を減少させて、対象体の被爆を低減することができる。
【０１０１】
また、制御部１６０は、プロセッサ１５０で対象体領域のうち関心領域ＲＯＩが設定されるか、またはオペレータによって関心領域ＲＯＩが設定されれば、関心領域ＲＯＩにのみＸ線が照射され得るようにコリメーター１１２を調節し、撮影領域を関心領域ＲＯＩに制限されるようにすることができる。撮影領域を関心領域ＲＯＩに制限すれば、対象体に照射されるＸ線が減少するので、対象体の被爆量を低減することができるという長所がある。本発明の実施例は、対象体のＸ線被爆量を低減するために、関心領域の関心客体（例えば、カテーテルのような施術道具）を拡張カルマンフィルタのような追跡フィルタを利用して追跡し、関心客体の追跡結果をコリメーターに連動させて、Ｘ線照射領域を自動的に調節することができる方法を提案する。以下、これについて具体的に説明する。
【０１０２】
図８には、本発明の一実施例によるＸ線画像装置において関心客体を追跡し、追跡結果にＸ線照射領域を連動させるためにコリメーターの駆動を制御する過程が概念的に示されている。図９には、血管ステント挿入術の場合に対する関心領域が例示的に示されている。図１０及び図１１には、拡張カルマンフィルタを利用して関心客体を追跡する過程が概念的に示されている。図１２には、関心客体の追跡結果に連動してＸ線照射領域が変わることが示されていて、図１３には、コリメーターのマスクＭが追跡結果によって形成された楕円に対応してＸ線照射領域を調節することが示されている。
【０１０３】
プロセッサ１５０は、Ｘ線検出部で獲得したデータに基づいてＸ線画像を獲得し、Ｘ線画像で関心領域を設定する。プロセッサ１５０は、対象体領域に対するフレーム画像で関心領域ＲＯＩを決定する。関心領域ＲＯＩは、対象体領域のうち関心客体が存在する領域を意味する。関心領域ＲＯＩを決定するために、プロセッサ１５０は、関心客体を検出する。関心客体を検出するために、関心客体の特徴をあらかじめ保存し、対象体領域に関するフレーム画像からあらかじめ保存された特徴に対応する客体を検出することができる。例えば、関心客体の形状、Ｘ線吸収特性、動き特性など関心客体が有する特徴のうちＸ線画像から検出可能な特徴があらかじめ保存されることができる。ここで、関心客体の動き特性は、関心客体の移動に関する情報を含み、移動に関する情報は、移動方向、移動速度及び位置変化を含むことができる。
【０１０４】
関心客体は、ユーザがＸ線撮影中に持続的に注視しなければならない客体であって、対象体に使用される施術道具であるか、または施術部位であることができる。例えば、Ｘ線画像装置１００が血管造影術に使用される場合、ガイドワイヤ、カテーテル、針、風船、ステントなどの施術道具が血管に挿入されるとき、これら施術道具に対する細密な観察が必要である。したがって、施術道具を関心客体に設定し、その特徴に関する情報をあらかじめ保存することができる。
【０１０５】
また、施術部位が関心客体に設定される場合には、狭窄症、動脈瘤、癌領域などのような病変領域が関心客体になることができる。
【０１０６】
関心客体が検出されれば、プロセッサ１５０は、検出された関心客体を含む一定領域を関心領域に設定する。したがって、関心領域の位置とサイズは、関心客体の位置、サイズ、または関心客体の動き特性を考慮して決定されることができる。
【０１０７】
図９には、血管ステント挿入術の場合に対する関心領域が例示的に示されている。図９を参照すれば、ステント１３ａは、血管の閉塞などを防止するために血管に挿入されるものであって、メッシュのような形態を有する。ステント１３ａは、折れた状態で長いチューブ形態のステント機構１３の端部に装着され、血管内に注入され、必要な位置でメッシュ状に広がる。
【０１０８】
対象体領域の血管にステント機構１３を挿入するために、まず、ガイドワイヤ１１が挿入される。ステント機構１３は、ガイドワイヤ１１に沿って血管に挿入され、ステント機構１３が挿入される間は、ステント機構１３、特に端部のステント１３ａが関心客体になることができ、ステント１３ａを含む一定領域が関心領域になることができる。
【０１０９】
ガイドワイヤ１１が挿入される間は、ガイドワイヤ１１またはガイドワイヤ１１の端部が関心客体になることができ、図示してはいないが、血管に造影剤を注入するために、カテーテルを挿入する間は、カテーテルまたはカテーテルの端部が関心客体になることができる。
【０１１０】
一方、プロセッサ１５０は、外部から入力された情報を関心客体の検出に使用することもできる。例えば、施術道具の種類、施術の種類、施術部位に関する情報、造影剤の注入有無などに関する情報が入力されれば、入力された情報に基づいてフレーム画像から関心客体を検出することができる。また、関心領域ＲＯＩは、施術者によって選択されて決定されることもできる。
【０１１１】
このように関心領域ＲＯＩが決定されれば、プロセッサ１５０は、関心客体を追跡する。ここで、関心客体は、施術道具、例えばカテーテルの端部に設定されることができる。プロセッサ１５０は、関心客体の位置を追跡するために拡張カルマンフィルタを追跡フィルタとして使用することができる。
【０１１２】
図１０及び図１１を参照すれば、拡張カルマンフィルタは、関心客体の位置の推定値に対する予測値と関心客体が予測された位置に存在する確率を示す誤差共分散の推定値に対する予測値を算出し（４００）、Ｘ線画像から検出した関心客体の位置の測定値を利用して関心客体の位置の推定値に対する予測値と誤差共分散の推定値に対する予測値を更新(４２０)することによって、関心客体の位置の推定値と誤差共分散の推定値を算出し、関心客体の位置を追跡する。下記の数式は、拡張カルマンフィルタの予測過程と更新過程を示す。
【０１１３】
〈Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ〉
【０１１４】
【数１】
2015097782.tif 000003
〈Ｕｐｄａｔｅ〉
【０１１５】
【数２】
2015097782.tif 000004
関心客体の状態の推定値に対する予測は、式（２）に示されている。
【０１１６】
【数３】
2015097782.tif 000005
は、追跡対象になる関心客体の状態を示す変数であり、
【０１１７】
【数４】
2015097782.tif 000006
は、関心客体の状態の推定値であり、
【０１１８】
【数５】
2015097782.tif 000007
は、関心客体の状態の推定値に対する予測値を示す。関心客体の状態を示す変数は、関心客体の位置と速度を含むことができる。
【０１１９】
式（２）を用いた予測値の正確度を示す誤差共分散の推定値を予測することが式（３）に示されている。Ｑは、プロセス共分散を示し、
【０１２０】
【数６】
2015097782.tif 000008
は、誤差共分散の推定値を示し、
【０１２１】
【数７】
2015097782.tif 000009
は、誤差共分散の推定値に対する予測値を示す。Ｆは、システムのモデリングを通じて得るようになるマトリックスである。
【０１２２】
式（２）と式（３）で示される予測過程を通じて、プロセッサ１５０は、関心客体の位置の推定値を予測し、予測された位置に関心客体が存在する確率を示す誤差共分散の推定値を予測する。
【０１２３】
式（４）〜（６）を参照すれば、拡張カルマンフィルタは、予測過程で獲得した関心客体の位置の推定値に対する予測値と誤差共分散の推定値に対する予測値を関心客体の位置の測定値を利用して更新することによって、関心客体の位置の推定値と誤差共分散の推定値を獲得する。拡張カルマンフィルタは、この過程でカルマンゲインを算出し、カルマンゲインを測定値と予測値の差に対する加重値として使用する。
【０１２４】
式（４）で、
【０１２５】
【数８】
2015097782.tif 000010
は、カルマンゲインを示し、Ｒは、測定共分散を示す。式（５）で、
【０１２６】
【数９】
2015097782.tif 000011
は、Ｘ線画像で検出した関心客体位置に対する測定値である。予測過程で獲得した予測値
【０１２７】
【数１０】
2015097782.tif 000012
を測定値と測定共分散
【０１２８】
【数１１】
2015097782.tif 000013
を利用して更新することによって、関心客体の位置の推定値
【０１２９】
【数１２】
2015097782.tif 000014
と推定された位置に関心客体が存在する確率を示す誤差共分散の推定値
【０１３０】
【数１３】
2015097782.tif 000015
を獲得する。
【０１３１】
拡張カルマンフィルタは、図１１に示されたように、予測と更新過程を繰り返すことによって、関心客体の位置を追跡する。関心客体が停止しているか、または明確な移動経路に沿って移動して関心客体の追跡が良好に行われる場合（４１０段階で“ＹＥＳ”に移動）、予測と更新過程を通じて誤差共分散の値は、小さくなる。この場合、関心客体を含む小さい領域にのみＸ線を照射しても、関心客体の追跡を行うことができる。しかし、関心客体が急に移動するか、または造影剤の注入などで関心客体の位置が不明確であるときは、Ｘ線画像で関心客体を検出することができず、更新過程の進行なしに、予測過程だけ繰り返して進行される（４１０段階で“ＮＯ”に移動)。したがって、誤差共分散が次第に大きくなる。この場合、関心客体を検出することができるようにＸ線が照射される領域を拡張させなければならない。
【０１３２】
誤差共分散をコリメーターによって調節されるＸ線照射領域と連動させてＸ線照射領域が共分散の変化によって調節されるようにする場合、関心客体の追跡が良好に行われている場合には、誤差共分散が減少するので、自動的にＸ線照射領域が減少し、関心客体を逃すなど関心客体の追跡が良好に行われない場合には、誤差共分散が増加するので、自動的にＸ線照射領域が増加する。
【０１３３】
このように、Ｘ線照射領域が共分散に連動するようにコリメーターを制御すれば、図１２に示されたように、関心客体、例えばカテーテルの追跡が正常に行われるときは、カテーテルを含む狭い領域にのみ、Ｘ線が照射され、対象体のＸ線被爆量を低減することができる。急な起動や遮蔽によってカテーテルが追跡されないときには、拡張カルマンフィルタで更新過程が行われず、予測過程だけ行われ、図１２に示されたように、Ｘ線が照射される領域が自動的に拡張される。すなわち、カテーテルが急な起動を示すなどの状況では、自動的に広い領域にＸ線が照射され、さらにカテーテルの移動が停止するなどの状況で自動的に狭い領域にＸ線が照射され、Ｘ線被爆量を低減することができる。
【０１３４】
このようにＸ線照射領域を誤差共分散の変化に連動させれば、施術者のワークフローを妨害せず、関心客体を効率的に追跡することができると同時に、対象体に対するＸ線被爆量を減少させることができる。
【０１３５】
Ｘ線照射領域が誤差共分散の変化に連動するように、プロセッサ１５０は、拡張カルマンフィルタの出力値である関心客体の位置推定値と誤差共分散の推定値を利用して下記の式（７）のような式を設定することができる。下記の式（７）によれば、中心が
【０１３６】
【数１４】
2015097782.tif 000016
である楕円が形成される。
【０１３７】
【数１５】
2015097782.tif 000017
【０１３８】
プロセッサ１５０は、図１３に示されたように、Ｘ線照射領域が楕円の長軸と短軸の長さに対応する長さを有する辺で構成された四角形で形成されるようにコリメーターのマスクＭを制御し、Ｘ線照射領域が拡張カルマンフィルタの共分散の変化に連動するようにする。プロセッサ１５０でコリメーターの調節のための信号を出力すれば、制御部１６０で当該信号によってコリメーターのマスクＭを駆動させる。
【０１３９】
前述したように、追跡対象となる関心客体の状態を示す変数に、関心客体の位置だけでなく、関心客体の移動速度が含まれるので、関心客体の位置だけでなく、速度推定値を獲得することができる。したがって、関心客体が所定の速度で移動し、進行方向が決定されれば、関心客体の進行方向に対する共分散が増加し、数式６によって形成される楕円の長軸が進行方向に増加する。なお、関心客体が含まれる領域は、図１３及び式（７）では楕円として示したが、他の形状、例えば円、三角形や四角形などの多角形、又はその他の任意の形状を有しても良い。
【０１４０】
図１４は、本発明の一実施例によるＸ線画像装置の制御方法を示す流れ図である。図１４を参照すれば、プロセッサ１５０は、Ｘ線画像で関心領域を決定し（５００）、関心領域に存在する関心客体の位置と共分散を予測する(５１０)。Ｘ線画像で関心客体の位置が測定されれば（５２０）、関心客体の位置の測定値に基づいて関心客体の位置及び共分散の予測を更新する（５３０）。関心客体の位置及び共分散が更新されれば、更新された関心客体の位置及び共分散に基づいて関心客体の位置と共分散を予測し（５６０）、予測と更新過程を繰り返す。
【０１４１】
プロセッサ１５０は、Ｘ線検出部で獲得したデータに基づいてＸ線画像を獲得し、Ｘ線画像で関心領域を設定する。プロセッサ１５０は、対象体領域に対するフレーム画像で関心領域（ＲＯＩ）を決定する。関心領域（ＲＯＩ）は、対象体領域のうち関心客体が存在する領域を意味する。関心領域(ＲＯＩ)を決定するために、プロセッサ１５０は、関心客体を検出する。関心客体は、ユーザがＸ線撮影中に持続的に見詰めなければならない客体であって、対象体に使用される施術道具であるか、または施術部位であることができる。例えば、Ｘ線画像装置１００が血管造影術に使用される場合、ガイドワイヤ、カテーテル、針、風船、ステントなどの施術道具が血管に挿入されるとき、これら施術道具に対する注意深い観察が必要である。したがって、施術道具を関心客体に設定し、その特徴に関する情報をあらかじめ保存することができる。また、施術部位が関心客体に設定される場合には、狭窄症、動脈瘤、癌領域などのような病変領域が関心客体になることができる。
【０１４２】
関心客体が検出されれば、プロセッサ１５０は、検出された関心客体を含む一定領域を関心領域に設定する。したがって、関心領域の位置とサイズは、関心客体の位置、サイズ、または関心客体の動き特性を考慮して決定されることができる。
【０１４３】
一方、プロセッサ１５０は、外部から入力された情報を関心客体の検出に使用することもできる。例えば、施術道具の種類、施術の種類、施術部位に関する情報、造影剤の注入可否などに関する情報が入力されれば、入力された情報に基づいてフレーム画像から関心客体を検出することができる。また、関心領域（ＲＯＩ）は、施術者によって選択されて決定されることもできる。
【０１４４】
このように関心領域（ＲＯＩ）が決定されれば、プロセッサ１５０は、関心客体を追跡する。ここで、関心客体は、施術道具、例えばカテーテルの端部に設定されることができる。プロセッサ１５０は、関心客体の位置を追跡するために拡張カルマンフィルタを追跡フィルタとして使用することができる。
【０１４５】
拡張カルマンフィルタは、関心客体の位置の推定値に対する予測値と関心客体が予測された位置に存在する確率を示す誤差共分散の推定値に対する予測値を算出し、Ｘ線画像から検出した関心客体の位置の測定値を利用して関心客体の位置の推定値に対する予測値と誤差共分散の推定値に対する予測値を更新することによって、関心客体の位置の推定値と誤差共分散の推定値を算出し、関心客体の位置を追跡する。
【０１４６】
Ｘ線画像で関心客体の位置が測定されなければ（５２０）、Ｘ線照射領域が予測された関心客体の位置及び共分散に連動するように、コリメーターを制御し（５４０）、関心客体の位置及び共分散が更新されれば、Ｘ線照射領域が更新された関心客体の位置及び共分散に連動するようにコリメーターを制御する（５５０）。
【０１４７】
拡張カルマンフィルタは、図１１に示されたように、予測と更新過程を繰り返すことによって、関心客体の位置を追跡する。関心客体が停止しているか、または明確な移動経路に沿って移動し、関心客体の追跡が良好に行われる場合（５２０段階で“ＹＥＳ”に移動）、予測と更新過程を通じて誤差共分散の値は小さくなる。この場合、関心客体を含む小さい領域にのみ、Ｘ線を照射しても、関心客体の追跡を行うことができる。しかし、関心客体が急に移動するか、または造影剤の注入などで関心客体の位置が不明確である場合は、Ｘ線画像で関心客体を検出することができず、更新過程の進行なしに予測過程だけ繰り返して進行される（５２０段階で“ＮＯ”に移動）。したがって、誤差共分散が次第に大きくなる。この場合、関心客体を検出することができるようにＸ線が照射される領域を拡張させなければならない。
【０１４８】
誤差共分散をコリメーターによって調節されるＸ線照射領域と連動させてＸ線照射領域が共分散の変化に従って調節されるようにする場合、関心客体の追跡が良好に行われている場合は、誤差共分散が減少するので、自動的にＸ線照射領域が減少し、関心客体を逃すなど関心客体の追跡が良好に行われていない場合は、誤差共分散が増加するので、自動的にＸ線照射領域が増加する。
【０１４９】
このように、Ｘ線照射領域が共分散に連動するようにコリメーターを制御すれば、図１２に示されたように、関心客体、例えばカテーテルの追跡が正常に行われる場合は、カテーテルを含む狭い領域にのみ、Ｘ線が照射され、対象体のＸ線被爆量を低減することができる。急な起動や遮蔽によってカテーテルが追跡されない場合は、拡張カルマンフィルタで更新過程が行われず、予測過程だけ行われ、図１２に示されたように、Ｘ線が照射される領域が自動的に拡張される。すなわち、カテーテルが急な起動を示すなどの状況では、自動的に広い領域にＸ線が照射され、さらにカテーテルの移動が停止するなどの状況で自動的に狭い領域にＸ線が照射され、Ｘ線被爆量を低減することができる。
【０１５０】
このようにＸ線照射領域を誤差共分散の変化に連動させる場合、施術者のワークフローを妨害せず、関心客体を効率的に追跡することができると同時に、対象体に対するＸ線被爆量を減少させることができる。
【符号の説明】
【０１５１】
１１０  Ｘ線ソース
１１２  コリメーター
１２０  Ｘ線検出部
１５０  プロセッサ
１６０  制御部
１７２  ディスプレイ
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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