(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体に照射するＸ線を発生するＸ線発生手段と、Ｘ線照射範囲を制限する絞り手段と、被写体を透過したＸ線を画像信号に変換するＸ線撮像手段とを備えたＸ線撮影装置であって、
前記Ｘ線撮像手段の信号読み出し範囲をあらかじめ設定された拡大読出し範囲に制御する信号読み出し範囲制御手段と、前記Ｘ線照射範囲又はＸ線照射範囲内の被写体画像が前記拡大読出し範囲内か否かを判定する判定手段とを備え、
前記信号読み出し範囲制御手段は、前記判定手段による判定結果に応じて、信号読み出し範囲の異なる複数の動作モード間でモードの切替えを行なうことを特徴とするＸ線撮影装置。
【請求項２】
前記Ｘ線撮像手段は、前記信号読出し範囲制御手段によって制御される信号読出し範囲に応じて信号読出し速度を切り替える手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のＸ線撮影装置。
【請求項３】
前記Ｘ線撮像手段は、前記信号読出し範囲制御手段によって制御される信号読出し範囲に応じて読み出す信号の加算回数を変えることを特徴とする請求項１記載のＸ線撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体を透過したＸ線を画像信号に変換し、投影画像を得るＸ線撮影装置に係わり、特に関心領域に応じて照射範囲を制限する絞り機能を備えたＸ線撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、被写体を透過したＸ線画像を撮像するＸ線撮影装置では、撮影の目的や対象に応じて撮影視野を変更する機能を備えている。撮影視野の変更は、被写体を透過したＸ線を画像信号に変換するＸ線撮像手段の画像信号読み取り範囲を変更することにより行われ、例えば広い領域を撮影したい場合にはＸ線撮像手段の全範囲に亘って信号を読み取り、一部の領域を撮影したい場合にはＸ線撮像手段の一部の範囲を読み取り拡大モードで表示する。
【０００３】
このようにＸ線撮像手段の画像信号読み取り範囲を切り替える場合、不要領域へのＸ線照射を少なくすることが望まれる。このため従来のＸ線撮影装置では、例えば、Ｘ線撮像手段の画像信号読出し範囲に応じて絞りを制御し、Ｘ線照射範囲と画像信号読出し範囲を略一致させることが提案されている（特許第２７１６９４９号）。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】
しかし、上記従来技術には次のような問題点があった。
【０００５】
まず第1の問題として、読出し範囲の選択が電気的に比較的高速に行われるのに対し、絞りの変化は機械的で比較的低速であるため、読出し選択範囲からその範囲に応じた絞りが設定されるまで時間がかかり、Ｘ線を連続的に照射して動画を観察するＸ線透視では、その間に読出し範囲外の領域に無効な被曝が生じる場合がある。
【０００６】
第２の問題点は、適切な読出し範囲選択が行われたかは読出し範囲を切り替え画像が得られるまでわからないことである。
【０００７】
第３の問題点は、読出し範囲に応じて絞り量を算定しなければならないので、算定のために予めＸ線源とＸ線撮像手段との距離及び方向を計測するか、読出し範囲と絞り開口との関係を調べるためのＸ線計測を行わなければならないということである。
【０００８】
そこで本発明は、Ｘ線撮像時の信号読出し範囲をＸ線照射範囲に応じて変化させることにより、Ｘ線透視の拡大モードへの移行時に無用な被曝がなく、かつ適切な信号読出し範囲が選べるＸ線撮影装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のＸ線撮影装置は、被写体に照射するＸ線を発生するＸ線発生手段と、Ｘ線照射範囲を制限する絞り手段と、被写体を透過したＸ線を画像信号に変換するＸ線撮像手段とを備えたＸ線撮影装置であって、Ｘ線撮像手段の信号読み出し範囲をあらかじめ設定された拡大読出し範囲に制御する信号読み出し範囲制御手段と、Ｘ線照射範囲又はＸ線照射範囲内の被写体画像が拡大読出し範囲内か否かを判定する判定手段とを備え、信号読み出し範囲制御手段は、判定手段による判定結果に応じて、信号読み出し範囲の異なる複数の動作モード間でモードの切替えを行なうことを特徴とする。
【００１０】
Ｘ線撮影装置は、絞り手段によって設定されたＸ線照射範囲又は被写体画像があらかじめ設定された拡大範囲内か否かによって信号読み取り範囲を切り替えるので、適切且つ速やかに信号読み取り範囲を切り替えることができ、しかも拡大モード移行時にＸ線の無用な被曝をなくすことができる。
【００１１】
本発明の第1の態様において、Ｘ線撮像手段は、信号読出し速度を切り替える手段を備え、信号読出し範囲に応じて信号読出し速度を切り替えることことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第2の態様において、Ｘ線撮像手段は、信号読出し範囲に応じて読み出す信号の加算回数を変えることを特徴とする。
【００１３】
またＸ線撮像手段は、絞り手段の絞り量、絞り手段とＸ線撮像手段との距離および方向からＸ線照射範囲を算出することができる。或いは読出した画像信号からＸ線照射範囲を推定することも可能である。後者の場合、予め絞り手段とＸ線撮像手段との距離や方向を計測しておく必要がないという利点がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＸ線撮影装置の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明のＸ線撮影装置の第1の実施形態を示すブロック図で、このＸ線撮影装置は、Ｘ線高電圧装置１及びＸ線管１２よりなるＸ線発生部と、絞り２と、Ｘ線平面センサ４及びＸ線平面センサ駆動・読出し装置５からなるＸ線撮像手段と、Ｘ線発生部およびＸ線撮像手段を制御するとともにＸ線撮像手段で得られた画像信号を信号処理し画像を作成するコンピュータ６と、画像を表示するディスプレイ７とを備えている。
【００１５】
Ｘ線管１２はＸ線高電圧装置１１から高電圧を印加されることによりＸ線を発生し、Ｘ線管１２と平面センサ４との間に置かれた被写体３にＸ線を照射する。
【００１６】
またＸ線管１２とＸ線平面センサ４は照射されるＸ線束２１の中心がＸ線平面センサ４の中央と一致するように支柱８によって連結されており、被検体の撮影部位に応じて支柱８の角度を変えることにより、常にＸ線が撮影部位に照射されるようになっている。Ｘ線管１２とＸ線平面センサ４との距離および支柱８の角度は、Ｘ線照射範囲を算出するために、それぞれ管球位置検出信号８１および支柱角度検出信号８２によりコンピュータ６に入力される。
【００１７】
絞り２は絞り操作器２２からの手入力で操作され、被写体３内の対象臓器３１に合せてＸ線の照射範囲を制御する。絞り操作器２２で設定された絞り量は、絞り設定信号２２１によりコンピュータに入力される。
【００１８】
Ｘ線平面センサ４は、図示していないが、被写体３を透過したＸ線を光に変換する蛍光体、光電変換するフォトダイオードとMOS型スイッチをマトリックス状に配置したガラス基板およびスイッチ駆動回路、信号読出し回路等の電子回路からなり、スイッチ駆動回路によってマトリックス配置した所定のスイッチを駆動することにより画素毎のＸ線を読み出すことができる。尚、画素毎のＸ線を読み出す方法は公知の方法を採用することができる。
【００１９】
Ｘ線平面センサ駆動・読出し装置５はスイッチ駆動回路や信号読出し回路に加える信号を作成し、平面センサ４の読出し範囲、読出し速度、読出しの加算回数等を制御する。またＸ線平面センサ４からの読出し信号に各種補正を加えて画像信号５１を作成する。
【００２０】
本実施例においてＸ線平面センサ４は、通常の読出し範囲４１とそれより狭い拡大読出し範囲４２の２種類の読出し範囲に切り替え可能になっている。通常の読出し範囲４１には例えば４００万画素（２０００×２０００）、拡大読出し範囲４２には１００万画素（１０００×１０００）が含まれる。
【００２１】
これら読出し範囲の切り替えは、コンピュータ６からの拡大モードON/OFF信号６１に基づき、Ｘ線平面センサ駆動・読出し装置５が平面センサ４に送出する読出し信号を変更することにより行われる。
【００２２】
コンピュータ６は、Ｘ線平面センサ駆動・読出し装置５から送出された画像信号５１をＸ線画像としてディスプレイ７に表示させるとともに、前述した管球位置検出信号８１、支柱角度検出信号８２および絞り設定信号２２１を用いてＸ線照射範囲を算出し、これをもとにＸ線平面センサ４の読出し範囲を通常の読出し範囲４１とするか拡大読出し範囲４２とするか決定し、拡大モードON/OFF信号６１をＸ線平面センサ駆動・読出し装置５に送出する。
【００２３】
次にこのような構成におけるＸ線撮影装置の動作について図２を参照して説明する。
【００２４】
まずＸ線撮影装置のＸ線管１２とＸ線平面センサ４との間に被写体３を配置し、被写体３にＸ線を照射し、撮影を開始する（201）。このときのＸ線管１２とＸ線平面センサ４との距離および支柱８の角度は管球位置検出信号８１および支柱角度検出信号８２としてコンピュータ６に入力され、記憶される。一方、Ｘ線平面センサ駆動・読出し装置５はＸ線平面センサ４から、通常の読出し範囲４１で信号を読み出す。
【００２５】
次にコンピュータ６は連続撮影か否かを判断し、それによって加算回数を制御する。即ち、Ｘ線を連続的に照射して動画を観察するＸ線透視の場合（202）、例えば１秒当たり３０枚の画像からなる動画像としてディスプレイ７に表示する場合（高速動作モード）、隣接画素加算を行い処理速度を高速化する。例えばＸ線平面センサ４の画素数４００万画素について、隣接する４つの画素の信号を加算して画素数１００万に落とし、１秒当たり３０枚の速度を得る（203）。
【００２６】
このような連続撮影の状態で、絞り２を操作して被検体３の一部を拡大モードで撮影するとする。この絞り２の操作はディスプレイ７に表示された画像を確認しながら行うことができる。この操作によって設定された絞り量は、絞り設定信号221としてコンピュータ６に入力される(204)。
【００２７】
コンピュータ６は既に入力されたＸ線管１２の焦点とX線平面センサ４の中心との距離Ｈおよび支柱８の角度θ（平面センサの垂線に対する角度）と絞り量（絞りの開き量）Ｎから次式により、Ｘ線照射範囲Ｌを算出する。
【００２８】
Ｌ＝Ｈ・Ｎ／Δcosθ        （１）
（式中、ΔはＸ線管１２の焦点と絞りとの距離）
そしてＬがＸ線平面センサ４の拡大読み出し範囲４２以内か否かを判断し、拡大読出し範囲以内であれば、拡大モードON/OFF信号６１をオンにしてX線平面センサ駆動・読出し装置５に送出する（205）。
【００２９】
これによりＸ線平面センサ駆動・読出し装置５は読出し範囲を拡大読出し範囲４２に切り替えるとともに加算回数を減らす（206）。この場合、Ｘ線平面センサ駆動・読出し装置５は、前掲の例でＸ線平面センサ４の拡大読出し範囲の１００万画素を全部読出し、即ち隣接画素の加算を行わずに読出し、1秒当たり３０枚の速度を得る。従って加算による解像力の低下がない高解像度の拡大画像が得られる。
【００３０】
一方、連続撮影ではない場合或いは高速処理が要求されない撮影の場合（低速動作モード）には、通常の読出し範囲４１内の全画素を加算することなく読み出す（207）。例えばこの場合のフレームレートは７．５fpsであり、高速撮影の場合の１／４の速度である。このように低速動作モードでは処理速度は遅いが高い解像度の画像が得られる。
【００３１】
この低速動作モードの撮影において絞り設定信号221の入力があった場合にも、前述したのと同様にコンピュータ６は新たな絞り量によって決まるＸ線照射範囲が拡大読出し範囲４２以内か否かを判断し、拡大読出し範囲４２以内であれば拡大モードON/OFF信号６１をオンにしてＸ線平面センサ駆動・読出し装置５に送出する(205)。
【００３２】
この場合、Ｘ線平面センサ駆動・読出し装置５は、Ｘ線平面センサ４の読出し範囲を拡大読出し範囲に切り替えるとともに読出し速度を低速（7.5fps）から高速(30fps)に切り替える。これにより加算による解像力の低下がない高解像度の拡大画像を1秒当たり３０枚の速度で得ることができる。
【００３３】
このように本実施形態によれば、絞り量によって動作モードを変更するようにしているので、不必要な被曝を防ぐことができ、しかも適切な読出し範囲の選択を行うことができる。
【００３４】
また拡大モードへの切り替えに際し、その直前の動作モードが高速モードか低速モードであるかに応じて、読み出し範囲の切り替えとともに加算回数または読み出し速度を切り替えることにより、常に高解像度の拡大画像を高速で得ることができる。
【００３５】
尚、以上の説明ではＸ線照射範囲を各パラメータ（Ｘ線管球とＸ線平面センサ間の距離、支柱の角度、絞り量）の計算によって求める場合を説明したが、予め拡大読出し範囲となる各パラメータの組み合わせを表にして、コンピュータ6の記憶装置内に格納しておき、この表をもとにステップ205の判断を行うようにしてもよい。
【００３６】
また以上の実施例では、Ｘ線平面センサ４の読出し範囲として通常の読出し範囲４１と拡大読出し範囲４２の２種類が設定されている場合を説明したが、これら中間の大きさの読出し範囲をさらに設定可能にしてもよい。
【００３７】
次に本発明の第２の実施態様を図３及び図４を参照して説明する。
【００３８】
図３に示すＸ線撮影装置は、図１のＸ線撮影装置とほぼ同様の構成を有しており、同一要素は同じ符号で示している。この実施態様では、管球位置や支柱角度等のパラメータは使わずに、画像信号自体を使って透過Ｘ線像が拡大読出し範囲４２内に収まるか否かを判断する。従って、この実施態様のＸ線撮影装置は、管球位置検出信号８１や支柱角度検出信号８２が不要であり、支柱８は固定されていてもよく、絞り設定信号２２１はＸ線束の広がりが分かるほどの精度はなくてもよい。また管球移動はあまり頻繁には行わない。
【００３９】
この実施態様によるＸ線撮影装置の動作を図４により説明する。
【００４０】
まず撮影が開始すると（401）通常の読出し範囲に設定してＸ線照射とＸ線平面センサ４からの信号の読出しを開始する（402）。その後、一定時間間隔で画像信号５１をチェックし（403）、被検体３の画像が拡大読出し範囲４２内に入っているか否かを判断する。この判断は、例えば通常の読出し範囲４１に相当する画像信号５１全体のうち拡大読出し範囲４２に相当する部分以外の画素の信号が全て一定値以下であるかを調べる（404、405）。
【００４１】
その結果、一定値以下でない場合には拡大読出し範囲外にも被検体３の画像が存在するとみなせるので、通常の読出し範囲で読み出す撮影を続ける。一方、上記判断の結果、拡大読出し範囲以外の信号が全て一定値以下であれば、絞り設定信号によって絞り２の設定状態を確認した上で（406）、拡大モードON/OFF信号６１をオンにしてＸ線平面センサ駆動・読出し装置５に送り、Ｘ線平面センサ4が拡大モードで動くようにする（407）。
【００４２】
その後、一定時間間隔で絞り２の設定状態をチェックし、前回より絞り２が開放されていなければ再び絞り２の設定状態チェックを繰り返す。開放されていれば最初に戻り、拡大モードON/OFF信号６１をオフにして通常の読出し範囲４１ に設定して撮影を繰り返す。
【００４３】
この実施態様においても、通常の動作モードは、高速の読出し速度で隣接画素の信号を加算する高速低解像度モードとしてもよいし、低速の読出し速度で隣接画素の加算のない低速高解像度モードとすることができる。また絞り量の変化に伴い読出し範囲を切り替える場合には、加算回数或いは読出し速度を連動させて変更することにより、拡大モードでは常に高速で高解像度の拡大画像を得ることができる。
【００４４】
この実施形態では管球位置や支柱角度等のパラメータを用いることなく画像信号からＸ線照射範囲を推定し、それによって読出し範囲を変更するようにしているので、管球位置や支柱角度を測定するための機構を備えていない装置であっても適用することができる。本実施形態をそのような機構を備えた装置に適用できるのは言うまでもない。
【００４５】
以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では信号読出し範囲が切り替え可能なＸ線撮像手段として平面センサを用いているがこれをＸ線Ｉ.Ｉ.、光学系、CCDカメラからなる系へ置換えてもよい。また上記実施例で挙げた数値は、単なる例示であって本発明はこれらに限定されない。
【００４６】
【発明の効果】
本発明のＸ線撮影装置によれば、Ｘ線照射範囲に応じて信号読出し範囲を制御するので、適切な読出し範囲選択が行われたか否かを読出し範囲を切り替える前に知ることができ、適切な読出し範囲の切り替えを行うことができ、しかも読出し範囲以外に無効なＸ線被曝が生じることを確実に防止できる。
【００４７】
またＸ線照射範囲を画像信号から推定した場合には、Ｘ線源とＸ線撮像手段との距離やＸ線束の方向を検出するための計測手段がなくても、また読出し範囲と絞り開口との関係を予備計測しなくても、絞り（Ｘ線照射範囲）に応じた読出し範囲の選択を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＸ線撮影装置の第１の実施形態を示すブロック図。
【図２】本発明のＸ線撮影装置の第１の実施形態の動作を示す流れ図。
【図３】本発明のＸ線撮影装置の第２の実施形態を示すブロック図。
【図４】本発明のＸ線撮影装置の第２の実施形態の動作を示す流れ図。
【符号の説明】
１１…Ｘ線高電圧装置
１２…Ｘ線管
２…絞り
２１…Ｘ線束
２２…絞り操作器
３…被写体
３１…対象臓器
４…Ｘ線平面センサ
５…Ｘ線平面センサ駆動・読出し装置
６…コンピュータ
７…ディスプレイ
８…支柱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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