JP2005245814A - Ｘ線診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バイプレーン型のＸ線診断装置において、アームの回転に関わらず常に被検体の関心部位を画像中心に位置させることを実現すること。
【解決手段】第１Ｘ線管１１と、第１Ｘ線検出器１２と、第１のＸ線管及びＸ線検出器を搭載するＣアーム１３と、Ｃアームを回転及び移動可能に支持するＣアーム支持機構１５と、第２Ｘ線管２１と、第２Ｘ線検出器２２と、第２Ｘ線管及び第２Ｘ線検出器を搭載するΩアーム２３と、Ωアームを回転及び移動可能に支持するΩアーム支持機構２４乃至２６と、被検体を載置する天板３２を移動可能に支持する寝台３１と、第１Ｘ線管と第１Ｘ線検出器に対応する第１撮影中心軸ＣＡ１と、第２Ｘ線管と第２Ｘ線検出器に対応する第２撮影中心軸ＣＡ２との交点が被検体の関心部位に一致するようにＣアームの回転に追従してＣアームと天板との少なくとも一方の移動を制御し、Ωアームの回転に追従してΩアームと天板との少なくとも一方の移動を制御する制御部とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２方向同時撮影を可能とするバイプレーン型のＸ線診断装置に関する。

主に循環器系検査のために開発されたバイプレーン型のＸ線診断装置には、同時に２方向からの撮影を可能にするために、被検体をその正面から撮影する正面系撮影システムと、側面から撮影する側面系撮影システムとの２系統の撮影システムが装備されている。正面系撮影システムは、例えば床置きされたスタンドに支えられたＣアームの両端に取り付けられたＸ線管とＸ線検出器とを有する。また、側面系撮影システムも同様に、Ｘ線管とＸ線検出器とを有し、そのＸ線管とＸ線検出器は、天井から吊り下げられたΩアームの両端に取り付けられている。

正面系のＣアームは、スタンドが床に据え付けられているために、そのスタンドを中心に旋回（支柱回転）可能ではあるものの、基本的に、床面上を移動することはできない。一方、側面系のΩアームは、天井に施設されたレールに係合されたスライダから吊り下げられており、当該レールに沿って縦横に移動可能に設けられる。透視／撮影に際しては、被検体の関心部位が、正面系と側面系との両方において画像中心に位置するように、ＣアームとΩアームが初期的に位置合わせされる。つまり、被検体の関心部位が、正面系システムの撮影中心軸上に位置し、しかも側面系システムの撮影中心軸上に位置するようにＣアームとΩアームが位置あわせされる。

関心部位が各撮影中心軸上に位置合わせされているとしても、関心部位が常にＣアームの回転中心点やΩアームの回転中心点に一致しているとは限らない。この場合、ＣアームやΩアームを回転させたとき、関心部位が各撮影中心軸から外れてしまう。それにより関心部位が画像中心から外れてしまうので、再度、位置合わせ作業が必要とされる。

本発明の目的は、バイプレーン型のＸ線診断装置において、アームの回転に関わらず常に被検体の関心部位を画像中心に位置させることを実現することにある。

本発明の局面は、第１Ｘ線管と、第１Ｘ線検出器と、前記第１Ｘ線管及び前記第１Ｘ線検出器を搭載する第１アームと、前記第１アームを回転及び移動可能に支持する第１アーム支持機構と、第２Ｘ線管と、第２Ｘ線検出器と、前記第２Ｘ線管及び前記第２Ｘ線検出器を搭載する第２アームと、前記第２アームを回転及び移動可能に支持する第２アーム支持機構と、被検体を載置する天板を移動可能に支持する寝台と、前記第１Ｘ線管と前記第１Ｘ線検出器に対応する第１撮影中心軸と、前記第２Ｘ線管と前記第２Ｘ線検出器に対応する第２撮影中心軸との交点が前記被検体の関心部位に一致するように、前記第１アームの回転に追従して前記第１アームと前記天板との少なくとも一方の移動を制御し、前記第２アームの回転に追従して前記第２アームと前記天板との少なくとも一方の移動を制御する制御部とを具備する。

本発明によれば、アームが回転したとしても、被検体の関心部位を常に画像中心に位置させることができる。

以下、図面を参照して本発明によるＸ線診断装置を実施形態により説明する。図１は本実施形態に係るＸ線診断装置の外観を示し、図２はその側面図、図３は正面図を示している。このＸ線診断装置は、バイプレーン対応であり、正面系のＸ線撮影システム（第１Ｘ線撮影システム）と、側面系のＸ線撮影システム（第２Ｘ線撮影システム）とを備え、寝台１７の天板１８上に載置された被検体を２方向から同時に撮影することが可能に構成されている。

正面系のＸ線撮影システムは、Ｘ線管（第１Ｘ線管）１１とＸ線検出器（第１Ｘ線検出器）１２とを有している。側面系のＸ線撮影システムは、Ｘ線管（第２Ｘ線管）２１とＸ線検出器（第２Ｘ線検出器）２２とを有している。Ｘ線検出器１２，２２は、イメージインテンシファイアとＴＶカメラとの組み合わせ、またはフラットパネルデテクタ（ＦＰＤ）が採用される。

Ｘ線検出器１２は回転中心点ＲＣ１に対して接近離反可能（矢印Ｆ）にＣアーム１３の他端に取り付けられる。ＣＡ１はＸ線管１１の焦点からＸ線検出器１２の受像面中心を結ぶ正面系撮影システムの撮影中心軸を表している。Ｘ線検出器２２は回転中心点ＲＣ２に対して接近離反可能（矢印Ｍ）にΩアーム２３の他端に取り付けられる。ＣＡ２はＸ線管２１の焦点からＸ線検出器２２の受像面中心を結ぶ側面系撮影システムの撮影中心軸を表している。

正面系のＣアーム１３は、アームホルダ１４を介して床に据え付けられたスタンド１５に支持される。アームホルダ１４はＣアーム１３を矢印Ａに関してスライド回転可能に保持する。スタンド１５はアームホルダ１４を矢印Ｂに関して軸回転可能に保持する。スタンド１５は矢印Ｃに関して支柱回転（旋回）可能な構造を有している。スタンド１５はアームホルダ１４を矢印Ｄに関して上下方向に移動可能（昇降可能）に保持する。このような構造により正面系のＸ線撮影システムの撮影アングルを矢印Ａ，Ｂに関して任意に傾斜させることができる。矢印Ａの回転軸とＢの回転軸との交点を回転中心点ＲＣ１と称する。また、矢印Ｃに関して旋回させることにより、正面系の撮影システム及びＣアーム１３を、撮影位置から待避させることができる。また、矢印Ｄに関して昇降させることにより、Ｃアーム１３を任意の高さに移動させることができる。

側面系のΩアーム２３は、アームホルダ２４を介して、スライダベース２５から吊り下げられている。アームホルダ２４はΩアーム２３を矢印Ｇに関してスライド回転可能に保持する。スライダベース２５はアームホルダ２４を矢印Ｈに関して軸回転可能に保持する。アーム２３は、Ｘ線管２１とＸ線検出器２２を矢印Ｋに関して昇降可能に保持する。矢印Ｇの回転軸とＨの回転軸との交点を回転中心点ＲＣ２と称する。スライダベース２５は天井面に施設された走行レール２６に矢印Ｉ，Ｊに関して縦横に移動可能に係合される。

寝台１７は、天板１８を上下方向Ｎに関して昇降可能、かつ天板１８をその長軸方向Ｚと平行な向きＯおよび横軸方向Ｘと平行な向きＰに関してスライド可能に支持する。

上述した可動部Ａ〜Ｄ，Ｆ〜Ｎ，ＯＰの動きは、寝台１７の近傍に設置されている操作卓３６の複数のマニュアル操作ボタン３７により個別に操作することができる（図４参照）。複数のマニュアル操作ボタン３７は、可動部Ａ乃至Ｏにそれぞれ対応する。操作卓３６には、マニュアル操作ボタン３７とともに、関心部位ＲＯＩを画像中心に固定するための自動制御機能（ＲＯＩ固定機能）のオン／オフを切り替えるＲＯＩ固定機能ボタン３８、関心部位の座標を記憶させるためのＲＯＩ座標記憶ボタン３９が装備されている。操作卓３６には、可動部制御ユニット３０が接続される。

可動部制御ユニット３０には、正面系に関して、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆの各動作に対応する駆動系統５１，５３，５５，５７，６１が、それぞれのセンサ５２，５４，５６，５８，６２とともに接続される。同様に、側面系に関して、可動部制御ユニット３０には、Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｍの各動作に対応する駆動系統７１，７３，７５，７７，７９，８３が、それぞれのセンサ７２，７４，７６，７８，８０，８４とともに接続される。寝台に関して、可動部制御ユニット３０には、Ｎ，Ｏ，Ｐの各動作に対応する駆動系統９１，９３，９５が、それぞれのセンサ９２，９４，９６とともに接続される。可動部制御ユニット３０は、操作卓３６のマニュアル操作ボタン３７を介して入力された操作者の指示に従って、その指示のあった可動部に対応する駆動系統に駆動信号を出力するとともに、センサ出力信号を入力する。また、手動操作の場合は、ブレーキ或いはクラッチ解除信号を出力する。

可動部制御ユニット３０は、マニュアル操作制御機能とともに、関心部位を画像中心に固定するためのＲＯＩ固定機能実現のために、位置計算部３１、ＲＯＩ座標計算部３２、ＲＯＩ座標記憶部３３、補正距離計算部３４、拡大率計算部３５を有している。位置計算部３１は、正面系の可動部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの角度や位置を検出するセンサ５２，５４，５６，５８の出力に基づいて、Ｘ線管１１の焦点の位置座標を計算する。同様に、位置計算部３１は、正面系の可動部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆの角度や位置を検出するセンサ５２，５４，５６，５８，６２の出力に基づいて、Ｘ線検出器１２の中心点の位置座標を計算する。さらに位置計算部３１は、計算されたＸ線管１１の焦点と、計算されたＸ線検出器１２の中心点とを結ぶの撮影中心軸ＣＡ１の直線方程式を求める。

同様に、側面系に関しても、位置計算部３１は、側面系の可動部Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋの角度や位置を検出するセンサ７２，７４，７６，７８，８０の出力に基づいて、Ｘ線管２１の焦点の位置座標を計算する。位置計算部３１は、側面系の可動部Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｍの角度や位置を検出するセンサ７２，７４，７６，７８，８０，８４の出力に基づいて、Ｘ線検出器２２の中心点の位置座標を計算する。位置計算部３１は、計算されたＸ線管２１の焦点と、計算されたＸ線検出器２２の中心点とを結ぶの撮影中心軸ＣＡ２の直線方程式を求める。

ＲＯＩ座標計算部３２は、操作者によりＲＯＩ座標記憶ボタン３９が押された時点の撮影中心軸ＣＡ１と撮影中心軸ＣＡ２との交点座標をＲＯＩ座標として計算する。操作者は、アーム１３，２３及び天板１８をマニュアル操作して、関心部位が正面系画像の中心にほぼ一致し、しかも関心部位が側面系画像の中心にもほぼ一致した状態（初期状態という）で、ＲＯＩ座標記憶ボタン３９を押す。この状態では、関心部位の位置は、撮影中心軸ＣＡ１と撮影中心軸ＣＡ２との交点ＩＣに一致する（図５参照）。計算されたＲＯＩ座標は、ＲＯＩ座標記憶部３３に記憶される。

多くの場合、交点ＩＣは、関心部位に一致するが、回転中心点ＲＣ１，ＲＣ２から外れている。そのため初期状態からアーム１３，２３を回転（Ａ，Ｂ，Ｇ，Ｈ）させたとき、図６に示すように、撮影中心軸ＣＡ１と撮影中心軸ＣＡ２との交点ＩＣは関心部位から外れてしまう。それにより関心部位が画像中心から外れてしまう。初期状態から、Ｃアーム１３やΩアーム２３を回転させたとしても、図７に示すように、その回転に追従して関心部位が各撮影中心軸ＣＡ１，ＣＡ２の交点に略一致するように、Ｃアーム１３やΩアーム２３の移動方向と距離を計算するために、補正距離計算部３４が設けられている。なお、関心部位が各撮影中心軸ＣＡ１，ＣＡ２の交点に略一致するように、Ｃアーム１３やΩアーム２３の移動に代えて、またはＣアーム１３やΩアーム２３の移動とともに天板１８を移動させるようにしても良い。

例えば、初期状態から、マニュアル操作ボタン３７の操作により、図６に示すように、側面系のΩアーム２３を方向Ｇにスライド回転させたとき、方向Ｇの回転による画像中心ズレを補正するためのΩアーム２３の移動方向（昇降方向）Ｋと、その移動距離とが補正距離計算部３４で計算される。補正距離は、記憶された関心部位の座標点と、移動後の再計算された撮影中心軸ＣＡ２との間の方向Ｋに関する距離として計算され得る。または、補正距離は、記憶された関心部位の座標点と、移動後の再計算された撮影中心軸ＣＡ２と撮影中心軸ＣＡ１との交点との間の距離として計算され得る。Ωアーム２３の移動方向（昇降方向）Ｋとその補正距離との計算に代えて、天板１８の昇降方向Ｎとその補正距離とを計算するものであっても良い。

このように関心部位がアーム１３，２３の各回転中心点ＲＣ１，ＲＣ２から外れていたとしても、アーム１３，２３の回転に追従してアーム１３，２３をその回転に対応する方向であって回転角に応じた距離だけ移動させることで、常に関心部位を各画像中心に位置させることができる。

ここで、撮影拡大率は、Ｘ線管１１，２１の焦点から関心部位までの距離に対するＸ線管１１，２１の焦点からＸ線検出器１２，２２までの距離の比で与えられる。関心部位がアーム１３，２３の各回転中心点ＲＣ１，ＲＣ２から外れている状態で、アーム１３，２３を回転中心点ＲＣ１，ＲＣ２を中心に回転させ、そのアーム１３，２３の回転に伴う位置ズレをアーム１３，２３の平行移動により解消するのであるから、そのままでは撮影拡大率は初期状態から変化する。拡大率計算部３５は、Ｘ線管１１の初期状態の位置と関心部位（交点ＩＣ）の位置とＸ線検出器１２の初期状態の位置とから正面系の初期状態の撮影拡大率を計算し、保持する。

拡大率計算部３５は、Ｃアーム１３の回転及び補正移動後のＸ線管１１の位置と関心部位（交点ＩＣ）の位置とＸ線検出器１２の初期状態の位置とから正面系の補正移動後の撮影拡大率を計算する。正面系の補正移動後の撮影拡大率を、初期状態の撮影拡大率に一致させるために必要な矢印Ｄに関するアームスタンド１５の移動方向と距離を計算する。計算した移動方向と距離に従ってアームスタンド１５を移動することで、Ｃアーム１３の回転後の撮影拡大率を初期状態の撮影拡大率に維持させることができる。また、撮影拡大率を維持することにより、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２が被検体に対して過度に接近する事態を避けることができるという効果を奏することができる。

側面系においても、同様に、拡大率計算部３５は、Ωアーム２３の回転及び補正移動後のＸ線管２１の位置と関心部位（交点ＩＣ）の位置とＸ線検出器２２の初期状態の位置とから側面系の補正移動後の撮影拡大率を計算する。側面系の補正移動後の撮影拡大率を、初期状態の撮影拡大率に一致させるために必要な矢印Ｋに関するＸ線管２１とＸ線検出器２２の移動方向と距離、矢印Ｉ又はＪに関するスライダベース２５の移動方向と距離を計算する。計算した移動方向と距離に従ってＸ線管２１とＸ線検出器２２とスライダベース２５をそれぞれ移動することで、Ωアーム２３の回転後の撮影拡大率を初期状態の撮影拡大率に維持させることができる。また、撮影拡大率を維持することにより、Ｘ線管２１とＸ線検出器２２が被検体に対して過度に接近する事態を避けることができるという効果を奏することができる。

撮影制御部４０は、Ｘ線管１１からのＸ線の発生と、Ｘ線管２１からのＸ線の発生を制御することで、被検体へのＸ線の照射を制御する。Ｘ線の発生は、正面系の高電圧制御部からＸ線管１１への高電圧の印加、側面系の高電圧制御部からＸ線管２１への高電圧の印加により制御され得る。撮影制御部４０は、被検体へのＸ線の照射に同期して、Ｘ線検出器１２，２２から信号収集を制御する。

撮影制御部４０には、可動部制御ユニット３０から、関心部位の位置（初期状態の交点ＩＣの位置）のデータとともに、正面系のＸ線管１１の位置データ、正面系のＸ線検出器１２の位置データ、側面系のＸ線管２１の位置データ、側面系のＸ線検出器２２の位置データが即時的に供給される。また、撮影制御部４０には、可動部制御ユニット３０から、位置データとともに、Ｃアーム１３が移動中であるか停止中であるかを識別する信号、Ωアーム２３が移動中であるか停止中であるかを識別する信号が供給される。

通常、ある角度において、Ｘ線透視、撮影を行う場合、所望の角度付けを得るための透視を行うことが多い。この透視は、診断／治療に直接関係のない無駄な被曝となる。それを解決するために、画像生成部４１が設けられている。

画像生成部４１は、操作者から指示のあった期間又は適時において、Ｘ線照射を伴うＸ線透視／撮影に代えて、Ｘ線非照射で擬似的な撮影、つまり、関心部位（初期状態の交点ＩＣの位置）のデータ、正面系のＸ線管１１の位置データ、正面系のＸ線検出器１２の位置データに基づいて、関心部位に対する正面系の撮影方向及び拡大率を計算し、計算した撮影方向及び拡大率に従って、３Ｄ画像記憶部４２に記憶されている当該Ｘ線診断装置又はＸ線ＣＴ装置等の他の画像診断装置で事前に取得済みの当該被検体に関する３次元画像データ（ボリュームデータともいう）を投影処理することにより、実際にＸ線管１１からＸ線を発生してＸ線検出器１２で撮影して得られる画像と略等価な投影画像データ（擬似画像データ）を生成する。側面系も同様に、画像生成部４１は、関心部位のデータ、側面系のＸ線管２１の位置データ、側面系のＸ線検出器２２の位置データに基づいて、関心部位に対する側面系の撮影方向及び拡大率を計算し、計算した撮影方向及び拡大率に従って、３Ｄ画像記憶部４２に記憶されている３次元画像データを投影処理することにより、実際にＸ線管２１からＸ線を発生してＸ線検出器２２で撮影して得られる画像と略等価な投影画像データ（擬似画像データ）を生成する。なお、３次元画像データの代わりに、２次元画像データを，用いてもよい。

３次元画像データから生成された正面系の投影画像データは、同じ３次元画像データから生成された側面系の投影画像データとともに画像表示部４３に送られ、表示される。

以上のように本実施形態では、アーム１３，２３を回転させたとしても、被検体の関心部位を常に画像中心に維持することができる。また、アーム１３，２３の回転又は移動中であっても、その時々の撮影方向及び拡大率に応じた投影画像が生成され、表示されるので、画像のガイダンスのもとでアーム１３，２３の好適な角度付けを探索することができる。

なお、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、上述の説明では、バイプレーン型のＸ線診断装置を例に説明したが、撮影系統が単一のシングルプレーン型のＸ線診断装置にも適用することができる。その他、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。

本発明の実施形態に係るバイプレーン型Ｘ線診断装置の外観図。 図１の側面図。 図１の正面図。 図１のＸ線診断装置の可動部制御系統図。 本実施形態において、関心領域（ＲＯＩ）の座標記憶時点のビーム中心軸と関心領域との位置関係を示す図。 本実施形態において、アーム回転に伴う関心領域に対するビーム中心軸の位置ズレを示す図。 図６の位置ズレを解消するための補正方向及び補正距離を示す図。

符号の説明

１１…正面系のＸ線管、１２…正面系のＸ線検出器、１３…Ｃアーム、１４…アームホルダ、１５…スタンド、１７…寝台、１８…天板、２１…側面系のＸ線管、２２…側面系のＸ線検出器、２３…Ωアーム、２４…アームホルダ、２５…スライダベース、２６…天井走行レール、３６…操作卓。

Claims (8)

1. 第１Ｘ線管と、
   第１Ｘ線検出器と、
   前記第１Ｘ線管及び前記第１Ｘ線検出器を搭載する第１アームと、
   前記第１アームを回転及び移動可能に支持する第１アーム支持機構と、
   第２Ｘ線管と、
   第２Ｘ線検出器と、
   前記第２Ｘ線管及び前記第２Ｘ線検出器を搭載する第２アームと、
   前記第２アームを回転及び移動可能に支持する第２アーム支持機構と、
   被検体を載置する天板を移動可能に支持する寝台と、
   前記第１Ｘ線管と前記第１Ｘ線検出器に対応する第１撮影中心軸と、前記第２Ｘ線管と前記第２Ｘ線検出器に対応する第２撮影中心軸との交点が前記被検体の関心部位に一致するように、前記第１アームの回転に追従して前記第１アームと前記天板との少なくとも一方の移動を制御し、前記第２アームの回転に追従して前記第２アームと前記天板との少なくとも一方の移動を制御する制御部とを具備することを特徴とするＸ線診断装置。
2. 前記制御部は、前記第１アーム、前記第２アーム、前記天板の少なくとも一の移動期間中においては前記第１Ｘ線管及び前記第２Ｘ線管から前記被検体へのＸ線の照射を停止させることを特徴とする請求項１記載のＸ線診断装置。
3. 前記被検体に関する３次元画像データを記憶する記憶部と、前記第１アーム、前記第２アーム、前記天板の少なくとも一の移動期間中に前記第１アームの位置及び向きに対応する第１投影画像データと前記第２アームの位置及び向きに対応する第２投影画像データを前記記憶された３次元画像データから生成する画像生成部と、前記生成された第１及び第２投影画像データを表示する表示部とを更に備えることを特徴とする請求項２記載のＸ線診断装置。
4. 前記制御部は、画像拡大率を略一定に維持するために前記第１アームの回転に追従して前記第１Ｘ線管及び前記第１Ｘ線検出器を前記被検体に対して移動し、画像拡大率を略一定に維持するために前記第２アームの回転に追従して前記第２Ｘ線管及び前記第２Ｘ線検出器を前記被検体に対して移動させることを特徴とする請求項１記載のＸ線診断装置。
5. Ｘ線管と、
   Ｘ線検出器と、
   前記Ｘ線管及び前記Ｘ線検出器を搭載するアームと、
   前記アームを回転及び移動可能に支持するアーム支持機構と、
   被検体を載置する天板を移動可能に支持する寝台と、
   前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器に対応する撮影中心軸が前記被検体の関心部位を通過するように、前記アームの回転に追従して前記アームと前記天板との少なくとも一方の移動を制御する制御部とを具備することを特徴とするＸ線診断装置。
6. 前記制御部は、前記アーム、前記天板の少なくとも一の移動期間中においては前記Ｘ線管から前記被検体へのＸ線の照射を停止させることを特徴とする請求項５記載のＸ線診断装置。
7. 前記被検体に関する３次元画像データを記憶する記憶部と、前記アーム、前記天板の少なくとも一の移動期間中に前記アームの位置及び向きに対応する投影画像データを前記記憶された３次元画像データから生成する画像生成部と、前記生成された投影画像データを表示する表示部とを更に備えることを特徴とする請求項６記載のＸ線診断装置。
8. 前記制御部は、画像拡大率を略一定に維持するために前記アームの回転に追従して前記Ｘ線管及び前記Ｘ線検出器を前記被検体に対して移動させることを特徴とする請求項５記載のＸ線診断装置。

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