JP4891662B2 - マンモグラフィ装置 - Google Patents

Description

本発明は、トモシンセシス撮影を可能とするマンモグラフィ装置に関する。

デジタル検出器を用いたマンモグラフィ装置の従来の技術では、診断画像発生のためのＸ線撮影を行う前に、予備的なＸ線撮影（プリ撮影）を行う必要がある。この予備的な撮影はＸ線撮影に関するＸ線発生条件を決めるために必要である。予備的なＸ線撮影は診断画像発生には用いないのが一般的であるが、予備的なＸ線撮影によって得られた画像データをその後の撮影によって得られた画像データに加算する技術がある（特許文献１を参照）。

マンモグラフィ装置において断層画像データを得る手法として、トモシンセシス撮影法がある。トモシンセシス撮影法はデジタル検出器を用い、Ｘ線管球を被検体に対し相対的に移動させながら複数回Ｘ線撮影を行う撮影法である。従来のトモシンセシス撮影法は、まず予備的なＸ線撮影を行い、その結果に基づいて、本撮影（メイン撮影）のＸ線発生条件を決定する。次に、得られた投影画像の画素値に基づいて決定されたＸ線発生条件で複数回Ｘ線撮影を行い、これを断層画像データ発生に用いる。
特開平７−１５３５９２号公報

本発明の目的は、被検体の被曝線量の低減を実現するトモシンセシス撮影を行うマンモグラフィ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、第１局面において、Ｘ線を発生するＸ線管球と、前記Ｘ線管球に印加するための高電圧を発生する高電圧発生部と、被検体の乳房を透過した透過Ｘ線を検出するＸ線検出部と、前記Ｘ線管球と前記Ｘ線検出部とを移動可能に支持する支持機構と、前記高電圧発生部と前記検出部と前記支持機構とを制御してＸ線撮影を繰り返す撮影制御部と、前記繰り返されるＸ線撮影のうち１回目のＸ線撮影による前記Ｘ線検出部の出力に基づいて２回目のＸ線撮影におけるＸ線発生条件を決定し、前記１回目のＸ線撮影による前記Ｘ線検出部の出力に基づいて前記２回目のＸ線撮影のＸ線発生条件とは相違する３回目以降の各Ｘ線撮影におけるＸ線発生条件を決定する条件決定部と、前記繰り返されるＸ線撮影により収集される前記Ｘ線検出部の出力に基づいて前記被検体の乳房に関する断層画像データを発生する画像発生部とを具備する。

本発明の第２局面において、Ｘ線を発生するＸ線管球と、前記Ｘ線管球に印加するための高電圧を発生する高電圧発生部と、被検体の乳房を透過した透過Ｘ線を検出するＸ線検出部と、前記Ｘ線管球と前記Ｘ線検出部とを移動可能に支持する支持機構と、前記高電圧発生部と前記検出部と前記支持機構とを制御してＸ線撮影を繰り返す撮影制御部と、前記繰り返されるＸ線撮影のうち１回目のＸ線撮影による前記Ｘ線検出部の出力に基づいて２回目以降の各Ｘ線撮影におけるＸ線発生条件を決定する条件決定部と、前記１回目と前記２回目以降の各Ｘ線撮影による前記Ｘ線検出部の出力とに応じたゲインで前記一回目のＸ線撮影により生じた投影画像にゲイン処理をする画像処理部と、前記２回目以降のＸ線撮影により収集される複数の投影画像と前記ゲイン処理を受けた１回目の投影画像とに基づいて、前記被検体の乳房に関する断層画像データを発生する結像処理部と画像発生部とを具備する。

本発明によれば、被検体の被曝線量の低減を実現するトモシンセシス撮影を行うことが可能となる。

（第１の実施形態）
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は本発明の実施形態に係わるマンモグラフィ装置の構成を示している。マンモグラフィ装置はＸ線撮影台１を有している。Ｘ線撮影台１は、図２に示すように、フレーム２２とフレーム２３を有している。フレーム２２、２３は支柱１９に水平に取り付けられた軸部２０に接続されている。フレーム２２、２３は軸部２０の軸心を回転中心軸Ｒとして個別に回転可能なように支柱１９により支持される。この回転方向をβ方向とする。

フレーム２３の端にはＸ線管装置２４が装備されている。Ｘ線管装置２４はＸ線管球２を収容する。Ｘ線管球２は高電圧発生部３から高電圧の印加とフィラメント電流の供給とを受けてＸ線を発生する。

フレーム２２の端にはＸ線管球２に対向する向きにＸ線検出部５が装備されている。Ｘ線検出部５は、入射Ｘ線を直接的に電気信号に変換する直接変換形又は入射Ｘ線を蛍光体で光に変換しその光を電気信号に変換する間接変換形の複数の半導体検出素子を有する。複数の半導体検出素子は２次元格子状に配列される。Ｘ線入射に伴って複数の半導体検出素子で発生した信号電荷はデータ収集部６を介してデジタル信号として読み出される。Ｘ線検出部５はイメージインテンシファイアと光学的カメラとの組み合わせで代替可能である。

図２に示すように、フレーム２２の端にはＸ線検出部５とともに下側圧迫板１７が取り付けられている。下側圧迫板１７の背面にＸ線検出部５が配置される。上側圧迫板１８は下側圧迫板１７に対向し、下側圧迫板１７と接近／離反する方向に移動可能にフレーム２２に取り付けられている。ここで、回転中心軸ＲをＺ軸とし、Ｙ軸を焦点ｆと検出部５の有効面の中心とを結ぶ線（撮影軸）に規定し、Ｘ軸をＹＺ平面に垂直に規定する。なお、ＸＹＺ座標系はＺ軸を中心とした回転座標系を構成する。下側圧迫板１７と上側圧迫板１８間距離を矢印α方向とする。下側圧迫板１７は、フレーム２２に矢印α方向に関して移動可能に支持された上側圧迫板１８とともに、被検体の乳房をスラブ状に圧迫するために設けられている。

本実施形態に係わるマンモグラフィ装置は、Ｘ線撮影台１とともに、システム制御部７、撮影制御部８、操作部９、画像記憶部１０、画像発生部１１、条件決定部１２、画像処理部１３、結像処理部１４、表示部１５を備えている。

トモシンセシス撮影はＸ線管球２の位置を順次変えて撮影を行うことによって断層画像データを得る撮影法である。このトモシンセシス撮影を行うために、システム制御部７はマンモグラフィ装置全体を制御する。撮影制御部８は、トモシンセシス撮影を行うための所定の手順に従って支持機構４制御し、Ｘ線発生条件（Ｘ線継続時間、管電流、管電圧）に基づいて高電圧発生部３制御することでＸ線管球２からＸ線を発生させ、データ収集部６を制御することでデジタル信号を得る。このように、撮影制御部８が繰り返し支持機構４とＸ線発生部３とデータ収集部６とを制御することでトモシンセシス撮影が可能となる。画像記憶部１０はＸ線撮影によって得られた複数の投影画像を記憶する。画像処理部１３は画像記憶部１０に記憶されている画像に任意の画像処理をする。この画像処理された画像は画像記憶部１０に記憶される。結像処理部１４はＸ線撮影で得られた複数の投影画像を結像する。なお、結像処理に使用する投影画像は画像処理部１３によって画像処理された画像であってもよい。ここで、結像して得られた画像のデータを断層画像データと称する。画像記憶部１０はこの断層画像データを記憶する。画像発生部１１は結像処理部１４によって得られた所望の断層画像データを表示部１５に発生させる。操作部９はＸ線撮影台１のフレーム２２、２３や上側圧迫板１８などの移動に関する操作や、表示部１５に表示された画像上の操作を行う。条件決定部１２はＸ線発生条件を決めるための入力値を受け、Ｘ線発生条件を決定する。

まず、Ｘ線管球２の移動の手順を説明する
Ｘ線撮影は、Ｘ線管球２の位置と条件決定部１２が決定したＸ線発生条件（Ｘ線継続時間、管電圧、管電流）とに基づいて、撮影制御部８が高電圧発生部３、支持機構４、データ収集部６を制御することによって行われる。１回目のＸ線撮影はその後の２回目以降のＸ線発生条件（（ｂ）（ｃ））を決めるために行う。そのため、１回目のＸ線撮影を予備撮影又はプリ撮影と呼ぶものとし、その後の２回目以降のＸ線撮影を本撮影又はメイン撮影と呼ぶものとする。

図３に示すように、撮影制御部８は所定の手順に従って支持機構４を制御し、Ｘ線管球２を適当な初期位置（Ｘ１）に移動させる。その移動した位置（Ｘ１）で１回目の撮影（予備撮影）を行う。２回目のＸ線撮影（１回目の本撮影）は、撮影制御部８の制御のもとで予備撮影と同じ位置（Ｘ１）で行われる。３回目のＸ線撮影（２回目の本撮影）は、撮影制御部８が支持機構４を制御し、Ｘ線管球２をＸ１からβ方向に関し一定間隔γで移動させる。その移動した位置（Ｘ２）で３回目のＸ線撮影（２回目の本撮影）が行われる。同様に４回目、５回目、…ｎ回目のＸ線撮影もＸ線管球２をβ方向に関し順次一定間隔γで移動させることにより行われる。Ｘ線発生時は、撮影制御部８は支持機構４を制御し、Ｘ線管球２を停止させる。

撮影制御部８は、条件決定部１２で決定された各Ｘ線発生条件に基づいたＸ線を発生するように高電圧発生部３を制御する。Ｘ線管球２で発生されたＸ線はＸ線検出部５の半導体検出素子に信号電荷を発生させる。撮影制御部８はデータ収集部６を制御し、Ｘ線検出部５にある半導体検出素子に発生した信号電荷をデジタル信号として読み出させる。

次に、Ｘ線発生条件の決定方法を説明する。

条件決定部１２は、予備又は本撮影各々のＸ線発生条件を決定する。予備撮影（１回目のＸ線撮影）のＸ線発生条件（ａ）は、操作者がフレーム２２によって取り付けられた下側圧迫板１７と上側圧迫板１８とで圧迫された被検体の乳房の乳房圧迫厚に基づいて決定される。一例として具体的な手順をあげると、まず、操作者が下側圧迫板１７と上側圧迫板１８とで被検体の乳房を圧迫する。次に、ロータリーエンコーダ等の位置センサの出力に基づいて下側圧迫板１７の上面と上側圧迫板１８の下面との間の距離（乳房圧迫厚）を測る。条件決定部１２には、乳房圧迫厚と予備撮影のＸ線発生条件（予備撮影のＸ線継続時間と管電流と管電圧）と予備撮影で得られた投影画像の画素値とＸ線撮影番号を示すコードとを入力とし、Ｘ線発生条件（Ｘ線継続時間、管電流、管電圧）を出力とする、入出力の対応関係を示すテーブルが記憶されている。Ｘ線発生条件（ａ）を決定する場合、条件決定部８は、乳房圧迫厚と予備撮影であることを示すコードとから、Ｘ線発生条件（ａ）を決定する。図４は各Ｘ線撮影で得られる投影画像の画素値とＸ線撮影番号、Ｘ線管球位置との関係を示す図であるが、図４に示すように、予備撮影のＸ線発生条件（ａ）は、被検体の乳房の内部構造がある程度認識できる程度でよく、例えば予備撮影によって得られる投影画像の画像中心の画素値（Ｉ１）が所望の画素値（Ｉｐ）の略１／２となるＸ線発生条件である。

条件決定部１２は、予備撮影の結果に基づいて、１回目の本撮影（２回目のＸ線撮影）のＸ線発生条件（ｂ）と２回目以降の本撮影（３回目以降のＸ線撮影）の各撮影のＸ線発生条件（ｃ）とを決定する。

２回目のＸ線発生条件（ｂ）を決める手順を示す。まず、予備撮影後、システム制御部７の制御のもと画像記憶部１０に記憶されている予備撮影で得た不鮮明な投影画像が表示部１５に表示される。次に、操作者が操作部９を介して投影画像上に関心領域（ＲＯＩ）を設定する。通常、関心領域は乳腺の位置に設定される。そして、条件決定部１２は、前記関心領域内の画素値の平均値（Ｉ１）と予備撮影のＸ線発生条件（ａ）と１回目の本撮影であることを示すコードとから、１回目の本撮影のＸ線発生条件（ｂ）を決定する。なお、画素値の平均値（Ｉ１）は画素値の中央値や最大値等であってもよい。１回目の本撮影のＸ線発生条件（ｂ）は、所望の画素値（Ｉｐ）と前記関心領域内の画素値（Ｉ１）との差が１回目の本撮影で得られるようなＸ線発生条件である。つまり、図４に示すように、予備撮影で得られた投影画像の画素値（Ｉ１）と１回目の本撮影で得られる投影画像の画素値（Ｉ２）との加算値が所望の画素値（Ｉｐ）に等価又は近似するように、１回目の本撮影のＸ線発生条件（ｂ）を決定する。

２回目以降の本撮影のＸ線発生条件（ｃ）を決定する場合、条件決定部１２は、前記関心領域内の画素値（Ｉ１）と予備撮影のＸ線発生条件（ａ）と２回目以降の本撮影であることを示すコードとから、２回目以降の本撮影のＸ線発生条件（ｃ）を決定する。２回目以降の本撮影のＸ線発生条件（ｃ）は、前記関心領域において、所望の画素値（Ｉｐ）が１回のＸ線撮影で得られるようなＸ線発生条件である。つまり、図４に示すように、２回目以降の本撮影で得られる投影画像の画素値（Ｉ３）は所望の画素値（Ｉｐ）に等価又は近似するように、２回目以降の本撮影のＸ線発生条件（ｃ）を決定する。

次に、画像処理の手順について説明する。

画像処理部１３は、予備撮影で得られた投影画像と１回目の本撮影で得られた投影画像とを合成し、一枚の投影画像を発生させる。この合成して得た投影画像は画像記憶部１０に記憶される。

結像処理部１４は、画像処理部１１によって予備撮影で得られた投影画像の画素値（Ｉ１）と１回目の本撮影で得られた投影画像の画素値（Ｉ２）とを合成して得た投影画像と、２回目以降の本撮影によって得た複数の投影画像とを結像し、断層画像データを得る。この結像して得られた断層画像データは画像記憶部１０に記憶される。結像処理部１４によって得られた断層画像データは画像発生部１１によって表示部１５に表示される。

かくして第１の実施形態によれば、被検体の被曝線量の低減を実現するトモシンセシス撮影を行うことが可能となる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係わるマンモグラフィ装置の構成（図１）とＸ線撮影台の主要部の構成（図２）は第1の実施形態と同様なので説明は省略する。第１の実施形態と異なるのはＸ線管球２の移動の手順とＸ線発生条件の決定方法と画像処理の手順なので、以下その三点のみを説明する。

まず、Ｘ線管球２の移動の手順を説明する。

第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、１回目のＸ線撮影はその後に行われる２回目以降のＸ線撮影のＸ線発生条件（ｅ）を決めるために行う。そのため、１回目のＸ線撮影は予備撮影又はプリ撮影と呼ぶことにし、その後の２回目以降のＸ線撮影は本撮影又はメイン撮影と呼ぶことにする。

図３に示すように、撮影制御部８は所定の手順に従って支持機構４を制御し、Ｘ線管球２を初期位置（Ｘ１）に移動させる。その移動した位置（Ｘ１）で１回目の撮影（予備撮影）を行う。２回目のＸ線撮影（１回目の本撮影）のために、撮影制御部８は支持機構４を制御し、Ｘ線管球２をＸ１からβ方向に関し一定間隔γで移動させる。その移動した位置（Ｘ２）で２回目の撮影（１回目の本撮影）が行われる。同様に３回目、４回目、…ｎ回目のＸ線撮影を、撮影制御部８は支持機構４を制御し、Ｘ線管球２をβ方向に関し順次一定間隔γで移動させて行う。Ｘ線発生時は、撮影制御部８は支持機構４を制御し、Ｘ線管球２を停止させる。

第２の実施形態における撮影制御部８の高電圧発生部３とデータ収集部６との制御の仕方は第１の実施形態と同様なので説明は省略する。

次に、Ｘ線発生条件の決定方法を説明する。

図５は第２の実施形態における投影画像の画素値とＸ線撮影番号、Ｘ線管球位置との関係を示す図であり、図５に示すように、第２の実施形態における条件決定部１２は、二種類のＸ線発生条件を決定する。一つ目は予備撮影のＸ線発生条件（ｄ）で、二つ目が本撮影のＸ線発生条件（ｅ）である。第２の実施形態における予備撮影も第１の実施形態と同様に、その後に行われる２回目以降のＸ線撮影のＸ線発生条件を決めるために行う。そのため、予備撮影のＸ線発生条件（ｄ）は第１の実施形態のＸ線発生条件（ａ）と等しい。従って、予備撮影のＸ線発生条件（ｄ）の決定の手順は省略する。本撮影のＸ線発生条件（ｅ）は１回の撮影で所望の画素値（Ｉｐ）を得ることができるようなＸ線発生条件である。そのため、本撮影のＸ線発生条件（ｅ）は第１の実施形態のＸ線発生条件（ｃ）と同様である。従って、本撮影のＸ線発生条件（ｅ）の決定の手順も省略する。
次に、画像処理の手順について説明する。

画像処理部１３は、予備撮影を本撮影と同じ線量で撮影したように見せるため、予備撮影で得られた投影画像にゲインをかける。このゲイン処理を受けた投影画像は画像記憶部１０に記憶される。

結像処理部１４は、画像処理部１３によってゲイン処理をかけた投影画像と本撮影で得られた複数の投影画像とを結像し、断層画像データを得る。この結像して得られた断層画像データは画像記憶部１０に記憶される。結像処理部１４によって得られた断層画像は画像発生部１１によって表示部１５に表示される。

かくして第２の実施形態によれば、被検体の被曝線量の低減を実現するトモシンセシス撮影を行うことが可能となる。

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、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。

本発明の実施形態に係わるマンモグラフィ装置の構成を示す図。 図１のマンモグラフィ装置のＸ線撮影台の主要部構造を示す斜視図。 本実施形態において、トモシンセシス撮影時のＸ線管球の動きを示す図。 第１の実施形態における投影画像の画素値とＸ線撮影番号、Ｘ線管球位置との関係を示す図。 第２の実施形態における投影画像の画素値とＸ線撮影番号、Ｘ線管球位置との関係を示す図。

符号の説明

１…Ｘ線撮影台、２…Ｘ線管球、３…高電圧発生部、４…支持機構、５…Ｘ線検出部、６…データ収集部、７…システム制御部、８…撮影制御部、９…操作部、１０…画像記憶部、１１…画像発生部、１２…条件決定部、１３…画像処理部、１４…結像処理部、１５…表示部。

Claims (11)

1. Ｘ線を発生するＸ線管球と、
   前記Ｘ線管球に印加するための高電圧を発生する高電圧発生部と、
   被検体の乳房を透過した透過Ｘ線を検出するＸ線検出部と、
   前記Ｘ線管球と前記Ｘ線検出部とを移動可能に支持する支持機構と、
   前記高電圧発生部と前記Ｘ線検出部と前記支持機構とを制御してＸ線撮影を繰り返す撮影制御部と、
   前記繰り返されるＸ線撮影のうち１回目のＸ線撮影のＸ線発生条件を前記被検体の圧迫された乳房の乳房圧迫厚に基づいて決定するとともに、前記１回目のＸ線撮影による前記Ｘ線検出部の出力に基づいて２回目のＸ線撮影におけるＸ線発生条件を決定し、前記１回目のＸ線撮影による前記Ｘ線検出部の出力に基づいて前記２回目のＸ線撮影のＸ線発生条件とは相違する３回目以降の各Ｘ線撮影におけるＸ線発生条件を決定する条件決定部と、
   前記繰り返されるＸ線撮影により収集される前記Ｘ線検出部の出力に基づいて前記被検体の乳房に関する断層画像データを発生する画像発生部とを具備するマンモグラフィ装置。
2. 前記条件決定部は、
   前記１回目のＸ線撮影による投影画像上の関心領域内の画素値と所望の画素値とに基づいて前記３回目以降のＸ線発生条件を決定することを特徴とする請求項１記載のマンモグラフィ装置。
3. 前記条件決定部は、
   前記３回目以降のＸ線撮影による投影画像の画素値が前記所望の画素値と等価又は近似するように、前記１回目のＸ線撮影による投影画像上の前記関心領域内の画素値に基づいて、前記３回目以降のＸ線発生条件を決定することを特徴とする請求項２記載のマンモグラフィ装置。
4. 前記条件決定部は、
   前記所望の評価値と前記１回目のＸ線撮影による投影画像上の前記関心領域内の画素値との差に基づいて前記２回目のＸ線発生条件を決定することを特徴とする請求項１記載のマンモグラフィ装置。
5. 前記条件決定部は、
   前記１回目のＸ線撮影による投影画像上の前記関心領域内の画素値と前記２回目のＸ線撮影による投影画像の画素値との加算値が、前記所望の画素値と等価又は近似するように、前記１回目のＸ線撮影による投影画像上の前記関心領域内の画素値に基づいて、前記２回目のＸ線発生条件を決定することを特徴とする請求項４記載のマンモグラフィ装置。
6. 前記撮影制御部は、
   前記１回目のＸ線撮影と前記２回目のＸ線撮影とを同位置で行い、前記３回目以降のＸ線撮影は順次位置を変えて行うように支持機構を制御することを特徴とする請求項１記載のマンモグラフィ装置。
7. 前記マンモグラフィ装置は、
   前記１回目のＸ線撮影で得られた投影画像の画素値と前記２回目のＸ線撮影で得られた投影画像の画素値とを加算する画像処理部と、
   前記加算して得られた投影画像と前記３回目以降のＸ線撮影で得られた複数の投影画像とに基づいて前記被検体の乳房に関する断層画像データを発生する結像処理部と画像発生部とを具備することを特徴とする請求項１記載のマンモグラフィ装置。
8. Ｘ線を発生するＸ線管球と、
   前記Ｘ線管球に印加するための高電圧を発生する高電圧発生部と、
   被検体の乳房を透過した透過Ｘ線を検出するＸ線検出部と、
   前記Ｘ線管球と前記Ｘ線検出部とを移動可能に支持する支持機構と、
   前記高電圧発生部と前記Ｘ線検出部と前記支持機構とを制御してＸ線撮影を繰り返す撮影制御部と、
   前記繰り返されるＸ線撮影のうち１回目のＸ線撮影のＸ線発生条件を前記被検体の圧迫された乳房の乳房圧迫厚に基づいて決定するとともに、前記１回目のＸ線撮影による前記Ｘ線検出部の出力に基づいて２回目以降の各Ｘ線撮影におけるＸ線発生条件を決定する条件決定部と、
   前記１回目と前記２回目以降の各Ｘ線撮影による前記Ｘ線検出部の出力に応じたゲインで前記１回目のＸ線撮影により生じた投影画像にゲイン処理をする前記画像処理部と、
   前記２回目以降のＸ線撮影により収集される複数の投影画像と前記ゲイン処理を受けた１回目の投影画像とに基づいて、前記被検体の乳房に関する断層画像データを発生する結像処理部と画像発生部とを具備するマンモグラフィ装置。
9. 前記条件決定部は、
   前記１回目のＸ線撮影による投影画像上の前記関心領域内の画素値と所望の画素値とに基づいて前記２回目以降のＸ線発生条件を決定することを特徴とする請求項８記載のマンモグラフィ装置。
10. 前記条件決定部は、
    前記２回目以降のＸ線撮影による投影画像の画素値が前記所望の画素値と等価又は近似するように、前記１回目のＸ線撮影による投影画像上の前記関心領域内の画素値に基づいて、前記２回目以降のＸ線発生条件を決定することを特徴とする請求項９記載のマンモグラフィ装置。
11. 前記撮影制御部は、
    前記１回目のＸ線撮影及び、前記２回目以降のＸ線撮影を順次位置を変えて行うように支持機構を制御することを特徴とする請求項８記載のマンモグラフィ装置。

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