JP3778523B2

JP3778523B2 - Ｘ線撮影装置

Info

Publication number: JP3778523B2
Application number: JP08701395A
Authority: JP
Inventors: 貴之石川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1995-04-12
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2021-05-24
Also published as: JPH08280658A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、被検体にＸ線を曝射し、被検体透過後のＸ線を収集して透視画像を撮影するＸ線撮影装置に係り、特に、撮影の際のＸ線曝射条件、画像処理条件を好適に設定する際の撮影条件算出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、医用診断装置の開発が進められる中で、Ｘ線診断装置が多く用いられている。Ｘ線診断装置は、医用寝台上に載置された被検体を挟んでＸ線管とイメージインテンシファイヤとを対向配置し、Ｘ線管から被検体に向けてＸ線を曝射する。そして、被検体透過後のＸ線をイメージインテンシファイヤにて収集し、これを画像処理してＸ線画像を作成するものである。
【０００３】
このようなＸ線撮影装置においては、画像のコントラスト等の撮影条件を好適に制御する必要がある。通常、このような撮影条件を決める際には、Ｘ線管の管電圧、管電流、及びパルス幅を任意に制御することにより行われる。
【０００４】
ところが、実際には被検体の撮影部位や被検体の大きさにより撮影条件がその都度異なるので、上記の管電圧、管電流、パルス幅を一定に固定しても常に同一のコントラストが得られるとは限らない。従って、従来においては、Ｘ線撮影を行う際には本番の撮影を行う前に模擬的にＸ線を曝射してその撮影条件を見ながら管電圧、管電流、パルス幅を調整する方法が採用されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の方法では、模擬的に被検体にＸ線を曝射しながら撮影条件を決定する方法が採られているので、被検体に必要以上の被曝を与えてしまうという欠点がある。実際には、模擬的なＸ線の曝射により画像の明るさを調整する程度である。Ｘ線管、イメージインテンシファイヤ、テレビカメラなどにより変換されてＸ線像を得るようになっていることから、コントラストを最適に調整することは困難であった。
【０００６】
この発明はこのような従来の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、被検体に不必要なＸ線の被曝を与えることなく最適なＸ線曝射条件を設定することの可能なＸ線撮影装置の撮影条件算出方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願請求項１に係る発明のＸ線撮影装置は、Ｘ線管とＸ線カメラユニットとの間に置かれた被検体に前記Ｘ線管からＸ線を曝射して前記被検体のＸ線像を撮影するＸ線撮影装置において、
ファントムが無い状態で、前記Ｘ線カメラユニットのグリッドがある状態で得たＸ線像とグリッとが無い状態で得たＸ線像とからグリッドの直接線透過率を求め、
前記グリッドの直接線透過率、複数の定数を持つ管電圧の関数として表されるファントムの平均減弱係数の式及び複数のＸ線曝射条件にて撮影して得た平均減弱係数データに基づいて前記式の定数を求めることにより、任意の管電圧に対するファントムの平均減弱係数を求め、
ファントムが無い状態で前記Ｘ線カメラユニットのグリッドがある状態で得たＸ線像からベーリンググレア比を求め、
前記グリッドの直接線透過率、前記ベーリンググレア比、複数の係数を持つ管電圧の関数として表される散乱線ゲインファクタの式及び複数のＸ線曝射条件にて撮影して得た散乱線ゲインファクタデータに基づいて前記式の係数を求めることにより、任意の管電圧に対する散乱線ゲインファクタを求め、
前記グリッドの直接線透過率、任意の管電圧に対するファントムの平均減弱係数、ベーリンググレア比及び任意の管電圧に対する散乱線ゲインファクタに基づいて、任意の管電圧に対する画像レベルを求める測定部を備えることを特徴とする。
【００１０】
【作用】
上述の如く構成された本発明によれば、Ｘ線管とイメージ増倍管との間に人体に近いファントム（例えば、アクリルファントム）を置き、更に、Ｘ線の通過路に鉛片等のＸ線遮蔽体を配置して、ファントムの厚さを２種類以上、Ｘ線の曝射条件を２回以上変更して疑似的な曝射を行って得たＸ線撮影を行う。これによって得られたＸ線像は、ファントムの厚さ、Ｘ線の曝射条件によって画像レベルが事なり、Ｘ線遮蔽体のある部分と無い部分とによって異なる。
【００１１】
このような画像レベルの違いから上記パラメータが求まり、これを用いて任意の曝射条件に応じた直接線レベル、散乱線レベル等の画像レベルを算出できる。従って、被検体に不必要な被曝を与えることなく最適なＸ線の撮影条件を得ることができるようになる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るＸ線撮影装置の一実施例の構成を示すブロック図である。
【００１３】
イメージインテンシファイヤ（イメージ増倍管）７は、被検体を透過したＸ線像を収集して光像に変換するものであり、イメージインテンシファイヤ７の表面には入射するＸ線の方向を制限するためのグリッド６が取り付けられ、一定方向のＸ線から光像を得るようになっている。イメージインテンシファイヤ７からの光像は絞り調整装置８を介してテレビカメラ９に供給され、電気信号に変換されるようになっている。絞り調整装置８は、テレビカメラ９に入射する光の量を調節するためのアイリス（絞り）８ａおよびフィルター８ｂを有し、これらによってテレビカメラ９の撮影が光学的に調整されるようになっている。
【００１４】
これら符号７，８，９がＸ線カメラユニットを成す。
【００１５】
画像処理装置１０は、テレビカメラ９の出力信号からＸ線画像を記憶すると共に、記憶した複数の画像の加算、複数の画像間の減算や、輪郭処理、画像の強調、特徴抽出などの画像処理を行うものである。
【００１６】
Ｘ線管３は、イメージインテンシファイヤ７と相対峙して配置され、Ｘ線制御装置２の制御下でＸ線を出力する。Ｘ線制御装置２は、Ｘ線管の管電圧（kV）、管電流（mA）、パルス幅（msec）などの撮影条件を制御するためのものであり、その撮影条件の設定は測定部１によって制御される。
【００１７】
測定部１は、上記撮影条件の制御および絞り調整装置８の制御など、Ｘ線撮影の制御をするためのものであり、ディスプレイ１ｂを有するコンピュータ装置と測定用ソフトウェアとを用いて構成される。そして、コンソール１ａからの入力に応じて、Ｘ線管の撮影条件の設定、イメージインテンシファイヤとＸ線管との距離SID の制御を行う。測定部１は、このようなＸ線像の撮影のための処理を行うと共に、良好なＸ線像の撮影のために、画像処理装置１０で処理した画像の画像データから散乱線グレアレベルＩ_sv及び直接線レベルＩ_p、Ｘ線条件を定めるためのパラメータ（後述する）を求める演算等を行う。Ｘ線管３とイメージインテンシファイヤ７との間に、測定部１のディスプレイ１ｂの表示に従って、Ｘ線遮蔽体としての鉛片４、散乱Ｘ線を除去するためのグリッド６、ファントム５を配置し、Ｘ線像を撮影することによって自動的に上記パラメータを求めるとともに、求めたパラメータを用いて任意のＸ線条件における撮影レベルを知ることができる、これにより、最適なＸ線条件を知ることができるようになっている。
【００１８】
この測定部１が、厚さの異なるファントムについて、異なる曝射条件でＸ線曝射して得たＸ線透視画像の収集データから、直接線レベル若しくは散乱線レベルを定めるためのパラメータを求める手段をなす。また、測定部１は、画像処理装置１０で２つのＸ線像を減算して得た画像の画像データの分散を求めるようになっている。
【００１９】
表１は、上記パラメータを求めるためのグリッド６、ファントム５の例を示したものであり、▲１▼はグリッド６がない状態にし、ファントム５が無い状態にする事を示し、▲２▼はグリッド６がありファントム５がない状態にする事を示し、▲３▼▲４▼はグリッドがあり、それぞれ１０cm，２０cmのファントム６を配置することを示す。なお、鉛片４は測定の間はグリッド６の前面（グリッドなしの場合は、イメージインテンシファイアの前面）に取り付けられている。
【００２０】
【表１】

表１の表示は上から順にディスプレイに表示され、▲１▼▲２▼では管電圧７０kVでのみＸ線像撮影が行われ、▲３▼▲４▼では、曝射条件として管電圧をかえて行うために、７０kV及び９０kVの曝射条件の両方についてＸ線像撮影が行われる。図２は、そのときの測定部１の処理を示したものである。
【００２１】
はじめに、測定部１は、表１▲１▼からディスプレイ表示をして、操作者にグリッド６及びファントム５を表示された状態にするように指示する（図２符号２１０）。操作者は、配置を終えコンソール１ａにその旨を入力すると、測定部１は測定を開始する。まず、測定部１は、絞り調整装置８に対して所定のアイリス８ａの開度及びフィルター８ｂを設定するように制御し、ファントム５のＸ線像撮影の準備をする。そして、Ｘ線制御装置２に対して管電圧を７０kVに設定するように制御し、Ｘ線管３からＸ線を複数回曝射させ、ファントム５のＸ線像複数枚の撮影を行わせる（同図符号２２０）。
【００２２】
このＸ線像はテレビカメラ９によって電気信号に変換され、画像処理装置１０で加算・減算される。加算されたＸ線像はノイズ成分が平均化され、Ｘ線像の加算平均画像は、画像データとして測定部１に与えられる。このときのＸ線像の加算平均画像は、図３に示すように、鉛片４がある部分の画像値が低く、鉛片４がなくファントム５だけ部分の画像値が高くなっている。
【００２３】
測定部１は、この加算平均画像の画像データから鉛片４に対応する画像値（散乱線グレアレベル）Ｉ_svと、鉛片４のないところとして例えば、鉛片４から１００ピクセル程度離れた所の画像値Ｉ_sv＋Ｉ_p（Ｉ_pは直接線レベル）から散乱線グレアレベルＩ_sv及び直接線レベルＩ_pを求め、メモリーに記憶しておく（同図符号２３０）。表１▲１▼▲２▼の測定ではファントムの厚さは１０または２０cmではないので、９０kVではＸ線像撮影が行われないが、（同図符号２３０）、同様にして管電圧９０kVでＸ線像の撮影を行い（同図符号２２０）、▲３▼▲４▼では散乱線グレアレベルＩ_sv及び直接線レベルＩ_pを求めてメモリーに記憶する（同図符号２３０）。こうして、順次表１▲１▼〜▲４▼の測定をおこなわれる（同図符号２７０）。
【００２４】
表１▲１▼〜▲４▼の測定で得られた散乱線グレアレベルＩ_sv及び直接線レベルＩ_pはそれぞれ違った測定値であるため、ここでは表２のように添字をつけて区別するものとする。
【００２５】
【表２】

ファントム５がないときのＸ線の出力Ｉｏは、つぎの式（１）で求められる事がわかっている。ここで、Ｘ線フォトンエネルギーΦは、Φ＝φ（ｋＶ）＊mAsのように、管電圧特性をもつ関数と管電流（ｍＡｓ）の積算で表現でき、予め実験により条件の組み合わせごとに予め求められている。イメージインテンシファイヤとＸ線管との距離ＳＩＤは測定部１による制御で決まり、１ピクセル面積、光量減衰率等は測定から求めることができる。補正係数は、経験的に常数である。式（１）のうち、システムゲインζは、各装置に特有な値で測定データから計算する。
【００２６】
【数１】

測定部１は、これらの散乱線グレアレベルＩ_sv及び直接線レベルＩ_pを用いて以下の手順でＸ線条件を得るためのパラメータを求め、そのパラメータを用いて最適なＸ線条件を定める。
【００２７】
まず、測定部１は、ファントム５がないときの直接線レベルを用いて「｛Ｉ_p21／▲２▼のときの光量透過率）｝／｛Ｉ_p10／▲１▼のときの光量透過率）｝」の演算を行い、グリッドの直接線透過率Ｔ_pを求める。直接線レベルＩ_pは、グリッド６がある場合次の式（２ａ）で表せ、ない場合次の式（２ｂ）で表せることから、Ｉ_p10、Ｉ_p21の比からグリッドの直接線透過率Ｔ_pを求めることが可能になっている。
【００２８】
【数２】

ファントムの平均減弱係数μは管電圧（kV）の関数として示され、近似的に式（３）のように表される。
【００２９】
【数３】

測定部１は、測定する管電流（ｍＡｓ）の条件が変わらない場合、表２の管電圧７０ｋＶの直接線レベルＩｐ３１，Ｉｐ４１はそれぞれ式（４ａ）、（４ｂ）となり、管電圧７０ｋＶの平均減弱係数μ（７０ｋＶ）はその直接線レベルＩｐ３１，Ｉｐ４１用いて求めることができ（式（４ｃ））、また、表２の管電圧９０ｋＶの直接線レベルＩｐ３２，Ｉｐ４２はそれぞれ式（４ｄ）、（４ｅ）となり、管電圧９０ｋＶの平均減弱係数μ（９０ｋＶ）はその直接線レベルＩｐ３２，Ｉｐ４２、を用いて求めることができる（式（４ｆ））。
一方、測定する管電流（ｍＡｓ）の条件が変わる場合、表２の管電圧７０ｋＶの直接線レベルＩｐ３３，Ｉｐ４３はそれぞれ式（４ｇ）、（４ｈ）となり、管電圧７０ｋＶの平均減弱係数μ（７０ｋＶ）はその直接線レベルＩｐ３３，Ｉｐ４３用いて求めることができ（式（４ｉ））、また、表２の管電圧９０ｋＶの直接線レベルＩｐ３４，Ｉｐ４４はそれぞれ式（４ｊ）、（４ｋ）となり、管電圧９０ｋＶの平均減弱係数μ（９０ｋＶ）はその直接線レベルＩｐ３４，Ｉｐ４４、を用いて求めることができる（式（４ｌ））。
【００３０】
【数４】

一方、μは（３）のように表現できるので、
【００３１】
【数５】

【数６】

こうして、得られた（４ｃ）、（４ｆ）、（４ｉ）、（４ｌ）、（５）及び（６）から定数ａ、ｂが求められる。求められた定数ａ、ｂと式（３）とから、任意の管電圧に対する平均減弱係数μを求めることができ、測定部１は、与えられた任意の管電圧について、その平均減弱係数μを演算する。
【００３２】
一方、散乱線ゲインファクタＧＴｓは管電圧によって変わる値であるが、散乱線グレアレベルＩ_sv及び直接線レベルＩ_pを用いて式（７）のように示すことが可能である。ここで、Ｖ（ベーリンググレア比）は、グリッド６が有り且つファントム５がない場合の散乱線グレアレベルＩ_sv及び直接線レベルＩ_pを用いてＩ_sv／Ｉ_pで求められる。またｇは、ファントム５に固有なパラメータで、実験から求められるものである。
【００３３】
【数７】

この事を用い、まず、測定部１は、表２▲２▼の測定で得られた散乱線グレアレベルＩ_sv21及び直接線レベルＩ_p21を用いてＩ_sv21／Ｉ_p21からベーリンググレア比Ｖを求める。そして、測定部１は、こうして得たベーリンググレア比Ｖ、先に求めた直接線透過率Ｔ_pを用い、管電圧70kVの時の測定値Ｉ_sv31，Ｉ_p31、Ｉ_sv41，Ｉ_p41を式（７）に代入した方程式（８ａ）と（８ｂ）の平均から管電圧70kVの時の散乱線ゲインファクタＧＴｓ（70kV）を求める（ｇは定数とする）。同様に、測定部１は、管電圧90kVの時の測定値Ｉ_sv32，Ｉ_p32、Ｉ_sv42，Ｉ_p42を式（７）に代入した連立方程式（８ｃ）と（８ｄ）の平均から管電圧90kVの時の散乱線ゲインファクタＧＴｓ（90kV）を求める。
【００３４】
【数８】

散乱線ゲインファクタＧＴｓは、管電圧(kV)の１次関数である式（９）で示すことが可能である。測定部１は、得られた散乱線ゲインファクタＧＴｓ（70kV）及びＧＴｓ（90kV）を代入して得た連立方程式（９ａ）（９ｂ）から係数ａ_１及びａ_２を求める。具体的には式（１０）（１１）の演算で求めることが可能である。
【００３５】
【数９】

【数１０】

【数１１】

こうして得た係数ａ_１及びａ_２の具体的な値が得られ、式（９）を具体的に定めうる。測定部１は、求められた係数ａ_１及びａ_２と式（９）とから、与えられた任意の管電圧についてその散乱線ゲインファクタＧＴｓを演算する。
【００３６】
上述のようにして、測定部１は、Ｘ線条件を得るためのパラメータとして、グリッドの直接線透過率Ｔ_p、ベーリンググレア比Ｖ、ファントムの平均減弱係数μ、散乱線ゲインファクタＧＴ_sを求めることができるようになる（図２符号２８０）。グリッドの直接線透過率Ｔ_p、ベーリンググレア比Ｖ、ファントムの平均減弱係数μを求めるための式（２）の定数ａ，ｂ、散乱線ゲインファクタＧＴ_sを求めるための式（８）の係数ａ_１，ａ_２は、測定部１に内臓された磁気ディスク装置などのストレージデバイスに保存される。そして、必要なときに読み出され、与えられた任意の管電圧について上記各パラメータの値を求める。
【００３７】
さらに、測定部１は、得られた上記各パラメータをもとに、次の式（１２）及び（１３）を用いて与えられた任意の管電圧(kv)について散乱線グレアレベルＩ_sv及び直接線レベルＩ_pを求める演算を行うとともに、式（１４）を用いて与えられた任意の管電圧について画像レベルを求める（図２符号２９０）。
【００３８】
【数１２】

【数１３】

【数１４】

この様に、ファントムを使用した測定から、ある厚さの被写体を任意のＸ線撮影条件で撮影した場合の画像レベルを推定する事ができる。通常は模擬的に行うＸ線の曝射によりアリイスやフィルターなどの光量調整を行っていたが、あらかじめ画像のレベルを推定できる事からあらかじめ光量調整を行う事ができ、結果として模擬的なＸ線の噴射無しに撮影を行う事ができる。
【００３９】
また、検査に良く使用する造影剤などの物質の特性をしめす、造影剤の滅弱係数を仮定すると、コントラストはファントムの減弱係数と物質の減弱係数と画像レベルから推定が可能となる。任意のＸ線撮影条件に対するコントラストの推定が可能である。一般に、コントラストは管電圧が低いほど大きくなる。コントラストの基準を決めて、その基準に合うような管電圧などの撮影条件を決める事ができる。
【００４０】
以上の様に、画像レベルを推定できるパラメータを求める事で、無駄な被曝をさせる事なく撮影を行う事ができる。また、用いるファントムは２種類で良く、かつすべての管電圧（ｋＶ）で測定しないですむ事から、パラメータを求める際の負担が小さく迅速である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、画像レベルを推定できるパラメータを求めることで、被検体に不必要な被曝を与えることなく撮影を行えることができる。またすべての管電圧で測定しないで済むことから、パラメータを求める際の負担が小さく処理を迅速にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線撮影装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】測定部１の処理の概略を示す図。
【図３】散乱線レベルと直接線レベルの大きさを示す説明図である。
【符号の説明】
１測定部、２Ｘ線制御装置、３Ｘ線管、４鉛片、
５ファントム、６グリッド、７イメージインテンシファイヤ
８絞り調整装置、９テレビカメラ、１０画像処理装置

Claims

Ｘ線管とＸ線カメラユニットとの間に置かれた被検体に前記Ｘ線管からＸ線を曝射して前記被検体のＸ線像を撮影するＸ線撮影装置において、
ファントムが無い状態で、前記Ｘ線カメラユニットのグリッドがある状態で得たＸ線像とグリッとが無い状態で得たＸ線像とからグリッドの直接線透過率を求め、
前記グリッドの直接線透過率、複数の定数を持つ管電圧の関数として表されるファントムの平均減弱係数の式及び複数のＸ線曝射条件にて撮影して得た平均減弱係数データに基づいて前記式の定数を求めることにより、任意の管電圧に対するファントムの平均減弱係数を求め、
ファントムが無い状態で前記Ｘ線カメラユニットのグリッドがある状態で得たＸ線像からベーリンググレア比を求め、
前記グリッドの直接線透過率、前記ベーリンググレア比、複数の係数を持つ管電圧の関数として表される散乱線ゲインファクタの式及び複数のＸ線曝射条件にて撮影して得た散乱線ゲインファクタデータに基づいて前記式の係数を求めることにより、任意の管電圧に対する散乱線ゲインファクタを求め、
前記グリッドの直接線透過率、任意の管電圧に対するファントムの平均減弱係数、ベーリンググレア比及び任意の管電圧に対する散乱線ゲインファクタに基づいて、任意の管電圧に対する画像レベルを求める測定部を備えることを特徴とするＸ線撮影装置。