JP6127935B2

JP6127935B2 - Ｘ線撮影装置

Info

Publication number: JP6127935B2
Application number: JP2013245377A
Authority: JP
Inventors: 雅大田中
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2033-11-27
Also published as: JP2015100640A

Description

この発明は、Ｘ線撮影を行うＸ線撮影装置に係り、特に、複数のＸ線画像を連結して長尺画像を作成する技術に関する。

従来、この種の装置として、Ｘ線管（Ｘ線照射手段）とＸ線検出器（Ｘ線検出手段）とを同期動作させて被検体の体軸方向に沿って移動させてＸ線画像をそれぞれ取得して、体軸方向にＸ線画像を連結して長尺画像を作成する。特に、コリメータによりＸ線の開き量を調節して照射野をスリット状に絞り込んで得られたＸ線画像を体軸方向に連結して長尺画像を作成する長尺撮影（以下、「スロット撮影」と呼ぶ）を行う手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

従来のスロット撮影では、照射野の中心が、連結方向に関するＸ線検出器の中心となる位置関係を保った状態で、Ｘ線管およびＸ線検出器を動かしながらスリット状の照射野で連続撮影を行っていた。スリット状の照射野とするのは、Ｘ線をＸ線検出器の検出面に対して垂直に入射させることで、撮影像（Ｘ線画像）に歪みが出ないようにするためである。

特開２００４−２３６９２９号公報

しかしながら、均一なＸ線を照射しても、中央から両端への２方向に画素値の信号を読み出すＸ線検出器の場合には、中央部分に線が入るアーティファクトが生じるという問題がある。具体的には、例えばＸ線検出器がフラットパネル型Ｘ線検出器で構成されている場合において、大面積を実現するために片方に信号を読み出す２枚のパネルを面内に中央で貼り合わせて、中央から両端への２方向に画素値の信号を読み出すＸ線検出器を製造する。図８に示すように、中央のゲート線Ｇ_{ＣＥＮＴＥＲ}での画素値をデータ線Ｄに沿って読み出す時間ｔ_{ＣＥＮＴＥＲ}と、スリット状の端部に相当するゲート線Ｇ_ＥＤＧＥでの画素値をデータ線に沿って読み出す時間ｔ_ＥＤＧＥとにおいて時間差が生じる結果、信号減衰にバラツキが生じて中央部分にアーティファクトが生じる。なお、図８の符号ＭＵＸはマルチプレクサ(multiplexer)である。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、アーティファクトが生じない長尺画像を取得することができるＸ線撮影装置を提供することを目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、この発明に係るＸ線撮影装置は、Ｘ線撮影を行うＸ線撮影装置であって、被検体に向けてＸ線を照射するＸ線照射手段と、前記被検体を透過したＸ線を検出し、中央から両端への２方向に画素値の信号を読み出すように構成されたＸ線検出手段と、当該Ｘ線検出手段で得られた複数のＸ線画像を連結して長尺画像を作成する画像連結手段と、前記Ｘ線照射手段から照射されるＸ線の開き量を調節するコリメータと、連結方向に関する前記Ｘ線検出手段の前記中央の領域である中央領域を含まないように、前記Ｘ線照射手段，前記Ｘ線検出手段のいずれか少なくとも一方を駆動させることにより前記コリメータによりＸ線の開き量が調節された照射野を前記中央領域からずらして制御する駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段により、前記Ｘ線照射手段，前記Ｘ線検出手段のいずれか少なくとも一方を駆動させて、前記コリメータによりＸ線の開き量が調節された照射野が前記Ｘ線検出手段の前記中央領域からずれて投影した状態でそれぞれ得られた前記複数のＸ線画像を前記画像連結手段は連結して前記長尺撮影を作成することを特徴とするものである。

［作用・効果］被検体を透過したＸ線を検出し、当該中央から両端への２方向に画素値の信号を読み出すように構成されたＸ線検出手段（図８を参照）の場合には、課題でも述べたように、中央の領域である中央領域に信号減衰のバラツキによるアーティファクトが生じる。そこで、この発明に係るＸ線撮影装置によれば、駆動制御手段により、Ｘ線照射手段，Ｘ線検出手段のいずれか少なくとも一方を駆動させて、コリメータによりＸ線の開き量が調節された照射野がＸ線検出手段の（連結方向に関する）中央領域からずれて投影した状態でそれぞれ得られた複数のＸ線画像を画像連結手段は連結して長尺撮影を作成する。中央領域において画素値の信号の減衰が著しい場合には、その中央領域からずれて投影するようにＸ線照射手段，Ｘ線検出手段のいずれか少なくとも一方を駆動させて、コリメータによりＸ線の開き量が調節してスリット状の照射野でのスロット撮影を行う。よって、信号減衰の傾向が単調となったＸ線画像、あるいは信号減衰を抑制したＸ線画像を連結して、アーティファクトが生じない長尺画像を取得することができる。

上述したこの発明に係るＸ線撮影装置において、上述した駆動制御手段は、連結方向に沿ってＸ線検出手段を平行移動させることにより上述した中央領域からずらして制御してもよいし、連結する軸の軸心周りにＸ線照射手段を回転移動させることにより上述した中央領域からずらして制御してもよい。また、両者を組み合わせて、連結方向に沿ってＸ線検出手段を平行移動させて、連結方向にＸ線照射手段を回転傾斜させることにより上述した中央領域からずらして制御してもよい。

この発明に係るＸ線撮影装置によれば、駆動制御手段により、Ｘ線照射手段，Ｘ線検出手段のいずれか少なくとも一方を駆動させて、コリメータによりＸ線の開き量が調節された照射野がＸ線検出手段の（連結方向に関する）中央領域からずれて投影した状態でそれぞれ得られた複数のＸ線画像を画像連結手段は連結して長尺撮影を作成する。その結果、アーティファクトが生じない長尺画像を取得することができる。

実施例に係るＸ線撮影装置の概略斜視図である。実施例に係るＸ線撮影装置の概略正面図である。実施例に係るＸ線撮影装置の概略側面図およびブロック図である。側面視したフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）の等価回路である。平面視したフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）の等価回路である。連結方向に沿ってフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）を平行移動させることにより中央領域からずらした制御を行う一例である。連結する軸の軸心周りにＸ線管を回転移動させることにより中央領域からずらした制御を行う一例である。信号減衰にバラツキが生じる説明に供するゲート線およびデータ線の概略図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図１は、実施例に係るＸ線撮影装置の概略斜視図であり、図２は、実施例に係るＸ線撮影装置の概略正面図であり、図３は、実施例に係るＸ線撮影装置の概略側面図およびブロック図である。図３では、天板保持部等の図示を省略する。

Ｘ線撮影装置は、図１〜図３に示すように、被検体Ｍを載置する天板１と、その被検体Ｍに向けてＸ線を照射するＸ線管２と、被検体Ｍを透過したＸ線を検出するフラットパネル型Ｘ線検出器（FPD: Flat Panel Detector）（以下、「ＦＰＤ」と略記する）３とを備えている。ＦＰＤ３は天板１内に収容されている。Ｘ線管２は、この発明におけるＸ線照射手段に相当し、フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）３は、この発明におけるＸ線検出手段に相当する。

Ｘ線撮影装置は、Ｘ線管２を支持する支柱２１を備えるとともに、天板１を支持する主支柱３１を備えている。Ｘ線管２の照射側にはＸ線管２から照射されるＸ線の開き量を調節することで照射野を制御するコリメータ２２を配設している。本実施例では、主支柱３１の一端が上述したようにＸ線管２を支持し、他端が天板１内に収容されたＦＰＤ３を支持することで、Ｘ線管２およびＦＰＤ３が被検体Ｍの長手方向に沿って互いに同方向に天板１に対して平行移動する（図３を参照）。また、コリメータ２２によって、ＦＰＤ３に投影される照射野よりも狭く絞った状態で（図３を参照）、Ｘ線管２およびＦＰＤ３が被検体Ｍの長手方向に沿って互いに同方向に天板１に対して平行移動しながら、Ｘ線管２からスリット状のＸ線を照射して、ＦＰＤ３がＸ線を検出してＸ線撮影を行う。コリメータ２２は、この発明におけるコリメータに相当する。

主支柱３１は、床面に設置された基台３２に立設されており、天板１を起倒（傾斜）可能に保持する天板保持部３３を配設している。床面に設置された基台３２に主支柱３１を立設し、天板１を保持する天板保持部３３を配設することで、天板１が保持された状態で、天板１内に収容されたＦＰＤ３、ＦＰＤ３を他端で支持した支柱２１、その支柱２１の一端に支持されたＸ線管２およびＸ線管２の照射側に配設されたコリメータ２２も支持される。

天板保持部３３内には、天板１を水平軸の軸心周りに回転させて傾斜させる扇形ラック３４と、扇形ラック３４および主支柱３１に挿入される支軸３５と、扇形ラック３４に嵌合されるピニオン３６と、ピニオン３６を一端に配設した回転軸３７と、回転軸３７を回転させるモータ３８とを収容している。モータ３８が回転軸３７を回転させることで、回転軸３７の一端に配設されたピニオン３６が回転し、ピニオン３６の回転に連動して、それに嵌合された扇形ラック３４が支軸３５を支点として支軸３５周りに回転する。扇形ラック３４が支軸３５周りに回転することで、天板１を水平軸の軸心周りに回転させて傾斜させる。

このように、天板１が水平軸の軸心周りに回転して傾斜すると、天板１を起立姿勢・傾斜姿勢・水平姿勢（臥位姿勢）に起倒させることが可能になる。また、天板１の傾斜に連動して、Ｘ線管２およびＦＰＤ３が傾斜するとともに、Ｘ線管２を支持する支柱２１も傾斜する。なお、天板１を起立姿勢に傾斜させる際に、天板１の水平軸の軸心周りの回動位置から天板１下部の距離が、支柱３１の支軸３５から支柱３１下部までの高さよりも長い場合には、起立姿勢が実現できないので、この場合には天板１を上部に移動させれば起立姿勢を実現することができる。

Ｘ線撮影装置は、他に、図３に示すように、支柱２１とともにそれに支持されたＸ線管２およびコリメータ２２を被検体Ｍの体軸である長手方向に沿って天板１に対して平行移動させるために、モータ（図示省略）を駆動させる支柱駆動機構４や、ＦＰＤ３を長手方向に沿って天板１に対して平行移動させるために、モータ（図示省略）を駆動させるＦＰＤ駆動機構５や、上述した天板１を起倒（傾斜）させるためにモータ３８（図２を参照）を駆動させる天板回転機構６や、連結する軸（すなわち体軸に直交する軸）の軸心周りにＸ線管２を回転移動させるために、モータ（図示省略）を駆動させるＸ線管回転機構７と、ＦＰＤ３から電荷信号であるＸ線検出信号をディジタル化して取り出すＡ／Ｄ変換器８や、Ａ／Ｄ変換器８から出力されたＸ線検出信号に基づいて種々の処理を行う画像処理部９や、これらの各構成部を統括するコントローラ１０や、処理されたＸ線画像などを記憶するメモリ部１１や、操作者が入力設定を行う入力部１２や、処理されたＸ線画像などを表示するモニタ１３などを備えている。なお、Ｘ線管２の管電圧や管電流を発生させる高電圧発生部等については、特徴部分に関連していないので、図示および説明については省略する。ＦＰＤ駆動機構５およびＸ線管回転機構７は、この発明における駆動制御手段に相当する。ＦＰＤ駆動機構５およびＸ線管回転機構７の具体的な制御については、図６〜図７で後述する。

画像処理部９は、ＦＰＤ３で得られた複数のＸ線画像を連結して長尺画像を作成する画像連結部９ａを備えている。なお、画像連結部９ａにより複数のＸ線画像を連結して長尺画像を作成する際には、後述するデータ線４９（図４および図５を参照）に平行にＦＰＤ３を移動させてＦＰＤ３で複数のＸ線画像をそれぞれ取得して連結する。画像連結部９ａは、この発明における画像連結手段に相当する。

コントローラ１０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などで構成されており、メモリ部１１は、ＲＯＭ（Read-only Memory）やＲＡＭ（Random-Access Memory）などに代表される記憶媒体などで構成されている。また、入力部１２は、マウスやキーボードやジョイスティックやトラックボールやタッチパネルなどに代表されるポインティングデバイスで構成されている。Ｘ線撮影装置では、被検体Ｍを透過したＸ線をＦＰＤ３が検出して、検出されたＸ線に基づいて画像処理部９で画像処理を行ってＸ線画像を作成することで被検体ＭのＸ線撮影を行う。

次に、フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）３の構造について、図４および図５を参照して説明する。図４は、側面視したフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）の等価回路であり、図５は、平面視したフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）の等価回路である。

ＦＰＤ３は、図４に示すように、ガラス基板４１と、ガラス基板４１上に形成された薄膜トランジスタＴＦＴとから構成されている。薄膜トランジスタＴＦＴについては、図４、図５に示すように、縦・横式２次元マトリクス状配列でスイッチング素子４２が多数個（例えば、1024個×1024個）形成されており、キャリア収集電極４３ごとにスイッチング素子４２が互いに分離形成されている。すなわち、ＦＰＤ３は、２次元アレイ放射線検出器でもある。

図４に示すようにキャリア収集電極４３の上にはＸ線感応型半導体４４が積層形成されており、図４、図５に示すようにキャリア収集電極４３は、スイッチング素子４２のソースＳに接続されている。ゲートドライバ４５からは複数本のゲート線４６が接続されているとともに、各ゲート線４６はスイッチング素子４２のゲートＧに接続されている。一方、図５に示すように、電荷信号を収集して１つに出力するマルチプレクサ４７には増幅器４８を介して複数本のデータ線４９が接続されているとともに、図４、図５に示すように各データ線４９はスイッチング素子４２のドレインＤに接続されている。

図示を省略する共通電極にバイアス電圧を印加した状態で、ゲート線４６の電圧を印加（または０Ｖに）することでスイッチング素子４２のゲートがＯＮされて、キャリア収集電極４３は、検出面側で入射したＸ線からＸ線感応型半導体４４を介して変換された電荷信号（キャリア）を、スイッチング素子４２のソースＳとドレインＤとを介してデータ線４９に読み出す。なお、スイッチング素子がＯＮされるまでは、電荷信号はキャパシタ（図示省略）で暫定的に蓄積されて記憶される。各データ線４９に読み出された電荷信号を増幅器４８で増幅して、マルチプレクサ４７で１つの電荷信号にまとめて出力する。出力された電荷信号をＡ／Ｄ変換器８でディジタル化してＸ線検出信号として出力する。

次に、ＦＰＤ駆動機構５およびＸ線管回転機構７の具体的な制御について、図６〜図７を参照して説明する。図６は、連結方向に沿ってフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）を平行移動させることにより中央領域からずらした制御を行う一例であり、図７は、連結する軸の軸心周りにＸ線管を回転移動させることにより中央領域からずらした制御を行う一例である。

長尺撮影（スロット撮影）の直前に、ＦＰＤ駆動機構５（図３を参照）は、ＦＰＤ３を長手方向に沿って天板１（図１〜図３を参照）に対して平行移動させる。これによって、連結方向に沿ってＦＰＤ３を平行移動させて、コリメータ２２によりＸ線の開き量を調節してスリット状に絞り込まれた照射野がＦＰＤ３の（連結方向に関する）中央領域からずれて投影する。すなわち、照射野の中心をＦＰＤ３の中心から外す。その後、支柱駆動機構４（図３を参照）およびＦＰＤ駆動機構５を一定速度で同期動作させることにより、Ｘ線管２とＦＰＤ３とを同期動作させて被検体Ｍ（図２や図３を参照）の体軸方向に沿って移動させてＸ線画像をそれぞれ取得して、画像連結部９ａ（図３を参照）はＸ線画像を連結して長尺画像を作成する長尺撮影（スロット撮影）を行う。また、長尺撮影（スロット撮影）後は、ＦＰＤ駆動機構５を動かして、照射野の中心がＦＰＤ３の中心となるように戻す。

図６の場合はＦＰＤ３を平行移動させる例であるが、図７に示すようにＸ線管２を回転移動させてもよい。すなわち、長尺撮影（スロット撮影）の直前に、Ｘ線管回転機構７（図３を参照）は、連結する軸（すなわち体軸に直交する軸）の軸心周りにＸ線管２を回転移動させる。すなわち、図７に示すように連結方向にＸ線管２を回転傾斜させる。これによって、コリメータ２２によりＸ線の開き量を調節してスリット状に絞り込まれた照射野がＦＰＤ３の（連結方向に関する）中央領域からずれて投影する。すなわち、照射野の中心をＦＰＤ３の中心から外す。その後の長尺撮影（スロット撮影）については、図６と同様であるので説明を省略する。長尺撮影（スロット撮影）後は、Ｘ線管回転機構７を動かして、照射野の中心がＦＰＤ３の中心となるように戻す。

被検体を透過したＸ線を検出し、中央から両端への２方向に画素値の信号を読み出すように構成されたフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）（図８を参照）の場合には、課題でも述べたように、中央の領域である中央領域に信号減衰のバラツキによるアーティファクトが生じる。そこで、本実施例に係るＸ線撮影装置によれば、Ｘ線管２，フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）３のいずれか少なくとも一方を駆動させて、コリメータ２２によりＸ線の開き量が調節された照射野がＦＰＤ３の（連結方向に関する）中央領域からずれて投影した状態でそれぞれ得られた複数のＸ線画像を画像連結手段は連結して長尺撮影を作成する。中央領域において画素値の信号の減衰が著しい場合には、その中央領域からずれて投影するようにＸ線管２，ＦＰＤ３のいずれか少なくとも一方を駆動させて、コリメータ２２によりＸ線の開き量が調節してスリット状の照射野でのスロット撮影を行う。よって、信号減衰の傾向が単調となったＸ線画像、あるいは信号減衰を抑制したＸ線画像を連結して、アーティファクトが生じない長尺画像を取得することができる。

図６に示すように、ＦＰＤ駆動機構５は、連結方向に沿ってＦＰＤ３を平行移動させることにより上述した中央領域からずらして制御してもよい。また、図７に示すように、Ｘ線管回転機構７は、連結する軸の軸心周りにＸ線管２を回転移動させることにより上述した中央領域からずらして制御してもよい。また、両者（図６・図７）を組み合わせて、連結方向に沿ってＦＰＤ３を平行移動させて、連結する軸の軸心周りにＸ線管２を回転移動させることにより上述した中央領域からずらして制御してもよい。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）長尺撮影においては、水平姿勢（臥位姿勢）で行ってもよいし、起立姿勢で行ってもよいし、傾斜姿勢で行ってもよい。

（２）上述した実施例では、Ｘ線検出手段としてフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）を例に採って説明したが、イメージインテンシファイア(Ｉ．Ｉ)のように、通常において用いられるＸ線検出手段であれば特に限定されない。ただし、イメージインテンシファイア(Ｉ．Ｉ)の場合には、端部に照射野を投影すると歪みが生じるので、中心領域に限りなく近い領域で照射するのが好ましい。

（３）上述した実施例では、図６に示すように連結方向に沿ってＦＰＤ３を平行移動させることにより中央領域からずらして制御する場合を例に採って説明したが、連結方向に沿ってＸ線管２を平行移動させてもよい。ただし、図１〜図３の構成では、Ｘ線管２を長尺範囲の端部にまで設定しているので、平行移動の場合にはＦＰＤ３の方を動かすのが好ましい。

（４）上述した実施例では、図７に示すように連結する軸の軸心周りにＸ線管２を回転移動させることにより中央領域からずらして制御する場合を例に採って説明したが、連結する軸の軸心周りにＦＰＤ３を回転移動させてもよい。ただし、ＦＰＤ３のみを回転移動させる場合において、中央領域からずらす場合には斜めにＦＰＤ３に入射される恐れがあるので、回転移動の場合にはＸ線管２の方を動かすのが好ましい。

２ … Ｘ線管
３ … フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）
５ … ＦＰＤ駆動機構
７ … Ｘ線管回転機構
９ａ … 画像連結部
２２ … コリメータ
Ｍ … 被検体

Claims

Ｘ線撮影を行うＸ線撮影装置であって、
被検体に向けてＸ線を照射するＸ線照射手段と、
前記被検体を透過したＸ線を検出し、中央から両端への２方向に画素値の信号を読み出すように構成されたＸ線検出手段と、
当該Ｘ線検出手段で得られた複数のＸ線画像を連結して長尺画像を作成する画像連結手段と、
前記Ｘ線照射手段から照射されるＸ線の開き量を調節するコリメータと、
連結方向に関する前記Ｘ線検出手段の前記中央の領域である中央領域を含まないように、前記Ｘ線照射手段，前記Ｘ線検出手段のいずれか少なくとも一方を駆動させることにより前記コリメータによりＸ線の開き量が調節された照射野を前記中央領域からずらして制御する駆動制御手段と
を備え、
前記駆動制御手段により、前記Ｘ線照射手段，前記Ｘ線検出手段のいずれか少なくとも一方を駆動させて、前記コリメータによりＸ線の開き量が調節された照射野が前記Ｘ線検出手段の前記中央領域からずれて投影した状態でそれぞれ得られた前記複数のＸ線画像を前記画像連結手段は連結して前記長尺撮影を作成することを特徴とするＸ線撮影装置。
請求項１に記載のＸ線撮影装置において、
前記駆動制御手段は、前記連結方向に沿って前記Ｘ線検出手段を平行移動させることにより前記中央領域からずらして制御することを特徴とするＸ線撮影装置。
請求項１または請求項２に記載のＸ線撮影装置において、
前記駆動制御手段は、連結方向に前記Ｘ線照射手段を回転傾斜させることにより前記中央領域からずらして制御することを特徴とするＸ線撮影装置。