以下、図面を参照して各実施形態について説明する。なお、各実施形態に係るX線診断装置としては、Cアーム等を有して所定のフレームレートで被検体をX線透視撮像しつつ、得られたX線画像及び補間画像をリアルタイムで表示するX線アンギオグラフィ装置を例に挙げて述べる。なお、「リアルタイム」の用語は、厳密に、撮像された瞬間に生成及び表示する処理を意味するのではなく、順次、X線画像及び補間画像が生成及び表示されることを意味する。また、X線診断装置としては、これに限らず、X線撮像により動画像を取得可能な装置であれば、CTアンギオ装置やX線TV装置といった任意の装置が適用可能となっている。「X線撮像」の用語は、「X線透視撮像」と読み替えてもよい。
<第1の実施形態>
図1は、第1の実施形態に係るX線診断装置の構成の一例を示すブロック図であり、図2は、フレームレート増加回路の構成の一例を説明するための模式図である。図1に示すX線診断装置1は、撮像装置10、寝台装置50及びコンソール装置70を備えている。撮像装置10は、高電圧発生装置11、X線発生部12、X線検出器13、画像読み取り装置131、Cアーム14、状態検出器141及びCアーム駆動装置142を備えている。撮像装置10及び後述するシステム制御回路74は、入力されたオン信号に応じて被検体のX線撮像を実行し、入力されたオフ信号に応じて当該X線撮像を停止する撮像部の一例である。
高電圧発生装置11は、システム制御回路74に制御され、X線管の陰極から発生する熱電子を加速するために、陽極と陰極の間に印加する高電圧を発生させてX線管へ出力する。
X線発生部12は、被検体Pに対してX線を照射するX線管と、照射X線量を減衰或いは低減させる機能を有するROI(Region Of Interest)フィルタ及びX線絞りを備えている。
X線管は、X線を発生する。具体的には、X線管は、熱電子を発生する陰極と、陰極から飛翔する熱電子を受けてX線を発生する陽極とを保持する真空管である。例えば、X線管には回転する陽極に熱電子を照射することでX線を発生させる回転陽極型のX線管がある。X線管は高圧ケーブルを介して高電圧発生装置11に接続されている。陰極と陽極との間には、高電圧発生装置11により管電圧が印加される。管電圧の印加により陰極から陽極に向けて熱電子が飛翔する。陰極から陽極に向けて熱電子が飛翔することにより管電流が流れる。高電圧発生装置11からの高電圧の印加及びフィラメント電流の供給により、陰極から陽極に向けて熱電子が飛翔し、熱電子が陽極に衝突することによりX線が発生される。
ROIフィルタはX線管とX線絞りの間に位置し、銅やアルミニウム等の金属板で構成される。ROIフィルタは少なくとも一部、例えば中央部に開口領域を有し、開口領域外のX線を減衰させる。このため、ROIフィルタは、開口領域のX線通過領域ではX線を全透過させ、それ以外の領域のX線を減衰して透過させる。ROIフィルタは、操作者が入力インタフェース73から入力した関心領域に応じて、図示しない駆動装置により駆動される。
X線絞りは、X線管とX線検出器13の間に位置し、金属板としての鉛板で構成される。X線絞りは、開口領域外のX線を遮蔽することにより、X線管が発生したX線を、被検体Pの関心領域にのみ照射されるように絞り込む。例えば、X線絞りは4枚の絞り羽根を有し、これらの絞り羽根をスライドさせることで、X線の遮蔽される領域を任意のサイズに調節する。X線絞りの絞り羽根は、操作者が入力インタフェース73から入力した関心領域に応じて、図示しない駆動装置により駆動される。
X線検出器13は、被検体Pを透過したX線を検出する。このようなX線検出器13としては、X線を直接電荷に変換するものと、光に変換した後、電荷に変換するものとが使用可能であり、ここでは前者を例に説明するが後者であっても構わない。すなわち、X線検出器13は、例えば、被検体Pを透過したX線を電荷に変換して蓄積する平面状のFPD(Flat Panel Detector)と、このFPDに蓄積された電荷を読み出すための駆動パルスを生成するゲートドライバとを備えている。FPDの大きさは一般的に8~12インチである。FPDは微小な検出素子を列方向及びライン方向に2次元的に配列して構成される。各々の検出素子はX線を感知し、入射X線量に応じて電荷を生成する光電膜と、この光電膜に発生した電荷を蓄積する電荷蓄積コンデンサと、電荷蓄積コンデンサに蓄積された電荷を所定のタイミングで出力するTFT(薄膜トランジスタ)を備えている。蓄積された電荷はゲートドライバが供給する駆動パルスによって順次読み出される。
X線検出器13の後段には、図示しない投影データ生成回路及び投影データ記憶回路を含む画像読み取り装置131を備える。投影データ生成回路は、FPDから行単位あるいは列単位でパラレルに読み出された電荷を電圧に変換する電荷・電圧変換器と、この電荷・電圧変換器の出力をデジタル信号に変換するA/D変換器と、デジタル変換されたパラレル信号を時系列的なシリアル信号に変換するパラレル・シリアル変換器を備えている。投影データ生成回路は、このシリアル信号を時系列的な投影データとして投影データ記憶回路に供給する。投影データ記憶回路は、投影データ生成回路から供給される時系列的な投影データを順次保存して2次元投影データを生成する。この2次元投影データは、画像読み取り装置131から出力され、時系列に沿った2次元投影データ(画像処理前のX線画像)としてメモリ71に保存される。
Cアーム14は、X線発生部12とX線検出器13とを被検体P及び天板53を挟んで対向するように保持することで、天板53上の被検体PのX線撮影を行うことができる構成を有する。
具体的にはCアーム14は、天板53の長軸方向及び短軸方向に沿って移動可能となっている。また、Cアーム14は、保持部を介して支持アームに支持されている。支持アームは、略円弧形状を有し、天井に設けられたレールに対する移動機構に基端が取り付けられている。Cアーム14は、天板53に垂直なY方向と、天板53の長軸方向に沿ったZ方向との両者に直交するX方向の軸を中心に回転可能に保持部に保持されている。また、Cアーム14は、Z方向の軸を中心とした略円弧形状を有し、略円弧形状に沿ってスライド動作可能に保持部に保持されている。すなわち、Cアーム14は、Z方向の軸を回転中心としたスライド動作を行うことができる。また、Cアーム14は、保持部を中心としてX方向の軸を中心とした回転動作(以下、「主回転動作」と称する。)をすることができ、スライドとこの回転の組み合わせにより様々な角度方向からX線画像を観察することを可能とする。さらに、Cアーム14は、Y方向の軸を中心にも回転することができ、これにより、例えば、上述のスライド動作の回転中心軸をX方向とすることができる。なお、X線発生部12のX線焦点と、X線検出器13の検出面中心とを通る撮影軸は、スライド動作の回転中心軸と、主回転動作の回転中心軸とに一点で交差するように設計されている。当該交点は、一般的には、アイソセンタと呼ばれている。アイソセンタは、Cアーム14が上述のスライド動作や主回転動作をしても変位しない。このため、アイソセンタに関心部位が位置した場合、Cアーム14のスライド動作又は主回転動作により得られた医用画像の動画像において、関心部位の観察が容易になる。
このようなCアーム14は、レール下の支持アーム、X方向の軸、Y方向の軸及びZ方向の軸に係る動作を実現するための複数の動力源が該当する適当な箇所に備えられている。これらの動力源はCアーム駆動装置142を構成する。Cアーム駆動装置142は、システム制御回路74からの駆動信号を読み込んでCアーム14をスライド運動、回転運動、直線運動させる。さらに、Cアーム14には、その角度または姿勢や位置の情報を検出する状態検出器141がそれぞれ備えられている。状態検出器141は、例えば回転角や移動量を検出するポテンショメータや、位置検出センサであるエンコーダ等で構成される。エンコーダとしては、例えば磁気方式、刷子式、あるいは光電式等の、いわゆるアブソリュートエンコーダが使用可能となっている。また、状態検出器141としては、回転変位をデジタル信号として出力するロータリエンコーダあるいは直線変位をデジタル信号として出力するリニアエンコーダなど、様々な種類の位置検出機構が適宜、使用可能となっている。
寝台装置50は、被検体Pを載置、移動させる装置であり、基台51と、寝台駆動装置52と、天板53と、支持フレーム54とを備えている。
基台51は、床面に設置され、支持フレーム54を鉛直方向(Y方向)に移動可能に支持する筐体である。
寝台駆動装置52は、寝台装置50の筐体内に収容され、被検体Pが載置された天板53を天板53の長手方向(Z方向)に移動するモータあるいはアクチュエータを含んでいる。寝台駆動装置52は、システム制御回路74からの駆動信号を読み込んで、天板53を床面に対して水平方向や垂直方向に移動させる。
天板53は、支持フレーム54の上面に設けられ、被検体Pが載置される板である。
支持フレーム54は、被検体Pが載置される天板53を移動可能に支持する。詳しくは、支持フレーム54は、基台51の上部に設けられ、天板53をその長手方向に沿ってスライド可能に支持する。
コンソール装置70は、メモリ71、ディスプレイ72、入力インタフェース73、システム制御回路74、画像処理回路75、フレームレート増加回路76及び表示制御回路77を備えている。なお、システム制御回路74、画像処理回路75、フレームレート増加回路76及び表示制御回路77は、これら4つの回路を単一の回路として実装してもよく、これら4つの回路が分散配置された2つ又は3つの回路として実装してもよい。例えば、システム制御回路74を第1回路とし、画像処理回路75、フレームレート増加回路76及び表示制御回路77を第2回路として実装してもよい。また例えば、システム制御回路74を第1回路とし、画像処理回路75及びフレームレート増加回路76を第2回路とし、表示制御回路77を第3回路として実装してもよい。あるいは、システム制御回路74を第1回路とし、画像処理回路75を第2回路とし、フレームレート増加回路76及び表示制御回路77を第3回路として実装してもよい。すなわち、システム制御回路74、画像処理回路75、フレームレート増加回路76及び表示制御回路77の区分は、適宜、変形可能である。
メモリ71は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)及び画像メモリなど電気的情報を記録するメモリ本体と、それらメモリ本体に付随するメモリコントローラやメモリインタフェースなどの周辺回路とを備えている。例えば、画像処理前後のX線画像、2枚のX線画像毎の補間画像の枚数、各回路の処理に用いるデータ、各種テーブル、処理途中のデータ及び処理後のデータ等が記憶される。2枚のX線画像毎の補間画像の枚数は、補間処理により生成される補間画像の枚数を意味する。なお、X線画像の各々は、時系列に沿ったフレーム画像でもある。また、メモリ71は、画像処理回路75による画像処理後のX線画像と、フレームレート増加回路76に生成された補間画像とを含む動画像データを更に記憶してもよい。メモリ71は、保存部の一例である。
これに加え、メモリ71は、2枚のX線画像に基づいて1枚以上の補間画像を生成し、補間画像を出力するように機能付けられた学習済みモデルを記憶してもよい。メモリ71は、例えば、X線診断装置1の工場出荷前に予め学習済みモデルを記憶してもよく、あるいはX線診断装置1の工場出荷後に、図示しないサーバ装置などから取得した学習済みモデルを記憶してもよい。また、メモリ71は、AIに基づく学習済みモデルに限らず、AIに基づかない既存の画像補間プログラムを記憶してもよい。このことは、以下の各実施形態でも同様である。なお、本明細書中では、学習済みモデルをメモリ71に記憶せず、学習済みモデルに基づくプログラムがフレームレート増加回路76に直接組み込まれている場合を例に挙げて述べる。但し、前述同様に、フレームレート増加回路76は、AIに基づく学習済みモデルに限らず、AIに基づかない既存の画像補間プログラムが直接組み込まれていてもよい。このことは、以下の各実施形態でも同様である。
このような学習済みモデルは、学習用データに基づいて、機械学習モデルに機械学習を行わせることにより、学習済みの機械学習モデルである学習済みモデルとして作成可能となっている。ここで、学習用データは、時間的に隣接した2枚のX線画像を入力データとし、当該2枚のX線画像に対する補間画像を出力データとした、入力データと出力データとの組である。機械学習モデルは、時間的に隣接した2枚のX線画像を入力とし、当該2枚のX線画像に対する補間画像を出力する、複数の関数が合成されたパラメータ付き合成関数である。パラメータ付き合成関数は、複数の調整可能な関数及びパラメータの組合せにより定義される。本実施形態に係る機械学習モデルは、上記の要請を満たす如何なるパラメータ付き合成関数であっても良いが、多層のネットワークモデル(以下、多層化ネットワークと呼ぶ)であるとする。多層化ネットワークを用いる学習済みモデルは、2枚のX線画像を入力する入力層と、当該2枚のX線画像間の補間画像を出力する出力層と、入力層と出力層との間に設けられる少なくとも1層の中間層とを有する。当該学習済みモデルは、人工知能ソフトウエアの一部であるプログラムモジュールとしての利用が想定される。このような多層化ネットワークとしては、例えば、深層学習(Deep Learning)の対象となる多層ニューラルネットワークである深層ニューラルネットワーク(Deep Neural Network:DNN)を用いている。DNNとしては、例えば、再帰型ニューラルネットワーク(Recurrent Neural Network:RNN)や畳込みニューラルネットワーク(Convolutional Neural Network:CNN)を用いてもよい。具体的には例えば、前述した「Huaizu Jiang, Deqing Sun, Varun Jampani, Ming-Hsuan Yang, Erik Learned-Miller, and Jan Kautz, “Super SloMo: High Quality Estimation of Multiple Intermediate Frames for Video Interpolation”, arXiv: 1712.00080v2, 2018, 7, 13」に記載のニューラルネットワークを用いてもよい。また、RNNは、長・短期記憶(Long Short-Term Memory:LSTM)を含んでもよい。以上の当該多層化ネットワークに関する説明は、以下の全ての機械学習モデル及び学習済みモデルにも該当する。
ディスプレイ72は、X線画像や補間画像などといった各種の情報を表示するディスプレイ本体と、ディスプレイ本体に表示用の信号を供給する内部回路、ディスプレイ本体と内部回路とをつなぐコネクタやケーブルなどの周辺回路から構成されている。内部回路は、画像処理回路75及びフレームレート増加回路76から供給されるX線画像及び補間画像に被検体情報や投影データ生成条件等の付帯情報を重畳して表示データを生成し、得られた表示データに対しD/A変換とTVフォーマット変換を行なってディスプレイ本体に表示する。例えば、ディスプレイ72は、フレームレート増加回路76から供給されたX線画像及び補間画像や、操作者からの各種操作を受け付けるためのGUI(Graphical User Interface)等を出力する。例えば、ディスプレイ72は、液晶ディスプレイやCRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイである。また、ディスプレイ72は、表示部の一例である。また、ディスプレイ72は、デスクトップ型でもよいし、コンソール装置70本体と無線通信可能なタブレット端末等で構成されることにしても構わない。ディスプレイ72は表示部の一例である。
入力インタフェース73は、被検体情報の入力、X線条件の設定、各種コマンド信号の入力等を行う。被検体情報は、例えば、被検体ID、被検体名、生年月日、年齢、体重、性別、検査部位等を含んでいる。なお、被検体情報は、被検体の身長を含んでもよい。また、各種コマンド信号は、X線撮像のオン信号及びオフ信号を含んでもよい。例えば、入力インタフェース73は、操作者の操作に応じて、X線撮像のオン信号又はオフ信号を入力する。入力インタフェース73は、例えば、Cアーム14の移動指示、関心領域(ROI)の設定などを行うためのトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、及び表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチパネルディスプレイ等によって実現される。また、入力インタフェース73は、操作者の操作に応じてオン信号又はオフ信号を入力する入力部の一例であり、当該操作者の操作を受け付けるフットスイッチ及びハンドスイッチを含んでもよい。入力インタフェース73は、システム制御回路74、フレームレート増加回路76及び表示制御回路77に接続されており、操作者から受け取った入力操作を電気信号へ変換し、システム制御回路74、フレームレート増加回路76及び表示制御回路77へと出力する。また、入力インタフェース73は、コンソール装置70本体と無線通信可能なタブレット端末等で構成されることにしても構わない。また、本明細書において入力インタフェース73はマウス、キーボードなどの物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号をシステム制御回路74、フレームレート増加回路76及び表示制御回路77へ出力する電気信号の処理回路も入力インタフェース73の例に含まれる。入力インタフェース73は、入力部の一例である。
システム制御回路74は、プログラムが直接組み込まれたプロセッサと、当該プロセッサから読み出し/書き込みされるメモリ等で構成されたハードウェア回路である。システム制御回路74のプロセッサは、メモリを用い、当該プログラムに対応するシステム制御機能、駆動制御機能及び撮影制御機能を実現する。なお、図1においては単一のシステム制御回路74にてシステム制御機能、駆動制御機能及び撮影制御機能が実現されるものとして説明したが、これに限定されない。システム制御回路74は、別々のプロセッサが個別に、システム制御機能、駆動制御機能及び撮影制御機能を実現するシステム制御回路、駆動制御回路及び撮影制御回路として実装しても構わない。
システム制御回路74は、システム制御機能により、例えば、入力インタフェース73から入力された操作者によるコマンド信号、及び各種初期設定条件等の情報を一旦記憶した後、これらの情報を各機能及び各回路に供給する。コマンド信号は、X線撮像のオン信号及びオフ信号を含んでいる。
システム制御回路74は、駆動制御機能により、例えば、入力インタフェース73から入力されたCアーム14及び天板53の駆動に関する情報を用いて、Cアーム駆動装置142及び寝台駆動装置52の制御を行う。例えば、システム制御回路74は、撮像装置10の移動や回転、及び寝台装置50の移動やチルトなどを制御する。
システム制御回路74は、撮影制御機能により、例えば、システム制御機能からの情報を読み込んで、高電圧発生装置11における管電圧、管電流、照射時間などのX線条件の制御を行う。X線条件は、管電流と照射時間の積(mAS)を含んでもよい。X線条件の制御は、撮像装置10に対してX線撮像を実行させる制御や当該X線撮像を停止させる制御を含んでいる。
画像処理回路75は、プログラムが直接組み込まれたプロセッサと、当該プロセッサから読み出し/書き込みされるメモリ等で構成されたハードウェア回路である。画像処理回路75のプロセッサは、メモリを用い、当該プログラムに対応する画像処理機能を実現する。
画像処理回路75は、画像処理機能により、画像読み取り装置131から受けたX線画像(投影データ)に対して補正処理等の画像処理を実行し、取得したX線画像(画像処理後のX線画像)をフレームレート増加回路76に送出する。なお、X線画像は、フレームデータともいう。1枚目のX線画像は、表示制御回路77にも送出される。画像処理としては、例えば、X線検出器13のオフセット補正やゲイン補正、ノイズ低減処理、ダイナミックレンジ圧縮処理、エッジ強調処理、階調処理等がある。メモリ71及び画像処理回路75は、撮像部の出力に基づいて、時系列に沿った各々のX線画像を取得する取得部の一例である。
フレームレート増加回路76は、図2に一例を示すように、プログラムが直接組み込まれたプロセッサ761と、当該プロセッサ761から読み出し/書き込みされるメモリ762等で構成されたハードウェア回路である。フレームレート増加回路76のプロセッサ761は、メモリ762を用い、当該プログラムに対応する画像補間機能を実現する。メモリ762は、時間的に隣接した2枚のX線画像のうち、時間的に先のX線画像が保存される第1領域762aと、時間的に後のX線画像が保存される第2領域762bとを含んでいる。また、メモリ762は、当該2枚のX線画像から生成された補間画像が保存される他の領域762cを含んでもよい。なお、「フレームレート増加回路」の名称は、適宜、画像補間回路、フレーム補間回路、補間画像生成回路といった他の名称に読み替えて構わない。
フレームレート増加回路76は、画像補間機能により、画像処理後の各々のX線画像のうち、時間的に隣接した2枚のX線画像に補間処理を実行して1枚以上の補間画像を生成する。なお、フレームレート増加回路76は、補間処理により生成される補間画像の枚数がメモリ71に保存された場合、当該メモリ71に保存された枚数に基づいて、補間処理を実行してもよい。また、フレームレート増加回路76は、2枚のX線画像のうち、時間的に先のX線画像が保存される第1領域762aと、時間的に後のX線画像が保存される第2領域762bとを含むメモリ762を用い、メモリ762内の2枚のX線画像に対する補間処理を実行してもよい。この場合、フレームレート増加回路76は、第2領域762b内のX線画像がディスプレイ72に表示される毎に、第1領域762aを第2領域762b内のX線画像で上書保存し、第2領域762b内のX線画像を消去してもよい。また、フレームレート増加回路76は、画像処理回路75により新たなX線画像が取得される毎に、当該新たなX線画像を第2領域762bに保存して補間処理を実行してもよい。フレームレート増加回路76は、生成部の一例である。
表示制御回路77は、プログラムが直接組み込まれたプロセッサと、当該プロセッサから読み出し/書き込みされるメモリ等で構成されたハードウェア回路である。表示制御回路77のプロセッサは、メモリを用い、当該プログラムに対応する表示制御機能を実現する。
表示制御回路77は、表示制御機能により、画像処理回路75又はフレームレート増加回路76から受けるX線画像及び補間画像の各々を時系列の順に動画像としてディスプレイ72に表示させる。また、表示制御回路77は、当該動画像の表示中にオフ信号が入力されると、画像処理回路75で最後に取得されたX線画像を静止画としてディスプレイ72に表示させる。ここで、表示制御回路77は、オフ信号が入力されると、動画像を表示させる動作を終了させると共に、当該静止画をディスプレイ72に表示させてもよい。あるいは、表示制御回路77は、オフ信号が入力されると、動画像を表示させる動作を終了させずに、当該静止画をディスプレイ72に表示させてもよい。また、表示制御回路77は、システム制御回路74からの信号を読み込んで、メモリ71から所望の画像データや各種情報などを取得してディスプレイ72に表示する制御などを行う。表示制御回路77は、第1表示制御部及び第2表示制御部の一例である。
次に、以上のように構成されたX線診断装置の動作について図3のフローチャート並びに図4及び図5の模式図を用いて説明する。
ステップST1において、入力インタフェース73は、例えばフットスイッチ又はハンドスイッチに対する操作者の操作に応じて、X線撮像のオン信号を入力する(図4中、時刻t_on)。以後、オン信号は、オフ信号が入力されるまで、継続的に入力される。
ステップST2において、システム制御回路74は、入力されたオン信号に応じて、撮像装置10を制御する。撮像装置10は、システム制御回路74の制御により、被検体PのX線撮像を実行し、X線発生部12がX線を発生して天板53上の被検体Pに照射する。X線検出器13は、被検体Pを透過したX線を検出し、X線検出信号を画像読み取り装置131に出力する。図4中、X線検出信号(#1)は、1枚目のX線画像の元になる信号を表す。同様に、X線検出信号(#2)は、2枚目のX線画像の元になる信号を表す。以下同様に、X線検出信号(#N)は、N枚目のX線画像の元になる信号を表す。この表記は、後述する図8でも同様である。
ステップST3において、画像読み取り装置131は、X線検出信号に基づくX線画像(2次元投影データ)をメモリ71及び画像処理回路75に出力する。メモリ71は、画像処理前のX線画像を保存する。
ステップST4において、画像処理回路75は、画像読み取り装置131から受けたX線画像に対して補正処理等の画像処理を実行し、取得したX線画像(画像処理後のX線画像)をフレームレート増加回路76に送出する。
ステップST5において、画像処理回路75は、取得したX線画像が1枚目か否かを判定し、1枚目の場合にはステップST7に移行し、否の場合にはステップST8に移行する。
ステップST7において、画像処理回路75は、当該1枚目のX線画像を表示制御回路77にも送出する。表示制御回路77は、1枚目のX線画像をディスプレイ72に表示させる。図4中、1枚目のX線画像を四角形“1”で表す。また、1枚目のX線画像と2枚目のX線画像との間の補間画像を四角形“1.5”で表す。同様に、2枚目のX線画像を四角形“2”で表す。以下同様に、N-1枚目のX線画像とN枚目のX線画像との間の補間画像を四角形“N-0.5”で表す(但し、「N-0.5」の文字は図にない。)。同様に、N枚目のX線画像を四角形“N”で表す。補足すると、X線画像を1からNまでの自然数で表し、補間画像を1より大きいN未満の小数(帯小数s)で表す。この表記は、後述する図8でも同様である。また、ステップST7の後、X線診断装置1は、ステップST2に戻り、2枚目以降のX線画像に関してステップST2~ST5を同様に実行する。図4中、2枚目のX線画像に関するステップST2の開始タイミングを時刻t_e2として表す。3枚目のX線画像に関するステップST2の開始タイミングを時刻t_e3として表す。以下同様に、N枚目のX線画像に関するステップST2の開始タイミングを時刻t_eNとして表す(N≧2)。また、以後のステップST5は、2枚目以降のX線画像に基づいて判定結果が否となる。このため、ステップST5の後、X線診断装置1は、ステップST8に移行する。
ステップST8において、表示制御回路77は、オフ信号が入力されたか否かを判定し、オフ信号が入力された場合にはステップST13に移行し、否の場合にはステップST9に移行する。
ステップST9において、フレームレート増加回路76は、画像処理後の各々のX線画像のうち、時間的に隣接した2枚のX線画像に補間処理を実行して1枚以上の補間画像を生成する。本実施形態では、例えば1枚の補間画像を生成する。なお、フレームレート増加回路76は、補間処理により生成される補間画像の枚数がメモリ71に保存された場合、当該メモリ71に保存された枚数に基づいて、補間処理を実行してもよい。また、フレームレート増加回路76は、図5に時刻t_e23~t_e41間の一例を示すように、2枚のX線画像のうち、時間的に先のX線画像が保存される第1領域762aと、時間的に後のX線画像が保存される第2領域762bとを含むメモリ762を用い、メモリ762内の2枚のX線画像に対する補間処理を実行してもよい。この場合、フレームレート増加回路76は、第2領域762b内のX線画像がディスプレイ72に表示される毎に(時刻t_e23)、第1領域762aを第2領域762b内のX線画像で上書保存し、第2領域762b内のX線画像を消去してもよい(時刻t_e31)。このとき、他の領域762c内の補間画像も消去してもよい。また、フレームレート増加回路76は、画像処理回路75により新たなX線画像が取得される毎に、当該新たなX線画像を第2領域762bに保存(時刻t_e32)して補間処理を実行してもよい(時刻t_e33)。
いずれにしても、フレームレート増加回路76は、補間処理に用いた各々のX線画像や、生成した補間画像を時系列の順に表示制御回路77に送出する。
ステップST10において、表示制御回路77は、オフ信号が入力されたか否かを判定し、入力された場合にはステップST13に移行し、否の場合にはステップST11に移行する。
ステップST11において、表示制御回路77は、フレームレート増加回路76から受けたX線画像及び補間画像の各々を時系列の順に動画像としてディスプレイ72に表示させる。
ステップST12において、表示制御回路77は、オフ信号が入力されたか否かを判定し、入力された場合にはステップST13に移行し、否の場合にはステップST2に戻る。以下、オフ信号が入力されるまで、ステップST2~ST5,ST8~12の処理が繰り返し実行され、ディスプレイ72には、X線画像及び補間画像の各々が時系列に沿って動画像として表示される。また、ステップST8,ST10,ST12のいずれかのタイミングで入力インタフェース73からオフ信号が入力されると(図4中、時刻t_off)、表示制御回路77は、ステップST13に移行する。
ステップST13~ST14において、表示制御回路77は、オフ信号が入力されると、動画像を表示させる動作を終了させると共に、画像処理回路75で最後に取得されたX線画像を静止画としてディスプレイ72に表示させる。ディスプレイ72に静止画として表示されたX線画像は、補間画像ではなく、撮像装置10により撮像され、画像処理回路75により画像処理された医用画像であるため、信頼性が高い。以下、静止画表示されたX線画像は、医師による観察や読影に用いられる。また、読影や観察の完了後、入力インタフェース73の操作に応じて、X線診断装置1は、処理を終了する。
上述したように第1の実施形態によれば、操作者の操作に応じて、X線撮像のオン信号又はオフ信号を入力する。当該入力されたオン信号に応じて被検体のX線撮像を実行し、入力されたオフ信号に応じて当該X線撮像を停止する。撮像部(撮像装置10)の出力に基づいて、時系列に沿った各々のX線画像を取得する。各々のX線画像のうち、時間的に隣接した2枚のX線画像に補間処理を実行して1枚以上の補間画像を生成する。当該X線画像及び当該補間画像の各々を時系列の順に動画像として表示部に表示させる。また、動画像の表示中にオフ信号が入力されると、取得部(画像処理回路75)で最後に取得されたX線画像を静止画として表示部(ディスプレイ72)に表示させる。このように、静止画として表示される画像が、撮像部の出力に基づいて最後に取得されたX線画像であるため、医用画像の動画像を補間する場合に、静止画の信頼性を向上させることができる。言い換えると、撮影で得られたX線画像しか、静止画で表示しないため、信頼性の高い画像を提供することができる。
また、第1の実施形態によれば、オフ信号が入力されると、動画像を表示させる動作を終了させると共に、静止画を表示部(ディスプレイ72)に表示させてもよい。この場合、オフ信号が入力された後には補間画像を表示せず、迅速に静止画表示に移行するため、医師の満足度を高め、もって、読影の負荷軽減を図ることができる。
また、第1の実施形態によれば、補間処理により生成される補間画像の枚数を保存し、当該保存された枚数に基づいて補間処理を実行してもよい。この場合、補間画像の枚数を任意に設定できることから、フレームレートを変更する自由度を向上でき、もって、動画像を見易く調整することができる。
また、第1の実施形態によれば、操作者の操作を受け付けるフットスイッチ又はハンドスイッチを含んでいてもよい。この場合、操作性の向上を図ることができる。
また、第1の実施形態によれば、2枚のX線画像のうち、時間的に先のX線画像が保存される第1領域と、時間的に後のX線画像が保存される第2領域とを含むメモリを用い、メモリ内の2枚のX線画像に対する補間処理を実行してもよい。また、第2領域内のX線画像が表示部に表示される毎に、第1領域を第2領域内のX線画像で上書保存し、第2領域内のX線画像を消去してもよい。また、取得部により新たなX線画像が取得される毎に、当該新たなX線画像を第2領域に保存して補間処理を実行してもよい。これらの場合、当該メモリの第1領域を第2領域内のX線画像で上書保存し、当該メモリの第2領域内のX線画像を消去するので、補間処理に用いるメモリの記憶容量の増大を阻止し、当該記憶容量の抑制を図ることができる。
<第2の実施形態>
次に、第2の実施形態に係るX線診断装置について説明する。以下の説明は、前述した図面と同一部分については同一符号を付してその詳しい説明を省略し、主に、異なる部分について述べる。
第2の実施形態は、第1の実施形態の変形例であり、時系列の順に動画像として表示されるX線画像及び補間画像の各々の時間間隔を等間隔に制御する形態である。
ここで、X線診断装置1は、図6に示すように、前述した構成に比べ、タイマ78を更に備えている。
タイマ78は、動画像の表示中、X線画像及び補間画像の各々の表示時間を計測する。
これに伴い、表示制御回路77aは、前述した表示制御回路77の機能に加え、当該タイマ78の計測結果に基づき、当該各々の表示時間を等しくするようにディスプレイ72を表示制御する。
他の構成は、第1の実施形態と同様である。
次に、以上のように構成されたX線診断装置の動作について図7のフローチャート並びに図8及び図9の模式図を用いて説明する。以下の説明は一例であり、主体が異なるステップ同士は、実行順序が前後しても構わない。例えばX線撮像に関するステップST6,ST11-2と、表示制御に関するステップST7a,ST11-1,ST11-3等とは、実行順序が前後しても構わない。
いま、前述同様に、ステップST1~ST5が実行され、画像処理回路75は、取得したX線画像が1枚目か否かを判定する。但し、判定の結果、1枚目の場合にはステップST6に移行し、否の場合にはステップST8に移行する。
ステップST6において、システム制御回路74は、2枚目のX線画像を得るため、ステップST2と同様に動作する。すなわち、システム制御回路74は、入力されたオン信号に応じて、撮像装置10を制御する。撮像装置10は、システム制御回路74の制御により、被検体PのX線撮像を実行し、X線発生部12がX線を発生して天板53上の被検体Pに照射する。X線検出器13は、被検体Pを透過したX線を検出し、X線検出信号を画像読み取り装置131に出力する。
ステップST7aにおいて、画像処理回路75は、ステップST5で1枚目と判定されたX線画像を表示制御回路77aにも送出する。表示制御回路77aは、1枚目のX線画像をディスプレイ72に表示させる。また、タイマ78は、X線画像の表示時間を計測する。表示時間の計測を続けながら、X線診断装置1は、ステップST3に戻り、2枚目以降のX線画像に関してステップST3~ST5を同様に実行する。図8中、2枚目のX線画像に関するステップST6の開始タイミングを時刻t_e2として表す。3枚目のX線画像に関する後述のステップST11-2の開始タイミングを時刻t_e3として表す。以下同様に、N枚目のX線画像に関するステップST11-2の開始タイミングを時刻t_eNとして表す(N≧3)。また、以後のステップST5は、2枚目以降のX線画像に基づいて判定結果が否となる。このため、ステップST5の後、X線診断装置1は、ステップST8に移行する。
ステップST8において、表示制御回路77aは、オフ信号が入力されたか否かを判定し、オフ信号が入力された場合にはステップST13に移行し、否の場合にはステップST9に移行する。
ステップST9において、フレームレート増加回路76は、画像処理後の各々のX線画像のうち、時間的に隣接した2枚のX線画像に補間処理を実行して1枚以上の補間画像を生成する。本実施形態では、例えば1枚の補間画像を生成する。なお、フレームレート増加回路76は、補間処理により生成される補間画像の枚数がメモリ71に保存された場合、当該メモリ71に保存された枚数に基づいて、補間処理を実行してもよい。また、フレームレート増加回路76は、図9に時刻t_e24~t_e41間の一例を示すように、2枚のX線画像のうち、時間的に先のX線画像が保存される第1領域762aと、時間的に後のX線画像が保存される第2領域762bとを含むメモリ762を用い、メモリ762内の2枚のX線画像に対する補間処理を実行してもよい。この場合、フレームレート増加回路76は、第2領域762b内のX線画像がディスプレイ72に表示される毎に(時刻t_e31)、第1領域762aを第2領域762b内のX線画像で上書保存し、第2領域762b内のX線画像を消去してもよい(時刻t_e32)。このとき、他の領域762c内の補間画像も消去してもよい。また、フレームレート増加回路76は、画像処理回路75により新たなX線画像が取得される毎に、当該新たなX線画像を第2領域762bに保存(時刻t_e33)して補間処理を実行してもよい(時刻t_e34)。なお、図9に示すメモリ762の状態は、X線画像及び補間画像の各々を等間隔で表示する動作に伴い、前述した図4に示したメモリ762の状態とは異なっている。
いずれにしても、フレームレート増加回路76は、補間処理に用いた各々のX線画像や、生成した補間画像を時系列の順に表示制御回路77に送出する。
ステップST10において、表示制御回路77aは、オフ信号が入力されたか否かを判定し、入力された場合にはステップST13に移行し、否の場合にはステップST11に移行する。
ステップST11において、表示制御回路77aは、フレームレート増加回路76から受けたX線画像及び補間画像の各々を時系列の順に動画像としてディスプレイ72に表示させる。このとき、表示制御回路77aは、タイマ78の計測結果に基づき、当該X線画像及び補間画像の各々の表示時間を等しくするように、ディスプレイ72を表示制御する。例えば動画像のフレームレートが20[fps]の場合、X線画像及び補間画像の各々の表示時間は1/20[sec]となる。図8中、X線画像及び補間画像の各々は、等間隔でディスプレイ72に表示されている。例えば、図8に示す補間画像の表示タイミングを、図4に示した補間画像の表示タイミングとほぼ同じとし、主にX線画像の表示タイミングを調整することにより、等間隔な表示を実現してもよい。すなわち、補間画像の生成から表示までの時間を(X線画像の取得から表示までの時間よりも)短い時間としつつ、X線画像の表示タイミングを調整することにより、等間隔なリアルタイム表示を実現してもよい。
具体的にはステップST11-1において、表示制御回路77aは、X線画像の表示時間の計測結果に基づき、X線画像を1/20[sec]だけ表示させた後、補間画像をディスプレイ72に表示させる。これに並行して、タイマ78は、補間画像の表示時間を計測する。
また、ステップST11-2において、X線診断装置1は、ステップST9で用いた2枚のX線画像の次のX線画像を取得するため、ステップST2,ST6と同様に動作する。
また、ステップST11-3において、表示制御回路77aは、補間画像の表示時間の計測結果に基づき、補間画像を1/20[sec]だけ表示させた後、ステップST9で用いた2枚のX線画像のうちの最後のX線画像をディスプレイ72に表示させる。これに並行して、タイマ78は、X線画像の表示時間を計測する。表示時間の計測を続けながら、X線診断装置1は、ステップST12に移行する。
ステップST12において、表示制御回路77aは、オフ信号が入力されたか否かを判定し、入力された場合にはステップST13に移行し、否の場合にはステップST3に戻る。以下、オフ信号が入力されるまで、ステップST3~ST5,ST8~ST12の処理が繰り返し実行され、ディスプレイ72には、X線画像及び補間画像の各々が等しい時間間隔で時系列に沿って動画像として表示される。また、ステップST8,ST10,ST12のいずれかのタイミングで入力インタフェース73からオフ信号が入力されると(図8中、時刻t_off)、表示制御回路77は、ステップST13に移行する。
以下、前述同様に、ステップST13以降の動作が実行される。
上述したように第2の実施形態によれば、タイマにより、動画像の表示中、X線画像及び補間画像の各々の表示時間を計測する。また、当該タイマの計測結果に基づき、動画像を構成するX線画像及び補間画像の各々の表示時間を等しくするように表示部(ディスプレイ72)を表示制御する。これにより、第1の実施形態の効果に加え、動画像を滑らかに表示することができる。
補足すると、第1の実施形態の場合、画像処理回路75やフレームレート増加回路76での処理を終えるたびにX線画像や補間画像を表示していた。画像処理回路75での処理時間とフレームレート増加回路76での処理時間の違いにより、等間隔で画像を表示できない可能性がある。
これに対し、第2の実施形態では、X線撮像のみで得られるX線画像のフレームレートが10[fps]であり、2枚のX線画像から生成される補間画像の枚数が1枚である場合、20[fps]の動画像を表示することになる。このため、第2の実施形態では、表示時間を計測するタイマ78を用い、1/20[sec]毎にX線画像及び補間画像の各々を表示するように表示制御している。これにより、等しい時間間隔でX線画像及び補間画像の各々を表示できるため、滑らかな動画像を提示することができる。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、操作者の操作に応じて、X線撮像のオン信号又はオフ信号を入力する。当該入力されたオン信号に応じて被検体のX線撮像を実行し、入力されたオフ信号に応じて当該X線撮像を停止する。撮像部(撮像装置10)の出力に基づいて、時系列に沿った各々のX線画像を取得する。各々のX線画像のうち、時間的に隣接した2枚のX線画像に補間処理を実行して1枚以上の補間画像を生成する。当該X線画像及び当該補間画像の各々を時系列の順に動画像として表示部に表示させる。また、動画像の表示中にオフ信号が入力されると、取得部(画像処理回路75)で最後に取得されたX線画像を静止画として表示部(ディスプレイ72)に表示させる。これにより、医用画像の動画像を補間する場合に、静止画の信頼性を向上させることができる。
上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、或いは、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA)等の回路を意味する。プロセッサは、当該プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成されている。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、回路内にプログラムを直接組み込む代わりに、メモリ71に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現するよう構成しても構わない。また、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて1つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、図1又は図6における複数の構成要素を1つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。