JP6273241B2 - 放射線断層撮影方法及び装置並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、放射線断層撮影における被検体の動きを検出する技術に関する。

放射線断層撮影では、撮影中に被検体の動きがあると、収集されたデータに矛盾が生じて断層像にアーチファクトが発生し、診断に悪影響を及ぼすことがある。

そのため、一般的には、被検体に撮影中は動かないよう指示が成される。また、ゆっくりとした動きの場合には、特定の時間を偏重するヘリカル補正の特性により、ある程度補正することはできる（例えば、特許文献１，要約等参照）。

特開２００２−３０１０６１号公報

一方、腸の蠕動運動や腸管内の気泡・液体の移動はとても速い動きであり制御もできない。つまり、このような動きによって生じるアーチファクトを防ぐことは非常に難しい。そして、仮にそのようなアーチファクトが生じてしまった場合には、再撮影を余儀なくされることが多い。

しかしながら、腸の動き等によるアーチファクトは局所的に発生するため分かりづらい。そのため、操作者は、撮影直後の画像チェックではアーチファクトに気が付かず撮影を終えてしまい、後から気付いて再撮影をしなければならないことがある。

このような事情により、放射線断層撮影中における被検体の動き、特に局所的な速い動きを検出することが可能な技術が望まれている。

第１の観点の発明は、
ヘリカルスキャンを行って被検体のデータを収集するよう、マルチスライス検出器を含むデータ収集系を制御する制御ステップと、
複数のスライス位置について、前記収集されたデータに該スライス位置に応じた重み付けをして得られるデータを用いて、スライス位置が同一であり時間が異なる複数の断層画像を再構成する第１の再構成ステップと、
前記複数のスライス位置の各々における前記複数の断層画像をそれぞれ複数の局所領域画像に細分化する細分化ステップと、
位置が同じで時間が異なる複数の局所領域画像の組合せごとに、該組合せの局所領域画像同士における差異を特定する差異特定ステップと、をコンピュータに実行させる放射線断層撮影方法を提供する。

第２の観点の発明は、
いずれかの前記組合せの局所領域画像同士におけるの差異が所定のレベルを超えているときに、その旨を報知する報知ステップを備える、上記第１の観点の放射線断層撮影方法を提供する。

第３の観点の発明は、
前記第１の再構成ステップが、重みの中間は画像再構成するスライス位置に対応するデータ収集タイミングに一致しており、放射線パスのコーン角が相対的に大きい領域の重みは相対的に小さく、放射線パスのコーン角が相対的に小さい領域の重みは相対的に大きい重み関数を用いて前記重み付けを行う、上記第１の観点または第２の観点の放射線断層撮影方法を提供する。

第４の観点の発明は、
前記第１の再構成ステップが、時間的な前側と後側とにおいて半値幅は等しいが波高値はスライス位置に対応するデータ収集タイミングに近い側が大きいプロファイルを描く重み関数を用いて前記重み付けを行う、上記第３の観点の放射線断層撮影方法を提供する。

第５の観点の発明は、
いずれかの前記組合せの局所領域画像同士における差異が所定のレベルを超えているときに、該組合せに対応する特定のスライス位置に近接する２以上のスライス位置における同じ位置の前記組合せの局所領域画像間の差異に基づいて、該特定のスライス位置及び該同じ位置における部位の動き量の時間変化を得る取得ステップを備える、上記第１の観点から第４の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影方法を提供する。

第６の観点の発明は、
前記時間変化に基づいて前記部位の動き量が相対的に少ないタイミングの断層画像を特定する画像特定ステップを備える、上記第５の観点の放射線断層撮影方法を提供する。

第７の観点の発明は、
いずれかの前記組合せの局所領域画像同士における差異が所定のレベルを超えているときに、該組合せに対応する特定のスライス位置を含む範囲を再スキャンするための撮影条件を提示する提示ステップを備える、上記第１の観点から第６の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影方法を提供する。

第８の観点の発明は、
前記再スキャンにより得られたデータと該再スキャン前に得られたデータを合算して断層画像を再構成する第２の再構成ステップを備える、上記第１の観点から第７の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影方法を提供する。

第９の観点の発明は、
前記細分化ステップが、腸管の直径に近似する幅を有する画像を前記局所領域画像として細分化する、上記第１の観点から第８の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影方法を提供する。

第１０の観点の発明は、
ヘリカルスキャンを行って被検体のデータを収集するよう、マルチスライス検出器を含むデータ収集系を制御する制御手段と、
複数のスライス位置について、前記収集されたデータに該スライス位置に応じた重み付けをして得られるデータを用いて、スライス位置が同一であり時間が異なる複数の断層画像を再構成する第１の再構成手段と、
前記複数のスライス位置の各々における前記複数の断層画像をそれぞれ複数の局所領域画像に細分化する細分化手段と、
位置が同じで時間が異なる複数の局所領域画像の組合せごとに、該組合せの局所領域画像間での差異を特定する差異特定手段と、を備える放射線断層撮影装置を提供する。

第１１の観点の発明は、
いずれかの前記組合せの局所領域画像同士における差異が所定のレベルを超えているときに、その旨を報知する報知手段を備える、上記第１０の観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第１２の観点の発明は、
前記第１の再構成手段が、重みの中間は画像再構成するスライス位置に対応するデータ収集タイミングに一致しており、放射線パスのコーン角が相対的に大きい領域の重みは相対的に小さく、放射線パスのコーン角が相対的に小さい領域の重みは相対的に大きい重み関数を用いて前記重み付けを行う、上記第１０の観点または第１１の観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第１３の観点の発明は、
前記第１の再構成手段が、時間的な前側と後側とにおいて、半値幅は等しいが、波高値は画像再構成するスライス位置に対応するデータ収集タイミングに近い側が大きいプロファイルを描く重み関数を用いて前記重み付けを行う、上記第１２の観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第１４の観点の発明は、
いずれかの前記組合せの局所領域画像同士における差異が所定のレベルを超えているときに、該組合せに対応する特定のスライス位置に近接する２以上のスライス位置における同じ位置の前記組合せの局所領域画像間の差異に基づいて、該特定のスライス位置及び該同じ位置における部位の動き量の時間変化を得る取得手段を備える、上記第９の観点から第１３の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第１５の観点の発明は、
前記時間変化に基づいて前記部位の動き量が相対的に少ないタイミングの断層画像を特定する画像特定手段を備える、上記第１４の観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第１６の観点の発明は、
いずれかの前記組合せの局所領域画像同士における差異が所定のレベルを超えているときに、該組合せに対応する特定のスライス位置を含む範囲を再スキャンするための撮影条件を提示する提示手段を備える、上記第１０の観点から第１５の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第１７の観点の発明は、
前記再スキャンにより得られたデータと該再スキャン前に得られたデータを合算して断層画像を再構成する第２の再構成手段を備える、上記第１０の観点から第１６の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第１８の観点の発明は、
前記細分化手段が、腸管の直径に近似する幅を有する画像を前記局所領域画像として細分化する、上記第１０の観点から第１７の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第１９の観点の発明は、
前記組合せの局所領域画像が、時間が互いに異なる第１、第２及び第３の局所領域画像を含み、
前記組合せの局所領域画像同士における差異が、前記第１の局所領域画像と前記第２の局所領域画像との差分と、前記第２の局所領域画像と前記第３の局所領域画像との差分とを用いた特徴量である、上記第１０の観点から第１８の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第２０の観点の発明は、
コンピュータを、上記第１０の観点から第１９の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置における各手段として機能させるためのプログラムを提供する。

上記観点の発明によれば、放射線を用いたヘリカルスキャンにより得られたデータを基に、各スライス位置において時間が異なる複数の画像を再構成し、これらの画像を細分化し、局所領域間でその差異を特定するので、その差異を基に、Ｘ線断層撮影中における被検体の動き、特に腸管の動きなどの局所的な速い動きを検出することができる。

本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置のハードウェア（hardware）の構成を概略的に示す図である。 ヘリカルスキャンによる一般的な撮影時の時間と位置との関係を示す図である。 ヘリカルスキャンによる心臓撮影時の時間と位置との関係を示す図である。 スキャンデータの余裕分を時間シフトして画像を再構成するコンセプトを示す図である。 ヘリカルピッチが高い場合に時間シフトして画像を再構成するコンセプトを示す図である。 時間シフトの概算量を示す図である。 一般的なヘリカル画像とＸ線検出器との位置関係、及び重み関数の時間的位置を示す図である。 時間シフトを行った場合のヘリカル画像の位置とデータ収集時のＸ線検出器の位置との関係、及び重み関数の時間的な位置とそのプロファイルを示す図である。 時間シフトを行った場合の重み関数のプロファイルの変形例を示す図である。 別の重み関数の変形例として４列検出器を有するＸ線ＣＴ装置の場合の例を示す図である。 アーチファクトの少ない画像を選択する方法を説明するための図である。 本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の操作コンソールの機能ブロック図（block diagram）である。 本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における処理の流れを示すフロー（flow）図である。 本実施形態における被検体の撮影部位がスキャンされる様子を示す図である。

以下、発明の実施形態について説明する。なお、これにより発明は限定されない。

図１は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置（X-ray Computed Tomography system）のハードウェアの構成を概略的に示す図である。

図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、ガントリ（gantry）２、撮影テーブル（imaging table）４、及び操作コンソール（console）６を備えている。

ガントリ２は、Ｘ線管２１、アパーチャ（aperture）２２、コリメータ装置（collimator device）２３、Ｘ線検出器２４、データ収集部（data acquisition system）２５、回転部２６、高電圧電源２７、アパーチャ駆動装置２８、回転駆動装置２９、及びガントリ・テーブル制御部３０を有している。

Ｘ線管２１及びＸ線検出器２４は、空洞部２Ｂを挟み対向して配置されている。

アパーチャ２２は、Ｘ線管２１と空洞部２Ｂとの間に配置されている。Ｘ線管２１のＸ線焦点からＸ線検出器２４に向けて放射されるＸ線をファンビーム（fan beam）やコーンビーム（cone beam）に成形する。

コリメータ装置２３は、空洞部２ＢとＸ線検出器２４との間に配置されている。コリメータ装置２３は、Ｘ線検出器２４に入射する散乱線を除去する。

Ｘ線検出器２４は、Ｘ線管２１から放射される扇状のＸ線ビームの広がり方向および厚み方向に、２次元的に配列された複数のＸ線検出素子を有している。なおここでは、上記広がり方向をチャネル（channel）方向といい、厚み方向を列方向という。各Ｘ線検出素子は、空洞部２Ｂに配された被検体５の透過Ｘ線をそれぞれ検出し、その強度に応じた電気信号を出力する。被検体５は、例えば、人間や動物などの生体である。

データ収集部２５は、Ｘ線検出器２４の各Ｘ線検出素子から出力される電気信号を受信し、Ｘ線データに変換して収集する。

回転部２６は、空洞部２Ｂの周りに回転可能に支持されている。回転部２６には、Ｘ線管２１、アパーチャ２２、コリメータ装置２３、Ｘ線検出器２４、及びデータ収集部２５が搭載されている。

撮影テーブル４は、クレードル（cradle）４１、クレードル駆動装置４２を有している。被検体５は、クレードル４１の上に載置される。クレードル駆動装置４２は、クレードル４１をガントリ２の空洞部２Ｂすなわち撮影空間に入れ出しする。

高電圧電源２７は、Ｘ線管２１に高電圧及び電流を供給する。

アパーチャ駆動装置２８、アパーチャ２２を駆動しその開口を変形させる。

回転駆動装置２９、回転部２６を回転駆動する。

ガントリ・テーブル制御部３０は、ガントリ２内の各装置・各部、撮影テーブル４等を制御する。

操作コンソール６は、操作者からの各種操作を受け付ける。操作コンソール６は、入力装置６１、表示装置６２、記憶装置６３、及び演算処理装置６４を有している。本例では、操作コンソール６は、コンピュータ（computer）により構成されている。

なお、ここでは、図１に示すように、被検体５の体軸方向、すなわち撮影テーブル４による被検体５の搬送方向をｚ方向とする。また、鉛直方向をｙ方向、ｙ方向およびｚ方向に直交する水平方向をｘ方向とする。

次に、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の機能について説明する。本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、撮影中の被検体の動き、特に腸の蠕動運動や腸管内の気泡・液体の移動など局所的な速い動きをスキャンによって得られたデータから検知してその旨を報知し、再撮影の検討を促す機能を有する。

次に、本提案による撮影中の被検体の動きを検知する方法及び検知後の対応方法のコンセプト（concept）について詳しく説明する。

一般的にヘリカル（helical）画像再構成では、時間と位置とは一対一の関係にある。

図２に一般的なヘリカルスキャンによる撮影時の時間ｔと位置ｚとの関係を示す。ヘリカル撮影であるために、時間の経過とともにＸ線検出器の位置は一対一の対応で変化する。画像作成位置も常に特定の時間Ｔ０を中心とした検出器移動範囲の中央に作られるため、時間と画像位置とは一対一対応となる。なお、画像を作成するためのデータ量（本図ではTime Rangeで表される量）としては、ガントリ１回転分（正確には１回転と検出器のファン角分）または半回転分（正確には半回転と検出器のファン角分）が必要である。

ヘリカル心臓撮影では、ある特定の時間で統一された画像再構成が必要である。

図３にヘリカル心臓撮影時の時間ｔと位置ｚとの関係を示す。ヘリカル撮影であるために、時間の経過とともにＸ線検出器の位置は一対一の対応で変化する。しかし、特定の時間Ｔ０の画像再構成に用いるデータは、Ｘ線検出器のｚ方向の幅を考慮した場合、ｚ軸方向に位置シフト（shift）する余裕がある。これを利用して、心臓画像再構成の場合には、ある特定の時間Ｔ０に複数の位置の画像を作成することにより、ある特定の時間Ｔ０に静止した心臓画像群を作り出すことができる。本図では、互いに異なる３つの位置Ｌ０，Ｌ０−Ｌｓ，Ｌ０＋Ｌｓでそれぞれ画像を作成し、これら３つの画像からなる画像群を作成する例を示している。このときの位置幅を２Ｌｓ（２×location shift）とすると、画像群のうちセンターの画像は位置シフトのない画像（位置がＬ０）であるが、位置的に両端の画像はプラス（plus）とマイナス（minus）方向にＬｓ分の位置シフトを行った画像である。

一方、特定の位置の画像再構成に用いるデータは、Ｘ線検出器のｚ方向の幅を考慮した場合、時間軸方向に時間シフト（time shift）する余裕がある場合がある。これを利用して、ある特定の位置に複数の時間の画像を作成し、これらの画像をそれぞれ細分化して、位置的に対応する局所領域画像同士を比較することにより、腸管などの局所的な速い動きを検知する。動きを検知した場合には、操作者に通知をしたり、撮り直しのためのスキャン・プロトコル（scan protocol）を自動生成して操作者に提示したりする。また可能であれば、そのモーション・アーチファクト（motion artifact）を低減した画像を表示させる。

図４に上記で述べた余裕分を時間シフトして画像を再構成するコンセプトを示す。時間シフトは時間ｔと位置ｚとの関係から見れば、位置シフトと同等である。ある特定の時間Ｔ０に位置シフトをして作られた画像と、その同じ位置に、位置シフトをせずに別の時間帯で作られた画像を並べた場合、同じ位置の画像であるにもかかわらず、データの取得タイミング（timing）が異なるため、これらは時間シフトの画像であると考えられる。故に、図示のような検出器のデータの有効範囲内で時間シフトを行うことが可能である。本図では、互いに異なる３つの時間Ｔ０，Ｔ０−ｔｓ，Ｔ０＋ｔｓでそれぞれ画像を作成し、これら３つの画像からなる画像群を作成する例を示している。このときの時間幅を２ｔｓ（２×time shift）とすると、画像群のうちセンターの画像は時間シフトのない画像（時間がＴ０）であるが、時間的に両端の画像はプラスとマイナス方向にｔｓ分の時間シフトを行った画像である。

図５にヘリカルピッチが高い場合に時間シフトして画像を再構成するコンセプトを示す。時間ｔと位置ｚとの関係において、上記で述べた余裕分はヘリカルピッチが高くなるにしたがって小さくなる。つまり、時間シフトできる量２ｔｓも小さくなることを意味する。また、ガントリの回転速度が速くなるに従い、同様に時間シフトできる量が減少する。

図６に時間シフト可能な時間幅の概算量を示す。各ヘリカルピッチＨＰ（helical pitch）に対して、その一つ速いピッチ分の余裕を時間シフトに利用することを前提として概算している。また、ガントリの回転速度Ｖ（sec/rot）を加味した概算となる。腸管の動きや腸管内の気泡・液体の動きはサブセコンド（sub-second）すなわち数百msecオーダ（order）の動きと思われるので、適切なヘリカルピッチＨＰと回転速度Ｖとを選択することにより、腸管等の動きを検知することが可能である。

図７に一般的なヘリカル画像とデータ収集時のＸ線検出器との位置関係、及び重み関数の時間的位置を図示したものを示す。本図において、破線で示す物理的な位置Ｌ０は画像再構成を行うスライス位置を表しており、時間Ｔ０と対応している。また、Ｘ線検出器の２つの位置ｚｓ，ｚｅは画像再構成に用いるデータの収集期間の始点位置と終点位置を表している。下の曲線はデータに重畳する重み関数ｗ（Ｔ０）のプロファイル（profile）である。

図８に時間シフトを行った場合のヘリカル画像の位置とデータ収集時のＸ線検出器の位置との関係、及び重み関数の時間的な位置とそのプロファイルを図示したものを示す。

本図では、一般的な場合に対して時間的に前後のＸ線検出器データ領域の位置関係、および重み関数の時間位置シフトを表す。本図において、破線で示す物理的な位置Ｌ０は画像再構成を行うスライス位置を表しており、時間Ｔ０と対応している。また、Ｘ線検出器の２つの位置ｚｓ（Ｔ０），ｚｅ（Ｔ０）は、時間シフトのない画像の再構成に用いるデータの収集開始位置と収集終了位置とを表している。同様に、位置ｚｓ（Ｔ０−ｔｓ），ｚｅ（Ｔ０−ｔｓ）はマイナス側に時間シフトした画像の再構成に用いるデータの収集開始位置と収集終了位置とを表している。また、位置ｚｓ（Ｔ０＋ｔｓ），ｚｅ（Ｔ０＋ｔｓ）はプラス側に時間シフトした画像の再構成に用いるデータの収集開始位置と収集終了位置とを表している。重み関数ｗ（Ｔ０）は時間シフトなしの画像の再構成に用いるデータに重畳する重み関数である。重み関数ｗ（Ｔ０−ｔｓ）はマイナス側に時間シフトした画像の再構成に用いるデータに重畳する重み関数である。重み関数ｗ（Ｔ０＋ｔｓ）はプラス側に時間シフトした画像の再構成に用いるデータに重畳する重み関数である。

時間シフトを行った場合、Ｘ線検出器の物理的な位置、もう少し詳しく言うと、画像再構成に使用するデータ領域の中心位置は、その画像の時間とは一致するが、その画像の位置とは一致しない。また、この時の重み関数ｗ（Ｔ０）は時間軸方向にシフトされて、ｗ（Ｔ０−ｔｓ）及びｗ（Ｔ０＋ｔｓ）となるが、本図においては時間シフトに応じてプロファイル形状は変形されていない。しかし、時間シフトを行い、幾何学的により遠くのデータが使われる場合、幾何学上、そのデータのＸ線パスのコーン角度（cone angle）も増大してアーチファクトも増大することが予想される。一方、１８０度回転角度が異なり相対する対向ビームは、よりコーン角度の少ないデータが対応する場合がある。

図９に時間シフトを行った場合の重み関数のプロファイルの変形例を示す。図示のように上記のような時間シフト±ｔｓによって使用されるデータのＸ線パスのコーン角度を考慮した重み関数に変形した方が結果としてコーンビーム・アーチファクト（cone beam artifact）を低減することができる。つまり、時間シフトした場合における重み関数のプロファイルの中間に対応する時間Ｔ０±ｔｓは、画像再構成に用いるデータの収集期間の中心に一致しており、時間シフトによりＸ線パスのコーン角度が大きくなる領域の重みは低減し、Ｘ線パスのコーン角度が小さくなる領域の重みは増大して成る重み関数ｗ′（Ｔ０±ｔｓ）を用いれば、単純に時間シフトした場合よりコーンビーム・アーチファクトを低減することができる。このように、単純に重み関数をシフトするだけでなく時間シフトに応じた重み関数の変形が肝要である。また、このとき、重み関数のプロファイルは、時間的な前側と後側とにおいて半値幅はできるだけ等しくなるように変形させることが、時間シフト量へのインパクト（impact）も最小限に抑えることができる。

図１０に別の重み関数の変形例として４列検出器を有するＸ線ＣＴ装置の場合の例を示す。本図の左側（ａ）は時間シフトがない一般的なヘリカルスキャンの場合であって、列（row）ごとに独立して重み関数を持つ場合であり、各列の画像位置を通過する時間位置に応じて重み関数が配置されている。本図の右側（ｂ）において、時間シフトがある場合の重み関数の変形を示す。時間シフトがある場合は画像位置から遠くなった列データは画像に対する寄与率を下げる必要がある。画像位置から遠いデータは画像位置の情報の再現性が低いためである。この場合においても、時間シフトに応じた重み関数の変形が肝要である。

実際には時間シフトして作成した画像、本図の例では３種類の画像を比較する。被検体に動きがなければ、これら３種類の画像はほぼ同様なものが得られるはずである。しかし、腸の動きや腸管内の気泡・液体の動きがある場合には、３種類の画像のうち少なくとも２種類の画像間には、差異が発生する。その差異は、主にアーチファクトに起因するものが多いと考えられる。

ここでは、被検体の動きとして、腸管などの部分的な臓器に生じるものを含めて検知すること想定している。そのため、本提案法では、動きの検知に際し、時間シフトして作成した画像間の比較を、画像全体同士で行うのではなく、局所領域画像同士で行って部分的な領域の移動サーチを行う。つまり、時間シフトして作成された複数種類の画像の各々を複数の局所領域画像に細分化し、位置が同じで時間が異なる局所領域画像の組合せごとに、局所領域画像間で差分を求める。そして、この差分が所定の閾値レベル（threshold level）を超えた場合に、動きが生じた可能性があると判定する。なお、このような閾値レベルは、領域、部位ごとに動的に変化することも想定範囲内とする。

このように時間シフトして作成された複数種類の画像について局所領域画像同士を比較することにより、腸管等の部分的な動きを含めて被検体の動きを検知することができる。そして、動きを検知した場合には、操作者にその情報を通知し、必要に応じて再撮影の検討を促す。

また、同時に、撮り直しのための撮影プロトコルを自動生成して操作者に提示することもできる。この撮影プロトコルは、動きのあった部分だけを取り直すようなものであってもよいし、前回の撮影のときとほぼ同様のものであってもよい。この場合、撮り直しで得られたデータは、前回の撮影で得られたデータに重み付け加算して、画像を再構成するようにしてもよい。例えば、動きのあった部分については撮り直しのデータの重みを大きくし、それ以外の部分については重みを均等にしてノイズ低減（noise reduction）を図る。データの重み付け加算は、投影データの段階で行ってもよいし、一旦画像を作成してから画像の段階で行ってもよい。

また、このような複数種類の画像の中から比較的アーチファクトが少ない画像を選び表示することにより、従来の画像よりアーチファクトの少ない画像を提供することも可能であると考えられる。ただし、アーチファクトの低減が十分でない場合には、併せて操作者へ通知することも考慮される。

図１１は、アーチファクトの少ない画像を選択する方法を説明するための図である。

局所領域（local region）で動きを検知した場合、その前後の時間での画像群においても同様に動きを検知していると思われる。そこで、それぞれの時間における画像群での動き量を数値化し、これをある程度の時間間隔でプロット（plot）することにより、モーション・プロファイル（Motion Profile）を作成することができる。本図では、時間ｔ１〜ｔ４における動き量ＤＩ（ｔ１）〜ＤＩ（ｔ４）を求めてプロットしている。このようなプロファイルのピークから動きが起きた中心時間ＥＭＣＴを推定することができる。その中心時間に基づいて、上述した時間シフトの画像を作成し、時間的に遠い画像を選択する。本図では、一例として、時間ｔ３，ｔ３−ｔｓ，ｔ３＋ｔｓに対応する画像の中で、時間ｔ３＋ｔｓに対応した画像を選択している。これにより、より動きの少ない画像を得ることができる。

なお、動き量の数値化は、例えば、時間シフトした画像同士ではなく、タイムスシフトのない画像と時間シフトされた時間的に前後の２種の画像との間での差分値を積算し、その積算値を基に推測することができる。

また、操作者への通知情報として、動きの有無を通知することに加え、上記で選択された動きの少ない画像を他の２種の画像とともに提示し、操作者に最終選択をしてもらうこともできる。

また、動きの少ない画像を自動で選択し登録するとともに、その結果を操作者に通知することもできる。

図１２は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の操作コンソールの機能ブロック図（block diagram）である。

本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の操作コンソール６は、上記コンセプトに係る機能を実現させるための機能ブロックとして、スキャン制御部７１、画像再構成部７２、画像細分化部７３、差異特定部７４、閾値処理部７５、動き報知部７６、モーション・プロファイル生成部７７、低擬像画像提示部７８、再撮影プロトコル提示部７９、及び表示制御部８０を有している。これらの機能ブロックは、いずれも上記コンセプトを実行するよう設計・構成されている。

なお、スキャン制御部７１は、発明における制御手段の一例である。画像再構成部７２は、発明における再構成手段及び第２の再構成手段の一例である。画像細分化部７３は、発明における細分化手段の一例である。差異特定部７４は、発明における差異特定手段の一例である。閾値処理部７５及び動き報知部７６は、発明における報知手段の一例である。モーション・プロファイル生成部７７は、発明における取得手段の一例である。擬像低減画像提示部７８は、発明における画像特定手段の一例である。再撮影プロトコル提示部７９は、発明における提示手段の一例である。

また、操作コンソール６は、演算処理装置６４が所定のプログラム（program）を実行することにより各機能ブロックとして機能する。所定のプログラムは、例えば、記憶装置６３または外部接続された記憶装置または記憶媒体９０に記憶されている。

スキャン制御部７１は、操作者の操作に応じて、スキャンが実施されるようガントリ・テーブル制御部３０を制御する。本例では、スキャンとしてヘリカルスキャンが実施される。

画像再構成部７２は、スキャンによって得られたデータに基づいて画像を再構成する。本例では、ヘリカルスキャンによって得られたデータに複数種類の重み関数を重畳したデータを用いることにより、各スライス位置において、時間シフトのない画像と時間的に前後に時間シフトした２種類の画像の計３種類の画像から成るマルチタイム画像群（multi-time image set）を再構成する。時間シフトした画像を再構成する際には、上述の通りデータに対してＸ線パスのコーン角が大きくなる領域の重みは低減し、Ｘ線のコーン角が小さくなる領域の重みは増大して成る重み関数を用いる。

画像細分化部７３は、各スライス位置のマルチタイム画像群について、当該マルチタイム画像群を構成するそれぞれの画像を細分化して複数の局所領域画像に分ける。本例では、画像を縦横１０×１０に分割する。位置が同じで時間が異なる局所領域画像群をマルチタイム局所領域画像群と呼ぶことにする。

差異特定部７４は、位置が同じで時間が異なるマルチタイム局所領域画像群ごとに、局所領域画像間での差異を特定する。本例では、時間シフトのない画像と時間的に前に時間シフトした画像との間で画素ごとに差分を取ってその総和を求める。これを第１の総和とする。同様に、時間シフトのない画像と時間的に後に時間シフトした画像との間で画素ごとに差分を取ってその総和を求める。これを第２の総和とする。そして、第１の総和と第２の総和とを合算した総差分値を、上記差異として求める。

閾値処理部７５は、スライス位置ごとに、また、局所領域ごとに、求めた差異が所定レベルを超えているか否かを閾値判定する。本例では、上記の総差分値が所定の閾値を上回っているか否かを判定する。この判定において肯定される場合には、そのスライス位置及び局所領域において、撮影中に動きが生じたと判定する。

動き報知部７６は、いずれかの局所領域で動きが生じたか否かを判定する。動きが生じたと判定された場合には、その旨を操作者に対して報知する。報知の方法は、例えば、表示装置６２の画面にメッセージを表示したり、不図示のスピーカからチャイムや音声を出力したりする方法が考えられる。

なお、動きの発生を報知する別の方法として、閾値処理部７５が上記の総差分値が所定の閾値を上回る量あるいは割合に応じて、動き発生の可能性を求め、動き報知部７６がその可能性をパーセント表示する方法も考えられる。

モーション・プロファイル生成部７７は、いずれかの局所領域で動きが生じたと判定された場合に、その局所領域の近傍空間において複数の時間に対応したマルチタイム局所領域画像群を特定する。そして、それぞれの上記総差分値を動き量として求め、時間と動き量との関係をプロットして、モーション・プロファイルを作成する。

低擬像画像提示部７８は、動きのあった局所領域のモーション・プロファイルから、動き量の少ない時間を特定する。そして、その局所領域が含まれるスライス位置のマルチタイム画像群の中から動き量の少ない画像、すなわちアーチファクトの少ない画像を特定する。低擬像画像提示部７８は、そのマルチタイム画像群のうち動き量の少ない画像を採用候補として提示するとともに、他の２種類の画像も比較用として表示する。操作者の選択に応じて、採用画像を決定する。

再撮影プロトコル提示部７９は、いずれかの局所領域で動きが生じたと判定された場合に、その動きが生じた局所領域を含むスライス位置とその近傍の空間だけを撮影するための撮影プロトコルと、前回と同様の条件による撮影プロトコルとを作成し、提示する。

表示制御部８０は、各種の画像やテキストを画面に表示するよう表示装置６２を制御する。

次に、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における処理の流れについて説明する。

図１３は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における処理の流れを示すフロー図（flowchart）である。なお、このフローの各ステップは、上述のコンセプトに従うよう行われる。

ステップ（step）Ｓ１では、スキャンを行う。具体的には、スキャン制御部７１がガントリ・テーブル制御部３０を制御して、撮影対象である被検体の撮影部位５ｈのヘリカルスキャンを実施する。

図１４は、本実施形態における被検体の撮影部位５ｈがスキャンされる様子を模式的に示す図である。本例では、図１４に示すように、クレードル４１に載置された被検体５の撮影部位５ｈを含む撮影空間Ｒ１に対してヘリカルスキャンが実施される。ヘリカルスキャンは、Ｘ線管２１及びＸ線検出器２４を被検体５の周りに回転させながら、Ｘ線管２１のＸ線焦点から被検体５にＸ線を照射すると同時に、クレードル４１を水平移動させることにより行われる。またヘリカルスキャンは、ビュー角度範囲をガントリ１回転（３６０度）＋Ｘ線ビームのファン角（fan angle）αとする、いわゆるフルスキャン（full scan）による画像再構成を想定して行われる。ヘリカルスキャンを実施すると、螺旋軸に沿った複数ビュー（view）のＸ線検出器データが収集される。

ステップＳ２では、マルチタイム画像群の画像再構成を行う。具体的には、画像再構成部７２が、螺旋軸に沿った複数ビューのＸ線検出器データＤに対して前処理を行い、複数ビューの投影データＩを得る。そして、この投影データＩに上述の重み関数を乗算して逆投影することにより、スライス位置ごとに、時間シフトのない画像と前後に時間シフトした２種類の画像とからなるマルチタイム画像群を再構成する。

ステップＳ３では、画像の細分化を行う。具体的には、画像細分化部７３が、各スライス位置のマルチタイム画像群について、当該マルチタイム画像群を構成するそれぞれの画像を細分化して複数の局所領域画像に分ける。本例では、画像のサイズを５１２×５１２画素とし、画像を縦横１０×１０の局所領域に分割する。位置が同じで時間が異なる局所領域画像群をマルチタイム局所領域画像群と呼ぶことにする。

ステップＳ４では、局所領域画像間の差異を取得する。具体的には、差異特定部７５が、位置が同じで時間が異なるマルチタイム局所領域画像群ごとに、局所領域画像同士における差異を特定する。本例では、時間シフトのない画像と時間的に前に時間シフトした画像との間で画素ごとに差分を取ってその総和を求める。これを第１の総和とする。同様に、時間シフトのない画像と時間的に後に時間シフトした画像との間で画素ごとに差分を取ってその総和を求める。これを第２の総和とする。そして、第１の総和と第２の総和とを用いた特徴量を上記差異として求める。例えば、第１の総和と第２の総和とを合算した総差分値を、上記差異として求めてもよい。なお、上記差異は、本例に限定されず、種々の計算式により求めることができる。

ステップＳ５では、求めた差異の閾値判定を行う。具体的には、閾値処理部７５が、スライス位置ごとに、また、局所領域ごとに、求めた差異が所定レベルを超えているか否かを閾値判定する。本例では、上記の総差分値が所定の閾値を上回っているか否かを判定する。この判定において肯定される場合には、そのスライス位置及び局所領域において、撮影中に動きが生じたと判定する。

ステップＳ６では、被検体の動きを検知したか否かを判定する。具体的には、動き報知部７６が、いずれかの局所領域で動きが生じたか否かを判定することにより、被検体の動きを検知したか否かを判定する。検知された場合には、ステップＳ７に進む。検知されなかった場合には、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ７では、モーション・プロファイルを生成する。具体的には、モーション・プロファイル生成部７７は、いずれかの局所領域で動きが生じたと判定された場合に、その局所領域の近傍空間において複数の時間に対応したマルチタイム局所領域画像群を特定する。そして、それぞれの上記総差分値を動き量として求め、時間と動き量との関係をプロットして、モーション・プロファイルを作成する。

ステップＳ８では、低アーチファクト画像を特定する。具体的には、低擬像画像提示部７８が、動きのあった局所領域のモーション・プロファイルから、動き量の少ない時間を特定する。そして、その局所領域が含まれるスライス位置のマルチタイム画像群の中から動き量が最も少ない画像、すなわちアーチファクトが最も少ない画像を特定する。ここでは、この画像を低アーチファクト画像と呼ぶことにする。

ステップＳ９では、再撮影用プロトコルすなわち再撮影用の撮影条件を作成する。具体的には、再撮影プロトコル提示部７９が、動きが生じた局所領域を含むスライス位置とその近傍の空間だけを撮影するための撮影プロトコルと、前回と同様の条件による撮影プロトコルとを作成する。

ステップＳ１０では、撮影中に被検体の動きが生じた旨の報知及び対応案の提示を行う。具体的には、動き報知部７６が、撮影中に動きが生じた旨の報知を行う。低擬像画像提示部７８は、動きが生じた局所領域を含むスライス位置におけるマルチタイム画像群のうち動き量の少ない低アーチファクト画像を採用候補として提示するとともに、他の２種類の画像も比較用として表示する。さらに、再撮影プロトコル提示部７９は、その動きが生じた局所領域を含むスライス位置とその近傍の空間だけを撮影するための撮影プロトコルと、前回と同様の条件による撮影プロトコルとを作成し、提示する。

ステップＳ１１では、操作者は、採用候補の低アーチファクト画像を採用するか、動きの生じた部分だけを撮影するための撮影プロトコルを用いて再撮影を行うか、前回と同様の撮影をするための撮影プロトコルを用いて再撮影を行うか、のいずれかを選択する。再撮影が選択された場合には、ステップＳ１に戻り再撮影を行う。採用候補の画像の採用が選択された場合には、その画像を採用してステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、断層画像を表示する。具体的には、表示制御部８０が、再構成された断層画像を画面に表示するよう表示装置６２を制御する。

以上、本実施形態によれば、Ｘ線を用いたヘリカルスキャンにより得られたデータを基に、各スライス位置において時間が異なる複数の画像を再構成し、これらの画像を細分化し、局所領域間でその差異を求め、この差異が所定レベルを上回る場合に、当該局所領域において撮影中に動きがあったと判定するので、Ｘ線断層撮影中における被検体の動き、特に腸管の動きなどの局所的な速い動きを検出することができる。

また、本実施形態によれば、撮影中の被検体の動きが検知された場合に、その旨を操作者に報知するので、操作者に再構成画像が不適でないかの確認を促すことができる。また、これにより操作者は見逃しやすい撮影中の被検体の動き、特に局所的な速い動きによるアーチファクトの発生を効率的に認識することができる。

また、本実施形態によれば、時間シフトを行って画像を再構成する際にデータに重畳する重み関数として、Ｘ線パスのコーン角が大きくなる領域の重みは低減し、Ｘ線パスのコーン角が小さくなる領域の重みは増大して成る重み関数を用いるので、時間シフトを行った再構成画像におけるコーンビーム・アーチファクトを低減することができる。

また、本実施形態によれば、あるスライス位置の局所領域において動きが検知された場合に、その局所領域の近傍におけるモーション・プロファイルを作成するので、そのスライス位置で画像を再構成することができる時間帯の中で動き量が最も少ない時間を特定することができ、その結果、最もモーション・アーチファクトが少なくなる時間の画像を特定し、操作者に採用候補として提示することができる。

また、本実施形態によれば、撮影中の被検体の動きが検知された場合に、再撮影用のプロトコルを自動作成して操作者に提示するので、スムーズ（smooth）な再撮影を促すことができる。

また、本実施形態によれば、スライス位置は同一であり時間が異なる複数の画像同士を比較し、その差異を基に動きを検知するので、ＥＫＧ信号（心電信号）なしで実現することができる。また、たとえ心臓撮影を行う場合であっても、本提案の技法を拡張することにより、ＥＫＧ信号がなくても心臓撮影を実現することができる。

また、本実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置であるが、発明は、Ｘ線以外の放射線、例えばガンマ線（gamma ray）を用いる断層撮影装置にも適用可能である。

また、コンピュータを上記Ｘ線ＣＴ装置における制御や処理を行う各手段として機能させるためのプログラム（program）やこれを記録した記録媒体もまた、発明の実施形態の一例である。

１ Ｘ線ＣＴ装置
２ ガントリ
２Ｂ 空洞部
４ 撮影テーブル
５ 被検体
５ｈ 撮影部位
６ 操作コンソール
２１ Ｘ線管
２２ アパーチャ
２３ コリメータ装置
２４ Ｘ線検出器
２５ データ収集部
２６ 回転部
２７ 高電圧電源
２８ アパーチャ駆動装置
２９ 回転駆動装置
３０ ガントリ・テーブル制御部
４１ クレードル
４２ クレードル駆動装置
６１ 入力装置
６２ 表示装置
６３ 記憶装置
６４ 演算処理装置
７１ スキャン制御部
７２ 画像再構成部
７３ 画像細分化部
７４ 差異特定部
７５ 閾値処理部
７６ 動き報知部
７７ モーション・プロファイル生成部
７８ 低擬像画像提示部
７９ 再撮影プロトコル提示部
８０ 表示制御部
９０ 記憶媒体

Claims (16)

1. ヘリカルスキャンを行って被検体のデータを収集するよう、マルチスライス検出器を含むデータ収集系を制御する制御ステップと、
   複数のスライス位置について、前記収集されたデータに該スライス位置に応じた重み付けをして得られるデータを用いて、スライス位置が同一であり時間が異なる複数の断層画像を再構成する第１の再構成ステップと、
   前記複数のスライス位置の各々における前記複数の断層画像をそれぞれ複数の局所領域画像に細分化する細分化ステップと、
   位置が同じで時間が異なる複数の局所領域画像の組合せごとに、該組合せの局所領域画像同士における差異を特定する差異特定ステップと、をコンピュータに実行させ、
   前記第１の再構成ステップは、重みの中間は画像再構成するスライス位置に対応するデータ収集タイミングに一致しており、放射線パスのコーン角が相対的に大きい領域の重みは相対的に小さく、放射線パスのコーン角が相対的に小さい領域の重みは相対的に大きい重み関数を用いて前記重み付けを行うものであり、かつ前記第１の再構成ステップは、時間的な前側と後側とにおいて半値幅は等しいが波高値はスライス位置に対応するデータ収集タイミングに近い側が大きいプロファイルを描く重み関数を用いて前記重み付けを行う、放射線断層撮影方法。
2. いずれかの前記組合せの局所領域画像同士における差異が所定のレベルを超えているときに、その旨を報知する報知ステップを備える、請求項１に記載の放射線断層撮影方法。
3. いずれかの前記組合せの局所領域画像同士における差異が所定のレベルを超えているときに、該組合せに対応する特定のスライス位置に近接する２以上のスライス位置における同じ位置の前記組合せの局所領域画像間の差異に基づいて、該特定のスライス位置及び該同じ位置の局所領域画像における部位の動き量の時間変化を得る取得ステップを備える、請求項１または請求項２に記載の放射線断層撮影方法。
4. 前記時間変化に基づいて前記部位の動き量が相対的に少ないタイミングの断層画像を特定する画像特定ステップを備える、請求項３に記載の放射線断層撮影方法。
5. いずれかの前記組合せの局所領域画像同士における差異が所定のレベルを超えているときに、該組合せに対応する特定のスライス位置を含む範囲を再スキャンするための撮影条件を提示する提示ステップを備える、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の放射線断層撮影方法。
6. 前記再スキャンにより得られたデータと該再スキャン前に得られたデータを合算して断層画像を再構成する第２の再構成ステップを備える、請求項５に記載の放射線断層撮影方法。
7. 前記細分化ステップは、腸管の直径に近似する幅を有する画像を前記局所領域画像として細分化する、請求項１から請求項６のいずれか一項の放射線断層撮影方法。
8. ヘリカルスキャンを行って被検体のデータを収集するよう、マルチスライス検出器を含むデータ収集系を制御する制御手段と、
   複数のスライス位置について、前記収集されたデータに該スライス位置に応じた重み付けをして得られるデータを用いて、スライス位置が同一であり時間が異なる複数の断層画像を再構成する第１の再構成手段と、
   前記複数のスライス位置の各々における前記複数の断層画像をそれぞれ複数の局所領域画像に細分化する細分化手段と、
   位置が同じで時間が異なる複数の局所領域画像の組合せごとに、該組合せの局所領域画像同士における差異を特定する差異特定手段と、を備え、
   前記第１の再構成手段は、重みの中間は画像再構成するスライス位置に対応するデータ収集タイミングに一致しており、放射線パスのコーン角が相対的に大きい領域の重みは相対的に小さく、放射線パスのコーン角が相対的に小さい領域の重みは相対的に大きい重み関数を用いて前記重み付けを行い、かつ前記第１の再構成手段は、時間的な前側と後側とにおいて、半値幅は等しいが、波高値は画像再構成するスライス位置に対応するデータ収集タイミングに近い側が大きいプロファイルを描く重み関数を用いて前記重み付けを行う、放射線断層撮影装置。
9. いずれかの前記組合せの局所領域画像同士における差異が所定のレベルを超えているときに、その旨を報知する報知手段を備える、請求項８に記載の放射線断層撮影装置。
10. いずれかの前記組合せの局所領域画像同士における差異が所定のレベルを超えているときに、該組合せに対応する特定のスライス位置に近接する２以上のスライス位置における同じ位置の前記組合せの局所領域画像間の差異に基づいて、該特定のスライス位置及び該同じ位置の局所領域画像における部位の動き量の時間変化を得る取得手段を備える、請求項８又は９に記載の放射線断層撮影装置。
11. 前記時間変化に基づいて前記部位の動き量が相対的に少ないタイミングの断層画像を特定する画像特定手段を備える、請求項１０に記載の放射線断層撮影装置。
12. いずれかの前記組合せの局所領域画像同士における差異が所定のレベルを超えているときに、該組合せに対応する特定のスライス位置を含む範囲を再スキャンするための撮影条件を提示する提示手段を備える、請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の放射線断層撮影装置。
13. 前記再スキャンにより得られたデータと該再スキャン前に得られたデータを合算して断層画像を再構成する第２の再構成手段を備える、請求項１２に記載の放射線断層撮影装置。
14. 前記細分化手段は、腸管の直径に近似する幅を有する画像を前記局所領域画像として細分化する、請求項８から請求項１３のいずれか一項に記載の放射線断層撮影装置。
15. 前記組合せの局所領域画像は、時間が互いに異なる第１、第２及び第３の局所領域画像を含み、
    前記組合せの局所領域画像同士における差異は、前記第１の局所領域画像と前記第２の局所領域画像との差分と、前記第２の局所領域画像と前記第３の局所領域画像との差分とを用いた特徴量である、請求項８から請求項１４のいずれか一項に記載の放射線断層撮影装置。
16. コンピュータを、請求項８から請求項１５のいずれか一項に記載の放射線断層撮影装置における各手段として機能させるためのプログラム。