CN105101879B - X射线ct装置及ct图像显示方法 - Google Patents

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Abstract

在X射线CT装置中，具有：顶板，载置被检体；X射线管，在所述顶板的周围照射X射线；检测器，检测所述X射线并输出检测信号；重构单元，基于所述检测信号重构CT图像；设定单元，基于所述CT图像上的穿刺针和穿刺目标的位置，设定摄像范围；机构控制单元，基于所述摄像范围，对照射所述X射线的范围即X射线照射范围进行控制；以及图像显示单元，基于被控制了所述X射线照射范围的X射线，进行所述X射线的照射和所述检测信号的输出，使显示装置显示由所述重构单元重构的所述摄像范围中的CT图像。

Description

X射线CT装置及CT图像显示方法
技术领域
本发明的一方案的实施方式涉及一种生成图像的X射线CT装置及CT图像显示方法。
背景技术
X射线CT(computed tomography：计算机断层成像)装置，是利用X射线对被检体(患者)扫描，并将所收集的数据通过计算机进行处理，由此将患者的内部图像化的装置。具体而言，X射线CT装置沿着以被检体为中心的圆形轨道，从不同的方向对患者多次辐射X射线。X射线CT装置由X射线检测器检测透射了被检体的X射线而收集多个检测数据。所收集的检测数据在由数据收集部进行A/D(analog to digital：模拟数字)转换之后，被发送给控制台装置。
控制台装置对检测数据实施预处理等并生成投影数据。然后，控制台装置进行基于投影数据的重构处理，生成断层图像数据或基于多个断层图像数据的体数据。体数据是表示与被检体的三维区域相对应的CT值的三维分布的数据集。
X射线CT装置能够通过将上述体数据在任意方向上进行绘制来进行MPR(multiplanar reconstruction：多剖面重构)显示。以下，有时会将通过绘制体数据而进行MPR显示的截面图像称作“MPR图像”。作为MPR图像，例如有表示相对于体轴的正交截面的轴位图像、表示沿着体轴纵切被检体的截面的矢状位图像、以及表示沿着体轴横切被检体的截面的冠状位图像。进一步，MPR图像有时也包含体数据中的任意截面的图像(倾斜图像)。所生成的多个MPR图像被同时显示在显示部等。
有使用X射线CT装置进行CT透视(CTF：computed tomography fluoroscopy：电脑断层透视)的方法。CT透视是指，通过对患者连续地照射X射线，由此实时(逐次)地得到与被检体的关注部位有关的CT图像的方法。在CT透视中，通过缩短检测数据的收集速率，并缩短重构处理所需要的时间，来生成实时的CT透视图像。CT透视例如用于在穿刺作业中对穿刺目标的位置确认等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-172951号公报
专利文献2：日本特开2013-111227号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，在现有技术中存在如下问题：由于在采用CT透视的穿刺作业中透视范围不变更，因此，穿刺针顶端周边外侧的、与穿刺作业的相关性较小的部分，也会被照射X射线，从而对患者照射了不必要的X射线。
即，在采用透视的穿刺作业中透视范围不变更的这点，从对患者的健康损害的角度来说存在问题。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题，本实施方式的X射线CT装置具有：顶板，载置被检体；X射线管，在所述顶板的周围照射X射线；检测器，检测所述X射线并输出检测信号；重构单元，基于所述检测信号重构CT图像；设定单元，基于所述CT图像上的穿刺针和穿刺目标的位置，设定摄像范围；机构控制单元，基于所述摄像范围，对照射所述X射线的范围即X射线照射范围进行控制；以及图像显示单元，基于被控制了所述X射线照射范围的X射线，进行所述X射线的照射和所述检测信号的输出，使显示装置显示由所述重构单元重构的所述摄像范围中的CT图像。
为了解决上述问题，本实施方式的CT图像显示方法为，在载置被检体的顶板的周围照射X射线，检测所述X射线并输出检测信号，基于所述检测信号重构CT图像，基于所述CT图像上的穿刺针和穿刺目标的位置，设定摄像范围，基于所述摄像范围，对照射所述X射线的范围即X射线照射范围进行控制，基于被控制了所述X射线照射范围的X射线，进行所述X射线的照射和所述检测信号的输出，使显示装置显示由所述重构单元重构的所述摄像范围中的CT图像。
附图说明
图1是示出本实施方式的X射线CT装置的结构例的图。
图2是示出X方向的凹部的宽度沿着Z方向逐渐变化的形状的楔块的结构例的立体图。
图3是示出本实施方式的X射线CT装置的功能的框图。
图4是用于说明穿刺皮肤表面和穿刺目标的设定方法的图。
图5(A)、图5(B)是用于说明光阑的开度调整的图。
图6(A)、图6(B)是用于说明光阑的开度调整的图。
图7(A)、图7(B)是用于说明顶板的滑动与光阑的开度调整的图。
图8是用于说明所需要的帧中的穿刺针的顶端位置与穿刺目标的位置之间的线段中点的计算方法的图。
图9(A)、图9(B)是用于说明下一帧中的透视范围的设定的图。
图10(A)～图10(C)是用于说明顶板的滑动与光阑的开度调整的图。
图11(A)～图11(E)是用于说明叠加图像的生成方法的图。
图12是示出包含穿刺针的图形和距离信息在内的叠加图像的一例的图。
图13是示出本实施方式的X射线CT装置的动作的流程图。
图14是示出本实施方式的X射线CT装置的动作的流程图。
图15是示出本实施方式的X射线CT装置的动作的流程图。
图16是示出本实施方式的X射线CT装置的动作的变形例的流程图。
图17(A)～图17(C)是用于说明穿刺针的顶端位置的偏移与X射线的锥角之间的关系的图。
图18是用于说明CT透视图像的空间分辨率的图。
具体实施方式
参照附图，对本实施方式的X射线CT装置及CT图像显示方法进行说明。
再有，本实施方式的X射线CT装置存在X射线管和检测器作为一体而在被检体周围旋转的旋转/旋转(ROTATE/ROTATE)型、以及使许多检测元件排列成环状，仅X射线管在被检体周围旋转的固定/旋转(STATIONARY/ROTATE)型等多种多样的类型，任何类型都可以适用本发明。在此，对当前占主流的旋转/旋转型进行说明。
图1是示出本实施方式的X射线CT装置的结构例的图。
图1示出本实施方式的X射线CT装置1。X射线CT装置1大体上由扫描器装置11和图像处理装置(控制台)12构成。X射线CT装置1的扫描器装置11通常设置在检查室中，构成为用于生成关于患者O(被检体)的X射线的透射数据。另一方面，图像处理装置12通常设置在与检查室相邻的控制室中，构成为用于以透射数据为基础生成投影数据，并进行重构图像的生成、显示。
X射线CT装置1的扫描器装置11设置有X射线管21、光阑(准直器)22、X射线检测器23、DAS(data acquisition system：数据采集系统)24、旋转部25、X射线高压装置26、光阑驱动装置27、旋转驱动装置28、顶板30、顶板驱动装置31、控制器32、以及楔块(wedge)(X射线束过滤器)33。
X射线管21按照从X射线高压装置26提供的管电压，使电子射线冲击金属制靶而产生X射线，并朝向X射线检测器23进行照射。由从X射线管21照射的X射线形成扇形束X射线或锥形束X射线。X射线管21在经由X射线高压装置26的、控制器32的控制下，被提供X射线的照射所需要的电力。
光阑22通过光阑驱动装置27，对从X射线管21照射的X射线的照射范围(照射区域)进行调整。即，通过利用光阑驱动装置27调整光阑22的开口，能变更扇形角和锥角中的X射线照射范围。
楔块33在从X射线管21照射的X射线透射患者O之前，降低低能量的X射线成分。楔块33通过楔块驱动装置(未图示)，按照光阑22的开度调整X方向上的凹部的宽度。楔块33例如是从所装备的、具有多种凹部的多个楔块中根据光阑22的开度而选择的楔块。或者，楔块33是X方向上的凹部的宽度随着向Z方向推进而逐渐变化的形状的一个楔块。在是一个楔块的情况下，通过按照光阑22的开度而向Z方向滑动，来决定凹部的宽度。图2是示出X方向上的凹部的宽度沿着Z方向逐渐变化的形状的楔块的结构例的立体图。
返回到图1的说明，X射线检测器23是在通道方向上具有多个检测元件且在列(切片)方向上具有单个检测元件的一维阵列型检测器。或者，X射线检测器23是矩阵状、即在通道方向上具有多个检测元件且在切片方向上具有多个检测元件的二维阵列型检测器(也称作多切片型检测器)。在X射线检测器23是多切片型检测器的情况下，能够用一次旋转的扫描(CT摄影和CT透视)来收集在列方向上具有宽度的三维区域的数据(体扫描)。X射线检测器23对从X射线管21照射的X射线进行检测。
DAS 24将X射线检测器23的各检测元件检测到的透射数据的信号放大，然后转换为数字信号并生成检测数据。DAS 24的检测数据经由扫描器装置11的控制器32被提供给图像处理装置12。再有，在进行CT透视时，DAS 24缩短检测数据的收集速率。
旋转部25将X射线管21、光阑22、X射线检测器23、DAS 24、X射线高压装置26和光阑驱动装置27作为一体加以保持。旋转部25构成为在使X射线管21与X射线检测器23对置的状态下，能将X射线管21、光阑22、X射线检测器23、DAS 24、X射线高压装置26和光阑驱动装置27作为一体地绕患者O旋转。X射线高压装置26也可以被保持在旋转部25上。再有，将与旋转部25的旋转中心轴平行的方向定义为Z方向，将与该Z方向正交的平面用X方向、Y方向定义。
X射线高压装置26在控制器32的控制下，向X射线管21提供X射线的照射所需要的电力。
光阑驱动装置27具有在控制器32的控制下调整光阑22中的X射线的扇形角和锥角的照射范围的机构。
旋转驱动装置28具有在控制器32的控制下使旋转部25进行旋转、以使旋转部25在维持其位置关系的状态下绕空洞部旋转的机构。
顶板30能够载置患者O。
顶板驱动装置31具有在控制器32的控制下使顶板30沿着Y方向进行升降运动并且沿着Z方向进行进入/退出运动的机构。旋转部25的中央部分具有开口，供载置于该开口部的顶板30上的患者O插入。
控制器32包括未图示的作为控制电路的CPU(central processing unit：中央处理器)和存储器等。控制器32按照来自图像处理装置12的指示进行X射线检测器23、DAS 24、X射线高压装置26、光阑驱动装置27、旋转驱动装置28、顶板驱动装置31和楔块驱动装置(未图示)等的控制，使其执行扫描。
X射线CT装置1的图像处理装置12以计算机为基础而构成，能与网络(local areanetwork：局域网)N相互通信。图像处理装置12大体上由作为控制电路的CPU 41、存储器42、HDD(hard disc drive：硬盘驱动器)43、输入装置44、显示装置45和IF(interface：接口)46等基本硬件构成。CPU 41经由作为通用信号传输路径的总线，与构成图像处理装置12的各硬件结构要素相互连接。再有，图像处理装置12也有时具备记录介质驱动器47。
CPU 41是具有将由半导体构成的电子电路封入到具有多个端子的封装中而成的集成电路(LSI)结构的控制装置。当医师等操作者通过操作输入装置44等输入了指令时，CPU 41执行存储器42中存储的程序。或者，CPU 41将HDD 43中存储的程序、从网络N传输并安装在HDD 43中的程序、或者从装在记录介质驱动器47中的记录介质读出并安装在HDD 43中的程序，下载到存储器42中加以执行。
存储器42是包括ROM(read only memory：只读存储器)和RAM(random accessmemory：随机存取存储器)等的存储装置。存储器42存储IPL(initial program loading：初始装入程序)、BIOS(basic input/output system：基本输入输出系统)以及数据，或者用于CPU 41的工作存储器或数据的暂时存储。
HDD 43是具有以不能拆装的方式内置涂覆或蒸镀有磁性体的金属盘的结构的存储装置。HDD 43是对已安装在图像处理装置12中的程序(除应用程序以外，也包括OS(operating system：操作系统)等)或数据进行存储的存储装置。此外，也可以使OS提供GUI(graphical user interface：图形用户界面)，该GUI能够在向显示装置45显示对于手术者等操作者的信息时多利用图形，通过输入装置44进行基础操作。
输入装置44是能够由操作者进行操作的指示设备，与操作相应的输入信号被送到CPU 41。
显示装置45包括未图示的图像合成电路、VRAM(video random access memory：视频随机存储器)以及显示器等。图像合成电路生成在图像数据中合成各种参数的字符数据等而成的合成数据。VRAM将合成数据在显示器中展开。显示器由液晶显示器或CRT(cathoderay tube：阴极射线管)等构成，对图像进行显示。
IF 46由与并行连接方式或串行连接方式相配合的连接器构成。IF 46进行与各标准相应的通信控制，具有能通过电话线路与网络N连接的功能，从而使X射线CT装置1连接到网络N网上。
图像处理装置12对从扫描器装置11的DAS 24输入的检测数据(原始数据)进行对数转换处理或灵敏度修正等修正处理(预处理)，并生成投影数据，存储在HDD 43等存储装置中。图像处理装置12还对预处理后的投影数据进行散射线的消除处理。图像处理装置12基于X射线辐射范围内的投影数据的值进行散射线的消除，从成为对象的投影数据中减去根据进行散射线修正的对象的投影数据或者其邻接投影数据的值的大小而推定出的散射线，来进行散射线修正。图像处理装置12基于修正后的投影数据，生成基于扫描的CT图像数据(重构)，并存储在HDD 43等存储装置中，或者作为CT图像而显示在显示装置45中。
图像处理装置12可以通过对重构的多个CT图像数据进行插补处理，由此生成体数据。作为体数据的重构，例如可以采用锥束重构法、多切片重构法、放大重构法等任意方法。通过如上所述地使用多切片型检测器作为X射线检测器23进行体扫描，图像处理装置12能够重构大范围的体数据。
并且，图像处理装置12对重构的体数据进行绘制处理。例如，图像处理装置12对体数据实施体绘制处理，由此生成模拟三维图像作为CT图像数据。所述模拟三维图像是用于二维地显示患者O的三维结构的图像。此外，图像处理装置12通过在期望的方向上对体数据实施绘制处理，来生成MPR图像作为图像数据。所述MPR图像是表示患者O的所期望的截面的图像。作为MPR图像，有作为正交三截面的轴位图像、矢状位图像、冠状位图像。再有，图像处理装置12也可以生成表示任意截面的倾斜图像作为MPR图像。
再有，在进行CT透视的情况下，由于缩短了检测数据的收集速率，因此图像处理装置12的重构时间缩短。因而，图像处理装置12能够生成与CT透视相对应的实时的CT图像数据(CT透视图像数据)。
图3是示出本实施方式的X射线CT装置1的功能的框图。
如图3所示，X射线CT装置1的CPU 41执行程序，由此X射线CT装置1作为操作支援单元41a、穿刺计划执行单元41b、CT透视执行单元41c、CT透视图像输出单元41d、透视条件设定单元41e和机构控制单元41f发挥功能。再有，各单元41a至41f的全部或者一部分，也可以作为硬件而包括在X射线CT装置1中。
操作支援单元41a是用户界面，在向显示装置45显示对于操作者的信息时多利用图形，并能够通过输入装置44进行大部分的基础操作。
穿刺计划执行单元41b在计划穿刺时设定摄影中心位置和摄影范围，所述摄影中心位置是用于CT透视以前的CT摄影的摄像范围的中心位置，所述摄影范围是用于CT摄影的摄像范围(FOV：field of view：视场)。此外，穿刺计划执行单元41b按照设定后的摄影中心位置，经由控制器32控制扫描器装置11，使载置患者O(图1中图示)的顶板30(图1中图示)上下左右地滑动。另外，穿刺计划执行单元41b按照设定后的摄影范围，经由控制器32控制扫描器装置11，为了调整X射线的照射范围而调整光阑22(图1中图示)的开度。
并且，穿刺计划执行单元41b以滑动后的摄影中心位置以及基于开度调整后的光阑22的开度的摄影范围，执行CT摄影(单拍摄影)，利用CT摄影生成(重构)CT摄影图像数据。再有，在光阑22的开度被调整的情况下，也可以按照光阑22的开度调整楔块33(图1中图示)。
加之，穿刺计划执行单元41b在基于CT摄影图像数据并经由操作支援单元41a显示的CT摄影图像上，按照经由操作支援单元41a而来自输入装置44的输入，设定穿刺皮肤表面和穿刺目标(组织)。
图4是用于说明穿刺皮肤表面和穿刺目标的设定方法的图。
图4示出基于与计划穿刺时设定的摄影中心位置P和摄影范围F相对应的CT摄影图像数据的CT摄影图像、和在该CT摄影图像上设定的穿刺皮肤表面S及穿刺目标T。当由操作者经由操作支援单元41a(图3中图示)在CT摄影图像上完成了穿刺皮肤表面及穿刺目标的选择时，在CT摄影图像上设定穿刺皮肤表面S及穿刺目标T。此外，也可以在CT摄影图像上显示穿刺皮肤表面S和穿刺目标T之间的线段(引导线)L。
返回到图3的说明，CT透视执行单元41c经由控制器32控制扫描器装置11执行CT透视(实时摄像)，并通过CT透视生成(重构)实时t的帧FL[t(t＝1，2，3，…)]中的CT透视图像数据。
CT透视图像输出单元41d将由CT透视执行单元41c生成的帧FL[t]的CT透视图像数据适当地存储在HDD 43等存储装置中，或者作为帧FL[t]中的CT透视图像而实时显示在显示装置45中。
透视条件设定单元41e设定CT透视中的透视条件。透视条件设定单元41e至少具有透视范围设定单元51，至少设定透视范围作为透视条件。
机构控制单元41f按照由透视条件设定单元41e设定的透视条件，经由控制器32控制扫描器装置11(图1中图示)的动作。
(透视条件的第一设定方法)
在透视条件的第一设定方法中，透视条件设定单元41e仅具有透视范围设定单元51，透视条件设定单元41e仅设定作为透视条件的透视范围。并且，机构控制单元41f基于由透视条件设定单元41e设定的透视范围来控制光阑22(图1中图示)的开度(扇形角)，从而控制X射线照射范围。
透视范围设定单元51设定CT摄影图像(图4中图示)上的包括最小限度范围在内的范围，作为CT透视中的透视范围。最小限度范围是指CT摄影图像上的至少包括穿刺针的顶端位置和穿刺目标在内的范围，是通过穿刺针的顶端位置和穿刺目标的检测而自动设定的，或者是由操作者任意选择的。透视范围是用于CT透视的摄像范围(FOV)。
机构控制单元41f基于由透视范围设定单元51设定的透视范围来变更光阑22(图1中图示)的开度(扇形角)，由此控制X射线照射范围。
图5(A)、图5(B)和图6(A)、图6(B)是用于说明光阑22(图1中图示)的开度调整的图。
图5(A)示出图4中所表示的摄影范围F的CT摄影图像上的摄影中心位置P和最小限度范围M。然后，求出与最小限度范围M外切的、帧FL[1]中的透视范围F[1]。
为了将图5(A)所示的摄影中心位置P作为帧FL[1]中的透视中心位置P[1]而维持顶板30的位置。另一方面，为了将图5(A)所示的摄影范围F变更为透视范围F[1]，将图6(A)所示的光阑22的开度(扇形角)变更为图6(B)所示的开度。然后形成透视范围F[1](图5(B)中图示)。然后开始CT透视。
再有，CT透视中的透视范围F[t]也可以被固定为透视范围F[1]，也可以按照与穿刺针的顶端位置相应变更的最小限度范围M的大小适当地变更。
图5(A)、图5(B)和图6(A)、图6(B)示出在CT透视中未容许顶板30(图1中图示)的滑动的情况。该情况下，机构控制单元41f不进行顶板30(图1中图示)的滑动，只进行光阑22(图1中图示)的开度调整。机构控制单元41f除了进行光阑22的开度调整之外，也可以还进行楔块33(图1中图示)的调整。
(透视条件的第二设定方法)
在透视条件的第二设定方法中，透视条件设定单元41e具有透视范围设定单元51和透视中心位置设定单元52。透视条件设定单元41e设定作为透视条件的透视中心位置和透视范围。此外，透视条件设定单元41e还设定最小限度范围的中心位置或者穿刺目标的位置作为透视中心位置。并且，机构控制单元41f基于由透视条件设定单元41e设定的透视范围，控制光阑22(图1中图示)的开度，由此控制X射线照射范围，并基于由透视条件设定单元41e设定的透视中心位置，控制顶板驱动装置31(图1中图示)的动作，由此控制顶板30(图1中图示)的位置。
透视中心位置设定单元52设定CT摄影图像(图4中图示)上的最小限度范围的中心位置或者穿刺目标的位置，作为CT透视中的透视中心位置。
透视范围设定单元51设定CT摄影图像(图4中图示)上的最小限度范围或者包括该最小限度范围的范围，作为CT透视中的透视范围。
机构控制单元41f基于由透视中心位置设定单元52设定的透视中心位置，使顶板30(图1中图示)进行滑动，由此控制透视中心位置，并基于由透视范围设定单元51设定的透视范围，变更光阑22(图1中图示)的开度(扇形角)，由此控制X射线照射范围。
图7(A)、图7(B)是用于说明顶板30(图1中图示)的滑动和光阑22(图1中图示)的开度调整的图。
图7(A)示出图4中所表示的摄影范围F的CT摄影图像上的摄影中心位置P和最小限度范围M。为了将图7(A)所示的最小限度范围M的中心位置变更为帧FL[1]中的透视中心位置P[1](图7(B)中示出)而滑动顶板30。此外，为了将图7(A)所示的最小限度范围M变更为帧FL[1]中的透视范围F[1]而变更光阑22的开度。然后形成透视范围F[1](图7(B)中示出)。然后开始CT透视。
再有，也可以将对图7(A)所示的最小限度范围M赋予了边缘而成的范围M'(同心圆)设为CT透视中的透视范围F[1]。
此外，CT透视中的透视范围F[t]也可以固定为透视范围F[1]，也可以按照与穿刺针的顶端位置相应地变更的最小限度范围M(或者范围M’)的大小适当地加以变更。
图7(A)、图7(B)示出在CT透视中容许顶板30(图1中图示)滑动的情况。该情况下，机构控制单元41f进行顶板30(图1中图示)的滑动，并且仅进行光阑22(图1中图示)的开度调整。机构控制单元41f除了进行光阑22的开度调整之外，也可以还进行楔块33(图1中图示)的调整。
(透视条件的第三设定方法)
在透视条件的第三设定方法中，透视条件设定单元41e具有透视范围设定单元51和透视中心位置设定单元52。透视条件设定单元41e设定作为透视条件的透视中心位置和透视范围。此外，透视条件设定单元41e还设定穿刺目标的位置作为透视中心位置。并且，机构控制单元41f基于由透视条件设定单元41e设定的透视范围，控制光阑22(图1中图示)的开度，由此控制X射线照射范围，并基于由透视条件设定单元41e设定的透视中心位置，控制顶板驱动装置31(图1中图示)的动作，由此控制顶板30(图1中图示)的位置。
透视条件设定单元41e在所需要的帧FL[t]中的CT透视图像上，在穿刺针的顶端位置与由穿刺计划执行单元41b设定的穿刺目标(图4中图示的“T”)之间的距离小于前一帧FL[t-1]中的CT透视图像(或者CT摄影图像)上的顶端位置与穿刺目标之间的距离的情况下，使帧FL[t]中的透视范围缩小，以用于在后的帧FL中的CT透视。即，透视条件设定单元41e根据穿刺针的顶端位置和穿刺目标之间的距离的减少(穿刺针向穿刺目标前进)，来使透视范围缩小。
具体而言，透视中心位置设定单元52探测帧FL[t]中的穿刺针的顶端位置。此外，透视中心位置设定单元52计算出探测到的顶端位置与对应于由穿刺计划执行单元41b设定的穿刺目标(图4中所示的“T”)位置的位置之间的线段的中点。再有，帧FL[t]中的穿刺针的顶端位置，是基于由CT透视执行单元41c生成的CT透视图像数据而按照现有技术利用图像识别检测出来的，或者是基于安装于穿刺针上的磁传感器(未图示)而检测出来的。
图8是用于说明所需要的帧中的穿刺针的顶端位置与穿刺目标的位置之间的线段中点的计算方法的图。
图8示出利用CT透视而在帧FL[1]上生成的、基于与透视中心位置P[1]和透视范围F[1]相对应的CT透视图像数据的CT透视图像。此外，在CT透视图像上还示出帧FL[1]中的穿刺针的顶端位置N[1]、与由穿刺计划执行单元41b(图3中图示)设定的穿刺目标(图4中图示的“T”)的位置相对应的位置的穿刺目标T、以及穿刺针的顶端位置N[1]与穿刺目标T之间的线段L[1]的中点C[1]。
返回到图3的说明，透视中心位置设定单元52将在帧FL[t]上计算出的中点，设定为这以后的帧FL中的透视中心位置。透视中心位置设定单元52能够设定帧FL[t]后面的帧FL中的透视中心位置。以下，对透视中心位置设定单元52将在帧FL[t]上计算出的中点设定为下一帧FL[t+1]中的透视中心位置的情况进行说明，但不限定于该情况，只要是设定为多个帧以后的帧FL中的透视中心位置就可以。
透视范围设定单元51基于由透视中心位置设定单元52在帧FL[t]上计算出的中点，设定这以后的帧FL中的透视范围。透视范围设定单元51能够设定帧FL[t]后面的帧FL中的透视范围。以下，说明透视范围设定单元51基于由透视中心位置设定单元52在帧FL[t]上计算出的中点，设定下一帧FL[t+1]中的透视范围的情况，但不限定于该情况，只要是设定多个帧以后的帧FL中的透视范围即可。
在此，对由透视范围设定单元51进行的下一帧FL[t+1]中的透视范围的设定进行说明。
图9(A)、图9(B)是用于说明下一帧FL[t+1]中的透视范围的设定的图。
图9(A)、图9(B)中示出的以中点C[t]为中心的最小限度范围M的所需半径r，表示以中点C[t]为中心的最低限度所必需的透视范围的大小，是预先任意设定的。
图9(A)示出由穿刺计划执行单元41b(图3中图示)设定的穿刺皮肤表面S和穿刺目标T、以及它们之间的引导线L。此外，图9(A)示出帧FL[t]中的透视范围F[t]、引导线L与透视范围F[t]的圆周相交的交点Q[t]、中点C[t]与交点Q[t]之间的距离q1。在与前一帧FL[t-1]的情况相比，帧FL[t]的情况下的穿刺针的顶端位置更接近于穿刺目标T的情况(穿刺针正在前进的情况)下，如图9(A)所示地，距离q1变得大于半径r。该情况下缩小透视范围F[t]以使距离q1与半径r一致，并设定与半径r的最小限度范围M外切的透视范围F[t+1]。
如图9(A)所示，最小限度范围M随着穿刺针的顶端位置和穿刺目标之间的距离减少(穿刺针向穿刺目标T前进)，而在引导线L上向右下方向滑动，由此来设定缩小的透视范围。
另一方面，图9(B)示出由穿刺计划执行单元41b(图3中图示)设定的穿刺皮肤表面S和穿刺目标T、以及它们之间的引导线L。此外，图9(B)示出帧FL[t]中的透视范围F[t]、引导线L与透视范围F[t]的圆周相交的交点Q[t]、中点C[t]与交点Q[t]之间的距离q2。在与前一帧FL[t-1]的情况相比，帧FL[t]的情况下的穿刺针的顶端位置远离穿刺目标T的情况(穿刺针正在后退的情况)下，如图9(B)所示地，距离q2变得小于半径r。该情况下扩大透视范围F[t]以使距离q2与半径r一致，并设定与半径r的最小限度范围M外切的透视范围F[t+1]。
如图9(B)所示，最小限度范围M随着穿刺针的顶端位置和穿刺目标之间的距离增大(穿刺针从穿刺目标T后退)，而在引导线L上向左上方向滑动，由此来设定扩大的透视范围。
返回到图3的说明，机构控制单元41f按照由透视条件设定单元41e的透视范围设定单元51设定的下一帧FL[t+1]中的透视范围，调整光阑22(图1中图示)的开度。这样，机构控制单元41f就能够基于帧FL[t]的CT透视图像数据，将帧FL[t]中的透视范围变更为下一帧FL[t+1]用的透视范围。
图10(A)～图10(C)是用于说明顶板30(图1中图示)的滑动与光阑22(图1中图示)的开度调整的图。
图10(A)示出帧FL[t]中的透视中心位置P[t]和透视范围F[t]、帧FL[t]中的基于中点C[t]的最小限度范围M、与该最小限度范围M外切的下一帧FL[t+1]中的透视范围F[t+1]。将顶板30(图1中图示)上下左右地滑动(图10(B)中示出)，使得图10(A)中示出的中点C[t]成为下一帧FL[t+1]中的透视中心位置P[t+1]。
进一步调整光阑22(图1中图示)的开度((图10(C)中图示)，使得图10(B)中示出的透视范围F[t]成为下一帧FL[t+1]中的透视范围F[t+1]。
再有，图10(A)～图10(C)示出在CT透视中容许顶板30(图1中图示)滑动的情况。该情况下，机构控制单元41f进行顶板30(图1中图示)的滑行，并且仅进行光阑22(图1中图示)的开度调整。机构控制单元41f除了进行光阑22的开度调整之外，也可以还执行楔块33(图1中图示)的调整。
返回到图3的说明，在判断为由透视条件设定单元41e设定的、帧FL[t]中的透视范围小于阈值的情况下，CT透视图像输出单元41d生成叠加图像数据，该叠加图像数据是在帧FL[t]的前一帧FL中生成的、与大于透视范围F[t]的透视范围相对应的CT透视图像数据(或者CT摄影图像数据)中，叠加了与帧FL[t]中生成的透视范围相对应的CT透视图像数据而构成的。并且，CT透视图像输出单元41d将帧FL[t]的叠加图像数据适当地存储在HDD 43等存储装置中，或者作为叠加图像而实时显示在显示装置45中。
这样，即使帧FL[t]中的透视范围变得小于过去的帧中的透视范围，也能够向操作者提供帧FL[t]中的透视范围周边的形态，并且不照射多余的X射线。
图11(A)～图11(E)是用于说明基于按照图5(A)、图5(B)所示的透视条件的设定方法(无透视中心位置的变更)而得到的CT透视图像数据来生成叠加图像的生成方法的图。在图11(A)～图11(E)所示的情况下，假设载置患者O(图1中图示)的顶板30(图1中图示)的滑动不被容许。再有，基于按照图7(A)～图7(C)所示的透视条件的设定方法(存在使穿刺目标成为中心的透视中心位置变更)而得到的CT透视图像数据的叠加图像生成、以及基于按照图10(A)～图10(C)所示的透视条件的设定方法(存在使中点成为中心的透视中心位置变更)而得到的CT透视图像数据的叠加图像生成，都与图11(A)～图11(E)所示的相同。
图11(A)示出基于帧FL[8]中的透视范围F[8]的CT透视图像数据的CT透视图像。在判断为透视范围F[8]小于阈值的情况下，生成叠加图像数据，该叠加图像数据是在帧FL[8]的前一帧FL中生成的、与大于透视范围F[8]的图11(B)中示出的帧FL[5]中的透视范围F[5]相对应的CT透视图像数据中，叠加了与帧FL[8]上生成的透视范围F[8]相对应的CT透视图像数据而构成的叠加图像数据。图11(C)中示出基于该叠加图像数据的叠加图像。并且，在帧FL[8]中，替代基于帧FL[8]中的透视范围F[8]的CT透视图像数据的CT透视图像(图11(A))，而显示图11(C)所示的叠加图像。
再有，也可以用与透视范围F[8]内部不同的显示形式来显示在透视范围F[8]外部且在透视范围F[5]内部的部分，使得该在透视范围F[8]外部且在透视范围F[5]内部的部分能被视觉识别出是比帧FL[8]的时相早的过去图像。
图11(D)示出基于帧FL[18]中的透视范围F[18]的CT透视图像数据的CT透视图像。在判断为透视范围F[18]小于阈值的情况下，生成叠加图像数据，该叠加图像数据是在帧FL[18]的前一帧FL中生成的、与大于透视范围F[18]的图11(B)中示出的帧FL[5]中的透视范围F[5]相对应的CT透视图像数据中，叠加了与帧FL[18]上生成的透视范围F[18]相对应的CT透视图像数据而构成的叠加图像数据。图11(E)中示出基于该叠加图像数据的叠加图像。并且，在帧FL[18]中，替代基于帧FL[18]中的透视范围F[18]的CT透视图像数据的CT透视图像(图11(D))，而显示图11(E)所示的叠加图像。
再有，也可以用与透视范围F[18]内部不同的显示形式来显示在透视范围F[18]外部且在透视范围F[5]内部的部分，使得该在透视范围F[18]外部且在透视范围F[5]内部的部分能被视觉识别出是比帧FL[18]的时相早的过去图像。
返回到图3的说明，也可以是，在判断为由透视条件设定单元41e设定的帧FL[t]中的透视范围小于阈值的情况下，在叠加图像(图11(C)、图11(E))中，CT透视图像输出单元41d使穿刺针的图形包含在是与帧FL[t]上生成的透视范围相对应的CT透视图像数据的图像外部且是与在前的帧FL上生成的更大的透视范围相对应的CT透视图像数据的图像内部的部分中。穿刺针的图形对应于由穿刺计划执行单元41b(图3中图示)设定的线段L(图4中图示)。
此外，也可以是，CT透视图像输出单元41d在叠加图像(图11(C)、图11(E))中附加由穿刺计划执行单元41b(图3中图示)设定的穿刺皮肤表面S(图4中图示)和穿刺目标T(图4中图示)之间的距离、或帧FL[t]中的穿刺针的顶端位置和穿刺目标T(图4中图示)之间的距离等的信息。通过将画面坐标系中的坐标间距离转换成现实的物理坐标系中的坐标间距离，来求出现实的距离信息。
图12是示出在基于按照图7(A)～图7(C)所示的透视条件的设定方法(存在使穿刺目标成为中心的透视中心位置变更)而得到的CT透视图像数据的叠加图像中赋予了穿刺针的图形以及距离信息而成的叠加图像的一例的图。再有，关于基于按照图5(A)、图5(B)所示的透视条件的设定方法(无透视中心位置的变更)而得到的CT透视图像数据的叠加图像、以及基于按照图10(A)～图10(C)所示的透视条件的设定方法(存在使中点成为中心的透视中心位置变更)而得到的CT透视图像数据的叠加图像，也都与图12所示的相同。
如图12所示，叠加图像包含穿刺针的图形G、穿刺皮肤表面S和穿刺目标T之间的距离信息D。
接着，用图13～图15，对本实施方式的X射线CT装置1的动作进行说明。图13～图15是用于按照图10(A)～图10(C)所示的透视条件的设定方法得到CT透视图像数据的动作。
图13～图15是示出本实施方式的X射线CT装置1的动作的流程图。
对图13进行说明，X射线CT装置1在患者O被载置在顶板30上之后，执行穿刺计划(步骤ST1)。X射线CT装置1在计划穿刺时设定透视中心位置和透视范围(步骤ST1a)。然后，X射线CT装置1经由控制器32控制扫描器装置11，按照在步骤ST1a中设定后的透视中心位置，使载置患者O的顶板30上下左右滑动(步骤ST1b)。此外，X射线CT装置1按照在步骤ST1a中设定后的透视范围，经由控制器32控制扫描器装置11，来调整光阑22的开度(步骤ST1c)。再有，步骤ST1b、ST1c的动作顺序任意，也可以同时进行。
并且，X射线CT装置1以步骤ST1b中滑动后的透视中心位置作为摄影中心位置，并将基于步骤ST1c中调整开度后的光阑22的开度的透视范围作为摄影范围，来执行CT摄影(步骤ST1d)。此外，X射线CT装置1通过步骤ST1d中的CT摄影，生成CT摄影图像数据(步骤ST1e)。X射线CT装置1在基于由步骤ST1e生成的CT摄影图像数据所显示的CT摄影图像上，按照来自输入装置44的输入，设定穿刺皮肤表面和穿刺目标(步骤ST1f)。
转移到图14的说明，X射线CT装置1在患者O被载置在顶板30上的状态下执行CT透视(步骤ST2)。X射线CT装置1在步骤ST1b中滑动后的顶板30的位置上，在步骤ST1c中的光阑22的开度调整后的X射线照射范围内开始CT透视(步骤ST2a)。X射线CT装置1通过CT透视生成实时t的帧FL[t]的CT透视图像数据(步骤ST2b)，并作为CT透视图像而实时显示在显示装置45中(步骤ST2c)。在步骤ST2a开始的CT透视期间，当操作者对患者O进行穿刺时，帧FL[t]的CT透视图像数据中包含穿刺针的图像(图11(A)～图11(E)和图12中示出)。
X射线CT装置1与步骤ST2c的动作并行地探测帧FL[t]中的穿刺针的顶端位置(步骤ST2d)。然后，X射线CT装置1计算出步骤ST2d中探测到的穿刺针的顶端位置和与步骤ST1f中设定的穿刺目标T(图4中图示)的位置相对应的位置之间的线段的中点(步骤ST2e)。X射线CT装置1将步骤ST2e中计算出的中点，设定为下一帧FL[t+1]中的透视中心位置(步骤ST2f)。此外，X射线CT装置1还基于步骤ST2e中计算出的中点，设定下一帧FL[t+1]中的透视范围(步骤ST2g)。
前进到图15，X射线CT装置1在步骤ST2g中，判断帧FL[t]中的穿刺针的顶端位置和穿刺目标之间的距离与前一帧FL[t－1]中的穿刺针的顶端位置和穿刺目标之间的距离相比较是否减少，即穿刺针是否向穿刺目标前进(步骤ST2g－1)。在通过步骤ST2g－1的判断而判断为“是”，即帧FL[t]中的穿刺针的顶端位置和穿刺目标之间的距离减少的情况下，X射线CT装置1为下一帧FL[t+1]设定缩小后的透视范围(步骤ST2g－2)。
另一方面，在通过步骤ST2g－1的判断而判断为“否”，即帧FL[t]中的穿刺针的顶端位置和穿刺目标之间的距离未减少的情况下，X射线CT装置1判断帧FL[t]中的穿刺针的顶端位置和穿刺目标之间的距离与前一个帧FL[t－1]中的穿刺针的顶端位置和穿刺目标之间的距离相比较是否增大，即穿刺针是否从穿刺目标后退(步骤ST2g－3)。在通过步骤ST2g－3的判断而判断为“是”，即帧FL[t]中的穿刺针的顶端位置和穿刺目标之间的距离增大的情况下，X射线CT装置1为下一帧FL[t+1]设定扩大后的透视范围(步骤ST2g－4)。
另一方面，在通过步骤ST2g－3的判断而判断为“否”，即帧FL[t]中的穿刺针的顶端位置和穿刺目标之间的距离未增大的情况下，X射线CT装置1为下一帧FL[t+1]设定维持的透视范围(步骤ST2g－5)。再有，已使用图9(A)、图9(B)说明了步骤ST2g中的具体方法，故在此省略。
返回到图4的说明，X射线CT装置1判断在由步骤ST2a开始的CT透视的期间，是否容许载置患者O的顶板30的滑动(步骤ST2h)。在由步骤ST2h的判断而判断为“是”，即在CT透视的期间容许顶板30的滑动的情况下，X射线CT装置1按照由步骤ST2f设定的下一帧FL[t+1]中的透视中心位置，经由控制器32控制扫描器装置11，使载置患者O(图1中图示)的顶板33上下左右地滑动(步骤ST2i)。
另一方面，在由步骤ST2h的判断而判断为“否”，即在CT透视的期间未容许顶板30的滑动的情况下，X射线CT装置1按照由步骤ST2g设定的下一帧FL[n+1]中的透视范围，经由控制器32控制扫描器装置11，调整光阑22的开度(步骤ST2j)。
接着，X射线CT装置1判断是否结束由步骤ST2a开始的CT透视(步骤ST2k)。在由步骤ST2k的判断而判断为“是”，即结束CT透视的情况下，结束动作。另一方面，在由步骤ST2k的判断而判断为“否”，即不结束CT透视的情况下，X射线CT装置1通过CT透视生成下一帧FL[t+1]的CT透视图像数据(步骤ST2b)，并作为CT透视图像而实时显示在显示装置45中(步骤ST2c)。与此并行，X射线CT装置1探测帧FL[t+1]中的穿刺针的顶端位置(步骤ST2d)，计算出该顶端位置和与由步骤ST1f设定的穿刺目标T(图4中图示)的位置相对应的位置之间的线段的中点(步骤ST2e)。
图16是示出本实施方式的X射线CT装置1的动作的变形例的流程图。
X射线CT装置1在步骤ST2b之后，与步骤ST2c的动作并行地判断是否为下一帧FL[n+1]扩大透视范围(步骤ST2l)。步骤ST2l中的判断基于是否通过输入装置44输入了透视范围扩大指示，和/或是否到了预先设定的时间间隔下的扩大定时。
在由步骤ST2l的判断而判断为“是”，即为下一帧FL[n+1]扩大透视范围的情况下，X射线CT装置1经由控制器32控制扫描器装置11，为了下一帧FL[n+1]而将光阑22的开度扩大到任意大小(步骤ST2m)。然后，X射线CT装置1将动作返回到步骤ST2b。再有，由步骤ST2m扩大的透视范围也可以在多个帧间维持。
在由步骤ST2l的判断而判断为“否”，即不为下一帧FL[n+1]扩大透视范围的情况下，X射线CT装置1返回到步骤ST2d的动作。
(针对穿刺针的顶端位置的偏移进行的动作)
如上所述地对利用光阑22变更从X射线管21照射的X射线的扇形角的情况进行了说明。下面，关于利用光阑22变更从X射线管21照射的X射线的锥角的情况进行说明。
在CT透视中，有时由于顶板30上的患者O的体动等的影响，穿刺针的顶端位置会偏移。因此，透视条件设定单元41e通过基于磁传感器或者CT透视图像探测穿刺针的顶端位置并跟踪该位置，由此来探测患者O向Z方向的偏移。并且，机构控制单元41f控制光阑22的开度，暂时扩大X射线的锥角。
图17(A)～图17(C)是用于说明穿刺针的顶端位置的偏移与X射线的锥角之间的关系的图。
在CT透视中，在图17(A)的时刻，探测到穿刺针的顶端位置不存在于X射线的照射范围内。接着，通过控制光阑22的开度，如图17(B)所示地扩大锥角(多切片的片数的增加)。接着，将顶板30在Z方向上滑动，以使穿刺针的顶端位置成为锥角的中心，通过控制光阑22的开度，缩窄锥角以使得包含穿刺针的顶端位置。
此外，也可以是，透视条件设定单元41e基于多个帧的CT透视图像中的差分值来探测患者O在X方向上的偏移。透视条件设定单元41e在差分值为阈值以上的情况下，判断为有患者O在X方向上的偏移。该情况下，机构控制单元41f控制光阑22的开度，暂时扩大X射线的扇形角，更新背景图像涉及的CT透视图像，之后再返回到扩大前的扇形角。
(CT透视图像的空间分辨率)
图11(C)、图11(E)中示出的叠加图像中包含的CT透视图像的部分与叠加图像中包含的背景图像的部分相比较，空间分辨率提高了压缩透视范围而得到的部分。
图18是用于说明CT透视图像的空间分辨率的图。
如图18所示，CT透视图像的部分与背景图像的部分相比较，具有CT值的各像素的尺寸较小。因而，在显示装置45的显示器上显示图18所示的叠加图像时，叠加图像中包含的CT透视图像的部分与背景图像的部分相比就会更清晰。
根据本实施方式的X射线CT装置1，由于不会对穿刺针顶端周边外侧的、与穿刺作业的相关性较小的部分进行透视，因此能够降低患者O的健康损害。此外，根据本实施方式的X射线CT装置1，关于穿刺针顶端周边外侧的、与穿刺作业的相关性较小的部分，由于采用过去的图像进行显示，因此，关于该部分的形态也能够提供给操作者。
尤其是，在X射线CT装置1的情况下，由于不对穿刺针顶端周边外侧的、与穿刺作业的相关性较小的部分照射X射线，因此能够降低CT透视的穿刺作业中对患者O的辐射量。
以上说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提出的，并不是想限定发明范围。这些新的实施方式可以以其他各种各样的方式实施，可以在不脱离发明主旨的范围内进行各种各样的省略、置换和变更。这些实施方式或其变形包含在发明范围或主旨内，并且也包含在权利要求范围中记载的发明及其均等的范围内。

Claims (10)

1.一种X射线CT装置，具有：
顶板，载置被检体；
X射线管，在所述顶板的周围照射X射线；
检测器，检测所述X射线并输出检测信号；
重构单元，基于所述检测信号重构多个时相的CT图像；
设定单元，基于所述CT图像上的穿刺针和穿刺目标的位置，设定摄像范围，并且，基于所述CT图像，探测所述穿刺针的顶端位置；
机构控制单元，基于所述摄像范围，对照射所述X射线的范围即X射线照射范围进行控制；以及
图像显示单元，基于被控制了所述X射线照射范围的X射线，进行所述X射线的照射和所述检测信号的输出，将窄的所述摄像范围中的所述CT图像叠加在宽的所述摄像范围中的过去的所述CT图像上，使显示装置加以显示，使所述穿刺针的图形包含在所述窄的摄像范围中的所述CT图像的图像外部、且所述宽的摄像范围中的所述CT图像的图像内部的、与包含所述穿刺目标的位置及所述穿刺针的顶端位置的线段对应的位置。
2.根据权利要求1所述的X射线CT装置，所述机构控制单元使限制所述X射线照射范围的准直器的位置进行移动，来控制所述X射线照射范围。
3.根据权利要求1所述的X射线CT装置，
所述设定单元设定所述摄像范围和所述摄像范围的中心位置即摄像中心位置，
所述机构控制单元基于所述摄像中心位置，控制照射所述X射线的中心即X射线照射中心。
4.根据权利要求3所述的X射线CT装置，所述机构控制单元使所述顶板滑动，来控制所述X射线照射中心。
5.根据权利要求4所述的X射线CT装置，所述设定单元将所述穿刺目标的位置作为所述摄像中心位置。
6.根据权利要求4所述的X射线CT装置，所述设定单元基于在前的帧中的所述CT图像，探测所述穿刺针的顶端位置，将所述穿刺针的顶端位置和所述穿刺目标之间的中点作为在后的帧中的所述摄像中心位置。
7.根据权利要求6所述的X射线CT装置，
所述设定单元将所述在后的帧中的所述摄像范围设定得比所述在前的帧中的所述摄像范围窄，
所述图像显示单元将所述在后的帧中的所述CT图像叠加在所述在前的帧中的所述CT图像上，并使所述显示装置加以显示。
8.根据权利要求7所述的X射线CT装置，在判断为所述在后的帧中的所述摄像范围小于阈值的情况下，所述图像显示单元在所述在前的帧中的所述CT图像上叠加所述在后的帧中的所述CT图像，并使所述显示装置加以显示。
9.根据权利要求6所述的X射线CT装置，还具有基于所述在前的帧中的所述CT图像探测所述穿刺针的顶端位置的单元。
10.一种CT图像显示方法，其中，
在载置被检体的顶板的周围照射X射线，
检测所述X射线并输出检测信号，
基于所述检测信号重构多个时相的CT图像，
基于所述CT图像上的穿刺针和穿刺目标的位置，设定摄像范围，
基于所述CT图像，探测所述穿刺针的顶端位置，
基于所述摄像范围，对照射所述X射线的范围即X射线照射范围进行控制，
基于被控制了所述X射线照射范围的X射线，进行所述X射线的照射和所述检测信号的输出，将窄的所述摄像范围中的所述CT图像叠加在宽的所述摄像范围中的过去的所述CT图像上，使显示装置加以显示，使所述穿刺针的图形包含在所述窄的摄像范围中的所述CT图像的图像外部且所述宽的摄像范围中的所述CT图像的图像内部的、与包含所述穿刺目标的位置及所述穿刺针的顶端位置的线段对应的位置。
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