CN1317996C - X射线计算机断层摄影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的X射线计算机断层摄影装置具备：为了收集与被检测体有关的数据而通过X射线扫描被检测体的架台；根据被检测体的心电图波形，判断数据收集的完成的判断部件；在判断出数据收集完成时，为了结束扫描或X射线的照射而控制架台的扫描控制器。

Description

X射线计算机断层摄影装置
技术领域
本申请基于日本专利的2003年8月25日的专利No.2003-300347号，其全部内容在此都作为参考。
本发明涉及根据心电图同步再构成法再构成图像的X射线计算机断层摄影装置。
背景技术
X射线计算机断层摄影装置根据透过被检测体的X射线的强度，根据图像提供涉及被检测体的信息，在例如疾病的诊断、治疗和手术计划等许多医疗行为中，起到了重要的作用。
心脏检查要求高时间分辨率。作为其主要的处理方法，有缩短(高速旋转化)X射线管的一次旋转的时间(扫描速度)、心电图同步再构成法。在心电图再构成法中，例如收集3次心跳的投影数据。从各心跳中切取出心跳相位相近的数据，取得再构成所需要的360°或180°+α(α为扇形角)量的数据。根据取得的数据再构成图像。
在特开2003-164446号公报中，揭示了以下的技术：除去不规则脉搏(irregular heart beat)，取得180°+α量的数据，由此减轻伪迹。在该特开2003-164446号公报所记载的发明中，预先决定切片开始位置和切片结束位置，在扫描位置到达切片结束位置的时刻结束扫描。从在从预先设置的切片开始位置到切片结束位置之间收集的数据中除去不规则脉搏，而取得180°+α量的数据，因此不到扫描后无法确定180°+α量的数据是从几个脉搏量的数据中收集的。因此，产生了无法得到预定的时间分辨率的情况。
发明内容
本发明的目的在于：在通过心电图同步再构成法再构成图像的X射线计算机断层摄影装置中，以预定的时间分辨率生成图像。
本发明的第一方面提供一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于包括：为了收集与被检测体有关的数据，而通过X射线扫描上述被检测体的扫描部件；根据上述被检测体的心电图波形，判断上述数据的收集(acquisition)的完成(completion)的判断部件；在判断为上述数据收集完成时，控制上述扫描部件使上述扫描或上述X射线的照射结束的控制部件。
通过以下的说明以及附图进一步说明本发明的其他目的、特征。并且，本发明的特征和实施例的组合也包含在本发明中。另外，以下所示的实施例和附图只是本发明的一个例子，并不限定本发明。
附图说明
图1是展示本发明的实施例的X射线计算机断层摄影装置的结构的图。
图2是展示本实施例的与第1计数法对应的动作的流程图。
图3是展示在图1的专家系统中构筑的扫描计划画面的例子的图。
图4是展示通过点击图3的“数据收集完成条件”按键而弹出的数据收集完成条件设置窗口的例子的图。
图5是图2的S7的补充图。
图6是展示在图2的S10中判断的数据收集完成时刻Te的图。
图7是展示本实施例的与第2计数方法对应的动作的流程图。
图8是展示在图7的S10中判断的数据收集完成时刻Te的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的X射线计算机断层摄影装置(X射线计算机断层摄影装置)的实施例。另外，在X射线计算机断层摄影装置中，有各种各样的类型，例如有：使X射线管和放射线检测器作为一体地在被检测体周围旋转的旋转/旋转(ROTATE/ROTATE)类型；以环状阵列地配置许多检测元件，只有X射线管在被检测体的周围旋转的固定/旋转(STATIONARY/ROTATE)类型等。在任意的类型中都可以适用本发明。在此，说明现在占主流的旋转/旋转类型。另外，在再构成一个切片的断层像数据时，需要被检测体的周围一周约360°的投影数据，而在半扫描法中也需要180°+α(α为扇形角)量的投影数据。在任意的再构成方式下都能够适用本发明。在此，以半扫描法为例进行说明。另外，将入射X射线转换为电荷的设备的主流是：通过闪烁器等荧光体将X射线转换为光，再通过光电二极管等光电转换元件将该光转换为电荷的间接转换形式；利用了X射线在半导体内的电子正孔对的生成和向其电极的移动，即光导电现象的直接转换形式。作为X射线检测元件，可以采用其中的任意的方式，但在此说明前者的间接转换形式。另外，近年来，以环形旋转安装X射线管和X射线检测器的多个对的所谓多管球型的X射线计算机断层摄影装置正在被成品化，正在开发其外围技术。在本发明中，不管是现有的一管球型的X射线计算机断层摄影装置，还是多管球型的X射线计算机断层摄影装置都可以适用。在此，说明一管球型。
图1展示了本实施例的X射线计算机断层摄影装置的结构。该X射线计算机断层摄影装置具有用来收集与被检测体有关的投影数据的架台1。该架台1具有X射线管10和X射线检测器23。X射线管10和X射线检测器23被安装在由架台驱动装置25旋转驱动的环状的旋转框架12上。在旋转框架12的中央部分开口，向该开口部分中插入装载在卧台2的顶板2a上的被检测体P。为了检测被检测体P的心电图，在被检测体P上安装心电图描记器22。心电图描记器22经由接口42与计算机单元3连接。由心电图描记器22检测出的心电图波形被传送到计算机单元3。心电图描记器22可以作为X射线计算机断层摄影装置的构成要素安装在该装置中，也可以作为X射线计算机断层摄影装置的非构成要素的外部设备。
从高压发生器21向X射线管10的阴极阳极之间施加管电压，另外，从高压发生器21向X射线管10的灯丝提供灯丝电流。通过管电压的施加和灯丝电流的供给来产生X射线。作为X射线检测器23，可以采用1维阵列型检测器和2维阵列型检测器的任意一种。理想的是采用2维阵列型检测器。X射线检测元件具有例如0.5mm×0.5mm的正方形受光面。例如在信道方向上排列916个X射线检测元件。例如在切片方向上并列设置40个该列则成为2维阵列型检测器。由单一的列组成的则是1维阵列型检测器。
典型的是，上述X射线检测器23是具有用来覆盖心脏区域的必要的列数的2维阵列型。在扫描时，卧台顶板2a停止。由此，将X射线管10和X射线检测器23固定在与被检测体的体轴方向相关的规定位置上。在切片位置固定的情况下，通过使X射线管10和X射线检测器23在本检测体的周围连续旋转，来收集数据。
一般，被称为DAS(数据收集系统)的数据收集装置26将从检测器23输出的每个信道的信号转换为电压信号并放大，进而转换为数字信号。该数据(原始数据)被提供给架台外部的计算机单元3。计算机单元3的前处理单元34对从数据收集装置26输出的数据(原始数据)实施灵敏度修正等修正处理，输出投影数据。该投影数据被发送到计算机系统3的存储装置41，与心电图描记器22的心电图波形数据一起存储。
计算机系统3由以下部分构成：上述前处理单元34、存储装置41、系统控制器29、扫描控制器30、再构成单元36、显示器38、输入器39、扫描专家系统43、R波检测部件44、不规则脉搏检测部件45、数据收集完成判断部件46。再构成单元36与心电图同步再构成法对应地，根据从多个心跳得到的360°或180°+α量的投影数据，再构成图像数据。特别地在此，再构成单元36具有以下功能：根据除去不规则脉搏的在正常脉搏时期收集的数据，再构成图像数据。
R波检测部件44从心电图波形中作为特征波例如检测出R波。不规则脉搏检测部件45依照预定的不规则脉搏检测条件，根据所检测出的R波的间隔检测出不规则脉搏。
数据收集完成判断部件46依照预定的数据收集完成条件(dataacquisition completion condition)，判断数据的收集完成。数据的收集完成包含心跳次数。另外，数据收集完成判断部件46依照预定的数据收集结束条件(data acquisition stop condition)，判断数据收集结束。
作为心跳次数的计数方法，在本实施例中准备2种，对应于使用者的指示有选择地使用。在第1计数方法中，在数据收集开始后，从计数对象中除去不规则脉搏，只将正常的心跳作为计数对象，累计地计数其次数，因此，所计数的心跳次数无论连续或者夹杂着不规则脉搏而不连续，都成为数据收集开始后的正常心跳的合计次数。另一方面，在第2计数方法中，也同样地在数据收集开始后，从计数对象中除去不规则脉搏，只将正常的心跳作为计数对象，但通过在产生了不规则脉搏时将计数次数置0，来计数不夹杂有不规则脉搏的正常心跳的连续次数。
在图2中，展示了与第1计数方法对应的本实施例的动作。首先，在数据收集前，在S1中，设置数据收集完成条件、不规则脉搏检测条件和数据收集结束条件。在扫描计划阶段进行这些条件设置。根据扫描专家系统43的支持，设置扫描计划。图3展示了由扫描专家系统43构筑的扫描计划画面的例子。在扫描计划画面中，与患者信息、架台信息、扫描图像一起，由扫描专家系统43与操作者指定或者选择的摄影部位和检查计划对应地显示计划的扫描条件、再构成条件和窗口条件。例如，作为扫描条件包含：扫描模式、扫描开始位置、扫描结束位置、美国食品药品局规定的表示被放射量的“CTDI”(CT剂量指数)、管电压“kV”、管电流“mA”、扫描速度、切片数(使用列数)、螺旋间隔、再构成模式。在扫描计划画面的下部分与被标记为“复制”、“消去”、“返回”、“确定”的按键一起，配置被标记为“数据搜集完成条件”的按键。
在操作者点击了被标记为“数据收集完成条件”的按键时，扫描专家系统43构筑图4所示的数据收集完成条件窗口。以弹出形式在图3的扫描计划画面上显示数据收集完成条件窗口。在该窗口中，包含数据收集完成条件的设置区域、不规则脉搏检测条件的设置区域、被检测体的心电图波形和心跳数的显示区域、数据收集结束条件的设置区域。
作为数据收集完成条件，扫描专家系统43准备上述的2种。在任意一种中，都在除去了开始扫描后的不规则脉搏的正常的心跳次数达到了预定的次数时，结束数据收集。但心跳次数的计数方法不同。在一个方法中，计数正常心跳的合计次数，在另一个方法中，计数正常心跳的连续次数。在数据收集完成条件的设置区域中，与预定次数的输入栏一起显示这些计数方法的选择分支。在心电图同步再构成方法中，与心跳数对应地大致决定为了实现规定的时间分辨率而必须进行的数据收集的心跳次数。另外，CT的时间分辨率通常被定义为扫描速度，即用于一个图像的再构成的投影数据的收集时间，在心电图同步再构成法中，原则地取得该收集时间除以数据收集的心跳次数的值。扫描专家系统43根据由R波检测部件44检测出的R波间隔(心跳周期)的倒数求出心跳次数，将与该心跳数对应的心跳次数作为推荐值进行初始显示。操作者根据需要经由输入器39将推荐值变更为希望值。操作者在希望更高的时间分辨率(短时间间隔)时，将心跳次数修改为比推荐值高的值，考虑到减轻被检测体的负担等，在低时间分辨率也可以时，将心跳次数修改为比推荐值低的值。
作为不规则脉搏检测方法，在此说明利用R波间隔(或心跳数)的例如之前的10次心跳的平均间隔(或平均心跳数)的变动率的例子，但并不只限于此，可以采用任意的方法。可以在R波间隔相对于平均间隔在几％以上变动时检测为不规则脉搏或者设置该变动率的界限。作为初始候补值，设置为在R波间隔相对于平均间隔在10％以上变动时将其心跳检测为不规则脉搏，但当然可以修改为任意的值。以下，为了说明的方便，说明心跳的预定次数为3次，变动率的界限为10％。
作为数据收集结束条件，大致准备了4个选择分支。在第1选择分支中，在数据收集开始时刻后的经过时间达到了30秒等任意设置的时间时，即使数据收集没有完成，也结束数据收集。在第2个选择分支中，与数据收集开始时刻后的正常心跳和不规则脉搏无关地，在心跳数达到30次等任意设置的次数时，即使数据收集没有完成，也结束数据收集。在第3个选择分支中，在不规则脉搏的连续次数达到6次等任意设置的次数时，即使数据收集没有完成，也结束数据收集。在第3个选择分支中，在不规则脉搏的连续次数(或不规则脉搏的连续时间)达到6次等任意设置的次数(或任意设置的时间)时，即使数据收集没有完成，也结束数据收集。在第4个选择分支中，与连续/不连续无关地，在数据收集开始后的不规则脉搏的合计次数(或不规则脉搏的合计时间)达到15次等任意设置的次数(或任意设置的时间)时，即使数据收集没有完成，也结束数据收集。
在扫描计划设置完成后开始数据收集(S2)。与数据收集开始同时，数据收集完成判断部件46将心跳次数(计数值)置0(S3)。R波检测部件44根据来自心电图描记器22的心电图波形数据，检测出R波(S4)。不规则脉搏检测部件44计算之前的10次心跳的R波平均间隔(S5)。不规则脉搏检测部件44将从前次的R波时刻经过了R波平均间隔的时刻作为中心，计算在具有平均间隔的10％的时间幅度的正常心跳的情况下要产生R波的预定时间段(S6)。不规则脉搏检测部件44如图5所示，等待下一个R波的检出，在该计算出的时间段内产生了检测出的R波时，判断为正常心跳，在该计算出的时间段以外的之前或之后产生了检测出的R波时，判断为不规则脉搏(S7)。
在预定的时间段内没有R波时，数据收集完成判断部件46维持心跳次数(计数值)，即将不规则脉搏从计数对象中除外，返回S4等待下一次R波的检出。
在预定的时间段内有R波时，数据收集完成判断部件46使心跳次数(计数值)增加1(S8)。即，只将正常的心跳作为计数对象。判断增加了的心跳次数是否达到了预定的次数(在此为3)(S9)。在心跳次数未达到预定的次数时，经过数据收集结束判断(S11)，返回S4，等待下一次R波的检出。在S11中，在判断出数据收集结束时，即使数据收集没有完成，也结束数据收集(S12)。
在心跳次数达到了预定的次数时，数据收集完成判断部件46判断数据收集的完成(S10)，在图6的时刻Te，向扫描控制器30提供表示数据收集完成的信号。接收到表示数据收集完成的信号的扫描控制器30控制高电压发生器21使X射线停止，控制架台驱动装置25停止旋转，并控制数据收集装置26停止数据收集。如果根据该数据收集完成条件，则能够在正常心跳期间收集与不规则脉搏对应的视图的数据。
如果如上那样根据本计数方法，则能够确实地收集必要次数的与不包含不规则脉搏的正常心跳对应的数据，在心电图同步再构成法中能够达到预定的时间分辨率。
图7展示了第2计数方法的步骤。作为与第1计数方法的不同点，在第1计数方法中，在产生了不规则脉搏时，维持到此为止的心跳次数(计数值)，并从该计数值继续计数以后的正常心跳，因此，在由此连续产生了预定次数的正常心跳时，当然在夹杂不规则脉搏而连续产生了预定次数的正常心跳时，也判断数据收集完成。但是，在第2计数方法中，在产生了不规则脉搏时(S7)，返回S3，将到此为止的心跳次数(计数值)置0，重新开始正常心跳的计数。由此如图8所示，只在正常心跳连续产生了预定次数时，才判断数据收集完成。
另外，数据收集完成判断部件46在上述说明中，在产生了不规则脉搏时，将该不规则脉搏从计数对象中除去，从下一个正常心跳开始再开始计数，但也可以在产生了不规则脉搏时，当然也将该不规则脉搏从计数对象中除去，但即使在不规则脉搏后面的下一个心跳是正常心跳，也将该心跳从计数对象中除去，进而从其下一个心跳开始再开始计数。通过这样在不规则脉搏与其下一个心跳之间休止计数，例如心跳期间是正常的，但根据不规则脉搏能够预防地避免下一个心跳的心电图波形(心脏的跳动)紊乱。
另外，实施S&S(扫描&扫描：连续对多个切片位置进行常规扫描)，在进行半再构成(段数为1)的情况下，在检测出不规则脉搏时，不转移到下一个切片位置，而再次扫描同一位置。
本发明在实施过程中可以有各种变形。本发明并不只限于上述说明了的各实施例，在本发明的宗旨和范围内的各种变形也包含在本发明中。

Claims (19)

1.一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于包括：
为了收集与被检测体有关的数据，而通过X射线扫描上述被检测体的扫描部件；
根据上述被检测体的心电图波形，判断上述数据的收集的完成的判断部件；
在判断出上述数据的收集完成时，为了使上述扫描或上述X射线的照射结束，而控制上述扫描部件的控制部件。
2.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述判断部件具有：根据上述被检测体的心电图波形，检测不规则脉搏的不规则脉搏检测部件。
3.根据权利要求2所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于还包括：
根据除了上述不规则脉搏的在正常心跳期间收集到的数据，再构成图像数据的再构成部件。
4.根据权利要求2所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述控制部件在检测出上述不规则脉搏时，延长上述数据的收集时间。
5.根据权利要求2所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述判断部件在上述数据收集开始以后，计数除了上述不规则脉搏的心跳次数，在上述计数的次数达到了预定次数时，判断上述数据的收集完成。
6.根据权利要求2所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述判断部件在上述数据收集开始以后，计数除了上述不规则脉搏的心跳的合计次数。
7.根据权利要求2所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述判断部件在上述数据收集开始以后，计数除了上述不规则脉搏的心跳的连续次数。
8.根据权利要求2所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述判断部件在检测出上述不规则脉搏时，除去上述不规则脉搏的下一个心跳，计数心跳次数。
9.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于还包括：
作成用来输入与上述数据的收集完成有关的条件的画面的输入画面作成部件。
10.根据权利要求9所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
在上述输入画面中，包含选择作为上述心跳次数是计数合计次数还是连续次数的选择分支。
11.根据权利要求9所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
在上述输入画面中，包含与上述被检测体的心跳数对应的上述预定次数的候补。
12.根据权利要求2所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述判断部件为了收集与上述不规则脉搏对应的视图数据，而进行上述判断。
13.根据权利要求2所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述判断部件与上述数据的收集完成同时地，判断上述数据收集的结束。
14.根据权利要求13所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述判断部件在从上述数据的收集开始经过了规定时间后，判断上述数据收集的结束。
15.根据权利要求13所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述判断部件在从上述数据收集开始后的心跳数达到了规定次数时，判断上述数据收集的结束。
16.根据权利要求13所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述判断部件在从上述数据收集开始后的上述不规则脉搏的持续次数或合计次数达到了规定次数时，判断上述数据收集的结束。
17.根据权利要求13所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述判断部件在从上述数据收集开始后的上述不规则脉搏的持续时间或合计时间达到了规定时间时，判断上述数据收集的结束。
18.根据权利要求13所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述扫描部件具有X射线管和2维阵列型X射线检测器，上述X射线管和上述X射线检测器被固定在与上述被检测体的体轴方向有关的规定位置上，通过使上述X射线管和上述X射线检测器在上述被检测体周围连续旋转，来收集上述数据。
19.一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于包括：
为了收集与被检测体有关的数据，通过X射线扫描上述被检测体的扫描部件；
根据上述被检测体的不规则脉搏或正常心跳次数，判断上述数据的收集完成和收集中止的判断部件；
在判断出上述数据收集完成和收集中止的一方时，为了使上述扫描或上述X射线的照射结束，而控制上述扫描部件的控制部件。
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