CN1723854A - X射线计算机断层摄像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种X射线计算机断层摄像装置，在扫描图上设定多个部位对应区域，设定每个部位对应区域的图像SD的值。管电流计算单元根据管电流模型保管单元内的管电流模型，和各不同区域的图像SD的值、在各部位对应区域内的扫描图的各位置上的CT值，计算在各位置中的管电流值。扫描控制器根据计算出的在各位置上的管电流控制X射线照射。可以在一连串的摄像程序中对每个摄像部位设定图像SD。
Description
技术领域
本发明涉及通过对每个部位指定图像SD(Standard Deviation：标准偏差)，可以在一次螺旋扫描中对不同的部位设定适宜的管电流(mA)的X射线计算机断层摄像装置。
背景技术
众所周知，X射线计算机断层摄像装置通过根据X射线在被检体内接受的吸收量，把脏器等的组织的X射线吸收率作为以水的吸收率为基准的CT值这一计算(再构成)得到图像(断层像)。
在再构成的图像中图像噪声是不可避免的。图像噪声典型的是把均质仿真(phantom)像的CT值的离散作为标准指标定义，通常，被称为图像SD。为了观察再构成的图像做出判断，例如为了区别图像上的阴影是干扰，还是肿瘤，需要考虑该图像固有的图像SD。
图6是用于说明以往的被成为real EC的技术的图。所谓以往的real EC是从对应的位置的扫描像(スキヤノ像)的CT值中，对被指定的图像的SD自动地计算管电流(mA)。该技术确定管电流以成为在各位置上指定的图像SD。因而，不依赖于患者的体系，可以取得均匀的图像质量的图像，另外，与用一定的管电流收集的情况相比，可以降低被检体的受辐射。
但是，该图像SD主要依赖于管电流和被检体的关系确定的X线的透过量的倾向强。因此，用于得到临床上要求的图像质量的图像SD因成为摄像部位和诊断对象的肿瘤等而不同。如果考虑这样的一般性的情况，则从降低被辐射量的观点看，理想的是在一连串的程序中，可以在每个摄像部位上设定图像SD。
但是，在以往的系统中，在一连串的程序中，不能对每个摄像部位设定图像SD。因此，如果为了进一步降低被辐射量而要在每个摄像部位上变更图像SD，则通过分配执行螺旋扫描，对各扫描指定独立的图像SD。这是因为除了增加用于摄像的时间和工作外，需要在各扫描中把X射线辐射区域设置成比再构成范围更宽，所以反而有可能增加受辐射量。
而且，与本申请有关的文件如下：
[专利文献1]—特开2003-33346号公报
[专利文献2]—特开平9-313476号公报
发明内容
鉴于上述问题的存在，本发明的目的在于：提供一种通过在一连串的摄像程序中可以在每个摄像部位上设定图像SD，在降低被检体的受辐射的同时，可以缩短摄像时间的以及降低摄像者的作业负担的X射线计算机断层摄像装置。
本发明为了实现上述目的而采用以下方案。
本发明的第1观点是以具有以下部件为特征的X射线计算机断层摄像装置：在使载置被检体的顶板连续性的移动的同时，通过一边由X射线管照射X射线一边在上述被检体的周围连续地转动，收集与上述被检体的体轴方向有关的任意范围的摄像数据的摄像部件；把被检体的CT图像分割为与各部位对应的多个部位对应区域，对上述各部位对应区域设定固有的图像质量水平的图像质量水平设定部件；根据上述各图像质量水平计算与上述不同各部位区域内的多个位置对应的多个管电流值的计算部件；根据通过上述计算得到的、与每个部位对应区域的多个位置对应的多个管电流值，动态控制上述摄像部件以执行由上述X射线管进行的X射线照射的控制部件。
本发明的第2观点是以具有以下部件为特征的X射线计算机断层摄像装置：在使载置被检体的顶板连续性的移动的同时，通过一边由X射线管照射X射线一边在上述被检体的周围连续地转动，收集与上述被检体的体轴方向有关的任意范围的摄像数据的摄像部件；把被检体的扫描图(スキヤノグラム)分割成与各部位对应的多个部位对应区域，对上述各部位对应区域设定固有的图像SD值的设定部件；把与各CT值和各管电流值对应起来的管电流信息存储在每个图像SD值上的存储部件；根据在上述各部位对应区域内的上述多个位置的各自的上述扫描图的CT值，和对被设定的上述各部位对应区域的上述图像SD值，计算与上述各部位对应区域内的多个位置对应的多个管电流值的计算部件；根据通过上述计算得到的、与每个部位对应区域的多个位置对应的多个管电流值，动态控制上述摄像部件使得由上述X射线管执行X射线照射的控制部件。
如果采用以上的本发明，则通过在一连串的摄像程序中可以对每个部位设定图像SD，可以实现在降低被检体的受辐射的同时，可以缩短摄像时间和降低摄像者的作业负担的X射线计算机断层摄像装置。
附图说明
图1展示了本实施方式的X射线计算机断层摄像装置的构成。
图2示展示在本X射线计算机断层摄像装置的摄像中执行的处理流程的流程图。
图3是通过设定不同部位摄像区域(部位对应摄像区域)数，展示被设定在扫描图上的三个不同部位(部位对应)的摄像区域(同一图右侧)，和把沿着体轴方向的片(slice)位置作为横轴，把管电流值作为纵轴的坐标系(同一图左侧)的图。
图4展示在扫描图中确定了大小的各不同部位(部位对应)的摄像区域(同一图右侧)，和根据每个不同部位摄像区域(部位对应摄像区域)的图像SD的值确定的管电流值的曲线(同一图左侧)图。
图5(a)是展示用本X射线计算机断层摄像装置对每个摄像部位设定图像SD，执行一次螺旋扫描时的床台速度和时间的关系的曲线图。图5(b)是用以往的系统把螺旋扫描分为每个部位，在每个螺旋扫描中设定图像SD时的床台速度和时间的关系的曲线图。图5(c)是展示与要求高图像质量的诊断图像的部位的图像SD(图像SD值＝10)一致，对全部的部位进行螺旋扫描时的床台速度和时间的关系的曲线。
图6是用于说明以往被称为real EC的技术的图。
具体实施方式
下面，根据附图来说明本发明的实施方式。而且，在以下的说明中，对于具有大致相同的功能以及构成的构成要素附加同一符号，重复说明只在必要的情况下进行。
以下，参照附图说明采用本发明的X射线计算机断层摄像装置的实施方式。而且，在X射线计算机断层摄像装置中，X射线管和X射线检测器有作为一体在被检体的周围旋转的旋转/旋转(ROTATE/ROTATE)型，和以环形排列多个检测元件，只有X射线管在被检体的周围旋转的固定/旋转(STATIONARY/ROTATE)型等各种类型，哪种类型都可以适用本发明。在此，说明当前占据主流的旋转/旋转型。
另外，为了再构成1片的断层像数据，需要被检体的周围1周，约360°的投影数据，另外，即使是半扫描法也需要180°+视图角的投影数据。无论哪种再构成方式都可以适用本发明。在此，以前者为例子说明。
另外，把入射X射线变换为电荷的机理的主要是用闪烁器等的荧光体把X射线变换为光，进而把该光用光点二极管等的光电变换元件变换为电荷的间接变换形，和利用了X射线产生的半导体内的电子空穴对的生成及对该电极的移动即利用了光导电现象的直接变换形。作为X射线检测元件，虽然可以采用这其中的某种方式，但在此说明前者的间接变换形。
另外，近年，把X射线管和X射线检测器的多对安装在旋转框架上的所谓的多管球型的X射线计算机断层摄像装置的产品化进步，其外围技术的开发进步。在本发明中，无论是根据以往的一管球型的X射线计算机断层摄像装置，还是多管球型的X射线计算机断层摄像装置都可以适用。在此，说明一管球形。
图1是展示本实施方式的X射线计算机断层摄像装置的方框构成的图。该X射线计算机断层摄像装置由架台1、床台2、计算机系统3构成。
架台1是用于收集与被检体P有关的投影数据而构成的、包括：X射线管10、旋转框架12、高电压发生器21、缝隙22、X射线检测器23、数据收集装置24、架台驱动装置25。
旋转框架12是以Z轴为中心被驱动旋转的环，安装有X射线管10和X射线检测器23。该旋转框架12的中央部分开有口，在该开口部分上插入被载置在床台2的顶板2a上的被检体。
架台驱动装置25驱动旋转框架12旋转。通过该旋转驱动，X射线管10和X射线检测器23一边相对，一边在被检体的身体中心螺旋状旋转。
缝隙22被设置在X射线管10和旋转框架12的开口部分之间，根据片厚度把从X射线10照射的X射线束的形状整形为锥状(四角锥状)或者扇形状。
X射线管10是产生X射线的真空管，被设置在旋转框架12上。向该X射线管10从高电压发生器21经由集电环(未图示)提供在X射线照射中需要的电力(管电流、管电压)。X射线管10通过由所提供的高电压加速电子撞击对阴极(target)，对被设置在有效视野区域FOV内的被检体照射X射线。
高电压发生器21是经由集电环(未图示)，向X射线管10提供X射线的照射所需要的电力的装置，由高电压变压器、灯丝加热变换器、整流器、高电压切换器等组成。
X射线检测器23是检测透过了被检体的X射线的检测器系统，向着与X射线管10相对的方向被安装在旋转框架12上。该X射线检测器23是单片(slice)型或者多片(slice)型的检测器，通过闪烁器和光点二极管的组合构成的多个检测元件以与各种类型对应的形态排列。即，X射线检测器23如果是单片型，则例如把具有0.5mm×0.5mm的正方形的受光面的多个X射线检测元件在916个通道方向上排成一列。另外，如果X射线检测器23是多片型，则例如把元件列在片(slice)方向上并排设置40列。
数据收集装置24一般被称为DAS(data acquisition system)，把从检测器23输出到每个通道的信号变换为电压信号并放大，进而变换为数字信号。该数据(生数据)被取入架台外部的计算机机构3。计算机机构3的前处理机构34对从数据收集装置24输出的生数据实施灵敏度补正等的补正处理输出投影数据。该投影数据被送到计算机系统3的数据存储部件35中存储。
在床台2上装备有用于使顶板2a在其长轴(和旋转轴平行)的方向上移动的顶板驱动单元2b。顶板驱动单元2b具有用于检测顶板2a的位置的回转式编码器等的顶板位置检测单元。
计算机系统3具备：系统控制器29；扫描控制器30、前处理机构34、数据存储部件35、再构成机构36、管电流计算单元37、显示器38、输入单元39、管电流模型保管单元41、参数保管单元42、计划辅助系统43。
系统控制器29进行在计算机机构3中执行的信号处理、图像处理等的总体控制。
扫描控制器30进行与摄像处理有关的总体控制。例如，在摄像处理中，扫描控制器30把预先输入的片厚度等的扫描条件存储在内部存储器中，根据由患者ID等自动选择的扫描条件(或者，在手动模式中，从输入单元39中直接设定的扫描条件)，控制高电压发生器21、床台驱动单元(未图示)、架台驱动单元25，以及对床台2的顶板2a的体轴方向的输送量、输送速度、X射线光10以及X射线检测器23的旋转速度、旋转间隔以及X射线的照射时间等，对被检体的所希望的摄像区域从多个方向照射X射线锥形束或者X射线扇形束，进行X射线CT图像的摄像处理。
前处理机构34经由非接触数据传送装置(未图示)从数据收集装置24接收生数据，执行灵敏度补正和X射线强度补正。接收到各种补正的360度的生数据被暂时存储在数据存储部件35中。而且，由上述前处理机构34实施了前处理的生数据被称为“投影数据”。
数据存储部件35存储生数据、投影数据、扫描图数据、断层像数据等的图像数据，和用于检查计划的程序等。
再构成机构36装备多种再构成法，用由操作者选择出的再构成法再构成图像数据。在多种再构成法中，例如作为扇形束再构成法(还称为扇形束·卷积背投法等)，和相对再构成面投影射线倾斜交叉时的再构成法，包含作为以锥角小为前提卷积时看作扇形投影光束进行处理，反投影沿着扫描时的光束处理的近似性的图像再构成法的费鲁道坎布(フエルドカンブ)法，和作为比费鲁道坎布法还能抑止锥角错误的方法与相对再构成面的光束的角度相应补正投影数据的锥形束再构成法。
图像处理单元42对于由再构成机构36生成的再构成图像数据，进行用于视窗变换、RGB处理等的显示的图像处理，输出到显示器38。另外，图像处理单元42根据操作者的指示，进行任意断面的断层像、来自任意方向的投影像、3维图像等所谓的模拟3维图像的生成，输出到显示器38。
计划辅助系统43具备用于以对话形式引导操作者进行的扫描计划的确定所需要的功能。例如，构筑督促患者信息、检查目的、检查部位等的事项的输入的画面并显示，如果在该画面上操作者输入必要事项，则制成与之相应的扫描计划方案，构筑督促该方案的选择以及修正的画面并显示。在扫描计划画面上，在其上部显示患者信息、龙门信息、扫描图，在其下部上显示扫描条件的详细。在扫描条件中，包含：联动扫描图上的框线的螺旋扫描的开始位置以及结束位置、扫描模式、扫描数、管电压(kV)、管电流(mA)、表示X射线管10旋转1圈所需要的时间的扫描速度(括号内是摄像时间)、再构成模式、摄像视野(FOV)、在扫描速度下表示顶板移动的距离的螺旋间距等的多个项目。
在扫描计划画面的管电流(mA)的项目中，和直接数值输入管电流值的框一同，准备下拉菜单。在下拉菜单的选择项中，和多个管电流值一同，自动(Auto)准备。所谓该管电流值的自动设定，在操作者指定了作为表示图像质量的指标的图像SD时，作为用于在系统一侧自动地设定为了实现该被指定的图像SD所需要的管电流值的功能定义。对于该图像SD的指定，可以采用直接指定SD值，或者指定SD值对应起来的名字等的方法等。
另外，本计划辅助系统43把被显示在扫描计划画面上的扫描图分割为多个区域，具有用于对各个区域设定图像SD的功能。该功能以后详细说明。
管电流模型保管单元41保管把各CT值和各管电流值的对应模式设定在每个图像SD的值中的信息(管电流模型信息)。管电流模型例如利用人体或者人体模拟仿真(例如，水仿真)，预先取得。操作者如以后叙述那样，在每个部位对应区域上选择了希望的图像SD时，选择与该被选择的图像SD对应的管电流模型。
管电流计算单元37对于扫描图上的各个区域，根据管电流模型保管单元41内的管电流模型计算为了实现由计划辅助系统43设定的各图像SD所需要的管电流值。实际上，管电流计算单元37是ROM，如果输入必要的参数，则输出与之对应的计算后的管电流值。
显示器38是显示从图像处理单元42输入的计算机断层图像、扫描图像等的CT图像的输出装置。而且，在本实施方式中，把CT图像定义为“根据由X射线计算机断层装置取得的摄像区域内的各CT值生成的图像”。在此，所谓CT值是把物质的X射线吸收系数作为来自基准物质(例如，水)的相对值表示的值。另外，显示器38显示用计划辅助系统43执行的扫描计划画面等。
输入单元39具备键盘和各种开关、鼠标等，是可以由操作者输入片厚和片数等的各种扫描条件的装置。
(不同摄像部位的图像质量水平设定功能)
以下，说明本X射线计算机断层摄像装置具有的不同摄像部位的图像质量水平设定功能。本功能在一连串的摄像程序中，假设可以对每个摄像部位设定图像质量水平。如果对每个摄像部位设定图像质量水平，则用于实现各图像质量水平需要的管电流值对每个摄像部位计算，根据它执行与X射线照射有关的控制。
在本实施方式中，为了可以进行每个摄像部位的图像水平设定，导入“部位对应区域”这一概念。该所谓“部位对应区域”是利用计划辅助系统43设定在CT图像上的、把该CT图像相对被检体的体轴方向分割为多个区域用的区域。
而且，在本实施方式中，为了具体说明，假设图像水平的设定是图像SD的设定，另外，利用计划辅助系统43设定部位对应区域的CT图像假设是在本摄像(采用螺旋扫描的诊断图像取得)前取得的扫描图。
如果在扫描图上设定多个部位对应区域，则在利用了计划辅助系统43的规定的画面上，设定与各部位对应区域有关的图像SD。管电流计算单元37选择与已设定的图像SD对应的管电流模型，根据它和各部位对应区域内的扫描图的CT值，计算沿着体轴方向的每一片位置的管电流。在本摄像中，根据通过该计算得到的管电流控制高电压发生器21，执行X射线照射。
(动作)
以下，对于本X射线计算机断层摄像装置的一连串的摄像动作，以不同的摄像部位的图像SD设定为中心说明。
图2是展示在本X射线计算机断层摄像装置的摄像中执行的处理的流程的流程图。如同一图所示，首先，在采用螺旋扫描的本摄像之前，取得扫描图(步骤S1)，使用计划辅助系统43输入患者信息、检查目的、检查部位等的必要事项，由此执行扫描计划(步骤S2)。
以下，用利用了计划辅助系统43的规定画面，设定不同部位摄像区域数(步骤S3)。为了具体说明，在此假设把不同部位摄像区域数设置为“3”。
如果设定不同部位摄像区域数，则与该数相应的不同部位摄像区域被显示在扫描图上。图3是展示通过把不同部位摄像区域数设定为“3”，被设定在扫描图上的三个不同部位摄像区域(同一图右侧)，和把沿着体轴方向的片位置作为横轴，把管电流值作为纵轴的坐标系(同一图左侧)的图。而且，在该阶段中被设定在扫描图上的三个不同部位摄像区域的大小根据初始设定确定。
以下，如图3右侧所示，通过用鼠标操作等使不同部位摄像区域间的边界线，或者不同部位摄像区域的外框移动，把各不同部位摄像区域设定为所希望的大小(步骤S4)。
以下，在每个不同部位摄像区域上设定图像SD的值(步骤S5)。管电流计算单元37对扫描图上的各个不同部位摄像区域，根据管电流模型保管单元41内的管电流模型，计算用于实现由计划辅助系统43设定的各模式SD所需要的管电流值(步骤S7)。而且，在图4中，展示在扫描图上确定了大小的各不同部位摄像区域(同一图右侧)，和根据每个不同部位摄像区域的图像SD值确定的管电流值的曲线(同一图左侧的粗线)。而且，为了参考，在图4左侧上重叠显示以往的管电流值的曲线。
以下，扫描控制器30根据在图4的曲线中展示的管电流值控制高电压发生器21，执行采用螺旋扫描的本摄像(步骤S7)。
如果采用以上叙述的构成，则可以得到以下的效果。
如果采用本X射线计算机断层摄像装置，则在一连串的扫描程序中，可以在每个摄像部位上设定图像SD。因而，对于特别要求高图像质量的诊断图像的部位设置成高的图像SD，另一方面，对于在诊断中不是特别重要的部位，可以设定低的图像SD。管电流因为根据各图像SD确定，所以对于设定了低的图像SD的区域来说，与以往相比可以降低管电流，可以降低对患者的辐射。
另外，如果采用本X射线计算机断层摄像装置，则在一连串的扫描程序中，因为可以在每个摄像部位上设定图像SD，所以不需要把旋转扫描分割在每个部位上执行。因而，与用以往的系统在每个部位上分割螺旋扫描执行的情况相比，可以谋求缩短摄像时间、减轻作业负担，进而可以降低对患者的辐射。
以上叙述的效果使用附图例如还可以如以下那样说明。
图5(a)是展示用本X射线计算机断层摄像装置对每个摄像部位设定图像SD，执行一次螺旋扫描时的床台速度和时间的关系的曲线图。另外，图5(b)是展示与要求高图像质量的诊断图像的部位的图像SD(图像SD值＝7)一致，对全部的部位进行螺旋扫描时的床台速度和时间的关系的曲线图。而且，图5(c)是展示用以往的系统把螺旋扫描分割在每个部位上，在每个螺旋扫描上设定图像SD时的床台速度和时间的关系的曲线图。
如果比较图5(a)和图5(b)，则在图5(b)的情况下，使全部区域的图像SD与高图像质量部位一致。另一方面，在图5(a)的情况下，对于前半区域(图像SD＝10的区域)，设定比要求高图像质量的后半部位相比更高的图像SD。因而，在图5(a)的前半区域上，与图5(b)的情况相比可以降低多余部分的辐射。
另外，如果比较图5(a)和图5(c)，则在图5(c)的情况下，因为把螺旋扫描分割在每个部位上执行，所以对于全部摄像的图像收集范围比图5(a)的情况长。在图像收集范围中，因为执行X射线照射，所以例如图5(c)所示的期间T1、T2等与图5(a)的情况相比成为多余的辐射以及动作。
因而，如果采用本X射线计算机断层摄像装置，则与用以往的系统把螺旋扫描分割在每个部位上执行的情况相比，可以实现摄像时间的缩短、作业负担的减轻、患者的辐射降低。
而且，本发明并不限于上述实施方式，在实施阶段在不脱离其主旨的范围中可以变形构成要素并具体化。另外，通过公开在上述实施方式中的多个构成要素的适宜的组合，可以形成各种发明。例如，可以从展示在实施方式中的全部构成要素中删除几个构成要素。而且，可以适宜组合不同的实施方式的构成要素。
如果采用以上本发明，由于可以在一连串的摄像程序中在每个摄像部位上设定图像SD，因而是可以实现在降低被检体的受辐射的同时，缩短摄像时间和降低摄像者的作业负担的X射线计算机断层摄像装置。
Claims (5)
1.一种X射线计算机断层摄像装置，其特征在于，包括：
在使载置被检体的顶板连续地移动的同时，一边由X射线管照射X射线一边在上述被检体的周围连续地转动，据此来收集与上述被检体的体轴方向有关的任意范围的投影数据的摄像部件；
把被检体的CT图像分割为与各部位对应的多个部位对应区域，并对上述各部位对应区域设定固有的图像质量水平的图像质量水平设定部件；
根据上述各图像质量水平来计算与上述各部位对应区域内的多个位置对应的多个管电流值的计算部件；和
根据通过上述计算得到的与每个部位对应区域的多个位置对应的多个管电流值，来动态地控制上述摄像部件以实施基于上述X射线管的X射线照射的控制部件。
2.如权利要求1所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于，还包括把使各CT值与各管电流值对应的管电流信息存储在每个图像质量水平中的存储部件，
上述计算部件，根据上述各部位对应区域内的上述多个位置的各自的上述CT图像的CT值和关于所设定的上述各部位对应区域的上述图像质量水平，来计算与上述各部位对应区域内的多个位置对应的多个管电流值。
3.一种X射线计算机断层摄像装置，其特征在于，包括：
在使载置被检体的顶板连续地移动的同时，一边由X射线管照射X射线一边在上述被检体的周围连续地转动，据此来收集与上述被检体的体轴方向有关的任意范围的投影数据的摄像部件；
把被检体的扫描图分割为与各部位对应的多个部位对应区域，对上述各部位对应区域设定固有的图像SD值的设定部件；
把使各CT值与各管电流值对应的管电流信息存储在每个图像SD值中的存储部件；
根据在上述各部位对应区域内的上述多个位置的各自的上述扫描图的CT值和关于所设定的上述各部位对应区域的上述图像SD值，来计算与上述各部位对应区域内的多个位置对应的多个管电流值的计算部件；和
根据通过上述计算得到的与每个部位对应区域的多个位置对应的多个管电流值，来动态地控制上述摄像部件以实施基于上述X射线管的X射线照射的控制部件。
4.如权利要求1和3中任意1项所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于，上述多个部位对应区域的数量可以任意设定。
5.如权利要求1和3中任意1项所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于，上述各部位对应区域的大小可以任意设定。
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