JP2001120533A

JP2001120533A - Ｘ線ｃｔ装置

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Publication number: JP2001120533A
Application number: JP30642799A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Nagaoka; 孝行長岡; Yasushi Miyazaki; 宮崎　　靖; Tetsuo Nakazawa; 哲夫中澤
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2001-05-08
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: JP4416227B2

Abstract

(57)【要約】【課題】関心領域の画像をアーチファクトの少ない画
像でリアルタイムに表示するとともに患者あるいは術者
の被曝量を低減すること。【解決手段】スキャンの回転軸とＸ線源とを含む平面
によって分けられる左右の検出器の片側部分で得られる
投影データによって、画像を再構成する手段と、被検体
の関心領域を設定する設定手段と、前記スキャンの回転
軸とＸ線源とを含む平面によって分けられる左右の領域
の、少なくとも一方の領域について、前記設定手段によ
って設定された関心領域のみをスキャンする様に連続回
転中にＸ線の照射範囲を制限する制限手段と、前記左右
の領域で、別々に取得した投影データを基に補正し、該
補正した投影データに基づいて画像を再構成する手段
と、を備えたことを特徴とする構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線ＣＴ装置に係
り、特に被検体の関心領域以外へのＸ線照射を極力抑制
する低被曝化が可能なＸ線ＣＴ装置に属する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線ＣＴ装置は、医療において既に広く
利用され、また、様々な利用方法が用いられている。例
えば、最近では、病巣の組織検査や治療を実施する場合
において、Ｘ線ＣＴ装置によりリアルタイムに画像を表
示し、この画像を穿刺のガイドとして用いることによっ
て、手術時間も短くなり、精度が上がるとして有効視さ
れている。

【０００３】しかしながら、Ｘ線ＣＴ装置によりリアル
タイムに画像を表示する場合には、被曝量が増大すると
いう問題点がある。

【０００４】そこで、低被曝を目的として予め設定した
関心領域のみをスキャンする様にＸ線の照射範囲を制限
してＸ線を照射し、この関心領域のみの投影データを事
前に取り込んだ投影データによって補正することで、ア
ーチファクト（疑似画像）の少ない画像を再構成する技
術がある（特願平９−１９９１９１）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように関心領域のみを連続スキャンして取り込んだ投影
データを、事前に取り込んだ被検体全体を含む投影デー
タによって補正を行ない、その補正された投影データに
基づいて画像を再構成すると、特に関心領域内の画像を
取得した時間と、事前に取り込んだ画像の時間とが、ス
キャン時間×スキャン回数程度のずれを生じることがあ
り、数秒のずれが生じる場合など、術者に誤った情報を
与え、誤診を招くおそれがある。

【０００６】この時間差は、関心領域以外の背景画像
が、事前に取得した画像であるのに対して、関心領域内
の画像は、リアルタイムで更新するために生じる。臓器
の動きが少なく、変化の少ない画像では、背景と関心領
域内とでの時間のずれは大きな問題とならないが、横隔
膜近傍の様に、呼吸によって臓器が運動するような領域
では、患者全体の骨格等の構造の中に占める関心領域の
位置関係が、現実とずれてくることがある。これは、例
えば穿刺等をＣＴ透視下で行う場合に、針の通るパス
が、現実と表示とでずれが発生する可能性を示唆する。
穿刺には、血管や神経をさけて行うことが重要である
が、間違った情報を基に穿刺をガイドすることは避けな
ければならない。

【０００７】本発明の目的は、関心領域の画像をアーチ
ファクトの少ない画像でリアルタイムに表示するととも
に患者あるいは術者の被曝量を低減し、また関心領域外
の画像についてもリアルタイムに表示することが可能な
Ｘ線ＣＴ装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、Ｘ線源を被検体を中心にして連続回転させるととも
に該Ｘ線源からＸ線を照射し、被検体を挟んで前記Ｘ線
源と対向配置されたＸ線検出器によって被検体の透過Ｘ
線を示す投影データを取り込み、該投影データに基づい
て画像を表示するＸ線ＣＴ装置において、スキャンの回
転軸とＸ線源とを含む平面によって分けられる左右の検
出器の片側部分で得られる投影データによって、画像を
再構成する手段と、前記被検体の関心領域を設定する設
定手段と、前記平面によって分けられる左右の領域の、
少なくとも一方の領域について、前記設定手段によって
設定された関心領域のみをスキャンする様に連続回転中
にＸ線の照射範囲を制限する制限手段と、前記平面によ
って分けられる左右の領域で、別々に取得した投影デー
タを基に補正し、該補正した投影データに基づいて画像
を再構成する手段と、を備えたことを特徴とする構成と
した。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１を用いて、本発明の実施形態
について説明する。図１は、本発明に係るＸ線ＣＴ装置
の全体構成を示すブロック図である。同図に示すよう
に、このＸ線ＣＴ装置は、主として、表示装置１００、
装置全体を統括するホストコンピュータ１０１、Ｘ線源
２００（図２）、Ｘ線検出器２５０（図２）等を搭載
し、患者に対して連続回転可能なスキャナー１０２、画
像の前処理や画像再構成処理、あるいは各種解析処理を
担当する画像処理装置１０３、Ｘ線源に高電圧を供給す
る高電圧発生装置１０４、及び患者をのせる患者テーブ
ル１０５等からなる。尚、スキャナー１０２と患者と
は、相対的に回転することができれば良いので、患者が
静止して、スキャナー１０２が回転しても良いし、スキ
ャナー１０２が固定していて患者の方が回転するとして
も良い。

【００１０】図２は、上記スキャナー１０２の詳細を示
す図であり、スキャナー１０２には、Ｘ線源２００とＸ
線検出器２５０とが１８０度対向した位置関係で配置さ
れている。このＸ線源２００から発生したＸ線は、Ｘ線
の減衰率の高い物質によって構成されたコリメータ２１
０によって、ビームの幅が制限されたＸ線となって患者
に照射される。Ｘ線源は、高電圧発生装置１０４を介し
てホストコンピュータ１０１によって制御される。コリ
メータ２１０は、コリメータ制御手段２２０によって、
ホストコンピュータ１０１のデータに基づいて制御され
る。スキャナ全体は、スキャナ角度検出手段２３０によ
って角度を検出し、検出した角度に基づいて、ホストコ
ンピュータ１０１が、スキャナ駆動手段２４０を制御
し、スキャナを駆動する。検出器２５０によって検出さ
れた検出データは、画像処理装置１０３において、ホス
トコンピュータ１０１の持つ、スキャナ角度等のデータ
と照合され、画像再構成等の処理の後に、断層像として
表示装置１００にて、表示される。

【００１１】図３は、上記コリメータ２１０の動きを示
したものである。今、ｕ方向を、スキャンの回転軸３０
０に垂直方向で、スキャナーの回転方向を正とする。ま
た、ｖ方向を、スキャンの回転軸方向で、患者テーブル
１０５が進む方向を正と定義する。この時、ｕ方向のコ
リメータ２１０（ｕ＋），２１０（ｕ−）は、ＦＯＶ
（視野）を決定し、ｖ方向のコリメータ２１０（ｖ
＋），２１０（ｖ−）はスライス厚を決定する。このよ
うにしてビーム幅を制限されたＸ線は、患者を透過し、
Ｘ線検出器２５０に入射する。

【００１２】図４に示すように、各々のコリメータ２１
０（ｕ−）、２１０（ｕ＋）、２１０（ｖ−）、２１０
（ｖ＋）は、夫々エンコーダーあるいはポテンショメー
タ等によって、開閉量を検出することができ、さらに夫
々独立にモーターとラック・ピニオンギアの組み合わせ
等によって開閉量を制御できる。

【００１３】すなわち、コリメータ２１０はエンコーダ
４００のローラ４１０と単独のローラ４２０とを介して
コリメータ支持部材４３０に支持されており、モータ４
４０のピニオンギア４５０とコリメータ２１０上に形成
したラックとの噛み合いにもとづき、モータ４４０の駆
動により、コリメータ２１０は矢印の方向左右に移動さ
れるようになっている。このような構成により、コリメ
ータ２１０の開閉量が制御され図３で説明したＦＯＶと
スライス厚とが調節され、所望の値が決定される。

【００１４】図５は、通常のＣＴ撮像で用いられるファ
ンビームの例である。図５（ａ）はＸ線源２００からの
ファンビームの方向がａ方向のものを示し、図５（ｂ）
はｂ方向のファンビームを示している。ｕ方向のコリメ
ータ２１０（ｕ＋），２１０（−ｕ）は左右対称に開
き、ｖ方向は、一定のスライス厚分に絞って用いる。ス
キャナー１０２が１回転すると、例えば、患者５００体
内の任意の点ｐと点ｑとを通過するＸ線は、ａ方向とｂ
方向の２通りがある。

【００１５】今、検出器２５０のチャンネル方向の広が
りを中心角度でα度とし、チャンネル数をｎとする。ス
キャナーの角度θ１度で、ｉ番目のチャンネルのデータ
は、スキャナー角度θ２度で、ｊ番目のデータとは、ス
キャン平面内で同じパスを通っている。ここで、θ１と
θ２は、以下の式（１）で関係付けられ、ｉとｊは、以
下の式（２）で関係付けられている。 θ２＝θ１＋（π−α／２）＋（α／ｎ）ｉ（１）ｊ＝ｎ−ｉ（２）

【００１６】図６は縦軸にスキャナ角度方向０度から３
６０度までのスキャナの１回転分を示し、横軸には検出
器２５０のチャネル数ｃｈ０〜ｃｈｎを示している。図
６でローデータ上での意味を図示すると、スキャナ角度
θ１におけるａの領域のデータとスキャナ角度θ２にお
けるｂのデータとは同じパスを通ったデータの配列とな
る。通常のＸ線ＣＴ装置では、これらの同じパスを通っ
た２通りのデータを相補的に用いて、画質を向上させて
いるが、画像を再構成するための最低限のデータセット
としては冗長である。すなわち、ａ，ｂの二つの領域の
データが取得されるが、一方のデータのみでも画像再構
成は可能である。図７は、ｕ方向のコリメータ２１０
（ｕ−），２１０（ｕ＋）のうち、片側のコンメータ２
１０（ｕ−）を中心軸直前まで閉めた状態の図である。
スキャナー１０２が１回転すると、例えば、患者５００
体内の任意の点ｐと点ｑとを通過するＸ線は、必ず１通
り存在するため、画像再構成をするために必要なデータ
セットの条件は十分満たしている。

【００１７】例えば、コリメータを閉じた側の検出器で
得られるはずのデータを、同じパスを通る片側の検出器
で得たデータで置き換えても画像を再構成する上で原理
的な問題は無い。

【００１８】そこで、本発明では、図８に示す様にコリ
メータを閉じた側のローデータを、式（１）、式（２）
により、コリメータを開いた側のローデータで置き換え
ることで、従来の方法で取得したローデータと同じ状態
にして通常の画像再構成演算手段によって画像を再構成
し、半分の照射野で画像を得ることを可能とした。照射
野が半分になることは、被曝量も半分になることを意味
する。すなわち、図８は図６と同様に、スキャナ角度方
向（０〜３６０度）に対して検出器２５０のチャネルｃ
ｈｏ〜ｃｈｎを展開したものであるが、コリメータ１２
０（ｕ−）が閉じている側の検出器のチャネル８０は角
度θ２においてもｂのデータは得られず、コリメータ１
２０（ｕ＋）が開いている側の検出器のチャネル８５は
角度θ１においてａのデータが検出される。この場合、
図５のようにコリメータ２１０（ｕ−）、２１０（ｕ
＋）がともに開いている場合には、図６のように、ａ、
ｂのデータは同じデータとして検出されるが、図８で
は、コリメータが閉じているために得られなかったｂの
データは、コリメータが開いていたことによって得られ
たａのデータを使用することによって、ａのデータをｂ
のデータに置きかえることが出来る。矢印８３はａから
ｂへの置換を示している。従って、片側のコリメータ２
１０（ｕ−）を閉じても、ａ、ｂ同じデータが得られる
ため、コリメータを閉じた分に相当する部分だけ被験者
に対するＸ線の被曝量を低減することができることにな
る。

【００１９】しかしながら、通常の半分の照射野では、
画質的に従来のＸ線ＣＴ装置に対して劣るため、本発明
では、図９のように上記の例で閉じていたコリメータ
を、予め設定される関心領域Ａに関しては、関心領域Ａ
の半径に合わせてコリメータを制御してスキャンする事
にした。このようにすることで、関心領域Ａに関して
は、同じパスを通るデータが２組できることにより、通
常のＣＴ撮像に劣らない画質が得られ、尚且つ、関心領
域Ａ外に関しては、被曝量の低減を可能とした。図９に
ついて、さらに詳述すると、患者５００の断層像は腫瘍
９０と、この腫瘍９０を囲む円形の関心領域Ａを有す
る。Ｘ線源２００が０度時においては、腫瘍９０の中心
を通る中心線０に対して、角度θ１だけコリメータ２１
０（ｕ−）を開きファンビームの左側の線０１を作り、
中心線０と線０１で作られるファンビームの中に関心領
域Ａの半分が含まれるようにする。一方、中心線０に対
して、角度θ２だけコリメータ２１０（ｕ＋）を開き、
ファンビームの右側の線０２を作り、中心線０と線０２
とで形成されたファンビームの中に、残された関心領域
Ａの半分と中心線０より右側の断層像が含まれるように
する。この場合、すなわち、Ｘ線源２００が０度時にお
いては、関心領域Ａはすべてファンビームに包含される
が線０１より左側の断層像にはファンビームがかからず
従って患者５００に対するＸ線の被曝量を低減すること
になる。Ｘ線源２００が回転して１８０度に達したとき
は、線０１’および０２’で形成されるファンビームに
なる。関心領域Ａはこのファンビームにすべて包含され
るが、線０１’より右側の断層線はファンビーム外にあ
り、その分だけ患者５００のＸ線の被曝量が低減され
る。

【００２０】図１０は、本発明の動作を説明するもので
ある。患者５００の関心領域Ａは、ホストコンピュータ
１０１によって予め設定される。この関心領域Ａを含む
患者５００の領域にＸ線源を３６０度回転して投影デー
タを収集して、これよりコリメータ制御データ１０を作
成する。すなわち、スキャナ角度方向０〜３６０度と検
出器のチャネル方向とでデータを変換すると、患者５０
０の領域と関心領域Ａの範囲は図の様に表せる。スキャ
ナ角度方向が０度のときは、範囲１１で示すように、検
出器のチャネルは、その中心より右側の方のチャネルが
左側の方よりも多くＸ線を検出し、スキャナ角度が９０
度のときは、患者５００の厚みが薄くなるため、範囲１
２で示すように、検出器の中心より右側のチャネルの方
が範囲１１のチャネルにより少なくなる。１８０度では
範囲１１を反転した範囲１３に属する検出器のチャネル
が作動し、２７０度では範囲１２を反転した範囲１４に
属するチャネルが作動し、３６０度では元に戻り範囲１
５になって範囲１１と一致するチャネルが作動する。こ
のようにしてコリメータ制御のデータを作動する。今、
ｕ≧０方向のコリメータは、患者５００が視野の全てに
入るように制御量１６を設定し、ｕ＜０方向のコリメー
タは、関心領域ＡのみをＸ線で照射するように制御量１
７を設定すると、図に示すように、コリメータはスキャ
ナ角度０〜３６０度に対して制御量１６，１７のように
制御される。このような任意のスキャナ角度に応じたコ
リメータ制御データを、コリメータ制御手段に入力す
る。コリメータ制御手段は、スキャナ角度と、制御対象
であるコリメータの開閉量を基に、コリメータを制御し
てスキャンを実行する（１８）。患者を透過したＸ線
は、検出器に入り、画像処理手段に渡される。画像処理
手段は、ホストコンピュータ１０１から、関心領域Ａの
データを受け取り、得られたローデータと比較する。画
像処理手段は、関心領域Ａに関しては、対向するビーム
による補正を行ない、アーチファクトの少ない画像を再
構成し、図の様に、関心領域Ａに関しては半分の照射野
の画像として、上述の様に画像再構成をする（１９）。
画像表示２０では、腫瘍９０を中心とする関心領域Ａは
前述のようにＸ線の通過するパスが２通りあるので高画
質のものが得られる。また、関心領域Ａ以外の患者５０
０に対しては、例えば前述のように、Ｘ線源が１８０度
回転したときには、患者５００のほぼ右側の部分はＸ線
を透過しないので低被曝になる。表示装置は、患者全体
を含む画像に、関心領域の画像を重ねて表わすこともで
きるが、患者全体を含む画像の隣に、関心領域の画像を
拡大して表示することもできる。

【００２１】事前の計測で、関心領域外のデータを収集
する方法と異なり、関心領域Ａ内の画像データと関心領
域外の画像データとは、時間的に一致している為、リア
ルタイムで表示する際にも、関心領域の内外でずれが生
じない。

【００２２】図１１は、図１０に示したコリメータ動作
の制御方法を示したものである。本例では、リアルタイ
ムでＣＴ透視をしながら穿刺をする場合を念頭において
説明する。まず、位置決めのための画像を取得する。こ
れは、関心領域を含む１スライスもしくは数スライスの
画像である。患者５００の撮影部位を位置決めしてスキ
ャンを行う（Ｓ１１）。位置決め用の画像中で、関心領
域を図のようにトレースする（Ｓ１２）。例えば、中心
を含む円形の関心領域の場合、この関心領域に対応する
コリメータの開き量は、Ｘ線源の位置が、決定すれば、
ＣＴのジオメトリより決定するのは、図より明らかであ
る。この時のコリメータ開き量：ｕは、関心領域の中心
座標：ｃ、関心領域の半径：ｒ、スキャン角度：θの関
数として、ｕ＝Ｆ（ｃ，ｒ，θ）として記述できる。
ｃ，ｒは最初の設定で決定すれば、以降変化することが
ないので、コリメータ開き量：ｕは、スキャン角度：θ
の関数として表すことが出きる（Ｓ１３）。コリメータ
の実際の制御では、ホストコンピュータにｕ＝Ｆ（ｃ，
ｒ，θ）の関数をテーブル化して記憶する（Ｓ１４）。
ホストコンピュータは、スキャナからスキャナ角度デー
タを取得すると（Ｓ１５）、コリメータの制御量をテー
ブルより演算し、コリメータを駆動するドライバに制御
値を渡す。ドライバは、制御値にしたがって、駆動され
（Ｓ１６）、コリメータの位置制御を行う（Ｓ１７）。
この時の位置制御の方法は、フィードバック制御等の制
御方法で対応可能である。

【００２３】図１２は、実際の運用方法の例を示したも
のである。先ず患者の患部を含む数スライスの画像を取
得し、適当なスライス面を選択する（Ｓ１２０）。次
に、関心領域（Ｓ１２１）を設定し、コリメータの制御
テーブルを作成する。コリメータの制御テーブルは、前
述の様に、スキャナ角度に応じて、コリメータの制御値
を記録したものである。治療を開始するためにＣＴを起
動する（Ｓ１２２）。患者にＸ線を照射し（Ｓ１２
３）、透視像を得る（Ｓ１２４）。患者にＣＴ透視下で
穿刺をする場合、ＣＴ画像上で、穿刺の計画を立てる。
そして、ＣＴを駆動して穿刺を開始する（Ｓ１２５）。
ＣＴのスキャナ回転に合わせて、コリメータを制御し、
スキャン中にファンビームの広がりが関心領域に応じて
変化する。ＣＴのモニタには、関心領域及び背景がリア
ルタイムで変化するのが観察できる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、関心領域の画像をアー
チファクトの少ない画像でリアルタイムに表示するとと
もに患者あるいは術者の被曝量を低減し、また関心領域
外の画像についてもリアルタイムに表示すことが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施例を示すブロック図である。

【図３】本発明の実施例のコリメータの開閉を説明する
ための図である。

【図４】本発明の実施例のコリメータの開閉を説明する
ための側面図である。

【図５】本発明の実施例を説明するためのファンビーム
を示す図である。

【図６】本発明の実施例を説明するのデータの展開図で
ある。

【図７】本発明の実施例を説明するためのファンビーム
を示す図である。

【図８】本発明の実施例を説明するための図７のデータ
の展開図である。

【図９】本発明の実施例の要部を説明するための図であ
る。

【図１０】本発明の実施例のコリメータの制御を説明す
るための図である。

【図１１】本発明の実施例のコリメータの制御方法を説
明するための図である。

【図１２】本発明の実施例のＣＴ透視下における穿刺の
例を説明するためのブロック図である。

【符号の説明】

１００表示装置１０１ホストコンピュータ１０２スキャナ１０３画像処理装置１０４高電圧発生装置１０５患者テーブル２００Ｘ線源２１０コリメータ２５０Ｘ線検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線源を被検体を中心にして連続回転さ
せるとともに該Ｘ線源からＸ線を照射し、被検体を挟ん
で前記Ｘ線源と対向配置されたＸ線検出器によって被検
体の透過Ｘ線を示す投影データを取り込み、該投影デー
タに基づいて画像を表示するＸ線ＣＴ装置において、ス
キャンの回転軸とＸ線源からのＸ線とを含む平面によっ
て分けられる左右の検出器の片側部分で得られる投影デ
ータによって画像を再構成する手段と、前記被検体の関
心領域を設定する設定手段と、前記平面によって分けら
れる左右の領域の少なくとも一方の領域について、前記
設定手段によって設定された関心領域のみをスキャンす
る様に連続回転中にＸ線の照射範囲を制限する制限手段
と、前記平面によって分けられる左右の領域で、別々に
取得した投影データを基に補正した投影データに基づい
て画像を再構成する手段と、再構成された画像を表示す
る手段と、を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。