JP2004261224A

JP2004261224A - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP2004261224A
Application number: JP2003036308A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Miyazaki; 宮崎　　靖
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-09-24
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: CN101352352A; JP4007928B2; CN100453045C; CN1747687A; CN101352352B

Abstract

【課題】被検体へのＸ線被曝をできるだけ増大させずに、心機能の評価を可能とするＸ線ＣＴ装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線管１０１からのＸ線を被検体に多方向から照射して投影データを得、それらの投影データから前記被検体の断層像データを再構成し、その再構成された断層像データを表示するＸ線ＣＴ装置であって、前記被検体の心臓の拍動周期のうちの標的時相を設定する入力デバイス１０８と、該設定された標的時相でＸ線の強度が相対的に大きくなるように前記Ｘ線源を制御するＸ線制御装置１０１Ｃと、該制御されたＸ線源から照射されるＸ線によって撮影された少なくとも一つの同一心時相の投影データをセグメントデータとして用い、それらのセグメントデータから前記被検体の心臓の断層像データを再構成する画像処理装置１０６とを備えた。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、Ｘ線ＣＴ装置の診断価値を下げることなく、心臓などの運動部位の撮影時の被曝低減を可能とする技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＸ線ＣＴ装置の被検体の心臓計測について、（１）ＣＴと心臓撮影、（２）ＥＣＧ同期再構成、（３）Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ計測、（４）管電流制御の各観点から説明する。
（１）ＣＴと心臓撮影：現在主流のＸ線ＣＴ装置は機械走査方式で、スキャナ回転スピードの高速化の結果、０．５秒程度のスキャン時間が達成されている。しかし、心臓撮影には０．１秒程度のスキャン時間が必要とされており、十分な性能とは言えない。また、機械走査式を上回るものとしては電子ビーム走査型ＣＴ装置（ＥＢＣＴ）があり、そのスキャン時間は最短で５０ミリ秒が可能となっている。
【０００３】
（２）ＥＣＧ同期再構成：検出器を体軸方向に複数用意して、一度に複数スライス位置の投影データを計測できるマルチスライスＣＴ装置では、テーブルスピードを遅くして冗長な計測をすることで実効的な時間分解能を向上させる試みもなされている。これはセグメント再構成と呼ばれる再構成手段を用いるもので、らせんスキャン時に同一スライス位置の同一心時相（例えば、拡張期）を各検出器列で複数回（セグメント数）計測することで理想的には実効的な時間分解能をセグメント数分の一にすることができるものである。４列マルチスライスの場合、再構成に必要なビュー範囲（ハーフスキャンの場合で１８０度＋ファン角）を４セグメントに分割し、それぞれのセグメントを異なる列で計測できるようにテーブル送りやスキャン時間などの撮影条件を設定する。セグメント再構成の場合、最適スキャン時間は患者の心拍数にも依存するが、０．６秒スキャンとすれば、ハーフスキャンの４分の１である約０．１秒の実効時間分解能の画像が取得可能である。
【０００４】
列数を増加すればセグメント数を増加させることができるため、さらに分解能は高められる。例えば、８列ではセグメント数は最大２倍となり、最高でハーフキャンの８分の１まで達成できる。これを実現するためには４列システムと患者テーブルを同じスピードで送る必要があり、時間分解能を重視したためスループットは向上しない。典型的な例としては螺旋ピッチが１程度となる。
【０００５】
（３）Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ計測：セグメント再構成モードの問題点として、冗長な計測をすることによる患者被曝の増大という問題がある。一方で、被曝低減を目的としたもので、心電図の特定の心時相に同期してＸ線を曝射して撮影する方法がある。これはＥＢＣＴで、冠動脈石灰化指数（ＣｏｒｏｎａｒｙＣａｌｃｉｕｍＳｃｏｒｅ）算出を目的する場合等で用いられている撮影方法であり、拡張末期などの時相のみを狙ってＸ線を曝謝する。ＥＢＣＴの場合においては、例えば０．１秒間のみＸ線を曝射してハーフスキャン画像を得る。一般的な機械走査方式では、０．５秒／回転の場合は画像再構成に必要な約２／３周分のデータが必要となるため、時間分解能は０．３３秒となる。この撮影方法では、特定の時相しか撮影しないため、石灰化や冠動脈の評価をすることは可能であるが、心壁の動きなど複数時相に股がった心機能評価はできないなどの問題があった。
【０００６】
（４）管電流制御：被曝の低減手段として、被検体を均一減弱体としたときの透過長（減弱）が線源の角度位置によって異なることを加味し、スキャナ回転中に回転角度に応じ管電流を変調する管電流制御方式がある。透過長の違いは事前に撮影したスキャノグラムを用いるものと、計測中に検出器からの出力をフィードバッグさせるものとがある。いずれにしても、各計測ビューによって管電流が異なるため、例えば、円柱上の物体を撮影した場合には計測した投影データのノイズ量が変化する。実際には、被検体の透過長が長い時には管電流を高くし、短い時には低くすることで、常に検出器出力が一定のレベルになるようにすることで投影データのノイズ量が均一になるように制御する。
【０００７】
この方式が最も効果を発揮するのは、肩や骨盤など縦横（患者の前後、左右）での減弱の差が大きい部位でのアーチファクト低減や、肺野から腹部までを一回の螺旋スキャンで撮影する場合などのトータル被曝低減に有効であるが、心臓などの特定臓器での被曝を考慮したものではなかった。
【０００８】
そこで、従来の被曝低減は、例えば、［特許文献１］に記載されるように、Ｘ線検出器に対して被検体を挟んで対向した状態でＸ線管を回転駆動する回転機構と、Ｘ線管にＸ線曝射のための電力を供給するＸ線制御部と、Ｘ線検出器が検出した投影データを入力して、１枚の断層像の再構成に必要な多方向の投影データを収集するのに要する時間より短時間で断層像を再構成する再構成装置と、ＯＮとＯＦＦを選択的に入力するためのスイッチと、回転機構を制御してＸ線管を回転させながらスイッチがＯＮ状態のときのみＸ線制御部から電力を供給させるようにＸ線制御部を制御スキャン制御部とを具備することで、診断に影響しないで被曝量を軽減できるものである。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１９０５４７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、被検体透過長が考慮されていないので、被検体透過長が短かければ管電流を小さくすることに配慮がされていないから、無用な被曝の増大となるおそれがある。
一方、被検体透過長が長くなれば、管電流の大きさを適正としなければならないが、被検体透過長が考慮されていないが故に、画像ノイズを増加しすぎるおそれがある。
【００１１】
本発明の目的は、被検体へのＸ線被曝をできるだけ増大させずに、一回の撮影で形能的な診断と運動部位の機能の評価を可能とするＸ線ＣＴ装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、Ｘ線源からのＸ線を被検体に多方向から照射して投影データを得、それらの投影データから前記被検体の断層像データを再構成し、その再構成された断層像データを表示するＸ線ＣＴ装置において、前記被検体の周期的運動を伴う撮像範囲を撮影するに当たりその周期的運動のうちの標的時相を設定する手段と、該設定された標的時相でＸ線の強度が相対的に大きくなるようにかつ前記標的時相でＸ線強度が相対的に大きくなる変調制御パターンを運動周期依存型制御パターンと前記被検体の透過厚に依存した検出器出力レベルを一定に保つ透過厚依存型制御パターンとを用いて前記Ｘ線源を変調制御する手段と、該制御されたＸ線源から照射されるＸ線によって撮影された投影データから少なくとも一つのセグメントデータを所望の再構成時相として描出しそれらのセグメントデータから前記被検体の撮像範囲の断層像を再構成する手段とを備えたことによって達成される。
また、前記再構成手段は、前記セグメントデータ間あるいは前記断層像間のノイズレベル差を減少するフィルタ手段を備えている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のＸ線ＣＴ装置の実施の一形態について図面を用いて説明する。
図１は本発明のＸ線ＣＴ装置の構成例を示すブロック図、図２は本発明に採用する管電流制御パターンの例を説明する図、図３はフィルタ処理を挿入する態様を説明するフローチャートである。
【００１４】
Ｘ線ＣＴ装置は、図１に示すように、システム全体を統括制御するホストコンピュータ１０７、Ｘ線管１０１を含むＸ線発生系、検出器１０２を含む検出器系を搭載した（回転）走査機構１０３、患者位置決め時、らせん走査時の搬送用患者テーブル１０４、各種画像処理を実施する画像処理装置１０６、外部記憶装置１１０、表示装置１０９、オペレータの指示情報を入力する入力デバイス１０８を有してなる。また、このＸ線ＣＴ装置には外部の心電計１１１から心電波形情報を入力可能となっている。
【００１５】
スキャナ１００の回転盤には、Ｘ線制御装置１０１Ｃが搭載されておりＸ線強度を制御する。撮影開始に先立ち、各装置の撮影準備（撮影条件、再構成条件の設定など）がなされる。回転走査機構１０３はスキャナ１００の回転盤を回転させ、所望の回転スピードになった段階で走査制御装置１０３Ｃはホストコンピュータ１０７に準備完了情報を通知する。螺旋スキャンの場合は、あらかじめ患者テーブル１０４の加速時間を考慮した位置に移動しておき、Ｘ線曝射開始位置で定常速度になるように制御する。Ｘ線を曝射して撮影を開始すると、ホストコンピュータ１０７から指示された（あるいは事前に管電流制御パターンを登録しておいた）強度のＸ線を対向配置された検出器１０２に向かって照射する。検出器１０２では被検体（図示省略）を透過したＸ線を検出し、電気信号に変換した後、計測回路１０５でデジタルデータとして投影データを取得する。投影データは画像処理装置１０６で前処理、フィルタ処理、逆投影処理をはじめとした画像処理を施し、断層像を再構成する。再構成された画像は表示装置１０９に表示され、診断用画像として観察者に供される。
【００１６】
次に、心臓撮影の流れについて説明する。
このＸ線ＣＴ装置には、心拍依存型制御モードと、心拍依存型制御モードおよび被検体等価厚依存型制御モードの併存制御モードの２つの制御モードとを有している。オペレータは心臓撮影に先立ち、前述の制御モードのうちのどちらかを選択し、その選択された制御モード、被検体（患者）の平均心拍、標的時相、最大／最小管電流を入力する。ホストコンピュータ１０７では、入力された平均心拍から管電流の制御周期を算出して、最大／最小管電流間を変動する管電流制御パターン１を作成し、Ｘ線制御装置にその制御パターンを転送する。心拍依存型制御モードでは、管電流制御パターン１を用いて撮影を開始する。心拍＋被検体等価厚依存型制御モードでは、例えば特開２００２−２６３０９７号公報のようにスキャノグラムから回転角度θ、体軸方向位置ｚにおける制御パターン２を作成し、制御パターン１を制御パターン２で変調した制御パターン３を用いる。
【００１７】
図２には（ａ）ＥＣＧ波形データ、（ｂ）本発明の管電流制御パターンを示した。また、同図（ｃ）には被検体透過長依存方式で最低管電圧を１／２とした場合の制御パターンを比較のために示した。ただし、ここでは説明を簡単にするために体軸方向の変化はないものとしている。また、パターンは図のように正弦波状に制御したが、標的時相の時間幅を相対的に大きめにとっても良く、心拍の変動等を考慮したパターンとすることが望ましい。
【００１８】
本発明の心拍周期依存方式で管電流を制御するとその制御パターンは図３（ｂ）の破線となる。ここでは、従来型制御同様に最低管電圧を１／２とした。この場合、標的時相は時相１とした例であり、ＥＣＧ波形のうちの最も高画質で見たい時相１に一致して最大管電流が適用された撮影となる。再構成手段では、標的時相におけるセグメントデータのみを用いて再構成するため、最もノイズの少ない良好な画像を取得できることが分かる。他の時相の画像を得る場合を考えると、例えば、同図に示した時相２では管電流が最小値に近いデータのみを用いることになるため、ノイズが多い画像となる。典型的な標的時相の決め方は、例えば、６０〜７０％の時相（いわゆる拡張期）を標的時相とする。拡張期の画像は石灰化指数算出に用いるか、冠動脈の狭窄の評価に用い、それ以外の時相は心壁の運動状態を見るのに用いる。心壁の運動は、例えば動画で観察するが、静止画に比べ一般的にノイズは目立たなくなるため十分な観察ができる。また、静止画を用いて解析する場合においても、血管の評価等に比べ高い分解能は要求されない。従って、被曝を最小限にし、且つ、Ｘ線ＣＴ装置で可能な検査を一回の撮影で可能とする。
【００１９】
図２（ｂ）の時間ｔ１に着目してみると、被検体透過長の観点からは透過長が短く管電流を低くしたい前後（ＡＰ）方向で管電流が高くなっているのが分かる。また、時間ｔ２では逆に管電流を高くしたい左右（ＬＡＴ）方向で管電流が低くなっているのが分かる。ｔ１では無用な被曝の増大となり、ｔ２では必要以上に管電流を下げてしまい画像ノイズを増大し過ぎることが考えられる。
【００２０】
心拍＋被検体等価厚依存型制御モードは、心拍周期依存型制御パターンをさらに被写体透過長依存型パターンで変調する方式である。各々を図２（ｂ）破線、図２（ｃ）実線とすると、変調後のパターンは図２（ｂ）実線となる。これにより、標的時相で最良の画質、それ以外の時相では画像ノイズは増加するが、被検体透過長に依存した回転角度方向のノイズ変動も抑制され、許容される範囲で画質が維持された画像となる。
【００２１】
また、本実施形態では時相毎でノイズレベルが変化するため、図３のように、投影データの標準偏差値を算出して、各セグメントデータのノイズ量を算出し、ノイズ量に応じて投影データに施すフィルタを調整するステップ３０４，３０５を設けた。このフィルタ処理は画像処理装置によって行われる。フィルタ処理は逆投影のぼけ補正用の再構成フィルタ処理を変更しても良いが、チャンネル方向に別途加重平均フィルタ等、公知の手法を用いれば良く、周波数特性を調整できるものであれば特に限定されるものではない。
【００２２】
上記実施形態によれば、拡張期などの標的時相を設定し、標的時相での管電流を高くすることで、良好な標的時相の画質が得られ、冠動脈の評価が可能となる。また、収縮期では管電流は低いが心壁の境界は十分トレースできるため拡張期と収縮期の容積比率から心機能が評価できるため、１回の断層像を再構成し得る投影データの計測で評価がすべて可能となる。
【００２３】
また、投影データのノイズレベルをほぼ一定にする手段も設けたため、画質が安定するとともに、被写体透過長依存型パターンでさらに変調した場合にはさらに被曝を低減することができる。
【００２４】
また、拡張期のみ曝射した場合、不整脈などでデータに不足がでる場合があるが、本発明による撮影方法ではノイズは増加するがデータを補うことができる。
【００２５】
よって、当然Ｘ線ＣＴ装置の世代や撮影モードによらず同様に期待できることは明らかで、シングルスライスＣＴ、コーンビームＣＴ、あるいは螺旋スキャン、ダイナミックスキャンでも同様の被曝低減効果が得られる。
【００２６】
また、心臓撮影を実施する場合の患者被曝を低減できるとともに、心電図の特定心時相に同期してＸ線を曝射する撮影方式のように特定の心時相の画像しか得られない訳ではなく、全ての心時相の画像取得が１回の断層像を再構成し得る投影データの計測で可能となる。
心臓を中心に説明したが、その他の周期的運動部位や、意図的な周期動作中の撮影においても本発明が適用できるのは明らかである。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、被検体へのＸ線被曝をできるだけ増大させずに、心機能の評価を可能とするＸ線ＣＴ装置を提供するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のＸ線ＣＴ装置の構成例を示すブロック図。
【図２】本発明に採用する管電流制御パターンの例を説明する図。
【図３】フィルタ処理を挿入する態様を説明するフローチャート。
【符号の説明】
１０１…Ｘ線管、１０１Ｃ…Ｘ線制御装置、１０５…計測回路、１０６…画像処理装置、１０８…入力デバイス

Claims

Ｘ線源からのＸ線を被検体に多方向から照射して投影データを得、それらの投影データから前記被検体の断層像データを再構成し、その再構成された断層像データを表示するＸ線ＣＴ装置において、前記被検体の周期的運動を伴う撮像範囲を撮影するに当たりその周期的運動のうちの標的時相を設定する手段と、該設定された標的時相でＸ線の強度が相対的に大きくなるようにかつ前記標的時相でＸ線強度が相対的に大きくなる変調制御パターンを運動周期依存型制御パターンと前記被検体の透過厚に依存した検出器出力レベルを一定に保つ透過厚依存型制御パターンとを用いて前記Ｘ線源を変調制御する手段と、該制御されたＸ線源から照射されるＸ線によって撮影された投影データから少なくとも一つのセグメントデータを所望の再構成時相として描出しそれらのセグメントデータから前記被検体の撮像範囲の断層像を再構成する手段とを備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記再構成手段は、前記セグメントデータ間あるいは前記断層像間のノイズレベル差を減少するフィルタ手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。