JP2005000297A - 放射線撮像装置及び水補正方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】放射線撮像装置であって、放射線を2次元に曝射するX線管球(11)と、前記X線管球により曝射された放射線を検出するように配置された2次元の検出器(12)と、前記X線管球及び前記検出器に対して、相対的に被検体が回転するように駆動する回転テーブル(14)と、前記検出器の検出領域の回転軸方向での一部を覆う大きさの水ファントム(13)と、前記水ファントムの設置位置を動かしながら、前記検出領域の全領域で前記水ファントムの放射線撮影を行って得たデータを用いて、被検体を放射線撮影して得たデータの水補正を行う補正回路(20)とを有することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばX線等の放射線を利用して画像撮影を行うX線CT装置等の放射線一般を使用して、被検体内の放射線特性分布を画像化する放射線撮像装置に関し、特に、コーンビームCT装置における水補正に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、被検体に対してX線を曝射し、該被検体を透過或いは被検体で散乱したX線をX線検出器で検出し、このX線検出器の出力(X線の光子数)に基づいて被検体の透視画像、断層画像或いは三次元画像を撮像するX線CT装置が知られている。
【0003】
かかるX線CT装置として、コーンビームCT装置が開発されている。通常のX線CT装置では、X線ビームはZ方向に薄く切り出されており、ファンビームと呼ばれるが、コーンビームCT(CBCT)では、Z方向にも広がったX線ビームを用い、このX線ビームはコーンビームと呼ばれる。
【0004】
そして、このCBCTとしては、現在のところ、従来型CT(すなわちrowが1列だけのもの)において、いわゆる第3世代型あるいはR/R型と呼ばれる方式に相当する形式が検討されている。この第3世代型CTとは、X線源と検出器のペアが被検体の周囲を回転しながらスキャン(投影データの収集)を行うものである。
【0005】
図9は、CBCT装置の概略構成の一例を示すものである。同図において、1はX線源であるX線管球、2はX線検出器、3は被検体である。図9に示すCBCT装置は第3世代型CT装置に属するものであり、Z軸を回転軸として、X線管球1と共にX線検出器2も被検体3の周囲を回動し、一回転で関心領域のスキャンを終えるものである。
【0006】
通常のX線CT装置では、チャンネル(CH)方向にサンプリングするために、X線検出器上には検出素子がCH方向に1ライン並んでおり、個々の素子はチャンネル番号で識別される。これに対し、図9に示すようCBCT装置では、X線検出器2上に検出素子がさらにZ方向(ROW方向)にも配列されている。すなわち、CBCT装置における検出器2は、検出素子が直交格子状に2次元配置されて構成される。
【0007】
このようなCBCT装置によれば、検出素子をz方向(ROW方向)及びCH方向の2方向に格子状に配置して検出器を構成するとともに、放射線をZ方向にも厚みをもたせて円錐(コーン)状に曝射することによって、複数列分の投影データを一括して得ることができる(例えば、特許文献1参照)。
【0008】
一方、X線単純撮影においては、半導体を使用したFPD(Flat Panel Detector)が使用されるようになったが、CTにも応用可能であり、この場合はコーンビームCTが構成可能となる。
【0009】
他方、レトロフィットCTというアイデアがある。これは、従来の一般撮影用X線装置に、FPDと回転テーブルを取り付け、回転テーブル上に被検体を設置し、回転テーブルにより被検体を回転させながら撮影を行うことで、立位撮影のX線幾何学系でCT撮影を行うものである。この方式では、従来のCTより小さな設置面積で安価にCTを実現できることがメリットである(例えば、特許文献2参照)。
【0010】
【特許文献1】
特開2000−107162号公報
【特許文献2】
特開2000−217810号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
医療用放射線CT装置においては、画像中の画素値は水を基準として、水相当の放射線吸収を有する部分は画素値がゼロ、空気相当の部分が−1000の画素値となるように補正される。
【0012】
水相当の画素をゼロ、空気相当の画素を−1000となるように画像再構成するために、通常、予め水ファントムを撮影して水補正を行うが、FPDを使用したCBCT装置においては、CTの回転軸(Z軸)方向に長い水ファントムが必要になるため、重量も相当になる。水補正のための水ファントム撮影は定期的に行われるので、大形の水ファントムを取り扱うのが大変になる。
【0013】
また、レトロフィットCTでは、水補正に関して、従来技術開示が無かった。
【0014】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、照射するX線としてコーンビームを用いたCTシステムにおいて、容易に水補正を行うことができるようにすることを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の放射線撮像装置は、放射線を2次元に曝射する放射線源と、前記放射線源により曝射された放射線を検出するように配置された2次元の放射線検出手段と、前記放射線源及び前記放射線検出手段に対して、相対的に被検体が回転するように駆動する回転手段と、前記放射線検出手段の検出領域の回転軸方向での一部を覆う大きさの水ファントムと、前記水ファントムの設置位置を動かしながら、前記検出領域の全領域で前記水ファントムの放射線撮影を行って得たデータを用いて、被検体を放射線撮影して得たデータの水補正を行う補正手段とを有することを特徴とする。
【0016】
また、放射線を2次元に曝射する放射線源と、前記放射線源により曝射された放射線を検出するように配置された2次元の放射線検出手段と、前記放射線源及び前記放射線検出手段に対して、相対的に被検体が回転するように駆動する回転手段と、前記放射線検出手段の検出領域の回転軸方向での一部を覆う大きさの水ファントムとを有する放射線撮像装置における本発明の水補正方法は、前記水ファントムの設置位置を動かしながら、前記検出領域の全領域で前記水ファントムを放射線撮影して得られた第1のデータを取得する工程と、前記放射線源により曝謝された放射線を前記放射線検出手段により直接検出して得た第2のデータを取得する工程と、被検体を放射線撮影して得た第3のデータに対して、前記第1及び第2のデータに基づいて水補正を行う工程とを有することを特徴とする。
【0017】
また、本発の別の構成によれば、放射線を2次元に曝射する放射線源と、前記放射線源により曝射された放射線を検出するように配置された2次元の放射線検出手段と、前記放射線源の放射線の曝射量を測定する曝射量検出手段と、前記放射線源及び前記放射線検出手段に対して、相対的に被検体が回転するように駆動する回転手段と、前記放射線検出手段の検出領域の回転軸方向での一部を覆う大きさの水ファントムとを有する放射線撮像装置における本発明の水補正方法において、前記水ファントムの設置位置を動かしながら、前記検出領域の全領域で前記水ファントムを放射線撮影して得られた第1のデータを取得する工程と、前記曝射量検出手段により曝射量を測定して得られた第2のデータを取得する工程と、被検体を放射線撮影して得た第3のデータに対して、前記第1及び第2のデータに基づいて水補正を行う工程とを有することを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【0019】
図1は、本発明の第1の実施形態における、コーンビームを用いたCTシステムの概略構成を示す図であり、水ファントム撮影時の状態を示している。特に、図1(a)はシステムを上から見た図、図1(b)はシステムを横から見た図である。図1において、11はX線管球、12は2次元検出器、13は水ファントム、14は回転テーブル、15はX線のファン角、16はX線のコーン角、17は光軸、20は水補正回路を示している。
【0020】
本第1の実施形態では、水データを2回に分けて取得する。即ち、水ファントム13を2次元検出器12の下半分にかかる位置に配置した場合と、上半分にかかる位置に配置した場合の2回、撮影を行って水データを得る。いずれを先に撮影しても構わないが、ここでは、図1に示すように、まず、水ファントム13を2次元検出器12の下半分、且つ、光軸17より少し上までにかかるように配置する。
【0021】
X線管球11から連続してX線が曝射される間に、回転テーブル14により水ファントム13が例えば図1に示す矢印の方向に360度回転する。2次元検出器12の画素数は、例えば1000×1000画素であり、2次元検出器12に接続された補正回路20に取り込まれる。なお、補正回路は、専用に構築しても、汎用コンピュータに本発明の水補正プログラムを実行させることにより実現させてもよい。
【0022】
次に、上記構成を有するCTシステムにおける水補正方法について、図7のフローチャートを参照して説明するが、検出器12から出力されるデータを補正回路20が処理することによって、水補正が実行される。
【0023】
まずステップS11において、図1の状態で撮影を行う。この状態で撮影されたデータを模式的に表したのが図2である。概ね半分より上が空気データ、下半分が水データである。以下、図中のCH1からCH4を例にとって水補正方法を説明するが、図2の状態ではCH1、CH2は空気データであり、CH3、CH4は水データである。図1に示すように、CH3、CH4に到達するまでの水ファントム13の通過距離であるX線減衰長をg3、g4とすると、CH1からCH4に入射する到達X線カウントR11からR14は、
【0024】
【0025】
となる。ここで、IS1は上記データを収集したタイミングにX線管球11から曝射されたX線量、C1からC4はCH1からCH4のゲインを表している。μwは、水のX線吸収係数である。
次に、ステップS12において、図3に示すように水ファントム13の位置を上方に動かし、この位置で撮影を行う。これは、図1に示すCBCT装置で2次元検出器12の上半分の水データを収集する場合を示す図である。図3の状態で撮影されたデータを模式的に表したのが図4である。概ね半分より上が水データ、下半分が空気データである。図3に示すように、CH1、CH2に到達するまでの水ファントム13の通過距離であるX線減衰長をg1、g2とすると、CH1からCH4に入射する到達X線カウントR21からR24は、
【0026】
【0027】
となる。ここで、IS2は上記データを収集したタイミングにX線管球11から曝射されたX線量、C1からC4はCH1からCH4のゲインをあらわしている。μwは、水の線吸収係数である。なお、厳密には、水ファントム13を固定する支柱が空気データ部分に撮影されているが、水補正には支障はない。
次にステップS13において、水ファントム13の無い状態、つまり、2次元検出器12の全域で空気データを収集する。なお、ステップS13の処理と、上記ステップS11及びS12の処理の順番は逆であっても構わない。図示しないが、CH1からCH4までに入力される到達X線カウントR01からR04は、以下のようになる。
【0028】
【0029】
ここで、IS0は上記データを収集したタイミングにX線管球11から曝射されたX線量、C1からC4はCH1からCH4のゲインを表している。
上記ステップS11〜S13で取得したデータ(以下、「水補正データ」と呼ぶ。)は、補正回路20内の不図示のメモリに記憶しておく。
【0030】
次にステップS14において、図1に示すシステムで被検体を撮影し、被検体のデータを取得する。図5は被検体18を撮影している状態を示す図であり、図5(a)はシステムを上から見た図、図5(b)はシステムを横から見た図である。このシステムにおいてあるタイミングで得られたデータの一例を図6に示す。投影データを収集したタイミングでのX線管球11から曝射されたX線量をISとし、被検体18の線吸収係数をμとすると、
【0031】
【0032】
となる。
そしてステップS15において、ステップS14で得られた被検体のデータに対して、ステップS11〜S13で取得した水補正データを用いて、水補正処理を行う。具体的には、式(4)に示すタイミングでのCH2およびCH3のデータR2、R3から画素間のゲイン差を除いて、水のX線吸収係数との差が求めれば、水補正ができる。上記式(2)、式(3)、式(4)より、
【0033】
【0034】
式(5)から以下のようにCH2の水の線吸収係数との差を表す投影データを得ることができる。
【0035】
同様に、CH3対しては式(1)、式(3)、式(4)を用いて以下の式(7)を求めることができる。
【0036】
【0037】
以上で説明していないチャンネルに対しても式(6)又は式(7)を導き出した方法と同様の方法で水データとの差を求めることができる。式から明らかなように、仮に水ファントム13を本撮影として撮影すれば再構成された画像のCT値はゼロになる。ただし、空気を撮影した場合のCT値をー1000に特定するためには、式(6)又は式(7)で求まった値に適当な定数を乗して再構成することになる。
【0038】
図7のステップS16で、別の被検体を撮影するかどうかを判断し、撮影するならばステップS14に戻って撮影した被検体に対して上述した水補正処理を繰り返す。ステップS16でNOであれば、ステップS17で新しい水補正データを取得するかどうか判断し、新たに取得するのであればステップS11に戻り、そうでなければ処理を終了する。
【0039】
ところで、本第1の実施形態においては、2次元検出器12のいずれかのチャンネル(CH)へ被検体18の撮影中に直線X線が入射している必要がある。この直接放射線検出は、本第1の実施形態ではCH1から得られているが、一般には画像処理によって検索することが可能である。検索は、画像中から被写体領域を検出する方法で行うことができ、被写体領域を特定する方法は種々のものが公知であるので、それを採用すればよい。
【0040】
上記の通り第1の実施形態によれば、FPD検出器等の2次元検出器全体をカバーしない水ファントムを用いてコーンビームCT全体の水補正を行うことが可能になり、水補正作業が容易になる。
【0041】
<第2の実施形態>
以下、本発明の第2の実施形態について説明する。
【0042】
上述の第1の実施形態における問題点は、2次元検出器12のいずれかのチャンネル(CH)へ撮影中に直線X線が入射している必要があること、および、散乱線の混入の可能性である。これを回避する方法としては、従来から行われているようにX線管球の放射窓にリファレンス検出器を設けることが考えられる。
【0043】
本発明の第2の実施形態におけるリファレンス検出器19を含む立位患者回転方式CTシステムの配置例を図8に示す。なお、図1と同様の構成には同じ参照番号を付し、説明を省略する。リファレンス検出器19への入射線量は、図示しないが2次元検出器12と同じ区間の積分時間で積分され、それぞれリニアな関係を有する。つまり、積分区間でのX線変動はキャンセルできる。
【0044】
リファレンス検出器19を有する場合の、水補正の方法を以下に示す。リファレンスCHの入力をRrと記述すると、本第1の実施形態において式(1)、式(2)、式(3)、式(4)で収集されるデータは、第2の実施形態では、
【0045】
【0046】
で表される。
式(8)から式(10)を使用して、本第2の実施形態の式(6)および式(7)に相当する式を求めると、それぞれ以下のようになる。
【0047】
【0048】
なお、第1の実施形態では上述したように、2次元検出器12のいずれかのチャンネル(CH)へ撮影中に直線X線が入射している必要があったが、本第2の実施形態ではリファレンス検出器19を用いているため、2次元検出器12全体を覆うような水ファントムを用いることも可能である。その場合、水ファントムの撮影は1回で済む。一方、第1の実施形態と同様に2次元検出器12の約半分の領域を覆う水ファントム13を用いるメリットとしては、ファントムの質量を減らすことが可能になり、取り扱いが容易となる。
【0049】
また、上記第1及び第2の実施形態では、立位患者回転方式CT装置を用いた場合を例にとって説明したが、本発明は立位患者回転方式CT装置に限るものではなく、図9に示すように、被検体を固定し、X線管球及びX線検出器を回転させるタイプのCT装置にも適用可能であることは言うまでもない。
【0050】
また、上記第1及び第2の実施形態では、検出器12の約半分を覆う水ファントム13を用いたが、これに限るものではなく、検出器12の検出領域の例えば1/3や、1/4など、1/2よりも小さい領域を覆う大きさの水ファントムを用いて水データを取得するための撮影回数を増やしたり、検出領域の2/3の大きさ等、少なくとも1つのチャンネルを覆わない大きさの水ファントムを用いることも可能である。
【0051】
【発明の効果】
上記の通り本発明によれば、照射するX線としてコーンビームを用いたCTシステムにおいて、容易に水補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態におけるコーンビームCTシステムにおいて、下半分の検出領域で水ファントムを撮影する際の概略構成を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施形態における下半分の検出領域で水ファントムを撮影して得られるデータの概念を示す図である。
【図3】本発明の第1の実施形態におけるコーンビームCTシステムにおいて、上半分の検出領域で水ファントムを撮影する際の概略構成を示す図である。
【図4】本発明の第1の実施形態における上半分の検出領域で水ファントムを撮影して得られるデータの概念を示す図である。
【図5】本発明の第1の実施形態におけるコーンビームCTシステムにおいて、被検体を撮影する際の概略構成を示す図である。
【図6】本発明の第1の実施形態における被検体を撮影して得られるデータの概念を示す図である。
【図7】本発明の第1の実施形態における水補正処理手順を示す図である。
【図8】本発明の第2の実施形態におけるコーンビームCTシステムの概略構成を示す図である。
【図9】従来のコーンビームCTシステムの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
11 X線管球
12 2次元検出器
13 水ファントム
14 回転テーブル
15 ファン角
16 コーン角
17 光軸
18 被検体
19 リファレンス検出器
Claims (8)
- 放射線を2次元に曝射する放射線源と、
前記放射線源により曝射された放射線を検出するように配置された2次元の放射線検出手段と、
前記放射線源及び前記放射線検出手段に対して、相対的に被検体が回転するように駆動する回転手段と、
前記放射線検出手段の検出領域の回転軸方向での一部を覆う大きさの水ファントムと、
前記水ファントムの設置位置を動かしながら、前記検出領域の全領域で前記水ファントムの放射線撮影を行って得たデータを用いて、被検体を放射線撮影して得たデータの水補正を行う補正手段と
を有することを特徴とする放射線撮像装置。 - 前記補正手段は、前記放射線源により曝謝された放射線を前記放射線検出手段により直接検出して得たデータを更に用いて、前記水補正を行うことを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。
- 前記放射線源の放射線の曝射量を測定する曝射量検出手段を更に有し、
前記補正手段は、前記曝射量検出手段により測定された曝射量データを更に用いて、前記水補正を行うことを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。 - 前記回転手段は、前記放射線源及び前記放射線検出手段に対して、被検体を回転させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の放射線撮像装置。
- 前記回転手段は、被検体に対して、前記放射線源及び前記放射線検出手段を回転させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の放射線撮像装置。
- 前記水ファントムは、前記検出領域の回転軸方向での略半分の領域を覆う大きさであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の放射線撮像装置。
- 放射線を2次元に曝射する放射線源と、前記放射線源により曝射された放射線を検出するように配置された2次元の放射線検出手段と、前記放射線源及び前記放射線検出手段に対して、相対的に被検体が回転するように駆動する回転手段と、前記放射線検出手段の検出領域の回転軸方向での一部を覆う大きさの水ファントムとを有する放射線撮像装置における水補正方法であって、
前記水ファントムの設置位置を動かしながら、前記検出領域の全領域で前記水ファントムを放射線撮影して得られた第1のデータを取得する工程と、
前記放射線源により曝謝された放射線を前記放射線検出手段により直接検出して得た第2のデータを取得する工程と、
被検体を放射線撮影して得た第3のデータに対して、前記第1及び第2のデータに基づいて水補正を行う工程と
を有することを特徴とする水補正方法。 - 放射線を2次元に曝射する放射線源と、前記放射線源により曝射された放射線を検出するように配置された2次元の放射線検出手段と、前記放射線源の放射線の曝射量を測定する曝射量検出手段と、前記放射線源及び前記放射線検出手段に対して、相対的に被検体が回転するように駆動する回転手段と、前記放射線検出手段の検出領域の回転軸方向での一部を覆う大きさの水ファントムとを有する放射線撮像装置における水補正方法であって、
前記水ファントムの設置位置を動かしながら、前記検出領域の全領域で前記水ファントムを放射線撮影して得られた第1のデータを取得する工程と、
前記曝射量検出手段により曝射量を測定して得られた第2のデータを取得する工程と、
被検体を放射線撮影して得た第3のデータに対して、前記第1及び第2のデータに基づいて水補正を行う工程と
を有することを特徴とする水補正方法。
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