JP2005253841A - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 プレディクトスキャン使用時のモニタリングスキャンから本スキャンへの移行する際のタイミングをより最適にする。
【解決手段】 画像再構成前のサイノグラム（Ｒａｗデータ）から得られた予測ＣＴ値に基づいてモニタリングスキャンから本スキャンへの移行タイミングを決定する移行タイミング判定手段を備えた。ＣＴ画像上のＣＴ値をモニタリングすることに加えて、サイノグラム（Ｒａｗデータ）上のデータに対してもモニタリングを行う。画像再構成前に本スキャン開始判定を行うことにより時間の短縮ができ、本スキャン開始時のタイミングがより最適になる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ装置を用いて造影ＣＴ検査を行う際に最適なタイミングで撮影を行うために低線量でモニタリングを行うプレディクトスキャン機能に改良を加えたＸ線ＣＴ装置に関する。

図１は、Ｘ線ＣＴ装置を簡単にまとめた従来の基本構成図である。図１から明かなようにＸ線撮影により得られた計測データがスキャナ１から画像処理装置２に送られ、そこで、生（Ｒａｗ）データの作成および画像の再構成処理を行い、ＣＴ画像として画像表示装置３に送られ、そこで断層像として表示される。

プレディクトスキャン機能は、造影剤を用いたＣＴ検査においてある特定部位のＣＴ値の監視を行い、ＣＴ値の変動によりスキャン開始時間を調整するスキャン方法である。造影剤は部位により染まる速度が異なるために最適なスキャンタイミングを得るには技師の知識と経験が必要であった。これを自動化するために常にスキャンしておけば最適なタイミングを考慮する必要はなくなるが、これでは被験者の被曝線量が多大なものになってしまう。そこで、低線量でのスキャン、すなわちモニタリングスキャンを行いながらＣＴ値を監視しておき、ＣＴ値がある一定の閾値を超えたらモニタリングスキャンを中止し、自動的に通常の線量でのスキャン、すなわち、本スキャンを行えるようにしたのがプレディクトスキャン機能である。

このプレディクトスキャン機能では、図２に示すように、監視したいＣＴ値の領域をＣＴ画像上でＲＯＩにより設定を行い、ＲＯＩ領域内のＣＴ値の加重平均を取ってあらかじめ設定しておいた閾値とこれを比較し本スキャンに移行するかどうかの判定を行っていた。また、このＲＯＩ領域のＣＴ値の変動をグラフ化して表示しておくことにより技師がグラフをもとに手動でスキャンを行う、強制スキャンを可能としている。このようなプレディクトスキャン機能については、特許文献１に記載されたものが知られている。
特開２００２−１９１５９４号公報

モニタリングスキャンから本スキャンへの移行に時間がかかり、またＣＴ画像上のＣＴ値と被験者のリアルタイムでのＣＴ値の間に差があるため、本スキャン開始時には造影の進行具合は設定した閾値よりも進んでいることがある。そのため、モニタリングスキャンから閾値比較までの時間が長くなると最適な本スキャン開始のタイミングの判定が遅くなり、それによる造影剤注入時間が長くなり、被験者への負担が増大するという問題がある。

本発明の目的は、上述の課題に鑑み、プレディクトスキャン機能における本スキャン開始時のタイミングをより最適に決定し、高画質な断層撮影像を生成することのできるＸ線ＣＴ装置を提供することにある。

本発明に係るＸ線ＣＹ装置の第１の特徴は、Ｘ線管と、Ｘ線検出器と、これらを搭載して被検体を挟み回転可能なガントリーと、これらを制御してＣＴ画像の撮影を行う制御装置とを有するＸ線ＣＴ装置において、上記制御装置が、造影剤を用いてＣＴ画像の撮影を行う際に上記被検体上の任意の関心領域を最適なタイミングで撮影を行うために当該関心領域をサイノグラム上でモニタリングし、そのモニタリングした値が所定ＣＴ値より大きい時モニタリングスキャンから本スキャンへの移行タイミングを決定する移行タイミング判定手段を更に備えたことにある。
従来のプレディクトスキャンではＣＴ画像上でＲＯＩ領域のＣＴ値の変動を算出していたが、この発明では、閾値判定までの時間を短縮するために、サイノグラム（Ｒａｗデータ）上で任意の関心領域をモニタリングし、その関心領域のＣＴ値が所定値より大きい時に本スキャンへの移行タイミングを決定するようにした。これによって、従来のようにモニタリングスキャン、サイノグラム（Ｒａｗデータ）作成、画像再構成、ＣＴ画像表示／ＲＯＩ領域内のＣＴ値算出、閾値との比較といった一連の処理の流れを、モニタリングスキャン、サイノグラム（Ｒａｗデータ）作成、サイノグラム（Ｒａｗデータ）内のＲＯＩ領域に対応するＣＴ値算出、閾値との比較という簡略化されたものとすることができるので、本スキャン移行時に画像再構成にかかる時間をカットすることができ、本スキャン開始時のタイミングをより最適に決定し、高画質な断層撮影像を生成することができる。

本発明に係るＸ線ＣＴ装置の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載されたＸ線ＣＴ装置において、前記ＣＴ画像上に設定された関心領域をリプロジェクション処理によって前記サイノグラム上に対応付けて特定することにある。これによって、モニタリングすべきサイノグラム上での関心領域の設定を容易に行うことができる。

本発明に係るＸ線ＣＴ装置の第３の特徴は、前記第１の特徴に記載されたＸ線ＣＴ装置において、前記サイノグラム上でモニタリングした値と前記ＣＴ画像上の実際のＣＴ値とに基づいて、前記所定ＣＴ値を補正することにある。このようにＣＴ画像上の関心領域から実際のＣＴ値を算出した場合には、サイノグラム上の関心領域から算出した時よりも正確なＣＴ値が得られるので、このＣＴ値を用いて補正を行い、次回のモニタリングスキャンに適用することにより精度を向上させることができる。

本発明に係る断層撮影装置によれば、直接サイノグラム上からＣＴ値を計算するために画像再構成処理前に本スキャン開始判定を行うことができ、従来のプレディクトスキャンに比べて本スキャン開始時のタイミングがより最適に決定することができ、高画質な断層撮影像を生成することができる。

以下、添付図面を用いて、本発明に係る断層撮影装置の一実施の形態について詳細に説明する。図３は、本発明に係る多列検出器型Ｘ線断層撮影装置の全体構成を示す図である。この多列検出器型Ｘ線断層撮影装置のスキャン方式は、ローテート−ローテート方式であり、大きく分けて、スキャナ１と、操作ユニット２３と、被検体を載せて移動するための寝台４とから構成されている。

スキャナ１は、中央制御装置１０、Ｘ線制御装置１１、高電圧発生装置１２、高圧スイッチングユニット１３、Ｘ線発生装置１４、Ｘ線検出器１５、プリアンプ１６、スキャナ制御装置１７、駆動装置１８、コリメータ制御装置１９、コリメータ２０、寝台制御装置２１、寝台移動計測装置２２などで構成されている。操作ユニット２３は、再構成演算装置及び画像処理装置などから構成される演算装置２と、画像表示装置、入力装置、記憶装置などから構成される入出力装置３とで構成される。入力装置は、マウスやキーボードなどで構成された寝台移動速度情報や再構成位置などの計測・再構成パラメータを入力するものであり、記憶装置は、これらの情報を記憶するものであり、画像表示装置は、これらの情報や再構成画像などの各種データを表示するものである。再構成演算装置は、多列検出器から得られたデータを処理するものであり、画像処理装置は、再構成画像などに種々の処理を施して表示装置に表示するものである。

中央制御装置１０は、操作ユニット２３の入力装置から撮影条件（寝台移動速度、管電流、管電圧、スライス位置など）や再構成パラメータ（関心領域、再構成画像サイズ、逆投影位相幅、再構成フィルタ関数など）を入力し、その指示に基づいて、撮影に必要な制御信号をＸ線制御装置１１、寝台移動装置２１及びスキャナ制御装置１７に送信し、撮影スタート信号を受けて撮影を開始する。撮影が開始されるとＸ線制御装置１１により高電圧発生装置１２に制御信号が送られ、高電圧が高圧スイッチングユニット１３を介してＸ線発生装置１４に印加され、Ｘ線発生装置１４から出射したＸ線は被検体に照射され、その透過光がＸ線検出器１５に入射される。同時に、スキャナ制御装置１７からは、駆動装置１８に制御信号が送られ、Ｘ線発生装置１４、Ｘ線検出器１５及びプリアンプ１６が被検体の周りを周回制御される。一方、寝台制御装置２１により被検体を乗せた寝台６０が静止することによって、円軌道スキャンが行われ、Ｘ線発生装置１４等の周回軸方向に平行移動することによって、螺旋軌道スキャンが行われる。

Ｘ線発生装置１４から出射されたＸ線は、コリメータ制御装置１９によって制御されたコリメータ２０によりその照射領域を制限され、被検体内の各組織で吸収（減衰）され、被検体を透過し、Ｘ線検出器１５で検出される。Ｘ線検出器１５で検出されたＸ線は、そこで電流に変換され、プリアンプ１５で増幅され、投影データ信号として操作ユニット２３の演算装置２に入力される。演算装置２に入力された投影データ信号は、演算装置２内の再構成演算装置で画像再構成処理される。この再構成画像は、入出力装置３内の記憶装置に保存され、入出力装置３の画像表示装置でＣＴ画像として表示される。

図４は、ＣＴ値におけるモニタリング領域とサイノグラム（Ｒａｗデータ）におけるモニタリング領域との関係を示す図である。図５は、この実施の形態に係るＸ線ＣＴ装置が実行するプレディクトスキャン処理の一例を示す図である。まず、プレディクトスキャン処理を実行する前に、図４に示すように、ＣＴ値をモニタリングする領域を設定するためにスキャンを行いＣＴ画像を画像表示装置上に表示する。モニタリング領域をＣＴ画像上のＲＯＩ領域として設定する。その後、ＣＴ画像をサイノグラム（Ｒａｗデータ）に変換するＲｅｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（再構成画像データから投影データを得る手法）処理を行い、ＣＴ画像上のＲＯＩ領域に相当する範囲のデータをサイノグラム（Ｒａｗデータ）上に対応付ける。図４にＣＴ画像上のＲＯＩ領域をＲｅｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（再構成画像データから投影データを得る手法）処理によって対応付けられたサイノグラム（Ｒａｗデータ）領域の一例を示す。図４において、対応付けられたサイノグラム（Ｒａｗデータ）領域を斜線のハッチングで示す。このときのサイノグラム（Ｒａｗデータ）領域内のサイノグラム値（Ｒａｗデータ値）の全加算値をＸ０、ＲＯＩ領域のＣＴ値の加重平均をＹ０として保存しておき、ＣＴ値とサイノグラム（Ｒａｗデータ）との関係式（１）によって係数ｋを求める。
Ｙ ＝ −１０００ ＋ ｋＸ ・・・ （１）

上述の準備が終了したら、図５に示すプレディクトスキャン処理を開始する。まず、最初のステップＳ５１では、モニタリングスキャン処理を実行する。ステップＳ５２では、モニタリングスキャンによって得られたデータからサイノグラム（Ｒａｗデータ）を作成する。ステップＳ５３では、モニタリングスキャンによって得られるサイノグラム（Ｒａｗデータ）領域のＣＴ値の全加算値Ｘから、上式（１）によって予測ＣＴ値Ｙを求める。ステップＳ５４では、求められた予測ＣＴ値Ｙを閾値と比較し、その比較結果に応じて処理を分岐する。予測ＣＴ値Ｙが閾値以上の場合には、直ちに本スキャンへ移行するためにステップＳ５７にジャンプする。逆に、予測ＣＴ値Ｙが閾値よりも小さい場合には、次のステップＳ５５に進む。

ステップＳ５５では、予測ＣＴ値Ｙが閾値を超えていないので、通常通り、画像再構成処理を行う。そして、ステップＳ５６では、ＣＴ画像を作成し、ステップＳ５１にリターンし、再度モニタリングスキャン処理を実行する。ステップＳ５７では、予測ＣＴ値Ｙが閾値を超えているので、直ちに本スキャンを開始する。この処理において、画像再構成処理を待たずに先にサイノグラム（Ｒａｗデータ）領域のデータを使用してＣＴ値のグラフ表示を行い、その後に画像再構成処理を行ってＣＴ画像を表示するようにしてもよい。また、ＣＴ値のグラフ表示にあたっては、サイノグラム（Ｒａｗデータ）領域から算出したものを使用してもよい。

図６は、この実施の形態に係るＸ線ＣＴ装置が実行するプレディクトスキャン処理の別の一例を示す図である。図５のプレディクトスキャン処理の場合と同様に、処理前の準備処理を行い、この準備処理が終了したら、図６に示すプレディクトスキャン処理を開始する。まず、最初のステップＳ６１では、モニタリングスキャン処理を実行する。ステップＳ６２では、モニタリングスキャンによって得られたデータからサイノグラム（Ｒａｗデータ）を作成する。ステップＳ６３では、モニタリングスキャンによって得られるサイノグラム（Ｒａｗデータ）領域のＣＴ値の全加算値Ｘから、上式（１）によって予測ＣＴ値Ｙを求める。ステップＳ６４では、求められた予測ＣＴ値Ｙを閾値と比較し、その比較結果に応じて処理を分岐する。予測ＣＴ値Ｙが閾値以上の場合には、直ちに本スキャンへ移行するためにステップＳ６９にジャンプする。逆に、予測ＣＴ値Ｙが閾値よりも小さい場合には、次のステップＳ６５に進む。

ステップＳ６５では、予測ＣＴ値Ｙが閾値を超えていないので、通常通り、画像再構成処理を行う。そして、ステップＳ６６では、ＣＴ画像を作成する。ステップＳ６７では、作成されたＣＴ画像上のＲＯＩ領域から実際のＣＴ値を算出する。ステップＳ６８では、求められた実際のＣＴ値を閾値と比較し、その比較結果に応じて処理を分岐する。実際のＣＴ値が閾値以上の場合には、直ちに本スキャンへ移行するためにステップＳ６９に進み、逆に、実際のＣＴ値が閾値よりも小さい場合には、ステップＳ６１にリターンし、再度モニタリングスキャン処理を実行する。ステップＳ６９では、実際のＣＴ値が閾値を超えているので、直ちに本スキャンを開始する。この処理においても、画像再構成処理を待たずに先にサイノグラム（Ｒａｗデータ）領域のデータを使用してＣＴ値のグラフ表示を行い、その後に画像再構成処理を行ってＣＴ画像を表示するようにしてもよい。また、ＣＴ値のグラフ表示にあたっては、ステップＳ６３でサイノグラム（Ｒａｗデータ）領域から算出した予測ＣＴ値を使用してもよいし、ステップＳ６７でＣＴ画像上のＲＯＩ領域から算出した実際のＣＴ値を使用してもよい。この実施例のようにＣＴ画像上のＲＯＩ領域から実際のＣＴ値を算出した場合には、サイノグラム（Ｒａｗデータ）領域から算出した時よりも正確なＣＴ値が得られるので、上式（１）にサイノグラム（Ｒａｗデータ）領域の全加算値とＲＯＩ領域の加重平均のＣＴ値を代入して係数ｋの補正を行い、次回のモニタリングスキャンに適用することにより精度を向上させることができる。

閾値の設定方法については、撮影部位によって異なったり、技師によっても異なるものである。これは、要求する画像が得られる最低のＣＴ値を閾値として設定しているからである。そのため、技師により要求する画像が違えばその閾値も異なることになる。ところが、撮影画像については、閾値以上のＣＴ値の範囲であれば、どこの画像を使用しても問題ないので、この実施の形態では、予測ＣＴ値が閾値以上に達した時点で本スキャンを開始するようにしたものである。

また、被験者の負担を軽くするために造影剤を注入する時間はなるべく短時間のほうがよい。また、本スキャンはボリュームスキャンで数秒〜数十秒の撮影を行う。以上のことから、造影の染まり具合は人それぞれであり、造影が抜けるのが早すぎたといった最悪の場合を避けるためには、本スキャン開始タイミングはできるだけ早い方が有利である。本スキャン開始タイミングが早いほど、造影が抜け過ぎたりという事象が起こりにくくなり、有利である。

図７は、造影剤を使用した場合のＣＴ値の変化を示すグラフである。図において、縦軸はＣＴ値、横軸は時間を表す。図では、タイミングｔ０で造影剤が注入され、注入時間ＳＰの間、注入が継続される。この造影剤注入のタイミングｔ０から時間Ｄｅｌａｙが経過することによって、ＣＴ値はピークに達する。このとき、閾値はＣＴ値のピークの約８０〜９５パーセントの間に設定してある。従って、ＣＴ値が閾値に到達してから時間ｔ１経過後にＣＴ値はピークに達する。また、ＣＴ値が閾値に到達してから移行時間ＰＤ経過後に本スキャンが開始する。。造影剤の注入時間ＳＰが経過して造影剤の注入が終了しても、ＣＴ値はそのままピーク値を維持し、タイムラグ（ｔｉｍｅ Ｌａｇ）経過後に徐々にＣＴ値は減少して行く。ＣＴ値がピーク値から減少を開始してから時間ｔ２で ＣＴ値は閾値に到達する。従って、本スキャンが開始してからＣＴ値が閾値に到達するまでがスキャン時間ＳＴとなる。

以上の関係に基づいて、撮影範囲内でスキャンを行うためには、次の式（２）が成立しなければならない。
（ＳＰ−Ｄｅｌａｙ）＋ＴｉｍｅＬａｇ＋（ｔ１＋ｔ２）≧ＰＤ＋ＳＴ…（２）
ここで、造影剤の注入量を一定とすること移行時間ＰＤが小さいほどスキャン時間を多くとることができる。具体的には、造影剤の注入量を約６０［ｍｌ］、注入速度を３［ｍｌ／ｓ］として、閾値をピーク時の９０パーセントに設定する。また、Ｄｅｌａｙを３０秒、タイムラグを１５秒、造影剤が流出する時間をＤｅｌａｙの約１．５倍（４５秒）とすると、ｔ１は３秒、ｔ２は４．５秒となる。これを式（２）に代入すると、次式（３）のようになる。
（６０／３−３０）＋１５＋（３＋４．５）≧ＰＤ＋ＳＴ…（３）

プレディクトスキャンから本スキャンへの移行時間（ＰＤ）は、画像再構成時間＋機械的に必要な移行時間と考えられるので、再構成時間を１秒、機械的な移行時間を４秒を上式（３）に代入して、変形すると、
１２．５≧１＋４＋ＳＴ
ＳＴ≦７．５
となる。一方、この実施の形態のように、サイノグラム（Ｒａｗデータ）から算出したＣＴ値を閾値を比較する場合だと、再構成時間が０となるので、ＳＴ≦８．５となり、スキャン時間ＳＴが長くなり、より多くのＣＴ画像を取得することが可能となる。

なお、上述の実施の形態では、多列検出器型Ｘ線断層撮影装置を例に説明したが、単一列検出器型Ｘ線断層撮影装置にも同様に適用可能である。また、これに限定されず、中性子線や陽電子やガンマ線や光を用いた断層撮影装置にも適用可能である。スキャン方式も第１世代、第２世代、第３世代、第４世代といずれの方式かに限定されるものではなく、Ｘ線源を複数搭載した多管球ＣＴやカソードスキャンＣＴや電子ビームＣＴに対しても使用することが可能である。また、検出器形状もＸ線源を中心とした円筒表面に配置された検出器、平面検出器、Ｘ線源を中心とした球面上に配置された検出器、周回軸を中心とした円筒表面に配置された検出器などいずれの検出器にも適用することが可能である。また、螺旋軌道スキャン、円軌道スキャンにも適用することが可能である。

Ｘ線ＣＴ装置を簡単にまとめた従来の基本構成図である。 従来のプレディクトスキャン機能の概要を示す図である。 本発明に係る多列検出器型Ｘ線断層撮影装置の全体構成を示す図である。 ＣＴ値におけるモニタリング領域とサイノグラム（Ｒａｗデータ）におけるモニタリング領域との関係を示す図である。 この実施の形態に係るＸ線ＣＴ装置が実行するプレディクトスキャン処理の一例を示す図である。 この実施の形態に係るＸ線ＣＴ装置が実行するプレディクトスキャン処理の別の一例を示す図である。 造影剤を使用した場合のＣＴ値の変化を示すグラフである。

符号の説明

１０…Ｘ線源
１１，１２，１１１，１１２…Ｘ線検出器
２０，３０…再構成画像
１…スキャナ
２…演算装置
３…入出力装置
１０…中央制御装置
１１…Ｘ線制御装置
１２…高電圧発生装置
１３…高圧スイッチングユニット
１４…Ｘ線発生装置
１５…Ｘ線検出器
１６…プリアンプ
１７…スキャナ制御装置
１８…駆動装置
１９…コリメータ制御装置
２０…コリメータ
２１…寝台制御装置
２２…寝台移動計測装置
２３…操作ユニット

Claims (3)

1. Ｘ線管と、Ｘ線検出器と、これらを搭載して被検体を挟み回転可能なガントリーと、これらを制御してＣＴ画像の撮影を行う制御装置とを有するＸ線ＣＴ装置において、
   上記制御装置は、造影剤を用いてＣＴ画像の撮影を行う際に上記被検体上の任意の関心領域を最適なタイミングで撮影を行うために当該関心領域をサイノグラム上でモニタリングし、そのモニタリングした値が所定ＣＴ値より大きい時モニタリングスキャンから本スキャンへの移行タイミングを決定する移行タイミング判定手段を更に備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
2. 請求項１に記載されたＸ線ＣＴ装置において、前記ＣＴ画像上に設定された関心領域をリプロジェクション処理によって前記サイノグラム上に対応付けて特定することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
3. 請求項１に記載されたＸ線ＣＴ装置において、前記所定ＣＴ値を前記サイノグラム上でモニタリングした値と前記ＣＴ画像上の実際のＣＴ値とに基づいて補正することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。

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