JP2007275125A - X線ct装置およびそのx線ct画像再構成方法、x線ct画像撮影方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マトリクス構造の2次元X線エリア検出器または1列のX線検出器を持ったX線CT装置のコンベンショナルスキャンまたはシネスキャンまたはヘリカルスキャンまたは可変ピッチヘリカルスキャンまたはヘリカルシャトルスキャンの撮影視野の1画素の大きさ、再構成関数を含む撮影条件に依存し、実効X線検出器開口を制御し、最適なX線ビーム幅のX線投影データを得て画像再構成して、最適な画質をより少ない被曝で実現できる。
【選択図】図23
Description
上記第2の観点におけるX線CT装置では、多列X線検出器または2次元X線エリア検出器の実効X線検出器開口幅を制御することにより、X線投影データの各データの実効X線ビーム幅が制御される。画像再構成視野の1画素の大きさから定まる空間周波数と撮影条件設定手段で定められた再構成関数から定まる空間周波数のうち、低い方の空間周波数に合わせて実効X線検出器開口幅または実効X線ビーム幅を制御してより広くすることにより、画像ノイズは改善し、しかも再構成関数で定められた画質の断層像の各画素の空間分解能を劣化させることなく、最適な画質とすることができる。また、この時に画像ノイズも最適に制御されているので被曝低減も実現できる。
図1は、本発明の一実施形態にかかるX線CT装置の構成ブロック図である。このX線CT装置100は、操作コンソール1と、撮影テーブル10と、走査ガントリ20とを具備している。
X線管21は、コーンビームCBと呼ばれるX線ビームを発生する。コーンビームCBの中心軸方向がy方向に平行なときを、ビュー角度0度とする。
図2では、X線管21のX線焦点を出たX線ビームがビーム形成X線フィルタ28により、再構成領域Pの中心ではより多くのX線が、再構成領域Pの周辺部ではより少ないX線が照射される。このようにX線線量を空間的に制御した後に、再構成領域Pの内部に存在する被検体にX線が吸収され、透過したX線が多列X線検出器24でX線検出器データとして収集される。
図4は本実施形態のX線CT装置の動作の概要を示すフローチャートである。
ステップP1では、被検体をクレードル12に乗せ、位置合わせを行う。クレードル12の上に乗せられた被検体は各部位の基準点に走査ガントリ20のスライスライト中心位置を合わせる。
ステップP5では、画像再構成された断層像を表示する。
図15は3次元画像表示方法にはボリュームレンダリング3次元画像表示方法40、3次元MIP(Maximum Intensity Projection)画像表示方法41、MPR(Multi Plain Reformat)画像表示方法42、3次元再投影画像表示方法を示す。各種の画像表示方法は診断用途により適宜使い分けることができる。
図5は、本発明のX線CT装置100の断層像撮影およびスカウト像撮影の動作の概略を示すフローチャートである。
すなわち、各ビュー角度、各データ収集系における前処理後、ビームハードニング補正された多列X線検出器D11(view,j,i) (i=1〜CH, j=1〜ROW)の投影データに対し、列方向に例えば下記の(数式2),(数式3)に示すような、列方向フィルタサイズが5列のフィルタをかける。
以下の(数式5),(数式6)のようになる。
ステップS6では、再構成関数重畳処理した投影データD13(view,j,i)に対して、3次元逆投影処理を行い、逆投影データD3(x,y,z)を求める。画像再構成される画像はz軸に垂直な面、xy平面に3次元画像再構成される。以下の再構成領域Pはxy平面に平行なものとする。この3次元逆投影処理については、図5を参照して後述する。
後処理の画像フィルタ重畳処理では、3次元逆投影後の断層像をD31(x,y,z)とし、画像フィルタ重畳後のデータをD32(x,y,z)、断層像平面であるxy平面において重畳される2次元の画像フィルタをFilter(z)とすると、以下の(数式8)のようになる。
または、この2次元の画像フィルタ重畳処理の後に、下記に示す画像空間z方向フィルタ重畳処理を行ってもよい。また、この画像空間z方向フィルタ重畳処理は2次元画像フィルタ重畳処理の前に行ってもよい。さらには、3次元の画像フィルタ重畳処理を行って、この2次元の画像フィルタ重畳処理と、画像空間z方向フィルタ重畳処理の両方を兼ねるような効果を出してもよい。
(3次元逆投影処理のフローチャート)
図7は、図5のステップS6の詳細を示したもので、3次元逆投影処理のフローチャートである。
ステップS61では、断層像の画像再構成に必要な全ビュー(すなわち、360度分のビュー又は「180度分+ファン角度分」のビュー)中の一つのビューに着目し、再構成領域Pの各画素に対応する投影データDrを抽出する。
図7に戻り、ステップS62では、投影データDr(view,x,y)にコーンビーム再構成加重係数を乗算し、図11に示す如き投影データD2(view,x,y)を作成する。
例えば、コーンビーム再構成加重係数ωa,ωbは、次式により求めたものを用いることができる。なお、gaはビューβaの加重係数、gbはビューβbの加重係数である。
ステップS63では、予めクリアしておいた逆投影データD3(x,y)に、投影データD2(view,x,y)を画素対応に加算する。図12が投影データD2((view,x,y)を画素ごとに加算する概念を示している。
上記のようにして、実施形態の3次元画像再構成は行える。
まず、多列X線検出器と実効X線検出器開口幅について説明する。
しかし、多列X線検出器の微細化が進むにつれ、多列X線検出器の1チャネルの大きさと画像再構成領域の1画素の大きさがほぼ等しくならなくなって来た。この結果、断層像の分解能は劣化しないがSNは劣化するようになってしまった。このため、多列X線検出器の微細化が進んでも、実効X線検出器開口幅と画像再構成領域の1画素の大きさをほぼ等しくする必要がある。
i+1番目の実効X線検出器開口のX線投影データは、D11(view,i+1,j)+D11(view,i+2,j)、
i+2番目の実効X線検出器開口のX線投影データは、D11(view,i+2,j)+D11(view,i+3,j)、
となる。また、
i番目の実効X線検出器開口のX線投影データの中心位置は、i+0.5チャネル、
i+1番目の実効X線検出器開口のX線投影データ中心位置は、i+1.5チャネル、
i+2番目の実効X線検出器開口のX線投影データ中心位置は、i+2.5チャネル、
となる。この時の実効X線検出器開口のX線投影データのサンプリングピッチsはs=d/2となる。ただし、この時の実効X線検出器開口をdとしている。また、この時の多列X線検出器のチャネル方向の開口をdpとすると、d=2dpとなる。
また、多列X線検出器のチャネル方向開口を1.5dpにしたい場合は、(0.25 1 0.25)とすれば良い。
具体的な幾何学系の例を示したのが、図22,図23になる。
図23においては、1チャネルが微細化した多列X線検出器を用いたX線CT装置における多列X線検出器の1チャネルの大きさと、画像再構成領域の1画素の大きさを表現している。
これに対して、多列X線検出器のチャネル方向の1チャネルの大きさを1mmとする。また、X線焦点から回転中心までの距離、FCD(Focus to Center Distance)とX線焦点からX線検出器までの距離、FDD(Focus to Detector Distance)の比がFCD/FDD=1/2であるとすると、多列X線検出器のチャネル方向の1チャネルの大きさはX線データ収集系の回転中心においては、1mm×1/2=0.5mmとなる。
図24,図25,図26,図27にフィルタリング処理であるステップ10の実効X線検出器開口補正処理を入れる場所の例を示している。
図25では、ステップS2の前処理とステップS3のビームハードニング補正の間、
図26では、ステップS4のzフィルタ重量処理とステップS5の再構成関数重畳処理の間、
図27では、ステップS5の再構成関数重畳処理とステップS6の3次元逆投影処理の間に各々入れている。これらは同様の効果を出す。
本実施形態においては、様々な撮影視野による画像再構成領域の1画素の大きさと、各実効X線検出器開口幅の最適化について示す。
撮影視野1である画像再構成領域1は最大撮影視野であり、
撮影視野2である画像再構成領域2は部分撮影視野である。
撮影視野2である画像再構成領域2の大きさは直径R/2となっている。
実際にX線CT装置を臨床的に使用した場合は、例えば肺野の撮影において、画像再構成領域1は2つの肺野を含む大きな撮影視野で、画像再構成領域2は片肺のみの入った小さな撮影視野であるような例がある。
本実施形態は、生体信号に同期しない場合で書かれているが、生体信号、特に心拍信号に同期させても同様な効果を出すことができる。
2 入力装置
3 中央処理装置
5 データ収集バッファ
6 モニタ
7 記憶装置
10 撮影テーブル
12 クレードル
15 回転部
20 走査ガントリ
21 X線管
22 X線コントローラ
23 コリメータ
24 多列X線検出器または2次元X線エリア検出器
25 データ収集装置(DAS)
26 回転部コントローラ
27 走査ガントリ傾斜コントローラ
28 ビーム形成X線フィルタ
29 制御コントローラ
30 スリップリング
dP X線検出器面
P 画像再構成領域
PP 投影面
IC 回転中心(ISO)
CB X線ビーム
BC ビーム中心軸
D 回転中心軸上での多列X線検出器幅
Claims (9)
- X線発生装置と、相対してX線を検出するX線検出器とを、その間にある回転中心のまわりに回転運動をさせながら、その間にある被検体を透過したX線投影データを収集するX線データ収集手段、
そのX線データ収集手段から収集されたX線投影データを画像再構成する画像再構成手段、
画像再構成された断層像を表示する画像表示手段、
を含むX線CT装置において、
前記画像再構成手段において、画像再構成に用いるX線投影データの実効X線検出器開口幅を、画像再構成視野の1画素の大きさおよび再構成関数の空間周波数のうち少なくとも1つに依存させた
ことを特徴とするX線CT装置。 - 前記X線検出器は、多列X線検出器または2次元X線エリア検出器
を含むことを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。 - 請求項1または請求項2のいずれかのX線CT装置において、
前記画像再構成視野の1画素の大きさを決定する変数に、撮影視野の大きさと画像再構成マトリクス数を含む
ことを特徴とするX線CT装置。 - 請求項1から請求項3までのいずれかのX線CT装置において、
前記再構成関数の空間周波数は再構成関数のナイキスト周波数により定められる
ことを特徴とするX線CT装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれかのX線CT装置において、
前記画像再構成手段において、少なくとも1つの実効X線検出器開口が他の実効X線検出器開口と少なくとも一部が重なっているX線投影データを画像再構成する
ことを特徴とするX線CT装置。 - 請求項5のX線CT装置において、
前記実効X線検出器開口の重なっている方向は、多列X線検出器のチャネル方向、または多列X線検出器の列方向、またはX線投影データ収集のビュー方向、またはX線投影データ収集の時間方向の少なくとも1つの方向である
ことを特徴とするX線CT装置。 - 請求項5または請求項6のいずれかのX線CT装置において、
前記実効X線検出器開口幅を、多列X線検出器のチャネル方向、または多列X線検出器の列方向、またはX線投影データ収集のビュー方向、またはX線投影データ収集の時間方向の少なくとも1つの方向で、X線投影データのサンプリングピッチの1を超えて2以下の倍率の範囲とする
ことを特徴とするX線CT装置。 - 請求項5から請求項7までのいずれかのX線CT装置において、
前記実効X線検出器開口幅は、多列X線検出器のチャネル方向、または多列X線検出器の列方向、またはX線投影データ収集のビュー方向、またはX線投影データ収集の時間方向の少なくとも1つの方向のフィルタリング処理により制御される
ことを特徴とするX線CT装置。 - 請求項1から請求項8までのいずれかのX線CT装置において、
前記画像再構成手段において、実効X線検出器開口幅dとX線検出器のチャネル数IとX線検出器のチャネル方向長さLとの関係がd・I>2Lである場合に、X線検出器の1チャネル方向の大きさをサンプリングピッチとした場合のデータサンプリング数より小さいデータサンプリング数を用いる
ことを特徴とするX線CT装置。
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