JP2007296339A - 心臓ｘ線コンピュータ断層撮影画像の撮影方法および心臓ｃｔシステム - Google Patents

Abstract

【課題】患者の線量被爆をできるだけ最小限に減らす。
【解決手段】多列検出器３を有する焦点−検出器システム２，３の少なくとも１つの焦点１４がスパイラル状に患者７の周りを移動させられ、少なくとも１つの焦点１４から出射するＸ線ビーム束１５が患者７の、システム軸線方向に広がりを有しさらに拍動する心臓１６を有する少なくとも１つの部分領域Δｚを走査し、スパイラル走査に基づく拍動する心臓１６を有する患者の部分領域Δｚの完全な走査のために、スパイラル走査の際に部分領域Δｚの前に位置する前区間および部分領域Δｚの後に位置する後区間と共に部分領域Δｚの走査が行なわれるスパイラルコンピュータ断層撮影システムによる拍動する心臓の走査方法において、部分領域Δｚの完全な走査のために必要な前区間ｚ_preおよび／または後区間ｚ_postは患者７の実際のリズム信号の測定された周期に基づいて決定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、スパイラルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムによる拍動する心臓の走査方法であって、多列検出器を備えた焦点−検出器システムの少なくとも１つの焦点が送りによりスパイラル状に患者の周りを移動させられ、少なくとも１つの焦点から出射するＸ線ビームが患者の、システム軸線方向に広がりを有しさらに拍動する心臓を有する少なくとも１つの部分領域を走査し、ビームの強度および空間方位データが検出器出力データとして測定されかつ記憶されるスパイラルＣＴシステムによる心臓の走査方法に関する。更に、拍動する心臓のリズム信号が取得され、時間的に相関して記憶される。更に、断層撮影によるスライス画像データまたはボリュームデータの再構成のために、心周期の選択された周期範囲から得られる検出器データのみが測定または使用され、スパイラル走査に基づく患者の拍動する心臓を有する部分領域の完全な走査のために、スパイラル走査の際に部分領域の前に位置する前区間および部分領域の後に位置する後区間と共に部分領域の走査が行なわれる。

スパイラル状に患者の周りを移動させられる多列検出器による心臓ＣＴ画像の作成の枠内において、各任意の断層位置が使用者によって選択された走査範囲においてあらゆる心時相で再構成可能であるようにテーブル送りが調整されることは一般に知られている。この場合に、測定値投影と患者の心拍動との間の時間的関連は、一般に拍動する心臓のＥＣＧまたはその他のリズム信号によって求められる。この場合に、最初または最後の画像断層の再構成のために、ある程度のスパイラル前区間もしくはある程度のスパイラル後区間が必要である。

従来は、走査のこのような前区間もしくは後区間は患者の心拍動に関係なく一定に選ばれている。これによって患者が不必要に高い線量被爆を受ける。

本発明の課題は、患者の線量被爆をできるだけ最小限に減らすスパイラルＣＴによる拍動する心臓の走査方法を提供することにある。更に、このような方法を実施するための相応のスパイラルＣＴシステムも提供しようとするものである。

この課題は独立の請求項の特徴によって解決される。本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。

本発明者は、心臓ＣＴ画像の作成のために使用される検出器の増大する列数にともなって、一定の最大心周期を仮定する慣例およびその結果として生じるスパイラル走査時の一定の前区間によって、患者の不必要に高すぎる線量被爆が生じ、しかも線量被爆が心臓の走査全体に対して列数増大にともなって増加することを認識した。

そこで、患者の心臓部位の走査のための前区間もしくは後区間の長さを患者の実際の脈拍数に適応して調整することを提案する。

例えば、次の式に基づく線量節約εを今日において一般的に仮定されている前区間のための標準値に基づいて計算するならば、走査時に患者の実際の脈拍数に適応して調整した前区間および後区間を使用した場合には２０％の患者線量低減が得られる。

ただし、
Δｚ ＝描出すべき心臓ボリュームの大きさ、１４０ｍｍ、
ｚ_rot ＝ｚ方向における送り、１１．５ｍｍ、
Ｔ_cycle ＝患者の実際の心周期、８００ｍｓ、1分間当たり７５の脈拍数に相当、
Ｔ_fix ＝従来技術により仮定された心臓の周期時間、１５００ｍｓに相当。

この基本思想にしたがって、本発明者は、この最適化された前区間もしくは後区間によって低減された患者線量被爆をもたらすスパイラルＣＴシステムによる拍動する心臓の最適化された走査方法ならびに心臓ＣＴシステムを提案する。

本発明によれば、
多列検出器を有する焦点−検出器システムの少なくとも１つの焦点が送りによりスパイラル状に患者の周りを移動させられ、
少なくとも１つの焦点から出射するＸ線ビーム束が患者の、システム軸線方向にΔｚの広がりを有しさらに拍動する心臓を有する少なくとも１つの部分領域を走査し、ビームの強度および空間方位データが検出器出力データとして測定されかつ記憶され、
拍動する心臓のリズム信号が取得され、時間的に相関して記憶され、
断層撮影によるスライス画像データまたはボリュームデータの再構成のために、心周期の選択された周期範囲から得られる検出器データのみが測定または使用され、
スパイラル走査に基づく患者の拍動する心臓を有する部分領域Δｚの完全な走査のために、スパイラル走査の際に部分領域の前に位置する前区間および部分領域の後に位置する後区間と共に部分領域の走査が行なわれるスパイラルＣＴシステムによる拍動する心臓の走査方法が次のように最適化される。すなわち、部分領域（Δｚ）の完全な走査のために必要な前区間および／または後区間が、患者の実際のリズム信号の測定された周期に基づいて決定される。

前区間および後区間が次の式から決定されるとよい。

ただし、
ｍ ＝焦点−検出器システムの個数、
Ｎ_S ＝検出器列の個数、
Ｓ ＝検出器列ごとのコリメートされたスライス厚、
Ｔ_cycle ＝実際のリズム信号の測定された周期、
Ｔ_rot ＝焦点の１回転の回転時間、
ｚ_pre ＝前区間、
ｚ_post ＝後区間、
ｚ_rot ＝焦点の1回転当たりの送り。

このシステムのための実施のために、１つの焦点−検出器システムが使用されてもよいし、あるいは多数の、好ましくは２つの焦点−検出器システムが使用されてもよい。２つの焦点−検出器システムが使用される場合には、これらが互いに９０°ずらされてガントリ上に配置されていると有利である。

リズム信号は、例えば心電図（ＥＣＧ）信号であってよく、あるいは心拍動に関連した他の信号、例えば患者の機械的な脈拍の圧力信号が使用されてもよい。

更に、この前述の方法に対応して、本発明によれば、
送りｚ_rotによりスパイラル状に患者の周りを移動させられる多列検出器を有する少なくとも１つの焦点−検出器システムを備え、少なくとも１つの焦点から出射するＸ線ビーム束が患者の、システム軸線方向にΔｚの広がりを有しさらに拍動する心臓を有する少なくとも１つの部分領域を走査し、ビームの強度および空間方位データが検出器出力データとして測定されかつデータメモリに記憶され、
拍動する心臓のリズム信号を検出する手段を備え、検出されたリズム信号が時間的に相関して記憶され、
心臓ＣＴシステムを制御し、かつ心周期の選択された周期範囲からの測定された検出器データから断層撮影によるスライス画像またはボリュームデータを再構成するための記憶されたコンピュータプログラムを有する計算ユニットを備えている
心臓コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムが提案される。

本発明によれば、この心臓ＣＴシステムの改善のために、この心臓ＣＴシステムの計算ユニット内に走査開始および走査終了を空間的および時間的に制御するプログラムコードが存在して動作時に実行され、患者の部分領域の完全な走査のために、スパイラル走査の際に部分領域の前に位置する前区間および部分領域の後に位置する後区間と共に部分領域の走査が行なわれ、前区間および後区間は患者の実際のリズム信号の測定された周期に基づいて算出されることを提案する。

前述の方法およびそれの特別な実施形態に対応して、計算ユニットは、この前述の方法を完全または部分的に実施するプログラムコードも含み、動作時に実行する。

以下において、図面を参照しながら有利な実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
図１は多列検出器によるスパイラル走査の概略図を示し、
図２は心臓がＣＴの焦点−検出器システムによって走査される患者の断面図を示し、
図３は本発明による心臓ＣＴシステムの３Ｄ表示を示す。

図面には本発明の理解のために必要な特徴のみを示し、次の参照符号を使用する。１：心臓ＣＴシステム、２：第１のＸ線管、３：第１の検出器、４：第２のＸ線管、５：第２の検出器、６：ガントリハウジング、７：患者、８：患者用寝台、９：システム軸線／ｚ軸、１０：制御および計算ユニット、１１：制御および計算ユニットのメモリ、１２：ガントリと制御および計算ユニットとの間の制御およびデータ線、１３：心電図（ＥＣＧ）線、１４：焦点、１５：Ｘ線ビーム束、１６：心臓、１７：スパイラル軌道、Δｚ：患者の拍動する心臓を有する部分領域、ｍ：焦点−検出器システムの個数、Ｎ_S：検出器列数、Ｐｒｇ_x：コンピュータプログラム、Ｓ：検出器列ごとのコリメートされたスライス厚、Ｔ_cycle：実際のＥＣＧの測定された周期、Ｔ_rot：焦点の１回転の回転時間、ｘ，ｙ，ｚ：直交座標、ｚ_pre：実際の脈拍数に適応した前区間、ｚ_post：実際の脈拍数に適応した後区間、ｚ'_pre：固定の前区間、ｚ'_post：固定の後区間、ｚ_rot：焦点の１回転当たりの送り、φ：ファン角、ｋ：コーン角。

本発明のよりよい理解のために、図１には焦点１４と対向する検出器３とを有する焦点−検出器システムのスパイラル経路１７の概略的な３次元表示が示されている。焦点１４から、ファン角φおよびコーン角ｋを持つＸ線ビーム束１５がｚ方向に出射して、対向する多数列の、いわゆる多列検出器３に向けられている。

ここに設定されている送りｚ_rotはｚ方向におけるスパイラル軌道１７の間隔に相当する。この種の走査の場合には、スパイラル軌道の始端および終端において、走査するビームによる完全な投影が達成されない範囲が生じる。

図２は、このような状況を、１つの焦点−検出器システムの表示のもとで患者７の断面図で示している。この焦点−検出器システムはＸ線ビーム束１５を備え、Ｘ線ビーム束１５は焦点１４を有するＸ線管２から出射して、６つの図示された検出器列を有する対向する検出器３に向けられている。患者７は移動可能な寝台８上に存在し、Ｘ線管２および検出器３の円状の回転中にｚ方向９に移動されるので、患者７に対して相対的にスパイラル走査が行われる。検出器３の検出器出力データは、データ線１２を介して制御および計算ユニット１０に導かれ、そこにおいて検出器出力データから、測定された投影および断層撮影画像の再構成が計算される。付加的に患者７から同様に制御および計算ユニット１０に組み込まれたＥＣＧシステムを介して電気的なリズム信号、すなわちＥＣＧ信号がＥＣＧ線１３を経て検出され、それにより心臓の現在の運動相または休止相が取得される。公知のように、これらのデータの総合から断層撮影による心臓撮影画像の再構成が得られ、このために一般に専ら休止相から得られるデータが使用される。プログラム技術的には、このために必要なコンピュータプログラムＰｒｇ₁〜Ｐｒｇ_nが制御および計算ユニット１０のメモリ１１に含まれている。もちろん、これらのデータを簡単なデータ媒体またはその他の記憶媒体上にも記憶させることができ、必要なときに相応の計算システムに取り込むことができる。

図２の断面図から分かるように、患者７の拍動する心臓１６が存在する部分領域Δｚが延在し、この部分領域Δｚにおいてｚ方向における心臓の始端から終端まで断層撮影画像またはボリュームデータが再構成されるべきである。前に示したように、走査の部分領域Δｚのこれらの境界で正確に心臓走査を開始することはできず、部分領域Δｚにおいてその都度全スライス面において投影の完全なセットが取得されるように、付加的な前区間が考慮されなければならず、心臓がこの時間内に動くこと、つまり心臓の休止データからもしくは考察される周期時相から完全な投影が利用できなければならないとうい難点が付加的に派生する。

このために、従来技術においては、部分領域Δｚにおいて心臓の考察される周期時相の完全な投影が存在することを保証する予め定められた固定の前区間ｚ’_preおよび予め定められた固定の後区間ｚ’_postが使用された。この前区間ｚ’_preもしくは後区間ｚ’_postの決定時に安全性の理由から比較的長い心周期が計算に入れられた。

今や、上述の本発明思想にしたがって、固定の前区間ｚ’_preもしくは後区間ｚ’_postの代わりに、実際の脈拍数に適応した前区間ｚ_preおよび実際の脈拍数に適応した後区間ｚ_postが使用され、これらの実際の脈拍数に適応した前区間ｚ_preおよび実際の脈拍数に適応した後区間ｚ_postは検査全体にとって有意義な線量低減をもたらすことができる。

図３は、もう一度、ガントリハウジング６を備えた完全な心臓ＣＴシステム１を示す。ガントリハウジング６内には、少なくとも１つのＸ線管２が対向する検出器３と共に、ここには図示されていない回転するガントリ上に配置されて存在する。患者７は、システム軸線９に沿って移動可能な患者用寝台８上にいる。Ｘ線管２および検出器３を有する円状に回転するガントリと患者７の長手方向移動との協働で患者の周りにスパイラル走査が生じる。メモリ１１内に存在するプログラムＰｒｇ₁〜Ｐｒｇ_nを有する制御および計算ユニット１０は、制御およびデータ線１２を介してガントリを制御し、検出器出力データも再びこの制御およびデータ線１２を介して制御および計算ユニット１０へ伝送される。付加的に制御および計算ユニット１０はＥＣＧシステムを含んでいる。このＥＣＧシステムは、ＥＣＧ線１３を介して患者７の拍動する心臓のリズム信号を導き、それにより心臓の実際の周期時相を決定する。

本発明によれば、制御および計算ユニット１０によって、走査の開始および終了時に患者の必要最小の前区間も算出する。このために脈拍数に関する患者７の実際のデータが参照される。

オプションとして、ガントリ上に付加的な焦点−検出器ユニットを配置することができる。この焦点−検出器ユニットは、第１の焦点−検出器ユニットに対して９０°ずらされている。ここに示された図には、第１のＸ線管２もしくは第１の検出器３に対して９０°のずれを有する破線で示された付加的なＸ線管４および対向する検出器５が存在する。多数のこのようなＸ線管−検出器ユニットの使用によって、走査の時間分解能を著しく改善することができる。一般に、患者７には心臓ＣＴ検査のために付加的に造影剤が注入される。しかしながら、これは、本発明にとって重要ではないので、ここに示された図には明示的に描かれていない。基本的にはこのような造影剤の投与の制御も同様に、制御および計算ユニット１０によって、相応のコンピュータプログラムおよび投与装置により行なわれる。

本発明の上述の特徴は、その都度述べた組み合わせのみならず、本発明の枠を逸脱することなく異なった組み合わせまたは単独で使用可能であることは自明である。

多列検出器によるスパイラル走査の概略図 心臓がＣＴの焦点−検出器システムによって走査される患者の断面図 本発明による心臓ＣＴシステムの概略図

符号の説明

１ 心臓ＣＴシステム
２ 第１のＸ線管
３ 第１の検出器
４ 第２のＸ線管
５ 第２の検出器
６ ガントリハウジング
７ 患者
８ 患者用寝台
９ システム軸線／ｚ軸
１０ 制御および計算ユニット
１１ 制御および計算ユニットのメモリ
１２ ガントリと制御および計算ユニットとの間の制御およびデータ線
１３ ＥＣＧ線
１４ 焦点
１５ Ｘ線ビーム束
１６ 心臓
１７ スパイラル軌道
Δｚ 患者の拍動する心臓を有する部分領域
ｍ 焦点−検出器システムの個数
Ｎ_S 検出器列数
Ｐｒｇ_x コンピュータプログラム
Ｓ 検出器列ごとのコリメートされたスライス厚
Ｔ_cycle 実際のＥＣＧの測定された周期
Ｔ_rot 焦点の１回転の回転時間
ｘ，ｙ，ｚ 直交座標
ｚ_pre 実際の脈拍数に適応した前区間
ｚ_post 実際の脈拍数に適応した後区間
ｚ’_pre 固定の前区間
ｚ’_post 固定の後区間
ｚ_rot 焦点の１回転当たりの送り
φ ファン角
ｋ コーン角

Claims (9)

1. 多列検出器（３）を有する焦点−検出器システム（２，３）の少なくとも１つの焦点（１４）が送り（ｚ_rot）によりスパイラル状に患者（７）の周りを移動させられ、
   少なくとも１つの焦点（１４）から出射するＸ線ビーム束（１５）が患者（７）の、システム軸線方向（９）に広がりを有しさらに拍動する心臓（１６）を有する少なくとも１つの部分領域（Δｚ）を走査し、ビームの強度および空間方位データが検出器出力データとして測定されかつ記憶され、
   拍動する心臓（１６）のリズム信号が取得され、時間的に相関して記憶され、
   断層撮影によるスライス画像データまたはボリュームデータの再構成のために、心周期の選択された周期範囲から得られる検出器データのみが測定または使用され、
   スパイラル走査に基づく患者の拍動する心臓（１６）を有する部分領域（Δｚ）の完全な走査のために、スパイラル走査の際に部分領域（Δｚ）の前に位置する前区間および部分領域（Δｚ）の後に位置する後区間と共に部分領域（Δｚ）の走査が行なわれるスパイラルコンピュータ断層撮影システムによる拍動する心臓の走査方法において、
   部分領域（Δｚ）の完全な走査のために必要な前区間（ｚ_pre）および／または後区間（ｚ_post）が、患者（７）の実際のリズム信号の測定された周期（Ｔ_cycle）に基づいて決定されることを特徴とするスパイラルコンピュータ断層撮影システムによる心臓の走査方法。
2. 前区間（ｚ_pre）および後区間（ｚ_post）が次の式から決定されることを特徴とする請求項１記載の方法。
   

   

   ただし、
   ｍ ＝焦点−検出器システムの個数、
   Ｎ_S ＝検出器列の個数、
   Ｓ ＝検出器列ごとのコリメートされたスライス厚、
   Ｔ_cycle ＝実際のリズム信号の測定された周期、
   Ｔ_rot ＝焦点の１回転の回転時間、
   ｚ_pre ＝前区間、
   ｚ_post ＝後区間、
   ｚ_rot ＝焦点の1回転当たりの送り。
3. 正確に１つの焦点−検出器システム（２，３）が使用されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 正確に２つの焦点−検出器システム（２，３；４，５）が使用されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
5. ２つの焦点−検出器システム（２，３；４，５）が互いに９０°ずらされてガントリ上に配置されていることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. リズム信号として心電図信号が使用されることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
7. リズム信号として患者の機械的な脈拍の圧力信号が使用されることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
8. 送り（ｚ_rot）によりスパイラル状に患者（７）の周りを移動させられる多列検出器（３）を有する少なくとも１つの焦点−検出器システム（２，３）を備え、少なくとも１つの焦点（１４）から出射するＸ線ビーム束（１５）が患者（７）の、システム軸線方向（９）に広がりを有しさらに拍動する心臓（１６）を有する少なくとも１つの部分領域（Δｚ）を走査し、ビームの強度および空間方位データが検出器出力データとして測定されかつデータメモリに記憶され、
   拍動する心臓（１６）のリズム信号を検出する手段を備え、検出されたリズム信号が時間的に相関して記憶され、
   心臓コンピュータ断層撮影システム（１）を制御し、かつ心周期の選択された周期範囲からの測定された検出器データから断層撮影によるスライス画像またはボリュームデータを再構成するための記憶されたコンピュータプログラム（Ｐｒｇ_x）を有する計算ユニット（１０）を備えている心臓コンピュータ断層撮影システムにおいて、
   計算ユニット（１０）内に走査開始および走査終了を空間的および時間的に制御するプログラムコード（Ｐｒｇ_x）が存在して動作時に実行され、患者（７）の部分領域（Δｚ）の完全な走査のために、スパイラル走査の際に部分領域（Δｚ）の前に位置する前区間（ｚ_pre）および部分領域（Δｚ）の後に位置する後区間（ｚ_post）と共に部分領域（Δｚ）の走査が行なわれ、前区間（ｚ_pre）および後区間（ｚ_post）は患者（７）の実際のリズム信号の測定された周期（Ｔ_cycle）に基づいて算出されることを特徴とする心臓コンピュータ断層撮影システム。
9. 計算ユニット（１０）内に、請求項２乃至７の１つに記載の方法ステップを実施するプログラムコード（Ｐｒｇ_x）が存在し、動作時に実行されることを特徴とする請求項８記載の心臓コンピュータ断層撮影システム。

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