JP2008132313A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、医用画像撮影装置及び医用画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、架台回転に伴って生じる機械的なぶれ等に起因する動画上での被検体像の位置変動を軽減することにある。
【解決手段】Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線管球１０１と、Ｘ線検出器１０３と、Ｘ線管球をＸ線検出器とともに被検体の周囲を連続的に回転する回転機構部１０２と、Ｘ線検出器の出力に対応する投影データをデータ収集時のＸ線管球の角度を関連付けて記憶するデータ記憶部１１２と、データ記憶部に記憶された複数の投影データセットに基づいて複数の画像を再構成する再構成処理部１１４と、複数の投影データセットは、第１のビュー角から第２のビュー角までの同じ範囲に対応する、再構成された複数の画像を表示する表示部１１６とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検体断面に関する画像を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置、医用画像撮影装置及び医用画像表示装置に関する。

全く動かない被検体を撮影しても、動画上では周期的な微妙なぶれを生じている。これは画像ノイズのせいではなく、例えば、０．４秒スキャンであれば０．４秒周期の微妙な動きが被検体に発生している。この原因は、重力、遠心力により架台のぶれ、管球焦点位置のずれ等の主に装置側の機械的な変動であり、それにより管球（焦点)−検出器の位置が３６０°周期で理想状態から外れてしまうことにより動画上でぶれが発生する。静止画による画像診断では、観察者に認知されないレベルの差であるが、全く動かないものを動画で観察した場合に、その動きが認知される。

実際の臨床現場では、脳動脈瘤の破裂リスクを評価するために、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置を使った検査が有効とされている。破裂リスクの高い脳動脈瘤は、血圧の変化に従い、その形状が変化するので、動画観察が効果的である。心電図情報は、心筋の状態変化により生成された電気情報であるが、一方で心臓の動きを示すため、血圧の変化を示している。この形状の変化と破裂リスクの関連を明らかにできれば、手術の緊急性などを適切に判断することができる。

本発明の目的は、架台回転に伴って生じる機械的なぶれ等に起因する動画上での被検体像の位置変動を軽減することにある。

本発明は、ある局面において、Ｘ線管球と、Ｘ線検出器と、Ｘ線管球をＸ線検出器とともに被検体の周囲を連続的に回転する回転機構部と、Ｘ線検出器の出力に対応する投影データをデータ収集時のＸ線管球の角度を関連付けて記憶するデータ記憶部と、データ記憶部に記憶された複数の投影データセットに基づいて複数の画像を再構成する再構成処理部と、複数の投影データセットは、第１のビュー角から第２のビュー角までの同じ範囲に対応する、再構成された複数の画像を表示する表示部とを具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置は、を提供する。

本発明によれば、架台回転に伴って生じる機械的なぶれ等に起因する動画上での被検体像の位置変動を軽減することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示している。架台１００は、Ｘ線管球１０１と、Ｘ線検出器１０３とを有する。高電圧発生部１０９からスリップリング１１１を経由してＸ線管球１０１に管電圧が印加され、フィラメント電流が供給される。それによりＸ線管球１０１からＸ線が発生される。Ｘ線検出器１０３は、例えば２５６列のマルチスライス型が採用される。しかし、Ｘ線検出器１０３は、他の列数のマルチスライス型又はシングルスライス型検出器であってもよい。入射Ｘ線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。Ｘ線検出器１０３のＸ線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよい。

心電計（ＥＣＧ）１１７は、被検体の繰り返される生体現象としての心臓の拍動（心拍運動）を反映した活動電位の時間変化を表す心電図を検出し、ディジタル信号（心電図のデータ）として出力する。心電図のデータ、つまり各時刻の活動電位の値のデータをその時刻を表すタイムコードを関連付けてデータ記憶部１１２に記憶される。なお、被検体の生体現象として心拍を一例としたが、他の生体現象として呼吸運動であっても良い。

Ｘ線管球１０１とＸ線検出器１０３は、回転軸ＲＡまわりに回転可能に支持された円環状の回転フレーム１０２に搭載される。Ｘ線管球１０１に対してＸ線検出器１０３は、開口部１２２を挟んで対向する位置及び向きに配置される。開口部１２２には、図示しない寝台天板に載置された被検体が挿入される。Ｘ線検出器１０３はＸ線管球１０１から発生され、被検体を透過したＸ線を検出する。

回転フレーム１０２は、回転駆動部１０７の駆動により例えば０．４秒／回転の高速で連続的に回転される。管球位置検出部１１８は、Ｘ線管球１０１の角度を検出するために設けられ、典型的にはロータリーエンコーダを有している。Ｘ線管球１０１の角度は、典型的には、Ｘ線管球１０１が最上位置にあるときを基準角度（０°）としてそこからの変位角として検出される。なお、角度（１８０°）は最下位置に対応する。

Ｘ線検出器１０３は、被検体を透過したＸ線を検出する。データ収集回路１０４は、一般的にＤＡＳ(data acquisition system)と呼ばれている。データ収集回路１０４は、Ｘ線検出器１０３からチャンネルごとに読み出される信号を増幅し、さらにディジタル信号に変換する。データ収集回路１０４から出力されるデータは、入射Ｘ線の強度を反映しており、一般的に、純生データと称される。前処理部１０６は、データ収集回路１０４から非接触データ伝送部１０５を経由して受け取った純生データに対して、対数変換、感度補正等の前処理を施して、再構成処理の直前段階にあるいわゆる投影データ（生データとも称される）を発生する。投影データは、それを収集した時刻を表すタイムコードと、その収集時のＸ線管球１０１の角度に関するデータとを関連付けられて、データ記憶部１１２に記憶される。投影データはそのタイムコードにより心電図と対応付けられることができる。

再構成処理部１１４は、いわゆるハーフ再構成法が採用され、被検体の周囲の（１８０°＋ファン角）分の投影データに基づいて、画像（シングルスライス、マルチスライス又はボリューム）のデータを再構成することができる。なお、説明の便宜上、（１８０°＋ファン角）分の投影データを一単位として投影データセットと称する。また、投影データセットに対応する角度位置とは、ハーフ再構成に要する（１８０°＋ファン角）分の開始位置、終端位置、又は中心位置のいずれかを示すものとするが、ここでは（１８０°＋ファン角）の中心位置を示すものとして以下説明する。

データセット読出制御部１１９は、データ記憶部１１２にアクセスして、記憶された投影データから、複数の投影データセットを読み出させ、再構成処理部１１４に供給する。なお、読出制御部１１９による投影データセットの読み出し処理は、当該再構成に用いる角度範囲に対応する投影データだけを選択的に読み出す処理に実質的に同等の処理であればよく、例えば、全てのデータを読み出し、当該再構成に用いる角度範囲に対応する投影データには１の重みを付け、当該角度範囲以外の再構成に用いない投影データには０の重みを付けて、再構成画像に寄与しないようにする処理も含む。ここでは説明の便宜上、読出制御部１１９による投影データセットの読み出し処理は、当該再構成に用いる角度範囲に対応する投影データだけを選択的に読み出す処理として説明する。

読み出される複数の投影データセットは、カバーする角度幅がハーフ再構成に要する（１８０°＋α）で同一であって、それぞれ対応する角度位置が同一である。例えば、投影データセットが、Ｘ線管球１０１の角度０°から角度（１８０°＋α）までの角度範囲をカバーするとき、投影データセットに対応する角度位置は（９０°＋α／２）となり、この角度位置は全ての投影データセットにおいて統一される。

再構成処理部１１４では複数の投影データセットに基づいて複数の画像のデータを再構成する。再構成された複数の画像のデータはデータ記憶部１１２に記憶される。投影データセットに対応する角度位置は初期的には（９０°＋α／２）に設定されているが、操作者は操作部１１５を介して任意の角度位置に変更可能である。

画像順番付け処理部１２０は、再構成された複数の画像に対して、それぞれの収集時刻（収集順）とは無関係に、そのタイムコードにより心電図と対応付けられ得る、それらを収集したときの心拍位相に従って順番付けをする。なお、心拍位相とは、典型的には、Ｒ波から次のＲ波までの間隔を１００％で正規化して、％単位で表す当該間隔内の位置として定義される。

画像補間部１２１は、心拍位相に従って順番付けされた複数の画像から、補間処理により、１％又は数％の一定間隔で画像が配列する一連の画像列を発生する。補間により発生された一連の画像列は、表示部１１６に、動画像として表示される。なお、画像の配列は、初期的には１％間隔であるが、操作者は操作部１１５を介して任意の間隔に変更可能である。

次に本実施形態による動作を説明する。スキャンコントローラ１１０の制御のもとで、回転フレーム１０１が定速で連続的に回転され、その回転期間においてＸ線が連続的に発生され、Ｘ線検出器１０３により一定周期で繰り返しデータが読み出される。読み出されたデータはＤＡＳ１０４、データ伝送部１０５。前処理部１０６を経由して投影データとしてデータ記憶部１１２に記憶される。なお、投影データセットに対応する角度範囲に限定してＸ線を被検体に照射し、当該角度範囲以外の範囲ではＸ線を被検体に照射しないものとして被曝低減を図るものであってもよい。また、複数回転に際しては、既に収集した投影データセットが対応する心拍位相と同じ心拍位相に対応する投影データセットを収集することが予測されたとき、その投影データセットの収集期間において被検体へのＸ線照射を停止して被曝低減を図るものであってもよい。また、Ｘ線は連続Ｘ線でもよいし、パルスＸ線でも良い。予定した時間又は予定した回転数を経過した時点でスキャニングが終了し、以下に説明する信号処理が開始される。

図２、図５には、Ｘ線管球１０１の軌道に対して、データ読出制御部１１９により管球位置に従って読み出されるハーフ再構成に用いられる複数の投影データセットが対応する範囲を太線で示している。図２では、投影データセットはＸ線管球１０１が第１のビュー角（Ａ）０°から第２のビュー角（Ｂ）（１８０°＋α）まで回転する範囲をカバーし、図５では、投影データセットはＸ線管球１０１がビュー角（９０°−α／２）からビュー角（２７０°＋α／２）まで回転する範囲をカバーしている。図２、図５のいずれのビュー角を投影データセットに対応付けるかは操作者の任意である。さらに、他の角度位置を投影データセットに対応付けることは操作者の任意である。いずれにしても、複数の投影データセットが対応する角度位置は同一であればよい。つまり、複数の投影データセットは、同じ角度範囲をカバーするものであればよい。

Ｘ線管球１０１の回転周期と心拍周期とは同期しないので、各投影データセットに対応する心拍位相は不定である。図２において、最初に収集される投影データセットＰＤＳ１は心拍位相４０％に対応し、２番目に収集される投影データセットＰＤＳ２は心拍位相６０％に対応し、３番目に収集される投影データセットＰＤＳ３は心拍位相８５％に対応し、４番目に収集される投影データセットＰＤＳ４は心拍位相１０％に対応し、５番目に収集される投影データセットＰＤＳ５は心拍位相３０％に対応し、６番目に収集される投影データセットＰＤＳ６は心拍位相５０％に対応する。一方、図５において、最初に収集される投影データセットＰＤＳ１は心拍位相６０％に対応し、２番目に収集される投影データセットＰＤＳ２は心拍位相９０％に対応し、３番目に収集される投影データセットＰＤＳ３は心拍位相５％に対応し、４番目に収集される投影データセットＰＤＳ４は心拍位相３０％に対応し、５番目に収集される投影データセットＰＤＳ５は心拍位相５０％に対応し、６番目に収集される投影データセットＰＤＳ６は心拍位相７０％に対応する。

複数の投影データセットＰＤＳ１〜ＰＤＳ６に基づいて複数の画像ＴＩ１〜ＴＩ６のデータが再構成処理部１１４により再構成される。

再構成された複数の画像ＴＩ１〜ＴＩ６に対応する心拍位相が画像順番付け処理部１２０により特定される。複数の画像ＴＩ１〜ＴＩ６の元になった複数の投影データセットＰＤＳ１〜ＰＤＳ６それぞれの角度位置に対応するタイムコードにより、スキャニングとともに取得され、データ記憶部１１２に記憶された心電図のデータを照会することにより、心拍位相が特定される。

再構成された複数の画像ＴＩ１〜ＴＩ６は、画像順番付け処理部１２０により、それぞれ特定された心拍位相に従って順番付けをされる。例えば図２のケースでは、図３に示すように、心拍位相１０％の画像ＴＩ４、心拍位相３０％の画像ＴＩ５、心拍位相４０％の画像ＴＩ１、心拍位相５０％の画像ＴＩ６、心拍位相６０％の画像ＴＩ２、心拍位相８５％の画像ＴＩ３の順番に並べ替えられる。同様に、図５のケースでは、図６に示すように、心拍位相５％の画像ＴＩ３、心拍位相３０％の画像ＴＩ４、心拍位相５０％の画像ＴＩ５、心拍位相６０％の画像ＴＩ１、心拍位相７０％の画像ＴＩ６、心拍位相９０％の画像ＴＩ２の順番に並べ替えられる。

心拍位相に従って順番付けされた複数の画像ＴＩ１〜ＴＩ６から、画像補間部１２１により、補間処理により、１％又は他のピッチで等間隔で配列される一連の画像列が発生される。補間により発生された一連の画像列は、表示部１１６に、動画像として表示される。

上述のように、ハーフ再構成において、複数の投影データセットに対応する角度位置を同一に揃えること、つまり３６０°中の同じ角度範囲をカバーするように複数の投影データセットを切り出すことで、図４、図７に模式的に示すように、複数の投影データセット各々が内包する、架台回転に伴ってほぼ周期的に変動する主に回転フレーム１０２等の機械的なぶれの総量（斜線部分）を、複数の投影データセット（複数の画像）においてほぼ揃えることができる。機械的なぶれの総量に起因して、画像内での被検体像の位置が変動するので、当該ぶれの総量を揃えることにより、複数の画像内での被検体像の位置をほぼ同位置に固定することができる。換言すると、主にぶれの総量に起因する画像内での被検体像のズレを、複数の画像で統一することができる。

また、収集順ではなく、心拍位相に応じた順番で画像を表示することにより、心臓の動きを高フレームレートで滑らかに動画として再現することができる。

なお、上記説明では、スキャン位置を固定したダイナミックスキャンを例に説明したが、本実施形態はヘリカルスキャンにも適用可能である。また、ヘリカルスキャンのもとで再構成した同一角度範囲の複数の画像から３次元画像データ（ボリュームデータ）を生成して、被検体内の３次元的特徴を表したＣＴ画像を生成しても良い。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図。 図１のデータセット読出制御部によりハーフ再構成のために読み出される複数のデータセットを示す図。 図２の複数のデータセットに対応する複数の画像に対する画像順番付け処理部による順番付けを示す図。 図２のデータセット各々に対応する架台のぶれを示す図。 図１のデータセット読出制御部によりハーフ再構成のために読み出される他の複数のデータセットを示す図。 図５の複数のデータセットに対応する複数の画像に対する画像順番付け処理部による順番付けを示す図。 図５のデータセット各々に対応する架台のぶれを示す図。

符号の説明

１００…架台、１０１…Ｘ線管球、１０２…回転フレーム、１０３…Ｘ線検出器、１０４…データ収集回路、１０５…非接触データ伝送部、１０６……前処理部、１０７…回転駆動部、１０９…高電圧発生部、１１０…スキャンコントローラ、１１１…スリップリング、１１２…データ記憶部、１１４…再構成処理部、１１５…操作部、１１６…表示部、１１７…心電計、１１８…管球位置検出部、１１９…データセット読み出し制御部、１２０…画像順番付け処理部、１２１…画像補間部。

Claims (15)

1. Ｘ線を発生するＸ線管球と、
   被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
   前記Ｘ線管球を前記Ｘ線検出器とともに前記被検体の周囲を連続的に回転する回転機構部と、
   前記Ｘ線検出器の出力に基づく投影データを記憶するデータ記憶部と、
   前記データ記憶部に記憶された複数の投影データセットに基づいて複数の画像を再構成する再構成処理部と、前記複数の投影データセットは、第１のビュー角から第２のビュー角までの同じ範囲に対応する、
   前記再構成された複数の画像を表示する表示部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. 前記表示部は、前記再構成された複数の画像を、前記被検体の心拍時相に従って順番に表示することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 前記表示部は、前記再構成された複数の画像を、前記被検体の周期性のある生体現象に従って順番に表示することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記再構成処理部は、前記画像をハーフ再構成法のもとで再構成することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. 前記第１のビュー角は、Ａ°（Ａ°は０−３６０°までの間の任意の角）であり、前記第２のビュー角は、（Ａ＋（１８０°＋ファン角））であることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
6. 前記複数の投影データセットに対応する角度範囲以外の範囲において前記被検体へのＸ線照射を停止する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
7. 前記複数の投影データセットに対応する角度範囲とそれ以外の範囲との間で前記Ｘ線を変調する変調部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
8. Ｘ線を発生するＸ線管球と、
   被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
   前記Ｘ線管球を前記Ｘ線検出器とともに前記被検体の周囲を連続的に回転する回転機構部と、
   前記Ｘ線検出器の出力に基づいて複数の画像のデータを画像をハーフ再構成法のもとで再構成する再構成処理部と、
   前記複数の画像を、前記被検体の心拍時相に従って順番に表示する表示部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
9. 前記複数の投影データセットに対応する角度範囲以外の範囲において前記被検体へのＸ線照射を停止する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項８記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
10. 前記複数の投影データセットに対応する角度範囲とそれ以外の範囲との間で前記Ｘ線を変調する変調部をさらに備えることを特徴とする請求項８記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
11. Ｘ線管球をＸ線検出器とともに被検体の周囲を連続的に回転することにより収集された投影データを記憶するデータ記憶部と、
    前記データ記憶部に記憶された複数の投影データセットに基づいて複数の画像を再構成する再構成処理部と、前記複数の投影データセットは、第１のビュー角から第２のビュー角までの同じ範囲に対応する、
    前記再構成された複数の画像を表示する表示部とを具備することを特徴とする医用画像撮影装置。
12. 前記表示部は、前記再構成された複数の画像を、前記被検体の心拍時相に従って順番に表示することを特徴とする請求項１１記載の医用画像撮影装置。
13. 前記表示部は、前記再構成された複数の画像を、前記被検体の周期性のある生体現象に従って順番に表示することを特徴とする請求項１１記載の医用画像撮影装置。
14. 前記再構成処理部は、前記画像をハーフ再構成法のもとで再構成することを特徴とする請求項１１記載の医用画像撮影装置。
15. 前記第１のビュー角は、Ａ°（Ａ°は０−３６０°までの間の任意の角）であり、前記第２のビュー角は、（Ａ＋（１８０°＋ファン角））であることを特徴とする請求項１１記載の医用画像撮影装置。

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