JP2010264310A

JP2010264310A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置

Info

Publication number: JP2010264310A
Application number: JP2010192187A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Tsuyuki; 昌快津雪
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2010-11-25
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: JP4738542B2

Abstract

【課題】ウエッジフィルタによる被曝線量の低減効果を実効的なものとすること。
【解決手段】Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、被検体の周囲を回転自在なＸ線管１０とＸ線検出器２３を有する架台１と、Ｘ線管の回転軸に対して直交する２軸に沿って移動自在な天板２ａを有する寝台２と、被検体に関する断面画像を表示する表示部３８と、断面画像上の任意の位置に点を指定するための操作部３９と、指定された点の位置とＸ線管の回転軸の位置との間の２軸方向に関するズレに基づいて天板の移動を制御する制御部３０と、Ｘ線の線量を回転軸で高く周辺で低くするためにＸ線管と被検体との間に配置されるウエッジフィルタ１１とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に関する。

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、被検体を透過したＸ線の強度に基づいて、被検体についての情報を画像により提供するものであり、疾病の診断、治療や手術計画等を初めとする多くの医療行為において重要な役割を果たしている。そのため被曝機会の増加に伴って１回あたりの被曝線量の低減が重要な課題となっきている。

例えば、特許文献１、２では、中央領域に限定してＸ線を照射してデータを収集し、Ｘ線照射しない周辺領域のデータは弱いＸ線を使って収集したデータ又は以前に収集したデータにより補充することにより、被曝線量の低減を図っている。

しかし、実際には、多くの場合、心臓等の関心部位が回転中心から外れているので、当該被曝線量の低減技術を利用できなかったり、あるいは当該被曝線量の低減効果が限定的であった。

特開２００２−１７７１６号公報特開平１０−２４８８３５号公報

本発明の目的は、ウエッジフィルタによる被曝線量の低減効果を実効的なものとすることにある。

本発明は、被検体の周囲を回転自在なＸ線管とＸ線検出器を有する架台と、前記Ｘ線管の回転軸に対して直交する２軸に沿って移動自在な天板を有する寝台と、前記被検体に関する断面画像を表示する表示部と、前記断面画像上の任意の位置に点を指定するための操作部と、前記指定された点の位置と前記Ｘ線管の回転軸の位置との間の前記２軸方向に関するズレに基づいて前記天板の移動を制御する制御部と、前記Ｘ線の線量を前記回転軸で高く周辺で低くするために前記Ｘ線管と前記被検体との間に配置されるウエッジフィルタと、を具備する。

本発明によると、ウエッジフィルタによる被曝線量の低減効果を実効的なものとすることができる。

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。本実施形態の動作を示す流れ図。図１のエキスパートシステムに構築されたスキャン計画画面の例を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置には、Ｘ線管と放射線検出器とが１体として被検体の周囲を回転する回転／回転タイプと、リング状に多数の検出素子がアレイされ、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転タイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは、現在、主流を占めている回転／回転タイプとして説明する。また、１スライスの断層像データを再構成するには、被検体の周囲１周、約３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋α（α：ファン角）分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式にも本発明を適用可能である。ここでは、前者の例で説明する。また、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線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよい。また、近年では、Ｘ線管とＸ線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本発明では、従来からの一管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置であっても、多管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置であってもいずれにも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。

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。このＸ線コンピュータ断層撮影装置は、被検体に関する投影データを収集するために構成された架台１を有する。架台１は、Ｘ線管１０とＸ線検出器２３を有する。Ｘ線管１０とＸ線検出器２３は、架台駆動装置２５により回転駆動されるリング状の回転フレーム１２に搭載される。なお、説明の便宜上、回転フレーム１２の回転中心軸をＺ軸とし、上下方向にＸ軸、水平方向にＹ軸を既定する。回転フレーム１２の中央部分は開口され、その開口部に、寝台２の天板２ａ上に載置された被検体Ｐが挿入される。寝台２は、天板駆動装置２ｂを装備している。天板駆動装置２ｂは、天板２ａのＸＹＺの３方向各々に関する移動を駆動するために設けられている。Ｘ線管１０と被検体との間にはＸ線の線量を回転軸で高く周辺で低くするためにウエッジフィルタ１１が配置される。

Ｘ線管１０の陰極陽極間には高電圧発生器２１から管電圧が印加され、またＸ線管１０のフィラメントには高電圧発生器２１からフィラメント電流が供給される。管電圧の印加及びフィラメント電流の供給によりＸ線が発生される。Ｘ線検出器２３としては、１次元アレイ型検出器と２次元アレイ型検出器とのいずれを採用してもよい。Ｘ線検出素子は例えば０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正方の受光面を有する。例えば９１６個のＸ線検出素子がチャンネル方向に配列される。この列がスライス方向に例えば４０列並設されたものが２次元アレイ型検出器である。単一の列からなるものが１次元アレイ型検出器である。

一般的にＤＡＳ(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集装置２６は、検出器２３からチャンネルごとに出力される信号を電圧信号に変換し、増幅し、さらにディジタル信号に変換する。このデータ（生データ）は架台外部の計算機ユニット３に供給される。計算機ユニット３の前処理ユニット３４は、データ収集装置２６から出力されるデータ（生データ）に対して感度補正等の補正処理を施して投影データを出力する。この投影データは計算機システム３の記憶装置４１に送られ、記憶される。

計算機システム３は、上記前処理ユニット３４及び記憶装置４１とともに、システムコントローラ２９、スキャンコントローラ３０、投影データから画像データを再構成するための再構成ユニット３６、ディスプレイ３８、入力器３９、スキャンエキスパートシステム４３から構成される。スキャンエキスパートシステム４３は、主にスキャン計画の設定を支援するために構築されたシステムである。スキャンエキスパートシステム４３によるスキャン計画の設定手順について説明する。

図２にスキャン計画の設定手順を示している。まず、システムメイン電源投入後にスキャンエキスパートシステム４３が起動し（Ｓ１）、スキャン計画設定のための初期画面がディスプレイ３８に表示される。その初期画面に複数の撮影部位の候補が提示されている。操作者により入力器３９の操作を介して撮影部位が選択されると、その撮影部位に対応する複数のエキスパートプランのリストが表示される。各エキスパートプランには、シングルスキャン／マルチスライススキャン／ヘリカルスキャン等の区別を表すスキャンモード、スキャン開始位置、終了位置、ＣＴＤＩ（ＣＴ線量指数）、管電圧、管電流、スキャンスピード（Ｘ線管１０の１回転に要する時間）、スライス数、撮影スライス厚、画像スライス厚、Ｘ線管１０の１回転期間に天板２ａが移動する距離を表すヘリカルピッチ、再構成モード、撮影視野（撮影ＦＯＶ）、再構成視野（再構成ＦＯＶ）等が含まれる。操作者により入力器３９を介して所望のエキスパートプランが選択される（Ｓ２）。操作者により入力器３９上のプレスキャン開始ボタンが押されると、スキャンコントローラ３０の制御のもとで、詳細な計画設定のためのスキャノグラムや断層画像のためのデータを収集するためにプレスキャンが行われる（Ｓ３）。

このプレスキャンはヘリカルスキャンである。ただし、プレスキャンでのヘリカルスキャンは、メインスキャンの管電流より低く（低線量）、ヘリカルピッチでメインスキャンのヘリカルピッチより長いヘリカルピッチで高速に行われる。プレスキャンで収集されたデータは記憶装置４１に一旦記憶される。スキャンエキスパートシステム４３は、プレスキャンで収集されたデータを用いてＸ線管１０がゼロ°（最頂位置）にあるときの被検体の正面画像としてのスキャノグラムと、Ｘ線管１０が９０°にあるときの被検体の側面画像としてのスキャノグラムとを生成し、また再構成ユニット３６はプレスキャンで収集されたデータを用いて任意のスライス位置であってメインスキャン時のそれより厚い画像スライス厚であってしかもメインスキャン時のそれより解像度の低い断層画像を再構成する（Ｓ４）。この断層画像は、回転中心軸を中心とした円形のプレスキャン撮影視野（撮影ＦＯＶ）にほぼ一致する再構成視野（再構成ＦＯＶ）で再構成される。

スキャンエキスパートシステム４３は、上記２方向のスキャノグラムと、断層画像と、Ｓ２で選択したプランとから図３に例示するスキャン計画画面を構築し、表示する（Ｓ５）。正面のスキャノグラムにはＺ方向のスキャン範囲を指定するためのフレームが重ねられ、また側面のスキャノグラムにはチルト角を指定するためのラインが重ねられ表示される。操作者はこれらフレームやラインを任意に操作して、Ｚ方向のスキャン範囲及びチルト角をそれぞれ指定する。

再構成モードで拡大再構成（ズーミング再構成）が選択されているとき、スキャンエキスパートシステム４３は、スキャン計画画面の断層画像に、拡大再構成の範囲を指定するための円形の関心領域ＲＯＩを重ねて表示する。操作者は、関心領域ＲＯＩに心臓等の関心臓器が収まるように、入力器３９を操作して関心領域ＲＯＩを任意に拡大／縮小し、また移動する（Ｓ６）。関心領域ＲＯＩの設定が完了すると、スキャンエキスパートシステム４３は、その関心領域ＲＯＩの中心、つまり拡大再構成領域の中心の位置を、断層画像の中心、つまりＸ線管１０の回転中心軸の位置に対して一致させるために必要なＸＹ２方向に関する天板２ａの移動距離を計算する（Ｓ７）。

さらにスキャンエキスパートシステム４３は、計算した移動距離を実際に天板２ａが移動可能であるか否かを判定する（Ｓ８）。想定される移動後の天板２ａのＸ又はＹ位置が天板駆動装置２ｂによる天板２ａの移動限界の範囲内であるか否かを判断するのはもちろん、それとともに被検体の外輪郭の全域が撮影ＦＯＶに収まっているか否かを判断する。例えば、被検体の胸部の一部分でも撮影ＦＯＶから外れているとき、計算した移動距離を天板２ａが移動不可であると判断する。そのためにスキャンエキスパートシステム４３では、断層画像からしきい値処理等を利用して被検体の表皮輪郭を抽出する画像処理機能を装備している。抽出された輪郭の位置を、上記計算した移動距離に従ってシフトし、そのシフト後の輪郭の座標と、撮影ＦＯＶの範囲の座標との比較により上記判断が行われる。

Ｓ８で計算した移動距離を天板２ａが移動可能であると判断されたとき、スキャンエキスパートシステム４３は、スキャン計画画面内の「天板移動」という表記のボタンのクリックを待って、Ｓ８で計算したＸＹ各方向の移動距離のデータをスキャンコントローラ３０に供給する。スキャンコントローラ３０は、供給されたＸＹ各方向の移動距離のデータに従って天板駆動装置２ｂを制御して、天板２ｂをＸＹ各方向に、Ｓ８で計算された距離だけ移動させる（Ｓ９）。それにより拡大再構成範囲の中心が、Ｘ線管１０の回転中心軸に一致する。なお、図示しない位置センサからの天板２ｂの位置の変化に従って、スキャンエキスパートシステム４３は、スキャン計画画面内の断層画像表示領域内で断層画像を移動する（Ｓ１０）。スキャン計画画面内の断層画像表示領域の中心が、回転中心軸の位置として固定される。それにより操作者は天板２ｂの移動による拡大再構成範囲の中心とＸ線管１０の回転中心軸との一致を確認することができる。

Ｓ８で計算した移動距離を天板２ａが移動不可であると判断されたとき、スキャンエキスパートシステム４３は、拡大再構成範囲の中心を、Ｘ線管１０の回転中心軸に一致させることができない旨のメッセージを当該画面にポップアップで表示させる（Ｓ１２）。それと共に、スキャンエキスパートシステム４３は、被検体の輪郭の全域が撮影ＦＯＶに収まることを限界条件として、拡大再構成範囲の中心が、Ｘ線管１０の回転中心軸に最接近するためのＸＹ２方向の移動距離を計算する（Ｓ１３）。移動後の被検体の輪郭上の１箇所（１画素）の座標が撮影ＦＯＶの外周上のある位置の座標に一致するように、最接近のための移動距離が計算される。

上記と同様に、スキャンエキスパートシステム４３は、スキャン計画画面内の「天板移動」という表記のボタンのクリックを待って、Ｓ１３で計算したＸＹ各方向の移動距離のデータをスキャンコントローラ３０に供給する。スキャンコントローラ３０は、供給されたＸＹ各方向の移動距離のデータに従って天板駆動装置２ｂを制御して、天板２ｂをＸＹ各方向に、Ｓ１３で計算された距離だけ移動させる（Ｓ９）。それにより拡大再構成範囲の中心が、Ｘ線管１０の回転中心軸に最接近する。接近程度は、Ｓ１０においてスキャン計画画面内の断層画像表示領域内での断層画像の移動により確認できる。

必要に応じてスキャン計画の各パラメータが任意に修正される。画面内の「確定」ボタンのクリックを契機として、メインスキャンがスキャンコントローラ３０の制御のもとで実行される（Ｓ１１）。

以上のように拡大再構成領域の中心をＸ線管１０の回転中心軸に自動的に一致させることができ、または一致させることができないときは自動的に最接近させることができる。それにより回転中心付近の線量を高くし、端部分の線量を低く抑えるよう構成されたウエッジフィルタによる被曝線量の低減効果を実効させることができる。

なお、上述の説明では、回転中心に拡大再構成範囲の中心を一致させる又は接近させることとしたが、回転中心に任意の位置を一致させる又は接近させるようにしてもよい。また、上述では、回転中心に拡大再構成範囲の中心を一致させる又は接近させるように、天板が移動する例を説明したが、回転中心に拡大再構成範囲の中心を一致させる又は接近させるように、天板が固定し、架台が移動するようにしてもよいし、そのように架台が天板とともに移動するようにしてもよい。

（変形例）
本発明は、上述した実施形態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種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。

１…架台、２…寝台、２ａ…天板、２ｂ…天板駆動装置、３…計算機ユニット、１０…Ｘ線管、１１…ウエッジフィルタ、１２…回転フレーム、２１…高電圧発生器、２３…Ｘ線検出器、２５…架台駆動装置、２６…データ収集装置、２９…システムコントローラ、３０…スキャンコントローラ、３４…前処理ユニット、３６…再構成ユニット、３８…ディスプレイ、３９…入力器、４１…記憶装置、４３…スキャンエキスパートシステム。

Claims

被検体の周囲を回転自在なＸ線管とＸ線検出器を有する架台と、
前記Ｘ線管の回転軸に対して直交する２軸に沿って移動自在な天板を有する寝台と、
前記被検体に関する断面画像を表示する表示部と、
前記断面画像上の任意の位置に点を指定するための操作部と、
前記指定された点の位置と前記Ｘ線管の回転軸の位置との間の前記２軸方向に関するズレに基づいて前記天板の移動を制御する制御部と、
前記Ｘ線の線量を前記回転軸で高く周辺で低くするために前記Ｘ線管と前記被検体との間に配置されるウエッジフィルタと、
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。
前記制御部は、前記指定された点の位置を前記Ｘ線管の回転軸の位置に一致させるために前記天板の移動を制御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。
前記制御部は、前記指定された点の位置を前記Ｘ線管の回転軸の位置に一致させるための前記天板の移動距離が前記天板の移動限界の範囲内であるか否かを判断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。
前記制御部は、前記指定された点の位置を前記Ｘ線管の回転軸の位置に一致させたときに前記被検体の全域が撮影視野に収まっているか否かを判断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。
前記制御部は、前記被検体の全域が前記撮影視野に収まることを限界条件として、前記拡大再構成範囲の中心が、前記Ｘ線管の回転軸に最接近するための前記２軸方向の移動距離を計算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。