JP2011092366A - Ｘ線ｃｔ装置およびｘ線ｃｔ画像再構成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コーンビームアーチファクトを低減するＸ線ＣＴ装置を提供する。
【解決手段】 Ｘ線ＣＴ装置（１００）は、スキャン手段（２０，２３）と、スキャン制御手段（３０Ｕ）と、一回転に満たないＸ線管の回転角度範囲の投影データに基づいて、被検体の断層画像を再構成する画像再構成手段（３０Ｖ）を備える。スキャン制御手段（３０Ｕ）は、３６０度の範囲で略均衡な回転角度位置に割り振られた複数の一回転に満たないＸ線管の回転角度範囲からＸ線を照射して被検体の体軸方向の同じ位置における複数の投影データ群を収集するよう、スキャンを制御する。画像再構成手段（３０Ｖ）は、複数の投影データ群それぞれを用いた複数の断層画像を再構成し、それぞれの断層画像から、断層画像の再構成に用いられた投影データ群を収集した際の回転角度位置に基づき部分画像を抽出し、抽出した複数の部分画像を合成して被検体の位置における断層画像を生成する。
【選択図】 図１

Description

本発明はＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置に関する。特に、Ｘ線管の一回転に満たないＸ線管の回転角度範囲の投影データを用いて画像再構成する際にコーンビームアーチファクトを低減するＸ線ＣＴ装置およびその画像再構成方法に関する。

一般にＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線管の一回転分の投影データを用いて断層像を画像再構成（以下フルリコンと称する）を行う。また、Ｘ線ＣＴ装置は、心臓領域などの動きが激しい部位の撮影に際しては、投影データの収集時間を短くするために、Ｘ線管の１８０度＋ファンビーム角度分の投影データを用いて断層像を画像再構成（以下ハーフリコンと称する）を行う。

例えば図１２（ａ）で示される心臓部の模式図のようにフルリコンを行った場合は、心電同期撮影を行ったにしても心臓が停止している時間内に１回転させることが困難である。このため、フルリコンでは動きによる偽像（以下はモーションアーチファクトと称する）が発生する。モーションアーチファクトは、図１２（ａ）の破線円のモーションアーチファクト領域ＭＡで示されるように境界が不鮮明になり隣り合う臓器の判別がつきにくい。またモーションアーチファクトは、実像と違う偽像を形成することで使用者に誤解を与えかねない。この心臓部で心電図期撮影によるハーフリコンを行うと画像再構成に用いる投影データの撮影時間が短くなるために、図１２（ｂ）に示されるように隣り合う臓器の判別および偽造の発生を低減することができる。

さらに、モーションアーチファクトを低減する方法として、心臓を複数心拍に亘ってスキャンし、得られたデータから所望の心位相のデータを集めて画像再構成に必要な１８０度＋ファンビーム角度分のデータセットを作り、そのデータセットから所望の心位相のＣＴ画像を再構成するマルチセクター再構成法が知られている。例えば、特許文献１においては、マルチスライスＸ線ＣＴ装置において、マルチ検出器の中心（Ｘ線管の直下）から離れた位置に再構成面に生成した断層像においては、所謂コーンビームアーチファクトが発生しやすいという事情を鑑みて、ヘリカルスキャンにより投影データを収集し、再構成面上の画素を透過したＸ線ビームが入射した検出器列およびチャネルの投影データを抽出してＣＴ画像を生成することで、コーンビームアーチファクトが発生しにくい投影データを抽出することが可能とした技術も開示されている。

特開２００５−１３７３９０号公報

しかしながら、複数列のＸ線検出器を備えるマルチスライスＸ線ＣＴ装置は、近年その列数の増加によりＸ線検出器の幅が広がる傾向にあり、被検体の体軸方向のカバレッジが増し、特許文献１のような被検体を移動させながら行うヘリカルスキャンを行わなくても、広範囲の断層像を得ることができるようになってきている。しかしながら、Ｘ線検出器の列方向の幅が広がるにつれ、Ｘ線管から発生させるＸ線も広がり、広いＸ線幅で取得する投影データをハーフリコンした画像は、ますますコーンビームアーチファクトが発生しやすくなるため、被検体を移動させずに行うアキシャルスキャンを用いたハーフリコンにおいて、コーンビームアーチファクトを低減する技術が必要となってきている。

本発明は、斯かる実情に鑑み、ハーフリコンにおいて発生するコーンビームアーチファクトを低減するＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とするものである。

本発明の第１の態様に従えば、Ｘ線ＣＴ装置はスキャン手段と、スキャン制御手段と、一回転に満たないＸ線管の回転角度範囲の投影データに基づいて、被検体の断層画像を再構成する画像再構成手段を備える。スキャン制御手段は、３６０度の範囲で略均衡な回転角度位置に割り振られた複数の一回転に満たないＸ線管の回転角度範囲からＸ線を照射して被検体の体軸方向の同じ位置における複数の投影データ群を収集するよう、スキャンを制御する。画像再構成手段は、複数の投影データ群それぞれを用いた複数の断層画像を再構成し、それぞれの断層画像から、断層画像の再構成に用いられた投影データ群を収集した際の回転角度位置に基づき部分画像を抽出し、抽出した複数の部分画像を合成して被検体の位置における断層画像を生成する。

第２の態様に従えば、第１の態様に記載のＸ線ＣＴ装置のスキャン制御手段は、被検体の心電信号に同期して、複数の投影データ群を収集する。

第３の態様に従えば、第２の態様に記載のＸ線ＣＴ装置のスキャン制御手段は、被検体の心拍周期における所定時相に、複数の投影データ群が収集されるように、Ｘ線管の一定の回転速度を制御する。

第４の態様に従えば、第１の態様から第３の態様のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置の画像再構成手段において、抽出される部分画像は、断層画像の画像中心を中心に複数の投影データ群の数分略の均衡な角度範囲に前記断層画像を分割して得られた複数の部分画像のうち、回転角度範囲の中心の角度位置と断層画像の中心を挟んで対向する角度位置を中心に広がる部分画像である。

第５の態様に従えば、第１の態様から第４の態様のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置の画像再構成手段において、部分画像は、合成した際に境界部においてオーバーラップするように抽出されるものであり、合成は、境界部において重み付けして合成する。

第６の態様に従えば、第１の態様から第５の態様のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置においての一回転に満たないＸ線管の回転角度範囲は、１８０度にＸ線のファン角度を足した角度である。

本発明の第７の態様は、Ｘ線管およびＸ線検出器を有するスキャン手段を制御するスキャン制御手段で、一回転に満たないＸ線管の回転角度範囲の投影データを取得し、被検体の断層画像を再構成する画像再構成手段を備えたＸ線ＣＴ画像再構成方法である。そしてその方法は、３６０度の範囲で略均衡な回転角度位置に割り振られた複数の一回転に満たないＸ線管の回転角度範囲からＸ線を照射して被検体の体軸方向の同じ位置における複数の投影データ群を収集し、複数の投影データ群それぞれを用いた複数の断層画像を再構成し、それぞれの断層画像から、当該断層画像の再構成に用いられた投影データ群を収集した際の回転角度位置に基づき部分画像を抽出し、当該抽出した複数の部分画像を合成して当該被検体の当該位置における断層画像を生成する。

本発明の画像再構成方法は、Ｘ線ＣＴ装置のハーフリコンにおいて発生するコーンビームアーチファクトの新たな低減方法を提供する。そして、使用者がコーンビームアーチファクトに惑わされることがない画像を提供することが可能となり、診断能の向上という優れた効果を奏し得る。

Ｘ線ＣＴ装置１００の全体構成を示す図である。 Ｘ線ＣＴ装置１００による撮影状態を示す概略図である コリメータ２２およびＸ線検出器２３の詳細を示す斜視図である。 （ａ）は、被検体の心電波形ＥＣＧを示した模式図である。（ｂ）は、心電波形ＥＣＧにスキャン時期ＳＰおよびスキャン時間ＳＴを表示させた模式図である。 （ａ）は、人体の体幹部にあたるファントームのマルチ検出器の中心（Ｘ線管の直下）から離れた位置の再構成面に、フルリコンにより生成した断層画像を示した模式図である。（ｂ）は、（ａ）と同じ位置の再構成面に、ハーフリコンにより生成した断層画像を示した模式図である人体の体幹部にあたるファントームの任意の断面像を示した模式図である。 （ａ）は、第１セグメント領域ＳＧ１に対する第１回転角度範囲ＸＲ１を示した図である。（ｂ）は、第２セグメント領域ＳＧ２に対する第２回転角度範囲ＸＲ２を示した図である。 （ａ）は、第１ハーフスキャンＳＣ１および第２ハーフスキャンＳＣ２を示した図である。（ｂ）は、画像Ｐ１および画像Ｐ２を示した図である。（ｃ）は、合成画像ＧＰを示した図である。 セグメント境界ＢＬの近傍の重み付け割合を示した図である。 （ａ）は、第１回転角度範囲ＸＲ１から画像再構成した画像Ｐ１を示した図である。（ｂ）は、第２回転角度範囲ＸＲ２から画像再構成した画像Ｐ２を示した図である。（ｃ）は、第３回転角度範囲ＸＲ３から画像再構成した画像Ｐ３を示した図である。 （ｄ）は、第４回転角度範囲ＸＲ４から画像再構成した画像Ｐ４を示した図である。（ｅ）は、第５回転角度範囲ＸＲ５から画像再構成した画像Ｐ５を示した図である。 （ａ）は、２心拍の間に５回のハーフスキャンを行う場合を示した図である。（ｂ）は、第１ハーフスキャンＳＣ１ないし第３ハーフスキャンＳＣ３に対応する第１回転角度範囲ＸＲ１ないし第３回転角度範囲ＸＲ３を示した図である。 Ｘ線ＣＴ装置１００の制御方法を示したフローチャートである。 （ａ）は、モーションアーチファクトが発生している模式図である（ｂ）は、モーションアーチファクトが発生していない模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
＜＜第１実施形態＞＞
＜Ｘ線ＣＴ装置１００の構成＞
図１は、本発明の一実施形態であるＸ線ＣＴ装置（マルチスライスＣＴ装置）１００の全体構成を示すブロック図である。

Ｘ線ＣＴ装置１００は、アキシャルスキャンにより複数のビュー方向からの被検体９の投影データを収集し、当該投影データに基づいて画像再構成を行うＣＴ装置として構成されている。

Ｘ線ＣＴ装置１００は、走査ガントリ（スキャン手段）２と、操作コンソール（画像表示装置）３と、撮影テーブル４と、心電計５とを備えている。

走査ガントリ２は、Ｘ線を照射するＸ線管２０と、Ｘ線管２０から照射されたＸ線を整形するコリメータ２２と、Ｘ線検出器２３と、Ｘ線管２０を駆動制御するＸ線管コントローラ２５と、コリメータコントローラ２６とを備えている。Ｘ線検出器２３は、Ｘ線管２０から照射されたＸ線を検出し、検出したＸ線量に応じた電気信号を出力する。データ収集部２４はＸ線検出器２３の出力した電気信号に基づいて投影データを収集する。またコリメータコントローラ２６は、コリメータ２２を駆動制御する。

また、走査ガントリ２は、スキャン手段であるＸ線管２０およびＸ線検出器２３が配置され、これらと一体的に回転する回転部２７を有する。走査ガントリ２は、被検体９が搬入される空洞部であるボア２９を備え、Ｘ線管２０とＸ線検出器２３とがそのボア２９を挟んで対向配置されている。走査ガントリ２は、さらに回転部２７を駆動制御する回転コントローラ２８を備えている。

操作コンソール３は、操作者の入力操作に応じた信号を出力する入力装置３１と、入力装置３１や走査ガントリ２等の各種装置からの信号に基づいて、データ収集部２４の収集した投影データに基づく画像再構成処理等の各種処理を実行する中央処理装置３０と、中央処理装置３０により再構成されたＣＴ画像等を表示する表示装置３２と、中央処理装置３０の処理に供されるプログラム、データおよびＸ線ＣＴ画像を記憶する記憶装置３３とを備えている。

撮影テーブル４は、被検体９を載せて走査ガントリ２のボア２９に出し入れされるクレードル４１を備えている。クレードル４１は、例えば撮影テーブル４に内蔵された不図示のサーボモータにより駆動され、当該サーボモータは不図示のサーボアンプを介して中央処理装置３０からの制御信号に基づいて制御される。

心電計５は、被検体９に装着されており、被検体９の心臓の心電波形を表す心電データを、中央処理装置３０に出力する。

まず図２および図３を使って走査ガントリ２について説明する。図２は、Ｘ線ＣＴ装置１００による撮影状態を示す概略図である。なお、本実施形態では、被検体９の体軸方向をＺ軸方向、鉛直方向をＹ軸方向、Ｙ軸とＺ軸とに垂直な方向をＸ軸方向として説明する。また図３は、コリメータ２２およびＸ線検出器２３の詳細を示す斜視図である。

Ｘ線管２０とＸ線検出器２３は、図２および図３に示すように、対向配置されている。また、コリメータ２２は、Ｘ線管２０とＸ線検出器２３との間であってＸ線管２０の近傍に位置し、Ｘ線管２０から被検体９に向かって照射されるＸ線ビーム２０１の一部を遮蔽してＸ線ビーム２０１を整形する。

コリメータ２２は、アパーチャａｐを規定する複数のコリメータプレート２２１と、複数のコリメータプレート２２１にそれぞれ固定された不図示の複数のシャフトと、複数のシャフトをそれぞれ駆動する不図示の複数のモータとを備えている。コリメータプレート２２１は、シャフトがモータによって駆動されることにより移動する。モータはコリメータコントローラ２６により制御される。

コリメータプレート２２１は、Ｘ線を多く吸収または遮断可能な材質、例えば鉛、モリブデンまたはタングステンにより形成されている。なお、このコリメータ２２は、単なる一例であり、アパーチャａｐの形状を調整できる機構のものであれば、いかなるものであってもよい。

Ｘ線検出器２３は、いわゆる多列検出器により構成されている。すなわち、チャンネル方向（Ｘ軸方向）に複数の検出素子２３１が配列されるとともに、Ｚ軸方向にも検出素子２３１が配列されて構成されている。検出素子２３１は、シンチレータと、フォトダイオード等の光電変換素子とを含んで構成され、入射したＸ線量に応じた電気信号を出力可能である。検出素子２３１はチャンネル方向の数やＺ軸方向の列数は適宜に設定してよく、例えばチャンネル方向の数は５１２個または１０２４個であり、Ｚ軸方向の列数は例えば６４〜３２０列である。

データ収集部２４は、複数の検出素子２３１に入射したＸ線量の情報をそれぞれ収集し、図１に示された中央処理装置３０に出力する。

再び図１に戻り、操作コンソール３の中央処理装置３０は、制御部３０ａと、投影データ取得部３０ｂと、画像再構成部３０ｃと、心電波形同期部３０ｄと、セグメント分割部３０ｅと、画像合成部３０ｆと、表示制御部３０ｇとを備えている。少なくとも投影データ取得部３０ｂと心電波形同期部３０ｄとセグメント分割部３０ｅとがスキャン制御手段３０Ｕを構成する。また少なくとも画像再構成部３０ｃと画像合成部３０ｆとが画像再構成手段３０Ｖを構成する。例えば、中央処理装置３０は記憶装置３３等に記録されたプログラムを実行し、スキャン制御手段３０Ｕおよび画像再構成手段３０Ｖを駆動させる。

制御部３０ａは、心電波形同期部３０ｄおよびセグメント分割部３０ｅで指定されたタイミングおよび回転角度範囲で被検体９をスキャンして被検体９の投影データを得る。制御部３０ａは、心電波形同期部３０ｄおよびセグメント分割部３０ｅの情報を基づいて、Ｘ線管コントローラ２５、コリメータコントローラ２６および回転コントローラ２８を介して、Ｘ線管２０、コリメータ２２および回転部２７をそれぞれ駆動制御する。また制御部３０ａは、撮影テーブル４に内蔵されたサーボアンプを介して、クレードル４１をそれぞれ駆動制御する。

投影データ取得部３０ｂは、スキャンして得られる投影データを取得する。
尚、心電同期撮影における投影データの収集法には、Ｘ線を連続的に曝射して複数心拍数分の投影データを連続収集し、連続収集した複数心拍の投影データそれぞれのうち、同時に心電計から取得された被検体の心電波形に基づいて、特定位相（例えば、心臓の動きが少ない位相）の投影データをそれぞれ取り出す方法であるレトロスペクティブ・ゲーティング法と、予め心電計から取得された被検体の心電波形に基づいて断層画像の撮影スケジュールを決定し、決定した撮影スケジュールに従って、Ｘ線を断続的に曝射するプロスペクティブ・ゲーティング法とがあるが、どちらを用いることもできる。
画像再構成部３０ｃは、得られた投影データを画像再構成（ハーフリコン）する。

心電波形同期部３０ｄは、被検体９から心電波形を取得することで最適な心位相を特定する。特定の心位相は、一般に心臓の動きが最も穏やかになる収縮末期又は拡張末期が考えられる。詳しくは後述する。
セグメント分割部３０ｅでは画像再構成領域の分割と、所定の分割領域の部分画像の基となる画像を再構成するのに必要な投影データを得るためのＸ線管２０の回転角度範囲（以下、回転角度範囲ＸＲと呼ぶ）とが決定される。詳しくは後述する。

画像合成部３０ｆは、各Ｘ線管２０の回転角度範囲ＸＲでハーフリコンされた複数の画像をそれぞれ所定の領域で分割し、それぞれの画像からの所定の分割画像を所定の配置で合成する。詳細は後述する。
表示制御部３０ｇは、画像合成部３０ｆで合成された合成画像を表示装置３２に表示させる。なお、表示制御部３０ｇは２次元画像だけでなく、複数の２次元画像から３次元画像の作成や、所定の方向に投影して表示させて画像合成部３０ｆの合成画像を多方向から表示させてもよい。

以下、心電波形同期部３０ｄ、セグメント分割部３０ｅおよび画像合成部３０ｆについて詳しく説明する。

＜心電波形同期部３０ｄ＞
図４（ａ）は、被検体９の心電波形ＥＣＧを示した模式図である。図４（ｂ）は、心電波形ＥＣＧに、ハーフリコンに必要な１８０度＋ファンビーム角度分の投影データに対応する心位相ＳＰを表示させた模式図である。図４（ａ）および（ｂ）では心拍数ＨＲが６０心拍／分と示されている。

心電波形同期部３０ｄは被検体９から取得した心電波形ＥＣＧから、ハーフリコンを行うのに最適な心位相ＳＰを取得する。最適な心位相ＳＰは使用者が決定しても、心電波形同期部３０ｄが使用者に最適な心位相ＳＰを表示装置へ示すことで決定しても良い。例えば、心電波形同期部３０ｄは、図４（ａ）に示されるように被検体９の心電波形ＥＣＧを取得したとすると、心電波形ＥＣＧから心拍間隔Ｒおよび心拍数ＨＲを求める。

そして、図４（ｂ）に示されるようにハーフリコンを行うのに最適な心位相ＳＰおよびその幅で示される投影データの収集時間ＳＴを心電波形ＥＣＧに重ねて表示することができる。なお、心位相ＳＰおよび投影データの収集時間ＳＴはスキャン計画としての表示又はスキャン結果として表示させてもよい。本実施形態では第１ハーフスキャンＳＣ１および第２ハーフスキャンＳＣ２の２回のスキャン結果を示している。尚、第１ハーフスキャンＳＣ１は、先の心位相における投影データを収集するための走査を意味し、第２ハーフスキャンＳＣ２は、次の心位相における投影データを収集するための走査を意味する。

＜セグメント分割部３０ｅ＞
セグメント分割部３０ｅは、あらかじめ設定してあるプロトコルおよび使用者の入力で決定された分割数に応じて、３６０度の範囲で略均等に回転角度位置に割り振られた分割数分の回転角度範囲ＸＲ（１８０度＋ファン角度）を決定する。具体的には、例えば、分割数が２の場合は、２つの回転角度範囲ＸＲの中心の角度位置が１８０度差となるように決定し、分割数が３の場合は、３との回転角度範囲ＸＲのうち、隣り合う回転角度範囲ＸＲの中心の角度位置が１２０度差となるように決定される。

図５（ａ）は、人体の体幹部にあたるファントームのマルチ検出器の中心（Ｘ線管の直下）から離れた位置の再構成面に、フルリコンにより生成した断層画像を示した模式図である。図５（ｂ）は、（ａ）と同じ位置の再構成面に、ハーフリコンにより生成した断層画像を示した模式図である。
図６（ａ）は、第１セグメント領域ＳＧ１に対する第１回転角度範囲ＸＲ１を示した図である。図６（ｂ）は、第２セグメント領域ＳＧ２に対する第２回転角度範囲ＸＲ２を示した図である。

一般的に、コーンビームアーチファクトＣＡは充分な投影データを用いて画像再構成するフルリコンよりハーフリコンのほうが多く発生する。

図５（ａ）と同様の断面位置の画像再構成領域ＰＡのハーフリコンを行うと、図５（ｂ）に示されるように、コーンビームアーチファクトＣＡにより、実像のＣＴ値の差が大きな境界付近において形状が歪むだけでなくその境界もにじませてしまう。このコーンビームアーチファクトＣＡは、ミッシングコーンによるデータ不足の影響により、回転角度範囲ＸＲ側の画像再構成領域ＰＡで多く発生し、Ｘ線検出器に比較的近くミッシングコーンによるデータ不足の影響を受けにくい、回転角度範囲ＸＲの反対側（Ｘ線検出器２３側）の画像再構成領域ＰＡではコーンビームアーチファクトＣＡの発生が少ない。ファン角度が６０度である場合、図５（ｂ）で示された回転角度範囲ＸＲは、右回転方向に０度〜２４０度となる。

そして、セグメント分割部３０ｅは、回転角度範囲ＸＲの位置を、画像再構成領域ＰＡの分割数と配置に応じて決定する。例えば、画像再構成領域ＰＡを２分割する指示が入力されたとすると、図６（ａ）に示されるように作製する画像再構成領域ＰＡが画像再構成中心Ｏを通過する第１セグメント領域ＳＧ１と第２セグメント領域ＳＧ２とに分割する計画がなされる。また第１セグメント領域ＳＧ１と第２セグメント領域ＳＧ２とに対応して、回転角度範囲ＸＲが第１回転角度範囲ＸＲ１と第２回転角度範囲ＸＲ２とに設定される。

第１セグメント領域ＳＧ１に対応する第１回転角度範囲ＸＲ１は、次のようにして計算される。画像再構成中心Ｏを通過して第１セグメント領域ＳＧ１を等分割する線が第１中心線Ｃ１として設定される。第１回転角度範囲ＸＲ１は第１回転角度範囲ＸＲ１の中心の角度位置が第１中心線Ｃ１と重なる位置で、画像再構成中心Ｏを中心として第１セグメント領域ＳＧ１の反対側に設定される。具体的に説明すると、図６（ａ）に示されるように、Ｘ線管の軌道が描く円上の上側に０度を設けた場合、第１セグメント領域ＳＧ１は、１８０度から３６０度側の円内にある。第１中心線Ｃ１は９０度方向から２７０度方向へ画像再構成中心Ｏを通る線となる。ファン角度が６０度である場合、第１回転角度範囲ＸＲ１は２４０度分の範囲となる。第１回転角度範囲ＸＲ１の中心の角度位置が第１中心線Ｃ１と重なる。さらに、第１回転角度範囲ＸＲ１は画像再構成中心Ｏを中心として第１セグメント領域ＳＧ１の反対側に設定されるため、第１回転角度範囲ＸＲ１の中心の角度位置が９０度の位置、第１回転角度範囲ＸＲ１は、中心から±１２０度である３３０度（−３０度）の位置から２１０度の位置に設定される。

同様に、図６（ｂ）に示されるように、セグメント分割部３０ｅは画像再構成中心Ｏを通過して第２セグメント領域ＳＧ２を等分割する第２中心線Ｃ２を設定される。また第２回転角度範囲ＸＲ２は第２回転角度範囲ＸＲ２の中心の角度位置が第２中心線Ｃ２と重なる位置で、画像再構成中心Ｏを中心として第２セグメント領域ＳＧ２の反対側に設定される。

第１回転角度範囲ＸＲ１および第２回転角度範囲ＸＲ２は同じ部位を照射する。統計情報又は使用者の経験に基づいてセグメント分割部３０ｅは、第１セグメント領域ＳＧ１と第２セグメント領域ＳＧ２を決定するとよい。例えば、図６では画像再構成中心Ｏを中心とした右左で画像再構成領域ＰＡを分割しているが、画像再構成中心Ｏを中心とする上下又は斜め方向の任意の方向に分割することができる。

また、セグメント分割部３０ｅは画像再構成領域ＰＡの分割数に応じて回転部２７の回転速度を決定する。例えば画像再構成領域ＰＡを２分割する場合は、Ｘ線管２０が右回転の場合、図４（ｂ）で示された第１ハーフスキャンＳＣ１の心位相ＳＰの開始時点においてＸ線管２０の位置が３３０度（−３０度）度、また、第２ハーフスキャンＳＣ２の心位相ＳＰの開始時点においてＸ線管２０の位置が１５０度となるよう、セグメント分割部３０ｅは心電波形ＥＣＧおよび心拍数ＨＲから回転部２７の回転速度を計算する。回転コントローラ２８（図１参照）は、計算された回転速度で、Ｘ線管２０およびＸ線検出器２３を所定の回転速度で回転させる。

計算される回転速度は一定値であり、一定の回転速度で被検体９の一連の撮影が行われる。また、所定の開始角度では心電波形ＥＣＧおよび心拍数ＨＲとの同期が難しい場合は、Ｘ線管２０の照射開始角度を変更することも可能である。

＜画像合成部３０ｆ＞
画像合成部３０ｆは各回転角度範囲ＸＲで取得する投影データごとに画像再構成して得られる画像を所定のセグメント領域で分割し、同一部位の複数のセグメント領域を合成して１枚の断層像を作成する。画像合成部３０ｆは、合成には重み付き演算処理（重み付け処理）して合成することで合成画像ＧＰのセグメント境界ＢＬを目立たなくさせることもできる。つまり画像合成部３０ｆは、セグメント境界ＢＬがより滑らかな観察しやすい断層像を作成することができる。

図７（ａ）は、第１ハーフスキャンＳＣ１および第２ハーフスキャンＳＣ２を示した図である。図７（ｂ）は、第１ハーフスキャンＳＣ１および第２ハーフスキャンＳＣ２で得られた投影データに基づいて画像再構成された画像Ｐ１および画像Ｐ２を示した図である。図７（ｃ）は、画像Ｐ１の左半分と画像Ｐ２の右半分とを合成した合成画像ＧＰを示した図である。

セグメント分割部３０ｅが画像再構成領域ＰＡを左右に２分割する指示があると、図７（ａ）で示される第１回転角度範囲ＸＲ１および第２回転角度範囲ＸＲ２が決定され、心電波形ＥＣＧおよび心拍数ＨＲと同期させて、レトロスペクティブ・ゲーティング法またはプロスペクティブ・ゲーティング法により第１ハーフスキャンＳＣ１および第２ハーフスキャンＳＣ２が実行される。第１ハーフスキャンＳＣ１および第２ハーフスキャンＳＣ２で収集された投影データは画像再構成部３０ｃで画像再構成される。画像再構成部３０ｃは図７（ｂ）で示される画像Ｐ１および画像Ｐ２を作成する。

画像合成部３０ｆは画像Ｐ１および画像Ｐ２をそれぞれ第１セグメント領域ＳＧ１と第２セグメント領域ＳＧ２とに分割する。図７（ｂ）の画像Ｐ１および画像Ｐ２の模式図で示されるように、画像再構成された画像はそれぞれコーンビームアーチファクトＣＡが発生しているが、第１セグメント領域ＳＧ１および第２セグメント領域ＳＧ２領域でその発生量が異なる。画像Ｐ１では画像Ｐ１の中心を挟んで第１回転角度範囲ＸＲ１と対向する位置の第１セグメント領域ＳＧ１でコーンビームアーチファクトＣＡの発生が少ない。同様に、画像Ｐ２では画像Ｐ２の中心を挟んで第２回転角度範囲ＸＲ２と対向する位置の第２セグメント領域ＳＧ２でコーンビームアーチファクトＣＡの発生が少ない。これはＸ線管２０とＸ線検出器２３の位置関係において、Ｘ線検出器２３側の方はＸ線照射範囲が広く、死角とされるミッシングコーン領域が少ないため、コーンビームアーチファクトが少なくなると考えられる。

画像合成部３０ｆは図７（ｃ）に示すように画像Ｐ１の第１セグメント領域ＳＧ１の画像と、画像Ｐ２の第２セグメント領域ＳＧ２の画像とを抽出し且つ合成して合成画像ＧＰを作成する。抽出される第１セグメント領域ＳＧ１の画像および第２セグメント領域ＳＧ２の画像は、画像Ｐ１または画像Ｐ２の画像中心を中心に、第１回転角度範囲ＸＲ１および第２回転角度範囲ＸＲ２の中心の角度位置と画像Ｐ１または画像Ｐ２の中心を挟んで対向する角度位置を中心に広がる部分である。第１セグメント領域ＳＧ１の画像および第２セグメント領域ＳＧ２の画像はコーンビームアーチファクトＣＡの発生が少ない。

図７（ｂ）では、画像Ｐ１の１８０度から３６０度の領域にある第１セグメント領域ＳＧ１および０度から１８０度の領域にある第２セグメント領域ＳＧ２が区分けされている。画像Ｐ２も同様に区分けされている。しかしながら、以下に説明するセグメント境界ＢＬが目立たなくするために、例えば抽出する第１セグメント領域ＳＧ１が１７０度から１０度（３７０度）、抽出する第２セグメント領域ＳＧ２が３５０度（−１０度）から１９０度にしてもよい。すなわち、画像合成部３０ｆは、第１セグメント領域ＳＧ１と第２セグメント領域ＳＧ２とが一部重なるように、画像Ｐ１および画像Ｐ２から第１セグメント領域ＳＧ１の画像および第２セグメント領域ＳＧ２の画像を抽出してもよい。画像合成部３０ｆは、重なり合う領域を５度から１５度程度に変更することができる。

図７（ｃ）に示すように第１セグメント領域ＳＧ１と第２セグメント領域ＳＧ２とにはセグメント境界ＢＬが存在する。画像Ｐ１の第１セグメント領域ＳＧ１の画像と画像Ｐ２の第２セグメント領域ＳＧ２の画像とをそのまま合成するとセグメント境界ＢＬが目立ってしまうことがある。

そこで、画像合成部３０ｆはセグメント境界ＢＬの重み付け処理を行う。セグメント境界ＢＬの重み付け処理はセグメント境界ＢＬの近傍の第１セグメント領域ＳＧ１の画像および第２セグメント領域ＳＧ２の画像を所定の幅で重なるように抽出する。そして画像合成部３０ｆは、重なり部分のＣＴ値に対して重み付けを行い、セグメント境界ＢＬを目立たなくさせる。

図８はセグメント境界ＢＬの近傍の重み付け割合を示した図である。例えば、画像Ｐ１の第１セグメント領域ＳＧ１の画像は１７０度から１０度まで抽出される。画像Ｐ２の第２セグメント領域ＳＧ２の画像は３５０度から１９０度まで抽出される。図８は、この抽出された領域の第１セグメント領域ＳＧ１の画像の約３４０度から１０度の重み付け領域と、第２セグメント領域ＳＧ２１の画像の３５０度から約２０度の重み付け領域とを示した例である。

画像合成部３０ｆは、セグメント境界ＢＬを中心に第１セグメント領域ＳＧ１および第２セグメント領域ＳＧ２の画像の重なり領域の重み付け係数を等間隔に設定する。セグメント境界ＢＬにおいては第１セグメント領域ＳＧ１および第２セグメント領域ＳＧ２のＣＴ値の重み付け係数をそれぞれ５０％にする。また、セグメント境界ＢＬから所定の角度θ１（例えば８度：円の３５２度の位置）離れた場所では第１セグメント領域ＳＧ１の画像の重み付けを９０％にし、第２セグメント領域ＳＧ２の画像の重み付けを１０％にする。反対に、セグメント境界ＢＬから角度θ２（例えば８度：円の８度の位置）離れた場所では第１セグメント領域ＳＧ１の画像の重み付けを１０％にし、第２セグメント領域ＳＧ２の画像の重み付けを９０％にする。画像合成部３０ｆは、セグメント境界ＢＬからの角度に応じて重み付けを変化させることで、セグメント境界ＢＬの境界を目立たなくさせる。

＜＜第２実施形態＞＞
第１実施形態では画像再構成領域ＰＡを２つのセグメント領域に分割して合成する手法を示したが、第２実施形態では５分割を行う場合を示す。分割数を増やすにつれコーンビームアーチファクトＣＡは少なくなるためＸ線ＣＴ装置１００で作成される画像はより観察しやすい画像を作成することができる。第２実施形態では５分割した例を示すが、１０分割など任意の分割数にすることができる。なお、以下は第１実施形態と同一な符号を用い、相違する点について説明する。

図９Ａおよび図９Ｂは画像再構成領域ＰＡを５分割した場合を示し、（ａ）ないし（ｅ）にそれぞれのセグメント領域ＳＧの詳細を示す。また、図９Ａおよび図９の左側には各セグメント領域ＳＧに対しての回転角度範囲ＸＲが示され、右側には各回転角度範囲ＸＲで画像再構成された画像の模式図を示す。

セグメント分割部３０ｅは画像再構成領域ＰＡを５つの第１セグメント領域ＳＧ１ないし第５セグメント領域ＳＧ５に分割する。セグメント分割部３０ｅは画像再構成中心Ｏを中心として、画像再構成領域ＰＡの３６０度を５で除算した７２度ごとの等角度で分割することで、各セグメント領域ＳＧを決定する。

また、セグメント分割部３０ｅは各セグメント領域ＳＧに対して、画像再構成中心Ｏを通過して各セグメント領域ＳＧを等分割する中心線Ｃを設定する。各回転角度範囲ＸＲの中心の角度位置に重なり且つ各セグメント領域と対向する位置で各回転角度範囲ＸＲが設定される。具体的には次の通りになる。

図９Ａ（ａ）の左図に示されるように、セグメント分割部３０ｅは画像再構成領域ＰＡに対して５分割された第１セグメント領域ＳＧ１を決定すると、第１セグメント領域ＳＧ１を等分割する第１中心線Ｃ１を設定する。そしてセグメント分割部３０ｅは画像再構成中心Ｏを挟んで対向する位置の第１回転角度範囲ＸＲ１の中心の角度位置と第１中心線Ｃ１とが重なるように、第１回転角度範囲ＸＲ１を設定する。第１回転角度範囲ＸＲ１で取得した投影データは画像再構成され、図９Ａ（ａ）の右図に示すように画像Ｐ１が作成される。画像合成部３０ｆは画像Ｐ１から、第１回転角度範囲ＸＲ１の中心角度位置と画像再構成中心Ｏを挟んで対向する角度位置を中心に広がる第１セグメント領域ＳＧ１の画像を抽出する。第１セグメント領域ＳＧ１の画像抽出は重み付け処理のため、隣り合うセグメント領域との重なりあう領域も抽出する。

同様に、図９Ａ（ｂ）の左図に示されるように、セグメント分割部３０ｅは第２セグメント領域ＳＧ２を決定すると、第１セグメント領域ＳＧ１を等分割する第２中心線Ｃ２を設定する。そしてセグメント分割部３０ｅは画像再構成中心Ｏを挟んで対向する位置の第２回転角度範囲ＸＲ２の中心の角度位置と第２中心線Ｃ２とが重なるように、第２回転角度範囲ＸＲ２を設定する。第２回転角度範囲ＸＲ２で取得した投影データは画像再構成され、図９Ａ（ｂ）の右図に示すように画像Ｐ２が作成される。画像合成部３０ｆは画像Ｐ２から、第２回転角度範囲ＸＲ２の中心角度位置と画像再構成中心Ｏを挟んで対向する角度位置を中心に広がる第２セグメント領域ＳＧ２の画像を抽出する。

以下同様に、図９Ａ（ｃ）の第３セグメント領域ＳＧ３、図９Ｂ（ｄ）の第４セグメント領域ＳＧ４および図９Ｂ（ｅ）の第５セグメント領域ＳＧ５に対応する第３回転角度範囲ＸＲ３、第４回転角度範囲ＸＲ４および第５回転角度範囲ＸＲ５が決定される。そして、各回転角度範囲ＸＲで得られた投影データに基づいて画像Ｐ３、画像Ｐ４および画像Ｐ５が画像再構成される。画像合成部３０ｆはそれぞれの画像Ｐ３、画像Ｐ４および画像Ｐ５から、第３セグメント領域ＳＧ３、第４セグメント領域ＳＧ４および第５セグメント領域ＳＧ５を抽出する。画像合成部３０ｆは抽出した各セグメント領域ＳＧの画像を重み付け処理して合成する。以上により、Ｘ線ＣＴ装置１００はコーンビームアーチファクトＣＡ少ない画像を作成することができる。

以上の方法によりＸ線ＣＴ装置１００は任意に分割数を増やすことができるため、例えば３分割、４分割並びに２０分割などと分割数を増加させることができる。分割数が増加するにつれコーンビームアーチファクトＣＡが減少する。

＜＜第３実施形態＞＞
分割数に応じて１心拍に１回のスキャンを行うと、分割数の増加につれ撮影時間および被爆が多くなるが、本実施形態では１心拍に複数回のスキャンを行うことで撮影時間および被爆の低減が可能となる。本実施形態は２分割より多くの分割数の場合に有効である。

図１０（ａ）は２心拍の間に５回のハーフスキャンを行った場合を示している。例えば、被検体の心電波形ＥＣＧを取得したとすると、心電波形ＥＣＧから心拍間隔Ｒが求められ、１回目の心拍間隔Ｒ１で３回分のハーフリコン分の投影データを収集し、２回目の心拍間隔Ｒ２で２回分のハーフリコン分の投影データを収集する。１回目の心拍間隔Ｒ１では３回のハーフリコン分の投影データを収集するのに第１Ｘ線照射時間ＸＴ１の撮影時間を必要とし、２回目の心拍間隔Ｒ２では２回のハーフリコン分の投影データを収集するハーフスキャンで第２Ｘ線照射時間ＸＴ２の撮影時間を必要としている。

１回目の心拍間隔Ｒ１では、第１ハーフスキャンＳＣ１、第２ハーフスキャンＳＣ２および第３ハーフスキャンＳＣ３が所定のスキャン間隔ＳＩだけずれて行われる。つまり、１回目の心拍間隔Ｒ１の撮影は第３ハーフスキャンＳＣ３（又は、第１ハーフスキャンＳＣ１もしくは第２ハーフスキャンＳＣ２）のスキャン時間ＳＴ＋スキャン間隔ＳＩ＋スキャン間隔ＳＩの合計である第１Ｘ線照射時間ＸＴ１の間が撮影時間となる。２回目の心拍間隔Ｒ２も同様で第５ハーフスキャンＳＣ５（又は、第４ハーフスキャンＳＣ４）のスキャン時間ＳＴ＋スキャン間隔ＳＩの合計である第２Ｘ線照射時間ＸＴ２の間が撮影時間となる

図１０（ｂ）は（ａ）の第１Ｘ線照射時間ＸＴ１を回転角度範囲ＸＲで示した図である。第１Ｘ線照射時間ＸＴ１における回転角度範囲ＸＲは、第１回転角度範囲ＸＲ１の始点ＳＸから第３回転角度範囲ＸＲ３の終点ＥＸまでの間である。

第１回転角度範囲ＸＲ１ないし第３回転角度範囲ＸＲ３の回転範囲は、それぞれ重複しており、各回転角度範囲ＸＲに対応する投影データを収集することが可能である。第１回転角度範囲ＸＲ１ないし第３回転角度範囲ＸＲ３で収集された投影データを画像再構成することで、図９Ａに示された画像Ｐ１ないし画像Ｐ３が作成される。

２回目の心拍間隔Ｒ２も同様に、第２Ｘ線照射時間ＸＴ２に第４ハーフスキャンＳＣ４および第５ハーフスキャンＳＣ５が行われ、図９Ｂで示された第４回転角度範囲ＸＲ４および第５回転角度範囲ＸＲ５に対応する投影データを収集することで、画像Ｐ４および画像Ｐ５が画像再構成される。

画像再構成された画像Ｐ１ないし画像Ｐ５は第１実施形態または第２実施形態で示されたように、画像合成部３０ｆは各画像の所望のセグメント領域ＳＧが抽出されることでコーンビームアーチファクトＣＡの抑えた合成画像ＧＰを生成することができる。

＜撮影のフローチャート＞
図１１は中央処理装置３０によるＸ線ＣＴ装置１００の制御方法を示したフローチャートである。

ステップＳ０１において、制御部３０ａは撮影プロトコル又は入力装置３１から画像再構成領域ＰＡの分割数を取得する。そして制御部３０ａは画像再構成領域ＰＡの分割数を、セグメント分割部３０ｅ、心電波形同期部３０ｄおよび画像合成部３０ｆに伝達する。

ステップＳ０２において、心電波形同期部３０ｄは被検体９の心電波形ＥＣＧおよび心拍数ＨＲを取得し、最適なスキャン時期ＳＰ（図４を参照）を決定する。

ステップＳ０３において、セグメント分割部３０ｅは取得した分割数に応じて画像再構成領域ＰＡのセグメント領域ＳＧを決定する。また、セグメント分割部３０ｅはＸ線管２０の回転角度範囲ＸＲを決定する。セグメント領域ＳＧは回転角度範囲の中心の角度位置と対向する角度位置を中心に広がる部分である。また、所定の回転角度範囲ＸＲにおけるＸ線管２０の開始角度が所定の開始角度となるように、心電波形ＥＣＧおよび心拍数ＨＲからＸ線管２０の回転速度が決定される。

ステップＳ０４において、制御部３０ａは走査ガントリ２を、所定の心位相に回転角度範囲ＸＲにおいてＸ線が照射されるように制御し、被検体を移動させずにＸ線管２０を回転させてスキャンを開始する。

ステップＳ０５において、画像再構成部３０ｃはステップＳ０４の照射で取得した投影データを回転角度範囲ＸＲごとに画像再構成する。

ステップＳ０６において、画像合成部３０ｆはステップＳ０５で画像再構成された画像Ｐを分割数に応じて各セグメント領域ＳＧの画像に分割する。そして画像合成部３０ｆは複数のセグメント領域ＳＧを合成して合成画像ＧＰを生成する。セグメント領域の合成はセグメント境界ＢＬを重み付け処理することで、セグメント境界ＢＬが目立たない合成画像ＧＰを作成する。

ステップＳ０７において、表示制御部３０ｇは合成画像ＧＰを２次元画像又は３次元画像で表示装置３２に表示させる。以上によりＸ線ＣＴ装置１００は観察しやすい合成画像ＧＰを生成できる。

第１実施形態から第３実施形態までのＸ線ＣＴ装置１００は、心臓領域の画像再構成について説明した。しかし心臓領域だけでなく、ハーフリコンが必要な部位に対しても本実施形態を適用することもできる。

２ … 走査ガントリ、３ … 操作コンソール
４ … 撮影テーブル、５ … 心電計
９ … 被検体、
２０ … Ｘ線管（２０１ … Ｘ線ビーム）
２２ … コリメータ（２２１ … コリメータプレート）
２３ … Ｘ線検出器（２３１ … 検出素子）
２４ … データ収集部
２５ … Ｘ線管コントローラ、２６ … コリメータコントローラ
２７ … 回転部、２８ … 回転コントローラ
２９ … ボア
３０ … 中央処理装置
３０ａ … 制御部
３０ｂ … 投影データ取得部
３０ｃ … 画像再構成部
３０ｄ … 心電波形同期部
３０ｅ … セグメント分割部
３０ｆ … 画像合成部
３０ｇ … 表示制御部
３１ … 入力装置、３２ … 表示装置、３３ … 記憶装置
４１ … クレードル
１００ … Ｘ線ＣＴ装置
ａｐ … アパーチャ
ＢＬ … セグメント境界
Ｃ … 中心線
ＣＡ … コーンビームアーチファクト
ｄ … 角度
ＥＣＧ … 心電波形
ＥＸ … 終点
ＧＰ … 合成画像
ＨＲ … 心拍数
ＭＡ … モーションアーチファクト領域
Ｏ … 画像再構成中心
Ｐ（Ｐ１〜Ｐ５） … 画像
ＰＡ … 画像再構成領域
Ｒ … 心拍間隔
ＳＣ … ハーフスキャン
ＳＧ（ＳＧ１〜ＳＧ５） … セグメント領域
ＳＩ … スキャン間隔
ＳＰ … 心位相
ＳＴ … 投影データ収集時間
ＳＸ … 始点
ＸＲ … 所定の分割領域の部分画像の基となる画像を再構成するのに必要な投影データを得るためのＸ線管２０の回転角度範囲
ＸＴ … Ｘ線照射時間

Claims (7)

1. スキャン手段と、
   スキャン制御手段と、
   一回転に満たないＸ線管の回転角度範囲の投影データに基づいて、被検体の断層画像を再構成する画像再構成手段を備えたＸ線ＣＴ装置において、
   前記スキャン制御手段は、３６０度の範囲で略均衡な回転角度位置に割り振られた複数の前記一回転に満たないＸ線管の回転角度範囲からＸ線を照射して前記被検体の体軸方向の同じ位置における複数の投影データ群を収集するよう、前記スキャン手段を制御するものであり、
   前記画像再構成手段は、前記複数の投影データ群それぞれを用いた複数の断層画像を再構成し、それぞれの前記断層画像から、当該断層画像の再構成に用いられた投影データ群を収集した際の前記回転角度位置に基づき部分画像を抽出し、当該抽出した複数の部分画像を合成して当該被検体の当該位置における断層画像を生成するものである
   Ｘ線ＣＴ装置。
2. 前記スキャン制御手段は、前記被検体の心電信号に同期して、前記複数の投影データ群を収集するものである
   請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記スキャン制御手段は、前記被検体の心拍周期における所定時相に、前記複数の投影データ群が収集されるように、前記Ｘ線管の一定の回転速度を制御する
   請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記画像再構成手段において、前記抽出される部分画像は、前記断層画像の画像中心を中心に前記複数の投影データ群の数分の略均衡な角度範囲に前記断層画像を分割して得られる複数の部分画像のうち、前記回転角度範囲の中心の角度位置と前記断層画像の中心を挟んで対向する角度位置を中心に広がる部分画像である
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記画像再構成手段において、前記部分画像は、合成した際に境界部においてオーバーラップするように抽出されるものであり、前記合成は、前記境界部において重み付けして合成するものである
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記一回転に満たないＸ線管の回転角度範囲が、１８０度に前記Ｘ線のファン角度を足した角度である
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置
7. Ｘ線管およびＸ線検出器を有するスキャン手段を制御するスキャン制御手段で、一回転に満たないＸ線管の回転角度範囲の投影データを取得し、被検体の断層画像を再構成する画像再構成手段を備えたＸ線ＣＴ画像再構成方法において、
   ３６０度の範囲で略均衡な回転角度位置に割り振られた複数の前記一回転に満たないＸ線管の回転角度範囲からＸ線を照射して前記被検体の体軸方向の同じ位置における複数の投影データ群を収集し、
   前記複数の投影データ群それぞれを用いた複数の断層画像を再構成し、それぞれの前記断層画像から、当該断層画像の再構成に用いられた投影データ群を収集した際の前記回転角度位置に基づき部分画像を抽出し、当該抽出した複数の部分画像を合成して当該被検体の当該位置における断層画像を生成する
   Ｘ線ＣＴ画像再構成方法。