JP2012085915A - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スキャン中に被検体の呼吸サイクルがずれてしまった場合にも、アーティファクトを低減して画質を向上させることが可能なＸ線ＣＴ装置を提供すること。
【解決手段】呼吸ガイド信号に従って呼吸動作を行う被検体の呼吸運動を検出する呼吸検出部と、前記呼吸検出部の検出信号から前記被検体の呼吸サイクルを計算し、前記呼吸サイクルに基づいた呼吸ガイド信号を前記被検体にフィードバックする呼吸サイクルフィードバック部と、前記呼吸サイクルフィードバック部で計算された呼吸サイクルに基づいてスキャンパラメータを変更するスキャンパラメータ発生部と、前記スキャンパラメータ発生部の変更する前記スキャンパラメータに従ってスキャンを制御するスキャン制御部と、を有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置の撮影方法の中には、患者が自由呼吸をした状態で１呼吸サイクル全体の動的な画像を収集する方法や、１呼吸サイクルの中の特定の位相（例えば、吸気期間から呼気期間への転換相）に同期して繰り返し撮影する方法がある。しかし、呼吸のタイミングは患者にまかされているため、呼吸タイミングがずれると、各呼吸サイクルから得られる画像にばらつきが発生する。このことは、画質の劣化やアーティファクトの原因となる。

従来、呼吸サイクルの安定化は、操作者が操作室からマイクロフォンを通して被検体に音声指示をするなどの方法により行っていた。しかし、音声指示だけでは、呼吸サイクルを安定させるには難しく、また被検体の安定呼吸を把握していない操作者からの不適当な指示により逆に呼吸を不安定にさせてしまう事態も生じていた（特許文献１参照）。

従って、アーティファクトを低減して画質を向上させるために呼吸サイクルを安定させることが望ましい。安定した呼吸サイクルを得るために、呼吸動作を指示する表示画面を用意し、被検体は、この画面に表示されたガイド情報に呼吸を合わせることで、アーティファクトを低減するものがある（特許文献２参照）。

特開２００３−２６５４６４号公報 特開２００８−１１９４４９号公報

しかし、特許文献２の技術においては、スキャン前に記録した被検体の呼吸サイクルに合わせるために、スキャン中に被検体の呼吸サイクルがずれてしまった場合は、アーティファクトが観測されてしまう。

本発明は、スキャン中に被検体の呼吸サイクルがずれてしまった場合にも、アーティファクトを低減して画質を向上させることが可能なＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。

一実施形態によれば、呼吸ガイド信号に従って呼吸動作を行う被検体の呼吸運動を検出する呼吸検出部と、前記呼吸検出部の検出信号から前記被検体の呼吸サイクルを計算し、前記呼吸サイクルに基づいた呼吸ガイド信号を前記被検体にフィードバックする呼吸サイクルフィードバック部と、前記呼吸サイクルフィードバック部で計算された呼吸サイクルに基づいてスキャンパラメータを変更するスキャンパラメータ発生部と、前記スキャンパラメータ発生部の変更する前記スキャンパラメータに従ってスキャンを制御するスキャン制御部と、を有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置を提供する。

一実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成図である。 同実施形態における呼吸サイクルの例を示す図である。 同実施形態におけるＸ線ＣＴ装置の呼吸ガイド音声出力部、及び呼吸ガイド表示部の取り付け例を示した図である。 同実施形態における呼吸サイクルフィードバック部の構成図である。 同実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の非同期スキャンと呼吸ガイド音声との関係を示した図である。 同実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の呼吸サイクルに同期したスキャンと呼吸ガイド音声との関係を示した図である。 同実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の呼吸サイクルの安定化を示すフローチャートである。

一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、Ｘ線ＣＴ装置に限定されず、Ｘ線診断装置、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置、超音波診断装置等の被検体に関する画像を撮影する他の医用画像撮影装置にも適用可能である。また、本発明は呼吸ガイド機能に特化した呼吸ガイド装置にも適用できる。本実施形態ではＸ線ＣＴ装置を例として説明する。また、Ｘ線管と放射線検出器とが対向して被検体の周囲を回転するタイプのＸ線ＣＴ装置を例として説明するが、その構成を限定するものではない。

図１は、本実施携形態に係るＸ線装置の主要部の構成を示している。本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、ガントリ１００、Ｘ線管１０１、Ｘ線検出器１０２、高電圧発生装置１０３、データ収集装置１０５、データ記憶装置１０６、呼吸検出部１０７、呼吸サイクルフィードバック部１０８、呼吸ガイド表示部１０９、呼吸ガイド音声出力部１１０、寝台１１１、スキャン制御部１１２、回転駆動部１１３、寝台駆動部１１４、再構成部１１５、表示部１１６、操作部１１７、及びシステム制御部１１８を有する。

ガントリ１００は、Ｘ線管１０１とＸ線検出器１０２が対向して配置され、回転軸に対して回転可能に搭載されている。Ｘ線管１０１は、高電圧発生装置１０３から、図示しないスリップリングを経由して管電圧の印加及びフィラメント電流の供給を受け、Ｘ線を発生する。Ｘ線検出器１０２は、被検体１０４を透過したＸ線を検出し、入射Ｘ線の線量を反映した電気信号を出力する。Ｘ線検出器１０２から出力される生データ信号は、データ収集装置１０５、図示しない非接触データ伝送装置を経由し、感度補正、対数変換等の処理を受けた投影データとなって、データ記憶装置１０６に記憶される。

ガントリ１００又はその近傍には呼吸検出部１０７が設けられる。呼吸検出部１０７は、被検体１０４の呼吸運動を検出し、この呼吸検出信号は、呼吸サイクルフィードバック部１０８に送られ、呼吸サイクルの計算が行われる。

呼吸検出方法としては、マイクロフォン等の集音装置や、呼吸流速や流量を計測するもの、また、呼吸運動によって周期的に変化する被検体１０４の胸部等の高さを光学ＴＶカメラまたはレーザ測距により計測する方法等がある。

光学ＴＶカメラで呼吸を計測する方法について補足説明する。被検体１０４の呼吸運動に伴って上下する体動距離を計測するために、被検体１０４の胸部等につけられたマーカを光学ＴＶカメラで画像計測することにより、所定の周期で変動する被検体１０４の呼吸信号を求めることができる。

図２には、上述の方法により呼吸検出部１０７で検出された呼吸信号波形の一例を示している。縦軸は、マーカを基準とする胸部の高さ、横軸は時間を表わしている。胸部の高さは、吸気期間で急速に増加し、吸気期間終端で最大となり、呼気期間で緩やかに低下していき、呼気期間終端で最小となる。吸気期間と呼気期間を合わせた期間を一単位期間として呼吸サイクルと定義する。また、呼吸サイクルを所定数含んだ時間を呼吸サイクル計算期間とする。

呼吸ガイド表示部１０９、呼吸ガイド音声出力部１１０は、被検体１０４の呼吸が一定になるようガイドするための映像表示、および音声出力を行うものであり、通常はガントリ１００又はその近傍に配置される。具体的には、図３に示すように、ガントリ１００のハウジング表面に、Ｘ線透過のために障害物とはならず、かつ寝台１１１に横臥する被検体１０４から容易に視聴・視認できる場所に配置される。呼吸ガイド表示部１０９は、寝台の移動が生じる場合、また異なる部位を連続して撮影する場合においても、被検体１０４から容易に視認できるように液晶パネルなどのフラットパネルディスプレイをガントリ１００から自由多関節アーム３０１を介して保持されてもよい。呼吸ガイド音声出力部１１０は、通常スピーカが用いられる。

スキャン制御部１１２は、スキャンに必要なパラメータに基づき、回転駆動部１１３、寝台駆動部１１４、高電圧発生装置１０３等の各動作を制御する。再構成部１１５は、データ記憶装置１０６に記憶された投影データに基づいて断層像データなど種々の画像を再構成する。表示部１１６は、主に断層像データや呼吸ガイドなど各種データを表示・指示するために設けられる。操作部１１７は、操作者の指示を入力するためにキーボード、マウス等のユーザインターフェースで構成される。以上述べた各部は、システム制御部１１８により統一的に制御される。

図４に示すように、呼吸サイクルフィードバック部１０８は、呼吸検出部１０７から取得した被検体１０４の呼吸運動の音声情報または呼吸に伴う胸の高さ情報（位置情報）等から、被検体１０４の呼吸サイクルを計算する呼吸サイクル計算部４１と、呼吸サイクル計算部４１で計算された呼吸サイクルに基づいて、「吐いて」、「吸って」等の呼吸ガイド音声信号を発生する音声信号発生部４２と、「吐いて」、「吸って」等の音声信号に合わせて、例えば実写あるいはアニメーション風のガイド表示を行う映像信号を発生する映像信号発生部４３と、被検体１０４の呼吸サイクルに合わせて、スキャンパラメータを発生するスキャンパラメータ発生部４４を有し、音声発生部４２は、呼吸ガイド音声出力部１１０へ、映像信号発生部４３は、呼吸ガイド表示部１０９へ、スキャンパラメータ発生部４４は、スキャン制御部１１２へそれぞれ信号を送り、被検体１０４の呼吸サイクルの変動に対してフィードバックを与える。

呼吸サイクル計算部４１における呼吸サイクル計算方法は、種々考えられるが、例えば、呼吸サイクルを所定数含む時間（呼吸サイクル計算期間）にわたりフーリエ変換した周波数成分の変動を求め、その周波数成分が最大になる周波数に基づいて呼吸ガイド信号を生成する方法でもよいし、呼吸サイクルを時分割し、呼気期間または吸気期間等の目安となる測定点（例えば、吸気期間から呼気期間へ転換する最大点）の時間のずれを検出し、補正を行う方法でもよい。ただし、計測した呼吸サイクルが極端に大きく、または小さく変動した場合は、異常な呼吸（例えば咳など）として無視し、フィードバックはかけないように呼吸サイクル計算期間や呼吸サイクルの変動幅の制限値を適宜調整する。

音声信号発生部４２は、呼吸サイクル計算部４１で計算された呼吸サイクルに基づき、音声ガイド信号を発生する。音声ガイド信号は、データ記憶装置１０６などの記憶装置から「吐いて」、「吸って」などの音声サンプリングデータを取得し、合成して作成する。音声ガイド信号は、「吐いて」、「吸って」などの音声に限らず、被検体１０４の呼吸音を所定の呼吸サイクルになるよう伸長、または圧縮したものなどを組み合わせて使用してもよい。

また、映像信号発生部４３は、呼吸サイクル計算部４１で計算された呼吸サイクルに基づき、映像ガイド信号を発生する。映像ガイド信号は、データ記憶装置１０６などの記憶装置から「吐いて」、「吸って」などの動作を示す映像サンプリングデータを取得し、合成して作成する。この映像サンプリングデータは、実写モデル、アニメーション、コンピュータ・グラフィックスなどを使用する。

以上説明した一連のフィードバック動作を図１の点線矢印にて示している。呼吸ガイド音声出力部１１０のガイド音声と、および呼吸ガイド表示部１０９のガイド表示に合わせて呼吸動作を行う被検体１０４の呼吸運動を呼吸検出部１０７で検出する。検出した呼吸サイクルを、さらに呼吸ガイド音声出力部１１０と呼吸ガイド表示部１０９にフィードバックすることにより、被検体１０４は、自分の現在の呼吸サイクルが指示されるため、無理なく安定な呼吸サイクルで呼吸することができる。したがって、ほとんどの場合は、後述のスキャンパラメータの変更をほとんどすることなしにスキャンが行える。

スキャンパラメータ発生部４４は、呼吸サイクル計算部４１で計算された呼吸サイクルに基づき、最適なスキャンパラメータを発生する。

スキャンパラメータには、例えば、Ｘ線管１０１の回転速度、Ｘ線管１０１に印加する電圧値、ファンビームの角度、スライス幅、スキャンタイミングを決定するスキャントリガ信号、寝台１１１の移動スピードなどがある。

図５（ａ）はＸ線ＣＴ装置のスキャンのタイミングを表し、図５（ｂ）はこのスキャンと非同期の呼吸ガイド音声の関係を示している。

スキャン動作は呼吸サイクルに対して非同期に行われている。このスキャン方法は、呼吸の少なくとも１サイクルにわたり連続して検査部位の断層像を撮影し、動画のように時間的に連続した画像を再構成して表示する方法である。

この場合の例として、呼吸サイクルの吸気期間の開始をトリガ信号としてスキャン動作を開始し、次の呼吸サイクルの呼気期間終了までの時間、連続的にスキャンを行うことを示している。図５（ｂ）に示すように、スキャンが終了すれば、被検体１０４に対して「楽にしてください」等のメッセージを呼吸ガイド音声出力部１１０から出力し、同時に呼吸ガイド表示部１０９には、スキャンが終了し、楽な呼吸をするように指示するアニメーションを表示する。この各処理タイミングには、被検体１０４の呼吸検出信号をフィードバックして得られた呼吸サイクルを使用する。

図６（ａ）は、Ｘ線ＣＴ装置のスキャンのタイミングを表し、図５（ｂ）は呼吸サイクルのスキャンを示し図６（ｂ）は呼吸ガイドの音声が、呼吸サイクルのある特定位相に同期してなされることを示す。

このスキャン方法は、ヘリカルスキャン等の寝台１１１の移動を伴うスキャンモードにおいて、ある範囲の検査部位に対して空間的に連続した画像を再構成して表示する方法である。

この場合の例として、吸気期間と呼気期間の間の転換相（呼吸が止まった状態）毎に同期して繰り返しスキャンを行う方法を示している。呼吸サイクル計算部４１で計算された初期の呼吸サイクルでスキャンを繰り返した場合、実際の被検体１０４の呼吸サイクルがずれてしまうと転換相に同期したスキャンができなくなってしまうので、スキャン動作中においても被検体１０４の呼吸サイクルを呼吸サイクル計算部４１で計算し、このフィードバックされた呼吸サイクルに同期したスキャンタイミングでスキャンを行う。

図７は、本実施形態における呼吸サイクルの安定化を示すフローチャートである。まず、スキャンを行う前に、ステップＳＴ７０１では、被検体１０４の呼吸動作を検出するために呼吸検出部１０７からの信号に基づき、呼吸サイクル計算部４１で被検体の呼吸サイクルの検出を開始する。

ステップＳＴ７０２においては、被検体１０４は、呼吸ガイド音声出力部１１０のガイド音声と、呼吸ガイド表示部１０９で表示されるガイド表示に従い、呼吸を安定化させていく。この場合にも、呼吸サイクルのフィードバックがなされているので、被検体１０４は無理なく、自分の呼吸のサイクルに合わせられていく。

被検体１０４の呼吸サイクルが、ほぼ一定になっているかどうかを判断し、ほぼ一定であれば（ＳＴ７０３：Ｙｅｓ）、スキャンの開始を行う（ステップＳＴ７０４）。一定でなければ（ＳＴ７０３：Ｎｏ）、一定になるまでしばらく待機する。

ステップＳＴ７０５においてスキャン開始中に、被検体１０４の呼吸サイクルが変化した場合（ＳＴ７０５：Ｙｅｓ）、呼吸サイクルのフィードバックを行う（ステップＳＴ７０６）。呼吸サイクルのフィードバックに伴ない、スキャン制御部に対してトリガ信号をはじめとするスキャンパラメータの変更を行う。通常は、被検体１０４はステップＳＴ７０３によりスキャン前に十分な時間をとって自分の呼吸サイクルに従って呼吸しているので大幅に呼吸サイクルが変化することはないため、スキャンのトリガ信号程度の変更で対処できることが多い。

しかし、患者の容態の急激な変化やスキャン開始後の緊張などによって大幅に呼吸サイクルが変化する場合には、寝台１１１の移動スピード、スキャンの回転スピードなどの変更を行う。最悪の場合は、スキャンを停止して終了する（ステップＳＴ７０７）。

呼吸サイクルの変化がある所定の範囲内で、ほとんど変化がない場合には（ＳＴ７０５：Ｎｏ）、スキャンを継続して撮影が完了すれば終了する（ステップＳＴ７０７）。

上述したように本実施形態では、被検体の個人的な呼吸に基づいた呼吸ガイド信号を用いているため、汎用の呼吸波形を単に伸張し又は圧縮して提示する場合に比較して、呼吸サイクルの安定化の効果は格別に向上する。

さらに、被検体の規則的呼吸波形を発生して、それを被検体に提示するとともに、被検体の呼吸サイクルをフィードバックすることで被検体の呼吸サイクルの安定化を促進する効果を奏する。

また、フィードバックした信号によって、スキャンパラメータを変更することが可能なため、正確な同期スキャンが可能となり、アーティファクトを低減して画質を向上させることが可能である。

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。本発明の技術思想を用いる限りこれらの変形例も本発明に含まれる。

１００…ガントリ、
１０１…Ｘ線管、
１０２…Ｘ線検出器、
１０３…高電圧発生装置、
１０４…被検体、
１０５…データ収集装置、
１０６…データ記憶装置、
１０７…呼吸検出部、
１０８…呼吸サイクルフィードバック部、
１０９…呼吸ガイド表示部、
１１０…呼吸ガイド音声出力部、
１１１…寝台、
１１２…スキャン制御部、
１１３…回転駆動部、
１１４…寝台駆動部、
１１５…再構成部、
１１６…表示部、
１１７…操作部、
１１８…システム制御部。

Claims (7)

1. 呼吸ガイド信号に従って呼吸動作を行う被検体の呼吸運動を検出する呼吸検出部と、
   前記呼吸検出部の検出信号から前記被検体の呼吸サイクルを計算し、前記呼吸サイクルに基づいた呼吸ガイド信号を前記被検体にフィードバックする呼吸サイクルフィードバック部と、
   前記呼吸サイクルフィードバック部で計算された呼吸サイクルに基づいてスキャンパラメータを変更するスキャンパラメータ発生部と、
   前記スキャンパラメータ発生部の変更する前記スキャンパラメータに従ってスキャンを制御するスキャン制御部と、を有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
2. 前記呼吸サイクルフィードバック部は、
   前記呼吸検出部の検出信号から前記被検体の呼吸サイクルを計算する呼吸サイクル計算部と、前記呼吸サイクル計算部で計算された呼吸サイクルに基づいたガイド音声を出力する呼吸ガイド音声出力部とを有することを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記呼吸サイクルフィードバック部は、前記呼吸サイクル計算部で計算された呼吸サイクルに基づいた呼吸ガイドを表示する呼吸ガイド表示部を更に有することを特徴とする請求項２記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記呼吸サイクルフィードバック部で行われる呼吸サイクルのフィードバックは、スキャン中にも行なわれることを特徴とする請求項３記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記呼吸サイクル計算部は、前記被検体の短期間の呼吸サイクル変化を無視することを特徴とする請求項４記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記スキャンパラメータ発生部で変更されるスキャンパラメータは、スキャン開始のトリガタイミングであることを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
7. さらに前記スキャンパラメータ発生部で変更されるスキャンパラメータは、スキャン回転速度および寝台の移動量であることを特徴とする請求項６記載のＸ線ＣＴ装置。

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