JP2013005896A - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線ＣＴ装置のスキャン条件の設定において、被曝線量に対するコントラストノイズ比が改善される管電圧の設定を促すことを可能にする。
【解決手段】予備スキャンによる投影データを基に、第１Ｘ線管電圧による第１断層像と第１Ｘ線管電圧より低い第２Ｘ線管電圧による第２断層像とを再構成し、第１および第２断層像における画素値を用いて本スキャンにおけるスキャン条件の候補と、その候補のスキャン条件でスキャンしたときの、断層像のコントラストノイズ比を表す予測値と被検体の被曝線量を表す予測値とを、第１Ｘ線管電圧を含むスキャン条件の候補と、第２Ｘ線管電圧を含むスキャン条件の候補とについて、それぞれ決定する。そして、決定されたスキャン条件の各候補について、少なくとも、Ｘ線管電圧、コントラストノイズ比を表す予測値、および被曝線量を表す予測値を表示する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置に関し、詳しくは、被検体の被曝低減の技術に関する。

Ｘ線ＣＴ装置の操作者は、スキャン（scan）条件を設定する際に、断層像が所望のコントラストノイズ比（contrast
noise ratio）で得られ、かつ、被検体の被曝線量が極力小さくなるようなスキャン条件を設定しようとする。

例えば、まず、本スキャンのときよりも低線量のＸ線によるスカウトスキャン（scout scan）を行って、被検体の体軸方向および投影角度方向における各位置でのＸ線透過性に係る情報を取得する。次に、操作者は、本スキャンにおけるＸ線管の管電圧として、慣例的に使用している標準的な管電圧、例えば１２０ｋＶｐを設定する。また、断層像において維持したい画像ノイズレベル、すなわちノイズインデックス（noise index）を設定する。このとき設定するノイズインデックスは、設定した管電圧でスキャンしたときに、所望のコントラストノイズ比の断層像が得られると考えられる値とする。そして、上記の取得されたＸ線透過性に係る情報に基づいてＣＴ自動露出機構による処理を行い、設定された管電圧でスキャンを行ったときに、設定されたノイズインデックスの画像ノイズレベルで断層像が得られるようなＸ線管の管電流の変調曲線を求め、これを本スキャンにおける管電流として設定する（例えば特許文献１，図２９等参照）。

特開２００８−０１８０４４号公報

ところで、近年、被検体の被曝線量に対する断層像のコントラストノイズ比を改善する手法として、管電圧を従来よりも下げる手法が注目され始めている。一般的に、管電流をそのままにして管電圧を下げると、断層像の画像ノイズは増えるが、断層像におけるＣＴ値のコントラストは上がり、被曝線量も低減されるため、結果的に被曝線量に対するコントラストノイズ比が上がって改善される可能性が高くなる。

しかしながら、従来、被検体のスキャンには、例えば１２０ｋＶｐといった特定の管電圧が標準として用いられており、これ以外の管電圧でのスキャンは、実験的なものを除いてはほとんど行われていない。また、管電圧を従来の標準より下げることによる、被曝線量に対するコントラストノイズ比の改善効果の大きさは、被検体のＸ線透過性と深く係っており、被検体のサイズ（size）や体脂肪率等によって異なる。

このため、操作者は、管電圧を下げることが、被曝線量に対するコントラストノイズ比の改善に有効であることを理解していても、実際には、そのような条件でスキャンを行った経験がほとんどなく、その改善の効果に確信が持てないことが多い。そのため、操作者は、管電圧を従来の標準より下げて設定することに対して躊躇してしまい、実際に行われるケース（case）は非常に少ない。

このような事情により、被曝線量に対するコントラストノイズ比が改善される管電圧の設定を促すことが可能なＸ線ＣＴ装置の提供が望まれている。

第１の観点の発明は、本スキャンの前に、第１Ｘ線管電圧によるＸ線と前記第１Ｘ線管電圧より低い第２Ｘ線管電圧によるＸ線とを用いて被検体の予備スキャンを行うスキャン手段と、前記予備スキャンにより得られた投影データ（data）に基づいて、前記第１Ｘ線管電圧による第１断層像と前記第２Ｘ線管電圧による第２断層像とを再構成する再構成手段と、前記本スキャンにおけるスキャン条件候補と、該スキャン条件候補でスキャンしたときに得られる断層像のコントラストノイズ比を表す予測値と、該スキャン条件候補でスキャンしたときの前記被検体の被曝線量を表す予測値とを、前記第１Ｘ線管電圧を用いるスキャン条件候補と、前記第２Ｘ線管電圧を用いるキャン条件候補とについて、それぞれ求める手段であって、前記コントラストノイズ比を表す予測値を、前記第１および第２断層像における画素値を用いて求める手段と、前記求められた各スキャン条件候補について、少なくとも、Ｘ線管電圧、コントラストノイズ比を表す予測値、および被曝線量を表す予測値を表示する表示手段とを備えたＸ線ＣＴ装置を提供する。

第２の観点の発明は、前記本スキャンにおけるスキャン条件候補を求める手段は、第２Ｘ線管電圧を用いたスキャン条件候補であって、前記第１Ｘ線管電圧を用いるスキャン条件候補でスキャンしたときに得られる断層像のコントラストノイズ比を表す予測値または被検体の被曝線量を表す予測値に対し、コントラストノイズ比を表す予測値が同じになる或いはコントラストノイズ比が高くなるような予測値となる、または、被曝線量を表す予測値が同じになる或いは被曝が少なくなるような予測値となるスキャン条件候補を求める手段を有している請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。

第３の観点の発明は、前記本スキャンにおけるスキャン条件候補を求める手段が、前記第１Ｘ線管電圧と所望のＸ線管電流とを用いるスキャン条件候補を、第１候補として求める上記第１の観点または第２の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第４の観点の発明は、前記所望のＸ線管電流が、ＣＴ自動露出機構を用いて得られたＸ線管電流である上記第３の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第５の観点の発明は、前記本スキャンにおけるスキャン条件候補を求める手段が、前記第２Ｘ線管電圧を用いるスキャン条件候補であって、Ｘ線管電流が前記第１候補のときと同じになるようなスキャン条件候補を、第２候補として求める上記第３の観点または第４の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第６の観点の発明は、前記本スキャンにおけるスキャン条件候補を求める手段が、前記第２Ｘ線管電圧を用いるスキャン条件候補であって、コントラストノイズ比を表す予測値が前記第１候補のときと同じになるようなスキャン条件候補を、第３候補として求める上記第３の観点から第５の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第７の観点の発明は、前記本スキャンにおけるスキャン条件候補を求める手段が、前記第２Ｘ線管電圧を用いるスキャン条件候補であって、被曝線量を表す予測値が前記第１候補のときと同じになるようなスキャン条件候補を、第４候補として求める上記第３の観点から第６の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第８の観点の発明は、前記本スキャンにおけるスキャン条件候補を求める手段が、操作者の操作に応じてまたは前記第１および第２断層像の解析結果に基づいて、前記第１および第２断層像の各々に対し、相対的に高い画素値を含む第１関心領域と相対的に低い画素値を含む第２関心領域とを設定する設定手段を有しており、前記第１および第２関心領域の画素値を用いて前記コントラストノイズ比の予測値を求める上記第１の観点から第７の観点のいずれか一つ観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第９の観点の発明は、前記再構成手段が、時系列的な複数の第１および第２断層像を再構成し、前記設定手段が、操作者の操作に応じてまたは前記複数の第１および第２断層像の解析結果に基づいて、前記複数の第１および第２断層像の中から、特定の部位の画素値が実質的にピーク（peak）に達しているタイミング（timing）における第１および第２断層像を選択し、該選択された第１および第２断層像に対して前記第１および第２関心領域を設定する上記第８の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１０の観点の発明は、前記予備スキャンが、Ｘ線管電圧を１または数ビュー（view）単位で前記第１Ｘ線管電圧および第２Ｘ線管電圧を含む複数のＸ線管電圧に切り換えながらＸ線を照射するスキャンである上記第１の観点から第９の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。「数ビュー」は、例えば２ビュー以上１０ビュー未満である。

第１１の観点の発明は、前記予備スキャンおよび本スキャンが、造影スキャンである上記第１の観点から第１０の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１２の観点の発明は、前記予備スキャンが、テストインジェクションスキャン（test injection scan）を兼ねている上記第１１の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１３の観点の発明は、前記第１Ｘ線管電圧が、実質的に１２０ｋＶｐである上記第１の観点から第１２の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

なお、コントラストノイズ比は、ノイズに対するコントラストの比である。ノイズは、例えば所定の画像領域における画素値の標準偏差、コントラストは、例えば同画像領域における最大レベルの画素値と最小レベルの画素値との差とすることができる。

本発明のＸ線ＣＴ装置によれば、本スキャンにおけるスキャン条件の候補と、その候補のスキャン条件でスキャンしたときの断層像のコントラストノイズ比を表す予測値および被検体の被曝線量を表す予測値とを、第１Ｘ線管電圧を含むスキャン条件の候補と、第２Ｘ線管電圧を含むスキャン条件の候補とについて、それぞれ求め、前記求められたスキャン条件の各候補について、少なくとも、Ｘ線管電圧、コントラストノイズ比を表す予測値、および被曝線量を表す予測値を表示するので、管電圧を下げることが、被曝線量に対するコントラストノイズ比の改善に有効であることのエビデンス（evidence）を、操作者に示すことができ、被曝線量に対するコントラストノイズ比が改善される管電圧の設定を、操作者に対して促すことができる。

発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を概略的に示す図である。 発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における処理の流れを示すフローチャート（flow chart）である。 時系列的な複数の第１断層像および第２断層像の表示例を示す図である。 第１および第２断層像における第１および第２関心領域の設定例を示す図である。 スキャン条件の第１〜第４候補についての管電圧、管電流、コントラストノイズ比の予測値、および被検体被曝線量の予測値の表示例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を概略的に示す図である。

Ｘ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール（console）１と、撮影テーブル（table）１０と、走査ガントリ（gantry）２０とを具備している。

操作コンソール１は、操作者からの入力を受け付ける入力装置２と、被検体の撮影を行うための各部の制御や画像を生成するためのデータ処理などを行う中央処理装置３と、走査ガントリ２０で取得したデータを収集するデータ収集バッファ（buffer）５と、画像を表示するモニタ（monitor）６と、プログラム（program）やデータなどを記憶する記憶装置７とを具備している。

撮影テーブル１０は、被検体４０を載せて走査ガントリ２０の開口部Ｂに入れ出しするクレードル（cradle）１２を具備している。クレードル１２は、撮影テーブル１０に内蔵するモータ（motor）で昇降および水平直線移動される。なお、ここでは、被検体４０の体軸方向すなわちクレードル１２の水平直線移動方向をｚ方向、鉛直方向をｙ方向、ｚ方向およびｙ方向に垂直な水平方向をｘ方向とする。

走査ガントリ２０は、回転部１５と、回転部１５を回転可能に支持する本体部２０ａとを有する。回転部１５には、Ｘ線管２１と、Ｘ線管２１を制御するＸ線コントローラ（controller）２２と、Ｘ線管２１から発生したＸ線ビーム８１をコリメート（collimate）して整形するコリメータ（collimator）２３と、被検体４０を透過したＸ線ビーム８１を検出するＸ線検出器２４と、Ｘ線検出器２４の出力を投影データに変換して収集するＤＡＳ（Data Acquisition System）（データ収集装置ともいう）２５と、Ｘ線コントローラ２２，コリメータ２３，ＤＡＳ２５の制御を行う回転部コントローラ２６とが搭載されている。本体部２０ａは、制御信号などを操作コンソール１や撮影テーブル１０と通信する制御コントローラ２９を具備する。回転部１５と本体部２０ａとは、スリップリング（slip ring）３０を介して電気的に接続されている。

これより、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における処理の流れについて説明する。

図２は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における処理の流れを示すフローチャートである。

ステップ（step）Ｓ１では、被検体４０のスカウトスキャン（scout scan）を行って被検体の投影データであるスカウトスキャンデータＤｓを収集し、このスカウトスキャンデータＤｓを基にスカウト像を生成する。スカウト像は、モニタ６の画面に表示される。

スカウトスキャンとしては、例えば、Ｘ線管２１を被検体４０の真上、真下、真横等に位置させて、Ｘ線管２１を被検体４０に対してｚ方向に相対移動させながらＸ線８１を照射し、投影データを収集する方法が考えられる。また例えば、本スキャンより低線量のＸ線を用いて被検体４０のヘリカルスキャンを行って投影データを収集する方法が考えられる。なお、本例では、後者の方法を採用し、少なくとも被検体４０の正面像を表すスカウト像を再構成する。

ステップＳ２では、操作者が、スカウト像を参照して、本スキャンである造影スキャンを行うｚ方向の範囲（以下、本スキャンｚ方向範囲という）を設定する。

ステップＳ３では、ＣＴ自動露出機構により、収集されたスカウトスキャンデータＤｓ、本スキャンにおける仮の管電圧としての第１管電圧ｋＶ１，操作者により入力されたノイズインデックスＮＩ、プリセット（preset）されている、または入力されたガントリ１回転時間ＲＴ等に基づいて、本スキャンにおける管電流の変調曲線（以下、ｍＡ曲線という）を求める。本例では、本スキャンｚ方向範囲における各ｚ位置での断層像を、ノイズインデックスＮＩで規定される所望のノイズレベル（noise level）すなわちＳＤ値で得ることができるよう、本スキャンの実行中に、管電流ｍＡの変調を行う。例えば、Ｘ線管２１のｚ方向位置またはｚ方向位置および投影角度位置に応じて管電流ｍＡを変化させる。ｍＡ曲線は、このような管電流ｍＡの変調を行う場合の、管電流ｍＡのｚ方向またはｚ方向および投影角度方向における変調曲線である。なお、本スキャンにおける管電流ｍＡは固定値であってもよい。

ステップＳ４では、予備スキャンとして、高速ｋＶスイッチング（switching）によるテストインジェクションスキャンを行う。高速ｋＶスイッチングとは、管電圧ｋＶを１または数ビュー単位で複数の設定管電圧に順次切り換えることをいう。テストインジェクションスキャンとは、被検体４０に本スキャンより少量または低濃度の造影剤を投与し、本スキャンと同じまたは本スキャンより低線量のＸ線を照射して行う試験的な造影スキャンである。テストインジェクションスキャンを行う目的は、撮影部位が造影剤で染まってゆく様子を撮影して、本スキャンにおける造影剤投与後の最適なスキャン開始タイミングを見積もること、被検体の造影アレルギーの有無を確認することなどである。

本例では、管電流ｍＡを本スキャンのときより低い所定の管電流ｍＡtestにして、管電圧ｋＶを従来の標準である第１管電圧ｋＶ１と、その第１管電圧ｋＶ１より低い第２管電圧ｋＶ２とに、１または数ビューごとに交互に切り換えながらテストインジェクションスキャンを行う。つまり、管電圧ｋＶを高速に切り換えるタイプ（type）のデュアルエネルギー（dual energy）撮影法によりテストインジェクションスキャンを行う。これにより、第１管電圧ｋＶ１による投影データである第１テストインジェクションデータＤｔ１と、第２管電圧ｋＶ２による投影データである第２テストインジェクションデータＤｔ２とが収集される。なお、本例では、具体例として、第１管電圧ｋＶ１を１２０ｋＶｐとし、第２管電圧ｋＶ２を１００ｋＶｐとする。

ステップＳ５では、第１テストインジェクションデータＤｔ１を基に、第１管電圧ｋＶ１による時系列的な複数の第１断層像を再構成するとともに、第２テストインジェクションデータＤｔ２を基に、第２管電圧ｋＶ２による時系列的な複数の第２断層像を再構成する。再構成された各断層像は、モニタ６の画面に表示される。

図３に、時系列的な複数の第１断層像および第２断層像の表示例を示す。

本例では、図３に示すように、造影剤の投与を開始してからの経過時間ｔ（秒）が、ｔ＝ｔ１，ｔ２，ｔ３，…となる各タイミングにおける第１断層像４１（ｔ）および第２断層像４２（ｔ）を再構成して表示する。ここでの各タイミングは、例えば、造影剤の投与を開始してから２秒間隔で刻まれる時点とし、ｔ１＝２秒，ｔ２＝４秒，ｔ３＝６秒，…とする。

ステップＳ６では、操作者が、所望の同一タイミングｔｄにおける第１断層像４１（ｔｄ）および第２断層像４２（ｔｄ）を選択する。ここでの所望のタイミングｔｄは、関心のある特定の部位の造影剤の染まり程度が最大レベルとなり、ＣＴ値が実質的にピークに達しているタイミングとする。

ステップＳ７では、操作者が、選択された第１断層像４１（ｔｄ）および第２断層像４２（ｔｄ）において、位置的に互いに対応する幾つかの部分領域に関心領域を設定する。本例では、特定の部位に対応する部分領域であって、造影剤の染まり程度が最大レベルとなり、ＣＴ値が実質的にピークに達している部分領域に第１関心領域ＲＯＩ１を設定する。また、造影剤の染まり程度が最小レベルとなる部分領域に第２関心領域ＲＯＩ２を設定する。

図４に、選択された第１および第２断層像における第１および第２関心領域の設定例を示す。図４に示すように、第１関心領域ＲＯＩ１は、例えば、断層像内で関心のある部位のうち輝度が最も高く、ＣＴ値が最も高いと思われる部分に設定し、第２関心領域ＲＯＩ２は、例えば、同断層像内で輝度が低く、ＣＴ値が低いと思われる部分に設定する。各関心領域は、例えば実空間上で直径１ｃｍ〜数ｃｍ程度の円領域に対応する領域とする。

なお、ステップＳ７およびＳ８における断層像の選択および関心領域の設定は、断層像の解析結果に基づいて自動で行われるようにしてもよい。

ステップＳ８では、本スキャンにおけるスキャン条件の候補と、その候補のスキャン条件でスキャンしたときの、断層像のコントラストノイズ比ＣＮＲの予測値および被検体被曝線量ＣＴＤＩの予測値とを、第１管電圧ｋＶ１を含むスキャン条件の候補と、第２管電圧ｋＶ２を含むスキャン条件の候補とについて、それぞれ求め、表示する。なお、コントラストノイズ比ＣＮＲの予測値を求める際に、第１および第２関心領域ＲＯＩ１，ＲＯＩ２の画素値を用いる。

本例では、まず、選択された第１断層像４１（ｔｄ）に設定された第１関心領域ＲＯＩ１および第２関心領域ＲＯＩ２の画素値を基に、第１管電圧ｋＶ１による断層像の第１暫定コントラストノイズ比ＣＮＲtemp_kv1を求める。同様に、選択された第２断層像４２（ｔｄ）に設定された第１関心領域ＲＯＩ１および第２関心領域ＲＯＩ２の画素値を基に、第２管電圧ｋＶ２による断層像の第２暫定コントラストノイズ比ＣＮＲtemp_kv2を求める。

第１および第２暫定コントラストノイズ比ＣＮＲtemp_kv1，ＣＮＲtemp_kv2は、例えば、次式によって求めることができる。

ここで、ＣＴ＃roi1_kv1は、第１断層像４１（ｔｄ）の第１関心領域ＲＯＩ１における代表画素値であり、ＣＴ＃roi2_kv1は、第１断層像４１（ｔｄ）の第２関心領域ＲＯＩ２における代表画素値である。ＳＤroi2_kv1は、第１断層像４１（ｔｄ）の第２関心領域ＲＯＩ２における画像ノイズ値である。また、ＣＴ＃roi1_kv2は、第２断層像４２（ｔｄ）の第１関心領域ＲＯＩ１における代表画素値であり、ＣＴ＃roi2_kv2は、第１断層像４１（ｔｄ）の第２関心領域ＲＯＩ２における代表画素値である。ＳＤroi2_kv2は、第２断層像４２（ｔｄ）の第２関心領域ＲＯＩ２における画像ノイズ値である。代表画素値は、例えば画素値の平均値であり、画像ノイズ値は、例えば画素値の標準偏差である。なお、数式１において、ＳＤroi2_kv1は、第１断層像４１（ｔｄ）の第１関心領域ＲＯＩ１における画像ノイズ値ＳＤroi1_kv1や、第１断層像４１（ｔｄ）の他の部分領域における画像ノイズ値に代えてもよい。また、数式２において、ＳＤroi1_kv2は、第２断層像４２（ｔｄ）の第１関心領域ＲＯＩ１における画像ノイズ値ＳＤroi1_kv2や、第２断層像４２（ｔｄ）の他の部分領域における画像ノイズ値に代えてもよい。

次に、本スキャンにおけるスキャン条件の候補として、以下に示すような第１〜第４候補を求める。なお、スキャン条件には、管電圧および管電流が含まれる。また、本例のようにＸ線管２１のｚ方向の位置や投影角度位置に応じて管電流を変化させる管電流変調を行う場合には、便宜上、演算や表示に用いる管電流として、変調により変化する管電流の時間平均を用いるようにする。

第１候補は、従来から標準として用いられている第１管電圧ｋＶ１と、所定の管電流とを含むものとする。第２候補は、第１候補を基準に、管電流は変えず、管電圧をより低くしたものとする。第３候補は、第１候補を基準に、コントラストノイズ比ＣＮＲを変えず、管電圧をより低くしたものとする。第４候補は、第１候補を基準に、被検体の被曝線量ＣＴＤＩを変えず、管電圧をより低くしたものとする。

以下、第１〜第４候補の管電圧、管電流と、その候補でのコントラストノイズ比および被検体の被曝線量の求め方について説明する。

（第１候補）
第１候補の管電圧ｋＶ（１）、第１候補の管電流ｍＡ（１）は、以下の通り決定する。

ここで、ｍＡautoは、ＣＴ自動露出機構により、スカウトスキャンデータＤｓ、第１管電圧ｋＶ１，ノイズインデックスＮＩ，ガントリ１回転時間ＲＴ等を基に決定されたｍＡ曲線の平均値である。

第１候補でのコントラストノイズ比ＣＮＲ（１）は、例えば次のように求める。

一般的に、コントラストノイズ比ＣＮＲは、次式で表すことができる。

ここで、ΔＣＴ＃は断層像における最大ＣＴ値と最小ＣＴ値とのＣＴ値差、ＳＤはＣＴ値のばらつき程度を示すＳＤ値である。また、αはＣＴ値差に関する係数、ｐ（Ｃio）は造影剤の濃度・量・注入圧等の条件Ｃioに応じて変化する、ＣＴ値差に関するゲイン（gain）、ｑ（ｋＶ）は管電圧に応じて変化する、ＣＴ値差に関するゲインである。また、ｋ（ｋＶ）は、管電圧ｋＶに応じて変化する、ＳＤ値に関するゲイン、ｍＡは管電流、ｓはＸ線照射時間である。

第１暫定コントラストノイズ比ＣＮＲtemp_kv1は、上記数式５を基に、次式で表すことができる。

ここで、Ｃｉｏtestは、テストインジェクションスキャンを行ったときの造影剤に関する条件であり、ｍＡtestはテストインジェクションスキャンを行ったときの管電流である。

一方、第１候補でのコントラストノイズ比ＣＮＲ（１）は、上記数式５を基に、次式で表すことができる。

ここで、Ｃｉｏrealは、本スキャンを行うときの造影剤に関する条件、例えば、造影剤の量、濃度、注入圧などである。

数式７を、数式６を用いて変形すると、次式にように、第１候補でのコントラストノイズ比ＣＮＲ（１）が求められる。

また、第１候補での被検体被曝線量ＣＴＤＩ（１）は、例えば次のように求める。

一般的に、被検体被曝線量ＣＴＤＩは、次式で表すことができる。

ここで、βは係数、ｆ（ｋＶ）は、管電圧ｋＶに応じて変化する関数（例えばｋＶの二乗もしくは三乗）である。

よって、第１候補での被検体被曝線量ＣＴＤＩ（１）は、次式のように求められる。

（第２候補）
第２候補の管電圧ｋＶ（２）は、次式のように、第１管電圧ｋＶ１より低い第２管電圧ｋＶ２とする。

第２候補の管電流ｍＡ（２）は、次式のように、第１候補の管電流ｍＡ（１）と同じになる。

第１候補でのコントラストノイズ比ＣＮＲ（１）は、例えば次のようにして求める。

第１候補および第２候補でのコントラストノイズ比ＣＮＲ（１），ＣＮＲ（２）、第１および第２暫定コントラストノイズ比ＣＮＲtemp_kv1，ＣＮＲtemp_kv2は、それぞれ、次式で表すことができる。

これらの式から次の関係式が導き出せる。

この式を変形すると、次式のように、第２候補でのコントラストノイズ比ＣＮＲ（２）が求められる。

また、第２候補での被検体被曝線量ＣＴＤＩ（２）は、次式のように求められる。

（第３候補）
第３候補の管電圧ｋＶ（３）は、次式のように、第１管電圧ｋＶ１より低い第２管電圧ｋＶ２とする。

第３候補でのコントラストノイズ比ＣＮＲ（３）は、第１候補でのコントラストノイズ比ＣＮＲ（１）と同じであるから、次式が成り立つ。

ＣＮＲ（１）およびＣＮＲ（３）は、それぞれ次のように表される。

ここで、上記の数式２２および数式２３により、次式が成り立つ。

この式を変形すると、次式が得られる。

一方、テストインジェクションスキャンで得られた断層像から実測により得られた第１および第２暫定コントラストノイズ比ＣＮＲtemp_kv1，ＣＮＲtemp_kv2は、次式で表される。

数式２６と数式２７とで比を取り、数式２５と比較すると、次式が得られる。

この数式２８を変形すると、さらに次式が得られる。

両辺を自乗すると、次式のように、第３候補の管電流ｍＡ（３）が得られる。

第３候補での被検体被曝線量ＣＴＤＩ（３）は、次式のようになる。

（第４候補）
第４候補の管電圧ｋＶ（４）は、次式のように、第１管電圧ｋＶ１より低い第２管電圧ｋＶ２とする。

第４候補での被検体被曝線量ＣＴＤＩ（４）は、次式のように、第１候補での被検体被曝線量ＣＴＤＩ（１）と同じになる。

第４候補の管電流ｍＡ（４）は、例えば次のようにして求める。

第１候補および第４候補での被検体被曝線量ＣＴＤＩ（１），ＣＴＤＩ（４）は、それぞれ次式で表すことができる。

これらを数式３３に代入すると、次式が得られる。

この式を変形すると、次式のように、第４候補の管電流ｍＡ（４）が求められる。

第４候補でのコントラストノイズ比ＣＮＲ（４）は、例えば次にようにして求める。

第２候補および第４候補でのコントラストノイズ比ＣＮＲ（２），ＣＮＲ（４）は、それぞれ、次式のようになる。

これらの式を左辺同士、右辺同士で比を取ると、次式が得られる。

この式を変形し、先に得られた数式３７の第４候補の管電流ｍＡ（４）を代入すると、次式のように、第４候補でのコントラストノイズ比ＣＮＲ（４）が得られる。

図５に、第１〜第４候補についての管電圧、管電流、コントラストノイズ比の予測値、および被検体被曝線量の予測値の表示例を示す。本表示例では、前述の通り、従来の標準である管電圧と所定の管電流とによる第１候補と、この第１候補を基準に、管電圧を下げて管電流を同じにした第２候補、管電圧を下げてコントラストノイズ比を同じにした第３候補、管電圧を下げて被検体被曝線量を同じにした第４候補を、コントラストノイズ比および被検体被曝線量の予測値と併せて表示している。なお、コントラストノイズ比の予測値および被曝線量の予測値は、各候補間において相対値で示してもよい。

これにより、操作者は、管電圧が従来の標準である第１管電圧ｋＶ１となっている候補と、管電圧が第１管電圧より低い第２管電圧となっている幾つかの候補とについて、コントラストノイズ比ＣＮＲおよび被検体の被曝線量ＣＴＤＩの予測値を見て、これらを指標に比較評価することができる。

その結果、操作者は、管電圧を下げることによる、被曝線量に対するコントラストノイズ比の改善の有効性を、確信を持って理解することができる。また、本スキャンの管電圧として従来の標準を用いることにこだわることなく、断層像のコントラストノイズ比ＣＮＲと被検体の被曝線量ＣＴＤＩとがより所望のバランス（balance）に近いスキャン条件を選択することができる。

例えば、従来の標準である第１管電圧を用いる第１候補と比較して、コントラストノイズ比は若干下がるが、被検体の被曝線量を大幅に低減できるスキャン条件を選択したい場合には、第２候補を選択することができる。また例えば、第１候補と比較して、コントラストノイズ比はそのままで、被検体の被曝線量をより低減できるスキャン条件を選択したい場合には、第３候補を選択することができる。また例えば、第１候補と比較して、被検体の被曝線量はそのままで、コントラストノイズ比を大幅に向上できるスキャン条件を選択したい場合には、第４候補を選択することができる。

また、実のところ、コントラストノイズ比と被曝線量とのバランスは、被検体の個体差に依るところが大きい。例えば、被検体の大きさや体脂肪率は、そのＸ線透過性に反映され、低線量のＸ線照射による量子ノイズの量に影響するので、コントラストノイズ比を決める重要なファクタとなる。そのため、コントラストノイズ比の予測は、完全なシミュレーション（simulation）によっては高い精度は望めない。

一方、ここでは、テストインジェクションスキャンによって実際に得られた断層像を基に暫定コントラストノイズ比を実測し、これらを用いて、スキャン条件の各候補でのコントラストノイズ比を予測しているので、予測値の精度が非常に高い。

ステップＳ９では、操作者が、表示された候補の中から、コントラストノイズ比および被検体被曝線量の予測値を参照して、所望の候補を選択する。

ステップＳ１０では、操作者が、テストインジェクションスキャンにより得られた時系列的な複数の断層像を参照して、本スキャンにおける待機時間、すなわち、造影剤の投与を開始してから、スキャンを開始するまでの時間を設定する。

ステップＳ１１では、選択された候補によるスキャン条件や、その他の設定条件に従って、本スキャンである造影スキャンを実行する。

ステップＳ１２では、造影スキャンにより得られたデータを基に画像再構成し、再構成画像を表示する。

このように、本実施形態によれば、テストインジェクションスキャンをデュアルエネルギー撮影法によって行い、管電圧が従来の標準である第１管電圧ｋＶ１（本例では１２０ｋＶｐ）となる場合と、それより低い第２管電圧ｋＶ２（本例では１００ｋＶｐ）となる場合とにおいて、それぞれ断層像を得、これら断層像から第１および第２暫定コントラストノイズ比を実測で求める。次に、これら実測された第１および第２暫定コントラストノイズ比を基に、種々の観点から、本スキャンのスキャン条件の候補として、管電圧が従来の標準の第１管電圧ｋＶ１である候補と、管電圧が第１管電圧より低い第２管電圧である幾つかの候補とを決定する。そして、各候補と、その候補のスキャン条件でスキャンしたときの断層像のコントラストノイズ比ＣＮＲおよび被検体被曝線量ＣＴＤＩの予測値とを併せて表示する。

このようなエビデンスの表示により、被曝線量に対するコントラストノイズ比が改善される管電圧の設定を、操作者に対して促すことができる。操作者は、示されたエビデンスを見ることで、管電圧を下げることにより被曝線量に対するコントラストノイズ比が改善されることに確信を持つことができ、躊躇することなく、被検体の被曝線量と断層像のコントラストノイズ比とが所望のバランスに近い候補を選択・設定することができる。

なお、発明の実施形態は、上記に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態では、Ｘ線ＣＴスキャンを造影スキャンとしているが、一般的な非造影スキャンであってもよい。ただし、造影スキャンの方が一般的なスキャンよりもスキャン時間が長くなるので、被曝低減の効果はより大きくなる。

また例えば、本実施形態では、求められたスキャン条件の候補を表示する際に、その候補についての、管電圧、管電流、コントラストノイズ比、および被曝線量を表示しているが、少なくとも管電圧、コントラストノイズ比、被曝線量を表示すればよい。これらの情報だけでも、スキャン条件の候補間での比較評価が可能になる。

また例えば、本実施形態では、被検体の撮影部位を特に指定していないが、撮影部位としては、頭部、心臓、腎臓等が考えられる。

また、本実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置であるが、発明は、Ｘ線ＣＴ装置とＰＥＴまたはＳＰＥＣＴとを組み合わせたＰＥＴ−ＣＴ装置やＳＰＥＣＴ−ＣＴ装置などにも適用可能である。

１ 操作コンソール
２ 入力装置
３ 中央処理装置
５ データ収集バッファ
６ モニタ
７ 記憶装置
１０ 撮影テーブル
１２ クレードル
１５ 回転部
２０ 走査ガントリ
２１ Ｘ線管
２２ Ｘ線コントローラ
２３ コリメータ
２４ Ｘ線検出器
２５ ＤＡＳ
２６ 回転部コントローラ
２９ 制御コントローラ
３０ スリップリング
４０ 被検体
４１ 第１断層像
４２ 第２断層像
８１ Ｘ線
１００ Ｘ線ＣＴ装置

Claims (13)

1. 本スキャンの前に、第１Ｘ線管電圧によるＸ線と前記第１Ｘ線管電圧より低い第２Ｘ線管電圧によるＸ線とを用いて被検体の予備スキャンを行うスキャン手段と、
   前記予備スキャンにより得られた投影データに基づいて、前記第１Ｘ線管電圧による第１断層像と前記第２Ｘ線管電圧による第２断層像とを再構成する再構成手段と、
   前記本スキャンにおけるスキャン条件候補と、該スキャン条件候補でスキャンしたときに得られる断層像のコントラストノイズ比を表す予測値と、該スキャン条件候補でスキャンしたときの前記被検体の被曝線量を表す予測値とを、前記第１Ｘ線管電圧を用いるスキャン条件候補と、前記第２Ｘ線管電圧を用いるスキャン条件候補とについて、それぞれ求める手段であって、前記コントラストノイズ比を表す予測値を、前記第１および第２断層像における画素値を用いて求める手段と、
   前記求められた各スキャン条件候補について、少なくとも、Ｘ線管電圧、コントラストノイズ比を表す予測値、および被曝線量を表す予測値を表示する表示手段とを備えたＸ線ＣＴ装置。
2. 前記本スキャンにおけるスキャン条件候補を求める手段は、第２Ｘ線管電圧を用いるスキャン条件候補であって、前記第１Ｘ線管電圧を用いるスキャン条件候補でスキャンしたときに得られる断層像のコントラストノイズ比を表す予測値または被検体の被曝線量を表す予測値に対し、コントラストノイズ比を表す予測値が同じになる或いはコントラストノイズ比が高くなるような予測値となる、または、被曝線量を表す予測値が同じになる或いは被曝が少なくなるような予測値となるスキャン条件候補を求める手段を有している請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記本スキャンにおけるスキャン条件候補を求める手段は、前記第１Ｘ線管電圧と所望のＸ線管電流とを用いるスキャン条件候補を、第１候補として求める請求項１または請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記所望のＸ線管電流は、ＣＴ自動露出機構を用いて得られたＸ線管電流である請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記本スキャンにおけるスキャン条件候補を求める手段は、前記第２Ｘ線管電圧を用いるスキャン条件候補であって、Ｘ線管電流が前記第１候補のときと同じになるようなスキャン条件候補を、第２候補として求める請求項３または請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記本スキャンにおけるスキャン条件候補を求める手段は、前記第２Ｘ線管電圧を用いるスキャン条件候補であって、コントラストノイズ比を表す予測値が前記第１候補のときと同じになるようなスキャン条件候補を、第３候補として求める請求項３から請求項５のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
7. 前記本スキャンにおけるスキャン条件候補を求める手段は、前記第２Ｘ線管電圧を用いるスキャン条件候補であって、被曝線量を表す予測値が前記第１候補のときと同じになるようなスキャン条件候補を、第４候補として求める請求項３から請求項６のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
8. 前記本スキャンにおけるスキャン条件候補を求める手段は、
   操作者の操作に応じてまたは前記第１および第２断層像の解析結果に基づいて、前記第１および第２断層像の各々に対し、相対的に高い画素値を含む第１関心領域と相対的に低い画素値を含む第２関心領域とを設定する設定手段を有しており、
   前記第１および第２関心領域の画素値を用いて前記コントラストノイズ比の予測値を求める請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
9. 前記再構成手段は、時系列的な複数の第１および第２断層像を再構成し、
   前記設定手段は、操作者の操作に応じてまたは前記複数の第１および第２断層像の解析結果に基づいて、前記複数の第１および第２断層像の中から、特定の部位の画素値が実質的にピークに達しているタイミングにおける第１および第２断層像を選択し、該選択された第１および第２断層像に対して前記第１および第２関心領域を設定する請求項８に記載のＸ線ＣＴ装置。
10. 前記予備スキャンは、Ｘ線管電圧を１または数ビュー単位で前記第１Ｘ線管電圧および第２Ｘ線管電圧を含む複数のＸ線管電圧に切り換えながらＸ線を照射するスキャンである請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
11. 前記予備スキャンおよび本スキャンは、造影スキャンである請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
12. 前記予備スキャンは、テストインジェクションスキャンを兼ねている請求項１１に記載のＸ線ＣＴ装置。
13. 前記第１Ｘ線管電圧は、実質的に１２０ｋＶｐである請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。

Images