JP2015003273A - X-ray computer tomographic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、心電同期制御のもとで投影データを収集するX線コンピュータ断層撮影装置に関する。 The present invention relates to an X-ray computed tomography apparatus that collects projection data under electrocardiographic synchronization control.
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。 An X-ray computed tomography apparatus provides information about a subject based on the intensity of X-rays that have passed through the subject, and includes many images including diagnosis, treatment, and surgical planning of diseases. It plays an important role in medical practice.
このX線コンピュータ断層撮影装置では、心電同期スキャンと呼ばれるスキャン技法がある。これは、心拍周期の内、心電図に従って特定の位相期間(スキャン期間)にデータ収集を限定して、その心拍位相に対応する画像を生成するものある。なお、心拍位相とは、典型的には、R波から次のR波までの不定期間を0〜100%で規格化し、当該期間の各位置を%で表現したものをいう。 This X-ray computed tomography apparatus has a scanning technique called an electrocardiogram synchronous scan. In this method, data collection is limited to a specific phase period (scan period) in accordance with an electrocardiogram in the heartbeat cycle, and an image corresponding to the heartbeat phase is generated. The heartbeat phase typically refers to an indefinite period from an R wave to the next R wave normalized by 0 to 100% and each position in the period expressed in%.
この心電同期スキャンでは、スキャン期間を特定する方法として、スキャン期間を開始位相から終了位相までの間に特定する。終了位相は次のR波に設定されることが多い。 In this electrocardiographic synchronization scan, as a method for specifying the scan period, the scan period is specified between the start phase and the end phase. The end phase is often set to the next R wave.
しかし、この特定方法では、心拍変動に対応できない。心拍数が低下したとき(心拍周期が延長したとき)、スキャン期間が不必要に長くなって、曝射量が増加してしまう。一方、心拍数が増加したとき(心拍周期が短縮したとき)、スキャン期間が極端に短くなって、再構成に必要な角度の投影データを揃えることができなくなってしまう。 However, this specific method cannot cope with heart rate variability. When the heart rate decreases (when the heartbeat period is extended), the scanning period becomes unnecessarily long and the exposure dose increases. On the other hand, when the heart rate increases (when the heartbeat period is shortened), the scan period becomes extremely short, and projection data at an angle necessary for reconstruction cannot be aligned.
本発明の目的は、心電同期スキャンのもとでデータを収集するX線コンピュータ断層撮影装置において、心拍が変動しても、スキャン期間が不必要に延長する事態及び再構成不能なほどスキャン期間が短縮する事態を回避することにある。 An object of the present invention is an X-ray computed tomography apparatus that collects data under an electrocardiogram-synchronized scan. Even if the heart rate fluctuates, the scan period is unnecessarily extended and the scan period is so difficult to reconstruct. Is to avoid the situation of shortening.
本発明のある局面は、X線を発生するX線管と、被検体を透過したX線を検出するX線検出器と、前記X線管及び前記X線検出器を前記被検体の周囲を連続的に回転可能に支持する支持機構と、前記X線検出器により検出された投影データに基づいて画像を再構成する再構成部と、前記X線管から前記被検体へのX線照射期間を前記被検体の心拍に同期させる心電同期制御部とを具備し、前記心電同期制御部は、前記X線照射期間を中心位置と時間幅とにより特定する。 An aspect of the present invention includes an X-ray tube that generates X-rays, an X-ray detector that detects X-rays transmitted through the subject, and the X-ray tube and the X-ray detector around the subject. A support mechanism for supporting the rotation continuously, a reconstruction unit for reconstructing an image based on projection data detected by the X-ray detector, and an X-ray irradiation period from the X-ray tube to the subject Is synchronized with the heartbeat of the subject, and the electrocardiogram synchronization control unit specifies the X-ray irradiation period by a center position and a time width.
本発明によれば、心電同期スキャンのもとでデータを収集するX線コンピュータ断層撮影装置において、心拍が変動しても、スキャン期間が不必要に延長する事態及び再構成不能なほどスキャン期間が短縮する事態を回避することができる。 According to the present invention, in an X-ray computed tomography apparatus that collects data under an electrocardiogram-synchronized scan, even if the heart rate fluctuates, the scan period is unnecessarily extended and the scan period is so difficult to reconstruct. Can be avoided.
以下、図面を参照して本発明によるX線コンピュータ断層撮影装置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(ROTATE/ROTATE)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(STATIONARY/ROTATE)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°分のフル投影データセット(フル再構成法)が、またハーフ再構成法でも180°+α(α;ファン角)分のハーフ投影データセットが必要とされる。本実施形態では、動きの速い心臓等の撮影に有効なハーフ再構成法を採用する。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が、ここでは、前者の間接変換形として説明する。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。 Embodiments of an X-ray computed tomography apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the X-ray computed tomography apparatus, a rotation / rotation (ROTATE / ROTATE) type in which an X-ray tube and a radiation detector are rotated as one body, and a large number of detection elements are arrayed in a ring shape. There are various types such as a fixed / rotation (STATIONION / ROTATE) type in which only the X-ray tube rotates around the subject, and the present invention can be applied to any type. Here, the rotation / rotation type that currently occupies the mainstream will be described. In addition, to reconstruct one slice of tomographic image data, a full projection data set (full reconstruction method) of about 360 ° around the circumference of the subject is used, and 180 ° + α (α ; Fan projection) half projection data set is required. In the present embodiment, a half reconstruction method that is effective for photographing a fast-moving heart or the like is employed. In addition, the mechanism for converting incident X-rays into electric charges is based on an indirect conversion type in which X-rays are converted into light by a phosphor such as a scintillator and the light is further converted into electric charges by a photoelectric conversion element such as a photodiode. The generation of electron-hole pairs in semiconductors and their transfer to the electrode, that is, the direct conversion type utilizing a photoconductive phenomenon, is the mainstream. Any of these methods may be adopted as the X-ray detection element, but here, the former indirect conversion type will be described. In recent years, the so-called multi-tube X-ray computed tomography apparatus in which a plurality of pairs of an X-ray tube and an X-ray detector are mounted on a rotating ring has been commercialized, and the development of peripheral technologies has progressed. Yes. The present invention can be applied to both a conventional single-tube X-ray computed tomography apparatus and a multi-tube X-ray computed tomography apparatus. Here, a single tube type will be described.
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装置1を有する。架台装置1は、X線管101とX線検出器103を有する。X線検出器103は、典型的には、心臓領域をカバーする例えば64列のマルチスライス型(多列型)が採用される。しかし、X線検出器103は、シングルスライス型(一列型)であってもよい。
FIG. 1 shows the configuration of an X-ray computed tomography apparatus according to this embodiment. This X-ray computed tomography apparatus has a
X線管101とX線検出器103は、回転駆動されるリング状の回転フレーム102に搭載される。ここでは、回転フレーム102の回転軸をZ軸と定義する。Z軸を中心とした回転座系において、X線管101の焦点からX線検出器103の検出面中心を結ぶZ軸に直交する軸をX軸と定義する。Y軸はZ軸とX軸とにともに直交する。
The
回転フレーム103の中央部分は筐体とともに開口される。撮影時には、その開口部に寝台装置の天板上に載置された被検体が挿入される。被検体の心電図を検出するために、被検体には心電計(ECG)107が装着される。なお、心電計107は、被検体の周期的挙動を示す生体運動の生体信号を計測するための装置として装備されていて、呼吸計に代用されても良い。
A central portion of the rotating
X線管101の陰極−陽極間には高圧発生装置104から管電圧(高電圧)が印加され、またX線管101のフィラメントには高圧発生装置104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線管101の陽極のターゲットからX線が発生される。
A tube voltage (high voltage) is applied from the
X線検出器103は、各々が例えば0.5mm×0.5mmの正方の受光面を有する複数のX線検出素子を有する。例えば916個のX線検出素子がチャンネル方向(Y軸に近似)に配列される。この列がスライス方向(Z軸)に例えば64列並設される。
The
一般的にDAS(data acquisition system)と呼ばれているデータ収集装置104は、X線検出器102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(純生データともいう)は架台外部の計算機本体に供給される。計算機本体の前処理装置106は、データ収集装置104から出力される純生データに対して感度補正等の前処理を施す。前処理された純生データは、生データ又は投影データと称される。ここでは、投影データで呼称を統一する。
A
投影データは、データ収集時のX線管101のデータサンプリングの位置を表すビュー(VIEW)、チャンネル番号、列番号及び天板の位置を表す各コードを関連付けられ、心電計107の心電図データとともに計算機本体のデータ記憶装置112に記憶される。尚、本実施形態では、ヘリカルスキャンにより得られた投影データを処理する場合について説明するが、ダイナミックスキャンに適用することもできる。
The projection data is associated with a view (VIEW) representing the position of data sampling of the
計算機本体は、上記前処理装置106及びデータ記憶装置112とともに、スキャンコントローラ110、再構成装置114、最適位相決定部207、画像記憶部209、表示部210、システム制御部212を有する。再構成装置114は、心電計107により計測された心電の情報とX線検出器103により検出された投影データに基づいて画像を再構成するものである。再構成装置114は、設定された心拍位相に対応する複数心拍の投影データを合成して再構成することによりその心拍位相に対応する画像を表示する。
The computer main body includes a
入力デバイス116は、キーボード、マウスなどのポインティングデバイスを有する。この入力デバイス116を介して、例えば心電同期スキャンの条件として、図2に例示するように特に後述のスキャン期間の中心位置(収集中心位相)201と、スキャン期間の時間幅203が入力される。条件入力画面制御部117は、操作者が入力デバイス116を介して心電同期スキャンの条件を入力するための図2に例示する入力画面を生成し、表示部115に表示させる。
The
心電同期制御部118は、被検体の心拍を表す心電図に対して、収集中心位相201と時間幅203とのスキャン期間の同期条件に従って心電同期スキャンを実行するための制御を行う。なお、スキャン期間は、X線が発生され、被検体に照射され、被検体を透過したX線を検出し、データを収集する期間として狭義に定義される。広義には、スキャン期間は、X線を被検体に照射する期間として定義される。この場合には、データ収集動作は継続され、スキャン期間についてだけ検出器出力には被検体の減衰率情報が含まれることになる。
The electrocardiogram
図3には、心電同期制御部118による心電同期スキャンにおけるスキャン期間を心電図と共に示している。心電同期制御部118は、被検体に関する直前の拍動の心拍周期、または被検体に関する直前の所定回数の心拍の平均周期に従って、設定されたスキャン期間の中心位相と時間幅とから、心拍を表す心電図の特徴波、典型的にはR波からスキャン期間の開始位置までの遅延時間DTを決定する。この遅延時間DTは、動的に決定され、すなわち心拍数(心拍周期)の変動に対して追従して変化される。
FIG. 3 shows a scan period in the electrocardiogram synchronization scan by the
例えばスキャン期間の中心位相が50%、収集時間幅が500msecに設定され、そして心拍周期が1secのとき、遅延時間DTは、250msecに決定される。またスキャン期間の中心位相が70%、収集時間幅が600msecに設定され、そして心拍周期が1secのとき、遅延時間DTは、400msecに決定される。 For example, when the center phase of the scan period is set to 50%, the acquisition time width is set to 500 msec, and the heartbeat period is 1 sec, the delay time DT is determined to be 250 msec. Further, when the center phase of the scan period is set to 70%, the acquisition time width is set to 600 msec, and the heartbeat period is 1 sec, the delay time DT is determined to be 400 msec.
ここで、図4に示すように、心拍数が増加したとき、すなわち心拍周期が短縮したとき、スキャン期間が次のR波をまたいでしまうかもしれない。しかし、本実施形態のように、中心位相と時間幅とから心電同期スキャンのスキャン期間を決定することにより、スキャン期間が極端に短縮されてしまい、単一のスキャン期間において再構成に要する例えば360°又は180°+ファン角分の投影データを揃えることができず、画像再構成が不能な事態におちいってしまうという従来の不具合の事態を常に回避することができる。 Here, as shown in FIG. 4, when the heart rate increases, that is, when the cardiac cycle is shortened, the scan period may straddle the next R wave. However, as in the present embodiment, by determining the scan period of the electrocardiogram-synchronized scan from the center phase and the time width, the scan period is extremely shortened, and for example, reconstruction is required in a single scan period. The projection data for 360 ° or 180 ° + fan angle cannot be aligned, and the conventional problem that the image reconstruction is impossible can always be avoided.
また、図5に示すように、心拍数が減少したとき、すなわち心拍周期が延長したときであっても、スキャン期間を、設定された時間幅に固定することができ、従来のようにスキャン期間が次のR波まで不要に長くなって、不要な曝射を生じさせてしまうという従来の不具合の事態を常に回避することができる。 In addition, as shown in FIG. 5, even when the heart rate decreases, that is, when the heart rate cycle is extended, the scan period can be fixed to the set time width, However, it is possible to always avoid the conventional problem of unnecessarily long until the next R wave and causing unnecessary exposure.
なお、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。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
101…X線管、102…回転フレーム、103…X線検出器、112…データ記憶部、114…再構成装置、116…入力デバイス、117…条件入力画面制御部、118…心電同期制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
被検体を透過したX線を検出するX線検出器と、
前記X線管及び前記X線検出器を前記被検体の周囲を連続的に回転可能に支持する支持機構と、
前記X線検出器により検出された投影データに基づいて画像を再構成する再構成部と、
前記X線管から前記被検体へのX線照射期間を前記被検体の心拍に同期させる心電同期制御部とを具備し、
前記心電同期制御部は、前記X線照射期間を中心位置と時間幅とにより特定することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置。 An X-ray tube that generates X-rays;
An X-ray detector for detecting X-rays transmitted through the subject;
A support mechanism for supporting the X-ray tube and the X-ray detector so as to be continuously rotatable around the subject;
A reconstruction unit that reconstructs an image based on projection data detected by the X-ray detector;
An electrocardiogram synchronization control unit for synchronizing an X-ray irradiation period from the X-ray tube to the subject with a heartbeat of the subject;
The X-ray computed tomography apparatus, wherein the ECG synchronization control unit specifies the X-ray irradiation period by a center position and a time width.
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