JP2016172008A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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Ｘ線コンピュータ断層撮影装置を提供する。【解決手段】Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線を発生するＸ線管１０１と、Ｘ線検出器１０３と、Ｘ線管１０１及びＸ線検出器１０３を支持する支持機構と、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再構成部１１４と、Ｘ線管１０１から被検体へのＸ線照射期間を被検体の心拍に同期させ、心拍期間におけるＸ線照射開始までの遅延時間をＸ線照射期間の中心位置とＸ線照射期間の時間幅とにより特定する心電同期制御部１１８と、Ｘ線照射期間の中心位置とＸ線照射期間の時間幅とを操作者が入力するための入力画面を被検体の心拍を表す心電波形とともに表示するよう表示部１１５を制御する表示制御部１１７とを具備する。【選択図】図１

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、当該心拍期間におけるＸ線照射開始までの遅延時間を前記Ｘ線照射期間の中心位置と前記Ｘ線照射期間の時間幅とにより特定する心電同期制御部と、前記Ｘ線照射期間の中心位置と前記Ｘ線照射期間の時間幅とを操作者が入力するための入力画面を前記被検体の心拍を表す心電波形とともに表示するよう表示部を制御する表示制御部と、を具備する。

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。

図１は、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である。 図２は、図１の条件入力画面制御部による条件入力画面の一例を示す図である。 図３は、図１の心電同期制御部によるスキャン期間の一例を示す図である。 図４は、心拍数が増加したときの図３のスキャン期間を示す図である。 図５は、心拍数が減少したときの図３のスキャン期間を示す図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (4)

1. 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、当該心拍期間におけるＸ線照射開始までの遅延時間を前記Ｘ線照射期間の中心位置と前記Ｘ線照射期間の時間幅とにより特定する心電同期制御部と、
   前記Ｘ線照射期間の中心位置と前記Ｘ線照射期間の時間幅とを操作者が入力するための入力画面を前記被検体の心拍を表す心電波形とともに表示するよう表示部を制御する表示制御部と、
   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。
2. 前記心電同期制御部は、直前の複数の心拍の周期の平均値を計算し、前記計算された心拍の周期の平均値に基づいて、前記Ｘ線照射期間を前記被検体の心拍に同期させ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。
3. 前記心電同期制御部は、前記心拍の周期の平均値を繰り返し計算し、前記Ｘ線照射期間を前記被検体の心拍の変動に追従させ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。
4. 前記表示制御部は、前記心電波形に前記Ｘ線照射期間を重畳表示するよう前記表示部を制御する
   請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。