JP2023035485A - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メインスキャンのやり直しによる被検体への不要被ばくを抑止させつつ効率的に精度よく異物残存等の異常検知を行うこと。【解決手段】実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線照射部と、Ｘ線検出部と、Ｘ線電圧発生部と、位置決めスキャン実行部と、画像生成部と、異常検知部と、メインスキャン実行部とを有する。位置決めスキャン実行部は、被検体に関する複数ビュー分の検出データを収集する位置決めスキャンを実行させる。画像生成部は、位置決めスキャンの実行で検出された複数ビュー分の検出データに基づいて、被検体に関する位置決め用の３次元画像データを生成する。異常検知部は、被検体に関する位置決め用の３次元画像データに基づいて異常検知を行い、異常が検知された場合にその旨を報知する。メインスキャン実行部は、位置決めスキャンより高いＸ線量のＸ線により、被検体に関する複数ビュー分の検出データを収集するメインスキャンを実行させる。【選択図】 図２

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置に関する。

被検体の体内組織が画像化された医用画像データを生成する医用画像診断装置が存在する。医用画像診断装置としては、Ｘ線ＣＴ装置及びＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）システム等が挙げられる。Ｘ線ＣＴ装置は、寝台装置に載置された被検体にＸ線を照射することでＸ線検出器が検出したＸ線に基づく電気信号に基づいて、被検体に関するＣＴ画像データとして２次元画像データや３次元画像データを生成する。２次元画像データは、シングルスライスの画像データ等を含む。３次元画像データは、マルチスライスの画像データ、ＭＰＲ（Multi-Planar Reconstruction）画像データ等を含む。

医療現場において、医療事故であるアクシデント、又は医療事故が発生するおそれのある事件であるインシデントを防止することは重要である。ＣＴ画像データを用いた診断におけるインシデント又はアクシデントの要因の一つに、メインスキャン時の異物残存がある。被検体に異物残存があることにより、アーチファクトの発生等、読影の妨げとなる不十分な画質のＣＴ画像データが生成され、診断能低下につながる。

そこで、ＣＴ画像データに含まれる異物の有無及び異物の種類を対応付けた対応情報を取得し、ＣＴ画像データと対応情報とに基づき、ＣＴ画像データに含まれる異物の有無及び異物の種類を推定して報知する技術がある。この技術により、医療従事者等の操作者は、ＣＴ画像データに含まれる異物の有無及び異物の種類を適切に判定することができる。

国際公開第２０２１／０３３６６７号

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、メインスキャンのやり直しによる被検体への不要被ばくを抑止させつつ効率的に精度よく異物残存等の異常検知を行うことである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線照射部と、Ｘ線検出部と、Ｘ線電圧発生部と、位置決めスキャン実行部と、画像生成部と、異常検知部と、メインスキャン実行部とを有する。Ｘ線照射部は、Ｘ線を照射する。Ｘ線検出部は、Ｘ線を検出する。Ｘ線電圧発生部は、Ｘ線照射部に印加する電圧を発生する。位置決めスキャン実行部は、Ｘ線照射部とＸ線検出部とＸ線電圧発生部との動作を制御することで、被検体に関する複数ビュー分の検出データを収集する位置決めスキャンを実行させる。画像生成部は、位置決めスキャンの実行で検出された複数ビュー分の検出データに基づいて、被検体に関する位置決め用の３次元画像データを生成する。異常検知部は、被検体に関する位置決め用の３次元画像データに基づいて異常検知を行い、異常が検知された場合にその旨を報知する。メインスキャン実行部は、Ｘ線照射部とＸ線検出部とＸ線電圧発生部との動作を制御することで、位置決めスキャンより高いＸ線量のＸ線により、被検体に関する複数ビュー分の検出データを収集するメインスキャンを実行させる。

図１は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示す概略図。 図２は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成及び機能を示すブロック図。 図３は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の動作をフローチャートとして示す図。 図４は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置において、位置決め用の３次元画像データを説明するための図。 図５は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置において、学習時におけるデータフローの一例を示す説明図。 図６は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置において、運用時におけるデータフローの一例を示す説明図。

以下、図面を参照しながら、Ｘ線ＣＴ装置の実施形態について詳細に説明する。

実施形態に係るＸ線ＣＴ装置によるデータ収集方式には、Ｘ線源とＸ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（Ｒ－Ｒ：Rotate/Rotate）方式や、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（Ｓ－Ｒ：Stationary/Rotate）方式等の様々な方式がある。いずれの方式でも本発明を適用可能である。以下、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置では、現在、主流を占めている第３世代の回転／回転方式を採用する場合を例にとって説明する。

図１は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示す概略図である。

図１は、Ｘ線ＣＴ装置１を示す。Ｘ線ＣＴ装置１は、架台装置１０と、寝台装置３０と、医用画像処理装置、つまり、コンソール装置４０とを備える。架台装置１０は、寝台装置３０に載置された被検体（例えば、患者）Ｐに関するＸ線の検出データ（「純生データ」とも呼ばれる）を取得する。コンソール装置４０は、複数ビュー分の検出データに対して前処理を施すことで生データを生成し、生データに対して再構成処理を施すことでＣＴ画像データを再構成して表示する。

なお、図１において、説明の便宜上、架台装置１０を左側の上下に複数描画しているが、実際の構成としては、架台装置１０は１つである。

架台装置１０は、Ｘ線源（例えば、Ｘ線管）１１と、Ｘ線検出器１２と、回転部（例えば、回転フレーム）１３と、Ｘ線高電圧装置１４と、制御装置１５と、ウェッジ１６と、コリメータ１７と、データ収集回路（ＤＡＳ：Data Acquisition System）１８とを備える。なお、架台装置１０は、架台部の一例である。

Ｘ線管１１は、回転フレーム１３に備えられる。Ｘ線管１１は、Ｘ線高電圧装置１４からの高電圧の印加により、陰極（フィラメント）から陽極（ターゲット）に向けて熱電子を照射することでＸ線を発生する真空管である。例えば、Ｘ線管１１には、回転する陽極に熱電子を照射することでＸ線を発生させる回転陽極型のＸ線管がある。

なお、実施形態においては、一管球型のＸ線ＣＴ装置にも、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ＣＴ装置にも適用可能である。また、Ｘ線を発生させるＸ線源は、Ｘ線管１１に限定されるものではない。例えば、Ｘ線管１１に替えて、電子銃から発生した電子ビームを収束させるフォーカスコイル、電磁偏向させる偏向コイル、患者Ｐの半周を囲い偏向した電子ビームが衝突することによってＸ線を発生させるターゲットリングを含む第５世代方式によりＸ線を発生させてもよい。なお、Ｘ線管１１は、Ｘ線照射部の一例である。

Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管１１に対向するように回転フレーム１３に備えられる。Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管１１から照射されたＸ線を検出し、当該Ｘ線量に対応した検出データを電気信号としてＤＡＳ１８に出力する。Ｘ線検出器１２は、例えば、Ｘ線管１１の焦点を中心として１つの円弧に沿ってチャネル方向に複数のＸ線検出素子が配列された複数のＸ線検出素子列を有する。Ｘ線検出器１２は、例えば、チャネル方向に複数のＸ線検出素子が配列されたＸ線検出素子列がスライス方向（列方向、ｒｏｗ方向）に複数配列された構造を有する。

また、Ｘ線検出器１２は、例えば、グリッドと、シンチレータアレイと、光センサアレイとを有する間接変換型の検出器である。シンチレータアレイは、複数のシンチレータを有し、シンチレータは入射Ｘ線量に応じた光子量の光を出力するシンチレータ結晶を有する。グリッドは、シンチレータアレイのＸ線入射側の面に配置され、散乱Ｘ線を吸収する機能を有するＸ線遮蔽板を有する。なお、グリッドはコリメータ（１次元コリメータ又は２次元コリメータ）と呼ばれる場合もある。光センサアレイは、シンチレータからの光量に応じた電気信号に変換する機能を有し、例えば、光電子増倍管（フォトマルチプライヤー：ＰＭＴ）等の光センサを有する。

なお、Ｘ線検出器１２は、入射したＸ線を電気信号に変換する半導体素子を有する直接変換型の検出器であっても構わない。また、Ｘ線検出器１２は、Ｘ線検出部の一例である。

回転フレーム１３は、Ｘ線管１１及びＸ線検出器１２を対向支持する。回転フレーム１３は、後述する制御装置１５による制御の下、Ｘ線管１１及びＸ線検出器１２を一体として回転させる円環状のフレームである。なお、回転フレーム１３は、Ｘ線管１１及びＸ線検出器１２に加えて、Ｘ線高電圧装置１４やＤＡＳ１８を更に備えて支持する場合もある。また、回転フレーム１３は、回転部の一例である。

このように、Ｘ線ＣＴ装置１は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２とを対向させて支持する回転フレーム１３を患者Ｐの周りに回転させることで、複数ビュー、すなわち、患者Ｐの３６０°分の検出データを収集する。なお、ＣＴ画像データの再構成方式は、３６０°分の検出データを用いるフルスキャン再構成方式には限定されない。例えば、Ｘ線ＣＴ装置１は、半周（１８０°）＋ファン角度分の検出データに基づいてＣＴ画像データを再構成するハーフ再構成方式を採ってもよい。

Ｘ線高電圧装置１４は、回転フレーム１３、又は、回転フレーム１３を回転可能に支持する非回転部分（例えば図示しない固定フレーム）に備えられる。Ｘ線高電圧装置１４は、変圧器（トランス）及び整流器等の電気回路を有する。Ｘ線高電圧装置１４は、後述する制御装置１５による制御の下、Ｘ線管１１に印加する高電圧を発生する機能を有する高電圧発生装置（図示省略）と、後述する制御装置１５による制御の下、Ｘ線管１１が照射するＸ線に応じた出力電圧の制御を行うＸ線制御装置（図示省略）を有する。高電圧発生装置は、変圧器方式であってもよいし、インバータ方式であっても構わない。なお、図１において、説明の便宜上、Ｘ線高電圧装置１４が、Ｘ線管１１に対してｘ軸の正方向の位置に配置されているが、Ｘ線管１１に対してｘ軸の負方向の位置に配置されてもよい。また、Ｘ線高電圧装置１４は、Ｘ線電圧発生部の一例である。

制御装置１５は、処理回路及びメモリと、モータ及びアクチュエータ等の駆動機構とを有する。処理回路及びメモリの構成については、後述するコンソール装置４０の処理回路４４及びメモリ４１と同等であるので説明を省略する。

制御装置１５は、コンソール装置４０に取り付けられた、後述する入力インターフェース４３又は架台装置１０に取り付けられた入力インターフェース（図示省略）からの入力信号を受けて、架台装置１０及び寝台装置３０の動作制御を行う機能を有する。例えば、制御装置１５は、入力信号を受けて回転フレーム１３を回転させる制御や、架台装置１０をチルトさせる制御や、寝台装置３０及び天板３３を動作させる制御を行う。なお、架台装置１０をチルトさせる制御は、架台装置１０に取り付けられた入力インターフェースによって入力される傾斜角度（チルト角度）情報により、制御装置１５がＸ軸方向に平行な軸を中心に回転フレーム１３を回転させることによって実現される。なお、制御装置１５は架台装置１０に設けられてもよいし、コンソール装置４０に設けられてもよい。なお、制御装置１５は、制御部の一例である。

また、制御装置１５は、コンソール装置４０に取り付けられた、後述する入力インターフェース４３又は架台装置１０に取り付けられた入力インターフェース（図示省略）から入力された撮像条件に基づいて、Ｘ線管１１の回転角度や、後述するウェッジ１６及びコリメータ１７の動作を制御する。

ウェッジ１６は、Ｘ線管１１のＸ線出射側に配置されるように回転フレーム１３に備えられる。ウェッジ１６は、制御装置１５による制御の下、Ｘ線管１１から照射されたＸ線量を調節するためのフィルタである。具体的には、ウェッジ１６は、Ｘ線管１１から患者Ｐに照射されるＸ線が予め定められた分布になるように、Ｘ線管１１から照射されたＸ線を透過して減衰させるフィルタである。例えば、ウェッジ１６（ウェッジフィルタ（Wedge Filter））、ボウタイフィルタ（bow－tie filter）は、所定のターゲット角度や所定の厚みとなるようにアルミニウムを加工したフィルタである。

コリメータ１７は、Ｘ線絞り又はスリットとも呼ばれ、Ｘ線管１１のＸ線出射側に配置されるように回転フレーム１３に備えられる。コリメータ１７は、制御装置１５による制御の下、ウェッジ１６を透過したＸ線の照射範囲を絞り込むための鉛板等であり、複数の鉛板等の組み合せによってＸ線の照射開口を形成する。

ＤＡＳ１８は、回転フレーム１３に備えられる。ＤＡＳ１８は、制御装置１５による制御の下、Ｘ線検出器１２の各Ｘ線検出素子から出力される電気信号に対して増幅処理を行う増幅器と、制御装置１５による制御の下、電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換器とを有し、増幅及びデジタル変換後の検出データを生成する。ＤＡＳ１８によって生成された、複数ビュー分の検出データは、コンソール装置４０に転送される。

ここで、ＤＡＳ１８によって生成された検出データは、回転フレーム１３に設けられた発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する送信機から光通信によって架台装置１０の固定フレームに設けられたフォトダイオードを有する受信機に送信され、コンソール装置４０に転送される。なお、回転フレーム１３から架台装置１０の固定フレームへの検出データの送信方法は、前述の光通信に限らず、非接触型のデータ伝送であれば如何なる方式を採用しても構わない。

寝台装置３０は、基台３１、寝台駆動装置３２、天板３３及び支持フレーム３４を備える。寝台装置３０は、スキャン対象の患者Ｐを載置し、制御装置１５による制御の下、患者Ｐを移動させる装置である。

基台３１は、支持フレーム３４を鉛直方向（ｙ軸方向）に移動可能に支持する筐体である。寝台駆動装置３２は、患者Ｐが載置された天板３３を天板３３の長軸方向（ｚ軸方向）に移動するモータ又はアクチュエータである。支持フレーム３４の上面に設けられた天板３３は、患者Ｐを載置可能な形状を有する板である。

なお、寝台駆動装置３２は、天板３３に加え、支持フレーム３４を天板３３の長軸方向（ｚ軸方向）に移動させてもよい。また、寝台駆動装置３２は、寝台装置３０の基台３１ごと移動させてもよい。本発明を立位ＣＴに応用する場合、天板３３に相当する患者移動機構を移動する方式であってもよい。また、ヘリカルスキャンや位置決め等のためのスキャノ撮像等、架台装置１０の撮像系と天板３３の位置関係の相対的な変更を伴う撮像を実行する場合は、当該位置関係の相対的な変更は天板３３の駆動によって行われてもよいし、架台装置１０の固定部の走行によって行われてもよく、またそれらの複合によって行われてもよい。

なお、実施形態では、非チルト状態での回転フレーム１３の回転軸又は寝台装置３０の天板３３の長手方向をｚ軸方向、ｚ軸方向に直交し、床面に対し水平である軸方向をｘ軸方向、ｚ軸方向に直交し、床面に対し垂直である軸方向をｙ軸方向とそれぞれ定義するものとする。

コンソール装置４０は、メモリ４１、ディスプレイ４２、入力インターフェース４３、及び処理回路４４を備える。なお、コンソール装置４０は架台装置１０とは別体として説明するが、架台装置１０にコンソール装置４０又はコンソール装置４０の各構成要素の一部が含まれてもよい。また、以下の説明では、コンソール装置４０が単一のコンソールで全ての機能を実行するものとするが、これらの機能は、複数のコンソールが実行してもよい。なお、コンソール装置４０は、医用画像処理装置の一例である。

メモリ４１は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等によって構成される。メモリ４１は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ及びＤＶＤ（Digital Video Disk）等の可搬型メディアによって構成されてもよい。メモリ４１は、処理回路４４において用いられる各種処理プログラム（アプリケーションプログラムの他、ＯＳ（Operating System）等も含まれる）や、プログラムの実行に必要なデータを記憶する。また、ＯＳに、操作者に対するディスプレイ４２への情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を入力インターフェース４３によって行うことができるＧＵＩ（Graphic User Interface）を含めることもできる。

メモリ４１は、例えば、前処理前の検出データや、前処理後かつ再構成前の生データや、生データに基づく再構成後のＣＴ画像データを記憶する。前処理は、検出データに対する、対数変換処理、オフセット補正処理、チャネル間の感度補正処理、ビームハードニング処理等のうち少なくとも１つを意味する。また、インターネット等の通信ネットワークを介してＸ線ＣＴ装置１と接続可能なクラウドサーバがＸ線ＣＴ装置１からの保存要求を受けて検出データ、生データ、又はＣＴ画像データを記憶するように構成されてもよい。なお、メモリ４１は、記憶部の一例である。

ディスプレイ４２は、各種の情報を表示する。例えば、ディスプレイ４２は、処理回路４４によって生成されたＣＴ画像データや、操作者からの各種操作を受け付けるためのＧＵＩ等を出力する。例えば、ディスプレイ４２は、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイ等である。また、ディスプレイ４２は、架台装置１０に設けられてもよい。また、ディスプレイ４２は、デスクトップ型でもよいし、コンソール装置４０本体と無線通信可能なタブレット端末等で構成されることにしてもよい。なお、ディスプレイ４２は、表示部の一例である。

入力インターフェース４３は、技師等の操作者によって操作が可能な入力デバイスと、入力デバイスからの信号を入力する入力回路とを含む。入力デバイスは、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、操作面に触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、音声入力回路等によって実現される。入力デバイスが操作者から入力操作を受け付けると、入力回路は当該入力操作に応じた電気信号を生成して処理回路４４に出力する。また、入力インターフェース４３は、架台装置１０に設けられてもよい。また、入力インターフェース４３は、コンソール装置４０本体と無線通信可能なタブレット端末等で構成されてもよい。なお、入力インターフェース４３は、入力部の一例である。

なお、コンソール装置４０は、ネットワークインターフェース（図示省略）を備える場合もある。ネットワークインターフェースは、パラレル接続仕様やシリアル接続仕様に合わせたコネクタによって構成される。Ｘ線ＣＴ装置１が医用画像システム上に設けられる場合、ネットワークインターフェースは、ネットワーク上の外部装置と情報の送受信を行なう。例えば、ネットワークインターフェースは、処理回路４４の制御の下、外部装置からＣＴ検査に係る検査オーダを受信し、また、Ｘ線ＣＴ装置１によって取得された検出データや、生成された生データ又はＣＴ画像データを外部装置に送信する。

処理回路４４は、Ｘ線ＣＴ装置１の全体の動作を制御する。処理回路４４は、専用又は汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）、又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）の他、ＡＳＩＣ、及び、プログラマブル論理デバイス等を意味する。プログラマブル論理デバイスとしては、例えば、単純プログラマブル論理デバイス（ＳＰＬＤ：Simple Programmable Logic Device）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ：Complex Programmable Logic Device）、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：Field Programmable Gate Array）等が挙げられる。

また、処理回路４４は、単一の回路によって構成されてもよいし、複数の独立した処理回路要素の組み合わせによって構成されてもよい。後者の場合、メモリ４１は処理回路要素ごとに個別に設けられてもよいし、単一のメモリ４１が複数の処理回路要素の機能に対応するプログラムを記憶するものであってもよい。なお、処理回路４４は、処理部の一例である。

図２は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成及び機能を示すブロック図である。

図２に示す処理回路４４は、メモリ４１、又は、処理回路４４内のメモリ等の非一過性の記録媒体に記憶されたコンピュータプログラムを実行することで、図２に示すように、位置決めスキャン実行機能Ｆ１と、画像生成機能Ｆ２と、異常検知機能Ｆ３と、メインスキャン実行機能Ｆ４とを実現する。なお、機能Ｆ１～Ｆ４の全部又は一部は、コンソール装置４０のコンピュータプログラムの実行により実現される場合に限定されるものではなく、コンソール装置４０にＡＳＩＣ等の回路として備えられる場合であってもよい。また、機能Ｆ１～Ｆ４の全部又は一部は、コンソール装置４０のみならず、制御装置１５によって実現される場合もある。

位置決めスキャン実行機能Ｆ１は、制御装置１５を介してＸ線管１１と、Ｘ線検出器１２と、Ｘ線高電圧装置１４と、ウェッジ１６と、コリメータ１７と、ＤＡＳ１８と、寝台装置３０との動作を制御することで、患者Ｐに関する複数ビュー分の検出データを収集する位置決めスキャンを実行させる機能を含む。位置決めスキャンは、事前スキャン、プレスキャン、プリスキャン、スカウトスキャン、又はスキャノスキャン等とも呼ばれる。位置決めスキャンは、後述する患者Ｐの位置決めや、メインスキャンのスキャン条件を決定されるために低いＸ線量のＸ線によりメインスキャンに先立って行われるものである。スキャン条件は、例えば、照射Ｘ線に関する、管電流ｍＡ、管電圧ｋＶ、Ｘ線強度制御条件（Ｘ線モジュレーション条件）、Ｘ線管１１（又は、回転フレーム１３）の回転速度等を含む。

位置決めスキャン実行機能Ｆ１は、患者Ｐに関する複数ビュー分の検出データを収集する位置決めスキャンのために、ボリュームスキャン又はヘリカルスキャン（「スパイラルスキャン」とも呼ばれる）を実行する。ボリュームスキャンとは、非ヘリカルスキャンを意味し、架台装置１０と寝台装置３０との相対位置を変えずに実行されるスキャンを意味する。ボリュームスキャンでは、複数ビュー、すなわち、患者Ｐに関する３６０°分の検出データを収集する。

なお、画像データの再構成方式は、３６０°分の検出データを用いるフルスキャン再構成方式には限定されない。例えば、Ｘ線ＣＴ装置１は、半周（１８０°）＋ファン角度分の検出データに基づいて画像データを再構成するハーフ再構成方式を採ってもよい。ヘリカルスキャンとは、架台装置１０に対して寝台装置３０の天板３３をｚ軸方向に移動させながら実行されるスキャン、又は、寝台装置３０に対して架台装置１０をｚ軸方向に移動させながら実行されるスキャンを意味する。なお、位置決めスキャン実行機能Ｆ１は、位置決めスキャン実行部の一例である。

画像生成機能Ｆ２は、位置決めスキャン実行機能Ｆ１による位置決めスキャンの実行で検出された複数ビュー分の検出データに基づいて、患者Ｐに関する位置決め用の３次元画像データを生成する機能と、後述するメインスキャン実行機能Ｆ４によるメインスキャンの実行で検出された複数ビュー分の検出データに基づいて、患者Ｐに関する診断用の２次元画像データ又は３次元画像データ（いわゆるＣＴ画像データ）を生成する機能とを含む。また、画像生成機能Ｆ２は、画像データをメモリ４１に記憶させたり、画像データをディスプレイ４２に表示させたりすることもできる。

２次元画像データは、シングルスライスの画像データ等を含む。３次元画像データは、マルチスライスの画像データ、ＭＰＲ画像データ、ボリュームレンダリング画像データ、サーフェスレンダリング画像データ、ＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）画像データ等を含む。異常検知には、奥行方向の位置を決定するために、ボリュームレンダリング画像データ、サーフェスレンダリング画像データ、ＭＩＰ画像データ等の投影画像データより、マルチスライスの画像データ、ＭＰＲ画像データ等の断層画像データの方が好適である。

また、画像生成機能Ｆ２は、制御装置１５から複数ビュー分の検出データを収集し、収集された複数ビュー分の検出データに対して前処理を施すことで、複数ビュー分の生データを生成する。そして、画像生成機能Ｆ２は、前処理後の複数ビュー分の生データに基づいて、画像再構成処理により画像データを生成する。なお、画像生成機能Ｆ２は、画像生成部の一例である。

異常検知機能Ｆ３は、画像生成機能Ｆ２によって生成された患者Ｐに関する位置決め用の３次元画像データに基づいて異常検知を行い、異常が検知された場合にその旨を報知（警告）する機能を含む。異常検知機能Ｆ３は、患者Ｐに関する位置決め用の３次元画像データに基づいて、異物残存又は医療器具の不適正配置を異常と判断する。異物残存は、時計、ネックレス等のアクセサリーや、バッジ等の残存を意味する。医療器具の不適正配置は、心電計や、穿刺針の接続不良等を意味する。なお、異常検知機能Ｆ３は、異常検知部の一例である。

メインスキャン実行機能Ｆ４は、制御装置１５を介してＸ線管１１と、Ｘ線検出器１２と、Ｘ線高電圧装置１４と、ウェッジ１６と、コリメータ１７と、ＤＡＳ１８と、寝台装置３０との動作を制御することで、位置決めスキャンより高いＸ線量のＸ線により、患者Ｐに関する複数ビュー分の検出データを収集するメインスキャンを実行させる機能を含む。メインスキャン実行機能Ｆ４は、設定されたスキャン条件に従って、ボリュームスキャン又はヘリカルスキャン等のメインスキャンを実行する。なお、メインスキャン実行機能Ｆ４は、メインスキャン実行部の一例である。

なお、機能Ｆ１～Ｆ４の動作について、図３～図６を用いて後述する。
図３は、Ｘ線ＣＴ装置１の動作をフローチャートとして示す図である。図３において、「ＳＴ」に数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。

スキャン対象の患者Ｐが寝台装置３０の天板３３に配置される（ステップＳＴ１）。位置決めスキャン実行機能Ｆ１は、制御装置１５を介してＸ線管１１と、Ｘ線検出器１２と、Ｘ線高電圧装置１４等の動作を制御することで、患者Ｐに関する複数ビュー分の検出データを収集する位置決めスキャンを実行させる（ステップＳＴ２）。スキャン条件は、例えば、照射Ｘ線に関する、管電流ｍＡ、管電圧ｋＶ、Ｘ線強度制御条件（Ｘ線モジュレーション条件）、Ｘ線管１１（又は、回転フレーム１３）の回転速度等を含む。画像生成機能Ｆ２は、ステップＳＴ２による位置決めスキャンの実行で検出された複数ビュー分の検出データに基づいて、患者Ｐに関する位置決め用の３次元画像データを生成する（ステップＳＴ３）。

図４は、位置決め用の３次元画像データを説明するための図である。

図４の左側は、天板３３上に配置される模擬人体を示す。模擬人体には、患者Ｐへの残存異物が表されている。患者Ｐに異物残存がある場合、位置決めスキャンの前に、操作者が患者Ｐを直視で視認することで残存異物を確認できる場合もある。しかし、患者Ｐ上に布を羽織った場合等には、操作者は、位置決めスキャンの前に直視で残存異物を確認できない場合もある。その場合、異物残存の状態で位置決めスキャンが実行されると、図４の右側のように、位置決め用の３次元画像データであるマルチスライスの画像データのうち一部の画像データ（例えば、スライスＷ）に残存異物の像が現れる。

図３の説明に戻って、異常検知機能Ｆ３は、ステップＳＴ３によって生成された患者Ｐに関する位置決め用の３次元画像データに基づいて異常検知を行う。異常検知機能Ｆ３は、患者Ｐに関する位置決め用の３次元画像データに基づいて異常検知されたか否かを判断する（ステップＳＴ４）。

ステップＳＴ４において、異常検知機能Ｆ３は、患者Ｐに関する位置決め用の３次元画像データに基づいて、異物残存又は医療器具の不適正配置の有無を示す異常情報を生成する処理を行う。この処理には、例えば、位置決め用の３次元画像データと異常情報とを関連付けたルックアップテーブル（ＬＵＴ）が用いられる。また、この処理には、機械学習が用いられる。機械学習としてＣＮＮ（畳み込みニューラルネットワーク）や畳み込み深層信念ネットワーク（ＣＤＢＮ：Convolutional Deep Belief Network）等の、多層のニューラルネットワークを用いた深層学習が用いられる。

ここでは、異常検知機能Ｆ３がニューラルネットワークＮａを含み、深層学習を用いて、位置決め用の３次元画像データに基づいて、異常情報を生成する場合の例を示す。つまり、異常検知機能Ｆ３は、位置決め用の３次元画像データに基づいて異常情報を生成するための学習済みモデルに対して、患者Ｐに関する位置決め用の３次元画像データを入力することで、当該患者Ｐの異常情報を生成する。

図５は、学習時におけるデータフローの一例を示す説明図である。

異常検知機能Ｆ３は、トレーニングデータが多数入力されて学習を行うことにより、パラメータデータＰａを逐次的に更新する。トレーニングデータは、トレーニング入力データとしての位置決め用の３次元画像データＱ１，Ｑ２，Ｑ３，…と、異常情報Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，…との組みからなる。位置決め用の３次元画像データＱ１，Ｑ２，Ｑ３，…は、トレーニング入力データ群Ｑを構成する。位置決め用の３次元画像データＱ１，Ｑ２，Ｑ３，…は、異物の像や不適正配置された医療器具の像を含む多数の画像データからなる。異常情報Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，…は、トレーニング出力データ群Ｓを構成する。異常情報Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，…はそれぞれ、対応する位置決め用の３次元画像データＱ１，Ｑ２，Ｑ３，…に関する異常情報である。例えば、異物（例えば、ネックレス）の像を含む位置決め用の３次元画像データには、「異物あり」又は「ネックレスあり」という異常情報が対応付けられ、不適正配置された医療器具（例えば、穿刺角度が不適正である穿刺針）の像を含む位置決め用の３次元画像データには、「不適正配置の医療器具あり」又は「不適正配置の穿刺針あり」という異常情報が対応付けられる。

異常検知機能Ｆ３は、トレーニングデータが入力されるごとに、位置決め用の３次元画像データＱ１，Ｑ２，Ｑ３，…をニューラルネットワークＮａで処理した結果が異常情報Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，…に近づくようにパラメータデータＰａを更新していく、いわゆる学習を行う。一般に、パラメータデータＰａの変化割合が閾値以内に収束すると、学習は終了と判断される。以下、学習後のパラメータデータＰａを特に学習済みパラメータデータＰａ´という。

なお、トレーニング入力データの種類と図５に示す運用時の入力データの種類は一致させるべきである。例えば、運用時の入力データが患者Ｐに関する頭部の３次元画像データである場合は、学習時のトレーニング入力データ群Ｑもまた、頭部の３次元画像データとする。

図６は、運用時におけるデータフローの一例を示す説明図である。

運用時には、異常検知機能Ｆ３は、患者Ｐに関する位置決め用の３次元画像データＱ´を入力し、学習済みパラメータデータＰａ´を用いて当該患者Ｐの異常情報Ｓ´を出力する。

なお、ニューラルネットワークＮａと学習済みパラメータデータＰａ´は、学習済みモデル４４ａを構成する。ニューラルネットワークＮａは、プログラムの形態でメモリ４１に記憶される。学習済みパラメータデータＰａ´は、メモリ４１に記憶されてもよいし、ネットワークを介してＸ線ＣＴ装置１に接続された記憶媒体（図示省略）に記憶されてもよい。この場合、処理回路４４のプロセッサにより実現される異常検知機能Ｆ３は、メモリ４１から学習済みモデル４４ａを読み出して実行することで、位置決め用の３次元画像データに基づいて、異常情報を生成する。そして、異常検知機能Ｆ３は、異常情報に基づいて、異常検知を行う。なお、学習済みモデル４４ａは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路によって構築されてもよい。

なお、異常検知機能Ｆ３により出力される異常情報Ｓ´の精度を向上させるように、位置決め用の３次元画像データに加えて、入力データとして、患者Ｐの身長、体重、及び性別の少なくとも１つを含む識別情報が用いられてもよい。

この場合、学習時には、トレーニング入力データとしての位置決め用の３次元画像データＱ１，Ｑ２，Ｑ３，…それぞれの患者の識別情報も、トレーニング入力データとしてニューラルネットワークＮａに入力する。運用時には、異常検知機能Ｆ３は、メモリ４１から読み出した学習済みモデル４４ａに対して患者Ｐに関する位置決め用の３次元画像データＱ´とともに当該患者Ｐの識別情報を入力することで、当該患者Ｐに関する異常情報Ｓ´を出力する。入力データとして位置決め用の３次元画像データと当該患者Ｐの識別情報とを用いることで、当該患者Ｐのタイプに応じた学習が行われた学習済みパラメータデータＰａ´を生成することができるため、位置決め用の３次元画像データのみを入力データとする場合に比べて異常検知の精度を向上させることができる。

なお、ステップＳＴ４において、異常検知機能Ｆ３は、ルックアップテーブルや機械学習を用いて異常検知する場合に限られない。例えば、ステップＳＴ４において、異常検知機能Ｆ３は、患者Ｐの３次元画像データを入力として、患者Ｐの体躯部と寝台装置３０（天板３３を含む）を抽出し、それ以外の領域にて空気以外の高輝度で表現されるものを異物又は医療器具として抽出して、異物残存又は医療機器の不適正配置を検知してもよい。

図３の説明に戻って、ステップＳＴ４でＹＥＳ、つまり、位置決め用の３次元画像データに基づいて異常検知された場合、異常検知機能Ｆ３は、異常検知された旨を報知する（ステップＳＴ５）。例えば、ステップＳＴ５において、異常検知機能Ｆ３は、異常検知された旨をディスプレイ４２に表示させる。また、例えば、ステップＳＴ５において、異常検知機能Ｆ３は、異常検知された旨をスピーカ（図示省略）から出力させる。スピーカは、音響を表現した電気信号を、物理的な音、つまり空気の振動に変える装置である。異常検知機能Ｆ３は、異物残存又は医療器具の不適正配置の有無を示す異常情報を報知すればよい。また、画像生成機能Ｆ２は、位置決め用の３次元画像データをディスプレイ４２に表示させる（ステップＳＴ６）。表示された模擬人体（例えば、図４の左側）上の対応する位置にマーカ等を重ねて表示するようにしてもよい。

操作者又は患者Ｐは、ステップＳＴ５の報知に起因してステップＳＴ６によって表示された位置決め用の３次元画像データを参照しながら、残存異物の除去、又は、医療器具の不適正配置の是正を行う。診断用の画像データではなく、低いＸ線量のＸ線照射に基づく位置決め用の３次元画像データを用いてメインスキャンの前に異常検知を行うことで、メインスキャンのやり直しによる患者Ｐへの不要被ばくを抑止することができる。また、異常検知の結果に基づいて、ロボットに残存異物の除去や医療器具の再配置を実行させることもできる。その場合、操作者の負担を減らすことができるとともに、患者Ｐが感染症患者であったときに患者Ｐからの感染リスクの低減を図ることもできる。

また、操作者が残存異物の除去や医療機器の再配置を断念した場合に、当該異物や医療機器がＣＴ画像データの画質に影響を与えるほどの材質（金属など）の場合には、後述するメインスキャンのプロトコルに、ＡＩによる金属アーチファクト低減（ＭＡＲ：Metal Artifact Reduction）技術を簡易に設定することができるような表示（インターフェース）を提供するようにしてもよい。ＭＡＲ技術により診断用の３次元画像データのアーチファクトが低減される場合も有り得る。

一方で、ステップＳＴ４でＮＯ、つまり、位置決め用の３次元画像データに基づいて異常検知されなかった場合、異常検知機能Ｆ３は、異常検知されなかった旨を報知するか、又は、何も報知しない（ステップＳＴ７）。

メインスキャン実行機能Ｆ４は、位置決め用の３次元画像データに基づいて、メインスキャンのスキャン条件を設定する（ステップＳＴ８）。メインスキャン実行機能Ｆ４は、ステップＳＴ８によって設定されたスキャン条件に従い制御装置１５を介してＸ線管１１と、Ｘ線検出器１２と、Ｘ線高電圧装置１４等の動作を制御することで、ステップＳＴ２による位置決めスキャンより高いＸ線量のＸ線により、患者Ｐに関する複数ビュー分の検出データを収集するメインスキャンを実行させる（ステップＳＴ９）。

画像生成機能Ｆ２は、ステップＳＴ９によるメインスキャンの実行で検出された複数ビュー分の検出データに基づいて、患者Ｐに関する診断用の２次元画像データ又は３次元画像データを生成する（ステップＳＴ１０）。画像生成機能Ｆ２は、２次元画像データ又は３次元画像データをメモリ４１に記憶させたり、ディスプレイ４２に表示させたりすることもできる。

以上のように、Ｘ線ＣＴ装置１によると、低いＸ線量のＸ線による位置決めスキャンを利用して生成した患者Ｐの３次元画像データを利用して、メインスキャンの実行の前に異物残存等の異常検知を実施し、その結果を報知することができる。また、Ｘ線ＣＴ装置１によると、技師や医師が気を付けなくても異常検知の結果が報知されるので、異物残存等の異常の早期発見と、操作者及び患者Ｐへの簡易な指示が可能になる。

なお、位置決めスキャン実行機能Ｆ１は、位置決めスキャン実行部の一例である。画像生成機能Ｆ２は、画像生成部の一例である。異常検知機能Ｆ３は、異常検知部の一例である。メインスキャン実行機能Ｆ４は、メインスキャン実行部の一例である。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、メインスキャンのやり直しによる被検体への不要被ばくを抑止させつつ効率的に精度よく異物残存等の異常検知を行うことができる。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ Ｘ線ＣＴ装置
１１ Ｘ線管
１２ Ｘ線検出器
１４ Ｘ線高電圧装置
４０ コンソール装置（医用画像処理装置）
４４ 処理回路
４４ａ 学習済みモデル
Ｆ１ 位置決めスキャン実行機能
Ｆ２ 画像生成機能
Ｆ３ 異常検知機能
Ｆ４ メインスキャン実行機能

Claims (5)

1. Ｘ線を照射するＸ線照射部と、
   前記Ｘ線を検出するＸ線検出部と、
   前記Ｘ線照射部に印加する電圧を発生するＸ線電圧発生部と、
   前記Ｘ線照射部と前記Ｘ線検出部と前記Ｘ線電圧発生部との動作を制御することで、被検体に関する複数ビュー分の検出データを収集する位置決めスキャンを実行させる位置決めスキャン実行部と、
   前記位置決めスキャンの実行で検出された前記複数ビュー分の検出データに基づいて、前記被検体に関する位置決め用の３次元画像データを生成する画像生成部と、
   前記被検体に関する位置決め用の３次元画像データに基づいて異常検知を行い、異常が検知された場合にその旨を報知する異常検知部と、
   前記Ｘ線照射部と前記Ｘ線検出部と前記Ｘ線電圧発生部との動作を制御することで、前記位置決めスキャンより高いＸ線量のＸ線により、前記被検体に関する複数ビュー分の検出データを収集するメインスキャンを実行させるメインスキャン実行部と、
   を有するＸ線ＣＴ装置。
2. 前記位置決めスキャン実行部は、前記位置決めスキャンとして、ボリュームスキャン又はヘリカルスキャンを実行する、
   請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記画像生成部は、前記被検体に関する位置決め用の３次元画像データとして、マルチスライスの画像データ、又は、ＭＰＲ（Multi-Planar Reconstruction）画像データを生成する、
   請求項１又は２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記異常検知部は、前記被検体に関する位置決め用の３次元画像データに基づいて、異物残存又は医療器具の不適正配置を前記異常と判断する、
   請求項１～３のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記異常検知部は、
   位置決め用の３次元画像データに基づいて異常情報を生成するための学習済みモデルに対して、前記被検体に関する位置決め用の３次元画像データを入力することで、異物残存又は医療器具の不適正配置の有無を示す異常情報を生成し、
   前記異常情報に基づいて、前記異常検知を行う、
   請求項１～４のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。

Images