JP3529874B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、いわゆるＣＴ透視の可
能なＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＴ透視は、被検体のスキャンを実行し
ながら、画像再構成及び画像表示を同時進行で行うこと
のできる技術として定義される。ＣＴ透視は、画像再構
成処理の高速化に立脚して開発された技術であり、スキ
ャンと画像表示との累積的な時間遅れを回避するために
１枚の画像を再構成するために必要な 360°又は 180°
分の投影データを収集する時間より短時間で１枚の画像
の再構成処理を完了すること、時間再現性を忠実に獲得
するためにスキャンから一定の時間遅れをもって画像を
表示することという特徴を有している。このＣＴ透視の
技術は、Ｘ線透視と同様の用途、例えばカテーテル術や
脳神経外科手術等を支援すること、さらに診断スループ
ットを向上するものと期待されている。

【０００３】このＣＴ透視の技術には、例えば診断に重
要な好ましいタイミングの画像が得られた時点で、デー
タ収集を終了させて不要な被曝を回避するように、操作
の簡単な押圧式のＸ線ばく射スイッチがコンソールに装
備されていることが多い。理想的には、上記好ましい画
像が表示された瞬時にＸ線ばく射スイッチを離してＸ線
のばく射及びデータ収集を停止させれば、被曝量を最小
限に抑えながら好ましい画像がモニタにフリーズ表示さ
れた状態で診断を実施できる。

【０００４】しかし、現実的には、オペレータが上記瞬
時にＸ線ばく射スイッチを離すことは不可能であり、ま
たＸ線ばく射スイッチを離してから実際に装置側がＸ線
ばく射及びデータ収集を停止させるまでには若干のライ
ムラグが生じることは不可避である。したがって、ほと
んどの場合、上記好ましい画像から数コマ（数フレー
ム）分、処理が進行してしまい、この結果、モニタには
上記好ましい画像から数コマ進んだ画像がフリーズの状
態で表示されてしまう。この数コマ進んだ画像で診断す
ることの誤差を医師側で許容しているのが現状である。
さらに、上記好ましい画像を表示させて診断するために
は、現状の装置では、スキャンの開始時点から収集した
全ての投影データを保持しておき、この投影データを使
って最初の画像から順番に再構成を再度実行させる必要
があり、この場合、膨大なメモリ容量を必要とするばか
りでなく、上記好ましい画像が表示されるまでに長時間
を要するという問題も生じる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に対処すべくなされたもので、その目的は、ＣＴ透視
を停止させてから短時間のうちに好ましい画像を表示さ
せることのできるＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供
することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、周期
的に投影角度が変化する投影データを連続的に収集し、
所定角度分の投影データが収集される毎に画像を繰り返
し再構成し、再構成された画像をデータ収集順序にした
がって切換え表示するＸ線コンピュータ断層撮影装置に
おいて、最新であって、所定画像枚数分の投影データを
記憶する記憶手段と、投影データ収集停止後、前記記憶
手段に記憶されている投影データから画像を前記データ
収集順序とは逆順に繰り返し再構成し、切換え表示する
手段とを具備する。

【０００７】

【０００８】

【作用】請求項１の発明によれば、投影データ収集停止
後、画像をデータ収集順序とは逆順に切換え表示するこ
とができるので、ＣＴ透視を停止させてから短時間のう
ちに好ましい画像を表示させることのできる。

【０００９】請求項１の発明によれば、画像をデータ収
集順序とは逆順に再構成できるので、記憶手段が必要と
する記憶容量を、所定画像枚数分の投影データを記憶可
能な記憶容量に抑えることができる。なお、データ収集
順序にしたがって画像を再構成するしかなかった従来装
置では、データ収集開始後からの全ての投影データを記
憶しておく必要があった。

【００１０】

【実施例】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好ましい実施例を説明する。図
１は本実施例の主要部の構成図である。制御／データバ
ス１には、スキャナ２、システム制御部３、スキャン制
御部４、前処理部５、再構成部６、メモリ７、タイマ回
路８、コンソール９、表示制御部１０を介してモニタ１
１が接続される。

【００１１】スキャナ２は、投影角度を周期的に変化さ
せながら被検体に関する投影データの収集を繰り返すた
めの主要構造物であり、図示しないが、Ｘ線管と１次元
アレイ型Ｘ線検出器とを被検体を挟んで対向した状態の
まま被検体の周囲を回転可能に収容している。Ｘ線管は
図示しない高電圧発生部からの高電圧の印加を受けて、
扇状のＸ線ビームをばく射する。１次元アレイ型Ｘ線検
出ユニットは、複数のＸ線検出器がＸ線管の焦点を中心
として円弧状に配列されてなる。１次元アレイ型Ｘ線検
出器に装備されている図示しないデータ収集ユニット
は、１次元アレイ型Ｘ線検出器が検出した微弱な電流信
号を受け、チャンネル毎に高速で増幅処理、ディジタル
化処理、極短時間毎の積分処理を実行する。Ｘ線管とＸ
線発生制御部、またデータ収集ユニットとスキャナ２外
部のコンピュータシステムは、それぞれスリップリング
機構を介して電気的に接続されており、Ｘ線管及び１次
元アレイ型Ｘ線検出器が被検体の周囲を連続回転しなが
ら、所定角度毎、例えば５°毎に投影データを繰り返し
収集することが実現されている。なお、ここでは、Ｘ線
管と１次元アレイ型Ｘ線検出器とが被検体の周囲を回転
するいわゆる第３世代のＲ／Ｒ方式で説明するが、この
方式に限定されることなく他の方式、例えば被検体を囲
んで多数のＸ線検出器が円周状に固定され、Ｘ線管が回
転するいわゆる第４世代のＲ／Ｓ方式であってもよい
し、被検体の周囲１周に渡って多数のＸ線検出器及びＸ
線管が固定的に配列されたいわゆる第５世代のＳ／Ｓ方
式であってもよい。

【００１２】システム制御部３は、システム全体を統括
的に制御する。スキャン制御部４は、スキャン（データ
収集）を実行するのに必要な全ての要素、例えばＸ線管
及び１次元アレイ型Ｘ線検出器の回転、Ｘ線のばく射、
データ収集、データ転送、リアルタイム画像再構成等の
各動作について関連的に制御する。前処理部５は、スキ
ャナ１のデータ収集ユニットから出力される投影データ
について、一般的な感度補正等の前処理を施す。前処理
後の投影データは、メモリ７と、再構成部６に送り込ま
れる。

【００１３】メモリ７は、少なくとも２枚以上の所定枚
数の画像を再構成するのに必要とされる所定画像枚数分
の投影データを記憶可能な記憶容量を有している。この
記憶容量を越えて投影データが送られてくると、メモリ
７には、最古の投影データが消去され、当該最新の投影
データが書き込まれる。これにより、メモリ７には、ス
キャン中、常に最新の所定画像枚数分の投影データが記
憶されることになる。

【００１４】再構成部６は、リアルタイムモードと、再
生モードの２種の動作モードを有するが、いずれのモー
ドであっても１枚の画像を作成するのに必要な 360°又
は 180°＋ファン角（ハーフスキャン法）の所定角度範
囲の投影データから画像を再構成することには相違な
い。リアルタイムモードは、ＣＴ透視と呼ばれるリアル
タイム表示が可能なように、スキャンによる投影データ
の収集と同時進行で画像をリアルタイムで再構成するモ
ードである。再生モードは、スキャン終了後、メモリ７
に記憶しておいた投影データを使って画像を再構成する
モードである。この再生モードが本実施例の特徴的なも
のであり、この再生モードが実行されたとき、新しい投
影データから古い投影データに向かって順次使用されて
画像が繰り返し再構成され、つまりデータ収集順序とは
逆順に画像が次々と再構成される。両モードの具体的な
説明は後述する。

【００１５】再構成部６で再構成された画像は、その再
構成された順に表示制御部１０を介してモニタ１１に動
画像の如く切換え表示される。タイマ回路８は、スキャ
ン制御部４の制御により、スキャンが開始されたタイミ
ングに同期して起動され、スキャン開始後の時間経過を
計数する。スキャン制御部４の制御により、周期的なデ
ータ収集のタイミングに同期してクリップされた経過時
間はコード化されてタイムコードとして、対応する投影
データに付加されてメモリ７に記憶される。

【００１６】コンソール９には、スキャンの開始／終了
をオペレータが指示するためのスイッチ、再生モードを
起動させるためのスイッチ、再生速度を調整するための
スイッチ、再生モードによる再構成処理を停止させて画
像をフリーズで表示させるためのスイッチの他、スキャ
ン条件を設定するためのスイッチ等、ＣＴスキャナに一
般的な各種スイッチが装備される。

【００１７】次に本実施例による動作モードについて説
明する。なお、ここでは、１枚の画像（断層像）を作成
するのに必要な所定角度範囲Ｗ1 を、１周分 360°とし
て説明する。本実施例装置では、スキャン開始と共にリ
アルタイムモードが起動され、スキャン終了に従ってリ
アルタイムモードが終了する。そして、オペレータによ
る特定のスイッチ操作により再生モードが起動される。

【００１８】まず、リアルタイムモードについて説明す
る。図３（ａ）〜（ｄ）はリアルタイムモードの動作説
明図である。リアルタイムモードは上述したように、Ｃ
Ｔ透視と呼ばれるリアルタイム表示が可能なように、ス
キャンによる投影データの収集と同時進行で画像をリア
ルタイムで再構成するモードである。なお、ＣＴ透視と
は、スキャンと画像表示との累積的な時間遅れを回避す
るために１枚の画像を再構成するために必要な 360°分
の投影データを収集する時間より短時間で１枚の画像の
再構成処理を完了するという第１の条件と、時間再現性
を忠実に獲得するためにスキャンから一定の時間遅れを
もって画像を表示するという第２の条件とを満足するも
のとして定義される。第１の条件を満たすための高速再
構成処理としては、例えば分割方式、リアルタイムバッ
クプロジェクション方式と呼ばれる技術がある。いずれ
の方式を採用してもよいし、勿論、他の方式を採用する
ことを否定するものではない。分割方式とは、１枚の画
像分の 360°をｍ個に分割し、Ｘ線管が 360°／ｍだけ
回転する毎に、その 360°／ｍ分の投影データから部分
画像を繰り返し再構成し、さらに最新のｍ枚の部分画像
をフレーム間で加算することにより１枚の画像を作成し
ていくというものであり、部分画像が１枚再構成される
毎に最新の画像に当該最新の部分画像を加算し、且つこ
の画像から当該最新の部分画像と同じ角度の最古に当た
る部分画像を減算することで、画像を高い時間分解能で
高速で作成するものである。一方、リアルタイムバック
プロジェクション方式とは、一旦、 360°分の投影デー
タから最初の画像が再構成された後、Ｘ線管がデータ収
集周期に相当する回転ピッチ角度ｐ°だけ回転して新た
に得られた投影データが収集された時、直前の画像に対
して、新たに得られた投影データでバックプロジョクシ
ョン処理を実行し、且つ最古の投影データでバックプロ
ジョクション処理を逆方向に実行するというものであ
り、通常はＸ線管が360°／ｍの回転周期で画像を表示
系に出力する。図３（ａ）〜（ｃ）は、ｍ＝６、つまり
Ｘ線管が60°回転する毎に画像が次々と作成され、表示
されることを示している。

【００１９】図３（ｄ）にはスキャン中にメモリ７に記
憶される投影データのスキャンの進行に伴う経時的な変
化を示している。上述したように、メモリ７では投影デ
ータが収集されるデータ収集周期に同期して最古のデー
タの消去及び最新のデータの書込みが繰り返される。メ
モリ７は、少なくとも２枚以上の所定枚数の画像を再構
成するのに必要とされる所定画像枚数に相当する投影デ
ータを記憶可能な容量を有しているので、メモリ７に
は、スキャン中、常に最新の所定画像枚数分の投影デー
タが記憶されることになる。これをＸ線管の回転角度で
見ると、１枚の画像を作成するのに必要な所定角度範囲
Ｗ1 （ここではＷ1 ＝ 360°）に対して、メモリ７に
は、角度範囲Ｗ2 （Ｗ2 ＞Ｗ1 ＋ｎ・（Ｗ1 ／ｍ）；ｎ
は１以上の整数）分の最新の投影データが記憶される。
図３（ｄ）の例では、Ｗ1 ＝ 360°、ｍ＝６として、Ｗ
2 は５周分、つまりｎ＝２４で示している。この角度範
囲Ｗ2分の投影データとは、ｎ＋１枚（ｎ＋１＝Ｗ2 ／
（Ｗ1 ／ｍ）−（ｍ−１））の最新の画像を再構成可能
な量に相当し、図３（ｄ）の例では画像２５枚分に相当
する。

【００２０】また、メモリ７には、最新の数秒分の投影
データが記憶されると換言され、Ｘ線管が所定角度範囲
Ｗ1 を回転するのに要する時間△ｔに対して、時間Ｔ
（Ｔ＞△ｔ＋ｎ・（△ｔ／ｍ）；ｎは１以上の整数）分
の最新の投影データが記憶される。この時間Ｔは、リア
ルタイムモードで必要な画像が表示された時から、オペ
レータがスキャン終了スイッチを指示し、実際に装置側
でＸ線ばく射及びデータ収集が停止されるまでに要する
時間Ｔd 、さらにこの時間Ｔd には個人差等によるバラ
ツキがあるので、経験則による最長の時間Ｔdmaxに設定
される。つまり、これは、メモリ７に時間Ｔ分の最新の
投影データを記憶している限り、メモリ７の投影データ
を使って上記必要な画像が必ず再構成できることを意味
する。

【００２１】図２はメモリ７のデータ構造を模式的に示
している。ここでは、データ収集周期が５°として示し
ている。投影データには、その収集順序にしたがってpr
ojection data No. が連番で付加され、また収集したと
きのＸ線管の回転角度が付加され、さらに収集したとき
のスキャン開始からの経過時間がタイムコードとして付
加される。この経過時間は、タイマ回路８がスキャン制
御部４の制御によりスキャンが開始されたタイミングに
同期して起動され、データ収集のタイミングに同期して
クリップされることによりスキャン制御部４により認識
される。この経過時間はコード化されてメモリ７に送り
込まれる。

【００２２】スキャン終了スイッチが、図３（ａ）に示
すように、Ｘ線管がα°（120 °＜α°＜ 180°）の時
に指示されたとする。システム制御部３は、スキャンを
終了させるために当該スキャン終了指令をスキャン制御
部４に伝える。スキャン制御部４では、当該指令にした
がって、Ｘ線のばく射、データ収集等のスキャンに関わ
る全ての動作を停止させる。図３（ａ）では、Ｘ線管が
α°からシステム的な遅れ時間を経て 180°に達した時
に実際にスキャンが終了することを示している。このと
き、メモリ７には、最新のＷ2 分の投影データが記憶さ
れている。

【００２３】図３（ｅ），（ｆ）は再生モードの動作説
明図である。なお、図３（ｅ），（ｆ）は、図３（ａ）
〜（ｄ）に対して、時間軸が逆向きに期されていること
に注意されたい。再生モード起動スイッチが、スキャン
終了後任意のタイミングで指示されたとき、システム制
御部３は再生モードを起動させる。メモリ７からは、タ
イムコードにしたがって、最新のＷ2 分の投影データ
が、新しいものから古いものへとデータ収集順序とは逆
順に順番に読み出される。この読み出し周期は、再生速
度を調整するためのスイッチ操作に応じており、実時間
再生ではデータ収集周期に相当するＸ線管が回転ピッチ
角度ｐ°だけ回転するに要する時間に設定される。再構
成部６は送り込まれた投影データを使って、リアルタイ
ムモード時と同様に分割方式やリアルタイムバックプロ
ジェクション方式等の高速再構成処理により画像を繰り
返し再構成する。これにより、画像が再構成される順序
としては、リアルタイムモード時とは逆順で、最新の画
像Ｉn から古い画像Ｉn-1 ，Ｉn-2 …の順で逆方向に再
構成される。再構成部６で再構成された画像は、その再
構成された順に表示制御部１０を介してモニタ１１に動
画像の如く切換え表示される。この結果、リアルタイム
モード時とは逆方向に画像が動画像として再生されるこ
とになる。オペレータは再生速度を調整するためのスイ
ッチで再生速度を調整しながら、モニタ１１に診断に重
要な好ましい画像が表示された時点で再生停止の指示を
行うことで、この好ましい画像をモニタ１１にフリーズ
で表示させ診断に供することが可能となる。

【００２４】従来技術でも説明した通り、スキャン終了
の指示は、モニタ１１に表示された診断に重要な好まし
い画像を見て判断するので、実際にスキャンが終了する
までに若干のタイムラグがあり、実際にスキャン終了後
に表示される画像が上記好ましい画像から数コマ（数フ
レームの画像）分遅れた画像になる。

【００２５】本実施例のように、再生時にデータ収集順
序とは逆順に画像を再構成することにより、スキャン終
了後、上記好ましい画像をモニタ１１に表示させるまで
の時間を、数フレームの画像を再構成するのに要する時
間に短縮することができるという効果がある。さらに、
メモリ１１の記憶容量は、最新の所定枚数の画像を再構
成できる分の投影データを記憶する記憶容量でよいの
で、スキャン開始からの全ての投影データを記憶するた
めの膨大な記憶容量に比べて極端に少なくてよい。

【００２６】本発明は上述した実施例に限定されること
なく、種々変形して実施可能である。上述の説明では、
メモリ１１には投影データを記憶するとしたが、勿論、
リアルタイムモード時に再構成した画像データそのもの
を最新の所定枚数分記憶し、再生時に逆順に読み出して
表示するようにしてもよい。この場合、投影データを記
憶する場合に比べて、メモリ１１が必要とする記憶容量
は増加してしまうが、再生時に再構成処理を行う必要が
なくなり、再生速度が再構成処理速度に制限されるとい
う制約が解消される。

【００２７】

【発明の効果】請求項１の発明は、周期的に投影角度が
変化する投影データを連続的に収集し、所定角度分の投
影データが収集される毎に画像を繰り返し再構成し、再
構成された画像をデータ収集順序にしたがって切換え表
示するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、最新で
あって、所定画像枚数分の投影データを記憶する記憶手
段と、投影データ収集停止後、前記記憶手段に記憶され
ている投影データから画像を前記データ収集順序とは逆
順に繰り返し再構成し、切換え表示する手段とを具備す
る。

【００２８】

【００２９】請求項１の発明によれば、投影データ収集
停止後、画像をデータ収集順序とは逆順に切換え表示す
ることができるので、ＣＴ透視を停止させてから短時間
のうちに好ましい画像を表示させることのできる。

【００３０】請求項１の発明によれば、画像をデータ収
集順序とは逆順に再構成できるので、記憶手段が必要と
する記憶容量を、所定画像枚数分の投影データを記憶可
能な記憶容量に抑えることができる。なお、データ収集
順序にしたがって画像を再構成するしかなかった従来装
置では、データ収集開始後からの全ての投影データを記
憶しておく必要があった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るＸ線コンピュータ断層
撮影装置の主要部の構成図。

【図２】図１のメモリに記憶されるデータ構造の模式
図。

【図３】本実施例の動作説明図。

【符号の説明】

１…制御／データバス、 ２…スキャナ、３…システム
制御部、 ４…スキャン制御部、５…前処理部、
６…再構成部、７…メモリ、 ８…タ
イマ回路、９…コンソール、 １０…表示制御
部、１１…モニタ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周期的に投影角度が変化する投影データ
   を連続的に収集し、所定角度分の投影データが収集され
   る毎に画像を繰り返し再構成し、再構成された画像をデ
   ータ収集順序にしたがって切換え表示するＸ線コンピュ
   ータ断層撮影装置において、 最新であって、所定画像枚数分の投影データを記憶する
   記憶手段と、 投影データ収集停止後、前記記憶手段に記憶されている
   投影データから画像を前記データ収集順序とは逆順に繰
   り返し再構成し、前記再構成した画像を前記データ収集
   順序とは逆順で切換え表示する手段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. 【請求項２】 前記記憶手段は投影データにデータ収集
   時刻情報を付加して記憶す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。