JP3735390B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Description

【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透視とは、被検体のスキャンと画像再構成及び画像表示を同時進行で実施することのできる近年開発された技術である。ＣＴ透視は画像再構成処理の高速化に立脚したものであり、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が基本的定義とされる。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透視の技術には解決すべき様々な問題を抱えているが、その１つに、ＣＴ透視の最中に偶発的又は意図的にＸ線のばく射が一時的に中断され、これにより投影データの収集も中断してしまうという事態に好ましく対処する技術の確立である。なお、このような事態は医師（オペレータ）が不必要な被曝を回避するために意図的に中断させる、高電圧電源の放電現象により偶発的に中断する、医師（オペレータ）が操作ミスによりＸ線ＯＮスイッチを離したり中断スイッチを押してしまうことにより発生するものと考えられる。
【０００４】
このような事態が発生した場合、現状の装置では、Ｘ線ばく射及びデータ収集の再開後、画像表示が開始されるまでに１枚分のデータ収集時間及び画像再構成時間に要する待ち時間が発生するという問題が発生する。
【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透視の最中に偶発的又は意図的にＸ線のばく射が一時的に中断するという事態に際しても、Ｘ線ばく射及びデータ収集の再開後、画像表示が開始されるまでの待ち時間を短縮できる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】
本発明の第１局面は、投影方向が周期的に変化しながら被検体に関する投影データの収集を繰り返し、所定角度分の投影データが収集される毎に順次、画像を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、投影データの収集の中断後、投影データの収集が再開されたとき、前記所定角度分の中断前の投影データと再開後の投影データとに基づいて画像の再構成を開始する再構成手段を備え、前記再構成手段は、Ｘ線のばく射が再開されて投影データの収集が再開された後、再開時点で再構成済の最新の画像に対して再開後最初に収集さ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、且つ前記最新の画像に対して前記最初に収集された投影データと同じ投影方向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ことから画像の再構成を開始することを特徴とする。
本発明の第２局面は、投影方向が周期的に変化しながら被検体に関する投影データの収集を繰り返し、１枚の画像を生成するのに必要な所定角度分／ｎの投影データが収集される毎に順次、画像を生成してリアルタイムＣＴ透視画像を表示するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、投影データの収集の中断後、投影データの収集が再開されたとき、前記中断が所定時間を超える時は、再開後収集された１枚の画像を生成するのに必要な所定角度分の投影データに基づいて画像を生成し、前記中断が所定時間を超えていない時は、前記中断前の投影データと収集再開後の投影データとに基づいて画像の再構成を開始することを特徴とする。
【０００７】
【作用】
本発明によれば、投影データの収集の中断後、投影データの収集が再開されたとき、前記所定角度分の中断前の投影データと再開後の投影データとに基づいて画像の再構成を開始するので、再開後収集された所定角度分の投影データに基づいて画像の再構成を開始する従来よりも、再開後、画像表示が開始されるまでの待ち時間が短縮される。
【０００８】
【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実施例を説明する。
（第１実施例）
図１は第１実施例の主要部の構成図である。スキャナ１は、投影方向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、Ｘ線管２と１次元アレイ型Ｘ線検出器３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２は、Ｘ線発生制御部５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３は、複数のＸ線検出器がＸ線管２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３に装備されたデータ収集ユニット（ＤＡＳ）４は、１次元アレイ型Ｘ線検出器３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２とＸ線発生制御部５、またデータ収集ユニット４とスキャナ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２及び１次元アレイ型Ｘ線検出器３が被検体の周囲を連続回転しながら、投影データを繰り返し収集することが実現されている。回転駆動制御部６は、Ｘ線管２及び１次元アレイ型Ｘ線検出器３の回転を駆動及び制御するものである。なお、ここでは、Ｘ線管２と１次元アレイ型Ｘ線検出器３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。
【０００９】
データ収集ユニット４からスリップリング機構を介して出力される投影データは、制御／データバス７に送り込まれる。制御／データバス７には、再構成処理部８、記憶部９、表示部１０が接続される。再構成処理部８は分割方式により、断層画像（メイン画像という）を作成する。分割方式とは、１枚のメイン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）の所定角度範囲をｎ個の部分に分割し、Ｘ線管２が部分角度範囲（所定角度範囲／ｎ）だけ回転する毎に、部分角度範囲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ｎ枚の部分画像を加算することにより１枚のメイン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メイン画像に当該最新の部分画像を加算し、且つこのメイン画像から当該最新の部分画像と同じ角度の部分画像を減算することで、メイン画像を高い時間分解能で高速で作成するという再構成の高速化技術の１つである。
【００１０】
再構成処理部８は、ＣＴ透視の継続中に、Ｘ線のばく射が中断され、それに伴って投影データの収集が中断されたときに適当に対処する処理（具体的には後述する）を実行する。再構成処理部８がＸ線のばく射の中断を認識するために、Ｘ線発生制御部５から再構成処理部８にＸ線のＯＮ／ＯＦＦを示す信号が取り込まれるようになっているが、必ずしもこのような認識方式に限定されず、Ｘ線発生制御部５からＸ線管２への高電圧印加用のケーブルの電圧変化から認識する等の他の方式であってもよい。また、再構成処理部８がＸ線管２の回転角度を認識するために、回転駆動制御部６から再構成処理部８にＸ線管２の回転角度を示す信号が取り込まれるようになっているが、必ずしもこのような認識方式に限定されず、ロータリエンコーダー等の角度検出用センサを介して回転角度を認識する等の他の方式であってもよい。
【００１１】
記憶部９には、最新の少なくともｎ枚の部分画像のデータ及び最新の少なくとも１枚のメイン画像のデータが常に記憶されるように構成される。作成されたメイン画像は表示部１０に送られ、表示される。
【００１２】
次に本実施例の動作について説明する。なお、ここでは、１枚のメイン画像を作成するのに必要な所定角度範囲を、１周分 360°として、またｎ＝６（部分角度範囲＝60°）、つまりＸ線管２が60°回転する毎にその投影データから部分画像が次々と再構成されるものとして説明する。
【００１３】
図２は分割方式の説明図である。なお、図２において、メイン画像をＩで記述し、部分画像をＩ´で記述している。さらに、メイン画像はその作成順序にしたがってＩ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 …と記述するように定義する。また、部分画像は、それの再構成に使った投影データを収集したときにＸ線管２が何回転目であるか、さらに部分角度範囲 0°〜60°、60°〜 120°、 120°〜 180°、 180°〜 240°、 240°〜 300°、 300°〜 360°それぞれを１，２，３，４，５，６にコード化して、再構成に使った投影データがいずれの部分角度範囲に対応するものであるかという２つの情報を折り込んで、Ｉ'(1,1)，Ｉ'(1,2)，Ｉ'(1,3)…と記述するように定義する。例えば、部分画像Ｉ'(3,5)は、３回転目の 240°〜 300°の部分角度範囲で収集した投影データから再構成したものであることを示している。
【００１４】
スキャン開始後（Ｘ線管２が 0°から回転開始するものとする）、Ｘ線管２が60°回転する毎に再構成処理部８で、部分画像がＩ'(1,1)，Ｉ'(1,2)，Ｉ'(1,3)…と順次再構成されていく。１枚のメイン画像を作成するのに必要な所定角度範囲に達する６枚の部分画像Ｉ'(1,1)〜Ｉ'(1,6)の再構成が完了した時点で、再構成処理部８は最初のメイン画像Ｉ1 を、この時点で最新の６枚の部分画像Ｉ'(1,1)〜Ｉ'(1,6)をフレーム間で加算することにより作成する。このメイン画像Ｉ1 は、表示部１０に送られ表示される。さらに、２回転目に入り、Ｘ線管２が60°に達した時、部分画像Ｉ'(2,1)が再構成される。２枚目のメイン画像Ｉ2 は、この時点で最新のメイン画像Ｉ1 にこの時点で最新の部分画像Ｉ'(2,1)を加算し、且つこの最新の部分画像Ｉ'(2,1)と同じ部分角度範囲の部分画像Ｉ'(1,1)を減算することにより作成される。この２枚目のメイン画像Ｉ2 は、表示部１０に送られ、メイン画像Ｉ1 から切換わって表示される。このようにＸ線管２が60°ずつ回転する毎に順次、メイン画像が作成される。
【００１５】
図３は、ＣＴ透視の継続中に、Ｘ線のばく射が中断され、それに伴って投影データの収集が中断されたときの処理の説明図である。中断の事由については従来技術のところで説明したので必要であれば参照されたい。ここでは、Ｘ線のばく射の中断は、Ｘ線管２がｍ回転目のα°（60°＜α°＜ 120°）で発生し、ｍ回転目のβ°（ 300°＜β°＜ 0°（＝ 360°））まで継続した場合を想定する。中断した時、記憶部９には、中断時点で最新の６枚の部分画像Ｉ'(m-1,21) 〜Ｉ'(m,1)、及びこの最新の６枚の部分画像Ｉ'(m-1,21) 〜Ｉ'(m,1)に基づく中断時点で最新のメイン画像Ｉn のデータが少なくとも記憶されている。
【００１６】
Ｘ線のばく射が再開されて投影データの収集が再開された以後、最初に部分画像Ｉ'(m,6)が再構成される。再構成処理部８は、メイン画像Ｉn に部分画像Ｉ'(m,6)を加算し、且つメイン画像Ｉn からこの部分画像Ｉ'(m,6)と同じ部分角度範囲の部分画像Ｉ'(m-1,1)を減算することにより、再開後、最初のメイン画像Ｉn+1 を作成する。
【００１７】
以後、Ｘ線管２が60°ずつ回転する毎に、最新のメイン画像に最新の部分画像を加算し、且つこのメイン画像Ｉn からこの最新の部分画像と同じ部分角度範囲の１回転前の部分画像を減算する処理を繰り返すことにより、メイン画像を次々と作成していく。
【００１８】
このような本実施例の処理によれば、投影データの収集が中断され、その後再開された時点から、メイン画像が作成され表示されるまでの待ち時間は、データ転送速度等を無視すると、Ｘ線管２が部分角度範囲の起点（図３では 300°）に達し、さらにそこから60°回転するために要する時間と、１枚の部分画像の再構成に要する時間と、メイン画像から部分画像の減算及び加算に要する時間との合計時間となる。一方、従来では、再開後には、新たにスキャンが開始されたのと同様の処理がなされるため、この待ち時間は、Ｘ線管２が部分角度範囲の起点（図３では 300°）に達し、さらにそこから 360°回転するために要する時間と、１枚の部分画像の再構成に要する時間と、メイン画像に部分画像を加算するのに要する時間との合計時間となる。したがって、本実施例では、上記待ち時間が大幅に短縮されることが理解されよう。
（第２実施例）
図４は第２実施例の主要部の構成図である。図４において図１と同じ部分には同符号を付す。
【００１９】
データ収集ユニット４は、第１実施例で述べたように、１次元アレイ型Ｘ線検出器３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、極短時間毎に積分処理を繰り返し実行する。つまり、投影データは、この極短時間のうちにＸ線管２が回転する回転角度ｐ°毎に、繰り返し収集されることになる。
【００２０】
再構成処理部１２は、新たに投影データが収集される毎に、この投影データを含めた最新の 360°分の投影データに基づいてメイン画像を繰り返し作成する。実際には、Ｘ線管２が回転角度ｐ°だけ回転する時間内に 360°分の投影データからメイン画像を再構成することを条件にリアルタイムＣＴ透視を実現することは現状では困難であると考えられる。したがって、再構成処理として、バックプロジョクション処理方式を採用することが好ましいと言える。バックプロジョクション処理方式とは、一旦、 360°分の投影データから最初のメイン画像が再構成された後、Ｘ線管２が回転角度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、メイン画像に対して、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、 360°分の投影データからメイン画像を再構成するよりも、計算量が少なくリアルタイムＣＴ透視を実現するに十分な高速化を達成するものである。
【００２１】
記憶部１１には、最新の少なくとも１回転分の投影データと、最新のメイン画像が常に記憶されるように構成される。作成されたメイン画像は表示部１０に送られ、表示される。
【００２２】
次に本実施例の動作について説明する。なお、ここでは、１枚のメイン画像は１周 360°分の投影データに基づいて作成されるものとして説明する。
図５はＣＴ透視の継続中に、Ｘ線のばく射が中断され、それに伴って投影データの収集が中断されたときの処理の説明図である。中断の事由については従来技術のところで説明したので必要であれば参照されたい。ここでは、Ｘ線のばく射の中断は、Ｘ線管２がｍ回転目のα°（60°＜α°＜ 120°）で発生し、ｍ回転目のβ°（ 300°＜β°＜ 0°（＝ 360°））まで継続した場合を想定する。なお、図５において、メイン画像をＩで記述し、投影データをＤで記述している。さらに、メイン画像はその作成順序にしたがってＩ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 …と記述するように定義する。また、投影データは、それを収集したときにＸ線管２が何回転目であるか、さらにそれを収集したときのＸ線管２の回転角度という２つの情報を折り込んで、Ｄ(1,0) ，Ｄ(1,p) ，Ｉ(1,2p)…と記述するように定義する。例えば、投影データＤ(m-1, β) は、Ｘ線管２がｍ−１回転目のβ°のときに収集したものであることを示している。
【００２３】
Ｘ線のばく射が中断したとき、その時点で最新の１回転分の投影データＤ(m-1, α+p) 〜Ｄ(m, α) からメイン画像Ｉn が再構成される。記憶部１１には、この１回転分の投影データＤ(m-1, α+p) 〜Ｄ(m, α) と、メイン画像Ｉn のデータとが少なくとも記憶されている。
【００２４】
Ｘ線のばく射が再開された時点からＸ線管２がｐ°回転して最初に投影データＤ(m, β) が収集される。再構成処理部１２は、メイン画像Ｉn に対して、この投影データＤ(m, β) でバックプロジョクション処理を順方向に実行し、且つ投影データＤ(m, β) と同じ回転角度であって、メイン画像Ｉn の作成に使われた投影データＤ(m-1, β) でバックプロジョクション処理を逆方向に実行することにより、再開後、最初のメイン画像Ｉn+1 を作成する。つまり、メイン画像Ｉn+1 は、中断前の投影データＤ(m-1, α+p) 〜Ｄ(m-1, β-p) ，Ｄ(m-1, β+p) 〜Ｄ(m, α) と、再開後の投影データＤ(m, β) とから再構成されたメイン画像等価なものといえる。
【００２５】
以後、Ｘ線管２がｐ°ずつ回転する毎に、同様の処理を実行し、メイン画像を次々と作成していく。
このような本実施例の処理によれば、投影データの収集が中断され、その後再開された時点から、メイン画像が作成され表示されるまでの待ち時間は、データ転送速度等を無視すると、Ｘ線管２がｐ°回転するために要する時間と、メイン画像に対して順逆２方向にバックプロジョクション処理を実行するのに要する時間との合計時間となり、第１実施例より短縮されることが理解されよう。さらに、第１実施例では、中断直前、Ｘ線管２が部分角度範囲の終点（図３では 240°）から中断時点のα°までの間に収集された投影データと、再開後、Ｘ線管２がβ°から部分角度範囲の起点（図３では 300°）に達するまでの間に収集された投影データとは無駄になる、つまりメイン画像には反映されないという問題があったが、本実施例ではこの問題が解消される。
【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。例えば、医師（オペレータ）が被曝低減を目的に意図的に中断させるようなとき、中断期間が非常に長時間にわたることがあり、このような場合、再開後のメイン画像は時間的に非常に分離した時に収集した投影データから作成されたものとして、医師に誤解を与える危険性がある。これを回避するために、中断期間が或る一定時間を越えるような長時間にわたるとき、中断前のデータを全て記憶部からクリアして、再開後、新たにスキャンを開始するのと同様に、１回転分の投影データが収集されるのを待ってメイン画像を作成するという機能を再構成処理部に与えることが考えられる。なお、上記一定時間は３秒が好ましいと言える。
【００２７】
また、オペレータがスキャン開始を指示した後、１枚のメイン画像を再構成するのに必要な 360°（又は 180°＋ファン角）分の投影データの収集を完了する以前に、スキャン停止させてしまうような誤操作がなされたときでも、少なくとも１枚のメイン画像を再構成するのに必要な 360°（又は 180°＋ファン角）分の投影データの収集を完了するまでスキャンを継続させ、その後、スキャンを停止させるような機能を上述の各実施例に追加することは、このような誤操作を補償する意味において有効である。この機能は、Ｘ線発生制御部５、データ収集ユニット４、回転駆動制御部６等のスキャンに関わる部分を統括的に制御するスキャン制御部に保有させることが好ましいと言える。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、投影方向が周期的に変化しながら被検体に関する投影データの収集を繰り返し、所定角度分の投影データが収集される毎に順次、画像を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、投影データの収集の中断後、投影データの収集が再開されたとき、前記所定角度分の中断前の投影データと再開後の投影データとに基づいて画像の再構成を開始する再構成手段を備えることを特徴とする。投影データの収集の中断後、投影データの収集が再開されたとき、前記所定角度分の中断前の投影データと再開後の投影データとに基づいて画像の再構成を開始するので、再開後収集された所定角度分の投影データに基づいて画像の再構成を開始する従来よりも、再開後、画像表示が開始されるまでの待ち時間が短縮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例による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の再構成処理部の分割方式の説明図。
【図３】ＣＴ透視の継続中に、Ｘ線のばく射が中断され、それに伴って投影データの収集が中断されたときの第１実施例による処理の説明図。
【図４】第２実施例によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の主要部の構成図。
【図５】ＣＴ透視の継続中に、Ｘ線のばく射が中断され、それに伴って投影データの収集が中断されたときの第２実施例による処理の説明図。
【符号の説明】
１…スキャナ、 ２…Ｘ線管、
３…１次元アレイ型Ｘ線検出ユニット、 ４…データ収集ユニット、
５…Ｘ線発生制御部、 ６…回転駆動制御部、
７…制御／データバス、 ８…再構成処理部、
９…記憶部、 １０…表示部。

Claims (2)

1. 投影方向が周期的に変化しながら被検体に関する投影データの収集を繰り返し、所定角度分の投影データが収集される毎に順次、画像を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、
   投影データの収集の中断後、投影データの収集が再開されたとき、前記所定角度分の中断前の投影データと再開後の投影データとに基づいて画像の再構成を開始する再構成手段を備え、
   前記再構成手段は、Ｘ線のばく射が再開されて投影データの収集が再開された後、再開時点で再構成済の最新の画像に対して再開後最初に収集さ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、且つ前記最新の画像に対して前記最初に収集された投影データと同じ投影方向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ことから画像の再構成を開始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. 投影方向が周期的に変化しながら被検体に関する投影データの収集を繰り返し、１枚の画像を生成するのに必要な所定角度分／ｎの投影データが収集される毎に順次、画像を生成してリアルタイムＣＴ透視画像を表示するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、
   投影データの収集の中断後、投影データの収集が再開されたとき、
   前記中断が所定時間を超える時は、再開後収集された１枚の画像を生成するのに必要な所定角度分の投影データに基づいて画像を生成し、
   前記中断が所定時間を超えていない時は、前記中断前の投影データと収集再開後の投影データとに基づいて画像の再構成を開始する
   ことを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。

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