JP3942178B2 - X線ctシステム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、X線照射によって被検体のX線断層像を得るX線CT(Computerized Tomography)システムにおける散乱線補正技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
X線CTシステムは、被検体を透過したX線より得られる投影データを収集して、その投影データからX線断層像を再構成することを主目的とする。具体的には、まず、被検体をテーブル装置上に横たえさせて、ガントリの空洞部に向けて搬送する。そして、X線管およびX線検出器を含むX線検出機構が一体的に取り付けられているガントリの回転部を回転駆動して、異なる角度から被検体に向けてX線を照射し、各角度での被検体を透過したX線を検出する。そして、その検出されたデータ(投影データ)を操作コンソールが受信し、算術演算によってX線断層像を再構成する、という工程を踏むことになる。上記のX線を検出する一連の工程が、一般にスキャンとよばれるものである。
【0003】
また、X線検出部を、テーブルの搬送方向に配される複数列の検出器で構成する、いわゆるマルチスライスX線CTシステムが知られている。このマルチスライスX線CTシステムは、一度のスキャンで複数スライスの投影データを収集できるという利点を有するが、その一方で、検出器の列数を増やしていくと、検出器列方向の散乱線の影響が無視できなくなるという問題に直面する。例えば、検出器列が1,2列程度のものの場合には散乱線の多くは検出器の存在しない方向に放射されるので検出器列方向の散乱線の影響を考慮する必要はなかったが、検出器の列数が増えると(例えば32列あるいはそれ以上)、検出器列方向の散乱線が検出器に入り込むことになる。また、各検出器列に入り込むその散乱線の量は一様ではなく、とりわけ、端部の検出器列と中央部の検出器列とでは入り込む散乱線の量は顕著に違うことが考えられる。
【0004】
なお、検出器のチャネル方向における散乱線に対しては従来より対策が施されている。例えば、各チャネルの境界にコリメータもしくはグリッドを設けることで散乱線の入射を防ぐものがある。しかし、この方法では、X線検出面の実効面積が減少し、また、X線管球に対する見上げ角度の問題が無視できず、X線利用効率が低下してしまう。また、高精度にコリメータを設置するというハードウェア上のコストアップも避けられないという問題もある。
【0005】
そのため、検出器列方向の散乱線に対してはハードウェアで対処するのではなく、ソフトウェアによるデータ補正によって対処することが望まれる。検出器列方向の散乱線の影響をソフトウェアによるデータ補正によって補償する技術としては、例えば後掲の特許文献1がある。この特許文献1は、例えば8列のマルチスライス型X線検出器のうちX線が直接的に照射されないX線素子列の出力データに基づいて散乱線データを取得するように構成されたX線コンピュータ断層撮影装置を開示している。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−197628号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特許文献1に開示されたX線コンピュータ断層撮影装置における散乱線補正は、各検出器列に入り込む散乱線の量が一様ではないという事情を考慮したものではない。すなわち、さらに高精度な散乱線補正を実現する余地が残されている。
【0008】
本発明はかかる背景に基づき、より高精度な散乱線補正を行うことのできるX線CTシステムを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面によれば、X線発生源と、被検体搬送用のテーブルの搬送方向を列方向として配置されている複数列の検出器列を有するX線検出部とを備えるX線CTシステムであって、前記X線発生源からのX線の照射範囲を制限するためのスリットを形成するコリメータと、前記コリメータの前記搬送方向における位置および前記スリットの前記搬送方向の幅を調整する調整手段と、前記調整手段により前記複数列の検出器のうちの1列にのみ直接線が入射するように前記コリメータの前記搬送方向における位置および前記スリットの前記搬送方向の幅を調整したうえでスキャンを行い、このスキャンを前記複数列の検出器の各列毎に行うスキャン制御手段と、前記スキャン制御手段により行われた各スキャンにおいて前記X線検出部で検出されたデータに基づき、散乱線補正用データを作成する補正データ作成手段と、作成された前記散乱線補正用データを用いて、被検体に対するスキャンによって得られた投影データを補正する補正手段と、前記補正手段によって補正された投影データに基づいて被検体の断層像を再構成する再構成手段とを有することを特徴とするX線CTシステムが提供される。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
【0011】
図1は、実施形態におけるX線CTシステムの構成を示す図である。
【0012】
図示の如く、本システムは、被検体へのX線照射と被検体(患者)を透過したX線を検出するガントリ100と、ガントリ100に対して各種動作設定を行うとともに、ガントリ100から出力されてきたデータに基づいて断層像を再構成し出力(表示)する操作コンソール200を含む構成である。
【0013】
ガントリ100は、その全体の制御をつかさどるメインコントローラ10をはじめ以下の構成を備える。
【0014】
11および12は操作コンソール200との通信を行うためのインタフェース、13はテーブル14上に横たえた被検体を図面に垂直な方向(一般に患者の体軸の方向に一致する方向であり、以下、z軸方向という。)に搬送するための空洞部を有する回転部であり、その内部には、X線発生源であるX線管15、X線の照射範囲を制限するための開口を有するコリメータ17、コリメータ17のz軸方向の開口幅を調整するための開口制御モータ18、ならびに、コリメータ17のz軸方向の位置を調整するための位置制御モータ20が設けられている。X線管15、開口制御モータ18、位置制御モータ20はそれぞれ、X線管コントローラ16、開口制御モータドライバ19、位置制御モータドライバ21により駆動が制御される。
【0015】
また、回転部13には、コリメータ17および空洞部を経由してきたX線管15からのX線を検出するための複数(例えば1,000個)の検出チャネルを有するX線検出部22、および、X線検出部22の各検出チャネルの出力に基づき投影データとして収集するデータ収集部23も備える。X線管15およびコリメータ17とX線検出部22とは、互いに空洞部を挟んで、すなわち、被検体を挟んで、対向する位置に設けられる。回転部13は、その位置関係を維持した状態で空洞部の周りを回転するように構成されている。この回転は、回転モータドライバ24からの駆動信号により駆動される回転モータ25によって行われる。また、被検体を載置するテーブル14は、z軸方向への搬送がなされるが、その駆動は、テーブルモータドライバ27からの駆動信号により駆動されるテーブルモータ26によって行われる。
【0016】
メインコントローラ10は、インタフェース11を介して受信した各種コマンドの解析を行い、それに基づいて上記のX線管コントローラ16、開口制御モータドライバ19、位置制御モータドライバ20、回転モータドライバ24、テーブルモータドライバ27、およびデータ収集部23に対し、各種制御信号を出力することになる。
【0017】
また、データ収集部23で収集されたデータは、インタフェース12を介して操作コンソール200に送出される。
【0018】
一方、操作コンソール200は、いわゆるワークステーションであり、図示するように、装置全体の制御を司るCPU51、ブートプログラム等を記憶しているROM52、主記憶装置として機能するRAM53をはじめ、以下の構成を備える。
【0019】
HDD54は、ハードディスク装置であって、ここにOSのほか、ガントリ100に各種指示を与えたり、ガントリ100より受信したデータに基づく断層像の再構成および表示などを実行させるための画像処理プログラムが格納されている。また、VRAM55は表示しようとするイメージデータを展開するメモリであり、ここにイメージデータ等を展開することでCRT56に表示させることができる。57および58はそれぞれ、各種設定を行うためのキーボードおよびマウスである。また、59および60はガントリ100と通信を行うためのインタフェースであり、それぞれガントリ100のインタフェース11および12に接続される。
【0020】
実施形態におけるX線CTシステムの構成は概ね上記のとおりであるが、次にX線管15、コリメータ17、X線検出部22の構造を図2を用いてより詳しく説明する。
【0021】
図2はX線管15、コリメータ17、X線検出部22の要部構成図である。これらの構成要素は回転部13の所定の基部に支持されて図示のような位置関係を維持している。
【0022】
同図において、X線管15は、集束電極およびフィラメントを内蔵する陰極スリーブ42と、回転するターゲット43とをハウジング41に収容した構造であり、焦点fからX線を放射する。そして、X線管15から放射されたX線がコリメータ17が形成するスリットSを通過させることによって、所定のX線照射角(ファン角)のファンビームが形成される。上記したX線検出部22は、ファン角に依存した長さにわたる個数(例えば、1,000個)の検出チャネルで一列の検出器を形成し、この検出器がz軸方向(テーブル14の搬送方向に一致する。)に例えば8列配列された構成である。ここでは、各検出器列には端から1,2,3,・・・,8の番号を付す。これにより、いわゆる8列マルチスライスX線CTを実現する。もっとも、ここで8列の検出器列は一例であり、本発明は少なくとも2列の検出器を有するシステムに適用することができるものである。
【0023】
上記構成において、コリメータ17によって形成されるスリットSのz軸方向の幅(以下、単に開口幅という)、および、コリメータ17のz軸方向の位置はそれぞれ、機械的動作を行わせることで調整可能である。
【0024】
まず、コリメータ17の開口幅の調整機構の一例について説明する。
【0025】
図3は、実施形態におけるコリメータ17の調整機構を示す図である。なお、同図中の構成部分に施されているハッチングはガントリ13内部の所定の基部に取り付けられていることを示している。
【0026】
コリメータ17の遮蔽板61と62とは、端部どうしがそれぞれリンク部材65aおよび65bで回動自在に連結されて、平行移動リンク機構を構成する。これによって遮蔽板61、62は互いに平行を維持することを可能にしている。そして、この2枚の遮蔽板61、62の隙間がX線を通過させるスリットSを形成する。また、リンク部材65a、65bそれぞれの中央位置には回動軸が設けられ、リンク部材65b側の回動軸は開口幅制御モータ18の出力軸が固定される。
【0027】
かかる構成により、開口幅制御モータ18を駆動させ、回動軸を回動させることで、遮蔽板61、62はその平行を保ったまま徐々にその間隔を拡げたり狭めたりしてスリットSの開口幅を制御することができる。
【0028】
また、コリメータ17は、その一端部にz軸方向に沿って取り付けられたボールねじ66および、他端部にz軸方向にスライド自在に取り付けられたリニアガイド67によって支持されている。ボールねじ66はカップリング68を介して位置制御モータ20の出力軸に取り付けられている。そして、この位置制御モータ20の駆動によってなされるボールねじ66の回転運動がコリメータ17のz軸方向への直線運動に変換されることで、コリメータ17全体の位置調整を可能にしている。
【0029】
ただし、ここに説明した調整機構は一例であって、これに限定されるものではない。その他のいかなる構造で実現してもかまわない。
【0030】
かかる構成のX線CTシステムにおいて、投影データの収集は例えば次のように行われる。
【0031】
まず、被検体を回転部13の空洞部に位置させた状態でz軸方向の位置を固定し、X線管15からのX線ビームを被検体に照射し(X線の投影)、その透過X線をX線検出部22で検出する。そして、この透過X線の検出を、X線管15とX線検出部22を被検体の周囲を回転させながら(すなわち、投影角度(ビュー角度)を変化させながら)複数N(例えば、N=1,000)のビュー方向で、例えば360度分行う。
【0032】
検出された各透過X線は、データ収集部23でディジタル値に変換されて投影データとしてインタフェース12を介して操作コンソール200に転送される。これら一連の工程を1つの単位として1スキャンとよぶ。そして、順次z軸方向にスキャン位置を所定量移動して、次のスキャンを行っていく。このようなスキャン方式はアキシャルスキャン方式とよばれるが、ガントリ13の回転に合わせてテーブル14を連続的に移動させながら(X線管15とX線検出部22とが被検体の周囲をらせん状に周回することになる)投影データを収集する、ヘリカルスキャン方式であってもよい。
【0033】
操作コンソール200は、ガントリ100から転送されてくる投影データをHDD54に格納するとともに、例えば、所定の再構成関数とたたみ込み演算を行い、バックプロジェクション処理により断層像を再構成する。ここで、操作コンソール200は、スキャン処理中にガントリ100から順次転送されてくる投影データからリアルタイムに断層像を再構成し、常に最新の断層像をCRT56に表示させることが可能である。さらに、HDD54に格納されている投影データを呼び出して改めて画像再構成を行わせることも可能である。
【0034】
以下、本実施形態における散乱線補正処理について詳しく説明する。
【0035】
先述したとおり、検出器列方向における被検体の形状や内部組織の構成の変化により各検出器列に入り込む散乱線の量は一定ではないと考えられる。そこで本実施形態では、まず、所定のファントムを用いて各検出器列毎に入り込む散乱線の量を測定し、その結果に基づいて散乱線補正用データを作成する(散乱線補正用データ収集処理)。そして、実際の被検体に対するスキャンによって収集された投影データは、この散乱線補正用データによって補正される。
【0036】
図4は、実施形態における散乱線補正用データ収集処理の一例を示すフローチャートである。
【0037】
この散乱線補正用データ収集処理を開始するにあたり、あらかじめテーブル14に所定のファントムをセットしておく。ファントムには例えば、テーブル14の搬送方向に直交する方向における断面がほぼ楕円形状のアクリル製容器に水を満たしたものを用いる。
【0038】
まず、ステップS1では、操作コンソール200のキーボード57またはマウス58からの入力に基づき補正データ収集指示がなされたことを待機する。補正データ収集指示が確認されしだい、ステップS2に進む。ステップS2では、検出器列の番号を示す変数Dを0に初期化し、次のステップS3でDの値を1増分する。
【0039】
その後、第D列にのみX線の直接線が入射するようにコリメータ17のz軸方向の位置およびスリットの間隔を調整し(ステップS4)、その状態でスキャンを行う(ステップS5)。なお本明細書において、「直接線」とは、X線発生源からX線検出器に直線的に入射するX線のことをいい、散乱線に対する用語として使用する。
【0040】
図5は、一例としてD=1の場合のステップS4で調整された様子を模式的に示しており、検出器列1にのみ直接線が入射する。同時に他の検出器列2〜8には、ファントム内の物質により乱反射したX線が散乱線として入射することになる。
【0041】
次に、ステップS6で、散乱線補正用データとしての補正係数を求める。補正係数は、各ビューで、直接線が入射する検出器列を除く各列の各検出チャネル毎に求められる。ここで、ステップS5で第D列にのみ直接線を入射させてスキャンを行って得られる、第iビューにおける第d列検出器(ただし、d≠D)、第jチャネルの投影データを、p(d, i, j) と表すと、同じ第iビューにおける第d列検出器、第jチャネルの補正係数αD(d, i, j) は次式で表される。
【0042】
αD(d, i, j) = p(d, i, j) / p(D, i, j) (1)
【0043】
この補正係数は、直接線の強度に対する散乱線の強度の割合を示していることが理解されよう。以下では、補正係数が各チャネル毎に求められることは自明のこととして取り扱うこととし、p(d, i, j) をp(d, i)と、αD(d, i, j) をαD(d, i) とチャネル変数jを省略して表現することにする。したがって、上記した(1)式は次式で表現される。
【0044】
αD(d, i) = p(d, i) / p(D, i) (2)
【0045】
このようにして求められた補正係数αD(d, i)は例えばRAM53に格納される。
【0046】
そして、ステップS7では、DがX線検出部22が備える検出器列の総数を示すMAX(実施形態ではMAX=8)より小さいか否かを判定し、D<MAXであれば、ステップS3に戻って次の検出器列について処理を繰り返し、すべての検出器列について処理を終え、D<MAXを満たさないことになったときは、本処理を終了する。
【0047】
このようにして、ファントムを用いて散乱線補正用データとしての補正係数が検出器列毎に作成される。
【0048】
図6は、実施形態における散乱線補正処理を含む操作コンソール200における一連の処理の例を示すフローチャートである。このフローチャートに対応するプログラムは、操作コンソール200のハードディスク54に画像処理プログラムに含まれ、電源投入後、RAM53にロードされてCPU51により実行されるものである。
【0049】
まず、ステップS11で、スキャン計画を立てる。例えば、画像処理プログラムにより提供されるGUIを介して、スライス厚、スキャン開始/終了位置、X線管15に与える電流値、ガントリ回転部13の回転速度等のスキャン条件が設定される。このスキャン計画そのものは公知のものであるので、その詳細は省略する。設定されたスキャン条件はRAM53に記憶される。
【0050】
次のステップS12では、スキャン開始指示がなされたか否かをキーボード57またはマウス58の入力に基づき判断する。スキャン開始指示がなされると、ステップS11で設定したスキャン条件をパラメータとするスキャン開始指令をガントリ100に送信し、ガントリ100にスキャンを行わせる。個々でのスキャンは、すべての検出器列にX線が直接入射するスライス幅で行われるものと仮定する。
【0051】
ステップS13では、そのスキャンによってガントリ100からのデータを受信し、ステップS14で、受信データが全て終了したかどうかを監視している。
【0052】
ステップS15では、リファレンス補正、線質硬化(Beam Hardning)補正、X線検出器の物理特性の補正などの所定の前処理を行う。これらの前処理は必要に応じて選択的に行われるもので、本発明には直接関係しないので詳細な説明は省略する。
【0053】
次に、ステップS16で、前述の散乱線補正用データ収集処理において作成された補正係数を用いて、各ビュー毎に検出器列Dに入射する散乱線量scatDを計算する。具体的には、第iビューにおける各検出器列1〜8に入射するそれぞれの散乱線量scat1(i)〜scat8(i)は次式のように表される。ここで、αD(d, i)は、上記したとおり、第D列にのみ直接線を入射させてスキャンを行わせたときに作成される、第iビューにおける第d列検出器の補正係数である。また、p(d, i)は、ステップS15で前処理後の第iビューにおける第d列検出器の投影データである。
【0054】
【0055】
これは、1つの検出器列に入射する散乱線の強度を、他の検出器列に入射したX線の強度と、対応する補正係数との重み付け加算を行うことにより求めるものである。この計算を、全てのビューに対し行う。
【0056】
次に、ステップS17で、ステップS15での前処理後の投影データp(d, i)から、ステップS16で計算された散乱線の強度scatd(i)を減算することにより散乱線補償された投影データp'(d, i)を得る。具体的には、第iビューにおける各検出器列1〜8それぞれの散乱線補償された投影データは次式で表される。
【0057】
p'(1, i) = p(1, i) - scat1(i)
p'(2, i) = p(2, i) - scat2(i)
p'(3, i) = p(3, i) - scat3(i)
p'(4, i) = p(4, i) - scat4(i)
p'(5, i) = p(5, i) - scat5(i)
p'(6, i) = p(6, i) - scat6(i)
p'(7, i) = p(7, i) - scat7(i)
p'(8, i) = p(8, i) - scat8(i) (4)
【0058】
この計算を、全てのビューに対し行う。
【0059】
そして、ステップS18で、ステップS17で散乱線補償された投影データを用いて画像再構成処理を実施して被検体のX線断層像を生成し、ステップS19で、CRT56にそのX線断層像を表示出力する。
【0060】
以上説明した実施形態によれば、ファントムを用いて各検出器列毎に入り込む散乱線の量を各ビューで測定し、その結果に基づいて散乱線補正用データが作成される。そして、実際の被検体に対するスキャンによって収集された投影データがビュー毎に散乱線補正用データによって補正される。これにより、散乱線の影響が検出器列毎に一様ではないことが考慮された高精度な散乱線補正が実現される。
【0061】
【発明の効果】
本発明によれば、より高精度な散乱線補正を行うことのできるX線CTシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態におけるX線CTシステムの構成を示す図である。
【図2】実施形態におけるX線管、コリメータ、X線検出部の要部構成図である。
【図3】実施形態におけるコリメータの調整機構を示す図である。
【図4】実施形態における散乱線補正用データ収集処理の一例を示すフローチャートである。
【図5】各検出器列に散乱線が入射する様子を模式的に示す図である。
【図6】実施形態における散乱線補正処理を含む操作コンソールにおける一連の処理の例を示すフローチャートである。
Claims (7)
- X線発生源と、被検体搬送用のテーブルの搬送方向を列方向として配置されている複数列の検出器列を有するX線検出部とを備えるX線CTシステムであって、
前記X線発生源からのX線の照射範囲を制限するためのスリットを形成するコリメータと、
前記コリメータの前記搬送方向における位置および前記スリットの前記搬送方向の幅を調整する調整手段と、
前記調整手段により前記複数列の検出器のうちの1列にのみX線の直接線が入射するように前記コリメータの前記搬送方向における位置および前記スリットの前記搬送方向の幅を調整したうえでスキャンを行い、このスキャンを前記複数列の検出器の各列毎に行うスキャン制御手段と、
前記スキャン制御手段により行われた各スキャンにおいて前記X線検出部で検出されたデータに基づき、散乱線補正用データを作成する補正データ作成手段と、
作成された前記散乱線補正用データを用いて、被検体に対するスキャンによって得られた投影データを補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された投影データに基づいて被検体の断層像を再構成する再構成手段とを有することを特徴とするX線CTシステム。 - 所定のファントムに対し前記スキャン制御手段を動作させることを特徴とする請求項1に記載のX線CTシステム。
- 前記ファントムは前記搬送方向に直交する方向における断面がほぼ楕円形状であることを特徴とする請求項2に記載のX線CTシステム。
- 前記補正データ作成手段は、前記スキャン制御手段により行われた各スキャンの各ビュー毎に、前記直接線の強度に対する散乱線の強度の割合を示す補正係数を、前記複数列の検出器の各列毎に計算することを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載のX線CTシステム。
- 前記補正手段は、前記補正係数を用いて各検出器列に入射する散乱線の強度をそれぞれ計算し、前記被検体に対するスキャンによって得られた投影データから対応する前記散乱線の強度を減算することにより当該投影データを補正することを特徴とする請求項4に記載のX線CTシステム。
- 前記補正手段は、1つの検出器列に入射する散乱線の強度を、他の検出器列に入射したX線の強度と、対応する前記補正係数との重み付け加算によって計算することを特徴とする請求項5に記載のX線CTシステム。
- X線発生源と、被検体搬送用のテーブルの搬送方向を列方向として配置されている複数列の検出器列を有するX線検出部と、前記X線発生源からのX線の照射範囲を制限するためのスリットを形成するコリメータと、前記コリメータの前記搬送方向における位置および前記スリットの前記搬送方向の幅を調整する調整手段とを備えるガントリに接続され、当該ガントリに対してスキャンに係る情報の出力および当該ガントリから転送されてきたスキャンによる投影データに基づいてX線断層像を再構成する、X線CTシステムにおける操作コンソールであって、
前記調整手段により前記複数列の検出器のうちの1列にのみX線の直接線が入射するように前記コリメータの前記搬送方向における位置および前記スリットの前記搬送方向の幅を調整したうえでスキャンを行い、このスキャンを前記複数列の検出器の各列毎に行うことを、前記ガントリに指示する指示手段と、
前記指示手段による指示に応じて行われたスキャンにより収集された投影データを前記ガントリより受信する受信手段と、
受信した各スキャンにおける投影データに基づき、散乱線補正用データを作成する補正データ作成手段と、
作成された前記散乱線補正用データを用いて、被検体に対するスキャンによって得られた投影データを補正する補正手段とを有することを特徴とする操作コンソール。
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