JP4230709B2 - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体の周期的な運動例えば心拍に同期した時相の再構成画像を得るＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
第３世代と称されるＸ線ＣＴ装置は、被検体を間にして、Ｘ線管と多チャンネルのＸ線検出器とを対向配置し、これらを、被検体の周りに３６０度に亘って回転させることによって、複数個の検出素子が円弧状に１列に配列されている多チャンネルのＸ線検出器で、被検体を透過したＸ線量を検出し、この検出データをデータ収集システムにて積分し更にデジタル信号に変換することにより投影データとして収集している。
この或る角度においてＸ線検出器で検出された検出データの集合をビュー（view）と称し、Ｘ線管とＸ線検出器とを被検体の周りに１回転させて、画像を再構成するのに必要な複数ビューの投影データを収集することをスキャン（scan）と称している。なお、このスキャンは、撮影する断層面（スライス）毎に行われる。そして、１スキャンによって得られた複数ビューの投影データを、高速演算装置を用いて再構成処理をすることにより、被検体の断層画像が得られる。よって、例えば１度毎に１ビューの投影データを収集する場合には、３６０ビューの投影データを用いて画像を再構成することになる。
この再構成によって得られる画像の解像度は、Ｘ線管とＸ線検出器とを被検体の周りに１回転させて得られるビュー数が多い程高くすることが可能となる。そのため、最近の通常の撮影では、１回転につき９００ビューの投影データを収集している。このことは、０．４度毎に１ビューの投影データを収集し、これを３６０度にわたって順次収集することを意味している。
【０００３】
ところで、例えば心臓疾患の診断のためにＸ線ＣＴ装置を用いて、拍動している心臓のある一定時相の断層像を撮影することがある。この場合は、電心計によって被検体（患者）の心電図を測定し、心電図中の最も特異的なＲ波をトリガとして投影データの収集を行い、収集した投影データを用いて画像再構成処理を施すことにより断層象を得ている。このような撮影手技を通常心電同期スキャンと称している。なお、Ｒ波は、心臓の収縮期に発せられる信号なので、例えば心臓の拡張期の断層像を撮影する場合には、Ｒ波をトリガとして収縮期から拡張期に達する所定時間だけ遅れて投影データの収集を行なうことになる。
特に近年では、Ｘ線管を被検体の体軸周りの一方向へ連続回転させるとともに、被検体を体軸方向へ連続的に移動させながら、Ｘ線を照射することにより、螺旋状に投影データを収集するヘリカルスキャンが主流となってきた（この場合、被検体を静止したままにして、架台を被検体の体軸方向へ移動させてもよい）。また、１次元配列の多チャンネルのＸ線検出素子を、スライス方向に並列に複数列配列した２次元状のＸ線検出器を用いることによって、同時に複数スライスの断層撮影を実行するマルチスライス型のＸ線ＣＴ装置が実用化されるようになった（このマルチスライス型のＸ線ＣＴ装置では、Ｘ線はほぼ円錐形に照射される）。このような状況から、例えば心臓に関して、同一時相であってスライス位置の異なる複数の断層像が短時間に得られるようになった。
【０００４】
ここで、心電同期スキャンによる画像の再構成について簡単に説明する。
図３は、被検体の心周期とスキャンとの関係を示したものであり、（ａ）は心電図波形、（ｂ）は心電図のＲ波をトリガとして発せられるデータ収集信号、（ｃ）はスキャンの状況を示している。ここで、Ｒ波をトリガとして所望の時間遅れて（遅れ時間Δｔ）発せられるデータ収集信号により、このデータ収集信号の時間幅だけ投影データを収集するものとすれば、（ｃ）に白丸印を付して示してあるように、スキャンに応じて投影データの収集が順次繰り返される。そして、収集された各セグメントａ、ｂ、ｃ・・ｎの投影データが、図４に示すように、３６０度方向にわたって収集されると、この投影データを公知のセグメント再構成の手法によって画像再構成処理することによって、心臓のある一定時相の断層像を得ることができる。
なお、心電同期スキャンによる画像の再構成は、心電図のＲ波をトリガとして或る時相の投影データのみを収集することに代えて、多数回のスキャンによって収集した全ての投影データの中から、当該時相の投影データのみを使って画像を再構成するようにしてもよい。
【０００５】
ところで、Ｘ線ＣＴ装置のスキャンスピードＶは、１sec或いは０．５secに設定されているものが多い。また、心拍数Ｔは、患者によって異なり、同じ患者でもそのときの状態によっても異なるものである。よってここでは、例えばＶ＝０．５secのＸ線ＣＴ装置によって、心拍数が６０／secのときと、その前後の心拍数での心拍同期スキャンについて考える。
図５は、この場合の被検体の心周期とスキャンとの関係を示した図３と同様の図であり、（ａ）は、Ｒ波をトリガとして波形整形により生成される心拍数が６０／secのときのデータ収集信号Ｔ０を、（ｂ）は、Ｔ０よりも多い心拍数（周期が短い）のときのデータ収集信号Ｔ１を、（ｃ）は、Ｔ０よりも少ない心拍数（周期が長い）のときのデータ収集信号Ｔ２を示している。また、（ｄ）は、スキャンの状況を示している。なお、各データ収集信号Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２共そのパルス幅はΔＴであり、データ収集時間は同じである。また、心拍数が６０／secの場合は、１秒に１回拍動が繰り返されるので、データ収集信号Ｔ０も１秒に１回送出されてデータ収集が繰り返されることになる。
さて、Ｘ線ＣＴ装置のスキャンスピードがＶ＝０．５secの場合、この間に例えば９００ビューの投影データを収集することになる。
【０００６】
Ｘ線ＣＴ装置において画像を再構成するためには、通常３６０度方向からの投影データが必要であり、少なくとも１８０度以上の方向からの投影データを必要とする。しかし、患者の心拍数が６０のときは、１秒に１回データ収集信号Ｔ０が送出され、これにより、Ｘ線管とＸ線検出器とが２回転する間に１度だけ投影データが収集されるものの、図５（ｄ）に黒丸印で示すように、データ収集信号Ｔ０がＸ線管とＸ線検出器の回転と同期してしまう。従って、このときの投影データの収集位置は、いつも同じ角度方向になってしまい、例えば図４の符号ａに相当する角度位置の投影データしか収集できず、これでは画像を再構成することができないことになる。このような不都合は、スキャンスピードが速くても遅くても、それに心拍数が同期すれば起こり得るものである。
これに対して、トリガ信号が、Ｔ１、Ｔ２のように心拍数が６０より少々多かったり、少々少なかったりした場合には、データ収集信号Ｔ１、Ｔ２はスキャンスピードと同期しないので、図４に示すように、ａ、ｂ、ｃ・・・のような異なった角度位置での投影データが順次収集されることになり、これらの投影データを集めて画像再構成処理をすることによって、心臓の動きに同期した所定時相での断層像を得ることができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、一定のスキャンスピードで収集した被検体の投影データを基に画像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、前記被検体の周期的な運動を測定する運動周期測定手段と、前記被検体の体軸回りに連続回転しながら、前記運動周期測定手段で測定された所定時相に同期させて投影データを収集するデータ収集手段と、前記所定時相の複数時刻で得られた投影データ群に基づいて前記画像を再構成する再構成手段と、前記スキャンスピードと前記運動周期測定手段で測定された運動の状況とに応じて前記被検体に刺激を与え、前記被検体の周期的な運動を変動させる刺激制御手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
これにより、例えば被検体の五感に作用するように刺激を与えて、被検体の周期的な運動例えば心拍数を制御することにより、スキャンスピードを変えることなく、被検体の周期的な運動の時相に同期したスキャン例えば心電同期スキャンを容易に実施し、所望時相の良好な画像を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＸ線ＣＴ装置の一実施の形態について、図１および図２を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係るＸ線ＣＴ装置の、一実施の形態の概略構成を示したブロック図である。
このＸ線ＣＴ装置は、架台１０と、架台１０の前面に配置される寝台２０と、架台１０および寝台２０を操作したり画像再構成処理などをしたりする制御装置３０と、被検体（患者）の周期的な運動を測定するものとして、例えば心電図を収集する心電計４０と、被検体に与える刺激を制御して、被検体の周期的な運動を安定化させるものとして、例えば被検体の心拍数を安定化させる心拍数安定化装置５０とから構成される。
架台１０の略中心部には撮影部となる開口部１１が形成されている。また架台１０内には、図示しないが、開口部１１を挟んで対向するようにＸ線管とＸ線検出器とが配置されている。また、Ｘ線管に管電流や管電圧を供給する高電圧発生装置や、Ｘ線検出器で検出された透過Ｘ線データを積分しデジタル信号に変換するデータ収集システム（data acquisition system；以下、ＤＡＳと略称する。）、およびＸ線管とＸ線検出器を開口部１１の周り（すなわち、被検体の周り）に回転させる回転駆動部なども設置されている。
寝台２０の上面には、被検体が載置される天板２１が設けられている。寝台２０にはモータやこのモータの駆動を制御する寝台制御部が内蔵されており、制御装置３０から供給される寝台制御信号に基づき、天板２１を架台１０の開口部側へスライドさせて、被検体を所望のスライス位置へと移動させたり、所定のスキャン範囲にわたって連続的に移動させたりする。
【００１０】
制御装置３０は、スキャン処理や画像再構成処理などを実行するコンピュータを主体とした中央処理装置３１と、プログラムやデータを記憶する記憶装置３２と、架台１０や寝台２０および心拍数安定化装置５０との間で制御信号などの授受を行なうための制御インターフェイス３３と、架台１０内のＤＡＳで取得されたデータを収集するデータ収集バッファ３４と、撮影条件や再構成した画像などを表示するモニタ３５と、キーボードを始めマウスやトラックボール、ジョイスティックなどのポインティングデバイスを有する入力器３６とを備えている。
心電計４０は、被検体に接着させた電極を介して心電信号（ＥＣＧ信号）を検出するもので、検出されたＥＣＧ信号から被検体の心拍数を計算し、さらに、ＥＣＧ信号は心電同期スキャンのためのトリガ信号として利用される。そして、計算された心拍数は、中央処理装置３１へ供給され、スキャンスピードとの関係において、心電同期スキャンに適しているか否かが判定され、その結果として現在の心拍数とともに心電同期スキャンに適した心拍数などがモニタ３５に表示される。
【００１１】
心拍数安定化装置５０は、被検体の心拍数を安定化させるために設けられるものであって、検査に際して被検体が興奮状態にあるような場合は、気持ちを落ち着かせるように、例えば静かな音楽を聞かせ、心拍数が安定になってから心電同期スキャンを開始するようにする。一方、被検体の心拍数は安定しているものの、図５を参照して説明したように、心電同期スキャンに適しない心拍数のときには、例えばテンポの速い躍動的な音楽を聞かせることによって、被検体の気持ちを興奮状態にさせて心拍数を上げるようにする。
このように心拍数安定化装置５０は、例えば被検体の五感に作用して被検体を落ち着かせたり、興奮させたりするものである。すなわち、視覚に作用するものとしては、例えば、検査室の照明灯の明るさや色を制御する照明設備であればよく、興奮状態にあるときは、照明をうす暗くすることによって被検体を安静にさせて心拍数を落ち着かせることができるし、逆に興奮させるときには、照明の色を赤くしたり明るさを強くしたりする。また、映像機器によって、風景や水槽中を静かに泳ぐ魚の様子を見せたり、激しい動きのある躍動的な映像を見せたりしてもよい。
【００１２】
一方、聴覚に作用するものとしては、例えば、オーディオ装置であればよく、スピーカから心地良い静かな音楽を流したり、テンポの速い激しい音楽を流したり騒々しい音を発したりする。さらに、嗅覚に作用するものとしては、例えば、香り発生器があり、人の気持ちを落ち着かせる香りを漂わせ、逆に興奮させたり不快にさせたりする香りを漂わせる。また、触覚に作用するものとしては、例えば、空調設備であればよく、検査室の温度を心地良い温度にしたり、心地良い風を吹かせたりし、逆に高温または低温にしたり、強い風を当てたりする。そして、味覚に作用するものとしては、例えば、飲料供給機があればよく、被検体にとって心地良い味の飲み物を与えたり、刺激の強い飲み物を与えたりする。
【００１３】
次に、このように構成された本発明に係るＸ線ＣＴ装置の作用を、図２に示したフローチャートに沿って説明する。
検査を実施するに当たり、先ず被検体が検査室に自力で入室するかストレッチャーなどに載せられて搬入（ステップ１）される。次に、被検体をＸ線ＣＴ装置の寝台２０にセッティング（ステップ２）した後、ステップ３へ進み、オペレータは入力器３６を操作してスキャンプランを選択する。ここで心電同期スキャンを選択したときは、ステップ４として、被検体に心電計４０の電極を取り付け、心拍数をチェックする。すなわち、心電計４０によって被検体の心拍数が検出され、その値が制御装置３０の中央処理装置３１へ供給され、ここで当該Ｘ線ＣＴ装置のスキャンスピードとの関係において、心電同期スキャンに適しているか否かを判定し、その結果がモニタ３５に表示される（ステップ５）。
そこでオペレータは、ステップ６としてモニタ３５の表示からスキャンを実施するか否かを判断し、スキャンを開始してもよいと判断すれば、ステップ７へ進み、心電同期スキャンを実施して、所望の時相における心臓の断層画像を得る。しかし、モニタ３５の表示から被検体の心拍数がスキャンに適していないとオペレータが判断したときは、ステップ８へ進む。
ステップ８では、オペレータは被検体の心拍数の状況に応じて、心拍数安定化装置５０を作動させる。すなわち、被検体が興奮状態にあるような場合には、心拍数安定化装置５０により、例えば気持ちを落ち着かせるように静かな音楽を聞かせたり、検査室の照明を加減したりして、心拍数が安定になるのを待つ。その後ステップ４での心拍数のチェツクに戻り、心拍数が安定しステップ６での判断結果がＯＫとなったらステップ７へ進み、心電同期スキャンを実施する。この場合、心拍数安定化装置５０の動作は継続させていてもよい。
また、安定状態にある被検体の心拍数を、スキャンスピードとの関係から、もっと高める（または、低める）必要があるときは、例えば、テンポの速い音楽を聞かせたり、気持ちを昂ぶらせるような刺激を与えたりして、被検体の心拍数を上げるようにする。あるいは、逆に低める必要のある場合には、より気持ちを落ち着かせるように、適宜被検体の五感を刺激するようにする。そして、所望の心拍数に安定したときにステップ７としてのスキャンを実施する。
【００１４】
このように本発明によれば、被検体の視覚、聴覚、嗅覚、触覚、味覚に作用するように刺激を与えて心拍数を制御することにより、心電同期スキャンを容易に実施することができる。この刺激は視覚、聴覚、嗅覚、触覚、味覚の内、１つだけではなく幾つかを組み合わせるようにしてもよいことは言うまでもない。
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されることなく、種々の形態で実施することが可能である。被検体の心拍数を心電同期スキャンに適した心拍数にするための手段として、例えば、心臓ペースメーカのような、被検体の心臓に直接電気的な刺激を作用させるものも用いることが可能である。また、心電同期スキャンの実施中にわたり、心拍数の状況に応じて心拍数安定化装置５０による刺激の程度を、経時的に調整するようにしてもよい。そして、被検体の周期的な運動としては、心臓の拍動に限らず呼吸に同期した時相での画像の再構成にも本発明を適用することができる。さらに、図２におけるステップ６のオペレータによる判断を省略して、ステップ５での判定に基づき自動的にステップ７でのスキャンを実施したり、或いはステップ８での心拍数安定化装置５０を作動させるようにしたりしてもよい。
【００１５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、被検体の視覚、聴覚、嗅覚、触覚、味覚の内、少なくとも１つに作用するように刺激を与えて、心拍数を制御することにより、スキャンスピードを変えることなく、心電同期スキャンを容易に実施し、所望時相の良好な画像を得ることができる。よって、一般の医療施設での心電同期スキャンの普及にも寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線ＣＴ装置の、一実施の形態の概略構成を示したブロック図である。
【図２】本発明に係るＸ線ＣＴ装置の、一実施の形態の作用を説明するために示したフローチャートである。
【図３】被検体の心周期とスキャンとの関係を説明した説明図である。
【図４】投影データと画像再構成の関係を説明した説明図である。
【図５】異なった心周期とスキャンとの関係を説明した説明図である。
【符号の説明】
１０ 架台
２０ 寝台
３０ 制御装置
４０ 心電計
５０ 心拍数安定化装置

Claims (8)

1. 一定のスキャンスピードで収集した被検体の投影データを基に画像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、
   前記被検体の周期的な運動を測定する運動周期測定手段と、
   前記被検体の体軸回りに連続回転しながら、前記運動周期測定手段で測定された所定時相に同期させて投影データを収集するデータ収集手段と、
   前記所定時相の複数時刻で得られた投影データ群に基づいて前記画像を再構成する再構成手段と、
   前記スキャンスピードと前記運動周期測定手段で測定された運動の状況とに応じて前記被検体に刺激を与え、前記被検体の周期的な運動を変動させる刺激制御手段とを具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
2. 前記運動周期測定手段で測定された運動の状況が前記スキャンスピードに適しているか否かを判定する判定手段を更に備え、
   前記刺激制御手段は、
   この判定手段によって前記スキャンスピードが前記運動周期測定手段で測定された運動の状況に適していないと判断された場合、前記スキャンスピードと前記運動周期測定手段で測定された運動の状況とに応じて前記被検体に刺激を与え、前記被検体の周期的な運動を変動させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記判定手段によって前記スキャンスピードが前記運動周期測定手段で測定された運動の状況に適していないと判断された場合、
   前記スキャンスピードに対して、最適な前記周期的な運動を表示する表示装置を具備することを特徴とする請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記運動周期測定手段は、心電計であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記Ｘ線ＣＴ装置は、ヘリカルスキャン手段を備えたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記Ｘ線ＣＴ装置は、１スキャンで複数スライス分の投影データを収集するマルチスライス手段を備えたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
7. 前記刺激制御手段は、前記被検体の視覚、聴覚、嗅覚、触覚、味覚の内、少なくとも１つに作用するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
8. 前記刺激制御手段は、前記被検体の心臓に電気的な刺激を与えるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。

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