JP4408976B2

JP4408976B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP4408976B2
Application number: JP35811498A
Authority: JP
Inventors: 学平岡; 克行田口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2018-12-16
Also published as: JP2000175903A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体をスキャンして収集した投影データを処理して画像を再構成するＸ線ＣＴ装置（ＣＴスキャナ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、Ｘ線ＣＴ装置（以降、ＣＴと称する）は、図６に示すように扇状のＸ線ビーム（ファンビーム）を発生するＸ線焦点１と、ファン状あるいは直線状に複数の検出素子８を１列に並べた検出器２とを有するシングルスライスＣＴが主流である。このようなＣＴでは、Ｘ線焦点１と検出器２を被検体の周囲に回転させながら被検体を通過したＸ線強度のデータ（投影データと称する）を複数回、例えば１回転で１０００回収集し、得られたデータを処理して画像を再構成する。
【０００３】
収集したデータ（生データと称する）は、画像再構成部でｃｏｓ項で重み付け処理してから、再構成関数とコンボリューション処理した後、画像データメモリにバックプロジェクション処理されて、画像に再構成され、画像メモリに格納される。
【０００４】
この時、再構成関数が画像の分解能とノイズを決定する。再構成関数が高周波抑制タイプの関数だと分解能が低い代わりにノイズの小さい滑らかな画像が得られ、高周波強調タイフの関数だと分解能が高くシャープな画像が得られる代わりにノイズも大きい。又、画像データメモリに設定されたデータピッチが画像の拡大率を、位置が画像の位置を決定する。また画像データメモリのマトリクスサイズは画像の分解能とノイズと共に、バックプロジェクションの計算量を支配する。５１２×５１２のマトリクスサイズは２５６×２５６のマトリクスサイズの場合よりも、分解能、ノイズ、計算量、全て大きい。バックプロジェクションの投影数は、画像の分解能とバックプロジェクションの計算量を決定する。投影数を減らすと、低分解能になるが計算量も減る。
【０００５】
例えば病理検査による鑑別診断のために、図７に示すように腫瘍などのターゲット３に針４を刺して細胞を採取する針生検という検査が知られている。この際、断層像を見ながら針生検すると、針４を確実にターゲット３に当てることが出来るので、ＣＴでターゲッ卜３を含むスライスを再構成して観察しながら針生検を行うことがしばしば行われる。
【０００６】
また、差分再構成という技術が知られており、同位相で収集した生データ同士の差分を従来の画像データに逆投影、或いは同位相で収集した生データを逆投影して得た部分画像同士の差分を従来の画像に加算し、少ない計算量で画像を更新するという技術が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、針生検などを行う際のＣＴ透視では安全のため患者を動かさずに、適切な透視画像を得たいという要請がある。針を刺す時には、刺す部位から腫瘍などのターゲットまでの広い視野を見たいため、広い視野の透視画像が必要である。その後、針をターゲットに向かって進める時には、ターゲット近傍の狭い視野を詳しく観察してターゲットの組織を確実に採取できたかどうかを確認したいため、視野は狭いが、関心領域の詳細が分かる透視画像が必要である。このように針生検等を行う場合、必要な画像に相反する要求があったが、従来は１枚の透視画像しか得られなかったため、上記要求に答えられないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上述の如き従来の課題を解決するためになされたもので、その目的は、ＣＴ透視の最中であっても、画像再構成条件の変更を行うことができるＸ線ＣＴ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明は、被検体に向けてＸ線ビームを曝射するＸ線ビーム発生源と、このＸ線ビーム発生源から曝射されたＸ線ビームを検出する検出器列を有するＸ線検出手段と、前記Ｘ線ビーム発生源を前記被検体の回りに回転させてＸ線ビームを曝射すると同時に前記検出器列から収集したデータを再構成してＣＴ透視のための画像を生成する画像再構成手段と、この画像再構成手段により再構成された画像を画面に表示する表示手段と、前記ＣＴ透視の最中に、画像再構成条件の変更の指示入力を受け付ける操作部とを備え、前記操作部への画像の拡大率を変更する画像再構成条件の指示入力があった後に、前記表示手段は、当該指示入力前の画像再構成条件に基づいて生成された画像の拡大率を変更した画像を最初に表示し、前記再構成手段は、指示入力された画像再構成条件に基づいて画像を生成し、表示手段はこの指示入力された画像再構成条件に基づいて生成された画像を前記最初に表示した画像に代えて表示することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のＸ線ＣＴ装置の第１の実施の形態を示したブロック図である。ＣＴ装置は、システム制御部１０と、寝台１１と、架台・寝台制御部１２と、寝台移動部１３と、Ｘ線制御装置１４と、高電圧発生装置１５と、Ｘ線ビーム発生源１６と、検出器１７と、回転架台１８と、データ収集部１９と、収集データ記憶装置２０と、画像再構成部２１と、表示部２２とを有している。
【００２０】
又、画像再構成部２１は、生データメモリ２１１、画像メモリ２１２、生データと再構成関数とのコンボリューションをとるコンボリューション処理部２１３、コンボリューションデータにバックプロジェクションを施して画像データを得るバックプロジェクション処理部２１４を有している。
【００２１】
次に本実施の形態の動作について説明する。システム制御部１０は、図示しいない入力装置を用いて入力されたスライス厚、回転速度等のヘリカルスキャン条件の内、回転速度とスライス厚とファン角等を架台・寝台制御信号として架台・寝台制御部１２に対して出力する。また、システム制御部１０は、Ｘ線ビーム発生を制御するＸ線ビーム発生制御信号をＸ線制御装置１４に対して出力する。更に、システム制御部１０は、Ｘ線ビームの検出のタイミングを示す検出制御信号をデータ収集部１９に対して出力する。また、システム制御部１０は、データ収集のためのデータ収集制御信号をデータ収集部１９に対して出力する。更に、システム制御部１０は、画像再構成のための制御信号を画像再構成部２１に対して出力する。
【００２２】
架合・寝台制御部１２は、システム制御部１０より出力された架合・寝台制御信号を基に回転架台１８を回転させると共に、寝台移動信号を寝台移動部１３に対して出力する。寝台移動部１３は、架合・寝台制御部１２により出力された寝台移動信号を基に、回転架台１８の１回転当たりの寝台１１の移動量を求め、この移動量で寝台１１を移動させる。
【００２３】
Ｘ線制御装置１４は、システム制御部１０により出力されたＸ線ビーム発生制御信号を基に、高電圧発生装置１５による高電圧発生のタイミングを制御する。高電圧発生装置１５は、Ｘ線ビームを曝射させるための高電圧をＸ線制御装置１４からの制御信号に従ってＸ線ビーム発生源１６に供給する。Ｘ線ビーム発生源１６は、高電圧発生装置１５から供給された高電圧によってＸ線ビームを曝射する。検出器１７は、Ｘ線ビーム発生源１６から曝射され、被検体１００を透過したＸ線ビームを検出する。
【００２４】
回転架台１８は、Ｘ線ビーム発生源１６と検出器１７とを保持している。また、回転架台１８は、図示しない架台回転機構により、Ｘ線ビーム発生源１６と検出器１７との中間点を通る回転軸を中心にして回転される。
【００２５】
データ収集部１９は、検出器１７により検出されたＸ線ビーム（実際には検出信号）を、システム制御部１０により出力されたデータ収集制御信号に対応させて収集する。収集データ記憶装置２０は、データ収集部１９によって収集されたＸ線ビーム検出信号を記憶し、必要に応じて画像再構成部２１へ供給して、生データメモリ２１１に記憶させる。
【００２６】
画像再構成部２１は、生データメモリ２１１に記憶された生データに、コンボリューション処理、バックプロジェクション処理などを施して透視画像などを再構成する。表示部２２は、画像再構成部２１により再構成された画像を図示しないモニタ上に表示する。
【００２７】
Ｘ線ビーム発生部１６と検出器１７を連続的に回転させ、Ｘ線を照射してデータ収集しながら画像を再構成することを、以降ＣＴ透視と称する。但し、寝台１１の移動あるいは架台の移動を伴う場合も含むものする。
【００２８】
被検体１００は寝台１１に寝ている。術者は寝台１１の横に立ち、腫瘍などのターゲットを画像再構成部２１で再構成するように寝台１１の位置を設定する。術者は１回テストスキャンして、再構成されて表示部２２に表示された画像で２種類の画像の再構成する位置と範囲（サイズ、拡大率）を図示しない操作部から指定する。例えば、今回は図２に示すように腫瘍の近傍を指定すると共に１枚は視野の広い画像が得られるように、もう１枚は視野の狭い画像が得られるように異なる画像再構成条件を設定したとする。
【００２９】
ここで、画像１は画素サイズ０．６ｍｍ、再構成中心（０ｍｍ、０ｍｍ）で画像マトリクス５１２、投影数は５００／１回転とし、画像２は画素サイズ０．１ｍｍ、再構成中心（９０ｍｍ、５０ｍｍ）で画像マトリクスサイズ２５６、投影数は１０００／１回転とする。
【００３０】
その後、術者はＣＴ透視を指示し、これを受けてシステム制御部１０はＸ線ビーム発生源１６と検出器１７を回転させると共に、Ｘ線ビーム発生源１６よりＸ線を被検体１００に対して曝射する。データ収集部１９は１回転１０００データを収集し、収集したデータが収集データ記憶装置２０に記憶された後、画像再構成部２１に送られる。
【００３１】
画像再構成部２１は画像再構成条件の異なる例えば２枚の画像１、画像２を再構成するが、以下、画像再構成部２１の動作について説明する。但し、画像再構成条件とは画像拡大率、再構成関数、再構成画像マトリクス、投射数等である。まず、今回、収集した生データを収集データ記憶装置２０から読み込んで生データメモリ２１１に記憶させる。次に同位相の１回転前のデータを生データメモリ２１１から読み込み、今回収集したデータとの差分をとる（以降、差分生データと称する）。
【００３２】
コンボリューション処理部２１３は、前記差分生データをｃｏｓ項で重み付け処理した後、２種類の関数とコンボリューションして２種類のコンボリューションデータを生成してバックプロジェクション処理部２１４に送る。例えば、高周波抑制タイプの再構成関数とコンボリューションして、コンボリューションデータ１を画像１のバックプロジェクション処理に、高周波強調タイプの再構成関数とコンボリューションしたデータ２を画像２のバックプロジェクション処理に使うようにする。
【００３３】
これにより、画像１は広い視野の画像で、高周波抑制タイプの再構成関数とコンボリューションしているため、ノイズの少ない滑らかな画像が得られ、画像２は狭い視野の画像で、高周波強調タイプの再構成関数とコンボリューションしているため、解像度が高い画像が得られる。画像再構成部２１は一定の間隔で、これら２枚の画像データを表示部２２に送る。
【００３４】
表示部２２は、図３に示すように２枚の画像１、画像２を表示する。術者は、広い視野の画像１で針４を刺す部分からターゲット３までの全体を、狭い視野の画像２でターゲット３の近傍を詳細に観察しながら、針４をターゲット３に到達させる。
【００３５】
本実施の形態によれば、画像再構成部２１で、ターゲット３を含む視野の広いノイズが少ない滑らかな画像データと、ターゲット３を含む視野の広い解像度の高い画像データを再構成して、これを表示部２２の画面に同時に表示することができ、術者は広い視野の画像１と、狭い視野の画像２を同時に見ることができる。
【００３６】
これにより、術者は針４を刺す時、刺す部位から腫瘍などのターゲット３までの広い視野を画像１で見て、針４を刺し、その後、針４をターゲット３に向かって進めた時には、ターゲット３近傍の狭い視野を画像２で詳しく観察してターゲット３の組織を確実に採取できたかどうかを容易に確認することができる。尚、表示部２２は上記した画像１、２を画面に交互に表示するようにしてもよい。
【００３７】
次に、本発明のＸ線ＣＴ装置の第２の実施の形態について説明する。本例も、画像再構成部２１により広い視野の画像１と、狭い視野の画像２を再構成する。この際、コンボリューション処理までは、画像１、２ともに共通の処理を受けるところが、図１に示した第１の実施の形態と異なるだけで、装置の構成は同一であるため、以下、図１に示した構成を借用して説明する。
【００３８】
次に本実施の形態の動作について説明する。画像再構成部２１は、今回の回転で収集したデータと同位相の１回転前のデータとの差分（差分生データ）をとる。
【００３９】
コンボリューション処理部２１３は、差分生データをｃｏｓ項で重み付け処理後、再構成関数とコンボリューションして１種類のコンボリューションデータを生成してバックプロジェクション処理部２１４に送る。尚、前記再構成関数は、例えば、高周波抑制タイプと高周波強調タイプの中間のタイプの関数を使用するものとする。
【００４０】
バックプロジェクション処理部２１４は、画像メモリ２１２の２つのメモリ領域を使い、上記した１種類のデータから２種類の画像を各々再構成する。
【００４１】
バックプロジェクション処理部２１４は、コンボリューションデータ１の２つのデータを加算して画像１のメモリ領域にバックプロジェクションし、画像２のメモリ領域にコンボリューションデータ２を加算せずにバックプロジェクションして、２種類の画像データを得る。画像再構成部２１は一定の間隔で、これら２枚の画像データを表示部２２に送る。画像表示部２２は、２枚の画像１、画像２を表示する。
【００４２】
本実施の形態でも、広い視野の画像１と、狭い視野の画像２を同時に得ることができ、図１に示した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。しかも、コンボリューション処理部２１３は、１種類のコンボリューションデータの生成だけで済むため、この分、画像再構成部２１の画像処理時間を短くすることができる。
【００４３】
次に本発明のＸ線ＣＴ装置の第３の実施の形態について説明する。本例は、画像再構成部２１により例えば広い視野の画像１を当初再構成して表示し、術者の指示によって例えば狭い視野画像２を再構成するところが、図１に示した第１の実施の形態と異なるだけで、装置の構成は同一であるため、以下、図１に示した構成を借用して説明する。
【００４４】
次に本実施の形態の動作について説明する。被検体１００は寝台１１に寝ている。術者は寝台１１の横に立ち、腫瘍などのターゲットを画像再構成部２１で再構成するように寝台１１の位置を設定する。術者はＣＴ透視を指示し、システム制御部１０はＸ線ビーム発生源１６と検出器１７を回転させてＸ線ビーム発生源１６からＸ線を被検体１００に曝射する。
【００４５】
これにより、データ収集部１９で収集したデータが画像再構成部２１に送られて再構成され、従来どおり１枚の画像が次々に更新されて表示部２２に表示される。この画像の画像再構成条件は、例えば第１の実施の形態で説明した広い視野の画像１と同じ条件とする。
【００４６】
術者は、上記画像によりＣＴ透視しながら１枚目の画像とは異なる画像再構成条件、例えば第１の実施の形態で説明した視野の狭い画像２と同じ条件で、２枚目の画像の再構成を図示されない操作部から指示する。この指示はシステム制御部１０を介して画像再構成部２１に伝達される。
【００４７】
これを受けて、画像再構成部２１は既に作成してある画像１の中の画像２と重複する部分を生データメモリ２１１から読み込み、所定の画素サイズで２５６マトリクスになるように画像拡大して、図４に示すような画像２を作成し、これを暫定画像２として画像メモリ２１２に記憶する。この画像メモリ２１２に記憶された画像２は表示部２２に送られて表示される。
【００４８】
その後、画像再構成部２１は、第１の実施の形態と同様に、画像１と画像２の条件に合わせて、生データメモリ２１１の今回と前回の生データから差分生データを作成する。コンボリューション処理部２１３は、ｃｏｓ項で重み付けした差分生データと２種類の再構成関数とをコンボリューションして２種類のコンボリューションデータを生成し、各々のコンボリューションデータにバックプロジェクション処理部２１４によるバックプロジェクションして、画像１と画像２を画像メモリ２１２のそれぞれのメモリ領域に作成することによって、画像１、２を更新して、表示部２２にシネ表示のように動画表示する。
【００４９】
本実施の形態によれば、例えば視野の広い画像１を見て針生検を行っている時、視野の狭い画像２でターゲット３付近をより詳しく見たい場合、本例では既に作成されている画像１の所定部分を拡大して暫定的な視野の広い画像２を短時間で作成できるため、暫定的な画像２を直ぐに表示して、術者に提供することができる。１回転など所定の時間が経過する前に所望の画像２に近い画像が表示されるので、術者にとっては好ましい。
【００５０】
しかも、その後、第１の実施の形態と同様の処理により、画像１、２を作成して切り換えるため、暫定的な画像２に代わってより画質のよい画像２を表示することができ、第１の実施の形態と同様の効果がある。
【００５１】
尚、画像２を直ぐには見られないが、上記した２枚目の画像の再構成指示があった場合、前記暫定画像２を作成せず、画像再構成部２１により画像再構成条件を変更して、画像１と画像２を再構成して、これら画像１、２を表示する構成も採り得る。
【００５２】
次に本発明のＸ線ＣＴ装置の第４の実施の形態について説明する。本例の構成は及び動作は第３の実施の形態と同様であるが、画像再構成部２１の画像メモリ２１２の画像メモリ容量及び計算能力に制限があるものとする。例えば、画像メモリ２１２は、５１２×５１２マトリクスの画像１枚分の画像メモリ容量と、１回転１０００ビューのデータを５１２×５１２マトリクスの画像に逆投影する計算能力しかないものとする。
【００５３】
次に本実施の形態の動作について説明する。従来どうり１枚のＣＴ透視を行う。画像１の画像再構成条件は画像サイズ０．６ｍｍ、再構成中心（０ｍｍ、０ｍｍ）とする。システム制御部１０は、画像再構成部２１に画像マトリクス５１２×５１２、投影数１０００／１回転による再構成を指示し、その条件で再構成が行われる。
【００５４】
この時、術者が２枚目のＣＴ透視を図示されない操作部より指示する。画像２の画像再構成条件は、画素サイズ０．１ｍｍ、再構成中（９０ｍｍ、５０ｍｍ）である。
【００５５】
システム制御部１０は、再構成処理部２１に画像１、２共に、画像マトリクス２５６×２５６、投影１０００／１回転による再構成を指示し、再構成処理部２１はこれをバックプロジェクション処理部２１４に指示する。バックプロジェクション処理部２１４は画像メモリ２１２から画像１のデータを読み出し、５１２×５１２マトリクスを補間して画像１のデータを２５６×２５６マトリクスに変換し、図５に示すように画像メモリ２１２の２５６×２５６マトリクスサイズの領域に記憶する。
【００５６】
また、第３の実施の形態で説明したのと同様に５１２×５１２マトリクスの画像１を拡大（補間）して、２５６×２５６マトリクスの画像のデータを生成し、図５に示すように画像メモリ２１２の２５６×２５６マトリクスサイズの領域に記憶する。
【００５７】
以降、バックプロジェクション処理部２１４は、図５に示すような５１２×５１２マトリクスのサイズの画像メモリ２１２のメモリ領域を２５６×２５６マトリクスサイズの少なくとも２つのメモリ領域に分割して用いることにより、１枚の画像データから２枚の画像１、２を再構成する。
【００５８】
本実施の形態によれば、画像再構成部２１の画像メモリ２１２の容量及び計算能力が限ぎられている場合でも、画像１、２のように複数の画像を再構成することができる。この場合、画像メモリ２１２の容量及び計算能力は従来のままで、上記のような画像１、２を同時に再構成できるため、従来に比べて装置のコストを上昇させることなく第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
尚、上記した各実施の形態では、２枚の画像１、２を同時或いは順次作成する構成について説明したが、３枚以上の複数枚の画像も、同様の構成にて、容易に作成することができる。特に画像の枚数が多い場合、表示部２２の画面は例えばマルチ画面に分割されて各画像が表示される。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ＣＴ透視の最中であっても、画像再構成条件の変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＸ線ＣＴ装置の第１の実施の形態を示したブロック図である。
【図２】術者が表示するように指定した画像例を示した図である。
【図３】図１に示した表示部に表示された画像再構成条件が異なる２枚の画像例を示した図である。
【図４】画像１の所定部分を拡大して作成した画像２の例を示した図である。
【図５】画像メモリのメモリ領域分割使用例を示したブロック図である。
【図６】Ｘ線焦点と検出器の配置例を示した図である。
【図７】針生検に使用される透視画像例を示した図である。
【符号の説明】
１０システム制御部
１１寝台
１２架台・寝台制御部
１３寝台移動部
１４Ｘ線制御装置
１５高電圧発生装置
１６Ｘ線ビーム発生源
１７検出器
１８回転架台
１９データ収集部
２０収集データ記憶装置
２１画像再構成部
２２表示部
２１１生データメモリ
２１２画像メモリ
２１３コンボリューション処理部
２１４バックプロジェクション処理部

Claims

被検体に向けてＸ線ビームを曝射するＸ線ビーム発生源と、
このＸ線ビーム発生源から曝射されたＸ線ビームを検出する検出器列を有するＸ線検出手段と、
前記Ｘ線ビーム発生源を前記被検体の回りに回転させてＸ線ビームを曝射すると同時に前記検出器列から収集したデータを再構成してＣＴ透視のための画像を生成する画像再構成手段と、
この画像再構成手段により再構成された画像を画面に表示する表示手段と、
前記ＣＴ透視の最中に、画像再構成条件の変更の指示入力を受け付ける操作部とを備え、
前記操作部への画像の拡大率を変更する画像再構成条件の指示入力があった後に、前記表示手段は、当該指示入力前の画像再構成条件に基づいて生成された画像の拡大率を変更した画像を最初に表示し、
前記再構成手段は、指示入力された画像再構成条件に基づいて画像を生成し、
表示手段はこの指示入力された画像再構成条件に基づいて生成された画像を前記最初に表示した画像に代えて表示することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。