JP4416227B2

JP4416227B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP4416227B2
Application number: JP30642799A
Authority: JP
Inventors: 孝行長岡; 宮崎　　靖; 哲夫中澤
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: JP2001120533A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線ＣＴ装置に係り、特に被検体の関心領域以外へのＸ線照射を極力抑制する低被曝化が可能なＸ線ＣＴ装置に属する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴ装置は、医療において既に広く利用され、また、様々な利用方法が用いられている。例えば、最近では、病巣の組織検査や治療を実施する場合において、Ｘ線ＣＴ装置によりリアルタイムに画像を表示し、この画像を穿刺のガイドとして用いることによって、手術時間も短くなり、精度が上がるとして有効視されている。
【０００３】
しかしながら、Ｘ線ＣＴ装置によりリアルタイムに画像を表示する場合には、被曝量が増大するという問題点がある。
【０００４】
そこで、低被曝を目的として予め設定した関心領域のみをスキャンする様にＸ線の照射範囲を制限してＸ線を照射し、この関心領域のみの投影データを事前に取り込んだ投影データによって補正することで、アーチファクト（疑似画像）の少ない画像を再構成する技術がある（特願平９−１９９１９１）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように関心領域のみを連続スキャンして取り込んだ投影データを、事前に取り込んだ被検体全体を含む投影データによって補正を行ない、その補正された投影データに基づいて画像を再構成すると、特に関心領域内の画像を取得した時間と、事前に取り込んだ画像の時間とが、スキャン時間×スキャン回数程度のずれを生じることがあり、数秒のずれが生じる場合など、術者に誤った情報を与え、誤診を招くおそれがある。
【０００６】
この時間差は、関心領域以外の背景画像が、事前に取得した画像であるのに対して、関心領域内の画像は、リアルタイムで更新するために生じる。臓器の動きが少なく、変化の少ない画像では、背景と関心領域内とでの時間のずれは大きな問題とならないが、横隔膜近傍の様に、呼吸によって臓器が運動するような領域では、患者全体の骨格等の構造の中に占める関心領域の位置関係が、現実とずれてくることがある。これは、例えば穿刺等をＣＴ透視下で行う場合に、針の通るパスが、現実と表示とでずれが発生する可能性を示唆する。穿刺には、血管や神経をさけて行うことが重要であるが、間違った情報を基に穿刺をガイドすることは避けなければならない。
【０００７】
本発明の目的は、関心領域の画像をアーチファクトの少ない画像でリアルタイムに表示するとともに患者あるいは術者の被曝量を低減し、また関心領域外の画像についてもリアルタイムに表示することが可能なＸ線ＣＴ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、Ｘ線源を被検体を中心にして連続回転させるとともに該Ｘ線源からＸ線を照射し、被検体を挟んで前記Ｘ線源と対向配置されたＸ線検出器によって被検体の透過Ｘ線を示す投影データを取り込み、該投影データに基づいて画像を表示するＸ線ＣＴ装置において、スキャンの回転軸とＸ線源とを含む平面によって分けられる左右の検出器の片側部分で得られる投影データによって、画像を再構成する手段と、前記被検体の関心領域を設定する設定手段と、前記平面によって分けられる左右の領域の、少なくとも一方の領域について、前記設定手段によって設定された関心領域のみをスキャンする様に連続回転中にＸ線の照射範囲を制限する制限手段と、前記平面によって分けられる左右の領域で、別々に取得した投影データを基に補正し、該補正した投影データに基づいて画像を再構成する手段と、を備えたことを特徴とする構成とした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１を用いて、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係るＸ線ＣＴ装置の全体構成を示すブロック図である。同図に示すように、このＸ線ＣＴ装置は、主として、表示装置１００、装置全体を統括するホストコンピュータ１０１、Ｘ線源２００（図２）、Ｘ線検出器２５０（図２）等を搭載し、患者に対して連続回転可能なスキャナー１０２、画像の前処理や画像再構成処理、あるいは各種解析処理を担当する画像処理装置１０３、Ｘ線源に高電圧を供給する高電圧発生装置１０４、及び患者をのせる患者テーブル１０５等からなる。尚、スキャナー１０２と患者とは、相対的に回転することができれば良いので、患者が静止して、スキャナー１０２が回転しても良いし、スキャナー１０２が固定していて患者の方が回転するとしても良い。
【００１０】
図２は、上記スキャナー１０２の詳細を示す図であり、スキャナー１０２には、Ｘ線源２００とＸ線検出器２５０とが１８０度対向した位置関係で配置されている。このＸ線源２００から発生したＸ線は、Ｘ線の減衰率の高い物質によって構成されたコリメータ２１０によって、ビームの幅が制限されたＸ線となって患者に照射される。Ｘ線源は、高電圧発生装置１０４を介してホストコンピュータ１０１によって制御される。コリメータ２１０は、コリメータ制御手段２２０によって、ホストコンピュータ１０１のデータに基づいて制御される。スキャナ全体は、スキャナ角度検出手段２３０によって角度を検出し、検出した角度に基づいて、ホストコンピュータ１０１が、スキャナ駆動手段２４０を制御し、スキャナを駆動する。検出器２５０によって検出された検出データは、画像処理装置１０３において、ホストコンピュータ１０１の持つ、スキャナ角度等のデータと照合され、画像再構成等の処理の後に、断層像として表示装置１００にて、表示される。
【００１１】
図３は、上記コリメータ２１０の動きを示したものである。今、ｕ方向を、スキャンの回転軸３００に垂直方向で、スキャナーの回転方向を正とする。また、ｖ方向を、スキャンの回転軸方向で、患者テーブル１０５が進む方向を正と定義する。この時、ｕ方向のコリメータ２１０（ｕ＋），２１０（ｕ−）は、ＦＯＶ（視野）を決定し、ｖ方向のコリメータ２１０（ｖ＋），２１０（ｖ−）はスライス厚を決定する。このようにしてビーム幅を制限されたＸ線は、患者を透過し、Ｘ線検出器２５０に入射する。
【００１２】
図４に示すように、各々のコリメータ２１０（ｕ−）、２１０（ｕ＋）、２１０（ｖ−）、２１０（ｖ＋）は、夫々エンコーダーあるいはポテンショメータ等によって、開閉量を検出することができ、さらに夫々独立にモーターとラック・ピニオンギアの組み合わせ等によって開閉量を制御できる。
【００１３】
すなわち、コリメータ２１０はエンコーダ４００のローラ４１０と単独のローラ４２０とを介してコリメータ支持部材４３０に支持されており、モータ４４０のピニオンギア４５０とコリメータ２１０上に形成したラックとの噛み合いにもとづき、モータ４４０の駆動により、コリメータ２１０は矢印の方向左右に移動されるようになっている。このような構成により、コリメータ２１０の開閉量が制御され図３で説明したＦＯＶとスライス厚とが調節され、所望の値が決定される。
【００１４】
図５は、通常のＣＴ撮像で用いられるファンビームの例である。図５（ａ）はＸ線源２００からのファンビームの方向がａ方向のものを示し、図５（ｂ）はｂ方向のファンビームを示している。ｕ方向のコリメータ２１０（ｕ＋），２１０（−ｕ）は左右対称に開き、ｖ方向は、一定のスライス厚分に絞って用いる。スキャナー１０２が１回転すると、例えば、患者５００体内の任意の点ｐと点ｑとを通過するＸ線は、ａ方向とｂ方向の２通りがある。
【００１５】
今、検出器２５０のチャンネル方向の広がりを中心角度でα度とし、チャンネル数をｎとする。スキャナーの角度θ１度で、ｉ番目のチャンネルのデータは、スキャナー角度θ２度で、ｊ番目のデータとは、スキャン平面内で同じパスを通っている。ここで、θ１とθ２は、以下の式（１）で関係付けられ、ｉとｊは、以下の式（２）で関係付けられている。
θ２＝θ１＋（π−α／２）＋（α／ｎ）ｉ（１）
ｊ＝ｎ−ｉ（２）
【００１６】
図６は縦軸にスキャナ角度方向０度から３６０度までのスキャナの１回転分を示し、横軸には検出器２５０のチャネル数ｃｈ０〜ｃｈｎを示している。図６でローデータ上での意味を図示すると、スキャナ角度θ１におけるａの領域のデータとスキャナ角度θ２におけるｂのデータとは同じパスを通ったデータの配列となる。通常のＸ線ＣＴ装置では、これらの同じパスを通った２通りのデータを相補的に用いて、画質を向上させているが、画像を再構成するための最低限のデータセットとしては冗長である。すなわち、ａ，ｂの二つの領域のデータが取得されるが、一方のデータのみでも画像再構成は可能である。図７は、ｕ方向のコリメータ２１０（ｕ−），２１０（ｕ＋）のうち、片側のコンメータ２１０（ｕ−）を中心軸直前まで閉めた状態の図である。スキャナー１０２が１回転すると、例えば、患者５００体内の任意の点ｐと点ｑとを通過するＸ線は、必ず１通り存在するため、画像再構成をするために必要なデータセットの条件は十分満たしている。
【００１７】
例えば、コリメータを閉じた側の検出器で得られるはずのデータを、同じパスを通る片側の検出器で得たデータで置き換えても画像を再構成する上で原理的な問題は無い。
【００１８】
そこで、本発明では、図８に示す様にコリメータを閉じた側のローデータを、式（１）、式（２）により、コリメータを開いた側のローデータで置き換えることで、従来の方法で取得したローデータと同じ状態にして通常の画像再構成演算手段によって画像を再構成し、半分の照射野で画像を得ることを可能とした。照射野が半分になることは、被曝量も半分になることを意味する。すなわち、図８は図６と同様に、スキャナ角度方向（０〜３６０度）に対して検出器２５０のチャネルｃｈｏ〜ｃｈｎを展開したものであるが、コリメータ１２０（ｕ−）が閉じている側の検出器のチャネル８０は角度θ２においてもｂのデータは得られず、コリメータ１２０（ｕ＋）が開いている側の検出器のチャネル８５は角度θ１においてａのデータが検出される。この場合、図５のようにコリメータ２１０（ｕ−）、２１０（ｕ＋）がともに開いている場合には、図６のように、ａ、ｂのデータは同じデータとして検出されるが、図８では、コリメータが閉じているために得られなかったｂのデータは、コリメータが開いていたことによって得られたａのデータを使用することによって、ａのデータをｂのデータに置きかえることが出来る。矢印８３はａからｂへの置換を示している。従って、片側のコリメータ２１０（ｕ−）を閉じても、ａ、ｂ同じデータが得られるため、コリメータを閉じた分に相当する部分だけ被験者に対するＸ線の被曝量を低減することができることになる。
【００１９】
しかしながら、通常の半分の照射野では、画質的に従来のＸ線ＣＴ装置に対して劣るため、本発明では、図９のように上記の例で閉じていたコリメータを、予め設定される関心領域Ａに関しては、関心領域Ａの半径に合わせてコリメータを制御してスキャンする事にした。このようにすることで、関心領域Ａに関しては、同じパスを通るデータが２組できることにより、通常のＣＴ撮像に劣らない画質が得られ、尚且つ、関心領域Ａ外に関しては、被曝量の低減を可能とした。図９について、さらに詳述すると、患者５００の断層像は腫瘍９０と、この腫瘍９０を囲む円形の関心領域Ａを有する。Ｘ線源２００が０度時においては、腫瘍９０の中心を通る中心線０に対して、角度θ１だけコリメータ２１０（ｕ−）を開きファンビームの左側の線０１を作り、中心線０と線０１で作られるファンビームの中に関心領域Ａの半分が含まれるようにする。一方、中心線０に対して、角度θ２だけコリメータ２１０（ｕ＋）を開き、ファンビームの右側の線０２を作り、中心線０と線０２とで形成されたファンビームの中に、残された関心領域Ａの半分と中心線０より右側の断層像が含まれるようにする。この場合、すなわち、Ｘ線源２００が０度時においては、関心領域Ａはすべてファンビームに包含されるが線０１より左側の断層像にはファンビームがかからず従って患者５００に対するＸ線の被曝量を低減することになる。Ｘ線源２００が回転して１８０度に達したときは、線０１’および０２’で形成されるファンビームになる。関心領域Ａはこのファンビームにすべて包含されるが、線０１’より右側の断層線はファンビーム外にあり、その分だけ患者５００のＸ線の被曝量が低減される。
【００２０】
図１０は、本発明の動作を説明するものである。患者５００の関心領域Ａは、ホストコンピュータ１０１によって予め設定される。この関心領域Ａを含む患者５００の領域にＸ線源を３６０度回転して投影データを収集して、これよりコリメータ制御データ１０を作成する。すなわち、スキャナ角度方向０〜３６０度と検出器のチャネル方向とでデータを変換すると、患者５００の領域と関心領域Ａの範囲は図の様に表せる。スキャナ角度方向が０度のときは、範囲１１で示すように、検出器のチャネルは、その中心より右側の方のチャネルが左側の方よりも多くＸ線を検出し、スキャナ角度が９０度のときは、患者５００の厚みが薄くなるため、範囲１２で示すように、検出器の中心より右側のチャネルの方が範囲１１のチャネルにより少なくなる。１８０度では範囲１１を反転した範囲１３に属する検出器のチャネルが作動し、２７０度では範囲１２を反転した範囲１４に属するチャネルが作動し、３６０度では元に戻り範囲１５になって範囲１１と一致するチャネルが作動する。このようにしてコリメータ制御のデータを作動する。今、ｕ≧０方向のコリメータは、患者５００が視野の全てに入るように制御量１６を設定し、ｕ＜０方向のコリメータは、関心領域ＡのみをＸ線で照射するように制御量１７を設定すると、図に示すように、コリメータはスキャナ角度０〜３６０度に対して制御量１６，１７のように制御される。このような任意のスキャナ角度に応じたコリメータ制御データを、コリメータ制御手段に入力する。コリメータ制御手段は、スキャナ角度と、制御対象であるコリメータの開閉量を基に、コリメータを制御してスキャンを実行する（１８）。患者を透過したＸ線は、検出器に入り、画像処理手段に渡される。画像処理手段は、ホストコンピュータ１０１から、関心領域Ａのデータを受け取り、得られたローデータと比較する。画像処理手段は、関心領域Ａに関しては、対向するビームによる補正を行ない、アーチファクトの少ない画像を再構成し、図の様に、関心領域Ａに関しては半分の照射野の画像として、上述の様に画像再構成をする（１９）。画像表示２０では、腫瘍９０を中心とする関心領域Ａは前述のようにＸ線の通過するパスが２通りあるので高画質のものが得られる。また、関心領域Ａ以外の患者５００に対しては、例えば前述のように、Ｘ線源が１８０度回転したときには、患者５００のほぼ右側の部分はＸ線を透過しないので低被曝になる。表示装置は、患者全体を含む画像に、関心領域の画像を重ねて表わすこともできるが、患者全体を含む画像の隣に、関心領域の画像を拡大して表示することもできる。
【００２１】
事前の計測で、関心領域外のデータを収集する方法と異なり、関心領域Ａ内の画像データと関心領域外の画像データとは、時間的に一致している為、リアルタイムで表示する際にも、関心領域の内外でずれが生じない。
【００２２】
図１１は、図１０に示したコリメータ動作の制御方法を示したものである。本例では、リアルタイムでＣＴ透視をしながら穿刺をする場合を念頭において説明する。まず、位置決めのための画像を取得する。これは、関心領域を含む１スライスもしくは数スライスの画像である。患者５００の撮影部位を位置決めしてスキャンを行う（Ｓ１１）。位置決め用の画像中で、関心領域を図のようにトレースする（Ｓ１２）。例えば、中心を含む円形の関心領域の場合、この関心領域に対応するコリメータの開き量は、Ｘ線源の位置が、決定すれば、ＣＴのジオメトリより決定するのは、図より明らかである。この時のコリメータ開き量：ｕは、関心領域の中心座標：ｃ、関心領域の半径：ｒ、スキャン角度：θの関数として、ｕ＝Ｆ（ｃ，ｒ，θ）として記述できる。ｃ，ｒは最初の設定で決定すれば、以降変化することがないので、コリメータ開き量：ｕは、スキャン角度：θの関数として表すことが出きる（Ｓ１３）。コリメータの実際の制御では、ホストコンピュータにｕ＝Ｆ（ｃ，ｒ，θ）の関数をテーブル化して記憶する（Ｓ１４）。ホストコンピュータは、スキャナからスキャナ角度データを取得すると（Ｓ１５）、コリメータの制御量をテーブルより演算し、コリメータを駆動するドライバに制御値を渡す。ドライバは、制御値にしたがって、駆動され（Ｓ１６）、コリメータの位置制御を行う（Ｓ１７）。この時の位置制御の方法は、フィードバック制御等の制御方法で対応可能である。
【００２３】
図１２は、実際の運用方法の例を示したものである。先ず患者の患部を含む数スライスの画像を取得し、適当なスライス面を選択する（Ｓ１２０）。次に、関心領域（Ｓ１２１）を設定し、コリメータの制御テーブルを作成する。コリメータの制御テーブルは、前述の様に、スキャナ角度に応じて、コリメータの制御値を記録したものである。治療を開始するためにＣＴを起動する（Ｓ１２２）。患者にＸ線を照射し（Ｓ１２３）、透視像を得る（Ｓ１２４）。患者にＣＴ透視下で穿刺をする場合、ＣＴ画像上で、穿刺の計画を立てる。そして、ＣＴを駆動して穿刺を開始する（Ｓ１２５）。ＣＴのスキャナ回転に合わせて、コリメータを制御し、スキャン中にファンビームの広がりが関心領域に応じて変化する。ＣＴのモニタには、関心領域及び背景がリアルタイムで変化するのが観察できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、関心領域の画像をアーチファクトの少ない画像でリアルタイムに表示するとともに患者あるいは術者の被曝量を低減し、また関心領域外の画像についてもリアルタイムに表示すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例のコリメータの開閉を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例のコリメータの開閉を説明するための側面図である。
【図５】本発明の実施例を説明するためのファンビームを示す図である。
【図６】本発明の実施例を説明するのデータの展開図である。
【図７】本発明の実施例を説明するためのファンビームを示す図である。
【図８】本発明の実施例を説明するための図７のデータの展開図である。
【図９】本発明の実施例の要部を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施例のコリメータの制御を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施例のコリメータの制御方法を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施例のＣＴ透視下における穿刺の例を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１００表示装置
１０１ホストコンピュータ
１０２スキャナ
１０３画像処理装置
１０４高電圧発生装置
１０５患者テーブル
２００Ｘ線源
２１０コリメータ
２５０Ｘ線検出器

Claims

被検体にＸ線を照射するＸ線源と、
前記被検体を挟んで前記Ｘ線源と対向配置され、Ｘ線源のビームの幅方向に検出素子が複数チャンネル配置され、前記被検体の透過Ｘ線を投影データとして検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器とＸ線源を連続回転させるスキャナと、
前記スキャナによりＸ線検出器とＸ線源を連続回転させながら該Ｘ線源からＸ線を照射し、複数方向の投影データを取り込み、該取り込まれた投影データに基づいて画像を再構成する再構成手段と、
該再構成された画像を表示する表示手段と、を備えたＸ線ＣＴ装置において、
前記被検体の関心領域を設定する関心領域設定手段と、
前記設定された関心領域には前記スキャナが１回転する間はX線照射されるように、前記関心領域以外には前記スキャナが半回転する間はX線照射されないように、前記Ｘ線源のビームの幅方向に前記Ｘ線照射範囲を制限する制限手段と、
前記スキャナが半回転する間にX線照射されないために取得できなかった前記関心領域以外の投影データとして、反対方向からX線照射される間に取得された投影データを使用することによって投影データを置換する投影データ置換手段と、を備え、
前記再構成手段は、前記置換された投影データと前記取り込まれた投影データに基づいて画像を再構成することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記関心領域設定手段によって設定される関心領域は円形であり、
前記制限手段は、前記円形の関心領域の半径に合わせて前記Ｘ線照射範囲を制限することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記表示手段は、前記被検体全体の画像に前記関心領域の画像を重ねて表示する、又は前記被検体全体の画像の隣に前記関心領域の拡大画像を表示することを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載のＸ線ＣＴ装置。