JP4625565B2

JP4625565B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置

Info

Publication number: JP4625565B2
Application number: JP2000194741A
Authority: JP
Inventors: 高正太田; 学平岡
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Information Systems Japan Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Information Systems Japan Corp
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2020-06-28
Also published as: JP2002011001A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線管が検出器列を複数備えたマルチスライス対応の検出器とともに被検体に対して螺旋状軌道を移動しながら、データを収集し、そのデータからターゲットスライスの画像を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置（以下、ＣＴスキャナと略す）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被検体の動きの速い部位、例えば心臓の検査では、心拍の特定期の生データを揃えて画像（断層像）を再構成することが必要である。
【０００３】
従来の心電同期再構成方式（例えばヘリカルハーフ方式）は、検出器がターゲットスライス位置を通過する例えば３回転の間に収集したデータから、心拍の特定期を中心とした１８０°＋α（αはファン角）分のデータを抽出し、その抽出したデータから画像を再構成する処理である。
【０００４】
また、ヘリカルスキャンでは常に天板位置が変化しており、ターゲットスライス位置のデータを、ヘリカルフィルタ補間法と呼ばれる補間方法により揃えることが必要とされる。
【０００５】
このヘリカルフィルタ補間法とは、ターゲットスライス位置を中心としてその前後に複数のスライス位置（リサンプリング位置と呼ぶ）を例えば等間隔（場合によっては不等間隔でもよい）で設定し、それらリサンプリング位置におけるデータを、実際に検出器で収集したデータから内挿補間又は外挿補間により求め、それらリサンプリング位置のデータ平均をスキャン角（通常、Ｘ線管の角度で表される）ごとに重み付け加算平均し、この重み付け加算平均したデータから画像を再構成する処理である。このため実質的なスライス厚は、ターゲットスライス位置を中心として設定される複数のリサンプリング位置の分布範囲に相当する。
【０００６】
図１には、従来の心電同期再構成方式を適用したヘリカルフィルタ補間法に関する説明図である。図１の例では、検出器列数は一般的な４と仮定し、検出器列各々の中心軌跡を時間経過とともに示している。従来の再構成処理方式の処理の流れは、次のとおりである。
【０００７】
（ヘリカルフィルタ補間処理）
まず、４つの検出器列がターゲットスライス位置を通過する期間（ｔ１〜ｔ２）と所定のスライス厚とに限定された領域Ｒｎ内のリサンプリング位置の各々における生データが、同一時刻に収集された４列の検出器列の間の補間によって求められる。検出器列１と４の外側で、検出器列の間の内挿補間では値が求められない部分Ｔｎのデータは、前後の検出器列からの外挿補間を用いて作成される。できあがった例えば十数点のリサンプリング位置に相当する生データを、スキャン角ごと、つまりスライス方向に重み付け加算平均をすることにより、ターゲットスライス位置のデータを求める。
【０００８】
（ハーフビュー数分の生データの抽出）
ヘリカルフィルタ補間処理で得られた生データ（ヘリカルピッチ１の場合、３回転分の領域Ｒｎ）から、心拍の特定期、例えばＲ波を中心とした１８０°＋αの範囲が当該領域Ｒｎに含まれる心拍のうち、一番早い時刻に訪れた心拍を特定する。この特定した心拍の特定期を中心とした１８０°＋αの範囲内の生データを抽出する（図１の斜線で示した領域Ｓｎ）。
【０００９】
（ハーフ処理および画像再構成）
ハーフ処理は、１８０°＋α分の生データを拡張して、３６０°分の生データを生成する。ハーフ処理には、パーカー法、パーカー法に対向ビームを併用した方法などがあるが、ここではとくに言及しない。拡張された３６０°分の生データを再構成して、最終的な画像を得る。
【００１０】
このような従来の心電同期再構成方式には、次の問題点が指摘されている。その一点目は、３次元像や多断面変換（ＭＰＲ）像のスライス方向（スライス面に直交する方向）に関する画像の連続性が悪い」ことであり、二点目は、「ＭＰＲ像に、スライス面内の幅方向（横方向）に関してしま模様が存在する」という問題点がある。
【００１１】
ここでは、その原因について述べる。図２は、ＭＰＲ像であり、この画像にはスライス方向にむらがあることが分かる。
【００１２】
（心拍ジャンプの影響）
図２に認められる、数ｍｍ間隔のしま内の画像は「ある１心拍」に相当する生データから再構成されたものである。横しまと横しまの間隔は、心拍数と寝台の移動速度によって決まる。この横しまの境界を「心拍ジャンプ」と呼ぶ。心拍ジャンプは、以下の原因によって引き起こされる。
【００１３】
（心拍に同期していない、心臓の動き）
心臓は、必ずしも心拍ごとに同じ動き（位置や大きさ）をしているのではないと推測される。図２に見られる単一の心拍ジャンプがこれである。
【００１４】
（造影剤濃度の時間変化）
図２の右心房内に、多数の心拍ジャンプが見られる。これは、心臓内の造影剤の濃度が連続に変化しているのに対して、心電同期再構成方式が心拍に対応する部分のみを離散的に抽出しているためである。つまり各々の横しまの間では、その心拍が存在する時刻が異なる、すなわちある画像はある心拍内で収集したデータから再構成し、その隣の画像は次又はさらに後の心拍内で収集したデータから再構成しており、両画像間には時間的な間隔が開いてしまい、その間に体動や造影剤濃度変化によるアーチファクトが生じるために、画像の濃淡値が異なっている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ヘリカルスキャンのＸ線コンピュータ断層撮影装置であって、連続断面画像の連続性を向上することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明のＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線管が検出器列を複数備えたマルチスライス対応の検出器とともに被検体に対して螺旋状軌道を移動する間にデータをサンプリングする手段と、前記サンプリングしたデータから、ターゲットスライス位置を中心として所定スライス厚内に設定された所定数のリサンプリング位置各々に関するデータをリサンプリングする手段と、前記リサンプリングしたデータから、心拍の特定期における１画像再構成に要する角度範囲分のデータを抽出する抽出手段と、前記抽出したデータから、前記ターゲットスライス位置に関する画像を再構成する手段とを具備し、前記抽出手段は、前記リサンプリング位置ごとにデータを抽出する心拍期を選択する機能を備えていることを特徴とする。
【００１７】
本発明のＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線管が検出器列を複数備えたマルチスライス対応の検出器とともに被検体に対して螺旋状軌道を移動する間にデータをサンプリングする手段と、前記サンプリングしたデータから、ターゲットスライス位置を中心として所定スライス厚内に設定された所定数のリサンプリング位置各々に関するデータをリサンプリングする手段と、前記リサンプリングしたデータから、心拍の特定期における１画像再構成に要する角度範囲分のデータを抽出する抽出手段と、前記抽出したデータから、前記ターゲットスライス位置に関する画像を再構成する手段とを具備し、前記抽出手段は、前記所定数のリサンプリング位置の中の一部のリサンプリング位置に関する前記角度範囲分のデータを、残りのリサンプリング位置に関する前記角度範囲分のデータとは異なる心拍期で揃えることを特徴とする。
【００１８】
本発明のＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線管が検出器列を複数備えたマルチスライス対応の検出器とともに被検体に対して螺旋状軌道を移動する間にデータをサンプリングする手段と、前記サンプリングしたデータから、ターゲットスライス位置を中心として所定スライス厚内に設定された所定数のリサンプリング位置各々に関するデータをリサンプリングする手段と、前記リサンプリングしたデータから、心拍の特定期における１画像再構成に要する角度範囲分のデータを抽出する抽出手段と、前記抽出したデータから、前記ターゲットスライス位置に関する画像を再構成する手段とを具備し、前記抽出手段は、前記１画像再構成に要する角度範囲分のデータを、複数の心拍期のデータから揃えることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
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（ＣＴスキャナ）を好ましい実施形態により説明する。
図１に、本実施例に係るＣＴスキャナの構成を概略的に示している。架台１は、Ｘ線管１１を初め、投影データの収集に必要な複数の構成要素から構成されている。Ｘ線制御部１２からの電力供給によりＸ線をコーンビーム形状に発生するＸ線管１１は、図示しないが回転リングに取り付けられている。回転リングには、略円筒形の撮影領域を挟んでＸ線管１１に対向するように、多チャンネルタイプの検出器列が複数、例えば４列並設されたマルチスライス対応の検出器１３が取り付けられている。データ収集に際しては、その撮影領域内に被検体が、寝台の天板上に横臥した状態で挿入される。ヘリカルスキャンに際しては、架台寝台制御部１４の制御のもとで、回転リングが連続的に回転し、それとともに天板が連続的に移動するような動きが行われる。この動作制御により、被検体とともに移動する移動座標系ではＸ線管１１は検出器１３とともに螺旋状軌道を移動することになる。この移動の間、一定の周波数で、検出器１３の出力がＤＡＳと呼ばれるデータ収集システム１５でサンプリングされ、増幅され、ディジタル化される。
【００２０】
このデータ収集システム１５からの出力データは、図３に示すように、心電計３の出力がＥＣＧインタフェース基板１６を介して、継続的に供給され、心電計３の出力から導かれる心拍時期を表す心電データと合わされる。
【００２１】
この心電データを含むデータは、コンピュータシステム２に取り込まれる。コンピュータシステム２は、ＣＰＵ２１を制御及び計算処理の中枢として、スキャン動作を司る制御部２２と、データに対して補正等の前処理を施す前処理部２３と、前処理を受けた生データを用いて、新規な心拍フィルタ方法に従って、画像（断層像）データを再構成する再構成部２４と、その画像を表示するための表示部２５とを備えている。
【００２２】
次に、本発明で重要な心拍フィルタ方法について処理の順番に従って説明する。図４に、本実施形態に係る心拍フィルタ方法の説明図を示している。
【００２３】
（ヘリカル補間処理）
まず、ターゲットスライス位置を中心として所定スライス厚の範囲内に一定間隔（場合によっては一定間隔でなくてもよい）で例えば十数か所にリサンプリング位置が設定される。これらリサンプリング位置各々上にデータ収集時のサンプリング位置に応じて複数のリサンプリング点が設定される。これらリサンプリング点各々における生データが、同一時刻に収集された４列の検出器列の間の補間によって求められる。本実施形態では、従来の心電同期再構成方式とは異なり、各々のリサンプリング点において外挿データを使用しない範囲で最大長の生データを生成する。つまり、ターゲットスライス位置を中心とした所定のスライス厚の範囲を、４列の検出器列が通過する図では３回転分に相当する平行四辺形の領域Ｖ内のリサンプリング点各々における生データを内挿補間により計算する。このようにして作られた生データ群は、収集された角度（ビュー・ポジション）がそれぞれ異なっているために、重み付け加算平均を行なうことは出来ない。したがってこの時点では、従来の心電同期再構成方式とは異なり「フィルタ処理（重み付け加算平均）」は行なわない。このように内挿補間だけを使い、外挿補間を使わないことで、外挿補間特有のアーチファクトを低減することができるものであるが、この点は本発明の心拍フィルタ方式においては本質的な要件ではなく図１に示したように外挿補間を採用してもかまわない。
【００２４】
（ハーフビュー数分の生データの抽出）
次に、平行四辺形の領域Ｖ内のリサンプリング点の生データから、画像再構成に用いるデータを抽出するのであるが、このデータ抽出法が本発明の心拍フィルタ方式にとって非常に重要なところである。
【００２５】
当該領域Ｖの中で、心拍の特定期（例えばＲ波）を中心として１画像再構成に要する角度範囲、ここでは１８０°＋α（αはファン角）の生データが揃う最も早い時刻に訪れる心拍（Ａ）を、従来のようにスライス単位で選択するのではなく、リサンプリング位置ごとに独立して選択する。なお、この角度範囲は、１画像再構成に要する角度範囲であれば、心拍の特定期（例えばＲ波）を中心としなくても、例えば角度範囲の一端が心拍の特定期にかかっている状態でもよい。
【００２６】
つまり、再構成部２３は、画像再構成に使うデータを抽出する心拍期をリサンプリング位置ごとに選択する機能を備えていて、この機能により、あるリサンプリング位置に関する１８０°＋α分の生データは、ある心拍（Ａ）内で揃えられ、連続する他のリサンプリング位置に関する１８０°＋α分の生データは、他の心拍（Ｂ）内で揃えられる、すなわち１画像再構成に要する角度範囲分のデータを、連続する複数の心拍期のデータから揃えることが可能になる。
【００２７】
なお、図４では、心拍の境界は、１８０°＋α分の生データが心拍（Ａ）内で揃えられなくなったリサンプリング位置に設定し、そのリサンプリング位置より後方のリサンプリング位置の１８０°＋α分の生データは、次の心拍（Ｂ）内で揃えるような心拍の境界が変動する可変方法を採用している。
【００２８】
（ハーフ処理）
連続する複数の心拍から抽出された生データは、収集された角度がそれぞれ異なるために、そのままでは重み付け加算平均を行なうことができない。したがって、ハーフ処理を用いて１８０°＋α角度分の生データを拡張して、３６０°分の生データを拡張して、３６０°分の生データを生成する。
【００２９】
（生データの重ね合わせ）
ハーフ処理で作成された生データを、スキャン角を調整しながら、同じスキャン角どうしの生データを重み付け加算平均する。この重み付け加算平均処理は、従来の心電同期再構成方式における「フィルタ処理」に該当する。
【００３０】
（再構成処理）
こうして得られた３６０°分の重み付け加算平均データから、画像データを再構成する。
【００３１】
このような心拍フィルタ方式により次のような４つの効果を奏することができる。この効果を、従来の心電同期再構成方式と比較して説明する。（１）心拍ジャンプの影響の軽減
図５に心拍フィルタ方式によるＭＰＲ像を示している。図５を、図２と比較して分かる通り、心拍ジャンプが軽減され、スライス方向に滑らかに画像がつながっている。この理由としては、心拍フィルタ方式では、心拍ジャンプの前後のスライス位置で、ある心拍から次の心拍に急に「乗り換える」ことは行わない。つまり、図６に示すように、ｎ番目のターゲットスライス位置の画像の基になった生データは、それと隣接するｎ＋１番目のターゲットスライス位置の画像の基になった生データと、心拍期が部分的に重複している、すなわち図６ではｎ番目のターゲットスライス位置の画像の基になった生データの中の後方のリサンプリング位置のデータＤ２の心拍と、それと隣接するｎ＋１番目のターゲットスライス位置の画像の基になった生データの中の前方のリサンプリング位置のデータＤ３の心拍とは共通することにあり、これにより心拍（Ａ）と心拍（Ｂ）との間で体動が多少生じたとしても、その影響が緩和されるものである。
【００３２】
（２）画像スライス厚（フィルタ厚）の制限がない
同様に、外挿データを使用しないことから、「心拍ジャンプ前後における画像スライス厚の変動」も存在しない。したがって、従来の心電同期再構成方式方式よりも画像スライス厚を厚くする（フィルタ厚を厚くする）ことが可能である。
【００３３】
（３）画像が作れないスライス位置の減少
今までは述べなかったが、従来の心電同期再構成方式では、図２では４本の黒い横しまのスライス位置に相当する画像が「作成できない」。つまりこのスライス位置では、再構成に要する角度分の生データを揃えることができないという現象が起こる。そしてヘリカルピッチが大きくなるにしたがって、しだいに画像が作れないスライス位置が増えていく。
【００３４】
一方、本実施形態の心拍フィルタ方式では、リサンプリング点数分の全てのスライス位置（つまり、フィルタ厚の内部のスライス位置）の一部の生データに再構成可能な心拍が含まれていない場合でも、画像を作成することができる。図５のＭＰＲ像は、心拍フィルタ方式が従来の心電同期再構成方式よりも、隙間無く連続的に画像を作成することができることを示している。
【００３５】
（４）ヘリカルピッチを増やせる
したがって副次的な効果ではあるが、心拍フィルタ方式はヘリカルピッチを従来の心電同期再構成方式に比べて大きくすることができる可能性がある。
【００３６】
（変形例）
本実施形態の心拍フィルタ方式は、高時間分解能タイプの心電同期再構成方式にも適用可能である。この方式は、１画像再構成に要する１８０°＋α角度分の生データのうち、例えば前半部分を心拍（Ａ）から揃え、後半部分を次の心拍（Ｂ）から揃えるいうものであり、この高時間分解能タイプの心電同期再構成方式に心拍フィルタ方式を適用すると、例えば図７に示すように、前半部分の生データのうち、一部のリサンプリング位置上の生データを心拍（Ａ）から、残りのリサンプリング位置上の生データを次の心拍（Ｂ）から揃えることが可能になる。
この高時間分解能タイプの心電同期再構成方式に心拍フィルタ方式を適用して得られたＭＰＲ像を図８に、心拍フィルタ方式を適用しないで得たＭＰＲ像を図９に示す。これら画像から分かるとおり、高時間分解能タイプの心電同期再構成方式に対しても心拍フィルタ方式が有効であることがわかる。
【００３７】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、隣接する画像間の連続性が向上し、滑らかにつながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の心電同期再構成方式を適用したヘリカルフィルタ補間法に関する説明図。
【図２】図１の方法によるＭＰＲ像を示す中間調画像。
【図３】本発明の実施形態によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の概略的な構成図。
【図４】本実施形態による心拍フィルタ方法の説明図。
【図５】本実施形態による心拍フィルタ方式によるＭＰＲ像を示す中間調画像。
【図６】本実施形態の心拍フィルタ方式により画像間が滑らかにつながる理由に関する説明図。
【図７】本実施形態の心拍フィルタ方式を高時間分解能タイプの心電同期再構成方式に適用する例を示す図。
【図８】図７の高時間分解能タイプの心電同期再構成方式に心拍フィルタ方式を適用して得たＭＰＲ像を示す中間調画像。
【図９】図７の高時間分解能タイプの心電同期再構成方式に心拍フィルタ方式を適用しないで得たＭＰＲ像を示す中間調画像。
【符号の説明】
１…架台、
２、コンピュータシステム、
３…心電計、
１１…Ｘ線管、
１２…Ｘ線制御部、
１３…検出器、
１４…架台寝台制御部、
１５…データ収集システム、
２１…ＣＰＵ、
２２…制御部、
２３…前処理部、
２４…再構成部、
２５…表示部。

Claims

Ｘ線管が検出器列を複数備えたマルチスライス対応の検出器とともに被検体に対して螺旋状軌道を移動する間にデータをサンプリングする手段と、
前記サンプリングしたデータから、ターゲットスライス位置を中心として所定スライス厚内に設定された所定数のリサンプリング位置各々に関するデータをリサンプリングする手段と、
前記リサンプリングしたデータから、心拍の特定期における１画像再構成に要する角度範囲分のデータを抽出する抽出手段と、
前記抽出したデータから、前記ターゲットスライス位置に関する画像を再構成する手段とを具備し、
前記抽出手段は、前記リサンプリング位置ごとにデータを抽出する心拍期を選択する機能を備えていることを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
Ｘ線管が検出器列を複数備えたマルチスライス対応の検出器とともに被検体に対して螺旋状軌道を移動する間にデータをサンプリングする手段と、
前記サンプリングしたデータから、ターゲットスライス位置を中心として所定スライス厚内に設定された所定数のリサンプリング位置各々に関するデータをリサンプリングする手段と、
前記リサンプリングしたデータから、心拍の特定期における１画像再構成に要する角度範囲分のデータを抽出する抽出手段と、
前記抽出したデータから、前記ターゲットスライス位置に関する画像を再構成する手段とを具備し、
前記抽出手段は、前記所定数のリサンプリング位置の中の一部のリサンプリング位置に関する前記角度範囲分のデータを、残りのリサンプリング位置に関する前記角度範囲分のデータとは異なる心拍期で揃えることを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
Ｘ線管が検出器列を複数備えたマルチスライス対応の検出器とともに被検体に対して螺旋状軌道を移動する間にデータをサンプリングする手段と、
前記サンプリングしたデータから、ターゲットスライス位置を中心として所定スライス厚内に設定された所定数のリサンプリング位置各々に関するデータをリサンプリングする手段と、
前記リサンプリングしたデータから、心拍の特定期における１画像再構成に要する角度範囲分のデータを抽出する抽出手段と、
前記抽出したデータから、前記ターゲットスライス位置に関する画像を再構成する手段とを具備し、
前記抽出手段は、前記１画像再構成に要する角度範囲分のデータを、複数の心拍期のデータから揃えることを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。