JP4703221B2

JP4703221B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP4703221B2
Application number: JP2005062655A
Authority: JP
Inventors: 圭史松田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2025-03-07
Also published as: JP2006239303A

Description

本発明は、被検体にＸ線を曝射して得られた投影データに基づいて被検体内部の画像を生成するＸ線ＣＴ装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置の進歩は目覚しく、より高精細（高解像度）且つ広範囲に撮影したいという医療現場からの強い要望に応えて、マルチスライスＸ線ＣＴ装置が開発され、これがかなり普及してきている。このマルチスライスＸ線ＣＴ装置は、スライス方向（寝台天板の長手方向）に広がり幅を有するコーンビームＸ線を曝射するＸ線源と、複数列の検出素子列をスライス方向に並べた構造の２次元検出器とを備え、これによりヘリカルスキャンを行うことができるように構成されている。これにより、シングルスライスＸ線ＣＴ装置に比べて、被検体内部の広範囲にわたるボリュームデータを高精度、且つ、短時間で得ることができる。

Ｘ線ＣＴ装置により被検体のスキャンを行う際、Ｘ線投影パス上の物質により散乱線が生じ、この散乱線が再構成画像上でアーチファクトを生じる原因となることが知られている。このよう散乱線の影響を除去する方法として下記の文献が知られている。
特開平８−２５２２４８号公報

近年、マルチスライスＸ線ＣＴ装置の検出器の列数が増加しており、広範囲のＸ線収集が可能になってきている。このような列数の多いマルチスライスＸ線ＣＴ装置の画質評価を行ったところ、ＣＴ値が実際より低い値に落ち込み画像上で実際より黒く表示される（ダークバンド）というアーチファクトが、従来の装置に比べて大きくなっていた。本発明は、このようなマルチスライスＸ線ＣＴ装置におけるＣＴ値の落ち込みを改善することを目的としている。

請求項１にかかる発明は、被検体に向けてコーンビーム状のＸ線を曝射するＸ線発生手段と、複数列のＸ線検出素子群を備え、前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器が出力した投影データに含まれる列方向の散乱線を除去する散乱線補正を行うものであり、該投影データ又はその隣接投影データの値の大きさから散乱線の値を推定し、該投影データの値を閾値と比較し、所定の閾値を越えない場合は推定した前記散乱線の値を減算し、所定の閾値を越える場合は推定した前記散乱線の値の減算を行わないように構成された散乱線補正手段と、前記散乱線補正後の投影データに基づいて、被検体内部の画像を再構成する再構成手段とを備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。

本発明は、２次元検出器を用いたＸ線ＣＴ装置において、列方向の散乱線を良好に除去して、アーチファクトの少ない画像を得ることのできるＸ線ＣＴ装置を提供することにある。

以下、本発明の実施例について説明する。図１は、実施例に係るＸ線ＣＴ装置１の構成図である。Ｘ線ＣＴ装置１は、被検体に関する投影データを収集するために構成された架台２、被検体（人体）Ｐを載せて移動させるための寝台装置３、Ｘ線ＣＴ装置の操作するための入力及び画像表示を行うための操作コンソール４を備えている。

架台２は、Ｘ線管５、Ｘ線検出器６、Ｘ線絞り装置７ａ、絞り駆動装置７ｂ、回転フレーム８、高電圧発生装置９、回転駆動装置１０、架台制御部１１、データ収集部１２を有する。Ｘ線管５とＸ線検出器６は回転フレーム８に取り付けられている。この回転フレーム８を回転駆動装置１０で回転することにより、Ｘ線管５とＸ線検出器６を対向させた状態で被検体の周りを回転できるように構成されている。

Ｘ線管５は、高電圧発生器９から供給された管電圧に応じてＸ線を発生する。Ｘ線検出器６は、２次元アレイ型検出器（マルチスライス型検出器ともいう）である。Ｘ線検出素子は例えば０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正方の検出面を有する。例えば９１６個のＸ線検出素子がチャンネル方向に配列され、この列がスライス方向（検出器の列方向）に沿って例えば６４列以上並設されている。

Ｘ線絞り装置は、Ｘ線遮蔽板７ａ及び絞り駆動装置７ｂにより構成され、被検体に曝射するＸ線のスライス方向の曝射範囲を調整するものである。絞り駆動装置７ｂによりＸ線遮蔽板７ａを移動することにより、スライス方向のＸ線曝射範囲を変更できる。

一般的にＤＡＳ（ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれているデータ収集部１２は、検出器６からチャンネルごとに出力される信号を増幅し、さらにディジタル信号に変換する。この投影データ（生データ）は架台外部の操作コンソール４に供給される。

架台制御部１１は、コンソール制御部１３からの制御信号に基づいて、高圧発生部９、絞り駆動装置７ｂ、回転駆動装置１０、データ収集部１２等の制御を行う。

寝台装置３は、被検体を載せる天板、天板をスライス方向に沿って移動させる天板駆動装置を備えている。回転フレーム８の中央部分は開口を有し、その開口部に天板に載置された被検体Ｐが挿入される。なお、回転フレーム８の回転中心軸と平行な方向をＺ軸方向（スライス方向）、Ｚ軸方向に直交する平面をＸ軸方向、Ｙ軸方向で定義する。

操作コンソール４は、コンソール制御部１３、入力装置１４、前処理部１５、散乱線補正部１６、再構成処理部１７、画像記憶部１８、画像処理部１９、表示装置２０を備えている。

前処理部１５は、データ収集装置１２から出力される投影データに対して対数変換処理や、感度補正等の補正処理を施して出力する。この投影データは、散乱線補正部１６に送られ散乱線の除去処理が施される。散乱線補正部１６は、Ｘ線曝射範囲内の投影データの値に基づいて散乱線の除去を行うものであり、散乱線補正を行う対象の投影データ又はその隣接投影データの値の大きさから推定された散乱線を、対象となる投影データから減じて散乱線補正を行う。この散乱Ｘ線除去後の投影データは再構成処理部１７に送られる。

画像再構成処理部１７は、スライス方向におけるＸ線パスが平行であると仮定したファンビーム再構成、スライス方向におけるＸ線曝射角度（コーン角）を考慮したコーンビーム再構成等の再構方法を用いて被検体内部の生体情報の画像を再構成する。

再構成した画像は画像記憶部１８に記憶される。画像処理部１９は、画像記憶部１８に記憶された画像データに対して各種画像処理を施して表示画像を生成する。表示画像を生成する際の各種設定条件、関心領域の設定等は、操作者による入力装置１４への入力に基づいて行われる。表示装置２０は、画像処理部１９で生成された画像を表示する。又、コンソール制御部１３は、操作者の入力に基づいて、ヘリカルスキャン等のスキャンが行われるように架台制御部１１へ制御信号を送るように構成されている。尚、操作コンソール４は、専用ハードウェアで構成しても良いし、コンピュータを用いてソフトウェアで同様の機能を実現しても良い。

図２は、Ｘ線ＣＴ装置における散乱線の説明図である。図２（Ａ）はシングル検出器、図２（Ｂ）は２次元アレイ検出器を表している。シングルスライス検出器では、スライス方向のコーン角が小さいためスライス方向の散乱線の影響は小さいが、２次元アレイ検出器ではコーン角が大きくなるためスライス方向からの散乱線の入射量が多くなる。

図３は、本発明の散乱線補正部の動作を表したフローチャートである。ステップＳ１は、閾値処理を行い、投影データの値の大きさに基づいてステップＳ２の散乱線の減算処理を行うか否かを判断する。ステップＳ１において、入力された１つの投影パスに対応した投影データと所定の閾値とを比較し、その閾値を越えない場合はステップＳ２の処理を行い、その閾値を超える場合はステップＳ２の処理を行わずそのままの投影データの値を散乱線補正部１６の出力とする。

ステップＳ２は、入力された補正対象の投影データから推定した散乱線量を減算し、その結果を散乱線補正部１６の出力とする。この散乱線補正では、散乱線補正とする対象の投影データの大きさに基づいて、その外周部から入射する散乱線量を推定して除去している。人体においては、スライス方向の位置に応じて投影データの値が比較的緩やかに変化することが多いため、補正対象となる投影データの大きさと、その投影データに含まれるスライス方向からの散乱線量に相関関係がある。このため補正対象となる投影データの値から散乱線量の推定を行う。

ステップＳ２では、入力された補正対象の投影データから、図４に示されるような散乱線推定曲線に基づいて散乱線の推定を行う。尚、特性曲線は、その特性を表す所定の関数及びそのパラメータや、対応テーブル表のパラメータとして装置上に保存して使用する。

図４のグラフでは、Ｘ線投影パス上の物質のＸ線減衰量が所定の閾値より低い部分では散乱線量はほぼ０であり、Ｘ線減衰量が所定の閾値より大きい部分ではＸ線減衰量の増加に伴ってほぼ直線的に散乱線の量が増加する。

この時の散乱線の増加率は、スライス方向のＸ線曝射範囲の大きさに応じて変化する。スライス方向のＸ線の曝射範囲が広い場合に散乱線の増加率が大きくなり、曝射範囲が狭い場合に増加率が小さくなる。このため、散乱線の推定に使用するパラメータは、別途設定されたＸ線のスライス方向の曝射範囲の大きさ、言い換えると絞り手段の開口幅に応じて変更して適切に散乱線量を求めるように構成されている。

尚、Ｘ線投影パスにおけるＸ線減衰量が大きい部分では透過するＸ線が小さくなるため投影データの値は小さくなり、Ｘ線減衰量が小さい部分では透過するＸ線が大きくなるため投影データの値は大きくなる。このため、散乱線補正部の出力は、投影データの値が大きい場合には散乱線の減算が行われずにそのままの値が出力され、投影データの値が小さい場合は推定した散乱線の値が減算された値が出力されることになる。

図５は、実験により求めた散乱線のデータを表しており、本発明ではこのデータを元に散乱線の推定を行う。このグラフの縦軸は散乱線の値を表しており、横軸はＸ線透過パス上の物質のＸ線減衰量を表している。

人体に近いＸ線減衰特性の有するファントムの回りをＸ線管及び検出器を回転させて、スライス方向の曝射幅が広い場合と狭い場合の投影データを収集する。狭い時の曝射幅は、スライス方向からの散乱線が無くなるように、投影データを収集可能な範囲で最も小さい幅、例えば検出器１素子分の幅にする。この時、広いスライス幅で収集した投影データにはスライス方向からの散乱線が多く含まれ、狭いスライス幅で収集した投影データはスライス方向の散乱線が無い値となる。このため、この両者の差分がスライス方向における散乱線量とみなすことができる。

この差分の値が図５の縦軸の値となり、広いスライス幅で収集した投影データの値が横軸の値となる。尚、ファントムは、Ｘ線投影パスの回転角方向の変化に応じてＸ線減衰量が変るため、各回転角方向の投影データから各Ｘ線減衰量に対応する散乱線量を求めることができる。図５のグラフにおいて、この求めたＸ線減衰量と散乱線量に対応する位置に＊印がそれぞれ付けられている。この＊印の分布に対して、最小２乗法等のフィッティング処理を行って求めた近似曲線がグラフ上の点線である。この近似した特性曲線では、水等価厚で３２０ｍｍ相当のＸ線減衰量より小さいＸ線減衰量の部分では、散乱線の量はほぼ０である。また、水等価厚で３２０ｍｍ相当のＸ線減衰量より大きいＸ線減衰量の部分では、そのＸ線減衰量の増加に伴って、散乱線量が直線的に徐々に増加している。本実施の形態では、このようにして求めた特性曲線に基づいて、散乱線量を推定して除去する。

このような実施例によれば、２次元検出器を用いたＸ線ＣＴ装置において、列方向の散乱線を良好に除去して、アーチファクトの少ない画像を得ることができる。これにより、最もＸ線減衰量が大きくなるＣＴ画像の中央付近でのＣＴ値の落ち込みを改善することができる。又、骨のような高いＸ線減衰量の物質で囲まれた部分のＣＴ値の落ち込みを改善することができる。

又、スライス方向のＸ線曝射範囲の幅に応じて、散乱線補正に用いるパラメータを変更するため、Ｘ線曝射範囲の変更に対応して良好に散乱線を除去することができる。

又、対象となる投影データの値に基づいて散乱線補正を行う構成であるため、特開平８−２５２２４８号のようにＸ線投影範囲以外のデータから散乱線プロファイルを求めて散乱線補正を行う方法に比べて、Ｘ線投影範囲以外のデータの検出が必要なく、演算処理も簡単である。このため簡単な装置構成で散乱線の除去を行うことができる。

尚、本発明は上記実施例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構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、上記実施例では、対象となる投影データの値のみに基づいて散乱線補正を行ったが、隣接するＸ線投影パスの投影データまたはそれらの重み付け加算データに基づいてステップＳ１の判定処理及びステップＳ２の散乱線推定処理を行うようにしても良い。この場合、対象となる投影データから、隣接の投影データの値から求めた散乱線量を減算することにより散乱線の補正を行うことができる。

又、上述の実施例では、ステップＳ１の判定及びステップＳ２の散乱線減算処理を用いて散乱線補正を行ったが、入力投影データ値と出力投影データ値を対応付けた対応テーブルデータを用いて上述のステップＳ１、Ｓ２と同様の結果が得られるようにしても良い。

本発明にかかるＸ線ＣＴ装置の構成図。スライス方向の散乱線の説明図。本発明の実施例にかかる散乱線補正部の処理を表した図。散乱線推定に用いる特性曲線を表した図。散乱線の量の測定データを表した図。

符号の説明

１…Ｘ線ＣＴ装置、２…架台装置、３…寝台装置、１５…前処理部、１６…散乱線補正部、１７…再構成処理部、１８…画像記憶部、１９…画像処理部、２０…表示装置

Claims

被検体に向けてコーンビーム状のＸ線を曝射するＸ線発生手段と、
複数列のＸ線検出素子群を備え、前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器が出力した投影データに含まれる列方向の散乱線を除去する散乱線補正を行うものであり、該投影データ又はその隣接投影データの値の大きさから散乱線の値を推定し、該投影データの値を閾値と比較し、所定の閾値を越えない場合は推定した前記散乱線の値を減算し、所定の閾値を越える場合は推定した前記散乱線の値の減算を行わないように構成された散乱線補正手段と、
前記散乱線補正後の投影データに基づいて、被検体内部の画像を再構成する再構成手段とを備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。