JP4713920B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線を利用して被検体の断層像を撮影するＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置での造影剤撮影では、被検体に投与した造影剤が撮影部位に流入するタイミングで、診断用画像を撮影するためのスキャン（メインスキャン）を行うことが重要である。このため、メインスキャンの前に、予備のスキャン（プレップスキャン）を行い、このプレップスキャンにより測定されるＣＴ値の変化に基づいて造影剤の流入を検出し、これに応じてメインスキャンを自動的に開始する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

一般には、プレップスキャンはメインスキャンの対象となる部位とは異なる部位を対象として行われる。例えば、メインスキャンにより肝臓を撮影する場合、プレップスキャンは腹部大動脈を対象として行われる。このため、プレップスキャンにより測定されるＣＴ値が閾値を超えたのち、さらに一定時間が経過したタイミングよりメインスキャンを開始する。これは、撮影部位に造影剤が十分に流入するのを待つためである。
特開２００３−２４５２７５

しかしながら、プレップスキャンの対象となる部位からメインスキャンの対象となる部位まで造影剤が到達するのに要する時間には個人差がある。このため、メインスキャンを開始するまでの待ち時間を上述のように一定にしていると、最適なタイミングでメインスキャンが開始されない場合があった。

ところで、ヘリカルスキャンなどでは、回転軸の軸周りに沿った回転スキャンの他に、上記の回転軸に沿った軸方向スキャンを行うことにより、上記の回転軸に沿った方向について広い領域の撮影を行う。

このような撮影を行う場合には、例え適正なタイミングでメインスキャンを開始しても、メインスキャンにおける軸方向スキャンの速度が適正でないと、撮影部位が造影剤のボーラスのピークからずれてしまい、適切な撮影を行うことができなくなってしまう恐れがあった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、撮影範囲の全域に渡って造影剤のボーラスのピーク近辺を効率的に撮影することができるＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。

以上の目的を達成するために本発明は、回転軸の軸周りに沿った回転スキャンと前記回転軸に沿った軸方向スキャンとを行うＸ線コンピュータ断層撮影装置において、プレップスキャンにより得られた画像に基づいて血流の速さを判定する判定手段と、前記血流の速さに基づいて、メインスキャンの際における前記軸方向スキャンの速度を決定する手段と、前記メインスキャンの際における前記軸方向スキャンの速度を前記決定された速度に制御する手段とを備えた。

本発明によれば、撮影範囲の全域に渡って造影剤のボーラスのピーク近辺を効率的に撮影することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明のＸ線コンピュータ断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ装置）について説明する。
図１は本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の主要部の構成を示す図である。本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、スキャンガントリ１とコンピュータ装置２とから構成される。スキャンガントリ１は、被検体に関する投影データを収集するための構成要素である。スキャンガントリ１で収集された投影データは、コンピュータ装置２での画像再構成およびリアルプレップ等の処理に供される。

スキャンガントリ１は、寝台１０、Ｘ線管装置１１、Ｘ線検出器１２、架台回転駆動部１３、高電圧発生部１４、寝台駆動部１５およびデータ収集部１６を含む。

スキャンガントリ１には、Ｘ線管装置１１およびＸ線検出器１２は、図示しない円環状の回転架台に対向関係で搭載されている。回転架台は、架台回転駆動部１３により駆動されて回転する。このとき、Ｘ線管装置１１とＸ線検出器１２とが、同一の回転軸ＲＡの軸周りを回転する。スキャンガントリ１は、Ｘ線管装置１１およびＸ線検出器１２の回転軌道の内側に、空洞（撮影口）を形成している。

Ｘ線管装置１１は、Ｘ線管１１１およびＸ線フィルタ１１２を含む。Ｘ線管１１１は、高電圧発生部１４から電力供給を受けて、Ｘ線検出器１２に向けてＸ線を放射する。Ｘ線フィルタ１１２は、被曝低減のために低エネルギー成分を除去する。高電圧発生部１４は、高電圧変圧器、フィラメント電流発生器および整流器を備える。この他に高電圧発生部１４は、管電圧およびフィラメント電流を任意にまたは段階的に調整するために、管電圧切換器およびフィラメント電流切換器等を備えている。

Ｘ線検出器１２は、複数のＸ線検出素子列を回転軸ＲＡに沿う方向に配列して構成される。Ｘ線検出器１２は、入射するＸ線を検出して、その強度に応じた電気信号を出力する。

被検体は、寝台１０の天板１０１に載置される。寝台１０は、寝台駆動部１５により駆動されて、天板１０１をその長手方向（図１中の左右方向）に移動する。通常、この長手方向が回転軸ＲＡと平行になるように寝台１０が設置される。また通常、被検体は、その体軸が回転軸ＲＡに沿うように天板１０１に載置される。かくして被検体は、天板１０１の移動に伴ってスキャンガントリ１の空洞内に挿入される。

データ収集部１６は、Ｘ線検出器１２の出力を収集し、コンピュータ装置２に供給する。なお、Ｘ線検出器１２とデータ収集部１６との間には、スリップリングや光通信などを用いたインタフェースが介挿される。これによりデータ収集部１６は、回転架台を連続回転させながら、Ｘ線検出器１２の出力を収集できる。

コンピュータ装置２は、ガントリ制御部２１、前処理部２２、画像再構成部２３、表示部２４および操作卓２５を備える。これらのガントリ制御部２１、前処理部２２、画像再構成部２３、表示部２４および操作卓２５は、データ／制御バス２６を介して互いに接続されている。

スキャンガントリ１からコンピュータ装置２に供給されたデータは、前処理部２２を介して投影データとして画像再構成部２３に供給される。画像再構成部２３は、上記の投影データに基づいて断層画像データを再構成する。断層画像データは、表示部２４に表示されるとともに、ガントリ制御部２１にも供給され、メインスキャン開始のタイミングを決定するための処理のために使われる。

操作卓２５は、操作者が例えばメインスキャンの条件やプレップ処理の条件を始め様々な情報や各種指示を入力するために設けられている。操作卓２５は、操作画面を備える。

ガントリ制御部２１は、プレップスキャンやメインスキャンを行うようにスキャンガントリ１の動作を制御する。ガントリ制御部２１はさらに、以下のような機能を備える。その１つ目の機能は、プレップスキャンにより得られた画像に基づいて血流の速さを判定する。２つ目の機能は、判定した血流の速さに基づいて、プレップスキャンを終了してからメインスキャンを開始するまでの待ち時間を決定する。３つ目の機能は、上記の待ち時間により決まるメインスキャンの開始タイミングに同期して、メインスキャンに関するガイダンスを出力する。４つ目の機能は、判定した血流の速さに基づいて、メインスキャンの際における回転軸ＲＡに沿う方向のスキャンの速度、すなわち天板１０１の移動速度を決定する。５つ目の機能は、メインスキャンの際における天板１０１の移動速度を上記の決定した速度とする。６つ目の機能は、メインスキャンの際における天板１０１の移動速度に応じて、回転軸ＲＡに沿う方向についての単位時間当たりの情報収集密度を変化させる。

次に、以上のように構成されたＸ線ＣＴ装置の動作について説明する。
図２は図１中のガントリ制御部２１の処理手順を示すフローチャートである。この図２に示す処理を開始するのに先立ってガントリ制御部２１は、撮影スライスの位置決め、プレップスキャンの条件（管電圧、管電流、スキャン時間、束ねチャンネル数、ヘリカルピッチ等）、メインスキャンの条件（管電圧、管電流、スキャン時間、束ねチャンネル数、撮影範囲等）などの設定をユーザ操作などに基づいて行う。なおガントリ制御部２１は、撮影範囲の決定のためのスキャノ撮影を行う。

ステップＳａ１においてガントリ制御部２１は、１スライス分のプレップスキャンを行なうようにスキャンガントリ１を動作させる。なおこのときには、造影剤注入はまだ開始されず、非造影相での撮影である。プレップスキャンによりデータ収集部１６で収集されたデータは、前処理部２２により前処理がなされた上で、画像再構成部２３により再構成処理される。前処理および再構成処理は、周知の処理を利用できる。ガントリ制御部２１は、画像再構成部２３で得られた再構成画像（以下、プレップスキャン画像と称する）を表示部２４に表示させる。そしてステップＳａ２においてガントリ制御部２１は、プレップ処理の条件（ＲＯＩ、閾値ＴＨ１、待ち時間等）の設定をユーザ操作などに基づいて行う。

この後、インジェクタ同期をかけ、被検体への造影剤の注入が開始される。
ステップＳａ３においてガントリ制御部２１は、１スライス分のプレップスキャンを行なうようにスキャンガントリ１を動作させる。ステップＳａ４においてガントリ制御部２１は、上述のプレップスキャンに際して得られたプレップスキャン画像におけるＲＯＩの状態に基づいてＣＴ値を計測する。そしてステップＳａ５においてガントリ制御部２１は、上記の計測したＣＴ値が閾値ＴＨ２以上であるか否かを確認する。閾値ＴＨ２は、ＲＯＩへと造影剤が到達したことに応じてＣＴ値が上昇し始めたことを検出するように、閾値ＴＨ１よりも小さな値に設定されたものである。閾値ＴＨ１は、固定的に定められても良いし、プレップスキャン開始時におけるＣＴ値や閾値ＴＨ１と一定の関係を持つ値に定められても良い。

ＣＴ値が閾値ＴＨ２未満であるならば、ガントリ制御部２１はステップＳａ５からステップＳａ３に戻り、ステップＳａ３乃至ステップＳａ５を繰り返す。そしてＣＴ値が閾値ＴＨ２以上まで上昇したならば、ガントリ制御部２１はステップＳａ５からステップＳａ６へ進む。

ステップＳａ６においてガントリ制御部２１は、傾き検出の処理を開始する。傾き検出は、後述するように順次計測されるＣＴ値の経時的変化の曲線の傾きを検出するものである。

ステップＳａ７乃至ステップＳａ９の処理ループにおいてガントリ制御部２１は、メインスキャンの開始タイミングの検出および上記の傾き検出のために、プレップスキャンおよびＣＴ値の計測を繰り返し行う。ＣＴ値が閾値ＴＨ１以上まで上昇したならば、ガントリ制御部２１はステップＳａ９からステップＳａ１０へと進んで、この処理ループを抜ける。

ステップＳａ１０においてガントリ制御部２１は、傾き検出処理を終了し、この処理により検出した傾きに基づいて血流速度を判定する。すなわち、血流速度が比較的遅い場合には、ＣＴ値の経時的変化の曲線は図３（ａ）に示すように緩やかに上昇する。これに対して血流速度が比較的速い場合には、ＣＴ値の経時的変化の曲線は図３（ｂ）に示すように急峻に上昇する。このような性質を利用して、ＣＴ値の経時的変化の曲線の傾きに基づいて血流速度を判定する。なおここでは血流速度を、Ｓ１〜Ｓ５の５段階のいずれかとして判定するとともに、Ｓ１１〜Ｓ１５の５段階のいずれかとして判定することとする。血流速度Ｓ１〜Ｓ５のなかでは、血流速度Ｓ１が最も早く、血流速度Ｓ５が最も遅い。また、血流速度Ｓ１１〜Ｓ１５のなかでは、血流速度Ｓ１１が最も早く、血流速度Ｓ１５が最も遅い。なお、Ｓ１〜Ｓ５とＳ１１〜Ｓ１５とは、各区分の範囲が異なっている。ステップＳａ１１においてガントリ制御部２１は、上記の判定した血流速度Ｓ１〜Ｓ５に基づいて、メインスキャンの条件を設定する。メインスキャンは、Ｘ線管装置１１およびＸ線検出器１２が回転することによる回転スキャンと、天板１０１が回転軸ＲＡの軸方向に移動することにより軸方向スキャンとの組み合わせによるヘリカルスキャンにより行われるとするならば、このメインスキャンの条件の設定は例えば図４に示すようなテーブルを参照して行うことができる。ただしメインスキャンの条件は少なくとも、軸方向スキャンの速度、すなわち天板１０１の移動量が、血流速度が高い程に大きくなるように定めておく。さらに天板１０１の移動量は、各血流速度での造影剤の移動速度に可能な限り一致するように定めることが望ましい。さらに本実施形態では図４に示すように、天板１０１の移動量が大きくなるほど、収集列数を増加するようにしている。これにより、回転軸ＲＡに沿った方向についての分解能の均一化を図る。

ステップＳａ１２においてガントリ制御部２１は、上記の判定した血流速度Ｓ１１〜Ｓ１５に基づいて、待ち時間を設定する。待ち時間の設定は、例えば図５に示すようなテーブルを参照して行うことができる。このテーブルは、例えば実験やシミュレーションの結果に基づいて作成することができる。なお、メインスキャンの対象となる部位とプレップスキャンの対象となる部位との関係により、ある血流速度に対する適切な待ち時間は変化する。そこで、メインスキャンの対象となる部位とプレップスキャンの対象となる部位との複数の組み合わせについてそれぞれテーブルを容易しておき、これら複数のテーブルを適宜に選択できるようにしておくと便利である。

ステップＳａ１３においてガントリ制御部２１は、スキャン位置をプレップスキャンの対象部位からメインスキャンの対象部位に変更する。この上でステップＳａ１４においてガントリ制御部２１は、ステップＳａ９にてＣＴ値が閾値ＴＨ１以上になったことを確認した時点からステップＳａ１２で設定した待ち時間が経過するのを待ち受ける。そして待ち時間が経過したならば、ガントリ制御部２１はステップＳａ１４からステップＳａ１５へ進む。

ステップＳａ１５においてガントリ制御部２１は、事前に設定した条件およびステップＳａ１１で設定した条件で、メインスキャンを行なうようにスキャンガントリ１を動作させる。なお、メインスキャンの際の動作は、従来よりある同種の装置と同様で良い。そして指定された撮影範囲の撮影が完了したならば、ガントリ制御部２１はこの図２に示す処理を終了する。

ところでガントリ制御部２１は、上記のようにステップＳａ９にてＣＴ値が閾値ＴＨ１以上になったことを確認したタイミングと、ステップＳａ１２で設定した待ち時間とにより定まるメインスキャンの開始タイミングに同期したタイミングで、メインスキャンに関する音声案内などのガイダンスの出力を行う。すなわち、メインスキャンの開始タイミングから一定時間前のタイミングや一定時間後のタイミングにガイダンスを出力する。

このように本実施形態によれば、プレップスキャンの期間に血流速度が判定されて、この血流速度が高いほどにメインスキャンにおいては天板１０１を速く移動させる。造影剤は血液とともに移動することから、血流速度が速いほどに造影剤の移動速度も速い。このため、上記のように血流速度に基づいて天板１０１の移動速度を調整していることによって、造影剤の移動速度と軸方向スキャンの速度とを近づけることができる。従って、撮影範囲の全域に渡ってボーラスのピーク近辺を撮影することができ、効率的な撮影が行える。このことは、画質の向上を図ることができることはもちろんのこと、基準画質が得られれば良いのであれば、造影剤の注入量を減少したり、Ｘ線の曝射量を低減したりできることになり、被検体への負担を軽減できることになる。

また、最適な造影タイミングが血流速度に応じて変化するが、本実施形態によれば、血流速度に応じて待ち時間を変化させていることにより、図６に示すように、最適な造影タイミングでメインスキャンを実施することができる。なお図６は、プレップスキャンの対象部位である腹部大動脈およびメインスキャンの対象部位である肝臓のそれぞれにおけるＣＴ値の時間変化と、プレップスキャンおよびメインスキャンの実行タイミングとを示している。そして図６（ａ）のほうが図６（ｂ）よりも血流速度が速い状況を示している。

この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。
傾き検出処理は、閾値ＴＨ１よりも小さな閾値にＣＴ値が至った時点で、すなわちプレップスキャンを終了するよりも前に終了するようにしても良い。あるいは、傾き検出処理を実行する期間を時間により管理することも可能である。
収集列数は、血流速度に応じては変化させないようにしても良い。また、収集列数は変化させずにスライス厚を血流速度に応じて変化させたり、収集列数とスライス厚との双方を血流速度に応じて変化させたりすることもできる。あるいは、これらとは別のパラメータを血流速度に応じて変化させても良い。
メインスキャンは、自動的に開始せずに、プレップスキャン画像に基づいてユーザが行う開始指示に応じて開始することとしても良い。この場合、ステップＳａ１２で設定する待ち時間を表示すれば、メインスキャンの最適な開始タイミングをユーザに認識させることが可能となる。そしてユーザは、適切なタイミングでの開始支持を容易に行うことが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態そのまま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、上記実施形態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、実施形態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。

本発明の一実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の主要部の構成を示す図。 図１中のガントリ制御部２１の処理手順を示すフローチャート。 ＣＴ値の経時的変化の曲線の一例を示す図。 血流速度とメインスキャンの条件との関係を示すテーブルの一例を示す図。 血流速度と待ち時間との関係を示すテーブルの一例を示す図。 腹部大動脈および肝臓のそれぞれにおけるＣＴ値の時間変化と、プレップスキャンおよびメインスキャンの実行タイミングとを示す図。

符号の説明

１…スキャンガントリ、１０…寝台、１０１…天板、１１…Ｘ線管装置、１１１…線管、１１２…線フィルタ、１２…Ｘ線検出器、１３…架台回転駆動部、１４…高電圧発生部、１５…寝台駆動部、１６…データ収集部、２…コンピュータ装置、２１…ガントリ制御部、２２…前処理部、２３…画像再構成部、２４…表示部、２５…操作卓、２６…制御バス。

Claims (2)

1. 診断用の断層像を撮影するためのメインスキャンを回転軸の軸周りに沿った回転スキャンと前記回転軸に沿った軸方向スキャンとを行うＸ線コンピュータ断層撮影装置において、
   前記メインスキャンに先立つプレップスキャンにより得られた画像に基づいて血流の速さを判定する判定手段と、
   前記血流の速さに基づいて、メインスキャンの際における前記軸方向スキャンの速度を決定する手段と、
   前記メインスキャンの際における前記軸方向スキャンの速度を前記決定された速度に制御する手段とを具備したことを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. 前記軸方向スキャンの速度に応じて、収集列数およびスライス厚の少なくとも一方を変化させる手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。

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