JP4785265B2

JP4785265B2 - Ｘ線ｃｔシステムおよびその操作コンソールおよびその制御方法

Info

Publication number: JP4785265B2
Application number: JP2001114372A
Authority: JP
Inventors: 昌也熊崎; 俊一郎谷川
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: JP2002306469A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線照射によって被検体のＸ線断層像を再構成するＸ線ＣＴシステムおよびその操作コンソールおよびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴ（Computerized Tomograpy ）システムでは一般に、Ｘ線発生源であるＸ線管からのＸ線を、所定の照射角度（例えば、60度）にコリメートしたうえで被検体に照射し、その透過Ｘ線を、Ｘ線の照射角度に依存した長さにわたる複数（例えば、1,000個）の検出チャネルを有するＸ線検出部で検出して得られる投影データの収集を、Ｘ線管とＸ線検出部を被検体の周囲を回転させながら複数（例えば、1,000）のビュー方向で行い、各ビューの投影データに基づいてＸ線断層像を再構成する。この一連の投影データの収集がスキャンとよばれるものである。
【０００３】
ところで、Ｘ線管は、Ｘ線を発生させるために陰極と陽極との間に高電圧をかけることから、時に微小放電が発生することが知られている。この放電現象はスピッツ（spits）ともよばれる。微小放電が生じたときに照射されるＸ線量は急激に減少してしまう。そのため、微小放電が生じたときのビューにおける投影データをそのまま画像再構成処理に使用すると、Ｘ線断層像にシャワーアーティファクト等の特有のアーティファクトが発生する可能性がある。これを回避するために、微小放電の影響を受けたビューの検出チャネル出力または投影データは、他の検出チャネル出力または投影データを用いて補間することになる。
【０００４】
Ｘ線ＣＴシステムは一般に、Ｘ線検出部の検出チャネルのうち端部に位置する検出チャネル（被検体を透過することなくＸ線ビームが直接入射するようになっている）を、各種補正処理等のためのリファレンスチャネルとして使用する。微小放電により適正に投影データを収集できなかったビューの検出（「spits検出」ともいう。）も、このリファレンスチャネルを利用して行うことができる。その検出は例えば、次の次式によるしきい値判定により行われる。
【０００５】
d(n, ref)/d(n-1, ref) ＞ T (= 1-ε) (1)
【０００６】
ただし、d(n, ref)は、第nビューのリファレンスチャネルrefの出力、d(n-1, ref)は、第n-1ビュー（１つ手前のビュー）のリファレンスチャネルrefの出力である。また、しきい値Tは、隣接するビュー間のリファレンスチャネル出力の許容変動率をε（例えば、0.2）としたときに、式中に示されたように、1-εとして表される。
【０００７】
(1)式を満たさない場合には、第nビューは微小放電により適正に投影データを収集できなかったと判定される。すなわち、現在のビューのリファレンスチャネル出力が、１つ過去のビューのリファレンスチャネル出力に対する所定の割合（1-εを乗じた値）よりも下回ると、微小放電が発生したと判断される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、与えられるＸ線は、spitsの発生にかかわらず量子ノイズを有する。すなわち、リファレンスチャネルrefの出力dに対し、dの1/2乗に比例するノイズが発生する。そして、Ｘ線量が一定の場合、スライス厚を厚くするとこのノイズは小さくなり、スライス厚が薄くなるとノイズが大きくなることが知られている。
【０００９】
したがって、スライス厚を薄くすると、ノイズの増大に伴って隣接するビュー間のリファレンスチャネル出力の変動も増大することになる。したがって、スライス厚によっては、あらかじめ設定された許容変動率εとノイズとが近似した値となり、これによってspitsの誤検出が生じるという問題がある。spitsの誤検出によって行われる他の検出チャネル出力または投影データの補間は当然、再構成される画像に悪影響を及ぼすことになる。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、微小放電により適正に投影データを収集できなかったビューを検出する精度を改善し、もって再構成画像の画質を向上させることが可能なＸ線ＣＴシステムおよびその操作コンソールおよびその制御方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、例えば本発明のＸ線ＣＴシステムは、以下の構成を備える。すなわち、
Ｘ線発生源より発生するＸ線を被検体に向けて照射し、その透過Ｘ線を複数の検出チャネルを有するＸ線検出部で検出して得られる投影データを、複数のビューから収集するスキャンを行い、各ビューの投影データに基づいて該被検体のＸ線断層像を再構成するＸ線ＣＴシステムであって、
スライス厚を含む前記スキャンの条件を設定するスキャン条件設定手段と、
第nビューにおける特定の検出チャネルrefの出力に基づくデータd(n, ref)と、第n-1ビューにおける当該特定の検出チャネルrefの出力に基づくデータd(n-1, ref)との比d(n, ref)/d(n-1, ref)に対して、所定のしきい値によるしきい値判定を行うことで、当該第nビューにおいて収集された投影データが適正か否かを判断する手段と、
を備え、
前記しきい値は、前記スキャン条件設定手段で設定された前記スライス厚に応じて定められることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、実施形態に係るＸ線ＣＴシステムのブロック構成図である。図示のように本システムは、被検体へのＸ線照射と被検体を透過したＸ線を検出するためのＸ線検出機構を一体的に取り付けるガントリ装置１００と、ガントリ装置１００に対して各種動作設定を行うとともに、ガントリ装置１００から出力されたデータに基づいてＸ線断層像を再構成し、表示する操作コンソール２００により構成されている。
【００１４】
ガントリ装置１００は、その全体の制御をつかさどるメインコントローラ１をはじめ、以下の構成を備える。
【００１５】
２は操作コンソール２００との通信を行うためのインタフェース、３はテーブル１２上に横たえた被検体を搬送（図面に垂直な方向で以下、ｚ軸ともいう）するための空洞部を有するガントリであり、内部には、Ｘ線発生源であるＸ線管４（Ｘ線管コントローラ５により駆動制御される）、Ｘ線の照射範囲を画定するためのスリットを有するコリメータ６、コリメータ６のＸ線照射範囲を画定するスリット幅の調整用モータであるモータ７ａが設けられている。このモータ７ａの駆動はコリメータコントローラ７により制御される。
【００１６】
また、ガントリ３には、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出部８、およびＸ線検出部８より得られたデータを収集するデータ収集部９も備える。Ｘ線管４およびコリメータ６と、Ｘ線検出部８は互いに空洞部分を挟んで、すなわち、被検体を挟んで対向する位置に設けられ、その関係が維持された状態でガントリ３のまわりを回動するようになっている。この回動は、モータコントローラ１１からの駆動信号により駆動される回転モータ１０によって行われる。また、被検体を乗せるテーブル１２は、ｚ軸方向への搬送がなされるが、その駆動はテーブルモータ１３によって行われる。
【００１７】
メインコントローラ１は、インタフェース２を介して受信した各種コマンドの解析を行い、それに基づいて上記のＸ線管コントローラ５、コリメータコントローラ７、モータコントローラ１１、テーブルモータコントローラ１４、そして、データ収集部９に対し、各種制御信号を出力することになる。また、メインコントローラ１は、データ収集部９で収集されたデータを、インタフェース２を介して操作コンソール２００に送出する処理も行う。
【００１８】
操作コンソール２００は、いわゆるワークステーションであり、図示の如く、装置全体の制御をつかさどるＣＰＵ５１、ブートプログラムやＢＩＯＳを記憶しているＲＯＭ５２、主記憶装置として機能するＲＡＭ５３をはじめ、以下の構成を備える。
【００１９】
ＨＤＤ５４は、ハードディスク装置であって、ここにＯＳ、ガントリ装置１００に各種指示を与えたり、ガントリ装置１００より受信した投影データに基づいてＸ線断層像を再構成するための診断プログラム等が格納されている。また、ＶＲＡＭ５５は表示しようとするイメージデータを展開するメモリであり、ここにイメージデータ等を展開することでＣＲＴ５６に表示させることができる。５７および５８は、各種設定を行うためのキーボードおよびマウスである。また、５９はガントリ装置１００と通信を行うためのインタフェースである。
【００２０】
また、上記したＸ線検出部８は、図２に示すように、ファン角とよばれる、コリメータ６によって規定される所定のＸ線照射角（例えば、60度）に依存した長さにわたるQ個（例えば、Q=1,000）の検出チャネルを有し、一列の検出器アレイを形成している。実施形態では一列の検出器アレイを有するものとするが、検出器アレイをｚ軸方向に複数列配し、マトリクス状の検出チャネル群を形成する、いわゆるマルチスライス型のＸ線検出部であってもよい。
【００２１】
このＸ線検出部８において、端部の検出チャネルrefは、常にＸ線ビームが被検体を透過することなく直接入射するリファレンスチャネルとして、Ｘ線量補正のためのＸ線量変動の監視を始め、後述する本発明に係る微小放電の発生判断等に使用される。ここではＸ線検出部８の一端の検出チャネルのみをリファレンスチャネルとしているが、両端の検出チャネルをリファレンスチャネルとして使用することもできる。なお、リファレンスチャネル以外の検出チャネルは、リファレンスチャネルとの対比において、メイン検出チャネルとよばれることもある。
【００２２】
本実施形態におけるＸ線ＣＴシステムの構成は概ね上記の通りである。かかる構成のＸ線ＣＴシステムにおいて、投影データの収集は次のように行われる。まず、ｚ軸方向の位置を固定して、Ｘ線管４からのＸ線ビームを被検体に照射し（Ｘ線の投影）、その透過Ｘ線をＸ線検出部８で検出する。そして、この透過Ｘ線の検出を、Ｘ線管４とＸ線検出部８を被検体の周囲を回転させながら（すなわち、投影角度を変化させながら）複数N（例えば、N=1,000）のビュー方向で、360度分行う。検出された各透過Ｘ線は、データ収集部９でディジタル値に変換されて投影データとしてメインコントローラ１を介して操作コンソール２００に転送される。これを１つの単位として１スキャンとよぶ。そして、順次ｚ軸方向にスキャン位置を所定量移動して、次のスキャンを行っていく。このようなスキャン方式はアキシャルスキャン方式とよばれるが、投影角度の変化に同期してスキャン位置を移動させながら（Ｘ線管４とＸ線検出部８とが被検体の周囲をらせん状に周回することになる）投影データを収集する、ヘリカルスキャン方式であってもよい。操作コンソール２００は、転送された投影データに基づいて、Ｘ線断層画像を再構成し、ＣＲＴ５６に表示出力する。
【００２３】
なお、収集された１スキャン分の投影データを模式的に表示すると、図３に示すようになる。同図において、横方向は、第０チャネルから第Q-1チャネルまでのQ個の検出チャネルを示している。縦方向は、０度から360度までに対応する第０ビューから第N-1ビューまでのN個のビューを示している。
【００２４】
本発明は、Ｘ線断層像の再構成に先立ち、Ｘ線管４で発生した微小放電によって適正に投影データを収集することができなかったビューを精度よく検出し、当該ビューにおけるデータを補間する処理を含む。
【００２５】
図４は、実施形態に係る操作コンソール２００におけるスキャン計画処理から再構成されたＣＴ画像を表示するまでの処理を示すフローチャートである。
【００２６】
まず、スキャン計画を立てる（ステップＳ１）。このスキャン計画において、例えば、スキャン開始位置および終了位置、スライス厚をはじめ、Ｘ線管４に供給する管電流、管電圧、スキャン時間等のスキャン条件が設定される。スライス厚については、例えば、1mm、2mm、3mm、5mm、7mm、および10mmのいずれかに設定が可能となっている。設定されたスキャン条件はＲＡＭ５３に記憶される。
【００２７】
次に、Ｘ線管４で発生した微小放電によって適正に投影データを収集することができなかったビューを検出するための、隣接するビュー間のリファレンスチャネル出力の許容変動率εを、設定されたスライス厚に応じて設定する（ステップＳ２）。スライス厚とそれに応じて決定されるεとの関係は、実験によりあらかじめ定められる。
【００２８】
図５は、実験によって定められたスライス厚とそれに応じて決定されるεとの関係を示すグラフの一例である。先に説明したとおり、スライス厚を薄くするとノイズが増えるため、許容変動率を厳しく設定してしまうと、spitsの誤検出が増えるという問題がある。この問題を解消するために、グラフに示されるように、許容変動率εの値は、スライス厚が薄くなるにつれて大きくなるように設定される。
【００２９】
図５のグラフに示したスライス厚wとεとの関係は、図６に示すような構造を有するw-εテーブルとしてＨＤＤ５４に記憶されている（図１を参照）。そして、このステップＳ２では、w-εテーブルを参照して、ステップＳ１でＲＡＭ５３に記憶されたスキャン条件としてのスライス厚に対応する許容変動率εを設定する。つまり、本実施形態により設定される許容変動率εはスライス厚wの関数として表される。以下、このことを明確にするために、本ステップで設定された許容変動率をε(w)と表記する。
【００３０】
その後、ステップＳ３では、スキャン開始指示がなされたか否かをキーボード５７もしくはマウス５８の入力に基づき判断する。スキャン開始指示がなされると、ステップＳ１で設定したスキャン条件をパラメータとするスキャン開始指令をガントリ装置１００に送信し、ガントリ装置１００にスキャンを行わせる。
【００３１】
そして、そのスキャンによってガントリ装置１００からのデータを受信し（ステップＳ４）、ステップＳ５で受信データが終了したかどうかも監視している。
【００３２】
ステップＳ６では、受信した各ビューのデータを対数変換する等の所定の前処理を施す。
【００３３】
次のステップＳ７では、1-ε(w)をしきい値とする次式のしきい値判定を行う。
【００３４】
d(n, ref)/d(n-1, ref) ＞ 1-ε(w) (2)
【００３５】
ただし、d(n, ref)は、第nビューのリファレンスチャネルrefの出力、d(n-1, ref)は、第n-1ビュー（１つ手前のビュー）のリファレンスチャネルrefの出力である。(2)式を満たさない場合には、第nビューは微小放電により適正に投影データを収集できなかったと判定される。
【００３６】
(2)式を満たさず、第nビューは微小放電により適正に投影データを収集できなかったと判定された場合には、ステップＳ８に進み、当該第nビューのデータが補間される。補間は、さまざまな手法で行うことが可能である。ここでは例えば、微小放電が発生したと判断された第nビューにおける各検出チャネル出力を、第n-1ビューにおける各検出チャネル出力との平均値でもって線形補間することとする。この補間操作は次式のように表すことができる。
【００３７】

【００３８】
ただし、(3)式および図４にステップＳ８のブロックに示された式において、記号「＝」は右辺の値を左辺に代入することを意味するものとする。また、「for(k=0,Q-1)」とは、０からQ-1まで１刻みの各値をkに代入して、各々の場合について代入式を実行することを示している。
【００３９】
また、図７は、(3)式による補間操作を図解したものである。第nビューにおいて微小放電が発生したと判断されたとすると、当該第nビューにおける第kチャネルの出力d(n, k)と、第n-1ビューにおける同じ第kチャネルの出力d(n-1, k)とが加算され、1/2の重みが乗じられた後に、d(n, k)がその値で更新されることになる。
【００４０】
ステップＳ７の(2)式を満たし、第nビューは適正に投影データを収集できたと判定した場合には、そのままステップＳ９に進む。ステップＳ９では、Ｘ線量補正、検出チャネル間の感度補正等の所定の補正処理を行う。
【００４１】
その後、Ｘ線断層像を再構成し（ステップＳ１０）、ＣＲＴ５６に再構成されたＸ線断層像を表示する（ステップＳ１１）。そして、ステップＳ５でガントリ装置１００からのデータ受信が終了したと判断した時点で処理を終了する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態では、隣接するビュー間のリファレンスチャネル出力の許容変動率εを、設定されたスライス厚に応じて設定するようにした。これによって、Ｘ線管で発生した微小放電によって適正に投影データを収集することができなかったビューを検出するための判定しきい値が設定されたスライス厚に応じて設定する。
【００４３】
spits検出のための判定しきい値の基になる隣接するビュー間のリファレンスチャネル出力の許容変動率εを、設定されたスライス厚に応じて設定するようにした。このことは、判定しきい値がスライス厚に応じて設定されることに他ならない。つまり、spits検出のための判定しきい値は、スライス厚によって異なるノイズを考慮して設定されることになり、これによって精度のよいspits検出が可能になる。
【００４４】
なお、図４のステップＳ７における微小放電が発生したか否かの判断は、ステップＳ９のＸ線量の補正に先立って行うことが好ましいが、ステップＳ８の補間処理は、ステップＳ９のＸ線量補正後で、ステップＳ１０の画像再構成処理の前に行うようにしてもかまわない。
【００４５】
また、上述した実施形態では、判定しきい値をスライス厚に応じて設定するようにしたが、この他、設定されたその他のスキャン条件（管電圧、管電流、スキャン時間等）に応じて設定するように設計することも可能である。
【００４６】
また、実施形態におけるＸ線システムの制御のほとんどは操作コンソール２００において行った。操作コンソール２００の構成自体は、汎用の情報処理装置（ワークステーションやパーソナルコンピュータ等）で実現できるものであるので、ソフトウェアを同装置にインストールし、それでもって実現することも可能である。
【００４７】
つまり、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはCPUやMPU）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることはいうまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（OS）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００４８】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることはいうまでもない。
【００４９】
本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明した図４に示すフローチャートに係る処理を実現するプログラムコードが格納されることになる。
【００５０】
このようなプログラムコードを格納する記憶媒体としては、例えばフロッピーディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。更には、ネットワーク（例えばインターネット）という媒体を介してダウンロードしても良いであろう。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、微小放電により適正に投影データを収集できなかったビューを検出する精度を改善し、もって再構成画像の画質を向上させることが可能なＸ線ＣＴシステムおよびその操作コンソールおよびその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るＸ線ＣＴシステムのブロック構成図である。
【図２】実施形態におけるリファレンスチャネルを説明するための図である。
【図３】実施形態における収集された１スキャンデータの模式図である。
【図４】実施形態における操作コンソールの処理を示すフローチャートである。
【図５】実施形態におけるスライス厚と許容変動率εとの関係を表すグラフを示す図である。
【図６】実施形態におけるw-εテーブルの一例を示す図である。
【図７】実施形態における補間操作を説明するための図である。

Claims

Ｘ線発生源より発生するＸ線を被検体に向けて照射し、その透過Ｘ線を複数の検出チャネルを有するＸ線検出部で検出して得られる投影データを、複数のビューから収集するスキャンを行い、各ビューの投影データに基づいて該被検体のＸ線断層像を再構成するＸ線ＣＴシステムにおける操作コンソールであって、
スライス厚を含む前記スキャンの条件を設定するスキャン条件設定手段と、
第nビューにおける特定の検出チャネルrefの出力に基づくデータd(n, ref)と、第n-1ビューにおける当該特定の検出チャネルrefの出力に基づくデータd(n-1,ref)との比d(n,ref)/d(n-1, ref)に対して、所定のしきい値によるしきい値判定を行うことで、当該第nビューにおいて収集された投影データが適正か否かを判断する手段と、を備え、
前記しきい値は、前記スキャン条件設定手段で設定された前記スライス厚に応じて定められるＸ線ＣＴシステムの操作コンソール。
前記特定の検出チャネルrefの出力に基づくデータは、該出力の大きさに応じた値をデータ値として有しており、
前記しきい値は、前記スライス厚が厚くなると、大きくなり、
前記判断する手段は、前記比d(n, ref)/d(n-1, ref)が前記しきい値を下回るときに、前記第nビューにおいて収集された投影データは不適正であると判断する請求項１に記載のＸ線ＣＴシステムの操作コンソール。
前記第nビューにおいて収集された投影データが不適正であると判断されたときに、該第nビューの投影データを他の投影データを用いて補間する手段をさらに備えている請求項１または請求項２に記載のＸ線ＣＴシステムの操作コンソール。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の操作コンソールを備えているＸ線ＣＴシステム。
コンピュータを、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴシステムの操作コンソールとして機能させるためのプログラム。