JP5107569B2

JP5107569B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP5107569B2
Application number: JP2006335385A
Authority: JP
Inventors: 誠郷野; 誠記渡辺; 昌惠新屋
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2026-12-13
Also published as: JP2008142435A

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置に関し、特に、造影剤が注入された被検体をＸ線でスキャン(scan)して得られる投影データ(data)に基づいて画像再構成を行うＸ線ＣＴ装置に関する。

造影剤が注入された被検体を撮影するＸ線ＣＴ装置では、モニタリングスキャン(monitoring scan)を行って造影剤の到来を監視し、造影剤の到来に合わせて本スキャンを開始するようにしている。造影剤の到来は、モニタリング画像データの変化に基づいて判定される（例えば、特許文献１参照）。患部への造影剤の浸透を経時的に観察するときは、本スキャンは患部を反復してスキャンすることによって行われる（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−２４５２７５号公報特開平０６−０７８９１６号公報

断層像中の造影剤は、同じＣＴ値の体内組織と区別できないので、太い動脈や静脈部分で造影剤の濃度が高い状態以外では、影剤の染まり具合や濃度を把握するのは容易でない。

そこで本発明の課題は、通常の断層像では造影剤の状態の把握が困難な条件においても造影剤を容易に識別可能に描出するＸ線ＣＴ装置を実現することである。

課題を解決するための発明は、造影剤が注入された被検体をＸ線でスキャンして得られる投影データに基づいて画像再構成を行う撮影部とそれを制御する制御部を有するＸ線ＣＴ装置であって、前記制御部は、前記スキャンの遂行中にＸ線エネルギーをビュー単位で交互に２段階に切換えさせ、前記スキャンによって得られた投影データに基づいてＸ線エネルギーが異なる２種類の断層像を再構成させ、前記２種類の断層像と造影剤のエネルギー特性に基づいて造影剤の濃度分布像を作成させることを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。

前記２種類の断層像のうちの少なくとも一方と前記濃度分布像との合成画像を作成することが、体内の位置関係を明確にする点で好ましい。前記Ｘ線エネルギーの切換をＸ線管の管電圧切換によって行うことが、Ｘ線エネルギーの切換が容易な点で好ましい。

前記スキャンをヘリカルスキャンで行うことが、広範囲を撮影する点で好ましい。前記ヘリカルスキャンを、Ｘ線照射を止めることなくテーブルを往復させるシャトルモードで行うことが、広範囲についての経時的観察が容易な点で好ましい。

前記スキャンをアキシャルスキャンで行うことが、スキャン位置が一定な点で好ましい。前記アキシャルスキャンをシネモードで行うことが、一定なスキャン位置における経時的観察が容易な点で好ましい。

本発明によれば、Ｘ線ＣＴ装置は、造影剤が注入された被検体をＸ線でスキャンして得られる投影データに基づいて画像再構成を行う撮影部とそれを制御する制御部を有し、前記制御部は、前記スキャンの遂行中にＸ線エネルギーをビュー単位で交互に２段階に切換えさせ、前記スキャンによって得られた投影データに基づいてＸ線エネルギーが異なる２種類の断層像を再構成させ、前記２種類の断層像と造影剤のエネルギー特性に基づいて造影剤の濃度分布像を作成させるので、通常の断層像では造影剤の状態の把握が困難な条件においても造影剤を容易に識別可能に描出するＸ線ＣＴ装置を実現することができる。

以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１にＸ線ＣＴ装置の模式的構成を示す。本装置は本発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、Ｘ線ＣＴ装置に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

本装置は、ガントリ(gantry)１００、テーブル(table)２００およびオペレータコンソール(operator console)３００を有する。ガントリ１００は、テーブル２００によって搬入される被検体１０を、Ｘ線照射・検出装置１１０でスキャンして複数ビュー(view)の投影データを収集し、オペレータコンソール３００に入力する。

オペレータコンソール３００は、ガントリ１００から入力された投影データに基づいて画像再構成を行い、再構成画像をディスプレイ(display)３０２に表示する。画像再構成は、オペレータ３００内の専用のコンピュータ(computer)によって行われる。画像再構成用のコンピュータとガントリ１００およびテーブル２００は、本発明における撮影部の一例である。

オペレータコンソール３００は、また、ガントリ１００とテーブル２００の動作を制御する。制御はオペレータ３００内の専用のコンピュータによって行われる。このコンピュータは、本発明における制御部の一例である。制御部は画像再構成をも制御する。

オペレータコンソール３００による制御の下で、ガントリ１００は所定のスキャン条件でスキャンを行い、テーブル２００は所定の部位がスキャンされるように、被検体１０の位置決めを行う。位置決めは、内蔵する位置調節機構により、天板２０２の高さおよび天板上のクレードル(cradle)２０４の水平移動距離を調節することによって行われる。

クレードル２０４を連続的に移動させながら複数回のスキャンを連続的に行うことにより、ヘリカルスキャン(helical scan)を行うことができる。クレードル２０４を連続的に往復移動させながら複数回のスキャンを連続的に行うことにより、シャトルスキャン(shuttle scan)を行うことができる。

クレードル２０４を間欠的に移動させながら停止位置ごとにスキャンすることによりクラスタスキャン(cluster scan)を行うことができる。Ｘ線照射・検出装置１１０の回転を止めた状態でクレードル２０４を連続的に移動させることにより、スカウトスキャン(scout scan)を行うことができる。

クレードル２０４を停止させた状態でスキャンすることにより、アキシャルスキャン(axial scan)を行うことができる。アキシャルスキャンを連続的に複数回行うことにより、シネスキャン(cine scan)を行うことができる。

天板２０２の高さ調節は、支柱２０６をベース(base)２０８への取付部を中心としてスイング(swing)させることによって行われる。支柱２０６のスイングによって、天板２０２は垂直方向および水平方向に変位する。クレードル２０４は天板２０２上で水平方向に移動して天板２０２の水平方向の変位を相殺する。スキャン条件によっては、ガントリ１００をチルト(tilt)させた状態でスキャンが行われる。ガントリ１００のチルトは、内蔵のチルト機構によって行われる。

なお、テーブル２００は、図２に示すように、天板２０２がベース２０８に対して垂直に昇降する方式のものであってよい。天板２０２の昇降は内蔵の昇降機構によって行われる。このテーブル２００においては、昇降に伴う天板２０２の水平移動は生じない。

図３に、Ｘ線照射・検出装置１１０の構成を模式的に示す。Ｘ線照射・検出装置１１０は、Ｘ線管１３０の焦点１３２から放射されたＸ線１３４をＸ線検出器１５０で検出するようになっている。

Ｘ線１３４は、図示しないコリメータ(collimator)で成形されてコーンビーム(cone beam)またはファンビーム(fan beam)のＸ線となる。Ｘ線検出器１５０は、Ｘ線の広がりに対応して２次元的に広がるＸ線入射面１５２を有する。Ｘ線入射面１５２は円筒の一部を構成するように湾曲している。円筒の中心軸は焦点１３２を通る。

Ｘ線照射・検出装置１１０は、撮影中心すなわちアイソセンタ(isocenter)Ｏを通る中心軸の周りを回転する。中心軸は、Ｘ線検出器１５０が形成する部分円筒の中心軸に平行である。

回転の中心軸の方向をｚ方向とし、アイソセンタＯと焦点１３２を結ぶ方向をｙ方向とし、ｚ方向およびｙ方向に垂直な方向をｘ方向とする。これらｘ，ｙ，ｚ軸はｚ軸を中心軸とする回転座標系の３軸となる。

図４に、Ｘ線検出器１５０のＸ線入射面１５２の平面図を模式的に示す。Ｘ線入射面１５２は検出セル(cell)１５４がｘ方向とｚ方向に２次元的に配置されたものとなっている。すなわち、Ｘ線入射面１５２は検出セル１５４の２次元アレイ(array)となっている。なお、ファンビームＸ線を用いる場合は、Ｘ線入射面１５２は検出セル１５４の１次元アレイとしてよい。

個々の検出セル１５４は検出チャンネル(channel)を構成する。これによって、Ｘ線検出器１５０は多チャンネルＸ線検出器となる。検出セル１５４は、例えばシンチレータ(scintillator)とフォトダイオード(photo diode)の組合せによって構成される。

図５に、Ｘ線管１３０の管電圧供給系統のブロック(block)図を示す。図５に示すように、Ｘ線管１３０には、高電圧発生装置１４０から管電圧が供給される。高電圧発生装置１４０は、高圧インバータ(inverter)＆絶縁ユニット(unit)１４２と管電圧制御ユニット１４４を有する。

高圧インバータ＆絶縁ユニット１４２は、管電圧制御ユニット１４４による制御の下で高電圧をＸ線管１３０に印加する。管電圧制御ユニット１４４による管電圧制御はフィードバック(feed back)制御によって行われる。管電圧制御ユニット１４４、例えばファームウェア(firmware)等によって構成される。

管電圧制御ユニット１４４による管電圧制御は、オペレータコンソール３００から与えられる制御情報に基づいて行われる。制御情報は、システムソフトウェアスキャン(system software scan )計画によって定まる。

図６に、本装置の動作のフローチャート(flow chart)を示す。この動作は、オペレータコンソール３００による制御の下で遂行される。図６に示すように、ステップ(step)６０１で、スカウトスキャンを行う。スカウトスキャンは、Ｘ線照射・検出装置１１０の回転を止めた状態でＸ線を照射しながら、クレードル２０４を連続的に移動させることによって行われる。

Ｘ線の照射方向は、被検体１０の断面形状を楕円とみなしたときの短径方向または長径方向である。短径方向は、Ｘ線照射・検出装置１１０の回転角度の０度方向または１８０度方向に相当する。長径方向は、Ｘ線照射・検出装置１１０の回転角度の９０度方向または２７０度方向に相当する。なお、スカウトスキャンは、短径方向と長径方向でそれぞれ行うようにして良い。

ステップ６０２で、ローカライズ(localize)を行う。ローカライズは、オペレータにより、オペレータコンソール３００を通じて行われる。これによって、例えば、図７に示すようなヘリカルスキャンの撮影範囲Ｌが設定される。撮影範囲Ｌは被検体１０の体軸上の位置ＡからＢまでの範囲である。

ステップ６０４で、ダイナミックスキャン(dynamic scan)を行う。ダイナミックスキャンは、被検体１０に造影剤を注入した後の造影剤の浸透を経時的に観察するためのスキャンであり、ヘリカルスキャン形式で行われる。ダイナミックスキャン中に、Ｘ線管１３０に印加する管電圧は、ビュー単位で交互に２段階に切換えられる。

図８に、管電圧切換のパターン(pattern)を示す。図８に示すように、管電圧は、ダイナミックスキャンの全期間を通じて、High kVとLow kVの２段階に、ビュー単位で交互に切換えられる。

High kVは相対的に高い電圧であり、Low kVは相対的に低い電圧である。High kVは例えば１４０ｋＶであり、Low kVは例えば８０ｋＶである。High kVではＸ線エネルギーが高くなり、Low kVではＸ線エネルギーが低くなる。これによって、デュアルエネルギーのダイナミックスキャンが行われる。

デュアルエネルギーのダイナミックスキャンによって得られた２種類の投影データから、断層像がそれぞれ再構成される。これによって、Ｘ線エネルギーが異なる２種類の断層像が得られる。

２種類の断層像の画像データには、Ｘ線が透過した物質におけるＸ線減衰係数が反映している。Ｘ線減衰係数はエネルギーによって異なり、減衰のエネルギー特性は、体内組織を構成する物質と造影剤とで異なる。また、造影剤の減衰係数は造影剤濃度に応じて変化する。そこで、造影剤のエネルギー特性を予め求めて、数式化ないし数表化しておくことにより、それら数式ないし数表と２種類の断層像を用いて、造影剤の濃度分布像を形成することができる。

図９に、造影剤の濃度分布像形成の要領を示す。図９に示すように、High kV画像とLow kv画像および造影剤のエネルギー特性から造影剤濃度分布像が形成される。このような画像生成が、スキャン進行中の位置１，２，・・・において逐次行われる。また、各位置１，２，・・・での画像形成は、造影剤濃度変化の各フェーズ(phase)においてそれぞれ行われる。造影剤濃度分布像は造影剤だけの像であり、かつ、濃度に対応した諧調をもつグレイスケール(gray scale)画像となる。このため、造影剤を容易に識別することができる。

造影剤濃度分布像を２種類の断層像の一方または双方と融合することにより、体内における造影剤の位置関係を明確な画像を得ることができる。その場合、造影剤濃度分布像については、識別が容易なようにカラー(color)表示等を行う。これによって、体内での造影剤の染まり具合を経時的に観察することができる。合成画像は、ポスト(post)処理により３Ｄ(Three dimensional)表示としても良い。

ダイナミックスキャンをシャトルモード(shuttle mode)のヘリカルスキャンによって行い、得られた投影データについて、上記のような画像形成を行ってページング (paging)するようにしても良い。これによって、造影剤の染まり具合を動画的に表示することができる。

ダイナミックスキャンは、例えば図１０のようにローカライズされたスライス位置ａにおいて、アキシャルスキャン形式で行うようにしても良い。その場合も、図８に示したように、管電圧をビュー単位で交互に２段階切換を行う。そして、図９に示した要領で、造影剤濃度分布像を形成する。これによって、被検体１０のスライス位置ａにおける造影剤の浸透状態を示す画像を得ることができる。これをシネモード(cine mode)で行えば、スライス位置ａが造影剤で次第に染まってゆく状態を時系列で観察することができる。

シネモードのダイナミックスキャンを、本スキャン前のモニタリングスキャンとして行うようにしても良い。その場合は、造影剤濃度の経時的変化をモニタリングすることができ、それに基づいて適切なタイミング(timing)で本スキャンを開始することができる。また、造影剤の濃度変化をＲＯＩ（関心領域）のみ、または、イメージ全体において、経時的変化を時間軸（Ｘ軸）と画素値軸（Ｙ軸）にプロットして観察するようにしても良い。

本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置の構成を示す図である。本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置の構成を示す図である。Ｘ線照射・検出装置の構成を示す図である。Ｘ線検出器のＸ線入射面の構成を示す図である。管電圧供給系統を示す図ブロック図である。本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置の動作を示すフローチャートである。ローカライズの一例を示す図である。管電圧切換パターンを示す図である。造影剤の濃度分布像形成の要領を示す図である。ローカライズの一例を示す図である。

符号の説明

１０：被検体
１００：ガントリ
１１０：Ｘ線照射・検出装置
１３０：Ｘ線管
１３２：焦点
１３４：Ｘ線
１５０：Ｘ線検出器
１５２：Ｘ線入射面
１５４：検出セル
２００：テーブル
２０２：天板
２０４：クレードル
２０６：支柱
２０８：ベース
３００：オペレータコンソール
３０２：ディスプレイ
１４０：高電圧発生装置
１４２：高圧インバータ＆絶縁ユニット
１４４：管電圧制御ユニット

Claims

造影剤が注入された被検体をＸ線でスキャンして得られる投影データに基づいて画像再構成を行う撮影部とそれを制御する制御部とを有するＸ線ＣＴ装置であって、
前記制御部は、
前記スキャンの遂行中にＸ線エネルギーをビュー単位で交互に２段階に切り換えさせ、
前記スキャンによって得られた投影データに基づいてＸ線エネルギーが異なる２種類の断層像を再構成させ、
前記２種類の断層像と、造影剤のＸ線エネルギーに対するＸ線減衰係数を表す情報とに基づいて、造影剤だけの像であり、造影剤の濃度に対応した諧調をもつ、造影剤の濃度分布像を作成させるＸ線ＣＴ装置。
前記情報は、数式ないし数表である請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記制御部は、前記スキャンを、シネモードのアキシャルスキャンとして行わせる請求項１または請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記シネモードのアキシャルスキャンは、本スキャン前のモニタリングスキャンである請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記制御部は、前記スキャンを、シャトルモードのヘリカルスキャンとして行わせる請求項１または請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記制御部は、前記２種類の断層像のうち少なくとも一方と前記濃度分布像との合成画像を作成させる請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記制御部は、前記Ｘ線エネルギーの切換えをＸ線管の管電圧切換えによって行わせる請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。