JP5232253B2

JP5232253B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置

Info

Publication number: JP5232253B2
Application number: JP2011003806A
Authority: JP
Inventors: 豪椋本
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2025-01-25
Also published as: EP1566772A2; US7668285B2; US20050180540A1; EP1566772A3; CN1657012A; CN100399999C; JP2011067687A

Description

本発明は、被検体をＸ線で走査して取得した投影データに基づいて断層画像データを発生するＸ線コンピュータ断層撮影装置及び画像処理装置に関する。

近年のＸ線コンピュータ断層撮影装置では、ヘリカルスキャン又はＸ線検出器の多列化に伴うボリュームスキャン（コーンビームスキャンとも言う）の実用化が進み、広範囲のデータを短時間で収集できるようになってきた。このような状況では、従来のように事前設定した再構成範囲に応じたスキャン範囲でスキャニングを行うのではなく、スキャニング後に再構成条件や再構成範囲を設定して画像を再構成するという用法が増えてくると考えられる。このようにスキャニング後に再構成条件や再構成範囲を設定して画像を再構成する処理を、事前設定した再構成条件や再構成範囲でスキャニングしてその直後に画像を即時的に再構成する処理と区別して、バッチ再構成処理と称する。バッチ再構成処理では、再構成範囲を設定するために、図８に示すように、アキシャル像をスキャノグラムとともに表示する。スキャノグラム上で体軸方向の範囲が指定され、アキシャル像上で体軸に直交する２方向の範囲が指定される。

スキャノグラムは投影画像でありしかも解像度が低いので組織構造が分かり難い。そのため体軸方向の範囲を最終的に決定するためには、アキシャル像で確認することがなされている。操作者は、アキシャル像をめくりながら、つまりアキシャル像の断面位置を体軸に沿って移動しながらアキシャル像上で組織構造を詳細に確認して体軸方向の範囲を最終的に決定する。この方法では、非常に操作性が悪く、再構成範囲の設定に手間がかかる。

本発明の目的は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置及び画像処理装置において、バッチ再構成処理のための再構成範囲の設定の操作性を向上することにある。

本発明のある局面は、被検体の３次元領域をＸ線で走査する走査部と、前記走査により収集された投影データを記憶する記憶部と、前記記憶された投影データに基づいて前記３次元領域に対応するボリュームデータを再構成するボリュームデータ再構成部と、前記ボリュームデータから、直交３断面に関する３つの断面画像のデータと１つのオブリーク断面に関するオブリーク画像のデータとを発生する断面画像データ発生部と、操作者指示に従って、前記直交３断面に関する３つの断面画像を拡大再構成範囲を表すグラフィック要素とともに含む画面と、前記直交３断面に関する断面画像と前記オブリーク画像とを前記グラフィック要素とともに含む画面とを切り替えて表示する表示部と、前記拡大再構成範囲を設定する前記グラフィック要素を操作して操作部と、前記記憶された投影データに基づいて、前記拡大再構成範囲に対応する断層画像データを再構成する断層画像再構成部とを具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置である。

本発明の局面は、被検体の３次元領域をＸ線で走査する走査部と、前記走査により収集された投影データを記憶する記憶部と、前記記憶された投影データに基づいて前記３次元領域に対応するボリュームデータを再構成するボリュームデータ再構成部と、前記ボリュームデータから、直交３断面に関する３つの断面画像のデータと１つのオブリーク断面に関するオブリーク画像のデータとを発生する断面画像データ発生部と、操作者指示に従って、拡大再構成範囲を表すグラフィック要素を含む前記直交３断面に関する３つの断面画像と再構成条件とを含む画面と、前記直交３断面に関する断面画像と前記オブリーク画像とを前記グラフィック要素とともに含む画面とを切り替えて表示する表示部と、前記拡大再構成範囲を設定する前記グラフィック要素を操作して操作部と、前記記憶された投影データに基づいて、前記拡大再構成範囲に対応する断層画像データを再構成する断層画像再構成部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置である。

以下、本発明に係る画像処理装置及びそれを含むＸ線コンピュータ断層撮影装置を実施形態により説明する。周知のとおり、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置には、Ｘ線管とＸ線検出器システムとが一体として被検体の周囲を回転するローテート／ローテートタイプ、リング状にアレイされた多数の検出素子が固定され、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転するステーショナリ／ローテートタイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは、現在、主流を占めているローテート／ローテートタイプとして説明する。また、Ｘ線管と検出器システムが１ペアで装備されている現在主流の１管球システムだけでなく、近年実用化への開発が進んでいるＸ線管球と検出器システムを複数、例えば３ペア装備している多管球システムにも本発明は適用可能であるが、以下では便宜上、１管球システムで説明する。さらに、１枚の断層像を再構成するには、被検体の周囲１周、約３６０度分の投影データが、またハーフスキャン法では１８０度＋ファン角分の投影データが必要とされ、いずれの方式にも本発明を適用可能であるが、ここでは、一般的な前者の約３６０度分の投影データセットから１枚の断層像を再構成するものとして説明する。

また、ここではボリュームデータが扱われる。ボリュームデータは、被検体の３次元領域に対応するＣＴ値の３次元分布を表すデータセットとして定義され、実際には、ＣＴ値を有する複数のピクセルの集合体としての断層像の複数スライスにわたる集まりとしてのマルチスライス形式、またはＣＴ値を有する複数のボクセルの集合体としてのボクセル形式で表現される。ボリュームデータを得るためのスキャンとしては、ヘリカルスキャン方式又はコーンビームスキャン方式が採用される。周知のとおり、ヘリカルスキャン方式は、Ｘ線管とＸ線検出器が被検体の周囲を連続回転しながら、その回転軸に沿って被検体を載置した天板が定速で移動しながらデータ収集を繰り返す方式であり、またコーンビームスキャン方式は、面検出器、２次元アレイ検出器又は多列検出器とも呼ばれるスライス方向（回転軸に平行）に例えば３０ｃｍの幅にわたって多くの検出素子列を配列したＸ線検出器と角錐形のＸ線を発生するコーンビームＸ線管の採用により、天板停止状態で３次元領域のデータを収集する方式である。

図１に、本実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成をブロック図により示している。スキャンガントリ１００は、寝台架台機構部３により回転可能に保持された円環状の架台回転部２を有する。寝台架台機構部３による架台回転部２の回転は、機構制御部４により制御される。機構制御部４は、システム制御部１１の制御のもとにある。

架台回転部２にＸ線管１３とＸ線検出器１６とが回転中心軸を挟んで対向して搭載される。回転中心軸の付近には寝台１上に載置された被検体３０が配置される。Ｘ線管１３は、高電圧発生器１２からスリップリング１５を介して高電圧を印加され、フィラメント電流を供給されることにより、Ｘ線を発生する。Ｘ線を所定の角錐形に整形するためにＸ線管１３のＸ線放射窓にはＸ線絞り器１４が取り付けられている。Ｘ線管１３は、高電圧発生器１２、スリップリング１５及びＸ線絞り器１４とともに、Ｘ線発生部５を構成する。

Ｘ線検出器１６は、被検体３０を透過したＸ線をその強度に応じた数の電荷に変換するための１次元又は２次元にアレイされた複数の検出素子を有する。１又は所定数の検出素子が、電気的に分離された１つのチャンネルを構成する。ここでは説明の便宜上、１素子が１チャンネルを構成するものとして説明する。Ｘ線検出器１６には、スイッチ群１７を介してデータ収集システム（ＤＡＳ）１８が接続される。データ収集システム１８には、Ｘ線検出器１６の電流信号を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、この電圧信号をＸ線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このプリアンプの出力信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが、チャンネルごとに設けられている。データ収集システム１８から出力されるデータ（投影データ）は、光又は磁気を利用した非接触型のデータ伝送回路１９を介して画像データ生成部７に送られる。Ｘ線検出器１６は、スイッチ群１７、データ収集システム１８及びデータ伝送回路１９とともに投影データ収集部６を構成する。投影データ収集部６の投影データ収集動作は、システム制御部１１の制御のもとにある。

画像データ生成部７は、投影データ収集部６から出力される投影データを記憶するための投影データ記憶回路２０、再構成演算回路２１、再構成処理制御回路２３、ボリュームデータ記憶回路２２、ＭＰＲ処理回路２４を有する。再構成演算回路２１は、コーンビーム再構成法、マルチスライス再構成法、拡大再構成法を選択可能に装備している。周知の通り、コーンビーム再構成法はボクセル集合体に対してコーン角に応じて斜めのレイに逆投影をかける処理であり、また拡大再構成法は再構成範囲をスキャン範囲の一部分に限定して高解像度画像（高い空間分解能の画像）を再構成する処理である。

再構成演算回路２１は、投影データ記憶回路２０に記憶された投影データに基づいて、再構成処理制御回路２３による再構成条件に応じた制御のもとで、ボリュームデータを発生する。ボリュームデータは、典型的には再構成されたマルチスライスの断層画像データをスライス方向に補間することにより生成される。再構成条件には、再構成手法、再構成範囲、再構成関数、フル再構成／ハーフ再構成、再構成スライス厚、視線方向、スタック数、フィルタ有無等が含まれ、入力部１０を介して設定され、システム制御部１１から再構成処理制御回路２３に供給される。

ボリュームデータはボリュームデータ記憶回路２２に記憶される。ＭＰＲ処理回路２４は、ボリュームデータ記憶回路２２に記憶されたボリュームデータからＭＰＲ処理（断面変換処理）により任意断面の断層画像データを生成する。

ＧＵＩ画面生成回路２６は、スキャン計画段階、拡大再構成等のバッチ再構成処理の再構成条件設定段階等の各種段階に応じて各種操作ボタンとともに断層画像データを含むグラフィカルユーザインタフェース画面（ＧＵＩ画面）を生成するために設けられている。生成されたＧＵＩ画面は、変換回路２７でスキャンコンバートされ、モニタ２８に表示される。

図２に示すように、本実施形態による全体的な動作手順は、まず、スキャン計画時に設定されたスキャン条件に従って、被検体３０の３次元領域が、ヘリカルスキャン方式又はボリュームスキャン方式（コーンビームスキャン方式）によりスキャニングされる（Ｓ１）。それにより３次元領域に関する投影データセットが収集され、投影データ記憶回路２０に記憶される。スキャニング終了後、スキャン計画時に設定された再構成条件に従って、即時的に、記憶された投影データセットに基づいて、コーンビーム再構成法又はマルチスライス再構成法により、３次元領域内のＣＴ値分布としてのボリュームデータが再構成される（Ｓ２）。ボリュームデータはボリュームデータ記憶回路２２に記憶される。典型的には、ボリュームデータの再構成条件は、撮影部位に応じて初期的に設定される。

Ｓ２の後に、スキャン計画時に設定された即時再構成処理のための再構成条件とは異なる再構成条件によるバッチ処理としての例えば拡大再構成処理の実行が指示されたとき、システム制御部１０は拡大再構成処理のためのエキスパートシステムを起動する。そのエキスパートシステムのもとで、拡大再構成処理の一連の流れとして、拡大再構成条件設定段階（Ｓ３）、拡大再構成処理段階（Ｓ４）、拡大再構成された高解像度の断層画像の表示段階が順番に移行する。

本実施形態では、図３に示すように、再構成条件として例えば拡大再構成範囲を設定するために、ボリュームデータからアキシャル像、サジタル像、コロナル像の直交３軸画像、更に必要に応じて傾斜画像（オブリーク像）を生成して、表示し、しかも各画像の断面位置を任意に移動するいわゆる画像めくりを可能としたことを特徴としており、それにより３次元情報を一目で見ることができるので、広範囲の拡大再構成範囲を正確に、細かく、しかも迅速に設定することができるものである。

図４に図２のＳ３の拡大再構成範囲設定の処理手順を示している。入力部１０を介してバッチ処理としてここでは拡大再構成処理が要求されたとき、システム制御部１１は、まず被検体３０の３次元領域に対応するボリュームデータから、初期的に当該３次元領域の中心で直交する３方向の断面画像としてアキシャル像、サジタル像、コロナル像を生成することをＭＰＲ処理回路２４に命令をする。なお、ボリュームデータから生成（再構成）する断面の画像を「断面画像」と称し、投影データから再構成する断面の画像を「断層画像」と称して両者の区別を容易にする。システム制御部１１からの命令に従って、ＭＰＲ処理回路２４は、ボリュームデータから３方位の断面に関する断面画像を生成する（Ｓ１１）。異なる３方位の断面に関する断面画像は、典型的には、当該３次元領域の中心で直交するアキシャル像、サジタル像、コロナル像である。断面画像は、例えば５１２×５１２のピクセルサイズを有する。

ＧＵＩ画面生成回路２６は、システム制御部１１の制御のもとで、図５に示すように、Ｓ１１で生成されたアキシャル像（ＸＹ面）、サジタル像（ＸＺ面）、コロナル像（ＹＺ面）を、拡大再構成範囲を表すグラフィック要素（マークという）Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、断面位置を相互に表す断面線(Inter Section Line)ＩＳＬ１，ＩＳＬ２，ＩＳＬ３、投影データを収集したスキャン範囲を表すフレームＳＲ及び画面右下欄の再構成条件とともに含むＧＵＩ画面を生成する。なお、ＧＵＩ画面には、図７に示すように、スキャン計画時に撮影したスキャノグラムがマークＲ２、Ｒ３とともに表示されてもよい。

ＧＵＩ画面には他にスキャン条件（左上欄）、アイコンセット（左下欄）が含まれる。アイコンセットには、どのスキャニングで収集した生データ（又は投影データ）を使ってバッチ処理（ここでは拡大再構成処理）を行うかを選択指令をするための“生データ選択”ボタンと、断面線ＩＳＬ４に対応する少なくともＸＹＺ軸のいずれかに傾斜する断面の断面画像（オブリーク像）の生成及び表示を指令するための“オブリーク表示”ボタンと、断面線ＩＳＬ１〜４の表示／非表示を選択指令するための“Inter Section表示”ボタンと、拡大再構成範囲をリセットするための“範囲リセット”ボタンと、再構成実行を開始させるための“再構成実行”ボタンとが含まれる。生成されたＧＵＩ画面はモニタ２８に表示される。

拡大再構成範囲を設定するために、アキシャル像、サジタル像、コロナル像それぞれの断面をそれぞれ対応する断面線ＩＳＬ３，ＩＳＬ２，ＩＳＬ１を移動することにより移動することができる（Ｓ１３）。断面線ＩＳＬ３，ＩＳＬ２，ＩＳＬ１の移動は、入力器１０に含まれるマウスのホイール回転操作と、断面線ＩＳＬ３，ＩＳＬ２，ＩＳＬ１のドラッグ・アンド・ドロップとの択一的な操作で行われる。マウスのホイール回転操作であれば、移動対象の画像上にポインタを配置した状態でホイールが回転操作される。

断面線が移動されたとき、ＭＰＲ処理回路２４により、移動後の断面線ＩＳＬ１，ＩＳＬ２又はＩＳＬ３を通過する断面に応じた断面画像がボリュームデータから生成され、切換え表示される（Ｓ１４）。“オブリーク表示”ボタンがクリックされたとき（Ｓ１５）、アキシャル像、サジタル像又はコロナル像上に任意に指定されたオブリーク断面線ＩＳＬ４の位置及び方向に応じたオブリーク断面の断面画像がボリュームデータから生成され（Ｓ１６）、図６に示すように、右下欄に再構成条件から切換え表示される（Ｓ１７）。

操作者は、マウスを操作して、アキシャル像、サジタル像、コロナル像それぞれの断面位置を移動しながら、またオブリーク断面画像を任意の位置及び方向で表示させながら、断面画像上で拡大再構成の対象部位を確認し、その拡大再構成の対象部位を適当に含むように拡大再構成範囲を表すマークＲ１、Ｒ２、Ｒ３を拡大、縮小、回転、移動する（Ｓ１８）。システム制御部１１の制御のもとで、マークＲ１、Ｒ２、Ｒ３は相互に関連して拡大、縮小、回転、移動する。

また、操作者は、マウスを操作して、拡大再構成処理のための再構成条件として、拡大再構成範囲の再構成関数、フル再構成／ハーフ再構成の選択、再構成スライス厚、視線方向、スタック数、フィルタ有無等を任意に設定する（Ｓ１９）。拡大再構成処理のための再構成条件は、ボリュームデータの再構成条件の制限を受けない。拡大再構成処理のための再構成条件は、ボリュームデータの再構成条件と同じでもよいし、一部項目又は全項目が相違していてもよい。

拡大再構成範囲、及びその再構成条件が設定されると、“再構成実行”ボタンのクリック（Ｓ２０）に呼応して、システム制御部１１から再構成処理制御回路２３に、設定された拡大再構成範囲及び再構成条件が２３に送信される（Ｓ２１）。再構成処理制御回路２３は、送信された拡大再構成範囲及び再構成条件に対応する断層画像データが投影データ記憶回路２０の投影データから再構成されるように再構成演算回路２０を制御する。拡大再構成された断層画像は、例えば断面画像と同じ５１２×５１２のピクセルサイズを有する。

なお、上述では、拡大再構成範囲に限定して断層画像を再構成したが、スキャン範囲全域をＳ２１の再構成条件の再構成関数等の特定項目に従って再構成して、ボリュームデータを生成し、そのボリュームデータから拡大再構成範囲の断層画像をＭＰＲにより生成するようにしてもよい。

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。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１００…スキャンガントリ、３…寝台架台機構部、２…架台回転部、４…機構制御部、５…Ｘ線発生部、６…投影データ収集部、７…画像データ生成部、１０…入力部、１１…システム制御部、１２…高電圧発生器、１３…Ｘ線管、１４…Ｘ線絞り器、１５…スリップリング、１６…Ｘ線検出器、１７…スイッチ群、１８…データ収集システム（ＤＡＳ）、１９…データ伝送回路、２０…投影データ記憶回路、２１…再構成演算回路、２２…ボリュームデータ記憶回路、２３…再構成処理制御回路、２４…ＭＰＲ処理回路、２６…ＧＵＩ画面生成回路、２７…変換回路、２８…モニタ、３０…被検体。

Claims

被検体の３次元領域をＸ線で走査する走査部と、
前記走査により収集された投影データを記憶する記憶部と、
前記記憶された投影データに基づいて前記３次元領域に対応するボリュームデータを再構成するボリュームデータ再構成部と、
前記ボリュームデータから、直交３断面に関する３つの断面画像のデータと１つのオブリーク断面に関するオブリーク画像のデータとを発生する断面画像データ発生部と、
操作者指示に従って、拡大再構成範囲を表すグラフィック要素を含む前記直交３断面に関する３つの断面画像と再構成条件とを含む画面と、前記直交３断面に関する断面画像と前記オブリーク画像とを前記グラフィック要素とともに含む画面とを切り替えて表示する表示部と、
前記拡大再構成範囲を設定する前記グラフィック要素を操作して操作部と、
前記記憶された投影データに基づいて、前記拡大再構成範囲に対応する断層画像データを再構成する断層画像再構成部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記断面画像各々には、他の断面に対応する断面線が表示され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。
前記断面線の移動により前記断面各々の位置が移動操作されることを特徴とする請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記操作部はホイールマウスを含み、前記ホイールマウスのホイールの回転操作により前記断面各々の位置が移動操作され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。
前記直交３断面は、アキシャル、サジタル、コロナルに設定され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。
前記直交３断面に関する断面画像とともに前記オブリーク画像が前記記憶されたボリュームデータから発生されることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記グラフィック要素は、矩形形状を有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。
前記断層画像再構成部は、前記グラフィック要素で表された拡大再構成範囲に対応する断層画像データを拡大再構成により生成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。
前記断層画像データの再構成条件は、前記ボリュームデータの再構成条件とは独立して設定され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。
前記断層画像データの再構成条件は、前記ボリュームデータの再構成条件とは相違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。
前記表示部は、前記断面画像データを、前記走査される３次元領域を表す他のグラフィック要素とともに表示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。