JP5384293B2

JP5384293B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP5384293B2
Application number: JP2009247149A
Authority: JP
Inventors: 剛志鈴木; 亮太小原
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: JP2011092304A

Description

本発明は、X線CT装置に関し、特に、被検体の輪郭をより正確に求める技術に関する。

X線CT装置では、被検体にX線を照射するX線源と、被検体を透過したX線量を投影データとして検出するX線検出器と、を被検体の周囲で回転させ、それにより得られる複数角度からの投影データを用いて被検体の断層画像を再構成し、再構成された断層画像を表示する。X線CT装置で表示される画像は、被検体の中の臓器の形状を描写するものであり、画像診断に使用される。

一方、X線CT装置にはスキャノグラム撮影というものがあり、撮影部位の位置決め用画像(投影像)を得るための撮影である。実際には、特定投影角でX線を照射しながら、寝台のみを被検体の体軸方向に移動させて撮影を行うことで被検体の投影像(スキャノグラム画像)を得る。

また、異なる角度からX線を照射して得られた複数の投影データをシフト加算法を用いて合成することで、寝台上任意の高さの断層像を作成する技術にトモシンセシスと呼ばれる技術があり、例えば特許文献1に記載されている。トモシンセシスでは、高さの異なる断層像を複数作成し、平行配置することで簡易的な3次元画像を作成できる。

特開2008―154647号公報

しかしながら、スキャノグラムによる位置決めは、特定投影角からのみの撮像となるため、被検体の奥行き方向の輪郭が不明のため、被検体が位置決めができないという問題点がある。

また、トモシンセシスを用いれば3次元画像が得られるが、それでも、被検体の存在しない位置(高さ)にもぼんやりと断層像が写ることがあり、正確に被検体の高さ方向の輪郭を見積もりにくいという問題点がある。

本発明の目的は、X線CT装置において、トモシンセシスを用い、被検体の輪郭を正確に求めることを可能とすることにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、寝台に載置された被検体にX線を照射するX線源と、前記X線源に対向配置され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線源と前記X線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転する回転円盤と、前記X線検出器により検出された透過X線量に基づき被検体のCT画像を再構成する画像再構成装置と、前記画像再構成装置により再構成されたCT画像を表示する画像表示装置と、を備えたX線CT装置であって、前記回転円盤を所定角度に保ったまま前記回転円盤の回転軸方向に前記寝台を動かしながら、既知の高さを有する参照物とともに前記被検体の投影像を異なる寝台位置で取得することでスキャノグラム画像を撮影するスキャノグラム撮影部と、異なる寝台位置で取得した複数の投影像を合成することで前記寝台と平行な面で前記被検体と前記参照物との断層像を作成する画像合成部と、前記断層像中の前記参照物の画素値に基づき前記被検体の輪郭を推測する輪郭推測部と、をさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、トモシンセシスを用い、被検体の輪郭を正確に求めることが可能なX線CT装置を提供できる。

X線CT装置の全体構成図である。トモシンセシスの原理を説明する図。実施例1においてトモシンセシスと呼ばれる技術を用い、被検体のスキャン時の輪郭を求めるための構成図。実施例1において被検体の輪郭を求めるためのフローチャートを示す図。鉛直方向に輪郭を推定する簡単な模擬図。得られた輪郭等を示す図。実施例2において被検体の輪郭を求めるためのフローチャートを示す図。実施例3において被検体の厚さを見積もるためのフローチャートを示す図。実施例3を説明する図実施例1〜3において求めた被検体の輪郭に基づいて、寝台の位置を上下、前後、左右に動かしながらスキャンを行なう実施例4を説明する図。実施例1〜3において求めた被検体の輪郭に基づいて、X線照射範囲を変更しながらスキャンを行なう実施例5を説明する図。

本発明を適用してなるX線CT装置について図を用いて説明する。
図1は本発明を適用したX線CT装置1の全体構成図である。X線CT装置1はスキャンガントリ部100と操作卓120とを備える。

スキャンガントリ部100は、X線管101と、回転円盤102と、コリメータ103と、X線検出器106と、データ収集装置107と、寝台105と、ガントリ制御装置108と、寝台制御装置109と、X線制御装置110と、を備えている。X線管101は寝台105上に載置された被検体にX線を照射する装置である。コリメータ103はX線管101から照射されるX線の放射範囲を制限する装置である。回転円盤102は、寝台105上に載置された被検体が入る開口部104を備えるとともに、X線管101とX線検出器106を搭載し、被検体の周囲を回転するものである。X線検出器106は、X線管101と対向配置され被検体を透過したX線を検出することにより透過X線の空間的な分布を計測する装置であり、多数のX線検出素子を回転円盤102の回転方向に配列したもの、若しくは回転円盤102の回転方向と回転軸方向との2次元に配列したものである。データ収集装置107は、X線検出器106で検出されたX線量をデジタルデータとして収集する装置である。ガントリ制御装置108は回転円盤102の回転を制御する装置である。寝台制御装置109は、寝台105の上下前後動を制御する装置である。X線制御装置110はX線管101に入力される電力を制御する装置である。

操作卓120は、入力装置121と、画像演算装置122と、表示装置125と、記憶装置123と、システム制御装置124とを備えている。入力装置121は、被検体氏名、検査日時、撮影条件などを入力するための装置であり、具体的にはキーボードやポインティングデバイスである。画像演算装置122は、データ収集装置107から送出される計測データを演算処理してCT画像再構成を行う装置である。表示装置125は、画像演算装置122で作成されたCT画像を表示する装置であり、具体的にはCRT(Cathode-Ray Tube)や液晶ディスプレイ等である。記憶装置123は、データ収集装置107で収集したデータ及び画像演算装置122で作成されたCT画像の画像データを記憶する装置であり、具体的にはHDD(Hard Disk Drive)等である。システム制御装置124は、これらの装置及びガントリ制御装置108と寝台制御装置109とX線制御装置110を制御する装置である。

入力装置121から入力された撮影条件、特にX線管電圧やX線管電流などに基づきX線制御装置110がX線管101に入力される電力を制御することにより、X線管101は撮影条件に応じたX線を被検体に照射する。X線検出器106は、X線管101から照射され被検体を透過したX線を多数のX線検出素子で検出し、透過X線の分布を計測する。回転円盤102はガントリ制御装置108により制御され、入力装置121から入力された撮影条件、特に回転速度などに基づいて回転する。寝台105は寝台制御装置109によって制御され、入力装置121から入力された撮影条件、特にらせんピッチなどに基づいて動作する。

X線管101からのX線照射とX線検出器106による透過X線分布の計測が回転円盤102の回転とともに繰り返されることにより、様々な角度からの投影データが取得される。取得された様々な角度からの投影データは画像演算装置122に送信される。画像演算装置122は送信された様々な角度からの投影データを逆投影処理することによりCT画像を再構成する。再構成して得られたCT画像は表示装置125に表示される。

＜トモシンセシスの原理＞
ここで、本発明において用いられるトモシンセシスの原理について図2を用いて説明する。トモシンセシスでは、X線を異なる角度から照射して複数の投影データを取得し、それらを合成することで断層像を得る。例えば、図2のように、被験体130の中に三角型の要素と楕円型の要素が検出器106に対して垂直方向に並んでいるとする。このとき、X線を異なる角度から照射することで複数の投影データを得る。これらの投影データにおいて、三角型要素と楕円型要素の画像位置は、検出器からの各要素の高さに応じて異なる。この性質とシフト加算法を用いて任意の寝台上の高さの断層像を作成する。

ここで、シフト加算法とは、照射角度や照射位置は異なるが同じ範囲を透過するX線で得られる投影画像を重ね合わせることで、任意の高さの断層像を得る方法である。図2の場合、点線で示した高さに存在する楕円型要素が強調された断層像が作成される。より具体的には、特許文献1にその手法についての説明が詳細に記載されている。

次に実施例1を、図3〜図6を用いて説明する。先ず図3は、本実施例においてトモシンセシスを用い、被検体のスキャン時の輪郭を求めるための構成図である。

図3(a)において、105は、寝台である。130は被検体である。131は、トモシンセシスにおいて、密度の変化を測るための対照とするためのリファレンスで、水が入ったファントムか、アクリル製容器のようなものである(ここでのリファレンスとは、X線吸収係数が一定の物質のことを指す。形状については、特に限定しないが、図3の例では円柱を使用している。また。リファレンスの高さは、被検体の高さより低い方が望ましい。)。132は、スキャノグラム撮影範囲を示す。図3(b)は、寝台の上に載せられた被検体を天井方向から見たものである。×a及び×bは、スキャノグラム撮影範囲を撮影する場合に、菅球の位置が地点a(×a)から地点b(×b)の被検体の真上で動くことを示している。

図3で示した構成のX線CT装置において、実際に被検体の輪郭を求めるためのフローチャートを図4に示す。以下、順に図4のフローチャートを順に説明する。

(ステップ201)
高さを測るための対照とするためのリファレンスを、被検体の脇でスキャノグラム撮影範囲に置く。

(ステップ202)
X線管の配置角度を所定に保ったまま、寝台を動かしてスキャノグラム撮影を行う。

(ステップ203)
公知の技術であるシフト加算法を用い、スキャノグラム撮影により得られた投影像を合成して、トモシンセシス法により所望の高さの断層像を生成する。該所望の高さは、寝台の位置より徐々に上げながら変え、いろいろな高さの断層像を得る。

(ステップ204)
被検体の最も鉛直方向上側の位置まで(ステップ203)において断層像を得たかを判断する。例えば、被検体の腹部を撮影する場合には、お臍の位置まで断層像を得たかを判断する。Yesの場合、(ステップ205)へ、Noの場合、(ステップ203)へ移行する。

(ステップ205)
得られた断層像のレンダリング処理を行い、被検体の輪郭を再現した立体像を得る。ここで、被検体の輪郭を推測する方法を図5を用いて説明する。

図5は鉛直方向に輪郭を推定する簡単な模擬図であるが、物体が存在する位置で作成した断層像の画素値に比べて、存在しない位置で作成した断層像の画素値は次第に小さくなる。その画素値の変化を用いて、輪郭を推定する。一般に、トモシンセシス法では、得られた輪郭が鉛直方向にどの程度の高さまであるか曖昧な場合が多いので、どの程度の画素値の変化で被検体が存在しないとする境界とするかのしきい値とするかを判断するためにリファレンスを用いる。リファレンスの高さ(既知)における画素値を用いて、その値となる被検体の位置より、高さ方向の輪郭を求める。幅方向についても、高さが既知のリファレンスの該高さの画素値を持つ位置として幅方向の輪郭を求める。

図6は、得られた輪郭等を示す図である。得られた輪郭は、図6の太線151で示されたものとなる。図6ではまた、円形状の開口部104及び寝台105も示されている。被検体の位置が開口部104の中心(点O)からずれている場合には、寝台105を逆方向に矢印のように動かして、被検体の中央が開口部104の中心になるように移動させる。

本実施例のX線CT装置によれば、トモシンセシスと被検体の傍らに配置された参照物を用い、被検体の輪郭を求めている。より具体的に、前記被検体の輪郭は、トモシンセシス技術により得られる立体像の画素値の変化度合いが前記参照物の輪郭周辺における画素値の変化度合いに一致する領域を求めることにより、定められる。

更に本実施例によれば、トモシンセシス法より被検体の輪郭を得て、その輪郭に基づいて被検体の輪郭を細かく表現することができる。さらに、スキャンの対象部位は人体のどの位置にあるのか3次元的に把握できる。

次に、実施例2を図7を用いて説明する。ただし、本実施例は実施例1と異なり、リファレンスでなく、高さを測るための対照として、寝台を用いる手法である。

実際に本実施例において、実際にスキャン時の輪郭を求めるためのフローチャートを図7に示す。以下、順に図7のフローチャートを順に説明する。

(ステップ301)
X線管の配置角度を所定に保ったまま、寝台を動かしてスキャノグラム撮影を行う。

(ステップ302)
公知の技術であるシフト加算法を用い、スキャノグラム撮影により得られた投影像を合成して、トモシンセシス法により所望の高さの断層像を生成する。該所望の高さは、寝台の位置より徐々に上げながら変え、いろいろな高さの断層像を得る。

(ステップ303)
被検体の最も鉛直方向上側の位置まで(ステップ302)において断層像を得たかを判断する。簡単に説明すれば、被検体の腹部を撮影する場合には、お臍の位置まで断層像を得たかを判断する。Yesの場合は、(ステップ304)は、Noの場合は(ステップ302)へ移行する。

(ステップ304)
得られた断層像のレンダリング処理を行い、被検体の輪郭を再現した立体像を得る。ここで、被検体の輪郭を推測する方法を図5を用いて説明する。

図5は鉛直方向に輪郭を推定する簡単な模擬図であるが、物体が存在する位置で作成した断層像の画素値に比べて、存在しない位置で作成した断層像の画素値は次第に小さくなる。その画素値の変化を用いて、輪郭を推定する。一般に、トモシンセシス法では、得られた輪郭が鉛直方向にどの程度の高さまであるか曖昧な場合が多いので、どの程度の画素値の変化で被検体が存在しないとする境界とするかのしきい値とするかを判断するために寝台も用いる。寝台の高さ(既知)における画素値を用いて、その値となる被検体の位置より、特に、高さ方向の輪郭を求める。幅方向についても、高さが既知のリファレンスの該高さの画素値を持つ位置として輪郭を求める。

得られた輪郭は、図6の太線151で示されたものとなる。図6ではまた、円形状の開口部104及び寝台105も示されている。被検体の位置が開口部104の中心(点O)からずれている場合には、寝台105を逆方向に矢印のように動かして、被検体の中央が開口部104の中心になるように移動させる。

本実施例のX線CT装置によれば、トモシンセシスと被検体の傍らに配置された参照物として寝台を用い、被検体の輪郭を求めている。より具体的に、前記被検体の輪郭は、トモシンセシスと呼ばれる技術により得られる立体像の画素値の変化度合いが前記参照物の輪郭周辺における画素値の変化度合いに一致する領域を求めることにより、定められる。

上述の実施例1ではリファレンス、実施例2では寝台の厚さ用いて被検体の輪郭情報を求める実施例を示したが、本発明はこれらに限定されるものではない。ここでは実施例3として、X線透過量によって被検体の厚さ情報を得る場合について説明する。実施例3を、図8を用いて説明する。ただし、図8は、本実施例において被検体の厚さを見積もるためのフローチャートである。

(ステップ401)
X線管の配置角度を所定に保ったまま、寝台を動かしてスキャノグラム撮影を行う。

(ステップ402)
図9(a)のように、寝台に対して垂直に入射したX線117の透過量から被検体の厚さを推測する。(被験者のX線の吸収係数は一定と仮定)推測には、以下の式を用いる。

I＝透過後のX線の強度
I₀＝透過前のX線の強度
α＝被験者のX線の吸収係数
l＝X線が被験者を通った長さ
(式1)を変形すると(式2)のようになる。

α被験体のX線の吸収係数は一定という仮定のもとで、(式2)を用いることにより、被検体の厚さ(X線が被験者を通った長さl)が求まる。(透過前のX線の強度I₀は既知の値)
しかし、図9(b)のように頭部からみた場合、寝台に対して垂直に入射しているX線117はごく一部であり、ほとんどは斜めに入射するX線である。垂直入射X線122に対して角度119で入射するX線118を用いて、被検体の厚さ120を算出する方法を説明する。透過長121は、(式2)を用いて算出される被験者をX線118が斜めに透過した長さである。被検体の厚さ120は、透過長121に角度119(θ)の補正を施す(具体的にはcosθを掛ける)ことで算出される。

(ステップ403)
ステップ402で見積もった被検体の厚さより、被検体の断面を楕円モデルで近似して、被検体の輪郭を推定する。

上記実施例によれば、被検体の厚さより被検体の輪郭を推定し、その輪郭に基づいて被検体がX線CT装置の開口部104よりずれていた場合、逆方向に動かすことができるので、簡易な方法で、被検体の位置ずれを調整できる。

本実施例では、実施例1〜3において求めた被検体の輪郭に基づいて、寝台の位置を上下、前後、左右に動かしながらスキャンを行なう実施例である。実施例4を、図10を用いて説明する。ただし、図10は、本実施例においてスキャン撮影を行う手順を示すフローチャートである。

(ステップ501)
実施例1〜3の手順により得られた輪郭を再現した立体画像を表示する。

(ステップ502)
操作者は、立体表示されているスキャノグラム画像から、マウスを使用してスキャンの対象部位を特定する。

(ステップ503)
画像処理装置は、スキャンの対象部位の画素値を利用して、対象部位の形状・位置を認識する。

(ステップ504)
スキャンの対象部位の形状・位置に合わせて、寝台の位置を上下・前後・左右に動かしながらスキャン撮影を行う。

上記実施例により、スキャンの対象部位を常にX線照射範囲の中心に配置することが可能となるため、画質が向上する。さらに、必要最小限の照射範囲で撮影が可能となるため、被曝量が低減する。

本実施例では、実施例1〜3において求めた被検体の輪郭に基づいて、寝台の位置を上下、前後、左右に動かしながらスキャンを行なう実施例である。実施例5を、図11を用いて説明する。ただし、図11は、本実施例においてスキャン撮影を行う手順を示すフローチャートである。

(ステップ601)
実施例1〜3の手順により得られた輪郭を再現した立体画像を表示する。

(ステップ602)
操作者は、立体表示されているスキャノグラム画像から、マウスを使用してスキャンの対象部位を特定する。

(ステップ603)
画像処理装置は、スキャンの対象部位の画素値を利用して、対象部位の形状・位置を認識する。

(ステップ604)
スキャンの対象部位の形状・位置に合わせて、X線の照射範囲を変更しながらスキャン撮影を行なう。

上記実施例により、X線照射範囲を適切なサイズに変更しながらスキャン撮影を行うことで、被曝量が低減する。

以上、本発明の実施例について、X線CT装置を例にとって説明したが、本発明の実施形態はこれらに限定されるものではない。例えば、X線TV装置といった医用画像作成装置でも良い。

本発明は、X線CT装置及びX線TV装置等に利用することができる。

105 寝台、130 被検体、131 リファレンス、132 スキャノグラム撮影範囲

Claims

寝台に載置された被検体にＸ線を照射するＸ線源と、前記Ｘ線源に対向配置され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線源と前記Ｘ線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転する回転円盤と、前記Ｘ線検出器により検出された透過Ｘ線量に基づき被検体のＣＴ画像を再構成する画像再構成装置と、前記画像再構成装置により再構成されたＣＴ画像を表示する画像表示装置と、を備えたＸ線ＣＴ装置であって、
前記回転円盤を所定角度に保ったまま前記回転円盤の回転軸方向に前記寝台を動かしながら、既知の高さを有する参照物とともに前記被検体の投影像を異なる寝台位置で取得することでスキャノグラム画像を撮影するスキャノグラム撮影部と、
異なる寝台位置で取得した複数の投影像を合成することで前記寝台と平行な面で前記被検体と前記参照物との断層像を作成する画像合成部と、
前記断層像中の前記参照物の画素値に基づき前記被検体の輪郭を推測する輪郭推測部と、をさらに備えることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置であって、
前記画像合成部は、前記寝台からの高さが異なる前記断層像を複数合成することにより立体画像を生成し、
前記輪郭推測部は、前記被検体の立体像の画素値の変化の度合いが前記参照物の高さ方向における画素値の変化の度合いと一致する領域を前記輪郭とすることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１または２に記載のＸ線ＣＴ装置であって、
推測された前記輪郭の中心が前記回転円盤の回転中心と一致するように前記寝台の位置を制御する寝台制御部をさらに備えることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。