JP5390549B2 - X-ray computed tomography system - Google Patents
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Description
本発明は、X線コンピュータ断層撮影装置に関する。 The present invention relates to an X-ray computed tomography apparatus.
X線コンピュータ断層撮影装置は、被検体を透過したX線の強度に基づいて、被検体についての情報を画像により提供するものであり、疾病の診断、治療や手術計画等を初めとする多くの医療行為において重要な役割を果たしている。そのため被曝機会の増加に伴って1回あたりの被曝線量の低減が重要な課題となっている。 An X-ray computed tomography apparatus provides information about a subject based on the intensity of X-rays that have passed through the subject, and includes many images including diagnosis, treatment, and surgical planning of diseases. It plays an important role in medical practice. Therefore, the reduction of the exposure dose per time has become an important issue as the exposure opportunities increase.
例えば、特許文献1、2では、中央領域に限定してX線を照射してデータを収集し、X線照射しない周辺領域のデータは弱いX線を使って収集したデータ又は以前に収集したデータにより補充することにより、被曝線量の低減を図っている。
For example, in
しかし、実際には、多くの場合、心臓等の関心部位が回転中心から外れているので、当該被曝線量の低減技術を利用できなかったり、あるいは当該被曝線量の低減効果が限定的であった。 However, in many cases, in many cases, since the site of interest such as the heart is off the center of rotation, the technique for reducing the exposure dose cannot be used, or the effect of reducing the exposure dose is limited.
本発明の目的は、フィルタによる被曝線量の低減効果を実効的なものとすることにある。 An object of the present invention is to make effective the effect of reducing the exposure dose by the filter.
本発明に係るX線コンピュータ断層撮影装置は、被検体の周囲を回転自在なX線管とX線検出器を有する架台と、X線管の回転軸と前記回転軸に直交する2軸との3軸に関し移動自在な天板を有する寝台と、被検体に関する関心位置とX線管の回転中心との間の3軸に関するズレに基づいて天板の移動を制御する制御部と、X線の線量を回転軸で高く周辺で低くするためにX線管と被検体との間に配置されるフィルタとを具備する。 An X-ray computed tomography apparatus according to the present invention includes an X-ray tube rotatable around a subject, a gantry having an X-ray detector, a rotation axis of the X-ray tube, and two axes orthogonal to the rotation axis. A bed having a top plate that is movable with respect to three axes, a control unit that controls movement of the top plate based on a deviation about three axes between a position of interest with respect to the subject and the rotation center of the X-ray tube, A filter is provided between the X-ray tube and the subject in order to increase the dose at the rotation axis and lower at the periphery.
本発明によると、フィルタによる被曝線量の低減効果を実効的なものとすることができる。 According to the present invention, the effect of reducing the exposure dose by the filter can be made effective.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、X線コンピュータ断層撮影装置には、X線管と放射線検出器とが1体として被検体の周囲を回転する回転/回転タイプと、リング状に多数の検出素子がアレイされ、X線管のみが被検体の周囲を回転する固定/回転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、主流を占めている回転/回転タイプとして説明する。また、1スライスの断層像データを再構成するには、被検体の周囲1周、約360°分の投影データが、またハーフスキャン法でも180°+α(α:ファン角)分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式にも本発明を適用可能である。ここでは、前者の例で説明する。また、入射X線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でX線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、X線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。X線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよい。また、近年では、X線管とX線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型のX線コンピュータ断層撮影装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本発明では、従来からの一管球型のX線コンピュータ断層撮影装置であっても、多管球型のX線コンピュータ断層撮影装置であってもいずれにも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The X-ray computed tomography apparatus includes a rotation / rotation type in which an X-ray tube and a radiation detector are rotated as one body, and a large number of detection elements are arrayed in a ring shape. There are various types such as a fixed / rotation type in which only the subject rotates around the subject, and the present invention can be applied to any type. Here, the rotation / rotation type that currently occupies the mainstream will be described. In addition, to reconstruct one slice of tomographic image data, projection data for about 360 ° around the object and projection data for about 360 ° is obtained, and projection data for 180 ° + α (α: fan angle) is also obtained by the half scan method. Needed. The present invention can be applied to any reconstruction method. Here, the former example will be described. In addition, the mechanism for converting incident X-rays into electric charges is based on an indirect conversion type in which X-rays are converted into light by a phosphor such as a scintillator and the light is further converted into electric charges by a photoelectric conversion element such as a photodiode. The generation of electron-hole pairs in semiconductors and their transfer to the electrode, that is, the direct conversion type utilizing a photoconductive phenomenon, is the mainstream. Any of these methods may be adopted as the X-ray detection element. In recent years, the so-called multi-tube X-ray computed tomography apparatus in which a plurality of pairs of an X-ray tube and an X-ray detector are mounted on a rotating ring has been commercialized, and the development of peripheral technologies has progressed. Yes. The present invention can be applied to both a conventional single-tube X-ray computed tomography apparatus and a multi-tube X-ray computed tomography apparatus. Here, a single tube type will be described.
図1は本実施形態に係るX線コンピュータ断層撮影装置の構成を示している。このX線コンピュータ断層撮影装置は、被検体に関する投影データを収集するために構成された架台1を有する。架台1は、X線管10とX線検出器23を有する。X線管10とX線検出器23は、架台駆動装置25により回転駆動されるリング状の回転フレーム12に搭載される。なお、説明の便宜上、回転フレーム12の回転中心軸をZ軸とし、上下方向にX軸、水平方向にY軸を既定する。回転フレーム12の中央部分は開口され、その開口部に、寝台2の天板2a上に載置された被検体Pが挿入される。寝台2は、天板駆動装置2bを装備している。天板駆動装置2bは、天板2aのXYZの3方向各々に関する移動を駆動するために設けられている。X線管10と被検体との間にはX線の線量を回転軸で高く周辺で低くするためにウエッジフィルタ11が配置される。
FIG. 1 shows the configuration of an X-ray computed tomography apparatus according to this embodiment. This X-ray computed tomography apparatus has a
X線管10の陰極陽極間には高電圧発生器21から管電圧が印加され、またX線管10のフィラメントには高電圧発生器21からフィラメント電流が供給される。管電圧の印加及びフィラメント電流の供給によりX線が発生される。X線検出器23としては、1次元アレイ型検出器と2次元アレイ型検出器とのいずれを採用してもよい。X線検出素子は例えば0.5mm×0.5mmの正方の受光面を有する。例えば916個のX線検出素子がチャンネル方向に配列される。この列がスライス方向に例えば40列並設されたものが2次元アレイ型検出器である。単一の列からなるものが1次元アレイ型検出器である。
A tube voltage is applied between the cathode and anode of the
一般的にDAS(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集装置26は、検出器23からチャンネルごとに出力される信号を電圧信号に変換し、増幅し、さらにディジタル信号に変換する。このデータ(生データ)は架台外部の計算機ユニット3に供給される。計算機ユニット3の前処理ユニット34は、データ収集装置26から出力されるデータ(生データ)に対して感度補正等の補正処理を施して投影データを出力する。この投影データは計算機システム3の記憶装置41に送られ、記憶される。
A
計算機システム3は、上記前処理ユニット34及び記憶装置41とともに、システムコントローラ29、スキャンコントローラ30、投影データから画像データを再構成するための再構成ユニット36、ディスプレイ38、入力器39、スキャンエキスパートシステム43から構成される。スキャンエキスパートシステム43は、主にスキャン計画の設定を支援するために構築されたシステムである。スキャンエキスパートシステム43によるスキャン計画の設定手順について説明する。
The
図2にスキャン計画の設定手順を示している。まず、システムメイン電源投入後にスキャンエキスパートシステム43が起動し(S1)、スキャン計画設定のための初期画面がディスプレイ38に表示される。その初期画面に複数の撮影部位の候補が提示されている。操作者により入力器39の操作を介して撮影部位が選択されると、その撮影部位に対応する複数のエキスパートプランのリストが表示される。各エキスパートプランには、シングルスキャン/マルチスライススキャン/ヘリカルスキャン等の区別を表すスキャンモード、スキャン開始位置、終了位置、CTDI(CT線量指数)、管電圧、管電流、スキャンスピード(X線管10の1回転に要する時間)、スライス数、撮影スライス厚、画像スライス厚、X線管10の1回転期間に天板2aが移動する距離を表すヘリカルピッチ、再構成モード、撮影視野(撮影FOV)、再構成視野(再構成FOV)等が含まれる。操作者により入力器39を介して所望のエキスパートプランが選択される(S2)。操作者により入力器39上のプレスキャン開始ボタンが押されると、スキャンコントローラ30の制御のもとで、詳細な計画設定のためのスキャノグラムや断層画像のためのデータを収集するためにプレスキャンが行われる(S3)。
FIG. 2 shows a scan plan setting procedure. First, after the system main power is turned on, the
このプレスキャンはヘリカルスキャンである。ただし、プレスキャンでのヘリカルスキャンは、メインスキャンの管電流より低く(低線量)、ヘリカルピッチでメインスキャンのヘリカルピッチより長いヘリカルピッチで高速に行われる。プレスキャンで収集されたデータは記憶装置41に一旦記憶される。スキャンエキスパートシステム43は、プレスキャンで収集されたデータを用いてX線管10がゼロ°(最頂位置)にあるときの被検体の正面画像としてのスキャノグラムと、X線管10が90°にあるときの被検体の側面画像としてのスキャノグラムとを生成し、また再構成ユニット36はプレスキャンで収集されたデータを用いて任意のスライス位置であってメインスキャン時のそれより厚い画像スライス厚であってしかもメインスキャン時のそれより解像度の低い断層画像を再構成する(S4)。この断層画像は、回転中心軸を中心とした円形のプレスキャン撮影視野(撮影FOV)にほぼ一致する再構成視野(再構成FOV)で再構成される。
This pre-scan is a helical scan. However, the helical scan in the pre-scan is performed at a high speed with a helical pitch that is lower than the tube current of the main scan (low dose) and longer than the helical pitch of the main scan at the helical pitch. Data collected by the pre-scan is temporarily stored in the storage device 41. The
スキャンエキスパートシステム43は、上記2方向のスキャノグラムと、断層画像と、S2で選択したプランとから図3に例示するスキャン計画画面を構築し、表示する(S5)。正面のスキャノグラムにはZ方向のスキャン範囲を指定するためのフレームが重ねられ、また側面のスキャノグラムにはチルト角を指定するためのラインが重ねられ表示される。操作者はこれらフレームやラインを任意に操作して、Z方向のスキャン範囲及びチルト角をそれぞれ指定する。
The
再構成モードで拡大再構成(ズーミング再構成)が選択されているとき、スキャンエキスパートシステム43は、スキャン計画画面の断層画像に、拡大再構成の範囲を指定するための円形の関心領域ROIを重ねて表示する。操作者は、関心領域ROIに心臓等の関心臓器が収まるように、入力器39を操作して関心領域ROIを任意に拡大/縮小し、また移動する(S6)。関心領域ROIの設定が完了すると、スキャンエキスパートシステム43は、その関心領域ROIの中心、つまり拡大再構成領域の中心の位置を、断層画像の中心、つまりX線管10の回転中心軸の位置に対して一致させるために必要なXY2方向に関する天板2aの移動距離を計算する(S7)。
When enlargement reconstruction (zooming reconstruction) is selected in the reconstruction mode, the
さらにスキャンエキスパートシステム43は、計算した移動距離を実際に天板2aが移動可能であるか否かを判定する(S8)。想定される移動後の天板2aのX又はY位置が天板駆動装置2bによる天板2aの移動限界の範囲内であるか否かを判断するのはもちろん、それとともに被検体の外輪郭の全域が撮影FOVに収まっているか否かを判断する。例えば、被検体の胸部の一部分でも撮影FOVから外れているとき、計算した移動距離を天板2aが移動不可であると判断する。そのためにスキャンエキスパートシステム43では、断層画像からしきい値処理等を利用して被検体の表皮輪郭を抽出する画像処理機能を装備している。抽出された輪郭の位置を、上記計算した移動距離に従ってシフトし、そのシフト後の輪郭の座標と、撮影FOVの範囲の座標との比較により上記判断が行われる。
Further, the
S8で計算した移動距離を天板2aが移動可能であると判断されたとき、スキャンエキスパートシステム43は、スキャン計画画面内の「天板移動」という表記のボタンのクリックを待って、S8で計算したXY各方向の移動距離のデータをスキャンコントローラ30に供給する。スキャンコントローラ30は、供給されたXY各方向の移動距離のデータに従って天板駆動装置2bを制御して、天板2bをXY各方向に、S8で計算された距離だけ移動させる(S9)。それにより拡大再構成範囲の中心が、X線管10の回転中心軸に一致する。なお、図示しない位置センサからの天板2bの位置の変化に従って、スキャンエキスパートシステム43は、スキャン計画画面内の断層画像表示領域内で断層画像を移動する(S10)。スキャン計画画面内の断層画像表示領域の中心が、回転中心軸の位置として固定される。それにより操作者は天板2bの移動による拡大再構成範囲の中心とX線管10の回転中心軸との一致を確認することができる。
When it is determined that the top 2a can move the travel distance calculated in S8, the
S8で計算した移動距離を天板2aが移動不可であると判断されたとき、スキャンエキスパートシステム43は、拡大再構成範囲の中心を、X線管10の回転中心軸に一致させることができない旨のメッセージを当該画面にポップアップで表示させる(S12)。それと共に、スキャンエキスパートシステム43は、被検体の輪郭の全域が撮影FOVに収まることを限界条件として、拡大再構成範囲の中心が、X線管10の回転中心軸に最接近するためのXY2方向の移動距離を計算する(S13)。移動後の被検体の輪郭上の1箇所(1画素)の座標が撮影FOVの外周上のある位置の座標に一致するように、最接近のための移動距離が計算される。
When it is determined that the top 2a cannot move the movement distance calculated in S8, the
上記と同様に、スキャンエキスパートシステム43は、スキャン計画画面内の「天板移動」という表記のボタンのクリックを待って、S13で計算したXY各方向の移動距離のデータをスキャンコントローラ30に供給する。スキャンコントローラ30は、供給されたXY各方向の移動距離のデータに従って天板駆動装置2bを制御して、天板2bをXY各方向に、S13で計算された距離だけ移動させる(S9)。それにより拡大再構成範囲の中心が、X線管10の回転中心軸に最接近する。接近程度は、S10においてスキャン計画画面内の断層画像表示領域内での断層画像の移動により確認できる。
Similarly to the above, the
必要に応じてスキャン計画の各パラメータが任意に修正される。画面内の「確定」ボタンのクリックを契機として、メインスキャンがスキャンコントローラ30の制御のもとで実行される(S11)。 Each parameter of the scan plan is arbitrarily modified as necessary. When the “OK” button in the screen is clicked, the main scan is executed under the control of the scan controller 30 (S11).
以上のように拡大再構成領域の中心をX線管10の回転中心軸に自動的に一致させることができ、または一致させることができないときは自動的に最接近させることができる。それにより回転中心付近の線量を高くし、端部分の線量を低く抑えるよう構成されたウエッジフィルタによる被曝線量の低減効果を実効させることができる。
As described above, the center of the enlarged reconstruction area can be automatically matched with the rotation center axis of the
なお、上述の説明では、回転中心に拡大再構成範囲の中心を一致させる又は接近させることとしたが、回転中心に任意の位置を一致させる又は接近させるようにしてもよい。また、上述では、回転中心に拡大再構成範囲の中心を一致させる又は接近させるように、天板が移動する例を説明したが、回転中心に拡大再構成範囲の中心を一致させる又は接近させるように、天板が固定し、架台が移動するようにしてもよいし、そのように架台が天板とともに移動するようにしてもよい。 In the above description, the center of the enlarged reconstruction range is made to match or approach the center of rotation, but any position may be made to match or approach the center of rotation. Further, in the above description, the example in which the top plate moves so that the center of the enlarged reconstruction range coincides with or approaches the rotation center is described. However, the center of the enlarged reconstruction range coincides with or approaches the rotation center. In addition, the top plate may be fixed and the gantry may be moved, or the gantry may be moved together with the top plate.
(変形例)
本発明は、上述した実施形態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種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。
(Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation. Furthermore, the above embodiment includes various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, some constituent requirements may be deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment.
1…架台、2…寝台、2a…天板、2b…天板駆動装置、3…計算機ユニット、10…X線管、11…ウエッジフィルタ、12…回転フレーム、21…高電圧発生器、23…X線検出器、25…架台駆動装置、26…データ収集装置、29…システムコントローラ、30…スキャンコントローラ、34…前処理ユニット、36…再構成ユニット、38…ディスプレイ、39…入力器、41…記憶装置、43…スキャンエキスパートシステム。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記X線管の回転軸と前記回転軸に直交する2軸との3軸に関し移動自在な天板を有する寝台と、
前記被検体に関する関心位置と前記X線管の回転中心との間の前記3軸に関するズレに基づいて前記天板の移動を制御する制御部と、
前記X線の線量を前記回転軸で高く周辺で低くするために前記X線管と前記被検体との間に配置されるフィルタと、
を具備し、
前記制御部は、前記関心位置を前記X線管の回転軸の位置に一致させるための前記天板の移動距離が前記天板の移動限界の範囲内であるか否かを判断することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置。 A gantry having an X-ray tube and an X-ray detector rotatable around the subject;
A bed having a top plate that is movable with respect to three axes of a rotation axis of the X-ray tube and two axes orthogonal to the rotation axis;
A control unit for controlling the movement of the top plate based on a shift with respect to the three axes between a position of interest with respect to the subject and a rotation center of the X-ray tube;
A filter disposed between the X-ray tube and the subject to increase the X-ray dose at the rotation axis and lower at the periphery;
Comprising
The controller determines whether or not a movement distance of the top plate for making the position of interest coincide with a position of a rotation axis of the X-ray tube is within a range of movement limits of the top plate. X-ray computed tomography apparatus.
前記X線管の回転軸と前記回転軸に直交する2軸との3軸に関し移動自在な天板を有する寝台と、
前記被検体に関する関心位置と前記X線管の回転中心との間の前記3軸に関するズレに基づいて前記天板の移動を制御する制御部と、
前記X線の線量を前記回転軸で高く周辺で低くするために前記X線管と前記被検体との間に配置されるフィルタと、
を具備し、
前記制御部は、前記関心位置を前記X線管の回転軸の位置に一致させたときに前記被検体の全域が撮影視野に収まっているか否かを判断することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置。 A gantry having an X-ray tube and an X-ray detector rotatable around the subject;
A bed having a top plate that is movable with respect to three axes of a rotation axis of the X-ray tube and two axes orthogonal to the rotation axis;
A control unit for controlling the movement of the top plate based on a shift with respect to the three axes between a position of interest with respect to the subject and a rotation center of the X-ray tube;
A filter disposed between the X-ray tube and the subject to increase the X-ray dose at the rotation axis and lower at the periphery;
Comprising
The X-ray computed tomography is characterized in that the control unit determines whether or not the entire area of the subject is within a field of view when the position of interest matches the position of the rotation axis of the X-ray tube. Shooting device.
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