JP5426075B2

JP5426075B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP5426075B2
Application number: JP2007021940A
Authority: JP
Inventors: 知中西
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2027-01-31
Also published as: US20080212735A1; JP2008183377A; US7561657B2; EP1952766A1; EP1952766B1

Description

本発明は完全解コーンビームヘリカル再構成のための収集条件の自動決定に関するものであり、特にＸ線を生体に照射して体内の情報を画像として得るＸ線ＣＴ装置に関するものである。

第３世代ＣＴとは、Ｘ線束を発生するＸ線管と、被検体を挟み対向する位置にあるＸ線検出器とが被検体の回りを回転しながら様々な角度からの投影データを収集する方式として定義される。従来Ｘ線束はファンビーム状のＸ線束、検出器は１次元アレイ型検出器であった。

スキャン方式は、コンベンショナルスキャン方式と、ヘリカルスキャン方式の２種類がある。コンベンショナルスキャン方式とは、Ｘ線管が同一の円軌道を周回するスキャン方法として定義される。ヘリカルスキャン方式とは、Ｘ線源と検出器とが被検体の回りを連続的に回転し、その回転と同期して被検体を載置した寝台が体軸に沿って移動するスキャン方式として定義され、被検体と共に移動する移動座標系を考えると、Ｘ線管が螺旋軌道を描くことからこの名称が使われている。尚、移動座標系に於いて、Ｘ線管が１回転する間に変位する体軸方向、すなわちＺ軸方向の距離は、ヘリカルピッチとして定義される。

また、近年、第３世代或いは第４世代のＣＴに於いて、ファンビーム状のＸ線束ではなく体軸方向に広がりを持ったコーンビーム状のＸ線束を発生するＸ線管と、Ｘ線検出器が複数の１次元アレイ型検出器をＺ軸方向に複数列例えばＮ列積み重ねたように検出器素子がマトリクス状に配列された２次元アレイ型検出器を有するＣＴが知られており、これをコーンビームＣＴと称する。

また、ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｅｎｔｒａｌＦｌｏｒｉｄａのＫａｔｓｅｖｉｃｈ提案の完全解コーンビームヘリカル再構成では、コーンビームアーチファクトの無い画質を得ることができる。そして、その再構成方法については、例えば下記特許文献１が知られている。
特開２００６−０９５２９７号公報

前述したＫａｔｓｅｖｉｃｈの寝台移動速度の異なる１ＰＩ／３ＰＩと称される完全解のヘリカル再構成では、コーンビームアーチファクトの無い画質を得ることができる。前記１ＰＩ／３ＰＩとは、Ｘ線を検出するための検出器幅に対する異なる速さの寝台移動速度を表しているもので、１ＰＩとは約１８０度分のデータが使用可能な寝台移動速度であり、３ＰＩとは約５４０度分のデータが使用可能な寝台移動速度で前記１ＰＩよりも遅いものである。

ところで、一般にユーザは、スキャンしたい範囲と患者の息止め可能な時間とから、最適な寝台移動速度を決定する。しかしながら、Ｋａｔｓｅｖｉｃｈ(カツェビッチ)の再構成を用いる場合、寝台移動速度が１ＰＩと３ＰＩに限定されるため、ユーザは自由な寝台移動速度を選択することはできない。例えば、２次元アレイ型Ｘ線検出器が０．５ｍｍ×６４列収集の場合、寝台移動速度は１７．８［ｍｍ／ｒｏｔ］（３ＰＩ）と４５．７［ｍｍ／ｒｏｔ］（１ＰＩ）の２種類しか選択することができない。他の寝台移動速度を選択しても再構成は可能であるが、データの利用効率が悪く、無駄な被曝となってしまうものであった。

したがって本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、寝台移動速度に対して無駄な被曝を発生させずに完全解コーンビームヘリカル再構成を行うことのできるＸ線ＣＴ装置を提供することである。

すなわち本発明は、コーンビーム状のＸ線束を発生するＸ線源と、前記Ｘ線源から発生され被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器であって、複数の検出素子を２次元状に配列して成るＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器とを前記被検体を挟んで対向した状態で装備する回転リングと、前記被検体が載置される天板を有する寝台と、ヘリカルスキャンを行うために、前記回転リングの回転と前記天板のスライドとを同期して制御する制御部と、前記Ｘ線検出器からの出力信号に基づいて画像データを再構成する再構成部と、複数の画質モードの各々について天板移動速度と検出素子列数との対応関係を記憶する記憶部と、ヘリカルスキャンにおいて利用する所定の天板移動速度と所定の画質モードとから前記対応関係に基づいて、ヘリカルスキャンにおいて利用する前記Ｘ線検出器の検出素子列数を決定する決定部と、を具備する。

本発明によれば、寝台移動速度に対して無駄な被曝を発生させずに完全解コーンビームヘリカル再構成を行うことのできるＸ線ＣＴ装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の一実施形態によるＸ線ＣＴ装置の構成を示したブロック図であり、図２は図１に示されるガントリの外観構成を示す斜視図である。図３は図１に示される２次元アレイ型検出器の斜視図である。尚、後述するように、１ＰＩ再構成を「低被曝モード」、３ＰＩ再構成を「高画質モード」と称する。１ＰＩでは約１８０度分の投影データに基づいて所定のスライスにおける画像を再構成し、３ＰＩでは１ＩＰより長い収集区間（約５４０度分）の投影データに基づいてスライスにおける画像を再構成する。

本Ｘ線ＣＴ装置１０に於いて、投影データ測定系としてのガントリ（架台とも称される）１１は、円錐に近似したコーンビーム状のＸ線束を発生するＸ線源１３と、複数の検出素子を２次元状に配列して成る２次元アレイ型Ｘ線検出器１６とを収容する。Ｘ線源１３と２次元アレイ型Ｘ線検出器１６とは、寝台１７のスライド天板に載置された被検体Ｐを挟んで対向した状態で、回転リング１２に装備される。

２次元アレイ型Ｘ線検出器１６としては、複数の検出素子が１次元に配列されて成る１次元アレイ型検出器が複数列積み重ねられた状態で回転リング１２に実装される。ここで、１つの検出素子は１チャンネルに相当するものと定義する。Ｘ線源１３からのＸ線は、Ｘ線フィルタ１５を介して被検体Ｐに照射される。被検体Ｐを通過したＸ線は、２次元アレイ型Ｘ線検出器１６で電気信号として検出される。

Ｘ線制御器２１は高圧発生器２０にトリガ信号を供給する。該高圧発生器２０は、トリガ信号を受けたタイミングでＸ線源１３に高電圧を印加する。これにより、Ｘ線源１３からはＸ線が曝射される。このＸ線源１３の近傍には、被検体Ｐへの余分な被爆を防止するための上部スリット１４が設けられている。上部スリット制御部２２は、該上部スリット１４の開口幅を制御するためのもので、後述するシステム制御部２５によって制御される。

架台寝台制御部２３は、ガントリ１１の回転リング１２の回転と、寝台１７のスライド天板のスライドとを同期して制御する。システム全体の制御中枢としてのシステム制御部２５は、被検体Ｐから見てＸ線源１３が螺旋軌道を移動する、いわゆるヘリカルスキャンを実行するように、Ｘ線制御器２１と架台寝台制御部２３を制御する。具体的には、回転リング１２が一定の角速度で連続回転し、スライド天板が一定の速度で移動し、Ｘ線源１３から連続的または一定角度毎に間欠的にＸ線が曝射される。

記憶部２６は、後述する寝台移動速度と検出器の収集列数との関係を表したグラフ等を記憶しているもので、システム制御部２５により読み出される。

また、２次元アレイ型Ｘ線検出器１６の出力信号はチャンネル毎にデータ収集部２７にて増幅され、ここでデジタル信号に変換される。データ収集部２７から出力される投影データは、再構成処理部２８に取り込まれる。該再構成処理部２８では、投影データに基づいてボクセル毎にＸ線吸収率を反映した逆投影データが求められる。本実施形態のようなコーンビーム状のＸ線を用いたヘリカルスキャン方式では、その撮影領域（有効視野）は回転中心軸を中心として半径ωの円筒形状を成し、再構成処理部２８はこの撮影領域に複数のボクセル（立体画素）を規定し、ボクセル毎に逆投影データを求める。この逆投影データに基づいて作成された３次元画像データまたは断層像データは、表示装置２９に送られて３次元画像または断層像としてビジュアルに表示される。

尚、ヘリカルピッチは、図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、Ｘ線源１３の螺旋軌道の間隔、具体的にはＸ線源１３が中心面上を１回転する間に移動するスライド天板の移動距離として定義される。

前述した完全解コーンビームヘリカル再構成に於いては、１ＰＩ／３ＰＩ再構成が代表的であるが、データの使用範囲は、寝台移動速度、及びジオメトリにより一意に決定される。逆に言えば、寝台移動速度から画像再構成に必要な検出器の幅（収集厚×列数）を計算することができる。その計算結果（列数）にてデータ収集を行えば、無駄な被曝は発生しないことになる。

そこで、本実施形態では、ユーザが指定した任意の寝台移動速度から、最適な１ＰＩ／３ＰＩ再構成が可能となる列数を計算しデータ収集する仕組みを設けている。併せて、上部スリットも検出器の選択された列数に応じて絞り、無駄なＸ線の照射を防ぐようにしている。これにより、任意の寝台移動速度に対して無駄な被曝を発生させずに完全解コーンビームヘリカル再構成を行うことが可能となる。

次に、図５のフローチャートを参照して、本発明の一実施形態に於けるＸ線ＣＴ装置の動作について説明する。

尚、図３に示されるように、前記２次元アレイ型Ｘ線検出器１６は、検出器のチャンネル方向を２５６列、列方向を０．５ｍｍとする。

ステップＳ１にて、スキャノグラム（スキャノ）により収集範囲Ｌが決定される。次いで、ステップＳ２にて、ユーザによって収集時間Ｔが入力されて決定される。そして、ステップＳ３に於いて、前記ステップＳ１及びＳ２より、寝台移動速度ＣＳが算出される。

ステップＳ４では、検出器の収集列数が決定される。ここでは、例えば、図６に示されるような寝台移動速度と収集列数との関係を表したグラフを、予め記憶されている記憶部２６から読み出して参照し、決定するようにする。

そして、ステップＳ５にて、前記ステップＳ４で決定された収集列数に従って、上部スリット１４の幅が制御される。つまり、収集モードが決定される。その後、ステップＳ６にてＸ線源１３によりスキャンが行われて、データ収集部２７に投影データが取り込まれる。次いで、ステップＳ７にて、再構成処理部２８によって、前記ステップＳ６で取り込まれた投影データより、完全解コーンビームヘリカル再構成が行われる。

尚、前述したフローチャートでは、ステップＳ１及びＳ２で決定された収集範囲Ｌ、収集時間Ｔから寝台移動速度ＣＳを算出するようにしているが、これに限られずにユーザが直接、寝台移動速度ＣＳを入力するようにしても良い。また、ステップＳ４では、検出器の収集列数の決定の際に、寝台移動速度と列数との関係を表したグラフを記憶部２６から読み出して参照して決定するようにしているが、これに限られるものではない。例えば、前述した画質モード（高画質モード、低被曝モード）を、ユーザが入力して決定するようにしても良い。

例えば、ユーザが寝台移動速度５０．０［ｍｍ／ｒｏｔ］で収集、且つ低被曝モード（３ＰＩ）で画像再構成を行いたい場合、図６を参照すると、最適な収集条件は、０．５ｍｍ×７０列収集となる。同じく、高画質モード（１ＰＩ）での再構成を希望する場合には、０．５ｍｍ×１８０列収集がベストであるので、この列収集に従ってＣＴ装置でデータ収集を行う。収集時には、上部スリット１４を、前述した最適条件に応じて、それぞれ０．５ｍｍ×７０列、０．５ｍｍ×１８０列相当に絞る。

また、図６に示されるような寝台移動速度と検出器の収集列数との関係を表したグラフは、表示装置２９に表示されるものであってもよい。更に、グラフ以外にテーブルを参照するものであっても良く、また、数式により求められるものであっても良い。

尚、前述した実施形態では、寝台移動速度と検出器の収集列数との関係を表した特性曲線を、１ＰＩと３ＰＩの２つとしているが、これに限られるものではなく、例えば５ＰＩ、７ＰＩ等のアーチファクトが生じない画質を得るものであれば良い。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能であるのは勿論である。

更に、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合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、或いは実施形態に示される構成要件が幾つか組合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の一実施形態によるＸ線ＣＴ装置の構成を示したブロック図である。図１に示されるガントリの外観構成を示す斜視図である。図１に示される２次元アレイ型検出器の斜視図である。ヘリカルピッチを説明するための図である。本発明の一実施形態に於けるＸ線ＣＴ装置の動作について説明するためのフローチャートである。寝台移動速度と収集列数との関係を表したグラフである。

符号の説明

１０…Ｘ線ＣＴ装置、１１…ガントリ（架台）、１２…回転リング、１３…Ｘ線源、１４…上部スリット、１５…Ｘ線フィルタ、１６…２次元アレイ型Ｘ線検出器、１７…寝台、２０…高圧発生器、２１…Ｘ線制御器、２２…上部スリット制御部、２３…架台寝台制御部、２５…システム制御部、２６…記憶部、２７…データ収集部、２８…再構成処理部、２９…表示装置。

Claims

コーンビーム状のＸ線束を発生するＸ線源と、
前記Ｘ線源から発生され被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器であって、複数の検出素子を２次元状に配列して成るＸ線検出器と、
前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器とを前記被検体を挟んで対向した状態で装備する回転リングと、
前記被検体が載置される天板を有する寝台と、
ヘリカルスキャンを行うために、前記回転リングの回転と前記天板のスライドとを同期して制御する制御部と、
前記Ｘ線検出器からの出力信号に基づいて画像データを再構成する再構成部と、
複数の画質モードの各々について天板移動速度と検出素子列数との対応関係を記憶する記憶部と、
ヘリカルスキャンにおいて利用する所定の天板移動速度と所定の画質モードとから前記対応関係に基づいて、ヘリカルスキャンにおいて利用する前記Ｘ線検出器の検出素子列数を決定する決定部と、
を具備するＸ線ＣＴ装置。
前記記憶部は、前記対応関係を表すデータベースを少なくとも１つ以上有することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記決定部は、前記決定された検出素子列数に従って上部コリメーション条件を決定する、ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記記憶部は、前記天板移動速度と前記上部コリメーション条件のデータベースを少なくとも１つ以上有することを特徴とする請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記制御部は、前記決定された検出素子列数と前記所定の天板移動速度とでヘリカルスキャンを実行し、
前記再構成部は、前記所定の画質モードに従って完全解コーンビームヘリカル再構成処理を施す、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。