JP5570733B2 - X線ct装置 - Google Patents
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- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
Description
図1は、本発明の実施例にかかるX線CT装置100の構成ブロック図である。このX線CT装置100は、操作コンソール1と、撮影テーブル10と、走査ガントリ20とを具備している。
X線自動露出制御部37は、デュアルエネルギー撮影の撮影条件設定時に画質の目標値に沿うように自動で被検体に照射されるX線を制御する。
図2は、本実施例のX線CT装置100についての動作の概要を示すフローチャートである。
ステップP1では、被検体HBをクレードル12に乗せ、位置合わせを行う。ここでは、クレードル12の上に乗せられた被検体HBは各部位の基準点に走査ガントリ20のスライスライト中心位置を合わせる。そして、スカウト像収集を行う。スカウト像撮影では、X線管21と多列X線検出器24とを固定させ、クレードル12を直線移動させながらX線検出器データのデータ収集動作を行う。ここでは、スカウト像SCは通常0度,90度のビュー角度位置で撮影する。図2中の右側は、0度で胸部付近を撮影したスカウト像SCの例である。このスカウト像SC上から断層像の撮影位置を計画できる。
断層像の撮影条件設定においては、X線制御部22の自動露出機構を用いることにより、被検体HBの被曝を最適化することもできる。
ステップP5では、前処理部33がビームハードニング補正を行う。ここでは、前処理した投影データD1(view,j,i)に対して、ビームハードニング補正を行う。この時、検出器のj列ごとに独立したビームハードニング補正を行うことができるため、撮影条件で各ガントリ回転部15の管電圧が異なっていれば、列ごとの検出器のX線エネルギー特性の違いを補正できる。本実施例では、被検体HBのプロファイル面積、楕円率などに応じて、ビームハードニング補正の処理を変更する。
ステップP8において、画像再構成部34は三次元逆投影処理を行う。ここでは、再構成関数重畳処理した投影データD3(view,j,i)に対して、三次元逆投影処理を行い、逆投影データD3(x,y,z)を求める。画像再構成する画像はz軸に垂直な面である。以下の再構成領域はxy平面に平行なものとする。
ステップP10において、モニタ6は画像再構成した断層像を表示する。断層像の例として、図2の右側に断層像TMを示す。
ステップP11では、デュアルエネルギー像MTMの表示を行う。ここでは、デュアルエネルギー画像再構成部35が高いX線管電圧で得た高エネルギー投影データもしくはこの高エネルギー投影データを画像再構成した高エネルギー断層像に加重加算係数を乗じた値から、低いX線管電圧で得た低エネルギー投影データもしくはこの低エネルギー投影データを画像再構成した低エネルギー断層像を減算し、デュアルエネルギー像MTMを画像再構成する。
上記のステップP8においての三次元逆投影処理はコーンビームCBを用いたヘリカル方式のスキャンにおいての画像再構成時に重要な処理方法となる。図3(a)ないし(c)は再構成領域上のラインをX線透過方向への投影を示す概念図である。その図3(a)はxy平面、図3(b)はyz平面、図3(b)はxz平面を示している。
以上の三次元逆投影処理は、図3(a)に示すように画像再構成領域Pを512×512画素の正方形として説明したものであるが、直径512画素の円形の領域としてもよい。
まず、X線線量値を予測に用いられるファントムのX線線量の測定及びX線線量値の計算について説明する。
但し、Exposure_Lengthは撮影のz方向の長さで、図5(a),図5(b)又は図5(c)に各々の場合のExposure_Lengthを示している。また、X線線量効率(Dose Efficiency)は以下の(数式8)のように求めることができる。
通常、1列のX線検出器を用いたX線CT装置では、図6(a)のようにデータ収集に用いるX線検出器のスライス感度プロファイルSSP(Slice Sensitivity Profile)の方がX線線量分布DPより大きい場合のX線線量効率は100%となる。例えば、図6(b)のようにX線線量分布DPより狭い範囲を用いた多列X線検出器24の場合のX線線量効率は90%以下になる場合もある。また、図6(c)のようにX線線量分布DPよりz方向に広い範囲を用いた多列X線検出器24の場合のX線線量効率は90%以上の値になる場合もある。
尚、少なくとも1ビューごとでX線管電圧を切り換えるデュアルエネルギー撮影は、例えば、図7(a),図7(b)、図7(c)に示されるように、ビューごと又は数ビューごとにX線管電圧kVが切り換えられる。
撮影条件設定部36は、ビュー数をn1+n2ビューおきに低いX線管電圧kV1をn1ビュー、高いX線管電圧kV2をn2ビュー切り換えながらX線データ収集を行う場合のCTDI値をDfast(n1,n2)とし、上述の方法を用いて求めた、撮影条件と同じビーム形成X線フィルタ、スライス厚、及びX線管電流値の、低いX線管電圧kV1のCTDI値をD80、高いX線管電圧kV2のCTDI値をD140とすると、Dfast(n1,n2)は、D80とD140とをビュー数の割合に基づく加重係数を用いた加重加算により、(数式9)のように、算出することができる。この概念図を図8(a)に示す。
X線制御部22はX線管電圧kVを低いX線管電圧kV1と高いX線管電圧kV2とで高速に切り換えた場合に、X線管電流mAが制御しきれずにX線管電流mAの設定値Asetに対してX線管電流mAがずれてAmesになる場合がある。この場合に撮影条件設定部36は以下の(数式10)のようにX線管電流mAの補正項を付ければ良い。なお、Aset80は低いX線管電圧kV1におけるX線管電流mAの設定値、Ames80はその実測値、Aset140は高いX線管電圧kV2におけるX線管電流mAの設定値及びAmes140はその実測値とする。
また、(数式10)は以下の(数式12)のように補正される。
このようにして、撮影条件設定部36はn1+n2ビューおきに低いX線管電圧kV1のn1ビューと高いX線管電圧kV2のn2ビューとを切り換えながらX線データ収集を行う場合のCTDI値であるDfast(n1,n2)を求めることができる。またビーム形成X線フィルタが異なる場合においても撮影条件設定部36はビーム形成X線フィルタごとに上記を同様に行えば良い。
このようにして、操作者はデュアルエネルギー撮影の各部位の被曝X線線量を知ることができ、必要に応じて撮影条件を変更することで、適切な撮影条件を設定することができる。
図9はビューごと又は数ビューごとにX線管電圧kVを切り換えるデュアルエネルギー撮影において操作者がX線線量情報で撮影条件を最適化するフローチャートを示す。以下の低いX線管電圧kV1は80kVとし、高いX線管電圧kV2は140kVとする。
ステップD2において、操作者は本スキャンの撮影条件設定を行い、撮影条件設定部36は予測したX線線量値Dfast(n1,n2)を表示する。
ステップD5おいて、操作者は撮影条件の変更を行う。
ステップD4においての、ビューごと又は数ビューごとのデュアルエネルギー撮影後の画像再構成は以下のように行う。
例えば、低いX線管電圧kV1のX線投影データをD80(view,row,ch)、高いX線管電圧kV2のX線投影データをD140(view,row,ch)、元のX線投影データをD(view,row,ch)とすると、図10のように2ビューおきにX線管電圧kVを切り換えた場合に以下のような補間処理で求めることができる。
このように2点で補間処理を行っても良いし、又は3点の加重加算処理を行っても良い。
デュアルエネルギー画像再構成部35は、補間処理及び加重加算処理した低いX線管電圧kV1のX線投影データと高いX線管電圧kV2のX線投影データとを画像再構成し、低いX線管電圧kV1の断層像と高いX線管電圧kV2の断層像とを求める。図11(a)は、画像空間におけるデュアルエネルギー断層像を画像再構成する概念図を示す。
例えば、任意の物質Mの等価画像GM(x,y)は図11(a)に示すように低いX線管電圧kV1の断層像G80(x,y)と高いX線管電圧kV2の断層像G140(x,y)とに加重加算係数w1,w2を用いて以下の(数式18)のように加重加算処理することで得ることができる。この任意の物質Mの等価画像とは、任意の物質Mの画素値が“0”になるように、加重加算係数w1,w2を調整した画像である。またCはバイアス値(ゲタばき?)を調整する定数とする。
ただし、w1=−w2の時は以下の(数式19)の通りとする。
また通常、w2は負の数になるので以下の(数式20)のように書くこともできる。
ただし、k=1の場合はの(数式19)の通りとなる。
なお、低いX線管電圧kV1のX線投影データ、高いX線管電圧kV2のX線投影データは加重加算処理する前に前処理とビームハードニング補正とをすでに処理したX線投影データを用いる。
上記の例は、X線管電圧80kVと140kVとを用いてCTDIを求めたが、あらかじめX線管電圧80kV,140kV以外に、過渡的なX線管電圧値である100kV,120kVのCTDI値を求める、それらを用いてデュアルエネルギー撮影のX線線量値を求めることもできる。
本例においては、デュアルエネルギー撮影においてあらかじめ撮影したスカウト像SC上に、撮影範囲を設定したときにX線線量の閾値(上限値)THを超えた部分に色付け表示(カラー表示)することで、操作者に注意を促し、より最適な撮影条件を設定できる例を示す。この場合も撮影条件設定部36はCTDI値、DLP値を求めて、数値又はグラフ表示を行う。
ステップD22おいて、操作者は本スキャンの撮影条件設定を行い、撮影条件設定部36はあらかじめ登録しておいたプロトコル(protocol)よりX線線量の閾値を設定する。例えば、プロトコルは年齢、体重又は撮影部位ごとにあらかじめX線線量の閾値の推奨値を設定しておくことができる。
<撮影条件の最適化の他の例2>
図13はデュアルエネルギー撮影においてX線自動露出制御部37を用い、さらにX線線量情報を求めることで最適な撮影条件を設定することができるフローチャートを示す。
ステップD42おいて、操作者は本スキャンの撮影条件設定を行い、X線自動露出制御も設定する。X線自動露出制御部37にはデュアルエネルギー断層像の画質の目標である画像ノイズ指標値を入力する。例えば、画像ノイズ指標値は、断層像の各画素におけるCT値の標準偏差又はデュアルエネルギー撮影の断層像の各画素におけるCT値の標準偏差を設定する。
ステップD49おいて、撮影条件の変更を行う。
図15(a)には2つのX線管21(第1X線管21−1,第2X線管21−2)及び多列X線検出器24(第1多列X線検出器24−1,第2多列X線検出器24−2)を持つX線CT装置、図15(b)には3つのX線管21(第1X線管21−1,第2X線管21−2,第3X線管21−3)及び多列X線検出器24(第1多列X線検出器24−1,第2多列X線検出器24−2,第3多列X線検出器24−3)を持つX線CT装置を示す。これらのX線CT装置においては、X線データ収集系ごとで異なるX線管電圧を出力する場合と各X線データ収集系がX線管電圧を切り換えて出力する場合とがある。いずれの場合も、撮影条件設定部36はあるz方向の1cm単位長さあたりにどれだけのX線投影データのビューが通り、それらのビューのX線線量を加算することによりCTDI値を求めることができる。また、DLP値はCTDI値をz方向の長さ方向に加算することで求めることができる。
2 … 入力装置
3 … 中央処理装置 (32 … 前処理部,34 … 画像再構成部,35 … デュアルエネルギー画像再構成部, 36 … 撮影条件設定部,37 … ラベリング部, 38 … 排他処理部)
5 … データ収集部
6 … モニタ表示部
7 … 記憶装置
10 … 撮影テーブル
12 … クレードル
15 … ガントリ回転部
20 … 走査ガントリ
21 … X線管 (21−1 … 第1X線管,21−2 … 第2X線管,21−3 … 第3X線管)
22 … X線制御部22
23 … コリメータ23
24 … 多列X線検出器24 (24−1 … 第1多列X線検出器,24−2 … 第2多列X線検出器,24−3 … 第3多列X線検出器)
25 … データ収集装置(DAS)
26 … 回転制御部
28 … ビーム形成X線フィルタ
29 … ガントリ制御部
Claims (7)
- 第1X線管電圧によるX線と、前記第1X線管電圧とは異なる第2X線管電圧によるX線とを少なくとも1ビューごとに切り換えて被検体に照射するX線照射部と、
前記被検体に照射した前記第1X線管電圧によるX線の第1エネルギー投影データ及び前記第2X線管電圧によるX線の第2エネルギー投影データを収集するX線データ収集部と、
前記第1エネルギー投影データと前記第2エネルギー投影データとに基づいて、デュアルエネルギー撮影の断層像を画像再構成するデュアルエネルギー画像再構成部と、
前記第1X線管電圧と前記第2X線管電圧とを少なくとも1ビューごとに複数回切り換えて、前記第1X線管電圧によるX線と前記第2X線管電圧によるX線とを被検体に照射した場合のX線線量の予測値を算出し表示する撮影条件設定部と、
を備え、
前記撮影条件設定部は、前記X線線量の予測値を、前記第1X線管電圧によるX線に基づくX線線量値と前記第2X線管電圧によるX線に基づくX線線量値との、前記切り換えられる第1X線管電圧と第2X線管電圧とのビューの割合に基づく加重係数を用いた加重加算により算出する
ことを特徴とするX線CT装置。 - 前記撮影条件設定部は、前記X線線量の予測値を、前記第1X線管電圧によるX線に基づくX線線量値と前記第2X線管電圧によるX線に基づくX線線量値との、前記切り換えられる第1X線管電圧と第2X線管電圧とのビューの割合に基づく加重係数と、前記切り換えに伴うX線管電流及び/またはX線管電圧の設定値からのずれを補正する補正係数とを用いた加重加算により、算出する
ことを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。 - 前記撮影条件設定部は、前記第1X線管電圧によるX線と前記第2X線管電圧によるX線とを少なくとも1ビューごとに被検体に照射した場合のX線線量の予測値を、前記第1X線管電圧によるX線に基づくX線線量値と、前記第2X線管電圧によるX線に基づくX線線量値と、前記第1X線管電圧によるX線と前記第2X線管電圧によるX線との切り替え区間のX線に基づくX線線量値とを、前記第1エネルギー投影データ、前記第2エネルギー投影データ、及び前記切り替え区間の投影データのビューの割合に基づく加重係数を用いた加重加算により算出するものであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のX線CT装置。
- 前記第1X線管電圧によるX線に基づくX線線量値と前記第2X線管電圧によるX線に基づくX線線量値とは、前記X線CT装置を用いて収集したファントムの投影データに基づきそれぞれ算出された値であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のX線CT装置。
- 前記X線線量の予測値が、CTDI(CT Dose Index)及びDLP(
Dose Length Product)の少なくとも一方であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のX線CT装置。
- 前記撮影条件設定部は、前記X線線量の予測値を、あらかじめ撮影しておいたスカウト像上に表示することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のX線CT装置。
- 前記撮影条件設定部は、前記X線線量の予測値を、前記X線線量の予測値が、あらかじめ指定しておいたX線線量の閾値を超えことを表示することを特徴とする請求項6に記載のX線CT装置。
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