JP5677731B2

JP5677731B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP5677731B2
Application number: JP2009143182A
Authority: JP
Inventors: 宮下　修; 修宮下; 丈夫天生目; 恒範柿沼
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp; Toshiba Medical Systems Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2029-06-16
Also published as: JP2011000158A

Description

本発明は、被検体を通過した透過Ｘ線の強度情報を用いて体内組織の画像再構成を行うＸ線ＣＴ技術に係り、特に、心電同期スキャン機能を備えたＸ線ＣＴ装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置は、疾患の診断・治療に有益な情報を提供し、今日の医療において重要な役割を果たしている。

近年、心臓や動脈のように拍動で変位する組織を対象とし、所要の心位相区間で組織の画像再構成を可能とするレトロスペクティブ法（Retrospective gating）に基づく心電同期スキャン法が可能なＸ線ＣＴ装置が提案されている（特許文献１参照）。レトロスペクティブ法では、被検体の拍動データ（心電波形等）と画像データとが同時収集され、後々に特定の心位相区間で取得された画像データが任意選択的に抽出され、抽出された画像データを用いて画像再構成が行われる。

特開２００３−１６４４４６号公報

従来のＸ線ＣＴ装置にあっては、被検体の被ばく線量のうち、レトロスペクティブ法によって事後選択される心位相区間での被ばく線量以外のものは、結果的には無駄な被ばく線量となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所要の心位相区間で画像再構成を行えるとともに、被検体の無駄な被ばく線量を解消できるＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係るＸ線ＣＴ装置では、被検体から取得される拍動データに基づき、所要の心位相区間で被検体の断層画像を取得する心電同期スキャン機能を備えたＸ線ＣＴ装置において、心電同期スキャンに先立って予め取得された拍動データに基づき、心電同期スキャン時の被検体の心位相を特定し又は予測し、所要の心位相区間で断層画像が得られるようにスキャンの開始と停止のタイミング制御を行う制御部を備え、前記制御部は、前記予め取得された拍動データに基づき、Ｒ波のピークとＲ波ピークの間隔であるＲＲ間隔の時間を算出し、前記心電同期スキャンの開始を指示した時刻の直前のＲ波ピークから前記ＲＲ間隔の時間が経過した時刻に前記心電同期スキャンを開始し、前記心同電期スキャンを開始した後に到来する２つのＲ波ピークのうち、２番目のＲ波ピークが到来する時刻に、前記心電同期スキャンを停止することを特徴とする。

本発明によれば、所要の心位相区間で画像再構成を行えるとともに、被検体の無駄な被ばく線量を解消できる。

本発明に係るＸ線ＣＴ装置の実施形態を示す図。被検体の拍動データを示す図。図１のスキャン制御部にて実行される心電同期スキャンのタイミングチャート。図１のスキャン制御部にて実行される心電同期スキャン（ＲＲ間隔スキャン）のタイミングチャート。図１のスキャン制御部にて実行される心電同期スキャン（１心拍限定スキャン）のタイミングチャート（Ｒ波延着ケース）。図１のスキャン制御部にて実行される心電同期スキャン（１心拍限定スキャン）のタイミングチャート（Ｒ波早着ケース）。

本発明に係るＸ線ＣＴ装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係るＸ線ＣＴ装置の実施形態を示す図である。

本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、被検体から取得される拍動データに基づき、所要の心位相区間で被検体の断層画像を取得する心電同期スキャン機能を備えたＸ線ＣＴ装置１である。このＸ線ＣＴ装置１は、寝台２、ガントリ（回転架台）３及びコンソール４を備える。

寝台２は、被検体Ｐを載置する天板５と、この天板５をガントリ３に向かって移動させる天板駆動装置６とを用いて構成される。

ガントリ３は、天板５に載置された状態の被検体Ｐを挿通可能に構成される回転フレーム７の内部に、ガントリ駆動装置８のほか、Ｘ線発生管９、Ｘ線検出器１０、高電圧発生装置１１及びデータ収集装置１２を有する。

Ｘ線発生管９とＸ線検出器１０は、寝台２に載置された被検体Ｐを挟んで対向配置され、被検体Ｐの体軸方向と直交するチャンネル方向Ｄ１に沿って３６０°回転するガントリ３と一体となって回転するように構成される。このＸ線発生管９は、高電圧発生装置１１から所要の管電圧の供給を受け、３６０°回転方向の任意回転位置から管電圧に応じたエネルギーのファンビームＸ線を被検体Ｐに向かって放射する。一方、Ｘ線検出器１０は、複数のＸ線検出素子がチャンネル方向Ｄ１およびスライス方向Ｄ２の各方向に２次元配置されて成るＸ線検出素子アレイにより構成される。

データ収集装置１２は、ヘリカルスキャンなどでＸ線検出素子アレイの各Ｘ線検出素子に蓄積され、被検体Ｐを通過した透過Ｘ線の強度情報を保有する蓄積電荷をＸ線検出信号として読み出し、ディジタルデータに変換してコンソール４に送る。

コンソール４は、前処理部１３、再構成処理部１４、画像記憶部１５、画像処理部１６、入力装置１７、表示装置１８及びスキャン制御部１９を有する。前処理部１３は、データ収集装置１２から送られてくるディジタルデータに対して感度補正等の処理を施して投影データとする。投影データは、再構成処理部１４に送られる。

再構成処理部１４は、前処理部１３から収集した投影データを用いた再構成処理にて画像データを生成し、画像記憶部１５に記憶する。画像処理部１６は、画像記憶部１５に記憶された画像データに基づいて画像（断層画像や３次元画像の静止画又は動画）を生成する。

入力装置１７は、画像のコントラスト、静止画／動画の切り替え及び関心領域などの各種の表示条件の設定を可能とする。表示装置１８は、画像処理部１６で生成された画像を表示条件に応じて表示する。

スキャン制御部１９は、ユーザ設定に基づき、天板駆動装置６、ガントリ駆動装置８、高電圧発生装置１１、データ収集装置１２などの各システム構成を制御するとともに、心電同期スキャンを実行する。

スキャン制御部１９による心電同期スキャンは、この心電同期スキャンに先立って被検体Ｐから予め取得された心電波形や心位相を示す拍動データ（以下、基準拍動データ（図２参照））に基づき、心電同期スキャン時の被検体Ｐの心位相を特定し又は予測し、所要の心位相区間で断層画像が得られるようにスキャンの開始と停止のタイミング制御を行う。なお、基準拍動データは、公知の心電装置（心電計）Ｑを用いて取得され（図１参照）、例えば、被検体Ｐを寝台２の天板５に載置してからスキャンを開始するまでの間に取得され或いは過去の心機能検査で取得されたものが用いられる。

以下、スキャン制御部１９にて実行される心電同期スキャンを、隣り合う２つのＲ波ピークの心位相区間（ＲＲ間隔）でスキャンを同期させる例に基づいて説明する。

（ステップ１０１）
スキャン制御部１９は、心電装置Ｑから直接又は記憶媒体を介して基準拍動データを受け取り、内部メモリに記憶する。そして、スキャン制御部１９は、受け取った基準拍動データ（図２参照）に示される心電波形のＲ波ピークとＲ波ピークの間隔の時間（Ｔ_ＲＲ）を算出する。

（ステップ１０２）
スキャン制御部１９は、心電同期スキャンに臨んで天板５に載置された被検体Ｐから心電装置Ｑを用いて取得される拍動データをリアルタイムで読み込む。

（ステップ１０３）
図３はスキャン制御部１９にて実行される心電同期スキャンのタイミングチャートである。
スキャン制御部１９は、ステップ１０２で読み込んだリアルタイムの拍動データを参照し、Ｒ波ピーク（Ｒ２）とＲ波ピーク（Ｒ３）の心位相区間（ＲＲ間隔）を対象とした断層画像を生成するのに必要なスキャン開始の心位相の到来時刻を予測する。

スキャン開始の心位相の到来時刻は、例えば、「スキャン開始前の直近のＲ波ピーク（Ｒ１）の到来時刻」から「ステップ１０１で算出したＲＲ間隔の時間（Ｔ_ＲＲ）−露光時間（Ｔ_Ｐ／２）」が経過した時刻として算出される。なお、露光時間（Ｔ_Ｐ）は、主として心位相１点（例えばＲ波ピーク（Ｒ２））の断層画像生成に必要となる投影データを得るためのスキャン時間であり、Ｘ線検出器１０のＸ線検出素子（例えば、フォトダイオード）にＸ線検出信号（電荷）が十分蓄積されるまでの所要時間である。従って、スキャンの開始から停止までの心位相区間（スキャン区間）は、画像再構成の対象とする心位相区間（再構成区間）よりも広範なものとなる（図３参照）。

（ステップ１０４）
スキャン制御部１９は、ステップ１０２で読み込んだリアルタイムの拍動データに基づいて、スキャン停止の心位相の到来時刻を予測する。

スキャン停止の心位相の到来時刻は、例えば、「スキャン開始後の直近のＲ波ピーク（Ｒ２）の到来時刻」から「ステップ１０１で算出したＲＲ間隔の時間（Ｔ_ＲＲ）＋露光時間（Ｔ_Ｐ／２）」が経過した時刻として算出される。このようにして、スキャン制御部１９は、ＲＲ間隔に再構成区間を同期させる心電同期スキャンを実行する。

ところで、心電同期スキャンの最中に期外収縮による不整脈や心拍異常などの心拍変動が生じうる。心拍変動が生じると、基準拍動データに基づく予測に反してＲ波ピーク（Ｒ２）の到来が遅延したり早まったりする。

Ｒ波ピーク（Ｒ２）が予測に反して遅延した場合、スキャン制御部１９は、図４に示すよう、最初のＲ波ピーク（Ｒ２）が到来する随分前の心位相からスキャンを開始することがある。この場合、スキャン制御部１９は、ステップ１０１〜ステップ１０４のスキャン停止の心位相予測処理に基づき、再構成区間がＲＲ間隔を包含するようにスキャンのタイミング制御を行う。すなわち、スキャン制御部１９は、ＲＲ区間を対象とした断層画像が得られるまで、１心拍分の心位相区間に限定することなくスキャンを延長（スキャン区間を拡大）する。

他方、心拍異常が生じ、基準拍動データに基づく予測に反してＲ波ピーク（Ｒ２）の到来が早まった場合、スキャン制御部１９は、最初のＲ波ピーク（Ｒ２）の画像再構成が不能となる心位相からスキャンを開始することになる。

この場合、スキャン制御部１９は、ステップ１０１〜ステップ１０４のスキャン停止の心位相予測処理に基づき、再構成区間がＲ波ピーク（Ｒ３）とこれ以降のＲ波ピーク（図示省略）の心位相区間（ＲＲ間隔）を包含するようにスキャンのタイミング制御を行う。すなわち、スキャン制御部１９は、Ｒ波ピーク（Ｒ２）の到来が遅延した場合と同様にＲＲ区間を対象とした断層画像が得られるまで、１心拍分の心位相区間に限定することなくスキャンを延長（スキャン区間を拡大）する。

（スキャン計画の変更）
スキャン制御部１９は、Ｒ波ピーク（Ｒ２）の到来が予測に反して遅延し或いは早まった場合、スキャン区間を拡大することなく１心拍分の心位相区間に限定するスキャン計画変更機能を有する。

図５はスキャン制御部１９にて実行される心電同期スキャン（１心拍限定スキャン）のタイミングチャート（Ｒ波延着ケース）である。

スキャン制御部１９は、例えばＲ波ピーク（Ｒ２）が予測に反して遅延したとき、Ｒ波ピーク（Ｒ２）に続くＲ波ピーク（Ｒ３）の到来を待つことなく（スキャン区間にＲＲ間隔が含まれなくても）、スキャン開始時刻の心位相を基準として１心拍分の断層画像が得られる心位相が到来した時点でスキャンを強制的に停止する。

１心拍分の心位相区間は、例えば、ステップ１０１で受け取った基準拍動データに示される心電波形とステップＳ１０２で読み込んだ拍動データに示される心電波形とのパターンマッチングにより判断される。

図６はスキャン制御部１９にて実行される心電同期スキャン（１心拍限定スキャン）のタイミングチャート（Ｒ波早着ケース）である。

スキャン制御部１９は、Ｒ波ピーク（Ｒ２）の到来が予測に反して早まったとき、Ｒ波ピーク（Ｒ２）の画像再構成が不能となる心位相からスキャンを開始することになる。この場合、スキャン制御部１９は、２つのＲ波ピーク（Ｒ３及びそれ以降のＲ波ピーク）の到来を待つことなく（スキャン区間にＲＲ間隔が含まれなくても）、スキャン開始時刻の心位相を基準として１心拍分の断層画像が得られる心位相が到来した時点でスキャンを強制的に停止させる。

次に、効果を説明する。

Ｘ線ＣＴ装置１にあっては、
（１）心電同期スキャンに先立って予め取得された基準拍動データに基づき、心電同期スキャン時の被検体Ｐの心位相を特定し又は予測し、所要の心位相区間で断層画像が得られるようにスキャンの開始と停止のタイミング制御を行うスキャン制御部１９を備える。このため、ユーザが意図した特定の心位相区間に限定したスキャンが可能となる。その結果、所要の心位相区間で画像再構成を行えるとともに、レトロスペクティブ法とは異なって被検体の無駄な被ばく線量を解消できる。

（２）スキャン制御部１９は、隣り合う２つのＲ波ピーク（Ｒ２、Ｒ３）の間隔を対象とする１心拍分に限定した断層画像が得られるように、スキャンの開始と停止を行う。このため、１心拍分の心位相区間の中で比較的穏やかな心位相区間が連続する部分が最大となる。従って、１心拍分の心位相区間に亘って高精度の画像再構成が可能となる（精密な断層画像が得られる）。

（３）スキャン制御部１９は、拍動データに基づく予測に反してＲ波ピーク（Ｒ２）の到来が遅延した場合、隣り合う２つのＲ波ピーク（Ｒ２、Ｒ３）の到来を待つことなく、スキャン開始時刻の心位相を基準として１心拍分に限定した断層画像が得られるようにスキャンの強制停止を行う。このため、心拍変動が生じたときでも、（１）と同様の効果を得ることができる。

（４）スキャン制御部１９は、拍動データに基づく予測に反してＲ波ピーク（Ｒ２）の到来が遅延した場合、隣り合う２つのＲ波ピーク（Ｒ２、Ｒ３）の間隔を対象とする１心拍分の断層画像が得られるようにスキャンを延長する。このため、心拍変動が生じたときでも、（１）と同様の効果を得ることができる。

（５）スキャン制御部１９は、拍動データに基づく予測に反してＲ波ピーク（Ｒ２）の到来が早くなった場合、隣り合う２つのＲ波ピーク（Ｒ３及びこれ以降のＲ波ピーク）の到来を待つことなく、スキャン開始時刻の心位相を基準として１心拍分に限定した断層画像が得られるようにスキャンの強制停止を行う。このため、心拍変動が生じたときでも、（１）と同様の効果を得ることができる。

（６）スキャン制御部１９は、拍動データに基づく予測に反してＲ波ピーク（Ｒ２）の到来が早くなった場合、隣り合う２つのＲ波ピーク（Ｒ３及びこれ以降のＲ波ピーク）の間隔を対象とする１心拍分の断層画像が得られるようにスキャンを延長する。このため、心拍変動が生じたときでも、（１）と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明に係るＸ線ＣＴ装置を１つの実施形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については、本実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載の発明の要旨を逸脱しない限り設計の変更や追加等は許容される。

例えば、スキャン制御部は、ＲＲ間隔の時間などを用いてＲ波ピークの到来時刻を予測する例を示したが、心電同期スキャン前に取得した基準拍動データに示される心電波形と心電同期スキャン時に読み込んだ拍動データに示される心電波形とのパターンマッチングにより、Ｒ波ピークの到来時刻を予測するようにしてもよい。

また、スキャン制御部は、心電波形のＲ波ピークを指標としてＲ波ピークの到来時刻を予測する例を示したが、心電波形のＰ波、Ｔ波、Ｕ波などのピークその他の位相を指標として着目する心位相の到来時刻を予測するようにしてもよい。

１……Ｘ線ＣＴ装置，２……寝台，３……ガントリ（回転架台），４……コンソール，５……天板，６……天板駆動装置，７……回転フレーム，８……ガントリ駆動装置，９……Ｘ線発生管，１０……Ｘ線検出器，１１……高電圧発生装置，１２……データ収集装置，１３……前処理部，１４……再構成処理部，１５……画像記憶部，１６……画像処理部，１７……入力装置，１８……表示装置，１９……スキャン制御部，Ｐ……被検体，Ｑ……心電装置，Ｄ１……チャンネル方向，Ｄ２……スライス方向．

Claims

被検体から取得される拍動データに基づき、所要の心位相区間で被検体の断層画像を取得する心電同期スキャン機能を備えたＸ線ＣＴ装置において、
前記心電同期スキャンに先立って予め取得された拍動データに基づき、心電同期スキャン時の被検体の心位相を特定し又は予測し、前記心位相のうち特定の心位相を基準として、１心拍分に限定した心位相区間で断層画像が得られるようにスキャン開始と停止のタイミング制御を行う制御部を備え、
前記制御部は、前記予め取得された拍動データに基づき、Ｒ波ピークとＲ波ピークの間隔であるＲＲ間隔の時間を算出し、前記心電同期スキャンの開始を指示した時刻の直前のＲ波ピークから前記ＲＲ間隔の時間が経過した時刻に前記心電同期スキャンを開始し、前記心電同期スキャンを開始した後に到来する２つのＲ波ピークのうち、２番目のＲ波ピークが到来する時刻に、前記心電同期スキャンを停止することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
被検体から取得される拍動データに基づき、所要の心位相区間で被検体の断層画像を取得する心電同期スキャン機能を備えたＸ線ＣＴ装置において、
前記心電同期スキャンに先立って予め取得された拍動データに基づき、心電同期スキャン時の被検体の心位相を特定し又は予測し、前記心位相のうち特定の心位相を基準として、１心拍分に限定した心位相区間で断層画像が得られるようにスキャン開始と停止のタイミング制御を行う制御部を備え、
前記制御部は、前記予め取得された拍動データに基づき、Ｒ波ピークとＲ波ピークの間隔であるＲＲ間隔の時間を算出し、前記心電同期スキャンの開始を指示した時刻の直前のＲ波ピークから前記ＲＲ間隔の時間が経過した時刻に前記心電同期スキャンを開始し、前記心電同期スキャン開始時刻から、前記ＲＲ間隔の時間が経過した時刻に、前記心電同期スキャンを停止することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記制御部は、前記心電同期スキャン開始直前のＲ波ピークが到来する時刻から前記ＲＲ間隔の時間が経過した時刻より、Ｘ線検出素子にＸ線検出信号が十分蓄積されるのに必要な露光時間分、さらに前の時刻に前記心電同期スキャンを開始すること、
を特徴とする請求項１または２に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記制御部は、前記心電同期スキャンを開始した後に到来する２つのＲ波ピークのうち、２番目のＲ波ピークが到来する時刻から、Ｘ線検出素子にＸ線検出信号が十分蓄積されるのに必要な露光時間分、後の時刻に前記心電同期スキャンを停止すること、
を特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記制御部は、前記心電同期スキャン開始時刻から、前記ＲＲ間隔の時間とＸ線検出素子にＸ線検出信号が十分蓄積されるのに必要な露光時間とを加算した時間が経過した時刻に、前記心電同期スキャンを停止すること、
を特徴とする請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。