JP6280851B2 - 放射線断層撮影装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、放射線断層撮影装置により被写体を心拍に同期して撮影する技術に関する。

放射線断層撮影装置による撮影法の一つとして、心臓を撮影対象とした心拍同期撮影が知られている。この心拍同期撮影では、１心拍周期ごとに心臓の変動が小さい期間を狙ってスキャン（scan）を行うこととし、このようなスキャンを、スキャン領域を変えながら複数回繰り返し行うことにより、心臓を含む撮影範囲の全体をスキャンする。また、このようにして得られたスキャンデータ（scan data）に基づいて、撮影範囲内の各スライス（slice）について画像再構成を行う。より具体的には、例えば、次に示すような方法により行われる。

まず、心電計等の心拍計を用いて被検体の心拍波形をほぼリアルタイム（real time）で計測する。心拍波形におけるＲ波から次のＲ波までの心位相を０％〜１００％として、心臓の拡張期のほぼ中心に相当する７０％程度の心位相のところにスキャンの基準時刻を設定する。基準時刻とは、画像再構成に必要なガントリ（gantry）回転角度分すなわちビュー角度分のスキャンデータを収集する期間の基準となる時刻である。そして、この基準時刻を中心とした所定の時間幅、例えば０．２４秒程度の期間において、撮影範囲の一部をスキャン領域としたスキャンを行う。これを複数の心拍に渡って１心拍ごとにスキャン領域をずらしながら繰り返し行うことにより、撮影範囲の全体をスキャンする。

ここで、スキャンの基準時刻は、１心拍周期内において１つのみ設定される。スキャン方式は、アキシャルスキャン（axial time）または低ヘリカルピッチ（helical pitch）例えば０．２以下のヘリカルピッチによるヘリカルスキャン（helical scan）である。また、１心拍ごとのスキャンによるデータ収集には、時間分解能を優先して、１８０度＋放射線ファンビーム（fan beam）角分のビュー角度範囲のスキャンデータを収集するハーフスキャン（half scan）法が用いられる（特許文献１，段落［００２０］等参照）。ハーフスキャン法は、セグメントスキャン（segment scan）法あるいはパーシャルスキャン（partial scan）法ともいう。これらは、実際の心拍周期すなわちＲ−Ｒ間隔が０．７５〜１．２秒程度であり、心臓の動きが小さい小変動期、例えば拡張期が、その心拍周期の２５％分程度であること、ガントリ回転速度の上限が現状で０．３５秒／回転程度であること、被検体を載置するテーブル（table）の極端な高速移動は現実的でないこと等を考慮すると、常識的な条件となる。

また、画像再構成は、設定された基準時刻を１単位として行われる。つまり、１心拍ごとのスキャンにより収集されたスキャンデータからは、そのときのスキャン領域内のスライスについてのみ画像再構成を行う。これは、撮影対象が心臓という比較的速くて複雑な動きをする部位であるため、スライスごとの画像再構成に用いるデータの収集期間を極力揃えて、その変動が体軸方向に並ぶ各スライスの再構成画像上に現れないようにするためである。

また、１心拍ごとのスキャンにおけるスキャン領域は、時間的に隣り合うスキャン同士の間において、そのスキャン領域の一部が重複するように設定される。これは、次のような理由による。１心拍ごとのスキャンとしてハーフスキャンを行う場合、そのスキャンデータに基づいて画像再構成を行うと、図１０に示すように、スキャン時の検出器のスライス方向（ｚ軸方向）における両端部付近では、スライスの再構成面方向において実質的に互いに対向する投影データ（以下、対向データという）が不足し、ある領域ではデータが全くないミッシングコーン（missing cone）領域が生じる。そのため、このような両端部付近におけるスライスの再構成画像では、コーンビームアーチファクト（cone beam artifact）が顕著に現れる。そこで、１心拍周期内のハーフスキャンのスキャンデータからは、そのスキャン領域より僅かに内側の領域についてのみ、画像再構成を行うようにする。つまり、図１１に示すように、１心拍ごとのスキャンにおけるスキャン領域は、隣り合うスキャン領域の一部が重複するように設定される。このように、従来の心拍同期撮影では、ハーフスキャンを行うことによる不利益を低減するため、隣り合うスキャン領域を一部重複するように設定している。

それでも、条件によっては、各スキャン領域の両端部付近においてミッシングコーンが依然として存在するため、その両端部付近におけるスライスの再構成画像には、コーンビームアーチファクトが発生する。したがって、体軸方向の各位置におけるスライスの再構成画像を体軸方向に並べて３次元画像を生成すると、スキャン領域の境界付近においてバウンダリアーチファクト（boundary artifact）が発生する。

これを解決する方法の一つとして、隣り合うスキャン領域同士の境界付近における画像については、その周辺のスライスの再構成画像を参照して補正したり（特許文献２，要約参照）、これらの再構成画像を単純にあるいは適応的に合成して生成したりすることにより、画像の不連続性を低減する方法がある。例えば、スキャン領域同士の境界付近における画像について、その付近の一方寄りのスライスの再構成画像と他方寄りのスライスの再構成画像とを１：１の割合で重み付け加算して画像を生成する。

特開２００４−２０２２４６号公報 特開２００１−０７６１６９号公報

しかしながら、一般的に、画像空間で補正を行ったり、画像を単純に混ぜ合わせたりすると、空間分解能が劣化してボケた画像になるリスク（risk）がある。

このような事情により、放射線断層撮影装置による心拍同期撮影にて得られた画像において、空間分解能の劣化を抑えつつ、バウンダリアーチファクトを低減させることが可能な技術が望まれている。

第１の観点では、
被検体の周りを回転する放射線源及び検出器を含むデータ収集系を用いて前記被検体の心拍同期撮影を行う放射線断層撮影装置であって、
前記被検体の体軸方向における第１の位置を中心とした第１のスキャン領域を前記被検体の心拍に同期してスキャンする第１のスキャンにより第１のスキャンデータを得るとともに、前記第１のスキャン領域に隣接または一部が重複しており前記体軸方向における第２の位置を中心とした第２のスキャン領域を前記心拍に同期してスキャンする第２のスキャンにより第２のスキャンデータを得るよう、前記データ収集系を制御する制御手段と、
前記第１の位置と前記第２の位置との間におけるスライスに対応した画像を、前記第１及び第２のスキャンデータを用いて再構成する再構成手段であって、前記第１及び第２の位置に対する該スライスの位置に応じて前記第１のスキャンデータのビュー（view）角度範囲における使用率と前記第２のスキャンデータのビュー角度範囲における使用率とを決定する再構成手段と、を備えた放射線断層撮影装置を提供する。

第２の観点では、
前記再構成手段が、前記スライスの位置が前記第１の位置に近いほど前記第２のスキャンデータのビュー角度範囲における使用率を低くし、前記スライスの位置が前記第２の位置に近いほど前記第１のスキャンデータのビュー角度範囲における使用率を低くする、上記第１の観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第３の観点では、
前記再構成手段が、前記スライスの再構成面における画素を、該画素を通る放射線パス（path）のスキャンデータを逆投影して再構成する際に、該放射線パスの前記再構成面に対する角度に応じて該スキャンデータの重みを変える、上記第１の観点または第２の観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第４の観点では、
前記再構成手段が、前記放射線パスの前記再構成面に対する角度が小さいほど該放射線パスのスキャンデータの重みを大きくし、該角度が大きいほど該放射線パスのスキャンデータの重みを小さくする、上記第３の観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第５の観点では、
前記第１及び第２のスキャンが、１８０度＋放射線ファンビーム角分のビュー角度範囲のスキャンデータを得るものであり、
前記制御手段が、前記第１のスキャンにおけるビュー角度範囲の中心角度と前記第２のスキャンにおけるビュー角度範囲の中心角度との差分が９０度以上になるよう、前記データ収集系を制御する、上記第１の観点から第４の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第６の観点の発明は、
前記制御手段が、前記差分が実質的に１８０度になるよう、前記データ収集系を制御する、上記第５の観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第７の観点の発明は、
前記再構成手段が、前記スライスに対応した画像を、３６０度分のビュー角度範囲のスキャンデータを用いて再構成する、上記第６の観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第８の観点の発明は、
コンピュータ（computer）を、上記第１の観点から第７の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置における各部として機能させるためのプログラム（program）を提供する。

なお、「データ収集系」は、例えば、放射線源、検出器、これらが搭載されるガントリ等を含むものである。

また、「スキャンデータ」は、例えば、投影データである。

上記観点の発明によれば、心拍に同期したスキャンを、そのスキャン領域を変えながら複数回繰り返す心拍同期撮影において、被検体の体軸方向に隣り合う第１のスキャン領域と第２のスキャン領域との実質的な境界を含む領域内の各位置におけるスライスに対応した画像を、第１スキャン領域に対するスキャンにより得られた第１のスキャンデータと第２のスキャン領域に対するスキャンにより得られた第２のスキャンデータとを用いて再構成することとし、この際、第１及び第２のスキャン領域のそれぞれの中心位置に対する当該スライスの位置に応じて第１のスキャンデータのビュー角度範囲における使用率と第２のスキャンデータのビュー角度範囲における使用率とを決定するので、第１のスキャン領域と第２のスキャン領域との境界の画像を中心にその境界から離れた画像までを連続的に変化させ、不連続なバウンダリアーチファクトを低減させることができる。また、この画像を求める処理では、単純な画像同士の混ぜ合せではなく、ミッシングコーンによるスキャンデータの不足を補うようにスキャンデータを補完し合って混ぜ合わせた後に、それらのスキャンデータに基づいて画像を再構成することができるので、画像上にいわゆるボケが発生しにくい。その結果として、放射線断層撮影装置による心拍同期撮影にて得られた画像において、空間分解能の劣化を抑えつつ、バウンダリアーチファクトを低減させることが可能となる。

発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を概略的に示す図である。 発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の心拍同期撮影に関する部分の機能的な構成を示すブロック（block）図である。 発明の実施形態に係る心拍同期撮影の流れを示すフロチャート（flow chart）である。 発明の実施形態に係る心拍同期撮影のタイムチャート（time chart）の第１例である。 発明の実施形態に係る心拍同期撮影のタイムチャートの第２例である。 発明の実施形態に係る画像再構成を説明するための図である。 第１及び第２スキャンデータのビュー角度範囲における使用率の設定例を示す図である。 隣り合う第１スキャン領域と第２スキャン領域との重複領域が比較的大きい場合のデータ収集系のジオメトリ（geometry）を示す図である。 隣り合う第１スキャン領域と第２スキャン領域との重複領域が比較的小さい場合のデータ収集系のジオメトリを示す図である。 従来の心拍同期撮影における課題を説明するための第１図である。 従来の心拍同期撮影における課題を説明するための第２図である。

以下、発明の実施形態について説明する。なお、これにより発明は限定されない。

まず、本実施形態に係るＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置の構成について説明する。

図１は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を概略的に示す図である。

図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール（console）１と、テーブル（table）１０と、ガントリ（gantry）２０とを備えている。

操作コンソール１は、操作者４１からの入力を受け付ける入力装置２と、被検体４０をスキャンするための各部の制御や画像再構成するためのデータ処理などを行うデータ処理装置３と、ガントリ２０で取得したデータを収集するデータ収集バッファ（buffer）５と、画像を表示するモニタ（monitor）６と、プログラムやデータなどを記憶する記憶装置７とを備えている。

テーブル１０は、被検体４０を載せてガントリ２０の空洞部に搬送するクレードル（cradle）１２を備えている。クレードル１２は、テーブル１０に内蔵するモータ（motor）で昇降および水平直線移動される。なお、ここでは、被検体４０の体軸方向すなわちクレードル１２の水平直線移動方向をｚ軸方向、鉛直方向をｙ軸方向、ｚ軸方向およびｙ軸方向に垂直な水平方向をｘ軸方向とする。

ガントリ２０は、回転可能に支持された回転部１５を備えている。回転部１５には、Ｘ線管２１と、Ｘ線管２１を制御するＸ線コントローラ（controller）２２と、Ｘ線管２１から発生したＸ線８１をファンビーム或いはコーンビームに整形するアパーチャ（aperture）２３と、被検体４０を透過したＸ線８１を検出するＸ線検出器２４と、Ｘ線検出器２４の出力信号をデータとして収集するＤＡＳ２５と、Ｘ線コントローラ２２，アパーチャ２３の制御を行う回転部コントローラ２６とが搭載されている。ガントリ２０の本体は、制御信号などを操作コンソール１やテーブル１０と通信する制御コントローラ２９を備えている。回転部１５とガントリ２０の本体とは、スリップリング（slip ring）３０を介して電気的に接続されている。回転部１５は、最高速で０．３５秒／回転の回転速度（回転時間）にて回転可能である。

Ｘ線管２１およびＸ線検出器２４は、被検体４０が載置される撮影空間、すなわちガントリ２０の空洞部を挟んで互いに対向して配置されている。回転部１５が回転すると、Ｘ線管２１およびＸ線検出器２４は、互いの位置関係を維持したまま、被検体４０の周りを回転する。Ｘ線管２１から放射されアパーチャ２３で整形されたファンビーム或いはコーンビーム（cone beam）のＸ線８１は、被検体４０を透過し、Ｘ線検出器２４の検出面に照射される。

なおここでは、このファンビーム或いはコーンビームのＸ線８１のｘｙ平面における広がり方向をチャネル（channel）方向、この広がり角をファンビーム角α、ｚ軸方向における広がり方向もしくはｚ軸方向そのものをスライス（slice）方向で表すことにする。

Ｘ線検出器２４は、チャネル方向およびスライス方向に配設された複数の検出素子２４ｉにより構成されている。なお、検出素子２４ｉのチャネル方向の数は、例えば６０度の角度範囲において１０００個程度、検出素子２４ｉのスライス方向の列数は６４列、検出素子２４ｉの配列間隔は、例えば１ｍｍ程度である。Ｘ線検出器２４のカバレッジ（coverage）は、４０ｍｍである。

被検体４０には、心拍計５１が取り付けられている。心拍計５１は、例えば心電図を取得する心電計である。心拍計５１は、被検体４０の心臓の心拍波形Ｈを測定し、その信号をＸ線ＣＴ装置１００に送信する。Ｘ線ＣＴ装置１００は、その信号を受信して被検体４０の心臓の心拍波形Ｈをほぼリアルタイム（real time）でモニタ（monitor）する。

次に、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における心拍同期撮影に関する部分の機能的な構成について説明する。

図２は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の心拍同期撮影に関する部分の機能的な構成を示すブロック図である。図２に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１００は、撮影条件設定部３１と、スキャン制御部３２と、画像再構成部３３と、表示制御部３７とを有している。なお、これら各部は、データ処理装置３が記憶装置７に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより機能的に実現される。以下、これら各部の機能について説明する。

撮影条件設定部３１は、操作者４１による操作に応じて撮影条件を設定する。

スキャン制御部３２は、設定された撮影条件に基づいて、被検体４０の心拍同期撮影のためのスキャンが行われるように、テーブル１０やガントリ２０などを含むデータ収集系を制御する。このスキャンの実施により、複数ビューのスキャンデータすなわち投影データが収集される。

画像再構成部３３は、スキャンにより収集されたスキャンデータに基づいて画像を再構成する。画像再構成には、例えば３次元逆投影法を用いる。

表示制御部３７は、再構成された画像や文字などの情報を画面に表示するようモニタ６を制御する。

次に、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置において実行される心拍同期撮影の処理の流れについて説明する。

図３は、本実施形態に係る心拍同期撮影の流れを示すフロチャートである。

ステップ（step）Ｓ１では、操作者４１の操作に応じて撮影条件を設定する。撮影条件には、ガントリ回転速度Ｖ、被検体４０のｚ軸方向における撮影範囲ＳＲ等が含まれる。本例では、ガントリ回転速度Ｖは０．３５秒／回転、撮影範囲ＳＲは心臓を含む１５０ｍｍ程度の範囲を想定する。

ステップＳ２では、心拍計５１を用いて心拍波形Ｈのモニタを開始する。

ステップＳ３では、モニタしている心拍波形Ｈに基づいて心拍周期Ｔを計測する。例えば、心拍波形Ｈにおける直近の隣り合う２つのＲ波の時間間隔を心拍周期Ｔとして算出する。隣り合う２つのＲ波の時間間隔の平均を心拍周期Ｔとしてもよい。

ステップＳ４では、１心拍周期Ｔ分の心位相中における小変動期Ｅにスキャンに係る基準時刻ｔmを設定する。小変動期Ｅは、１心拍周期Ｔの中で心臓の動きが相対的に小さくなる時期であり、例えば心臓の拡張期である。心臓の拡張期は、おおよそ、心拍波形ＨにおけるＲ波を起点とした心位相の５０％〜９０％の範囲に含まれる。また、基準時刻ｔmは、画像再構成に必要なガントリ回転角度分すなわちビュー角度分のスキャンデータを収集するデータ収集期間Ｋの基準となる時刻である。本例では、ハーフスキャン法を用いるので、ハーフスキャン分に相当する１８０度＋Ｘ線ファンビーム角α分のビュー角度範囲のスキャンデータを収集するデータ収集期間の基準となる。なお、Ｘ線ファンビーム角は、単に「ファン角」ともいう。

ステップＳ５では、設定された基準時刻を基準として行われる１回分のスキャンとそのスキャン領域とガントリ回転角度（ビュー角度）との対応付けを行う。以下、これについて詳しく説明する。

図４及び図５は、本実施形態に係る心拍同期撮影のタイムチャートの例である。図４は、アキシャルスキャンを行う場合の例を示しており、図５は、ヘリカルスキャンを行う場合の例を示している。これらの図は、横軸に時間ｔをとり、撮影範囲ＳＲ内の各スライスの画像再構成に使用されるスキャンデータＤの収集タイミング、心拍波形Ｈ、データ収集の基準時刻ｔ０、Ｘ線管２１のテーブル１０に対するｚ軸方向の位置Ｚ、Ｘ線管２１の回転角度の位置を表すガントリ角度θ、データ収集のオン・オフ（on/off）ＤＳを表している。

図４及び図５に示すように、ステップＳ５では、複数のＮ心拍分のスキャンにより心臓を含む撮影範囲ＳＲの全体をスキャンすることとし、１回目〜Ｎ回目までの各スキャンがそれぞれ担当するスキャン領域を決定する。なお、各スキャンのスキャン領域はｚ軸方向に隣接または一部が重複するようにして並ぶ。また、基準時刻ｔ０を基準とする１回（１心拍）分のスキャンは、アキシャルスキャンでもよいし、ヘリカルスキャンでもよいが、ヘリカルスキャンの場合には、ヘリカルピッチを低くし、例えば０．２以下とする。

また、図４及び図５に示すように、ステップＳ５では、スキャンにおけるガントリ回転角度すなわちビュー角度（Ｘ線管２１の回転角度）θが、ｉ回目のスキャンにおけるビュー角度範囲の中心角度とその次のｉ＋１回目のスキャンにおけるビュー角度範囲の中心角度とで実質的に１８０度ずれるように設定される。つまり、隣り合う２つのスキャンごとに、１つ目のスキャンと次のスキャンとで、スキャンデータが収集されるビュー角度範囲の中心となるガントリ回転角度θが互いに１８０度ずれるように制御する。このように制御することで、収集されるスキャンデータのビュー角度の範囲が、それぞれのスキャンでのミッシングコーンを補完するような位置関係を取ることができる。その結果、画像再構成の際に、コーンビームアーチファクトを抑制し、再構成画像におけるｚ軸方向で不連続となる要素を低減して、バウンダリアーチファクトを抑えることができる。

ステップＳ６では、モニタしている心拍波形Ｈにおいて直近のＲ波を検出する処理を行い、Ｒ波が検出されたか否かを判定する。Ｒ波が検出された場合には、ステップＳ７に進む。Ｒ波が検出されなかった場合には、ステップＳ６に戻る。

ステップＳ７では、Ｒ波の検出後、基準時刻ｔ１と対応付けされたデータ収集期間に、アキシャルスキャンを行う。このアキシャルスキャンは、１スライスの画像再構成用のデータとして、１８０度＋ファンビーム角α分のビュー角度範囲のスキャンデータを収集するハーフスキャンである。

また、このアキシャルスキャンは、ステップＳ５にて決定された対応付けに基づいて、現スキャンが何回目のスキャンであるかに応じて決定されたスキャン領域に対して行われる。このとき、隣り合うスキャン同士、一つ目のスキャンと次のスキャンとでスキャンデータが収集されるビュー角度範囲の中心となるガントリ回転角度が実質的に１８０度ずれるようにスキャンが行われる。この制御は、計測された心拍波形Ｈや心拍周期Ｔ、Ｘ線検出器２４のカバレッジ等に基づいて、ガントリ回転速度やテーブル１０の移動を制御することにより行われる。

ステップＳ８では、撮影範囲ＳＲの全体のスキャンデータの収集が完了したか否かを判定する。完了した場合には、ステップＳ９に進む。完了していない場合には、ステップＳ６に戻る。

ステップＳ９では、収集されたスキャンデータに基づいて、撮影範囲ＳＲ内の各スライスについて画像再構成を行う。撮影範囲ＳＲに割り当てられたｚ軸方向に並ぶ複数のスキャン領域のうち、両端のスキャン領域における外側半分の各スライスについては、そのスキャン領域に対するスキャンにより得られたスキャンデータのみを用いて画像を再構成する。その他の領域におけるスライスについては、次のような方法で画像を再構成する。

図６は、本実施形態に係る画像再構成を説明するための図である。

図６に示すように、ここでは、ｚ軸方向に互いに隣り合うスキャン領域を第１スキャン領域Ｒ１及び第２スキャン領域Ｒ２とし、第１スキャン領域Ｒ１の中心を第１スキャン中心位置（第１の位置）Ｃ１、第２スキャン領域Ｒ２の中心を第２スキャン中心位置（第２の位置）Ｃ２とする。また、第１スキャン中心位置Ｃ１と第２スキャン中心位置Ｃ２との間の領域ＲＲであって、第１スキャン中心位置Ｃ１と第２スキャン中心位置Ｃ２との中間的な位置すなわち第１スキャン領域Ｒ１と第２スキャン領域Ｒ２との実質的な境界ＢＲを含む領域ＲＲに注目する。そして、この注目領域ＲＲ内の各位置におけるスライスに対応した画像を、第１及び第２スキャンデータＤ１，Ｄ２を用いて再構成することにする。この際、第１及び第２スキャン中心位置Ｃ１，Ｃ２に対する当該スライスの位置に応じて第１スキャンデータＤ１のビュー角度範囲における使用率ａと第２スキャンデータＤ２のビュー角度範囲における使用率ｂとを決定する。例えば、スキャンデータのビュー角度範囲が１８０度＋ファンビーム角度６０度で２４０度分である場合、使用率１００％のときはこの２４０度分のデータを用いることになり、使用率５０％のときは、１２０度分のデータを用いることになる。使用率ａ，ｂの決定方法としては、例えば、上記スライスの位置が第１スキャン領域Ｒ１内にあるときは、第１スキャンデータＤ１のビュー角度範囲における使用率ａは１００％とし、さらに、上記スライスの位置が第１スキャン中心位置Ｃ１に近いほど第２スキャンデータＤ２のビュー角度範囲における使用率ｂを低くする。また、上記スライスの位置が第２スキャン領域Ｒ２内にあるときは、第２スキャンデータＤ２のビュー角度範囲における使用率は１００％とし、さらに、上記スライスの位置が第２スキャン中心位置Ｃ２に近いほど第１スキャンデータＤ１のビュー角度範囲における使用率ｂを低くする。以下、これら使用率ａ，ｂの設定方法についてより具体的な例を示して説明する。

図７は、第１及び第２スキャンデータのビュー角度範囲における使用率の設定例を示す図である。

まず、上記境界ＢＲの位置にスライスＡＢ０を設定する。そして、第１スキャン領域Ｒ１内の上記境界ＢＲから第１スキャン中心位置Ｃ１までの領域において、最も境界ＢＲに近い側から順に代表的なスライスＡ１〜Ａ５を設定する。また、第２スキャン領域Ｒ２内の上記境界ＢＲから第２スキャン中心位置Ｃ２までの領域において、最も境界ＢＲに近い側から順に代表的なスライスＢ１〜Ｂ５を設定する。なお、ここでは、第１スキャンデータＤ１のビュー角度範囲における使用率ａを第１使用率、第２スキャンデータＤ２のビュー角度範囲における使用率ｂを第２使用率と呼ぶことにする。

第１スキャンデータＤ１と第２スキャンデータＤ２とは、互いに対向するビュー角度を中心として使用する。

スライスＡＢ０，Ａ１，Ｂ１においては、第１及び第２使用率ａ，ｂは、それぞれ、
ＡＢ０：ａ＝１００％，ｂ＝１００％
Ａ１：ａ＝１００％，ｂ＝１００％
Ｂ１：ａ＝１００％，ｂ＝１００％
となる。

スライスＡ２，Ｂ２においては、第１及び第２使用率ａ，ｂは、それぞれ、
Ａ２：ａ＝１００％，ｂ＝ ７５％
Ｂ２：ａ＝ ７５％，ｂ＝１００％
となる。

同様に、スライスＡ３，Ｂ３においては、
Ａ３：ａ＝１００％，ｂ＝ ５０％
Ｂ３：ａ＝ ５０％，ｂ＝１００％
となり、
スライスＡ４，Ｂ４においては、
Ａ４：ａ＝１００％，ｂ＝ ２５％
Ｂ４：ａ＝ ２５％，ｂ＝１００％
となり、
スライスＡ５，Ｂ５においては、
Ａ５：ａ＝１００％，ｂ＝ ０％
Ｂ５：ａ＝ ０％，ｂ＝１００％
となる。

スライスＡ３〜Ｂ３は、ビュー角度範囲として３６０度分を確保することができるので、これらのスライスでは３６０度分のビュー角度範囲のスキャンデータを用いて再構成する、いわゆるフルスキャン再構成が行われる。

なおここでは、説明を簡単にするため、スライスの数を少なくし、第１及び第２スキャンデータＤ１，Ｄ２のビュー角度範囲における使用率ａ，ｂの変化を２５％刻みとした例を用いて説明したが、実際には、スライスの数はより多く、使用率はより細かい刻み幅で連続的に変化させる。これにより、第１スキャン領域Ｒ１と第２スキャン領域Ｒ２との実質的な境界ＢＲ付近を中心にその境界付近から離れた画像までを連続的に変化させ、不連続なバウンダリアーチファクトを低減させることができる。また、この処理は、単純な画像同士の混ぜ合せではなく、ミッシングコーンによる対向データの不足を補うようにスキャンデータを補完し合って混ぜ合わせた後に、それらのスキャンデータに基づいて画像を再構成するので、画像上にいわゆるボケが発生しにくい。

また、ここでは、再構成面における各画素をスキャンデータすなわち投影データの逆投影によって再構成する際に、Ｘ線パスがその画素を通る対向データについて重み付けを行う。この重み付けは、Ｘ線パスのコーン角、すなわちそのＸ線パスの再構成面に対する角度に応じて行う。一般的には、Ｘ線パスのコーン角が大きいほどその投影データに乗算する重みを小さくし、Ｘ線パスのコーン角が小さいほどその投影データに乗算する重みを大きくする。これは、原理的に、逆投影する投影データのＸ線パスが再構成面と平行に近い方向であるほど、再構成される画素の値が精度よく求められるので、再構成面とＸ線パスとの成す角度が小さいほどその投影データの寄与率を上げるために行うものである。以下、投影データの重み付けの具体例について図を参照しながら説明する。

図８は、隣り合う第１スキャン領域Ｒ１と第２スキャン領域Ｒ２との重複領域が比較的大きい場合のデータ収集系のジオメトリを示す図である。また、図９は、隣り合う第１スキャン領域Ｒ１と第２スキャン領域Ｒ２との重複領域が比較的小さい場合のデータ収集系のジオメトリを示す図である。これらの図が示すジオメトリにおいて、第１スキャン中心位置Ｃ１と第２スキャン中心位置Ｃ２との実質的な境界すなわち中間に位置するスライスＡＢ０の再構成面における画素ｐを再構成する場合を考える。図８に示すように、第１スキャン領域Ｒ１と第２スキャン領域Ｒ２との重複領域が大きい場合、Ｘ線パスが画素ｐを通る対向データは、第１スキャン領域Ｒ１に対するスキャンの実測データと第２スキャン領域Ｒ２に対するスキャンの実測データとにより構成される。また、図９に示すように、第１スキャン領域Ｒ１と第２スキャン領域Ｒ２との重複領域が小さい場合、Ｘ線パスが画素ｐを通る対向データは、第１スキャン領域Ｒ１に対するスキャンの実測データと第２スキャン領域Ｒ２に対するスキャンの実測データから外挿で得られた外挿データとにより構成される。いずれの場合においても、画素ｐが再構成面の中心でないとき、その対向データは、Ｘ線パスのコーン角が相対的に小さいγ１である投影データＰ１と、Ｘ線パスのコーン角が相対的に大きいγ２である投影データＰ２とにより構成される。この場合、投影データＰ１に対する重みＷ１は相対的に大きくし、投影データＰ２に対する重みＷ２（γ１，γ２）は相対的に小さくする。一例としては、重みＷ１（γ１，γ２）＝γ２×γ２／（γ１×γ１＋γ２×γ２）、重みＷ２＝γ１×γ１／（γ１×γ１＋γ２×γ２）とする。

ステップＳ１０では、再構成された画像を表示する。例えば、撮影範囲ＳＲにおける各スライスの画像をｚ軸方向に並べた３次元画像におけるＭＰＲ画像を生成して画面に表示する。

以上、上記の実施形態によれば、ｚ軸方向に互いに隣り合う第１スキャン領域Ｒ１と第２スキャン領域Ｒ２との実質的な境界ＢＲを含む領域内の各位置におけるスライスに対応した画像を、第１及び第２スキャンデータＤ１，Ｄ２を用いて再構成することとし、この際、第１及び第２スキャン中心位置Ｃ１，Ｃ２に対する当該スライスの位置に応じて第１スキャンデータＤ１のビュー角度範囲における使用率ａと第２スキャンデータＤ２のビュー角度範囲における使用率ｂとを決定する。例えば、上記スライスの位置が第１スキャン領域Ｒ１内にあるときは、第１スキャンデータＤ１のビュー角度範囲における使用率ａは１００％とし、さらに、上記スライスの位置が第１スキャン中心位置Ｃ１に近いほど第２スキャンデータＤ２のビュー角度範囲における使用率ｂを低くする。また、上記スライスの位置が第２スキャン領域Ｒ２内にあるときは、第２スキャンデータＤ２のビュー角度範囲における使用率ｂは１００％とし、さらに、上記スライスの位置が第２スキャン中心位置Ｃ２に近いほど第１スキャンデータＤ１のビュー角度範囲における使用率ａを低くする。これにより、第１スキャン領域Ｒ１と第２スキャン領域Ｒ２との実質的な境界の画像を中心にその境界から離れた画像までを連続的に変化させ、不連続なバウンダリアーチファクトを低減させることができる。また、この処理は、単純な画像同士の混ぜ合せではなく、ミッシングコーンによるスキャンデータの不足を補うようにスキャンデータを補完し合って混ぜ合わせた後に、それらのスキャンデータに基づいて画像を再構成するので、画像上でいわゆるボケが発生しにくい。

また、上記の実施形態によれば、スキャン領域が隣り合う２つのスキャンごとに、１つ目のスキャンと次のスキャンとで、スキャンデータが収集されるビュー角度範囲の中心角度が実質的に１８０度ずれるように制御することで、収集されるスキャンデータのビュー角度範囲が、それぞれのスキャンでのミッシングコーンを補完するような位置関係を取ることができる。その結果、画像再構成の際に、コーンビームアーチファクトを抑制し、再構成画像におけるｚ軸方向で不連続となる要素を低減して、バウンダリアーチファクトを抑えることができる。

また、上記の実施形態によれば、再構成面における各画素をスキャンデータ（投影データ）の逆投影によって再構成する際に、Ｘ線パスがその画素を通る対向データについて重み付けを行う。この重み付けは、一般的には、Ｘ線パスのコーン角が大きいほどその投影データに乗算する重みを小さくし、Ｘ線パスのコーン角が小さいほどその投影データに乗算する重みを大きくする。これにより、再構成面とＸ線パスとの成す角度が小さいほどその投影データの寄与率を上げて、再構成される画素の値を精度よく求めることができる。

なお、発明は上記の実施形態に限定されることはなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の形態にて実施可能である。

例えば、上記の実施形態に係る心拍同期撮影のタイムチャートは、単なる一例であり、ガントリ２０の回転やテーブル１０の移動に関する制御は、種々のパターン（pattern）を取り得る。すなわち、ガントリ２０の回転速度やテーブル１０の移動速度は、可変であってもよい。

また例えば、上記の実施形態では、一つのスキャンと次のスキャンとでスキャンデータが収集されるビュー角度範囲の中心角度が実質的に１８０度ずれるように制御しているが、このずれ量は１８０度に限定されず、たとえ僅かであってもよい。ずれ量がない場合と比較してずれ量が少しでもあれば、補完し合うことができるスキャンデータは増大する。したがって、一つ目のスキャンと次のスキャンとでガントリ回転角度を“意図的にずらす制御”を行うだけでも効果があり、さらに、そのずれ量を“１８０度に近づける制御”を行えば、より効果が大きくなる。

また例えば、コンピュータを、このようなＸ線ＣＴ装置１００における各部として機能させるためのプログラムや、このプログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体などもまた、発明の実施形態の一例である。

また例えば、上記の実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置であるが、発明は、Ｘ線ＣＴ装置とＰＥＴ（Positron Emission Tomography）またはＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）とを組み合わせたＰＥＴ−ＣＴ装置やＳＰＥＣＴ−ＣＴ装置などにも適用可能である。

１ 操作コンソール
２ 入力装置
３ データ処理装置
５ データ収集バッファ
６ モニタ
７ 記憶装置
１０ テーブル
１２ クレードル
１５ 回転部
２０ ガントリ
２１ Ｘ線管
２２ Ｘ線コントローラ
２３ アパーチャ
２４ Ｘ線検出器
２５ 検出器コントローラ
２６ 回転部コントローラ
２８ Ｘ線検出装置
２９ 制御コントローラ
３０ スリップリング
３１ 撮影条件設定部
３２ スキャン制御
３３ 画像再構成部
３７ 表示制御部
４０ 被検体
４１ 操作者
５１ 心拍計
８１ Ｘ線
１００ Ｘ線ＣＴ装置

Claims (7)

1. 被検体の周りを回転する放射線源及び検出器を含むデータ収集系を用いて前記被検体の心拍同期撮影を行う放射線断層撮影装置であって、
   前記被検体の体軸方向における第１の位置を中心とした第１のスキャン領域を前記被検体の心拍に同期してスキャンする第１のスキャンにより第１のスキャンデータを得るとともに、前記第１のスキャン領域に隣接または一部が重複しており前記体軸方向における第２の位置を中心とした第２のスキャン領域を前記心拍に同期してスキャンする第２のスキャンにより第２のスキャンデータを得るよう、前記データ収集系を制御する制御手段と、
   前記第１の位置と前記第２の位置との間におけるスライスに対応した画像を、前記第１及び第２のスキャンデータを用いて再構成する再構成手段であって、前記第１及び第２の位置に対する該スライスの位置に応じて前記第１のスキャンデータのビュー角度範囲における使用率と前記第２のスキャンデータのビュー角度範囲における使用率とを決定する再構成手段と、を備え、
   前記第１及び第２のスキャンは、１８０度＋放射線ファンビーム角分のビュー角度範囲のスキャンデータを得るものであり、
   前記制御手段は、前記第１のスキャンにおけるビュー角度範囲の中心角度と前記第２のスキャンにおけるビュー角度範囲の中心角度との差分が９０度以上になるよう、前記データ収集系を制御するものであり、
   前記第1のスキャンデータとして、前記第２のスキャンデータのビュー角度範囲に含まれないデータが使用されるように前記第１のスキャンデータの使用率が決定され、前記第２のスキャンデータとして、前記第１のスキャンデータのビュー角度範囲に含まれないデータが使用されるように前記第２のスキャンデータの使用率が決定される、放射線断層撮影装置。
2. 前記再構成手段は、前記スライスの位置が前記第１の位置に近いほど前記第２のスキャンデータのビュー角度範囲における使用率を低くし、前記スライスの位置が前記第２の位置に近いほど前記第１のスキャンデータのビュー角度範囲における使用率を低くする、請求項１に記載の放射線断層撮影装置。
3. 前記再構成手段は、前記スライスの再構成面における画素を、該画素を通る放射線パスのスキャンデータを逆投影して再構成する際に、該放射線パスの前記再構成面に対する角度に応じて該スキャンデータの重みを変える、請求項１または請求項２に記載の放射線断層撮影装置。
4. 前記再構成手段は、前記放射線パスの前記再構成面に対する角度が小さいほど該放射線パスのスキャンデータの重みを大きくし、該角度が大きいほど該放射線パスのスキャンデータの重みを小さくする、請求項３に記載の放射線断層撮影装置。
5. 前記制御手段は、前記差分が実質的に１８０度になるよう、前記データ収集系を制御する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の放射線断層撮影装置。
6. 前記再構成手段は、前記スライスに対応した画像を、３６０度分のビュー角度範囲のスキャンデータを用いて再構成する、請求項５に記載の放射線断層撮影装置。
7. コンピュータを、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の放射線断層撮影装置における各部として機能させるためのプログラム。
   

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