JPWO2011055741A1 - X線ct装置及びx線ct撮影方法 - Google Patents
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Abstract
Description
撮影部10は、寝台17と、該寝台17に横臥された被検体2にX線を照射するX線源11と、該X線源11に対向して設置され被検体2を透過したX線を検出することによりX線透過像111を出力する2次元X線検出器12と、X線源11及び2次元X線検出器12を機械的に接続するC型アーム13と、該C型アーム13を保持するC型アーム保持体14と、該C型アーム保持体14を天井に取り付ける天井支持体15と、該天井支持体15を図示の状態で前後左右の2次元方向に移動可能に支持する天井レール16と、被検体2に造影剤を注入するインジェクタ18と、を備える。
制御演算部20は、撮影部10を制御する撮影部制御手段100と、撮影部10が出力したX線透過像111を収集して格納する画像収集手段110と、収集されたX線透過像111に基づいて3次元CT像を再構成する画像再構成手段200と、本発明の特徴である穿刺パスを含む直交断面像を生成する直交断面像生成手段300と、画像再構成手段200及び直交断面像生成手段300が生成した断面像を表示する画像表示手段120と、情報入力装置70により直交断面像生成パラメータを入力する画像パラメータ入力手段60と、を備える。
撮影部制御手段100は、C型アーム13の、回転中心軸4の回りの回転移動を制御する撮影系回転制御手段101と、天井支持体15の天井レール16上での位置を制御してC型アーム13の被検体2に対する位置を2次元的に制御する撮影系位置制御手段102と、X線管11tに流す管電流のON、OFF等を制御するX線照射制御手段103と、インジェクタ18が被検体2に注入する造影剤の注入量及び注入タイミングを制御するインジェクタ制御手段104と、寝台17の位置を制御して被検体2の位置を調整するための寝台制御手段105と、2次元X線検出器12によるX線透過像111の撮影を制御する検出系制御手段107と、を備える。なお、C型アーム13の回転方向は、前述したように、紙面に平行な方向に回転中心軸4が有りX線源11と2次元X線検出器12が回転中心軸4を中心に旋回するようになっていても(図1)、回転中心軸4が紙面と垂直な方向に存在しX線源11と2次元X線検出器12が紙面と平行な面内をスライド回転するようになっていても(図1a)、あるいはその両方の回転動作を備えるものであってもよい。
画像再構成手段200は、前処理手段210と、フィルタリング手段220と、逆投影手段230と、を備える。
直交断面像生成手段300は、本発明の特徴である穿刺パスを含む直交断面像を生成する手段であり、針線抽出手段310と、穿刺投影情報保存手段320と、直交断面再構成手段330と、を備える。
コーンビームX線CT装置1では、先ず撮影系回転制御手段101は、回転中心軸4を中心にC型アーム13の旋回を開始する。回転加速期間を経たのち、X線照射制御手段103はX線管11tからX線を照射し、検出系制御手段107は2次元X線検出器12による撮像を開始する。X線管11tから照射されたX線は、被検体2を透過した後、2次元X線検出器12に取り込まれる。2次元X線検出器12の信号は、A/D変換を経た後、デジタル信号からなるX線透過像111として画像収集手段110に収集される。2次元X線検出器12の標準走査モードは毎秒30フレームで、回転撮影における投影角度間隔は1.33度で、5秒間に150枚のX線透過像111を収集する。200度の回転撮影が完了すると、X線照射制御手段103はX線管11tのX線照射を終了し、撮影系回転制御手段101は回転減速期間を経たのち回転を停止する。
前処理手段210は、投影角度βのX線透過像111(β)に前処理を施し、被検体2の投影データ211(β)を生成する(S210)。
フィルタリング手段220は、投影データ211(β)にフィルタリング処理を施し、フィルタ処理投影データ221(β)を生成する(S220)。
逆投影手段230は、フィルタ処理投影データ221に対し、逆投影演算を行い、3次元CT像240を生成する(S230)。
針線抽出手段310は、以下のステップS311及びステップS312、またはそのいずれかを用いて、投影データ211(β)から針線を抽出し、穿刺投影の重心(u(β),v(β))とその傾き角θ(321)を計算する(S310)。
投影データ211(β)にしきい値処理を施し、穿刺針が投影データに撮影された領域である穿刺投影を抽出する。穿刺針は、軟部組織や骨等と比べて、そのX線吸収係数が著しく高いので、しきい値を設定する事は比較的容易である(S311)。
投影データ211(β)に微分フィルタ処理を施し、微分画像から、穿刺投影の境界線を抽出する。また、フィルタリング手段220も一種の微分フィルタ処理なので、改めて微分画像を作成する代わりに、ステップS220が生成するフィルタ処理投影データ221(β)で代用する方法も可能である(S312)。
穿刺投影情報保存手段320は、投影角度βについてステップS310が計算した、穿刺投影の重心(u(β),v(β))とその傾き角θ(β)(321)を比較し、傾き角θ(β)の絶対値が最も小さくなる投影角度βminと、そのときの穿刺投影の重心座標(u(βmin),v(βmin))とその傾き角θ(βmin)を保存する(S320)。
現在の投影角度βにおける穿刺投影の傾き角θ(β)と、θ(βmin)の絶対値を比較し、θ(β)の絶対値がθ(βmin)の絶対値よりも大きい(YES)の場合はステップS112へ進む。θ(β)の絶対値がθ(βmin)の絶対値よりも小さい(NO)の場合は、ステップS323へ進む(S322)。
穿刺投影情報保存手段320が保存しているβmin、穿刺投影の重心座標(u(βmin),v(βmin))及び傾き角θ(βmin)を、現在の投影角度βと、投影角度βにおける穿刺投影の重心座標(u(β),v(β))及び傾き角θ(β)に置き換える(S323)。
現在の投影角度βあるいは撮影枚数が所定の値になっているかを確認し、所定の値になっていない(NO)の場合は、ステップS113へ進む。所定の値になっている(YES)の場合は、コーンビームCT撮影を終了し、ステップS330に進み、穿刺の直交断面像を再構成する(S112)。
X線管11t及び2次元X線検出器12を、所定の投影角度増分Δβだけ回転移動し、コーンビームCT撮影を続ける。次の投影角度(β+Δβ)について、画像収集手段110によりX線透過像111を収集する。そして、ステップS210からステップS112までの処理を続ける(S113)。
直交断面再構成手段330は、βminと、そのときの重心座標(u(βmin),v(βmin))から、穿刺針5の方位角β’と極角αを定め、穿刺パスを含む直交断面像340及び後述する中心投影像を生成する(S330)。
3次元座標計算手段332は、穿刺針5の検出面上の投影点の3次元座標を計算する。投影角度がβminのとき、回転中心軸4の投影点uCは、
((SID−SOD)sin βmin,(SID−SOD)Cos βmin)
にある。穿刺針5の投影点はuCからu軸方向に{u(βmin)−uC}×Δuだけ変位(Δuは、検出器素子間隔)しているので、穿刺針5の投影点の3次元座標は、
x’=(SID−SOD)sin βmin+{u(βmin)−uC}×Δu×Cos βmin y’=(SID−SOD)Cos βmin−{u(βmin)−uC}×Δu×sin βminとなる(S332)。
縦断面再構成手段330は、縦断面34について、フィルタ処理投影データ221を使用して、後述の画像パラメータ入力手段60により設定されたスライス厚Tの縦断面CT像81を再構成する。再構成演算に必要なボクセルx,yの範囲は、
{数2}
−T/2≦(x−x’)Cosβ’−(y−y’)sinβ’≦T/2 ・・・(2)
を満たす不等式(2)により、限定される(S333)。
極角算出手段334は、ステップS333が生成した縦断面CT像81に、針線抽出手段310を施し、縦断面CT像81内の穿刺領域を抽出し、図6a〜図6cに示すように、X−Y平面との交線となす角度から穿刺針5の極角αを算出する(S334)。
直交断面逆投影手段335は、極角α、方位角β’から定まる、穿刺パスの直交断面領域を逆投影演算し、直交断面像340を生成する(S335)。
Claims (15)
- X線を発生させるX線源と、
前記X線源に対向して配置され、被検体を透過した前記X線を検出して前記被検体の投影データを出力するX線検出器と、
前記X線源と前記X線検出器とを対向配置して回転させる回転手段と、
前記被検体の投影データから、前記被検体の特定部位が撮影された領域である特定部位投影領域を抽出し、前記特定部位投影領域の物理量が所定の条件を満たす投影データを選択する抽出手段と、
前記選択された投影データが撮影されたときの前記特定部位の方位角と、前記特定部位投影領域の代表点の座標と、を算出し、前記方位角に平行で前記代表点の座標を通る実空間領域からなる特定断面領域で得られた前記投影データを逆投影演算して、前記被検体の特定断面再構成像を生成する特定断面再構成手段と、
前記特定断面再構成像を表示する画像表示手段と、
を備えることを特徴とするX線CT装置。 - 前記抽出手段は、前記X線検出器のX線入射面を含む2次元平面における前記特定部位投影領域の傾き角度が所定角度となること、又は前記特定部位投影領域の長さが所定長となること、若しくは、前記特定部位投影領域の濃度値が所定値となること、のうち少なくとも一以上の条件を満たす前記投影データを選択する、
ことを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。 - 前記特定部位は、前記被検体に含まれ、かつ、軸方向を有する形状の高吸収体により構成され、
前記抽出手段は、前記特定部位投影領域として、前記高吸収体が撮影された領域である高吸収体投影領域を抽出する、
ことを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。 - 前記特定断面再構成手段は、前記実空間における前記高吸収体の軸方向の方位角と、前記高吸収体投影領域の重心の前記実空間における座標と、を算出し、前記特定断面領域として、前記高吸収体の軸方向に平行で前記重心の座標を通る前記実空間領域からなる縦断面領域を求め、当該縦断面領域で得られた前記投影データを逆投影して前記被検体の縦断面再構成像を生成する、
ことを特徴とする請求項3に記載のX線CT装置。 - 前記特定断面再構成手段は、前記選択された投影データが撮影されたときの前記実空間の一軸を基準とする前記X線の照射角度である投影角度と、前記選択された投影データが撮影されたときに前記回転の回転中心軸が前記投影データにおいて投影された領域からなる中心軸投影領域の前記X線検出器のX線入射面を含む2次元座標における座標と、前記高吸収体投影領域の重心の前記2次元座標における座標と、前記X線源から前記X線入射面までの距離と、前記X線検出器に配列されたX線検出素子の素子間隔と、に基づいて前記高吸収体の軸方向の方位角を算出する、
ことを特徴とする請求項4に記載のX線CT装置。 - 前記特定断面再構成手段は、前記選択された投影データが撮影されたときの前記実空間の一軸を基準とする前記X線の照射角度である投影角度と、前記選択された投影データが撮影されたときに前記回転の回転中心軸が前記投影データにおいて投影された領域からなる中心軸投影領域の前記X線検出器のX線入射面を含む2次元座標における座標と、前記高吸収体投影領域の重心の前記2次元座標における座標と、前記回転中心軸から前記X線入射面までの距離と、前記X線検出器に配列されたX線検出素子の素子間隔と、に基づいて前記重心の前記実空間における座標を算出する、
ことを特徴とする請求項4に記載のX線CT装置。 - 前記特定断面再構成手段は、前記特定断面領域に直交する少なくとも一つの直交断面領域で得られた前記投影データを逆投影演算して、前記被検体の直交断面再構成像を更に生成し、
前記画像表示手段は、前記直交断面再構成像を更に表示する、
ことを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。 - 前記抽出手段は、前記特定断面再構成像において前記被検体の特定部位が撮影された第二特定部位投影領域を更に抽出し、
前記特定断面再構成手段は、前記特定断面再構成像を含む2次元平面における前記第二特定部位領域がなす角度からなる極角を求め、前記方位角と前記極角とに基づいて、前記特定部位を含み、前記特定断面領域に垂直、かつ前記極角方向に平行な実空間領域からなる傾斜断面領域を求め、当該傾斜断面領域において得られた前記投影データを逆投影演算して前記被検体の傾斜断面再構成像を生成する、及び/又は、前記特定断面領域と前記傾斜断面領域とに直交する実空間領域からなる垂直断面領域を求め、当該垂直断面領域において得られた前記投影データを逆投影演算して前記被検体の垂直断面再構成像を生成し、 前記画像表示手段は、前記被検体の傾斜断面再構成像及び前記被検体の垂直断面再構成像の少なくとも一つを表示する、
ことを特徴とする請求項7に記載のX線CT装置。 - 前記特定断面再構成手段は、前記高吸収体の前記軸方向を中心線とする仮想円柱投影面への中心投影像を更に生成し、
前記画像表示手段は、前記中心投影像を更に表示する、
ことを特徴とする請求項3に記載のX線CT装置。 - 前記画像表示手段は、前記選択された投影データに基づいて計算された前記特定部位の方位角及び極角方向を用いて生成された前記特定断面再構成像、前記傾斜断面再構成像、前記垂直断面再構成像、及び前記中心投影像の少なくとも一つを初期表示し、
前記X線CT装置は、前記方位角及び前記極角のうち少なくとも一つのパラメータの変更入力を受け付ける画像パラメータ入力手段を更に備え、
前記特定断面再構成手段は、前記変更入力されたパラメータに基づいて、前記画像表示手段に表示されている前記特定断面再構成像、前記傾斜断面再構成像、前記垂直断面再構成像、及び前記中心投影像を再度生成し、
前記画像表示手段は、前記再度生成された前記特定断面再構成像、前記傾斜断面再構成像、前記垂直断面再構成像、及び前記中心投影像を表示する、
ことを特徴とする請求項8に記載のX線CT装置。 - 前記画像表示手段は、前記選択された投影データに基づいて計算された前記特定部位の方位角及び極角方向を用いて生成された前記特定断面再構成像、前記傾斜断面再構成像、前記垂直断面再構成像、及び前記中心投影像の少なくとも一つを初期表示し、
前記X線CT装置は、前記方位角及び前記極角のうち少なくとも一つのパラメータの変更入力を受け付ける画像パラメータ入力手段を更に備え、
前記特定断面再構成手段は、前記変更入力されたパラメータに基づいて、前記画像表示手段に表示されている前記特定断面再構成像、前記傾斜断面再構成像、前記垂直断面再構成像、及び前記中心投影像を再度生成し、
前記画像表示手段は、前記再度生成された前記特定断面再構成像、前記傾斜断面再構成像、前記垂直断面再構成像、及び前記中心投影像を表示する、
ことを特徴とする請求項9に記載のX線CT装置。 - 前記画像パラメータ入力手段は、前記仮想円柱投影面の半径、前記中心線の領域、及び中心投影する前記被検体のX線吸収係数の閾値のうちの少なくとも一つのパラメータの変更入力を更に受け付け、
前記特定断面再構成手段は、前記変更入力されたパラメータに基づいて、前記画像表示手段に表示されている前記中心投影像を再度生成し、
前記画像表示手段は、前記再度生成された前記中心投影像を表示する、
ことを特徴とする請求項11に記載のX線CT装置。 - 前記選択された投影データ及び前記選択されなかった投影データを逆投影演算して前記被検体の再構成像を生成する再構成手段を更に備え、
前記画像表示手段は、前記被検体の再構成像を更に表示する、
ことを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。 - 前記方位角と直交する方向に、前記X線源と前記X線検出器とを対向配置したまま移動し、前記特定部位を含む前記被検体のX線透過像を撮影する透視撮影手段を更に備える、 ことを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
- X線源によりX線を発生させるステップと、前記X線を被検体に照射し、前記被検体を透過したX線を検出し投影データを出力するステップと、前記投影データから、前記被検体の特定部位が撮影された領域である特定部位投影領域を抽出し、前記特定部位投影領域の物理量が所定の条件を満たす投影データを選択するステップと、前記選択された投影データが撮影されたときの前記特定部位の方位角と、前記特定部位投影領域の代表点の座標と、を算出し、前記方位角に平行で前記代表点の座標を通る実空間領域からなる特定断面領域で得られた前記投影データを逆投影演算して、前記被検体の特定断面再構成像を生成するステップと、前記特定断面再構成像を表示するステップと、を備えることを特徴とするX線CT撮影方法。
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