JP4772426B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、非対称型のＸ線検出器を有するＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。

非対称型のＸ線検出器は、被検体を透過したＸ線の検出範囲がチャンネル方向に関して撮影中心線を挟んで非対称、換言すると撮影中心線を挟んだ一方の側のＸ線検出チャンネル数が他方の側のＸ線検出チャンネル数よりも多いＸ線検出器である。さらには、多チャンネル型のＸ線検出器の中心が、Ｘ線焦点と管球の回転中心とを結んだ線（撮影中心線）に対してチャンネル方向に一方の側にシフトしているＸ線検出器であるともいえる。

この検出器の非対称性に応じて、Ｘ線ビームもスリットで非対称な扇形に成形される。このようにＸ線検出器を非対称型として用いることにより、同等のＸ線検出器を使ってより広範な撮影視野（撮影ＦＯＶ）を獲得することができるようになる。

実際に断像画像の再構成処理に際しては、データが欠落している部分については対向データで補完することにより撮影視野（撮影ＦＯＶ）と同等の再構成視野（再構成ＦＯＶ）を確保している。

Ｘ線像のような平面透過像としてのいわゆるスキャノグラムの撮影に際しては、非対称のチャンネル配列がそのまま画像を構成するため撮影範囲が左右で不均等となり、そのため対象が比較的大きい場合、部分的に画像が欠落する事態は避けられない。この事態を理解した上でスキャノグラムの撮影角度を設定する必要がある。

しかし、部分的に画像が欠落する側がＸ線管球位置に応じて上下左右で変動するため、直感的に分かり難くく、操作性が悪いものであった。

本発明の目的は、非対称型の多チャンネル型のＸ線検出器を有するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、スキャノグラムの撮影角度の設定操作性を向上することにある。

本発明の第１の局面において、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線を発生するＸ線管と、被検体を透過したＸ線の検出範囲がチャンネル方向に関して撮影中心線を挟んで非対称である多チャンネル型のＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像を再構成する再構成処理部と、前記Ｘ線の検出範囲に対応して非対称性を有する略扇形のＸ線形状を模式的に表す絵柄の向きによりスキャノの撮影角度を表現するスキャノ撮影角度確認画面のイメージデータを発生する機能を有するスキャンエキスパートシステムと、前記イメージデータに基づいてスキャノ撮影角度確認画面を表示する表示部とを具備する。
本発明の第２の局面において、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線を発生するＸ線管と、被検体を透過したＸ線の検出範囲がチャンネル方向に関して撮影中心線を挟んで非対称である多チャンネル型のＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像を再構成する再構成処理部と、スキャノグラムの撮影長を設定する設定部と、前記撮影長に基づいて、スキャノ撮影角度の設定画面の表示・非表示を切り替える制御を行うスキャン計画部とを具備する。

本発明によれば、スキャノグラムの撮影角度の設定操作性を向上することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置で、１スライスの断層像データを再構成するには、被検体の周囲１周、約３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ビュー角分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式にも本発明を適用可能である。ここでは、ハーフスキャン法を例に説明する。また、入射Ｘ線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。Ｘ線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよいが、ここでは、前者の間接変換形として説明する。さらに、検出器の多列化が進み、最近では、４０列（４０セグメント）、さらにそれ以上の検出器が実用段階にある。本発明は、従来からあるシングルスライス型検出器はもちろん、マルチスライス型検出器を備えたＸ線コンピュータ断層撮影装置にも適用可能である。ここでは、シングルスライス型検出器を備えたＸ線コンピュータ断層撮影装置を例に説明する。

図１は本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示している。ガントリ１００は、Ｘ線管１０１と、多チャンネル型のＸ線検出器１０３を有する。Ｘ線管１０１とＸ線検出器１０３は、回転軸ＲＡまわりに回転可能に支持された円環状のフレーム１０２に搭載される。Ｘ線検出器１０３は、Ｘ線管１０１に対向する。架台駆動部１０７の駆動による回転中に、高電圧発生装置１０９からスリップリング１０８を経由してＸ線管１０１に連続的又は断続的に管電圧が印加される。それによりＸ線管１０１から連続的又は断続的にＸ線が曝射される。Ｘ線検出器１０３は、被検体を透過したＸ線を検出するための複数の検出素子が例えば９１６チャンネル分、チャンネル方向に関して配列される。

図２に示すように、Ｘ線検出器１０３は、撮影視野（撮影ＦＯＶ）を拡大することを目的としてフレーム１０２に非対称に設置される。つまり、Ｘ線検出器１０３は、被検体を透過したＸ線の検出範囲がチャンネル方向（回転軸ＲＡを中心とした円周方向）に関して撮影中心線を挟んで非対称、具体的には撮影中心線を挟んだ一方の側のＸ線検出チャンネル数（Ｍ）が他方の側のＸ線検出チャンネル数（Ｎ）よりも多くなるように、Ｘ線検出器１０３の中心が、Ｘ線管１０１の焦点と回転軸ＲＡとを結んだ線（撮影中心線）に対してチャンネル方向に一方の側にシフトしている。

図１に戻る。一般的にＤＡＳ(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集回路１０４は、検出器１０３からチャンネルごとに出力される信号を電圧信号に変換し、増幅し、さらにディジタル信号に変換する。このデータ（生データ）は非接触データ伝送装置１０５を経由してガントリ外部のコンソール内に収容された前処理装置１０６に送られ、そこで感度補正等の補正処理を受け、再構成処理の直前段階にあるいわゆる投影データとして補助記憶装置１１２に記憶される。

補助記憶装置１１２は、再構成装置１１４、表示装置１１６、入力装置１１５、スキャンエキスパートシステム１１７（スキャン計画部）、スキャノアングル設定用模式的絵柄データ記憶部１１８とともに、データ／制御バスを介してシステムコントローラ１１０に接続される。

管電圧、管電流、Ｘ線曝射時間等のスキャン条件の最適化、スライス厚、スライス枚数、マトリクスサイズ等の再構成条件の最適化は、専門的知識を必要とする。その専門的知識をベースとして、経験の浅いまた専門的知識の希薄な者であっても同等の条件設定を可能にするために開発されたシステムが、スキャンエキスパートシステム１１７である。このスキャンエキスパートシステム１１７は、スキャノグラムの撮影角度（以下単に、スキャノアングルという）の設定操作を、スキャノアングル設定用模式的絵柄データ記憶部１１８に予め記憶されたスキャノアングル設定用模式的絵柄データを使ったグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）により、支援するための機能を特徴的に有している。

図３はスキャンエキスパートシステム１１７によるスキャン計画からスキャン終了までの一連の流れを示している。入力装置１１５を介して検査対象部位の選択情報がスキャンエキスパートシステム１１７に入力される（Ｓ１１）。スキャンエキスパートシステム１１７は、選択された部位に関する様々な検査目的に対応する複数のエキスパートプランをリストアップし、表示装置１１６に表示させる（Ｓ１２）。エキスパートプランは、それぞれの検査部位及び目的に好適なスキャノグラムの撮影からスキャン計画、さらには１又は複数のメインスキャン（投影データ収集）までの一連の作業手順と、それぞれの推奨される撮影条件及びスキャン条件のセットからなる。撮影条件には、スキャノアングル（スキャノグラムの撮影角度（管球位置））、管電圧、管電流、撮影長、撮影方向（天板の移動方向）等が含まれる。スキャン条件には、スキャン間の休止時間、スキャン開始位置、スキャン終了位置、スキャンモード（シングル／ヘリカル）、管電圧、管電流、撮影視野サイズ（ＦＯＶ）、撮影スライス厚が含まれる。撮影長は、スキャノグラムの撮影範囲の大きさを表し、回転軸を通り、かつ撮影中心軸に直交する平面上における典型的には正方形の撮影範囲の辺長として定義される。チャンネル方向における撮影長は、数値入力または図６に例示するように予め規定されている規格サイズ（Ｓ，Ｍ，Ｌ，ＬＬ）の中から選択される。これら撮影条件及びスキャン条件の各パラメータには推奨値が初期的に設定されている。

入力装置１１５を介してエキスパートプランの選択情報がスキャンエキスパートシステム１１７に入力される（Ｓ１３）。選択されたエキスパートプランを撮影条件及びスキャン条件とともに表示するためのイメージデータがスキャンエキスパートシステム１１７により作成される。このイメージデータに従って例えば図４に示すように表示装置１１６に表示される（Ｓ１４）。

このエキスパートプランの表示画面上でスキャノタブがクリックされたとき、スキャノ撮影の撮影条件が表示される（Ｓ１５）。図５に示すように、スキャノ撮影の行上にポインタを配置してクリックすることでスキャノ撮影の行を選択状態（白黒反転）にして、ポインタを「スキャノ」上でクリックすると、スキャノ撮影のモード選択用のサブウインドウが表示される（Ｓ１６）。例えばスキャノ撮影のモードとしては、１管球だけを使って一方向からスキャノグラムを撮影するスキャノ（シングル）と、典型的には互いに９０°シフトした２管球を使って同時に二方向からスキャノグラムを撮影するスキャノ（デュアル）とがあり、それらから任意の一が選択され、その選択情報がスキャンエキスパートシステム１１７に入力される。その他、管電圧、管電流、撮影長、撮影方向等の条件が必要に応じて修正される。

次に、スキャンエキスパートシステム１１７は、設定された撮影長を所定の長さと比較する（Ｓ１７）。所定の長さは、非対称型のＸ線検出器１０３でスキャノグラムを左右均等に撮影できる最大範囲により決められている。図６に示すように、撮影長の規格サイズＳ，Ｍは左右均等な撮影が可能な大きさであり、それよりも大きいサイズＬ，ＬＬでは、左右不均等な撮影となってしまう。設定された撮影長と比較される所定の長さは、サイズＭ、又はそれに対応する長さとして例えば５００ｍｍに既定される。

設定された撮影長が５００ｍｍを超過していないときは、スキャンエキスパートシステム１１７によるスキャノアングル選択用のサブウインドウが図７に例示するように表示される（Ｓ１８）。ＴＯＰ（０）はＸ線管１０１が回転軌道の頂点（ゼロ°）に位置して被検体を正面から撮影することを表し、Ｒ−ｓｉｄｅ（９０）はＸ線管１０１が回転軌道の頂点から９０°回転した位置で被検体を例えば右側面から撮影することを表し、ＤＯＷＮ（１８０）はＸ線管１０１が回転軌道の最下部（１８０°）に位置して被検体を背面から撮影することを表し、Ｌ−ｓｉｄｅ（２７０°）はＸ線管１０１が回転軌道の頂点から２７０°回転した位置で被検体を例えば左側面から撮影することを表している。現在選択状態にあるスキャノアングルの表示態様は、他のスキャノアングルのそれとは相違される。必要に応じて、他のスキャノアングルに修正される（Ｓ２０）。

一方、設定された撮影長が５００ｍｍを超過しているとき、スキャンエキスパートシステム１１７により、スキャノアングル選択用のサブウインドウとともに、図８、図９に例示する選択状態にあるスキャノアングルに応じた非対称のＸ線照射範囲を模式的な絵柄で表現するサブウインドウ（スキャノアングル確認用のサブウインドウ）が作成され、表示される（Ｓ１９）。図１０に詳細を示すように、Ｘ線検出器１０３の受光範囲に応じて非対称のＸ線の照射範囲を表すＸ線マーク２０１が、選択状態にあるスキャノアングルに応じた向きで配置される。Ｘ線マーク２１０には、撮影中心線２１０が引かれている。Ｘ線マーク２１０とともに、０°、９０°、１８０°、２７０°に対応する位置にＸ線管を模したアイコン２０１、２０２、２０３、２０４が配置される。選択位置にあるアイコン（図１０では２０２）は非選択位置にあるアイコン（図１０では２０１、２０３、２０４）と表示態様が相違される。必要に応じて、他の非選択位置にあるアイコン２０１、２０３、２０４をクリックして、確定（Ｃｏｎｆｉｒｍ）をクリックすることにより、クリックしたスキャノアングルに修正される（Ｓ２０）。

なお、図１０のサブウインドウの絵柄は、図１１に示すように、被検体マークとともに立体的な絵柄を用いても良い。この場合、スキャノアングルの選択はアイコン２０１、２０２、２０３、２０４のクリックの他に、視野を広くしたいエリアや部位をポインタで指定することで自動的にスキャノアングルが設定されるようにしても良い。

また、Ｓ１６（図５）において、２管球を使って同時に二方向からスキャノグラムを撮影するスキャノ（デュアル）が選択されたとき、図１２に示す２方向のスキャノアングルの選択のためのサブウインドウが表示される。２方向のうち一方がメインのスキャノグラムとして撮影され、他方がサブのスキャノグラムとして撮影される。サブウインドウには、「（メインのスキャノグラムの撮影角度）→（サブのスキャノグラムの撮影角度）」の表記で選択肢がリストされる。任意のメイン／サブのスキャノグラムの撮影角度が選択されたとき、図１３、図１４に例示するように、２つの非対称のＸ線照射範囲を模式的な絵柄で、選択状態にあるスキャノアングルを表現するサブウインドウが作成される。図１５に詳細を示すように、メインのスキャノグラム撮影に対応する撮影中心線３０６を挟んで非対称のＸ線照射範囲を表すＸ線マーク３０５が、メインのスキャノグラムのアングルに応じた向きで配置される。同様に、サブのスキャノグラム撮影に対応する撮影中心線３０８を挟んで非対称のＸ線照射範囲を表すＸ線マーク３０７が、サブのスキャノグラムのアングルに応じた向きで配置される。Ｘ線マーク３０５、３０７とともに、０°、９０°、１８０°、２７０°に対応する位置にＸ線管を模したアイコン３０１、３０２、３０３、３０４が配置される。選択位置にあるアイコン３０１、３０２は非選択位置にあるアイコン３０３。３０４と表示態様が相違される。必要に応じて、他の非選択位置にあるアイコン３０３、３０４をクリックして、確定（Ｃｏｎｆｉｒｍ）をクリックすることにより、クリックしたスキャノアングルに修正される。

スキャノアングルを含めてスキャノ撮影条件の設定完了は「Ｃｏｎｆｉｒｍ」ボタンのクリックによる。「Ｃｏｎｆｉｒｍ」ボタンのクリックを契機として、スキャノ撮影条件に従ってシステムコントローラ１１０の制御のもとでスキャノ撮影のセットアップが開始される。つまり、Ｘ線管１０１が、設定されたスキャノアングルの位置に移動し、Ｘ線管１０１の陰極フィラメントの加熱、高電圧発生装置１０９の昇圧等の準備作業が開始される。

セットアップ完了後、入力装置１１５上の点滅しているスキャノ撮影開始キーが操作者により押されることにより（Ｓ２１）、システムコントローラ１１０の制御のもとでスキャノ撮影が開始される（Ｓ２２）。撮影されたスキャノグラムのデータは補助記憶装置１１２からスキャンエキスパートシステム１１７に送られる。スキャンエキスパートシステム１１７は、スキャノグラムを含むスキャン計画画面のイメージデータを発生する。このイメージデータに従ってスキャン計画画面が表示装置１１６に表示される。スキャン計画画面上で各スキャンのスキャン範囲等の詳細な条件が設定され、確定される（Ｓ２３）。このスキャン条件に従ってシステムコントローラ１１０の制御のもとでスキャンが実行される（Ｓ２４）。

なお、上述では、スキャノアングル確認用のサブウインドウ（Ｓ１９）は、スキャノ撮影セットアップ完了後にスキャノ撮影開始キーが点滅表示する前段階で表示されるようになっているが、図１６に示すように、スキャノアングル確認用のサブウインドウは、スキャノ撮影開始キーが点滅表示して、それを操作者が押した段階で表示されるようにしてもよい。

このように、選択状態にあるスキャノアングルに応じた非対称のＸ線照射範囲が模式的な絵柄で提示されるので、スキャノグラムの撮影角度を直感的に理解でき、その設定操作性を向上することができる。また、Ｘ線照射範囲が模式的な絵柄とともに、Ｘ線管マークがアイコンとして表示され、任意のアイコンを指定することにより、スキャノアングルを設定することができるので、その設定操作性を向上することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図。 図１の非対称型Ｘ線検出器の詳細図。 図１のスキャンエキスパートシステムによるスキャン計画からスキャン終了までの一連の流れを示す図。 図３のＳ１４に対応する表示画面例を示す図。 図３のＳ１６に対応する表示画面例を示す図。 図３のＳ１７の補足説明図。 図３のＳ１８に対応する表示画面例を示す図。 図３のＳ１９に対応するスキャノアングル０°の表示画面例を示す図。 図３のＳ１９に対応するスキャノアングル１８０°の表示画面例を示す図。 図８、図９のスキャノアングルを模式的に表現するサブウインドウの詳細図。 図８、図９のスキャノアングルを模式的に表現する他のサブウインドウの詳細図。 ２管球型のＸ線ＣＴ装置の場合の図７に対応する画面表示例を示す図。 ２管球型のＸ線ＣＴ装置の場合の図８に対応するスキャノアングル０°／９０°の画面表示例を示す図。 ２管球型のＸ線ＣＴ装置の場合の図８に対応するスキャノアングル１８０°／９０°の画面表示例を示す図。 図１３のスキャノアングルを模式的に表現するサブウインドウの詳細図。 スキャノ撮影開始キーを押す時点でスキャノアングルサブウインドウを表示する一連の流れを示す図。

符号の説明

１００…ガントリ、１０１…Ｘ線管、１０２…回転フレーム、１０３…非対称型Ｘ線検出器、１０４…データ収集回路、１０５…非接触データ伝送装置、１０６…前処理装置、１０７…架台駆動部、１０８…スリップリング、１０９…高電圧発生装置、１１０…システムコントローラ、１１２…補助記憶装置、１１４…再構成装置、１１６…表示装置、１１５…入力装置、１１７…スキャンエキスパートシステム、１１８…スキャノアングル設定用模式的絵柄データ記憶部。

Claims (9)

1. Ｘ線を発生するＸ線管と、
   被検体を透過したＸ線の検出範囲がチャンネル方向に関して撮影中心線を挟んで非対称である多チャンネル型のＸ線検出器と、
   前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像を再構成する再構成処理部と、
   前記Ｘ線の検出範囲に対応して非対称性を有する略扇形のＸ線照射範囲を模式的に表す絵柄の向きによりスキャノの撮影角度を表現するスキャノ撮影角度確認画面のイメージデータを発生する機能を有するスキャン計画部と、
   前記イメージデータに基づいてスキャノ撮影角度確認画面を表示する表示部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. 前記スキャノ撮影角度を確定又は変更するための操作部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 前記スキャノ撮影角度確認画面には、前記スキャノ撮影角度を０°、９０°、１８０°、２７０°のいずれかを選択するためのアイコンが含まれることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記アイコンは前記Ｘ線管を模した絵柄を有することを特徴とする請求項３記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. 前記スキャン計画部は、前記スキャノの撮影視野が所定長より狭いときは、前記スキャノ撮影角度確認画面のイメージデータを発生しないことを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
6. 前記スキャン計画部は、前記スキャノの撮影のためのセットアップ完了の時点で前記スキャノ撮影角度確認画面のイメージデータを発生することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
7. 前記スキャン計画部は、前記スキャノの撮影条件設定時点で前記スキャノ撮影角度確認画面データを発生することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
8. Ｘ線を発生するＸ線管と、
   被検体を透過したＸ線の検出範囲がチャンネル方向に関して撮影中心線を挟んで非対称である多チャンネル型のＸ線検出器と、
   前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像を再構成する再構成処理部と、
   スキャノグラムの撮影長を設定する設定部と、
   前記撮影長に基づいて、前記Ｘ線の検出範囲に対応して非対称性を有する略扇形のＸ線照射範囲を模式的に表す絵柄の向きによりスキャノの撮影角度を表現するスキャノ撮影角度設定画面の表示・非表示を切り替える制御を行うスキャン計画部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
9. 前記スキャン計画部は、前記検出器で撮影長で指定された範囲のデータを収集できない場合に、前記設定画面を表示するものである請求項８記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。

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