JP5196782B2

JP5196782B2 - Ｘ線ｃｔ装置およびその制御方法

Info

Publication number: JP5196782B2
Application number: JP2006351790A
Authority: JP
Inventors: 正彦山崎
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp; Toshiba Medical Systems Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: JP2007195960A

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ装置及びその制御方法に係り、特に、複数列を有するマルチスタイラス検出器を用いて被検体への放射線被爆量を低く抑えながら、且つ被検体断層像の中の関心領域についての時間分解能を高めた断層画像を得ることができるマルチスタイラスＸ線ＣＴ装置（Ｘ線コンピュータ断層撮影装置）及びその制御方法に係る。

マルチスライス検出器を有するＸ線ＣＴ装置は、被検体、例えば医療患者、にＸ線源から発射されたファン形状のビームを照射し、被検体を透過したＸ線量を、Ｘ線源の反対位置に設置された検出器の各素子で投影データとして検出し、このデータに基づいて画像を再構成するものである。

チャンネル方向に複数列を有する二次元マルチスライス検出器は、画像スライス方向（列方向）に対応するｚ軸を有し、且つz軸を横切る方向に円弧形状に形成される。X線源とマルチスライス検出器はガントリ内に対向して設置され、ガントリ内中心部に移動された被検体の周囲を回転駆動される。X線源とマルチスライス検出器を回転させて、異なったアングルで被検体の一連のビューを得ることを“スキャン”という。被検体をz軸方向に移動しつつ、X線源とマルチスライス検出器を回転させるヘリカルスキャンにより、マルチスライス検出器で得られた投影データに対応した被検体の断面画像が再構成される。

二次元マルチスライス検出器のＸ線コンピュータ断層撮影装置を用いて、被検体の診断部全体の断面画像を取得した後、全体画像の中の特定領域（以下、関心領域 (ROI, region of interest)という）、例えば心臓領域、の動態画像を得るためや、心電同期再構成処理により同一位相の投影データを集めて3次元(3D)画像データを得るために、ROIを含めて連続して複数回スキャンすることが知られている。

しかし、従来の技術においては、被検体撮像部内の一部の関心領域のみの狭域投影データが必要な場合であっても、時間分解能の高い再構成画像を得るために、ROIを含む被検体の診断部位全体の広域投影データを複数回に亘って収集する必要があった。このため、例えば時間分解能の高い心臓の動態画像を得るためには、被検体への放射線被曝量が多くなってしまうという問題があった。

本発明は上記のような従来の問題点にかんがみてなされたもので、被検体の放射線被曝量を少なくししかも関心領域については十分解像度の高い断層像などが得られるＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１によれば、被検体にX線を照射するX線源と、前記Ｘ線源に対向し設けられ前記被検体を介してX線の広域投影データをスライス方向に第１の長さの範囲で得るマルチスライス検出器と、このマルチスライス検出器により得られた前記広域投影データを記憶する広域投影データ記憶部と、指定された関心領域を含む狭域部分に前記Ｘ線源によりＸ線を照射し、このスライス方向に第２の長さの範囲で前記マルチスライス検出器により得られた狭域投影データを記憶する狭域投影データ記憶部と、前記広域投影データ記憶部からの広域投影データを再構成して画像を生成し、生成した画像を前記狭域投影データに合わせた広域投影データに戻して前記狭域投影データと合成した投影データを生成する合成部と、を有することを特徴とするX線CT装置を提供する。

本発明の請求項５によれば、被検体にＸ線を照射するＸ線源と、前記被検体を透過したX線を検出するマルチスライス検出器と、前記マルチスライス検出器により収集された投影データに基づいて画像を再構成する再構成手段を備えたＸ線ＣＴ装置の制御方法であって、スライス方向において関心領域を狭いX線照射幅で、且つチャンネル方向に於ける広い範囲にX線を照射してヘリカルスキャンを行い広域投影データを収集し、スライス方向において広いX線照射幅で、且つチャンネル方向に於ける狭い範囲にX線を照射してボリュームスキャンを行い狭域投影データを収集し、前記広域投影データを再構成して画像を生成し、生成した画像を前記狭域投影データの周辺部におけるX線パスと同じX線パスを通る投影データに変換し、前記変換された広域投影データと前記狭域投影データとを合成し、前記合成した投影データに基づいて画像を再構成処理することを特徴とするＸ線ＣＴ装置の制御方法を提供する。

本発明によれば、被検体の放射線被曝量を少なくし、しかも関心領域については十分解像度の高い断層像などを取得可能なＸ線ＣＴ装置が得られる。

以下、図面を参照して本発明によるX線CT装置の実施形態を説明する。図１は、本発明による二次元マルチスライス X線CT装置の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。このマルチスライス X線CT装置100Ｘは、被検体Pを載置する天板を有する寝台装置100と、天板の移動と連動してX線投影データの収集を行うガントリ部101を有する。このガントリ部101でX線源104から照射されたX線が被検体Ｐを介して検出器105で収集される。この収集された投影データは、信号処理表示部102に供給され、投影データに基づく信号処理が行なわれ、被検体Ｐの所望部位のCT画像が信号処理表示部102内の表示装置118に表示される。

X線CT装置100Xのガントリ部101では、X線を放射するX線源104と、Ｘ線源104と対向する位置に配置され、被検体Pを透過したX線を検出する二次元マルチスライス検出器105とがガントリ(架台)内に設けられる。二次元マルチスライス検出器10は、例えばX線源104からのファンビームのアングル内に複数チャンネルのX線検出素子を配置し、画像スライス方向(列方向)にも検出素子を複数配置した検出器である。

ガントリ部101は、更に、Ｘ線源104に高電圧を印加する高圧発生部106と、Ｘ線源104から放射するＸ線の被検体Pへの照射領域を調整する絞り(collimator)駆動部107と、この絞り駆動部１０７により移動され照射領域を調整する絞り板107Bと、Ｘ線源104及びマルチスライス検出器105の対をガントリ内で回転させる回転駆動部108と、被検体Pの載置された寝台100及びガントリ部101を制御する架台制御部109と、マルチスライス検出器105で検出されたＸ線投影データを収集するデータ収集部110とを備える。

絞り板107Bとしては、チャンネル方向の一対の絞り板、スライス方向の一対の絞り板の合計４枚がある。これらの絞り板は、絞り駆動部107によって移動される。

X線CT装置100Xの信号処理表示部102は、前記ガントリ部101内のデータ収集部110から供給されるＸ線投影データの前処理を実行する前処理部112と、この前処理されたＸ線投影データを記憶する投影データ記憶部113と、この投影データ記憶部113からの投影データを、後述するように、合成するデータ合成部114と、合成された投影データを再構成処理する再構成処理部115と、再構成処理部115で処理された再構成データをボリュームデータとして記憶する画像記憶部116と、画像記憶部116に記憶されているボリュームデータから画像表示のための処理を行う画像処理部117と、画像処理部117で処理した断面画像データを表示する表示装置118と、表示装置118に表示された断面画像内での関心領域(ROI)を指定する入力操作部119と、操作者が入力操作部119を介して行った制御入力や種々のコンソール（信号処理表示部１０２）上の表示を制御するコンソール制御部120とを備える。

図2は、図1におけるX線CT装置100Xの投影データ記憶部113及びデータ合成部114等の構成を示す図であり、これらの構成及び処理方法を具体的に説明する。本発明によるX線装置信号処理部102の投影データ記憶部113は、図２に示すように、広域投影データ記憶部210と狭域投影データ記憶部202とから成る。広域投影データ記憶部210とデータ合成部114との間に投影データ処理生成部211が設けられる。

まず検出器の周辺チャンネルまで使用して、被検体Pの診断領域全体をカバーする広域チャンネル幅で第１のスキャンを実行して収集された広域投影データを記憶する。次に、この広域投影データに基づいて再構成された表示部118に表示された広域断面画像内に、操作者により入力部119を介して、指定された特定範囲の関心領域(ROI)、例えば心臓部を指定し、ガントリ部101の絞り駆動部を駆動制御して、指定されたROIを中心にカバーするだけの狭域チャンネル幅のファンビームで第2のスキャンを実行して得られた狭域投影データを記憶する。広域投影データ記憶部201の出力である広域投影データは、投影データ記憶部に設けられる、再構成処理部（図示せず）若しくは図示する再構成処理部115に直接送られて、再構成処理により画像に変換された後、投影データ処理生成部211で画像から投影データに変換され、データ合成部114において、狭域投影データ記憶部202の出力である狭域投影データと同じX線パスのデータが合成され、再構成処理部115に供給される。

尚、広域投影データと狭域投影データとでは、Ｘ線のコーン角の違いや焦点位置の違いのためＸ線パスが異なる。このＸ線パスの違いを修正するために、一度画像に再構成した後に投影処理を行い、狭域投影データの周辺部で得られるであろう仮想の投影データを推定して生成している。

図３は、本発明によるマルチスライス X線CT装置の画像処理方法の一実施形態を説明するフローチャートである。寝台100の天板上の被検体Pが体軸(図1に示すｚ軸)方向に移動されてガントリ部101のガントリ内の所定位置に入れる。先ず、Ｘ線源104から被検体Pの撮影領域全体を覆う広域チャンネル幅でＸ線が照射される。このX線の広域照射によるヘリカルスキャンが行われて被検体Ｐの広域投影データがマルチスライス検出器105で得られる（ステップ S301）。

このヘリカルスキャンにより得られた広域投影データが、ガントリ部101内のデータ収集部110において収集される（ステップ S302）。収集された広域投影データは信号処理表示部102内の前処理部112で前処理されて、投影データ記憶部113内の広域投影データ記憶部201に記憶される。記憶された広域投影データはデータ合成部114を介して再構成処理部115に入力され再構成処理が実行される（ステップ S303）。再構成処理された広域投影データはボリュームデータとして画像記憶部116に記憶された後、画像処理部117で画像処理されて、表示装置118の画面上に断層画像として表示される（ステップ S304）。

図4AはX線照射のスキャン方向(検出器チャンネル方向)断面表示であり、図4Bは画像スライス方向(検出器列方向)の斜視表示を示す。広域投影データは、図４Aに示すように、マルチスライス検出器105のチャンネル方向幅の周辺部まで含む広領域401で、図４Bに示すように、画像スライスに比較的短い複数列、例えば60列、の検出器で収集された投影データである。狭域投影データは、図４Aに示すように、マルチスライス検出器105のチャンネル中心部で常にROIをカバーするように検出器チャンネル方向に狭く、かつ画像スライス方向には広領域検出器より長い複数列、例えば200列、の検出器で収集された投影データである。

最初に、関心領域を含む被検体Ｐの全体部位、例えば胸部全体、の広領域に亘って第１のヘリカルスキャンが行われ、チャンネル幅の広く且つスライス方向に短いマルチスライス検出器105の広領域401で広域投影データが得られる。広域投影データは再構成処理されて画像表示される。操作者は、表示装置117の画面に表示される、この広域投影データに基づく断層画像を見ながら、入力装置、例えばマウスやキーボードを用いて、表示されている広域断層画像の中で、特に詳しく動態画像や静止画像を観察したい部位、例えば被検体の心臓部、を関心領域(ROI)として指定する（ステップ S305）。

広域投影データに基づく断層画像の内部に関心領域(ROI)として狭領域402が特定されると、ROIのみをカバーするように絞り(collimator)駆動部107が駆動制御され、ROIのみをカバーする第２のスキャンが行われる。

図４Bに示すように、本願発明の装置では、ROIのスキャンはチャンネル幅は短く且つスライス方向に長いマルチスライス検出器105の狭領域402でのボリュームスキャンとして行われる（ステップ S306）。即ち、被検体を体軸（ｚ軸）方向に狭領域402を移動することなくスキャンしたデータで画像が得られる。

一方、第１のスキャンとして広域投影データを得る際の広領域401としては、上述のように、例えば、スライス方向には60列の比較的短い幅のマルチスライス検出器が用いられる。一方、関心領域 (ROI)のみの狭領域での狭域投影データは、例えば、スライス方向に200列で前記広域チャンネルより長い幅のマルチスライス検出器で得る。即ち、第２のスキャンとして狭領域のボリュームスキャンが行われることで、関心領域(ROI)については時間分解能の高い投影データが得られる。

図３のフローチャートに戻る。上述のように、Ｘ線源104からのＸ線照射幅を関心領域が中心に位置するように、絞り駆動部107で絞られ、マルチスライス検出器のチャンネル中心部の狭領域402で検出する関心領域の狭領域のボリュームスキャンが行われる（ステップ S306）。このボリュームスキャンにより得られた狭域投影データはデータ収集部110において収集される（ステップ S307）。この狭域投影データは前処理部112で前処理された後、投影データ記憶部113内の狭域投影データ記憶部202に記憶される。

一方、第１のスキャンで得られ、広域投影データ記憶部201に記憶されている広域投影データは、上記ステップ S303で再構成処理により画像にされた後、その画像に基づいて広域投影データ生成処理部210で再び投影データに変換されてデータ合成部114に供給される。この変換では、広域投影データに基づいて再構成した画像から、狭域投影データの側部に於けるX線パスと同じX線パスを通るに投影データを求める（ステップ S308）。

データ合成部114において、狭域投影データ記憶部202に記憶されている第２のスキャンで得られた関心領域の範囲で時間分解能の高い狭域投影データと広域投影データ生成処理部210で生成された広域投影データを合成する（ステップ S309）。合成は、ステップＳ３０９で変換された広域投影データと狭域投影データとにより行われる。

合成された投影データは再構成処理部115において再構成処理がなされる（ステップ S310）。このときの再構成処理は、関心領域(ROI)の部分については、第２のスキャンで得られた狭域投影データに置き換えられ、ROI周辺の他の領域については、広域投影データ記憶部201に記憶されている広域投影データを用いて計算により求められる。

再構成処理部115において、このように再構成処理された合成データは画像記憶部116に記憶されると共に画像処理部117に送られて画像表示に適する処理が行われ、表示装置118の画面上に表示される（ステップ S311）。これにより広域画像の全体表示の中で関心領域のみを時間分解能を高く表示することができる。

本発明のこの実施形態によれば、関心領域 (ROI)の狭域部分ではスライス方向に長くＸ線が二度照射されるが、ROI周辺の他の領域では、スライス方向の長さは短く、一度Ｘ線が照射されるだけであるので、Ｘ線の被曝量を減らすことができ、且つROIの時間分解能を高くすることができる。

上記実施形態では、データ合成部114において、広域投影データと狭域投影データとが合成された後、合成されたデータが再構成処理部115において再構成処理され、画像記憶部116に送られる。他の実施形態として、図5で後述するように、第１のヘリカルスキャンが終了し,既にボリュームデータとして画像記憶部116に得られているデータに対して投影データ生成処理を行い広域投影データを生成して、この広域投影データと狭域投影データとを合成して再構成処理するようにすることも可能である。

本発明のX線装置に使用するマルチスライス検出器としては、スライス方向に幅が狭く、チャンネル方向に広い領域幅401を有すると共に、スライス方向に幅が広く、チャンネル方向の狭い領域幅402を有する十字形状のマルチスライス検出器を用いても良い。この場合、広い領域幅401で検出された広域投影データ、又は、その広域投影データに基づいて得られたボリュームデータを用いて、狭域投影データを合成及び再構成処理するようにすることも可能である。

図５は、本発明のマルチスライス X線CT装置のデータ合成の他の実施形態を説明するブロック図である。前述のように、この実施形態では、第１のヘリカルスキャンが終了し, 前処理部で得られた広域投影データを再構成処理したボリュームデータとして画像記憶部116に記憶されているデータから投影データ記憶部113に設けられる広域投影データ生成処理部211で広域投影データに戻す。このときに使用する画像記憶部１１６に記憶されている画像データは、今回の検査時に作成したものであっても良いし、過去の検査時に作成したものであっても良い。

一方、関心領域(ROI)から得られた狭域投影データは前記実施例と同様に狭域投影データ記憶部502に記憶する。この狭域投影データと、広域投影データ処理生成部211で生成された投影データとをデータ合成部114で合成する。この合成投影データが再構成処理部115において再構成される。この実施形態によれば、既に再構成処理された広域投影データを利用することで、改めて第１のスキャンを行うことなく、関心領域の狭域投影データと合成することが可能となる。

上記実施形態では、マルチスライス検出器を用いた場合について述べたが、本発明においては、マルチスライスのＸ線が検知可能な検出器であれば、どのようなものであってもよい。例えば、図4Bに点線で示すように、画像スライス方向に狭域検出器402ａと同じ列幅を有する広域検出器401ａを使用することも可能である。

又、上記実施形態では、一度画像に再構成した後に投影処理を行って狭域投影データの周辺部の投影データを推定したが、再構成処理を行わずに収集された広域投影データから狭域投影データ周辺における投影データを推定しても良い。例えば、ファンビーム状の広域、狭域投影データをパラレルビームの投影データに変換し、狭域投影データのパラレルビームの周辺部の投影データを、広域投影データのパラレルビームの投影データから推定しても良い。

そのほか、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変形して実施可能である。

本発明一実施形態によるＸ線ＣＴ装置の全体構成を示すブロック図。図１のＸ線ＣＴ装置における投影データ記憶部の構成例を示す図。本発明一実施形態によるＸ線ＣＴ画像の処理方法を説明するフローチャートを示す図。本発明による関心領域ＲＯＩの狭域データと広域データの関係を説明するための図。本発明による関心領域ＲＯＩの狭域データと他の領域を含めた広域投影データの関係を説明するための図。本発明のＸ線ＣＴ装置の実施形態における他の構成例の一部を示すブロック図。

符号の説明

１００・・・寝台、
１００Ｘ・・・Ｘ線ＣＴ装置、
１０１・・・ガントリ部、
１０２・・・信号処理表示部、
１０４・・・Ｘ線管、
１０５・・・マルチスライス検出器、
１０６・・・高圧発生部、
１０７・・・絞り駆動部、
１０７Ｂ・・・絞り板、
１０８・・・回転駆動部、
１０９・・・架台制御部、
１１０・・・データ収集部、
１１２・・・前処理部、
１１３・・・投影データ記憶部、
１１４・・・データ合成部、
１１５・・・再構成処理部、
１１６・・・画像記憶部、
１１７・・・画像処理部、
１１８・・・表示装置、
１１９・・・入力部、
１２０・・・コンソール制御部、
２０１・・・広域投影データ記憶部、
２０２，５０２・・・狭域投影データ記憶部、
２１０，２１１・・・広域投影データ生成処理部、
Ｐ・・・被検体、
ＲＯＩ・・・関心領域。

Claims

被検体にX線を照射するX線源と、
前記Ｘ線源に対向し設けられ前記被検体を介してX線の広域投影データをスライス方向に第１の長さの範囲で得るマルチスライス検出器と、
このマルチスライス検出器により得られた前記広域投影データを記憶する広域投影データ記憶部と、
指定された関心領域を含む狭域部分に前記Ｘ線源によりＸ線を照射し、このスライス方向に第２の長さの範囲で前記マルチスライス検出器により得られた狭域投影データを記憶する狭域投影データ記憶部と、
前記広域投影データ記憶部からの広域投影データを再構成して画像を生成し、生成した画像を前記狭域投影データに合わせた広域投影データに戻して前記狭域投影データと合成した投影データを生成する合成部と、
を有することを特徴とするX線CT装置。
前記合成部で合成された投影データに基づいて再構成処理を行って画像を生成する再構成処理部と、
この再構成部により再構成処理されたデータに基づいて画像を表示する画像表示装置とを更に備えることを特徴とする請求項１記載のX線CT装置。
前記再構成部における前記狭域投影データと前記広域投影データの再構成は、ボリュームデータとして記憶された前記広域投影データを一旦画像データ処理した後に広域投影データに戻してから再構成を行うことを特徴とする請求項２記載のX線CT装置。
前記マルチスライス検出器は、チャンネル周辺部がスライス方向に短い前記第１の列幅を有し、チャンネル中心部がスライス方向に前記第１の列幅より長い第２の列幅を有する形状のマルチスライス検出器であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載のX線CT装置。
被検体にＸ線を照射するＸ線源と、前記被検体を透過したX線を検出するマルチスライス検出器と、前記マルチスライス検出器により収集された投影データに基づいて画像を再構成する再構成手段を備えたＸ線ＣＴ装置の制御方法であって、
スライス方向において関心領域を狭いX線照射幅で、且つチャンネル方向に於ける広い範囲にX線を照射してヘリカルスキャンを行い広域投影データを収集し、スライス方向において広いX線照射幅で、且つチャンネル方向に於ける狭い範囲にX線を照射してボリュームスキャンを行い狭域投影データを収集し、前記広域投影データを再構成して画像を生成し、生成した画像を前記狭域投影データの周辺部におけるX線パスと同じX線パスを通る投影データに変換し、前記変換された広域投影データと前記狭域投影データとを合成し、前記合成した投影データに基づいて画像を再構成処理することを特徴とするＸ線ＣＴ装置の制御方法。