JP2004298247A

JP2004298247A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置

Info

Publication number: JP2004298247A
Application number: JP2003091970A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Tsukagoshi; 伸介塚越
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: DE602004013394D1; CN1294879C; US6987827B2; EP1464286B1; US20040190674A1; DE602004013394T2; EP1464286A1; USRE41219E1; CN1541618A; JP4469555B2

Abstract

【課題】被検体の体軸がスキャン範囲の中心線（Ｚ軸、Ｘ線管の回転軸）に対して傾いたままでスキャンが実行されるという事態に対処すること。
【解決手段】本発明に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、被検体に関するスキャノグラムを再構成範囲を表す四角形の枠線とともに含むスキャン計画画面を構築するスキャン計画システム４２と、スキャン計画画面を表示するディスプレイ３８と、再構成範囲を設定するために再構成範囲を表す枠線を平行四辺形に変形操作し、又は回転操作するための入力器３９と、設定された再構成範囲に対応するスキャン範囲をスキャンするガントリ１と、設定された再構成範囲に含まれる複数の平行なスライス各々に関する画像データをスキャンにより収集された投影データに基づいて再構成する再構成ユニット３６とを具備する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（ＣＴスキャナともいう）は、被検体を透過したＸ線の強度に基づいて、被検体についての情報を画像により提供するものであり、疾病の診断、治療や手術計画等を初めとする多くの医療行為において重要な役割を果たしている。ヘリカルスキャンの登場は、広範囲のデータ収集を短時間で完了することを実現する。
【０００３】
それに伴い患者スループットが重要な課題の一である。最近のＸ線管の軽量化、ヘリカルスキャンの普及、検出器の多列化、検出感度の向上、それらと共に、スキャンの超高速化により、スキャン時間よりもスキャン前の被検体のセッティングに要する時間の方が患者スループットに対する影響は大きい。撮影技師の指示のもと被検体は寝台の天板上にあお向けになり、その***を微調整する。しかし、***を微調整するための時間には限りがある。そのため、図１０（ａ）に示すように、被検体の体軸がスキャン範囲の中心線（Ｚ軸、Ｘ線管の回転軸）に対して傾いたままでスキャンが実行されるという事態がしばしば起こる。この事態は、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）に示すように、被検体中心が画像中心から外れ、しかもその程度が画像毎に相違するという非常に観察し難い結果を招いてしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、被検体の体軸がスキャン範囲の中心線（Ｚ軸、Ｘ線管の回転軸）に対して傾いたままでスキャンが実行されるという事態に対処することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、被検体に関するスキャノグラムを再構成範囲を表す四角形の枠線とともに含むスキャン計画画面を構築する手段と、前記スキャン計画画面を表示する表示手段と、前記再構成範囲を設定するために、前記再構成範囲を表す枠線を平行四辺形に変形操作し、又は回転操作するための操作手段と、前記設定された再構成範囲に対応するスキャン範囲をスキャンするスキャン手段と、前記設定された再構成範囲に含まれる複数の平行なスライス各々に関する画像データを前記スキャンにより収集された投影データに基づいて再構成する手段とを具備する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の実施形態を説明する。なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置には、Ｘ線管と放射線検出器とが１体として被検体の周囲を回転する回転／回転（ＲＯＴＡＴＥ／ＲＯＴＡＴＥ）タイプと、リング状に多数の検出素子がアレイされ、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転（ＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹ／ＲＯＴＡＴＥ）タイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは、現在、主流を占めている回転／回転タイプとして説明する。また、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、前者を例に説明する。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。また、近年では、Ｘ線管とＸ線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本発明では、従来からの一管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置であっても、多管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置であってもいずれにも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。
【０００７】
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。このＸ線コンピュータ断層撮影装置は、被検体に関する投影データを収集するために構成された架台１を有する。架台１は、Ｘ線管１０とＸ線検出器２３を有する。Ｘ線管１０とＸ線検出器２３は、架台駆動装置２５により、Ｚ軸を中心として回転駆動されるリング状の回転フレーム１２に搭載される。回転フレーム１２の中央部分は開口され、その開口部に、寝台２の天板２ａ上に載置された被検体Ｐが挿入される。Ｘ線管１０と開口部との間には、スライス厚に応じてＸ線の照射幅を変化させるためのスリット２２が配置される。
【０００８】
Ｘ線管１０の陰極陽極間には高電圧発生器２１から管電圧が印加され、またＸ線管１０のフィラメントには高電圧発生器２１からフィラメント電流が供給される。管電圧の印加及びフィラメント電流の供給によりＸ線が発生される。
【０００９】
Ｘ線検出器２３は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、例えば０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正方の受光面を有する複数のＸ線検出素子１００を有する。図２（ａ）の例は、例えば９１６個のＸ線検出素子１００がチャンネル方向に一列に配列される。図２（ｂ）の例は、図２（ａ）の列がスライス方向に例えば４０列並設される。図２（ａ）の検出器はシングルスライスタイプといい、図２（ｂ）の検出器はマルチスライスタイプという。Ｘ線検出器２３は、いずれのタイプでも採用可能である。
【００１０】
一般的にＤＡＳ（ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれているデータ収集装置２４は、検出器２３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）は架台外部の計算機ユニット３に供給される。計算機ユニット３の前処理ユニット３４は、データ収集装置２６から出力される生データに対して感度補正等の補正処理を施して投影データを出力する。この投影データは計算機システム３のデータ記憶装置３５に送られ記憶される。
【００１１】
計算機システム３は、上記前処理ユニット３４及び記憶装置３５とともに、システムコントローラ２９、キーボードやマウス等を備えた入力器３９、ディスプレイ３８、スキャンコントローラ３０、再構成ユニット３６、スキャン計画システム４２から構成される。再構成ユニット３６は、一般的なファンビーム再構成法（ファンビーム・コンボリューション・バックプロジェクション法ともいう）、ファンビーム再構成法と併用され得る例えば２回転分の投影データから再構成面上の投影データを補間により求めるヘリカル補間法の他にコーンビームのように再構成面に対して投影レイが交差する場合の再構成法として、コーン角が小さいことを前提として畳み込みの際にはファン投影ビームとみなして処理し、逆投影はスキャンの際のレイに沿って処理する近似的画像再構成法としてのフェルドカンプ法と、フェルドカンプ法よりもコーン角エラーが抑えられる方法として再構成面に対するレイの角度に応じて投影データを補正するコーンビーム再構成法との両方の再構成処理を選択的使用可能に備えている。
【００１２】
スキャン計画システム４２は、操作者がスキャン計画を決定する作業を支援するために設けられ、図３に示すようにＸ線管１０が１回転する間に天板が移動する距離を表すヘリカルピッチ（ＨＰ）、Ｘ線管１０が１回転するのに要する時間を表すスキャンスピード（ＳＳ）等のスキャン条件を設定するためのスキャン計画画面を構築する。
【００１３】
図４には、上記スキャン計画画面の例を示している。スキャン計画画面には、患者情報、ガントリ（架台）情報、画面下部のスキャン条件の詳細情報とともに、スキャノグラムイメージ９９が含まれる。スキャノグラムイメージ９９は画面上下方向（左右方向の場合もありうる）に対してＺ軸（回転中心）が平行になる向きで表示される。従って、被検体の体軸がＺ軸に対して傾いた状態のままでスキャノグラム撮影を行ったとき、画面上でもスキャノグラムイメージ９９が画面上下方向に対して傾いた状態のままで表示される。
【００１４】
スキャン条件には、開始（スキャン開始の手動トリガと自動トリガの区別）、スキャン開始時間（開始時刻）、ヘリカルスキャンの開始位置、スキャンとスキャンとの間の休止時間、ヘリカルスキャンの終了位置、スキャンモード（シングルスライス／マルチスライス／ヘリカルの区別）、スキャン開始位置、スキャン終了位置、管電圧ｋＶ、管電流ｍＡ、スキャンスピード（括弧内はスキャン全体に要する時間）、スライス数（使用列数）、ヘリカルピッチ、再構成モード、ＦＯＶ（再構成範囲の幅）が含まれる。
【００１５】
スキャノグラムイメージ９９上には、再構成範囲を表す四角形の枠線１０１が表示される。この再構成範囲を表す枠線１０１とともにその再構成範囲に対応するスキャン範囲を示す通常は点線の枠線が表示されることもある。再構成範囲を表す四角形の枠線１０１は、その中心線１０９がＺ軸に平行に初期的には長方形で提供される。
【００１６】
また、当該再構成範囲を表す枠線１０１の四隅には、その範囲を上下に拡大縮小するための菱形のアイコン１０２と、左右に拡大縮小するための菱形のアイコン１０３とが表示され、操作者は入力器３９の例えばマウスを使ってこれらアイコン１０２，１０３にポインタ１０４をあわせてドラッグすることにより再構成範囲を任意に拡大縮小することができる。また、操作者は入力器３９の例えばマウスを使って枠線１０１上にポインタ１０４をあわせてドラッグすることにより再構成範囲を上下左右に任意に平行移動させることができる。
【００１７】
さらにスキャノグラムイメージ９９上には、変形アイコン１０５，１０６と、回転アイコン１０７，１０８とが特徴的に重ねられる。変形アイコン１０５がクリックされたとき、図５に示すように、再構成範囲を表す枠線１０１が平行四辺形に変形される。変形の程度、つまり画面上下方向に対する中心線１０９の傾きは、例えばクリック回数に応じて決まる。例えば１回のクリックに対して２．５°傾斜する。もう一方の変形アイコン１０６がクリックされたとき、再構成範囲を表す枠線１０１が図５とは逆方向に変形される。変形の程度は、やはりクリック回数に応じて決まる。
【００１８】
回転アイコン１０７がクリックされたとき、図６に示すように、再構成範囲を表す枠線１０１がその中心まわりに回転される。回転の程度、つまり画面上下方向に対する中心線１０９の傾きは、例えばクリック回数に応じて決まる。例えば１回のクリックに対して２．５°回転する。もう一方の回転アイコン１０８がクリックされたとき、再構成範囲を表す枠線１０１は図６とは逆方向に回転される。変形の程度は、やはりクリック回数に応じて決まる。
【００１９】
上述したように、スキャノグラムイメージ９９は画面上下方向に対してＺ軸（回転中心）が平行になる向きで表示されるので、被検体がＺ軸に対して傾いた状態のままでスキャノグラム撮影を行ったとき、その傾きは図５、図６に示すように画面上のスキャノグラムイメージ９９にも反映される。
【００２０】
操作者は、傾いたスキャノグラムイメージ９９上の想定される被検体体軸に対して、再構成範囲を表す枠線１０１の中心線１０９が平行で、しかも可能な限り一致するように、再構成範囲を表す枠線１０１をドラッグにより平行移動すると共に、順方向の変形アイコン１０５と逆方向の変形アイコン１０６とのいずれかを必要な回数クリックする。または、操作者は、傾いたスキャノグラムイメージ９９上の想定される被検体体軸に対して、再構成範囲を表す枠線１０１の中心線１０９が平行で、しかも可能な限り一致するように、再構成範囲を表す枠線１０１をドラッグにより平行移動すると共に、順方向の回転アイコン１０７と逆方向の回転アイコン１０８とのいずれかを必要な回数クリックする。あるいは変形アイコン１０５，１０６と、回転アイコン１０７，１０８とを併用して、再構成範囲を表す枠線１０１を変形し、且つ回転させることも可能である。
【００２１】
画像再構成にあたっては、図５の例と図６の例とで若干相違する部分がある。図５に示したように再構成範囲の枠線１０１が変形された場合、スキャン計画システム４２は図７（ａ）に示すように枠線１０１に応じた再構成範囲１１１をスキャン範囲１１２とともに決定する。スキャン範囲１１２は、再構成範囲１１１を包含するＺ軸（回転軸）を中心とした長方形を縦断面とする円柱形状に設定される。
【００２２】
再構成ユニット３６において、図７（ｂ）に示すように、スキャンにより収集された投影データに基づいて、スキャン範囲の中心線に対して直交する複数のスライス（再構成面）それぞれについて画像データが再構成される。各スライスの幅は、再構成範囲の枠線１０１の上下辺の幅に従って設定され、各スライスの中心は、再構成範囲の枠線１０１の中心線１０９上に設定される。再構成範囲の中心線１０９はスキャン範囲の中心線に対して傾斜して設定されているので、スライス各々の左右の位置、つまりスキャン範囲の中心線から各スライスの中心までの距離は、スライスごとに相違することとなる。
【００２３】
このように被検体の傾いた***に応じてスライス中心をスライスごとに設定することができるので、被検体の体軸がＺ軸に対して傾いた状態のままでスキャンを行ったとしても、図７（ｃ）に示すように画像の中心に被検体の体軸をほぼ配置することができる。これにより画像上での位置と被検体上の位置との間のずれがほぼ解消され、非常に観察し易くなる。また、枠線１０１の傾きに基づいて被検体の左右方向の距離を実際の距離に換算することにより、距離や体積計測時の誤差を軽減することができる。
【００２４】
次に、図６に示したように再構成範囲の枠線１０１が回転された場合、スキャン計画システム４２は図８（ａ）に示すように枠線１０１に応じた再構成範囲１１１をスキャン範囲１１２とともに決定する。この場合、スキャン範囲１１２は、再構成範囲１１１を包含するＺ軸（回転軸）を中心とした長方形を縦断面とする円柱形状に設定される。このスキャン範囲１１２は、図９（ａ）に示す範囲とそれより広い図９（ｂ）に示す範囲とから選択され得る。周知のとおり、ヘリカル再構成ではスライス位置の投影データをその前後２回転分の投影データから補間により生成する必要がある。つまりヘリカル再構成では、再構成範囲１１１よりも少なくとも１回転分外側に広い範囲１１３をカバーする投影データが必要とされる。この広い範囲１１３の投影データを全て収集するように、スキャン範囲１１２を設定するのが図９（ｂ）に示す例であり、図９（ａ）の例では斜線で示す一部分の投影データを外挿補間により補充する場合の狭いスキャン範囲１１２を示している。いずれを選択するかは操作者に委ねられてもよいし、撮影部位当の諸条件に応じて自動的に選択するようにしてもよい。
【００２５】
再構成ユニット３６において、図８（ｂ）に示すように、スキャンにより収集された投影データに基づいて、被検体の体軸の傾きに応じて回転操作された再構成範囲の中心線１０９に対して直交する複数のスライス（再構成面）それぞれについて画像データがコーンビーム再構成法のもとで再構成される。各スライスの幅は、再構成範囲の枠線１０１の幅に従って設定され、各スライスの中心は、再構成範囲の枠線１０１の中心線１０９上に設定される。再構成範囲の中心線１０９はスキャン範囲の中心線に対して傾斜して設定されているので、スライス各々の左右の位置、つまりスキャン範囲の中心線から各スライスの中心までの距離は、スライスごとに相違することとなる。
【００２６】
このように被検体の傾いた***に応じてスライス中心をスライスごとに設定することができるので、被検体の体軸がＺ軸に対して傾いた状態のままでスキャンを行ったとしても、図８（ｃ）に示すように画像の中心に被検体の体軸をほぼ配置することができる。しかも、この例では、被検体の体軸に対して直交する面に関して画像を得ることができ、Ｚ軸に対する体軸の傾きに伴う左右の距離誤差が解消される。つまりＺ軸に対する被検体の体軸が傾いているという状態を実質的に解消することができる。上下はもちろん、左右に関しても距離誤差が解消されているので、距離や体積計測時の誤差を軽減することができるのはもちろんのこと、特別な補正処理を不要にして、ＭＰＲ（断面変換）処理や３Ｄ処理をそのまま使用することができる。
【００２７】
（変形例）
本発明は、上述した実施形態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種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、被検体の体軸がスキャン範囲の中心線（Ｚ軸、Ｘ線管の回転軸）に対して傾いたままでスキャンが実行されるという事態に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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２】図１のＸ線検出器の斜視図。
【図３】図１のＸ線管の螺旋起動を示す図。
【図４】図１のスキャン計画システムで構築されたスキャン計画画面例を示す図。
【図５】図４の“変形アイコン”をクリックすることにより変形された再構成範囲を表す枠線を示す図。
【図６】図４の“回転アイコン”をクリックすることにより回転された再構成範囲を表す枠線を示す図。
【図７】図５の変形された再構成範囲に対応する再構成処理の説明図。
【図８】図６の回転された再構成範囲に対応する再構成処理の説明図。
【図９】図６の回転された再構成範囲に対応する２種類のスキャン範囲を示す図。
【図１０】従来の問題点の説明図。
【符号の説明】
１…架台、２…寝台、３…計算機ボックス、１０…Ｘ線管、１２…回転フレーム、２１…高電圧発生器、２２…スリット、２３…Ｘ線検出器、２４…データ収集装置（ＤＡＳ）、２５…架台駆動装置、３４…前処理ユニット、２９…システムコントローラ、３０…スキャンコントローラ、３５…データ記憶装置、３６…再構成ユニット、３７…表示プロセッサ、３８…ディスプレイ、３９…入力器、４２…スキャン計画システム。

Claims

被検体に関するスキャノグラムを再構成範囲を表す四角形の枠線とともに含むスキャン計画画面を構築する手段と、
前記スキャン計画画面を表示する表示手段と、
前記再構成範囲を設定するために、前記再構成範囲を表す枠線を平行四辺形に変形操作し、又は回転操作するための操作手段と、
前記設定された再構成範囲に対応するスキャン範囲をスキャンするスキャン手段と、
前記設定された再構成範囲に含まれる複数の平行なスライス各々に関する画像データを前記スキャンにより収集された投影データに基づいて再構成する手段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。
前記変形操作又は回転操作された再構成範囲の中心線は、前記スキャン範囲の中心線に対して傾斜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。
前記スキャン範囲の中心線から前記複数のスライス各々の中心までの距離は、前記スライスごとに相違することを特徴とする請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記スライスは、前記変形操作された再構成範囲の中心線に対して傾斜することを特徴とする請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記スライスは、前記スキャン範囲の中心線に対して直交することを特徴とする請求項４記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記スライスは、前記回転操作された再構成範囲の中心線に対して直交することを特徴とする請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記スライスは、前記スキャン範囲の中心線に対して傾斜することを特徴とする請求項６記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記再構成範囲を表す枠線の近傍には、前記変形操作又は回転操作に対応するアイコンが表示さ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。