JP2005230426A - X-ray computed tomography apparatus - Google Patents

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哲行 高梨
Masayoshi Tsuyuki
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    • A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To optimize the time resolution of image data with respect to a change in the cardiac rate of a subject when helical scanning is commonly used with segment reconstruction (electrocardiogram reconstruction). <P>SOLUTION: An X-ray computed tomography apparatus comprises: a mounting 1 for scanning the subject with the use of X-rays under the helical scanning of using the continuous rotation of an X-ray tube and the movement of a bed commonly used therefor so as to collect data; a reconstructing part 36 for reconstructing the image data, on the basis of a plurality of data segments over a plurality of heartbeats extracted from the collected data; and a control part 30 for controlling the mounting in order to change the rotary speed of the X-ray tube in accordance with the change in the cardiac rate of the subject during a helical scanning period. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ヘリカルスキャンとセグメント再構成（心電同期再構成）を併用することの可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。   The present invention relates to an X-ray computed tomography apparatus capable of using both helical scanning and segment reconstruction (electrocardiogram synchronization reconstruction).

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、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。   An X-ray computed tomography apparatus provides information about a subject based on the intensity of X-rays that have passed through the subject, and includes many images including diagnosis, treatment, and surgical planning of diseases. It plays an important role in medical practice.

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置を使った動きの速い特に心臓検査では、画像の時間分解能の向上が重要な課題の一である。その課題に対する主要な対処法としては、Ｘ線管の１回転あたりの時間、つまり回転スピードの高速化にある。回転スピード以上の時間分解能を実現できる手法として、ハーフ再構成法がある。周知のとおり、ハーフ再構成法は、操作者が指定した心臓の動きの特定位相、通常、心電図のＲ波から次のＲ波までの心拍周期を１００としてパーセントで表す位置を中心として、Ｘ線管が１８０°＋α（αはファン角度）の範囲を回転する間に収集された投影データとその対向データの補充により画像データを再構成する。このハーフ再構成法では、Ｘ線管が１８０°＋αの範囲を回転するのに要する時間が、当該画像データの実効的な時間分解能として得られる。   Improvement of the temporal resolution of the image is one of the important issues particularly in the cardiac examination which is fast movement using the X-ray computed tomography apparatus. The main solution to this problem is to increase the time per rotation of the X-ray tube, that is, increase the rotation speed. There is a half reconstruction method as a method capable of realizing a time resolution higher than the rotation speed. As is well known, the half-reconstruction method is based on an X-ray centered on a specific phase of the heart movement specified by the operator, usually a position expressed as a percentage with the cardiac cycle from the R wave of the electrocardiogram to the next R wave as 100. Image data is reconstructed by replenishing projection data collected while the tube rotates in the range of 180 ° + α (α is the fan angle) and its opposing data. In this half reconstruction method, the time required for the X-ray tube to rotate in the range of 180 ° + α is obtained as the effective time resolution of the image data.

ハーフ再構成法よりも画像の時間分解能を向上する手法として、セグメント再構成法がある。図７に示すように、セグメント数が３であるセグメント再構成法では、連続する又は離散する３心拍の中から同一心拍位相付近のデータセグメントを集めてきて、１枚の画像を再構成するのに要する１８０°＋αの範囲の投影データを揃える。   There is a segment reconstruction method as a technique for improving the temporal resolution of an image as compared with the half reconstruction method. As shown in FIG. 7, in the segment reconstruction method with three segments, data segments near the same heartbeat phase are collected from three consecutive or discrete heartbeats, and one image is reconstructed. The projection data in the range of 180 ° + α required for is prepared.

セグメント再構成法では、時間分解能の最適化は、各セグメントの範囲が等分であるときに得られ、最適な時間分解能（最短の時間分解能）は、Ｘ線管が（１８０°＋α）／セグメント数の角度を回転するのに要する時間、図７では６０°＋α／３として与えられる。   In the segment reconstruction method, optimization of time resolution is obtained when the range of each segment is equally divided, and the optimal time resolution (shortest time resolution) is (180 ° + α) / segment for the X-ray tube. The time required to rotate the number of angles, given in FIG. 7 as 60 ° + α / 3.

この最適な時間分解能は、Ｘ線管の回転周期が心拍周期に対して理想的にずれているという特定の状況下でのそれである。心拍周期に対するＸ線管の回転周期のずれが理想的でないケースでは、その時間分解能は、心拍周期に対するＸ線管の回転周期のずれに応じて低下する。最悪のケースは、Ｘ線管の回転周期と、心拍周期とが完全に同期したときに起こり、そのケースでは、セグメント数が自動的に１、つまりハーフ再構成法に完全に移行してしまい、その時間分解能はハーフ再構成法のそれに一致する。   This optimal time resolution is that under certain circumstances where the rotational period of the X-ray tube is ideally offset with respect to the cardiac cycle. In the case where the deviation of the rotation cycle of the X-ray tube with respect to the heartbeat cycle is not ideal, the time resolution decreases according to the deviation of the rotation cycle of the X-ray tube with respect to the heartbeat cycle. The worst case occurs when the rotation period of the X-ray tube and the heartbeat period are completely synchronized, and in that case, the number of segments automatically shifts to 1, that is, the half reconstruction method completely. Its time resolution matches that of the half reconstruction method.

このようにセグメント再構成法では、時間分解能は、心拍周期に対するＸ線管の回転周期のずれに応じて変動するので、心拍数が変動しやすい例えばスキャン中に被検体に息止めを課すような撮影では、心拍数の変動にもとなって時間分解能を最適化できないことがである。
特開平９−７５３３８号公報 特開２０００−３４２５７７号公報 As described above, in the segment reconstruction method, the time resolution changes in accordance with the shift of the rotation period of the X-ray tube with respect to the heartbeat period. Therefore, the heart rate is likely to fluctuate. In photographing, the time resolution cannot be optimized due to fluctuations in the heart rate.
JP-A-9-75338 JP 2000-342577 A

本発明の目的は、ヘリカルスキャンとセグメント再構成（心電同期再構成）の併用に際して被検体の心拍数の変動に対して画像データの時間分解能の最適化を可能にすることにある。   An object of the present invention is to make it possible to optimize the time resolution of image data with respect to fluctuations in the heart rate of a subject when using helical scanning and segment reconstruction (electrocardiographic synchronization reconstruction).

本発明は、Ｘ線管の連続回転と寝台移動とを併用するヘリカルスキャンのもとでＸ線により被検体を走査してデータを収集する架台部と、前記収集したデータから抽出した複数の心拍にわたる複数のデータセグメントに基づいて画像データを再構成する再構成部と、前記ヘリカルスキャン期間中において前記被検体の心拍数の変動に従って前記Ｘ線管の回転速度を変化させるために前記架台部を制御する制御部とを具備する。   The present invention relates to a gantry unit that collects data by scanning a subject with X-rays under a helical scan that uses both continuous rotation of an X-ray tube and bed movement, and a plurality of heartbeats extracted from the collected data. A reconstruction unit that reconstructs image data based on a plurality of data segments, and the gantry unit for changing the rotational speed of the X-ray tube according to the heart rate variation of the subject during the helical scan period. And a control unit for controlling.

本発明によれば、被検体の心拍数の変動に対する画像データの時間分解能の最適化が可能になる。   According to the present invention, it is possible to optimize the temporal resolution of image data with respect to fluctuations in the heart rate of a subject.

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（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、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。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。   Embodiments of an X-ray computed tomography apparatus (X-ray computed tomography apparatus) according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the X-ray computed tomography apparatus has a rotation / rotation (ROTATE / ROTATE) type in which an X-ray tube and a radiation detector are rotated as one body, and a large number of detection elements are arrayed in a ring shape. There are various types such as a fixed / rotation (STATIONARY / ROTATE) type in which only the X-ray tube rotates around the subject, and the present invention can be applied to any type. Here, the rotation / rotation type that currently occupies the mainstream will be described. In addition, to reconstruct one slice of tomographic image data, projection data for about 360 ° around the periphery of the subject is required, and projection data for 180 ° + view angle is also required in the half scan method. . The present invention can be applied to any reconstruction method. Here, the half scan method will be described as an example. In addition, the mechanism for converting incident X-rays into electric charges is based on an indirect conversion type in which X-rays are converted into light by a phosphor such as a scintillator and the light is further converted into electric charges by a photoelectric conversion element such as a photodiode. The generation of electron-hole pairs in semiconductors and their transfer to the electrode, that is, the direct conversion type utilizing a photoconductive phenomenon, is the mainstream. Any of these methods may be employed as the X-ray detection element, but here, the former indirect conversion type will be described. In recent years, the so-called multi-tube X-ray computed tomography apparatus in which a plurality of pairs of an X-ray tube and an X-ray detector are mounted on a rotating ring has been commercialized, and the development of peripheral technologies has progressed. Yes. The present invention can be applied to both a conventional single-tube X-ray computed tomography apparatus and a multi-tube X-ray computed tomography apparatus. Here, a single tube type will be described.

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部１を有する。架台部１は、Ｘ線管１０とシングルスライス又はマルチスライス型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、寝台部２の寝台（天板ともいう）２ａ上に載置された被検体Ｐが挿入される。被検体Ｐの心電図を検出するために、被検体Ｐには心電計２２が装着される。   FIG. 1 shows the configuration of an X-ray computed tomography apparatus according to this embodiment. This X-ray computed tomography apparatus has a gantry 1 configured to collect projection data relating to a subject. The gantry 1 includes an X-ray tube 10 and a single slice or multi-slice X-ray detector 23. The X-ray tube 10 and the X-ray detector 23 are mounted on a ring-shaped rotating frame 12 that is rotationally driven by a gantry driving device 25. The central portion of the rotating frame 12 is opened, and the subject P placed on a bed (also called a top plate) 2a of the bed 2 is inserted into the opening. In order to detect an electrocardiogram of the subject P, an electrocardiograph 22 is attached to the subject P.

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。Ｘ線検出器２３は、例えば０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正方の受光面を有する複数のＸ線検出素子を有する。例えば９１６個のＸ線検出素子がチャンネル方向に配列される。この列がスライス方向に例えば４０列並設される。   A tube voltage is applied between the cathode and anode of the X-ray tube 10 from the high voltage generator 21, and a filament current is supplied to the filament of the X-ray tube 10 from the high voltage generator 21. X-rays are generated by applying a tube voltage and supplying a filament current. The X-ray detector 23 has a plurality of X-ray detection elements having a square light receiving surface of 0.5 mm × 0.5 mm, for example. For example, 916 X-ray detection elements are arranged in the channel direction. For example, 40 rows are juxtaposed in the slice direction.

一般的にＤＡＳ(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集装置２６は、Ｘ線検出器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部３に供給される。   A data acquisition device 26 generally called a DAS (data acquisition system) converts a signal output from the X-ray detector 23 for each channel into a voltage signal, amplifies it, and further converts it into a digital signal. This data (raw data) is supplied to the computer unit 3 outside the gantry.

計算機部３の前処理部３４は、データ収集装置２６から出力されるデータ（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３７に送られ、心電計２２の心電図データとともにに記憶される。   The preprocessing unit 34 of the computer unit 3 performs correction processing such as sensitivity correction on the data (raw data) output from the data collection device 26 and outputs projection data. This projection data is sent to the data storage device 37 of the computer system 3 and stored together with the electrocardiogram data of the electrocardiograph 22.

計算機システム３は、上記前処理部３４及びデータ記憶装置３７とともに、システムコントローラ２９、入力器３９、ディスプレイ３８、スキャンコントローラ３０、再構成部３６、心電同期スキャンエキスパートシステム４３、ハートレート（ＨＲ）検出部４２、ＨＲ／ＲＳ（心拍数／回転スピード）テーブルメモリ３５、回転スピード発生部４１から構成される。再構成部３６は、セグメント再構成処理に対応している。ハートレート検出部４２は、心電図データから例えばＲ波を同定し、その周期の逆数に基づいて被検体Ｐの心拍数を計測する機能を備えている。   The computer system 3 includes a system controller 29, an input device 39, a display 38, a scan controller 30, a reconstruction unit 36, an electrocardiographic scan expert system 43, a heart rate (HR), together with the preprocessing unit 34 and the data storage device 37. It comprises a detection unit 42, an HR / RS (heart rate / rotation speed) table memory 35, and a rotation speed generation unit 41. The reconstruction unit 36 corresponds to segment reconstruction processing. The heart rate detector 42 has a function of identifying, for example, an R wave from electrocardiogram data and measuring the heart rate of the subject P based on the reciprocal of the cycle.

回転スピード発生部４１は、心電同期スキャンエキスパートシステム４３の制御のもとでＨＲ検出部４２から受け取った心拍数によりＨＲ／ＲＳ（心拍数／回転スピード）テーブルメモリ３５をアクセスして、ＨＲ検出部４２から受け取った心拍数に対応する回転スピードデータを発生し心電同期スキャンエキスパートシステム４３に提供する機能を備えている。ＨＲ／ＲＳテーブルメモリ３５は、図２に例示する心拍数と、各心拍数に対して画像の時間分解能を最適化するための回転スピードとを関連付けた複数のテーブルを記憶している。複数のテーブルどうしは、それぞれが対応するセグメント数が相違する。図２は、セグメント数が２のときの心拍数と回転スピードの関係を示している。   The rotation speed generation unit 41 accesses the HR / RS (heart rate / rotation speed) table memory 35 based on the heart rate received from the HR detection unit 42 under the control of the electrocardiogram scan expert system 43 to detect HR. A function of generating rotational speed data corresponding to the heart rate received from the unit 42 and providing it to the electrocardiogram synchronous scan expert system 43 is provided. The HR / RS table memory 35 stores a plurality of tables in which the heart rate exemplified in FIG. 2 is associated with the rotation speed for optimizing the time resolution of the image for each heart rate. The number of segments corresponding to each of the plurality of tables is different. FIG. 2 shows the relationship between the heart rate and the rotation speed when the number of segments is two.

セグメント数が２の場合、一心拍周期の時間にＸ線管１０が、（２回転−（１８０°＋α）／２）、または（２回転＋（１８０°＋α）／２）を回転する回転スピードであるとき、最適な時間分解能が実現される。上述したように、最適な時間分解能は、各セグメントの範囲が１枚の画像再構成に要する（１８０°＋α）の等分であるときに得られるのであるから、心拍位相に対してＸ線管１０の回転位相が（１８０°＋α）／セグメント数の角度だけ前又は後方にずれるように、回転スピードを設定することで実現され得る。そのような時間分解能を最適化（最短化）するための心拍数と回転スピードの関係が様々なセグメント数ごとに事前に求められ、その対応テーブルがＨＲ／ＲＳテーブルメモリ３５に記憶される。従って、ＨＲ／ＲＳテーブルメモリ３５に記憶されたセグメント数と心拍数とに対応する回転スピードは、そのセグメント数において時間分解能（ＴＲ）の最適化を実現するためのデータである。   When the number of segments is 2, the rotation speed at which the X-ray tube 10 rotates (2 rotations− (180 ° + α) / 2) or (2 rotations + (180 ° + α) / 2) in the time of one heartbeat cycle. The optimal time resolution is achieved. As described above, the optimum time resolution is obtained when the range of each segment is equal to (180 ° + α) required for one image reconstruction. It can be realized by setting the rotational speed so that the rotational phase of 10 is shifted forward or backward by an angle of (180 ° + α) / number of segments. The relationship between the heart rate and the rotational speed for optimizing (minimizing) such time resolution is obtained in advance for each number of segments, and the correspondence table is stored in the HR / RS table memory 35. Therefore, the rotation speed corresponding to the number of segments and the heart rate stored in the HR / RS table memory 35 is data for realizing optimization of time resolution (TR) in the number of segments.

図３には、心電同期スキャンエキスパートシステム４３により構築され、ディスプレイ３８に表示されるスキャン計画画面例を示している。スキャン計画画面には、患者情報、ガントリ（架台）情報、スキャノグラムイメージとともに、操作者が指定又は選択した撮影部位や検査プランに応じて心電同期スキャンエキスパートシステム４３によりプランニングされたスキャン条件、再構成条件及びウインドウ条件が表示される。例えば、スキャン条件として、スキャンモード、スキャン開始位置、スキャン終了位置、米国の食料医薬品局が定めた被曝線量を表す“ＣＴＤＩ”（ＣＴ Dose Index）、管電圧“ｋＶ”、管電流“ｍＡ”、回転スピード、ヘリカルピッチ、時間分解能最適化のＯＮ／ＯＦＦ、再構成モードが含まれる。心臓の造影検査では、心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、再構成モードとして、セグメント再構成を選択し、そのセグメント数を心拍数に応じて設定し、時間分解能最適化をＯＮにし、それに伴って回転スピードを“最適化（自動設定）”に設定する。   FIG. 3 shows an example of a scan plan screen constructed by the electrocardiogram synchronous scan expert system 43 and displayed on the display 38. The scan plan screen includes patient information, gantry information, scanogram images, scan conditions planned by the ECG-synchronized scan expert system 43 according to the imaging region and examination plan designated or selected by the operator, The reconstruction conditions and window conditions are displayed. For example, as scan conditions, a scan mode, a scan start position, a scan end position, “CTDI” (CT Dose Index) representing an exposure dose determined by the US Food and Drug Administration, a tube voltage “kV”, a tube current “mA”, Includes rotation speed, helical pitch, time resolution optimization on / off, and reconstruction mode. In cardiac contrast examination, the ECG-synchronized scanning expert system 43 selects segment reconstruction as the reconstruction mode, sets the number of segments according to the heart rate, turns on the time resolution optimization, and accordingly Set the rotation speed to “optimization (automatic setting)”.

図４、図５には、本実施形態のスキャン動作の概要が示されている。スキャン計画決定後、心電同期スキャンエキスパートシステム４３により心拍数の監視が開始される。心拍数はＲ波の検出ごとに計測される。心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、最新の所定心拍数分、例えば最新の５心拍分の平均心拍数を計算して、その平均心拍数に対応する撮影条件としてここでは回転スピードを回転スピード発生部４１に要求して取得する。心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、スキャンコントローラ３０を介して架台駆動装置２５を制御し、Ｘ線管１０の回転を開始させる。Ｘ線管１０の回転スピードが、回転スピード発生部４１から取得した回転スピードに達したとき、撮影可能な状態（撮影スタンバイ状態）に至ったことを表すメッセージをディスプレイに表示する。撮影技師はそのメッセージを確認して、被検体に造影剤を注入する。   4 and 5 show an outline of the scanning operation of the present embodiment. After the scan plan is determined, heart rate monitoring is started by the ECG-synchronized scan expert system 43. The heart rate is measured every time an R wave is detected. The ECG-synchronized scanning expert system 43 calculates the average heart rate for the latest predetermined heart rate, for example, the latest 5 heart rates, and here the rotation speed is set as the rotation speed generator as the imaging condition corresponding to the average heart rate. Request to 41 and get. The electrocardiogram synchronous scan expert system 43 controls the gantry driving device 25 via the scan controller 30 to start the rotation of the X-ray tube 10. When the rotational speed of the X-ray tube 10 reaches the rotational speed acquired from the rotational speed generating unit 41, a message indicating that the photographing is possible (imaging standby state) is displayed on the display. The radiographer confirms the message and injects a contrast medium into the subject.

心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、撮影技師からのトリガを受けたタイミング又はリアルプレップによる自動トリガタイミングで、スキャニングを開始する。つまりＸ線の発生及びデータ収集を開始し、寝台２ａの移動を開始させる。それとともに、心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、被検体の心拍数の変動監視を開始する。心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、心拍が変動しないとき、Ｘ線管１０の回転スピード及び寝台２ａの送り速度を維持する。その結果、画像データの時間分解能は維持される。   The electrocardiogram synchronous scan expert system 43 starts scanning at the timing when a trigger is received from the imaging technician or at the automatic trigger timing based on real prep. That is, generation of X-rays and data collection are started, and movement of the bed 2a is started. At the same time, the electrocardiogram-synchronized scan expert system 43 starts monitoring the fluctuation of the heart rate of the subject. The electrocardiogram scan expert system 43 maintains the rotational speed of the X-ray tube 10 and the feeding speed of the bed 2a when the heartbeat does not fluctuate. As a result, the time resolution of the image data is maintained.

心拍が速くなって心拍数が増加したとき、心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、Ｘ線管１０の回転スピードを、その増加した心拍数にテーブル上で対応する回転スピードに変更する。基本的には、当該テーブルは、心拍数が増加したとき、それに応じてＸ線管１０の回転スピードを速くするように組まれている。また、計画時に設定したヘリカルピッチを維持するために、Ｘ線管１０の回転スピードの増加に従って、寝台２ａの送り速度を調整する。周知の通り、ヘリカルピッチは、Ｘ線管１０が１回転する間に寝台２ａが移動する距離として定義される。従って、心拍数が増加したとき、それに応じてＸ線管１０の回転スピードが速くなり、回転スピードの増加に従って寝台２ａの送り速度が速くなる。当該テーブルは、心拍数が変動しても、各心拍数で時間分解能を最適化するように組まれているので、増加した心拍数に従ってＸ線管１０の回転スピードを速くすることで、画像データの時間分解能を最適化、つまり最短化することができる。   When the heart rate increases and the heart rate increases, the ECG-synchronized scan expert system 43 changes the rotation speed of the X-ray tube 10 to a rotation speed corresponding to the increased heart rate on the table. Basically, the table is configured to increase the rotational speed of the X-ray tube 10 in response to an increase in heart rate. Further, in order to maintain the helical pitch set at the time of planning, the feeding speed of the bed 2a is adjusted according to the increase in the rotational speed of the X-ray tube 10. As is well known, the helical pitch is defined as the distance that the bed 2a moves while the X-ray tube 10 rotates once. Therefore, when the heart rate increases, the rotational speed of the X-ray tube 10 increases accordingly, and the feeding speed of the bed 2a increases as the rotational speed increases. Even if the heart rate fluctuates, the table is configured to optimize the time resolution at each heart rate, so that the image data can be obtained by increasing the rotational speed of the X-ray tube 10 according to the increased heart rate. Can be optimized, that is, minimized.

同様に、心拍が遅くなって心拍数が減少したとき、心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、Ｘ線管１０の回転スピードを、その減少した心拍数にテーブル上で対応する回転スピードに変更する。基本的には、当該テーブルは、心拍数が減少したとき、それに応じてＸ線管１０の回転スピードを遅くするように組まれている。また、計画時に設定したヘリカルピッチを維持するために、Ｘ線管１０の回転スピードの減少に従って、寝台２ａの送り速度を遅くする。当該テーブルは、心拍数が変動しても、各心拍数で時間分解能を最適化するように組まれているので、減少した心拍数に従ってＸ線管１０の回転スピードを遅くすることで、画像データの時間分解能を最適化、つまり最短化することができる。   Similarly, when the heart rate slows down and the heart rate decreases, the ECG-synchronized scan expert system 43 changes the rotation speed of the X-ray tube 10 to a rotation speed corresponding to the decreased heart rate on the table. Basically, the table is constructed so that when the heart rate decreases, the rotational speed of the X-ray tube 10 is reduced accordingly. Further, in order to maintain the helical pitch set at the time of planning, the feeding speed of the bed 2a is decreased as the rotational speed of the X-ray tube 10 decreases. Even if the heart rate fluctuates, the table is set so as to optimize the time resolution at each heart rate. Therefore, the image data can be reduced by reducing the rotational speed of the X-ray tube 10 according to the reduced heart rate. Can be optimized, that is, minimized.

図６には、心電同期スキャンエキスパートシステム４３によるスキャン中の時間分解能最適化の制御動作を詳細に示している。スキャンは、Ｘ線管１０から実際にＸ線を曝射して、被検体を透過したデータをＸ線検出器２３で検出し、データ収集装置２６で収集し、その一連の動作を繰り返すことをいう。ヘリカルスキャンにおいては、スキャンは寝台２ａが、計画したスキャン範囲の起点に対応する位置に差し掛かった時点で開始され（Ｓ１１）、計画したスキャン範囲の終点に対応する位置に到達した時点（Ｓ１９）で終了する（Ｓ２０）。このスキャン開始Ｓ１１からスキャン終了Ｓ２０までのスキャン期間中に、Ｓ１２〜Ｓ１８の動作が繰り返される。   FIG. 6 shows in detail the control operation for optimizing the time resolution during scanning by the electrocardiogram synchronous scan expert system 43. In the scan, X-rays are actually emitted from the X-ray tube 10, data transmitted through the subject is detected by the X-ray detector 23, collected by the data collection device 26, and the series of operations is repeated. Say. In the helical scan, scanning starts when the bed 2a reaches the position corresponding to the start point of the planned scan range (S11), and when the bed 2a reaches the position corresponding to the end point of the planned scan range (S19). The process ends (S20). During the scan period from the scan start S11 to the scan end S20, the operations of S12 to S18 are repeated.

まず、心電計２２により被検体Ｐの心電図が計測される（Ｓ１２）。ＨＲ検出部４２は、心電図の波形から特徴波として例えばＲ波を検出し（Ｓ１３）、前回検出したＲ波から今回検出したＲ波までの時間幅の逆数から心拍数を計算する（Ｓ１４）。ＨＲ検出部４２は、不整脈を除外して、例えば最新５心拍分の心拍数の平均値（平均心拍数）を計算する（Ｓ１５）。不整脈であるか否かは、任意の手法を使って判定される。例えば、適正範囲の上限心拍数と下限心拍数を操作者が任意に指定してもよいし、３０秒等の比較的長期間の平均心拍数を中心として１０％幅に適正範囲を設定するようにしても良い。   First, an electrocardiogram of the subject P is measured by the electrocardiograph 22 (S12). The HR detector 42 detects, for example, an R wave as a characteristic wave from the waveform of the electrocardiogram (S13), and calculates a heart rate from the reciprocal of the time width from the previously detected R wave to the R wave detected this time (S14). The HR detection unit 42 excludes the arrhythmia and calculates, for example, an average value (average heart rate) of the latest five heart rates (S15). Whether or not it is an arrhythmia is determined using an arbitrary method. For example, the upper limit heart rate and the lower limit heart rate of the appropriate range may be arbitrarily specified by the operator, or the appropriate range may be set to a 10% width centered on a relatively long-term average heart rate such as 30 seconds. Anyway.

心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、Ｓ１５で計算された平均心拍数とセグメント数とに対応するＸ線管１０の回転スピードを、回転スピード発生部４１から取得する（Ｓ１６）。また、心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、ヘリカルピッチを維持するように、取得したＸ線管１０の回転スピードから、寝台２ａの送り速度を決定する（Ｓ１７）。心電同期スキャンエキスパートシステム４３は、Ｓ１６で取得したＸ線管１０の回転スピードデータと、Ｓ１７で決定した寝台２ａの送り速度データをスキャンコントローラ３０に供給する。スキャンコントローラ３０は、心電同期スキャンエキスパートシステム４３から供給されたＸ線管１０の回転スピードデータに従って架台制御装置２５を制御する。その結果、Ｘ線管１０の回転スピードは、Ｓ１６で特定された、平均心拍数に対応する回転スピードに変更される。それにより心拍数が変動したとしても、画像データの時間分解能は最適化される。また、スキャンコントローラ３０は、心電同期スキャンエキスパートシステム４３から供給された寝台の送り速度データに従って寝台装置２の寝台駆動装置２ｂを制御する。その結果、寝台２ａの送り速度は、Ｓ１７で決定された送り速度に変更される。それにより心拍数が変動し、それに伴ってＸ線管１０の回転スピードが変更されたとしても、ヘリカルピッチは維持され得る。ヘリカルピッチの変動は、再構成処理を複雑化するとともに、実効的なスライス厚を不均一にするが、本実施形態ではヘリカルピッチを維持するように寝台送り速度を調整するので、そのような問題は生じない。   The ECG-synchronized scan expert system 43 acquires the rotation speed of the X-ray tube 10 corresponding to the average heart rate and the segment number calculated in S15 from the rotation speed generation unit 41 (S16). Moreover, the electrocardiogram synchronous scan expert system 43 determines the feeding speed of the bed 2a from the acquired rotation speed of the X-ray tube 10 so as to maintain the helical pitch (S17). The electrocardiogram synchronous scan expert system 43 supplies the scan controller 30 with the rotation speed data of the X-ray tube 10 acquired at S16 and the feed speed data of the bed 2a determined at S17. The scan controller 30 controls the gantry controller 25 according to the rotational speed data of the X-ray tube 10 supplied from the electrocardiogram synchronous scan expert system 43. As a result, the rotational speed of the X-ray tube 10 is changed to the rotational speed corresponding to the average heart rate specified in S16. As a result, even if the heart rate fluctuates, the time resolution of the image data is optimized. Further, the scan controller 30 controls the bed driving device 2 b of the bed device 2 in accordance with the bed feed speed data supplied from the electrocardiogram synchronous scan expert system 43. As a result, the feeding speed of the bed 2a is changed to the feeding speed determined in S17. As a result, even if the heart rate fluctuates and the rotational speed of the X-ray tube 10 is changed accordingly, the helical pitch can be maintained. The fluctuation of the helical pitch complicates the reconstruction process and makes the effective slice thickness non-uniform. However, in this embodiment, the bed feeding speed is adjusted so as to maintain the helical pitch. Does not occur.

以上のように、本実施形態によると、ヘリカルスキャンとセグメント再構成（心電同期再構成）の併用するとき、スキャン中に、たとえ被検体の心拍数が変動したとしても、その変動に応じてＸ線管の回転スピードを変更することで、画像データの時間分解能を最適化することができる。また、Ｘ線管の回転スピードの変更に応じて、寝台の送り速度を変更することで、ヘリカルピッチを一定値に維持することができ、再構成処理の複雑化を回避し、かつ実効的なスライス厚を均一に維持することができる。   As described above, according to the present embodiment, when the helical scan and the segment reconstruction (electrocardiogram synchronization reconstruction) are used in combination, even if the heart rate of the subject fluctuates during the scan, By changing the rotation speed of the X-ray tube, the time resolution of the image data can be optimized. In addition, the helical pitch can be maintained at a constant value by changing the feeding speed of the bed in accordance with the change in the rotational speed of the X-ray tube, avoiding complication of the reconstruction process, and effective The slice thickness can be kept uniform.

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。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

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。The figure which shows the structure of the X-ray computed tomography apparatus by embodiment of this invention. 図１のＨＲ／ＲＳデータメモリに記憶される心拍数（ＨＲ）と回転スピード（ＲＳ）とを関連付けたテーブルに応じたグラフを示す図。The figure which shows the graph according to the table which linked | related the heart rate (HR) and rotational speed (RS) memorize | stored in the HR / RS data memory of FIG. 図１の心電同期スキャンエキスパートシステムにより構築されるスキャン計画画面例を示す図。The figure which shows the example of a scan plan screen constructed | assembled by the electrocardiogram synchronous scan expert system of FIG. 本実施形態によるスキャン動作の概要を示す図。FIG. 5 is a diagram showing an outline of a scanning operation according to the present embodiment. 図１の心電同期スキャンエキスパートシステムによる回転スピードとともに寝台送り速度を変化させる様子を示す図。The figure which shows a mode that a bed feeding speed is changed with the rotational speed by the electrocardiogram synchronous scan expert system of FIG. 図３のスキャン動作中の心電同期スキャンエキスパートシステムによる時間分解能最適化制御動作を詳細に示す図。The figure which shows in detail the time resolution optimization control operation | movement by the electrocardiogram synchronous scan expert system during the scanning operation | movement of FIG. セグメント再構成法の説明図。Explanatory drawing of the segment reconstruction method.

符号の説明Explanation of symbols

１…架台部、２…寝台部、３…計算機システム、１０…Ｘ線管、１２…回転フレーム、２１…高電圧発生器、２２…心電計、２３…Ｘ線検出器、２５…架台駆動装置、２６…データ収集装置、２９…システムコントローラ、３０…スキャンコントローラ、３４…前処理部、３５…ＨＲ／ＲＳテーブルメモリ、３６…再構成部、３７…データ記憶装置、３８…ディスプレイ、３９…入力器、４１…回転スピード発生部、４２…ＨＲ検出部、４３…心電同期スキャンエキスパートシステム。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base part, 2 ... Bed part, 3 ... Computer system, 10 ... X-ray tube, 12 ... Rotating frame, 21 ... High voltage generator, 22 ... Electrocardiograph, 23 ... X-ray detector, 25 ... Stand drive Device: 26 ... Data collection device, 29 ... System controller, 30 ... Scan controller, 34 ... Pre-processing unit, 35 ... HR / RS table memory, 36 ... Reconstruction unit, 37 ... Data storage device, 38 ... Display, 39 ... Input device 41... Rotational speed generation unit 42... HR detection unit 43.

Claims (7)

Ｘ線管の連続回転と寝台移動とを併用するヘリカルスキャンのもとでＸ線により被検体を走査してデータを収集する架台部と、
前記収集したデータから抽出した複数の心拍にわたる複数のデータセグメントに基づいて画像データを再構成する再構成部と、
前記ヘリカルスキャン期間中において前記被検体の心拍数の変動に従って前記Ｘ線管の回転速度を変化させるために前記架台部を制御する制御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。 A gantry unit that scans a subject with X-rays and collects data under a helical scan that uses both continuous rotation of the X-ray tube and bed movement;
A reconstruction unit for reconstructing image data based on a plurality of data segments over a plurality of heartbeats extracted from the collected data;
An X-ray computed tomography apparatus comprising: a control unit that controls the gantry unit in order to change the rotational speed of the X-ray tube in accordance with a change in heart rate of the subject during the helical scan period . 前記制御部は、前記画像データの時間分解能を略一定に維持するために前記被検体の心拍数の変動に従って前記Ｘ線管の回転速度を変化させ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。 2. The X-ray according to claim 1, wherein the control unit changes a rotation speed of the X-ray tube according to a change in a heart rate of the subject in order to maintain a temporal resolution of the image data substantially constant. Computer tomography equipment. 前記被検体の心拍数と前記Ｘ線管の回転速度とを関連付けたテーブルを記憶する記憶部を更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。 The X-ray computed tomography apparatus according to claim 1, further comprising a storage unit that stores a table in which the heart rate of the subject and the rotation speed of the X-ray tube are associated with each other. 前記制御部は、前記回転速度とともに前記寝台の移動速度を変化させるために前記架台部を制御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。 The X-ray computed tomography apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls the gantry unit to change a moving speed of the bed together with the rotation speed. 前記制御部は、前記Ｘ線管が１回転する間に前記寝台が移動する距離を略一定に維持するために前記回転速度とともに前記寝台の移動速度を変化させ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。 The said control part changes the moving speed of the said bed with the said rotational speed, in order to maintain the distance which the said bed moves during one rotation of the said X-ray tube substantially constant. X-ray computed tomography apparatus. 前記制御部は、最新の所定心拍回数分の心拍数の平均値に従って、前記Ｘ線管の回転速度を変化させ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。 2. The X-ray computed tomography apparatus according to claim 1, wherein the control unit changes the rotational speed of the X-ray tube according to an average value of heart rates corresponding to the latest predetermined heart rate. 前記制御部は、不整脈を一因とする異常心拍数をしきい値処理により除外して前記心拍数の平均値を計算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。 The X-ray computed tomography apparatus according to claim 6, wherein the control unit calculates an average value of the heart rate by excluding an abnormal heart rate caused by arrhythmia by threshold processing.
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