JP2005305026A

JP2005305026A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置

Info

Publication number: JP2005305026A
Application number: JP2004129937A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kazama; 正博風間; Shinsuke Tsukagoshi; 伸介塚越
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2005-11-04
Anticipated expiration: 2024-04-26
Also published as: CN100381105C; JP4679068B2; US7106824B2; CN1689523A; US20050249329A1

Abstract

【課題】本発明の目的は、造影検査において管電流を最適化することのできるＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。
【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、被検体に関する多方向にわたる投影データを収集する架台１と、収集された投影データから画像データを再構成する再構成ユニット３６と、被検体に関するスキャノグラムに基づいて被検体の水等価厚を計算する水等価厚対応表記憶部４１と、被検体に注入する造影剤に関する情報に基づいて水等価厚を補正する水等価厚補正部３８と、補正された水等価厚に基づいて管電流値を決定する管電流決定部３７とを具備することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に関する。

周知の通り、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線が被検体内で受けた吸収量に基づいて臓器等の組織のＸ線吸収率を水のそれを基準としたＣＴ値という指標として計算（再構成）することによって画像（断層像）を得るものである。

再構成した画像には画像ノイズが不可避である。画像ノイズは、典型的には均質ファントム像のＣＴ値のばらつきを標準偏差として定義し、通常、画像ＳＤと称される。再構成した画像を観察して診断を下すには、例えば画像上の陰影がノイズなのか、腫瘍なのかを区別するために、その画像が固有する画像ＳＤを考慮する必要がある。そのため図９に例示するように、事前に撮影されたスキャノ像（スキャノグラム）から被検体の水等価厚を計算し、その水等価厚から、指定された画像ＳＤに対応する管電流を計算する。ヘリカルスキャンでは、図１０、図１１に示すように、指定された画像ＳＤを維持するように、体軸に沿ってヘリカルピッチの間隔で離散的に管電流を計算する。

しかし、造影検査では、被検体に注入した造影剤によるＸ線吸収率の増分は考慮されず、そのため図１２に示すように、指定した画像ＳＤが達成されないという事態が生じる。

本発明の目的は、造影検査において管電流を最適化することのできるＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。

本発明に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、被検体に関する多方向にわたる投影データを収集する手段と、前記収集された投影データから画像データを再構成する手段と、前記被検体に関するスキャノグラムに基づいて前記被検体の水等価厚を計算する手段と、前記被検体に注入する造影剤に関する情報に基づいて、前記計算された水等価厚を補正する手段と、前記補正された水等価厚に基づいて管電流値を決定する手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、造影検査において管電流を最適化することができる。

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Ｘ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フレーム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。

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、被検体に関する多方向の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、円環状の回転フレーム１２に搭載される。回転フレーム１２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。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の寝台２ａ上に載置された被検体Ｐが挿入される。寝台装置２には寝台２ａをその長軸（回転軸と平行）の方向に関して移動するための寝台駆動部２ｂが装備されている。寝台駆動部２ｂは、寝台２ａの位置を検出するためのロータリーエンコーダ等の寝台位置検出部が有している。

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線管１０からＸ線が発生される。

Ｘ線検出器２３は、シングルスライスタイプ又はマルチスライスタイプの検出器である。Ｘ線検出器２３は、シングルスライスタイプであれば、例えば０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正方の受光面を有する複数のＸ線検出素子が例えば９１６個チャンネル方向に一列に配列された素子列を有する。Ｘ線検出器２３は、マルチスライスタイプであれば、素子列がスライス方向に例えば６４列並設されてなる。

一般的にＤＡＳ(data acquisition system) 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に取り込まれる。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。

計算機システム３は、前処理ユニット３４及びデータ記憶装置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、管電流決定部３７、水等価厚補正部３８、ディスプレイ３９、水等価厚対応表記憶部４１、補正係数対応表記憶部４３、管電流対応表記憶部４２から構成される。再構成ユニット３６は、複数種類の再構成法から操作者により選択的に指定された再構成法により、投影データから断層画像データを再構成する。複数種類の再構成法には、例えば、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）、再構成面に対して投影レイが斜めに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を抑え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が含まれる。

水等価厚対応表記憶部４１は、スキャノ像（スキャノグラム）のデータ（透過Ｘ線の線量）と、それに対応する水等価厚との対応表を、様々な照射線量について個々に記憶する。補正係数対応表記憶部４３は、造影検査に関する情報に応じて水等価厚を補正するための補正係数を、造影検査に関する情報に対応付けた対応表を記憶する。造影検査に関する情報には、被検体の体重、造影剤の注入総量（造影剤量）、被検体に注入する造影剤の濃度、単位時間（例えば１分）あたりの造影剤の注入速度、造影剤の注入から投影データの収集までの経過時間（造影タイミング）、血流速度が含まれる。ここでは造影検査に関する情報として、被検体の体重、造影剤の注入量（造影剤量）、被検体に注入する造影剤の濃度に限定して説明する。実際的には、補正係数対応表記憶部４３は、図２に示す第１の対応表と、図３に示す第２の対応表とを保持している。第１の対応表は、被検体の体重（ｋｇ）の２倍から造影剤量を引き算した値に、補正係数Ａを対応付けている。第２の対応表は、造影剤濃度に、補正係数Ｂを対応付けている。最終的な補正係数は、補正係数Ａ×補正係数Ｂで与えられる。

水等価厚補正部３８は、スキャノ像撮影時の照射線量とスキャノ像のデータ（透過Ｘ線の線量）とに対応する水等価厚を水等価厚対応表記憶部４１から取得する。水等価厚は、被検体の体軸に沿って、ヘリカルピッチと同じ間隔で離散的に取得される。水等価厚補正部３８は、被検体の体重と造影剤量とに対応する補正係数Ａと、造影剤濃度に対応する補正係数Ｂとを、補正係数対応表記憶部４３から取得する。水等価厚補正部３８は、補正係数Ａに補正係数Ｂを乗算することにより、最終的な補正係数を計算する。水等価厚補正部３８は、計算した最終的な補正係数を、水等価厚対応表記憶部４１から取得した水等価厚に乗算することにより、水等価厚対応表記憶部４１から取得した水等価厚を補正する。この補正により、水等価厚対応表記憶部４１から取得した水等価厚を、造影剤の注入により増加する被検体のＸ線吸収率に応じた真の水等価厚に近似させることができる。

管電流対応表記憶部４２は、水等価厚に対応する管電流の対応表を複数の画像ＳＤに対して個々に記憶する。例えば、ある対応表で水等価厚に対応する管電流でデータ収集を行い、断層画像を再構成したとき、その断層画像は、当該画像ＳＤ又はその近似値を示す画質で得られる。

管電流決定部３７は、水等価厚補正部３８で補正された水等価厚と、操作者により指定された画像ＳＤとに対応する管電流を、管電流対応表記憶部４２から取得する。ヘリカルスキャンでは、被検体の体軸に沿ってヘリカルピッチの間隔で離散的に水等価厚が計算され、それに応じて被検体の体軸に沿ってヘリカルピッチの間隔で離散的に管電流が決定される。

次に本実施形態による管電流の設定手順について図４を参照して説明する。まず、非造影状態のもとで、スキャノ像の撮影が行われる（Ｓ１）。周知の通り、スキャノ像の撮影は、Ｘ線管１０及びＸ線検出器２３の回転を停止し、寝台２ａを定速で移動しながら、Ｘ線を被検体に連続的に照射し、透過Ｘ線をＸ線検出器２３で繰り返し検出することにより行われる。Ｘ線検出器２３からデータ収集装置２４および前処理ユニット３４を経由して送られてくるスキャノ像データは、データ記憶装置３５に記憶される。

なお、図示しないがスキャノ像の撮影が終了すると、図５に示すシステムコントローラ２９又は図示しないスキャン計画専用のスキャンエキスパートシステムで構築されるスキャン計画画面により、スキャン条件が操作者により計画される。スキャン条件には、ヘリカルスキャン／シングルスキャン（スキャンモード）、ヘリカルスキャン範囲、シングルスキャン位置、スキャン数、管電圧（ｋＶ）、管電圧（ｍＡ）、スキャンスピード（回転速度）、再構成モード、撮影視野の径（ＦＯＶ）、ヘリカルピッチ等の項目が含まれる。管電圧（ｍＡ）の設定に関して、本実施形態では、指定した画像ＳＤを維持するように管電圧（ｍＡ）を自動制御するモードが設けられている。例えば、操作者は管電流（ｍＡ）の項目をクリックして、プルダウンメニューを開き、そのプルダウンメニューから所望する管電流値を選択するか、あるいは「Ａｕｔｏ」をクリックする。「Ａｕｔｏ」は、指定した画像ＳＤを実現するための管電流値を自動設定する機能の起動コマンドに対応している。「Ａｕｔｏ」のクリックにより、「高画質(High Quality)」、「低被曝(Low Dose)」、複数の画像ＳＤの値の選択肢が含まれるサブメニューが開く。「高画質」、「低被曝」、または複数の画像ＳＤの中から所望の画像ＳＤが選択され、それに伴って管電流値を自動設定する機能が起動されると、システムコントローラ２９のもとで図５のスキャン計画画面に「被検体の体重」、「造影剤量」、「造影剤濃度」の入力ボックスが追加される。

図４に戻る。スキャノ像の撮影が終了し、スキャン計画の設定が完了すると、水等価厚補正部３８は、スキャノ像撮影時の照射線量とスキャノ像のデータ（透過Ｘ線の線量）とに対応する水等価厚を水等価厚対応表記憶部４１から取得する（Ｓ２）。水等価厚は、被検体の体軸に沿って、ヘリカルピッチと同じ間隔で離散的に取得される。なお、スキャノ像の長手中心軸上の画素のデータ（透過Ｘ線の線量）から水等価厚を計算してもよいし、スキャノ像の横手方向に隣り合う複数の画素の平均値（透過Ｘ線の平均線量）から水等価厚を計算してもよいし、またはスキャノ像の局所領域内の複数の画素の平均値（透過Ｘ線の平均線量）から水等価厚を計算してもよい。

次に、水等価厚補正部３８は、被検体の体重と造影剤量とに対応する補正係数Ａと、造影剤濃度に対応する補正係数Ｂとを、補正係数対応表記憶部４３から取得する。水等価厚補正部３８は、補正係数Ａに補正係数Ｂを乗算することにより、最終的な補正係数を計算する（Ｓ３）。

水等価厚補正部３８は、計算した最終的な補正係数を、水等価厚対応表記憶部４１から取得した水等価厚に乗算することにより、水等価厚対応表記憶部４１から取得した水等価厚を補正する（Ｓ４）。この補正により、水等価厚対応表記憶部４１から取得した水等価厚を、造影剤の注入により増加する被検体のＸ線吸収率に応じた真の水等価厚に近似させることができる。

続いて管電流決定部３７は、水等価厚補正部３８で補正された水等価厚と、操作者により指定された画像ＳＤとに対応する管電流を、管電流対応表記憶部４２から取得する（Ｓ５）。ヘリカルスキャンでは、被検体の体軸に沿ってヘリカルピッチの間隔で離散的に水等価厚が計算され、それに応じて被検体の体軸に沿ってヘリカルピッチの間隔で離散的に、ヘリカルスキャン範囲内にわたって画像ＳＤを一定にするための管電流が決定される（図６、図７参照）。

ヘリカルスキャン範囲内での複数位置で画像ＳＤを一定にするための管電流が決定されると、実際に造影剤を注入し（Ｓ６）、画像ＳＤを一定にするための管電流可変スキャンが実施される（Ｓ７）。図８に示すように、ヘリカルスキャンが開始されると（Ｓ２１）、寝台２の寝台駆動部２ｂ内の寝台位置検出部から寝台位置信号がスキャンコントローラ３０に随時供給される（Ｓ２２）。スキャンコントローラ３０は寝台位置に対応する管電流値を選択的に読み出し（Ｓ２３）、その管電流値に従って高電圧発生器２１を制御する。スキャンコントローラ３０は、実際には、Ｘ線管１０の管電流が、選択された管電流値になるように、高電圧発生器２１のフィラメント電流を調整する。Ｓ２２乃至Ｓ２４の処理は、寝台位置が予定した終了位置に達するまで継続される（Ｓ２５）。本実施形態では、管電流値が、ヘリカルピッチの間隔で離散的な寝台位置ごとに決定されているので、ヘリカルスキャン中に回転周期に同期してＸ線管１０が１回転するごとに動的に管電流が調整される。しかし、管電流値を、ヘリカルピッチより短い間隔の離散的な寝台位置ごとに決定することにより、１回転中に例えば５°、１０°等の間隔で細かく管電流の調整を行うようにすることができる。

以上のように、本実施形態によれば、造影検査であっても、操作者により指定された画質（画像ＳＤ）を実現するように、被検体の体重、造影剤濃度、造影剤量等の造影検査に関する情報が加味されて、管電流値が決定されるので、操作者は予定した画質で画像を取得することができ、スキャンのやり直し等の作業機会が減少する。

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主要部の構成を示す図。図１の補正係数対応表記憶部に記憶される第１の補正係数対応表の例を示す図。図１の補正係数対応表記憶部に記憶される第２の補正係数対応表の例を示す図。図１の管電流決定部による管電流決定処理の手順を示す流れ図。図１のシステムコントローラにより提供されるスキャン計画画面例を示す図。図１の管電流決定部により補正された管電流の空間変化を示す図。図１の管電流決定部により補正された管電流による画像ＳＤの空間変化を示す図。図１のスキャンコントローラによるヘリカルスキャン時の管電流制御の手順を示す流れ図。従来の管電流決定処理の手順を示す流れ図。従来方法により決定された管電流の空間変化を示す図。従来方法により決定された管電流による画像ＳＤの空間変化を示す図。

符号の説明

１…架台、２…寝台、３…計算機ユニット、１０…Ｘ線管、１２…回転フレーム、２１…高電圧発生器、２２…スリット、２３…マルチスライス型Ｘ線検出器、２４…データ収集装置（ＤＡＳ）、２５…架台駆動装置、２９…システムコントローラ、３０…スキャンコントローラ、３４…前処理ユニット、３５…データ記憶装置、３６…再構成ユニット、３７…管電流決定部、３８…ディスプレイ、３９…入力器、４１…水等価厚対応表記憶部、４２…管電流対応表記憶部、４３…補正係数対応表記憶部。

Claims

被検体に関する多方向にわたる投影データを収集する手段と、
前記収集された投影データから画像データを再構成する手段と、
前記被検体に関するスキャノグラムに基づいて前記被検体の水等価厚を計算する手段と、
前記被検体に造影剤を注入する造影検査に関する情報に基づいて、前記計算された水等価厚を補正する手段と、
前記補正された水等価厚に基づいて管電流値を決定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。
前記管電流値は、前記操作者により指定又は選択された画質レベルに対応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。
前記造影剤に関する情報には、前記被検体の体重、前記造影剤の注入量、および前記造影剤の濃度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。
前記造影剤に関する情報には、前記造影剤の注入速度、前記造影剤の注入から前記投影データの収集までの経過時間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。
前記水等価厚を補正する手段は、前記被検体の体重、前記造影剤の注入量及び前記造影剤の濃度に対する係数の対応表を記憶する記憶部を有し、前記対応表から特定される係数を前記計算された水等価厚に乗算することにより前記計算された水等価厚を修正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。