JP2012170736A - X-ray computed tomography apparatus - Google Patents

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隆宏 養田
Tomoyasu Komori
智康 小森
Naoki Yamashita
直樹 山下
Takeshi Mukumoto
豪 椋本
Atsushi Fukano
敦史 深野
Katsuhiko Ishida
克彦 石田
Hisashi Yasuda
寿 安田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reconstruct image data related to a subject by using projection data collected while changing the rotational speed of an X-ray tube.SOLUTION: An X-ray CT apparatus includes: an X-ray tube for generating X-rays; an X-ray detector for detecting the X-ray which has transmitted through the subject mounted on a top plate; a control part for controlling the movement of the top plate, rotation of the X-ray tube and detection of the X-ray detector in order to repeatedly collect projection data in a fixed cycle by scanning the subject with the X-ray in the state of moving the top plate and rotating the X-ray tube; an interpolation processing part for performing interpolation processing to a projection data set required for reconstructing the image data on the basis of the rotation angle of the X-ray tube corresponding to each piece of the projection data; and a reconstruction processing part for reconstructing the image data related to the subject on the basis of the projection data set interpolated by the interpolation processing part. The projection data set interpolated by the interpolation processing part is a projection data set in which an angle difference of adjacent views is fixed.

Description

本発明の実施形態は、ヘリカルスキャン中にＸ線管の回転速度を変更するＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to an X-ray computed tomography apparatus that changes the rotational speed of an X-ray tube during a helical scan.

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（以下、Ｘ線ＣＴ装置と呼ぶ）においては、患者等の被検体が載置された天板を移動させ且つＸ線管を被検体の周囲に回転させながら被検体をＸ線でスキャンして投影データを収集するヘリカルスキャンがある。ヘリカルスキャンとしては、天板を一定の速度で移動させながらスキャンを行う等速ヘリカルスキャンや、天板の移動速度（ヘリカルピッチ）を変化させながらスキャンを行う可変ヘリカルピッチ（ＶＨＰ：Variable Helical Pitch）スキャン等がある。可変ヘリカルピッチスキャンは、被検体の部位毎に撮影条件を変更することができるので、被検体の全身を対象としたＸ線ＣＴ撮影を可能にしている。   In an X-ray computed tomography apparatus (hereinafter referred to as an X-ray CT apparatus), the subject is moved while the top plate on which the subject such as a patient is placed and the X-ray tube is rotated around the subject. There is a helical scan that scans with X-rays and collects projection data. Helical scans include constant-velocity helical scanning that scans while moving the top plate at a constant speed, and variable helical pitch (VHP: Variable Helical Pitch) that scans while changing the moving speed (helical pitch) of the top plate. There are scans and so on. Since the variable helical pitch scan can change the imaging conditions for each part of the subject, X-ray CT imaging for the whole body of the subject is possible.

心電同期撮影では、時間分解能を上げるためにＸ線管を高速で回転させる必要がある。心電同期撮影及び他の部位の撮影を１回のヘリカルスキャンで行う場合、Ｘ線管が高速で回転されるために、腹部等の部位では線量が足りずに画質が低下する問題がある。この問題を解決する方法としては、１回の検査中に被検体の部位毎にＸ線管の回転速度を変更した複数のスキャンを実行する方法がある。   In electrocardiogram synchronous imaging, it is necessary to rotate the X-ray tube at high speed in order to increase time resolution. When performing electrocardiogram synchronous imaging and imaging of other parts by one helical scan, the X-ray tube is rotated at a high speed, so that there is a problem that the image quality deteriorates due to insufficient dose at a site such as the abdomen. As a method of solving this problem, there is a method of executing a plurality of scans in which the rotation speed of the X-ray tube is changed for each part of the subject during one examination.

特開２００９−７８１２６号公報JP 2009-78126 A

しかしながら、Ｘ線管の回転速度の変更にはある程度の時間が必要とされることから、１回の検査に要する時間が増大する問題がある。Ｘ線管の回転速度を変更している期間中に収集した投影データから被検体の断層画像データを再構成することにより、検査時間を短縮することが可能とされるが、Ｘ線管の回転速度を変更している期間中に収集した投影データは、従来の画像再構成法では取り扱うことができない。従って、Ｘ線ＣＴ装置においては、Ｘ線管の回転速度の変更期間中に収集した投影データから画像データを再構成できることが求められている。   However, since a certain amount of time is required to change the rotation speed of the X-ray tube, there is a problem that the time required for one inspection increases. By reconstructing the tomographic image data of the subject from the projection data collected during the period when the rotation speed of the X-ray tube is changed, the examination time can be shortened. Projection data collected during the period of changing speed cannot be handled by conventional image reconstruction methods. Therefore, in the X-ray CT apparatus, it is required that image data can be reconstructed from projection data collected during the period of changing the rotational speed of the X-ray tube.

目的は、Ｘ線管の回転速度を変更しながら収集した投影データを使用して被検体に関する画像データを再構成することができるＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an X-ray computed tomography apparatus capable of reconstructing image data relating to a subject using projection data collected while changing the rotation speed of the X-ray tube.

本実施形態に係る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、天板に載置された被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記天板を移動させ且つ前記Ｘ線管を回転させた状態で前記被検体をＸ線でスキャンして投影データを一定周期で繰り返し収集するために、前記天板の移動、前記Ｘ線管の回転、及び前記Ｘ線検出器の検出を制御する制御部と、前記投影データそれぞれに対応付けられている前記Ｘ線管の回転角度に基づいて、画像データを再構成するために必要な投影データセットに対して補間処理を行う補間処理部と、前記補間処理部により補間された投影データセットに基づいて、前記被検体に関する画像データを再構成する再構成処理部と、を備える。前記補間処理部により補間された投影データセットは、隣り合うビューの角度差が一定の投影データセットである。   An X-ray computed tomography apparatus according to this embodiment includes an X-ray tube that generates X-rays, an X-ray detector that detects X-rays transmitted through a subject placed on the top plate, and the top plate. To move the top plate, rotate the X-ray tube, scan the subject with X-rays, and repeatedly collect projection data at a fixed period, the top plate is moved, the X-ray tube is rotated, and Based on a control unit that controls the detection of the X-ray detector, and a projection data set necessary for reconstructing image data based on the rotation angle of the X-ray tube associated with each of the projection data An interpolation processing unit that performs interpolation processing, and a reconstruction processing unit that reconstructs image data related to the subject based on the projection data set interpolated by the interpolation processing unit. The projection data set interpolated by the interpolation processing unit is a projection data set in which the angle difference between adjacent views is constant.

本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置を概略的に示すブロック図。1 is a block diagram schematically showing an X-ray CT apparatus according to the present embodiment. 図１の入力装置を用いて被検体の部位毎に異なるスキャン速度を設定する例を示す図。The figure which shows the example which sets a different scanning speed for every site | part of a subject using the input device of FIG. 投影データそれぞれを収集した時刻に対応する図１のＸ線管の位置を示す概略図。FIG. 2 is a schematic diagram showing the position of the X-ray tube in FIG. 1 corresponding to the time when each projection data is collected. 収集投影データセットから補間投影データセットを生成することを説明する図。The figure explaining producing | generating an interpolation projection data set from a collection projection data set. 図１のＸ線管の回転を制御する方法の一例を示す図。The figure which shows an example of the method of controlling rotation of the X-ray tube of FIG.

以下、必要に応じて図面を参照しながら、一実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置（以下、Ｘ線ＣＴ装置と呼ぶ）を説明する。なお、Ｘ線ＣＴ装置には、Ｘ線管とＸ線検出器とが１体となって被検体の周囲を回転する回転／回転（ROTATE／ROTATE）タイプ、多数のＸ線検出素子がリング状にアレイされ、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、本実施形態はいずれのタイプにも適用可能である。本実施形態では、回転／回転タイプのＸ線ＣＴ装置を説明する。   Hereinafter, an X-ray computed tomography apparatus (hereinafter referred to as an X-ray CT apparatus) according to an embodiment will be described with reference to the drawings as necessary. Note that the X-ray CT system has a X-ray tube and X-ray detector as a single unit, a rotation / rotation (ROTATE / ROTATE) type that rotates around the subject, and a number of X-ray detection elements 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 this embodiment can be applied to any type. In this embodiment, a rotation / rotation type X-ray CT apparatus will be described.

図１は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１００を概略的に示している。このＸ線ＣＴ装置１００は、図１に示されるように、架台装置１１０、寝台装置１２０及びコンピュータ装置１３０を備える。   FIG. 1 schematically shows an X-ray CT apparatus 100 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the X-ray CT apparatus 100 includes a gantry device 110, a couch device 120, and a computer device 130.

架台装置１１０は、円環又は円板状の回転フレーム１１１を備え、この回転フレーム１１１は、図示しない支持フレームによって回転可能に支持されている。回転フレーム１１１上には、寝台装置１２０の天板１２１に載置された被検体Ｐを挟んで互いに対向するように、Ｘ線管１１２及びマルチスライス型のＸ線検出器１１３が配置されている。回転フレーム１１１の中央部分は開口され、その開口部に天板１２１が挿入される。さらに、Ｘ線管１１２と被検体Ｐとの間には、Ｘ線絞り器１１４が配置される。このＸ線絞り器１１４は、Ｘ線管１１２から被検体Ｐに向けて照射されるＸ線の照射野を限定する。   The gantry device 110 includes an annular or disk-shaped rotating frame 111, and the rotating frame 111 is rotatably supported by a support frame (not shown). An X-ray tube 112 and a multi-slice X-ray detector 113 are arranged on the rotating frame 111 so as to face each other with the subject P placed on the top plate 121 of the bed apparatus 120 interposed therebetween. . The central portion of the rotating frame 111 is opened, and the top plate 121 is inserted into the opening. Further, an X-ray diaphragm 114 is disposed between the X-ray tube 112 and the subject P. The X-ray diaphragm 114 limits an X-ray irradiation field irradiated from the X-ray tube 112 toward the subject P.

回転フレーム１１１は、架台駆動装置１１５により駆動されて連続的に回転される。回転フレーム１１１が回転されることにより、Ｘ線管１１２及びＸ線検出器が被検体Ｐの周囲を回転される。ここでは、回転フレーム１１１の回転軸をＺ軸に規定する。さらに、Ｘ線管１１２の焦点からＸ線検出器１１３の検出面中心を結ぶ軸をＸ軸、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸をＹ軸に規定する。このＸＹＺ座標系は、Ｚ軸を回転軸とする回転座標系をなす。   The rotating frame 111 is continuously rotated by being driven by the gantry driving device 115. By rotating the rotating frame 111, the X-ray tube 112 and the X-ray detector are rotated around the subject P. Here, the rotation axis of the rotating frame 111 is defined as the Z axis. Further, an axis connecting the focal point of the X-ray tube 112 to the center of the detection surface of the X-ray detector 113 is defined as an X axis, and an axis orthogonal to the Z axis and the X axis is defined as a Y axis. This XYZ coordinate system forms a rotation coordinate system with the Z axis as the rotation axis.

被検体Ｐは、その体軸がＺ軸に略一致するように天板１２１に載置される。寝台装置１２０は、天板１２１をＺ軸方向（スライス方向）に沿ってスライド移動可能に支持する。寝台装置１２０は、天板１２１を移動させるための駆動モータ１２２を有し、コンピュータ装置１３０のスキャン制御部１３１からの駆動信号に応じて、天板１２１を入力装置１３２等により設定された期間内で等速又は変速移動させる。   The subject P is placed on the top plate 121 so that its body axis substantially coincides with the Z axis. The couch device 120 supports the top plate 121 so as to be slidable along the Z-axis direction (slice direction). The couch device 120 has a drive motor 122 for moving the couchtop 121, and the couchtop 121 is moved within a period set by the input device 132 or the like in accordance with a drive signal from the scan control unit 131 of the computer device 130. To move at a constant speed or variable speed.

Ｘ線管１１２の陰極及び陽極間には高電圧発生装置１１６から管電圧が印加され、また、Ｘ線管１１２のフィラメントには高電圧発生装置１１６からフィラメント電流が供給される。Ｘ線管１１２は、高電圧発生装置１１６からの管電圧の印加及びフィラメント電流の供給を受けてＸ線を発生する。Ｘ線管１１２から発生されたＸ線は、被検体Ｐに向けてコーン状（円錐状）に照射される。被検体Ｐを透過したＸ線は、Ｘ線検出器１１３によって検出される。Ｘ線検出器１１３は、チャンネル方向（Ｙ軸に略一致）と列方向（Ｚ軸）との両方向に関して稠密に分布される複数のＸ線検出素子を有する。チャンネル方向に沿って１列に配列された素子列は、列方向に沿って複数並列される。Ｘ線のチャンネル方向の広がり角はファン角と呼ばれ、列方向の広がり角はコーン角と呼ばれている。   A tube voltage is applied from the high voltage generator 116 between the cathode and the anode of the X-ray tube 112, and a filament current is supplied from the high voltage generator 116 to the filament of the X-ray tube 112. The X-ray tube 112 generates X-rays upon receiving application of tube voltage and supply of filament current from the high voltage generator 116. X-rays generated from the X-ray tube 112 are irradiated toward the subject P in a cone shape (conical shape). X-rays transmitted through the subject P are detected by the X-ray detector 113. The X-ray detector 113 has a plurality of X-ray detection elements that are densely distributed in both the channel direction (substantially coincident with the Y axis) and the column direction (Z axis). A plurality of element rows arranged in one row along the channel direction are arranged in parallel along the row direction. The spread angle in the channel direction of X-rays is called the fan angle, and the spread angle in the column direction is called the cone angle.

Ｘ線検出器１１３には、データ収集部（ＤＡＳ：Data Acquisition System）１１７が接続されており、Ｘ線検出器１１３の各チャンネルから出力される透過Ｘ線の強度に応じた信号をデジタル信号に変換する。このデジタル信号は、投影データと呼ばれている。一回のＸ線発生により収集される投影データの集合はビュー（view）と呼ばれる。   A data acquisition unit (DAS: Data Acquisition System) 117 is connected to the X-ray detector 113, and a signal corresponding to the intensity of transmitted X-rays output from each channel of the X-ray detector 113 is converted into a digital signal. Convert. This digital signal is called projection data. A set of projection data collected by one X-ray generation is called a view.

コンピュータ装置１３０は、スキャン制御部１３１、入力装置１３２、前処理部１３３、投影データ記憶部１３４、補間処理部１３５、再構成処理部１３６、画像データ記憶部１３７、画像処理部１３８及び画像表示装置１３９を備える。   The computer device 130 includes a scan control unit 131, an input device 132, a preprocessing unit 133, a projection data storage unit 134, an interpolation processing unit 135, a reconstruction processing unit 136, an image data storage unit 137, an image processing unit 138, and an image display device. 139.

入力装置１３２は、ヘリカルピッチ、スキャン速度、撮影領域（ＦＯＶ）のサイズ、管電圧及び管電流等を含む撮影条件を入力する。ヘリカルピッチは、Ｘ線管１１２が１回転する間に天板１２１が移動する距離、又はその距離をＸ線検出器１１３のスライス方向の幅で除した指数として定義される。本実施形態では、ヘリカルピッチを、Ｘ線管１１２が１回転する間に天板１２１が移動する距離とする。スキャン速度は、Ｘ線管１１２の１回転当たりの時間を表し、Ｘ線管１１２の回転速度に対応する。被検体Ｐの部位（スキャン位置）毎に最適なヘリカルピッチ及びスキャン速度は異なることから、ヘリカルピッチ及びスキャン速度は、被検体Ｐのスキャン位置毎に異なる値を設定することができる。一例として、図２に示すように、被検体Ｐの肺尖部から腰部までを一括してヘリカルスキャンする場合、スキャン速度は、肺尖部では０．５（秒／回転）、胸部では０．３５（秒／回転）、腹部では０．７５（秒／回転）にそれぞれ設定される。   The input device 132 inputs imaging conditions including a helical pitch, a scanning speed, an imaging area (FOV) size, a tube voltage, a tube current, and the like. The helical pitch is defined as the distance that the top 121 moves while the X-ray tube 112 makes one rotation, or an index obtained by dividing the distance by the width of the X-ray detector 113 in the slice direction. In the present embodiment, the helical pitch is the distance that the top plate 121 moves while the X-ray tube 112 rotates once. The scan speed represents the time per rotation of the X-ray tube 112 and corresponds to the rotation speed of the X-ray tube 112. Since the optimal helical pitch and scanning speed differ for each part (scanning position) of the subject P, the helical pitch and scanning speed can be set to different values for each scanning position of the subject P. As an example, as shown in FIG. 2, when performing a helical scan from the pulmonary apex to the waist of the subject P collectively, the scan speed is 0.5 (second / rotation) at the pulmonary apex and 0. 35 (seconds / revolution) and 0.75 (seconds / revolution) for the abdomen.

スキャン制御部１３１は、Ｘ線ＣＴ装置１００の各構成要素を制御する。例えば、スキャン制御部１３１は、入力装置１３２から入力された撮影条件に従って架台装置１１０及び寝台装置１２０を制御することにより、ヘリカルスキャンを実行する。   The scan control unit 131 controls each component of the X-ray CT apparatus 100. For example, the scan control unit 131 executes the helical scan by controlling the gantry device 110 and the couch device 120 according to the imaging conditions input from the input device 132.

前処理部１３３は、データ収集部１１７から供給される投影データに対して感度補正等の前処理を行う。前処理された投影データは、投影データ記憶部１３４に記憶される。投影データ記憶部１３４は、ビューが収集された順番（収集時刻）を表すビュー番号、Ｘ線管１１２の回転角度を表すビュー角、チャンネル番号、列番号、天板１２１の位置及び天板１２１の移動速度等と関連付けて、投影データを記憶する。   The preprocessing unit 133 performs preprocessing such as sensitivity correction on the projection data supplied from the data collection unit 117. The preprocessed projection data is stored in the projection data storage unit 134. The projection data storage unit 134 includes a view number representing the order (collection time) in which the views are collected, a view angle representing the rotation angle of the X-ray tube 112, a channel number, a column number, the position of the top plate 121, and the top plate 121. Projection data is stored in association with the moving speed or the like.

補間処理部１３５は、投影データ記憶部１３４から、画像データを再構成するために必要な投影データを読み出し、読み出した投影データに対して補間処理を行う。画像データを再構成するために必要な投影データの群を投影データセットと呼ぶ。１スライスの画像データを再構成するには、フルスキャン法では、被検体Ｐの周囲１周（３６０°）分の投影データが必要とされ、また、ハーフスキャン法では、１８０°＋ファン角分の投影データが必要とされる。いずれの方法も本実施形態に適用可能であり、ヘリカルスキャンには一般にハーフスキャン法が適用されるが、ここでは、説明のためにフルスキャン法を採用した例を説明する。
本実施形態では、スキャン位置毎にスキャン速度が変更されるので、ヘリカルスキャン中にＸ線管１１２が加速若しくは減速される。また、所定のスキャン位置で回転速度の速い部分、遅い部分が生じるように回転速度の加減速を繰り返すことにより連続回転を行う。Ｘ線管１１２が等速度で回転される場合、投影データの収集時刻に対応するＸ線管１１２の位置は回転軌跡上に等間隔に分布され、即ち、隣り合うビューの角度差は一定になる。これに対し、Ｘ線管１１２が回転中に加速若しくは減速される場合、投影データ収集時刻に対応するＸ線管１１２の位置は回転軌跡上に不等間隔に分布され、即ち、隣り合うビューの角度差は一定ではなくなる。ここで、隣り合うビューの角度差とは、時間的に隣接して収集され、即ち、ビュー番号が連続する２つの投影データそれぞれに関連付けられているビュー角の差を指す。補間処理部１３５は、隣り合うビューの角度差が一定である投影データセットを生成するために、投影データセットに対して補間処理を行う。補間処理部１３５の補間処理方法については後述する。 The interpolation processing unit 135 reads out projection data necessary for reconstructing image data from the projection data storage unit 134, and performs interpolation processing on the read projection data. A group of projection data necessary for reconstructing image data is called a projection data set. To reconstruct image data of one slice, projection data for one round (360 °) around the subject P is required in the full scan method, and 180 ° + fan angle is required in the half scan method. Projection data is required. Any method can be applied to the present embodiment, and the half scan method is generally applied to the helical scan. Here, an example in which the full scan method is adopted will be described for the sake of explanation.
In this embodiment, since the scan speed is changed for each scan position, the X-ray tube 112 is accelerated or decelerated during the helical scan. In addition, continuous rotation is performed by repeating acceleration / deceleration of the rotation speed so that a high-speed part and a low-speed part occur at a predetermined scan position. When the X-ray tube 112 is rotated at a constant speed, the positions of the X-ray tube 112 corresponding to the projection data acquisition time are distributed at equal intervals on the rotation locus, that is, the angle difference between adjacent views is constant. . On the other hand, when the X-ray tube 112 is accelerated or decelerated during rotation, the positions of the X-ray tube 112 corresponding to the projection data acquisition time are distributed at unequal intervals on the rotation trajectory, that is, between adjacent views. The angle difference is not constant. Here, the angle difference between adjacent views refers to a difference in view angle that is collected adjacent in time, that is, associated with each of two projection data having consecutive view numbers. The interpolation processing unit 135 performs an interpolation process on the projection data set in order to generate a projection data set in which the angle difference between adjacent views is constant. The interpolation processing method of the interpolation processing unit 135 will be described later.

再構成処理部１３６は、補間処理部１３５により補間された投影データセットに対してフィルタリング処理及び逆投影処理等の再構成処理を行うことにより、被検体に関する断層画像データを再構成する。典型的には、再構成法は、コーンビーム再構成法である。コーンビーム再構成法は、コーン角を考慮して再構成画素に逆投影する投影データを決定して、逆投影処理を行う方法である。再構成された画像データは、画像データ記憶部１３７に記憶される。画像処理部１３８は、再構成された画像データに対して各種の画像処理を行い、画像処理された画像データは、画像表示装置１３９に表示される。   The reconstruction processing unit 136 reconstructs tomographic image data related to the subject by performing reconstruction processing such as filtering processing and back projection processing on the projection data set interpolated by the interpolation processing unit 135. Typically, the reconstruction method is a cone beam reconstruction method. The cone beam reconstruction method is a method for performing back projection processing by determining projection data to be back projected onto a reconstructed pixel in consideration of the cone angle. The reconstructed image data is stored in the image data storage unit 137. The image processing unit 138 performs various kinds of image processing on the reconstructed image data, and the image processed image data is displayed on the image display device 139.

次に、図３及び図４を参照して、補間処理部１３５の補間処理方法を説明する。
図３は、投影データ撮影時のＸ線管１１２の位置を示している。フルスキャン法では、図３に示されるように、Ｘ線管１１２の回転軌跡上に設定される基準点ＱからＸ線管１１２が１回転される期間中に収集される投影データの群が投影データセットとして読み出される。投影データセットに含まれるビューの数をｎとする。ビュー数ｎは、投影データセット毎に異なりうる。また、投影データセットに含まれる各投影データをｈ（ｉ）と表す。ここで、ｉは、０以上ｎ未満の整数である。投影データは、Ｘ線検出器１１３のチャンネル数分存在するが、説明を簡単にするために、１チャンネルとして説明する。投影データｈ（ｉ）は、Ｘ線検出器１１３の列数分の要素を有するベクトルである。 Next, an interpolation processing method of the interpolation processing unit 135 will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 shows the position of the X-ray tube 112 during projection data imaging. In the full scan method, as shown in FIG. 3, a group of projection data collected during a period in which the X-ray tube 112 is rotated once from the reference point Q set on the rotation locus of the X-ray tube 112 is projected. Read as a data set. Let n be the number of views included in the projection data set. The number of views n can be different for each projection data set. Each projection data included in the projection data set is represented as h (i). Here, i is an integer of 0 or more and less than n. The projection data exists for the number of channels of the X-ray detector 113, but for the sake of simplicity, description will be made assuming that one channel. The projection data h (i) is a vector having elements for the number of columns of the X-ray detector 113.

図３では、Ｘ線管１１２矢印方向Ｔに回転される。Ｘ線管１１２の回転軌跡上の各点ｐ（ｉ）が、投影データｈ（ｉ）を収集した時刻ｔ（ｉ）に対応するＸ線管１１２の位置を示す。本実施形態では、Ｘ線管１１２の位置ｐ（ｉ）をビュー角で表す。ビュー角は、点Ｑを基準とするＸ線管１１２の回転角度を表す。図３では、例えば、ｐ（２）＝θ２である。隣り合うビューの角度差Δθ（ｉ）は、ｐ（ｉ＋１）−ｐ（ｉ）とする。   In FIG. 3, the X-ray tube 112 is rotated in the arrow direction T. Each point p (i) on the rotation locus of the X-ray tube 112 indicates the position of the X-ray tube 112 corresponding to the time t (i) at which the projection data h (i) was collected. In the present embodiment, the position p (i) of the X-ray tube 112 is represented by a view angle. The view angle represents the rotation angle of the X-ray tube 112 with respect to the point Q. In FIG. 3, for example, p (2) = θ2. An angle difference Δθ (i) between adjacent views is p (i + 1) −p (i).

図３では、ビュー番号がｐ（０）からｐ（ｋ）までの期間にはＸ線管１１２が等速度で回転され、ｐ（ｋ）以降の期間にはＸ線管１１２が加速される。Ｘ線管１１２が等速度で回転される場合、隣り合うビューの角度差はいずれも同じ値になる。即ち、Δｐ（０）＝Δｐ（１）＝…＝Δｐ（ｋ−１）である。また、Ｘ線管１１２が加速されて回転速度が上がるにつれて、隣り合うビューの角度差は大きくなる。即ち、Δｐ（ｋ−１）＜Δｐ（ｋ）＜…＜Δｐ（ｎ−１）である。投影データは所定の時間間隔で収集されるので、回転速度が速いほど角度差が大きくなり、回転速度が遅いほど角度差が小さくなる。このように、投影データセットが収集された期間が、Ｘ線管１１２が加速（若しくは減速）された期間、Ｘ線管１１２の回転速度が変更される期間を含む場合、隣り合うビューの角度差は一定ではなくなる。隣り合うビューの角度差が一定でない投影データセットに基づいて画像データを直接に再構成することは困難とされる。このため、本実施形態の補間処理部１３５は、補間処理により、隣り合うビューの角度差が一定でない投影データセットを、隣り合うビューの角度差が一定である投影データセットに変換する。   In FIG. 3, the X-ray tube 112 is rotated at a constant speed during the period from the view number p (0) to p (k), and the X-ray tube 112 is accelerated during the period after p (k). When the X-ray tube 112 is rotated at a constant speed, the angle difference between adjacent views becomes the same value. That is, Δp (0) = Δp (1) =... = Δp (k−1). Further, as the X-ray tube 112 is accelerated and the rotation speed increases, the angle difference between adjacent views increases. That is, Δp (k−1) <Δp (k) <... <Δp (n−1). Since the projection data is collected at predetermined time intervals, the angular difference increases as the rotational speed increases, and the angular difference decreases as the rotational speed decreases. As described above, when the period during which the projection data set is collected includes a period in which the X-ray tube 112 is accelerated (or decelerated) and a period in which the rotation speed of the X-ray tube 112 is changed, an angular difference between adjacent views. Is no longer constant. It is difficult to directly reconstruct image data based on a projection data set in which the angle difference between adjacent views is not constant. For this reason, the interpolation processing unit 135 of the present embodiment converts a projection data set in which the angle difference between adjacent views is not constant into a projection data set in which the angle difference between adjacent views is constant by interpolation processing.

補間処理部１３５は、ビュー数がｎの投影データセットに対して補間処理を行い、ビュー数がＮの投影データセットを生成する。ビュー数Ｎは、ビュー数ｎ以上の値であっても、ビュー数ｎ未満の値であってもよい。ここで、補間後の投影データセットに含まれる各補間投影データをＨ（ｊ）とする。ここで、ｊは０以上Ｎ未満の整数である。補間投影データＨ（ｉ）は、Ｘ線検出器１１３の列数分の要素を有するベクトルである。さらに、投影データＨ（ｊ）に対応するビュー番号をＴ（ｊ）、ビュー角をＰ（ｊ）とする。ビュー角Ｐ（ｊ）は、（３６０°／Ｎ）×ｊで求まる。   The interpolation processing unit 135 performs an interpolation process on the projection data set with n views, and generates a projection data set with N views. The view number N may be a value greater than or equal to the view number n or a value less than the view number n. Here, each interpolation projection data included in the projection data set after interpolation is assumed to be H (j). Here, j is an integer of 0 or more and less than N. Interpolated projection data H (i) is a vector having elements for the number of columns of the X-ray detector 113. Further, the view number corresponding to the projection data H (j) is T (j) and the view angle is P (j). The view angle P (j) is obtained by (360 ° / N) × j.

補間処理部１３５は、例えば数式（１）に示される線形補間に従って、補間投影データＨ（ｊ）を算出する。

Figure 2012170736
The interpolation processing unit 135 calculates the interpolated projection data H (j) according to, for example, linear interpolation represented by the mathematical formula (1).
Figure 2012170736

ここで、ｉは、ｐ（ｉ−１）＜Ｐ（ｊ）≦ｐ（ｉ）を満たす値である。即ち、補間処理部１３５は、投影データセットから時間的に隣接する投影データの組を選定し、選定した投影データの組に対し線形補間を行うことで、補間投影データを生成する。補間処理部１３５は、数式（１）を用いて補間投影データのセット｛Ｈ（０），Ｈ（１），…，Ｈ（Ｎ−１）｝を算出して再構成処理部１３６に出力する。図４に示すように、補間処理部１３５が出力する投影データセットは、隣り合うビューの角度差が一定である投影データセットになっている。再構成処理部１３６は、補間された投影データセットに基づいて、被検体Ｐに関する画像データを再構成することができる。   Here, i is a value satisfying p (i−1) <P (j) ≦ p (i). In other words, the interpolation processing unit 135 selects a pair of temporally adjacent projection data from the projection data set, and performs linear interpolation on the selected projection data set, thereby generating interpolated projection data. The interpolation processing unit 135 calculates a set of interpolated projection data {H (0), H (1),..., H (N−1)} using Expression (1) and outputs it to the reconstruction processing unit 136. . As shown in FIG. 4, the projection data set output by the interpolation processing unit 135 is a projection data set in which the angle difference between adjacent views is constant. The reconstruction processing unit 136 can reconstruct image data related to the subject P based on the interpolated projection data set.

なお、補間処理部１３５は、数式（１）に示される線形補間の例に限らず、他の補間法を用いて補間投影データを算出してもよい。また、補間投影データセットのビュー数Ｎは、スキャン速度と同様に、被検体Ｐのスキャン位置毎に変更してもよい。一例として、補間投影データセットのビュー数Ｎは、胸部では９００、腹部では１２００に設定される。   Note that the interpolation processing unit 135 is not limited to the linear interpolation example shown in Equation (1), and may calculate the interpolation projection data using another interpolation method. Further, the view number N of the interpolation projection data set may be changed for each scan position of the subject P, similarly to the scan speed. As an example, the view number N of the interpolation projection data set is set to 900 for the chest and 1200 for the abdomen.

次に、Ｘ線ＣＴ装置１００の動作を説明する。
スキャン制御部１３１が入力装置１３２から入力された撮影条件に従ってヘリカルスキャンを実行し、被検体Ｐに関する投影データが収集される。ヘリカルスキャンにより収集された投影データは、投影データ記憶部１３４に記憶される。投影データ記憶部１３４に記憶されている投影データは、１スライスの画像データを再構成するために必要な投影データセット毎に補間処理部１３５によって読み出される。補間処理部１３５は、読み出した投影データセットに対して補間処理を行う。補間後の投影データセットは、隣り合うビューの角度差が一定である補間投影データセットとなる。その後、再構成処理部１３６が、補間後の投影データセットに基づき被検体の画像データを再構成する。再構成された画像データは、画像処理部１３８によって表示用の形式の画像データに変換され、画像表示装置１３９に表示される。 Next, the operation of the X-ray CT apparatus 100 will be described.
The scan control unit 131 executes a helical scan according to the imaging conditions input from the input device 132, and projection data related to the subject P is collected. Projection data collected by the helical scan is stored in the projection data storage unit 134. The projection data stored in the projection data storage unit 134 is read out by the interpolation processing unit 135 for each projection data set necessary for reconstructing one slice of image data. The interpolation processing unit 135 performs an interpolation process on the read projection data set. The projection data set after interpolation is an interpolation projection data set in which the angle difference between adjacent views is constant. Thereafter, the reconstruction processing unit 136 reconstructs the image data of the subject based on the projection data set after the interpolation. The reconstructed image data is converted into image data in a display format by the image processing unit 138 and displayed on the image display device 139.

なお、本実施形態では、可変ヘリカルピッチスキャンの例を説明したが、天板が一定の速度で移動する等速ヘリカルスキャンにも適用可能である。また、Ｘ線管１１２の回転開始時のように、Ｘ線管１１２の加速中に収集した投影データを用いて、被検体の断層画像データを再構成可能となるので、Ｘ線管１１２の回転速度が一定になるまでスキャンの開始を待つ必要がなくなる。これにより、スキャンを開始するまでに要する時間を短縮することができ、その結果、検査時間を短縮することができる。   In this embodiment, an example of variable helical pitch scanning has been described. However, the present invention can also be applied to constant velocity helical scanning in which the top plate moves at a constant speed. Further, since the tomographic image data of the subject can be reconstructed using the projection data collected during the acceleration of the X-ray tube 112, such as when the rotation of the X-ray tube 112 is started, the rotation of the X-ray tube 112 is possible. There is no need to wait for the scan to start until the speed is constant. As a result, the time required to start scanning can be reduced, and as a result, the inspection time can be reduced.

さらに、スキャン制御部１３１は、図５に示すように、眼球の被爆量を低減するために、被検体Ｐの正面側（眼球が配置される側）をＸ線管１１２が通過する際にはＸ線管１１２の回転速度を速め、被検体Ｐの背面側をＸ線管１１２が通過する際にはＸ線管の回転速度を遅くするように、Ｘ線管１１２の回転を制御してもよい。   Further, as shown in FIG. 5, the scan control unit 131 is configured to allow the X-ray tube 112 to pass through the front side of the subject P (the side on which the eyeball is disposed) in order to reduce the exposure amount of the eyeball. Even if the rotation of the X-ray tube 112 is controlled so that the rotation speed of the X-ray tube 112 is increased and the rotation speed of the X-ray tube is decreased when the X-ray tube 112 passes the back side of the subject P. Good.

以上のように、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、ヘリカルスキャン中にＸ線管１１２の回転速度を変更しながら投影データを収集し、収集した投影データのセットに対して補間処理を行うことで、隣り合うビューの角度差が一定である投影データセットを生成している。これにより、Ｘ線管の回転速度の変更中に収集した投影データを、画像データの再構成に使用することができる。その結果、被検体のスキャン位置毎にスキャン速度を制御するヘリカルスキャンを短時間で行うことが可能となり、検査の効率化を図ることができる。   As described above, the X-ray CT apparatus according to the present embodiment collects projection data while changing the rotational speed of the X-ray tube 112 during the helical scan, and performs an interpolation process on the collected set of projection data. Thus, a projection data set in which the angle difference between adjacent views is constant is generated. Thereby, the projection data collected during the change of the rotation speed of the X-ray tube can be used for the reconstruction of the image data. As a result, a helical scan that controls the scan speed for each scan position of the subject can be performed in a short time, and the efficiency of the examination can be improved.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

１００…Ｘ線ＣＴ装置、１１０…架台装置、１１１…回転フレーム、１１２…Ｘ線管、１１３…Ｘ線検出器、１１４…Ｘ線絞り器、１１５…架台駆動装置、１１６…高電圧発生装置、１１７…データ収集部、１２０…寝台装置、１２１…天板、１２２…駆動モータ、１３０…コンピュータ装置、１３１…スキャン制御部、１３２…入力装置、１３３…前処理部、１３４…投影データ記憶部、１３５…補間処理部、１３６…再構成処理部、１３７…画像データ記憶部、１３８…画像処理部、１３９…画像表示装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... X-ray CT apparatus, 110 ... Mount apparatus, 111 ... Rotating frame, 112 ... X-ray tube, 113 ... X-ray detector, 114 ... X-ray restrictor, 115 ... Mount drive apparatus, 116 ... High voltage generator, DESCRIPTION OF SYMBOLS 117 ... Data collection part, 120 ... Bed apparatus, 121 ... Top plate, 122 ... Drive motor, 130 ... Computer apparatus, 131 ... Scan control part, 132 ... Input device, 133 ... Pre-processing part, 134 ... Projection data storage part, 135: interpolation processing unit, 136: reconstruction processing unit, 137: image data storage unit, 138: image processing unit, 139: image display device.

Claims (3)

Ｘ線を発生するＸ線管と、
天板に載置された被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管を速度を変えながら回転させて前記被検体をＸ線でスキャンして投影データを収集するために、前記天板の移動、前記Ｘ線管の回転、及び前記Ｘ線検出器の検出を制御する制御部と、
前記投影データそれぞれに対応付けられている前記Ｘ線管の回転角度情報に基づいて、画像データを再構成するために必要な投影データセットに対して補間処理を行う補間処理部と、
前記補間処理部により補間された投影データセットに基づいて、前記被検体に関する画像データを再構成する再構成処理部と、を具備し、
前記補間処理部により補間された投影データセットは、隣り合うビューの角度差が一定の投影データセットであることを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。 An X-ray tube that generates X-rays;
An X-ray detector that detects X-rays transmitted through the subject placed on the top;
In order to collect projection data by rotating the X-ray tube while changing the speed and scanning the subject with X-rays, the movement of the top plate, the rotation of the X-ray tube, and the X-ray detector A control unit for controlling detection;
An interpolation processing unit that performs an interpolation process on a projection data set necessary for reconstructing image data based on rotation angle information of the X-ray tube associated with each of the projection data;
A reconstruction processing unit for reconstructing image data related to the subject based on the projection data set interpolated by the interpolation processing unit,
The X-ray computed tomography apparatus according to claim 1, wherein the projection data set interpolated by the interpolation processing unit is a projection data set having a constant angle difference between adjacent views. 前記Ｘ線管が１回転する間に前記天板が移動する距離を示すヘリカルピッチ、及び前記Ｘ線管の１回転当たりの時間を示すスキャン速度を、前記被検体のスキャン位置毎に入力する入力部をさらに具備し、
前記制御部は、前記入力されたヘリカルピッチ及びスキャン速度に基づいて、前記天板の移動及び前記Ｘ線管の回転を制御することを特徴とする請求項１に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。 An input for inputting, for each scan position of the subject, a helical pitch indicating the distance that the top plate moves during one rotation of the X-ray tube, and a scanning speed indicating a time per one rotation of the X-ray tube. Further comprising
2. The X-ray computed tomography apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls movement of the top plate and rotation of the X-ray tube based on the input helical pitch and scan speed. . 前記補間処理部は、前記投影データセットから投影データの組を複数選定し、前記選定した投影データの組それぞれに対して線形補間を行うことで補間投影データを生成し、当該補間投影データを含む投影データセットを出力することを特徴とする請求項２に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。   The interpolation processing unit selects a plurality of projection data sets from the projection data set, generates interpolation projection data by performing linear interpolation on each of the selected projection data sets, and includes the interpolation projection data The X-ray computed tomography apparatus according to claim 2, wherein a projection data set is output.
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