JP2014176571A - X線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】心電同期撮影法を用いることなく拍動アーチファクトの低減を被曝低減とともに実現すること。
【解決手段】X線コンピュータ断層撮影装置は、X線管と、X線管に対する管電圧及び管電流を発生する高圧発生部と、X線検出器と、X線を所定線量で発生するX線オン期間とX線を停止し又は前記所定線量よりも低い線量で発生するX線オフ期間とを交互に繰り返すために高圧発生部を制御する制御部と、X線オン期間に対応するX線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する画像再構成部とを具備し、X線オフ期間の時間長は被検体の心拍数に応じて事前に決定される。
【選択図】 図1
【解決手段】X線コンピュータ断層撮影装置は、X線管と、X線管に対する管電圧及び管電流を発生する高圧発生部と、X線検出器と、X線を所定線量で発生するX線オン期間とX線を停止し又は前記所定線量よりも低い線量で発生するX線オフ期間とを交互に繰り返すために高圧発生部を制御する制御部と、X線オン期間に対応するX線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する画像再構成部とを具備し、X線オフ期間の時間長は被検体の心拍数に応じて事前に決定される。
【選択図】 図1
Description
本発明の実施形態は、X線コンピュータ断層撮影装置に関する。
X線コンピュータ断層撮影装置では、心電同期法(心電同期スキャン法、心電同期再構成法)により心臓の動きによるモーションアーチファクトを低減した画像を作成することができる。
また、心電同期で複数の時刻の断層像を作成し、各々の断層像の重心座標からの重心変位を算出し、この変位量から運動状態おける断層像を選択する方法がある(特許文献1)。
心電同期法を用いるためには当然心電図を測定する必要があり、このために電極を患者につける必要がある。技師にとっては撮影前の準備作業で時間がかかり、心電図によって貼る位置を調整する必要がある。患者にとって、胸部に直接貼られるための不快感があるだけでなく、胸部撮影時にはその電極がアーチファクトの原因ともなる。
心電同期再構成法では、連続的にスキャンを実行し、そのスキャンと同時に心電図を測定し、スキャン終了後に任意の心拍位相に対応する投影データを集めて画像を再構成する。このためには運動の1周期もしくは、相当する時間の撮影をおこなうことになり、被ばくが大きくなる可能性ある。
目的は、心電同期撮影法を用いることなく拍動アーチファクトの低減を被曝低減とともに実現することにある。
本実施形態に係るX線コンピュータ断層撮影装置は、X線管と、X線管に対する管電圧及び管電流を発生する高圧発生部と、X線検出器と、X線を所定線量で発生するX線オン期間とX線を停止又は前記所定線量よりも低い線量で発生するX線オフ期間とを交互に繰り返すために高圧発生部を制御する制御部と、X線オン期間に対応するX線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する画像再構成部とを具備し、X線オフ期間の時間長は被検体の心拍数に応じて事前に決定される。
以下、図面を参照して本実施形態による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/回転方式と、リング上に多数のX線検出器が配置され、X線管のみが被検体の周囲を回転する固定/回転方式と、複数のX線管がリング上に配置され、複数のX線検出器も同様にリング上に配置された固定/固定方式等様々な方式があり、いずれの方式でも適用可能である。回転/回転方式に関して、一対のX線管とX線検出器とが回転フレームに搭載された一管球型と、X線管とX線検出器との対が回転フレームに複数搭載されたいわゆる多管球型とがあるが、いずれの型でも適用可能である。X線検出器に関して、被検体を透過したX線をシンチレータ等の蛍光体で光に変換してから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あるが、いずれの形を採用してもよい。
図1に、本実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成をブロック図により示している。図2に図1のX線検出器の概略構造を示している。架台部100は、回転リング102を有する。回転駆動部105はスキャン制御部106の制御のもとで回転リング102を複数の角速度のなかから選択された角速度で回転する。回転リング102にはX線管装置101とX線検出器103とが搭載されている。X線検出器103は、寝台装置400上の被検体Pが天板スライドにより挿入される撮影領域を挟んで、X線管装置101に対向する。
高電圧発生部104はX線管装置101の両極間に印加する管電圧を発生し、陰極フィラメントに供給する管電流を発生する。スキャン制御部106の制御のもとで高電圧発生部104からX線管装置101への管電圧の印加と停止とが高速に切り替えられる。高電圧発生部104からX線管装置101へ管電圧が印加され且つ管電流が所定量で維持されるとき画像再構成に有効な所定強度でX線は発生される。X線が実質的に発生されている期間をX線オン期間と称する。高電圧発生部104からX線管装置101への管電圧の印加が停止され、又は管電流がゼロ又はその近似値に低下されるときX線は実質的に発生されない。X線が実質的に発生されていない期間をX線オフ期間と称する。
X線管装置101はコーンビーム形でX線を出力する。X線検出器103にはコーンビーム形X線を受光するためにマルチスライス型が採用される。X線検出器103には、一般的にDAS(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集部107が接続されている。データ収集部107には、マルチスライス形X線検出器103の各チャンネルの電流信号を電圧に変換するI−V変換器と、この電圧信号をX線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このプリアンプの出力信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが、チャンネルごとに設けられている。
架台部100にはコンソール200が接続される。コンソール200の前処理部204は、データ収集部107から受信したデータに対して、チャンネル間の感度不均一を補正したり、またX線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下又は信号脱落を補正する等の前処理を実行する。投影データ記憶部205は、前処理部204で前処理を受けた投影データを記憶する。再構成処理部206は、記憶された投影データに基づいて画像のデータを再構成する。画像記憶部207は、再構成された画像のデータを記憶する。画像処理部208は、記憶された画像のデータを処理して、表示のための画像データを発生する。表示部209は、表示のための画像データを受け取り画像を表示する。
心拍計300は被検体Pの例えば手首もしくは指先に装着される。心拍計300は被検体Pの心拍を検出し、その周期から心拍数(平均心拍数)を計算する。心拍数のデータはスキャン条件決定部201に供給される。なお、心拍数は、医師等が被検体Pから直接的に測定し、その値を操作部202を介して入力するものであってもよい。
スキャン条件決定部201は、心拍数に基づいてスキャン条件を決定する。このスキャン条件には、X線オン期間の時間長T1、X線オフ期間の時間長T2、、X線管101の1回転時間Trot、再構成法として360度分の投影データから画像を再構成するフル再構成法と(180度+ファン角)分の投影データから画像を再構成するハーフ再構成法との選択が含まれる。一画像の再構成に要する角度範囲のデータ収集に要する時間Treconは、X線管101の1回転時間Trotと、選択された再構成法とにより決まる。ここで、心拍数をHR[bpm]、一心拍周期をRR[sec](=60/HR)、1心拍周期のうち拍動の影響をあまり受けずに比較的体動の小さい期間(低体動期間)をT3とすると、
T1 >=Trec *2
(T3-T2)/2 >= Trec f(RR)
を満たすように、X線管101の1回転時間Trot、再構成法、T1、T2がスキャン条件決定部201により決定される。
T1 >=Trec *2
(T3-T2)/2 >= Trec f(RR)
を満たすように、X線管101の1回転時間Trot、再構成法、T1、T2がスキャン条件決定部201により決定される。
典型的には、再構成法は操作者により選択される。またX線管101の1回転時間Trotは装置固有値であり、1回転時間Trotが複数用意されていて、任意に選択的であるとき、最速角速度に応じた最短の1回転時間Trotが設定される。X線オン期間の時間長T1は2回転に要する時間(2×Trot)に初期的に設定される。従って、基本的には、これら以外のX線オフ期間の時間長T2が、心拍数と、1心拍周期のうち拍動の影響をあまり受けずに比較的体動の小さい期間(低体動期間)T3とから決まる。心拍数は上述の通り、測定され又は入力される。低体動期間T3は、不明である。
図2に示すように、実際に被検体Pに関する投影データを収集可能なX線オン期間T1と、低体動期間T3との重複期間T5が、一画像の再構成に要する角度範囲のデータ収集に要する時間Trecon以上になるとの再構成可能条件を満たすとき、画像再構成が可能になる。本実施形態では、心電同期を用いないで、心拍とは無関係でX線オン期間T1とX線オフ期間T2とを交互に繰り返す。再構成可能条件を満たす確率が高いとき、例えば90%を越えるとき、心電同期法に頼ることないので電極からのアートファクトをなくせ、しかも被曝線量を抑えながら体動アーチファクトの発生を軽減することができるようになるといえる。再構成可能条件を満たす確率を高めるのに重要なパラメータは低体動期間T3である。
低体動期間T3は、動き指標が閾値以下の期間として定義される。動き指標とは例えば特定部位の初期位置からの距離、又は(時間の)前後フレーム或いは所定フレーム数だけ離れた画像或いは投影データの差分総和又は分散として与えられる。本実施形態では、被曝低減のために、メインスキャン前に被検体Pを事前検査して動き指標を求めることはしない。製品出荷前に、様々な心拍数を対象として、実測し、又はシミュレーションを繰り返して、複数の心拍数と複数の低体動期間T3との標準的な対応関係(低体動期間T3の心拍数に対する依存曲線)を求めておき、その対応表のデータをROM203に記憶させておく。図3に示すように、心拍数が最も低い、例えば30bpmのときの低体動期間T3を最大値Tmaxに設定する。低体動期間T3は、心拍数の増加(心拍周期の短縮)に応じて当然にして短縮し、低体動期間T3が、一画像の再構成に要する角度範囲のデータ収集に要する時間Trecon未満になるとき、再構成可能条件を満たさなくなるので、低体動期間T3の最短時間はTreconとして与えられる。そのときの心拍数HRupper以上の心拍数を示すとき低体動期間T3としてTreconが適用される。
低体動期間T3の心拍数に対する依存曲線は、本実施形態では2種類用意され、任意に選択されることができる。一方の実線で示す低体動期間T3の心拍数に対する依存曲線は、心拍数の変動に対して低体動期間T3が比例して変動する性質を有する。他方の点線で示す低体動期間T3の心拍数に対する依存曲線は、心拍数の増加に対して低体動期間T3が指数関数的に短縮する性質を有する。依存曲線の性質に応じて、本実施形態による「心拍とは無関係でX線オン期間T1とX線オフ期間T2とを交互に繰り返す」とのスキャンによる再構成可能条件を満たす確率が変化する。
本実施形態では心電同期を用いないでX線オン期間T1とX線オフ期間T2とを交互に繰り返すので、図4に示すように、拍動による体動変化と、X線オン期間T1との時間的関係は調整不可である。つまり、拍動による体動変化に対してX線オン期間T1は、パターン(a)乃至(g)に例示するように異なる時間的関係で様々に現れる。、X線オン期間T1と、低体動期間T3との重複期間T5が、一画像の再構成に要する角度範囲のデータ収集に要する時間Trecon以上になるとの再構成可能条件は、(T1が比較的短い場合)パターン(a),(d),(e)で満たされる。パターン(b),(c),(f),(g)でも、再構成法としてハーフ再構成法の選択により、再構成可能条件を満たすことができる。つまり、ほとんどのパターンで、スキャン終了後に、操作者がフル再構成法では再構成可能条件を満たさないときであっても、再構成法としてハーフ再構成法を選択することにより、ほとんどのパターンで再構成可能条件を満たすことができるのである。
上述したように、本実施形態では、心電同期を用いないで心拍運動とは無関係にX線を実質的に発生するX線オン期間T1とX線を実質的に発生しないX線オフ期間T2とを交互に繰り返し、X線オン期間T1とX線オフ期間T2とを心拍数に応じて予定される低体動期間T3に応じて調整することにより、X線オン期間T1と低体動期間T3との重複期間T5が、一画像の再構成に要する角度範囲のデータ収集に要する時間Trecon以上になるとの再構成可能条件をほとんどのパターンで満たすことができる。
この本実施形態によるスキャン手法は、拡張することができる。例えば図5に示すように、胸部領域を対象としてスキャンするとき、心臓を含む体動の比較的大きな領域のスキャンに対してはX線オン期間T1とX線を実質的に発生しないX線オフ期間T2とを交互に繰り返すモード(第1モード)を適用し、一方、心臓から遠い体動の比較的小さい領域のスキャンに対してはX線を定常的に発生した状態で1回だけスキャンする通常の手法のモード(第2モード)を適用する。このように撮影領域の体動状態に応じて第1、第2モードを選択し、また1回の撮影期間内においても、各領域の体動の状態に応じて第1、第2モードを切り替えることで、心電同期法に頼ることがないので電極からのアートファクトをなくせ、しかも被曝線量を抑えながら拍動による体動アーチファクトの発生を軽減することができるようになる。
また、図6に示すように、心臓を含む領域をスキャンするとき、必要なデータが得られた段階で撮影中断することもできる。例えば2心拍相当分のデータが必要な場合(比較的高心拍の場合)、撮影前の心拍数もしくは指定値から得られる時間のデータから最も動きの小さなタイミングを見つける。その動き量から一定の範囲にある次の動きの小さなタイミングを見つけ、そのデータから再構成するのに必要なデータを収集終えたら撮影を中断する。不整脈の場合も同様に、撮影中断することができる。
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。
100…架台部、101…X線管装置、102…回転リング、103…X線検出器、104…高電圧発生部、105…回転駆動部、106スキャン制御部、107…データ収集部、200…コンソール、201…スキャン条件決定部、202…操作部、203…ROM(心拍数/低体動期間対応表)、204…前処理部、205…投影データ記憶部、206…再構成処理部、207…画像記憶部、208…画像処理部、209…表示部、300…心拍計、400…寝台装置、
Claims (5)
- X線管と、
前記X線管に対する管電圧及び管電流を発生する高圧発生部と、
被検体を透過したX線を検出するX線検出器と、
前記X線を所定線量で発生するX線オン期間と、前記X線を停止し又は前記所定線量よりも低い線量で発生するX線オフ期間とを交互に繰り返すために前記高圧発生部を制御する制御部と、
前記X線オン期間に対応する前記X線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する画像再構成部とを具備し、
前記X線オフ期間の時間長は前記被検体の心拍数に応じて事前に決定され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X線オフ期間の時間長とともに、前記X線オン期間の時間長及び1心拍周期における前記X線の発生回数は前記心拍数に応じて事前に決定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。
- 前記X線オン期間の時間長、前記X線オフ期間の時間長及び前記X線の発生回数は、前記心拍数とともに、一画像の再構成に要する角度範囲のデータ収集に要する時間、1心拍周期における低体動期間に基づいて決定され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X線オン期間の時間長をT1、前記X線オフ期間の時間長をT2、、前記心拍数をHR、一心拍周期をRR(=60/HR)、一画像の再構成に要する角度範囲のデータ収集に要する時間をTrecon、低体動期間をT3とすると、
T1 >=Trec *2
(T3-T2)/2 >= Trec
T3 = f(RR)
を満たすように前記T1、前記T2は決定され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。 - X線管と、
前記X線管に対する管電圧及び管電流を発生する高圧発生部と、
被検体を透過したX線を検出するX線検出器と、
前記X線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する画像再構成部と、
前記X線を所定線量で発生するX線オン期間と前記X線を停止し又は前記所定線量よりも低い線量で発生するX線オフ期間とを交互に繰り返すモードと、前記X線を定常的に発生するモードとを前記被検体の部位に応じて切り替えるために前記高圧発生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。
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JP2013053702A JP2014176571A (ja) | 2013-03-15 | 2013-03-15 | X線コンピュータ断層撮影装置 |
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JP2013053702A JP2014176571A (ja) | 2013-03-15 | 2013-03-15 | X線コンピュータ断層撮影装置 |
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