JP4300126B2 - X線ct装置および撮像方法 - Google Patents

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Description

本発明は、X線CT装置および撮像方法に関し、特に、コーン状のX線を照射して被検体を走査するX線CT装置および撮像方法に関するものである。
断層像を撮影する装置として、たとえば、放射線としてX線を照射し、被検体を透過したX線を検出して計算によって断層像を生成するX線CT(Computed Tomography)装置が知られている。
X線CT装置は、X線源と、被検体を介してX線源と対向するように配置されたX線検出器アレイとからなる走査ガントリを有し、X線源から被検体に向けて照射されたX線をX線検出器アレイにより検出する。X線CT装置は、走査ガントリを被検体の周りに回転移動させて被検体を走査する。その結果、複数のビューにおいて被検体の投影データが得られる。X線CT装置は、得られた投影データを再構成して、被検体の所定のスライス厚の断層像を生成する。
一般的に、上記のX線CT装置の再構成によって、走査ガントリの回転方向に平行な面、あるいはX線源から照射されるファンビームなどのX線の照射方向と平行な面における被検体の断層像が生成される。たとえば、被検体の頭部から足先までを結ぶ体軸方向と直交する面における断層像、つまり、アキシャル画像が生成される。
上記のような回転方向あるいはX線の照射方向と異なる方向の断層像を生成するためには、たとえば、再構成によりアキシャル画像を生成し、その後、再度画像処理を行って異なる方向の断層像を生成していた。
一方、複数のX線検出器を2次元的に配列したX線CT装置が知られている。複数のX線検出器は、被検体に対する所定の軸に沿った方向に幅を持つように配置されているため、多列X線検出器アレイと呼ばれる。
多列X線検出器アレイを用いた断層像の再構成手法としては、コーンビーム再構成法が知られている(特許文献1参照)。たとえば、X線源はコーン状のX線(以下、コーンビームとも称する)を放射しながら、X線CT装置は、X線源および多列X線検出器を所定の軸周りに回転させて被検体を走査する。その結果、X線検出器の列が所定の軸方向に複数存在するのでX線検出器の列の数に応じて、1回の走査によって被検体の断層像を複数枚得ることができる。
しかしながら、上記のコーンビーム再構成法においてもファンビームを用いた走査と同様に、回転方向あるいは検出器列方向と平行な断層像が再構成により生成される。
特開2002−336239号公報
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、X線の照射方向や走査ガントリの回転方向や検出器列方向などに依存しない被検体の任意の断層像を容易に生成することができるX線CT装置および撮像方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、上記の本発明のX線CT装置は、X線源と、被検体を介してX線源と対向するように配置されたX線検出器とを有し、X線源およびX線検出器の少なくとも一方を被検体の周りに回転移動させて、X線源から被検体に向けて照射されたX線をX線検出器により検出するX線CT装置であって、X線源およびX線検出器の少なくとも一方が被検体の周りを回転することにより形成される面と非平行な面に被検体の再構成面を設定する設定手段とを有する。
本発明のX線CT装置によれば、予め任意の3次元方向に再構成面を設定する。
上記目的を達成するため、上記の本発明の撮像方法は、X線源と、被検体を介してX線源と対向するように配置されたX線検出器とを有し、X線源およびX線検出器の少なくとも一方を被検体の周りに回転移動させて、X線源から被検体に向けて照射されたX線をX線検出器により検出するX線CT装置の撮像方法であって、X線源およびX線検出器の少なくとも一方が被検体の周りを回転することにより形成される面と非平行な面に被検体の再構成面を設定するステップと、X線源からコーン状のX線を放射して被検体を走査するステップと、設定された再構成面に基づいて被検体の断層像を再構成するステップとを有する。
本発明の撮像方法によれば、X線源およびX線検出器の少なくとも一方が被検体の周りを回転することにより形成される面と非平行な面に被検体の再構成面を設定する。
次に、X線源からコーン状のX線を放射して被検体を走査する。
次に、設定された再構成面に基づいて被検体の断層像を再構成する。
本発明のX線CT装置によれば、被検体の任意の断層像を容易に生成することができる。
本発明の撮像方法によれば、被検体の任意の断層像を容易に生成することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明に係るX線CT装置1の全体構成を示すブロック図である。
図1に示すように、X線CT装置1は、走査ガントリ(gantry)2、操作コンソール(console)3および撮影テーブル(クレードル)4を有している。
走査ガントリ2は、X線管21、コリメータ22、検出器アレイ23、データ収集部24、X線コントローラ25およびコリメータコントローラ26を有する。
X線管21はX線を放射する。X線管21により放射されたX線は、コリメータ(collimator)22によりコーンビームとなるように成形され、検出器アレイ23に照射される。本発明のX線源の一実施態様がX線管21に相当する。
検出器アレイ23は、たとえば、複数のX線検出素子が2次元的に配列された多列検出器である。本発明のX線検出器アレイの一実施態様が検出器アレイ23に相当する。
検出器アレイ23は、全体として、半円筒凹面状に湾曲したX線入射面を形成する。検出器アレイ23は、たとえば、シンチレータ(scintillator)とフォトダイオード(photo diode)の組み合わせによって構成される。なお、これに限られず、たとえば、カドミウム・テルル(CdTe)等を利用した半導体X線検出素子またはXeガスを用いる電離箱型のX線検出素子であっても良い。検出器アレイ23は、データ収集部24と接続されている。
データ収集部24は、検出器アレイ23の個々のX線検出素子の検出データを収集する。
X線コントローラ(controller)25は、X線管21からのX線の照射を制御する。
コリメータコントローラ26は、コリメータ22を制御する。
なお、X線管21とX線コントローラ25との接続関係およびコリメータ22とコリメータコントローラ26との接続関係については図示が省略されている。
X線管21、コリメータ22、検出器アレイ23、データ収集部24、X線コントローラ25およびコリメータコントローラ26は、走査ガントリ2の回転部27に搭載されている。ここで、被検体は、回転部27の中心に位置するボア(bore)29内のクレードル(cradle)上に載置される。
回転部27は、回転コントローラ28により制御されつつ回転する。また、回転部27は、X線管21からX線を照射し、検出器アレイ23において被検体の透過X線を各ビューごとの投影情報として検出する。なお、回転部27と回転コントローラ28との接続ついては図示を省略する。
操作コンソール3は、中央処理装置31、入力装置32、表示装置33および記憶装置34を有する。
中央処理装置31は、たとえば、マイクロプロセッサ、メモリ等によって構成される。 この中央処理装置31は、記憶装置34に記憶されたプログラムにしたがって、走査ガントリ2の動作を制御する。また、中央処理装置31は、被検体を透過したX線を検出器アレイ23で検出して得られる投影データを収集する機能と、収集したX線投影データに基づいて、被検体の断層像を再構成する機能とを少なくとも有する。
上記の中央処理装置31による画像再構成処理については後述する。
中央処理装置31は、表示装置33と入力装置32とそれぞれ接続されている。
表示装置33は、中央処理装置31から出力される断層画像情報やその他の情報を表示する。
入力装置32は、使用者によって操作され、各種の指示や情報等を中央処理装置31に入力する。
使用者は表示装置33および入力装置32を使用して双方向に本装置を操作する。
図2に入力装置32の構成の一例を模式的に示すブロック図である。
入力装置32は、再構成面設定部35と、操作部36とを有する。入力装置32は、使用者によって操作され、入力された情報を中央処理装置31に出力する。
再構成面設定部35は、たとえば、トラックボードとキーボードとから構成される。また、再構成面設定部35は、表示装置33に表示されたカーソルをトラックボールなどを介して移動させて再構成面を選択し、使用者の操作によって再構成面を設定する。さらに、再構成面設定部35は、たとえば、使用者のキーボード操作によって再構成面を生成する間隔を設定する。本発明の再構成面設定手段の一実施態様が再構成面設定部35に相当する。
操作部36は、たとえば、キーボードとから構成される。操作部36は、上記の再構成面の設定を除くパラメータの設定などを行う。なお、再構成面設定部35および操作部36と構成するトラックボールやキーボードなどは、共有でもよい。
図3に中央処理装置の構成の一例を模式的に示すブロック図である。
中央処理装置31は、画像再構成部37を有する。
画像再構成部37は、たとえば、プログラムなどから構成されている。画像再構成部37は、データ収集部24で収集されたデータを図示しないデータ収集バッファを介して入力し、収集した投影データを用いて画像再構成を行う。本発明の再構成手段の一実施態様が画像再構成部37に相当する。
次に、本発明に係るX線CT装置1の動作を図を参照して説明する。
図4は、本発明のX線CT装置1の動作を示すフローチャートである。本発明の撮像方法は、本発明のX線CT装置1を用いて行われる。
まず、使用者は、入力装置32を介してスカウト撮影を行う方向およびスカウト撮影を行う範囲を設定し、設定された範囲に基づいてスカウト撮影を行う(ST1)。なお、スカウト撮影は少なくとも2方向から行われる。本実施形態においては、たとえば、被検体のサジタル面およびコロナル面のスカウト画像が生成される。
中央処理装置31は、設定された条件に基づいて所定の範囲および方向において被検体を走査するように走査ガントリ2を制御する。このとき、走査ガントリ2は、回転せずにX線管21および検出器アレイ23を一定の位置のまま移動して走査する。検出器アレイ23は、得られたデータをデータ収集部24を介して中央処理装置31に出力する。中央処理装置31は、得られたデータに基づいてスカウト画像を生成し、表示装置33に出力する。
次に、使用者は表示装置33に表示された被検体のスカウト画像を観察し、2枚のスカウト画像を用いて任意の再構成面を選択する(ST2)。
図5(a)は、サジタル面Sの交線CLに任意の角度を有する直線SLを設定するステップを示す概略図であって、図5(b)は、コロナル面Cの交線CLに任意の角度を有する直線SLを設定するステップを示す概略図であって、図5(c)は、上記の直線SLに基づいて再構成面RPを選択するステップを示す概略図である。
図5(a)に示すように、まず、使用者は、サジタル面Sのスカウト画像において、サジタル面Sおよびコロナル面Cとの交線CLにおける基準位置Pを再構成面設定部35の操作によりカーソルなどを用いて設定する。次に、使用者は、再構成面設定部35を操作して、その基準位置Pを通る直線SLを交線CLと所定の角度になるようにスカウト画像および被検体の撮影部位を参照して設定する。使用者は再構成面設定部35の設定キーなどを押すことにより、中央処理装置31は、上記の設定内容を記憶装置34に記憶させる。
次に、図5(b)に示すように、使用者は、コロナル面Cのスカウト画像においても同様に再構成面設定部35を操作して、基準位置Pを通る直線SLを交線CLと所定の角度になるように設定する。このとき、中央処理装置31は、サジタル面Sのスカウト画像において設定された交線CL上の基準位置Pをコロナル面Cのスカウト画像に反映させる。同様に、使用者は再構成面設定部35の設定キーなどを押すことにより、中央処理装置31は、上記の設定内容を記憶装置34に記憶させる。
次に、図5(c)に示すように、中央処理装置31は、サジタル面Sおよびコロナル面Cのスカウト画像において設定された直線SLにより選択される再構成面RPを表示装置33に表示する。使用者は、表示された画像を観察および確認を行う。ここで、必要に応じて再構成面RPを微調整することも可能である。使用者は、表示装置33に表示された再構成面RPを選択する2つの直線を再構成面設定部35の操作によってカーソルなどで移動して調整することができる。
次に、使用者は、再構成によって生成される画像の範囲および画像を生成する間隔などを設定する(ST3)。
図6は、画像範囲および画像生成間隔を設定するステップの一部を模式的に示す概略図である。
図6に示す概略図は、たとえば、図5に示すコロナル面と実質的に同じ断層像である。図6に示すように、使用者は、再構成面設定部35を介して表示装置33上で第1の領域R1において画像を生成する開始位置S1、終了位置E1および画像を生成する間隔I1を設定する。また、このとき、走査速度や、生成する画像のスライス厚やヘリカルピッチなども、使用者による操作部36の操作によって合わせて設定してもよい。
また、一度の走査によって異なる画像生成間隔を設定することもできる。そのとき使用者は、第1の領域R1の設定に引き続き、再構成面設定部35を介して表示装置33上で第2の領域R2において同様に画像を生成する開始位置S2、終了位置E2および画像を生成する間隔I2を設定する。
なお、第1の領域R1および第2の領域R2において設定される画像生成間隔I1,I2は、それぞれ異なる間隔に設定される。さらに、第1の領域R1および第2の領域R2において設定される再構成面は、たとえば、非平行に設定される。このとき、使用者は、上記のステップST2の工程を行って、第2の領域R2における再構成面を設定する。
さらに、使用者は、操作部36を介して第1の領域R1および第2の領域R2の走査速度を異なる速度に設定してもよい。そのとき、中央処理装置31は、第1の領域R1における終了位置E1から第2の領域R2における開始位置S2までの領域を線形に速度を変化させて調整を行う。
上記の設定は、使用者が表示装置33に表示された画像を観察しながら入力装置32を操作することにより設定され、中央処理装置31を介して記憶装置34に記憶される。
なお、本発明の再構成面設定ステップの一実施態様が、ステップST1〜ステップST3に相当する。
次に、選択された再構成面、再構成条件および走査条件を確認し、必要であれば、再度ステップST2からやり直す(ST4)。
あるいは、上記の再構成面は第1の領域R1および第2の領域R2において平行な面によって設定されているので、使用者は、他の領域に第1および第2の領域R1,R2において設定された再構成面と異なる方向に再構成面を選択してもよい。
また、再構成面、再構成条件および走査条件が設定されると、中央処理装置31は、画像生成間隔および撮影部位に基づいてヘリカルピッチなどのコーンビーム走査条件を選択し、表示装置33に表示する。これらの走査条件は、記憶装置34に記憶されたプログラムなどにより、デフォルトとして予め設定されている。使用者は、必要に応じて表示された走査条件を入力装置32を介して修正する。中央処理装置31は、修正された走査条件を記憶装置34に記憶させる。
さらに、中央処理装置31は、設定された再構成面、画像生成間隔およびスライス厚に基づいてコーンビーム再構成の条件を設定する。具体的には、中央処理装置31は、所定のフレームにおいて検出された検出器アレイ23のアドレスデータを、再構成面の所定の領域における再構成に用いるように設定する。なお、上記の再構成条件の設定は、次に説明するステップST5の後に行ってもよい。
再構成面、再構成条件および走査条件を設定した後に、設定された条件に基づいて被検体を走査する(ST5)。
中央処理装置31は、記憶装置34の上記の修正事項が追加されたプログラムに基づいて走査ガントリ2および撮影テーブル4に指令を送る。その結果、走査ガントリ2は、設定された走査速度に基づいて、所定の位置に位置づけられた被検体を走査開始位置から走査終了位置まで走査する。検出器アレイ23は、検出された投影データをデータ収集部24を介して中央処理装置31に出力する。中央処理装置31は、入力されたデータを記憶装置34に記憶する。ここで、本発明の走査ステップの一実施態様がステップST5に相当する。
次に、中央処理装置31は、ステップST5において得られた投影データと、ステップST2およびステップST3において設定された条件に基づいて再構成処理を行う(ST6)。
中央処理装置31は、記憶装置34に記憶された既存のコーンビーム再構成などのプログラムなどに基づいて再構成処理を行う。中央処理装置31は、上記の選択された再構成面における断層像を表示装置33に表示する。その結果、使用者は、予め選択した再構成面を設定した領域において観察することができる。ここで、本発明の再構成ステップの一実施態様がステップST6に相当する。
本発明の撮像方法によれば、コーン状のX線を用いた被検体の走査およびコーンビーム再構成を行うことにより、照射されるX線の照射角度や照射方向、X線検出器の配列方向および走査ガントリの回転方向に依存されない再構成面を3次元的に自由に設定することができる。
また、複数の領域において再構成面を生成する間隔などを変えることができるため、たとえば、ヘリカルスキャンなどにおいて速度を変えた走査を行うこともできる。さらに、走査前に再構成面を設定するため、アキシャル画像を生成することなく任意の面の断層像を得ることができる。また、各領域ごとに再構成面が非平行になるように設定することもできる。
本発明のX線CT装置によれば、コーン状のX線を用いた被検体の走査およびコーンビーム再構成を行うことにより、照射されるX線の照射角度や照射方向、X線検出器の配列方向および走査ガントリの回転方向に依存されない再構成面を3次元的に自由に設定することができる。
また、走査前に表示装置上で、スカウト画像上に設定された直線の角度をそれぞれ独立して選択することで、視覚的に簡便に再構成面を設定することができる。さらに、再構成面を生成する間隔に加えて、スライス厚を表示画面上において設定することも可能であるので、各画像の重なりの有無なども視覚的に確認することができる。
本発明の撮影装置は、上記の実施形態に限定されない。
たとえば、ステップST3および図6に示す第1の領域および第2の領域において設定される再構成面は、平行な面であってもよい。そのとき、第2の領域における再構成面の設定を省略することもできる。また、サジタル面およびコロナル面におけるスカウト画像を撮影したが、スカウト画像の撮影面は特に限定されない。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
図1は、本発明の実施形態に係るX線CT装置1を模式的に示すブロック図である。 図2は、図1に示すX線CT装置1の入力装置33を模式的に示すブロック図である。 図3は、図1に示すX線CT装置1の中央処理装置31を模式的に示すブロック図である。 図4は、図1に示すX線CT装置1の動作を説明するフローチャートである。 図5は、図1に示すX線CT装置1の再構成面を設定するステップの一部を示す概略図である。 図6は、図1に示すX線CT装置1のスキャン条件の設定ステップの一部を示す概略図である。
符号の説明
1…X線CT装置
2…走査ガントリ
3…操作コンソール
4…撮影テーブル
21…X線管
22…コリメータ
23…検出器アレイ
24…データ収集部
25…X線コントローラ
26…コリメータコントローラ
27…回転部
28…回転コントローラ
29…ボア
31…中央処理装置
32…入力装置
33…表示装置
34…記憶装置
35…再構成面設定部
36…操作部
37…画像再構成部

Claims (12)

  1. X線源と、被検体を介して前記X線源と対向するように配置されたX線検出器とを有し、前記X線源および前記X線検出器の少なくとも一方を前記被検体の周りに回転移動させ、前記X線源から前記被検体に向けて照射する被検体の走査により、前記被検体を透過したX線を前記X線検出器により検出することにより、被検体の断層像を撮影するX線CT装置であって、
    前記被検体の頭部から足先を結ぶ体軸方向に平行な2方向から撮影された2枚のスカウト画像を用いて、前記X線源および前記X線検出器の少なくとも一方が前記被検体の周りを回転することにより形成される面と非平行な面に前記被検体の再構成面を設定する設定手段と、
    前記再構成面および設定された走査条件に基づいて、コーン形状の前記X線を被検体に走査して前記被検体を透過したX線を前記X線検出器により検出するX線データ収集手段と、
    前記X線収集手段によって得られた投影データを用い、前記再構成面の断層像を再構成する再構成手段と
    を有するX線CT装置。
  2. 前記設定手段は、隣接する前記再構成面の間隔を設定する
    請求項1に記載のX線CT装置。
  3. 前記X線検出器によって検出された投影データを用いて、前記設定手段において設定された前記再構成面に前記被検体の断層像をコーンビーム再構成する再構成手段
    をさらに有する請求項1又は2に記載のX線CT装置。
  4. 前記設定手段は、複数の前記スカウト画像の交線上に基準位置を設定し、前記基準位置を通る前記再構成面を設定する
    請求項1〜3のいずれか一項に記載のX線CT装置。
  5. 前記設定手段は、それぞれの前記スカウト画像に前記基準位置を通り前記交線に対し任意の角度を有する直線を設定し、前記基準位置において交わる2つの前記直線によって前記再構成面を設定する
    請求項4記載のX線CT装置。
  6. 前記設定手段は、前記再構成面を生成する開始位置および終了位置と、前記開始位置および前記終了位置の間における走査速度とを設定する
    請求項1〜5のいずれか一項に記載のX線CT装置。
  7. 前記設定手段は、前記開始位置および前記終了位置により決定される前記再構成面を生成する領域を複数設定する
    請求項6記載のX線CT装置。
  8. 前記設定手段は、設定された各領域ごとに前記再構成面をそれぞれ非平行に設定する 請求項7記載のX線CT装置。
  9. 前記設定手段は、設定された各領域ごとに隣接する前記再構成面の間隔を異なる間隔に設定する
    請求項7記載のX線CT装置。
  10. 前記設定手段は、前記開始位置および前記終了位置により決定される前記再構成面を生成する領域を複数設定し、設定された各領域ごとに前記走査速度を異なる速度に設定する
    請求項6〜9のいずれか一項に記載のX線CT装置。
  11. 前記設定手段は、設定された複数の領域を連続する領域に設定する
    請求項7〜10のいずれか一項に記載のX線CT装置。
  12. 前記設定手段は、設定された各領域ごとに前記再構成面のスライス厚を異なるスライス厚に設定する
    請求項7に記載のX線CT装置。
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