JP4619704B2

JP4619704B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置

Info

Publication number: JP4619704B2
Application number: JP2004193902A
Authority: JP
Inventors: 学平岡
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2024-06-30
Also published as: JP2006014822A

Description

本発明は、被検体の関心領域にＸ線の照射野を制限するＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。

関心領域に制限してＸ線を照射することは、被曝低減に最も効果的な方法の一つである。しかし、この方法では再構成画像にアーチファクトが必然的に生じる。これは、あるビューの投影データセットには、関心領域外の一部分の情報が含まれているが、その部分の情報は他のビューの投影データセットには含まれないことを原因として起こる。

特許文献１、２では、関心領域外の部分のデータを、事前に計測したデータで補充することにより、アーチファクトの発生を抑制している。

しかし、データ取得時刻の違いは、体動アーチファクトを発生させる。従って画質劣化防止と被曝低減との両立をはかることが困難であった。
特開平１０−２４８８３５号公報特開平１１−２８２０２号公報

本発明の目的は、画質劣化防止と被曝低減との両立をはかることができる。

本発明に係る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、前記被検体を透過したＸ線を検出して投影データを発生する多チャンネル型のＸ線検出器と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とを被検体の周囲を回転可能に支持する回転機構と、被検体内の関心領域に比較的高線量でＸ線を照射し、前記関心領域以外の領域に比較的低線量でＸ線を照射するため、移動可能に設けられる半透過性コリメータ板と、前記Ｘ線管の回転中に比較的高線量でＸ線を照射する範囲と比較的低線量でＸ線を照射する範囲とを動的に変化させるために前記半透過性コリメータ板の位置を制御するコリメータ制御部と、比較的高線量のＸ線線量を検出する第１リファレンス検出器と、比較的低線量のＸ線線量を検出する第２リファレンス検出器と、前記コリメータ制御部により制御される前記半透過性コリメータ板の位置により、前記比較的高線量でＸ線を照射する範囲に対応する前記Ｘ線検出器の第１のチャンネルと前記比較的低線量でＸ線を照射する範囲に対応する前記Ｘ線検出器の第２のチャンネルとを区別し、前記第１のチャンネルの投影データを前記第１リファレンス検出器で検出されたＸ線の線量に基づいて補正し、前記第２のチャンネルの投影データを前記第２リファレンス検出器で検出されたＸ線の線量に基づいて補正するデータ補正部と、前記第１リファレンス検出器で検出されたＸ線の線量に基づいて補正された投影データと、前記第２リファレンス検出器で検出されたＸ線の線量に基づいて補正された投影データと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する。

本発明によれば、画質劣化防止と被曝低減との両立をはかることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。周知のとおり、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。

（第１実施形態）
図１は第１実施例に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の主要部の構成を示している。Ｘ線管１１は、多チャンネル型のＸ線検出器１３とともに図示しないリング状の回転フレームに搭載される。Ｘ線管１１には、被検体ＰへのＸ線照射野を制限するための上部コリメータ１５が取り付けられる。図２、図３に示すように、上部コリメータ１５は、Ｘ線管１１から発生されるＸ線を透過しない性質、つまりＸ線を完全に遮蔽する性質を有する典型的には４枚のコリメータ板３３，３５，３７，３９を備える。

上部コリメータ１５は、４枚のコリメータ板３３，３５，３７，３９とともに、Ｘ線管１１から発生されるＸ線の一部を透過する性質（半透過性）を有する典型的には２枚のコリメータ板４１，４３を備える。Ｘ線透過率を、入射するＸ線の線量Ｉinに対する透過Ｘ線の線量Ｉoutの比率（Ｉout／Ｉin）と定義するとき、４枚のコリメータ板３３，３５，３７，３９は、ゼロ又はその近似値を示すＸ線透過率を有する。一方、２枚のコリメータ板４１，４３は、４枚のコリメータ板３３，３５，３７，３９のＸ線透過率より高いＸ線透過率を有する。

４枚のコリメータ板３３，３５，３７，３９は、ゼロ又はその近似値のＸ線透過率を得るために必要な厚さを有する典型的には鉛又は鉛を含む合金で構成される。一方、半透過性の２枚のコリメータ板４１，４３は、鉛より減弱係数の低い例えばＭｏで構成される。しかし、半透過性の２枚のコリメータ板４１，４３は、コリメータ板３３，３５，３７，３９と同じ鉛又は鉛を含む合金で構成されてもよい。この場合、コリメータ板４１，４３は、コリメータ板３３，３５，３７，３９より薄い。

コリメータ板３３，３５は、スライス方向（Ｚ）に関してそれぞれ個別に移動可能に支持される。コリメータ板３３，３５によりスライス方向のＸ線の幅（スライス厚）が決定される。コリメータ板３７，３９はチャンネル方向（Ｘ）に関してそれぞれ個別に移動可能に支持される。コリメータ板３７，３９によりチャンネル方向のＸ線の広がり角度（ファン角）αが決定される。

なお、典型的には、コリメータ板３７，３９はＸ線検出器１３の全幅に対応して全開されている。上部コリメータ１５は、コリメータ板３７，３９を備えていなくても良い。

半透過性のコリメータ板４１，４３はチャンネル方向（Ｘ）に関してそれぞれ個別に移動可能に支持される。また、半透過性のコリメータ板４１，４３の移動は、コリメータ板３７，３９の移動に対して完全に独立している。半透過性のコリメータ板４１，４３により、比較的高線量のＸ線の広がり角度βが決定される。比較的高線量範囲の両側は、半透過性のコリメータ板４１，４３により減衰された比較的低線量のＸ線が被検体に照射される。高線量範囲の角度幅β及び、Ｙ軸に対する高線量範囲の中心線の交差角（照射角）はコリメータ板４１，４３各々の位置により決まる。

Ｘ線管１１からのＸ線はコリメータ板３３，３５，３７，３９で完全に遮蔽される。従って、Ｘ線はコリメータ板３３，３５，３７，３９により形成された矩形の開口を通過して被検体Ｐを照らす。そのＸ線照射範囲の一部範囲のＸ線は、半透過性コリメータ板４１，４３により減衰され、低線量で照射される。Ｘ線照射範囲の残りの範囲のＸ線は、半透過性コリメータ板４１，４３を透過しないので、高線量で照射される。

上部コリメータ１５には、第１、第２の参照検出器１７，１９が設けられている。第１参照検出器１７は、Ｘ線管１１とコリメータ板３３，３５，３７，３９，４１，４３との間に配置される。第１参照検出器１７により高線量範囲のＸ線の照射線量が検出される。第２参照検出器１９は、コリメータ板４１又は４３と被検体との間に配置される。第２参照検出器１９により低線量範囲のＸ線の照射線量が検出される。

図１に戻る。一般的にＤＡＳ(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集部２１は、検出器１３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して、データ（生データ）を出力する。対数変換部２２は、ロウデータ(raw data)を、対数変換する。データ補正部２３は、第１、第２の参照検出器１７，１９の出力に基づいて、対数変換されたロウデータを補正する。この補正は、周知の通り、Ｘ線線量の変動に起因するデータの変動を軽減するために、実際に検出したＸ線線量に従ってデータを規格化する処理である。データ補正部２３では、第１の参照検出器１７の出力に基づいて、高線量範囲に対応するチャンネルのデータが補正され、第２の参照検出器１９の出力に基づいて、低線量範囲に対応するチャンネルのデータが補正される。それにより、Ｘ線線量の相違に起因するデータ値の相違を是正することができる。高線量範囲に対応するチャンネルと、低線量範囲に対応するチャンネルとは、コリメータ制御部３１により制御される半透過性コリメータ板４１，４３のそれぞれの位置により区別されることができる。画像再構成部２５は、補正されたデータに基づいて画像データを再構成する。画像は表示部２７の画面に表示される。入力デバイス２９は、キーボードと、マウス等のポインティングデバイスとを有し、主に、表示された画像上に関心領域（ＲＯＩ）を設定するために設けられている。コリメータ制御部３１は、上部コリメータ１５を制御して、コリメータ板３３，３５，３７，３９，４１，４３の位置を調整する。特に、コリメータ制御部３１は、設定された関心領域（ＲＯＩ）に従って、Ｘ線管１１の角度と半透過性のコリメータ板４１，４３の位置との関係を決定するとともに、決定した関係に従ってＸ線管１１の回転中にコリメータ板４１，４３の位置を動的に変化させる。

次に、本実施形態の動作を説明する。図４に示すように、まず、スキャノグラムが撮影される（Ｓ１）。周知のとおり、Ｘ線管１１が特定角度で固定される。天板が被検体とともに連続移動される。Ｘ線が連続的に発生され、透過Ｘ線が繰り返し検出される。それによりスキャノグラムが撮影される。スキャノグラムは図５（ａ）に示すように表示部２７に表示される。入力デバイス２９から入力された操作者の指令に従って、スキャノグラム上で所望のスライスが設定される。設定されたスライスに対してプレスキャンが実行される（Ｓ２）。プレスキャンでは、コリメータ制御部３１の制御により、チャンネル方向に関するコリメータ板３７，３９，４１，４３は全開され、スライス方向に関するコリメータ板３３，３５の位置はプレスキャン用の所定のスライス厚に応じて調整される。スライス位置で天板が停止され、Ｘ線管１１が回転される。Ｘ線が連続的に発生され、透過Ｘ線が繰り返し検出される。それにより多方向の投影データが収集される。多方向の投影データに基づいて画像データ（断層画像データ）が再構成され、図５（ｂ）に示すように表示部２７に表示される。断層画像上で関心領域（ＲＯＩ）が入力デバイス２９を介して設定される（Ｓ３）。関心領域（ＲＯＩ）は、断面内の所望の部位を収容するように楕円、多角形又は任意形状に設定される。

コリメータ制御部３１では、図１に示すように、設定された関心領域（ＲＯＩ）にＸ線の高線量範囲が限定されるように、半透過性のコリメータ板４１，４３の位置がＸ線管１１の角度ごと、例えば５°ごとに計算される。この計算結果に従って本スキャン（Ｓ５）で半透過性のコリメータ板４１，４３の位置がＸ線管１１の回転に伴って動的に変化される。それにより、関心領域（ＲＯＩ）にはＸ線が高線量で照射され、関心領域（ＲＯＩ）以外の部位にはＸ線が低線量で照射される。

本スキャンによりデータ収集部２１で収集されたデータは、対数変換部２２を経由してデータ補正部２３に送られる。データ補正部２３では、半透過性のコリメータ板４１，４３の位置に基づいて、Ｘ線管１１の角度ごとに高線量領域に対応するチャンネルと、低線量領域に対応するチャンネルとを特定する（Ｓ６）。データ補正部２３では、第１の参照検出器１７の出力に基づいて、高線量範囲に対応するチャンネルのデータが補正され、第２の参照検出器１９の出力に基づいて、低線量範囲に対応するチャンネルのデータが補正される（Ｓ７）。それにより、Ｘ線線量に対するデータの依存性は軽減され、データは規格化される。

補正された高線量範囲のデータと低線量範囲のデータとに基づいて画像再構成部２５により画像データが再構成され（Ｓ８）、表示部２７の画面に表示される。

本実施形態でよれば、関心領域以外の部位には低線量でＸ線が照射されるので、関心領域以外の部位を含めて高線量でＸ線が照射される場合に比べて、被曝低減を図ることができる。また、関心領域のデータは高線量のＸ線で収集し、また関心領域以外の部位のデータは低線量のＸ線により関心領域のデータと並行して収集するので、画質の劣化を防止することができる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態と同様の効果は、２管球システムで実現することができる。図６に示すように、例えば９０°シフトした位置に第１、第２のＸ線管１１−１，１１−２が設けられる。それぞれに対向する位置に第１、第２のＸ線検出器１３−１，１３−２が設けられる。第１、第２のＸ線管１１−１，１１−２には、それぞれ上部コリメータ１５−１，１５−２が取り付けられる。上部コリメータ１５−１，１５−２は、図７に示すように、遮蔽性を有する４枚のコリメータ板３３，３５，３７，３９から構成される。半透過性のコリメータ板は装備されていない。上部コリメータ１５−１，１５−２それぞれの開口は、コリメータ制御部４７により完全に個別に制御され得る。第１、第２のＸ線検出器１３−１，１３−２にはデータ収集部２１−１，２１−２をそれぞれ経由してデータ補正部４５が接続する。データ補正部４５は、上部コリメータ１５−１，１５−２に取り付けられている図示しない参照検出器の出力に従ってデータを補正（線量補正）する。

第１実施形態と同様に、スキャノグラム撮影及びプレスキャンが実行され、その断層画像上で関心領域（ＲＯＩ）が入力デバイス２９を介して設定される。コリメータ制御部４７では、設定された関心領域（ＲＯＩ）に限定して第１Ｘ線管１１−１からのＸ線が照射されるように、Ｘ線管１１の角度ごと、例えば５°ごとに上部コリメータ１５−１の開口とその中心位置とを計算する。一方、コリメータ制御部４７では、設定された関心領域（ＲＯＩ）を含めて全域に第２Ｘ線管１１−２からのＸ線が照射されるように、上部コリメータ１５−２を全開する。

本スキャンでは、上部コリメータ１５−１の開口とその中心位置とが第１Ｘ線管１１−１の回転に伴って動的に変化される。他方の上部コリメータ１５−２は、第２Ｘ線管１１−２の回転に関わらず、チャンネル方向に関して全開で固定される。本スキャンでは、第１Ｘ線管１１−１からは比較的高線量でＸ線が発生される。第２Ｘ線管１１−２からは比較的低線量でＸ線が発生される。本スキャンによりデータ収集部２１−１，２１−２で収集されたデータは、データ補正部４５において、それぞれの参照検出器の出力に従って補正（線量補正）される。

第１Ｘ線検出器１３−１から出力されるデータは、関心領域以内に対応するチャンネルで有効で、関心領域外に対応するチャンネルは無効、つまり被検体の減衰情報（吸収係数情報）を含んでいない。関心領域外に対応するチャンネルのデータは、第２Ｘ線検出器１３−２からデータ収集部２１−２を経由して出力され、データ補正部４５で線量補正を受けたデータで補填される。補填により全チャンネルにわたる一揃いの投影データが生成され、そのデータに基づいて画像再構成部２５により画像データが再構成され、表示部２７の画面に表示される。

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。

例えば、第１，第２実施形態では、関心領域以外のチャンネルのデータは、関心領域のデータの収集と並行して低線量のＸ線で収集したデータが使われている。それにより、画質劣化防止を効果的に奏するものである。しかし、画質劣化防止が重大ではない局面では、高線量のＸ線を使って関心領域のデータだけを収集し、関心領域以外にはＸ線を照射しないでそのチャンネルのデータは収集しないで、関心領域以外のチャンネルのデータを、検査部位と同じ部位に関する標準的なサンプルデータにより補填するようにしてもよい。

本発明の第１実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成図。図１の上部コリメータの斜視図。図１の上部コリメータの断面図。第１実施形態の動作手順を示す図。図４のＳ３のＲＯＩ設定時の画面例を示す図。本発明の第２実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成図。図６の上部コリメータの斜視図。

符号の説明

１１…Ｘ線管、１３…Ｘ線検出器、１５…上部コリメータ、１７…第１リファレンス検出器、１９…第２リファレンス検出器、２１…データ収集部、２２…対数変換部、２３…データ補正部、２５…画像再構成部、２７…表示部、２９…入力デバイス、３１…コリメータ制御部。

Claims

Ｘ線を発生するＸ線管と、
前記被検体を透過したＸ線を検出して投影データを発生する多チャンネル型のＸ線検出器と、
前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とを被検体の周囲を回転可能に支持する回転機構と、
被検体内の関心領域に比較的高線量でＸ線を照射し、前記関心領域以外の領域に比較的低線量でＸ線を照射するため、移動可能に設けられる半透過性コリメータ板と、
前記Ｘ線管の回転中に比較的高線量でＸ線を照射する範囲と比較的低線量でＸ線を照射する範囲とを動的に変化させるために前記半透過性コリメータ板の位置を制御するコリメータ制御部と、
比較的高線量のＸ線線量を検出する第１リファレンス検出器と、
比較的低線量のＸ線線量を検出する第２リファレンス検出器と、
前記コリメータ制御部により制御される前記半透過性コリメータ板の位置により、前記比較的高線量でＸ線を照射する範囲に対応する前記Ｘ線検出器の第１のチャンネルと前記比較的低線量でＸ線を照射する範囲に対応する前記Ｘ線検出器の第２のチャンネルとを区別し、前記第１のチャンネルの投影データを前記第１リファレンス検出器で検出されたＸ線の線量に基づいて補正し、前記第２のチャンネルの投影データを前記第２リファレンス検出器で検出されたＸ線の線量に基づいて補正するデータ補正部と、
前記第１リファレンス検出器で検出されたＸ線の線量に基づいて補正された投影データと、前記第２リファレンス検出器で検出されたＸ線の線量に基づいて補正された投影データと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することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。