JP5690122B2 - X-ray CT system - Google Patents
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Description
本発明は、撮影テーブル（table）の高さを変化させながらスキャン（scan）するＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置に関する。 The present invention relates to an X-ray CT (Computed Tomography) apparatus that scans while changing the height of an imaging table.
被検体を走査ガントリ（gantry）に対して相対移動させながらスキャンする場合において、被検体の中心が撮像視野の中心、いわゆるアイソセンタ（iso-center）と常に重なるように、撮影テーブルの高さを変化させながらスキャンするＸ線ＣＴ装置が提案されている（特許文献１，要約参照）。このＸ線ＣＴ装置によれば、いずれのスライス（slice）面においても、関心領域となることが多い被検体の中心部分を、目標のノイズレベル（noise
level）で高画質に再構成することができる。その結果、被検体の被曝量に対する画質の向上、自動露出機構の精度の向上を可能とし、ひいては被検体の被曝低減を可能にする。
When scanning the subject while moving the subject relative to the scanning gantry, the height of the imaging table is changed so that the center of the subject always overlaps the center of the imaging field, the so-called iso-center. An X-ray CT apparatus has been proposed that scans while scanning (see
level) can be reconstructed with high image quality. As a result, it is possible to improve the image quality with respect to the exposure amount of the subject, improve the accuracy of the automatic exposure mechanism, and thus reduce the exposure of the subject.
ところで、画像再構成処理のある１つの方法では、画像再構成計算を簡単にするために、逆投影処理前に投影データのファンパラ（fan-parallel）変換を行うことがある。ファンパラ変換は、データ収集時にＸ線パス（path）がファン（fan）状に広がっているファンビーム（fan-beam）投影データ（data）を、Ｘ線パスが平行であるパラレルビーム（parallel-beam）投影データに変換するものである。ファンパラ変換では、直交軸の一方をビュー（view）角度、他方をデータチャネル（data
channel）位置に取ったデータ空間に、各ビューのファンビーム投影データを配置し、これら配置されたファンビーム投影データを加重加算処理して、各Ｘ線パス方向ごとのパラレルビーム投影データを得る。
By the way, in one method with image reconstruction processing, fan-parallel conversion of projection data may be performed before back projection processing in order to simplify image reconstruction calculation. The fan-para conversion is performed by using fan-beam projection data (data) in which the X-ray path (fan) spreads in a fan shape at the time of data acquisition, and parallel beam (parallel-) in which the X-ray path is parallel. beam) to be converted into projection data. In the fan-para transformation, one of the orthogonal axes is the view angle and the other is the data channel (data
The fan beam projection data of each view is arranged in the data space taken at the position of channel), and the arranged fan beam projection data is weighted and added to obtain parallel beam projection data for each X-ray path direction.
しかしながら、従来のファンパラ変換では、撮影テーブルの高さを一定にしたままのスキャンを想定しており、Ｘ線管やＸ線検出器などを含むデータ収集系が、再構成領域との幾何学的な位置関係を変えずに回転している場合を前提としている。一方、撮影テーブルの高さを変化させながらスキャンする場合には、この幾何学的な位置関係がスキャン中に変化してしまうため、従来のファンパラ変換のアルゴリズム（algorithm）をそのまま用いることができない。 However, the conventional fan-para conversion assumes scanning with the imaging table height kept constant, and the data acquisition system including the X-ray tube, X-ray detector, etc. It is assumed that it is rotating without changing the general positional relationship. On the other hand, when scanning while changing the height of the imaging table, the geometric positional relationship changes during scanning, so the conventional fan-para conversion algorithm (algorithm) cannot be used as it is. .
このような事情により、撮影テーブルの高さを変化させながらスキャンして収集された投影データに対してファンパラ変換を行うことができるＸ線ＣＴ装置が望まれている。 Under such circumstances, an X-ray CT apparatus capable of performing fan-para conversion on projection data acquired by scanning while changing the height of the imaging table is desired.
第１の観点の発明は、被検体を載置する撮影テーブルと、Ｘ線焦点から前記被検体にＸ線のファンビームを放射するＸ線源と、検出素子が前記Ｘ線のファン方向に複数チャネル分配列されたＸ線検出器とを有している走査ガントリと、前記撮影テーブルおよび前記走査ガントリを制御することによりスキャンを実行して複数ビューのファンビーム投影データを収集する制御手段とを備えたＸ線ＣＴ装置であって、前記制御手段が、前記被検体が載置された前記撮影テーブルを前記スキャン中に昇降させており、前記複数のファンビーム投影データを加重加算処理することにより、前記ファンビーム投影データが収集された各時点におけるＸ線焦点と再構成領域の中心とを結ぶ直線と平行なパラレル投影データを得るデータ処理手段と、前記得られたパラレルビーム投影データに基づいて前記再構成領域の画像を再構成する再構成手段とを備えているＸ線ＣＴ装置を提供する。 The first aspect of the invention is an imaging table on which a subject is placed, an X-ray source that radiates an X-ray fan beam from an X-ray focal point to the subject, and a plurality of detection elements in the X-ray fan direction. A scanning gantry having X-ray detectors arranged in channels, and control means for collecting a plurality of views of fan beam projection data by performing scanning by controlling the imaging table and the scanning gantry. An X-ray CT apparatus provided, wherein the control means raises and lowers the imaging table on which the subject is placed during the scan, and performs a weighted addition process on the plurality of fan beam projection data Data processing means for obtaining parallel projection data parallel to a straight line connecting the X-ray focal point and the center of the reconstruction area at each time point when the fan beam projection data is collected; To provide an X-ray CT apparatus and a reconstruction means for reconstructing an image of the reconstruction region based on the parallel-beam projection data.
第２の観点の発明は、前記ファンビーム投影データが収集された時点におけるＸ線焦点と再構成領域の中心とを結ぶ直線と直交し、前記再構成領域の中心を通る直線を第１の直線として、該時点における前記再構成領域を基準とするビュー角度を一方の軸とし、該時点における前記第１の直線と該時点に収集されたファンビーム投影データの各チャネルデータに対応する各Ｘ線パスとの交点の位置を他方の軸とするデータ空間に、前記複数ビューのファンビーム投影データをそれぞれ配置するデータ配置手段をさらに備えており、前記データ処理手段が、前記データ空間において前記配置されたファンビーム投影データを加重加算処理することによりパラレルビーム投影データを得る、上記第１の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。 According to a second aspect of the present invention, a straight line that is orthogonal to a straight line connecting the X-ray focal point and the center of the reconstruction area at the time when the fan beam projection data is collected and that passes through the center of the reconstruction area is a first straight line. X axis corresponding to each channel data of the first straight line and the fan beam projection data collected at the time point with the view angle with respect to the reconstruction area at the time point as one axis Data placement means for placing fan beam projection data of the plurality of views in a data space having the position of the intersection with the path as the other axis is further provided, and the data processing means is arranged in the data space. There is provided an X-ray CT apparatus according to the first aspect, wherein parallel beam projection data is obtained by performing weighted addition processing on the fan beam projection data.
第３の観点の発明は、前記再構成領域を基準とするビュー角度が、前記走査ガントリのアイソセンタを基準としたビュー角度に基づいて求められる上記第１の観点または第２の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。なお、「アイソセンタ」は、Ｘ線源の回転中心である。 The invention according to a third aspect is the X-ray CT according to the first aspect or the second aspect, in which a view angle based on the reconstruction area is obtained based on a view angle based on an isocenter of the scanning gantry. Providing equipment. The “isocenter” is the rotation center of the X-ray source.
第４の観点の発明は、前記制御手段が、前記スキャン中に、前記被検体のスキャン面における中心が前記走査ガントリのアイソセンタに近づくよう前記撮影テーブルの昇降を制御する上記第１の観点から第３の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。 According to a fourth aspect of the invention, from the first aspect, the control unit controls the raising and lowering of the imaging table so that the center of the scan surface of the subject approaches the isocenter of the scanning gantry during the scan. An X-ray CT apparatus according to any one of the three viewpoints is provided.
第５の観点の発明は、前記制御手段が、前記被検体をスカウト撮影して得られたスカウトデータ（scout data）に基づいて、前記撮影テーブルの昇降を制御する上記第４の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。 According to a fifth aspect of the present invention, in the X-ray according to the fourth aspect, the control means controls the raising and lowering of the imaging table based on scout data obtained by scout imaging of the subject. A CT apparatus is provided.
第６の観点の発明は、前記データ処理手段が、前記加重加算処理により前記データ空間の軸に対して傾いている線に沿った複数のチャネルデータを求めることにより、前記パラレルビーム投影データを得る上記第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。 According to a sixth aspect of the invention, the data processing means obtains the parallel beam projection data by obtaining a plurality of channel data along a line inclined with respect to the axis of the data space by the weighted addition processing. An X-ray CT apparatus according to any one of the first to fifth aspects is provided.
第７の観点の発明は、前記加重加算処理が、前記データ空間において、求めようとする前記パラレルビーム投影データのチャネルデータの位置に近接しており、前記配置されたファンビーム投影データを構成している複数のチャネルデータを、前記求めようとするチャネルデータの位置と前記複数のチャネルデータの位置との距離に応じた重み付けにより加重加算して、該求めようとするチャネルデータを算出する処理である上記第１の観点から第６の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。 According to a seventh aspect of the invention, the weighted addition processing is close to the position of the channel data of the parallel beam projection data to be obtained in the data space, and constitutes the arranged fan beam projection data. A process of calculating the channel data to be obtained by weighting and adding the plurality of channel data being weighted according to the distance between the position of the channel data to be obtained and the position of the plurality of channel data. An X-ray CT apparatus according to any one of the first to sixth aspects is provided.
第８の観点の発明は、前記スキャンが、ヘリカルスキャン（helical scan）である上記第１の観点から第７の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。 The invention according to an eighth aspect provides the X-ray CT apparatus according to any one of the first to seventh aspects, wherein the scan is a helical scan.
本発明によれば、撮影テーブルの高さを変化させながらスキャンして収集された投影データに対してファンパラ変換を行うことができる。 According to the present invention, fan-para conversion can be performed on projection data acquired by scanning while changing the height of the imaging table.
以下、図を参照して発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本実施形態のＸ線ＣＴ装置の構成ブロック図である。このＸ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール（console）１、撮影テーブル１０、走査ガントリ２０とを具備している。
FIG. 1 is a configuration block diagram of the X-ray CT apparatus of the present embodiment. The X-ray
操作コンソール１は、操作者の入力を受け付ける入力装置２と、画像再構成処理などを実行する中央処理装置３と、走査ガントリ２０で取得した投影データを収集するデータ収集バッファ（buffer）５と、投影データから再構成したＣＴ画像等を表示するモニタ（monitor）６と、プログラム（program）やデータ、ＣＴ画像などを記憶する記憶装置７とを具備している。
The
撮影テーブル１０は、被検体を載置して走査ガントリ２０の空洞部に対し搬入搬出するクレードル１２を具備している。クレードル１２は、撮影テーブル１０に内蔵するモータ（motor）で昇降および水平直線移動される。
The imaging table 10 includes a
走査ガントリ２０は、Ｘ線管２１と、Ｘ線コントローラ（controller）２２と、コリメータ（collimator）２３と、Ｘ線検出器２４と、データ収集部ＤＡＳ（Data
Acquisition System）２５と、被検体の体軸の回りにＸ線管２１などを回転させる回転部コントローラ２６と、制御信号などを操作コンソール１や撮影テーブル１０とやり取りする制御コントローラ２９とを具備している。
The scanning gantry 20 includes an
Acquisition System) 25, a
Ｘ線検出器２４は、複数の検出素子が、被検体の体軸方向すなわちｚ方向に対して垂直な面方向すなわちｘｙ面方向において円弧状に配列されてなる。この各検出素子をチャネルという。チャネル数は約１０００程度を想定する。Ｘ線検出器２４は、シングルスライス（single slice）、マルチスライス（multi slice）のいずれでもよいが、本例では、説明の簡単のため、シングルスライスを想定する。
The
本実施形態におけるＸ線ＣＴ装置の構成は概ね上記の通りである。この構成のＸ線ＣＴ装置において、投影データの収集は例えば次のように行われる。 The configuration of the X-ray CT apparatus in this embodiment is generally as described above. In the X-ray CT apparatus having this configuration, the collection of projection data is performed as follows, for example.
まず、被検体を走査ガントリ２０の空洞部に搬送する。そして、Ｘ線管２１とＸ線検出器２４を被検体の周囲で回転させながら、Ｘ線管２１からのＸ線ビームを被検体に照射し、その透過Ｘ線をＸ線検出器２４で検出する。この透過Ｘ線の検出を、投影角度すなわちビュー角度を変化させながら投影データ収集を行う。
First, the subject is transported to the cavity of the scanning gantry 20. Then, while rotating the
検出された各透過Ｘ線は、ＤＡＳ２５でディジタル（digital）値に変換されて投影データとしてデータ収集バッファ５を介して操作コンソール１に転送される。スキャン方式としては、コンベンショナルスキャン（conventional
scan）すなわちアキシャルスキャン（axial scan）や、ヘリカルスキャンを考えることができる。
Each detected transmission X-ray is converted into a digital value by the
scan), that is, an axial scan or a helical scan.
操作コンソール１は、走査ガントリ２０から転送されてくる投影データを中央処理装置３の固定ディスク（disk）ＨＤＤに格納するとともに、例えば、所定の再構成関数と重畳演算を行い、逆投影処理により断層像を再構成する。
The
これより、本実施形態によるＸ線ＣＴ装置の動作について説明する。 The operation of the X-ray CT apparatus according to the present embodiment will now be described.
図２は、本実施形態によるＸ線ＣＴ装置の動作の流れを示すフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart showing an operation flow of the X-ray CT apparatus according to the present embodiment.
ステップ（step）Ｓ１では、被検体のスカウト撮影を行う。スカウト撮影は、これからスキャンしようとする部位のＸ線吸収量などの情報を事前に得るために行われるものである。スカウト撮影では、通常、Ｘ線管２１から本スキャンより低い線量のＸ線を、被検体のスキャンしようとする部位を含む領域に照射して、その透過Ｘ線をＸ線検出器２４で検出し、その検出データであるスカウトデータを取得する。本例では、被検体が載置されたクレードル１２をｚ方向に移動させながら、被検体の側面方向（ｘ方向）からＸ線を照射して、その透過Ｘ線をＸ線検出器２４で検出する。これにより、被検体のｚ方向の各位置におけるｘ方向へのプロジェクション（projection）Ｐｘ（ｚ）を取得する。なお、スカウト撮影は、本スキャンより低い線量のＸ線を用いるアキシャルスキャンやヘリカルスキャン等であってもよい。
In step S1, scout imaging of the subject is performed. Scout imaging is performed in order to obtain in advance information such as the amount of X-ray absorption of the part to be scanned. In scout radiography, the
ステップＳ２では、スカウトデータを基に、被検体中心曲線を求める。被検体中心曲線は、被検体のスライス面方向における中心の体軸方向（ｚ方向）に対する変化を表す曲線である。本例では、被検体のｚ方向の各位置について、ｘ方向へのプロジェクションＰｘ（ｚ）が占めるｙ方向の範囲の中心位置を算出し、これら中心位置をｚ方向に結んで、図３に示すような被検体中心曲線Ｃ（ｚ）を求める。なお、被検体中心曲線は、被検体のｚ方向の各位置について、ｘ方向へのプロジェクションＰｘ（ｚ）のｙ方向の重心位置を算出し、これら重心位置をｚ方向に結んで求めてもよい。 In step S2, the subject center curve is obtained based on the scout data. The subject center curve is a curve representing a change in the body axis direction (z direction) in the slice plane direction of the subject. In this example, for each position in the z direction of the subject, the center position of the range in the y direction occupied by the projection Px (z) in the x direction is calculated, and these center positions are connected in the z direction, as shown in FIG. Such a subject center curve C (z) is obtained. The subject center curve may be obtained by calculating the centroid position in the y direction of the projection Px (z) in the x direction for each position in the z direction of the subject and connecting these centroid positions in the z direction. .
ステップＳ３では、クレードル昇降付きスキャンを行う。すなわち、被検体中心曲線Ｃ（ｚ）から特定されるスキャン面での被検体の中心が、走査ガントリ２０のアイソセンタとｙ方向で一致するようクレードル１２を昇降させながらスキャンを行う。これにより、スライス面方向において、被検体の中心が再構成領域の中心と常に一致する形で複数ビューのファンビーム投影データが収集される。
In step S3, scanning with cradle lifting is performed. That is, scanning is performed while raising and lowering the
ファンビーム投影データは、Ｘ線管２１のＸ線焦点ｆから被検体にファンビームＸ線を照射したときにＸ線検出器２４で得られる投影データである。つまり、ファンビーム投影データは、図４に示すように、投影データを構成する各チャネルデータに対応するＸ線パス、すなわちＸ線焦点ｆとＸ線検出器２４の各チャネルとを結ぶＸ線パスが、ファン状に広がる投影データである。
The fan beam projection data is projection data obtained by the
ここで、クレードル昇降付きスキャンの一例を示す。 Here, an example of scanning with cradle raising / lowering is shown.
図５は、クレードル昇降付きスキャンの条件を説明するための図である。 FIG. 5 is a diagram for explaining conditions for scanning with cradle raising / lowering.
まず、被検体中心曲線は、図５に示すような曲線Ｃ′であるものとする。すなわち、曲線Ｃ′上の被検体中心位置は、座標ｚ１でアイソセンタＩＳＯとｙ方向で一致している。また、座標ｚ１〜ｚ２でｙ方向に＋ｄだけ上昇し、座標ｚ２〜ｚ３でｙ方向に−ｄだけ下降する。 First, it is assumed that the subject center curve is a curve C ′ as shown in FIG. That is, the subject center position on the curve C ′ coincides with the isocenter ISO in the y direction at the coordinate z1. Further, the coordinate z1 to z2 rises by + d in the y direction, and the coordinate z2 to z3 falls by -d in the y direction.
Ｘ線管２１のＸ線焦点ｆは、図６に示すように、走査ガントリ２０のアイソセンタＩＳＯを中心とする半径ｒの円周上を回転する。ここで、アイソセンタＩＳＯを基準としたときのＸ線焦点ｆのｙ軸からの回転角度を焦点回転角度θと定義する。
As shown in FIG. 6, the X-ray focal point f of the
スキャン範囲は、図５に示すように、ｚ方向の座標ｚ１〜ｚ３を含む範囲とし、座標ｚ１で焦点回転角度θ＝０、座標ｚ２で焦点回転角度θ＝π〔rad〕、座標ｚ３で焦点回転角度θ＝２π〔rad〕となるようヘリカルスキャンを行うものとする。そして、焦点回転角度θが、０から２πまでのπ／４間隔の各回転角度となるときを各ビューとしてファンビーム投影データを収集する。なお、本例では、説明を簡単にするためにビューをかなり粗く取っているが、実際には、Ｘ線焦点ｆの１回転当たり、すなわち回転角度２π〔rad〕（３６０°）分に対して１０００ビュー程度が割り当てられる。 As shown in FIG. 5, the scan range is a range including coordinates z1 to z3 in the z direction, the focus rotation angle θ = 0 at the coordinate z1, the focus rotation angle θ = π [rad] at the coordinate z2, and the focus at the coordinate z3. The helical scan is performed so that the rotation angle θ = 2π [rad]. Then, fan beam projection data is collected for each view when the focus rotation angle θ becomes each rotation angle of π / 4 intervals from 0 to 2π. In this example, for the sake of simplicity of explanation, the view is considerably rough. However, in actuality, for one rotation of the X-ray focal point f, that is, for a rotation angle of 2π [rad] (360 °). About 1000 views are allocated.
再構成領域は、被検体を基準とした座標空間における所定のスライス面に設定され、再構成領域の中心Ｏは、スキャン開始位置である座標ｚ１でアイソセンタＩＳＯと重なる位置とする。再構成領域すなわち被検体側からＸ線焦点ｆの動きを見ると、図７に示すようになる。この図において、点ｆ１〜ｆ８は、各ビューでのＸ線焦点ｆの位置をそれぞれ示している。焦点回転角度θ＝０のとき、すなわちビュー番号ｖ＝１のビューでは、Ｘ線焦点ｆは、再構成領域の中心Ｏを中心とする半径ｒの円周Ｆ上の点ｆ１に位置している。焦点回転角度θ＝０〜πの間では、Ｘ線焦点ｆは、円周Ｆの軌道から−ｙ方向に徐々にシフト（shift）してゆく。そして、焦点回転角度θ＝πのとき、Ｘ線焦点ｆは、円周Ｆの軌道から−ｙ方向に距離ｄだけシフトした点ｆ５に位置している。また、焦点回転角度θ＝π〜２πの間では、Ｘ線焦点ｆは、円周Ｆの軌道から＋ｙ方向に徐々にシフトしてゆく。そして、焦点回転角度θ＝２πのとき、すなわちビュー番号ｖ＝９のビューでは、Ｘ線焦点ｆは、円周Ｆ上の点ｆ１に戻る。 The reconstruction area is set to a predetermined slice plane in the coordinate space with the subject as a reference, and the center O of the reconstruction area is a position overlapping the isocenter ISO at the coordinate z1 that is the scan start position. FIG. 7 shows the movement of the X-ray focal point f from the reconstruction area, that is, the subject side. In this figure, points f1 to f8 indicate the positions of the X-ray focal point f in each view. When the focus rotation angle θ = 0, that is, in the view with the view number v = 1, the X-ray focal point f is located at a point f1 on the circumference F with the radius r centering on the center O of the reconstruction area. . Between the focus rotation angle θ = 0 and π, the X-ray focal point f gradually shifts in the −y direction from the orbit of the circumference F. When the focus rotation angle θ = π, the X-ray focal point f is located at a point f5 shifted from the orbit of the circumference F by the distance d in the −y direction. In addition, the X-ray focal point f gradually shifts from the orbit of the circumference F in the + y direction between the focal point rotation angles θ = π to 2π. When the focus rotation angle θ = 2π, that is, in the view with the view number v = 9, the X-ray focal point f returns to the point f1 on the circumference F.
なお、各ビューのファンビーム投影データには、そのファンビーム投影データが収集された時点におけるクレードルの高さ情報ｈｔおよび水平位置情報ｚｔと、焦点回転角度θとが付される。これにより、各ビューのファンビーム投影データ収集時におけるＸ線データ収集系と被検体との幾何学的な位置関係を知ることができ、各ビューについて、Ｘ線焦点ｆから再構成領域の中心Ｏへのビュー角度（投影角度）βを求めることができる。ここでは、再構成領域ＦＯＶの中心Ｏを基準としたときのＸ線焦点ｆのｙ軸からの回転角度をビュー角度βと定義する。 The fan beam projection data of each view is attached with cradle height information ht and horizontal position information zt at the time when the fan beam projection data is collected, and a focus rotation angle θ. As a result, the geometric positional relationship between the X-ray data acquisition system and the subject at the time of fan beam projection data acquisition for each view can be known, and the center O of the reconstruction area from the X-ray focal point f for each view. View angle (projection angle) β can be obtained. Here, the rotation angle from the y-axis of the X-ray focal point f when the center O of the reconstruction area FOV is used as a reference is defined as a view angle β.
ステップＳ４では、投影データ配置処理を行う。すなわち、収集されたファンビーム投影データのデータチャネル位置を仮想的に決定して、所定のデータ空間に配置する。 In step S4, a projection data arrangement process is performed. That is, the data channel position of the collected fan beam projection data is virtually determined and arranged in a predetermined data space.
ここでは、一例として、ステップＳ３で例示したクレードル昇降付きスキャンにより収集されたファンビーム投影データを処理対象として、投影データ配置処理について詳しく説明する。 Here, as an example, the projection data arrangement process will be described in detail with the fan beam projection data collected by the scan with cradle raising / lowering exemplified in step S3 as a processing target.
図８は、投影データ配置処理（Ｓ４）を示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart showing the projection data arrangement process (S4).
また、図９は、焦点回転角度θ＝０のビューにおけるファンビーム投影データに対する投影データ配置処理を概念的に示す図である。 FIG. 9 is a diagram conceptually showing projection data arrangement processing for fan beam projection data in a view with a focus rotation angle θ = 0.
ステップＳ４１では、ビューを選択する。ここでは、焦点回転角度θ＝０のビューが選択されたものとする。 In step S41, a view is selected. Here, it is assumed that the view with the focus rotation angle θ = 0 is selected.
ステップＳ４２では、選択されたビューのファンビーム投影データを記憶装置７から読み出す。
In step S42, the fan beam projection data of the selected view is read from the
ステップＳ４３では、読み出したファンビーム投影データに付帯している、クレードル高さ情報ｈｔおよび水平位置情報ｚｔ、焦点回転角度θなどの情報を取得する。 In step S43, information such as cradle height information ht, horizontal position information zt, and focus rotation angle θ attached to the read fan beam projection data is acquired.
ステップＳ４４では、ステップＳ４３で取得した情報から、選択されたビューにおけるデータ収集系の幾何学的位置関係、すなわち再構成領域ＦＯＶの中心Ｏ、Ｘ線焦点ｆの位置、Ｘ線検出器２４の各チャネル位置、ビュー角度βなどを求める。ここでは、図９に示すように、Ｘ線焦点ｆが点ｆ１に位置しているときのデータ収集系の幾何学的位置関係が求められる。
In step S44, from the information acquired in step S43, the geometrical positional relationship of the data acquisition system in the selected view, that is, the center O of the reconstruction area FOV, the position of the X-ray focal point f, the
ステップＳ４５では、選択されたビューにおいて、Ｘ線焦点ｆと再構成領域ＦＯＶの中心Ｏとを結ぶ直線Ｌを求め、この直線Ｌに直交し、再構成領域ＦＯＶの中心Ｏを通る直線Ｓを求める。ここでは、図９に示すように、点ｆ１と再構成領域ＦＯＶの中心Ｏとを結ぶ直線Ｌを求め、次いで直線Ｓを求める。 In step S45, in the selected view, a straight line L connecting the X-ray focal point f and the center O of the reconstruction area FOV is obtained, and a straight line S orthogonal to the straight line L and passing through the center O of the reconstruction area FOV is obtained. . Here, as shown in FIG. 9, a straight line L connecting the point f1 and the center O of the reconstruction area FOV is obtained, and then a straight line S is obtained.
ステップＳ４６では、選択されたビューにおける仮想的チャネルデータ位置を決定する。具体的には、選択されたビューにおけるＸ線焦点ｆとＸ線検出器２４の各チャネルとを結ぶ各Ｘ線パスと上記直線Ｓとの各交点を、このビューにおけるファンビーム投影データの仮想的チャネルデータ位置ｓとする。すなわち、ファンビーム投影データの各チャネルデータのチャネルデータ位置を、そのチャネルデータに対応するＸ線パスと直線Ｓとの交点の位置に仮想的に置き換える。ここでは、図９に示すように、Ｘ線パスと直線Ｓとの各交点ｓ１１，ｓ１２，・・・，ｓ１ｎを、仮想的なチャネルデータ位置とする。
In step S46, the virtual channel data position in the selected view is determined. Specifically, the intersection of each X-ray path connecting the X-ray focal point f in the selected view with each channel of the
ステップＳ４７では、選択されたビューのファンビーム投影データを、ビュー角度βと直線Ｓ上の仮想的チャネルデータ位置とを両軸に取るデータ空間に配置する。ここでは、図９に示すように、データ空間上において、ビュー角度βおよび直線Ｓ上の各点ｓ１１，ｓ１２，・・・，ｓ１ｎに対応する各位置に、それぞれのチャネルデータを配置する。 In step S47, the fan beam projection data of the selected view is arranged in a data space that takes the view angle β and the virtual channel data position on the straight line S as both axes. Here, as shown in FIG. 9, in the data space, the respective channel data are arranged at the positions corresponding to the view angle β and the points s11, s12,.
ステップＳ４８では、選択すべきビューがまだ残っているかを判定する。残っている場合には、ステップＳ４１に戻り、投影データ配置処理を続ける。残っていない場合には、投影データ配置処理を終了する。 In step S48, it is determined whether a view to be selected still remains. If it remains, the process returns to step S41 to continue the projection data arrangement process. If not, the projection data arrangement process is terminated.
このようにして、各ビューにおける投影データ配置処理が行われる。 In this way, the projection data arrangement process in each view is performed.
図１０〜１３は、それぞれ、焦点回転角度θ＝π／４，π／２，３π／４，πの各ビューにおける投影データ配置処理を概念的に示している。 FIGS. 10 to 13 conceptually show the projection data arrangement process in each view of the focus rotation angle θ = π / 4, π / 2, 3π / 4, and π.
各ビューにおける投影データ配置処理が完了すると、図１４に示すように、データ空間に配置されたファンビーム投影データが得られる。 When the projection data arrangement processing in each view is completed, fan beam projection data arranged in the data space is obtained as shown in FIG.
ステップＳ５では、ファンパラ変換処理を行う。すなわち、ステップＳ４でデータ空間に配置されたファンビーム投影データのチャネルデータ値同士を加重加算処理することにより、パラレルビーム投影データを得る。パラレルビーム投影データは、図１５に示すように、各チャネルデータに対応するＸ線パス、すなわち再構成領域ＦＯＶを通過するＸ線パスがパラレルビーム状となる投影データである。 In step S5, fan-para conversion processing is performed. That is, parallel beam projection data is obtained by performing weighted addition processing on channel data values of fan beam projection data arranged in the data space in step S4. As shown in FIG. 15, the parallel beam projection data is projection data in which an X-ray path corresponding to each channel data, that is, an X-ray path passing through the reconstruction area FOV becomes a parallel beam.
図１６，図１７は、クレードル昇降付きスキャンによって収集されたファンビーム投影データに対するファンパラ変換処理を説明するための図である。図１６は、ファンパラ変換処理が行われるデータ空間全体を示しており、図１７は、その一部拡大図を示している。図１６，図１７において、横軸は再構成領域ＦＯＶの中心Ｏを基準とした直線Ｓ上の仮想的なチャネルデータ位置ｓ、縦軸はビュー角度β、黒丸はファンビーム投影データを構成する実測チャネルデータ値である。また、斜め矢印は、Ｘ線パスの方向が同じになるチャネルデータ値を貫くよう設けられたものであり、１つの斜め矢印上に並ぶチャネルデータ値が１つのビューのパラレルビーム投影データを構成する。例えば、図中の斜め矢印Ａ１上に並ぶチャネルデータ値はビュー角度β１に対応するパラレルビーム投影データＰＰ（β1）を示しており、斜め矢印Ａ２上に並ぶチャンネルデータ値はビュー角度β２に対応するパラレルビーム投影データＰＰ（β２）を示している。 16 and 17 are diagrams for explaining fan-para conversion processing for fan beam projection data collected by a scan with cradle raising / lowering. FIG. 16 shows the entire data space in which fan-para conversion processing is performed, and FIG. 17 shows a partially enlarged view thereof. 16 and 17, the horizontal axis is the virtual channel data position s on the straight line S with the center O of the reconstruction area FOV as a reference, the vertical axis is the view angle β, and the black circle is the actual measurement constituting the fan beam projection data. Channel data value. The diagonal arrows are provided so as to penetrate channel data values having the same X-ray path direction, and the channel data values arranged on one diagonal arrow constitute parallel beam projection data of one view. . For example, the channel data values arranged on the oblique arrow A1 in the figure indicate the parallel beam projection data PP (β1) corresponding to the view angle β1, and the channel data values arranged on the oblique arrow A2 correspond to the view angle β2. The parallel beam projection data PP (β2) is shown.
本ステップにおけるファンパラ変換処理は、この図１７を参照して説明すると、ファンビーム投影データを構成する黒丸の実測チャネルデータ値に基づいて、各斜め矢印上に並ぶチャネルデータ値を求める処理である。ここでは、斜め矢印上の各位置、例えば仮想的な各チャネルデータ位置に対応するチャンルデータ値のうち、黒丸の実測チャネルデータ値と重複しない白丸で表されたチャネルデータ値を求める。白丸のチャネルデータ値は、その白丸のチャネルデータ値のビューに近接する複数のビューのファンビーム投影データに含まれる黒丸の実測チャネルデータ値同士を、白丸のチャネルデータ値と黒丸の実測チャネルデータ値との間の距離に基づく加重加算係数を用いて加重加算処理することにより得られる。 The fan-para conversion process in this step will be described with reference to FIG. 17. This is a process for obtaining channel data values arranged on each diagonal arrow based on the measured channel data values of the black circles constituting the fan beam projection data. . Here, among the channel data values corresponding to each position on the diagonal arrow, for example, each virtual channel data position, channel data values represented by white circles that do not overlap with the black measured channel data values are obtained. The white circle channel data values are obtained by combining the black circle measured channel data values included in the fan beam projection data of multiple views close to the white circle channel data value view, the white circle channel data values and the black circle measured channel data values. Is obtained by performing a weighted addition process using a weighted addition coefficient based on the distance between the two.
例えば、ビュー角度β２に対応する斜め矢印Ａ２上のチャネルｔに対応する白丸のチャネルデータ値ＰＰ（β2,si）は、次式で表される加重加算処理により求める。なお、ここでは、２点のデータから加重加算処理を行っているが、３点以上の複数の点のデータから加重加算処理を行ってもよい。 For example, the white circle channel data value PP (β2, si) corresponding to the channel t on the oblique arrow A2 corresponding to the view angle β2 is obtained by a weighted addition process represented by the following equation. Here, the weighted addition process is performed from data of two points, but the weighted addition process may be performed from data of a plurality of three or more points.
ＰＰ（β2,si）＝
Ｗ１（β2,si）×ＦＰ（β2,sa）＋Ｗ２（β2,si）×ＦＰ（β3,sb）
但し、Ｗ１（β2,si）＝ｄ２（β3,sb）／（ｄ１（β2,sa）＋ｄ２（β3,sb）），
Ｗ２（β2,si）＝ｄ１（β2,sa）／（ｄ１（β2,sa）＋ｄ２（β3,sb））
…（数式１）
PP (β2, si) =
W1 (β2, si) × FP (β2, sa) + W2 (β2, si) × FP (β3, sb)
However, W1 (β2, si) = d2 (β3, sb) / (d1 (β2, sa) + d2 (β3, sb)),
W2 (β2, si) = d1 (β2, sa) / (d1 (β2, sa) + d2 (β3, sb))
... (Formula 1)
ここで、ＦＰ（β2,sa）は、（ビュー角度β2，チャネルデータ位置sa）に対応する黒丸の実測チャネルデータ値、ＦＰ（β3,sb）は、（ビュー角度β3，チャネルデータ位置sb）に対応する黒丸の実測チャネルデータ値である。また、Ｗ１（β2,si），Ｗ２（β2,si）は加重加算係数、ｄ１（β2,sa）はチャネルデータ値ＰＰ（β2,si）と実測チャネルデータ値ＦＰ（β2,sa）との間の距離、ｄ２（β3,sb）はチャネルデータ値ＰＰ（β2,si）と実測チャネルデータ値ＦＰ（β3,sb）との間の距離である。 Here, FP (β2, sa) is the measured channel data value of the black circle corresponding to (view angle β2, channel data position sa), and FP (β3, sb) is (view angle β3, channel data position sb). It is the measured channel data value of the corresponding black circle. W1 (β2, si) and W2 (β2, si) are weighted addition coefficients, and d1 (β2, sa) is between the channel data value PP (β2, si) and the measured channel data value FP (β2, sa). , D2 (β3, sb) is the distance between the channel data value PP (β2, si) and the measured channel data value FP (β3, sb).
なお、ファンパラ変換処理の別の手法として、まず、複数のビュー角度について、ビュー角度βが同一でチャネルデータ位置が異なる実測チャネルデータ値同士をチャネルデータ位置ｓ方向に、距離に応じた加重加算処理をして、処理済みチャネルデータ値を得、次に、得られた処理済みチャネルデータ値同士をビュー角度方向に、距離に応じた加重加算処理をして、パラレルビーム投影データのチャネルデータ値を求める手法を用いてもよい。 As another method of fan-para conversion processing, first, for a plurality of view angles, weighted additions according to the distance in the channel data position s direction between measured channel data values having the same view angle β and different channel data positions are performed. Processed channel data values are obtained, and then the obtained processed channel data values are subjected to weighted addition processing according to the distance in the view angle direction to obtain channel data values of parallel beam projection data. You may use the method of calculating | requiring.
このようにして、斜め矢印Ａ１，Ａ２，・・・のそれぞれについて、斜め矢印上の各白丸のチャネルデータ値を求める。 In this way, the channel data value of each white circle on the oblique arrow is obtained for each of the oblique arrows A1, A2,.
ここでのデータ空間は、前述のように、ビュー角度βと直線Ｓ上の仮想的なチャネルデータ位置ｓとを両軸に取るデータ空間である。また、従来の一般的なファンパラ変換でも、このようにビュー角度とチャネルデータ位置とを両軸に取るデータ空間にファンビーム投影データを配置し、そのデータ空間上で加重加算処理することにより、パラレルビーム投影データに変換している。 The data space here is a data space that takes the view angle β and the virtual channel data position s on the straight line S on both axes, as described above. Further, even in the conventional general fan-para conversion, fan beam projection data is arranged in a data space that takes the view angle and the channel data position as both axes in this way, and weighted addition processing is performed on the data space. Converted to parallel beam projection data.
したがって、ここでは、ファンパラ変換の処理対象がクレードルの高さを変化させながら収集したファンビーム投影データであるにも拘らず、既に確立している従来のファンパラ変換のアルゴリズムを略そのまま用いてファンパラ変換処理を行うことができる。つまり、設計変更を最小限にとどめてクレードル昇降付きスキャンに対応したファンパラ変換を行うことができ、製品化における工数の削減、コスト削減が可能になる。本実施形態における特長は、まさにこの点にある。 Therefore, although the fan-para conversion processing target is fan beam projection data collected while changing the height of the cradle, the already established conventional fan-para conversion algorithm is used almost as it is. Fan-para conversion processing can be performed. That is, the fan-para conversion corresponding to the scan with cradle raising / lowering can be performed with minimal design changes, and the man-hours and costs for commercialization can be reduced. The feature of this embodiment is exactly this point.
ステップＳ６では、パラレルビーム画像再構成を行う。すなわち、ステップＳ５で変換されたパラレルビーム投影データを再構成領域ＦＯＶで逆投影処理して、画像再構成を行う。ここでのパラレルビーム画像再構成には、従来公知の手法を用いればよい。また、ここでは詳細には説明していないが、ヘリカルスキャンのビュー重み付け処理も従来の手法と同様に行うことができる。 In step S6, parallel beam image reconstruction is performed. That is, the parallel beam projection data converted in step S5 is backprojected in the reconstruction area FOV to perform image reconstruction. A conventionally known method may be used for the parallel beam image reconstruction here. Although not described in detail here, the view weighting process of the helical scan can be performed in the same manner as the conventional method.
ステップＳ７では、ステップＳ６で再構成された画像を表示する。 In step S7, the image reconstructed in step S6 is displayed.
以上、本実施形態によれば、収集されたファンビーム投影データのチャネルデータ位置を、再構成領域を基準とする仮想的なチャネルデータ位置に置き換えて、そのファンビーム投影データをビュー角度とチャネルデータ位置とを両軸とするデータ空間に配置することができる。このデータ空間は、従来のファンパラ変換でパラレルビーム投影データを得るための加重加算処理を行うデータ空間と同様のデータ空間である。そのため、スキャン中の撮影テーブルの昇降により被検体とデータ収集系との位置関係が変化したとしても、既に確立している従来通りのアルゴリズムでファンパラ変換処理を行うことができる。これにより、撮影テーブルの高さを変化させながらスキャンして収集された投影データに対してファンパラ変換を行うことができる。 As described above, according to the present embodiment, the channel data position of the collected fan beam projection data is replaced with the virtual channel data position based on the reconstruction area, and the fan beam projection data is replaced with the view angle and the channel data. It can be arranged in a data space having both axes as positions. This data space is a data space similar to a data space for performing weighted addition processing for obtaining parallel beam projection data by conventional fan-para conversion. Therefore, even if the positional relationship between the subject and the data collection system changes due to the raising and lowering of the imaging table during scanning, the fan-para conversion process can be performed using a conventional algorithm that has already been established. Thus, fan-para conversion can be performed on projection data acquired by scanning while changing the height of the imaging table.
なお、本実施形態は、発明の一実施形態に過ぎず、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更・追加が可能である。 Note that this embodiment is merely an embodiment of the invention, and various changes and additions are possible without departing from the spirit of the invention.
例えば、本実施形態では、クレードルの高さを連続的に変化させながらヘリカルスキャンを行っているが、クレードルの高さは段階的に変化させながらヘリカルスキャンを行ってもよい。 For example, in the present embodiment, the helical scan is performed while continuously changing the height of the cradle. However, the helical scan may be performed while changing the height of the cradle stepwise.
また、同様に、ファンパラ変換を用いない場合には、画像再構成領域において、ファンビーム投影データを、画像再構成中心から撮影テーブルの昇降分の距離だけずらして画像再構成処理を行うことで、断層像の画像再構成処理を行ってもよい。 Similarly, when fan-para conversion is not used, the image reconstruction process is performed by shifting the fan beam projection data from the image reconstruction center by a distance corresponding to the elevation of the imaging table in the image reconstruction area. The tomographic image reconstruction processing may be performed.
また例えば、スキャンは、上記の一般的なヘリカルスキャンのほか、ヘリカルシャトルスキャン（helical shuttle scan）、可変ピッチヘリカルスキャン（variable pitch helical scan）であってもよいし、アキシャルクラスタスキャン（axial
cluster scan）、シネクラスタスキャン（cine cluster scan）等であってもよい。
Further, for example, the scan may be a helical shuttle scan, a variable pitch helical scan, an axial cluster scan (axial) in addition to the above-described general helical scan.
cluster scan), cine cluster scan, and the like.
１ 操作コンソール
２ 入力装置
３ 中央処理装置
５ データ収集バッファ
６ モニタ
７ 記憶装置
１０ 撮影テーブル
１２ クレードル
１５ 回転部
２０ 走査ガントリ
２１ Ｘ線管
２２ Ｘ線コントローラ
２３ Ｘ線コリメータ
２４ Ｘ線検出器
２５ データ収集装置（ＤＡＳ）
２６ 回転部コントローラ
２９ 制御コントローラ
３０ スリップリング
４０ 被検体
７０ 電子ビーム
８１ Ｘ線ビーム
１００ Ｘ線ＣＴ装置
ｆ Ｘ線焦点
ＩＳＯ アイソセンタ
ＦＯＶ 再構成領域
Ｏ 再構成領域の中心
Ｌ Ｘ線焦点と再構成領域の中心とを結ぶ直線
Ｓ 直線Ｌに直交し、再構成領域の中心を通る直線
DESCRIPTION OF
26
Claims (8)
Ｘ線焦点から前記被検体にＸ線のファンビームを放射するＸ線源と、検出素子が前記Ｘ線のファン方向に複数チャネル分配列されたＸ線検出器とを有している走査ガントリと、
前記撮影テーブルおよび前記走査ガントリを制御することによりスキャンを実行して複数ビューのファンビーム投影データを収集する制御手段とを備えたＸ線ＣＴ装置であって、
前記制御手段は、前記スキャン中に、前記撮影テーブルに載置された前記被検体のスキャン面における中心が前記走査ガントリのアイソセンタに近づくよう前記撮影テーブルの昇降を制御し、
前記複数ビューのファンビーム投影データを加重加算処理することにより、前記被検体を基準とした座標空間において、前記ファンビーム投影データが収集された各時点におけるＸ線焦点と前記被検体を基準とした再構成領域の中心とを結ぶ直線と平行なパラレル投影データを得るデータ処理手段と、
前記得られたパラレルビーム投影データに基づいて前記再構成領域の画像を再構成する再構成手段とを備えているＸ線ＣＴ装置。 An imaging table on which the subject is placed;
A scanning gantry including an X-ray source that emits an X-ray fan beam from the X-ray focal point to the subject, and an X-ray detector in which detection elements are arranged for a plurality of channels in the X-ray fan direction; ,
An X-ray CT apparatus comprising: control means for performing scanning by collecting the imaging table and the scanning gantry to collect fan beam projection data of a plurality of views;
The control means controls the elevation of the imaging table so that the center of the scan surface of the subject placed on the imaging table approaches the isocenter of the scanning gantry during the scan ,
By performing weighted addition processing on the fan beam projection data of the plurality of views, the X-ray focal point at each time point when the fan beam projection data is collected and the subject are used as a reference in the coordinate space based on the subject. Data processing means for obtaining parallel projection data parallel to a straight line connecting the center of the reconstruction area;
An X-ray CT apparatus comprising: reconstruction means for reconstructing an image of the reconstruction area based on the obtained parallel beam projection data.
前記データ処理手段は、前記データ空間において前記配置されたファンビーム投影データを加重加算処理することによりパラレルビーム投影データを得る、請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。 The fan beam projection data is orthogonal to the straight line connecting the centers of the X-ray focal point at the time collected the reconstruction region, a straight line passing through the center of the reconstruction region as a first straight line, said re at said time point The position of the intersection between the first straight line at the time point and each X-ray path corresponding to each channel data of the fan beam projection data collected at the time point is defined as a view angle with respect to the configuration area as one axis. Further comprising data arrangement means for arranging the fan beam projection data of the plurality of views in the data space as the other axis,
The X-ray CT apparatus according to claim 1, wherein the data processing unit obtains parallel beam projection data by performing weighted addition processing on the arranged fan beam projection data in the data space.
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