JP5725885B2

JP5725885B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP5725885B2
Application number: JP2011015224A
Authority: JP
Inventors: 陽太郎石原
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2031-01-27
Also published as: JP2012152446A

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ(Computed Tomography)装置に関し、詳しくは、被検体の体動によるアーチファクト(artifact)を低減することができるＸ線ＣＴ装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置を用いた撮影においては、再構成画像のＳ／Ｎ向上を考えると、フルスキャン(full scan)分すなわち３６０度分以上の投影データ(data)に基づくフルスキャン再構成を用いるのが一般的である（例えば特許文献１，段落［０００４］等参照）。

特開２００７−２３６５４８号公報

通常、同一スライス(slice)に対するフルスキャン分の投影データが収集されると、最初のビュー(view)の投影データとほぼ１周後の最後のビューの投影データとは、ほぼ同じになることが想定される。つまり、Ｘ線パス(path)が同じ方向となるデータは同じになる。しかし、スキャン中に撮影対象が動いてしまうと、このようなデータが同じにならず矛盾が生じる。この場合、フルスキャン再構成では、再構成画像上に強烈な線状のアーチファクトが出現し、診断に支障をきたす場合がある。

このような事情により、被検体の体動によるアーチファクトの発生を抑えつつ、Ｓ／Ｎの高い画像を生成することができるＸ線ＣＴ装置が望まれている。

第１の観点の発明は、被検体のスキャンを行って投影データを収集するスキャン手段と、前記スキャン手段により収集された所定のスライスに対する投影データのうちの、第１の期間に収集されたハーフスキャン(half scan)分以上かつフルスキャン分未満の第１の投影データに基づいて、第１の画像を再構成する第１の再構成手段と、前記収集された前記所定のスライスに対する投影データのうちの、前記第１の期間とは異なる第２の期間に収集されたハーフスキャン分以上かつフルスキャン分未満の第２の投影データに基づいて、第２の画像を再構成する第２の再構成手段と、前記第１および第２の画像の少なくとも一方に対して座標変換または補正を行うことにより、前記第１および第２の画像における被検体の位置合せを行う位置合せ手段と、前記位置合せが行われた第１および第２の画像を合成することにより第３の画像を生成する生成手段とを備えたＸ線ＣＴ装置を提供する。

第２の観点の発明は、前記位置合せ手段が、前記第１および第２の画像の少なくとも一方に対して、平行移動、回転および拡大縮小のうち少なくとも１つを行う上記第１の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第３の観点の発明は、前記位置合せ手段が、オプティカルフロー(optical flow)法（時空間勾配法）を用いて検出された前記被検体の動きに基づいて、前記第１および第２の画像の少なくとも一方を補正する上記第１の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第４の観点の発明は、前記生成手段が、前記位置合せが行われた第１および第２の画像を加重加算することにより前記第３の画像を生成する上記第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。

第５の観点の発明は、前記生成手段が、前記位置合せが行われた第１および第２の画像の少なくとも一方における画素または画像領域の画素値に応じて、該画素または画像領域に対する前記加重加算の重みを変える上記第４の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第６の観点の発明は、前記生成手段が、前記位置合せが行われた第１および第２の画像の少なくとも一方における画素または画像領域が有する周波数成分の周波数に応じて、該画素または画像領域に対する前記加重加算の重みを変える上記第４の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第７の観点の発明は、前記スキャン手段が、前記所定のスライスに対するフルスキャン分の所定の投影データを収集し、前記第１および第２の投影データが、それぞれ前記所定の投影データの一部であり、それぞれの一部が互いに重なっている上記第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。

第８の観点の発明は、前記第１および第２の投影データが、それぞれ前記所定の投影データにおける時間的に最も前寄りの投影データと最も後寄りの投影データである上記第７の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第９の観点の発明は、前記スキャン手段が、前記被検体のシネスキャン(cine scan)を行い、前記第１および第２の再構成手段が、収集されたフルスキャン分の投影データ毎に第１および第２の画像を再構成し、前記生成手段が、該フルスキャン分の投影データ毎に第３の画像を生成する上記第７の観点または第８の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１０の観点の発明は、前記スキャン手段が、アキシャルスキャン(axial scan)またはヘリカルスキャン(helical scan)を行う上記第１の観点から第８の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１１の観点の発明は、前記第１および第２の投影データが、ハーフスキャン分の投影データである上記第１の観点から第１０の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

ここで、「ハーフスキャン分」とは、１８０度＋Ｘ線ビーム(beam)のファン(fan)角αの角度分である。
「フルスキャン分」とは、３６０度分である。
「シネスキャン」とは、ｚ方向のスキャン位置を変えずにガントリ(gantry)すなわちＸ線源を回転させて連続的に行うスキャンである。

上記観点の発明によれば、被検体の同一スライスについて、撮影タイミング(timing)が互いに異なる２つの画像をフルスキャン分に満たない投影データに基づいてそれぞれ再構成し、互いに被検体の位置合せをして合成することにより、当該スライスの画像を生成することができる。これにより、フルスキャン再構成を行う場合の被検体の体動によるアーチファクトの発生を抑えつつ、Ｓ／Ｎの高い画像を生成することができる。

本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を概略的に示す図である。Ｘ線照射・検出装置の構成を模式的に示す図である。Ｘ線検出器のＸ線入射面の平面図を模式的に示す図である。シネ画像の撮影を行うときのＸ線ＣＴ装置の動作フロー(flow)を示す図である。データ収集のタイムチャート(time chart)を示す図である。第１および第２中間画像の再構成を概念的に示す図である。第１中間画像と第２中間画像との位置合せの一例を概念的に示す図である。ヘリカルスキャンの場合における第１および第２中間画像の再構成を概念的に示す図である。

以下、図面を参照して発明の実施形態を説明する。なお、これにより本発明は限定されない。

図１に、Ｘ線ＣＴ装置の構成を模式的に示す。

本装置は、ガントリ１００、テーブル(table)２００およびオペレータコンソール(operator console)３００を有する。ガントリ１００は、テーブル２００によって搬入される被検体１０を、Ｘ線照射・検出装置１１０でスキャンして複数ビューの投影データを収集し、オペレータコンソール３００に入力する。

オペレータコンソール３００は、ガントリ１００から入力された投影データに基づいて画像再構成を行い、再構成画像をディスプレイ(display)３０２に表示する。画像再構成は、オペレータコンソール３００内の専用のコンピュータ(computer)によって行われる。

オペレータコンソール３００は、また、ガントリ１００とテーブル２００の動作を制御する。制御はオペレータコンソール３００内の専用のコンピュータによって行われる。オペレータコンソール３００による制御の下で、ガントリ１００は所定のスキャン条件でスキャンを行い、テーブル２００は所定の部位がスキャンされるように、被検体１０の位置決めを行う。位置決めは、テーブル２００が内蔵する位置調節機構により、上部構造体２０２の高さおよびクレードル(cradle)２０４の水平移動距離を調節することによって行われる。

クレードル２０４を停止させた状態でスキャンすることにより、アキシャルスキャンを行うことができる。アキシャルスキャンを所定時間にわたって継続的に行うことにより、シネスキャンを行うことができる。また、クレードル２０４を移動させた状態でスキャンすることにより、ヘリカルスキャンを行うことができる。

上部構造体２０２の高さ調節は、クレードル２０４とベース(base)２０８との間に設けられた昇降機構２０６によって行われる。スキャン条件によっては、ガントリ１００をチルト(tilt)させた状態でスキャンが行われる。ガントリ１００のチルトは、内蔵のチルト機構によって行われる。

図２に、Ｘ線照射・検出装置１１０の構成を模式的に示す。Ｘ線照射・検出装置１１０は、Ｘ線管１３０の焦点１３２から放射されたＸ線１３４をＸ線検出器１５０で検出するようになっている。

Ｘ線１３４は、図示しないコリメータ(collimator)で成形されて、ファン角αで広がるファンビーム(fan
beam)またはコーンビーム(cone beam)のＸ線となる。Ｘ線検出器１５０は、Ｘ線の広がりに対応して２次元的に広がるＸ線入射面１５２を有する。Ｘ線入射面１５２は円筒の一部を構成するように湾曲している。円筒の中心軸は焦点１３２を通る。

Ｘ線照射・検出装置１１０は、撮影中心すなわちアイソセンタ(isocenter)ＩＣを通る中心軸の周りを回転する。中心軸は、Ｘ線検出器１５０が形成する部分円筒の中心軸に平行である。

回転の中心軸の方向をｚ方向とし、アイソセンタＩＣと焦点１３２を結ぶ方向をｙ方向とし、ｚ方向およびｙ方向に垂直な方向をｘ方向とする。これらｘ，ｙ，ｚ軸はｚ軸を中心軸とする回転座標系の３軸となる。

図３に、Ｘ線検出器１５０のＸ線入射面１５２の平面図を模式的に示す。Ｘ線入射面１５２は検出セル(cell)１５４がｘ方向とｚ方向に２次元的に配置されたものとなっている。すなわち、Ｘ線入射面１５２は検出セル１５４の２次元アレイ(array)となっている。なお、ファンビームＸ線を用いる場合は、Ｘ線入射面１５２は検出セル１５４の１次元アレイとしてよい。

個々の検出セル１５４はＸ線検出器１５０の検出チャンネル(channel)を構成する。これによって、Ｘ線検出器１５０は多チャンネルＸ線検出器となる。検出セル１５４は、例えばシンチレータ(scintillator)とフォトダイオード(photo diode)の組合せによって構成される。

図４に、シネ画像の撮影を行うときの本装置の動作フローを示す。シネ画像の撮影は、オペレータコンソール３００による制御の下で遂行される。

ステップ(step)５０１では、スキャン位置を設定する。スキャン位置の設定は、オペレータにより、オペレータコンソール３００を通じて行われる。これによって、例えば、頭部の最大直径部分を体軸に垂直にスライス(slice)するようなスキャン位置が設定される。なお、スキャン位置は頭部に限らず、胸部や腹部等所望の部位について設定することができる。

ステップ５０２では、スキャンプロトコル(scan protocol)を設定する。スキャンプロトコルの設定は、オペレータにより、オペレータコンソール３００を通じて行われる。これによって、Ｘ線管１３０の管電圧と管電流、シネスキャンのスキャン速度と継続時間、画像再構成条件、シネ画像生成条件等、所要の撮影条件が設定される。

ステップ５０３では、シネスキャンを行う。シネスキャンの進行とともにシネスキャンデータが収集される。なお、脳血流に関するパーフュージョン(perfusion)画像を撮影するときは、シネスキャンは造影剤を併用して行われる。パーフュージョン画像を撮影しないときは、造影剤は用いられない。

図５に、データ収集のタイムチャート(time chart)を示す。図５に示すように、シネスキャンの１回転ごとに３６０度分のデータが収集され、このようなデータ収集が、所定時間にわたって連続的に行われる。以下、シネスキャンの１回転の所要時間Ｔをスキャンタイム(scan time)という。スキャンタイムＴは例えば１ｓｅｃである。

ステップ５０４では、フレーム(frame)を選択する。

ステップ５０５では、選択されたフレームの第１および第２中間画像を再構成する。第１および第２中間画像は、選択されたフレームに対応するフルスキャン分の投影データであるシネスキャンデータ(cine scan data)を用いて再構成される。

図６に、第１および第２中間画像の再構成を概念的に示す。図６に示すように、第１中間画像は、シネスキャンデータのうち時間的に最も前寄りのハーフスキャン分の投影データに基づいて再構成される。第２中間画像は、シネスキャンデータのうち時間的に最も後寄りのハーフスキャン分の投影データに基づいて再構成される。第１および第２中間画像の再構成は、オペレータコンソール３００によって行われる。

図５には、シネスキャンデータと第１および第２中間画像の関係の一例も示されている。図５に示すように、１番目のフレームに対応するシネスキャンデータにおいては、第１中間画像は０度から１８０＋α度までのデータセットを用いて再構成され、第２中間画像は１８０−α度から３６０度までのデータセットを用いて再構成される。つまり、１つのシネスキャンデータにおいて、収集期間が互いにずれている２つの投影データを用いて、第１および第２中間画像がそれぞれ再構成される。

ステップ５０６では、第１中間画像と第２中間画像との間で被検体の位置合せを行う。位置合せは、オペレータコンソール３００によって行われる。

図７に、第１中間画像と第２中間画像との位置合せの一例を概念的に示す。位置合せは、例えば、図７に示すように、第１中間画像と第２中間画像と差分が最小となるよう、第１および第２中間画像の少なくとも一方に、平行移動やアフィン(affine)変換などの座標変換処理を施すことによって行われる。アフィン変換は、画像を平行移動、回転、拡大縮小させる処理である。位置合せは、また例えば、オプティカルフロー法（時空間勾配法）を用いて被検体の体動を検出し、この体動による位置ずれを最小にするよう、第１および第２中間画像の少なくとも一方を補正することにより行われる。位置合せを行うことにより、シネスキャンデータ収集中における被検体の体動による位置ずれを低減して画質低下を抑えることができる。

ステップ５０７では、フレーム画像を生成する。フレーム画像の生成は、オペレータコンソール３００によって行われる。フレーム画像の生成は、位置合せされた第１および第２中間画像同士を合成することにより行われる。合成には、例えば平均化処理や加重加算処理などを用いることができる。加重加算処理の重みは、例えば、中間画像中の被検体の部位ごとに変化させたり、画素または画像領域の画素値の大きさや、対応する周波数成分の周波数の高さに応じて変化させたりする。このようにすれば、例えば、構造が細かい骨部に対しては一方の中間画像を主に用い、構造がそれほど細かくない軟部に対しては両方の中間画像を平均的に用いることができる。その結果、フレーム画像において、輪郭が二重になって現れることを防ぎつつ、ノイズ(noise)成分を抑制することができ、より自然な描写にすることができる。

ステップ５０８では、選択すべきフレームがまだあるか否かを判定する。ある場合には、ステップ５０４に戻って新たなフレームを選択し、処理を続ける。ない場合には、そのまま処理を終了する。これにより、複数のフレーム画像からなるシネ画像を生成することができる。

本実施形態によれば、フレーム画像の生成に、フルスキャン再構成ではなく、ハーフスキャン再構成による画像を用いている。ハーフスキャン再構成では、Ｘ線パスの向きが互いに向かい合う対向データが用いられないので、被検体１０の体動による対向データの矛盾が原理的に生じない。そのため、ハーフスキャン再構成による画像では、フルスキャン再構成と違って対向データの矛盾による強烈なアーチファクトの発生を防ぐことができる。

また、ハーフスキャン再構成による中間画像は、フルスキャン再構成による画像と比較して、再構成に用いる投影データが少ないためＳ／Ｎが低いが、時間差のある複数の中間画像間ではノイズがランダム(random)になるため、それらの合成によって生成されたフレーム画像はＳ／Ｎの良いものとなる。これにより、ハーフスキャン再構成による画像を用いているにもかかわらず、Ｓ／Ｎの良いフレーム画像を得ることができる。

また、中間画像同士の合成時には、被検体の位置合せを行っているので、被検体の体動による被検体の位置ずれを低減することができる。

これらの結果、Ｓ／Ｎを落とさずに、被検体の体動によるアーチファクトが低減されたフレーム画像を生成することができる。

また、本実施形態では、フルスキャン分の投影データのうちで、収集期間が互いにずれている投影データをそれぞれ用いて第１および第２中間画像を再構成しているので、フルスキャン再構成の場合と同じフルスキャン分の投影データを用いていながら、上記のような画質のよいフレーム画像を生成することができる。

さらに、本実施形態では、収集期間が互いにずれている投影データとして、フルスキャン分の投影データのうちで、時間的に最も前寄りのハーフスキャン分の投影データと、時間的に最も後寄りのハーフスキャン分の投影データとを用いている。この場合、フルスキャン分の投影データの中から中間画像の再構成に用いる２つの投影データを選ぶ上で、互いの重複部分が最も少なくなるので、フレーム画像のＳ／Ｎを最も良くすることができる。

なお、本実施形態では、第１および第２中間画像の再構成に用いる投影データを、ハーフスキャン分ちょうどの投影データとしているが、ハーフスキャン分以上、フルスキャン分未満の投影データであれば、これに限定されない。そうすれば、フルスキャン再構成のときよりも対向データの矛盾を減少させることができる。

また、本実施形態では、シネスキャンデータごとに２つの中間画像を再構成してこれらを合成しているが、３つ以上の中間画像を再構成して合成してもよい。

また、本実施形態では、撮影のスキャン方式を、シネスキャンとしているが、アキシャルスキャンあるいはヘリカルスキャンとしてもよい。

アキシャルスキャンの場合における第１および第２中間画像の再構成は、シネスキャンの場合における１つのシネスキャンデータに対する処理と同様である。

図８に、ヘリカルスキャンの場合における第１および第２中間画像の再構成を概念的に示す。この図は、Ｘ線検出器１５０をｚ方向に８列の多列検出器とし、ヘリカルピッチ（ＩＥＣ基準）を０．５としたときの例である。Ｘ線管１３０の回転角度θが０度〜１８０＋ファン角α度の範囲にあるときに収集された投影データのうち、所定のスライス位置に対応するハーフスキャン分の投影データを用いて、第１中間画像を再構成する。同様に、Ｘ線管１３０の回転角度θが１８０−ファン角α度〜３６０度の範囲にあるときに収集された投影データのうち、同じスライス位置に対応する投影データを用いて、第２中間画像を再構成する。

１０被検体
１００ガントリ
１１０Ｘ線照射・検出装置
１３０Ｘ線管
１３２焦点
１３４Ｘ線
１５０Ｘ線検出器
１５２Ｘ線入射面
１５４検出セル
２００テーブル
２０２上部構造体
２０４クレードル
２０６昇降機構
２０８ベース
３００オペレータコンソール
３０２ディスプレイ

Claims

被検体のスキャンを行って投影データを収集するスキャン手段と、
前記スキャン手段により収集された所定のスライスに対する投影データのうちの、第１の期間に収集されたハーフスキャン分以上かつフルスキャン分未満の第１の投影データに基づいて、第１の画像を再構成する第１の再構成手段と、
前記スキャン手段により収集された所定のスライスに対する投影データのうちの、前記第１の期間とは異なる第２の期間に収集されたハーフスキャン分以上かつフルスキャン分未満の第２の投影データに基づいて、第２の画像を再構成する第２の再構成手段と、
前記第１および第２の画像の少なくとも一方に対して座標変換または補正を行うことにより、前記第１および第２の画像における被検体の位置合せを行う位置合せ手段と、
前記位置合せが行われた第１および第２の画像を合成することにより第３の画像を生成する生成手段とを備えたＸ線ＣＴ装置であって、
前記スキャン手段は、前記所定のスライスに対するフルスキャン分の所定の投影データを収集し、
前記第１および第２の投影データは、それぞれ前記所定の投影データの一部であり、それぞれの一部が互いに重なっているＸ線ＣＴ装置。
前記位置合せ手段は、前記第１および第２の画像の少なくとも一方に対して、平行移動、回転および拡大縮小のうち少なくとも１つを行う請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記位置合せ手段は、オプティカルフロー法（時空間勾配法）を用いて検出された前記被検体の動きに基づいて、前記第１および第２の画像の少なくとも一方を補正する請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記生成手段は、前記位置合せが行われた第１および第２の画像を加重加算することにより前記第３の画像を生成する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記生成手段は、前記位置合せが行われた第１および第２の画像の少なくとも一方における画素または画像領域の画素値に応じて、該画素または画像領域に対する前記加重加算の重みを変える請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記生成手段は、前記位置合せが行われた第１および第２の画像の少なくとも一方における画素または画像領域が有する周波数成分の周波数に応じて、該画素または画像領域に対する前記加重加算の重みを変える請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記第１および第２の投影データは、それぞれ前記所定の投影データにおける時間的に最も前寄りの投影データと最も後寄りの投影データである請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記スキャン手段は、前記被検体のシネスキャンを行い、
前記第１および第２の再構成手段は、収集されたフルスキャン分の投影データ毎に第１および第２の画像を再構成し、
前記生成手段は、該フルスキャン分の投影データ毎に第３の画像を生成する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記スキャン手段は、アキシャルスキャンまたはヘリカルスキャンを行う請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記第１および第２の投影データは、ハーフスキャン分の投影データである請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。