JP6054036B2 - Ｘ線ｃｔ装置及びｘ線ｃｔ装置のデータ処理方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（以下、Ｘ線ＣＴ装置と呼ぶ）に係り、多チャンネル型のＸ線検出器の故障による誤診確率の低減を図ったＸ線ＣＴ装置及びＸ線ＣＴ装置のデータ処理方法に関する。

従来のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線管から被検体へＸ線を照射するとともに、被検体を透過したＸ線をＸ線検出器で検出することにより、被検体の投影データを得るようにしている。Ｘ線ＣＴ装置では、投影データに基づいて被検体内の画像を再構成する。
一方、Ｘ線検出器は、多列化、多チャンネル化が進んでおり、検出器を構成する検出素子の数が増加するため、検出素子の不良等により故障が生じる確率が高くなる。検出素子の故障が発生した場合、ＣＴ値の異常が発生し、再構成された断層画像も異常となり、例えば、情報の欠損部分が白い輪となってリングアーチファクトとして影響する。

Ｘ線検出器が故障した場合、故障検出素子のデータを周辺の検出素子のデータから補間したデータに置換（チャンネル置換）することで、見かけ上、素子の故障を回避する対処法が用いられている。或いは特許文献１に示すように、Ｘ線検出素子が故障検出素子を含むとき、故障検出素子を含む列を除いた残りの列によりデータを収集するようにしたものもある。

しかしながら、チャンネル置換を行う場合は、問題発生後に不良箇所を認識し、その後、故障した検出素子を特定する必要がある。このため、システムダウンや、リングアーチファクトの発生、ＣＴ値異常等、による画像診断時の誤診となる要因となってしまう。

またＸ線ＣＴ装置において、Ｘ線はＸ線検出器及びデータ収集部を経て検出されるが、Ｘ線の検出感度は、Ｘ線の光への変換特性、光から電気への光電変換特性、電気信号の増幅精度等によって決定される。しかしながら、これらの特性等は温度などの周囲環境や経時変化によってチャンネル毎に変動することがある。このため、チャンネル毎に感度特性の変化の影響を取り除くための補正が施される。

この感度特性の変化は、温度などの周囲環境や経時変化によって生ずるので、Ｘ線の検出感度の補正は定期的に行われ、感度特性の変化に応じた補正データを作成する必要がある。補正データは、キャリブレーションデータと呼ばれ、一般的にファントム（疑似模型）をスキャンして得たデータをもとに生成される。

しかしながら、キャリブレーションデータを収集するときに、Ｘ線検出器に不良チャンネルがあると、本スキャン時にＣＴ値異常や、リングが発生してしまう可能性がある。

特開２００４−４９３０３号公報

発明が解決しようとする課題は、Ｘ線検出器の故障に対処し、自動的に故障チャンネルを特定してデータ置換を行うＸ線ＣＴ装置を提供することにある。

実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、被検体にＸ線を曝射するＸ線管と、前記Ｘ線管と対向配置した多チャンネル型のＸ線検出器とを含む撮影部と、前記撮影部によって疑似模型を撮影してキャリブレーションデータを生成する際に、前記Ｘ線検出器のチャンネル方向の出力値を予め設定した閾値と比較し、前記閾値を超える出力値を呈するチャンネルを故障チャンネルと判定する故障チャンネル判定部と、前記疑似模型を撮影して得た前記Ｘ線検出器の出力データを収集して、キャリブレーションデータを生成し、前記故障チャンネルに隣接する複数チャンネルのキャリブレーションデータに基づいて前記故障チャンネルのキャリブレーションデータを生成し、かつ、前記撮影部によって被検体を撮影したときの、前記Ｘ線検出器の出力データを処理し、前記故障チャンネルに隣接する複数チャンネルの出力データに基づいて前記故障チャンネルの出力データを生成し、この生成した出力データを前記故障チャンネルのキャリブレーションデータにより補正するデータ処理部と、を具備する。

一実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図。 一実施形態におけるＸ線管とＸ線検出器の関係を概略的に示す斜視図。 一実施形態における故障チャンネル判定部の動作説明図。 一実施形態における人体を対象とした組織毎のＣＴ値を示す説明図。 一実施形態における故障チャンネルに対するデータの置換処理の動作を示す説明図。 一実施形態におけるキャリブレーションデータの作成動作を示すフローチャート。

以下、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置について図面を参照して詳細に説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付す。

（第1の実施形態）
図１は、一実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図である。Ｘ線ＣＴ装置１００は、架台１０とコンピュータシステム２０から構成される。架台１０は、被検体Ｐに関する投影データを収集するもので、回転フレーム１１、Ｘ線管１２、Ｘ線検出器１３、データ収集部１４、非接触型のデータ伝送装置１５、スリップリング１６、架台駆動部１７を含む。

回転フレーム１１は、回転駆動するリングであり、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３を搭載している。この回転フレーム１１の中央部分は開口しており、開口部に、寝台（図示せず）の天板１８に載置された被検体Ｐが挿入される。

Ｘ線管１２は、Ｘ線を発生する真空管であり、Ｘ線管１２には、Ｘ線の曝射に必要な電力（管電流、管電圧）が高電圧発生部２８（後述）からスリップリング１６を介して供給される。Ｘ線管１２は、供給された高電圧により電子を加速させターゲットに衝突させることで、有効視野領域内に載置された被検体Ｐに対してＸ線を曝射する。

Ｘ線検出器１３は、被検体Ｐを透過したＸ線を検出するものであり、Ｘ線管１２に対向して回転フレーム１１に取り付けられている。Ｘ線検出器１３は、例えばマルチスライスタイプの検出器であり、シンチレータとフォトダイオードを組み合わせて構成した複数の検出素子が、二次元的に配列されている。Ｘ線管１２とＸ線検出器１３は撮影部を構成する。

データ収集部１４は、ＤＡＳ(Data Acquisition System) と呼ばれ、Ｘ線検出器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、さらにデジタル信号に変換する。このデジタルデータは、非接触型のデータ伝送装置１５を介してコンピュータシステム２０に送られる。

架台駆動部１７は、回転フレーム１１を回転駆動する。回転フレーム１１の回転駆動により、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３とが対向しながら、被検体Ｐの体軸をほぼ中心として回転することになる。この回転と同時に天板１８を被検体Ｐの対軸方向に沿うように移動させれば、螺旋状に被検体をスキャンする所謂ヘリカルスキャンが可能となる。

コンピュータシステム２０は、前処理部２１、システム制御部２２、記憶部２３、再構成処理部２４、データ処理部２５、表示部２６、入力部２７、高電圧発生部２８、故障チャンネル判定部２９、補助記憶部３０を含む。また、バスライン２０１とネットワークインターフェース３１を含む。

前処理部２１は、データ収集部１４からの生データを、非接触データ伝送装置１５を介して受け取り、感度補正やＸ線強度補正を行う。システム制御部２２は、バスライン２０１に接続され、Ｘ線ＣＴ装置１００の全体的な制御を行い、スキャン処理、信号処理、画像生成処理、画像表示処理等を行う。

前処理部２１によって各種の補正を受けた生データは、「投影データ」と呼ばれ、バスライン２０１を介して記憶部２３に一旦記憶される。再構成処理部２４は、複数種類の再構成法を装備し、操作者によって選択された再構成法により画像データを再構成する。

データ処理部２５は、再構成処理部２４によって生成された再構成画像データに対して、ウィンドウ変換、ＲＧＢ処理等の表示のための画像処理を行い、表示部２６に出力する。また、データ処理部２５は、オペレータの指示に基づき、任意断面の断層像、任意方向からの投影像、３次元画像等の生成を行い、表示部２６に出力する。また記憶部２３は、生データのほかに、再構成処理した断層像データ等の画像データを記憶する。

表示部２６は、データ処理部２５から入力したコンピュータ断層画像等のＣＴ画像を表示する。入力部２７は、キーボードや各種スイッチ、マウス等を備え、オペレータによってスライス厚やスライス数等の各種スキャン条件等を入力するものである。高電圧発生部２８は、スリップリング１６を介して、Ｘ線の曝射に必要な電力をＸ線管１２に供給する。

故障チャンネル判定部２９は、Ｘ線検出器１３の出力特性をチェックし、不良の検出素子の特定を行う。不良検出素子は、周りの検出素子の出力特性に比べて極端に出力値が低いか高くなっているので、そのような異常な出力値に閾値を設定して不良検出素子を判定する。また補助記憶部３０は、キャリブレーションデータを記憶するものである。

さらにシステム制御部２２は、スキャン処理において、入力されたスライス厚等のスキャン条件に基づいて、高電圧発生部２８、架台駆動部１７、及び天板１８の体軸方向への送り量、送り速度、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３の回転速度、回転ピッチ、及びＸ線の曝射タイミング等を制御する。したがって被検体の所望の撮影領域に対して多方向からＸ線コーンビーム又はＸ線ファンビームを曝射させ、Ｘ線ＣＴ画像のデータ収集（スキャン）処理を行うことができる。スキャンの例としては、１回転のコンベンショナルスキャンや、ヘリカルスキャン等がある。

図２は、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３を示している。Ｘ線管１２とＸ線検出器１３は、被検体Ｐを挟むようにして回転フレーム１１に対向して配置されている。Ｘ線検出器１３は、スライス方向及びチャンネル方向に複数（ｎ×ｍ個）の検出器モジュールを配置して成り、円弧状をなしている。スライス方向は、被検体の体軸方向に略平行である。チャンネル方向は、被検体の体軸方向に略直交する。

Ｘ線検出器１３の検出器モジュールは、それぞれシンチレータアレイ、フォトダイオードアレイから成る複数の検出素子を含み、複数の検出器モジュールは、チャンネル方向とスライス方向の２方向にマトリクス状に配列されている。尚、複数の検出器モジュールは、Ｘ線管１２の焦点を中心とした円弧に沿って配列される。

また、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３との複数のペアを回転フレーム１１に搭載した多管球型のＸ線ＣＴ装置もあり、本実施形態では、単管球型のＸ線ＣＴ装置或いは多管球型のＸ線ＣＴ装置であっても適用可能である。以下の説明では、単管球型として説明する。

上述したように、Ｘ線検出器１３は複数の検出器モジュールがチャンネル方向とスライス方向とに２次元状に配列され、各モジュールは複数のＸ線検出素子を含んでいる。以下の説明では、１つのＸ線検出素子が１つのチャンネルを構成するものとして説明するが、それに限らず、隣接する複数個のＸ線検出素子で１つのチャンネルを構成するものであってもよい。

Ｘ線検出器１３を多列化、多チャンネル化した場合、Ｘ線検出器１３を構成する検出素子の数が増加するため、検出素子の不良等により故障が生じる確率が高くなる。検出素子の故障が発生した場合、ＣＴ値の異常が発生し、再構成された断層画像も異常が発生し、診断に支障をきたす。

本実施形態は、検出素子の故障が発生した場合、故障チャンネルを判定し、故障チャンネルのデータを、隣接する複数チャンネルのデータから求めた置換データに置換してＣＴ値の異常を低減することにある。

図３は、故障チャンネル判定部２９の動作説明図である。図３において、横軸は或る列のＸ線検出素子のチャンネル方向を示し、縦軸は各チャンネルの検出素子で検出した出力値（ＣＴ値）の一例を示す。故障チャンネルを判定する場合、キャリブレーション時やウォーミングアップスキャン時に、ファントム（疑似模型）をスキャンして、Ｘ線検出器１３の出力特性をチェックし、各チャンネルの出力プロファイルＡを生成する。出力プロファイルＡは、オブジェクトとして同じサイズで同じ種類のファントムを撮影した場合、或る程度一定の出力プロファイルが得られる。

図４は、人体を対象とした組織毎のＣＴ値を示す。例えば水のＣＴ値はゼロであり、空気のＣＴ値は−１０００である。また骨のＣＴ値は＋１０００である。したがって、特定のＣＴ値（例えば空気や水）に相当するファントムを用意し、このファントムを撮影した場合は、ほぼ一定の出力プロファイルＡが得られる。

一方、Ｘ線検出素子が故障している場合は、一定の出力プロファイルで示される出力値と異なる出力値を呈する。そこで、図３に示す出力プロファイルＡに対して上限及び下限の閾値Ｂ１，Ｂ２を設定し、閾値Ｂ１，Ｂ２を超える出力値がある場合は、その出力値を呈する検出素子が故障しているものと判定する。上限及び下限の閾値Ｂ１，Ｂ２の設定は、経験則等によって設定する。或いは検査者が任意に設定する。こうして故障した検出素子の特定を自動で判定することができる。

またデータ処理部２５は、故障チャンネル判定部２９で故障として判定したチャンネルのデータを、他のデータ（置換データ）に置換する。この置換処理としては、例えば、故障有りと判定された故障チャンネルのデータを、故障チャンネルに隣接する周囲の複数チャンネルのデータから求めた置換データに置換する。

例えば図３に示すように、閾値Ｂ２を超える出力値を呈するチャンネルをｃ０としたとき、その前後に隣接するチャンネルｃ１とｃ２の出力値をもとに補間処理を行い、例えばチャンネルｃ１とｃ２の出力値の平均値ｃ０’を算出して、故障有りとして判定された故障チャンネルｃ０のデータを、データｃ０’に置換する。またどのチャンネルが故障かを示す情報を補助記憶部３０に記憶する。

図５は、置換処理の動作を説明する図であり、チャンネル方向及びスライス方向に２次元的に配置した検出素子を示し、故障チャンネル（黒く塗りつぶしたチャンネルｎ２４）を中心としてチャンネル方向に隣接するチャンネル（ｎ２３とｎ２５）の出力値をもとに補間処理を行い、置換データを求める例を示している。置換データの算出方法は、図３で示したように、例えば隣接するチャンネルｃ１とｃ２の出力値の平均値ｃ０’を算出して置換データとする。

尚、故障チャンネルを中心として、チャンネル方向とスライス方向の２方向に関して周囲の複数チャンネルのデータから平均値を算出して置換データを求めてもよい。

またＸ線の検出感度は、温度などの周囲環境や経時変化によって生ずるので、定期的にその感度特性の変化に応じて補正データ（キャリブレーションデータ）を作成し、キャリブレーションデータを補助記憶部３０に記憶する。キャリブレーションデータの収集は、ファントムを用いて行われ、収集したデータをもとに感度特性の変化に応じた補正データを作成する。

補助記憶部３０は、例えば図５と同様に、Ｘ線検出器１３の各検出素子と同じチャンネル方向及びスライス方向に２次元的にキャリブレーションファイルを配置し、各ファイルにチャンネル毎の補正データを記憶する。また故障チャンネルがある場合は、隣接する複数のチャンネルの補正データを用いてその平均値を求め、故障チャンネルに対応するファイルに、補正データを記憶する。

したがって、ファントムに代えて実際の患者（被検体Ｐ）を撮影する場合は、故障チャンネル判定部２９によって既に故障チャンネルが判明しているので、故障チャネルについては、チャンネル方向に隣接する周囲の複数のチャンネルのデータから置換データを算出して置換し、かつ補助記憶部３０から対応する故障チャンネルの補正値（キャリブレーションデータ）を読み出して、補正すればよい。

図６は、キャリブレーションデータの作成動作を示すフローチャートである。図６において、ステップＳ０は開始ステップであり、ステップＳ１ではファントムを用いてキャリブレーションデータの収集が開始される。ステップＳ２では、故障チャンネルのチェックを行う。即ち、図３で示したようにプロファイルＡに対して閾値Ｂ１，Ｂ２を設定して故障チャンネルの有無を判定する。

ステップＳ３では、Ｘ線検出素子が正常か否かを判断し、正常であればステップＳ４において、正常値をもとにキャリブレーションデータを作成して記憶する。ステップＳ３で異常値、つまり故障チャンネルがあると判断した場合は、ステップＳ５で周囲の正常チャンネルのデータを用いて補間する（チャンネル補間）。ステップＳ４では、補間したデータをもとに故障チャンネルのキャリブレーションデータを作成して記憶し、ステップＳ６で終了する。

こうして、第１の実施形態では、実際の検査前に行われるキャリブレーションデータの収集時や、ウォームアップスキャン時にＸ線検出器の出力特性をチェックして、故障チャンネルを特定することができる。したがって、実際の患者の検査において、故障チャンネルがある場合は、その周りのチャンネルのデータから置換データを算出して置き換えることができる。また経時変化や周囲環境に対しては、キャリブレーションデータを用いて補正することができ、故障チャンネルについても周りのチャンネルの補正データから得たキャリブレーションデータをもとに補正することができる。

以上述べたように本発明の実施形態によれば、特定チャンネルが故障や異常になっても、臨床上問題となることを避けることができる。またチャンネル故障時に意図せずキャリブレーションデータ収集が行われても、臨床検査でＣＴ値の異常を生じることもない。

尚、以上の実施形態において、ネットワークインターフェース３１は、ネットワークＮＷを介して、外部の端末装置（ＰＣ３２等）と通信を行うようにしても良い。この場合、Ｘ線検出器１３において故障のチャンネルが判別されたときにＰＣ３２に対して故障及び故障箇所を通知することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を述べたが、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。これらの実施形態は、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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

１００…Ｘ線画像診断装置
１０…架台
１１…回転フレーム
１２…Ｘ線管
１３…Ｘ線検出器
１４…データ収集部
１５…データ伝送装置
２０…コンピュータシステム
２１…前処理部
２２…システム制御部
２３…記憶部
２４…再構成処理部
２５…データ処理部
２６…表示部
２７…入力部
２８…高電圧発生部
２９…故障チャンネル判定部
３０…補助記憶部

Claims (8)

1. 被検体にＸ線を曝射するＸ線管と、前記Ｘ線管と対向配置した多チャンネル型のＸ線検出器とを含む撮影部と、
   前記撮影部によって疑似模型を撮影してキャリブレーションデータを生成する際に、前記Ｘ線検出器のチャンネル方向の出力値を予め設定した閾値と比較し、前記閾値を超える出力値を呈するチャンネルを故障チャンネルと判定する故障チャンネル判定部と、
   前記疑似模型を撮影して得た前記Ｘ線検出器の出力データを収集して、キャリブレーションデータを生成し、前記故障チャンネルに隣接する複数チャンネルのキャリブレーションデータに基づいて前記故障チャンネルのキャリブレーションデータを生成し、かつ、前記撮影部によって被検体を撮影したときの、前記Ｘ線検出器の出力データを処理し、前記故障チャンネルに隣接する複数チャンネルの出力データに基づいて前記故障チャンネルの出力データを生成し、この生成した出力データを前記故障チャンネルのキャリブレーションデータにより補正するデータ処理部と、
   を具備するＸ線ＣＴ装置。
2. 前記故障チャンネル判定部で判定した故障チャンネルを記憶する記憶部を備えた請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記故障チャンネル判定部は、前記疑似模型として特定のＣＴ値を有するファントムを撮影して得た前記Ｘ線検出器の出力データをもとに故障チャンネルを判定する請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記データ処理部は、前記故障チャンネルに隣接する周囲の複数チャンネルのキャリブレーションデータを補間して前記故障チャンネルのキャリブレーションデータを生成する請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 被検体にＸ線を曝射するＸ線管と、前記Ｘ線管と対向配置した多チャンネル型のＸ線検出器とを含む撮影部によって疑似模型を撮影してキャリブレーションデータを生成する際に、前記Ｘ線検出器のチャンネル方向の出力値を予め設定した閾値と比較し、前記閾値を超える出力値を呈するチャンネルを故障チャンネルと判定し、
   前記疑似模型を撮影して得た前記Ｘ線検出器の出力データを収集して、キャリブレーションデータを生成し、
   前記故障チャンネルに隣接する複数チャンネルのキャリブレーションデータに基づいて前記故障チャンネルのキャリブレーションデータを生成し、
   前記撮影部によって被検体を撮影したときの、前記Ｘ線検出器の出力データを処理し、前記故障チャンネルに隣接する複数チャンネルの出力データに基づいて前記故障チャンネルの出力データを生成し、この生成した出力データを前記故障チャンネルのキャリブレーションデータにより補正するＸ線ＣＴ装置のデータ処理方法。
6. 前記故障チャンネルが判定された場合は、前記故障チャンネルを記憶部に記憶する請求項５記載のＸ線ＣＴ装置のデータ処理方法。
7. 前記故障チャンネルの判定は、前記疑似模型として特定のＣＴ値を有するファントムを撮影して得た前記Ｘ線検出器の出力データを用いて行う請求項５記載のＸ線ＣＴ装置のデータ処理方法。
8. 前記故障チャンネルが判定された場合は、前記故障チャンネルに隣接する周囲の複数チャンネルのキャリブレーションデータを補間して前記故障チャンネルのキャリブレーションデータを生成する請求項５記載のＸ線ＣＴ装置のデータ処理方法。

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