JPWO2015022888A1

JPWO2015022888A1 - 放射線断層像撮影装置

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Publication number: JPWO2015022888A1
Application number: JP2015531782A
Authority: JP
Inventors: 後藤　大雅; 大雅後藤; 高橋　悠; 悠高橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2014-08-06
Publication date: 2017-03-02
Also published as: WO2015022888A1; CN105431090A; US20160151024A1

Abstract

被検体の着目部位を常に撮影中心に移動しながら撮影し、高空間分解のCT画像や、補間による劣化のないCPR像を提供するために、放射線源と放射線検出器とを対向配置した回転盤を回転しながら、回転方向と交差する方向すなわち被検体の体軸方向に被検体を移動しながら撮影する際に、被検体を載せた寝台を被検体の体軸方向と直交する方向に移動する或いはスキャナの角度を変化させる。画像再構成において、撮影中の寝台の移動情報(体軸方向と直交する方向における移動情報)或いはスキャナの角度情報を用いて画像再構成する。

Description

本発明はX線CT装置等の放射線断層像撮影装置に係り、特に撮影中に寝台を被検体の体軸方向と直交する方向に移動する機構を備えた放射線断層像撮影装置における画像再構成手法に関する。また本発明は、被検体の体軸方向に略平行な方向に沿って存在する着目部位を高空間分解能で撮影する技術に関する。

X線CT装置は、X線源とX線検出器とを対向して配置した回転盤の中央の開口に被検体を配置し、回転盤を回転させて被検体の断層像を撮影する装置である。このようなX線CT装置では、着目部位が被検体の体軸方向と略平行な方向に沿って存在する場合には、被検体と回転盤との位置を体軸方向について相対的に変化させて、体軸方向に沿った所定の領域について複数の断層像を取得し、これら断層像から着目部位の画像を抽出する。

一般にX線CT装置では、撮影中心で空間分解能が高くなるように設計されている。特許文献1では、着目部位を撮影中心に移動して撮影することが提案されている。

特開2007−267783号公報特開2004−188163号公報特開平9−19425号公報

上記特許文献1に記載された技術では、撮影領域毎に撮影中心を移動して撮影している。しかし、血管等の着目部位は常に体軸方向に平行に走行しているわけではないため、着目部位を常に撮影中心に配置することはできない。

本発明は、上述したX線CT等の放射線断層像撮影装置に存在する課題を解決する手法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の放射線断層像撮影装置は、撮影中に、被検体を載せた寝台を被検体の体軸方向と直交する方向に移動する或いはスキャナの角度を変化させるとともに、画像再構成において、撮影中の寝台の移動情報(体軸と直交する方向における移動情報)或いはスキャナの角度変化量を用いて画像再構成する手段を備えている。

すなわち本発明の放射線断層像撮影装置は、被検体を載せ、前記被検体の体軸方向に移動可能な寝台と、前記寝台を挟んで、放射線を照射する放射線源と放射線検出器とを対向させて配置し、前記寝台の周りを回転する回転盤と、前記回転盤の回転中に前記放射線検出器が検出した放射線のデータをもとに前記被検体の断層像を画像再構成する画像作成部と、前記寝台の位置及び/又は前記回転盤の垂直面に対する角度を変更する機構部と、前記機構部を制御する制御部と、撮影中における前記寝台の前記体軸方向と直交する方向の移動量及び/又は前記回転盤の角度変化量を設定する移動量設定部を備える。制御部は、前記移動量設定部に設定された前記寝台の移動量及び/又は前記回転盤の角度変化量に従い、前記機構部を制御し撮影を行う。画像作成部は、撮影中における前記寝台の前記体軸方向と直交する方向の移動情報及び/又は前記回転盤の角度情報を用いて画像を作成する。

本発明によれば、被検体の着目部位が、血管、消化管、脊椎などのように所定の方向に連続する構造を持つものである場合には、その着目部位を常にほぼ撮影中心となるように配置することができる。その結果、低被ばくで且つ着目部位について高い空間分解能の画像を得ることができる。

その他、本発明による種々の効果は、後述する各実施形態において説明する。

本発明が適用されるX線CT装置の一例を示す外観図本発明のX線CT装置の一実施形態を示すブロック構成図本発明のX線CT装置が採用する撮影方式の例を示す図で、(a)はノーマルスキャン方式、(b)はヘリカルスキャン方式、(c)はシャトルスキャン方式を示す寝台の移動方向を説明する図本発明のX線CT装置の動作手順の一実施形態を示す図寝台移動曲線の設定を説明する図寝台移動曲線の設定を説明する図寝台移動曲線設定時の表示装置の表示例を示す図で、(a)はコロナル画像が表示されている場合、(b)はサジタル画像が表示されている場合を示す本発明による撮影方法と画像再構成法の効果を示す図で、(a)は従来の撮影方法による投影データと再構成画像を示す図、(b)は寝台の左右方向移動を伴う撮影による投影データと従来の再構成法による再構成画像を示す図、(c)は寝台の左右方向移動を伴う撮影による投影データと本発明の再構成法による再構成画像を示す図スキャナのチルト角度の変更を説明する図第二実施形態の動作手順を示す図被検体サイズとX線検出器サイズとの関係を示す図で、(a)は検出器サイズが被検体全体をカバーするのに十分な大きさを持つ場合、(b)は検出器サイズが小さく、被検体全体をカバーできない場合を示す。第三実施形態による寝台移動撮影を説明する図第四実施形態による寝台移動撮影を説明する図で、(a)は従来法のサンプリング密度を示す図、(b)は第四実施形態のサンプリング密度を示す第四実施形態における寝台移動曲線を示す図で、(a)は寝台を上下/左右方向に連続移動する場合、(b)は寝台を上下/左右方向に間欠移動する場合を示す第四実施形態による寝台移動撮影を説明する図で、(a)は寝台移動を伴わない場合の画像再構成(従来法)、(b)は寝台移動を行った場合の画像再構成(第四実施形態)を示す第五実施形態における画像の合成を説明する図で、(a)は合成前の一つ画像を示す図、(b)は合成後の画像を示す図第六実施形態のCPR像再構成を説明する図で、(a)は従来法によるCPR像作成を示す図、(b)は第六実施形態によるCPR像作成の概念を示す図第七実施形態のX線CT装置の表示装置における表示画面例を示す図第七実施形態における画像再構成処理のフローを示す図

本発明の放射線断層像撮影装置をX線CT装置に適用した実施形態を説明する。

本実施形態のX線CT装置は、被検体を載せ、前記被検体の体軸方向に移動可能な寝台(20)と、寝台(20)を挟んで、X線を照射するX線源(11)とX線検出器(12)とを対向させて配置し、前記寝台の周りを回転する回転盤(スキャナ10)と、回転盤の回転中にX線検出器(12)が検出したX線データをもとに前記被検体の断層像を画像再構成する画像作成部(再構成演算部32、画像処理部33)と、前記寝台の位置及び/又は前記回転盤の垂直面に対する角度を変更する機構部(機構部25、チルト機構部151)と、前記機構部を制御する制御部(中央制御装置40)と、撮影中における前記寝台の前記体軸方向と直交する方向の移動量及び/又は前記回転盤の角度変化量を設定する移動量設定部(寝台移動量設定部31)を備える。

制御部(40)は、移動量設定部(31)に設定された前記寝台の移動量及び/又は前記回転盤の角度変化量に従い、機構部(25、151)を制御し撮影を行う。画像作成部(32、33)は、撮影中における前記寝台の前記体軸方向と直交する方向の移動情報及び/又は前記回転盤の角度情報を用いて画像を作成する。

画像作成部は、例えば、移動量設定部に設定された前記寝台の前記体軸方向と直交する方向の移動量及び/又は前記回転盤の角度変化量を用いて画像を作成する。また、機構部(25、151)が、撮影中の前記寝台の前記体軸方向と直交する方向の移動量及び/又は前記回転盤の角度変化量を計測する計測部(寝台移動計測部23)を備える場合には、画像作成部は、計測部(23)に記録された寝台の移動量及び/又は回転盤の角度変化量を用いて画像を作成する。

以下、図面を参照して本実施形態のX線CT装置を説明する。図1は本実施形態のX線CT装置100の外観を示す図、図2は全体構成を示す図である。このX線CT装置は、被検体の撮影を行うスキャナ10と、被検体を寝かせる寝台20と、操作ユニット300を備えている。操作ユニット300は、画像の再構成などの演算を行う演算装置30と、入力部36及び表示部37などを備えた入出力装置35を備えている。

スキャナ10は、X線発生装置11とX線検出器12とを対向配置した回転盤(不図示)を中央に開口を持つガンドリ内に収納したものであり、回転盤を所定の周回速度で回転させることにより撮影が行われる。スキャン方式は、限定されるものではないが、ローテート−ローテート方式(第3世代)である。

スキャナ10の内部には、X線発生装置11に高電圧を供給する高電圧発生装置13や、高電圧発生装置13を制御してX線発生装置からX線の照射を行うX線制御装置41、回転盤の駆動装置15とそれを制御するスキャナ制御装置42、寝台20を移動させるための機構部25とそれを制御する寝台制御装置43、X線発生装置11に備えられたコリメータ16を制御するコリメータ制御装置44、及び各制御装置41〜44を制御する中央制御装置40などが収納されている。

X線検出器12は、例えば、回転盤の周方向に沿って多数のX線検出素子を配列した検出器列を、周方向に直交する方向に複数配列した多列検出器(二次元検出器)であり、各検出素子は検出したX線量に対応する電気信号を発生する。スキャナ10には、X線検出器12の出力を増幅するプリアンプ18やA/Dコンバータ19が備えられている。A/Dコンバータ19の出力であるデジタル信号は演算装置30に入力される。

スキャナ10は、寝台20の上面に対し角度を変えることが可能なチルト機構部151を備えることができる。寝台20の長手方向に対し垂直な面を基準面としたとき、その基準面に対するスキャナ(回転盤)10の角度はチルト角度と呼ばれる。チルト角度を変化できる範囲は、スキャナ10の開口が寝台20と干渉しない範囲であり、通常±30°程度である。

寝台20は、支持台21とその上の天板部22とを備えており、天板部22を被検体の体軸方向に沿った方向(ここではZ方向とする)に移動することができ、これにより寝台20に載せた被検体をスキャナ10の開口内の撮影位置に運ぶことができる。寝台20は、天板部22をZ方向に移動する機構のほかに、Z方向に直交する方向、例えば上下方向(垂直方向、Y方向)及び左右(体軸方向と直交する水平方向、X方向)に移動する機構部25を備えている。機構部25は、ステッピングモーター、リニアモーター等の公知の駆動機構を用いることができる。機構部25は寝台制御装置43によって制御される。寝台制御装置43は、撮影中に機構部25を駆動して、寝台20のX方向やY方向の位置を変化させることができる。寝台20の近傍には、寝台20の各方向の移動量を計測し、移動情報として演算装置30に出力する寝台移動計測装置23が備えられている。なお本実施形態において、寝台移動計測装置23は備えられていることが好ましいが、必須ではない。寝台移動計測装置23が備えられている場合には、寝台移動計測装置23が計測した寝台の位置情報は演算装置30に送られ、画像作成に用いられる。

操作ユニット300の入出力装置35は、キイボードやマウスなどのポインティングデバイスなどの入力部36、表示部37及び演算装置30の演算に必要なパラメータ、データ、演算結果などを記憶する記憶部38を備えている。演算装置30は、中央制御装置40の制御下で動作し、X線検出器12からA/Dコンバータ19を介して送られる信号を用いて画像の再構成演算を行う再構成演算部32、再構成演算部32で再構成された画像の補正などを行う画像処理部33を備えている。再構成演算部32及び画像処理部33は、本発明の画像作成部として機能する。演算装置30は、さらに、寝台の移動量を設定する移動量設定部31を有している。

このX線CT装置の動作を簡単に説明する。

操作ユニット300における入力部36から撮影条件(管電流、管電圧、周回速度、体軸方向への寝台移動速度)、再構成条件(再構成モード、画像FOV、再構成フィルタ、画像スライス厚、再構成スライス位置)、その他処理条件(CPRモード)を入力し、その指示に基づいて、撮影に必要な制御信号が中央制御装置40から、X線制御装置41、寝台制御装置43、スキャナ制御装置42に送られ、撮影スタート信号を受けて撮影を開始する。撮影が開始されるとX線制御装置41により高電圧発生装置13に制御信号が送られ、高電圧がX線発生装置11に印加され、X線発生装置11からX線が被検体へ照射される。同時に、スキャナ制御装置42から駆動装置15に制御信号が送られ、X線発生装置11、X線検出器12、プリアンプ18が被検体の周りで周回される。このとき、寝台制御装置43により被検体を乗せた寝台を、撮影方式に応じて被検体の体軸方向(Z方向)に移動する。

撮影方式は、図3に示すように、寝台の体軸方向の移動をスキャナの例えば1回転毎に段階的に行う方式(ここではノーマルスキャン方式と言う)(a)、体軸方向の移動を連続的に行う方式(ヘリカルスキャン方式)(b)、体軸方向の移動を正逆両方で行う方式(シャトルスキャン方式)(c)などがある。また図示していないが、寝台を体軸方向へ移動しつつ撮影中に寝台移動速度を変化させる方式(バリアブルピッチスキャン)などもある。

X線発生装置11から照射されたX線は、コリメータ16により照射領域を制限され、被検体内の各組織で吸収(減衰)され、被検体を通過し、X線検出器12で検出される。
X線検出器12で検出されたX線は、電流に変換され、プリアンプ18で増幅され、A/DコンバータでA/D変換された後、投影データ信号として演算装置30に入力される。演算装置30に入力された投影データ信号は、演算装置30内の再構成演算部32で画像再構成処理される。

再構成画像は、入出力装置35内の記憶部38に保存され、表示部37でCT画像として表示される。もしくは、画像処理部33にて加工された後、表示部37でCT画像として表示される。

本実施形態のX線CT装置は、上述した撮影において、寝台移動量設定部31により寝台移動量を設定し、設定した移動量に基き、寝台20をZ方向に直交する方向(上下方向及び/または左右方向)に移動しながら撮影を行う、或いはスキャナ方式のチルト角度を変化させながら撮影を行うことが特徴である。

以下、寝台を移動させる場合を例にして、本実施形態のX線CT装置の基本的な動作を説明する。図4は寝台の移動方向を説明する図、図5は動作手順を示す図である。

図4に示すように、被検体が寝かせられる寝台20の天板部分は床面にほぼ平行であり、その長手方向が被検体の体軸方向(Z方向)と一致している。Z方向に直交する方向は、Z軸に直交する面内の任意の方向であるが、ここでは、被検体の左右方向(X方向)及び上下方向(Y方向)に移動可能な場合を説明する。

まず事前撮影を行う(S501)。事前撮影は、その後に行う本撮影に必要な被検体に関する情報を得るために行うものであり、比較的低分解能で画像データを得る。撮影方式は、図3に示すいずれの撮影方式でもよく、低分解能とするため、例えば回転盤の回転速度に対する体軸方向の移動速度を早くし、低被ばく、短時間でボリューム投影データを得る。このボリューム投影データを公知の画像再構成法により画像データ(以下、事前撮影画像データという)とする。一般にX線CT装置では、撮影において被検体の着目部位を撮影系の適切な位置に配置するために低空間分解能のボリューム画像を位置決め画像として取得する。この位置決め画像を本実施形態の事前撮影画像データに使用してもよい。

次に事前撮影画像データをもとに、寝台移動曲線を設定する(S502)。寝台移動曲線は、ビュー角度に対し、寝台の移動量(体軸方向と直交する方向、例えばX方向及び/又はY方向の移動量)を設定した曲線である。寝台移動曲線の具体的な形状は、撮影の目的及び被検体の着目部位によって異なるが、例えば、撮影中心(回転盤の回転中心)に被検体の着目部位を位置つけるのに必要な寝台の移動量を示す曲線、一定の範囲内で線形に変化させる曲線などがある。

寝台移動曲線の設定は、後に詳述するが、事前撮影画像を表示装置に表示させて検査者が表示画面上で対話的に設定することもできるし、画像処理部33が事前撮影画像データをもとに、各スライスの着目部位の画素をつなげることによって自動的に作成することも可能である。

寝台移動曲線が設定されると本撮影を開始する(S503)。本撮影では、寝台移動曲線に基き寝台を移動しながら、所定の範囲に亘って投影データを取得する。ここでも撮影方式は、図3に示すいずれの撮影方式でもよく、回転盤の回転に伴い寝台20のX方向/Y方向の移動を伴うこと以外は、通常の撮影と同様である。

撮影後、投影データを用いて画像再構成する(S504)。画像再構成は、フィルタ補正逆投影法やそれを拡張した方法(例えば特許文献2、特許文献3に記載の方法)、逐次近似再構成法等の公知の再構成アルゴリズムを使用することができるが、再構成演算式において、ビュー毎の位置情報を用いて撮影中心の位置座標が変換される。位置情報は、ステップS502で設定した寝台移動曲線から求めることができる。またX線CT装置が、寝台20の寝台移動計測装置23を備える場合には、寝台移動計測装置23が計測した寝台の位置情報を用いることができる。この位置情報は実際の位置を用いるので、設定した寝台移動曲線を用いる場合よりも精度のよい画像再構成が可能となる。

以上説明した本実施形態の装置と動作の概要を踏まえて、寝台またはスキャナの移動形態とこれらの位置情報の利用形態が異なる各実施形態を詳述する。

＜第一実施形態＞
本実施形態のX線CT装置は、撮影中に撮影中心を着目部位の中心線に沿って移動していくように寝台の位置を制御することが特徴である。すなわち、寝台の移動量を設定する移動量設定部は、被検体の着目部位が、回転盤の回転中心(撮影中心)に位置するように寝台の移動量を設定する。

以下、図5に示す撮影手順を参照しながら、本実施形態のX線CT装置の動作を説明する。

事前撮影(S501)により得た画像データをもとに寝台移動曲線を設定する(S502)。寝台移動曲線の設定は、自動で行うこともできるが、以下、操作者による指定により対話的に行う場合の手順を説明する。

まず、図6に示すように、表示部37に事前撮影画像(ここではコロナル画像)600を表示する。この画像上で撮影中心に移動したい着目位置に制御点Pを設定する。この際、画像上で制御点Pを設定する断面を指定し、その断面の画像601〜603をサブ画面に表示し、これら断層像601〜603上で制御点Pを設定するようにしてもよい。演算装置30の寝台移動量設定部31は、これら指定された複数の制御点Pを繋ぎ寝台移動曲線Lを作成する。寝台移動曲線Lは、事前撮影画像600上に制御点を指定して作成した場合には、寝台を被検体の左右方向(X方向)に移動させる移動曲線となる。断層像601〜603上に制御点を指定した場合には、左右方向のみならず上下方向の移動を含む移動曲線となる。なお寝台移動曲線は、複数の制御点Pを線形に結んだものでもよいが、スプライン曲線等の非線形補間により結んだものでもよい。

寝台移動曲線は、体軸方向の位置に対する左右方向及び/又は上下方向の移動量を示す曲線であるが、撮影中の寝台の体軸方向の位置は、ビュー角度(ファンビームの投影角度)βの関数であるので、次式(1−1)、(1−2)で記述することができる。

着目部位が被検体の脊柱やそれに沿った組織などの場合には、事前撮影画像は図7に示すサジタル面の画像700でもよい。この場合にも、画像700上で制御点を指定してもよいし、体軸方向に異なる複数の位置の断面の画像を表示させて、これら断層像上で制御点を指定してもよい。

なお寝台移動曲線を自動的に設定する場合には、着目部位の画像上の特徴(画素値の分布や特徴量)を判別し、特徴を満たす画素または特徴を満たす領域の中心画素を制御点としてつなぎ寝台移動曲線とすることができる。

ここで寝台の移動範囲は、上下方向及び左右方向の寝台移動機構部による制約を受ける。すなわち、寝台を所定の速度でZ方向に移動していくとき、ある点から次の点まで移動する時間内で、上下方向や左右方向に寝台を移動させることができる範囲は寝台の上下及び左右の移動速度や寝台の可動範囲などにより制限される。そこで、本実施形態のX線CT装置では、寝台の前記体軸方向と直交する方向の移動量の制限値を算出し、制限値に基き、寝台の前記体軸方向と直交する方向の移動を制御する。

具体的には、複数の制御点Pを指定していく過程において、次に制御点として設定できる範囲(設定可能範囲)を設定する。設定可能範囲は、寝台の上下及び左右の移動速度や寝台の可動範囲などから、Z方向の移動速度に応じて演算装置30が計算することができる。またデフォルトとして設定可能範囲の設定値を有していてもよい。

ある制御点に対して、次の制御点が移動可能な範囲内で指定された場合には、それを次の制御点として設定し、この範囲を超えて指定された場合には、制御点を設定せず再指定を促すようにするか、この範囲内の最も近い位置に移動するように設定してもよい。制御点が設定できないことが問題になる場合、寝台の上下左右移動速度が原因であれば、寝台の体軸方向への移動速度(いわゆるビームピッチ)を小さくするか、スキャナの回転速度を遅くすることで改善することができるので、これらの設定を変更することも可能である。条件が変更された場合、制御点は一度設定した後でも移動可能範囲内で移動することができる。

上述した制御点の指定を容易にするために設定可能範囲を表示装置に表示してもよい。

表示例を図8に示す。図8(a)は、コロナル画像810が表示されている場合、図8(b)はサジタル画像820が表示されている場合である。図8では、設定可能範囲Wを線で示しているが、範囲内を着色して示すなど表示方法は図8に示す例に限定されない。図8では、2次元画像が表示される場合を示しているが、設定可能範囲は、ボリューム画像から管腔に沿った寝台移動曲線を生成した場合にも適用される。このように設定可能範囲Wが表示されることにより、操作者は円滑に対話的な寝台移動曲線の設定を行うことができる。

こうして寝台移動曲線を設定した後、スキャンを開始し寝台20を体軸方向に移動しながら、設定した寝台移動曲線に従って寝台20を体軸方向と直交する方向に移動する(ステップS503)。この際、寝台移動計測装置23が備えられている場合には、撮影時に実際に移動した寝台移動軌跡を寝台移動曲線として計測する。計測した寝台移動軌跡は、事前に想定した寝台移動曲線と、実際に移動した寝台移動曲線との間に大きな誤差がある場合に、画像再構成において、設定した寝台移動曲線の代わりに用いられる。

最後に撮影によりX線検出器12が検出したビュー毎の投影データを用いて画像を作成する(S504)。上述した撮影(S503)で得られたビュー毎の投影データでは、被検***置が寝台移動曲線に基づき上下左右方向にずれたものとなっている。例えば、各ビューで1mmずつ右方向に寝台を移動させながら撮影した場合には、第1のビュー位置で中心にいた被検体は次の第2のビューでは1mm右側にいることになる。このような投影データをそのまま従来の画像再構成法で再構成すると被検体が動いたことによるアーチファクトや被検体形状の歪みを生ずる。そこで、本実施形態では、寝台移動曲線に合わせてビュー毎に再構成中心位置を移動しながら再構成を行う。すなわち、前掲の例で、第2のビューでは再構成画像を1mmだけ右側にずらせば再構成画像内の被検***置は変わらないままとなる。このようにすることで寝台上下左右移動に伴うアーチファクトや被検体形状の歪みを改善することができる。

以下、具体的な画像再構成の演算方法を詳述する。

まず比較のために、従来のヘリカルスキャンに対応したファンビーム方式の画像再構成法を説明する。従来のファンビーム方式の画像再構成では、たとえば次式(2)を用いた計算により断層像を生成する。

式中の変数の定義は次のとおりである。

I：画像データ
x_I、y_I、z_I：対象画素位置［mm］
L：線源から対象画素までの距離［mm］
R：線源と周回中心との間の距離［mm］
β：ファンビームの投影角度［rad］
fP_fan：フィルタ補正ファンビーム投影データ
α_I：チャネル角(ファン角)［rad］
v_I：検出器列位置［mm］
x_s、y_s、z_s：線源位置［mm］
SID：線源と検出器の距離
T：寝台移動速度(Z方向)［mm/回転］
これに対し、本実施形態では上述した式(2−1)、(2−2)で用いられるx_I及びy_Iの値として、式(1)の寝台移動曲線κ_x、κ_yから求められるX方向及びY方向の移動量を加えたものを用いて、式(2)の計算を行う。すなわち、式(2−1)〜(2−3)を次式(3−1)〜(3−3)のとおり変更する。

本実施形態の再構成は、従来再構成と比較すると、寝台の上下左右位置データκ_x、κ_yにより画素位置x、yが修正されていることがわかる。寝台の上下左右位置データκ_x、κ_yはビューの関数となっており、すなわちビュー毎に再構成中心を移動していることと等価であることがわかる。

式(2)はファンビーム方式の画像再構成法であるが、演算高速化や画質の均一性を向上する目的で、ファンビーム投影からパラレルビーム投影へ変換するファン−パラ変換を用いる手法が用いられている。従来のパラレルビーム方式の画像再構成は、たとえば、次式(4)で表すことができる。

式中の変数の定義は次のとおりである(上述した式に使用されている符号と同じ符号は同じ定義であり説明を省略する)。

fP_para：フィルタ補正パラレルビーム投影データ
φ：パラレルビームの投影角［rad］
W_p(φ)：パラレルビーム用ビュー重み
F：逆投影する位相幅(画素に対して逆投影されるビューの角度幅)
またファンビーム投影からパラレルビーム投影への並べ替え処理(ファン−パラ変換)は、たとえば次式(5)のように表される。

再構成フィルタ処理は、たとえば次式(6−1)、(6−2)のように表される。

本実施例について、上述した式(4)を用いたパラレルビーム再構成を適用する場合には、線源から対象画素までの距離Lを求める式(4−3)の2つの項に含まれるx_I及びy_Iの値を、式(1)の寝台移動曲線κ_x、κ_yから求められるX方向及びY方向の移動量を加えた値に変換して、式(4)の計算を行う。すなわち、以下の式(7)、(7−1)〜(7−8)を用いたパラレルビーム再構成を行う。

なお上記式(7−3)、(7−4)は、従来のパラレルビーム再構成の式(4−3)、(4−4)と見かけ上同じであるが、式(7−3)、(7−4)に用いている画素位置x、yがそれぞれ寝台の上下左右位置情報κ_x、κ_yにより修正されている。すなわち、寝台の上下左右位置データκ_x、κ_yはビューの関数となっておりビュー毎に再構成中心を移動していることと等価であることがわかる。また上記式は、パラレルビーム投影角度φ、画素位置x、yをパラメータとした循環関数となっているが、この循環関数の循環数(ループ回数)は数回程度で十分である。

以上、ヘリカルスキャンの場合について、式を用いて画像再構成法を説明したが、撮影方式が異なる場合においても、再構成に用いる再構成中心位置の座標を、寝台移動曲線に合わせてビュー毎に変更することにより、同様に画像再構成を行うことができる。これにより、寝台を上下左右に移動したことに伴うアーチファクトがない画像を得ることができる。

図9に、細い円筒状のファントムについて、上記画像再構成を施した結果を示す。図9中の上側の3つの図は投影データ、下側の3つの図は画像再構成後の断層像であり、(a)は寝台を移動せずに撮影した場合、(b)は寝台をX方向及びY方向に移動しながら撮影し、従来の再構成を行った場合、(c)は寝台をX方向及びY方向に移動しながら撮影し、本実施形態の画像再構成を行った場合を示している。寝台を移動しながら撮影した場合には、(b)及び(c)の上側に示すように、撮影中心の動きを反映した投影データとなる。

この投影データをそのまま再構成した場合には、(b)に示すようにアーチファクトが現れ、画像の歪みを生じる。これに対し本実施形態の再構成を行った場合には、寝台の移動を伴わない撮影(a)と同じように、アーチファクトや歪みのない良好な画質の画像を得ることができる。

本実施形態によれば、被検体の着目部位をほぼ撮影中心に位置するように寝台を動かしながら撮影し、寝台を動かすことによるアーチファクトがなく且つ着目部位の空間分解能が高い画像を得るX線CT装置が提供される。

＜第二実施形態＞
本実施形態でも、着目部位に合わせて撮影中心位置を変化させることは第一実施形態と同様であるが、本実施形態では寝台位置を移動するのではなく、着目部位の傾きの変化に合わせてスキャナのチルト角を変更することが特徴である。以下、第一実施形態と異なる点を中心に本実施形態を説明する。

図10に示すように、スキャナ10の基本的な姿勢は、寝台の移動方向(Z方向)に対し、X線発生装置11のX線源とX線検出器の中心とを結ぶ直線が直交するような垂直な姿勢である。スキャナ10は、その開口を移動する寝台20の天板部22が開口と干渉しない範囲で、この垂直な姿勢から傾いた姿勢(チルト姿勢)を取ることができる。このチルト姿勢で例えばヘリカルスキャン方式の撮影を行った場合には、垂直姿勢の場合よりもZ方向の空間分解能を向上することができ、チルト姿勢でヘリカルスキャンを行う手法は従来知られている。ただしスキャン中にチルト角度が変化すると画像再構成時に誤差を生じ多大なアーチファクトを生ずることになるため従来チルト角度は固定している。本実施形態では、撮影中に着目部位の形状に合わせてチルト角度を変化させて、着目部位を高い空間分解能で撮影連続する。

以下、図11に示す撮影手順を参照しながら、本実施形態のX線CT装置の動作を説明する。なお図11において、図5に示す撮影手順に対応するステップは同じ符号で示している。

本実施形態でも事前撮影を行うこと(S501)、事前撮影画像をもとに寝台移動曲線を設定すること(S5021)は第一実施形態と同じであり、事前撮影画像は位置決め画像を用いている。本実施形態では、さらに、チルト角度変化量を決めるために、設定した寝台移動曲線のZ方向に対する角度変化量ΔΓを算出する。角度変化量ΔΓは、例えば、式(8)により計算することができる。

Δβは、所定のビュー角度の範囲を表す。

スキャナのチルト角γは、Y軸の正方向からZ軸の正方向への回転を「＋」、その逆回転を「−」とするとγ＝−Γとなる。これによりビュー角度βの関数としてチルト角度γが算出される(S5022)。

このとき、第一実施形態において、移動可能範囲を設定したように、スキャナのチルト可能範囲を設定することができる。前述の通り、チルト角度は寝台の天板部と開口とが干渉しない範囲に制限される。また天板部が上下左右に移動した状態では、このチルト可能範囲は変化する。寝台の上下左右方向の位置によってチルト可能な範囲(±両方向の最大角度)は決まっているので、演算装置は、上記式(8)により算出された角度がそのビューにおける寝台位置(設定された移動量で移動した場合の位置)において許容できる角度かどうかを判断し、許容できる角度を超える場合には、許容できる最大角度に設定する。

設定されたチルト角度は、後の画像再構成に用いられる。またスキャナのチルト角度を計測し記録する装置を備えている場合、記録装置からの角度情報が画像再構成に用いられる。これにより設定したチルト角度と実際のチルト角度に誤差がある場合にも、誤差のない画像再構成を行うことができる。

こうしてチルト角度変化量を設定した後、本撮影を開始し、寝台20をZ方向に移動しながら、ビュー角度に対応してスキャナ10のチルト角度を変化しながら撮影を行う(S503)。なお寝台移動曲線により寝台20のX方向及びY方向の移動量が設定されている場合には、スキャナのチルト角度の変更とともに寝台の上下左右方向の移動を行ってもよい。ここでも撮影方式は、例えば図3に示す種々の方式を採用することができる。

撮影後、X線検出器12が収集した投影データを用いて再構成する(S504)。再構成は、ファンビーム方式の場合、例えば、次の式(9)を用いて行うことができる。

上述した式(9)、(9−1)〜(9−3)は、第一実施形態の(2)、(2−1)〜(2−3)に対応しているが、スキャナがチルトしていることにより、これら式中に用いられている対象画素のY方向の位置「y_I」が、式(9−5)で示す「y’_I」に変更されている。また、式(2−3)に用いられている線源のZ方向の位置「z_s」が、式(9−4)で示す「z’_s」に変更されている。

パラレルビーム方式の画像再構成についても、スキャナのチルト角度の変更を反映し、式(7)、(7−1)〜(7−8)を次のように変更する。これにより撮影中にスキャナのチルト角度を変化させた場合にも、誤差を生じることなくアーチファクトのない画像を得ることができる。

本実施形態によれば、例えば、被検体の着目部位が曲がっていたり(多くの場合が該当する)、体軸方向(Z方向)に沿ってはいるがZ方向から対し角度を持つような場合にも、その曲がり方や角度に追従して常に直交断面を撮影することができるので、良好な画像を得ることができる。またチルト角度を変化させるにも拘わらず、アーチファクトのない画像を得ることができる。

なお上記式(9)、(10)では、チルト角度の変更と併せて寝台の上下左右方向の移動も含む一般的な式を示しているが、チルト角度の変更のみを行う場合も本実施形態に包含される。すなわち、図11に示す動作手順は、第一実施形態及び第二実施形態の動作手順を包括的に示すものであり、本実施形態は、図中、ステップS502の右側のステップS5022を行うことを特徴とするものであり、左側のステップS5021を伴う場合も伴わない場合も本実施形態に含まれる。因みに、第一実施形態は左側のステップS5021を行う場合である。

＜第三実施形態＞
本実施形態は、X線検出器12のサイズに対し被検体サイズが大きいときに、FOVを拡大し被検体をカバーするように寝台移動範囲を設定することが特徴である。まず被検体サイズとX線検出器サイズとの関係について図12を参照して説明する。図12(a)は、検出器サイズが被検体全体をカバーするのに十分な大きさを持つ場合、図12(b)は、検出器サイズが小さく、被検体全体をカバーできない場合を示している。

図12(a)に示すように、検出器サイズが相対的に大きい場合には、X線発生装置11から発生するファンビームの角度範囲内に被検体が入り、360°(最低で180°)の回転で断層像作成に必要な投影データを収集することができる。一方、図12(b)に示すように、検出器サイズが相対的に小さい場合には、ファンビームからはみだす被検体部分があり、360°の回転では断層像に必要な投影データが不足し、正しく画像を再構成することができない。

これに対し、寝台の左右方向の位置を異ならせた2回の撮影を行い、2回の撮影で得た画像データを合成して1枚の画像を取得する手法があるが、この場合には、2回の撮影の間に被検体の姿勢に変化があったりすると画像がぼけたりアーチファクトが出る可能性がある。また左右方向の位置を異ならせただけでは対応できない場合もある。本実施形態のX線CT装置は、寝台(被検体)の位置を変化させながら連続的に撮影を行うとともに、寝台の位置情報を用いて画像再構成することにより、検出器サイズが相対的に小さい場合にも実質的FOVを拡大することができ、サイズの大きい被検体に対応することができる。

以下、再度、図5に示す撮影手順を参照して本実施形態のX線CT装置の動作を説明する。

まず事前撮影を行い(S501)、事前撮影画像を表示装置に表示させて、本実施形態による寝台移動撮影を行う範囲を決定する。寝台移動撮影とは、寝台を上下方向及び/又は左右方向に移動させながら行う撮影を言う。例えば被検体の頭部から足部までの全体撮影を行う場合、頭部や足部などは、図12(a)に示すように、検出器が全体をカバーできても、胸部や腹部は全体をカバーできない可能性がある。このような場合、寝台移動撮影を開始するスライスと終了するスライスを指定し、寝台移動撮影を行う範囲(Z方向の範囲)を決定する。寝台移動撮影の範囲指定を行うことなく、撮影範囲全体に対し寝台移動撮影を行ってもよく、この場合には範囲決定の工程は省かれる。

次に寝台移動撮影を行う範囲について、寝台の上下左右方向の移動範囲を決定し、寝台移動曲線を設定する(S502)。寝台の上下左右方向の移動範囲は、事前に測定した被検体の腹囲や天板部の上面から被検体の上面までの高さなどをもとに、予め決められた移動範囲に設定してもよいし、寝台移動撮影をする範囲内のスライスの事前撮影断層像を表示装置に表示させて、その断層像上で指定するようにしてもよい。また寝台の移動範囲には機械的な制約があるので、設定する移動範囲は、その制約の範囲内とする。

移動範囲が指定されたならば、その移動範囲におけるビュー数を設定し、寝台移動曲線を決定する。ビュー数は、360°のビュー数をMとすると、M×1．5以上とすることが好ましい。これによりデータの欠落がない画像を得ることができる。寝台移動曲線は、ビューに対し、寝台位置を上下左右方向の1点(移動範囲の一端部)からに1点(移動範囲の他端部)に線形に変化させる直線(式(11−1)、(11−2))になる。

式中、a、bは定数を表し、(x0、y0)は寝台移動撮影開始時点の撮影中心の座標を表す。

次に、こうして設定された寝台移動曲線に基き寝台を移動しながら撮影を行う(S503)。撮影方式は、図3に示す撮影方式のいずれでもよく、ノーマルスキャンの場合には、Z方向には寝台を間欠的に移動しながら、Z方向の移動を止めた各スライス位置で指定ビュー数の寝台移動撮影を行う。ヘリカルスキャンの場合には、寝台をZ方向に連続的に移動しながら且つ寝台移動(X、Y方向移動)撮影を行う。シャトルスキャンの場合にも同様である。寝台移動撮影を行う範囲が設定されている場合には、設定された範囲だけ寝台移動撮影を行い、範囲外ではXY方向には寝台を固定した状態で撮影を行う。

一つの断面について寝台移動撮影を行う場合の例を図13に示す。図13は、寝台を左右方向(X方向)のみに移動する例を示しているが、寝台を移動する方向は上下方向や上下方向と左右方向を合成した方向であってもよい。図示するように、撮影中心は、寝台が移動することによって、被検体の中心より左に寄った位置からビュー毎に右側に移動している。

個々のビューでは、被検体はX線検出器12が受け取るファンビームの広がりからはみ出した部分を生じているが、スキャナ(回転盤)が一回転半することで、被検体のすべての領域からCT画像の再構成に必要なデータが得られる。具体的には、図13の中央部におけるスキャナ位置を0°とすると、−270°(左端)から0°までのビューで、被検体右端の点P_Rを含む被検体部分の再構成に使用する投影データが得られ、0°から＋270°(右端)までのビューで、被検体左端の点P_L含む被検体部分の再構成に使用する投影データが得られる。

なお図13はスキャナを一回転半する場合を示しているが、スキャナを二回転し、上記2枚分の投影データを得てもよい。すなわち、被検体の中心がほぼ撮影中心となる寝台位置で撮影を開始し、スキャナ角度−360°(0°)で寝台の左側への移動を開始し、スキャナ角度−270°(図13の左端)で左側の端部に達し、折り返す。同様にスキャナ角度＋270°で、寝台位置を右側端部で折り返し、＋360°で0°と同じ寝台位置(被検体の中心がほぼ撮影中心となる位置)に戻す。

撮影後、これら一回転半分或いは二回転分の投影データの前半と後半とを用いて、再構成し、2枚の画像を合成し、断層像を作成する(S504)。再構成は、ファンビーム再構成であれば、式(3−1)、(3−2)で修正された式(2)を用いて行うこと、パラレルビーム再構成であれば、式(7)を用いて行うことは第一実施形態と同様である。但し、寝台移動曲線κとしては、式(11)に示す寝台移動曲線を用いる。或いは、ここでも寝台移動計測装置23が備えられている場合には、撮影時に実際に移動した寝台移動軌跡(位置情報)を用いて再構成する。

このように画像再構成において画素位置に対し寝台の移動分に応じた修正を加えるので、アーチファクトのない画像を得ることができる。

本実施形態によれば、撮影中に被検体全体をカバーする投影データが得られるように寝台位置(被検***置)を移動することにより、被検体サイズに対しX線検出装置サイズが小さく、被検体の一部がファンビームからはみだす場合にもデータの欠落がなく被検体全体について良好な画像を得ることができる。また寝台位置を異ならせて複数回の撮影を行う場合に比べ、連続的に撮影をするので、撮影と撮影との間の被検体の姿勢変化の影響を受けず、姿勢変化に起因する画質の劣化の問題もない。

＜第四実施形態＞
本実施形態は、寝台移動撮影を採用することによって、検出器サイズで決定されるサンプリング密度を増加し、空間分解能を向上することが特徴である。

一般にファンビームのサンプリングピッチは検出器サイズ(素子サイズ)で決まる。検出器を構成する素子サイズが小さいほどサンプリングピッチは小さくなりサンプリング密度を大きくすることができるが、素子サイズを小さくした場合には、素子間のクロストークを防止するセパレータを占める割合が多くなり線量効率が低下する。このため、一般的なCT装置では、素子サイズは、チャネル方向及び検出器列方向にそれぞれ1mm程度のサイズとなっており、撮影中心付近のサンプリングピッチは0．6mm程度である。またクォーターオフセットと呼ばれる検出器チャネルを1/4チャネル分オフセットした検出器を用いた場合には、対向データ間でサンプリング位置がずれるようにすることで、回転中心付近で0．35mm程度の空間分解能を実現している。

本実施形態は、寝台移動撮影を採用することにより、クォーターオフセット検出器と同程度かそれ以上の空間分解能を実現する。以下、本実施形態の詳細を図14及び図15を参照して説明する。また処理手順は必要に応じて図5に示す撮影手順を参照する。

本実施形態でも、撮影中に寝台の上下方向及び/または左右方向移動を行うことは上述した実施形態と同様であるが、本実施形態では、事前撮影画像を用いた寝台移動曲線の設定は省略することができ、寝台移動曲線は撮影中心におけるサンプリングピッチを考慮して、決定される(S501)。サンプリングピッチを1/3にする場合を例に説明する。
寝台移動を伴わない場合には、図14(a)に示すように、サンプリングピッチは検出器サイズで決まる所定のピッチ(基本ピッチという)となるが、本実施形態では、同一スライスを3周にわたり撮影し、同一スライスが同一投影角度で3回撮影されるようにする。
この際、1周毎に撮影中心が基本ピッチから1/3ピッチずれるように寝台位置をたとえばX方向にずらす。これにより3回の撮影終了時点で、図14(b)に示すように、サンプリングピッチは基本ピッチの場合の1/3、すなわちサンプリング密度は3倍となり空間分解能を向上することができる。

寝台移動曲線は、図15(a)に示すように、スキャナ1周の間にも移動を連続し、連続的な移動になるようにしてもよいし、図15(b)に示すように、1周毎に寝台位置を移動させてもよい。この場合、1周毎の寝台移動の変化量は、基本ピッチの1/3ではなく、「基本ピッチの整数倍＋1/3ピッチ」としてもよい。これによりたとえば図15(a)の寝台移動曲線の場合に、1周目の最初のビューから3周目の最終ビューまでの変化量として比較的大きな変化量を設定することができ、寝台の機構部の制御が容易となる。
また図14ではX方向の移動量のみを示しているが、寝台の移動方向はY方向でもよいし、X方向とY方向の両方でもよい。

次に寝台移動曲線に基き、寝台移動を行いながら撮影を実行する(S503)。撮影は上述の通り同一スライスを3周に亘り撮影する。撮影方式はノーマルスキャン、提訴のヘリカルスキャン、シャトルスキャンのいずれでもよい。撮影により、撮影中心の位置が異なる3つの投影データが得られる。これら3つの投影データは、たとえば、次式(12)で示すようにビューβとチャネル角(ファン角)αIと検出器列位置v_Iの関数である。

各投影データについて、式(12)のαI、vIとして、前掲の式(3−1)〜(3−3)を用いて求めたものを代入し、これら3つの投影データを合成することにより高密度サンプリングした投影データが得られる。

撮影後の画像再構成は、複数回撮影により高密度サンプリングされたデータのうち、所定の画素に最も近接したデータを当該画素のデータとして用いて再構成を行う(S504)。この様子を図16に示す。図16の(a)は従来の再構成を説明する図、(b)は本実施形態による再構成を説明する図である。なお生の投影データは体軸方向から見てファンビーム状の投影データであるが、ファンパラ変換によりファンビームからパラレルビームに変換できるので、ここでは説明を簡単にするためパラレルビームの場合を示している。

図示するように、再構成時には所定の画素(図中、□で示す位置の画素)161のデータは、それに近接する投影データで補間される。本実施形態において最近接データで補間された画素161のデータは、従来法の投影データで補間されたデータに比べ、精度が高いことがわかる。その後、パラレルビーム再構成であれば式(7)もしくは式(4)を用いて再構成を行う。この場合、再構成フィルタは空間分解能が低い従来の再構成で用いるものより帯域の広いものを用いることが好ましい。これにより高密度サンプリングの効果を阻害することなく高空間分解能の画像を再構成することができる。

本実施形態によれば、従来装置の検出器等を変更することなく、また連続撮影しながら高密度サンプリングされたデータを得ることができ、画像の空間分解能を向上させることができる。なお理論的には、撮影中心の位置を、素子サイズ(配列ピッチ)の1/2、1/3・・・等にずらして複数回撮影を行うことによってサンプリング密度を増加することはできるが、寝台を素子サイズよりも小さい移動量で精度よく移動させることは困難である。これに対し本実施形態では、寝台の最大移動量として素子サイズ以上の移動量を設定し、最大移動量まで連続して寝台を移動させていけばよいので、寝台の制御が容易である。

＜第五実施形態＞
本実施形態も、寝台移動撮影を採用することによって、検出器サイズで決定されるサンプリング密度を増加し、空間分解能を向上することは、第四実施形態と同様である。ただし第四実施形態のX線CT装置は、投影データを高密度化し再構成する機能を持つものであったのに対し、本実施形態のX線CT装置は、サンプリング位置をずらした画像を複数枚再構成し、合成する点で異なる。以下、異なる点を中心に説明する。

本実施形態では、たとえば図17(b)に示すように、撮影中心位置が異なる4枚の画像を得るために、同一スライスを4周にわたり撮影する。寝台の移動量は、この1周あたりの上下左右方向移動量が画像のずれ量と一致するように決定する(S502)。画像のずれ量は、たとえば一つの画像のサンプリング位置が他の画像のサンプリング位置の中間になるように等間隔のずれ量とする。図17に示す例では、1周目の位置に対し、2周目は右方向に1/2ピッチずれた位置、3周目は2周目の位置から上方向に1/2ピッチずれた位置、4周目は3周目の位置に対し1/2ピッチにずれた位置(すなわち1周目の位置に対し上方向にずれた位置)となるように寝台移動量が決定される。寝台移動量は、各周の各ビューで変化するようにしてもよいし、周毎に固定してもよい(第四実施形態の図15参照)。

次に決定した寝台移動量に基き撮影を行い(S503)、各周の投影データを得る。これら投影データを再構成し画像を得る(S504)。再構成はファンビーム再構成であれば式(2)等を用い、パラレルビーム再構成であれば式(4)等を用いることができる。
この際、1周の間で寝台を連続移動する場合には、式(3)等又は式(7)等を用いて寝台位置情報を用いた修正を行う。寝台位置情報は、S502で設定した移動量でもよいし、寝台移動計測装置23が備えられている場合には、撮影時に実際に移動した寝台移動軌跡(位置情報)を用いる。

次に得られた4枚の画像から1枚の画像を生成する。このとき被検体に対する画素のサンプリング位置が等間隔にずれているならば、補間処理をすることなく1枚の画像を生成することができる。合成される前の各再構成画像の空間分解能は、図17(a)に示す通常の撮影画像の空間分解能と同じである。従って、合成した画像は、画素数がもとの画像の画素数の4倍になっているが、空間分解能自体はもとの画像と同じである。そこで得られた4倍密度サンプリング画像に対して、周波数強調処理などのボケ補正を行い、高空間分解能画像を得る。周波数強調処理としては、公知の超解像技術を用いることができる。

本実施形態によれば、従来装置の検出器等を変更することなく、高空間分解能画像を得ることができる。

＜第六実施形態＞
本実施形態は、寝台の位置情報を用いて直接CPR像を作成することが特徴である。

CPR像は、管腔に沿った画像であり、従来は図18(a)に示すように、各スライスの投影データからボリュームデータ(三次元画像データ)を作成し、ボリュームデータで管腔の中心点をつなぎ合わせてCPR像を作成する。すなわちCPR像作成には、ボリュームデータを作成する必要があり、また管腔の中心点を結ぶ線に対し垂直で且つ管腔の中心点を通る画像をボリュームデータ内の補間処理によって生成する必要がある。このため空間分解能が劣化する。これに対し、本実施形態では、図18(b)に示すように、管腔の中心点を結ぶ線に沿って寝台を移動させながら撮影するとともに、この寝台の移動情報を管腔の中心点位置情報として画像再構成に用いることにより、ボリュームデータ内の補間によるCPR作成ではなく直接CPR像を作成することができる。

以下、本実施形態のX線CT装置の動作を説明する。本実施形態においても、事前撮影画像をもとに管腔の中心点に沿った寝台移動曲線を設定すること及び設定された寝台移動曲線に従って寝台を移動させながら撮影を行うこと(図5：S501〜S503)は第一実施形態と同様である。次に、設定された寝台位置情報或いは撮影中に計測した寝台の位置情報を用いてCPR像を再構成する。

CPR面はその中心線の座標と角度(体軸を回転軸とする角度)をもとに規定することができ、CPR面のμ_I座標に対する再構成中心座標を(x₀(μ_I),y₀(μ_I))とした際のCPR面sημ座標とXYZ座標とは、次式のように対応つけることができる。

式中、η_IはCPR面の角度(体軸をCPR面の回転軸とする角度)であり、s_IはCPR面におけるz軸に垂直な座標の位置、μ_IはCPR面に沿ったs軸に垂直な座標、ρはCPR面の走行を規定する関数である。

この関係をもとに、本実施形態によるCPR面に対するファンビーム方式の画像再構成は次式(14)で示すことができる。

同様に、CPR画像に対するパラレルビーム方式の画像再構成は次式(15)で示すことができる。

上述した式(14)又は(15)による画像再構成は、撮影中に寝台位置を上下左右方向に移動することを前提とするものであるが、寝台を移動させるのではなく、第二実施形態のようにスキャナの角度を変化させる場合にも、本実施形態は適用することができる。
その場合、各スライスのスキャナの角度情報はCPR面の角度として用い、また撮影中心の座標をCPR面の中心座標とすることで、上述した式(14)、(15)を用いたCPR像の再構成が可能である。

本実施形態によれば、寝台の位置情報を用いて、CPR像を再構成する際の管腔の中心点座標を変化させて再構成することにより、予めボリュームデータを再構成する必要がなく、直接CPR像を得ることができる。またボリュームデータからの再構成ではないので、補間による画質の劣化がなく、高空間分解能のCPR像を得ることができる。

なお事前撮影画像により中心点をつなぐ曲線を得た場合には、撮影中の上下左右方向寝台移動やスキャナチルト角度変更を行わない場合でも、本実施形態の画像再構成を適用して直接CPR像を再構成することが可能であり、本実施形態は寝台移動撮影を伴わないX線CT装置にも適用できる技術である。但し、寝台移動撮影を行うことにより、管腔の中心点は常に撮影中心となるよう撮影されるので、管腔の空間分解能を最も良好に描出したCPR像を得ることができる。

＜第七実施形態＞
本実施形態は、上述した第六実施形態によるCPR像作成機能を備えたX線CT装置に対し、画像再構成の選択機能を追加したことを特徴とするものであり、特に選択のためのGUIに特徴がある。

すなわち、本実施形態でも事前撮影画像をもとに寝台移動曲線またはスキャナのチルト角度の変化量を設定すること(S502)、寝台移動曲線或いはチルト角度に基き撮影を行うこと(S503)は、第六実施形態と同じである。本実施形態では、CPR像を作成するモード(CPRモード)と通常の再構成画像を作成するモード(ボリュームモード)の2種類の画像再構成モードを有し、操作者にモードを選択させるGUIを備えている。

本実施形態における表示画面例を図19に示す。図示する表示画面200は、画像表示部210、被検体情報表示部220、撮影条件表示部230、再構成条件表示部240、状態表示部250などで構成されている。画像表示部210には、例えば、事前撮影で撮影された被検体の位置決め画像や画像再構成後のCT画像、CPR像が表示される。被検体情報表示部220には、被検体の氏名、性別、生年月日、IDなどの被検体に関する情報が表示される。撮影条件表示部230及び再構成条件表示部240は、入力部36への入力を促すとともに入力されたものを表示するGUIとして機能し、GUIを介して、撮影条件(管電流、管電圧、周回速度、体軸方向への寝台移動速度)、および再構成条件(再構成モード、画像FOV、再構成フィルタ、画像スライス厚、再構成スライス位置)がそれぞれ設定される。状態表示部250には、現在のX線CT装置の状態(撮影中か停止中か)や選択されたモードが表示される。

撮影条件表示部230には、撮影条件として、上述したものの他、寝台上下左右移動撮影又はスキャナチルト角度変更撮影の選択するためのGUIが表示される。このようなGUIは、位置決め撮影が終了し、画像表示部210に位置決め画像が表示されている状態で表示させてもよく、その時点で寝台上下左右移動撮影及び/又はスキャナチルト角度変更撮影を選択可能にしてもよい。さらにこれら寝台上下左右移動撮影及び/又はスキャナチルト角度変更撮影が選択された場合には、第一実施形態で説明したように、操作者と対話的に寝台移動曲線を設定することもできるし、位置決め画像から装置が寝台移動曲線を決定することができる。

また撮影条件として、寝台上下左右移動撮影及び/又はスキャナチルト角度変更撮影が選択されている場合には、再構成条件表示部240には、再構成モードとして、ボリュームモードとCPRモードのいずれかを選択するためのGUIが表示される。このGUIは、ボタンを押したときにCPRが選択されるようにするCPR選択ボタンであってもよいし、チェックボックスなどでもよい。再構成モードとして、CPRモードが選択された場合には、標準モードか直線モードかを選択するためのGUIが表示される。CPR像は、血管などの管に沿った画像であるが、血管等の走行方向をそのままで表示する表示モードが標準モードであり、血管等の走行方向を画面のY方向(縦方向)に一致させる表示モードが直線モードである。

操作者が、このような表示画面の画像再構成条件表示部240を操作したときの、処理の流れを図20に示す。図示するように、CPRモードが選択された場合には、第六実施形態で説明した画像再構成が行われ、ボリューム画像を再構成することなく、直接CPR像(直線像又は標準像)が形成され、画像表示部210に表示される。ボリュームモードが選択された場合には、第一実施形態や第二実施形態で説明した画像再構成が行われ、ボリューム画像データが作成される。このボリューム画像データは、公知のボリュームレンダリング等の画像処理が行われた後、画像表示部210に表示される。このボリューム画像からCPR像を作成することも可能である。

本実施形態により、操作者は寝台上下左右移動撮影/スキャナチルト角度変更撮影を円滑に進めることができ、またこれらの撮影に伴う条件設定を円滑に行うことができる。

本発明により、寝台の上下左右方向移動に伴う撮影或いはスキャナのチルト角度変更を伴う撮影とそれに対応した新規な画像再構成手法が提供される。これにより、診断に有効な高空間分解能画像を表示することができる。

10 スキャナ、11 X線発生装置、12 X線検出器、20 寝台、23 寝台移動計測装置、25 機構部、30 演算装置、31 寝台移動量設定部、40 中央制御装置、43 寝台制御装置、100 X線CT装置、300 操作ユニット

本発明は、上述したX線CT装置等の放射線断層像撮影装置に存在する課題を解決する手法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の放射線断層像撮影装置は、撮影中に、被検体を載せた寝台を被検体の体軸方向と直交する方向に移動する或いはスキャナの角度を変化させるとともに、撮影中の寝台の移動情報(体軸と直交する方向における移動情報)或いはスキャナの角度変化量を用いて画像再構成する手段を備えている。

画像作成部は、例えば、移動量設定部に設定された前記寝台の前記体軸方向と直交する方向の移動量及び/又は前記回転盤の角度変化量を用いて画像を作成する。また、機構部(25、151)が、撮影中の前記寝台の前記体軸方向と直交する方向の移動量及び/又は前記回転盤の角度変化量を計測する計測部(寝台移動計測装置23)を備える場合には、画像作成部は、寝台の移動量及び/又は回転盤の角度変化量を用いて画像を作成する。

スキャナ10は、X線発生装置11とX線検出器12とを対向配置した回転盤(不図示)を中央に開口を持つガントリ内に収納したものであり、回転盤を所定の周回速度で回転させることにより撮影が行われる。スキャン方式は、限定されるものではないが、ローテート−ローテート方式(第3世代)である。

操作ユニット300の入出力装置35は、キイボードやマウスなどのポインティングデバイスなどの入力部36、表示部37及び演算装置30の演算に必要なパラメータ、データ、演算結果などを記憶する記憶部38を備えている。演算装置30は、中央制御装置40の制御下で動作し、X線検出器12からA/Dコンバータ19を介して送られる信号を用いて画像の再構成演算を行う再構成演算部32、再構成演算部32で再構成された画像の補正などを行う画像処理部33を備えている。再構成演算部32及び画像処理部33は、本発明の画像作成部として機能する。演算装置30は、さらに、寝台の移動量を設定する寝台移動量設定部31を有している。

X線発生装置11から照射されたX線は、コリメータ16により照射領域を制限され、被検体内の各組織で吸収(減衰)され、被検体を通過し、X線検出器12で検出される。
X線検出器12で検出されたX線は、電流に変換され、プリアンプ18で増幅され、A/Dコンバータ19でA/D変換された後、投影データ信号として演算装置30に入力される。演算装置30に入力された投影データ信号は、演算装置30内の再構成演算部32で画像再構成処理される。

図10に示すように、スキャナ10の基本的な姿勢は、寝台の移動方向(Z方向)に対し、X線発生装置11のX線源とX線検出器の中心とを結ぶ直線が直交するような垂直な姿勢である。スキャナ10は、その開口を移動する寝台20の天板部22が開口と干渉しない範囲で、この垂直な姿勢から傾いた姿勢(チルト姿勢)を取ることができる。このチルト姿勢で例えばヘリカルスキャン方式の撮影を行った場合には、垂直姿勢の場合よりもZ方向の空間分解能を向上することができ、チルト姿勢でヘリカルスキャンを行う手法は従来知られている。ただしスキャン中にチルト角度が変化すると画像再構成時に誤差を生じ多大なアーチファクトを生ずることになるため従来チルト角度は固定している。本実施形態では、撮影中に着目部位の形状に合わせてチルト角度を変化させて、着目部位を高い空間分解能で連続撮影する。

本実施形態でも事前撮影を行うこと(S501)、事前撮影画像をもとに寝台移動曲線を設定すること(S502)は第一実施形態と同じであり、事前撮影画像は位置決め画像を用いている。本実施形態では、さらに、チルト角度変化量を決めるために、設定した寝台移動曲線のZ方向に対する角度変化量ΔΓを算出する。角度変化量ΔΓは、例えば、式(8)により計算することができる。

本実施形態によれば、例えば、被検体の着目部位が曲がっていたり(多くの場合が該当する)、体軸方向(Z方向)に沿ってはいるがZ方向に対し角度を持つような場合にも、その曲がり方や角度に追従して常に直交断面を撮影することができるので、良好な画像を得ることができる。またチルト角度を変化させるにも拘わらず、アーチファクトのない画像を得ることができる。

次に寝台移動曲線に基き、寝台移動を行いながら撮影を実行する(S503)。撮影は上述の通り同一スライスを3周に亘り撮影する。撮影方式はノーマルスキャン、低速のヘリカルスキャン、シャトルスキャンのいずれでもよい。撮影により、撮影中心の位置が異なる3つの投影データが得られる。これら3つの投影データは、たとえば、次式(12)で示すようにビューβとチャネル角(ファン角)α _Iと検出器列位置v_Iの関数である。

各投影データについて、式(12)のα _I 、v _Iとして、前掲の式(3−1)〜(3−3)を用いて求めたものを代入し、これら3つの投影データを合成することにより高密度サンプリングした投影データが得られる。

Claims

被検体を載せ、前記被検体の体軸方向に移動可能な寝台と、前記寝台を挟んで、放射線を照射する放射線源と放射線検出器とを対向させて配置し、前記寝台の周りを回転する回転盤と、前記回転盤の回転中に前記放射線検出器が検出した放射線のデータをもとに前記被検体の断層像を画像再構成する画像作成部と、前記寝台の前記体軸方向と直交する方向の位置及び/又は前記回転盤の垂直面に対する角度を変更する機構部と、前記機構部を制御する制御部と、撮影中における前記寝台の前記体軸方向と直交する方向の移動量及び/又は前記回転盤の角度変化量を設定する移動量設定部と、を備え、
前記制御部は、前記移動量設定部に設定された前記寝台の移動量及び/又は前記回転盤の角度変化量に従い、前記機構部を駆動して撮影を行い、前記画像作成部は、撮影中における前記寝台の前記体軸方向と直交する方向の移動情報及び/又は前記回転盤の角度情報を用いて画像を作成することを特徴とする放射線断層像撮影装置。
請求項1に記載の放射線断層像撮影装置であって、
前記制御部は、前記寝台の前記体軸方向の移動と連動して、前記寝台の前記体軸方向と直交する方向の移動を制御することを特徴とする放射線断層像撮影装置。
請求項2に記載の放射線断層像撮影装置であって、
前記制御部は、前記寝台の前記体軸方向の位置毎に、前記寝台の前記体軸方向と直交する方向の移動量の制限値を算出する制限値算出部を備えることを特徴とする放射線断層像撮影装置。
請求項3に記載の放射線断層像撮影装置であって、
前記画像作成部が作成した画像を表示する表示部を備え、
前記制御部は、前記制限値算出部が算出した移動量の制限値を、前記表示部に表示させることを特徴とする放射線断層像撮影装置。
請求項1に記載の放射線断層像撮影装置であって、
前記画像作成部は、前記移動量設定部に設定された前記寝台の前記体軸方向と直交する方向の移動量及び/又は前記回転盤の角度変化量を用いて画像を作成することを特徴とする放射線断層像撮影装置。
請求項1に記載の放射線断層像撮影装置であって、
前記機構部は、撮影中の前記寝台の前記体軸方向と直交する方向の移動量及び/又は前記回転盤の角度変化量を計測する計測部を備え、前記画像作成部は、前記計測部に記録された前記寝台の移動量及び/又は前記回転盤の角度変化量を用いて画像を作成することを特徴とする放射線断層像撮影装置。
請求項1に記載の放射線断層像撮影装置であって、
前記移動量設定部は、前記被検体の事前撮影画像データをもとに、前記寝台の前記体軸方向と直交する方向の移動量及び/又は前記回転盤の角度変化量を設定することを特徴とする放射線断層像撮影装置。
請求項7に記載の放射線断層像撮影装置であって、
前記移動量設定部は、前記被検体の着目部位が、前記回転盤の回転中心に位置するように前記寝台の移動量を設定することを特徴とする放射線断層像撮影装置。
請求項7に記載の放射線断層像撮影装置であって、
前記移動量設定部は、前記回転盤の角度が、前記被検体の着目部位の前記体軸方向に対する傾きの変化に追従するように前記回転盤の角度変化量を設定することを特徴とする放射線断層像撮影装置。
請求項1に記載の放射線断層像撮影装置であって、
前記移動量設定部は、撮影のビュー角度に対し線形に変化させるように前記寝台の前記体軸方向と直交する方向の移動量を設定することを特徴とする放射線断層像撮影装置。
請求項10に記載の放射線断層像撮影装置であって、
前記移動量設定部は、前記放射線検出器のサイズと前記被検体の撮影対象面積との差に基き、前記寝台の前記移動方向と直交する方向の移動量を算出することを特徴とする放射線断層像撮影装置。
請求項1に記載の放射線断層像撮影装置であって、
前記制御部は、同一スライス位置について、一枚の断層像に必要なビュー数より多いビュー数の撮影を行い、同一スライス位置について、前記放射線検出器の素子サイズよりも細かいピッチで前記寝台を前記被検体の体軸方向と直交する方向に移動することを特徴とする放射線断層像撮影装置。
請求項1に記載の放射線断層像撮影装置であって、
前記画像作成部は、前記寝台の前記体軸方向と直交する方向における位置が異なる複数の画像を作成し、当該複数の画像を合成して合成画像を作成することを特徴とする放射線断層像撮影装置。
請求項13に記載の放射線断層像撮影装置であって、
前記画像作成部は、前記合成画像に対し、周波数強調フィルタリングして一枚の画像とすることを特徴とする。
請求項1に記載の放射線断層像撮影装置であって、
前記画像作成部は、前記寝台を前記被検体の体軸方向に移動しながら、前記寝台の前記体軸方向と直交する方向の位置及び/又は前記回転盤の前記垂直面に対する角度を変化させて撮影した投影データを用いて、前記被検体の着目部位に沿ったCPR像を作成することを特徴とする放射線断層像撮影装置。
請求項15に記載の放射線断層像撮影装置であって、
前記画像作成部に作成させる画像として、三次元画像とCPR像のいずれかを操作者に選択させる入力装置を備えたことを特徴とする放射線断層像撮影装置。
被検体を載せ、前記被検体の体軸方向に移動可能な寝台と、前記寝台を挟んで、放射線を照射する放射線源と放射線検出器とを対向させて配置し、前記寝台の周りを回転する回転盤と、前記回転盤の回転中に前記放射線検出器が検出した放射線のデータをもとに前記被検体の断層像を画像再構成する画像作成部と、前記被検体の着目部位の、前記体軸方向に沿った座標の変化を記録する記録部とを備え、
前記画像作成部は、前記記録部に記録された前記被検体の着目部位の座標の変化と、前記被検体の体軸方向に沿って収集された投影データとを用いて、前記被検体の着目部位に沿ったCPR像を作成することを特徴とする放射線断層像撮影装置。