Ｘ線ＣＴ装置

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【発明の名称】	Ｘ線ＣＴ装置
【発明者】	【氏名】中澤哲夫【氏名】宮崎靖【氏名】後藤良洋
【要約】	【課題】連続的にまたは継続的にＸ線撮影において、Ｘ線感受性の高い特定組織への無意味な被曝を抑制可能なＸ線ＣＴ装置を提供する。【解決手段】Ｘ線源２００を連続して回転して被検体Ｂの投影データを複数回連続して検出器２５０により計測し、この投影データを基に被検体Ｂの断層映像を再構成して表示装置１００上に逐次表示するＸ線ＣＴ装置において、被検体Ｂ内において、Ｘ線感受性の高い特定組織などを、内部には極力Ｘ線を照射しない範囲としての関心領域Ａを設定可能として（ステップＳ１６）、一方、チャンネルコリメータ２１０により、設定した関心領域Ａ内の領域へのＸ線の照射を、数十回に一回程度に抑制することにより、眼球などＸ線感受性の高い特定組織などへの被曝を低減し、また、画像処理装置１０３により、事前に取得したデータ等を埋め込む補正をすることにより、関心領域Ａ内部の画質は通常並の画質に保持する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】Ｘ線源を連続して回転して被検体の投影データを複数回連続して計測すると共に、この投影データを基に被検体の断層映像を再構成して表示装置上に逐次表示するＸ線ＣＴ装置において、前記被検体内において前記Ｘ線源からのＸ線の照射範囲を設定するための関心領域設定手段と、前記Ｘ線源を回転して投影データを計測する際に、前記関心領域設定手段により設定した領域内へのＸ線の照射を抑制するチャンネルコリメータあるいは減弱体とを具備したことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線を用いて患者など体内の断層映像を連続的（又は断続的）且つリアルタイム的に得るＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｘ線ＣＴ装置は、医療などにおいて既に広く利用されており、また、様々な利用方法がユーザーによってなされている。例えば、最近では、病巣の組織検査や治療を経皮的に実施する場合において、Ｘ線ＣＴ装置を穿刺のガイドとして用いることが行われている。このように、病巣の組織検査や治療をＸ線ＣＴ装置によるガイドの下で実施することによって、手術時間も少なくなり、精度も上がるとして有効視されている。
【０００３】ところで、かかるＸ線ＣＴ装置によるガイドの方法としては、穿刺とＣＴ撮影とを交互に断続的に繰り返し、これによって穿刺針先端の位置などを確認しながら行う方法と、または、ＣＴ撮影を連統的に行い、穿刺針の位置を即座に確認できるように画像を逐次表示する方法とがある。このなかでも、特に後者の方法では、リアルタイム的に断層像が得られるため、手術時間が更に短縮されるという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述のようにＣＴ撮影を断続的あるいは連統的に行う方法では、患者あるいは術者にとっては、その断続的あるいは連続的なＣＴ撮影によるＸ線被曝量の増大が問題となっている。これに対して、その被曝量を低減するためＸ線の管電流を下げて照射線量を低下させればよいが、ところで、この照射線量（ｍＡｓ＝ｍＡ×ｓｅｃ）の低下はＸ線ゆらぎノイズの増大を意味し、これでは断層映像の画質が大幅に劣化するという問題があった。
【０００５】また、ＣＴ撮影を断続的あるいは連統的に行う場合、上記被曝線量の増大と言う問題と共に、正常組織への無意味なＸ線の照射も問題となっている。これは、例えば、眼球は他の組織に比べてＸ線感受性が高いが、現在の頭部検査では、例え眼球の疾患が無いと判断され、眼球の画像が必要でない場合でも、その他の組織と同様にＸ線が照射される。このため、極端に言うならば、この頭部検査において、正常な眼球への無意味なＸ線照射により、場合によっては、白内障などの疾患を招くことも考えられる。
【０００６】本発明は、かかる従来技術における問題点に鑑み、上記のＸ線ＣＴ装置のガイドによる穿刺などの際に、連続的にまたは断続的にＸ線撮影を実施した場合においても、得られる断層映像の画質の低下を招くこと無しに、患者あるいは術者の無意味な被曝量を低減することが可能なＸ線ＣＴ装置を堤供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の目的を達成するため、Ｘ線源を連続して回転して被検体の投影データを複数回連続して計測すると共に、この投影データを基に被検体の断層映像を再構成して表示装置上に逐次表示するＸ線ＣＴ装置において、前記被検体内において前記Ｘ線源からのＸ線の照射範囲を設定するための関心領域設定手段と、前記Ｘ線源を回転して投影データを計測する際に、前記関心領域設定手段により設定した領域内へのＸ線の照射を抑制するチャンネルコリメータあるいは減弱体とを具備したＸ線ＣＴ装置が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を用いて詳細に説明する。まず、図２には、本発明の実施の形態になるＸ線ＣＴ装置の全体構成が示されている。図からも明らかなように、このＸ線ＣＴ装置は、表示装置１００と、装置全体を統括するホストコンピュータ１０ｌと、Ｘ線発生系やＸ線検出系などを搭載し、スリップリングによって連続スキャンが可能なスキャナ系１０２と、画像の前処理や画像再構成処理あるいは各種解析処理を担当する、プリアンプ（図３において、符号１０６で示す）を含む画像処理装置１０３と、前記Ｘ線発生系に高電圧を供給する高電圧発生装置１０４と、その上に被検者を載せる患者テーブルｌ０５などから構成される。なお、図示しないが、ホストコンピュータ１０ｌは、その入力装置として、キーボード，マウス，トラッキングボール等を備えている。
【０００９】図３は、上記スキャナ系１０２の詳細な説明図であり、本発明のＸ線ＣＴ装置によれば、高電圧発生装置１０４から供給される高電圧によりＸ線を発生するＸ線管２００に近接し、被検体Ｂとの間に、チャンネルコリメータ２１０を装備している。そして、このチャンネルコリメータ２１０は、コントローラ２１１によって、図中Ｘ軸方向の移動を制御される。すなわち、このチャンネルコリメータ２１０により、チャンネル方向のＸ線照射範囲を、予め設定可能な関心領域Ａに限定できるようになっている。また、図中の符号２５０は、上記スキャナ系１０２の検出器を示している。
【００１０】次に、本発明の特徴をなす、チャンネルコリメータ２１０の構造の概略を図４及び図５により示す。図４（ａ）にも示すように、チャンネルコリメータ２１０は、外形台形状のコリメータケース２１２内に、補償フィルター２１３を備え、かつ、その底辺部分に鉛遮蔽板２１４を備えている。また、図４（ｂ）には、このチャンネルコリメータ２１０の下面部の構造が示されており、上記鉛遮蔽板２１４の両側には一対のガイド２１５，２１５が設けられており、エンコーダ等を備えたモータ２１６とタイミングベルト２１７の働きによってこの鉛遮蔽板２１４の伸縮が制御されることとなる。なお、図５（ａ）及び（ｂ）には、それぞれ、この鉛遮蔽板２１４が収縮した状態、及び、伸長した状態を示している。
【００１１】また、上記の図にも示すように、コリメータケース２１２には、さらに、このチャンネルコリメータ２１０全体の統括制御を行うシステムコントローラ２１１と、上記モータ２１６を駆動するモータドライバ２１８とが設けられている。なお、これらシステムコントローラ２１１とモータドライバ２１８とは、上記コリメータケース２１２以外に取り付けてもよい。
【００１２】そして、上記システムコントローラ２１１は、上述したように、チャンネルコリメータ２１０全体の統括制御を行い、例えば、本発明の関心領域Ａの設定の際には、その第１段階として、コントローラ内に数種類のテーブルを格納しておく。また、上記モータドライバ２１８は、モータ２１６を回転駆動し、このモータの回転がタイミングベルト２１７に伝達され、これにより、タイミングベルト２１７はカーテン状の鉛遮蔽板２１４を伸縮させ、これにより、スキャン中の関心領域スキャンを可能にするものである。
【００１３】次に、上記に構成を説明したＸ線ＣＴ装置における撮影の流れについて説明する。なお、この本発明のＸ線ＣＴ装置によれば、例えば、眼球などのＸ線感受性の高い組織等、予めＸ線を出来るだけ照射したくない部位が判っている場合などに用いることが可能であり、その撮影手順を図６を用いて説明する。すなわち、Ｘ線感受性が高い組織等、Ｘ線照射量を出来るだけ低減したい部位を関心領域として設定し、この設定した関心領域へのＸ線被曝量を極力減らすことにより、Ｘ線ＣＴ装置における低被曝化を実現するものである。
【００１４】撮影の流れとしては、撮影を開始すると、まず、スキャノグラムを表示し（ステップＳ１１）、次に、精密撮影範囲決定を行う（ステップＳ１２）。この精密撮影範囲決定では、患者をテーブル１０５上にセット完了した後、断層像の撮影位置を決定するために、まず、上記のスキャノグラムを得る。そして、撮影枚数の設定は、上記表示されたスキャノグラム上で行う。撮影範囲としては、撮影開始，撮影間隔，撮影枚数などに関する事項であり、例えば、螺旋スキャンの場合では、撮影開始位置，テーブル移動速度，スキャン回数なども設定を行う。
【００１５】その後、精密撮影が行われるが（ステップＳ１３）、この精密撮影では、ホスコンピュータは、上記で設定された条件に従って、例えば、高電圧発生装置１０４には管電圧や管電流をセットし、また、患者テーブル１０５には、螺旋スキャンの際の移動スピードなどをセットする。この精密撮影時には、上記のチャンネルコリメータ２１０は通常の位置にあり、全チャンネルにＸ線が入射するようになっている。このため、続く精密画像の再構成（ステップＳ１４）では、充分に診断可能な画像が得られる。
【００１６】続いて、撮影スライス（ステップＳ１５）と関心領域決定（ステップＳ１６）が行われる。すなわち、上記の精密撮影が終了すると、撮影スライスでは、術者は撮影画像を観察し、例えば、再検査の場合等においては、最も観察したい部位に適したスライスを選択する。また、ＣＴ透視の場合では、標的とする組織（腫瘍）の位置や標的までの穿刺経路上に重要組織がないかなど、標的周辺の情報を得ると共に、ＣＴ透視の際の穿刺スライスを決定する。さらに、関心領域決定では、上記で決定したスライス上でＸ線を照射しない範囲、すなわち、関心領域Ａを設定する。なお、この関心領域の設定は、例えば図７にも示すように、表示装置１００の表示画面上に、入力装置としてのマウスやトラックボール等のポインティングデバイスＰＤにより、例えば、円形領域や楕円領域を描画することにより設定し、この設定した関心領域の内側にＸ線が極力照射されないようにする。さらに、テーブル移動スライス方向を設定する（ステップＳ１７）。
【００１７】次に、リファレンススキャン（ステップＳ１８）では、ホストコンピユータ１０１の指示により、患者テーブル１０５は、選択されたスライス位置まで天板を移動させる。ここで、再検査用、あるいは、穿刺用など、ＣＴ透視の撮影目的に合わせたＸ線の線量で、かつ、チャンネルコリメータ２１０の通常の位置での撮影（リファレンススキャン）を行い、さらに、スライス位置や関心領域の設定の確認を行う（ステップＳ１９）。
【００１８】続いて、通常スキャン間隔の設定及び関心領域拡大撮影の設定を行う（ステップＳ２０）。この通常スキャン間隔の設定では、以下に説明する連続撮影等へ移行する前に、チャンネルコリメータ２１０が通常の位置での撮影を連続撮影中に何回行うかを設定する。なお、ここで細かく設定すればする程、関心領域外の画像の時間的なずれは少なくて済み、その分だけ精密な画像を得ることが出来るが、被曝線量はあまり低減しない。また、この撮影間隔は、オートでセットで設定することも可能である。その場合、ホストコンピュータ１０１に予め記憶されている設定、例えば「１０スライス毎にｌ回の通常スキャンを行う」等という設定をそのまま用いても良いし、あるいは、かかる自動設定に代え、マニュアルによって、例えば「３０スライス毎に１回」等の設定も可能である。また、「連速スキャン中においては通常スキャンをしない」という設定とすることもでき、その場合、関心領域外のデータは、上記ステップＳ１８で実行したりファレンススキャンのデータが埋め込まれて画像再構成処理が行われることになる。
【００１９】また、関心領域拡大撮影の設定では、ここで縮小拡大設定を選択すれば、関心領域撮影と通常スキャンの間で、関心領域Ａと通常スキャンの領域とが除々に近づく、換言すれば、通常スキャン範囲または設定された範囲から関心領域Ａまで、その計測する範囲が除々に縮小するスキャンを行うことができる。つまり、上記の拡大の場合、関心領域Ａから通常スキャン領域まで、計測範囲が除々に広がっていく。また、縮小では、関心領域Ａが円形だとすれば、除々に、通常スキャン範囲または設定範囲の円が縮小し、最終的には、計測範囲は関心領域Ａに達する（拡大の場合この逆の計測になる）。そして、この縮小（または拡大）しながら関心領域Ａの外で取り込んだデータは、以下で説明する画像再構成の補正に用いることにより、関心領域Ａの内側の範囲画像をも高画質化することができる。
【００２０】最後に、上記のリファレンススキャン（ステップＳ１８）で所望する画像が得られれば、連続撮影（ステップＳ２１）と画像再構成（ステップＳ２２）へ移行する。この連続撮影では、上記で設定した連速撮影、あるいは、穿刺撮影などを行い、これによって撮影した撮影データを逐次再構成し、もって、時間的に連続した断層画像の構成を行う。
【００２１】ここで、上記図４にその詳細な構成を説明したチャンネルコリメータ２１０の制御について、以下に図８により説明する。
【００２２】まず、図８に示すように、Ｘ線の発生源であるＸ線管の焦点位置（Ｘｓ，Ｙｓ）と回転中心を結ぶ線をｙ軸、このｙ軸と回転中心で直角に交わる線をｘ軸とする。ここで、コリメータ２１０（上記チャンネルコリメータ２１０の鉛遮蔽板２１４に対応する）は、上述のように、ｘ方向に移動可能であり、これにより、Ｘ線の照射範囲を任意に限定できる機構である。
【００２３】いま、図８において、関心領域が中心座標（Ｘｃ，Ｙｃ）を中心にした半径ｒの円で定義されたとすると、この設定されたＸ線の照射範囲は、焦点を見込む角度としては、θＬからθＲまでである。ここで、Ｘ線の焦点は演算上、上述のように点焦点として考えてその座標を（Ｘｓ，Ｙｓ）と定義しておき、一方、Ｘ線のコリメータ上での広がり位置を、ＸＬ０及びＸＲ０と定義しておけば、コリメータ２１０のｘ軸上の位置は、右側端部（ＸＲ０－△ＸＲ）と左側端部（ＸＬ０－△ＸＬ）となる。
【００２４】なお、上記コリメータ２１０の移動量△ＸＬ，△ＸＲを求める手段としては、以下の様な計算式によって得ることができることから、これを予め求めておく。また、以下のような計算式を用いず、三角関数等の周期関数で近似することも可能である。
【００２５】すなわち、上記の△ＸＬ，△ＸＲは以下のように求められる。
【数１】

ここで、ｄは、焦点と関心領域の中心座標の２点間距離である。そして、このｄを用いてθＬとθＲを表せば、以下のようになる。
【数２】

【数３】

なお、ここでｄ₀は、Ｘ線焦点からスキャナの回転中心までの距離である。そして、これらθＬ，θＲを用いて、△ＸＬ，△ＸＲを表わせば、以下のようになる。
【数４】

【数５】

【００２６】すなわち、上記に求めた△ＸＬ，△ＸＲに従って、各投影角度でチャンネルコリメータのコリメータ２１０の位置を制御することによって、図３に示すように、被検体の関心領域のみにＸ線が照射されることになる。なお、上記の例では、関心領域を円として説明したが、しかしながら、この関心領域の形状は円だけに限定されるものではなく、その他、例えば楕円により設定してもよい。その場合、以下の、△ＸＬ，△ＸＲを求める手順にパラメータが追加されることになる。
【００２７】続いて、関心領域のみにＸ線が限定されて照射されて得られる投影データによる画像再構成について説明する。
【００２８】以上のように、関心領域のみにＸ線が限定されて照射されて得られる投影データは、図９の太実線で示すように、上記のコリメータにより遮蔽された領域でのデータは、オフセット補正後はほぼゼロになる。従って、図９（ａ）におけるチャンネルｉａ’，ｉｂ’においては、非常に高い周波数成分が発生し、そのため、このままその得られた投影データによって画像再構成の処理に用いると、画像上にアーチファクトが発生することになる。これを解決するため、既に同出願人により提案（特願平９ー１１２３０２号）しているように、上記コリメータにより遮蔽された領域のデータに対しては、事前計測した投影データを埋め込む処理を行う。
【００２９】これは、例えば、図１０に示す画像処理装置１０３により実現される。すなわち、図において、この画像処理装置１０３は、再構成演算器１１，重み付け画像加算器１２より成り、表示装置１００へ出力する。そして、再構成演算器１１は、投影データメモリ２０，前処理演算器２１，ファンビーム－平行ビーム変換手段２２，フィルタ補正演算器２３，逆投影演算器２４より成る。一方、重み付け画像加算器１２は、７個の画像メモリ１０（＃１～＃７），７個の重み係数乗算器１３（Ｗ１～Ｗ７が重み係数），加算器２５から成る。
【００３０】なお、この例では、画像処理装置１０３は、１画像当たり例えば１秒未満で再構成できるようにしてある。これは、分割再生構成画像を３０°幅で次々に逐次的に得ること、更に、１つの再構成画面は、前回のものに新たに得た最新の３０°幅の分割再構成画像を加算することで達成できることのためによるものである。例えば、３０°幅での角度更新では１２枚／秒の再構成画像を得ることが出来る。
【００３１】また、上記の再構成演算器１１は、演算器２１による前処理、ファンビーム－平行ビーム変換手段２２による平行ビーム化、演算器２３によるフィルタ補正処理、さらには、逆投影演算器２４による逆投影演算を行うことで再構成画像を得る。この再構成演算は、３６０°分の一括再構成ではなく、部分的な角度幅（例えば、３０°幅）での平行ビームデータから得た分割再構成画像の加算演算である。
【００３２】そして、重み付け画像加算器１２は、次々に再構成演算器１１で得られる分割再構成画像を、順次、画像メモリ１０の各メモリ＃１～＃７に割り当てる。例えば、分割再構成画像ｇ１は＃１へ、分割再構成画像ｇ２は＃２へ、…、そして、分割再構成画像ｇ７は＃７へ割り当てて格納する。それ以降の分割再構成画像ｇ８、ｇ９…は、ｇ１に代わってｇ８が＃１へ、ｇ２に代わってｇ９が＃２へ、…の如く割り当て格納を行う。
【００３３】乗算器１３は、上記各メモリ＃１～＃７の画像に対して、重み係数Ｗ１～Ｗ７を対応付けて乗算して、各分割画像の重み付けを行う。加算器２５では、総加算を行って、１つの再構成画像を得る。
【００３４】以上に説明した画像処理装置１０３による再構成画像処理の概念を再び上記図９を用いて示す。すなわち、プリスキャン又は通常スキャンにより得られる有効データ範囲は、図９（ａ）に太実線で示すようになるが、これに対して、本発明の関心領域ＡにはＸ線が制限されて照射されて得られる投影データは、連続スキャン、あるいは、透視撮影等を連続してスキャンを繰り返した場合、図９（ｂ）に示すように、関心領域Ａ内での画像データは時間的に不連続なデータをとなり、高画質化は得られない。
【００３５】そこで、上記の連続スキャン、あるいは、透視撮影等の連続スキャン中に、チャンネルコリメータ２１０が通常の位置でのスキャン（プリスキャン又は通常スキャン）を行い、このスキャン前後の連続スキャン時には、時間的に最も近い投影データを埋め込むことにより、低被曝化が可能で、かつ、関心領域Ａの内部領域についても高画質化が可能な再構成画像処理を実現できる。すなわち、これにより、関心領域Ａ内外の領域において、時間的な差の少ない画像を、低被曝で得ることが可能になり、より見易い画像が得られることとなる。
【００３６】また、上述のように、上記ステップＳ２０において関心領域拡大撮影の設定を行うことにより、連続スキャンあるいは透視撮影等のスキャン中に、チャンネルコリメータ２１０が、除々に、通常スキャン領域から関心領域Ａまで縮小あるいは拡大しながら撮影するようにすることにより、自らのスキャンでは得られない領域のデータ（すなわち、遮蔽された領域のデータ）を、通常スキャン及び時間的に前の複数または単数の投影データを埋め込むことにより、高画質を得ることができることとなる。
【００３７】また、Ｘ線ＣＴ装置による頭部検査等においては、特に、Ｘ線感受性の高い眼球（図１（ａ）に関心領域Ａで示す）にはＸ線を照射したくない場合がある。このような場合には、複数の関心領域Ａの設定が必要となり、それに伴い、図１（ｂ）にも示すように、複数のチャンネルコリメータ２１０が必要になる。しかしながら、この様な複数のチャンネルコリメータ２１０等の制御も、基本的には、前述した単数のコリメータの制御方法と同様であり、前述した単数のコリメータの制御方法で対応することができるものであり、ここでは、その詳細な説明は省略する。また、チャンネルコリメータ２１０の変わりに、例えば眼球にＸ線を照射したくなければ、眼球相当のＸ線吸収係数を持っている減弱体をコリメータの代わりに配置しても、チャンネルコリメータ同様の効果を得ることができる。
【００３８】
【発明の効果】以上の詳細な説明から明らかなように、本発明になるＸ線ＣＴ装置によれば、再検査やＣＴ透視撮影等において、予めＸ線を照射したくない部位を関心領域として設定し、この関心領域には極力Ｘ線照射を行わずにスキャンを行うようにコリメータまたは減弱体を制御することにより、患者あるいはＸ線感受性の高い特定組織への無意味な被曝を抑制して、低被曝化が可能になる。
【００３９】また、コリメータまたは減弱体によって遮蔽された関心領域内の範囲の画像データは、画像処理装置において、時間的に事前に計測したデータ等を埋め込む等の処理により再構成可能とし、アーチファクトの少ない画像を得ることを可能にしている。そのため、低被曝で、且つ、関心領域内の領域の画像についても、時間的に画像差を抑制した正確な高画質画像を得ることが可能になる。

【出願人】	【識別番号】０００１５３４９８【氏名又は名称】株式会社日立メディコ
【出願日】	平成９年（１９９７）７月１０日
【代理人】
【公開番号】	特開平１１－２８２０１
【公開日】	平成１１年（１９９９）２月２日
【出願番号】	特願平９－１９９１８５