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
【要約】	【課題】造影剤注入後の最適造影タイミングを逃さず、画質を劣化することなく、患者等へのＸ線被爆量を低減することが可能な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、チャンネルコリメータ２１０によりＸ線の照射野を関心領域Ａに限定して撮影することを可能とし（ステップＳ１６）、さらに、関心領域内のＣＴ値を監視してその内部のＣＴ値平均値を演算する関心領域演算手段（ステップＳ２０）とを設けることによりＸ線ＣＴ値監視機能を備え、造影剤注入後のＣＴを監視しながら最適造影タイミングを逃さずに、患者等へのＸ線被爆量を低減することが可能になる。

【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外へのＸ線の照射を遮蔽するチャンネルコリメータと、該関心領域の特定領域内のＣＴ値を監視し、該関心領域の特定領域内のＣＴ値の変化量を演算する関心領域内演算手段を具備したことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】前記請求項１に記載したＸ線ＣＴ装置において、前記Ｘ線ＣＴ装置は、前記関心領域演算手段によって関心領域の特定領域内のＣＴ値が設定したＣＴ値に達した場合、予め設定された条件により連続スキャンを開始することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】前記請求項２に記載の連続スキャンはら旋スキャンであることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】前記請求項２に記載の連続スキャンは同一断面を連続に計測することを特徴とする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得るＸ線ＣＴ装置に関し、特に、ほぼ同一断面を連続的に計測する際に、設定した（関心）領域内へのＸ線の照射を極力抑制して患者や術者、あるいは、特定組織への被曝量を低減することの可能な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、高速画像再構成技術を用いて、画像をリアルタイムに表示する技術も堤案されている。
【０００３】すなわち、このリアルタイムに表示される画像を応用して、造影剤注入後、ある関心領域のＣＴを監視し、その関心領域が、予め設定されたＣＴ値に達したならば、ら線スキャンや通常のスキャンを開始するスキャン方法などが提案されている。この方法は、最適造影タイミングを逃さないために考え出されたものの一例である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、かかるＸ線ＣＴ装置の上記のような利用方法は、造影タイミングを逃さない方法として有効ではあるが、しかしながら、患者にとっては被爆量の増大が問題となっている。この被曝量を低減するにはＸ線の管電流を下げればよいが、これでは、照射線量（ｍＡｓ＝ｍＡ×ｓｅｃ）の低下となり、Ｘ線ゆらぎノイズの増大を意味し、画質が大幅に劣化するという問題があった。
【０００５】そこで本発明では、かかる従来技術における問題点に鑑み、上記のＸ線ＣＴ装置を用いて高速画像再構成技術によってリアルタイムにＣＴ画像を再構成する場合などにおいて、これを患者等へのＸ線被爆量を低減して行うことができるＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】すなわち、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外へのＸ線の照射を遮蔽するチャンネルコリメータと、該関心領域内のＣＴ値を監視し、該関心領域の特定領域内のＣＴ値の変化量を演算する関心領域演算手段とを具備したＸ線ＣＴ装置が提案される。
【０００７】また、本発明によれば、前記に記載したＸ線ＣＴ装置において、前記Ｘ線ＣＴ装置は、前記関心領域演算手段によって関心領域の特定領域内のＣＴ値が設定したＣＴ値に達した場合、予め設定された条件により連続スキャンを開始する。
【０００８】すなわち、本発明では、Ｘ線の照射野を有効視野を含む範囲（関心領域）に限定して撮影することを可能とし、これにより照射範囲外は計測動作を行わず、かつ、または当該関心領域の特定領域内のＣＴ値の平均値などの変化量を演算する関心領域演算手段により関心領域内のＣＴ値を監視しながらＸ線ＣＴ装置によるスキャンを行うようにし、これにより、例えば高速画像再構成技術によってリアルタイムにＣＴ画像を再構成する場合などにおいても、患者等へのＸ線被爆量を低減して行うことができるＸ線ＣＴ装置を提供するものである。
【０００９】また、以下の実施の形態にも詳述するように、Ｘ線照射範囲外には以前に計測したデータを当てはめて再構成すること、すなわち、時間的に前に計測したほぼ同一部位の投影データをあてはめて補うことで、照射領域を被検体がはみ出した場合においても特別な補正を行わずに、アーチファクトの発生を抑えることが出来る。
【００１０】
【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。
【００１１】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。
【００１２】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。
【００１３】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。
【００１４】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。
【００１５】次に、上記に構成を説明した本発明のＸ線ＣＴ装置における活用例の手順について、図１を参照しながら説明する。なお、この本発明のＸ線ＣＴ装置によれば、手順には大きくＣＴ値監視撮影（スキャン）と精密撮影とが可能である。なお、この精密撮影では、充分なＸ線条件の元で撮影して精密な断層像を得、一方、ＣＴ値監視スキャンでは、被曝線量を押さえるために管電流を低くして連続的な撮影を可能とする。以下、順を追って説明する。
【００１６】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（Ｘ線管は静止し、テーブルを移動しながら撮影した透視像）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、ら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。また、同一断面を連続に計測する場合では、前記テーブル移動速度を除く設定を行う。
【００１７】次に、ホストコンピュータ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その天板を移動する（ステップＳ１３）。ここで、低線量条件で、かつ、チャンネルコリメータ２１０の通常位置での撮影、いわゆるリファレンススキャンを行う（ステップＳ１４）。
【００１８】続いて、照射範囲と関心領域の決定を行う。すなわち、プリスキャンが終了すると、医師は撮影画像を観察し、Ｘ線を照射する範囲（照射範囲）を決定し（ステップＳ１５）、その後、その照射範囲の中にＣＴ値監視撮影のための関心領域内に特定領域を設定する（ステップＳ１６）。なお、これら照射範囲や関心領域の設定には、例えば図６にも示すように、上記表示装置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、直接Ｘ線が照射されないように設定する。また、この時、上記の関心領域内の特定領域については、ＣＴ値の平均値などの変化量の計算をするように設定する。
【００１９】ここで、もう一度、低Ｘ線量条件でかつチャンネルコリメータの通常位置での撮影（リファレンススキャン）を行い（ステップＳ１７）、スライス位置の確認と共に、さらに、照射範囲の確認（ステップＳ１８）及び関心領域のうちの特定領域の設定の確認を行う（ステップＳ１９）。そして、このリファレンススキャンで所望する画像が得られたならば、そこでＣＴ値監視撮影を行う。
【００２０】このＣＴ値監視撮影では、医師は造影剤の注入を行い（ステップＳ２０）、続いて、ＣＴ値監視撮影の連続スキャンに移行し、撮影画像データを逐次再構成して（ステップＳ２１）、時間的に連続した断層画像を表示しながら、同時に、関心領域または関心領域内の特定領域内のＣＴ値の平均値も演算処理する。
【００２１】その後、上記関心領域内または関心領域内の特定領域内のＣＴ値が、注入した造影剤の影響で除々変化し、設定したＣＴ値の関領域内のＣＴ値が設定した値と等しくなったならば（関領域内ＣＴ値平均値＝設定値）、上記精密撮影範囲決定（ステップＳ１２）で予め設定してある撮影条件で精密撮影を開始する（ステップＳ２２）。なお、この精密撮影とは、上記チャンネルコリメータ２１０が通常位置での撮影であり、ら旋スキャンや、患者ベットを停止したままで投影データを取り込む通常スキャンの場合がある。どちらにしても、再構成画像としては、充分診断が可能な精密画像が得られる。
【００２２】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７により説明する。まず、図７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７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】また、上記の実施の形態では、計測した投影データに、プリアンプ暗電流によるオフセット補正，Ｘ線変動補正，あるいは、線質補正やログ変換などの前処理に加えて、パッキング（埋め込み）処理を用いた。このパッキング処理は、上記のように、Ｘ線の照射範囲を限定したため、画面の再構成の際に無効なデータ範囲を求め、そのデータを事前に計測したデータに置き換える処理である。
【００２８】ここで、このパッキング（埋め込み）処理について説明する。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８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８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９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８を用いて示す。すなわち、プリスキャンやリファレンススキャン又は精密撮影時の通常スキャンにより得られる有効データ範囲は、図８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外にはＸ線が制限されて照射されて得られる投影画像データは、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、図にも示すように、関心領域Ａ外で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または照射範囲より大きい範囲のスキャンにより得られた前の時間の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の外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、低被曝で得ることが可能になり、かつ、関心領域Ａ内外の領域においてもより見易い画像が得られることとなる。
【００３６】
【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、特に、高速画像再構成技術を用いて画像をリアルタイムに表示する技術を応用して、造影剤注入後、ある関心領域のＣＴを監視し、その関心領域が、予め設定されたＣＴ値に達したならば、ら旋スキャンや通常のスキャンを開始するスキャン方法などにおいて、最適造影タイミングを逃さず、画質を劣化することなく、患者等へのＸ線被爆量を低減して行うことが可能なＸ線ＣＴ装置を提供す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１１－２８２０２
【公開日】	平成１１年（１９９９）２月２日
【出願番号】	特願平９－１９９１９１