(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線照射源とそれに対向する２列以上の多列のＸ線検出器アレイを有する多列検出器アレイとによって被検体をヘリカルスキャンして得られたデータに基づいて画像を生成するＸ線ＣＴ装置における差分像撮像方法であって、
前記多列検出器アレイにおける隣り合う列のＸ線検出器アレイがＸ線照射源の１回転分のずれで被検体における同一位置のデータを収集するようにヘリカルスキャンを行い、そのヘリカルスキャンを行うことにより得られた各列のＸ線検出器アレイにおける前記同一位置のデータの間の実質的な差分に基づいて差分画像を生成することを特徴とする差分像撮像方法。
【請求項２】
Ｘ線照射源と、
前記Ｘ線照射源と対向した多数のＸ線検出器を１列に配設した検出器アレイをＮ（≧２）列並設してなる多列検出器アレイと、
前記多列検出器アレイにおける隣り合う列の前記検出器アレイが前記Ｘ線照射源の１回転分のずれで被検体における同一位置のデータを収集するようにヘリカルスキャンを行い、前記多列検出器アレイを通じてデータを収集するデータ収集手段と、
前記データ収集手段が収集したデータに基づいて画像を生成する画像生成手段と、
前記データ収集手段で収集された各列の検出器アレイにおける前記被検体同一位置のデータの間の実質的な差分に基づいて差分画像を生成する差分画像生成手段とを具備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、差分像撮像方法およびＸ線ＣＴ(Computed Tomography) 装置に関し、特に、例えば造影剤等を用いて血管等の撮像を行うときの差分像撮像方法およびＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴ装置を用いて例えば被検体の血管等を撮像しようとした場合、先ず造影剤注入前の被検体をスキャンしてその断層像（プレーン(plane) 画像）を撮像し、次に造影剤を注入して所定時間（数十秒程度）後に同一部位をスキャンして断層像（造影画像）を撮像し、両画像の差分（サブトラクション(subtraction) ）を求めるようにしている。これによって両画像に共通する部分が消去されて造影剤が行き渡った部分すなわち血管像だけが描出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、２つのスキャンの間に時間があくので、その間の呼吸動作等により被検体内の組織が移動するのが避けられない。このため、差分をとったとき組織の位置変化による差分画像も発生する。この差分画像は造影剤に無関係な画像であり、画像の正しい読影を妨げる。
【０００４】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、正確な造影画像を得る差分像撮像方法およびＸ線ＣＴ装置を実現することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
〔１〕課題を解決するための第１の発明は、Ｘ線照射源とそれに対向するＸ線検出器によって被検体をヘリカルスキャンして得られたデータに基づいて画像を生成するＸ線ＣＴ装置における差分像撮像方法であって、被検体の同一部位を複数回連続的にスキャンして得られる各回のデータの間の実質的な差分に基づいて差分画像を生成することを特徴とする差分像撮像方法である。
【０００６】
課題を解決するための第１の発明によれば、被検体の同一部位を複数回連続的にスキャンして得られる各回のデータの間の実質的な差分に基づいて差分画像を生成するようにしたので、差分を求めるデータの間の時間差を短縮でき、それによって正確な造影画像を得る差分像撮像方法を実現することができる。
【０００７】
なお、課題を解決するための第１の発明において、「実質的な差分」とは、少なくとも、各回のデータの間の差分または各回のデータに基づいてそれぞれ生成された画像の差分を意味するものとする。
【０００８】
〔２〕課題を解決するための第２の発明は、Ｘ線照射源と、前記Ｘ線照射源と対向し多数のＸ線検出器を１列に配設した検出器アレイをＮ（≧２）列並設してなる多列検出器アレイと、前記多列検出器アレイの並設方向に沿って被検体を相対的に直線移動させると共に被検体の周りに前記Ｘ線照射源を連続的に回転させながら前記多列検出器アレイを通じてデータを収集するデータ収集手段と、前記データ収集手段が収集したデータに基づいて画像を生成する画像生成手段とを有するＸ線ＣＴ装置であって、被検体の同一部位について前記多列検出器アレイの各列の検出器アレイを通じて得られた各群のデータの間の実質的な差分に基づいて差分画像を生成する差分画像生成手段を具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。
【０００９】
課題を解決するための第２の発明によれば、被検体の同一部位について多列検出器アレイの各列の検出器アレイを通じて得られた各群のデータの間の実質的な差分に基づいて差分画像を生成するようにしたので、差分を求めるデータの間の時間差を短縮でき、それによって正確な造影画像を得るＸ線ＣＴ装置を実現することができる。
【００１０】
課題を解決するための第２の発明において、前記差分画像生成手段は前記各群のデータの間の差分に基づいて差分画像を生成することが、差分画像の生成を高速化する点で好ましい。
【００１１】
また、課題を解決するための第２の発明において、前記差分画像生成手段は前記各回のデータに基づいてそれぞれ生成された画像の差分に基づいて差分画像を生成することが、それぞれの画像の微調整によってより精密な差分画像を求める点で好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
〔全体構成〕
図１にＸ線ＣＴ装置のブロック図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。なお、本装置の構成によって本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。また、本装置の動作によって本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００１４】
図１において、Ｘ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール(console) １と、撮影テーブル(table) １０と、走査ガントリ(gantry)２０とを具備している。
操作コンソール１は、操作者の指示や情報等を入力する入力装置２と、ヘリカルスキャン(helical scan)処理や画像再構成（画像生成）処理等を実行する中央処理装置３と、制御信号等を撮影テーブル１０や走査ガントリ２０へ出力する制御インタフェース(interface) ４と、走査ガントリ２０で取得したデータを収集するデータ収集バッファ(buffer)５と画像等を表示するＣＲＴ(cathod-ray tube) ６と、各種のデータやプログラムを記憶する記憶装置７とを具備している。
【００１５】
撮影テーブル１０は、図示しない被検体を載せて体軸方向に移動できるようになっている。
走査ガントリ２０は、Ｘ線管３０と、Ｘ線ビーム(beam)を形成するコリメータ(collimater)５０と、２列検出器アレイ(array) ６０と、Ｘ線照射タイミングや強度を調整するＸ線コントローラ(controller)２１と、コリメータ５０のＸ線通過開口を調整するコリメータコントローラ２２と、２列検出器アレイ６０が検出したデータを収集するデータ収集部２３と、被検体の体軸の周りにＸ線管３０や２列検出器アレイ６０等を回転させる回転コントローラ２４とを具備している。
【００１６】
ここで、Ｘ線管３０は本発明におけるＸ線照射源の実施の形態の一例である。２列検出器アレイ６０は本発明におけるＸ線検出器および多列検出器アレイの実施の形態の一例である。なお、検出器アレイは２列に限るものではなく３列以上の多列であっても良い。
【００１７】
走査ガントリ２０は本発明におけるデータ収集手段の実施の形態の一例である。中央処理装置３は本発明における画像生成手段および差分画像生成手段の実施の形態の一例である。
【００１８】
図２に、２列検出器アレイ６０の概念的構成を示す。
この２列検出器アレイ６０は、第１列の検出器アレイ６１と第２列の検出器アレイ６２を一体化したものである。第１列の検出器アレイ６１は、多数（例えば１０００個）のＸ線検出器６１（ｉ）を円弧状に配列した多チャンネルの検出器アレイを形成している。
【００１９】
同様に、第２列の検出器アレイ６２も多数のＸ線検出器６２（ｉ）を円弧状に配列した多チャンネルの検出器アレイを形成している。ここで、ｉはチャンネル番号でありｉ＝１〜Ｉである。
【００２０】
Ｘ線検出器６１（ｉ），６２（ｉ）は例えばシンチレーション(scintillation) Ｘ線検出器や半導体Ｘ線検出器等の固体検出器によって構成される。
図３は、Ｘ線管３０およびコリメータ５０と２列検出器アレイ６０の相互関係の説明図である。なお、図３の（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【００２１】
Ｘ線管３０から放射されたＸ線は、コリメータ５０により偏平な扇状のＸ線ビームＸｒに成形され、２列検出器アレイ６０の第１列の検出器アレイ６１と第２列の検出器アレイ６２に均等に照射される。
【００２２】
ここで、Ｘ線管３０の焦点と２列検出器アレイ６０の中心とを結ぶ直線Ｌを角度基準軸という。また、Ｘ線管３０の焦点と個々のＸ線検出器６１（ｉ），６２（ｉ）とを結ぶ直線が、角度基準軸Ｌに対してなす角度をチャンネル角度γという。
【００２３】
２列検出器アレイ６０の中心のＸ線検出器６１（Ｉ／２）および６２（Ｉ／２）ではチャンネル角度はγ＝０である。２列検出器アレイ６０の図中左端のＸ線検出器６１（１），６２（１）ではチャンネル角度はγ＝−γｍである。２列検出器アレイ６０の図中右端のＸ線検出器６１（Ｉ），６２（Ｉ）ではチャンネル角度はγ＝＋γｍである。
【００２４】
チャンネル番号ｉとチャンネル角度γは１対１に対応しているので、説明の都合上、以下では、Ｘ線検出器６１（ｉ），６２（ｉ）をＸ線検出器６１（γ），６２（γ）と表現する。
【００２５】
Ｘ線ビームＸｒの扇面に体軸を直交させて被検体が搬入される。この状態を図４に示す。同図に示すように、扇状のＸ線ビームＸｒによってスライスされた被検体の投影像が２列検出器アレイ６０に投射されそのデータが測定される。
【００２６】
被検体ＯＢのＩＳＯセンタにおけるＸ線ビームＸｒの厚みがスライス厚Ｔを与える。Ｘ線ビームＸｒはスライス厚Ｔを２等分する形で検出器アレイ６１と６２に照射される。すなわち、各検出器アレイ当たりのスライス厚はｔｈ＝Ｔ／２である。
【００２７】
Ｘ線管３０、コリメータ５０および２列検出器アレイ６０はこのような関係を保ったまま被検体ＯＢの周りを連続的に回転し、その間に被検体ＯＢを載せた撮影テーブル１０が体軸方向に連続的に直線送りされてヘリカルスキャンが行われる。ヘリカルスキャンの１回転当たり複数（例えば１０００）のビュー角度で被検体の投影データが収集される。
【００２８】
〔ビューデータの収集〕
図５は、ビュー角度の説明図である。
Ｘ線管３０および２列検出器アレイ６０が回転した一つの角度位置において角度基準軸Ｌが垂直軸となす角度βを絶対ビュー角度という。所望の画像生成位置での絶対ビュー角度をβ＝β0 とするとき、θ＝β−β0 を相対ビュー角度という。
【００２９】
チャンネル角度γのＸ線検出器により相対ビュー角度θで収集したデータをＤ（γ，θ）で表す。例えば、γ＝０ならＤ（０，θ）であり、γ＝−γｍならＤ（−γｍ，θ）であり、γ＝＋γｍならＤ（＋γｍ，θ）である。
【００３０】
図６は、対向ビューのデータの説明図である。
図６において、（ａ）に示すデータＤ（−γｍ，θ）に着目するとき、ヘリカルスキャンの直線移動軸上これに最も近い対向ビューのデータは、（ｂ）に示すように、画像生成位置より前側で得られるデータＤ（＋γｍ，θ’）、または、（ｃ）に示すように画像生成位置より後側で得られるデータＤ（＋γｍ，θ’’）となる。ここで、θ’＝θ−π−２（−γｍ、），θ’’＝θ＋π−２（−γｍ）である。
【００３１】
一般に、データＤ（γ，θ）の対向ビューのデータは、画像生成位置より前側でＤ（−γ，θ−π−２γ）、後側でＤ（−γ，θ＋π−２γ）となる。
図７は、ヘリカルスキャンの直線移動軸ｚ上での相対ビュー角度θの位置を説明する図である。
【００３２】
図７の（ｂ）に示すように、絶対ビュー角度β0 における検出器アレイ６１と検出器アレイ６２の中間に相当するｚ軸上の位置を基準とし、ここをｚ＝０とする。
【００３３】
また、各検出器アレイ６１，６２にそれぞれ入射する扇状Ｘ線ビームＸｒの厚さ（スライス厚）をｔｈとし、ヘリカルスキャンの１回転ごとの直線移動距離をｄとし、ｐ＝ｄ／ｔｈをヘリカルピッチとするとき、図７では、ヘリカルピッチをｐ＝１としている。
【００３４】
図７の（ａ）に示すように、相対ビュー角度θ＝−πにおいて、第１の検出器アレイ６１で得られるデータＤ１（γ，−π）はｚ＝０のスライス面のデータであり、第２の検出器アレイ６２で得られるデータＤ２（γ，−π）はｚ＝−ｔｈのスライス面のデータである。
【００３５】
ただし、各スライス面のｚ位置は、被検体ＯＢのＩＳＯセンタにおける各スライスの、厚みの中心のｚ位置で表すものとする。
また、図７の（ｂ）に示すように、相対ビュー角度θ＝０において、第１の検出器アレイ６１で得られるデータＤ１（γ，０）はｚ＝ｔｈ／２のスライス面のデータであり、第２の検出器アレイ６２で得られるデータＤ２（γ，０）はｚ＝−ｔｈ／２のスライス面のデータである。
【００３６】
また、図７の（ｃ）に示すように、相対ビュー角度θ＝πにおいて、第１の検出器アレイ６１で得られるデータＤ１（γ，π）はｚ＝ｔｈのスライス面のデータであり、第２の検出器アレイ６２で得られるデータＤ２（γ，π）はｚ＝０のスライス面のデータである。
【００３７】
図７の（ｃ）の状態になったとき、第２の検出器アレイ６２で得られるデータのスライス面は図７（ａ）における第１の検出器アレイ６１で得られるデータのスライス面に一致する。そしてそれ以降、第２の検出器アレイ６２は第１の検出器アレイ６１が辿ったのと同じ軌跡を辿ってヘリカルに移動しデータを測定する。
【００３８】
その様子を示せば図８のようになる。すなわち、第２の検出器アレイ６２は１スキャン遅れで第１の検出器アレイ６１がデータを検出したのと同一の位置のデータを測定する。
【００３９】
〔造影撮像〕
図９に、本装置による造影撮像の概念をブロック図によって示す。
被検体ＯＢの例えば血管に造影剤が注入されヘリカルスキャンによる造影撮像が開始される。ヘリカルスキャンは造影剤注入後適宜の時間をおいて開始される。この時間は造影剤が撮像部位に到達する時間の予測に基づいて決められる。
【００４０】
ヘリカルスキャンにより、２列検出器アレイ６０の検出器アレイ６１および６２を通じてそれぞれ被検体ＯＢのＸ線透過データが収集され、記憶装置７に記憶される。
【００４１】
画像再構成装置３１は記憶装置７に記憶された測定データを用いて被検体の断層像を再構成する。画像再構成装置３１は中央処理装置３に含まれるものである。
【００４２】
断層像を再構成すべきスライスのｚ軸上の位置（画像生成位置）、リコン(reconstruction)関数、画像再構成間隔（リコンピッチ）、再構成画像のスライス厚等のリコンパラメータ(reconstruction parameter)が予め入力装置２を通じて操作者によって設定されており、それに基づいて画像再構成が行われる。画像再構成は例えばフィルタード・バックプロジェクション(filtered back-projection)法等により行われる。
【００４３】
画像再構成に先立って画像を生成するために必要な複数ビューのデータが算出される。ビューデータの算出は、データ収集手段が収集したデータ中から、所望のビューとそれぞれ同一ビューのデータまたは対向ビューのデータであってｚ軸上画像生成位置に最も近い２つのデータを選択し、これらデータを画像生成位置からの距離に応じて重み付け加算することによって行われる。なお、ビューデータの算出には同一の検出器アレイによる測定データセットが用いられる。
【００４４】
このようにして算出された複数のビューデータを用いてフィルタード・バックプロジェクションにより断層像が再構成される。
先ず、検出器アレイ６１の測定データセットから算出されたデータを用いて行われ、その画像データが画像バッファ３２に一時記憶される。画像バッファ３２は中央処理装置３の内部に設けられる。次に、検出器アレイ６２の測定データセットから算出されたデータを用いて同じスライス位置の断層像が再構成される。こちらの画像は同じ断面の１スキャン時間後の像となる。
【００４５】
この画像と画像バッファ３２の記憶画像の間で減算器３３により差分演算が行われる。減算器３３は中央処理装置３の内部に設けられる。差分演算は対応する画素毎に行われ、これによって差分画像が形成される。差分画像は同一断面についての１スキャン時間内の変化分を表す。この差分画像は画像処理装置３４を通じて記憶装置７に記憶される。画像処理装置３４は中央処理装置３の内部に設けられる。
【００４６】
ｚ軸上の他の位置についても同様にして差分画像が形成され記憶装置７に記憶される。それらの差分画像は画像処理装置を通じて適宜ＣＲＴに与えられ可視像として表示される。
【００４７】
血液中の造影剤の濃度は時間の経過とともに例えば図１０に示すように変化する。すなわち、造影剤の濃度は時間とともに増加してあるピークに達しその後次第に減少するような曲線を描く。動脈の場合は曲線Ａのように増加率とピーク値が共に高く、静脈の場合は曲線Ｂのように増加率とピーク値が共に低い。
【００４８】
このような濃度変化の過程で、検出器アレイ６１の測定データに基づいて例えば造影剤濃度がａ１（ｂ１）になった状態の画像を再構成したとき、検出器アレイ６２の測定データに基づいて再構成された画像は１スキャン時間経過後の例えばａ２（ｂ２）の濃度状態のものとなる。
【００４９】
したがって、差分画像においては、動脈は濃度差ａ２−ａ１に相当するＣＴ値で表され、静脈は濃度差ｂ２−ｂ１に相当するＣＴ値で表される。また、造影剤が流入しない部分は差分演算によって相殺される。
【００５０】
ここで、差分を求める２つの画像の時間差は１スキャンすなわちヘリカルスキャンの１ピッチの回転時間であって、通常、例えば１秒、短い場合は０．５秒、長くても２秒程度のものとなる。したがって、その間息止め等により被検体ＯＢの体動を止めておくことは容易なので組織の位置変化を無くすることができ、これによって造影剤が流入しない部分の像を完全に消去し正確な造影画像を得ることができる。
【００５１】
また、プレーン画像の撮像を必要としないので、従来のように被検体を時間をおいて２度撮像する必要が無くなり、大幅に能率が向上する。
本装置が撮像した造影画像において血管像のＣＴ値は一定時間内の造影剤の濃度変化に相当するから血流速度を表すものとなる。すなわち、本装置は血流速度イメージングを行うものとなる。これは、従来のプレーン像と造影像との差分によっては実現不可能な本発明の特徴である。
【００５２】
このような特徴により、１枚の造影画像において動脈相と静脈相を明確に識別することができ、また、例えば癌等の悪性腫瘍部については、その本体と周辺部の血流速度の相違に基づいて病変部を明瞭に判別することができる。
【００５３】
ところで、差分画像の生成は、再構成された画像の差分を求める代わりに、バックプロジェクションの前にビューデータの差分を求め、この差分データを用いてバックプロジェクションするようにしても良い。これは、バックプロジェクション演算の線型性により、データの加減算はバックプロジェクションの前後どちらで行っても同じ結果が得られることに基づく。
【００５４】
その場合、例えば図１１に示すように、ビューデータ算出装置３５によって、先ず、記憶装置７に収集されている検出器アレイ６１の測定データセットを用いて画像生成位置における複数ビューのデータが算出される。このビューデータはデータバッファ３６に記憶される。
【００５５】
次に、記憶装置７に収集された検出器アレイ６２の測定データセットを用いて同じ画像生成位置における複数ビューのデータが算出される。このビューデータは減算器３３においてデータバッファ３６のデータと同一ビュー同士で減算され、差分ビューデータが形成される。
【００５６】
画像再構成装置３１はこの差分ビューデータをバックプロジェクションして画像を再構成する。ビューデータが差分データであることにより再構成された画像は差分画像となる。差分画像は画像処理装置３４を通じて記憶装置７に記憶され、また、適宜読み出されてＣＲＴ６に表示される。
【００５７】
この方法は画像再構成が１回で済み、差分画像の生成が高速化される点で好ましい。それに対して、前述の画像同士で減算をする方法は、それぞれの画像の微調整によってより精密な差分画像を求める点で好ましい。
【００５８】
以上、ヘリカルスキャンを行う例で説明したが、撮影テーブル１０を止めて通常のアキシャルスキャン(axial scan)を行い、１スキャンが終了する度に撮影テーブル１０をスライス厚ｔｈずつ送るようにしても良い。
【００５９】
この場合も検出器アレイ６１と６２により１スキャンの時間差を有する測定データセットが得られるので前述と同様にして差分画像を生成することができる。この方法はヘリカルスキャンの場合のようなビューデータ算出を要しない点で好ましい。
【００６０】
また、検出器アレイが２列の例について説明したが、３列以上の多列にした場合は、最初の列の測定データと次以降の列の測定データの時間差がスキャン時間の整数倍で増えるので、差分を求めるデータ対の組合せを選ぶことにより所望の時間差についての差分画像を得ることができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、課題を解決するための第１の発明によれば、被検体の同一部位を複数回連続的にスキャンして得られる各回のデータの間の実質的な差分に基づいて差分画像を生成するようにしたので、差分を求めるデータの間の時間差を短縮でき、それによって正確な造影画像を得る差分像撮像方法を実現することができる。
【００６２】
また、課題を解決するための第２の発明によれば、被検体の同一部位について多列検出器アレイの各列の検出器アレイを通じて得られた各群のデータの間の実質的な差分に基づいて差分画像を生成するようにしたので、差分を求めるデータの間の時間差を短縮でき、それによって正確な造影画像を得るＸ線ＣＴ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】  本発明の実施の形態の一例の装置における２列検出器アレイの概念的構成図である。
【図３】  本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線照射・検出系の概念的構成図である。
【図４】  本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線照射・検出系の概念的構成図である。
【図５】  本発明の実施の形態の一例の装置におけるビューおよびデータの説明図である。
【図６】  本発明の実施の形態の一例の装置におけるビューおよびデータの説明図である。
【図７】  本発明の実施の形態の一例の装置におけるヘリカルスキャンの説明図である。
【図８】  本発明の実施の形態の一例の装置におけるデータ収集の概念的説明図である。
【図９】  本発明の実施の形態の一例の装置における差分像生成の概念的説明図である。
【図１０】  本発明の実施の形態の一例の装置における造影撮像の説明図である。
【図１１】  本発明の実施の形態の一例の装置における差分像生成の概念的説明図である。
【符号の説明】
１００  Ｘ線ＣＴ装置
１  操作コンソール
２  入力装置
３  中央処理装置
４  制御インタフェース
５  データ収集バッファ
６  ＣＲＴ
７  記憶装置
１０  撮影テーブル
２０  走査ガントリ
２１  Ｘ線コントローラ
２２  コリメータコントローラ
２３  データ収集部
２４  回転コントローラ
３０  Ｘ線管
５０  コリメータ
６０  ２列検出器アレイ
ＯＢ  被検体
３１  画像再構成装置
３２  画像バッファ
３３  減算器
３４  画像処理装置
３５  ビューデータ算出装置
３６  データバッファ
【図１】
0003685551.tif 000002
【図２】
0003685551.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003685551.tif 000009
【図９】
0003685551.tif 000010
【図１０】
0003685551.tif 000011
【図１１】
0003685551.tif 000012