(57)【要約】【課題】心電同期撮影法を用いることなく拍動アーチファクトの低減を被曝低減とともに実現すること。【解決手段】Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線管と、Ｘ線管に対する管電圧及び管電流を発生する高圧発生部と、Ｘ線検出器と、Ｘ線を所定線量で発生するＸ線オン期間とＸ線を停止し又は前記所定線量よりも低い線量で発生するＸ線オフ期間とを交互に繰り返すために高圧発生部を制御する制御部と、Ｘ線オン期間に対応するＸ線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する画像再構成部とを具備し、Ｘ線オフ期間の時間長は被検体の心拍数に応じて事前に決定される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管と、
前記Ｘ線管に対する管電圧及び管電流を発生する高圧発生部と、
被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線を所定線量で発生するＸ線オン期間と、前記Ｘ線を停止し又は前記所定線量よりも低い線量で発生するＸ線オフ期間とを交互に繰り返すために前記高圧発生部を制御する制御部と、
前記Ｘ線オン期間に対応する前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する画像再構成部とを具備し、
前記Ｘ線オフ期間の時間長は前記被検体の心拍数に応じて事前に決定されることを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】
前記Ｘ線オフ期間の時間長とともに、前記Ｘ線オン期間の時間長及び１心拍周期における前記Ｘ線の発生回数は前記心拍数に応じて事前に決定されることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
前記Ｘ線オン期間の時間長、前記Ｘ線オフ期間の時間長及び前記Ｘ線の発生回数は、前記心拍数とともに、一画像の再構成に要する角度範囲のデータ収集に要する時間、１心拍周期における低体動期間に基づいて決定されることを特徴とする請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項４】
前記Ｘ線オン期間の時間長をＴ１、前記Ｘ線オフ期間の時間長をＴ２、、前記心拍数をＨＲ、一心拍周期をＲＲ（＝６０／ＨＲ）、一画像の再構成に要する角度範囲のデータ収集に要する時間をＴrecon、低体動期間をＴ３とすると、
T1  >＝Trec *2          
(T3-T2)/2 >＝ Trec              
T3 =  ｆ（RR）
を満たすように前記Ｔ１、前記Ｔ２は決定されることを特徴とする請求項３記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項５】
Ｘ線管と、
前記Ｘ線管に対する管電圧及び管電流を発生する高圧発生部と、
被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する画像再構成部と、
前記Ｘ線を所定線量で発生するＸ線オン期間と前記Ｘ線を停止し又は前記所定線量よりも低い線量で発生するＸ線オフ期間とを交互に繰り返すモードと、前記Ｘ線を定常的に発生するモードとを前記被検体の部位に応じて切り替えるために前記高圧発生部を制御する制御部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線コンピュータ断層撮影装置では、心電同期法（心電同期スキャン法、心電同期再構成法）により心臓の動きによるモーションアーチファクトを低減した画像を作成することができる。
【０００３】
また、心電同期で複数の時刻の断層像を作成し、各々の断層像の重心座標からの重心変位を算出し、この変位量から運動状態おける断層像を選択する方法がある（特許文献１）。
【０００４】
心電同期法を用いるためには当然心電図を測定する必要があり、このために電極を患者につける必要がある。技師にとっては撮影前の準備作業で時間がかかり、心電図によって貼る位置を調整する必要がある。患者にとって、胸部に直接貼られるための不快感があるだけでなく、胸部撮影時にはその電極がアーチファクトの原因ともなる。
【０００５】
心電同期再構成法では、連続的にスキャンを実行し、そのスキャンと同時に心電図を測定し、スキャン終了後に任意の心拍位相に対応する投影データを集めて画像を再構成する。このためには運動の１周期もしくは、相当する時間の撮影をおこなうことになり、被ばくが大きくなる可能性ある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３１３５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
目的は、心電同期撮影法を用いることなく拍動アーチファクトの低減を被曝低減とともに実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線管と、Ｘ線管に対する管電圧及び管電流を発生する高圧発生部と、Ｘ線検出器と、Ｘ線を所定線量で発生するＸ線オン期間とＸ線を停止又は前記所定線量よりも低い線量で発生するＸ線オフ期間とを交互に繰り返すために高圧発生部を制御する制御部と、Ｘ線オン期間に対応するＸ線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する画像再構成部とを具備し、Ｘ線オフ期間の時間長は被検体の心拍数に応じて事前に決定される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図２】図１の制御部によるスキャン動作を示す図である。
【図３】図１のＲＯＭに記憶される心拍数／低体動期間対応表の一例を示す図である。
【図４】本実施形態において、被検体の低体動期間とＸ線オン期間との時間的関係を様々なパターンで示す図である。
【図５】本実施形態において、心臓を含む高体動部位と低体動部位との走査を示す図である。
【図６】本実施形態において、走査終了の自動化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本実施形態によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の実施形態を説明する。なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置には、Ｘ線管とＸ線検出器とが１体として被検体の周囲を回転する回転／回転方式と、リング上に多数のＸ線検出器が配置され、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転方式と、複数のＸ線管がリング上に配置され、複数のＸ線検出器も同様にリング上に配置された固定／固定方式等様々な方式があり、いずれの方式でも適用可能である。回転／回転方式に関して、一対のＸ線管とＸ線検出器とが回転フレームに搭載された一管球型と、Ｘ線管とＸ線検出器との対が回転フレームに複数搭載されたいわゆる多管球型とがあるが、いずれの型でも適用可能である。Ｘ線検出器に関して、被検体を透過したＸ線をシンチレータ等の蛍光体で光に変換してからフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とがあるが、いずれの形を採用してもよい。
【００１１】
図１に、本実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成をブロック図により示している。図２に図１のＸ線検出器の概略構造を示している。架台部１００は、回転リング１０２を有する。回転駆動部１０５はスキャン制御部１０６の制御のもとで回転リング１０２を複数の角速度のなかから選択された角速度で回転する。回転リング１０２にはＸ線管装置１０１とＸ線検出器１０３とが搭載されている。Ｘ線検出器１０３は、寝台装置４００上の被検体Ｐが天板スライドにより挿入される撮影領域を挟んで、Ｘ線管装置１０１に対向する。
【００１２】
高電圧発生部１０４はＸ線管装置１０１の両極間に印加する管電圧を発生し、陰極フィラメントに供給する管電流を発生する。スキャン制御部１０６の制御のもとで高電圧発生部１０４からＸ線管装置１０１への管電圧の印加と停止とが高速に切り替えられる。高電圧発生部１０４からＸ線管装置１０１へ管電圧が印加され且つ管電流が所定量で維持されるとき画像再構成に有効な所定強度でＸ線は発生される。Ｘ線が実質的に発生されている期間をＸ線オン期間と称する。高電圧発生部１０４からＸ線管装置１０１への管電圧の印加が停止され、又は管電流がゼロ又はその近似値に低下されるときＸ線は実質的に発生されない。Ｘ線が実質的に発生されていない期間をＸ線オフ期間と称する。
【００１３】
Ｘ線管装置１０１はコーンビーム形でＸ線を出力する。Ｘ線検出器１０３にはコーンビーム形Ｘ線を受光するためにマルチスライス型が採用される。Ｘ線検出器１０３には、一般的にＤＡＳ(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集部１０７が接続されている。データ収集部１０７には、マルチスライス形Ｘ線検出器１０３の各チャンネルの電流信号を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、この電圧信号をＸ線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このプリアンプの出力信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが、チャンネルごとに設けられている。
【００１４】
架台部１００にはコンソール２００が接続される。コンソール２００の前処理部２０４は、データ収集部１０７から受信したデータに対して、チャンネル間の感度不均一を補正したり、またＸ線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下又は信号脱落を補正する等の前処理を実行する。投影データ記憶部２０５は、前処理部２０４で前処理を受けた投影データを記憶する。再構成処理部２０６は、記憶された投影データに基づいて画像のデータを再構成する。画像記憶部２０７は、再構成された画像のデータを記憶する。画像処理部２０８は、記憶された画像のデータを処理して、表示のための画像データを発生する。表示部２０９は、表示のための画像データを受け取り画像を表示する。
【００１５】
心拍計３００は被検体Ｐの例えば手首もしくは指先に装着される。心拍計３００は被検体Ｐの心拍を検出し、その周期から心拍数（平均心拍数）を計算する。心拍数のデータはスキャン条件決定部２０１に供給される。なお、心拍数は、医師等が被検体Ｐから直接的に測定し、その値を操作部２０２を介して入力するものであってもよい。
【００１６】
スキャン条件決定部２０１は、心拍数に基づいてスキャン条件を決定する。このスキャン条件には、Ｘ線オン期間の時間長Ｔ１、Ｘ線オフ期間の時間長Ｔ２、、Ｘ線管１０１の１回転時間Ｔrot、再構成法として３６０度分の投影データから画像を再構成するフル再構成法と（１８０度＋ファン角）分の投影データから画像を再構成するハーフ再構成法との選択が含まれる。一画像の再構成に要する角度範囲のデータ収集に要する時間Ｔreconは、Ｘ線管１０１の１回転時間Ｔrotと、選択された再構成法とにより決まる。ここで、心拍数をＨＲ[bpm]、一心拍周期をＲＲ[sec]（＝60／ＨＲ）、１心拍周期のうち拍動の影響をあまり受けずに比較的体動の小さい期間（低体動期間）をＴ３とすると、  
T1  >＝Trec *2          
(T3-T2)/2 >＝ Trec             ｆ（RR）
を満たすように、Ｘ線管１０１の１回転時間Ｔrot、再構成法、Ｔ１、Ｔ２がスキャン条件決定部２０１により決定される。
【００１７】
典型的には、再構成法は操作者により選択される。またＸ線管１０１の１回転時間Ｔrotは装置固有値であり、１回転時間Ｔrotが複数用意されていて、任意に選択的であるとき、最速角速度に応じた最短の１回転時間Ｔrotが設定される。Ｘ線オン期間の時間長Ｔ１は２回転に要する時間（２×Ｔrot）に初期的に設定される。従って、基本的には、これら以外のＸ線オフ期間の時間長Ｔ２が、心拍数と、１心拍周期のうち拍動の影響をあまり受けずに比較的体動の小さい期間（低体動期間）Ｔ３とから決まる。心拍数は上述の通り、測定され又は入力される。低体動期間Ｔ３は、不明である。
【００１８】
図２に示すように、実際に被検体Ｐに関する投影データを収集可能なＸ線オン期間Ｔ１と、低体動期間Ｔ３との重複期間Ｔ５が、一画像の再構成に要する角度範囲のデータ収集に要する時間Ｔrecon以上になるとの再構成可能条件を満たすとき、画像再構成が可能になる。本実施形態では、心電同期を用いないで、心拍とは無関係でＸ線オン期間Ｔ１とＸ線オフ期間Ｔ２とを交互に繰り返す。再構成可能条件を満たす確率が高いとき、例えば９０％を越えるとき、心電同期法に頼ることないので電極からのアートファクトをなくせ、しかも被曝線量を抑えながら体動アーチファクトの発生を軽減することができるようになるといえる。再構成可能条件を満たす確率を高めるのに重要なパラメータは低体動期間Ｔ３である。
【００１９】
低体動期間Ｔ３は、動き指標が閾値以下の期間として定義される。動き指標とは例えば特定部位の初期位置からの距離、又は（時間の）前後フレーム或いは所定フレーム数だけ離れた画像或いは投影データの差分総和又は分散として与えられる。本実施形態では、被曝低減のために、メインスキャン前に被検体Ｐを事前検査して動き指標を求めることはしない。製品出荷前に、様々な心拍数を対象として、実測し、又はシミュレーションを繰り返して、複数の心拍数と複数の低体動期間Ｔ３との標準的な対応関係（低体動期間Ｔ３の心拍数に対する依存曲線）を求めておき、その対応表のデータをＲＯＭ２０３に記憶させておく。図３に示すように、心拍数が最も低い、例えば30bpmのときの低体動期間Ｔ３を最大値Ｔmaxに設定する。低体動期間Ｔ３は、心拍数の増加（心拍周期の短縮）に応じて当然にして短縮し、低体動期間Ｔ３が、一画像の再構成に要する角度範囲のデータ収集に要する時間Ｔrecon未満になるとき、再構成可能条件を満たさなくなるので、低体動期間Ｔ３の最短時間はＴreconとして与えられる。そのときの心拍数ＨＲupper以上の心拍数を示すとき低体動期間Ｔ３としてＴreconが適用される。
【００２０】
低体動期間Ｔ３の心拍数に対する依存曲線は、本実施形態では２種類用意され、任意に選択されることができる。一方の実線で示す低体動期間Ｔ３の心拍数に対する依存曲線は、心拍数の変動に対して低体動期間Ｔ３が比例して変動する性質を有する。他方の点線で示す低体動期間Ｔ３の心拍数に対する依存曲線は、心拍数の増加に対して低体動期間Ｔ３が指数関数的に短縮する性質を有する。依存曲線の性質に応じて、本実施形態による「心拍とは無関係でＸ線オン期間Ｔ１とＸ線オフ期間Ｔ２とを交互に繰り返す」とのスキャンによる再構成可能条件を満たす確率が変化する。
【００２１】
本実施形態では心電同期を用いないでＸ線オン期間Ｔ１とＸ線オフ期間Ｔ２とを交互に繰り返すので、図４に示すように、拍動による体動変化と、Ｘ線オン期間Ｔ１との時間的関係は調整不可である。つまり、拍動による体動変化に対してＸ線オン期間Ｔ１は、パターン（ａ）乃至（ｇ）に例示するように異なる時間的関係で様々に現れる。、Ｘ線オン期間Ｔ１と、低体動期間Ｔ３との重複期間Ｔ５が、一画像の再構成に要する角度範囲のデータ収集に要する時間Ｔrecon以上になるとの再構成可能条件は、（T1が比較的短い場合）パターン（ａ）,（ｄ）,（ｅ）で満たされる。パターン（ｂ）,（ｃ）,（ｆ），（ｇ）でも、再構成法としてハーフ再構成法の選択により、再構成可能条件を満たすことができる。つまり、ほとんどのパターンで、スキャン終了後に、操作者がフル再構成法では再構成可能条件を満たさないときであっても、再構成法としてハーフ再構成法を選択することにより、ほとんどのパターンで再構成可能条件を満たすことができるのである。
【００２２】
上述したように、本実施形態では、心電同期を用いないで心拍運動とは無関係にＸ線を実質的に発生するＸ線オン期間Ｔ１とＸ線を実質的に発生しないＸ線オフ期間Ｔ２とを交互に繰り返し、Ｘ線オン期間Ｔ１とＸ線オフ期間Ｔ２とを心拍数に応じて予定される低体動期間Ｔ３に応じて調整することにより、Ｘ線オン期間Ｔ１と低体動期間Ｔ３との重複期間Ｔ５が、一画像の再構成に要する角度範囲のデータ収集に要する時間Ｔrecon以上になるとの再構成可能条件をほとんどのパターンで満たすことができる。
【００２３】
この本実施形態によるスキャン手法は、拡張することができる。例えば図５に示すように、胸部領域を対象としてスキャンするとき、心臓を含む体動の比較的大きな領域のスキャンに対してはＸ線オン期間Ｔ１とＸ線を実質的に発生しないＸ線オフ期間Ｔ２とを交互に繰り返すモード（第１モード）を適用し、一方、心臓から遠い体動の比較的小さい領域のスキャンに対してはＸ線を定常的に発生した状態で１回だけスキャンする通常の手法のモード（第２モード）を適用する。このように撮影領域の体動状態に応じて第１、第２モードを選択し、また１回の撮影期間内においても、各領域の体動の状態に応じて第１、第２モードを切り替えることで、心電同期法に頼ることがないので電極からのアートファクトをなくせ、しかも被曝線量を抑えながら拍動による体動アーチファクトの発生を軽減することができるようになる。
【００２４】
また、図６に示すように、心臓を含む領域をスキャンするとき、必要なデータが得られた段階で撮影中断することもできる。例えば２心拍相当分のデータが必要な場合（比較的高心拍の場合）、撮影前の心拍数もしくは指定値から得られる時間のデータから最も動きの小さなタイミングを見つける。その動き量から一定の範囲にある次の動きの小さなタイミングを見つけ、そのデータから再構成するのに必要なデータを収集終えたら撮影を中断する。不整脈の場合も同様に、撮影中断することができる。
【００２５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【００２６】
１００…架台部、１０１…Ｘ線管装置、１０２…回転リング、１０３…Ｘ線検出器、１０４…高電圧発生部、１０５…回転駆動部、１０６スキャン制御部、１０７…データ収集部、２００…コンソール、２０１…スキャン条件決定部、２０２…操作部、２０３…ＲＯＭ（心拍数／低体動期間対応表）、２０４…前処理部、２０５…投影データ記憶部、２０６…再構成処理部、２０７…画像記憶部、２０８…画像処理部、２０９…表示部、３００…心拍計、４００…寝台装置、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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