(57)【要約】【課題】断層像の生成を、簡単な構成でかつ迅速に行うことができるＸ線ＣＴ装置を提供する。【解決手段】複数列検出器によりらせんスキャンを行い、被検体の透過Ｘ線データを取得する。この複数列検出器の計測データから単列検出器相当の計測データを作成し、作成した計測データに重みテーブルを掛け合わせて抽出した１回転分の計測データから断層像を再構成する。重みテーブルは、単一の重み関数を加重加算および正規化して作成する。【選択図】  図３
2004337515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を検出する複数列検出器を有し、被検体をらせんスキャンすることにより複数列の透過Ｘ線データを取得するデータ取得手段と、
前記被検体の生体信号を取得する信号取得手段と、
前記取得した複数列の透過Ｘ線データから、被検体の体軸方向の指定された位置で単列検出器を複数回転して得られるような単列検出器相当の透過Ｘ線データを算出するデータ算出手段と、
前記単列検出器相当の透過Ｘ線データと前記取得した生体信号とに基づいて、生体信号の指定された位相における透過Ｘ線データを抽出するデータ抽出手段と、
前記抽出した透過Ｘ線データに基づいて前記指定された位置における被検体の断層像を生成する画像生成手段と、を備えることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
前記データ算出手段は、前記指定された位置の近傍で取得された複数列の透過Ｘ線データを補間処理することにより単列検出器相当の透過Ｘ線データを算出することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
被検体に関し、体軸方向の指定された位置における該体軸周りに複数回転分の透過Ｘ線データを取得するデータ取得手段と、
前記被検体の生体信号を取得する信号取得手段と、
前記複数回転分の透過Ｘ線データと前記取得した生体信号とに基づいて、生体信号の指定された位相における１回転分のデータを抽出するデータ抽出手段であって、単一の重み関数を重ね合せおよび正規化して生成した重みテーブルを用いてデータを抽出するデータ抽出手段と、
前記抽出された透過Ｘ線データに基づいて、前記指定された位置および位相における被検体の断層像を生成する画像生成手段と、を備え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ＣＴ装置に係り、特に被検体の透過Ｘ線データおよび生体信号に基づいて断層像を再構成するＸ線ＣＴ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、Ｘ線管や検出器が被検体を中心として回転しながら被検体の透過Ｘ線データを取得し、そのデータに基づいて断層像を再構成するＸ線ＣＴ装置が知られている。このようなＸ線ＣＴ装置はＸ線管や検出器の回転速度に限界があるため、心臓のような常に動いている物体のある瞬間における画像を、１回転で取得したデータから再構成することは困難である。だが、心臓は心拍周期ごとにほぼ同じ動作を繰り返しているため、数回転分の計測データを取得し心電信号に基づいて心臓の特定の状態（例えば、最収縮期）におけるデータを抽出することにより、あたかも心臓が静止しているかのような画像を作成できる。これを、心電同期撮影と呼ぶ。
【０００３】
従来、心電同期撮影を行う場合は、Ｘ線管や検出器の体軸方向位置を固定した状態で計測データを取得していたため撮影に時間を要していたが、らせんスキャンにより、体軸方向位置を変化させながら計測データを取得し、短時間で撮影を行うことが可能となった（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このようなＸ線ＣＴ装置で断層像を得るには、検出器の列数分の重みテーブルをあらかじめ用意しておく。そして、数回転分取得した各列の計測データと重みテーブルとを加重加算して計測データを抽出し、そのデータに基づいて断層像を再構成する（図１７参照）。なお、図１７では、４列の検出器により取得した計測データから半回転分のデータを抽出し、そのデータに基づいて断層像を再構成する場合の例を示している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−７５３３６号公報（第２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来のＸ線ＣＴ装置では、検出器の各列に対する重みテーブルを心拍周期やスキャナ回転速度に応じてあらかじめ複数用意し、断層像再構成の条件に応じて選択しなければならず、その管理や条件判断などが複雑になる。また、同じ位置における異なる心時相の断層像を得るためには、その度に同様の処理を繰り返す必要があり、時間がかかる。
【０００７】
本発明は上記事情を鑑みてなされたもので、断層像の生成を簡単な構成で、かつ迅速に行うことができるＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願発明に係るＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線を検出する複数列検出器を有し、被検体をらせんスキャンすることにより複数列の透過Ｘ線データを取得するデータ取得手段と、前記被検体の生体信号を取得する信号取得手段と、前記取得した複数列の透過Ｘ線データから、被検体の体軸方向の指定された位置で単列検出器を複数回転して得られるような単列検出器相当の透過Ｘ線データを算出するデータ算出手段と、前記単列検出器相当の透過Ｘ線データと前記取得した生体信号とに基づいて、生体信号の指定された位相における透過Ｘ線データを抽出するデータ抽出手段と、前記抽出した透過Ｘ線データに基づいて前記指定された位置における被検体の断層像を生成する画像生成手段と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
本願発明第１の特徴に係るＸ線ＣＴ装置では、生体信号の位相を変化させた断層像を生成する場合、単列検出器相当の透過Ｘ線データから生体信号の位相に対応したデータを抽出すればよく、複数列の透過Ｘ線データから単列検出器相当のデータを算出する処理を断層像生成の度ごとに行う必要が無い。
【００１０】
また、本願発明第１の特徴に係るＸ線ＣＴ装置では、らせんスキャンの方法は検出器をらせん状に動かす方法に限定されるものではなく、検出器の回転、被検体や検出器の移動を組み合わせて行うようにしてよい。
【００１１】
このようにして、本願発明第１の特徴に係るＸ線ＣＴ装置では、断層像の生成を簡単な構成で、かつ迅速に行うことができる。
【００１２】
なお、生体信号とは、心臓の拍動や呼吸、あるいはそれらに伴う被検体の拡張や収縮等、被検体が発する信号である。
【００１３】
本願発明第２の特徴に係るＸ線ＣＴ装置は、本願発明第１の特徴に係るＸ線ＣＴ装置において、前記データ算出手段は、前記指定された位置の近傍で取得された複数列の透過Ｘ線データを補間処理することにより単列検出器相当の透過Ｘ線データを算出することを特徴としている。
【００１４】
本願発明第３の特徴に係るＸ線ＣＴ装置は、被検体に関し、体軸方向の指定された位置における該体軸周りに複数回転分の透過Ｘ線データを取得するデータ取得手段と、前記被検体の生体信号を取得する信号取得手段と、前記複数回転分の透過Ｘ線データと前記取得した生体信号とに基づいて、生体信号の指定された位相における１回転分のデータを抽出するデータ抽出手段であって、単一の重み関数を重ね合せおよび正規化して生成した重みテーブルを用いてデータを抽出するデータ抽出手段と、前記抽出された透過Ｘ線データに基づいて、前記指定された位置および位相における被検体の断層像を生成する画像生成手段と、を備えることを特徴としている。
【００１５】
本願発明第３の特徴に係るＸ線ＣＴ装置では、あらかじめ用意しておいた複数の重みテーブルから断層像生成条件に応じた重みテーブルを選択したり、検出器の各列から得られた透過Ｘ線のデータのそれぞれに対して重みテーブルを用いてデータを抽出したりする必要が無い。
【００１６】
このように、本願発明第３の特徴に係るＸ線ＣＴ装置では、断層像の生成を簡単な構成で、かつ迅速に行うことができる。
【００１７】
なお、本願発明第３の特徴に係るＸ線ＣＴ装置では、単列検出器もしくは複数列検出器を用いて透過Ｘ線データを取得し、断層像を生成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って、本発明に係るＸ線ＣＴ装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１９】
図１に、本実施の形態が適用されたＸ線ＣＴ装置１０の構成を示す。
【００２０】
Ｘ線ＣＴ装置１０は、Ｘ線の照射を制御するＸ線制御部１２と、Ｘ線制御部１２の制御によりＸ線を照射するＸ線源１４と、Ｘ線源１４の照射したＸ線を検出する検出器１６とを備えている。検出器１６は複数の検出器列を有しており（本実施の形態ではＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４列）、各検出器列はチャネル方向に複数の検出素子が配列されて構成されている（図２参照）。
【００２１】
Ｘ線源１４および検出器１６は、Ｘ線源／検出器駆動部１８により駆動され、相対的な位置関係を保ちつつ回転する。これとともに、検査台駆動部２２が検査台２０を回転面と垂直方向に移動させる。この回転および移動によりらせんスキャンが行われ、検査台２０上に位置された被検体９９の透過Ｘ線データが取得される。らせんスキャンの際には、心電計２４により被検体９９の心電信号が併せて取得される。
【００２２】
Ｘ線ＣＴ装置１０は、また、データ取得制御部２６を備えている。データ取得制御部２６は、Ｘ線制御部１２、Ｘ線源／検出器駆動部１８、検査台駆動部２２、および心電計２４を制御し、操作部３２が設定した条件により透過Ｘ線データと心電信号とを取得する。データ取得制御部２６が取得した透過Ｘ線データおよび心電信号はデータ処理部２８に入力され、データ処理部２８がこの入力に基づいて断層像を再構成する（後述）。再構成された断層像は、表示モニタ３０に画像として表示される。
【００２３】
操作部３２は図示しないボタンやスイッチを含み、Ｘ線源１４および検出器１６の回転速度、検査台２０の移動速度、断層像再構成における再構成位置や心時相（心電信号の位相）等の条件をユーザが設定可能に構成されている。
【００２４】
次に、上記実施の形態の作用を説明する。Ｘ線ＣＴ装置１０は、図３に示すフローに従って断層像の再構成を行う。
【００２５】
まず、ステップ１００で、透過Ｘ線データおよび心電信号を取得する。本ステップでは、Ｘ線源１４および検出器１６を回転させながらＸ線源１４がＸ線を照射し、これに併せて検査台２０を被検体９９の体軸方向に移動させることによりらせんスキャンを行い、検出器１６が被検体９９の透過Ｘ線データを取得する。この際、心電計２４が被検体９９の心電信号を取得する。
【００２６】
なお、心電同期撮影を行う場合、Ｘ線源１４および検出器１６の回転周期と心電信号の周期（心拍周期）が同じであると、異なる角度情報を得ることができない。したがって、回転周期は心拍周期より所定の間隔（例えば、１０％〜２０％）ずらすことが好ましい。
【００２７】
次のステップ１０２では、操作部３２を介したユーザの指示入力に基づいて再構成位置を設定し、ステップ１０４へ進む。再構成位置とは断層像が生成される位置であり、被検体９９の体軸方向について指定される位置である。
【００２８】
ステップ１０４では、検出器１６の各列（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）が取得した透過Ｘ線データから、単列検出器相当の計測データ（複数回転分、本実施の形態では５回転分）を作成する（後述）。このデータは、再構成位置において単列検出器を複数回転して得られるようなデータである。この、単列検出器相当の計測データをＤとする（図６参照）。
【００２９】
次のステップ１０６では、操作部３２を介したユーザの指示入力に基づいて再構成を行う心時相を指定し、ステップ１０８へ進んで指定した心時相に対応する計測データ位置を選択した後にステップ１１０へ進む。
【００３０】
ステップ１１０では、重みテーブルＴｗを作成する（後述）。この重みテーブルは、上述のステップ１０４で作成した単列検出器相当の計測データＤから、上記ステップ１０８で指定した心時相における１回転分の計測データを抽出するものである。この重みテーブルは検出器１６の各列（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）のそれぞれに対応して作成する必要はなく、単列検出器相当の計測データＤについて作成すればよい。
【００３１】
すなわち、Ｘ線ＣＴ装置１０では、複数の重みテーブルをあらかじめ用意しておく必要が無く、簡単な構成で、かつ迅速に断層像の再構成を行うことができる。
【００３２】
次のステップ１１２では、計測データＤに重みテーブルＴｗを掛け合わせて指定した心時相における１回転分の計測データＤ’を抽出し（図７参照）、ステップ１１４へ進む。
【００３３】
ステップ１１４では計測データＤ’に基づいて断層像を再構成し（図８参照）、次のステップ１１６において表示モニタ３０に断層像を表示した後にステップ１１８へ進む。なお、ステップ１１４における断層像の再構成は、従来から知られている技術により行うことができる。
【００３４】
ステップ１１８では、心時相を再指定するか否かを判断する。この判断は、操作部３２を介したユーザの指示入力により行うことができる。肯定されると、上述のステップ１０６からステップ１１６を繰り返して指定された心時相における断層像を再構成し、表示する。この場合、単列検出器相当の計測データＤが既に作成されているので、心時相を指定するごとにデータ作成処理を行う必要はなく、断層像の再構成を迅速に行うことができる。
【００３５】
一方、ステップ１１８において判断が否定されるとステップ１２０へ進み、再構成位置を再設定するか否かを判断する。この判断は、操作部３２を介したユーザの指示入力により行うことができる。肯定されるとステップ１０２へ戻り、否定されるとステップ１２２へ進む。
【００３６】
ステップ１２２では、計測データおよび心電信号を再取得するか否かを判断する。この判断は、操作部３２を介したユーザの指示入力により行うことができる。肯定されるとステップ１００へ戻り、否定されると本処理ルーチンを終了する。
【００３７】
以上説明したように、Ｘ線ＣＴ装置１０では、断層像の再構成を簡単な構成で、かつ迅速に行うことができる。
【００３８】
次に、図３に示すフローのステップ１０４における単列検出器相当の計測データ算出処理について説明する。図４に、計測データ算出処理のフローを示す。
【００３９】
まず、ステップ２００において、再構成位置における全周分のデータ（検出器１列分）を作成する。この処理は、以下のようにして行う。
【００４０】
図９に示すように、時刻ｔ０において、検出器のある列（ここではＡ列とする）が再構成位置にあるものとする。この場合、Ａ列がデータを取得できるのは検出器のチャネル方向の広がりに相当する角度、すなわち（θ０−Δθ）から（θ０＋Δθ）の範囲（実線の範囲）であり、その他の角度（点線の範囲）については、他の時刻におけるデータから補間により作成する必要がある。
【００４１】
図１０は、再構成位置での時刻ｔ０における角度θ１からθ２の範囲のデータを、他の時刻におけるデータの補間により作成する様子を示すものである。補間は、Ａ列が角度θ１からθ２の範囲のデータを取得している時刻（ここではｔ０−Δｔおよびｔ０＋Δｔとする）のデータを基に行う。他の角度範囲においても、角度θ１からθ２の範囲と同様にしてデータを作成する。これを全角度において行うことにより、再構成位置における時刻ｔ０での全周分のデータが作成できる。
なお、以上の説明は、列Ａが再構成位置にある時刻、すなわちｔ＝ｔ０でのデータについてのものである。
【００４２】
次のステップ２０２では、検出器１６の全列（列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）についてデータを作成したか否かを判断する。肯定されるとステップ２０４へ進み、否定されるとステップ２００へ戻る。すなわち、列Ｂ，Ｃ，Ｄが再構成位置にある時刻（それぞれｔ１、ｔ２、ｔ３とする）はｔ０と異なるので、ステップ２００の処理を列Ｂ，Ｃ，Ｄについても繰り返し、それぞれの時刻において再構成位置での全周分のデータを作成する。
【００４３】
ステップ２０４では、他の時刻における再構成位置でのデータを作成する。ここで、”他の時刻”とは、検出器１６の各列（列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）が再構成位置にない時刻、すなわちｔ＝ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３以外の時刻である。
【００４４】
図１１に、ステップ２０４におけるデータ作成の例を示す。例えば、ｔ＝ｔｊにおけるデータは、時刻ｔ０および時刻ｔ１のデータから以下の式に基づいて作成する。
【００４５】
Ｘ＝（１−ｋ）ＸＡ＋ｋＸＢ
なお、ＸＡおよびＸＢは、ｔ＝ｔ０、ｔ１におけるθ＝θＸでの計測データである。この処理を繰り返し、ｔ＝ｔｊにおける全周分（θ＝０〜２π）のデータを作成する。
【００４６】
次のステップ２０６では、所定の回転数分（ここでは５回転とする）のデータを作成したか否かを判断する。肯定されると本処理ルーチンを終了してリターンし、否定されるとステップ２０４へ戻る。すなわち、所定の回転数に相当する時間（ｔ＝ｔｉ〜ｔｆ）において、ステップ２０４の処理を繰り返す。
【００４７】
以上の処理により、再構成位置における単列検出器相当の計測データ：Ｄ（５回転分）が作成される。
【００４８】
次に、図３に示すフローのステップ１１０における重みテーブル作成処理について説明する。図５に、重みテーブル作成処理のフローを示す。
【００４９】
まず、ステップ３００で、重み関数ｗ（θ）をならべて複数回転分の重み関数ｗ’（θ）を作成する。この処理は以下のように行われる（図１２参照）。
【００５０】
個々の重み関数ｗ（θ）は、図１２（ａ）の例に示されるような関数であり、以下の式で表される。
【００５１】
【数１】
2004337515.tif 000003
【００５２】
このような重み関数ｗ（θ）を、そのピークが注目する心時相と対応するように複数回転分（本実施の形態では５回転）並べる（図１２（ｂ）参照）。並べた重み関数の全体がｗ’（θ）である。
【００５３】
次に、ステップ３０２において、重み関数ｗ’（θ）の折り畳み加算を行う。この処理は、図１３に示すように、各区間（角度２π）におけるｗ’（θ）を加算する処理である。加算した結果を、Ｗ’（θ）とする。
【００５４】
次のステップ３０４では、以下の式により逆数データＣ（θ）を算出し（図１４参照）、ステップ３０６へ進む。
【００５５】
【数２】
2004337515.tif 000004
ステップ３０６では、以下の式により、５回転分の正規化重み関数Ω（θ）を作成する（図１５参照）。
【数３】
2004337515.tif 000005
なお、Ｃ’（θ）は、Ｃ（θ）を５回転分並べた関数である。
【００５６】
本ステップ３０６で作成した正規化重み関数Ω（θ）は検出器が平面上に存在することを前提としているが、実際には検出器は扇形状に配置されている（図２参照）。
【００５７】
そこで、次のステップ３０８において、平行ビームへの並び替えを行い、重みテーブルＴｗを作成する（図１６参照）。なお、本ステップ３０８における平行ビームへの並び替え処理は、従来から知られている方法により行うことができる。平行ビームへの並び替えにより重みテーブルＴｗを作成すると、本処理ルーチンを終了してリターンする。
【００５８】
以上説明したように、Ｘ線ＣＴ装置１０では、断層像の生成を簡単な構成で、かつ迅速に行うことができる。
【００５９】
なお、本実施の形態では５回転分の計測データを作成し、このデータを基に断層像の再構成を行う場合について説明しているが、何回転分の計測データを作成するかは断層像の再構成等を反映して設定してよい。
【００６０】
また、本実施の形態では、４列の検出器について説明しているが、検出器は４列以上、あるいは４列以下であってもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、断層像の生成を簡単な構成で、かつ迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一の実施形態に係り、Ｘ線ＣＴ装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一の実施の形態に係り、検出器の配列、およびらせんスキャンにおける回転、移動方向を示す図である。
【図３】本発明の一の実施の形態に係り、断層像再構成処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一の実施の形態に係り、単列計測器相当の計測データ作成処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一の実施の形態に係り、重みテーブル作成処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一の実施の形態に係り、単列検出器相当計測データ作成処理のイメージを示す図である。
【図７】本発明の一の実施の形態に係り、１回転分の計測データ作成処理のイメージを示す図である。
【図８】本発明の一の実施の形態に係り、１回転分の計測データから断層像を再構成する様子を示すイメージ図である。
【図９】本発明の一の実施の形態に係り、ある時刻におけるデータ取得範囲を示す図である。
【図１０】本発明の一の実施の形態に係り、補間によるデータ作成を示す図である。
【図１１】本発明の一の実施の形態に係り、補間によるデータ作成を示す図である。
【図１２】本発明の一の実施の形態に係り、重み関数の作成を示す図である。
【図１３】本発明の一の実施の形態に係り、重み関数の加算を示す図である。
【図１４】本発明の一の実施の形態に係り、逆数データの作成を示す図である。
【図１５】本発明の一の実施の形態に係り、正規化重み関数の作成を示す図である。
【図１６】本発明の一の実施の形態に係り、重みテーブルの作成を示す図である。
【図１７】従来のＸ線ＣＴ装置による断層像再構成の例を示す図である。
【符号の説明】
１０…Ｘ線ＣＴ装置、１４…Ｘ線源、１６…検出器、２０…検査台、２４…心電計、Ｄ…単列検出器相当計測データ、Ｄ’…指定心時相における計測データ、ｗ（θ）、ｗ’（θ）…重み関数、Ｗ’（θ）…重み関数の和、Ｃ（θ）、Ｃ’（θ）…逆数データ、Ω（θ）…正規化重み関数、Ｔｗ…重みテーブル
【図１】
2004337515.tif 000006
【図２】
2004337515.tif 000007
【図３】
2004337515.tif 000008
【図４】
2004337515.tif 000009
【図５】
2004337515.tif 000010
【図６】
2004337515.tif 000011
【図７】
2004337515.tif 000012
【図８】
2004337515.tif 000013
【図９】
2004337515.tif 000014
【図１０】
2004337515.tif 000015
【図１１】
2004337515.tif 000016
【図１２】
2004337515.tif 000017
【図１３】
2004337515.tif 000018
【図１４】
2004337515.tif 000019
【図１５】
2004337515.tif 000020
【図１６】
2004337515.tif 000021
【図１７】
2004337515.tif 000022