(57)【要約】【課題】Ｘ線管の回転速度を変更しながら収集した投影データを使用して被検体に関する画像データを再構成することにある。【解決手段】本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線を発生するＸ線管と、天板に載置された被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記天板を移動させ且つ前記Ｘ線管を回転させた状態で前記被検体をＸ線でスキャンして投影データを一定周期で繰り返し収集するために、前記天板の移動、前記Ｘ線管の回転、及び前記Ｘ線検出器の検出を制御する制御部と、前記投影データそれぞれに対応付けられている前記Ｘ線管の回転角度に基づいて、画像データを再構成するために必要な投影データセットに対して補間処理を行う補間処理部と、前記補間処理部により補間された投影データセットに基づいて、前記被検体に関する画像データを再構成する再構成処理部と、を備える。前記補間処理部により補間された投影データセットは、隣り合うビューの角度差が一定の投影データセットである。【選択図】図１
2012170736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を発生するＸ線管と、
天板に載置された被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管を速度を変えながら回転させて前記被検体をＸ線でスキャンして投影データを収集するために、前記天板の移動、前記Ｘ線管の回転、及び前記Ｘ線検出器の検出を制御する制御部と、
前記投影データそれぞれに対応付けられている前記Ｘ線管の回転角度情報に基づいて、画像データを再構成するために必要な投影データセットに対して補間処理を行う補間処理部と、
前記補間処理部により補間された投影データセットに基づいて、前記被検体に関する画像データを再構成する再構成処理部と、を具備し、
前記補間処理部により補間された投影データセットは、隣り合うビューの角度差が一定の投影データセットであ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線管が１回転する間に前記天板が移動する距離を示すヘリカルピッチ、及び前記Ｘ線管の１回転当たりの時間を示すスキャン速度を、前記被検体のスキャン位置毎に入力する入力部をさらに具備し、
前記制御部は、前記入力されたヘリカルピッチ及びスキャン速度に基づいて、前記天板の移動及び前記Ｘ線管の回転を制御することを特徴とする請求項１に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
前記補間処理部は、前記投影データセットから投影データの組を複数選定し、前記選定した投影データの組それぞれに対して線形補間を行うことで補間投影データを生成し、当該補間投影データを含む投影データセットを出力することを特徴とする請求項２に記載の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、ヘリカルスキャン中にＸ線管の回転速度を変更する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（以下、Ｘ線ＣＴ装置と呼ぶ）においては、患者等の被検体が載置された天板を移動させ且つＸ線管を被検体の周囲に回転させながら被検体をＸ線でスキャンして投影データを収集するヘリカルスキャンがある。ヘリカルスキャンとしては、天板を一定の速度で移動させながらスキャンを行う等速ヘリカルスキャンや、天板の移動速度（ヘリカルピッチ）を変化させながらスキャンを行う可変ヘリカルピッチ（ＶＨＰ：Variable Helical Pitch）スキャン等がある。可変ヘリカルピッチスキャンは、被検体の部位毎に撮影条件を変更することができるので、被検体の全身を対象としたＸ線ＣＴ撮影を可能にしている。
【０００３】
心電同期撮影では、時間分解能を上げるためにＸ線管を高速で回転させる必要がある。心電同期撮影及び他の部位の撮影を１回のヘリカルスキャンで行う場合、Ｘ線管が高速で回転されるために、腹部等の部位では線量が足りずに画質が低下する問題がある。この問題を解決する方法としては、１回の検査中に被検体の部位毎にＸ線管の回転速度を変更した複数のスキャンを実行する方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７８１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Ｘ線管の回転速度の変更にはある程度の時間が必要とされることから、１回の検査に要する時間が増大する問題がある。Ｘ線管の回転速度を変更している期間中に収集した投影データから被検体の断層画像データを再構成することにより、検査時間を短縮することが可能とされるが、Ｘ線管の回転速度を変更している期間中に収集した投影データは、従来の画像再構成法では取り扱うことができない。従って、Ｘ線ＣＴ装置においては、Ｘ線管の回転速度の変更期間中に収集した投影データから画像データを再構成できることが求められている。
【０００６】
目的は、Ｘ線管の回転速度を変更しながら収集した投影データを使用して被検体に関する画像データを再構成することができるＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線を発生するＸ線管と、天板に載置された被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記天板を移動させ且つ前記Ｘ線管を回転させた状態で前記被検体をＸ線でスキャンして投影データを一定周期で繰り返し収集するために、前記天板の移動、前記Ｘ線管の回転、及び前記Ｘ線検出器の検出を制御する制御部と、前記投影データそれぞれに対応付けられている前記Ｘ線管の回転角度に基づいて、画像データを再構成するために必要な投影データセットに対して補間処理を行う補間処理部と、前記補間処理部により補間された投影データセットに基づいて、前記被検体に関する画像データを再構成する再構成処理部と、を備える。前記補間処理部により補間された投影データセットは、隣り合うビューの角度差が一定の投影データセットである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置を概略的に示すブロック図。
【図２】図１の入力装置を用いて被検体の部位毎に異なるスキャン速度を設定する例を示す図。
【図３】投影データそれぞれを収集した時刻に対応する図１のＸ線管の位置を示す概略図。
【図４】収集投影データセットから補間投影データセットを生成することを説明する図。
【図５】図１のＸ線管の回転を制御する方法の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、必要に応じて図面を参照しながら、一実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置（以下、Ｘ線ＣＴ装置と呼ぶ）を説明する。なお、Ｘ線ＣＴ装置には、Ｘ線管とＸ線検出器とが１体となって被検体の周囲を回転する回転／回転（ROTATE／ROTATE）タイプ、多数のＸ線検出素子がリング状にアレイされ、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転（STATIONARY／ROTATE）タイプ等様々なタイプがあり、本実施形態はいずれのタイプにも適用可能である。本実施形態では、回転／回転タイプのＸ線ＣＴ装置を説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１００を概略的に示している。このＸ線ＣＴ装置１００は、図１に示されるように、架台装置１１０、寝台装置１２０及びコンピュータ装置１３０を備える。
【００１１】
架台装置１１０は、円環又は円板状の回転フレーム１１１を備え、この回転フレーム１１１は、図示しない支持フレームによって回転可能に支持されている。回転フレーム１１１上には、寝台装置１２０の天板１２１に載置された被検体Ｐを挟んで互いに対向するように、Ｘ線管１１２及びマルチスライス型のＸ線検出器１１３が配置されている。回転フレーム１１１の中央部分は開口され、その開口部に天板１２１が挿入される。さらに、Ｘ線管１１２と被検体Ｐとの間には、Ｘ線絞り器１１４が配置される。このＸ線絞り器１１４は、Ｘ線管１１２から被検体Ｐに向けて照射されるＸ線の照射野を限定する。
【００１２】
回転フレーム１１１は、架台駆動装置１１５により駆動されて連続的に回転される。回転フレーム１１１が回転されることにより、Ｘ線管１１２及びＸ線検出器が被検体Ｐの周囲を回転される。ここでは、回転フレーム１１１の回転軸をＺ軸に規定する。さらに、Ｘ線管１１２の焦点からＸ線検出器１１３の検出面中心を結ぶ軸をＸ軸、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸をＹ軸に規定する。このＸＹＺ座標系は、Ｚ軸を回転軸とする回転座標系をなす。
【００１３】
被検体Ｐは、その体軸がＺ軸に略一致するように天板１２１に載置される。寝台装置１２０は、天板１２１をＺ軸方向（スライス方向）に沿ってスライド移動可能に支持する。寝台装置１２０は、天板１２１を移動させるための駆動モータ１２２を有し、コンピュータ装置１３０のスキャン制御部１３１からの駆動信号に応じて、天板１２１を入力装置１３２等により設定された期間内で等速又は変速移動させる。
【００１４】
Ｘ線管１１２の陰極及び陽極間には高電圧発生装置１１６から管電圧が印加され、また、Ｘ線管１１２のフィラメントには高電圧発生装置１１６からフィラメント電流が供給される。Ｘ線管１１２は、高電圧発生装置１１６からの管電圧の印加及びフィラメント電流の供給を受けてＸ線を発生する。Ｘ線管１１２から発生されたＸ線は、被検体Ｐに向けてコーン状（円錐状）に照射される。被検体Ｐを透過したＸ線は、Ｘ線検出器１１３によって検出される。Ｘ線検出器１１３は、チャンネル方向（Ｙ軸に略一致）と列方向（Ｚ軸）との両方向に関して稠密に分布される複数のＸ線検出素子を有する。チャンネル方向に沿って１列に配列された素子列は、列方向に沿って複数並列される。Ｘ線のチャンネル方向の広がり角はファン角と呼ばれ、列方向の広がり角はコーン角と呼ばれている。
【００１５】
Ｘ線検出器１１３には、データ収集部（ＤＡＳ：Data Acquisition System）１１７が接続されており、Ｘ線検出器１１３の各チャンネルから出力される透過Ｘ線の強度に応じた信号をデジタル信号に変換する。このデジタル信号は、投影データと呼ばれている。一回のＸ線発生により収集される投影データの集合はビュー（view）と呼ばれる。
【００１６】
コンピュータ装置１３０は、スキャン制御部１３１、入力装置１３２、前処理部１３３、投影データ記憶部１３４、補間処理部１３５、再構成処理部１３６、画像データ記憶部１３７、画像処理部１３８及び画像表示装置１３９を備える。
【００１７】
入力装置１３２は、ヘリカルピッチ、スキャン速度、撮影領域（ＦＯＶ）のサイズ、管電圧及び管電流等を含む撮影条件を入力する。ヘリカルピッチは、Ｘ線管１１２が１回転する間に天板１２１が移動する距離、又はその距離をＸ線検出器１１３のスライス方向の幅で除した指数として定義される。本実施形態では、ヘリカルピッチを、Ｘ線管１１２が１回転する間に天板１２１が移動する距離とする。スキャン速度は、Ｘ線管１１２の１回転当たりの時間を表し、Ｘ線管１１２の回転速度に対応する。被検体Ｐの部位（スキャン位置）毎に最適なヘリカルピッチ及びスキャン速度は異なることから、ヘリカルピッチ及びスキャン速度は、被検体Ｐのスキャン位置毎に異なる値を設定することができる。一例として、図２に示すように、被検体Ｐの肺尖部から腰部までを一括してヘリカルスキャンする場合、スキャン速度は、肺尖部では０．５（秒／回転）、胸部では０．３５（秒／回転）、腹部では０．７５（秒／回転）にそれぞれ設定される。
【００１８】
スキャン制御部１３１は、Ｘ線ＣＴ装置１００の各構成要素を制御する。例えば、スキャン制御部１３１は、入力装置１３２から入力された撮影条件に従って架台装置１１０及び寝台装置１２０を制御することにより、ヘリカルスキャンを実行する。
【００１９】
前処理部１３３は、データ収集部１１７から供給される投影データに対して感度補正等の前処理を行う。前処理された投影データは、投影データ記憶部１３４に記憶される。投影データ記憶部１３４は、ビューが収集された順番（収集時刻）を表すビュー番号、Ｘ線管１１２の回転角度を表すビュー角、チャンネル番号、列番号、天板１２１の位置及び天板１２１の移動速度等と関連付けて、投影データを記憶する。
【００２０】
補間処理部１３５は、投影データ記憶部１３４から、画像データを再構成するために必要な投影データを読み出し、読み出した投影データに対して補間処理を行う。画像データを再構成するために必要な投影データの群を投影データセットと呼ぶ。１スライスの画像データを再構成するには、フルスキャン法では、被検体Ｐの周囲１周（３６０°）分の投影データが必要とされ、また、ハーフスキャン法では、１８０°＋ファン角分の投影データが必要とされる。いずれの方法も本実施形態に適用可能であり、ヘリカルスキャンには一般にハーフスキャン法が適用されるが、ここでは、説明のためにフルスキャン法を採用した例を説明する。  
本実施形態では、スキャン位置毎にスキャン速度が変更されるので、ヘリカルスキャン中にＸ線管１１２が加速若しくは減速される。また、所定のスキャン位置で回転速度の速い部分、遅い部分が生じるように回転速度の加減速を繰り返すことにより連続回転を行う。Ｘ線管１１２が等速度で回転される場合、投影データの収集時刻に対応するＸ線管１１２の位置は回転軌跡上に等間隔に分布され、即ち、隣り合うビューの角度差は一定になる。これに対し、Ｘ線管１１２が回転中に加速若しくは減速される場合、投影データ収集時刻に対応するＸ線管１１２の位置は回転軌跡上に不等間隔に分布され、即ち、隣り合うビューの角度差は一定ではなくなる。ここで、隣り合うビューの角度差とは、時間的に隣接して収集され、即ち、ビュー番号が連続する２つの投影データそれぞれに関連付けられているビュー角の差を指す。補間処理部１３５は、隣り合うビューの角度差が一定である投影データセットを生成するために、投影データセットに対して補間処理を行う。補間処理部１３５の補間処理方法については後述する。
【００２１】
再構成処理部１３６は、補間処理部１３５により補間された投影データセットに対してフィルタリング処理及び逆投影処理等の再構成処理を行うことにより、被検体に関する断層画像データを再構成する。典型的には、再構成法は、コーンビーム再構成法である。コーンビーム再構成法は、コーン角を考慮して再構成画素に逆投影する投影データを決定して、逆投影処理を行う方法である。再構成された画像データは、画像データ記憶部１３７に記憶される。画像処理部１３８は、再構成された画像データに対して各種の画像処理を行い、画像処理された画像データは、画像表示装置１３９に表示される。
【００２２】
次に、図３及び図４を参照して、補間処理部１３５の補間処理方法を説明する。  
図３は、投影データ撮影時のＸ線管１１２の位置を示している。フルスキャン法では、図３に示されるように、Ｘ線管１１２の回転軌跡上に設定される基準点ＱからＸ線管１１２が１回転される期間中に収集される投影データの群が投影データセットとして読み出される。投影データセットに含まれるビューの数をｎとする。ビュー数ｎは、投影データセット毎に異なりうる。また、投影データセットに含まれる各投影データをｈ（ｉ）と表す。ここで、ｉは、０以上ｎ未満の整数である。投影データは、Ｘ線検出器１１３のチャンネル数分存在するが、説明を簡単にするために、１チャンネルとして説明する。投影データｈ（ｉ）は、Ｘ線検出器１１３の列数分の要素を有するベクトルである。
【００２３】
図３では、Ｘ線管１１２矢印方向Ｔに回転される。Ｘ線管１１２の回転軌跡上の各点ｐ（ｉ）が、投影データｈ（ｉ）を収集した時刻ｔ（ｉ）に対応するＸ線管１１２の位置を示す。本実施形態では、Ｘ線管１１２の位置ｐ（ｉ）をビュー角で表す。ビュー角は、点Ｑを基準とするＸ線管１１２の回転角度を表す。図３では、例えば、ｐ（２）＝θ２である。隣り合うビューの角度差Δθ（ｉ）は、ｐ（ｉ＋１）−ｐ（ｉ）とする。
【００２４】
図３では、ビュー番号がｐ（０）からｐ（ｋ）までの期間にはＸ線管１１２が等速度で回転され、ｐ（ｋ）以降の期間にはＸ線管１１２が加速される。Ｘ線管１１２が等速度で回転される場合、隣り合うビューの角度差はいずれも同じ値になる。即ち、Δｐ（０）＝Δｐ（１）＝…＝Δｐ（ｋ−１）である。また、Ｘ線管１１２が加速されて回転速度が上がるにつれて、隣り合うビューの角度差は大きくなる。即ち、Δｐ（ｋ−１）＜Δｐ（ｋ）＜…＜Δｐ（ｎ−１）である。投影データは所定の時間間隔で収集されるので、回転速度が速いほど角度差が大きくなり、回転速度が遅いほど角度差が小さくなる。このように、投影データセットが収集された期間が、Ｘ線管１１２が加速（若しくは減速）された期間、Ｘ線管１１２の回転速度が変更される期間を含む場合、隣り合うビューの角度差は一定ではなくなる。隣り合うビューの角度差が一定でない投影データセットに基づいて画像データを直接に再構成することは困難とされる。このため、本実施形態の補間処理部１３５は、補間処理により、隣り合うビューの角度差が一定でない投影データセットを、隣り合うビューの角度差が一定である投影データセットに変換する。
【００２５】
補間処理部１３５は、ビュー数がｎの投影データセットに対して補間処理を行い、ビュー数がＮの投影データセットを生成する。ビュー数Ｎは、ビュー数ｎ以上の値であっても、ビュー数ｎ未満の値であってもよい。ここで、補間後の投影データセットに含まれる各補間投影データをＨ（ｊ）とする。ここで、ｊは０以上Ｎ未満の整数である。補間投影データＨ（ｉ）は、Ｘ線検出器１１３の列数分の要素を有するベクトルである。さらに、投影データＨ（ｊ）に対応するビュー番号をＴ（ｊ）、ビュー角をＰ（ｊ）とする。ビュー角Ｐ（ｊ）は、（３６０°／Ｎ）×ｊで求まる。
【００２６】
補間処理部１３５は、例えば数式（１）に示される線形補間に従って、補間投影データＨ（ｊ）を算出する。
【数１】
2012170736.tif 000003
【００２７】
ここで、ｉは、ｐ（ｉ−１）＜Ｐ（ｊ）≦ｐ（ｉ）を満たす値である。即ち、補間処理部１３５は、投影データセットから時間的に隣接する投影データの組を選定し、選定した投影データの組に対し線形補間を行うことで、補間投影データを生成する。補間処理部１３５は、数式（１）を用いて補間投影データのセット｛Ｈ（０），Ｈ（１），…，Ｈ（Ｎ−１）｝を算出して再構成処理部１３６に出力する。図４に示すように、補間処理部１３５が出力する投影データセットは、隣り合うビューの角度差が一定である投影データセットになっている。再構成処理部１３６は、補間された投影データセットに基づいて、被検体Ｐに関する画像データを再構成することができる。
【００２８】
なお、補間処理部１３５は、数式（１）に示される線形補間の例に限らず、他の補間法を用いて補間投影データを算出してもよい。また、補間投影データセットのビュー数Ｎは、スキャン速度と同様に、被検体Ｐのスキャン位置毎に変更してもよい。一例として、補間投影データセットのビュー数Ｎは、胸部では９００、腹部では１２００に設定される。
【００２９】
次に、Ｘ線ＣＴ装置１００の動作を説明する。  
スキャン制御部１３１が入力装置１３２から入力された撮影条件に従ってヘリカルスキャンを実行し、被検体Ｐに関する投影データが収集される。ヘリカルスキャンにより収集された投影データは、投影データ記憶部１３４に記憶される。投影データ記憶部１３４に記憶されている投影データは、１スライスの画像データを再構成するために必要な投影データセット毎に補間処理部１３５によって読み出される。補間処理部１３５は、読み出した投影データセットに対して補間処理を行う。補間後の投影データセットは、隣り合うビューの角度差が一定である補間投影データセットとなる。その後、再構成処理部１３６が、補間後の投影データセットに基づき被検体の画像データを再構成する。再構成された画像データは、画像処理部１３８によって表示用の形式の画像データに変換され、画像表示装置１３９に表示される。
【００３０】
なお、本実施形態では、可変ヘリカルピッチスキャンの例を説明したが、天板が一定の速度で移動する等速ヘリカルスキャンにも適用可能である。また、Ｘ線管１１２の回転開始時のように、Ｘ線管１１２の加速中に収集した投影データを用いて、被検体の断層画像データを再構成可能となるので、Ｘ線管１１２の回転速度が一定になるまでスキャンの開始を待つ必要がなくなる。これにより、スキャンを開始するまでに要する時間を短縮することができ、その結果、検査時間を短縮することができる。
【００３１】
さらに、スキャン制御部１３１は、図５に示すように、眼球の被爆量を低減するために、被検体Ｐの正面側（眼球が配置される側）をＸ線管１１２が通過する際にはＸ線管１１２の回転速度を速め、被検体Ｐの背面側をＸ線管１１２が通過する際にはＸ線管の回転速度を遅くするように、Ｘ線管１１２の回転を制御してもよい。
【００３２】
以上のように、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、ヘリカルスキャン中にＸ線管１１２の回転速度を変更しながら投影データを収集し、収集した投影データのセットに対して補間処理を行うことで、隣り合うビューの角度差が一定である投影データセットを生成している。これにより、Ｘ線管の回転速度の変更中に収集した投影データを、画像データの再構成に使用することができる。その結果、被検体のスキャン位置毎にスキャン速度を制御するヘリカルスキャンを短時間で行うことが可能となり、検査の効率化を図ることができる。
【００３３】
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】
【００３４】
１００…Ｘ線ＣＴ装置、１１０…架台装置、１１１…回転フレーム、１１２…Ｘ線管、１１３…Ｘ線検出器、１１４…Ｘ線絞り器、１１５…架台駆動装置、１１６…高電圧発生装置、１１７…データ収集部、１２０…寝台装置、１２１…天板、１２２…駆動モータ、１３０…コンピュータ装置、１３１…スキャン制御部、１３２…入力装置、１３３…前処理部、１３４…投影データ記憶部、１３５…補間処理部、１３６…再構成処理部、１３７…画像データ記憶部、１３８…画像処理部、１３９…画像表示装置。
【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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