JP3977624B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のとおり、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、被検体を多方向からＸ線で走査することにより収集した投影データに基づいて断面の減弱係数分布、つまり断層像を再構成することを実現した装置である。
【０００３】
近年、被検体を透過したＸ線をダイレクトに電荷に変換する半導体検出器の開発が進み、その感度向上に伴ってＸ線量の低減、つまり被曝量の低減化が進行している。
【０００４】
しかし、被曝量の低減にも限界があり、ある一定量以下になると、濃度分解能が著しく下がり、診断に耐えうるような画質を確保することができなくなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置において、被曝量の低減と高画質の確保とを両立することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１局面において、略円環状の回転架台に搭載され、被検体にＸ線を照射する第１Ｘ線管球と、記被検体と前記第１Ｘ線管球との間に配置される開度可変の第１Ｘ線絞り装置と、記回転架台上の前記第１Ｘ線管球に対向する位置に搭載される第１Ｘ線検出器と、前記回転架台上の前記第１Ｘ線管球から円周方向に所定角度ずれた位置に搭載される第２Ｘ線管装置と、前記被検体と前記第２Ｘ線管球との間に配置される開度可変の第２Ｘ線絞り装置と、前記回転架台上の前記第２Ｘ線管装置に対向する位置に搭載される第２Ｘ線検出器と、前記Ｘ線が前記被検体の関心領域だけに限定的に照射するように前記第２Ｘ線絞り装置の開度を前記第１Ｘ線絞り装置の開度より狭く設定する制御部と、前記第２Ｘ線検出器のチャンネルのうち、狭い開度に起因してデータ欠落を起こしたチャンネルの投影データを、前記第１Ｘ線検出器の対応するチャンネルの投影データで回転角毎に補完するデータ補完部と、前記第２Ｘ線検出器による投影データと、前記補完する前記第１Ｘ線検出器による投影データとに基づいて画像データを再構成する再構成部とを具備することを特徴とする。
本発明は、第２局面において、Ｘ線管球装置とＸ線検出器とのペアを複数装備するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、前記複数のペアの中の少なくとも１つのペアのＸ線管球装置は前記Ｘ線が前記被検体の関心領域だけに限定的に照射するように他のペアのＸ線管球装置よりもＸ線の広がり角が狭く設定され、前記Ｘ線の広がり角が狭く設定された少なくとも１つのペアによる投影データと、前記少なくとも１つのペアで欠落しているチャンネルについて補完する前記他のペアによる投影データとに基づいて画像データを再構成することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明によるＸ線コンピュータ断層撮影装置を好ましい実施形態により説明する。なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置のスキャン方式としては、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ローテート／ローテートタイプ、リング状にアレイされた多数の検出素子が固定され、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転するステーショナリ／ローテートタイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能であるが、ここではローテート／ローテートタイプを例に説明する。また、１枚の断層像データを再構成するには、被検体の周囲１周、約３６０°分の投影データの１セットが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ファン角分の投影データが必要とされる。ここでは、前者の例で説明する。なお、投影データとは、Ｘ線パス上の組織等の減弱係数（又は吸収係数）の通過距離に関する積分データとして定義される。
【０００９】
図１に、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の主要部の構成を示している。本実施形態のＸ線コンピュータ断層撮影装置は、スキャンガントリ１とコンピュータ装置２と図示しない寝台とから構成される。スキャンガントリ１は、被検体に関する投影データを収集するための構成要素であり、その投影データはコンピュータ装置２に取り込まれ、画像再構成等の処理に供される。被検体は、寝台の天板に載置された状態でスキャンガントリ１の撮影領域内に挿入される。
【００１０】
コンピュータ装置２は、中央制御ユニット２１と、それに対してデータ／制御バス２２を介して接続されたデータ補完ユニット２３、画像再構成ユニット２４及び画像表示ユニット２５から構成される。
【００１１】
スキャンガントリ１は、多管球型であり、つまり円環状の回転架台に、Ｘ線管装置とＸ線検出器とのペアが複数搭載されている。ここでは、２管球型として説明する。第１ペア１１は、第１Ｘ線管装置１１０と、それに対向する多チャンネル型の第１Ｘ線検出器１１３とが回転架台に搭載されている。第２ペア１２は、第２Ｘ線管装置１２０と、それに対向する多チャンネル型の第２Ｘ線検出器１２３とが、その中心軸が第１ペア１１の中心軸と回転軸ＲＡで所定角度（ここでは９０°と仮定する）交差し、且つ第１ペア１１と同じ断面（スライス）を走査する位置関係で回転架台に搭載されている。
【００１２】
第１Ｘ線管装置１１０は、第１Ｘ線管球１１１と、第１Ｘ線管球１１１と被検体との間に配置される、具体的には第１Ｘ線管球１１１のＸ線放射窓の直前に取り付けられる第１Ｘ線絞り装置１２０等の周辺要素とから構成される。この第１Ｘ線絞り装置１２０は、第１Ｘ線管球１１１から放射されるＸ線の広がり角（ファン角、視野角ともいう）を制限するための装置であり、複数の可動式遮蔽板と、それらを個々に移動する駆動部とを備えている。複数の可動式遮蔽板各々の位置を制御することにより、開口の開度および開口の中心位置を任意に調整することができるようになっている。
【００１３】
第２Ｘ線管装置１２０も同様に、第２Ｘ線管球１２１と、第２Ｘ線絞り装置１２２等の周辺要素とから構成される。また、第２Ｘ線絞り装置１２２も、第１Ｘ線絞り装置１１２と同様に、第２Ｘ線管球１２１から放射されるＸ線の広がり角（ファン角）を制限するための装置であり、複数の可動式遮蔽板と、それらを個々に移動する駆動部とを備え、複数の可動式遮蔽板各々の位置を制御することにより、開口の開度および開口の中心位置を任意に調整することができるようになっている。
【００１４】
Ｘ線制御部１３は、管電圧及びフィラメント電流（フィラメント電流により管電流が制御される）を第１、第２Ｘ線管球１１１，１２１に対して個別に印加及び供給することができるように、第１Ｘ線管球１１１と第２Ｘ線管球１２１とにそれぞれ対応する２系統の高電圧発生器を装備している。これら２系統の高電圧発生器から第１、第２Ｘ線管球１１１、１２１に印加される管電圧及びフィラメント電流は、スキャン制御部１４の制御のもとにある。このＸ線制御部１３に対する制御とともに、スキャン制御部１４は、第１、第２Ｘ線絞り装置１１２、１２２それぞれの開口の開度および開口の中心位置、さらには回転架台の回転、天板のスライド等スキャンに関わる全てのオペレーション制御を担当する。
【００１５】
第１、第２Ｘ線検出器１１３、１２３の出力は、それぞれデータ収集部１１４、１２４、図示しないが連続回転を可能にするスリップリング及び前処理部を介して投影データとしてコンピュータ装置２に供給される。コンピュータ装置２のデータ補完ユニット２３では、詳細は後述するが、第２Ｘ線検出器１２３の投影データの欠落部分を第１Ｘ線検出器１１３の投影データで補完する。この補完された投影データに基づいて再構成ユニット２４で断層像データが再構成され、画像表示ユニット２５に表示される。
【００１６】
図２には、スキャン制御部１４により調整された第１Ｘ線絞り装置１１２の開度と第２Ｘ線絞り装置１２２の開度とを示している。第２Ｘ線絞り装置１２２の開度は、第１Ｘ線絞り装置１１２の開度よりも大きく設定される。第１Ｘ線絞り装置１１２の開度Ａ１は、第１Ｘ線管球１１１からのＸ線が被検体断面の全域に照射する程度に比較的広く設定され、一方、第２Ｘ線絞り装置１２２の開度Ａ２は、第２Ｘ線管球１２１からのＸ線が被検体断面内の関心部位（関心領域）だけを限定的に照射し、関心部位以外の部分には照射しない程度に比較的狭く設定される。実際には、それぞれの開度Ａ１，Ａ２は、被検体の体格及び関心部位の種類等のパラメータに応じた標準値に設定してもよいし、低曝射でプリスキャンして得た断層像から被検体個別値に設定するようにしてもよい。
【００１７】
このように互いに相違する開度でスキャンが行われる。スキャンに際しては、第１Ｘ線管球１１１から曝射されるＸ線の線量は、第２Ｘ線管球１２１から曝射されるＸ線の線量よりも低く設定される。具体的には、第１Ｘ線管球１１１に印加される管電圧ＴＶ１と、第２Ｘ線管球１２１に印加される管電圧ＴＶ１とは等価又は略等価に設定され、一方、第１Ｘ線管球１１１のフィラメント電流（管電流：ＴＣ１）は、第２Ｘ線管球１２１のフィラメント電流（管電流：ＴＣ２）よりも低く設定される。例えば第２Ｘ線管球１２１の管電流は２５０ｍＡに、第１Ｘ線管球１１１の管電流は５０ｍＡに設定される。このように管電圧は同じに、管電流を相違させることにより、線量は相違するが、線質は同じに揃えることができる。
【００１８】
このような設定のもとでスキャンが行われ、第１、第２Ｘ線検出器１１３、１２３で検出された投影データは、コンピュータ装置２のデータ補完ユニット２３に供給される。第２ペア１２のＸ線は被検体断面全域をカバーしていないので、その第２Ｘ線検出器１２３で検出した投影データだけでは断層像を実質的に再構成することはできない。つまり、第２Ｘ線検出器１２３のチャンネルのうち、狭い開度に起因して、一部のチャンネルでデータ欠落を起こしている。この欠落しているチャンネルのデータを、第１Ｘ線検出器１１３の対応するチャンネルの投影データで補完する処理が、データ補完ユニット２３で行われる。
【００１９】
図３は、第１、第２のＸ線管球１１１，１２１それぞれの軌道を示している。第２Ｘ線管球１２１は、第１Ｘ線管球１１１に対して９０°遅れる位置に配置されているので、その角度分だけ第１Ｘ線管球１１１から遅れた軌道を描いている。ここで、回転角α°に注目する。図４には、第２Ｘ線管球１２１が回転角α°にあるときの第２Ｘ線検出器１２３により検出された投影データ分布を示している。Ｘ線が照射されていない部分のチャンネルのデータが欠落していることが伺える。このデータ欠落を起こしているチャンネルの投影データを、第１Ｘ線管球１１１が同じ回転角α°にあるときに第１Ｘ線検出器１１３により検出された同じチャンネルの投影データにより補完する。
【００２０】
実際には、線量が相違し、それに応じて基準レベルが相違するので、基準レベルを揃えるために、加重加算する。回転角をθ、チャンネルをｃｈ、第１Ｘ線検出器１１３で検出された投影データをＰＤ１、第２Ｘ線検出器１２３で検出された投影データをＰＤ２と表すと、補完ユニット２３から出力される投影データＰＤは、次のように表される。
【００２１】
ＰＤ（θ、ｃｈ）＝ａ・ＰＤ１（θ、ｃｈ）＋ｂ・ＰＤ２（θ、ｃｈ）
ａ，ｂは重み係数であり、その関係は、ａ＞ｂであって、第２Ｘ線管球１２１に対する第１Ｘ線管球１１１の線量比をｃとすると、ａ＝ｃ・ｂを満たすように設定される。例えば上述した管電圧、管電流の条件と同様に、線量比ｃが、（５０ｍＡ／２５０ｍＡ）＝１／５と仮定すると、ａ＝５、ｂ＝１に設定される。
【００２２】
なお、実際には、第２ペア１２でデータ欠落を起こしているチャンネルでは、ａ＝５、ｂ＝０に、第２ペア１２でデータ欠落を起こしてないチャンネルでは、ａ＝０、ｂ＝１に変化させ、データ欠落を起こしているチャンネルだけを第１ペア１１で収集した投影データで補完する処理が典型的である。
【００２３】
このようにファン角が狭いが線量の高いＸ線と、ファン角が広いが線量の低いＸ線とを併用することにより、必要な部分、つまり関心部位に対しては高分解能で高画質を提供しながら、それと共に関心部位及びそれ以外の部分全体に線量の高いＸ線を照射するのに比べて被曝量を低く抑えることができる。
【００２４】
実際の撮影手順では、いずれか一方のペア１１又は１２を使って、低い線量のＸ線を被検体断面全域に照射する条件のもとでプリスキャンを行い、それにより取得した比較的低分解能の断層像から関心部位を同定し、その大きさから第２Ｘ線絞り装置１２２の開口開度を設定するとともに、図５に示すように、寝台天板の左右上下動の調整により回転軸ＲＡ上に関心部位を配置した状態を確保することが必要と考えられる。この状態では、第２Ｘ線絞り装置１２２の開口位置は、回転中、固定的で良い。
【００２５】
しかし、図６に示すように、回転軸ＲＡ上に関心部位を配置した状態を確保することが不可能又は困難な場合がまったくないとは言えない。この場合には、第２Ｘ線管球１２１が１周の中のどの回転角にあっても常に関心部位をそのＸ線の視野内に捕らえるように広い開口に設定する必要がある。しかし、この設定では、被曝量を最小限に抑えることはできない。そのため、第２Ｘ線絞り装置１２２の開口を関心部位の大きさに絞った狭い開度に設定した上で、第２Ｘ線管球１２１が１周の中のどの回転角にあっても常に関心部位をそのＸ線の狭い視野内に捕らえるように、第２Ｘ線絞り装置１２２の開口位置を回転角に同期させて移動させることが有効である。第２Ｘ線絞り装置１２２の開口位置と、回転角との関係は、プリスキャンで取得した断層像上での関心部位の位置と、回転軸ＲＡの位置と、第２Ｘ線管球１２１の焦点の位置との３者の位置関係から幾何学的に求めることができる。この第２Ｘ線絞り装置１２２の開口位置と回転角との関係に従って、スキャン制御部１４では、第２Ｘ線絞り装置１２２の開口位置を回転角に同期させて移動させるために第２Ｘ線絞り装置１２２を制御することができる。
【００２６】
本発明は上述した実施形態に限定されず、種々変形して実施可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置において、被曝量の低減と高画質の確保とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の主要部の構成図。
【図２】図１の第１、第２Ｘ線絞り装置それぞれの開度を示す図。
【図３】図１の第１、第２のＸ線管球それぞれの軌道を示す図。
【図４】図１の第１、第２ペアそれぞれの投影データを概略的に示す図。
【図５】本実施形態において、回転軸上に関心部位が存在する場合、回転中の第２Ｘ線絞り装置の開度及び開口位置が変化しない様子を示す図。
【図６】本実施形態において、回転軸からずれた位置に関心部位が存在する場合、回転に伴って第２Ｘ線絞り装置の開度及び開口位置が変化する様子を示す図。
【符号の説明】
１…スキャンガントリ、
１１…第１ペア、
１１０…第１Ｘ線管装置、
１１１…第１Ｘ線管球、
１１２…第１Ｘ線絞り装置、
１１３…第１検出器、
１１４…第１データ収集部、
１２…第２ペア、
１２０…第２Ｘ線管装置、
１２１…第２Ｘ線管球、
１２２…第２Ｘ線絞り装置、
１２３…第２検出器、
１２４…第２データ収集部、
１３…Ｘ線制御部、
１４…スキャン制御部、
２…コンピュータ装置、
２１…中央制御ユニット、
２２…データ／制御バス、
２３…データ補間ユニット、
２４…再構成ユニット、
２５…画像表示ユニット。

Claims (8)

1. 略円環状の回転架台に搭載され、被検体にＸ線を照射する第１Ｘ線管球と、
   前記被検体と前記第１Ｘ線管球との間に配置される開度可変の第１Ｘ線絞り装置と、
   前記回転架台上の前記第１Ｘ線管球に対向する位置に搭載される第１Ｘ線検出器と、
   前記回転架台上の前記第１Ｘ線管球から円周方向に所定角度ずれた位置に搭載される第２Ｘ線管装置と、
   前記被検体と前記第２Ｘ線管球との間に配置される開度可変の第２Ｘ線絞り装置と、
   前記回転架台上の前記第２Ｘ線管装置に対向する位置に搭載される第２Ｘ線検出器と、
   前記Ｘ線が前記被検体の関心領域だけに限定的に照射するように前記第２Ｘ線絞り装置の開度を前記第１Ｘ線絞り装置の開度より狭く設定する制御部と、
   前記第２Ｘ線検出器のチャンネルのうち、狭い開度に起因してデータ欠落を起こしたチャンネルの投影データを、前記第１Ｘ線検出器の対応するチャンネルの投影データで回転角毎に補完するデータ補完部と、
   前記第２Ｘ線検出器による投影データと、前記補完する前記第１Ｘ線検出器による投影データとに基づいて画像データを再構成する再構成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。
2. 前記第２Ｘ線管球のＸ線量を前記第１Ｘ線管球のＸ線量よりも高く設定するＸ線制御部をさらに備え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。
3. 前記第２Ｘ線管球の管電流を前記第１Ｘ線管球の管電流よりも高く設定するＸ線制御部をさらに備え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。
4. 前記第１、前記第２Ｘ線管球の管電圧を略等価に設定するＸ線制御部をさらに備え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。
5. 前記制御部は、前記第２Ｘ線絞り装置の開口の位置を回転に伴って変化させ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。
6. Ｘ線管球装置とＸ線検出器とのペアを複数装備するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、
   前記複数のペアの中の少なくとも１つのペアのＸ線管球装置は前記Ｘ線が前記被検体の関心領域だけに限定的に照射するように他のペアのＸ線管球装置よりもＸ線の広がり角が狭く設定され、
   前記Ｘ線の広がり角が狭く設定された少なくとも１つのペアによる投影データと、前記少なくとも１つのペアで欠落しているチャンネルについて補完する前記他のペアによる投影データとに基づいて画像データを再構成することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
7. 前記Ｘ線の広がり角が狭く設定されているペアは、前記他のペアよりも、前記Ｘ線管球の管電流が高く設定されることを特徴とする請求項６記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
8. 前記Ｘ線の広がり角が狭く設定されているペアは、前記他のペアと、前記Ｘ線管球の管電圧が略等価に設定されることを特徴とする請求項７記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。

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