説明

医用画像診断装置

【課題】検出器の並び替えを行うことなく、低周波リングのアーチファクトを低減すること。
【解決手段】X線管は、X線を発生する。高電圧発生部は、X線管に高電圧を印加する。複数のX線検出素子は、X線管から発生し被検体を透過したX線を検出する。X線検出器は、複数のX線検出素子から構成される。第1の計算部は、前記高電圧発生部により発生された第1の電圧を前記X線管に印加することにより、前記複数のX線検出素子それぞれにおいて出力された第1の出力値と、前記高電圧発生部により発生された前記第1の電圧よりも高い第2の電圧を前記X線管に印加することにより、前記複数のX線検出素子それぞれにおいて出力された第2の出力値との比を前記複数のX線検出素子毎に計算する。第2の計算部
は、前記計算された比を用いて、前記複数のX線検出素子の出力特性の不均一性を軽減するための補正量を前記複数のX線検出素子毎に計算する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、医用画像診断装置に関する。
【背景技術】
【0002】
医用画像診断装置において用いられる検出器のシンチレーターは、製造工程上、細かく細分化して製造し、それを複数個集めることにより検出器を構成している。そのため、シンチレーターの特性がなるべく均一になるように製造している。しかし、この検出器は、X線エネルギーに対する感度特性の違いが生じる。この感度特性が原因となり、再構成画像上に低周波のリングアーチファクトが発生する。このリングアーチファクトを改善するために、感度特性がなるべく均一の検出器同士の構成になるように検出器を並び替えるという手法を行ってきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかし、この検出器を並び替えるという手法は、手間と時間がかかるため生産効率を悪くしてしまっている。
【0004】
目的は、検出器の並び替えを行うことなく、低周波リングのアーチファクトを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本実施形態に係る医用画像診断装置は、
X線を発生するX線管と、
前記X線管に高電圧を印加するための高電圧を発生する高電圧発生部と、
前記X線管から発生したX線を検出する複数のX線検出素子を有するX線検出器と、
前記高電圧発生部により発生された第1の電圧を前記X線管に印加することにより、前記複数のX線検出素子それぞれにおいて出力された第1の出力値と、前記高電圧発生部により発生された前記第1の電圧よりも高い第2の電圧を前記X線管に印加することにより、前記複数のX線検出素子それぞれにおいて出力された第2の出力値との比を前記複数のX線検出素子毎に計算する第1の計算部と、
前記計算された比を用いて、前記複数のX線検出素子の出力特性の不均一性を軽減するための補正量を前記複数のX線検出素子毎に計算する第2の計算部と、を具備する
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】本実施形態1及び2に係る2次元検出器システムの感度特性を表すグラフの一例を示す図である。
【図2】本実施形態1に係る技術的処理を示すフローチャートである。
【図3】本実施形態2に係る技術的処理を示すフローチャートである。
【図4】本実施形態1に係る医用画像診断装置のブロック図である。
【図5】本実施形態1に係る生データに対する補正処理を模式的に示す図である。
【図6】本実施形態2に係る医用画像診断装置のブロック図である。
【図7A】本実施形態2に係る小区分毎のデータに対する平均化について模式的に示す図である。
【図7B】本実施形態2に係る小区分毎の平均化されたデータに対する補正処理を模式的に示す図である。
【図7C】本実施形態2に係る小区分毎の平均化されたデータに対する補正処理を模式的に示す図である。
【図7D】本実施形態2に係る補正後の2次元検出器システムにおける感度特性のグラフである。
【図7E】本実施形態1及び2に係る画像上のアーチファクトの低減の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係る医用画像診断装置を説明する。以下、医用画像診断装置をコンピュータ断層撮像装置として説明するが、これに限られるものではなく、X線を用いる医用画像診断装置に広く適用できるものである。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【0008】
(実施形態1)
実施形態1について、図2のフローチャートの流れに沿って図1、図2、図4、図5を用いて説明する。
【0009】
図4は、本実施形態1に係るX線コンピュータ断層撮像装置1の構成を示した図である。図4に示されているように、X線コンピュータ断層撮像装置1は、スリップリング2と、回転フレーム5と、X線管球3と、架台駆動部4と、2次元検出器システム6と、データ収集部(DAS)7と、非接触データ伝送部8と、第1の計算部9と、第2の計算部19と、前処理部10と、高電圧発生部11と、ホストコントローラ12と、記憶部13と、表示部14と、入力部15と、再構成部16と、ネットワーク通信部17とを有する。
【0010】
図4に示されているように、X線コンピュータ断層撮像装置1は架台(ガントリ)を有する。架台は、円環又は円板状の回転フレーム5を回転可能に支持する。
【0011】
回転フレーム5は、撮像領域中に天板に配置された被検体を挟んで対向するようにX線管球3と、2次元検出器システム6とを有する。ここで、説明のため、回転フレーム5の回転軸をZ軸、X線管球3の焦点と2次元検出器システム6の中心とを結ぶ撮像中心軸をY軸、YZ平面に直交する軸をX軸と規定する。撮像時には、典型的には、被検体は、体軸がZ軸に略一致するように撮像領域内に設置される。このXYZ座標系は、Z軸を回転中心とする回転座標系を構成する。
【0012】
X線管球3は、高電圧発生部11からの高電圧の印加とフィラメント電流の供給を受けてX線を発生する。
【0013】
2次元検出器システム6は、マルチスライス型の場合、チャンネル方向(X軸)に複数のチャンネルを有する検出素子の列をスライス方向(Z軸)に複数配列したものである。2次元アレイ型の場合、2次元検出器システム6は、チャンネル方向(X軸)とスライス方向(Z軸)との両方向に関して緻密に分布される複数のX線検出素子を有する。
【0014】
高電圧発生部11は、ホストコントローラ12からの指示情報に従って、スリップリング2を介してX線管球3に高電圧を印加する。
【0015】
ホストコントローラ12は、図示しないCPU(central processing unit)及びメモリを含んでいる。ホストコントローラ12は、入力部15からの指示に従って、高電圧発生部11及び架台駆動部4等の動作を制御する。高電圧発生部11の制御を行うことにより、回転フレーム5が一定の角速度で連続回転し、X線管球3から連続的又は一定角度毎にX線が発生される。
【0016】
架台駆動部4は、ホストコントローラ12の制御に従って、天板保持機構を駆動可能である。2次元検出システム6には、データ収集回路7(DAS;data acquisition system)が接続される。
【0017】
データ収集部7は、2次元検出器システム6の各チャンネルの電流信号を電圧に変換し、増幅し、デジタル信号に変換する。データ収集部7で収集されたデータ(純生データ)は、光や磁気を使った非接触型又はスリップピング型の非接触データ伝送部8を経由して、演算部9に送られる。
【0018】
図2は、実施形態1に係る正処理を示すフローチャートである。以下、このフローチャートの流れに沿って、図4のブロック図を説明する。
【0019】
非接触データ伝送部8は、データ収集部7で収集されたデータ(純生データ)を、演算部9に送る。
【0020】
第1の計算部9は、X線管3において高管電圧を印加した場合にデータ収集部7で収集された純生データと、X線管3において高電圧よりも相対的に低い低管電圧を印加した場合にデータ収集部7で収集された純生データとの比をチャンネル毎に計算する(S11)。この計算された比は、表示部14において例えばグラフとして表示される。このグラフの一例が図1である。横軸を2次元検出器システム6におけるチャンネル毎のチャンネルナンバーとし、縦軸を第1の計算部9において計算された比としたグラフである。図1から、2次元検出器システム6のチャンネル毎に感度特性が異なる様子が分かる。前処理部10は、主に金属部によるX線強吸収体による極端な信号強度の低下又は信号脱落の補正等の前処理を行い、生データを得る。この生データは、記憶部13に記憶される。
【0021】
この生データに対して、例えばビームハードニング補正を行う(S12)。以下このステップS13について、図4のブロック図を用いて詳述する。なお、補正方法は、ビームハードニングに限られるものではなく、他の補正方法であってもよい。
【0022】
例えば第2の計算部19において、記憶部13から例えばメモリ等に読みだされた生データに対して、例えば以下の式を用いて検出器感度の補正を行う。以下、図5とともにビームハードニング補正について説明する。
【数1】

【0023】
ここで、RawBHC(ch)は、補正後のチャンネル毎の生データ、Raworg(ch)は、補正前のチャンネル毎の生データ、rは係数、BhcTbl[Raworg(ch),ch]は、補正テーブルを用いる場合の各チャンネルに対する補正量を表す。すなわち、チャンネルナンバー毎の生データの出力値とチャンネルナンバーとで決まるビームハードニング補正による補正値を示す。また、E(ch)は、第1の計算部9において演算されたチャンネル毎の比、Scaleは所定の定数である。
【0024】
ここで説明のため、数1を変形した式を示す。
【数2】

【0025】
ここで第一項と、第二項とを加算した値は、図5の右側に示されるようなビームハードニングの補正テーブルを用いてチャンネル毎に補正値を求め、その補正値をチャンネル毎の生データの出力値に加算したものである。この第一項と第二項との加算処理は従来からの典型的なビームハードニング補正処理の方法である。また、図5における補正テーブルは、チャンネルナンバーを横軸にとり、チャンネルナンバー毎の生データの出力値を縦軸にとったものである。つまり、チャンネルナンバーと、そのチャンネルナンバーにおける生データとの出力値が決まれば、テーブル上の座標点は一つに定まり、その座標点と一対一に対応する補正量が求められる。次に、図4における第2の計算部19は、生データに対してこの補正テーブルを用いて補正処理を行う。第三項は、補正テーブルを用いて定まったチャンネル毎の補正値に定数(Scale)を乗じて、さらに第1の計算部9において演算された比をチャンネル毎に乗じたものである。この第三項は、検出器の出力特性の不均一性を軽減するための項である。検出器の出力特性の不均一性を軽減するため、チャンネル毎のビームハードニング補正量を表す関数BhcTbl[Raworg(ch),ch]にチャンネル毎の感度に関する出力値を表す関数E(ch)を乗じ、さらに定数Scaleを乗じる。この乗算においては、生データ(Raworg(ch))の出力値が高い場合、出力値を抑えるため値の小さい補正値を乗ずる。一方、生データ(Raworg(ch))の出力値が低い場合、出力値を大きくするために、値の大きな補正値を乗ずる。これにより、検出器の感度特性の不均一性が低減される。
【0026】
以上の処理により第2の計算部19からビームハードニング補正された生データを得る。その後、補正された生データは、記憶部13等に記憶される。
【0027】
再構成部16は、前処理部10により補正を受けたデータ(生データ)に基づいて、撮像時刻の異なる複数のデータファイル(時系列データファイル)を発生する。
【0028】
図には示されていないが、CPUは、医師及び技師等のユーザーによって入力部15が操作等されることにより指令が入力されると、メモリに記憶しているプログラムを実行する。又は、CPUは、HDD(図示しない)に記憶しているプログラム、ネットワークから転送されネットワーク通信部17で受信されてHDDにインストールされたプログラム、又は記録媒体用のドライブ(図示しない)に装着された記憶媒体から読みだされてHDDにインストールされたプログラムをメモリにロードして実行する。入力部15としては、オペレータによって操作が可能なキーボード及びマウス等が挙げられ、操作に従った入力信号がCPUに送られる。入力部15は、大きくは、メインコンソール及びシステムコンソールによって構成される。
【0029】
ネットワーク通信部17は、各規定に応じた通信制御を行う。ネットワーク通信部17は、電話回線を通じてネットワークに接続することができる機能を有している。
【0030】
(実施形態2)
実施形態1と重複する部分については、説明を省略し、実施形態1と異なる重要な部分について以下図3のフローチャートに沿って及び図6乃至図7Dを用いながら詳述する。実施形態2は、実施形態1と異なり、図7A及び図7Bに示されるように2次元検出器システム6の感度比に対して小区分毎に平均化を行い、その小区分毎の平均値に関して原点からの差に応じて複数の異なるビームハードニング補正テーブルを用いることにより生データに対して補正を行うものである。
【0031】
図6は、本実施形態2に係る医用画像診断装置1の構成を示すブロック図である。実施形態1に係る医用画像診断装置1の構成を示すブロック図(図4)との違いは、平均値算出部18の有無と、第2の計算部19における補正処理方法の違いのみである。以下、実施形態2の処理の流れを図3のフローチャートに沿って、図7A及び図7Bを用いて詳述する。
【0032】
図7Aは、本実施形態2に係る小区分毎の感度比に対する平均化について模式的に示す図である。また、図7Bは、2次元検出器システム6の出力の比が平均化されたデータを用いての補正処理を模式的に示す図である。
【0033】
まず、非接触データ伝送部8は、データ収集部7で収集されたデータ(純生データ)を、第1の計算部9に送る。
【0034】
次に、第1の計算部9においては、X線管3において高管電圧を印加した場合に2次元検出器6で検出された純生データの出力値と、X線管3において低管電圧を印加した場合に2次元検出器6で検出された純生データの出力値との比を計算する(S21)。この計算された比をグラフとして表示部14に出力する。このグラフの一例が、図7Aの左側に示されるグラフである。このグラフは、横軸をチャンネル番号、縦軸をS21においてチャンネル毎に演算された比で表示している。
【0035】
次に、平均値算出部18において、2次元検出器システム6の小区分毎に平均値を算出する。なお、2次元検出器システム6の小区分毎に多数のチャンネルが含まれる。平均値算出部18において、このチャンネルそれぞれにおける比を用いて小区分毎に平均値を算出する(S22)。次に、チャンネル毎のS22において計算された平均値を用いて一例としてビームハードニング補正を行う(S23)。以下、このビームハードニング補正について説明する。なお、補正方法は、ビームハードニング補正法に限られるものではなく、他の代替的な補正方法であってもよい。
【0036】
図7B及び図7Cは、本実施形態2に係るビームハードニング補正を概念的に示した図である。図7B及び図7Cの左図に示されるように、チャンネル毎の平均値化された比に関して、縦軸の0の値からの差に応じてビームハードニング補正テーブルを変える。ここで、説明のため、数式1の変数に値を代入した式を示す。
【数3】

【0037】
数3は、仮にチャンネルナンバーを384、チャンネルナンバー384における生データの出力値を10として変数に値を代入したものである。この場合、図7Bに示されるように、チャンネルナンバーとそのチャンネルナンバーの生データの出力値とが決まれば、ビームハードニングテーブルにおいて、補正量が一意に定まることがわかる。この補正量をチャンネルナンバー毎に求めることにより、2次元検出器システム6において出力された生データに対する補正が可能となる。また、例えば、図7Cにおいて補正テーブルTと示されている小区分では、ビームハードニングテーブルTよりも多めの補正量を与えて2次元検出器システム6の感度特性を均一化する。図7Cの右側の図は、チャンネルナンバーとチャンネル毎の生データの出力値とで一意に決まる補正量を決めるためのビームハードニング補正テーブルを示す。この補正テーブルは図7Cでは、2つあるものとして記載しているが、2つ以上の複数の補正テーブルが存在するものであっても良い。
【0038】
図7Dは、本実施形態2に係る補正後の2次元検出器システム6における感度特性のグラフを示す図である。補正後では、補正前に比べて2次元検出器システム6の感度がより均一化されていることが分かる。
【0039】
また、図7Eは、本実施形態1及び2に係る補正後のアーチファクトの低減の様子を示す図である。つまり、図7Eは、表示部14において表示される画像に関して、補正前と補正後でアーチファクトが低減されたことを示す。補正前では、リング状のアーチファクトが見えるが、補正後では、リング状のアーチファクトが低減されている。
【0040】
さらに、上に詳述したようなX線検出素子毎の出力を均一化する補正手段を用いて、被検体を透過して得られた生データに対して補正処理を実行することにより、アーチファクトの低減された被検体の投影画像に関するデータを取得することができる。
【0041】
以上、本発明によれば、検出素子毎にビームハードニング補正等の補正手段を用いて、検出素子毎の出力が均一になるようにする。この均一化処理により、検出素子の並び替えを行うことなしにリングアーチファクトを低減する医用画像診断装置を提供することができる。
【0042】
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ものである。
【符号の説明】
【0043】
1…X線コンピュータ断層撮像装置、2…スリップリング、3…X線管球、4…架台駆動部、5…回転フレーム、6…2次元検出器システム、7…データ収集部(DAS)、8…非接触データ伝送部、9…第1の計算部、10…前処理部、11…高電圧発生部、12…ホストコントローラ、13…記憶部、14…表示部、15…入力部、16…再構成部、17…ネットワーク通信部、18…平均値算出部、19…第2の計算部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
X線を発生するX線管と、
前記X線管に高電圧を印加するための高電圧を発生する高電圧発生部と、
前記X線管から発生したX線を検出する複数のX線検出素子を有するX線検出器と、
前記高電圧発生部により発生された第1の電圧を前記X線管に印加することにより、前記複数のX線検出素子それぞれにおいて出力された第1の出力値と、前記高電圧発生部により発生された前記第1の電圧よりも高い第2の電圧を前記X線管に印加することにより、前記複数のX線検出素子それぞれにおいて出力された第2の出力値との比を前記複数のX線検出素子毎に計算する第1の計算部と、
前記計算された比を用いて、前記複数のX線検出素子の出力特性の不均一性を軽減するための補正量を前記複数のX線検出素子毎に計算する第2の計算部と、を具備する医用画像診断装置。
【請求項2】
前記計算部により計算された比に基づいて得られた前記X線検出器の出力分布を表示するための表示制御部をさらに具備する請求項1記載の医用画像診断装置。
【請求項3】
前記第1の電圧と前記第2の電圧とは、前記高電圧発生部により発生した管電圧である請求項1記載の医用画像診断装置。
【請求項4】
前記複数のX線検出素子の出力値それぞれに対してビームハードニング補正を行い、補正済みの補正データを得る第1均一補正部をさらに具備する請求項1記載の医用画像診断装置。
【請求項5】
前記第1均一補正部は、前記複数のX線検出素子の出力値それぞれに対する補正値を定義した補正テーブルに基づいて、前記複数のX線検出素子の出力値それぞれを補正することを特徴とする請求項1記載の医用画像診断装置。
【請求項6】
前記補正テーブルは、異なるX線検出素子の出力値に応じて複数形成され、
前記第1均一補正部は、前記X線検出素子の出力値に基づいて、複数の各補正テーブルのうちいずれか1つの補正テーブルに基づいて前記複数のX線検出素子の出力値それぞれを補正することを特徴とする請求項1記載の医用画像診断装置。
【請求項7】
互いに隣接する複数の小区分に区分された前記X線検出器に関して、前記小区分内に設けられた複数のX線検出素子の出力値の平均値を前記複数の小区分毎に算出する平均値算出部と、
前記小区分それぞれの平均値に対して、ビームハードニング補正を行い、補正済みの補正データを得る第2均一補正部をさらに具備する請求項1記載の医用画像診断装置。
【請求項8】
前記第2均一補正部は、前記複数のX線検出素子の出力値それぞれに対する補正値を定義した補正テーブルに基づいて、前記複数のX線検出素子の出力値それぞれを補正することを特徴とする請求項7記載の医用画像診断装置。
【請求項9】
前記補正テーブルは、異なる前記平均値に応じて複数形成され、
前記第2均一補正部は、前記平均値に基づいて、複数の各補正テーブルのうちいずれか1つの補正テーブルに基づいて前記平均値それぞれを補正することを特徴とする請求項8記載の医用画像診断装置。

【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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【図7A】
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【図7B】
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【図7C】
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【図7D】
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【図7E】
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【公開番号】特開2013−106648(P2013−106648A)
【公開日】平成25年6月6日(2013.6.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−251939(P2011−251939)
【出願日】平成23年11月17日(2011.11.17)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【出願人】(594164542)東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Fターム(参考)】