Ｘ線ＣＴ装置および投影データの収集方法
【課題】呼吸に同期した断層画像を得る際の被曝線量を軽減する。
【解決手段】呼吸計で取得した被検者の呼吸に同期して、少なくとも１呼吸周期の断層画像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、投影データを取得したときの被検者の呼吸が浅かったときに、この時よりも深い呼吸部分に相当する呼吸位相範囲の投影データのみを追加して取得し、追加して取得して投影データと先に取得した投影データとにより通常の呼吸に同期した断層画像を再構成するようにした。これにより、不足する位相範囲のみの投影データを追加して取得するので、被検体の被曝線量を軽減できる。
【解決手段】呼吸計で取得した被検者の呼吸に同期して、少なくとも１呼吸周期の断層画像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、投影データを取得したときの被検者の呼吸が浅かったときに、この時よりも深い呼吸部分に相当する呼吸位相範囲の投影データのみを追加して取得し、追加して取得して投影データと先に取得した投影データとにより通常の呼吸に同期した断層画像を再構成するようにした。これにより、不足する位相範囲のみの投影データを追加して取得するので、被検体の被曝線量を軽減できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検者の呼吸運動に同期した断層画像を再構成するＸ線ＣＴ装置に係り、特に投影データを収集する際の被曝線量の低減を図ることのできるＸ線ＣＴ装置および投影データの収集方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検者の頭部を始めとして、胸部や腹部の断層画像を得るＸ線ＣＴ装置が医療の現場で広く使用されており、このＸ線ＣＴ装置により被検者の呼吸運動に同期して胸部や腹部の撮影を行う、いわゆる呼吸同期スキャンが従来から実施されている。ところで、被検者の呼吸運動は不規則になりがちであり、同じ深さ、同じ周期で呼吸を続けることが困難な場合が多く、呼吸に同期した所望の断層画像を得たり、再現性のある断層画像を得たりすることを困難にしていた。
【０００３】
そこで従来技術として、被検者に対して息を吸うタイミングと息を吐くタイミングとを知らせるように、呼吸位相の１周期を円運動として表現した画像を提示し、画像上の印が円の上に来たときに息を吸って、印が円の下に来たときに息を吐くことを繰り返してもらい、その動作が落ち着いたときにスキャンを実施するようにしたものが知られていた（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３６６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら従来の技術では、被検者は提示された画像の指示に従って強制的に呼吸を強いられることになり、緊張感も強くスキャンを開始した後で呼吸を乱してしまい、収集した画像データによって呼吸に同期した所望の断層画像を得ることができなくなることが多々あった。このような場合には再度スキャンを実施しなければならず、被検者にとってはＸ線被曝量が増加してしまうことが大きな問題であった。またスキャンに時間がかかり、被検者や医療スタッフの負担も増加することも問題であった。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、被検者の周りからＸ線を照射し、前記被検者を透過したＸ線を検出することにより、前記被検者の断層画像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、前記被検者の呼吸情報を取得する呼吸情報取得手段と、この呼吸情報取得手段で取得した呼吸情報に同期して、前記被検者にＸ線を照射して、断層画像を再構成するための投影データを取得する投影データ取得手段と、この投影データ取得手段により投影データを取得したときの前記被検者の呼吸が浅かったときに、この時よりも深い呼吸部分に相当する呼吸位相範囲の投影データを取得し、先に取得した投影データとともに断層画像を再構成するように制御する制御手段と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、Ｘ線ＣＴ装置によって被検者の呼吸運動に同期した断層画像を再構成するための投影データの収集方法であって、前記被検者の呼吸情報を取得して、基準とする呼吸位相を設定する第１のステップと、前記被検者の呼吸運動に同期して、少なくとも１呼吸周期分の投影データを収集する第２のステップと、この第２のステップで投影データを収集したときの前記被検者の呼吸位相を、前記第１のステップで設定した基準呼吸位相と比較する第３のステップと、この第３のステップでの比較結果、前記第２のステップで投影データを収集したときの呼吸位相が前記基準呼吸位相に対してずれていた場合に、ずれていた基準呼吸位相の範囲について、前記被検者の投影データを追加して収集する第４のステップと、から成り、第４のステップで収集した投影データと前記第２のステップで収集した投影データを含めて、前記被検者の基準呼吸位相に相当する１呼吸周期分の投影データとすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、呼吸同期スキャンにおいて、例え呼吸不足などによって所望の呼吸位相範囲の投影データが収集されなかったとしても、スキャンをやり直して再度１呼吸分の投影データを収集することなく、不足している呼吸位相範囲の投影データだけを追加的に収集するようにして、これを最初に収集した投影データに合わせて、所望の標準とした１呼吸分の投影データとすることにより、呼吸に同期した１呼吸分の断層画像が得られ、被検者の被曝量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るＸ線ＣＴ装置の一実施例の概略的な構成を示したブロック図である。
【図２】標準に設定した呼吸位相データの一例を示した説明図である。
【図３】呼吸失敗時の呼吸位相データの一例を示した説明図である。
【図４】追加して投影データを収集する位相範囲を説明するための説明図である。
【図５】不足している位相範囲の投影データを収集する際の、スキャン開始タイミングを説明した説明図である。
【図６】本発明の動作の流れを説明するために示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係るＸ線ＣＴ装置および投影データの収集方法の一実施例について、図１ないし図６を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係るＸ線ＣＴ装置の一実施例の概略的な構成を示したブロック図である。このＸ線ＣＴ装置は大別すると、撮影部となる架台１０と、架台１０に被検者を位置づけるための寝台装置２０と、架台１０と寝台装置２０の動作を制御するとともに、撮影によって得たデータを基に画像再構成処理などを行うための制御装置３０と、被検者の呼吸の深さや周期など呼吸運動に関する情報を取得するための呼吸計４０とから構成されている。
【００１３】
架台１０のほぼ中央部には開口部１１が形成されている。そして架台１０内には、図示しないが開口部１１を囲むように環状の回転部が設けられており、この回転部に丁度開口部１１を挟んで対向するように、Ｘ線管とＸ線検出器が配置されている。また、回転部にはＸ線管に管電流や管電圧を供給するための高電圧発生装置や、Ｘ線検出器で検出された透過データを積分してデジタル信号に変換するデータ収集システム（data acquisition system：以下、ＤＡＳと略称する。）が設けられている。さらに、回転部を回転させるための回転駆動部も設けられている。
【００１４】
なお、回転駆動部は、従来は架台１０の固定部に設けた電動機から、ベルトや歯車などを介して回転部を回転駆動するものが一般的であった。しかし近時、Ｘ線ＣＴ装置の高速化、高機能化に伴い、ベルトや歯車を使用せずに、ダイレクトドライブ（ＤＤ）モータ駆動方式により回転部を駆動するようになってきた。このダイレクトドライブ（ＤＤ）モータ駆動方式は、回転部に巻線を設けるとともに、架台の固定部に磁石を設け、回転部の巻線に電流を供給することによって、固定部の磁石からの磁束と回転部の巻線から発生する磁束とが反撥し、回転部がモータの回転子として直接的に無接触で回転駆動されるものである（例えば、特開２００２−７８７０３号公報参照。）。この場合、固定部に巻線を設けるとともに、回転部に磁石を設けるように、巻線と磁石の設置対象を逆にしても同様のダイレクトドライブモータ駆動方式が構成されることは言うまでもない。
【００１５】
寝台装置２０の上面には、被検者を載置する天板２１が設けられている。そして寝台装置２０の内部には、天板２１をスライドさせたり、寝台装置２０自体を上下動させたりするためのモータが設けられていて、後述する制御装置３０から供給される寝台制御信号に基づき、天板２１を架台１０の開口部１１側へスライドさせて、被検者を所望のスライス位置へ位置づけたり、所定のスキャン範囲にわたって連続的に移動させたりする。
【００１６】
制御装置３０は、システム全体を有機的に制御するためのコンピュータを主体とした中央処理装置３１と、各種制御プログラムが格納されているとともに、架台１０内のＤＡＳで収集される所定角度ごとの投影データなどを格納する記憶部３２と、架台１０内の回転駆動部を制御する駆動制御部３３と、設定されたスキャン条件でＸ線の曝射タイミングなどを制御するスキャン制御部３４と、寝台装置２０や天板２１の動作を制御する寝台制御部３５と、記憶部３２に格納される投影データに対して所定のアルゴリズムで処理して断層画像を生成する画像再構成部３６と、画像再構成部３６で生成された断層画像を保存する画像メモリ３７と、スキャン条件などの参照データや画像再構成された断層画像などを表示するモニタ３８と、キーボートを始めマウスやトラックボール、ジョイスティックなどのポインティングデバイスを有し、操作者の各種指示を入力する入力部３９を備えている。なお、入力部３９にはスキャン開始を指示する際に押されるスキャン開始スイッチ３９ａが設けられている。
【００１７】
呼吸計４０は、例えば、被検者に接着した電極を介して、被検者の体動を検出したり、或いは、被検者の胸部、腹部などの撮影部位の側面からレーザー光線や赤外線カメラによって、被検者の体動を検出したりすることによって、被検者の呼吸の深さや周期など呼吸に関する情報（以下、呼吸位相データと称する。）を取得するものである。そして、被検者の気持ちが落ち着いて最も自然な無理のない呼吸の状態のときにスキャンを開始できるようにするため、呼吸計４０の出力は制御装置３０へ供給されるとともに、モニタ３８に呼吸曲線として表示して操作者が確認できるようになっている。
【００１８】
なお、Ｘ線ＣＴ装置によって呼吸同期スキャンを実施するに際しては、天板２１上に寝かされて撮影準備の整った状態で、被検者に呼吸練習をしてもらい、気持ちを落ち着かせて最も自然な無理のない呼吸の状態であることが望まれる。
【００１９】
そのような理由から本発明では、制御装置３０に、呼吸練習によって最も自然な無理のない状態での呼吸位相データを、基準の呼吸データとして記録するとともに、スキャンを実施したときの実際の呼吸位相データを記録する呼吸メモリ４１と、呼吸同期スキャンを実施したときの実際の呼吸位相データを、呼吸メモリ４１に記録されている基準の呼吸位相データと比較する呼吸比較器４２が設けられている。
【００２０】
次に、上記のように構成された本発明に係るＸ線ＣＴ装置において、特に呼吸同期スキャンを実施する際の動作について説明する。
【００２１】
呼吸同期スキャンでは、息を吸ってから吐き終わるまでの、少なくとも１呼吸期間の全ての呼吸位相について投影データを収集し、その間の断層画像を再構成する。従って、例えば腹部のある部位を撮影する場合、息を吸って腹部を膨らませ、その後息を吐き出して腹部の膨らみを元の状態に戻すまでの数秒間にわたって、同一部位の投影データの収集が続けられる。そのため、撮影準備の整った状態で被検者に呼吸練習をしてもらい、気持ちを落ち着かせて最も自然な無理のない呼吸の状態を維持してもらうことになる。
【００２２】
なお、被検者の呼吸の状態は呼吸計４０によって取得されるので、呼吸練習によって最も自然だと思われる呼吸の状態での呼吸位相データを呼吸メモリ４１に記録し、このときの呼吸位相データを標準とする。この標準とした呼吸位相データの一例を示すと、図２のように、呼気と吸気を滑らかに繰り返す波形の曲線Ｄ０で表され、縦軸は位相（ｐ）、横軸は時間（ｔ）であり、呼吸の深さはＰ０であるとする。
【００２３】
そこで、モニタ３８に表示されている呼吸の曲線から、被検者の呼吸が落ち着いていると判断したときに操作者は入力部３９のスキャン開始スイッチ３９ａをオンにする。このオン信号をトリガーとして、中央処理装置３１は呼吸計４０によって取得される呼吸位相において、呼気から吸気に転換する時点でスキャンを開始させ、１呼吸分後にスキャンを停止させるようにスキャン制御部３４を動作させる。このようにして収集された、呼吸に同期した１呼吸分の投影データは記憶部３２に格納され、その投影データを基に画像再構成部３６において画像再構成処理が施されて、再構成された断層画像が画像メモリ３７に保存されるとともにモニタ３８に表示される。そして、スキャン時の呼吸位相データは呼吸メモリ４１に記録される。
【００２４】
ところで、被検者の呼吸が落ち着いたと判断して操作者が入力部３９のスキャン開始スイッチ３９ａをオンにしてスキャンを開始したときに、何らかの原因で被検者の呼吸が乱れてしまい、標準に設定した呼吸位相データＤ０よりも浅い呼吸状態でスキャンが実施されたものとする。図３は、呼吸失敗時すなわち標準よりも浅い呼吸をしたときの呼吸位相データＤ１を示した、図２に対応する図であり、この場合は標準時の呼吸の深さＰ０に対して、Ｐ１だけ呼吸が不足していることを表している。
【００２５】
このような場合従来は、スキャンをやり直して再度１呼吸分の投影データを収集していたので、被検者は２スキャン分のＸ線被曝を受けることになっていた。そこで本発明では、スキャンをやり直す際に、１呼吸分の投影データ全てを再度収集するのではなく、不足している呼吸位相範囲の投影データだけを収集し、これを最初に収集した投影データに合わせて、所望の標準とした１呼吸分の投影データとすることによって、被曝量の低減を図るようにしている。
【００２６】
図４は、スキャンを実施したものの呼吸に失敗した時の呼吸位相データＤ１（破線で示す）と標準とした呼吸位相データＤ０（実線で示す）とを重ねて表示したものである。なお図４では、時間Ｔ１で呼吸位相データＤ０とＤ１とも呼気から吸気に変換する位相に一致させてあり、その後の位相変化を時間の経過で見ると、呼吸位相データＤ１の吸気から呼気へ変換する位相は時間Ｔ２、次の呼気から吸気へ変換する位相は時間Ｔ３、呼吸位相データＤ０の次の呼気から吸気へ変換する位相は時間Ｔ４となっている。
【００２７】
ここで図４を見ると、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの呼吸位相データＤ１は呼吸位相データＤ０と同等であり、時間Ｔ２から時間Ｔ３までの呼吸位相データＤ１は時間Ｔ３から時間Ｔ４までの呼吸位相データＤ０と同等であることが分かる。従って、呼吸位相データＤ１に同期するものとしてこの位相範囲に収集した投影データは、呼吸位相データＤ０に同期して収集する時間Ｔ１から時間Ｔ２までの位相範囲と、時間Ｔ３から時間Ｔ４までの位相範囲との投影データに相当している。
【００２８】
よって、呼吸位相データＤ０に同期して時間Ｔ２から時間Ｔ３までの位相範囲の投影データを追加して収集すれば、呼吸位相データＤ０に同期する全ての位相範囲の投影データが得られることになる。このようにして、失敗した呼吸位相データＤ１に同期して収集した投影データを無駄にすることなく、不足している分だけの投影データを追加して収集すれば、所望の１呼吸周期分の投影データを得ることができ、被曝線量も軽減することができる訳である。
【００２９】
次に、不足している呼吸位相データＤ０に同期した時間Ｔ２から時間Ｔ３までの位相範囲の投影データを追加して収集する場合の動作について説明する。
【００３０】
図４から分かるように、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの位相範囲における呼吸位相データＤ０と呼吸位相データＤ１との傾き（すなわち、呼吸の速度）は、ほぼ同じく急峻に推移するものの、時間Ｔ２に近づくと呼吸位相データＤ１は吸気から呼気へ変換する位相になるため、データの傾きは急激に緩やかになり、時間Ｔ２において呼吸位相データＤ１の傾きはゼロになる。これに対して、時間Ｔ２における呼吸位相データＤ０の傾きは急峻のままである。
【００３１】
そこで本発明では、不足している呼吸位相データＤ０に同期した位相範囲の投影データを収集する際のスキャン開始タイミングを、例えば、呼吸位相データＤ０の位相速度に対して呼吸位相データＤ１の傾きが急激に緩やかになり始める時点とするものとし、その時点の検出の仕方の一例を、図５を参照して説明する。
【００３２】
すなわち、呼吸メモリ４１に記録されている失敗した呼吸でスキャンを実施したときの呼吸位相データＤ１を読み出しておき、この呼吸位相データＤ１の傾きを、呼吸計４０から得られる再スキャン時の呼吸位相データＤ０の傾きと呼吸比較器４２で比較する。このとき、図４でも説明したとおり、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの間では呼吸位相データＤ０と呼吸位相データＤ１の傾きはほぼ同じであり、この傾きを図５に線Ａで示してある。ところが、時間Ｔ２に近づくとある時点から呼吸位相データＤ１の傾きが緩やかになり始める。線Ｂはこの緩やかになり始めたときの呼吸位相データＤ１の傾きを示したものである。そして、線Ａと線Ｂとの交点が呼吸位相データＤ１の傾きが緩やかになり始めた時点である。このようにして、呼吸位相データＤ１の傾きが緩やかになり始める時点が検出されるので、この時点から再スキャンを開始させるものとする。なお、再スキャンを停止する時点は、再スキャンを開始してからの経過時間を設定しておいたり、呼吸位相データＤ１の傾きが次にゼロになる時点に設定しておいたりするなど、適宜の手段が採用できる。
【００３３】
上述した本発明の動作をフローチャートで示すと図６のようになる。
【００３４】
先ずステップ１として、被検者を寝台装置２０の天板２１に寝かせて位置を合わせるなど、Ｘ線ＣＴ装置によるスキャンの準備を整える。次に、被検者に気持ちを落ち着けて最も自然な無理のない呼吸を繰り返すように、呼吸練習をしてもらう（ステップ２）。被検者の呼吸位相データは、呼吸計４０で取得されてモニタ３８に表示されるので、操作者はモニタ３８の表示内容や被検者の様子などを観察し、呼吸が安定したかどうかを判断する（ステップ３）。
【００３５】
ここで、呼吸が安定していないと判断したときはステップ２へ戻って、落ち着くまで呼吸の練習を続けてもらい、呼吸が安定していると判断したときはステップ４へ進み、操作者は入力部３９から当該被検者の標準とする呼吸位相データを呼吸メモリ４１に保存させる。さらに、被検者には同じような呼吸を続けてもらい、操作者はタイミングを図ってスキャン開始スイッチ３９ａを投入する（ステップ５）。これによってＸ線ＣＴ装置は、スキャンを開始し、予め設定されているシーケンスに従って、被検者の呼吸に同期した少なくとも１呼吸分の投影データを収集する。そして、このとき取得した投影データは記憶部３２に、呼吸位相データは呼吸メモリ４１に関連付けて保存される（ステップ６）。
【００３６】
スキャン時の呼吸位相データは、呼吸メモリ４１に保存されている標準とした呼吸位相データと呼吸比較器４２で比較され、所望の呼吸でのスキャンが実行されたか否かが判断される（ステップ７）。そして、スキャン時の呼吸位相データと標準とした呼吸位相データとの差が許容範囲以内であれば、呼吸同期スキャンは成功と判断され、その投影データを基に画像再構成部３６において画像再構成処理が施されて、再構成された断層画像が画像メモリ３７に保存されるとともにモニタ３８に表示され、スキャンは終了する。
【００３７】
ただし、ステップ７において、スキャン時の呼吸位相データと標準とした呼吸位相データとの差が許容範囲を外れていると判断された場合は、ステップ９へ進み、操作者は入力部３９を操作して、中央処理装置３１に対して、追加スキャンによって投影データを収集すべき呼吸位相範囲を決定するように指示する。この指示を受けて中央処理装置３１は、失敗したスキャン時の呼吸位相データと標準とした呼吸位相データとから、追加スキャンによって投影データを収集すべき呼吸位相範囲を演算して決定する。
【００３８】
続いて、再度被検者に呼吸練習をしてもらい（ステップ１０）、呼吸が安定したかどうかを判断する（ステップ１１）。そして、呼吸が安定していると判断されたときはステップ１２へ進み、操作者は入力部３９のスキャン開始スイッチ３９ａを投入する。これにより中央処理装置３１は、再スキャンのための動作を実行し、ステップ９において設定された呼吸位相範囲の投影データを収集し（ステップ１３）、ここで収集された投影データは記憶部３２に、呼吸位相データは呼吸メモリ４１に関連付けて記録される（ステップ１４）。
【００３９】
これにより、標準とした呼吸位相範囲の投影データが収集されたことになるので、ステップ１５へ進み、ステップ６で収集されステップ７で失敗と判断された呼吸位相範囲での投影データと、ステップ１３で再スキャンにより取得した不足分の呼吸位相範囲の投影データとから、画像再構成部３６において標準とした呼吸位相に同期した１呼吸分の断層画像が再構成される。なお、生成された断層画像は画像メモリ３７に保存されるとともに、モニタ３８に表示される。
【００４０】
以上詳述したように本発明によれば、被検者の呼吸位相に同期した１呼吸分の断層画像を得る呼吸同期スキャンを実施した場合に、例え呼吸不足などによって所望の呼吸位相範囲の投影データが収集されなかったとしても、スキャンをやり直して再度１呼吸分の投影データを収集することなく、不足している呼吸位相範囲の投影データだけを追加的に収集するようにして、これを最初に収集した投影データに合わせて、所望の標準とした１呼吸分の投影データとし、呼吸に同期した１呼吸分の断層画像を得ることができる。これによって、被検者の被曝量を低減することができる。
【００４１】
本発明は、上述の一実施例に限定されることなく要旨の範囲内で種々の態様での実施が可能であることは言うまでもない。例えば、回転駆動部の駆動はダイレクトドライブモータ駆動方式に限るものではなく、従来型の駆動方式であっても良い。
【符号の説明】
【００４２】
１０ 架台
２０ 寝台装置
３０ 制御装置
４０ 呼吸計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検者の呼吸運動に同期した断層画像を再構成するＸ線ＣＴ装置に係り、特に投影データを収集する際の被曝線量の低減を図ることのできるＸ線ＣＴ装置および投影データの収集方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検者の頭部を始めとして、胸部や腹部の断層画像を得るＸ線ＣＴ装置が医療の現場で広く使用されており、このＸ線ＣＴ装置により被検者の呼吸運動に同期して胸部や腹部の撮影を行う、いわゆる呼吸同期スキャンが従来から実施されている。ところで、被検者の呼吸運動は不規則になりがちであり、同じ深さ、同じ周期で呼吸を続けることが困難な場合が多く、呼吸に同期した所望の断層画像を得たり、再現性のある断層画像を得たりすることを困難にしていた。
【０００３】
そこで従来技術として、被検者に対して息を吸うタイミングと息を吐くタイミングとを知らせるように、呼吸位相の１周期を円運動として表現した画像を提示し、画像上の印が円の上に来たときに息を吸って、印が円の下に来たときに息を吐くことを繰り返してもらい、その動作が落ち着いたときにスキャンを実施するようにしたものが知られていた（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３６６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら従来の技術では、被検者は提示された画像の指示に従って強制的に呼吸を強いられることになり、緊張感も強くスキャンを開始した後で呼吸を乱してしまい、収集した画像データによって呼吸に同期した所望の断層画像を得ることができなくなることが多々あった。このような場合には再度スキャンを実施しなければならず、被検者にとってはＸ線被曝量が増加してしまうことが大きな問題であった。またスキャンに時間がかかり、被検者や医療スタッフの負担も増加することも問題であった。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、被検者の周りからＸ線を照射し、前記被検者を透過したＸ線を検出することにより、前記被検者の断層画像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、前記被検者の呼吸情報を取得する呼吸情報取得手段と、この呼吸情報取得手段で取得した呼吸情報に同期して、前記被検者にＸ線を照射して、断層画像を再構成するための投影データを取得する投影データ取得手段と、この投影データ取得手段により投影データを取得したときの前記被検者の呼吸が浅かったときに、この時よりも深い呼吸部分に相当する呼吸位相範囲の投影データを取得し、先に取得した投影データとともに断層画像を再構成するように制御する制御手段と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、Ｘ線ＣＴ装置によって被検者の呼吸運動に同期した断層画像を再構成するための投影データの収集方法であって、前記被検者の呼吸情報を取得して、基準とする呼吸位相を設定する第１のステップと、前記被検者の呼吸運動に同期して、少なくとも１呼吸周期分の投影データを収集する第２のステップと、この第２のステップで投影データを収集したときの前記被検者の呼吸位相を、前記第１のステップで設定した基準呼吸位相と比較する第３のステップと、この第３のステップでの比較結果、前記第２のステップで投影データを収集したときの呼吸位相が前記基準呼吸位相に対してずれていた場合に、ずれていた基準呼吸位相の範囲について、前記被検者の投影データを追加して収集する第４のステップと、から成り、第４のステップで収集した投影データと前記第２のステップで収集した投影データを含めて、前記被検者の基準呼吸位相に相当する１呼吸周期分の投影データとすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、呼吸同期スキャンにおいて、例え呼吸不足などによって所望の呼吸位相範囲の投影データが収集されなかったとしても、スキャンをやり直して再度１呼吸分の投影データを収集することなく、不足している呼吸位相範囲の投影データだけを追加的に収集するようにして、これを最初に収集した投影データに合わせて、所望の標準とした１呼吸分の投影データとすることにより、呼吸に同期した１呼吸分の断層画像が得られ、被検者の被曝量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るＸ線ＣＴ装置の一実施例の概略的な構成を示したブロック図である。
【図２】標準に設定した呼吸位相データの一例を示した説明図である。
【図３】呼吸失敗時の呼吸位相データの一例を示した説明図である。
【図４】追加して投影データを収集する位相範囲を説明するための説明図である。
【図５】不足している位相範囲の投影データを収集する際の、スキャン開始タイミングを説明した説明図である。
【図６】本発明の動作の流れを説明するために示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係るＸ線ＣＴ装置および投影データの収集方法の一実施例について、図１ないし図６を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係るＸ線ＣＴ装置の一実施例の概略的な構成を示したブロック図である。このＸ線ＣＴ装置は大別すると、撮影部となる架台１０と、架台１０に被検者を位置づけるための寝台装置２０と、架台１０と寝台装置２０の動作を制御するとともに、撮影によって得たデータを基に画像再構成処理などを行うための制御装置３０と、被検者の呼吸の深さや周期など呼吸運動に関する情報を取得するための呼吸計４０とから構成されている。
【００１３】
架台１０のほぼ中央部には開口部１１が形成されている。そして架台１０内には、図示しないが開口部１１を囲むように環状の回転部が設けられており、この回転部に丁度開口部１１を挟んで対向するように、Ｘ線管とＸ線検出器が配置されている。また、回転部にはＸ線管に管電流や管電圧を供給するための高電圧発生装置や、Ｘ線検出器で検出された透過データを積分してデジタル信号に変換するデータ収集システム（data acquisition system：以下、ＤＡＳと略称する。）が設けられている。さらに、回転部を回転させるための回転駆動部も設けられている。
【００１４】
なお、回転駆動部は、従来は架台１０の固定部に設けた電動機から、ベルトや歯車などを介して回転部を回転駆動するものが一般的であった。しかし近時、Ｘ線ＣＴ装置の高速化、高機能化に伴い、ベルトや歯車を使用せずに、ダイレクトドライブ（ＤＤ）モータ駆動方式により回転部を駆動するようになってきた。このダイレクトドライブ（ＤＤ）モータ駆動方式は、回転部に巻線を設けるとともに、架台の固定部に磁石を設け、回転部の巻線に電流を供給することによって、固定部の磁石からの磁束と回転部の巻線から発生する磁束とが反撥し、回転部がモータの回転子として直接的に無接触で回転駆動されるものである（例えば、特開２００２−７８７０３号公報参照。）。この場合、固定部に巻線を設けるとともに、回転部に磁石を設けるように、巻線と磁石の設置対象を逆にしても同様のダイレクトドライブモータ駆動方式が構成されることは言うまでもない。
【００１５】
寝台装置２０の上面には、被検者を載置する天板２１が設けられている。そして寝台装置２０の内部には、天板２１をスライドさせたり、寝台装置２０自体を上下動させたりするためのモータが設けられていて、後述する制御装置３０から供給される寝台制御信号に基づき、天板２１を架台１０の開口部１１側へスライドさせて、被検者を所望のスライス位置へ位置づけたり、所定のスキャン範囲にわたって連続的に移動させたりする。
【００１６】
制御装置３０は、システム全体を有機的に制御するためのコンピュータを主体とした中央処理装置３１と、各種制御プログラムが格納されているとともに、架台１０内のＤＡＳで収集される所定角度ごとの投影データなどを格納する記憶部３２と、架台１０内の回転駆動部を制御する駆動制御部３３と、設定されたスキャン条件でＸ線の曝射タイミングなどを制御するスキャン制御部３４と、寝台装置２０や天板２１の動作を制御する寝台制御部３５と、記憶部３２に格納される投影データに対して所定のアルゴリズムで処理して断層画像を生成する画像再構成部３６と、画像再構成部３６で生成された断層画像を保存する画像メモリ３７と、スキャン条件などの参照データや画像再構成された断層画像などを表示するモニタ３８と、キーボートを始めマウスやトラックボール、ジョイスティックなどのポインティングデバイスを有し、操作者の各種指示を入力する入力部３９を備えている。なお、入力部３９にはスキャン開始を指示する際に押されるスキャン開始スイッチ３９ａが設けられている。
【００１７】
呼吸計４０は、例えば、被検者に接着した電極を介して、被検者の体動を検出したり、或いは、被検者の胸部、腹部などの撮影部位の側面からレーザー光線や赤外線カメラによって、被検者の体動を検出したりすることによって、被検者の呼吸の深さや周期など呼吸に関する情報（以下、呼吸位相データと称する。）を取得するものである。そして、被検者の気持ちが落ち着いて最も自然な無理のない呼吸の状態のときにスキャンを開始できるようにするため、呼吸計４０の出力は制御装置３０へ供給されるとともに、モニタ３８に呼吸曲線として表示して操作者が確認できるようになっている。
【００１８】
なお、Ｘ線ＣＴ装置によって呼吸同期スキャンを実施するに際しては、天板２１上に寝かされて撮影準備の整った状態で、被検者に呼吸練習をしてもらい、気持ちを落ち着かせて最も自然な無理のない呼吸の状態であることが望まれる。
【００１９】
そのような理由から本発明では、制御装置３０に、呼吸練習によって最も自然な無理のない状態での呼吸位相データを、基準の呼吸データとして記録するとともに、スキャンを実施したときの実際の呼吸位相データを記録する呼吸メモリ４１と、呼吸同期スキャンを実施したときの実際の呼吸位相データを、呼吸メモリ４１に記録されている基準の呼吸位相データと比較する呼吸比較器４２が設けられている。
【００２０】
次に、上記のように構成された本発明に係るＸ線ＣＴ装置において、特に呼吸同期スキャンを実施する際の動作について説明する。
【００２１】
呼吸同期スキャンでは、息を吸ってから吐き終わるまでの、少なくとも１呼吸期間の全ての呼吸位相について投影データを収集し、その間の断層画像を再構成する。従って、例えば腹部のある部位を撮影する場合、息を吸って腹部を膨らませ、その後息を吐き出して腹部の膨らみを元の状態に戻すまでの数秒間にわたって、同一部位の投影データの収集が続けられる。そのため、撮影準備の整った状態で被検者に呼吸練習をしてもらい、気持ちを落ち着かせて最も自然な無理のない呼吸の状態を維持してもらうことになる。
【００２２】
なお、被検者の呼吸の状態は呼吸計４０によって取得されるので、呼吸練習によって最も自然だと思われる呼吸の状態での呼吸位相データを呼吸メモリ４１に記録し、このときの呼吸位相データを標準とする。この標準とした呼吸位相データの一例を示すと、図２のように、呼気と吸気を滑らかに繰り返す波形の曲線Ｄ０で表され、縦軸は位相（ｐ）、横軸は時間（ｔ）であり、呼吸の深さはＰ０であるとする。
【００２３】
そこで、モニタ３８に表示されている呼吸の曲線から、被検者の呼吸が落ち着いていると判断したときに操作者は入力部３９のスキャン開始スイッチ３９ａをオンにする。このオン信号をトリガーとして、中央処理装置３１は呼吸計４０によって取得される呼吸位相において、呼気から吸気に転換する時点でスキャンを開始させ、１呼吸分後にスキャンを停止させるようにスキャン制御部３４を動作させる。このようにして収集された、呼吸に同期した１呼吸分の投影データは記憶部３２に格納され、その投影データを基に画像再構成部３６において画像再構成処理が施されて、再構成された断層画像が画像メモリ３７に保存されるとともにモニタ３８に表示される。そして、スキャン時の呼吸位相データは呼吸メモリ４１に記録される。
【００２４】
ところで、被検者の呼吸が落ち着いたと判断して操作者が入力部３９のスキャン開始スイッチ３９ａをオンにしてスキャンを開始したときに、何らかの原因で被検者の呼吸が乱れてしまい、標準に設定した呼吸位相データＤ０よりも浅い呼吸状態でスキャンが実施されたものとする。図３は、呼吸失敗時すなわち標準よりも浅い呼吸をしたときの呼吸位相データＤ１を示した、図２に対応する図であり、この場合は標準時の呼吸の深さＰ０に対して、Ｐ１だけ呼吸が不足していることを表している。
【００２５】
このような場合従来は、スキャンをやり直して再度１呼吸分の投影データを収集していたので、被検者は２スキャン分のＸ線被曝を受けることになっていた。そこで本発明では、スキャンをやり直す際に、１呼吸分の投影データ全てを再度収集するのではなく、不足している呼吸位相範囲の投影データだけを収集し、これを最初に収集した投影データに合わせて、所望の標準とした１呼吸分の投影データとすることによって、被曝量の低減を図るようにしている。
【００２６】
図４は、スキャンを実施したものの呼吸に失敗した時の呼吸位相データＤ１（破線で示す）と標準とした呼吸位相データＤ０（実線で示す）とを重ねて表示したものである。なお図４では、時間Ｔ１で呼吸位相データＤ０とＤ１とも呼気から吸気に変換する位相に一致させてあり、その後の位相変化を時間の経過で見ると、呼吸位相データＤ１の吸気から呼気へ変換する位相は時間Ｔ２、次の呼気から吸気へ変換する位相は時間Ｔ３、呼吸位相データＤ０の次の呼気から吸気へ変換する位相は時間Ｔ４となっている。
【００２７】
ここで図４を見ると、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの呼吸位相データＤ１は呼吸位相データＤ０と同等であり、時間Ｔ２から時間Ｔ３までの呼吸位相データＤ１は時間Ｔ３から時間Ｔ４までの呼吸位相データＤ０と同等であることが分かる。従って、呼吸位相データＤ１に同期するものとしてこの位相範囲に収集した投影データは、呼吸位相データＤ０に同期して収集する時間Ｔ１から時間Ｔ２までの位相範囲と、時間Ｔ３から時間Ｔ４までの位相範囲との投影データに相当している。
【００２８】
よって、呼吸位相データＤ０に同期して時間Ｔ２から時間Ｔ３までの位相範囲の投影データを追加して収集すれば、呼吸位相データＤ０に同期する全ての位相範囲の投影データが得られることになる。このようにして、失敗した呼吸位相データＤ１に同期して収集した投影データを無駄にすることなく、不足している分だけの投影データを追加して収集すれば、所望の１呼吸周期分の投影データを得ることができ、被曝線量も軽減することができる訳である。
【００２９】
次に、不足している呼吸位相データＤ０に同期した時間Ｔ２から時間Ｔ３までの位相範囲の投影データを追加して収集する場合の動作について説明する。
【００３０】
図４から分かるように、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの位相範囲における呼吸位相データＤ０と呼吸位相データＤ１との傾き（すなわち、呼吸の速度）は、ほぼ同じく急峻に推移するものの、時間Ｔ２に近づくと呼吸位相データＤ１は吸気から呼気へ変換する位相になるため、データの傾きは急激に緩やかになり、時間Ｔ２において呼吸位相データＤ１の傾きはゼロになる。これに対して、時間Ｔ２における呼吸位相データＤ０の傾きは急峻のままである。
【００３１】
そこで本発明では、不足している呼吸位相データＤ０に同期した位相範囲の投影データを収集する際のスキャン開始タイミングを、例えば、呼吸位相データＤ０の位相速度に対して呼吸位相データＤ１の傾きが急激に緩やかになり始める時点とするものとし、その時点の検出の仕方の一例を、図５を参照して説明する。
【００３２】
すなわち、呼吸メモリ４１に記録されている失敗した呼吸でスキャンを実施したときの呼吸位相データＤ１を読み出しておき、この呼吸位相データＤ１の傾きを、呼吸計４０から得られる再スキャン時の呼吸位相データＤ０の傾きと呼吸比較器４２で比較する。このとき、図４でも説明したとおり、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの間では呼吸位相データＤ０と呼吸位相データＤ１の傾きはほぼ同じであり、この傾きを図５に線Ａで示してある。ところが、時間Ｔ２に近づくとある時点から呼吸位相データＤ１の傾きが緩やかになり始める。線Ｂはこの緩やかになり始めたときの呼吸位相データＤ１の傾きを示したものである。そして、線Ａと線Ｂとの交点が呼吸位相データＤ１の傾きが緩やかになり始めた時点である。このようにして、呼吸位相データＤ１の傾きが緩やかになり始める時点が検出されるので、この時点から再スキャンを開始させるものとする。なお、再スキャンを停止する時点は、再スキャンを開始してからの経過時間を設定しておいたり、呼吸位相データＤ１の傾きが次にゼロになる時点に設定しておいたりするなど、適宜の手段が採用できる。
【００３３】
上述した本発明の動作をフローチャートで示すと図６のようになる。
【００３４】
先ずステップ１として、被検者を寝台装置２０の天板２１に寝かせて位置を合わせるなど、Ｘ線ＣＴ装置によるスキャンの準備を整える。次に、被検者に気持ちを落ち着けて最も自然な無理のない呼吸を繰り返すように、呼吸練習をしてもらう（ステップ２）。被検者の呼吸位相データは、呼吸計４０で取得されてモニタ３８に表示されるので、操作者はモニタ３８の表示内容や被検者の様子などを観察し、呼吸が安定したかどうかを判断する（ステップ３）。
【００３５】
ここで、呼吸が安定していないと判断したときはステップ２へ戻って、落ち着くまで呼吸の練習を続けてもらい、呼吸が安定していると判断したときはステップ４へ進み、操作者は入力部３９から当該被検者の標準とする呼吸位相データを呼吸メモリ４１に保存させる。さらに、被検者には同じような呼吸を続けてもらい、操作者はタイミングを図ってスキャン開始スイッチ３９ａを投入する（ステップ５）。これによってＸ線ＣＴ装置は、スキャンを開始し、予め設定されているシーケンスに従って、被検者の呼吸に同期した少なくとも１呼吸分の投影データを収集する。そして、このとき取得した投影データは記憶部３２に、呼吸位相データは呼吸メモリ４１に関連付けて保存される（ステップ６）。
【００３６】
スキャン時の呼吸位相データは、呼吸メモリ４１に保存されている標準とした呼吸位相データと呼吸比較器４２で比較され、所望の呼吸でのスキャンが実行されたか否かが判断される（ステップ７）。そして、スキャン時の呼吸位相データと標準とした呼吸位相データとの差が許容範囲以内であれば、呼吸同期スキャンは成功と判断され、その投影データを基に画像再構成部３６において画像再構成処理が施されて、再構成された断層画像が画像メモリ３７に保存されるとともにモニタ３８に表示され、スキャンは終了する。
【００３７】
ただし、ステップ７において、スキャン時の呼吸位相データと標準とした呼吸位相データとの差が許容範囲を外れていると判断された場合は、ステップ９へ進み、操作者は入力部３９を操作して、中央処理装置３１に対して、追加スキャンによって投影データを収集すべき呼吸位相範囲を決定するように指示する。この指示を受けて中央処理装置３１は、失敗したスキャン時の呼吸位相データと標準とした呼吸位相データとから、追加スキャンによって投影データを収集すべき呼吸位相範囲を演算して決定する。
【００３８】
続いて、再度被検者に呼吸練習をしてもらい（ステップ１０）、呼吸が安定したかどうかを判断する（ステップ１１）。そして、呼吸が安定していると判断されたときはステップ１２へ進み、操作者は入力部３９のスキャン開始スイッチ３９ａを投入する。これにより中央処理装置３１は、再スキャンのための動作を実行し、ステップ９において設定された呼吸位相範囲の投影データを収集し（ステップ１３）、ここで収集された投影データは記憶部３２に、呼吸位相データは呼吸メモリ４１に関連付けて記録される（ステップ１４）。
【００３９】
これにより、標準とした呼吸位相範囲の投影データが収集されたことになるので、ステップ１５へ進み、ステップ６で収集されステップ７で失敗と判断された呼吸位相範囲での投影データと、ステップ１３で再スキャンにより取得した不足分の呼吸位相範囲の投影データとから、画像再構成部３６において標準とした呼吸位相に同期した１呼吸分の断層画像が再構成される。なお、生成された断層画像は画像メモリ３７に保存されるとともに、モニタ３８に表示される。
【００４０】
以上詳述したように本発明によれば、被検者の呼吸位相に同期した１呼吸分の断層画像を得る呼吸同期スキャンを実施した場合に、例え呼吸不足などによって所望の呼吸位相範囲の投影データが収集されなかったとしても、スキャンをやり直して再度１呼吸分の投影データを収集することなく、不足している呼吸位相範囲の投影データだけを追加的に収集するようにして、これを最初に収集した投影データに合わせて、所望の標準とした１呼吸分の投影データとし、呼吸に同期した１呼吸分の断層画像を得ることができる。これによって、被検者の被曝量を低減することができる。
【００４１】
本発明は、上述の一実施例に限定されることなく要旨の範囲内で種々の態様での実施が可能であることは言うまでもない。例えば、回転駆動部の駆動はダイレクトドライブモータ駆動方式に限るものではなく、従来型の駆動方式であっても良い。
【符号の説明】
【００４２】
１０ 架台
２０ 寝台装置
３０ 制御装置
４０ 呼吸計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検者の周りからＸ線を照射し、前記被検者を透過したＸ線を検出することにより、前記被検者の断層画像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、
前記被検者の呼吸情報を取得する呼吸情報取得手段と、
この呼吸情報取得手段で取得した呼吸情報に同期して、前記被検者にＸ線を照射して、断層画像を再構成するための投影データを取得する投影データ取得手段と、
この投影データ取得手段により投影データを取得したときの前記被検者の呼吸が浅かったときに、この時よりも深い呼吸部分に相当する呼吸位相範囲の投影データを取得し、先に取得した投影データとともに断層画像を再構成するように制御する制御手段と、
を具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
Ｘ線ＣＴ装置によって被検者の呼吸運動に同期した断層画像を再構成するための投影データの収集方法であって、
前記被検者の呼吸情報を取得して、基準とする呼吸位相を設定する第１のステップと、
前記被検者の呼吸運動に同期して、少なくとも１呼吸周期分の投影データを収集する第２のステップと、
この第２のステップで投影データを収集したときの前記被検者の呼吸位相を、前記第１のステップで設定した基準呼吸位相と比較する第３のステップと、
この第３のステップでの比較結果、前記第２のステップで投影データを収集したときの呼吸位相が前記基準呼吸位相に対してずれていた場合に、ずれていた基準呼吸位相の範囲について、前記被検者の投影データを追加して収集する第４のステップと、
から成り、第４のステップで収集した投影データと前記第２のステップで収集した投影データを含めて、前記被検者の基準呼吸位相に相当する１呼吸周期分の投影データとすることを特徴とする投影データの収集方法。
【請求項３】
前記第４のステップとして追加して投影データを収集するときの開始位置は、第２のステップで投影データを収集したときの呼吸位相の速度に対して、そのときの呼吸位相の速度が速くなった時点とすることを特徴とする請求項２に記載の投影データの収集方法。
【請求項１】
被検者の周りからＸ線を照射し、前記被検者を透過したＸ線を検出することにより、前記被検者の断層画像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、
前記被検者の呼吸情報を取得する呼吸情報取得手段と、
この呼吸情報取得手段で取得した呼吸情報に同期して、前記被検者にＸ線を照射して、断層画像を再構成するための投影データを取得する投影データ取得手段と、
この投影データ取得手段により投影データを取得したときの前記被検者の呼吸が浅かったときに、この時よりも深い呼吸部分に相当する呼吸位相範囲の投影データを取得し、先に取得した投影データとともに断層画像を再構成するように制御する制御手段と、
を具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
Ｘ線ＣＴ装置によって被検者の呼吸運動に同期した断層画像を再構成するための投影データの収集方法であって、
前記被検者の呼吸情報を取得して、基準とする呼吸位相を設定する第１のステップと、
前記被検者の呼吸運動に同期して、少なくとも１呼吸周期分の投影データを収集する第２のステップと、
この第２のステップで投影データを収集したときの前記被検者の呼吸位相を、前記第１のステップで設定した基準呼吸位相と比較する第３のステップと、
この第３のステップでの比較結果、前記第２のステップで投影データを収集したときの呼吸位相が前記基準呼吸位相に対してずれていた場合に、ずれていた基準呼吸位相の範囲について、前記被検者の投影データを追加して収集する第４のステップと、
から成り、第４のステップで収集した投影データと前記第２のステップで収集した投影データを含めて、前記被検者の基準呼吸位相に相当する１呼吸周期分の投影データとすることを特徴とする投影データの収集方法。
【請求項３】
前記第４のステップとして追加して投影データを収集するときの開始位置は、第２のステップで投影データを収集したときの呼吸位相の速度に対して、そのときの呼吸位相の速度が速くなった時点とすることを特徴とする請求項２に記載の投影データの収集方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１７２８０４（Ｐ２０１１−１７２８０４Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４０３７５（Ｐ２０１０−４０３７５）
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【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)
【出願人】（５９４１６４５３１）東芝医用システムエンジニアリング株式会社 (892)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【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)
【出願人】（５９４１６４５３１）東芝医用システムエンジニアリング株式会社 (892)
【Ｆターム（参考）】
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