JP4559113B2 - 撮影計画作成方法およびｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮影計画作成方法およびＸ線ＣＴ装置に関し、さらに詳しくは、Ｘ線ＣＴ装置の撮影計画を作成する方法、および、撮影計画作成を行うＸ線ＣＴ装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置では、図１０に示すように、スカウト像（スキャノ像）上で撮影位置を示す図形すなわちローカライザを用いて撮影計画を作成する（例えば、特許文献１参照）。このような撮影計画作成において、Ｘ線照射を回避したい領域があるときは、それを避けるようにローカライザの位置を調整することが行われる。
特開２００２−１８６６１２号公報（第４頁、図４）

上記のような撮影計画作成においては、ローカライザのみで撮影計画を作成していたため、Ｘ線通過領域についてはおおまかにしか予想できず、目の水晶体などの「Ｘ線を被曝させたくない領域」や「撮影すると金属アーチファクトを発生する領域」にＸ線を照射させてしまう可能性があった。

そこで、本発明の課題は、Ｘ線照射を回避したい領域にＸ線が照射されないことが確実な撮影計画を作成する方法、および、そのような撮影計画作成を行うＸ線ＣＴ装置を実現することである。

（１）上記の課題を解決するためのひとつの観点での発明は、Ｘ線ＣＴ装置のアキシャルスキャンまたはヘリカルスキャンの撮影計画を作成する方法であって、撮影位置を示すローカライザ図形とＸ線の通過領域を示すビーム図形をスカウト像上に表示し、それらの図形について操作者による位置調節を可能にした、ことを特徴とする撮影計画作成方法である。

（２）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、Ｘ線発生手段と、被検体を挟んで前記Ｘ線発生手段と対向するように配置されたＸ線検出手段と、前記Ｘ線検出手段を通じて収集した撮影データに基いて被検体の断層像またはスカウト像を再構成する画像再構成手段と、アキシャルスキャンまたはヘリカルスキャンの撮影計画を作成する撮影計画作成手段とを有するＸ線ＣＴ装置であって、前記撮影計画作成手段は、撮影位置を示すローカライザ図形とＸ線の通過領域を示すビーム図形をスカウト像上に表示する表示手段と、前記ローカライザ図形および前記ビーム図形について操作者による位置調節を可能にする調節手段と、を具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。

前記ビーム図形は多列Ｘ線検出器または平面状Ｘ線検出器に照射されるＸ線に対応した図形であることが、コーンビームＸ線を用いる撮影計画を適切に表示する点で好ましい。前記ローカライザ図形および前記ビーム図形はアキシャルスキャンまたはヘリカルスキャンの傾斜に対応した傾斜を有することが、傾斜撮影の計画を適切に表示する点で好ましい。

Ｘ線照射回避領域を検出することが、適切な撮影計画を作成する点で好ましい。前記Ｘ線照射回避領域をＸ線が通過しない撮影計画を作成することが、適切な撮影を行う点で好ましい。

上記各観点での発明では、撮影位置を示すローカライザ図形とＸ線の通過領域を示すＸ線ビーム領域図形をスカウト像上に表示し、それらの図形について操作者による位置調節を可能にしたので、または、「Ｘ線を被曝させたくない領域」を予め登録しておき、この領域に撮影位置を示すローカライザとＸ線の通過領域を示すＸ線ビーム領域が、かからないように自動的にずらすことを可能にしたので、Ｘ線照射を回避したい領域にＸ線が照射されないことが確実な撮影計画を作成する方法、および、そのような撮影計画作成を行うＸ線ＣＴ装置を実現することができる。

以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１にＸ線ＣＴ装置のブロック図を示す。本装置は本発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、Ｘ線ＣＴ装置に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。本装置の動作によって、撮影計画作成方法に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

同図に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール１と、撮影テーブル１０と、走査ガントリ２０とを具備している。操作コンソール１は、操作者の入力を受け付ける入力装置２と、画像再構成処理などを実行する中央処理装置３と、走査ガントリ２０で取得した投影データを収集するデータ収集バッファ５と、投影データから再構成したＣＴ画像を表示するモニタ６と、プログラムやデータや再構成画像を記憶する記憶装置７とを具備している。

中央処理装置３は、本発明における画像再構成手段の一例である。入力装置２、中央処理装置３およびモニタ６からなる部分は、本発明における撮影計画作成手段の一例である。モニタ６は、本発明における表示手段の一例である。入力装置２は、本発明における調節手段の一例である。

撮影テーブル１０は、被検体を乗せて走査ガントリ２０のボア（空洞部）に入れ出しするクレードル１２を具備している。クレードル１２は、撮影テーブル１０に内臓するモータで昇降およびテーブル直線移動される。

走査ガントリ２０は、Ｘ線管２１と、Ｘ線コントローラ２２と、コリメータ２３と、Ｘ線検出器２４と、データ収集装置ＤＡＳ（Data Acquisition System）２５と、被検体の体軸の回りにＸ線管２１などを回転させる回転部コントローラ２６と、制御信号などを前記操作コンソール１や投影テーブル１０とやり取りする制御コントローラ２９とを具備している。Ｘ線管２１は、本発明におけるＸ線発生手段の一例である。Ｘ線検出器２４は、本発明におけるＸ線検出手段の一例である。

本装置におけるＸ線ＣＴ装置の構成は概ね上記のとおりである。この構成のＸ線ＣＴ装置において、投影データの収集は例えば次のように行われる。
まず、被検体を走査ガントリ２０の回転部１５の空洞部に位置させた状態でｚ軸方向の位置を固定し、Ｘ線管２１からのＸ線ビームを被検体に照射し（Ｘ線の投影）、その透過Ｘ線をＸ線検出器２４で検出する。そして、この透過Ｘ線の検出を、Ｘ線管２１とＸ線検出器２４を被検体の周囲を回転させながら（すなわち、投影角度（ビュー角度）を変化させながら）複数N（例えば、N＝1,000）のビュー方向で、360度分データ収集を行う。

検出された各透過Ｘ線は、ＤＡＳ（データ収集部）２５でディジタル値に変換されて投影データとしてデータ収集バッファ５を介して操作コンソール１に転送される。この動作を１スキャンと呼ぶ。

そして、順次ｚ軸方向にスキャン位置を所定量だけ移動して、次のスキャンを行っていく。このようなスキャン方式はコンベンショナルスキャン方式（またはアキシャルスキャン方式）と呼ばれる。これに対して、投影角度の変化に同期して撮影テーブル１０を所定速度で移動させ、スキャン位置を移動させながら（Ｘ線管２１とＸ線検出器２４とが被検体の周囲をらせん状に回転することになる）投影データを収集する方式を、いわゆるヘリカルスキャン方式と呼ぶ。本発明はコンベンショナルスキャン方式、ヘリカルスキャン方式いずれにも適用可能である。

走査ガントリ２０をｚ軸に対して傾斜させることによりチルトスキャンが行われる。チルトスキャンはコンベンショナルスキャン方式、ヘリカルスキャン方式いずれでも可能である。

操作コンソール１は、走査ガントリ２０から転送されてくる投影データを中央処理装置３の固定ディスクHDDに格納するとともに、例えば、所定の再構成関数の重畳演算を行い、逆投影処理により断層像を再構成する。ここで、操作コンソール１は、スキャン処理中に走査ガントリ２０から順次転送されてくる投影データからリアルタイムに断層像を再構成し、常に最新の断層像をモニタ６に表示させることが可能である。さらに、固定ディスクHDDに格納されている投影データを呼び出して改めて画像再構成を行わせることも可能である。

以下、本実施形態における操作コンソール１の処理内容を図２の説明図を参照しながら、説明する。
図２は、本実施形態における操作コンソール１の処理の流れを示す説明図である。ステップＳ１およびＳ２は、スキャン計画段階にあたる処理で、ステップＳ１では、まず被検体（患者）の撮影部位を選択する。具体的には、部位の選択前に、「小児」か「成人」かを選択し、部位選択では例えば、「頭部」、「胸部」、「腹部」等の候補部位から選択する。ここで選択された部位によって、スキャン範囲、Ｘ線管２１に印加する電圧、電流値等の撮影プロトコル（撮影条件）のデフォルト値が決定されることになる。

次に、ステップＳ２では、スキャン設定として、上記の部位選択によって決定されたデフォルトの撮影プロトコル（撮影条件）を確認し、必要に応じて手動変更を加えていく。このステップは、スキャン範囲やスライス幅等の撮影計画をスカウト像上で決めるための被検体のスカウト像（Ｘ線透視像）を得るために、スカウトスキャンと呼ばれる撮影を含んでもよい。

スカウトスキャンとは、走査ガントリ２０におけるＸ線管２１を回転方向の所定角度に固定したまま、すなわち、Ｘ線の投影角度を固定したまま、被検体を載せた撮影テーブル１０をｚ軸方向に搬送して行われるスキャンをいう。より詳しくは、撮影テーブル１０の移動中、Ｘ線管２１よりＸ線を出力し、Ｘ線検出器２４よりＸ線投影データを連続収集して、被検体の２次元Ｘ線像を透視像として得る。

なお、本実施形態におけるＸ線ＣＴ装置は、このようなスカウトスキャンを終えると、操作コンソール１のモニタ６に表示されるスキャン計画（撮影計画）画面にスカウト像が表示され、スキャン範囲やスライス位置を示す図形もそれに重畳して表示される。スライス位置とは断層像を求める位置すなわち撮影位置である。操作者はこのスカウト像を見ながらスキャン計画を進める。

その場合、図３（１），（２），（３）に示すように、それぞれ、コンベンショナルスキャン、ヘリカルスキャン、チルトヘリカルスキャンなどにおいて、スカウト像の上に、断層像撮影位置を示すローカライザ図形１０２と、Ｘ線通過領域を示すＸ線ビーム図形１０６を重ねて表示する。

Ｘ線ビーム図形１０６はＸ線検出器２４に照射されるＸ線の通過領域に対応した図形であり、Ｘ線検出器２４として多列Ｘ線検出器または平面状Ｘ線検出器が用いられ、それに対応してコーンビームＸ線が用いられているときは、コーンビームＸ線の通過領域を示す図形が用いられる。

このようにすることにより、Ｘ線断層撮影の計画をスカウト像上で作成する際に、スカウト像上に、撮影位置とともに実際にＸ線が照射される領域が明示される。また、ローカライザ図形１０２およびＸ線ビーム図形１０６はアキシャルスキャンまたはヘリカルスキャンの傾斜に対応した傾斜を有するので、傾斜撮影の計画を適切に表示することができる。

なお、図３（１），（２），（３）では、それらに加えて、スライス幅を示すスライス図形１０４も表示してあるため、スキャンエリアの連続性、抜けがないことの確認もできる。

このようにローカライザ図形１０２とＸ線ビーム図形１０６を表示するので、被検体に「Ｘ線を被曝させたくない領域」や「撮影すると金属アーチファクトを発生する領域」がある場合は、使用者はそのような領域がＸ線通過領域に入らないように、Ｘ線ビーム図形１０６の位置を調整することができ、これによって、そのような領域にＸ線が照射されることを回避することができる。

特に、Ｘ線検出器２４として多列Ｘ線検出器または平面状Ｘ線検出器を用いたＸ線ＣＴ装置（ＭＤＣＴ、ＶＣＴなどと呼ばれる）の場合は、検出器のｚ軸方向の幅が広くなってスライス幅とＸ線通過領域の差が大きくなるためこれらの表示が有効になる。

図４（１），（２）に、「Ｘ線を被曝させたくない領域」が目の水晶体であるときのスキャン計画の例を示す。同図の（１）はコンベンショナルスキャンの例であり、（２）はチルトスキャンの例である。チルトの方向は水晶体に関し頭頂側とあご側で互いに反対となっている。このようなチルトスキャンの利点は、眼球は避けつつもその後ろの領域を撮影可能な点にある。

また下記のようにして、Ｘ線照射を回避したい領域を自動検出し、または、予め登録しておき、ローカライザ図形およびＸ線ビーム図形の位置を自動的にずらして、そのような領域へのＸ線照射を回避することもできる。

特にここでは「撮影すると金属アーチファクトを発生する領域」となる金属が存在する領域の自動検出方法を示す。
まず、スカウト像を収集する。図５は、90度方向の頭部のスカウト像の一例を示す図である。横軸がz軸で、縦軸がＸ線検出器２４の各検出チャネル（ch）の位置に対応するもので、高さ方向y軸方向である。本実施形態では、収集されたスカウト像において金属部分あるいはその候補領域を検出する。検出は中央処理装置３によって行われる。中央処理装置３は、本発明における検出手段の一例である。

図６(a)は、z軸方向の位置zi（図５を参照）における投影データで、横軸は検出チャネル(ch)、縦軸は各検出チャネルの出力に対応するＸ線吸収量を示している。A,Bはほかの部分と比べてＸ線吸収量が大きいことを示している。

本実施形態では、まず、Ｘ線吸収量が局所的に大きい部分を抽出し、その後２値化処理を行い、その２値画像内の連続した領域の特徴パラメータを用いて金属の有無の判定を行うこととした。以下、このステップS3の処理を、図７のフローチャートを用いて順を追って説明する。

Ｘ線吸収量が局所的に大きい部分を抽出するため、収集されたスカウト像に対し、２次元空間フィルタの１つである最小値フィルタを用いてフィルタリングを行う。最小値フィルタは例えば５×５画素ブロックサイズのフィルタであって、２５画素中の最小値を注目画素（５×５の画素ブロックの中心画素）の出力値とするものである。フィルタリングは、この最小値フィルタ処理を画像内をラスタ走査し１画素ずつずらしながら行う。この場合、画像の上下左右端２列ずつの画素値は元画像の値を保つ。

スカウト像全体に対してこのフィルタリングを行って、第１回最小値フィルタ処理像を得る。次いで、この第１回最小値フィルタ処理像に対して、再び最小値フィルタ処理を行って第２回最小値フィルタ処理像を得る。以下、この最小値フィルタ処理を所定回数（Ｍ回）繰り返す（ステップS31）。

この処理を行うと、図６(a)のような投影データから図６(b)のような第Ｍ回最小値フィルタ処理像のデータを得ることができ、Ｘ線吸収量の大きい部位を除去することができる。

次いで、第Ｍ次最小値フィルタ処理像に対して、最大値フィルタ処理をＭ回行う（ステップS32）。最大値フィルタとは、５×５の画素ブロックの中の最大値を、その注目画素（中心画素）の出力値とするものであり、画像内をラスタ走査し１画素ずつずらしながら行うものである。第M回最大値フィルタ処理像のz軸の位置ziにおけるデータは、図６(c)に示すようになり、スカウト像のＸ線吸収量の高周波成分の変化を除去できる。

上記のように生成された第Ｍ回最大値フィルタ像を、メモリに記憶されているスカウト像から減算する（ステップS33）。例えば、図６(a)のスカウト像の位置ziにおける１次元データから、図６(c)を減じると、図６(ｄ)のデータを得る。すなわち、低周波成分である背景画像を除去し、高周波成分が残すことができる。なお、図６では１次元データで説明しているが、実際は２次元の処理である。

ステップS33の画像に２値化処理を行い（ステップS34）、図８に示すようなＸ線吸収量の大きい部分（その画素値が有意、すなわち、“１”）のみを抽出する。
なお、２値化に用いる閾値Thは、浮動閾値であってもよいし、濃度ヒストグラムに基づく手法（例えばpタイル法）によって設定される可変閾値を用いてもよい。

続いて、得られた２値画像の画素値が“１”の連続領域を抽出する領域番号付け（ラベリング）処理を行う（ステップS35）。図８では、L1,L2,L3の３つの連続領域が発生していることを示している。

次に、L1,L2,L3の各連続領域に対し、特徴パラメータとして例えば面積を測定する（ステップS36）。ここでは面積とは、各連続領域における画素数のことである。
そして、各領域について、その面積または濃度和（ＣＴ値和）が所定直を超えているかどうかを判定する。所定直とは例えば、歯の治療に用いられる金属の最低限の大きさに相当する面積または濃度和（ＣＴ値和）の値である。これにより画像ノイズの影響を除去する。そして、その面積または濃度和（ＣＴ値和）が所定値を超えているときに、その領域を金属領域、もしくはその候補と判断し、スキャン計画によって設定されたスライス位置を記憶する。

このように、「金属が存在して撮影すると金属アーチファクトを発生する領域」が自動検出されている場合、または、図９に示すようなスキャン禁止領域をあらかじめ操作者が設定している場合、これらの領域に対してローカライザ図形１０２およびＸ線ビーム図形１０６で示されたスライス位置およびＸ線通過領域を自動的によける（シフトさせる）ようにすることもできる。自動的によける場合は、ローカライザ図形１０２およびＸ線ビーム図形１０６で示されたスライス位置およびＸ線通過領域をｚ軸方向にずらすか走査ガントリの傾斜を変える、あるいは、それらを同時に行うなとが考えられる。

以上のスキャン計画を経て、図２におけるステップＳ３で、操作者からの入力装置２の入力に応じて、設定されたコンベンショナルスキャンまたはヘリカルスキャンの撮影プロトコル（撮影条件）を含むスキャン指示を走査ガントリ２０に送出する。走査ガントリ２０はこれに応じて、撮影プロトコル（撮影条件）に従いスキャンを開始する。

そして、走査ガントリ２０より転送されてくる各スライス位置の投影データを入力し（ステップＳ４）、その投影データに対し、対数変換、線質硬化（Beam Hardening）補正、Ｘ線検出器の感度補正等の、所定の前処理を行う（ステップS５）。

この前処理された投影データとあらかじめ用意された再構成関数とに基づいて、再構成関数の重畳（ステップS6）が行われ、逆投影処理（ステップS7）により画像再構成が行われることになる。その後、再構成処理後の画像に対して、例えばＣＴ値変換などが後処理（ステップS8）で適用される。ステップS9で、その断層像がモニタ６に表示される。

以上説明したように本実施形態によれば、スカウト像から金属を含んでいるスライス位置が検出され、その金属のある領域、あるいは操作者が設定したスキャン禁止領域をよけて、撮影計画が立てられるため、金属アーチファクトのない良い画質の画像を得ることが可能である。また患者の被曝による影響を回避することができる。

上述の実施形態では、Ｘ線吸収係数が大きな部分が大きな数値になるディジタルＸ線透視像を用いたが、Ｘ線吸収係数が大きな部分が小さな数値になるディジタルＸ線透視像を用いる場合には、ステップS31とステップS32を入れ替え、ステップS33における減算処理において引く側と引かれる側を逆にすればよい。つまり、最大値フィルタ処理を所定回数繰り返し実行した後、最小値フィルタ処理を所定回数繰り返し実行し、元の透視像を、それらのフィルタ処理によって得られた透視像から減じ、所定の閾値と比較することで２値化するようにすれば、同様の効果が得られる。

本発明の機能処理をコンピュータで実現するための、コンピュータにインストールされるプログラム自体および、そのプログラムを格納した記録媒体そのものも本発明を実現するものである。つまり、本発明の特許請求の範囲には、本発明の機能処理を実現するためのプログラム自体および、そのプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も含まれる。

プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、光ディスク（CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD等）、光磁気ディスク、磁気テープ、メモリカード等がある。その他、プログラムの供給方法としては、インターネットを介して本発明のプログラムをファイル転送によって取得する態様も含まれる。

なお、画像再構成法は、従来公知の２次元的画像再構成法でもよいし、従来公知のフェルドカンプ法による３次元画像再構成法でもよい。また、別の３次元画像再構成法でも同様の効果が出せる。

本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置を示すブロック図である。 Ｘ線ＣＴ装置における処理の流れの説明図である。 撮影計画方法を示す図である。 撮影計画方法を示す図である。 スカウト像を示す図である。 金属検出の際のデータ処理の概念を示す図である。 金属領域を含むスライス位置の検出処理の一例を示すフローチャートである。 ２値画像の一例を示す図である。 スキャン禁止領域設定の一例を示す図である。 従来の撮影計画作成方法を示す図である。

符号の説明

１ 操作コンソール
２ 入力装置
３ 中央処理装置
５ データ収集バッファ
６ モニタ
７ 記憶装置
１０ 撮影テーブル
１２ クレードル
１５ 回転部
２０ 走査ガントリ
２１ Ｘ線管
２２ Ｘ線コントローラ
２３ コリメータ
２４ Ｘ線検出器
２５ ＤＡＳ（データ収集装置）
２６ 回転部コントローラ
２９ 制御コントローラ
３０ スリップリング
１０２ ローカライザ図形
１０４ スライス図形
１０６ Ｘ線ビーム図形

Claims (10)

1. Ｘ線ＣＴ装置による被検体のアキシャルスキャンまたはヘリカルスキャンの撮影計画を作成する方法であって、
   前記被検体のスカウト像と、前記スカウト像に重ねて、所定の撮影計画に基づくアキシャルスキャンまたはヘリカルスキャンの撮影位置を示すローカライザ図形と当該スキャンにおいて照射されるコーンビームＸ線の通過領域を前記スカウト像中で上から及び下からのコーンビームＸ線を示す図形として示すビーム図形とを表示する
   ことを特徴とする撮影計画作成方法。
2. 前記ローカライザ図形および前記ビーム図形はアキシャルスキャンまたはヘリカルスキャンの傾斜に対応した傾斜を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮影計画作成方法。
3. 前記被検体における所定の領域をＸ線が通過しない撮影計画に基づく前記ローカライザ図形及びビーム図形を表示する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮影計画作成方法。
4. 前記所定の領域が、前記被検体に含まれる眼球または金属である
   ことを特徴とする請求項３に記載の撮影計画作成方法。
5. 前記ローカライザ図形及び前記ビーム図形について操作者による位置調節を可能にした
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載の撮影計画作成方法。
6. Ｘ線発生手段と、被検体を挟んで前記Ｘ線発生手段と対向するように配置されたＸ線検出手段と、前記Ｘ線検出手段を通じて収集した撮影データに基いて被検体の断層像またはスカウト像を再構成する画像再構成手段と、アキシャルスキャンまたはヘリカルスキャンの撮影計画を作成する撮影計画作成手段とを有するＸ線ＣＴ装置であって、
   前記撮影計画作成手段は、
   前記被検体のスカウト像と、前記スカウト像に重ねて、所定の撮影計画に基づくアキシャルスキャンまたはヘリカルスキャンの撮影位置を示すローカライザ図形と当該スキャンにおいて照射されるコーンビームＸ線の通過領域を前記スカウト像中で上から及び下からのコーンビームＸ線を示す図形として示すビーム図形とを表示する
   を具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
7. 前記ローカライザ図形および前記ビーム図形はアキシャルスキャンまたはヘリカルスキャンの傾斜に対応した傾斜を有する、
   ことを特徴とする請求項６に記載のＸ線ＣＴ装置。
8. 前記表示手段は、前記被検体における所定の領域をＸ線が通過しない撮影計画に基づく前記ローカライザ図形及びビーム図形を表示する
   ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のＸ線ＣＴ装置。
9. 前記所定の領域が、前記被検体に含まれる眼球または金属である
   ことを特徴とする請求項８に記載のＸ線ＣＴ装置。
10. 前記ローカライザ図形及び前記ビーム図形について操作者による位置調節を可能にする調節手段をさらに具備する
    ことを特徴とする請求項６ないし請求項９のうちのいずれか１つに記載のＸ線ＣＴ装置。

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