JP4587594B2

JP4587594B2 - Ｘ線ｃｔ装置およびその制御方法

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Publication number: JP4587594B2
Application number: JP2001114371A
Authority: JP
Inventors: 正浩森武
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: JP2002306468A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線ＣＴ（Computerized Tomography）システムにおけるガントリ装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴシステムは、Ｘ線管より発生するＸ線を患者（被検体）に複数方向から照射するスキャンを行い、患者を透過した各方向からのＸ線より得られる投影データに基づいて画像再構成処理を行うことによって、診断部位の断層像を提供するものである。
【０００３】
従来より、被検体に照射するＸ線量を決定するＸ線管の管電流値を被検体のスキャン位置に応じてスキャン中に変化させる、いわゆるAuto mAという技術が知られている。この技術を用いると、Ｘ線減衰量が異なる被検体の部位に応じた適切なＸ線量を設定することができ、無駄な被曝を抑えつつ、良好なＳ／Ｎを有する断層像を得ることができる。さらに、Ｘ線管の寿命の延長にも寄与するという利点も有する。かかる技術の詳細は例えば、特開平１−２９３８４４号公報、特開平１１−１０４１２１号公報に記載されている。
【０００４】
従来のAuto mAの実現において、被検体のスキャン位置に応じた管電流を算定するためには、まず、スカウトスキャンを実施する必要がある。スカウトスキャンとは、Ｘ線管を所定位置に固定したまま（すなわち、一定の投影角度に固定したまま）、被検体を乗せたテーブルを徐々に搬送しながらＸ線を連続的に照射して得た投影データより、１枚の被検体透視像（スカウト画像）を得るものである。
【０００５】
特に、上記した特開平１１−１０４１２１号公報においては、互いに直交する方向からの２回のスカウトスキャンを行うことを開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スカウトスキャンのためにとられる時間は少なくない。特に、集団検診時には患者スループットの観点から大きな問題となる。また、スカウトスキャンによって被曝量が増えるという問題もある。このことから、スカウトスキャンを行う必要のないAuto mA技術の実現が望まれている。
【０００７】
つまり、本発明は、スカウトスキャンを行うことなしに、Ｘ線管の管電流値を被検体のスキャン位置に応じて自動制御することの可能なＸ線ＣＴ装置およびその制御方法を提供し、もって患者スループットの改善および被曝量の低減を実現することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、例えば本発明のＸ線ＣＴ装置は、以下の構成を備える。すなわち、
Ｘ線を発生するＸ線管と、該Ｘ線管に対向して設けられたＸ線検出部とが一体となって被検体の周りを回転し、当該回転運動中に、異なる投影角度で該被検体を透過したＸ線を前記Ｘ線検出部で検出することで投影データを収集するスキャンを行い、該被検体の断層像を再構成するＸ線ＣＴ装置であって、
前記回転運動中の前記Ｘ線管のＸ線量の制御値を決定する決定手段と、
該決定手段で決定された前記制御値に従ってスキャンを行わせるスキャン制御手段と、を備え、
前記決定手段は、
現在の前記回転運動中に収集された所定の投影角度の投影データに基づいて、後続する前記回転運動における前記制御値を決定する
ことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
【００１０】
（構成）
図１は、実施形態のＸ線ＣＴシステムのブロック構成図である。図示のように本システムは、被検体へのＸ線照射と被検体を透過したＸ線を検出するためのＸ線検出機構を一体的に取り付けるガントリ装置１００と、ガントリ装置１００に対して各種動作設定を行うとともに、ガントリ装置１００から出力されたデータに基づいてＸ線断層像を再構成し、表示する操作コンソール２００により構成されている。
【００１１】
ガントリ装置１００は、その全体の制御をつかさどるメインコントローラ１をはじめ、以下の構成を備える。
【００１２】
２は操作コンソール２００との通信を行うためのインタフェース、３はテーブル１２上に横たえた被検体（患者）を搬送（図面に垂直な方向で以下、ｚ軸ともいう）するための空洞部を有するガントリであり、内部には、Ｘ線発生源であるＸ線管４、Ｘ線の照射範囲を画定するためのスリットを有するコリメータ６、コリメータ６のＸ線照射範囲を画定するスリット幅の調整用モータであるモータ７ａが設けられている。Ｘ線管４は、Ｘ線管コントローラ５によって駆動制御され、このＸ線管コントローラ５はメインコントローラ１からの制御信号に従って管電流、管電圧といったＸ線管４に与える負荷を制御することが可能である。モータ７ａの駆動はコリメータコントローラ７により制御される。
【００１３】
また、ガントリ３には、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出部８、およびＸ線検出部８で得た透過Ｘ線より得られる投影データを収集するデータ収集部９も備えられている。Ｘ線管４およびコリメータ６と、Ｘ線検出部８とは互いに空洞部分を挟んで、すなわち、被検体を挟んで対向する位置に設けられ、その関係が維持された状態で被検体の周りを回転するようになっている。この回転は、モータコントローラ１１からの駆動信号により駆動される回転モータ１０によって行われる。また、被検体を乗せるテーブル１２は、ｚ軸方向への搬送がなされるが、その駆動は、テーブルモータコントローラ１４からの駆動信号により駆動されるテーブルモータ１３によって行われる。
【００１４】
メインコントローラ１は、ガントリ装置１００の全体の制御をつかさどるプロセッサであって、インタフェース２を介して受信した各種コマンドの解析を行い、それに基づいて上記のＸ線管コントローラ５、コリメータコントローラ７、モータコントローラ１１、テーブルモータコントローラ１４、そして、データ収集部９に対し、各種制御信号を出力することになる。また、メインコントローラ１は、データ収集部９で収集された投影データを、インタフェース２を介して操作コンソール２００に送出する処理も行う。
【００１５】
操作コンソール２００は、いわゆるワークステーションであり、図示するように、装置全体の制御をつかさどるＣＰＵ５１、ブートプログラム等を記憶しているＲＯＭ５２、主記憶装置として機能するＲＡＭ５３をはじめ、以下の構成を備える。
【００１６】
ＨＤＤ５４は、ハードディスク装置であって、ここにＯＳのほか、ガントリ装置１００に各種指示を与えたり、ガントリ装置１００より受信したデータに基づいてＸ線断層像を再構成するための診断プログラム等が格納されている。また、ＶＲＡＭ５５は表示しようとするイメージデータを展開するメモリであり、ここにイメージデータ等を展開することでＣＲＴ５６に表示させることができる。５７および５８は、各種設定を行うためのキーボードおよびマウスである。また、５９はガントリ装置１００と通信を行うためのインタフェースである。
【００１７】
実施形態におけるＸ線ＣＴシステムの構成は概ね上記のとおりであるが、次にＸ線管４、コリメータ６、Ｘ線検出部８の構造を図２を用いて、より詳しく説明する。
【００１８】
図２はＸ線管４、コリメータ６、Ｘ線検出部８の要部構成図である。図示はしないが、これらの構成要素はガントリ３の所定の基部に支持されている。なお、同図中、矢印ｚはｚ軸方向を示している。ｚ軸方向は、本実施形態では、先述したとおりテーブル１２の搬送方向であるが、これは被検体の体軸方向に一致し、ガントリ１３とテーブル１２との相対的な移動方向を示している。
【００１９】
同図において、Ｘ線管４はハウジング４１に、集束電極およびフィラメントを内蔵する陰極スリーブ４２と、回転するターゲット４３とを内蔵した構造であり、焦点ｆからＸ線を放射する。
【００２０】
コリメータ６は鉛等のＸ線遮蔽材質の部材で構成され、図示の如く、Ｘ線管４より放射されたＸ線のｚ軸方向におけるＸ線照射範囲を画定するコリメータ６ａ（アパーチャともよばれる）と、コリメータ６ａとＸ線管４との間にあって、ガントリ３の回転方向に沿う方向の照射範囲（ファン角とよばれる。例えば60°）を画定する、２枚の固定された遮蔽板からなるコリメータ６ｂを備える。かかる配置によって、Ｘ線の照射範囲を画定するためのスリット１５を形成している。
【００２１】
実施形態におけるＸ線検出部８の詳細な構成は次のとおりである。ファン角に依存した長さにわたる複数（例えば、1000個）の検出チャネルからなる検出器列が、Ｒ１およびＲ２で示されるｚ軸方向に沿う２列のアレイ構成により配列されている。これにより、いわゆる２列マルチスライスＣＴを実現する。もっとも、本発明は特定の検出アレイのサイズによって限定されているものではない。
【００２２】
（処理）
上記した構成において、実施形態におけるスキャンは次のように行われる。テーブル１２に被検体を横たえた状態でガントリ３を回転させることでＸ線管４とＸ線検出部８を被検体の周囲を回転させながら（すなわち、投影角度を変化させながら）、かつ、その投影角度の変化に同期してテーブル１２をｚ軸方向（本実施形態では被検体の体軸方向に一致する方向）に移動させながら、被検体にＸ線を照射すること（Ｘ線の投影）を、360°分行う。これを１つの単位として１スキャンとよぶ。検出された各透過Ｘ線は、データ収集部９でディジタル値に変換されて投影データとしてメインコントローラ１を介して操作コンソール２００に転送される。このスキャンを連続的に繰り返すと、Ｘ線管４の軌跡は図３に示すように、らせん状に周回することになる。このことから、かかるスキャンはヘリカルスキャンとよばれている。
【００２３】
なお、このようならせん状の周回運動は、図４に示すような、投影角度βに係る、ｚ軸に沿うサインカーブとして描くこともできることは理解されよう。また、図３および図４は、Ｘ線管４の軌跡として描いたが、Ｘ線検出部８の軌跡も当然、同様のものとなる。
【００２４】
スキャンの概要は上記のとおりであるが、本発明の実施形態は、スカウトスキャンを行わずにスキャンを行い、１スキャン毎、すなわち、ガントリ３の一回転毎に、リアルタイムに次の一回転におけるＸ線管４に与える管電流を決定し、制御するところに特徴がある。図５は、実施形態におけるスキャン制御処理を示すフローチャートである。フローチャートは、操作コンソール２００で行う処理（ａ）と、ガントリ装置１００で行う処理（ｂ）とに分けて描かれている。
【００２５】
まず、操作コンソール２００において、スキャン計画を立てる（ステップＳ５０１）。スキャン計画の内容としては、例えば、スキャン開始位置および終了位置、スライス厚といったスキャンの基本的項目の他、Auto mA の設定が含まれる。このAuto mA の設定には、例えば、Auto mA のON/OFFをはじめ、高画質の断層像を得るための高画質モード、標準的に推奨されるノーマルモード、最も低い被曝量でスキャンするための低被曝モードといった、Auto mA のモードの選択も含まれる。
【００２６】
スキャン計画を終えると、オペレータはスキャン計画の各項目をパラメータとするスキャン実行指示を出すことができる。そして、操作コンソール２００は、ガントリ装置１００より転送されてきた投影データに基づきＸ線断層画像を再構成し（ステップＳ５０３）、ＣＲＴ５６に表示出力することになる（ステップＳ５０４）。
【００２７】
一方、ガントリ装置１００では、まず、メインコントローラ１は、Ｘ線管コントローラ５を介してＸ線管４に与える管電流を初期値A₀に設定する（ステップＳ６０１）。その後、上記した操作コンソール２００からのスキャン実行指示（ステップＳ５０２）を受けて、被検体を乗せたテーブル１２をスキャン開始位置まで搬送した後（ステップＳ６０２）、ヘリカルスキャンを実施する（ステップＳ６０３）。データ収集部９で収集された投影データはスキャンの進行に応じて、メインコントローラ１およびインタフェース２を介して操作コンソール２００に転送される。
【００２８】
続いて、ステップＳ６０４に進み、メインコントローラ１は、スキャン終了位置に達したか否かを判断する。未だスキャン終了位置に達していなければ、ステップＳ６０５に進む。ここで、実施形態におけるスキャンでは、ｚ軸方向におけるＸ線検出部８のテーブル１２に対する相対移動の先頭列が図２に示したＲ１であるとする。この場合、メインコントローラ１は、所定の投影角度（例えば０°および90°）での先頭列Ｒ１における検出チャネルで検出された投影データに基づき、ガントリ３の後続の一回転におけるＸ線管４の管電流を算定し、これにより、Ｘ線管コントローラ５を介してＸ線管４に当該算定された管電流を与えるよう制御する。
【００２９】
管電流の算定は、例えば次のように行われる。上記投影角度（０°および90°）で得られた２種類の投影データを用いて、まず被検体の各スキャン位置における体幅および体厚情報を得る。被検体の断面は一般に円形とはいえず、むしろ楕円に近いことから、形状によるノイズが発生する。そこで、上記の体幅／体厚情報に基づいて、各スキャン位置における楕円率を算出するとともに、Ｘ線減衰量に基づいて、各スキャン位置におけるスライス面の断面積を算出することで、ノイズが所定の範囲となるように、次のスキャンの管電流を算定する。
【００３０】
ステップＳ６０４で、スキャン終了位置に達した判断されたときは、処理を終了する。
【００３１】
上述した処理によれば、所定の投影角度でのＸ線検出部８の先頭列Ｒ１で検出された投影データに基づいて、ガントリ３の後続の一回転におけるＸ線管４に与えるべき管電流を算定し、Ｘ線管４の管電流を当該算定値にリアルタイムに制御するようにした。この結果、従来必要であった、スキャン位置に応じた管電流をあらかじめ算定するためのスカウトスキャンを行う必要はなくなることになる。
【００３２】
近年のプロセッサの演算能力、Ｘ線管の速応性によれば、上記スキャン制御のリアルタイム性を確保することは可能である。また、実際のＸ線管の管電流が目標管電流値に収束するまでの整定時間（過渡時間）内における管電流の変動は、リファレンスチャネル（図示は省略したが、一般にはＸ線検出部８における各検出器列の一端もしくは両端の検出チャネルであって、被検体を透過することなくＸ線ビームが直接入射するようになっている）を用いて補正されることになるので問題とはならず、データに矛盾を生じることなく画像再構成を行うことが可能である。
【００３３】
なお、上記した後続のガントリ回転における管電流の算定に用いる投影データは、一例として０°および90°の投影角度のものを用いることとしたが、これに限らず異なる２つの投影角度の投影データを用いることができる。その他、例えば０°、90°、180°、270°等のうちいずれか１つだけの投影角度における投影データを用いて算定するようにしてもよい。
【００３４】
図６は、上述の処理による検出器列Ｒ１およびＲ２の軌跡を、図４の表示態様にならって示した図である。２列目の検出器列Ｒ２はＲ１の後を追って周回するから、Ｒ２の軌跡はＲ１の軌跡に対して、ｚ軸方向における検出チャネル幅分の位相遅れをもって描かれることになる。
【００３５】
実施形態によれば、同図（ａ）において、検出器列Ｒ１の、投影角度０°の位置Ｓａおよび、投影角度90°の位置Ｓｂにおける投影データが、上述のステップＳ６０５で後続の一回転における管電流の算定に利用される。当該算定結果によって管電流が制御される後続の一回転は、太線で示されたＲ１の軌跡ＭＡ１および、Ｒ２の軌跡ＭＡ２で示される。位置ＳａおよびＳｂを通過する当該回転における管電流も、過去の回転における位置Ｓａ’およびＳｂ’の投影データに基づいて定められたものである。
【００３６】
同図（ｂ）は、投影角度270°の位置Ｓにおける投影データのみが、上述のステップＳ６０５で後続の一回転における管電流の算定に利用される場合を示したものである。
【００３７】
これにより、例えば同図（ａ）においては、スキャン位置ＳａおよびＳｂにおける投影データに基づき管電流が制御される後続の一回転におけるスキャン範囲は、ＭＡ１とＭＡ２とがカバーする範囲Ａとなる。
【００３８】
ここで、スキャン範囲Ａの始点がスキャン位置Ｓａより手前のｚ軸位置にあることに着目されたい。実際には、ｚ軸方向における検出チャネル幅（すなわち、位相差）やヘリカルピッチの大きさによってＡの始点位置は変化するものの、少なくともスキャン位置Ｓｂより手前のｚ軸位置に位置することになる。つまり、マルチスライスの場合、当該スキャンにおける管電流の算定は、所定位置（Ｓａ、Ｓｂ）における先頭列（Ｒ１）の投影データを用いて行われ、これに基づく管電流の制御は後続の一回転における先頭列以外の検出器列（Ｒ２）にも及ぶので、その結果として、管電流の制御は少なくとも位置Ｓｂよりも遡った位置からなされることになる。この点で、検出器列が１列だけのシングルスライスよりマルチスライスのほうが有利である。
【００３９】
すなわち、マルチスライスの場合にはシングルスライスに比べて、管電流制御のレスポンスが速くなるといえよう。これによって、より好適なＸ線量でスキャンが行われるので、無駄な被曝を抑え、かつ、再構成される断層像の画質の向上にも寄与することになる。
【００４０】
このマルチスライスによる効果については、図７に示す、横軸をｚ軸、縦軸を投影角度としたときの、上述したスキャン制御処理に従うヘリカルスキャンによるＸ線検出部８の軌跡を描いた図を用いて説明することもできる。同図において、第１回転（rot.1）における検出器列Ｒ１の、投影角度０°の位置Ｓａおよび、投影角度90°の位置Ｓｂにおける投影データが、上述のステップＳ６０５で管電流の算定に用いられ、これにより後続の一回転（すなわち、rot.1の90°から第２回転（rot.2）の90°までの、太線矢印）の管電流が制御される。この管電流の制御は、管電流算定位置Ｓｂよりも遡った位置にある検出器列Ｒ２によるスキャンにも及ぶことが理解されよう。
【００４１】
シングルスライスの場合には、このように、管電流算定位置よりも遡った位置に管電流の制御を及ぼすことはできない。もっとも、スカウトスキャンを実施する必要がなくなるという有益な効果を奏することには変わりはない。
【００４２】
また、本実施形態においては、一回転毎に管電流を制御する例を示したが、所定の投影角度の投影データに基づいて、複数回転の管電流を制御するようにすることも可能であることは言うまでもない。
【００４３】
以上説明した実施形態によれば、スキャン中に、リアルタイムにガントリ３の次の一回転の管電流を決定し、制御するようにしたので、スカウトスキャンを行う必要がなくなる。その結果、検査時間を大幅に短縮することができ、集団検診のように同一の検査を多数行う場合に特に有効である。また、スカウトスキャンを行わない分、被曝量を減らすことができるという効果も奏する。
【００４４】
なお、上述した実施形態は、スキャン方式としてヘリカルスキャン方式によりスキャンを行うこととしたが、テーブル１２の位置を固定したままスキャンを行い、順次、ｚ軸方向にテーブル１２の位置を所定量移動した後にその位置で次のスキャンを行う、いわゆるアキシャルスキャンであってもよい。
【００４５】
また、上述した実施形態では、位置を固定したガントリ３に対してテーブル１２を搬送することでスキャン位置と被検体との相対位置を変えながらスキャンを行うようにしたが、逆に、テーブル位置を固定してガントリ３をｚ軸方向に移動させることでスキャン位置と被検体との相対位置を変えながらスキャンを行うようにしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スカウトスキャンを行うことなしに、Ｘ線管の管電流値を被検体のスキャン位置に応じて自動制御することの可能なＸ線ＣＴ装置およびその制御方法を提供し、もって患者スループットの改善および被曝量の低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態におけるＸ線ＣＴシステムのブロック構成図である。
【図２】実施形態におけるＸ線管４、コリメータ６、およびＸ線検出部８の要部構成図である。
【図３】実施形態におけるヘリカルスキャンを説明するための図である。
【図４】実施形態におけるヘリカルスキャンを説明するための図である。
【図５】実施形態におけるスキャン制御処理を示すフローチャートである。
【図６】実施形態のスキャンによるＸ線検出部８の軌跡を示す図である。
【図７】実施形態のスキャンによるＸ線検出部８の軌跡を示す図である。

Claims

Ｘ線を発生するＸ線管と、該Ｘ線管に対向して設けられた被検体の体軸方向に配される複数列の検出器アレイで構成されるＸ線検出部とが一体となって被検体の周りを回転し、当該回転運動中に、異なる投影角度で該被検体を透過したＸ線を前記Ｘ線検出部で検出することで投影データを収集するスキャンであって前記回転運動中にスキャン位置と前記被検体との相対位置を被検体の体軸方向に所定の速度で移動させながら投影データを収集するヘリカルスキャンを行うスキャン手段を有し、前記スキャン手段において収集された投影データを用いて前記被検体の断層像を再構成するＸ線ＣＴ装置であって、
前記回転運動中の前記Ｘ線管のＸ線量の制御値を決定する決定手段と、
該決定手段で決定された前記制御値に従ってスキャンを行わせるスキャン制御手段と、を備え、
前記決定手段は、前記回転運動中に前記断層像を再構成するために収集された投影データのうちの１つの投影角度の投影データ又は互いに９０°異なる２つの投影角度の投影データに基づいて求めた、断面が楕円に近い被検体の互いに９０°異なる体幅および体厚情報を用いて、後続する前記回転運動における前記制御値を算出して決定するものである
ことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記決定手段は、前記制御値を、断面が楕円に近い被検体の互いに９０°異なる体幅および体厚情報に基づいて求めた楕円率を用いて算出するものである
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記制御値は、ノイズが所定の範囲となるように算出されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記決定手段は、前記制御値を、前記移動方向における先頭列の前記検出器アレイで検出され収集された投影データに基づいて算出して決定するものであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記後続する回転運動における制御値は、前記制御値を算出するのに用いた投影データを収集した前記被検体の体軸方向の位置よりも遡った位置の投影データの収集に用いられることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記後続する回転運動における制御値は、一回転における制御値であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記制御値は、前記Ｘ線管に与える管電流値とすることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
Ｘ線を発生するＸ線管と、該Ｘ線管に対向して設けられた被検体の体軸方向に配される複数列の検出器アレイで構成されるＸ線検出部とが一体となって被検体の周りを回転しながらスキャン位置と前記被検体との相対位置を被検体の体軸方向に所定の速度で移動させながら、当該回転運動中に、異なる投影角度で該被検体を透過したＸ線を前記Ｘ線検出部で検出することで投影データを収集するヘリカルスキャンを行い、該被検体の断層像を再構成するＸ線ＣＴ装置の制御方法であって、現在の前記回転運動中に前記断層像を再構成するために収集された投影データのうちの１つの投影角度の投影データ又は互いに９０°異なる２つの投影角度の投影データに基づいて求めた、断面が楕円に近い被検体の互いに９０°異なる体幅および体厚情報を用いて、後続する前記回転運動における前記制御値を算出して決定する決定工程と、該決定工程で決定された前記制御値に従って前記後続する前記回転運動におけるスキャンを行わせるスキャン制御工程と、を有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置の制御方法。