JP4852451B2 - 周期的運動の同期撮影装置および周期的運動の同期撮影方法 - Google Patents

Description

本発明は、呼吸同期信号を用いて被検体の透視画像データの撮影を行う周期的運動の同期撮影装置および周期的運動の同期撮影方法に関する。

Ｘ線ＣＴ装置等の透視画像撮影装置は、複数方向から透視画像データを撮影するＣＴ撮影を行い、各方向からの被検体の透視画像データを再構成処理することで断層像を提供する。断層像を提供しようとする被検体は、呼吸や心拍という周期的な生理運動を行うため、たとえば肺周辺の臓器の形状が呼吸運動に合わせて変化する。そして、このような臓器の形状の変化により、アーチファクトが生じたり、ブレが生じることで再構成後の画像が劣化する。

画像の劣化を防止するための方法としては、呼吸等の周期を検出し、呼吸周期に同期させた撮影により、画像の再構成を行う方法がある。すなわち、呼吸周期の位相をずらして数回の撮影を行い、肺の収縮期等の呼吸周期における同位相の透視画像データを収集し、画像を再構成する方法である（特許文献１参照）。

たとえば、特許文献１に記載されるＸ線ＣＴ装置は、呼吸の時刻と大きさとに同期して一回のガントリの回転によるＣＴ撮影を、同じ回転速度で数回行う。そして、ＣＴ撮影して得たＣＴ画像を呼吸の大きさに応じて分類し、各分類した群毎に補間処理を行って三次元画像を得る。その結果、呼吸の推移に併せて三次元画像を表示し、病巣部の変動を監視することが可能となり、装置を定位的放射線治療に応用することが可能になる。
特開平６−９０９４６号公報

しかしながら、複数回のガントリの回転によるＣＴ撮影をする場合には、それぞれの回転において適切な位相で回転させるように制御し撮影することは難しい。したがって、従来の撮影では、各回転の位相が適当でなく、補間処理を行ってＣＴ画像データを得るのに必要な透過画像データが得られない場合がある。また、補間処理に必要な透視画像データを得るために何度もガントリを回転させて撮影するため長時間被検体を被爆させることになる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、効率のよい撮影により周期的運動による変動を排除したＣＴ画像データを得ることができる周期的運動の同期撮影装置および周期的運動の同期撮影方法を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明に係る周期的運動の同期撮影装置は、ガントリの連続した複数回転を伴うＣＴ撮影により、トリガ信号を受けて回転角度ごとに被検体の透視画像データを撮影する周期的運動の同期撮影装置であって、前記被検体の周期的運動の同期信号を取得し、前記同期信号から周期的運動の周期を算出する周期算出部と、前記算出された周期的運動の周期から、前記ガントリの回転数に応じて前記ガントリの回転速度および前記トリガ信号の発信の周期を算出する撮影条件算出部と、前記算出された回転速度およびトリガ信号の周期で、ＣＴ撮影を行い、前記被検体の透視画像データを撮影する撮影部と、を備えることを特徴としている。

このように本発明の周期的運動の同期撮影装置は、複数回のガントリの回転による撮影においてそれぞれ補間処理によりＣＴ画像データを再構成するのに適切な位相で回転させて撮影する。これにより、補間処理に必要な透過画像データを効果的に取得し周期的運動による変動を排除したＣＴ画像データを再構成することができる。その結果、アーチファクトが無く、ブレの少ない透視画像データを得ることができる。また、効率よくデータを取得しガントリの回転を最小限に抑えることにより、撮影するため被検体への被曝による負担を軽くすることができる。なお、周期的運動にはたとえば、呼吸拍や心拍が挙げられる。

（２）また、本発明に係る周期的運動の同期撮影装置は、前記条件算出部が、前記周期的運動の周期をＴ、前記ガントリの回転数をＮ、標準のトリガ信号の周期をτ_０としたときに、以下の数式を満たすガントリの回転角速度ωおよびトリガ信号の周期τを算出することを特徴としている。

これにより、それぞれのガントリの回転において、回転角度に対する周期的運動の周期の位相を適度に異ならせて透視画像データを撮影することができる。たとえば、連続２回転させてＣＴ撮影を行う場合には、ガントリの回転周期を周期的運動の周期の（自然数ｎ＋１／２）倍として撮影を行う。これにより、各回転で回転角度に対する周期的運動の周期の位相がほぼ反対になる。そして、２回転分の撮影画像から補間処理を行い、周期的運動部位の収縮期または拡張期だけでＣＴ画像データを再構成することができる。また、数式の括弧内の０．２５は、位相のずれに対する許容範囲を示している。なお、自然数ｎは、ガントリ１回転あたりに可能な周期的運動の回数を示している。ｎは任意に選択できるが、標準速度におけるガントリ１回転あたりに可能な周期的運動の回数をｎとすることが好ましい。また、上式においてはガントリの回転速度ωを角速度として表している。周期的運動部位には、横隔膜や心房が挙げられる。

（３）また、本発明に係る周期的運動の同期撮影装置は、前記ガントリの複数回転により撮影された被検体の透視画像データを取得するデータ取得部と、前記透視画像データ上で、前記被検体の周期的運動部位の領域を含むように関心領域を設定する領域設定部と、前記取得された透視画像データに設定された関心領域内にわたり積算して得られる特徴量を算出する特徴量算出部と、所定のガントリの回転における前記特徴量がピークを示す角度範囲の透視画像データを、別のガントリの回転における前記角度範囲の透視画像データに置き換え、透視画像データ全体を再構成するデータ再構成部と、を更に備えることを特徴としている。

このように本発明の周期的運動の同期撮影装置は、ガントリの各回転において、回転角度の適切な周期的運動の周期の位相で撮影された透視画像データについて、補間処理しＣＴ画像データを構成する。これにより、周期的運動による変動を排除し、アーチファクトがなく、ブレの少ない画像を得ることができる。

（４）また、本発明に係る周期的運動の同期撮影装置は、前記撮影部は、前記同期信号に基づいて、前記特徴量がピークを示す角度範囲でＸ線照射を止めることを特徴としている。これにより、被検体がＸ線に曝される時間を短くすることができ、被検体へのＸ線の被曝による負担を軽減することができる。

（５）また、本発明に係る周期的運動の同期撮影方法は、ガントリの連続した複数回転を伴うＣＴ撮影により、トリガ信号を受けて回転角度ごとに被検体の透視画像データを撮影する周期的運動の同期撮影方法であって、前記被検体の周期的運動の同期信号を取得する信号取得ステップと、前記同期信号から周期的運動の周期を算出する周期算出ステップと、前記算出された周期的運動の周期から、前記ガントリの回転数に応じて前記ガントリの回転速度および前記トリガ信号の発信の周期を算出する撮影条件算出ステップと、前記算出された回転速度およびトリガ信号の周期で、ＣＴ撮影を行い、前記被検体の透視画像データを撮影する撮影ステップと、を備えることを特徴としている。

このように本発明の周期的運動の同期撮影方法は、複数回のガントリの回転による撮影においてそれぞれ補間処理によりＣＴ画像データを得るのに適切な位相で回転させて撮影する。これにより、補間処理に必要な透過画像データを効果的に取得し周期的運動による変動を排除したＣＴ画像データを再構成することができる。その結果、アーチファクトが無く、ブレの少ない透視画像データを得ることができる。また、ガントリの回転を最小限に抑えることにより、撮影するため被検体への被曝による負担を軽くすることができる。

本発明によれば、補間処理に必要な透過画像データを効果的に取得し周期的運動による変動を排除したＣＴ画像データを再構成することができる。その結果、アーチファクトが無く、ブレの少ない透視画像データを得ることができる。また、効率よくデータを取得しガントリの回転を最小限に抑えることにより、撮影するため被検体への被曝による負担を軽くすることができる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

（装置全体の構成）
図１は、呼吸同期撮影装置１（周期的運動の同期撮影装置）の概略図である。図１に示すように、呼吸同期撮影装置１は、撮影部２、画像リコンＰＣ５、キーボード６、マウス７およびディスプレイ８を備えている。撮影部２は、ガントリ制御ユニット１１、ガントリ１２を有し、保持した被検体に対してガントリ１２を回転させてＸ線ＣＴ撮影を行う。撮影部２は、算出されたＣＴ撮影開始のタイミングでＣＴ撮影を行い、被検体の透視画像データを撮影する。撮影したＣＴデータは、画像リコンＰＣ５に送信される。また、撮影部２は呼吸同期させたＣＴ撮影を行い、被検体の透視画像データを撮影することが可能である。撮影したＣＴデータは、画像リコンＰＣ５に送信される。また、撮影部２は、呼吸同期させたＣＴ撮影を行い、被検体の透視画像データを撮影することが可能である。詳細は後述する。撮影部２は、呼吸同期信号に基づいて、輝度値がピークを示す角度範囲でＸ線照射を止めることも可能となっている。Ｘ線の遮断はたとえばスリットの開閉により行う。

ガントリ１２は、回転アーム１５、Ｘ線管１６、検出器１７およびアーム回転モータ１８を備えている。回転アーム１５には、Ｘ線管１６および検出器１７が固定されている。回転アーム１５は、Ｘ線管１６と検出器１７との間の点を中心として回転可能にガントリ１２内に設置されている。Ｘ線管１６は、Ｘ線を発生させ検出器１７に向けて照射する。検出器１７は、Ｘ線を受光する受光面を有し、パネル状に形成されている。Ｘ線は、Ｘ線管１６から照射され被検体を透過して検出器１７で検出される。アーム回転モータ１８は、回転アーム１５を回転させることで、ガントリ１２全体を回転させる。アーム回転モータ１８は、ＣＴ撮影時に設定された速度でガントリ１２を回転させることが可能である。また、撮影終了後には、元の位置までガントリ１２を逆に回転させることができる。

画像リコンＰＣ５は、撮影されたＣＴ画像データを取得し、ＣＴ画像データをもとに呼吸同期信号を算出する。そして、その呼吸同期信号を用いてＣＴ画像データの再構成を行う。また、画像リコンＰＣ５は、撮影部２に撮影条件等を送信し、撮影部２の動作を制御する機能も有している。キーボードおよびマウス等の入力部６はユーザからの入力を受けて画像リコンＰＣ５に入力信号を伝える。

ディスプレイ等の表示部８は、撮影された透視画像データや得られた呼吸同期信号の表示を行う。また、表示部８は、被検体の呼吸が停止しそうなときに、その旨を表示して異常を報知する。たとえば、そのような場合には画面上で警告を示す文字を点滅させることができる。ガントリ制御ユニット１１は画像リコンＰＣ５からの指示を受けて、指示された速度でガントリ１２の回転を制御し、Ｘ線管１６および検出器１７の撮影のタイミングをトリガ信号により制御する。

（画像リコンＰＣの構成）
次に、呼吸同期撮影装置１の機能をさらに詳細に説明する。図２は、呼吸同期撮影装置１のブロック図である。図２に示すように、画像リコンＰＣ５は、制御部２１を備えている。制御部２１は、図示しないが各部の制御を行っている。また、入力部６からユーザの入力を受けるとともに、表示部８には撮影画像データや入力画面等を表示する。

また、画像リコンＰＣ５は、データ取得部３１、記憶部３２、二値化部３３、臓器特定部３４、領域設定部３５、輝度値算出部３６（特徴量算出部）、周期算出部３７および撮影条件算出部３８を備えている。画像リコンＰＣ５の内部は、実質的にはＣＰＵおよびメモリまたはハードディスク等により構成されている。

データ取得部３１は、被検体の透視画像データを撮影部２から取得する。記憶部３２は、取得された被検体の透視画像データを記憶する。また、記憶部３２は、輝度値算出部３６が算出した輝度値を記憶し、周期算出部３７が算出した周期を記憶する。二値化部３３は、透視画像データにおいて、ＣＴ値（ボリューム値）により空気の領域と判断される領域を二値化する。臓器特定部３４は、二値化した透視画像データをラベリング処理する。そして、臓器特定部３４は、被検体の実質臓器の領域および実質臓器の上端および下端に囲まれた空気の領域すなわち肺の領域を特定する。

領域設定部３５は、透視画像データにおいて、特定された被検体の肺の領域の底部、すなわち横隔膜（周期的運動部位）の領域を含むように関心領域を設定する。自動で臓器特定部３４により特定された横隔膜の領域を含むように関心領域を設定してもよいし、ユーザの入力により関心領域を指示してもよい。

輝度値算出部３６は、取得された透視画像データに設定された関心領域内にわたり輝度値を積算して、その関心領域のピクセル数で除する。これにより、呼吸同期信号として輝度値の平均値（特徴量）を算出することができる。なお、上記のように透視画像データを用い、関心領域内の輝度値の変化により、呼吸同期信号を算出してもよいが、エアクッション式のセンサ等の機械的なセンサを被検体に装着させて呼吸同期を検出してもよい。また、その他、呼吸量検出センサを用いて、呼吸量をモニタし呼吸同期を検出してもよい。さらには、被検体の胸部に反射率の高いマーカーを貼り、ビデオで撮影し画像処理することで胸部の動きから呼吸同期を検出することができる。なお、特徴量は、必ずしも輝度値である必要はなく、１ピクセルあたりで実質臓器を表せるものであればよい。

周期算出部３７は、被検体の呼吸同期信号として輝度値の平均値を読み出し、この呼吸同期信号から呼吸の周期を算出する。具体的には、極大値の時刻を捉えて、極大値の生じる周期を算出すればよい。極大値に代えて、極小値で周期を算出してもよい。

撮影条件算出部３８は、算出された呼吸の周期から、ガントリの回転数に応じてガントリの回転速度およびトリガ信号の発信の周期を算出する。撮影条件算出部３８は、呼吸の周期をＴ、ガントリの回転数をＮ、標準のトリガ信号の周期をτ_０としたときに、以下の数式を満たすガントリの回転速度ωおよびトリガ信号の周期τを算出する。ただし、２≦Ｎである。なお、自然数ｎは、ガントリ１回転あたりに可能な呼吸回数を示している。ｎは任意に選択できるが、標準速度におけるガントリ１回転あたりに可能な呼吸回数をｎとすることが好ましい。また、上式においてガントリの回転速度ωは角速度として表現している。

このような条件を満たすω、τを求めることで、補間処理に必要な透過画像データを効果的に取得し呼吸による変動を排除したＣＴ画像データを再構成することができる。これによりアーチファクトが無く、ブレの少ない透視画像データを得ることができる。また、効率よくデータを取得しガントリの回転を最小数に抑えることにより、撮影するため被検体への被曝による負担を軽くすることができる。

上記の回転速度ω、トリガ信号の周期τの範囲で最もＣＴ画像データの再構成に対して効率がよいのは、以下の数式の場合である。

たとえば、連続２回転させてＣＴ撮影を行う場合には、ガントリの回転周期を呼吸周期の（自然数ｎ＋１／２）倍として撮影を行う。そして、標準の設定でガントリ１回転あたりに被検体がちょうど７周期分呼吸した場合には、呼吸周期の７周期半でガントリが１回転するようにガントリの回転速度を設定するのが好適である。そして、連続でガントリを２回転させて撮影を行う。また、その際には、画像撮影の契機となるトリガ信号の発信周期を１．０７倍（＝７．５／７倍）に設定するのが好適である。連続３回転させる場合には、呼吸周期の７周期プラス１／３周期でガントリが１回転するようにガントリの回転速度を設定し撮影を行うのが好適である。その際には、画像撮影の契機となるトリガ信号の発信周期を１．０４倍（＝７．３／７倍）に設定する。このように、標準のガントリ回転の周期から大きい方に直近で、上記条件を満たすガントリ回転の周期とするのが好ましい。

上記の数式において０．２５の数値は、位相が呼吸周期の２５％分ずれていてもよいという許容範囲を示している。この数値は実験で横隔膜の動きを測定して得られたものである。図３は、透視画像で横隔膜の領域を横断する線上のピクセルについて時間変化を示す図である。透視画像４８において肺内の空気と実質臓器との境界４９は、所定の周期で鋭いピークを形成することが分かる。これは、関心領域ＲＯＩ内の輝度値の平均値が肺の拡張期に鋭いピークを示すことと整合している。境界４９が示すデューティー比は約７７％であり、被検体の個体差によるマージンを考慮すれば、デューティー比を７５％とみなすことができる。したがって、画像データの補間処理を効率的に行える位相のずれの許容範囲は呼吸周期の２５％である。なお、回転角速度を基準としてガントリの回転速度を制御してもよいし、回転周期を基準としてガントリの回転速度を制御してもよい。

画像リコンＰＣ５は、さらに、振幅算出部４１、振幅判定部４２、報知部４３、データ再構成部４５を備えている。振幅算出部４１は、撮影中に輝度値算出部３６が算出した輝度値の振幅を算出する。具体的には、輝度値の時間変化において連続する極大値と極小値との差を振幅として算出する。振幅判定部４２は、呼吸同期信号の振幅が、所定値以下か否かを判定する。たとえば、呼吸同期信号の振幅がたとえば正常状態の振幅の２０％か否かを判定する。

報知部４３は、呼吸同期信号の振幅が、所定値以下と判定された場合に、音または表示により異常を報知する。たとえば、画像リコンＰＣ５に付属するスピーカ（図示せず）からアラーム音を鳴らすことができる。また、表示部８に警告の表示を点滅させてもよい。

データ再構成部４５は、複数回のガントリの回転のうち所定の回転において輝度値がピークを示す角度範囲の透視画像データを、別の回転における同じ角度範囲の透視画像データに置き換え、透視画像データ全体を再構成する。なお、データの置き換えではなく、削除によりＣＴ画像データを再構成してもよい。データ再構成部４５は、ガントリの１回転分のデータにおいて、輝度値がピークを示す角度範囲の透視画像データを削除し、透視画像データ全体を再構成することも可能である。

（動作全体）
次に、このように構成されている呼吸同期撮影装置１の動作を説明する。図４は、呼吸同期撮影装置１の特徴的な動作を示すフローチャートである。まず、呼吸同期撮影装置１は、事前撮影により透視画像のデータを取得する（ステップＳ１）。事前撮影は５秒程度のもので十分であり、特にガントリを回転させる必要はない。次いで、呼吸同期撮影装置１は、ユーザから手動モードか自動モードかの選択を受け付け（ステップＳ２）、自動モードが選択されたか否かを判定する（ステップＳ３）。

自動モードが選択されなかったと判定された場合には、呼吸同期撮影装置１は、手動による領域設定の入力を受け付ける（ステップＳ４）。手動による領域設定は、たとえば、マウスによりドラッグアンドドロップの操作をして対角線を指定することで長方形の関心領域を設定することができる。なお、関心領域ＲＯＩの形状は必ずしも長方形である必要はない。一方、自動モードが選択されたと判定された場合には、呼吸同期撮影装置１は自動領域設定を行う（ステップＳ５）。自動領域設定の詳細は後述する。

次に、呼吸同期撮影装置１は、カウント値（輝度値）の関心領域内での平均値を算出する（ステップＳ６）。カウント値の平均値は、関心領域内でカウント値を積算し、ピクセル数で割ることにより、算出することができる。次いで、呼吸同期撮影装置１は、時刻ごとに得られるカウント値の領域内平均値について、極大値または極小値を得て呼吸周期を求める（ステップＳ７）。呼吸周期は、たとえば呼吸同期信号の時間変化から隣り合う極大値の間隔または隣り合う極小値の間隔から求めることができる。

さらに、呼吸同期撮影装置１は、呼吸周期からガントリの回転速度および透視画像撮影の契機となるトリガ信号の発信周期を決定する（ステップＳ８）。

このとき、ガントリの回転角速度ωおよびトリガ信号の発信周期τを決める。そして、それらの撮影条件の下で被検体の撮影を行う（ステップＳ９）。このとき、リアルタイムで呼吸同期信号の振幅等を算出する。撮影時の動作の詳細については後述する。次に、撮影されたＣＴ画像データの再構成（ステップＳ１０）を行う。ＣＴ画像データ再構成の動作の詳細についても後述する。このような動作の後、呼吸同期撮影装置１は、動作を終了する。

（自動設定の動作）
上記の動作説明は呼吸同期撮影装置１の動作全体の概要の説明であるが、個々の特徴的動作について以下に説明する。最初に、上記ステップＳ５の自動領域設定の動作について詳細を説明する。図５は、自動領域設定の動作を示すフローチャートである。まず、呼吸同期撮影装置１は、被検体の向きの入力を受け付ける（ステップＴ１）。被検体の向きとは、試料保持台の長手方向に対しての頭の向きである。次に、空気の領域を二値化する（ステップＴ２）。そして、空気の領域の中の一つの領域を特定し（ステップＴ３）、その領域について次の判定を行う。

まず、呼吸同期撮影装置１は、その領域に上下端が存在するか否かを判定する（ステップＴ４）。上端または下端が存在しないと判定された場合には、ステップＴ３に戻る。上端または下端が存在すると判定された場合には、その領域が、最も大きい領域か否かについて判定する（ステップＴ５）。最も大きい領域でない場合には、ステップＴ３に戻る。最も大きい領域である場合には、呼吸同期撮影装置１は、その領域を肺の領域であると認識し、その底部を横隔膜と特定する（ステップＴ６）。そして、呼吸同期撮影装置１は、横隔膜の領域を含むように所定サイズの領域を設定する（ステップＴ７）。このようにして、呼吸同期撮影装置１は、呼吸同期信号を得るのに適した領域を自動で設定することができる。これにより、ユーザの作業が簡単になる。

図６は、領域設定された透視画像を示す図である。図６には、透視画像５０には、試料保持台の領域５２および被検体の領域５５が表示されている。上記の判定処理について、空気の領域Ａ１〜Ａ５を例として説明する。空気の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３は、それぞれ被検体の背中側の空間、被検体と試料保持台との隙間および試料保持台の外側の空間にできた空気の領域を示している。

空気の領域のそれぞれには、上端および下端がないため、動作は上記のステップＴ４からステップＴ３に戻る。空気の領域Ａ４は、体内の空間であり、上端および下端を有しているが、この領域は肺に比べると小さい領域であるため、動作は上記のステップＴ５からステップＴ３に戻る。空気の領域Ａ５は、肺の領域であり、上端および下端を有する領域の中でもっとも大きい領域である。そのため、動作は上記のステップＴ６で、空気の領域Ａ５を肺の領域と認識する。このようにして、呼吸同期撮影装置１は肺の領域を特定し、横隔膜の領域を含むように関心領域ＲＯＩを設定する。

図７は、透視画像および呼吸同期信号のグラフを表示するウインドウを示す図である。このように設定された関心領域ＲＯＩについて、輝度値の平均値の時間変化のグラフ６５が表示領域６２に表示されている。ウインドウ６０の透視画像５０には、被検体５５が示されている。なお、輝度値の平均値の波形は、グラフ６５に示されるように、鋭いピークを有している。

（撮影の動作）
次に、上記ステップＳ９の被検体の撮影の動作について説明する。図８は、被検体の撮影の動作を示すフローチャートである。まず、呼吸同期撮影装置１は、設定された回転速度でガントリを回転させ、撮影を開始する（ステップＰ１）。そして、呼吸同期撮影装置１は、設定された周期のトリガ信号に応じて被検体の透視画像データを撮影し（ステップＰ２）、各透視画像データについて輝度値の平均値を算出して記憶する（ステップＰ３）。そして、呼吸同期撮影装置１は、輝度値の平均値の極大値と極小値との差を算出する（ステップＰ４）。極大値と極小値との差は振幅である。

次いで、振幅が所定値以下か否かを判定する（ステップＰ５）。振幅が所定値より大きい場合には、ステップＰ７に進む。一方、振幅が所定値以下の場合には、異常を報知する（ステップＰ６）。そして、撮影終了か否かを判定する（ステップＰ７）。撮影終了でないと判定された場合には、ステップＰ３に戻る。撮影が終了したと判定された場合には、被検体の撮影動作を終了してリターンする。これにより、撮影時に被検体の状態をモニタし、その呼吸拍が弱くなった場合に異常を検知することができる。

（ＣＴ画像データ再構成の動作）
次に、上記ステップＳ１０のＣＴ画像データの再構成の動作について説明する。図９は、ＣＴ画像データの再構成の動作を示すフローチャートである。まず、記憶されたデータを読み込む。（ステップＱ１）。１回目の回転のデータで輝度値がピークをとる呼吸周期の位相の範囲（極大周辺）で撮影された透視画像データを削除する（ステップＱ２）。そして、２回目以降の回転の透視画像データで同じ呼吸周期の位相の範囲に撮影された透視画像データを抽出する（ステップＱ３）。そして、抽出された透視画像データで１回目の回転のデータの削除画像データを補間する（ステップＱ４）。このようにして、呼吸によるブレのないＣＴ画像データを効率よく再構成することができる。

図１０は、ＣＴ画像データを再構成する原理を表す図である。呼吸周期の４周期ちょうどでガントリが一回転する場合の回転角度に対する輝度値を（ａ）に記載し、呼吸周期の４周期半でガントリが一回転する場合の回転角度に対する輝度値を（ｂ）に記載している。そして、１回転目の呼吸周期の位相と２回転目の呼吸周期の位相とを連続で表示したものを左に示し、１回転目の回転角度に対する輝度値と２回転目の回転角度に対する輝度値とを重ねたものを右に示している。図１０に示すように、呼吸周期の４周期半でガントリが一回転する場合に１回転目の回転角度に対する輝度値と２回転目の回転角度に対する輝度値を重ねると逆位相となる。したがって、このような場合に透視画像データを補間すれば、効率よくＣＴ画像データを再構成することができることがわかる。本発明には、このような原理を応用している。

なお、上記の実施形態では、Ｘ線を照射したまま、一定の回転速度でガントリを回転させるが、輝度値がピークを示す角度範囲でＸ線照射を止めるようにＸ線管１６を制御することも可能である。その場合には、撮影条件算出部３８とガントリ制御ユニット１１が連動してＸ線照射のタイミングを制御する。たとえば輝度値がピークを示す角度範囲でスリットを閉じ、輝度値が低い角度範囲ではスリットを開ける制御を行う。

なお、上記の実施形態では、呼吸同期撮影装置が呼吸拍を周期的運動として呼吸同期に応じて撮影するが、心拍同期撮影装置が心拍を周期的運動として心拍同期信号に応じて撮影してもよい。その場合には、心拍同期撮影装置は、心臓の心房を周期的運動部位としてその領域を含む関心領域を設定し、算出した同期信号に応じて撮影を行う。これにより、心拍の影響を排した心臓のＣＴ撮影を行うことができる。また、脈拍やその他の周期的運動に対しても本発明は同様に適用可能である。

本発明に係る呼吸同期撮影装置の概略図である。 本発明に係る呼吸同期撮影装置のブロック図である。 横隔膜の領域を横断する線上のピクセルについて時間変化を表示する図である。 本発明に係る呼吸同期撮影装置の特徴的な動作を示すフローチャートである。 自動領域設定の動作を示すフローチャートである。 領域設定された透視画像を示す図である。 透視画像および呼吸同期信号のグラフを表示するウインドウを示す図である。 被検体の撮影の動作を示すフローチャートである。 ＣＴ画像データの再構成の動作を示すフローチャートである。 ＣＴ画像データを再構成する原理を表す図である。

符号の説明

１ 呼吸同期撮影装置（周期的運動の同期撮影装置）
２ 撮影部
５ 画像リコンＰＣ
６ 入力部
８ 表示部
１１ ガントリ制御ユニット
１２ ガントリ
１５ 回転アーム
１６ Ｘ線管
１７ 検出器
１８ アーム回転モータ
２１ 制御部
３１ データ取得部
３２ 記憶部
３３ 二値化部
３４ 臓器特定部
３５ 領域設定部
３６ 輝度値算出部（特徴量算出部）
３７ 周期算出部
３８ 撮影条件算出部
４１ 振幅算出部
４２ 振幅判定部
４３ 報知部
４５ データ再構成部
Ａ１−Ａ５ 空気の領域
ＲＯＩ 関心領域
Ｔ 呼吸の周期（周期的運動の周期）
Ｎ ガントリの回転数
τ_０ 標準のトリガ信号の周期
ω ガントリの回転速度
τ トリガ信号の周期

Claims (5)

1. ガントリを連続２回転させて行うＣＴ撮影により、トリガ信号を受けて回転角度ごとに被検体の透視画像データを撮影する周期的運動の同期撮影装置であって、
   前記被検体の透視画像データに基づき前記被検体の呼吸の同期信号を取得し、前記同期信号から呼吸の周期を算出する周期算出部と、
   前記算出された呼吸の周期から、前記ガントリの２回転目の回転角度に対する前記被検体の呼吸の位相が、前記ガントリの１回転目の回転角度に対する前記被検体の呼吸の位相に対して略逆位相となるように、前記ガントリの回転数に応じて前記ガントリの回転速度および前記トリガ信号の発信の周期を算出する撮影条件算出部と、
   前記算出された回転速度およびトリガ信号の周期で、ＣＴ撮影を行い、前記被検体の透視画像データを撮影する撮影部と、を備えることを特徴とする周期的運動の同期撮影装置。
2. 前記条件算出部は、前記呼吸の周期をＴ、前記ガントリの回転数をＮ＝２、標準のトリガ信号の周期をτ_０としたときに、以下の数式を満たすガントリの回転角速度ωおよびトリガ信号の周期τを算出することを特徴とする請求項１記載の周期的運動の同期撮影装置。
   
   
3. 前記ガントリを連続２回転させて撮影された被検体の透視画像データを取得するデータ取得部と、
   前記透視画像データ上で、前記被検体の呼吸による周期的運動部位の領域を含むように関心領域を設定する領域設定部と、
   前記取得された透視画像データに設定された関心領域内にわたり積算して得られる特徴量を算出する特徴量算出部と、
   所定のガントリの回転における前記特徴量がピークを示す角度範囲の透視画像データを、別のガントリの回転における前記角度範囲の透視画像データに置き換え、透視画像データ全体を再構成するデータ再構成部と、を更に備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の周期的運動の同期撮影装置。
4. 前記撮影部は、前記同期信号に基づいて、前記特徴量がピークを示す角度範囲でＸ線照射を止めることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の周期的運動の同期撮影装置。
5. ガントリを連続２回転させて行うＣＴ撮影により、トリガ信号を受けて回転角度ごとに被検体の透視画像データを撮影する周期的運動の同期撮影方法であって、
   前記被検体の透視画像データに基づき前記被検体の呼吸の同期信号を取得する信号取得ステップと、
   前記同期信号から呼吸の周期を算出する周期算出ステップと、
   前記算出された呼吸の周期から、前記ガントリの２回転目の回転角度に対する前記被検体の呼吸の位相が、前記ガントリの１回転目の回転角度に対する前記被検体の呼吸の位相に対して略逆位相となるように、前記ガントリの回転数に応じて前記ガントリの回転速度および前記トリガ信号の発信の周期を算出する撮影条件算出ステップと、
   前記算出された回転速度およびトリガ信号の周期で、ＣＴ撮影を行い、前記被検体の透視画像データを撮影する撮影ステップと、を備えることを特徴とする周期的運動の同期撮影方法。