JP7223572B2 - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置に関する。

Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置は最近、ＣＴ透視に用いられることがある。ＣＴ透視は、主スキャンに比べて低い管電流にもとづくＸ線を被検体に連続的に照射して、被検体の関心部位の画像をリアルタイムに生成するための撮影方法であり、たとえばバイオプシーのガイドのために利用される。

しかし、ＣＴ透視では、リアルタイム性を維持するために、画像生成に要する負荷が大きい。このため、たとえばスライス方向に複数列（たとえば３２０列など）のＸ線検出素子を有するいわゆる２次元アレイ型（マルチスライス型）のＸ線検出器を備えたＸ線ＣＴ装置を用いてＸ線ＣＴ透視を行う場合、全てのＸ線検出素子が出力するデータを用いるのではなく、一部の検出器列（たとえば４列など）のＸ線検出素子が出力するデータを用いて画像生成が行われる。このため、ＣＴ透視で生成される画像は厚みが薄く、厚み方向に穿刺針が移動する速度が大きいと、穿刺針を画像内に捕捉しつづけることが難しい。穿刺針を画像内に捕捉し続ける方法として寝台を移動させる方法が考えられるが、この方法では、寝台の移動を指示するためのユーザ操作が煩雑であるとともに、穿刺針の刺入中に被検体を動かすことになってしまい大変危険である。

特開２０１５－００２８４４号公報

本発明が解決しようとする課題は、画像生成用に架台装置からデータ出力させる検出器列を穿刺針の先端位置に基づいて制限することである。

実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線管と、Ｘ線検出器と、検出部と、特定部と、画像生成部とを備える。Ｘ線管は、被検体に照射するＸ線を発生する。Ｘ線検出器は、Ｘ線を検出する複数の検出素子が第１の列数分にわたって列方向に配列される。検出部は、被検体内に刺入される穿刺針の先端位置を検出する。特定部は、検出された先端位置に基づいて、第１の列数よりも少ない第２の列数の検出器列を特定する。画像生成部は、特定された第２の列数の検出器列が出力したデータに基づいて画像を生成する。

一実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の一構成例を示すブロック図。 架台装置のＸ線検出器の一構成例を示すブロック図。 Ｘ線ＣＴ装置のコンソール装置の処理回路のプロセッサによる実現機能例を説明するためのブロック図。 コンソール装置の処理回路のプロセッサにより、画像生成用に架台装置からデータ出力させる検出器列を穿刺針の先端の位置に基づいて制限する際の概略的な手順の一例を示すフローチャート。 被検体の左側側面から穿刺針の先端の位置と特定列との位置関係の一例を示す説明図。 図５に示す位置関係を被検体の上面から見た場合の例を示す説明図。 図６に示す例において、特定列の位置に応じてＸ線の照射範囲およびＸ線の照射主軸を変更する場合の例を示す説明図。 （ａ）は画像生成機能によってリアルタイムに生成される画像のディスプレイ４２への表示例を示す説明図、（ｂ）は他の例を示す説明図。 図８（ｂ）に示す例において、サジタル断層像とコロナル断層像に対してさらに穿刺針の先端の推定位置を示す画像を重畳する場合の例を示す説明図。

以下、図面を参照しながら、Ｘ線ＣＴ装置の実施形態について詳細に説明する。

図１は、一実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の一構成例を示すブロック図である。図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、架台装置１０と、寝台装置３０と、コンソール装置４０とを有する。

図２は、架台装置１０のＸ線検出器の一構成例を示すブロック図である。また、図３はＸ線ＣＴ装置１のコンソール装置４０の処理回路４５のプロセッサによる実現機能例を説明するためのブロック図である。

図１に示すように、本実施形態では、非チルト状態での回転フレーム１３の回転軸または寝台装置３０の天板３３の長手方向をｚ軸方向、ｚ軸方向に直交し、床面に対し水平である軸方向をｘ軸方向、ｚ軸方向に直交し、床面に対し垂直である軸方向をｙ軸方向とそれぞれ定義するものとする。

Ｘ線ＣＴ装置１には、Ｘ線管と検出器とが一体として被検体の周囲を回転するＲｏｔａｔｅ／Ｒｏｔａｔｅ－Ｔｙｐｅ（第３世代ＣＴ）、リング状にアレイされた多数のＸ線検出素子が固定され、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転するＳｔａｔｉｏｎａｒｙ／Ｒｏｔａｔｅ－Ｔｙｐｅ（第４世代ＣＴ）等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本実施形態へ適用可能である。以下の説明では、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１として第３世代のＲｏｔａｔｅ／Ｒｏｔａｔｅ－Ｔｙｐｅを採用する場合の例を示す。

架台装置１０は、Ｘ線管１１、Ｘ線検出器１２、撮影領域が内在する開口部１９を有する回転フレーム１３、高電圧装置１４、制御装置１５、ウェッジ１６、コリメータ１７、およびデータ収集回路（ＤＡＳ：Data Acquisition System）１８を有する。

Ｘ線管１１は、高電圧装置１４からの高電圧の印加により、陰極（フィラメント）から陽極（ターゲット）に向けて熱電子を照射することでＸ線を発生する真空管である。

なお、本実施形態においては、一管球型のＸ線ＣＴ装置にも、Ｘ線管と検出器との複数のペアを回転リングに搭載した、いわゆる多管球型のＸ線ＣＴ装置にも適用可能である。また、Ｘ線を発生させるハードウェアはＸ線管１１に限られない。たとえば、Ｘ線管１１に代えて、電子銃から発生した電子ビームを集束させるフォーカスコイルと、電磁偏向させる偏向コイルと、被検体Ｐの半周を囲い偏向した電子ビームが衝突することによってＸ線を発生させるターゲットリングとを含む第５世代方式を用いてＸ線を発生させることにしても構わない。

Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管１１から照射され、被検体Ｐを通過したＸ線を検出し、当該Ｘ線量に対応した電気信号をＤＡＳ１８へと出力する。Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管１１の焦点を中心として１つの円弧に沿ってチャネル方向に複数のＸ線検出素子が配列された複数のＸ線検出素子列を有する。また、Ｘ線検出器１２は、チャネル方向に複数のＸ線検出素子が配列されたＸ線検出素子列がスライス方向（列方向、ｒｏｗ方向）に複数（たとえば３２０列など）配列された構造を有する。

また、Ｘ線検出器１２は、たとえば、グリッドと、シンチレータアレイと、光センサアレイとを有する間接変換型の検出器である。シンチレータアレイは、複数のシンチレータを有し、シンチレータは入射Ｘ線量に応じた光子量の光を出力するシンチレータ結晶を有する。グリッドは、シンチレータアレイのＸ線入射側の面に配置され、散乱Ｘ線を吸収する機能を有するＸ線遮蔽板を有する。なお、グリッドはコリメータ（１次元コリメータまたは２次元コリメータ）と呼ばれる場合もある。光センサアレイは、シンチレータからの光量に応じた電気信号に変換する機能を有し、たとえば、光電子増倍管（フォトマルチプライヤー：ＰＭＴ）等の光センサを有する。

なお、Ｘ線検出器１２は、入射したＸ線を電気信号に変換する半導体素子を有する直接変換型の検出器であっても構わない。

また、図２に示すように、Ｘ線検出器１２は、複数のＸ線検出素子１２１からなる検出素子群１２ａと、スイッチ回路１２ｂと、スイッチ制御回路１２ｃとを有する。

スイッチ回路１２ｂは、各Ｘ線検出素子１２１からデータを取り出すか否かを、少なくともスライス方向の列ごとに切り替え可能に構成される。スイッチ回路１２ｂは、いわゆるアクティブマトリクス方式のようにＸ線検出素子１２１ごとにその近傍に設けられたスイッチ素子であってもよいし、Ｘ線検出素子１２１から離れた位置に設けられてもよい。

スイッチ制御回路１２ｃは、処理回路４５に制御されて、データを読み出すＸ線検出素子１２１を切り替えるようスイッチ回路１２ｂを制御する。具体的には、スイッチ制御回路１２ｃは、処理回路４５から指定されたスライス方向の列に属するＸ線検出素子１２１からのみデータを取り出し、指定されていないスライス方向の列に属するＸ線検出素子１２１からのデータを取り出さないように、スイッチ回路１２ｂを制御する。

回転フレーム１３は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２とを対向支持し、後述する制御装置１５によってＸ線管１１とＸ線検出器１２とを回転させる円環状のフレームである。なお、回転フレーム１３は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２に加えて、高電圧装置１４やＤＡＳ１８をさらに備えて支持する。なお、ＤＡＳ１８が生成した検出データは、回転フレーム１３に設けられた発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する送信機から光通信によって架台装置１０の非回転部分（たとえば固定フレーム、図示せず）に設けられた、フォトダイオードを有する受信機に送信され、コンソール装置４０へと転送される。なお、回転フレーム１３から架台装置１０の非回転部分への検出データの送信方法は、光通信に限らず、非接触型のデータ伝送であれば如何なる方式を採用しても構わない。また、図示しない固定フレームは回転フレーム１３を回転可能に支持するフレームである。

高電圧装置１４は、変圧器（トランス）および整流器等の電気回路を有し、Ｘ線管１１に印加する高電圧を発生する機能を有する高電圧発生装置と、Ｘ線管１１が照射するＸ線に応じた出力電圧の制御を行うＸ線制御装置とを有する。高電圧発生装置は、変圧器方式であってもよいし、インバータ方式であっても構わない。なお、高電圧装置１４は、回転フレーム１３に設けられてもよいし、架台装置１０の固定フレーム側に設けられても構わない。

制御装置１５は、制御基板に設けられたプロセッサと、記憶回路と、モータおよびアクチュエータ等の駆動機構とを有する。制御装置１５は、コンソール装置４０または架台装置１０に取り付けられた後述する入力インターフェース４３からの入力信号を受けて、架台装置１０および寝台装置３０の制御を行う機能を有する。たとえば、制御装置１５は、入力信号を受けて回転フレーム１３を回転させる制御や、架台装置１０をチルトさせる制御、ならびに寝台装置３０および天板３３を動作させる制御を行う。なお、架台装置１０をチルトさせる制御は、架台装置１０に取り付けられた入力インターフェースによって入力される傾斜角度（チルト角度）情報により、制御装置１５がＸ軸方向に平行な軸を中心に回転フレーム１３を回転させることによって実現される。なお、制御装置１５は架台装置１０に設けられてもよいし、コンソール装置４０に設けられても構わない。

ウェッジ１６は、Ｘ線管１１から照射されたＸ線量を調節するためのフィルタである。具体的には、ウェッジ１６は、Ｘ線管１１から被検体Ｐへ照射されるＸ線があらかじめ定められた分布になるように、Ｘ線管１１から照射されたＸ線を透過して減衰するフィルタである。たとえば、ウェッジ１６（ウェッジフィルタ（ｗｅｄｇｅ ｆｉｌｔｅｒ）、ボウタイフィルタ（ｂｏｗ－ｔｉｅ ｆｉｌｔｅｒ））は、所定のターゲット角度や所定の厚みとなるようにアルミニウムを加工したフィルタである。

コリメータ１７は、ウェッジ１６を透過したＸ線の照射範囲を絞り込むための鉛板等であり、複数の鉛板等の組み合わせによってスリットを形成する。コリメータ１７は、Ｘ線可動絞りの一例である。

図３に示すように、Ｘ線管１１、ウェッジ１６、およびコリメータ１７は、保持装置２０に保持される。保持装置２０は、Ｘ線管１１、ウェッジ１６、およびコリメータ１７のＸ線検出器１２に対する角度を一体的に変更可能なように、回転フレーム１３に取り付けられる。保持装置２０は、保持装置駆動機構２１に制御されて、Ｘ線検出器１２に対するＸ線管１１の管軸の角度を変更する。このとき、保持装置２０は、ＳＩＤを所定の距離に固定しつつＸ線検出器１２に対するＸ線管１１の管軸の角度を変更してもよい。また、保持装置２０は、Ｘ線管１１とコリメータ１７の相対位置や相対角度を可変に保持してもよい。

また、コリメータ１７は、コリメータ駆動機構２２に制御されて、Ｘ線の照射範囲を変更する。

ＤＡＳ１８（Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）は、Ｘ線検出器１２の各Ｘ線検出素子１２１から出力される電気信号に対して増幅処理を行う増幅器と、電気信号をアナログデジタル変換（ＡＤ変換）するＡ／Ｄ変換器とを有し、検出データを生成する。ＤＡＳ１８は、Ｘ線検出素子１２１からデータを受けるＩＶ変換器やＡＤ変換器などの信号処理回路を備えた複数の信号処理基板（以下、ＡＤ変換基板という）により構成された変換基板群を有する。ＤＡＳ１８が生成した検出データは、コンソール装置４０へと転送される。ＤＡＳ１８は、データ収集部の一例である。

寝台装置３０は、スキャン対象の被検体Ｐを載置、移動させる装置であり、基台３１と、寝台駆動装置３２と、天板３３と、支持フレーム３４とを備える。

基台３１は、支持フレーム３４を鉛直方向（ｙ方向）に移動可能に支持する筐体である。寝台駆動装置３２は、被検体Ｐが載置された天板３３を天板３３の長軸方向（ｚ方向）に移動するモータあるいはアクチュエータである。支持フレーム３４の上面に設けられた天板３３は、被検体Ｐが載置される板である。

なお、寝台駆動装置３２は、天板３３に加え、支持フレーム３４を天板３３の長軸方向（ｚ方向）に移動してもよい。また、寝台駆動装置３２は、寝台装置３０の基台３１ごと移動させてもよい。本発明を立位ＣＴに応用可能な場合は、天板３３に相当する患者移動機構を移動する方式であってもよい。

また、ヘリカルスキャン撮影や位置決め等のためのスキャノ撮影、多列検出器を利用したボリュームスキャンを複数の位置で行ういわゆるワイドボリュームスキャン撮影等、架台装置１０の撮影系と天板３３の位置関係の相対的な変更をともなう撮影を実行する場合は、当該位置関係の相対的な変更は天板３３の駆動によって行われてもよいし、架台装置１０の固定フレームの走行によって行われてもよく、またそれらの複合によって行われてもよい。

コンソール装置４０は、メモリ４１と、ディスプレイ４２と、入力インターフェース４３と、ネットワーク接続回路４４と、処理回路４５とを有する。なお、コンソール装置４０が単一のコンソールにて全ての機能を実行するものとして以下説明するが、これらの機能は複数のコンソールが実行してもよい。

メモリ４１は、たとえば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等の、プロセッサにより読み取り可能な記録媒体を含んだ構成を有する。また、メモリ４１は、たとえば、投影データや再構成画像データ、あらかじめ取得した被検体Ｐのボリュームデータなどを記憶する。被検体Ｐのボリュームデータは、Ｘ線ＣＴ装置１によって撮影されて生成されたものであってもよいし、他のモダリティで生成されて、ネットワークを介して当該他のモダリティから直接または画像サーバ等を介して間接的に取得されたものであってもよい。

なお、Ｘ線ＣＴ装置１が生成した投影データや再構成画像データは、メモリ４１に記憶されてもよいし、ネットワークを介してＸ線ＣＴ装置１と接続可能なクラウドサーバ等の他の電子機器が、Ｘ線ＣＴ装置１からの保存要求を受けて記憶してもよい。同様に、メモリ４１の記録媒体内のプログラムおよびテーブルなどのデータの一部または全部は、ネットワークを介した通信によりダウンロードされてもよいし、光ディスクなどの可搬型記憶媒体を介してメモリ４１に与えられてもよい。

ディスプレイ４２は、各種の情報を表示する。たとえば、ディスプレイ４２は、処理回路４５によって生成された医用画像（ＣＴ画像）や、ユーザからの各種操作を受け付けるためのＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等を出力する。たとえば、ディスプレイ４２は、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）ディスプレイイ、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイ等である。

入力インターフェース４３は、ユーザからの各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路４５に出力する。たとえば、入力インターフェース４３は、投影データを収集する際の収集条件や、ＣＴ画像を再構成する際の再構成条件、ＣＴ画像から後処理画像を生成する際の画像処理条件等をユーザから受け付ける。たとえば、入力インターフェース４３は、トラックボール、スイッチ、ボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行なうタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、および音声入力回路等により実現される。

ネットワーク接続回路４４は、ネットワークの形態に応じた種々の情報通信用プロトコルを実装する。ネットワーク接続回路４４は、この各種プロトコルに従ってＸ線ＣＴ装置１と画像サーバ等の他の機器とを接続する。この接続には、電子ネットワークを介した電気的な接続などを適用することができる。ここで電子ネットワークとは、電気通信技術を利用した情報通信網全般を意味し、無線／有線の病院基幹ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット網のほか、電話通信回線網、光ファイバ通信ネットワーク、ケーブル通信ネットワークおよび衛星通信ネットワークなどを含む。

処理回路４５は、メモリ４１に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、画像生成用に架台装置１０からデータ出力させる検出器列を穿刺針の先端の位置に基づいて制限するための処理を実行するプロセッサである。処理回路４５はまた、Ｘ線ＣＴ装置１の全体の動作を制御するプロセッサである。

続いて、処理回路４５のプロセッサによる実現機能例について説明する。

図３に示すように、処理回路４５のプロセッサは、スキャン制御機能４５１、先端位置検出機能４５２、検出器列特定機能４５３、傾き制御機能４５４、絞り制御機能４５５、および画像生成機能４５６を実現する。これらの各機能はそれぞれプログラムの形態でメモリ４１に記憶されている。

スキャン制御機能４５１は、架台装置１０を制御して、撮影プロトコルに従って撮影を実行させる。

先端位置検出機能４５２は、被検体Ｐ内に刺入される穿刺針５１の先端５２の位置を検出する。先端位置検出機能４５２は、検出部の一例である。

検出器列特定機能４５３は、先端位置検出機能４５２により検出された先端５２の位置に基づいて、Ｘ線検出器１２のスライス方向の列数（たとえば３２０列など）よりも少ない所定列数（たとえば４列など）の検出器列を特定する。以下、検出器列特定機能４５３により特定された検出器列を特定列６１、それ以外の検出器列を対象外列６２という。検出器列特定機能４５３は、特定部の一例である。

また、検出器列特定機能４５３は、架台装置１０からコンソール装置４０に対して、特定列６１に属するＸ線検出素子１２１のＸ線検出素子１２１の出力データのみを転送させ、対象外列６２に属するＸ線検出素子１２１の出力データは転送させないことが好ましい。架台装置１０からコンソール装置４０に対して特定列６１に属するＸ線検出素子１２１のＸ線検出素子１２１の出力データのみを転送させることにより、画像生成に係る処理負担を大幅に低減することができ、画像生成のリアルタイム性を向上させることができる。

傾き制御機能４５４は、Ｘ線管１１によるＸ線の照射主軸が特定列６１に向くように、特定列６１の位置に応じて、Ｘ線検出器１２に対するＸ線管１１の角度を変更するよう保持装置駆動機構２１を介して保持装置２０を制御する。傾き制御機能４５４は、傾き制御部の一例である。

絞り制御機能４５５は、特定列６１にのみＸ線管１１からＸ線が照射されるように、特定列６１の位置に応じて、コリメータ駆動機構２２を介してコリメータ１７を制御する。絞り制御機能４５５は、絞り制御部の一例である。

画像生成機能４５６は、特定列６１に属するＸ線検出素子１２１が出力したデータに基づいて画像を生成する。具体的には、画像生成機能４５６は、Ｘ線管１１を回転させながら撮影を行うことで特定列６１に属するＸ線検出素子１２１が出力したデータに基づいて再構成処理を行うことにより、穿刺針５１の先端５２を含む被検体Ｐの断層像を生成してディスプレイ４２に表示させる。また、画像生成機能４５６は、Ｘ線管１１を固定して撮影を行うことで特定列６１に属するＸ線検出素子１２１が出力したデータに基づいて、投影画像を生成してディスプレイ４２に表示させてもよい。特定列６１にもとづく投影画像は、幅が狭い画像ではあるものの穿刺針５１の先端５２の確認には有用である。

次に、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の動作の一例について説明する。

図４は、コンソール装置４０の処理回路４５のプロセッサにより、画像生成用に架台装置１０からデータ出力させる検出器列を穿刺針５１の先端５２の位置に基づいて制限する際の概略的な手順の一例を示すフローチャートである。図４において、Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。

また、図５は、被検体Ｐの左側側面から穿刺針５１の先端５２の位置と特定列６１との位置関係の一例を示す説明図である。また、図６は、図５に示す位置関係を被検体Ｐの上面から見た場合の例を示す説明図である。

図４に示す手順は、ＣＴ透視の開始が指示されてスタートとなる。

まず、ステップＳ１において、先端位置検出機能４５２は、被検体Ｐ内に刺入される穿刺針５１の先端５２の位置を検出する（図５、図６参照）。

穿刺針５１の先端５２の位置検出方法としては、２台の光学カメラを用いる方法（たとえば特開２０１７－０８６８１９号公報参照）、超音波診断装置と超音波診断装置で撮影可能な穿刺針を用いる方法、ＣＴ値にもとづいてＣＴ透視像から検出する方法、磁気センサなどの位置センサを用いる方法など、従来各種のものが知られており、これらのうち任意のものを使用することが可能である。また、これらの方法の複数を利用し、結果の平均位置を用いてもよい。また、先端位置検出機能４５２は、これらの方法によって、穿刺針５１の先端５２の位置のみならず、穿刺針５１の全体の位置を検出することが可能である。また、先端位置検出機能４５２は、少なくとも２つの時点での先端５２の位置にもとづいて、先端５２の移動向き（刺入角度）および移動速度を容易に求めることができる。

次に、ステップＳ２において、検出器列特定機能４５３は、先端位置検出機能４５２により検出された先端５２の位置に基づいて、先端５２の位置に対応する検出器列を特定列６１として特定する。この結果、特定列６１以外の検出器列である対象外列６２も付随的に決定される。

たとえば、検出器列特定機能４５３は、Ｘ線管１１の焦点と、先端５２とを結んだ仮想直線７１と交わるスライス方向検出器列を特定列６１とするとよい。このとき、検出器列特定機能４５３は、さらに、この特定列６１の両側に連続する検出器列を特定列６１とする。

このとき、両側とも同数の検出器列を特定列６１に設定してもよい。たとえば特定列６１として特定する所定列数が５列のとき、先端５２が移動していく側に２列、反対側に２列、仮想直線７１と交わる検出器列の１列の計５列としてもよい。また、穿刺針５１が移動していく側をより危険な領域とみなして広い表示領域を確保するように、先端５２が移動していく側のほうが反対側よりも多くなるように特定列６１を設定してもよい。この場合、たとえば特定列６１のとして特定する所定列数が８列であれば、先端５２が移動していく側に５列、反対側に２列、仮想直線７１と交わる検出器列の１列の計８列とするとよい。

次に、ステップＳ３において、画像生成機能４５６は、特定列６１に属するＸ線検出素子１２１が出力したデータに基づいて穿刺針５１の先端５２の位置を含む断層像または透視画像をリアルタイムに生成し、ディスプレイ４２に表示させる。

このとき、画像生成機能４５６は、特定列６１に属するＸ線検出素子１２１が出力したデータのみを受け取る一方、対象外列６２に属するＸ線検出素子１２１の出力データは受け取らないことが好ましい。そこで、検出器列特定機能４５３は、架台装置１０からコンソール装置４０に対して、特定列６１に属するＸ線検出素子１２１のＸ線検出素子１２１の出力データのみを転送させ、対象外列６２に属するＸ線検出素子１２１の出力データは転送させないよう、架台装置１０を制御するとよい。

この制限方法には３通りある。第１の制限方法は、スイッチ制御回路１２ｃを制御することにより、検出素子群１２ａからの出力を制限する方法である。第１の制限方法では、検出器列特定機能４５３は、特定列６１に属するＸ線検出素子１２１のＸ線検出素子１２１の出力データのみを取り出すように、スイッチ制御回路１２ｃを介してスイッチ回路１２ｂを制御する。

第２の制限方法は、ＤＡＳ１８を構成する変換基板群のうち、特定列６１に対応するＡＤ変換基板のみを動作させる方法である。変換基板群の各ＡＤ変換基板は、通常の起動状態、待機状態、停止状態のいずれかの動作状態で動作するよう、これらの状態間遷移を検出器列特定機能４５３に制御される。通常の起動状態は、Ｘ線検出素子１２１の出力信号にアナログデジタル変換（ＡＤ変換）動作を施す動作および処理後の信号を出力する動作などをおこなう状態である。待機状態は、少なくとも処理後の信号を出力する動作を停止する状態である。休止状態は、給電が停止されて全ての動作が停止する状態である。第２の制限方法では、検出器列特定機能４５３は、特定列６１に対応するＡＤ変換基板のみを通常の起動状態とし、それ以外のＡＤ変換基板を待機状態または停止状態とする。なお、特定列６１に属するＸ線検出素子１２１と対象外列６２に属するＸ線検出素子１２１の両方に兼用されるＡＤ変換基板がある場合は、当該基板は特定列６１に対応するＡＤ変換基板として通常の起動状態とする。

第３の制限方法は、第１の制限方法と第２の制限方法を組み合わせた方法である。第３の制限方法では、検出器列特定機能４５３は、特定列６１に属するＸ線検出素子１２１のＸ線検出素子１２１の出力データのみを取り出すように、スイッチ制御回路１２ｃを介してスイッチ回路１２ｂを制御するとともに、特定列６１に対応するＡＤ変換基板のみを通常の起動状態としつつそれ以外のＡＤ変換基板を待機状態または停止状態とする。

第１～第３の制限方法のいずれかの方法によって架台装置１０から画像生成機能４５６に与えられたデータに基づいて、画像生成機能４５６は、特定列６１に属するＸ線検出素子１２１が出力したデータのみに基づいて穿刺針５１の先端５２の位置を含む断層像または透視画像をリアルタイムに生成する。なお、第２の制限方法を用いた場合であってＡＤ変換基板のそれぞれに複数のＸ線検出素子１２１が割り当てられている場合には対象外列６２に属するＸ線検出素子１２１の出力データが画像生成機能４５６に与えられることがあるが、この場合でも、画像生成機能４５６は、特定列６１に属するＸ線検出素子１２１が出力したデータのみに基づいて穿刺針５１の先端５２の位置を含む断層像または透視画像をリアルタイムに生成する。

そして、ユーザにより入力インターフェース４３を介してＣＴ透視撮影の終了指示があった場合などＣＴ透視を終了すべき場合は（ステップＳ４のＹＥＳ）、一連の手順は終了となる。

一方、ＣＴ透視を続行すべき場合は（ステップＳ４のＮＯ）、ステップＳ１に戻り、先端位置検出機能４５２によって再び穿刺針５１の先端５２の位置が検出される。

以上の手順により、画像生成用に架台装置１０からデータ出力させる検出器列を穿刺針５１の先端５２の位置に基づいて制限することができる。

なお、図４の処理が繰り返されるタイミング（２回目以降のステップＳ１が実行されるタイミング）は、あらかじめ設定されたフレームレートごとであってもよいし、先端位置検出機能４５２が穿刺針５１の移動を検出するごとであってもよい。

本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１は、ＣＴ透視におけるリアルタイムな画像生成に用いられる必要最小限なデータのみを架台装置１０からコンソール装置４０に対して転送させることができる。このため、画像生成に係る処理負担を大幅に低減することができ、画像生成のリアルタイム性を向上させることができる。また、非常に低い通信データ量によって、あたかも大量な通信データ量を必要とするボリュームデータにもとづいて移動する先端５２の位置に応じた断層像をめくっていくような画像を、容易にユーザに提供することができる。

また、図５および図６に示すように、Ｘ線検出器１２のスライス方向の最大列数（たとえば３２０列など）の幅の範囲内であれば、天板３３を動かすことなく、ＣＴ透視でリアルタイムに生成される薄い断層像に常に穿刺針５１の先端５２の画像を含ませることができる。このため、天板３３を移動させることで穿刺針５１の先端５２の位置に断層像を追従させる場合に比べ、ユーザ操作が不要であるためにユーザの負担が大幅に低減可能であるとともに、穿刺針５１の刺入中に被検体Ｐを動かすことによる危険を未然に防ぐことができる。

なお、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１は、図４の手順のように穿刺針５１の先端５２の位置に追従するように画像を生成する追従モードと、追従を行わない通常モードと、のいずれで動作するかを選択可能であってもよい。この場合、たとえばモード切替ボタン等の指示受付用のソフトキーをディスプレイ４２に表示させ、このキーに対する入力によってモードを切り替えてもよい。この場合、たとえばユーザは、手技の開始前には通常モードで穿刺針５１を操作し、薄い断層像内に先端５２が入ったことを確認してから、追従モードに変更して手技を開始し、図４の手順がスタートとなってもよい。また、この場合、通常モードにおいて生成される断層像に対応する検出器列は、たとえばあらかじめ撮影された広範囲のスキャノ像にもとづいて入力インターフェース４３を介してユーザにより設定されてもよい。

図７は、図６に示す例において、特定列６１の位置に応じてＸ線の照射範囲１１ａおよびＸ線の照射主軸１１ｂを変更する場合の例を示す説明図である。

Ｘ線の照射範囲１１ａおよびＸ線の照射主軸１１ｂの少なくとも一方は、特定列６１の位置に応じて変更されてもよい。図７には、Ｘ線の照射範囲１１ａおよびＸ線の照射主軸１１ｂの両者が特定列６１の位置に応じて変更される場合の例を示した。

上述の通り、本実施形態に係る画像生成機能４５６は特定列６１に属するＸ線検出素子１２１が出力したデータのみにもとづいて画像を生成する。このため、対象外列６２に照射されるＸ線は無駄であり、被検体Ｐに余計な被ばくを強いることになるといえる。そこで、絞り制御機能４５５は、特定列６１にのみＸ線管１１からＸ線が照射されるように、特定列６１の位置に応じて、コリメータ駆動機構２２を介してコリメータ１７を制御するとよい。

また、特定列６１は、穿刺針５１の先端５２の移動とともに変わっていく。一般に、Ｘ線検出器１２の位置のうち、Ｘ線管１１の焦点の中心に正対する位置に比べ、Ｘ線管１１の中心の正面の位置から離れた位置では、画像の歪みが大きくなってしまうことが知られている。そこで、傾き制御機能４５４は、Ｘ線管１１によるＸ線の照射主軸１１ｂが特定列６１に向くように、特定列６１の位置に応じて、Ｘ線検出器１２に対するＸ線管１１の角度を変更するよう保持装置駆動機構２１を介して保持装置２０を制御するとよい。このとき、Ｘ線の照射主軸１１ｂが特定列６１の中心に向くことが好ましいが、保持装置２０の可動域の限界によってそれが難しい場合は、Ｘ線の照射主軸１１ｂが特定列６１の中心にできるだけ近づくように保持装置２０を傾けるとよい。

図８（ａ）は画像生成機能４５６によってリアルタイムに生成される画像のディスプレイ４２への表示例を示す説明図であり、（ｂ）は他の例を示す説明図である。

図８（ａ）および（ｂ）には、画像生成機能４５６が再構成処理によって被検体Ｐのアキシャル断層像８１をリアルタイムに表示させる場合の例を示した。アキシャル断層像８１には、穿刺針５１の先端５２の画像が含まれる。

被検体Ｐのアキシャル断層像８１をリアルタイムに表示させる場合、図８（ａ）に示すようにアキシャル断層像８１のみを表示させてもよい。

また、図８（ｂ）に示すように、アキシャル断層像８１を１画像とする直交３断面像をディスプレイ４２に表示してもよい。直交３断面像を表示させる場合は、画像生成機能４５６は、あらかじめ取得した被検体Ｐのボリュームデータにもとづいて、アキシャル断層像８１に対応するサジタル断層像９１とコロナル断層像９２を生成する。ディスプレイ４２に表示されるアキシャル断層像８１は、リアルタイムに更新されていく。一方サジタル断層像９１とコロナル断層像９２は、初期画像のままとしてもよいし、先端５２の移動に応じて変わったアキシャル断層像８１に対応する画像となるように、画像生成機能４５６がボリュームデータを再度レンダリング処理することで更新されてもよい。

図９は、図８（ｂ）に示す例において、サジタル断層像９１とコロナル断層像９２に対してさらに穿刺針５１の先端５２の推定位置を示す画像５２ａを重畳する場合の例を示す説明図である。

あらかじめ取得した被検体Ｐのボリュームデータから生成されるサジタル断層像９１とコロナル断層像９２には、穿刺針５１とその先端５２の画像は含まれない（図８（ｂ）参照）。そこで、画像生成機能４５６は、先端位置検出機能４５２により検出された先端５２の位置に基づいて、サジタル断層像９１とコロナル断層像９２のそれぞれにおける穿刺針５１の先端５２の位置を推定して、先端５２の推定位置を示す画像５２ａをサジタル断層像９１とコロナル断層像９２のそれぞれに重畳するとよい（図９参照）。また、先端位置検出機能４５２から穿刺針５１の全体の位置が与えられる場合は、画像生成機能４５６は、サジタル断層像９１とコロナル断層像９２のそれぞれにおける穿刺針５１の全体の位置を推定して、穿刺針５１の全体の推定位置を示す画像５１ａをサジタル断層像９１とコロナル断層像９２のそれぞれに重畳してもよい。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、画像生成用に架台装置１０からデータ出力させる検出器列を穿刺針５１の先端５２の位置に基づいて制限することができる。

なお、上記実施形態において、「プロセッサ」という文言は、たとえば、専用または汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、または、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（たとえば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、およびＦＰＧＡ）等の回路を意味するものとする。プロセッサは、記憶媒体に保存されたプログラムを読み出して実行することにより、各種機能を実現する。

また、上記実施形態では処理回路の単一のプロセッサが各機能を実現する場合の例について示したが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサが各機能を実現してもよい。また、プロセッサが複数設けられる場合、プログラムを記憶する記憶媒体は、プロセッサごとに個別に設けられてもよいし、１つの記憶媒体が全てのプロセッサの機能に対応するプログラムを一括して記憶してもよい。

なお、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同様に、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。

１ Ｘ線ＣＴ装置
１１ Ｘ線管
１１ａ 照射範囲
１１ｂ 照射主軸
１２ Ｘ線検出器
１２ａ 検出素子群
１２ｂ スイッチ回路
１２ｃ スイッチ制御回路
１７ コリメータ
２０ 保持装置
２１ 保持装置駆動機構
２２ コリメータ駆動機構
４２ ディスプレイ
４５ 処理回路
５１ 穿刺針
５１ａ 穿刺針の全体の位置を示す画像
５２ 穿刺針の先端
５２ａ 穿刺針の先端の推定位置を示す画像
６１ 特定列
６２ 対象外列
７１ 仮想直線
８１ アキシャル断層像
９１ サジタル断層像
９２ コロナル断層像
１２１ Ｘ線検出素子
４５２ 先端位置検出機能
４５３ 検出器列特定機能
４５４ 傾き制御機能
４５５ 絞り制御機能
４５６ 画像生成機能

Claims (7)

1. 被検体に照射するＸ線を発生するＸ線管と、
   前記Ｘ線を検出する複数の検出素子が第１の列数分にわたって列方向に配列され、前記複数の検出素子で検出された検出信号を出力するＸ線検出器であって、前記列方向に応じて前記検出信号を選択するためのスイッチ回路と前記スイッチ回路を制御する制御回路とを少なくとも具備するＸ線検出器と、
   前記Ｘ線検出器から出力される複数の検出信号を受けて、少なくともアナログデジタル変換処理を施して出力する複数のＡＤ変換基板を有するデータ収集部、と
   前記被検体内に刺入される穿刺針の先端位置を検出する検出部と、
   検出された前記先端位置に基づいて、前記第１の列数よりも少ない第２の列数の検出器列を特定する特定部と、
   特定された前記第２の列数の検出器列が出力したデータに基づいて画像を生成する画像生成部と、
   を備え、
   前記ＡＤ変換基板は、アナログデジタル変換処理を施して出力する起動状態と、少なくともアナログデジタル変換処理後のデータの出力を停止する待機状態と、給電が停止されて全ての動作が停止する休止状態と、を有し、
   前記特定部は、
   前記Ｘ線検出器からは、前記第１の列数分の信号が出力されるように前記制御回路を制御する一方、
   前記データ収集部からは、前記第２の列数の検出器列に対応する前記ＡＤ変換基板を前記起動状態とし、前記第２の列数の検出器列に対応しない前記ＡＤ変換基板を前記待機状態とすることで、前記第２の列数の検出器列に対応するデータが出力されるように前記データ収集部を制御する、
   Ｘ線ＣＴ装置。
2. 前記特定部は、
   前記特定された前記第２の列数の検出器列に属する検出素子からのみデータを取り出すよう前記Ｘ線検出器の前記制御回路を制御する、
   請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 被検体に照射するＸ線を発生するＸ線管と、
   前記Ｘ線を検出する複数の検出素子が第１の列数分にわたって列方向に配列されたＸ線検出器と、
   前記被検体内に刺入される穿刺針の先端位置を検出する検出部と、
   検出された前記先端位置に基づいて、前記第１の列数よりも少ない第２の列数の検出器列を特定する特定部と、
   特定された前記第２の列数の検出器列が出力したデータに基づいて画像を生成する画像生成部と、
   前記Ｘ線管によるＸ線の照射主軸が前記特定された前記第２の列数の検出器列に向くように、前記特定された前記第２の列数の検出器列の位置に応じて前記Ｘ線検出器に対する前記Ｘ線管の角度を変更する傾き制御部と、
   を備えるＸ線ＣＴ装置。
4. 前記Ｘ線管から照射されるＸ線の照射範囲を調整するＸ線可動絞りと、
   前記特定された前記第２の列数の検出器列にのみ前記Ｘ線管からＸ線が照射されるように、前記特定された前記第２の列数の検出器列の位置に応じて前記Ｘ線可動絞りを制御する絞り制御部と、
   をさらに備えた請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記画像生成部は、
   前記特定された前記第２の列数の検出器列が出力したデータに基づいて再構成処理を行うことにより、前記穿刺針の先端を含む前記被検体の断層像を生成する、
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記画像生成部は、
   前記断層像を１画像とする直交３断面像をディスプレイに表示可能なように、あらかじめ取得した前記被検体のボリュームデータにもとづいて、前記断層像に直交する２つの断層像を生成する、
   請求項５記載のＸ線ＣＴ装置。
7. 前記画像生成部は、
   前記検出された前記先端位置に基づいて、前記断層像に直交する２つの断層像のそれぞれにおける前記穿刺針の先端位置を推定して、推定した位置を示す画像を前記断層像に直交する２つの断層像のそれぞれに重畳する、
   請求項６記載のＸ線ＣＴ装置。
   

Images