JP2011206249A - 放射線画像撮影方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】診断効率の低下を招くことなく、被験者の体動によって発生するアーチファクトなどの影響を適切に抑制し、より診断に適した再構成画像を提供する。
【解決手段】放射線画像検出器を被写体の周りを周回させることによって、所定の回転角度毎の放射線画像信号を取得し、その回転角度毎の放射線画像信号に基づいて被写体の３次元の再構成画像を生成する放射線画像撮影装置おいて、被写体の体動を検出し、その検出した体動に基づいて再構成画像のボクセル解像度を下げる。
【選択図】図４

Description

本発明は、放射線画像検出器を被写体の周りを周回させることによって、所定の回転角度毎の放射線画像信号を取得し、その回転角度毎の放射線画像信号に基づいて被写体の３次元の再構成画像を生成する放射線画像撮影方法および装置に関するものである。

従来、放射線源と放射線画像検出器とを被験者を中心として対向させて配置し、これらの組を被験者を中心として周回させて、様々な角度から放射線を照射して放射線画像を撮像し、その各角度の放射線画像を用いて断層画像を再構成して任意断面を表示する放射線ＣＴ画像撮影システムが臨床で広く利用されている。

ここで、放射線ＣＴ画像撮影システムにおいては、上述したように複数の角度から放射線を照射して角度毎の放射線画像を撮影するため、全ての放射線画像を取得し終わるまでにある程度の時間を要する。

しかしながら、この撮影時間の間に被験者が動いてしまった場合、放射線ＣＴ画像を再構成した際にアーチファクトが生じる問題がある。また、被験者の呼吸や心拍などによってもモーションアーチファクトが発生する問題がある。

そこで、たとえば、特許文献１においては、たとえば、被験者にセンサを設置して呼吸の振幅および頻度を求め、その結果に基づいて画像処理ユニットにおいて、再構成画像のモーションアーチファクトを最小限に抑える補正計算を行うことが提案されている。

特開２００８−７３５２３号公報 特開昭５９−２００６３４号公報

しかしながら、特許文献１には、モーションアーチファクトを補正することが提案されているが、その具体的な補正方法については何の提案もなされておらず、たとえば、補正方法として複雑な計算処理を行ったのでは、再構成画像を生成し表示するまでに時間がかかってしまい診断効率の低下を招くことになる。

本発明は、上記の事情に鑑み、診断効率の低下を招くことなく、被験者の体動によって発生するアーチファクトなどの影響を適切に抑制することができ、より診断に適した再構成画像を提供することができる放射線画像撮影方法および装置を提供することを目的とする。

本発明の放射線画像撮影方法は、被写体を透過した放射線の照射を受けて電荷を発生し、被写体の放射線画像を表す放射線画像信号を出力する放射線画像検出器を被写体の周りを周回させることによって、所定の回転角度毎の放射線画像信号を取得し、その回転角度毎の放射線画像信号に基づいて被写体の３次元の再構成画像を生成する放射線画像撮影方法において、被写体の体動を検出し、その検出した体動に基づいて、再構成画像のボクセル解像度を下げることを特徴とする。

本発明の放射線画像撮影装置は、被写体を透過した放射線の照射を受けて電荷を発生し、被写体の放射線画像を表す放射線画像信号を出力する放射線画像検出器と、放射線画像検出器を被写体の周りを周回させる回転駆動部と、所定の回転角度毎の放射線画像信号を取得し、その回転角度毎の放射線画像信号に基づいて被写体の３次元の再構成画像を生成する再構成部とを備えた放射線画像撮影装置において、被写体の体動を検出する体動検出部と、再構成部が、体動検出部により検出された体動に基づいて、再構成画像のボクセル解像度を下げるものであることを特徴とする。

また、上記本発明の放射線画像撮影装置においては、再構成部を、体動検出部により検出された体動の大きさが所定の閾値以上の場合に、再構成画像のボクセル解像度を下げるものとすることができる。

また、再構成部を、体動検出部により検出された体動の大きさが１ボクセル以上の場合に、再構成画像のボクセル解像度を下げるものとすることができる。

また、再構成部を、体動検出部により検出された体動の方向のうち、体動の大きさが所定の閾値以上である方向についてのみボクセル解像度を下げるものとすることができる。

本発明の放射線画像撮影方法および装置によれば、放射線画像検出器を被写体の周りを周回させることによって、所定の回転角度毎の放射線画像信号を取得し、その回転角度毎の放射線画像信号に基づいて被写体の３次元の再構成画像を生成する放射線画像撮影方法および装置において、被写体の体動を検出し、その検出した体動に基づいて、再構成画像のボクセル解像度を下げるようにしたので、複雑な計算処理を行うことなく、被験者の体動によって発生するアーチファクトなどの影響を適切に抑制することができ、より診断に適した再構成画像を提供することができる。

また、上記放射線画像撮影方法および装置において、検出した体動の方向のうち、体動の大きさが所定の閾値以上である方向についてのみボクセル解像度を下げるようにした場合には、体動のない方向についてまで無駄にボクセル解像度を下げてコントラスの低下を招くことなく、アーチファクトの影響を適切に抑制することができる。

本発明の放射線画像撮影装置の一実施形態を用いた放射線ＣＴ画像撮影システムの概略構成図 本発明の放射線画像撮影装置の一実施形態を用いた放射線ＣＴ画像撮影システムにおける放射線検出部とコンピュータの内部構成を示すブロック図 加速度センサが設置された被験者を示す図 本発明の放射線画像撮影装置の一実施形態の作用を説明するためのフローチャート 再構成画像の信号強度分布の０点幅および半値幅を説明するための図 被写体のずれに応じたｕ軸オフセット量に対する再構成画像の信号強度分布の０点幅および半値幅の変化を測定した結果を示す図 ｕ軸オフセット量を説明するための図 被写体に２ボクセルから１６ボクセルの振動を与えた際の再構成画像のシミュレーション結果を示す図 被写体に振動を与えなかった場合の再構成画像のシミュレーション結果を示す図 被験者の移動の一例を示す図 ｚ方向の正の方向についてのみボクセル解像度を下げた場合の一例を示す図 ｚ方向の正方向とｘ方向およびｙ方向の正と負の方向についてボクセル解像度を下げた場合の一例を示す図

以下、図面を参照して本発明の放射線画像撮影装置の一実施形態を用いた放射線ＣＴ画像撮影システムについて説明する。まず、本放射線ＣＴ画像撮影システム全体の概略構成について説明する。図１は、本放射線ＣＴ画像撮影システムの概略構成を示す図である。

本放射線ＣＴ画像撮影システムは、図１に示すように、被験者Ｐの放射線画像の撮影を行なう撮影装置１と、被験者Ｐを支持するための支持台であるベッド２２と、撮影装置１に接続され、撮影装置１の制御を行うとともに、撮影により得られた放射線画像信号の処理を行うコンピュータ３０と、このコンピュータ３０に接続されたモニタ３１と、被験者Ｐの体動を検出する体動検出部４０とを備えている。

撮影装置１は、円錐状の放射線を射出する放射線源１０、放射線源１０から射出された放射線を検出する放射線検出部１１、放射線源１０および放射線検出部１１が端部にそれぞれ対向して設けられ、これらを保持するＣアーム１２と、このＣアーム１２を回転させる回転駆動部１５と、回転駆動部１５を保持するアーム２０と備えている。

Ｃアーム１２は、回転駆動部１５に対して、回転軸Ｃの周りに３６０°回転可能に取り付けられている。また、アーム２０は可動部２０ａを備えるとともに、天井に対して移動可能に設置された基部２１に保持されている。そして、Ｃアーム１２は、基部２１を移動させることによって撮影室内において広範の位置に移動可能であるとともに、アーム２０の可動部２０ａを可動させることによって回転方向（回転軸角度）も変更可能に構成されている。

放射線源１０と放射線検出部１１とは回転軸Ｃを間に挟んで対向配置されており、放射線ＣＴ画像撮影を行うときには、回転軸Ｃ、放射線源１０、放射線検出部１１の互いの位置関係は固定された状態で、Ｃアーム１２が回転駆動部１５によって３６０°回転させられる。

図２に、放射線検出部１１とコンピュータ３０の内部の概略構成を示すブロック図を示す。

放射線検出部１１は、図２に示すように、被験者Ｐを透過した放射線の照射を受けて電荷を発生し、被験者Ｐの放射線画像を表す放射線画像信号を出力する放射線画像検出器１１ａと、放射線画像検出器１１ａから出力された放射線画像信号に対して所定の信号処理を施す信号処理部１１ｂとを備えている。

放射線画像検出器１１ａは、放射線画像の記録と読出しを繰り返して行うことができるものであり、放射線の照射を直接受けて電荷を発生する、いわゆる直接型の放射線画像検出器を用いてもよいし、放射線を一旦可視光に変換し、その可視光を電荷信号に変換する、いわゆる間接型の放射線画像検出器を用いるようにしてもよい。また、放射線画像信号の読出方式としては、ＴＦＴ（thin film transistor）スイッチをオン・オフされることによって放射線画像信号が読みだされる、いわゆるＴＦＴ読出方式のものを用いることが望ましいが、これに限らずその他のものを用いるようにしてもよい。

信号処理部１１ｂは、放射線画像検出器１１ａから読み出された電荷信号を電圧信号に変換するチャージアンプなどからなるアンプ部や、アンプ部から出力された電圧信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部などを備えている。

コンピュータ３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）および半導体メモリやハードディスクやＳＳＤ等のストレージデバイスなどを備えており、これらのハードウェアによって、再構成部３０ａ、表示信号生成部３０ｂ、体動取得部３０ｃ、および撮影制御部３０ｄが構成されている。

再構成部３０ａは、各撮影角度の放射線画像信号に基づいて、被験者Ｐの３次元の放射線画像を表す放射線ＣＴ画像信号を再構成するものである。ここで、再構成部３０ａは、体動取得部３０ｃにおいて取得された被験者Ｐの体動に基づいて、再構成画像を生成する際のボクセル解像度を変更するものである。その作用については後で詳述する。

表示信号生成部３０ｂは、再構成部３０ａから出力された放射線ＣＴ画像信号に基づいて表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ３１に出力するものである。

体動取得部３０ｃは、体動検出部４０により取得された体動を表す信号を取得し、その信号に基づいて体動情報を再構成部３０ａに出力するものである。

撮影制御部３０ｄは、回転駆動部１５によるＣアーム１２の回転の速度と、放射線源１０から射出される放射線の照射タイミングとを駆動制御するものである。

体動検出部４０は、被験者Ｐの体動を検出するものであり、具体的には、本実施形態においては加速度センサ４０ａ〜４０ｄを用いる。加速度センサ４０ａ〜４０ｄは、たとえば、図３に示すように、被験者Ｐの体の中心軸に対して対象な位置関係となるように設置される。なお、本実施形態においては、被験者Ｐの体動を検出するものとして加速度センサを用いるようにしたが、これに限らず如何なるものを用いてもよく、たとえば、赤外線センサなどのその他のセンサや、レーザー変位計や、もしくは被験者Ｐをカメラなどで撮影した画像に基づいて被験者Ｐの体動を検出するようにしてもよい。また、体内における心臓の拍動や血管の脈動を検出する場合には、超音波センサなどを用いるようにしてもよい。

次に、本放射線ＣＴ画像撮影システムの作用について、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、被験者Ｐをベッド２２上に横たわらせ、被験者Ｐの体の略中心を回転軸Ｃとして、この回転軸Ｃを挟んで放射線源１０と放射線検出部１１とが対称位置に配されるようにＣアーム１２の位置決めが行なわれる。Ｃアーム１２の移動は、撮影者によるコンピュータ３０の操作に基づいて行なわれる。

そして、コンピュータ３０において撮影者によって撮影部位などの撮影条件が入力される（Ｓ１０）。そして、操作者により撮影開始指示が入力されると、撮影制御部３０ｄは、上述したように設定入力された撮影条件に基づいて、放射線の照射線量の条件およびＣアーム１２の回転速度の条件などを取得し、その照射線量の条件に応じた制御信号を放射線源１０に出力するとともに、回転速度の条件に応じた制御信号をＣアーム１２を駆動する回転駆動部１５に出力する。

そして、これらの制御信号に基づいて放射線源１０と回転駆動部１５が駆動制御されて被験者Ｐの放射線画像の撮影が行なわれる（Ｓ１２）。具体的には、入力された制御信号に基づいて回転駆動部１５によってＣアーム１２が回転させられ、被験者Ｐを通る回転軸Ｃの回りに放射線源１０と放射線検出部１１とが一体的に回転させられるとともに、入力された制御信号に基づいて放射線源１０から放射線が射出される。

そして、Ｃアーム１２の所定の回転角度毎に、被験者Ｐを通った円錐状放射線の放射線画像検出器１１ａへの曝射と放射線画像検出器１１ａに記録された電荷信号の読出しとが行われ、被験者Ｐを互いに異なる角度から撮影した複数の放射線画像信号が順次読み出される。

そして、上述したようにした読み出された放射線画像信号は、信号処理部１１ｂのアンプ部において電圧信号に変換され、ＡＤ変換部においてデジタル信号に変換された後、コンピュータ３０の再構成部３０ａに出力される。

一方、上述したような被験者Ｐの放射線画像の撮影の間に、被験者Ｐに設置された加速度センサ４０ａ〜４０ｄによって被験者Ｐの体動が検出される。具体的には、加速度センサ４０ａ〜４０ｄにはそれぞれｘ方向、ｙ方向およびｚ方向が予め設定されており、それぞれの方向についての被験者Ｐの移動量が各センサによって検出される。なお、この加速度センサ４０ａ〜４０ｄに設定されるｘ方向、ｙ方向およびｚ方向は、再構成部３０ａにおいて放射線ＣＴ画像信号を生成する際に用いられる座標軸であるｘ方向、ｙ方向およびｚ方向と同じ方向に設定されているものとする。

そして、各加速度センサ４０ａ〜４０ｄにより検出されたｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の移動量は、コンピュータ３０の体動取得部３０ｃによって取得される。なお、加速度センサ４０ａ〜４０ｄから体動取得部３０ｃへの移動量の出力は、無線信号で出力するようにしてもよいし、有線を介して出力するようにしてもよい。

そして、体動取得部３０ｃにおいては、各加速度センサ４０ａ〜４０ｄによってそれぞれ検出されたｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の移動量に基づいて、各方向についての移動量の平均値を算出し、ｘ方向の移動量の平均値ａｘ、ｙ方向の移動量の平均値ａｙ、およびｚ方向の移動量の平均値ａｚが、それぞれ予め設定された閾値よりも大きいか否かについて判定する（Ｓ１４）。

ここで、本実施形態においては上記閾値として１ボクセルを用いている。以下に、閾値を１ボクセルとした理由を説明する。なお、ここでいう１ボクセルとは、再構成を行う際のボクセル解像度の１単位であり、撮影部位や撮影モード（たとえば、高解像度モードや低解像度モードなど）によって決定される大きさである。

まず、被験者Ｐの体動による放射線ＣＴ画像のボケの影響を調べるための実験を行った。具体的には、直径が１００μｍのセラミックス粒子を被写体として撮影し，オフセット量の影響を確認した。なお、ここでは体動に対応するものとして放射線画像検出器１１ａのオフセット量を変化させるようにした。オフセット量とは放射線画像検出器１１ａの回転中心に対する設置位置の移動量である。

被写体を放射線源１０と放射線検出部１１とほぼ真ん中の位置に設置し、被写体に対してＣアーム１２を３６０度回転させる間に、１度毎に放射線画像を取得し，計３６０枚の放射線画像を撮影した。そして、放射線画像検出器１１ａのオフセット量を変化させ，Feldkamp法で放射線画像の再構成を行った。放射線画像検出器１１ａの解像度が１ピクセルあたり５０μｍであり、再構成はボクセル解像度２５μｍにて行った。

そして、上述したようにして取得した再構成画像の信号強度分布を取得し、その信号強度分布のおける半値幅を取得した。なお、半値幅とは、図５に示すように、信号強度が最大値の１/２になるときの信号強度分布の幅をいう。

その結果、図６に示すように、放射線化像検出器１１ａ上でのオフセット量が±１ピクセル、即ち、±５０μｍを超えると、画像のサイズが適切に撮影できないことがわかった。被写体と放射線画像検出器１１ａの相対的な移動を考えると、上記の結果は、対象物が±１ボクセル、即ち、±２５μｍ動くと影響することを示している．
次に、被験者Ｐの体動による放射線ＣＴ画像のアーチファクトの影響を調べるための実験を行った。具体的には、上記と同様に直径が１００μｍのセラミックス粒子を被写体とし、その被写体を正弦波によって振動させたときのｕ軸オフセット量を算出し、そのｕ軸オフセット量を再構成パラメータとして与えた再構成画像をシミュレーション実験によって生成した。なお、ｕ軸オフセット量は、図７に示すように、被写体のずれ量を放射線画像検出器上に投影した大きさである。したがって、図７におけるずれ量をｘ１とするとｕ軸オフセット量はｘ１ｃｏｓθとなる。

図８は、被写体に与える振動の振幅を２ボクセルから１６ボクセルまで変化させたときのシミュレーション結果である。なお、比較のため、図９には被写体に振動を与えなかったときのシミュレーション結果を示している。図８に示すように、振幅が２ボクセル（±１ボクセル）を超えるとすじ状のストリークアーチファクトが次第に大きくなって現れていくのがわかる。

上述したような実験結果から、ボクセル解像度の切替えの閾値として１ボクセルを用いるようにした。ただし、上記閾値は、１ボクセルに限らず、要求される画質などに応じて適宜変更するようにすればよい。

そして、Ｓ１４において各方向の移動量の平均値ａｘ、ａｙ、ａｚの少なくとも１つが１ボクセルより大きい場合には（Ｓ１４，ＹＥＳ）、体動取得部３０ｃは、解像度を下げるように指示する信号（以下、解像度切替信号という）を再構成部３０ａに出力する（Ｓ１６）。一方、Ｓ１４において各方向の移動量の平均値ａｘ、ａｙ、ａｚが全て１ボクセル以下である場合には（Ｓ１４，ＮＯ）、体動取得部３０ｃは再構成部３０ａに対して解像度切替信号は出力しない。

そして、再構成部３０ａは、入力された各撮影角度の放射線画像信号に基づいて、たとえば、Feldkamp法を用いて３次元の放射線ＣＴ画像を表す放射線ＣＴ画像信号を再構成するが、このとき体動取得部３０ｃからの解像度切替信号の有無に応じてボクセル解像度を切り替える。具体的には、体動取得部３０ｃから解像度切替信号を受けていない場合の第１のボクセル解像度よりも解像度切替信号を受けた場合の第２のボクセル解像度の方が低くなるように切り替える（Ｓ１６）。たとえば、第２の解像度が第１の解像度の１/２〜１/８程度となるように切り替えるが、より好ましくは１/４〜１/８である。

なお、移動量が所定の閾値より大きい場合にボクセル解像度を低くするようにしたのは、ボクセル解像度を落とすとコントラストは低くなるものの、上述した被験者Ｐの体動によるボケの影響およびアーチファクトの影響は小さくなるからである。

また、ボクセル解像度の変更は、たとえば、移動量の平均値ａｘ、ａｙ、ａｚの少なくとも１つが１ボクセルより大きい場合には、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の全ての方向についてボクセル解像度を低くするようにしてもよいし、もしくは、移動量の平均値ａｘ、ａｙ、ａｚのうち、その大きさが所定の閾値（１ボクセル）よりも大きい方向についてのみボクセル解像度を低くするようにしてもよい。

たとえば、図１０に示すように、被験者Ｐがｚ方向の正方向についてのみ移動し、その移動量が所定の閾値よりも大きい場合には、図１１に示すようにｚ方向の正方向についてボクセルの長さを伸ばして、ｚ方向についてのみボクセル解像度を低くするようにしてもよい。

または、図１２に示すように、ｚ方向については正方向についてのみボクセルの長さを伸ばし、ｘ方向およびｙ方向については正と負の両方についてボクセルの長さを伸ばしてボクセル解像度を低くするようにしてもよい。すなわち、移動方向と反対の方向のみボクセルの長さを伸ばさないようにしてもよい。

そして、再構成部３０ａは、解像度切替信号に応じて第１のボクセル解像度または第２のボクセル解像度で再構成を行って放射線ＣＴ画像信号を生成し、その放射線ＣＴ画像信号を表示信号生成部３０ｂに出力する（Ｓ１８）。

そして、表示信号生成部３０ｂは、入力された放射線ＣＴ画像信号に基づいて表示制御信号を生成してモニタ３１に出力する。そして、モニタ３１は、入力された表示制御信号に基づいて被験者Ｐの３次元の放射線ＣＴ画像を表示する。

なお、上記実施形態の説明においては、被験者Ｐの移動量に応じて第１の解像度と第２の解像度との２つの解像度を切り替えるようにしたが、たとえば、上記閾値を段階的に２つ以上設定し、被験者Ｐの移動量に応じて３つ以上の解像度を段階的に切り替えるようにしてもよい。

１ 撮影装置
１０ 放射線源
１１ 放射線検出部
１１ａ 放射線画像検出器
１１ｂ 信号処理部
１２ Ｃアーム
１５ 回転駆動部
３０ コンピュータ
３０ａ 再構成部
３０ｂ 表示信号生成部
３０ｃ 体動取得部
３０ｄ 撮影制御部
３１ モニタ
４０ 体動検出部
４０ａ-４０ｄ 加速度センサ

Claims (5)

1. 被写体を透過した放射線の照射を受けて電荷を発生し、前記被写体の放射線画像を表す放射線画像信号を出力する放射線画像検出器を前記被写体の周りを周回させることによって、所定の回転角度毎の前記放射線画像信号を取得し、該回転角度毎の放射線画像信号に基づいて前記被写体の３次元の再構成画像を生成する放射線画像撮影方法において、
   前記被写体の体動を検出し、
   該検出した体動に基づいて、前記再構成画像のボクセル解像度を下げることを特徴とする放射線画像撮影方法。
2. 被写体を透過した放射線の照射を受けて電荷を発生し、前記被写体の放射線画像を表す放射線画像信号を出力する放射線画像検出器と、前記放射線画像検出器を前記被写体の周りを周回させる回転駆動部と、所定の回転角度毎の前記放射線画像信号を取得し、該回転角度毎の放射線画像信号に基づいて前記被写体の３次元の再構成画像を生成する再構成部とを備えた放射線画像撮影装置において、
   前記被写体の体動を検出する体動検出部と、
   前記再構成部が、前記体動検出部により検出された体動に基づいて、前記再構成画像のボクセル解像度を下げるものであることを特徴とする放射線画像撮影装置。
3. 前記再構成部が、前記体動検出部により検出された体動の大きさが所定の閾値以上の場合に、前記再構成画像のボクセル解像度を下げるものであることを特徴とする請求項２記載の放射線画像撮影装置。
4. 前記再構成部が、前記体動検出部により検出された体動の大きさが１ボクセル以上の場合に、前記再構成画像のボクセル解像度を下げるものであることを特徴とする請求項３記載の放射線画像撮影装置。
5. 前記再構成部が、前記体動検出部により検出された体動の方向のうち、体動の大きさが前記所定の閾値以上である方向についてのみ前記ボクセル解像度を下げるものであることを特徴とする請求項２から４いずれか１項記載の放射線画像撮影装置。