JP2007190199A - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体に挿入された穿刺針やカテーテルなどの位置を容易かつ的確に観察でき、関心領域に確実にナビゲートできるようにしたＸ線ＣＴ装置を提供すること。
【解決手段】被検体のボリュームデータから穿刺針に平行な断面画像と穿刺針に垂直な断面画像とをそれぞれ生成し、指定された関心領域とともに表示器３３に表示するようにしている。しかも、穿刺針の位置および角度をリアルタイムで認識するようにしているので、穿刺針が目標到達領域から外れそうな場合には穿刺針が目標到達領域に達する前に予測することができ、穿刺針が適切でない部位に到達する事故をあらかじめ防ぐことができる。
【選択図】 図７

Description

この発明はＸ線ＣＴ装置に関する。

従来から、被検体内部の腫瘍に対する穿刺針生検に用いられる穿刺針、あるいは治療に用いられるカテーテル等の挿入の際に、術者を補助するためにＸ線ＣＴ装置が用いられている（例えば特許文献１を参照）。Ｘ線ＣＴ装置とは被検体にＸ線を照射して透視像を得るものであり、画像をリアルタイムに表示できるものもある。既存の技術では３断面表示と称して２次元のアキシャル画像を３枚表示し、その画像を用いて穿刺針の位置を認識するようにしている
しかしながら、３枚のアキシャル画像によるナビゲートでは、穿刺針等の挿入方向によっては挿入状態を判別しにくいという問題がある。すなわちアキシャル画像はいずれも２次元であり、立体としての位置を認識するには３枚の画像を同時に確認する必要がある。このため穿刺針の位置を確認することが難しく、また操作者に熟練を要する。このように平面画像を用いることには限界があり、体内を立体として捉えにくく、目標到達領域（関心領域、ターゲット）を行き過ぎるか、異なる領域に穿刺針を進めてしまうことが往々にして起こり得る。

一方、近年では２次元検出器を使ったボリュームスキャンが可能なＸ線ＣＴ装置が開発されている。新たな技術開発によって検出器の幅は体軸方向に広がりつつあり、近年では５ｃｍもの幅を持つものも提供されている。この傾向は今後ますます進展するものと思われ、これによりＸ線ＣＴ装置の新たな用途が生まれる可能性がある。
特開２００２−２１９１２５号公報

以上述べたように既存の技術においては、３断面表示によるナビゲートのため穿刺針やカテーテルの位置を確認することが難しく、操作者に熟練を要するほか、関心領域に確実に到達することが困難であることから何らかの対処が望まれている。
この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、被検体に挿入された穿刺針やカテーテルなどの位置を容易かつ的確に観察でき、関心領域に確実にナビゲートできるようにしたＸ線ＣＴ装置を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の一態様によれば、穿刺針の挿入される被検体をスキャンして投影データを収集するスキャン部と、前記投影データに基づいて前記被検体に関するボリュームデータを再構成する手段と、前記ボリュームデータから得た断層像において前記穿刺針および関心領域を指定するための手段と、前記指定された穿刺針を含む当該穿刺針に平行な第１の断面画像と、前記穿刺針に直交し前記指定された関心領域の投影像を含む第２の断面画像とを前記ボリュームデータから生成する手段と、前記第１および第２の断面画像を表示する表示手段とを具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置が提供される。

この発明によれば、被検体に挿入された穿刺針やカテーテルなどの位置を容易かつ的確に観察できるようになり、関心領域に確実にナビゲート可能なＸ線ＣＴ装置を提供することができる。

図１は、本発明に係わるＣＴスキャン装置の一実施の形態を示す斜視図である。図２のＣＴスキャン装置は、回転架台２５、被検体が搭乗する寝台１５、および、種々の情報を処理するメインコンソール３００を備える。
図２は、図１のＸ線ＣＴ装置の要部構成を示すシステム構成図である。このＸ線ＣＴ装置１０は、システム制御部１１、操作部１２、架台・寝台制御部１３、寝台１５、Ｘ線制御装置１７、高電圧発生装置１９、Ｘ線ビーム発生源２１、検出器２３、回転架台２５、データ収集部２７、表示部３３を有している。このうち操作部１２および表示部３３は図１のメインコンソール３００に備えられる。

このＸ線ＣＴ装置１０は、Ｘ線ビーム発生源２１を被検体の回りに回転させながらＸ線ビームを曝射させるものである。操作部１２は、マウス、キーボード等、操作者が必要な情報を入力するためのものであり、観察したいスライス（注目スライス）を選択したり、スライス厚を選択したり、Ｘ線条件、再構成条件、補正データ等の各種のパラメータを入力する。また、システム制御部１１は、中央処理装置（ＣＰＵ）等から構成され、Ｘ線制御部１７、架台・寝台制御部１３の制御や、データ収集部２７から出力された投影データに基づいて画像の再構成等を行う。なお、システム制御部１１の詳しい構成に関しては後述する。Ｘ線制御装置１７は、システム制御部１１により出力されたＸ線ビーム発生制御信号に基づき、高電圧発生装置１９による高電圧発生のタイミングを制御する。高電圧発生装置１９は、Ｘ線ビームを曝射させるための高電圧をＸ線制御部１７からの制御信号に従ってＸ線ビーム発生源２１に供給する。

Ｘ線ビーム発生源２１は、高電圧発生装置１９から供給された高電圧によってスライス方向に厚みを持った扇状のＸ線ビームを被検体に向けて多方向から曝射する。一方、架台・寝台制御部１３は、システム制御部１１により出力された架台、寝台制御信号に基づき回転架台２５を回転させると共に、寝台１５の移動制御を行う。回転架台２５は、Ｘ線ビーム発生源２１と検出器２３とを保持する。回転架台２５は、図示しない架台回転機構により、Ｘ線ビーム発生源２１と検出器２３との中間点を通る回転軸を中心にして回転される。また、検出器２３は、Ｘ線を検出する複数の検出素子が２次元方向に複数配列されたもので、Ｘ線ビーム発生源２１から曝射され被検体を透過したＸ線を検出する。複数の検出素子はチャンネル方向とスライス方向との直交２方向に沿って配列される。このような検出器２３は、一般的にマルチスライス形（２次元アレイ形ともいう）と呼ばれる。

データ収集部２７は、システム制御部１１により出力されたデータ収集制御信号に基づき被検体の複数スライスの投影データ、およびボリュームデータを収集して出力する。また、表示部３３は、再構成部３２で再構成された被検体の複数の断層画像、ボリューム画像、及びその他の情報等をモニタ上に表示する。

ここで、上述のシステム制御部１１についてブロック図である図３を参照して詳しく説明する。システム制御部１１には、ホストコントローラとしてＣＰＵ２２が設けられ、コントロールバス２４とデータバス２６とがこのＣＰＵ２２に接続されている。ＣＰＵ２２はクロック回路を内蔵し、このクロック回路からのクロックを用いて各部の動作及び時間を管理し、またこのクロックを共通クロックとしてシステム制御部１１内の各部に供給するようになっている。コントロールバス２４は、主に制御信号を伝達するバスであり、ＣＰＵ２２に加え、前処理部２８、ディスクインターフェース（ディスクＩ／Ｆ）３０、再構成部３２、表示メモリ３４、撮影制御部３１が接続されている。

また、データバス２６は、主に画像データを伝送するバスであり、ＣＰＵ２２に加え、前処理部２８、ディスクＩ／Ｆ３０、再構成部３２、表示メモリ３４、メモリ３６が接続される。なお、ディスクＩ／Ｆ３０には大容量記憶装置としての磁気ディスク装置３８が接続されている。

また、システム制御部１１内部と外部との接続に関しては、前処理部２８に、データ収集部２７が接続され、コントロールバス２４に操作部１２が、撮影制御部３１には、Ｘ線制御部１７および架台・寝台制御部１３が、表示メモリ３４には表示部３３がそれぞれ接続されている。

検出器２３の出力には、一般的にＤＡＳ(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集部２７が接続されている。このデータ収集部２７には、検出器２３の各チャンネルの電流信号を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、この電圧信号をＸ線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このプリアンプの出力信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが、チャンネルごとに設けられている。前処理部２８は、データ収集部２７の出力（ディジタル信号（純生データと呼ばれる））を受け取り、純生データに対して、チャンネル間の感度不均一を補正したり、またＸ線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下又は信号脱落を補正する等の前処理を実行する。前処理部２８から出力されるデータは、生データ又は投影データと呼ばれる。

投影データはメモリ３６に記憶され、ＣＰＵ２２の制御に従って再構成部３２に読み出される。再構成部３２は、メモリ３６からの投影データのセットに基づいてフェルドカンプ法又は他の再構成法に従ってスライス又はボリュームに関する画像データを再構成する。この画像データはメモリ３６または磁気ディスク装置３８に記憶され、また表示部３３に可視画像として表示される。

操作者は、Ｘ線ＣＴ装置１０を起動後、撮影に必要な情報を操作部１２を介して入力する。この撮影に必要な情報とは、撮影領域などの撮影に関する情報に限らず、例えば、被検体に関する情報（被検体の名前、性別等の個人情報）を含むものであっても良い。操作者によって入力された前記情報は、コントロールバス２４を介して、ＣＰＵ２２でそれぞれの情報の種類によって選別され、各機器の制御に関する情報のみ撮影制御部３１に入力される。撮影制御部３１では、撮影に関する情報が、より具体的な制御信号に変換され、架台・寝台制御部１３およびＸ線制御装置１７を介して、それぞれ寝台１５および回転架台２５の制御、高電圧発生装置１９の制御が行われる。なお、ここで、入力された被検体に関する情報に関しては、図示しないメモリ等に蓄積され、撮影終了後に、撮影された画像と共に保存される。

高電圧発生装置１９には、Ｘ線ビーム発生源２１が接続されており、Ｘ線ビーム発生源２１より、寝台１５上に配置された被検体の関心領域Ｑ１にＸ線が照射され、Ｑ１を透過したＸ線は、検出器２３により検出される。検出器２３により検出された投影データは、データ収集部２７を介して、システム制御部１１内の前処理部２８に入力される。

入力されたデータは、前処理部２８で、キャリブレーション等の前処理を受けた後、生データとしてデータバス２６を介して、読み書き可能なＤＲＡＭ等であるメモリ３６に一旦書き込まれ、さらにここから読み出されて再構成部３２に送られる。再構成部３２は、被検体のアキシャルおよびサジタル画像を再構成するほか、ボリュームデータ用再構成部３２ａで被検体のボリューム画像の再構成を行う。再構成されたこれらの画像データは、読み書き可能なＤＲＡＭ等の表示用メモリ３４に一旦書き込まれ、さらにここから表示部３３に読み出されて表示される。

図４は、図２、図３の操作部１２に設けられる近接操作卓３を示す概観図である。近接操作卓３はメインコンソール３００とは別体で設けられる、いわばリモートコントローラであり、Ｘ線ＣＴ装置１０に対するユーザインタフェースを提供する。操作者による各種操作は近接操作卓３を介してＸ線ＣＴ装置１０に伝達される。近接操作卓３は寝台１５を上下移動させるための操作レバーＡと、寝台１５を前後移動させるための操作レバーＢと、寝台１５を前後に所望スライス厚（一枚の断層像を再構成するために、任意に設定される断層像の厚さのこと）毎に間欠的に移動させるための操作スイッチ４１、４２と、寝台１５の移動速度を切換えるための速度切換えスイッチ４３等を有し構成されている。

操作スイッチ４１、４２は、押しボタン式スイッチであり、寝台１５を前後に所望スライス厚毎に移動させる場合に用いられる。医師や技師などが、この操作スイッチ４１、４２を一回押す毎に、寝台１５が前後に所望スライス厚だけ移動するように構成されている。また、速度切換スイッチ４３は、押しボタン式スイッチであり、寝台１５を連続的に移動させる際の天板移動速度（高速、低速等）を切換える場合に用いられる。この速度切換スイッチ４３を押す毎に、高速と低速が交互に切換わるように構成されている。

なお通常の運用では、ＣＴスキャン装置本体（寝台１５および回転架台２５）を検査室に設置し、メインコンソール３００を操作室に設置するというように、本体とコンソールとをそれぞれ別室に設けることが多い。このような場合にはメインコンソール３００のモニタとは別に、近接操作卓３を操作するためのモニタが検査室内に設けられる。このモニタには種々の情報が表示され、操作者はこのモニタに表示される情報を見ながら近接操作卓３を操作する。次に、上記構成における作用を説明する。

図５は、この実施形態におけるＸ線ＣＴ装置１０の処理手順を示すフローチャートである。図５において、操作者は近接操作卓３を操作して、穿刺針の刺し位置と目標到達領域とが含まれる１回転分のボリュームデータを撮影する（ステップＳ１）。このボリュームデータから被検体のボリューム画像が再構成され、図６に示すように表示部３３に表示される（ステップＳ２）。この画像を見ながら、操作者は近接操作卓３を操作して穿刺針として見えているところをポインタで指定する（ステップＳ３）。

この指定を受けると、システム制御部１１はボリュームデータのＣＴ値の連続性から穿刺針を認識し、さらに穿刺針の面積が最小になる個所、すなわち針先を認識する（ステップＳ４）。指定した点と穿刺針先はそれぞれ座標（ｘ，ｙ，ｚ）を持っており、システム制御部１１はこれらの座標から図７に示す２つの断面画像を生成する（ステップＳ５）。図７（ａ）は第１の断面画像（断面画像Ａとする）を示し、穿刺針を含むこの穿刺針に平行な画像である。図７（ｂ）は第２の断面画像（断面画像Ｂとする）を示し、穿刺針に直交する画像である。これらの画像はいずれもステップＳ１で取得されたボリュームデータを用いて算出される。次に操作者は、表示されたボリューム画像においてターゲット（目標到達領域、関心領域）を指定する（ステップＳ６）。

以上の手順が完了すると、ナビゲートが開始される（ステップＳ７）。すなわちステップＳ５で生成された断面画像Ａ，Ｂが画面に表示されるとともに、被検体のＸ線撮影が継続される。なお断面画像Ａ，Ｂには、ステップＳ６で指定された関心領域（ターゲット）も併せて表示される。

図８に示すように、断面画像Ａには穿刺針と、指定された目標到達ポイント（ターゲット）が表示される。これと併せて、穿刺針の先端に対応する、断面画像Ｂの位置が示される。断面画像Ｂには穿刺針の先端部が表示されるとともに、ターゲット領域が点線で示される。この点線領域は、指定された関心領域の断面画像Ｂへの投影像である。医師は、これらの断面画像Ａ，Ｂと、これらの画像に表示される穿刺針の進行方向を参照しながら穿刺針を被検体に挿入する。その過程で、穿刺針の進行方向は常時推定される（ステップＳ９）。すなわち、ステップＳ４で認識された針先から穿刺針のＣＴ値が連続する方向に進行し、ボリュームデータと穿刺針のＣＴ値の位置推移をＮ点測定する。次に針先とＮ点の位置推移とボリュームデータを用いて穿刺針の角度を算出することにより、穿刺針の進行方向を推定することができる。その結果に基づいて、進行方向の座標の水平、垂直にボリュームデータから２次元画像を切り出し、新たな断面画像Ａ，Ｂが生成される。

穿刺針の進行方向がターゲット方向に向いているか否かは常時モニタされ（ステップＳ１０）、その角度がマークしたターゲット方向から外れると（Ｎｏ）、警報が出力される（ステップＳ１１）。このような手順により、医師は穿刺針を再帰的に進めることができるので、間違った場所に穿刺針を到達させるという危険性を減少させることができる。

図９は、この実施形態をスキャンエキスパートシステムに応用した画面を示す模式図である。この画面は表示部３３に表示されるスキャン計画画面例を示している。スキャン計画画面には、患者情報および断面画像Ａ，Ｂとともに、操作者が指定又は選択した撮影部位や検査プランに応じてスキャンエキスパートシステムによりプランニングされたスキャン条件、再構成条件及びウインドウ条件が表示される。例えば、スキャン条件として、スキャンモード、スキャン開始位置、スキャン終了位置、米国の食料医薬品局が定めた被曝線量を表す“ＣＴＤＩ”（ＣＴ Dose Index）、管電圧“ｋＶ”、管電流“ｍＡ”、回転スピード、ヘリカルピッチ、時間分解能最適化のＯＮ／ＯＦＦ、再構成モードが含まれる。

図１０は、比較のため既存のＸ線ＣＴ装置における３断面表示を示す図である。図１０は被検体に穿刺針Ｎが挿入された状態を示している。従来、再構成された画像が表示される画面Ｓ上には、３つの再構成画像Ｂ１乃至Ｂ３が表されており、画面左側を先頭にＢ１画像、中央にＢ２画像、右側にＢ３画像の順で、被検体の体軸方向と略垂直な面の断層画像（アキシャル画像）が表示されている。なお、各画像上に示されているＱ１はＸ線ＣＴ装置における関心領域、Ｑ２は腫瘍や血種などの経被針を挿入すべき領域（ターゲット）を示している。しかしながらこのような表示では経被針の角度を読み取りにくく、操作者に熟練を要するばかりか、確実にターゲットに到達することが困難である。

これに対しこの実施形態では、被検体のボリュームデータから穿刺針に平行な断面画像と穿刺針に垂直な断面画像とをそれぞれ生成し、指定された関心領域とともに表示器３３に表示するようにしている。しかも、穿刺針の位置および角度をリアルタイムで認識するようにしているので、穿刺針が目標到達領域から外れそうな場合には穿刺針が目標到達領域に達する前に予測することができ、穿刺針が適切でない部位に到達する事故をあらかじめ防ぐことができる。従って透視術中の穿刺針の位置が目標到達領域に向かっているか否かを容易に確認することができる。これらのことから、被検体に挿入された穿刺針やカテーテルなどの位置を容易かつ的確に観察でき、関心領域に確実にナビゲートできるようにしたＸ線ＣＴ装置を提供することが可能となる。

なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明に係わるＸ線ＣＴ装置の実施の形態を示す斜視図。 図１のＸ線ＣＴ装置の要部構成を示すシステム構成図。 図２のシステム制御部１１を示す機能ブロック図。 図２、図３の操作部１２に設けられる近接操作卓３を示す概観図。 この発明の実施形態におけるＸ線ＣＴ装置１０の処理手順を示すフローチャート。 ボリューム画像を示す概念図。 断面画像Ａ，Ｂを示す概念図。 断面画像Ａ，Ｂを詳細に示す概念図。 この発明の実施形態をスキャンエキスパートシステムに応用した画面を示す模式図。 比較のため既存のＸ線ＣＴ装置における３断面表示を示す図。

符号の説明

３…近接操作卓、１０…Ｘ線ＣＴ装置、１１…システム制御部、１２…操作部、１３…架台・寝台制御部、１５…寝台、１７…Ｘ線制御装置、１９…高電圧発生装置、２１…Ｘ線ビーム発生源、２２…ＣＰＵ、２３…検出器、２４…コントロールバス、２５…回転架台、２６…データバス、２７…データ収集部、２８…前処理部、３０…ディスクインターフェース（ディスクＩ／Ｆ）、３１…撮影制御部、３２…再構成部、３３…表示部、３４…表示メモリ、３６…メモリ、３８…磁気ディスク装置、４３…速度切換えスイッチ、３２ａ…ボリュームデータ用再構成部、４１，４２…操作スイッチ、Ａ，Ｂ…操作レバー、３００…メインコンソール

Claims (4)

1. 穿刺針の挿入される被検体をスキャンして投影データを収集するスキャン部と、
   前記投影データに基づいて前記被検体に関するボリュームデータを再構成する手段と、
   前記ボリュームデータから得た断層像において前記穿刺針および関心領域を指定するための手段と、
   前記指定された穿刺針を含む当該穿刺針に平行な第１の断面画像と、前記穿刺針に直交し前記指定された関心領域の投影像を含む第２の断面画像とを前記ボリュームデータから生成する手段と、
   前記第１および第２の断面画像を表示する表示手段とを具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
2. 前記穿刺針の前記被検体内における進行方向を推定する手段と、
   この推定された進行方向が前記関心領域を外れた場合に警告を発する手段とをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記表示手段を備えるメインコンソールと、
   このメインコンソールとは別に移動可能に設けられ、ユーザインタフェース機能を提供する近接操作卓とを備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. さらに、前記近接操作卓の操作情報を表示するためのモニタを備えることを特徴とする請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。

Images