JP5981129B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に関する。

近年、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：以下、Ｘ線ＣＴ装置）によるスキャン方式の一つにヘリカル往復スキャンがある。ヘリカル往復スキャンは、被検体を中心とする円軌道上でＸ線管を連続回転させるとともに、天板を連続して往復移動させる撮影手法である。以下、天板の往復移動に関して往路における撮影を往路スキャンと呼ぶ。天板の往復移動に関して復路における撮影を復路スキャンと呼ぶ。

ヘリカル往復スキャンによれば、Ｘ線管（またはＸ線検出器）は、被検体に対して螺旋状の軌跡（以下ヘリカル軌跡と呼ぶ）を描く。これにより、広範囲かつ連続性に優れた断層像が得られる。例えば、造影剤が注入された被検体に対するヘリカル往復スキャンは、血流動態（潅流）を解析する場合に利用される
しかしながら、従来のヘリカル往復スキャンには、以下のような問題がある。第１に、往路（復路）スキャンから復路（往路）スキャンへの折り返し、すなわち天板の加減速中において、被検体は撮影されない（例えば図１９）。天板の加減速中における撮影の待ち時間は、潅流の解析における時間分解能を低下させる。第２に、Ｘ線管とＸ線検出器とを搭載した回転フレームを予め所定の角速度で回転させておき、天板速度が一定速度に達した時点で、Ｘ線が曝射される。これにより、ヘリカル軌跡は、往路（復路）スキャンごとに異なる場合がある（例えば図２０）。往路（復路）スキャンごとのヘリカル軌跡の差は、被検体に対する同じ撮影位置に関する画質の差（以下、画質差と呼ぶ）を生じさせる。時間分解能が小さく、更に同じ撮影位置で画質差が発生すると、潅流の解析が不正確となる場合がある。

特開２００９−２６１９４２号公報

目的は、ヘリカル往復スキャンにおける時間分解能の向上と、ヘリカル軌跡の差の低減とを実現するＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。

本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線を発生するＸ線管と、前記Ｘ線管を搭載する回転フレームを、被検体を載置する天板の周囲で回転させる回転駆動部と、前記天板の長軸方向に沿って、複数回に亘って、前記回転フレームと前記天板とを相対的に往復移動させる移動駆動手段と、前記回転フレームと前記天板との相対的な往復移動において、往路における複数の移動にそれぞれ対応する前記Ｘ線管の複数の移動軌跡を一致させ、復路における複数の移動にそれぞれ対応する前記Ｘ線管の複数の移動軌跡を一致させ、往路から復路、復路から往路に切り替わる際の前記天板の停止中に前記回転フレームの回転を継続させて実行するために、前記移動駆動手段を制御し、設定された撮影範囲の情報に基づいて前記往復移動の速度を決定するスキャン制御部と、を具備することを特徴とする。

図１は、第１の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置における架台と寝台との断面の一例を示す断面図である。 図３は、第１の実施形態に係る軸の定義を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係り、ヘリカル往復スキャンを説明するための説明図である。 図５は、第１の実施形態に係り、往路方向の天板の移動時間と天板の移動速度との関係の一例を示す図である。 図６は、第１の実施形態に係り、往路方向の天板の移動時間と天板の移動速度との関係の一例を示す図である。 図７は、第１の実施形態に係り、往路方向の天板の移動時間と天板の移動速度との関係の一例を示す図である。 図８は、第１の実施形態に係るヘリカル往復スキャンにおけるスキャン位置と天板速度との関係の一例を示す図である。 図９は、第１の実施形態に係り、撮影待ち時間を無くしたヘリカル往復スキャンにおけるスキャン位置と天板速度との関係の一例を示す図である。 図１０は、第１の実施形態に係り、天板の移動方向ごとのＸ線管およびＸ線検出器の回転数と天板の位置との関係を示す図である。 図１１は、第１の実施形態に係り、天板の移動方向ごとのヘリカル往復スキャンによるＸ線管またはＸ線検出器の軌跡の一例を示す図である。 図１２は、第１の実施形態に係り、ヘリカル往復スキャンにおけるＸ線管、Ｘ線検出器と撮影範囲との位置関係の一例を示す図である。 図１３は、第１の実施形態に係り、時間に対するＸ線管の回転角度、天板の位置、天板速度の依存性の一例を示す図である。 図１４は、第１の実施形態に係るヘリカル往復スキャンの手順の一例を示すフローチャートである。 図１５は、第１の実施形態の第１の変形例に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。 図１６は、第１の変形例に係り、被検体の撮影範囲の設定の一例を示す図である。 図１７は、第１の変形例に係り、被検体の撮影範囲の設定画面の一例を示す図である。 図１８は、第１の変形例に係るヘリカル往復スキャンの撮影範囲の設定手順の一例を示すフローチャートである。 図１９は、従来のヘリカル往復スキャンにおける時間と天板速度との関係を示す図である。 図２０は、従来のヘリカル往復スキャンにおける往路ごとのヘリカル軌跡の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：以下、Ｘ線ＣＴ装置と呼ぶ）を説明する。

Ｘ線ＣＴ装置には、Ｘ線管とＸ線検出器とが一体として被検体の周囲を回転するＲｏｔａｔｅ／Ｒｏｔａｔｅ−Ｔｙｐｅ、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等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本実施形態は適用可能である。さらに、近年では、Ｘ線管とＸ線検出器との複数のペアを回転フレームに搭載したいわゆる多管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本実施形態においては、従来からの一管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置であっても、多管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置であってもいずれも適用可能である。ここでは、一管球型でかつ、Ｒｏｔａｔｅ／Ｒｏｔａｔｅ−Ｔｙｐｅタイプとして説明する。

なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１００の構成を示す図である。図１に示すようにＸ線ＣＴ装置１００は、架台１０と寝台２０とコンソール装置３０とを装備する。図２は、Ｘ線ＣＴ装置１００における架台１０と寝台２０との断面の一例を示す断面図である。架台１０と寝台２０とは、図２に例示するように設置される。図２に示す矢印は、被検体Ｐの体軸方向を示す。天板２２は、被検体Ｐの体軸方向と平行な第１方向（例えば往路方向）と、第１方向と反対の第２方向（例えば復路方向）とに繰り返し連続的に往復移動する。

図１および図２に示すように、架台１０は、円環または円板状の回転フレーム１５を搭載する。回転フレーム１５は、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３とを、回転軸周りに回転可能に支持する。回転フレーム１５は、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３とを、被検体Ｐを挟んで対向するように支持する。回転フレーム１５は、回転駆動部１６に接続される。

回転駆動部１６は、コンソール装置３０内の駆動制御部３８による制御に従って、回転フレーム１５を連続的に回転させる。このとき、回転フレーム１５に支持されているＸ線管１２とＸ線検出器１３とは、回転軸周りに回転する。

第１の実施形態に係る軸の定義は、図３を参照して説明する。Ｚ軸は、回転フレーム１５の回転軸に規定される。Ｙ軸は、Ｘ線管１２のＸ線焦点とＸ線検出器１３の検出面の中心とを結ぶ軸に規定される。Ｙ軸は、Ｚ軸に直交する。Ｘ軸は、Ｙ軸とＺ軸とに直交する軸に規定される。このようにＸＹＺ直交座標系は、Ｘ線管１２の回転とともに回転する回転座標系を構成する。

Ｘ線管１２は、高電圧発生部１１から供給される高電圧の印加を受けて、コーン上のＸ線を発生する。高電圧発生部１１は、スキャン制御部３６による制御に従って、Ｘ線管１２に高電圧を印加する。

Ｘ線検出器１３は、Ｘ線管１２から発生され、被検体Ｐを透過したＸ線を検出する。Ｘ線検出器１３は、検出されたＸ線の強度に応じた電流信号を生成する。Ｘ線検出器１３としては、面検出器または多列検出器と呼ばれるタイプのものが適用されるとよい。このタイプのＸ線検出器は、２次元状に配列された複数のＸ線検出素子を装備する。ここでは、単一のＸ線検出素子が単一のチャンネルを構成しているものとして説明する。例えば、１００個のＸ線検出素子は、Ｘ線の焦点を中心として、この中心からＸ線検出素子の受光部中心までの距離を半径とする円弧方向（チャンネル方向）に関して１次元状に配列される。チャンネル方向に沿って配列された複数のＸ線検出素子を、以下Ｘ線検出素子列と呼ぶ。例えば６４個のＸ線検出素子列は、Ｚ軸で示すスライス方向に沿って配列される。Ｘ線検出器１３には、データ収集部（ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ：以下ＤＡＳと呼ぶ）１４が接続される。

なお、入射Ｘ線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線によるセレン等の半導体内での電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。Ｘ線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよい。

データ収集部１４は、スキャン制御部３６による制御に従って、Ｘ線検出器１３からチャンネルごとに電気信号を読み出す。データ収集部１４は、読み出された電気信号を増幅する。データ収集部１４は、増幅された電気信号をデジタル信号に変換することにより、投影データを生成する。なお、データ収集部１４は、Ｘ線が曝射されていない期間にＸ線検出器１３から電気信号を読み出し、投影データを生成することも可能である。生成された投影データは、図示していない非接触データ伝送部を介して、コンソール装置３０に供給される。

架台１０の近傍には寝台２０が設置される。寝台２０は、天板２２、天板支持機構２３、天板駆動部２１を有する。天板２２には被検体Ｐが載置される。天板支持機構２３は、天板２２をＺ軸に沿って往復移動可能に支持する。典型的には、天板支持機構２３は、天板２２の長軸をＺ軸に平行にするように天板２２を支持する。天板駆動部２１は、後述するコンソール装置３０の駆動制御部３８による制御に従って、天板２２を駆動する。具体的には、天板駆動部２１は、撮影範囲内に設定された定速領域において、天板２２を一定の速度で移動させる。天板駆動部２１は、撮影範囲内の加減速領域において、天板２２の移動速度を加速または減速させる。すなわち、天板駆動部２１は、減速領域において、天板２２を減速させて停止させる。天板２２の停止後、天板駆動部２１は、天板２２の移動方向を反転する。天板駆動部２１は、加速領域において、天板２２の移動速度を加速する。

なお、天板２２を一定速度で移動させる代わりに、架台１０を一定速度で移動させてもよい。この時架台１０は、図示していない架台駆動部により、Ｚ軸に沿って移動される。加えて、架台駆動部は、上記加減速領域において、架台１０を加速または減速させる。すなわち、架台駆動部は、減速領域において、架台１０を減速させて停止させる。架台１０の停止後、架台駆動部は、架台１０の移動方向を反転する。架台駆動部は、加速領域において、架台１０の移動速度を加速する。

コンソール装置３０は、入力部３１、表示部３２、システム制御部３３、画像処理部３４、画像データ記憶部３５、スキャン制御部３６、速度時間変化パターン記憶部３７、駆動制御部３８を有する。

入力部３１は、マウス、キーボード、タッチパネルなどの入力機器を有する。入力部３１は、入力機器を介して操作者によるＸ線ＣＴ装置１００への各種指令、各種情報などを入力する。表示部３２は、例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などのディスプレイである。表示部３２は、後述する画像データ記憶部３５に記憶されている医用画像、操作者から各種指示を受け付けるためのＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）などを表示する。入力部３１は、入力機器を介した操作者の指示により、ヘリカル往復スキャンにおける各種スキャン条件を設定または入力する。ヘリカル往復スキャンは、被検体を中心とする円軌道上でＸ線管１２を連続回転させるとともに、天板２２を連続して往復移動させる撮影手法である。

スキャン条件とは、例えば、ヘリカル往復スキャンが実行される被検体の撮影範囲、撮影範囲の位置情報、ヘリカル往復スキャンに関する天板２２の速度（以下、天板速度と呼ぶ）、ヘリカルピッチ、スキャン時間、回転フレーム１５の回転速度、天板２２の定速区間の距離などである。なお、入力部３１は、入力機器を介した操作者による操作により、撮影範囲のうち天板２２を一定速度で移動させる範囲を入力してもよい。また、入力部３１は、入力機器を介した操作者の指示により、回転フレーム１５を回転軸周りに連続的に回転させる角速度を入力してもよい。なお、角速度は、スキャン条件に基づいて、後述するスキャン制御部３６により予め設定されてもよい。

図４は、ヘリカル往復スキャンを説明するための図である。ヘリカル往復スキャンによれば、図４に例示するように、Ｘ線管１２の焦点（またはＸ線検出器１３）は、被検体に対して螺旋状の軌跡（以下ヘリカル軌跡と呼ぶ）を描く。図４に例示するように、被検体Ｐの体軸方向のうち、被検体の頭から足に向かう矢印の方向をＺ方向とする。天板２２をＺ方向と同じ方向に移動させる場合の撮影を往路スキャンと呼ぶ。天板２２をＺ方向と逆方向に移動させる場合の撮影を復路スキャンと呼ぶ。図４に例示されている「天板ＩＮ」の矢印は、往路スキャンにおいて天板２２を移動させる方向を示している。図４に例示されている「天板ＯＵＴ」の矢印は、復路スキャンにおいて天板２２を移動させる方向を示している。図４に示す符号ａおよび符号ｂの矢印は、Ｘ線管１２の寒天方向を示す。

システム制御部３３は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）およびＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの集積回路、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）およびＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの電子回路を有する。具体的には、システム制御部３３は、架台１０、寝台２０、およびコンソール装置３０内の各部を制御することによって、Ｘ線ＣＴ装置１００全体の制御を実行する。例えば、システム制御部３３は、スキャン制御部３６を制御して投影データを収集させる。システム制御部３３は、後述する画像処理部３４を制御して、投影データに基づいて医用画像を再構成させる。システム制御部３３は、入力部３１を介して入力されたスキャン条件をスキャン制御部３６に出力する。

画像処理部３４は、データ収集部１４により生成された投影データに対して各種処理を実行する。具体的には、画像処理部３４は、投影データに対して感度補正などの前処理を実行する。画像処理部３４は、システム制御部３３から指示された再構成条件に基づいて、医用画像を再構成する。画像処理部３４は、再構成された医用画像を後述する画像データ記憶部３５に格納する。なお、画像を再構成するには被検体の周囲一周、３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ファン角度分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式に対しても本実施形態へ適用可能である。

画像データ記憶部３５は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ（ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ）などの半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスクなどを有する。画像データ記憶部３５は、画像処理部３４によって再構成された医用画像を記憶する。

速度時間変化パターン記憶部３７は、天板速度に関する複数の時間変化パターン（加速度を変化するパターン）を記憶する。図５乃至図７は、天板２２の往復移動の往路方向における天板の移動時間と天板の移動速度との関係（以下、速度時間変化パターンと呼ぶ）の一例を示す図である。図５は、例えば、操作者により入力された撮影範囲と天板の等速度の値とにより対応付けられた速度時間変化パターンを示している。図７は、例えば、図５の撮影範囲より小さい撮影範囲の場合の速度時間変化パターンを示している。図６は、例えば、図５の撮影範囲より小さく、図７の撮影範囲より大きい撮影範囲の場合の速度時間変化パターンを示している。

図５乃至図７の時間間隔（Ａ）は、天板２２の加速度が増大している期間を示している。図５および図６の時間間隔（Ｂ）は、天板２２の加速度が一定である期間を示している。図５および図７の時間間隔（Ｃ）は、天板２２の加速度が減少している期間を示している。時間間隔（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、撮影範囲内の往復移動の折返し部における加速領域に対応する。

図５の時間間隔（Ｄ）は、天板速度が一定である期間を示している。時間間隔（Ｄ）は、撮影範囲内の定速領域に対応する。図５乃至図７の時間間隔（Ｅ）は、天板２２の減速度が増大している期間を示している。図５および図６の時間間隔（Ｆ）は、天板２２の減速度が一定である期間を示している。図５および図７の時間間隔（Ｇ）は、天板２２の減速度が減少している期間を示している。時間間隔（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）は、撮影範囲内の往復移動の折返し部における減速領域に対応する。図５（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）、（Ｇ）に示すように、加速、減速ともに加速度を滑らかに変化させることで、天板２２に載置された被検体にかかる力を低減させることができる。

なお、速度時間変化パターンは、天板２２の１往復移動に要する時間が回転フレーム１５を回転軸周りに１回転させる時間の整数倍となるように設定された天板速度の時間変化パターンであれば、どのような時間変化パターンであってもよい。

スキャン制御部３６は、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどの集積回路、ＣＰＵ、ＭＰＵなどの電子回路を有する。スキャン制御部３６は、システム制御部３３から指示されたスキャン条件に基づいて、高電圧発生部１１、データ収集部１４、後述する駆動制御部３８を制御する。例えば、スキャン制御部３６は、スキャン条件に基づいて、速度時間変化パターン記憶部３７から、天板速度の時間変化パターンを読み出す。スキャン制御部３６は、読み出した天板の速度時間変化パターンとスキャン条件とを、駆動制御部３８に出力する。スキャン制御部３６は、スキャン条件に基づいて、回転フレーム１５を回転させる指示を、駆動制御部３８に出力する。

スキャン制御部３６は、被検体に対する被曝を低減させるために、高電圧発生部１１を制御する。例えば、スキャン制御部３６は、予め取得したスキャノ像に基づいて、Ｚ軸に沿った方向（以下、Ｚ方向と呼ぶ）およびＸ軸、Ｙ軸に沿った方向（以下、ＸＹ方向）のＸ線強度を変化させるように、高電圧発生部１１を制御する。

スキャン制御部３６は、データ収集部１４を制御して投影データを収集させる。具体的には、スキャン制御部３６は、断層像を再構成するために必要なＶｉｅｗ数を、往路スキャンまたは復路スキャンそれぞれのどのＺ位置でも同じ数となるように、データ収集部１４を制御する。

なお、スキャン制御部３６は、入力部３１を介して設定または入力された定速区間の距離と、回転フレーム１５の回転速度とに基づいて、天板２２の定速区間の総回転角度を計算することも可能である。これにより、スキャン制御部３６は、設定されたスキャン条件に基づいて、定速区間の終了位置でのＸ線管１２の回転角度を計算することができる。また、スキャン制御部３６は、天板２２の定速区間の往路において、スキャン開始位置におけるＸ線管１２の回転角度を、予め決定された位置にすることも可能である。スキャン制御部３６は、天板２２の定速区間の復路においても同様に、定速区間の終了位置でのＸ線管１２の回転角度を計算することができる。これらのことから、スキャン制御部３６は、ヘリカル往復スキャンにおいて、Ｘ線管１２の回転角度と天板２２の位置との関係（以下、ヘリカル軌跡と呼ぶ）を、決定することも可能である。また、スキャン制御部３６は、定速区間におけるＸ線管のヘリカル軌跡を、天板２２の往復で一致させるように、駆動制御部３８を制御することも可能である。

また、スキャン制御部３６は、入力部３１により入力された被検体の撮影範囲の情報に基づいて、往路スキャンおよび復路スキャンにおける天板２２または架台１０の速度を決定することも可能である。なお、スキャン制御部３６は、撮影範囲の情報に基づいて、往路スキャンから復路スキャンへの折り返し部分（以下、第１の折り返し部分と呼ぶ）と復路スキャンから往路スキャンへの折り返し部分（以下、第２の折り返し部分と呼ぶ）とにおける天板２２または架台１０の加速度を決定することも可能である。また、スキャン制御部３６は、スキャン制御部３６は、撮影範囲の情報に基づいて、往路スキャンおよび復路スキャンにおける天板２２または架台１０の一定速度区間の速度を決定することも可能である。さらに、スキャン制御部３６は、第１、第２の折り返し部分における天板２２または架台１０の加速、減速区間において、被検体にＸ線を照射し、投影データの収集を実行するために、Ｘ線管１２およびＸ線検出器１３を制御することも可能である。

なお、スキャン制御部３６は、往路の定速区間の終了位置におけるヘリカル軌跡の回転終了角度と、復路の定速区間の開始位置におけるヘリカル軌跡の回転開始角度とが一致するように、駆動制御部３８を制御することも可能である。また、スキャン制御部３６は、往路の定速区間の終了位置におけるヘリカル軌跡の回転終了角度と、復路の定速区間の開始位置におけるヘリカル軌跡の回転開始角度とが適合するように、天板２２の加減速区間における速度パターンを選択してもよい。スキャン制御部３６は、例えば、回転終了角度と回転開始角度とが適合するようにするためには、例えば、以下の関係を満たすような速度パターンを選択する。加減速区間の減速時（または加速時）における回転角度が、（（回転開始角度−回転終了角度）＋３６０度×ｎ回転）／２に等しくなる関係である。

駆動制御部３８は、スキャン制御部３６から出力されたスキャン条件に基づいて、回転駆動部１６と天板駆動部２１とを制御する。駆動制御部３８は、被検体の撮影範囲に基づいて、速度時間変化パターンを調整する。具体的には、駆動制御部３８は、天板２２の複数の往復移動それぞれにおける１往復移動に要する時間が回転フレームを回転軸周りに１回転させる時間の整数倍となるように、速度時間変化パターンを調整する。例えば、駆動制御部３８は、速度時間変化パターンのうち加速度の変化パターン、等速の時間、速度の大きさ、加速度の大きさのうち少なくとも一つを調整する。駆動制御部３８は、調整された速度時間変化パターンに従って、天板駆動部２１を制御する。駆動制御部３８は、連続的に回転フレーム１５を回転させるように回転駆動部１６を制御する。駆動制御部３８は、複数の往復移動それぞれにおける天板速度の時間変化パターンが一致するように、天板駆動部２１を制御する。駆動制御部３８は、天板２２の往復移動における折り返し時点における待ち時間をゼロとするように、天板駆動部２１を制御する。なお、駆動制御部３８は、天板２２の往復移動における折り返し時での天板２２の停止時間がほぼゼロとなるように、加速度の変更および調整をするために天板駆動部２１を制御してもよい。

図８は、ヘリカル往復スキャン１往復について、スキャン位置と天板速度との関係の一例を示す図である。駆動制御部３８は、図８に示すように、複数の往復移動それぞれにおけるスキャン位置とスキャン方向とに対応付けて、天板速度を一致させるために天板駆動部２１を制御する。

なお、図９は、撮影待ち時間を無くしたヘリカル往復スキャンにおけるスキャン位置と天板速度との関係の一例を示す図である。なお、駆動制御部３８は、図９に示すように、複数の往復移動それぞれにおける天板２２の加減速中における撮影の待ち時間（折り変えし地点における停止時間）をほぼゼロにするために、天板駆動部２１を制御する。

また、駆動制御部３８は、複数の往復移動の往路から復路への折り返し地点において、天板２２を停止し、スキャン制御部３６による制御のもとで１８０°＋ファン角度または３６０°撮影を実行させることも可能である。これにより、画像が再構成される範囲は、往復移動の範囲よりも大きくすることができる。このとき駆動制御部３８は、折り返し時点において、回転フレーム１５を３６０°または、１８０°＋ファン角度分撮影を実行している間、天板２２を停止させるように天板駆動部２１を制御する。

図１０は、天板の移動方向ごとの回転フレーム１５（または、Ｘ線管１２およびＸ線検出器１３）の回転数と天板の位置との関係を示す図である。図１０における天板ＩＮと天板ＯＵＴとは、図４の天板ＩＮと天板ＯＵＴとにそれぞれ対応する。天板ＩＮ（往路スキャン）において、駆動制御部３８は、回転フレーム１５が１回転（３６０°）撮影するまで、天板２２を停止させるように天板駆動部２１を制御する。駆動制御部３８は、１回転（３６０°）撮影すると、天板２２を加速させるように天板駆動部２１を制御する。駆動制御部３８は、回転フレーム１５の回転数が１０回転目に到達することに合わせて、天板２２を停止させるように、天板駆動部２１を制御する。天板ＯＵＴ（復路スキャン）において、駆動制御部３８は、回転フレーム１５が１回転（３６０°）撮影するまで、天板２２を停止させように天板駆動部２１を制御する。駆動制御部３８は、１回転（３６０°）撮影すると、天板２２を加速させるように天板駆動部２１を制御する。駆動制御部３８は、回転フレーム１５の回転数が１０回転目に到達することに合わせて、天板２２を停止させるように、天板駆動部２１を制御する。駆動制御部３８は、天板駆動部２１に対する上記制御を繰り返す。

図１１は、図１０に関する駆動制御部３８による天板駆動部２１の制御において、天板ＩＮのヘリカル軌跡と天板ＯＵＴのヘリカル軌跡との一例を示す図である。駆動制御部３８は、ヘリカル往復スキャンにおいて、天板ＩＮと天板ＯＵＴとにおける被検体に対するヘリカル軌跡を一致させるように天板駆動部２１を制御する。言い換えると、１往復目、２往復目と各往復におけるヘリカル軌跡が同じになるように制御する。

図１２は、図１０および図１１に関するヘリカル往復スキャンにおけるＸ線管１２、Ｘ線検出器１３と撮影範囲との位置関係の一例を示す図である。図１２におけるＦＯＶは、撮像視野（Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ）を示している。ＦＯＶと撮影範囲で囲まれた斜線の領域は、スキャン領域を示す。駆動制御部３８は、往路スキャンから復路スキャンへの折り返し時に回転フレーム１５が３６０°回転するまで、天板２２を停止させるように、天板駆動部２１を制御する。これにより、折り返し時（撮影範囲の両端）において、回転フレーム１５の１回転分の投影データを用いて、画像を再構成することができる。これにより、図１２に示すように天板２２の往復移動範囲より大きい撮影範囲を得ることができる。

図１３は、駆動制御部３８の制御による時間に対するＸ線管１２の回転角度、天板位置、天板速度の依存性の一例を示す図である。図１３は、説明の便宜上、回転フレーム１５の回転角度のかわりにＸ線管１２の回転角度を用いてある。ヘリカル往復スキャンが開始されると、天板２２を停止させた状態で、Ｘ線管１２はＺ軸を中心として１回転する。次いで、往路方向に沿って天板２２は移動される。このとき、Ｘ線管１２は、一定の角速度で、Ｚ軸を中心としてＮ回転（Ｎは自然数）する。折り返し時点で天板２２は停止する。天板２２を停止させた状態で、Ｘ線管１２はＺ軸を中心として１回転する。続いて、復路方向に沿って天板２２は移動される。このとき、Ｘ線管１２は、一定の角速度で、Ｚ軸を中心としてＮ回転（Ｎは自然数）する。折り返し時点で天板２２は停止する。天板２２を停止させた状態で、Ｘ線管１２はＺ軸を中心として１回転する。以下、上記動きが繰り返される。

以下、へリカル往復スキャンにおける時間分解能の向上と、ヘリカル軌跡の差の低減とを実現する機能について説明する。

図１４は、ヘリカル往復スキャンの手順の一例を示すフローチャートである。
入力部３１を介して、操作者により被検体の撮影範囲と天板２２の移動速度の最大値と、天板２２の往復回数とが入力される（ステップＳａ１）。入力された撮影範囲と最大値とに基づいて、天板速度の時間変化パターン（速度時間変化パターン）が決定される（ステップＳａ２）。このとき、天板２２の往復移動における折り返し時の１回転分の撮影などが選択されてもよい。なお、天板２２の速度制御は、入力部３１を介して操作者により設定することも可能である。決定された速度時間変化パターンが、速度時間変化パターン記憶部３７から読み出される（ステップＳａ３）。入力された撮影範囲に基づいて、読み出された速度時間変化パターンが調整される（ステップＳａ４）。スキャンが開始される（ステップＳａ５）と、調整された速度時間変化パターンに基づいて、天板２２が往復移動される（ステップＳａ６）。天板２２の往復移動回数が、入力された往復回数に等しくなるまで、ステップＳａ６の処理が繰り返される（ステップＳａ７）。天板２２の往復移動回数が、入力された往復回数に等しくなると、スキャンが終了される（ステップＳａ８）。

（第１の変形例）
図１５は、第１の実施形態の第１の変形例に係るＸ線ＣＴ装置１００の構成を示す図である。図１５に示すようにＸ線ＣＴ装置１００は、架台１０と寝台２０とコンソール装置３０とを装備する。第１の実施形態の構成図（図１）と第１の変形例の構成図（図１５）との相違を説明する。第１の変形例は、第１の実施形態の速度時間変化パターン記憶部３７がない代わりに、撮影範囲記憶部３９と撮影範囲設定部４０とを有する。

撮影範囲記憶部３９は、離散的な複数の撮影範囲を記憶する。複数の撮影範囲各々は、天板２２の１往復移動に要する時間が回転フレーム１５を回転軸周りに１回転させる時間の整数倍となる撮影範囲である。加えて、複数の撮影範囲各々は、天板２２の往復移動における折り返し時の天板の停止時間が最小（ほぼ零）となる撮影範囲である。撮影範囲記憶部３９は、離散的な複数の撮影範囲それぞれに対応した天板速度の時間変化パターン（速度時間変化パターン）を記憶する。なお、撮影範囲記憶部３９は、離散的な複数の撮影範囲それぞれに対して、複数の速度時間変化パターンを対応付けて記憶してもよい。

撮影範囲設定部４０は、離散的な複数の撮影範囲のうち、入力部３１を介して入力された撮影範囲（以下入力撮影範囲と呼ぶ）と等しい撮影範囲、または入力撮影範囲を超える札範囲のうち最小の撮影範囲を、ヘリカル往復スキャンが実施される撮影範囲（以下実施撮影範囲と呼ぶ）として設定する。

図１６は、第１の変形例に係り、被検体の撮影範囲の設定の一例を示す図である。図１６において、入力撮影範囲７１は、例えば表示部３２に表示されたスキャノグラム上に、入力機器のマウス等でドラッグさせることにより入力される。この時、撮影範囲設定部４０は、撮影範囲記憶部３９に記憶された撮影範囲（図１６におけるａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ）のうち、入力撮影範囲７１を超える複数の離散的な撮影範囲（図１６のａ）を、実施撮影範囲として設定する。

図１７は、第１の変形例に係り、被検体の撮影範囲の設定画面の一例を示す図である。図１７に示された頭部、胸部、腹部などの撮影部位が、プルダウンにより表示される。プルダウンにより表示された撮影部位のうち操作者が所望する部位（図１７では頭部）が、入力機器を介して操作者により選択される。続いて、撮影範囲記憶部３９に記憶された離散的な撮影範囲が、プルダウンにより表示される（図１７の８０、８２、８４、…、１６０）。プルダウンにより表示された離散的な撮影範囲のうち操作者が所望する撮影範囲（図１７では８０）が、入力機器を介して操作者により選択される。

以下、実施撮影範囲が設定される機能について説明する。

図１８は、第１の変形例に係るヘリカル往復スキャンの撮影範囲の設定手順の一例を示すフローチャートである。

入力部３１の入力機器を介して、ヘリカル往復スキャンに関する被検体の撮影範囲が入力される（ステップＳｂ１）。入力撮影範囲７１と等しい撮影範囲が撮影範囲記憶部３９にあれば（ステップＳｂ２）、この等しい撮影範囲に対応する速度時間変化パターンが、撮影範囲記憶部３９から読み出される（ステップＳｂ３）。読み出された速度時間変化パターンに基づいて、天板２２が駆動される。入力撮影範囲７１と等しい撮影範囲が撮影範囲記憶部３９になければ（ステップＳｂ２）、入力撮影範囲７１を超える離散的な複数の撮影範囲のうち、最小の撮影範囲が、実施撮影範囲として設定される（ステップＳｂ４）。設定された撮影範囲に対応する速度時間変化パターンが、撮影範囲記憶部３９から読み出される（ステップＳｂ５）。読み出された速度時間変化パターンに基づいて、天板２２が駆動される。

以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態におけるＸ線コンピュータ断層撮影装置１００によれば、ヘリカル往復スキャンにおいて、天板２２の往復移動における折り返し時の撮影待ち時間を低減または零にすることができる。これにより、時間分解能が向上する。加えて、ヘリカル往復スキャンにおけるヘリカル軌跡を、往路スキャンおよび復路スキャンごとに一致させることができる。これにより、スキャンごとの画質を均一にすることができる。以上のことから、潅流解析の精度を向上させることができる。さらに、ヘリカル往復スキャンに関する撮影範囲を離散的にすることにより、架台１０、寝台２０の制御を簡易にすることができる。これにより、安価なＸ線コンピュータ断層撮影装置１００を提供することができる。また、天板２２の移動範囲の両端で天板２２を停止させ、３６０°または１８０°＋ファン角度分の撮影を実行することにより、より広い範囲の撮影が可能となる。

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

１０…架台、１１…高電圧発生部、１２…Ｘ線管、１３…Ｘ線検出器、１４…データ収集部、１５…回転フレーム、１６…回転駆動部、２０…寝台、２１…天板駆動部、２２…天板、２３…天板支持機構、３０…コンソール装置、３１…入力部、３２…表示部、３３…システム制御部、３４…画像処理部、３５…画像データ記憶部、３６…スキャン制御部、３７…速度時間変化パターン記憶部、３８…駆動制御部、３９…撮影範囲記憶部、４０…撮影範囲設定部、７１…入力撮影範囲、１００…Ｘ線コンピュータ断層撮影装置

Claims (6)

1. Ｘ線を発生するＸ線管と、
   前記Ｘ線管を搭載する回転フレームを、被検体を載置する天板の周囲で回転させる回転駆動部と、
   前記天板の長軸方向に沿って、複数回に亘って、前記回転フレームと前記天板とを相対的に往復移動させる移動駆動手段と、
   前記回転フレームと前記天板との相対的な往復移動において、往路における複数の移動にそれぞれ対応する前記Ｘ線管の複数の移動軌跡を一致させ、復路における複数の移動にそれぞれ対応する前記Ｘ線管の複数の移動軌跡を一致させ、往路から復路、復路から往路に切り替わる際の前記天板の停止中に前記回転フレームの回転を継続させて実行するために、前記移動駆動手段を制御し、設定された撮影範囲の情報に基づいて前記往復移動の速度を決定するスキャン制御部と、
   を具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. 前記撮影範囲の情報を設定する設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 前記スキャン制御部は、撮影範囲の情報に基づいて、前記往復移動の折返し部分における相対移動の加速度を決定することを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記スキャン制御部は、前記被検体の撮影範囲に基づいて、前記往復移動の折返し部分における相対移動の加速度の時間変化パターンを決定することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. 前記スキャン制御部は、撮影範囲の情報に基づいて、前記往復移動の一定速度区間の速度を決定することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
6. 前記スキャン制御部は、前記往復移動の折返し部分の加速、減速区間において、Ｘ線を発生して、投影データを収集するために前記Ｘ線管を制御することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。

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