JP6009767B2 - 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。

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線管が特定の回転角度に到達したことをトリガとして投影データの収集を開始する軌道同期スキャンを実行している。従って管電流や天板速度等の収集条件が同一の場合、同一の回転角度から投影データを収集し始めることができるが、収集条件が異なる場合、異なる回転角度から投影データを収集し始めてしまう。

特開平０６―７８９１６号公報

実施形態の目的は、任意の天板位置または回転角度から投影データの収集を開始することが可能な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線管から発生され被検体を透過したＸ線を検出する検出器と、前記Ｘ線管を回転可能に支持する第１の支持機構と、前記Ｘ線管を前記被検体回りに回転させるために前記第１の支持機構を駆動する第１の駆動部と、前記被検体が載置される天板と、前記天板を移動可能に支持する第２の支持機構と、前記天板を移動させるために前記第２の支持機構を駆動する第２の駆動部と、前記検出器を介して前記被検体に関する投影データを収集する収集部と、前記収集部による投影データの収集開始予定時点における前記Ｘ線管の第１の回転角度を決定する第１角度決定部と、前記決定された第１の回転角度と、前記天板の移動開始予定時点から前記収集開始予定時点までの時間間隔とに基づいて、前記移動開始予定時点における前記Ｘ線管の第２の回転角度を決定する第２角度決定部と、前記Ｘ線管を前記被検体回りに回転させるために前記第１の駆動部を制御し、前記決定された第２の回転角度に前記Ｘ線管が到達したことを契機として、前記天板が移動を開始するように前記第２の駆動部を制御し、前記決定された天板の位置に前記天板が到達したことを契機として、前記投影データの収集を開始するように前記収集部を制御する制御部と、を具備する。

第１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。 図１のＸ線コンピュータ断層撮影装置によるヘリカルスキャンの前段階における動作例について説明するための図。 図１の移動開始角度決定部による移動開始角度の決定処理を説明するための図。 図１のＸ線コンピュータ断層撮影装置によるヘリカルスキャンの実行時における動作例について説明するための図。 第２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。 図５のＸ線コンピュータ断層撮影装置によるコンベンショナルスキャンの前段階における動作例について説明するための図。 図５のＸ線コンピュータ断層撮影装置によるコンベンショナルスキャンの実行時における動作例について説明するための図。 本実施形態の変形例に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係わるＸ線コンピュータ断層撮影装置を説明する。

なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置により利用されるスキャン方式にはコンベンショナルスキャンとヘリカルスキャンとがある。コンベンショナルスキャンは、天板の移動を伴わず、従って被検体に対してＸ線管が円軌道を描く。ヘリカルスキャンは、天板の移動を伴い、被検体に対してＸ線管が螺旋軌道を描く。しかし、コンベンショナルスキャンとヘリカルスキャンとでは、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の構成が一部異なる。以下、第１実施形態においては、ヘリカルスキャンを実行するＸ線コンピュータ断層撮影装置について説明し、第２実施形態においては、コンベンショナルスキャンを実行するＸ線コンピュータ断層撮影装置について説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置１の構成を示す図である。図１に示すように、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１は、架台３とコンソール５とを備える。

架台３は、円環又は円板状の回転フレーム１１を搭載する。回転フレーム１１は、Ｘ線管１３とＸ線検出器１５とを被検体Ｐ回りに回転可能に支持している。信号及び電力伝送にはスリップリング機構（図示せず）が用いられる。具体的には、回転フレーム１１と架台３の固定部とは、スリップリング機構のブラシ（図示せず）を介して電気的に接続されている。Ｘ線検出器１５は、撮影領域を挟んでＸ線管１３に対向する。固定部は、回転駆動部１７に電気的に接続されている。回転駆動部１７は、コンソール５内のスキャン制御部４７による制御に従って回転フレーム１１を回転軸Ｚ回りに回転させ、Ｘ線管１３とＸ線検出器１５とを被検体Ｐ回りに回転する。

なお、Ｚ軸は、回転フレーム１１の回転軸に規定される。Ｙ軸は、Ｘ線管１３のＸ線焦点とＸ線検出器１５のＸ線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１３の回転とともに回転する回転座標系を構成する。

Ｘ線管１３は、高電圧発生部１９に電気的に接続される。Ｘ線管１３は、高電圧発生部１９から高電圧の印加を受けてＸ線を発生する。高電圧発生部１９は、スキャン制御部４７による制御に従ってＸ線管１３に高電圧を印加する。

Ｘ線検出器１５は、Ｘ線管１３から発生され被検体Ｐを透過したＸ線を検出する。そしてＸ線検出器１５は、検出されたＸ線の線量に応じたアナログの電流信号を発生する。Ｘ線検出器１５は、データ収集回路２１（ＤＡＳ）に接続されている。データ収集回路２１は、Ｘ線検出器１５を介して被検体に関する投影データを収集する。より詳細には、データ収集回路２１は、スキャン制御部４３による制御に従ってＸ線検出器１５から電流信号を読み出し、読み出された電流信号に信号処理をしてデジタルの投影データを生成する。生成された投影データは、スリップリング機構（図示せず）を介してコンソール５の前処理部３３に供給される。

架台３は、回転角度検出部２３を有している。回転角度検出部２３は、磁気センサ、光センサ、または位置検出エンコーダ（ロータリーエンコーダ）により実現される。回転角度検出部２３は、回転フレーム１１のＺ軸回りの回転角度が特定角度に位置することを検出し、その旨の電気信号（回転角度信号）を出力する。特定角度としては、後述する曝射開始角度や収集開始角度が好適である。例えば、回転角度検出部２３は、この特定角度に対応する回転フレーム１１の一部分に固定されると良い。出力された回転角度信号は、入力部３１を介してコンソール５内に供給される。

ここでは、Ｘ線管１３が回転フレーム１１上最も高い位置にある場合、Ｘ線管１３の回転角度が０°、反対にＸ線管１３が回転フレーム１１上最も低い位置にある場合、Ｘ線管１３の回転角度が１８０°であると規定する。

被検体Ｐは、天板２５に載置される。天板２５は、Ｚ軸に沿って移動可能に天板支持機構２６により支持されている。典型的には、天板支持機構２６は、天板２５の長軸がＺ軸に平行するように天板２５を支持する。天板２５と天板支持機構２６とは、寝台を構成する。天板支持機構２６は、天板移動部２７に電気的に接続されている。天板移動部２７は、スキャン制御部４７による制御に従って天板支持機構２６を駆動し、天板２５をＺ軸に沿って移動させる。

天板２５または天板支持機構２６には、天板位置検出部２８が取り付けられている。天板位置検出部２８は、磁気センサ、光センサ、または位置検出エンコーダ（ロータリーエンコーダ）により実現される。天板位置検出部２８は、天板位置が特定位置にあることを検出し、その旨の電気信号（天板位置信号）を出力する。出力された天板位置信号は、入力部３１を介してコンソール５内に供給される。この特定位置としては、例えば、後述する収集開始天板位置が好適である。天板位置検出部２８は、例えば、この特定位置に対応する天板２５や天板支持機構２７等の一部分に固定される。

なお天板位置は、天板２５上の基準点のＺ軸方向に関する位置により規定されるものとする。この基準点の位置は、例えば、Ｘ線管１３のＸ線焦点とＸ線検出面１５の中心とを結ぶ線に交差する天板２５上の点に規定される。

図１に示すように、コンソール５は、入力部３１、前処理部３３、再構成部３５、画像処理部３７、収集開始角度決定部３９、曝射開始角度決定部４１、収集開始天板位置決定部４３、移動開始角度決定部４５、スキャン制御部４７、表示部４９、操作部５１、記憶部５３、及びシステム制御部５１を備える。

入力部３１は、架台３とコンソール５との通信に利用されるインターフェースである。具体的には、入力部３１は、回転角度検出部２３から回転角度信号を入力する。また、入力部３１は、天板位置検出部２８から天板位置信号を入力する。

前処理部３３は、データ収集回路２１から供給された投影データに対数変換や感度補正等の前処理を施す。再構成部３５は、前処理が施された投影データに基づいて被検体に関する画像データを再構成する。画像処理部３７は、画像データに種々の画像処理を施す。

収集開始角度決定部３９は、ユーザによる操作部５１を介した指示に従って、データ収集回路２１による投影データの収集開始予定時点におけるＸ線管１３の回転角度を設定する。以下、収集開始予定時点におけるＸ線管１３の回転角度を収集開始角度と呼ぶことにする。

曝射開始角度決定部４１は、収集開始角度とＸ線安定時間とに基づいて、Ｘ線管１３によるＸ線の発生開始予定時点におけるＸ線管の回転角度を決定する。以下、Ｘ線発生開始予定時点におけるＸ線管１３の回転角度を曝射開始角度と呼ぶことにする。

収集開始天板位置決定部４３は、ユーザによる操作部５１を介した指示に従って、データ収集回路２１による投影データの収集開始予定時点における天板位置を決定する。以下、収集開始予定時点における天板位置を収集開始天板位置と呼ぶことにする。

移動開始角度決定部４５は、収集開始角度決定部４３により決定された収集開始角度と天板予備移動時間とに基づいて、天板２５の移動開始予定時点におけるＸ線管１３の回転角度を決定する。以下、移動開始予定時点におけるＸ線管１３の回転角度を天板移動開始角度と呼ぶことにする。天板予備移動時間は、天板２５の移動開始予定時点から投影データの収集開始予定時点までの時間間隔に規定される。

スキャン制御部４７は、収集開始天板位置（あるいは収集開始角度）からへリカルスキャンを実行するために、データ収集回路１５、回転駆動部１７、高電圧発生部１９、及び天板移動部２７を制御する。具体的には、まずスキャン制御部４７は、ユーザにより操作部５１を介して回転開始の指示がなされたことを契機として回転駆動部１７を制御して回転フレーム１１を回転させる。次にスキャン制御部４７は、Ｘ線管１３が天板移動開始角度に到達したことを契機として天板移動部２７を制御して天板２５の移動を開始させる。次にスキャン制御部４７は、Ｘ線管１３が曝射開始角度に到達したことを契機として高電圧発生部１９を制御してＸ線を発生させる。そしてスキャン制御部４７は、天板２５が収集開始天板位置に到達したことを契機としてデータ収集回路２１を制御して投影データの収集を開始させる。

表示部４９は、再構成部３５により再構成された画像データに対応する画像、あるいは画像処理部３７により画像処理された画像データに対応する画像をディスプレイに表示する。操作部５１は、入力デバイスによる操作者からの各種指令や情報入力を受け付ける。記憶部５３は、画像データを記憶する。また、記憶部５３は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１の制御プログラムを記憶している。システム制御部５５は、記憶部５３に記憶されている制御プログラムを読み出してメモリ上に展開し、展開された制御プログラムに従って各部を制御する。

次にＸ線コンピュータ断層撮影装置１の動作例について説明する。

まずは、図２を参照しながらヘリカルスキャンの前段階におけるＸ線コンピュータ断層撮影装置１の動作例について説明する。ヘリカルスキャンの前段階は、収集開始天板位置や曝射開始角度、収集開始角度、天板移動開始角度等を決定するために設けられる。なおヘリカルスキャンの前段階において、回転フレーム１１の回転速度やＸ線条件、天板２５の移動速度等の収集条件は、スキャン制御部４７により設定されているものとする。以下、回転フレーム１１の回転速度の設定値を設定架台速度と呼ぶことにする。また、天板２５の定速移動時の速度の設定値を設定天板速度と呼ぶことにする。Ｘ線条件は、管電流や管電圧、フィラメントの種類等のＸ線の線量に影響を与えるあらゆる因子を含む。

ヘリカルスキャンの前段階において、まずユーザは、操作部５１等を介して、天板位置を指定する。収集開始天板位置決定部４３は、ユーザにより操作部５１を介して指定された天板位置を収集開始天板位置ＡＺに決定する（ステップＳＡ１）。決定された天板位置ＡＺのデータは、スキャン制御部４７に供給される。典型的には、天板位置ＡＺは、スキャンエキスパートシステムによるスキャン範囲の設定に連動して決定される。なお天板位置ＡＺの設定は、この方法のみに限定されない。例えば、天板位置ＡＺとしてユーザにより操作部５１を介して直接的に天板位置の座標等が指定されてもよい。

また、ヘリカルスキャンの前段階において、ユーザは、操作部５１等を介して投影データの回転角度を指定する。収集開始角度決定部３９は、指定された回転角度を収集開始角度ＡＡに決定する（ステップＳＡ２）。収集開始角度ＡＡとしては、０°〜３６０°までの任意の回転角度に指定可能である。収集開始角度ＡＡのデータは、スキャン制御部４７に供給される。

なお収集開始角度の指定方法は、上記のように、回転角度を直接的に指定する方法のみに限定されない。例えば、ユーザにより被検体Ｐの体位が指定されるようにしてもよい。被検体Ｐの体位が指定されると収集開始角度決定部３９は、被検体Ｐの体位に応じて収集開始角度を決定する。例えば、決定部３９は、被検体Ｐの体位と収集開始角度とを関連付けたテーブルを利用して、ユーザにより指定された体位に応じた収集開始角度を決定してもよい。具体的には、被検体Ｐが左腕を下にして天板２５に横たわる場合、収集開始角度は３０°に、被検体Ｐが背中を下にして天板２５に横たわる場合、収集開始角度は１２０°に、被検体Ｐが右腕を下にして天板２５に横たわる場合、収集開始角度は２１０°に、被検体Ｐが腹部を下にして天板２５に横たわる場合、収集開始角度は３００°に設定されるとよい。

なお、ステップＳＡ１とＳＡ２との順番は、上記の順番に限定されない。すなわち、ステップＳＡ２の次にステップＳＡ１が行われても良い。

ステップＳＡ１及びＳＡ２が行われると移動開始角度決定部４５は、収集開始天板位置と天板予備移動時間とに基づいて天板移動開始角度ＴＡを決定する（ステップＳＡ３＆ＳＡ４）。

図３を参照しながら、移動開始角度決定部４５による天板移動開始角度ＴＡの決定処理を説明する。図３に示すように、天板２５は、天板予備移動時間ＰＴにおいて、初期位置ＳＺから収集開始天板位置ＡＺまで移動する。天板予備移動時間ＰＴは、加速時間ＡＴとマージンＭＴとからなる。加速時間ＡＴは、天板２５の移動開始時点から設定天板速度ＣＶに到達する時点までの時間間隔に規定される。設定速度ＣＶは、投影データ収集中における天板速度である。マージンＭＴは、天板２５の移動速度が設定天板速度ＣＶに到達した時点から投影データの収集開始時点までの時間間隔に規定される。換言すれば、天板予備移動時間ＰＴは、天板移動開始予定時点から投影データの収集開始予定時点までの時間間隔に等しい。

収集条件の設定段階において、天板予備移動量（天板予備移動時間ＰＴにおける天板２５の移動量）と設定天板速度ＣＶとは、スキャン制御部４７により予め設定されている。移動開始角度決定部４５は、天板予備移動量と設定天板速度ＣＶとに基づいて、天板予備移動時間ＰＴを算出する。より詳細には、設定天板速度ＣＶに応じて、加速時間ＡＴと加速移動量（加速時間ＡＴにおける天板２５の移動量）ＡＤとは自動的に決定される。これら加速時間ＡＴ、天板予備移動量ＰＤ、加速移動量ＡＤ、及び設定天板速度ＣＶに下記の（１）式を適用することにより天板予備移動時間ＰＴが算出される。

ＰＴ＝ＡＴ＋（ＰＤ−ＡＤ）／ＣＶ ・・・（１）
なお（ＰＤ−ＡＤ）／ＣＶは、マージンＭＴに等しい。

天板予備移動時間ＰＴが算出されると決定部４５は、設定天板速度ＣＶと天板予備移動時間ＰＴとに基づいてＸ線管予備回転量ＰＲを決定する（ステップＳＡ３）。Ｘ線管予備回転量ＰＲは、天板移動開始時点から投影データの収集開始時点までのＸ線管１３の回転角度量に規定される。例えば、設定天板速度ＣＶに従って天板予備移動時間ＰＴを回転角度に換算することによりＸ線管予備回転量ＰＲが決定される。

Ｘ線管予備回転量ＰＲが決定されると決定部４５は、収集開始角度ＡＡとＸ線管予備回転量ＰＲとに基づいて天板移動開始角度ＴＡを決定する（ステップＳＡ４）。例えば、決定部４５は、収集開始角度ＡＡからＸ線管予備回転量ＰＲを減ずることにより天板移動開始角度ＴＡを算出する。天板予備移動時間ＰＴのデータや天板移動開始角度ＴＡのデータ、Ｘ線管予備回転量ＰＲのデータは、スキャン制御部４７に供給される。

図２に示すように、ステップＳＡ３及びＳＡ４が行われると曝射開始角度決定部４１は、収集開始角度ＡＡとＸ線安定時間とに基づいてＸ線曝射開始角度ＸＡを決定する（ステップＳＡ５）。

ここで、曝射開始角度決定部４１によるＸ線曝射開始角度ＸＡの決定処理について詳細に説明する。決定部４１は、まず、収集開始角度ＡＡとＸ線安定時間とに基づいてＸ線安定時間内におけるＸ線管１３の回転角度量ＸＲを決定する。Ｘ線安定時間は、Ｘ線管１３がＸ線を発生し始めてからＸ線の線量が安定するまでに必要な時間である。Ｘ線安定時間は、例えば、管電流や管電圧、フィラメントの種類等のＸ線条件に応じて決定される。あるいはＸ線安定時間は、Ｘ線条件とＸ線安定時間とを関連付けたテーブルにより決定されてもよい。また、Ｘ線安定時間は、設定架台速度及びＸ線条件に基づいて決定されてもよい。Ｘ線安定時間が決定されると決定部４１は、設定架台速度を利用してＸ線安定時間をＸ線安定回転量ＰＲに換算する。例えば、設定架台速度にＸ線安定時間を乗じることにより回転角度量ＸＲが算出される。回転角度量ＸＲが算出されると、決定部４１は、収集開始角度ＡＡから回転角度量ＸＲを減ずることにより曝射開始角度ＸＡを算出する。典型的には、Ｘ線曝射開始角度ＸＡは、天板移動開始角度ＴＡよりも収集開始角度ＡＡとの角度差が小さい。これは、Ｘ線安定時間が天板予備移動時間よりも小さいことに起因する。曝射開始角度ＸＡのデータは、スキャン制御部４３に供給される。

なお、ステップＳＡ４とＳＡ５との順番は、上記の順番に限定されない。すなわち、ステップＳＡ３→ＳＡ４→ＳＡ５の順番に行われても良いし、ステップＳＡ３→ＳＡ５→ＳＡ４の順番に行われても良い。

このようにして、収集開始天板位置ＡＺ、収集開始角度ＡＡ、天板移動開始角度ＴＡ、及びＸ線曝射開始角度ＸＡが決定されると、ヘリカルスキャンの前段階が終了する。

次に図４を参照しながらヘリカルスキャンの実行時におけるＸ線コンピュータ断層撮影装置１の動作例について説明する。まずユーザにより操作部５１を介して回転フレーム１１の回転開始指示がなされたことを契機としてスキャン制御部４７は、回転フレーム１１を回転するために回転駆動部１７を制御する。回転フレーム１１は、回転開始時から設定架台速度まで加速し、その後、設定架台速度で繰り返し定速回転する。回転速度が設定架台速度に到達すると操作部５１のＸ線曝射開始ボタンが押下可能状態に移行される。ユーザによりＸ線曝射開始ボタンが押されるとスキャン制御部４７は、Ｘ線管１３が移動開始角度ＴＡに到達することを待機する。

Ｘ線管１３が移動開始角度ＴＡに到達されたことを契機として、スキャン制御部４７は、天板移動部２７を制御して天板２５の移動を開始する（ステップＳＡ６）。天板２５は、移動開始時においては初期位置ＳＺに配置され、移動開始とともに初期位置ＳＺから収集開始天板位置ＡＺまで上述の基準点に対して相対的に移動する。

天板２５の移動が開始されるとスキャン制御部４７は、Ｘ線管１３が曝射開始角度ＸＡに到達することを待機する。Ｘ線管１３が曝射開始角度ＸＡに到達することを契機としてスキャン制御部４７は、高電圧発生部１９を制御してＸ線管１３によるＸ線の発生を開始させる（ステップＳＡ７）。Ｘ線の線量は、曝射開始直後においては管電流値やフィラメント温度等のＸ線条件が設定値に到達せず安定しない。ヘリカルスキャンの実行時と前段階とでＸ線条件が変更されていないので、Ｘ線の線量は、理論的には曝射開始時点からＸ線安定時間後に設定値に到達し安定する。換言すれば、Ｘ線管１３が曝射開始角度ＸＡからＸ線安定回転量ＸＲだけ回転するとＸ線の線量は設定値で安定する。

また、天板２５の移動が開始されるとスキャン制御部４７は、天板２５が収集開始天板位置ＡＺに到達することを待機する。天板２５が収集開始天板位置ＡＺに到達されるとスキャン制御部４７は、データ収集回路２１を制御して投影データの収集を開始させる（ステップＳＡ８）。ヘリカルスキャンの実行時と前段階とにおいて収集条件は変更されていないので、天板２５が収集開始天板位置ＡＺに到達することは、Ｘ線管１３が収集開始角度ＡＡに到達することとみなせる。なお天板２５が収集開始天板位置ＡＺに到達することの認識方法は、１．天板位置、２．天板移動開始時点からの経過時間による２通りある。以下に２通りの認識方法について具体的に説明する。

認識方法１−１： 天板２５の移動が開始されるとスキャン制御部４７は、移動開始時点（Ｘ線管１３が移動開始角度ＴＡに到達した時点）からの経過時間を計測し、移動開始時点から天板予備移動時間だけ経過することを待機する。そして移動開始時点から天板予備移動時間だけ経過したことを契機としてスキャン制御部４７は、データ収集回路２１に投影データの収集を開始させる。設定天板速度や天板予備移動量等の収集条件は、ヘリカルスキャンの実行時と前段階とで変更されていない。従って、移動開始時点から天板予備移動時間だけ経過した時点においては、天板２５が収集開始天板位置に位置しているとみなすことができる。すなわちスキャン制御部４７は、移動開始時点から天板予備移動時間だけ経過したことを、天板２５が収集開始天板位置に到達したことと同義であるとみなしている。このように移動開始時点からの経過時間により天板２５が収集開始天板位置に到達したことを認識することにより、後述の認識方法１−２のように天板位置検出部２８を利用しないで済む。従って認識方法１−１は、認識方法１−２に比して簡便な構成により、天板２５が収集開始天板位置に到達したこと認識することができる。

認識方法１−２： 天板２５の移動開始位置検出用の天板位置検出部２８の他に、収集開始天板位置検出用の天板位置検出部２８が天板２５や天板支持機構２６に設けられている。天板位置検出部２８は、天板位置が収集開始天板位置に到達する毎にその旨を示す天板位置信号（以下、収集開始信号と呼ぶことにする。）をスキャン制御部４７に供給する。天板２５が移動開始位置に到達するとスキャン制御部４７は、天板位置検出部２８から収集開始信号が供給されることを待機する。収集開始信号が供給されることを契機としてスキャン制御部４７は、データ収集回路２１にＸ線検出器１５を介した投影データの収集を開始させる。すなわち、スキャン制御部４７は、収集開始信号が到達されたことを、天板２５が収集開始角度に到達したことと同義とみなしている。このように、天板位置により天板２５が収集開始天板位置に到達したことを直接的に認識することにより、認識方法１−１に比して、より確実に収集開始天板位置から投影データの収集を開始することができる。

投影データの収集が開始されるとスキャン制御部４７は、収集開始天板位置ＡＺから天板２５をスキャン範囲だけ移動し、スキャン範囲だけ移動するとヘリカルスキャンを終了する。すなわち、スキャン制御部４７は、回転駆動部１７を制御して回転フレーム１１の回転を停止させ、高電圧発生部１９を制御してＸ線の発生を停止させ、データ収集回路２１を制御して投影データの収集を停止させ、天板移動部２９を制御して天板２５の移動を停止させる。

かくして第１実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置１は、ヘリカルスキャンにおいて、ユーザの指示に従う任意の天板位置を収集開始天板位置として決定する。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１は、決定された収集開始天板位置を利用して天板移動開始角度を決定する。ヘリカルスキャン時において、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１は、Ｘ線管１３が天板移動開始角度に到達したことを契機として天板２５の移動を開始させ、Ｘ線管１３が曝射開始角度に到達したことを契機としてＸ線の発生を開始させ、天板２５が収集開始天板位置に到達したことを契機として投影データの収集を開始させる。従ってＸ線コンピュータ断層撮影装置１は、設定天板速度や設定架台速度等の収集条件が異なるヘリカルスキャンであっても、常にユーザの指示通りの天板位置または回転角度から投影データを収集することができる、また、収集条件が異なる複数のヘリカルスキャンに関する複数の画像を比較読影する場合、回転角度依存によるノイズの影響を無視することもできる。

なお上述の説明においては、回転角度検出部２３は、回転フレーム１１に固定されるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。すなわち、回転角度検出部２３は、回転フレーム１１の円周回りに回動可能に設けられても良い。この場合、回転角度検出部２３は、回転フレーム１１と略同形状を有する案内レール上にスライド可能に設けられている。案内レールは、架台３内であって回転フレーム１１の近傍に収容される。回転フレーム１１の任意の回転角度に移動するために、モータからの駆動信号を受けて回転角度検出部２３は案内レール上でスライドされる。例えば、回転角度検出部２３は、曝射開始角度や収集開始角度に対応する案内レール上の角度位置に配置される。このように回転角度検出部２３が回動可能に設けられることにより、回転角度検出部２３が固定されている場合に比して、回転角度検出部２３を任意の角度に容易に移動させることが可能となる。

また、上述の説明においては、天板予備移動時間からＸ線管予備回転量を決定し、Ｘ線管予備回転量から天板移動開始角度を決定するとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、天板予備移動時間と設定架台速度とに基づいて直接的に天板移動開始角度が決定されてもよい。

上述において、Ｘ線発生停止予定時点における回転角度（以下、曝射停止角度と呼ぶことにする。）を設定してもよい。この場合、Ｘ線管１３が曝射停止角度に到達したことを契機としてスキャン制御部４７は、高電圧発生部１９を制御してＸ線の発生を停止させる。これにより任意のビュー範囲をスキャンすることができる。

さらに第１実施形態において、Ｘ線に弱い臓器を保護するために、Ｘ線の発生をオンする角度範囲（以下、オン範囲と呼ぶことにする）とＸ線の発生をオフする角度範囲（以下、オフ範囲と呼ぶことにする）とが設定されてもよい。オン範囲は、収集開始角度から収集停止角度までの角度範囲に規定される。オフ範囲は、収集停止角度から収集開始角度までの角度範囲に規定される。例えば、３６０°のうちの略２４０°分の角度範囲はオン範囲に設定され、残りの略１２０°分の角度範囲はオフ範囲に設定されるとよい。この設定により、Ｘ線管１３が繰り返し回転されている間、Ｘ線のオンとオフとを同一の角度範囲で規則正しく繰り返すことができる。このようにして、Ｘ線管１３が放射線に弱い臓器に比較的接近している角度範囲をオフ範囲に設定し、比較的接近していない角度範囲をオン範囲に設定することにより、放射線に弱い臓器をＸ線から保護して比較的長い時間に亘ってスキャンを実行することができる。

また、オン範囲において高電圧発生部１９は、高線量のＸ線と低線量のＸ線とを交互に曝射させるために、高電圧と低電圧とをＸ線管１３に対して交互に供給してもよい。

［第２実施形態］
次に第２実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置について説明する。上述のように第２実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、コンベンショナルスキャンを実行する。なお以下の説明において、第２実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。

図５は、第２実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置２の構成を示す図である。図５に示すように、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置２は、第１実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置１に搭載されている天板位置検出部２８、収集開始天板位置決定部４３、及び移動開始角度決定部４５を有していない。

スキャン制御部５７は、収集開始角度からコンベンショナルスキャンを実行するために、回転駆動部１７、高電圧発生部１９、及びデータ収集回路２１を制御する。具体的には、まずスキャン制御部５７は、ユーザにより操作部５１を介して回転開始の指示がなされたことを契機として回転駆動部１７を制御して回転フレーム１１を回転させる。次にスキャン制御部５７は、Ｘ線管１３が曝射開始角度に到達したことを契機として高電圧発生部１９を制御してＸ線を発生させる。そしてスキャン制御部５７は、Ｘ線管１３が収集開始角度に到達したことを契機としてデータ収集回路２１を制御して投影データの収集を開始させる。

次に第２実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置２の動作例について説明する。

まずは、図６を参照しながらコンベンショナルスキャンの前段階におけるＸ線コンピュータ断層撮影装置２の動作例について説明する。コンベンショナルスキャンの前段階は、曝射開始角度や収集開始角度を決定するために設けられる。なおコンベンショナルスキャンの前段階において、設定架台速度やＸ線条件等の収集条件（スキャン条件）は、すでにスキャン制御部５７により設定されているものとする。

図６に示すように、コンベンショナルスキャンの前段階において、まずユーザは、操作部５１等を介して回転角度を指定する。任意の回転角度が指定されると収集開始角度決定部３９は、指定された回転角度を収集開始角度ＡＡに決定する（ステップＳＢ１）。

収集開始角度ＡＡが決定されると曝射開始角度決定部４１は、収集開始角度ＡＡとＸ線安定時間とに基づいてＸ線安定回転量を決定する（ステップＳＢ２）。

Ｘ線安定回転量ＸＲが算出されると曝射開始角度決定部４１は、収集開始角度とＸ線安定時間内の回転角度量とに基づいて曝射開始角度ＸＡを決定する（ステップＳＢ３）。

曝射開始角度が決定されるとコンベンショナルスキャンの前段階が終了する。

次に図７を参照しながらコンベンショナルスキャン時におけるＸ線コンピュータ断層撮影装置２の動作例について説明する。まずユーザにより操作部５１等を介して回転フレーム１１の回転開始指示を入力する。回転開始指示がなされたことを契機としてスキャン制御部５７は、回転フレーム１１を回転するために回転駆動部１７を制御する。回転フレーム１１は、回転開始時から設定架台速度に到達するまで加速し、その後、設定架台速度で繰り返し定速回転する。回転速度が設定架台速度に到達すると操作部５１のＸ線曝射開始ボタンが押下可能状態に移行される。ユーザによりＸ線曝射開始ボタンが押されるとスキャン制御部５７は、Ｘ線管１３が曝射開始角度ＸＡに到達することを待機する。

Ｘ線管１３が曝射開始角度ＸＡに到達されたことを契機として、スキャン制御部５７は、高電圧発生部１９を制御してＸ線管１３からＸ線を発生させる（ステップＳＢ４）。

Ｘ線の発生が開始されるとスキャン制御部５７は、Ｘ線管１３が収集開始角度に到達することを待機する。そしてＸ線管１３が収集開始角度に到達したことを契機としてスキャン制御部５７は、データ収集回路２１に投影データの収集を開始させる（ステップＳＢ５）。なおＸ線管１３が収集開始角度ＡＡに到達することの認識方法は、１．曝射開始時点からの経過時間、２．Ｘ線管１３の回転角度の２通りある。以下に２通りの認識方法について具体的に説明する。

認識方法２−１： Ｘ線管１３が曝射開始角度ＸＡに到達するとスキャン制御部５７は、曝射開始時点（Ｘ線管１３が曝射開始角度ＸＡに到達した時点）からの経過時間を計測し、曝射開始時点からＸ線安定時間だけ経過することを待機する。そして曝射開始時点からＸ線安定時間だけ経過したことを契機としてスキャン制御部５７は、データ収集回路２１に投影データの収集を開始させる。設定架台速度やＸ線条件等の収集条件は、コンベンショナルスキャンの実行時と前段階とで変更されていない。従って、曝射開始時点からＸ線安定時間だけ経過した時点においては、Ｘ線管１３が収集開始角度ＡＡに位置しているとみなすことができる。すなわちスキャン制御部５７は、曝射開始時点からＸ線安定時間経過したことを、Ｘ線管１３が収集開始角度ＡＡに到達したことと同義であるとみなしている。このように曝射開始時点からの経過時点によりＸ線管１３が収集開始角度ＡＡに到達したことを認識することにより、後述の認識方法２−２に示すように、収集開始角度検出用の回転角度検出部２３を設けないで済む。従って認識方法２−１は、認識方法２−２に比して簡便な構成により、Ｘ線管１３が収集開始角度に到達したこと認識することができる。

認識方法２−２： この場合、曝射開始角度検出用の回転角度検出部２３の他に、収集開始角度検出用の回転角度検出部２３を回転フレーム１１に設ける必要がある。収集開始角度検出用の回転角度検出部２３は、Ｘ線管１３が収集開始角度ＡＡに到達する毎にその旨を示す回転角度信号（以下、収集開始信号と呼ぶことにする。）をスキャン制御部５７に供給する。Ｘ線管１３が曝射開始角度ＸＡに到達するとスキャン制御部５７は、収集開始角度検出用の回転角度検出部２３から収集開始角度信号が供給されることを待機する。収集開始信号が供給されることを契機としてスキャン制御部５７は、データ収集回路２１にＸ線検出器１５を介した投影データの収集を開始させる。すなわち、スキャン制御部５７は、収集開始信号が到達されたことを、Ｘ線管１３が収集開始角度ＡＡに到達したことと同義とみなしている。このように、Ｘ線管１３の回転角度によりＸ線管１３が収集開始角度ＡＡに到達したことを認識することにより、認識方法２−１に比して、より確実に収集開始角度から投影データの収集を開始することができる。

投影データの収集が開始されるとスキャン制御部５７は、画像再構成に必要な回転角度量だけＸ線管１３を回転し、この回転角度量だけＸ線管１３が回転するとコンベンショナルスキャンを終了させる。すなわち、スキャン制御部５７は、高電圧発生部１９を制御してＸ線管１３の発生を停止させ、データ収集回路２１を制御して投影データの収集を停止させ、回転駆動部１７を制御して回転フレーム１１の回転を停止させる。

なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置２により利用される画像再構成法には、フルスキャン法とハーフスキャン法とがある。フルスキャン法では、１スライスあるいはボリュームの画像のデータを再構成するために、被検体Ｐの周囲１周、すなわち約３６０°分の投影データが必要である。また、ハーフスキャン法では、１ボリュームの画像のデータを再構成するために、１８０°＋α（α：ファン角）分の投影データが必要である。本実施形態は、フルスキャン法とハーフスキャン法とのいずれの方法も適用可能である。

かくして第２実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置２は、コンベンショナルスキャンにおいて、ユーザの指示に従う任意の回転角度を収集開始角度に決定する。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１は、決定された収集開始角度とＸ線安定時間とに基づいて曝射開始角度を決定する。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置２は、Ｘ線管１３が曝射開始角度に到達したことを契機としてＸ線管によるＸ線の発生を開始させ、Ｘ線管１３が収集開始角度に到達したことを契機としてデータ収集回路２１による投影データの収集を開始させる。従ってＸ線コンピュータ断層撮影装置２は、設定架台速度やＸ線条件等の収集条件が異なるコンベンショナルスキャンであっても、常にユーザの指示通りの回転角度から投影データを収集することができる。従って、放射線に弱い臓器面からＸ線曝射を避けて投影データを収集することができる。また再構成された画像には、回転角度に応じたノイズが発生する場合がある。しかしながら、第２実施形態によれば、収集条件によらす常に同一の回転角度から投影データを収集することができるので、収集条件が異なる複数のコンベンショナルスキャンに関する複数の画像を比較読影する場合、回転角度依存によるノイズの影響を無視することができる。

かくして本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、任意の天板位置または回転角から投影データの収集を開始することができる。

（変形例）
上述のように、第１及び第２実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、架台３とコンソール５とを備えるとした。しかしながら、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置はこれに限定されない。例えば、図８に示すように、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１は、架台３及びコンソール５に加え、さらに、架台制御装置７を備えても良い。第１実施形態のようにヘリカルスキャン機能を有するＸ線コンピュータ断層撮影装置１の場合、架台制御装置７は、入力部３１、収集開始角度決定部３９、曝射開始角度決定部４１、収集開始位置決定部４３、移動開始位置決定部４５、及びスキャン制御部４７を有する。このような構成により、本実施形態に係るスキャン制御機能をコンソール５から除き、架台制御装置７に担わせることができる。従って、低コストで本実施形態に係るスキャン制御機能をＸ線コンピュータ断層撮影装置に実装させることができる。なお、第２実施形態のようにヘリカルスキャン機能を有さないＸ線コンピュータ断層撮影装置１の場合、架台制御装置７は、入力部３１、収集開始角度決定部３９、曝射開始角度決定部４１、及びスキャン制御部４７を有するとよい。

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ものである。

１…Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、３…架台、５…コンソール、１１…回転フレーム、１３…Ｘ線管、１５…Ｘ線検出器、１７…回転駆動部、１９…高電圧発生部、２１…データ収集回路、２３…回転角度検出部、２５…天板、２６…天板支持機構、２７…天板移動部、２８…天板位置検出部、３１…入力部、３３…前処理部、３５…再構成部、３７…画像処理部、３９…収集開始角度決定部、４１…曝射開始角度決定部、４３…収集開始位置決定部、４５…移動開始角度決定部、４７…スキャン制御部、４９…表示部、５１…操作部、５３…記憶部、５５…システム制御部

Claims (9)

1. Ｘ線を発生するＸ線管と、
   前記Ｘ線管から発生され被検体を透過したＸ線を検出する検出器と、
   前記Ｘ線管を回転可能に支持する第１の支持機構と、
   前記Ｘ線管を前記被検体回りに回転させるために前記第１の支持機構を駆動する第１の駆動部と、
   前記被検体が載置される天板と、
   前記天板を移動可能に支持する第２の支持機構と、
   前記天板を移動させるために前記第２の支持機構を駆動する第２の駆動部と、
   前記検出器を介して前記被検体に関する投影データを収集する収集部と、
   前記収集開始予定時点における前記天板の位置を決定する位置決定部と、
   前記収集部による投影データの収集開始予定時点における前記Ｘ線管の第１の回転角度を決定する第１角度決定部と、
   前記決定された第１の回転角度と、前記天板の移動開始予定時点から前記収集開始予定時点までの時間間隔とに基づいて、前記移動開始予定時点における前記Ｘ線管の第２の回転角度を決定する第２角度決定部と、
   前記Ｘ線管を前記被検体回りに回転させるために前記第１の駆動部を制御し、前記決定された第２の回転角度に前記Ｘ線管が到達したことを契機として、前記天板が移動を開始するように前記第２の駆動部を制御し、前記決定された天板の位置に前記天板が到達したことを契機として、前記投影データの収集を開始するように前記収集部を制御する制御部と、
   を具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. Ｘ線を発生するＸ線管と、
   前記Ｘ線管から発生され被検体を透過したＸ線を検出する検出器と、
   前記Ｘ線管を回転可能に支持する第１の支持機構と、
   前記Ｘ線管を前記被検体回りに回転させるために前記第１の支持機構を駆動する第１の駆動部と、
   前記被検体が載置される天板と、
   前記天板を移動可能に支持する第２の支持機構と、
   前記天板を移動させるために前記第２の支持機構を駆動する第２の駆動部と、
   前記検出器を介して前記被検体に関する投影データを収集する収集部と、
   前記収集開始予定時点における前記天板の位置を決定する位置決定部と、
   前記収集部による投影データの収集開始予定時点における前記Ｘ線管の第１の回転角度をユーザからの指示に従って決定する第１角度決定部と、
   前記決定された第１の回転角度と、前記天板の移動開始予定時点から前記収集開始予定時点までの時間間隔とに基づいて、前記移動開始予定時点における前記Ｘ線管の第２の回転角度を決定する第２角度決定部と、
   前記Ｘ線管を前記被検体回りに回転させるために前記第１の駆動部を制御し、前記決定された第１の回転角度に前記Ｘ線管が到達したときに投影データの収集を開始するように前記収集部を制御し、前記決定された第２の回転角度に前記Ｘ線管が到達したことを契機として、前記天板が移動を開始するように前記第２の駆動部を制御し、前記決定された天板の位置に前記天板が到達したことを契機として、前記投影データの収集を開始するように前記収集部を制御する制御部と、
   を具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 前記第２角度決定部は、前記決定された第１の回転角度と、前記Ｘ線管の安定時間とに基づいて、Ｘ線の発生開始予定時点における前記Ｘ線管の第２の回転角度を決定し、
   前記制御部は、前記Ｘ線管が前記決定された第２の回転角度に到達した時点から前記安定時間だけ経過したことを契機として、前記収集部に投影データの収集を開始させる、
   請求項１および２のいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記Ｘ線管に高電圧を供給する高電圧発生部と、
   Ｘ線の発生停止予定時点における前記Ｘ線管の第３の回転角度を決定する第３角度決定部と、をさらに備え、
   前記制御部は、前記決定された第３の回転角度に前記Ｘ線管が到達したことを契機として、前記高電圧発生部を制御してＸ線の発生を停止させる、
   請求項１乃至３のいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. 前記第１角度決定部は、ユーザからの指示に従って前記第１の回転角度を決定する、請求項１および２のいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
6. 前記第１角度決定部は、前記ユーザからの回転角度の指定または前記ユーザにより指定された前記被検体の体位に応じて前記第１の回転角度を決定する請求項２および５のいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
7. 前記位置決定部は、ユーザからの指示に従って前記収集開始予定時点における前記天板の位置を決定する、請求項１および２のいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
8. 前記第２角度決定部は、前記天板の位置に基づいて前記時間間隔を算出する、請求項１および２のいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
9. 前記第２角度決定部は、
   前記時間間隔と予め設定されたＸ線管回転速度とに基づいて前記時間間隔に亘る前記Ｘ線管の回転量を決定し、
   前記回転量と前記第１の回転角度とに基づいて前記第２の回転角度を決定する、
   請求項１および２のいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。

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