JP2020115975A - Ｘ線ｃｔ装置及び撮影計画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線管の焦点サイズと最大出力とのトレードオフの関係をより高いレベルで実現させること。【解決手段】実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、制御部を備える。前記制御部は、Ｘ線管の焦点の移動を制御する。前記制御部は、前記Ｘ線管の陽極を熔解させない観点から焦点を連続的かつ周期的に移動させる第１の速度を算出し、要求される解像度を満たす観点から焦点を連続的かつ周期的に移動させる第２の速度を算出し、前記下限の速度と前記上限の速度とから、撮影の目的に応じて焦点を連続的かつ周期的に移動させる第３の速度を決定する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置及び撮影計画装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置では、Ｘ線源としてＸ線管（Ｘ線管装置）を使用することが一般的である。Ｘ線管は、陰極（カソード）から飛び出した電子が陽極（アノード）との間の電界で加速され、陽極に衝突し減速する際にＸ線を放出するという原理に基づく。

Ｘ線ＣＴ装置の進化に伴い、Ｘ線管に求められる性能も変化してきた。スキャン時間を短縮するためには、時間あたりに発生するＸ線量を増大させる必要がある。同時にデータ収集する体軸方向の広さを拡大するには、体軸方向に広いＸ線を発生させる必要があるため、ターゲット角を大きくする必要がある。解像度を向上させるためには、焦点サイズを小さくする必要がある。これらに応えるため、陽極の熱容量をより大きく、陽極の回転速度をより高速とすることが求められ、陽極接地方式、液体金属軸受方式、高冷却方式など、さまざまな改良が加えられ、実用化されている。

また、スキャン中に焦点を高速に移動させ、収集するデータの位置を増やす（レイのサンプリングを増やす）ことで、解像度を向上させたり、アーチファクトを抑制したりする技術（ＦＦＳ：フライングフォーカルスポット）が実用化されている。このＦＦＳでは、焦点を高速移動させることで陽極ターゲット面のＸ線発生領域が広がることから、陽極ターゲット面における最高温度を下げる効果も得られる。

Ｘ線管においては、衝突する電子が減速する際のエネルギーの大半は熱となり、ごくごく一部がＸ線となるため、陽極は常に熔解の寸前の状態で使用されている。焦点サイズを小さくしつつ出力を維持しようとすると、電子ビームの密度を上げ、陽極上のより狭い領域で、同じ量のＸ線を発生させることになるため、単位面積当たりで発生する熱量が大きくなり、熔解させない限界の温度を超えてしまう。焦点サイズと最大出力とは基本的にトレードオフの関係であり、解像度を向上させるために焦点サイズを小さくすると、出力を下げざるを得ない。

また、焦点を移動させることで最高温度を下げる場合、１個のデータ収集（１ｖｉｅｗ）中に焦点を移動させると、焦点サイズが大きくなっていることと同じで、解像度を劣化させてしまう。ＦＦＳとして、１個のデータ収集中は焦点を固定させ、データ収集の切り替わり目で高速に移動させることが理想的であるが、完全な矩形波状で移動させることはできず現実的には台形波状や正弦波状などになる。例えば、台形波状の場合、焦点移動中のデータは収集しないか、あるいは収集しても再構成に使用しないなどの対応が必要となり、画像に寄与しないＸ線照射が増えることになる。さらに、逐次収集と呼ばれる、画素によって収集時刻が異なる収集方式を用いた装置では、画素ごとに焦点位置の範囲がずれてしまうことから、実効的な焦点サイズを揃えることもできず、実質的な焦点サイズは大きくなってしまう。

特開２０１１−１９８０２号公報 特開平５−２１７５３４号公報

本発明が解決しようとする課題は、Ｘ線管の焦点サイズと最大出力とのトレードオフの関係をより高いレベルで実現させることである。

実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、制御部を備える。前記制御部は、Ｘ線管の焦点の移動を制御する。前記制御部は、前記Ｘ線管の陽極を熔解させない観点から焦点を連続的かつ周期的に移動させる第１の速度を算出し、要求される解像度を満たす観点から焦点を連続的かつ周期的に移動させる第２の速度を算出し、前記下限の速度と前記上限の速度とから、撮影の目的に応じて焦点を連続的かつ周期的に移動させる第３の速度を決定する。

図１は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、Ｘ線管の構成例を示す図である。 図３は、Ｘ線高電圧装置の構成例を示す図である。 図４は、Ｘ線ＣＴ装置の処理例を示すフローチャートである。 図５は、Ｘ線管の陽極の時間に対する温度の変化の例を示す図である。 図６は、Ｘ線管の陽極の焦点を移動する周期に対する温度の変化の例を示す図である。 図７Ａは、焦点が第１の位置にある状態を示す図である。 図７Ｂは、焦点が第２の位置にある状態を示す図である。 図７Ｃは、１個のデータ収集（１ｖｉｅｗ）中に焦点が第１の位置から第２の位置に移動することで見かけ上の焦点サイズが広がる状態を示す図である。 図８は、Ｘ線管の陽極の焦点を移動する周期に対する見かけ上の焦点サイズの変化の例を示す図である。 図９Ａは、フロント状態における焦点の位置の例を示す図である。 図９Ｂは、センター状態における焦点の位置の例を示す図である。 図９Ｃは、バック状態における焦点の位置の例を示す図である。 図１０は、架台装置１０の回転角に対する焦点の位置の変化の例を示す図である。 図１１Ａは、フロント状態におけるレイの位置の例を示す図である。 図１１Ｂは、バック状態におけるレイの位置の例を示す図である。 図１２は、焦点の位置の変化と逐次収集によるデータ収集の例を示す図である。 図１３は、比較例としてのＦＦＳによる焦点の位置の変化の例を示す図である。 図１４は、比較例としてのＦＦＳによる焦点の位置の変化と逐次収集によるデータ収集の例を示す図である。 図１５Ａは、第２の実施形態においてＸ線管が支持機構により支持された場合のレイの位置の例を示す図（１）である。 図１５Ｂは、第２の実施形態においてＸ線管が支持機構により支持された場合のレイの位置の例を示す図（２）である。 図１５Ｃは、第２の実施形態においてＸ線管が支持機構により支持された場合のレイの位置の例を示す図（３）である。 図１５Ｄは、第２の実施形態においてＸ線管が支持機構により支持された場合のレイの位置の例を示す図（４）である。 図１６Ａは、支持機構がある場合の焦点の位置の例を示す図（１）である。 図１６Ｂは、支持機構がある場合の焦点の位置の例を示す図（２）である。 図１６Ｃは、支持機構がある場合の焦点の位置の例を示す図（３）である。

以下、図面を参照して、Ｘ線ＣＴ装置及び撮影計画装置の各実施形態を説明する。なお、実施形態は、以下の内容に限られるものではない。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。

（第１の実施形態）
図１を参照しながら、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の構成例を示すブロック図である。Ｘ線ＣＴ装置１は、図１に示されるように、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。なお、説明の都合上、図１では架台装置１０が複数描画されているが、基本的に実際の構成として架台装置１０は一つである。図１においては、架台装置１０の非チルト状態での回転フレーム１６の回転軸又は寝台装置３０の天板３３の長手方向をＺ軸方向とする。また、Ｚ軸方向に直交し、床面に対し水平である軸方向をＸ軸方向とする。また、Ｚ軸方向に直交し、床面に対し垂直である軸方向をＹ軸方向とする。

架台装置１０は、Ｘ線管１１と、Ｘ線検出器１５と、回転フレーム１６と、Ｘ線高電圧装置１７と、制御装置１８と、ウェッジ１９と、コリメータ２０と、ＤＡＳ（Data Acquisition System）２１とを有する。

Ｘ線管１１は、Ｘ線高電圧装置１７から供給される高電圧により、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。例えば、Ｘ線管１１には回転する陽極に熱電子を照射することでＸ線を発生させる回転陽極型のＸ線管がある。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。なお、Ｘ線高電圧装置１７は、高電圧の発生だけでなく、フィラメントへの電源供給、回転型陽極の駆動電源供給、及び、後述する熱電子調整機構の駆動等も行う。詳細については後述する。

図２は、Ｘ線管１１の構成例を示す図である。図２において、Ｘ線管１１は、筐体（管球ハウジング）１１１と、陰極１１３と、熱電子調整機構１１４と、回転軸１１５と、陽極１１６とを備えている。筐体１１１は、例えば、金属により作製され、内部で発生したＸ線を通過させるＸ線窓１１２を有している。陰極１１３は、熱電子を発生する。熱電子は、フィラメントに流れる電流により発生した熱によって励起され、フィラメント又は加熱された部材から飛び出す電子である。

陽極１１６は、陰極１１３から放出される熱電子の衝突を受けてＸ線を発生させる。具体的には、陰極１１３と陽極１１６との間に大きな電位差が設けられる。例えば、陽極１１６を接地し、陰極１１３の電位をマイナスとすることにより、陰極１１３と陽極１１６との間に電位差が設けられる。この電位差により、陰極１１３から放出された熱電子は加速されて陽極１１６に衝突し、Ｘ線が発生する。また、陽極１１６は、回転軸１１５により回転する回転体であり、回転軸１１５の軸方向から見ると外周が円形となっている。陽極１１６は、傘状の形状を有しており、傘の先端側が陰極１１３側を向いている。陽極１１６の陰極１１３と対向する側はテーパ面となっており、陰極１１３側に対して若干の角度だけＸ線窓１１２側に傾斜する面を形成している。陽極１１６は、回転することにより、熱電子の衝突によって発熱する位置を分散させ、発熱による陽極１１６の表面の熔解を回避する。回転軸１１５は、図示しないベアリング等により支持され、図示しないステータコイル等により発生される回転磁界により回転駆動される。なお、図では陰極１１３から陽極１１６に向かう熱電子の軌道（一点鎖線にて図示）が陽極１１６の回転軸１１５と平行に描かれているが、これに限られない。

熱電子調整機構１１４は、陰極１１３と陽極１１６との間の熱電子の軌道に沿って、軌道を挟むように設けられており、電界又は磁界により陰極１１３から放出された熱電子の軌道を変化させ、陽極１１６上の焦点を移動する。熱電子調整機構１１４は、電界が用いられる場合に対応して、Ｙ軸方向に距離を隔てて対向する調整極１１４ａと調整極１１４ｂとを備えている。軌道の調整に電界が用いられる場合、調整極１１４ａ、１１４ｂは、例えば、平板状の電極であり、陰極１１３の電位に対してマイナスの異なる電位が印加され、マイナスの電荷を持った熱電子に作用する反発力により、電位が相対的に高い側に熱電子の軌道を変化させる。軌道の調整に磁界が用いられる場合、熱電子に作用する力の方向は、軌道の調整に電界が用いられる場合に熱電子に作用する方向に対し直交する方向となり、調整極１１４ａ、１１４ｂは、Ｘ軸方向に距離を隔てたものとなる。軌道の調整に磁界が用いられる場合、調整極１１４ａ、１１４ｂは、例えば、電磁石の磁極であり、飛翔する熱電子が磁界から受ける力により、熱電子の軌道が変化する。なお、熱電子調整機構１１４は、筐体１１１の内部に設けられる場合に限られず、筐体１１１の外部に熱電子調整機構１１４が設けられるものでもよい。

なお、図２において熱電子の軌道をＹ軸方向に変化させる場合について説明したが、他の方向に熱電子の軌道を変化させてもよい。例えば、熱電子調整機構１１４の調整極１１４ａ、１１４ｂの対と直交する方向に他の調整極の対を設け、直交する２つの調整極の対による電界又は磁界の大きさを調整することにより、任意の方向に熱電子の軌道を変化させることができる。

図３は、Ｘ線高電圧装置１７の構成例を示す図である。図３において、Ｘ線高電圧装置１７は、Ｘ線高電圧供給回路１７１と、フィラメント電源供給回路１７２と、陽極回転駆動電源供給回路１７３と、熱電子調整機構駆動回路１７４とを備えている。Ｘ線高電圧供給回路１７１は、Ｘ線管１１の陰極１１３と陽極１１６との間に印加される高電圧を発生し供給する。Ｘ線高電圧供給回路１７１は、変圧器（トランス）及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高電圧発生回路と、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線制御回路とを有する。高電圧発生回路は、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よい。フィラメント電源供給回路１７２は、Ｘ線管１１のフィラメントの電源を供給する。陽極回転駆動電源供給回路１７３は、陽極１１６を回転駆動する電源を供給する。

熱電子調整機構駆動回路１７４は、Ｘ線管１１の熱電子調整機構１１４に供給する電圧又は電流により、熱電子の軌道に対して作用する電界又は磁界を制御する。なお、Ｘ線高電圧装置１７は、回転フレーム１６に設けられてもよいし、図示しない固定フレームに設けられても構わない。また、Ｘ線高電圧装置１７にＸ線高電圧供給回路１７１とフィラメント電源供給回路１７２と陽極回転駆動電源供給回路１７３と熱電子調整機構駆動回路１７４とが含まれる構成例について説明したが、その一部が他の装置として設けられるようにしてもよい。

図１に戻り、Ｘ線検出器１５は、Ｘ線管１１から照射されて被検体Ｐを通過したＸ線を検出し、検出したＸ線量に対応した信号をＤＡＳ２１へと出力する。Ｘ線検出器１５は、例えば、Ｘ線管１１の焦点を中心とした１つの円弧に沿ってチャネル方向（周回方向）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。Ｘ線検出器１５は、例えば、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）に複数配列された構造を有する。

また、Ｘ線検出器１５は、例えば、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する。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次元コリメータ又は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、例えば、フォトダイオードや光電子増倍管（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１５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。

回転フレーム１６（架台ベース）は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１５とを対向支持し、制御装置１８によってＸ線管１１とＸ線検出器１５とを回転させる円環状のフレームである。例えば、回転フレーム１６は、アルミニウムを材料とした鋳物である。なお、回転フレーム１６は、Ｘ線管１１及びＸ線検出器１５に加えて、Ｘ線高電圧装置１７やＤＡＳ２１を更に支持することもできる。更に、回転フレーム１６は、図１において図示しない種々の構成を更に支持することもできる。以下では、架台装置１０において、回転フレーム１６とともに回転移動する部分及び回転フレーム１６を回転部とも記載する。なお、Ｘ線管１１とＸ線検出器１５とが一体として被検体Ｐの周囲を回転するＲｏｔａｔｅ／Ｒｏｔａｔｅ−Ｔｙｐｅ（第３世代ＣＴ）について説明したが、その他にも、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１１のみが被検体Ｐ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。

なお、ＤＡＳ２１が生成した検出データは、例えば、回転フレーム１６に設けられた発光ダイオード（Light Emitting Diode：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。ここで、非回転部分とは、例えば、回転フレーム１６を回転可能に支持する固定フレーム（図１での図示は省略されている）等である。なお、回転フレーム１６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、回転部分と非回転部分との間でデータ伝送が行えるものであれば如何なる方式を採用しても構わない。

制御装置１８は、モータ及びアクチュエータ等の駆動機構と、この機構を制御する回路とを含む。制御装置１８は、入力インターフェース４３や架台装置１０に設けられた入力インターフェース等からの入力信号を受けて、架台装置１０及び寝台装置３０の動作制御を行う。例えば、制御装置１８は、回転フレーム１６の回転や架台装置１０のチルト、寝台装置３０及び天板３３の動作等について制御を行う。一例を挙げると、制御装置１８は、架台装置１０をチルトさせる制御として、入力された傾斜角度（チルト角度）情報により、Ｘ軸方向に平行な軸を中心に回転フレーム１６を回転させる。なお、制御装置１８は架台装置１０に設けられてもよいし、コンソール装置４０に設けられてもよい。

ウェッジ１９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１９は、Ｘ線管１１から被検体Ｐへ照射されるＸ線が、予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。例えば、ウェッジ１９は、ウェッジフィルタ（wedge filter）やボウタイフィルタ（bow-tie filter）であり、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等を加工して構成される。

コリメータ２０は、ウェッジ１９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。なお、コリメータ２０は、Ｘ線絞りと呼ばれる場合もある。コリメータ２０は、図示しないコリメータ調整回路によって、開口度及び位置が調整される。これにより、Ｘ線管１１が発生させたＸ線の照射範囲が調整される。

ＤＡＳ２１は、Ｘ線検出器１５の各Ｘ線検出素子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、電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを有し、検出データを生成する。ＤＡＳ２１は、例えば、プロセッサにより実現される。ＤＡＳ２１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。

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とを有する。基台３１は、支持フレーム３４を鉛直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の長軸方向に移動する駆動機構であり、モータ及びアクチュエータ等を含む。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の長軸方向に移動してもよい。天板３３だけを移動させてもよいし、寝台装置３０の支持フレームごと移動する方式であってもよい。立位ＣＴに応用される場合は、天板３３に相当する患者支持機構を移動する方式であってもよい。架台装置１０の天板３３の位置関係の相対的な変更を伴うスキャン（ヘリカルスキャンや位置決めスキャン等）実行の際、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。歯科用ＣＴに適用される場合には、寝台装置３０等は不要となる。

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、処理回路４４とを有する。なお、コンソール装置４０は、架台装置１０とは別体として説明するが、架台装置１０にコンソール装置４０又はコンソール装置４０の各構成要素の一部が含まれてもよい。

メモリ４１は、例えば、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、光ディスク等により実現される。例えば、メモリ４１は、投影データや再構成画像データを記憶する。また、例えば、メモリ４１は、Ｘ線ＣＴ装置１に含まれる回路がその機能を実現するためのプログラムを記憶する。メモリ４１は、ハードウェアによる非一過性の記憶媒体としても用いられる。なお、投影データや再構成画像データの記憶は、コンソール装置４０のメモリ４１が行う場合に限らず、インターネット等の通信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がＸ線ＣＴ装置１からの保存要求を受けて投影データや再構成画像データの記憶を行うようにしてもよい。

ディスプレイ４２は、各種の情報を表示する。例えば、ディスプレイ４２は、処理回路４４によって生成された医用画像（ＣＴ画像）や、操作者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。例えば、ディスプレイ４２は、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイである。また、ディスプレイ４２は、架台装置１０に設けられてもよい。また、ディスプレイ４２は、デスクトップ型でもよいし、コンソール装置４０本体と無線通信可能なタブレット端末等で構成されることにしても構わない。

入力インターフェース４３は、操作者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４４に出力する。例えば、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操作者から受け付ける。例えば、入力インターフェース４３は、マウスやキーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパネル等により実現される。また、入力インターフェース４３は、架台装置１０に設けられてもよい。また、入力インターフェース４３は、コンソール装置４０本体と無線通信可能なタブレット端末等で構成されることにしても構わない。

処理回路４４は、Ｘ線ＣＴ装置１全体の動作を制御する。例えば、処理回路４４は、スキャン制御機能４４１、画像生成機能４４２、表示制御機能４４３及び制御機能４４４を有する。処理回路４４は、例えば、プロセッサにより実現される。処理回路４４は、制御部の一例である。

例えば、処理回路４４は、メモリ４１からスキャン制御機能４４１に相当するプログラムを読み出して実行することにより、Ｘ線ＣＴ装置１を制御してスキャンを実行する。ここで、スキャン制御機能４４１は、例えば、コンベンショナルスキャンやヘリカルスキャン、ステップアンドシュート方式といった種々の方式でのスキャンを実行することができる。

具体的には、スキャン制御機能４４１は、寝台駆動装置３２を制御することにより、被検体Ｐを架台装置１０の撮影口内へ移動させる。また、スキャン制御機能４４１は、Ｘ線高電圧装置１７を制御することにより、Ｘ線管１１へ高電圧を供給させる。また、スキャン制御機能４４１は、Ｘ線高電圧装置１７の熱電子調整機構駆動回路１７４を介して、Ｘ線管１１の焦点の移動を制御する。また、スキャン制御機能４４１は、コリメータ２０の開口度及び位置を調整する。また、スキャン制御機能４４１は、制御装置１８を制御することにより、回転フレーム１６を含む回転部を回転させる。また、スキャン制御機能４４１は、ＤＡＳ２１に投影データを収集させる。なお、ＣＴ画像を再構成するには被検体Ｐ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。

また、例えば、処理回路４４は、メモリ４１から画像生成機能４４２に相当するプログラムを読み出して実行することにより、ＤＡＳ２１から出力された検出データに対して対数変換処理やオフセット補正処理、チャネル間の感度補正処理、ビームハードニング補正等の前処理を施したデータを生成する。なお、前処理を施す前のデータ（検出データ）及び前処理後のデータを総称して投影データと称する場合もある。また、例えば、画像生成機能４４２は、ＣＴ画像データを生成する。具体的には、画像生成機能４４２は、前処理後の投影データに対して、フィルタ補正逆投影法や逐次近似再構成法等を用いた再構成処理を行ってＣＴ画像データを生成する。画像生成機能４４２は、再構成処理に際して、１個のデータ収集（ｖｉｅｗ）中の代表的な焦点の位置に基づいて再構成を行う。また、画像生成機能４４２は、入力インターフェース４３を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、ＣＴ画像データを任意断面の断層像データや３次元画像データに変換する。

また、例えば、処理回路４４は、メモリ４１から表示制御機能４４３に相当するプログラムを読み出して実行することにより、ＣＴ画像をディスプレイ４２に表示する。また、例えば、処理回路４４は、メモリ４１から制御機能４４４に相当するプログラムを読み出して実行することにより、入力インターフェース４３を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、処理回路４４の各種機能を制御する。

なお、図１においては、スキャン制御機能４４１、画像生成機能４４２、表示制御機能４４３及び制御機能４４４の各処理機能が単一の処理回路４４によって実現される場合を示したが、実施形態はこれに限られるものではない。例えば、処理回路４４は、複数の独立したプロセッサを組み合わせて構成され、各プロセッサが各プログラムを実行することにより各処理機能を実現するものとしても構わない。また、処理回路４４が有する各処理機能は、単一又は複数の処理回路に適宜に分散又は統合されて実現されてもよい。処理回路４４はコンソール装置４０に含まれる場合に限らず、複数の医用画像診断装置にて取得された検出データに対する処理を一括して行う統合サーバに含まれてもよい。コンソール装置４０は、単一のコンソールにて複数の機能を実行するものとして説明したが、複数の機能を別々のコンソールが実行することにしても構わない。後処理はコンソール装置４０又は外部のワークステーションのどちらで実施することにしても構わない。また、コンソール装置４０とワークステーションの両方で処理することにしても構わない。

また、処理回路４４のスキャン制御機能４４１における、スキャンの実行の直前までの機能を果たす部分を撮影計画装置と呼ぶこともでき、これを別の装置として切り出すこともできる。

上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、あるいは、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（例えば、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）、又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサはメモリ４１に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、メモリ４１にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。

図４は、Ｘ線ＣＴ装置１の処理例を示すフローチャートであり、撮影（スキャン）に先立ってＸ線管１１の焦点の移動の速度（振幅、周期）を決定する処理例である。なお、焦点の移動の速度は、移動の振幅と周期とにより定まる。図４において、処理回路４４のスキャン制御機能４４１は、撮影の条件等を取得する（ステップＳ１）。撮影の条件等としては、スキャンプロトコル、高精細モード／通常モード、コンベンショナルスキャン／ヘリカルスキャン、撮影部位、稼働履歴等の情報であり、これらからスキャンの連続性、スキャンの広さ、被検体の大きさ、直前までの稼働履歴、高精細の要求、低ノイズの要求、低被爆の要求等が判断される。更に、スキャンの連続性、スキャンの広さ、被検体の大きさ、直前までの稼働履歴、高精細の要求、低ノイズの要求、低被爆の要求、のいずれか又は組み合わせに基づいて、撮影の目的が解像度を優先すべきか、最大出力を優先すべきかが判断される。

次いで、スキャン制御機能４４１は、Ｘ線管１１の陽極１１６を熔解させない観点から焦点を連続的かつ周期的に移動する下限の速度（振幅、周期）を算出する（ステップＳ２）。下限の速度は、第１の速度の一例である。

図５は、Ｘ線管１１の陽極１１６の時間に対する温度の変化の例を示す図である。図５において、曲線ａはＸ線管１１の焦点の位置を移動しなかった場合の変化、曲線ｂは焦点を第１の周期で移動した場合の変化、曲線ｃは焦点を第１の周期より短い第２の周期で移動した場合の変化、曲線ｄは焦点を第２の周期より短い第３の周期で移動した場合の変化、曲線ｅは焦点を第３の周期より短い第４の周期で移動した場合の変化、曲線ｆは焦点を第４の周期より短い第５の周期で移動した場合の変化の例を示している。すなわち、Ｘ線管１１の焦点の位置を移動しなかった場合（曲線ａ）は、所定の時間で熔解に相当する１００％の相対温度に達してしまうが、焦点を移動することで温度の上昇を抑制することができる。図６は、Ｘ線管１１の陽極１１６の焦点を移動する周期に対する温度の変化の例を示す図であり、周期が小さい場合（高速に移動する場合）の方が、陽極１１６の温度を低下させることができる。

スキャン制御機能４４１は、例えば、移動の振幅ごとの図６のような関係を示す数式又は数値データに対し、予め決めておいた相対温度（例えば、６０％）を当てはめることで、対応する移動の振幅と周期とを取得する。該当する移動の振幅と周期とが複数組ある場合、スキャン制御機能４４１はそれらの複数組を取得してもよい。なお、焦点の移動の振幅としては、焦点サイズ以上とすることが望ましい。これは、焦点の周期的な移動において、同じ位置が熱電子に晒されると、熔解しやすくなるためである。

次いで、図４に戻り、スキャン制御機能４４１は、要求される解像度を満たす観点からＸ線管１１の焦点を連続的かつ周期的に移動する上限の速度（振幅、周期）を算出する（ステップＳ３）。上限の速度は、第２の速度の一例である。１個のデータ収集（１ｖｉｅｗ）中に焦点が移動すると焦点サイズが大きくなったことと同等になり、解像度の低下を招いてしまうため、１個のデータ収集（１ｖｉｅｗ）の間隔に対して、相対的に長い時間をかけて焦点を移動させる。例えば、データ収集のサンプリングの１０倍以上の長い周期で焦点を移動させることが望ましい。また、焦点の移動は、架台装置１０の回転に同期させて行うことが望ましい。例えば、架台回転の１／１０以上の長い周期で焦点を移動させることが望ましい。一例として、架台回転１回転で２周期の焦点移動を行うことができる。

図７Ａは、焦点が第１の位置にある状態を示す図、図７Ｂは、焦点が第２の位置にある状態を示す図、図７Ｃは、１個のデータ収集（１ｖｉｅｗ）中に焦点が第１の位置から第２の位置に移動することで見かけ上の焦点サイズが広がる状態を示す図である。すなわち、１個のデータ収集（１ｖｉｅｗ）中に、焦点が図７Ａのような第１の位置から図７Ｂのような第２の位置に移動した場合、見かけ上の焦点サイズは図７Ｃのように広がってしまうことになり、解像度が低下してしまう。図８は、Ｘ線管１１の陽極１１６の焦点を移動する周期に対する見かけ上の焦点サイズの変化の例を示す図であり、周期が大きい場合（ゆっくりと移動する場合）の方が、見かけ上の焦点サイズを小さくすることができ、解像度を高めることができる。

スキャン制御機能４４１は、例えば、移動の振幅ごとの図８のような関係を示す数式又は数値データに対し、予め決めておいた相対的な解像度（例えば、１．２）を当てはめることで、対応する移動の振幅と周期とを取得する。該当する移動の振幅と周期とが複数組ある場合、スキャン制御機能４４１はそれらの複数組を取得してもよい。

次いで、図４に戻り、スキャン制御機能４４１は、上述の処理により求められた下限の速度と上限の速度とから、撮影の目的に応じて焦点を連続的かつ周期的に移動する速度（振幅、周期）を決定する（ステップＳ４）。撮影の目的に応じて焦点を連続的かつ周期的に移動する速度は、第３の速度の一例である。この際、スキャン制御機能４４１は、撮影の目的が解像度を優先すべきと判断する場合には、焦点を連続的かつ周期的に移動させる速度を下限の速度に近づけ、撮影の目的が最大出力を優先すべきと判断する場合には、焦点を連続的かつ周期的に移動させる速度を上限の速度に近づける。その後、スキャン制御機能４４１は、決定された速度（振幅、周期）により、熱電子調整機構駆動回路１７４を制御してＸ線管１１の焦点を移動させつつ、撮影（スキャン）を実行する。

図４に示されたステップＳ１〜Ｓ４は、スキャン制御機能４４１に対応するステップである。ステップＳ１〜Ｓ４は、処理回路４４がメモリ４１からスキャン制御機能４４１に対応するプログラムを読み出し実行することにより、スキャン制御機能４４１が実現されるステップである。図４で説明したフローチャートにおける処理の順序は、結果に本質的な影響を与えない範囲で変えてもよい。また、結果に本質的な影響を与えない範囲で、並行して処理を行ってもよい。

図９Ａは、フロント状態における焦点の位置の例を示す図、図９Ｂは、センター状態における焦点の位置の例を示す図、図９Ｃは、バック状態における焦点の位置の例を示す図であり、架台装置１０の回転に同期して連続的かつ周期的に焦点の位置が移動される例である。なお、焦点がフロントにある場合（図９Ａ）とバックにある場合（図９Ｃ）とで、焦点となる陽極１１６上の領域が重ならないようになっている。ただし、焦点となる領域が重ならないようにするのは必須ではない。陽極１１６の冷却を考慮すると、焦点となる領域が重ならないことが理想ではあるが、焦点となる領域が重なった場合に熔解防止の効果がなくなるものではない。図１０は、架台装置１０の回転角に対する焦点の位置の変化の例を示す図であり、架台装置１０が真上にある場合にはフロント（Ｆｒｏｎｔ）、図の右回りに４５°回転した状態でセンター（Ｃｅｎｔｅｒ）、更に４５°回転した状態でバック（Ｂａｃｋ）、更に４５°回転した状態でセンター、更に４５°回転した状態でフロント、更に４５°回転した状態でセンター、更に４５°回転した状態でバック、更に４５°回転した状態でセンターとなる。

図１１Ａは、フロント状態におけるレイの位置の例を示す図であり、図１１Ｂは、バック状態におけるレイの位置の例を示す図である。すなわち、焦点の位置が変化するとその焦点の位置と検出画素とを結ぶレイの位置が変化する。そのため、画像生成機能４４２は、移動する焦点の位置に応じ、ｖｉｅｗごとの焦点の代表的な位置（例えば、微小に変化する焦点の平均的な位置）を計算し、その焦点の位置と検出画素とを結ぶレイの位置を計算し、計算したレイの位置に沿って逆投影して画像の再構成を行う。なお、再構成に使用するレイの位置は、すべてのデータごとに個別に計算するだけでなく、いくつかにグルーピングし、グループ内で同じ値を用いてもよい。

図１２は、焦点の位置の変化と逐次収集によるデータ収集の例を示す図である。図１２において、焦点位置は、図１０で説明したように、架台回転周期の半分の周期で、フロント（Ｆ）とバック（Ｂ）との間を連続的かつ周期的に、例えば、正弦波状に変化するものとしている。この場合、焦点の移動の速度は、要求される解像度を満たす観点からの焦点を連続的かつ周期的に移動させる速度が考慮されているため、短い期間ΔＴ内における焦点位置の変化は微小であり、焦点位置の違いによる解像度低下はほとんど発生しない。そのため、図の左側に画素の順番（列）で示されるように、Ｘ線検出器１５から列ごとに画素の値が取得される逐次収集において、Ｓ１０１のように連続するビューｖｉｅｗ１、ｖｉｅｗ２で最初の列の画素の取得が行われ、最後の列の画素がＳ１０２のようにずれて取得される場合であっても、焦点位置の違いによる解像度低下はほとんど発生しない。また、焦点の移動の速度は、Ｘ線管１１の陽極１１６を熔解させない観点からの焦点を連続的かつ周期的に移動させる速度が考慮されているため、陽極１１６の熔解も防止され、Ｘ線管１１の焦点サイズと最大出力とのトレードオフの関係がより高いレベルで実現される。すなわち、従来と同等の焦点サイズでより大きな出力を得たり、より小さい焦点サイズにしながら出力を維持させたりすることができる。

図１３は、比較例としてのＦＦＳによる焦点の位置の変化の例を示す図であり、上段は理想的な矩形波状の焦点位置の遷移、中段は現実的な台形波状の焦点位置の遷移、下段は他の現実的な正弦波状の焦点位置の遷移を示している。図１４は、比較例としてのＦＦＳによる焦点の位置の変化と逐次収集によるデータ収集の例を示す図であり、図１３の中段における台形波状の焦点位置の遷移の場合について示している。これらの場合において、焦点位置の移動周期の半分が１個のデータ収集（１ｖｉｅｗ）の期間となっている。

図１４において、上段の焦点位置の遷移のうち、フロント（Ｆ）とバック（Ｂ）との過渡的な状態では、焦点位置が確定できないため、データから除外すべきものとされる。そのため、画像に寄与しないＸ線照射が増えることになり、好ましくない。また、図の左側に画素の順番（列）で示されるように、Ｘ線検出器１５から列ごとに画素の値が取得される逐次収集において、Ｓ２０１のように連続するビューｖｉｅｗ１、ｖｉｅｗ２で最初の列の画素の取得が行われ、最後の列の画素がＳ２０２のようにずれて取得される場合に、焦点位置の異なる画素の値が混ざってしまい、実効的な焦点サイズを揃えることもできず、実質的な焦点サイズは大きくなってしまう。本実施形態では、このような不都合が生じないことは、前述した通りである。

なお、１個のデータ収集（１ｖｉｅｗ）の間隔に対して相対的に長い時間をかけて焦点を移動させる場合について説明したが、オペレータから所定の指示が与えられた場合や、撮影の目的が所定の解像度よりも高い解像度を要すると判断された場合には、焦点の連続的かつ周期的な移動を行わないモードに移行させるようにしてもよい。また、オペレータから所定の指示が与えられた場合には、焦点を複数の位置に不連続に変化（データ収集のサンプリングと概ね同じ周期で焦点を移動）するＦＦＳモードにより焦点の移動を行うようにしてもよい。

また、軌道同期スキャンにおいてサブトラクションを行う場合には、焦点の位置の変更が画質に影響しやすいため、原則として、焦点を移動させる動作は停止する。しかし、焦点位置変更の周期を、サブトラクションを行う複数のスキャンの間でシンクロさせることで、軌道同期スキャンでサブトラクションを行う場合においても、焦点を移動させる動作を行うことができる。ダイナミックスキャンについても同様である。

また、Ｘ線管１１の校正用に取得されるキャリブレーションデータについても、焦点の位置に応じてキャリブレーションデータを予め取得し、スキャン時の焦点の位置に応じてキャリブレーションデータを使い分けることができる。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、移動する焦点の位置に応じ、レイ（パス）の位置を考慮して再構成を行うようにしていた。しかし、第２の実施形態では、Ｘ線管１１の陽極１１６上の焦点の位置が移動しても、Ｘ線検出器１５側から見た焦点の位置が変化しないようにして、再構成の処理を容易にするようにしている。

図１５Ａ〜図１５Ｄは、第２の実施形態においてＸ線管１１が支持機構１２により支持された場合のレイの位置の例を示す図である。図１５Ａ〜図１５Ｄにおいて、Ｘ線管１１は、支持機構１２を介して回転フレーム１６に取り付けられている。支持機構１２は、Ｘ線検出器１５側から見たＸ線管１１の焦点の移動する方向と反対側の方向にＸ線管１１を移動させ、Ｘ線検出器１５側から見た焦点の位置が変化しないようにする。例えば、支持機構１２は、ピエゾ素子等の圧電素子や、モータによるアクチュエータ等により構成される。他の構成は図１等に示されたものと同様である。

図１５Ａは、Ｘ線管１１の焦点をフロントの位置（図９Ａ）に移動させ、Ｘ線管１１自体は移動せずにオリジナルの位置にある場合を示しており、図１５Ｂは、焦点をフロントの位置（図９Ａ）に移動させ、Ｘ線管１１をバックの方向（図の右側）に移動した場合を示している。図１５Ｃは、Ｘ線管１１の焦点をバックの位置（図９Ｃ）に移動させ、Ｘ線管１１自体は移動せずにオリジナルの位置にある場合を示しており、図１５Ｄは、焦点をバックの位置（図９Ｃ）に移動させ、Ｘ線管１１をフロントの方向（図の左側）に移動した場合を示している。図１５Ａ〜図１５Ｄにおいて、Ｘ線管１１からＸ線検出器１５に向けて延びる一点鎖線は同じ位置を示しているが、図１５Ｂ及び図１５Ｄのように、支持機構１２がＸ線管１１を移動させることで、フロントからバックの全ての位置において、Ｘ線検出器１５側から見た焦点の位置が同じになる。

支持機構１２がなかった場合の焦点の位置は図９Ａ〜図９Ｃに示された通りであり、図９Ａは焦点がフロントの位置にある場合、図９Ｂは焦点がセンターの位置にある場合、図９Ｃは焦点がバックの位置にある場合である。図１６Ａ〜図１６Ｃは、支持機構１２がある場合の焦点の位置の例を示す図であり、図１６Ａは焦点がフロントの位置にある場合であってＸ線管１１全体がバックの方向に移動した場合、図１６Ｂは焦点がセンターの位置にある場合であってＸ線管１１全体は移動しない場合、図１６Ｃは焦点がバックの位置にある場合であってＸ線管１１全体がフロントの方向に移動した場合を示している。図９Ａ〜図９Ｃ及び図１６Ａ〜図１６Ｃにおいて、一点鎖線は同じ位置を示しており、支持機構１２がＸ線管１１を移動させることで、図１６Ａ〜図１６Ｃのように、Ｘ線検出器１５側から見た焦点の位置が同じになる。

以上説明された少なくとも１つの実施形態によれば、Ｘ線管の焦点サイズと最大出力とのトレードオフの関係をより高いレベルで実現させることができる。

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
１０ 架台装置
１１ Ｘ線管
１１３ 陰極
１１６ 陽極
１２ 支持機構
１７４ 熱電子調整機構駆動回路
１８ 制御装置
４０ コンソール装置
４１ メモリ
４２ ディスプレイ
４３ 入力インターフェース
４４ 処理回路
４４１ スキャン制御機能

Claims (10)

1. Ｘ線管の焦点の移動を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、
   前記Ｘ線管の陽極を熔解させない観点から焦点を連続的かつ周期的に移動させる第１の速度を算出し、
   要求される解像度を満たす観点から焦点を連続的かつ周期的に移動させる第２の速度を算出し、
   前記第１の速度と前記第２の速度とから、撮影の目的に応じて焦点を連続的かつ周期的に移動させる第３の速度を決定する、
   Ｘ線ＣＴ装置。
2. 前記第１の速度、前記第２の速度及び前記第３の速度は、焦点の移動の振幅と周期とにより定まる、
   請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記振幅は、焦点のサイズを超える幅である、
   請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記制御部は、
   前記撮影の目的が解像度を優先すべきと判断する場合には、前記第３の速度を前記第１の速度に近づけ、
   前記撮影の目的が最大出力を優先すべきと判断する場合には、前記第３の速度を前記第２の速度に近づける、
   請求項１〜３のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記制御部は、
   スキャンの連続性、スキャンの広さ、被検体の大きさ、直前までの稼働履歴、高精細の要求、低ノイズの要求、低被爆の要求、のいずれか又は組み合わせに基づいて、前記撮影の目的が解像度を優先すべきか、前記撮影の目的が最大出力を優先すべきかを判断する、
   請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記制御部は、所定の指示が与えられた場合、又は撮影の目的が所定の解像度よりも高い解像度を要すると判断した場合、焦点の移動を行わない、
   請求項１〜５のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
7. 前記制御部は、所定の指示が与えられた場合、焦点を複数の位置に不連続に変化させる、
   請求項１〜６のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
8. 前記Ｘ線管の焦点を移動させる方向と反対側の方向に前記Ｘ線管を移動させる支持機構を備える、
   請求項１〜７のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
9. 前記制御部は、１個のデータ収集中の代表的な焦点の位置に基づいて再構成を行う、
   請求項１〜８のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
10. Ｘ線管の焦点の移動を制御する制御部を備え、
    前記制御部は、
    前記Ｘ線管の陽極を熔解させない観点から焦点を連続的かつ周期的に移動させる第１の速度を算出し、
    要求される解像度を満たす観点から焦点を連続的かつ周期的に移動させる第２の速度を算出し、
    前記第１の速度と前記第２の速度とから、撮影の目的に応じて焦点を連続的かつ周期的に移動させる第３の速度を決定する、
    撮影計画装置。

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