JP2021041269A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ビュー数不足に起因するアーチファクトの低減と入射フォトン数不足に起因するアーチファクトの低減との調和がとれたＣＴ画像を生成すること。【解決手段】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線源、素子サイズが異なる第１のＸ線検出素子と第２のＸ線検出素子とを有するＸ線検出器及び前記Ｘ線検出器により検出されたＸ線に関する投影データを収集するデータ収集回路を有する架台と、通常分解能モードと高精細モードとの何れかに対応する検査プロトコルを設定する設定部と、前記設定された検査プロトコルに対応する、前記架台により収集される投影データの収集ビュー数を決定する決定部と、前記架台を制御して前記決定された収集ビュー数の投影データを収集する制御部と、前記収集された収集ビュー数の投影データに基づいてＣＴ画像を再構成する再構成部と、を具備する。【選択図】 図１

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。

高精細検出器を搭載するＸ線コンピュータ断層撮影装置において高速回転でデータ収集する場合、現状のデータ収集回路ではビュー・レート（単位時間当たりのビュー数）が不足し、再構成画像におけるＦＯＶ（Field of view）の周辺においてモアレ・アーチファクト（干渉縞）が発生してしまう。ハードウェア的に単位時間当たりのビュー数を増やせばモアレ・アーチファクトは減るが、１ビュー当たりの入射フォトン数が相対的に減るので、モアレ・アーチファクトの代わりにノイズ・アーチファクトが発生してしまう。一方、ビュー補間等ソフトウェア的にビュー数を増やせば、モアレ・アーチファクトは減少するが、回転方向に流れるようなアーチファクトが発生してしまう。

特開２００４−５２２５０８号公報 特開２０１３−０００４７９号公報

本発明が解決しようとする課題は、ビュー数不足に起因するアーチファクトの低減と入射フォトン数不足に起因するアーチファクトの低減との調和がとれたＣＴ画像を生成可能な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線源、素子サイズが異なる第１のＸ線検出素子と第２のＸ線検出素子とを有するＸ線検出器及び前記Ｘ線検出器により検出されたＸ線に関する投影データを収集するデータ収集回路を有する架台と、通常分解能モードと高精細モードとの何れかに対応する検査プロトコルを設定する設定部と、前記設定された検査プロトコルに対応する、前記架台により収集される投影データの収集ビュー数を決定する決定部と、前記架台を制御して前記決定された収集ビュー数の投影データを収集する制御部と、前記収集された収集ビュー数の投影データに基づいてＣＴ画像を再構成する再構成部と、を具備する。

図１は、本実施形態に係る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、本実施形態に係るＸ線検出器に含まれる検出素子の配列を概略的に示す平面図である。 図３は、通常解像度モードにおける本実施形態に係るＸ線検出器の検出素子の並びを概念的に示す平面図である。 図４は、実施例１に係るシステム制御機能の制御の下に行われるＸ線コンピュータ断層撮影装置の処理の典型的な流れを示す図である。 図５は、図４のステップＳＡ２において演算回路により利用される第１ビュー数テーブルの一例を示す図である。 図６は、実施例２に係るシステム制御機能の制御の下に行われるＸ線コンピュータ断層撮影装置の処理の典型的な流れを示す図である。 図７は、図６のステップＳＢ２において演算回路により利用される第２ビュー数テーブル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わるＸ線コンピュータ断層撮影装置を説明する。

図１は、本実施形態に係る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１に示すように、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、架台１０とコンソール１００とを有する。例えば、架台１０はＣＴ検査室に設置され、コンソール１００はＣＴ検査室に隣接する制御室に設置される。架台１０とコンソール１００とは互いに通信可能に接続されている。架台１０は、被検体ＰをＸ線でＣＴスキャンするためのスキャン機構を搭載する。コンソール１００は、架台１０を制御するコンピュータである。

図１に示すように、架台１０は、開口が形成された略円筒形状の回転フレーム１１を有する。図１に示すように、回転フレーム１１には、開口を挟んで対向するように配置されたＸ線管１３とＸ線検出器１５とが取付けられている。回転フレーム１１は、アルミ等の金属により円環形状に形成された金属枠である。後述するが、架台１０は、アルミ等の金属により形成されたメインフレームを有する。回転フレーム１１は、当該メインフレームにより回転可能に支持されている。

Ｘ線管１３は、高電圧発生器１７に接続されている。Ｘ線管１３は、熱電子を発生する陰極、陰極から飛翔する熱電子を受けてＸ線を発生する陽極を保持する真空管である。高電圧発生器１７は、例えば、回転フレーム１１に取付けられている。高電圧発生器１７は、例えば、インバータ式の高電圧発生回路である。高電圧発生器１７は、架台の電源装置（図示せず）から環状電極及び摺動子を介して供給された電力から、架台制御回路２９による制御に従いＸ線管１３に印加する高電圧を発生しフィラメント加熱電流を供給する。高電圧発生器１７とＸ線管１３とは高圧ケーブル（図示せず）を介して接続されている。高電圧発生器１７により発生された高電圧は、高圧ケーブルを介して、Ｘ線管１３に収容された陽極と陰極との間に印加される。また、高電圧発生器１７により発生されたフィラメント加熱電流は、高圧ケーブルを介して、Ｘ線管１３の陰極に供給される。Ｘ線管１３の陽極と陰極との間に印加される高電圧は管電圧と呼ばれている。また、当該高電圧下においてフィラメント加熱電流により加熱された陰極から発生し陽極に飛翔する熱電子の流れは管電流と呼ばれている。高電圧発生器１７は、Ｘ線管１３への管電圧と管電流とをＸ線条件に従い調節する。

回転フレーム１１は、回転駆動装置２１からの動力を受けて中心軸Ｚ回りに一定の角速度で回転する。回転駆動装置２１としてダイレクトドライブモータやサーボモータ等の任意のモータが用いられる。回転駆動装置２１は、例えば、架台１０に収容されている。回転駆動装置２１は、架台制御回路２９からの駆動信号を受けて回転フレーム１１を回転させるための動力を発生する。

回転フレーム１１の開口にはＦＯＶが設定される。回転フレーム１１の開口内には寝台２３に支持された天板が挿入される。天板には被検体Ｐが載置される。寝台２３は、天板を移動自在に支持する。寝台２３には寝台駆動装置２５が収容されている。寝台駆動装置２５は、架台制御回路２９からの駆動信号を受けて寝台２３を前後、昇降及び左右に移動させるための動力を発生する。天板は、載置された被検体Ｐの撮像部位がＦＯＶ内に含まれるように位置決めされる。

Ｘ線検出器１５は、Ｘ線管１３から発生されたＸ線を検出する。具体的には、Ｘ線検出器１５は、２次元湾曲面上に配列された複数の検出素子を有している。各検出素子は、シンチレータと光電変換素子とを有する。シンチレータは、Ｘ線を光に変換する物質により形成される。シンチレータは、入射Ｘ線を、当該入射Ｘ線の強度に応じた個数の光子に変換する。光電変換素子は、シンチレータから受けた光を増幅して電気信号に変換する回路素子である。光電変換素子としては、例えば、光電子増倍管やフォトダイオード等が用いられる。なお、検出素子は、上記の通りＸ線を光に変換してから検出する間接検出型でも良いし、Ｘ線を直接的に電気信号に変換する直接変換型であっても良い。直接検出型の検出素子としては、例えば、ＳｉＰＭ（Silicon Photomultipliers）のような半導体の両端に電極が取り付けられてなる半導体ダイオードを含むタイプが適用可能である。

図２は、本実施形態に係るＸ線検出器１５に含まれる検出素子１５１の配列を概略的に示す平面図である。図２に示すように、複数の検出素子１５１がチャンネル方向及び列方向に関して２次元的に配列される。なお、列方向は回転軸ＲＡに沿う方向に規定され、チャンネル方向はＸ線検出器１５の回転軸ＲＡ回りの回転方向に規定される。本実施形態に係るＸ線検出器１５は、高精細用の複数の検出素子（以下、高精細素子と呼ぶ）１５１を含む。

本実施形態に係るＸ線検出器１５１は、チャンネル方向に関する分解能（以下、検出器分解能と呼ぶ）を切替可能である。検出器分解能に係るモードは、高精細モードと通常解像度モードとに区分される。図２に示すように、高精細モードは、チャンネル方向の検出器分解能が高精細素子１５１間のピッチに対応する画質モードである。通常解像度モードは、チャンネル方向に関する検出器分解能が高精細素子１５１間のピッチよりも広いピッチに対応する画質モードである。

高精細モードと通常解像度モードとは、架台制御回路２９等により電気的に切り替えられる。図３は、通常解像度モードにおけるＸ線検出器１５の検出素子１５１の並びを概念的に示す平面図である。図３に示すように、通常解像度モードは、高精細の解像度に対する通常解像度の倍率に応じた個数の高精細素子１５１を電気的に束ねることにより実現される。例えば、高精細の解像度が通常解像度の４倍の場合、縦２×横２＝４個の高精細素子１５１が一個の通常解像度モードの検出素子（以下、通常解像度素子）１５２を構成する。通常解像度素子１５２を構成する４個の高精細素子１５１の電気信号を束ねる、束ね後の電気信号が通常解像度素子１５２の電気信号として処理される。通常解像度素子１５２からの電気信号に基づいて通常解像度の画像が再構成可能である。高精細モードの場合、各高精細素子１５１からの電気信号を個別に利用することにより、高精細素子１５１間のピッチに対応する高精細の画像が再構成可能である。

Ｘ線検出器１５にはデータ収集回路２７が接続されている。データ収集回路２７は、Ｘ線検出器１５により検出されたＸ線の強度に応じた電気信号をＸ線検出器１５から読み出し、読み出した電気信号を、ビュー期間に亘るＸ線の線量に応じたデジタル値を有する投影データを収集する。データ収集回路２７は、例えば、投影データを生成可能な回路素子を搭載したＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）により実現される。

架台制御回路２９は、コンソール１００の演算回路１０１からのスキャン条件に従いＸ線ＣＴスキャンを実行するために架台１０を制御する。本実施形態において架台制御回路２９は、コンソール１００の演算回路１０１により決定された収集ビュー数の投影データを収集するために高電圧発生器１７、回転駆動装置２１、寝台駆動装置２５及びデータ収集回路２７を同期的に制御する。収集ビュー数は、Ｘ線ＣＴスキャンにより収集される投影データのビュー数を示す。収集ビュー数は、具体的には、回転駆動装置２１による架台１０の回転フレーム１１の回転速度の調節とデータ収集回路２７によるビュー期間の調節との少なくとも一方により調節される。ハードウェア資源として、架台制御回路２９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の処理装置（プロセッサ）とＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置（メモリ）とを有する。また、架台制御回路２９は、ＡＳＩＣやフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ）、他の複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）により実現されても良い。架台制御回路２９は制御部の一例である。

図１に示すように、コンソール１００は、演算回路１０１、ディスプレイ１０３、入力回路１０５及び記憶回路１０７を有する。演算回路１０１、ディスプレイ１０３、入力回路１０５及び記憶回路１０７間のデータ通信は、バス（bus）を介して行われる。

演算回路１０１は、ハードウェア資源として、ＣＰＵあるいはＭＰＵ、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサとＲＯＭやＲＡＭ等のメモリとを有する。演算回路１０１は、各種プログラムの実行により前処理機能１１１、再構成機能１１３、画像処理機能１１５、検査プロトコル設定機能１１７、ビュー数決定機能１１９及びシステム制御機能１２１を実現する。

前処理機能１１１において演算回路１０１は、架台１０から伝送された生データに対数変換等の前処理を施す。また、演算回路１０１は、収集された収集ビュー数の投影データに基づいて再構成ビュー数の投影データを算出する。再構成ビュー数は、演算回路１０１による再構成処理に供される投影データのビュー数を示す。より詳細には、再構成ビュー数は、逆投影処理の直前のビュー数である。演算回路１０１は、収集ビュー数の投影データにビュー補間を行うことにより再構成ビュー数の投影データを算出する。前処理機能１１１は前処理部の一例である。

再構成機能１１３において演算回路１０１は、再構成ビュー数の投影データに基づいて被検体Ｐに関するＣＴ値の空間分布を表現するＣＴ画像を発生する。画像再構成アルゴリズムとしては、ＦＢＰ（filtered back projection）法や逐次近似再構成法等の既存の画像再構成アルゴリズムが用いられれば良い。再構成機能１１３は再構成部の一例である。

画像処理機能１１５において演算回路１０１は、再構成機能１１３により再構成されたＣＴ画像に種々の画像処理を施す。例えば、演算回路１０１は、当該ＣＴ画像にボリュームレンダリングや、サーフェスボリュームレンダリング、画像値投影処理、ＭＰＲ（Multi-Planer Reconstruction）処理、ＣＰＲ（Curved MPR）処理等の３次元画像処理を施して表示画像を生成する。

検査プロトコル設定機能１１７において演算回路１０１は、被検体Ｐを対象とするＣＴスキャンに関する検査プロトコルを、入力回路１０５を介したユーザからの指示に従い又は自動的に設定する、本実施形態に係る検査プロトコルは、架台１０によるＣＴスキャンに関する撮影プロトコルと再構成機能１１３による画像再構成に関する再構成プロトコルとの両方の概念を含む。検査プログラム設定機能１１７は設定部の一例である。

ビュー数決定機能１１９において演算回路１０１は、検査プロトコル設定機能１１９により設定された検査プロトコルに対応する、架台１０により収集される投影データのビュー数（収集ビュー数）と再構成機能１１３により利用される投影データのビュー数（再構成ビュー数）とを決定する。なお、収集ビュー数と再構成ビュー数とは、典型的には、検査プロトコル設定機能１１７により設定された検査プロトコルに従うＣＴスキャンの実行前に決定される。ビュー数決定機能１１０は決定部の一例である。

システム制御機能１２１において演算回路１０１は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の統括的に制御する。具体的には、演算回路１０１は、記憶回路１０７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Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の各部を制御する。

なお、前処理機能１１１、再構成機能１１３、画像処理機能１１５、検査プロトコル設定機能１１７、ビュー数決定機能１１９及びシステム制御機能１２１は、一の基板の演算回路１０１により実装されても良いし、複数の基板の演算回路１０１により分散して実装されても良い。

ディスプレイ１０３は、２次元のＣＴ画像や表示画像等の種々のデータを表示する。ディスプレイ１０３としては、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイが適宜利用可能である。

入力回路１０５は、ユーザからの各種指令を入力する。具体的には、入力回路１０５は、入力機器と入力インタフェース回路とを有する。入力機器は、ユーザからの各種指令を受け付ける。入力機器としては、キーボードやマウス、各種スイッチ等が利用可能である。入力インタフェース回路は、入力機器からの出力信号をバスを介して演算回路１０１に供給する。

記憶回路１０７は、種々の情報を記憶するＨＤＤ（hard disk drive）やＳＳＤ（solid state drive）、集積回路記憶装置等の記憶装置である。また、記憶回路１０７は、ＣＤ−ＲＯＭドライブやＤＶＤドライブ、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であっても良い。例えば、記憶回路１０７は、ＣＴ画像や表示画像のデータを記憶する。また、記憶回路１０７は、本実施形態に係る制御プログラム等を記憶する。記憶回路１０７は記憶部の一例である。

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

まず、ビュー数とアーチファクトとの関係について説明する。なお、アーチファクトとはＣＴ画像に描出される偽像成分を指す。再構成ビュー数が少ない場合、再構成画像のＦＯＶの周辺にモアレ・アーチファクト（干渉縞）が発生してしまう。例えば、モアレ・アーチファクトはビュー・レート（単位時間当たりのビュー数）が不足することに起因して発生する。ビュー・レートの不足は、例えば、高精細素子を有するＸ線検出器１５を搭載する架台１０において高速回転でデータ収集する場合に顕著である。

モアレ・アーチファクトを低減するために単位時間当たりの収集ビュー数を増やすことが考えられる。１回転当たりの収集ビュー数を増やすと、１ビュー当たりの入射フォトン数が相対的に減るので、モアレ・アーチファクトは減少するが、代わりにノイズ・アーチファクトが発生してしまう。すなわち、同一のＸ線線量下においてはビュー数が多いほど、モアレ・アーチファクトが低減しノイズ・アーチファクトが増加する。

ビュー補間等ソフトウェア的にビュー数を増やせば、モアレ・アーチファクトは減少する。１回転当たりのビュー数が多いと、ＦＯＶの周辺のモアレ・アーチファクトは低減するが、過度にビュー補間を行うと回転方向に流れるようなアーチファクトが発生することが知られている。

本実施形態に係る演算回路１０１は、ビュー数不足に起因するモアレ・アーチファクトの低減と入射フォトン数不足に起因するノイズ・アーチファクトの低減との調和がとれたＣＴ画像を生成するため、ビュー数を検査プロトコルに応じてアダプティブ（適応的）に決定する。以下、システム制御機能１２１の制御の下に行われるＸ線コンピュータ断層撮影装置の処理を、実施例１と実施例２とに分けて説明する。

（実施例１）
図４は、実施例１に係るシステム制御機能１２１の制御の下に行われるＸ線コンピュータ断層撮影装置の処理の典型的な流れを示す図である。

図４に示すように、まず演算回路１０１は、検査プロトコル設定機能１１７を実行する（ステップＳＡ１）。ステップＳＡ１において演算回路１０１は、被検体Ｐを対象とするＣＴスキャンに関する検査プロトコルを、入力回路１０５を介したユーザからの指示に従い又は自動的に設定する。本実施形態に係る検査プロトコルは、架台１０によるＣＴスキャンに関する撮影プロトコルと再構成機能１１３による画像再構成に関する再構成プロトコルとの両方の概念を含む。

検査プロトコルを構成するパラメータとしては、具体的には、Ｘ線検出器１５のチャンネル方向に関する検出器分解能、回転速度、ＦＯＶサイズ、画像処理アプリケーション、再構成手法、再構成関数及びＸ線条件が挙げられる。回転速度は、回転フレーム１１のＺ軸回りの回転速度に規定される。ＦＯＶサイズは、ＦＯＶの径方向に関する長さ［ｍｍ］に規定される。画像処理アプリケーションは、ＣＴ画像に施す後処理の画像アプリケーションの種類である。画像処理アプリケーションとしては、例えば、パフュージョン解析等が挙げられる。再構成手法は、例えば、大きく分けて逐次近似再構成法と逐次近似再構成法を用いない再構成法とが挙げられる。逐次近似再構成法を用いない再構成法としては、例えば、ＦＢＰ（filtered back projection）等の解析学的画像再構成法が挙げられる。再構成関数は、解析学的画像再構成法に用いられるフィルタ関数等の関数である。Ｘ線条件は、例えば、管電圧、管電流及び管電流時間積の少なくとも一つのパラメータにより規定される。またＸ線条件は、上記パラメータではなく、高線量又は低線量のように表現されても良い。

ステップＳＡ１が行われると演算回路１０１は、ビュー数決定機能１１９を実行する（ステップＳＡ２）。ステップＳＡ２において演算回路１０１は、検査プロトコル設定機能１１７により設定された検査プロトコルに対応する収集ビュー数と再構成ビュー数とを決定する。演算回路１０１は、単位時間当たりの収集ビュー数の不足に起因する偽像成分（すなわち、モアレ・アーチファクト）、１収集ビュー当たりの入射フォトン数の不足に起因する偽像成分（すなわち、ノイズ・アーチファクト）及び収集ビュー数から再構成ビュー数への増加処理に起因する偽像成分（すなわち、ビュー補間に起因する回転方向に流れるようなアーチファクト）の総合評価に基づいて、ステップＳＡ１において設定された検査プロトコルに対応する収集ビュー数と再構成ビュー数とを決定する。例えば、演算回路１０１は、検査プロトコル毎に収集ビュー数と再構成ビュー数とを関連づけたＬＵＴ（look up table）を利用して収集ビュー数と再構成ビュー数とを決定する。以下、当該ＬＵＴを第１ビュー数テーブルと呼ぶことにする。第１ビュー数テーブルは、例えば、記憶回路１０７に記憶される。

図５は、ステップＳＡ２において演算回路１０１により利用される第１ビュー数テーブルの一例を示す図である。図５に示すように、第１ビュー数テーブルは、検査プロトコル毎に収集ビュー数と再構成ビュー数とを関連づけている。第１ビュー数テーブルは、更に、検査プログラム毎に補間ビュー数を関連づけても良い。補間ビュー数は、再構成ビュー数から収集ビュー数を減じた数に等しい。なお、図５は、ＦＯＶ＝５００ｍｍにてモアレ・アーチファクトを消すために必要なビュー数が３２００ビューであるとした場合の収集ビュー数と再構成ビュー数との関係を示している。なおＦＯＶ＝５００ｍｍは最大ＦＯＶであるとする。

具体的に、図５に示すＦＯＶ＝３２０ｍｍにおける収集ビュー数と再構成ビュー数とについて説明する。最大ＦＯＶ＝５００ｍｍに対して被写体の大きさがＦＯＶ＝３２０ｍｍに設定されている場合、収集ビュー数は３２００ビューより少なくても良い。ビュー数不足に起因するモアレ・アーチファクトはＦＯＶの周辺で発生するため、最大ＦＯＶ＝５００ｍｍより小さいＦＯＶ＝３２０ｍｍであれば、ＦＯＶの周辺で発生するモアレ・アーチファクトは、ユーザの気にならないと考えられるからである。そのため、収集ビュー数を３２００ビューより少なくし、ノイズ・アーチファクトの低減のため１ビュー当たりの入射フォトン数を多くした方が、ＣＴ画像全体の見栄えが向上すると考えられる。例えば、収集ビュー数は、３２００ビューより少ない１８００ビューに設定される。一方、収集ビュー数＝１８００に起因するモアレ・アーチファクトの低減のため、画像再構成直前の投影データのビュー数は、最大ＦＯＶ＝５００ｍｍにてモアレ・アーチファクトが発生しないビュー数であることが望ましい。そのため、再構成ビュー数は３２００ビューに設定される。この場合、投影データのビュー数は、ビュー補間により１８００ビューから３２００に増やされる。上記の通り、ビュー補間によるビュー数の増加数が過大であると、回転方向に流れるようなアーチファクトが顕著に発生してしまう。当該アーチファクトとモアレ・アーチファクトとのバランスを考慮して、再構成ビュー数に対する収集ビュー数の差分、すなわち、収集ビュー数が設定される。上記の通り、検査プロトコルとしてＦＯＶサイズが設定される場合、当該ＦＯＶサイズに応じた最適な画質を有するように収集ビュー数と再構成ビュー数とが設定される。

次に、ＦＯＶ＝５００ｍｍ且つ低線量モードにおける収集ビュー数と再構成ビュー数とについて説明する。ＦＯＶ＝５００ｍｍの場合、再構成ビュー数は、モアレ・アーチファクトの発生の防止のため３２００ビューに設定される。収集ビュー数も３２００の場合、低線量下においては、１ビュー当たりの入射フォトン数が少ないためノイズ・アーチファクトが懸念される。そのため収集ビュー数は、再構成ビュー数＝３２００ビューよりも少ないビュー数に設定されると良い。しかし収集ビュー数が過小に設定された場合、ビュー補間に起因するアーチファクトが顕著になってしまう。再構成ビュー数と収集ビュー数との差分、すなわち、収集ビュー数は、ビュー補間に起因するアーチファクトが顕著にならない程度に設定されると良い。当該程度は、経験的に定められれば良い。例えば、収集ビュー数は、再構成ビュー数＝３２００に対して２５００ビューに設定される。すなわち、本実施形態に係る収集ビュー数は、低線量下において、モアレ・アーチファクトの観点で決定するのではなく、ノイズ・アーチファクトの観点で決定する。

次に、ＦＯＶ＝５００ｍｍ且つ画像処理アプリケーションがパフュージョン解析の場合における収集ビュー数と再構成ビュー数とについて説明する。ＦＯＶ＝５００ｍｍの場合、再構成ビュー数は、モアレ・アーチファクトの発生の防止のため３２００ビューに設定される。例えば、頭部や腹部のパフュージョンの場合、通常画質ほどの高分解能が要求されないのが一般的である。すなわち、多少ビュー補間に起因するアーチファクトが許容されると想定される。そのため、積極的に収集ビュー数を低下させ、ノイズ・アーチファクトを極力低下させるために１ビュー当たりの入射フォトン数を増加させると良い。再構成ビュー数から収集ビュー数への減少分、すなわち、収集ビュー数は、パフュージョン解析に対して許容できる、ビュー補間に起因するアーチファクトの程度に設定されると良い。当該程度は、経験的に定められれば良い。例えば、収集ビュー数は、再構成ビュー数＝３２００に対して１５００ビューに設定される。

次に、ＦＯＶ＝５００ｍｍ且つ再構成手法が逐次近似再構成の場合における収集ビュー数と再構成ビュー数とについて説明する。ＦＯＶ＝５００ｍｍの場合、再構成ビュー数は、モアレ・アーチファクトの発生の防止のため３２００ビューに設定される。逐次近似再構成により再構成されたＣＴ画像は、多少ぼけを含むためモアレ・アーチファクトが目立たない。すなわち、収集ビュー数を低下させ、ノイズ・アーチファクトを低下させるために１ビュー当たりの入射フォトン数を増加させると良い。再構成ビュー数から収集ビュー数への減少分は、経験的に定められれば良い。例えば、収集ビュー数は、再構成ビュー数＝３２００に対して２６００ビューに設定される。

なお、第１ビュー数テーブルに記録された検査プロトコル毎のビュー数と再構成ビュー数とは、ユーザにより入力回路１０５を介して任意に変更可能である。任意に変更可能とすることにより、検査プロトコル毎にユーザの好みの画質に応じてビュー数と再構成ビュー数とを設定することができる。

ステップＳＡ１において検査プロトコルが設定された場合、演算回路１０１は、設定さえた検査プロトコルを検索キーとして第１ビュー数テーブルを検索し、当該検査プロトコルに関連づけられた収集ビュー数と再構成ビュー数とを特定する。特定されたビュー数に関する情報は、架台制御回路２９に供給される。

ステップＳＡ２が行われると演算回路１０１は、架台制御回路２９にＣＴスキャンを実行させる（ステップＳＡ３）。ステップＳＡ３において架台制御回路２９は、ステップＳＡ２において決定された収集ビュー数の投影データを収集するために架台１０を制御する。より詳細には、架台制御回路２９は、ステップＳＡ１において設定された検査プロトコルに含まれる撮影プロトコルに従い架台１０を制御してＣＴスキャンを実行する。データ収集回路２７は、ステップＳＡ２において決定された収集ビュー数の投影データを、Ｘ線検出器１５を介して収集する。収集された投影データは、演算回路１０１に伝送される。

ステップＳＡ３が行われると演算回路１０１は、前処理機能１１１を実行する（ステップＳＡ４）。ステップＳＡ４において演算回路１０１は、ステップＳＡ３において収集された収集ビュー数の投影データに基づくビュー補間により再構成ビュー数の投影データを算出する。

ステップＳＡ４が行われると演算回路１０１は、再構成機能１１３を実行する（ステップＳＡ５）。ステップＳＡ５において演算回路１０１は、ステップＳＡ４において算出された再構成ビュー数の投影データに基づいてＣＴ画像を再構成する。具体的には、演算回路１０１は、ステップＳＡ１において設定された検査プロトコルに含まれる再構成プロトコルに従い、再構成ビュー数の投影データに再構成処理を施す。再構成されたＣＴ画像は、ステップＳＡ２において決定された収集ビュー数及び再構成ビュー数に基づき生成されているので、モアレ・アーチファクト、ノイズ・アーチファクト及びビュー補間に起因するアーチファクトが最小化されている。

ステップＳＡ５が行われると演算回路１０１は、ディスプレイ１０３に表示処理を行わせる（ステップＳＡ６）。ステップＳＡ６においてディスプレイ１０３は、ステップＳＡ５において再構成されたＣＴ画像を表示する。表示されたＣＴ画像は、モアレ・アーチファクト、ノイズ・アーチファクト及びビュー補間に起因するアーチファクトが最小化されている。従ってユーザは、検査プロトコルに応じてアーチファクトが最小化されたＣＴ画像を観察することができる。

以上により、実施例１に係る演算回路１０１の制御の下に行われるＸ線コンピュータ断層撮影装置の処理の流れの説明を終了する。

なお、上記実施例は種々変更が可能である。例えば、ステップＳＡ２において演算回路１０１は、第１ビュー数テーブルを利用して収集ビュー数と再構成ビュー数とを決定するものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。演算回路１０１は、検査プロトコルと収集ビュー数と再構成ビュー数との関係を規定する関数（以下、ビュー数決定関数と呼ぶ）に基づいて、収集ビュー数と再構成ビュー数とを算出しても良い。例えば、ＦＯＶサイズに応じたビュー数関数は、ＦＯＶサイズが増加するほど、収集ビュー数が再構成ビュー数から減少するように規定されると良い。

また、上記実施例において収集ビュー数のビュー・レートは、回転フレーム１１の回転軸ＲＡ回りの角度変化に対して不変であると仮定した。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、ビュー・レートは回転角度変化に対して可変であっても良い。例えば、入射フォトン数が不足すると想定される角度範囲はビュー・レートを減らし、入射フォトン数が不足すると想定されない角度範囲はビュー・レートを減らさないことが望ましい。

例えば、撮影部位が肩部や腰部等アキシャル断面に関する被検体形状が扁平である場合、ＬＲ方向においてはＸ線透過経路に骨が比較的多く分布するので入射フォトン数が不足する傾向にあり、ＰＡ方向においては入射フォトン数が多い傾向にある。このため、撮影部位が肩部や腰部等アキシャル断面に関する被検体形状が扁平である場合、第１ビュー数テーブルにおいて、回転フレーム１１の第１角度範囲と第２角度範囲とに収集ビュー数が異なる割合で分配されると良い。第１角度範囲は入射フォトン数が不足しない傾向にある範囲に規定され、第２角度範囲は入射フォトン数が不足する傾向にある範囲に規定される。第１角度範囲には、第２角度範囲に比して多くのビュー数が分配される。例えば、撮影部位が肩部や腰部、収集ビュー数が１８００、第１角度範囲が３１５°から４５°及び１３５°から２２５°、第２角度範囲が４５°から１３５°及び２２５°から３１５°の場合、第１角度範囲のビュー数が５００、第２角度範囲のビュー数が１３００に設定されると良い。なお、第１角度範囲と第２角度範囲とに対する再構成ビュー数の配分は同数に設定されると良い。

このように、角度範囲に応じてビュー・レート、換言すれば、ビュー数を可変にすることにより、モアレ・アーチファクトとビュー補間に起因するアーチファクトとを最小化しつつ、入射フォトン数不足に起因するノイズ・アーチファクトをより低減することができる。

上記説明の通り、実施例１に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、架台１０、演算回路１０１及び架台制御回路２９を有する。架台１０は、Ｘ線を発生するＸ線管１３、Ｘ線を検出するＸ線検出器１５及びＸ線検出器１５により検出されたＸ線に関する投影データを収集するデータ収集回路２７を有する。演算回路１０１は、前処理機能１１１、再構成機能１１３、検査プロトコル設定機能１１７、及びビュー数決定機能１１９を有する。検査プロトコル設定機能１１７は、検査プロトコルを設定する。ビュー数決定機能１１９は、設定された検査プロトコルに対応する、ＣＴスキャンにより収集される投影データの収集ビュー数と画像再構成に利用する投影データの再構成ビュー数とを決定する。架台制御回路２９は、架台１０を制御して収集ビュー数の投影データを収集する。前処理機能１１１は、収集ビュー数の投影データに基づいて再構成ビュー数の投影データを算出する。再構成機能１１３は、再構成ビュー数の投影データに基づいてＣＴ画像を再構成する。

上記構成により、実施例１に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、ビュー数不足に起因するモアレ・アーチファクトの低減と入射フォトン数不足に起因するノイズ・アーチファクトの低減とビュー補間に起因するアーチファクトとを最小化する収集ビュー数と再構成ビュー数とを、検査プロトコルに応じて決定することが可能となる。よって、実施例１に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、検査プロトコルに最適な画質を有するＣＴ画像を生成することができる。

（実施例２）
次に実施例２について説明する。実施例２は、検査プロトコルとしてＸ線検出器１５のチャンネル方向に関する検出器分解能が設定された場合に特化する。

図６は、実施例２に係る演算回路１０１の制御の下に行われるＸ線コンピュータ断層撮影装置の処理の典型的な流れを示す図である。

図６に示すように、まず演算回路１０１は、検査プロトコル設定機能１１７を実行する（ステップＳＢ１）。ステップＳＢ１において演算回路１０１は、被検体Ｐを対象とするＣＴスキャンに関する検査プロトコルを、入力回路１０５を介したユーザからの指示に従い又は自動的に設定する、実施例２に係る検査プロトコルは、通常分解能モードと高精細モードとの何れかに対応するものとする。なお、実施例２において設定される検査プロトコルのパラメータは、検出器分解能に限定されず、回転速度やＦＯＶサイズ、Ｘ線条件、画像処理アプリケーション、再構成手法、再構成関数等の他のパラメータが設定されても良い。

ステップＳＢ１が行われると演算回路１０１は、ビュー数決定機能１１９を実行する（ステップＳＢ２）。ステップＳＢ２において演算回路１０１は、検査プロトコル設定機能１１７により設定された検査プロトコルに対応する収集ビュー数を決定する。演算回路１０１は、モアレ・アーチファクト、ノイズ・アーチファクト及びビュー補間に起因する回転方向に流れるようなアーチファクトの総合評価に基づいて、ステップＳＢ１において設定された検査プロトコルに対応する収集ビュー数を決定する。例えば、演算回路１０１は、検出器分解能に関する検査プロトコル毎に収集ビュー数を関連づけたＬＵＴを利用して収集ビュー数を決定する。以下、当該ＬＵＴを第２ビュー数テーブルと呼ぶことにする。第２ビュー数テーブルは、例えば、記憶回路１０７に記憶される。

通常分解能モードと高精細モードとではＸ線検出器１５のチャンネル方向に関するピッチが変わるため、通常分解能モードと高精細モードとで同一のビュー・レートを使用した場合、モアレ・アーチファクトやノイズ・アーチファクトの様相が異なる。具体的には、例えば、高精細モードにて高速回転でデータ収集する場合、ビュー・レートが不足する傾向にある。従って高精細モードは、通常分解能モードに比してモアレ・アーチファクトが発生し易い。また、高精細モードは、通常分解能モードに比して検出面サイズが小さいため入射フォトン数不足に起因するノイズ・アーチファクトが発生し易い傾向にある。従って通常分解能モードと高精細モードとの各々について回転速度やＦＯＶサイズ、ＳＮ比に応じた収集ビュー数が決定されると良い。

図７は、ステップＳＢ２において演算回路１０１により利用される第２ビュー数テーブルの一例を示す図である。図７に示すように、第２ビュー数テーブルは、検査プロトコルである回転速度（ｓ／ｒｏｔ）、通常分解能モード、高精細モード及び高精細＋低線量モード毎に収集ビュー数を関連づけている。図７に示す第２ビュー数テーブルにおいてビュー・レートは全て同一である。なお、高精細＋低線量モードは、検出器分解能が高精細であり且つＸ線線量が低線量なモードである。

図７に示すように、同一のビュー・レートの条件下において回転速度が遅くなるほど収集ビュー数は多くなるように設定される。全回転角度に亘り投影データを収集するためである。通常分解能モードは、高精細モードに比して少ない収集ビュー数に設定される。通常分解能モードは、高精細モードに比してモアレ・アーチファクトが発生し難いため、積極的に収集ビュー数を少なくしてノイズ・アーチファクトを低減するためである。高精細＋低線量モードは、高精細モードに比して１ビュー当たりの入射フォトン数が少ない傾向にあるので、入射フォトン数を増やすため少ない収集ビュー数に設定される。例えば、回転速度は０．３ｓ／ｒｏｔの場合、通常分解能モードの収集ビュー数は８００、高精細モードの収集ビュー数は１０００、高精細＋低線量モードの収集ビュー数は９００に設定されると良い。なお、図７において通常分解能モードの収集ビュー数は、高精細＋低線量モードの収集ビュー数に比して小さい値に設定されているが、必要に応じて高精細＋低線量モードの収集ビュー数に比して大きい値に設定されても良い。

ステップＳＢ１において検査プロトコルとして回転速度及び検出器分解能が設定された場合、当該回転速度及び検出器分解能の組み合わせを検索キーとして第２ビュー数テーブルを検索し、当該組み合わせに関連づけられた収集ビュー数を特定する。特定された収集ビュー数に関する情報は、架台制御回路２９に供給される。

なお、図７において第２ビュー数テーブルは、回転速度毎に検出器分解能を関連づけているが、これに限定されない。例えば、第２ビュー数テーブルは、検出器分解能と検出器分解能以外の検査プロトコルのパラメータとを関連づけても良い。

ステップＳＢ２が行われると演算回路１０１は、架台制御回路２９にＣＴスキャンを実行させる（ステップＳＢ３）。ステップＳＢ３において架台制御回路２９は、ステップＳＡ２において決定された収集ビュー数の投影データを収集するために架台１０を制御する。実施例２においては収集ビュー数と再構成ビュー数とは同一であるためビュー補間が実行される必要はない。

ステップＳＢ３が行われると演算回路１０１は、再構成機能１１３を実行する（ステップＳＢ４）。ステップＳＢ４において演算回路１０１は、ステップＳＢ３において収集された収集ビュー数の投影データに基づいてＣＴ画像を再構成する。再構成されたＣＴ画像は、ステップＳＢ２において決定された収集ビュー数に基づき生成されているので、モアレ・アーチファクト及びノイズ・アーチファクトが最小化されている。

ステップＳＢ４が行われると演算回路１０１は、ディスプレイ１０３に表示処理を行わせる（ステップＳＢ５）。ステップＳＢ５においてディスプレイ１０３は、ステップＳＢ４において再構成されたＣＴ画像を表示する。

以上により、実施例２に係る演算回路１０１の制御の下に行われるＸ線コンピュータ断層撮影装置の処理の流れの説明を終了する。

なお、上記実施例は種々変更が可能である。例えば、上記実施例において収集ビュー数は第２ビュー数テーブルにより決定されるとしたがこれに限定されない。すなわち、演算回路１０１は、検出器分解能と回転速度やＦＯＶサイズ、ＳＮ比等の検出器分解能以外の検査プロトコルのパラメータとの関係を規定する関数に基づいて収集ビュー数を算出しても良い。

上記説明の通り、実施例２に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、架台１０、演算回路１０１及び架台制御回路２９を有する。架台１０は、Ｘ線を発生するＸ線管１３、素子サイズが異なる通常分解能素子と高精細素子とを有するＸ線検出器１５及びＸ線検出器１５により検出されたＸ線に関する投影データを収集するデータ収集回路２７を有する。演算回路１０１は、再構成機能１１３、検査プロトコル設定機能１１７及びビュー数決定機能１１９を有する。検査プロトコル設定機能１１７は、通常分解能モードと高精細モードとの何れかに対応する検査プロトコルを設定する。ビュー数決定機能１１９は、設定された検査プロトコルに対応する、ＣＴスキャンにより収集される投影データの収集ビュー数を決定する。架台制御回路２９は、架台１０を制御して収集ビュー数の投影データを収集する。再構成機能１１３は、収集ビュー数の投影データに基づいてＣＴ画像を再構成する。

上記構成により、実施例２に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、ビュー数不足に起因するモアレ・アーチファクトの低減と入射フォトン数不足に起因するノイズ・アーチファクトの低減とを最小化する収集ビュー数を、Ｘ線検出器１５のチャンル方向に関する分解能に応じて決定することが可能となる。よって、実施例２に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、チャンル方向に関する分解能に最適な画質を有するＣＴ画像を生成することができる。

また、上記実施例においてはビュー補間が行われないため演算回路１０１は、再構成ビュー数については決定しないものとした。しかしながら、本実施例はこれに限定されない。すなわち、ステップＳＢ２において決定される収集ビュー数ではビュー・レート不足に起因するモアレ・アーチファクトが発生してしまう場合、当該収集ビュー数の投影データに対してビュー補間が行われても良い。この場合、第２ビュー数テーブルは、実施例１の第１ビュー数テーブルと同様、検出器分解能毎に収集ビュー数と再構成ビュー数とを関連づけると良い。これにより演算回路１０１は、ビュー数不足に起因するモアレ・アーチファクトの低減と入射フォトン数不足に起因するノイズ・アーチファクトの低減とビュー補間に起因するアーチファクトとを最小化する収集ビュー数と再構成ビュー数とを、検出器分解能に応じて決定することが可能となる。この場合、ステップＳＢ２において演算回路１０１により収集ビュー数と再構成ビュー数とが決定された後、ステップＳＢ３において演算回路１０１は、収集ビュー数の投影データにビュー補間を施して再構成ビュー数の投影データを算出する。そしてステップＳＢ４において演算回路１０１は、再構成ビュー数の投影データに基づいてＣＴ画像を再構成する。これにより、検出器分解能が可変な実施例２においてビュー補間をする場合であっても、当該ビュー補間に起因するアーチファクトを考慮した最適な画質を有するＣＴ画像を再構成することが可能になる。

かくして、本実施形態によれば、ビュー数不足に起因するアーチファクトの低減と入射フォトン数不足に起因するアーチファクトの低減との調和がとれたＣＴ画像を生成することが可能となる。

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ものである。

１０…架台、１１…回転フレーム、１３…Ｘ線管、１５…Ｘ線検出器、１７…高電圧発生器、２１…回転駆動装置、２３…寝台、２５…寝台駆動装置、２７…データ収集回路、２９…架台制御回路、１００…コンソール、１０１…演算回路、１０３…ディスプレイ、１０５…入力回路、１０７…記憶回路、１１１…前処理機能、１１３…再構成機能、１１５…画像処理機能、１１７…検査プロトコル設定機能、１１９…ビュー数決定機能、１２１…システム制御機能。

Claims (5)

1. Ｘ線を発生するＸ線源、素子サイズが異なる第１のＸ線検出素子と第２のＸ線検出素子とを有するＸ線検出器及び前記Ｘ線検出器により検出されたＸ線に関する投影データを収集するデータ収集回路を有する架台と、
   通常分解能モードと高精細モードとの何れかに対応する検査プロトコルを設定する設定部と、
   前記設定された検査プロトコルに対応する、前記架台により収集される投影データの収集ビュー数を決定する決定部と、
   前記架台を制御して前記決定された収集ビュー数の投影データを収集する制御部と、
   前記収集された収集ビュー数の投影データに基づいてＣＴ画像を再構成する再構成部と、
   を具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. 前記決定部は、単位時間当たりの収集ビュー数の不足に起因する偽像成分、１収集ビュー当たりの入射フォトン数の不足に起因する偽像成分及び収集ビュー数から再構成ビュー数への増加に起因する偽像成分の総合評価に基づいて、前記設定された検査プロトコルに対応する収集ビュー数を決定する、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 前記決定部は、前記設定された検査プロトコルについて、前記架台の回転速度、ＦＯＶサイズ及び／又はＳＮ比に応じた収集ビュー数を決定する、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記検査プロトコルは、更に、前記架台の回転速度、ＦＯＶのサイズ、ＣＴ画像に対する後処理の種類、再構成法、再構成関数及びＸ線条件の少なくとも一つのパラメータを含む、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. 前記決定された収集ビュー数では単位時間当たりの収集ビュー数の不足に起因する偽像成分が発生する場合、前記収集された収集ビュー数の投影データにビュー補間を施すことにより再構成ビュー数の投影データを算出する前処理部を更に備え、
   前記再構成部は、前記再構成ビュー数の投影データに基づいてＣＴ画像を再構成する、
   請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。

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