JP2021115376A - Ｘ線ｃｔ装置およびｘ線高電圧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】管電流変調制御におけるフィラメント温度の変化速度をフィラメント電流変化に追従できる程度に緩やかにすることで、管電流の高い変調を実現すること。【解決手段】 実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、取得部と、特定部と、決定部とを備える。取得部は、設定管電流波形を取得する。特定部は、設定管電流波形にもとづいて、第１の管電流の期間と、第１の管電流よりも低い管電流値の第２の管電流の期間と、を特定する。決定部は、第１の管電流の期間に対応する期間に第１のグリッド電圧を印加し、第２の管電流の期間に対応する期間に第１のグリッド電圧よりも高い第２のグリッド電圧を印加するように、グリッド電圧の波形を決定する。【選択図】 図２

Description

本明細書および図面に開示の実施形態は、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置およびＸ線高電圧装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置（Computed Tomography）には、管電流変調をともなう撮影が可能なものがある。管電流変調撮影では、被検体に対するＸ線のばく射角度や被検体の体軸に沿った位置に応じて管電流を変調させることができる。管電流変調撮影によれば、被検体の体厚が薄いほど管電流値が小さくなるように、管電流を変調させることにより、被検体の被ばくを低減しつつＸ線ＣＴ画像の画質を維持することができる。このため、たとえばサイズの小さい被検体である小児をＸ線ＣＴ撮影する場合にも、良好な画質のＸ線ＣＴ画像を得ることができるとともに被検体に対して不要な被ばくをさせてしまう弊害を未然に防ぐことができる。

管電流変調撮影を行う場合、一般に、Ｘ線ＣＴ装置はＸ線管の陰極のフィラメントに印加されるフィラメント電流を制御することにより管電流を変調させる。しかし、フィラメント電流が印加されてから、フィラメントが加熱されて所望の熱電子量を放出するまでには、時間差がある。このため、管電流を急激に変調させようとすると、フィラメント温度の追従が遅れてしまうことがある。したがって、フィラメント電流を制御して管電流を変調させる方法では、フィラメントの温度変化の応答性に応じて管電流の時間変化（変化速度）の大きさが制限されてしまう。この種の制限が課されてしまうと、たとえば人体の胸部などの大きい管電流変化幅、つまり急激な管電流変調が求められる撮影が困難になってしまうことがある。

管電流変調速度を速くする技術として、Ｘ線管のカソード部に構成されるグリッド電極に電圧を印加することにより管電流を制御する技術が存在する。しかし、グリッド電圧のみを用いて管電流変調制御する場合は、常に高フィラメント電流を印加する必要があるため、フィラメント寿命が著しく損なわれてしまう問題がある。又、管電流を変調させるためにはグリッド電圧は一般に数百〜数千ボルトの高電圧波形の印加が必要となり、グリッド電圧を精密かつ高速に制御するためには高速高電圧アンプのような大型の電源装置が要求される。搭載容積が限られるＸ線ＣＴ装置の場合大型の電源の搭載は難しく、グリッド電圧の精密且つ高速なフィードバック制御の実現は困難である。

特開２００５−２３０５４７号公報 特許第４３８７６３８号公報

本明細書および図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、管電流変調制御におけるフィラメント温度の変化速度をフィラメント電流変化に追従できる程度に緩やかにすることで、管電流の高い変調を実現することである。ただし、本明細書および図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、取得部と、特定部と、決定部とを備える。取得部は、設定管電流波形を取得する。特定部は、Ｘ線管のフィラメント電流応答特性と設定管電流波形にもとづいて、第１の管電流の期間と、第１の管電流よりも低い管電流値の第２の管電流の期間と、を特定する。決定部は、第１の管電流の期間に対応する期間に第１のグリッド電圧を印加し、第２の管電流の期間に対応する期間に第１のグリッド電圧よりも高い第２のグリッド電圧を印加するように、グリッド電圧の波形を決定する。

一実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の一構成例を示すブロック図。 一実施形態に係るＸ線高電圧装置及び処理回路の一構成例を示すブロック図。 フィラメント電流のみで管電流変調制御を行う場合の、設定管電流波形とフィラメント電流制御波形との関係の一例を示す説明図。 フィラメント電流のみで管電流変調制御を行う場合であってフィラメント温度の追従限界付近で動作させた場合について説明するための図。 本実施形態に係るグリッド電圧変化とフィラメント電流変化とを組み合わせた管電流変調制御について説明するための図。 図１に示すＸ線ＣＴ装置により、管電流変調制御におけるフィラメント温度の変化速度を緩やかにする際の手順の一例を示すフローチャート。

以下、図面を参照しながら、Ｘ線ＣＴ装置およびＸ線高電圧装置の実施形態について詳細に説明する。

（全体構成）
図１は、一実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の一構成例を示すブロック図である。また、図２は、一実施形態に係るＸ線高電圧装置１４の一構成例を示すブロック図である。なお、図１に示すＸ線ＣＴ装置１は、１つの架台装置１０を有するものであるが、説明の都合上、図１には２つの架台装置１０を複数描出した。

図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、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、Ｘ線高電圧装置１４は、歯科用のＣＴ装置にも適用可能である。

図１に示すように、本実施形態では、非チルト状態での回転フレーム１３の回転軸または寝台装置３０の天板３３の長手方向をｚ軸方向、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、ｚ軸方向に直交し、床面に対し垂直である軸方向をｙ軸方向とそれぞれ定義するものとする。

Ｘ線ＣＴ装置１には、Ｘ線管と検出器とが一体として被検体の周囲を回転するRotate/Rotate-Type（第３世代ＣＴ）、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（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。以下の説明では、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１として第３世代のRotate/Rotate-Typeを採用する場合の例を示す。

架台装置１０は、Ｘ線管１１、Ｘ線検出器１２、撮影領域が内在する開口部１９を有する回転フレーム１３、Ｘ線高電圧装置１４、制御装置１５、ウェッジ１６、コリメータ１７、およびデータ収集回路（ＤＡＳ：Data Acquisition System）１８を有する。

Ｘ線管１１は、カソード（陰極）１１ｃ及びアノード（陽極）１１ａを収容する真空管を有する。カソード（陰極）１１ｃはフィラメント１１ｆ、グリッド電極１１ｇを有している。フィラメント１１ｆから放出された熱電子は、フィラメント１１ｆの一端コモン端子１１ｃｍとアノード（陽極）１１ａの間へのＸ線高電圧装置１４からの高電圧の印加により加速され、アノード(陽極)１１ａへ衝突することによりＸ線を発生する。

図２に示すように、フィラメント１１ｆの一端に接続されたコモン端子１１ｃｍとアノード（陽極）１１ａは高電圧発生装置５１に接続される。フィラメント１１ｆにはフィラメント電源６１が接続され、コモン端子１１ｃｍとグリッド電極１１ｇの間にはグリッド電源６４が接続される。グリッド電極１１ｇには、設定管電流波形にもとづいてＸ線高電圧装置１４が決定したグリッド電圧波形に従って、グリッド電源６４により、陰極電位に対するグリッド電圧が印加される。グリッド電極１１ｇにグリッド電圧を印加することにより、カソード（陰極）１１ｃからアノード（陽極）１１ａに飛来する熱電子の量が抑制されて、管電流値が低下する。グリッド電圧波形については図２−６を用いて後述する。

なお、本実施形態に係るＸ線管１１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。

Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管１１から照射され、被検体Ｐを通過したＸ線を検出し、当該Ｘ線量に対応した電気信号をＤＡＳ１８へと出力する。Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管１１の焦点を中心として１つの円弧に沿ってチャネル方向に複数の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。また、Ｘ線検出器１２は、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１２は、たとえば、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し、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線を吸収する機能を有するＸ線遮蔽板を有する。なお、グリッドはコリメータ（１次元コリメータまたは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、たとえば、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１２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１３は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２とを対向支持し、後述する制御装置１５によってＸ線管１１とＸ線検出器１２とを回転させる円環状のフレームである。なお、回転フレーム１３は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２に加えて、Ｘ線高電圧装置１４やＤＡＳ１８をさらに備えて支持する。

なお、ＤＡＳ１８が生成した検出データは、回転フレーム１３に設けられた発光ダイオード（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（たとえば固定フレーム、図示せず）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。図示しない固定フレームは回転フレーム１３を回転可能に支持するフレームである。また、回転フレーム１３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、非接触型のデータ伝送であれば如何なる方式を採用しても構わない。

Ｘ線高電圧装置１４は、回転フレーム１３に設けられてもよいし、架台装置１０の固定フレーム側に設けられても構わない。Ｘ線高電圧装置１４の構成および動作の詳細については図２−６を用いて後述する。

制御装置１５は、制御基板に設けられたプロセッサと、記憶回路と、モータおよびアクチュエータ等の駆動機構とを有する。制御装置１５は、コンソール装置４０または架台装置１０に取り付けられた後述する入力インターフェース４３からの入力信号を受けて、架台装置１０および寝台装置３０の制御を行う機能を有する。たとえば、制御装置１５は、入力信号を受けて回転フレーム１３を回転させる制御や、架台装置１０をチルトさせる制御、ならびに寝台装置３０および天板３３を動作させる制御を行う。なお、架台装置１０をチルトさせる制御は、架台装置１０に取り付けられた入力インターフェースによって入力される傾斜角度（チルト角度）情報により、制御装置１５がＸ軸方向に平行な軸を中心に回転フレーム１３を回転させることによって実現される。なお、制御装置１５は架台装置１０に設けられてもよいし、コンソール装置４０に設けられても構わない。

ウェッジ１６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１６は、Ｘ線管１１から被検体Ｐへ照射されるＸ線があらかじ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。たとえば、ウェッジ１６（ウェッジフィルタ（wedge filter）、ボウタイフィルタ（bow-tie filter））は、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を加工したフィルタである。

コリメータ１７は、ウェッジ１６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。コリメータ１７は、Ｘ線可動絞りと呼ばれる場合もある。

ＤＡＳ１８（Data Acquisition System）は、Ｘ線検出器１２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、電気信号をアナログデジタル変換（ＡＤ変換）するＡ／Ｄ変換器とを有し、検出データを生成する。ＤＡＳ１８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とを備える。

基台３１は、支持フレーム３４を鉛直方向（ｙ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（ｚ方向）に移動するモータあるいはアクチュエータである。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（ｚ方向）に移動してもよい。また、寝台駆動装置３２は、寝台装置３０の基台３１ごと移動させてもよい。本発明を立位ＣＴに応用可能な場合は、天板３３に相当する患者移動機構を移動する方式であってもよい。

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、ネットワーク接続回路４４と、処理回路４５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の構成要素の一部または全部が含まれてもよい。また、コンソール装置４０が単一のコンソールにて全ての機能を実行するものとして以下説明するが、これらの機能は複数のコンソールが実行してもよい。

メモリ４１は、たとえば、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、光ディスク等の、プロセッサにより読み取り可能な記録媒体を含んだ構成を有する。また、メモリ４１は、たとえば、投影データや再構成画像データ、あらかじめ取得した被検体Ｐのボリュームデータなどを記憶する。

ディスプレイ４２は、各種の情報を表示する。たとえば、ディスプレイ４２は、処理回路４５によって生成された医用画像（ＣＴ画像）や、ユーザ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。たとえば、ディスプレイ４２は、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイイ、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイ等である。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の本体と無線通信可能なタブレット端末などで構成されてもよい。

入力インターフェース４３は、ユーザ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４５に出力する。たとえば、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ユーザから受け付ける。たとえば、入力インターフェース４３は、マウス、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、操作面へ触れることで入力操作を行なうタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、および音声入力回路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の本体と無線通信可能なタブレット端末などで構成されてもよい。

ネットワーク接続回路４４は、ネットワークの形態に応じた種々の情報通信用プロトコルを実装する。ネットワーク接続回路４４は、この各種プロトコルに従ってＸ線ＣＴ装置１と画像サーバ等の他の機器とを接続する。この接続には、電子ネットワークを介した電気的な接続などを適用することができる。ここで電子ネットワークとは、電気通信技術を利用した情報通信網全般を意味し、無線／有線の病院基幹ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット網のほか、電話通信回線網、光ファイバ通信ネットワーク、ケーブル通信ネットワークおよび衛星通信ネットワークなどを含む。

処理回路４５は、メモリ４１に記憶された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の全体の動作を制御するプロセッサである。処理回路４５はスキャン計画等により決定された撮影条件に従いＸ線高電圧装置１４と制御装置１５とＤＡＳ１８とを制御する。

また、本実施形態における処理回路４５は、撮影制御回路７２を更に備えるものとして説明する。撮影制御回路７２に関しては後述する。

（Ｘ線高電圧装置の構成）
次に、Ｘ線高電圧装置１４の構成について説明する。

図２に示すように、Ｘ線高電圧装置１４は、高電圧発生装置５１、管電圧検出回路５２、管電圧制御回路５３、管電流検出回路５４、フィラメント電源６１、フィラメント電流検出回路６２、フィラメント電源制御回路６３、グリッド電源６４、グリッド電圧検出回路６５、およびグリッド電源制御回路６６を有する。

図１のコンソール装置４０の処理回路４５は撮影制御回路７２を有しており、Ｘ線高電圧装置１４は、後述する撮影制御回路７２の指示に従いＸ線出力制御する。

高電圧発生装置５１は、変圧器（トランス）およ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機能を有し、管電圧制御回路５３に出力電圧を制御される。高電圧発生装置５１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構わない。管電圧検出回路５２は、Ｘ線管１１の管電圧を検出し、検出した管電圧の値に応じた信号を出力して管電圧制御回路５３に与える。管電圧制御回路５３は、管電圧検出回路５２が検出した管電圧値が、撮影制御回路７２に設定された設定管電圧値に近づくように、高電圧発生装置５１の出力電圧を制御する。

管電流検出回路５４は、Ｘ線管１１に印加されている管電流値を検出し、検出した管電流値に応じた信号を出力してフィラメント電源制御回路６３に与える。管電流検出回路５４は管電流検出部の一例である。

フィラメント電源６１は、Ｘ線管１１のカソード（陰極）１１ｃのフィラメント１１ｆを加熱するためにフィラメント１１ｆに印加するフィラメント電流を発生する電流源であり、フィラメント電源制御回路６３により出力電流を制御される。

フィラメント電流検出回路６２は、フィラメント電流を検出し、検出したフィラメント電流の値に応じた信号を出力してフィラメント電源制御回路６３に与える。

フィラメント電源制御回路６３は、管電流検出回路５４が検出した管電流値が、撮影制御回路７２に設定された設定管電流波形の管電流値に近づくように、フィラメント電源６１の出力電流をフィードバック制御する。フィラメント電源制御回路６３は、フィラメント制御部の一例である。

なお、本実施形態では図２に示すように熱電子を放出するフィラメント部としてフィラメント１１ｆを用いる場合の例を説明するが、フィラメント部としてフラットエミッタを用いてもよい。

グリッド電源６４は、Ｘ線管１１のカソード１１ｃのコモン端子１１ｃｍとグリッド電極１１ｇとの間にグリッド電圧を印加する電源であり、グリッド電源制御回路６６により制御される。典型的には、グリッド電源６４によりグリッド電圧が印加される。グリッド電源６４は、高電圧発生装置５１により発生された電圧を降圧する降圧回路により実現されてもよいし、高電圧発生装置５１とは独立の電源系統により実現されてもよい。

グリッド電源制御回路６６は、グリッド電圧検出回路６５が検出したグリッド電圧値が撮影制御回路７２に設定された設定グリッド電圧波形のグリッド電圧値に近づくように、グリッド電源６４の出力電圧をフィードバック制御する。

撮影制御回路７２は、取得機能７２１、期間特定機能７２２、グリッド電圧波形決定機能７２３、及び記憶回路７１を含んで構成される。

撮影制御回路７２は、図１のコンソール装置４０の処理回路４５から設定された情報に基づきフィラメント電源制御回路６３、管電圧制御回路５３，グリッド電源制御回路６６に対する設定値を算出し設定する。撮影制御回路７２は、記憶回路７１に記憶された管電流変調プログラムを読み出して実行することにより、管電流変調制御におけるフィラメント温度の変化速度に追従できる程度に緩やかにすることで管電流の高い変調を実現するための処理を実行するプロセッサである。

撮影制御回路７２のプロセッサは、図２に示すように、取得機能７２１、期間特定機能７２２、およびグリッド電圧波形決定機能７２３を実現する。これらの各機能はそれぞれプログラムの形態で記憶回路７１に記憶されている。

取得機能７２１は、設定管電流波形を取得し、フィラメント電源制御回路６３に与える。設定管電流波形は、被検体の形状およびサイズの少なくとも一方に応じて設定されるとよい。たとえば、検査オーダ情報に設定管電流波形が含まれる場合は、取得機能７２１は検査オーダ情報から設定管電流波形を取得する。また、設定管電流波形は、ユーザにより入力インターフェース４３を介して入力されてもよい。また、たとえば検査オーダ情報に被検体の年齢、体重、身長などの形状およびサイズを示唆する情報が含まれている場合は、取得機能７２１はこれらの情報にもとづいて設定管電流波形を作成することで設定管電流波形を取得してもよい。取得機能７２１は、取得部の一例である。

期間特定機能７２２は、設定管電流波形にもとづいて、図５を用いて後述する第１の管電流の期間（以下、第１管電流期間という）Ｔ１と、第１管電流期間Ｔ１に属する管電流よりも低い管電流値が属する第２の管電流の期間（以下、第２管電流期間という）Ｔ２と、を特定する。期間特定機能７２２は、特定部の一例である。

グリッド電圧波形決定機能７２３は、図５を用いて後述する第１管電流期間Ｔ１に対応する第１グリッド期間Ｔｇ１に第１のグリッド電圧を印加し、第２管電流期間Ｔ２に対応する第２グリッド期間Ｔｇ２に第１のグリッド電圧よりも高い第２のグリッド電圧を印加するように、グリッド電圧の波形を決定する。グリッド電圧波形決定機能７２３は、決定したグリッド電圧波形に沿って、グリッド電源制御回路６６を介してグリッド電源６４にグリッド電圧を出力させる。グリッド電圧波形決定機能７２３は、決定部の一例である。

ここで、撮影制御回路７２は、コンソール装置４０に含まれる処理回路４５に設けられるものとして説明したが、本実施形態はその構成には限定されない。例えば、撮影制御回路７２は、Ｘ線高電圧装置１４に設けられても良いし、コンソール装置４０の処理回路４５とＸ線高電圧装置１４との間に独立して設けられても良い。

記憶回路７１は、たとえば、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、光ディスク等の、プロセッサにより読み取り可能な記録媒体を含んだ構成を有し、プログラムや各種データを記憶する。記憶回路７１は、たとえば図５を用いて後述する設定管電流波形における期間Ｔ１、Ｔ２等を特定するための閾値をあらかじめ記憶しておいてもよい。また、記憶回路７１は、たとえば管電圧と管電流と焦点サイズとをあらかじめ関連付けたテーブルを記憶しておいてもよい。記憶回路７１に記憶されるプログラムおよびデータの一部または全部は、電子ネットワークを介した通信によりダウンロードされてもよいし、光ディスクなどの可搬型記憶媒体を介して記憶回路に与えられてもよい。

（フィラメント電流のみによる管電流変調制御）
図３は、フィラメント電流のみで管電流変調制御を行う場合の、設定管電流波形とフィラメント電流制御波形との関係の一例を示す説明図である。また、図４は、フィラメント電流のみで管電流変調制御を行う場合であってフィラメント温度の追従限界付近で動作させた場合について説明するための図である。なお、以下の説明では、設定管電流波形が正弦波形状を有する場合の例を示すが、設定管電流波形の形状は周期性を有する形状であればよく、正弦波に限られない。

図３に示すように、フィラメント電流のみで管電流変調制御を行う場合、フィラメント電流波形は、設定管電流波形が正弦波であれば、同一周期の正弦波となる。フィラメント電流のみで管電流変調制御を行う場合における、設定管電流波形に対応するフィラメント電流波形を、以下の説明では適宜、単純フィラメント電流波形という。

しかし、上述のとおり、フィラメント電流が印加され、フィラメントの温度が上昇し所望の熱電子量を放出するまでには時間差があるため、管電流を急激に変調させようとしても、管電流の応答が遅れてしまう。又、フィラメント電流を低下させてフィラメントを急激に冷却しようとしても、フィラメント温度の冷却が追従できず管電流の応答は遅れてしまう。特に、管電流の変化速度がフィラメント温度の追従限界付近の場合には、図４に示すように、管電流が設定値を下回ったことを検出しフィラメント電流を再加熱したとしても、管電流が応答するまでには時間がかかり、管電流の検出値が設定管電流波形の管電流値よりも小さくなってしまうアンダーシュートが生じてしまうことがある。このように、フィラメントの熱変化のみによって管電流変調を行う場合、フィラメントの熱応答が緩慢であるために、フィラメント電流が急変化する条件下では、管電流の変調波形が、設定管電流波形から崩れてしまう。

そこで、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１４は、グリッド電圧を印加すると管電流が小さくなる現象を利用し、グリッド電圧変化とフィラメント電流変化とを組み合わせて管電流を変調させる。以下、一例を説明する。

（本実施形態に係る管電流変調制御）
図５は、本実施形態に係るグリッド電圧変化とフィラメント電流変化とを組み合わせた管電流変調制御について説明するための図である。なお、設定管電流波形のピークと、フィラメント電流のピークおよびグリッド電圧のピークとは、図４に示すようにフィラメントの熱応答性にもとづく時間差が存在するが、図５においては各ピークが一致するように各波形をシフトさせて記載してある。

また、図５中段に破線で示した波形は、グリッド電圧一定でフィラメント電流のみを変調させて図５の設定管電流になるように制御した場合のフィラメント電流波形、単純フィラメント電流波形である。

以下、設定管電流波形の各期間Ｔｉ（ただしｉは数字を表す）に対応するフィラメント電流波形の各期間をＴｆｉとし、グリッド電圧波形の各期間をＴｇｉとして説明する。

期間特定機能７２２は、取得機能７２１が取得した設定管電流波形から管電流変化速度（時間変化）の大きさを求め、Ｘ線管の管電流応答特性と比較する。比較結果から管電流変化速度がＸ線管の管電流応答特性よりも大きい場合は、フィラメント電流による管電流制御以外に、グリッド電圧による補正制御が必要な期間とみなし、第１管電流期間Ｔ１と、第１管電流期間Ｔ１に属する管電流よりも低い管電流値が属する第２管電流期間Ｔ２と、を特定する。又、グリッド電圧による補正制御の必要性に対しては、設定管電流波形の最大振幅に対する閾値割合（例えば最大電流値の６０％以上）による判断でもよい。

ある区間、例えば１スライス区間における管電流変化速度がＸ線管の管電流応答特性よりも小さい期間をＴ１１、Ｔ２１とし、管電流変化速度がＸ線管の管電流応答特性よりも大きい期間をＴ２２、Ｔ２３とすると、第１管電流期間Ｔ１は、設定管電流波形における最高電流値を含む期間Ｔ１１が特定される。また、第１管電流期間Ｔ１は、設定管電流波形における最高電流値を含む期間で、設定管電流波形の最大振幅の閾値割合（たとえば１０％）以下の期間として特定されてもよい。

第２管電流期間Ｔ２は、第１管電流期間Ｔ１以外の期間として特定される。

グリッド電圧波形決定機能７２３は、第２管電流期間Ｔ２に対応する第２グリッド期間Ｔｇ２のグリッド電圧（第２のグリッド電圧）が、第１管電流期間Ｔ１に対応する第１グリッド期間Ｔｇ１のグリッド電圧（第１のグリッド電圧）Ｖｇ１よりも高くなるようにグリッド電圧の波形を決定する。以下、第１管電流期間Ｔ１に対応する第１グリッド期間Ｔｇ１に印加されるグリッド電圧Ｖｇ１を適宜、基準グリッド電圧Ｖｇ１という。基準グリッド電圧Ｖｇ１の情報は、取得機能７２１により取得されるＸ線設定条件に含まれるとよい。

グリッド電圧を印加すると、フィラメント電流を小さくせずとも管電流は小さくなる。このため、高いグリッド電圧を印加するほど、設定管電流波形に対応する単純フィラメント電流波形よりも高いフィラメント電流が要求される。したがって、高いグリッド電圧が印加されるほど、フィラメント電流波形は図５中段に破線で例示した単純フィラメント電流波形の底部を押し上げた形状となる。

したがって、第１グリッド期間Ｔｇ１のグリッド電圧Ｖｇ１よりも第２グリッド期間Ｔｇ２のグリッド電圧が高くなるようにグリッド電圧の波形を決定することで、相対的に、第１フィラメント期間Ｔｆ１のフィラメント電流と第２フィラメント期間Ｔｆ２のフィラメント電流との差が小さくなる。この場合、フィラメント温度の変化幅が小さくなりフィラメント温度の変化速度も当然に小さくなる。このため、グリッド電圧を利用することにより、管電流変調制御におけるフィラメント温度の変化速度を緩やかにすることができる。したがって、グリッド電圧を用いることにより、グリッド電圧を用いずフィラメント電流のみで管電流変調する場合の管電流変化速度の制限よりも、より大きな変化速度で管電流を変調させることができる。

また、期間特定機能７２２は、第２管電流期間Ｔ２をさらに複数の区間要素に分類して特定してもよい。この場合、上述の通り、期間特定機能７２２は、１スライス区間における管電流変化速度がＸ線管の管電流応答特性よりも小さい期間を第１管電流期間要素Ｔ２１に分類し、管電流変化速度がＸ線管の管電流応答特性よりも大きい期間を第２管電流期間要素Ｔ２２、第３管電流期間要素Ｔ２３に分類して特定するとよい（図５上段参照）。第１管電流期間要素Ｔ２１は、たとえば設定管電流波形における最低電流値を含む期間であって、管電流の時間変化（変化速度）の大きさ（絶対値）が閾値以下の期間または設定管電流波形の最大振幅の閾値割合（たとえば１０％）以下の期間として特定されるとよい。また、たとえば第２管電流期間要素Ｔ２２は、第１管電流期間Ｔ１の終端から第１管電流期間要素Ｔ２１の始端までの下降期間、第３管電流期間要素Ｔ２３は、第１管電流期間要素Ｔ２１の終端から第１管電流期間Ｔ１の始端までの上昇期間として設定される。

なお、設定管電流波形が正弦波である場合、第１管電流期間Ｔ１および第１管電流期間要素Ｔ２１を特定するための上記閾値や閾値割合は、正弦波のうち直線近似したときの誤差が所定比率以上乖離してしまう期間を第１管電流期間Ｔ１および第１管電流期間要素Ｔ２１と特定するように設定されるとよい。

グリッド電圧波形決定機能７２３は、第２グリッド期間Ｔｇ２における第２のグリッド電圧を、期間要素ごとに異ならせてもよい。第１フィラメント期間要素Ｔｆ２１は、フィラメント電流が最小値となる期間である。このため、グリッド電圧波形決定機能７２３は、この期間に対応する第１グリッド期間要素Ｔｇ２１におけるグリッド電圧が第２、第３グリッド期間要素Ｔｇ２２、Ｔｇ２３よりも高いグリッド電圧となるように、第２のグリッド電圧を期間要素ごとに決定するとよい。

最も小さい管電流値が要求される第１管電流期間要素Ｔ２１に対応する第１グリッド期間要素Ｔｇ２１において最も高いグリッド電圧を印加することで、グリッド電圧による管電流抑制効果の分、フィラメント電流値の最小値は大きく持ち上げられる。このため、フィラメント温度の変化速度が小さくなるため温度追従性が大幅に改善し、管電流変調の精度が大幅に向上する（図５中段参照）。

また、Ｘ線高電圧装置１４は、第１管電流期間Ｔ１（図５に示す例では管電流の変化速度がＸ線管の管電流応答特性よりも小さい期間Ｔ１１に等しい）および第１管電流期間要素Ｔ２１のように設定管電流の変化速度（傾き）が小さい期間や、変化速度は小さいが精密な管電流制御を必要とする期間では、グリッド電圧を一定値とする静的グリッド電圧制御を行い、フィラメント電流のフィードバック制御によって設定管電流値を得るとよい。

一方、第２管電流期間要素Ｔ２２および第３管電流期間要素Ｔ２３のように設定管電流の変化速度がフィラメント電流応答速度よりも大きく、設定管電流が直線的に変化する期間であって変化速度（傾き）がほぼ一定とみなせる期間では、フィラメント電流の変化幅が小さくなるようグリッド電圧をほぼ直線的に変化させるとよい。

図５下段には、グリッド電圧波形が、第２管電流期間要素Ｔ２２および第３管電流期間要素Ｔ２３を斜辺とする台形形状となるように決定される場合の例を示した。この場合、図５中段に示すように、管電流の時間変化が大きい（管電流波形の傾きが大きい）期間である第２管電流期間要素Ｔ２２および第３管電流期間要素Ｔ２３に対応する期間では、動的グリッド電圧制御を行い、フィラメント電流のフィードバック制御は補助的に設定管電流との誤差の微調整に用いる。また、管電流の時間変化が小さい（管電流波形の極地近傍）期間である第１管電流期間Ｔ１および第１管電流期間要素Ｔ２１では、フィラメント電流のフィードバック制御によって設定管電流値の追従を目指しつつ、グリッド電圧の高速な制御が難しいことからグリッド電圧は変化させずに静的グリッド電圧制御とする。

このように、管電流の時間変化の大きさに応じてグリッド電圧変化とフィラメント電流変化とを組み合わせることにより、フィラメント電流のみを用いて管電流変調制御する場合に比べてフィラメント温度の変化速度を大幅に小さくすることができるため、管電流変調の精度を大幅に向上させることができ、被ばく量を低減しつつ好適な画質のＸ線ＣＴ画像を得ることができるようにＸ線照射量を最適化することができる。このため、たとえば人体の胸部などの大きい管電流変化速度が求められる撮影であっても、容易にその要求に答えることができる。

また、グリッド電圧のみを用いて管電流変調制御する場合と比べ、グリッド電圧のフィードバック制御が不要であるため簡素な構成で正確に管電流変調制御することができる。この点、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１４は、管電流の時間変化の大きさに応じてグリッド電圧変化とフィラメント電流変化とを組み合わせるため、常に高フィラメント電流を印加する必要はなく、フィラメント寿命が損なわれてしまうおそれもない。

なお、グリッド電源６４の構成を変更することなく追従可能な許容範囲内で、グリッド電圧波形の台形形状の斜辺を、直線にかえて、設定管電流波形の対応期間の曲線に応じた曲線としてもよい。台形形状の上底および下底も同様に、グリッド電源６４の許容範囲内で、設定管電流波形の対応期間の曲線に応じた曲線としてもよい。

図６は、管電流変調制御におけるフィラメント温度の変化速度を緩やかにする際の手順の一例を示すフローチャートである。図６において、Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。

まず、ステップＳ１において、取得機能７２１は、検査オーダ情報等にもとづいてＸ線設定条件を取得する。Ｘ線設定条件には、被検体の形状およびサイズの少なくとも一方にもとづいた設定管電流波形が含まれる。また、Ｘ線設定条件に基準グリッド電圧Ｖｇ１の情報が含まれてもよい。

次に、ステップＳ２において、期間特定機能７２２は、設定管電流波形から管電流変化速度を求め、Ｘ線管の管電流応答特性と比較する。設定管電流変化速度がＸ線管応答特性よりも小さい場合（ステップＳ３のＮＯ）、ステップＳ６へ進む。一方、設定管電流変化速度がＸ線管応答特性よりも大きい場合（ステップＳ３のＹＥＳ）、ステップＳ４へ進む。

なお、ステップＳ４へ進むかどうかの判断については、設定管電流の変化幅（図５の管電流波形振幅）がある閾値（例えば、その区間の最高電流値の６０％）以上の場合Ｓ４へ進むとしてもよい。閾値は最高管電流値及び、焦点サイズ設定、管電流毎に違っていてもよい。
次に、ステップＳ４において、ある区間、例えば１スライス間における、第１管電流期間Ｔ１と、第１管電流期間Ｔ１に属する管電流よりも低い管電流値が属する第２管電流期間Ｔ２とを特定する（図５上段参照）。

次に、ステップＳ５において、グリッド電圧波形決定機能７２３は、第１管電流期間Ｔ１に対応する第１グリッド期間Ｔｇ１に第１のグリッド電圧Ｖｇ１を印加し、第２管電流期間Ｔ２に対応する第２グリッド期間Ｔｇ２に第１のグリッド電圧Ｖｇ１よりも高い第２のグリッド電圧を印加するように、グリッド電圧の波形を決定する（図５下段参照）。なお、撮影条件が複数スライス且つ、スライス毎に設定管電流波形が違う場合は、スライスまたはある区間ごとにステップＳ４及びＳ５を実施し、グリッド電圧波形を決定する。

次に、ステップＳ６において、グリッド電圧波形決定機能７２３により決定されたグリッド電圧波形及び、ステップＳ１で取得した設定管電流波形等のＸ線設定条件をＸ線高電圧装置１４に設定する。

そして、ステップＳ７において、Ｘ線高電圧装置１４はステップＳ６で設定された条件に基づいてＸ線出力制御する。

以上の手順により、グリッド電圧変化とフィラメント電流変化とを組み合わせて管電流を変調させることで、管電流変調制御におけるフィラメント温度の変化速度を緩やかにすることができる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、管電流変調制御におけるフィラメント温度の変化速度を緩やかにすることができる。

なお、上記実施形態において、「プロセッサ」という文言は、たとえば、専用または汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、または、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（たとえば、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）、および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。プロセッサがたとえばＣＰＵである場合、プロセッサは記憶回路に保存されたプログラムを読み出して実行することにより、各種機能を実現する。また、プロセッサがたとえばＡＳＩＣである場合、記憶回路にプログラムを保存するかわりに、当該プログラムに相当する機能がプロセッサの回路内に論理回路として直接組み込まれる。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ハードウェア処理により各種機能を実現する。あるいはまた、プロセッサは、ソフトウェア処理とハードウェア処理とを組み合わせて各種機能を実現することもできる。

また、上記実施形態では処理回路の単一のプロセッサが各機能を実現する場合の例について示したが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサが各機能を実現してもよい。また、プロセッサが複数設けられる場合、プログラムを記憶する記憶回路は、プロセッサごとに個別に設けられてもよいし、１つの記憶回路が全てのプロセッサの機能に対応するプログラムを一括して記憶してもよい。

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、実施形態同士の組み合わせ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
１１ Ｘ線管
１１ａ アノード
１１ｃ カソード
１１ｃｍ コモン端子
１１ｆ フィラメント
１１ｇ グリッド電極
１４ Ｘ線高電圧装置
６１ フィラメント電源
６３ フィラメント電源制御回路
６４ グリッド電源
６５ グリッド電圧検出回路
６６ グリッド電源制御回路
７２ 撮影制御回路
７２１ 取得機能
７２２ 期間特定機能
７２３ グリッド電圧波形決定機能
Ｔ１ 第１管電流期間
Ｔ２ 第２管電流期間
Ｔ２１ 第１管電流期間要素（期間要素）

Claims (7)

1. 設定管電流波形を取得する取得部と、
   前記設定管電流波形にもとづいて、第１の管電流の期間と、前記第１の管電流よりも低い管電流値の第２の管電流の期間と、を特定する特定部と、
   前記第１の管電流の期間に対応する期間に第１のグリッド電圧を印加し、前記第２の管電流の期間に対応する期間に前記第１のグリッド電圧よりも高い第２のグリッド電圧を印加するように、前記グリッド電圧の波形を決定する決定部と、
   を備えたＸ線ＣＴ装置。
2. Ｘ線管に印加されている管電流値を検出する管電流検出部と、
   前記Ｘ線管の陰極のフィラメントを加熱するためのフィラメント電流を発生するフィラメント電源と、
   前記管電流検出部に検出される管電流値が前記設定管電流波形の管電流値に近づくように前記フィラメント電源を制御するフィラメント制御部と、
   をさらに備えた請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記特定部は、
   前記設定管電流波形における最低電流値を含む期間であって、管電流の時間変化の大きさが閾値以下の期間または前記設定管電流波形の最大振幅の閾値割合以下の期間を前記第２の管電流の期間のうちの期間要素として特定し、
   前記決定部は、
   前記期間要素に対応する期間に印加される前記グリッド電圧のほうが前記期間要素を除く前記第２の管電流の期間に対応する期間に印加される前記グリッド電圧よりも高くなるように、前記第２のグリッド電圧の波形を決定する、
   請求項１または２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記特定部は、
   前記第１の管電流の期間に対応する期間と前記第２の管電流の期間の前記期間要素に対応する期間では前記グリッド電圧が一定値となるとともに前記期間要素を除く前記第２の管電流の期間に対応する期間では前記第２の管電流に応じて前記グリッド電圧を変化させるように、前記グリッド電圧の波形を決定する、
   請求項３記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記決定部は、
   前記期間要素を除く前記第２の管電流の期間に対応する期間を斜辺とする台形形状となるよう前記グリッド電圧の波形を決定する、
   請求項４記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記特定部は、
   前記設定管電流波形における最高電流値を含む期間であって、管電流の時間変化の大きさが閾値以下の期間または前記設定管電流波形の最大振幅の閾値割合以下の期間を前記第１の管電流の期間として特定し、
   前記決定部は、
   前記第１の管電流の期間に印加される前記第１のグリッド電圧が基準グリッド電圧となるよう前記グリッド電圧の波形を決定する、
   請求項３ないし５のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
7. 設定管電流波形を取得する取得部と、
   前記設定管電流波形にもとづいて、第１の管電流の期間と、前記第１の管電流よりも低い管電流値の第２の管電流の期間と、を特定する特定部と、
   前記第１の管電流の期間に第１のグリッド電圧を印加し、前記第２の管電流の期間に対応する期間に前記第１のグリッド電圧よりも高い第２のグリッド電圧を印加するように、前記グリッド電圧の波形を決定する決定部と、
   を備えたＸ線高電圧装置。

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