JP2021126442A - Ｘ線ｃｔ装置、ｘ線高電圧装置、および管電圧制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】管電圧変調スキャンにおける管電流の変動幅を小さくすること。【解決手段】実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、取得部、記憶部、受付部、特定部、および制御部を備える。取得部は、管電圧変調スキャンを実行する際の、第１の管電圧値と第１の管電圧値よりも低い第２の管電圧値とを取得する。記憶部は、Ｘ線管の管電圧ごとの管電流とフィラメント電流に関する特性情報を記憶する。受付部は、第１の管電流値を受け付ける。特定部は、特性情報に基づいて、第１の管電圧における第１の管電流値に対応するフィラメント電流値を特定する。制御部は、フィラメント電流値に基づいて、管電圧変調スキャンを実行するように制御する。【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装置、Ｘ線高電圧装置、および管電圧制御方法に関する。

Ｘ線ＣＴ装置においてＸ線管の管電圧が変化すると、被検体に照射されるＸ線のエネルギースペクトルが変化する。Ｘ線ＣＴ装置には、スキャン中に複数の管電圧を切り替えながら撮影するいわゆるマルチエナジー撮影（管電圧変調スキャン）が可能なものがある。たとえば、２つの管電圧を切り替えながら撮影するデュアルエナジー撮影では、スキャン中にＸ線管電圧を低い電圧（たとえば８０ｋＶなど）と高い電圧（たとえば１４０ｋＶなど）とで高速に切り替えつつ撮影を行う。マルチエナジー撮影可能に構成されたＸ線ＣＴ装置によれば、異なるエネルギースペクトルを持ったＸ線ビームによる画像を取得することができるため、被検体Ｐの構成元素の違いを映像化することができ、たとえば石灰化した組織部と造影剤による血管の像を分離することができる。

マルチエナジー撮影方式の１つに、１つのＸ線管を用い、Ｘ線管が被検体Ｐの周囲を回転する間にＸ線管に印加される管電圧を切り替えるｋＶスイッチング方式がある。ｋＶスイッチング方式では、管電圧変調スキャン中にＸ線管のフィラメントに流れるフィラメント電流は一定である。一方、管電流とフィラメント電流の関係を示すエミッションカーブは、管電圧によって異なる。このため、管電圧変調スキャン中の管電流は、管電圧のスイッチングと同期して変動する。しかし、管電流の変動は、大きいほど撮影した画像の画質に悪影響を与えてしまう。

実公平６−４８８００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、管電圧変調スキャンにおける管電流の変動幅を小さくすることである。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、記憶部、受付部、特定部、および制御部を備える。取得部は、管電圧変調スキャンを実行する際の、第１の管電圧値と第１の管電圧値よりも低い第２の管電圧値とを取得する。記憶部は、Ｘ線管の管電圧ごとの管電流とフィラメント電流に関する特性情報を記憶する。受付部は、第１の管電流値を受け付ける。特定部は、特性情報に基づいて、第１の管電圧における第１の管電流値に対応するフィラメント電流値を特定する。制御部は、フィラメント電流値に基づいて、管電圧変調スキャンを実行するように制御する。

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線高電圧装置の一構成例を示すブロック図。 Ｘ線管の高管電圧値と低管電圧値におけるエミッションカーブの一例を示す説明図。 Ｘ線管の高管電圧値、低管電圧値、および中間管電圧値の３つの管電圧のエミッションカーブの一例を示す説明図。 図３に示す例において、設定管電流値を与えるフィラメント電流として低管電圧値に対応する値を設定し、かつ高管電圧値から管電圧変調スキャンをスタートする場合の管電圧値および管電流値の時間変化の一例を示す説明図。 図３に示す例において、設定管電流値を与えるフィラメント電流として高管電圧値に対応する値を設定し、かつ低管電圧値から管電圧変調スキャンをスタートする場合の管電圧値および管電流値の時間変化の一例を示す説明図。 図１に示すＸ線高電圧装置により、図３に示す特性情報を用いる場合において管電圧変調スキャンにおける管電流の変動幅を小さく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、Ｘ線高電圧装置、および管電圧制御方法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。本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１は、ｋＶスイッチング方式によりマルチエナジー撮影可能に構成される。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Ｐ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。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、Ｘ線高電圧装置１４からの高電圧の印加により、フィラメント（陰極）１１ｃからターゲット（陽極）１１ａ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。Ｘ線管１１は、図２に示すように、ターゲット１１ａとフィラメント１１ｃを収容している。

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２−７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、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、マルチエナジー撮影における管電流値や複数の管電圧値などの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。たとえば、処理回路４５は、架台装置１０および寝台装置３０を制御して被検体Ｐのマルチエナジー撮影を実行させて投影データを収集させ、収集された投影データにもとづいて画像再構成を行うことでＸ線ＣＴ画像を生成してディスプレイ４２に表示させることができる。

（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３は、Ｘ線管１１の高管電圧値ｋＶ＿Ｈと低管電圧値ｋＶ＿Ｌにおけるエミッションカーブの一例を示す説明図である。図３は、Ｘ線高電圧装置１４が高管電圧値ｋＶ＿Ｈと高管電圧値ｋＶ＿Ｈよりも低い低管電圧値ｋＶ＿Ｌの２つの管電圧値をｋＶスイッチングすることでデュアルエナジー撮影を行う場合の例を説明するための図である。

フィラメント電流値Ｉｆと管電流値ｍＡに関する特性情報には、フィラメント電流値Ｉｆと管電流値ｍＡの関係を示すフィラメントエミッション特性（以下、エミッションカーブという）が含まれる。エミッションカーブは、管球ごとに異なるとともに、同じ管球であっても、管電圧値ｋＶに応じて異なる。

すなわち、同じフィラメント電流値ＩｆをＸ線管１１のフィラメント１１ｃに印加したときに得られる管電流値ｍＡは、高管電圧値ｋＶ＿Ｈと低管電圧値ｋＶ＿Ｌとで異なる値となる。このため、フィラメント電流値Ｉｆを一定としてデュアルエナジー撮影した場合、管電圧のスイッチングに同期して管電流値ｍＡが変動する。この管電流値ｍＡの変動幅ΔｍＡは、図３に示したエミッションカーブから明らかなように、フィラメント電流値Ｉｆが大きいほど広くなってしまう。

いま、ユーザによる入力インターフェース４３を介した設定により、あるいは検査オーダ情報に含まれる情報（直接に値を定義した情報のほか、検査部位の情報を含む）にもとづいて、デュアルエナジー撮影の設定管電圧として高管電圧値ｋＶ＿Ｈと低管電圧値ｋＶ＿Ｌが設定され、設定管電流として管電流値ｍＡ０が設定された場合について考える。この場合、管電流値ｍＡ０を与えるフィラメント電流値Ｉｆとしては、高管電圧値ｋＶ＿Ｈに対応するＩｆ１（図３の点Ａ参照）と、低管電圧値ｋＶ＿Ｌに対応するＩｆ２（図３の点Ｂ参照）の２つが選択しうる。

フィラメント電流値Ｉｆ１を選択した場合は、高管電圧値ｋＶ＿Ｈでは設定管電流値である管電流値ｍＡ０、低管電圧値ｋＶ＿Ｌでは管電流値ｍＡＬで管電圧変調スキャンが行われる。この場合の管電流の変動幅（ｍＡ０とｍＡＬの差分）をΔｍＡ１とする。一方、フィラメント電流値Ｉｆ２を選択した場合は、低管電圧値ｋＶ＿Ｌでは設定管電流値である管電流値ｍＡ０、高管電圧値ｋＶ＿Ｈでは管電流値ｍＡＨで管電圧変調スキャンが行われる。この場合の管電流の変動幅（ｍＡＨとｍＡ０の差分）をΔｍＡ２とする。

いずれの場合も、設定管電流値であるｍＡ０を用いる点で共通する。しかし、フィラメント電流値Ｉｆ２で駆動する場合、すなわち設定管電流値である管電流値ｍＡ０が低管電圧値ｋＶ＿Ｌで用いられる場合の管電流変動幅ΔｍＡ２は、フィラメント電流値Ｉｆ１で駆動する場合、すなわち設定管電流値である管電流値ｍＡ０が高管電圧値ｋＶ＿Ｈで用いられる場合の管電流変動幅ΔｍＡ１にくらべて非常に広くなってしまう。このため、設定管電流が低管電圧で用いられてしまうと、管電流変動幅ΔｍＡが大きくなってしまい、画質が劣化してしまう。

また、設定管電流を低管電圧で用いる場合、設定管電流を高管電圧で用いる場合に比べて、最大管電流がはるかに大きくなる。このため、被検体Ｐの被ばく線量が増大しまうとともに、Ｘ線管１１にかかる負荷が高くなりＸ線管１１の寿命を縮めてしまう。

これは、３以上の管電圧値ｋＶをｋＶスイッチング方式で切り替えてマルチエナジー撮影を行う場合も同様である。

図４は、Ｘ線管１１の高管電圧値ｋＶ＿Ｈ、低管電圧値ｋＶ＿Ｌ、および中間管電圧値ｋＶ＿３の３つの管電圧のエミッションカーブの一例を示す説明図である。

マルチエナジー撮影の設定管電圧として高管電圧値ｋＶ＿Ｈ、低管電圧値ｋＶ＿Ｌ、および中間管電圧値ｋＶ＿３の３つが設定され、設定管電流として管電流値ｍＡ０が設定された場合について考える。この場合、管電流値ｍＡ０を与えるフィラメント電流値Ｉｆは、Ｉｆ１（図４の点Ａ参照）とＩｆ２（図４の点Ｂ参照）に加えて中間管電圧値ｋＶ＿３に対応するＩｆ３（図４の点Ｃ参照）の３つが選択しうる。この場合も、図３に示した例と同様に、最高の管電圧値ｋＶ＿Ｈｉｇｈｅｓｔである高管電圧値ｋＶ＿Ｈに対応するフィラメント電流値Ｉｆ１を用いる場合に、管電流変動幅ΔｍＡが最も狭くなる。また、少なくとも最低の管電圧値ｋＶ＿Ｌｏｗｅｓｔに対応するもの（図４に示す例では低管電圧値ｋＶ＿Ｌに対応するＩｆ２）以外であれば、たとえば中間管電圧値ｋＶ＿３に対応するＩｆ３を用いる場合であっても、最低の管電圧値ｋＶ＿Ｌｏｗｅｓｔに対応するＩｆを用いる場合よりも管電流変動幅ΔｍＡを小さくすることができるとともに最大管電流値を小さくすることができる。

図５は、図３に示す例において、設定管電流値ｍＡ０を与えるフィラメント電流として低管電圧値ｋＶ＿Ｌに対応する値Ｉｆ２を設定し、かつ高管電圧値ｋＶ＿Ｈから管電圧変調スキャンをスタートする場合の管電圧値ｋＶおよび管電流値ｍＡの時間変化の一例を示す説明図である。

図５に示すように、フィラメント電流値Ｉｆ２で駆動する場合、管電流変動幅ΔｍＡ２が大きくなってしまい、画質が劣化してしまう。また、最大管電流値ｍＡＨが高いため、被検体Ｐの被ばく線量が増大しまうとともに、Ｘ線管１１にかかる負荷が高くなりＸ線管１１の寿命を縮めてしまう。

図６は、図３に示す例において、設定管電流値ｍＡ０を与えるフィラメント電流として高管電圧値ｋＶ＿Ｈに対応する値Ｉｆ１を設定し、かつ低管電圧値ｋＶ＿Ｌから管電圧変調スキャンをスタートする場合の管電圧値ｋＶおよび管電流値ｍＡの時間変化の一例を示す説明図である。

図６に示すように、フィラメント電流値Ｉｆ１で駆動する場合、管電流変動幅ΔｍＡ１をΔｍＡ２に比べて大幅に小さくすることができ、画質への影響を大きく低減することができる。また、最大管電流値は設定管電流値ｍＡ０にとどまっているため、フィラメント電流値Ｉｆ２で駆動する場合に比べ、被検体Ｐの被ばく線量を低減させることができるとともにＸ線管１１の寿命を延ばすことができる。

また、図５に示すように管電圧変調スキャンを高管電圧値ｋＶ＿Ｈから開始する場合の立ち上がり期間７１に比べ、図６に示すように管電圧変調スキャンを低管電圧値ｋＶ＿Ｌから開始する場合の立ち上がり期間７２のほうが短く、また被ばく線量も低い。管電圧が安定するまでの立ち上がり期間の投影データは画像化に用いることはできないため、この期間の被ばくは被検体Ｐの画像生成にとって不要である。したがって、管電圧変調スキャンを低管電圧値ｋＶ＿Ｌから開始する場合、高管電圧値ｋＶ＿Ｈから開始する場合に比べて、被検体Ｐの不要被ばくを非常に低減することができることがわかる。

このように、設定管電流が低管電圧で用いられてしまう場合、管電流変動幅ΔｍＡが大きくなってしまい画質が劣化してしまう。また、設定管電流が低管電圧で用いられてしまう場合、最大管電流がはるかに大きくなってしまい被検体Ｐの被ばく線量が増大し、かつＸ線管１１にかかる負荷が高くなりＸ線管１１の寿命を縮めてしまう。

そこで、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１４は、ｋＶスイッチング方式による管電圧変調スキャン（マルチエナジー撮影（デュアルエナジー撮影を含む））を行う場合、管電圧変調スキャンの開始管電圧によらず、設定管電流値ｍＡ０を与えるフィラメント電流値Ｉｆとして、少なくとも最低の管電圧値ｋＶ＿Ｌｏｗｅｓｔに対応するもの（図３、図４に示す例ではＩｆ２）は用いず、好ましくは最高の管電圧値ｋＶ＿Ｈｉｇｈｅｓｔに対応するもの（図３、図４に示す例ではＩｆ１）を用いる。また、管電圧変調スキャンの開始管電圧は、好ましくは最低の管電圧値ｋＶ＿Ｌｏｗｅｓｔとするとよい。

このため、Ｘ線高電圧装置１４は、図２に示すように、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５５、フィラメント電流検出回路５６、フィラメント電源制御回路５７、記憶回路６１、および処理回路６２を有する。

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ｋＶに応じた信号を出力して管電圧制御回路５３およびフィラメント電源制御回路５７に与える。この結果、フィラメント電源制御回路５７には管電圧値ｋＶの制御情報が与えられる。

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ｋＶが、処理回路６２に設定された管電圧変調信号に同期して設定管電圧（図３に示す例では高管電圧値ＫＶ＿Ｈまたは低管電圧値ｋＶ＿Ｌ）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ｍＡを検出し、検出した管電流値ｍＡに応じた信号を出力してフィラメント電源制御回路５７に与える。

フィラメント電源５５は、Ｘ線管１１の陰極のフィラメント１１ｃを加熱するためにフィラメント１１ｃ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５７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５６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Ｉｆに応じた信号を出力してフィラメント電源制御回路５７に与える。

フィラメント電源制御回路５７は、管電流値ｍＡが処理回路６２に設定された値に近づくように、かつ、フィラメント電流値Ｉｆが処理回路６２に設定された値に近づくように、フィラメント電源５５の出力電流をフィードバック制御する。

具体的には、フィラメント電源制御回路５７は、管電流検出回路５４が検出した管電流値ｍＡが、高管電圧値ＫＶ＿Ｈの期間（Ｈｉｇｈ期間）においてはｍＡ０に、低管電圧値ＫＶ＿Ｌの期間（Ｌｏｗ期間）においてはｍＡＬに、それぞれに近づくように、かつ、フィラメント電流検出回路５６が検出したフィラメント電流値Ｉｆが、処理回路６２に設定されたフィラメント電流値Ｉｆ１に近づくように、フィラメント電源５５の出力電流をフィードバック制御する（図３、図６参照）。

記憶回路６１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６１は、たとえばＸ線管１１の管電圧ごとの管電流とフィラメント電流に関する特性情報を記憶する。特性情報は、管電圧ごとのエミッションカーブの情報を含む。エミッションカーブの情報はテーブルとして保持されてもよいし関数として保持されてもよい。記憶回路６１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。

処理回路６２は、記憶回路６１に記憶された管電圧制御プログラムを読み出して実行することにより、管電圧変調スキャンにおける管電流の変動幅ΔｍＡを小さくするための処理を実行するプロセッサである。

処理回路６２のプロセッサは、図２に示すように、取得機能６２１、受付機能６２２、特定機能６２３、および変調制御機能６２４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６１に記憶されている。なお、処理回路６２の機能６２１−６２４の一部または全部は、Ｘ線高電圧装置１４にデータ送受信可能に接続された他のプロセッサ（たとえばコンソール装置４０の処理回路４５のプロセッサや制御装置１５のプロセッサ、あるいは外部のプロセッサなど）により実現されてもよい。また、コンソール装置４０の処理回路４５のプロセッサにより機能６２１−６２４が実現される場合は、記憶回路６１の記憶データはコンソール装置４０のメモリ４１に記憶されてもよい。この場合、Ｘ線高電圧装置１４は、記憶回路６１および処理回路６２を備えずともよい。

取得機能６２１は、管電圧変調スキャンを実行する際の、第１の管電圧値（たとえば高管電圧値ｋＶ＿Ｈ）と第１の管電圧値よりも低い第２の管電圧値（たとえば低管電圧値ｋＶ＿Ｌ）とを取得する。また、取得機能６２１は、マルチエナジー撮影を行う場合、さらに第１の管電圧値よりも低い第３の管電圧値（たとえば中間管電圧値ｋＶ＿３）を取得してもよい。これらの管電圧値は、ユーザによる入力インターフェース４３を介した設定により、あるいは検査オーダ情報にもとづいて取得される。たとえば、検査オーダ情報に検査対象部位の情報が含まれる場合、取得機能６２１は検査対象部位の情報にもとづいて、記憶回路６１等の記憶媒体に記憶された当該部位に対応するマルチエナジー撮影における管電圧値を読み出すことにより取得してもよい。検査オーダ情報に取得機能６２１は、取得部の一例である。

受付機能６２２は、第１の管電流値（たとえば管電流値ｍＡ０）を受け付ける。第１の管電流値は、ユーザによる入力インターフェース４３を介した設定により、あるいは検査オーダ情報にもとづいて受け付けられる。たとえば、検査オーダ情報に検査対象部位の情報が含まれる場合、受付機能６２２は検査対象部位の情報にもとづいて記憶回路６１等の記憶媒体に記憶された当該部位に対応する第１管電流値を読み出すことで第１管電流値を受け付けてもよい。受付機能６２２は、受付部の一例である。

特定機能６２３は、第１の管電圧における第１の管電流値に対応するフィラメント電流値を特定する。図３、図４に示す例では、特定機能６２３は、高管電圧値ｋＶ＿Ｈにおける管電流値ｍＡ０に対応するフィラメント電流値Ｉｆ１を特定する。また、特定機能６２３は、記憶回路６１に記憶された特性情報にもとづいて、第２の管電圧におけるフィラメント電流に対応する第２の管電流値を特定する。図３、図４に示す例では、特定機能６２３は、低管電圧値ｋＶ＿Ｌにおけるフィラメント電流値Ｉｆ１に対応する管電流値ｍＡＬを特定する。特定機能６２３は、特定部の一例である。

変調制御機能６２４は、特定機能６２３により特定されたフィラメント電流値にもとづいて、管電圧変調スキャンを実行するように制御する。図３に示す例では、変調制御機能６２４は、フィラメント電流値Ｉｆ１にもとづいて管電圧変調スキャンを実行するように制御する。より具体的には、変調制御機能６２４は、第１の管電圧では第１の管電流値、第２の管電圧では第２の管電流値となるよう、特定機能６２３に特定されたフィラメント電流値で管電圧変調スキャンを実行するように制御する。このとき、変調制御機能６２４は、フィラメント電流が特定機能６２３に特定されたフィラメント電流値を一定値に維持するように制御する。

また、取得機能６２１が第３の管電圧値を取得した場合、変調制御機能６２４は、管電圧変調スキャンを第２の管電圧または第３の管電圧から実行するように制御してもよい。変調制御機能６２４は、好ましくは、管電圧変調スキャンを最低の管電圧値ｋＶ＿Ｌｏｗｅｓｔから開始するように制御する（図５参照）。変調制御機能６２４は、制御部の一例である。

（動作）
次に、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１４を含むＸ線ＣＴ装置１の動作の一例について説明する。

図７は、図１に示すＸ線高電圧装置１４により、図３に示す特性情報を用いる場合において管電圧変調スキャンにおける管電流の変動幅ΔｍＡを小さくする際の手順の一例を示すフローチャートである。図７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６２１は、管電圧変調スキャンを実行する際の高管電圧値ｋＶ＿Ｈと低管電圧値ｋＶ＿Ｌとを取得する。

次に、ステップＳ２において、受付機能６２２は、管電流値ｍＡ０を受け付ける。

次に、ステップＳ３において、特定機能６２３は、高管電圧値ｋＶ＿Ｈのエミッションカーブにもとづいて、管電流値ｍＡ０と高管電圧値ｋＶ＿Ｈとに対応するフィラメント電流値Ｉｆ１を特定する。

次に、ステップＳ４において、特定機能６２３は、低管電圧値ｋＶ＿Ｌのエミッションカーブにもとづいて、低管電圧値ｋＶ＿Ｌとフィラメント電流値Ｉｆ１とに対応する管電流値ｍＡＬを特定する。

そして、ステップＳ５において、変調制御機能６２４は、高管電圧値ｋＶ＿Ｈでは管電流値ｍＡ０、低管電圧値ｋＶ＿Ｌでは管電流値ｍＡＬとなるよう、かつ、フィラメント電流がフィラメント電流値Ｉｆ１を一定に維持するよう、かつ、開始管電圧値を低管電圧値ｋＶ＿Ｌに設定して、管電圧変調スキャンを開始する（図６参照）。

以上の手順により、図３に示す特性情報を用いる場合において管電圧変調スキャンにおける管電流の変動幅ΔｍＡを小さくすることができる。

本実施形態に係るＸ線高電圧装置１４およびＸ線ＣＴ装置１は、ｋＶスイッチング方式による管電圧変調スキャンを行う場合、管電圧変調スキャンの開始管電圧によらず、設定管電流値ｍＡ０を与えるフィラメント電流値Ｉｆとして、少なくとも最低の管電圧値ｋＶ＿Ｌｏｗｅｓｔに対応するもの（図３、図４に示す例ではＩｆ２）は用いず、好ましくは最高の管電圧値ｋＶ＿Ｈｉｇｈｅｓｔに対応するもの（図３、図４に示す例ではＩｆ１）を用いる。たとえば、管電圧変調スキャンの開始管電圧が最高の管電圧値ｋＶ＿Ｈｉｇｈｅｓｔではない場合であっても、フィラメント電流値Ｉｆとして最高の管電圧値ｋＶ＿Ｈｉｇｈｅｓｔのエミッションカーブにおける設定管電流値ｍＡ０を与えるＩｆを用いることができる。このため、管電流変動幅ΔｍＡを非常に小さく保つことができ、管電流変動幅ΔｍＡが画像に与える影響を大幅に低減することができる。また、最大管電流を小さくすることができるため、被検体Ｐの被ばく線量を低減し、かつＸ線管１１にかかる負荷を軽減してＸ線管１１の寿命を延ばすことができる。

また、Ｘ線高電圧装置１４およびＸ線ＣＴ装置１は、管電圧変調スキャンの開始管電圧を最低の管電圧値ｋＶ＿Ｌｏｗｅｓｔとすることができる。このため、管電圧変調スキャンの開始時における、管電圧の印加が開始されてから管電圧が安定するまでの立ち上がり期間における被検体Ｐの不要被ばくを大幅に低減することができる。また、立ち上がり時間が短くなるため、スキャンに要する時間を短縮することができ、被検体Ｐおよびユーザの検査負担を軽減することができる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、管電圧変調スキャンにおける管電流の変動幅を小さくすることができる。

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
１１ｃ フィラメント
１４ Ｘ線高電圧装置
６１ 記憶回路
６２ 処理回路
６２１ 取得機能
６２２ 受付機能
６２３ 特定機能
６２４ 変調制御機能

Claims (7)

1. 管電圧変調スキャンを実行する際の、第１の管電圧値と前記第１の管電圧値よりも低い第２の管電圧値とを取得する取得部と、
   Ｘ線管の管電圧ごとの管電流とフィラメント電流に関する特性情報を記憶する記憶部と、
   第１の管電流値を受け付ける受付部と、
   前記特性情報に基づいて、前記第１の管電圧における前記第１の管電流値に対応するフィラメント電流値を特定する特定部と、
   前記フィラメント電流値に基づいて、管電圧変調スキャンを実行するように制御する制御部と、
   を備えたＸ線ＣＴ装置。
2. 前記制御部は、
   前記管電圧変調スキャンを前記第２の管電圧から実行するように制御する、
   請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記特定部は、
   前記特性情報に基づいて、前記第２の管電圧における前記フィラメント電流に対応する第２の管電流値を特定し、
   前記制御部は、
   前記第１の管電圧では前記第１の管電流値、前記第２の管電圧では前記第２の管電流値となるよう、前記フィラメント電流値で前記管電圧変調スキャンを実行するように制御する、
   請求項１または２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記制御部は、
   前記フィラメント電流値が一定となるよう前記管電圧変調スキャンを実行するように制御する、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記取得部は、
   前記第１の管電圧値よりも低い第３の管電圧値を取得し、
   前記制御部は、
   前記管電圧変調スキャンを前記第２の管電圧または前記第３の管電圧から実行するように制御する、
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 管電圧変調スキャンを実行する際の、第１の管電圧値と前記第１の管電圧値よりも低い第２の管電圧値とを取得する取得部と、
   Ｘ線管の管電圧ごとの管電流とフィラメント電流に関する特性情報を記憶する記憶部と、
   第１の管電流値を受け付ける受付部と、
   前記特性情報に基づいて、前記第１の管電圧における前記第１の管電流値に対応するフィラメント電流値を特定する特定部と、
   前記フィラメント電流値に基づいて、管電圧変調スキャンを実行するように制御する制御部と、
   を備えたＸ線高電圧装置。
7. 管電圧変調スキャンを実行する際の、第１の管電圧値と前記第１の管電圧値よりも低い第２の管電圧値とを取得するステップと、
   Ｘ線管の管電圧ごとの管電流とフィラメント電流に関する特性情報を記憶する記憶部と、
   第１の管電流値を受け付けるステップと、
   前記特性情報に基づいて、前記第１の管電圧における前記第１の管電流値に対応するフィラメント電流値を特定するステップと、
   前記フィラメント電流値に基づいて、管電圧変調スキャンを実行するように制御するステップと、
   を有する管電圧制御方法。

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