JP5536426B2

JP5536426B2 - ビーム形成ｘ線フィルタおよびこれを使ったｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP5536426B2
Application number: JP2009269445A
Authority: JP
Inventors: 明彦西出
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: JP2011110223A

Description

本発明は、Ｘ線強度分布を調整するビーム形成Ｘ線フィルタおよびこれを使ったＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置に関する。

Ｘ線の吸収率はＸ線の波長（Ｘ線のエネルギー（ｋｅＶ））に対して依存性を有している。このため照射されるＸ線のエネルギー分布（Ｘ線エネルギースペクトル）によって決まるＸ線の線質によって、得られる断層像が微妙に変化してしまう。
一方、このようなＸ線のエネルギー分布に対する依存性を利用したＸ線ＣＴ装置が特許文献１に開示されている。この特許文献１には、Ｘ線管電圧を変え、異なるエネルギー分布のＸ線を照射してそれぞれの投影データを収集し、それら投影データまたは断層像データの加重減算処理を施してある物質を強調した断層画像等を表示する、所謂デュアルエネルギー画像再構成技術を取り入れたＸ線ＣＴ装置が開示されている。
さらに、Ｘ線ＣＴ装置においては、一般的に、チャンネル方向に厚さが異なるビーム形成Ｘ線フィルタを有している。このビーム形成Ｘ線フィルタは、撮影中心である回転中心に向かうＸ線束の方向にはフィルタの厚さが最も薄く周辺部に行くに従いフィルタの厚さが厚く形成され、フィルタの厚みの違いより通過するＸ線の強度を変化させることにより、被検体の両側の被曝を低減する役目を有している。

特開２００８−２７９１５３号公報

ところで、ビーム形成Ｘ線フィルタは、通常、Ｘ線を吸収するＸ線吸収体としてアルミ等の軽金属、プラスティック等の樹脂などが用いられている。これらのＸ線吸収体は高いＸ線エネルギーから低いＸ線エネルギーまでのＸ線スペクトル幅を均等に吸収することができない。

図１３はＸ線スペクトルを示している。図１３の破線の曲線はビーム形成Ｘ線フィルタの通過前のＸ線スペクトル分布を示し、実線の曲線はビーム形成Ｘ線フィルタの通過後のＸ線スペクトルを示している。ビーム形成Ｘ線フィルタを通過したＸ線はエネルギーが低いほど吸収される。このため、ビーム形成Ｘ線フィルタの通過前のＸ線エネルギーの平均値は、破線の直線Ａで示される値となり、ビーム形成Ｘ線フィルタの通過後のＸ線エネルギーの平均値は実線の直線Ｂで示される値となる。つまり、ビーム形成Ｘ線フィルタの通過後のＸ線の平均エネルギーが高くなる。また、ビーム形成Ｘ線フィルタの吸収体が厚くなるにつれ、通過するＸ線の平均エネルギーは高くなる。このため、ビーム形成フィルタの透過光路長の違いから、撮影中心に向かうＸ線束と周辺部に向かうＸ線束とは異なるＸ線エネルギーで照射される。そして、特に、照射するＸ線の線質に依存した上述のＸ線管電圧を変えて組織コントラストの異なる断層像データを収集する際には、この一つのＸ線ビームにおける幾何学的位置の相違による線質の相違により、正確な断層像データを収集することができないことが大きな問題となることが考えられる。

本発明は、上記事情に鑑み、均一な線質でＸ線を被検体に照射するためのビーム形成Ｘ線フィルタ及びこれを使ったＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。

第１の観点におけるビーム形成Ｘ線フィルタは、被検体とＸ線を発生するＸ線管との間に配置され、前記被検体を挟んで前記Ｘ線管に対向して配置されるＸ線検出器のチャンネル方向のＸ線照射領域でＸ線強度分布を調整するビーム形成Ｘ線フィルタであって、
前記Ｘ線を遮蔽する複数の遮蔽部と前記Ｘ線を透過する複数の透過部とを前記チャンネル方向に交互に有する。

第２の観点において、第１の観点に記載のビーム形成Ｘ線フィルタの吸収部は、Ｘ線の吸収率の高い金属体であり、透過は気体が存在する空間部である。

第３の観点においてＸ線管は、陰極と陽極とを有し、陰極から電子ビームが陽極に衝突することでＸ線発生領域を形成する。そのＸ線発生領域は陽極で縦長の領域を形成している。また、ビーム形成Ｘ線フィルタに形成した透過部はチャンネル方向の周辺で縦長のＸ線発生領域のうち一部の第１Ｘ線発生領域、すなわち焦点の部分領域からのＸ線を透過させる。また透過部はチャンネル方向の中央で第１Ｘ線発生領域よりも広い第２Ｘ線発生領域からのＸ線を透過させる。

第４の観点において、第１の観点から第３の観点のいずれかのビーム形成Ｘ線フィルタの遮蔽部は、前記チャンネル方向に並ぶ、前記Ｘ線の照射方向に立設した複数の第１プレートを含む。

第５の観点において、第４の観点に記載の陽極方向に向いて配置される第１プレートは、隣り合う第１プレートの間隔が一定に配置される。

第６の観点において、第４の観点または第５の観点のビーム形成Ｘ線フィルタの遮蔽部は、前記チャンネル方向に直交する方向に並ぶ、前記Ｘ線の照射方向に立設した複数の第２プレートをさらに含む。

第７の観点において、第３の観点のビーム形成Ｘ線フィルタの第１Ｘ線発生領域からのＸ線と第２Ｘ線発生領域からのＸ線とは、線質が略同じで、前記第２Ｘ線発生領域からのＸ線が前記第１Ｘ線発生領域からのＸ線よりＸ線強度が大きい。

第８の観点において、第１の観点から第７の観点のいずれかのビーム形成Ｘ線フィルタのチャンネル方向の周辺の透過部からＸ線発生領域を観察した場合の発生領域と、チャンネル方向の中央の透過部からＸ線発生領域を観察した場合の発生領域と、が同じ大きさである。

第９の観点において、第１の観点から第８の観点のいずれかのＸ線ビーム形成フィルタは、Ｘ線管と、Ｘ線検出器と、Ｘ線管およびＸ線検出器を被検体の周りに回転させながらＸ線を被検体に照射して複数ビューの投影データを収集するデータ収集手段と、収集された投影データに基づいて画像を再構成する画像再構成手段とを備えたＸ線ＣＴ装置である。

本発明のＸ線ビームＸ線形成フィルタによれば、ビーム形成Ｘ線フィルタはＸ線を遮蔽する遮蔽部とＸ線を透過する透過部とを前記チャンネル方向に交互に有する構造であることから、Ｘ線を透過部から透過させることによってＸ線検出器のチャンネル方向に向けて均一なＸ線スペクトルを持つＸ線を照射することができ、かつ遮蔽部によりチャンネル方向にＸ線の強度を変化させることができる。そのため、Ｘ線ＣＴ装置は均一な画質を持つ断層像を画像再構成できる。また、Ｘ線ＣＴ装置は異なるＸ線スペクトルを利用したＣＴ撮影においてもＸ線エネルギーに依存する断層像を精度よく画像再構成することができる。

Ｘ線ＣＴ装置の全体構成を示す図である。Ｘ線管２０、ビーム形成Ｘ線フィルタ２１、コリメータ２２及びＸ線検出器２３の配置を示す斜視図である。（ａ）は、回転陽極ＡＮをＸ軸方向から見た図である。（ｂ）は、回転陽極ＡＮをＺ軸方向から見た図である。（ｃ）は、回転陽極ＡＮをＸ軸方向の下部から見た図である。（ａ）は第１実施形態に係るビーム形成Ｘ線フィルタ２１とＸ線管２０の陽極ＡＮとの斜視図である。（ｂ）は１枚の第１プレートＰ１の斜視図である。上底ＰＵが曲線状で下底ＰＢが直線状のビーム形成Ｘ線フィルタ２１をＺ軸方向から観察した図である。（ａ）は、ビーム形成Ｘ線フィルタ２１の中央部のプレート間距離ｐｄ及び周辺部のプレート間距離ｐｄと、焦点ＦＣとの関係を示した図である。（ｂ）はビーム形成Ｘ線フィルタ２１の中央部のＸ線焦点幅Ｘｄと周辺部のＸ線焦点幅Ｘｄとの関係を示した図である。略楕円形状の被検体９を照射するＸ線強度ＰＸを示した図である。Ｘ線ビームのＸ線スペクトル分布を示した図である。（ａ）は、上底ＰＵおよび下底ＰＢが直線状の台形形状をした複数の第１プレートＰ１をＺ軸方向から観察した図である。（ｂ）は、上底ＰＵおよび下底ＰＢが曲線状の形状の複数の第１プレートＰ１をＺ軸方向から観察した図である。３次元画像再構成処理を示すフローチャートである。第２実施形態に係るビーム形成Ｘ線フィルタを示した斜視図である。（ａ）は、第２プレートＰ２のＹＺ面の断面図である。（ｂ）は、第２実施形態に係るビーム形成Ｘ線フィルタを出射面ＣＳ２から見た図である。従来のビーム形成Ｘ線フィルタのＸ線ビームのＸ線スペクトル分布を示した図である。

＜Ｘ線ＣＴ装置１００の構成＞
図１は、本発明のＸ線ＣＴ装置（マルチスライスＣＴ装置）１００の全体構成を示すブロック図である。Ｘ線ＣＴ装置１００は、アキシャルスキャン又はヘリカルスキャンにより複数のビュー方向からの被検体９の投影データを収集し、当該投影データに基づいて画像再構成を行うＣＴ装置として構成されている。

Ｘ線ＣＴ装置１００は、走査ガントリ（スキャン手段）２と、操作コンソール３と、撮影テーブル４とを備えている。

走査ガントリ２は、Ｘ線管２０と、ビーム形成Ｘ線フィルタ２１と、コリメータ２２と、Ｘ線検出器２３と、データ収集部２４と、Ｘ線管コントローラ２５とを備えている。Ｘ線管２０はＸ線を照射し、コリメータ２２はＸ線を所定の照射範囲に成形する。Ｘ線検出器２３は検出したＸ線量に応じた電気信号を出力する。データ収集部２４はＸ線検出器２３の出力した電気信号に基づいて投影データを収集し、Ｘ線管コントローラ２５はＸ線管２０を駆動制御する。ビーム形成Ｘ線フィルタ２１の詳細は第１実施形態で説明する。

また、走査ガントリ２は回転部２７を備える。回転部２７は、Ｘ線管２０、ビーム形成Ｘ線フィルタ２１、コリメータ２２及びＸ線検出器２３を配置する。これらは、回転部２７と一体的に回転する。走査ガントリ２は、被検体が搬入される空洞部であるボア２９を備え、Ｘ線管２０とＸ線検出器２３とがそのボア２９を挟んで対向配置されている。

操作コンソール３は。中央処理装置３０と入力装置３１と表示装置３２と記憶装置３３とを備えている。入力装置３１は操作者の入力操作に応じた信号を出力する。中央処理装置３０は入力装置３１や走査ガントリ２等の各種装置からの信号に基づいて、データ収集部２４の収集した投影データに基づく画像再構成処理等の各種処理を実行する、表示装置３２は操作画面や中央処理装置３０により再構成されたＣＴ画像等を表示する、記憶装置３３は中央処理装置３０の処理に供されるプログラム、データ及びＸ線ＣＴ画像を記憶する。

撮影テーブル４は、被検体９を載せて走査ガントリ２のボア２９に出し入れされるクレードル４１を備えている。クレードル４１は、例えば撮影テーブル４に内蔵された不図示のサーボモータにより駆動され、当該サーボモータは不図示のサーボアンプを介して中央処理装置３０からの制御信号に基づいて制御される。

中央処理装置３０について説明する。操作コンソール３の中央処理装置３０は、制御部３０ａと、投影データ取得部３０ｂと、画像再構成部３０ｃと、表示制御部３０ｄとを備えている。中央処理装置３０を構成するこれら各部は、例えば、記憶装置３３等に記録されたプログラムを中央処理装置３０が実行することにより構築される。

図１に示されたように制御部３０ａは、入力装置３１から入力された操作情報及びプロトコルから適切な条件で走査ガントリ２を制御し、被検体をスキャンすることで被検体の投影データを得る。例えばデュアルエネルギー撮影を行う際に制御部３０ａは、回転部２７の回転を一定の回転数に維持し、クレードル４１を駆動させる。そして制御部３０ａは、所定の撮影範囲をＸ線管コントローラ２５の制御により１４０ｋＶの管電圧と８０ｋＶの管電圧を切り替えながらスキャンする。被検体を通過したＸ線ビーム２０１は、その強度をＸ線検出器２３で数値化され、データ収集部２４で収集される。

投影データ取得部３０ｂは、データ収集部２４で収集された投影データを一時保管し、必要な投影データを画像再構成部３０ｃへ転送する。

画像再構成部３０ｃは、取得した投影データを画像再構成する。画像再構成は所望の断面厚の断面像、ある物質の強調断層像、モノクロクロマティック断層像、または、デュアルエネルギー比断層像を作成する。

表示制御部３０ｄは、画像再構成した画像を表示装置３２に表示させる。なお、表示制御部３０ｄは２次元画像だけでなく、複数の２次元画像から３次元画像の再構成や、所定の方向に投影した画像を再構成して多方向からの表示をさせてもよい。

＜Ｘ線検出系の構成＞
図２は、Ｘ線管２０、ビーム形成Ｘ線フィルタ２１、コリメータ２２及びＸ線検出器２３の配置を示す斜視図である。Ｘ線管２０とＸ線検出器２３とは対向する位置に配置され、その間にビーム形成Ｘ線フィルタ２１及びコリメータ２２が配置されている。なお、本実施形態では、被検体９の体軸方向をＺ軸方向、鉛直方向をＹ軸方向、Ｙ軸とＺ軸とに垂直な方向をＸ軸方向として説明する。

ビーム形成Ｘ線フィルタ２１及びコリメータ２２は、不図示の被検体とＸ線管２０との間に配置され、特にＸ線管２０の近傍に配置されている。ビーム形成Ｘ線フィルタ２１はＸ線管２０からＸ線検出器２３に向かって照射されるＸ線ビーム２０１をＸ線検出器２３のチャンネル（channel）方向（Ｘ軸方向に沿った円周方向）でＸ線強度を変化させている。

コリメータ２２はＸ線を複数のコリメータプレート２２１から構成され、複数のコリメータプレート２２１は、Ｘ線を吸収しやすい材質、例えばモリブデン、鉛またはタングステンなどにより形成されている。また、複数のコリメータプレート２２１は駆動装置で移動可能であり、Ｘ線ビーム２０１を遮蔽して所望のビーム幅以外の不要なＸ線を除去している。

Ｘ線検出器２３は、いわゆる多列検出器により構成されている。すなわち、チャンネル方向に複数の検出素子２３１が配列されるとともに、列（row）方向（Ｚ軸方向）にも検出素子２３１が配列されて構成されている。なお、チャンネル方向の数やＺ軸方向の列数は適宜に設定してよく、例えばチャンネル方向の数は５１２個または１０２４個であり、Ｚ軸方向の列数は４〜２５６列である。

検出素子２３１は、シンチレータと、フォトダイオード等の光電変換素子とを含んで構成され、入射したＸ線量に応じた電気信号を出力可能である。図１で示されたデータ収集部２４は、複数の検出素子２３１に入射したＸ線量の情報をそれぞれ収集し、中央処理装置３０に出力する。

＜Ｘ線管の構成＞
図３は回転陽極型Ｘ線管における陽極ＡＮを示した図である。図３（ａ）は前記陽極ＡＮをＸ軸方向から見た図であり、図３（ｂ）は前記陽極ＡＮをＺ軸方向から見た図であり、図３（ｃ）は前記陽極ＡＮをＹ軸方向の下部から見た図である。

Ｘ線管２０は、陰極（不図示）と陰極のＺ軸方向に対向して陽極ＡＮが配置され、ハウジングに収納した構造である。陽極ＡＮは例えば円盤状のタングステンなどにより構成されている。また、陽極ＡＮは回転軸Ｃに対して回転する回転型であり、電子ビームが衝突する面と同じ側にＸ線を発生するいわゆる反射型である。Ｘ線管２０は陰極から発せられた電子線が陽極ＡＮに衝突することでＸ線が図面のＹ軸方向の下部方向へ放射される。なお、陽極ＡＮに電子線が衝突する領域が焦点ＦＣである。

陽極ＡＮはＸ軸方向及びＹ軸方向から見ると台形形状の円錐台形状であり、その傾斜部分に電子線が衝突して焦点ＦＣ（Ｘ線発生領域）を形成する。図３（ａ）に示されるように焦点ＦＣはＹ軸方向の下部に位置し、前記台形形状の傾斜部分に沿う形状で半径方向に伸びる略長方形（縦長）の領域を形成している。また、焦点ＦＣは図３（ｂ）に示されるようにＺ軸方向から見ても略長方形（縦長）の領域を形成している。また、焦点ＦＣは図３（ｃ）に示されるようにＹ軸方向の下部方向（Ｘ線検出器２３側）から見ると、略正方形として観察される。例えば、焦点ＦＣの大きさはＸ線検出器２３側から見た場合の大きさであり、小焦点の場合には０．５ｍｍ×０．５ｍｍの略正方形であり、大焦点の場合には１ｍｍ×１ｍｍの略正方形の大きさである。

なお、Ｘ線の発生は陽極ＡＮの単位面積当たりの発生量が決まっているため、Ｘ線管２０の出力を大きくするには焦点の大きさを大きくする必要がある。しかし、大きな焦点は画質の空間分解能を低下させるため、できるだけ小さな焦点が望ましい。このため、Ｘ線管２０は、大容量のＸ線を発生させるため、略長方形の焦点領域を形成し、Ｘ線検出器２３側から見て最小な焦点ＦＣとなるよう設計されている。

＜＜第１実施形態＞＞
＜ビーム形成Ｘ線フィルタ２１の構成＞
図４（ａ）は図２で示されたビーム形成Ｘ線フィルタ２１とＸ線管２０の陽極ＡＮとの斜視図である。図４（ａ）で示されるようにビーム形成Ｘ線フィルタ２１は筐体ＣＳと複数の第１プレートＰ１で構成されている。なお、筐体ＣＳは破線で示し、内部に配置した複数の第１プレートＰ１の構造を理解しやすいよう図示してある。図４（ｂ）は１枚の第１プレートＰ１の斜視図である。

図４（ａ）に示されるように、ビーム形成Ｘ線フィルタ２１は複数の第１プレートＰ１を筐体ＣＳで覆う構造であり、平板状の第１プレートＰ１がＺ軸方向に複数並んで配置されている。筐体ＣＳはＸ線の入射面ＣＳ１、Ｘ線の出射面ＣＳ２、Ｚ軸方向の両面に配置したＺ軸面ＣＳ３及びＸ軸方向の両面に配置したＸ軸面ＣＳ４で構成されている。走査ガントリ２の回転によっても、軸面ＣＳ３およびＸ軸面ＣＳ４が第１プレートＰ１を支えることができるのであれば、入射面ＣＳ１及び出射面ＣＳ２は必ずしも必要ない。

筐体ＣＳの入射面ＣＳ１及び出射面ＣＳ２はＸ線を透過しやすい樹脂などで形成される。入射面ＣＳ１及び出射面ＣＳ２は第１プレートＰ１の入射側および出射側の全面または一部を覆い、複数の第１プレートＰ１のＹ軸方向のずれを防止している。Ｚ軸面ＣＳ３の内面には溝（不図示）が形成され、第１プレートＰ１のＺ軸の端部がその溝に沿ってはめ込まれている。Ｘ軸面ＣＳ４は筐体ＣＳの形状を保持する。Ｚ軸面ＣＳ３及びＸ軸面ＣＳ４もＸ線を透過しやすい樹脂などで形成される。Ｚ軸面ＣＳ３及びＸ軸面ＣＳ４にコリメータプレート２２１（図２を参照。）の役目を負わせる場合には、Ｚ軸面ＣＳ３及びＸ軸面ＣＳ４はＸ線を吸収しやすい材質、例えばモリブデン、鉛またはタングステンなどで形成される。

第１プレートＰ１はＸ線を吸収しやすい重金属で構成されており、例えばモリブデン、タングステン又は鉛により構成されている。第１プレートＰ１と第１プレートＰ１との間は空間が形成される。空間は大気又はＸ線を吸収しにくい樹脂で占められている。つまり、この第１のプレートが、本発明における遮蔽部であり、第１のプレートの間隔を形成する空間が、本発明における透過部である。

図４（ｂ）に示されるように、１枚の第１プレートＰ１は４辺からなる矩形の平板形状であり、平面ＰＳを有している。第１プレートＰ１の２辺はＺ軸に向けられて、残りの２辺は焦点ＦＣに向けられている。図４（ａ）に示された複数の第１プレートＰ１のＺ軸方向の長さＬＰＺはすべて同じであり、Ｘ線検出器２３（図２を参照。）のＺ軸方向の列数に応じてその長さＬＰＺが適宜調整される。第１プレートＰ１の高さ（幅）ＬＰＹは、Ｘ軸方向の配置位置によって異なっている。焦点ＦＣの下部の近傍の第１プレートＰ１は高さＬＰＹが低く、焦点ＦＣの下部から±Ｘ軸方向に離れるに従い高さＬＰＹが高くなる。このため、複数の第１プレートＰ１はＺ軸側から見ると全体の外形形状が台形形状に似ており、上底ＰＵが焦点ＦＣ側に曲がった曲線状となり下底ＰＢが直線状になっている。なお、筐体ＣＳは直方体の形状で示しているが、複数の第１プレートＰ１と同様に上底ＵＰが曲線状の台形形状で形成されてもよい。

図５はビーム形成Ｘ線フィルタ２１のビーム形成Ｘ線フィルタ２１のＸＹ断面を示した図である。なお、図５はＸＹ面と平行で焦点ＦＣと重なる位置でのビーム形成Ｘ線フィルタ２１の断面図を示している。また説明の便宜上、上底ＰＵと下底ＰＢとが一部描かれている。また、焦点ＦＣから照射されたＸ線ビームが点線で示されている。

図５で示すように、複数の第１プレートＰ１の２辺（高さＬＰＹ）は焦点ＦＣを向くように配置されている。また、出射面ＣＳ２側の第１プレートＰ１と第１プレートＰ１との間隔は同じプレート間距離ｐｄで配置されている。

図６（ａ）はビーム形成Ｘ線フィルタ２１のＸ線検出器のチャンネル方向の中央部のプレート間距離ｐｄ及びその中央部の周辺に位置する周辺部のプレート間距離ｐｄと、焦点ＦＣとの関係を示した図である。
図６（ｂ）はビーム形成Ｘ線フィルタ２１の中央部のＸ線焦点幅Ｘｄと周辺部のＸ線焦点幅Ｘｄとの関係を示した図である。

図６で示されるように、ビーム形成Ｘ線フィルタ２１の中央付近のプレート間距離ｐｄからは長方形の焦点ＦＣの全焦点領域ＦＴを見ることができる。一方、図６の周辺部のプレート間距離ｐｄからは焦点ＦＣの焦点部分領域ＦＰしか見ることができない。言い換えれば、Ｘ線管２０の焦点ＦＣは単位面積あたりのＸ線の発生量が決まっているため、中央部のプレート間距離ｐｄでは全焦点領域ＦＴのＸ線量が通過するが、周辺部のプレート間距離ｐｄからは焦点部分領域ＦＰのＸ線量しか通過できない。ビーム形成Ｘ線フィルタ２１のＸ軸方向の周辺部付近を通過したＸ線ビーム２０１はＸ線量が減弱され、減弱されたままＸ線検出器２３（図２を参照。）のチャンネル方向の周辺部に到達する。なお、周辺部の第１プレートＰ１の高さＬＰＹが長くなると、ビーム形成Ｘ線フィルタ２１から射出されるＸ線ビーム２０１のＸ線量が減少する。このため、Ｘ線ＣＴ装置１００は、周辺部の第１プレートＰ１の高さＬＰＹを調節することで、ビーム形成Ｘ線フィルタ２１を通過するＸ線量を調節することが可能である。

図７は略楕円形状の被検体９を照射するＸ線強度ＰＸを示した図である。図７（ａ）で示されるように、被写体９の断面は略楕円形状であり、ビーム形成Ｘ線フィルタを用いて、図７（ｂ）に示されるように、照射するＸ線の強度を、周辺部の検出素子２３１で低く、中央近傍の検出素子２３１で高くなるように、Ｘ軸方向でＸ線ビーム２０１の強度を変化させることで、被検体９の図中両側におけるＸ線の透過経路の短い部分ＳＳの被曝を低減することができる。なお、この性能は従来のビーム形成Ｘ線フィルタと同様の機能である。

また、図６（ｂ）で示されたように、ビーム形成Ｘ線フィルタ２１は、ビーム形成Ｘ線フィルタ２１の中央部のプレート間距離ｐｄからの焦点ＦＣの大きさと、ビーム形成Ｘ線フィルタ２１の周辺部のプレート間距離ｐｄからのみかけ上の焦点ＦＣの大きさを揃えることが可能である。

例えば、図６（ｂ）の周辺部の第１プレートＰ１で示されるように、全焦点領域ＦＴから周辺部の第１プレートＰ１に向かって所定角度で放射されるＸ線ビーム２０１は、周辺部で示されるＸ線焦点幅Ｘｄの幅になる。また、図６の中央部の第１プレートＰ１におけるＸ線焦点幅Ｘｄは、プレート間距離ｐｄとＸ線焦点幅Ｘｄとがほぼ同一な大きさ、又はＸ線焦点幅Ｘｄのほうが小さくなる。しかし、周辺部の第１プレートＰ１を通過したＸ線焦点幅Ｘｄは、プレート間距離ｐｄと同様になる。このように、ビーム形成Ｘ線フィルタ２１を通過したＸ線ビーム２０１は中央部と周辺部とでＸ線焦点幅Ｘｄになる。

均一なＸ線焦点幅Ｘｄを持つＸ線ビーム２０１は、Ｘ線検出器２３のＸ軸方向（チャンネル方向）の周辺部においても焦点ＦＣの大きさが変化しない照射となる。このように本実施形態においては、Ｘ線検出器２３の位置によって焦点ＦＣの大きさを制御することができ、その焦点ＦＣの大きさを一律に揃えることで、周辺部で空間分解能が劣化する現象を防ぎ、中央部と周辺部とで空間分解能が一様な投影データを得ることができることから、全面の画像再構領域で画質の改善が望める。

次に、ビーム形成Ｘ線フィルタ２１を通過したＸ線ビーム２０１はＸ線スペクトル分布が変化しないことを説明する。
図８はＸ線ビーム２０１のＸ線スペクトル分布を示した図である。Ｘ軸にＸ線のエネルギーを示し、Ｙ軸にＸ線強度ＰＸを示している。

破線の曲線はビーム形成Ｘ線フィルタ２１の通過前のＸ線スペクトル分布を示し、実線の曲線はビーム形成Ｘ線フィルタ２１の周辺部を通過後したＸ線のＸ線スペクトル分布を示している。また、それぞれのＸ線の実効エネルギーは実線の直線Ｃで示される。図８に示すように、ビーム形成Ｘ線フィルタ２１を通過するＸ線ビーム２０１はＸ線強度ＰＸが低下するだけである。そしてビーム形成Ｘ線フィルタ２１を通過するＸ線ビーム２０１は、Ｘ線スペクトル分布は変化しないため、その実効エネルギーも変化しない。このため、ビーム形成Ｘ線フィルタによるビームハードニングが少なく、画像再構領域の中心部とその周囲とでＸ線エネルギーの違いによるＣＴ値の違いが生じないため、均一な画質の画像を形成することができる。

以上、図４から図８を使って、Ｚ軸方向から見て上底ＵＰが曲線状の台形形状に形成されたビーム形成Ｘ線フィルタ２１を説明した。Ｚ軸方向から見たビーム形成Ｘ線フィルタ２１は、このような形状に限られない。

図９（ａ）に示されたビーム形成Ｘ線フィルタ２１Ｂは、Ｚ軸方向から見て上底ＵＰおよび下底ＵＢが直線状の台形形状に形成されている。特に図５に描かれたビーム形成Ｘ線フィルタと比べると、図９（ａ）に描かれたビーム形成Ｘ線フィルタ２１は、中心部の第１プレートと周辺の第１プレートＰ１との高さＬＰＹの差が小さい。そのため、ビーム形成Ｘ線フィルタ２１Ｂから照射されるＸ線ビーム２０１のチャンネル方向でのＸ線量の差が小さい。また、図９（ａ）に描かれたビーム形成Ｘ線フィルタ２１は、省スペースとすることができる。

図９（ｂ）に示されたビーム形成Ｘ線フィルタ２１Ｃは、Ｚ軸方向から見て上底ＵＰおよび下底ＵＢが曲線状の台形形状に形成されている。すべての第１プレートＰ１の高さＬＰＹが同じ高さである。このため製造が簡便になり、コストを低減できる。

＜デュアルエネルギー画像再構成方法＞
上述したビーム形成Ｘ線フィルタ２１により、Ｘ線ＣＴ装置１００は、画像再構領域の中心部と周囲で均一な鮮鋭度及び均一な画質を持つ断層像を形成することができる。さらに、Ｘ線ＣＴ装置１００は、高いＸ線管電圧と低いＸ線管電圧とを１ビュー毎又は複数ビュー毎、または、３６０°毎又は１８０°＋ファン角度毎に切り替えて撮影するデュアルエネルギー撮影においても、Ｘ線検出器２３で均一な高いＸ線エネルギーの投影データ及び均一な低いＸ線エネルギーの投影データを取得することができる。このため、Ｘ線ＣＴ装置１００は、画像再構領域の全でＸ線エネルギーの吸収係数の違いを反映した画像を精密に取得することができる。

上述したデュアルエネルギー撮影の画像再構成は以下のように行う。なお、デュアルエネルギー撮影はビューごと又は数ビューごとＸ線管電圧を切り換えるデュアルエネルギー撮影で説明するが、３６０°毎又は１８０°＋ファン角度毎にＸ線管電圧を切り換える撮影方法でも同様である。

デュアルエネルギー撮影で収集した投影データは投影データ取得部３０ｂで低いＸ線管電圧の投影データと高いＸ線管電圧の投影データに分けて抽出し、各Ｘ線管電圧の投影データの抜けているビューを隣り合う投影データを用いて補間処理又は加重加算処理を行って求める。

投影データ取得部３０ｂで処理された投影データは、高次加重加算処理することで水強調（水密度）投影データとヨウ素強調（ヨウ素密度）投影データを求める。

画像再構成部３０ｃは、水強調投影データとヨウ素強調投影データとから水強調（水密度）断層像とヨウ素強調（ヨウ素密度）断層像とを画像再構成する。

また、画像再構成部３０ｃは、任意の実効Ｘ線エネルギーのモノクロマチック断層像を画像再構成することができる。さらに、画像再構成部３０ｃは、デュアルエネルギー比の断層像を求める。

このデュアルエネルギー比の断層像は、物質ごとまたは元素ごとの画素値の比の傾きを画像化している。この傾きは実効質量数に比例した数を表しているため、デュアルエネルギー比の値は実効質量数に比例すると言える。このため、各々の物質の傾き方向における各々の範囲で各々の物質又は元素に分類できる。つまり、実効質量数に比例した値のデュアルエネルギー比から成分分布、組成分布情報の画像を得ることができる。例えば、画像再構成部３０ｃは造影剤等価画像であるカルシウム強調画像、カルシウム等価画像である造影剤強調画像の画像再構成を行うことができる。

図１０はデュアルエネルギー比の断層像を画像再構成する概念図である。例えば、Ｘ線ＣＴ装置１００は１ビューごとにＸ線管電圧８０ｋＶｐとＸ線管電圧１４０ｋＶｐを切換えて投影データ収集を行い、低いＸ線管電圧のビューの投影データと高いＸ線管電圧のビューの投影データに分けて抽出する。また、Ｘ線ＣＴ装置１００は抽出したビューの投影データをビュー方向に補間処理又は加重加算処理することで、Ｘ線管電圧８０ｋＶｐの投影データＲ８０と、Ｘ線管電圧１４０ｋＶｐの投影データＲ１４０とを求める。

投影データＲ８０及び投影データＲ１４０は、画像再構成部３０ｃで前処理ＰＴされて、前処理ＰＴされたＸ線管電圧８０ｋＶｐの投影データＲ８０［ＰＴ］と、前処理ＰＴされたＸ線管電圧１４０ｋＶｐの投影データＲ１４０［ＰＴ］とが求める。

また、画像再構成部３０ｃは、前処理ＰＴ後の投影データＲ８０［ＰＴ］と投影データＲ１４０［ＰＴ］とを高次加重加算処理することで、水強調投影データＲＷとヨウ素強調投影データＲＩを求める。なお、本実施形態のビーム形成Ｘ線フィルタ２１を用いることで水強調投影データＲＷ及びヨウ素強調投影データＲＩを作成する場合の高次加重加算処理係数が小さくなるため、作成する投影データは誤差の少ない投影データとなる。
また、画像再構成部３０ｃは、水強調投影データＲＷとヨウ素強調投影データＲＩをビームハードニング補正ＢＨ及び画像再構成することで水強調断層像ＧＷとヨウ素強調断層像ＧＩを画像再構成する。画像再構成部３０ｃは、水強調断層像ＧＷ及びヨウ素強調断層像ＧＩにおいても誤差の少ない投影データを用いるため、精度のよい断層像を作成できる。

また、画像再構成部３０ｃは、水強調断層像ＧＷとヨウ素強調断層像ＧＩとから任意の実効Ｘ線エネルギーのモノクロマチック断層像であるＸ線管電圧８０ｋＶの等価断層像ＧＴ８０とＸ線管電圧１４０ｋＶの等価断層像ＧＴ１４０とを画像再構成する。なお、モノクロマチック断層像においても誤差の少ない水密度断層像ＧＷとヨウ素密度断層像ＧＩを用いるため、精度のよい断層像を画像再構成できる。

さらに、画像再構成部３０ｃは、モノクロマチック断層像である等価断層像ＧＴ８０と等価断層像ＧＴ１４０からある物質のデュアルエネルギー比の断層像ＧＤＥを求めることができる。なお、デュアルエネルギー比の断層像ＧＤＥにおいても、誤差の少ない等価断層像ＧＴ８０及び等価断層像ＧＴ１４０を用いるため、精度のよい断層像を画像再構成できる。

本実施形態では投影データから、水強調投影データＲＷ、ヨウ素強調投影データＲＩ、Ｘ線管電圧８０ｋＶの等価断層像ＧＴ８０、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの等価断層像ＧＴ１４０及びデュアルエネルギー比の断層像ＧＤＥを求めている。しかし、Ｘ線ＣＴ装置１００はデュアルエネルギー撮影後にＸ線管電圧８０ｋＶの断層像及びＸ線管電圧１４０ｋＶの断層像を画像再構成して、これらを用いて同様に水強調断層像ＧＷ、ヨウ素強調断層像ＧＩ、Ｘ線管電圧８０ｋＶの等価断層像ＧＴ８０、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの等価断層像ＧＴ１４０及びデュアルエネルギー比の断層像ＧＤＥを求めてもよい。なお、断層像からデュアルエネルギー比の断層像ＧＤＥを求める場合においても、Ｘ線ＣＴ装置１００は精度のよい断層像を作成できる。
尚、上記実施形態においては、回転陽極型Ｘ線管を用いたが、固定陽極型Ｘ線管を用いても、同様の効果を得ることができる。
＜第２実施形態＞

第２実施形態のビーム形成Ｘ線フィルタ２１Ｄは、Ｚ軸に平行に配置された第１プレートＰ１のみならず、さらにＺ軸と直交する方向（Ｘ軸と平行）に配置された第２プレートＰ２を備えた形状となっている。以下は本実施形態に係るビーム形成Ｘ線フィルタ２１Ｄの詳細な説明であるが、第１実施形態と同様な点については説明を省き、相違する点について説明する。また、第１実施形態と同様な部品及び機能については、同じ符号を用いる。

図１１は本実施形態に係るビーム形成Ｘ線フィルタ２１Ｄ示した斜視図である。本実施形態に係るビーム形成Ｘ線フィルタ２１Ｄは第１実施形態と同様に筐体ＣＳに保持された形状となっている。第１プレートＰ１及び第２プレートＰ２はＸ線を吸収しやすい重金属で構成されており、例えばモリブデン、タングステン又は鉛により構成されている。ビーム形成Ｘ線フィルタ２１Ｄは、Ｚ軸と平行の第１プレートＰ１とＺ軸と直交（Ｘ軸と平行）する第２プレートＰ２が組み合わされて形成されている。プレート同士を組み合わせるのではなく鋳造法により一体で形成されてもよい。

図１２（ａ）は、図１１のＸ線管２０の焦点ＦＣ付近のＸ軸と平衡して配置されているビーム形成Ｘ線フィルタ２１ＤのＹＺ面の断面図である。図１２（ｂ）はビーム形成Ｘ線フィルタ２１Ｄを図１１の出射面ＣＳ２から見た図である。図１２（ａ）で示されるように、Ｘ軸と平行な第２プレートＰ２は焦点ＦＣに向いて傾斜している。また、図１２（ｂ）で示されるように、ビーム形成Ｘ線フィルタ２１Ｄは出射面ＣＳ２から見ると、格子形状で形成され、さらに、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に第１プレートＰ１及び第２プレートＰ２が等間隔で形成されている。それぞれの格子内は空洞になっているため、Ｘ線ビーム２０１がほとんど吸収されない。

Ｚ軸方向に等間隔でＸ軸に平行なプレートを形成した第２プレートＰ２は、Ｚ軸方向の焦点ＦＣの大きさを揃えることができるため、画像再構成される体軸方向（Ｚ軸方向）の画像の鮮鋭度並びに均一性を向上させる効果がある。このため、本実施形態で撮影された画像は２次元画像だけでなく、複数の２次元画像、３次元画像並びに、所定の方向に投影した画像において均一な鮮鋭度を持つ画像を作成することができる。

なお、本実施形態のビーム形成Ｘ線フィルタ２１Ｄは、平板状のプレートを組み合わせて格子形状を形成することで矩形の空間部を形成しているが、吸収体に円形の穴を等間隔で開けることで、円形の空間部を形成したものであっても同様な効果がある。
また、第２実施形態において、第１プレート同士の間隔及び第２プレート同士の間隔は、等間隔に限らない。

２ … 走査ガントリ、３ … 操作コンソール、４ … 撮影テーブル
９ … 被検体
２０ … Ｘ線管
２１（２１Ｂ、２１Ｃ，２１Ｄ） … ビーム形成Ｘ線フィルタ
２２ … コリメータ、２３ … Ｘ線検出器
２４ … データ収集部、２５ … Ｘ線管コントローラ
２７ … 回転部、２９ … ボア
３０ … 中央処理装置（３０ａ … 制御部、３０ｂ … 投影データ取得部、３０ｃ … 画像再構成部、３０ｄ … 表示制御部）
３１ … 入力装置、３２ … 表示装置
３３ … 記憶装置、４１ … クレードル
２０１ … Ｘ線ビーム
２２１ … コリメータプレート
２３１ … 検出素子
ＡＮ … 陽極
ＢＨ … ビームハードニング補正
Ｃ … 回転軸
ＣＳ … 筐体、ＦＣ … 焦点
ＦＰ … 焦点部分領域
ＦＴ … 全焦点領域
ＧＤＥ … デュアルエネルギー比断層像
ＧＩ … ヨウ素強調断層像
ＧＷ … 水強調断層像
Ｐ１ … 第１プレート、Ｐ２ … 第２プレート
ｐｄ … プレート間距離
ＰＴ … 前処理
ＰＸ … Ｘ線強度
Ｒ１４０ … １４０ｋＶ投影データ、Ｒ８０ … ８０ｋＶ投影データ
ＲＩ … ヨウ素強調投影データ
ＲＷ … 水強調投影データ
ＧＴ１４０ … １４０ｋＶ等価断層像、ＧＴ８０ … ８０ｋＶ等価断層像
Ｘｄ … 線焦点幅

Claims

被検体とＸ線を発生するＸ線管との間に配置され、前記被検体を挟んで前記Ｘ線管に対向して配置されるＸ線検出器のチャンネル方向のＸ線照射領域でＸ線強度分布を調整するビーム形成Ｘ線フィルタであって、

少なくとも前記チャンネル方向に並ぶ、前記Ｘ線の照射方向に立設した前記Ｘ線を遮蔽する複数の第１プレートからなる複数の遮蔽部と、隣り合う前記第１プレートの間隔を形成する前記Ｘ線を透過する空間からなる複数の透過部とを有し、前記チャンネル方向の中央よりも周辺の方が前記第１プレートの前記Ｘ線の照射方向の高さが高いビーム形成Ｘ線フィルタ。
前記遮蔽部は前記Ｘ線の吸収率の高い金属体である請求項１に記載のビーム形成Ｘ線フィルタ。
前記Ｘ線管は陰極と陽極とを有し、前記陰極から電子ビームが前記陽極に照射して縦長のＸ線発生領域からＸ線を発生するものであり、

前記透過部は前記チャンネル方向の周辺で前記縦長のＸ線発生領域のうち一部の第１Ｘ線発生領域からのＸ線を透過させ、前記チャンネル方向の中央で前記第１Ｘ線発生領域よりも広い第２Ｘ線発生領域からのＸ線を透過させる請求項１または請求項２に記載のビーム形成Ｘ線フィルタ。
前記第１プレートは、隣り合う第１プレートの間隔が一定に配置される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のビーム形成Ｘ線フィルタ。
前記遮蔽部は、前記チャンネル方向に直交する方向に並ぶ、前記Ｘ線の照射方向に立設した複数の第２プレートをさらに含む請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のビーム形成Ｘ線フィルタ。
前記第１Ｘ線発生領域からのＸ線と前記第２Ｘ線発生領域からのＸ線とは、線質が略同じで、前記第２Ｘ線発生領域からのＸ線が前記第１Ｘ線発生領域からのＸ線よりＸ線強度が大きい請求項３に記載のＸ線ビーム形成フィルタ。
前記チャンネル方向の周辺の前記透過部から前記Ｘ線発生領域を観察した場合の発生領域と前記チャンネル方向の中央の前記透過部から前記Ｘ線発生領域を観察した場合の発生領域とが同じ大きさである請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のＸ線ビーム形成フィルタ。
前記Ｘ線管と、前記Ｘ線検出器と、前記Ｘ線管およびＸ線検出器を被検体の周りに回転させながらＸ線を前記被検体に照射して複数ビューの投影データを収集するデータ収集手段と、前記収集された投影データに基づいて画像を再構成する画像再構成手段とを備えたＸ線ＣＴ装置であって、

請求項１から請求項７のいずれか一項の前記Ｘ線ビーム形成フィルタを有するＸ線ＣＴ装置。