JP5648842B2 - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置に関し、特に、スキャン（scan）条件の最適化の技術に関する。

近年、自動露出機構が搭載されたＸ線ＣＴ装置が普及してきており、低被曝で画質の高い再構成画像が得られるよう、Ｘ線管の管電流の最適化が図られている（例えば、特許文献１，要約等参照）。

特開２００８−０１８０４４号公報

ところで、再構成画像の画質は、再構成画像のノイズレベル（noise level）、例えばＳＤ値で評価されることが多い。しかし、実際には、ノイズレベルが多少大きくても、そのノイズレベルに対してコントラスト（contrast）が十分に大きければ、診断上の問題はないという考え方がある。つまり、再構成画像の画質は、ノイズレベルではなく、コントラストノイズ比（ノイズに対するコントラストの比であり、以下、ＣＮＲで表す）で評価できるという考え方がある。

また、被検体に照射するＸ線の線量が同じであれば、被検体の被曝量や再構成画像のノイズレベルは略同じになる。しかし、同じ線量のＸ線を出力する管電圧および管電流の組合せであっても、管電圧がより低い組合せの方が、物質の種類によるＸ線吸収量の違いが顕著になり、再構成画像のコントラストが向上するという事実がある。つまり、管電圧を低くすると、再構成画像のＣＮＲが向上する。

このように、被検体の負担の大きさに対する再構成画像の画質を最適化するという観点においては、ノイズレベルによる画質評価や管電流の最適化だけでなく、ＣＮＲによる画質評価や管電圧を含めたスキャン条件の最適化を考える必要がある。

しかしながら、現状では、ＣＮＲによる画質評価や管電圧を含めたスキャン条件の最適化までは成されておらず、被検体の負担軽減、再構成画像の画質向上という点において、改善の余地を残している。

このような事情により、Ｘ線管の管電圧および管電流の最適化を図ることができるＸ線ＣＴ装置が望まれている。

第１の観点の発明は、被検体にＸ線管からＸ線を照射してスカウト（scout）撮影を行う手段と、前記スカウト撮影によって得られたスカウトデータ（scout data）および前記Ｘ線管の第１管電圧に基づいて、該第１管電圧と組み合わせて前記被検体をスキャンした場合に所望の画質レベル（level）の画像が得られるような前記Ｘ線管の第１管電流を算出する算出手段と、前記被検体をスキャンした場合に前記第１管電圧および前記第１管電流で前記被検体をスキャンした場合と実質的に同じ画質の画像が得られるような第２管電圧および第２管電流であって、前記第２管電圧が前記第１管電圧より小さいものを設定する設定手段と、前記設定された第２管電圧および第２管電流で前記被検体をスキャンするスキャン実行手段とを備えているＸ線ＣＴ装置を提供する。

第２の観点の発明は、前記設定手段が、前記第１管電流が小さいほど前記第２管電圧が小さくなるように、前記第２管電圧を設定する上記第１の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第３の観点の発明は、前記設定手段が、前記第１管電圧および第１管電流に応じて前記第２管電圧を設定し、前記第１管電圧および前記第２管電圧に応じて前記第１管電流を変更することにより前記第２管電流を設定する上記第１の観点または第２の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第４の観点の発明は、前記設定手段が、スキャン部位、造影剤注入の有無、および造影剤注入時のスキャンタイミング（scan timing）のうち少なくとも１つに基づいて、前記第２管電流を設定する上記第１の観点から第３の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第５の観点の発明は、前記第２管電圧に応じて造影剤注入パラメータ（parameter）を設定する手段をさらに備えており、前記スキャン実行手段は、前記第２管電圧および前記第２管電流と、前記設定された造影剤注入パラメータとに基づいて、前記被検体をスキャンする上記第１の観点から第４の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第６の観点の発明は、被検体にＸ線管からＸ線を照射してスカウト撮影を行う手段と、前記スカウト撮影によって得られたスカウトデータおよび前記Ｘ線管の第１管電圧に基づいて、該第１管電圧と組み合わせて前記被検体をスキャンした場合に所望の画質レベルの画像が得られるような前記Ｘ線管の第１管電流を算出する算出手段と、前記被検体をスキャンした場合に、前記第１管電圧および前記第１管電流で前記被検体をスキャンした場合と実質的に同じ画質の画像が得られるような第２管電圧、第２管電流および造影剤注入パラメータであって、前記第２管電圧が前記第１管電圧より小さいものを設定する設定手段と、前記設定された第２管電圧、第２管電流および造影剤注入パラメータで前記被検体をスキャンするスキャン実行手段とを備えているＸ線ＣＴ装置を提供する。

第７の観点の発明は、前記設定手段が、前記第１管電流が小さいほど前記第２管電圧が小さくなるように、前記第２管電圧を設定する上記第６の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第８の観点の発明は、前記設定手段が、前記第１管電圧および第１管電流に応じて前記第２管電圧を設定し、前記第１管電圧および前記第２管電圧に応じて前記第１管電流および造影剤注入パラメータの初期値をそれぞれ変更することにより、前記第２管電流および新たな造影剤注入パラメータを設定する上記第６の観点または第７の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第９の観点の発明は、前記設定手段が、スキャン部位および造影剤注入時のスキャンタイミングのうち少なくとも１つに基づいて、前記第２管電流および前記造影剤注入パラメータを設定する上記第６の観点から第８の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１０の観点の発明は、前記造影剤注入パラメータが、被検体に注入する造影剤の濃度、注入量および注入速度のうち少なくとも１つを含んでいる上記第４の観点から第９の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１１の観点の発明は、前記第１管電圧が、操作者により指定された管電圧、または予め定められている管電圧である上記第１の観点から第１０の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１２の観点の発明は、前記所定の画質レベルの画像が、操作者により指定されたノイズレベルの画像である上記第１の観点から第１１の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１３の観点の発明は、前記同じ画質の画像が、コントラストノイズ比（ＣＮＲ）が同じ画像である上記第１の観点から第１２の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１４の観点の発明は、前記同じ画質の画像が、ノイズレベルが同じ画像である上記第１の観点から第１２の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１５の観点の発明は、前記算出手段が、所定のアルゴリズム（algorithm）により、スキャン時に前記Ｘ線管からＸ線を照射する前記被検体の位置に応じて変化させる前記Ｘ線管の管電流値を、前記第１管電流値として算出する上記第１の観点から第１４の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

なお、ここで、管電圧、管電流、造影剤注入パラメータ等を「設定する」ことは、当初の管電圧、管電流、造影剤注入パラメータ等を別の管電圧、管電流、造影剤注入パラメータ等に変更あるいは調整することを含む。

上記観点の発明によれば、当初の管電圧とスカウトデータとを基に所望の画質が得られるよう管電流を算出し、その後、当初の管電圧と算出された管電流とを基に、画質一定の下、画質向上に有利な管電圧がより小さい管電圧および管電流を設定することができ、管電圧と管電流の両方の最適化を図ることができる。

第一実施形態によるＸ線ＣＴ装置の構成ブロック（block）図である。 第一実施形態によるＸ線ＣＴ装置の動作の流れを示すフローチャート（flowchart）である。 管電圧調整用ルックアップテーブル（lookup table）の例を示す図である。 係数ａ決定用ルックアップテーブルの例を示す図である。 係数ｂ決定用ルックアップテーブルの例を示す図である。 係数ｃ決定用ルックアップテーブルの例を示す図である。 係数ｄ決定用ルックアップテーブルの例を示す図である。 係数ｅ決定用ルックアップテーブルの例を示す図である。 第二実施形態によるＸ線ＣＴ装置の動作の流れを示すフローチャートである。 管電流優先調整処理を示すフローチャートである。 バランス調整処理を示すフローチャートである。 造影優先調整処理を示すフローチャートである。 係数ｂ’決定用ルックアップテーブルの例を示す図である。 係数ｃ’決定用ルックアップテーブルの例を示す図である。 係数ｄ’決定用ルックアップテーブルの例を示す図である。 係数ｅ’決定用ルックアップテーブルの例を示す図である。

以下、図を参照して発明の実施形態について説明する。

（第一実施形態）
図１は、第一実施形態によるＸ線ＣＴ装置の構成ブロック図である。このＸ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール（console）１、撮影テーブル（table）１０、走査ガントリ（gantry）２０とを具備している。

操作コンソール１は、操作者の入力を受け付ける入力装置２と、画像再構成処理などを実行する中央処理装置３と、走査ガントリ２０で取得した投影データを収集するデータ収集バッファ（buffer）５と、投影データから再構成したＣＴ画像等を表示するモニタ（monitor）６と、プログラム（program）やデータ、ＣＴ画像などを記憶する記憶装置７とを具備している。

撮影テーブル１０は、被検体を載置して走査ガントリ２０のボア（bore）に対し搬入搬出するクレードル（cradle）１２を具備している。クレードル１２は、撮影テーブル１０に内蔵するモータ（motor）で昇降および水平直線移動される。

走査ガントリ２０は、Ｘ線管２１と、Ｘ線コントローラ（controller）２２と、コリメータ（collimator）２３と、Ｘ線検出器２４と、データ収集部ＤＡＳ（Data Acquisition
System）２５と、被検体の体軸の回りにＸ線管２１などを回転させる回転部コントローラ２６と、制御信号などを操作コンソール１や撮影テーブル１０とやり取りする制御コントローラ２９とを具備している。

Ｘ線ＣＴ装置の構成は概ね上記の通りである。この構成のＸ線ＣＴ装置において、投影データの収集は例えば次のように行われる。

まず、被検体を走査ガントリ２０の回転部１５の空洞部に位置させた状態でｚ方向の位置を固定し、Ｘ線管２１からのＸ線ビーム（beam）を被検体に照射し、その透過Ｘ線をＸ線検出器２４で検出する。そして、この透過Ｘ線の検出を、Ｘ線管２１とＸ線検出器２４を被検体の周囲で回転させて、投影角度すなわちビュー（view）角度を変化させながら投影データ収集を行う。

検出された各透過Ｘ線は、ＤＡＳ２５でディジタル（digital）値に変換されて投影データとしてデータ収集バッファ５を介して操作コンソール１に転送される。スキャン方式としては、コンベンショナルスキャン（conventional
scan）すなわちアキシャルスキャン（axial scan）や、ヘリカルスキャン（helical scan）を考えることができる。

操作コンソール１は、走査ガントリ２０から転送されてくる投影データを中央処理装置３の固定ディスク（disk）ＨＤＤに格納するとともに、例えば、所定の再構成関数と重畳演算を行い、逆投影処理により断層像を再構成する。ここで、操作コンソール１は、スキャン処理中に走査ガントリ２０から順次転送されてくる投影データからリアルタイム（real
time）に断層像を再構成し、常に最新の断層像をモニタ６に表示させることが可能である。さらに、固定ディスクＨＤＤに格納されている投影データを呼び出して改めて画像再構成を行わせることも可能である。

なお、本実施形態では、Ｘ線ＣＴ装置に、被検体へ造影剤を注入するインジェクタ（injector）３５が接続されている。中央処理装置３は、所望の造影スキャンを適正に行うことができるよう、設定された造影剤注入パラメータに基づいてインジェクタ３５を制御することができる。造影剤注入パラメータは、例えば、被検体に注入する造影剤の濃度、注入量、注入速度、スキャンタイミング（造影剤の注入開始からスキャンを開始するまでの待機時間）などを含んでいる。

以下、第一実施形態によるＸ線ＣＴ装置の動作について説明する。

第一実施形態によるＸ線ＣＴ装置は、管電圧の下方調整や設定のスキャン条件によって生じるＣＮＲ向上分を、管電流の下方調整に還元し、再構成画像のＣＮＲを保持したまま被検体の被曝低減を図るものである。

図２は、第一実施形態によるＸ線ＣＴ装置の動作の流れを示すフローチャートである。このフローチャートの処理に対応するプログラムは、固定ディスク（hard disk）ＨＤＤ等からなる記憶装置７にインストール（install）されており、中央処理装置３によって実行される。

ステップ（step）Ｓ１０１では、被検体のスカウト撮影を行う。スカウト撮影は、これからスキャンしようとする部位のＸ線吸収量などの情報を事前に得るために行うものである。スカウト撮影では、通常、Ｘ線管２１から本スキャンより低い線量のＸ線を、被検体のスキャンしようとする部位を含む領域に照射して、被検体の透過Ｘ線をＸ線検出器２４で検出し、その検出データであるスカウトデータＰを取得する。本例では、スカウト撮影として、被検体が載置されたクレードル１２を被検体の体軸方向（ｚ方向）に移動させながら、被検体の正面方向および側面方向の少なくとも一方向にＸ線管２１からＸ線を照射して、その透過Ｘ線をＸ線検出器２４で検出する透視撮影を行う。なお、スカウト撮影は、本スキャンよりも低い線量のＸ線を用いるアキシャルスキャンやヘリカルスキャン等であってもよい。

ステップＳ１０２では、操作者が、スカウトデータＰを基に生成され表示されたスカウト像などを参照して、スキャン条件を入力する。本例では、スキャン条件として、スキャン部位Ｂ、ｚ方向のスキャン範囲Ｒ、管電圧Ｖ１（第１管電圧）、再構成画像のノイズレベル（画質レベル）ＳＤ、造影剤注入の有無Ｌ、造影剤注入時のスキャンタイミングＴなどを入力する。ノイズレベルＳＤは、例えばＳＤ値である。造影剤注入時のスキャンタイミングＴは、例えば、造影剤の染まり具合を表す時相あるいは造影剤注入開始からスキャン開始までの待機時間である。管電圧Ｖ１は、例えば１２０〔ｋＶｐ〕，１４０〔ｋＶｐ〕の２種類の中から操作者が選択するようにする。なお、従来、標準的な管電圧として１２０〔ｋＶｐ〕が用いられていることから、管電圧Ｖ１は、予め１２０〔ｋＶｐ〕に固定しておいてもよい。

ステップＳ１０３では、スキャン範囲Ｒを管電圧Ｖ１でスキャンした場合にノイズレベルＳＤの再構成画像が得られるような管電流Ｉ１（第１管電流）を算出する。本例では、ステップＳ１０１で得られたスカウトデータＰと、ステップＳ１０２で入力されたスキャン範囲Ｒおよび管電圧Ｖ１とを基に、自動露出機構として機能する所定のアルゴリズムにより、管電流Ｉ１としての管電流変化曲線を求める。管電流変化曲線は、スキャン時に、Ｘ線を照射する被検体の位置に応じて変化させるＸ線管の管電流を表すものであり、例えば被検体の体軸方向（ｚ方向）に対する管電流の変化を表す曲線である。なお、管電流変化曲線は、体軸方向および断層面方向（ｘｙ面方向）の両方向に対する管電流の曲線として求めてもよい。また、自動露出機構を用いず、スカウトデータＰによって形成されるＸ線吸収曲線（例えば、横軸を被検体の体軸、縦軸をＸ線吸収量として表すグラフ）の面積や縦軸方向の最大幅等に基づいて、一定の電流値を管電流Ｉ１として求めてもよい。

ステップＳ１０４では、管電圧Ｖ１および管電流Ｉ１の大きさに応じて、被検体をスキャンする際に設定するＸ線管２１の管電圧を調整する。

従来、再構成画像の画質は、一般的にノイズレベルの大小で評価されているが、ここでは、ＣＮＲで評価するものとし、再構成画像のＣＮＲが改善されるよう、管電圧を可能な範囲内で低く調整する。つまり、管電圧Ｖ１および管電流Ｉ１の組合せで出力されるＸ線の線量と略同じ線量のＸ線が出力される管電圧および管電流の組合せであって、Ｘ線管の仕様上許容される組合せを構成する管電圧の中で、最も低い管電圧に近づくよう、管電圧を調整する。

被検体に照射するＸ線の線量が同じであれば、被検体の被曝量や再構成画像のノイズレベルは略同じになる。しかし、同じ線量のＸ線を出力する管電圧および管電流の組合せであっても、管電圧がより低い組合せの方が、物質の種類によるＸ線吸収量の違いが顕著になり、再構成画像のコントラストが向上するという事実がある。つまり、ノイズレベル（被曝量）を一定にしたまま管電圧を小さく調整すると、再構成画像のＣＮＲが向上し、再構成画像のＣＮＲを一定にしたまま管電圧を小さく調整すると、被曝量が小さくなる。

したがって、管電圧を上記のように調整すれば、後は、管電流や造影剤注入パラメータを調整することにより、被検体の負担の大きさに対する再構成画像の画質を向上することができる。つまり、当初の管電圧Ｖ１および管電流Ｉ１でスキャンする場合と比較して、被検体の被曝量を変えずに再構成画像のＣＮＲを向上させたり、再構成画像のＣＮＲを変えずに被検体の被曝量を低減したり、あるいは、被検体の被曝量や再構成画像のＣＮＲを変えずに、被検体に注入する造影剤の濃度、注入量、注入速度などを低減したりすることができるようになる。

本例では、図３に示すような管電圧調整用ルックアップテーブルを予め用意しておく。図３のルックアップテーブルの例では、管電圧Ｖ１の大きさ毎に、管電流Ｉ１をその大きさに応じて４段階に分類し、それぞれの分類に対して、調整後の管電圧とすべき管電圧Ｖ２を割り当てられている。そして、管電圧Ｖ１および管電流Ｉ１の大きさに基づいて、このルックアップテーブルを参照して、調整後の管電圧Ｖ２（第２管電圧）を選択する。なお、管電流Ｉ１として管電流変化曲線が算出されている場合には、その曲線の最大値等を管電流Ｉ１の電流値とみなす。

ステップＳ１０５では、管電流Ｉ１に乗算して管電流を調整するための乗算係数αを算出する。本例では、乗算係数αは、次式のように、目的が異なる複数の係数の掛合せからなっている。
α＝ａ・ｂ・ｃ・ｄ・ｅ …（数式１）

係数ａは、管電圧をＶ１からＶ２に調整した場合に、Ｘ線管２１から照射されるＸ線の線量が一定に保持されるよう、管電流を調整するための係数である。係数ａは、調整前の管電圧Ｖ１と調整後の管電圧Ｖ２との組合せによって定まるものであり、例えば図４に示すような係数ａ決定用ルックアップテーブルを参照して決定される。

係数ｂは、Ｘ線管２１から照射されるＸ線の線量が一定に保持される条件下で管電圧を調整した場合におけるＣＮＲ変化分がキャンセルされるよう、管電流を調整するための係数である。すなわち、Ｘ線管の条件を、管電圧Ｖ１および管電流Ｉ１の組合せから管電圧Ｖ２および管電流ａ・Ｉ１の組合せに変更したことによって生じる再構成画像のＣＮＲ変化分がキャンセルされるよう、管電流を調整するための係数である。係数ｂは、調整前の管電圧Ｖ１と調整後の管電圧Ｖ２との組合せによって定まるものであり、調整後の管電圧Ｖ２が調整前の管電圧Ｖ１より小であれば１より小さい値となり、その差が大きいほど小さな値をとる。係数ｂは、例えば図５に示すような係数ｂ決定用ルックアップテーブルを参照して決定される。

係数ｃは、スキャン部位の違いによって生じる再構成画像のＣＮＲ変化分がキャンセルされるよう、管電流を調整するための係数である。係数ｃは、スキャン部位の種類によって定まるものであり、例えば関心領域と背景領域とでＸ線吸収係数が大きく異なるような部位では、再構成画像のコントラストが向上するので、係数ｃは１より小さい値となる。係数ｃは、例えば図６に示すような係数ｃ決定用ルックアップテーブルを参照して決定される。

係数ｄは、造影剤注入の有無、すなわちスキャン時に被検体に造影剤を注入するか否かによって生じる再構成画像のＣＮＲ変化分がキャンセルされるよう、管電流を調整するための係数である。造影剤注入が有の場合には、再構成画像のコントラストが向上するので、係数ｄは１より小さい値となり、造影剤注入が無の場合には、造影剤によるコントラストの向上はないので、係数では１のままとなる。係数ｄは、例えば図７に示すような係数ｄ決定用ルックアップテーブルを参照して決定される。

係数ｅは、被検体に造影剤を注入してスキャンする場合において、スキャンタイミングの違いによって生じる再構成画像のＣＮＲ変化分がキャンセルされるよう、管電流を調整するための係数である。造影剤が比較的強く染まる動脈相や門脈相などの時相にスキャンタイミングが属する場合には、再構成画像におけるコントラストがより向上するので、係数ｅは１より小さい値となり、平衡相やその他の時相の場合には、係数ｅは１のままとなる。係数ｅは、例えば図８に示すような係数ｅ決定用ルックアップテーブルを参照して決定される。

管電流Ｉ１の乗算係数αは、これら複数の係数ａ〜ｅの掛合せであるから、種々の要因による再構成画像のＣＮＲ変化分は、管電流の大きさの調整にまわされる。そのため、再構成画像のＣＮＲは、管電圧Ｖ１および管電流Ｉ１の条件で当初期待されたままにして、ＣＮＲ向上分があれば、それを管電流の下方調整に還元し、被検体の被曝量を低減させることができる。

ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で算出された乗算係数αを管電流Ｉ１に乗算して、管電流を管電流Ｉ２（第２管電流）に調整する。
Ｉ２＝α・Ｉ１ …（数式２）

ステップＳ１０７では、インジェクタ３５を用いて被検体に造影剤を注入してスキャンする場合において、調整後の管電圧Ｖ２に応じて造影剤注入パラメータセット（parameter set）Ｃを設定する。

管電圧が異なると、照射されるＸ線のエネルギー（energy）分布が変化するため、造影剤のＸ線吸収量（ＣＴ値）も変わってくる。そのため、管電圧の大きさに応じて最適な造影手法も異なると考えられる。そこで、ここでは、管電圧の大きさに応じて、造影剤注入パラメータセットＣを切り換えて設定する。例えば、調整後の管電圧Ｖ２とその管電圧に適した造影剤注入パラメータセットとの対応関係を表すルックアップテーブルを予め用意しておき、そのルックアップテーブルを参照して、設定する造影剤注入パラメータセットＣを決定する。なお、造影剤注入パラメータとしては、例えば、造影剤の濃度、注入量、注入速度などが挙げられる。

ステップＳ１０８では、調整後の管電圧Ｖ２、調整後の管電流Ｉ２、設定された造影剤注入パラメータセットＣなどを含むスキャン条件に基づいて、被検体の本スキャンを実行する。

ステップＳ１０９では、ステップＳ１０８の本スキャンによって得られた投影データに基づいて画像再構成を行う。

以上、このような第一実施形態によれば、当初の管電圧とスカウトデータとを基に管電流を算出し、その後、当初の管電圧と算出された管電流とを基に、より好ましい管電圧および管電流を設定することができ、管電圧と管電流の両方の最適化を図ることができる。

また、Ｘ線管の仕様を考慮しつつ管電圧をできるだけ低く調整することよって生じる再構成画像のＣＮＲ向上分を、管電流の下方調整に還元し、被検体の被曝低減を図ることができる。

また、入力された設定のスキャン条件によって生じる再構成画像のＣＮＲ向上分を、管電流の下方調整に還元し、被検体の被曝低減を図ることもできる。

また、調整後の管電圧に応じた最適な造影剤注入パラメータセットを設定することができ、造影剤注入パラメータの不適正な設定によって造影剤による負担を増大させるリスク（risk）を抑えることができる。

また、管電圧および管電流の設定を自動化することができ、管電圧および管電流の煩雑な設定作業を排除したり、管電圧および管電流の設定に統一感を持たせたりすることができる。

（第二実施形態）
第二実施形態によるＸ線ＣＴ装置は、管電圧の下方調整や設定のスキャン条件によって生じる再構成画像のＣＮＲ向上分を、操作者の希望に応じて、管電流の下方調整、造影剤注入パラメータの軽減調整、あるいはこれら両方の調整に還元し、再構成画像のＣＮＲを保持したまま被検体の負担軽減を図るものである。

第二実施形態によるＸ線ＣＴ装置の動作について説明する。

図９は、第二実施形態によるＸ線ＣＴ装置の動作の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ２０１では、ステップＳ１０１と同様に、被検体のスカウト撮影を行う。

ステップＳ２０２では、ステップＳ１０２と同様に、スキャン条件を入力する。本例では、スキャン条件として、スキャン部位Ｂ、ｚ方向のスキャン範囲Ｒ、管電圧Ｖ１、再構成画像のノイズレベル（ＳＤ値）ＳＤ、造影剤注入の有無Ｌ、造影剤注入時のスキャンタイミングＴなどの他、造影剤注入パラメータセットＣ１を入力する。

ステップＳ２０３では、調整優先モード（mode）を設定する。調整優先モードとは、スキャン条件の中に再構成画像のＣＮＲを変化させる要因となる条件が含まれている場合に、そのＣＮＲ変化分を、どのパラメータを優先的に調整してキャンセルさせるかを決定するモードである。本例では、管電流優先モード、造影優先モード、バランスモード（balance
mode）の３モードが設定可能であるものとする。管電流優先モードは、管電流のみを調整するモードであり、造影優先モードは、造影剤注入パラメータセットのみを調整するモードであり、バランスモードは、管電流と造影剤注入パラメータセットの両方を調整するモードである。

ステップＳ２０４では、ステップＳ１０３と同様に、スキャン範囲Ｒを管電圧Ｖ１でスキャンした場合にノイズレベルＳＤの再構成画像が得られるような管電流Ｉ１を算出する。

ステップＳ２０５では、ステップＳ１０４と同様に、管電圧Ｖ１および管電流Ｉ１の大きさに応じて、スキャン時に設定するＸ線管の管電圧を調整する。

ステップＳ２０６では、これから実行する管電流および造影剤注入パラメータセットの調整処理を、調整優先モードの設定を基に選択する。管電流優先モードが設定されていれば、ステップＳ２１０の管電流優先調整処理を実行する。バランスモード設定がされていれば、ステップＳ２２０のバランス調整処理を実行する。造影優先モードが設定されていれば、ステップＳ２３０の造影優先調整処理を実行する。

図１０に、ステップＳ２１０の管電流優先調整処理のフローチャートを示す。

ステップＳ２１１では、ステップＳ１０５と同様に、管電流Ｉ１に乗算して管電流を調整するための乗算係数αを算出する。

ステップＳ２１２では、ステップＳ１０６と同様に、算出された乗算係数αを管電流Ｉ１に乗算して、管電流を管電流Ｉ２に調整する。

図１１に、ステップＳ２２０の造影優先調整処理のフローチャートを示す。

ステップＳ２２１では、管電流の乗算係数αを算出する。ここでは、乗算係数αは、次式のように上記係数ａそのものとして算出する。
α＝ａ …（数式３）

ステップＳ２２２では、造影剤注入パラメータ変更割合指標βを算出する。ここでは、造影剤注入パラメータ変更割合指標βは、次式のように、上記係数ｂ〜ｅの掛合せによって形成されている。
β＝ｂ・ｃ・ｄ・ｅ …（数式４）

ステップＳ２２３では、算出された乗算係数αを管電流Ｉ１に乗算して、管電流を管電流Ｉ２に調整する。
Ｉ２＝α・Ｉ１ …（数式５）

ステップＳ２２４では、造影剤注入パラメータ変更割合指標βに基づいて、入力された造影剤注入パラメータセットＣ１を造影剤注入パラメータセットＣ２に調整する。

図１２に、ステップＳ２３０のバランス調整処理のフローチャートを示す。

ステップＳ２３１では、次式に従って、管電流の乗算係数αを算出する。
α＝ａ・ｂ’・ｃ’・ｄ’・ｅ’ …（数式６）

係数ａは、上述した通り、管電圧をＶ１からＶ２に調整した場合に、Ｘ線管２１から照射されるＸ線の線量が一定に保持されるよう管電流を調整するための係数である。係数ａは、例えば図４に示すような係数ａ決定用ルックアップテーブルを参照して決定される。

係数ｂ’は、Ｘ線管の条件を、管電圧Ｖ１および管電流Ｉ１の組合せから管電圧Ｖ２および管電流ａ・Ｉ１の組合せに変更したことによって生じる再構成画像のＣＮＲ変化分のうち”半分”がキャンセルされるよう、管電流を調整するための係数である。係数ｂ’は、例えば図１３に示すような係数ｂ’決定用ルックアップテーブルを参照して決定される。図５に示す係数ｂ決定用ルックアップテーブルと比較すると分かるように、係数ｂ’が持つ調整の重み（１からの差分）が係数ｂの重みの半分になっている。

係数ｃ’は、スキャン部位の違いによって生じる再構成画像のＣＮＲ変化分のうち”半分”がキャンセルされるよう、管電流を調整するための係数である。係数ｃ’は、例えば図１４に示すような係数ｃ’決定用ルックアップテーブルを参照して決定される。図６に示す係数ｃ決定用ルックアップテーブルと比較すると分かるように、係数ｃ’が持つ調整の重みが係数ｃの重みの半分になっている。

係数ｄ’は、造影剤注入の有無、すなわちスキャン時に被検体に造影剤を注入するか否かによって生じる再構成画像のＣＮＲ変化分のうち”半分”がキャンセルされるよう、管電流を調整するための係数である。係数ｄ’は、例えば図１５に示すような係数ｄ’決定用ルックアップテーブルを参照して決定される。図７に示す係数ｄ決定用ルックアップテーブルと比較すると分かるように、係数ｄ’が持つ調整の重みが係数ｄの重みの半分になっている。

係数ｅ’は、被検体に造影剤を注入してスキャンする場合のスキャンタイミングの違いによって生じる再構成画像のＣＮＲ変化分のうち”半分”がキャンセルされるよう、管電流を調整するための係数である。係数ｅ’は、例えば図１６に示すような係数ｅ’決定用ルックアップテーブルを参照して決定される。図８に示す係数ｅ決定用ルックアップテーブルと比較すると分かるように、係数ｅ’が持つ調整の重みが係数ｅの重みの半分になっている。

ステップＳ２３２では、造影剤注入パラメータ調整割合指標βを算出する。造影剤注入パラメータ調整割合指標βとは、造影剤注入パラメータを調整する割合の程度を示す指標値である。本例では、造影剤注入パラメータ調整割合指標βは、次式のように、上記係数ｂ’〜ｅ’の掛合せからなる。
β＝ｂ’・ｃ’・ｄ’・ｅ’ …（数式７）

ステップＳ２３３では、算出された乗算係数αを管電流Ｉ１に乗算して、管電流を管電流Ｉ２に調整する。
Ｉ２＝α・Ｉ１ …（数式８）

ステップＳ２３４では、造影剤注入パラメータ調整割合指標βに基づいて、入力された造影剤注入パラメータセットＣ１を造影剤注入パラメータセットＣ２に調整する。

例えば、造影剤注入パラメータ調整割合指標βの大きさに応じて、造影剤の濃度、注入量、あるいは注入速度などの造影剤注入パラメータを調整する。造影剤注入パラメータ調整割合指標βが１より小さいときは、これらの造影剤注入パラメータの少なくとも１つをより小さい値に調整し、造影剤注入パラメータ調整割合指標βが小さいほど造影剤注入パラメータもより小さくする。

ステップＳ２１０の管電流優先調整処理、ステップＳ２２０の造影優先調整処理、またはステップＳ２３０のバランス調整処理が終了したら、ステップＳ２４０に進む。

ステップＳ２４０では、調整後の管電圧Ｖ２、調整後の管電流Ｉ２、調整された造影剤注入パラメータセットＣ２などを含むスキャン条件に基づいて、被検体の本スキャンを実行する。

ステップ２４１では、ステップＳ２４０の本スキャンによって得られた投影データに基づいて画像再構成を行う。

以上、第二実施形態によれば、第一実施形態と同様に、管電圧と管電流の両方の最適化を図ることができる。

また、Ｘ線管の仕様を考慮しつつ管電圧をできるだけ低く調整することや、入力された特定のスキャン条件によって生じる再構成画像のＣＮＲ向上分を被検体の負担軽減に還元する際に、還元方法を自由に選択することができる。すなわち、管電流を下げて被曝量を低減するパターン、造影剤注入パラメータを調整して造影剤による負担を軽減するパターン、およびこれら両方を合わせたパターンのいずれかを、状況に応じて選択することができる。これにより、例えば、通常の被検体に対しては、被曝低減のパターンを選択し、造影剤アレルギー（allergy）の危険性がある被検体に対しては、造影剤による負担軽減のパターンを選択するといったことが可能になる。

ちなみに、上記実施形態では、スキャン部位を特定していないが、上記実施形態は、特に心臓検査に適している。Ｘ線ＣＴ装置による心臓検査では、心臓を数泊分に亘って連続的にスキャンしてデータを収集した後に、必要なデータだけを抽出して画像再構成する、いわゆるレトロスペクティブ（retrospective）心拍同期スキャンを行うことが多い。また、心臓の動きを見るために、心臓を連続的に繰り返しスキャンするシネスキャンを行うこともある。このように、心臓検査では、照射するＸ線の総線量が比較的多くなるため、上記実施形態の適用による被検体の負担軽減効果は非常に高くなる。

なお、発明の実施形態は、上記実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更・追加等が可能である。

例えば、上記実施形態では、管電圧を調整する際に、ルックアップテーブルを参照して離散的な電圧値へと調整を行っているが、所定の関数を用いて連続的な電圧値へと調整するようにしてもよい。

また、上記実施形態で説明した各ルックアップテーブルは、いずれも一例であって、管電圧や管電流の値、分類数は種々変更が可能である。

また、上記第二実施形態では、バランス調整モードにおいて、再構成画像のＣＮＲの変化分を、管電流の調整と造影剤注入パラメータの調整とにそれぞれ半分ずつ還元するようにしている。しかし、この還元の重みはもちろん半分ずつに限定されない。また、この還元の重みは、係数ごとに変えてもよい。

また、上記実施形態では、再構成画像のＣＮＲを一定にして管電圧を小さく調整し、管電圧を下げたことによるＣＮＲ向上分を、管電流や造影剤の濃度、注入量、注入速度などの低減にまわし、被検体の被曝や造影剤による負担を軽減させているが、ノイズレベル（被曝量）を一定にして管電圧を小さく調整し、再構成画像のＣＮＲを向上させてもよい。

１…操作コンソール
２…入力装置
３…中央処理装置
５…データ収集バッファ
６…モニタ
７…記憶装置
１０…撮影テーブル
１２…クレードル
１５…回転部
２０…走査ガントリ
２１…Ｘ線管
２２…Ｘ線コントローラ
２３…コリメータ
２４…Ｘ線検出器
２５…データ収集部ＤＡＳ
２６…回転部コントローラ
２９…制御コントローラ
３０…スリップリング

Claims (14)

1. 被検体にＸ線管からＸ線を照射してスカウト撮影を行う手段と、
   前記スカウト撮影によって得られたスカウトデータおよび前記Ｘ線管の第１管電圧に基づいて、該第１管電圧と組み合わせて前記被検体をスキャンした場合に所望の画質レベルの画像が得られるような前記Ｘ線管の第１管電流を算出する算出手段と、
   前記被検体をスキャンした場合に前記第１管電圧および前記第１管電流で前記被検体をスキャンした場合と実質的に同じ画質の画像が得られるような第２管電圧および第２管電流であって、前記第２管電圧が前記第１管電圧より小さいものを設定する第１の設定手段と、
   前記第１の設定手段により設定された第２管電圧に応じて造影剤注入パラメータを設定する第２の設定手段と、
   前記設定された第２管電圧、第２管電流および造影剤注入パラメータに基づいて前記被検体をスキャンするスキャン実行手段とを備えるＸ線ＣＴ装置。
2. 前記第１の設定手段は、前記第１管電流が小さいほど前記第２管電圧が小さくなるように、前記第２管電圧を設定する請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記第１の設定手段は、前記第１管電圧および第１管電流に応じて前記第２管電圧を設定し、前記第１管電圧および前記第２管電圧に応じて前記第１管電流を変更することにより前記第２管電流を設定する請求項１または請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記第１の設定手段は、スキャン部位、造影剤注入の有無、および造影剤注入時のスキャンタイミングのうち少なくとも１つに基づいて、前記第２管電流を設定する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 被検体にＸ線管からＸ線を照射してスカウト撮影を行う手段と、
   前記スカウト撮影によって得られたスカウトデータおよび前記Ｘ線管の第１管電圧に基づいて、該第１管電圧と組み合わせて前記被検体をスキャンした場合に所望の画質レベルの画像が得られるような前記Ｘ線管の第１管電流を算出する算出手段と、
   前記被検体をスキャンした場合に、前記第１管電圧および前記第１管電流で前記被検体をスキャンした場合と実質的に同じ画質の画像が得られるような第２管電圧、第２管電流および造影剤注入パラメータであって、前記第２管電圧が前記第１管電圧より小さいものを設定する設定手段と、
   前記設定された第２管電圧、第２管電流および造影剤注入パラメータで前記被検体をスキャンするスキャン実行手段とを備えるＸ線ＣＴ装置。
6. 前記設定手段は、前記第１管電流が小さいほど前記第２管電圧が小さくなるように、前記第２管電圧を設定する請求項５に記載のＸ線ＣＴ装置。
7. 前記設定手段は、前記第１管電圧および第１管電流に応じて前記第２管電圧を設定し、前記第１管電圧および前記第２管電圧に応じて前記第１管電流および造影剤注入パラメータの初期値をそれぞれ変更することにより、前記第２管電流および新たな造影剤注入パラメータを設定する請求項５または請求項６に記載のＸ線ＣＴ装置。
8. 前記設定手段は、スキャン部位および造影剤注入時のスキャンタイミングのうち少なくとも１つに基づいて、前記第２管電流および前記造影剤注入パラメータを設定する請求項５から請求項７のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
9. 前記造影剤注入パラメータは、被検体に注入する造影剤の濃度、注入量および注入速度のうち少なくとも１つを含んでいる請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
10. 前記第１管電圧は、操作者により指定された管電圧、または予め定められている管電圧である請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
11. 前記所定の画質レベルの画像は、操作者により指定されたノイズレベルの画像である請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
12. 前記同じ画質の画像は、コントラストノイズ比（ＣＮＲ）が同じ画像である請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
13. 前記同じ画質の画像は、ノイズレベルが同じ画像である請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
14. 前記算出手段は、所定のアルゴリズムにより、スキャン時に前記Ｘ線管からＸ線を照射する前記被検体の位置に応じて変化させる前記Ｘ線管の管電流値を、前記第１管電流値として算出する請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。

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