JP5839812B2

JP5839812B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置

Info

Publication number: JP5839812B2
Application number: JP2011051395A
Authority: JP
Inventors: 英史小松; 片山　茂; 茂片山; 栄君島; 正享若原
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2031-03-09
Also published as: JP2012187180A

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。

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置のＸ線検出器には、多数の検出素子が搭載されている。検出素子は、Ｘ線を受けて電気信号を発生する。発生された電気信号は、ＤＡＳ（data acquisition system）により収集されている。ＤＡＳは、積分器とＡ／Ｄ変換器とを含んでいる。積分器は、検出素子からの電気信号を一定期間積分し積分信号を生成している。Ａ／Ｄ変換器は、積分信号をデジタルに変換している。より詳細には、各検出素子には、２つの積分器が接続されている。２つの積分器は、検出素子からの電気信号の読み出し漏れを防止するために、ビュー毎に交互に切替えて使用されている。

架台の口径を大きくすることにより、ＦＯＶ（field of view）を大きくできる。しかしながら、口径を大きくすることにより、検出素子数や積分器数も増えてしまう。これに伴い、ＤＡＳの製造コストが増大したり、ＤＡＳサイズが増大したりしてしまう。

特開２００３―１８０６７４号公報

目的は、製造コストの削減及びサイズ縮小を可能とする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線管と、複数の検出素子群を有するＸ線検出器と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とを回転軸回りに回転可能に支持する回転フレームと、前記Ｘ線検出器上でのＸ線照射範囲の位置を切替えるための照射範囲切替機構と、前記複数の検出素子群の各々がビュー毎に順番にＸ線照射範囲に含まれるように前記照射範囲切替機構を制御する切替制御部と、前記複数の検出素子群のうちの前記Ｘ線照射範囲に含まれる検出素子群を介して投影データを収集する収集部と、前記収集された投影データに基づいて画像データを再構成する再構成部と、を具備する。

第１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。図１のＸ線検出器の構造を示す図。従来例と第１実施形態とにおける焦点位置、Ｘ線照射範囲、及び検出素子の出力値を示す図。図１のスキャン制御部により行われるスキャンの概要を示す図。図１のデータ収集部に含まれるＤＡＳとＸ線検出器に含まれる検出素子との接続を示す図。図１のスキャン制御部の制御のもとに行われるチャンネル方向の投影データ逐次収集のスキャンシーケンス（列方向の投影データ逐次収集無し）を示す図。図６のＸ線照射範囲が第１検出素子群にある場合における、ＤＡＳ内の切替器の接続状態を示す図。図６のＸ線照射範囲が第２検出素子群にある場合における、ＤＡＳ内の切替器の接続状態を示す図。図１の投影データ結合部による投影データの結合処理を説明するための図。図１のスキャン制御部の制御のもとに行われるチャンネル方向の投影データ逐次収集のスキャンシーケンス（列方向の投影データ逐次収集有り）を示す図。第２実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示す図。第２実施形態におけるコリメータとＸ線照射範囲との位置関係を示す図。

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（以下、Ｘ線ＣＴ装置と呼ぶ。）を説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示す図である。図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、架台３とコンソール５とを備える。

架台３は、円環又は円板状の回転フレーム１１を搭載する。回転フレーム１１は、Ｘ線管１３とＸ線検出器１５とを被検体Ｐ回りに回転可能に支持している。Ｘ線検出器１５は、撮影領域を挟んでＸ線管１３に対向する。回転フレーム１１は、回転駆動部１７に電気的に接続されている。回転駆動部１７は、コンソール５内のスキャン制御部３２による制御に従って回転フレーム１１を回転軸（Ｚ軸）回りに回転し、Ｘ線管１３とＸ線検出器１５とをＺ軸回りに回転する。

架台３には、ボアと呼ばれる開口が設けられている。ボアには、被検体Ｐが載置される天板がＺ軸に沿って移動される。ボアの直径（あるいは半径）は、口径と呼ばれている。典型的には、ボア内の略円筒型の空間領域がＦＯＶに設定される。ボアの中心軸とＺ軸とは一致する。

回転フレーム１１には、回転角検出部１９が取り付けられている。回転角検出部１９は、回転フレーム１１の回転角を磁気的に検出する磁気センサ又は光学的に検出する光センサにより実現される。ここで、Ｘ線管１３が回転フレーム１１上最も高い位置にある場合、回転角が０°、反対にＸ線管１３が回転フレーム１１上最も低い位置にある場合、回転角が１８０°であると規定する。回転角のデータは、コンソール５の入力部３１を介してコンソール５内に供給される。

Ｘ線管１３は、高電圧発生部２１に接続されている。Ｘ線管１３は、高電圧発生部２１から高電圧の印加を受けてＸ線を発生する。高電圧発生部２１は、スキャン制御部による制御に従ってＸ線管１３に高電圧を印加する。Ｘ線管１３から発生されるＸ線は、円錐形に成形されたコーンビームＸ線であるとする。

より詳細には、Ｘ線管１３は、陰極と陽極とを有している。陰極は、フィラメントからなる。陰極は、高電圧発生部２１からフィラメント電流の供給を受けて発熱し電子を発生する。陽極は、陽極の回転軸回りに高速に回転する。陰極と陽極との間は、高電圧発生部２１により高電圧が印加されている。この高電圧により、陰極で発生された電子は、ビーム状に集束しながら加速され、回転中の陽極に衝突する。ビーム状の電子は、電子ビームと呼ばれている。電子ビームの陽極への衝突により、Ｘ線が発生する。電子ビームが衝突する陽極上の領域は、焦点と呼ばれている。

Ｘ線管１３には、電子ビーム偏向機構２３が内蔵されている。電子ビーム偏向機構２３は、陰極から陽極への電子ビームを電磁的に偏向させるための偏向コイルからなる。偏向コイルは、電子ビーム偏向制御部２５からの電流供給を受けて電子ビームを電磁的に偏向させる。電子ビームの偏向により、焦点位置が陽極上でチャンネル方向に沿って変位される。偏向コイルは、焦点をチャンネル方向に沿って複数位置に順番に切替可能である。これら複数位置間で焦点が切替られることにより、Ｘ線検出器１５の検出面上のＸ線照射範囲の位置がチャンネル方向に沿って切替えられる。このように、焦点位置を電磁偏向により切替える技術は、フライングフォーカスと呼ばれている。電子ビーム偏向制御部２５は、Ｘ線の焦点が複数位置の各々にビュー毎に順番に位置するように電子ビーム偏向機構２３を制御する。

Ｘ線検出器１５は、Ｘ線管１３から発生され被検体Ｐを透過したＸ線を検出する。そしてＸ線検出器１５は、検出されたＸ線の強度に応じた電荷量を有するアナログの電気信号（フォトダイオードからの出力電流）を発生する。Ｘ線検出器１３には、データ収集部２７が接続されている。

図２は、Ｘ線検出器１５の構造を示す図である。図２に示すように、Ｘ線検出器１５は、２次元状に配列された複数の検出素子１５１を搭載する。例えば、複数の検出素子１５１は、Ｚ軸を中心とした円弧に沿って配列される。この円弧に沿う検出素子１５１の配列方向はチャンネル方向と呼ばれる。チャンネル（Ｃｈ）方向に沿って配列された複数の検出素子１５１は、検出素子列と呼ばれる。複数の検出素子列は、Ｚ軸で示す列（ｒｏｗ）方向に沿って配列される。また、Ｘ線のチャンネル方向の広がり方向はファン角（γ）方向と呼ばれ、Ｘ線の列方向（Ｚ軸方向）の広がり角はコーン角（α）方向と呼ばれている。複数の検出素子１５１は、チャンネル方向に沿って配列された複数の検出素子群１５２のいずれかに区分されている。換言すれば、Ｘ線検出器１５は、チャンネル方向に沿って配列された複数の検出素子群１５２を有している。各検出素子群１５２は、複数の検出素子１５１を有している。検出素子群１５２の数は、焦点位置数と同数に設定される。

なお、Ｘ線管１３の陽極上の焦点位置は、複数の検出素子群１５２のいずれかを含むように設定される。全ての焦点位置からのＸ線照射範囲が全検出素子群１５２を含むように、各焦点位置が設定される。

データ収集部２７は、スキャン制御部３２による制御に従って、複数の検出素子群のうちのＸ線照射範囲に含まれる検出素子群を介して投影データをビュー毎に選択的に収集する。投影データは、コンソール５の前処理部３３に供給される。なお、データ収集部２７は、詳細は後述するが、複数のＤＡＳ（data acquisition system）を有している。

コンソール５は、入力部３１、スキャン制御部３２、前処理部３３、投影データ結合部３４、再構成部３５、記憶部３６、表示部３７、操作部３８、及びシステム制御部３９を備える。

スキャン制御部３２は、本実施形態に特有のスキャンを実行するために、回転駆動部１７、高電圧発生部２１、電子ビーム偏向制御部２５、及びデータ収集部２７を制御する。例えば、スキャン制御部３２は、ＣＴスキャン中にＸ線管１３からＸ線が発生されるように、高電圧発生部２１を制御する。この際、スキャン制御部２３は、複数の検出素子群の各々がビュー毎に順番にＸ線照射範囲に含まれるように電子ビーム偏向制御部２５を制御する。また、スキャン制御部３２は、Ｘ線照射範囲に含まれる検出素子群を介して投影データをビュー毎に収集するようにデータ収集部２７を制御する。なお本実施形態におけるスキャン方式としては、投影データ収集のために回転フレーム１１を１回転だけさせる方式にも、複数回転させる方式にも適用可能である。また、天板を移動させずに同一撮影領域を連続的にスキャンを繰り返すコンベンショナルスキャンにも、天板を移動させながら連続的にスキャンを繰り返すヘリカルスキャンにも適用可能である。

前処理部３３は、データ収集部２７から供給された投影データに対数変換や感度補正等の前処理を施す。投影データ結合部３４は、検出素子群数と同数の複数の隣り合うビューの投影データを結合し、単一のビューの投影データを生成する。再構成部３５は、投影データに基づいて被検体に関する画像データを再構成する。記憶部３６は、投影データや画像データを記憶する。また、記憶部３６は、Ｘ線ＣＴ装置の制御プログラムを記憶している。表示部３７は、再構成部３５により発生された画像データをディスプレイに表示する。操作部３８は、入力機器による操作者からの各種指令や情報入力を受け付ける。システム制御部３９は、記憶部３６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各部を制御する。

以下、第１実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の動作例について説明する。なお、以下の説明を具体的に行うため、検出素子群数は、２つであるとする。この場合、Ｘ線検出器１５は、チャンネル方向に沿って配列された２つの検出素子群、すなわち、第１検出素子群と第２検出素子群とを有している。第１検出素子群はＸ線検出器１５からＸ線管１３を見た場合、検出面の左半分の領域を占め、第２検出素子群はＸ線検出器１５からＸ線管１３を見た場合、検出面の右半分の領域を占める。検出素子群数が２つの場合、焦点位置数は、第１位置と第２位置との２つに設定される。フライングフォーカスにより焦点は第１位置と第２位置との間で電磁的に振動され、これに伴いコーンビームＸ線はチャンネル方向に振られる。

図３は、従来例と本実施形態とにおける焦点位置、Ｘ線照射範囲、及び検出素子の出力値Ｉを示す図である。図３の（ａ）に示すように、従来の場合、コーンビームＸ線はＸ線検出面の全面に照射される。つまり、（ａ）の場合、Ｘ線照射範囲はＸ線検出器の全面をカバーする。図３の（ｂ）に示すように、焦点が第１位置にある場合、コーンビームＸ線は、検出面の左領域に照射される。つまり、（ｂ）の場合、Ｘ線照射範囲は第１検出素子群（左領域）をカバーし、第２検出素子群（右領域）をカバーしない。図３の（ｃ）に示すように、焦点が第２位置にある場合、コーンビームＸ線は、Ｘ線検出面の右領域に照射される。つまり、（ｃ）の場合、Ｘ線照射範囲は第２検出素子群（右領域）をカバーし、第１検出素子群（左領域）をカバーしない。第１位置と第２位置とは、被検体の被曝線量低減のため、両焦点位置からのＸ線照射範囲がオーバラップしないように設定される。なお、図３に示すように、コーンビームＸ線をチャンネル方向に沿って振っても、出力値Ｉの分布は変化しないため、本実施形態のためのキャリブレーションは必要ない。

次にスキャン制御部３２により行われるスキャンについて説明する。

図４は、スキャン制御部３２により行われるスキャンの概要を示す図である。スキャン中、Ｘ線管１３はＸ線を発生しながら、一定の角速度でＺ軸回りに回転する。電子ビーム偏向制御部２５の制御のもと電子ビーム偏向機構２３により、ビューｖ_ｎ毎に焦点位置が第１位置と第２位置とで交互に切替えられる。これにより、ビューｖ_ｎ毎にＸ線照射範囲が第１検出素子群（左領域）と第２検出素子群（右領域）とに交互に切替られる。スキャンにおいては、まず第１検出素子群にＸ線が照射されるとする。ここで、ビューｖの添え字ｎは、ビューの番号を示す。ｎは整数である。例えば、ビューｖ_ｋ、ｖ_ｋ＋１、ｖ_ｋ＋２、ｖ_ｋ＋３、・・・の順番に投影データが収集される。なおＭ１はＸ線照射範囲が第１検出素子群にあることを示し、Ｍ２はＸ線照射範囲が第２検出素子群にあることを示している。

各ビューｖ_ｎにおいて収集される投影データは、片側の検出素子群のみのデータであり、再構成に利用する投影データとしては不完全である。そのため、投影データ結合部３４により、隣り合うビューｖ_ｎとビューｖ_ｎ＋１とが結合される。ここで、ビューｖ_ｎとビューｖ_ｎ＋１との組合せを結合ビューｃｖ_ｎと呼ぶことにする。例えば、投影データ結合部３４は、再構成に利用可能な投影データを生成するために、ビューｖ_ｋの投影データとビューｖ_ｋ＋１の投影データとを結合し、結合ビューｃｖ_ｌの投影データを生成する。ビューｖ_ｎは実測のビューであるが、結合ビューｃｖ_ｎは計算上のビューであると言える。

良く知られているように、ビューは、架台回転時における投影データのサンプリング点に対応する。隣り合うビューの角度間隔は投影データのサンプリングピッチＰＳと呼ばれ、隣り合うビューの時間間隔はビューレートＶ［ｖｉｅｗ／ｓｅｃ］と呼ばれる。ビューレートＶは、従来のスキャン方式におけるビューレートの２倍に設定される。なお従来のスキャン方式とは、図３の（ａ）のように１つのビューにおいてＸ線を全検出面に照射し、チャンネル方向に関して投影データを一括して収集する方式である。また、隣り合う結合ビューの角度間隔は結合ビューの投影データのサンプリングピッチＰＣに対応し、隣り合う結合ビューの時間間隔は結合ビューレートに対応する。結合ビューレートは、従来のスキャン方式におけるビューレートに設定される。なおビューレートＶの従来方式からの減少量は、検出素子群数に依存する。すなわち、本実施形態のように検出素子群数が２の場合、ビューレートＶは従来に比して１／２に減少するが、検出素子群数がＮの場合、ビューレートＶは従来に比して１／Ｎに減少する。換言すれば、検出素子群数がＮの場合、ビュー数は、結合ビュー数のＮ倍に設定される。例えば、検出素子群数が２であり、画像再構成に必要な数の結合ビュー数が１０００の場合、ビュー数は２０００に設定される。

なお、図３や図４に示すように、１つの結合ビューｃｖ_ｎを構成するビューｖ_ｎ，ｖ_ｎ＋１においてＸ線管１３の位置が異なっている。すなわち、ビューｖ_ｎにおける投影データとビューｖ_ｎ＋１における投影データとには、収集時刻に１ビュー分の時間差が生じている。ここで架台回転速度をＲ［ｒｏｔ／ｓｅｃ］、ビューレートをＶ［ｖｉｅｗ／ｓｅｃ］とすると、１ビュー分の時間差における回転角度差Δθ［度／ｖｉｅｗ］は、Δθ＝３６０Ｒ／Ｖで表される。この回転角度差Δθは、ビューレートＶを上昇させることにより、又は、回転速度Ｒを遅くすることにより、減少させることができる。

上述のように本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１は、ファン角方向にＸ線を振ることにより、チャンネル方向の投影データ逐次収集を実現している。チャンネル方向の投影データ逐次収集により、Ｘ線ＣＴ装置１は、データ収集部２７内のＤＡＳ数の削減を実現している。

次に、データ収集部２７の構造について説明する。データ収集部２７は、各検出素子群に含まれる検出素子の数と同数のＤＡＳを含んでいる。なお各検出素子群の検出素子数は、同一であるとする。各ＤＡＳは、第１検出素子群に含まれる検出素子と第２検出素子群に含まれる検出素子とに接続されている。ＤＡＳに接続されるペアの検出素子は、Ｘ線パス長を同一にするため、例えば、同一の列に含まれるとよい。より詳細には、ペアの検出素子は、チャンネル中心線に関して線対称であるとよい。なおチャンネル中心線とは、Ｘ線検出器の各列におけるチャンネル中心を結ぶ線に規定される。なお、ペアの検出素子は、必ずしも、同一の列に含まれなくともよい。また、ペアの検出素子は、チャンネル中心線に関して線対称である必要は無い。例えば、ペアの検出素子の各々は、各検出素子群においてチャンネル方向に沿って同一位置にあってもよい。この場合、ペアの検出素子の両方は、各検出素子群の例えば左端に設けられることが可能である。

図５は、１つのＤＡＳ４１と２つの検出素子１５１Ａ，１５１Ｂとの接続を示す図である。図５に示すように、ＤＡＳ４１は、１つの積分器４２と１つのＡ／Ｄ変換器４３とを有している。積分器３２は、第１検出素子群１５２Ａに含まれる１つの検出素子１５１Ａと第２検出素子群１５２Ｂに含まれる１つの検出素子１５１Ａとに接続されている。検出素子１５１Ａと積分器４２との間には第１切替器４４Ａが、検出素子１５１Ｂと積分器４２との間には第２切替器４４Ｂが設けられている。また、積分器４２は、Ａ／Ｄ変換器４３に接続されている。積分器４２とＡ／Ｄ変換器４３との間には第３切替器４４Ｃが設けられている。第１切替器４４Ａ及び第２切替器４４Ｂは、Ｘ線照射範囲に含まれる検出素子群１５２内の検出素子１５１と積分器４２とを接続し、Ｘ線照射範囲に含まれない検出素子群１５２内の検出素子１５１と積分器４２とを切り離す。

積分器４２は、検出素子１５１Ａ又は１５１Ｂからのアナログの電気信号を既定の積分期間だけ積分する。積分期間だけ積分されたアナログの電気信号を積分信号と呼ぶことにする。積分信号は、Ａ／Ｄ変換器４３に供給される。Ａ／Ｄ変換器４３は、積分信号をアナログからデジタルに変換する。デジタルの積分信号は投影データと呼ばれている。

このように、本実施形態においては、１つの積分器４２について２つの検出素子１５１Ａ，１５１Ｂが接続されている。従ってＸ線ＣＴ装置１全体において必要な積分器４２の数は、１／２×チャンネル数（検出素子数）×列数である。一方、１つの検出素子について２つの積分器が必要であった従来の場合、必要な積分器の数は、２×チャンネル数×列数である。従って、本実施形態においては、積分器４２の数を従来にして１／４に減少させることができる。なお、積分器４２の減少数は、検出素子群数（チャンネル方向に沿う検出面の分割数）に依存する。すなわち、本実施形態のように検出素子群数が２の場合、積分器４２の数は従来に比して１／４に減少するが、検出素子群数がＮの場合、積分器４２の数は従来に比して１／（２×Ｎ）に減少する。

次に、図６を参照しながら、スキャン制御部３２の制御のもとに行われるチャンネル方向の投影データ逐次収集のスキャンシーケンスについて説明する。なお、データ収集部２７は、列方向の投影データ逐次収集（検出素子から電気信号を読み出す際、列方向に沿って電気信号の読み出し時間をずらすデータ収集方式）を行なわないものとする。すなわち、データ収集部２７は、同一の検出素子群に含まれる全検出素子からの電気信号を同時に読み出すものとする。

図６に示すように、まず時刻ｔｓにおいてスキャン制御部３２は、スキャンを開始する。スキャン中においてスキャン制御部３２は、高電圧発生部２１を制御し、Ｘ線管１３からのＸ線発生を開始させる。ビューは、ビュートリガのオン／オフにより規定される。ビュートリガのオンとオフとは、一定時間間隔（例えば、ビューレートの半分）毎に切替られる。例えば、ビュートリガのオンからオフへの切替時にビューが切替られる。ビューが切替えられる毎にビュー番号がカウントアップされる。ビュートリガのオフからオンへの切替時においてスキャン制御部３２は、電子ビーム偏向制御部２５を制御し、電子ビーム偏向機構２３により焦点位置を切替させる。焦点位置の切替により、Ｘ線が第１検出素子群又は第２検出素子群に選択的に照射される。

ビュートリガのオンへの切替時からオフへの切替時までの期間Ｃは、一方の検出素子群からの電気信号の積分期間に設定される。Ｃの添え字は、結合ビューの番号を意味する。積分期間Ｃの次に、積分信号のＡ／Ｄ変換のためのＡ／Ｄ変換期間Ｒが設けられる。Ｒの添え字は、Ａ／Ｄ変換している積分信号が属するビュー番号を意味する。Ａ／Ｄ変換期間Ｒの次に、他の検出素子群からの電気信号の積分期間Ｃが設けられる。積分期間ＣからＡ／Ｄ変換期間Ｒへの間と、Ａ／Ｄ変換期間Ｒから積分期間Ｃへの間とには、切替器の切替が行われる接続切替期間Ｉが設けられる。接続切替期間Ｉにおいてデータ収集部２７は、スキャン制御部３２による制御に従ってＤＡＳ内の各切替器の切替を行う。

図７に示すように、Ｘ線照射範囲が第１検出素子群１５２Ａにある場合、積分期間Ｃｎにおいて第１検出素子群１５２Ａの検出素子１５１Ａからの電気信号が積分器４２に供給される。積分期間Ｃｎにおいては、検出素子１５１Ａからの電気信号が積分器４２に蓄えられるように、第１切替器４４Ａが閉鎖され、第２切替器４４Ｂが開放され、第３切替器４４Ｃが開放される。この接続状態において積分器４２は、積分信号を生成するために、積分期間Ｃにおいて繰り返し供給される電気信号を積分する。積分期間Ｃｎ後、接続切替期間Ｉを経て、Ａ／Ｄ変換期間Ｒに移行する。接続切替期間Ｉにおいては、全切替器４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃが開放される。なお、接続切替期間Ｉは、各検出素子１５１Ａ，１５１Ｂから電気信号を漏れなく積分器４２へ供給するために、焦点位置の切替期間中に行われると良い。Ａ／Ｄ変換期間Ｒｎにおいて、両検出素子１５１Ａ，１５１Ｂから積分器４２への電気信号の供給が遮断され、且つ積分器４２からＡ／Ｄ変換器４３に積分信号が供給されるように、第１切替器４４Ａが開放され、第２切替器４４Ｂが開放され、第３切替器４４Ｃが閉鎖される。この接続状態においてＡ／Ｄ変換器４３は、アナログの積分信号をＡ／Ｄ変換し、対応するビュー番号の投影データを生成する。Ａ／Ｄ変換期間Ｒｎ後、接続切替期間Ｉを経て、第２検出素子群１５２Ｂについての積分期間Ｃｎに移行する。

Ｘ線照射範囲が第２検出素子群１５２Ｂにある場合における積分やＡ／Ｄ変換も、Ｘ線照射範囲が第１検出素子群１５２Ａにある場合と同様に行われる。すなわち、図８に示すように、積分期間Ｃｎにおいては、第２検出素子１５１Ｂからの電気信号が積分器４２に蓄えられるように、第１切替器４４Ａが開放され、第２切替器４４Ｂが閉鎖され、第３切替器４４Ｃが開放される。Ａ／Ｄ変換期間Ｒｎにおいて、両検出素子１５１Ａ，１５１Ｂから積分器４２への電気信号の供給が遮断され、且つ積分器４２からＡ／Ｄ変換器４３に積分信号が供給されるように、第１切替器４４Ａが開放され、第２切替器４４Ｂが開放され、第３切替器４４Ｃが閉鎖される。

このようにして、隣り合うビューの投影データが収集されると、投影データ結合部３４による投影データの結合処理が行われる。図９は、投影データ結合部３４による投影データの結合処理を説明するための図である。図９に示すように、ビューｖ_ｎにおいて第１検出素子群１５２Ａからの投影データが収集され、次のビューｖ_ｎ＋１において第２検出素子群１５２Ｂからの投影データが収集されたとする。ビューｖ_ｎにおける第２検出素子群１５２Ｂとビューｖ_ｎ＋１における第１検出素子群１５２Ａとには、Ｘ線照射がなされず、また、電気信号の読み出しもなされない。従って、ビューｖ_ｎにおける第２検出素子群１５２Ｂからの投影データとビューｖ_ｎ＋１における第１検出素子群１５２Ａからの投影データとは、収集されない。つまり、ビューｖ_ｎの投影データとビューｖ_ｎ＋１の投影データとは、画像再構成に利用する投影データとしては不完全である。投影データ結合部３４は、ビューｖ_ｎの投影データとビューｖ_ｎ＋１の投影データとをチャンネル番号が連続するように結合する。これにより、単一の結合ビューｃｖ_ｎの投影データが生成される。例えば、Ｘ線検出器１５が０チャンネルから１０００チャンネルまである場合、ビューｖ_ｎの投影データは０チャンネルから４９９チャンネルまでのデータを含み、ビューｖ_ｎ＋１の投影データは５００チャンネルから１０００チャンネルまでのデータを含み、結合ビューの投影データは０チャンネルから１０００までのデータを含む。このようにして投影データ結合部３４は、画像再構成に必要な複数の結合ビューｃｖ_ｎの投影データを生成する。再構成部３５は、画像再構成に必要な複数の結合ビューｃｖ_ｎの投影データに基づいて画像データを再構成する。

上記のように、第１実施形態によれば、Ｘ線検出器１５の複数の検出素子１５１が、チャンネル方向に沿って配列された複数の検出素子群１５２に区分されている。スキャン制御部３２は、フライングフォーカスにより、Ｘ線照射範囲が複数の検出素子群１５２に順番に含まれるように、陽極上の焦点位置をビュー毎に順番に切替えている。データ収集部２７は、Ｘ線照射範囲に含まれる検出素子群１５２を介してビュー毎に投影データを収集している。これにより、Ｘ線ＣＴ装置１は、チャンネル方向の投影データ逐次収集を実現している。

チャンネル方向の投影データ逐次収集を実現するため、データ収集部２７は、検出素子群数と同数のＤＡＳ４１を有している。各ＤＡＳ４１は、１つの積分器４２を有している。各ＤＡＳ４１は、複数の検出素子群１５２にそれぞれ含まれる複数の検出素子１５１に選択的に接続されている。このような構成により、各ＤＡＳ４１は、検出素子１５１からの電気信号の読み出し漏れを防止しつつ、投影データを収集することができる。

従って第１実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１は、架台３の口径が増大しても、積分器４２数やＤＡＳ４１の数の増加度合いを従来に比して低減させることができる。

かくして第１実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１によれば、製造コストの削減及びサイズ縮小が実現される。

なお、上述の説明においてデータ収集部３４は、列方向の投影データ逐次収集を実行しないとした。しかしながら、データ収集部３４は、図１０に示すスキャンシーケンスのように、チャンネル方向の投影データ逐次収集とともに、列方向の投影データ逐次収集を実行してもよい。この場合、図１０に示すように、検出素子１５１から電気信号を読み出す際、列方向に沿って電気信号の読み出し開始時間がずらされる。これにより、列方向に沿う電気信号の読み出し開始時間をずらすことにより、列数増加に伴う列間の読み出し時間の遅延幅を減少させることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態においては、フライングフォーカスによりＸ線照射範囲を切替えるとした。第２実施形態においては、アクティブコリメーションによりＸ線照射範囲を切替える。以下、第２実施形態に係るＸ線ＣＴ装置について説明する。なお以下の説明において、第１実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。

図１１は、第２実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示す図である。図１１に示すように、架台３は、コリメータ５１を有している。コリメータ５１は、チャンネル方向に沿うＸ線照射範囲を制限する。コリメータ５１により、Ｘ線検出器１５上のＸ線照射範囲のチャンネル方向の幅は、１つの検出素子群のチャンネル方向に沿う幅に等しい。コリメータ５１は、コリメータ支持機構５３を介してＸ線管１３に取り付けられている。コリメータ支持機構５３は、チャンネル方向に沿って機械的にスライド可能にコリメータ５１を支持している。支持機構制御部５５は、チャンネル方向に沿って配列された複数の位置にコリメータ５１がビュー毎に順番に配置されるように、スキャン制御部３２による制御に従ってコリメータ支持機構５３を制御する。これにより、機械的にチャンネル方向に沿ってＸ線照射範囲が切替られる。

図１２は、コリメータ５１とＸ線照射範囲との位置関係を示す図である。なお説明を具体的に行うため、Ｘ線検出器１５の検出素子群は３つに設定されているとする。Ｘ線検出器１５からＸ線管１３を見た場合に左側に配置される検出素子群を左側検出素子群、右側に配置される検出素子群を右側検出素子群、中央に配置される検出素子群を左側検出素子群と呼ぶことにする。この場合、コリメータ５１の配置位置は、チャンネル方向に沿って３つ設定される。図１２の（ａ）に示すように、チャンネル方向に沿って左側の位置にコリメータ５１が配置される場合、Ｘ線管１３から発生されたコーンビームＸ線は、左側検出素子群に照射される。図１２の（ｂ）に示すように、チャンネル方向に沿って中央の位置にコリメータ５１が配置される場合、Ｘ線管１３から発生されたコーンビームＸ線は、中央検出素子群に照射される。図１２の（ｃ）に示すように、チャンネル方向に沿って右側の位置にコリメータ５１が配置される場合、Ｘ線管１３から発生されたコーンビームＸ線は、右側検出素子群に照射される。スキャン制御部３２の制御のもと支持機構制御部５５は、Ｘ線照射範囲がビュー毎に左側検出素子群、中央検出素子群、右側検出素子群に順番に含まれるように、３つの位置に順番にコリメータ５１を配置する。

上記のように、第２実施形態によれば、スキャン制御部３２は、アクティブコリメーションにより、Ｘ線照射範囲が複数の検出素子群１５２に順番に含まれるように、コリメータ５１の配置位置をビュー毎に順番に切替えている。データ収集部２７は、Ｘ線照射範囲に含まれる検出素子群１５２を介してビュー毎に投影データを収集している。これにより、Ｘ線ＣＴ装置１は、チャンネル方向の投影データ逐次収集を実現している。

従って第２実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１は、架台３の口径が増大しても、積分器数やＤＡＳ数の増加度合いを従来に比して低減させることができる。

かくして第２実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１によれば、製造コストの削減及びサイズ縮小が実現される。

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。

１…Ｘ線ＣＴ装置、３…架台、５…コンソール、１１…回転フレーム、１３…Ｘ線管、１５…Ｘ線検出器、１７…回転駆動部、１９…回転角検出部、２１…高電圧発生部、２３…電子ビーム偏向機構、２５…電子ビーム偏向制御部、２７…データ収集部、３１…入力部、３２…スキャン制御部、３３…前処理部、３４…投影データ結合部、３５…再構成部、３６…記憶部、３７…表示部、３８…操作部、３９…システム制御部、４１…ＤＡＳ、４２…積分器、４３…Ａ／Ｄ変換器

Claims

Ｘ線を発生するＸ線管と、
複数の検出素子群を有するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とを回転軸回りに回転可能に支持する回転フレームと、
前記Ｘ線検出器上でのＸ線照射範囲の位置を切替えるための照射範囲切替機構と、
前記複数の検出素子群の各々がビュー毎に順番にＸ線照射範囲に含まれるように前記照射範囲切替機構を制御する切替制御部と、
前記複数の検出素子群のうちの前記Ｘ線照射範囲に含まれる検出素子群を介して投影データを収集する収集部と、
前記収集された投影データに基づいて画像データ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。
前記照射範囲切替機構は、前記Ｘ線管の陽極上の焦点位置を電磁的に切替可能な電磁偏向機構を有し、
前記切替制御部は、Ｘ線の焦点が前記複数の焦点位置の各々にビュー毎に順番に位置するように前記電磁偏向機構を制御する、
請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記照射範囲切替機構は、前記チャンネル方向に沿うＸ線照射範囲を制限するためのコリメータと、前記コリメータを前記チャンネル方向に沿って機械的にスライド可能に支持するコリメータ支持機構とを有し、
前記切替制御部は、前記チャンネル方向に沿って配列された複数の位置に前記コリメータがビュー毎に順番に配置されるように前記コリメータ支持機構を制御する、
請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記収集部は、
前記複数の検出素子群にそれぞれ含まれる複数の検出素子に選択的に接続され、前記接続された検出素子からの電気信号の積分信号を生成する積分器と、
前記複数の検出素子と前記積分器との間の接続を切替える切替器と、
前記生成された積分信号から前記投影データに変換するＡ／Ｄ変換器と、を有し、
前記切替器は、前記Ｘ線照射範囲に含まれる検出素子群内の検出素子と前記積分器とを接続し、前記Ｘ線照射範囲に含まれない検出素子群内の検出素子と前記積分器とを切り離す、
請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記複数の検出素子群と同数の隣り合う複数のビューの投影データを結合し、単一のビューの投影データを生成する結合部をさらに備える、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記収集部は、前記複数の検出素子群と同数の複数のＤＡＳを有し、前記複数のＤＡＳの各々は、前記複数の検出素子群にそれぞれ含まれる複数の検出素子に選択的に接続され、前記接続された検出素子からの電気信号に基づいて前記投影データを生成する、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記複数の検出素子群は、チャンネル方向に沿って配列され、
前記収集部は、前記複数の検出素子群のうちの前記Ｘ線照射範囲に含まれる検出素子群を介して投影データをビュー毎に選択的に収集する、
請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。