JP6026132B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置および再構成処理プログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置および再構成処理プログラムに関する。

エリア検出器（Ａｒｅａ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を有するＸ線コンピュータ断層撮影装置（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：以下、ＣＴと呼ぶ）において、被検体に対する円軌道のスキャンにより得られた投影データに基づいて、ボリュームデータが再構成される。投影データは、Ｘ線のレイに沿ったＸ線減弱係数を線積分したデータに相当する。このとき、再構成処理に必要な角度範囲（例えば３６０°）の投影データが実測データで揃う領域（以下、実測データ完備領域と呼ぶ）は、例えば等脚台形の下底を回転軸に合わせて回転させた回転体の内部の領域（いわゆる、「そろばんの玉」形状の内部の領域）となる。投影データが取得された領域のうち、再構成処理に必要な角度範囲（例えば３６０°）の投影データが実測データで揃わない領域（以下、マスク領域と呼ぶ）には、再構成処理を実施しないために覆い隠されるマスク（ＭＡＳＫ）が設けられる。図１８は、実測データ完備領域とマスク領域とを、Ｘ線管およびＸ線の放射範囲とともに示す図である。マスク領域を縮小させることにより上記回転体を略円筒形状に近づけたボリュームデータを再構成（マスク領域再構成、体軸方向領域拡張再構成と呼ばれる。以下、マスク領域再構成と呼ぶ）するためには、実測データから補間により発生された補間データと実測データとを用いた専用の再構成が必要となる。

ステップアンドシュート（Ｓｔｅｐ ａｎｄ Ｓｈｏｏｔ）スキャンにおいて、マスク領域再構成を用いて発生された複数のボリュームデータは、被検体の体軸方向に沿って連結する際に用いられる。以下、被検体の体軸方向に沿って連結されたボリュームデータを、ワイドボリューム（Ｗｉｄｅ−Ｖｏｌｕｍｅ）と呼ぶ。マスク領域再構成の使用は、連結される複数のボリュームデータ間におけるオーバーラップする領域（以下、オーバーラップ領域と呼ぶ）を低減させることができる。オーバーラップ領域の低減は、ステップアンドシュートスキャンおよびワイドボリュームの発生において、被検体に対する被曝の低減に寄与する。

しかしながら、いかなる条件においても、マスク領域再構成を実施できるわけではない。例えば、体軸方向にＣＴ値の変化が大きい部位がコーン角端に配置された場合、上記部位における画像の画質は劣化する。このため、マスク領域再構成において、部位によっては、画質劣化の問題がある。

目的は、被検体に対する被曝の低減と再構成画像の画質とを両立させた再構成領域を設定可能な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、コーンビームＸ線を発生するＸ線発生部と、前記Ｘ線発生部から発生され、被検体を透過したＸ線を複数の検出素子で検出する２次元アレイ型またはマルチスライス型のＸ線検出部と、前記被検体に対するスキャン条件と再構成条件とのうち少なくとも一つに基づいて、再構成処理に必要な角度範囲の投影データが実測データで揃わないマスク領域において、前記Ｘ線発生部の回転に関する回転軸の方向の前記マスク領域の幅を決定する幅決定部と、前記Ｘ線検出部からの出力に応じた前記投影データに基づいて、前記マスク領域のうち前記決定された幅により規定される領域を有する再構成領域に関するボリュームデータを再構成する再構成部と、前記回転軸に垂直な長さにより規定される前記再構成領域の径を入力する入力部とを具備し、前記幅決定部は、前記再構成に用いられる再構成関数に基づいて、前記再構成条件である前記被検体の撮影対象部位を決定し、前記決定された撮影対象部位と前記径と前記Ｘ線のコーン角とに基づいて前記幅を決定すること、を特徴とする。

図１は、第１の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す構成図である。 図２は、第１の実施形態に係り、第１乃至第３幅対応表の一例を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係り、複数種類の条件（コーン角、第１領域のＦＯＶ、撮影対象部位）に対する端部分幅の対応表の一例を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係り、端部分幅がゼロの場合、または端部分幅が決定される前において、中央部分とマスク領域と回転軸との一例を示す図である。 図５は、第１の実施形態に係り、端部分幅が最大幅の５０％である場合において、中央部分と、端部分とマスク領域と回転軸との一例を示す図である。 図６は、第１の実施形態に係り、端部分幅が最大幅である場合において、中央部分と端部分と回転軸との一例を示す図である。 図７は、第１の実施形態に係り、幅部分幅決定再構成処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図８は、第１の実施形態の変形例に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す構成図である。 図９は、第１の実施形態の変形例に係り、ガントリをチルト角θだけ傾斜させてステップアンドシュートスキャンが実行される場合の天板移動量ｂを、再構成領域における回転軸方向の長さａとチルト角θとで表した一例を示す図である。 図１０は、第１の実施形態の変形例に係り、ステップアンドシュートスキャンにおけるスキャン手順の一例を示すフローチャートである。 図１１は、第２の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す構成図である。 図１２は、第２実施形態に係り、第１乃至第３拡張率対応表の一例を示す図である。 図１３は、第２の実施形態に係り、複数種類の条件（コーン角、第１領域のＦＯＶ、撮影対象部位）に対する拡張率の対応表の一例を示す図である。 図１４は、第２の実施形態に係り、拡張率がゼロの場合、または端部分拡張率が決定される前において、中央部分とマスク領域と回転軸との一例を示す図である。 図１５は、第２の実施形態に係り、拡張率が５０％である場合において、中央部分、端部分、マスク領域、および回転軸の一例を示す図である。 図１６は、第２の実施形態に係り、拡張率が１００％である場合において、中央部分と端部分と回転軸との一例を示す図である。 図１７は、第２の実施形態に係り、拡張率決定再構成処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図１８は、従来技術に係り、実測データ完備領域とマスク領域とを、Ｘ線管およびＸ線の放射範囲とともに示す図である。

以下、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１には、Ｘ線管１０３とエリア検出器１０９とが一体として被検体の周囲を回転するＲｏｔａｔｅ／Ｒｏｔａｔｅ−Ｔｙｐｅ、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１０３のみが被検体の周囲を回転するＳｔａｔｉｏｎａｒｙ／Ｒｏｔａｔｅ−Ｔｙｐｅ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。また、画像を再構成するには被検体の周囲一周、３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ファン角度分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式に対しても本実施形態へ適用可能である。以下、説明を簡単にするため、被検体周囲一周、３６０°分の投影データを用いて再構成する再構成（フルスキャン（Ｆｕｌｌ Ｓｃａｎ：以下、ＦＳと呼ぶ）再構成）方式を用いるものとする。

また、入射Ｘ線を電荷に変化するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線によるセレン等の半導体内での電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。Ｘ線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよい。さらに、近年では、Ｘ線管１０３とエリア検出器１０９との複数のペアを回転リング１０５に搭載したいわゆる多管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本実施形態においては、従来からの一管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置であっても、多管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置であってもいずれも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。

なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置１の構成を示す図である。第１の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置１は、ガントリ１００、高電圧発生部１０１、前処理部１２５、幅決定部１２７、補間データ発生部１２９、再構成部１３１、インターフェース１３３、表示部１３９、入力部１４１、制御部１４３を有する。

高電圧発生部１０１は、Ｘ線管１０３に供給するための高電圧を発生する。高電圧発生部１０１は、後述する制御部１４３による制御のもとで、複数の高電圧を発生する。

ガントリ１００には、回転支持機構が収容される。回転支持機構は、回転リング１０５と、回転軸Ｚを中心として回転自在に回転リング１０５を支持するリング支持機構とリングの回転を駆動する架台駆動部１０７（電動機）からなる。回転リング１０５には、Ｘ線管１０３と、２次元アレイ型または多列型とも称されるエリア検出器（Ｘ線検出部）１０９が搭載されている。

Ｘ線管１０３は、高電圧発生部１０１からスリップリング１１１を経由して電圧の印加および電流の供給を受けて、Ｘ線の焦点１１２からＸ線を放射する。なお、Ｘ線管１０３と高電圧発生部１０１とを合わせて、Ｘ線発生部１０２と呼ぶ。

コリメータ１１３は、Ｘ線管１０３の前面のＸ線放射窓に取り付けられる。コリメータ１１３は、複数のコリメータ板を有する。複数のコリメータ板は、Ｘ線の焦点１１２から放射されたＸ線を、例えばコーンビーム形（角錐形）に整形する。具体的には、複数のコリメータ板は、予め設定されたスライス厚の実測の投影データを得るためのコーン角を得るために、後述する制御部１４３により駆動される。さらに、複数のコリメータ板のうち少なくとも２枚のコリメータ板（以下、コーン角コリメータと呼ぶ）は、コーン角に関する開口幅を、制御部１４３による制御のもとで独立に駆動される。

Ｘ線の放射範囲は、図１において点線１１５で示されている。Ｘ軸は、回転軸Ｚと直交し、鉛直方向上向きの直線である。Ｙ軸は、Ｘ軸および回転軸Ｚと直交する直線である。

エリア検出器１０９は、回転軸Ｚを挟んでＸ線管１０３に対向する位置およびアングルで取り付けられる。エリア検出器１０９は、複数のＸ線検出素子を有する。ここでは、単一のＸ線検出素子が単一のチャンネルを構成しているものとして説明する。複数のチャンネルは、回転軸Ｚに直交し、かつ放射されるＸ線の焦点を中心として、この中心から１チャンネル分のＸ線検出素子の受光部中心までの距離を半径とする円弧方向（チャンネル方向）とスライス方向との２方向に関して２次元状に配列される。２次元状の配列は、上記チャンネル方向に沿って一次元状に配列された複数のチャンネルを、スライス方向に関して複数列並べて構成される。

このような２次元状のＸ線検出素子配列を有するエリア検出器１０９は、略円弧方向に１次元状に配列される複数の上記モジュールをスライス方向に関して複数列並べて構成してもよい。また、エリア検出器１０９は、複数のＸ線検出素子を１列に配列した複数のモジュールで構成されてもよい。このとき、モジュール各々は、上記チャンネル方向に沿って略円弧方向に１次元状に配列される。以下、スライス方向に並ぶＸ線検出素子の数を列数と呼ぶ。

撮影又はスキャンに際しては、Ｘ線管１０３とエリア検出器１０９との間の円筒形の撮影領域１１７内に、被検体Ｐが天板１１９に載置され挿入される。エリア検出器１０９の出力には、データ収集回路（Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：以下、ＤＡＳと呼ぶ）１２１が接続される。

ＤＡＳ１２１には、エリア検出器１０９の各チャンネルの電流信号を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、この電圧信号をＸ線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このアンプの出力信号をディジタル信号変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが、チャンネルごとに取り付けられている。ＤＡＳ１２１から出力されるデータ（純生データ（ｐｕｒｅ ｒａｗ ｄａｔａ））は、磁気送受信又は光送受信を用いた非接触データ伝送部１２３を経由して、前処理部１２５に伝送される。ＤＡＳ１２１は、後述する制御部１４３による制御のもとで、積分器における積分間隔をスキャンに応じて変更する。

前処理部１２５は、ＤＡＳ１２１から出力された純生データに対して前処理を施す。前処理には、例えばチャンネル間の感度不均一補正処理、Ｘ線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下または、信号脱落を補正する処理等が含まれる。前処理部１２５および後述する補間データ発生部１２９から出力された再構成処理直前のデータ（生データ（ｒａｗ ｄａｔａ）または、投影データと称される、ここでは投影データという）は、データ収集したときのビュー角と関連付けられて、磁気ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリを備えた図示していない記憶部に記憶される。投影データのうち前処理部１２５から出力されるデータを実測データと呼ぶ。加えて、投影データのうち後述する補間データ発生部１２９により、実測データに基づいて補間処理により発生されたデータを補間データと呼ぶ。

ここでは説明の便宜上、ワンショットで略同時に収集および補間したビュー角が同一であって、コーン角により規定される複数のチャンネルわたる一揃いの投影データを、投影データセットと称する。また、ビュー角は、Ｘ線管１０３が回転軸Ｚを中心として周回する円軌道の各位置を、回転軸Ｚから鉛直上向きにおける円軌道の最上部を０°として３６０°の範囲の角度で表したものである。なお、投影データセットの各チャンネルに対する投影データは、ビュー角、コーン角、チャンネル番号によって識別される。

後述する再構成部１３１による再構成処理が実行される再構成領域は、中央部分と端部分とからなる。中央部分とは、後述するボリュームデータの再構成に必要な投影データが実測データで揃う領域である。中央部分は、後述する入力部１４１により入力された径を有する。径とは、撮影する領域ではなく、再構成領域のＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ）（以下、再構成ＦＯＶと呼ぶ）において、回転軸に垂直な最大長に対応する。中央部分は、例えば、径の半分（以下、半径と呼ぶ）を高さとして有する等脚台形の下底を回転軸に合わせて回転させた回転体の形状を有する。この回転体は、中央部分の最大体積に対応する。径は、等脚台形の高さの２倍、すなわち回転体の直径に対応する。回転軸を含む断面において、回転体（中央部分）の断面形状は、２つの合同な等脚台形の下底を結合した６角形の形状を有する。なお、中央部分は、回転軸に沿った長さを高さとし、径を直径とする円柱形状であってもよい。このとき、回転軸を含む断面における円柱形状は、長方形となる。

端部分とは、後述するボリュームデータの再構成に必要な投影データを実測データと実測データから補間により発生された補間データとで揃える領域である。端部分の回転軸方向の幅（以下、端部分幅と呼ぶ）は、回転軸から半径だけ離れた地点を通り回転軸に平行な直線に沿った長さで規定される。端部分幅のうち拡張可能な最大幅は、中央部分の断面形状が等脚台形である場合、下底から上底を差分した差分値の半分の値である。なお、中央部分が円柱形状で規定された場合、最大幅は、等脚台形の下底の長さから円柱の高さを差分した差分値の半分に対応する。後述する幅決定部１２７により端部分幅として最大幅が決定された場合、再構成領域は、円柱形状となる。端部分幅の長さに応じて、回転軸を含む断面における再構成領域の断面形状は、径を維持したまま６角形から長方形まで拡張される。

幅決定部１２７は、後述する入力部１４１により入力されたスキャン条件と再構成処理に用いられる再構成条件とに基づいて、端部分幅を決定する。スキャン条件（スキャンプロトコル）とは、例えば、コーン角の大きさまたはコーン角の大きさに対応する列数、スキャノグラム（ｓｃａｎｏｇｒａｍ）により設定された被検体に対する撮影対象部位などである。再構成条件とは、径、再構成処理で用いられる再構成関数などである。

なお、幅決定部１２７は、スキャンプロトコルにおける同期スキャンの同期対象に応じて撮影対象部位を決定し、決定した撮影対象部位に基づいて、端部分幅を決定してもよい。例えば、同期スキャンが心電同期スキャンである場合、幅決定部１２７は、撮影対象部位を胸部として決定する。また、同期スキャンが呼吸同期スキャンである場合、幅決定部１２７は、撮影対象部位を腹部として決定する。さらに、幅決定部１２７は、再構成関数の設定に応じて、撮影対象部位を決定してもよい。

具体的には、幅決定部１２７は、図示していないメモリを有する。メモリは、例えば、コーン角と第１の端部分幅との第１幅対応表、径の長さと第２の端部分幅との第２幅対応表、被検体の撮影対象部位と第３の端部分幅との第３幅対応表にうち少なくとも一つを記憶する。幅決定部１２７は、記憶された対応表に関するスキャン条件又は再構成条件を入力として、端部分幅を決定する。例えば、メモリに第１幅対応表が記憶されている場合、幅決定部１２７は、入力部１４１を介して入力されたコーン角または列数と第１幅対応表とに基づいて、端部分幅を決定する。幅決定部１２７は、例えば、入力部１４１を介して４°のコーン角に対応する８０列の列数が入力された場合、端部分幅を最大幅として決定する。この時、再構成領域は、円筒形状となる。

幅決定部１２７のメモリに第１乃至第３幅対応表が記憶されている場合、幅決定部１２７は、入力部１４１を介して入力されたスキャン条件又は再構成条件に基づいて、第１乃至第３幅対応表にそれぞれ対応する第１乃至第３の端部分幅を決定する。幅決定部１２７は、第１乃至第３の端部分幅のうち最小の幅を、再構成領域の端部分幅として決定する。

図２は、第１幅対応表（ａ）、第２幅対応表（ｂ）、第３幅対応表（ｃ）の一例を示す図である。なお、第１乃至第３幅対応表の代わりに、図３に示すような複数種類の条件（コーン角、径の長さ、撮影対象部位）に対する端部分幅の対応表（多変数の幅対応表）を記憶してもよい。なお、メモリは、再構成関数と第４の端部分幅との第４幅対応表などを記憶してもよい。幅決定部１２７は、後述する入力部１４１、インターフェース１３３を介して放射線部門情報管理システム（Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：以下、ＲＩＳと呼ぶ）１３５、または病院情報システム（Ｈｏｓｐｉｔａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｉｓｔｅｍ：以下、ＨＩＳと呼ぶ）１３７から入力されたコーン角（または列数）、径、撮影対象部位および再構成関数に基づいて、第１乃至第４幅対応表にそれぞれ対応する第１乃至第４の端部分幅を読み出す。幅決定部１２７は、読み出した第１乃至第４の端部分幅のうち、最小の幅を、再構成領域における端部分の端部分幅として決定する。幅決定部１２７は、決定した端部分幅を、補間データ発生部１２９に出力する。幅決定部１２７は、決定した端部分幅に基づいて、再構成領域における端部分を決定する。

端部分の領域について、回転軸を含む断面における中央部分の断面形状が６角形である場合を一例として、図４乃至図６を用いて説明する。図４は、端部分幅がゼロの場合、または端部分幅が決定される前において、再構成領域とマスク領域と回転軸との一例を示す図である。このとき、再構成領域は、中央部分と同一になる。

図５は、端部分幅が最大幅の５０％である場合において、端部分と中央部分とマスク領域と回転軸との一例を示す図である。回転軸を含む断面において、端部分の領域は、６角形における辺のうち回転軸に非平行な辺（ａ）と、回転軸に平行な端部分幅（ｂ）と、６角形の頂点のうち回転軸上の頂点（ｃ）と６角形の６つの辺のうち回転軸に平行な辺を端部分幅に亘って回転軸に沿って延長した点（ｄ）とを結ぶ辺（ｅ）とにより規定される。

図６は、端部分幅が最大幅である場合において、端部分と中央部分と回転軸との一例を示す図である。この時、回転軸を含む断面における再構成領域は、長方形となり、３次元的には、再構成領域は、円柱形状となる。

補間データ発生部１２９は、幅決定部１２７から出力された端部分幅に基づいて、端部分のうち被検体の周囲３６０°分の実測データが収集されていない領域（以下、実測データ未収集領域と呼ぶ）に関する投影データを、実測データを用いて補間する。補間データ発生部１２９は、実測データ未収集領域における発生した補間データを、後述する再構成部１３１へ出力する。具体的には、補間データ発生部１２９は、実測データ未収集領域のうちフルスキャン（ＦＳ）再構成とＰＢＳ（Ｐｉｘｅｌ−Ｂａｓｅｄ Ｓｅｃｔｏｒ：以下、ＰＢＳと呼ぶ）再構成とがともに実行される領域（以下、ＦＳＰＢＳ領域と呼ぶ）において、実測データに基づいた補間処理（例えば、外挿処理）により、補間データを発生する。ＰＢＳ再構成については、以下の再構成部１３１で詳述する。

再構成部１３１は、ビューアングルが３６０°の範囲内の投影データセットに基づいて、フェルドカンプ法またはコーンビーム再構成法により、再構成領域（中央部分およびＦＳＰＢＳ領域）に関する略円柱形の３次元画像（ボリュームデータ）を再構成する機能を有する。再構成部１３１は、例えばファンビーム再構成法（ファンビーム・コンボリューション・バックプロジェクション法ともいう）またはフィルタード・バックプロジェクション法により２次元画像（断層画像）を再構成する機能を有する。フェルドカンプ法は、コーンビームのように再構成面に対して投影レイが交差する場合の再構成法である。フェルドカンプ法は、コーン角が小さいことを前提として畳み込みの際にはファン投影ビームとみなして処理し、逆投影はスキャンの際のレイに沿って処理する近似的画像再構成法である。コーンビーム再構成法は、フェルドカンプ法よりもコーン角のエラーが抑えられる方法として、再構成面に対するレイの角度に応じて投影データを補正する再構成法である。

再構成部１３１は、補間データと実測データとからなる投影データセットに基づいて、フェルドカンプ法などにより、端部分のＦＳＰＢＳ領域に関するボリュームデータ（以下、端部分ＦＳボリュームデータと呼ぶ）を再構成する。次いで、再構成部１３１は、ＦＳＰＢＳ領域に関する実測の投影データに基づいて、ＰＢＳ再構成法により、ＦＳＰＢＳ領域に関するボリュームデータ（以下、端部分ＰＢＳボリュームデータと呼ぶ）を再構成する。ＰＢＳ再構成法とは、再構成画素を通る複数のレイを決定し、レイに対応する投影データを用いて再構成画素のＣＴ値を計算する方法である。再構成部１３１は、端部分ＦＳボリュームデータと端部分ＰＢＳボリュームデータとを重み付け加算（以下、フェザリング（Ｆｅａｔｈｅｒｉｎｇ）と呼ぶ）することにより、ＦＳＰＢＳ領域におけるボリュームデータ（以下、フェザリングボリュームデータと呼ぶ）を発生する。

再構成部１３１は、実測データに基づいて、ＰＢＳ再構成法により、端部分からＦＳＰＢＳ領域を除いた領域（以下、ＰＢＳボリュームデータと呼ぶ）に関するボリュームデータを発生する。再構成部１３１は、中央部分に関するボリュームデータとフェザリングボリュームデータとＰＢＳボリュームデータとに基づいて、再構成領域に関するボリュームデータを発生する。

インターフェース１３３は、本Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１と電子的通信回線（以下、ネットワークと呼ぶ）とを接続する。ネットワークには、ＲＩＳ１３５およびＨＩＳ１３７などが接続される。

表示部１３９は、再構成部１３１で再構成された医用画像、スキャノ像、Ｘ線コンピュータ断層撮影のために設定されるスキャン条件および再構成処理に関する再構成条件などを入力するための入力画面などを表示する。

入力部１４１は、操作者からの各種指示・命令・情報・選択・設定を本Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１に取り込む。取り込まれた各種指示・命令・情報・選択・設定は、後述する制御部１４３などに出力される。入力部１４１は、図示しないが、関心領域（ＲＯＩ）の設定などを行うためのトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード等を有する。入力部１４１は、被検体に対するスキャンの開始位置および撮影条件等を決めるための撮影（以下、スキャノ（ｓｃａｎｏ）撮影と呼ぶ）により発生され、表示されたスキャノ像に対して、スキャン範囲を入力する。

入力部１４１は、表示画面上に表示されるカーソルの座標を検出し、検出した座標を制御部１４３に出力する。なお、入力部１４１は、表示画面を覆うように設けられたタッチパネルでもよい。この場合、入力部１４１は、電磁誘導式、電磁歪式、感圧式等の座標読み取り原理でタッチ指示された座標を検出し、検出した座標を制御部１４３に出力する。

制御部１４３は、本Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１の中枢として機能する。制御部１４３は、図示しないＣＰＵとメモリとを備える。制御部１４３は、図示していないメモリに記憶された検査スケジュールデータと制御プログラムとに基づいて、Ｘ線コンピュータ断層撮影のために高電圧発生部１０１、およびガントリ１００などを制御する。具体的には、制御部１４３は、入力部１４１、ＲＩＳ１３５およびＨＩＳ１３７などから送られてくる操作者の指示などを、一時的に図示していないメモリに記憶する。制御部１４３は、メモリに一時的に記憶されたこれらの情報に基づいて、高電圧発生部１０１、およびガントリ１００などを制御する。制御部１４３は、所定の画像発生・表示等を実行するための制御プログラムを、図示していない記憶部から読み出して自身が有するメモリ上に展開し、各種処理に関する演算・処理等を実行する。

制御部１４３は、被検体に対するスキャンの開始位置および撮影条件等を決めるための撮影（以下、スキャノ（ｓｃａｎｏ）撮影と呼ぶ）を、被検体に対して実行するために、高電圧発生部１０１、コリメータ１１３などを制御する。制御部１４３は、スキャノ撮影により発生された被検体に対するスキャノ像を表示させるために、表示部１３９を制御する。

（端部分幅決定域再構成機能）
端部分幅決定再構成機能とは、スキャン条件と再構成条件とのうち少なくとも一つに基づいて端部分幅を決定し、再構成領域に関するボリュームデータを再構成する機能である。以下、端部分幅決定再構成機能に従う処理（以下、幅決定再構成処理と呼ぶ）を説明する。

図７は、幅決定再構成処理の手順の一例を示すフローチャートである。

被検体に対してスキャノ撮影が実行される。スキャノ撮影により発生された画像に基づいて、スキャン条件および再構成条件等が、入力部１４１を介して入力される（ステップＳａ１）。入力されたスキャン条件および再構成条件に基づいて、端部分幅が決定される（ステップＳａ２）。決定された端部分幅に基づいて、再構成領域における端部分が決定される（ステップＳａ３）。入力されたスキャン条件に従って、被検体をコーンビームＸ線で走査し、実測データが発生される（ステップＳａ４）。実測データを用いた補間処理により、端部分の実測データ未収集領域に関する補間データが発生される（ステップＳａ５）。実測データと補間データとに基づいて、再構成領域に関するボリュームデータが、再構成条件を用いて発生される（ステップＳａ６）。

（変形例）
第１の実施形態との相違は、再構成領域における回転軸方向の長さ（以下、再構成軸長と呼ぶ）に基づいて天板１１９の長軸方向（以下、天板長軸方向と呼ぶ）に沿った天板１１９の移動量（以下、天板移動量と呼ぶ）を決定し、ステップアンドシュートスキャンにおいて、決定された天板移動量に従って、天板１１９を移動させることにある。

図８は、第１の実施形態の変形例に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成の一例を示す構成図である。
天板移動量決定部１５１は、再構成軸長に基づいて、天板長軸方向に沿った天板移動量を決定する。具体的には、天板移動量決定部１５１は、回転軸方向と天板長軸方向とが平行である場合、再構成軸長を天板移動量として決定する。天板移動量決定部１５１は、ガントリ１００を傾斜させてステップアンドシュートスキャンが実行される場合、再構成軸長と傾斜（チルト：ｔｉｌｔ）角（以下、チルト角と呼ぶ）の余弦との積を、天板移動量として決定する。図９は、ガントリ１００をチルト角θだけ傾斜させてステップアンドシュートスキャンが実行される場合の天板移動量ｂを、再構成軸長ａとチルト角θとで表した一例を示す図である。図９に示すように、天板移動量ｂは、再構成軸長ａとチルト角θの余弦（ｃｏｓθ）との積で計算される。なお、天板移動量決定部１５１は、シュートごとに再構成軸長が異なる場合、複数のステップにそれぞれ対応する天板移動量を、シュートごとに決定することも可能である。

天板駆動部１５３は、ステップアンドシュートスキャンにおいて、決定された天板移動量に従って天板１１９を長軸方向に移動するために、天板１１９を駆動する。

再構成部 は、シュートごとに再構成領域に対応するボリュームデータを再構成する。

（ステップアンドシュートスキャン機能）
ステップアンドシュートスキャン機能とは、再構成軸長に基づいて天板長軸方向に沿った天板移動量を決定し、ステップアンドシュートスキャンを実行し、シュートごとに再構成領域に関するボリュームデータを再構成する機能である。

以下、ステップアンドシュートスキャン機能に従う処理（以下、ステップアンドシュートスキャン処理と呼ぶ）を説明する。

図１０は、ステップアンドシュートスキャンにおけるスキャン手順の一例を示すフローチャートである。再構成処理のステップＳａ１乃至ステップＳａ３の後、入力されたスキャン条件と再構成軸長とに基づいて、天板移動量が決定される（ステップＳｂ１）。入力されたスキャン条件に従って、被検体をコーンビームＸ線で走査し、実測データが発生される（ステップＳｂ２）。実測データを用いた補間処理により、端部分の実測データ未収集領域に関する補間データが発生される（ステップＳｂ３）。実測データと補間データとに基づいて、再構成領域に関するボリュームデータが、再構成条件を用いて発生される（ステップＳｂ４）。スキャン条件における被検体の走査範囲全域に亘るスキャンが終了していなければ（ステップＳｂ５）、決定された天板移動量に従って、天板１１９が移動される（ステップＳｂ６）。次いで、ステップＳｂ２乃至ステップＳｂ４が繰り返される。スキャン条件における被検体の走査範囲全域に亘るスキャンが終了していれば、ステップアンドシュートスキャンは終了される。

以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態におけるＸ線コンピュータ断層撮影装置１によれば、コーン角と径と被検体の撮影対象部位などに応じて、再構成領域の端部分幅を決定し、再構成領域に対応するボリュームデータを再構成することができる。これにより、再構成画像の画質を維持しつつ円筒形にできるだけ近づけたボリュームデータを再構成することができる。

さらに、本Ｘ線コンピュータ断層撮影 装置１によれば、再構成軸長に基づいて、天板移動量を決定することができる。これにより、ステップアンドシュートスキャンにおいて、ステップ幅を拡張し、かつボリュームデータのオーバーラップを最小限にすることができる。以上のことから、再構成画像の画質を維持しつつ被検体への被曝量を低減することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態との相違は、径とコーン角と撮影対象部位とのうち少なくとも一つに基づいて、径とコーン角とにより決定される端部分の最大幅に対する再構成に用いられる端部分幅の割合（以下、端部分拡張率と呼ぶ）を決定し、決定された端部分拡張率に基づいて、再構成に用いられる端部分を決定することにある。

図１１は、第２の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置１の構成を示す構成図である。第２の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置１は、ガントリ１００、高電圧発生部１０１、前処理部１２５、補間データ発生部１２９、再構成部１３１、表示部１３９、制御部１４３、インターフェース１３３、入力部１４１、割合決定部１５５、端部分決定部１５７を有する。

割合決定部１５５は、入力部１４１により入力されたスキャン条件と再構成処理に用いられる再構成条件とに基づいて、端部分拡張率を決定する。具体的には、割合決定部１５５は、図示していないメモリを有する。メモリは、コーン角または列数と第１端部分拡張率との第１拡張率対応表と、径の長さと第２端部分拡張率との第２拡張率対応表と、撮影対象部位と第３端部分拡張率との第３拡張率対応表とのうち少なくともひとつを記憶する。割合決定部１５５は、記憶された拡張率対応表に関するスキャン条件又は再構成条件を入力として、端部分拡張率を決定する。例えば、メモリに第１拡張率対応表が記憶されている場合、割合決定部１５５は、入力部１４１を介して入力されたコーン角または列数と第１拡張率対応表とに基づいて、端部分拡張率を決定する。割合決定部１５５は、決定した端部分拡張率を、後述する端部分決定部１５７に出力する。割合決定部１５５は、例えば、入力部１４１を介して４°のコーン角に対応する８０列の列数が入力された場合、端部分拡張率を１００％として決定する。この時、再構成領域は、円筒形状となる。

なお、端部分拡張率は、回転軸を含む断面において、端部分の最大可能面積に対する再構成に用いられる端部分の面積の割合、または中央部分の回転軸方向に沿った境界線の長さに対する再構成に用いられる端部分の回転軸方向に沿った長さの割合であってもよい。

また、割合決定部１５５は、スキャンプロトコルにおける同期スキャンの同期対象に応じて撮影対象部位を決定し、決定した撮影対象部位に基づいて、端部分拡張率を決定することも可能である。例えば、同期スキャンが心電同期スキャンである場合、割合決定部１５５は、撮影対象部位を胸部として決定する。また、同期スキャンが呼吸同期スキャンである場合、割合決定部１５５は、撮影対象部位を腹部として決定する。さらに、割合決定部１５５は、再構成関数の設定に応じて、撮影対象部位を決定してもよい。なお、メモリは、再構成関数と第４端部分拡張率との第４拡張率対応表などを記憶してもよい。

割合決定部１５５のメモリに第１乃至第４拡張率対応表が記憶されている場合、割合決定部１５５は、入力部１４１を介して入力されたスキャン条件又は再構成条件に基づいて、第１乃至第４拡張率対応表にそれぞれ対応する第１乃至第４端部分拡張率を決定する。具体的には、割合決定部１５５は、入力部１４１、またはインターフェース１３３を介してＲＩＳ１３５、およびＨＩＳ１３７から入力されたコーン角（または列数）、径、撮影対象部位、および再構成関数に基づいて、第１乃至第４拡張率対応表にそれぞれ対応する第１乃至第４端部分拡張率を読み出す。割合決定部１５５は、読み出した第１乃至第４端部分拡張率のうち、最小の拡張率を、再構成領域における端部分に関する端部分拡張率として決定する。

図１２は、第１拡張率対応表（ａ）、第２拡張率対応表（ｂ）、第３拡張率対応表（ｃ）の一例を示す図である。なお、第１乃至第３拡張率対応表の代わりに、図１３に示すような複数種類の条件（コーン角、径の長さ、撮影対象部位）に対する端部分拡張率の対応表（多変数の幅対応表）を記憶してもよい。

端部分決定部１５７は、割合決定部１５５により決定された端部分拡張率に基づいて、再構成に用いられる端部分の領域を決定する。端部分決定部１５７は、決定した端部分の領域を後述する補間データ発生部１２９に出力する。以下、端部分決定部１５７により決定される端部分の領域について、回転軸を含む断面における中央部分の断面形状が６角形である場合を一例として、図１４乃至図１６を用いて説明する。

図１４は、端部分拡張率がゼロの場合、または端部分拡張率が決定される前において、再構成領域とマスク領域と回転軸との一例を示す図である。このとき、回転軸を含む断面における再構成領域は、中央部分と同一になる。

図１５は、端部分拡張率が最大幅の５０％である場合において、端部分決定部１５７により決定された端部分と中央部分とマスク領域と回転軸との一例を示す図である。回転軸を含む断面において、端部分決定部１５７により決定される端部分の領域は、６角形における辺のうち回転軸に非平行な辺（ａ）と、端部分の最大幅の５０％の長さ（端部分幅）を有する回転軸に平行な辺（ｂ）と、６角形の頂点のうち回転軸上の頂点（ｃ）と６角形の６つの辺のうち回転軸に平行な辺を端部分幅に亘って回転軸に沿って延長した点（ｄ）とを結ぶ辺（ｅ）とにより規定される。割合決定部１５５により決定される端部分拡張率は、図１５の点（ｄ）に関連する。

図１６は、端部分拡張率が１００％（端部分の最大幅＝端部分幅）である場合において、端部分と中央部分と回転軸との一例を示す図である。この時、回転軸を含む断面における再構成領域は、長方形となり、３次元的には、再構成領域は、円柱形状となる。

補間データ発生部１２９は、端部分決定部１５７から出力された端部分の領域に基づいて、実測データ未収集領域に関する投影データを、実測データを用いて補間する。

（拡張率決定再構成機能）
拡張率決定再構成機能とは、スキャン条件と再構成条件とのうち少なくとも一つに基づいて端部分拡張率を決定し、再構成領域に関するボリュームデータを再構成する機能である。以下、拡張率決定再構成機能に従う処理（以下、拡張率決定再構成処理と呼ぶ）を説明する。

図１７は、拡張率決定再構成処理の手順の一例を示すフローチャートである。

被検体に対してスキャノ撮影が実行される。スキャノ撮影により発生された画像に基づいて、スキャン条件および再構成条件等が、入力部１４１を介して入力される（ステップＳｃ１）。入力されたスキャン条件および再構成条件に基づいて、端部分拡張率が決定される（ステップＳｃ２）。決定された端部分拡張率に基づいて、再構成に用いられる端部分の領域が決定される（ステップＳｃ３）。入力されたスキャン条件に従って、被検体をコーンビームＸ線で走査し、実測データが発生される（ステップＳｃ４）。実測データを用いた補間処理により、端部分の実測データ未収集領域に関する補間データが発生される（ステップＳｃ５）。実測データと補間データとに基づいて、再構成領域に関するボリュームデータが、再構成条件を用いて発生される（ステップＳｃ６）。

以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態におけるＸ線コンピュータ断層撮影装置１によれば、コーン角（列数）と径と被検体の撮影対象部位とのうち少なくとも一つに基づいて端部分拡張率を決定し、決定された端部分拡張率に基づいて、再構成に用いられる端部分の領域を決定することができる。これにより、再構成画像の画質を維持しつつ円筒形にできるだけ近づけたボリュームデータを再構成することができる。以上のことから、再構成画像の画質を維持しつつ被検体への被曝量を低減することができる。

なお、各実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することも可能である。

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。

１…Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、１００…ガントリ、１０１…高電圧発生部、１０３…Ｘ線管、１０５…回転リング、１０７…架台駆動部、１０９…エリア検出器（Ｘ線検出部）、１１１…スリップリング、１１３…コリメータ、１１５…Ｘ線の放射範囲、１１７…撮影領域、１１９…天板、１２１…データ収集回路（ＤＡＳ）、１２３…非接触データ伝送部、１２５…前処理部、１２７…幅決定部、１２９…補間データ発生部、１３１…再構成部、１３３…インターフェース、１３５…ＲＩＳ、１３７…ＨＩＳ、１３９…表示部、１４１…入力部、１４３…制御部、１５１…天板移動量決定部、１５３…天板駆動部、１５５…割合決定部、１５７…端部分決定部

Claims (8)

1. コーンビームＸ線を発生するＸ線発生部と、
   前記Ｘ線発生部から発生され、被検体を透過したＸ線を複数の検出素子で検出する２次元アレイ型またはマルチスライス型のＸ線検出部と、
   前記被検体に対するスキャン条件と再構成条件とのうち少なくとも一つに基づいて、再構成処理に必要な角度範囲の投影データが実測データで揃わないマスク領域において、前記Ｘ線発生部の回転に関する回転軸の方向の前記マスク領域の幅を決定する幅決定部と、
   前記Ｘ線検出部からの出力に応じた前記投影データに基づいて、前記マスク領域のうち前記決定された幅により規定される領域を有する再構成領域に関するボリュームデータを再構成する再構成部と、
   前記回転軸に垂直な長さにより規定される前記再構成領域の径を入力する入力部とを具備し、
   前記幅決定部は、
   前記再構成に用いられる再構成関数に基づいて、前記再構成条件である前記被検体の撮影対象部位を決定し、
   前記決定された撮影対象部位と前記径と前記Ｘ線のコーン角とに基づいて前記幅を決定すること、
   を特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. 前記再構成領域は、前記投影データが前記実測データで揃う中央部分と、前記規定された領域に対応し前記中央部分の両側に位置する端部分と、を有し、
   前記投影データを揃えるために、前記実測データと前記決定された幅とに基づいて、前記端部分における補間データを発生する補間データ発生部をさらに具備し、
   前記再構成部は、
   前記実測データと前記補間データとに基づいて、前記再構成領域に関する前記ボリュームデータを再構成すること、
   を特徴とする請求項１に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 前記幅決定部は、前記径と前記コーン角と前記撮影対象部位とにそれぞれ対応する複数の幅のうち、最も狭い幅を前記領域の幅として決定すること、
   を特徴とする請求項１または２に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記被検体を載置する天板と、
   前記再構成領域における前記回転軸の方向の長さに基づいて、前記天板の長軸方向に沿った前記天板の移動量を決定する天板移動量決定部と、
   前記決定された移動量に応じて前記天板を移動させるために、前記天板を駆動する天板駆動部とをさらに具備すること、
   を特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. コーンビームＸ線を発生するＸ線発生部と、
   前記Ｘ線発生部から発生され、被検体を透過したＸ線を複数の検出素子で検出する２次元アレイ型またはマルチスライス型のＸ線検出部と、
   前記被検体に対するスキャン条件と再構成条件とのうち少なくとも一つに基づいて、再構成処理に必要な角度範囲の投影データが実測データで揃わないマスク領域において、前記Ｘ線発生部の回転に関する回転軸の方向の前記マスク領域の最大幅に対する再構成領域の端部分における前記方向の前記マスク領域の幅の割合を決定する割合決定部と、
   前記決定された割合に基づいて、前記マスク領域のうち前記再構成処理に用いられる前記端部分の領域を決定する端部分決定部と、
   前記Ｘ線検出部からの出力に応じた前記投影データに基づいて、前記決定された端部分の領域を有する前記再構成領域に関するボリュームデータを再構成する再構成部と、
   前記Ｘ線発生部の回転に関する回転軸に垂直な長さにより規定される前記再構成領域の径を入力する入力部とを具備し、
   前記割合決定部は、
   前記再構成に用いられる再構成関数に基づいて、前記再構成条件である前記被検体の撮影対象部位を決定し、
   前記決定された撮影対象部位と前記径と前記Ｘ線のコーン角に対応する前記検出素子の列数とに基づいて、前記割合を決定すること、
   を特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
6. 前記投影データを揃えるために、前記実測データと前記決定された端部分とに基づいて、前記決定された領域における補間データを発生する補間データ発生部を更に具備し、
   前記再構成部は、
   前記実測データと前記補間データとに基づいて、前記再構成領域に関する前記ボリュームデータを再構成すること、
   を特徴とする請求項５に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
7. コンピュータに、
   被検体に対するスキャン条件と再構成条件とのうち少なくとも一つに基づいて、再構成処理に必要な角度範囲の投影データが実測データで揃わないマスク領域において、Ｘ線発生部の回転に関する回転軸の方向の前記マスク領域の幅を決定する機能と、
   前記投影データに基づいて、前記マスク領域のうち前記決定された幅により規定される領域を有する再構成領域に関するボリュームデータを再構成する機能と、
   前記回転軸に垂直な長さにより規定される前記再構成領域の径を入力する機能を実現させ、
   前記幅を決定する機能は、
   前記再構成に用いられる再構成関数に基づいて、前記再構成条件である前記被検体の撮影対象部位を決定し、
   前記決定された撮影対象部位と前記径とＸ線のコーン角に対応する検出素子の列数とに基づいて、前記幅を決定すること、
   を特徴とする再構成処理プログラム。
8. 前記再構成領域は、前記投影データが前記実測データで揃う中央部分と、前記規定された領域に対応し前記中央部分の両側に位置する端部分と、を有し、
   前記投影データを揃えるために、前記実測データと前記決定された幅とに基づいて、前記端部分における補間データを発生する機能をさらに実現させ、
   前記ボリュームデータを再構成する機能は、
   前記実測データと前記補間データとに基づいて、前記再構成領域に関する前記ボリュームデータを再構成すること、
   を特徴とする請求項７に記載の再構成処理プログラム。

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