JP6195337B2

JP6195337B2 - Ｘ線ｃｔ装置

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Publication number: JP6195337B2
Application number: JP2013025411A
Authority: JP
Inventors: 塚越　伸介; 伸介塚越; 達郎鈴木
Original assignee: Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2017-09-13
Anticipated expiration: 2033-02-13
Also published as: CN103582457A; WO2013125448A1; US20140037047A1; CN103582457B; JP2013198727A; US9282935B2

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置に関する。

従来のＸ線ＣＴ（コンピュータ断層撮影）装置としては、Ｘ線管から被検体に照射され、被検体を透過したＸ線をＸ線検出器により検出して、投影データを収集し、収集した投影データから画像を再構成するものがある（例えば、特許文献１）。

Ｘ線管は、Ｘ線を出射する出射面を有するアノードと、フィラメントを有するカソードとを有している。出射面から被検体の体軸方向に広がるようにコーン角を有するＸ線が被検体に対して照射される。Ｘ線が照射される側から出射面を見たときの見かけ上の大きさである実効焦点の大きさを焦点サイズという場合がある。

焦点サイズは、アノード側から見た場合と、カソード側から見た場合とで異なる。出射面は、アノード側で焦点サイズが小さくなるように、かつ、アノードからカソードに向かって焦点サイズが大きくなるように構成されている。

Ｘ線検出器は、体軸方向及びそれに直交する水平方向の二次元方向にＸ線検出素子が配列され、配列の態様により、均等型、ハイブリッド型、及び、不均等型がある。

均等型のＸ線検出器は、被検体の体軸方向にＸ線検出素子が均一に配列されている。Ｘ線検出素子の体軸方向の大きさを検出器サイズという場合がある。

ハイブリッド型では、Ｘ線検出器の体軸方向の中心部に、小さな検出器サイズのＸ線検出素子が複数列配され、その前後に大きな検出器サイズのＸ線検出素子が所定列ずつ配されている。

不均等型では、小さな検出器サイズから大きな検出器サイズまでのＸ線検出素子が前後対称に配列されている。

なお、小さな焦点サイズの焦点から出射され、被検体を透過したＸ線が大きな検出器サイズのＸ線検出素子により検出されるのでは、撮影時に高分解能を得ることができず、小さな検出器サイズのＸ線検出素子を十分に生かすことができない。以下の説明で、分解能の高低は、相対的に定められるものである。

特開２００９−２８０６５号公報

しかしながら、均等型のＸ線検出器では、撮影時に高分解能を効率よく得るために、Ｘ線検出器の全てのＸ線検出素子に小さな検出器サイズを用いたのでは、非効率であるという問題点があった。

また、ハイブリッド型のＸ線検出器では、中心部の複数列の小さな検出器サイズのＸ線検出素子と小さな焦点サイズの焦点とが必ずしも対応せず、小さな検出器サイズのＸ線検出素子を十分に生かすことができないという問題点があった。

さらに、不均等型のＸ線検出器もハイブリッド型と同様に、小さな検出器サイズのＸ線検出素子を十分に生かすことができないという問題点があった。

本実施形態は、撮影時に高分解能を効率よく得ることが可能であり、さらに、小さな検出器サイズのＸ線検出素子を十分に生かすことが可能なＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。

本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、天板に載置された被検体に対してＸ線管とＸ線検出器とを被検体の回りに回転させ、Ｘ線管から広がるようにコーン角を有するＸ線が被検体に対して照射され、被検体を透過しＸ線検出器により検出されたＸ線に基づき被検体の画像を取得する。Ｘ線管は、Ｘ線の出射面を有し、Ｘ線が照射される側から出射面を見た点である実効焦点のサイズがコーン角の一端において小さくなるように、かつ、コーン角の他端に向かって実効焦点のサイズが大きくなる構成にされる。Ｘ線検出器は、区分けされた少なくとも二つの範囲を有する。一方の範囲は、Ｘ線管から照射されたＸ線を検出する小さなサイズのＸ線検出素子が配列された小検出範囲を有する。他方の範囲は、Ｘ線管から照射されたＸ線を検出する大きなサイズのＸ線検出素子が配列された大検出範囲を有する。小検出範囲へのＸ線照射に際して実効焦点のサイズを小さくするように構成される制御手段を有する。

第１実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図。Ｘ線管の概念図。体軸方向の一端側に小検出範囲を有するＸ線検出器を示す図。第２モードでＣＴスキャンするときのＸ線検出器の図。Ｘ線ＣＴ装置の動作を示すフローチャート。比較例に係る均等型のＸ線検出器を示す図。比較例に係るハイブリッド型のＸ線検出器を示す図。第２実施形態において、小さな焦点サイズの焦点に小検出範囲を対応させるように移動されたＸ線検出器を示す図。大きな焦点サイズの焦点に大検出範囲を対応させるように移動されたＸ線検出器を示す図。第３実施形態において、Ｘ線管に対して傾けられたＸ線検出器を示す図。変化する焦点サイズを示す図。傾けられたＸ線検出器、及び、傾けられる前のＸ線検出器を示す図。中検出範囲が設けられたＸ線検出器を示す図。架台をチルトさせたときの図。図１４に示す姿勢から体軸と平行な姿勢に回転させたＸ線検出器を示す図。第４実施形態において、Ｘ線管の出射面を反時計回りの方向に傾けたときの図。Ｘ線管の出射面を時計回りの方向に傾けたときの図。第５実施形態において、Ｘ線管の出射面をＺ２の方向に移動させたときの図。Ｘ線管の出射面をＺ１の方向に移動させたときの図。Ｘ線管の出射面をＸ線検出器に対し相対的に移動させたときの図。

以下、Ｘ線ＣＴ装置の各種実施形態について図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
第１実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成について図１を参照して説明する。図１は、Ｘ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、架台（ガントリ）１０とコンソール３０とを有している。

架台１０は、回転フレーム１２、Ｘ線管１６、コリメータ１７、Ｘ線検出器１８、回転駆動部２０、高電圧発生部２２、及び、データ収集回路（ＤＡＳ）２６を有している。

架台１０の本体は、円環又は円板状の回転フレーム１２を回転可能に支持する。回転フレーム１２の内周側には、天板１４に載置された被検体Ｐが挿入されるスキャン領域が形成される。

図示しない寝台には、天板１４を長手方向（被検体Ｐの体軸方向）に沿って移動させるように天板移動手段２４が設けられている。また、寝台には、天板１４を鉛直方向（上下方向）に沿ってスライドさせる昇降手段（図示省略）が設けられている。

ここで、ＸＹＺ直交座標系を定義する。Ｚ軸は、回転フレーム１２の回転軸に規定される。天板１４は、長手方向がＺ軸方向に平行するように配置される。したがって、被検体Ｐの体軸は、Ｚ軸と平行になる。Ｘ軸は、水平方向の軸に規定され、Ｙ軸は、鉛直方向の軸に規定される。

なお、Ｘ線ＣＴ装置１には、Ｘ線管１６とＸ線検出器１８等とが１体となって被検体の周囲を回転するＲＯＴＡＴＥ／ＲＯＴＡＴＥタイプや、リング状に多数の検出素子が配列され、Ｘ線管１６のみが被検体の周囲を回転するＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹ／ＲＯＴＡＴＥタイプ等様々なタイプがあるが、いずれのタイプでも本実施形態は適用可能である。Ｘ線ＣＴ装置１をここでは、ＲＯＴＡＴＥ／ＲＯＴＡＴＥタイプとして説明する。

回転フレーム１２には、Ｘ線管１６、コリメータ１７、及びＸ線検出器１８が設けられている。

回転フレーム１２は、回転駆動部２０からの駆動信号の供給を受けてＸ線管１６、及びＸ線検出器１８を連続回転させる。

Ｘ線管１６は、高電圧発生部２２から高電圧の印加とフィラメント電流の供給とを受けてＸ線を発生する。

Ｘ線管１６とＸ線検出器１８とは、天板１４に載置された被検体Ｐを挟んで対向するように配置されている。

（Ｘ線管）
図２は、Ｘ線管１６の概念図である。図２に示すように、Ｘ線管１６は、Ｘ線を出射する出射面（ターゲット）１６２を有するアノード１６１と、フィラメント１６４を有するカソード１６３とを有している。出射面１６２から被検体の体軸方向に広がるようにコーン角（図２に”β”で示す）を有するＸ線が被検体に対して照射される。図２にハッチングを付して示す焦点サイズ（実効焦点Ｆの大きさ）は、アノード１６１に近い所から見た場合と、カソード１６３に近い所から見た場合とで異なる。なお、以下の説明では、コーン角の広がりが体軸方向であるものを示すが、体軸方向に限定されないことは言うまでもない。

図２に示すように、出射面は、カソード１６３の方向に対し所定の角度を成す平面であるので、アノード１６１側で焦点サイズが小さくなるように、かつ、アノード１６１からカソード１６３に向かってに焦点サイズが大きくなるように構成されている。図２に、小さな焦点サイズの焦点、大きな焦点サイズの焦点、及び、中程度の焦点サイズの焦点を、それぞれ”Ｆ１”、”Ｆ２”及び”Ｆ３”で示す。

なお、焦点サイズが小さくなるアノード１６１側を、コーン角βの一端側、または、Ｚ１（図２に示す）側という場合がある。また、焦点サイズが大きくなるカソード１６３側を、コーン角βの他端側、または、Ｚ２（図２に示す）側という場合がある。

（コリメータ）
図１に示すように、コリメータ１７は、Ｘ線が通過する開口１７１を有し、開口１７１の範囲及び位置を調整することにより、被検体に対して照射されるＸ線の進路を制限するように構成されている。

（Ｘ線検出器）
図３は、体軸方向（Ｚ方向）の一端側に小検出範囲１８１を有するハイブリッド型のＸ線検出器１８を示す図である。ここで、小検出範囲１８１とは、小さな検出器サイズのＸ線検出素子が所定列配された範囲をいう。また、大検出範囲１８２とは、大きな検出器サイズのＸ線検出素子が所定列配された範囲をいう。

図３に示すように、Ｘ線検出器１８の一端側（Ｚ１側）に小検出範囲１８１が配され、Ｘ線検出器１８の中央部及び他端側（Ｚ２側）に大検出範囲１８２が配されている。

小検出範囲１８１には、体軸方向の大きさである検出器サイズが例えば０．５ｍｍのＸ線検出素子（小さな検出器サイズのＸ線検出素子）が用いられている。小検出範囲１８１は、Ｘ軸方向に複数のＸ線検出素子が配置されたＸ線検出素子群をＺ軸（体軸）方向に所定数列に配置して構成されている。なお、このようにＺ軸（体軸）方向にＸ線検出素子が配列されるとき、この配列方向を長手方向という場合がある。

大検出範囲１８２には、検出器サイズが例えば１．０ｍｍのＸ線検出素子（大きな検出器サイズのＸ線検出素子）が用いられている。大検出範囲１８２は、Ｘ軸方向に複数のＸ線検出素子が配置されたＸ線検出素子群をＺ軸（体軸）方向に多列に配置して構成されている。

被検体における撮影領域をずらしかつ撮影するステップアンドショット型のＸ線ＣＴ装置では、天板１４を体軸方向に所定の送り量ずつ移動させる毎に、Ｘ線（コーンビーム）を被検体Ｐに照射させる。

天板移動手段２４は、コンソール３０内のスキャン制御部４１による制御に従って天板１４を所定の送り量ずつ移動させる。

被検体へのＸ線の照射時間間隔は、例えば、１秒に１０回である。高電圧発生部２２は、コンソール３０内のスキャン制御部４１による制御に従ってＸ線管１６に高電圧を印加し、フィラメント電流を供給する。

Ｘ線検出器１８は、Ｘ線管１６から発生され撮影領域を透過したＸ線を検出し、検出されたＸ線の強度に応じた信号を生成する。Ｘ線検出器１８には、データ収集回路（ＤＡＳ）２６が接続されている。

データ収集回路２６は、スキャン制御部４１による制御に従ってＸ線検出器１８から電流信号を収集する。データ収集回路２６は、収集された電流信号を増幅し、増幅された電流信号をデジタル変換することによって、デジタル信号である投影データを生成する。投影データは、生成されるたびに非接触データ伝送部（図示省略）を介してコンソール３０に供給される。ＣＴスキャンが繰り返されることで、時系列の投影データが生成され、コンソール３０に供給される。

図１に示すように、コンソール３０は、前処理部３１、再構成部３２、システム制御部４０、スキャン制御部４１、操作部４４、表示部４５、及び、記憶部４６を有している。なお、システム制御部４０及びスキャン制御部４１を制御手段という場合がある。

前処理部３１は、データ収集回路２６からリアルタイムに供給される投影データに対数変換や感度補正等の前処理を施す。前処理により画像再構成に利用される投影データが生成される。

再構成部３２は、前処理が施された投影データに基づいて、被検体Ｐに関するＣＴ画像データをリアルタイムで発生する。換言すれば、再構成部３２は、時系列の投影データに基づいて時系列のＣＴ画像データ（ＣＴ値）を再構成する。

Ｘ線ＣＴ装置により利用される画像再構成法には、フルスキャン法とハーフスキャン法とがある。フルスキャン法では、１スライスのＣＴ画像のデータを再構成するために、被検体の周囲１周、すなわち約２π［ｒａｄ］分の投影データが必要である。また、ハーフスキャン法では、１スライスの画像データを再構成するために、π＋α［ｒａｄ］（α：ファン角）分の投影データが必要である。本実施形態は、フルスキャン法とハーフスキャン法とのいずれの方法も適用可能である。

システム制御部４０は、Ｘ線ＣＴ装置１の中枢として機能する。具体的には、システム制御部４０は、記憶部４６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。これによりシステム制御部４０は、ＣＴスキャンを実行させることができる。

スキャンモードの例としては、高分解能の撮影に制限するための第１モードと、低分解能の撮影に制限するための第２モードと、それらの制限が解除される第３モードとがある。第１モードから第３モードの各モードとコリメータ１７の開口１７１の範囲及び位置とは対応付けられ、データベースとしてシステム制御部４０の内部メモリまたは記憶部４６に記憶されている。システム制御部４０は、第１モードから第３モードの入力を受けて、対応するコリメータ１７の開口１７１の範囲及び位置をスキャン制御部４１に出力する。

スキャン制御部４１は、ＣＴスキャンを実行するために架台１０（コリメータ１７、回転駆動部２０、高電圧発生部２２、天板移動手段２４、及びデータ収集回路２６）を制御する。

スキャン制御部４１は、システム制御部４０から出力された開口１７１の範囲及び位置を受けて、コリメータ１７を制御する。

システム制御部４０が第１モードを受けたとき、スキャン制御部４１は、開口１７１の位置を初期位置（中心線：図３に示す一点鎖線）からＺ１方向に所定量移動させ、かつ、開口１７１の範囲を初期値から小さくするようにコリメータ１７を制御する。それにより、Ｚ１側に配される小検出範囲（小さな検出サイズのＸ線検出素子）１８１と、Ｚ１側の小さな焦点サイズの焦点Ｆ１とが対応する。そのため、小さな検出器サイズのＸ線検出素子を十分に生かすことが可能となり、さらに、撮影時に高分解能を効率よく得ることができる。

また、スキャン制御部４１は、所定の送り量（例えば、小検出範囲１８１のＺ方向の幅に対応した量）を天板移動手段２４に出力する。天板移動手段２４は、送り量ずつ天板１４を移動させる。所定量ずつ移動された被検体に対して小さな焦点サイズの焦点Ｆ１からＸ線が照射され、小検出範囲１８１により検出されることにより、高分解能で被検体を撮影することができる。

高分解能の撮影に対し、低分解能であっても被検体を広範囲で撮影したい場合がある。大検出範囲１８２を用いることにより、低分解能で広範囲の撮影が可能となる。

図４は、第２モードでＣＴスキャンするときのＸ線検出器１８の図である。図４に互いに対応する大検出範囲（大きな検出サイズのＸ線検出素子）１８２と大きな焦点サイズの焦点Ｆ２とを示す。Ｘ線が検出される範囲の大きさにおいて、大検出範囲１８２は、小検出範囲１８１に比べ広い。

システム制御部４０が第２モードを受けたとき、スキャン制御部４１は、開口１７１の位置を初期位置（中心線：図４に示す一点鎖線）からＺ２方向に所定量移動させ、かつ、開口１７１の範囲を初期値から小さくするようにコリメータ１７を制御する。それにより、Ｚ２側に配される大検出範囲１８２と、Ｚ２側の大きな焦点サイズの焦点Ｆ２とが対応する。

また、スキャン制御部４１は、所定の送り量（例えば、大検出範囲１８２のＺ方向の幅に対応した量）を天板移動手段２４に出力する。天板移動手段２４は、送り量ずつ天板１４を移動させる。所定量ずつ移動された被検体に対して大きな焦点サイズの焦点Ｆ２からＸ線が照射され、大検出範囲１８２により検出されることにより、低分解能で広範囲の撮影をすることができる。

操作部４４は、操作者からの各種指令や情報入力を受け付ける。例えば、操作部４４は、ユーザにより入力デバイスを介して、スキャンモードを入力する。入力デバイスとしては、キーボードやマウス、スイッチ等が利用可能である。

表示部４５は、ＣＴ画像を表示デバイスに表示する。表示デバイスとしては、例えばＣＲＴディスプレイや、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等が利用可能である。

記憶部４６は、投影データやＣＴ画像のデータを記憶する。また、記憶部４６は、制御プログラムを予め記憶する。

〔動作〕
次に、Ｘ線ＣＴ装置１により実行されるＣＴスキャンついて図５を参照して説明する。図５は、Ｘ線ＣＴ装置１の動作を示すフローチャートである。なお、ここでは、操作部４４の操作により、第１モードがシステム制御部４０に入力されたとして説明する。

（Ｓ１０１：開口の範囲等を求める）
システム制御部４０は、入力された第１モードに対応するコリメータ１７の開口１７１の範囲及び位置を求め、求めた開口１７１の範囲等をスキャン制御部４１に出力する。

（Ｓ１０２：開口を制御する）
システム制御部４０に第１モードが入力されたとき、スキャン制御部４１は、第１モードに対応するコリメータ１７の開口１７１の範囲及び位置に基づき、コリメータ１７を制御する。開口１７１の範囲及び位置が調整されることにより、小検出範囲（小さな検出器サイズのＸ線検出素子）１８１と小さな焦点サイズの焦点Ｆ１とを対応させることが可能となる。

（Ｓ１０３：Ｘ線撮影）
小検出範囲１８１は、小さな焦点サイズの焦点Ｆ１から出射され、被検体を透過したＸ線を検出する。それにより、撮影時に高分解能を得ることができる。

（Ｓ１０４：再構成）
ＤＡＳ２６は、小検出範囲１８１により検出されたＸ線から投影データを収集する。再構成部３２は、投影データに基づいて画像を再構成する。それにより、高解像度の画像を取得することができる。

ここで、図３に示すＸ線検出器１８の比較例を挙げて説明する。図６は、比較例に係る均等型のＸ線検出器１８を示す図である。図６に示すように、均等型のＸ線検出器１８は、１．０ｍｍの大きな検出器サイズのＸ線検出素子がＸ−Ｚ方向に均一に配列されている。すなわち、Ｘ線検出器１８の全体が大検出範囲１８２から構成されている。

図６に示すＸ線検出器１８では、全体が大検出範囲１８２から構成されているため、開口１７１の範囲及び位置を調整しても、大検出範囲１８２と小さな焦点サイズの焦点Ｆ１とが対応さするが、大検出範囲１８２と小さな焦点サイズの焦点Ｆ１とを対応させても、撮影時に高分解能を得ることができない。

一方で、図６に示すＸ線検出器の全てのＸ線検出素子に小さな検出器サイズを用いたのでは、非効率である。
これに対して、図３に示すＸ線検出器１８において、Ｘ線検出器１８の一端側に小検出範囲１８１を設け、その小検出範囲１８１と小さな焦点サイズの焦点Ｆ１とを対応させることで、撮影時に高分解能を得ることができる。

次に、図３に示すＸ線検出器１８について比較例を挙げて説明する。図７は、比較例に係るハイブリッド型のＸ線検出器１８を示す図である。図７に示すように、Ｘ線検出器１８の体軸方向の中心部に小検出範囲１８１が配列され、小検出範囲１８１の前後に大検出範囲１８２が配列されている。

Ｘ線検出器１８の体軸方向（Ｚ方向）の中心部に小検出範囲１８１が配される比較例のＸ線検出器１８では、小検出範囲１８１には中程度の焦点サイズの焦点Ｆ３が対応していて、必ずしも小さな焦点サイズの焦点Ｆ１が対応せず、小さな検出器サイズのＸ線検出素子を十分に生かすことができない。

これに対して、図３に示すＸ線検出器１８において、Ｘ線検出器１８の一端側に小検出範囲１８１を設け、その小検出範囲１８１と小さな焦点サイズの焦点Ｆ１とを対応させたので、小さな検出器サイズのＸ線検出素子を十分に生かすことができる。

［第２実施形態］
前記第１実施形態では、体軸方向（Ｚ方向）の一端側に小検出範囲１８１が配されたＸ線検出器１８を示し、その小検出範囲１８１に小さな焦点サイズの焦点Ｆ１を対応させた。それにより、撮影時に高分解能を得ることが可能となった。また、比較例として、体軸方向の中心部に小検出範囲１８１が配されたハイブリッド型のＸ線検出器１８を示し、その小検出範囲１８１に中程度の焦点サイズの焦点Ｆ３を対応させた。それにより、撮影時に高分解能を得ることができなかった。

図７に示す比較例に係るハイブリッド型のＸ線検出器１８は、移動しないように回転フレーム１２に固定されている。しかし、このようなハイブリッド型のＸ線検出器１８であっても、撮影時に高分解能を得るために、小さな焦点サイズの焦点Ｆ１に小検出範囲１８１が対応するようにＸ線検出器１８を体軸方向（Ｚ方向）に移動可能に構成する。

次に、第２実施形態に係るＸ線ＣＴ装置について図８及び図９を参照して説明する。なお、第２実施形態においては、第１実施形態と異なる構成について主に説明し、同じ構成の説明を省略する。

Ｘ線検出器１８を体軸方向に移動させるための手段の一例を簡単に説明する。移動手段は、第１レール、第２レール、ラック、ピニオン、及び、モータを有する。第１レールは回転フレーム１２に固定される。第２フレームは第１フレームに体軸方向へ案内可能に嵌め込まれる。第２フレームにはＸ線検出器１８が設けられる。ラックは回転フレーム１２またはＸ線検出器１８の一方に固定され、体軸方向に延ばされる。モータは回転フレーム１２またはＸ線検出器１８の他方に設けられる。ピニオンは、ラックに噛み合わされ、モータにより回転する。

移動手段においては、ピニオンは、モータの回転によりラックと噛み合いながら体軸方向に相対移動する。そのため、第２フレームは、第１フレームの案内により体軸方向に移動する。それにより、Ｘ線検出器１８を体軸方向に移動させる。モータの回転を停止すると、ピニオンがラックに噛み合わされているので、第１レールと第２レールとの相対移動が阻止される。それにより、Ｘ線検出器１８を所定の位置（例えば、後述する第１位置、第２位置）に拘束する。

図８は、小さな焦点サイズの焦点に小検出範囲を対応させるように移動されたＸ線検出器を示す図である。

図８に示すように、Ｘ線検出器１８は、体軸方向（Ｚ方向）の中心部に小検出範囲１８１が配されている。また、小検出範囲１８１の前後に大検出範囲１８２が配されている。

Ｘ線検出器１８は、体軸方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されている。撮影時に高分解能を得るための第１モードに対応して、Ｘ線検出器１８の第１位置Ｄ１が予め定められている。撮影時に低分解能を得るための第２モードに対応して、Ｘ線検出器１８の第２位置Ｄ２が予め定められている。

（動作：第１モード）
システム制御部４０は、第１モードの入力を受けて、第１位置Ｄ１をスキャン制御部４１に出力する。スキャン制御部４１は、第１位置Ｄ１に基づいてＸ線検出器１８を移動させる。

また、システム制御部４０は、第１モードの入力を受けて、コリメータ１７の開口１７１の範囲及び位置をスキャン制御部４１に出力する。スキャン制御部４１は、開口１７１の範囲及び位置に基づいてコリメータ１７を移動させる。

スキャン制御部４１がＸ線検出器１８及びコリメータ１７を制御することで、小さな焦点サイズの焦点Ｆ１と小検出範囲１８１とが対応する。小検出範囲１８１は、小さな焦点サイズの焦点Ｆ１から出射され、被検体を透過したＸ線を検出する。それにより、撮影時に高分解能を得ることができる。

（動作：第２モード）
図９は、大きな焦点サイズの焦点に大検出範囲を対応させるように移動されたＸ線検出器を示す図である。

システム制御部４０は、第２モードの入力を受けて、第２位置Ｄ２をスキャン制御部４１に出力する。スキャン制御部４１は、第２位置Ｄ２に基づいてＸ線検出器１８を移動させる。

また、システム制御部４０は、第２モードの入力を受けて、コリメータ１７の開口１７１の範囲及び位置をスキャン制御部４１に出力する。スキャン制御部４１は、開口１７１の範囲及び位置に基づいてコリメータ１７を移動させる。

スキャン制御部４１がＸ線検出器１８及びコリメータ１７を制御することで、大きな焦点サイズの焦点Ｆ２と大検出範囲１８２とが対応する。大検出範囲１８２は、大きな焦点サイズの焦点Ｆ２から出射され、被検体を透過したＸ線を検出する。それにより、撮影時に低分解能を得ることができる。

［第３実施形態］
図６に示す均等型のＸ線検出器１８では、その全部が大検出範囲１８２により構成されているそのため、小さな焦点サイズの焦点Ｆ１と対応するＸ線検出素子の検出器サイズが大きいため、撮影時に高分解能を得ることができなかった。これに対して、Ｘ線検出器１８をＸ線管１６に対して傾けることにより、検出器サイズを小さくすることが可能となる。

なお、第３実施形態では、均等型のＸ線検出器１８が用いられたＸ線ＣＴ装置１として説明するが、ハイブリッド型のＸ線検出器１８が用いられてもよいことはいうまでもない。すなわち、小検出範囲１８１をＸ線管１６に対して傾けることにより、その検出器サイズをより小さくすることが可能となる。

次に、第３実施形態に係るＸ線ＣＴ装置について図１０から図１２を参照して説明する。なお、第３実施形態においては、第１実施形態と異なる構成について主に説明し、同じ構成の説明を省略する。

Ｘ線検出器１８を傾けるための手段の一例を簡単に説明する。傾動手段は、ベース、出力ギア、ピニオン、及び、モータを有する。ベースはＸ線検出器１８に固定される。出力ギアは、ベースに固定されると共に、傾き中心に回転軸を有している。モータは回転フレーム１２に固定される。ピニオンは、出力ギアに噛み合わされ、モータにより回転する。

傾動手段においては、ピニオンは、モータの回転により出力ギアを傾き中心に回転させる。そのため、ベース及びＸ線検出器１８を傾き中心に傾かせる。モータの回転を停止すると、ピニオンが出力ギアに噛み合わされているので、ベースの傾きが阻止される。それにより、Ｘ線検出器１８を所定の位置（例えば、後述する水平位置Ｄ３、傾き位置Ｄ４）に拘束する。

Ｘ線検出器１８には、その全部が大検出範囲１８２により構成された均等型が用いられている。

図１０は、Ｘ線管に対して傾けられたＸ線検出器１８を示す図である。図１０にＸ線検出器１８が傾けられた角度を”θ”で示す。Ｘ線管１６に対してＸ線検出器１８が傾けられることにより、検出器サイズが小さくなる。

次に、検出器サイズの変化について図１１を参照して説明する。図１１は変化する焦点サイズを示す図である。
図１１に示すように、Ｘ線検出器１８が傾けられる前の検出サイズを”Ｓ”、Ｚ方向に対して”θ”だけ傾けられたときの検出器サイズを”Ｓ’”とすると、”Ｓ’”は、次の式で表される。
Ｓ’＝Ｓ＊ｃｏｓθ （１）
なお、ここでは、隣接するＸ線検出素子同士を仕切る部材の大きさは無視するものとする。

図１２は、傾けられたＸ線検出器１８を左側に示し、傾けられる前のＸ線検出器１８を右側に示す図である。

Ｘ線検出器１８が傾けられることにより、その検出器サイズが小さくなる。これは、傾けられる前の位置（図１０にＤ３で示す水平位置）において、その全部が大検出範囲１８２で構成されたＸ線検出器１８から、傾けられた後の位置（図１０にＤ４で示す傾き位置）において、その全部が小検出範囲１８１で構成されたＸ線検出器１８に代わることに相当する。

したがって、その小検出範囲１８１と小さな焦点サイズの焦点Ｆ１とを対応させることで、撮影時に高分解能を得ることができる。また、Ｘ線検出器１８を小検出範囲１８１により構成せずとも、傾けられることにより、小検出範囲１８１を作り出すことが可能となる。

（動作：第２モード）
システム制御部４０は、第２モードの入力を受けて、水平位置Ｄ３をスキャン制御部４１に出力する。スキャン制御部４１は、水平位置Ｄ３に基づいてＸ線検出器１８を水平に傾ける。

スキャン制御部４１がＸ線検出器１８及びコリメータ１７を制御することで、大きな焦点サイズの焦点Ｆ２と大検出範囲１８２（図１２で右側に示す大検出範囲）とが対応する。大検出範囲１８２は、大きな焦点サイズの焦点Ｆ２から出射され、被検体を透過したＸ線を検出する。それにより、撮影時に低分解能を得ることができる。

（動作：第１モード）
システム制御部４０は、第１モードの入力を受けて、傾き位置Ｄ４をスキャン制御部４１に出力する。スキャン制御部４１は、傾き位置Ｄ４に基づいてＸ線検出器１８を傾ける。

スキャン制御部４１がＸ線検出器１８及びコリメータ１７を制御することで、小さな焦点サイズの焦点Ｆ１と小検出範囲１８１（図１２で左側に示す小検出範囲）とが対応する。小検出範囲１８１は、小さな焦点サイズの焦点Ｆ１から出射され、被検体を透過したＸ線を検出する。それにより、撮影時に高分解能を得ることができる。

前記実施形態の説明では、スキャンモードとして、高分解能の撮影に制限するための第１モード及び低分解能の撮影に制限するための第２モードについて説明した。それらの制限が解除される第３モードとしてもよい。第３モードにすることで、高分解能で撮影された投影データ及び、低分解能の撮影された投影データを得ることができ、それらの投影データを用いて所望の画像を再構成することが可能となる。

図１３は、中検出範囲１８３が設けられたＸ線検出器１８を示す図である。前記実施形態では、スキャン制御部４１がコリメータ１７及びＸ線検出器１８を制御することで、小さな焦点サイズの焦点Ｆ１と小検出範囲１８１とを対応させ、また、大きな焦点サイズの焦点Ｆ２と大検出範囲１８２とを対応させたものを示した。これに限らず、図１３に示すように、小検出範囲１８１と大検出範囲１８２との中間の中検出範囲１８３を設け、焦点Ｆ１と焦点Ｆ２との間の中ぐらいの焦点サイズの焦点を、前記中検出範囲１８３と対応させるようにスキャン制御部４１がコリメータ１７等を制御するようにしてもよい。

図１４は、架台１０をチルトさせたときの図である。実施形態では、Ｘ線検出器１８のみを傾けたものを示したが、図１４に示すように、架台１０をチルトさせることにより、体軸方向に対してＸ線管１６、コリメータ１７及びＸ線検出器１８を全体的に傾けるようにしてもよい。それにより、小さな焦点サイズの焦点Ｆ１と小検出範囲１８１とを対応させることが可能となる。

さらに、図１５に示すように、Ｘ線検出器１８を図１４に示す体軸（Ｚ軸）に対して傾けられた姿勢から、体軸と平行な姿勢に回転させてもよい。このときにおいても、小さな焦点サイズの焦点Ｆ１と小検出範囲１８１とを対応させることが可能となる。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態のＸ線ＣＴ装置について図１６及び図１７を参照して説明する。

第４実施形態では、第１実施形態と異なる構成について主に説明し、同じ構成については、その説明を省略する。

前記実施形態では、コリメータ１７を制御することにより、小検出範囲１８１に小さな焦点サイズの焦点Ｆ１を対応させた構成を示すとともに、Ｘ線検出器１８をＸ線管１６に対して傾けることにより、検出器サイズを小さくする構成を示した。それにより、撮影時に高分解能を得ることが可能となる。すなわち、高分解能を得るために、いずれの構成も、Ｘ線管１６以外のコリメータ１７やＸ線検出器１８を制御するものであった。

これに対し、第４実施形態では、Ｘ線管１６の出射面１６２を傾けることにより、焦点サイズを焦点Ｆ１に変更させるように制御手段が構成される。出射面１６２を傾ける方法としては、アノード１６１をフィラメント１６４（図２参照）に対して傾斜させるか、また、フィラメント１６４と共に傾斜させればよい。なお、制御手段は、前述するように、システム制御部４０及びスキャン制御部４１に相当する。

図１６はＸ線管１６の出射面１６２を反時計回りの方向に傾けたときの図である。図１６に示すように、出射面１６２を反時計回りの方向に傾けることにより、大きな焦点サイズの焦点Ｆ２となる。そして、焦点Ｆ２からのＸ線が大検出範囲１８２により検出される。焦点Ｆ２と大検出範囲１８２とを対応させる。それにより、ＣＴスキャンで取得される投影データのノイズを低減し、画像の濃度差を明確にすることができる。
画像の濃度差を明確にした図１６に示す状態から、画像の高解像度を得るためには、小さな焦点サイズの焦点Ｆ１と小検出範囲１８１とを対応させればよい。

図１７は、Ｘ線管１６の出射面１６２を時計回りの方向に傾けたときの図である。図１７に示すように、出射面１６２を時計回りの方向に傾けることにより、小さな焦点サイズの焦点Ｆ１となる。そして、焦点Ｆ１からのＸ線が小検出範囲１８１により検出される。それにより、ＣＴスキャンで取得される投影データに基づいて、画像の高解像度を得ることが可能となる。

なお、小検出範囲１８１や大検出範囲１８２などが配置されたハイブリッド型のＸ線検出器１８を用い、出射面１６２を傾けることにより、出射面１６２からのＸ線を小検出範囲１８１や大検出範囲１８２で検出する構成を示したが、これに限らない。Ｘ線検出器１８として、例えば、中検出範囲１８３を均一に配列した均等型のＸ線検出器１８を用い、出射面１６２を傾けることで、焦点サイズを焦点Ｆ１や焦点Ｆ２に変更させることにより、所望の画像を得るようにしてもよい。

［第５実施形態］
次に、第５実施形態のＸ線ＣＴ装置について図１８から図２０を参照して説明する。

第５実施形態では、第１実施形態と異なる構成について主に説明し、同じ構成については、その説明を省略する。

前記第４実施形態では、高分解能を得るために、Ｘ線管１６の出射面１６２を傾けることにより、焦点サイズを焦点Ｆ１に変更させるように制御手段が構成されるものを示した。

これに対して、第５実施形態では、出射面１６２を移動させることにより、小検出範囲１８１または大検出範囲１８２を選択するように制御手段が構成される。出射面１６２を移動させる方法としては、アノード１６１をフィラメント１６４（図２参照）に対して移動させるか、また、フィラメント１６４と共に移動させればよい。ここで、アノード１６１等を移動させる方向は、長手方向（Ｚ軸（体軸）方向）である。

図１８は、Ｘ線管の出射面をＺ２の方向に移動させたときの図である。図１８に示すように、出射面１６２をＺ２の方向に移動させることにより、Ｘ線管１６の出射面１６２からのＸ線が大検出範囲１８２により検出される。それにより、ＣＴスキャンで取得される投影データのノイズを低減し、画像の濃度差を明確にすることができる。

画像の濃度差を明確にした図１８に示す状態から、画像の高解像度を得るためには、出射面１６２からのＸ線が小検出範囲１８１により検出されるようにすれよい。

図１９は、出射面１６２をＺ１の方向に移動させたときの図である。図１９に示すように、出射面１６２をＺ１の方向に移動させることにより、出射面１６２からのＸ線が小検出範囲１８１により検出される。それにより、ＣＴスキャンで取得される投影データに基づいて、画像の高解像度を得ることが可能となる。

なお、図１８及び図１９では、所望の画像を得るために、出射面１６２を移動させたものを示したが、これに限らず、出射面１６２をＸ線検出器１８に対し相対的に移動させればよいことは言うまでもない。

図２０は出射面をＸ線検出器に対し相対的に移動させたときの図である。例えば、画像の濃度差を明確にした図１８に示す状態から、画像の高解像度を得るためには、Ｘ線検出器１８をＺ２の方向に移動させることにより、出射面１６２からのＸ線が小検出範囲１８１により検出される。それにより、ＣＴスキャンで取得される投影データに基づいて、画像の高解像度を得ることが可能となる。この状態から、濃度差を明確にした画像を得るためには、Ｘ線検出器１８をＺ１の方向に移動させることにより、出射面１６２からのＸ線が小検出範囲１８１により検出される。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１Ｘ線ＣＴ装置
１０架台（ガントリ）
１２回転フレーム
１４天板
１６Ｘ線管
１６１アノード
１６２出射面（ターゲット）
１６３カソード
１６４フィラメント
１７コリメータ
１８Ｘ線検出器
１８１小検出範囲
１８２大検出範囲
１８３中検出範囲
２０回転駆動部
２２高電圧発生部
２４天板移動手段
２６データ収集回路（ＤＡＳ）
３０コンソール
３１前処理部
３２再構成部
４０システム制御部
４１スキャン制御部
４４操作部
４５表示部
４６記憶部

Claims

天板に載置された被検体に対してＸ線管とＸ線検出器とを被検体の回りに回転させ、Ｘ線管から広がるようにコーン角を有するＸ線が被検体に対して照射され、被検体を透過しＸ線検出器により検出されたＸ線に基づき被検体の画像を取得するＸ線ＣＴ装置において、
前記Ｘ線管は、Ｘ線の出射面を有し、Ｘ線が照射される側から前記出射面を見た点である実効焦点のサイズが前記コーン角の一端において小さくなるように、かつ、前記コーン角の他端に向かって実効焦点のサイズが大きくなる構成にされ、
前記Ｘ線検出器は、区分けされた少なくとも二つの範囲を有し、
一方の範囲は、前記Ｘ線管から照射されたＸ線を検出する小さなサイズのＸ線検出素子が配列された小検出範囲を有し、
他方の範囲は、前記Ｘ線管から照射されたＸ線を検出する大きなサイズのＸ線検出素子が配列された大検出範囲を有し、
前記小検出範囲へのＸ線照射に際して前記実効焦点のサイズを小さくするように構成される制御手段を有する
ことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記制御手段は、前記小検出範囲を選択するとき、前記Ｘ線管の出射面を前記Ｘ線検出器に対して相対的に移動させる
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記制御手段は、前記実効焦点のサイズを変更させるとき、前記出射面を傾ける
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記小検出範囲は、長手方向の一端側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記小検出範囲は、長手方向の中央部に配置され、
前記Ｘ線検出器は、前記小検出範囲で少なくとも前記一端側の小さなサイズの実効焦点から照射されたＸ線を検出する位置まで前記長手方向に移動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記Ｘ線検出器の前記小検出範囲でＸ線を検出するときは、前記Ｘ線管に対して傾けられることにより、前記小検出範囲から見た前記実効焦点のサイズを小さくなるようにして検出することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記Ｘ線が通過する開口を有し、前記開口の範囲及び位置を調整することにより被検体に対するＸ線の進路を規制するコリメータと、
前記Ｘ線検出器及び前記コリメータを制御することで、前記小さなサイズの実効焦点と前記小検出範囲とを対応させる前記制御手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のＸ線ＣＴ装置。