JP6777556B2

JP6777556B2 - Ｘ線ｃｔ装置

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Publication number: JP6777556B2
Application number: JP2017008493A
Authority: JP
Inventors: 涼介土田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2020-10-28
Anticipated expiration: 2037-01-20
Also published as: JP2018114211A

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置に関し、特にＸ線管の焦点移動補正に関する。

Ｘ線ＣＴ装置とは、被検体にＸ線を照射するＸ線源と、被検体を透過したＸ線量を投影データとして検出するＸ線検出器とを被検体の周囲で回転させることにより得られる複数角度からの投影データを用いて被検体の断層画像を再構成し、再構成された断層画像を表示するものである。Ｘ線ＣＴ装置で表示される画像は、被検体の中の臓器の形状を描写するものであり、画像診断に使用される。

Ｘ線源は円錐台形状の回転する陽極と電子ビームを放出する陰極を備え、陽極の側面に陰極が放出した電子ビームを当てることでＸ線を照射する。陽極における電子ビームの衝突点がＸ線源の焦点である。焦点は、陽極の熱膨張やＸ線ＣＴ装置の回転による遠心力などの外力によって位置が変動（移動）する。一方、Ｘ線検出器は、複数のＸ線検出素子から構成されており各素子のＸ線感度は異なる。そのため、Ｘ線ＣＴ装置は、被写体を撮影する本撮影前にＸ線検出器を構成する素子のＸ線感度の補正を行うためのキャリブレーションデータを取得および記憶し、そのキャリブレーションデータを用いて本撮影時においてＸ線を検出する各素子のＸ線感度を補正し、断層画像を再構成する。

このため、キャリブレーションデータ取得時と本撮影時とでＸ線源の焦点位置が移動すると、Ｘ線の感度特性が変化して補正が正しく行われず、断層画像にアーチファクトやＣＴ値の変動が生じてしまう。このＸ線源の焦点移動に対して、特許文献１に示すように、Ｘ線源の焦点移動量をＸ線検出器の任意の列の出力値を用いて算出し補正する技術が提案されている。

特開２００１−９５７９２号公報

特許文献１では、本撮影中にＸ線源の焦点移動量を算出するのに用いるＸ線検出器の任意の列が被検体によって一部でも遮られた場合ではＸ線源の焦点移動補正が中断する。そのため、断層画像にアーチファクトやＣＴ値の変動といった画質劣化が生じたり、無効被ばくが生じたりする可能性がある。

本撮影中にＸ線源の焦点移動量を算出するのに用いるＸ線検出器の任意の列が被検体によって一部が遮られた場合でも、Ｘ線源の焦点移動補正を行うのを可能とすることが求められる。

Ｘ線管と、Ｘ線管に対向配置され、Ｘ線管からのＸ線の強度を出力するＸ線検出素子を複数有するＸ線検出器と、Ｘ線管及びＸ線検出器を搭載し、被検体の周囲を回転する回転盤と、Ｘ線管の焦点移動量を算出し、焦点移動量から焦点移動補正量を算出する焦点移動補正量算出装置と、焦点移動補正量に基づき焦点移動補正を行う焦点移動補正装置とを有し、焦点移動補正量算出装置は、Ｘ線検出器のＸ線検出素子の各々について被検体による遮蔽の有無を判定し、遮蔽されていないと判定されたＸ線検出素子から所定の条件を満たすＸ線検出素子を選択し、選択されたＸ線検出素子の出力値から焦点移動量を算出する。

本撮影中にＸ線を減弱させる被検体によってＸ線検出器の特定列の一部が遮られた場合でもＸ線源の焦点移動補正が可能となる。

実施例１に係るＸ線ＣＴ装置の構成図である。Ｘ線検出器の構成図である。Ｘ線ＣＴ装置の撮影処理フローである。焦点移動補正処理フローである。Ｘ線検出素子の選択例である。Ｘ線検出素子の選択例である。Ｘ線検出素子の別の選択例である。Ｘ線検出素子の別の選択例である。機械的な誤差によるＸ線の歪みを説明するための図である。機械的な誤差によるＸ線の強度の不均一を説明するための図である。Ｘ線の歪みや強度不均一が生じた場合のＸ線出力特性を説明するための図である。焦点移動補正処理フローの変形例である。ヒール効果を説明するための図である。ヒール効果によるＸ線の強度の不均一を説明するための図である。ヒール効果による強度の不均一が生じた場合のＸ線出力特性を説明するための図である。回転盤回転角度によるフロント側Ｘ線検出素子の出力変動を示す図である。回転盤回転角度によるリア側Ｘ線検出素子の出力変動を示す図である。実施例２に係るＸ線ＣＴ装置の構成図である。実施例３に係るＸ線ＣＴ装置の構成図である。コリメータの位置制御による焦点移動補正を説明するための図である。コリメータの位置制御による焦点移動補正を説明するための図である。コリメータの位置制御による焦点移動補正を説明するための図である。

図１は実施例１にかかるＸ線ＣＴ装置１の構成図である。Ｘ線ＣＴ装置１はスキャンガントリ部１００と操作卓１２０とを備える。スキャンガントリ部１００は、Ｘ線管１０１と、回転盤１０２と、コリメータ１０３と、Ｘ線検出器１０４と、焦点移動補正量算出装置１０５と、焦点移動補正装置１０６と、回転盤制御装置１０７と、Ｘ線管制御装置１０８とを備えている。Ｘ線管１０１は被検体に照射するＸ線を発生させるＸ線源装置である。回転盤１０２は、Ｘ線管１０１とコリメータ１０３とＸ線検出器１０４とを搭載し、被検体１０９の周囲を回転する。回転盤１０２を回転させることにより、Ｘ線管１０１とＸ線検出器１０４は少しずつ角度の異なる多数の投影データを収集する。コリメータ１０３はＸ線管１０１から発生されるＸ線の放射領域を成形する装置である。

Ｘ線検出器１０４は、回転盤１０２にＸ線管１０１と対向配置され、図２に示すように多数のＸ線検出素子１３１を回転盤１０２の回転軸に平行なスライス厚方向にＩ個、回転盤１０２の回転方向に平行なチャネル方向にＪ個、２次元に配列したものである。Ｘ線検出器１０４は各々のＸ線検出素子１３１の出力を集積し、投影データとして出力する。Ｘ線管１０１はＸ線検出素子１３１の中心１３２と対向するように回転盤１０２に配置される。中心１３２を通って、チャネル方向に伸びる軸をｙ軸、中心１３２を通って、スライス厚方向に伸びる軸をｚ軸と称する。また、Ｉ×Ｊ個のＸ線検出素子１３１で構成されたＸ線検出器１０４において、Ｘ線検出素子１３１のそれぞれをその座標にて特定する。図２に示すように、左下隅の座標を（１，１）、右下隅の座標を（１，Ｊ）、左上隅の座標を（Ｉ，１）、右上隅の座標を（Ｉ，Ｊ）とする。さらに、ｙ軸よりも下側（Ｘ線ＣＴ装置１としては、被検体１０９を載せる寝台（図示せず）側）に位置するＸ線検出素子をフロント側Ｘ線検出素子、ｙ軸よりも上側のＸ線検出素子をリア側Ｘ線検出素子と称することもある。

Ｘ線検出器１０４からの投影データは、焦点移動補正量算出装置１０５および画像演算装置１２２に送信される。焦点移動補正量算出装置１０５は、焦点移動量を算出し焦点移動補正装置１０６に補正量を送信する装置である。焦点移動補正装置１０６は、送信された補正量に基づきＸ線管１０１の位置を制御することで焦点移動の影響を補正する装置である。

回転盤制御装置１０７は操作卓１２０のシステム制御装置１２４からの指令に従い回転盤１０２の回転およびコリメータ１０３の位置を制御する装置である。Ｘ線管制御装置１０８はシステム制御装置１２４からの指令に従いＸ線管１０１に入力される電力を制御する装置である。

操作卓１２０は、入力装置１２１と画像演算装置１２２と表示装置１２５と記憶装置１２３とシステム制御装置１２４とを備えている。入力装置１２１は、被検体氏名、検査日時、撮影条件などを入力するための装置であり、具体的にはキーボードやポインティングデバイスである。画像演算装置１２２は、Ｘ線検出器１０４の出力データを演算処理してＣＴ画像再構成を行う装置である。表示装置１２５は、画像演算装置１２２で作成されたＣＴ画像を表示する装置であり、具体的にはＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）や液晶ディスプレイ等である。記憶装置１２３は、Ｘ線検出器１０４の出力する投影データおよび画像演算装置１２２で作成されたＣＴ画像の画像データを記憶する装置であり、具体的にはＨＤＤ（Hard Disk Drive）等である。システム制御装置１２４は、検査者による入力装置１２１からの指示を受けて、操作卓１２０及びスキャンガントリ部１００の回転盤制御装置１０７とＸ線制御装置１０８とを制御する。

次に、図３を用いてＸ線ＣＴ装置の撮影処理フローを説明する。まず、入力装置１２１を介して撮影条件が設定される（ステップＳ２０１）。撮影条件は、Ｘ線管電圧やＸ線管電流、回転速度、コリメーション、撮影時間などである。入力された撮影条件に基づき、回転盤制御装置１０７は回転盤１０２の回転および、Ｘ線の放射領域を成形するためコリメータ１０３の位置を制御する（ステップＳ２０２）。

ステップＳ２０３にて、Ｘ線管制御装置１０８がＸ線管１０１に入力する電力を制御することにより、Ｘ線管１０１は撮影条件に応じたＸ線を照射する。Ｘ線検出器１０４は、Ｘ線管１０１から照射され、被検体を透過したＸ線を多数のＸ線検出素子１３１で検出し投影データとして出力する。

ステップＳ２０５では、ステップＳ２０１で入力された撮影時間分の投影データを取得したかにより撮影終了を判定する。必要な投影データを取得完了した場合は撮影終了処理（ステップＳ２０６）へ移行する。投影データの取得が未完の場合は、回転盤制御装置１０７は回転盤１０２を所定角度回転させ、異なる角度から被検体に再度Ｘ線を照射し、被検体を透過したＸ線をＸ線検出器１０４で検出し、投影データとして出力する（ステップＳ２０３）。

回転盤１０２を１回転させる間に例えば千回から数千回の投影データの取得が行われる。一連の投影データ取得の途中でＸ線源の焦点位置が移動するとＸ線の感度特性が変化し、画像劣化の原因となる。このような変化を抑制するため、撮影期間中に１または複数回、焦点移動に対する補正を実施する（ステップＳ２０４）。例えば、回転盤１０２の任意の回転角度ごと、例えば、３６０°毎に焦点移動補正を行ってもよいし、４５°毎に焦点移動補正を行ってもよい。焦点移動補正の詳細については以下で詳述する。

ステップＳ２０６にて、撮影終了処理として、Ｘ線管制御装置１０８はＸ線管１０１に入力する電力を制御し、Ｘ線管１０１によるＸ線照射を終了する。また、回転盤制御装置１０７によって回転盤１０２の回転を停止させる。

なお、図３には示していないが、撮影終了処理（ステップＳ２０６）実行後において、Ｘ線検出器１０４が取得した様々な角度からの投影データは画像演算装置１２２に送信され、ＣＴ画像として再構成される。再構成して得られたＣＴ画像は表示装置１２５に表示される。

焦点移動補正の処理方法について図４を用いて説明する。焦点移動補正処理は、焦点移動補正量算出装置１０５による焦点移動補正量の算出と焦点移動補正装置１０６による算出した補正量に基づく補正を含む。焦点移動補正量の算出にあたっては、Ｍ個の投影データに基づいて算出するものとする。すなわち、角度θ_ｃにて焦点移動補正量を補正するものとすると、それ以前に取得されるθ_ｃ−ｍ（１≦ｍ≦Ｍ）にて被検体にＸ線を照射して得られるＭ個の投影データから角度θ_Ｃにおける焦点移動補正量を算出する。

まず、ステップＳ３０１にて、角度θ_ｃ−ｍにてＸ線検出素子１３１が被検体によって遮られていないかの判定（遮蔽判定）および故障していないかの判定（故障判定）をする。遮蔽判定の方法は、座標（ｉ，ｊ）のＸ線検出素子の出力値ｄ（ｉ，ｊ，θ_ｃ−ｍ）と被検体が座標（ｉ，ｊ）のＸ線検出素子を遮らないときの管電流あたりの出力値ｄ_Ａｉｒ（ｉ，ｊ）との比Ｄ（ｉ，ｊ，θ_ｃ−ｍ）を（数１）により算出し、Ｄ（ｉ，ｊ，θ_ｃ−ｍ）が遮蔽判定閾値Ｅ以上であれば遮蔽なし、Ｄ（ｉ，ｊ，θ_ｃ−ｍ）がＥより小さければ遮蔽ありとする。

なお、ｄ_Ａｉｒ（ｉ，ｊ）は、予め被検体が座標（ｉ，ｊ）のＸ線検出素子を遮らない時に取得した角度θ_ｃ−ｍにおける出力値でもよいし、様々な角度における出力値の平均値を用いてもよい。遮蔽判定閾値Ｅは、例えば0.9であり適宜適切な値を設定する。

故障判定の方法は遮蔽判定と同様に、（数１）により算出されるＤ（ｉ，ｊ，θ_ｃ−ｍ）が故障判定上限閾値Ｆｕ以上、または故障判定下限閾値Ｆｌより小さければ出力値が異常なため故障と判定する。故障判定上限閾値Ｆｕは、例えば1.5であり適宜適切な値を設定する。同様に、故障判定下限閾値Ｆｌは、例えば0であり適宜適切な値を設定する。

次に、ステップＳ３０２にて焦点移動量の算出に用いるＸ線検出素子１３１を選択する。焦点移動量の算出には、Ｘ線検出器１０４のうち、フロント側Ｘ線検出素子の出力値ｄｆとリア側Ｘ線検出素子の出力値ｄｒの１つずつの対（ｄｆ，ｄｒ）を選択して用いる。出力値ｄｆと出力値ｄｒとは、角度θ_ｃ−ｍにてＸ線を照射したときに被検体によって遮られていない正常なＸ線検出素子１３１の出力値の中から、次の２つの条件を満たす出力値の対（ｄｆ，ｄｒ）とする。

条件１：Ｘ線検出器１０４のｙ軸に対して線対称位置にあるＸ線検出素子１３１の出力値の対か、Ｘ線検出器１０４の中心１３２に対して点対称位置にあるＸ線検出素子１３１の出力値の対である。

条件２：Ｘ線検出器１０４のｚ軸方向に対して最も外側、かつｙ軸方向に対して最も内側に位置するＸ線検出素子１３１の出力値の対である。

なお、条件を満たす出力値の対が複数ある場合は、ｙ軸方向（チャネル方向）の座標ｊが最も小さいＸ線検出素子の出力値を含む対を優先して選択する。

図５Ａ，図５Ｂに、条件１及び条件２に基づき選択されたＸ線検出素子１３１の対の例を示す。Ｘ線管１０１およびＸ線検出器１０４が被検体１０９の正面にある場合が図５Ａであり、側面にある場合が図５Ｂである。被検体によって遮蔽されているＸ線検出素子については網掛けで示している。なお、図ではＸ線管１０１からのＸ線が照射される範囲のＸ線検出器１０４を示している。すなわち、撮影時のスライス厚の設定によっては撮影時にそもそもＸ線が照射されないＸ線検出素子１３１が存在する可能性があるが、それらについては表示を省略している。

投影データ毎に、遮蔽されておらず、かつ正常なＸ線検出素子から条件１および条件２を満たすＸ線検出素子の出力値の対を選択する。このように２つの条件を設けた理由は、（１）焦点移動量の検知をしやすくするため、Ｘ線ビームのプロファイル形状の裾野付近のデータを取得するため、ｚ軸方向にはできるだけ離れたＸ線検出素子の対を選択する、（２）後述する取り付け誤差のように他の要因による強度変化を受けるため、ｙ軸方向には中心（またはｚ軸）にできるだけ近接したＸ線検出素子の対を選択する、ようにしたものである。

図５Ａの例では、（ｄｆ，ｄｒ）として（Ｘ線検出素子５１の出力値，Ｘ線検出素子５２の出力値）を選択する。なお、ｙ軸に対してリア側Ｘ線検出素子５２と線対称の位置にあるＸ線検出素子も条件１，２を満たしているが、ｙ軸方向の座標ｊがより小さいフロント側Ｘ線検出素子５１を選択している。また、図５Ｂの例では、（ｄｆ，ｄｒ）として（Ｘ線検出素子５３の出力値，Ｘ線検出素子５４の出力値）を選択する。

ステップＳ３０３にて、角度θ_ｃ−ｍにてＸ線を照射することによって取得された撮像データにおいて選択されたＸ線検出素子の出力値の対（ｄｆ（θ_ｃ−ｍ），ｄｒ（θ_ｃ−ｍ））を用いて焦点移動量Ｚ（Ｒ（θ_ｃ−ｍ））を算出する。焦点移動量Ｚは、（数２）に示す出力値ｄｆと出力値ｄｒの比Ｒ（θ_ｃ−ｍ）と（数３）に示す比Ｒ（θ_ｃ−ｍ）を変数とする多項式により算出する。

数３における多項式の係数ａ_ｋは、Ｒ（θ_ｃ−ｍ）とｚ軸方向の焦点移動量を関連付ける変換係数である。算出したＺ（Ｒ（θ_ｃ−ｍ））は記憶しておく。

なお、焦点移動補正量算出装置１０５のＺ（Ｒ（θ_ｃ−ｍ））の演算処理の負担を軽減するため、Ｒ（θ）に対応するＺ（Ｒ（θ））を予め算出および記憶しておき、予め算出したＺ（Ｒ（θ））を参照してＲ（θ_ｃ−ｍ）に対応するＺ（Ｒ（θ_ｃ−ｍ））を求めてもよい。また、投影データを取得する角度ごとに連続してＺ（Ｒ（θ_ｃ−ｍ））を算出するのではなく、一定角度ごと、すなわち一定時間間隔をあけてＺ（Ｒ（θ_ｃ−ｍ））を算出してもよい。

ステップＳ３０４にて、焦点移動量Ｚ（Ｒ（θ_ｃ−ｍ））の算出回数を判定する。焦点移動に対する補正量Ｃ（θ_ｃ）には例えば、θ_ｃ近傍であるθ_ｃ−１にて算出したＺ（Ｒ（θ_ｃ−１））を用いることもできるが、複数のＺ（Ｒ（θ_ｃ−ｍ））（１≦ｍ≦Ｍ）の代表値を用いればノイズ成分を除去できるためＣ（θ_ｃ）の精度が向上する。一方で、Ｚ（Ｒ（θ_ｃ−ｍ））の算出回数を多くするとＣ（θ_ｃ）の算出を開始するまでの時間が長くなる。そのため、装置ごとの焦点移動特性を考慮し適切な算出回数Ｍを設定しておく。Ｚ（Ｒ（θ_ｃ−ｍ））の算出回数が設定回数Ｍよりも少ない場合はステップＳ３０１からＳ３０３を繰り返し、算出回数が設定回数Ｍを満たす場合はステップＳ３０５に進む。

ステップＳ３０５にて、角度θ_ｃにおける焦点移動に対する補正量Ｃ（θ_ｃ）を算出する。複数のＺ（Ｒ（θ_ｃ−ｍ））（１≦ｍ≦Ｍ）の代表値の取り方はいろいろ考えられるが、ここで焦点移動量の平均値とし（数４）により算出する。

その後、ステップＳ３０６にて、焦点移動補正装置１０６が焦点移動補正量算出装置１０５の補正量Ｃ（θ_ｃ）の算出結果に基づき、Ｘ線管１０１の位置を移動させることで焦点移動の影響を補正する。

本実施例では、遮蔽判定および故障判定を行った後に、Ｘ線検出素子１３１の出力値の中から適切な出力値を選択してＸ線管１０１の焦点移動量を算出して補正するため、被検体によりＸ線検出器の一部が遮蔽されている場合や特定のＸ線検出素子１３１が故障し出力値が異常となっている場合においてもＸ線管１０１の焦点移動補正を行うことが可能となる。そのため、被検体の撮影中において焦点移動に起因するアーチファクトやＣＴ値の変動が生じにくくなり断層画像の画質が向上する。また、故障した特定のＸ線検出素子１３１が断層画像に与える悪影響が十分小さければＸ線ＣＴ装置１の動作を続けることも可能となる。

先に、図５Ａ及び図５Ｂを用いて焦点移動補正量の算出方法について説明したが、本実施例の焦点移動補正量の算出方法はこれに限られない。フロント側Ｘ線検出素子の出力値とリア側Ｘ線検出素子の出力値との対（ｄｆ，ｄｒ）として、それぞれ複数のフロント側Ｘ線検出素子の出力値ｄｆの代表値（例えば、加算値または平均値）、複数のリア側Ｘ線検出素子の出力値ｄｒの代表値（例えば、加算値または平均値）を用いる例について説明する。

図５Ａ及び図５Ｂの例では、条件を満たす１つのフロント側Ｘ線検出素子と１つのリア側Ｘ線検出素子との対を選択していた。これに対し、図６Ａ及び図６Ｂの例では、条件を満たす１つのフロント側Ｘ線検出素子と１つのリア側Ｘ線検出素子との対を複数選択し、選択された対のフロント側Ｘ線検出素子の加算値または平均値、選択された対のリア側Ｘ線検出素子の加算値または平均値を出力値とする。ただし、選択する対の数が多くなるほど演算負荷が増大するため、この点を考慮して適切な数を定める。

図６Ａ，図６Ｂは条件１及び条件２に基づき選択された４組のＸ線検出素子１３１の対の例である。Ｘ線管１０１およびＸ線検出器１０４が被検体１０９の正面にある場合が図６Ａであり、側面にある場合が図６Ｂである。被検体によって遮蔽されているＸ線検出素子については網掛けで示している。図５Ａ，図５Ｂと同様にＸ線管１０１からのＸ線が照射される範囲のＸ線検出器１０４のみを示している。投影データ毎に、遮蔽されておらず、かつ正常なＸ線検出素子から条件１および条件２を満たす複数のＸ線検出素子の出力値の対を選択する。

図６Ａの例では、出力値ｄｆを求めるため４つのフロント側Ｘ線検出素子５６（出力値ｄｆ_ｎ）を、出力値ｄｒを求めるため４つのリア側Ｘ線検出素子５７（出力値ｄｒ_ｎ）を選択する。同様に、図６Ｂの例では、出力値ｄｆを求めるため４つのフロント側Ｘ線検出素子５８（出力値ｄｆ_ｎ）を、出力値ｄｒを求めるため４つのリア側Ｘ線検出素子５９（出力値ｄｒ_ｎ）を選択する。

選択する対の数をＮとし、角度θ_ｃ−ｍにてＸ線を照射することによって取得された撮像データにおいて選択されたＸ線検出素子の出力値の複数の組み合わせ（ｄｆ_ｎ（θ_ｃ−ｍ），ｄｒ_ｎ（θ_ｃ−ｍ））（１≦ｎ≦Ｎ）を選択し、代表値として平均値を用いるとすると、

（数５）、（数６）により（ｄｆ（θ_ｃ−ｍ），ｄｒ（θ_ｃ−ｍ））を求め、これに基づき、上述の通り、焦点移動量Ｚ（Ｒ（θ_ｃ−ｍ））、補正量Ｃ（θ_ｃ）を算出する。

このように、角度θ_ｃ−ｍにおいて複数のＸ線検出素子１３１の出力値の複数の組み合わせを選択して焦点移動量の算出を行うためノイズ成分を除去することが可能であり、焦点移動量の精度が向上する。また、ステップＳ３０４における焦点移動量の算出回数を低減しても一定の精度を保つことができるため、焦点移動に対する補正量の算出頻度を多くすることができる。

さらに、焦点移動補正量の算出方法の別の変形例について説明する。Ｘ線ＣＴ装置１では、組立時にＸ線管１０１やコリメータ１０３、Ｘ線検出器１０４の取り付け誤差が生じることがあり、このような機械的な誤差は、図７Ａに示すようなＸ線検出器１０４に照射されるＸ線の歪みや図７Ｂに示すようなＸ線強度の不均一を生ずることがある。Ｘ線検出器１０４に照射されるＸ線７１，７２につき、その強度の不均一をその濃淡により表現している。濃度が高い方が、Ｘ線強度が高いことを示す。この結果、スライス厚方向ｉ番目のチャネル方向１〜Ｊ番目におけるＸ線検出素子（ｉ，１）〜（ｉ，Ｊ）の出力値には、例えば、図８に示すような特性が生じる。

このような特性を考慮した焦点移動補正量の算出方法を図９に示す。図４と共通のステップについては説明を省略するが、ステップＳ４０１において、選択したＸ線検出素子１３１の出力値にチャネル方向のＸ線に対する出力特性を考慮した係数（Ｘ線出力特性係数α（ｉ，ｊ））を乗じて補正を行う。Ｘ線出力特性係数α（ｉ，ｊ）は予め被検体によって遮られていない状態で、スライス厚方向ｉ番目のチャネル方向１〜Ｊ番目におけるＸ線検出素子（ｉ，１）〜（ｉ，Ｊ）の出力値を用いて算出し記憶しておく。

ｄ’（ｉ，ｊ，θ_ｃ−ｍ）は実測の出力値であり、後続するステップＳ３０３では実測の出力値を（数７）により補正した出力値ｄ（ｉ，ｊ，θ_ｃ−ｍ）を用いて焦点移動量の算出を行う。

これにより、チャネル方向のＸ線検出素子１３１の出力特性を補正して焦点移動量の算出を行うため、機械的な誤差の影響を低減し高精度な焦点移動量の算出が可能となる。

さらに、焦点移動補正量の算出方法の別の変形例について説明する。Ｘ線管１０１は、図１０に示すように円錐台形状の回転する陽極２０１と電子ビーム２０３を放出する陰極２０２とを備え、陽極２０１の側面に陰極２０２が放出した電子ビーム２０３を当てることでＸ線を発生させる。発生したＸ線は拡散しながら広がるが、Ｘ線２０４の陰極側が陽極２０１を透過する距離ｄ１とＸ線２０４の陽極側が陽極２０１を透過する距離ｄ２とを比べるとｄ２の方が長くＸ線の強度はより減弱するため、Ｘ線検出器１０４に入射するＸ線は図１１に示すようにｚ軸方向（スライス厚方向）にＸ線強度が不均一となる（ヒール効果）。Ｘ線検出器１０４に照射されるＸ線７３につき、その強度の不均一をその濃淡により表現している。濃度が高い方が、Ｘ線強度が高いことを示す。ヒール効果により、チャネル方向ｊ番目のスライス厚方向１〜Ｉ番目におけるＸ線検出素子（１，ｊ）〜（Ｉ，ｊ）の出力値において図１２に示すような特性が生じる。

このような特性を考慮して、焦点移動補正量の算出を図９にしたがって実行する。ステップＳ４０１において、選択したＸ線検出素子１３１の出力値にチャネル厚方向のＸ線に対する出力特性を考慮した係数（ヒール効果補正係数β（ｉ，ｊ））を乗じて補正を行う。ヒール効果補正係数β（ｉ，ｊ）は予め被検体によって遮られていない状態で、チャネル方向ｊ番目のスライス厚方向１〜Ｉ番目におけるＸ線検出素子（１，ｊ）〜（Ｉ，ｊ）の出力値を用いて算出し記憶しておく。

ｄ’（ｉ，ｊ，θ_ｃ−ｍ）は実測の出力値であり、後続するステップＳ３０３では実測の出力値を（数８）により補正した出力値ｄ（ｉ，ｊ，θ_ｃ−ｍ）を用いて焦点移動量の算出を行う。

これにより、スライス厚方向のＸ線検出素子１３１の出力特性を補正して焦点移動量の算出を行うため、ヒール効果の影響を低減し高精度な焦点移動量の算出が可能となる。

さらに、焦点移動補正量の算出方法の別の変形例について説明する。Ｘ線ＣＴ装置１では、回転盤１０２の回転による遠心力などの外力によってＸ線管１０１の焦点移動が生じる。この際、Ｘ線検出器１０４を構成するＸ線検出素子１３１の出力は図１３Ａ，図１３Ｂに示すような周期的な出力変動特性が生ずる。例えば、フロント側Ｘ線検出素子では図１３Ａのように周期的に出力が大きくなり、逆にリア側Ｘ線検出素子では図１３Ｂのように周期的に出力が小さくなる。

このような特性を考慮して、焦点移動補正量の算出を図９にしたがって実行する。ステップＳ４０１において、選択したＸ線検出素子１３１の出力値に回転盤回転角度に対する出力特性を考慮した係数（回転盤回転角度係数γ（ｉ，ｊ，θ_ｃ−ｍ），δ（ｉ，ｊ，θ_ｃ−ｍ））を乗じて補正を行う。回転盤回転角度係数γ（ｉ，ｊ，θ_ｃ−ｍ），δ（ｉ，ｊ，θ_ｃ−ｍ）は予め被検体によって遮られていない状態で、回転盤回転角度毎のＸ線検出素子の出力値を用いて算出し記憶しておく。

ｄｆ’（ｉ，ｊ，θ_ｃ−ｍ）はフロント側Ｘ線検出素子の実測での出力値、ｄｒ’（ｉ，ｊ，θ_ｃ−ｍ）はリア側Ｘ線検出素子の実測での出力値である。後続するステップＳ３０３では実測の出力値を（数９）または（図１０）により補正した出力値ｄｆ（ｉ，ｊ，θ_ｃ−ｍ）またはｄｒ（ｉ，ｊ，θ_ｃ−ｍ）を用いて焦点移動量の算出を行う。

これにより、Ｘ線検出素子１３１の回転盤回転角度に対する周期的な出力変動特性を補正して焦点移動量の算出を行うため、回転盤回転角度の影響を低減し焦点移動に対する補正量の算出ステップＳ３０３と焦点移動補正ステップＳ３０６に一定の間隔がある場合でも適切な焦点移動補正が可能となる。

以上、焦点移動補正の算出方法につきいくつかの変形例を説明したが、これらは単独での、あるいは組み合わせての適用が可能なものである。

次に、実施例２のＸ線ＣＴ装置２について図１４を用いて説明する。実施例１のＸ線ＣＴ装置１との異なる点は、焦点移動補正装置１１０がＸ線検出器１０４の位置を制御することで焦点移動の影響を補正することである。焦点移動補正のフローについては図３、図４、図９に示すとおり実施例１と同様であるが、ステップＳ３０６（図４、図９）における焦点移動補正実施の処理が異なる。すなわち、ステップＳ３０６にて、焦点移動補正装置１１０が焦点移動補正量算出装置１０５の算出結果に基づいてＸ線検出器１０４の位置を移動させることで焦点移動の影響を補正する。焦点移動補正は、回転盤１０２の任意の回転角度毎、例えば、３６０°毎に焦点移動補正を行ってもよいし、４５°毎に焦点移動補正を行ってもよい。

次に、実施例３のＸ線ＣＴ装置３について図１５を用いて説明する。実施例１のＸ線ＣＴ装置１との異なる点は、焦点移動補正装置１１１がコリメータ１０３の位置を制御することで焦点移動の影響を補正することである。焦点移動補正のフローについては図３、図４、図９に示すとおり実施例１と同様であるが、ステップＳ３０６（図４、図９）における焦点移動補正実施の処理が異なる。

ステップＳ３０６にて、焦点移動補正装置１１１が焦点移動補正量算出装置１０５の算出結果に基づいてコリメータ１０３の位置を移動させることで焦点移動の影響を補正する。すなわち、Ｘ線管１０１の焦点の移動に伴うＸ線の照射範囲の移動をコリメータ１０３の位置を制御して補正する。コリメータ１０３の位置制御による焦点移動補正について図１６Ａ〜Ｃを用いて説明する。

焦点移動前は、図１６Ａに示すようにＸ線管１０１が照射するＸ線２０４はＸ線検出器１０４の全ての列に入射している。しかしながら、焦点移動が生じることにより、図１６Ｂに示すように、Ｘ線管１０１が照射するＸ線はＸ線検出器１０４の一部の列にしか入射しなくなり、かつＸ線検出器１０４の外側に不要なＸ線が照射するようになる。このような焦点移動に対してコリメータ１０３の位置制御による焦点移動補正を行うと、図１６Ｃに示すようにＸ線管１０１が照射するＸ線は図１６Ａ同様にＸ線検出器１０４の全ての列に入射され、図１６Ｂの様な不要なＸ線の照射がなくなる。焦点移動補正は、回転盤１０２の任意の回転角度毎、例えば、３６０°毎に焦点移動補正を行ってもよいし、４５°毎に焦点移動補正を行ってもよい。

１，２，３：Ｘ線ＣＴ装置、１００：スキャンガントリ部、１０１：Ｘ線管、１０２：回転盤、１０３：コリメータ、１０４：Ｘ線検出器、１０５：焦点移動補正量算出装置、１０６，１１０，１１１：焦点移動補正装置、１０７：回転盤制御装置、１０８：Ｘ線管制御装置、１０９：被検体、１２０：操作卓、１２１：入力装置、１２２：画像演算装置、１２３：記憶装置、１２４：システム制御装置、１２５：表示装置、１３１：Ｘ線検出素子。

Claims

Ｘ線管と、
前記Ｘ線管に対向配置され、前記Ｘ線管からのＸ線の強度を出力するＸ線検出素子を複数有するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管及び前記Ｘ線検出器を搭載し、被検体の周囲を回転する回転盤と、
前記Ｘ線管の焦点移動量を算出し、算出した焦点移動量から焦点移動補正量を算出する焦点移動補正量算出装置と、
前記焦点移動補正量に基づき焦点移動補正を行う焦点移動補正装置とを有し、
前記焦点移動補正量算出装置は、前記Ｘ線検出器のＸ線検出素子の各々について被検体による遮蔽の有無を判定し、遮蔽されていないと判定されたＸ線検出素子から所定の条件を満たすＸ線検出素子を選択し、選択されたＸ線検出素子の出力値から焦点移動量を算出するＸ線ＣＴ装置。
請求項１において、
前記焦点移動補正量算出装置は、前記Ｘ線検出器のＸ線検出素子の各々について故障の有無を判定し、遮蔽されていない、または故障していないと判定されたＸ線検出素子から前記所定の条件を満たすＸ線検出素子を選択し、選択されたＸ線検出素子の出力値から焦点移動量を算出するＸ線ＣＴ装置。
請求項２において、
前記回転盤が回転し、前記Ｘ線管からのＸ線が異なる角度で被検体に複数回照射されることにより、前記Ｘ線検出器から複数個の投影データが出力され、
前記焦点移動補正量算出装置は、前記複数個の投影データの各々について焦点移動量を算出し、算出された複数の焦点移動量の代表値を前記焦点移動補正量として算出するＸ線ＣＴ装置。
請求項３において、
前記焦点移動補正量算出装置は、前記所定の条件として、
前記Ｘ線検出器の中心を通りチャネル方向に伸びる第１の軸に対して線対称位置にあるＸ線検出素子の対、または前記Ｘ線検出器の中心に対して点対称位置にあるＸ線検出素子の対であって、
前記Ｘ線検出器の中心を通りスライス厚方向に伸びる第２の軸の方向に対して最も外側、かつ前記第１の軸の方向に対して最も内側に位置するＸ線検出素子の対を含むＸ線ＣＴ装置。
請求項４において、
前記焦点移動補正量算出装置は、前記所定の条件を満たす複数のＸ線検出素子の対を選択し、
前記複数のＸ線検出素子の対は、それぞれ前記第１の軸よりも被検体を載せる寝台側に位置するフロント側Ｘ線検出素子と、前記フロント側Ｘ線検出素子と前記第１の軸に対して線対称位置または前記Ｘ線検出器の中心に対して点対称位置にあるリア側Ｘ線検出素子との対であり、
前記複数のＸ線検出素子の対における複数の前記フロント側Ｘ線検出素子の出力値の代表値、及び前記複数のＸ線検出素子の対における複数の前記リア側Ｘ線検出素子の出力値の代表値から焦点移動量を算出するＸ線ＣＴ装置。
請求項３において、
前記焦点移動補正量算出装置は、選択されたＸ線検出素子の出力値に対して、前記Ｘ線検出器に照射されるＸ線強度のチャネル方向への不均一に起因するチャネル方向のＸ線検出素子の出力特性の補正を行った補正出力値を用いて焦点移動量を算出するＸ線ＣＴ装置。
請求項３において、
前記焦点移動補正量算出装置は、選択されたＸ線検出素子の出力値に対して、前記Ｘ線検出器に照射されるＸ線強度のスライス厚方向への不均一に起因するスライス厚方向のＸ線検出素子の出力特性の補正を行った補正出力値を用いて焦点移動量を算出するＸ線ＣＴ装置。
請求項３において、
前記焦点移動補正量算出装置は、選択されたＸ線検出素子の出力値に対して、前記回転盤の回転に起因する前記回転盤の回転角度に対するＸ線検出素子の出力変動特性の補正を行った補正出力値を用いて焦点移動量を算出するＸ線ＣＴ装置。
請求項１〜８のいずれか一項において、
前記焦点移動補正装置は前記焦点移動補正量に基づき前記Ｘ線管の位置を移動させるＸ線ＣＴ装置。
請求項１〜８のいずれか一項において、
前記焦点移動補正装置は前記焦点移動補正量に基づき前記Ｘ線検出器の位置を移動させるＸ線ＣＴ装置。
請求項１〜８のいずれか一項において、
前記Ｘ線管から発生するＸ線の照射領域を成形するコリメータを有し、
前記焦点移動補正装置は前記焦点移動補正量に基づき前記コリメータの位置を移動させるＸ線ＣＴ装置。