JP7269823B2 - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置に関する。

従来、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography：コンピュータ断層診断）装置では、被検体にＸ線を照射することにより得られたデータを収集および処理するためにデータ収集システム（以下、ＤＡＳ：Data Acquisition System）が利用されている。このＤＡＳは大容量の電源を必要とするため、その電源として、例えば、商用の２００Ｖの交流電圧を直流電圧に変換するスイッチング電源が用いられている。

しかしながら、スイッチング電源は動作時に高周波のノイズを発生するため、特に、低カウント領域での撮影においてはノイズの影響が支配的となり、画質が低下するとともに、被検体の被ばく増加に繋がる場合があった。このようなノイズの影響を回避するためには、ノイズ低減が可能な高性能なスイッチング電源、リニアレギュレータ（ＬＤＯ：Low Dropout）、ノイズフィルタ等を用いることが考えられるが、回路構成が複雑化するとともに、コスト増となることが懸念されていた。その他、電池等に代表されるノイズレス電源という選択肢もあるが、臨床に耐えうる容量を持つ電池はまだ存在していない。

特開２０１０－２８４２２１号公報 米国特許出願公開第２０１３／０３０６８７７号明細書

本発明が解決しようとする課題は、給電に伴うノイズに起因したスキャン画像の画質低下を防ぐことである。

実施形態のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線管と、Ｘ線検出器と、データ処理部と、電源と、電池と、回転体と、制御部とを備える。Ｘ線検出器は、前記Ｘ線管により出力されるＸ線を検出する。データ処理部は、前記Ｘ線検出器により出力される信号を処理する。電源は、前記データ処理部に電力を供給する。電池は、前記データ処理部に電力を供給する。回転体は、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とを対向して回転可能に支持し、前記データ処理部と前記電池とを更に回転可能に支持する。制御部は、スキャンの事前情報に基づいて、前記電源と前記電池との間の切替制御を実行し、前記データ処理部への給電を制御する。

第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の構成図。 第１の実施形態に係る回転フレーム１７にＸ線検出器１５およびＤＡＳ１６が支持される様子を示す図。 第１の実施形態に係るＤＡＳ１６に対する給電方式の一例を説明する図。 第１の実施形態に係るコンソール装置４０の処理回路５０の処理の一例を示すフローチャート。 第１の実施形態に係るコンソール装置４０の処理回路５０の処理の他の例を示すフローチャート。 第１の実施形態に係る処理回路５０の電源切替機能５７による電源切替制御を説明する図。 第２の実施形態に係るＤＡＳ１６Ａに対する給電方式の一例を説明する図。 第２の実施形態に係るＤＡＳ１６Ｂに対する給電方式の一例を説明する図。

以下、実施形態のＸ線ＣＴ装置を、図面を参照して説明する。実施形態のＸ線ＣＴ装置においては、Ｘ線データの処理を行うＤＡＳに対して、ＤＡＳ電源による給電と、電池による給電とが切り替え可能に実行される。給電時に発生するノイズの影響が懸念される場合に電池による給電を利用することで、ノイズに起因するスキャン画像の画質低下を防ぐことができる。

（第１の実施形態）
［全体構成］
図１は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の構成図である。Ｘ線ＣＴ装置１は、例えば、架台装置１０と、寝台装置３０と、コンソール装置４０とを備える。図１では、説明の都合上、架台装置１０をＺ軸方向から見た図とＸ軸方向から見た図の双方を掲載しているが、実際には、架台装置１０は一つである。本実施形態では、非チルト状態での回転フレーム１７の回転軸または寝台装置３０の天板３３の長手方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に直交し、床面に対して水平である軸をＸ軸方向、Ｚ軸方向に直交し、床面に対して垂直である方向をＹ軸方向とそれぞれ定義する。

架台装置１０は、例えば、Ｘ線管１１と、ウェッジ１２と、コリメータ１３と、Ｘ線高電圧装置１４と、Ｘ線検出器１５と、ＤＡＳ１６（データ処理部の一例）と、回転フレーム１７（回転体の一例）と、制御装置１８（制御部の一例）とを備える。

Ｘ線管１１は、Ｘ線高電圧装置１４からの高電圧の印加により、陰極（フィラメント）から陽極（ターゲット）に向けて熱電子を照射することでＸ線を発生させる。Ｘ線管１１は、真空管を含む。例えば、Ｘ線管１１は、回転する陽極に熱電子を照射することでＸ線を発生させる回転陽極型のＸ線管である。

ウェッジ１２は、Ｘ線管１１から被検体Ｐに照射されるＸ線量を調節するためのフィルタである。ウェッジ１２は、Ｘ線管１１から被検体Ｐに照射されるＸ線量の分布が予め定められた分布になるように、自身を透過するＸ線を減衰させる。ウェッジ１２は、ウェッジフィルタ（wedge filter）、ボウタイフィルタ（bow-tie filter）とも呼ばれる。ウェッジ１２は、例えば、所定のターゲット角度や所定の厚みとなるようにアルミニウムを加工したものである。

コリメータ１３は、ウェッジ１２を透過したＸ線の照射範囲を絞り込むための機構である。コリメータ１３は、例えば、複数の鉛板の組み合わせによってスリットを形成することで、Ｘ線の照射範囲（ＦＯＶ：Field of View）を絞り込む。コリメータ１３は、Ｘ線絞りと呼ばれる場合もある。

Ｘ線高電圧装置１４は、例えば、高電圧発生装置と、Ｘ線制御装置とを有する。高電圧発生装置は、変圧器（トランス）および整流器等を含む電気回路を有する。高電圧発生装置は、Ｘ線管１１に印加する高電圧を発生させる。Ｘ線制御装置は、Ｘ線管１１に発生させるべきＸ線量に応じて高電圧発生装置の出力電圧を制御する。高電圧発生装置は、上述した変圧器によって昇圧を行うものであってもよいし、インバータによって昇圧を行うものであってもよい。Ｘ線高電圧装置１４は、回転フレーム１７に設けられてもよいし、架台装置１０の固定フレーム（不図示）の側に設けられてもよい。

Ｘ線検出器１５は、Ｘ線管１１が発生させ、被検体Ｐを通過して入射したＸ線の強度を検出する。Ｘ線検出器１５は、検出したＸ線の強度に応じた電気信号（光信号等でもよい）をＤＡＳ１６に出力する。Ｘ線検出器１５は、例えば、複数のＸ線検出素子列を有する。複数のＸ線検出素子列のそれぞれは、Ｘ線管１１の焦点を中心とした円弧に沿ってチャネル方向に複数のＸ線検出素子が配列されたものである。複数のＸ線検出素子列は、スライス方向（列方向、ｒｏｗ方向）に配列される。

Ｘ線検出器１５は、例えば、グリッドと、シンチレータアレイと、光センサアレイとを有する間接型の検出器である。シンチレータアレイは、複数のシンチレータを有する。それぞれのシンチレータは、シンチレータ結晶を有する。シンチレータ結晶は、入射するＸ線の強度に応じた光量の光を発する。グリッドは、シンチレータアレイのＸ線が入射する面に配置され、散乱Ｘ線を吸収する機能を有するＸ線遮蔽板を有する。なお、グリッドは、コリメータ（一次元コリメータまたは二次元コリメータ）と呼ばれる場合もある。光センサアレイは、例えば、光電子増倍管（フォトマルチプライヤー：ＰＭＴ）等の光センサを有する。光センサアレイは、シンチレータにより発せられる光の光量に応じた電気信号を出力する。Ｘ線検出器１５は、入射したＸ線を電気信号に変換する半導体素子を有する直接変換型の検出器であってもよい。

ＤＡＳ１６は、例えば、増幅器と、積分器と、Ａ／Ｄ変換器とを有する。増幅器は、Ｘ線検出器１５の各Ｘ線検出素子により出力される電気信号に対して増幅処理を行う。積分器は、増幅処理が行われた電気信号をビュー期間に亘って積分する。Ａ／Ｄ変換器は、積分結果を示す電気信号をデジタル信号に変換する。ＤＡＳ１６は、デジタル信号に基づく検出データをコンソール装置４０に出力する。検出データは、生成元のＸ線検出素子のチャンネル番号、列番号、及び収集されたビューを示すビュー番号により識別されたＸ線強度のデジタル値である。ビュー番号は、回転フレーム１７の回転に応じて変化する番号であり、例えば、回転フレーム１７の回転に応じてインクリメントされる番号である。従って、ビュー番号は、Ｘ線管１１の回転角度を示す情報である。ビュー期間とは、あるビュー番号に対応する回転角度から、次のビュー番号に対応する回転角度に到達するまでの間に収まる期間である。ＤＡＳ１６は、ビューの切り替わりを、制御装置１８から入力されるタイミング信号によって検知してもよいし、内部のタイマーによって検知してもよいし、図示しないセンサから取得される信号によって検知してもよい。フルスキャンを行う場合においてＸ線管１１によりＸ線が連続曝射されている場合、ＤＡＳ１６は、全周囲分（３６０度分）の検出データ群を収集する。ハーフスキャンを行う場合においてＸ線管１１によりＸ線が連続曝射されている場合、ＤＡＳ１６は、半周囲分（１８０度分）の検出データを収集する。

回転フレーム１７は、Ｘ線管１１、ウェッジ１２、およびコリメータ１３と、Ｘ線検出器１５とを対向して回転可能に支持する円環状の部材である。回転フレーム１７は、固定フレームによって、内部に導入された被検体Ｐを中心として回転自在に支持される。回転フレーム１７は、更にＤＡＳ１６を回転可能に支持する。ＤＡＳ１６が出力する検出データは、回転フレーム１７に設けられた発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する送信機から、光通信によって、架台装置１０の非回転部分（例えば固定フレーム）に設けられたフォトダイオードを有する受信機に送信され、受信機によってコンソール装置４０に転送される。なお、回転フレーム１７から非回転部分への検出データの送信方法として、前述の光通信を用いた方法に限らず、非接触型の任意の送信方法を採用してよい。回転フレーム１７は、Ｘ線管１１等を支持して回転させることができるものであれば、円環状の部材に限らず、アームのような部材であってもよい。

Ｘ線ＣＴ装置１は、例えば、Ｘ線管１１とＸ線検出器１５の双方が回転フレーム１７によって支持されて被検体Ｐの周囲を回転するＲｏｔａｔｅ／Ｒｏｔａｔｅ－ＴｙｐｅのＸ線ＣＴ装置（第３世代ＣＴ）であるが、これに限らず、円環状に配列された複数のＸ線検出素子が固定フレームに固定され、Ｘ線管１１が被検体Ｐの周囲を回転するＳｔａｔｉｏｎａｒｙ／Ｒｏｔａｔｅ－ＴｙｐｅのＸ線ＣＴ装置（第４世代ＣＴ）であってもよい。

図２は、回転フレーム１７にＸ線検出器１５およびＤＡＳ１６が支持される様子を示す図である。図２に示されるように、Ｘ線検出器１５は、複数のＸ線検出素子２０－１～２０－５を備えている。ＤＡＳ１６は、複数のＤＡＳ基板２１－１～２１－５（基板の一例）を備えている。Ｘ線検出素子２０－１～２０－５は、Ｘ線管１１により出力され、被検体Ｐを通過したＸ線を検出する。ＤＡＳ基板２１－１～２１－５の各々は、上述したように、増幅器と、積分器と、Ａ／Ｄ変換器とを備えている。ＤＡＳ基板２１－１～２１－５の各々は、Ｘ線検出素子２０－１～２０－５の各々から出力される電気信号に対する処理を行い、処理結果である検出データをコンソール装置４０に出力する。ＤＡＳ基板２１－１～２１－５は、回転フレーム１７に設けられたスロットに挿入されることで支持される。尚、図５においては、５つのＸ線検出素子２０－１～２０－５と、５つのＤＡＳ基板２１－１～２１－５を示しているが、これらの数は任意である。また、以下において、Ｘ線検出素子２０－１～２０－５を互いに区別しない場合には、単に「Ｘ線検出素子２０」と呼ぶ。また、以下において、ＤＡＳ基板２１－１～２１－５を互いに区別しない場合には、単に「ＤＡＳ基板２１」と呼ぶ。

図１に戻り、制御装置１８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを有する処理回路と、モータやアクチュエータ等を含む駆動機構とを有する。制御装置１８は、コンソール装置４０または架台装置１０に取り付けられた入力インターフェース４３からの入力信号を受け付けて、架台装置１０および寝台装置３０の動作を制御する。

制御装置１８は、例えば、回転フレーム１７を回転させたり、架台装置１０をチルトさせたり、寝台装置３０の天板３３を移動させたりする。架台装置１０をチルトさせる場合、制御装置１８は、入力インターフェース４３に入力された傾斜角度（チルト角度）に基づいて、Ｚ軸方向に平行な軸を中心に回転フレーム１７を回転させる。制御装置１８は、図示しないセンサの出力等によって回転フレーム１７の回転角度を把握している。また、制御装置１８は、回転フレーム１７の回転角度を随時、処理回路５０（制御部の一例）に提供する。制御装置１８は、架台装置１０に設けられてもよいし、コンソール装置４０に設けられてもよい。

寝台装置３０は、スキャン対象の被検体Ｐを載置して移動させ、架台装置１０の回転フレーム１７の内部に導入する装置である。寝台装置３０は、例えば、基台３１と、寝台駆動装置３２と、天板３３と、支持フレーム３４とを有する。基台３１は、支持フレーム３４を鉛直方向（Ｙ軸方向）に移動可能に支持する筐体を含む。寝台駆動装置３２は、モータやアクチュエータを含む。寝台駆動装置３２は、被検体Ｐが載置された天板３３を、支持フレーム３４に沿って、天板３３の長手方向（Ｚ軸方向）に移動させる。天板３３は、被検体Ｐが載置される板状の部材である。

寝台駆動装置３２は、天板３３だけでなく、支持フレーム３４を天板３３の長手方向に移動させてもよい。また、上記とは逆に、架台装置１０がＺ軸方向に移動可能であり、架台装置１０の移動によって回転フレーム１７が被検体Ｐの周囲に来るように制御されてもよい。また、架台装置１０と天板３３の双方が移動可能な構成であってもよい。また、Ｘ線ＣＴ装置１は、被検体Ｐが立位または座位でスキャンされる方式の装置であってもよい。この場合、Ｘ線ＣＴ装置１は、寝台装置３０に代えて被検体支持機構を有し、架台装置１０は、回転フレーム１７を、床面に垂直な軸方向を中心に回転させる。

コンソール装置４０は、例えば、メモリ４１と、ディスプレイ４２と、入力インターフェース４３と、ネットワーク接続回路４４と、処理回路５０とを有する。第１の実施形態では、コンソール装置４０は架台装置１０とは別体として説明するが、架台装置１０にコンソール装置４０の各構成要素の一部または全部が含まれてもよい。

メモリ４１は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。メモリ４１は、例えば、検出データや投影データ、再構成画像（ＣＴ画像）、スキャンプラン、スキャノ画像等を記憶する。これらのデータは、メモリ４１ではなく（或いはメモリ４１に加えて）、Ｘ線ＣＴ装置１が通信可能な外部メモリに記憶されてもよい。外部メモリは、例えば、外部メモリを管理するクラウドサーバが読み書きの要求を受け付けることで、クラウドサーバによって制御されるものである。外部メモリは、例えば、ＰＡＣＳ(Picture Archiving and Communication Systems)と称されるシステムにより実現される。ＰＡＣＳとは、各種画像診断装置によって撮影された画像等を体系的に記憶するシステムである。

ディスプレイ４２は、各種の情報を表示する。例えば、ディスプレイ４２は、処理回路５０によって生成された医用画像（ＣＴ画像）や、操作者による各種操作を受け付けるＧＵＩ（Graphical User Interface）画像等を表示する。ディスプレイ４２は、例えば、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイ等である。ディスプレイ４２は、架台装置１０に設けられてもよい。ディスプレイ４２は、デスクトップ型でもよいし、コンソール装置４０の本体部と無線通信可能な表示装置（例えば、タブレット端末）であってもよい。

入力インターフェース４３は、操作者による各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作の内容を示す電気信号を処理回路５０に出力する。例えば、入力インターフェース４３は、検出データまたは投影データを収集する際の収集条件、ＣＴ画像を再構成する際の再構成条件、ＣＴ画像から後処理画像を生成する際の画像処理条件等の入力操作を受け付ける。例えば、入力インターフェース４３は、マウスやキーボード、タッチパネル、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、カメラ、赤外線センサ、マイク等により実現される。入力インターフェース４３は、架台装置１０に設けられてもよい。また、入力インターフェース４３は、コンソール装置４０の本体部と無線通信可能な表示装置（例えば、タブレット端末）により実現されてもよい。

ネットワーク接続回路４４は、例えば、プリント回路基板を有するネットワークカード、或いは無線通信モジュール等を含む。ネットワーク接続回路４４は、接続する対象のネットワークの形態に応じた情報通信用プロトコルを実装する。ネットワークは、例えば、ＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）、インターネット、セルラー網、専用回線等を含む。

処理回路５０は、Ｘ線ＣＴ装置１の全体の動作を制御する。処理回路５０は、例えば、システム制御機能５１、前処理機能５２、再構成処理機能５３、画像処理機能５４、スキャン制御機能５５、表示制御機能５６、電源切替機能５７等を実行する。処理回路５０は、例えば、ハードウェアプロセッサがメモリ４１に記憶されたプログラムを実行することにより、これらの機能を実現するものである。

ハードウェアプロセッサとは、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit; ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device; ＳＰＬＤ）または複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device; ＣＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array; ＦＰＧＡ））等の回路（circuitry）を意味する。メモリ４１にプログラムを記憶させる代わりに、ハードウェアプロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成しても構わない。この場合、ハードウェアプロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。ハードウェアプロセッサは、単一の回路として構成されるものに限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのハードウェアプロセッサとして構成され、各機能を実現するようにしてもよい。また、複数の構成要素を１つのハードウェアプロセッサに統合して各機能を実現するようにしてもよい。

コンソール装置４０または処理回路５０が有する各構成要素は、分散化されて複数のハードウェアにより実現されてもよい。処理回路５０は、コンソール装置４０が有する構成ではなく、コンソール装置４０と通信可能な処理装置によって実現されてもよい。処理装置は、例えば、一つのＸ線ＣＴ装置と接続されたワークステーション、あるいは複数のＸ線ＣＴ装置に接続され、以下に説明する処理回路５０と同等の処理を一括して実行する装置（例えば、クラウドサーバ）である。すわなち、本実施形態の構成を、Ｘ線ＣＴ装置と、他の処理装置とがネットワークを介して接続されたＸ線ＣＴシステム（医用診断システム）として実現することも可能である。

システム制御機能５１は、例えば、入力インターフェース４３により受け付けられた入力操作に基づいて、処理回路５０の各種機能を制御する。

前処理機能５２は、ＤＡＳ１６により出力された検出データに対して対数変換処理やオフセット補正処理、チャネル間の感度補正処理、ビームハードニング補正、キャリブレーションデータを用いた補正処理等の前処理を行って投影データを生成し、生成した投影データをメモリ４１に記憶させる。キャリブレーションデータを用いた補正処理は、再構成処理機能５３により行われてもよい。

再構成処理機能５３は、前処理機能５２により生成された投影データに対して、フィルタ補正逆投影法や逐次近似再構成法等による再構成処理を行って再構成画像を生成し、生成した再構成画像をメモリ４１に記憶させる。

画像処理機能５４は、入力インターフェース４３により受け付けられた入力操作に基づいて、再構成画像を公知の方法により、三次元画像や任意断面の断面像データに変換する。三次元画像への変換は、前処理機能５２によって行われてもよい。

スキャン制御機能５５は、Ｘ線高電圧装置１４、ＤＡＳ１６、制御装置１８、および寝台駆動装置３２に指示することで、架台装置１０における検出データの収集処理を制御する。スキャン制御機能５５は、位置合わせ画像、本撮影画像、および診断に用いる画像を撮影する際、キャリブレーションデータを収集する撮影の際の各部の動作をそれぞれ制御する。

表示制御機能５６は、ディスプレイ４２の表示態様を制御する。例えば、表示制御機能５６は、ディスプレイ４２を制御して、処理回路５０によって生成されたＣＴ画像や、操作者による各種操作を受け付けるＧＵＩ画像等を表示させる。

電源切替機能５７は、ＤＡＳ１６に対する給電を制御する。電源切替機能５７は、ＤＡＳ１６に対して、商用電源等から供給される電源（ＤＡＳ電源）による給電と、電池による給電との２通りの給電方式間で切り替える制御を行う。電源切替機能５７は、スキャンの事前情報に基づいて、ＤＡＳ電源と電池との間の切替制御を実行し、ＤＡＳ１６への給電を制御する。電源切替機能５７の詳細については、後述する。

上記構成により、Ｘ線ＣＴ装置１は、ヘリカルスキャン、コンベンショナルスキャン、ステップアンドシュート等の態様で被検体Ｐのスキャンを行う。ヘリカルスキャンとは、天板３３を移動させながら回転フレーム１７を回転させて被検体Ｐをらせん状にスキャンする態様である。コンベンショナルスキャンとは、天板３３を静止させた状態で回転フレーム１７を回転させて被検体Ｐを円軌道でスキャンする態様である。コンベンショナルスキャンを実行する。ステップアンドシュートとは、天板３３の位置を一定間隔で移動させてコンベンショナルスキャンを複数のスキャンエリアで行う態様である。

［ＤＡＳへの給電方式］
図３は、ＤＡＳ１６に対する給電方式の一例を説明する図である。ＤＡＳ１６は、例えば、複数のＤＡＳ基板２１と、切替スイッチ２２と、ＤＡＳ電源２３（電源の一例）と、電池２５とを備える。複数のＤＡＳ基板２１の各々は、複数のＸ線検出素子２０の各々と接続されており、Ｘ線検出素子２０－１～２０－５の各々から出力される電気信号の処理を行う。

ＤＡＳ電源２３は、例えば、スイッチング電源である。ＤＡＳ電源２３は、例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ２４を備える。ＤＡＳ電源２３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２４により、商用電源Ｅから供給される交流電力を直流電力に変換してＤＡＳ基板２１に供給する。

電池２５は、例えば、リチウムイオン電池、全個体電池等の大容量電池である。電池２５は、内部に蓄積された電力を、ＤＡＳ基板２１に供給する。電源切替機能５７の制御下において、電池２５は、例えば、Ｘ線ＣＴ装置１のアイドリング時などのスキャンを実行していない間に、ＤＡＳ電源２３からの電力供給を受けて、充電される。尚、電池２５は、Ｘ線ＣＴ装置１のアイドリング時などに、ＤＡＳ電源２３ではなく、商用電源Ｅからの電力供給を受けて、充電されるようにしてもよい。また、電池２５は、スリップリング経由で、電源供給を受けて、充電されるようにしてもよい。また、電池２５は、回転フレーム１７の回転停止時の回生エネルギーを用いて、充電されるようにしてもよい。

切替スイッチ２２は、ＤＡＳ基板２１に対する給電（ＤＡＳ基板２１の駆動源）を、ＤＡＳ電源２３と、電池２５との間で切り替える。切替スイッチ２２は、ＤＡＳ基板２１とＤＡＳ電源２３との間の導通／遮断状態、および、ＤＡＳ基板２１と電池２５との間の導通／遮断状態を制御する。切替スイッチ２２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等の半導体スイッチ、ＭＥＭＳスイッチ、その他のスイッチである。切替スイッチ２２は、コンソール装置４０により送信される切替信号に基づいて、切替制御を行う。

［処理フロー（スキャン開始前における電源切替）］
以下、コンソール装置４０の処理回路５０の処理フローについて説明する。図４は、コンソール装置４０の処理回路５０の処理の一例を示すフローチャートである。Ｘ線ＣＴ装置１により被検体Ｐのスキャンが実行される場合には、Ｘ線ＣＴ装置１の操作者により、これから実施するスキャンの計画（スキャンプラン、事前情報の一例）の作成が行われる。スキャンプランは、被検体Ｐに照射されるＸ線の線量情報に関するスキャンプロトコルの情報を含む。スキャンプランは、操作者が入力インターフェース４３を介して、被検体Ｐの体重、身長等の身体情報や、スキャン部位を入力することで作成される。スキャンプランは、これらの被検体Ｐの情報と、被検体Ｐに照射されるＸ線の線量との関係が定義された参照テーブル等を利用することで作成されてよい。以下においては、このスキャンプランが作成されて、メモリ４１に記憶されているものとして説明する。

まず、処理回路５０の電源切替機能５７は、メモリ４１に記憶されたスキャンプランを読み出す（ステップＳ１０１）。次に、電源切替機能５７は、読み出されたスキャンプランが、Ｘ線の線量（ｍＡｓ）の小さいスキャンプランであるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。電源切替機能５７は、事前情報であるスキャンプロトコルに含まれるＸ線の線量情報に基づいて、切替制御を実行する。

電源切替機能５７は、読み出されたスキャンプランが、Ｘ線の線量の小さいスキャンプランであると判定した場合、ＤＡＳ１６に対して、電池２５を駆動源とすることを指示する信号（電池駆動信号）を出力する（Ｓ１０５）。この電池駆動信号を受信したＤＡＳ１６の切替スイッチ２２は、ＤＡＳ基板２１とＤＡＳ電源２３との間を遮断状態とし、ＤＡＳ基板２１と電池２５との間を導通状態とするように切替を行う。次に、スキャン制御機能５５は、スキャン制御を実行する（ステップＳ１０９）。これにより、架台装置１０では、電池２５を駆動源とするスキャンが実行される。電池２５を駆動源とした場合、給電に起因するノイズが発生しない。このため、被検体Ｐに照射されるＸ線の線量が小さく、Ｘ線検出器１５により検出されるカウント値が小さい場合（低カウントである場合）であっても、スキャン画像の画質低下を防ぐことができる。尚、電源切替機能５７は、読み出されたスキャンプランが、スキャン時間の短いスキャンプランであると判定した場合に、ＤＡＳ１６に対して、電池２５を駆動源とすることを指示する電池駆動信号を出力するようにしてもよい。

尚、電源切替時にノイズが発生する場合がある。このため、後の再構成処理機能５３における再構成処理において、電源切替の直後に検出されたデータは、スキャン画像の生成に使用されないようにしてもよい。また、電源切替機能５７は、電池２５の残容量を監視し、残容量が所定の閾値よりも少なくなった場合には、電池２５による給電からＤＡＳ電源２３による給電に切り替えるようにしてもよい。

一方、電源切替機能５７は、読み出されたスキャンプランがＸ線の線量の小さいスキャンプランではないと判定した場合、ＤＡＳ１６に対して、ＤＡＳ電源２３を駆動源とすることを指示する信号（ＤＡＳ電源駆動信号）を出力する（Ｓ１０７）。このＤＡＳ電源駆動信号を受信したＤＡＳ１６の切替スイッチ２２は、ＤＡＳ基板２１とＤＡＳ電源２３との間を導通状態とし、ＤＡＳ基板２１と電池２５との間を遮断状態とするように切替を行う。次に、スキャン制御機能５５は、スキャン制御を実行する（ステップＳ１０９）。これにより、架台装置１０では、ＤＡＳ電源２３を駆動源とするスキャンが実行される。ＤＡＳ電源２３を駆動源とした場合、給電に起因するノイズが発生する。しかしながら、被検体Ｐに照射されるＸ線の線量が大きく、Ｘ線検出器１５により検出されるカウント値が大きい場合には、ノイズの影響が支配的とはならないため、スキャン画像の画質を保つことができる。

すなわち、電源切替機能５７は、線量情報によって示されるＸ線の線量が増大するにつれてＤＡＳ電源２３による給電の頻度を増大させ、Ｘ線の線量が減少するにつれて電池２５による給電の頻度を増大させるように、切替制御を実行する。

［処理フロー（スキャン実行中における電源切替）］
図５は、コンソール装置４０の処理回路５０の処理の他の例を示すフローチャートである。Ｘ線ＣＴ装置１により被検体Ｐのスキャンが実施される場合には、診断に使用される本撮影画像（スキャン画像）の撮影に先立って、本撮影前の位置決め等に使用される調整用画像（以下、「スキャノ画像」）の撮影が行われる。

一般的に、Ｘ線が被検体Ｐを通過する部位の減衰率が高いほど（透過率が低いほど）、被検体Ｐを通過してＸ線検出器１５により検出されるＸ線出力の大きさ（カウント値）が小さくなり、一方、Ｘ線が被検体Ｐを通過する部位の減衰率が低いほど（透過率が高いほど）、被検体Ｐを通過してＸ線検出器１５により検出されるＸ線出力の大きさが大きくなる傾向がある。例えば、頭部、脚部などは、減衰率が低い（透過率が高い）ため、Ｘ線出力の大きさが増大し、肩部・腹部などは、減衰率が高い（透過率が低い）ため、Ｘ線出力の大きさが減少する傾向がある。以下の処理では、このようなスキャン部位に関する情報をスキャノ画像から予め取得して、切替制御に利用する。

以下においては、このようなスキャノ画像が撮影されて、メモリ４１に記憶されているものとして説明する。また、スキャン開始時において、切替スイッチ２２は、ＤＡＳ基板２１とＤＡＳ電源２３との間を導通状態とし、ＤＡＳ基板２１と電池２５との間を遮断状態とするように設定されているものとして説明する。

まず、処理回路５０の電源切替機能５７は、メモリ４１に記憶されたスキャノ画像を読み出す（ステップＳ２０１）。電源切替機能５７は、このスキャノ画像に基づいて、スキャン対象部位に関する情報を取得する。次に、スキャン制御機能５５は、スキャン制御を開始する（ステップＳ２０３）。これにより、架台装置１０では、ＤＡＳ電源２３を駆動源とするスキャンが開始される。尚、電源切替機能５７は、スキャノ画像に代えて或いは加えて、被検体Ｐを撮影した光学画像に基づいて、スキャン対象部位に関する情報を取得してもよい。

次に、電源切替機能５７は、読み出されたスキャノ画像から取得されたスキャン対象部位に関する情報を参照しながら、その後にスキャンを行う被検体Ｐの体の部位が、低カウントになる部位であるか否かを判定する（ステップＳ２０５）。例えば、電源切替機能５７は、ＤＡＳ１６から受信した検出データに基づいて、被検体Ｐに対する１スキャンの進行状況を取得する。続いて、電源切替機能５７は、取得された進行状況と、スキャノ画像から取得されたスキャン対象部位に関する情報とに基づいて、その後にスキャンを行う被検体Ｐの体の部位が、低カウントになる部位であるか否かを判定する。

電源切替機能５７は、その後にスキャンを行う被検体Ｐの体の部位が低カウントになる部位であると判定した場合、ＤＡＳ１６に対して、ＤＡＳ電源２３を駆動源とすることを指示する電池駆動信号を出力する（Ｓ２０７）。この電池駆動信号を受信したＤＡＳ１６の切替スイッチ２２は、ＤＡＳ基板２１とＤＡＳ電源２３との間を遮断状態とし、ＤＡＳ基板２１と電池２５との間を導通状態とするように切替を行う。次に、スキャン制御機能５５は、スキャン制御を実行する（ステップＳ２１１）。これにより、架台装置１０では、電池２５を駆動源とするスキャンが実行される。電池２５を駆動源とした場合、給電に起因するノイズが発生しない。このため、低カウントとなる場合であっても、スキャン画像の画質低下を防ぐことができる。

一方、電源切替機能５７は、その後にスキャンを行う被検体Ｐの体の部位が低カウントになる部位ではないと判定した場合、ＤＡＳ１６に対して、ＤＡＳ電源２３を駆動源とすることを指示するＤＡＳ電源駆動信号を出力する（Ｓ２０９）。このＤＡＳ電源駆動信号を受信したＤＡＳ１６の切替スイッチ２２は、ＤＡＳ基板２１とＤＡＳ電源２３との間を導通状態とし、ＤＡＳ基板２１と電池２５との間を遮断状態とするように切替を行う。次に、スキャン制御機能５５は、スキャン制御を実行する（ステップＳ２１１）。これにより、架台装置１０では、ＤＡＳ電源２３を駆動源とするスキャンが実行される。ＤＡＳ電源２３を駆動源とした場合、給電に起因するノイズが発生する。しかしながら、低カウントとならない場合には、ノイズの影響が支配的とはならないため、スキャン画像の画質を保つことができる。

図６は、処理回路５０の電源切替機能５７による電源切替制御を説明する図である。図６では、被検体Ｐに対して全身スキャンを実行する場合を示している。この全身スキャンでは、頭部、肩部、腹部、脚部の順にスキャンが実行される。この例では、時刻ｔ０のスキャン開始後に頭部のスキャンが実行されるが、頭部は低カウントになる部位ではないことがスキャノ画像に基づいて判断できる。このため、時刻ｔ０において、電源切替機能５７は、その後にスキャンを行う被検体Ｐの体の部位が低カウントになる部位ではないと判定し、ＤＡＳ１６に対して、ＤＡＳ電源駆動信号を出力する。このＤＡＳ電源駆動信号を受信したＤＡＳ１６の切替スイッチ２２は、ＤＡＳ基板２１とＤＡＳ電源２３との間を導通状態とし、ＤＡＳ基板２１と電池２５との間を遮断状態とするように切替を行う。これにより、架台装置１０では、ＤＡＳ電源２３を駆動源とするスキャンが実行される。

次に、時刻ｔ１から肩部のスキャンが実行されるが、肩部は低カウントになる部位であることがスキャノ画像に基づいて判断できる。このため、時刻ｔ１において、電源切替機能５７は、その後にスキャンを行う被検体Ｐの体の部位が低カウントになる部位であると判定し、ＤＡＳ１６に対して、電池駆動信号を出力する。この電池駆動信号を受信したＤＡＳ１６の切替スイッチ２２は、ＤＡＳ基板２１とＤＡＳ電源２３との間を遮断状態とし、ＤＡＳ基板２１と電池２５との間を導通状態とするように切替を行う。これにより、架台装置１０では、電池２５を駆動源とするスキャンが実行される。以後、腹部のスキャンが開始される時刻ｔ２、脚部のスキャンが開始される時刻ｔ３においても、電源切替機能５７による切替判断が行われて、電源の切替制御が実行される。

すなわち、電源切替機能５７、スキャン対象部位に関する情報に基づいて、切替制御を実行する。電源切替機能５７は、スキャン対象部位におけるＸ線の減衰率が増大するにつれて電池２５による給電の頻度を増大させ、スキャン対象部位におけるＸ線の減衰率が減少するにつれてＤＡＳ電源２３による給電の頻度を増大させるように、切替制御を実行する。

以上、説明した第１の実施形態のＸ線ＣＴ装置１によれば、給電時に発生するノイズに起因したスキャン画像の画質低下を防ぐとともに、被検体の被ばく量を低減することができる。被検体Ｐに照射されるＸ線の線量が小さいスキャン実行時や低カウントとなることが想定される部位のスキャン実行時には、電池２５を駆動源とすることで、ノイズの発生を防止する。これにより、Ｘ線の線量が小さい場合や低カウントの場合であっても、スキャン画像の画質低下を防ぐことができる。

一方、被検体Ｐに照射されるＸ線の線量が大きいスキャン実行時や低カウントとなることが想定されない部位のスキャン実行時には、ＤＡＳ電源２３を駆動源とする。この場合、ノイズが発生するが、ノイズの影響が支配的とはならないため、スキャン画像の画質を保つことができる。また、容量に制限がある電池の使用を限定し、ＤＡＳ電源２３と電池２５とを切り替えて使用することで、安定した電力供給を実現することができる。

また、ノイズ低減が可能な高性能なスイッチング電源、リニアレギュレータ、ノイズフィルタ等を用いる必要がなくなり、回路設計難易度を下げ、製造コストを低減することができる。

尚、上記の実施形態では、コンソール装置４０の処理回路５０が電源切替制御を行う場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、電源切替制御は、架台装置１０に設けられた制御装置１８が行ってもよいし、ＤＡＳ１６のＤＡＳ基板２１上に設けられた制御部が行ってもよい。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。第２実施形態では、ＤＡＳ基板２１の各々が、電池２５と、切替スイッチとを備えている点が、第１実施形態と異なる。このため、構成などについては第１の実施形態で説明した図および関連する記載を援用し、詳細な説明を省略する。

図７は、第２の実施形態に係るＤＡＳ１６Ａに対する給電方式の一例を説明する図である。ＤＡＳ１６Ａは、例えば、複数のＤＡＳ基板２１と、ＤＡＳ電源２３とを備える。複数のＤＡＳ基板２１の各々は、例えば、第１切替スイッチ２２－１と、第２切替スイッチ２２－２と、電池２５とを備える。

第１切替スイッチ２２－１および第２切替スイッチ２２－２は、ＤＡＳ基板２１に対する給電（ＤＡＳ基板２１の駆動源）を、ＤＡＳ電源２３と、電池２５との間で切り替える。第１切替スイッチ２２－１および第２切替スイッチ２２－２は、ＤＡＳ基板２１とＤＡＳ電源２３との間の導通／遮断状態、および、ＤＡＳ基板２１と電池２５との間の導通／遮断状態を制御する。第１切替スイッチ２２－１および第２切替スイッチ２２－２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等の半導体スイッチ、ＭＥＭＳスイッチ、その他のスイッチである。切替スイッチ２２は、コンソール装置４０により送信される切替信号に基づいて、切替を行う。

ＤＡＳ１６Ａでは、ＤＡＳ基板２１の各々において、電源の切替制御が行われる。切替制御の処理については、第１実施形態において説明した処理（「スキャン開始前における電源切替）」、「スキャン実行中における電源切替」）と同様であるため、詳細な説明を省略する。

以上、説明した第２の実施形態のＸ線ＣＴ装置１によれば、給電時に発生するノイズに起因したスキャン画像の画質低下を防ぐとともに、被検体の被ばく量を低減することができる。また、電池２５をＤＡＳ基板２１上に設けることで、ＧＮＤ経路がシンプルになり、コモンモードノイズを抑制することができる。

尚、上記の実施形態では、コンソール装置４０の処理回路５０が電源切替制御を行う場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。図８は、ＤＡＳ１６Ｂに対する給電方式の一例を説明する図である。図８に示される例において、複数のＤＡＳ基板２１の各々は、第１切替スイッチ２２－１、第２切替スイッチ２２－２、および電池２５に加えて、ＤＡＳ制御部２６（制御部の一例）を備える。このＤＡＳ制御部２６は、例えば、コンソール装置４０から、スキャンプランの情報、スキャノ画像等を取得し、処理回路５０と同様な電源切替制御を行う。尚、電源切替制御は、架台装置１０に設けられた制御装置１８が行ってもよい。

尚、上記の実施形態では、スキャンプランやスキャノ画像に基づいて、電源切替制御を行う場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。Ｘ線ＣＴ装置が、高精細ＣＴ装置である場合には、高空間分解能が必要な撮影時（例えば、複数の画素の各々を制御してスキャン画像を生成する場合）には、ノイズが発生しない電池を駆動源として使用し、高空間分解能がそれほど必要ではない撮影時（例えば、複数の画素をいくつかのグループに分け、グループ毎に束ねてスキャン画像を生成する場合）には、電源を駆動源として使用するようにしてもよい。すなわち、処理回路５０の電源切替機能５７は、Ｘ線検出器１５における検出データの束ねの単位に基づいて、切替制御を実行してよい。

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、種々の軽減、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同様に、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，１０…架台装置，１１…Ｘ線管，１２…ウェッジ，１３…コリメータ，１４…Ｘ線高電圧装置，１５…Ｘ線検出器，１６…データ収集システム，１７…回転フレーム，１８…制御装置，３０…寝台装置，３１…基台，３２…寝台駆動装置，３３…天板，３４…支持フレーム，４０…コンソール装置，５０…処理回路，５１…システム制御機能，５２…前処理機能，５３…再構成処理機能，５４…画像処理機能，５５…スキャン制御機能，５６…表示制御機能，５７…電源切替機能

Claims (11)

1. Ｘ線管と、
   前記Ｘ線管により出力されるＸ線を検出するＸ線検出器と、
   前記Ｘ線検出器により出力される信号を処理するデータ処理部と、
   前記データ処理部に電力を供給する電源と、
   前記データ処理部に電力を供給する電池と、
   前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とを対向して回転可能に支持し、前記データ処理部と前記電池とを更に回転可能に支持する回転体と、
   スキャンの事前情報に基づいて、前記電源と前記電池との間の切替制御を実行し、前記データ処理部への給電を制御する制御部と、
   を備える、Ｘ線ＣＴ装置。
2. 前記制御部は、前記事前情報であるスキャンプロトコルに含まれる前記Ｘ線の線量情報に基づいて、前記切替制御を実行する、
   請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記制御部は、
   前記線量情報によって示される前記Ｘ線の線量が減少するにつれて前記電池による給電の頻度を増大させ、前記Ｘ線の線量が増大するにつれて前記電源による給電の頻度を増大させるように、前記切替制御を実行する、
   請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記制御部は、スキャン対象部位に関する情報に基づいて、前記切替制御を実行する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記制御部は、前記スキャン対象部位における前記Ｘ線の減衰率が増大するにつれて前記電池による給電の頻度を増大させ、前記スキャン対象部位における前記Ｘ線の減衰率が減少するにつれて前記電源による給電の頻度を増大させるように、前記切替制御を実行する、
   請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記制御部は、スキャン実行中に前記切替制御を実行する、
   請求項４または５に記載のＸ線ＣＴ装置。
7. 前記制御部は、被検体を撮影したスキャノ画像に基づいて、前記スキャン対象部位に関する情報を取得する、
   請求項４から６のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
8. 前記制御部は、被検体を撮影した光学画像に基づいて、前記スキャン対象部位に関する情報を取得する、
   請求項４から６のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
9. 前記電池および前記制御部の少なくとも一方は、前記データ処理部の基板上に設けられる、
   請求項１から８のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
10. 前記制御部は、スキャンを実行していない間、前記電源の電力を前記電池に供給して前記電池を充電させる制御を行う、
    請求項１から９のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
11. 前記制御部は、前記Ｘ線検出器における検出データの束ねの単位に基づいて、前記切替制御を実行する、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。

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