JP2007319482A

JP2007319482A - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP2007319482A
Application number: JP2006154094A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Nishide; 明彦西出; Akira Hagiwara; 明萩原; Shigeru Chikamatsu; 茂近松
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2007-12-13

Abstract

【課題】被検体（４０）を動かさずに被検体の体感を損ねないヘリカルシャトルスキャンの撮影を実現するＸ線ＣＴ装置（１００）を提供する。
【解決手段】Ｘ線管（２１）とＸ線検出器（２４）とを含むガントリ回転部（１５）をｚ軸方向に往復移動させる。走査ガントリ（２０）全体をｚ軸方向に往復動作させること、または走査ガントリ内部のＸ線管（２１）とＸ線検出器（２４）のみをｚ軸方向に往復動作させることにより、被検体（４０）とＸ線管（２１）とＸ線検出器（２４）とのｚ軸方向への相対的な動きを実現させてヘリカルシャトルスキャンのＸ線データ収集を実現する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、医療用Ｘ線ＣＴ（Computed
Tomography）装置、または産業用Ｘ線ＣＴ装置におけるヘリカルスキャンなどのＸ線管およびＸ線検出器の動作の制御の技術に関する。

従来、多列Ｘ線検出器または二次元Ｘ線エリア検出器によるＸ線ＣＴ装置のヘリカルシャトルスキャンにおいては、図２３に示すようにクレードルに乗った被検体をクレードルの進行方向であるｚ軸方向に往復動作をさせてＸ線データ収集を行っていた。しかし、被検体はｚ軸方向に複数回往復動作をさせられるので、被検体によっては“乗り物酔い”を感じる場合があり、被検体の体感の観点から不快感を減少させる必要があった。
特開２００５-０４０５８２号公報

一方で、多列Ｘ線検出器または二次元Ｘ線エリア検出器によるＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線検出器のｚ軸方向の幅は広くなる方向である。また、被検体をｚ軸方向に動かして仮想的にＸ線検出器のｚ軸方向の幅を広く検出できるヘリカルシャトルスキャンはｚ軸方向に広い幅を一度に撮影でき、そのｚ軸方向に広い範囲の時間的な変化も見ることができる。このため、ヘリカルシャトルスキャンを使ったｚ軸方向に広い範囲を撮る撮影方法は、三次元パフュージョン（Perfusion）撮影、ＣＴアンジオ撮影などの用途で普及しつつある。この状況で、被検体の不快感を解消することは重要である。

本発明の目的は、多列Ｘ線検出器または二次元Ｘ線エリア検出器を持ったＸ線ＣＴ装置のヘリカルシャトルスキャンにおいて、被検体を動かさずに被検体の体感を損ねないヘリカルシャトルスキャンの撮影を実現するＸ線ＣＴ装置を提供することにある。

本発明は、被検体を動かさずにヘリカルシャトルスキャンを実現するために、Ｘ線管とＸ線検出器とを含むガントリ回転部をｚ軸方向に往復移動させる。走査ガントリ全体をｚ軸方向に往復動作させること、または走査ガントリ内部のＸ線管とＸ線検出器系のみをｚ軸方向に往復動作させることにより、被検体とＸ線データ収集系（Ｘ線管およびＸ線検出器）とのｚ軸方向への相対的な動きを実現させてヘリカルシャトルスキャンのＸ線データ収集を実現する。

第１の観点のＸ線ＣＴ装置は、被検体にＸ線ビームを照射するＸ線源と、被検体の所定領域を透過した投影データを収集するＸ線検出器と、Ｘ線源およびＸ線検出器を被検体の体軸方向にヘリカルシャトルスキャンさせる駆動手段とを有する。
Ｘ線源およびＸ線検出器を、クレードル進行方向であるｚ軸方向に往復運動させることでヘリカルシャトルスキャンを実現することができる。このＸ線源およびＸ線検出器をｚ軸方向に往復運動させる際には、走査ガントリ全体をｚ軸方向往復動作させても良いし、走査ガントリ内部の回転部をｚ軸方向往復動作させても良いし、走査ガントリ内部の回転部の中においてＸ線源およびＸ線検出器をｚ軸方向往復動作させても良い。また、Ｘ線管とＸ線検出器を独立にｚ軸方向に往復動作させても良い。このように、被検体とＸ線Ｘ線管およびＸ線検出器とのｚ軸方向の相対的な動きを実現させてヘリカルシャトルスキャンを実現できる。

本発明のＸ線ＣＴ装置によれば、ヘリカルシャトルスキャンにおいて、被検体を動かさずに被検体の体感を損ねないヘリカルシャトルスキャンの撮影を実現できる効果がある。

＜Ｘ線ＣＴ装置１００の全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態にかかるＸ線ＣＴ装置１００の構成ブロック図である。このＸ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール１と、撮影テーブル１０と、走査ガントリ２０とを具備している。

操作コンソール１は、操作者の入力を受け付ける入力装置２と、前処理、画像再構成処理、後処理などを実行する中央処理装置３と、走査ガントリ２０で収集したＸ線検出器データを収集するデータ収集バッファ５と、Ｘ線検出器データを前処理して求められた投影データから画像再構成した断層像を表示するモニタ６と、プログラムやＸ線検出器データや投影データやＸ線断層像を記憶する記憶装置７とを具備している。撮影条件の入力はこの入力装置２から入力され、記憶装置７に記憶される。図２にモニタ６に表示された撮影条件入力画面１３Ａの例を示す。画面撮影条件入力画面１３Ａには、所定の入力を行うための入力ボタン１３ａが表示されている。図２においてはスキャンのタブが選択されている画面である。タブをＰ−Ｒｅｃｏｎを選択すると図２の下に描かれているように入力用の表示が切り換わる。入力ボタン１３ａの上方には断層像１３ｂが表示され、下方には再構成領域１３ｃが表示されている。また、必要とあれば右上に表示されているように、生体信号を表示してもよい。

図１に戻り、撮影テーブル１０は、被検体４０を乗せるクレードル１２を具備している。クレードル１２は撮影テーブル１０に内蔵するモータで昇降およびテーブル直線移動される。

走査ガントリ２０は、Ｘ線管２１と、コリメータ２３と、ビーム形成Ｘ線フィルタ２８と、多列Ｘ線検出器２４とを含むガントリ回転部１５を備える。また、走査ガントリ２０は、Ｘ線コントローラ２２と、データ収集装置（ＤＡＳ：Data Acquisition System）２５と、被検体４０の体軸の回りに回転しているＸ線管２１などを制御する回転部コントローラ２６と、制御信号などを操作コンソール１や撮影テーブル１０とやり取りする制御コントローラ２９とを具備している。ビーム形成Ｘ線フィルタ２８は撮影中心である回転中心に向かうＸ線の方向にはフィルタの厚さが最も薄く、周辺部に行くに従いフィルタの厚さが増し、Ｘ線をより吸収できるようになっているＸ線フィルタである。このため、円形または楕円形に近い断面形状の被検体４０の体表面の被曝を少なくできるようになっている。また、走査ガントリコントローラ２７により、走査ガントリ２０はｚ軸方向の前方および後方に±３０度ほど傾斜できる。また、走査ガントリコントローラ２７は、Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４またはガントリ回転部１５をｚ軸方向に移動させることができる。

Ｘ線管２１と多列Ｘ線検出器２４は、回転中心ＩＣの回りを回転する。鉛直方向をy方向とし、水平方向をx方向とし、これらに垂直なテーブル１０の長手方向をｚ軸方向とするとき、Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４の回転平面は、ｘｙ平面である。

図３Ａおよび図３Ｂは、Ｘ線管２１と多列Ｘ線検出器２４の幾何学的配置の図である。図３Ａは、Ｘ線管２１と多列Ｘ線検出器２４の幾何学的配置をxy平面から見た図であり、図３ＢはＸ線管２１と多列Ｘ線検出器２４の幾何学的配置をyz平面から見た図である。Ｘ線管２１の陽極５１は、コーンビームと呼ばれるＸ線ビームＸＲを発生する。コーンビームの中心軸方向がy方向に平行なときを、ビュー角度０度とする。多列Ｘ線検出器２４は、ｚ軸方向にJ列、例えば２５６列のＸ線検出器列を有する。また、各Ｘ線検出器列はチャネル方向にIチャネル、例えば１０２４チャネルのＸ線検出器チャネルを有する。図３Ａにおいて、Ｘ線管２１のＸ線焦点を出たＸ線ビームがビーム形成Ｘ線フィルタ２８により、再構成領域Pの中心ではより多くのＸ線が、再構成領域Pの周辺部ではより少ないＸ線が照射される。このようにＸ線線量を空間的に制御した後に、再構成領域Pの内部に存在する被検体にＸ線が吸収され、透過したＸ線が多列Ｘ線検出器２４でＸ線検出器データとして収集される。

図３Ｂでは、Ｘ線管２１の陽極５１を出たＸ線ビームＸＲはＸ線コリメータ２３により断層像のスライス厚方向に制御されて、回転中心軸ＩＣ近辺に存在する被検体４０にＸ線が吸収され、透過したＸ線は多列Ｘ線検出器２４でＸ線検出器データとして収集される。Ｘ線が被検体４０に照射されて収集された投影データは、多列Ｘ線検出器２４からデータ収集装置２５でＡ／Ｄ変換され、スリップリング３０を経由してデータ収集バッファ５に入力される。データ収集バッファ５に入力されたデータは、記憶装置７のプログラムにより中央処理装置３で処理され、断層像に画像再構成されてモニタ６に表示される。なお、本実施形態では多列Ｘ線検出器２４を適用した場合であるが、フラットパネルＸ線検出器に代表されるマトリクス構造の二次元Ｘ線エリア検出器を適用することもできるし、１列のＸ線検出器を適用することができる。

＜Ｘ線ＣＴ装置１００の動作フローチャート＞
図４は本実施形態のＸ線ＣＴ装置１００の動作の概要を示すフローチャートである。

ステップＰ１では、被検体４０をクレードル１２に乗せ位置合わせを行う。クレードル１２の上に乗せられた被検体４０は各部位の基準点に走査ガントリ２０のスライスライト中心位置を合わせる。

ステップＰ２では、スカウト像（スキャノ像、Ｘ線透視像ともいう。）収集を行う。スカウト像は被検体４０の体の大きさによって成人又は子供の２種類のスカウト像が撮影できるようになっており、さらに通常０度，９０度で撮影することができる。部位によっては例えば頭部のように、９０度スカウト像のみの場合もある。スカウト像撮影では、Ｘ線管２１と多列Ｘ線検出器２４とクレードル１２とを相対的に直線移動させながらＸ線検出器データのデータ収集動作を行う。

ステップＰ３では、スカウト像上に撮影する断層像の位置、大きさを表示しながら撮影条件設定を行う。本実施形態では、コンベンショナルスキャン（アキシャルスキャン）、ヘリカルスキャン、可変ピッチヘリカルスキャン、ヘリカルシャトルスキャンなどの複数のスキャンパターンを有している。コンベンショナルスキャンとは、クレードル１２とＸ線管２１及びＸ線検出部２４とを相対的にＺ軸方向に所定ピッチ移動するごとにＸ線管２１及びＸ線検出部２４を回転させて投影データを取得するスキャン方法である。ヘリカルスキャンとは、Ｘ線管２１とＸ線検出部２４とが回転している状態でクレードル１２とＸ線管２１及びＸ線検出部２４とを相対的に所定速度で移動させ、投影データを取得するスキャン方法である。可変ピッチヘリカルスキャンとは、ヘリカルスキャンと同様にＸ線管２１及びＸ線検出部２４を回転させながらクレードル１２とＸ線管２１及びＸ線検出部２４とを相対速度を可変させて投影データを取得するスキャン方法である。ヘリカルシャトルスキャンとは、ヘリカルスキャンと同様にＸ線管２１及びＸ線検出部２４を回転させながらクレードル１２とＸ線管２１及びＸ線検出部２４とを相対的にＺ軸方向又は−Ｚ軸方向に往復移動させて投影データを取得するスキャン方法である。これら複数のスキャンを設定する際には１回分の全体としてのＸ線線量情報の表示を行う。また、シネスキャンにおいては、回転数または時間を入れるとその関心領域における入力された回転数分、または入力された時間分のＸ線線量情報が表示される。

ステップＰ４では、断層像撮影を行う。断層像撮影およびその画像再構成の詳細については図５で後述する。ステップＰ５では、画像再構成された断層像を表示する。ステップＰ６では、ｚ軸方向に連続に撮影された断層像を三次元画像として用いて、三次元画像表示を行う。

＜断層像撮影およびスカウト像撮影の動作フローチャート＞
図５は、本発明のＸ線ＣＴ装置１００の断層像撮影およびスカウト像撮影の動作の概略を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、ヘリカルスキャンは、Ｘ線管２１と多列Ｘ線検出器２４とを被検体４０の回りに回転させ、かつ撮影テーブル１０上のクレードル１２とＸ線管２１及びＸ線検出部２４とを相対的に直線移動させながらＸ線検出器データのデータ収集動作を行う。ビュー角度viewと、検出器列番号jと、チャネル番号iとで表わされるＸ線検出器データＤ０（view，j，i）(ｊ＝１〜ＲＯＷ，ｉ＝１〜ＣＨ)にｚ軸方向の座標位置Ｚtable（view）を付加させて、一定速度の範囲のデータ収集を行う。

このｚ軸方向座標位置はＸ線投影データに付加させてもよいし、また別ファイルとしてＸ線投影データと関連付けて用いてもよい。ヘリカルシャトルスキャン、可変ピッチヘリカルスキャン時にＸ線投影データを三次元画像再構成する場合に、このｚ方向座標位置の情報は用いられる。また、ヘリカルスキャン、コンベンショナルスキャンまたはシネスキャン時にｚ方向座標位置の情報を用いることにより、画像再構成された断層像の制度改善、画質改善を実現することもできる。このｚ方向座標位置はクレードル１０の位置制御データを用いてもよいし、撮影条件設定時に設定された撮影動作から予測される時刻におけるｚ方向座標を用いることもできる。

また、可変ピッチヘリカルスキャンまたはヘリカルシャトルスキャンにおいては、一定速度の範囲のデータ収集に加えて、加速時、減速時においてもデータ収集を行うものとする。また、コンベンショナルスキャン（アキシャルスキャン）またはシネスキャンでは撮影テーブル１０上のクレードル１２をあるｚ軸方向位置に固定させたまま、Ｘ線管２１と多列Ｘ線検出器２４とを１回転または複数回転させてＸ線検出器データのデータ収集を行う。必要に応じて、次のｚ軸方向位置に移動した後に、再度、Ｘ線管２１と多列Ｘ線検出器２４とを１回転または複数回転させてＸ線検出器データのデータ収集を行う。また、スカウト像撮影では、Ｘ線管２１と多列Ｘ線検出器２４とを固定させ、撮影テーブル１０上のクレードル１２を直線移動させながらＸ線検出器データのデータ収集動作を行うものとする。

ステップＳ２では、Ｘ線検出器データＤ０(view，j，i)に対して前処理を行い、投影データに変換する。図６にステップＳ２の前処理について具体的な処理を示す。ステップＳ２１ではオフセット補正を行い、ステップＳ２２では対数変換を行い、ステップＳ２３ではＸ線線量補正を行い、ステップＳ２４では感度補正を行う。スカウト像撮影の場合は、前処理されたＸ線検出器データをチャネル方向の画素サイズおよびクレードル１２の長手方向であるｚ軸方向の画素サイズを、モニタ６の表示画素サイズに合わせて表示すればスカウト像として完成である。

図５に戻り、ステップＳ３において、前処理された投影データＤ１ (view，j，i)に対して、ビームハードニング補正を行う。ステップＳ３のビームハードニング補正は、前処理Ｓ２のステップＳ２４の感度補正が行われた投影データをＤ１(view，j，i)とし、ステップＳ３のビームハードニング補正の後のデータをＤ１１(view，j，i)とすると、ビームハードニング補正は以下の（数式１）のように、例えば多項式形式で表わされる。なお、本明細書において乗算演算は、「●」で表してある。
…（数式１）
この時、検出器のj列ごとに独立したビームハードニング補正を行えるため、撮影条件で各Ｘ線管電圧が異なっていれば、列ごとの検出器のＸ線エネルギー特性の違いを補正できる。

ステップＳ４では、ビームハードニング補正された投影データＤ１１(view，j，i)に対して、ｚ軸方向(列方向)のフィルタをかけるｚフィルタ重畳処理を行う。すなわち、各ビュー角度、各データ収集系における前処理後、ビームハードニング補正された多列Ｘ線検出器Ｄ１１(view，j，i) (i＝１〜ＣＨ， j＝１〜ＲＯＷ)の投影データに対し、列方向に例えば下記の（数式２），（数式３）に示すような、列方向フィルタサイズが５列のフィルタをかける。
（w１(i)，w２(i)，w３(i)，w４(i)，w５(i)） …（数式２）

ただし、
…（数式３）
補正された検出器データＤ１２(view，j，i)は以下の（数式４）のようになる。
…（数式４）
となる。なお、チャネルの最大値はＣＨ，
列の最大値はＲＯＷとすると、
以下の（数式５），（数式６）のようになる。
…（数式５）
…（数式６）

また、列方向フィルタ係数をチャネルごとに変化させると画像再構成中心からの距離に応じてスライス厚を制御できる。一般的に断層像では再構成中心に比べ周辺部の方がスライス厚が厚くなる。このため、フィルタ係数を中心部と周辺部で変化させてスライス厚は周辺部でも画像再構成中心部でも一様にすることもできる。例えば、方向フィルタ係数を中心部チャンネル近辺では列方向フィルタ係数の幅を広く変化させ、周辺部チャンネル近辺では列方向フィルタ係数の幅を狭く変化させると、スライス厚は周辺部でも画像再構成中心部でも一様にすることもできる。

このように、多列Ｘ線検出器２４の中心部チャネルと周辺部チャネルの列方向フィルタ係数を制御してやることにより、スライス厚も中心部と周辺部で制御できる。列方向フィルタでスライス厚を弱干厚くすると、アーチファクト、ノイズともに大幅に改善される。これによりアーチファクト改善具合、ノイズ改善具合も制御できる。つまり、三次元画像再構成された断層像つまり、ｘｙ平面内の画質が制御できる。また、その他の実施形態として列方向（ｚ軸方向）フィルタ係数を逆重畳（デコンボリューション）フィルタにすることにより、薄いスライス厚の断層像を実現することもできる。

ステップＳ５では、再構成関数重畳処理を行う。すなわち、投影データを周波数領域に変換する高速フーリエ変換(ＦＦＴ：Fast Fourier Transform)をして、再構成関数を掛け、逆フーリエ変換する。再構成関数重畳処理Ｓ５では、ｚフィルタ重畳処理後の投影データをＤ１２とし、再構成関数重畳処理後の投影データをＤ１３、重畳する再構成関数をKernel（j）とすると、再構成関数重畳処理は以下の（数式７）のように表わされる。なお、本明細書において重畳（コンボリューション）演算は、「＊」で表してある。
…（数式７）
つまり、再構成関数Kernel（j）は検出器のj列ごとに独立した再構成関数重畳処理を行えるため、列ごとのノイズ特性、分解能特性の違いを補正できる。

ステップＳ６では、再構成関数重畳処理した投影データＤ１３(view，j，i)に対して、三次元逆投影処理を行い、逆投影データＤ３(x，y，ｚ)を求める。画像再構成される画像はｚ軸に垂直な面、ｘｙ平面に三次元画像再構成される。以下の再構成領域Ｐはｘｙ平面に平行なものとする。この三次元逆投影処理については、図７を参照して後述する。

ステップＳ７では、逆投影データＤ３（x，y，ｚ）に対して画像フィルタ重畳、ＣＴ値変換などの後処理を行い、断層像Ｄ３１（x，y，ｚ）を得る。後処理の画像フィルタ重畳処理では、三次元逆投影後の断層像をＤ３１（x，y，ｚ）とし、画像フィルタ重畳後のデータをＤ３２（x，y，ｚ）、断層像平面であるｘｙ平面において重畳される二次元の画像フィルタをFilter（ｚ）とすると、以下の（数式８）のようになる。
…（数式８）
つまり、各ｚ座標位置の断層像ごとに独立した画像フィルタ重畳処理を行えるため、列ごとのノイズ特性、分解能特性の違いを補正できる。

また、この二次元の画像フィルタ重畳処理の後に、下記に示す画像空間ｚ軸方向フィルタ重畳処理を行ってもよい。また、この画像空間ｚ軸方向フィルタ重畳処理は二次元画像フィルタ重畳処理の前に行ってもよい。さらには、三次元の画像フィルタ重畳処理を行って、この二次元の画像フィルタ重畳処理と、画像空間ｚ軸方向フィルタ重畳処理の両方を兼ねるような効果を出してもよい。

画像空間ｚ軸方向フィルタ重畳処理では、画像空間ｚ軸方向フィルタ重畳処理された断層像をＤ３３（x，y，ｚ）、二次元の画像フィルタ重畳処理された断層像をＤ３２（x，y，ｚ）とすると、以下の（数式９）のようになる。ただし、v（i）はｚ軸方向の幅が２１＋１の画像空間ｚ軸方向フィルタ係数で以下の（数式１０）のような係数列となる。
…（数式９）
…（数式１０）

なお、ヘリカルスキャンにおいては、画像空間フィルタ係数v（i）はｚ軸方向位置に依存しない画像空間ｚ軸方向フィルタ係数であってよい。しかし、特にｚ軸方向に検出器幅の広い多列Ｘ線検出器２４又は二次元Ｘ線エリア検出器などを用い、コンベンショナルスキャン（アキシャルスキャン）またはシネスキャンをする場合は、画像空間ｚ軸方向フィルタ係数v（i）はｚ軸方向のＸ線検出器の列の位置に依存した画像空間ｚ軸方向フィルタ係数を用いるのが好ましい。なぜなら、各断層像の列位置に依存した詳細な調整ができるので効果的であるからである。

＜三次元逆投影処理のフローチャート＞
図７は、図６のステップＳ６の詳細を示したもので、三次元逆投影処理のフローチャートである。本実施形態では、画像再構成される画像はｚ軸に垂直な面、ｘｙ平面に三次元画像再構成される。以下の再構成領域Ｐはｘｙ平面に平行なものとする。

ステップＳ６１では、断層像の画像再構成に必要な全ビュー（すなわち、３６０度分のビュー又は「１８０度分＋ファン角度分」のビュー）中の一つのビューに着目し、再構成領域Ｐの各画素に対応する投影データDrを抽出する。

ここで、図８および図９を使って、投影データDrについて説明する。図８は再構成領域上のラインをＸ線透過方向へ投影する状態を示す概念図であり、そのＡはｘｙ平面、Ｂはｙｚ平面を示している。図９はＸ線検出器面に投影したラインを示す概念図である。図８に示すように、ｘｙ平面に平行な５１２×５１２画素の正方形の領域を再構成領域Ｐとし、y＝０のｘ軸に平行な画素列Ｌ０，y＝６３の画素列Ｌ６３，y＝１２７の画素列Ｌ１２７，y＝１９１の画素列Ｌ１９１，y＝２５５の画素列Ｌ２５５，y＝３１９の画素列Ｌ３１９，y＝３８３の画素列Ｌ３８３，y＝４４７の画素列Ｌ４４７，y＝５１１の画素列Ｌ５１１を列にとる。そして、これらの画素列Ｌ０〜Ｌ５１１をＸ線透過方向に多列Ｘ線検出器２４の面に投影した図９に示す如きラインＴ０〜Ｔ５１１上の投影データを抽出すれば、それらが画素列Ｌ０〜Ｌ５１１の投影データDr(view，x，y)となる。ただし、ｘ，ｙは断層像の各画素（x，y）に対応する。

Ｘ線透過方向は、Ｘ線管２１のＸ線焦点と各画素と多列Ｘ線検出器２４との幾何学的位置によって決まるが、Ｘ線検出器データＤ０(view，j，i)のｚ座標ｚ（view）がテーブル直線移動ｚ軸方向位置Ｚtable（view）としてＸ線検出器データに添付されて判っているため、加速・減速中のＸ線検出器データＤ０(view，j，i)でもＸ線焦点、多列Ｘ線検出器のデータ収集幾何学系の中において、Ｘ線透過方向を正確に求めることができる。

なお、例えば画素列Ｌ０をＸ線透過方向に多列Ｘ線検出器２４の面に投影したラインＴ０のように、ラインの一部が多列Ｘ線検出器２４のチャネル方向の外に出た場合は、対応する投影データDr(view，x，y)を「０」にする。また、ｚ軸方向の外に出た場合は投影データDr(view，x，y)を補外して求める。

図７に戻り、ステップＳ６２では、投影データDr（view，x，y）にコーンビーム再構成加重係数を乗算する。ここで、コーンビーム再構成加重係数w（i，j）は以下の通りである。ファンビーム画像再構成の場合は、一般に、view＝βaでＸ線管２１の焦点と再構成領域Ｐ上（ｘｙ平面上）の画素g(x，y)とを結ぶ直線がＸ線ビームの中心軸Ｂcに対してなす角度をγとし、その対向ビューをview＝βbとするとき、以下の（数式１１）のようになる。
βb＝βa＋１８０°−２γ…（数式１１）

再構成領域Ｐ上の画素g(x，y)を通るＸ線ビームとその対向Ｘ線ビームが再構成平面Ｐとなす角度を、αa，αbとすると、これらに依存したコーンビーム再構成加重係数ωa，ωbを掛けて加算し、逆投影画素データＤ２（０，x，y）を求める。この場合、（数式１２）のようになる。
Ｄ２（０，x，y）＝ωa・Ｄ２（０，x，y）_ a＋ωb・Ｄ２（０，x，y）_ b …（数式１２）
ただし、Ｄ２（０，x，y）_aはビューβaの逆投影データ、Ｄ２（０，x，y）_bはビューβbの逆投影データとする。
なお、コーンビーム再構成加重係数の対向ビーム同士の和は、（数式１３）のようになる。
ωa＋ωb＝１ …（数式１３）
コーンビーム再構成加重係数ωa，ωbを掛けて加算することにより、コーン角アーチファクトを低減することができる。

例えば、コーンビーム再構成加重係数ωa，ωbは、次式により求めたものを用いることができる。なお、gaはビューβaの加重係数、gbはビューβbの加重係数である。ファンビーム角の１／２をγmaxとするとき、以下の（数式１４）から（数式１９）のようになる。
（例えば、q＝１とする）
例えば、ga，gbの一例として、max[ ]を値の大きい方を採る関数とすると、以下の（数式２０），（数式２１）のようになる。

また、ファンビーム画像再構成の場合は、更に距離係数を再構成領域Ｐ上の各画素に乗算する。距離係数はＸ線管２１の焦点から投影データDrに対応する多列Ｘ線検出器２４の検出器列j，チャネルiまでの距離をr０とし、Ｘ線管２１の焦点から投影データDrに対応する再構成領域Ｐ上の画素までの距離をr１とするとき、（r１／r０）２である。また、平行ビーム画像再構成の場合は、再構成領域Ｐ上の各画素にコーンビーム再構成加重係数w（i，j）のみを乗算すればよい。

ステップＳ６３では、予めクリアしておいた逆投影データＤ３(x，y)に、投影データＤ２（view，x，y）を画素対応に加算する。

以上、図７の三次元逆投影処理のフローチャートは、図８に示す再構成領域Ｐを正方形５１２×５１２画素として説明したものである。しかしこれに限られるものではない。図１０は円形の再構成領域上のラインをＸ線透過方向へ投影する状態を示す概念図であり、そのＡはｘｙ平面、Ｂはｙｚ平面である。この図１０に示すように、再構成領域Ｐを５１２×５１２画素の正方形の領域とせずに、直径５１２画素の円形の領域としてもよい。

上記の動作を行うＸ線ＣＴ装置１００においては、ヘリカルシャトルスキャンは被検体４０とＸ線データ収集が相対的に動くことにより、ｚ軸方向に広い範囲の被検体４０のＸ線投影データが収集できる。

図２３のように、従来のヘリカルシャトルスキャンにおいては、Ｘ線データ収集のｚ軸方向の範囲を広げるために、被検体４０を乗せた撮影テーブル１０のクレードル１２をｚ軸方向に往復移動させていた。しかし、この往復動作で被検体４０は“乗り物酔い”を感じ、体感を損ねる場合がある。

＜被検体４０を動かさないヘリカルシャトルスキャン＞
本実施形態においては、以下の４つの実施例により、被検体４０を動かさずにヘリカルシャトルスキャンを実現させる。走査ガントリコントローラ２７が、Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４またはガントリ回転部１５を駆動制御する。
実施例１：走査ガントリ２０が往復するヘリカルシャトルスキャン
実施例２：走査ガントリ２０のガントリ回転部１５が往復するヘリカルシャトルスキャン
実施例３：Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４が往復動作するヘリカルシャトルスキャン
実施例４：Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４の傾斜した往復動作によるヘリカルシャトルスキャン

なお、この場合にヘリカルシャトルスキャンのｚ軸方向のＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体４０との相対動作を図１５に示す。
ｚ０はＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体４０との相対動作の初期位置を示す。ｚ１はその相対動作の加速終了位置を示す。ｚ２はその相対動作の減速開始位置を示す。ｚ３はその相対動作の停止位置を示す。
[ｚ０，ｚ１]の範囲はＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体４０との相対動作加速度のａ１で加速される。
[ｚ１，ｚ２]の範囲は一定速度ｖ１で動作する。
[ｚ２，ｚ３]の範囲はＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体４０との相対動作減速度のａ２で減速される。

この場合、時刻でなくｚ座標で制御を行う理由としては、撮影テーブル１０のクレードル１２を実際に制御する撮影テーブル制御装置は制御を時刻で行うより、撮影テーブルのｚ座標で行う方が制御しやすいためである。勿論、上記の撮影テーブルの制御はｚ座標で行うのではなく、時刻で行っても同様に可能である。

また、ヘリカルシャトルスキャンは上記のｚ０からｚ３までの動作だけでなく、ｚ０→ｚ３→ｚ０→ｚ３というように複数回往復を行う。図１５では、１．５往復している様子を示している。

本実施例において、走査ガントリ２０が往復するヘリカルシャトルスキャンの例を示す。その概念図を図１１に示す。

図１１Ａにおいて、Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４は、回転して被検体４０のＸ線投影データを収集しながら走査ガントリ２０はｚ軸方向に往復動作を行う。この時のＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体４０との相対動作は図１５に示す通りである。

図１１Ｂは、走査ガントリ２０内部を拡大した図である。リニアガイド８９上に置かれたベース８１上には回転球８２が設けられている。回転球８２上に、前後方向に傾斜可能なサブベース８３が設けられている。不図示の回転モータがフロアに設けられ、不図示のモータが回転することで不図示のモータに取り付けられたボールネジが回転する。そしてボールネジでベース８１を引っ張ったり押したりすることで、ベース８１を図１１Ｂ中左右に動かすと、走査ガントリ２０はｚ軸方向に往復動作を行う。ガントリ回転部１５はベアリング９０を介して回転可能になっている。そして、走査ガントリ２０に設けられた不図示のモータがベルトを介してガントリ回転部１５の回転駆動を行う。ガントリ回転部１５内には、Ｘ線管２１、コリメータ２３、およびＸ線検出部２４が備えられている。

ガントリ回転部１５にはさらに、スリップリング３０が取り付けられている。スリップリング３０は、一般には、径の異なるリングが複数個、同心円状に取り付けられた円環状の導電体であって、回転電極としての役割を果たすものである。そして、このスリップリング３０には、導電体であって静止電極としての役割を果たす板バネ形状のブラシがそのバネ力を利用して押圧接触している。これによってガントリ回転部１５に内蔵されているＸ線管２１やＸ線検出部２４等との信号の受け渡しおよび給電が行われる。

本実施例においては、走査ガントリ２０の内部のガントリ回転部１５がｚ軸方向に往復動作するヘリカルシャトルスキャンの例を示す。その概念図を図１２に示す。

図１２Ａにおいて、Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４が回転して被検体４０のＸ線投影データを収集しながら、走査ガントリ２０の内部のガントリ回転部１５がｚ軸方向に往復動作を行う。この時のＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体４０との相対動作は図１５に示す通りである。

図１２Ｂは、走査ガントリ２０内部を拡大した図である。ベース８１上には回転球８２が設けられている。回転球８２上に、前後方向に傾斜可能なサブベース８３が設けられている。サブベース８３に固定されたステージ８４が設けられており、ステージ８４にリニアガイド８５が設けられている。リニアガイド８５上には、ｚ軸方向に移動可能なようにガントリ回転部１５が載置されている。不図示の回転モータがサブベース８３に設けられ、不図示のモータが回転することで不図示のモータに取り付けられたボールネジが回転する。ガントリ回転部１５をｚ軸方向にボールネジが引っ張ったり押したりすることで、リニアガイド８５が図１２Ｂ中左右に動き、ガントリ回転部１５がｚ軸方向に、図１２Ａに示すＸＬ間を往復動作する。ガントリ回転部１５はベアリング９０を介して回転可能になっている。そして、走査ガントリ２０に設けられた不図示のモータがベルトを介してガントリ回転部１５の回転駆動を行う。ガントリ回転部１５内には、Ｘ線管２１、コリメータ２３、およびＸ線検出部２４が備えられている。

ガントリ回転部１５にはさらに、スリップリング３０が取り付けられている。そして、このスリップリング３０には、導電体であって静止電極としての役割を果たす板バネ形状のブラシがそのバネ力を利用して押圧接触している。これによってガントリ回転部１５に内蔵されているＸ線管２１やＸ線検出部２４等との信号の受け渡しおよび給電が行われる。

本実施例においては、走査ガントリ２０のガントリ回転部１５にあるＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４がｚ軸方向に往復動作する、または、Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４のうち少なくとも１つがｚ軸方向に往復動作するヘリカルシャトルスキャンの例を示す。その概念図を図１３に示す

図１３Ａにおいて、Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４は、回転して被検体４０のＸ線投影データを収集しながらｚ軸方向に往復動作を行う。または、Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４のうち少なくとも１つがｚ軸方向に往復動作を行う。この時のＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体４０との相対動作は図１５に示す通りである。

図１３Ｂは、走査ガントリ２０内部を拡大した図である。ベース８１上には回転球８２が設けられている。回転球８２上に、前後方向に傾斜可能なサブベース８３が設けられている。サブベース８３にガントリ回転部１５が固定されている。ガントリ回転部１５にリニアモータ８６の固定子が設けられている。リニアモータ８６の可動子上には、ｚ軸方向に移動可能なようにＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４が載置されている。リニアモータ８６の可動子が図１３Ｂ中左右に動き、Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４がｚ軸方向に、図１３Ａに示すＸＬ間を往復動作する。ガントリ回転部１５はベアリング９０を介して回転可能になっている。そして、走査ガントリ２０に設けられた不図示のモータがベルトを介してガントリ回転部１５の回転駆動を行う。

本実施例においては、走査ガントリ２０のガントリ回転部１５にあるＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４がｚ軸方向の前後に傾斜し、その傾斜動作を往復動作させるヘリカルシャトルスキャンの例を示す。その概念図を図１４に示す。

図１４Ａでは、Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４が回転して被検体４０のＸ線投影データを収集しながら、Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４がｚ軸方向の前後に往復傾斜動作を行う。この時のＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４とからなるＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４の回転面が被検体４０を照射して、被検体４０の体軸と交わるｚ軸方向座標の位置は[ｚ０，ｚ１]の間を往復する。この時のＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体４０との相対的動作は図１５に示す通りである。

図１４Ｂは、走査ガントリ２０内部を拡大した図である。回転可能なガントリ回転部１５の一方には前後方向に傾斜可能なスロープ９３が設けられており、スロープ９３上には回転球９４が設けられている。回転球９４上には、多列Ｘ線検出器２４が載置されている。ガントリ回転部１５の他方にも前後方向に傾斜可能なスロープ９５が設けられており、不図示の回転球上には、Ｘ線管２１が載置されている。ガントリ回転部１５に不図示の回転モータが設けられ、モータが回転すると、Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４がＺ軸方向に傾斜する。

なお、この時に被検体４０のＸ線被曝を低減する実施例を以下に示す。
図１６Ａにヘリカルスキャン中にＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４を傾斜させたＸ線無駄被曝の少ないスキャンのデータ収集の動作の概要を示す。図１６Ｂに、傾斜角度制御付ヘリカルシャトルスキャンのＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体との相対動作を示す。

−θ０はＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４の傾斜角の初期位置を示す。この時のｚ軸方向テーブル座標位置はｚ０である。
−θ１はＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４の傾斜角の加速終了位置を示す。この時のｚ軸方向テーブル座標位置はｚ４である。
θ２はＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４の傾斜角の減速開始位置を示す。この時のｚ軸方向テーブル座標位置はｚ５である。
＋θ０はＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４の傾斜角の停止位置を示す。この時のｚ軸方向テーブル座標位置はｚ３である。

[−θ０，−θ１]の範囲はＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４の傾斜角は加速される。
この時の再加速度の変化は非線形であり、以下の（数式２２）で示される。
… （数式２２）
[θ２，＋θ０]の範囲はＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４の傾斜角は減速される。
この時の再減速度の変化は非線形であり、以下の（数式２３）で示される。
… （数式２３）

ここでｚ０：Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体とのz方向相対初期位置
ｚ１：Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体とのz方向相対加速終了位置
ｚ２：Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体とのz方向相対減速開始位置
ｚ３：Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体とのz方向相対停止位置である。
[−θ１，θ２]の範囲はＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４は一定角速度ω１で動作する。
[ｚ０，ｚ１]の範囲はＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体４０との相対位置の加速度ａ１で加速される。[ｚ１，ｚ２]の範囲は一定速度ｖ１で動作する。[ｚ２，ｚ３]の範囲はその相対位置が減速度ａ２で減速される。
このように、Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４の傾斜動作の加速減速制御とＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４のＺ軸方向動作の加速減速制御とは、独立して行われる。
なお、この時のＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４のＸ線ビームの片側の回転面はｚ軸に垂直方向で、ｘｙ平面にほぼ平行である。このため、被検体４０に照射されるＸ線ビームはｘｙｚ空間において直方体で最小の範囲となり、被曝低減が実現される。

＜被検体４０を動かさない可変ピッチヘリカルスキャン＞
本実施例１、本実施例２および本実施例３においては、被検体４０とＸ線管２１およびＸ線検出器２４との相対動作として加速部分、減速部分、一定速度部分からなるヘリカルシャトルスキャンの例を示した。しかし、もう少し複雑な加速、減速、一定速度のパターンを持った可変ピッチヘリカルスキャンの往復スキャンの場合も同様に効果を出すことができる。図１７に可変ピッチヘリカルスキャンを用いた往復スキャンのＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体４０における一方向分の動作を示す。

ｚ０はＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体４０との相対位置の初期位置で、ｚ１はその相対位置の加速終了位置を示す。また、ｚ２はその相対位置の減速開始位置を示し、ｚ３はその相対位置の減速終了位置を示す。
ｚ４はＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体４０との相対位置の加速開始位置を示し、ｚ５はその相対位置の加速終了位置を示す。また、ｚ６はその相対位置の減速開始位置を示し、ｚ７はその相対位置の減速終了位置を示す。
ｚ８はＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体４０との相対位置の減速開始位置を示し、
ｚ９はその相対位置の停止位置を示す。

[ｚ０，ｚ１]の範囲はＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体４０との相対位置が加速度ａ１で加速される。[ｚ２，ｚ３]の範囲はその相対位置が減速度ａ２で減速される。
[ｚ４，ｚ５]の範囲はその相対位置が加速度ａ３で加速され、[ｚ６，ｚ７]の範囲はその相対位置が減速度ａ４で減速される。
[ｚ８，ｚ９]の範囲はその相対位置が減速度ａ５で減速される。

そして、[ｚ１，ｚ２]の範囲は一定速度ｖ１で動作し、[ｚ３，ｚ４]の範囲は一定速度ｖ２で動作する。また、[ｚ５，ｚ６]の範囲は一定速度ｖ１で動作し、[ｚ７，ｚ８]の範囲は一定速度ｖ３で動作する。このようにして可変ピッチヘリカルスキャンの往復スキャンの場合でも同様に効果を出すことができる。

＜Ｘ線管電流ｍＡの最適化＞
一般的にヘリカルシャトルスキャン、ｚ軸方向に往復する可変ピッチヘリカルスキャンにおいては、加速部分、減速部分、様々な速度または１つの速度の一定速度部分から構成されるスキャンであるため、ｚ軸方向に断層像の画質を一定に保とうと考えた場合には、Ｘ線ＣＴ装置１００の自動露出機構が必要となる。

本実施例においては、Ｘ線ＣＴ装置１００に自動露出機構を持たせたｚ軸方向に往復する可変ピッチヘリカルスキャンやヘリカルシャトルスキャンにおけるヘリカルピッチ、画像再構成に用いる投影データの回転数の変化を考慮したＸ線管電流ｍＡの最適化を述べる。

図１８、図１９および図２０は、ｚ軸方向に往復動作を行う可変ピッチヘリカルスキャンまたはヘリカルシャトルスキャンの座標（図Ａ）、ヘリカルピッチ（図Ｂ）、使用データ回転数（図Ｃ）およびＸ線管電流ｍＡ（図Ｄ）を示したものである。図１８Ｂ、図１９Ｂおよび図２０Ｂに示すように、ｚ軸方向に往復する可変ピッチヘリカルスキャンやヘリカルシャトルスキャンは、ｚ軸方向または時刻t方向とともにヘリカルピッチが変化する。被検体４０とＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４との相対動作において特に開始点ｚ０、停止点ｚ３においてはヘリカルピッチは０になる。つまり、場合によっては開始点ｚ０、停止点ｚ３においてＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４は、被検体４０とＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４との相対動作においてある一定時間滞留する。また、画像再構成に使用するＸ線投影データはＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４の加速時、減速時において１回転以上使用してＳ／Ｎを改善することができる。

図１８Ａにおけるｚ軸方向に往復する可変ピッチヘリカルスキャンまたはヘリカルシャトルスキャンでは、ｚ座標については、以下のように制御する。

時刻[t０，t１]間における被検体４０から見たＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４はｚ０に滞留する。
時刻[t１，t２]間における被検体４０から見たＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４は[ｚ０，ｚ１]間を加速しながら移動する。
時刻[t２，t３]間における被検体４０から見たＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４は[ｚ１，ｚ２]間を一定速度で移動する。
時刻[t３，t４]間における被検体４０から見たＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４は[ｚ２，ｚ３]間を減速しながら移動する。
時刻[t４，t５]間における被検体４０から見たＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４はｚ３に滞留する。

図１８Ｂに示すヘリカルピッチついては、以下のように制御する。
時刻[t０，t１]間では０である。時刻[t１，t２]間では加速する。時刻[t２，t３]間ではヘリカルピッチＨＰ１で一定となる。時刻[t３，t４]間では減速する。時刻[t４，t５]間では０に戻る。

画像再構成に使用するＸ線投影データについては、以下のように制御する。ただし図１８Ｃの通り、ｎ＞１とする。
時刻t０では１回転である。
時刻[t０，t２]間の途中で最大値ｎ回転のＸ線投影データを用いる。
時刻t２においては１回転に戻る。
時刻[t２，t３]間では１回転で一定である。
時刻t３では１回転であるが、時刻[t３，t５]間の途中で最大値ｎ回転のＸ線投影データを用いる。
時刻t５においては１回転に戻る。

特にヘリカルピッチが１以下の部分については、画像再構成に用いるＸ線投影データの範囲をより大きく取ることができ、画質を改善することができる。ヘリカルシャトルスキャン、ｚ軸方向に往復する可変ピッチヘリカルスキャンの加減速時においては特にこれが有効となる。

この場合は、時刻[t０，t５]においては通常のコンベンショナルスキャン（アキシャルスキャン）の画像再構成により近づけ、時刻[t２，t３]においては通常のヘリカルスキャンの画像再構成に近づけるために、時刻[t０，t５]、時刻[t２，t３]においては画像再構成に使用するＸ線投影データを１回転にしている。

このため、画質を時刻[t０，t４]の間で一定にするようにＸ線管電流ｍＡを制御することを考えると、Ｘ線管電流ｍＡを図１８Ｄの通りに制御する。ただし、ｍＡ２＞ｍＡ１とする。

時刻t０ではＸ線管電流ｍＡ１である。
時刻[t０，t２]ではＸ線管電流ｍＡ１からＸ線管電流ｍＡ２に増加し、時刻t２ではＸ線管電流ｍＡ２になる。
時刻[t２，t３]ではＸ線管電流ｍＡ２で一定で、時刻t３ではＸ線管電流ｍＡ２である。
時刻[t３，t５]ではＸ線管電流ｍＡ２からＸ線管電流ｍＡ１に減少し、時刻t５ではＸ線管電流ｍＡ１に戻る。

なお、時刻[t０，t２]、時刻[t３，t５]においては、ヘリカルピッチＨＰとＸ線管電流ｍＡと画像再構成で使用するＸ線投影データの範囲の長さＬの間には、以下の（数式２４）の関係で制御するとｚ軸方向に一定の画質が得られる。なお、乗算演算は、「●」で表してある。
…（数式２４）

つまり、Ｘ線管電流ｍＡとＸ線投影データの範囲の長さＬの積とヘリカルピッチＨＰの比が一定もしくは、ほぼ一定になるように制御することでｚ軸方向に一定の画質が得られる。

図１９におけるｚ軸方向に往復する可変ピッチヘリカルスキャンまたはヘリカルシャトルスキャンは、図１９Ａおよび図１９Ｂに示すように、被検体４０から見たＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４のｚ座標およびヘリカルピッチを制御する。図１８Ａおよび図１８Ｂで示したものと同じであるので説明は割愛する。

図１９Ｃに示す使用データ回転数ついては、次のように制御する。ただし、ｎ＞１とする。
時刻[t０，t２]間ではｎ回転から１回転に減少する。
時刻[t２，t３]間では１回転で一定である。
時刻[t３，t４]間では１回転からｎ回転に増加する。
このため、時刻[t０，t２]、時刻[t３，t４]には、より多くのＸ線投影データが用いられ画質が良くなる。そのため画質を時刻[t０，t４]の間で一定にすることを考えると、Ｘ線管電流ｍＡは時刻[t０，t２]、時刻[t３，t４]の間は、より少なくすることができる。特にヘリカルピッチが１以下の部分については、画像再構成に用いるＸ線投影データの範囲をより大きく取ることができ、画質を改善することができる。ヘリカルシャトルスキャン、可変ピッチヘリカルスキャンの加減速時においては特にこれが有効となる。

したがって、画質を時刻[t０，t４]の間で一定にするようにＸ線管電流ｍＡを制御することを考える。Ｘ線管電流ｍＡを図１９Ｄの通りに制御する。ただし、ｍＡ２＞ｍＡ１とする。

なお、時刻[t０，t２]、時刻[t３，t５]においては、ヘリカルピッチＨＰとＸ線管電流ｍＡと画像再構成で使用するＸ線投影データの範囲の長さＬの間には、前記の（数式２４）の関係で制御するとｚ軸方向に一定の画質が得られる。つまり、Ｘ線管電流ｍＡとＸ線投影データの範囲の長さＬの積とヘリカルピッチＨＰの比が一定もしくは、ほぼ一定になるように制御することでｚ軸方向に一定の画質が得られる。

この場合は、時刻[t２，t３]においては通常のヘリカルスキャンの画像再構成に近づけるために、時刻[t２，t３]においては画像再構成に使用する投影データを１回転にしている。時刻[t０，t２]、時刻[t３，t５]においては被検体４０とＸ線管２１およびＸ線検出器２４との相対速度としてｚ軸方向に進む速度が時刻t０、時刻t５に近づくにつれ、より遅くなっている。

このため、断層像のｚ軸方向の厚さであるスライス厚を増やさずに、つまり断層像のｚ軸方向の分解能を落とさずに、より画像ノイズを改善する。これにより、Ｘ線管電流ｍＡを少なくし、Ｘ線被曝を低減できることを考える。そのため、時刻t０、時刻t５においてｎ回転のＸ線投影データを画像再構成に使用している。

図２０におけるｚ軸方向に往復する可変ピッチヘリカルスキャンまたはヘリカルシャトルスキャンは、図２０Ａおよび図２０Ｂに示すように、被検体４０から見たＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４のｚ座標およびヘリカルピッチを制御する。図１８Ａおよび図１８Ｂで示したものと同じであるので説明は割愛する。

図２０Ｃに示す画像再構成に使用するＸ線投影データは、時刻[t０，t５]間の間では一定にして１回転にしている。この場合は、断層像の時間分解能を一定にすることを優先して考えて、使用するＸ線投影データを一定にしている。

このため、画質を時刻[t０，t４]の間で一定にするように、Ｘ線管電流ｍＡを制御することを考える。Ｘ線管電流ｍＡを図２０Ｄの通りに制御する。ただし、ｍＡ２＞ｍＡ１とする。
時刻t０では、Ｘ線管電流ｍＡ１である。
時刻[t０，t２]ではＸ線管電流ｍＡ１からＸ線管電流ｍＡ２に増加する。なお、この時は、ヘリカルピッチが大きくなるとＸ線管電流ｍＡも大きくなる。ヘリカルピッチとＸ線管電流ｍＡの比が一定またはほぼ一定になるように制御するのがよい。
時刻[t２，t３]ではＸ線管電流ｍＡ２で一定である。
時刻[t３，t５]ではＸ線管電流ｍＡ２からＸ線管電流ｍＡ１に減少する。なお、この時ヘリカルピッチが小さくなるとＸ線管電流ｍＡも小さくなる。ヘリカルピッチとＸ線管電流ｍＡの比が一定またはほぼ一定になるように制御するのがよい。
時刻t５ではＸ線管電流ｍＡ１に戻る。

このように、図１８では断層像の画質を通常のコンベンショナルスキャン、ヘリカルスキャンに近づけるように制御した。図１９では、加減速時にＸ線被曝をより少なくするように制御しつつ、断層像の画質は落とさないように制御した。図２０では、断層像の時間分解能を一定に保つように制御した。

これらの例では、まず断層像の画質の変数であるヘリカルピッチ、画像再構成に使用されるデータ量の変数の制御をまず第１に優先して制御し、その後にＸ線管電流ｍＡの制御を行っている。このように、スカウト像より得られたｚ軸方向のＸ線管電流ｍＡの変化テーブルに対応するために、まず第１にＸ線管電流ｍＡという断層像の画質を制御する変数を使うのではなく、その他の画質を制御する変数を優先して制御し、それらの変数の制御により、始めに得られたスカウト像からのｚ軸方向のＸ線管電流ｍＡの変化テーブルを補正する。この後にＸ線管電流ｍＡの制御を行って、Ｘ線ＣＴ装置１００の自動露出機能を実現することもできる。

図１８，図１９および図２０の可変ピッチヘリカルスキャンまたはヘリカルシャトルスキャンは、図２１に示す処理の流れで制御される。

ステップＡ１１では、スカウト像より各ｚ軸方向のプロファイル面積を求め、各ｚ軸方向位置の最適なＸ線管電流ｍＡを求める。
ステップＡ１２では、ｚ＝ｚsとする。ただし、ｚ軸方向開始座標をｚsとする。
ステップＡ１３では、可変ピッチヘリカルスキャン、ヘリカルシャトルスキャンの動作制御パターンより、各ｚ軸方向位置のヘリカルピッチを求める。
ステップＡ１４では、動作制御パターンより、各ｚ軸方向位置の画像再構成に使用されるデータ範囲を求める。

ステップＡ１５では、動作制御パターンで決められたヘリカルピッチ、画像再構成に使用されるデータ範囲より、使用されるデータ量を考慮し、最適なＸ線管電流ｍＡを補正する。
ステップＡ１６では、ｚの位置のＸ線管電流ｍＡは出力できるかを判断し、ＹＥＳであればステップＡ１７へ行き、ＮＯであればステップＡ１８へ行く。
ステップＡ１７では、ｚ＝ｚ＋Δｚとする。
ステップＡ１８では、投影データ空間チャネル方向フィルタリングを行う。
ステップＡ１９では、ｚ≧ｚeかを判断し、ＹＥＳであれば処理を終了し、ＮＯであればステップＡ１３へ戻る。ただし、ｚ軸方向終点座標をｚeとする。

なお、上記の例では、Ｘ線管電流ｍＡよりも優先して制御する断層像の画質の変数として、ヘリカルピッチ、画像再構成におけるＸ線投影データの使用する範囲の長さ以外の画質の変数を用いても同様な効果を出せる。

以上のＸ線ＣＴ装置１００によれば、被検体４０を動かさずに被検体４０の体感を損ねないヘリカルシャトルスキャンの撮影を実現できる。

なお、本実施形態における画像再構成法は、従来公知のフェルドカンプ法による三次元画像再構成法でもよい。さらに、他の三次元画像再構成方法でもよい。または二次元画像再構成でも良い。また三次元表示方法は。図２２に示すように、ボリュームレンダリング三次元画像表示方法４０、三次元ＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）画像表示方法４１、およびＭＰＲ（Multi Plain Reformat）画像表示方法４２などの三次元再投影画像表示方法がある。各種の画像表示方法は診断用途により適宜使い分けることができる。

本実施形態は、走査ガントリ２０が傾斜していない場合で書かれているが、走査ガントリ２０が傾斜した、いわゆるチルト・スキャンの場合でも同様な効果を出すことができる。本実施形態は、生体信号に同期しない場合で書かれているが、生体信号、特に心拍信号に同期させても同様な効果を出すことができる。また、本実施形態では、多列Ｘ線検出器または、二次元Ｘ線エリア検出器を持ったＸ線ＣＴ装置について書かれているが、一列のＸ線検出器のＸ線ＣＴ装置においても同様の効果を出せる。

また、本実施形態では、列ごとに係数の異なった列方向（z方向）フィルタを重畳することにより、画質のばらつきを調整し、各列において均一なスライス厚、アーチファクト、ノイズの画質を実現しているが、これには様々なz方向フィルタ係数が考えられるが、いずれも同様の効果を出すことができる。

本実施形態では、医用Ｘ線ＣＴ装置１００を元に書かれているが、産業用Ｘ線ＣＴ装置１００または他の装置と組み合わせたＸ線ＣＴ−ＰＥＴ装置，Ｘ線ＣＴ−ＳＰＥＣＴ装置などにも利用できる。

本発明の一実施形態にかかるＸ線ＣＴ装置１００を示すブロック図である。Ｘ線ＣＴ装置１００の撮影条件入力画面を示す図である。Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４の斜視図である。被検体４０撮影の流れを示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１００の画像再構成の概略動作を示すフローチャートである。前処理の詳細を示すフローチャートである。三次元画像再構成処理の詳細を示すフローチャートである。再構成領域上のラインをＸ線透過方向へ投影する状態を示す概念図である。Ｘ線検出器面に投影したラインを示す概念図である。円形の再構成領域上のラインをＸ線透過方向へ投影する状態を示す概念図である。走査ガントリ２０がｚ軸方向に往復動作するヘリカルシャトルスキャンを示す実施例１の図である。走査ガントリ２０の回転部15がｚ軸方向に往復動作するヘリカルシャトルスキャンを示す実施例２の図である。Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４がｚ軸方向に往復動作するヘリカルシャトルスキャンを示す実施例３の図である。Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４のｚ軸方向に傾斜した往復動作によるヘリカルシャトルスキャンを示す実施例４の図である。ヘリカルシャトルスキャンのＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体４０との相対動作を示す図である。Ａは、ヘリカルスキャン中にＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４をｚ軸方向に傾斜させた往復スキャンによるＸ線無駄被曝の少ないスキャンを示す図である。Ｂは、傾斜角度制御付ヘリカルシャトルスキャンのX線データ収集と被検体の相対動作を示す図である。可変ピッチヘリカルスキャンによるｚ軸方向の往復スキャンのＸ線管２１および多列Ｘ線検出器２４と被検体４０との相対動作（一方向分）を示す図である。ｚ軸方向に往復動作を行う可変ピッチヘリカルスキャンまたはヘリカルシャトルスキャンのヘリカルピッチ・使用データ回転数・Ｘ線管電流ｍＡの関係の例１を示す図である。ｚ軸方向に往復動作を行う可変ピッチヘリカルスキャンまたはヘリカルシャトルスキャンのヘリカルピッチ・使用データ回転数・Ｘ線管電流ｍＡの関係の例２を示す図である。ｚ軸方向に往復動作を行う可変ピッチヘリカルスキャンまたはヘリカルシャトルスキャンのヘリカルピッチ・使用データ回転数・Ｘ線管電流ｍＡの関係の例３を示す図である。画像再構成に使用されるデータ量を考慮してＸ線管電流ｍＡを決めるＸ線自動露出機能のフローチャートである。ボリュームレンダリング三次元画像表示方法、ＭＰＲ画像表示方法、三次元ＭＩＰ画像表示方法の例を示す図である。従来のヘリカルシャトルスキャンを示す図である。

符号の説明

１ … 操作コンソール
２ … 入力装置
３ … 中央処理装置
５ … データ収集バッファ
６ … モニタ
７ … 記憶装置
１０ … 撮影テーブル
１２ … クレードル
１５ … 走査ガントリ回転部
２０ … 走査ガントリ
２１ … Ｘ線管
２２ … Ｘ線コントローラ
２３ … コリメータ
２４ … 多列Ｘ線検出器または二次元Ｘ線エリア検出器
２５ … データ収集装置（ＤＡＳ）
２６ … 回転部コントローラ
２７ … 走査ガントリコントローラ
２８ … ビーム形成Ｘ線フィルタ
２９ … 制御コントローラ
３０ … スリップリング
４０ … 被検体
８５，８６ … リニアガイド
９０ … ベアリング
９４ … 回転球
９５ … スロープ

Claims

被検体にＸ線ビームを照射するＸ線源と、
前記被検体の所定領域を透過した投影データを収集するＸ線検出器と、
前記Ｘ線源および前記Ｘ線検出器を、前記被検体の体軸方向に移動させてヘリカルシャトルスキャンさせる駆動手段と、
を備えることをＸ線ＣＴ装置。