JP4159188B2 - 管電流調節方法および装置並びにｘ線ｃｔ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管電流調節方法および装置並びにＸ線ＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置に関し、特に、Ｘ線管の管電流を最適化するための管電流調節方法および装置、並びに、そのような管電流調節装置を備えたＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴ装置において、Ｘ線管を含むＸ線照射装置は、撮影範囲を包含する広がり（幅）を持ちそれに垂直な方向に厚みを持つＸ線ビーム（ｂｅａｍ）を照射する。Ｘ線ビームの厚みはコリメータ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）のＸ線通過開口（アパーチャ：ａｐｅｒｔｕｒｅ）の開度を調節することにより変更できるようになっており、これによって撮影のスライス（ｓｌｉｃｅ）厚が調節される。
【０００３】
Ｘ線検出装置は、Ｘ線ビームの幅の方向に多数（例えば１０００個程度）のＸ線検出素子をアレイ（ａｒｒａｙ）状に配列した多チャンネル（ｃｈａｎｎｅｌ）のＸ線検出器を有し、それによってＸ線を検出するようになっている。
【０００４】
Ｘ線照射・検出装置を撮影対象の周りで回転（スキャン：ｓｃａｎ）させて、撮影対象の周囲の複数のビュー（ｖｉｅｗ）方向でそれぞれＸ線による撮影対象の投影像（プロジェクション：ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）を求め、それらプロジェクションデータ（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｄａｔａ）に基づいてコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）により断層像を生成（再構成）する。
【０００５】
再構成画像の品質を表す指標のひとつとして標準偏差（ＳＤ：Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）が用いられる。ＳＤは、Ｘ線管の管電流を一定としたとき、撮像対象のプロジェクションの面積と強い相関があるので、適正なＳＤの断層像を得るために、プロジェクションの面積に応じて管電流を自動調節することが行われる。
【０００６】
管電流の自動調節に当たっては、予め撮像対象をＸ線で透視してプロジェクションを求め、その面積に応じて適正な管電流を求める。その際、撮像対象となる人体等の断面は概ね楕円形であり、長径方向と短径方向ではＸ線の透過量が異なるので、オーバルレシオ（ｏｖａｌ ｒａｔｉｏ）すなわち長径と短径の比に応じて、上記求めた管電流を補正するようにしている。
【０００７】
長径および短径の長さを求めるために、撮像対象を正面（０°方向）および側面（９０°方向）からそれぞれＸ線で透視し、０°方向のプロジェクションの中央部の値を短径の長さとし、９０°方向のプロジェクションの中央部の値を長径の長さとする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の管電流調節では、撮像対象を０°方向および９０°方向からそれぞれＸ線で透視しなければならないので能率が悪いという問題があった。また、透視を２度行わなければならないので、撮像対象のＸ線の被曝量が増えるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、能率の良い管電流調節方法および装置、並びに、そのような管電流調節装置を備えたＸ線ＣＴ装置を実現することである。また、撮像対象のＸ線の被曝量が少ない管電流調節方法および装置、並びに、そのような管電流調節装置を備えたＸ線ＣＴ装置を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決するための第１の観点での発明は、透過Ｘ線による撮像対象のプロジェクションの面積および前記撮像対象の断面を楕円と仮定したときの長径と短径の比に基づいてＸ線管の管電流を調節する管電流調節方法であって、前記長径または短径のいずれかの方向において前記撮像対象をＸ線で透視したプロジェクションの面積を求め、前記透視した方向の径の長さを前記プロジェクションの中央部の値に基づいて定め、前記定めた径に垂直な径の長さを前記求めたプロジェクションの面積と前記求めた径の長さを用いて計算することを特徴とする管電流調節方法である。
【００１１】
（２）上記の課題を解決するための第２の観点での発明は、透過Ｘ線による撮像対象のプロジェクションの面積および前記撮像対象の断面を楕円と仮定したときの長径と短径の比に基づいてＸ線管の管電流を調節する管電流調節装置であって、前記長径または短径のいずれかの方向において前記撮像対象をＸ線で透視したプロジェクションの面積を求める面積計算手段と、前記透視した方向の径の長さを前記プロジェクションの中央部の値に基づいて定める径確定手段と、前記定めた径に垂直な径の長さを前記求めたプロジェクションの面積と前記求めた径の長さを用いて計算する径計算手段とを具備することを特徴とする管電流調節装置である。
【００１２】
（３）上記の課題を解決するための第３の観点での発明は、Ｘ線管を含むＸ線照射手段と、前記Ｘ線管の管電流を調節する管電流調節手段と、Ｘ線検出手段と、前記Ｘ線検出手段で検出した複数ビューのＸ線検出信号に基づいて断層像を生成する断層像生成手段とを有するＸ線ＣＴ装置であって、前記管電流調節手段として（２）に記載の管電流調節装置を用いることを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。
【００１３】
（４）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、Ｘ線管の管電流を調節し、前記Ｘ線管からＸ線を照射し、前記Ｘ線を検出し、前記検出した複数ビューのＸ線検出信号に基づいて断層像を生成するに当たり、前記管電流を調節するのに（１）に記載の方法を用いることを特徴とするＸ線断層撮像方法である。
【００１４】
（作用）
本発明では、長径または短径のいずれかの方向において撮像対象をＸ線で透視してプロジェクションを求め、透視した方向の径の長さはプロジェクションの中央部の値に基づいて定め、それに垂直な径の長さはプロジェクションの面積と透視した方向の径の長さを用いて計算する。これにより、透視は一方向からのみで済む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１にＸ線ＣＴ装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００１６】
図１に示すように、本装置は、走査ガントリ（ｇａｎｔｒｙ）２、撮像テーブル（ｔａｂｌｅ）４および操作コンソール（ｃｏｎｓｏｌｅ）６を備えている。走査ガントリ２はＸ線管２０を有する。Ｘ線管２０から放射された図示しないＸ線は、コリメータ２２により例えば扇状のＸ線ビームすなわちファンビーム（ｆａｎ ｂｅａｍ）となるように成形され、検出器アレイ２４に照射される。検出器アレイ２４は、扇状のＸ線ビームの幅の方向にアレイ状に配列された複数のＸ線検出素子を有する。検出器アレイ２４の構成については後にあらためて説明する。
【００１７】
Ｘ線管２０およびコリメータ２２は、本発明におけるＸ線照射手段の実施の形態の一例である。検出器アレイ２４は、本発明におけるＸ線検出手段の実施の形態の一例である。Ｘ線管２０、コリメータ２２および検出器アレイ２４は、Ｘ線照射・検出装置を構成する。Ｘ線照射・検出装置については、後にあらためて説明する。検出器アレイ２４にはデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６は検出器アレイ２４の個々のＸ線検出素子の検出データを収集する。
【００１８】
Ｘ線管２０からのＸ線の照射は、Ｘ線コントローラ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２８によって制御される。なお、Ｘ線管２０とＸ線コントローラ２８との接続関係については図示を省略する。コリメータ２２は、コリメータコントローラ３０によって制御される。なお、コリメータ２２とコリメータコントローラ３０との接続関係については図示を省略する。
【００１９】
以上のＸ線管２０からコリメータコントローラ３０までのものが、走査ガントリ２の回転部３４に搭載されている。回転部３４の回転は、回転コントローラ３６によって制御される。なお、回転部３４と回転コントローラ３６との接続関係については図示を省略する。
【００２０】
撮像テーブル４は、図示しない撮像対象を走査ガントリ２のＸ線照射空間に搬入および搬出するようになっている。撮像対象とＸ線照射空間との関係については後にあらためて説明する。
【００２１】
操作コンソール６は、中央処理装置６０を有している。中央処理装置６０は、例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等によって構成される。中央処理装置６０には、制御インタフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）６２が接続されている。制御インタフェース６２には、走査ガントリ２と撮像テーブル４が接続されている。中央処理装置６０は制御インタフェース６２を通じて走査ガントリ２および撮像テーブル４を制御する。
【００２２】
走査ガントリ２内のデータ収集部２６、Ｘ線コントローラ２８、コリメータコントローラ３０および回転コントローラ３６が制御インタフェース６２を通じて制御される。なお、それら各部と制御インタフェース６２との個別の接続については図示を省略する。
【００２３】
中央処理装置６０、制御インタフェース６２およびＸ線コントローラ２８からなる部分は、本発明の管電流調節装置の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。中央処理装置６０、制御インタフェース６２およびＸ線コントローラ２８からなる部分は、また、本発明における管電流調節手段の実施の形態の一例である。
【００２４】
中央処理装置６０には、また、データ収集バッファ６４が接続されている。データ収集バッファ６４には、走査ガントリ２のデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６で収集されたデータがデータ収集バッファ６４に入力される。データ収集バッファ６４は、入力データを一時的に記憶する。
【００２５】
中央処理装置６０は、データ収集バッファ６４を通じて収集した複数ビューのプロジェクションに基づいて画像再構成を行う。中央処理装置６０は、本発明における断層像生成手段の実施の形態の一例である。画像再構成には、例えばフィルタード・バックプロジェクション（ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｂａｃｋ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法等が用いられる。中央処理装置６０には、また、記憶装置６６が接続されている。記憶装置６６は、各種のデータや再構成画像およびプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）等を記憶する。
【００２６】
中央処理装置６０には、また、表示装置６８と操作装置７０がそれぞれ接続されている。表示装置６８は、中央処理装置６０から出力される再構成画像やその他の情報を表示するようになっている。操作装置７０は、操作者によって操作され、各種の指示や情報等を中央処理装置６０に入力するようになっている。
【００２７】
図２に、検出器アレイ２４の模式的構成を示す。検出器アレイ２４は、多数のＸ線検出素子２４（ｉ）を配列した、多チャンネルのＸ線検出器となっている。多数のＸ線検出素子２４（ｉ）は、全体として、円筒凹面状に湾曲したＸ線入射面を形成する。ｉはチャンネル番号であり例えばｉ＝１〜１０００である。
【００２８】
Ｘ線検出素子２４（ｉ）は、例えばシンチレータ（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）とフォトダイオード（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）の組み合わせによって構成される。なお、これに限るものではなく、例えばカドミウム・テルル（ＣｄＴｅ）等を利用した半導体Ｘ線検出素子、あるいは、キセノン（Ｘｅ）ガスを利用した電離箱型のＸ線検出素子であって良い。
【００２９】
図３に、Ｘ線照射・検出装置におけるＸ線管２０とコリメータ２２と検出器アレイ２４の相互関係を示す。なお、図３の（ａ）は走査ガントリ２の正面から見た状態を示す図、（ｂ）は側面から見た状態を示す図である。同図に示すように、Ｘ線管２０から放射されたＸ線は、コリメータ２２により扇状のＸ線ビーム４００となるように成形され、検出器アレイ２４に照射されるようになっている。
【００３０】
図３の（ａ）では、扇状のＸ線ビーム４００の広がりすなわちＸ線ビーム４００の幅を示す。Ｘ線ビーム４００の幅方向は、検出器アレイ２４におけるチャンネルの配列方向に一致する。（ｂ）ではＸ線ビーム４００の厚みを示す。
【００３１】
このようなＸ線ビーム４００の扇面に体軸を交差させて、例えば図４に示すように、撮像テーブル４に載置された撮像対象８がＸ線照射空間に搬入される。走査ガントリ２は、内部にＸ線照射・検出装置を包含する筒状の構造になっている。
【００３２】
Ｘ線照射空間は、走査ガントリ２の筒状構造の内側空間に形成される。Ｘ線ビーム４００によってスライスされた撮像対象８の像が検出器アレイ２４に投影される。検出器アレイ２４によって、撮像対象８を透過したＸ線が検出される。撮像対象８に照射するＸ線ビーム４００の厚みｔｈは、コリメータ２２のアパーチャの開度調節により設定される。
【００３３】
図５に、管電流調節に関する中央処理装置６０のブロック図を示す。同図における各ブロックの機能は、例えばコンピュータプログラム等により実現される。同図に示すように、中央処理装置６０はプロジェクション面積計算ユニット（ｕｎｉｔ）６０２を有する。プロジェクション面積計算ユニット６０２は、本発明における面積計算手段の実施の形態の一例である。プロジェクション面積計算ユニット６０２は、撮像対象８をＸ線で透視して得られるプロジェクションについてその面積を計算する。
【００３４】
プロジェクション面積計算を図６によって説明する。同図に示すように、撮像対象８についてＸ線ビーム４００により例えば０°方向のプロジェクションを得たとすると、プロジェクション面積計算ユニット６０２は、データ収集バッファ６４から入力した各チャンネルのプロジェクションデータの総和を求め、これをプロジェクションの面積ｓ１とする。
【００３５】
第１径確定ユニット６０４は、データ収集バッファ６４から入力したプロジェクションデータに基づいて、撮像対象８の断面を楕円と仮定したときの第１の径、すなわち、プロジェクション方向に平行な径の長さを確定する。第１径確定ユニット６０４は、本発明における径確定手段の実施の形態の一例である。
【００３６】
プロジェクション方向に平行な径の長さは、プロジェクションの中央部の高さすなわちプロジェクションの中央部におけるプロジェクションデータで表されるので、例えば検出器アレイ２４の中央チャンネルで測定したデータに基づくプロジェクションデータを抽出し、これを第１の径の長さｒ０とする。ここでは、第１の径は、０°方向のプロジェクションから求めたものであるから楕円の短径となる。なお、第１の径を求めるに当たり、中央チャンネルおよびその近傍の複数チャンネルによるプロジェクションデータの平均値を採用することが、確度の高い値を得る点で好ましい。
【００３７】
第２径計算ユニット６０６は、プロジェクション面積計算ユニット６０２から入力したプロジェクション面積と、第１径確定ユニット６０４から入力した第１の径を用いて、撮像対象８の断面が楕円であると仮定したときの第２の径、すなわち、第１の径に垂直な径（ここでは長径）を計算する。第２径計算ユニット６０６は、本発明における径計算手段の実施の形態の一例である。
【００３８】
第２の径の計算は楕円の面積の公式に基づいて行われる。楕円の面積は長径と短径と円周率の積によって定まり、このうち面積ｓ１と短径ｒ０がわかっているので長径ｒ９０は計算によって求めることができる。
【００３９】
管電流計算ユニット６０８は、プロジェクション面積計算ユニット６０２から入力したプロジェクション面積ｓ１に基づいて管電流を計算する。管電流を計算するに当たり、先ずプロジェクション面積ｓ１に対応するＳＤを求める。プロジェクション面積ＳとＳＤの関係は、標準的な管電流の下でのファントム（ｐｈａｎｔｏｍ）計測等により予め求められており、例えば図７に示すような対応関係がメモリに記憶されている。
【００４０】
そこで、このような関係からプロジェクション面積ｓ１に対応するＳＤδａを求める。このＳＤδａを与える管電流ｍＡａと、再構成画像に要求されるＳＤδｂを与える管電流ｍＡｂとの間には次式のような関係がある。
【００４１】
【数１】
【００４２】
そこで、この関係から、
【００４３】
【数２】
【００４４】
によって所望の管電流を求める。
オーバルレシオ計算ユニット６１０は、第１径確定ユニット６０４から入力した第１の径ｒ０および第２径計算ユニット６０６から入力した第２の径ｒ９０を用いてオーバルレシオ
【００４５】
【数３】
【００４６】
を求める。
管電流補正ユニット６１２は、管電流計算ユニット６０８から入力した管電流ｍＡｂを、オーバルレシオ計算ユニット６１０から入力したオーバルレシオＲに応じて補正する。オーバルレシオＲと補正係数Ｋの関係は例えば図８に示すように予め与えられており、この関係から求まる補正係数Ｋを用いて次式のように管電流を補正する。
【００４７】
【数４】
【００４８】
補正後の管電流ｍＡｂ’を表す信号は制御インタフェース６２を通じてＸ線コントローラ２８に与えられる。
本装置の動作を説明する。本装置の稼働に当たり、先ず、撮像対象に応じた管電流調節を行う。図９に、管電流調節動作のフロー（ｆｌｏｗ）図を示す。以下、同図によって管電流調節を説明する。
【００４９】
先ず、ステップ（ｓｔｅｐ）９０２で、スカウト（ｓｃｏｕｔ）撮影を行う。スカウト撮影は、撮像対象８のこれから断層像を撮像しようとする部位について、所定の方向から透視撮影を行うものである。スカウト撮影の方向は例えば０°方向すなわち撮像対象８の正面からとする。なお、０°方向とする代わりに９０°方向すなわち撮像対象８の側面から行うようにしても良い。以下、０°方向の例で説明するが、９０°方向の場合も同様になる。
【００５０】
次に、ステップ９０４でプロジェクション面積ｓ１を計算する。プロジェクション面積ｓ１の計算は、プロジェクション面積計算ユニット６０２により上述のようにして行われる。
【００５１】
次に、ステップ９０６で第１径を確定する。第１径の確定は、第１径確定ユニット６０４により上述のようにして行われる。
次に、ステップ９０８で第２径を計算する。第２径の計算は、第２径計算ユニット６０６により上述のようにして行われる。
【００５２】
次に、ステップ９１０で管電流を計算する。管電流の計算は、管電流計算ユニット６０８、オーバルレシオ計算ユニット６１０および管電流補正ユニット６１２により上述のようにして行われる。
【００５３】
このようにして、透視撮影を一方向から行うだけでオーバルレシオによる補正済みの管電流を得ることができる。したがって、管電流調節の能率を高め、また、撮像対象８の被曝量を従来の半分に減らすことができる。
【００５４】
図１０に、本装置の撮像時の動作のフロー図を示す。同図に示すように、ステップ９１２で、操作者が操作装置７０を通じてスキャン計画を入力する。スキャン計画には、Ｘ線照射条件、スライス厚、スライス位置等が含まれる。ここで、Ｘ線照射条件のうち管電流は上記のように自動調節される。以下、本装置は、入力されたスキャン計画に従い、操作者の操作および中央処理装置６０による制御の下で動作する。
【００５５】
ステップ９１４ではスキャン位置決めを行う。すなわち、操作者が操作装置７０を操作して撮像テーブル４を移動させ、撮像対象８の撮像部位の中心をＸ線照射・検出装置の回転の中心（アイソセンタ：ｉｓｏｃｅｎｔｅｒ）に一致させる。
【００５６】
このようなスキャン位置決めを行った後にステップ９１６でスキャンを行う。すなわち、Ｘ線照射・検出装置を撮像対象８の周囲で回転させて、例えば１０００ビューのプロジェクションをデータ収集バッファ６４に収集する。
【００５７】
スキャン後あるいはスキャンに並行して、ステップ９１８で画像再構成を行う。すなわち、データ収集バッファ６４に収集した複数ビューのプロジェクションに基づき、中央処理装置６０が、例えばフィルタード・バックプロジェクション法等によって画像再構成を行い断層像を生成する。
【００５８】
再構成した断層像はステップ９２０で表示装置６８に表示する。管電流が撮像対象のプロジェクション面積およびオーバルレシオに応じて自動調節されているので、品質の良い断層像を得ることができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、能率の良い管電流調節方法および装置、並びに、そのような管電流調節装置を備えたＸ線ＣＴ装置を実現することができる。また、撮像対象のＸ線の被曝量が少ない管電流調節方法および装置、並びに、そのような管電流調節装置を備えたＸ線ＣＴ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】図１に示した装置における検出器アレイの模式図である。
【図３】図１に示した装置におけるＸ線照射・検出装置の模式図である。
【図４】図１に示した装置におけるＸ線照射・検出装置の模式図である。
【図５】管電流調節機能に関する中央処理装置のブロック図である。
【図６】撮像対象のプロジェクションの概念図である。
【図７】プロジェクション面積とＳＤの関係を示すグラフである。
【図８】オーバルレシオと管電流補正係数の関係を示すグラフである。
【図９】図１に示した装置の動作のフロー図である。
【図１０】図１に示した装置の動作のフロー図である。
【符号の説明】
２ 走査ガントリ
４ 撮像テーブル
６ 操作コンソール
８ 撮像対象
２０ Ｘ線管
２２ コリメータ
２４ 検出器アレイ
２６ データ収集部
２８ Ｘ線コントローラ
３０ コリメータコントローラ
３４ 回転部
３６ 回転コントローラ
６０ 中央処理装置
６２ 制御インタフェース
６４ データ収集バッファ
６６ 記憶装置
６８ 表示装置
７０ 操作装置
６０２ プロジェクション面積計算ユニット
６０４ 第１径確定ユニット
６０６ 第２径計算ユニット
６０８ 管電流計算ユニット
６１０ オーバルレシオ計算ユニット
６１２ 管電流補正ユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は、管電流調節方法および装置並びにＸ線ＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置に関し、特に、Ｘ線管の管電流を最適化するための管電流調節方法および装置、並びに、そのような管電流調節装置を備えたＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴ装置において、Ｘ線管を含むＸ線照射装置は、撮影範囲を包含する広がり（幅）を持ちそれに垂直な方向に厚みを持つＸ線ビーム（ｂｅａｍ）を照射する。Ｘ線ビームの厚みはコリメータ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）のＸ線通過開口（アパーチャ：ａｐｅｒｔｕｒｅ）の開度を調節することにより変更できるようになっており、これによって撮影のスライス（ｓｌｉｃｅ）厚が調節される。
【０００３】
Ｘ線検出装置は、Ｘ線ビームの幅の方向に多数（例えば１０００個程度）のＸ線検出素子をアレイ（ａｒｒａｙ）状に配列した多チャンネル（ｃｈａｎｎｅｌ）のＸ線検出器を有し、それによってＸ線を検出するようになっている。
【０００４】
Ｘ線照射・検出装置を撮影対象の周りで回転（スキャン：ｓｃａｎ）させて、撮影対象の周囲の複数のビュー（ｖｉｅｗ）方向でそれぞれＸ線による撮影対象の投影像（プロジェクション：ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）を求め、それらプロジェクションデータ（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｄａｔａ）に基づいてコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）により断層像を生成（再構成）する。
【０００５】
再構成画像の品質を表す指標のひとつとして標準偏差（ＳＤ：Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）が用いられる。ＳＤは、Ｘ線管の管電流を一定としたとき、撮像対象のプロジェクションの面積と強い相関があるので、適正なＳＤの断層像を得るために、プロジェクションの面積に応じて管電流を自動調節することが行われる。
【０００６】
管電流の自動調節に当たっては、予め撮像対象をＸ線で透視してプロジェクションを求め、その面積に応じて適正な管電流を求める。その際、撮像対象となる人体等の断面は概ね楕円形であり、長径方向と短径方向ではＸ線の透過量が異なるので、オーバルレシオ（ｏｖａｌ ｒａｔｉｏ）すなわち長径と短径の比に応じて、上記求めた管電流を補正するようにしている。
【０００７】
長径および短径の長さを求めるために、撮像対象を正面（０°方向）および側面（９０°方向）からそれぞれＸ線で透視し、０°方向のプロジェクションの中央部の値を短径の長さとし、９０°方向のプロジェクションの中央部の値を長径の長さとする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の管電流調節では、撮像対象を０°方向および９０°方向からそれぞれＸ線で透視しなければならないので能率が悪いという問題があった。また、透視を２度行わなければならないので、撮像対象のＸ線の被曝量が増えるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、能率の良い管電流調節方法および装置、並びに、そのような管電流調節装置を備えたＸ線ＣＴ装置を実現することである。また、撮像対象のＸ線の被曝量が少ない管電流調節方法および装置、並びに、そのような管電流調節装置を備えたＸ線ＣＴ装置を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決するための第１の観点での発明は、透過Ｘ線による撮像対象のプロジェクションの面積および前記撮像対象の断面を楕円と仮定したときの長径と短径の比に基づいてＸ線管の管電流を調節する管電流調節方法であって、前記長径または短径のいずれかの方向において前記撮像対象をＸ線で透視したプロジェクションの面積を求め、前記透視した方向の径の長さを前記プロジェクションの中央部の値に基づいて定め、前記定めた径に垂直な径の長さを前記求めたプロジェクションの面積と前記求めた径の長さを用いて計算することを特徴とする管電流調節方法である。
【００１１】
（２）上記の課題を解決するための第２の観点での発明は、透過Ｘ線による撮像対象のプロジェクションの面積および前記撮像対象の断面を楕円と仮定したときの長径と短径の比に基づいてＸ線管の管電流を調節する管電流調節装置であって、前記長径または短径のいずれかの方向において前記撮像対象をＸ線で透視したプロジェクションの面積を求める面積計算手段と、前記透視した方向の径の長さを前記プロジェクションの中央部の値に基づいて定める径確定手段と、前記定めた径に垂直な径の長さを前記求めたプロジェクションの面積と前記求めた径の長さを用いて計算する径計算手段とを具備することを特徴とする管電流調節装置である。
【００１２】
（３）上記の課題を解決するための第３の観点での発明は、Ｘ線管を含むＸ線照射手段と、前記Ｘ線管の管電流を調節する管電流調節手段と、Ｘ線検出手段と、前記Ｘ線検出手段で検出した複数ビューのＸ線検出信号に基づいて断層像を生成する断層像生成手段とを有するＸ線ＣＴ装置であって、前記管電流調節手段として（２）に記載の管電流調節装置を用いることを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。
【００１３】
（４）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、Ｘ線管の管電流を調節し、前記Ｘ線管からＸ線を照射し、前記Ｘ線を検出し、前記検出した複数ビューのＸ線検出信号に基づいて断層像を生成するに当たり、前記管電流を調節するのに（１）に記載の方法を用いることを特徴とするＸ線断層撮像方法である。
【００１４】
（作用）
本発明では、長径または短径のいずれかの方向において撮像対象をＸ線で透視してプロジェクションを求め、透視した方向の径の長さはプロジェクションの中央部の値に基づいて定め、それに垂直な径の長さはプロジェクションの面積と透視した方向の径の長さを用いて計算する。これにより、透視は一方向からのみで済む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１にＸ線ＣＴ装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００１６】
図１に示すように、本装置は、走査ガントリ（ｇａｎｔｒｙ）２、撮像テーブル（ｔａｂｌｅ）４および操作コンソール（ｃｏｎｓｏｌｅ）６を備えている。走査ガントリ２はＸ線管２０を有する。Ｘ線管２０から放射された図示しないＸ線は、コリメータ２２により例えば扇状のＸ線ビームすなわちファンビーム（ｆａｎ ｂｅａｍ）となるように成形され、検出器アレイ２４に照射される。検出器アレイ２４は、扇状のＸ線ビームの幅の方向にアレイ状に配列された複数のＸ線検出素子を有する。検出器アレイ２４の構成については後にあらためて説明する。
【００１７】
Ｘ線管２０およびコリメータ２２は、本発明におけるＸ線照射手段の実施の形態の一例である。検出器アレイ２４は、本発明におけるＸ線検出手段の実施の形態の一例である。Ｘ線管２０、コリメータ２２および検出器アレイ２４は、Ｘ線照射・検出装置を構成する。Ｘ線照射・検出装置については、後にあらためて説明する。検出器アレイ２４にはデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６は検出器アレイ２４の個々のＸ線検出素子の検出データを収集する。
【００１８】
Ｘ線管２０からのＸ線の照射は、Ｘ線コントローラ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２８によって制御される。なお、Ｘ線管２０とＸ線コントローラ２８との接続関係については図示を省略する。コリメータ２２は、コリメータコントローラ３０によって制御される。なお、コリメータ２２とコリメータコントローラ３０との接続関係については図示を省略する。
【００１９】
以上のＸ線管２０からコリメータコントローラ３０までのものが、走査ガントリ２の回転部３４に搭載されている。回転部３４の回転は、回転コントローラ３６によって制御される。なお、回転部３４と回転コントローラ３６との接続関係については図示を省略する。
【００２０】
撮像テーブル４は、図示しない撮像対象を走査ガントリ２のＸ線照射空間に搬入および搬出するようになっている。撮像対象とＸ線照射空間との関係については後にあらためて説明する。
【００２１】
操作コンソール６は、中央処理装置６０を有している。中央処理装置６０は、例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等によって構成される。中央処理装置６０には、制御インタフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）６２が接続されている。制御インタフェース６２には、走査ガントリ２と撮像テーブル４が接続されている。中央処理装置６０は制御インタフェース６２を通じて走査ガントリ２および撮像テーブル４を制御する。
【００２２】
走査ガントリ２内のデータ収集部２６、Ｘ線コントローラ２８、コリメータコントローラ３０および回転コントローラ３６が制御インタフェース６２を通じて制御される。なお、それら各部と制御インタフェース６２との個別の接続については図示を省略する。
【００２３】
中央処理装置６０、制御インタフェース６２およびＸ線コントローラ２８からなる部分は、本発明の管電流調節装置の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。中央処理装置６０、制御インタフェース６２およびＸ線コントローラ２８からなる部分は、また、本発明における管電流調節手段の実施の形態の一例である。
【００２４】
中央処理装置６０には、また、データ収集バッファ６４が接続されている。データ収集バッファ６４には、走査ガントリ２のデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６で収集されたデータがデータ収集バッファ６４に入力される。データ収集バッファ６４は、入力データを一時的に記憶する。
【００２５】
中央処理装置６０は、データ収集バッファ６４を通じて収集した複数ビューのプロジェクションに基づいて画像再構成を行う。中央処理装置６０は、本発明における断層像生成手段の実施の形態の一例である。画像再構成には、例えばフィルタード・バックプロジェクション（ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｂａｃｋ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法等が用いられる。中央処理装置６０には、また、記憶装置６６が接続されている。記憶装置６６は、各種のデータや再構成画像およびプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）等を記憶する。
【００２６】
中央処理装置６０には、また、表示装置６８と操作装置７０がそれぞれ接続されている。表示装置６８は、中央処理装置６０から出力される再構成画像やその他の情報を表示するようになっている。操作装置７０は、操作者によって操作され、各種の指示や情報等を中央処理装置６０に入力するようになっている。
【００２７】
図２に、検出器アレイ２４の模式的構成を示す。検出器アレイ２４は、多数のＸ線検出素子２４（ｉ）を配列した、多チャンネルのＸ線検出器となっている。多数のＸ線検出素子２４（ｉ）は、全体として、円筒凹面状に湾曲したＸ線入射面を形成する。ｉはチャンネル番号であり例えばｉ＝１〜１０００である。
【００２８】
Ｘ線検出素子２４（ｉ）は、例えばシンチレータ（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）とフォトダイオード（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）の組み合わせによって構成される。なお、これに限るものではなく、例えばカドミウム・テルル（ＣｄＴｅ）等を利用した半導体Ｘ線検出素子、あるいは、キセノン（Ｘｅ）ガスを利用した電離箱型のＸ線検出素子であって良い。
【００２９】
図３に、Ｘ線照射・検出装置におけるＸ線管２０とコリメータ２２と検出器アレイ２４の相互関係を示す。なお、図３の（ａ）は走査ガントリ２の正面から見た状態を示す図、（ｂ）は側面から見た状態を示す図である。同図に示すように、Ｘ線管２０から放射されたＸ線は、コリメータ２２により扇状のＸ線ビーム４００となるように成形され、検出器アレイ２４に照射されるようになっている。
【００３０】
図３の（ａ）では、扇状のＸ線ビーム４００の広がりすなわちＸ線ビーム４００の幅を示す。Ｘ線ビーム４００の幅方向は、検出器アレイ２４におけるチャンネルの配列方向に一致する。（ｂ）ではＸ線ビーム４００の厚みを示す。
【００３１】
このようなＸ線ビーム４００の扇面に体軸を交差させて、例えば図４に示すように、撮像テーブル４に載置された撮像対象８がＸ線照射空間に搬入される。走査ガントリ２は、内部にＸ線照射・検出装置を包含する筒状の構造になっている。
【００３２】
Ｘ線照射空間は、走査ガントリ２の筒状構造の内側空間に形成される。Ｘ線ビーム４００によってスライスされた撮像対象８の像が検出器アレイ２４に投影される。検出器アレイ２４によって、撮像対象８を透過したＸ線が検出される。撮像対象８に照射するＸ線ビーム４００の厚みｔｈは、コリメータ２２のアパーチャの開度調節により設定される。
【００３３】
図５に、管電流調節に関する中央処理装置６０のブロック図を示す。同図における各ブロックの機能は、例えばコンピュータプログラム等により実現される。同図に示すように、中央処理装置６０はプロジェクション面積計算ユニット（ｕｎｉｔ）６０２を有する。プロジェクション面積計算ユニット６０２は、本発明における面積計算手段の実施の形態の一例である。プロジェクション面積計算ユニット６０２は、撮像対象８をＸ線で透視して得られるプロジェクションについてその面積を計算する。
【００３４】
プロジェクション面積計算を図６によって説明する。同図に示すように、撮像対象８についてＸ線ビーム４００により例えば０°方向のプロジェクションを得たとすると、プロジェクション面積計算ユニット６０２は、データ収集バッファ６４から入力した各チャンネルのプロジェクションデータの総和を求め、これをプロジェクションの面積ｓ１とする。
【００３５】
第１径確定ユニット６０４は、データ収集バッファ６４から入力したプロジェクションデータに基づいて、撮像対象８の断面を楕円と仮定したときの第１の径、すなわち、プロジェクション方向に平行な径の長さを確定する。第１径確定ユニット６０４は、本発明における径確定手段の実施の形態の一例である。
【００３６】
プロジェクション方向に平行な径の長さは、プロジェクションの中央部の高さすなわちプロジェクションの中央部におけるプロジェクションデータで表されるので、例えば検出器アレイ２４の中央チャンネルで測定したデータに基づくプロジェクションデータを抽出し、これを第１の径の長さｒ０とする。ここでは、第１の径は、０°方向のプロジェクションから求めたものであるから楕円の短径となる。なお、第１の径を求めるに当たり、中央チャンネルおよびその近傍の複数チャンネルによるプロジェクションデータの平均値を採用することが、確度の高い値を得る点で好ましい。
【００３７】
第２径計算ユニット６０６は、プロジェクション面積計算ユニット６０２から入力したプロジェクション面積と、第１径確定ユニット６０４から入力した第１の径を用いて、撮像対象８の断面が楕円であると仮定したときの第２の径、すなわち、第１の径に垂直な径（ここでは長径）を計算する。第２径計算ユニット６０６は、本発明における径計算手段の実施の形態の一例である。
【００３８】
第２の径の計算は楕円の面積の公式に基づいて行われる。楕円の面積は長径と短径と円周率の積によって定まり、このうち面積ｓ１と短径ｒ０がわかっているので長径ｒ９０は計算によって求めることができる。
【００３９】
管電流計算ユニット６０８は、プロジェクション面積計算ユニット６０２から入力したプロジェクション面積ｓ１に基づいて管電流を計算する。管電流を計算するに当たり、先ずプロジェクション面積ｓ１に対応するＳＤを求める。プロジェクション面積ＳとＳＤの関係は、標準的な管電流の下でのファントム（ｐｈａｎｔｏｍ）計測等により予め求められており、例えば図７に示すような対応関係がメモリに記憶されている。
【００４０】
そこで、このような関係からプロジェクション面積ｓ１に対応するＳＤδａを求める。このＳＤδａを与える管電流ｍＡａと、再構成画像に要求されるＳＤδｂを与える管電流ｍＡｂとの間には次式のような関係がある。
【００４１】
【数１】
そこで、この関係から、
【００４３】
【数２】
によって所望の管電流を求める。
オーバルレシオ計算ユニット６１０は、第１径確定ユニット６０４から入力した第１の径ｒ０および第２径計算ユニット６０６から入力した第２の径ｒ９０を用いてオーバルレシオ
【００４５】
【数３】
を求める。
管電流補正ユニット６１２は、管電流計算ユニット６０８から入力した管電流ｍＡｂを、オーバルレシオ計算ユニット６１０から入力したオーバルレシオＲに応じて補正する。オーバルレシオＲと補正係数Ｋの関係は例えば図８に示すように予め与えられており、この関係から求まる補正係数Ｋを用いて次式のように管電流を補正する。
【００４７】
【数４】
補正後の管電流ｍＡｂ’を表す信号は制御インタフェース６２を通じてＸ線コントローラ２８に与えられる。
本装置の動作を説明する。本装置の稼働に当たり、先ず、撮像対象に応じた管電流調節を行う。図９に、管電流調節動作のフロー（ｆｌｏｗ）図を示す。以下、同図によって管電流調節を説明する。
【００４９】
先ず、ステップ（ｓｔｅｐ）９０２で、スカウト（ｓｃｏｕｔ）撮影を行う。スカウト撮影は、撮像対象８のこれから断層像を撮像しようとする部位について、所定の方向から透視撮影を行うものである。スカウト撮影の方向は例えば０°方向すなわち撮像対象８の正面からとする。なお、０°方向とする代わりに９０°方向すなわち撮像対象８の側面から行うようにしても良い。以下、０°方向の例で説明するが、９０°方向の場合も同様になる。
【００５０】
次に、ステップ９０４でプロジェクション面積ｓ１を計算する。プロジェクション面積ｓ１の計算は、プロジェクション面積計算ユニット６０２により上述のようにして行われる。
【００５１】
次に、ステップ９０６で第１径を確定する。第１径の確定は、第１径確定ユニット６０４により上述のようにして行われる。
次に、ステップ９０８で第２径を計算する。第２径の計算は、第２径計算ユニット６０６により上述のようにして行われる。
【００５２】
次に、ステップ９１０で管電流を計算する。管電流の計算は、管電流計算ユニット６０８、オーバルレシオ計算ユニット６１０および管電流補正ユニット６１２により上述のようにして行われる。
【００５３】
このようにして、透視撮影を一方向から行うだけでオーバルレシオによる補正済みの管電流を得ることができる。したがって、管電流調節の能率を高め、また、撮像対象８の被曝量を従来の半分に減らすことができる。
【００５４】
図１０に、本装置の撮像時の動作のフロー図を示す。同図に示すように、ステップ９１２で、操作者が操作装置７０を通じてスキャン計画を入力する。スキャン計画には、Ｘ線照射条件、スライス厚、スライス位置等が含まれる。ここで、Ｘ線照射条件のうち管電流は上記のように自動調節される。以下、本装置は、入力されたスキャン計画に従い、操作者の操作および中央処理装置６０による制御の下で動作する。
【００５５】
ステップ９１４ではスキャン位置決めを行う。すなわち、操作者が操作装置７０を操作して撮像テーブル４を移動させ、撮像対象８の撮像部位の中心をＸ線照射・検出装置の回転の中心（アイソセンタ：ｉｓｏｃｅｎｔｅｒ）に一致させる。
【００５６】
このようなスキャン位置決めを行った後にステップ９１６でスキャンを行う。すなわち、Ｘ線照射・検出装置を撮像対象８の周囲で回転させて、例えば１０００ビューのプロジェクションをデータ収集バッファ６４に収集する。
【００５７】
スキャン後あるいはスキャンに並行して、ステップ９１８で画像再構成を行う。すなわち、データ収集バッファ６４に収集した複数ビューのプロジェクションに基づき、中央処理装置６０が、例えばフィルタード・バックプロジェクション法等によって画像再構成を行い断層像を生成する。
【００５８】
再構成した断層像はステップ９２０で表示装置６８に表示する。管電流が撮像対象のプロジェクション面積およびオーバルレシオに応じて自動調節されているので、品質の良い断層像を得ることができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、能率の良い管電流調節方法および装置、並びに、そのような管電流調節装置を備えたＸ線ＣＴ装置を実現することができる。また、撮像対象のＸ線の被曝量が少ない管電流調節方法および装置、並びに、そのような管電流調節装置を備えたＸ線ＣＴ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】図１に示した装置における検出器アレイの模式図である。
【図３】図１に示した装置におけるＸ線照射・検出装置の模式図である。
【図４】図１に示した装置におけるＸ線照射・検出装置の模式図である。
【図５】管電流調節機能に関する中央処理装置のブロック図である。
【図６】撮像対象のプロジェクションの概念図である。
【図７】プロジェクション面積とＳＤの関係を示すグラフである。
【図８】オーバルレシオと管電流補正係数の関係を示すグラフである。
【図９】図１に示した装置の動作のフロー図である。
【図１０】図１に示した装置の動作のフロー図である。
【符号の説明】
２ 走査ガントリ
４ 撮像テーブル
６ 操作コンソール
８ 撮像対象
２０ Ｘ線管
２２ コリメータ
２４ 検出器アレイ
２６ データ収集部
２８ Ｘ線コントローラ
３０ コリメータコントローラ
３４ 回転部
３６ 回転コントローラ
６０ 中央処理装置
６２ 制御インタフェース
６４ データ収集バッファ
６６ 記憶装置
６８ 表示装置
７０ 操作装置
６０２ プロジェクション面積計算ユニット
６０４ 第１径確定ユニット
６０６ 第２径計算ユニット
６０８ 管電流計算ユニット
６１０ オーバルレシオ計算ユニット
６１２ 管電流補正ユニット
Claims (3)
- 透過Ｘ線による人体からなる撮像対象のプロジェクションの面積および前記撮像対象の断面を楕円と仮定したときの長径と短径との比に基づいてＸ線管の管電流を調節する管電流調節装置であって、
前記長径および前記短径のいずれか一方に平行な方向において前記撮像対象をＸ線で透視したプロジェクションの面積を求める面積計算手段と、
前記長径または前記短径の長さを、前記面積計算手段おいて用いられるプロジェクションの中央部の値に基づいて確定する径確定手段と、
前記確定した径に垂直な径の長さを、前記求めたプロジェクションの面積を楕円の面積と仮定して、該求めたプロジェクションの面積および前記確定した径の長さを用いて計算する径計算手段と、
を具備することを特徴とする管電流調節装置。 - 前記径確定手段は、前記長径または前記短径の長さを前記プロジェクションの中央の値及びその近傍の値の平均値により確定していることを特徴とする請求項１に記載の管電流調節装置。
- Ｘ線管を含むＸ線照射手段と、前記Ｘ線管の管電流を調節する管電流調節手段と、Ｘ線検出手段と、前記Ｘ線検出手段で検出した複数ビューのＸ線検出信号に基づいて断層像を生成する断層像生成手段とを備えたＸ線ＣＴ装置であって、
前記管電流調節手段として請求項１又は２に記載の管電流調節装置を用いることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
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