JP5085165B2 - Ｘ線ｃｔシステム - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）システム（ｓｙｓｔｅｍ）における撮影可能領域の切換え技術に関するものである。

Ｘ線ＣＴシステムは、Ｘ線発生部とＸ線検出部を、被検体の体軸の周りに相対向して回転可能に設け、被検体をスキャン（ｓｃａｎ）して得られた投影データ（ｄａｔａ）に基づいて被検体の断層像を再構成するシステムである。一般に、Ｘ線検出部は、複数のＸ線検出素子が少なくとも上記回転の角度方向すなわちチャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）方向に列配されてなるものであり、Ｘ線発生部のＸ線焦点、上記回転の中心およびＸ線検出部のＸ線検出領域の中心が一直線上に並ぶように配置される。このようなＸ線ＣＴシステムによれば、上記回転の中心を中心とし、Ｘ線発生部から照射されるＸ線ビーム（ｂｅａｍ）のファン（ｆａｎ）角αを成す２辺の直線に内接する円領域が、断層像の再構成可能な領域となる（特許文献１等参照）。

特開２００６−３２０４６８号公報

ところで、Ｘ線ＣＴシステムにより被検体を撮影する状況として、例えば、断層面が通常想定される大きさより大きい被検体を撮影したい場合や、緊急時において可搬型の寝台に載置された被検体を専用の撮影テーブル（ｔａｂｌｅ）に載せ変えず、被検体の体軸と空洞部の中心とを位置合わせすることなしにそのまま撮影したい場合などがある。このような状況に対応するには、従来のＸ線ＣＴシステムでは、Ｘ線発生部とＸ線検出部との距離をより大きくして、Ｘ線検出部の検出範囲をより大きくすることにより、撮影可能な領域を通常より大きくしたＸ線ＣＴシステムを用いることになる。

しかしながら、このような撮影可能な領域が通常より大きく設計されたＸ線ＣＴシステムでは、ガントリ（ｇａｎｔｒｙ）が大型化して空間的にかさばるという問題がある。また、撮影可能な領域が大きいままだと、得られた断層像におけるＸ線のフォトンノイズ（ｐｈｏｔｏｎ ｎｏｉｓｅ）が顕著に現れるようになり、Ｘ線線量に対する断層像の画質レベル（ｌｅｖｅｌ）も恒常的に悪くなるという問題がある。すなわち、高画質な断層像を得ようとするとＸ線線量を大きくしなければならず、被検体への被爆量が増大する。

本発明は、上記事情に鑑み、システムの大きさをほとんど変えずに撮影可能な領域を必要に応じて変えることができるＸ線ＣＴシステムを提供することを目的とするものである。

なお、コンパクト（ｃｏｍｐａｃｔ）で簡単な構成により比較的小サイズ（ｓｉｚｅ）から大サイズまでの被検体の高精細なＣＴ撮影が行えるＸ線診断装置が、特開２００５−６７７２号公報に開示されているが、この装置は、Ｘ線を検出するパネルディテクタ（ｐａｎｅｌ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を所定の方向にオフセット（ｏｆｆｓｅｔ）可能に設けたものであり、本願発明とは異なる。

第１の観点では、本発明は、Ｘ線ビームを発生するＸ線発生部と、多数のＸ線検出素子が１次元または２次元的に配列されてなるＸ線検出部とを被検体の体軸の周りに相対向させて回転可能に設け、前記被検体をスキャンして得られた投影データに基づいて被検体の断層像を再構成するＸ線ＣＴシステムであって、前記Ｘ線検出部を挟んで前記Ｘ線発生部と対向する位置に配されたカウンタウェイト（ｃｏｕｎｔｅｒ ｗｅｉｇｈｔ）と、前記Ｘ線発生部と前記カウンタウェイトの前記Ｘ線検出部に対する相対的な位置関係が、前記Ｘ線発生部と前記カウンタウェイトとの重心が前記回転の中心と一致する位置関係であって、前記回転の中心と前記Ｘ線検出部のＸ線検出領域の中心とを通る直線と、前記被検体の体軸とがなす基準面からの前記Ｘ線発生部のＸ線焦点の垂直成分が互いに異なる第１の位置関係と第２の位置関係とをとり得るように、前記Ｘ線発生部と前記カウンタウェイトを移動させる移動手段と、を備えたＸ線ＣＴシステムを提供する。

第２の観点では、本発明は、前記第１の位置関係が、前記Ｘ線発生部と前記カウンタウェイトの位置が前記直線上にある位置関係であり、前記第２の位置関係が、前記Ｘ線発生部と前記カウンタウェイトの位置が前記直線上から外れた位置関係である上記第１の観点のＸ線ＣＴシステムを提供する。

第３の観点では、本発明は、前記移動手段が、前記Ｘ線発生部の位置および向きを、前記Ｘ線発生部からのＸ線ビームのファン角を同一としてＸ線ビームの照射範囲が前記Ｘ線検出部の検出領域の範囲に略一致するような位置および向きにすべく、前記Ｘ線発生部を移動させるものである上記第１の観点または第２の観点のＸ線ＣＴシステムを提供する。

第４の観点では、本発明は、前記Ｘ線発生部からのＸ線ビームの照射範囲が前記Ｘ線検出部のＸ線検出領域の範囲に略一致するように、前記Ｘ線ビームの照射範囲を制御するＸ線照射範囲制御手段をさらに備えた上記第１の観点または第２の観点のＸ線ＣＴシステムを提供する。

第５の観点では、本発明は、前記Ｘ線照射範囲制御手段が、前記Ｘ線発生部の向きを前記回転の軸に垂直な面に沿って変化させる首振り機構を含む上記第４の観点のＸ線ＣＴシステムを提供する。

第６の観点では、本発明は、前記Ｘ線照射範囲制御手段が、前記Ｘ線発生部からのＸ線ビームの照射範囲を制限するスリット（ｓｌｉｔ）を形成するコリメータ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）を含む上記第４の観点または第５の観点のＸ線ＣＴシステムを提供する。

第７の観点では、本発明は、前記移動手段が、前記Ｘ線発生部および前記カウンタウェイトを、前記重心が前記回転の中心に一致する位置関係を保ちながら連続的に移動させることが可能なものである上記第４の観点から第６の観点のいずれか１つの観点のＸ線ＣＴシステムを提供する。

第８の観点では、本発明は、前記移動手段が、前記Ｘ線発生部のＸ線焦点が、前記第１の位置関係における前記Ｘ線焦点と、前記回転の軸に垂直で前記回転の中心を含む面上における前記Ｘ線検出部の両端点とを通る円の円周に沿って動くように、前記Ｘ線発生部を移動させるものである上記第７の観点のＸ線ＣＴシステムを提供する。

ここで、Ｘ線発生部は、Ｘ線を発生するＸ線源だけでなく、Ｘ線源に付随して移動するもの、例えば、コリメータなどが存在する場合には、当該付随して移動するものも含む。また、カウンタウェイトは、一種の重りであり、例えば、主な構成部材を金属や石材等とするものが考えられる。

Ｘ線発生部とカウンタウェイトとの重心とは、Ｘ線発生部とカウンタウェイトを一体として考えたときの総合的な重心を意味するものである。すなわち、Ｘ線発生部とカウンタウェイトとの重心は、Ｘ線発生部の重心とカウンタウェイトの重心とを結ぶ線分上の点であって、Ｘ線発生部の重量とＸ線発生部の重心からの距離とを掛け合わせた値と、カウンタウェイトの重量とカウンタウェイトの重心からの距離とを掛け合わせた値とが等しくなるような点である。

したがって、カウンタウェイトは、Ｘ線発生部の重量および重心の位置、前記回転の中心の位置とに基づいて、第１および第２の位置関係においてＸ線発生部とカウンタウェイトとの重心が前記回転の中心と一致するように、その重量、重心を決めるための形状、おおよび配置が設計されるものである。

ファン角とは、Ｘ線発生部から発生するＸ線ビームのチャネル方向における照射角を意味するものである。

なお、Ｘ線発生部の位置をずらすことで、断層像の再構成可能な領域の大きさが変化する仕組みの詳細は、本願出願人による特願２００６−３１６１００に開示されている。

本発明のＸ線ＣＴシステムによれば、移動手段によりＸ線発生部とカウンタウェイトのＸ線検出部に対する相対的な位置関係を変えるだけで断層像の再構成可能な領域を変えることができ、システムの大きさをほとんど変えずに、撮影可能な領域を必要に応じて変えることができる。また、上記第１および第２の位置関係において、Ｘ線発生部とカウンタウェイトとの重心はこれらの回転の中心に一致しているので、Ｘ線発生部を移動させてもウェイトバランス（ｗｅｉｇｈｔ ｂａｌａｎｃｅ）が保たれ、当該回転が安定し、高速回転も可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）

図１は、本実施形態におけるＸ線ＣＴシステムの構成を示す図である。なお、ここでは、図面上水平な方向をｘ軸方向、図面上鉛直な方向をｙ軸方向、図面に垂直な方向をｚ軸方向とする。

図示の如く、本システムは、被検体（患者）へのＸ線照射と被検体を透過したＸ線を検出するガントリ１００と、ガントリ１００に対して各種動作設定を行うとともに、ガントリ１００から出力されてきたデータに基づいて断層像を再構成し出力（表示）する操作コンソール（ｃｏｎｓｏｌｅ）２００を含む構成である。

ガントリ１００は、その全体の制御をつかさどるメインコントローラ（ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１０をはじめ以下の構成を備える。

すなわち、ガントリ１００は、操作コンソール２００との通信を行うためのインタフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１１および１２、テーブル（ｔａｂｌｅ）１４上に横たえた被検体をｚ軸方向（一般に患者の体軸の方向に一致する方向）に搬送するための空洞部を有する回転部１３を備える。

回転部１３の内部には、Ｘ線管１５、Ｘ線の照射範囲を制限するための開口を有するコリメータ１７、コリメータ１７のｘ軸方向およびｚ軸方向の開口幅を調整するための開口制御モータ（ｍｏｔｏｒ）１８、コリメータ１７のｘ軸方向およびｚ軸方向の位置を調整するための位置制御モータ２０、Ｘ線管１５を移動させるためのＸ線管移動制御モータ３０、Ｘ線管１５が移動してとり得る位置および向きを定めるＸ線管移動ガイド（ｇｕｉｄｅ）３１、コリメータ１７および空洞部を経由してきたＸ線管１５からのＸ線ビームを検出するための複数（例えば１，０００個）のＸ線検出素子を有するものであって、空洞部を挟んでＸ線管１５と対向して配されたＸ線検出部２２、Ｘ線検出部２２の各Ｘ線検出素子からの出力に基づきデータを収集するデータ収集部２３、Ｘ線検出部２２を挟んでＸ線管１５と対向して配されたカウンタウェイト２８、カウンタウェイト２８を移動させるためのカウンタウェイト移動制御モータ３３、ならびに、カウンタウェイト２８が移動してとり得る位置及び向きを定めるカウンタウェイト移動ガイド３４が設けられている。

Ｘ線管１５、開口制御モータ１８、位置制御モータ２０、Ｘ線管移動制御モータ３０、カウンタウェイト移動制御モータ３３は、それぞれ、Ｘ線管コントローラ１６、開口制御モータドライバ（ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅｒ）１９、位置制御モータドライバ２１、Ｘ線管移動制御モータドライバ２９、カウンタウェイト移動制御モータドライバ３２により駆動が制御される。

回転部１３は、その位置関係を維持した状態で空洞部の周りを回転するように構成されている。また、回転部１３は、回転部１３全体のうち、Ｘ線管１５、これに付随するコリメータ１７およびカウンタウェイト２８（厳密にはこれらを支持する部材の一部を含む）を除く他の構成部分の重心が、回転部１３の回転中心と一致するように設計されている。回転部１３の回転は、回転モータドライバ２４からの駆動信号により駆動される回転モータ２５によって行われる。また、被検体を載置するテーブル１４は、ｚ軸方向への搬送がなされるが、その駆動は、テーブルモータドライバ２７からの駆動信号により駆動されるテーブルモータ２６によって行われる。

メインコントローラ１０は、インタフェース１１を介して受信した各種コマンドの解析を行い、それに基づいて上記のＸ線管コントローラ１６、開口制御モータドライバ１９、位置制御モータドライバ２１、回転モータドライバ２４、テーブルモータドライバ２７、データ収集部２３、Ｘ線管移動制御モータドライバ２９、およびカウンタウェイト移動制御モータドライバ３２に対し、各種制御信号を出力することになる。

また、データ収集部２３で収集されたデータは、インタフェース１２を介して操作コンソール２００に送出される。

一方、操作コンソール２００は、いわゆるワークステーション（ｗｏｒｋ ｓｔａｔｉｏｎ）であり、図示するように、装置全体の制御をつかさどるＣＰＵ５１、ブートプログラム（ｂｏｏｔ ｐｒｏｇｒａｍ）等を記憶しているＲＯＭ５２、主記憶装置として機能するＲＡＭ５３をはじめ、以下の構成を備える。

ＨＤＤ５４は、ハードディスク（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ）装置であって、ここにＯＳのほか、ガントリ１００に各種指示を与えたり、ガントリ１００より受信したデータに基づく断層像の再構成および表示などを実行させたりするための画像処理プログラムが格納されている。また、ＶＲＡＭ５５は表示しようとするイメージデータ（ｉｍａｇｅ ｄａｔａ）を展開するメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）であり、ここにイメージデータ等を展開することでモニタ（ｍｏｎｉｔｏｒ）５６に表示させることができる。５７および５８はそれぞれ、各種設定を行うためのキーボード（ｋｅｙ ｂｏｒｄ）およびマウス（ｍｏｕｓｅ）である。また、５９および６０はガントリ１００と通信を行うためのインタフェースであり、それぞれガントリ１００のインタフェース１１および１２に接続される。

なお、Ｘ線管１５およびコリメータ１７は本発明におけるＸ線発生部の一例であり、Ｘ線検出部２２は本発明におけるＸ線検出部の一例であり、Ｘ線管移動制御モータドライバ２９、Ｘ線管移動制御モータ３０、Ｘ線管移動ガイド３１、カウンタウェイト移動制御モータドライバ３２、カウンタウェイト移動制御モータ３３、およびカウンタウェイト移動ガイド３４は本発明における移動手段の一例である。

本実施形態におけるＸ線ＣＴシステムの構成は概ね上記のとおりであるが、次にＸ線管１５、コリメータ１７、Ｘ線検出部２２、カウンタウェイト２８、Ｘ線管移動ガイド３１、カウンタウェイト移動ガイド３４の構造を、図２を用いてより詳しく説明する。

図２は、ガントリ回転部１３の概略構成図であり、具体的には、Ｘ線管１５、コリメータ１７、Ｘ線検出部２２、カウンタウェイト２８、Ｘ線管移動ガイド３１、カウンタウェイト移動ガイド３４の要部構成を示している。

これらの構成要素は回転部１３の所定の基部に支持されて図示のような位置関係を有している。この基部としては、例えば図示の如くドーナツ（ｄｏｕｇｈｎｕｔ）形状を有する金属の円板を考えることができるが、上記の構成要素を支持することができ、空洞部の回りに回転可能なものであればいかなるものであってもよい。

Ｘ線管１５とＸ線検出部２２とは、上述の通り、空洞部を挟んで相対向して配置されている。コリメータ１７は、Ｘ線管１５と空洞部の間に配置されており、Ｘ線管１５からのＸ線ビームＢｃはコリメータ１７でチャネル方向のファン角αおよびスライス方向の照射角が調整され、Ｘ線検出部２２のＸ線検出領域に照射される。

Ｘ線検出部２２は、複数のＸ線検出素子が２次元的に配列された、すなわち、チャネル方向とスライス（ｓｌｉｃｅ）方向とにマトリクス（ｍａｔｒｉｘ）状に配列されたものである。なお、Ｘ線検出部２２は、複数のＸ線検出素子が１次元的に配列された、すなわち、チャネル方向に一列に配列されたものであってもよい。

Ｘ線管移動ガイド３１とカウンタウェイト移動ガイド３４は、ｘｙ平面上で弧（厳密な弧に限定されない）を描くように曲がったレール（ｒａｉｌ）形状を有する。Ｘ線管移動ガイド３１はＸ線管１５の背部に配置されており、カウンタウェイト移動ガイド３４はＸ線検出部２２に対して空洞部の反対側に配置されている。

これら各ガイドは、例えば、ガイドの長手方向の両端点が、第１および第２の位置関係におけるＸ線管１５とカウンタウェイト２８の各位置と対応するように設計されたものを想定することができるが、もちろん、ガイド上の端点以外の所定位置がこれらの各位置と対応するように設計されたものであってもよい。また、各ガイドとガイドに沿って移動するもの（Ｘ線管１５およびカウンタウェイト２８）との相対的な位置関係は、特にこれらに限定されない。

カウンタウェイト２８は、ここでは直方形状としているが、このような形状に限定されない。例えば、球状、円柱状、立方形状などであってもよい。カウンタウェイト２８としては、例えば、銅、鉛、鉄などの金属、水溶液を封入した箱などで構成されるものを考えることができるが、重りとしての役割を果たすものであれば、いかなるものであってもよい。

Ｘ線管１５とコリメータ１７とは不図示の部材で結合されており、これらは共にＸ線管移動ガイド３１に沿って移動可能に支持されている。また、カウンタウェイト２８は、カウンタウェイト移動ガイド３４に沿って移動可能に支持されている。なお、カウンタウェイト移動ガイド３４は、回転部１３の基部ではなくＸ線検出部２２に支持されていてもよい。

同図において、Ｘ線管１５は、集束電極およびフィラメント（ｆｉｌａｍｅｎｔ）を内蔵する陰極スリーブ（ｓｌｅｅｖｅ）と、回転するターゲット（ｔａｒｇｅｔ）とをハウジング（ｈｏｕｓｉｎｇ）に収容した構造であり、焦点ＦからＸ線を放射する。そして、Ｘ線管１５から放射されたＸ線が、コリメータ１７が形成するスリットＳを通過することによって、所定のＸ線照射角（ファン角）を有するコーンビーム（ｃｏｒｎ ｂｅａｍ）Ｂｃが形成される。

上記したＸ線検出部２２は、複数個、例えば１０００個のＸ線検出素子（検出チャネル）で一列の検出器を形成し、この検出器がｚ軸方向（テーブル１４の搬送方向に一致する）に複数列、例えば８列、配列された構成である。なお、コーンビームのｘ軸方向およびｚ軸方向における各ファン角は、Ｘ線の照射範囲がＸ線検出部２２の検出範囲すなわち検出面に略一致するように調整される。これにより、いわゆる多列マルチスライス（ｍｕｌｔｉ ｓｌｉｃｅ）Ｘ線ＣＴを実現する。

上記構成において、コリメータ１７によって形成されるスリットＳのｘ軸方向およびｚ軸方向の幅（以下、単に開口幅という）、コリメータ１７のｘ軸方向およびｚ軸方向の位置はそれぞれ、機械的動作を行わせることで調整可能である。なお、コリメータ１７の構造としては、例えば、特開２００５−４６１９９号公報に記載されているコリメータの構造を応用することができる。

Ｘ線管移動ガイド３１およびカウンタウェイト移動ガイド３４は、それぞれ、Ｘ線管１５とカウンタウェイト２８を移動可能に支持しており、このようなガイドとしては、例えば、ＴＨＫ社製のＬＭガイドシリーズ（ｇｕｉｄｅ ｓｅｒｉｅｓ）やその他ベアリング（ｂａｒｉｎｇ）方式のもの等を用いることができる。Ｘ線管１５とカウンタウェイト２８は、これらのガイド上を走行して複数の所定の位置で停止することができ、これにより、断層像の再構成可能な領域の大きさを変えることができる。なお、詳細については後述する。

かかる構成のＸ線ＣＴシステムにおいて、投影データの収集は、例えば、次のように行われる。

まず、被検体を回転部１３の空洞部に位置させた状態でｚ軸方向の位置を固定し、Ｘ線管１５からのＸ線ビームを被検体７０に照射し（Ｘ線の投影）、その透過Ｘ線をＸ線検出部２２で検出する。そして、この透過Ｘ線の検出を、Ｘ線管１５とＸ線検出部２２を被検体７０の周囲を回転させながら、すなわち、投影角度（ビュー（ｖｉｅｗ）角度）を変化させながら、複数Ｎ（例えば、Ｎ＝１，０００）のビュー方向で、例えば３６０度分行う。

検出された各透過Ｘ線は、データ収集部２３でディジタル（ｄｉｇｉｔａｌ）値に変換されて投影データとしてインタフェース１２を介して操作コンソール２００に転送される。これら一連の工程を１つの単位として１スキャンとよぶ。そして、順次ｚ軸方向にスキャン位置を所定量移動して、次のスキャンを行っていく。このようなスキャン方式はアキシャルスキャン（ａｘｉａｌ ｓｃａｎ）方式とよばれるが、ガントリ回転部１３の回転に合わせてテーブル１４を連続的に移動させながら（Ｘ線管１５とＸ線検出部２２とが被検体の周囲をらせん状に周回することになる）投影データを収集する、ヘリカルスキャン（ｈｅｌｉｃａｌ ｓｃａｎ）方式であってもよい。

操作コンソール２００は、ガントリ１００から転送されてくる投影データをＨＤＤ５４に格納するとともに、例えば、所定の再構成関数とたたみ込み演算を行い、バックプロジェクション（ｂａｃｋ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）処理により断層像を再構成する。ここで、操作コンソール２００は、スキャン処理中にガントリ１００から順次転送されてくる投影データからリアルタイム（ｒｅａｌ ｔｉｍｅ）に断層像を再構成し、常に最新の断層像をモニタ５６に表示させることが可能である。さらに、ＨＤＤ５４に格納されている投影データを呼び出して改めて画像再構成を行わせることも可能である。

ここで、Ｘ線管１５とカウンタウェイト２８の位置関係により、断層像の再構成可能な領域が変化することについて説明する。

図３は、本実施形態における、Ｘ線管１５とカウンタウェイト２８の移動前後での位置関係を示した図である。

Ｘ線管１５およびコリメータ１７（以下、これらを合わせてＸ線発生部１５′という）とカウンタウェイト２８は、Ｘ線発生部１５′とカウンタウェイト２８のＸ線検出部２２に対する相対的な位置関係が、Ｘ線発生部１５′とカウンタウェイト２８との重心が回転中心ＩＣと一致する位置関係であって、回転中心ＩＣとＸ線検出部２２のＸ線検出領域の中心ＤＣとを通る直線Ｌと、被検体７０の体軸Ａとがなす基準面からのＸ線管１５のＸ線焦点Ｆの垂直成分が互いに異なる第１の位置関係と第２の位置関係とをとり得るように移動する。なお、本実施形態では、第１の位置関係は、Ｘ線発生部１５′とカウンタウェイト２８の位置が回転中心ＩＣとＸ線検出部２２のＸ線検出領域の中心ＤＣとを通る直線Ｌ上にある位置関係であり、第２の位置関係は、Ｘ線発生部１５′とカウンタウェイト２８の位置が直線Ｌ上から外れた位置関係である。ただし、第２の位置関係は、第１の位置関係からのずれ角を９０度未満とし、Ｘ線管１５のＸ線焦点Ｆが第１の位置関係におけるコーンビームＢｃの照射空間外となるような位置関係である。

Ｔ１，Ｆ１，Ｗ１は、第１の位置関係におけるＸ線発生部１５′の重心、Ｘ線管１５のＸ線焦点、カウンタウェイト２８の重心の位置をそれぞれ表しており、Ｔ２，Ｆ２，Ｗ２は、第２の位置関係におけるＸ線発生部１５′の重心、Ｘ線管１５のＸ線焦点、カウンタウェイト２８の重心の位置をそれぞれ表している。また、Ｄ１，Ｄ２は、回転軸ＩＣに垂直で回転中心ＩＣを含む面上におけるＸ線検出部２２の両端点を表す。

コリメータ１７はここでは図示を省略しているが、その開口部は固定されている。したがって、Ｘ線管１５からのコーンビームのファン角は常に一定であり、その照射方向は、Ｘ線管１５のｘｙ平面上の向きに応じて変化する。

Ｘ線管移動ガイド３１は、第１および第２の位置関係の両方において、Ｘ線発生部１５′の位置および向きを、Ｘ線管１５からのＸ線ビームのファン角を同一としてＸ線ビームの照射範囲がＸ線検出部２２のＸ線検出領域の範囲に略一致するような位置および向きにすべく、Ｘ線発生部１５′を移動するものである。つまり、Ｘ線発生部１５′はＸ線管移動ガイド３１に沿って第１および第２の位置関係に対応した所定の位置に移動するだけで、Ｘ線ビームの照射範囲が、コリメータ１７の調整なしに、Ｘ線検出部２２のＸ線検出領域の範囲に自動的に一致するようになっている。したがって、ここでのＸ線発生部１５′の移動は、幾何学的に考えると、単純な回転移動ではない。

Ｘ線発生部１５′およびカウンタウェイト２８が第１の位置関係（標準状態）にあるときは、Ｘ線管１５からはコーンビームＢｃ１がＸ線検出部２２に向けて照射される。この場合、回転部１３を回転させたときに、断層像の再構成に必要な回転角１８０度分の各ビューの投影データが得られる範囲は、回転中心ＩＣを中心とし、Ｘ線焦点Ｆ１と端点Ｄ１またはＤ２とを結ぶ直線に内接する半径ｒ１の円領域Ｐ１となる。したがって、この場合の再構成可能な領域は、円領域Ｐ１となる。

一方、Ｘ線管１５およびカウンタウェイト２８が第２の位置関係にあるときは、Ｘ線管１５からはコーンビームＢｃ２がＸ線検出部２２に向けて照射される。この場合、回転部１３を回転させたときに、断層像の再構成に必要な回転角１８０度分の各ビューの投影データが得られる範囲は、回転中心ＩＣを中心とし、Ｘ線焦点Ｆ２と端点Ｄ１とを結ぶ直線に内接する半径ｒ２の円領域Ｐ２となる。したがって、この場合の再構成可能な領域は、円領域Ｐ２となる。すなわち、第２の位置関係においては、再構成可能な領域の大きさが第１の位置関係のときに比べて大きくなっている。

なお、円領域Ｐ１については、回転部１３を１８０度＋Ｘ線ビームのファン角α回転させるハーフスキャン（ｈａｌｆ ｓｃａｎ）により断層像の再構成が可能であるが、円領域Ｐ２については、回転部１３を３６０度回転させるフルスキャン（ｆｕｌｌ ｓｃａｎ）により断層像の再構成が可能になる。

このようにして、Ｘ線発生部１５′とカウンタウェイト２８の位置関係の切換えにより、断層像の再構成可能な領域すなわち撮影可能領域を大小切り換えることができる。

次に、本実施形態によるＸ線ＣＴシステムの動作について説明する。

図４は、本実施形態によるＸ線ＣＴシステムにおける一連の処理の例を示すフローチャート（ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ）である。このフローチャートに対応するプログラムは、操作コンソール２００のハードディスク５４に記憶された画像処理プログラムに含まれ、電源投入後、ＲＡＭ５３にロード（ｌｏａｄ）されてＣＰＵ５１により実行されるものである。

まず、スキャン計画を立てる（ステップ（ｓｔｅｐ）Ｓ１）。例えば、画像処理プログラムにより提供される操作コンソール２００にて、ＧＵＩを介して、スライス厚、スキャン開始／終了位置、撮影領域の大小の別、Ｘ線管１５に与える電流値、ガントリ回転部１３の回転速度等のスキャン条件が設定される。設定されたスキャン条件はＲＡＭ５３に記憶される。

次に、スキャン開始指示がなされたか否かをキーボード５７またはマウス５８の入力に基づき判断する（ステップＳ２）。スキャン開始指示がなされると、ステップＳ２で設定したスキャン条件をパラメータ（ｐａｒａｍｅｔｅｒ）とするスキャン開始指令をガントリ１００に送信する（ステップＳ３）。

すると、ガントリ１００のメインコントローラ１０は、受信したパラメータに基づいて、設定された撮影領域の大小を判断する（ステップＳ４）。ステップＳ４で、撮影領域が小であると判断されると、メインコントローラ１０はＸ線管移動制御モータドライバ３１およびカウンタウェイト位置制御モータドライバ３３に指令を出し、Ｘ線発生部１５′およびカウンタウェイト２８を第１の位置関係（標準状態）に移動させ、撮影領域を円領域Ｐ１に設定する（ステップＳ５）。既に第１の位置関係にあるときには、そのままにする。一方、ステップＳ４で、撮影領域が大であると判断されると、メインコントローラ１０はＸ線管移動制御モータドライバ３１およびカウンタウェイト位置制御モータドライバ３３に指令を出し、Ｘ線発生部１５′およびカウンタウェイト２８を第２の位置関係に移動させ、撮影領域を円領域Ｐ２に設定する（ステップＳ６）。既に第２の位置関係にあるときには、そのままにする。

メインコントローラ１０は、受信したパラメータに基づいて各コントローラおよび各ドライバに指令を送信し、設定されたスキャン条件で被検体をスキャンする。

操作コンソール２００は、そのスキャンによって得られたデータをガントリ１００から受信し（ステップＳ７）、受信データに対する処理が全て終了したかどうかを監視している（ステップＳ８）。

受信データに対する処理が全て終了するまでは、以下の処理を行う。

受信データに対して、リファレンス（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）補正、ビームハードニング（ｂｅａｍ ｈａｒｄｎｉｎｇ）補正、Ｘ線検出器の物理特性の補正など、所定の前処理を行う（ステップＳ９）。これらの前処理は必要に応じて選択的に行われる。なお、このような前処理の後に、さらに散乱線補正を行ってもよい。

そして、ステップＳ９で前処理が行われたＸ線投影データを用いて画像再構成処理を実施して被検体のＸ線断層像を生成し（ステップＳ１０）、モニタ５６にそのＸ線断層像を表示出力する（ステップＳ１１）。

以上説明した本実施形態によれば、移動手段によりＸ線発生部１５′とカウンタウェイト２８のＸ線検出部２２に対する相対的な位置関係を変えるだけで断層像の再構成可能な領域を変えることができ、システムの大きさをほとんど変えずに、撮影可能な領域を必要に応じて変えることができる。また、上記第１および第２の位置関係において、Ｘ線発生部１５′とカウンタウェイト２８との重心はこれらの回転中心ＩＣに一致しているので、Ｘ線管１５を移動させてもウェイトバランスが保たれ、当該回転が安定し、高速回転も可能となる。

また、本実施形態によれば、移動手段を構成するＸ線管移動ガイド３１が、Ｘ線管１５の位置および向きを、Ｘ線管１５からのＸ線ビームのファン角を同一としてＸ線ビームの照射範囲がＸ線検出部２２のＸ線検出領域の範囲に略一致するような位置および向きにすべく、Ｘ線管１５を移動させるので、Ｘ線管１５の移動後にＸ線の照射範囲を調整する必要がなく、撮影可能領域の切換えを簡便に行うことができる。
（第２の実施形態）

本実施形態によるＸ線ＣＴシステムは、以下に説明する特徴を除いて上記第１の実施形態と基本的に同じである。そこで、ここでは、その構成、構造、各構成要素の主要機能等についての説明は省略する。

図５は、本実施形態における、Ｘ線発生部１５′とカウンタウェイト２８の移動前後での位置関係を示した図である。

本実施形態では、移動手段を構成するＸ線管移動ガイド３１は、Ｘ線管１５のＸ線焦点が、第１の位置関係におけるＸ線焦点Ｆ１と、Ｘ線検出部２２の回転軸ＩＣに垂直で回転中心ＩＣを含む面上におけるＸ線検出部２２の両端点Ｄ１，Ｄ２とを通る円Ｃｔｄの円周に沿って動くように、Ｘ線管およびコリメータ１７で構成されるＸ線発生部１５′を移動させるものであり、Ｘ線の照射範囲の調整を、必要に応じて、Ｘ線発生部１５′の首振り機構３５あるいはコリメータ１７により行う。なお、首振り機構３５は、Ｘ線発生部１５′の向きを回転軸ＩＣに垂直な面に沿って変化させる。

また、本実施形態では、移動手段を構成するＸ線管移動ガイド３１およびカウンタウェイト移動ガイド３４を、Ｘ線発生部１５′およびカウンタウェイト２８をこれらの重心が回転中心ＩＣに一致する位置関係を保ちながら連続的に移動させるものとし、このような連続的な移動により第２の位置関係を連続的にとり得るようにしている。

Ｔ１，Ｆ１，Ｗ１は、第１の位置関係におけるＸ線発生部１５′の重心、Ｘ線焦点、カウンタウェイト２８の重心の位置をそれぞれ表しており、Ｔ２，Ｆ２，Ｗ２は、第２の位置関係におけるＸ線発生部１５′の重心、Ｘ線焦点、カウンタウェイト２８の重心の位置をそれぞれ表している。また、Ｄ１，Ｄ２は、Ｘ線検出部２２の回転軸ＩＣに垂直で回転中心ＩＣを含む面上におけるＸ線検出部２２の両端点を表す。

ここで、直線Ｆ２Ｄ１および直線Ｆ２Ｄ２は、Ｘ線発生部１５′が第２の位置関係にあるときに、Ｘ線の照射範囲をＸ線検出部２２の検出面に一致させるのに必要なコーンビームＢｃ２１の輪郭に一致する。また、上述のとおり、第２の位置関係におけるＸ線焦点Ｆ２は、Ｆ１，Ｄ１，Ｄ２の３点を通る円Ｃｔｄの円周上にあるから、円周角の定理により、角Ｄ１Ｆ２Ｄ２は常に一定となる。したがって、Ｘ線発生部１５′はどこに移動しても照射すべきコーンビームＢｃ２１のファン角は常に一定となる。

一方、Ｘ線発生部１５′が第２の位置関係にあるときにＸ線管１５から照射されるＸ線ビームは、図で示すようなコーンビームＢｃ２０となり、実際に照射すべきコーンビームＢｃ２１とは完全には一致せず、Ｘ線焦点Ｆ２がＸ線焦点Ｆ１から遠くなるほどそのずれは広がる。

したがって、照射すべきコーンビームＢｃ２１のファン角は常に一定であるから、上記したＸ線ビームの照射方向のずれが無視できる程度である場合には、あるいは、無視できるように予めＸ線ビームの照射範囲をＸ線検出部２２の検出面より少し広めに設定する場合には、Ｘ線発生部１５′がいずれの位置に移動しても、Ｘ線ビームの照射範囲の調整なしに、Ｘ線ビームの照射範囲をＸ線検出部２２のＸ線検出領域の範囲に略一致させることができ、断層像の再構成可能な領域を連続的に変えることができる。

しかしながら、上記したＸ線ビームの照射方向のずれが無視できない場合には、Ｘ線ビームの照射範囲を制御する手段が必要になる。

図６は、Ｘ線発生部１５′に首振り機構３５を設け、Ｘ線管１５のｘｙ平面上の向きを変えて、Ｘ線ビームの照射方向のずれを補正する様子を示した図であり、図７は、コリメータ１７の開口部を変えて、Ｘ線ビームの照射方向のずれを補正する様子を示した図である。

このようなＸ線ビームの照射範囲を制御する手段があれば、Ｘ線発生部１５′がいずれの位置に移動しても、Ｘ線ビームの照射範囲をＸ線検出部２２のＸ線検出領域の範囲に略一致させることができ、断層像の再構成可能な領域を連続的に変えることができる。

以上説明した本実施形態によれば、断層像の再構成可能な領域の大きさを所定範囲内で連続的に変えることができるので、撮影領域の大きさを必要かつ十分な大きさに設定することができ、被検体への被爆量と断層像の画質とのバランスがとれた撮影が可能となる。

なお、本実施形態では、Ｘ線管移動ガイド３１を、Ｘ線管１５のＸ線焦点が第１の位置関係におけるＸ線焦点Ｆ１とＸ線検出部２２の両端点Ｄ１，Ｄ２とを通る円Ｃｔｄの円周に沿って動くようにＸ線発生部１５′を移動させるものとしたが、Ｘ線発生部１５′をこれとは別の曲線あるいは直線上で移動させるものであってもよい。この場合、Ｘ線ビームの照射範囲を制御する手段を、Ｘ線発生部１５′の首振り機構３５およびコリメータ１７の組合せとすれば、Ｘ線発生部１５′がいずれの位置に移動しても、Ｘ線ビームの照射範囲をＸ線検出部２２の検出面に略一致させることができ、断層像の再構成可能な領域を連続的に変えることができる。

また、本実施形態では、移動手段は、モータとそのドライバを用いた電動式のものであったが、例えば、移動手段を機械仕掛けとし、操作者がＸ線発生部１５′およびカウンタウェイト２８の位置を手動で移動できるものとしてもよい。この場合、Ｘ線発生部１５′およびカウンタウェイト２８の位置をレバー（ｌｅｖｅｒ）などで簡単に切換え可能に設計することが望ましい。

また、本実施形態では、Ｘ線発生部１５′に対応するカウンタウェイト２８を設け、Ｘ線発生部１５′とカウンタウェイト２８との重心が回転中心ＩＣに一致するように、Ｘ線発生部１５′とカウンタウェイト２８を移動させているが、他の方法として、例えば、Ｘ線発生部１５′を移動したときに生じる回転部１３全体の重心のずれを補正するための補正ウェイトとこの補正ウェイトを移動させる手段とを設け、Ｘ線発生部１５′が移動した場合に、当該補正ウェイトを上記重心のずれが補正される位置に移動させるようにしてもよい。つまり、この場合には、Ｘ線発生部１５′と補正ウェイトとの重心は、回転中心ＩＣに必ずしも一致しなくてよく、回転部１３全体の重心が回転中心ＩＣに一致していればよい。

なお、これらの実施形態は、本発明を実施するための最良の形態の一例であり、本発明はこれらの実施形態に限定されない。すなわち、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、あらゆる変更、追加、組合せが可能である。

また、コンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）を本発明のＸ線ＣＴシステムあるいはその各手段として機能させるためのプログラムも本発明の実施形態の一例である。なお、このプログラムは、インターネット（ｉｎｔｅｒｎｅｔ）等のネットワーク（ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して、ダウンロード（ｄｏｗｎ ｌｏａｄ）、配信等によって供給してもよいし、このプログラムをコンピュータ読取可能な記録媒体に記録して供給するようにしてもよい。

第１の実施形態によるＸ線ＣＴシステムの構成を示す図 ガントリ回転部の概略構成図 第１の実施形態におけるＸ線管とカウンタウェイトの移動前後での位置関係を示す図 第１の実施形態によるＸ線ＣＴシステムにおける一連の処理の例を示すフローチャート 第２の実施形態におけるＸ線管とカウンタウェイトの移動前後での位置関係を示す図 Ｘ線管の首振り機構によりＸ線の照射方向のずれを補正する様子を示した図 コリメータによりＸ線の照射方向のずれを補正する様子を示した図

符号の説明

１０ メインコントローラ
１１，１２ インタフェース
１３ 回転部
１４ テーブル
１５ Ｘ線管（Ｘ線発生部）
１６ Ｘ線管コントローラ
１７ コリメータ（Ｘ線発生部，コリメータ）
１８ 開口制御モータ
１９ 開口制御モータドライバ
２０ 位置制御モータ
２１ 位置制御モータドライバ
２２ Ｘ線検出部（Ｘ線検出部）
２３ データ収集部
２４ 回転モータドライバ
２５ 回転モータ
２６ テーブルモータ
２７ テーブルモータドライバ
２８ カウンタウェイト（カウンタウェイト）
２９ Ｘ線管移動制御モータドライバ（移動手段）
３０ Ｘ線管移動制御モータ（移動手段）
３１ Ｘ線管移動ガイド（移動手段）
３２ カウンタウェイト移動制御モータドライバ（移動手段）
３３ カウンタウェイト移動制御モータ（移動手段）
３４ カウンタウェイト移動ガイド（移動手段）
３５ 首振り機構（首振り機構）
５１ ＣＰＵ
５２ ＲＯＭ
５３ ＲＡＭ
５４ ＨＤＤ
５５ ＶＲＡＭ
５６ モニタ
５７ キーボード
５８ マウス
５９，６０ インタフェース
７０ 被検体
１００ ガントリ
２００ 操作コンソール

Claims (8)

1. Ｘ線ビームを発生するＸ線発生部と、多数のＸ線検出素子が１次元または２次元的に配列されてなるＸ線検出部とを被検体の体軸の周りに相対向させて回転可能に設け、前記被検体をスキャンして得られた投影データに基づいて被検体の断層像を再構成するＸ線ＣＴシステムであって、
   前記Ｘ線検出部を挟んで前記Ｘ線発生部と対向する位置に配されたカウンタウェイトと、
   前記Ｘ線発生部と前記カウンタウェイトの前記Ｘ線検出部に対する相対的な位置関係が、前記Ｘ線発生部と前記カウンタウェイトとの重心が前記回転の中心と一致する位置関係であって、前記回転の中心と前記Ｘ線検出部のＸ線検出領域の中心とを通る直線と、前記被検体の体軸とがなす基準面からの前記Ｘ線発生部のＸ線焦点の垂直成分が互いに異なる第１の位置関係と第２の位置関係とをとり得るように、前記Ｘ線発生部と前記カウンタウェイトを移動させる移動手段と、を備えたＸ線ＣＴシステム。
2. 前記第１の位置関係は、前記Ｘ線発生部と前記カウンタウェイトの位置が前記直線上にある位置関係であり、
   前記第２の位置関係は、前記Ｘ線発生部と前記カウンタウェイトの位置が前記直線上から外れた位置関係である請求項１に記載のＸ線ＣＴシステム。
3. 前記移動手段は、前記Ｘ線発生部の位置および向きを、前記Ｘ線発生部からのＸ線ビームのファン角を同一としてＸ線ビームの照射範囲が前記Ｘ線検出部の検出領域の範囲に略一致するような位置および向きにすべく、前記Ｘ線発生部を移動させるものである請求項１または請求項２に記載のＸ線ＣＴシステム。
4. 前記Ｘ線発生部からのＸ線ビームの照射範囲が前記Ｘ線検出部のＸ線検出領域の範囲に略一致するように、前記Ｘ線ビームの照射範囲を制御するＸ線照射範囲制御手段をさらに備えた請求項１または請求項２に記載のＸ線ＣＴシステム。
5. 前記Ｘ線照射範囲制御手段は、前記Ｘ線発生部の向きを前記回転の軸に垂直な面に沿って変化させる首振り機構を含む請求項４に記載のＸ線ＣＴシステム。
6. 前記Ｘ線照射範囲制御手段は、前記Ｘ線発生部からのＸ線ビームの照射範囲を制限するスリットを形成するコリメータを含む請求項４または請求項５に記載のＸ線ＣＴシステム。
7. 前記移動手段は、前記Ｘ線発生部および前記カウンタウェイトを、前記重心が前記回転の中心に一致する位置関係を保ちながら連続的に移動させることが可能なものである請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴシステム。
8. 前記移動手段は、前記Ｘ線発生部のＸ線焦点が、前記第１の位置関係における前記Ｘ線焦点と、前記回転の軸に垂直で前記回転の中心を含む面上における前記Ｘ線検出部の両端点とを通る円の円周に沿って動くように、前記Ｘ線発生部を移動させるものである請求項７に記載のＸ線ＣＴシステム。

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