JP5972577B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に関する。

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置において頭部ＣＴパーフュージョン解析が利用されている。頭部ＣＴパーフュージョン解析は、急性期脳梗塞の血流動態診断に有用である。パーフュージョン解析においては、造影剤が注入された被検体に対してＸ線が繰り返し照射されるため、必然的に被検体や技師の被曝量が多くなってしまう。

Ｘ線発生周期は、造影剤の濃度の経時的な変化を予想したうえで、スキャンの計画段階において予め設定され、スキャン開始後は変更されない。そのため、実際の血中造影剤濃度にＸ線発生周期が整合せず、ＣＴ値変化が小さい期間においてＸ線が連続的に発生されてしまう場合がある。そのため、計画段階においてＸ線発生周期を設定しても、被検体の被曝量を十分に低減できない。

特開２００９−２０７８７６号公報

目的は、被曝量を低減することが可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。

本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線を発生するＸ線管と、前記Ｘ線管からＸ線を発生するために前記Ｘ線管に印加される高電圧を発生する高電圧発生部と、前記Ｘ線管から発生され被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線管を回転軸回りに回転可能に支持する支持機構と、前記Ｘ線検出器からの出力に基づいて第１のＣＴ画像と第２のＣＴ画像とを発生する発生部と、前記第１のＣＴ画像と前記第２のＣＴ画像との間のＣＴ値の時間変化率を算出する時間変化率算出部と、前記時間変化率に応じて前記Ｘ線管からのＸ線の発生周期を決定する発生周期決定部と、を具備する。

本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図。 本実施形態において利用されるＸ線発生周期、Ｘ線継続時間、及びＸ線停止時間を説明するための図。 本実施形態において利用されるＸ線発生周期、Ｘ線継続時間、及びＸ線停止時間を説明するための他の図。 本実施形態に係る造影スキャンにおけるＸ線発生タイミングをＣＴ値変化カーブ及びＣＴ値変化率カーブとともに示す図。 図１のシステム制御部の制御のもとに行われる造影スキャンの典型的な流れを示す図。 図５のステップＳ９において行われるＸ線停止時間及びＸ線発生周期の変更タイミングを、連続スキャンを例に挙げて説明するための図。 図５のステップＳ９において行われるＸ線停止時間及びＸ線発生周期の変更タイミングを、間欠スキャンを例に挙げて説明するための図。 本実施形態の変形例１に係る、動脈領域と静脈領域との各々のＣＴ値変化カーブの典型例を示す図。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係わるＸ線コンピュータ断層撮影装置を説明する。

本実施形態に係るスキャン方式は、造影剤が注入された被検体を繰り返しＸ線でスキャンする造影スキャンであるとする。本実施形態に係るスキャン部位は、頭部や胸部、腹部、腕部、脚部等の血管が走行する如何なる部位にも適用可能である。例えば、頭部の造影スキャンは、頭部ＣＴパーフュージョン解析に利用される。造影スキャンにおいては、血流動態を解析するために繰り返しスキャンが行われ、ＣＴ画像が繰り返し発生される。繰り返し発生されたＣＴ画像に基づいてパーフュージョン解析が行われる。造影スキャンは、良く知られているように、モニタリングスキャンと本スキャンとからなる。モニタリングスキャンは、被検体に注入された造影剤がスキャン部位に到達したか否かを確認するためのスキャンである。造影剤がスキャン部位に十分に到達したことを契機としてモニタリングスキャンから本スキャンに移行される。モニタリングスキャンは、被曝量低減のため本スキャンよりも低線量で行われる。

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置により利用される画像再構成法には、フルスキャン法とハーフスキャン法とがある。フルスキャン法では、１スライス又は１ボリュームのＣＴ画像を再構成するために、被検体の周囲１周、すなわち約２π［ｒａｄ］分の投影データが必要である。また、ハーフスキャン法では、１スライス又は１ボリュームのＣＴ画像を再構成するために、π＋α［ｒａｄ］（α：ファン角）分の投影データが必要である。本実施形態は、フルスキャン法とハーフスキャン法とのいずれの方法も適用可能である。

図１は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置１の構成を示す図である。図１に示すように、ガントリ１０とコンソール３０とを搭載する。

ガントリ１０は、円環又は円板状の回転フレーム１１を搭載する。回転フレーム１１は、Ｘ線管１３とＸ線検出器１５とを、回転フレーム１１の中心軸（回転軸）回りに回転可能に支持している。回転フレーム１１の開口の内部には、ＦＯＶ（field of view）が設定される。回転フレーム１１は、回転駆動部１７に接続されている。回転駆動部１７は、コンソール３０内のスキャン制御部４３による制御に従って回転フレーム１１を一定の角速度で回転し、Ｘ線管１３とＸ線検出器１５とを回転軸回りに回転する。

なお、Ｚ軸は、回転フレーム１１の回転軸に規定される。Ｙ軸は、Ｘ線管１３のＸ線焦点とＸ線検出器１５の検出面中心とを結ぶ軸に規定される。Ｙ軸は、Ｚ軸に直交する。Ｘ軸は、Ｙ軸とＺ軸とに直交する軸に規定される。このように、ＸＹＺ直交座標系は、回転フレーム１１の回転とともに回転する回転座標系を構成する。

回転フレーム１１の近傍には、天板支持機構１９が設置されている。天板支持機構１９は、天板２１をＺ軸に沿って移動可能に支持する。天板支持機構１９は、天板２１の長軸がＺ軸に平行するように天板２１を支持する。天板２１には、被検体Ｐが載置される。天板支持機構１９は天板移動部（モータ）２３を装備している。天板移動部２３は、スキャン制御部４３による制御に従って天板支持機構１９を駆動し、天板２１をＺ軸方向に沿って移動する。

Ｘ線管１３は、高電圧発生部２５から高電圧の印加とフィラメント電流の供給とを受けてＸ線を発生する。高電圧発生部２５は、スキャン制御部４３による制御に従ってＸ線管１３に高電圧を印加し、フィラメント電流を供給する。

Ｘ線検出器１５は、Ｘ線管１３から発生されたＸ線を検出する。Ｘ線検出器１５は、２次元状に配列された複数の検出素子を搭載する。例えば、複数の検出素子は、回転フレーム１１の回転軸を中心とした円弧に沿って配列される。この円弧に沿う検出素子の配列方向はチャンネル方向と呼ばれる。チャンネル方向に沿って配列された複数の検出素子は、検出素子列と呼ばれる。複数の検出素子列は、回転軸に沿う列方向に沿って配列される。各検出素子は、Ｘ線管１３から発生されたＸ線を検出し、検出されたＸ線の強度に応じた電気信号（電流信号）を生成する。生成された電気信号は、データ収集回路（ＤＡＳ）２７に供給される。

データ収集回路２７は、スキャン制御部４３による制御に従って、Ｘ線検出器１５を介して電気信号をビュー（ｖｉｅｗ）毎に収集する。よく知られているように、ビューは、回転軸Ｚ周りの回転フレーム１１の回転角度に対応する。また、信号処理的には、ビューは、回転フレーム１１の回転時におけるデータのサンプリング点に対応する。データ収集回路２７は、収集されたアナログの電気信号をデジタルデータに変換する。デジタルデータは、生データと呼ばれている。生データは、図示しない非接触データ伝送部によりコンソール３０に供給される。

コンソール３０は、前処理部３１、再構成部３３、関心領域設定部３５、モニタリング部３７、ＣＴ値変化率算出部３９、Ｘ線発生周期算出部４１、スキャン制御部４３、表示部４５、操作部４７、記憶部４９、及びシステム制御部５１を有する。

前処理部３３は、データ収集回路２７からの生データに前処理を施し、再構成処理に供される投影データを生成する。前処理としては、例えば、対数変換、ゲイン補正、不均一補正、オフセット補正等が挙げられる。投影データは、ビュー単位で記憶部４９に記憶される。

再構成部３３は、投影データに基づいて被検体Ｐに関するＣＴ画像のデータを発生する。より詳細には、再構成部３３は、１スライス又は１ボリュームのＣＴ画像のデータを再構成するために必要なビュー分の投影データに画像再構成処理を施し、１スライス又は１ボリュームのＣＴ画像のデータを発生する。ＣＴ画像は、Ｘ線吸収係数に依存するＣＴ値の空間分布を表現する。本実施形態において再構成部３３は、造影スキャン中において繰り返し収集される投影データに基づいて繰り返しＣＴ画像のデータを発生する。ＣＴ画像のデータは、記憶部４９に記憶される。

関心領域設定部３５は、ユーザからの操作部４７を介した指示に従って、または、画像処理により、ＣＴ画像に関心領域を設定する。関心領域は、ＣＴ値のモニタリング対象領域を限定するために設定される。なお、ＣＴ画像の全範囲をＣＴ値のモニタリング対象とする場合、必ずしも関心領域が設定されなくても良い。この場合、関心領域設定部３５は不要である。

モニタリング部３７は、繰り返し発生されるＣＴ画像上のＣＴ値をモニタリングする。関心領域が設定された場合、モニタリング部３７は、この関心領域に限定してＣＴ値をモニタリングする。

ＣＴ値変化率算出部３９は、繰り返し発生されるＣＴ画像上のＣＴ値の時間変化率（以下、ＣＴ値変化率と呼ぶ）をＣＴ画像が発生される毎に算出する。関心領域が設定された場合、ＣＴ値変化率算出部３９は、この関心領域に限定してＣＴ値変化率を算出する。

Ｘ線発生周期算出部４１は、ＣＴ値変化率に応じて、Ｘ線管１３からのＸ線の発生周期（以下、Ｘ線発生周期と呼ぶ）を繰り返し算出する。また、Ｘ線発生周期算出部４１は、算出されたＸ線発生周期とＸ線継続時間とに基づいてＸ線停止時間を算出する。Ｘ線発生周期、Ｘ線継続時間、及びＸ線停止時間について図２及び図３を参照しながら説明する。

図２に示すように、造影スキャンにおける特定のフェーズにおいて連続スキャンが行われる。なお、造影スキャン中においては、回転フレーム１１が一定の角速度で回転し続けている。Ｘ線は、Ｘ線継続時間単位で繰り返し連続的に発生される。Ｘ線継続時間は、１スライス又は１ボリュームのＣＴ画像を再構成するのに必要な投影データを収集するのに必要な時間（スキャン時間）に略一致するように、回転フレーム１１の角速度に応じて予め決定されている。Ｘ線継続時間は、造影スキャンに亘って一定である。ここで、本実施形態において、回転フレーム１１を回転しながらＸ線継続時間だけＸ線管を発生し、被検体を透過したＸ線をＸ線検出器で検出し、１スライス又は１ボリューム分のＣＴ画像を再構成するのに必要な投影データを収集する、という一纏りの動作単位を１回のＣＴスキャンと定義する。一回のＣＴスキャン中に収集された投影データに基づいて再構成部によりＣＴ画像が即時的に発生される。

図３に示すように、造影スキャンにおける特定のフェーズにおいて間欠スキャンが行われる。Ｘ線はＸ線継続時間単位で繰り返し間欠的に発生される。Ｘ線継続時間が経過すると、被曝量低減のためＸ線停止時間だけＸ線の発生が停止される。Ｘ線の発生の終了からＸ線停止時間が経過すると再びＸ線継続時間だけＸ線が発生される。Ｘ線継続時間とＸ線停止時間との合計時間がＸ線発生周期である。Ｘ線発生周期は、Ｘ線撮影間隔とも呼ばれている。Ｘ線停止時間Ｔｒは、以下の（１）式に従ってＸ線発生周期ＴｓとＸ線継続時間Ｔｄとに基づいて算出される。

Ｔｒ＝Ｔｓ−Ｔｄ ・・・（１）
なお、図２に示すような連続スキャンの場合、Ｘ線停止時間Ｔｒは０であり、Ｘ線発生周期ＴｓはＸ線継続時間Ｔｄに等しい。

スキャン制御部４３は、本実施形態に係る造影スキャンのスキャンシーケンスに従って回転駆動部１７、高電圧発生部２５、及びデータ収集回路２７を制御する。具体的には、スキャン制御部４３は、造影スキャン中、回転フレーム１１が一定の角速度で回転するように回転駆動部１７を制御する。また、スキャン制御部４３は、Ｘ線発生周期に従ってＸ線管１３からＸ線が発生されるように高電圧発生部２５をリアルタイムで制御する。また、また、スキャン制御部４３は、造影スキャン中、ビュー毎に投影データが収集されるようにデータ収集回路２７を制御する。また、スキャン制御部４３は、天板２１をＺ軸に沿って移動するために天板移動部２３を制御する。本実施形態に係る造影スキャンは、天板２１を静止させた状態において複数のＣＴスキャンを実行するダイナミックスキャンにも、天板２１を移動させながら複数のＣＴスキャンを実行するヘリカルスキャンにも対応可能である。本実施形態に係るヘリカルスキャンとしては、天板２１を一方方向にのみ移動させる通常のヘリカルスキャンにも、天板２１を往復移動させるヘリカルスキャン（いわゆるヘリカルシャトルスキャン）にも適用可能である。以下の説明を簡便に行うため、本実施形態に係る造影スキャンにおいては、天板２１は静止しているものとする。

表示部４５は、再構成部３３により発生されたＣＴ画像を表示機器に表示する。表示機器としては、例えばＣＲＴディスプレイや、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等が適宜利用可能である。

操作部４７は、入力機器を介してユーザからの各種指令や情報入力を受け付ける。入力機器としては、キーボードやマウス、スイッチ等が利用可能である。

記憶部４９は、投影データやＣＴ画像のデータを記憶する。また、記憶部４９は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１の制御プログラムを記憶している。この制御プログラムは、本実施形態に係る造影スキャンを行うための制御機能をシステム制御部５１に実行させるためのものである。

システム制御部５１は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１の中枢として機能する。具体的には、システム制御部５１は、記憶部４９に記憶されている制御プログラムを読み出してメモリ上に展開し、展開された制御プログラムに従って各部を制御する。

次に、システム制御部５１の制御のもとに行われる造影スキャンにおけるＸ線コンピュータ断層撮影装置１の動作例について説明する。

まずは、本実施形態に係る造影スキャンの概略について図４を参照しながら説明する。図４は、本実施形態に係る造影スキャンにおけるＸ線発生タイミングをＣＴ値変化カーブ及びＣＴ値変化率カーブとともに示す図である。ＣＴ値変化カーブは、ＣＴ値の時間変化曲線である。ＣＴ値変化率カーブは、ＣＴ値変化率の時間変化曲線である。図４の（ａ）に示すように、被検体に造影剤が注入され、スキャン部位に造影剤が流入するにつれてスキャン部位内のＣＴ値が上昇する。ＣＴ値が上昇している間、ＣＴ値変化率は、図４の（ｂ）に示すように、正の値をとる。造影剤はやがてスキャン部位から流出する。図４の（ａ）に示すように、スキャン部位から造影剤が流出するにつれてスキャン部位内のＣＴ値が下降する。ＣＴ値が下降している間、ＣＴ値変化率は、図４の（ｂ）に示すように、負の値をとる。時間が経つにつれ造影剤の流出は緩やかになる。図４の（ａ）に示すように、造影剤の流出が緩やかになると。ＣＴ値はほぼ変化しなくなり、図４の（ｂ）に示すように、ＣＴ値変化率は０に近づく。

血流動態を観察する上では、ＣＴ値変化率が高い期間においては時間分解能が高いほうが良く、ＣＴ値変化率が低い期間においては時間分解能が高くなくても良い。本実施形態においては、ＣＴ値変化率に応じてリアルタイムでＸ線発生周期が算出される。Ｘ線発生周期は、ＣＴ値変化率に反比例するように規定される。すなわち、ＣＴ値変化率が大きい期間においては、Ｘ線発生周期が小さく、換言すれば、連続スキャンが行われる。反対に、ＣＴ値変化率が小さい期間においては、Ｘ線発生周期が大きく、間欠スキャンが行われる。スキャン制御部４３は、Ｘ線発生周期に従ってＸ線が発生されるように高電圧発生部２５をリアルタイムで制御する。これにより、Ｘ線発生周期を実際の血流動態に応じて変更することができ、ＣＴスキャンの時間間隔をリアルタイムで変更することができる。

図５は、本実施形態に係るシステム制御部５１の制御のもとに行われる造影スキャンの典型的な流れを示す図である。図５に示すように、まず。システム制御部５１は、関心領域設定部３５に設定処理を行わせる（ステップＳ１）。ステップＳ１において関心領域設定部３５は、スキャノ撮影等により予め取得された被検体のスキャン部位に関するＣＴ画像に、ユーザからの操作部４７を介した指示に従う位置に関心領域を設定する。関心領域は、スキャン部位に造影剤が到達したか否かをモニタリングするために設定されるので、血管に対応する画素領域を含むように設定される。なお、関心領域は、既存の画像処理により自動的に設定されてもよい。関心領域は、一箇所に設定されても、複数箇所に設定されても良い。しかしながら、以下の説明を簡単に行うため、関心領域は一箇所に設定されるものとする。

ステップＳ１が行われるとシステム制御部５１は、操作部４７を介してモニタリングスキャンの開始指示がなされることを待機している。ユーザは、モニタリングの開始の準備が整うと、操作部４７を介してモニタリングの開始指示を入力する。なお造影剤の注入は、開始指示の入力前であっても、入力後であってもどちらでも良い。しかしながら、以下の説明を具体的に行なうため、造影剤は開始指示の入力前に被検体に注入されるものとする。

モニタリングの開始指示が入力されるとシステム制御部５１は、スキャン制御部４３にモニタリングスキャンを行わせる（ステップＳ２）。ステップＳ２においてスキャン制御部４３は、モニタリングスキャンのために回転駆動部１７、高電圧発生部２５、及びデータ収集回路２７を制御する。回転駆動部１７は、回転フレーム１１を一定の角速度で回転させる。また、高電圧発生部２５は、比較的に低線量のＸ線をＸ線管１３から繰り返し発生させる。データ収集回路２７は、ビュー毎にＸ線検出器１５から電気信号を読み出し、読み出された電気信号に応じたデジタルデータをコンソール３０に供給する。コンソール３０に供給されたデジタルデータは、前処理部３１により投影データに変換され、投影データに基づいて再構成部３３によりＣＴ画像のデータが発生される。

モニタリングスキャン中、システム制御部５１は、モニタリング部３７にＣＴ値のモニタリングを行わせる（ステップＳ３）。ステップＳ３においてモニタリング部３７は、繰り返し発生されるＣＴ画像に基づいて関心領域内のＣＴ値をリアルタイムで特定する。関心領域を構成する複数の画素のＣＴ値の統計値が関心領域内のＣＴ値として特定される。統計値としては、例えば、複数の画素のＣＴ値の平均値や中間値、合計値が利用される。関心領域内のＣＴ値は、ＣＴ画像が発生される毎に特定される。

ステップＳ３が行われるとシステム制御部５１は、モニタリング部３７に判定処理を行わせる（ステップＳ４）。ステップＳ４においてモニタリング部３７は、関心領域内のＣＴ値が、第１の閾値に到達したか否かを判定する。第１の閾値は、モニタリングスキャンから本スキャンに移行するための閾値である。第１の閾値は、ユーザにより操作部４７を介して任意の値に設定可能である。

ステップＳ４において関心領域内のＣＴ値が第１の閾値に到達していないと判定された場合（ステップＳ４：ＮＯ）、システム制御部５１は、スキャン制御部４３にモニタリングスキャンを継続させ、モニタリング部３７にステップＳ３及びＳ４を繰り返し行わせる。

そして、ステップＳ４において関心領域内のＣＴ値が第１の閾値に到達したと判定された場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、システム制御部５１は、スキャン制御部４３にモニタリングスキャンから本スキャンに移行させる（ステップＳ５）。ステップＳ５においてスキャン制御部４３は、本スキャンのために回転駆動部１７、高電圧発生部２５、及びデータ収集回路２７を制御する。回転駆動部１７は、モニタリングスキャンと同様に、回転フレーム１１を一定の角速度で回転させる。また、高電圧発生部は２５、モニタリングスキャンの場合に比して高線量のＸ線をＸ線管１３から発生させる。データ収集回路２７は、ビュー毎にＸ線検出器１５から電気信号を読み出し、読み出された電気信号に応じたデジタルデータをコンソール３０に供給する。コンソール３０に供給されたデジタルデータは、前処理部３１により投影データに変換され、投影データに基づいて再構成部３３によりＣＴ画像のデータが発生される。なお、本スキャンに移行後の初回のＣＴスキャンにおいては、予め設定されたＸ線発生周期に従ってＸ線が発生される。例えば、初回のＣＴスキャンにおいては、Ｘ線発生周期はＸ線継続時間に一致するように、すなわち、連続スキャンが行われるとよい。

ステップＳ５が行われるとシステム制御部５１は、ＣＴ値変化率算出部３９に算出処理を行わせる（ステップＳ６）。ステップＳ６においてＣＴ値変化率算出部３９は、繰り返し発生されたＣＴ画像上の関心領域のＣＴ値の時間変化率をＣＴスキャン毎に算出する。時間変化率は、最新のＣＴ画像のスキャン時刻とこの最新のＣＴ画像よりも前に発生されたＣＴ画像（以下、以前のＣＴ画像と呼ぶ）のスキャン時刻との間の時間差に対する、最新のＣＴ画像と以前のＣＴ画像との間のＣＴ値変化の比率により規定される。ＣＴ値変化は、最新のＣＴ画像と以前のＣＴ画像との間のＣＴ値差に等しい。換言すれば、ＣＴ値変化率は、ＣＴ値の時間微分である。以前のＣＴ画像は、例えば、最新のＣＴ画像の１回前に発生されたＣＴ画像である。この場合、最新のＣＴ画像のスキャン時刻と以前のＣＴ画像のスキャン時刻との時間差は、Ｘ線発生周期に一致する。なお、スキャン時刻としては、ＣＴスキャンの開始時間、中間値、または終了時間の何れかが統一して採用されると良い。以前のＣＴ画像は、最新のＣＴ画像の１回前に発生されたＣＴ画像のみに限定されず、最新のＣＴ画像よりも前に発生されたＣＴ画像であれば如何なるＣＴ画像が適用可能である。

このように、以前のＣＴ画像は、単一のスキャン時刻に対応する単一のＣＴ画像であっても良いし、複数のスキャン時刻にそれぞれ対応する複数のＣＴ画像であっても良い。以前のＣＴ画像が複数のＣＴ画像の場合、ＣＴ値変化率は、複数の以前のＣＴ画像の時間変化率の移動平均に基づいて算出されると良い。また、以前のＣＴ画像のスキャン時刻は、複数の以前のＣＴ画像のスキャン時刻の平均値や中間値、一回前のスキャン時刻等に設定されると良い。

ステップＳ６が行われるとシステム制御部５１は、Ｘ線発生周期算出部４１に算出処理を行わせる（ステップＳ７）。ステップＳ７においてＸ線発生周期算出部４１は、ステップＳ６において算出されたＣＴ値変化率に応じたＸ線発生周期とＸ線停止時間とを算出する。Ｘ線発生周期は、ＣＴ値変化率に反比例するように規定される。例えば、Ｘ線発生周期Ｔｓ［ｓｅｃ］は、下記の（２）に従って、ＣＴ値変化率の絶対値Ｒに基づいて算出される。

Ｔｓ＝Ａ＊１／Ｒ ・・・（２）
ここで、変換係数Ａは、Ｘ線発生周期Ｔｓを１ｓｅｃとするときのＣＴ値変化率である。（２）式に示すように、ＣＴ値変化率の絶対値が大きければ大きいほど、Ｘ線発生周期Ｔｓは小さくなる。反対に、ＣＴ値変化率の絶対値が小さければ小さいほど、Ｘ線発生周期Ｔｓは大きくなる。変換係数Ａは、ユーザにより操作部４７を介して任意の値に設定可能である。

また、ステップＳ７において、Ｘ線発生周期算出部４１により、上述の（１）式に従って、Ｘ線発生周期とＸ線継続時間とからＸ線停止時間が算出される。

ステップＳ７が行われるとシステム制御部５１は、スキャン制御部４３に判定処理を行わせる（ステップＳ８）。ステップＳ８においてスキャン制御部４３は、Ｘ線停止時間の設定値を、ステップＳ７において算出されたＸ線停止時間の値に変更するか否かを変更する。具体的には、Ｘ線停止時間の設定値とステップＳ７において算出されたＸ線停止時間との差分が予め設定された第２の閾値よりも小さいか否かを判定する。差分が第２の閾値よりも小さい場合、Ｘ線停止時間を変更しないと判定され、差分が第２の閾値よりも大きい場合、Ｘ線停止時間を変更すると判定される。

Ｘ線停止時間を変更すると判定された場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、システム制御部５１は、スキャン制御部４３に変更処理を行わせる（ステップＳ９）。ステップＳ９においてスキャン制御部４３は、Ｘ線停止時間の設定値を、ステップＳ７において算出された値に変更する。これによりＸ線停止時間の変更に伴ってＸ線発生周期が変更される。なお、本実施形態に係るＸ線発生周期の変更方法は、Ｘ線停止時間の変更に伴ってＸ線発生周期を変更する方法に限定されず、Ｘ線発生周期を直接的に変更しても良い。Ｘ線発生周期の変更については後で詳細に説明する。

ステップＳ９が行われるとシステム制御部５１は、ステップＳ５に進み、スキャン制御部４３に次のＣＴスキャンを行わせる。そして次のＣＴスキャンについても同様にステップＳ５〜Ｓ９が繰り返される。具体的には、スキャン制御部４３は、ステップＳ７におけるＸ線停止時間の算出後、ステップＳ７において算出されたＸ線停止時間だけＸ線管１３からＸ線を発生させないように高電圧発生部２５を制御し、Ｘ線停止時間が経過されたことを契機として、ステップＳ７において算出されたＸ線発生周期に従ってＸ線管１３からＸ線が発生されるように高電圧発生部２５を制御する。

以下、Ｘ線停止時間及びＸ線発生周期の変更タイミングの詳細について図６及び図７を参照しながら説明する。まずは、図６を参照しながら、連続スキャンの場合におけるＸ線発生周期の変更タイミングの詳細について説明する。図６に示すように、ＣＴスキャンＣＳが連続的に繰り返し行われているとする。連続的に行われた第１のＣＴスキャンＣＳ１により収集された投影データに基づいてＣＴ画像が発生される。ＣＴスキャンＣＳ１についてのＣＴ画像等に基づいて、算出タイミングＴ１において、Ｘ線発生周期Ｔｓ１とＸ線停止時間Ｔｒ１とが算出される。ここで、Ｘ線停止時間Ｔｒ１は０であるとする。算出タイミングＴ１は、ＣＴスキャンＣＳ１の終了後から再構成時間やＸ線発生周期の算出時間、Ｘ線停止時間の算出時間等の所定時間が経過した後である。ＣＴスキャンＣＳ１の終了後直ちに第２のＣＴスキャンＣＳ２が開始される。すなわち、算出タイミングＴ１はＣＴスキャンＣＳ２にオーバラップする。

図６に示すように、算出タイミングＴ１に算出されたＸ線停止時間Ｔｒ１＝０に従って、ＣＴスキャンＣＳ２の終了後直ちに第３のＣＴスキャンＣＳ３が開始される。ＣＴスキャンＣＳ２により収集された投影データに基づいてＣＴ画像が発生される。このＣＴスキャンＣＳ２についてのＣＴ画像等に基づいて、算出タイミングＴ２において、Ｘ線発生周期Ｔｓ２とＸ線停止時間Ｔｒ２とが算出される。算出タイミングＴ２は第３のＣＴスキャンＣＳ３にオーバラップする。ここでＸ線停止時間Ｔｒ２はＴｒ２＞０であるとする。ＣＴスキャンＣＳ３の終了後、算出タイミングＴ２に算出されたＸ線停止時間Ｔｒ２だけＸ線が停止される。そしてＣＴスキャンＣＳ３の終了後からＸ線停止時間Ｔｒ２だけ経過したことを契機として第４のＣＴスキャンＣＳ４が開始される。

次に、図７を参照しながら、間欠スキャンの場合について説明する。図７に示すように、第１のＣＴスキャンＣＳ１がなされたとする。ＣＴスキャンＣＳ１により収集された投影データに基づいてＣＴ画像が発生される。ＣＴスキャンＣＳ１についてのＣＴ画像等に基づいて、算出タイミングＴ１において、Ｘ線発生周期Ｔｓ１とＸ線停止時間Ｔｒ１とが算出される。算出タイミングＴ１は、ＣＴスキャンＣＳ１の終了後から再構成時間やＸ線発生周期の算出時間、Ｘ線停止時間の算出時間等の所定時間が経過した後である。ＣＴスキャンＣＳ１の終了後は、ＣＴスキャンＣＳ１の前に算出されたＸ線停止時間Ｔｒ０だけＸ線が停止される。そしてＣＴスキャンＣＳ１の終了後からＸ線停止時間Ｔｒ０だけ経過したことを契機として第２のＣＴスキャンＣＳ２が開始される。

図７に示すように、ＣＴスキャンＣＳ２の終了後からＸ線停止時間Ｔｒ１だけＸ線が停止される。ＣＴスキャンＣＳ２により収集された投影データに基づいてＣＴ画像が発生される。このＣＴスキャンＣＳ２についてのＣＴ画像等に基づいて、算出タイミングＴ２において、Ｘ線発生周期Ｔｓ２とＸ線停止時間Ｔｒ２とが算出される。算出タイミングＴ２もＣＴスキャンＣＳ２の経過後から所定時間が経過した後である。ＣＴスキャンＣＳ２の終了後からＸ線停止時間Ｔｒ１だけ経過したことを契機として第３のＣＴスキャンＣＳ３が開始される。以下のＣＴスキャンについても同様に繰り返される。Ｘ線継続時間は一定である。従って、Ｘ線停止時間Ｔｒ１とこれに続くＸ線継続時間Ｔｄとが経過することにより、Ｘ線発生周期Ｔｓ１が経過することとなる。

このように、現在のＣＴスキャンについてのＣＴ画像を利用して算出されたＸ線発生周期とＸ線停止時間とが反映されるのは、算出タイミングとＣＴスキャンの終了タイミングとの間にタイムラグが発生するため、現在のＣＴスキャンの次の次、すなわち、現在のＣＴスキャンの２回後のＣＴスキャンである。

以上で、Ｘ線停止時間及びＸ線発生周期の変更タイミングの詳細についての説明を終了する。

図５に示すように、ステップＳ８において、Ｘ線停止時間を変更しないと判定された場合（ステップＳ８：ＮＯ）、システム制御部５１は、モニタリング部３７に判定処理を行わせる（ステップＳ１０）。ステップＳ１０においてモニタリング部３７は、最新のＣＴ画像上の関心領域内のＣＴ値が、第３の閾値に到達したか否かを判定する。第３の閾値は、本スキャンを終了するための閾値である。第３の閾値は、ユーザにより操作部４７を介して任意の値に設定可能である。なお、第３の閾値としては、例えば、８０ＨＵ程度に設定されるとよい。関心領域内のＣＴ値が８０ＨＵ程度に降下した場合、スキャン部位から造影剤が流れきったと推定できることが経験的に知られている。

ステップＳ１０において関心領域内のＣＴ値が第３の閾値に到達していないと判定された場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、システム制御部５１は、スキャン制御部４３に本スキャンを継続させ、ステップＳ５〜Ｓ９を繰り返し行わせる。

そして、ステップＳ１０において関心領域内のＣＴ値が第２の閾値に到達したと判定された場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、システム制御部５１は、スキャン制御部４３に本スキャンを終了させる。具体的には、スキャン制御部４３は、Ｘ線管１３からのＸ線の発生を終了するように高電圧発生部２５を制御し、回転フレーム１１の回転を終了するように回転駆動部１７を制御し、データ収集を終了するようにデータ収集回路２７を制御する。これにより造影スキャンが終了する。

なお、Ｘ線停止時間またはＸ線発生周期は、造影スキャン中にユーザにより操作部４７を介して所望の数値に任意に変更または設定可能である。この場合、ユーザは、表示部４５により表示された関心領域のＣＴ値変化カーブを参照して、Ｘ線停止時間またはＸ線発生周期の数値を、操作部４７を介して入力する。Ｘ線停止時間の数値が入力された場合、スキャン制御部４３は、入力された数値をＸ線停止時間の設定値に変更する。そして変更後のＸ線停止時間の設定値とＸ線継続時間とに基づいて上記の（１）式に従ってＸ線発生周期を算出する。Ｘ線発生周期の数値が入力された場合、スキャン制御部４３は、入力された数値をＸ線発生周期の設定値に変更する。次にＸ線発生周期算出部４１は、Ｘ線発生周期の設定値とＸ線継続時間とに基づいて上記の（１）式に従ってＸ線停止時間を算出する。そして、スキャン制御部４３は、算出されたＸ線停止時間だけＸ線管１３からＸ線が発生されないように高電圧発生部２５を制御し、Ｘ線停止時間経過後、Ｘ線発生周期の設定値に従ってＸ線管１３からＸ線が発生されるように高電圧発生部２５を制御する。

以上で本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置１の動作例についての説明を終了する。

上記の説明により、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１は、ＣＴ値変化率算出部３９、Ｘ線発生周期算出部４１、及びスキャン制御部４３を有している。ＣＴ値変化率算出部３９は、繰り返し発生されるＣＴ画像上のＣＴ値の時間変化率を、ＣＴ画像が発生される毎に繰り返し算出する。Ｘ線発生周期算出部４１は、時間変化率に応じて、Ｘ線発生周期を繰り返し算出する。スキャン制御部４３は、Ｘ線発生周期に従ってＸ線管１３からＸ線が発生されるように高電圧発生部２５をリアルタイムで制御する。

上記構成により、造影スキャン中にリアルタイムで変化するＣＴ値変化に応じてＸ線発生周期をリアルタイムで変更することができる。従って、高い時間分解能が求められるＣＴ値変化率の高い期間においては、Ｘ線発生周期が大きくなるように、高い時間分解能が求められないＣＴ値変化率の低い期間においては、Ｘ線発生周期が小さくなるように、造影スキャン中にリアルタイムで変更することができる。従って本実施形態によれば、ダイナミックスキャンやヘリカルスキャン、ヘリカルシャトルスキャンなど経時的な観察を目的とする造影スキャン中において、造影スキャン中におけるリアルタイムの造影剤濃度変化に応じた最適なＸ線発生周期でＸ線を発生することができる。また、被検体毎やスキャン部位毎に最適な線量で造影スキャンを実行することができる。

かくして本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、被曝量の低減を実現することが可能となる。

［変形例１］
上記の実施形態において関心領域の数は一つであるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。変形例１に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置１は、２以上の関心領域を設定する。例えば、血流動態が異なる複数の部位を同時にＣＴスキャンする場合、これら複数の部位のそれぞれに関心領域が設定されるとよい。以下の説明を具体的に行うため、関心領域は、関心領域設定部３５により動脈領域と静脈領域とに設定されるものとする。なお以下の説明において、本実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。

図８は、動脈領域と静脈領域との各々のＣＴ値変化カーブの典型例を示す図である。図８に示すように、動脈領域と静脈領域とでは、ＣＴ値変化のピークが異なっている。具体的には、動脈領域の方が静脈領域よりも早くＣＴ値変化のピークがおとずれる。従って、動脈領域と静脈領域との各々に関心領域が設定されることで、動脈の血流動態と静脈の血流動態との両方に適したＸ線発生周期で造影スキャンを行うことができる。なお、関心領域は、ユーザによる操作部４７を介した指示に従って関心領域設定部３５により設定されても良いし、画像処理により関心領域設定部３５により設定されても良い。

具体的には、図５のステップＳ６において、ＣＴ値変化率算出部３９により、各関心領域についてＣＴ値変化率がそれぞれ算出される。ステップＳ７において、Ｘ線発生周期算出部４１により、各ＣＴ値変化率についてＸ線発生周期が算出される。そしてＸ線発生周期算出部４１は、２つのＸ線発生周期に基づいて、動脈領域と静脈領域との両方に適した単一のＸ線発生周期を算出する。例えば、動脈領域に関するＸ線発生周期と静脈領域に関するＸ線発生周期との平均値、最小値、又は中間値が、動脈領域と静脈領域との両方に適した単一のＸ線発生周期として適用される。そしてスキャン制御部４３は、算出された単一のＸ線発生周期に従ってＸ線管１３からＸ線が発生されるように高電圧発生部２５を制御する。

かくして変形例１に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置１は、被曝量の低減を実現することが可能となる。

［変形例２］
本実施形態においては、本スキャン中、１ＣＴスキャン毎にＸ線発生周期が算出されるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。変形例２に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、所定期間においては、Ｘ線発生周期を算出せず、連続スキャンを実行する。以下、変形例２に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置について説明する。なお以下の説明において、本実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。

変形例２においてシステム制御部５１は、本スキャンの開始時から連続スキャンを行う。そして、システム制御部５１は、本スキャンの開始時からの経過時間を計測し、経過時間が予め定められた閾値時間だけ経過したか否かを繰り返し判定する。そしてシステム制御部５１は、経過時間が閾値時間に到達したことを契機として、Ｘ線発生周期をＣＴ値変化率に応じて変更させる。すなわち、経過時間が閾値時間に到達する前は、スキャン制御部４３により連続スキャンが行われる。連続スキャンにおいては、Ｘ線発生周期がＸ線継続時間に設定される。すなわち、Ｘ線停止時間が０に設定される。経過時間が閾値時間に到達した後は、本実施形態と同様に、ＣＴ値変化率算出部によりＣＴ値変化率が算出され、Ｘ線発生周期算出部４１によりＸ線発生周期が算出され、スキャン制御部４３によりＸ線発生周期に従ってＣＴスキャンが行われる。

閾値時間は、例えば、造影剤の流れが速い時間帯に連続スキャンが行われるように経験的に定められた値に設定されるとよい。なお、閾値時間は、ユーザにより操作部４７を介して任意の値に設定可能である。

かくして変形例２に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置１は、被曝量の低減を実現することが可能となる。

［変形例３］
本実施形態においては、関心領域内のＣＴ値が第３の閾値よりも小さい場合、本スキャンが終了されるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。変形例３においては、関心領域内のＣＴ値変化率が第４の閾値に到達した場合、本スキャンを終了する。以下、変形例３に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置１について説明する。なお以下の説明において、本実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。

上述のように、ＣＴ値変化率が小さい場合、高い時間分解能が要求されない。従って、ＣＴ値変化率が小さい場合、本スキャンを停止したい場合もある。このような臨床的ニーズに応じて、変形例３に係るモニタリング部３７は、造影スキャン中、ＣＴ値変化率算出部３９により算出されたＣＴ値変化率をモニタリングする。そして、モニタリング部３７は、ＣＴ値変化率が、本スキャン終了のための第４の閾値に到達したか否かを判定する。第４の閾値は、ユーザにより操作部４７を介して任意の値に設定される。第４の閾値は、例えば、０近傍に設定される。ＣＴ値変化率が第４の閾値に到達しない場合、スキャン制御部４３は、本スキャンを継続し、ＣＴ値変化率が第４の閾値に到達した場合、スキャン制御部４３は、本スキャンを終了する。

なお、図４に示すように、ＣＴ値のピーク時において瞬間的にＣＴ値変化率が０になる。しかし、ＣＴ値のピーク時に本スキャンが終了するのは望ましくない。従って、モニタリング部３７は、ＣＴ値がピークを向える前には、ＣＴ値変化率のモニタリングを行わず、ＣＴ値がピークを向えた後からＣＴ値変化率のモニタリングを開始すると良い。これにより、変形例３に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置１は、ＣＴ値がピークを向えた瞬間に本スキャンが終了することを防止しつつ、スキャン部位から造影剤が十分に流出したタイミングで本スキャンを終了させることができる。

かくして変形例３に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置１は、被曝量の低減を実現することが可能となる。

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。これら新規な実施形態は、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、種々の省略、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ともに、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線コンピュータ断層撮影装置、１０…ガントリ、１１…回転フレーム、１３…Ｘ線管、１５…Ｘ線検出器、１７…回転駆動部、１９…天板支持機構、２１…天板、２３…天板移動部、２５…高電圧発生部、２７…データ収集回路、３０…コンソール、３１…前処理部、３３…再構成部、３５…関心領域設定部、３７…モニタリング部、３９…ＣＴ値変化率算出部、４１…Ｘ線発生周期算出部、４３…スキャン制御部、４５…表示部、４７…操作部、４９…記憶部、５１…システム制御部

Claims (12)

1. Ｘ線を発生するＸ線管と、
   前記Ｘ線管からＸ線を発生するために前記Ｘ線管に印加される高電圧を発生する高電圧発生部と、
   前記Ｘ線管から発生され被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
   前記Ｘ線管を回転軸回りに回転可能に支持する支持機構と、
   前記Ｘ線検出器からの出力に基づいて第１のＣＴ画像と第２のＣＴ画像とを発生する発生部と、
   前記第１のＣＴ画像と前記第２のＣＴ画像との間のＣＴ値の時間変化率を算出する時間変化率算出部と、
   前記時間変化率に応じて前記Ｘ線管からのＸ線の発生周期を決定する発生周期決定部と、
   を具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. 前記第２のＣＴ画像は前記第１のＣＴ画像よりも前に発生されたＣＴ画像であり、
   前記時間変化率は、前記第１のＣＴ画像と前記第２のＣＴ画像との間の時間差に対するＣＴ値変化の比率である、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 前記発生周期は、前記時間変化率に反比例する、請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記時間変化率算出部は、ユーザからの指示に従って又は画像処理により設定された、
   前記ＣＴ画像上の単一の関心領域に限定して前記時間変化率を算出する、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. 前記時間変化率算出部は、ユーザからの指示に従って又は画像処理により設定された、
   前記ＣＴ画像上の複数の関心領域について複数の時間変化率をそれぞれ算出し、
   前記発生周期決定部は、前記複数の時間変化率に応じて前記発生周期を決定する、
   請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
6. 前記発生周期をユーザ所望の数値に変更または設定するための指示を入力する操作部、
   をさらに備える請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
7. 前記発生周期に従って前記Ｘ線管からＸ線が発生されるように前記高電圧発生部をリアルタイムで制御する制御部、をさらに備える請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
8. 前記制御部は、前記発生周期決定部により決定された最新の発生周期と設定値との差分が閾値よりも小さい場合、前記設定値に従って前記Ｘ線管からＸ線が発生されるように前記高電圧発生部を制御し、前記差分が前記閾値よりも大きい場合、前記最新の発生周期に従って前記Ｘ線管からＸ線が発生されるように前記高電圧発生部を制御する、請求項７記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
9. 前記閾値を、ユーザ所望の数値に変更または設定するための指示を入力する操作部、をさらに備える請求項８記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
10. 前記発生周期決定部は、前記発生周期とＸ線継続時間とに基づいてＸ線停止時間を算出し、
    前記制御部は、前記Ｘ線停止時間の算出後、前記算出されたＸ線停止時間だけ前記Ｘ線管からＸ線を発生させないように前記高電圧発生部を制御し、前記Ｘ線停止時間が経過されたことを契機として、前記発生周期に従って前記Ｘ線管からＸ線が発生されるように前記高電圧発生部を制御する、
    請求項７記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
11. 前記時間変化率算出部は、前記第１のＣＴ画像または前記第２のＣＴ画像が発生される毎に前記時間変化率を算出する、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
12. 前記発生周期決定部は、前記時間変化率に応じて前記発生周期を算出する、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。

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