(57)【要約】【課題】被検体の断面形状を精度良く推定することである。【解決手段】Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線によるＣＴ撮影を実行する架台と、被検体が載置される天板を移動可能に支持する寝台と、前記天板に載置された前記被検体に光線を照射する光照射器と、前記被検体に照射された光線を利用して撮影範囲における前記被検体の断面の形状指標値を推定する推定部と、を具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線によるＣＴ撮影を実行する架台と、
被検体が載置される天板を移動可能に支持する寝台と、
前記天板に載置された前記被検体に光線を照射する光照射器と、
前記被検体に照射された光線を利用して撮影範囲における前記被検体の断面の形状指標値を推定する推定部と、
を具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】
前記光照射器は、ＣＴ撮影の前記撮影範囲の基準線を示す前記光線を、前記天板に載置された前記被検体に照射し、
前記推定部は、前記被検体に照射された光線の位置に基づいて前記形状指標値を推定する、
請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
前記推定部は、前記被検体に照射された前記光線の位置を、人体の３次元的な形状を模した人体モデルに当て嵌めることにより、前記光線の位置に対応する前記被検体の断面の前記形状指標値を推定する、請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項４】
前記光線が照射された前記被検体を被写体とする光学画像を生成する光学撮影部を更に備え、
前記推定部は、前記光学画像に含まれる前記被検体に関する被検体領域における前記光線に関する光線画像領域の第１の解剖学的位置を特定し、前記第１の解剖学的位置に対応する前記人体モデルでの第２の解剖学的位置を特定し、前記第２の解剖学的位置における前記人体モデルの断面の形状指標値を、前記被検体の断面の形状指標値として推定する、
請求項３記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項５】
前記投光器は、前記基準線を示す前記光線として、前記撮影範囲の外枠を示す前記光線を照射する、請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項６】
前記推定部は、前記光線の照射位置を規定する前記投光器の設定パラメータに基づいて前記被検体の断面の形状指標値を推定する、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項７】
前記架台は、Ｘ線管とＸ線検出器とが設けられた回転フレームを回転軸回りに回転可能に支持し、
前記投光器は、前記回転フレームに取り付けられ、
前記推定部は、前記投光器が前記回転軸回りの第１の角度に位置するときの第１の設定パラメータと第２の角度に位置するときとの第２の設定パラメータとに基づいて前記形状指標値を推定する、
請求項６記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項８】
設定部を更に備え、
前記投光器は、前記撮影範囲の外枠を構成する第１の枠線を示す第１の光線と、前記第１の枠線に対向する第２の枠線を示す第２の光線とを照射可能に構成され、
前記設定部は、ユーザからの指示に従い、前記第１の光線の照射位置を規定する前記第１の設定パラメータと前記第２の光線の照射位置を規定する前記第２の設定パラメータとを設定する、
請求項７記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項９】
前記推定部は、前記天板の高さに応じた補正パラメータに基づいて前記被検体の前記断面の形状又は前記形状指標値を補正する、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項１０】
前記形状指標値と予め計測されたＣＴＤＩ値とに基づいてＳＳＤＥ値を計算する計算部を更に備える、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項１１】
前記ＳＳＤＥ値と実測の線量値との差に基づいて、ＳＳＤＥ値の補正パラメータを決定する補正パラメータ決定部を更に備える、請求項１０記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項１２】
前記計算部は、前記形状指標値と前記ＣＴＤＩ値と前記補正パラメータとに基づいてＳＳＤＥ値を計算する、請求項１１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項１３】
前記形状指標値に基づいて管電流の変調パラメータを決定する変調パラメータ決定部を更に備える、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項１４】
前記光照射器は、前記光線として赤外線を、前記天板に載置された前記被検体に照射し、
前記推定部は、前記被検体から反射する前記赤外線に係る情報に基づいて、前記撮影範囲における前記被検体の断面の形状指標値を推定する、
請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項１５】
前記推定部は、前記被検体から反射する前記赤外線に係る情報と、前記天板の高さに基づいて、前記撮影範囲における前記被検体の断面の形状指標値を推定する、請求項３記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
ＣＴ撮影の線量指標としてＳＳＤＥ（Size-Specific Dose Estimates）が提示されている。ＳＳＤＥは、位置決め画像を用いて推定された被検体の断面形状に基づき計算される。すなわち、断面形状を推定するために位置決め撮影が必要である。
【０００３】
一方、ＣＴ撮影の前段階において、撮影範囲の基準線を示す光線を照射する投光器を利用して被検体の位置決めが行われている。近年、撮影範囲の外枠を示す光線を照射する投光器を用いる事により、位置決めのための位置決め撮影を省略する事が可能になっている。しかし、位置決め撮影を省略すれば、断面形状の推定、ひいてはＳＳＤＥ等の予測線量指標を計算することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１４−５２８２８４号公報
【特許文献２】特開２００６−１１６１３７号公報
【特許文献３】特開２００６−２６４１７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“Size-Specific Dose Estimates (SSDE) in Pediatric and Adult Body CT Examinations”、AAPM Report No.204、American Association of Physicists in Medicine、2011年
【非特許文献２】“Use of Water Equivalent Diameter for Calculating Patient Size and Size-Specific Dose Estimates (SSDE) in CT”、AAPM Report No.220、American Association of Physicists in Medicine、2014年9月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、被検体の断面形状を精度良く推定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線によるＣＴ撮影を実行する架台と、被検体が載置される天板を移動可能に支持する寝台と、前記天板に載置された前記被検体に光線を照射する光照射器と、前記被検体に照射された光線を利用して撮影範囲における前記被検体の断面の形状指標値を推定する推定部と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１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である。
【図２】図２は、第１実施形態に架台の外観を示す図である。
【図３】図３は、図２の架台の、Ｚ軸を含む切断面を示す図である。
【図４】図４は、図１の投光器により照射される、ＣＴ撮影範囲の外枠を構成する枠線を示す可視光線の一例を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る演算回路のシステム制御機能の実行により行われる、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の典型的な動作の流れを示す図である。
【図６】図６は、図１の光学カメラの配置を示す図である。
【図７】図７は、図６の光学カメラにより生成された光学画像の一例を示す図である。
【図８】図８は、図１の記憶回路に記憶される人体モデルの一例を示す図である。
【図９】図９は、図８の人体モデルの撮影断面の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、図１の演算回路の補正パラメータ決定機能により決定される寝台高さ補正パラメータを説明するための図である。
【図１１】図１１は、第２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である。
【図１２】図１２は、第２実施形態に係る演算回路のシステム制御機能の実行により行われる、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の典型的な動作の流れを示す図である。
【図１３】図１３は、第３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である。
【図１４】図１４は、第３実施形態に係る演算回路のシステム制御機能の実行により行われる、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の典型的な動作の流れを示す図である。
【図１５】図１５は、図１４のステップＳＣ１−ＳＣ４において演算回路により行われる断面形状推定機能の概要を模式的に示す図である。
【図１６】図１６は、第４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である。
【図１７】図１７は、第４実施形態に係る演算回路のシステム制御機能の実行により行われる、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の典型的な動作の流れを示す図である。
【図１８】図１８は、第４実施形態に係る、赤外線を利用した断面形状指標値の推定の概要を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置を説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、第１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である。図１に示すように、第１実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、架台１０とコンソール１００とを有する。例えば、架台１０は検査室に設置され、コンソール１００は検査室に隣接する制御室に設置される。架台１０とコンソール１００とは互いに通信可能に接続されている。架台１０は、患者等の被検体ＰをＸ線でＣＴ撮影するための撮影機構を装備する。コンソール１００は、架台１０を制御するコンピュータである。
【００１１】
図１に示すように、架台１０は、開口が形成された略円筒形状の回転フレーム１１を有する。回転フレーム１１は、回転部とも呼ばれている。図１に示すように、回転フレーム１１には、開口を挟んで対向するように配置されたＸ線管１３とＸ線検出器１５とが取付けられている。回転フレーム１１は、アルミ等の金属により円環形状に形成された金属枠である。後述するが、架台１０は、アルミ等の金属により形成されたメインフレームを有する。メインフレームは、固定部とも呼ばれている。回転フレーム１１は、当該メインフレームにより回転可能に支持されている。
【００１２】
Ｘ線管１３は、Ｘ線を発生する。Ｘ線管１３は、熱電子を発生する陰極、陰極から飛翔する熱電子を受けてＸ線を発生する陽極を保持する真空管である。Ｘ線管１３は、高圧ケーブルを介してＸ線高電圧装置１７に接続されている。
【００１３】
Ｘ線高電圧装置１７は、変圧式Ｘ線高電圧装置、定電圧型Ｘ線高電圧装置、コンデンサ式Ｘ線高電圧装置、インバータ式Ｘ線高電圧装置等の如何なる形式にも適用可能である。Ｘ線高電圧装置１７は、例えば、回転フレーム１１に取付けられている。Ｘ線高電圧装置１７は、架台制御回路３３による制御に従いＸ線管１３に印加される管電圧、管電流及びＸ線の焦点サイズを調節する。
【００１４】
図１に示すように、回転フレーム１１は、回転駆動装置２１からの動力を受けて中心軸Ｚ回りに一定の角速度で回転する。回転駆動装置２１としてダイレクトドライブモータやサーボモータ等の任意のモータが用いられる。回転駆動装置２１は、例えば、架台１０に収容されている。回転駆動装置２１は、架台制御回路３３からの駆動信号を受けて回転フレーム１１を回転させるための動力を発生する。
【００１５】
回転フレーム１１の開口にはＣＴ撮影範囲（ＦＯＶ：Field Of View）が設定される。回転フレーム１１の開口内には寝台２３に支持された天板が挿入される。天板には被検体Ｐが載置される。寝台２３は、天板を移動可能に支持する。寝台２３には寝台駆動装置２５が収容されている。寝台駆動装置２５は、架台制御回路３３からの駆動信号を受けて天板を前後、昇降及び左右に移動させるための動力を発生する。寝台２３は、被検体Ｐの撮影部位がＣＴ撮影範囲内に含まれるように天板を位置決めする。
【００１６】
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。具体的には、Ｘ線検出器１５は、２次元湾曲面上に配列された複数の検出素子を有している。各検出素子は、シンチレータと光電変換素子とを有する。シンチレータは、Ｘ線を光子に変換する物質により形成される。シンチレータは、入射Ｘ線を、当該入射Ｘ線の強度に応じた個数の光子に変換する。光電変換素子は、シンチレータから受けた光子を増幅して電気信号に変換する回路素子である。光電変換素子としては、例えば、光電子増倍管やフォトダイオード等が用いられる。なお、検出素子は、上記の通りＸ線を光子に変換してから検出する間接変換型でも良いし、Ｘ線を直接的に電気信号に変換する直接変換型であっても良い。
【００１７】
Ｘ線検出器１５にはデータ収集回路１９が接続されている。データ収集回路１９は、架台制御回路３３からの指示に従い、Ｘ線検出器１５により検出されたＸ線の強度に応じた電気信号をＸ線検出器１５から読み出し、読み出した電気信号を、ビュー期間に亘るＸ線の線量に応じたデジタル値を有する生データを収集する。データ収集回路１９は、例えば、生データを生成可能な回路素子を搭載したＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）により実現される。
【００１８】
投光器２７は、回転フレーム１１に設けられている。投光器２７は、架台制御回路３３からの指示に従い、ＣＴ撮影範囲の基準線を示す可視光線（投光レーザ）を、開口内に挿入された天板又は当該天板に載置された被検体Ｐに投光する。可視光線は、被検体Ｐの位置合わせのために投光される。
【００１９】
光学カメラ２９は、投光器２７からの可視光線が照射された被検体Ｐを被写体とする光学画像を生成する光学撮影部である。光学カメラ２９は、投光器２７からの可視光線が照射された被検体Ｐを撮影可能な位置であれば、如何なる位置に設置されても良い。光学画像は、コンソール１００に伝送される。
【００２０】
入力回路３１は、寝台２３や投光器２７の位置決めに関するユーザからの各種指令を入力する。具体的には、入力回路３１は、入力機器と入力インタフェースとを有する。入力機器は、ハードウェア又はソフトウェアのスイッチボタン等を含む。入力インタフェースは、架台制御回路３３に接続されている。入力インタフェースは、ユーザによる当該入力機器を介した入力操作を電気信号へ変換し、架台制御回路３３に出力する。
【００２１】
架台制御回路３３は、コンソール１００の演算回路１０１から伝送された撮影条件に従いＸ線ＣＴ撮影を実行するために、Ｘ線高電圧装置１７、データ収集回路１９、回転駆動装置２１及び寝台駆動装置２５等を同期的に制御する。また、架台制御回路３３は、被検体Ｐの位置決め等のため回転駆動装置２１や投光器２７を制御する。ハードウェア資源として、架台制御回路３３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の処理装置（プロセッサ）とＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置（メモリ）とを有する。また、架台制御回路３３は、ＡＳＩＣやフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ）、他の複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）により実現されても良い。本実施形態に係る架台制御回路３３は、投光器２７の制御プログラムを実行することにより投光器設定機能２９１を実現する。
【００２２】
投光器設定機能２９１において架台制御回路３３は、ユーザによる入力回路３１を介した指示に従い、投光器２７による可視光線の照射位置を規定する設定パラメータを設定する。当該設定パラメータを投光パラメータと呼ぶことにする。可視光線の照射位置を規定する投光パラメータとしては、投光器２７による可視光線の照射角度や投光器２７の光源の位置等が挙げられる。
【００２３】
図１に示すように、コンソール１００は、演算回路１０１、ディスプレイ１０３、入力回路１０５及び記憶回路１０７を有する。
【００２４】
演算回路１０１は、ハードウェア資源として、ＣＰＵあるいはＭＰＵ、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサとＲＯＭやＲＡＭ等のメモリとを有する。演算回路１０１は、各種プログラムの実行により前処理機能１１１、再構成機能１１３、画像処理機能１１５、断面形状推定機能１１７−１、ＳＳＤＥ計算機能１１９、補正パラメータ決定機能１２１、撮影パラメータ決定機能１２３及びシステム制御機能１２５を実現する。なお、前処理機能１１１、再構成機能１１３、画像処理機能１１５、断面形状推定機能１１７−１、ＳＳＤＥ計算機能１１９、補正パラメータ決定機能１２１、撮影パラメータ決定機能１２３及びシステム制御機能１２５は、演算回路１０１が有する一の基板により実装されても良いし、演算回路１０１が有する複数の基板に分散して実装されても良い。
【００２５】
前処理機能１１１において演算回路１０１は、架台１０から伝送された生データに対数変換等の前処理を施す。前処理後の生データは、投影データとも呼ばれる。
【００２６】
再構成機能１１３において演算回路１０１は、前処理後の生データに基づいて被検体Ｐに関するＣＴ値の空間分布を表現するＣＴ画像を発生する。画像再構成アルゴリズムとしては、ＦＢＰ（filtered back projection）法や逐次近似再構成法等の既存の画像再構成アルゴリズムが用いられれば良い。
【００２７】
画像処理機能１１５において演算回路１０１は、再構成機能１１３により再構成されたＣＴ画像に種々の画像処理を施す。例えば、演算回路１０１は、当該ＣＴ画像にボリュームレンダリングや、サーフェスボリュームレンダリング、画素値投影処理、ＭＰＲ（Multi-Planer Reconstruction）処理、ＣＰＲ（Curved MPR）処理等の３次元画像処理を施して表示画像を生成する。
【００２８】
断面形状推定機能１１７−１において演算回路１０１は、投光器２７により被検体Ｐに照射された可視光線の位置に基づいて、ＣＴ撮影範囲に含まれる被検体Ｐの撮影断面に関する形状指標値を推定する。当該形状指標値を断面形状指標値と呼ぶことにする。例えば、演算回路１０１は、被検体Ｐへの可視光線の照射位置を、人体の３次元的な形状を模した人体モデルに当て嵌めることにより、当該可視光線の照射位置に対応する撮影断面に関する断面形状指標値を推定する。
【００２９】
ＳＳＤＥ計算機能１１９において演算回路１０１は、断面形状推定機能１１７−１により推定された断面形状指標値と、予め計測されたＣＴＤＩ（Computed Tomography Dose index）値とに基づいてＳＳＤＥ（Size-Specific Dose Estimates）値を計算する。
【００３０】
補正パラメータ決定機能１２１において演算回路１０１は、被検体Ｐの撮影断面の形状や当該断面の断面形状指標値、ＳＳＤＥ値を補正するための補正パラメータを決定する。第１実施形態に係る補正パラメータとしては、天板の高さに応じた補正パラメータ（以下、寝台高さ補正パラメータと呼ぶ）と、ＳＳＤＥ計算機能１１９により計算されたＳＳＤＥ値と実測の線量値とのズレに応じた補正パラメータ（ズレ補正パラメータと呼ぶ）とがある。
【００３１】
撮影パラメータ決定機能１２３において演算回路１０１は、ＣＴ撮影の撮影条件を構成する複数の撮影パラメータを決定する。撮影パラメータとしては、管電圧値や管電流値の他に、管電流の方向性変調に関わる変調パラメータが挙げられる。演算回路１０１は、断面形状推定機能１１７−１により推定された断面形状指標値に基づいて変調パラメータを決定する。
【００３２】
システム制御機能１２５において演算回路１０１は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の統括的に制御する。具体的には、演算回路１０１は、記憶回路１０７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Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の各部を制御する。
【００３３】
ディスプレイ１０３は、ＣＴ画像等の種々のデータを表示する。ディスプレイ１０３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、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイが適宜利用可能である。
【００３４】
入力回路１０５は、ユーザからの各種指令を入力する。具体的には、入力回路１０５は、入力機器と入力インタフェースとを有する。入力機器は、ユーザからの各種指令を受け付ける。入力機器としては、キーボードやマウス、各種スイッチ、タッチパッド、タッチパネルディスプレイ等が利用可能である。入力インタフェースは、入力機器からの出力信号をバスを介して演算回路１０１に供給する。なお、入力回路１０５の入力機器としては、コンソール１００に有線又は無線を介して接続された、上記入力機器を備えるコンピュータ機器であっても良い。
【００３５】
記憶回路１０７は、種々の情報を記憶するＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）、集積回路記憶装置等の記憶装置である。また、記憶回路１０７は、ＣＤ−ＲＯＭドライブやＤＶＤドライブ、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であっても良い。例えば、記憶回路１０７は、本実施形態に係るＣＴ撮影に関する制御プログラム等を記憶する。
【００３６】
図２は、第１実施形態に係る架台１０の外観を示す図である。図３は、図２の架台１０の、Ｚ軸を含む切断面を示す図である。なお、回転フレーム１１の中心軸をＺ軸、Ｚ軸に鉛直に直交する軸をＹ軸、Ｚ軸に水平に直交する軸をＸ軸とする。図２及び図３に示すように、架台１０は、略円筒形状を有する開口４１が形成された架台筐体４０を有する。架台筐体４０には、固定部として機能するメインフレーム４３と、回転部として機能する回転フレーム１１とが収容されている。メインフレーム４３は、軸受けを介してＺ軸回りに連続回転可能に回転フレーム１１を支持する。回転フレーム１１には、図２及び図３に図示しないＸ線管１３、Ｘ線検出器１５及びデータ収集回路１９が取り付けられている。また、回転フレーム１１には、投光器２７が出射した可視光線が開口４１に向かう向きに投光器２７が取り付けられる。投光器２７は、ＣＴ撮影範囲の基準線を直接的に視認するための可視光線を出射する。ＣＴ撮影範囲の基準線は、ＣＴ撮影範囲のＸ、Ｙ及びＺ軸方向に関する中心線とＣＴ撮影範囲の外枠を構成する枠線とを含む。なお、ＣＴ撮影範囲の基準線は、上記に限定されず、被検体Ｐの撮影部位のＣＴ撮影範囲への位置決めに有用な如何なる線であっても良い。
【００３７】
図２及び図３に示すように、架台筐体４０のうちの開口４１に面する内壁のうちの、投光器２７から出射された可視光線と図示しないＸ線管１３から発生されたＸ線とが通過するための間隙４７が設けられている。投光器２７とＸ線管１３とが回転フレーム１１に取り付けられているので、間隙４７は、内壁のＺ軸の全周に亘り形成されている。間隙４７を覆うように透過膜４５が取り付けられている。投光器２７から出射された可視光線とＸ線管１３から発生されたＸ線とは透過膜４５を透過する。例えば、透過膜４５は、ポリエステルを素材とする透明又は半透明のフィルムにより形成される。
【００３８】
以下、本実施形態を具体的に説明するため、投光器２７が出射する可視光線は、ＣＴ撮影範囲の外枠を構成する枠線を示すものであるとする。
【００３９】
図４は、ＣＴ撮影範囲の外枠を構成する枠線を示す可視光線Ｌｚ及びＬｘの一例を示す図である。図４に示すように、可視光線Ｌｚは、Ｚ方向の撮影範囲の外枠を示す。より詳細には、可視光線Ｌｚは、Ｚ軸の前方側（例えば、患者Ｐの頭側）の光線Ｌｚ１と後方側（例えば、患者Ｐの足側）の光線Ｌｚ２とを含む。なお、患者Ｐの向きとＺ軸の向きとの関係は、これに限定されず、Ｚ軸の前方側が患者Ｐの足側、後方側が患者Ｐの頭側であっても良い。光線Ｌｚ１の照射位置と光線Ｌｚ２の照射位置とは、Ｚ軸に沿って互いに独立に調節可能である。可視光線Ｌｘは、Ｘ軸の左方側の光線Ｌｘ１と右方側の光線Ｌｘ２とを含む。光線Ｌｘ１の照射位置と光線Ｌｘ２の照射位置とは、Ｘ軸に沿って互いに独立に調節可能である。例えば、ユーザは、入力回路３１又は１０５を操作して可視光線Ｌｚ１、Ｌｚ２、Ｌｘ１及びＬｘ２各々の照射位置の調節操作をする。架台制御回路３３は、調節操作に応じた照射位置に可視光線Ｌｚ１、Ｌｚ２、Ｌｘ１及びＬｘ２が照射させるための投光パラメータを設定する。すなわち、調節操作に応じた照射位置に可視光線Ｌｚ１、Ｌｚ２、Ｌｘ１及びＬｘ２を照射可能な投光器２７の光源の位置又は可視光線の照射角度を設定する。次に、架台制御回路３３は、設定された位置に投光器２７の光源を移動する、又は照射角度に投光器２７の光源を傾ける。これにより投光パラメータに応じた照射位置に可視光線Ｌｚ１、Ｌｚ２、Ｌｘ１及びＬｘ２が照射される。
【００４０】
なお、図２及び図３は、２個の投光器２７１が回転フレーム１１に取り付けられている態様を例示しているが、第１実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置はこれに限定されない。すなわち、回転フレーム１１に取り付けられる投光器２７の個数は幾つであっても良い。また、投光器２７が回転軸Ｚ回りに回転する必要がないのであれば、架台１０の構成部品のうちの、回転フレーム１１以外の構成物品、例えば、メインフレーム４３や架台筐体４０に取り付けられても良い。
【００４１】
図５は、第１実施形態に係る演算回路１０１のシステム制御機能１２５の実行により行われる、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の典型的な動作の流れを示す図である。図５に示すように、まず、演算回路１０１は、架台制御回路３３に可視光線の照射を行わせる（ステップＳＡ１）。ステップＳＡ１において架台制御回路３３は、投光器２７から、ＣＴ撮影範囲の基準線を示す可視光線を患者Ｐに照射させる。例えば、患者Ｐの撮影部位がＣＴ撮影範囲に含まれるように、医療従事者等のユーザによる入力回路３１を介した操作により、寝台２３の天板２３１の高さ（以下、寝台高さと呼ぶ）や水平方向の位置が調節される。この際、投光器２７は、ＣＴ撮影範囲の基準線を示す可視光線として、ＣＴ撮影範囲の外枠を示す可視光線を照射する。可視光線の照射位置は、ユーザにより入力回路３１又は１０５を介して任意に調節される。可視光線の照射位置に対応する投光パラメータは、架台制御回路３３からコンソール１００に伝送され、記憶回路１０７に記憶される。
【００４２】
ステップＳＡ１が行われると演算回路１０１は、光学カメラ２９に光学撮影を行わせる（ステップＳＡ２）。ステップＳＡ２において光学カメラ２９は、可視光線が照射されている患者Ｐを光学撮影し、光学画像を生成する（ステップＳＡ２）。光学画像は、例えば、各画素にＲＧＢ値が割り当てられている。光学撮影時においては、患者Ｐの撮影範囲における高さ中心がアイソセンタ高さに一致している必要はない。生成された光学画像は、コンソール１００に伝送され、記憶回路１０７に記憶される。この際、光学画像に寝台高さ値が関連付けて記憶される。
【００４３】
図６は、光学カメラ２９の配置を示す図である。図６に示すように、位置決め時において、ＣＴ撮影範囲の外枠を示す可視光線Ｌが投光器２７から、寝台２３の天板２３１に載置された患者Ｐに向けて照射される。光学カメラ２９は、天板２３１の架台筐体４０とは反対側の端部に、支持棒４９を介して取り付けられている。光学カメラ２９は、投光器２７からの可視光線Ｌが照射された患者Ｐを光学撮影範囲に含むような高さ及び傾き角度で取り付けられる。例えば、光学カメラ２９は、天板２３１に支持棒４９を介して取り付けられる場合に限定されず、検査室の天井や側壁、床又は架台１０等に取り付けられても良い。
【００４４】
ステップＳＡ２が行われると演算回路１０１は、断面形状推定機能１１７−１を実行する。断面形状推定機能１１７−１において演算回路１０１は、まず、光学カメラ２９により生成された光学画像を画像処理し、可視光線が照射されている解剖学的位置を特定する（ステップＳＡ３）。本実施形態において解剖学的位置とは、光学画像の座標そのものではなく、可視光線が照射されている解剖学的部位内での位置を意味する。例えば、解剖学的位置は、撮影部位の基準点からの相対位置により規定される。以下、特定された解剖学的位置を画像側位置と呼ぶことにする。
【００４５】
図７は、光学カメラ２９により生成された光学画像Ｉ１の一例を示す図である。図７に示すように、光学画像Ｉ１は、患者Ｐに関する画像領域（以下、患者領域と呼ぶ）Ｒ１と、可視光線に関する画像領域（以下、可視光線領域と呼ぶ）Ｒ２とを含む。演算回路１０１は、光学画像Ｉ１に閾値処理等を行い可視光線領域Ｒ２を特定する。そして演算回路１０１は、可視光線領域Ｒ２が存在する患者領域Ｒ１上の解剖学的位置を画像認識処理等により、画像側位置として特定する。例えば、図７の場合、撮影部位は胸部である。この場合、胸部領域の一部領域が画像側位置Ｒ２として上記画像処理により特定される。画像側位置は、ユーザにより入力回路１０５を介して指定された位置に特定されても良い。なお、撮影部位の情報は、光学画像Ｉ１の画像認識処理により特定しても良いし、撮影条件から取得しても良い。
【００４６】
ステップＳＡ３が行われると演算回路１０１は、ステップＳＡ３において特定された画像側位置に対応する、人体モデルにおける解剖学的位置を特定する（ステップＳＡ４）。特定された解剖学的位置をモデル側位置と呼ぶことにする。人体モデルのデータは、記憶回路１０７に記憶される。
【００４７】
図８は、人体モデルＭＤの一例を示す図である。人体モデルＭＤは、人体の３次元的な形状を模したモデルのデータである。人体モデルＭＤは、人体の外形だけでなく臓器等の内部構造も反映している。例えば、図７のように胸部領域の一部領域Ｒ２が画像側位置として特定された場合、当該胸部領域Ｒ２に解剖学的に対応する一部領域がモデル側位置Ｒ２’として特定される。なお、人体モデルＭＤの座標系と光学画像Ｉ１の座標系とは予め対応付けられているものとする。
【００４８】
ステップＳＡ４が行われると演算回路１０１は、ステップＳＡ４において特定されたモデル側位置の断面に関する断面形状指標値を推定する（ステップＳＡ５）。ステップＳＡ５において演算回路１０１は、まず、モデル側位置に含まれる推定対象断面を設定する。推定対象断面は、例えば、モデル側位置に含まれる複数の撮影断面の中から任意に決定される。当該撮影断面は、患者ＰのＣＴ撮影範囲の断面であると推定される。
【００４９】
推定対象断面が設定されると演算回路１０１は、当該断面における断面形状指標値を推定する。断面形状指標値は、具体的には、人体モデルのＡＰ（Anterior-Posterior）方向の長さ（以下、ＡＰ長と呼ぶ）、ＬＲ（Left-Right）方向の長さ（以下、ＬＲ長と呼ぶ）、ＡＰ長とＬＲ長との合計長、実効径、水等価直径等により規定される。
【００５０】
図９は、人体モデルＭＤの撮影断面の一例を示す図である。図９の「Ａ」は、患者の正面側、「Ｐ」は背中側、「Ｌ」は患者の左側、「Ｒ」は患者の右側を示す。例えば、人体モデルの断面形状が、Ｘ線の透過経路長を水の透過経路長に換算した寸法、すなわち、水等価長に表現されている場合、人体モデルの断面における直径は水等価直径に等しい。この場合、演算回路１０１は、人体モデルの断面の直径を計測することにより患者Ｐの水等価直径を推定することが可能である。一方、人体モデルの断面形状が実経路長により表現されている場合、人体モデルの断面におけるＡＰ方向の長さを計測することにより患者ＰのＡＰ長が、ＬＲ方向の長さを計測することにより患者ＰのＬＲ長を推定することが可能である。また、ＡＰ長とＬＲ長とを加算することにより患者Ｐの合計長が、ＡＰ長とＬＲ長との積の平方根により患者Ｐの実効径が推定可能である。
【００５１】
なお、演算回路１０１は、上記のように推定された断面形状指標値を寝台高さ補正パラメータに基づき補正することが可能である。寝台高さに応じた補正パラメータは、演算回路１０１の補正パラメータ決定機能１２１により決定される。
【００５２】
図１０は、演算回路１０１の補正パラメータ決定機能１２１により決定される寝台高さ補正パラメータを説明するための図である。図１０に示すように、図１０のグラフの縦軸は寝台高さ補正パラメータに規定され、横軸は寝台高さに規定される。寝台高さＩｓｏは、天板２３１に載置された患者ＰのＹ軸方向の中心がアイソセンタに位置するときの天板２３１の高さに規定される。寝台高さＨＬは高さＩｓｏより低く、寝台高さＨＨは高さＩｓｏより高いものとする。図１０に示すように、寝台高さが高いほど患者Ｐが投光器２７に近づくのでＣＴ撮影範囲（ＦＯＶ）に対する患者Ｐの大きさＤ、すなわち、幾何学的倍率が増加する。例えば、寝台高さＨＬの幾何学的倍率であるＦＯＶに対する患者Ｐの大きさＤＨＬの倍率ＤＨＬ／ＦＯＶは、寝台高さＨＨの幾何学的倍率であるＦＯＶに対する患者Ｐの大きさＤＨＨの倍率ＤＨＨ／ＦＯＶよりも小さい。換言すれば、寝台高さＨＬのときの被検体Ｐに投影される領域の広がり角θＨＬは、寝台高さＨＨのときの被検体Ｐに投影される領域の広がり角θＨＨよりも小さい。従って、患者Ｐの幾何学的倍率が増加するほど断面形状指標値はアイソセンタでの断面形状指標値に比して過大評価される。反対に、患者Ｐの幾何学的倍率が減少するほど断面形状指標値はアイソセンタでの断面形状指標値に比して過小評価される。従って、任意の寝台高さでの断面形状指標値をアイソセンタでの断面形状指標値に補正する必要がある。
【００５３】
図１０に示すように、寝台高さ補正パラメータは、寝台高さとの間で線形性を有し、寝台高さが高くなるにつれ値が小さくなるように設定される。高さＩｓｏの補正パラメータは「１」に設定される。演算回路１０１は、図１０に示す寝台高さと寝台高さ補正パラメータとの関連を規定するテーブル（ＬＵＴ：Look Up Table）を記憶している。以下、当該テーブルを寝台高さ補正テーブルと呼ぶことにする。演算回路１０１は、光学カメラ２９による患者Ｐの光学撮影時の寝台高さ値を架台１０から取得し、取得された寝台高さ値に基づき寝台高さ補正テーブルから寝台高さ補正パラメータを決定する。断面形状推定機能１１７−１において演算回路１０１は、決定された寝台高さ補正パラメータを、暫定的に決定された断面形状指標値に乗じることにより断面形状指標値を推定する。
【００５４】
ステップＳＡ５が終了すると断面形状推定機能１１７−１が終了する。
【００５５】
次に、演算回路１０１は、ＳＳＤＥ計算機能１１９を実行する（ステップＳＡ６）。ステップＳＡ６において演算回路１０１は、水等価直径と予め計測されたＣＴＤＩ値とに基づいてＳＳＤＥ値とを計算する。より詳細には、演算回路１０１は、水等価直径から変換係数を決定し、決定された変換係数をＣＴＤＩ値に乗じることによりＳＳＤＥ値を計算する。例えば、演算回路１０１は、水等価直径と変換係数とを関連付けたテーブル（ＬＵＴ：Look Up Table）を記憶している。このテーブルを水等価直径／変換係数テーブルと呼ぶことにする。演算回路１０１は、ステップＳＡ５において計算された水等価直径を検索キーとして水等価直径／変換係数テーブルを検索し、当該水等価直径に関連付けられた変換係数を決定する。ＣＴＤＩ値は、ＣＴＤＩ計測用のファントムを、ＣＴＤＩ計測用のジオメトリにおいてＣＴ撮影することにより計測される。ＣＴＤＩ値は、記憶回路１０７に記憶されている。
【００５６】
なお、ＳＳＤＥ値は、モデル側位置に含まれる全ての撮影断面毎に計算されても良い。この場合、演算回路１０１は、複数の撮影断面に関する複数のＳＳＤＥ値の平均値や中央値、最大値、最小値を、ＣＴ撮影範囲全体のＳＳＤＥ値として計算する。
【００５７】
ステップＳＡ６が行われると演算回路１０１は、ステップＳＡ６において計算されたＳＳＤＥ値をディスプレイ１０３に表示する（ステップＳＡ７）。具体的には、ディスプレイ１０３は、撮影断面毎のＳＳＤＥ値を表示しても良いし、ＣＴ撮影範囲全体のＳＳＤＥ値を表示しても良い。ユーザは、表示されたＳＳＤＥ値を確認し、ＳＳＤＥ値が許容できないと判断した場合、撮影条件等を見直す。ＳＳＤＥ値が許容できると判断した場合、ユーザは、入力回路３１又は１０５等を介して撮影指示を入力する。
【００５８】
ステップＳＡ７が行われ、ユーザにより入力回路３１又は１０５等を介して撮影指示が入力されると演算回路１０１は、架台制御回路３３に撮影開始を指示する（ステップＳＡ８）。撮影開始を指示された架台制御回路３３は、撮影条件に従いＸ線高電圧装置１７、データ収集回路１９、回転駆動装置２１及び寝台駆動装置２５等を同期的に制御し、患者Ｐに対するＣＴ撮影を実行する。
【００５９】
以上により、第１実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の動作の流れの説明を終了する。
【００６０】
なお、複数の体型の人体モデルが記憶回路１０７に記憶され、演算回路１０１は、当該複数の人体モデルの中から患者Ｐの体格に近似する人体モデルを選択しても良い。例えば、入力回路１０５を介したユーザの指示に従い人体モデルが選択されても良いし、患者Ｐの年齢や性別、身体測定値等の患者情報に基づき、患者Ｐの体型に最も近似する人体モデルが自動的に選択されても良い。なお、本実施形態に係る身体測定値は身長や体重、胸囲等の患者の体格に如何なる測定値を含むものとする。また、演算回路１０１は、患者Ｐの年齢や性別、身体測定値等の患者情報に基づき、患者Ｐの体格に合致するように人体モデルの形状を補正しても良い。このように、患者Ｐの体格に近似する人体モデルを用いることにより、推定対象断面がより患者Ｐの実際の断面に近似するため、断面形状の推定精度が向上し、ひいては断面形状指標値やＳＳＤＥ値の精度が向上する。
【００６１】
また、断面形状指標値は、ＳＳＤＥ値の計算以外にも種々の目的に利用可能である。例えば、撮影パラメータ決定機能１２３において演算回路１０１は、管電流の方向性変調を規定するパラメータ（以下、管電流変調パラメータと呼ぶ）を、断面形状推定機能１１７−１において推定された断面形状指標値に基づき決定することができる。具体的には、演算回路１０１は、ＡＰ方向の水等価直径とＬＲ方向の水等価直径との比率に応じて、管電流の基準値に対するＡＰ方向の管電流値の比率とＬＲ方向の管電流値の比率とを決定する。当該比率が管電流変調パラメータに設定される。なお、管電流変調パラメータは、ＡＰ方向の管電流値やＬＲ方向の管電流値そのものであっても良い。
【００６２】
このように、第１実施形態によれば、位置決め画像に基づき推定された断面形状指標値ではなく、投光器２７による可視光線の照射位置に基づき推定された断面形状指標値に基づき管電流変調パラメータを決定することができるので、患者Ｐの被曝を低減することができる。
【００６３】
また、補正パラメータ決定機能１２１において演算回路１０１は、ＳＳＤＥ値と実測の線量値との差分に応じて、ＳＳＤＥ値の補正パラメータを決定しても良い。以下、この処理について具体的に説明する。ステップＳＡ８においてＣＴ撮影が行われた場合、演算回路１０１は、患者Ｐの実測の線量値を計測する。記憶回路１０７は、当該患者Ｐに関する実測の線量値とＳＳＤＥ値とを関連付けて記憶する。記憶回路１０７は、複数の患者について実測の線量値とＳＳＤＥ値とを関連付けて記憶する。補正パラメータ決定機能１２１において演算回路１０１は、記憶回路１０７に記憶された実測の線量値とＳＳＤＥ値との差分値を計算し、計算された差分値を解析し、ＳＳＤＥ計算機能１１９により計算されるＳＳＤＥ値を実測の線量値に近づけるための補正パラメータ（以下、ＳＳＤＥ補正パラメータと呼ぶ）を決定する。ＳＳＤＥ補正パラメータは、全ての患者Ｐに共通のパラメータであっても良いし、患者Ｐの体格等の区分毎に決定されるパラメータであっても良い。ＳＳＤＥ補正パラメータが決定された場合、演算回路１０１は、例えば、ステップＳＡ６において断面形状指標値とＣＴＤＩ値とＳＳＤＥ補正パラメータとに基づいてＳＳＤＥ値を推定する。これにより、ＳＳＤＥ値の推定精度をより向上させることが可能になる。
【００６４】
上記例において光学カメラ２９は、一台のみ設置されるものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。すなわち、複数の光学カメラ２９が設置されても良い。例えば、患者Ｐの正面を光学撮影するための光学カメラ２９と患者Ｐの側面を光学撮影するための光学カメラ２９とが設けられても良い。演算回路１０１は、複数方向の光学画像に基づきＣＴ撮影範囲の解剖学的位置を決定することにより、解剖学的位置の推定精度、ひいては断面形状指標値及びＳＳＤＥ値の推定精度を向上させることができる。
【００６５】
また、光学カメラ２９が回転フレーム１１に取り付けられても良い。回転フレーム１１に取り付けることにより患者Ｐの全周囲に関する光学画像を一台の光学カメラ２９で生成する事が可能になる。演算回路１０１は、全周囲に関する光学画像に基づきＣＴ撮影範囲の解剖学的位置を決定することにより、解剖学的位置の推定精度、ひいては断面形状指標値及びＳＳＤＥ値の推定精度を向上させることができる。
【００６６】
なお、体格が非常に大きい患者Ｐの場合、当該患者Ｐが投光器２７に接近し過ぎるときがある。この場合、投光器２７からの可視光線の照射位置をＣＴ撮影範囲に合致させる事が困難である。例えば、ユーザによる入力回路３１又は１０５を介した警告指示の入力を契機として演算回路１０１は、断面形状指標値を推定する事が出来ない旨の警告を発する。例えば、警告の発生態様としては、例えば、スピーカを介した警告音の出力やディスプレイ１０３への警告メッセージの表示等が挙げられる。これにより、ユーザは、位置決め画像に基づくＳＳＤＥ値の推定に切り替えることができる。
【００６７】
上記構成により、第１実施形態によれば、患者Ｐ位置決め時において投光器２７から可視光線が照射された患者Ｐを被写体とする光学画像と人体モデルとに基づいて断面形状指標値を推定することができる。すなわち、第１実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、断面形状指標値の推定に際し位置決め撮影が不要である。よって、第１実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、位置決め撮影を行う場合に比して、患者Ｐの被曝なく断面形状指標値を推定することができる。
【００６８】
（第２実施形態）
上記第１実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、光学カメラ２９を装備するものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。第２実施形態は、光学カメラ２９を使用せずに断面形状指標値の推定及びＳＳＤＥ値の計算を行う。以下、第２実施形態について詳細に説明する。なお以下の説明において、第１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。
【００６９】
図１１は、第２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である。図１１に示すように、第２実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、光学カメラを有しない。第２実施形態に係る演算回路１０１は、断面形状推定機能１１７−２において、投光器２７から患者Ｐへの可視光線の照射位置を投光パラメータに基づき特定し、特定された照射位置に対応する断面の断面形状指標値を人体モデルを利用して推定する。
【００７０】
図１２は、実施例２に係る演算回路１０１のシステム制御機能１２５の実行により行われる、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の典型的な動作の流れを示す図である。
【００７１】
図１２に示すように、まず、演算回路１０１は、架台制御回路３３に可視光線の照射を行わせる（ステップＳＢ１）。ステップＳＢ１において架台制御回路３３は、第１実施形態のステップＳＡ１と同様、投光器２７から可視光線を患者Ｐに照射させる（ステップＳＢ１）。可視光線の照射の前段において、ステップＳＡ１と同様、可視光線の照射位置に関する投光パラメータが設定される。投光パラメータは、コンソール１００に伝送され、記憶回路１０７に記憶される。
【００７２】
ステップＳＢ１が行われると演算回路１０１は、断面形状推定機能１１７−２を実行する。断面形状推定機能１１７−２において演算回路１０１は、まず、ステップＳＢ１において取得された投光パラメータに基づいて、可視光線が照射されている解剖学的位置を特定する（ステップＳＢ２）。具体的には、演算回路１０１は、撮影条件に含まれる撮影部位と投光パラメータ（投光器２７の光源の位置及び照射角度）とに基づいて、可視光線が照射されている解剖学的位置を特定する。なお、撮影部位と投光パラメータとに加え、天板２３１のＺ軸座標及びＹ軸座標を利用して解剖学的位置を特定しても良い。
【００７３】
ステップＳＢ２が行われると演算回路１０１は、ステップＳＢ２において特定された実位置に対応する、人体モデルにおける解剖学的位置を特定する（ステップＳＢ３）。具体的には、演算回路１０１は、第１実施形態のステップＳＡ４と同様の方法により、人体モデルにおける解剖学的位置を特定する。
【００７４】
ステップＳＢ３が行われると演算回路１０１は、ステップＳＢ３において特定されたモデル側位置の断面での水等価直径を、人体モデルから推定する（ステップＳＢ４）。具体的には、演算回路１０１は、第１実施形態のステップＳＡ５と同様の方法により、水等価直径を推定する。
【００７５】
ステップＳＢ４が行われると演算回路１０１は、ステップＳＢ４において推定された水等価直径と予め計測されたＣＴＤＩ値とに基づいてＳＳＤＥ値を計算する（ステップＳＢ５）。具体的には、演算回路１０１は、第１実施形態のステップＳＡ６と同様の方法により、ＳＳＤＥ値を計算する。
【００７６】
ステップＳＢ５が行われると演算回路１０１は、ステップＳＢ５において計算されたＳＳＤＥ値をディスプレイ１０３に表示する（ステップＳＢ６）。具体的には、ディスプレイ１０３は、第１実施形態のステップＳＡ７と同様の方法により、ＳＳＤＥ値を表示する。ユーザは、表示されたＳＳＤＥ値を確認し、ＳＳＤＥ値が許容できないと判断した場合、撮影条件等を見直す。ＳＳＤＥ値が許容できると判断した場合、ユーザは、入力回路３１又は１０５等を介して撮影指示を入力する。
【００７７】
ステップＳＢ６が行われ、ユーザにより入力回路３１又は１０５等を介して撮影指示が入力されると演算回路１０１は、架台制御回路３３に撮影開始を指示する（ステップＳＢ７）。撮影開始を指示された架台制御回路３３は、撮影条件に従いＸ線高電圧装置１７、データ収集回路１９、回転駆動装置２１及び寝台駆動装置２５等を同期的に制御し、患者Ｐに対するＣＴ撮影を実行する。
【００７８】
以上により、第２実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の動作の流れの説明を終了する。
【００７９】
上記構成により、第２実施形態によれば、患者Ｐ位置決め時において投光器２７の投光パラメータと人体モデルとに基づいて断面形状指標値を推定することができる。すなわち、第２実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、断面形状指標値の推定に際し位置決め撮影が不要である。よって、第２実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、位置決め撮影を行う場合に比して、患者Ｐの被曝なく断面形状指標値を推定することができる。また、第１実施形態に比して光学カメラを使用しないので、第２実施形態は、第１実施形態に比してより簡易な装置設計により断面形状指標値を推定することが可能である。換言すれば、第１実施形態は、光学カメラを使用するので、第２実施形態に比して、より正確に断面位置ひいては断面形状指標値を推定することが可能である。
【００８０】
（第３実施形態）
上記第１及び第２実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、人体モデルを使用して断面形状指標値の推定及びＳＳＤＥ値の計算を行うものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。第３実施形態は、人体モデルを使用せずに断面形状指標値の推定及びＳＳＤＥ値の計算を行う。以下、第３実施形態について詳細に説明する。なお以下の説明において、第１及び第２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。
【００８１】
図１３は、第３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である。図に示すように、第３実施形態に係る演算回路１０１は、断面形状推定機能１１７−３を実行する。断面形状推定機能１１７−３において演算回路１０１は、２方向以上の投光器２７の投光パラメータに基づき断面形状指標値を推定する。
【００８２】
図１４は、第３実施形態に係る演算回路１０１のシステム制御機能１２５の実行により行われる、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の典型的な動作の流れを示す図である。図１４に示すように、まず、演算回路１０１は、ステップＳＣ１−ＳＣ４において断面形状推定機能１１７−３を実行する。
【００８３】
図１５は、ステップＳＣ１−ＳＣ４において演算回路１０１により行われる断面形状推定機能１１７−３の概要を模式的に示す図である。
【００８４】
図１４及び図１５に示すように、演算回路１０１は、架台制御回路３３に回転フレーム１１の回転を指示する。架台制御回路３３は、まず、回転駆動装置２１を制御し、投光器２７を回転角０°又は１８０°に配置する（ステップＳＣ１）。
【００８５】
ステップＳＣ１が行われると演算回路１０１は、投光器２７の投光パラメータに基づいて患者ＰのＬＲ長を測定する（ステップＳＣ２）。まず、ユーザは、入力回路３１を介して投光開始指示を入力する。投光開始指示を受けて架台制御回路３３は、投光器２７から可視光線Ｌｚ１、Ｌｚ２、Ｌｘ１及びＬｘ２を患者Ｐに照射する。次に架台制御回路３３は、ユーザによる入力回路３１を介した指示に従い、ＬＲ方向に関する可視光線Ｌｘ１と可視光線Ｌｘ２との間の距離が患者ＰのＬＲ方向に関するＣＴ撮影範囲に一致するように調節する。調節が終了した場合、ユーザは、入力回路３１を介して調節終了指示を入力する。
【００８６】
演算回路１０１は、調節終了指示時の投光パラメータと、投光器２７と患者Ｐ又は天板２３１との間のジオメトリとに基づいてＬＲ長を推定する。具体的には、演算回路１０１は、回転角０°における可視光線Ｌｘ１の照射角度と可視光線Ｌｘ２の照射角度とに基づいて、可視光線Ｌｘ１と可視光線Ｌｘ２との間の角度（以下、光線間角度と呼ぶ）を測定し、光線間角度と寝台高さとに基づいて可視光線Ｌｘ１と可視光線Ｌｘ２との間の距離を推定する。当該距離がＬＲ長に設定される。また、演算回路１０１は、回転角０°における可視光線Ｌｘ１の照射位置に対応する投光器２７の光源位置と可視光線Ｌｘ２の照射位置に対応する投光器２７の光源位置とに基づいて、可視光線Ｌｘ１と可視光線Ｌｘ２との間の距離（以下、光線間距離と呼ぶ）を測定し、光線間距離と寝台高さとに基づいてＬＲ長を推定しても良い。なお、演算回路１０１は、光線間角度又は光線間距離と寝台高さとに加え、所定の患者ＰのＬＲ長の予測値に基づいてＬＲ長を推定しても良い。また、演算回路１０１は、寝台高さの代わりに、投光器２７と患者Ｐ又は天板２３１との間の距離を用いて、ＬＲ長を推定しても良い。調節終了指示を受けて架台制御回路３３は、ＬＲ長をコンソール１００に伝送し、記憶回路１０７は、ＬＲ長を記憶する。
【００８７】
ステップＳＣ２が行われると架台制御回路３３は、回転駆動装置２１を制御し、投光器２７を回転角９０°又は２７０°に配置する（ステップＳＣ３）。
【００８８】
ステップＳＣ３が行われると演算回路１０１は、投光器２７の投光パラメータに基づいて患者ＰのＡＰ長を測定する（ステップＳＣ４）。まず、ユーザは、入力回路３１を介して投光開始指示を入力する。投光開始指示を受けて架台制御回路３３は、投光器２７から可視光線Ｌｚ１、Ｌｚ２、Ｌｘ１及びＬｘ２を患者Ｐに照射する。次に架台制御回路３３は、ユーザによる入力回路３１を介した指示に従い、ＡＰ方向に関する可視光線Ｌｘ１と可視光線Ｌｘ２との間の距離が患者ＰのＡＰ方向に関するＣＴ撮影範囲に一致するように調節する。調節が終了した場合、ユーザは、入力回路３１を介して調節終了指示を入力する。
【００８９】
演算回路１０１は、調節終了指示時の投光パラメータと、投光器２７と患者Ｐ又は天板２３１との間のジオメトリとに基づいてＡＰ長を推定する。具体的には、演算回路１０１は、回転角９０°における可視光線Ｌｘ１の照射角度と可視光線Ｌｘ２の照射角度とに基づいて、光線間角度を測定し、光線間角度と、投光器２７と患者Ｐ又は天板２３１との間の距離とに基づいて可視光線Ｌｘ１と可視光線Ｌｘ２との間の距離を推定する。当該距離がＡＰ長に設定される。また、演算回路１０１は、回転角９０°における可視光線Ｌｘ１の照射位置に対応する投光器２７の光源位置と可視光線Ｌｘ２の照射位置に対応する投光器２７の光源位置とに基づいて、光線間距離を測定し、光線間距離と、投光器２７と患者Ｐ又は天板２３１との間の距離とに基づいてＡＰ長を推定しても良い。なお、演算回路１０１は、光線間角度又は光線間距離と寝台高さとに加え、所定の患者ＰのＡＰ長の予測値に基づいてＡＰ長を推定しても良い。調節終了指示を受けて架台制御回路３３は、ＡＰ長をコンソール１００に伝送し、記憶回路１０７は、ＡＰ長を記憶する。
【００９０】
ステップＳＣ１からＳＣ４が行われると演算回路１０１により行われる断面形状推定機能１１７−３を終了する。なお、ステップＳＣ１・ＳＣ２とステップＳＣ３・ＳＣ４との順番は逆に行われても良い。すなわち、ＡＰ長が先に推定され、ＬＲ長が後に推定されても良い。
【００９１】
ステップＳＣ４が行われると演算回路１０１は、ステップＳＣ２において推定されたＬＲ長、ステップＳＣ４において推定されたＡＰ長及び予め計測されたＣＴＤＩ値に基づいてＳＳＤＥ値を計算する（ステップＳＣ５）。ステップＳＣ５において演算回路１０１は、ＬＲ長とＡＰ長との組合せから変換係数を決定し、決定された変換係数をＣＴＤＩ値に乗じることによりＳＳＤＥ値を計算する。変換係数はＬＲ長とＡＰ長との組合せ毎に定められている。なお、ＬＲ長とＡＰ長との組合せから直接的に変換係数を決定しなくても良い。例えば、演算回路１０１は、ＬＲ長とＡＰ長との組合せと水等価直径とを関連付けたテーブル（ＬＵＴ）を有し、当該ＬＵＴを利用してＬＲ長とＡＰ長との組合せから水等価直径を決定し、水等価直径／変換係数テーブルを利用して変換係数を決定しても良い。
【００９２】
ステップＳＣ５が行われると演算回路１０１は、ステップＳＣ５において計算されたＳＳＤＥ値をディスプレイ１０３に表示する（ステップＳＣ６）。ユーザは、表示されたＳＳＤＥ値を確認し、ＳＳＤＥ値が許容できないと判断した場合、撮影条件等を見直す。ＳＳＤＥ値が許容できると判断した場合、ユーザは、入力回路３１又は１０５等を介して撮影指示を入力する。
【００９３】
ステップＳＣ６が行われ、ユーザにより入力回路３１又は１０５等を介して撮影指示が入力されると演算回路１０１は、架台制御回路３３に撮影開始を指示する（ステップＳＣ７）。撮影開始を指示された架台制御回路３３は、撮影条件に従いＸ線高電圧装置１７、データ収集回路１９、回転駆動装置２１及び寝台駆動装置２５等を同期的に制御し、患者Ｐに対するＣＴ撮影を実行する。
【００９４】
以上により、第３実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の動作の流れの説明を終了する。
【００９５】
なお、上記例においてはＡＰ長及びＬＲ長の両方が測定されるものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、ＡＰ長及びＬＲ長の一方のみから変換係数が求められる場合、ＡＰ長及びＬＲ長の何れか一方の測定を省略しても良い。また、０°又は１８０°での可視光線Ｌｘ１と可視光線Ｌｘ２との間の距離がＬＲ長に規定されるものとしたが本実施形態はこれに限定されない。例えば、天板２３１での患者Ｐの姿勢に応じた他の回転角での可視光線Ｌｘ１と可視光線Ｌｘ２との間の距離がＬＲ長に規定されても良い。同様に、９０°又は２７０°での可視光線Ｌｘ１と可視光線Ｌｘ２との間の距離がＡＰ長に規定されるものとしたが本実施形態はこれに限定されない。例えば、天板２３１での患者Ｐの姿勢に応じた他の回転角での可視光線Ｌｘ１と可視光線Ｌｘ２との間の距離がＡＰ長に規定されても良い。
【００９６】
上記構成により、第３実施形態によれば、複数の回転角における投光器２７の投光パラメータに基づいて断面形状指標値を推定することができる。すなわち、第３実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、断面形状指標値の推定に際し位置決め撮影が不要である。よって、第３実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、位置決め撮影を行う場合に比して、患者Ｐの被曝なく断面形状指標値を推定することができる。また、第１実施形態に比して光学カメラを使用しないので、第３実施形態は、第１実施形態に比してより簡易な装置設計により断面形状指標値を推定することが可能である。また、第１及び第２実施形態とは異なり、ユーザによる可視光線の照射位置の調整により直接的にＡＰ長及びＬＲ長を推定（測定）するので、ＡＰ及びＬＲ長等の断面形状指標値の推定精度が向上する。
【００９７】
（第４実施形態）
上記第１、第２及び第３実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、投光器から投光される可視光線を使用して断面形状指標値の推定及びＳＳＤＥ値の計算を行うものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。第４実施形態は、赤外線を使用して断面形状指標値の推定及びＳＳＤＥ値の計算を行う。以下、第４実施形態について詳細に説明する。なお以下の説明において、第１、第２及び第３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。
【００９８】
図１６は、第４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である。図１６に示すように、第４実施形態に係る架台１０は、赤外線照射器３５と受光器３７とを有する。赤外線照射器３５は赤外線を、天板に載置された被検体等の患者Ｐに照射する。本実施形態に係わる赤外線は、近赤外線、狭義の赤外線及び遠赤外線を含むものとする。赤外線照射器３５は、例えば、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）により実現される。受光器３７は、患者Ｐに照射され反射された赤外線を受光し、受光された赤外線の電気信号を出力する。受光器３７は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等の光センサが２次元状に配列された赤外線カメラにより実現される。
【００９９】
第４実施形態に係る架台制御回路３３は赤外線情報計測機能２９３を実現する。赤外線情報計測機能２９３において架台制御回路３３は、受光器３７により受光された赤外線に係る情報を計測する。赤外線に係る情報は、例えば、飛行時間である。飛行時間は、赤外線照射器３５から赤外線が出射された時刻から、患者Ｐにより反射され受光器３７により受光される時刻までの経過時間により規定される。他の赤外線に係る情報として、例えば、受光した赤外線の強度等が利用されても良い。
【０１００】
第４実施形態に係る演算回路１０１は、断面形状推定機能１１７−４を実行する。断面形状推定機能１１７−４において演算回路１０１は、赤外線に係る情報に基づき撮影範囲における患者Ｐの断面に関する断面形状指標値を推定する。
【０１０１】
図１７は、第４実施形態に係る演算回路１０１のシステム制御機能１２５の実行により行われる、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の典型的な動作の流れを示す図である。図１８は、赤外線を利用した断面形状指標値の推定の概要を模式的に示す図である。
【０１０２】
図１７及び図１８に示すように、演算回路１０１は、まず、架台制御回路３３に赤外線ＩＲによる被検体Ｐの撮影を指示する。赤外線ＩＲによる患者Ｐの撮影において赤外線照射器３５は天板２３１に載置された患者に赤外線ＩＲを照射し、反射された赤外線を受光器３７により受光する（ステップＳＤ１）。図１８に示すように、検査室の天井２００には赤外線照射器３５と受光器３７とが設けられる。赤外線照射器３５と受光器３７との組合せは任意の筐体３９に設けられると良い。被検体Ｐは天板２３１に載置されている。赤外線照射器３５と受光器３７とを用いた被検体Ｐの撮影は、赤外線ＩＲが架台筐体４０により遮られることを防止するため、典型的には、天板２３１を開口４１に挿入する前段階において行われる。赤外線ＩＲにより患者Ｐの体厚（ＡＰ長）と横幅（ＬＲ長）とを計測するため、赤外線ＩＲは、撮影範囲を含む患者Ｐの幅方向全体に照射されるとよい。
【０１０３】
ステップＳＤ１が行われると架台制御回路３３は、赤外線情報計測機能２９３を実行し、受光器３７により受光された赤外線の飛行時間を計測する（ステップＳＤ２）。ステップＳＤ２において架台制御回路３３は、赤外線照射器３５から赤外線が出射された時刻から、被検体Ｐにより反射され受光器３７により赤外線が受光される時刻までの経過時間を飛行時間として計測する。
【０１０４】
ステップＳＤ２が行われると演算回路１０１は、断面形状推定機能１１７−４を実行し、赤外線の飛行時間と天板２３１の高さとに基づいて断面形状指標値を推定する（ステップＳＤ３）。ステップＳＤ３において演算回路１０１は、断面形状指標値として、患者ＰのＡＰ長（厚み）とＬＲ長（横幅）とを推定する。
【０１０５】
ＡＰ長については、例えば、以下のように推定される。図１８に示すように、赤外線ＩＲの伝播速度と、被検体Ｐからの反射赤外線ＩＲの飛行時間と、被検体Ｐの非存在下における天板２３１からの反射赤外線ＩＲの飛行時間とに基づき患者ＰのＡＰ長を推定可能である。天板２３１からの反射赤外線ＩＲの飛行時間は、予め計測又は予測される。例えば、架台制御回路３３は、天板２３１を複数の高さに設定し、各高さにおいて赤外線照射器３５から赤外線ＩＲを天板２３１の表面に照射し、天板２３１の表面により反射された赤外線を受光器３７により受光する。架台制御回路３３は、各天板高さについて、赤外線の照射時刻と受光時刻との差分を計算し、当該差分を飛行時間に設定する。架台制御回路３３は、天板高さ毎に飛行時間を関連付けたテーブル（以下、飛行時間テーブルと呼ぶ）を作成し、自身のメモリ等に記憶する。患者Ｐの存在下における飛行時間が計測された場合、当該赤外線撮影時の天板高さに基づいて飛行時間テーブルから当該天板高さに関連付けられた飛行時間を読み出す。読み出した飛行時間と患者Ｐの存在下における飛行時間との差分を算出し、算出された差分と赤外線の伝播速度とに基づいてＡＰ長を算出する。
【０１０６】
ＬＲ長については、例えば、以下のように推定される。架台制御回路３３は、天板２３１に載置された患者Ｐを横切るように赤外線ＩＲを一定角度間隔で照射及び受光し、各赤外線照射について受光時刻又は飛行時間を記録する。患者存在部分と患者非存在部分との境において受光時刻又は飛行時間は急激に変化する。患者Ｐの右側部と左側部との各々について受光時刻又は飛行時間が急激に変化する位置を特定し、各位置の距離間隔をＬＲ長として算出する。なお、ＬＲ長については、第１及び第２実施形態のように光学カメラ２９を用いて推定されても良いし、第３実施形態のように投光器２７を用いて推定されても良い。
【０１０７】
ステップＳＤ３が行われると演算回路１０１は、ステップＳＤ３において推定されたＬＲ長及びＡＰ長と、予め計測されたＣＴＤＩ値とに基づいてＳＳＤＥ値を計算する（ステップＳＤ４）。ステップＳＤ４は、例えば、第３実施形態に係るステップＳＣ５と同様である。
【０１０８】
ステップＳＤ４が行われると演算回路１０１は、ステップＳＤ４において計算されたＳＳＤＥ値をディスプレイ１０３に表示する（ステップＳＤ５）。ステップＳＤ５は、例えば、第３実施形態に係るステップＳＣ６と同様である。
【０１０９】
ステップＳＤ５が行われ、ユーザにより入力回路３１又は１０５等を介して撮影指示が入力されると演算回路１０１は、架台制御回路３３に撮影開始を指示する（ステップＳＤ６）。撮影開始を指示された架台制御回路３３は、撮影条件に従いＸ線高電圧装置１７、データ収集回路１９、回転駆動装置２１及び寝台駆動装置２５等を同期的に制御し、患者Ｐに対するＣＴ撮影を実行する。
【０１１０】
以上により、第４実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の動作の流れの説明を終了する。
【０１１１】
なお、上記第４実施形態については種々の変形が可能である。例えば、上記説明において、ＣＴ撮影時の天板２３１の移動の有無については特に限定していなかった。天板２３１の移動を行いながらスキャンを行うヘリカルスキャン、天板２３１の移動とスキャンとを間欠的に行う間欠移動スキャンの場合、ＣＴ撮影範囲は広範囲に亘る。一方、一度の赤外線撮影でカバーできる赤外線撮影範囲は、赤外線照射器３５及び受光器３７の仕様に応じて異なる。このため、ＣＴ撮影範囲が一度の赤外線撮影でカバーできない場合がある。この場合、天板２３１を長軸方向に移動させることにより、広範囲を赤外線撮影すると良い。例えば、ＣＴ撮影範囲を赤外線撮影範囲に応じて複数の小範囲に区分けし、小範囲毎に赤外線撮影及び断面形状指標値の推定が行われる。これにより、ＣＴ撮影範囲が広範に亘る場合においても断面形状指標値を推定することができる。
【０１１２】
また、例えば、上記説明において赤外線照射器３５と受光器３７との組合せは検査室の天井２００に設けられるとしたが、患者Ｐを赤外線撮影可能であれば、架台筐体４０等の如何なる箇所に設けられても良い。また、赤外線照射器３５と受光器３７との組合せは、天井２００に固定されることを前提としたが、検査室をＺ軸又はＸ軸に沿ってスライド可能、又はＺ軸及びＸ軸により規定される２次元平面上をスライド可能に設けられても良い。この構成により、赤外線ＩＲを患者Ｐや天板２３１に対して略垂直に照射することができる。あるいは、赤外線照射器３５と受光器３７との複数の組合せが、Ｚ軸又はＸ軸に沿って、又はＺ軸及びＸ軸により規定される２次元平面上に配列されても良い。この構成によっても、赤外線ＩＲを患者Ｐや天板２３１に対して略垂直に照射することができる。
【０１１３】
上記構成により、第４実施形態によれば、赤外線を利用して断面形状指標値を推定することができる。すなわち、第４実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、断面形状指標値の推定に際し位置決め撮影が不要である。よって、第４実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、位置決め撮影を行う場合に比して、患者Ｐの被曝なく断面形状指標値を推定することができる。
【０１１４】
以上、上記で述べた幾つかの実施形態によれば、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、架台１０、寝台２３、投光器２７及び演算回路１０１を有する。架台１０は、Ｘ線によるＣＴ撮影を実行する。寝台２３は、被検体Ｐが載置される天板２３１を移動可能に支持する。光照射器２７又は３５は、天板２３１に載置された被検体Ｐに光線を照射する。演算回路１０１は、被検体Ｐに照射された光線を利用して、撮影範囲における被検体Ｐの断面の形状指標値を推定する。
【０１１５】
上記の構成によれば、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、位置決め撮影をせず、光照射器２７又は３５を用いて被検体の断面形状を精度良く推定することができる。従って断面形状の推定に要する被検体Ｐの被曝を低減することができる。
【０１１６】
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。
【符号の説明】
【０１１７】
１０…架台、１１…回転フレーム、１３…Ｘ線管、１５…Ｘ線検出器、１７…Ｘ線高電圧装置、１９…データ収集回路、２１…回転駆動装置、２３…寝台、２５…寝台駆動装置、２７…投光器、２９…光学カメラ、３１…入力回路、３３…架台制御回路、４０…架台筐体、４１…開口、４３…メインフレーム、４５…透過膜、４７…間隙、４９…支持棒、１００…コンソール、１０１…演算回路、１０３…ディスプレイ、１０５…入力回路、１０７…記憶回路、１１１…前処理機能、１１３…再構成機能、１１５…画像処理機能、１１７−１…断面形状推定機能、１１７−２…断面形状推定機能、１１７−３…断面形状推定機能、１１９…ＳＳＤＥ計算機能、１２１…補正パラメータ決定機能、１２３…撮影パラメータ決定機能、１２５…システム制御機能、２３１…天板、２７１…投光器、２９１…投光器設定機能。
【図１】
2019030651.tif 000003
【図２】
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【図３】
2019030651.tif 000005
【図４】
2019030651.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2019030651.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2019030651.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2019030651.tif 000016
【図１５】
2019030651.tif 000017
【図１６】
2019030651.tif 000018
【図１７】
2019030651.tif 000019
【図１８】
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