(57)【要約】【課題】パルスＸ線照射方式と逐次読み出し方式との併用に起因する画質の劣化の防止。【解決手段】Ｘ線管１３は、パルスＸ線を間欠的に繰り返し発生する。Ｘ線検出器１５は、２次元状に配列された複数のＸ線検出素子を有し、当該複数のＸ線検出素子の各々がＸ線管１３からのパルスＸ線を繰り返し検出する。トリガ信号発生器２３は、回転フレーム１１が既定角度回転する毎にビュートリガ信号を発生する。データ収集回路２７は、ビュートリガ信号の発生に同期して複数のＸ線検出素子からの電気信号の読出処理を素子列単位でビュー毎に逐次的に実行する。架台制御部２１は、高電圧発生器２５、データ収集回路２７、及びトリガ信号発生器２３を制御し、対象ビューに関する最後の素子列の読出処理の開始時点と前記他のビューに関する最初の素子列の読出処理の終了時点との間に限定してＸ線管１３からパルスＸ線を照射させる。【選択図】      図１
2015134030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスＸ線を間欠的に繰り返し発生するＸ線管と、
前記Ｘ線管に供給される高電圧を発生する高電圧発生部と、
２次元状に配列された複数のＸ線検出素子を有し、前記複数のＸ線検出素子の各々が前記Ｘ線管からのパルスＸ線を繰り返し検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とが設けられた回転フレームと、
前記回転フレームを回転軸回りに回転可能に支持する支持機構と、
前記回転フレームが既定角度回転する毎にトリガ信号を発生する信号発生部と、
前記トリガ信号の発生に同期して、前記複数のＸ線検出素子からの電気信号の読出処理を素子列単位でビュー毎に逐次的に実行する収集部と、
前記高電圧発生部と前記収集部と前記信号発生部とを制御し、対象ビューに関する最後の素子列の読出処理の開始時点と前記対象ビューに時間的に隣接する他のビューに関する最初の素子列の読出処理の終了時点との間に限定して前記Ｘ線管から前記パルスＸ線を照射させる制御部と、
を具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】
前記収集部は、
前記複数のＸ線検出素子からの電気信号を積分するための積分器と、
前記積分器からの積分信号をＡ／Ｄ変換するためのＡ／Ｄ変換器と、
前記積分器と前記Ａ／Ｄ変換器との間の接続を切り替えるための切替器と、を有し、
前記収集部は、前記電気信号の読出処理として、前記積分器による電気信号の積分処理と前記積分器から前記Ａ／Ｄ変換器への積分信号の読出処理とを順番に実行し、
前記制御部は、前記パルスＸ線の照射期間が前記他のビューの前記積分処理の処理期間にオーバラップしないように前記高電圧発生部と前記収集部と前記信号発生部とを制御する、
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】
前記制御部は、前記高電圧発生部を制御し、前記対象ビューに関する前記最後の素子列の読出処理の開始時点と前記他のビューに関する前記最初の素子列の読出処理の終了時点との間に限定して前記Ｘ線管から前記パルスＸ線を照射させるように、前記パルスＸ線の照射タイミングと照射期間とを調整する、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記収集部を制御し、前記Ｘ線管からのパルスＸ線の照射期間が前記他のビューに関する読出処理の処理期間にオーバラップしないように、前記信号発生部から２以上の所定数のトリガ信号が発生される毎に前記電気信号の読出処理を実行させる、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記信号発生部を制御し、前記Ｘ線管からのパルスＸ線の照射期間が前記他のビューに関する読出処理の処理期間にオーバラップしないように前記トリガ信号の発生間隔を拡大させる、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項６】
設定部をさらに備え、
前記制御部は、第１の制御モード、第２の制御モード、及び第３の制御モードを有し、
前記設定部は、ユーザからの指示に従って、前記第１の制御モード、前記第２の制御モード、又は前記第３の制御モードを設定し、
前記制御部は、前記第１の制御モードにおいて、前記高電圧発生部を制御し、前記対象ビューに関する前記最後の素子列の読出処理の開始時点と前記他のビューに関する前記最初の素子列の読出処理の終了時点との間に限定して前記Ｘ線管から前記パルスＸ線を照射させるように、前記パルスＸ線の照射タイミングと照射期間とを調整し、
前記制御部は、前記第２の制御モードにおいて、前記収集部を制御し、前記信号発生部から２以上の所定数のトリガ信号が発生される毎に前記電気信号の読出処理を実行し、
前記制御部は、前記第３の制御モードにおいて、前記信号発生部を制御し、前記トリガ信号の発生間隔を拡大する、
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】
設定部をさらに備え、
前記制御部は、第１の制御モード、第２の制御モード、及び第３の制御モードを有し、
前記制御部は、前記第１の制御モードにおいて、前記高電圧発生部を制御し、前記対象ビューに関する前記最後の素子列の読出処理の開始時点と前記他のビューに関する前記最初の素子列の読出処理の終了時点との間に限定して前記Ｘ線管から前記パルスＸ線を照射させるように、前記パルスＸ線の照射タイミングと照射期間とを調整し、
前記制御部は、前記第２の制御モードにおいて、前記収集部を制御し、前記信号発生部から２以上の所定数のトリガ信号が発生される毎に前記電気信号の読出処理を実行し、
前記制御部は、前記第３の制御モードにおいて、前記信号発生部を制御し、前記トリガ信号の発生間隔を拡大し、
前記設定部は、前記第１の制御モードにおける前記パルスＸ線の照射期間を閾値よりも多く確保できる場合、前記第１の制御モードを設定し、前記第１の制御モードにおける前記パルスＸ線の照射期間を前記閾値よりも多く確保できない場合、前記第２の制御モード又は前記第３の制御モードを設定する、
請求項１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】
Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線管とＸ線検出器とが取り付けられた回転フレームを装備している。回転フレームは既定角度回転する毎にビュートリガ信号を発生する。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、回転フレームを回転させながら、ビュートリガ信号の発生に同期してＸ線管からＸ線を発生する。Ｘ線管から発生されたＸ線は、Ｘ線検出器により検出される。Ｘ線検出器は、２次元状に配列された複数のＸ線検出素子を装備している。複数のＸ線検出素子はデータ収集回路に接続されている。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、ビュートリガ信号の発生に同期して、複数の検出素子において発生された電気信号をデータ収集回路により読み出している。複数のＸ線検出素子からの電気信号をＸ線検出素子列単位で異なるタイミングで読み出す方式は、逐次読み出し方式と呼ばれている。また、Ｘ線照射方式として、被検体の被曝量の軽減等のため、Ｘ線管からパルスＸ線を間欠的に発生するパルスＸ線照射方式がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４９１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図８は、パルスＸ線照射方式と逐次読み出し方式とを用いた典型的なスキャンシーケンスを示す図である。図８に示すように、ビュートリガ信号は一定の間隔でＯＮとＯＦＦとが繰り返される。パルスＸ線は、Ｘ線管から１ビュー（view）間隔でビュートリガ信号の立ち上がり時間に同期してＯＮとＯＦＦとが切り替えられる。なおビューは、データ収集回路による電気信号の単位サンプリング期間であり、ビュートリガ信号の発生周期に対応する。データ収集回路は、ビュートリガ信号の立ち上がり時間に同期して、素子列Row1から順番に電気信号を逐次的に読み出す。
【０００５】
Ｘ線検出素子列毎に読み出し時刻が異なることに起因してＸ線の照射期間が処理対象ビューの読出期間と当該処理対象ビューよりも時間的に前のビューの読出期間との両方に跨っている。例えば、図８の素子列Row4の場合、ビューview２を対象とするＸ線パルスの照射期間がビューview１の読出期間とビューview２の読出期間とに跨っている。これにより、本来、ビューview２として読み出されるべき電気信号がビューview１に関する電気信号とビューview２に関する電気信号とに分割されてしまう。電気信号の分割を補正するためには、後段のデータ処理において出力値を加算等しなければならず、データ処理が煩雑になる。また、電気信号の分割等に起因してＳ／Ｎ比が悪化し、再構成画像の画質が悪化してしまう。また、逐次読み出し方式により同一のビューに関する電気信号であっても電気信号の空間的なサンプリング位置にズレが生じてしまう。このサンプリング位置のズレに起因して再構成画像の画質が劣化してしまう。
【０００６】
実施形態の目的は、パルスＸ線照射方式と逐次読み出し方式との併用に起因する画質の劣化を防止することが可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、パルスＸ線を間欠的に繰り返し発生するＸ線管と、前記Ｘ線管に供給される高電圧を発生する高電圧発生部と、２次元状に配列された複数のＸ線検出素子を有し、前記複数のＸ線検出素子の各々が前記Ｘ線管からのパルスＸ線を繰り返し検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とが設けられた回転フレームと、前記回転フレームを回転軸回りに回転可能に支持する支持機構と、前記回転フレームが既定角度回転する毎にトリガ信号を発生する信号発生部と、前記トリガ信号の発生に同期して、前記複数のＸ線検出素子からの電気信号の読出処理を素子列単位でビュー毎に逐次的に実行する収集部と、前記高電圧発生部と前記収集部と前記信号発生部とを制御し、対象ビューに関する最後の素子列の読出処理の開始時点と前記対象ビューに時間的に隣接する他のビューに関する最初の素子列の読出処理の終了時点との間に限定して前記Ｘ線管から前記パルスＸ線を照射させる制御部と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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
【図２】図２は、図１のＸ線検出器の外観を示す図
【図３】本実施形態に係るＸ線検出系の構成を模式的に示す図
【図４】図１のデータ収集回路による各Ｘ線検出素子列からの電気信号の読出処理の流れを模式的に示す図
【図５】本実施形態に係る第１の制御モードにおけるスキャンシーケンスの一例を示す図
【図６】本実施形態に係る第２の制御モードにおけるスキャンシーケンスの一例を示す図
【図７】本実施形態に係る第３の制御モードにおけるスキャンシーケンスの一例を示す図
【図８】パルスＸ線照射方式と逐次読み出し方式とを用いた典型的なスキャンシーケンスを示す図
【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わるＸ線コンピュータ断層撮影装置を説明する。
【００１０】
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、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１は、架台１０とコンソール３０とを備えている。
【００１１】
架台１０は、回転フレーム１１を装備している。回転フレーム１１は、回転軸Ｚ回りに回転可能に架台１０に支持されている。回転フレーム１１は、互いに対向して配置されたＸ線管１３とＸ線検出器１５とを搭載している。回転フレーム１１の開口（bore）には、ＦＯＶ（field of view）が設定される。ＦＯＶに被検体Ｓの撮像領域が含まれるように天板１７が位置決めされる。回転フレーム１１は、回転駆動部１９に接続されている。回転駆動部１９は、架台制御部２１からの制御信号に従って、回転フレーム１１を回転軸Ｚ回りに既定の角速度で回転する。回転駆動部１９は、具体的には、架台制御部２１からの制御信号に従って、回転フレーム１１を回転するための動力を発生するモータにより実現されている。回転駆動部１９にはトリガ信号発生器２３が取り付けられている。トリガ信号発生器２３は、回転フレーム１１が既定角度回転する毎に電気パルス信号（以下、ビュートリガ信号と呼ぶ）を繰り返し発生する。トリガ信号発生器２３によるビュートリガ信号の発生周期は、架台制御部２１からの制御信号に従い設定される。ビュートリガ信号は、架台制御部２１に供給される。
【００１２】
Ｘ線管１３は、高電圧発生器２５からの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。高電圧発生器２５は、架台制御部２１からの制御信号に従い高電圧をＸ線管１３に印加し、フィラメント電流をＸ線管１３に供給する。具体的には、Ｘ線管１３は、陽極と陰極とを搭載している。陽極と陰極との間には、高電圧発生器２５により高電圧が印加される。陰極には、高電圧発生器２５からのフィラメント電流が供給される。フィラメント電流の供給を受けて熱せられた陰極から電子（熱電子）が放出される。熱電子は、陽極と陰極との間に印加された高電圧により陽極に向けて飛翔する。陽極に熱電子が衝突することによりＸ線が発生する。陽極と陰極との間にはバイアス電極が設けられている。高電圧発生器２５は、バイアス電圧をバイアス電極に印加する。陽極に衝突する熱電子数は、陰極電位に対する電位をバイアス電圧により調整することにより変化する。すなわち、高電圧発生器２５は、バイアス電圧の２種の電圧値を交互に切り替えることにより、Ｘ線管１３からのＸ線のＯＮ（照射）とＯＦＦ（照射の停止）とを切り替えることができる。これによりＸ線管１３からパルスＸ線が繰り返し発生される。
【００１３】
Ｘ線検出器１５は、Ｘ線管１３から発生されたパルスＸ線を検出し、パルスＸ線の強度に応じた電気信号を発生する。図２は、Ｘ線検出器１５の外観を示す図である。図２に示すように、Ｘ線検出器１５は、２次元状に配列された複数のＸ線検出素子を装備する。図２は、例えば、複数のＸ線検出素子は、回転フレーム１１の回転軸Ｚを中心とした円弧に沿って配列される。この円弧に沿うＸ線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Ｘ線検出素子は素子列と呼ばれる。複数の素子列は、回転軸Ｚに沿う列方向に沿って配列される。各Ｘ線検出素子は、Ｘ線管１３から発生されたパルスＸ線を検出し、検出されたパルスＸ線の強度に応じた電気信号を生成する。生成された電気信号は、データ収集回路（ＤＡＳ：data acquisition system）２７により読み出される。
【００１４】
データ収集回路２７は、架台制御部２１による制御信号に従って、Ｘ線検出器１５から電気信号を逐次読み出し方式で読み出す。具体的には、データ収集回路２７は、ビュートリガ信号の発生に同期して、Ｘ線検出素子からの電気信号の読出処理を素子列単位でビュー毎に逐次的に実行する。データ収集回路２７は、読み出し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、コンソール３０に伝送される。
【００１５】
架台制御部２１は、コンソール３０内のシステム制御部４５による指令に従って、架台１０に搭載された各種機器の制御を統括する。具体的には、架台制御部２１は、回転駆動部１９、トリガ信号発生器２３、高電圧発生器２５、及びデータ収集回路２７を制御する。具体的には、架台制御部２１は、所定の角速度で回転フレーム１１が回転するように回転駆動部１９を制御する。架台制御部２１は、コンソール３０からの指令に応じた発生周期（角度間隔）でビュートリガ信号を発生するようにトリガ信号発生器２３を制御する。架台制御部２１は、トリガ信号発生器２３からのビュートリガ信号の発生時刻を基準として高電圧発生器２５とデータ収集回路２７とを制御する。具体的には、架台制御部２１は、既定のＸ線条件に応じたパルスＸ線がＸ線管１３から、ビュートリガ信号の発生時刻を基準とした所定のタイミングで繰り返し発生されるように高電圧発生器２５を制御する。架台制御部２１は、ビュートリガ信号の発生時刻を基準とした所定のタイミングで、複数のＸ線検出素子から電気信号を逐次読み出し方式により読み出すようにデータ収集回路２７を制御する。本実施形態において架台制御部２１は、Ｘ線検出器１５に含まれる複数の素子列について、Ｘ線管１３からの各パルスＸ線の照射期間が照射対象ビューに時間的に隣接する他のビューに関する読出処理にオーバラップしないようにトリガ信号発生器２３と高電圧発生器２５とデータ収集回路２７とを制御する。具体的には、トリガ信号発生器２３と高電圧発生器２５とデータ収集回路２７とを制御し、照射対象ビューに関する最後の素子列の読出処理の開始時点と当該照射対象ビューに時間的に隣接する他のビューに関する最初の素子列の読出処理の終了時点との間に限定して、Ｘ線管１３からパルスＸ線を照射させる。架台制御部２１は、オーバラップを回避するための制御モードとして３種類の制御モードを有している。制御モードは、後述の制御モード設定部３５により設定される。なお架台制御部２１は、コンソール３０に備えられても良い。
【００１６】
コンソール３０は、前処理部３１、再構成部３３、制御モード設定部３５、Ｉ／Ｆ部３７、表示部３９、入力部４１、記憶部４３、及びシステム制御部４５を有している。
【００１７】
前処理部３１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ている。前処理としては、対数変換やＸ線強度補正、オフセット補正等の各種の補正処理を含む。
【００１８】
再構成部３３は、前処理後の生データに基づいて被検体Ｓ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ＣＢＰ（convolution back projection）法等の解析学的画像再構成法や、ＭＬ−ＥＭ（maximum likelihood expectation maximization）法やＯＳ−ＥＭ（ordered subset expectation maximization）法等の統計学的画像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。
【００１９】
制御モード設定部３５は、入力部４１を介したユーザからの指示、又は既定の制御モード設定アルゴリズムに従って、上記のオーバラップを回避するための３つの制御モードのうちの何れか１つの制御モードを設定する。制御モードの設定は、例えば、スキャン計画時に行われる。３つの制御モードについては後述する。
【００２０】
Ｉ／Ｆ部３７は、コンソール３０と架台１０との間の通信のためのインタフェースである。例えば、Ｉ／Ｆ部３７は、制御モード設定部３５により設定された制御モードの種類を示す信号（以下、制御モード信号）を架台１０に送信する。また、Ｉ／Ｆ部３７は、予め設定された撮影条件を架台１０に送信する。撮影条件としては、Ｘ線条件や回転フレームの回転速度等が挙げられる。また、本実施形態に特徴的な撮影条件としては、ビュートリガ信号の発生からＸ線照射までの時間（照射待機期間）、各パルスＸ線の照射期間、ビュートリガ信号の待ち回数（照射トリガ数）、ビュートリガ信号の発生周期（角度間隔）等が挙げられる。これら撮影条件の詳細については後述する。
【００２１】
表示部３９は、ＣＴ画像やスキャン計画の設定画面等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。
【００２２】
入力部４１は、入力機器による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、各種スイッチ等が利用可能である。
【００２３】
記憶部４３は、種々の情報を記憶する記憶装置である。例えば、記憶部４３は、前処理前の生データや前処理後の生データ、ＣＴ画像のデータを記憶する。また、記憶部４３は、本実施形態に係るスキャン計画のためのスキャン計画プログラムや、各種制御モードに応じたスキャンプログラム等を記憶する。
【００２４】
システム制御部４５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。システム制御部４５は、本実施形態に係るスキャン計画プログラムを記憶部４３から読み出し、当該スキャン計画プログラムに従って各種構成要素を制御する。これにより、本実施形態に係るスキャン計画が行われる。また、システム制御部４５は、本実施形態に係るスキャンプログラムを記憶部４３から読み出し、当該スキャンプログラムに従って各種構成要素を制御する。これにより、本実施形態に係る制御モードに応じたスキャンが行われる。
【００２５】
次に、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の動作例について説明する。
【００２６】
まず、本実施形態に係るＸ線検出系の構成について説明する。図３は、本実施形態に係るＸ線検出系の構成を模式的に示す図である。図３に示すように、Ｘ線検出系は、Ｘ線検出器１５とデータ収集回路２７とから構成される。上述のように、Ｘ線検出器１５は複数の素子列を有し、各素子列はチャンネル方向に沿って配列された複数のＸ線検出素子１５１を有する。ここでチャンネル数はＣｍ（ｍは整数）であり、素子列数はＲｎ（ｎは整数）であるとする。
【００２７】
データ収集回路２７は、複数の読出チャンネル２７Ｃｍと出力器２７７とを有している。読出チャンネル２７Ｃｍは、１チャンネル毎に設けられているとする。読出チャンネル２７Ｃｍは、１チャンネルに含まれる複数のＸ線検出素子１５１−Ｒｎに関する電気信号の読出しを行う。読出チャンネル２７Ｃｍは、積分器２７１−Ｒｎ、マルチプレクサ２７３、及びＡ／Ｄ変換器２７５を有している。各Ｘ線検出素子１５１−Ｒｎには積分器２７１−Ｒｎが接続されている。各積分器２７１−Ｒｎは、接続先のＸ線検出素子１５１−Ｒｎから供給された電気信号を所定のサンプリング期間（ビュー）に亘って積分（蓄電）し、積分信号を発生する。各読出チャンネル２７Ｃｍに含まれる複数の積分器２７１−Ｒｎには単一のマルチプレクサ２７３が接続されている。マルチプレクサ２７３にはＡ／Ｄ変換器２７５が接続されている。マルチプレクサ２７３は、複数の積分器２７１−ＲｎとＡ／Ｄ変換器２７５との間の接続を切り替える切替器である。マルチプレクサ２７３は、架台制御部２１による制御に従うタイミングで、接続先の複数の積分器２７１−Ｒｎから積分信号をビュー毎に逐次的に読み出す。Ａ／Ｄ変換器２７５は、マルチプレクサ２７３からのアナログの積分信号にＡ／Ｄ変換を施して積分信号の波高値を表現するデジタルの波高値データに変換する。複数の読出チャンネル２７Ｃｍには単一の出力器２７７が接続されている。出力器２７７は、接続先の複数の読出チャンネル２７Ｃｍからの波高値データに基づいて、チャンネル番号Ｃｍ及び列番号Ｒｎに従って波高値データが配列された生データをビュー毎に生成する。
【００２８】
次に、各素子列からの電気信号の読出処理の詳細について説明する。図４は、データ収集回路２７による各素子列Rowからの電気信号の読出処理の流れを模式的に示す図である。図４に示すように、各ビューに関する電気信号の読出処理は、電気信号の積分処理と積分信号の読出処理とに区分される。まず積分器２７１は接続先のＸ線検出素子１５１から供給される電気信号を積分（蓄電）する。積分期間は、素子列Rowに依らず全ての積分器２７１に対して同一時間が割り当てられる。Ｘ線検出素子１５１から積分器２７１への電気信号の供給開始時刻は、当該Ｘ線検出素子１５１が属する素子列Rowに応じて異なる。各ビューにおいて始めに読出が行われる素子列Row1に属する積分器２７１は、ビュートリガ信号の発生時刻Ｔtriに同期してＸ線検出素子１５１から電気信号の積分処理を開始する。各積分器２７１による積分期間（蓄電期間）は１ビュー期間よりも短く設定される。マルチプレクサ２７３は、トリガ信号発生器２３によりビュートリガ信号が発生された時刻Ｔtriを基準として素子列Rowに固有の待機時間（読出待機時間と呼ぶ）が経過したことを契機として、当該素子列Rowに属する積分器２７１から積分信号を読み出し、読み出した積分信号を後続のＡ／Ｄ変換器２７５に供給する。換言すれば、マルチプレクサ２７３は、各素子列Rowの各々について、既定の積分期間が経過したことを契機として積分器２７１から積分信号を読み出す。積分信号の読出期間は、全ての素子列Rowに対して同一時間が割り当てられる。各素子列Rowに関する読出待機時間は、異なる素子列Row同士で積分信号の読出期間がオーバラップしないように設定される。このように、積分器２７１からの積分信号の読出処理の開始時刻を素子列単位でずらすことにより逐次読み出し方式が実現される。積分信号の読出処理は、電気信号の積分処理に比して微小時間内に完了する。従って、１ビュー期間において積分期間が支配的であり、積分信号の読出期間は積分期間に比して十分に短く設定される。各ビューにおいて読出処理が完了すると各積分器２７１は、再び接続先のＸ線検出素子１５１からの電気信号の積分を開始する。Ａ／Ｄ変換器２７５は、マルチプレクサ２７３からの積分信号にＡ／Ｄ変換を施して波高値データを生成し、出力器２７７は全ての読出チャンネルからの波高値データを統合し各ビューに関する生データを生成する。
【００２９】
なお上記のデータ収集回路２７の構成は一例であって、本実施形態は上記の構成に限定されない。例えば、マルチプレクサ２７３には複数のＡ／Ｄ変換器２７５が接続されても良い。これにより各Ａ／Ｄ変換器２７５による積分信号のＡ／Ｄ変換処理の負荷を低減することができる。また、上記の説明においては、各Ｘ線検出素子１５１に１つの積分器２７１が接続されるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、各Ｘ線検出素子１５１には２つの積分器２７１が接続されても良い。Ｘ線検出素子１５１からの電気信号が後続の２つの積分器２７１にビュー毎に交互に供給されることにより、電気信号を効率良く処理することが可能となる。また、上記の構成においては、１つのマルチプレクサ２７３が各読出チャンネルＣｍに係る全ての素子列Ｒｎの積分器２７１からの積分信号の読出処理を制御するとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、各読出チャンネルＣｍに複数のマルチプレクサ２７３が設けられても良い。これにより、各読出チャンネルＣｍに係る積分信号の読出処理を複数のマルチプレクサ２７３に分担させ、各マルチプレクサ２７３の負担を軽減したり、１ビューに係る積分処理の読出処理の処理速度が向上したりする。
【００３０】
次に、本実施形態に係るシステム制御部４５の制御のもとに行われる、３つの制御モード各々のスキャンシーケンスについて説明する。なお、以下のスキャンシーケンスについての説明においては、説明の便宜上、素子列はRow1からRow4までの４列であるとする。しかしながら、本実施形態に係る素子列はこれに限定されず、例えば、８列や１６列、６４列、２５６列、５１２列等の如何なる列数でも良い。
【００３１】
第１の制御モードにおいて架台制御部２１は、パルスＸ線の照射タイミングと照射時間とを調整することにより、各パルスＸ線の照射期間が当該対象ビューに時間的に隣接する他のビューに関する読出処理にオーバラップすることを回避する。
【００３２】
図５は、第１の制御モードにおけるスキャンシーケンスの一例を示す図である。図５に示すように、トリガ信号発生器２３は、回転フレーム１１の回転中、予め設定された発生周期（角度間隔）でビュートリガ信号のＯＮとＯＦＦとを繰り返す。第１の制御モードの場合、ビュートリガ信号の発生周期はビュー期間に一致する。架台制御部２１は、ビューメモリを搭載しており、当該ビューメモリに記録されたカウント数により現時点のビュー番号を管理している。架台制御部２１は、トリガ信号がＯＮになる毎にビューメモリのカウント数に１を加算する。カウント数はビュー番号に対応する。架台制御部２１は、ビュートリガ信号がＯＮになることを契機として、換言すれば、ビュートリガ信号の立ち上がりに同期してデータ収集回路２７を制御し、素子列Row1から順番に複数の素子列から電気信号を逐次的に読み出す。また、架台制御部２１は、高電圧発生器２５を制御し、所定のビュー数置きにＸ線管１３からパルスＸ線を照射させる。例えば、図５の場合、１ビュー置きにパルスＸ線が発生される。当該所定のビュー数はユーザにより任意の値に設定可能である。
【００３３】
図５に示すように、架台制御部２１は、高電圧発生器２５を制御し、パルスＸ線の照射対象ビューにおいて、当該照射対象ビューに関する最後の素子列の読出処理の開始時点と当該照射対象ビューの次のビューに関する最初の素子列の読出処理の終了時点との間に限定してＸ線管１３からパルスＸ線を照射させる。より詳細には、架台制御部２１は、パルスＸ線の照射対象においてビュートリガ信号がＯＮになる時刻Ｔtriを基準として既定の照射待機時間Ｔwxが経過することを待機する。そして架台制御部２１は、照射待機時間Ｔwxが経過したことを契機として高電圧発生器２５に照射指示信号を供給する。照射指示信号の供給を受けた高電圧発生器２５は、予め設定された照射時間ＴrxだけパルスＸ線をＸ線管１３から照射する。照射時間Ｔrxは、１ビュー期間よりも短い時間に設定される。例えば、図５に示すように、ビューView2においてパルスＸ線が照射される場合、ビューView1の素子列Row4の読出処理の終了時刻とビューView2の素子列Row1の読出処理の開始時刻との間の期間に限定してパルスＸ線が照射される。照射時間Ｔrxは、当該照射対象ビューに関する最後の素子列の読出処理の開始時点と当該照射対象ビューの次のビューに関する最初の素子列の読出処理の終了時点との間の時間間隔よりも短い時間に設定される。照射待機期間Ｔwxは、ビュー期間から照射時間Ｔrxを減じた値に設定されると良い。照射待機時間Ｔwxと照射時間Ｔrxとは、撮影条件として、ユーザにより入力部４１を介して設定可能である。
【００３４】
スキャンが終了すると再構成部３３は、収集された投影データに基づいて被検体Ｓに関するＣＴ画像を再構成する。第１の制御モードにおいては、Ｘ線が照射されないビューが存在する。例えば、図５に示すように、ビューView2及びView4はＸ線が照射されるが、ビューView1及びView3はＸ線が照射されていない。Ｘ線が照射されていないビューに関する生データは、画像再構成に利用することはできない。従って、再構成部３３は、収集された生データのうちのＸ線が照射されたビュー（以下、Ｘ線ＯＮビューと呼ぶ）に関する生データに基づいてＣＴ画像を再構成する。具体的には、再構成部３３は、収集された生データをＸ線ＯＮビューに関する生データとＸ線が照射されていないビュー（以下、Ｘ線ＯＦＦビューと呼ぶ）に関する生データとに分類する。再構成部３３は、生データに関連付けられたビュー番号を参照することにより、Ｘ線ＯＮビューに関する生データとＸ線ＯＦＦビューに関する生データとを分類しても良いし、生データのデータ値を参照することにより、Ｘ線ＯＮビューに関する生データとＸ線ＯＦＦビューに関する生データとを分類しても良い。そして再構成部３３は、Ｘ線ＯＮビューに関する生データに基づいてＣＴ画像を再構成する。このようにＸ線ＯＦＦビューに関する生データを再構成対象から除外することによりＣＴ画像の画質低減を防止することができる。
【００３５】
このように、第１の制御モードにおいて架台制御部２１は、パルスＸ線の照射タイミングと照射時間とを調整することにより、照射対象ビューに関する最後の素子列の読出処理の開始時点と当該照射対象ビューの次のビューに関する最初の素子列の読出処理の終了時点との間に限定してＸ線管１３からパルスＸ線を照射させる。これにより、各パルスＸ線の照射期間が照射対象ビューの次のビューの読出期間にオーバラップすることなく、照射対象ビューの読出期間のみにオーバラップさせることができる。また、第１の制御モードによれば、従来例に比してＸ線の照射時間を短くすることができる。従って第１の制御モードは、従来例に比して被検体Ｓへの被曝量が低減される。
【００３６】
次に、第２の制御モードについて説明する。第２の制御モードにおいて架台制御部２１は、ビューを間引くことにより、各パルスＸ線の照射期間が対象ビューに時間的に隣接する他のビューに関する読出処理にオーバラップすることを回避する。
【００３７】
図６は、第２の制御モードにおけるスキャンシーケンスの一例を示す図である。図６に示すように、トリガ信号発生器２３は、回転フレーム１１の回転中、予め設定された発生周期でビュートリガ信号のＯＮとＯＦＦとを繰り返す。架台制御部２１は、高電圧発生器２５を制御し、ビュートリガ信号が所定回数（以下、照射トリガ数と呼ぶ）ＯＮになることを契機としてＸ線管１３からパルスＸ線を照射させる。各パルスＸ線の照射時間Ｔrxは、図８の従来例と同様、ビュー期間に設定されている。また、架台制御部２１は、ビュートリガ信号が照射トリガ数だけＯＮになることを契機としてデータ収集回路２７を制御し、素子列Row1から順番に複数の素子列から電気信号を逐次的に読み出す。すなわち、第２の制御モードにおいてビュートリガ信号の発生周期は、ビュー期間に一致しない。
【００３８】
図６に示すように、架台制御部２１は、データ収集回路２７を制御し、トリガ信号発生器２３から２以上の照射トリガ数のビュートリガ信号が発生される毎に、逐次読み出し処理を実行させる。例えば、図６に示すように、ビュートリガ信号が照射対象ビューにおいて初めにＯＮに切り替わることを契機として架台制御部２１は、データ収集回路２７を制御し、ビューView1に関して逐次読み出し処理を開始する。逐次読み出し処理の実行中、架台制御部２１は、逐次読み出し処理の開始時からビュートリガ信号の発生回数、換言すれば、ビュートリガ信号がＯＮに切り替えられた回数を計数する。そして架台制御部２１は、ビュートリガ信号の発生回数が予め設定された照射トリガ数に到達するまで待機する。照射トリガ数は、ユーザにより入力部４１を介して、撮影条件として任意に設定可能である。図６の場合、照射トリガ数は２回に設定される。架台制御部２１は、ビュートリガ信号が発生されたにも関わらず、ビュートリガ信号の発生回数が照射トリガ数に満たない場合、データ収集回路２７に処理対象のビューView1に関する逐次読み出し処理を延長する。上記の説明の通り、読出処理は、電気信号の積分処理と積分信号の読出処理とに区分される。逐次読み出し処理は、電気信号の積分処理を延長することにより延長される。逐次読み出し処理を延長の有無に関わらず、積分信号の読出処理の処理期間に変更はない。そして架台制御部２１は、ビュートリガ信号の発生回数が照射トリガ数に達した場合、データ収集回路２７に処理対象ビューを次のビューView2に切り替え、ビューView2に関する逐次読み出し処理を開始させる。
【００３９】
このように、第２の制御モードにおいて架台制御部２１は、ビュートリガ信号が照射トリガ数発生される毎にビューを切り替えて逐次読み出し処理を開始させる。従って、ビュートリガ信号が発生される毎にビューを切り替える場合に比して、各ビューの電気信号の読出処理を拡張させることができる。結果的に、照射対象ビューに関する最後の素子列の読出処理の開始時点と当該照射対象ビューの次のビューに関する最初の素子列の読出処理の終了時点との間に限定してＸ線管１３からパルスＸ線が照射される。従って、各パルスＸ線の照射期間が照射対象ビュー次のビューの読出期間にオーバラップすることなく、照射対象ビューの読出期間のみにオーバラップさせることができる。また、第２の制御モードにおいては、Ｘ線ＯＦＦビューが存在しなくなる。従って、Ｘ線ＯＦＦビューに関する生データとＸ線ＯＮビューに関する生データとの分類等が必要無くなり、データ処理を簡便化することが可能になる。また、第２の制御モードは、従来例に比してビュー数を減少することができるので、データ収集回路２７によるデータ収集速度を低下させることができ、回路ノイズを低減させることができる。
【００４０】
次に、第３の制御モードについて説明する。第３の制御モードにおいて架台制御部２１は、ビュートリガ信号の発生間隔を拡張することにより、各パルスＸ線の照射期間が対象ビューに時間的に隣接する他のビューに関する読出期間にオーバラップすることを回避する。
【００４１】
図７は、第３の制御モードにおけるスキャンシーケンスの一例を示す図である。図７は、第３の制御モードにおけるスキャンシーケンスの一例を示す図である。図７に示すように、トリガ信号発生器２３は、回転フレーム１１の回転中、予め設定された発生周期でビュートリガ信号のＯＮとＯＦＦとを繰り返す。図７に示すように、第３の制御モードにおけるビュートリガ信号の発生周期、すなわち、ビュー期間は初期的なビュー期間に比して拡張される。架台制御部２１は、高電圧発生器２５を制御し、ビュートリガ信号に同期してＸ線管１３からパルスＸ線を照射させる。各パルスＸ線の照射時間Ｔrxは、図８の従来例と同様、ビュー期間に設定されている。架台制御部２１は、ビュートリガ信号がＯＮになることを契機としてデータ収集回路２７を制御し、素子列Row1から順番に複数の素子列から電気信号を逐次的に読み出す。
【００４２】
より詳細には、架台制御部２１は、スキャンの開始前において、トリガ信号発生器２３に発生周期を設定する。実際のビュートリガ信号の発生周期は、入力部４１を介してユーザにより、任意の値に変更可能である。より詳細には、実際のビュートリガ信号の発生周期は、初期的なビュートリガ信号のＯＮとＯＦＦとの切替周期の整数倍に設定されると良い。図７の場合、実際のビュートリガ信号の発生周期は初期的なビュートリガ信号の発生周期の２倍に設定されている。なお、実際のビュートリガ信号の発生周期は、初期的なビュートリガ信号の発生周期の整数倍に限定されず、１．５倍等の任意の半整数倍に設定可能である。トリガ信号発生器２３は、スキャン中、設定された発生周期でビュートリガ信号を繰り返し発生する。架台制御部２１は、照射対象ビューにおいて、ビュートリガ信号の発生時刻を基準とした照射待機時間Ｔwxが経過したことを契機として高電圧発生器２５を制御し、照射時間ＴrxだけＸ線管１３からＸ線を照射させる。図７の場合、照射待機時間Ｔwxと照射時間Ｔrxとは、ビュートリガ信号の発生時間又は非発生時間、すなわち、ビュートリガ信号のＯＮ時間又はＯＦＦ時間に設定されている。また、架台制御部２１は、データ収集回路２７を制御し、ビュートリガ信号の発生に同期して逐次読出し処理を実行させる。
【００４３】
このように、第３の制御モードにおいて架台制御部２１は、ビュートリガ信号の発生周期を拡張することにより各ビューの電気信号の読出期間を拡張させることができる。結果的に、照射対象ビューに関する最後の素子列の読出処理の開始時点と当該照射対象ビューの次のビューに関する最初の素子列の読出処理の終了時点との間に限定してＸ線管１３からパルスＸ線が照射される。従って、各パルスＸ線の照射期間が照射対象ビューの次のビューの読出期間にオーバラップすることなく、照射対象ビューの読出期間のみにオーバラップさせることができる。また、第３の制御モードにおいては、Ｘ線ＯＦＦビューが存在しなくなる。従って、Ｘ線ＯＦＦビューに関する生データとＸ線ＯＮビューに関する生データとの分類等が必要無くなり、データ処理を簡便化することが可能になる。また、第３の制御モードは、従来例に比してビュー数を減少することができるので、データ収集回路２７によるデータ収集速度を低下させることができ、回路ノイズを低減させることができる。
【００４４】
以上で、３つの制御モード各々のスキャンシーケンスについての説明を終了する。
【００４５】
次に、システム制御部４５の制御の下に行われるスキャン計画について説明する。スキャン計画においてシステム制御部４５は、制御モード設定部３５に制御モードの設定処理を行わせる。制御モード設定部３５は、制御モードの設定処理として、マニュアル設定モードと自動設定モードとを有している。
【００４６】
マニュアル設定モードにおいて制御モード設定部３５は、上記の３つの制御モードの中から、ユーザにより入力部４１を介して選択された制御モードを設定する。ユーザは、上記の３つの制御モードの中から任意の制御モードを選択可能である。
【００４７】
自動設定モードにおいて制御モード設定部３５は、第１の制御モードにおける各パルスＸ線のＸ線照射時間を所定値よりも長く確保できるか否かを判定する。当該所定値は、画像再構成するために必要十分なＸ線の線量を確保可能な時間に設定される。当該所定値は、ユーザにより入力部４１を介して任意の値に設定可能である。各パルスＸ線のＸ線照射時間を所定値よりも長く確保できると判定した場合、制御モード設定部３５は、制御モードとして第１の制御モードを設定する。各パルスＸ線のＸ線照射時間を所定値よりも長く確保できると判定した場合、制御モード設定部３５は、制御モードとして、第２の制御モードと第３の制御モードとのうちの、ユーザにより入力部４１を介して予め指定された制御モードを設定する。
【００４８】
設定された制御モードの識別子は、記憶部４３に記憶される。そしてスキャン開始指示がなされた場合、システム制御部４５は、記憶部４３から制御モードの識別子を読み出し、制御モードの識別子に応じた制御モード信号をＩ／Ｆ部３７を介して架台制御部２１に送信する。架台制御部２１は、上記の通り、送信された制御モード信号に応じてトリガ信号発生器２３、高電圧発生器２５、及びデータ収集回路２７を制御し、制御モード設定部３５により設定された制御モードでスキャンを実行する。
【００４９】
以上で、スキャン計画についての説明を終了する。
【００５０】
上記の説明の通り、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線管１３、高電圧発生器２５、Ｘ線検出器１５、回転フレーム１１、架台１０、トリガ信号発生器２３、データ収集回路２７、及び架台制御部２１を有している。Ｘ線管１３は、パルスＸ線を間欠的に繰り返し発生する。高電圧発生器２５は、Ｘ線管１３に供給される高電圧を発生する。Ｘ線検出器１５は、２次元状に配列された複数のＸ線検出素子を有し、当該複数のＸ線検出素子の各々がＸ線管１３からのパルスＸ線を繰り返し検出する。回転フレーム１１は、Ｘ線管１３とＸ線検出器１５とが設けられている。架台１０は、回転フレーム１１を回転軸Ｚ回りに回転可能に支持する。トリガ信号発生器２３は、回転フレーム１１が既定角度回転する毎にビュートリガ信号を発生する。データ収集回路２７は、ビュートリガ信号の発生に同期して、複数のＸ線検出素子からの電気信号の読出処理を素子列単位でビュー毎に逐次的に実行する。架台制御部２１は、高電圧発生器２５、データ収集回路２７、及びトリガ信号発生器２３を制御し、対象ビューに関する最後の素子列の読出処理の開始時点と前記他のビューに関する最初の素子列の読出処理の終了時点との間に限定してＸ線管１３からパルスＸ線を照射させる。
【００５１】
上記の構成により、データ収集回路２７の構造を大幅に変更すること無く、各パルスＸ線の照射期間が対象ビューに時間的に隣接する他のビューに関する読出期間にオーバラップすることが回避される。従って本実施形態においては、各パルスＸ線の照射期間が対象ビューに関する読出期間と対象ビューに時間的に隣接する他のビューに関する読出期間との両方にオーバラップしていた従来例に生じていた、対象ビューに関する生データが当該対象ビューに関する生データと次のビューに関する生データとに分割されるという不具合が解消される。この不具合の解消により従来例において必要であった生データ出力値の加算等の余剰処理が不要となり、生データ処理が簡便化される。また、余剰処理の削減に伴い本実施形態は従来例に比してＳ／Ｎ比が向上し、ＣＴ画像の画質が向上する。また、各パルスＸ線の照射期間が対象ビューに関する読出期間と対象ビューに時間的に隣接する他のビューに関する読出期間との両方にオーバラップしていた従来に比して、本実施形態は、生データの空間的なサンプリング位置のズレが軽減され、ＣＴ画像の画質が向上する。
【００５２】
かくして、本実施形態によれば、パルスＸ線照射方式と逐次読み出し方式との併用に起因する画質の劣化を防止することが可能となる。
【００５３】
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。
【符号の説明】
【００５４】
１０…架台、１１…回転フレーム、１３…Ｘ線管、１５…Ｘ線検出器、１７…天板、１９…回転駆動部、２１…架台制御部、２３…トリガ発生器、２５…高電圧発生器、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…制御モード設定部、３７…Ｉ／Ｆ部、３９…表示部、４１…入力部、４３…記憶部、４５…システム制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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