(57)【要約】【課題】２つの積分器を用い、それぞれ積分と放電を交互に行うことにより、Ｘ線スキャンが長時間であっても短時間であっても感度良く計測できるＸ線ＣＴ装置を提供する。  【解決手段】Ｘ線管１を駆動してＸ線を被検体に向けて照射させる駆動手段２を備え、管電流検出手段３はＸ線管１に流れる管電流を検出する。その管電流が流れている期間、積分手段４、５が管電流を交互に積分し、積算手段６ａが前記期間中に２つの積分手段４，５が積分した値を積算することにより、Ｘ線管の照射量を求める。  【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管と、該Ｘ線管を駆動してＸ線を被検査対象に向けて照射させる高電圧発生手段とを備えたＸ線ＣＴ装置において、
前記Ｘ線管に流れる管電流を検出する管電流検出手段と、
前記管電流が流れている期間、前記管電流を交互に積分する２つの積分手段と、
前記期間中に２つの積分手段が積分した値を積算することにより、前記Ｘ線管の照射量を求める計測部と、を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
前記２つの積分手段はそれぞれコンデンサを備え、
前記計測部は各積分手段の出力を受けて、前記管電流を積分中の一方の積分手段の出力が所定の値に達したときに該積分手段のコンデンサを放電状態とさせ、かつそれまでコンデンサを放電状態であった他方の積分手段に前記管電流を積分させる状態変化を、いずれかの積分手段の出力が前記所定の値になるたびに交互に、かつ前記期間中の積分状態が連続するように切り換えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
前記２つの積分手段は、前記駆動手段が前記Ｘ線管の駆動を開始したとき前記管電流の積分を開始し、該駆動を終了したとき該積分を終了し、
前記計測部は、該開始から終了までの前記２つの積分手段の出力を積算することを特徴とする請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】
Ｘ線管を有するＸ線照射部と、Ｘ線を検出するＸ線検出部とを開口部を間にして対極の位置に収容する回転部と、被検体を収容し該開口部に挿入される寝台と、前記回転部を回転させつつ前記寝台を移動させる移動制御部と、Ｘ線照射部を所定の条件で制御するＸ線制御手段を備え、被検体を螺旋状にＸ線撮像するＸ線ＣＴ装置において、
前記Ｘ線管に流れる管電流を検出する管電流検出手段と
前記管電流検出手段が検出した管電流を積分する状態と放電する状態とを切替可能な２つの積分手段と、
前記積分手段の出力が所定値に達したことを検出する判定手段と、
前記Ｘ線制御手段から指示された期間中、前記判定手段の判定結果を基に、該２つの積分手段の一方を積分状態にさせているときは他方を放電状態にさせる状態切替を交互に行い、少なくとも前記期間中は２つの積分手段が交互に連続して積分するように制御する切替制御手段と、
前記期間中に２つの積分手段が積分した値を積算することにより、前記Ｘ線管の照射量を求める積算手段と、を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線を被検体或いは検査対象物（総称して、「被検査対象」と言うことがある。）に照射（曝射、放射）して撮像し、撮像して得られた画像を診断或いは検査に用いるＸ線ＣＴ装置（Ｘ線コンピュータ断層撮影装置）に関する。特に、Ｘ線を照射したときの照射量をＸ線管に流れる管電流を積算して求める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的な医用のＸ線ＣＴ装置は、例えば、図３に示すような構成にされている。図３でＸ線照射部１１は、Ｘ線管を備え、被検体を挟んだ対極に被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出手段１３とともに、回転部１０に収容されている。移動制御部１５がモータ等を含む回転駆動部１４を制御して回転部１０を回転させ、さらには寝台駆動部１６を制御して寝台１６ａを移動させる。そのときＸ線制御部１２がＸ線照射部１１に対して、Ｘ線を回転の位置（角度）に応じてＸ線照射量を変化させて、及び／又は回転位置に対して一定のＸ線照射量となるように、制御する。つまり、被検体の周囲を螺旋状に位置を変えながら円周方向からＸ線を照射する（以下、簡単のため「Ｘ線スキャン」と言うことがある。）。そのＸ線スキャン時に、データ収集部１７は、多数の検出素子から成るＸ線検出手段１３が検出した検出信号を収集する。収集された検出信号は、結合部１８（例えば、電荷結合）を介して、回転部１０側からコンソール２０側へ伝達される。コンソール２０は、固定部側に配置され、収集されて送られてきた検出信号を前処理部でデジタルデータに変換した後に、所望の部位の所望の画像データに再構成して、ユーザインターフェースの表示部に表示させる。コンソール２０の制御部は全体を統括するものであり、ユーザインターフェースに操作案内するとともに、ユーザインターフェースの操作部から入力があったときは、それに従って各部を制御する。特に、Ｘ線照射の照射タイミング、Ｘ線照射時のＸ線管の管電圧、管電流、或いはそれらの変化等の照射条件を含むＸ照射計画の入力を受けて、Ｘ線制御部１２を含む各部を制御する。
【０００３】
ところで、Ｘ線照射量は人体に直接的な影響を及ぼすことから、Ｘ線ＣＴ装置においては、実際のＸ線照射量を把握することが求められていた。そのＸ線照射量の把握方法としては、上記の照射計画、或いは照射条件の管電圧、管電流及び照射時間から計算で求める方法があった。しかし、この計算では、計画通りに設定した管電圧や管電流が正確に制御され、かつ実際のＸ線スキャン中に管電圧や管電流が変化しなければ、正確に求めることができる。
【０００４】
ところが、近年、人体への影響を考慮してＸ線被曝量を軽減しつつ、取得画像の画質を向上させるために、Ｘ線スキャン中に管電流を変化させ、所望の観察部位、所望の観察角度（位置）、所望のタイミング時のみ強く、他では弱くＸ線を照射する技術が開発されている。Ｘ線を強弱変化させる場合としては、次の（イ）〜（ハ）の例がある。（イ）撮像部位によって変化させる場合：例えば肺を撮像するときは弱い照射、肝臓の場合は、それより強い照射を行うことがある。（ロ）同じ部位であっても方向によってＸ線を強弱変化させる場合：例えば、被検体の胸や背から照射する回転位置ではＸ線が透過しやすいのでＸ線量を少なくするため管電流を小さくし、被検体の両サイドの肩から照射する回転位置では透過量が少なくなるので管電流を大きくすることにより、診断に必要な画質を得るＸ線スキャンを行うことがある。（ハ）部位の動きに対応する場合：心臓の縮小期の場合は弱い照射、拡張期は強い照射を行うことがある。
【０００５】
また、管電流は急激に変化させようとしても、Ｘ線管のフィラメント等の熱慣性のため、管電流は追随しない性質がある。そのため、設定した管電流と実際の管電流との間に過度的にズレが生じることがある。
【０００６】
また、Ｘ線ＣＴ装置においては、心電同期してＸ線の強さを変化させて撮像するＸ線スキャンを行うことがあるが、この場合は、Ｘ線照射量が被検体（患者）の心拍によって変化するため、実際にＸ線スキャンしてみないとＸ線照射量が把握できないという問題がある。つまり、計算だけでＸ線照射量を求めるのが困難になってきた。
【０００７】
これらの問題を解決するためには、Ｘ線照射量として、Ｘ線スキャン中の管電流を積分し、管電流と時間の積（以下「管電流時間積」と言う。単位：ｍＡ・ｓ）を計測することが望ましい。しかし、Ｘ線ＣＴ装置では、１回のＸ線スキャンで出力する管電流時間積がそのときの診断（撮像）によって大きく異なるため、積分器が飽和しないようにしつつ正確な管電流時間積を計測することは困難であった。
【０００８】
例えば、感度（単位時間当たりに積分する管電流）良く管電流を積分しようとして、図４の積分波形Ａのような特性の積分器を用いると、時間ｔｂを超えた時間は、管電流を積分できないことになる。また、積分波形Ｂのように長い時間積分する積分器を用いると、Ｘ線スキャンが時間ｔａで終了したような場合は、感度の悪い状態で管電流時間積を計測することになるので、測定の精度が悪くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように積分器で管電流時間積を実測しようとすると、長時間のＸ線スキャンでも積分器を飽和しないように設計すると、短時間で終了するＸ線スキャン時は正確な計測ができない。又、正確に計測しようとすれば、長時間のＸ線スキャン時に積分器が飽和してしまう問題がある。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決するために、２つの積分器を用い、それぞれ積分と放電を交互に行うことにより、Ｘ線スキャンが長時間であっても短時間であっても感度良く、管電流を計測できるＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、Ｘ線管と、該Ｘ線管を駆動してＸ線を被検体に向けて照射させる高電圧発生手段とを備えたＸ線ＣＴ装置において、
前記Ｘ線管に流れる管電流を検出する管電流検出手段と、
前記管電流が流れている期間、前記管電流を交互に積分する少なくとも２つの積分手段と、前記期間中に２つの積分手段が積分した値を積算することにより、前記Ｘ線管の照射量を求める計測部と、を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、Ｘ線管を有するＸ線照射部と、Ｘ線を検出するＸ線検出部とを開口部を間にして対極の位置に収容する回転部と、被検体を収容該開口部に挿入される寝台と、前記回転部を回転させつつ前記寝台を移動させる移動制御部と、Ｘ線照射部を所定の条件で制御するＸ線制御手段を備え、被検体を螺旋状にＸ線撮像するＸ線ＣＴ装置において、
前記Ｘ線管に流れる管電流を検出する管電流検出手段と
前記管電流検出手段が検出した管電流を積分する状態と放電する状態とを切替可能な２つの積分手段と、
前記積分手段の出力が所定値に達したことを検出する判定手段と、
前記Ｘ線制御手段から指示された期間中、前記判定手段の判定結果を基に、該２つの積分手段の一方を積分状態にさせているときは他方を放電状態にさせる状態切替を交互に行い、少なくとも前記期間中は２つの積分手段が交互に連続して積分するように制御する切替制御手段と、
前記期間中に２つの積分手段が積分した値を積算することにより、前記Ｘ線管の照射量を求める積算手段と、を備えた。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の構成によれば、管電流を積分する積分器を２つ用い、それぞれ積分と放電を交互に繰り返し、かつそれらの積分値を積算する構成であるから、Ｘ線スキャンが長時間であっても短時間であっても、飽和することなく感度良く計測できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係るＸ線ＣＴ装置を、管電流の計測の実施形態を中心に説明する。図１は、管電流の計測に係る実施形態の機能構成を示す図である。図２は、図１の実施形態における動作タイミングを説明するための図である。図３は、図１の実施形態を搭載したＸ線ＣＴ装置に係る機能構成を示す図である。なお、図３は、背景技術の章で説明したのと同じであり、以下の説明で断りがなければ、本発明でも同じ動作を行う。本発明は、図３に加え、主に図１の実施形態における管電流測定部２１を追加したものである。なお、図１及び図３の機能構成は、被検査対象を被検体とする医用についてのＸ線ＣＴ装置を代表する例であるが、図１そのものは、被検査対象を被検体以外の物質、機器を対称としても同様に使用できる。
【００１５】
図１を基に実施形態を説明する。なお、図１では、背景技術で説明したような、透過Ｘ線を検出するＸ線検出部、画像として再構成するための画像データを生成する画像処理部、及びその画像データに基づく画像を表示する表示手段等を備えているが、省略している。
【００１６】
図１において、高電圧発生手段２は、Ｘ線管１のアノード１ａとフィラメント１ｂ間の管電圧を印加するための可変可能な高圧電源、アノード１ａとフィラメント１ｂ（カソード）間を流れる管電流を制御するためのフィラメント電源（以上、不図示）、及びそれらのオン／オフを行うためのスイッチＳｐとを備えている。そして、高電圧発生手段２は、Ｘ線制御部１２からの指示に応じた管電圧、管電流及びタイミングでＸ線管１を駆動する。
【００１７】
Ｘ線制御部１２は、図３のコンソール２０の制御部から、撮像計画に基づく撮像条件を受けて、それにしたがって高電圧発生手段２を制御する。例えば、撮像計画が、被検体を回転しながら螺旋状にＸ線照射する場合であって、被検体の胸や背から照射する回転位置ではＸ線が透過しやすいのでＸ線量を少なくするため管電流を小さくし、被検体の両サイドの肩から照射する回転位置では透過量が少なくなるので、管電流を大きくすることにより診断に必要な画質を得るＸ線スキャンを行うものであれば、撮像条件としては、回転位置に応じたタイミングで変化する管電圧、管電流が高電圧発生手段２に設定される。ここでは、模擬的に図２のａに示すような管電流の条件が高電圧発生手段２に設定されているものとして説明する。図２のａは、時間に対する予定される管電流の大きさを示すもので、照射開始、終了の情報も含まれる。
【００１８】
管電流測定部２１は、管電流検出手段３、積分器４、積分器５（積分手段）及び計測部６で構成されている。管電流検出手段３は、Ｘ線管１を流れる管電流を検出する。図１では高電圧発生手段２と管電流検出手段との結合点をアースとし、フィラメント１ｂ側に負の電圧が印加される構成なので、管電流検出手段３は、抵抗Ｒｐで管電流に応じた電圧をピックアップしている。電流としては電圧／Ｒｐで換算される。以下では、管電流が検出されるとして説明する。
【００１９】
積分器４と積分器５に入る抵抗Ｒｐからの管電流は、スイッチＳ１とスイッチＳ３で交互に切り換えられる。積分器４と積分器５とは、ここでは同じ構成としたので、積分器４の方を説明する（以下、（）内は積分器５側の同じ機能の素子を示す。）。積分器４（積分器５）は、積分するときは、スイッチＳ１（Ｓ３）がオン、スイッチＳ２（Ｓ４）がオフにされている。このとき管電流は抵抗Ｒ１（Ｒ３）で受けて、例えばオペアンプ等で構成される増幅器Ｐ１（Ｐ２）の反転側に入力されて、増幅され、帰還経路にあるコンデンサＣ１（Ｃ２）に蓄積されることにより、管電流が積分される（例えば、図２のｂにおける積分器４の時間ｔ１−ｔ２の期間を参照。）。積分器４が積分動作していないときは、スイッチＳ１（Ｓ３）がオフ、スイッチＳ２（Ｓ４）がオンにされている。したがって、コンデンサＣ１（Ｃ２）に蓄積された電流は、スイッチＳ２（Ｓ４）を介して抵抗Ｒ２（Ｒ４）で放電される。放電に必要な時間（例えば、図２のｂの時間ｔ４−ｔ５の期間を参照）はコンデンサＣ１（Ｃ２）と抵抗Ｒ２（Ｒ４）との積、つまり時定数で決定される。したがって、積分器４と５が交互に繰り返して積分するためには、同一積分器は、この放電に必要な時間経過後でなければ次の積分ができない。
【００２０】
積分器４及び積分器５の出力は、計測部６のＡＤ変換手段６ｄによって、交互にＡＤ変換されて、積算手段６ａに入力され、入力された順に累積加算されて積算される。
【００２１】
判定手段６ｂは、例えば、図１のようにオペアンプで構成された比較器Ｐ３、Ｐ４を備え、それぞれに反転入力側に、電圧Ｅを抵抗Ｒ５とＲ６で分圧して生成した電圧値Ｑ１、電圧Ｅを抵抗Ｒ７とＲ８で分圧して生成した電圧値Ｑ２を入力させ、比較器Ｐ３，Ｐ４のそれぞれの同相入力側には積分器４，積分器５の出力を入力させている。このとき、電圧の値Ｑ１及び値Ｑ２は、それぞれ、積分器４及び積分器５の各出力が飽和するレベルの値Ｑｓａｔ１及びＱｓａｔ２より低い値に設定されている（図２のｂ、ｃを参照）。したがって、判定手段６ｂは、値Ｑｓａｔ１及びＱｓａｔ２より低い値Ｑ１及びＱ２と随時入力されてくる積分器４及び積分器５の各出力の値とを比較し、積分器４及び積分器５の各出力の値がそれぞれＱ１及びＱ２に達したときにトリガ信号を出力する。
【００２２】
なお、図１の判定手段６ｂは、ハードウェアで説明したが、ＡＤ変換器６ｄの出力後にＣＰＵ及びソフトウェアで構成することもできる。
【００２３】
切替制御手段６ｃは、図２に示すように、Ｘ線制御部１２からの制御信号及び判定手段６ｂからのトリガ信号に基づいて、次のように制御する。
（ａ）Ｘ線の照射開始の立ち上がり信号を受けて積分器４に対して管電流の積分を時間ｔ１に開始させる（スイッチＳ１：オン、スイッチＳ２：オフ、スイッチＳ３：オフ）。図２のｂを参照。
（ｂ）積分器４が積分中に、切替制御手段６ｃは、判定手段６ｂから時間ｔ２でトリガ信号を受けたときスイッチＳ１をオフにさせて積分器４の出力をホールド状態にさせる（スイッチＳ２はオフ、図２のｂを参照）。
（ｃ）同時に積分器４の積分から途切れることなく継続して積分するように積分器５による積分動作を開始させる（スイッチＳ３：オン、スイッチＳ４：オフ）。図２のｃを参照。積分器４による積分から積分器５による積分への切替、或いはこの逆の切替は、途切れることなく継続（連続）して行われることが必要であるが、測定誤差の許容できる範囲で、積分時間が途切れることを許容するものである。
（ｄ）切替制御手段６ｃから時間ｔ２のタイミングを受けた、ＡＤ変換手段６ｄは、積分器４が積分終了した時間ｔ２後にホールドされている積分器４の出力を時間ｔ３に読みとり、その値をＱ１とする。このタイミング関係は、図２のｅを参照。
（ｅ）その後、ＡＤ変換手段６ｄから読み取り終了信号を受けた切替制御手段６ｃは、時間ｔ４にスイッチＳ２をオンにして、積分器４にホールドされていた出力を放電させる。
（ｆ）積分器５の出力が値Ｑ２（Ｑ１と同じ値にしても良い。）になった時点で積分器５において、上記（ｂ）〜（ｅ）の動作を行わせる。
（ｇ）以後、上記（ｂ）〜（ｆ）を繰り返し、その都度、各積分器４，５の出力を積算していく。その積算値を３Ｑ１＋２Ｑ２＋Ｑ３になる。
（ｈ）途中、例えば、図２のａのように時間ｔ８―ｔ９の期間だけ管電流を下げて照射する場合があっても、管電流が少ない分だけ積分の傾斜は低くなるが、積分を行う（図２のｃにおける時間ｔ８―ｔ９の期間を参照）。例え、この期間が積分器４，５の切替タイミングとぶつかったとしても、スムースな積分を行うことができる。
（ｊ）切替制御手段６ｃは、時間ｔ１２にＸ線制御部１２から図２のａのような終了信号を受けたときは、積分器５のスイッチＳ３をオフにして、積分器５の出力をホールドさせて、ＡＤ変換器６ｄに値Ｑ３を読ませる。このため、切替制御手段６ｃは、いつ終了信号を受けても対応できるように、どの積分器が積分中であるかを、認識している。
【００２４】
なお、図１のスイッチＳ５は、図２のｅに表示されるデータ読み取りタイミングで読み取れるように積分器４の出力側又は積分器５の出力側に切換えられる。
【００２５】
以上に説明の構成で、積算手段６ａ、及び切替制御手段６ｃは、これらの上記説明の動作を組み込んだプログラムとこれを実行するＣＰＵで構成することができる。
【００２６】
以上の構成からして、２つの積分器４，５は感度の良い積分条件に設定されていて、かつ飽和することなく、管電流を計測できる。
【００２７】
上記説明は、医用のＸ線コンピュータ断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ装置）で説明したが、本発明は、これに限らず、機器類を検査する産業用のＸ線コンピュータ断層撮影装置、或いは空港等での手荷物検査用のＸ線コンピュータ断層撮影装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】管電流の計測に係る実施形態の機能構成を示す図である。
【図２】図２は、図１の実施形態における動作タイミングを説明するための図である。
【図３】Ｘ線ＣＴ装置に係る機能構成を示す図である。
【図４】積分の形態を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  Ｘ線管
１ａ  アノード
１ｂ  フィラメント
２  高電圧発生手段
３  管電流検出手段
４、５  積分器
６  計測部
６ａ  積算手段
６ｂ  判定手段
６ｃ  切替制御手段
６ｄ  ＡＤ変換手段
１０  回転部
１１  Ｘ線照射部
１２  Ｘ線制御部
１３  Ｘ線検出手段
１４  回転駆動部
１５  移動制御部
１６  寝台駆動部
１６ａ  寝台
１７  データ収集部
１８  結合部
２０  コンソール
２１  管電流測定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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