JP5813957B2 - Ｘ線ｃｔ装置及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、心電波形や呼吸波形等を用いた同期撮影モードのＸ線ＣＴ撮影によって収集された時系列的な画像データに基づいて高いＳ／Ｎを有した画像データを生成することが可能なＸ線ＣＴ装置及び制御プログラムに関する。

医用画像診断は、コンピュータ技術の発展に伴って実用化されたＸ線ＣＴ装置等により急速な進歩を遂げ、今日の医療において必要不可欠なものとなっている。特に、近年のＸ線ＣＴ装置では、患者や受検者（以下では、被検体と呼ぶ、）の周囲に対向して配置されたＸ線管とＸ線検出部を高速回転させると共に前記被検体を体軸方向へ連続移動させることにより複数のスライス断面における投影データを収集し、これらの投影データを再構成処理する、所謂、ヘリカルスキャン方式の実用化により複数スライス断面における画像データや３次元データ（ボリュームデータ）の生成が短時間で行なわれるようになった。又、微小な検出素子が２次元配列されたＸ線検出部を用いることにより可能となったマルチスライス方式の適用により３次元領域における投影データの収集に要する時間は更に短縮された。

一方、上述のヘリカルスキャン方式やマルチスライス方式を用いて被検体の体軸方向における広範囲な画像データやボリュームデータを収集する場合、臓器の拍動性移動や呼吸性移動の影響を排除するために、投影データの収集と並行して計測された当該被検体の心電波形や呼吸波形に基づいて画像データを収集する心電同期撮影（心電同期スキャン）や呼吸同期撮影（呼吸同期スキャン）が行なわれている。

特開２０１０−０４６２１２号公報

上述の心電同期撮影方式や呼吸同期撮影方式の適用により、拍動性移動や呼吸性移動の影響を受けない良質な画像データやボリュームデータを体軸方向の広い領域において収集することが可能となる。しかしながら、このような心電同期撮影や呼吸同期撮影では、被検体に対するＸ線照射を長時間に渡って行なう必要がある。このため、１回のＸ線照射における照射線量を可能な限り低減させることにより被検体に対する被曝量の増加を抑えることが重要となるが、照射線量の低減により投影データ等に混入するノイズが相対的に増大し良質な画像データやボリュームデータを得ることが困難になるという問題点を有していた。

本開示は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、呼吸波形や心電波形等の生体信号を用いた同期撮影にて収集される所定位相区間の時系列的な画像データを加算合成処理することにより高いＳ／Ｎを有した画像データ（以下では、高Ｓ／Ｎ画像データと呼ぶ。）を生成することが可能なＸ線ＣＴ装置及び制御プログラムを提供することにある。

上記課題を解決するために本開示のＸ線ＣＴ装置は、生体信号を用いた同期撮影によっ
て収集される被検体の投影データに基づいて画像データを生成するＸ線ＣＴ装置において
、前記生体信号における第１の位相と当該第１の位相とは位相の異なる第２の位相との間
の位相区間を設定する位相区間設定手段と、前記位相区間設定手段により設定された単一
周期内の同一の前記位相区間に含まれ、且つ異なる時刻に対応した複数の前記画像データ
を再構成して得る再構成手段と、前記再構成手段により得られた複数の前記画像データを
加算合成処理することにより合成画像データを生成するデータ合成手段と、前記合成画像
データを出力する出力手段とを備えたことを特徴としている。

本実施形態におけるＸ線ＣＴ装置の全体構成を示すブロック図。 本実施形態の投影データ生成部が備えるＸ線検出部を説明するための図。 本実施形態の投影データ生成部における「データ束ね」を説明するための図。 本実施形態の「データ束ね」による画像データの撮影位置、画像データ厚及び画像データ間隔を示す図。 本実施形態の画像データ生成部が備えるデータ合成部の具体的な構成を示すブロック図。 本実施形態の重み付け加算合成処理に使用される重み付け関数の具体例を示す図。 本実施形態における加算合成位相区間の設定及びこの加算合成位相区間にて収集された画像データの重み付け加算合成処理を説明するための図。 本実施形態の表示部に表示された生体信号に対する加算合成位相区間の具体的な設定方法を示す図。 本実施形態における高Ｓ／Ｎ画像データの生成手順を示すフローチャート。 本実施形態の変形例におけるＸ線ＣＴ装置の全体構成を示すブロック図。 本実施形態の変形例における加算合成位相区間の設定方法を説明するための図。

以下、図面を参照して本開示の実施形態を説明する。

以下に述べる本実施形態のＸ線ＣＴ装置では、先ず、被検体から計測された呼吸波形に基づいて加算合成開始位相及び加算合成終了位相を設定する。次いで、前記被検体に対する呼吸同期撮影モードのＸ線ＣＴ撮影によって収集した時系列的な画像データの中から上述の加算合成開始位相及び加算合成終了位相によって設定された位相区間（加算合成位相区間）に含まれる異なる時刻（位相）に対応した複数の画像データを加算合成処理することにより高いＳ／Ｎを有した高Ｓ／Ｎ画像データを生成する。

尚、以下に示す実施形態では、被検体に対するＸ線ＣＴ撮影と並行して前記被検体の呼吸波形を計測し、Ｘ線ＣＴ撮影により時系列的に収集された所定位相区間（加算合成位相区間）の画像データを加算合成処理する場合について述べるが、呼吸波形の替わりに当該被検体から計測された心電波形の位相情報に基づいて上述の加算合成処理を行なってもよい。

（装置の構成）
本開示の実施形態におけるＸ線ＣＴ装置の構成と機能につき図１乃至図８を用いて説明する。尚、図１は、本実施形態におけるＸ線ＣＴ装置の全体構成を示すブロック図であり、図５は、このＸ線ＣＴ装置の画像データ生成部が備えるデータ合成部の具体的な構成を示すブロック図である。

図１に示すＸ線ＣＴ装置１００は、後述の入力部１０から供給されるスキャンパラメータのＸ線照射条件に基づいて照射制御信号を生成するＸ線照射制御部１と、このＸ線照射制御部１から供給される照射制御信号に従って被検体１５０に対しＸ線を照射するＸ線発生部２と、被検体１５０を透過したＸ線を検出して投影データを生成する投影データ生成部３と、投影データ生成部３によって生成された投影データの中から抽出した所定の呼吸位相区間（加算合成位相区間）における投影データを再構成処理することにより時系列的な複数の画像データを生成し、更に、これらの画像データを加算合成処理して高いＳ／Ｎを有する高Ｓ／Ｎ画像データを生成する画像データ生成部４と、画像データ生成部４によって生成された高Ｓ／Ｎ画像データや後述の生体信号計測部１１によって計測された被検体１５０の呼吸波形等を表示する表示部５を備えている。

又、Ｘ線ＣＴ装置１００は、Ｘ線発生部２及び投影データ生成部３の一部を搭載し被検体１５０の周囲にて所定速度で高速回転する回転架台部６と、図示しない寝台の上面にスライド可能に設けられ被検体１５０を載置して体軸方向（図１のｚ方向）へ移動する天板８と、入力部１０から供給されるスキャンパラメータに基づいて天板８の移動や回転架台部６の高速回転を行なう移動機構部９を備え、更に、撮影モードの選択、スキャンパラメータの設定、加算合成条件を含む再構成パラメータの設定、重み付け関数の選択、被検体情報の入力、各種指示信号の入力等を行なう入力部１０と、被検体１８０の呼吸波形を計測する生体信号計測部１１と、上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部１３を備えている。

尚、上述の入力部１０において初期設定されるスキャンパラメータとして、撮影位置（画像データや高Ｓ／Ｎ画像データが収集されるスライス方向（ｚ方向）の位置）、撮影位置間隔、高Ｓ／Ｎ画像データ数、画像データ厚（画像データのスライス厚）、管電圧や管電流等のＸ線照射条件、回転架台部６の回転速度等がある。又、再構成パラメータとして、再構成方式、再構成領域サイズ、再構成マトリクスサイズ、加算合成条件等があり、加算合成条件には、加算合成処理に用いる画像データの位相区間（加算合成位相区間）あるいはこの位相区間を決定する加算合成開始位相及び加算合成終了位相や画像再構成の位相間隔が含まれている。

次に、Ｘ線ＣＴ装置１００が備える上述の各ユニットの構成と機能につき更に詳しく説明する。

図１に示すＸ線照射制御部１は、入力部１０からシステム制御部１３を介して供給される撮影モードの選択情報とスキャンパラメータを受信し、スキャンパラメータに含まれているＸ線照射条件と撮影モードの選択情報に基づいて生成した照射制御信号をＸ線発生部２へ供給する。例えば、入力部１０において呼吸同期撮影モードが選択された場合、Ｘ線照射制御部１は、システム制御部１３から供給される呼吸同期撮影モードの選択情報に基づいて低被曝線量に対応した照射制御信号を生成する。

次に、Ｘ線発生部２は、被検体１５０に対してＸ線を照射するＸ線管２１と、Ｘ線管２１の陽極／陰極間に印加する高電圧を発生する高電圧発生部２２と、Ｘ線管２１から放射されたＸ線の被検体１５０に対する照射範囲を設定するＸ線絞り部（コリメータ）２３と、高電圧発生部２２が発生した高電圧を回転架台部６に設けられたＸ線管２１へ供給するスリップリング２４を備えている。

Ｘ線管２１は、Ｘ線を発生する真空管であり、呼吸同期撮影モードの照射制御信号に基づいて高電圧発生部２２が供給する高電圧によって加速された電子をタングステンターゲットに衝突させてＸ線を放射する。Ｘ線絞り部２３は、Ｘ線管２１と被検体１５０の間に設けられ、Ｘ線管２１から放射されたＸ線を所定の照射範囲に絞り込む機能と前記照射範囲に対するＸ線の照射強度分布を設定する機能を有している。例えば、Ｘ線管２１から放射されたＸ線ビームを撮影領域に対応したコーンビーム状あるいはファンビーム状のＸ線ビームに成形する。

一方、投影データ生成部３は、被検体１５０を透過したＸ線を検出するＸ線検出部３１と、このＸ線検出部３１から出力された複数チャンネルの検出信号を所定のチャンネル数に束ねるスイッチ群３２と、スイッチ群３２から出力された複数チャンネルの検出信号に対し電流／電圧変換とＡ／Ｄ変換を行なって投影データを生成するデータ収集ユニット（以下、ＤＡＳ(Data Acquisition System)ユニットと呼ぶ。）３３と、ＤＡＳユニット３３から出力された投影データに対してパラレル／シリアル変換、電気／光／電気変換及びシリアル／パラレル変換を行なうデータ伝送部３４と、データ伝送部３４から出力された投影データを保存する投影データ記憶部３５を備えている。

次に、投影データ生成部３のＸ線検出部３１につき、図２を用いて説明する。図２は、微小な検出素子３１１が２次元配列されたＸ線検出部３１の展開図を示したものであり、検出素子３１１の各々は、照射されたＸ線を光に変換するシンチレータと、この光を電気信号に変換するフォトダイオードによって構成されている。

即ち、Ｘ線検出部３１には、被検体１５０の体軸方向であるスライス方向（ｚ方向）に対して複数個（Ｎ１個）、前記スライス方向に直交するチャンネル方向（ｘ方向）に対して複数個（Ｎ２個）の検出素子３１１が２次元配列されている。但し、チャンネル方向に配列された検出素子３１１は、実際にはＸ線管２１の焦点を中心とした円弧に沿って回転架台部６に取り付けられている。そして、Ｘ線検出部３１におけるスライス方向の中央部には、例えば、検出素子３１１が０．５ｍｍ間隔でＮ１１個配列され、Ｎ１１個の検出素子３１１の両端には、Ｎ１２個の検出素子３１１が１．０ｍｍ間隔で配列されている。

図１へ戻って、投影データ生成部３のスイッチ群３２は、図示しないマルチプレクサを備え、Ｘ線検出部３１からの検出信号をＤＡＳユニット３３へ供給する際、必要に応じて（設定されたスキャンパラメータに応じて）検出素子３１１から出力されたスライス方向における複数チャンネルの検出信号を後述の撮影位置Ｓ１乃至ＳＭに対応したチャンネル数Ｍに「データ束ね」してＤＡＳユニット３３へ供給する。

ＤＡＳユニット３３は、図示しないＭチャンネルの受信部を有し、Ｘ線検出部３１から供給される上述の検出信号に対し電流／電圧変換とＡ／Ｄ変換を行なってＭチャンネルの投影データを生成する。一方、データ伝送部３４は、図示しないパラレル／シリアル変換器、電気／光／電気変換器及びシリアル／パラレル変換器を有し、ＤＡＳユニット３３から出力されたＭチャンネルの投影データは、回転架台部６に設けられたパラレル／シリアル変換器において時系列的な１チャンネルの投影データに変換され、電気／光／電気変換器を用いた光通信等により固定架台部７に設けられたシリアル／パラレル変換器に供給される。

次いで、上述のシリアル／パラレル変換器によって１チャンネルの投影データはＭチャンネルの投影データに戻され、時系列的に得られるＭチャンネルの投影データは、チャンネル方向における検出素子３１１の配列位置情報及び回転角度情報、スライス方向における投影データの位置情報（撮影位置）、更には、生体信号計測部１１から供給される呼吸波形の位相情報等を付帯情報として投影データ記憶部３５に保存される。

尚、データ伝送部３４によるデータ伝送方法は、回転架台部６に設けられたＤＡＳユニット３３と固定架台部７に設けられた投影データ記憶部３５の間のデータ伝送が可能であれば他の方法に替えることが可能であり、例えば、既に述べたスリップリング等のデバイスを使用しても構わない。

そして、Ｘ線発生部２のＸ線管２１及びＸ線絞り部２３と投影データ生成部３の一部は、被検体１５０を挟むように対向して回転架台部６に装着され、移動機構部９に設けられた後述の天板・架台移動機構９１により被検体１５０の体軸方向（ｚ方向）に平行な軸を回転中心として、例えば、１回転／秒乃至２回転／秒の速度で連続回転する。

次に、上述の投影データ生成部３における「データ束ね」につき図３を用いて説明する。但し、図３では、説明を簡単にするためにスライス方向に１２個の検出素子３１１−１乃至３１１−１２が配列されている場合について述べる。

即ち、図３に示すＸ線検出部３１では、例えば、スライス方向の中心部において８個の検出素子３１１−３乃至３１１−１０が０．５ｍｍ間隔で配置され、その両端には、２個の検出素子３１１−１、３１１−２及び検出素子３１１−１１、３１１−１２が１ｍｍ間隔で夫々配置されている。

一方、ＤＡＳユニット３３は、例えば、Ｍ＝８チャンネルの電流／電圧変換器３３１−１乃至３３１−ＭとＡ／Ｄ変換器３３２−１乃至３３２−Ｍを有し、マルチプレクサを有するスイッチ群３２は、検出素子３１１−１乃至３１１−１２において得られた１２チャンネルの検出信号を８チャンネルに「データ束ね」する。このような「データ束ね」により、マルチスライススキャンにおける撮影位置、画像データ厚（スライス厚）、画像データ間隔等を所望の大きさに設定することが可能となる。

例えば、検出素子３１１−３乃至３１１−１０を、スイッチ群３２を介してＤＡＳユニット３３の電流／電圧変換器３３１−１乃至３３１−Ｍ（Ｍ＝８）に接続することにより０．５ｍｍのスライス厚を有した画像データをＭ個の撮影位置において収集することができる。一方、１ｍｍの画像データ厚を有した画像データが要求される場合には、検出素子３１１−１を電流／電圧変換器３３１−１、検出素子３１１−２を電流／電圧変換器３３１−２、検出素子３１１−３及び３１１−４を電流／電圧変換器３３１−３、検出素子３１１−５及び３１１−６を電流／電圧変換器３３１−４へ接続し、更に、検出素子３１１−７及び３１１−８を電流／電圧変換器３３１−５、検出素子３１１−９及び３１１−１０を電流／電圧変換器３３１−６、検出素子３１１−１１を電流／電圧変換器３３１−７、検出素子３１１−１２を電流／電圧変換器３３１−Ｍへ接続する。

このような「データ束ね」により、狭い領域を高分解能で撮影する場合と広い領域を高Ｓ／Ｎで撮影する場合の何れに対しても対応させることが可能となる。図４は、上述の「データ束ね」が適用された本実施形態のマルチスライススキャンによって生成される画像データＤ１乃至ＤＭの画像データ厚Ｉｗ及び画像データ間隔Δｄと画像データＤ１乃至ＤＭの撮影位置Ｓ１乃至ＳＭを示しており、これらの値は、スキャンパラメータとして入力部１０において初期設定される。

次に、図１に示す画像データ生成部４は再構成処理部４１とデータ合成部４２を備え、撮影位置Ｓ１乃至ＳＭの所定呼吸位相区間（加算合成位相区間）において収集された投影データを再構成処理して時系列的な複数の画像データを生成する機能と、これらの画像データを重み付け加算合成処理して高Ｓ／Ｎ画像データを生成する機能を有している。

尚、以下では、説明を簡単にするために予め設定された加算合成位相区間にて収集される撮影位置Ｓ１の投影データに基づいて時系列的な複数の画像データを生成し、これらの画像データを重み付け加算合成処理する場合について述べる。

即ち、画像データ生成部４の再構成処理部４１は、図示しないプログラム保管部と演算処理部を備え、プログラム保管部には、投影データの再構成処理に用いる各種演算処理プログラムが予め保管されている。一方、演算処理部は、先ず、入力部１０において予め設定された再構成パラメータの再構成方式に対応する演算処理プログラムを前記プログラム保管部に保管された各種演算処理プログラムの中から抽出し、次いで、投影データ生成部３の投影データ記憶部３５に保存されている投影データの中から加算合成位相区間において収集された撮影位置Ｓ１の投影データをこれらの投影データに付加された付帯情報に基づいて読み出す。そして、得られた投影データを、上述の演算処理プログラムを用いて再構成処理することにより加算合成位相区間における時系列的な複数の画像データを所定の再構成位相間隔で生成する。

次に、画像データ生成部４のデータ合成部４２は、図５に示すように画像データ記憶部４２１、重み付け関数保管部４２２及び加算合成処理部４２３を備え、再構成処理部４１において生成された加算合成位相区間の画像データは呼吸位相を付帯情報として画像データ記憶部４２１に一旦保存される。一方、重み付け関数保管部４２２には、例えば、図６（ａ）乃至図６（ｄ）に示すように中央部Ｐｘｏにおいて重み付け係数の値が最大値となりΔＰａの横幅（位相区間）を有する各種の重み付け関数が予め保管されている。

そして、加算合成処理部４２３は、入力部１０から供給される重み付け関数の選択情報に基づき、上述の重み付け関数保管部４２２に保管されている各種重み付け関数の中から当該加算合成処理に好適な重み付け関数を抽出する。そして、画像データ記憶部４２１から読み出した複数の画像データを抽出された上述の重み付け関数を用いて重み付け加算合成処理することにより高いＳ／Ｎを有した高Ｓ/Ｎ画像データＤｘ１を生成する。

上述の加算合成処理部４２３によって行なわれる重み付け加算合成処理につき図７を用いて説明する。図７（ａ）は、加算合成位相区間ΔＰにおいて収集された投影データに基づく画像データＤ１−ａ１乃至Ｄ１−ａＱに対して行なわれる重み付け加算合成処理を示しており、この加算合成位相区間ΔＰは、被検体１５０から計測された呼吸波形Ｒｅに基づいて入力部１０が予め設定した加算合成開始位相Ｐｓ及び加算合成終了位相Ｐｅによって決定される。例えば、加算合成位相区間ΔＰは、呼吸波形Ｒｅにおいてその変化が比較的小さな位相区間の前端部を示す加算合成開始位相Ｐｓと後端部を示す加算合成終了位相Ｐｅによって設定される。

又、図７（ｂ）は、被検体１５０の呼吸周期を示す呼吸位相Ｐ１乃至ＰＫにおいて収集された撮影位置Ｓ１の投影データＢ１−１乃至Ｂ１−Ｋと、加算合成位相区間ΔＰの投影データＢ１−ａ１乃至Ｂ１−ａＱを再構成処理して得られた画像データＤ１−ａ１乃至Ｄ１−ａＱを示しており、画像データＤ１−ａ１乃至Ｄ１−ａＱに対する画像再構成の位相間隔ΔＰｂは、投影データＢ１−１乃至Ｂ１−Ｋの位相間隔ΔＰｃの整数倍に設定される。

一方、図７（ｃ）は、入力部１０から供給される重み付け関数の選択情報に基づいて重み付け関数保管部４２２から抽出した重み付け関数Ｒｗを示しており、その位相区間ΔＰａが加算合成位相区間ΔＰと等しくなるように位相区間の拡大／縮小が行なわれた重み付け関数Ｒｗの係数と画像データＤ１−ａ１乃至Ｄ１−ａＱが有する画素値とを乗算処理することにより画像データＤ１−ａ１乃至Ｄ１−ａＱに対する重み付け処理が行なわれる。次いで、重み付け処理された画像データＤ１−ａ１乃至Ｄ１−ａＱを加算合成することにより高Ｓ／Ｎ画像データＤｘ１（図示せず）を生成する。

尚、図６及び図７では、重み付け加算合成処理について述べたが、単純加算合成処理や加算平均（アベレージング）処理であってもよい。又、上述の呼吸周期が３０００ｍｓｅｃ（１００％）の場合、加算合成開始位相Ｐｓは、例えば、１５００ｍｓｅｃ（５０％）に設定され、加算合成終了位相Ｐｅは、１８００ｍｓｅｃ（６０％）に設定される。この場合、加算合成開始位相Ｐｓ及び加算合成終了位相Ｐｅは、上述のようにｍｓｅｃを単位として設定してもよく、又、呼吸周期を１００％とした百分率によって設定しても構わない。

以上、撮影位置Ｓ１において収集された時系列的な画像データＤ１−１乃至Ｄ１−Ｋに基づいて高Ｓ／Ｎ画像データＤｘ１を生成する場合について述べたが、撮影位置Ｓ２乃至ＳＭにおける高Ｓ／Ｎ画像データＤｘ２乃至ＤｘＭも同様の手順によって生成される。

次に、図１に示す表示部５は、図示しない表示データ生成部、変換処理部及びモニタを備え、画像データ生成部４のデータ合成部４２において生成された高Ｓ／Ｎ画像データＤｘ１乃至ＤｘＭや生体信号計測部１１において計測された被検体１５０の呼吸波形等を表示する機能を有している。特に、高Ｓ／Ｎ画像データＤｘ１乃至ＤｘＭの表示に際し、表示データ生成部は、データ合成部４２から供給されるこれらの高Ｓ／Ｎ画像データに対し被検体１８０の被検体情報、スキャンパラメータ、再構成パラメータ等を必要に応じて付加し表示データを生成する。そして、変換処理部は、上述の表示データに対しＤ／Ａ変換やテレビフォーマット変換等の変換処理を行なってモニタに表示する。

図８は、表示部５に表示される当該被検体の呼吸波形Ｒｅとこの呼吸波形Ｒｅに対して設定された加算合成位相区間を決定する加算合成開始位相ＰｓのマーカＭｓ及び加算合成終了位相ＰｅのマーカＭｅを示しており、更に、呼吸周期ＰＫ（＝３０００ｍｓｅｃ）、加算合成開始位相Ｐｓ（＝１５００ｍｓｅｃ）、加算合成終了位相Ｐｅ（＝１８００ｍｓｅｃ）、画像再構成の位相間隔ΔＰｂ（＝２０ｍｓｅｃ）等が示された加算合成条件表示欄Ａｘ等が必要に応じて付加される。

移動機構部９は、天板・架台移動機構部９１と機構制御部９２を備えている。天板・架台移動機構部９１は、機構制御部９２から供給される架台回転制御信号に従ってＸ線管２１や投影データ生成部３が搭載された回転架台部６を被検体１５０の周囲にて所定速度で高速回転させ、同様にして機構制御部９２から供給される天板移動制御信号に従って被検体１５０が載置された天板８を体軸方向へスライド移動させる。

一方、機構制御部９２は、入力部１０から供給される架台回転指示信号及び天板移動指示信号に基づいて架台回転制御信号及び天板移動制御信号を生成し、得られたこれらの制御信号を天板・架台移動機構部９１へ供給することにより回転架台部６の回転や天板８の移動を行なう。

次に、入力部１０は、表示パネルやキーボード、各種スイッチ、マウス等の入力デバイスを備え、表示部５と組み合わせて用いることによりインターラクティブなインターフェースを形成している。そして、呼吸同期撮影モードや通常撮影モードの選択、スキャンパラメータの設定、加算合成条件を含む再構成パラメータの設定、重み付け関数の選択等を行なう機能を有している。又、画像データ表示条件の設定、被検体情報の入力、各種指示信号の入力等も上述の表示パネルや入力デバイスによって行なわれる。

生体信号計測部１１は、呼吸に伴って変化する胸部体表面の位置情報を呼吸波形（図７（ａ）参照）として検出する呼吸波形検出部と、検出された呼吸波形をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（何れも図示せず）を備えている。但し、心電波形と呼吸波形を計測する場合には、図示しない心電波形計測用の電極を用いて胸部組織のインピーダンスを計測し、このインピーダンスに基づいて呼吸波形を推定してもよい。

システム制御部１３は、図示しない記憶回路とＣＰＵを備え、入力部１０から供給される上述の入力情報、設定情報及び選択情報は記憶回路に保存される。一方、ＣＰＵは、記憶回路に保存された上述の入力情報、設定情報及び選択情報に基づいて照射条件制御部１、投影データ生成部３、画像データ生成部４、表示部５、移動機構部９等の各ユニットを統括的に制御し、呼吸波形の変化が比較的少ない加算合成位相区間にて収集された画像データに基づく高Ｓ／Ｎ画像データの生成を実行させる。

（高Ｓ／Ｎ画像データの生成手順）
次に、本実施形態における高Ｓ／Ｎ画像データの生成手順につき図９のフローチャートに沿って説明する。被検体１５０に対するＸ線ＣＴ撮影に先立ちＸ線ＣＴ装置１００の操作者は、入力部１０において被検体情報を入力し、更に、呼吸同期撮影モードの選択、スキャンパラメータ（撮影位置Ｓ１乃至ＳＭ、撮影位置間隔Δｄ、高Ｓ／Ｎ画像データ数Ｍ、画像データ厚Ｉｗ、管電圧及び管電流、回転架台部６の回転速度他）及び再構成パラメータ（再構成方式、再構成領域サイズ、再構成マトリクスサイズ、加算合成条件他）の設定、重み付け関数の選択、画像データ表示条件の設定等を行なう。そして、これらの情報は、システム制御部１３の記憶回路に一旦保存される（図９のステップＳ１）。

尚、上述の加算合成条件に含まれる加算合成開始位相Ｐｓ及び加算合成終了位相Ｐｅは、通常、生体信号計測部１１によって計測され表示部５において表示された被検体１８０の呼吸波形に基づいて設定され、スキャンパラメータに含まれる画像データの撮影位置Ｓ１乃至ＳＭ、撮影位置間隔Δｄ、高Ｓ／Ｎ画像データ数Ｍ、画像データ厚Ｉｗ等は、予め収集された被検体１８０のスキャノグラム等に基づいて設定される。そして、上述の初期設定が終了したならば、操作者は、被検体１５０が載置された天板８を所定の位置へ移動させた後、撮影開始指示信号を入力部１０において入力する（図９のステップＳ２）。

一方、システム制御部１３を介して上述の撮影開始指示信号、撮影モードの選択情報及びスキャンパラメータに含まれているＸ線照射条件を受信したＸ線照射制御部１は、これらの情報に基づいて生成した照射制御信号をＸ線発生部２の高電圧発生部２２へ供給し、高電圧発生部２２は、呼吸同期撮影モードのＸ線照射に必要な電力（管電圧及び管電流）をＸ線管２１へ供給することにより被検体１５０に対してＸ線を照射する。そして、Ｘ線管２１から照射され被検体１５０を透過したＸ線は、投影データ生成部３のＸ線検出部３１において透過線量に比例した電荷（電流）信号に変換され、スイッチ群３２を介してＤＡＳユニット３３へ送られる。

次いで、ＤＡＳユニット３３は、この電流信号に対し電流／電圧変換とＡ／Ｄ変換を行なってＭチャンネルの時系列的な投影データを生成し、得られた撮影位置Ｓ１乃至Ｓ１の投影データは、チャンネル方向における検出素子３１１の配列位置情報及び回転角度情報、スライス方向における投影データの位置情報（撮影位置情報）、更には、生体信号計測部１１から供給された呼吸波形の位相情報等を付帯情報として投影データ記憶部３５に保存される（図９のステップＳ３）。

一方、画像データ生成部４の再構成処理部４１は、上述のステップＳ１において設定された再構成パラメータに対応する演算処理プログラムを自己のプログラム保管部から読み出し、更に、入力部１０から供給される加算合成開始位相Ｐｓ及び加算合成終了位相Ｐｅの情報によって設定された加算合成位相区間ΔＰにおける投影データを投影データ記憶部３５から読み出す。そして、これらの投影データを、上述の演算処理プログラムを用いて再構成処理することにより加算合成位相区間ΔＰにおける画像データＤｍ−ａ１乃至Ｄｍ−ａＱ（ｍ＝１乃至Ｍ）を所定の画像再構成位相間隔ΔＰｂで生成し、データ合成部４２の画像データ記憶部４２１に一旦保存する（図９のステップＳ４）。

次に、データ合成部４２の加算合成処理部４２３は、画像データ記憶部４２１に保存されている上述の画像データＤｍ−ａ１乃至Ｄｍ−ａＱを読み出し、入力部１０から供給される重み付け関数の選択情報に基づいて重み付け関数保管部４２２から抽出した重み付け関数を用いて画像データＤｍ−ａ１乃至Ｄｍ−ａＱを重み付け加算合成処理することにより高Ｓ／Ｎ画像データＤｘｍ（ｍ＝１乃至Ｍ）を生成する（図９のステップＳ５）。そして、得られた高Ｓ／Ｎ画像データＤｘｍの全てあるいはその一部を表示部５に表示する（図９のステップＳ６）。

（変形例）
次に、本実施形態の変形例につき図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は、本変形例におけるＸ線ＣＴ装置２００の全体構成を示すブロック図であり、図１に示した上述の実施形態におけるＸ線ＣＴ装置１００との差異は、生体信号計測部１１から供給される呼吸波形に基づいて加算合成位相区間ΔＰを自動設定する位相区間設定部１２を備えていることにある。尚、図１０において、図１に示したユニットと同様の構成及び機能を有するユニットは同一の符号を付加し詳細な説明は省略する。

即ち、図１０に示す本変形例のＸ線ＣＴ装置２００は、後述の入力部１０ａから供給されるスキャンパラメータのＸ線照射条件に基づいて照射制御信号を生成するＸ線照射制御部１と、このＸ線照射制御部１から供給される照射制御信号に従って被検体１５０に対しＸ線を照射するＸ線発生部２と、被検体１５０を透過したＸ線を検出して投影データを生成する投影データ生成部３と、投影データ生成部３によって生成された加算合成位相区間の投影データを再構成処理して時系列的な画像データを生成し、これらの画像データを加算合成処理して高いＳ／Ｎを有する高Ｓ／Ｎ画像データを生成する画像データ生成部４と、画像データ生成部４によって生成された高Ｓ／Ｎ画像データを表示する表示部５ａを備えている。

又、Ｘ線ＣＴ装置２００は、Ｘ線発生部２及び投影データ生成部３の一部を搭載し被検体１５０の周囲にて所定速度で高速回転する回転架台部６と、図示しない寝台の上面にスライド可能に設けられ被検体１５０を載置して体軸方向（図８のｚ方向）へ移動する天板８と、入力部１０ａから供給されるスキャンパラメータに基づいて天板８の移動や回転架台部６の高速回転を行なう移動機構部９を備え、更に、撮影モードの選択、スキャンパラメータの設定、加算合成条件を含む再構成パラメータの設定、重み付け関数の選択、被検体情報の入力、各種指示信号の入力等を行なう入力部１０ａと、被検体１８０の呼吸波形を計測する生体信号計測部１１と、この呼吸波形に基づいて上述の加算合成位相区間を設定する位相区間設定部１２と、上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部１３ａを備えている。

そして、表示部５ａは、図示しない表示データ生成部、変換処理部及びモニタを備え、画像データ生成部４のデータ合成部４２において生成された高Ｓ／Ｎ画像データＤｘ１乃至ＤｘＭを表示する機能を有している。即ち、表示データ生成部は、データ合成部４２から供給されるこれらの高Ｓ／Ｎ画像データに対し被検体１８０の被検体情報、スキャンパラメータ、再構成パラメータ等を必要に応じて付加し表示データを生成する。そして、変換処理部は、上述の表示データに対しＤ／Ａ変換やテレビフォーマット変換等の変換処理を行なってモニタに表示する。

入力部１０ａは、表示パネルやキーボード、各種スイッチ、マウス等の入力デバイスを備え、表示部５ａと組み合わせて用いることによりインターラクティブなインターフェースを形成している。そして、呼吸同期撮影モードや通常撮影モードの選択、スキャンパラメータの設定、加算合成条件を含む再構成パラメータの設定、重み付け関数の選択等を行なう機能を有している。又、画像データ表示条件の設定、被検体情報の入力、各種指示信号の入力等も上述の表示パネルや入力デバイスによって行なわれる。

一方、位相区間設定部１２は、呼吸波形においてその変化率が最小となる呼吸位相を基準位相として検出する基準位相検出部と、呼吸波形に対して閾値を設定することにより基準位相の呼吸波形値に対し所定範囲の変位量を有する呼吸波形の位相区間を加算合成位相区間として設定する閾値設定部（何れも図示せず）を備えている。

上述の位相区間設定部１２によって自動設定される加算合成位相区間につき図１１を用いて説明する。図１１に示した呼吸波形Ｒｅに基づいて加算合成位相区間ΔＰを設定する場合、位相区間設定部１２の基準位相検出部は、例えば、生体信号計測部１１から供給された呼吸波形Ｒｅに対して微分処理を行ない、その絶対値が零あるいは最小となる呼吸位相を基準位相Ｐｏとして検出する。次いで、位相区間設定部１２の閾値設定部は、基準位相Ｐｏにおける呼吸波形値αｏを基準とした閾値Δαを設定し、閾値Δαと呼吸波形Ｒｅとが交差する呼吸位相Ｐｓ及び呼吸位相Ｐｅに基づいて加算合成位相区間ΔＰを設定する。

次に、図９に示したシステム制御部１３ａは、図示しない記憶回路とＣＰＵを備え、入力部１０ａから供給される上述の入力情報、設定情報及び選択情報は記憶回路に保存される。一方、ＣＰＵは、記憶回路に保存された上述の入力情報、設定情報及び選択情報に基づいて照射条件制御部１、投影データ生成部３、画像データ生成部４、表示部５ａ、移動機構部９、位相区間設定部１２等の各ユニットを統括的に制御し、呼吸波形の変化が比較的少ない加算合成位相区間ΔＰにて収集された画像データに基づく高Ｓ／Ｎ画像データの生成を実行させる。

以上述べた本実施形態によれば、Ｘ線ＣＴ装置を用いた呼吸同期撮影によって収集される時系列的な画像データの中から抽出した呼吸性移動が少ない加算合成位相区間の画像データを加算合成処理することにより高いＳ／Ｎを有した高Ｓ／Ｎ画像データＤを生成することができる。特に、前記加算合成位相区間において収集した前記複数の画像データに対し重み付け加算合成処理を行なうことにより呼吸性移動の影響を更に低減することが可能となる。

一方、上述の変形例によれば、上述の加算合成位相区間は、被検体から得られた呼吸波形に基づいて自動的に設定されるため、如何なる呼吸波形に対しても好適な加算合成位相区間を容易に設定することができる。このため、高い診断能を有した良質な高Ｓ／Ｎ画像データを常時得ることが可能となり、又、加算合成位相区間の自動設定により、Ｘ線ＣＴ検査における検査効率が向上するのみならず操作者の負担が大幅に軽減される。

以上、本開示の実施形態及びその変形例について述べてきたが、本開示は、上述の実施形態及びその変形例に限定されるものではなく、更に変形して実施することが可能である。例えば、上述の実施形態及びその変形例では、被検体１５０に対するＸ線ＣＴ撮影と並行して被検体１５０の呼吸波形を計測し、呼吸波形に基づいて設定した呼吸性移動の影響が少ない加算合成位相区間を設定する場合について述べたが、呼吸波形の替わりに心電波形等の他の生体信号に基づいて加算合成位相区間を設定しても構わない。

又、１つの呼吸周期の加算合成位相区間ΔＰにおける画像データＤｍ−ａ１乃至Ｄｍ−ａＱを加算合成することにより高Ｓ／Ｎ画像データＤｘｍを生成する場合について述べたが、複数の呼吸周期の加算合成位相区間にて収集された画像データを加算合成して高Ｓ／Ｎ画像データを生成してもよい。

更に、被検体に対するマルチスライススキャン方式のＸ線ＣＴ撮影によって収集された撮影位置Ｓ１乃至ＳＭの加算合成位相区間における時系列的な画像データＤｍ−ａ１乃至Ｄｍ−ａＱ（ｍ＝１乃至Ｍ）に基づいて高Ｓ／Ｎ画像データＤｘｍを生成する場合について述べたが、これに限定されるものではなく、マルチヘリカルスキャン方式あるいはシングルスキャン方式のＸ線ＣＴ撮影によって収集された時系列的な画像データに基づいて高Ｓ／Ｎ画像データを生成してもよい。

又、撮影位置Ｓ１乃至ＳＭにおける高Ｓ／Ｎ画像データＤｘｍの全てあるいはその一部をそのまま表示部５（５ａ）に表示する場合について述べたが、これらの画像データを合成してボリュームデータ（３次元データ）を生成し、このボリュームデータに対し所定の処理を行なって生成した３次元画像データ、ＭＰＲ(multi-planar reconstruction)画像データ、ＭＩＰ(maximum intensity projection)画像データ等を表示しても構わない。

又、異なる呼吸位相にて収集された画像データの間に呼吸性移動に起因した顕著な位置ズレが存在する場合、これらの画像データに対して相互相関演算等の画像間処理を行なうことにより上述の位置ズレを検出し、この検出結果に基づいて位置ズレ補正した画像データに対して重み付け加算合成処理を行なってもよい。この方法を適用することにより広範囲な加算合成位相区間における画像データの加算合成が可能となるため、更に高いＳ／Ｎを有した高Ｓ／Ｎ画像データを得ることができる。

一方、上述の実施形態では、生体信号計測部１１によって計測され表示部５において表示された呼吸波形に基づいて加算合成開始位相Ｐｓ及び加算合成終了位相Ｐｅを設定する場合について述べたが、加算合成開始位相Ｐｓ及び加算合成終了位相Ｐｅの設定は、過去の検査結果や操作者の経験等に基づいて行なってもよい。

又、画像データの加算合成処理として、重み付け加算合成処理について述べたが、単純加算合成処理や加算平均（アベレージング）処理であっても構わない。

尚、本開示の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１００あるいはＸ線ＣＴ装置２００の一部は、コンピュータをハードウェアとして用いることでも実現することができる。例えば、システム制御部１３（１３ａ）等は、上述のコンピュータに搭載されたＣＰＵ等のプロセッサに所定の制御プログラムを実行させることにより各種機能を実現することができる。この場合、システム制御部１３（１３ａ）等は上述の制御プログラムをコンピュータに予めインストールしてもよく、又、コンピュータによる読み取りが可能な記憶媒体への保存あるいはネットワークを介して配布された制御プログラムのコンピュータへのインストールであっても構わない。

以上、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、変更を行なうことができる。これらの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。

１…Ｘ線照射制御部
２…Ｘ線発生部
２１…Ｘ線管
２２…高電圧発生部
２３…Ｘ線絞り部
２４…スリップリング
３…投影データ生成部
３１…Ｘ線検出部
３２…スイッチ群
３３…ＤＡＳユニット
３４…データ伝送部
３５…投影データ記憶部
４…画像データ生成部
４１…再構成処理部
４２…データ合成部
４２１…画像データ記憶部
４２２…重み付け関数保管部
４２３…加算合成処理部
５、５ａ…表示部
６…回転架台部
７…固定架台部
８…天板
９…移動機構部
９１…天板・架台移動機構部
９２…機構制御部
１０、１０ａ…入力部
１１…生体信号計測部
１２…位相区間設定部
１３、１３ａ…システム制御部
１００、２００…Ｘ線ＣＴ装置

Claims (10)

1. 生体信号を用いた同期撮影によって収集される被検体の投影データに基づいて画像デー
   タを生成するＸ線ＣＴ装置において、
   前記生体信号における第１の位相と当該第１の位相とは位相の異なる第２の位相との間
   の位相区間を設定する位相区間設定手段と、
   前記位相区間設定手段により設定された単一周期内の同一の前記位相区間に含まれ、且
   つ異なる時刻に対応した複数の前記画像データを再構成して得る再構成手段と、
   前記再構成手段により得られた複数の前記画像データを加算合成処理することにより合
   成画像データを生成するデータ合成手段と、
   前記合成画像データを出力する出力手段と
   を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
2. 生体信号計測手段を備え、前記生体信号計測手段は、前記被検体の呼吸波形を前記生体
   信号として計測することを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記データ合成手段は、前記位相区間にて収集された前記複数の画像データを重み付け
   加算合成処理することにより前記合成画像データを生成することを特徴とする請求項１記
   載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記データ合成手段は、前記被検体の体軸方向に設定された複数からなる撮影位置の各
   々において収集された前記位相区間の画像データに基づいて前記撮影位置における前記合
   成画像データを生成することを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記データ合成手段は、前記同期撮影によって収集される時系列的な前記画像データの
   中から抽出した前記位相区間における複数の画像データを加算合成処理することにより前
   記合成画像データを生成することを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記出力手段は表示部であり、
   前記位相区間設定手段は、前記表示部によって表示された前記生体信号に対しマーカを
   設定することにより前記位相区間を設定することを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装
   置。
7. 生体信号計測手段を備え、前記生体信号計測手段は、前記被検体の心電波形を前記生体
   信号として計測し、
   前記位相区間設定手段は、前記生体信号に対し前記第１の位相及び前記第２の位相を設
   定することを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
8. 前記位相区間設定手段は、前記生体信号の変動幅が所定範囲内にある区間を前記位相区
   間として設定することを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
9. 前記位相区間設定手段は、前記生体信号における変動率の絶対値が最小となる位相を含
   み、その変動幅が所定範囲内にある区間を前記位相区間として設定することを特徴とする
   請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
10. 生体信号を用いた同期撮影によって収集される被検体の投影データに基づいて画像デー
    タを生成するＸ線ＣＴ装置に対し、
    前記生体信号における第１の位相と当該第１の位相とは位相の異なる第２の位相との間
    の位相区間を設定する位相区間設定機能と、
    前記位相区間設定手段により設定された単一周期内の同一の前記位相区間に含まれ、且
    つ異なる時刻に対応した複数の前記画像データを再構成して得る再構成機能と、
    前記再構成機能により得られた複数の前記画像データを加算合成処理することにより合
    成画像データを生成するデータ合成機能と、
    前記合成画像データを出力する出力機能を実行させることを特徴とする制御プログラム
    。

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