JP2005270324A - X線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、高速スキャンとボリュームスキャンとの両方に対応し得るX線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。
【解決手段】本発明に係るX線コンピュータ断層撮影装置は、回転軸回りに回転可能に支持される略円環状の回転架台と、回転架台に装備される第1X線管球1−1と、回転架台に装備される第1X線検出器2−1と、回転架台又は他の回転架台に装備される第2X線管球1−2と、回転架台又は他の回転架台に装備される第2X線検出器2−2と、第2X線管球を回転軸方向に沿ってシフトするZシフト機構5−2と、第2X線検出器を回転軸方向に沿ってシフトするZシフト機構8−2とを具備する。
【選択図】 図1
【解決手段】本発明に係るX線コンピュータ断層撮影装置は、回転軸回りに回転可能に支持される略円環状の回転架台と、回転架台に装備される第1X線管球1−1と、回転架台に装備される第1X線検出器2−1と、回転架台又は他の回転架台に装備される第2X線管球1−2と、回転架台又は他の回転架台に装備される第2X線検出器2−2と、第2X線管球を回転軸方向に沿ってシフトするZシフト機構5−2と、第2X線検出器を回転軸方向に沿ってシフトするZシフト機構8−2とを具備する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、X線コンピュータ断層撮影装置に関する。
周知のとおり、X線コンピュータ断層撮影装置は、被検体を多方向からX線で走査することにより収集した投影データに基づいて断面の減弱係数分布、つまり断層像を再構成することを実現した装置である。
近年、多管球システムと呼ばれるX線コンピュータ断層撮影装置が提案されている(特許文献1、2参照)。例えば3管球システムであれば、同一面をスキャンできるように回転架台に回転軸回りに120°ずつずらして3つのX線管球及び3つのX線検出器を取り付けている。120°回転する間に3つのX線検出器で検出されるデータは、360°分のデータに相当する。つまり、これは、1枚の断層画像を再構成するのに要するデータの収集時間が、1/3に短縮される、換言すると時間分解能が3倍に向上することを意味する。このような高速スキャンは、関心部位の時間濃度変化を解析するダイナミックスタディにおいて効果を発揮する。
また、従来では検出器が体軸方向に数列程度並べられているにすぎなかったが、近年では、固体検出器の製造技術の向上とともに、数十、数百列のものが提案されている。このような多列システムでは、例えば心臓程度の大きさの臓器であれば、その視野に収めることができる。つまり、心臓の3次元データを1回転で収集することができる。連続回転では、心臓の3次元データを高時間分解能で収集することができる。このようなスキャンは一般的にボリュームスキャンと呼ばれている。
上記高速スキャンとボリュームスキャンとはそれぞれ非常に有用な方式であり、今後様々な検査で広く活用されていくものと考えられる。しかし、高速スキャンとボリュームスキャンとでは必要とされる構造が相違するため、単一の装置で高速スキャンとボリュームスキャンとに両方に対応することができなかった。
特開平5−38957号公報
特開平5−168616号公報
本発明の目的は、高速スキャンとボリュームスキャンとの両方に対応し得るX線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。
本発明に係るX線コンピュータ断層撮影装置は、回転軸回りに回転可能に支持される略円環状の回転架台と、前記回転架台に装備される第1X線管球と、前記回転架台に装備される第1X線検出器と、前記回転架台に装備される第2X線管球と、前記回転架台に装備される第2X線検出器と、前記第2X線管球を前記回転軸方向に沿ってシフトする第2X線管球シフト機構と、前記第2X線検出器を前記回転軸方向に沿ってシフトする第2X線検出器シフト機構とを具備する。
本発明によれば、高速スキャンとボリュームスキャンとの両方に対応することができる。
以下、図面を参照して本発明によるX線コンピュータ断層撮影装置(X線CT装置)を好ましい実施形態により説明する。なお、X線コンピュータ断層撮影装置のスキャン方式としては、X線管とX線検出器とが1体として被検体の周囲を回転するローテート/ローテートタイプ、リング状にアレイされた多数の検出素子が固定され、X線管のみが被検体の周囲を回転するステーショナリ/ローテートタイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能であるが、ここではローテート/ローテートタイプを例に説明する。また、1枚の断層像データを再構成するには、被検体の周囲1周、約360°分の投影データの1セットが、またハーフスキャン法でも180°+ファン角分の投影データが必要とされる。ここでは、前者の例で説明する。なお、投影データとは、X線パス上の組織等の減弱係数(又は吸収係数)の通過距離に関する積分データとして定義される。
図1に、本実施形態に係るX線コンピュータ断層撮影装置の主要部の構成を示している。本実施形態のX線コンピュータ断層撮影装置は、スキャンガントリ10と寝台20とコンピュータ装置30とから構成される。スキャンガントリ1は、被検体に関する投影データを収集するための構成要素であり、その投影データはコンピュータ装置30に取り込まれ、画像再構成等の処理に供される。被検体は、寝台20の天板21に載置された状態でスキャンガントリ10の撮影領域内に挿入される。
スキャンガントリ10は、多管球型であり、つまり回転軸RA回りに回転自在に支持された円環状の回転架台に、複数のX線管球と、複数のX線管球にそれぞれ対応する複数のX線検出器とが搭載されている。通常、撮影に際しては、被検体はその体軸が回転軸RAにほぼ一致するようにスキャンガントリ10内部に設置される。ここでは、3管球型として説明する。回転架台には第1X線管球1−1が固定装備される。第1X線管球1−1はそのX線中心軸が回転軸RAと交差する回転架台上の位置及び向きに取り付けられる。回転架台には第1X線検出器2−1が固定装備される。第1X線検出器2−1は、円弧状に配列された複数の検出素子を有する。または、第1X線検出器2−1は、円弧状に配列された複数の検出素子からなる素子列を回転軸RAに沿って複数列有する。なお、第1X線検出器2−1の回転軸RAに関する有感幅はPと表記する。第1X線検出器2−1の有感幅Pは、第1X線検出器2−1が複数列有するとき、各列の有感幅p×列数で与えられる。第1X線検出器2−1は第1X線管球1−1に対向する回転架台上の位置及び向きに取り付けられる。
回転架台にはZシフト機構5−2及びRシフト機構6−2を介して、第1X線管球1−1と同構造の第2X線管球1−2が装備される。Zシフト機構5−2は、第2X線管球1−2を回転軸RAと平行なZ軸に沿って移動自在に支持する。Zシフト機構5−2により、第2X線管球1−2は、Z軸に関して、第1X線管球1−1と同じ位置と、第1X線管球1−1に対して前方(Z軸プラス)に有感幅Pだけずれた位置との範囲で移動され得る。管球位置とは具体的にはX線焦点の位置である。Rシフト機構6−2は、第2X線管球1−2を回転軸RA回りに回転自在に支持する。Rシフト機構6−2により、第2X線管球1−2は、回転軸RA回りに第1X線管球1−1と同じ角度と、第1X線管球1−1に対して架台回転方向に略120°ずれた位置との範囲で回転され得る。
回転架台にはZシフト機構8−2及びRシフト機構9−2を介して、第1X線検出器2−1と同構造の第2X線検出器2−2が装備される。Zシフト機構8−2は、第2X線検出器2−2を回転軸RAと平行なZ軸に沿って移動自在に支持する。Zシフト機構8−2により、第2X線検出2−2は、Z軸に関して、第1X線検出器2−1と同じ位置と、第1X線検出器2−1に対して前方(Z軸プラス)に有感幅Pだけずれた位置との範囲で移動され得る。検出器位置とは具体的には中心素子のZ軸中心位置である。Rシフト機構9−2は、第2X線検出器2−2を回転軸RA回りに回転自在に支持する。Rシフト機構9−2により、第2X線検出器2−2は、回転軸RA回りに第1X線検出器2−1と同じ角度と、第1X線検出器2−1に対して架台回転方向に略120°ずれた位置との範囲で回転され得る。
第2X線検出器2−2は、第2X線管球1−2に対して正確に対向する必要がある。そのためにビームモーションデテクタ(BMD)と呼ばれる検出器7−2が利用される。BMD7−2は、回転軸RAの方向に沿って貼り合わされた2つのX線検出素子を有する。2つのX線検出素子には第2X線管球1−2からのX線ビームが照射する。第2X線管球1−2に対して第2X線検出器2−2が正確に対向しているとき、典型的にはBMD7−2の2つのX線検出素子に均等にX線ビームが照射して同振幅の信号を出力するようにBMD7−2は位置合わせされている。ポジションコントローラ35はBMD7−2の2つのX線検出素子からの出力信号を比較しながらZシフト機構8−2を制御して第2X線検出器2−2のZ位置の微調整を繰り返すことで、第2X線検出器2−2を第2X線管球1−2に対して正確に対向させることができる。なお、第2X線検出器2−2の有感幅P以内の多少の位置ずれは再構成ユニット34の信号補正で対処することができる。
回転架台にはZシフト機構5−3及びRシフト機構6−3を介して、第1X線管球1−1と同構造の第3X線管球1−3が装備される。Zシフト機構5−3は、第3X線管球1−3を回転軸RAと平行なZ軸に沿って移動自在に支持する。Zシフト機構5−3により、第3X線管球1−3は、Z軸に関して、第1X線管球1−1と同じ位置と、第1X線管球1−1に対して後方(Z軸マイナス)に有感幅Pだけずれた位置との範囲で移動され得る。Rシフト機構6−3は、第3X線管球1−3を回転軸RA回りに回転自在に支持する。Rシフト機構6−3により、第3X線管球1−3は、回転軸RA回りに第1X線管球1−1と同じ角度と、第1X線管球1−1に対して架台回転方向に略240°ずれた位置との範囲で回転され得る。
回転架台にはZシフト機構8−3及びRシフト機構9−3を介して、第1X線検出器2−1と同構造の第3X線検出器2−3が装備される。Zシフト機構8−3は、第3X線検出器2−3を回転軸RAと平行なZ軸に沿って移動自在に支持する。Zシフト機構8−3により、第3X線検出2−3は、Z軸に関して、第1X線検出器2−1と同じ位置と、第1X線検出器2−1に対して後方に有感幅Pだけずれた位置との範囲で移動され得る。Rシフト機構9−3は、第3X線検出器2−3を回転軸RA回りに回転自在に支持する。Rシフト機構9−3により、第3X線検出器2−3は、回転軸RA回りに第1X線検出器2−1と同じ角度と、第1X線検出器2−1に対して架台回転方向に略240°ずれた位置との範囲で回転され得る。
第3X線検出器2−3は、第3X線管球1−3に対して正確に対向する必要がある。そのためにBMD7−3が利用される。BMD7−3は、回転軸RAの方向に沿って貼り合わされた2つのX線検出素子を有する。2つのX線検出素子には第3X線管球1−3からのX線ビームが照射する。第3X線管球1−3に対して第3X線検出器2−3が正確に対向しているとき、典型的にはBMD7−3の2つのX線検出素子に均等にX線ビームが照射して同振幅の信号を出力するようにBMD7−3は位置合わせされている。ポジションコントローラ35はBMD7−3の2つのX線検出素子からの出力信号を比較しながらZシフト機構8−3を制御して第3X線検出器2−3のZ位置の微調整を繰り返すことで、第3X線検出器2−3を第3X線管球1−3に対して正確に対向させることができる。なお、第3X線検出器2−3の有感幅P以内の多少の位置ずれは再構成ユニット34の信号補正で対処することができる。
データ収集装置3−1,3−2,3−3は、X線検出器2−1,2−2,2−3にそれぞれ接続されている。X線検出器2−1,2−2,2−3の出力は、それぞれデータ収集装置3−1,3−2,3−3、図示しないが連続回転を可能にするスリップリング及び前処理ユニット32を介して投影データとしてデータ記憶ユニット33に供給され記憶される。コンピュータ装置30は、上記前処理ユニット32とデータ記憶ユニット33とともに、装置全体の制御を司るためのシステムコントローラ31、スキャン動作を実行するために回転機構4とデータ収集装置3−1,3−2,3−3と図示しない高電圧発生装置を制御するためのスキャンコントローラ36、記憶された投影データに基づいて断層画像データを再構成するための再構成ユニット34、キーボードやマウス等の入力器30、断層画像等を表示するためのディスプレイ38、さらにポジションコントローラ35を備えている。
ポジションコントローラ35は、第1X線管球1−1及び第1X線検出器2−1に対する第2X線管球1−2及び第2X線検出器2−2のそれぞれの位置を制御し、また第1X線管球1−1及び第1X線検出器2−1に対する第3X線管球1−3及び第3X線検出器2−3のそれぞれの位置を制御する。
本実施形態では、図2に示すニュートラルポジション、図3に示す高速スキャンポジション、図4に示すボリュームスキャンポジションの3種類のポジション用意されている。ニュートラルポジションは、高速スキャンポジションとボリュームスキャンポジションとのいずれにも移行しやすい両ポジションの中間的なポジションである。高速スキャンポジションは、操作者が入力器37を介して高速スキャンを指定したときに選択される。ボリュームスキャンポジションは、操作者が入力器37を介してボリュームスキャンを指定したときに選択される。高速スキャンポジションとボリュームスキャンポジションとのいずれも指定されていないとき、高速スキャン又はボリュームスキャンによる検査が終了したとき、装置メイン電源のオフ操作して実際に電源が切れる前の段階で、ポジションコントローラ35は、自動的にニュートラルポジションを選択する。
ニュートラルポジションでは、図2に示すように、第2X線管球1−2及び第2X線検出器2−2は、第1X線管球1−1及び第1X線検出器2−1に対してそれぞれ回転軸RAに沿って前方に所定距離として有感幅Pだけずれた位置に配置される。また、第3X線管球1−3及び第3X線検出器203は、第1X線管球1−1及び第1X線検出器2−1に対してそれぞれ回転軸RAに沿って後方に有感幅Pだけずれた位置に配置される。第2X線管球21−2及び第2X線検出器2−2は、第1X線管球1−1及び第1X線検出器2−1に対してそれぞれ回転軸RA回りに略120°ずれた角度位置に配置される。第3X線管球1−3及び第3X線検出器2−3は、第1X線管球1−1及び第1X線検出器2−1に対してそれぞれ回転軸RA回りに略240°ずれた角度位置に配置される。
高速スキャンポジションでは、図3に示すように、第2X線管球1−2は第1X線管球1−1に対して回転軸RAに沿って略同じ位置に配置される。同様に、第3X線管球1−3も第1X線管球1−1に対して回転軸RAに沿って略同じ位置に配置される。また、第2X線検出器2−2は第1X線検出器2−1に対して回転軸RAに沿って略同じ位置に配置され、同様に、第3X線検出器2−3は第1X線検出器2−1に対して回転軸RAに沿って略同じ位置に配置される。第2X線管球21−2及び第2X線検出器2−2は、第1X線管球1−1及び第1X線検出器2−1に対してそれぞれ回転軸RA回りに略120°ずれた角度位置に配置される。第3X線管球1−3及び第3X線検出器2−3は、第1X線管球1−1及び第1X線検出器2−1に対してそれぞれ回転軸RA回りに略240°ずれた角度位置に配置される。高速スキャンポジションでは、従来の3管球システムと同様に、120°ずつずれた3系統で同一のスキャン面を高速にスキャンすることができる。
ニュートラルポジションから高速スキャンポジションに移行するには、第2X線管球1−2と第2X線検出器2−2を、回転軸RAに沿って後方に有感幅Pだけ移動させ、第3X線管球1−3と第3X線検出器2−3を、回転軸RAに沿って前方に有感幅Pだけ移動させることで完了する。回転軸RA回りの回転は不要である。
ボリュームスキャンポジションでは、図4に示すように、第2X線管球1−2及び第2X線検出器2−2は、第1X線管球1−1及び第1X線検出器2−1に対してそれぞれ回転軸RAに沿って前方に有感幅Pだけずれた位置に配置される。第3X線管球1−3及び第3X線検出器2−3は、第1X線管球1−1及び第1X線検出器2−1に対してそれぞれ回転軸RAに沿って後方に有感幅Pだけずれた位置に配置される。第2、第3X線管球1−2,1−3は、第1X線管球1−1に対して回転軸RA回りに略同じ角度位置に配置される。第2、第3X線検出器2−2,2−3は、第1X線検出器1−1に対して回転軸RA回りに略同じ角度に配置される。ボリュームスキャンポジションでは、第1、第2、第3X線検出器2−1,2−2,2−3が回転軸RAに沿って連続的に並び、各々の3倍の列数、3倍の有感幅を有するあたかも単一の検出器のように一体化される。ボリュームスキャンでは、中央の第1X線管球1−1からX線が発生され、両側の第2,第3X線管球1−2,1−3からのX線の発生は停止される。ボリュームスキャンポジションでは、第1X線管球1−1と第1、第2、第3X線検出器2−1,2−2,2−3とでもって、従来のボリュームスキャンと同等の広視野をスキャンすることができる。ボリュームスキャンポジションでは、もちろん第1X線管球1−1の絞り装置のスリット開度は第1、第2、第3X線検出器2−1,2−2,2−3をあわせた有感幅3・Pに応じて開けられる。
ニュートラルポジションからボリュームスキャンポジションに移行するには、第2X線管球1−2と第2X線検出器2−2を、回転軸RA回りに架台回転とは逆方向に120°回転させ、第3X線管球1−3と第3X線検出器2−3を、回転軸RA回りに架台回転方向に120°回転させることで完了する。回転軸RAに沿った移動は不要である。
本実施形態によると、Zシフト及びRシフトを組み合わせて高速スキャンとボリュームスキャンとの両方に対応することができる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
10…ガントリ、20…寝台、30…コンピュータ装置、1−1…第1X線管球、1−2…第2X線管球、1−3…第3X線管球、2−1…第1X線検出器、2−2…第2X線検出器、2−3…第3X線検出器、3−1…第1データ収集装置、3−2…第2データ収集装置、3−13…第3データ収集装置、4…回転機構、5−2…Zシフト機構、5−3…Zシフト機構、6−2…Rシフト機構、6−3…Rシフト機構、7−2…ビームモーションデテクタ、7−3…ビームモーションデテクタ、8−2…Zシフト機構、8−3…Zシフト機構、9−2…Rシフト機構、9−3…Rシフト機構、21…天板、31…システムコントローラ、32…前処理ユニット、33…データ記憶ユニット、34…再構成ユニット、35…ポジションコントローラ、36…スキャンコントローラ、37…入力器、38…ディスプレイ。
Claims (8)
- 回転軸回りに回転可能に支持される略円環状の回転架台と、
前記回転架台に装備される第1X線管球と、
前記回転架台に装備される第1X線検出器と、
前記回転架台に装備される第2X線管球と、
前記回転架台に装備される第2X線検出器と、
前記第2X線管球を前記回転軸方向に沿ってシフトする第2X線管球シフト機構と、
前記第2X線検出器を前記回転軸方向に沿ってシフトする第2X線検出器シフト機構とを具備することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置。 - 前記第2X線管球を前記回転軸回りにシフトする第2X線管球回転シフト機構と、前記第2X線検出器を前記回転軸回りにシフトする第2X線検出器回転シフト機構とをさらに備えることを特徴とする請求項1記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
- 前記回転架台に装備される第3X線管球と、
前記回転架台に装備される第3X線検出器と、
前記第3X線管球を前記回転軸方向に沿ってシフトする第3X線管球シフト機構と、
前記第3X線検出器を前記回転軸方向に沿ってシフトする第3X線検出器シフト機構とを更に備えることを特徴とする請求項1記載のX線コンピュータ断層撮影装置。 - 前記第2X線管球を前記回転軸回りにシフトする第2X線管球回転シフト機構と、
前記第2X線検出器を前記回転軸回りにシフトする第2X線検出器回転シフト機構と、
前記回転架台に装備される第3X線管球と、
前記回転架台に装備される第3X線検出器と、
前記第3X線管球を前記回転軸方向に沿ってシフトする第3X線管球シフト機構と、
前記第3X線検出器を前記回転軸方向に沿ってシフトする第3X線検出器シフト機構と、
前記第3X線管球を前記回転軸回りにシフトする第3X線管球回転シフト機構と、
前記第3X線検出器を前記回転軸回りにシフトする第3X線検出器回転シフト機構とを更に備えることを特徴とする請求項1記載のX線コンピュータ断層撮影装置。 - 前記第2X線管球シフト機構、前記第2X線検出器シフト機構、前記第2X線管球回転シフト機構、前記第2X線検出器回転シフト機構、前記第3X線管球シフト機構、前記第3X線検出器シフト機構、前記第3X線管球回転シフト機構、前記第3X線検出器回転シフト機構を制御する制御部を更に備えることを特徴とする請求項4記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
- 前記制御部は、操作者により複数のポジションモードから特定のポジションモード(ニュートラルポジション)が選択されたとき、前記第2X線管球及び前記第2X線検出器を前記第1X線管球及び及び前記第1X線検出器に対してそれぞれ前記回転軸に沿って前方に所定距離だけシフトし、前記第3X線管球及び前記第3X線検出器を前記第1X線管球及び前記第1X線検出器に対してそれぞれ前記回転軸に沿って後方に前記所定距離だけシフトし、前記第2X線管球及び前記第2X線検出器を前記第1X線管球及び前記第1X線検出器に対してそれぞれ前記回転軸回りに略120°シフトし、前記第3X線管球及び前記第3X線検出器を前記第1X線管球及び前記第1X線検出器に対してそれぞれ前記回転軸回りに略240°シフトすることを特徴とする請求項5記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
- 前記制御部は、操作者により複数のポジションモードから特定のポジションモード(高速スキャンポジション)が選択されたとき、前記第2、第3X線管球を前記第1X線管球に対して前記回転軸に沿って略同じ位置に配置し、前記第2、第3X線検出器を前記第1X線検出器に対して前記回転軸に沿って略同じ位置に配置し、前記第2X線管球及び前記第2X線検出器を前記第1X線管球及び前記第1X線検出器に対してそれぞれ前記回転軸回りに略120°シフトし、前記第3X線管球及び前記第3X線検出器を前記第1X線管球及び前記第1X線検出器に対してそれぞれ前記回転軸回りに略240°シフトすることを特徴とする請求項5記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
- 前記制御部は、操作者により複数のポジションモードから特定のポジションモード(ボリュームスキャンポジション)が選択されたとき、前記第2X線管球及び前記第2X線検出器を前記第1X線管球及び前記第1X線検出器に対してそれぞれ前記回転軸に沿って前方に所定距離だけシフトし、前記第3X線管球及び前記第3X線検出器を前記第1X線管球及び前記第3X線検出器に対してそれぞれ前記回転軸に沿って後方に前記所定距離だけシフトし、前記第2、第3X線管球を前記第1X線管球に対して前記回転軸回りに略同じ角度に配置し、前記第2、第3X線検出器を前記第1X線検出器に対して前記回転軸回りに略同じ角度に配置することを特徴とする請求項5記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
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2004
- 2004-03-24 JP JP2004087595A patent/JP2005270324A/ja active Pending
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