JP2005305165A - コンピュータ断層撮影装置およびその作動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発生するデータ速度が高いときでもデータ伝送装置を最大データ速度に適合させなくても作動可能なコンピュータ断層撮影装置を提供する。
【解決手段】固定部分（１２）と、検査軸線を中心に回転可能な部分（１１）とを備え、回転可能な部分（１１）は、少なくとも１つのＸ線源（１）と、Ｘ線源（１）に向かい合っている検出器ユニット（５）と、検出器ユニット（５）に接続されているデータ収集ユニット（６）とを支持し、固定部分（１２）と回転可能な部分（１１）との間に、データ収集ユニット（６）により収集された測定データを固定部分（１２）に接続されている画像再構成装置（１０）へ伝送するデータ伝送装置（８，９）が設けられているコンピュータ断層撮影装置において、回転可能な部分（１１）が、データ収集ユニット（６）に接続されデータ収集ユニット（６）により収集された測定データの少なくとも一部を伝送前に一時記憶するメモリユニット（７）を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定部分と、検査軸線を中心に回転可能な部分とを備え、回転可能な部分は、少なくとも１つのＸ線源と、Ｘ線源に向かい合っている検出器ユニットと、検出器ユニットに接続されているデータ収集ユニットとを支持し、固定部分と回転可能な部分との間に、データ収集ユニットにより収集された測定データを固定部分に接続されている画像再構成装置へ伝送するデータ伝送装置が設けられているコンピュータ断層撮影装置（ＣＴ装置）に関する。本発明はこのコンピュータ断層撮影装置の作動方法にも関する。

マルチスライスＣＴ装置では複数の検出器行を有する検出器アレイが使用される。これらの検出器行は、検査軸線方向いわゆるｚ方向に円錐形に広がるＸ線ビームを介して同時に照射可能である。このようにして回転可能な部分の全回転にともなって被検体の複数のスライスを同時に撮像することができる。これは、一方ではスライスからスライスへの良好な連続性を提供し、他方では、特に心臓検査の場合にモーションアーチファクトを避けるために非常に有利であるような明白に高速のデータ収集の可能性を提供する。従って、一方では分解能向上のためにボリューム範囲の一層薄いスライスを同じ測定時間で撮像することを可能にし、他方では定められたボリューム範囲の撮像のための測定時間を短縮することを可能にするＣＴ装置がますます要求されている。

この要求を満たすために、より大きな平面形の検出器ユニットを有するＣＴ装置が既に提案されている。このＣＴ装置は、同時にデータ収集が可能な検査範囲が拡大されることから、ボリュームＣＴ装置とも呼ばれる。平面形の検出器ユニットは非常に多数の検出器要素、例えば２５６〜１０２４個の検出器要素を含み、これらの検出器要素はｚ方向に円錐形に広がるＸ線ビーム（Ｘ線コーンビーム）によって同時に照射可能である。このようにして、回転可能な部分が患者の周りを唯一回全回転するだけで、大きなボリューム範囲の撮像が可能である。しかしながら、この種のＣＴ装置における大きな検出器行数は、単位時間当たりに発生する測定データの莫大な増加をもたらし、これらの測定データはデータ収集ユニットを介して収集され、固定側の画像再構成ユニットに伝送されなければならない。この種の検出器ユニットは回転部分の通常の回転速度の間に２０〜８０Ｇｂｐｓの範囲のデータ速度を有する測定データを発生する。しかしながら、現在使用されているデータ伝送装置は、ＣＴ装置の回転部分から固定部分への伝送をこのように高いデータ速度で行なうように構成されていない。

マルチスライスＣＴ装置内にあるデータ伝送装置は、データ収集ユニットによって収集された測定データを、リアルタイムで容量式または光学式の伝送装置を介して、いわゆるスリップリングにより、画像再構成ユニットに接続されている固定部分へ伝送する。個々のこの種のスリップリングは約２．５Ｇｂｐｓのデータ伝送速度を可能にする。これよりも高いデータ速度で伝送を行なうためには複数個のスリップリングを並列に回転可能な部分および／または固定部分に配置しなければならない。２５６〜１０２４個のスライスの同時データ収集を行なうための平面形検出器アレイが使用される場合、これは８〜３２個のスリップリングの並列配置を必要とする。もちろん、この解決策はＣＴガントリおよび検査範囲の内部に十分な空間を必要とし、高コストの原因となる。より高いデータ速度でのデータ伝送のための改善された技術の使用可能性およびそれにつながるコストはこれまで見通しがついていない。

本発明の課題は、このような従来技術から出発して、平面形検出器ユニットに発生するデータ量も高いコストを要することなしに固定部分に伝達することができるコンピュータ断層撮影装置およびその作動方法を提供することにある。

コンピュータ断層撮影装置に関する課題は、本発明によれば、冒頭で述べたコンピュータ断層撮影装置において、回転可能な部分が、データ収集ユニットに接続されデータ収集ユニットにより収集された測定データの少なくとも一部を伝送前に一時記憶するメモリユニットを有することによって解決される。

コンピュータ断層撮影装置に関する本発明の有利な実施態様は次のように列記される。
（１）データ伝送装置は、測定中に最大に発生する測定データの全部をリアルタイムで伝送することができない伝送速度に構成されている。
（２）メモリユニットは、測定時にコンピュータ断層撮影装置における回転可能な部分の少なくとも１つの全回転中に最大に発生し得る測定データの全部を記憶するに十分な記憶容量を有する。
（３）検出器ユニットは、測定中にＸ線コーンビームを有するＸ線源によって完全に照射可能であるマルチスライス検出器アレイによって構成されている。
（４）データ収集ユニットはデータ管理システムを有し、データ管理システムは、収集された測定データの第１の部分をリアルタイム伝送のために直接にデータ伝送装置に導き、残りの部分を後での伝送のためにメモリユニットに記憶させる。
（４．１）データ管理システムは、データ伝送装置の容量が空いているときに、伝送のために測定データの残りの部分をデータ伝送装置に送るように構成されている。
（４．２）データ管理システムは、収集された測定データの第１の部分を、予め与え得る優先順位に関係して、得られた測定データから選択するように構成されている。
（４．３）データ管理システムは、予め与え得るスライスの測定データを、収集された測定データの第１の部分として選択するように構成されている。
（５）メモリユニットは、高速記憶のためのＲＡＭメモリと、ＲＡＭメモリに格納された測定データを転記される不揮発性メモリとを含む。
（５．１）不揮発性メモリは移動式の取出し可能なメモリモジュールとして構成されている。

コンピュータ断層撮影装置の作動方法に関する課題は、本発明によれば、データ収集ユニットによって収集された測定データの第１の部分がリアルタイムで画像再構成装置に伝送され、測定データの残りの部分が先ずメモリユニットに一時記憶され、後の時点で画像再構成装置に伝送されるによって解決される。

コンピュータ断層撮影装置の作動方法に関する本発明の有利な実施態様は次のように列記される。
（１）コンピュータ断層撮影装置により撮像された予め与え得るスライスの測定データのみがリアルタイムで伝送される。
（２）測定データの残りの部分は、先ずメモリユニットのＲＡＭメモリに一時記憶され、ＲＡＭメモリからメモリユニットの不揮発性メモリに伝送される。
（３）測定データの残りの部分は、測定休止中にメモリユニットから読出されて伝送される。

本発明によるコンピュータ断層撮影装置は、公知のように、固定部分と、検査軸線すなわちｚ軸を中心に回転可能な部分とを備え、回転可能な部分は、少なくとも１つのＸ線源と、Ｘ線源に向かい合っている検出器ユニットと、検出器ユニットに接続されているデータ収集ユニットとを支持している。固定部分と回転可能な部分との間に、データ収集ユニットにより収集された測定データを固定部分に接続されている画像再構成装置へ伝送するデータ伝送装置、例えば１つ又は複数の光学式または容量式のスリップリングを使用したデータ伝送装置が設けられている。本発明によるコンピュータ断層撮影装置は、回転可能な部分が、データ収集ユニットに接続されデータ収集ユニットにより収集された測定データの少なくとも一部を伝送前に一時記憶するメモリユニットを有することを特徴とする。これは、測定中にすなわちスキャン中もしくは回転可能な部分の回転中に発生する測定データの一部のみがリアルタイムでデータ伝送装置を介して固定部分へ伝送され、残りの部分がメモリユニットに一時記憶され後の時点で伝送されるＣＴ装置の作動を可能にする。

本発明は、現存するＣＴ装置において使用可能な伝送帯域幅が患者検査中には一部分しか利用されないという認識に基づいている。完全な伝送帯域幅は、収集された測定データをリアルタイムで伝送するデータ収集中にしか利用されない。他の時間、例えば患者登録および患者前処理、スキャン範囲の決定、あるいは画像再構成および画像解析の時間中、データ伝送システムは一般に利用されない。平均的には通常のＣＴ装置におけるデータ伝送帯域幅の利用率は最大可能な容量の１０％の範囲である。

マルチスライスＣＴ装置における高分解能の画像再構成は、データ収集およびデータ伝送よりも明らかに緩慢である。従って、伝送された測定データは、いずれの場合にも画像再構成ユニットに先ず記憶される。一般に、画像再構成は引続いてオフラインで行なわれる。この関係は、ボリュームＣＴを使用する場合に正しく当てはまる。ボリュームＣＴでは、Ｘ線コーンビームのための複雑な再構成アルゴリズム及び秒当たり８００〜３０００個の著しく多数の画像のために、Ｘ線コーンビームの際に秒当たり１０個以下の画像しか再構成できない現在のマルチスライスＣＴ装置の場合よりも明らかに長い画像再構成時間を前提としなければならない。

後の時点、例えばスキャン実施直後に初めて伝送される一部の測定データを一時記憶するための一時メモリを備えたＣＴ装置の本発明により提案された構成によって現存の伝送帯域幅がより良好に利用される。本発明によるＣＴ装置は、ボリュームＣＴに発生する非常に多くの測定データ量においても１つか又はほんの僅かのデータ伝送用スリップリングだけの使用を可能にする。従って検査の乱れや妨害が上述の関係に起因して惹き起こされることはない。特に、ボリュームＣＴの実施時に、スパイラルスキャンではなく、寧ろ連続スキャン、すなわちスキャン範囲からスキャン範囲までの患者テーブルのステップ移動を行なうことを目指すことができる。これは１回転で撮像可能な大きなボリューム範囲から生じる。このようなボリューム範囲の特にｚ方向の大きな広がりは、スパイラルスキャンのためには極端に高速の患者テーブル移動を必要とするであろう。しかしながら、患者テーブルのステップ移動は反対に測定休止を伴い、測定休止中に、残っている測定データを少なくとも部分的に伝送することができる。この時間窓が十分でないならば、残りの測定データは、測定データ取得の終了後に、固定部分および画像再構成装置に伝送される。本発明によるＣＴ装置およびそれに関連した作動方法の特別な利点は、既存のデータ伝送システムに対する互換性にある。従って、更に、公知のマルチスライスＣＴ装置において既に使用されているのと同じデータ伝送装置を使用することができる。本発明は、回転部分に使用されたメモリユニットおよびそれに付属したデータ管理システムに関する電子装置の拡張だけを必要とする。

メモリユニットは、ＣＴ装置の測定作動時における回転可能な部分の１つの全回転中に最大に発生する少なくとも全ての測定データを記憶することができるように設計されていると好ましい。定められた適用では完全な検査範囲を撮像するのにこの種の１回転で十分である。

しかしながら、もちろん、メモリユニットを、複数のスキャンの最大に収集可能な測定データ量も取得できるように設計すると有利である。メモリユニット自体は、本発明によるＣＴ装置の構成では高速のＲＡＭメモリとして構成されている。しかしながら、メモリユニットが２つのメモリ段からなり、そのうち第１のメモリ段が高速のバッファメモリ、特に高速のＲＡＭメモリであり、第２のメモリ段が不揮発性メモリであると好ましい。データ収集ユニットによって得られた測定データは、先ず第１のメモリ段に一時記憶され、その後低速の不揮発性メモリへ転記される。この不揮発性メモリは電源遮断時にも既に収集したデータの喪失を阻止する。不揮発性メモリは、例えばフラッシュメモリ、フラッシュディスクモジュール、コンパクトフラッシュ（登録商標）メモリカードの如きメモリカード、耐衝撃性のハードディスク、あるいはＩＢＭマイクロハードディスクとして構成することができる。不揮発性メモリは、移動式に取出し可能なモジュールとして回転可能な部分に配置されていると好ましい。それによって不揮発性メモリは、ＣＴ装置の作動停止時に問題なく取出すことができ、データ伝送のために画像再構成ユニットにおける相応の受け入れインターフェースに差し込むことができる。

本発明によるＣＴ装置は、ボリュームＣＴの実施に使用されるように、２５６個のスライスの同時撮像のために少なくとも２５６個の検出器行を有する平面形検出器ユニットを備えていると好ましい。同様に、Ｘ線源およびそれの前方に配置されたコリメータは全ての検出器行を同時に照射するように構成されている。他の面では、データ伝送装置は、ＣＴ装置の作動時に発生する測定データ量の一部分を固定部分へリアルタイムで伝送するためだけに設計されている。このようにして本発明によるＣＴ装置のデータ伝送装置は、限定されたデータ伝送速度によってＣＴ装置の作動が制限されることなしに、低コストにて実現可能である。

本発明によるＣＴ装置およびこれに付属の方法の特に有利な実施態様では、データ記憶の管理のためにデータ管理システムが設けられている。このデータ管理システムは独立のユニットまたはデータ収集ユニットの一部として構成することができる。このデータ管理システムは、データ収集ユニットを介して得られた測定データから、予め与えられたスライスの測定データを選択する。選択された測定データはリアルタイムでデータ伝送装置を介して伝送される。残りの測定データはメモリユニットに記憶され、後の時点で伝送される。このように特別なスライス、例えばｎ番目のスライスを予め与え得ることによって、その都度の用途にとって必要ならば、この選択されたスライスのリアルタイムな再構成および表示が実現される。残りの測定データは測定データ収集に続いて伝送され、再構成される検査範囲の空間分解能の改善に役立つことができる。

以下において本発明によるＣＴ装置およびその作動方法を図面を参照しながら実施例に基づいて更にもう一度詳細に説明する。
図１は本発明によるＣＴ装置の構成例を概略図で示し、
図２は本発明によるＣＴ装置に使用することができる平面形検出器ユニットの例を概略図で示し、
図３は本発明によるＣＴ装置を用いたデータ収集およびデータ伝送時の方法経過例をフローチャートで示す。

図１は、本発明に従って構成されているボリュームＣＴ装置の構成を概略図で模範的に示す。回転可能な部分１１、すなわち所謂ガントリに固定されているＸ線管１はＸ線コーンビーム２を発生し、このビーム２のｘ方向およびｚ方向における開き角度は機械的に調整可能なコリメータ３によって設定可能である。図はｚ方向に垂直な断面を示している。Ｘ線ビーム２は患者４を透過して平面形検出器ユニット５に入射する。

本例では、単一スキャンで１０２４個の個別スライスを撮像できる１０２４個の検出器行を備えた検出器ユニット５が使用される。図２は、このような平面形検出器ユニットの検出器行１４および検出器列１５の配置例を平面図で概略的に示す。

回転可能な部分１１に配置されているデータ収集ユニット６は、検出器ユニット５の検出器要素によって得られたアナログ測定信号を変換して、ディジタル測定データのシリアルストリームをデータ伝送装置８，９を介して固定側の画像再構成ユニット１０に供給する。固定側の画像再構成ユニット１０は、得られた測定データから、Ｘ線管１と検出器ユニット５とからなる撮影システムにより撮像された患者４の検査範囲における個々のスライスの画像を再構成する。

回転可能な部分１１は測定中連続的にｚ軸の周りを回転する。この回転中および回転後におけるデータ伝送のために、ＣＴ装置の回転可能な部分１１にスリップリング送信ユニット８が、ＣＴ装置の固定部分１２にスリップリング受信ユニット９が配置されている。回転可能な部分１１の単一の回転時に、０．３秒内に、１０２４個の検出器行を有する検出器ユニット５により、測定データが約２５Ｇｂｉｔ（３Ｇｂｙｔｅ）発生される。

この測定データのリアルタイム伝送のために、それぞれ２．５Ｇｂｉｔ／ｓの伝送容量を有する約３２個のスリップリング伝送ユニット８，９が並列に回転可能な部分１１および固定部分１２に配置されなければならない。それに対して、本発明によるＣＴ装置の場合、同じデータ量を各スキャン後最初の１０秒内に伝送するために、単一のスリップリングを有する２．５Ｇｂｐｓ（Ｇｂｉｔ／ｓ）のスリップリング伝送ユニット８，９だけが使用される。この場合にはデータの一部のみがリアルタイムで、データの残りの部分がスキャン実施後に画像再構成ユニット１０に伝送される。このために、リアルタイムで伝送されなかった測定データを測定データ収集期間内に一時記憶するメモリユニット７が回転可能な部分１１に配置されている。データ管理システム１３は発生データの記憶および／またはリアルタイム伝送についての選択を引き受け、且つ記憶されたデータの後での伝送を取計らう。図１は、メモリユニット７を高速のＲＡＭメモリ７ａと低速の不揮発性メモリ７ｂとに分割する例も模範的に示している。低速の不揮発性メモリ７ｂは矢印で示されているように回転可能な部分１１から取外し可能でもあり、それゆえ不揮発性メモリ７ｂに記憶されたデータを、例えば画像再構成ユニット１０の対応する受け入れモジュールへの差込みによって直接的にそこで読出すことができる。

記憶された測定データは使用できる伝送速度により測定データ収集後に初めて画像再構成ユニット１０に伝送される。これを、図３に模範的に示された経過に基づいてもう一度具体的に説明する。スキャン中に発生する測定データは、図１にデータ収集ユニットの一部として示されているデータ管理システム１３によって２つのデータ量に分けられる。第１のデータ量は更に測定データ収集中にリアルタイムで画像再構成ユニット１０に伝送され、測定データの残りの第２の部分はメモリユニット７に一時記憶される。スキャンもしくは測定データ収集の実施後に残りの部分がメモリから読出され、同様に画像再構成ユニット１０に伝送される。第１のデータは、撮影システムにより単一のスキャンにおいて撮像可能な検査ボリュームの予め与え得るスライスのデータであってよい。このようにして、例えば１０２４個のスライスのための検出器ユニットにおいて３２番目ごとのスライスがリアルタイムで伝送され、このようにして測定中に比較的僅かの空間分解能を有する検査範囲の画像表示を得ることができる。

データ管理システム１３は、例えば固定部分１２と回転可能な部分１１との間の制御接続を介して、従来のコンピュータ断層撮影装置の場合にも既に存在しているのと同様に、相応のスライスもしくは測定データを選択するために構成されるとよい。従って、この構成を介して、リアルタイムで伝送される高い優先順位の測定データが決定され、これに対してその都度低い優先順位を有する残りの測定データは相応の測定休止中に画像再構成ユニット１０に送られる。

本発明によるＣＴ装置の構成例を示す概略図 本発明によるＣＴ装置に使用可能な平面形検出器ユニットを例示する概略図 本発明によるＣＴ装置を用いたデータ収集およびデータ伝送時の方法経過例を示すフローチャート

符号の説明

１ Ｘ線管
２ Ｘ線ビーム
３ コリメータ
４ 患者
５ 検出器ユニット
６ データ収集ユニット
７ メモリユニット
８ データ伝送装置（スリップリング送信ユニット）
９ データ伝送装置（スリップリング受信ユニット）
１０ 画像再構成ユニット
１１ 回転可能な部分（ガントリ）
１２ 固定部分
１３ データ管理システム
１４ 検出器行
１５ 検出器列

Claims (14)

1. 固定部分（１２）と、検査軸線を中心に回転可能な部分（１１）とを備え、回転可能な部分（１１）は、少なくとも１つのＸ線源（１）と、Ｘ線源（１）に向かい合っている検出器ユニット（５）と、検出器ユニット（５）に接続されているデータ収集ユニット（６）とを支持し、固定部分（１２）と回転可能な部分（１１）との間に、データ収集ユニット（６）により収集された測定データを固定部分（１２）に接続されている画像再構成装置（１０）へ伝送するデータ伝送装置（８，９）が設けられているコンピュータ断層撮影装置において、
   回転可能な部分（１１）が、データ収集ユニット（６）に接続されデータ収集ユニット（６）により収集された測定データの少なくとも一部を伝送前に一時記憶するメモリユニット（７）を有することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
2. データ伝送装置（８，９）は、測定中に最大に発生する測定データの全部をリアルタイムで伝送することができない伝送速度に構成されていることを特徴とする請求項１記載のコンピュータ断層撮影装置。
3. メモリユニット（７）は、測定時にコンピュータ断層撮影装置における回転可能な部分（１１）の少なくとも１つの全回転中に最大に発生し得る測定データの全部を記憶するに十分な記憶容量を有することを特徴とする請求項１又は２記載のコンピュータ断層撮影装置。
4. 検出器ユニット（５）は、測定中にＸ線コーンビーム（２）を有するＸ線源（１）によって完全に照射可能であるマルチスライス検出器アレイによって構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のコンピュータ断層撮影装置。
5. データ収集ユニット（６）はデータ管理システム（１３）を有し、データ管理システム（１３）は、収集された測定データの第１の部分をリアルタイム伝送のために直接にデータ伝送装置（８，９）に導き、残りの部分を後での伝送のためにメモリユニット（７）に記憶させることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載のコンピュータ断層撮影装置。
6. データ管理システム（１３）は、データ伝送装置（８，９）の容量が空いているときに、伝送のために測定データの残りの部分をデータ伝送装置（８，９）に送るように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のコンピュータ断層撮影装置。
7. データ管理システム（１３）は、収集された測定データの第１の部分を、予め与え得る優先順位に関係して、得られた測定データから選択するように構成されていることを特徴とする請求項５又は６記載のコンピュータ断層撮影装置。
8. データ管理システム（１３）は、予め与え得るスライスの測定データを、収集された測定データの第１の部分として選択するように構成されていることを特徴とする請求項７記載のコンピュータ断層撮影装置。
9. メモリユニット（７）は、高速記憶のためのＲＡＭメモリ（７ａ）と、ＲＡＭメモリ（７ａ）に格納された測定データを転記される不揮発性メモリ（７ｂ）とを含むことを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載のコンピュータ断層撮影装置。
10. 不揮発性メモリ（７ｂ）は移動式の取出し可能なメモリモジュールとして構成されていることを特徴とする請求項９記載のコンピュータ断層撮影装置。
11. データ収集ユニット（６）によって収集された測定データの第１の部分がリアルタイムで画像再構成装置（１０）に伝送され、測定データの残りの部分が先ずメモリユニット（７）に一時記憶され、後の時点で画像再構成装置（１０）に伝送されることを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載のコンピュータ断層撮影装置の作動方法。
12. コンピュータ断層撮影装置により撮像された予め与え得るスライスの測定データのみがリアルタイムで伝送されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 測定データの残りの部分は、先ずメモリユニット（７）のＲＡＭメモリ（７ａ）に一時記憶され、ＲＡＭメモリ（７ａ）からメモリユニット（７）の不揮発性メモリ（７ｂ）に伝送されることを特徴とする請求項１１又は１２記載の方法。
14. 測定データの残りの部分は、測定休止中にメモリユニット（７）から読出されて伝送されることを特徴とする請求項１１乃至１３の１つに記載の方法。

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