JP2006034451A

JP2006034451A - ディジタルｘ線断層撮影装置

Info

Publication number: JP2006034451A
Application number: JP2004216298A
Authority: JP
Inventors: Shigeharu Oyu; 重治大湯
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】本発明の目的は、同じ方向に連続回転させながら立体撮影をすることができ、かつメンテナンスが容易なディジタル断層撮影装置を提供することにある。
【解決手段】複数方向から撮影された複数のＸ線画像のデータから断層画像のデータを結像するディジタルＸ線断層撮影装置において、被検体に向かってＸ線を発生するＸ線管３０と、Ｘ線管が上下の向きを維持したままで撮影中心線回りに公転するようにＸ線管を支持するＸ線管支持機構と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器１０と、Ｘ線検出器が上下の向きを維持したままで撮影中心線回りに公転するようにＸ線検出器を支持するＸ線検出器支持機構とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、多方向から撮影したディジタルＸ線画像から断層画像を結像（合成）するディジタルＸ線断層撮影装置に関する。

いわゆるディジタル断層撮影法は、図６や図８に示すように複数の方向から撮影した複数のＸ線画像を少しずつシフトさせながら合成することにより断層画像や立体像（多段断層画像）を結像（合成）する技術である。つまり、複数の方向から撮影した複数のＸ線画像から、指定された断面上の各点（画素）ごとにその点を通るレイ（投影軸）の画素を選択し、それら画素値を加算する処理である。この処理により原理的に断面上の部位は鮮明に映り、断面から外れた位置の部位はボケる。その意味ではＸ線ＣＴのような断面を切り取ったような完全な２次元情報としての断層画像とは若干相違する。Ｘ線管と検出器を移動させるスキャン軌道には様々なものが想定されており、それぞれに応じた断層像の合成法がある。

被写体をいろいろな方向から撮影するための方法には、図７（ａ）に示すようにＸ線管と検出器を直線的に移動させながらＸ線画像を繰り返し撮影する方法がある（コプラナースキャンと呼ばれる）。しかし、このようにＸ線管およびＸ線検出器が直線的に移動する場合、その直線的移動による特有のアーチファクトが発生する。図６の円弧状スキャンの場合も同様に、円弧状軌道に特有オアーチファクトが発生する。

撮影したい部位によっては、Ｘ線管およびＸ線検出器を円環軌道に沿って移動させるループスキャンのほうがよい場合がある。Ｘ線管を円環軌道に沿って移動させるには、図７（ｂ）に示すように回転軸とＸ線の放射軸とをずらした機構により回転させることで実現できる。

しかし、このような機構では回転させることによりＸ線管自体も自転することになるため、同じ方向に数回転させるとＸ線管に電力を供給するケーブルがねじれてしまい、このねじれを解消するためには、たとえば回転させる毎に回転方向を切り替えるようにして同じ方向に何回転もしないように制御すことが必要になるという問題がある。また、電力供給線にスリップリングを用いることにより同方向の連続回転が実現できるが、スリップリングを用いることにより頻繁なメンテナンスが必要になり使いにくい装置になってしまうという問題がある。

また、検出器の回転方法も同様に検出器ごと回転させる方法が簡単であるが、同様にケーブルのねじれという問題が発生する。加えて、検出器の検出面が長方形（正方形でも同様）の場合でも、立体撮影できる領域は円状になってしまい、検出したＸ線のうち立体画像の再構成に利用できない部分が生じるという問題がある。
C. Badea, Z. Kollitsi ,N. Pallikarakis: "Image quality in Extended arc Filtered Digital Tomosynthesis " Acta Radiologica, Vol. 42, issue 2 (2001);244-9

本発明の目的は、同じ方向に連続回転させながら立体撮影をすることができ、かつメンテナンスが容易なディジタル断層撮影装置を提供することにある。

本発明の第１局面は、複数方向から撮影された複数のＸ線画像のデータから断層画像のデータを結像するディジタルＸ線断層撮影装置において、被検体に向かってＸ線を発生するＸ線管と、前記Ｘ線管が上下の向きを維持したままで撮影中心線回りに公転するように前記Ｘ線管を支持するＸ線管支持機構と、前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器が上下の向きを維持したままで前記撮影中心線回りに公転するように前記Ｘ線検出器を支持するＸ線検出器支持機構とを具備する。
本発明の第２局面は、複数方向から撮影された複数のＸ線画像のデータから断層画像のデータを結像するディジタルＸ線断層撮影装置において、被検体に向かってＸ線を発生するＸ線管と、前記Ｘ線管が上下の向きを維持したままで撮影中心線回りに公転するように前記Ｘ線管を支持するＸ線管支持機構と、前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器が前記撮影中心線回りに公転するように前記Ｘ線検出器を支持するＸ線検出器支持機構とを具備する。
本発明の第２局面は、複数方向から撮影された複数のＸ線画像のデータから断層画像のデータを結像するディジタルＸ線断層撮影装置において、被検体に向かってＸ線を発生するＸ線管と、前記Ｘ線管が撮影中心線回りに公転するように前記Ｘ線管を支持するＸ線管支持機構と、前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器が上下の向きを維持したままで前記撮影中心線回りに公転するように前記Ｘ線検出器を支持するＸ線検出器支持機構とを具備する。

本発明によれば、同じ方向に連続回転させながら立体撮影をすることができ、かつメンテナンスが容易なディジタル断層撮影装置を提供することができる。

以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るディジタルＸ線断層撮影装置は、Ｘ線管装置１とＸ線検出器装置２とを有する。Ｘ線管装置１、Ｘ線検出器装置２は、互いに機械的に分離されそれぞれ別体として構成されている。撮影に際しては、Ｘ線管装置１とＸ線検出器装置２とは、図示しない寝台を挟んで、それぞれの撮影中心線（後述のＲＣ１０、ＲＣ２１）が一致する位置、高さ及び向きで設置される。Ｘ線管装置１は、内部にＸ線管を収容したハウジング３と、ハウジング３を支持するキャスタ４の付いた台座４とを有する。Ｘ線検出器装置２は、内部にＸ線検出器を収容したハウジング６と、ハウジング６を支持するキャスタ８の付いた台座７とを有する。

図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、Ｘ線検出器装置２のハウジング６の内部には、２次元状に配列された複数の固体検出素子を有するフラットパネルデテクタが採用されるＸ線検出器１０が収容される。Ｘ線検出器１０は、Ｘ線検出器支持機構により、上下の向きを維持したままで撮影中心線ＲＣ１０の回りを公転するように、支持される。Ｘ線検出器支持機構は、Ｙ字型のベース１１を有する。ベース１１は、脚部１９，２０，２１によりハウジング６の内側面に固定される。ベース１１の３つの先端付近には軸受け２２，２３，２４を介して同じ長さのアーム１２，１３，１４が回転自在に取り付けられている。アーム１３，１４は自由回転であるが、アーム１２はギアードモータ１５の駆動軸に取り付けられており、モータ１５の動力で回転駆動される。アーム１２，１３，１４の他端は、三角形の位置関係に分散された軸受け１６，１７，１８を介してＸ線検出器１０の裏面に回転自在に取り付けられている。Ｘ線検出器１０は３つのアーム１２，１３，１４により支えられているため、太線の矢印のように撮影中心線ＲＣ１０を中心に平行移動しながら回転することが可能である。軸受け１６，１７，１８が直線上になく、三角形の位置関係に分散されていることで、Ｘ線検出器１０の自転は禁止され、図２（ｃ）に示すように、平行移動及び、軸受け２２，２３，２４と軸受け１６，１７，１８との距離を半径とした公転が許可される。換言すると、Ｘ線検出器１０の検出素子がすべて同じ上記半径にて円運動をする。このような動きにおいてケーブル２５が軸受け２２，２３，２４や軸受け１６，１７，１８、さらにアーム１２，１３，１４に絡まないように、軸受け１６，１７，１８を中心とした軸受け２２，２３，２４の全ての円軌道から外側領域の任意の位置から引き出される。このようにＸ線検出器１０を平行移動及び公転可能に構造したことにより、ケーブル２５が絡まずに、一方向に連続回転することが可能となる（図４参照）。

図３（ａ）に示すように、Ｘ線管装置１のハウジング３の内部にはＸ線管３０が収容される。Ｘ線管３０は、Ｘ線管支持機構により、上下の向きを維持したままで撮影中心線（公転軸）ＲＣ２１の回りを公転するように、支持される（図３（ｂ）、図３（ｃ）参照）。Ｘ線管３０の前後にはリング４４，４６が、自転軸ＲＣ２２のまわりを自由回転可能に設けられている。リング４４，４６には、長さの相違するアーム３６，４５を介して、ハウジング３に固定された中空シャフト３７、４９に回転自在に挿入されたシリンダ３５、４７に取り付けられる。中空シャフト４９は、反対側のハウジング３の側面に取り付けられた中空シャフト３７と分離されている。シリンダ３５、４７は公転軸ＲＣ２１の回りに回転自在である。この構造によりＸ線管３０はその自転軸ＲＣ２２が公転軸ＲＣ２１に傾斜した姿勢のまま公転自在であって、しかも自転自在に設けられる。なお、自転軸ＲＣ２２は、Ｘ線焦点をとおり、Ｘ線錐の中心線に略一致するとともに、公転軸ＲＣ２１と交差するように設計されている。

シリンダ３５には、図３（ｄ）に示すように、歯車３４が取り付けられている。この歯車３４には、シャフト３７の先端にブラケット４８で固定されているモータ３２の駆動軸に取り付けられた歯車３３がかみ合わされている。モータ３２のケーブル４３は、中空シャフト３７の内部を引き回されている。ケーブル４３を中空シャフト３７の内部を通すことで、ケーブル４３がＸ線管３０の前を横切って、撮影したＸ線画像にケーブル４３の陰影が写ってしまうという事態を回避できる。

モータ３２の回転により、シリンダ３５が公転軸ＲＣ２１回りに軸回転し、それに伴ってＸ線管３０が公転する。回転するアーム３６の先端に設けられたＸ線管球３０を公転と逆向きに自転させて、結果として、回転させ、結果としてＸ線管３０が上下の向きを維持したままで公転するための構造として、中空シャフト３７に歯車３８が固定され、この歯車３８と、アーム３６の先端に回転自在に設けられた遊星歯車４０との間にチェーン３９が掛け渡されている。遊星歯車４０に連結された歯車４１は、Ｘ線管３０の後端に固定された歯車４２にかみ合わされている。Ｘ線管３０の自転の角速度が、Ｘ線管３０の公転の角速度と同一になるように、歯車３８に対する歯車４２の歯車比が１に設計されている。

このような構造において、モータ３２が回転すると、アーム３６が回転し、それに伴ってＸ線管３０が公転軸ＲＣ２１の回りを公転する。さらにアーム３６の回転に伴って、歯車３８と歯車４０の間を８字状に掛け渡されたチェーン３９を介して遊星歯車４０が公転の回転方向とは逆向きに回転し、それに伴ってＸ線管３０が自転軸ＲＣ２２の回りを自転する。上記の通り歯車３８に対する歯車４２の歯車比が１に設計されているので、Ｘ線管３０の自転の角速度が、Ｘ線管３０の公転の角速度と同一になり、しかもＸ線管３０の自転の向きは公転のそれとは逆向きになるので、Ｘ線管３０は、上下の向きを維持したままで撮影中心線（公転軸）ＲＣ２１の回りを公転することになる（図４参照）。Ｘ線管３０の電力ケーブル３１は例えばＸ線管３０の先端側から引き出され、十分な長さの余裕をもってハウジング３に固定されている。Ｘ線管３０が上下の向きを維持したままで公転するので、電力ケーブル３１が、Ｘ線管３０等に絡みつくことはなくなり、一方向に連続回転が可能となる。

以上のように本実施形態では、Ｘ線管３０、Ｘ線検出器１０が上下を維持したまま公転するように構成したことにより、ケーブル４３、２５が絡まったり、ねじれることなく、一方向に連続回転しながら立体撮影を実施することができる。つまり、Ｘ線管３０の自転軸がおよそＸ線焦点をとおり、かつＸ線管３０の公転軸ＲＣ２１に対して、自転軸ＲＣ２２が傾けて取り付けられ、さらにＸ線管３０が公転の回転方向と逆方向に同じ速度で自転するため、Ｘ線管３０がおよそ向きを保ったまま回転し、なおかつＸ線の放射向きが常に内側を向く回転方法が実現するので、回転中つねにＸ線検出器１０の方向にＸ線が放射されるようになり、ディジタルＸ線撮影が実現でき、かつ、同じ方向に連続回転させてもＸ線管３０の配線ケーブル３１がねじれることのない、ディジタルＸ線撮影装置が実現できる。

また、Ｘ線管３０が上下を維持したまま公転するように構成したことにより、図５（ａ）を図５（ｂ）と比較して分かる通り、Ｘ線管装置１の小型化を実現できる。同様に、Ｘ線検出器１００が上下を維持したまま公転するように構成したことにより、図５（ｃ）を図５（ｄ）と比較して分かる通り、Ｘ線検出器装置２の小型化を実現できる。

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。

本発明の実施形態に係るディジタルＸ線断層撮影装置の外観を示す図。図１のＸ線検出器装置２のＸ線検出器支持機構を示す図。図１のＸ線管装置１のＸ線管支持機構を示す図。図２のＸ線検出器支持機構により公転されるＸ線検出器の姿勢と図３のＸ線管支持機構により公転されるＸ線管の姿勢とを示す図。本実施形態によるＸ線検出器装置及びＸ線管装置の小型化原理を示す図。ディジタルＸ線断層撮影法の円弧スキャンの原理説明図。従来のディジタルＸ線断層撮影（立体撮影）のためのＸ線管の移動を示す図。ディジタルＸ線断層撮影法の直線スキャンの原理説明図。

符号の説明

１…Ｘ線管装置、２…Ｘ線検出器装置、３…ハウジング、４…台座、５…キャスタ、６…ハウジング、７…台座、８…キャスタ。

Claims

複数方向から撮影された複数のＸ線画像のデータから断層画像のデータを結像するディジタルＸ線断層撮影装置において、
被検体に向かってＸ線を発生するＸ線管と、
前記Ｘ線管が上下の向きを維持したままで撮影中心線回りに公転するように前記Ｘ線管を支持するＸ線管支持機構と、
前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器が上下の向きを維持したままで前記撮影中心線回りに公転するように前記Ｘ線検出器を支持するＸ線検出器支持機構とを具備することを特徴とするディジタルＸ線断層撮影装置。
複数方向から撮影された複数のＸ線画像のデータから断層画像のデータを結像するディジタルＸ線断層撮影装置において、
被検体に向かってＸ線を発生するＸ線管と、
前記Ｘ線管が上下の向きを維持したままで撮影中心線回りに公転するように前記Ｘ線管を支持するＸ線管支持機構と、
前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器が前記撮影中心線回りに公転するように前記Ｘ線検出器を支持するＸ線検出器支持機構とを具備することを特徴とするディジタルＸ線断層撮影装置。
複数方向から撮影された複数のＸ線画像のデータから断層画像のデータを結像するディジタルＸ線断層撮影装置において、
被検体に向かってＸ線を発生するＸ線管と、
前記Ｘ線管が撮影中心線回りに公転するように前記Ｘ線管を支持するＸ線管支持機構と、
前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器が上下の向きを維持したままで前記撮影中心線回りに公転するように前記Ｘ線検出器を支持するＸ線検出器支持機構とを具備することを特徴とするディジタルＸ線断層撮影装置。
前記Ｘ線管支持機構は、前記Ｘ線管の公転に従動して、前記Ｘ線管の公転と同じ角速度であって逆向きに前記Ｘ線管がＸ線焦点を通る自転軸回りに自転するための構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のディジタルＸ線断層撮影装置。
前記Ｘ線検出器支持機構は、前記Ｘ線検出器の検出素子がすべて同一の半径にて円運動をするように前記Ｘ線検出器を支持することを特徴とする請求項３に記載のディジタル断層撮影装置。