JP2007000606A - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線照射・検出装置の回転時の振動による３次元的な絶対変位によって再構成画像の画質が低下しないＸ線ＣＴ装置を実現する。
【解決手段】ガントリ内で回転するＸ線照射・検出装置により被検体の複数ビューの透過Ｘ線信号を収集しそれら透過Ｘ線信号に基づいて画像を再構成するＸ線ＣＴ装置は、回転時の振動によるＸ線照射・検出装置（４０２）の３次元的な絶対変位をガントリに設けられたセンサ（５００）を通じて測定する測定手段（７１０−７５０）と、測定手段の測定値に基づいて複数ビューの透過Ｘ線信号を補正する補正手段（７６０）とを具備する。センサは、ベース座標系の３軸方向におけるＸ線照射・検出装置の変位をそれぞれ電気信号に変換する３つのコンポジット・トランスデューサである。
【選択図】図１１

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置に関し、特に、ガントリ（ｇａｎｔｒｙ）内で回転するＸ線照射・検出装置により被検体の複数ビュー（ｖｉｅｗ）の透過Ｘ線信号を収集し、それら透過Ｘ線信号に基づいて画像を再構成するＸ線ＣＴ装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置は、ガントリ内で回転するＸ線照射・検出装置により被検体の複数ビューの透過Ｘ線信号を収集するように構成されている。Ｘ線照射・検出装置の回転はスキャン（ｓｃａｎ）とも呼ばれる。回転に伴うＸ線照射・検出装置の振動が再構成画像の品質に影響するので、Ｘ線照射・検出装置は、振動ができるだけ小さくなるようにバランス（ｂａｌａｎｃｅ）が調整される。バランス調整は水平方向の振動に着目して行われる。水平振動を検出するためのセンサ（ｓｅｎｓｏｒ）は、Ｘ線照射・検出装置の絶対変位が検出可能なように、ガントリとは独立にフロア（ｆｌｏｏｒ）上に支持される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２７６０３９号公報（第３−４頁、図４−６）

バランス調整だけでＸ線照射・検出装置の振動を完全に除去することができないときは、スキャンに並行してＸ線照射・検出装置の振動を測定し、その測定値に基づいて透過Ｘ線信号を補正しなければならないが、Ｘ線照射・検出装置は水平以外の方向に振動しないとは限らないので、上記のように水平方向の振動を測定するだけでは不十分である。

また、Ｘ線照射・検出装置はガントリの中で回転しているので、その絶対変位を検出するためのセンサをガントリとは独立にフロア上に支持するには、ガントリの内部構造物と干渉しない特殊な支持機構が必要とされる。

そこで、本発明の課題は、Ｘ線照射・検出装置の回転時の振動による３次元的な絶対変位によって再構成画像の画質が低下しないＸ線ＣＴ装置を実現することである。また、振動センサを支持するのに特殊な支持機構を必要としないＸ線ＣＴ装置を実現することを課題とする。

上記の課題を解決するための本発明は、ガントリ内で回転するＸ線照射・検出装置により被検体の複数ビューの透過Ｘ線信号を収集し、それら透過Ｘ線信号に基づいて画像を再構成するＸ線ＣＴ装置であって、回転時の振動による前記Ｘ線照射・検出装置の３次元的な絶対変位を前記ガントリに設けられたセンサを通じて測定する測定手段と、前記測定手段の測定値に基づいて複数ビューの透過Ｘ線信号を補正する補正手段と、を具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。

前記センサは、ベース座標系の３軸方向における前記Ｘ線照射・検出装置の変位をそれぞれ検出する３つのコンポジット・トランスデューサであることが、Ｘ線照射・検出装置の３次元的な絶対変位を効果的に測定する点で好ましい。

前記コンポジット・トランスデューサは、前記ガントリの変位を検出するための内部速度トランスデューサと、前記ガントリに対する前記Ｘ線照射・検出装置の変位を検出するための渦電流トランスデューサと、それらトランスデューサの検出信号を加算する加算器との組み合わせであることが、Ｘ線照射・検出装置の絶対変位を測定する点で好ましい。

前記測定手段は、測定値を前記Ｘ線照射・検出装置の回転角に対応させてメモリに記憶することが、補正手段による透過Ｘ線信号の補正を容易にする点で好ましい。
前記補正手段は、透過Ｘ線信号のビューセンタを補正することが、振動の影響がない再構成画像を得る点で好ましい。

前記測定手段の測定値に基づいて警報を発する警報手段を具備することが、Ｘ線照射・検出装置のバランス調整を可能にする点で好ましい。

本発明によれば、ガントリ内で回転するＸ線照射・検出装置により被検体の複数ビューの透過Ｘ線信号を収集しそれら透過Ｘ線信号に基づいて画像を再構成するＸ線ＣＴ装置は、回転時の振動によるＸ線照射・検出装置の３次元的な絶対変位をガントリに設けられたセンサを通じて測定する測定手段と、測定手段の測定値に基づいて複数ビューの透過Ｘ線信号を補正する補正手段とを具備するので、Ｘ線照射・検出装置の回転時の振動による３次元的な絶対変位によって再構成画像の画質が低下しないＸ線ＣＴ装置を実現することができる。また、振動センサを支持するのに特殊な支持機構を必要としないＸ線ＣＴ装置を実現することができる。

以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１にＸ線ＣＴ装置の模式的構成を示す。本装置は本発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、Ｘ線ＣＴ装置に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

本装置は、ガントリ１００、テーブル（ｔａｂｌｅ）２００およびオペレータコンソール（ｏｐｅｒａｔｏｒ ｃｏｎｓｏｌｅ）３００を有する。ガントリ１００は、テーブル２００によって搬入される被検体１０を、Ｘ線照射・検出装置１１０でスキャン（ｓｃａｎ）して複数ビューの透過Ｘ線信号を収集し、オペレータコンソール３００に入力する。オペレータコンソール３００は、ガントリ１００から入力された透過Ｘ線信号に基づいて画像再構成を行い、再構成した画像をディスプレイ（ｄｉｓｐｌａｙ）３０２に表示する。

ガントリ１００は本発明におけるガントリの一例である。Ｘ線照射・検出装置１１０は本発明におけるＸ線照射・検出装置の一例である。Ｘ線照射・検出装置１１０は、ガントリ１００内で回転する。

オペレータコンソール３００は、また、ガントリ１００とテーブル２００の動作を制御する。オペレータコンソール３００による制御の下で、ガントリ１００は所定のスキャン条件でスキャンを行い、テーブル２００は所定の部位がスキャンされるように、撮影空間における被検体１０の位置決めを行う。位置決めは、内蔵する位置調節機構により、天板２０２の高さおよび天板上のクレードル（ｃｒａｄｌｅ）２０４の水平移動距離を調節することによって行われる。

天板２０２の高さ調節は、支柱２０６をベース（ｂａｓｅ）２０８への取付部を中心としてスイング（ｓｗｉｎｇ）させることによって行われる。支柱２０６のスイングによって、天板２０２は上下方向および水平方向に変位する。クレードル２０４は天板２０２上で水平方向に変位する。スキャン条件によっては、ガントリ１００をチルト（ｔｉｌｔ）させた状態でスキャンが行われる。ガントリ１００のチルトは、内蔵のチルト機構によって行われる。

図２に、Ｘ線照射・検出装置１１０の構成を模式的に示す。Ｘ線照射・検出装置１１０は、Ｘ線管１３０の焦点１３２から放射されたＸ線１３４をＸ線検出器１５０で検出するようになっている。

Ｘ線１３４は、図示しないコリメータ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）で成形されてコーンビーム（ｃｏｎｅ ｂｅａｍ）Ｘ線となっている。Ｘ線検出器１５０は、コーンビームＸ線の広がりに対応して２次元的に広がるＸ線入射面１５２を有する。Ｘ線入射面１５２は円筒の一部を構成するように湾曲している。円筒の中心軸は焦点１３２を通る。

Ｘ線照射・検出装置１１０は、撮影中心すなわちアイソセンタ（ｉｓｏｃｅｎｔｅｒ）Ｏを通る中心軸の周りを回転する。中心軸は、Ｘ線検出器１５０が形成する部分円筒の中心軸に平行である。

回転の中心軸の方向をｚ方向とし、アイソセンタＯと焦点１３２を結ぶ方向をｙ方向とし、ｚ方向およびｙ方向に垂直な方向をｘ方向とする。これらｘ，ｙ，ｚ軸はｚ軸を中心軸とする回転座標系の３軸となる。

図３に、Ｘ線検出器１５０のＸ線入射面１５２の平面図を模式的に示す。Ｘ線入射面１５２は検出セル（ｃｅｌｌ）１５４がｘ方向とｚ方向に２次元的に配置されたものとなっている。すなわち、Ｘ線入射面１５２は検出セル１５４の２次元アレイ（ａｒｒａｙ）となっている。

個々の検出セル１５４はＸ線検出器１５０の検出チャンネル（ｃｈａｎｎｅｌ）を構成する。これによって、Ｘ線検出器１５０は多チャンネルＸ線検出器となる。検出セル１５４は、例えばシンチレータ（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）とフォトダイオード（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）の組み合わせによって構成される。

Ｘ線照射・検出装置１１０は、ガントリ１００内のロータ・アセンブリ（ｒｏｔｏｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ）によって支持される。図４および図５に、ロータ・アセンブリの構成を示す。図４は組立図、図５は分解図である。

ロータ・アセンブリはロータ４０２を有する。ロータ４０２はリング（ｒｉｎｇ）状のの構造物であり、ベアリング（ｂｅａｒｉｎｇ）４０４によってブラケット（ｂｒａｃｋｅｔ）４０６に回転自在に取り付けられている。ブラケット４０６は図示しないフレーム（ｆｒａｍｅ）に固定される。

ロータ４０２は図示しない駆動部装置で駆動されて回転する。このロータ４０２に、Ｘ線照射・検出装置１１０が取り付けられる。Ｘ線照射・検出装置１１０が取り付けられたロータ４０２は、ガントリ１００の回転部となる。フレームに固定されたブラケット４０６はガントリ１００の固定部となる。

ベース（ｂａｓｅ）座標系においては、ロータ・アセンブリの中心軸をＺ軸とし、垂直軸をＹ軸とし、水平軸をＸ軸とする。なお、ベース座標系とはフロアを基準とする座標系である。この座標系におけるロータ４０２の３次元的な変位が後述のように測定される。ベース座標系における変位は絶対変位である。

ロータ・アセンブリは、図６に示すような動的モデル（ｍｏｄｅｌ）で表される。すなわち、ロータ・アセンブリは、ロータ４０２を表すマス（ｍａｓｓ）４２２とブラケット４０６を表すマス４６２が、ベアリング４０４を表す並列なバネ４４２とダンパ（ｄａｍｐｅｒ）４４４で結合されたものとなる。

図７に、ロータ４０２の３次元的な絶対変位を検出するためのセンサの配置を示す。センサとしては、３つのセンサ５０２，５０４，５０６が用いられる。これらのセンサは図示しない取付機構によってブラケット４０６に取り付けられている。センサ５０２，５０４，５０６は、本発明におけるセンサの一例である。

センサ５０２はロータ４０２のＺ方向の変位を検出するものであり、Ｚ方向においてロータ４０２の端面と非接触で対向するように配置される。センサ５０４はロータ４０２のＹ方向の変位を検出するものであり、Ｙ方向においてロータ４０２の周面と非接触で対向するように配置される。センサ５０６はロータ４０２のＸ方向の変位を検出するものであり、Ｘ方向においてロータ４０２の周面と非接触で対向するように配置される。

これらのセンサはいずれもコンポジット・トランスデューサ（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）であり、図８に示すように、渦電流トランスデューサ６０２と、内部速度トランスデューサ６０４と、それらトランスデューサの検出信号を加算する加算器６０６との組み合わせからなる。

渦電流トランスデューサ６０２は、図９に要部の原理的構成を示すように、コイル（ｃｏｉｌ）６２２に交流電流を流して、非接触で対向する検出対象６２４に渦電流を発生させ、検出対象６２４との距離ｄの変化に基づく渦電流の変化によりコイル６２２のインダクタンス（ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）が変化することを利用するものである。

コイル６２２のインダクタンスは、付属の電子回路によって変位に変換される。渦電流トランスデューサ６０２の出力信号は、検出対象の変位を表す。渦電流トランスデューサ６０２は、ロータ４０２を検出対象としてブラケット４０６に取り付けられるので、ブラケット４０６に対するロータ４０２の相対変位が検出される。

内部速度トランスデューサ６０４は、図１０に要部の原理的構成を示すように、重り６４２によって慣性を大きくしたコイル６４４を、検出対象６４６に取り付けられた磁気回路６４８の磁束と鎖交するようにバネ６５０によって支持し、磁気回路６４８が検出対象６４６と一緒にコイル軸方向に振動するときのコイル６４４の誘起電圧を利用するものである。

コイル６４４の誘起電圧は、付属の電子回路によって変位に変換される。内部速度トランスデューサ６０４の出力信号は、それが取り付けられたブラケット４０６の変位すなわちガントリの固定を表す。この変位は絶対変位である。

加算器６０６で渦電流トランスデューサ６０２の出力信号と内部速度トランスデューサ６０４の出力信号を加算することにより、ブラケット４０６に対するロータ４０２の相対変位にブラケット４０６の絶対変位が加算され、ロータ４０２の絶対変位を表す信号が得られる。

このようにして、センサ５０２，５０４，５０６により、ロータ４０２のＺ，Ｙ，Ｘ方向における絶対変位がそれぞれ検出される。ロータ４０２の絶対変位はＸ線照射・検出装置１１０の絶対変位に他ならない。

Ｘ線照射・検出装置１１０の絶対変位を検出するこれらのセンサは、ブラケット４０６に取り付けられる。このため、その支持機構はガントリとは独立にフロア上にセンサを支持する場合のような特殊な機構にする必要がない。

渦電流トランスデューサ６０２は、本発明における渦電流トランスデューサの一例である。内部速度トランスデューサ６０４は、本発明における内部速度トランスデューサの一例である。加算器６０６は、本発明における加算器の一例である。センサ５０２，５０４，５０６がいずれもコンポジット・トランスデューサなのでロータ４０２の３次元的な絶対変位を効果的に測定することができる。

また、コンポジット・トランスデューサは、ガントリの固定部の変位を検出するための内部速度トランスデューサと、ガントリに固定部対する回転部の変位を検出するための渦電流トランスデューサと、それらトランスデューサの検出信号を加算する加算器との組み合わせであるので、回転部の絶対変位を効果的に検出することができる。

図１１に、ロータの変位測定に着目した本装置のブロック図を示す。センサ５００は電源部７１０から電源供給を受け、回転時の振動に伴うロータ４０２の３次元的な絶対変位ｄを検出する。なお、センサ５００は３系統のセンサ５０２，５０４，５０６の総称である。センサ５００の検出信号ｕは増幅部７２０で増幅される。増幅部７２０は３系統のセンサ５０２，５０４，５０６に対応した３系統の増幅器を有する。増幅部７２０の３系統の出力信号は、データ（ｄａｔａ）収集部７３０によりそれぞれディジタルデータ（ｄｉｇｉｔａｌ ｄａｔａ）として収集される。これらのデータは、ロータ４０２の３次元的な絶対変位の測定値となる。

絶対変位の測定に並行して、回転角センサ７４０によりロータ４０２の回転角が検出される。回転角センサ７４０はロータリエンコーダ（ｒｏｔａｒｙ ｅｎｃｏｄｅｒ）とそれに付属する電子回路からなる。回転角検出信号もデータ収集部７３０によりディジタルデータとして収集される。このデータは回転角の測定値となる。

データ収集部７３０によって収集された絶対変位と回転角の測定値はメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）７５０に記憶される。メモリ７５０への記憶は、例えばスプレッドシート（ｓｐｒｅａｄ ｓｈｅｅｔ）形式で絶対変位と回転角とを対応させて行われる。これによって、ロータ４０２の回転角ごとの３次元絶対変位が記憶される。センサ５００、電源部７１０、増幅部７２０、データ収集部７３０、回転角センサ７４０およびメモリ７５０からなる部分は、本発明における測定手段の一例である。メモリ７５０は、本発明におけるメモリの一例である。

メモリ７５０に記憶された３次元絶対変位と回転角の測定値は、データ補正部７６０によって透過Ｘ線信号の補正に利用され、また、バランス調整部７７０によってロータ４０２のバランス調整に利用される。データ補正部７６０は、本発明における補正手段の一例である。３次元絶対変位の測定値が回転角に対応させてメモリに記憶されるので、透過Ｘ線信号の補正が容易になる。

本装置の動作を説明する。図１２に本装置の動作のフロー（ｆｌｏｗ）図を示す。先ず、ステップ（ｓｔｅｐ）８０１で予備測定が行われる。予備測定は、ロータ４０２を振動しない程度にゆっくりと回転させながら、各回転角ごとにロータ４０２の３次元絶対変位を測定することによって行われる。これによって、各回転角におけるロータ４０２の静的な３次元絶対変位が測定される。

ステップ８０３で、静的な３次元絶対変位が許容範囲内か否かが判定される。判定は所定の閾値に基づいて行われる。閾値は、ＸＹＺの３方向について全て同一または個別の閾値である。

静的な絶対変位が３方向のいずれかにおいて許容範囲外のときは、ステップ８０５で警報が発せられる。警報には絶対変位の量および方向の表示が伴う。表示はオペレータコンソール３００による制御の下でディスプレイ３０２により行われる。オペレータコンソール３００およびディスプレイ３０２からなる部分は、本発明における警報手段の一例である。警報および表示に基づいて、ステップ８０７でバランス調整が行われる。

予備測定からバランス調整までの作業は、被検体を搬入しない状態で行われる。この作業は、工場における製品の調整段階や稼動サイトへの据え付け時に行われる。また、定期あるいは随時の保守時に行われる。

静的な３次元絶対変位が許容範囲内の場合は、ステップ８０９でスキャンが行われる。これによって、ロータ４０２は正規の速度で回転し、それに取り付けられたＸ線照射・検出装置により、被検体の複数ビューの透過Ｘ線信号の収集が行われる。

スキャンに並行して、ステップ８１１で絶対変位測定が行われる。これによって、スキャン中の各瞬時における３次元絶対変位が測定される。３次元絶対変位の測定値は回転角ごとに記憶される。

これら測定値に基づいて、ステップ８１３でデータ補正が行われる。データ補正は、透過Ｘ線信号について、ビューすなわち回転角ごとにビューセンタ（ｖｉｅｗ ｃｅｎｔｒｅ）を補正することによって行われる。透過Ｘ線信号のビューセンタは見かけ上一定であるが、実際はロータ４０２の３次元絶対変位に伴って変位しているので、３次元絶対変位の測定によって得られた値を用いて補正する。

このような補正後の透過Ｘ線信号を用いて、ステップ８１７で画像再構成が行われる。ビューセンタ補正により、透過Ｘ線信号のビューセンタのＸＹＺ方向における誤差が無くなっているので、再構成画像は品質の良いものとなる。

本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置の構成を示す図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置におけるＸ線照射・検出装置の構成を示す図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置におけるＸ線検出器のＸ線入射面の構成を示す図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置におけるロータ・アセンブリの構成を示す図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置におけるロータ・アセンブリの構成を示す分解図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置におけるロータ・アセンブリの動的モデルを示す図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置におけるロータとその変位を検出ためのセンサを示す図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置におけるロータの変位を検出ためのセンサのブロック図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置における渦電流トランスデューサの要部の原理図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置における内部速度トランスデューサの要部の原理図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置のロータの変位測定に着目したブロック図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置の動作のフロー図である。

符号の説明

１０ ： 被検体
１００ ： ガントリ
１１０ ： Ｘ線照射・検出装置
１３０ ： Ｘ線管
１３２ ： 焦点
１３４ ： Ｘ線
１５０ ： Ｘ線検出器
１５２ ： Ｘ線入射面
１５４ ： 検出セル
２００ ： テーブル
２０２ ： 天板
２０４ ： クレードル
２０６ ： 支柱
３００ ： オペレータコンソール
４０２ ： ロータ
４０４ ： ベアリング
４０６ ： ブラケット
５０２，５０４ ，５０６ ： センサ
６０２ ： 渦電流トランスデューサ
６０４ ： 内部速度トランスデューサ
６０６ ： 加算器
６２２ ： コイル
６２４ ： 検出対象
６４４ ： コイル
６４６ ： 検出対象
６４８ ： 磁気回路
６５０ ： バネ
７１０ ： 電源部
７２０ ： 増幅部
７３０ ： データ収集部
７４０ ： 回転角センサ
７５０ ： メモリ
７６０ ： データ補正部
７７０ ： バランス調整部

Claims (6)

1. ガントリ内で回転するＸ線照射・検出装置により被検体の複数ビューの透過Ｘ線信号を収集し、それら透過Ｘ線信号に基づいて画像を再構成するＸ線ＣＴ装置であって、
   回転時の振動による前記Ｘ線照射・検出装置の３次元的な絶対変位を前記ガントリに設けられたセンサを通じて測定する測定手段と、
   前記測定手段の測定値に基づいて複数ビューの透過Ｘ線信号を補正する補正手段と、
   を具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
2. 前記センサは、ベース座標系の３軸方向における前記Ｘ線照射・検出装置の変位をそれぞれ検出する３つのコンポジット・トランスデューサである、
   ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記コンポジット・トランスデューサは、前記ガントリの変位を検出するための内部速度トランスデューサと、前記ガントリに対する前記Ｘ線照射・検出装置の変位を検出するための渦電流トランスデューサと、それらトランスデューサの検出信号を加算する加算器との組み合わせである、
   ことを特徴とする請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記測定手段は、測定値を前記Ｘ線照射・検出装置の回転角に対応させてメモリに記憶する、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記補正手段は、透過Ｘ線信号のビューセンタを補正する、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記測定手段の測定値に基づいて警報を発する警報手段を有する、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載のＸ線ＣＴ装置。

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