JP3679326B2 - デジタル消去血管造影法用の装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の特徴部に記載された装置に関する。
【０００２】
このような装置は、すでにＤＥ ３５ １７ １０１ Ｃ１から公知である。これは、血餅による冠状血管の急性閉塞の恐れがあるかどうかを立証する目的で、心臓の検査の際に用いられる。この目的のため、ヨウ素造影剤を患者の腕の静脈に注射し、患者に、２本の直線的にコリメートされたＸ線ビームを、ライン毎に同時に照射する。Ｘ線ビームのうち１本は、３３ｋｅＶのヨウ素吸収端のすぐ下のエネルギーＥ₁を有し、もう１本は、ヨウ素吸収端のすぐ上のエネルギーＥ₂を有する。２本のＸ線ビームは、患者の心臓に焦点が合わされ、患者の向こう側で、距離を置いて互いに平行に配置された２つの計数箱を有する検出器に入射する。検出器の信号は、電荷感受性Ａ／Ｄ変換器を介して、デジタル信号に変換され、コンピュ−タに送信される。その後、コンピュータは、各々の場合において、エネルギーＥ₁の画像およびエネルギーＥ₂の画像を組み立て、対数を用いて、画像を互いに消去する。これにより得られる画像をモニタ上に表示する。
【０００３】
ＤＥ ３９ ０１ ８３７ Ａ１に、高精度に、広いダイナミックレンジで、かつ短い記録時間で高感度に、高いビーム強度の局所分布を計測できる放射線検出器が開示されている。用途は、例えば、速く動く器官（冠状血管）を瞬時に記録するための、医療診断である。このために、パルス放射線ソースが、用いられるが、１つのビームパルスに属する個々の定量の信号が、比例計数箱で合計され、このようにして得られた放射線ソースパルス毎の、これらの個々の信号は、必要な強度信号をすでに表しているか、またはそうでなければ、これらの個々の信号を、いくつかの放射線ソースパルスにわたって、画像のポイント毎に電気的に合計する。ＤＥ ３９ ０１ ８３７ Ａ１は、さらに、このような検出器の構成を提供する。しかし、この検出器の問題点は、従来の増幅器および変換器回路と共に用いた場合に、必要な画像解像度が得られないことである。
【０００４】
本発明の目的は、上記のタイプの装置を、得られる画像の解像度がより良くなる程度まで改善し、特に冠状血管をより明瞭に示すことである。
【０００５】
この目的は、請求項１に記載の特徴を備える装置によって、達成される。
【０００６】
この装置は、非常に高い力学的作用（ｄｙｎａｍｉｃｓ）を有する、高感度増幅器およびアナログ・デジタル変換器を備え、これらにより、ヨウ素で満たされた体の高い吸収の差異を、線形に示すことができる。この方法により、ヨウ素で満たされた心室が部分的に重なるにも関わらず、３つの冠状血管の全てを示すことが可能になる。
【０００７】
これに関連して、心臓は動き続けており、また他方では造影剤が心室および冠状血管の両方に入るので、冠状血管の撮像は、非常に難しいことを述べておく。
【０００８】
上記の目的を達成するにあたり、色またはコントラストの差の形式で十分に良好な解像度を達成するためには、少なくとも１８ビットのダイナミックレンジを有する、電流または電荷デジタル変換器の形態の、電子回路に用いられる好適な部品を発見する必要があった。
【０００９】
以下、本発明を、図面を参照しながらより詳細に説明する。
【００１０】
図１は、Ｘ線のソースとして、例えば、出願人からのＤＯＲＩＳのように入手可能な、ストレージリングを示す。これには、スピンしている陽電子ビームｅ⁺が、大体において、それぞれ直列に接続されるが反対の極性の極の対によって示される様態で、いわゆるウィグラマグネット（ｗｉｇｇｌｅｒ ｍａｇｎｅｔ）の極の間の面において後方および前方に偏向される。これにより、強いシンクロトロン放射が形成される。このシンクロトロン放射は、多色、または「白色」ビーム７であり、図示されていないコリメータおよび絞りのシステムを通して、モノクロメータ１上に伝わる。ＤＯＲＩＳの場合、モノクロメータ１は、放射線のソースポイントを形成するウィグラマグネット２から約１５〜３６ｍ離れている。ソースポイントの付近において、「白色」ビーム７は、ほぼ楕円形の断面を有し、短軸が約２ｍｍの長さであり、水平方向の長軸の長さが約４ｍｍである。ビーム絞りおよび自然発散によって、ビーム７は、モノクロメータ１の位置で、約１００ｍｍの水平幅および約２．５ｍｍの高さを有する。２重のモノクロメータ１を用いることによって、エネルギーＥ₁およびエネルギーＥ₂の２本の単色ビームがそこから形成される。単色ビームＥ₁およびＥ₂は、動作中、その経路上にある患者の心臓１０を通過して、検出器３の入力に到達する。検出器３の入力で、１．５ｍｍの間隔、およびその時点で１２０ｍｍの水平幅、および各々の場合において、１．０ｍｍの高さを有する。
【００１１】
検出器３は、接続された検出回路５１および５２を備えた２つの電離箱３１および３２を有する。検出器３の検出回路５１および５２からの出力信号が、リード５１１および５１２を介して、コンピュータシステム６へと送信される。コンピュータシステム６は、例えば、ＤＥ３５ １７ １０１ Ｃ１に記載されたそれ自体は公知の様態で画像の評価を制御する。即ち、各々の場合において、エネルギーＥ₁の画像をエネルギーＥ₂の第２の画像から引き算／消去し、その結果得られる画像をモニタ２０上に表示する。
【００１２】
本発明による装置の動作中、患者は、液圧システムの制御によって上下に可動するスツール９に座る。この動きは、２重の矢印によって示される。１つの実施形態において、スツール９は、上方へ約４０ｃｍ動く。最初の１０ｃｍは、スツール９および座っている患者の加速用であり、その移動経路の次の２０ｃｍは、５０ｃｍ／秒の一定速度の動きであり、最後の１０ｃｍは、ブレーキ用である。その結果、患者の検査対象器官、例えば心臓１０が、２５０ミリセカンドの間に、２つの単色ビームＥ₁およびＥ₂を通って移動する。従って、１つのおよび同じ検査位置が、ビームＥ₁およびビームＥ₂によって連続的に速く撮像されるので、２本のビームの画像が、コンピュータシステム６において容易に消去され得る。
【００１３】
図１によると、モノクロメータ１と検出器３との間の２本のＸ線ビームのビーム経路において、２本のビームＥ₁およびＥ₂の交点より手前、従って、検査対象の心臓１０よりも手前に、１０ミリセカンドより短い時間でＸ線ビームＥ₁およびＥ₂を遮ることができる非常に高速なビームシャッタを有する安全システム８が設けられている。このような安全システムは、本出願人のシンクロトロンの動作中、長年用いられてきた。
【００１４】
スツール９は、図示はしないが、コンピュータシステム６を介しても制御される。しかし、図に示していない液圧システムを制御して、コンピュータシステム６からスツール９を高くしたり、低くしたりすることは当業者にとっては、容易になしえることである。
【００１５】
図２に、図１の検出器３の垂直断面を示す。検出器３は、各々にプレートバー３１１および３１２ならびに共通のドリフト陰極３１３が設けられた、２つの電離箱３１および３２から形成される。
【００１６】
２つの電離箱３１および３２は、実質的に矩形で、１つの側面上に固定フランジ３６を有する、ハウジング３３によって囲まれている。高さ約１０ｍｍ、幅１５０ｍｍ、および長さ約３０ｍｍのインレットチャネル３７が、ハウジング３３の壁を通して設けられ、それ自体は公知のコリメータ３４がインレットチャネル３７の自由端に設けられている。これを通して、２本のビームＥ₁およびＥ₂が入射できる。チャネル３７の内端は、炭素繊維窓（３５）によって閉じられている。
【００１７】
ハウジング３３の内部は、１０から２０バールの圧力下で、クリプトンまたはキセノンのような電離ガスおよび例えば二酸化炭素のような冷却ガスが充満する、空洞のスペースである。電離ガス対冷却ガスの分圧比は、約９０：１０である。
【００１８】
すでに述べたように、電離箱３２の各々は、互いに約９ｍｍの距離で配置された、グラスファイバー強化プレートバー３１１および３１２を有する。互いに対向するプレートバー３１１および３１２の側面上には、陽極片として、金メッキされた銅の小片が配置されている。これらの金メッキされた銅の小片は、ビーム方向に沿って、４００μｍのグリッドで配置される。図２の右側の部分に、プレートバー３１１および３１２の、一点鎖線円で強調された部分を、拡大して示す。この図から、コモンドリフトカソード３１３が、陽極片を有するプレートバー３１１および３１２の間に配置され、プレートバー３１１および３１２の近くにある、いわゆる「フリッシュグリッド（Ｆｒｉｓｃｈ ｇｒｉｄ）」が、ドリフトカソード３１３から第１および第２のプレートバー３１１および３１２までの間のスペース内に配置されていることが分かる。１つの実施例において、ドリフトカソード３１３は、１．０ｍｍの厚さを有し、ドリフトカソード３１２とプレートバー３１１および３１２の各々との間の距離は４．０ｍｍである。その後、２つのフリッシュグリッド３１５は、プレートバー３１１および３１２から１．０ｍｍの距離でそれぞれ配置され、従って、各々の場合において、ドリフトカソード３１３の表面から３．０ｍｍの距離で配置される。フリッシュグリッドは、０．５ｍｍの距離をおいて、特別なワイヤで作られ、電離箱３１および３２で生成されるイオンを陽極片から遮蔽する。
【００１９】
第１および第２のプレートバー３１１および３１２は、検出器３のハウジング３３からビーム方向に突出し、その端部で検出回路５１および５２にそれぞれ接続される。電離ガスおよびクエンチングガスを封入できるようにするためには、検出器３のハウジング３３が、閉じていなければならないことは明らかである。この目的のためには、ストッパー３８が、プレートバー３１１および３１２の間に組み込まれて、例えばプレートバー３１１および３１２に接着されることによって、２つのプレートバー３１１および３１２を、気密状態で互いに接続する。そして、２つのプレートバー３１１および３１２は、例えば、やはり接着によって、気密状態で、ハウジング３３の壁に接続される。
【００２０】
すでに述べたように、４００μｍのグリッドの金メッキされた銅の小片としてのアノードは、互いに対向するプレートバー３１１および３１２の側面上に配置され、検出器３のハウジング３３から突出し、特に、約０．３ｍｍの距離で、各々が０．４ｍｍの幅を有するように配置された３３６個の平行な小片の形態で設けられる。プレートバー３１１および３１２の各々の長さは、約２３０ｍｍであり、電離箱３１および３２の長さは、約６０ｍｍである。
【００２１】
電離箱３１および３２の内部において、陽極片は、約５６ｍｍの長さにわたって平行に延び、電離箱３１および３２の外部において分かれ、特に検出器３のハウジング３３の外側は、図３に示す電子回路５０が、検出回路５１および５２内で各陽極片に接続され得るような距離に広げられる。従って、１つの実施形態において、２つの検出回路５１および５２は、２×３３６＝６７２個の、図３に示す構造を有する電子回路５０を含む。
【００２２】
図３は、２×３３６個の電子回路５０の１つを示す。電子回路５０の入力ＩＮは、プレートバー３１１または３１２の２×３３６個の陽極片の１つに接続される。電子回路５０の入力ＩＮは、演算増幅器ＯＰＡの負の入力につながり、正の入力が、接地される。演算増幅器ＯＰＡは、Ｂｕｒｒ−Ｂｒｏｗｎ製の、ＯＰＡ １２９ ＵＢタイプである。通常±１５Ｖで動作し、極めて低ノイズの演算増幅器である。
【００２３】
演算増幅器ＯＰＡの出力で、トランジスタＴがエミッタに接続される。具体的には、５．１ｋΩの第１の抵抗Ｒ₁を介して接続される。トランジスタＴのベースに、−４Ｖの直流電圧を提供する定電圧源が設けられている。トランジスタＴのコレクタは、動作中、０から約９０Ｖまでの電圧がかかるポイントＰにある。この理由により、トランジスタＴは、ベース回路として用いられる電圧安定トランジスタである。トランジスタＴのコレクタは、ポイントＰおよび１５０ＭΩの第２の抵抗Ｒ₂を介して、演算増幅器ＯＰＡの負の入力に接続される。
【００２４】
１００Ｖ以上の高い直流電圧が、特に、例えば４３ｋΩの、第３の抵抗Ｒ₃を介して、電子回路５０のポイントＰに印加される。
【００２５】
演算増幅器ＯＰＡは、入力での差動電圧を事実上０ボルトに保ち、入力信号の電流ｉ_sが、抵抗Ｒ₂を介してポイントＰへと流れ、そこから３０ＭΩの第４の抵抗Ｒ₄を介して、アナログ・デジタル変換器ＡＤＣへと流れる。アナログ・デジタル変換器は、２０ビットの解像度の、Ｂｕｒｒ−Ｂｒｏｗｎ製のＤＤＣ １０１ Ｕタイプの部品である。このチップは、正電荷または正孔を読み出す、フォトダイオードからの読出し用に特別に設計されている。従って、その単極動作において、このチップは、正電荷信号を２０ビット信号へと変換するためにのみ用いられ得る。チップＤＤＣ １０１ Ｕは、実際には双極動作にも用いられ得るが、その場合、出力が１９ビットまで低減される。この動作では、チップのノイズが大きく、この場合の撮像には使われ得ない。
【００２６】
この理由により、本発明の用途に使用できるのは、チップＤＤＣ １０１ Ｕの単極動作のみであり、その場合、チップが処理できるのは正電荷（正孔）のみであり、負電荷、即ち電子のみが陽極片を介して電離箱３１および３２から送達されるという困難がある。従って、本発明にとって、特定のＤＤＣ １０１ Ｕのアナログ・デジタル変換器ＡＤＣによって処理され得る正電荷が、演算増幅器ＯＰＡの入力に到達する負電荷から作られることが重要である。このため、まず、２０ＭΩより低い抵抗では、チップＤＤＣ １０１ Ｕが、抵抗のノイズ、またはナイキストノイズとも呼ばれるノイズよりも大きいノイズを発生するので、アナログ・デジタル変換器の入力にある抵抗をＲ₄＞２０ＭΩにする必要がある。しかし、ノイズだけで４ビットになる場合、１６ビットのみが撮像のために残され、必要な画像解像度を達成するのには、少なすぎる。
【００２７】
しかし、２０ＭΩより大きい抵抗を抵抗Ｒ₄に選択する場合、これに応じてより高い駆動電圧が、約０．２ミリセカンドでＤＤＣ １０１ Ｕを２０ビットまで充電するために、ポイントＰで必要である。例えば、３０ＭΩが抵抗Ｒ₄に選択される場合、ポイントＰでの制御電圧は、最大９０ボルトあるいはそれ以上の高さまで上げることができなけれはならない。このような高い駆動電圧は、演算増幅器ＯＰＡが最大２０〜３６ボルトしか耐えられないので、演算増幅器ＯＰＡの破壊につながり得る。
【００２８】
この理由により、電圧安定トランジスタＴは、演算増幅器ＯＰＡとポイントＰとの間のベース回路内に配置される。公知のように、ベース回路は、電圧増幅を引き起こし、トランジスタＴは、ちょうど、第２の抵抗Ｒ₂における電圧降下によって、演算増幅器ＯＰＡの入力での電圧差が０、または実質的に０になるように制御される。この結果、演算増幅器ＯＰＡに到達する電荷が、アナログ・デジタル変換器の入力にも到達する。特に、抵抗Ｒ₂が抵抗Ｒ₄の５倍になるように選択されているので、５倍増幅されてアナログ・デジタル変換器の入力に到達する。好適な実施形態において、実際には、Ｒ₂＝１５０ＭΩ、Ｒ₄＝３０ＭΩである。
【００２９】
従って、本発明よる電子回路５０の本質部分は、以下の手段を含む。
１． 負電荷は、チップＤＤＣ １０１ Ｕによって処理され得るようにするため、正電荷に変換される。
２． ＡＤＣチップのために選択される駆動電圧は、最大９０ボルトあるいはそれ以上である。
３． ＡＤＣのための高い駆動電圧は、ベース回路によって、演算増幅器から離されている。
【００３０】
診察する医師にとって必要な画像の明瞭さのために十分である、３００，０００：１の信号対ノイズの比が、結果として得られる。電離箱３１および３２から陽極片に供給される信号電流は、さらに、１００ｆＡ以下の領域、即ちｉ_max＜１００×１０^-15Ａにある。これらの電流は低いため、個々の３３ｋｅＶのフォトンに対応する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、シンクロトロンのＸ線のビーム経路内の装置を示す図である。
【図２】 図２は、図１による装置において用いられる検出器の側面図である。
【図３】 図３は、図１および図２からの検出器に用いられる電子回路の回路図である。

Claims (9)

1. エネルギー消去モードにおける、デジタル消去血管造影法用の装置であって、該装置は、
   ２本の単色Ｘ線ビーム（Ｅ₁、Ｅ₂）を発生するためのモノクロメータ（１）と、
   ビームシャッタを含む安全システム（８）と、
   患者を位置決めするために上下に移動させられるスツール（９）が実装された、液圧システムによって駆動される、ライン走査装置と、
   ２重ライン検出器（３）と、
   システムの制御、データ獲得および画像処理のためのコンピュータシステム（６）と
   を備え、
   該検出器（３）は、局所的に分析する２つの電離箱（３１、３２）によって形成され、該電離箱（３１、３２）は、電離ガスで充満され、所定数の陽極片（３１１、３１２）を有し、
   共通のドリフト陰極（３１３）は、両方の該電離箱（３１、３２）用に用いられ、
   該電離箱（３１、３２）の各々には、該陽極片（３１１、３１２）の各々のための電子回路（５０）をそれぞれ有する、別々の検出回路（５１、５２）が接続され、該検出回路（５１、５２）は、０ボルトと１７５ボルトとの間で信号変換器として線形動作し、
   該電子回路（５０）の各々は、その入力において演算増幅器（ＯＰＡ）を有し、該演算増幅器（ＯＰＡ）の負の入力に該陽極片（３１１、３１２）からの入力信号が印加され、該演算増幅器（ＯＰＡ）の正の入力は接地され、
   該演算増幅器（ＯＰＡ）の出力は、第１の抵抗（Ｒ₁）を介してトランジスタ（Ｔ）のエミッタに接続され、該トランジスタ（Ｔ）のベースには定電圧源（Ｓ）が設けられ、該トランジスタ（Ｔ）のコレクタはポイント（Ｐ）および第４の抵抗（Ｒ₄）を介してアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）の入力に接続され、
   該第４の抵抗（Ｒ₄）は、２０ＭΩよりも大きく、
   入力信号電流（ｉ_S）を最終的に該アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）へと通過させる第２の抵抗（Ｒ₂）は、該演算増幅器（ＯＰＡ）の該入力と該ポイント（Ｐ）との間に設けられ、
   該電子回路（５０）の全ての出力は、ビットワードとして、バスシステム（５１１、５１２）を介して、該コンピュータシステム（６）に送信される、
   デジタル消去血管造影法用の装置。
2. 前記アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）が、２０ビット電荷デジタル変換器である、請求項１に記載の装置。
3. 前記第４の抵抗（Ｒ₄）が３０メガオームを有し、前記第２の抵抗（Ｒ₂）が１５０メガオームを有する、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記第１の抵抗（Ｒ₁）が５．１キロオームを有し、前記第３の抵抗（Ｒ₃）が４３キロオームを有する、請求項１に記載の装置。
5. 約＋１４５Ｖの直流電圧が前記第３の抵抗（Ｒ₃）の前記ポイント（Ｐ）とは反対側に設けられている、請求項４に記載の装置。
6. ベース回路として動作する前記トランジスタ（Ｔ）は、約２００Ｖまでで電圧が安定するトランジスタである、請求項１〜５のいずれか１つに記載の装置。
7. 前記定電圧源（Ｓ）が、−１Ｖより低い直流電圧を前記トランジスタ（Ｔ）のベースに印加する、請求項６に記載の装置。
8. 前記演算増幅器（ＯＰＡ）は、ｄｉｆｅｔ回路によって形成される、請求項１〜７のいずれか１つに記載の装置。
9. 前記検出器（３）は、各エネルギー（Ｅ₁、Ｅ₂）用の３３６本の信号リードを有する、請求項１に記載の装置。

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