JP3977623B2 - X線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、X線管装置の異常放電等の動作異常を監視する機能を持ったX線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
被検体に関する広範囲にわたる投影データを連続的に切れ目無くしかも非常に高速で収集することのできるヘリカルスキャンは、周知の通り、X線管及び多チャンネルタイプX線検出器等の連続回転と、被検体を載置した寝台のテーブルトップのスライドとの同期的な動きによって実現される。
【0003】
ところで、現在殆どのX線コンピュータ断層撮影装置には、管電圧、管電流、フィラメント電流、管内温度、クールポンプの動作状態等からX線管の状態を監視し、必要に応じてX線曝射を含むスキャン動作を停止するインターロック機能が装備されている。
【0004】
従来では、このインターロック機能が働いて、X線曝射が停止したとき、その原因を追求して解消すると共に、操作者がエラークリアの指示を出さなければX線曝射を含むスキャン動作全体が停止するようになっていた。
【0005】
このようなインターロック機能は非常に便利で安全性を向上する上で不可欠な機能ではあるが、反面、スキャンを最初からやり直さなければならないことも多々あった。例えば、造影検査などでは、経時的なCT値の変化が最も重要な情報の1つであるが、インターロック機能でスキャンが途中で停止してしまうと、その再開までに造影効果が殆ど消失してしまうので、造影剤を再度注入して、最初からスキャンをやり直すことが必要になるし、また、上述したヘリカルスキャンでは、スキャン停止時点から再開するにしても、スキャン停止中の被検体の姿勢の変化等によって連続データにならないこともあり、やはり最初からスキャンをやり直すことが必要になる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、X線コンピュータ断層撮影装置において、異常事態が発生しても、スキャンの継続を可能とすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るX線コンピュータ断層撮影装置は、回転軸回りに回転自在に支持される円環形状を有する回転架台と、前記回転架台に搭載される第1X線管装置と、前記第1X線管装置に対向する前記回転架台上の位置に搭載される第1X線検出器と、前記第1X線管装置に対して前記回転軸周りに所定角度ずれ、且つ前記回転軸の方向に所定距離ずれた前記回転架台上の位置に搭載される第2X線管装置と、前記第2X線管装置に対向する前記回転架台上の位置に搭載される第2X線検出器と、前記第1X線管装置の動作を監視する監視手段と、前記第1X線管装置に対して前記第2X線管装置が同じ又は略同一のらせん状軌道を追随して移動するために前記回転架台の回転及び前記被検体を載置する天板移動を制御し、前記第1X線管装置が正常である期間は、前記第1X線管装置からX線を発生させて前記第1X線検出器でデータ収集を行うとともに前記第2X線管装置のX線発生を停止し、前記監視手段が前記第1X線管装置の異常を検知した時点で、前記第1X線管装置のX線発生を停止するとともに、前記第2X線管装置からのX線発生及び前記第2X線検出器によるデータ収集を開始するスキャン制御部と、前記第1X線管装置の異常を検知した時点以前のスキャンサイクルでは、前記第1X線検出器で収集したデータに基づいて画像を再構成し、前記第1X線管装置の異常を検知した時点を含むスキャンサイクルでは、前記第1X線検出器で収集したデータと前記第2X線検出器で収集したデータとに基づいて画像を再構成し、前記第1X線管装置の異常を検知した時点以後のスキャンサイクルでは、前記第2X線検出器で収集したデータに基づいて画像を再構成する再構成ユニットとを具備する。
【0008】
【発明の実施の形態】
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を好ましい実施形態により具体的に説明する。なお、X線コンピュータ断層撮影装置には、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ROTATE/ROTATE-TYPE、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STATIONARY/ROTATE-TYPE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。ここでは、現在、主流を占めているROTATE/ROTATE-TYPEとして説明する。
【0009】
また、1枚の断層像を再構成するには、被検体の周囲1周、約360度分の投影データの1セットが、またハーフスキャン法でも210度〜240度程度分の投影データの1セットが必要とされる。いずれの方式にも本発明を適用可能である。ここでは、一般的な前者の約360度分の投影データセットから1枚の断層像を再構成するものとして説明する。
【0010】
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1とコンピュータ装置2と寝台3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2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3の天板31に載置された状態でスキャンガントリ1の撮影領域内に挿入される。寝台3には、電動で天板31をその長手軸(載置される被検体の体軸と略等価)に沿って移動するための天板スライド部32が装備されている。コンピュータ装置2は、中央制御ユニット21と、それに対してデータ/制御バス22を介して接続されたデータ保存ユニット23、画像再構成ユニット24及び画像表示ユニット25から構成される。
【0011】
スキャンガントリ1は、多管球型であり、つまり円環状の回転架台に、X線管装置とX線検出器とのペアが複数搭載されている。ここでは、2管球型として説明する。図2に示すように、第1ペア11は、第1X線管装置110と、それに対向する第1X線検出器113とが回転架台に搭載されている。第2ペア12は、第2X線管装置120と、それに対向する第2X線検出器123とが、その中心軸が第1ペア11の中心軸と回転軸RAで所定角度(ここでは90°と仮定する)交差する位置関係で回転架台に搭載されている。さらに、第2ペア12は、スライド部16により回転軸RAと並行に移動可能に支持されている。それにより第2ペア12は、第1ペア11に対して、回転軸RA上の位置(以下、Z位置という)を同一又は任意距離離間させた位置に設定することが可能になっている。本実施形態では、ヘリカルスキャン時には、第2ペア12のZ位置が、第1ペア11のZ位置に対して後方に所定距離ずらされ、一方、シングルスライススキャン時には、第2ペア12のZ位置が、第1ペア11のそれと同じ又は略同じ位置に設定される。
【0012】
第1X線管装置110は、X線管球111と、リファレンス検出器112、さらには図示しないが冷却システム、フィルタ、絞り等の周辺要素から構成される。第2X線管装置120も同様に、X線管球121と、リファレンス検出器122、さらには図示しないが冷却システム、フィルタ、絞り等の周辺要素から構成される。リファレンス検出器112、122は、辺縁のX線を入射する位置に配置される。このリファレンス検出器112、122の出力又はその変動に基づいて、異常監視部15では、X線管球111、121の動作状態、つまり異常放電等の異常の発生をX線強度の急激な低下により検知することが可能である。なお、リファレンス検出器112、122は、他の方式のセンサに代替可能であり、例えば管電流計であれば、異常監視部15は、X線管球111、121の動作状態を管電流の急激な高騰により検知することが可能である。
【0013】
X線制御部13は、高電圧発生器を備え、スキャン制御部14の制御のもとで、X線管装置110、120に対して、管電圧の印加、フィラメント電流の供給、その他、冷却システム、フィルタ、絞り等の動作制御を行う。このX線制御部13に対する制御とともに、スキャン制御部14は、回転架台の回転、天板31のスライド、スライド部16による第2ペア12のZ位置の変更、さらにはデータ収集部114、124の信号入出力及び増幅量子化等の処理をはじめスキャンに必要とされる全てのオペレーション制御を担当する。
【0014】
また、スキャン制御部14は、異常監視部14に接続され、異常監視部14でX線管球111又は121に放電等の異常発生を検知したとき、異常発生したX線管球111又は121への管電圧の印加を停止するために必要な処理をX線制御部13に対して行う。この管電圧の印加と共に又は管電圧の印加とは別に、X線管装置11,12にX線シャッタが装備されていれば、シャッタを閉じて被検体への無用なX線照射を停止するために必要な処理をX線制御部13に対して行う。
【0015】
異常放電が発生したとき、管電圧印加を短期間停止した後、それを再開すると、多くの場合、正常に復帰することが知られている。この自動復帰機能をスキャン制御部14は備えており、つまり、異常発生したX線管球111又は121への管電圧印加を停止させるとともに、その停止から所定期間経過後に管電圧印加を再開するために必要な処理をX線制御部13に対して行う。
【0016】
データ収集部114、124で収集された投影データが、図示しないが連続回転を可能にするスリップリングを介してコンピュータ装置2のデータ保存ユニット23に供給され、保持される。再構成ユニット24は、データ保存ユニット23に保持された投影データに基づいて断層像データを再構成するが、データ保存ユニット23から断層像再構成のために再構成ユニット24に読み出される投影データのアドレスに関しては中央制御ユニット21で管理されており、中央制御ユニット21は、断層像再構成を、第1ペア11で収集したデータ、第2ペア12で収集したデータ、さらには両方で収集したデータを使って行うか、所定の規則に従って任意に切り替えることが可能になっている。
【0017】
図3には、縦軸を回転角度、横軸をZ位置として、ヘリカルスキャン時の第1,第2のX線管球111,121の軌道を示している。ヘリカルスキャンモードが指定されたとき、スライド部16により、第2ペア12のZ位置が、第1ペア11のZ位置に対して後方に所定距離Δdだけずれた位置に設定される。さらに、スキャン制御部14の制御により、ずれ距離Δdに基づいて、回転架台の回転角速度及び天板31の移動速度が、第1X線管球111に対して第2X線管球121が同じ又は略同一のらせん状軌道を追随するように、設定される。具体的には、1回転あたりの天板の移動距離として定義されるヘリカルピッチが、ずれ距離Δdの4倍(360°/ズレ角(ここでは90°))に一致するように、設定される。
【0018】
このヘリカルスキャンオペレーションにおいて、第1X線管球111が正常である期間には、投影データの収集は、第1ペア11により行われ、第2ペア12では行わず、いわゆる空走の状態で回転する。つまり、第1X線管球111が正常である期間には、実際にX線が曝射され、被検体に照射され、その透過X線が第1検出器113で検出される。そして、この期間には、第2X線管球121から、被検体にはX線の照射は行われない。X線の非照射は、第2X線管球121への管電圧の印加停止、または印加するがシャッタによるX線遮蔽、さらには他の手段のいずれでもかまわない。この第1X線管球111が正常である期間には、第2X線管球121への管電圧印加は停止されているが、第2X線管球121へのフィラメント電流の供給は実際に行われている。これは、第2X線管球121への管電圧印加開始から、実際にX線が曝射され、そして被検体に照射されるまでのタイムラグを縮小するための工夫である。
【0019】
図4、図5は、第1X線管球111に放電等の異常が発生したときの対処動作を説明するための図であり、図4が縦軸を回転角度、横軸をZ位置としているのに対して、図5では縦軸を時間、横軸を回転角度としている点を注意して参照すべきである。
【0020】
図4、図5において、時刻tに、第1X線管球111に放電等の異常が発生したことを表している。時刻tで、第1X線管球111は回転角度θ1に位置し、一方、第2X線管球121はそれよりも90°後方のθ2の位置にある。この時刻tで、スキャン制御部14は、第1X線管球111への管電圧印加、およびフィラメント電流の供給を停止する。それとともに、時刻tで、スキャン制御部14は、第2X線管球121への管電圧印加を開始し、また第2X線検出器123による検出及びデータ収集部124によるデータ収集を開始する。
【0021】
このように異常発生時にデータ収集を第1ペア11から第2ペア12に切り替えることにより、異常発生してデータ収集が第1ペア11で停止しても、それを第2ペア12で引き継いで、そのままヘリカルスキャンを継続させることが可能になる。
【0022】
断層像再構成に関しては、異常発生時刻t以前のスキャンサイクルでは、第1ペア11で収集したデータから断層像が再構成される。スキャンサイクルとは、基準位置(通常はゼロ°の位置、ハーフスキャンでは180°+ファン角αずつ周期的に変位していく)から、X線管球11が1枚の断層像を再構成するのに必要な角度範囲(360°又は180°+α)を回転する周期として定義される。
【0023】
断層像再構成処理は、当該ヘリカルスキャンと並行して進め、いわゆるCT透視を実現するものであってもよいし、ヘリカルスキャン終了後に開始する非リアルタイムであってもよい。
【0024】
異常発生時刻tを含むスキャンサイクルでは、異常発生までに第1ペア11で収集したデータとそれ以後に第2ペア12で収集したデータとから1断層像再構成に必要な角度(360°又は180°+α(ファン角))分の投影データを揃えて断層像の再構成が行われる。なお、第2ペア12は第1ペア11に対して所定時間遅れて移動するので、時刻t直前の90°分のデータが第1ペア11と第2ペア12とで重複して収集されている。再構成ユニット24では、この重複データに関してはアベレージングする機能を備えており、それにより第1ペア11と第2ペア12との感度変化に対してそれによる画質の急激な変化を抑制することができる。
【0025】
この異常発生時刻tを含むスキャンサイクル以後のスキャンサイクルでは、第2ペア12で収集したデータを使った断層像再構成処理に完全に移行する。
【0026】
このように放電等の異常が発生したとしても、データ収集を第1ペア11から第2ペア12に切り替えることにより、ヘリカルスキャンを継続させることが可能になる。もちろん、ここでは異常とはデータ収集ができなくなる事態を意味し、その意味からは、異常要因がX線管球の放電に限定されるものではなく、冷却システムの故障等の他の要因による曝射不全、さらにはX線検出器やデータ収集部の故障であってもよく、そのような異常要因に対しても同様に本発明は適用可能であるのは当然である。
【0027】
次にシングルスライススキャンのケースについて説明する。なお、ここではハーフスキャンの例で説明する。シングルスライススキャンは、天板固定した状態で連続回転して、同じスライスを繰り返しスキャンするオペレーションである。図6には、縦軸を時間、横軸を回転角として、シングルスライススキャン時の第1,第2のX線管球111,121の軌道を示している。シングルスライススキャンモードが指定されたとき、スライド部16により、第2ペア12のZ位置が、第1ペア11のZ位置と同じ位置、つまり第2ペア12が、第1ペア11と同じスライスの投影データを連続的に収集するように設定される。
【0028】
このシングルスライススキャンオペレーションでは、第1X線管球111又は第2X線管球121がともに正常である期間には、投影データの収集は、第1ペア11と第2ペア12との両方で行われ、両ペアで収集したデータを混成して、1断層像再構成に必要とされる180°+α分のデータを揃えて、その混成データに基づいて断層像データが再構成される。その結果、図6に示すように、スキャンサイクルを、90°回転に要する時間Δtに短縮することと、換言すると、断層像の時間分解能をペアが1つの場合の2倍に高めることが可能になる。
【0029】
図7は、第1X線管球111に放電等の異常が発生したときの対処動作を説明するための図である。図7において、時刻t1に、第1X線管球111に放電等の異常が発生したことを表している。時刻t1で、第1X線管球111は回転角度θ1に位置し、一方、第2X線管球121はそれよりも90°後方のθ2の位置にある。この時刻t1で、スキャン制御部14は、第1X線管球111への管電圧印加、およびフィラメント電流の供給を停止するとともに、その第1ペア11によるデータ収集を停止する。一方、第2X線管球121に対する管電圧印加、およびフィラメント電流の供給、さらに第2ペア12によるデータ収集はそのまま継続する。
【0030】
さらに、自動復帰機能に従って、時刻t1から所定時間経過時点の時刻t2で、スキャン制御部14は、第1X線管球111への管電圧印加、およびフィラメント電流の供給を再開する。異常要因が放電あるとき、自動復帰が成功する可能性が高い。
【0031】
断層像再構成処理は、当該シングルスライススキャンと並行して進め、いわゆるCT透視を実現するものであってもよいし、シングルスライススキャン終了後に開始する非リアルタイムであってもよい。
【0032】
上述したように、断層像再構成に関しては、異常発生時刻t1以前のスキャンサイクルでは、第1ペア11と第2ペア12との両方で収集したデータを混成して、1断層像再構成に必要とされる180°+α分のデータを揃えて、その混成データに基づいて断層像データが再構成される。
【0033】
異常発生時刻t1から復帰時刻t2までの期間では、第2ペア12で収集した1断層像再構成に必要な角度(360°又は180°+α(ファン角))分の投影データだけに基づいて断層像データの再構成が繰り返される。この期間は、1管球システムと同様に、第2ペア12が180°+α分の回転に要する時間Δtにスキャンサイクルが延長され、この期間に限っては、断層像の時間分解能が1/2倍に低下するが、スキャンを停止することなく、そのまま継続させることが可能になる。
【0034】
復帰時刻t2以前は、第1ペア11と第2ペア12との両方で収集したデータを混成して、1断層像再構成に必要とされる180°+α分のデータを揃えて、その混成データに基づいて断層像データを再構成する高時間分解能オペレーションに戻る。
【0035】
このように放電等の異常が発生したとしても、時間分解能は低下するものの、スキャン自体は継続させることが可能になる。もちろん、ここでは異常とはデータ収集ができなくなる事態を意味し、その意味からは、異常要因がX線管球の放電に限定されるものではなく、冷却システムの故障等の他の要因による曝射不全、さらにはX線検出器やデータ収集部の故障であってもよく、そのような異常要因に対しても同様に本発明は適用可能であるのは当然である。
【0036】
本発明は上述した実施形態に限定されず、種々変形して実施可能である。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、X線コンピュータ断層撮影装置において、異常事態が発生しても、スキャンを継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るX線コンピュータ断層撮影装置の主要部の構成図。
【図2】図1の第1,第2検出器の配置を示す斜視図。
【図3】本実施形態において、ヘリカルスキャン時の第1,第2のX線管球の軌道を示す図。
【図4】本実施形態において、ヘリカルスキャン時のスキャン継続機能の説明図。
【図5】本実施形態において、ヘリカルスキャン時のスキャン継続機能の詳細な説明図。
【図6】本実施形態において、シングルスライススキャン時のスキャン継続機能の説明図。
【図7】本実施形態において、シングルスライススキャン時のスキャン継続機能の詳細な説明図。
【符号の説明】
1…スキャンガントリ、
11…第1ペア、
110…第1X線管装置、
111…第1X線管球、
112…第1リファレンス検出器、
113…第1検出器、
114…第1データ収集部、
12…第2ペア、
120…第2X線管装置、
121…第2X線管球、
122…第2リファレンス検出器、
123…第2検出器、
124…第2データ収集部、
13…X線制御部、
14…スキャン制御部、
15…異常監視部、
2…コンピュータ装置、
21…中央制御ユニット、
22…データ/制御バス、
24…再構成ユニット、
25…画像表示ユニット、
3…寝台、
31…天板、
32…天板スライド部。
Claims (1)
- 回転軸回りに回転自在に支持される円環形状を有する回転架台と、
前記回転架台に搭載される第1X線管装置と、
前記第1X線管装置に対向する前記回転架台上の位置に搭載される第1X線検出器と、
前記第1X線管装置に対して前記回転軸周りに所定角度ずれ、且つ前記回転軸の方向に所定距離ずれた前記回転架台上の位置に搭載される第2X線管装置と、
前記第2X線管装置に対向する前記回転架台上の位置に搭載される第2X線検出器と、
前記第1X線管装置の動作を監視する監視手段と、
前記第1X線管装置に対して前記第2X線管装置が同じ又は略同一のらせん状軌道を追随して移動するために前記回転架台の回転及び前記被検体を載置する天板移動を制御し、前記第1X線管装置が正常である期間は、前記第1X線管装置からX線を発生させて前記第1X線検出器でデータ収集を行うとともに前記第2X線管装置のX線発生を停止し、前記監視手段が前記第1X線管装置の異常を検知した時点で、前記第1X線管装置のX線発生を停止するとともに、前記第2X線管装置からのX線発生及び前記第2X線検出器によるデータ収集を開始するスキャン制御部と、
前記第1X線管装置の異常を検知した時点以前のスキャンサイクルでは、前記第1X線検出器で収集したデータに基づいて画像を再構成し、前記第1X線管装置の異常を検知した時点を含むスキャンサイクルでは、前記第1X線検出器で収集したデータと前記第2X線検出器で収集したデータとに基づいて画像を再構成し、前記第1X線管装置の異常を検知した時点以後のスキャンサイクルでは、前記第2X線検出器で収集したデータに基づいて画像を再構成する再構成ユニット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。
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