JP4502574B2

JP4502574B2 - 増幅装置およびこれを備えたｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP4502574B2
Application number: JP2002303824A
Authority: JP
Inventors: 裕司澤永
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2022-10-18
Also published as: JP2004135894A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気信号を増幅する増幅装置およびこの増幅装置を備えたＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴ装置は、被検体を間にして対向配置したＸ線管とＸ線検出器とを被検体の周囲に回転させて、Ｘ線管から照射したＸ線の被検体を透過した量（透過Ｘ線量）をＸ線検出器で計測し、この計測データをデータ収集装置にて投影データとして収集し、収集した投影データを、コンピュータを用いて画像再構成処理することによって、被検体の断層像を得るものである。なお、Ｘ線管とＸ線検出器とは、回転架台に固定されており、この回転架台は固定架台に回転可能に支持されている。また、撮影に際して被検体は、回転架台のほぼ回転中心に置かれる。そして、このようなＸ線ＣＴ装置（Ｘ線ＣＴスキャナ）において、回転部と固定部との間で双方向にデータの伝送が行われるが、高速スキャンを実現するために回転部を一方向へ連続回転させており、この場合回転部と固定部との間では一般にスリップリングを介してデータの伝送が行なわれていた。しかしながら、スリップリングは機械的な磨耗が避けられず、信頼性やデータ伝送品質にも問題があった。
このような問題を解決するものとして、発光素子と受光素子を介して、回転部と固定部との間で光学的にデータの伝送を行なうものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このような伝送路は、必要に応じて複数チャンネル設けられて、例えば、Ｘ線管の制御データ、位置（回転架台の回転角度）データ、Ｘ線透過データ、Ｘ線検出器チャンネルデータ等、複数のデータを双方向に伝送することが可能である。
また、Ｘ線ＣＴ装置において、Ｘ線検出系に故障が生じた際に、故障チャンネルに関する情報を遠隔的に表示するシステムが知られている（例えば、特許文献２参照。）。このシステムは、Ｘ線を曝射することなく、Ｘ線検出系の故障チャンネルを解析し表示するので、Ｘ線の被曝が軽減されるとともに、故障がないにも拘わらず、サービスマンがユーザの元へ出向いて、故障の点検をするような作業の削減を可能とするものであった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２６１００３号公報（第３−４頁、図３）
【特許文献２】
特開平９−２４０４４号公報（第３−５頁、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、医療用のＸ線ＣＴ装置等にあっては、断層像の撮影中に装置に故障が生じると撮影を継続することができなくなって、患者に適切な診断や処置を講ずることができなくなるおそれがあった。
しかしながら、上述の従来のＸ線ＣＴ装置では、故障が生じた際に、故障チャンネルに関する情報を遠隔的に伝送し、故障個所を具体的に明示するのみであり、サービスマンによって故障個所の修理が完了するまで装置を使用することはできなかった。
そこで本発明は、上記のような問題を解決して、故障が生じた場合でも、サービスマンが到着するまでの間は正常動作を保持させることができるようにすることを目的としてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、Ｘ線を発生するＸ線発生手段および被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出手段を、固定架台に回転可能に支持された回転架台に搭載し、前記固定架台と前記回転架台との間でデータ伝送手段を介してデータを伝送するＸ線ＣＴ装置において、前記データ伝送手段を介して伝送されたデータに関する電気信号を増幅する増幅手段と、この増幅手段の動作特性からその経時変化の程度をモニタするモニタ手段と、このモニタ手段のモニタに基づいて外部に警報を行う警報手段とを備え、前記増幅手段は、前記電気信号を増幅する第１の増幅手段と、この第１の増幅手段の出力をさらに増幅する第２の増幅手段とを有し、前記モニタ手段は、前記第１の増幅手段のバイアス電圧レベルをモニタする第１のモニタ手段と、前記第２の増幅手段の振幅電圧レベルをモニタする第２のモニタ手段とを有し、前記補正手段は、前記第１のモニタ手段により前記第１の増幅手段のバイアス電圧レベルが所定の閾値より低下していると判定されたときに、そのバイアス電圧レベルを通常のレベルに補正する第１の補正手段と、前記第２のモニタ手段により前記第２の増幅手段の振幅電圧レベルが所定の閾値より低下していると判定されたときに、その振幅電圧レベルを通常のレベルに補正する第２の補正手段とを有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る増幅装置とこれを備えたＸ線ＣＴ装置の一実施の形態について、図１ないし図６を参照して詳細に説明する。なお、この増幅装置はＸ線ＣＴ装置の、回転部と固定部との間の、制御データやＸ線透過データなどを伝送する伝送系に備えられるものとして説明する。
図１は、本発明に係るＸ線ＣＴ装置の、一実施の形態の概略構成を示した外観図であり、図２は、同じく本発明に係るＸ線ＣＴ装置の概略的な系統図である。このＸ線ＣＴ装置は、固定架台１と、固定架台１の前面に配置される寝台２と、固定架台１および寝台２を操作し、かつ、Ｘ線ＣＴ装置を構成する各ユニットを有機的に制御する操作卓３から構成される。固定架台１の略中心部には、撮影部となる開口部４が設けられている。また、寝台２の上面には、被検体が載置される天板５が設けられている。操作卓３の操作によって、寝台２の高さは適宜調節され、天板５も固定架台１側へスライドさせられる。よって、撮影時には、天板５に載置された状態で被検体が、固定架台１の開口部４へ送り込まれる。
操作卓３上には、キーボードを始めマウスやトラックボール、ジョイスティックなどのポインティングデバイスを備えた入力器６やモニタ７が配置され、操作卓３内には後述する制御部２０が収納されている。
【００１０】
固定架台１内には、この固定架台１に回転可能に支持された回転架台１３が備えられている。回転架台１３には、図２に示すように、天板５に載置されて開口部４に位置する被検体Ｐを間にして、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２とが対向するように固定されている。なお、Ｘ線管１１の焦点からはコーン状（円錐状）のＸ線ビームが照射されるが、Ｘ線の照射口には図示しないスリットが設けられ、コーン状のＸ線ビームを所要の大きさに整形して、扇状のＸ線ビームとして被検体Ｐへ照射される。そして、被検体Ｐを透過したＸ線は、多数の検出素子を一列に配列した一次元のＸ線検出器１２で検出される。なお、Ｘ線検出器１２は一次元のＸ線検出器を幅方向へ複数列配列した二次元Ｘ線検出器であってもよい。
このＸ線管１１とＸ線検出器１２とは、回転架台１３に固定されているので、回転架台１３とともに被検体Ｐの周りに連続回転される。この回転架台１３は、回転駆動部１４によって制御部２０から供給される駆動制御信号に基づき駆動される。なお、寝台２には寝台制御部１５が設けられており、制御部２０から供給される寝台制御信号に基づき、例えば、天板５を所望のスライス位置へと所定量ずつ間欠的に移動させ、或いは、所定のスキャン範囲にわたって連続的に移動させる。
【００１１】
また、回転架台１３に固定されているＸ線管１１は、高電圧発生装置１６に接続されており、この高電圧発生装置１６は、制御部２０から供給されるＸ線制御信号に基づき、Ｘ線管１１に供給する管電流、管電圧などを決定し、これにより所定のタイミングでＸ線を発生させる。
さらに、回転架台１３に固定されているＸ線検出器１２には、データ収集システム（data acquisition system；以下、ＤＡＳと略称する。）１７が接続されている。このＤＡＳ１７は、Ｘ線の発生に関連するタイミングで、制御部２０から供給されるデータ収集制御信号に基づき、Ｘ線検出器１２から得られるＸ線パス毎のＸ線透過率を反映した投影データを収集する。なお、図示は省略したが、ＤＡＳ１７は、Ｘ線検出器１２の各Ｘ線検出素子からの出力を時間的に積分する積分器や、積分器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータなどから構成されている。
【００１２】
次に、上述のようなＸ線ＣＴ装置において、固定架台１と回転架台１３との間で双方向にデータの伝送を行うデータ伝送系に設けられる増幅装置について、図３を参照して説明する。なお、固定架台１と回転架台１３との間でデータの伝送を行うデータ伝送系は、本実施の形態としては光伝送のような非接触的な手段によるものとして説明する。
図３は、本発明に係る増幅装置の一実施の形態を示した系統図であり、増幅装置３０は光受信回路４０、クロック回路５０、バイアス電圧制御回路６０、振幅電圧制御回路７０を備えている。
光受信回路４０には、ホトダイオードのごとき光電気変換素子４１と、光電気変換素子４１から得られる微弱な電気信号を増幅するプリアンプ４２と、プリアンプ４２から得られる信号を更に増幅して所定の振幅の信号を得るリミッティングアンプ４３を備えている。そして、光電気変換素子４１は、図示しないレーザーダイオードのような電気信号を光信号に変換する電気光変換素子から送出された光信号を受信して、電気信号に変換するものであり、この信号は例えば５００Mbps程度の速度で伝送される。
また、クロック回路５０は、光電気変換素子４１で受信される元のデータに含まれているクロック信号に同期したクロック信号を発生し、後述する補正回路の動作タイミングを一致させるために使用される。
バイアス電圧制御回路６０には、プリアンプ４２のバイアス電圧レベルをモニタするバイアス電圧レベルモニタ６１と、モニタした結果、プリアンプ４２のバイアス電圧レベルが所定の閾値よりも低かったときに、プリアンプ４２のバイアス回路へ正帰還をかけてバイアス電圧レベルを正常動作時のレベルに保持させるバイアスレベル補正回路６２と、バイアス電圧レベルモニタ６１により、プリアンプ４２のバイアス電圧レベルが所定の閾値よりも低いと判定されたときに、警報を発生する警報器６３とを備えている。
さらに振幅電圧制御回路７０には、リミッティングアンプ４３の入力側の振幅電圧レベルをモニタする振幅電圧レベルモニタ７１と、モニタした結果、振幅電圧レベルが所定の閾値よりも低かったときに、リミッティングアンプ４３の入力側に正帰還をかけて、入力側の振幅電圧レベルを正常動作時のレベルに保持させる振幅レベル補正回路７２と、振幅電圧レベルモニタ７１により、リミッティングアンプ４３の入力側振幅電圧レベルが所定の閾値よりも低いと判定されたときに、警報を発生する警報器７３とを備えている。
【００１３】
次に、上記のように構成された増幅装置３０の動作について説明する。
例えば、光受信回路４０がＸ線ＣＴ装置の固定架台１側に設けられているものとすれば、その光電気変換素子４１は、Ｘ線ＣＴ装置の回転架台１３側に設けられている図示しない電気光変換素子から送出された光信号を受信する。そして、光受信回路４０における通常の信号の流れは、受信した光信号を光電気変換素子４１で電気信号に変換し（ステップ１）、変換された電気信号は、プリアンプ４２へ供給されて増幅され（ステップ２）、プリアンプ４２の出力はリミッティングアンプ４３でさらに増幅される（ステップ３）。そして、リミッティングアンプ４３から所定レベルの信号が送出され、この信号が次段の制御回路或いは駆動回路などへ供給されることになる。このような信号の流れをフローチャートに示すと、図４のようになる。
なお、光受信回路４０は回転架台１３側に設けられていてもよく、その場合光受信回路４０は、固定架台１側から送出される光信号を受信することになり、そのときの動作は先に述べた固定架台１側に設けられているときと同様である。
【００１４】
さて、光受信回路４０における通常の動作の下で、プリアンプ４２やリミッティングアンプ４３に、経時変化に伴い動作特性が劣化することが予想される。このような動作特性が劣化すると、プリアンプ４２ではバイアス電圧レベルが所定の閾値よりも低下するため所定の増幅度を得ることができなくなる。同様にリミッティングアンプ４３でも、動作特性が劣化することにより、入力レベルが低下して所定の増幅度を得ることができなくなる。そこで本発明では、プリアンプ４２やリミッティングアンプ４３に対して、動作特性の変化の様子をモニタするとともに、所定の閾値より低下していると判定した際に警報を発し、さらに、動作特性の劣化に対して一時的に所定の動作特性を保持するような応急処置を講ずるようにしている。
【００１５】
このような本実施の形態に係る増幅装置３０の動作の流れを、図３および図５に示したフローチャートを参照してさらに説明する。
図示しない電気光変換素子などからの光信号は、光電気変換素子４１で受信され、ここで光信号は電気信号に変換される（ステップ１１）。変換された電気信号は、プリアンプ４２へ供給されて増幅される（ステップ１２）が、プリアンプ４２のバイアス電圧レベルはバイアス電圧レベルモニタ６１によって常時モニタされる（ステップ１３）。モニタした結果、プリアンプ４２のバイアス電圧レベルが所定の閾値以上（ＹＥＳ）であれば、プリアンプ４２の出力はリミッティングアンプ４３へ供給され、所定振幅の出力信号を得るように増幅される（ステップ１４）。
しかしながら、バイアス電圧レベルモニタ６１でモニタした結果、プリアンプ４２のバイアス電圧レベルが所定の閾値よりも低いと判定（ＮＯ）されたときには、バイアスレベル補正回路６２がプリアンプ４２のバイアス回路へ正帰還をかけるように動作して、バイアス電圧レベルを正常動作時のレベルに保持させる（ステップ１５）。また、ステップ１３において、すなわちバイアス電圧レベルモニタ６１により、プリアンプ４２のバイアス電圧レベルが所定の閾値よりも低いと判定（ＮＯ）されたときに、警報器６３を動作させて警報を発生させる（ステップ１６）。この警報器６３の動作は、表示器を点灯したり、警報音を発生したり、あるいは遠隔地の監視センターなどへ信号を送出したりするものである。
【００１６】
一方、リミッティングアンプ４３の入力側の振幅電圧レベルも振幅電圧レベルモニタ７１によって常時モニタされる（ステップ１７）。そしてモニタした結果、振幅電圧レベルが所定の閾値以上（ＹＥＳ）であれば、リミッティングアンプ４３から所定レベルの出力信号が次段の制御回路或いは駆動回路などへ送出される。
しかしながら、振幅電圧レベルモニタ７１でモニタした結果、リミッティングアンプ４３の入力側の振幅電圧レベルが所定の閾値よりも低いと判定（ＮＯ）されたときには、振幅レベル補正回路７２がリミッティングアンプ４３の入力回路へ正帰還をかけるように動作して、入力側の振幅電圧レベルを正常動作時のレベルに保持させて（ステップ１８）、所定レベルの出力信号が得られるようにする。また、ステップ１７において、すなわち振幅電圧レベルモニタ７１により、リミッティングアンプ４３の入力側の振幅電圧レベルが所定の閾値よりも低いと判定（ＮＯ）されたときに、警報器７３を動作させて警報を発生させる（ステップ１９）。この警報器７３の動作も警報器６３と同様に、表示器を点灯したり、警報音を発生したり、あるいは遠隔地の監視センターなどへ信号を送出したりする。
ここで、光電気変換素子４１を介して伝送される信号は、所定のクロック信号に同期したものとなっている。そのため、バイアスレベル補正回路６２と振幅レベル補正回路７２とによって補正される信号のタイミングを合わせることが必要となる。クロック信号は伝送されるデータに含まれているので、クロック回路５０において、光電気変換素子４１で受信される元のデータに含まれているクロック信号に同期したクロック信号を発生し、これをバイアスレベル補正回路６２と振幅レベル補正回路７２とへ供給し、その動作タイミングを一致させている。
【００１７】
このように本実施形態によれば、増幅装置３０を構成する能動素子の特性が、経年変化などにより低下してきたことを、比較的早い段階で知ることができる。そして、特性の低下がある閾値以下になった場合、その旨を警報するので、サービスマンなどにより速やかに、部品の交換や修理など必要な処置を講ずることが可能となる。さらに、サービスマンなどにより処置が講じられるまでの間は、バイアスレベル補正回路６２や振幅レベル補正回路７２が作動して、応急措置として増幅装置３０を通常の動作状態に保持させるので、Ｘ線ＣＴ装置を使用し続けることができる。よって、特性の低下が患者の撮影中に起こったとしても、撮影を継続することができ、再撮影に伴うＸ線被曝の増加を防止することができる。なお、伝送系が複数系統あって、本実施の形態に係る増幅装置３０が複数ユニット設けられているような場合であって、警報器６３と警報器７３とが動作した時にＬＥＤなどを点灯させるものの場合には、各増幅装置３０にそれぞれ警報器６３および警報器７３を備えておくことにより、特性の低下している増幅装置３０がどれであるかが容易に見分けることができ、サービスマンなどによるその後の保守作業が容易に実施できるようになる。勿論、複数の増幅装置３０についての警報器６３および警報器７３を、Ｘ線ＣＴ装置の制御卓に集中的に配置しておいてもよい。
【００１８】
また、病院などの医療サイトには、Ｘ線ＣＴ装置を始め磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ）など種々の医療機器が設置されていることが多く、例えば図６に系統図で示すように、これら医療サイト１００、１１０、・・・に設置されている各医療機器１００Ａ、１１０Ａ、・・・、１００Ｂ、１１０Ｂ、・・・が保守・管理などのために、医療サイト１００、１００Ｂ、・・・内または遠隔地にあるサービスセンタ２００に、ネットワーク３００を介して接続されている場合がある。このような場合、警報器６３および警報器７３からの情報をサービスセンタ２００へ伝送するようにしておいてもよい。
【００１９】
なお本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々の形態で実施することができる。例えば増幅装置３０はＸ線ＣＴ装置に備えられるものとして説明したが、Ｘ線ＣＴ装置に限らず種々の装置に使用することができる。勿論その装置は、医療機器に限定されるものでもない。また、伝送される信号は、光信号を光電気変換素子によって電気信号に変換されたものに限られるものではなく、油圧や風圧などの圧力或いは振動などを電気信号に変換したものであってもよい。さらに、非接触的に伝送される信号である必要もなく、従来のように、スリップリングのような機械的手段によるものであってもよい。
なお、実装スペースが広がることや、コストの上昇が容認されるような場合には、予備のプリアンプやリミッティングアンプを備えておき、バイアス電圧レベルや振幅電圧レベルが所定の閾値よりも低いと判定されたときに、これらを切り替えて使用するようにしても、増幅装置３０を通常の状態で動作させ続けることが可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、増幅装置を構成する能動素子の特性が、経年変化などにより低下してきたことを、比較的早い段階で知ることができ、装置に不具合が発生する前に当該不具合へ対処したり、そのための準備をしたりすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線ＣＴ装置の、一実施の形態の概略構成を示した外観図である。
【図２】本発明に係るＸ線ＣＴ装置の、一実施の形態の概略的な系統図である。
【図３】本発明に係る増幅装置の一実施の形態を示した系統図である。
【図４】本実施形態に係る増幅装置における信号の流れの概略を説明するために示したフローチャートである。
【図５】本実施形態に係る増幅装置の動作を説明するために示したフローチャートである。
【図６】本実施形態に係る増幅装置およびこれを備えたＸ線ＣＴ装置の応用例を説明するために示した系統図である。
【符号の説明】
３０増幅装置
４０光受信回路
４１光電気変換素子
４２プリアンプ
４３リミッティングアンプ
５０クロック回路
６０バイアス電圧制御回路
６１バイアス電圧レベルモニタ
６２バイアスレベル補正回路
６３警報器
７０振幅電圧制御回路
７１振幅電圧レベルモニタ
７２振幅レベル補正回路
７３警報器

Claims

Ｘ線を発生するＸ線発生手段および被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出手段を、固定架台に回転可能に支持された回転架台に搭載し、前記固定架台と前記回転架台との間でデータ伝送手段を介してデータを伝送するＸ線ＣＴ装置において、
前記データ伝送手段を介して伝送されたデータに関する電気信号を増幅する増幅手段と、
この増幅手段の動作特性からその経時変化の程度をモニタするモニタ手段と、
このモニタ手段のモニタに基づいて外部に警報を行う警報手段とを備え、
前記増幅手段は、前記電気信号を増幅する第１の増幅手段と、この第１の増幅手段の出力をさらに増幅する第２の増幅手段とを有し、
前記モニタ手段は、前記第１の増幅手段のバイアス電圧レベルをモニタする第１のモニタ手段と、前記第２の増幅手段の振幅電圧レベルをモニタする第２のモニタ手段とを有し、
前記補正手段は、前記第１のモニタ手段により前記第１の増幅手段のバイアス電圧レベルが所定の閾値より低下していると判定されたときに、そのバイアス電圧レベルを通常のレベルに補正する第１の補正手段と、前記第２のモニタ手段により前記第２の増幅手段の振幅電圧レベルが所定の閾値より低下していると判定されたときに、その振幅電圧レベルを通常のレベルに補正する第２の補正手段とを有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記モニタ手段により前記増幅手段の動作特性が所定の閾値より低下していると判定されたとき、前記増幅手段の動作特性を通常の動作特性に補正する補正手段とを具備することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記警報手段は、前記モニタ手段のモニタに基づいて、サービスセンターへ警報を伝送することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記データは、前記回転架台の側から前記固定架台の側へ前記データ伝送手段を介して伝送される前記Ｘ線検出器により検出されたＸ線検出データであって、
前記増幅手段、前記モニタ手段および前記補正手段は、前記データ伝送手段または前記固定架台の側に設けられることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記第１の補正手段および前記第２の補正手段は、所定のクロック信号に同期して動作することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記第１のモニタ手段により、前記第１の増幅手段のバイアス電圧レベルが所定の閾値より低下していると判定されたときおよび／または前記第２のモニタ手段により、前記第２の増幅手段の振幅電圧レベルが所定の閾値より低下していると判定されたときに、警報を発する警報手段を具備することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。