JP5661325B2

JP5661325B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP5661325B2
Application number: JP2010097329A
Authority: JP
Inventors: 八百井　佳明; 佳明八百井; 誠一郎村井; 昭彦谷口
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2030-04-20
Also published as: JP2011224173A; CN102232843A; US20110255659A1; CN102232843B; US8976924B2

Description

本発明は、Ｘ線検出器及びデータ収集装置（ＤＡＳ：ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ）を備えるＸ線ＣＴ装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置は、被検体を挟んで対向配置されたＸ線源及びＸ線検出器を備える。Ｘ線検出器は、体軸方向である天板の長手方向に直交する方向（チャンネル方向）に沿って複数チャンネル（Ｍチャンネル）の検出素子を備える。

Ｘ線検出器には種々のタイプが使用可能であるが、Ｘ線ＣＴ装置では、小型化が可能なシンチレーション検出器を用いるのが一般的である。シンチレーション検出器の各検出素子は、シンチレータと、ＰＤ（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）等の光センサとを備える。シンチレータは、前段でコリメートされたＸ線を吸収し、その吸収により光（蛍光）を発生する。ＰＤは、光を光センサによって電気信号に変換してＤＡＳに出力する。ＤＡＳは、電気信号に基づく電圧信号を増幅するＣ−ａｍｐチップや、増幅された信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換チップ等が複数搭載されている。すなわち、Ｘ線ＣＴ装置によれば、Ｘ線源から被検体のある断面に対して扇状にＸ線ビームを照射し、被検体のあるスライス面を透過したＸ線ビームをＸ線検出器の検出素子毎に電気信号に変換して透過データを収集できる。

ＤＡＳのＣ−ａｍｐチップやＡ／Ｄ変換チップは電子部品であり、長時間Ｘ線（放射線）に曝されるとＤＡＳに不具合が生じる虞がある。よって、ＤＡＳは、Ｘ線ＣＴ装置の架台（回転部）の中で、Ｘ線に曝されない位置に配置（実装）されている。

特開２００１−２１５２８１号公報

近年、電子部品の高集積化や高密度実装が可能になり、また、性能向上のために、Ｘ線検出器とＤＡＳとを一体化構造（モジュール）とする技術の開発が進んでいる。しかしながら、Ｘ線検出器とＤＡＳとの一体化構造をとると、Ｘ線検出器のＸ線入射側に対向する側、すなわち、Ｘ線検出器で吸収しきれずに漏れたＸ線に曝される位置にＤＡＳが配置されることになる。よって、Ｘ線検出器とＤＡＳとの一体化構造をとると、Ｘ線検出器で吸収しきれずに漏れたＸ線にＤＡＳが曝されることになり、ＤＡＳに故障等の不具合が生じる可能性がある。

一方で、Ｘ線検出器とＤＡＳとの一体化構造でありながらＸ線に曝されない位置にＤＡＳを配置しようとすると、Ｘ線検出器の検出素子とＤＡＳとのタイリングができない。

本発明は、上述のような事情を考慮してなされたもので、Ｘ線検出器とＤＡＳとを一体化構造とする場合であっても、Ｘ線検出器から漏れたＸ線に基づくＤＡＳの故障等の不具合を回避できるＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、上述した課題を解決するために、Ｘ線を発生するＸ線源と、前記Ｘ線を基に電気信号を取得するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器のＸ線入射側に対向する側に配置され、前記電気信号を増幅する複数のアンプチップと、増幅された電気信号をデジタル変換して画像処理装置に供給する複数のＡ／Ｄ変換チップとを設けるデータ収集装置と、を備え、前記Ｘ線検出器は、前記Ｘ線を吸収する複数のコリメータと、前記複数のアンプチップの隣り合うチップ間の隙間と、前記複数のＡ／Ｄ変換チップの隣り合うチップ間の隙間との延長線上に、隣り合うシンチレータ間の隙間を設ける、前記Ｘ線の入射に伴い光を発する複数のシンチレータと、前記複数のシンチレータのうち隣り合うシンチレータ間の隙間に設けられる光反射材と、前記複数のシンチレータが発した光を前記電気信号にそれぞれ変換する複数のフォトダイオードと、を備え、前記複数のシンチレータの各シンチレータには、前記Ｘ線入射側であって、隣り合うシンチレータとの間の隙間に面する位置に溝が設けられ、前記複数のコリメータの各コリメータは、前記各シンチレータに設けられる前記溝と、隣り合うシンチレータに設けられる前記溝とを跨ぐように両方の溝の底部に接せられ、かつ、前記隙間の幅より大きな幅を有する。

本発明に係るＸ線ＣＴ装置によると、Ｘ線検出器とＤＡＳとを一体化構造とする場合であっても、Ｘ線検出器から漏れたＸ線に基づくＤＡＳの故障等の不具合を回避できる。

本実施形態のＸ線ＣＴ装置を示すハードウェア構成図。従来のＸ線ＣＴ装置の回転部の構成を示す側面図。従来のＸ線ＣＴ装置の回転部の構成を示す側面図。従来のＸ線ＣＴ装置の回転部の構成を示す側面図。本実施形態のＸ線ＣＴ装置のＸ線検出器及びＤＡＳの第１構成例を示す側面図。本実施形態のＸ線ＣＴ装置のＸ線検出器及びＤＡＳの第２構成例を示す側面図。

本発明に係るＸ線ＣＴ装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

本実施形態のＸ線ＣＴ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回転／回転（ＲＯＴＡＴＥ／ＲＯＴＡＴＥ）タイプと、リング状に多数の検出素子がアレイされ、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転（ＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹ／ＲＯＴＡＴＥ）タイプ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、主流を占めている回転／回転タイプとして説明する。

また、入射Ｘ線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。

加えて、近年では、Ｘ線管とＸ線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型のＸ線ＣＴ装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本実施形態のＸ線ＣＴ装置では、従来からの一管球型のＸ線ＣＴ装置であっても、多管球型のＸ線ＣＴ装置であってもいずれにも適用可能である。ここでは、一管球型のＸ線ＣＴ装置として説明する。

図１は、本実施形態のＸ線ＣＴ装置を示すハードウェア構成図である。

図１は、本実施形態のＸ線ＣＴ装置１を示す。Ｘ線ＣＴ装置１は、大きくは、スキャナ装置１１及び画像処理装置１２から構成される。Ｘ線ＣＴ装置１のスキャナ装置１１は、通常は検査室に設置され、被検体（人体）Ｏの撮影部位に関するＸ線の透過データを生成するために構成される。一方、画像処理装置１２は、通常は検査室に隣接する制御室に設置され、透過データを基に投影データを生成して再構成画像の生成・表示を行なうために構成される。

Ｘ線ＣＴ装置１のスキャナ装置１１は、Ｘ線源としてのＸ線管２１、Ｘ線検出器（シンチレーション検出器）２２、絞り２３、ＤＡＳ２４、回転部２５、コントローラ２６、高電圧電源２７、絞り駆動装置２８、回転駆動装置２９、天板３０、及び天板駆動装置（寝台装置）３１を設ける。

Ｘ線管２１は、高電圧電源２７から供給された管電圧に応じてＸ線をＸ線検出器２２に向かって照射する。Ｘ線管２１から照射されるＸ線によって、冷却ファンビームＸ線やコーンビームＸ線が形成される。

Ｘ線検出器２２は、体軸方向である天板の長手方向に直交する方向（チャンネル方向）に複数（Ｍ）チャンネル、スライス方向（列方向）に１列の検出素子を有する１次元アレイ型のＸ線検出器である。又は、Ｘ線検出器２２は、マトリクス状、すなわち、体軸方向である天板の長手方向に直交するチャンネル方向に複数（Ｍ）チャンネル、列方向に複数（Ｎ）列の検出素子を有する２次元アレイ型のＸ線検出器２２（マルチスライス型検出器ともいう。）である。Ｘ線検出器２２は、Ｘ線管２１から照射され、被検体Ｏを透過したＸ線を検出する。

絞り２３は、絞り駆動装置２８によって、Ｘ線管２１から照射されるＸ線のスライス方向の照射範囲を調整する。すなわち、絞り駆動装置２８によって絞り２３の開口を調整することによって、スライス方向のＸ線照射範囲を変更できる。

ＤＡＳ２４は、Ｘ線検出器２２の各検出素子が検出する透過データの電気信号を電圧信号に変換して増幅し、さらにデジタル信号に変換する。ＤＡＳ２４の出力データは、コントローラ２６を介して画像処理装置１２に供給される。

回転部２５は、スキャナ装置１１の架台（図示しない）に収容され、Ｘ線管２１、Ｘ線検出器２２、絞り２３及びＤＡＳ２４を一体として保持する。回転部２５は、Ｘ線管２１とＸ線検出器２２とを対向させた状態で、Ｘ線管２１、Ｘ線検出器２２、絞り２３及びＤＡＳ２４を一体として被検体Ｏの周りに回転できるように構成されている。

コントローラ２６は、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｕｎｉｔ）、及びメモリによって構成される。コントローラ２６は、画像処理装置１２から入力された制御信号に基づいて、Ｘ線検出器２２、ＤＡＳ２４、高電圧電源２７、絞り駆動装置２８、回転駆動装置２９、及び天板駆動装置３１等の制御を行なって、スキャンを実行させる。

高電圧電源２７は、コントローラ２６による制御によって、Ｘ線の照射に必要な電力をＸ線管２１に供給する。

絞り駆動装置２８は、コントローラ２６による制御によって、絞り２３におけるＸ線のスライス方向の照射範囲を調整する。

回転駆動装置２９は、コントローラ２６による制御によって、回転部２５がその位置関係を維持した状態で空洞部の周りを回転するように回転部２５を回転させる。

天板３０は、被検体Ｏを載置可能である。

天板駆動装置３１は、コントローラ２６による制御によって、天板３０をｚ軸方向に沿って移動させる。回転部２５の中央部分は開口を有し、その開口部の天板３０に載置された被検体Ｏが挿入される。

Ｘ線ＣＴ装置１の画像処理装置１２は、コンピュータをベースとして構成されており、病院基幹のＬＡＮ（ｌｏｃａｌａｒｅａｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワークＮと相互通信可能である。画像処理装置１２は、図示しないが、ＣＰＵ、メモリ、ＨＤＤ（ｈａｒｄｄｉｓｃｄｒｉｖｅ）、入力装置、及び表示装置等の基本的なハードウェアから構成される。

画像処理装置１２は、スキャナ装置１１のＤＡＳ２４から入力された生データに対して対数変換処理や、感度補正等の補正処理（前処理）を行なって投影データを生成する。また、画像処理装置１２は、前処理された投影データに対して散乱線の除去処理を行なう。画像処理装置１２は、Ｘ線照射範囲内の投影データの値に基づいて散乱線の除去を行なうものであり、散乱線補正を行なう対象の投影データ又はその隣接投影データの値の大きさから推定された散乱線を、対象となる投影データから減じて散乱線補正を行なう。画像処理装置１２は、補正された投影データを基に再構成画像を生成する。

図２は、従来のＸ線ＣＴ装置の回転部の構成を示す側面図である。

図２は、従来のＸ線ＣＴ装置のＸ線管６１、Ｘ線検出器６２、ＤＡＳ６４、及び回転部６５を示す。Ｘ線管６１、Ｘ線検出器６２、ＤＡＳ６４、及び回転部６５の機能は、図１に示すＸ線ＣＴ装置１のＸ線管２１、Ｘ線検出器２２、ＤＡＳ２４、及び回転部２５の機能とそれぞれ同様とする。

ＤＡＳ６４のＣ−ａｍｐチップやＡ／Ｄ変換チップは電子部品であり、長時間Ｘ線（放射線）に曝されるとＤＡＳ６４に故障等の不具合が生じる虞がある。よって、ＤＡＳ６４は、Ｘ線ＣＴ装置の回転部６５の中で、Ｘ線に曝されない位置に配置（実装）されている。ＤＡＳ６４は、Ｘ線検出器６２の各検出素子が検出する透過データの電気信号を、信号ケーブルを介して入力する。

近年、電子部品の高集積化や高密度実装が可能になり、また、性能向上のために、Ｘ線検出器６２とＤＡＳ６４とを一体化構造（図３に図示）とする技術の開発が進んでいる。しかしながら、Ｘ線検出器６２とＤＡＳ６４との一体化構造をとると、Ｘ線検出器６２のＸ線入射側に対向する側、すなわち、Ｘ線検出器６２で吸収しきれずに漏れたＸ線に曝される位置にＤＡＳ６４が配置されることになる。よって、Ｘ線検出器６２とＤＡＳ６４との一体化構造をとると、Ｘ線検出器６２で吸収しきれずに漏れたＸ線にＤＡＳ６４が曝されることになり、ＤＡＳ６４に不具合が生じる可能性がある。

一方で、Ｘ線検出器６２とＤＡＳ６４との一体化構造でありながら、Ｘ線に曝されない位置にＤＡＳ６４を配置（図４に図示）しようとすると、Ｘ線検出器６２の検出素子とＤＡＳ６４とのタイリングができない。

そこで、本実施形態のＸ線ＣＴ装置１の具体例について、以下に説明する。

図５は、本実施形態のＸ線ＣＴ装置１のＸ線検出器２２及びＤＡＳ２４の第１構成例を示す側面図である。

図５は、２つの側面方向から見たＸ線検出器２２及びＤＡＳ２４を示す。Ｘ線検出器２２は、閾板（鉛板）の厚さＷｃを有し、散乱線を除去するコリメータ４１と、コリメータ４１の後段でＸ線を基に電気信号を発生するＭチャンネル×Ｎ列に対応するＭ×Ｎ個の検出素子４２と、ＤＡＳ２４とを備える。検出素子４２は、厚さＤを有するＭ×Ｎ個のシンチレータ５１と、隣り合うシンチレータ５１間の隙間に設けられ、光を反射する光反射材（セパレータ）５２と、Ｍ×Ｎ個のＰＤ５３とによって構成される。コリメータ４１の閾板は、隣り合うシンチレータのＸ線入射側に載架される。

ここで、図５に示すコリメータ４１の閾板の厚さＷｃと、隣り合うシンチレータ５１間の隙間の厚さＷｓとの関係を次の式のように設定する。
［数２］
Ｗｃ≧Ｗｓ

上式によると、Ｘ線を遮蔽するために必要な厚さＤを有するシンチレータ５１によってシンチレータ５１に入射するＸ線を遮蔽できると共に、シンチレータ５１間の隙間（光反射材５２）を透過しようとするＸ線は、厚さＷｃを有するコリメータ４１の閾板によって遮蔽できる。よって、上式を採用する本実施形態のＸ線ＣＴ装置１では、Ｘ線検出器２２のＸ線入射側に対向する側にＸ線検出器２２からＸ線が漏れることがない。したがって、上式を採用する本実施形態のＸ線ＣＴ装置１では、Ｘ線検出器２２とＤＡＳ２４とを一体化構造とする場合であっても、ＤＡＳ２４がＸ線に曝されることがない。なお、コリメータ４１の深さが十分にＸ線を遮蔽するものであることは言うまでもない。

図６は、本実施形態のＸ線ＣＴ装置１のＸ線検出器２２及びＤＡＳ２４の第２構成例を示す側面図である。

図６は、図５と同様に、２つの側面方向から見たＸ線検出器２２及びＤＡＳ２４を示す。図６に示すＸ線検出器２２のシンチレータ５１のＸ線入射側には、隣り合うシンチレータ５１間のＸ線入射側にコリメータ４１の閾板を載架させるための嵌合（緩嵌合）溝Ｇが設けられる。

図６に示すように、シンチレータ５１のＸ線入射側に嵌合溝Ｇを設けることで、シンチレータ５１にコリメータ４１の閾板を載架する際の位置合わせが容易になる。また、図５に示すコリメータ４１の閾板とシンチレータ５１との接触面に僅かな隙間が生じる可能性が全くないとはいえない。そこで、図６に示すように、シンチレータ５１のＸ線入射側に嵌合溝Ｇを設けることで、コリメータ４１の閾板とシンチレータ５１との接触面の僅かな隙間を透過しようとする散乱Ｘ線を十分に遮蔽できる。

本実施形態のＸ線ＣＴ装置１によると、Ｘ線検出器２２とＤＡＳ２４とを一体化構造とする場合であっても、Ｘ線検出器２２から漏れたＸ線に基づくＤＡＳ２４の故障等の不具合を回避できる。

１Ｘ線ＣＴ装置
１１スキャナ装置
１２画像処理装置
２２Ｘ線検出器
２４ＤＡＳ
２５回転部
４１コリメータ
４２検出素子
５１シンチレータ
５２光反射材
５３ＰＤ

Claims

Ｘ線を発生するＸ線源と、
前記Ｘ線を基に電気信号を取得するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器のＸ線入射側に対向する側に配置され、前記電気信号を増幅する複数のアンプチップと、増幅された電気信号をデジタル変換して画像処理装置に供給する複数のＡ／Ｄ変換チップとを設けるデータ収集装置と、を備え、
前記Ｘ線検出器は、
前記Ｘ線を吸収する複数のコリメータと、
前記複数のアンプチップの隣り合うチップ間の隙間と、前記複数のＡ／Ｄ変換チップの隣り合うチップ間の隙間との延長線上に、隣り合うシンチレータ間の隙間を設ける、前記Ｘ線の入射に伴い光を発する複数のシンチレータと、
前記複数のシンチレータのうち隣り合うシンチレータ間の隙間に設けられる光反射材と、
前記複数のシンチレータが発した光を前記電気信号にそれぞれ変換する複数のフォトダイオードと、を備え、
前記複数のシンチレータの各シンチレータには、前記Ｘ線入射側であって、隣り合うシンチレータとの間の隙間に面する位置に溝が設けられ、
前記複数のコリメータの各コリメータは、前記各シンチレータに設けられる前記溝と、隣り合うシンチレータに設けられる前記溝とを跨ぐように両方の溝の底部に接せられ、かつ、前記隙間の幅より大きな幅を有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記複数のシンチレータ、前記複数のフォトダイオード、及び前記データ収集装置が一体化された構造とすることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記複数のシンチレータのうち少なくとも１のシンチレータは、前記チャネル方向の両側に前記溝が設けられることにより凸形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記Ｘ線検出器がチャネル方向及び列方向に沿う２次元のＸ線検出器である場合、前記複数のシンチレータのうち少なくとも１のシンチレータは、前記チャネル方向及び前記列方向の四方に前記溝が設けられることにより凸形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記複数のコリメータと、前記複数のシンチレータにそれぞれ対応する複数の前記溝とは、前記チャネル方向及び前記列方向の双方に沿う碁盤目状に設けられることを特徴とする請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。