JP6560322B2 - X線ct装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、X線CT装置に関する。
近年、被検体内部の情報を架台装置で収集し、この収集された情報に基づいて被検体内部を画像化して医用画像を生成するX線CT装置(computed tomography:コンピュータ断層撮影装置)がある。このX線CT装置では、撮影を行う際に撮影範囲(FOV:Field Of View)の位置決めを行う必要がある。
この位置決めでは、被検体の体軸方向における所定範囲のX線透視(スキャノ撮影)により得られるスキャノ像上に撮影の開始位置及び終了位置を指定して行う場合がある。また、スキャノ撮影を行わない容易な位置決め方法としては、可視領域のレーザ光線等の可視光線を撮影位置に照射する投光器を備え、この投光器の照射により撮影範囲の位置を確認するものがある。
しかしながら、X線CT装置における撮影範囲は、撮影条件ごとにスリットにより調整されることから、撮影条件で異なるものである。したがって、スキャノ撮影によらずに撮影範囲の位置を確認する場合には、撮影条件ごとの撮影範囲をカバーするために、異なる撮影範囲のそれぞれに対応した複数の投光器を用意する必要があった。
特開2012−187322号公報
本発明が解決しようとする課題は、異なる撮影範囲のそれぞれを、スキャノ撮影によらずに容易に確認可能とするX線CT装置を提供することである。
一実施形態にかかるX線CT装置は、X線管と、絞り機構と、投光器と、駆動部とを備える。X線管は、X線を照射する。絞り機構は、照射されたX線が通過するスリットのスリット幅を一対のブレードの開閉動作により変更する。投光器は、絞り機構により変更されるスリット幅と連動し、スリットを通過して照射されるX線による撮影範囲に対応した位置へ光を投光する。駆動部は、前記投光器を移動可能に支持し、絞り機構により変更される、被検体の体軸方向に沿ったスリット幅と連動して投光器の位置を駆動することで、撮影範囲に対応した位置へ投光器に光を投光させる。駆動部は、スリット幅の幅方向に沿って設けられた、回転可能な軸であって、回転に応じて一対のブレードのうち第1のブレードを幅方向に移動させる軸である第1の軸と、第1の軸に取り付けられ、第1の軸の回転に伴って回転する第1の歯車と、第1の軸と並行に設けられた、回転可能な軸であって、回転に応じて投光器を幅方向に移動させる軸である第2の軸と、第2の軸に取り付けられ、第1の歯車と噛み合い、第1の歯車の回転に伴って回転するとともに、第2の軸を回転させる第2の歯車と、第1の軸を回転させる駆動源と、を備える。
図1は、第1の実施形態にかかるX線CT装置の概略構成を示す図である。 図2は、第1の実施形態にかかるX線CT装置の絞り機構をX線を照射する上面から見た概要を示す構成図である。 図3は、第1の実施形態にかかる絞り機構を正面から見た概要を示す構成図である。 図4は、第1の実施形態にかかる絞り機構を側面から見た概要を示す構成図である。 図5は、第2の実施形態にかかる絞り機構をX線を照射する上面から見た概要を示す構成図である。 図6は、第2の実施形態にかかる絞り機構を正面から見た概要を示す構成図である。 図7は、第2の実施形態にかかる絞り機構を側面から見た概要を示す構成図である。
以下、添付図面を参照して、実施形態にかかるX線CT装置を詳細に説明する。なお、以下の説明において、同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態にかかるX線CT装置1の概略構成を示す図である。図1に示すように、X線CT装置1は、患者などの被検体Mが載置される寝台2と、その寝台2上の被検体Mに対して断層撮像を行う撮影装置3と、その撮影装置3を制御する制御装置4とを備えている。
寝台2は、被検体Mが載置される天板2aと、その天板2aを支持して水平方向及び鉛直方向に移動させる天板駆動部2bとを備えている。この寝台2は、天板駆動部2bにより天板2aを移動させ、天板2a上の被検体Mを所定の位置まで移動させる。
撮影装置3は、筐体となるCT架台内に回転可能に設けられた回転体3aと、その回転体3aを回転させる回転駆動部3bと、回転体3aに設けられX線を照射するX線照射器3cと、そのX線照射器3cに高電圧を供給する高電圧発生部3dと、回転体3aに設けられX線を検出するX線検出器3eと、そのX線検出器3eにより検出されたX線をX線透過データとして収集するデータ収集装置3fとを備えている。
回転体3aは、X線照射器3cやX線検出器3eなどを支持して回転する円環状の回転枠である。このため、X線照射器3c及びX線検出器3eは、寝台2上の被検体Mを間にし、寝台2上の被検体Mの体軸方向に直交する面内で寝台2上の被検体Mの周囲(被検体Mの体軸周り)を回転する。
回転駆動部3bは、撮影装置3のCT架台内に設けられている。この回転駆動部3bは、制御装置4による制御に応じて、回転体3aの回転駆動を行う。例えば、回転駆動部3bは、制御装置4から送信された制御信号に基づいて、一方向に所定の回転スピードで回転体3aを回転させる。
X線照射器3cは、X線を出射するX線管3c1と、そのX線管3c1から照射されたX線の一部を遮蔽し、一部をスリットSから通過させる絞り機構3c2とを備えている。このX線照射器3cは、X線管3c1によりX線を照射し、そのX線の一部を絞り機構3c2により遮蔽して、寝台2上の被検体Mに対しコーン角を持つファンビーム形状、例えば、角錐形状のX線を照射する。
高電圧発生部3dは、撮影装置3のCT架台内に設けられている。この高電圧発生部3dは、X線照射器3cのX線管3c1に供給する高電圧を発生させる装置であり、制御装置4から与えられた電圧を昇圧及び整流し、その電圧をX線管3c1に供給する。なお、制御装置4は、X線管3c1により所望のX線を発生させるため、高電圧発生部3dに与える電圧の波形、すなわち振幅やパルス幅などの各種条件を制御する。
X線検出器3eは、X線照射器3cに対向させて回転体3aに固定されている。このX線検出器3eは、寝台2上の被検体Mを透過したX線を例えば光学情報に変換し、その光学情報を電気信号に変換してデータ収集装置3fに送信する。
ここで、X線検出器3eとしては、例えば、多列多チャンネルのX線検出器を用いることが可能である。この多列多チャンネルのX線検出器は、X線を検出するX線検出素子が格子状に配列されて構成されている。なお、チャンネル列はX線検出素子がチャンネル方向(被検体Mの体軸周り方向)に複数(例えば、800〜1300程度)並んでいる列であり、そのチャンネル列が列方向(被検体Mの体軸方向)に沿って複数列(例えば、16列や64列など)配置されている。
データ収集装置3fは、撮影装置3のCT架台内に設けられている。このデータ収集装置3fは、X線検出器3eから送信された電気信号をX線透過データとして収集し、そのX線透過データを制御装置4に送信する。
制御装置4は、各部の駆動を制御する制御部4a、X線透過データを投影データとする前処理やその投影データに対して画像再構成を行う画像再構成処理などの画像処理を行う画像処理部4b、医用画像などの各種データ及び各種プログラムを格納する記憶部4c、ユーザ(利用者)による入力操作を受け付ける操作部4d及び画像を表示する表示部4eなどを備えている。これらの各部は、バスライン4fにより電気的に接続されている。
制御部4aは、天板駆動部2b、回転駆動部3b及び高電圧発生部3dなどの各部の駆動を制御する制御部である。加えて、制御部4aは、X線照射器3cの絞り機構3c2も制御し、さらに、記憶部4cの医用画像を表示部4eに表示する表示制御も行う。
画像処理部4bは、データ収集装置3fから送信されたX線透過データに対し、前処理や画像再構成処理などの画像処理を行い、加えて、画像処理済の医用画像を記憶部4cに保存する処理部である。この画像処理部4bとしては、例えばCPU(Central Processing Unit)などを用いることが可能である。
記憶部4cは、各種プログラムや各種データなどを記憶する記憶装置であって、特に、各種データとして医用画像を記憶する記憶装置である。この記憶部4cとしては、例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ及びハードディスクなどを用いることが可能である。なお、医用画像のデータは、制御装置4にネットワークを介して接続された画像サーバなどに保存されてもよい。
操作部4dは、ユーザにより入力操作される入力部である。この操作部4dとしては、例えば、キーボードやマウス、操作レバーなどを用いることが可能である。ユーザは、操作部4dを入力操作して、各種の設定を行ったり、あるいは、撮影装置3による撮像を行ったりする。
表示部4eは、被検体Mの医用画像や操作画面などの各種の画像を表示する表示装置である。この表示部4eとしては、例えば、液晶ディスプレイやCRT(ブラウン管)ディスプレイなどを用いることが可能である。
このようなX線CT装置1は、操作部4dに対するユーザの入力操作に応じて、被検体Mが載置された天板2aを回転体3aの枠内に挿入し、天板2a上の被検体Mをスライス方向(被検体Mの体軸方向)に移動させる。この天板2aの移動とともに、X線CT装置1は、回転体3aを回転させ、X線照射器3c及びX線検出器3eを天板2a上の被検体Mの体軸の周りに回転させながら、そのX線照射器3cにより天板2a上の被検体Mに対してX線を照射し、X線検出器3eにより、被検体Mを透過したX線量を検出する撮影を行う。
その後、X線CT装置1は、X線検出器3eからの電気信号をデータ収集装置3fによりX線透過データとして収集し、そのX線透過データを画像処理部4bにより処理し、処理後の医用画像を記憶部4cに保存し、加えて、表示部4eに表示する。このとき、医用画像は、例えば断面画像(スライス画像)として表示部4eに表示される。
次いで、絞り機構3c2について詳しく説明する。図2は、第1の実施形態にかかるX線CT装置1の絞り機構3c2をX線を照射する上面から見た概要を示す構成図である。図3は、第1の実施形態にかかる絞り機構3c2を正面(体軸方向)から見た概要を示す構成図である。図4は、第1の実施形態にかかる絞り機構3c2を側面から見た概要を示す構成図である。
図2に示すように、絞り機構3c2は、X線が通過する開口部として機能するスリットSを形成する一対のブレード11、12と、スリットSの開口幅(スリット幅)が変化する方向(ここでは、被検体Mの体軸方向)にブレード11、12を移動させるブレード移動機構13と、ブレード11、12の位置を確認するための複数のエンコーダ14、15と、ブレード11、12の原点位置を決める複数の原点センサ16、17とを備えている。スリットSのスリット幅は、ブレード11とブレード12とで挟まれた被検体Mの体軸方向の距離であり、制御部4aの制御のもと、ブレード移動機構13によりブレード11、12が移動されることで、撮影条件に合わせて変更可能になっている。
ブレード移動機構13は、ブレード11、12をスリットSのスリット幅が変化する方向にそれぞれ案内する二つの軸13a、13bと、ブレード11、12を移動させる駆動源となる二つのモータ13c、13dとを備えている。これらのモータ13c、13dは制御部4aに電気的に接続されており、その制御部4aの制御に応じて駆動する。なお、ブレード移動機構13としては、例えば、ボールネジ等の回転送り機構などを用いることが可能である。
エンコーダ14、15は制御部4aに電気的に接続されており、ブレード11、12の移動量を検出し、制御部4aに入力する。原点センサ16、17は制御部4aに電気的に接続されており、ブレード11、12を検出すると、検出信号を制御部4aに入力する。これにより、制御部4aはエンコーダ14、15のゼロ点を把握することが可能となる。
このような絞り機構3c2では、撮影時、スリットSのスリット幅が設定されると、モータ13c、13dが駆動し、一対のブレード11、12はそれぞれ一旦、原点センサ16、17の位置まで移動し、エンコーダ14、15のゼロ点が決められる。その後、ブレード11、12は、スリットSのスリット幅が設定値となる位置まで移動する。このとき、図4に示すように、一対のブレード11、12がスリットSのスリット幅が変化する方向に移動し、スリットSのスリット幅が設定値とされる。
また、撮影時においてX線管3c1は、図3、4に示すように、X線焦点3c11からのX線をウェッジ3c12を介して照射する。このウェッジ3c12により、照射するX線の線量が調整される。ここで、図3に示すFSDは、X線焦点3c11と絞り機構3c2のスリットSとの距離であり、焦点スリット間距離(Focus Slit Distance)と呼ばれる。また、FCDは、X線焦点3c11と撮影範囲の中心との距離であり、焦点中心間距離(Focus Center Distance)と呼ばれる。
したがって、X線管3c1から被検体Mに照射されるX線の照射範囲であり、X線による撮影範囲は、スリットSのスリット幅により調整される。具体的には、図4に示すように、スリットSのスリット幅により、X線焦点3c11から絞り機構3c2を介した被検体Mへの照射中心に対する照射角θ1が定まり、その照射角θ1で被検体MにおけるX線の体軸方向の撮影範囲(例えば、撮影厚さ)が決定される。
また、X線CT装置1は、図2に示すように、絞り機構3c2により変更されるスリット幅と連動し、スリットSを通過して照射されるX線による撮影範囲に対応した位置へ光を投光する投光器18a、18bを備える。
具体的には、投光器18a、18bは、可視領域のレーザ光線等の可視光線を所定方向に投光する光源である。この投光器18a、18bは、一対のブレード11、12の各々において、X線パスPから外れた位置に取り付けられており、ブレード11、12の開閉で変更されるスリット幅に連動して投光位置が変更される。
なお、X線パスPは、X線管3c1より照射されるX線が通過する範囲であり、図2の例ではブレード11、12近傍における左右方向の通過範囲(図3の例ではX線焦点3c11から照射されるX線(点線)とブレード11、12とが交差する範囲)を示している。投光器18a、18bは、一対のブレード11、12の各々において、X線パスPから外れた位置に取り付けられていることから、投光器18a、18bはX線管3c1より照射されるX線を遮ることがない。
また、投光器18a、18bは、スリットやポリゴンミラーによって、図3に示すように体軸断面に沿った方向に扇状に光を投光する。そして、投光器18a、18bの体軸方向における投光は、図4に示すように、X線焦点3c11からの照射中心に対して、X線の照射角θ1と略同じ方向となる角度θ2で固定されている。なお、角度θ2については、例えば、スリット幅の稼働範囲の中で、中間のスリット幅での照射角θ1aに合わせた角度や、使用頻度の高い撮像条件における撮像範囲に対応したスリット幅での照射角に合わせた角度であってよい。
このように、投光器18a、18bは、スリット幅に連動して、一対のブレード11、12で遮蔽される範囲と、スリットSを通過してX線が照射される撮影範囲との境界に対応した位置へ光を投光する。具体的には、投光器18aは、ブレード11により遮蔽される範囲と、スリットSを通過してX線が照射される撮影範囲の被検体Mの頭部側上限に対応した位置へ光を投光する。また、投光器18bは、ブレード12により遮蔽される範囲と、スリットSを通過してX線が照射される撮影範囲の被検体Mの足側下限に対応した位置へ光を投光する。したがって、ユーザは、投光器18a、18bにより投光された光を視認することで、異なる撮影範囲(例えば、撮影厚さ)のそれぞれを、スキャノ撮影によらずに、容易に確認できる。また、異なる撮影範囲ごとに投光器を設置する必要がないことから、コストを低減することができる。なお、ブレード11、12への投光器18a、18bの取り付け位置、個数などのレイアウトについては適宜変更可能であり、上述した実施形態に限定しない。
例えば、X線CT装置1では、撮影条件(撮影部位、スキャンシーケンス)などの設定を操作部4dより受け付ける。次いで、X線CT装置1は、制御部4aの制御のもと、設定された撮影条件をもとに記憶部4cに記憶された撮影条件ごとの設定情報(スリット幅を含む)が読み出され、ブレード移動機構13が駆動されて設定情報のスリット幅とされる。この時に、X線CT装置1では、上述した投光器18a、18bによる投光によって、スキャノ撮影によらずに、本撮影時の撮影範囲を確認できる。次いで、X線CT装置1は、操作部4dによる撮影範囲の調整などに従ってスリット幅を調整した後に、操作部4dによる撮影開始の指示に従って本撮影が実行される。
(第2の実施形態)
第2の実施形態では、上述した第1の実施形態のように一対のブレード11、12の各々に投光器18a、18bを取り付けることなく、スリット幅と連動して投光器18a、18bの位置及び投光方向の少なくとも一方を駆動することで、撮影範囲に対応した位置へ光を投光する構成を例示する。
図5は、第2の実施形態にかかる絞り機構3c2aをX線を照射する上面から見た概要を示す構成図である。図6は、第2の実施形態にかかる絞り機構3c2aを正面から見た概要を示す構成図である。図7は、第2の実施形態にかかる絞り機構3c2aを側面から見た概要を示す構成図である。
図6に示すように、絞り機構3c2aは、変更されるスリット幅と連動して投光器18a、18bの位置を駆動する投光器駆動機構19を備える。具体的には、投光器駆動機構19は、スリット幅の駆動源であるモータ13c、13dの駆動を伝達する歯車13e、13fと、この歯車13e、13fと噛み合う歯車19a、19fと、この歯車19a、19fにより駆動する軸19b、19eと、この軸19b、19eのボールネジ等の回転送り機構などによってスリット幅が変化する方向にそれぞれ案内される支持台19c、19dとを備えている。投光器18a、18bは、支持台19c、19dに設置されており、スリット幅と連動してスリット幅が変化する方向に位置が移動される。
ここで、投光器18a、18bは、スリットやポリゴンミラーによって、図6に示すように、体軸断面に沿った方向に扇状に光を投光する。そして、投光器18a、18bの体軸方向における投光は、図7に示すように、体軸に対して垂直に行われるように固定されている。また、歯車13e及び歯車19aのギア比(歯車13f及び支持台19cも同様)は、FSDとFCDの比とする。また、図7に示すように、X線の照射中心からのスリット幅をX1、FCD位置におけるX線の照射中心から照射範囲(撮影範囲)の縁までの幅をX2、X線の照射中心から投光器18a、18bまでの距離をX3とする。
仮に上述したギア比(FSD:FCD)を1:3とすると、スリット幅が体軸方向においてΔX1変動したとき、投光器18a、18bの位置はスリット幅の変動方向に合わせて3×ΔX1の距離だけ移動する。よって、X1の初期値(スリット幅の最小値)において、その初期値の3倍の位置に投光器18a、18bを設定することで、X3は常にX1の3倍の距離を保つこととなる。一方、FCD位置における幅X2は、FSDとFCDの比で決まるため、常にX1の3倍となる。よって、X2とX3とは常に同じ値となることから、スリット幅と連動して投光器18a、18bの位置を駆動することで、撮影範囲に対応した位置へ光を投光することができる。
なお、本実施形態では、スリット幅と連動して投光器18a、18bの位置を移動する構成を例示したが、投光器18a、18bが投光する投光方向を、撮影範囲に対応した位置へ光を投光するようにスリット幅と連動して駆動してもよい。具体的には、軸19b、19eに取り付けられたボールネジ及び歯車によるチルト機構を用い、このチルト機構のギア比を例えばFSDとFCDの比などに合わせて適宜設定する。このチルト機構により投光器18a、18bが投光する投光方向を駆動することで、スリット幅と連動して変更される撮影範囲に対応した位置へ光を投光することができる。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、異なる撮影範囲のそれぞれを、スキャノ撮影を行わずに容易に確認することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…X線CT装置、2…寝台、3…撮影装置、3c…X線照射器、3c1…X線管、3c11…X線焦点、3c12…ウェッジ、3c2、3c2a…絞り機構、4…制御装置、11、12…ブレード、13…ブレード移動機構、13a、13b、19b、19e…軸、13c、13d…モータ、13e、13f、19a、19f…歯車、14、15…エンコーダ、16、17…原点センサ、18a、18b…投光器、19…投光器駆動機構、19c、19d…支持台、M…被検体、P…X線パス、S…スリット

Claims (4)

  1. X線を照射するX線管と、
    前記照射されたX線が通過するスリットのスリット幅を一対のブレードの開閉動作により変更する絞り機構と、
    前記絞り機構により変更されるスリット幅と連動し、前記スリットを通過して照射されるX線による撮影範囲に対応した位置へ光を投光する投光器と、
    前記投光器を移動可能に支持し、前記絞り機構により変更される、被検体の体軸方向に沿ったスリット幅と連動して前記投光器の位置を駆動することで、前記撮影範囲に対応した位置へ前記投光器に光を投光させる駆動部と、
    を備え、
    前記駆動部は、
    前記スリット幅の幅方向に沿って設けられた、回転可能な軸であって、回転に応じて前記一対のブレードのうち第1のブレードを前記幅方向に移動させる軸である第1の軸と、
    前記第1の軸に取り付けられ、前記第1の軸の回転に伴って回転する第1の歯車と、
    前記第1の軸と並行に設けられた、回転可能な軸であって、回転に応じて前記投光器を前記幅方向に移動させる軸である第2の軸と、
    前記第2の軸に取り付けられ、前記第1の歯車と噛み合い、前記第1の歯車の回転に伴って回転するとともに、前記第2の軸を回転させる第2の歯車と、
    前記第1の軸を回転させる駆動源と、
    を備える、X線CT装置。
  2. 前記投光器は、前記一対のブレードで遮蔽される範囲と、前記スリットを通過して照射される範囲との境界に対応した位置へ光を投光する、
    請求項1に記載のX線CT装置。
  3. 前記駆動部は、前記スリット幅の変動量と、前記撮影範囲に対応した位置の変動量との比をもとに、前記スリット幅の変動に連動した前記撮影範囲の位置に前記投光器の位置を駆動する、
    請求項1に記載のX線CT装置。
  4. 前記投光器は、前記X線管から前記絞り機構に向かう方向と直交し、かつ、前記ブレードの動作方向と直交する方向に広がる光を投光する、請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載のX線CT装置。
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