JP4211098B2 - X-ray tomography equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被検体内の撮影対象断層面のX線断層撮影画像を得る非CT式(非コンピュータトモグラフィ式)のX線断層撮影装置に係り、特には、種々の深さ位置の撮影対象断層面のX線断層撮影画像を得るための改良技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
病院などにの医療機関に設置されている非CT式のX線断層撮像装置は、図9に示すように、天板1に載置支持させた被検体M内の撮影対象断層面Maに対するX線管2からのX線の入射方向を順次変更しながら被検体Mに向けてX線を照射させるとともに、被検体M内の撮像対象断層面Maの透過X線像が常に、イメージインテンシファイアなどのX線検出器やフィルムなどの撮影材などの撮像部3の受像面3aの同じ位置に投影されるように撮影対象断層面Maに対するX線の入射方向の変更(X線管2側の動作)と連動して撮像部3の受像面3aの位置を変更させて、撮影対象断層面MaのX線断層撮影画像を得るように構成されている。
【0003】
このX線断層撮像装置によるX線断層撮影の原理を今少し詳しく説明する。すなわち、図9に示すように、例えば、X線管2の位置やX線管2から照射されるX線の照射角度を変更させるなどして、被検体M内の撮影対象断層面Maに対するX線管2からのX線の入射方向を変更しても、その撮影対象断層面Maの中に位置する点A、Bが常に撮像部3の受像面3aの同じ点a、bに投影されるように、撮影対象断層面Maに対するX線の入射方向の変更と連動させて受像部3の受像面3aの位置を変更させる。そうすると、撮影対象断層面Maの外に位置する点Cは、撮影対象断層面Maに対するX線の入射方向が変化するにつれて受像面3aでの投影位置がどんどん変化する。例えば、X線管1が位置P1のときの撮影対象断層面Maに対するX線の入射方向に対しては、点Cが受像面3aの点c1に投影されるが、位置P1と異なる位置P2にX線管1が移ったときの撮影対象断層面Maに対するX線の入射方向に対しては、点Cが受像面3aの点c2に投影されることになる。
【0004】
このように撮影対象断層面Maに対するX線の入射方向を変えた状態で撮像部3の受像面3aで受像された各透過X線像を重ね合わせると、重ね合わせ後の画像内では、点Cの透過X線像は画像全体にばらまかれる(分配される)ことになって点Cは不明瞭なボケ状態の点として現れる。点Cのボケ度合いは撮影対象断層面Maから離れるに従って大きくなる。一方、点A、Bの透過X線像は画像の一点に留められる(集中される)ことになって点A、Bは重ね合わせ後の画像内に明瞭な点として現れる。従って、撮影対象断層面Maに対するX線の入射方向を種々に変更して撮像部3の受像面3aで受像された多数の透過X線像を重ね合わせることによって、撮像対象断層面Maだけが明瞭に映っている画像、すなわち、被検体M内の撮影対象断層面Maを抽出したようなX線断層撮影画像を得ることができる。
【0005】
なお、撮像部3がイメージインテンシファイアなどのX線検出器で構成される場合には、上記X線管2や撮像部3の撮影動作中にサンプリングされた撮影対象断層面Maに対するX線の入射方向が相違する多数の透過X線画像を各々デジタル画像に変換し、デジタル画像処理によって各画像を画像積分することでX線断層撮影画像を得ている。また、撮像部3がフィルムなどの撮影材などで構成される場合は、上記X線管2や撮像部3の撮影動作中に撮影対象断層面Maに対するX線の入射方向が相違する多数の透過X線画像を撮影材3に多重露光させてX線断層撮影画像を得ている。
【0006】
上記原理に基づいて撮影対象断層面MaのX線断層撮影画像を得るX線断層撮影装置の駆動制御系は、従来、以下のように構成されている。
【0007】
〔第1従来例〕
図10を参照する。この第1従来例は、モーターなどのX線管駆動機構11によって、例えば、天井に敷設されたレール21に沿って水平移動されるX線管保持部材22にX線管2が保持され、X線管2が水平移動されるようになっている。X線管2には高電圧発生器などを含むX線照射駆動部12が接続され、このX線照射駆動部12によってX線管2からのX線の照射駆動が行われる。また、モーターなどの照射角度駆動機構13によって、例えば、X線管保持部材22に対してX線管2が回転されてX線管2から照射されるX線の照射角度が変更されるように構成されている。
【0008】
X線管駆動機構11やX線照射駆動部12、照射角度駆動機構13などの撮影駆動系の駆動制御は制御部10P1によって行われる。制御部10P1は、これら撮影駆動系11、12、13を駆動制御して、X線管2の水平移動に伴って以下のようにX線の照射角度を変更しつつ、X線管2からX線を照射させるように動作させる。X線の照射角度は、X線管2の水平移動中の各位置において、X線管2から照射されるX線束の中心軸XJが常に、被検体M内の撮影対象断層面Ma中の撮影中心GCを通過するように変更される。これにより、天板1に載置支持された被検体M内の撮影対象断層面Ma(中の撮影中心GC)に対するX線の入射方向を種々の方向に変更させている。
【0009】
被検体Mを載置支持する天板1を挟んでX線管2と反対側に配置された撮像部3は、伸縮自在の連結部材100によってX線管2と一体的に水平移動可能にX線管2に連結されている。連結部材100には支点101が設けられている。これにより、X線管2を水平移動させると、連結部材100が支点101周りに揺動され、これに伴って、被検体M内の撮像対象断層面Maの透過X線像が常に、撮像部3の受像面3aの同じ位置に投影されるようにX線管2側の動作と連動して撮像部3の受像面3aの位置を変更させている。支点101の位置は変更できるようになっている。
【0010】
以上の構成により、図10に示す撮影対象断層面Maのうち、撮影中心GCを中心とした所定の撮影範囲GHのX線断層撮影画像を得ることができる。
【0011】
ところで、この第1従来例では、制御部10P1は、撮影駆動系を駆動するための駆動データとして、予め決められた深さ位置の1つの撮影対象断層面Maに対応した1種類の駆動データだけを持っている。そして、撮影対象断層面Maの深さ位置を変更して撮影するときには、支点101の位置を、撮影しようとする撮影対象断層面Maの深さ位置に応じた位置に変更することによって、X線管2側と撮像部3側との連動動作を、撮影しようとする撮影対象断層面Maの深さ位置に応じた動作が行えるように変更させている。
【0012】
〔第2従来例〕
図11を参照する。上記第1従来例では、撮影対象断層面MaのX線断層撮影画像を得るのに必要なX線管2側と撮像部3側との連動動作を、X線管2と撮像部3とを連結部材100で連結させて実現しているが、第2従来例は、X線管2と撮像部3とを連結させずに、X線管2を水平移動させるX線管駆動機構11とは別に、撮像部3を水平移動させるモーターなどの撮像部駆動機構14を備えてX線管2と撮像部3とを独立させて水平移動可能に構成している。そして、制御部10P2が、撮影対象断層面MaのX線断層撮影画像を得るのに必要なX線管2側と撮像部3側との連動動作を行うように、X線管駆動機構11と撮像部駆動機構14を駆動制御している。その他のX線の照射角度の変更制御やX線管2からのX線照射の駆動制御は、上記第1実施例と同様である。
【0013】
この第2従来例でも、制御部10P2は、撮影駆動系を駆動するための駆動データとして、予め決められた深さ位置の1つの撮影対象断層面Maに対応した1種類の駆動データだけを持っている。そして、撮影対象断層面Maの深さ位置を変更して撮影するときには、天板1の昇降移動などを行う天板駆動機構15によって天板1を昇降移動させて被検体MをX線管2に対して遠近(撮影部3の受像面3aに対して近遠)させ、これにより、被検体M内における上記1つの撮影対象断層面Maの位置関係を深さ方向に変更させている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
通常、一連の断層撮影検査では、病変部の位置を特定するために、撮影対象断層面Maの深さ位置を数点変えた撮影を行うが、上記第1従来例の場合には、撮影対象断層面Maの深さ位置を変えた撮影を行うごとに、連結部材100の支点101の位置を変更させる必要がある。この連結部材100の支点101の変更作業には、術者の手作業が含まれるので、連結部材100の支点101の変更作業は手間で、術者への負担も大きいという問題がある。
【0015】
第2従来例では、天板1を昇降させるだけで撮影対象断層面Maの深さ位置を変えた撮影を行うことができ、また、天板1の昇降は通常、ボタン操作などで行えるので、上記第1従来例の問題は解消される。しかしながら、天板1を昇降させることに伴って、天板1上で被検体Mの体動が起き易く、その結果、所望の深さ位置の撮影対象断層面Maに対するX線断層撮影画像を正確に得ることができないことがある。特に、病変部の位置を特定するためには、撮影対象断層面Maの深さ位置を(mm)単位で変更することもあり、被検体Mの体動による撮影対象断層面Maの深さ位置のズレによって、(mm)単位で変更した各深さ位置の撮影対象断層面Maに対する各X線断層撮影画像が正確に得られずに、一連の断層撮影検査に支障を来すこともある。また、断層撮影検査中に天板1を頻繁に細かく昇降させると、被検体Mに心理的な不安を与えるという問題もある。
【0016】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、上記従来技術の欠点を解消して種々の深さ位置の撮影対象断層面のX線断層撮影画像を容易に得ることができるX線断層撮影装置を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわち、この発明は、被検体内の撮影対象断層面のX線断層撮影画像を得るX線断層撮影装置であって、(a)被検体を支持する支持手段と、(b)前記支持手段に支持させた被検体にX線を照射するX線照射手段と、(c)前記支持手段に支持させた被検体を挟んで前記X線照射手段と反対側に配置され、被検体を透過したX線透過像を受像面で受像して撮像する撮像手段と、(d)前記支持手段に支持させた被検体内の撮影対象断層面に対する前記X線照射手段からのX線の入射方向を変更駆動するX線入射方向変更駆動手段と、前記X線照射手段からのX線の照射駆動を行うX線照射駆動手段と、前記撮像手段の受像面の位置を変更駆動する受像位置変更駆動手段とを含む撮影駆動手段と、(e)前記支持手段に支持させた被検体内の撮影対象断層面に対する前記X線照射手段からのX線の入射方向を順次変更しながら被検体に向けてX線を照射させるとともに、前記撮像対象断層面の透過X線像が常に前記撮像手段の受像面の同じ位置に投影されるように撮影対象断層面に対するX線の入射方向の変更と連動して前記撮像手段の受像面の位置を変更させるように前記撮影駆動手段を駆動データに従って駆動制御する制御手段とを備え、撮影対象断層面の深さ位置を変更して撮影するときには、前記制御手段は、撮影しようとする撮影対象断層面の深さ位置に応じて、その深さ位置の撮影対象断層面と前記X線照射手段との位置関係及びその深さ位置の撮影対象断層面と前記撮像手段の受像面との位置関係によって決まるその撮影対象断層面の深さ位置に応じた前記撮影駆動手段の駆動データを、当該撮影対象断層面の深さ位置を変更する前後で前記X線照射手段の移動範囲を同じとする条件下で撮影対象断層面の深さ位置に応じて算出し、それに従って前記撮影駆動手段を駆動制御することを特徴とするものである。
【0018】
〔作用〕
この発明の作用は次のとおりである。
被検体を支持手段に支持させて、X線照射手段と撮像手段との間の所定の撮影位置に被検体が位置されると、制御手段は、支持手段に支持させた被検体内の撮影対象断層面に対するX線照射手段からのX線の入射方向を順次変更しながらX線を照射させるとともに、その撮像対象断層面の透過X線像が常に撮像手段の受像面の同じ位置に投影されるように撮影対象断層面に対するX線の入射方向の変更と連動して撮像手段の受像面の位置を変更させるように、X線入射方向変更駆動手段、X線照射駆動手段、受像位置変更駆動手段を含む撮影駆動手段を駆動データに従って駆動制御してその撮影対象断層面のX線断層撮影画像を得る。
【0019】
そして、撮影対象断層面の深さ位置を変更して撮影するときには、制御手段は、撮影しようとする撮影対象断層面の深さ位置に応じて、その深さ位置の撮影対象断層面とX線照射手段との位置関係及びその深さ位置の撮影対象断層面と撮像手段の受像面との位置関係によって決まるその撮影対象断層面の深さ位置に応じた撮影駆動手段の駆動データを撮影対象断層面の深さ位置に応じて算出し、それに従って撮影駆動手段を駆動制御してその深さ位置の撮影対象断層面に対するX線断層撮影画像を得る。
【0020】
撮影対象断層面とX線照射手段との位置関係や、撮影対象断層面と撮像手段の受像面との位置関係は、幾何学的な位置関係に置き換えることができる。
【0021】
また、撮影対象断層面の深さ位置を変更することは、撮影対象断層面をX線照射手段に対して遠近(撮像手段の受像面に対して近遠)させることである。
【0022】
従って、撮影しようとする深さ位置の撮影対象断層面とX線照射手段との位置関係や、その深さ位置の撮影対象断層面と撮像手段の受像面との位置関係は、幾何学的に把握することができる。
【0023】
これに基づき、その深さ位置の撮影対象断層面に対するX線断層撮影画像を得るためには、その撮影対象断層面に対するX線の入射方向を変更するためのX線照射手段側の動作範囲や動作速度などのX線入射方向変更駆動手段に対する駆動データ、それに連動して撮像手段の受像面の位置を変更させる動作範囲や動作速度などの受像位置変更駆動手段に対する駆動データを幾何学的な演算などによって求めることができる。また、X線照射手段側の動作範囲や動作速度、撮像手段の受像面の位置を変更させる動作範囲や動作速度などが決まれば、どのタイミングでX線を照射すればよいかなども決まり、X線照射駆動手段の駆動データも決められる。このようにして深さ位置の撮影対象断層面ごとに決まる駆動データに従って撮影駆動手段を駆動制御すれば、種々の深さ位置の撮影対象断層面に対するX線断層撮影画像を自動的に得ることができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図1はこの発明の一実施例に係るX線断層撮影装置の概略構成図である。
なお、以下の実施例では説明を簡単にするために、X線管2を水平移動させるとともに、X線管2からのX線の照射角度を変更して、被検体M内の撮影対象断層面Maに対するX線管2からのX線の入射方向を変更させ、それに追従させて、撮像部3の受像面3aを水平移動させて撮影対象断層面MaのX線断層撮影画像を得る装置を例に採り説明する。また、実施例において、従来技術の説明に用いた符号と同一の符号を付した部分は従来技術と基本的に同一であるので、不要な重複説明は省略する。
【0025】
この実施例に係るX線断層撮影装置の撮影駆動系は、基本的に、第2従来例のものと同じである。すなわち、X線管駆動機構11によって、例えば、天井に敷設されたレール21に沿って水平移動されるX線管保持部材22にX線管2が保持され、X線管2が水平移動されるようになっている。X線管2には高電圧発生器などを含むX線照射駆動部12が接続され、このX線照射駆動部12によってX線管2からのX線の照射駆動が行われる。また、モーターなどの照射角度駆動機構13によって、例えば、X線管保持部材22に対してX線管2が回転されてX線管2から照射されるX線の照射角度が変更されるように構成されている。
【0026】
一方、被検体Mを載置支持する天板1を挟んでX線管2と反対側に配置された撮像部3の受像面3aは、撮像部駆動機構14によって水平移動されるようになっている。
【0027】
なお、この実施例では、天板1が支持手段に、X線管2がX線照射手段に、撮像部3が撮像手段に、X線管駆動機構11と照射角度駆動機構13がX線入射方向変更駆動手段に、X線照射駆動部12がX線照射駆動手段に、撮像部駆動機構14が受像位置変更駆動手段に、X線管駆動機構11やX線照射駆動部12、照射角度駆動機構13、撮像部駆動機構14を含む撮影駆動系が撮影駆動手段にそれぞれ相当する。
【0028】
X線管駆動機構11やX線照射駆動部12、照射角度駆動機構13、撮像部駆動機構14を含む撮影駆動系の駆動制御は、制御手段に相当する制御部10によって行われる。制御部10は、不揮発性のメモリ30に記憶されている駆動データに従って撮影駆動系11、12、13、14を駆動制御して被検体M内の撮影対象断層面MaのX線断層撮影画像の撮影を行う。
【0029】
メモリ30には、後述するような決定方法によって決められた種々の深さ位置の撮影対象断層面Maに応じた複数の駆動データが予め記憶されている。術者によって設定盤31から、これから撮影しようとする撮影対象断層面Maの深さ位置が設定されると、制御部10は、設定された撮影対象断層面Maの深さ位置に応じた駆動データをメモリ30から読み出し、その駆動データに従って、撮影駆動系11〜14を駆動制御して設定された深さ位置の撮影対象断層面Maに対するX線断層撮影画像の撮影を行う。
【0030】
従って、この実施例の構成によれば、第1従来例のようにX線管2と撮像部3とを連結した連結部材100の支点101を変更したり、あるいは、第2従来例のように天板1を昇降させたりすることなく、撮影駆動系11〜14の駆動を変更させるだけで、撮影対象断層面Maの深さ位置を変更したX線断層撮影画像の撮影を行うことができる。よって、手間や術者への負担をかけず、また、撮影中の被検体Mの体動を低減して、種々の深さ位置の撮影対象断層面に対する各X線断層撮影画像を正確に得られるとともに、撮影中の被検体Mへの心理的な不安を軽減することができるなど、第1、第2従来例の欠点を解消することができる。
【0031】
また、装置の撮影駆動系は、第2従来例と基本的に同じであり、その撮影駆動系の駆動制御の内容を変更しているだけであるので、制御部10を構成するマイクロコンピューターのプログラムやデータを記憶するPROMの内容を、種々の深さ位置の撮影対象断層面Maに応じた駆動データを含めるとともに、その駆動データを使い分けて撮影駆動系を駆動制御するように書き換えるだけで、大幅な改造を行わずに第2従来例の装置資産を利用することができる。従って、医療機関などに既に第2従来例の装置が設置されている場合には、その資産を無駄にすることなく有効利用することができる。
【0032】
なお、上記実施例に、天板1を前後や左右などの水平方向への移動と、昇降移動などを行う天板駆動機構を備えて、撮影対象断層面Maの深さ位置を変更して撮影する以外の目的、例えば、被検体Mを天板1に乗降させる位置と、X線管2と撮像部3との間の撮影位置との間で天板1(被検体M)を移動させるなどのために、天板1を移動可能に構成してもよい。
【0033】
また、後述する駆動データの決定方法でも詳述するが、ある1つの深さ位置の撮影対象断層面Maを基準の撮影対象断層面MaSとし、その基準の撮影対象断層面MaSに応じた撮影駆動系11〜14の駆動データを基準の駆動データとすれば、基準の撮影対象断層面MaSの深さ位置と異なる深さ位置の撮影対象断層面MaNに応じた駆動データは、その深さ位置の撮影対象断層面MaNに応じた係数を基準の駆動データに掛け合わせるだけでよい場合がある。そのような場合には、各々の深さ位置の撮影対象断層面Maに応じた駆動データを全てメモリ30に記憶しておかずに、基準の駆動データと、各深さ位置の撮影対象断層面MaNに応じた係数とをメモリ30に記憶し、各深さ位置の撮影対象断層面MaNのX線断層撮影画像の撮影を行うときに、基準の駆動データにその深さ位置の撮影対象断層面MaNに応じた係数を掛け合わせてその深さ位置の撮影対象断層面MaNに応じた駆動データを得るようにしてもよい。このように構成すれば、メモリ30への記憶量を低減させることができる。
【0034】
また、各々の深さ位置の撮影対象断層面Maに応じた駆動データや、基準の駆動データと、各深さ位置の撮影対象断層面MaNに応じた係数となどをメモリ30に記憶しておくのではなく、後述する駆動データの決定方法をプログラム化しておき、設定盤31から、これから撮影しようとする撮影対象断層面Maの深さ位置が設定されるごとに、制御部10は、設定された撮影対象断層面Maの深さ位置に応じた駆動データを撮影前に算出し、その演算の結果得られた駆動データに従って、撮影駆動系11〜14を駆動制御して設定された深さ位置の撮影対象断層面Maに対するX線断層撮影画像の撮影を行うように構成してもよい。
【0035】
次に、異なる深さ位置の撮影対象断層面Maに応じた駆動データを決定する方法を説明する。
【0036】
<第1の決定方法>
図2を参照する。図2に示すように、撮影対象断層面MaS、MaNとX線管2との位置関係や、撮影対象断層面MaS、MaNと撮像部3の受像面3aとの位置関係は、幾何学的な位置関係に置き換えることができる。
【0037】
図2では、予め決めておいた1つの撮影対象断層面を基準の撮影対象断層面MaSとし、撮影対象断層面MaNは、その基準の撮影対象断層面MaSの深さ位置と異なる深さ位置の撮影対象断層面を示している。図2中の点GCSは基準の撮影対象断層面MaSの中のX線断層撮影画像を撮影する際の撮影中心、GCNは撮影対象断層面MaNの中のX線断層撮影画像を撮影する際の撮影中心と示す。
【0038】
ここで、撮影対象断層面の深さ位置を変更した撮影とは、基本的に、ある撮影対象断層面MaSの中の点GCSを撮影中心としてX線断層撮影画像を撮影したとき、別の深さ位置の撮影対象断層面MaNの中において、水平方向(図2の左右方向および図2の紙面に垂直な方向)の位置を変更せずに、撮影対象断層面MaSの撮影中心GCSを深さ方向(図2の上下方向)にずらせた点GCNを撮影中心としてX線断層撮影画像を撮影することを意味する。すなわち、図2において、各撮影中心GNS、GCNは、深さ方向に延ばした撮影中心軸CJ上にプロットされる。
【0039】
また、図2において、点XFはX線管2の焦点の位置を示し、点IFは撮像部3の受像面3aの中心位置を示す。点XCはX線管2の焦点XFの基準位置であり、一方、点ICは受像面3aの基準位置である。上述した撮影中心軸CJは、これら基準位置XC、ICを結んだ軸線とする。
【0040】
すなわち、点GCSやGCNを撮影中心として撮影対象断層面MaS、MaNのX線断層撮影画像を撮影する場合には、各撮影中心GCS、GCNが、撮影中心軸CJ上に一致するように天板1及び被検体Mを位置させる。
【0041】
また、基準の撮影対象断層面MaSの深さ位置は、例えば、X線管2の焦点XFの基準位置XCからの距離XHSで決められる。すなわち、点GCS、GCNを撮影中心として撮影対象断層面MaS、MaNのX線断層撮影画像を撮影する場合の撮影位置は、基準の撮影対象断層面MaSが、X線管2の焦点XFの基準位置XCから距離XHSだけ離れた位置に位置されるとともに、各撮影中心CGS、CGNが、撮影中心軸CJ上に一致する位置であり、そのような撮影位置に天板1及び被検体Mを位置させた状態で撮影断層面の深さ位置を変更した撮影が行われる。
【0042】
さて、従来例2の制御部10P2が持っていた撮影駆動系11〜14の駆動データによって撮影される1つの撮影対象断層面Maを基準の撮影対象断層面MaSとし、その駆動データを用いて、基準の撮影対象断層面MaSの撮影を行うものとする。
【0043】
この撮影データでは、X線管2の焦点XFの基準位置XCを撮影の際のX線管2の焦点XFの移動範囲の中心としている。すなわち、基準の撮影対象断層面MaSの撮影は、基準位置XCから、図2の左方向に所定の距離XWS離れた位置をX線管2の焦点XFの移動開始位置XSSとし、基準位置XCから、図2の右方向に同じ距離XWS離れた位置をX線管2の焦点XFの移動終了位置XESとして、この移動開始位置XSSと移動終了位置XESとの間の移動範囲(2×XWS)を、X線管2の焦点XFが図2の左から右に水平移動するようにX線管2を水平移動させている。
【0044】
上記移動範囲内のX線管2の移動中のX線管2からのX線の照射角度は、X線管2の水平移動中の各位置において、X線管2から照射されるX線束の中心軸XJが常に、基準の撮影対象断層面MaS中の撮影中心GCSを通過するように変更させる。すなわち、深さ方向に対して右方向に角度をθS傾けた状態から、深さ方向に対して左方向に角度をθS傾けた状態までの回転範囲内を、X線管2の水平移動に合わせて、X線管保持部材22に対してX線管2を水平方向の軸芯周りで時計周りに回転させる。
【0045】
以上のようにX線管2の水平移動及びX線の照射角度の変更を行うことで、天板1に載置支持された被検体M内の基準の撮影対象断層面MaS(中の撮影中心GCS)に対するX線の入射方向を種々の方向に変更させている。
【0046】
一方、撮像部3の受像面3aは、X線管2の水平移動中の各位置において、X線管2から照射されるX線束の中心軸XJが常に、受像面3aの中心IFに入射するようにX線管2と反対方向(図2の右から左に)に水平移動させる。これにより、基準の撮像対象断層面MaSの透過X線像が常に、撮像部3の受像面3aの同じ位置に投影されるように基準の撮影対象断層面MaS(中の撮影中心GCS)に対するX線の入射方向の変更(X線管2側の動作)と連動して撮像部3の受像面3aの位置を変更させることができる。
【0047】
なお、図2では、上記撮像部3の受像面3aの水平移動の移動開始位置をISS、移動終了位置をIES、受像面3aの基準位置ICと移動開始位置ISSとの間の距離及び受像面3aの基準位置ICと移動終了位置IESとの間の距離をIWSで示している。また、X線管2の焦点XFの基準位置XCと受像面3aの基準位置ICとの間の距離XIHは、X線管2と撮像部3を設置したときに決まるので、X線管2の焦点XFの基準位置XCと基準の撮影対象断層面MaSとの間の距離XHSが決まれば、受像面3aの基準位置ICと基準の撮影対象断層面MaSとの間の距離IHSは決まる。
【0048】
X線管2を水平移動させるX線管駆動機構11の駆動データには、X線管2の移動範囲の他にX線管2の移動速度が含まれる。また、X線の照射角度を変更駆動する照射角度駆動機構13の駆動データには、上述したX線管2の回転範囲の他にX線管2を回転させる際の回転速度が含まれる。さらに、撮像部3の受像面3aを水平移動させる撮像部駆動機構14の駆動データには、撮像部3の受像面3aの移動範囲の他に撮像部3の受像面3aの移動速度が含まれる。
【0049】
X線管2の移動速度VXS(t)及び回転速度WXS(t)と、撮像部3の受像面3aの移動速度VIS(t)の一例を図3(a)〜(c)に実線で示す。この例では、X線管2の移動速度VXS(t)を、撮影開始t0からt1までは加速させ、所定速度VX1に達するとt1からt2まで一定速度VX1とし、t2から減速させてt3でX線管2の移動を停止させて、tSの時間で撮影を行うようにしている。なお、t0〜t1間の時間とt2〜t3間の時間は、例えば、同じに設定される。X線管2の回転速度WXS(t)と撮像部3の受像面3aの移動速度XIS(t)とは、X線管2の移動速度VXS(t)に合わせて、撮影開始t0からt1までは加速させ、t1からt2まで一定速度とし、t2から減速させてt3でX線管2の回転及び撮像部3の受像面3aの移動を停止させて、tSの時間で撮影が終了するようにしている。
【0050】
また、X線照射駆動部2は、例えば、図3(d)や(e)に示すように、t0〜t3の間(必要に応じてt1〜t2の間でもよい)X線管2からのX線を常時照射させたり、一定周期ごとにパルス状に照射させるように駆動制御される。
【0051】
次に、基準の撮影対象断層面MaSの深さ位置と異なる深さ位置の撮影対象断層面MaNを撮影する場合を考える。
【0052】
ここでは、X線の照射角度の変更範囲(撮影対象断層面MaS、MaNに対するX線入射方向の変更範囲)である、X線管2の回転範囲を基準の撮影対象断層面MaSの撮影時と同じ(2×θS)にする場合について考える。
【0053】
X線管2の回転範囲を撮影対象断層面MaSの撮影と同じ(2×θS)にして、撮影対象断層面MaNを撮影するためには、図2に示すように、X線管2の移動開始位置をXSN、移動終了位置をXENとする(2×XWN)の範囲をX線管2の移動範囲とし、一方で、撮像部3の受像面3aの移動開始位置をISN、移動終了位置をIENとする(2×IWN)の範囲を撮像部3の受像面3aの移動範囲としなければならないことが幾何学的に導ける。また、図2中の距離XHS、IHS及びSNH(いずれも既知)により、X線管2の焦点XFの基準位置XCと撮影対象断層面MaNの深さ位置との間の距離XHNと、撮像部3の受像面3aの基準位置ICと撮影対象断層面MaNの深さ位置との間の距離IHNとが求められる。
【0054】
X線管2の焦点XFが基準の撮影対象断層面MaSの撮影時の移動開始位置XSSに位置した点と、X線管2の焦点XFが基準位置XCに位置した点と、基準の撮影対象断層面MaSの撮影中心GCSとの3点を頂点とする三角形と、X線管2の焦点XFが撮影対象断層面MaNの撮影時の移動開始位置XSNに位置した点と、X線管2の焦点XFが基準位置XCに位置した点と、撮影対象断層面MaNの撮影中心GCNとの3点を頂点とする三角形とは相似形である。また、撮像部3の受像面3aが基準の撮影対象断層面MaSの撮影時の移動開始位置ISSに位置した点と、撮像部3の受像面3aが基準位置ICに位置した点と、基準の撮影対象断層面MaSの撮影中心GCSNの3点を頂点とする三角形と、撮像部3の受像面3aが撮影対象断層面MaNの撮影時の移動開始位置ISNに位置した点と、撮像部3の受像面3aが基準位置ICに位置した点と、撮影対象断層面MaNの撮影中心GCNとの3点を頂点とする三角形とは相似形である。
【0055】
従って、撮影対象断層面MaNの撮影時のX線管2の移動範囲を決める距離XWNと、撮影対象断層面MaNの撮影時の受像面3aの移動範囲を決める距離IWNとは、既知の値であるXWS、XHS、XHNと、IWS、IHS、IHNを用いて、以下の式(1)、(2)で求めることができる。
【0056】
XWN=KXN×XWS … (1)
但し、KXN=XHN/XHS
IWN=KIN×XIS … (2)
但し、KIN=IHN/IHS
【0057】
また、相似の関係から、以下の式(3)、(4)及び、図3(a)、(b)の二点鎖線で示すように、撮影対象断層面MaNの撮影時のX線管2の移動速度VXN(t)を、基準の撮影対象断層面MaSの撮影時のX線管2の移動速度VXS(t)に、上記(1)式の係数KXNを掛け合わせた速度とするとともに、撮影対象断層面MaNの撮影時の撮像部3の受像面3aの移動速度VIN(t)を、基準の撮影対象断層面MaSの撮影時の撮像部3の受像面3aの移動速度VIS(t)に、上記(2)式の係数KINを掛け合わせた速度として駆動させると、撮影対象断層面MaNの撮影において、基準の撮影対象断層面MaSの撮影中の同じ時間tにおけるX線の照射角度(撮影対象断層面MaS、MaNに対するX線入射方向の角度)を常に同じにすることができる。従って、X線管2の回転速度を基準の撮影対象断層面MaSの撮影時のX線管2の回転速度WXS(t)(図3(c))と同じ駆動データで駆動することができる。
【0058】
VXN(t)=KXN×VXS(t) … (3)
VIN(t)=KIN×VIS(t) … (4)
【0059】
さらに、X線管2の水平移動やX線の照射角度、撮像部3の受像面3aの水平移動を上述した駆動データで駆動制御すると、撮影対象断層面MaNの撮影は、tSの時間で完了することになる。従って、X線の照射駆動は、基準の撮影対象断層面MaSの撮影時と同じ駆動データ(図3(d)や(e))で行うことができる。
【0060】
なお、上記係数KXN、KINは、撮影対象断層面MaNが、図2に示すように、基準の撮影対象断層面MaSよりもX線管2から遠ざかる(撮像部3の受像面3aに近づく)とKXN>1、0<KIN<1となり、逆に、撮影対象断層面MaNが、基準の撮影対象断層面MaSよりもX線管2に近づく(撮像部3の受像面3aから遠ざかる)と0<KXN<1、KIN>1となる係数である。
【0061】
また、基準の撮影対象断層面MaSの撮影時と撮影対象断層面MaNの撮影時とにおける受像面3aの移動状態をわかり易くするために、図2では、基準の撮影対象断層面MaSの撮影時の受像面3aと撮影対象断層面MaNの撮影時の受像面3aとを上下に若干ずらせて描いているが実際は同一軸上を移動する。また、図4以下の図やグラフにおいても、同様に、実際は重なる部分であっても基準の撮影対象断層面MaSの撮影時のものと撮影対象断層面MaNの撮影時のものとを区分するために若干ずらせて描いている場合もある。
【0062】
<第2の決定方法>
まず、X線管2の移動範囲と撮像部3の受像面3aの移動範囲は、上記第1の決定方法と同じ決定方法で決定する(図2参照)。すなわち、撮影対象断層面MaNの撮影時のX線管2の移動範囲を、移動開始位置XSN〜移動終了位置XENの(2×XWN)の範囲とし、撮像部3の受像面3aの移動範囲を、移動開始位置ISN〜移動終了位置IENの(2×IWN)の範囲とする。
【0063】
次に、X線管2の移動速度VXN(t)を、一定速度で移動させる際の速度が基準の撮影対象断層面MaSの撮影時と同じVX1になるように決定する。すなわち、図4(a)の二点鎖線に示すように、撮影開始t0からt1までは加速させ、所定速度VX1に達するとt1からt4まで一定速度VX1とし、t4から減速させてt5でX線管2の移動を停止させて、tNの時間で撮影を行うようにする。なお、t4〜t5間の時間は、例えば、t2〜t3間の時間と同じとする。基準の撮影対象断層面MaSの撮影時のX線管2の移動速度VXS(t)を図4(a)に実線で示す。
【0064】
上記X線管2の移動速度VXN(t)に合わせるためには、撮像部3の受像面3aの移動速度VIN(t)は、図4(b)の二点鎖線に示すようになる。基準の撮影対象断層面MaSの撮影時の撮像部3の受像面3aの移動速度VIS(t)を図4(b)に実線で示す。
【0065】
図4(a)、(b)に示すように、この場合には、撮影対象断層面MaNの撮影に要する時間tNは、基準の撮影対象断層面MaSの撮影に要する時間tSより長くなる。なお、図2と逆に、撮影対象断層面MaNが、基準の撮影対象断層面MaSよりもX線管2に近づく(撮像部3の受像面3aから遠ざかる)場合には、撮影対象断層面MaNの撮影に要する時間tNは、基準の撮影対象断層面MaSの撮影に要する時間tSより短くなる。
【0066】
いずれにしても、撮影時間が変動することにより、それに応じて、X線の照射角度の変更速度(X線管2の回転速度)を新たに決める必要がある。すなわち、X線管2の移動速度に合わせるためには、X線管2の回転速度WXN(t)は、図4(c)の二点鎖線に示すようになる。基準の撮影対象断層面MaSの撮影時のX線管2の回転速度WXS(t)を図4(c)に実線で示す。
【0067】
ここで、図4(c)の一定時の速度WX2は未知数であるが、この速度WX2は、例えば、以下のようにして決定することができる。まず、図5に示すように、X線管2の焦点XFが基準位置XCから所定時間(例えば、1秒)後に到達する位置をXC1とすると、基準位置XCからその位置XC1までの距離(移動量)WC1は、X線管2の移動速度VXN(t)(VX1)によって求めることができる。この位置XC1をX線管2の焦点XFの移動軌跡上にプロットする。このとき、上記一定時の速度WX2におけるX線の照射角度の単位時間当たりの変更角は図5中のθ1となる。図5において、X線管2の焦点XFが基準位置XCに位置した点とX線管2の焦点XFが上記位置XC1に位置した点と撮影対象断層面MaNの撮影中心GCNとの3点を頂点とする三角形に注目すると、θ1は既知の距離XHNとXC1から三角関数によって求めることができる。従って、上記一定時の速度WX2におけるX線の照射角度の単位時間当たりの変更角θ1が求められれば、上記一定時の速度WX2が求められる。
【0068】
また、上記一定時の速度WX2が求まれば、t0〜t1間の時間(既知)で速度を「0」〜WX2にするように加速すればよいので、WXN(t)のt0〜t1の加速時の速度の傾きが決まり、同様に、t4〜t5の減速時の速度の傾きも決まる。
【0069】
以上により、撮影対象断層面MaNの撮影時のX線管2の回転速度WXN(t)が決定できる。なお、X線管2の回転範囲は、第1の決定方法の場合と同じ(2×θS)である。従って、照射角度駆動機構13の駆動データも決定できる。
【0070】
また、撮影時間の変動に伴って、X線の照射は、図3(d)や(e)と同様の照射を上記t0〜t5の間(必要に応じてt1〜t4の間)行えばよい。
【0071】
<第3の決定方法>
ここでは、図6に示すように、X線管2の移動範囲を各撮影対象断層面MaS、MaNの撮影時で同じにする場合について考える。
【0072】
このとき、X線管2の移動速度も、各撮影対象断層面MaS、MaNの撮影時で同じにすることができる。すなわち、X線管駆動機構11の駆動データは各撮影対象断層面MaS、MaNの撮影時で同じにすることができる。また、この結果、各撮影対象断層面MaS、MaNの撮影に要する時間が全て同じであるからX線照射駆動部12の駆動データも各撮影対象断層面MaS、MaNの撮影時で同じにすることができる。
【0073】
しかしながら、図6に示すように、この駆動制御では、X線の照射角度の変更範囲(撮影対象断層面MaS、MaNに対するX線入射方向の変更範囲)である、X線管2の回転範囲が、撮影対象断層面MaSの撮影時(2×θS)と、撮影対象断層面MaNの撮影時(2×θN)とで相違することになる。
【0074】
このθNは、X線管2の焦点XFが各撮影対象断層面MaS、MaNの撮影時の移動開始位置XSSに位置した点と、X線管2の焦点XFが基準位置XCに位置した点と、撮影対象断層面MaNの撮影中心GCNとの3点を頂点とする三角形に注目すれば、既知の距離XWS、XHNから三角関数によって求めることができる。
【0075】
また、各撮影対象断層面MaS、MaNの撮影において、撮影時間が同じ(tS)であって、X線管2の回転範囲が変更されたことに伴って、X線の照射角度の変更速度(X線管2の回転速度)を新たに決める必要がある。X線管2の移動に合わせるためには、X線管2の回転速度WXN(t)は、図7(a)の二点鎖線に示すようになる。基準の撮影対象断層面MaSの撮影時のX線管2の回転速度WXS(t)を図7(a)に実線で示す。
【0076】
図7(a)中の一定時の速度WX3は、上述した第2の決定方法で説明したWX2の決定方法と同様の決定方法で求めることができる。従って、照射角度駆動機構13の駆動データを決定することができる。
【0077】
また、図6に示すように、X線管2の移動範囲を各撮影対象断層面MaS、MaNの撮影時で同じ(X線管2の回転角度が変更された)ことに伴って、撮像部3の受像面3aの移動範囲が変更される。この撮影対象断層面MaNの撮影時の撮像部3の受像面3aの移動範囲を決める距離IWN2は次のように求めることができる。すなわち、図6において、撮像部3の受像面3aが撮影対象断層面MaNの撮影時の移動開始位置ISNに位置した点と、撮像部3の受像面3aが基準位置ICに位置した点と、撮影対象断層面MaNの撮影中心GCNとの3点を頂点とする三角形に注目すると、既知の値である距離IHNと角度θNとから三角関数によって距離IWN2が求められる。
【0078】
また、各撮影対象断層面MaS、MaNの撮影において、撮影時間が同じ(tS)であって、撮像部3の受像面3aの移動範囲が変更されたことに伴って、撮像部3の受像面3aの移動速度も新たに決める必要がある。X線管2の移動に合わせるためには、撮像部3の受像面3aの移動速度VIN(t)は、図7(b)の二点鎖線に示すようになる。基準の撮影対象断層面MaSの撮影時の撮像部3の受像面3aの移動速度VIS(t)を図7(b)に実線で示す。
【0079】
ここで、図7(b)の一定時の速度VI2は未知数であるが、この速度VI2は、例えば、次のようにして決定することができる。すなわち、上述した第2の決定方法で説明したX線管2の回転速度中の一定時の速度におけるX線の照射角度の単位時間当たりの変更角を求める場合と同様の手法で、この第3の決定方法の場合でのX線管2の回転速度中の一定時の速度WX3におけるX線の照射角度の単位時間当たりの変更角θ2を、撮像部3の受像面3aを含めて作図すると図8に示すようになる。なお、図8中の位置XC2は、この第3の決定方法において、X線管2の焦点XFが基準位置XCから所定時間(例えば、1秒)後に到達する位置を示し、距離WC2は、基準位置XCからその位置XC2までの移動量を示す。図8から明らかなように、撮像部3の受像面3の移動速度VIN(t)中の一定時の速度VI2における単位時間当たりの受像面3aの移動量WC3は、既知の距離IHNと角度θ2とから三角関数で求めることができ、撮像部3の受像面3の移動速度VIN(t)中の一定時の速度VI2が求められる。従って、撮像部3の受像面3の移動速度VIN(t)が決まり、撮像部駆動機構14の駆動データが決まる。
【0080】
その他、撮像部3の受像面3aの移動範囲と移動速度とを各撮影対象断層面MaS、MaNの撮影時で同じにするように撮影駆動系11〜14の駆動データを決定することもできる。この場合には、撮影対象断層面MaNの撮影時のX線管2の移動範囲や移動速度、回転範囲、回転速度を新たに決めてやる必要があるが、これら駆動データも、上述したように幾何学的に求めることができる。
【0081】
上記第1〜第3の決定方法では、撮影対象断層面MaNの撮影時の撮影駆動系11〜14の駆動データの決定を例に採り説明したが、それ以外の深さ位置の撮影対象断層面Maの撮影時の撮影駆動系11〜14の駆動データも同様の方法で決定することができる。
【0082】
なお、上記第1〜第3の決定方法では、予め決められた1つの撮影対象断層面MaSを基準として、その基準の撮影対象断層面MaSの撮影時の撮影駆動系11〜14の駆動データを用いて、それ以外の深さ位置の撮影対象断層面MaNの撮影時の撮影駆動系11〜14の駆動データを決定したが、この発明はこれに限らず、任意の深さ位置の撮影対象断層面Maの撮影時の撮影駆動系11〜14の駆動データを個別に決定することもできる。
【0083】
すなわち、これまでの説明から明らかなように、ある深さ位置の撮影対象断層面Maの撮影を行う場合、X線管2の移動範囲、X線管2の回転範囲、撮像部3の受像面3aの移動範囲のいずれか1つが決まれば残りも決まる。また、X線管2の移動速度、X線管2の回転速度、撮像部3の受像面3aの移動速度のいずれか1つが決まれば残りも決まる。従って、X線管駆動機構11、照射角度駆動機構13、撮像部駆動機構14の駆動データを決めることができる。また、X線管駆動機構11、照射角度駆動機構13、撮像部駆動機構14の駆動データが決まると、撮影時間が決まるので、X線照射をどのタイミングで行えばよいかも決まり、X線照射駆動部12の駆動データも決まる。このような撮影駆動系11〜14の駆動データの決定方法は、撮影対象断層面Maの深さ位置が変わっても同様であるので、任意の深さ位置の撮影対象断層面Maごとに、撮影時の撮影駆動系11〜14の駆動データを個別に決定することもできる。
【0084】
ところで、撮影中、X線を常時照射させたり、常に同一周期でパルス状にX線を照射させる場合、撮影対象断層面Maの撮影ごとに撮影時間が変動すると、撮影対象断層面Maの撮影ごとに被検体MへのX線の曝射量が変動などして好ましくない。従って、撮影対象断層面Maの撮影ごとの撮影時間を常に同じにするように撮影駆動系11〜14の駆動データを決定することが好ましいが、撮影対象断層面Maの撮影ごとの撮影時間が変動するように撮影駆動系11〜14の駆動データを決定する場合でも、例えば、X線をパルス状に照射させるとともに、そのパルス周期を、撮影対象断層面Maの撮影ごとの撮影時間に応じて変化させるようにしてもよい。
【0085】
また、同じ深さ位置の撮影対象断層面Ma内において撮影中心(撮影範囲)を変更する場合には、天板1上で被検体Mを水平方向に移動させたり、被検体Mを載置支持した天板1を水平方向に移動させたりしてもよいが、次のように構成してもよい。
【0086】
X線管2と撮像部3の受像面3aとの各々の水平移動の移動可能最大範囲を十分に長くし、X線管2の焦点XFの基準位置XCと撮像部3の受像面3aの基準位置IC(撮影中心軸CJ)を天板1の長手方向(被検体Mの体軸方向)に移動させれば、同じ深さ位置の撮影対象断層面Ma内において撮影中心(撮影範囲)を天板1の長手方向(被検体Mの体軸方向)に変更させることができる。また、レール21などを含むX線管2の水平移動を行うためのユニット全体を天板1の短手方向(被検体Mの体軸方向に直交する水平方向)に移動させる駆動機構を設けるとともに、撮像部3の受像面3aの水平移動を行うためのユニット全体も同じ水平方向に移動させる駆動機構を設けて、各ユニット全体を天板1の短手方向に水平移動させれば、同じ深さ位置の撮影対象断層面Ma内において撮影中心(撮影範囲)を天板1の短手方向(被検体Mの体軸方向に直交する水平方向)に変更させることができる。このように構成すれば、天板1や被検体Mを移動させることなく、同じ深さ位置の撮影対象断層面Ma内において撮影中心(撮影範囲)を変更したX線断層撮影画像を撮影することもできる。
【0087】
上記実施例では、X線管2と撮像部3の受像面3aとを水平1軸方向への移動だけを行わせて撮影対象断層面Maの撮影を行う場合について説明したが、X線管2と撮像部3の受像面3aとを、円弧状に移動させたり、水平面内で円軌道や楕円軌道、放射状の軌道、渦巻き状の軌道、ハイポサイクロイド軌道などに沿って移動させたりする周知の移動形態をとって撮影対象断層面Maの撮影を行う構成のものであってもこの発明は同様に適用することができる。なお、例えば、X線管2や撮像部3の受像面3aを、水平面内で1つの円軌道に沿って移動させて撮影対象断層面Maの撮影を行う構成のものは、通常、X線の照射角度が固定されるので、そのような構成のものは、X線管2を水平面内で1つの円軌道に沿って移動させる駆動機構がこの発明におけるX線入射方向変更駆動手段に相当することになる。
【0088】
また、被検体Mを寝かせた状態で撮影対象断層面MaのX線断層撮影画像を撮影する場合に限らず、被検体Mを斜め状態で支持したり、立たせて支持させたりした状態で、その被検体Mを挟んでX線管2と撮像部3の受像面3aを配置させて撮影対象断層面MaのX線断層撮影画像を撮影する場合にもこの発明は同様に適用することができる。
【0089】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、撮影駆動手段を駆動する駆動データを変更するだけで、種々の深さ位置の撮影対象断層面に対する各X線断層撮影画像を撮影するように構成したので、手間や術者への負担をかけることなく、撮影対象断層面の深さ位置を変更した撮影を行うことができる。また、天板などの支持手段(被検体)を昇降させて被検体をX線照射手段に対して遠近(撮像手段の受像面に対して近遠)させることなく、撮影対象断層面の深さ位置を変更した撮影が行えるので、撮影中の被検体の体動を低減でき、種々の深さ位置の撮影対象断層面に対する各X線断層撮影画像を正確に得られるとともに、撮影中の被検体への心理的な不安を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例に係るX線断層撮影装置の概略構成図である。
【図2】撮影対象断層面の深さ方向を変更して撮影する際の撮影駆動系の駆動データを第1、第2の決定方法で決定する場合の説明図である。
【図3】撮影対象断層面の深さ方向を変更して撮影する際の撮影駆動系の駆動データを第1の決定方法で決定する場合のX線管の移動速度や撮像部の受像面の移動速度、X線管の回転速度などを示す図である。
【図4】撮影対象断層面の深さ方向を変更して撮影する際の撮影駆動系の駆動データを第2の決定方法で決定する場合のX線管の移動速度と撮像部の受像面の移動速度とX線管の回転速度を示す図である。
【図5】撮影対象断層面の深さ方向を変更して撮影する際の撮影駆動系の駆動データを第2の決定方法で決定する場合のX線管の回転速度の決定方法を説明するための図である。
【図6】撮影対象断層面の深さ方向を変更して撮影する際の撮影駆動系の駆動データを第3の決定方法で決定する場合の説明図である。
【図7】撮影対象断層面の深さ方向を変更して撮影する際の撮影駆動系の駆動データを第3の決定方法で決定する場合のX線管の回転速度と撮像部の受像面の移動速度を示す図である。
【図8】撮影対象断層面の深さ方向を変更して撮影する際の撮影駆動系の駆動データを第3の決定方法で決定する場合の撮像部の受像面の移動速度の決定方法を説明するための図である。
【図9】撮影対象断層面のX線断層撮影画像の撮影原理を説明するための図である。
【図10】第1従来例に係るX線断層撮影装置の駆動制御系の概略構成図である。
【図11】第2従来例に係るX線断層撮影装置の駆動制御系の概略構成図である。
【符号の説明】
1:天板
2:X線管
3:撮像部
3a:撮像部の受像面
10:制御部
11:X線管駆動機構
12:X線照射駆動部
13:照射角度駆動機構
14:撮像部駆動機構
M:被検体
Ma、MaS、MaN:撮影対象断層面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-CT (non-computer tomography) X-ray tomography apparatus for obtaining an X-ray tomographic image of a tomographic plane in a subject, and in particular, imaging objects at various depth positions. The present invention relates to an improved technique for obtaining an X-ray tomographic image of a tomographic plane.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 9, the non-CT X-ray tomographic imaging apparatus installed in a medical institution such as a hospital has an X for an imaging target tomographic plane Ma in a subject M placed and supported on the
[0003]
The principle of X-ray tomography using this X-ray tomographic imaging apparatus will now be described in some detail. That is, as shown in FIG. 9, for example, by changing the position of the
[0004]
When the transmitted X-ray images received on the
[0005]
When the
[0006]
A drive control system of an X-ray tomography apparatus that obtains an X-ray tomography image of the tomographic plane Ma to be imaged based on the above principle is conventionally configured as follows.
[0007]
[First Conventional Example]
Please refer to FIG. In the first conventional example, the
[0008]
Drive control of imaging drive systems such as the X-ray
[0009]
The
[0010]
With the above configuration, an X-ray tomographic image of a predetermined imaging range GH centered on the imaging center GC can be obtained from the imaging target tomographic plane Ma shown in FIG.
[0011]
By the way, in this first conventional example, the control unit 10P1 has only one type of drive data corresponding to one to-be-photographed tomographic plane Ma at a predetermined depth position as drive data for driving the imaging drive system. have. Then, when imaging is performed by changing the depth position of the imaging target tomographic plane Ma, the position of the
[0012]
[Second Conventional Example]
Please refer to FIG. In the first conventional example described above, the interlocking operation between the
[0013]
Also in the second conventional example, the control unit 10P2 has only one type of drive data corresponding to one imaging target tomographic plane Ma at a predetermined depth position as drive data for driving the imaging drive system. ing. When imaging is performed by changing the depth position of the imaging target tomographic plane Ma, the
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional example having such a configuration has the following problems.
Usually, in a series of tomographic examinations, in order to specify the position of a lesioned part, imaging is performed by changing the depth position of the imaging target tomographic surface Ma by several points. It is necessary to change the position of the
[0015]
In the second conventional example, it is possible to perform imaging by changing the depth position of the imaging target tomographic plane Ma just by moving the
[0016]
The present invention has been made in view of such circumstances, and can solve the drawbacks of the prior art and easily obtain X-ray tomographic images of imaging tomographic planes at various depth positions. An object is to provide an X-ray tomography apparatus.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the present invention has the following configuration. That is, the present invention is an X-ray tomography apparatus for obtaining an X-ray tomographic image of a tomographic plane to be imaged in a subject, comprising: (a) a supporting means for supporting the subject; and (b) the supporting means. X-ray irradiating means for irradiating the object to be supported with X-rays, and (c) X arranged on the opposite side of the X-ray irradiating means across the object supported by the supporting means and transmitted through the object An imaging means for receiving and picking up a line transmission image on an image receiving surface; and (d) driving for changing the incident direction of X-rays from the X-ray irradiation means to the tomographic surface to be imaged in the subject supported by the support means. X-ray incident direction changing driving means, X-ray irradiation driving means for performing X-ray irradiation driving from the X-ray irradiating means, and image receiving position changing driving means for changing and driving the position of the image receiving surface of the imaging means. Imaging drive means including: (e) inside the subject supported by the support means While irradiating the subject with X-rays while sequentially changing the incident direction of the X-rays from the X-ray irradiating unit to the imaging target tomographic plane, a transmitted X-ray image of the imaging target tomographic plane is always in the imaging unit. Drive control of the imaging drive means according to the drive data so as to change the position of the image receiving surface of the imaging means in conjunction with the change of the incident direction of the X-ray with respect to the tomographic plane to be imaged so as to be projected at the same position on the image receiving surface. Control means for changing the depth position of the to-be-photographed tomographic plane, and taking the image at the depth position according to the depth position of the to-be-photographed tomographic plane to be imaged. The imaging according to the depth position of the imaging target tomographic plane determined by the positional relationship between the target tomographic plane and the X-ray irradiation means and the positional relationship between the imaging target tomographic plane at the depth position and the image receiving plane of the imaging means. Driving The drive data of the means Under the condition that the moving range of the X-ray irradiation means is the same before and after changing the depth position of the tomographic plane to be imaged The calculation is performed according to the depth position of the tomographic plane to be imaged, and the imaging drive means is driven and controlled accordingly.
[0018]
[Action]
The operation of the present invention is as follows.
When the subject is supported by the support unit and the subject is positioned at a predetermined imaging position between the X-ray irradiation unit and the imaging unit, the control unit is configured to capture the imaging target in the subject supported by the support unit. X-rays are irradiated while sequentially changing the incident direction of the X-rays from the X-ray irradiation unit to the tomographic plane, and the transmitted X-ray image of the imaging target tomographic plane is always projected at the same position on the image receiving plane of the imaging unit. As described above, the X-ray incident direction changing driving means, the X-ray irradiation driving means, and the image receiving position changing driving means are changed so as to change the position of the image receiving surface of the imaging means in conjunction with the change of the X-ray incident direction with respect to the tomographic plane. The X-ray tomographic image of the imaging target tomographic plane is obtained by controlling the imaging driving means including
[0019]
Then, when imaging is performed by changing the depth position of the imaging target tomographic plane, the control means determines the imaging target tomographic plane at the depth position and the X-ray according to the depth position of the imaging target tomographic plane to be imaged. Driving data of the imaging driving means corresponding to the depth position of the imaging target tomographic plane determined by the positional relationship with the irradiation means and the positional relationship between the imaging target tomographic plane at the depth position and the image receiving plane of the imaging means Is calculated according to the depth position of the tomographic plane The X-ray tomographic image of the imaging target tomographic plane at the depth position is obtained by controlling the imaging driving means according to the above.
[0020]
The positional relationship between the imaging target tomographic plane and the X-ray irradiation unit and the positional relationship between the imaging target tomographic plane and the image receiving plane of the imaging unit can be replaced with a geometrical positional relationship.
[0021]
Further, changing the depth position of the imaging target tomographic plane is to make the imaging target tomographic plane near and far from the X-ray irradiation means (close to the image receiving surface of the imaging means).
[0022]
Therefore, the positional relationship between the imaging target tomographic plane at the depth position to be imaged and the X-ray irradiation means, and the positional relationship between the imaging target tomographic plane at the depth position and the image receiving surface of the imaging means are geometrically determined. I can grasp it.
[0023]
Based on this, in order to obtain an X-ray tomographic image on the tomographic plane to be imaged at the depth position, an operation range on the X-ray irradiation means side for changing the X-ray incident direction on the tomographic plane to be imaged Geometric calculation of drive data for the X-ray incident direction change drive means such as operation speed, and drive data for the image receiving position change drive means such as operation range and operation speed for changing the position of the image receiving surface of the imaging means in conjunction with the drive data Etc. In addition, if the operation range and operation speed on the X-ray irradiation means side, the operation range and operation speed for changing the position of the image receiving surface of the image pickup means, etc. are determined, it is also determined at what timing X-rays should be irradiated. The drive data of the line irradiation drive means is also determined. In this way, if the imaging drive means is driven and controlled according to the drive data determined for each imaging target tomographic plane at the depth position, X-ray tomographic images for the imaging target tomographic planes at various depth positions can be automatically obtained. it can.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an X-ray tomography apparatus according to an embodiment of the present invention.
In the following embodiments, in order to simplify the description, the
[0025]
The imaging drive system of the X-ray tomography apparatus according to this embodiment is basically the same as that of the second conventional example. That is, the X-ray
[0026]
On the other hand, the
[0027]
In this embodiment, the
[0028]
Drive control of the imaging drive system including the X-ray
[0029]
The
[0030]
Therefore, according to the configuration of this embodiment, the
[0031]
Further, the photographing drive system of the apparatus is basically the same as that of the second conventional example, and only the drive control content of the photographing drive system is changed. Therefore, the program of the microcomputer constituting the
[0032]
In the above embodiment, the
[0033]
Further, as will be described in detail in a drive data determination method to be described later, an imaging target tomographic plane Ma at a certain depth position is set as a reference imaging target tomographic plane MaS, and imaging driving corresponding to the reference imaging target tomographic plane MaS is performed. If the drive data of the
[0034]
Further, drive data corresponding to the imaging target tomographic plane Ma at each depth position, reference driving data, coefficients corresponding to the imaging target tomographic plane MaN at each depth position, and the like are stored in the
[0035]
Next, a method for determining drive data according to the to-be-photographed tomographic plane Ma at different depth positions will be described.
[0036]
<First determination method>
Please refer to FIG. As shown in FIG. 2, the positional relationship between the imaging target tomographic planes MaS and MaN and the
[0037]
In FIG. 2, one predetermined imaging target tomographic plane is set as a reference imaging target tomographic plane MaS, and the imaging target tomographic plane MaN has a depth position different from the depth position of the reference imaging target tomographic plane MaS. The tomographic plane to be imaged is shown. A point GCS in FIG. 2 is an imaging center when an X-ray tomographic image is taken in the reference tomographic plane MaS, and GCN is an X-ray tomographic image in the imaging target tomographic plane MaN. Shown as the center of shooting.
[0038]
Here, the imaging in which the depth position of the imaging target tomographic plane is changed basically means that when an X-ray tomographic image is acquired with the point GCS in the imaging target tomographic plane MaS as the imaging center, a different depth is obtained. The depth of the imaging center GCS of the imaging target tomographic plane MaS without changing the position in the horizontal direction (the left-right direction in FIG. 2 and the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 2) in the imaging target tomographic plane MaN. This means that an X-ray tomographic image is taken with the point GCN shifted in the direction (vertical direction in FIG. 2) as the imaging center. That is, in FIG. 2, the respective photographing centers GNS and GCN are plotted on the photographing center axis CJ extending in the depth direction.
[0039]
In FIG. 2, a point XF indicates the focal position of the
[0040]
That is, when X-ray tomographic images of the imaging target tomographic planes MaS and MaN are taken with the point GCS or GCN as the imaging center, the top plate is set so that the imaging centers GCS and GCN coincide with the imaging center axis CJ. 1 and the subject M are positioned.
[0041]
Further, the depth position of the reference imaging target tomographic plane MaS is determined by, for example, a distance XHS from the reference position XC of the focal point XF of the
[0042]
Now, one imaging target tomographic plane Ma imaged by the driving data of the
[0043]
In this imaging data, the reference position XC of the focal point XF of the
[0044]
The X-ray irradiation angle from the
[0045]
By performing the horizontal movement of the
[0046]
On the other hand, on the
[0047]
In FIG. 2, the movement start position of the horizontal movement of the
[0048]
The drive data of the X-ray
[0049]
An example of the moving speed VXS (t) and the rotating speed WXS (t) of the
[0050]
In addition, the X-ray
[0051]
Next, consider a case where an imaging target tomographic plane MaN having a depth position different from the depth position of the reference imaging target tomographic plane MaS is imaged.
[0052]
Here, the X-ray irradiation angle change range (change range of the X-ray incident direction with respect to the imaging target tomographic planes MaS and MaN), the rotation range of the
[0053]
In order to image the imaging target tomographic plane MaN by setting the rotation range of the
[0054]
The point at which the focal point XF of the
[0055]
Therefore, the distance XWN that determines the moving range of the
[0056]
XWN = KXN × XWS (1)
However, KXN = XHN / XHS
IWN = KIN × XIS (2)
However, KIN = IHN / IHS
[0057]
From the similar relationship, as indicated by the following formulas (3) and (4) and the two-dot chain lines in FIGS. 3A and 3B, the
[0058]
VXN (t) = KXN × VXS (t) (3)
VIN (t) = KIN × VIS (t) (4)
[0059]
Further, when the horizontal movement of the
[0060]
The coefficients KXN and KIN are obtained when the imaging target tomographic plane MaN is further away from the
[0061]
Further, in order to make it easy to understand the movement state of the
[0062]
<Second determination method>
First, the movement range of the
[0063]
Next, the moving speed VXN (t) of the
[0064]
In order to match the moving speed VXN (t) of the
[0065]
As shown in FIGS. 4A and 4B, in this case, the time tN required for imaging the imaging target tomographic plane MaN is longer than the time tS required for imaging the reference imaging target tomographic plane MaS. In contrast to FIG. 2, when the imaging target tomographic plane MaN is closer to the
[0066]
In any case, since the imaging time varies, it is necessary to newly determine the X-ray irradiation angle changing speed (the rotational speed of the X-ray tube 2) accordingly. That is, in order to match the moving speed of the
[0067]
Here, the constant speed WX2 in FIG. 4C is an unknown number, but this speed WX2 can be determined as follows, for example. First, as shown in FIG. 5, assuming that the position where the focal point XF of the
[0068]
Further, if the above-mentioned constant speed WX2 is obtained, acceleration may be performed so that the speed is set to “0” to WX2 in a time (known) between t0 and t1, so that WXN (t) is accelerated from t0 to t1. The speed gradient at the time is determined, and similarly, the speed gradient at the time of deceleration from t4 to t5 is also determined.
[0069]
As described above, the rotation speed WXN (t) of the
[0070]
Further, as the imaging time varies, the X-ray irradiation may be performed in the same manner as in FIGS. 3D and 3E between t0 and t5 (between t1 and t4 as necessary). .
[0071]
<Third determination method>
Here, as shown in FIG. 6, a case is considered in which the movement range of the
[0072]
At this time, the moving speed of the
[0073]
However, as shown in FIG. 6, in this drive control, the rotation range of the
[0074]
This θN is a point where the focal point XF of the
[0075]
Further, in the imaging of each imaging target tomographic plane MaS, MaN, the imaging time is the same (tS), and the X-ray irradiation angle changing speed ( It is necessary to newly determine the rotational speed of the
[0076]
The constant speed WX3 in FIG. 7A can be obtained by the same determination method as the WX2 determination method described in the second determination method described above. Therefore, the drive data of the irradiation
[0077]
In addition, as shown in FIG. 6, the imaging unit is associated with the same moving range of the
[0078]
In the imaging of the tomographic surfaces MaS and MaN to be imaged, the imaging time is the same (tS), and the image receiving surface of the
[0079]
Here, the constant speed VI2 in FIG. 7B is an unknown number, but this speed VI2 can be determined as follows, for example. That is, the third method is the same as the method for obtaining the change angle per unit time of the X-ray irradiation angle at a constant speed among the rotational speeds of the
[0080]
In addition, the drive data of the
[0081]
In the first to third determination methods, the driving data of the
[0082]
In the first to third determination methods, the driving data of the
[0083]
That is, as is clear from the above description, when imaging the imaging target tomographic surface Ma at a certain depth position, the movement range of the
[0084]
By the way, when X-rays are always irradiated during imaging, or when X-rays are always irradiated in the form of pulses at the same cycle, if the imaging time varies for each imaging of the imaging target tomographic plane Ma, each imaging of the imaging target tomographic plane Ma is performed. In addition, the amount of X-ray exposure to the subject M is not preferable. Therefore, it is preferable to determine the drive data of the
[0085]
Further, when changing the imaging center (imaging range) within the imaging target tomographic plane Ma at the same depth position, the subject M is moved in the horizontal direction on the
[0086]
The maximum movable range of each horizontal movement of the
[0087]
In the above-described embodiment, the case where the
[0088]
Further, the present invention is not limited to the case where an X-ray tomographic image of the tomographic plane Ma to be imaged is taken while the subject M is laid down, and in a state where the subject M is supported in an oblique state or supported in an upright state, The present invention can be similarly applied to the case where the
[0089]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, X-ray tomographic images with respect to the imaging target tomographic planes at various depth positions are imaged only by changing the drive data for driving the imaging driving means. Therefore, it is possible to perform imaging while changing the depth position of the imaging target tomographic plane without burdening the operator and the operator. Further, the depth of the tomographic plane to be imaged without raising and lowering the support means (subject) such as the top plate to bring the subject into perspective with respect to the X-ray irradiation means (close to the image receiving surface of the imaging means). Since the imaging can be performed with the position changed, the body movement of the subject during imaging can be reduced, each X-ray tomographic image can be accurately obtained for the tomographic plane of the imaging at various depth positions, and the subject under imaging Can reduce psychological anxiety.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an X-ray tomography apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram when driving data of an imaging drive system when imaging is performed by changing the depth direction of an imaging target tomographic plane by the first and second determination methods.
FIG. 3 shows a moving speed of an X-ray tube and an image receiving surface of an imaging unit when driving data of an imaging drive system when imaging is performed by changing the depth direction of a tomographic plane to be imaged. It is a figure which shows a moving speed, the rotational speed of an X-ray tube, etc.
FIG. 4 shows the moving speed of the X-ray tube and the image receiving surface of the imaging unit when driving data of the imaging drive system when imaging is performed by changing the depth direction of the tomographic plane to be imaged. It is a figure which shows a moving speed and the rotational speed of an X-ray tube.
FIG. 5 is a diagram for explaining a method for determining the rotational speed of an X-ray tube when driving data of an imaging drive system when imaging is performed by changing the depth direction of an imaging target tomographic plane by the second determination method; FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram in a case where drive data of an imaging drive system at the time of imaging by changing the depth direction of an imaging target tomographic plane is determined by a third determination method.
FIG. 7 shows the rotational speed of the X-ray tube and the image receiving surface of the imaging unit when determining the drive data of the imaging drive system when imaging is performed by changing the depth direction of the tomographic plane to be imaged. It is a figure which shows a moving speed.
FIG. 8 illustrates a method for determining a moving speed of an image receiving surface of an imaging unit when driving data of an imaging drive system when imaging is performed by changing the depth direction of an imaging target tomographic plane using the third determination method. It is a figure for doing.
FIG. 9 is a diagram for explaining an imaging principle of an X-ray tomographic image of an imaging target tomographic plane.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a drive control system of an X-ray tomography apparatus according to a first conventional example.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a drive control system of an X-ray tomography apparatus according to a second conventional example.
[Explanation of symbols]
1: Top plate
2: X-ray tube
3: Imaging unit
3a: Image receiving surface of the imaging unit
10: Control unit
11: X-ray tube drive mechanism
12: X-ray irradiation drive unit
13: Irradiation angle drive mechanism
14: Imaging unit drive mechanism
M: Subject
Ma, MaS, MaN: imaging tomographic plane
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