JP2001276039A - X線ctシステムにおけるガントリ装置及びその制御方法 - Google Patents
X線ctシステムにおけるガントリ装置及びその制御方法Info
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Abstract
リ装置が有する回転部の1回転における水平方向におけ
る振動を抑制することが可能になり、X線断層像を高い
精度で再構成する。 【解決手段】 ガントリ回転部4の回転角Pのとき水平
方向の矢印A方向に対するずれ量が最大になる場合、こ
の回転角Pにおいて重り213と回転中心との距離が最
小になるようにし、回転角Pにおいて重り113の回転
中心との距離が最大になるように制御することで、矢印
A方向とは逆方向の矢印Bに遠心力を相対的に増加さ
せ、角度Pにおける位置ずれ量を抑制する。
Description
検体のX線断層像を得るX線CTシステムにおけるガン
トリ装置及びその制御方法に関するものである。
ステム及び装置は、大別すると、ドーナツ状の空洞部を
有する装置(一般に、ガントリ装置と呼ばれている)、
ガントリ装置に対して各種制御信号を与えると共にガン
トリ装置より得られた信号(データ)に基づいてX線断
層像を再構成し、表示する操作コンソール、そして、被
検体(被検者)をガントリ装置の空洞部内に固定支持す
るため、及び、被検体を空洞部に向けて搬送するための
搬送装置で構成される。
られたX線発生源(X線管)とこのX線発生源より照射
されたX線を検出する検出部とを内蔵する回転部を備え
る。
上記の搬送装置上に横たえさせて、ガントリ装置の空洞
部に向けて搬送する。そして、ガントリ装置の回転部を
回転駆動させると共にX線管を駆動することで、被検体
に対する異なる方向でのX線の照射及び被検体を透過し
てきたX線の検出を検出部で行う。操作コンソールで
は、上記のようにして、ガントリ装置より転送されてき
た透過X線強度に対応する信号を受信し、これに基づい
て、算術的に被検体の断層面におけるX線減衰率に応じ
た画像を生成する。この再生される像は一般にX線断層
像と呼ばれ、X線断層像を再生する処理はX線断層像を
再構成する、もしくは単に再構成する、と呼ばれる。
回転部の所定位置には、上記の通りX線管が配置される
が、このX線管の重量は数十キロgにも達する。従っ
て、回転部の全体が重量的に不均一、つまりアンバラン
スになる。また、回転部そのものの精度の問題、或い
は、回転部を支えるベースの歪み、更には、回転部の1
回転に要する時間も1秒程度と、比較的高速であるの
で、重量のある部分で働く遠心力も無視できなくなる。
上記の様々な要因によって、回転部の1回転中における
水平方向(被検体の搬送方向に対して直交する水平方
向)に対して位置ずれ(振動)が発生する。
あることを前提にして、X線断層像の再構成の演算処理
を行うものであるから、この水平方向の振動が許容範囲
を越えてしまうと、再構成されるX線断層像に影響が現
れ高い精度を保つことができない。
る、すなわち、S/N比を向上させるためには、多くの
回転角度位置でのX線透過データを必要とする。このた
めには、少なくとも、X線管が或る角度Aにあったとき
に検出部で透過X線を検出したとき、その位置から18
0°回転した角度Bにおいても同様の透過X線を検出す
ることが必要になる。
角度Bにおける水平方向のずれの差が許容範囲を越えて
しまうと、高い精度のX線断層像を再構成することがで
きなくなってしまう点である。
平方向の振動において、或る回転角と、それから180
°の位相差を有する回転角におけるずれ量を抑制し、も
って再構成されるX線断層像の信頼性を高めることを可
能にするガントリの制御装置及びその制御方法を提供し
ようとするものである。
め、例えば本発明のX線CTシステムにおけるガントリ
装置は以下の構成を備える。すなわち、X線発生源と、
当該X線発生源から放射されたX線を、被検体を位置さ
せる空洞部を介して検出するX線検出部とを有するガン
トリ回転部を備える、X線CTシステムにおけるガント
リ装置であって、前記ガントリ回転部の1回転中におけ
る前記被検体の搬送方向に対して直交する水平方向の位
置ずれ量を検出する検出手段と、該検出手段で検出した
位置ずれ量における最大となる回転角を抽出する抽出手
段と、前記ガントリ回転部上に設けられた重りの、前記
ガントリ回転部の回転中心からの距離を調整する重り調
整手段と、該重り調整手段を制御し、前記抽出手段で抽
出された位置ずれの方向に対して逆の水平方向に対する
遠心力を相対的に増加する制御手段とを備える。
係る実施形態を詳細に説明する。
成を図1、図2を用いて説明し、その上で実施形態にお
けるガントリ装置の制御処理について説明する。
るベースであり、2はベース1に対して前後方向に傾斜
可能な設けられたサブベースである。3はサブベース2
に設けられた固定ケーシングであり、4は固定ケーシン
グ3に対して回転可能に支持されているガントリ回転部
である。5はサブベース2に設けられ、ベルト6を介し
てガントリ回転部4の回転駆動を行うモータである。
してX線を放射するX線発生源であるX線管7、被検体
10を透過したX線を検出するX線検出部8、及び、X
線管7からのX線について、図1に示すファン角θ及び
図2に示す被検体10の搬送方向の厚み(X線照射幅)
をwを画定するコリメータ9を有する。X線検出部8
は、図1に示すようにファン角θの範囲のX線を検出す
る複数の検出素子を備える。この検出素子の列(アレ
イ)が1つ(1列)のみを有する装置を一般にシングル
スライスX線CT装置或いはシステムと呼び、このアレ
イが隣接して複数列備えるものをマルチスライスX線C
T装置或いはシステムと呼ばれる。
構成する場合には、モータ5によってガントリ回転部4
を回転させ、尚且つ、X線管7を駆動し、X線検出部8
により各回転の回動位置における被検体10を透過し、
減衰したX線を検出することを繰り返す(この一連の動
作がスキャンと呼ばれるものである)。不図示の操作コ
ンソールは、X線検出部8より検出して得た各回転位置
における透過X線の強度に関するデータを受信し、算術
演算を行うことで被検体10のX線断層像を再構成する
ことになる。
1回転における水平方向の振動(位置変化)を、図1に
示すごとく、2つのセンサ300、301で検出し、そ
の結果に基づいてガントリ回転部4の水平方向に振動を
抑制する。
検出概要を図4を用いて説明する。
トリ回転部4のX線管7が最上部にある位置を回転の始
点とし、時計周りに回転するものとする。また、回転始
点における各センサとガントリ回転部4の円周までの距
離をそれぞれの基準距離とする。センサ300、301
は、この基準距離に対する、ガントリ回転部4の回転角
θにおいて検出された距離の差(=基準距離−回転角θ
における距離)をデータとして出力するものとする。従
って、センサ300及びセンサ301は、ガントリ回転
部4の円周外の適度の位置にそれぞれ設ければよく、そ
れぞれの基準距離は異なっていても構わない。尚、セン
サ300、301は、例えば公知のレーザ光による測距
装置を用いるものとするが、ガントリ回転部4の水平方
向の位置変化が検出できれば如何なるものであってもよ
い。ただし、センサ300、301はガントリ装置から
発生する振動の影響を受けないようにするため、ガント
リ装置とは独立して、フロアに固定されることが望まれ
る。
ントリ回転部4の対向する位置に設けられているので、
それぞれで検出する方向は正反対である。それ故、図4
に示す如く、加算部40では、一方のセンサ(図示では
センサ301)からのデータ(基準距離に対する差)の
符号を反転してから加算する。つまり、実施形態におけ
る水平方向のずれ量は、2つのセンサの合成結果とな
る。コントローラ41は、ガントリ回転部4を1回転さ
せ、その回転中に得られる上記の加算結果を、ガントリ
回転部4の回転角θに対する値f(θ)とし、1回転分
をメモリに記憶する。なお、この1回転動作は、ガント
リ回転部4の水平方向の振動を検査することを目的とし
ているので、X線管7の駆動は行わないようにし、被検
体が無駄に被曝することを防ぐ。
算結果f(θ)の変化の一例を示している。
(θ)を記憶しているので、そのデータ中の或る角度α
と、その角度αから180°回転したときの角度(α+
π)における差(=f(θ)−f(θ+π))が最大と
なる角度を検索(抽出)する。
転したときの角度Q(=P+π)の差が最大となってい
ることを示している。尚且つ、角度Pにおいて位置ずれ
量に当たるf(θ)も最大になっている。
ると、それ以降に行われる実際のスキャンにおいては、
角度Pにおいて水平方向における振動を抑制する制御を
行う。その制御は、図1におけるモータ111、211
の駆動制御を行うことにより実現する。そのため、コン
トローラ41はそれぞれに対して設けられたモータドラ
イバ42、43を制御する。
制の概要を説明する。
く振動抑制装置101、201をガントリ回転部4上の
回転中心位置に対して互いに対向する位置(180°)
に設けることで実現する。振動抑制装置101、201
は共に同じ構造を成している。つまり、振動抑制装置1
01における符号111乃至114と、振動抑制装置2
01における符号211乃至214は同じ構成要素を示
している。そこで、ここでは振動抑制装置101につい
て説明する。
3に示す構造を成している。図示において、111はモ
ータ(モータドライバ42により駆動制御される)であ
って、非駆動時、その回転軸112が固定される構造を
成す(例えば電磁ブレーキを内臓している)。また回転
軸112は図示の如くネジ溝を有し、重り113内に設
けられたメスネジ溝113aに螺合するようになってい
る。114は振動抑制装置101のベースとなるガイド
であり、長手方向にガイド溝114aを有する。重り1
13は、このガイド溝114aに嵌まる突起部113b
を備えることで、回転軸112の周りに対して回転しな
い構造になっている。
ータドライバ42により駆動し、その駆動軸112を回
転させると、重り113が回転軸112の軸方向にガイ
ド溝114aに沿って運動(図示の場合は上下運動)す
ることが可能になっている。
201の回転軸112、212は共にガントリ回転部4
の中心から放射するように設けられているので、モータ
111、211の駆動制御することで、重り113、2
13はガントリ回転部4の中心に対して近づけたり、逆
に遠ざけることが可能になっている。
13は、ガントリ回転部4が静止状態にあるとき、全体
のバランスがとれている位置に予め調整されているもの
である。
理の更なる詳細を以下に説明する。
振動差が最大になるのは、角度Pにおいて図1における
水平方向の右側への遠心力が大きくなっていると考え
る。つまり、図6に示すごとく、矢印A方向の遠心力が
全体的に大きいものと見るわけである。
ある矢印Bの遠心力を相対的に増加させ、上記矢印A方
向の位置ずれを抑制することができる。矢印B方向の遠
心力を相対的に増加させるには、矢印A方向に対する遠
心力を小さするか、矢印B方向の遠心力を増加させれば
よい。実施形態では、この両方を機能させるようにし
て、効率良く位置ずれ量を抑制した。
状態であれば重り213を実線状態からガントリ回転部
4の回転中心位置に向かう破線方向に移動させれば良
い。この結果、遠心力はβ1からβ2への減少すること
になり、矢印Aの方向に働く力は、結局のところ(β1
−β2)・cosPだけ減少することになる。
り113をガントリ回転部4の回転中心から遠ざかる方
向に移動させ、それまでの遠心力α1からα2へ増加さ
せるようにすればよい。
の角度Pにおける水平方向の変位を破線で示す様に修正
することが可能になる。
装置におけるガントリ回転部4はそれが1回転するのに
要する時間は1秒程度と比較的高速であるし、今後益々
高速化することが予想される。仮に1回転1秒とし、1
度単位にX線照射とX線検出を行うとすると、1度だけ
回転するに要する時間は、1秒/360度≒0.003
秒/度となる。このような短い時間で重り113、21
3の移動を完了させ、且つ、元の位置に戻すことは実質
的に不可能である。
動は、とびとびの値をとることは少なく、連続した曲線
状になっているので、角度P付近で最大の振動抑制効果
が発揮できるようにすれば良い。
の角度(P−w)(wはガントリ回転部の回転速度に依
存する)になったとき、重り113、213の移動を開
始し、角度Pになったときに元の位置に戻すようにした
(角度P+xで元に戻る)。ただし、角度Pにおける重
り113、213の元の位置からの移動距離については
明確には設定しない。
だけ各重りを移動させるには、モータの回転速度が、最
大移動可能距離を十分に満足するだけ早いものが必要に
なるからである。ただし、ガントリ回転部4の回転速度
を遅くするのであれば、厳密に重り113、213の位
置を算術し、その位置まで移動させることは可能ではあ
る。
6に示す重り113を有する振動抑制装置101の場
合、ガントリ回転部4の回転角θが、角度P−wと角度
P内にあるとき、モータ111を駆動して、重り113
を回転中心から離れるように駆動しつづけ、回転角θが
角度Pと角度P+x内にあるとき元に戻す(回転中心に
向かうよう)駆動しつづけ、いずれの範囲にも属さない
場合には、モータ1111を駆動しないようにする。一
方、振動抑制装置201は駆動方向が異なるだけであ
る。
度の位相差における水平方向の振動を抑制することが可
能になるが、通常のX線断層像を再構成する際には、先
ず、そのスキャンを行う前に、ガントリ回転部4を1回
転させ、上記のデータを取得する(ただし、このとき、
X線管7は駆動しないようにして、被検体が無駄に被曝
しないようにする)。そして、得られたデータから、1
80度の位相差を有する2つの角度P、Qにおける振動
の差が最大となる位置を求め、この差が許容範囲内にあ
るかどうかを判定する。
る制御は不要であるので、そのまま通常のスキャン動作
に移行する。また、許容範囲を越えていると判断した場
合には、角度Pにおける水平方向の振動を抑制する動作
を行いながら、スキャンを行うことになる。
であるが、その動作は概ね図7のフローチャートに従っ
て動作することになる。
コンソールより受けると、ステップS1でガントリ回転
部4を1回転させ、各回転角における水平方向の位置変
化(ずれ)の差を2つのセンサ300、301で検出
し、その差(ずれの合成となるを加算器40より得、コ
ントローラ41内部のメモリ等に記憶する。次いで、ス
テップS2において、記憶されたデータの中の或る角度
とその角度+180度間の差の中で最大となる角度P、
Q(=P+π)を求める。
P、Qにおけるずれの差と、予め設定された閾値と比較
することで、許容範囲を越えているか否かを判断する。
許容範囲内であれば、水平方向の振動抑制装置101、
201の制御を行う必要がないので、ステップS4に進
み、通常のスキャンを行うことになる。
は、ステップS5に進み、これ以降のスキャン処理にお
いては振動抑制装置101、201を使用したスキャン
動作を行うことになる。
として説明したが、回転角Qを抑制対象にしてもよい。
また、いずれを抑制対象とするかを適宜選択する様にし
てもよい。例えば、図5に示す様な変化の場合、回転角
P近傍(具体的にはP±w)における変化が、回転角Q
近傍の変化(具体的にはQ±w)より大きいから、回転
角Pを抑制対象する(wは予め設定した値)。また、場
合によっては、回転角P、Qの両方に対して抑制するよ
うにしても良い。特に、後者の場合、より水平振動を抑
制することが可能になる。
平方向の振動(ずれ量)を検出するセンサ300、30
1をレーザ光による測距装置を用いる例を説明したが、
例えば、図8に示すような構造でも良い。
の円周の水平方向のずれ量を検出する装置であり、ガン
トリ回転部4の円周に当接するローラ401と、このロ
ーラ401を回転自在に支持する金属製のロッド40
2、このロッド402のガントリ回転部4に向けて作用
を引っ張りバネ403a,403b、そして、静電容量
を検出する装置404で構成される。
転中に水平方向にずれが発生すると、それに応じてロッ
ド402が図示左右に移動することになる。ロッド40
2(少なくともその先端)を導電性材質としているの
で、静電容量検出装置404との距離Lに応じて変動す
る可変コンデンサを構成することになる。静電容量検出
装置404はこの電化変化を検出することで、距離Lを
検出することになる。かかる構成の場合、レーザ光によ
る測距装置に対して低コストで実現できるようになる。
なお、水平方向のずれを検出する手段としては、歪みゲ
ージ、ロードセル、加速度センサ、変位系(エディカレ
ント、接触式)等でも良い。
0、301をガントリ回転部4の回転中心位置に対して
角度差にして180度の対向する位置に設ける例を説明
したが、これによって限定されるわけでない。
線CT装置或いはシステムにおけるガントリ装置が有す
る回転部の1回転における水平方向における振動を抑制
することが可能になり、X線断層像を高い精度で再構成
することが可能になる。
リ装置の正面図である。
リ回転部の側面断面図である。
である。
図である。
動変化と、振動抑制結果の関係を示す図である。
めの図である。
を示すフローチャートである。
サの構造例を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 X線発生源と、当該X線発生源から放射
されたX線を、被検体を位置させる空洞部を介して検出
するX線検出部とを有するガントリ回転部を備える、X
線CTシステムにおけるガントリ装置であって、 前記ガントリ回転部の1回転中における前記被検体の搬
送方向に対して直交する水平方向の位置ずれ量を検出す
る検出手段と、 該検出手段で検出した位置ずれ量における最大となる回
転角を抽出する抽出手段と、 前記ガントリ回転部上に設けられた重りの、前記ガント
リ回転部の回転中心からの距離を調整する重り調整手段
と、 該重り調整手段を制御し、前記抽出手段で抽出された位
置ずれの方向に対して逆の水平方向に対する遠心力を相
対的に増加する制御手段とを備えることを特徴とするX
線CTシステムにおけるガントリ装置。 - 【請求項2】 前記制御手段は、前記抽出手段で抽出さ
れた水平方向の最大位置ずれとなる前記ガントリ回転角
をθとしたとき、ガントリ回転角θ−wからガントリ回
転角θの間で前記重りの移動を継続し、ガントリ回転角
θからガントリ回転角θ+wで元の位置に戻すことを特
徴とする請求項第1項に記載のX線CTシステムにおけ
るガントリ装置。 - 【請求項3】 前記重りは、前記ガントリ回転部の回転
中心点に対して略対向する2ヶ所に設けられ、 前記制御手段は、第1の重りを前記抽出手段で抽出され
た位置ずれの方向にする遠心力を減少させ、第2の重り
を前記抽出手段で抽出された位置ずれの方向とは逆の水
平方向に対する遠心力を増加させることを特徴とする請
求項第1項又は第2項のいずれか1項に記載のX線CT
システムにおけるガントリ装置。 - 【請求項4】 前記検出手段は、 前記ガントリ回転部を挟む水平位置の2箇所に設けら
れ、 前記ガントリ回転部の基準回転角位置における、当該ガ
ントリ回転部の水平方向の位置を基準とし、当該基準に
対する前記ガントリ回転部の回転中におけるそれぞれの
位置ずれの差の合成を、前記ガントリ回転部の水平方向
の位置ずれ量として検出し、 前記抽出手段は、前記検出手段で検出された位置ずれ量
に対して、180度の位相差を有する2つの回転角にお
ける差が最大となる回転角を抽出することを特徴とする
請求項第1項乃至第3項のいずれか1項に記載のX線C
Tシステムにおけるガントリ装置。 - 【請求項5】 X線発生源と、当該X線発生源から放射
されたX線を、被検体を位置させる空洞部を介して検出
するX線検出部とを有するガントリ回転部を備える、X
線CTシステムにおけるガントリ装置の制御方法であっ
て、 前記ガントリ回転部の1回転中における前記被検体の搬
送方向に対して直交する水平方向の位置ずれ量を所定の
検出手段を用いることで検出する検出工程と、 該検出工程で検出した位置ずれ量における最大となる回
転角を抽出する抽出工程と、 前記ガントリ回転部上に設けられた重りの、前記ガント
リ回転部の回転中心からの距離を調整する重り調整手段
を用い、当該重り調整手段を制御し、前記抽出工程で抽
出された位置ずれの方向に対して逆の水平方向に対する
遠心力を相対的に増加する制御工程とを備えることを特
徴とするX線CTシステムにおけるガントリ装置の制御
方法。
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