JP2003190140A - Ｘ線ｃｔシステムにおけるガントリ装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 諸種の条件によって変動するガントリ回転部
の回転中に発生する共振を抑制し、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
装置およびその制御方法を提供すること。 【解決手段】 ガントリ回転部(4)に対するエンコーダ
(16)の出力信号がローパスフィルタ(42)により帯域制限
され、その帯域制限されたエンコーダ出力信号はFFT部
(43)で周波数スペクトル信号に変換され、ピーク検出器
(44)において、得られた周波数スペクトル信号のピーク
位置が共振周波数として検出される。ノッチフィルタ(2
1)はこの共振周波数に基づき中心周波数を変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線照射によって
被検体のＸ線断層像を得るＸ線ＣＴシステムにおけるガ
ントリ装置およびその制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線ＣＴ（Computerized Tomography）
システムおよび装置は、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と
も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、および、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。

【０００３】ガントリ装置は、上記空洞部を挟んで設け
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Ｘ線検出部とを内蔵する回転部
を備える。

【０００４】実際に、スキャンする場合には、被検体を
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
回転駆動させるとともに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線の照射および被検体を透
過してきたＸ線の検出をＸ線検出部で行う。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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ガントリ装置におい
て、回転部の回転中に振動（共振）が発生するという問
題がある。

【０００６】この共振を引き起こす要因はさまざまであ
る。ガントリ装置における回転部の所定位置には、上記
のとおりＸ線管が配置されるが、このＸ線管の重量は数
十キログラムにも達する。したがって、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。これが共
振を引き起こす主な原因と考えられる。回転部の回転方
向に発生する振動に対してはバランサを用いることで調
整できるものの、回転部の回転と垂直な方向に発生する
振動までも抑えることは難しい。

【０００７】また、回転部の１回転に要する時間も最速
0.5秒以下と高速であるので、重量のある部分で働く遠
心力も無視できなくなる。さらに、回転部を支えるベー
スの歪みも避けることができない。

【０００８】Ｘ線ＣＴでは、回転部の中心位置が固定で
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、この共振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。さらに、ガントリ装置の寿命を
縮めるおそれもある。したがって、このような共振を抑
制することが望まれる。

【０００９】しかも、発生する共振は、回転部の回転速
度やガントリ装置のチルト角度、ガントリ装置の取り付
け精度、経時変化等によって変動するものであるから、
かかる変動に追従して共振を抑制することが望まれる。

【００１０】そこで、本発明は、諸種の条件によって変
動するガントリ回転部の回転中に発生する共振を抑制
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装置およびその制御方法を提供
することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
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線発生源からのＸ線を検出するＸ線検出部と
を一体的に回転させるガントリ回転部を有する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
回転部を回転させるための回転モータと、前記回転モー
タの駆動をフィードバック制御により制御する駆動制御
手段と、を備え、前記駆動制御手段は、供給された信号
に応じた周波数成分を減衰させるノッチフィルタと、前
記回転における共振周波数を検出する検出手段と、検出
された前記共振周波数に応じた指示信号を前記ノッチフ
ィルタに供給する供給手段と、を含むことを特徴とす
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して実施形態に
ついて詳細に説明する。

【００１３】まず、実施形態におけるガントリ装置の構
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。

【００１４】図１、２において、１はフロア上に置かれ
るベースであり、２はベース１に対して図２中の矢印Ｐ
で示す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。

【００１５】ガントリ回転部４内には、被検体１０に対
してＸ線を照射する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、および、
Ｘ線管７からのＸ線について、図１に示すファン角θお
よび図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。

【００１６】上記構成において、実際にＸ線断層像を再
構成する場合には、回転モータ５によってガントリ回転
部４を回転させ、なおかつ、Ｘ線管７を駆動し、Ｘ線検
出部８により各回転の回転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。

【００１７】上記したガントリ回転部４を回転させるた
めの回転モータ５を駆動制御するための概略構成は図３
に示すとおりである。回転モータ５は例えばエンコーダ
付ＡＣサーボモータであり、図３に示すように、サーボ
ドライバとしてのモータドライバ２０からの制御信号に
よって駆動制御される。すなわち、モータドライバ２０
は制御信号供給手段として機能する。制御信号は電圧に
よるものであってもよいし（電圧制御方式）、パルスに
よるものでもよい（パルス制御方式）。本実施形態では
電圧制御方式をとることにする。コントローラ３０は、
計画されたスキャン条件（具体的には、設定されたガン
トリ回転部４の回転速度）に応じた回転モータ５の回転
速度信号をモータドライバ２０に与える。モータドライ
バ２０は、入力された回転速度信号に応じた電圧信号を
供給して回転モータ５を駆動する。そして、回転モータ
５の回転は測定手段としてのエンコーダ１５が出力する
パルス信号（回転モータ５の回転速度に対応する）によ
り実測され、モータドライバ２０にフィードバックされ
るサーボ系が構成されている。さらに、ガントリ回転部
４の回転速度を直接測るためのエンコーダ１６が設けら
れている。エンコーダ１６はガントリ回転部４とギアを
介して接続され、その出力パルス信号はコントローラ３
０に入力される。

【００１８】続いて、実施形態に係る具体的な回転モー
タ５の駆動制御について、図４を用いて説明する。

【００１９】モータドライバ２０は、特定の周波数成分
を減衰させるノッチフィルタ２１および、回転モータ５
に供給すべき回転速度に対応する電圧信号を出力する駆
動回路２２を含む。実施形態では、さらに、エンコーダ
１６の出力パルスを分析してガントリ回転における共振
周波数を検出し、その共振周波数をノッチフィルタ２１
に出力するための検出部４０を備えている。この検出部
４０は、好ましくはコントローラ３０内に設けられる。

【００２０】ここで、ガントリ回転部４の回転中に発生
する共振のようすについて説明する。

【００２１】ガントリ回転部４が振動を発生しない理想
的な状態で１回転すると、エンコーダ１６は8000周期の
パルスを出力すると仮定する。この場合、ガントリ回転
部４が毎秒１回転の回転速度に設定されたときは、エン
コーダ１６の出力パルスの周波数は８kHzである。

【００２２】図５（ａ）は、エンコーダ１６の出力パル
スの一例を示している。振動を発生しない理想的な状態
であるかぎり、各パルス周期は相等しい。この出力パル
スを周波数スペクトルでみれば、同図（ｂ）のようにな
る。

【００２３】ここで、ガントリ回転部４の回転に振動が
発生すると、各パルス周期に差異を生じるようになる。
この状態を周波数スペクトルで観察すると、同図（ｃ）
のようになる。ガントリ回転部の回転速度やガントリの
チルト角度によって異なるが、典型的には図示のように
100Hz付近にピークを有する振動成分が付加されている
ことが分かる。この振動成分のピーク周波数を、ガント
リ回転部４の回転における共振周波数とみなすことがで
きる。

【００２４】検出部４０は、エンコーダ出力のジッタ
（すなわち、ガントリ回転部４の回転ムラ）を測定する
ことでガントリ回転における共振周波数を特定すること
が可能である。そのための構成として、検出部４０は、
図４に示すように、所定時間分（例えば0.8ms）のエン
コーダ１６の出力パルス信号を記憶するバッファ４１、
エンコーダ１６の出力パルス信号の周波数帯域制限を行
うローパスフィルタ４２、帯域制限されたパルス出力信
号に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行うＦＦＴ部
４３、周波数領域信号のピーク振幅を有する周波数を検
出するピーク検出器４４、そして、ピーク検出器４４で
の検出結果に基づき所定のフィードバック制御信号を出
力するフィードバックコントローラ４５を含む。

【００２５】ローパスフィルタ４２は、エンコーダ出力
信号に対して、ガントリ回転部４の回転量に対応する周
波数（すなわち、エンコーダ出力信号の主成分）を含む
帯域を阻止するために用いられる。したがって、そのカ
ットオフ周波数はエンコーダ出力信号の主成分をカット
するのに適当な値に設定される。本実施形態において
は、上記したように共振周波数が100Hz付近に現れるこ
とを想定して、ローパスフィルタ４２のカットオフ周波
数は、例えば200Hzに設定される。

【００２６】上記した構成により、コントローラ３０は
概ね図６のフローチャートに従って動作することにな
る。

【００２７】コントローラ３０は、外部の操作コンソー
ルからのスキャン開始指示を、設定されたスキャン条件
ともに受け取ると、ステップＳ１で、スキャン条件項目
の１つとして設定されたガントリ回転部４の回転速度に
応じた回転モータ５の回転速度信号をモータドライバ２
０に出力する。これに応じてモータドライバ２０は回転
モータ５の駆動を開始する。

【００２８】回転モータ５が駆動すると、所定時間分の
エンコーダ１６の出力パルス信号が検出部４０のバッフ
ァ４１に蓄えられる（ステップＳ２）。バッファリング
されたエンコーダ出力信号はローパスフィルタ４２によ
り帯域制限される（ステップＳ３）。次に、帯域制限さ
れたエンコーダ出力信号に対してＦＦＴ部４３でＦＦＴ
を行い、周波数スペクトル信号に変換される（ステップ
Ｓ４）。

【００２９】そして、ピーク検出器４４において、得ら
れた周波数スペクトル信号のピークが検出される（ステ
ップＳ５）。ピークを有する周波数は上述したとおり共
振周波数とみなすことができる。ノッチフィルタ２１に
は、この共振周波数における成分を減衰させることが望
まれる。そこで、フィードバックコントローラ４５は、
この共振周波数に基づくノッチフィルタ指令をノッチフ
ィルタ２１に出力する（ステップＳ６）。これを入力し
たノッチフィルタ２１は直ちに、その指令に応じてノッ
チフィルタ周波数（中心周波数）を変更することにな
る。

【００３０】ステップＳ７では、処理を更に継続するか
否か（すなわち、エンコーダ１６の出力パルス信号が更
に入力されてくるかどうか）を判断して、処理を継続す
る場合にはステップＳ２に戻ってバッファを更新して処
理を繰り返す。処理を継続しないと判断されれば、本処
理を終了する。

【００３１】ノッチフィルタ２１のノッチフィルタ周波
数の変更は具体的には例えば以下のように行う。

【００３２】図８は、ノッチフィルタを含むＡＣサーボ
モータ制御ブロックの一例を示す図である。また、図９
は、デジタルフィルタによるノッチフィルタの構成例を
示す図である。

【００３３】ここでは、一例として、ノッチフィルタを
ソフトウェア処理によるデジタルフィルタで構成した場
合を説明する。

【００３４】この場合、フィルタ処理は、サンプリング
時間間隔毎に行われる積和演算となる。

【００３５】フィードバック演算されたサーボモータド
ライバへの操作量が入力され、ノッチフィルタ処理され
た出力がサーボモータドライバへ実際に入力される。

【００３６】ノッチフィルタは、フィードバックコント
ローラ４５から伝送されてきたノッチフィルタ指令を受
け取る。この指令に応じてノッチフィルタ周波数を変化
させる必要があり、所望のフィルタ周波数に対応するフ
ィルタ係数a00−a21、b00−b22を記憶素子上に保存して
あるデータテーブルから読み込み、変更する。

【００３７】以上説明した回転モータ５の駆動制御によ
れば、エンコーダ出力のジッタを測定することでガント
リ回転における共振周波数を特定することができる。そ
して、この測定を常時行うことによって、ノッチフィル
タの中心周波数を、諸種の条件によって変動する共振周
波数に追従させることが可能になる。これにより、高精
度かつリアルタイムにガントリ回転部の回転中に発生す
る共振を抑制することができる。

【００３８】ところで、上述した実施形態では、検出部
４０のピーク検出器４４で検出したピークを有する周波
数を直接ノッチフィルタ２１に出力するものであった。
このかわりに、図７に示すように、ピーク検出器４４と
直接ノッチフィルタ２１との間に、所定の整定時間の過
渡応答特性を有する制御ブロック（例えばＩ−ＰＤ制御
ブロック５０）を挿入した構成としてもよい。このよう
な構成をとれば、ノッチフィルタ２１に設定される中心
周波数値が、所定の整定時間を有する過渡応答でもって
遷移するので、ノッチフィルタ２１の設定中心周波数が
急激に変動することを回避することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
諸種の条件によって変動するガントリ回転部の回転中に
発生する共振を抑制し、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装置および
その制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態におけるＸ線ＣＴシステムにおけるガ
ントリ装置の正面図である。

【図２】実施形態におけるＸ線ＣＴシステムにおけるガ
ントリ装置の側面断面図である。

【図３】実施形態におけるモータの駆動制御に係る概略
構成図である。

【図４】実施形態におけるモータの駆動制御に係るブロ
ック構成図である。

【図５】実施形態におけるエンコーダ出力信号およびガ
ントリ回転部の回転中に発生する共振のようすについて
説明するための図である。

【図６】実施形態におけるコントローラの動作処理内容
を示すフローチャートである。

【図７】実施形態におけるモータの駆動制御に係る別の
態様によるブロック構成図である。

【図８】ノッチフィルタを含むＡＣサーボモータ制御ブ
ロックの一例を示す図である。

【図９】デジタルフィルタによるノッチフィルタの構成
例を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江口 愛彦 東京都日野市旭が丘４丁目７番地の127 ジーイー横河メディカルシステム株式会社 内 Ｆターム(参考） 4C093 AA22 BA03 CA06 CA35 CA38 CA39 EC41 5H550 BB05 DD01 GG03 HB01 JJ02 JJ23 JJ24 JJ26 JJ27 LL07 LL56 PP04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ線発生源と、当該Ｘ線発生源からのＸ
   線を検出するＸ線検出部とを一体的に回転させるガント
   リ回転部を有する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を回転させるための回転モータと、 前記回転モータの駆動をフィードバック制御により制御
   する駆動制御手段と、を備え、 前記駆動制御手段は、 供給された信号に応じた周波数成分を減衰させるノッチ
   フィルタと、 前記回転における共振周波数を検出する検出手段と、 検出された前記共振周波数に応じた指示信号を前記ノッ
   チフィルタに供給する供給手段と、 を含むことを特徴とするガントリ装置。
2. 【請求項２】 前記検出手段は、 前記ガントリ回転部の回転量を測定する測定手段と、 測定された前記回転量に対応する周波数を含む帯域を阻
   止して出力するフィルタと、 前記フィルタの出力信号を周波数領域信号に変換する変
   換手段と、 前記周波数領域信号のピーク振幅を有する周波数を検出
   するピーク検出手段と、 を含むことを特徴とする請求項１に記載のガントリ装
   置。
3. 【請求項３】 前記検出手段と前記ノッチフィルタとの
   間に、 現在設定されている前記ノッチフィルタの中心周波数か
   ら前記検出手段で検出された前記共振周波数まで、所定
   の整定時間を有する過渡応答特性でもって遷移する値
   を、設定すべき中心周波数として前記ノッチフィルタに
   供給する過渡制御手段を備えることを特徴とする請求項
   １または２に記載のガントリ装置。
4. 【請求項４】 Ｘ線発生源と、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有するＸ線Ｃ
   Ｔ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を回転させるための回転モータの目
   標回転速度情報を含む駆動指令を出力する駆動指令工程
   と、 前記ガントリ回転部の回転量を測定し、実測回転速度情
   報を含む信号を出力する測定工程と、 前記目標回転速度情報と前記実測回転速度情報とに応じ
   た制御信号を前記回転モータに供給する制御信号供給工
   程と、 を含み、前記回転モータが前記制御信号に基づいて駆動
   するように制御するサーボ制御工程と、 前記ガントリ回転部の回転における共振周波数を検出す
   る検出工程と、を有し、 前記制御信号供給工程は、 中心周波数の設定を変更可能に構成され、設定された中
   心周波数の成分を減衰させるノッチフィルタに対して、
   前記検出工程で検出された前記共振周波数に応じた中心
   周波数を設定する設定工程を含むことを特徴とするガン
   トリ装置の制御方法。