JP2004180755A - 放射線撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線を検出する２次元検出器（ＦＰＤ）を使用して透視撮影をするときに、当該２次元検出器を大きくすることなく行うことができるようにする。
【解決手段】放射線発生手段と、分割移動可能に組合された複数の２次元検出器から構成されるコーンビーム放射線ＣＴ用の検出手段と、前記放射線発生手段と前記複数の２次元検出器の一部とを概略ＣＴ回転軸方向にスライドさせるスライド手段を有して構成される。これにより、ＣＴ撮影をするために設けられた大型のＦＰＤを、中程度のサイズのＦＰＤより構成して、当該複数のＦＰＤの一部を使用して透視撮影を行うことができるようにする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＸ線等の放射線を利用して画像撮影を行うＸ線ＣＴ装置等の放射線一般を使用して被検体内の放射線特性分布を画像化する放射線撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被検体に対してＸ線を曝射し、当該被検体を透過或いは被検体で散乱したＸ線をＸ線検出器で検出し、このＸ線検出出力（Ｘ線のフォトン数）に基づいて被検体の透視画像、断層像或いは３次元画像を撮像するＸ線ＣＴ装置が知られている。
【０００３】
かかるＸ線ＣＴ装置として、コーンビームＣＴ装置が開発されている。通常のＸ線ＣＴ装置では、Ｘ線ビームはＺ方向に薄く切り出されており、ファンビームと呼ばれるが、コーンビームＣＴでは、Ｚ方向にも広がったＸ線ビームを用い、このＸ線ビームはコーンビームと呼ばれる。
【０００４】
そして、このコーンビームＣＴとしては、現在のところ、従来型ＣＴ（すなわちＲＯＷが１列だけのもの）において、いわゆる第３世代型あるいはＲ／Ｒ型と呼ばれる方式に相当する形式が検討されている。この第３世代型ＣＴとは、Ｘ線源と検出器のペアが被検体の周囲を回転しながらスキャン（投影データの収集）を行うものである。
【０００５】
図５は、コーンビームＣＴ装置の一例を示す図である。同図に示すコーンビームＣＴ装置も、第３世代型ＣＴ装置に属するものであり、Ｚ軸を回転軸として、Ｘ線源とともにＸ線検出器も被検体の周囲を回転し、一回転で関心領域のスキャンを終えるものである。
【０００６】
通常のＸ線ＣＴ装置では、チャンネル（ＣＨ）方向にサンプリングするために検出素子がＣＨ方向に１ライン並んでおり、個々の素子はチャンネル番号で識別される。これに対し、かかるコーンビームＣＴ装置では、同図に示すように、検出素子がさらにＺ方向（ＲＯＷ方向）にも配列されている。すなわち、コーンビームＣＴ装置における検出器は、検出素子が直交格子状に２次元配置されて構成される。
【０００７】
このようなコーンビームＣＴ装置によれば、検出素子をＺ方向（ＲＯＷ方向）及びＣＨ方向の２方向に格子状に配置して検出器を構成するとともに、放射線をＺ方向にも厚みをもたせて円錐（コーン）状に曝射することによって、複数列分の投影データを一括して得ることができる。
【０００８】
他方、Ｘ線撮影に使用されているフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）を使用したＸ線ＣＴの製品化も可能になってきた。臨床面では、手術室などではＣＴ撮影のほかに透視撮影が必要になる場合があり、ＣＴ撮影装置とＸ線透視撮影装置を組み合わせた製品が開発されている。
【０００９】
特開平１１−１４６８７４号公報には、Ｘ線ビームを扇形状（ファン状）に整形する扇形状ビーム形成手段を装備したＸ線ビーム照射用のＸ線管と、扇形状に整形されたＸ線ビームの広がりに合わせて多数のＸ線検出素子がライン状に配列されているＣＴ用Ｘ線検出器とを被検体を挟んで対向配置したかたちで備えるとともに、Ｘ線管およびＣＴ用Ｘ線検出器を対向配置状態を維持したまま被検体の体軸まわりに回転させる回転駆動手段と、Ｘ線管にＸ線ビームの照射をおこなわせるＸ線照射制御手段と、扇形状のＸ線ビームの照射に伴ってＣＴ用Ｘ線検出器から出力されるＣＴ用Ｘ線検出データに基づき画像再構成を行うＣＴ画像用データ処理手段を備えているＸ線ＣＴ装置において、被検体を挟んで前記Ｘ線管と対向する位置へ離脱可能に支持されるＸ線撮影用フィルムカセッテおよびＸ線検出素子が縦横に配列されているＸ線面センサのうちの少なくとも一方と、Ｘ線ビームを錐形状（コーン状）に整形するとともに前記Ｘ線管に装備されている錐形状ビーム形成手段と、錐形状に整形されたＸ線ビームの照射に伴ってＸ線面センサから出力される透視用Ｘ線検出データに基づいてＸ線透視画像作成を行う透視画像用データ処理手段とを備えていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置が開示されている。
【００１０】
同様に、特開平１１−１４６８７５号公報には、Ｘ線ビームを少なくとも錐状形（コーン状）に整形するビーム整形手段を装備したＸ線ビーム照射用のＸ線管と、Ｘ線検出素子が縦横に配列されているＸ線面センサとを被検体を挟んで対向配置したかたちで備えているとともに、Ｘ線管およびＸ線面センサを対向配置状態を維持したまま被検体の体軸まわりに回転させる回転駆動手段と、Ｘ線断層撮影（ＣＴ撮影）および透視撮影の各撮影条件に応じたＸ線ビームの照射を行わせるＸ線照射制御手段と、Ｘ線ビームの照射に伴ってＸ線面センサからＸ線検出データを収集する信号収集手段と、信号収集手段により収集されるＸ線検出データ基づきＣＴ撮影用の画像再構成処理を行うＣＴ画像用データ処理手段と、信号収集手段により収集されるＸ線検出データ基づきＸ線透視撮影用の画像データ処理を行う透視画像用データ処理手段と、前記ＣＴ画像用データ処理手段または透視画像用データ処理手段により得られるＣＴ画像およびＸ線透視画像を出力表示する画像表示手段とを備えていることを特徴とするＸ線診断装置が開示されている。
【００１１】
また、特開２００１−６１８３３号公報では、Ｘ線管とＸ線面検出器がガントリ外に対向して配置され、被検者を回転中心においてＸ線管とＸ線面検出器を回転してＣＴ断層撮影をし、及びＸ線管とＸ線面検出器を静止させてＸ線透過像を撮像するＸ線ＣＴ装置において、ガントリにガントリ本体側とＸ線管とＸ線面検出器を覆う位置との間で移動可能なガントリカバーを設けたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置が開示されている。
【００１２】
並びに、特開２０００−７９１１９号公報では、（ａ）被検体を間に挟むようにして対抗配置されるＸ線ビーム照射用のＸ線管、および、多数個のＸ線検出素子を縦横に配設してなるＸ線面センサと、（ｂ）Ｘ線管およびＸ線面センサが被検体のまわりを巡るようＸ線管とＸ線面センサとを連動回転させる撮像系回転移動手段と、（ｃ）撮影対象断面の透過Ｘ線像が常にＸ線面センサの同一位置に投影されるようＸ線管とＸ線面センサを被検体を間にして平行運動的に連動移動させる撮像系平行移動手段と、（ｄ）Ｘ線管と連動回転中のＸ線面センサからＸ線ビームの照射に伴って出力されるＸ線検出データに基づきＣＴ式断層画像用の画像再構成処理を行うＣＴ用画像再構成手段と、（ｅ）Ｘ線管と連動移動中のＸ線面センサからＸ線ビームの照射に伴って出力されるＸ線検出データに基づき非ＣＴ式断層画像用の画像作成処理を行う非ＣＴ用画像作成手段と、（ｆ）ＣＴ式Ｘ線断層撮影と非ＣＴ式Ｘ線断層撮影を選択的に指定する撮影モード指定手段と、（ｇ）ＣＴ式Ｘ線断層撮影が指定された場合は撮像系回転移動手段とＣＴ用画像再構成手段とを作動させ、非ＣＴ式Ｘ線断層撮影が指定された場合は撮像系平行移動手段と非ＣＴ用画像作成手段とを作動させる撮影モード制御手段とを備えていることを特徴とするＸ線断層撮影装置が開示されている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１１−１４６８７４号公報
【特許文献２】
特開平１１−１４６８７５号公報
【特許文献３】
特開２００１−６１８３３号公報
【特許文献４】
特開２０００−７９１１９号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＰＤ（２次元検出器）を使用したコーンビームＣＴに対して、当該ＦＰＤを透視撮影に使用しようとする際には、大きさの問題が生じる。図６を使用して説明すると、全身用のＣＴ装置においては、再構成領域１１は６００ｍｍΦ、ファン角３５°を条件にレイアウトを設計すると、ファン幅での検出器の長さは約９００ｍｍになる。幅９００ｍｍのＦＰＤを使用して透視撮影をするには、ＦＰＤ全体が大きくなりすぎるという課題があった。
【００１５】
本発明は上述の問題点にかんがみてなされたもので、放射線を検出する２次元検出器（ＦＰＤ）を使用して透視撮影をするときに、当該２次元検出器を大きくすることなく行える放射線撮像装置を実現することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来例で示した技術をもとに、問題点を解決するために発明されたものである。ＣＴ撮影をするために用意された大型のＦＰＤを、中程度のサイズのＦＰＤより構成させて、当該複数のＦＰＤの一部を使用して透視撮影を行うものである。
【００１７】
また、上記のように複数のＦＰＤを組み合わせて連続したＣＴ用のＦＰＤを構成する場合には、繋ぎ目が問題になる。単純に欠落データとして取り扱うと再構成の際にリング状の偽像を生じることは周知のことである。これを解決するために本発明においては、ＦＰＤの画素ピッチをＣＴのデータピッチよりも細かくしている。また、これらのＦＰＤを組み合わせる際には、Ｘ線焦点から見てＦＰＤが重なるように構成することも本発明の部分である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。また、本発明の実施形態においては、放射線としてＸ線を適用した例で説明を行う。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における放射線撮像装置の機構的な構成図である。
正面図に示すように、Ｘ線管球１０からのＸ線は、コーンビームを形成して再構成領域１１を包含するように平面検出器１２（２次元検出器とも呼ぶ）に到達する。Ｘ線管球１０と平面検出器１２は、側面図１に示す回転フレーム１３に固定されて、回転軌道に従って再構成領域１１を包含するまま回転する。前記回転フレーム１３は、ガントリ１４に回転可能に取付けられており、ガントリ１４は前記回転フレーム１３を回転してＣＴ撮影を行う際には、図示しない化粧板に包含されている。
【００２０】
平面検出器１２の全体は、ＣＨ方向９００ＣＨ、ＲＯＷ方向２５６列、合計２３０４００チャンネルで構成されるが、図１の正面図に示すように平面検出器１２の全体は、４枚の平面検出器で構成される。分割される平面検出器数は、４個に限定されるものではなく、平面検出器をアモルファスでなく、クリスタルで製造する場合は、さらに多くの平面検出器に分解される。実施例に従って、４分割される場合は、各平面検出器はＣＨ方向２２５ＣＨ、ＲＯＷ方向２５６列、合計５７６００チャンネルとなる。ここで、各チャンネルの面積は、１ｍｍ四方であり、後述するように複数個の光電変換素子から構成されており、当該光電変換素子が蛍光体により光に変換されたＸ線信号を電気信号に変換する。
【００２１】
図１の側面図１は、ＣＴ撮影の際のガントリ形態を示している。紙面に垂直に回転フレーム１３が回転して、立体的な再構成領域１１を構成する。収集されたデータは、図示しない再構成演算部によって３次元に構成される。構成方法は、ＦＥＬＤＫＡＭＰの開発したアルゴリズムが使用される。
【００２２】
図１の側面図２は、透視撮影の際のガントリ形態を示している。回転フレーム１３から、Ｘ線管球１０を支持するスライド機構１（１５）と、中央部平面検出器のみを支持するスライド機構２（１６）が連動して回転軸方向にスライドする。本実施例においては、４個の平面検出器中の中央の２個のみがスライドされ、透視撮影に使用される。図示しない寝台に設置された被検体の透過データが撮影される。撮影された透過データは、図示しない画像処理部により前処理、階調変換されて医師に提供される。スライド機構１（１５）およびスライド機構２（１６）をＺ軸方向にスライドさせた状態で回転フレーム１３を回転させることにより透視画像のアングルを変更することが可能である。
【００２３】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態における放射線撮像装置の機構的な構成図である。
第１の実施形態においては、複数枚の平面検出器からＣＴ用の平面検出器１２を構成する際に、フラットに組み合わせていたが、第２の実施形態においては、Ｘ線管球１０の焦点から等距離になるように各平面検出器を構成する場合を示す。この構成にすることによるメリットは、回転スペースを小さくできガントリ１４を小型化できることと、各チャンネルに入力されるデータのＸ線ビーム幅が均等化されることである。実施例１の場合は、各チャンネルサイズを同じとすると、ファンビームの周辺に位置するチャンネルに入力するＸ線ビーム幅は、相対的に狭くなってしまうからである。
【００２４】
第２の実施形態においては、第１の実施形態と異なり各ＦＰＤをＸ線焦点から見てオーバーラップさせることが可能である。図３に例を示すが、透視撮影のためにスライドさせるセンサＦＰＤ２及びＦＰＤ３は、それぞれＦＰＤ１とＦＰＤ４によって一部分がＸ線の照射を直接受けない配置になっている。これによって、ＦＰＤ間のデータ欠落による再構成エラーをなくすことが可能である。透視撮影の後にＣＴ撮影を行う際に、オーバーラップの位置決め精度が十分でない場合がある。この場合は、空気などの撮影によってオーバーラップ位置を検出することができる。
【００２５】
上述の例では、平面検出器１２がＸ線管球１０と同一フレーム上に構成されて、当該フレームが一体となって被写体の周囲を回転する所謂第３世代のＣＴをベースに説明したが、第４世代のＣＴをベースにすることも可能である。つまり、平面検出器１２が再構成領域１１を円周全体３６０°をカバーするように配置され、その内側をＸ線管球１０が回転しながら曝射をするデータ収集方式である。図示しないが、この場合の円周全体に配置された平面検出器１２の一部分とＸ線管球１０がスライドして透視撮影を行うことが可能である。
【００２６】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、平面検出器（ＦＰＤ）を複数枚組み合わせてＣＴ用の大型ＦＰＤを形成する際の繋ぎ目部分の技術を説明する。図４に、ＦＰＤ１からＦＰＤ３までの３枚の直線的な繋ぎ合わせの例を示すが、これに限定されるものではなく縦横に広がる繋ぎ目をもつ場合にもＸＹ方向に拡張して適用できる技術である。
【００２７】
図４の下方にＦＰＤ１とＦＰＤ２の繋ぎ目部分の拡大図を示す。ＣＴデータを構成する各チャンネルは、４Ｘ４の合計１６個の光電変換領域で構成される。各チャンネルは、１ｍｍ平方程度のサイズであり、各光電変換領域は２００μｍ平方であり、光電変換領域の空隙にはゲート線、信号線、ＡＭＰ、結合回路などが配置される。
【００２８】
ＦＰＤの境界面は、筐体の制約から他のチャンネル構成と異ならざるをえない。本実施形態では、ＦＰＤ１の境界に面するチャンネルは、光電変換領域が３×４個、合計１２個で構成される。この１２個の光電変換領域から出力される電荷を単純に加算すると、Ｘ方法（図面の横方向）の重心が光電変換領域Ｐ２上に位置して、他のチャンネルと異なってしまう。これは再構成のエラーを生じさせ、リング状の偽像を生む可能性がある。
【００２９】
そこで、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に重み（貢献度）を持たせて出力を加算することが考えられる。重みは、Ｐ１：Ｐ２：Ｐ３＝１：１：２が適当である。重み（貢献度）を与える回路は、ＦＰＤ内部の光電領域間に埋め込まれる。よって、Ｘ方向の重心の移動を抑制することができる。ただし、重み（貢献度）は、上記の例に限定されるものでなく、重心からの距離を考慮すれば、Ｐ１：Ｐ２：Ｐ３＝０．５：１：１．５であってもよい。
【００３０】
本実施形態では、ＦＰＤ２の境界に面するチャンネルの光電変換領域数は１６個であり、変化を受けていないが、ＦＰＤ２の境界面チャンネルも光電領域を１２個すれば、筐体や透視の際の移動用スペースを余分に確保することができる。
また、光電変換領域は同サイズに配置しているが同サイズに形成する必要は無く、図示しないが中央に大型の光電領域を配置して、その周辺に小型の光電領域を配置してもよい。
【００３１】
つまり、第３の実施形態の思想を整理すれば、ＣＴ用大型ＦＰＤを複数のＦＰＤを繋ぎ合わせて構成する際に、ＦＰＤ中のチャンネルが複数の光電変換領域が形成されており、ＦＰＤの繋ぎ合わせに面のチャンネルの光電変換領域が面積的に少であり、さらに、光電変換領域の加算比重を変更することによって、重心の制御を行うものである。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、ＣＴ検出手段を構成する複数の２次元検出器の一部分のみを透視撮影用に使用することにより、当該２次元検出器を大きくすることなく透視撮影を行うことができ、撮影を容易に行うことができる。また、移動する検出器集合と固定される検出器集合に角度を持たせ、かつ、オーダーラップさせることにより、ＣＴデータの欠落を防ぐことが可能になる。
【００３３】
また、複数のＦＰＤを繋ぎ合わせて、大型のＦＰＤを形成する際に、ＣＴデータの各チャンネルに対応する光電変換素子を複数個の領域から形成させて、当該領域の個数、及び重み（貢献度）を調整して、繋ぎ合わせ部のチャンネルを形成させることにより、重心のずれないＣＴデータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における放射線撮像装置の機構的な構成図である。
【図２】第２の実施形態における放射線撮像装置の機構的な構成図である。
【図３】第２の実施形態における放射線撮像装置の平面検出器がオーバーラップする構造例を示した図である。
【図４】第３の実施形態における放射線撮像装置の構成例を示した図である。
【図５】コーンビームＣＴ装置の一例を示す図である。
【図６】ファンビームＣＴの再構成幾何学の例を示す図である。
【符号の説明】
１０ Ｘ線管球
１１ 再構成領域
１２ 平面検出器
１３ 回転フレーム
１４ ガントリ
１５ スライド機構１
１６ スライド機構２
１７ 回転軌道

Claims (5)

1. 放射線発生手段と、分割移動可能に組合された複数の２次元検出器から構成されるコーンビーム放射線ＣＴ用の検出手段とを有する放射線撮像装置において、
   前記放射線発生手段と前記複数の２次元検出器の一部とを概略ＣＴ回転軸方向にスライドさせるスライド手段を有することを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記スライド手段は、前記放射線発生手段と前記検出手段とをＣＴデータ収集のために回転させるための回転フレームに取付けられており、当該ＣＴデータ収集の際および前記スライド手段により前記放射線発生手段と前記複数の２次元検出器の一部とを概略ＣＴ回転軸方向にスライドさせて透視画像を撮影する際に、前記回転フレームと一体で回転することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記スライド手段により移動しない２次元検出器集合と前記スライド手段で移動する２次元検出器集合は前記放射線発生手段の焦点に向かって円弧状に配置され、かつ、当該焦点から見てオーバーラップして配置されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
4. 放射線発生手段と、分割移動可能に組合された複数の２次元検出器から構成されるコーンビーム放射線ＣＴ用の検出手段とを有する放射線撮像装置において、
   前記複数の２次元検出器の各チャンネルは複数の光電変換領域より構成され、前記２次元検出器間に面するチャンネルに対応する光電変換領域総面積が２次元検出器間に面しないチャンネルの光電変換領域総面積よりも小さいことを特徴とする放射線撮像装置。
5. 放射線発生手段と、分割移動可能に組合された複数の２次元検出器から構成されるコーンビーム放射線ＣＴ用の検出手段とを有する放射線撮像装置において、
   前記複数の２次元検出器の各チャンネルは複数の光電変換領域より構成され、前記２次元検出器間に面するチャンネルに対応する光電変換領域数が２次元検出器間に面しないチャンネルの光電変換領域数よりも少ないことを特徴とする放射線撮像装置。

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