JP2004283343A - X線ct装置及びデータ収集方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】より簡単な構成で空間分解能の良い断層像を得ることが可能なX線CT装置を提供すること。
【解決手段】X線を照射するX線管12と、被検体Mを透過したX線を検出する検出セグメントがチャンネル方向に並べられたX線検出器20と、X線焦点を円軌道に沿って回転させて被検体Mの多方向の投影データD1,D2を収集し、収集された投影データD1,D2に基づいて被検体Mの断層像を再構成する画像再構成部43と、X線管12とX線検出器20との間に配置されたマスク機構30とを備え、マスク機構30は、X線による投影領域が検出セグメント21の検出領域より小さくなるように形成された開口部31aがチャンネル方向に沿って複数個設けられたX線遮断部材製のマスク31と、投影領域が検出領域内で移動するようにマスク31を駆動する駆動機構32とを備えている。
【選択図】 図1
【解決手段】X線を照射するX線管12と、被検体Mを透過したX線を検出する検出セグメントがチャンネル方向に並べられたX線検出器20と、X線焦点を円軌道に沿って回転させて被検体Mの多方向の投影データD1,D2を収集し、収集された投影データD1,D2に基づいて被検体Mの断層像を再構成する画像再構成部43と、X線管12とX線検出器20との間に配置されたマスク機構30とを備え、マスク機構30は、X線による投影領域が検出セグメント21の検出領域より小さくなるように形成された開口部31aがチャンネル方向に沿って複数個設けられたX線遮断部材製のマスク31と、投影領域が検出領域内で移動するようにマスク31を駆動する駆動機構32とを備えている。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、X線CT装置及びデータ収集方法に関し、特に高解像度化及びX線被曝量低減を実現することができるものに関する。
【0002】
【従来の技術】
X線CT装置は、医用診断装置の重要な一つとして急速に普及している。このようなX線CT装置では、X線管から照射されたX線が被検体(一般的には患者)を透過し、透過したX線は複数の検出セグメントが配列するX線検出器によって、電荷に変換され画像化される。ところで、この種のX線CT装置の空間分解能は、検出器における隣接する検出セグメント間距離に依存する。したがって、検出セグメントを微細加工し、この検出セグメント間距離を小さくすれば、空間分解能が向上するのであるが、検出セグメントの微細化には限界がある。
【0003】
このため、検出セグメントの大きさを変えずに、つまり検出セグメント間距離を変えずに、空間分解能を向上させるための技術が知られている(特許文献1,2参照)。具体的には、検出セグメントの開口を制限するマスクを検出器前面(被検体とX線検出器との間)に配置し、このマスクをX線検出器のスライス方向(体軸方向)からマスクを出し入れするもの等である。
【0004】
なお、最近のX線CT装置の開発は、検出器の大面積化(コーンビームCT検出器、ボリュウムCT検出器)、高解像度化、高速化(リアルタイム化)とX線被曝量の低減が旬目的となっている。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−301056号公報
【0006】
【特許文献2】
特開平6−169911号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述したX線CT装置であると次のような問題があった。すなわち、被検体を透過してきた貴重な投影データを有するX線をマスクで遮断してX線検出器に入射させることは、結果的に被検体への被曝を増大させる虞があった。
【0008】
また、被検体の体軸(スライス)方向にX線検出器のサイズが大きい場合に、マスクを使わないで投影データを取得する際に、マスクの収納スペースの確保が困難であった。
【0009】
そこで本発明は、より簡単な構成で空間分解能の良い断層像を得ることが可能なX線CT装置及びデータ収集方法を提供することを目的する。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明のX線CT装置及びデータ収集方法は次のように構成されている。
【0011】
(1)X線焦点から被検体に向かってX線を照射するX線発生装置と、上記被検体を透過したX線を検出する検出セグメントがチャンネル方向に並べられたX線検出器と、上記X線焦点を円軌道に沿って回転させて上記被検体の多方向の投影データを収集し、収集された投影データに基づいて被検体の断層像を再構成する演算部と、上記X線発生装置と上記X線検出器との間に配置されたマスク機構とを備え、上記マスク機構は、上記X線による投影領域が上記検出セグメントの検出領域より小さくなるように形成された開口部が上記チャンネル方向に沿って複数個設けられたX線遮断部材製のマスクと、上記投影領域が上記検出領域内で移動するように上記マスクを駆動する駆動機構とを備えていることを特徴とする。
【0012】
(2)上記(1)に記載されたX線CT装置であって、上記マスクは、上記X線管と上記被検体との間に配置されていることを特徴とする。
【0013】
(3)上記(1)に記載されたX線CT装置であって、上記駆動機構は、上記開口部がスライス方向またはチャンネル方向の少なくとも一方の方向に沿って移動するように上記マスクを駆動することを特徴とする。
【0014】
(4)上記(1)に記載されたX線CT装置であって、上記駆動機構は、上記X線焦点が上記被検体の周囲を半回転する毎に上記マスクを駆動することを特徴とする。
【0015】
(5)上記(4)に記載されたX線CT装置であって、上記X線発生装置は、上記マスクを駆動する間にX線の照射を停止することを特徴とする。
【0016】
(6)上記(1)に記載されたX線CT装置であって、上記駆動機構は、上記X線焦点が上記被検体の周囲を半回転する間に、上記マスクを所定の周期で駆動させることを特徴とする。
【0017】
(7)上記(6)に記載されたX線CT装置であって、上記駆動の周期は、上記投影データを収集するサンプリング周波数と同じ振動数または整数分の1の振動数であることを特徴とする。
【0018】
(8)上記(1)に記載されたX線CT装置であって、上記開口部のピッチは、上記X線管のX線焦点から見たときに、上記検出器のピッチと一致することを特徴とする。
【0019】
(9)上記(1)に記載されたX線CT装置であって、上記マスクは、上記X線発生装置によるX線照射領域外へ退避可能に構成されていることを特徴とする。
【0020】
(10)上記(1)に記載されたX線CT装置であって、上記マスクは、複数に分割されていることを特徴とする。
【0021】
(11)上記(1)に記載されたX線CT装置であって、上記マスクは、スライス方向に往復動する第1マスクと、チャンネル方向に往復動する第2マスクとを備えていることを特徴とする。
【0022】
(12)X線焦点から被検体に向かってX線を照射するX線発生装置と、上記被検体を透過したX線を検出する検出セグメントがチャンネル方向に並べられた検出セグメント列を有するX線検出器と、上記X線焦点を円軌道に沿って回転させて上記被検体の多方向の投影データを収集するデータ収集部と、収集された投影データに基づいて被検体の断層像を再構成する演算部とを備え、上記データ収集部は、複数の検出セグメントの出力に接続されるとともに、その入力を選択的に切換可能に形成された切換回路とを備えていることを特徴とする。
【0023】
(13)上記(12)に記載されたX線CT装置であって、上記複数の検出セグメントは、相互にスライス方向またはチャンネル方向の少なくとも一方の方向に沿って隣接していることを特徴とする。
【0024】
(14)上記(12)に記載されたX線CT装置であって、上記切換回路は、上記X線焦点が上記被検体の周囲を半回転する毎に入力する検出セグメントを切り換えることを特徴とする。
【0025】
(15)上記(12)に記載されたX線CT装置であって、上記X線発生装置は、上記切換回路による切換をする間にX線の照射を停止することを特徴とする。
【0026】
(16)上記(12)に記載されたX線CT装置であって、上記切換回路は、上記X線焦点が上記被検体の周囲を半回転する間に、入力の切り換えを所定の周期で行うことを特徴とする。
【0027】
(17)上記(12)に記載されたX線CT装置であって、上記切換回路による入力の切り換えの周期は、上記投影データを収集するサンプリング周波数と同じ振動数または整数分の1の振動数であることを特徴とする。
【0028】
(18)X線焦点から被検体に向かってX線を照射するX線照射工程と、上記X線の投影領域が検出セグメントの検出領域より小さくなるように開口部が形成されたマスクによって上記X線を選択的に透過させるX線透過工程と、上記投影領域が上記検出領域内で移動するように上記マスクを駆動する駆動工程と、上記X線焦点を円軌道に沿って回転させて上記被検体の多方向の投影データを上記検出セグメントにより収集する投影データ収集工程と、収集された投影データに基づいて上記被検体の断層像を再構成する演算工程とを備えていることを特徴とする。
【0029】
(19)X線焦点から被検体に向かってX線を照射するX線照射工程と、上記X線焦点を円軌道に沿って回転させて上記被検体の多方向の投影データを収集するデータ収集工程と、収集された投影データに基づいて被検体の断層像を再構成する演算部とを備え、上記データ収集工程は、複数の検出セグメントからの入力を選択的に切り換える入力切換工程を備えていることをことを特徴とする。
【0030】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施の形態に係るX線CT装置10の構成を模式的に示す図である。X線CT装置10は、架台11と、この架台11に取付けられ被検体Mの周囲を円軌道に沿って回転するとともにX線を照射するX線管(X線発生装置)12と、被検体Mを透過したX線を検出するX線検出器20と、X線管12と被検体Mとの間に配置されたマスク機構30と、これらの各装置を制御する制御部40とを備えている。
【0031】
X線検出器20は、チャンネル方向(図中矢印C方向)に並べられた複数の検出セグメント21を備えている。検出器21は、入射したX線をシンチレータブロックによりシンチレータ光に変換し、このシンチレータ光をフォトダイオードで検出し、電気信号として出力する機能を有している。なお、図中矢印S方向、すなわち被検体Mの体軸方向はスライス方向である。
【0032】
マスク機構30は、マスク31と、このマスク31を図中矢印C方向に往復動させる駆動機構32とを備えている。マスク31には、矢印S方向が長辺で矢印C方向が短辺の長方形状の開口部31aが形成されている。マスク31の開口部31aは、検出セグメント21のチャンネル方向の数と同数だけ設けられており、そのピッチは、X線管12のX線焦点から見た場合に検出セグメント21のピッチと同一となるように形成されている。
【0033】
制御部40は、架台11の回転、X線管12の照射、X線検出器20の検出、後述するデータ収集部42の制御を行う中央制御部41と、X線検出器20で検出された投影データを収集するデータ収集部42と、収集された投影データに基づいて断層像を再構成する画像再構成部43と、再構成された断層像を表示する表示部44とを備えている。
【0034】
このように構成されたX線CT装置10によれば、次のようにして投影データの収集、断層像の再構成及び表示が行われる。最初に、マスク機構30の駆動機構32を作動させ、開口部31aと検出セグメント21のA領域が対応する位置、すなわち、X線管12のX線焦点を出発点として開口部31aを通る線が検出セグメント21のA領域に到達するように位置決めする。
【0035】
次に、X線管12のX線焦点を中心としてファンビームとしてX線を照射する。マスク31に到達したX線は開口部31aを透過し、被検体Mに曝射される。さらに被検体Mを透過し、被検体Mの情報を含んだ強度を持つX線は、図3の(a)に示すように、X線検出器20の検出セグメント21のA領域にのみ照射される(図中P参照)。この状態でX線管12、マスク機構30及びX線検出器20は被検体Mの周囲を円軌道に沿って回転する。180°回転することにより、断層像を再構成するための投影データD1がデータ収集部42に収集される。
【0036】
次に、X線管12からのX線照射を停止し、マスク機構30の駆動機構32を図中矢印C方向に作動させ、開口部31aと検出セグメント21のB領域が対応する位置、すなわち、X線管12のX線焦点を出発点として開口部31aを通る線が検出セグメント21のB領域に到達するように位置決めする。
【0037】
そして、X線管12のX線焦点を中心としてファンビームとしてX線を照射する。マスク31に到達したX線は開口部31aを透過し、被検体Mに曝射される。さらに被検体Mを透過し、被検体Mの情報を含んだ強度を持つX線は、X線検出器20の検出セグメント21のB領域に照射される(図中P参照)。この状態でX線管12、マスク機構30及びX線検出器20は被検体Mの周囲を円軌道に沿って回転する。180°回転することにより、断層像を再構成するための投影データD2がデータ収集部42に収集される。
【0038】
データ収集部42に収集された投影データD1と投影データD2は、画像再構成部43に送られ、断層像が再構成され、表示部44で表示される。このとき、投影データD1と投影データD2とは、検出セグメント21のA領域及びB領域に相当するものであることから、検出セグメント21の1/2の面積を有する分解能の高い仮想的な検出セグメントから投影データが得られることと等価となる。このため、X線検出器20において解像度が2倍となったものと同等となる。このため、検出セグメント21の微細加工を行うことなく、分解能を向上させることが可能となる。
【0039】
一方、マスク31が被検体MよりもX線管12側に配置されていることから、被検体Mに照射されたX線は全て検出セグメント21に入射することなる。すなわち、被検体Mには捨ててしまうX線を照射することが無いため、被検体Mの被曝量を低減できる。
【0040】
なお、上述した例では、マスク31をX線管12が180°回転した時点で駆動するようにしたが、例えば1つの投影データを取得する毎にマスク31を往復動させるようにしても同様の効果を得ることができる。この場合も、マスク31が移動している期間ではX線管12によるX線照射を停止する。また、マスク31を往復動させるタイミングとしては、投影データを収集するサンプリング周波数と同じ振動数または整数分の1の振動数とすることにより、投影データの取りこぼしが生じなくなる。
【0041】
一方、マスク31を移動する際にX線照射を停止させないで、検出セグメント21において連続的に投影データを取得し、その投影データに基づいて断層像を再構成させるようにしてもよい。
【0042】
上述したように本実施の形態に係るX線CT装置10によれば、分解能が低い検出セグメント21を用いたX線検出器20を用いた場合であっても、高い分解能を有する仮想的な検出セグメントを多数個配置したものと等価な高解像度を得ることができる。
【0043】
また、マスク31をX線管12と被検体Mとの間から退避させるような構造とすれば、検出セグメント21自身の持つ分解能で投影データを取得することができることとなり、上述した高解像度の投影データを取得する場合と組み合わせることにより、比較的単純な構造で標準モードと高解像度モードの切換えが可能となる。
【0044】
なお、上述した開口部31aは長方形としたが、例えば楕円形としても同様の効果を得ることができる。
【0045】
図4の(a),(b)は、上述したX線CT装置10の第1変形例を示す説明図である。本変形例においては、マスク機構30の代わりにマスク機構50を用いている。マスク機構50は、第1マスク51及びこの第1マスク51を図4中矢印C方向に往復動させる第1駆動機構52と、第2マスク53及びこの第2マスク53を図4中矢印S方向に往復動させる第2駆動機構54とを備えている。第1マスク51と第2マスク53とはX線管12からのX線照射方向に対して積層されて配置されている。
【0046】
第1マスク51には、S方向が長辺でC方向が短辺の長方形状の開口部51aが形成されている。また、第2マスク53には、S方向が短辺でC方向が長辺の長方形状の開口部53aが形成されている。これら開口部51a,53aの面積はそれぞれ検出セグメント21のほぼ1/2に対応する面積となっており、開口部51a,53aを透過できるのは、検出セグメント21の1/4に対応する面積となる。
【0047】
第1駆動機構52と第2駆動機構54とは、互いに連動して動作するように制御されており、それぞれ往復動が行われる。したがって、これにより、検出セグメント21のA領域〜D領域の順でX線が照射されるように、開口部51a,53aの位置が移動することとなる。したがって、検出セグメント21の1/4の面積の検出セグメントがある場合と等価となり、より分解能が高い検出セグメント21を配置した場合と同等の効果を得ることができる。
【0048】
図5の(a),(b)は、上述したX線CT装置10の第2変形例を示す説明図である。本変形例においては、マスク機構30の代わりにマスク機構60を用いている。マスク機構60は、マスク61と、このマスク61を図中矢印S,C方向に往復動させる駆動機構62とを備えている。マスク61には、円形の開口部61aが形成されている。なお、ここでは開口部61aを円形としたが、正方形としてもよい。
【0049】
図5の(a)に示すように、円形状の開口を形成したマスク61を図中矢印S,C方向にそれぞれ往復動させて4つのポジションで位置決めすることで、第1変形例と同様に、検出セグメント21のA領域〜D領域の順でX線が照射されるように、開口部61aの位置が移動することとなる。したがって、検出セグメント21の1/4の面積の検出セグメントがある場合と等価となり、より分解能が高い検出セグメント21を配置した場合と同等の効果を得ることができる。
【0050】
図6の(a),(b)は、上述したX線CT装置10の第3変形例を示す説明図である。本変形例においては、マスク機構30の代わりにマスク機構70を用いている。マスク機構70は、マスク71と、このマスク71を図中矢印C方向に往復動させるとともに収納動作を行う駆動機構72とを備えている。マスク71は図中矢印C方向に分割された5つの分割マスク71a〜71eから構成されており、それぞれ上述したマスク31と同様の開口部が設けられている。なお、分割マスク71a〜71eはギアの切換え、クラッチ等を利用して1つの駆動機構72により退避・収納できるように構成されている。この他、分割マスク71a〜71e毎にそれぞれ駆動機構を持つようにしてもよい。
【0051】
このように構成されていると、マスク71を複数に分割して収納することが可能となるので全体を省スペース化でき、X線CT装置10の大型化を防止することが可能となる。
【0052】
図7の(a),(b)は、上述したX線CT装置10の第4変形例を示す説明図である。本変形例においては、マスク機構30の代わりにマスク機構80を用いている。マスク機構80は、マスク81と、このマスク81を図中矢印S方向に往復動させるとともに収納動作を行う駆動機構82とを備えている。マスク81は図中矢印S方向に分割された5つの分割マスク81a〜81fから構成されており、それぞれ上述したマスク31と同様の開口部が設けられている。いる。なお、分割マスク81a〜81fはギアの切換え、クラッチ等を利用して1つの駆動機構82により退避・収納できるように構成されている。この他、分割マスク81a〜81f毎にそれぞれ駆動機構を持つようにしてもよい。
【0053】
このように構成されていると、マスク81を複数に分割して収納することが可能となるので全体を省スペース化でき、X線CT装置10の大型化を防止することが可能となる。なお、X線管12から分割マスク81a〜81fまでの距離が異なっているので、それぞれの開口部の寸法を検出セグメント21の所望のサイズに合うように設計されている。
【0054】
図8は本発明の第2の実施の形態に係るX線CT装置10に組み込まれたX線検出器100の要部を示す説明図である。図8において図1及び図2と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0055】
すなわち、検出セグメント21が十分高い分解能を有している場合には、隣接する一対の検出セグメント21(α及びβ)の出力をスイッチング素子101を介してデータ収集部42に送る。すなわち、データ収集部42においては、α側のみの出力、β側のみの出力、または(α+β)の合計出力を得ることができる。これにより、検出セグメント21の分解能を標準と高解像度とで切換えが可能となる。すなわち、(α+β)の信号として取り出すことで、解像度を少し落としながら、高速化を優先する標準的なモードが可能となる。一方、αまたはβによる投影データを、ある時間ずらしたタイミングで収集することで、高解像度モードを実現できる。なお、αとβとの切り換えは、1枚の断層像が得られる毎(例えば180°)に切り換えても良く、またある周波数でスイッチングしながらデータ収集するようにしてもよい。
【0056】
上述したように本実施の形態に係るX線CT装置10によれば、スイッチング素子101を設けることにより、データ収集部への1つの入力で複数の検出セグメント分の出力を処理することができ、実際の検出セグメント21の数に対して少ない処理回路でシステムを構成でき、コンパクトでかつ比較的安価で製造が可能となる。
【0057】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【0058】
【発明の効果】
本発明によれば、より簡単な構成で空間分解能の良い断層像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るX線CT装置の構成を示す図。
【図2】同X線CT装置の要部を示す図であって、(a)はマスク機構を示す説明図、(b)は検出セグメントを示す平面図。
【図3】同マスク機構と検出セグメントとの関係を示す説明図。
【図4】同X線CT装置の第1変形例の要部を示す図であって、(a)はマスク機構を示す説明図、(b)は検出セグメントを示す平面図。
【図5】同X線CT装置の第2変形例の要部を示す図であって、(a)はマスク機構を示す説明図、(b)は検出セグメントを示す平面図。
【図6】同X線CT装置の第3変形例を示す説明図。
【図7】同X線CT装置の第4変形例を示す説明図。
【図8】本発明の第2の実施の形態に係るX線CT装置の動作原理を示す説明図。
【符号の説明】
10…X線CT装置、12…X線管(X線発生装置)、20…X線検出器、21…検出セグメント、30,50,60,70,80…マスク機構、40…制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、X線CT装置及びデータ収集方法に関し、特に高解像度化及びX線被曝量低減を実現することができるものに関する。
【0002】
【従来の技術】
X線CT装置は、医用診断装置の重要な一つとして急速に普及している。このようなX線CT装置では、X線管から照射されたX線が被検体(一般的には患者)を透過し、透過したX線は複数の検出セグメントが配列するX線検出器によって、電荷に変換され画像化される。ところで、この種のX線CT装置の空間分解能は、検出器における隣接する検出セグメント間距離に依存する。したがって、検出セグメントを微細加工し、この検出セグメント間距離を小さくすれば、空間分解能が向上するのであるが、検出セグメントの微細化には限界がある。
【0003】
このため、検出セグメントの大きさを変えずに、つまり検出セグメント間距離を変えずに、空間分解能を向上させるための技術が知られている(特許文献1,2参照)。具体的には、検出セグメントの開口を制限するマスクを検出器前面(被検体とX線検出器との間)に配置し、このマスクをX線検出器のスライス方向(体軸方向)からマスクを出し入れするもの等である。
【0004】
なお、最近のX線CT装置の開発は、検出器の大面積化(コーンビームCT検出器、ボリュウムCT検出器)、高解像度化、高速化(リアルタイム化)とX線被曝量の低減が旬目的となっている。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−301056号公報
【0006】
【特許文献2】
特開平6−169911号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述したX線CT装置であると次のような問題があった。すなわち、被検体を透過してきた貴重な投影データを有するX線をマスクで遮断してX線検出器に入射させることは、結果的に被検体への被曝を増大させる虞があった。
【0008】
また、被検体の体軸(スライス)方向にX線検出器のサイズが大きい場合に、マスクを使わないで投影データを取得する際に、マスクの収納スペースの確保が困難であった。
【0009】
そこで本発明は、より簡単な構成で空間分解能の良い断層像を得ることが可能なX線CT装置及びデータ収集方法を提供することを目的する。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明のX線CT装置及びデータ収集方法は次のように構成されている。
【0011】
(1)X線焦点から被検体に向かってX線を照射するX線発生装置と、上記被検体を透過したX線を検出する検出セグメントがチャンネル方向に並べられたX線検出器と、上記X線焦点を円軌道に沿って回転させて上記被検体の多方向の投影データを収集し、収集された投影データに基づいて被検体の断層像を再構成する演算部と、上記X線発生装置と上記X線検出器との間に配置されたマスク機構とを備え、上記マスク機構は、上記X線による投影領域が上記検出セグメントの検出領域より小さくなるように形成された開口部が上記チャンネル方向に沿って複数個設けられたX線遮断部材製のマスクと、上記投影領域が上記検出領域内で移動するように上記マスクを駆動する駆動機構とを備えていることを特徴とする。
【0012】
(2)上記(1)に記載されたX線CT装置であって、上記マスクは、上記X線管と上記被検体との間に配置されていることを特徴とする。
【0013】
(3)上記(1)に記載されたX線CT装置であって、上記駆動機構は、上記開口部がスライス方向またはチャンネル方向の少なくとも一方の方向に沿って移動するように上記マスクを駆動することを特徴とする。
【0014】
(4)上記(1)に記載されたX線CT装置であって、上記駆動機構は、上記X線焦点が上記被検体の周囲を半回転する毎に上記マスクを駆動することを特徴とする。
【0015】
(5)上記(4)に記載されたX線CT装置であって、上記X線発生装置は、上記マスクを駆動する間にX線の照射を停止することを特徴とする。
【0016】
(6)上記(1)に記載されたX線CT装置であって、上記駆動機構は、上記X線焦点が上記被検体の周囲を半回転する間に、上記マスクを所定の周期で駆動させることを特徴とする。
【0017】
(7)上記(6)に記載されたX線CT装置であって、上記駆動の周期は、上記投影データを収集するサンプリング周波数と同じ振動数または整数分の1の振動数であることを特徴とする。
【0018】
(8)上記(1)に記載されたX線CT装置であって、上記開口部のピッチは、上記X線管のX線焦点から見たときに、上記検出器のピッチと一致することを特徴とする。
【0019】
(9)上記(1)に記載されたX線CT装置であって、上記マスクは、上記X線発生装置によるX線照射領域外へ退避可能に構成されていることを特徴とする。
【0020】
(10)上記(1)に記載されたX線CT装置であって、上記マスクは、複数に分割されていることを特徴とする。
【0021】
(11)上記(1)に記載されたX線CT装置であって、上記マスクは、スライス方向に往復動する第1マスクと、チャンネル方向に往復動する第2マスクとを備えていることを特徴とする。
【0022】
(12)X線焦点から被検体に向かってX線を照射するX線発生装置と、上記被検体を透過したX線を検出する検出セグメントがチャンネル方向に並べられた検出セグメント列を有するX線検出器と、上記X線焦点を円軌道に沿って回転させて上記被検体の多方向の投影データを収集するデータ収集部と、収集された投影データに基づいて被検体の断層像を再構成する演算部とを備え、上記データ収集部は、複数の検出セグメントの出力に接続されるとともに、その入力を選択的に切換可能に形成された切換回路とを備えていることを特徴とする。
【0023】
(13)上記(12)に記載されたX線CT装置であって、上記複数の検出セグメントは、相互にスライス方向またはチャンネル方向の少なくとも一方の方向に沿って隣接していることを特徴とする。
【0024】
(14)上記(12)に記載されたX線CT装置であって、上記切換回路は、上記X線焦点が上記被検体の周囲を半回転する毎に入力する検出セグメントを切り換えることを特徴とする。
【0025】
(15)上記(12)に記載されたX線CT装置であって、上記X線発生装置は、上記切換回路による切換をする間にX線の照射を停止することを特徴とする。
【0026】
(16)上記(12)に記載されたX線CT装置であって、上記切換回路は、上記X線焦点が上記被検体の周囲を半回転する間に、入力の切り換えを所定の周期で行うことを特徴とする。
【0027】
(17)上記(12)に記載されたX線CT装置であって、上記切換回路による入力の切り換えの周期は、上記投影データを収集するサンプリング周波数と同じ振動数または整数分の1の振動数であることを特徴とする。
【0028】
(18)X線焦点から被検体に向かってX線を照射するX線照射工程と、上記X線の投影領域が検出セグメントの検出領域より小さくなるように開口部が形成されたマスクによって上記X線を選択的に透過させるX線透過工程と、上記投影領域が上記検出領域内で移動するように上記マスクを駆動する駆動工程と、上記X線焦点を円軌道に沿って回転させて上記被検体の多方向の投影データを上記検出セグメントにより収集する投影データ収集工程と、収集された投影データに基づいて上記被検体の断層像を再構成する演算工程とを備えていることを特徴とする。
【0029】
(19)X線焦点から被検体に向かってX線を照射するX線照射工程と、上記X線焦点を円軌道に沿って回転させて上記被検体の多方向の投影データを収集するデータ収集工程と、収集された投影データに基づいて被検体の断層像を再構成する演算部とを備え、上記データ収集工程は、複数の検出セグメントからの入力を選択的に切り換える入力切換工程を備えていることをことを特徴とする。
【0030】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施の形態に係るX線CT装置10の構成を模式的に示す図である。X線CT装置10は、架台11と、この架台11に取付けられ被検体Mの周囲を円軌道に沿って回転するとともにX線を照射するX線管(X線発生装置)12と、被検体Mを透過したX線を検出するX線検出器20と、X線管12と被検体Mとの間に配置されたマスク機構30と、これらの各装置を制御する制御部40とを備えている。
【0031】
X線検出器20は、チャンネル方向(図中矢印C方向)に並べられた複数の検出セグメント21を備えている。検出器21は、入射したX線をシンチレータブロックによりシンチレータ光に変換し、このシンチレータ光をフォトダイオードで検出し、電気信号として出力する機能を有している。なお、図中矢印S方向、すなわち被検体Mの体軸方向はスライス方向である。
【0032】
マスク機構30は、マスク31と、このマスク31を図中矢印C方向に往復動させる駆動機構32とを備えている。マスク31には、矢印S方向が長辺で矢印C方向が短辺の長方形状の開口部31aが形成されている。マスク31の開口部31aは、検出セグメント21のチャンネル方向の数と同数だけ設けられており、そのピッチは、X線管12のX線焦点から見た場合に検出セグメント21のピッチと同一となるように形成されている。
【0033】
制御部40は、架台11の回転、X線管12の照射、X線検出器20の検出、後述するデータ収集部42の制御を行う中央制御部41と、X線検出器20で検出された投影データを収集するデータ収集部42と、収集された投影データに基づいて断層像を再構成する画像再構成部43と、再構成された断層像を表示する表示部44とを備えている。
【0034】
このように構成されたX線CT装置10によれば、次のようにして投影データの収集、断層像の再構成及び表示が行われる。最初に、マスク機構30の駆動機構32を作動させ、開口部31aと検出セグメント21のA領域が対応する位置、すなわち、X線管12のX線焦点を出発点として開口部31aを通る線が検出セグメント21のA領域に到達するように位置決めする。
【0035】
次に、X線管12のX線焦点を中心としてファンビームとしてX線を照射する。マスク31に到達したX線は開口部31aを透過し、被検体Mに曝射される。さらに被検体Mを透過し、被検体Mの情報を含んだ強度を持つX線は、図3の(a)に示すように、X線検出器20の検出セグメント21のA領域にのみ照射される(図中P参照)。この状態でX線管12、マスク機構30及びX線検出器20は被検体Mの周囲を円軌道に沿って回転する。180°回転することにより、断層像を再構成するための投影データD1がデータ収集部42に収集される。
【0036】
次に、X線管12からのX線照射を停止し、マスク機構30の駆動機構32を図中矢印C方向に作動させ、開口部31aと検出セグメント21のB領域が対応する位置、すなわち、X線管12のX線焦点を出発点として開口部31aを通る線が検出セグメント21のB領域に到達するように位置決めする。
【0037】
そして、X線管12のX線焦点を中心としてファンビームとしてX線を照射する。マスク31に到達したX線は開口部31aを透過し、被検体Mに曝射される。さらに被検体Mを透過し、被検体Mの情報を含んだ強度を持つX線は、X線検出器20の検出セグメント21のB領域に照射される(図中P参照)。この状態でX線管12、マスク機構30及びX線検出器20は被検体Mの周囲を円軌道に沿って回転する。180°回転することにより、断層像を再構成するための投影データD2がデータ収集部42に収集される。
【0038】
データ収集部42に収集された投影データD1と投影データD2は、画像再構成部43に送られ、断層像が再構成され、表示部44で表示される。このとき、投影データD1と投影データD2とは、検出セグメント21のA領域及びB領域に相当するものであることから、検出セグメント21の1/2の面積を有する分解能の高い仮想的な検出セグメントから投影データが得られることと等価となる。このため、X線検出器20において解像度が2倍となったものと同等となる。このため、検出セグメント21の微細加工を行うことなく、分解能を向上させることが可能となる。
【0039】
一方、マスク31が被検体MよりもX線管12側に配置されていることから、被検体Mに照射されたX線は全て検出セグメント21に入射することなる。すなわち、被検体Mには捨ててしまうX線を照射することが無いため、被検体Mの被曝量を低減できる。
【0040】
なお、上述した例では、マスク31をX線管12が180°回転した時点で駆動するようにしたが、例えば1つの投影データを取得する毎にマスク31を往復動させるようにしても同様の効果を得ることができる。この場合も、マスク31が移動している期間ではX線管12によるX線照射を停止する。また、マスク31を往復動させるタイミングとしては、投影データを収集するサンプリング周波数と同じ振動数または整数分の1の振動数とすることにより、投影データの取りこぼしが生じなくなる。
【0041】
一方、マスク31を移動する際にX線照射を停止させないで、検出セグメント21において連続的に投影データを取得し、その投影データに基づいて断層像を再構成させるようにしてもよい。
【0042】
上述したように本実施の形態に係るX線CT装置10によれば、分解能が低い検出セグメント21を用いたX線検出器20を用いた場合であっても、高い分解能を有する仮想的な検出セグメントを多数個配置したものと等価な高解像度を得ることができる。
【0043】
また、マスク31をX線管12と被検体Mとの間から退避させるような構造とすれば、検出セグメント21自身の持つ分解能で投影データを取得することができることとなり、上述した高解像度の投影データを取得する場合と組み合わせることにより、比較的単純な構造で標準モードと高解像度モードの切換えが可能となる。
【0044】
なお、上述した開口部31aは長方形としたが、例えば楕円形としても同様の効果を得ることができる。
【0045】
図4の(a),(b)は、上述したX線CT装置10の第1変形例を示す説明図である。本変形例においては、マスク機構30の代わりにマスク機構50を用いている。マスク機構50は、第1マスク51及びこの第1マスク51を図4中矢印C方向に往復動させる第1駆動機構52と、第2マスク53及びこの第2マスク53を図4中矢印S方向に往復動させる第2駆動機構54とを備えている。第1マスク51と第2マスク53とはX線管12からのX線照射方向に対して積層されて配置されている。
【0046】
第1マスク51には、S方向が長辺でC方向が短辺の長方形状の開口部51aが形成されている。また、第2マスク53には、S方向が短辺でC方向が長辺の長方形状の開口部53aが形成されている。これら開口部51a,53aの面積はそれぞれ検出セグメント21のほぼ1/2に対応する面積となっており、開口部51a,53aを透過できるのは、検出セグメント21の1/4に対応する面積となる。
【0047】
第1駆動機構52と第2駆動機構54とは、互いに連動して動作するように制御されており、それぞれ往復動が行われる。したがって、これにより、検出セグメント21のA領域〜D領域の順でX線が照射されるように、開口部51a,53aの位置が移動することとなる。したがって、検出セグメント21の1/4の面積の検出セグメントがある場合と等価となり、より分解能が高い検出セグメント21を配置した場合と同等の効果を得ることができる。
【0048】
図5の(a),(b)は、上述したX線CT装置10の第2変形例を示す説明図である。本変形例においては、マスク機構30の代わりにマスク機構60を用いている。マスク機構60は、マスク61と、このマスク61を図中矢印S,C方向に往復動させる駆動機構62とを備えている。マスク61には、円形の開口部61aが形成されている。なお、ここでは開口部61aを円形としたが、正方形としてもよい。
【0049】
図5の(a)に示すように、円形状の開口を形成したマスク61を図中矢印S,C方向にそれぞれ往復動させて4つのポジションで位置決めすることで、第1変形例と同様に、検出セグメント21のA領域〜D領域の順でX線が照射されるように、開口部61aの位置が移動することとなる。したがって、検出セグメント21の1/4の面積の検出セグメントがある場合と等価となり、より分解能が高い検出セグメント21を配置した場合と同等の効果を得ることができる。
【0050】
図6の(a),(b)は、上述したX線CT装置10の第3変形例を示す説明図である。本変形例においては、マスク機構30の代わりにマスク機構70を用いている。マスク機構70は、マスク71と、このマスク71を図中矢印C方向に往復動させるとともに収納動作を行う駆動機構72とを備えている。マスク71は図中矢印C方向に分割された5つの分割マスク71a〜71eから構成されており、それぞれ上述したマスク31と同様の開口部が設けられている。なお、分割マスク71a〜71eはギアの切換え、クラッチ等を利用して1つの駆動機構72により退避・収納できるように構成されている。この他、分割マスク71a〜71e毎にそれぞれ駆動機構を持つようにしてもよい。
【0051】
このように構成されていると、マスク71を複数に分割して収納することが可能となるので全体を省スペース化でき、X線CT装置10の大型化を防止することが可能となる。
【0052】
図7の(a),(b)は、上述したX線CT装置10の第4変形例を示す説明図である。本変形例においては、マスク機構30の代わりにマスク機構80を用いている。マスク機構80は、マスク81と、このマスク81を図中矢印S方向に往復動させるとともに収納動作を行う駆動機構82とを備えている。マスク81は図中矢印S方向に分割された5つの分割マスク81a〜81fから構成されており、それぞれ上述したマスク31と同様の開口部が設けられている。いる。なお、分割マスク81a〜81fはギアの切換え、クラッチ等を利用して1つの駆動機構82により退避・収納できるように構成されている。この他、分割マスク81a〜81f毎にそれぞれ駆動機構を持つようにしてもよい。
【0053】
このように構成されていると、マスク81を複数に分割して収納することが可能となるので全体を省スペース化でき、X線CT装置10の大型化を防止することが可能となる。なお、X線管12から分割マスク81a〜81fまでの距離が異なっているので、それぞれの開口部の寸法を検出セグメント21の所望のサイズに合うように設計されている。
【0054】
図8は本発明の第2の実施の形態に係るX線CT装置10に組み込まれたX線検出器100の要部を示す説明図である。図8において図1及び図2と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0055】
すなわち、検出セグメント21が十分高い分解能を有している場合には、隣接する一対の検出セグメント21(α及びβ)の出力をスイッチング素子101を介してデータ収集部42に送る。すなわち、データ収集部42においては、α側のみの出力、β側のみの出力、または(α+β)の合計出力を得ることができる。これにより、検出セグメント21の分解能を標準と高解像度とで切換えが可能となる。すなわち、(α+β)の信号として取り出すことで、解像度を少し落としながら、高速化を優先する標準的なモードが可能となる。一方、αまたはβによる投影データを、ある時間ずらしたタイミングで収集することで、高解像度モードを実現できる。なお、αとβとの切り換えは、1枚の断層像が得られる毎(例えば180°)に切り換えても良く、またある周波数でスイッチングしながらデータ収集するようにしてもよい。
【0056】
上述したように本実施の形態に係るX線CT装置10によれば、スイッチング素子101を設けることにより、データ収集部への1つの入力で複数の検出セグメント分の出力を処理することができ、実際の検出セグメント21の数に対して少ない処理回路でシステムを構成でき、コンパクトでかつ比較的安価で製造が可能となる。
【0057】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【0058】
【発明の効果】
本発明によれば、より簡単な構成で空間分解能の良い断層像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るX線CT装置の構成を示す図。
【図2】同X線CT装置の要部を示す図であって、(a)はマスク機構を示す説明図、(b)は検出セグメントを示す平面図。
【図3】同マスク機構と検出セグメントとの関係を示す説明図。
【図4】同X線CT装置の第1変形例の要部を示す図であって、(a)はマスク機構を示す説明図、(b)は検出セグメントを示す平面図。
【図5】同X線CT装置の第2変形例の要部を示す図であって、(a)はマスク機構を示す説明図、(b)は検出セグメントを示す平面図。
【図6】同X線CT装置の第3変形例を示す説明図。
【図7】同X線CT装置の第4変形例を示す説明図。
【図8】本発明の第2の実施の形態に係るX線CT装置の動作原理を示す説明図。
【符号の説明】
10…X線CT装置、12…X線管(X線発生装置)、20…X線検出器、21…検出セグメント、30,50,60,70,80…マスク機構、40…制御部
Claims (19)
- X線焦点から被検体に向かってX線を照射するX線発生装置と、
上記被検体を透過したX線を検出する検出セグメントがチャンネル方向に並べられたX線検出器と、
上記X線焦点を円軌道に沿って回転させて上記被検体の多方向の投影データを収集し、収集された投影データに基づいて被検体の断層像を再構成する演算部と、
上記X線発生装置と上記X線検出器との間に配置されたマスク機構とを備え、
上記マスク機構は、上記X線による投影領域が上記検出セグメントの検出領域より小さくなるように形成された開口部が上記チャンネル方向に沿って複数個設けられたX線遮断部材製のマスクと、上記投影領域が上記検出領域内で移動するように上記マスクを駆動する駆動機構とを備えていることを特徴とするX線CT装置。 - 上記マスクは、上記X線管と上記被検体との間に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
- 上記駆動機構は、上記開口部がスライス方向またはチャンネル方向の少なくとも一方の方向に沿って移動するように上記マスクを駆動することを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
- 上記駆動機構は、上記X線焦点が上記被検体の周囲を半回転する毎に上記マスクを駆動することを特徴とする請求項1記載のX線CT装置。
- 上記X線発生装置は、上記マスクを駆動する間にX線の照射を停止することを特徴とする請求項4記載のX線CT装置。
- 上記駆動機構は、上記X線焦点が上記被検体の周囲を半回転する間に、上記マスクを所定の周期で駆動させることを特徴とする請求項1記載のX線CT装置。
- 上記駆動の周期は、上記投影データを収集するサンプリング周波数と同じ振動数または整数分の1の振動数であることを特徴とする請求項6記載のX線CT装置。
- 上記開口部のピッチは、上記X線管のX線焦点から見たときに、上記検出器のピッチと一致することを特徴とする請求項1記載のX線CT装置。
- 上記マスクは、上記X線発生装置によるX線照射領域外へ退避可能に構成されていることを特徴とする請求項1記載のX線CT装置。
- 上記マスクは、複数に分割されていることを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
- 上記マスクは、スライス方向に往復動する第1マスクと、チャンネル方向に往復動する第2マスクとを備えていることを特徴とする請求項1記載のX線CT装置。
- X線焦点から被検体に向かってX線を照射するX線発生装置と、
上記被検体を透過したX線を検出する検出セグメントがチャンネル方向に並べられた検出セグメント列を有するX線検出器と、
上記X線焦点を円軌道に沿って回転させて上記被検体の多方向の投影データを収集するデータ収集部と、
収集された投影データに基づいて被検体の断層像を再構成する演算部とを備え、
上記データ収集部は、複数の検出セグメントの出力に接続されるとともに、その入力を選択的に切換可能に形成された切換回路とを備えていることを特徴とするX線CT装置。 - 上記複数の検出セグメントは、相互にスライス方向またはチャンネル方向の少なくとも一方の方向に沿って隣接していることを特徴とする請求項12に記載のX線CT装置。
- 上記切換回路は、上記X線焦点が上記被検体の周囲を半回転する毎に入力する検出セグメントを切り換えることを特徴とする請求項12に記載のX線CT装置。
- 上記X線発生装置は、上記切換回路による切換をする間にX線の照射を停止することを特徴とする請求項12に記載のX線CT装置。
- 上記切換回路は、上記X線焦点が上記被検体の周囲を半回転する間に、入力の切り換えを所定の周期で行うことを特徴とする請求項12に記載のX線CT装置。
- 上記切換回路による入力の切り換えの周期は、上記投影データを収集するサンプリング周波数と同じ振動数または整数分の1の振動数であることを特徴とする請求項12に記載のX線CT装置。
- X線焦点から被検体に向かってX線を照射するX線照射工程と、
上記X線の投影領域が検出セグメントの検出領域より小さくなるように開口部が形成されたマスクによって上記X線を選択的に透過させるX線透過工程と、
上記投影領域が上記検出領域内で移動するように上記マスクを駆動する駆動工程と、
上記X線焦点を円軌道に沿って回転させて上記被検体の多方向の投影データを上記検出セグメントにより収集する投影データ収集工程と、
収集された投影データに基づいて上記被検体の断層像を再構成する演算工程とを備えていることを特徴とするデータ収集方法。 - X線焦点から被検体に向かってX線を照射するX線照射工程と、
上記X線焦点を円軌道に沿って回転させて上記被検体の多方向の投影データを収集するデータ収集工程と、
収集された投影データに基づいて被検体の断層像を再構成する演算部とを備え、
上記データ収集工程は、複数の検出セグメントからの入力を選択的に切り換える入力切換工程を備えていることをことを特徴とするデータ収集方法。
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