JP2005007182A - コンピュータ断層撮影システム用の一体形円弧状陽極ｘ線源 - Google Patents

Abstract

【課題】 アーチファクトがより排除されたイメージングシステムを提供する。
【解決手段】 本イメージングシステム（１０）は、テーブル（４６）上の被検体の周りで回転するガントリ（１２）を含む。陰極エミッタ（５２）は、ガントリ（１２）に結合されかつ電子ビームを発生する。陽極（１７）もまた、ガントリ（１２）に結合され、冷陰極エミッタ（５２）に対して固定状態であり、かつ電子ビームに応答してＸ線フラックス（１６）を発生する。検出器（２０）は、ガントリ（１２）に結合されかつＸ線フラックス（１６）を受信して該受信したＸ線フラックスから検出信号を生成するようになっている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、総括的にはイメージングシステムに関し、より具体的にはボリュメトリック・コンピュータ断層撮影に関する。

コンピュータ断層撮影走査すなわちＣＴスキャンは、超薄Ｘ線ビームを用いて身体の内部の写真を撮影する方法である。Ｘ線ビームが身体を透過すると、Ｘ線ビームは、体内の骨、組織及び体液によって吸収され、従って得られたビームの強度が変化する。身体から出る減弱したＸ線ビームの強度は、Ｘ線ビームフォトンを電気信号に変換する装置によって測定される。これらの信号は、詳細な写真に変換される。

第３又は第４世代のＣＴスキャナのような典型的なＣＴスキャナは、該スキャナの回転又は走査軸線の周りで回転可能に環状のディスクを支持するための環状のフレームを有するガントリを含む。ディスクは、走査軸線に沿って延びる患者を受けるのに十分な大きさの中央開口部を含み、走査処理中にディスクは患者の周りで回転する。Ｘ線管が、中央開口部を横切ってＸ線検出器アレイの正反対側でディスク上に配置される。ディスクを回転させながら、Ｘ線管が、走査面に沿って患者を透過しかつ検出器アレイに向けてエネルギービームすなわちＸ線を投射する。走査軸線の周りで患者に対してＸ線源を回転させことにより、Ｘ線は多くの異なる方向から患者を透過して投射される。次ぎに患者の走査した部分のイメージが、スキャナコンピュータを用いて、検出器アレイによって提供されたデータから再構成される。

現在の第３及び第４世代のＣＴシステムにおいては、ガントリの単一回転の間に臓器の一部又は全体のボリュメトリック・イメージを収集することにより臨床上の利点が得られる。これを可能にするために、高さつまり「ｚ」方向（すなわち、走査回転軸線に平行な方向）が大きい（例えば、８０ｃｍよりも大きい）検出器が、該検出器全体を照射するように対応して幅広になった「円錐ビーム」角を有するＸ線源に組合されている。

しかしながら、回転中、円錐角がより大きな範囲に到達する場合に、システムに影響を与えるイメージアーチファクトが発生する。これらのアーチファクトを排除するために様々な再構成スキームが考案されてきたが、これらスキームでは、Ｘ線源を患者の周りで回転させながら、Ｘ線源の位置を「ｚ」方向に沿って高速で変化させる必要がある。現在のＸ線管は、この性能を有していない。

現在のＣＴシステムに関連する欠点から、ＣＴスキャンの新技術が有益であることが明らかになった。新しい技術は、Ｘ線源を患者の周りで回転させながら、Ｘ線源の位置を「ｚ」方向に沿って高速で変化させることを可能にするものでなければならない。新しい技術はまた、円錐角がより大きな範囲に到達する場合に、システムに影響を与えるイメージアーチファクトを実質的に排除するものでなければならない。本発明は、これらの目的を指向している。

本発明の１つの態様によると、イメージングシステムは、回転するようになったガントリを含む。陰極エミッタは、ガントリに結合されかつ電子ビームを発生するようになっている。陽極もまた、ガントリに結合され、陰極エミッタに対して固定状態であり、かつ電子ビームに応答してＸ線フラックスを発生するようになっている。検出器は、ガントリに結合されかつＸ線フラックスを受信して該受信したＸ線フラックスから検出信号を生成するようになっている。

本発明の別の態様によると、被検体を走査する方法は、陰極エミッタから第１の集束電子ビームを発生させる段階と、その第１の集束電子ビームを陽極の第１のセクションで受ける段階とを含む。第１のＸ線フラックスが、第１の集束電子ビームにより発生される。陽極を固定状態に保ちながら陰極エミッタを被検体の周りで回転させ、陰極エミッタから第２の集束電子ビームを発生させる。第２の集束電子ビームは陽極の第２のセクションで受けられ、この第２の集束電子ビームにより第２のＸ線フラックスを発生させる。

本発明により、Ｘ線源の限界点により起こる円錐ビームアーチファクトがない大型検出器のボリュメトリック・イメージングが可能になる。本発明はまた、固定陽極を使用するので線源が陽極支持の信頼性によって制限されないため、高速走査に対処する。さらに、本システムは、３６０度の回転走査範囲をもつ上述の走査（「半走査」に制限される従来のスキームとは対照的に）を提供する。

本発明の別の利点及び特徴は、添付図面と関連させて、以下の説明を読むことにより明らかになり、また特に特許請求の範囲に指摘した手段及びその組合せにより実現できるであろう。

次ぎに、本発明をより完全に理解するために、実例として示したものであるが本発明の実施形態の幾つかを添付図面を参照しながら説明する。

本発明は、特に医療分野に適したコンピュータ断層撮影（ＣＴ）走査システム１０に関して説明する。しかしながら、本発明は、当業者には明らかなように、ＣＴ走査を必要とするような様々な用途に応用できる。

図１及び図２を参照すると、これらの図は、コンピュータ断層撮影イメージングシステム１０を示しており、イメージングシステム１０は、患者ボア４８内でテーブル４６上の患者２２を取り囲むガントリ１２を含む。ガントリ１２は、該ガントリ１２に結合されたＸ線源１４を有し、Ｘ線源は、固定の円弧状陽極１７からガントリ１２の反対側にある検出器アレイ１８に向かってＸ線ビーム１６を投射する。

システム１０はさらに、Ｘ線コントローラ２８及びデータ収集システム（ＤＡＳ）３２を有する制御機構２６を含む。また、システム１０はさらに、移動コントローラ４４、ホストコンピュータ３６、オペレータコンソール４０、モニタ４２、イメージ再構成装置３４及び大容量記憶装置３８などの制御構成要素を含むが、これら全てについては後述する。

システム１０内において、ガントリ１２に結合されたＸ線源１４は、ｅビームＸ線管５０及びアレイ冷陰極エミッタ５２を含む。冷陰極エミッタ５２は起動し電子ビームを発生するが、電子ビームはｅビームＸ線管５０内に集束される。集束した電子ビームは陽極表面を励起し、陽極１７はＸ線フラックス１６を発生する。これら構成要素は、図３及び図４に関してさらに説明する。

Ｘ線源１４の作動はＣＴシステム１０の制御機構２６によって制御される。制御機構２６は、Ｘ線源１４に出力及びタイミング信号を与えるＸ線コントローラ２８を含む。制御機構２６内のＤＡＳ３２は、検出素子２０からのアナログデータをサンプリングし、後続処理のために該データをデジタル信号に変換する。イメージ再構成装置３４は、サンプリングされかつデジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受信し、高速イメージ再構成を実行する。再構成されたイメージは、コンピュータ３６への入力として受信され、コンピュータ３６は該イメージを大容量記憶装置３８内に格納する。

投射されたＸ線フラックス１６は、患者２２を透過し、検出器アレイ１８内の複数の検出素子２０で受信される。各検出素子２０は、衝突するＸ線ビーム１６の強度、つまりＸ線ビームが患者２２を透過した時のビーム１６の減弱を表す電気信号を生成する。

コンピュータ３６はまた、ユーザ・インターフェース又はグラフィカル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）を介して信号を受信しかつ送信する。具体的には、コンピュータ３６は、好ましくはキーボード及びマウス（図示せず）を含むオペレータコンソール４０からコマンド及び走査パラメータを受信する。関連する陰極線管ディスプレイ４２によって、オペレータはコンピュータ３６からの再構成イメージ及び他のデータを観察できる。コンピュータ３６は、オペレータが与えたコマンド及びパラメータを使用してＸ線コントローラ２８、ＤＡＳ３２、及びテーブル４６と通信状態にあるテーブルモータコントローラ４４に制御信号及び情報を与えて、システム構成要素の作動及び移動を制御する。

本発明はＣＴに関して例示しているが、これに代えて本発明は、乳房撮影、血管Ｘ線イメージング、骨スキャニングなどを含む、検出器を用いるあらゆるタイプのＸ線システムに使用される。さらに別の実施形態には、溶接検査、金属検査、及びデジタルＸ線検出器を使用して１、２又は３次元イメージを作成する任意の検査のような非医療用途が含まれる。

図３を参照すると、この図は、図１及び図２のＸ線走査構成要素及びガントリ１２の拡大図を示している。本発明は、イマトロン（Ｉｍａｔｒｏｎ）系ＣＴスキャナのような電子ビームスキャナで用いる固定円弧状陽極を、第３世代の回転−回転型スキャナ幾何学的配置と組合せる。

アレイ冷陰極エミッタ５２は、電場エミッタ５４（当該技術分野で公知の多数のタイプが本発明では実施される）を含み、電場エミッタは、円弧状陽極表面上の１つ又はそれ以上の位置において任意の時点で焦点を生成するように個々に対処することができる。エミッタを接線方向に対処するようにすると、時間分解能が向上した新規なイメージ収集シーケンスを可能とすることができ、一方、エミッタを軸方向に対処するようにすると、大規模の高速ボリュームイメージ収集が可能になる。

冷陰極エミッタ５２は、高速かつ複雑な焦点運動が可能になるようにガントリ１２に結合されて、円錐ビームアーチファクト及び心運動に対処するために考案された種々のサンプリングスキーム用の信号を発生する。

後者に関して、このタイプのＸ線源は、高い時間分解能での心臓イメージングが単一の３６０度にわたるスキャナ走査内にガントリ回転及びｅビーム掃引と組合されているような状況には理想的である。さらに、別の実施形態では、高速ボリュメトリック走査をするようにガントリ１２に移動可能に結合された冷陰極エミッタ５２を含む。

固定円弧状陽極１７は、湾曲平面として実施される。陽極１７は冷陰極エミッタ信号を受信し、該冷陰極エミッタ信号によりＸ線フラックスを発生する。本発明の１つの実施形態では、その上に陽極１７が取付けられる固定マウント５５を含む。陽極１７がエミッタ５２に対して固定状態であることに注目することが重要であり、このことによりエミッタ５２及び陽極１７の両方がイメージング・シーケンス中にガントリ１２と共に回転する。

陽極１７は、Ｘ線発生のＸ線送信モード又は反射モードのいずれかで作動する。

Ｘ線源１４は患者の周りで３６０度回転し、線源１４に対して固定状態の陽極１７は、陽極表面に沿ってｘ、ｙ及びｚ方向に移動する電子ビームからＸ線フラックス１６を発生する。点Ａ及びＢで表した異なるｘ、ｙ及びｚ座標から発生するＸ線フラックス１６を図示している。

図４を参照すると、この図は、コンピュータ断層撮影走査ステムのブロック図１００を示している。論理は、Ｘ線源１４がホストコンピュータ３６によって起動される作動ブロック１０２で始まる。次に作動ブロック１０４において、Ｘ線源冷陰極エミッタ５２が電子ビームを陽極１７上に集束させる。

作動ブロック１０６において、陽極１７が、陽極表面上の集束電子ビームによりＸ線フラックスを発生する。

作動ブロック１０８において、Ｘ線フラックス１６がテーブル４６上の患者２２を透過し、検出器１８によって検出される。

作動ブロック１１０において、検出されたＸ線フラックス１６がＤＡＳ３２に収集され、後の使用のために格納される。

調査ブロック１１２において、イメージを生成するのに十分なデータが収集されたか否かに関してホストコンピュータ３６又は技術者のどちらかによるチェックが行われる。否定の回答の場合、作動ブロック１１４が起動し、例えばｘ、ｙ又はｚ方向或いはそれらの任意の組合せの少なくとも１つの方向に冷陰極エミッタ５２を移動させる。換言すれば、Ｘ線投射データを収集する走査中に、ガントリ１２及び該ガントリ１２に取付けられた構成要素を中心ｚ軸の周りで回転させる。次ぎに冷陰極エミッタ５２は、陽極１７上の新しい点に焦点を合わせる。次いで、操作１０６が起動する。

否定の回答でない場合は、作動ブロック１１６において、イメージ再構成装置３４がイメージを再構成するか、又はデータが後の使用のために大容量記憶装置３８内に格納される。

作動中、被検体を走査する方法は、冷陰極エミッタ５２から第１の集束電子ビームを発生させる段階と、陽極１７の第１のセクションで第１の集束電子ビームを受ける段階とを含む。第１の集束電子ビームにより、第１のＸ線フラックス１６を発生させる。陽極１７を固定状態に保ちながら、冷陰極エミッタ５２を被検体（患者２２）の周りで回転させ、冷陰極エミッタ５２から第２の集束電子ビームを発生させる。第２の集束電子ビームは陽極１７の第２の部分で受けられ、該第２の集束電子ビームにより第２のＸ線フラックスを発生させる。

以上の説明から、本技術に対して新しいコンピュータ断層撮影走査システム１０及び方法がもたらされたのが理解できるであろう。前述の好ましい実施形態の説明は、本発明の原理の用途を表す多くの特定の実施形態のいくつかを単に例示するものであることを理解されたい。特許請求の範囲によって定まる本発明の技術的範囲から逸脱せずに、他にも多数の構成を取り得ることは当業者には明らかであろう。

本発明の１つの実施形態によるＣＴ走査システムの概略図。 図１に示すシステムのブロック概略図。 図１及び図２のＸ線走査構成要素の拡大図。 本発明の別の実施形態による被検体を走査する方法のブロック図。

符号の説明

１０ コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングシステム
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１６ Ｘ線ビーム
１７ 陽極
１８ 検出器アレイ
２０ 検出素子
２２ 患者
２６ 制御機構
２８ Ｘ線コントローラ
３２ データ収集システム（ＤＡＳ）
３４ イメージ再構成装置
３６ ホストコンピュータ
３８ 大容量記憶装置
４０ オペレータコンソール
４２ モニタ
４４ 移動コントローラ
４６ テーブル

Claims (10)

1. 回転するようになったガントリ（１２）と、
   前記ガントリ（１２）に結合されかつ電子ビームを発生するようになった陰極エミッタ（５２）と、
   前記ガントリに結合され、前記陰極エミッタ（５２）に対して固定状態であり、かつ前記電子ビームに応答してＸ線フラックス（１６）を発生するようになった拡大面陽極（１７）と、
   前記ガントリ（１２）に結合されかつ前記Ｘ線フラックス（１６）を受信して該受信したＸ線フラックスから検出信号を生成するようになった検出器（１８）と、
   を含むイメージングシステム（１０）。
2. 前記陰極エミッタ（５２）がアレイ陰極エミッタを含む、請求項１記載のシステム（１０）。
3. 前記アレイ陰極エミッタが電場エミッタ（５４）を含む、請求項２記載のシステム（１０）。
4. 前記電場エミッタ（５４）が、前記陽極（１７）の任意の点に前記電子ビームを集束させるようになっている、請求項２記載のシステム（１０）。
5. 前記陰極エミッタ（５２）からの電子ビームが前記陽極（１７）に沿って接線方向に移動する、請求項１記載のシステム（１０）。
6. 被検体を走査する方法であって、
   陰極エミッタ（５２）から第１の集束電子ビームを発生させる段階と、
   前記第１の集束電子ビームを陽極（１７）の第１のセクションで受ける段階と、
   第１のＸ線フラックス（１６）を発生させる段階と、
   前記陽極（１７）を前記陰極エミッタ（５２）に対して固定状態に保ちながら、該陰極エミッタ（５２）及び陽極（１７）を被検体の周りで回転させる段階と、
   前記陰極エミッタ（５２）から第２の集束電子ビームを発生させる段階と、
   前記第２の集束電子ビームを前記陽極（１７）の第２のセクションで受ける段階と、
   第２のＸ線フラックス（１６）を発生させる段階と、
   を含む方法。
7. 前記陰極エミッタ（５２）からの電子ビームを前記陽極（１７）に沿って接線方向に移動させる段階をさらに含む、請求項６記載の方法。
8. 前記陰極エミッタ（５２）からの電子ビームを前記陽極（１７）に沿った直交方向に移動させる段階をさらに含む、請求項６記載の方法。
9. イメージングコンピュータ（３６）からの信号に応答して被検体の周りで回転するようになったガントリ（１２）と、
   前記ガントリ（１２）に結合されかつ円弧状陽極（１７）上に３次元座標で電子ビームを集束させるようになったアレイ陰極エミッタ（５２）を含むＸ線源（１４）と、を含み、
   前記円弧状陽極（１７）が、前記ガントリ（１２）に結合され、前記アレイ陰極エミッタ（５２）に対して固定状態であり、かつ前記電子ビームに応答してＸ線フラックス（１６）を発生するようになっており、
   検出器（１８）が、前記ガントリ（１２）に結合されかつ前記Ｘ線フラックス（１６）を受信して該受信したＸ線フラックスから検出信号を生成するようになっている、
   コンピュータ断層撮影システム（１０）。
10. 前記アレイ陰極エミッタ（５２）が電場エミッタ（５４）を含む、請求項９記載のシステム（１０）。

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