JP2005073765A

JP2005073765A - 多管球式ｘ線ｃｔ装置

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Publication number: JP2005073765A
Application number: JP2003304972A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sato; 佐藤　　誠; Hidekazu Makino; 英一牧野; Kazuhiko Sakamoto; 和彦坂本; Takayuki Nagaoka; 孝行長岡; Kenichi Okajima; 健一岡島
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】被検者の無効被曝を抑制しながら、被検者の撮影部位の形状、臓器に即応して過不足の無い量のＸ線の照射を可能とし、高画質の断層像を高速に得ることが出来る多管球式Ｘ線ＣＴ装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線管球２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃのそれぞれの管電流は、例えば、時刻Ｔ（1/3π）において管球２１Ａが２１Ａ_1/3πの位置にきたときには、時刻Ｔ(0)においてその対向する位置にいた管球２１Ｂからの平均透過Ｘ線量Ｄ_２２Ｂ(Ｔ(0))のデータを、管球２１Ｂが２１Ｂ_1/3πの位置にきたときには管球２１Ｃからの平均透過Ｘ線量Ｄ_２２Ｃ(Ｔ(0))のデータを、管球２１Ｃが２１Ｃ_1/3πの位置にきたときには、管球２１Ａからの平均透過Ｘ線量Ｄ_２２Ａ(Ｔ(0))のデータを基に、各平均透過Ｘ線量がある設定値となるように、各々のＸ線管の管電流を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は多管球式Ｘ線ＣＴ装置の改良に関する。

Ｘ線ＣＴ装置が開発されて以来、近年までトータルの検査時間の短縮が一貫して試みられてきた。広範囲のスライス撮影においては、テーブルを移動しながら撮影するらせん走査型Ｘ線ＣＴ装置の出現によって、大幅な検査時間の短縮がなされた。さらには、一度に複数スライス位置の投影データを計測できるマルチスライス型のらせん走査Ｘ線ＣＴ装置によって、薄いスライスでの検査時間が短縮されている。
また、１スライス画像の撮影時間（時間分解能）は、機械走査式Ｘ線ＣＴ装置でも１秒を切り、0.5〜0.8秒程度のいわゆるサブセコンドスキャナが実現されている。この撮影時間は、特に心臓などの動きの速い臓器の検査にとってはできるだけ短いほうが望ましく、一般的には0.1秒以下が要求されている。
時間分解能に関しては、電子ビーム走査型Ｘ線ＣＴ装置では最短で0.05秒が実現できている。
機械走査式Ｘ線ＣＴ装置でのスキャン時間は、回転陽極型Ｘ線管の耐Ｇ性能からは0.3〜0.4秒程度が限界と考えられている。また、最大許容負荷は500mA程度が限界と考えられ、例えば0.3秒スキャンの場合、0.3×500＝150mAsとなり、線量が十分取れないなどの問題がある。
電子ビーム走査型Ｘ線ＣＴ装置は、心臓などの動きの速い臓器の検査に適している。しかし、この装置では最大管電流は700mAまで流せるが、それでも0.1秒撮影時には0.1×700＝70 mAsと線量不足の問題があり、腹部などのＸ線吸収率の高い大減弱体の撮影においてはＸ線のゆらぎに起因するノイズが多く、画質的に劣る。このため、電子ビーム走査型Ｘ線ＣＴ装置は心臓専用の超高速Ｘ線ＣＴ装置として扱われている。
またＸ線ＣＴ装置には、被検体への被曝量の低減と、画質の向上も求められている。しかし従来のＸ線ＣＴ装置では、終始一定のスキャン条件（管電圧、管電流等）で撮影を行うため、被検体の断面が楕円のような形状をしていると、Ｘ線源の角度に従って、Ｘ線の透過長も変化するため、透過するＸ線量に過不足が発生する。また肺などの低密度の臓器と、肝などの腹部の高密度の実質臓器とではＸ線の吸収係数が異なるため、胸部から腹部へ連続的にスキャンを行う場合、肺に適すようにＸ線量を設定すると、肝ではＸ線量が不足して画質が劣化し、肝に適すように設定すると、肺では無効な被曝をさせることになる。
このような問題を解決するため、1管球式のＸ線ＣＴ装置において、被検体の形状、臓器に応じて透過Ｘ線量がほぼ一定となるように、スキャンごと、またはスキャン中にＸ線管電流を制御する手法が、例えば以下の特許文献１、２に開示されている。
特開平９-１０８２０９号公報特開平１０-３０９２７１号公報

上記特許文献１、２に開示されているＸ線管電流の制御は、らせんスキャン撮影の前に１方向または２方向からのスキャノグラム撮影を実施し、その透過データを基にらせんスキャンの各撮影位置におけるＸ線管電流を決定するもの、らせんスキャン中の180°回転前の時点の透過Ｘ線データを基に、それと対向する位置に来たＸ線管の管電流を制御するもの、らせんスキャン中の直前の投影計測で得た透過Ｘ線データを基に、管電流を制御するもの、が開示されている。第１の手法では、スキャノグラム撮影自体が無効被曝であることと、スキャノグラム撮影を実施した以外の方向に対しては、管電流を正確に制御することができない、という問題がある。第２の手法では、近年のマルチスライスＸ線ＣＴ装置では、スキャナ一回転あたりのテーブル送り量が約20mm/rot程度であるので、180°回転前の時点からは10mm進行しており、腹部から胸部のような臓器密度の急激な変化がある部位において、正確な管電流制御ができない、という問題がある。第３の手法では、Ｘ線管の熱時定数が50〜100msであるため、１〜２回前の投影計測に相当する0.5〜1ms前の直前の撮影データに基づく管電流制御では、応答速度が不十分である、という問題がある。
機械走査式Ｘ線ＣＴ装置で更なる高速化を実現するため、複数のＸ線源を利用するもの、即ち、３つのＸ線管を用いた３管球方式Ｘ線ＣＴ装置が、例えば、以下の特許文献３に開示されている。
米国特許第４１９６３５２公報

多管球を備えたＸ線ＣＴ装置は、電子ビーム走査型Ｘ線ＣＴ装置と同等の時間分解能が得られ、かつＸ線量も十分に確保でき、らせん走査性能も高い超高速汎用マルチスライスＸ線ＣＴ装置を実現できる。また、広いコーン角による計測を行わずにらせんスキャンのスループットを向上することで、高画質化を達成することができる。
しかし、この多管球式マルチスライスＸ線ＣＴも上記した１管球式のＸ線ＣＴ装置が遭遇したと同じ問題を抱えている。

本発明が解決しようとする課題は、被検者への無効被曝を抑制しながら、被検者の撮影部位の形状、臓器に即応して過不足の無い量のＸ線の照射を可能とし、高画質の断層像を高速に得ることが出来る多管球式Ｘ線ＣＴ装置を提供することである。

本発明の原理は、被検体を包囲しその囲り回転駆動される回転盤に等間隔に取り付けられた複数のＸ線管球とそれに対向するＸ線検出器を有する多管球式Ｘ線ＣＴ装置において、回転盤の回転方向に関して先行するＸ線管球のある回転角度位置におけるＸ線照射量を、回転方向に関して後続のＸ線管球がその直前に先行するＸ線管球の今のある回転角度位置に対向する角度位置にあった時に対向するＸ線検出器が検出した平均透過Ｘ線量に基づいて制御するものである。従って、被検体のＸ線吸収係数や形状などが急激に変化する場合においても、Ｘ線照射量を正確に制御することができる。

本発明の多管球式Ｘ線ＣＴ装置によると被験者の撮影部位の形状、臓器に即応して過不足の無い量のＸ線が照射されるので、無効被曝が低減されかつ高画質の断層像を高速に得ることができる。

本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の多管球式Ｘ線ＣＴ装置の一形態を表すブロック図である。この装置は、３対のＸ線管２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、および被検体２５を透過したＸ線を検出するＸ線検出器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃとそれらを搭載して被検体２５の周りを回転する回転盤２３と、被検体２５を載せて体軸方向に移動可能なテーブル２４とからなる。Ｘ線検出器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃは、１列検出器であっても、複数列検出器であっても良い。また本装置は、３個のＸ線管２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃにそれぞれ高電圧を供給する高電圧発生部１、２、３３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃと、３個のＸ線検出器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃからの信号を収集するデータ収集部１、２、３３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃと、各データ収集部１、２、３３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃにおける透過Ｘ線データから、被検体２５を透過した平均的な透過Ｘ線量を算出する透過Ｘ線量演算部３４と、被検体２５を載せたテーブル２４を移動させるテーブル駆動部３５と、回転盤２３を回転させる回転駆動部３６と、データ収集部１、２、３３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃからの透過Ｘ線データに基づき画像を再構成する画像処理部３７と、その再構成された画像を表示する画像表示部３８と、装置全体を統括するホストコンピュータ３１とからなる。
この装置において、らせんスキャンを行う場合について説明する。図２は、ある時刻Ｔ(0)におけるＸ線管２１Ａ、２１Ｂ、２１ＣおよびＸ線検出器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの位置と、Ｘ線が被検体２５を透過する際の透過長を示している。３個のＸ線管２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ全てを、一定の管電流としてスキャンを行った場合には、図３に示すように、各Ｘ線検出器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃによって得られる平均透過Ｘ線量は、各々の透過長に対応して、変化する。このデータをもとに、すなわち時刻Ｔ（1/3π）において管球２１Ａが２１Ａ_1/3πの位置に来た時には、時刻Ｔ(0)においてその対向する位置にあった管球２１Ｂからの平均透過Ｘ線量Ｄ_２２Ｂ(Ｔ(0))のデータを、管球２１Ｂが２１Ｂ_1/3πの位置に来た時には、管球２１Ｃからの平均透過Ｘ線量Ｄ_２２Ｃ(Ｔ(0))のデータを、管球２１Ｃが２１Ｃ_1/3πの位置に来た時には管球２１Ａからの平均透過Ｘ線量Ｄ_２２Ａ(Ｔ(0))のデータをもとに、各平均透過Ｘ線量が所定の設定値となるように、各々のＸ線管２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの管電流を制御する。最初の1/6回転（60度）以降は、例えば管球２１Ｂからの平均透過Ｘ線量Ｄ_２２Ｂが設定値どおりであれば、次にその対向した位置に来た管球２１Ａにはこれと同じ管電流を流し、平均透過Ｘ線量Ｄ_２２Ｂが設定値からずれていた場合には、次にその対向した位置に来た管球２１Ａにはこれを修正するような管電流を流す。このように、らせんスキャンの最初の1/6回転は一定管電流で投影データを取得するが、それ以降は、60度回転前の時点の回転方向後方に位置する管球からの平均透過Ｘ線量データに基づき、各Ｘ線管の管電流をフィードバック制御する。その結果、被検体２５の形状に応じて、過不足無くＸ線を照射することができる。本実施例においては、従来のスキャノグラム撮影は使用しないため、被検体２５に無効被曝を与えることはない。また60度回転前の時点の透過Ｘ線量データに基づいて管電流を制御するため、自身の180度回転前の時点のデータを用いるよりも追随性の良い正確な制御を行うことができる。特に近年のようにマルチスライスＸ線ＣＴ装置を用いたテーブル送り速度の速いらせん撮影においては、本実施例の効果は大きい。

本実施例は、実施例１の１つの変形例である。実施例１のＸ線ＣＴ装置において、Ｘ線管電流は、例えば、時刻Ｔ(2/3π)における管球２１Ａの管電流は、Ｔ(1/3π)の管球２１Ｂからの平均透過Ｘ線量Ｄ_２２ＢＴ(1/3π)と、時刻Ｔ(0) の管球２１Ｃからの平均透過Ｘ線量Ｄ_２２Ｃ(Ｔ(0))の両方に基づいて、制御する。管球２１Ｂおよび２１Ｃについても、同様に管電流を制御する。その結果スキャナ回転速度が速い場合においても、精度よくＸ線管電流を制御することができる。

本実施例は、実施例１のさらにもう１つの変形例である。この実施例では、３対のＸ線管球を搭載した回転盤２３が、例えば、１回転（１スキャン）する間に１０００回の投影計測が行われるとすると、この時自身の管球の１〜数投影計測前の時点、即ち角度で表わすと２π/1000〜２πＮ/1000（但しＮは1〜10程度）前の角度位置での平均透過Ｘ線量をも利用するものである。即ち、実施例１のＸ線ＣＴ装置において、Ｘ線管電流は、例えば、時刻Ｔ(1/3π)における管球２１Ａの管電流は、時刻Ｔ(0)の管球２１Ｂからの平均透過Ｘ線量Ｄ_２２ＢＴ(0)と、直前または数ステップ前の計測における管球２１Ａからの平均透過Ｘ線量Ｄ_２２Ａ(Ｔ(1/3π-2π/1000))の両方に基づいて、制御する。管球２１Ｂおよび２１Ｃについても、同様に管電流を制御する。これにより、管球が1/6回転する間に被検体のＸ線吸収係数が大きく変化することが起こっても、精度よくＸ線管電流を制御することができる。
以上、本発明の実施例について説明したが、これは本発明の一例を示したものであり、本発明の内容を限定するためのものではない。上記実施例において多管球式Ｘ線ＣＴ装置は３対のＸ線管とＸ線検出器を有しているが、３管球以外の多管球式Ｘ線ＣＴ装置であっても良い。またＸ線管のみが回転するようなシステムであっても良い。また、図１において、高電圧発生部およびデータ収集部は管球および検出器の数と同数にしているが、共有可能なものは共有させて、部品数を減らすこともできる。なおまた本発明は、投影計測前に低Ｘ線量で実施されるスキャノグラム撮影で得られたスキャノグラムデータの併用を排除するものではない。

本発明の多管球式Ｘ線ＣＴ装置は医用画像診断装置として有用である。

本発明多管球式Ｘ線ＣＴ装置の概略構成を示す図。３つのＸ線管球の回転移動の様子および被検体を透過するＸ線の透過長を説明する図。３つのＸ線管球の角度位置とそれに対応する平均透過Ｘ線量Ｄの関係を説明する図。

符号の説明

２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ・・・Ｘ線管
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ・・・Ｘ線検出器
２３・・・回転盤
２４・・・テーブル
２５・・・被検体

Claims

被検体の周りで回転駆動される回転盤、上記回転盤の周囲に上記回転盤の回転方向と反対方向に等間隔に配設、保持された第１、第２および第３のＸ線源、上記第１、第２および第３のＸ線源に対向して配設されそれぞれのＸ線源から照射されかつ被検体を透過したそれぞれのＸ線を検出する第１、第２および第３のＸ線検出器、被検体をその体軸に沿って移動可能に保持するテーブル、各Ｘ線検出器で検出されたＸ線の強度に基づいて被検体の断層像を画像再構成する画像再構成手段を備えた多管球式Ｘ線ＣＴ装置において、各Ｘ線検出器の検出信号から各Ｘ線源の被検体に対する各角度位置における平均透過Ｘ線量を算出する透過Ｘ線量演算部を有し、
上記第１のＸ線源のある回転角度位置での照射Ｘ線量が第２のＸ線源が直前にこの回転角度位置と対向する位置にあった時に算出された平均透過Ｘ線量に基づいて制御され、上記第２のＸ線源のある回転角度位置での照射Ｘ線量が第３のＸ線源が直前にこの回転角度位置と対向する位置にあった時に算出された平均透過Ｘ線量に基づいて制御され、かつ上記第３のＸ線源のある回転角度位置での照射Ｘ線量は上記第１のＸ線源が直前にこの回転角度位置と対向する位置にあった時に算出された平均透過Ｘ線量に基づいて制御されることを特徴とする多管球式Ｘ線ＣＴ装置。
上記第１のＸ線源のある回転角度位置での照射Ｘ線量はさらに上記第３のＸ線源が直前に上記第１のＸ線源のある回転角度位置にあった時に算出された平均透過Ｘ線量にも基づいて、上記第２のＸ線源のある回転角度位置での照射Ｘ線量はさらに上記第１のＸ線源が直前に上記第２のＸ線源のある回転角度位置にあった時に算出された平均透過Ｘ線量にも基づいてかつ上記第３のＸ線源のある回転角度位置での照射Ｘ線量はさらに上記第２のＸ線源が直前に上記第３のＸ線源のある回転角度位置にあった時に算出された平均透過Ｘ線量にも基づいて制御されることを特徴とする請求項１に記載の多管球式Ｘ線ＣＴ装置。
上記第１のＸ線源のある回転角度位置での照射Ｘ線量はさらに上記第１のＸ線源による直前あるいは近直前の投影計測に際して算出された平均透過Ｘ線量にも基づいて、上記第２のＸ線源のある回転角度位置での照射Ｘ線量はさらに上記第２のＸ線源による直前あるいは近直前の投影計測に際して算出された平均透過Ｘ線量にも基づいてかつ上記第３のＸ線源のある回転角度位置での照射Ｘ線量はさらに上記第３のＸ線源による直前あるいは近直前の投影計測に際して算出された平均透過Ｘ線量にも基づいて制御されることを特徴とする請求項２に記載の多管球式Ｘ線ＣＴ装置。
上記第１、第２および第３のＸ線検出器は上記回転盤上に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の多管球式Ｘ線ＣＴ装置。