JP2006162527A - 放射線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＴ装置について、従来における中間コリメータとポストコリメータの位置合せといった困難な問題を招くことなく、空間分解能の向上を可能とする。
【解決手段】被検体Ｍに放射線を照射する放射線源１ｔ、被検体を載置するテーブル４、および被検体を透過した放射線を検出する放射線検出装置７を備えたＣＴ装置について、一体型コリメータ２を設けるようにしている。一体型コリメータ２は、テーブル配置空間部２１が中間位置に形成されるとともに、放射線源の側に位置する前側貫通孔２２と放射線検出装置の側に位置する後側貫通孔２３がそれぞれ複数で、テーブル配置空間部を挟んで対向する状態に形成された構成とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ装置に代表されるＣＴ装置（コンピュータ断層像撮影装置）に関し、特にＣＴ装置におけるコリメータの機能向上に関する。

一般にＣＴ装置では、Ｘ線管や線形加速器などの放射線源から放射線をテーブルに載置の被検体に照射し、これにより被検体を透過した放射線を放射線検出装置における放射線検出器で検出し、その放射線検出器の出力データを用いて断層像を再構成するようにしている。このようなＣＴ装置では、より高画質な画像を得られるようにするために、放射線源から直線的に被検体を透過して放射線検出器に入射する放射線以外の散乱線が放射線検出器に入射するのをできるだけ防ぐ必要がある。またＣＴ装置では、放射線源からの放射線の照射範囲を必要最小限に絞る必要もある。

これらの目的のためにＣＴ装置ではコリメータを設けるのが通常である。コリメータは、例えば銅、鉛、あるいはタングステンなどのような放射線遮蔽能力の高い重金属材料で作製され、放射線を放射線源から放射線検出器に向けて通過させる貫通孔が形成された構成とされている。このようなコリメータとして従来のＣＴ装置ではプリコリメータとポストコリメータを組合せて用いている。プリコリメータは、放射線源に近接して設置され、放射線源からの放射線の照射範囲を制限する機能を負っている。その貫通孔は、放射線に与える所望のビーム形状に応じた形状に形成されるのが通常である。例えば円錐状の放射線ビームを得たい場合には円錐形に形成され、また扇状ビームを得たい場合には所望の角度範囲の放射線のみを通過させるようにしてスリット状に形成される。一方、ポストコリメータは、複数の貫通孔（通常は放射線検出装置における放射線検出器の数に対応した数の貫通孔）を形成した構成とされて放射線検出装置に近接して配置され、散乱線の放射線検出器への入射を防ぐ機能を負っている。またポストコリメータは、放射線検出装置における放射線検出器のそれぞれに入射する放射線ビームを細く絞ることで、断層像の空間分解能を向上させるという機能も負っている。すなわち放射線検出器に入射する個々の放射線ビームの幅をＷとすると、遮断空間周波数は1／Ｗとなり、放射線ビームをポストコリメータの貫通孔で細く絞ってＷを小さくすることで断層像の空間分解能を向上させるということである。近年、産業用高エネルギーＸ線ＣＴ装置の分野では空間分解能について０．１ｍｍといった高いレベルが要求されるようになってきており、コリメータの重要性はますます高まる傾向にある。

こうしたコリメータについて、放射線源とポスコリメータの間に中間コリメータを設けることにより、空間分解能を向上させる技術が知られている。すなわち放射線源の中心から外れている放射線のほとんどを中間コリメータにより遮蔽して放射線検出器に入射する放射線ビームの無駄な広がりを制限し、放射線源の中心付近から出射した放射線のみがポストコリメータを介して放射線検出器に入射するようにすることで、ボケの少ない良質な高空間分解能の断層像を得られるようにする技術である（例えば特許文献１）。

特開２００３−１３９７２４号公報（図１）

上記のような中間コリメータを設ける方式は、高空間分解能の向上という点で優れている。しかし、この方式には中間コリメータとポストコリメータの位置合せ（中間コリメータの貫通孔とポストコリメータの貫通孔の対応関係）に関する問題がある。すなわち中間コリメータの貫通孔で絞った放射線ビームを正確にポストコリメータの貫通孔に入射させるようにするために、中間コリメータとポストコリメータの位置合せを非常に精密に行う必要がある。例えば、空間分解能が０．１ｍｍレベルの場合、中間コリメータとポストコリメータそれぞれに設けられる貫通孔のピッチは０．１ｍｍ程度となり、したがって中間コリメータとポストコリメータの位置合せに求められる精度は０．１ｍｍ以下となる。こうした位置合せ精度は、コリメータで避けられない力学的歪みや温度変化による変形などを考慮すると、その実現に大きな困難があると言える。

本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、従来の技術における中間コリメータとポストコリメータの位置合せといった困難な問題を招くことなく、空間分解能の向上を可能とするＣＴ装置の提供を目的としている。

上記目的のために本発明では、被検体に放射線を照射する放射線源、前記被検体を載置するテーブル、および前記被検体を透過した放射線を検出する放射線検出装置を備えたＣＴ装置において、前記テーブルを配置するためのテーブル配置空間部が中間位置に形成されるとともに、前記放射線を所定断面積のビーム状にして前記放射線源から前記放射線検出装置に向け通過させる貫通孔として、前記放射線源の側に位置する前側貫通孔と前記放射線検出装置の側に位置する後側貫通孔がそれぞれ複数で、前記テーブル配置空間部を挟んで対向する状態に形成された一体型コリメータを備えていることを特徴としている。

また本発明では上記のようなＣＴ装置について、前記貫通孔が形成されて前記放射線源に近接して配置されるプリコリメータと前記貫通孔が形成されて前記放射線検出装置に近接して配置されるポストコリメータの組合せからなるセット型コリメータをさらに備え、このセット型コリメータと前記一体型コリメータを選択的に使用することができるようにしている。

本発明における一体型コリメータは、前側貫通孔を通過させることで放射線源からの放射線を適切に平行光線化して被検体に照射し、さらに被検体を透過した放射線を後側貫通孔の通過で放射線検出装置の各放射線検出器に入射させるようにしている。このため、放射線検出器に入射する放射線ビームの断面積を十分に小さくして断層像の空間分解能を向上させることができるとともに、散乱線の各放射線検出器への入射を効果的に防止することができる。この結果、空間分解能が高く、しかも散乱線による影響が少ない高画質な断層像を得ることが可能となる。また一体型コリメータは、放射線検出器に入射する放射線ビームの断面積を十分に小さくするように協働する前側貫通孔と後側貫通孔の対応関係を精密に設定することが容易であり、従来の技術における中間コリメータとポストコリメータの位置合せといった困難な問題を有効に避けることができる。

以下、本発明を実施する上で好ましい形態について説明する。図１と図２に第１の実施形態によるＣＴ装置の構成を模式化して示す。本実施形態のＣＴ装置は放射線としてＸ線を用いるＸ線ＣＴ装置の例である。ＣＴ装置は、Ｘ線源装置１、一体型コリメータ２、回転テーブル４、並進装置５、回転テーブル上下装置６、Ｘ線検出装置７、回転テーブル制御装置８、Ｘ線源制御装置９、検出回路１１、計算機１２、入力装置１３および表示装置１４を備えている。

Ｘ線源装置１は、Ｘ線を発生するＸ線源１ｔを放射線源として有する。Ｘ線源１ｔとしては、例えばＸ線管や電子線形加速器が用いられる。Ｘ線源装置１におけるＸ線の放射はＸ線源制御装置９で制御される。

一体型コリメータ２の外観を簡略化して図３に示す。一体型コリメータ２は、Ｘ線源１ｔとＸ線検出装置７の間に設置された状態で一端側（前端側）をＸ線源１ｔに近接させ、他端側（後端側）をＸ線検出装置７に近接させるようになる中実な構造体として、例えば鉛やタングステンなどのＸ線遮蔽能力の高い材料で形成されており、その中間位置に、回転テーブル４を配置するためのテーブル配置空間部２１が設けられ、このテーブル配置空間部２１を境に前側部２ｆと後側部２ｒに分かれるようにされている。テーブル配置空間部２１は、回転テーブル４の平面サイズよりも大きな平面サイズとなるように形成され、テーブル配置空間部２１の中で回転テーブル４に回転動や短い距離の並進動を行わせることができるようにされている。

また一体型コリメータ２は、前側部２ｆに前側貫通孔２２が、後側部２ｒに後側貫通孔２３がそれぞれ所定の数で形成され、これら前側貫通孔２２と後側貫通孔２３がテーブル配置空間部２１を挟んで対向する状態にされている。前側貫通孔２２と後側貫通孔２３は、Ｘ線源１ｔが放射するＸ線から、Ｘ線検出装置７における後述の各Ｘ線検出器７ｓとＸ線源１ｔを結ぶ直線に沿う所定断面積のＸ線ビームをＸ線検出器７ｓの数だけ生成させ、そのＸ線ビームとしてＸ線をＸ線検出装置７に向けて通過させる機能を負っている。Ｘ線ビームの断面積は、前側貫通孔２２と後側貫通孔２３それぞれの断面積により規定され、特に最終的にＸ線検出器７ｓに入射するＸ線ビームの断面積は、後側貫通孔２３の断面積で規定される。Ｘ線検出器７ｓに入射するＸ線ビームの断面積は、Ｘ線検出器７ｓの受光面積よりも小さく設定する。したがって後側貫通孔２３は、その断面積がＸ線検出器７ｓの受光面積よりも小さくなるようにしてＸ線検出器７ｓの数に応じた数で形成する。一方、前側貫通孔２２は、後側貫通孔２３と同じ断面積に形成するのが通常であるが、必ずしもそのようにする必要はなく、後側貫通孔２３の断面積よりも大きな断面積で形成するようにしてもよい。前側貫通孔２２の断面積を後側貫通孔２３のそれよりも大きくする場合には、前側貫通孔２２の形成数は後側貫通孔２３のそれよりも少なくする場合もある。ただし、前側貫通孔２２の形成数を後側貫通孔２３それよりも少なくする場合でも、その形成数は、Ｘ線源１ｔからのＸ線を適切に平行光線化するという機能を果たせる範囲にする。

このような一体型コリメータ２では、Ｘ線源１ｔより出射したＸ線がまず前側貫通孔２２を通過することにより適切に平行光線化された所定断面積のＸ線ビームとなり、そのＸ線ビームが回転テーブル４に載置の被検体Ｍを照射して透過する。被検体Ｍを直線的に透過したＸ線はそのまま後側貫通孔２３に入射し、そこを通過してＸ線検出装置７に入射する。一方、被検体Ｍを透過する際などに発生した散乱線は、後側貫通孔２３に入射することなく一体型コリメータ２の材料金属に吸収され、Ｘ線検出装置７に入射するのを防止される。すなわち一体型コリメータ２は、前側貫通孔２２を通過させることでＸ線源１ｔからのＸ線を適切に平行光線化して被検体Ｍに照射し、さらに被検体Ｍを透過したＸ線を後側貫通孔２３の通過でＸ線検出装置７の各Ｘ線検出器７ｓに入射させるようにすることで、Ｘ線検出器７ｓに入射するＸ線ビームの断面積を十分に小さくして断層像の空間分解能を向上させることができ、また散乱線の各Ｘ線検出器７ｓへの入射を効果的に防止することができる。この結果、空間分解能が高く、しかも散乱線による影響が少ない高画質な断層像を得ることが可能となる。また一体型コリメータ２は、後述の例のように製作することで、Ｘ線検出器７ｓに入射するＸ線ビームの断面積を十分に小さくするように協働する前側貫通孔２２と後側貫通孔２３の対応関係を精密に設定することが容易であり、従来の技術における中間コリメータとポストコリメータの位置合せといった困難な問題を有効に避けることができる。

以上のような一体型コリメータ２は、例えば以下のようにして容易に製作することができる。まず材料となる２枚の金属板の一方またはそれぞれに前側貫通孔２２や後側貫通孔２３用の溝を切削する。それから両材料金属板のそれぞれにテーブル配置空間部２１を切り出した後に両材料金属板を接合させるか、または両材料金属板を接合させた後にテーブル配置空間部２１を切り出す。

回転テーブル４は、そこに載せた被検体ＭをＸ線の照射面に直交する軸方向で回転させることができるようにされるとともに、並進装置５によりＸ線の照射方向に直交する方向で並進動を行えるようにされ、さらに回転テーブル上下装置６により上下動を行えるようにされている。より具体的にいうと、回転テーブル上下装置６は、上下方向に延びて並進装置５に形成のねじ部と噛み合っている回転ねじ６ａを有しており、この回転ねじ６ａを図示せぬモータで回転させることにより並進装置５を上下動させ、この並進装置５の上下動を介して回転テーブル４を上下動させるようにされている。

Ｘ線検出装置７は、複数のＸ線検出器７ｓをそれぞれがＸ線源１ｔに対して所定の角度ピッチとなるようにして線状に配列して構成されている。Ｘ線検出器７ｓとしては、シンチレータとフォトダイオードを組み合わせたＸ線検出器、あるいはＡｉ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＨｇＩ２、ＧａＡａなどの半導体検出器を用いることができる。

回転テーブル制御装置８は、回転テーブル４の回転、並進および上下の各動作を制御し、回転テーブル４が回転すると、所定の回転角ごとにパルスを発生する。このパルスは、Ｘ線発生のトリガー信号となるとともに、検出回路１１が各Ｘ線検出器７ｓからの検出信号を取り込むためのゲート信号となる。Ｘ線発生のトリガー信号は、回転テーブル制御装置８からＸ線源制御装置９に伝えられ、これに基づいてＸ線源制御装置９がＸ線源装置１におけるＸ線の放射を制御する。一方、検出信号取込みのゲート信号は、回転テーブル制御装置８から検出回路１１に伝えられ、これに基づいて検出回路１１が各Ｘ線検出器７ｓから検出信号を取り込む。

検出回路１１は、各Ｘ線検出器７ｓから取り込んだ検出信号に増幅とアナログ／デジタル変換を施し、それで得られたデジタル信号を計算機１２に出力する。計算機１２は、入力した検出信号に基づいて、所定の処理により断層像を再構成する。得られた断層像は、表示装置１４に表示され、また図示を省略してあるプリンタによりプリントすることができる。

図４と図５に第２の実施形態によるＣＴ装置の構成を模式化して示す。本実施形態のＣＴ装置は、第１の実施形態のＣＴ装置にセット型コリメータ３１を追加した構成となっている。セット型コリメータ３１は、従来のＣＴ装置で一般的に用いられているプリコリメータ３２とポストコリメータ３３の組合せで構成されている。プリコリメータ３２は貫通孔３４が形成され、Ｘ線源装置１に近接して配置されている。プリコリメータ３２の貫通孔３４は、従来におけるのと同様に、放射線に与える所望のビーム形状に応じた形状に形成されるのが通常である。ポストコリメータ３３は、貫通孔３５が形成され、Ｘ線検出装置７に近接して配置される。ポストコリメータ３３の貫通孔３５は、一体型コリメータ２における後側貫通孔２３と同様に形成される。

一体型コリメータ２とセット型コリメータ３１は、上下方向に並べて配置した状態で上下動装置３６に保持されている。上下動装置３６は、一体型コリメータ２とセット型コリメータ３１の選択的使用のための選択機構を構成している。すなわち上下動装置３６は、上下動により一体型コリメータ２とセット型コリメータ３１を選択的にＸ線の照射位置に位置させることで一体型コリメータ２とセット型コリメータ３１のいずれかを選択的に使用できるようにする。

このようにコリメータの選択的使用を行えるようにするのは以下の理由による。Ｘ線ＣＴにおける撮影方式には、画像再構成に必要な全てのデータを取得するのに被検体に並進動と回転動を行わせる必要のある方式と回転動のみで画像再構成に必要な全てのデータの取得を可能とする方式がある。必要なデータを取得するための並進動には、被検体の大きさに応じてそれなりの並進距離を必要とする。一体型コリメータ２ではそのテーブル配置空間部２１に回転テーブル４が配置されることになり、回転テーブル４の並進動はテーブル配置空間部２１に制限される。この制限の範囲で必要な並進動を被検体Ｍに行わせることができる場合には一体型コリメータ２を用い、必要な並進動を被検体Ｍに行わせることができない場合にはセット型コリメータ３１を用いる。すなわちコリメータの選択的使用は、被検体に並進動と回転動を行わせる撮影方式に対しても容易に対応できるようにするためである。

なお本実施形態では、一体型コリメータ２とセット型コリメータ３１を上下方向に並べて配置するようにしているが、この他にも一体型コリメータ２とセット型コリメータ３１を左右方向に並べて配置する構成も可能である。

本発明は、従来の技術における中間コリメータとポストコリメータの位置合せといった困難な問題を招くことなく、断層像の空間分解能の向上を可能とするものであり、ＣＴ装置の分野で広く利用することができる。

第１の実施形態によるＣＴ装置の構成を模式化して示す図である。 図１のＣＴ装置を横方向から見た状態を一部断面にして示す図である。 一体型コリメータの外観を簡略化して示す図である。 第２の実施形態によるＣＴ装置の構成を模式化して示す図である。 図４のＣＴ装置を横方向から見た状態を一部断面にして示す図である。

符号の説明

１ Ｘ線源装置
１ｔ Ｘ線源
２ 一体型コリメータ
４ 回転テーブル
７ Ｘ線検出装置
２１ テーブル配置空間部
２２ 前側貫通孔
２３ 後側貫通孔
３１ セット型コリメータ
３２ プリコリメータ
３３ ポストコリメータ
３４ 貫通孔
３５ 貫通孔
Ｍ 被検体

Claims (2)

1. 被検体に放射線を照射する放射線源、前記被検体を載置するテーブル、および前記被検体を透過した放射線を検出する放射線検出装置を備えたＣＴ装置において、
   前記テーブルを配置するためのテーブル配置空間部が中間位置に形成されるとともに、前記放射線を所定断面積のビーム状にして前記放射線源から前記放射線検出装置に向け通過させる貫通孔として、前記放射線源の側に位置する前側貫通孔と前記放射線検出装置の側に位置する後側貫通孔がそれぞれ複数で、前記テーブル配置空間部を挟んで対向する状態に形成された一体型コリメータを備えていることを特徴とするＣＴ装置。
2. 前記貫通孔が形成されて前記放射線源に近接して配置されるプリコリメータと前記貫通孔が形成されて前記放射線検出装置に近接して配置されるポストコリメータの組合せからなるセット型コリメータをさらに備えており、このセット型コリメータと前記一体型コリメータを選択的に使用することができるようにされている請求項１に記載のＣＴ装置。
   

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