JP2006255188A

JP2006255188A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置

Info

Publication number: JP2006255188A
Application number: JP2005077664A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Shindo; 康孝信藤
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】本発明の目的は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置において、回転軸方向にＸ線管球をシフト可能に設けることにある。
【解決手段】Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、回転可能に支持されたシリンダ１００と、シリンダ１００の内面に保持されるＸ線管球１１１と、シリンダ１００の内面に保持されるＸ線検出器１１３，１２３と、シリンダ１００を回転軸回りに回転駆動するシリンダ回転駆動部１６と、Ｘ線管球１１１を回転軸と略平行な向きに沿ってシフトするためのシフト機構１１２とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線管球をＸ線検出器とともに回転するいわゆる第３世代のＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、被検体を透過したＸ線の強度に基づいて、被検体についての情報を画像により提供するものであり、疾病の診断、治療や手術計画等を初めとする多くの医療行為において重要な役割を果たしている。近年では、Ｘ線管球と、複数の検出素子列を有するＸ線検出器との対を複数有する多管型が検討されている。

このようなＸ線コンピュータ断層撮影装置において、Ｘ線管球やＸ線検出器は円盤状のベースフレームにネジ等で固定されている。そのため回転半径方向には移動可能に設けることは比較的容易であるが、回転軸方向に移動可能に設けることは容易ではない。その原因としては、回転時の剛性低下や構造の複雑化にある。

本発明の目的は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置において、回転軸方向にＸ線管球をシフト可能に設けることにある。

本発明に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、回転可能に支持された円筒形部材と、前記円筒形部材の内面に保持される少なくとも一つのＸ線管球と、前記円筒形部材の内面に保持される少なくとも一つのＸ線検出器と、前記円筒形部材を回転軸回りに回転駆動する回転駆動部と、前記Ｘ線管球を前記回転軸と略平行な向きに沿ってシフトするためのシフト機構とを具備する。

本発明によれば、回転軸方向にＸ線管球をシフト可能に設けることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置には、Ｘ線管球と放射線検出器とが１体として被検体の周囲を回転する回転／回転タイプと、リング状に多数の検出素子がアレイされ、Ｘ線管球のみが被検体の周囲を回転する固定／回転タイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは、現在、主流を占めている回転／回転タイプとして説明する。また、入射Ｘ線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。Ｘ線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよい。

図１は本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示している。このＸ線コンピュータ断層撮影装置は、被検体に関する投影データを収集するために構成された架台１を有する。架台１は、シリンダ回転駆動部１６により回転駆動される円筒形部材（シリンダ）１００を収容する。シリンダ１００の回転軸はシリンダ１００の中心軸に略一致する。シリンダ１００の回転軸をＺ軸とし、Ｚ軸に対して垂直面をＸＹの直交２軸で既定するものとする。

シリンダ１００の内面には、第１Ｘ線管球１１１と第１Ｘ線検出器１１３とが対向して配置される。第１Ｘ線管球１１１の陰極陽極間には第１高電圧発生部１４から管電圧が印加され、また第１Ｘ線管球１１１のフィラメントには第１高電圧発生部１４からフィラメント電流が供給される。管電圧の印加及びフィラメント電流の供給により第１Ｘ線管球１１１の陽極ターゲットからＸ線が発生される。第１Ｘ線検出器１１３は、複数のＸ線検出素子を有する。例えば９１６個のＸ線検出素子が第１Ｘ線管球１１１のＸ線焦点を中心として円弧状に配列される。この列がスライス方向に１列又は複数列並設される。第１Ｘ線検出器１１３には、一般的にＤＡＳ(data acquisition system) と呼ばれている第１データ収集部１１４が接続される。第１データ収集部１１４は、サンプリングパルス発生器２７からの第１サンプリングパルスに従って周期的に第１Ｘ線検出器１１３の各チャンネルごとに出力される信号を電圧信号に変換し、増幅し、さらにディジタル信号に変換する動作を繰り返す。

シリンダ１００の内面には、第２Ｘ線管球１２１と第２Ｘ線検出器１２３とが対向して配置される。第２Ｘ線管球１２１は、第１Ｘ線管球１１１に対して、回転軸回りに例えば１２０°ずれた位置に配置される。第２Ｘ線管球１２１は、第２高電圧発生部１５から管電圧の印加及びフィラメント電流の供給により陽極ターゲットからＸ線を発生する。第２Ｘ線検出器１２３は、第１Ｘ線検出器１１３と同一又は、列数や素子数が相違する構造を有する。第２Ｘ線検出器１２３には、第２データ収集部１２４が接続され、サンプリングパルス発生器２７からの第２サンプリングパルスに従って周期的に各チャンネルごとに出力される信号を電圧信号に変換し、増幅し、さらにディジタル信号に変換する動作を繰り返す。

寝台１０は、Ｚ軸に沿って移動可能な天板２０を有する。天板２０の移動は寝台駆動部１７により駆動される。データ収集時には被検体が天板２０上に載置され、Ｚ軸を中心とした撮影領域内に挿入される。

第１Ｚシフト機構１１２は、シリンダ１００の内側において、第１Ｘ線管球１１１と第１Ｘ線検出器１１３とを個別に回転軸（Ｚ軸）と略平行な方向に前後に移動自在に支持し、駆動する構造を有している。第２Ｚシフト機構１２２は、シリンダ１００の内側において、第２Ｘ線管球１２１と第２Ｘ線検出器１２３とを個別に回転軸（Ｚ軸）と略平行な方向に前後に移動自在に支持し、駆動する構造を有している。

Ｚシフト機構制御部１９は、システム制御部２０の指示に従って、第１、第２Ｚシフト機構１１２、１２２を制御して、第１Ｘ線管球１１１、第１Ｘ線検出器１１３、第２Ｘ線管球１２１、第２Ｘ線検出器１２３を個別に移動する。これら第１Ｘ線管球１１１、第１Ｘ線検出器１１３、第２Ｘ線管球１２１、第２Ｘ線検出器１２３の移動には、調整モードと、撮影モードとがある。調整モードのもとでは、第１Ｘ線管球１１１、第１Ｘ線検出器１１３、第２Ｘ線管球１２１、第２Ｘ線検出器１２３それぞれの基準位置が設定される。撮影モードには、２種類のモードが選択可能に設けられる。

一方のモード（時間分解能重視モード）では、第１Ｘ線管球１１１と第１Ｘ線検出器１１３とによるスライス面（撮影面）が、第２Ｘ線管球１２１と第２Ｘ線検出器１２３とによるスライス面と一致するように制御される。それにより第１Ｘ線検出器１１３による投影データと、第２のＸ線検出器１２３による投影データとの両方に基づいて当該スライス面に関する断層像データを再構成することができる。従って、１フレームの断層像データを再構成するのに通常、１８０°＋ファン角分の投影データを必要とするハーフ再構成法では、１８０°未満の角度分の投影データで１フレームの断層像データを再構成することができ、また１フレームの断層像データを再構成するのに通常、３６０°の投影データを必要とするフル再構成法では、３６０°未満の角度分の投影データで１フレームの断層像データを再構成することができるようになるので、１フレームの断層像データを再構成するのに必要な投影データの収集に要する時間（時間分解能）が短縮され得る。

他方のモード（撮影範囲重視モード）では、第１Ｘ線管球１１１と第１Ｘ線検出器１１３とによる第１スライス面が、第２Ｘ線管球１２１と第２Ｘ線検出器１２３とによる第２スライス面と異なる位置になるように制御される。それにより第１スライス面に関する投影データと、第１スライス面とは異なる第２スライス面に関する投影データとを同時に収集することができるようになる。

計算機ユニット２は、上述のシステム制御部２０とともに、スキャン制御部２１、前処理部２３、画像再構成部２４、表示部２５、操作卓２６から構成される。前処理部２３は、第１、第２データ収集部１１４，１２４から出力されるデータ（純生データ）に対して感度補正等の補正処理を施して生データ（投影データ）を発生する。画像再構成部２４は、投影データから画像データを再構成するためにも受けられている。

図２、図３、図４に示すように、円筒形のシリンダ１００は、構造体としての剛性を補強するため、その外周に円環形の補強部材１０１，１０２が設けられている。シリンダ１００の内側には、第１Ｘ線管球１１１、第１Ｘ線検出器１１３、第２Ｘ線管球１２１、第２Ｘ線検出器１２３が配置される。第１Ｘ線検出器１１３は、第１Ｘ線管球１１１に対向する。第２Ｘ線管球１２１は、第１Ｘ線管球１１１に対して、回転軸回りに例えば略１２０°又は略９０°ずれた位置に配置される。第２Ｘ線検出器１２３は、第２Ｘ線管球１２１に対向する。

第１Ｚシフト機構１１２は、第１Ｘ線管球１１１を回転軸と略平行な方向に移動自在に支持するための一対のガイドレール２１１，２１２と、第１Ｘ線管球１１１の移動を駆動するためのアクチュエータ２１３とを有する。ガイドレール２１１，２１２は、円筒形のシリンダ１００の内面に固定され、ガイドレール２１１，２１２に移動可能に第１Ｘ線管球１１１のベースが嵌合されている。また第１Ｘ線管球１１１とは分離して第１Ｘ線検出器１１３を移動するために、第１Ｚシフト機構１１２は、第１Ｘ線検出器１１３を移動自在に支持するための一対のガイドレール２１４，２１５と、第１Ｘ線検出器１１３の移動を駆動するためのアクチュエータ２１６とを有する。ガイドレール２１４，２１５は、円筒形のシリンダ１００の内面に固定され、ガイドレール２１４，２１５に移動可能に第１Ｘ線検出器１１３のベースが嵌合されている。

第２Ｚシフト機構１２２は、第２Ｘ線管球１２１を回転軸と略平行な方向に移動自在に支持するための一対のガイドレール３１１，３１２と、第２Ｘ線管球１２１の移動を駆動するためのアクチュエータ３１３とを有する。ガイドレール３１１，３１２は、円筒形のシリンダ１００の内面に固定され、ガイドレール３１１，３１２に移動可能に第２Ｘ線管球１２１のベースが嵌合されている。また第２Ｘ線管球１２１とは分離して第２Ｘ線検出器１２３を移動するために、第２Ｚシフト機構１２２は、第２Ｘ線検出器１２３を移動自在に支持するための一対のガイドレール３１４，３１５と、第２Ｘ線検出器１２３の移動を駆動するためのアクチュエータ３１６とを有する。ガイドレール３１４，３１５は、円筒形のシリンダ１００の内面に固定され、ガイドレール３１４，３１５に移動可能に第２Ｘ線検出器１２３のベースが嵌合されている。

このように回転体を、円環形ではなく、円筒形のシリンダ１００として、その内側に第１Ｘ線管球１１１、第１Ｘ線検出器１１３、第２Ｘ線管球１２１、第２Ｘ線検出器１２３を配置したことで、回転体の高速回転時の変形や回転体に対するＸ線管球等の位置ズレが起こり難くなる。また、回転軸方向に関する第１Ｘ線管球１１１、第１Ｘ線検出器１１３、第２Ｘ線管球１２１、第２Ｘ線検出器１２３の移動を実現するための構造が簡略化できる。これらの効果は特に多管球型において顕著である。

上述したように第１、第２のＺシフト機構１１２，１２２により、第１Ｘ線管球１１１、第１Ｘ線検出器１１３、第２Ｘ線管球１２１、第２Ｘ線検出器１２３の移動に関して、調整モードと、撮影モードとがある。操作卓２６の適当な操作により調整モードが起動する。調整モードは、第１Ｘ線管球１１１、第１Ｘ線検出器１１３、第２Ｘ線管球１２１、第２Ｘ線検出器１２３で共通の基準位置（Ｚ位置）からのずれを解消するためのモードである。出荷時、据付時、または定期的に基準位置の調整が必要とされる。電源投入すると、第１Ｘ線管球１１１、第１Ｘ線検出器１１３、第２Ｘ線管球１２１、第２Ｘ線検出器１２３が初期的に基準位置に移動するようになっている。この初期位置が基準位置からずれているとき、サービスマン等の操作者は操作卓２６を適当に操作して、第１Ｘ線管球１１１、第１Ｘ線検出器１１３、第２Ｘ線管球１２１および第２Ｘ線検出器１２３が基準位置で揃うように、第１Ｘ線管球１１１、第１Ｘ線検出器１１３、第２Ｘ線管球１２１又は第２Ｘ線検出器１２３を回転軸に沿って移動する。調整モードによる基準位置に対する初期位置のずれの補正量は、Ｚシフト機構制御部１９内の記憶部に記憶される。次回起動時には、ずれの補正量に従って第１Ｘ線管球１１１、第１Ｘ線検出器１１３、第２Ｘ線管球１２１および第２Ｘ線検出器１２３を初期的に移動する。それにより第１Ｘ線管球１１１、第１Ｘ線検出器１１３、第２Ｘ線管球１２１および第２Ｘ線検出器１２３が基準位置で揃う。

時間分解能重視モードが選択されたとき、Ｚシフト機構制御部１９は、第１Ｘ線管球１１１、第１Ｘ線検出器１１３、第２Ｘ線管球１２１および第２Ｘ線検出器１２３が基準位置で揃うように、第１、第２Ｚシフト機構１１２，１２２を制御する。第１Ｘ線管球１１１、第１Ｘ線検出器１１３、第２Ｘ線管球１２１および第２Ｘ線検出器１２３が基準位置で揃った電源投入時の初期状態にあるとき、Ｚシフト機構制御部１９はその状態を維持する。

撮影範囲重視モードが選択されたとき、第１Ｘ線管球１１１と第１Ｘ線検出器１１３とによる第１スライス面が、第２Ｘ線管球１２１と第２Ｘ線検出器１２３とによる第２スライス面と異なる位置、例えば第１スライス面が第２スライス面に対して所定距離離間するように、Ｚシフト機構制御部１９は、第１Ｚシフト機構１１２を制御して第１Ｘ線管球１１１と第１Ｘ線検出器１１３を基準位置から移動する。または、第１スライス面に対して第２スライス面が所定距離離間するように、Ｚシフト機構制御部１９は、第２Ｚシフト機構１２２を制御して第２Ｘ線管球１２１と第２Ｘ線検出器１２３を基準位置から移動する。または、第１スライス面と第２スライス面とが所定距離離間するように、Ｚシフト機構制御部１９は、第１、第２Ｚシフト機構１１２，１２２の両方を制御して第１、第２Ｘ線管球１１１、１２１と、第１、第２Ｘ線検出器１１３、１２３を基準位置から移動する。なお、撮影範囲重視モードでの第１スライス面と第２スライス面との間の距離は、任意設定である。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図。図１のシリンダの正面図。図２のＡＡ断面図。図１のシリンダの斜視図。

符号の説明

１…架台、１０…寝台、２０…天板、２…計算機ユニット、１３…Ｚシフト機構、１４…第１高電圧発生部、１５…第２高電圧発生部、１６…シリンダ回転駆動部、１７…寝台駆動部、１９…Ｚシフト機構制御部、２０…システム制御部、２１…スキャン制御部、２３…前処理部、２４…画像再構成部、２５…表示部、２６…操作卓、２８…データ／制御バス、１１１…第１Ｘ線管球、１１２…第１Ｚシフト機構、１１３…第１Ｘ線検出器、１１４…第１データ収集部、１２１…第２Ｘ線管球、１２２…第２Ｚシフト機構、１２３…第２Ｘ線検出器、１２４…第２データ収集部、。

Claims

回転可能に支持された円筒形部材と、
前記円筒形部材の内面に保持される少なくとも一つのＸ線管球と、
前記円筒形部材の内面に保持される少なくとも一つのＸ線検出器と、
前記円筒形部材を回転軸回りに回転駆動する回転駆動部と、
前記Ｘ線管球を前記回転軸と略平行な向きに沿ってシフトするためのシフト機構とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記Ｘ線検出器を前記回転軸と略平行な向きに沿ってシフトするためのシフト機構をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記円筒形部材を補強するために前記円筒形部材の外周に設けられた円環形の補強部材をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記Ｘ線管球は前記Ｘ線検出器とともに複数設けられることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
回転可能に支持された円筒形部材の内面にＸ線管球とＸ線検出器とを支持してなることを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置の架台。