JP2006271723A - X-ray computed tomography apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マルチスライス型のX線検出器を有するX線コンピュータ断層撮影装置に関する。 The present invention relates to an X-ray computed tomography apparatus having a multi-slice X-ray detector.
マルチスライス型のX線検出器は、チャンネル方向が回転軸に対して直交するように細心の注意をもってフレームに取り付けられる。マルチスライス型のX線検出器の向きがずれて、チャンネル方向が回転軸に対して傾斜しているとき、画像にボケやアーチファクトが発生する。それは、マルチスライス型のX線検出器のチャンネル方向が回転軸に対して正確に直交しているものとの仮定の上でバックプロジェクション演算を行うことに起因している。つまり、その仮定では、バックプロジェクション演算上の経路(レイ)と、実際のデータ収集時のX線経路との不一致が生じる。その不一致に起因して、画像にボケやアーチファクトが発生する。このボケやアーチファクトは、高い解像度ではより顕著になる。つまり、解像度が高くなればなるほど、マルチスライス型のX線検出器の高い取り付け精度が要求される。 The multi-slice X-ray detector is attached to the frame with great care so that the channel direction is orthogonal to the rotation axis. When the direction of the multi-slice X-ray detector is deviated and the channel direction is inclined with respect to the rotation axis, blurring and artifacts occur in the image. This is because the back projection operation is performed on the assumption that the channel direction of the multi-slice X-ray detector is exactly orthogonal to the rotation axis. That is, under the assumption, there is a discrepancy between the path (ray) in the back projection operation and the X-ray path at the time of actual data collection. Due to the mismatch, blur and artifacts occur in the image. This blur and artifact becomes more pronounced at higher resolutions. In other words, the higher the resolution, the higher the mounting accuracy of the multi-slice X-ray detector is required.
本発明の目的は、X線コンピュータ断層撮影装置及びそのX線検出器のアライメント方法において、X線検出器のアライメント精度を向上することにある。 An object of the present invention is to improve the alignment accuracy of an X-ray detector in an X-ray computed tomography apparatus and an alignment method of the X-ray detector.
本発明の第1局面において、X線コンピュータ断層撮影装置は、回転軸回りに回転自在に支持されるX線を発生するX線発生部と、被検体を透過したX線を検出する複数の検出素子列を有するX線検出器と、前記X線検出器の出力に基づいて前記被検体の画像を生成する生成部と、前記画像を表示する表示部と、前記X線発生部が所定角度とその対向角度それぞれの位置で透過画像を撮影するために前記X線発生部と前記X線検出器とを制御する制御部とを具備する。
本発明の第2局面において、X線コンピュータ断層撮影装置のX線検出器のアライメント方法は、X線発生部と複数の検出素子列を有するX線検出器との間にメタルワイヤ線を挟んで所定角度から第1透過画像を撮影し、前記所定角度に対して対向する角度から第2透過画像を撮影し、前記第1透過画像と前記第2透過画像とを同一画面に表示する。
In the first aspect of the present invention, an X-ray computed tomography apparatus includes an X-ray generator that generates X-rays that are rotatably supported around a rotation axis, and a plurality of detections that detect X-rays transmitted through a subject. An X-ray detector having an element array; a generation unit that generates an image of the subject based on an output of the X-ray detector; a display unit that displays the image; and the X-ray generation unit having a predetermined angle A control unit that controls the X-ray generation unit and the X-ray detector in order to capture a transmission image at each of the opposing angles;
In the second aspect of the present invention, an X-ray detector alignment method for an X-ray computed tomography apparatus includes a metal wire line interposed between an X-ray generator and an X-ray detector having a plurality of detection element arrays. A first transmission image is taken from a predetermined angle, a second transmission image is taken from an angle opposite to the predetermined angle, and the first transmission image and the second transmission image are displayed on the same screen.
本発明によれば、X線検出器のアライメント精度を向上することができる。 According to the present invention, the alignment accuracy of the X-ray detector can be improved.
以下、図面を参照して本発明によるX線コンピュータ断層撮影装置の実施形態を説明する。なお、1スライスの断層像データを再構成するには、被検体の周囲1周、約360°分の投影データが、またハーフスキャン法でも180°+α(α;ファン角)分の投影データが必要とされる。本実施形態では、動きの速い心臓等の撮影に有効なハーフスキャン法を採用する。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が、ここでは、前者の間接変換形として説明する。また、近年では、X線管とX線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型のX線コンピュータ断層撮影装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本発明では、従来からの一管球型のX線コンピュータ断層撮影装置であっても、多管球型のX線コンピュータ断層撮影装置であってもいずれにも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。 Embodiments of an X-ray computed tomography apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In order to reconstruct one-slice tomographic image data, projection data for about 360 ° around the subject, and projection data for 180 ° + α (α: fan angle) are obtained by the half scan method. Needed. In the present embodiment, a half scan method that is effective for photographing a fast moving heart or the like is employed. In addition, the mechanism for converting incident X-rays into electric charges is based on an indirect conversion type in which X-rays are converted into light by a phosphor such as a scintillator and the light is further converted into electric charges by a photoelectric conversion element such as a photodiode. The generation of electron-hole pairs in semiconductors and their transfer to the electrode, that is, the direct conversion type utilizing a photoconductive phenomenon, is the mainstream. Any of these methods may be employed as the X-ray detection element, but here, the former indirect conversion type will be described. In recent years, the so-called multi-tube X-ray computed tomography apparatus in which a plurality of pairs of an X-ray tube and an X-ray detector are mounted on a rotating ring has been commercialized, and the development of peripheral technologies has progressed. Yes. The present invention can be applied to both a conventional single-tube X-ray computed tomography apparatus and a multi-tube X-ray computed tomography apparatus. Here, a single tube type will be described.
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架台装置の内部構成を示している。同図(a)は当該架台装置の側面構造、同図(b)は当該架台装置の正面構造をそれぞれ示している。架台装置1には、回転中心軸RA(Z軸)回りに回転自在に支持された円環形状の回転フレーム2が設けられる。回転フレーム2の中心付近は、撮影領域を確保するために開口される。回転フレーム2にはX線管球101が搭載される。
FIG. 1 shows the internal configuration of the gantry of the X-ray computed tomography apparatus according to this embodiment. FIG. 2A shows a side structure of the gantry device, and FIG. 2B shows a front structure of the gantry device. The
X線管球101と撮影領域との間には、X線の低エネルギー成分を低減するとともにX線強度分布を成形するウェッジフィルタ4と、X線をここではコーンビーム状に成形するためのX線コリメータ5とが配置される。ウェッジフィルタ4とX線コリメータ5とは取り付け台6を介して回転フレーム2に搭載される。X線管球101に対して撮影領域を介してマルチスライス型(多列型)のX線検出器8が配置される。マルチスライス型X線検出器8は、各々が例えば0.5mm×0.5mmの正方の受光面を有する複数のX線検出素子を有する。例えば916個のX線検出素子がチャンネル方向(X軸に近似)に配列される。この列がスライス方向(Z軸)に例えば64列並設される。一般的にDAS(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集装置9は、検出器8から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。X線検出器8は、データ収集装置9とともに、取り付けフレーム7に装着される。取り付けフレーム7は、位置決めピン11、13によりX軸及びZ軸方向に関して位置合わせされ、固定ネジ10、12、14、15により回転フレーム2に固定される。
Between the X-ray tube 101 and the imaging region, a
図2には、本実施形態に係るX線コンピュータ断層撮影装置の機能ブロックを示している。架台装置1には上述したX線管球3等とともに、高圧発生部16、絞り駆動装置17、回転駆動装置18、架台制御部19が設けられる。高圧発生部16は、架台制御部19の制御に従って、X線管球3の陰極陽極間に管電圧(高電圧)を印加し、またX線管球3のフィラメントにフィラメント電流を供給する。管電圧の印加及びフィラメント電流の供給によりX線管球3の焦点からX線が発生される。絞り駆動装置17は、架台制御部19の制御に従って、X線コリメータ5の開口を変化する。回転駆動装置18は、架台制御部19の制御に従って、回転フレーム2を回転駆動する。寝台装置21は、被検体Pを載置するためのZ軸(体軸)に沿って移動自在に支持される天板22と、架台制御部19の制御に従って天板22を移動駆動するための天板駆動部35とを有する。
FIG. 2 shows functional blocks of the X-ray computed tomography apparatus according to this embodiment. In addition to the above-described
操作コンソール23の前処理部26は、データ収集装置9から出力されるデータ(生データ)に対して感度補正等の補正処理を施す。前処理された生データは一般的に投影データと称する。投影データは、X線管球3の回転角度を表すビュー角、チャンネル番号、列番号及び天板22の位置を表す各コードを関連付けられ、投影データ記憶部27に記憶される。操作コンソール23は、上記前処理部26及び投影データ記憶部27とともに、入力装置24、コンソール制御部25、記憶された投影データに基づいて断層画像データを例えばハーフ再構成法により再構成する再構成処理部28、再構成された断層画像データを記憶する画像記憶部29、記憶された断層画像データから例えばMPR画像(任意断面変換画像)データを生成する画像処理部31、断層画像データやMPR画像等を表示するための表示装置32を有する。入力装置24には、アライメントモードスイッチが設けられている。アライメントモードスイッチが押されたとき、後述するアライメント動作をコンピュータとしてのコンソール制御部25に実現させるためのアライメントプログラムが起動する。それによりコンソール制御部25は、X線検出器8の位置合わせを支援するためのアライメントモードのもとで制御動作をする。なお、アライメントプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶されていても良い。
The preprocessing
図3には、コンソール制御部25によるX線検出器8の位置合わせ動作を示している。X線検出器8の位置合わせは、定常的に行われるのではなく、製品出荷時、設置時、定期検査等の時点で実施される。図4に示すように、X線検出器8は、初期的に、その中心線がZ軸(回転軸RA)に対して傾斜しているものと仮定する。換言すると、X線検出器8は、初期的に、その中心線が、回転面(XY面)に対して交差しているものと仮定する。X線検出器8の位置合わせとは、X線検出器8の中心線がZ軸(回転軸RA)に対して直交するように、X線検出器8を位置合わせするものである。
FIG. 3 shows an alignment operation of the
コンソール制御部25は、X線検出器8の位置合わせの準備作業として、図5に示すように、天板22上の規定位置に、X線吸収性を有する例えば鉛合金製の金属ワイヤ42をZ軸と略直交する向きに置くことを、表示装置32を介してガイドする。操作者は、ガイドに従って、天板22上の規定位置にワイヤ42をZ軸と略直交する向きに配置する。なお、天板22には、ワイヤ42を配置する位置及び向きを補助するための補助線41が形成されている。この段階では、ワイヤ42はZ軸に対して完全に正確に直交させる必要はない。ワイヤ42の設置完了が入力装置24を介して入力されたとき、コンソール制御部25は、天板22を基準位置に移動する。それによりワイヤ42は、コーンビームX線の略中心に位置する。
As a preparatory work for alignment of the
続いて、コンソール制御部25は、回転駆動装置18を制御して、図6(a)、図6(b)に示すように、回転フレーム2を回転させ、X線管球3を所定位置として典型的には最上段の位置に、X線検出器8を上記所定位置から180度ずれた位置として典型的には最下段の位置にそれぞれ配置する。この配置はトップビューと称する。このトップビューでコンソール制御部25の制御により1ショット撮影が行われる(S1)。つまり、高電圧発生部16からX線管球3にフィラメント電流が供給され、管電圧が短時間印加される。それによりパルスX線が発生され、X線検出器8で検出される。このX線の透過画像(トップビュー画像)データは画像記憶部29に記憶される。
Subsequently, the
同様に、コンソール制御部25は、回転駆動装置18を制御して、図7(a)、図7(b)に示すように、回転フレーム2を回転させ、X線管球3をS1の位置から180度ずれた位置として典型的には最下段の位置に、X線検出器8を最上段の位置にそれぞれ配置する。この配置はボトムビューと称する。このボトムビューでコンソール制御部25の制御により1ショット撮影が行われる(S2)。このX線の透過画像(ボトムビュー画像)データは画像記憶部29に記憶される。
Similarly, the
図8には、上記図4の初期状態におけるトップビューとボトムビューそれぞれから見た検出器8とワイヤ20との配置を示している。コンソール制御部25は、トップビュー画像とボトムビュー画像は同時に並列して表示装置32に表示させる。この検出器8のずれにより、図9(a)に示すように、トップビュー画像上では、ワイヤ像が画像中心線(X軸)に対して平行にならずに、傾斜する。この角度を、角度α1とする。同様に、図9(b)に示すように、ボトムビュー画像上では、ワイヤ像が画像中心線(X軸)に対して角度α2で傾斜する。
FIG. 8 shows the arrangement of the
コンソール制御部25の制御により、角度α1と角度α2とが等しいか否かを問い合わせるメッセージが表示装置32に表示される。なお、角度α1と角度α2とが等しいか否かの判断を操作者に委ねるのではなく、ワイヤ像を透過画像から画像処理により抽出して角度α1、α2を自動計算して、角度α1と角度α2とが等しいか否かを自動判定するようにしても良い。つまり、コンソール制御部25では、トップビュー画像からワイヤ像に近い近似直線を画像認識処理として例えば閾値による二値化処理により特定し、画像横軸(X軸)に対する近似直線の傾き角度α1を計算する。同様に、コンソール制御部25では、ボトムビュー画像からワイヤ像に近い近似直線を画像認識処理として例えば閾値による二値化処理により特定し、画像横軸(X軸)に対する近似直線の傾き角度α2を計算する。計算された角度α1、α2は、コンソール制御部25の制御により、表示装置32に数値で表示される。
Under the control of the
また、操作者がガイド線をワイヤ像に合わせることまではマニュアルで行い、角度α1と角度α2とが等しいか否かをの判定については自動化するようにしても良い。 Further, it is possible to manually perform the operation until the operator aligns the guide line with the wire image and to automatically determine whether the angle α1 and the angle α2 are equal.
角度α1と角度α2とが相違していることは、ワイヤ20がZ軸に対して正確に直交していないこと、換言すると、ワイヤ20がXY面に対して傾斜していることを意味している。角度α1と角度α2とが等価になるように、操作者はワイヤ20の向きを少し調整して、その後、表示画面上の「リトライ」ボタンを押す。それに応じて、コンソール制御部25の制御によりS1,S2、S3の処理が再度実行される。角度α1と角度α2とが等価になるまで、S1,S2、S3、S4の処理が繰り返される。
The difference between the angle α1 and the angle α2 means that the
検出器8の位置合わせの基準となるワイヤ20をZ軸に対して直交するように設定した後、検出器8の位置合わせ作業が実際的に開始される。
After the
X線検出器8の取り付け位置の調整は、図11に示すように、厚さが例えば0.5mmの薄い金属製の調整板としてのシム30により行われる(S5)。シム30を挟んで、回転フレーム2に検出器/DAS取り付けフレーム7を固定ネジ10、12で固定する。シム30は、固定ネジ10、12にかみ合って位置ずれを起こさないようにU字形の切り欠きを有している。左側の固定ネジ10と右側の固定ネジ12との一方にだけ任意枚数のシム30を重ねて挟むこと、または左側の固定ネジ10に挟むシム30の枚数と、右側の固定ネジ12に挟むシム30の枚数とを相違させることで、Z軸(回転軸RA)に対するX線検出器8の中心線の向きのずれを修正することができる。左側の固定ネジ10と右側の固定ネジ12との一方にだけ挟み込むシム30の枚数、または左側の固定ネジ10に挟むシム30の枚数と右側の固定ネジ12に挟むシム30の枚数との差を、ずれ角α1(=α2)に応じてある程度決定することができる。この枚数又は枚数の差を、コンソール制御部25により、ずれ角α1(=α2)に基づいて決定し、表示装置32に表示するようにしても良い。
Adjustment of the mounting position of the
S5において、ずれ角α1(=α2)に応じてシム30を挟み込んで回転フレーム2に検出器/DAS取り付けフレーム7を固定ネジ10、12で固定した後、図示しないがS1、S2と同様に、トップビュー撮影とボトムビュー撮影とを行って、トップビュー画像とボトムビュー画像とを取得する。表示装置32に表示されたトップビュー画像とボトムビュー画像を視認して、ずれ角がゼロ、つまり「α1=α2=0」となっているか否かを操作者は、判断する(S6)。ずれ角がゼロのとき、図10(a)に示すように、ワイヤ20は検出器8の中心線とほぼ重なる。また、図10(b)、図10(c)に示すように、ワイヤ像は、トップビュー画像とボトムビュー画像上でその中心線とほぼ重なる。
In S5, after the shim 30 is sandwiched according to the shift angle α1 (= α2) and the detector / DAS mounting frame 7 is fixed to the
表示装置32に表示されたトップビュー画像とボトムビュー画像上でずれ角がゼロ、つまり「α1=α2=0」となっていないとき、S5に戻り、シム30による検出器8の調整を再度行う。最終的に、トップビュー画像とボトムビュー画像上でずれ角がゼロとなるまで、S5のシム30による検出器8の調整、トップビュー撮影、ボトムビュー撮影、S6の判定を繰り返す。
When the angle of deviation between the top view image and the bottom view image displayed on the
以上のように、本実施形態によると、客観的にX線検出器の位置調整を行うことができるので、そのアライメント精度を向上することができる。X線検出器の位置ずれが解消される又は低減されると、再構成処理におけるバックプロジェクション演算上の経路(レイ)と、実際のデータ収集時のX線経路とが一致するので、その不一致に金して起こる画像のボケやアーチファクトの発生が抑圧され得る。 As described above, according to the present embodiment, since the position of the X-ray detector can be objectively adjusted, the alignment accuracy can be improved. If the X-ray detector misalignment is eliminated or reduced, the path (ray) on the back projection operation in the reconstruction process matches the X-ray path at the time of actual data collection. The occurrence of blurring and artifacts caused by money can be suppressed.
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。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1…架台、2…回転フレーム、3…X線管球、4…ウェッジフィルタ、5…X線コリメータ、6…X線コリメータ取り付け板、7…検出器/DAS取付フレーム、8…マルチスライス型X線検出器、9…データ収集装置(DAS)、10…固定ネジ、11…位置決めピン、12…固定ネジ、13…位置決めピン、14…固定ネジ、15…位置決めピン。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
被検体を透過したX線を検出する複数の検出素子列を有するX線検出器と、
前記X線検出器の出力に基づいて前記被検体の画像を生成する生成部と、
前記画像を表示する表示部と、
前記X線発生部が所定角度とその対向角度それぞれの位置で透過画像を撮影するために前記X線発生部と前記X線検出器とを制御する制御部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。 An X-ray generator that generates X-rays that are rotatably supported around a rotation axis;
An X-ray detector having a plurality of detection element arrays for detecting X-rays transmitted through the subject;
A generating unit that generates an image of the subject based on an output of the X-ray detector;
A display unit for displaying the image;
The X-ray generation unit includes a control unit that controls the X-ray generation unit and the X-ray detector in order to capture a transmission image at a predetermined angle and an opposite angle. Line computed tomography equipment.
前記所定角度に対して対向する角度から第2透過画像を撮影し、
前記第1透過画像と前記第2透過画像とを同一画面に表示することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置のX線検出器のアライメント方法。 Taking a first transmission image from a predetermined angle with a metal wire interposed between the X-ray generator and an X-ray detector having a plurality of detection element rows,
Taking a second transmission image from an angle facing the predetermined angle,
An X-ray detector alignment method for an X-ray computed tomography apparatus, wherein the first transmission image and the second transmission image are displayed on the same screen.
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