JP2007000606A - X線ct装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】X線照射・検出装置の回転時の振動による3次元的な絶対変位によって再構成画像の画質が低下しないX線CT装置を実現する。
【解決手段】ガントリ内で回転するX線照射・検出装置により被検体の複数ビューの透過X線信号を収集しそれら透過X線信号に基づいて画像を再構成するX線CT装置は、回転時の振動によるX線照射・検出装置(402)の3次元的な絶対変位をガントリに設けられたセンサ(500)を通じて測定する測定手段(710−750)と、測定手段の測定値に基づいて複数ビューの透過X線信号を補正する補正手段(760)とを具備する。センサは、ベース座標系の3軸方向におけるX線照射・検出装置の変位をそれぞれ電気信号に変換する3つのコンポジット・トランスデューサである。
【選択図】図11

Description

本発明は、X線CT(computed tomography)装置に関し、特に、ガントリ(gantry)内で回転するX線照射・検出装置により被検体の複数ビュー(view)の透過X線信号を収集し、それら透過X線信号に基づいて画像を再構成するX線CT装置に関する。
X線CT装置は、ガントリ内で回転するX線照射・検出装置により被検体の複数ビューの透過X線信号を収集するように構成されている。X線照射・検出装置の回転はスキャン(scan)とも呼ばれる。回転に伴うX線照射・検出装置の振動が再構成画像の品質に影響するので、X線照射・検出装置は、振動ができるだけ小さくなるようにバランス(balance)が調整される。バランス調整は水平方向の振動に着目して行われる。水平振動を検出するためのセンサ(sensor)は、X線照射・検出装置の絶対変位が検出可能なように、ガントリとは独立にフロア(floor)上に支持される(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−276039号公報(第3−4頁、図4−6)
バランス調整だけでX線照射・検出装置の振動を完全に除去することができないときは、スキャンに並行してX線照射・検出装置の振動を測定し、その測定値に基づいて透過X線信号を補正しなければならないが、X線照射・検出装置は水平以外の方向に振動しないとは限らないので、上記のように水平方向の振動を測定するだけでは不十分である。
また、X線照射・検出装置はガントリの中で回転しているので、その絶対変位を検出するためのセンサをガントリとは独立にフロア上に支持するには、ガントリの内部構造物と干渉しない特殊な支持機構が必要とされる。
そこで、本発明の課題は、X線照射・検出装置の回転時の振動による3次元的な絶対変位によって再構成画像の画質が低下しないX線CT装置を実現することである。また、振動センサを支持するのに特殊な支持機構を必要としないX線CT装置を実現することを課題とする。
上記の課題を解決するための本発明は、ガントリ内で回転するX線照射・検出装置により被検体の複数ビューの透過X線信号を収集し、それら透過X線信号に基づいて画像を再構成するX線CT装置であって、回転時の振動による前記X線照射・検出装置の3次元的な絶対変位を前記ガントリに設けられたセンサを通じて測定する測定手段と、前記測定手段の測定値に基づいて複数ビューの透過X線信号を補正する補正手段と、を具備することを特徴とするX線CT装置である。
前記センサは、ベース座標系の3軸方向における前記X線照射・検出装置の変位をそれぞれ検出する3つのコンポジット・トランスデューサであることが、X線照射・検出装置の3次元的な絶対変位を効果的に測定する点で好ましい。
前記コンポジット・トランスデューサは、前記ガントリの変位を検出するための内部速度トランスデューサと、前記ガントリに対する前記X線照射・検出装置の変位を検出するための渦電流トランスデューサと、それらトランスデューサの検出信号を加算する加算器との組み合わせであることが、X線照射・検出装置の絶対変位を測定する点で好ましい。
前記測定手段は、測定値を前記X線照射・検出装置の回転角に対応させてメモリに記憶することが、補正手段による透過X線信号の補正を容易にする点で好ましい。
前記補正手段は、透過X線信号のビューセンタを補正することが、振動の影響がない再構成画像を得る点で好ましい。
前記測定手段の測定値に基づいて警報を発する警報手段を具備することが、X線照射・検出装置のバランス調整を可能にする点で好ましい。
本発明によれば、ガントリ内で回転するX線照射・検出装置により被検体の複数ビューの透過X線信号を収集しそれら透過X線信号に基づいて画像を再構成するX線CT装置は、回転時の振動によるX線照射・検出装置の3次元的な絶対変位をガントリに設けられたセンサを通じて測定する測定手段と、測定手段の測定値に基づいて複数ビューの透過X線信号を補正する補正手段とを具備するので、X線照射・検出装置の回転時の振動による3次元的な絶対変位によって再構成画像の画質が低下しないX線CT装置を実現することができる。また、振動センサを支持するのに特殊な支持機構を必要としないX線CT装置を実現することができる。
以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図1にX線CT装置の模式的構成を示す。本装置は本発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、X線CT装置に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。
本装置は、ガントリ100、テーブル(table)200およびオペレータコンソール(operator console)300を有する。ガントリ100は、テーブル200によって搬入される被検体10を、X線照射・検出装置110でスキャン(scan)して複数ビューの透過X線信号を収集し、オペレータコンソール300に入力する。オペレータコンソール300は、ガントリ100から入力された透過X線信号に基づいて画像再構成を行い、再構成した画像をディスプレイ(display)302に表示する。
ガントリ100は本発明におけるガントリの一例である。X線照射・検出装置110は本発明におけるX線照射・検出装置の一例である。X線照射・検出装置110は、ガントリ100内で回転する。
オペレータコンソール300は、また、ガントリ100とテーブル200の動作を制御する。オペレータコンソール300による制御の下で、ガントリ100は所定のスキャン条件でスキャンを行い、テーブル200は所定の部位がスキャンされるように、撮影空間における被検体10の位置決めを行う。位置決めは、内蔵する位置調節機構により、天板202の高さおよび天板上のクレードル(cradle)204の水平移動距離を調節することによって行われる。
天板202の高さ調節は、支柱206をベース(base)208への取付部を中心としてスイング(swing)させることによって行われる。支柱206のスイングによって、天板202は上下方向および水平方向に変位する。クレードル204は天板202上で水平方向に変位する。スキャン条件によっては、ガントリ100をチルト(tilt)させた状態でスキャンが行われる。ガントリ100のチルトは、内蔵のチルト機構によって行われる。
図2に、X線照射・検出装置110の構成を模式的に示す。X線照射・検出装置110は、X線管130の焦点132から放射されたX線134をX線検出器150で検出するようになっている。
X線134は、図示しないコリメータ(collimator)で成形されてコーンビーム(cone beam)X線となっている。X線検出器150は、コーンビームX線の広がりに対応して2次元的に広がるX線入射面152を有する。X線入射面152は円筒の一部を構成するように湾曲している。円筒の中心軸は焦点132を通る。
X線照射・検出装置110は、撮影中心すなわちアイソセンタ(isocenter)Oを通る中心軸の周りを回転する。中心軸は、X線検出器150が形成する部分円筒の中心軸に平行である。
回転の中心軸の方向をz方向とし、アイソセンタOと焦点132を結ぶ方向をy方向とし、z方向およびy方向に垂直な方向をx方向とする。これらx,y,z軸はz軸を中心軸とする回転座標系の3軸となる。
図3に、X線検出器150のX線入射面152の平面図を模式的に示す。X線入射面152は検出セル(cell)154がx方向とz方向に2次元的に配置されたものとなっている。すなわち、X線入射面152は検出セル154の2次元アレイ(array)となっている。
個々の検出セル154はX線検出器150の検出チャンネル(channel)を構成する。これによって、X線検出器150は多チャンネルX線検出器となる。検出セル154は、例えばシンチレータ(scintillator)とフォトダイオード(photo diode)の組み合わせによって構成される。
X線照射・検出装置110は、ガントリ100内のロータ・アセンブリ(rotor assembly)によって支持される。図4および図5に、ロータ・アセンブリの構成を示す。図4は組立図、図5は分解図である。
ロータ・アセンブリはロータ402を有する。ロータ402はリング(ring)状のの構造物であり、ベアリング(bearing)404によってブラケット(bracket)406に回転自在に取り付けられている。ブラケット406は図示しないフレーム(frame)に固定される。
ロータ402は図示しない駆動部装置で駆動されて回転する。このロータ402に、X線照射・検出装置110が取り付けられる。X線照射・検出装置110が取り付けられたロータ402は、ガントリ100の回転部となる。フレームに固定されたブラケット406はガントリ100の固定部となる。
ベース(base)座標系においては、ロータ・アセンブリの中心軸をZ軸とし、垂直軸をY軸とし、水平軸をX軸とする。なお、ベース座標系とはフロアを基準とする座標系である。この座標系におけるロータ402の3次元的な変位が後述のように測定される。ベース座標系における変位は絶対変位である。
ロータ・アセンブリは、図6に示すような動的モデル(model)で表される。すなわち、ロータ・アセンブリは、ロータ402を表すマス(mass)422とブラケット406を表すマス462が、ベアリング404を表す並列なバネ442とダンパ(damper)444で結合されたものとなる。
図7に、ロータ402の3次元的な絶対変位を検出するためのセンサの配置を示す。センサとしては、3つのセンサ502,504,506が用いられる。これらのセンサは図示しない取付機構によってブラケット406に取り付けられている。センサ502,504,506は、本発明におけるセンサの一例である。
センサ502はロータ402のZ方向の変位を検出するものであり、Z方向においてロータ402の端面と非接触で対向するように配置される。センサ504はロータ402のY方向の変位を検出するものであり、Y方向においてロータ402の周面と非接触で対向するように配置される。センサ506はロータ402のX方向の変位を検出するものであり、X方向においてロータ402の周面と非接触で対向するように配置される。
これらのセンサはいずれもコンポジット・トランスデューサ(composite transducer)であり、図8に示すように、渦電流トランスデューサ602と、内部速度トランスデューサ604と、それらトランスデューサの検出信号を加算する加算器606との組み合わせからなる。
渦電流トランスデューサ602は、図9に要部の原理的構成を示すように、コイル(coil)622に交流電流を流して、非接触で対向する検出対象624に渦電流を発生させ、検出対象624との距離dの変化に基づく渦電流の変化によりコイル622のインダクタンス(inductance)が変化することを利用するものである。
コイル622のインダクタンスは、付属の電子回路によって変位に変換される。渦電流トランスデューサ602の出力信号は、検出対象の変位を表す。渦電流トランスデューサ602は、ロータ402を検出対象としてブラケット406に取り付けられるので、ブラケット406に対するロータ402の相対変位が検出される。
内部速度トランスデューサ604は、図10に要部の原理的構成を示すように、重り642によって慣性を大きくしたコイル644を、検出対象646に取り付けられた磁気回路648の磁束と鎖交するようにバネ650によって支持し、磁気回路648が検出対象646と一緒にコイル軸方向に振動するときのコイル644の誘起電圧を利用するものである。
コイル644の誘起電圧は、付属の電子回路によって変位に変換される。内部速度トランスデューサ604の出力信号は、それが取り付けられたブラケット406の変位すなわちガントリの固定を表す。この変位は絶対変位である。
加算器606で渦電流トランスデューサ602の出力信号と内部速度トランスデューサ604の出力信号を加算することにより、ブラケット406に対するロータ402の相対変位にブラケット406の絶対変位が加算され、ロータ402の絶対変位を表す信号が得られる。
このようにして、センサ502,504,506により、ロータ402のZ,Y,X方向における絶対変位がそれぞれ検出される。ロータ402の絶対変位はX線照射・検出装置110の絶対変位に他ならない。
X線照射・検出装置110の絶対変位を検出するこれらのセンサは、ブラケット406に取り付けられる。このため、その支持機構はガントリとは独立にフロア上にセンサを支持する場合のような特殊な機構にする必要がない。
渦電流トランスデューサ602は、本発明における渦電流トランスデューサの一例である。内部速度トランスデューサ604は、本発明における内部速度トランスデューサの一例である。加算器606は、本発明における加算器の一例である。センサ502,504,506がいずれもコンポジット・トランスデューサなのでロータ402の3次元的な絶対変位を効果的に測定することができる。
また、コンポジット・トランスデューサは、ガントリの固定部の変位を検出するための内部速度トランスデューサと、ガントリに固定部対する回転部の変位を検出するための渦電流トランスデューサと、それらトランスデューサの検出信号を加算する加算器との組み合わせであるので、回転部の絶対変位を効果的に検出することができる。
図11に、ロータの変位測定に着目した本装置のブロック図を示す。センサ500は電源部710から電源供給を受け、回転時の振動に伴うロータ402の3次元的な絶対変位dを検出する。なお、センサ500は3系統のセンサ502,504,506の総称である。センサ500の検出信号uは増幅部720で増幅される。増幅部720は3系統のセンサ502,504,506に対応した3系統の増幅器を有する。増幅部720の3系統の出力信号は、データ(data)収集部730によりそれぞれディジタルデータ(digital data)として収集される。これらのデータは、ロータ402の3次元的な絶対変位の測定値となる。
絶対変位の測定に並行して、回転角センサ740によりロータ402の回転角が検出される。回転角センサ740はロータリエンコーダ(rotary encoder)とそれに付属する電子回路からなる。回転角検出信号もデータ収集部730によりディジタルデータとして収集される。このデータは回転角の測定値となる。
データ収集部730によって収集された絶対変位と回転角の測定値はメモリ(memory)750に記憶される。メモリ750への記憶は、例えばスプレッドシート(spread sheet)形式で絶対変位と回転角とを対応させて行われる。これによって、ロータ402の回転角ごとの3次元絶対変位が記憶される。センサ500、電源部710、増幅部720、データ収集部730、回転角センサ740およびメモリ750からなる部分は、本発明における測定手段の一例である。メモリ750は、本発明におけるメモリの一例である。
メモリ750に記憶された3次元絶対変位と回転角の測定値は、データ補正部760によって透過X線信号の補正に利用され、また、バランス調整部770によってロータ402のバランス調整に利用される。データ補正部760は、本発明における補正手段の一例である。3次元絶対変位の測定値が回転角に対応させてメモリに記憶されるので、透過X線信号の補正が容易になる。
本装置の動作を説明する。図12に本装置の動作のフロー(flow)図を示す。先ず、ステップ(step)801で予備測定が行われる。予備測定は、ロータ402を振動しない程度にゆっくりと回転させながら、各回転角ごとにロータ402の3次元絶対変位を測定することによって行われる。これによって、各回転角におけるロータ402の静的な3次元絶対変位が測定される。
ステップ803で、静的な3次元絶対変位が許容範囲内か否かが判定される。判定は所定の閾値に基づいて行われる。閾値は、XYZの3方向について全て同一または個別の閾値である。
静的な絶対変位が3方向のいずれかにおいて許容範囲外のときは、ステップ805で警報が発せられる。警報には絶対変位の量および方向の表示が伴う。表示はオペレータコンソール300による制御の下でディスプレイ302により行われる。オペレータコンソール300およびディスプレイ302からなる部分は、本発明における警報手段の一例である。警報および表示に基づいて、ステップ807でバランス調整が行われる。
予備測定からバランス調整までの作業は、被検体を搬入しない状態で行われる。この作業は、工場における製品の調整段階や稼動サイトへの据え付け時に行われる。また、定期あるいは随時の保守時に行われる。
静的な3次元絶対変位が許容範囲内の場合は、ステップ809でスキャンが行われる。これによって、ロータ402は正規の速度で回転し、それに取り付けられたX線照射・検出装置により、被検体の複数ビューの透過X線信号の収集が行われる。
スキャンに並行して、ステップ811で絶対変位測定が行われる。これによって、スキャン中の各瞬時における3次元絶対変位が測定される。3次元絶対変位の測定値は回転角ごとに記憶される。
これら測定値に基づいて、ステップ813でデータ補正が行われる。データ補正は、透過X線信号について、ビューすなわち回転角ごとにビューセンタ(view centre)を補正することによって行われる。透過X線信号のビューセンタは見かけ上一定であるが、実際はロータ402の3次元絶対変位に伴って変位しているので、3次元絶対変位の測定によって得られた値を用いて補正する。
このような補正後の透過X線信号を用いて、ステップ817で画像再構成が行われる。ビューセンタ補正により、透過X線信号のビューセンタのXYZ方向における誤差が無くなっているので、再構成画像は品質の良いものとなる。
本発明を実施するための最良の形態の一例のX線CT装置の構成を示す図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のX線CT装置におけるX線照射・検出装置の構成を示す図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のX線CT装置におけるX線検出器のX線入射面の構成を示す図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のX線CT装置におけるロータ・アセンブリの構成を示す図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のX線CT装置におけるロータ・アセンブリの構成を示す分解図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のX線CT装置におけるロータ・アセンブリの動的モデルを示す図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のX線CT装置におけるロータとその変位を検出ためのセンサを示す図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のX線CT装置におけるロータの変位を検出ためのセンサのブロック図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のX線CT装置における渦電流トランスデューサの要部の原理図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のX線CT装置における内部速度トランスデューサの要部の原理図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のX線CT装置のロータの変位測定に着目したブロック図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のX線CT装置の動作のフロー図である。
符号の説明
10 : 被検体
100 : ガントリ
110 : X線照射・検出装置
130 : X線管
132 : 焦点
134 : X線
150 : X線検出器
152 : X線入射面
154 : 検出セル
200 : テーブル
202 : 天板
204 : クレードル
206 : 支柱
300 : オペレータコンソール
402 : ロータ
404 : ベアリング
406 : ブラケット
502,504 ,506 : センサ
602 : 渦電流トランスデューサ
604 : 内部速度トランスデューサ
606 : 加算器
622 : コイル
624 : 検出対象
644 : コイル
646 : 検出対象
648 : 磁気回路
650 : バネ
710 : 電源部
720 : 増幅部
730 : データ収集部
740 : 回転角センサ
750 : メモリ
760 : データ補正部
770 : バランス調整部

Claims (6)

  1. ガントリ内で回転するX線照射・検出装置により被検体の複数ビューの透過X線信号を収集し、それら透過X線信号に基づいて画像を再構成するX線CT装置であって、
    回転時の振動による前記X線照射・検出装置の3次元的な絶対変位を前記ガントリに設けられたセンサを通じて測定する測定手段と、
    前記測定手段の測定値に基づいて複数ビューの透過X線信号を補正する補正手段と、
    を具備することを特徴とするX線CT装置。
  2. 前記センサは、ベース座標系の3軸方向における前記X線照射・検出装置の変位をそれぞれ検出する3つのコンポジット・トランスデューサである、
    ことを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
  3. 前記コンポジット・トランスデューサは、前記ガントリの変位を検出するための内部速度トランスデューサと、前記ガントリに対する前記X線照射・検出装置の変位を検出するための渦電流トランスデューサと、それらトランスデューサの検出信号を加算する加算器との組み合わせである、
    ことを特徴とする請求項2に記載のX線CT装置。
  4. 前記測定手段は、測定値を前記X線照射・検出装置の回転角に対応させてメモリに記憶する、
    ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のうちのいずれか1つに記載のX線CT装置。
  5. 前記補正手段は、透過X線信号のビューセンタを補正する、
    ことを特徴とする請求項1ないし請求項4のうちのいずれか1つに記載のX線CT装置。
  6. 前記測定手段の測定値に基づいて警報を発する警報手段を有する、
    ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のうちのいずれか1つに記載のX線CT装置。
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