JP2007007217A

JP2007007217A - 多管球ｃｔ装置

Info

Publication number: JP2007007217A
Application number: JP2005193180A
Authority: JP
Inventors: Katashi Adachi; 確足立
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2025-06-30
Also published as: JP4936687B2

Abstract

【課題】収集したデータをより有効に利用することができるデータ収集の構成を備えた多管球多管球Ｘ線ＣＴ装置を提供する。
【解決手段】多管球放射線ＣＴ装置は、被検体を載せる寝台の回転方向に設定された回転中心軸の周りに回転可能な２つの回転リングＲＡ，ＲＢを備えたガントリＧを有する。このガントリＧには、２つの回転リングＲＡ，ＲＢに搭載され且つＸ線を曝射する２つのＸ線管９Ａ１，９Ａ２と、このＸ線管９Ａ１，９Ａ２に寝台を介して相対して複数の回転リングＲＡ，ＲＢそれぞれに搭載され、かつ、Ｘ線を検出する複数の検出器１５Ａ，１５Ｂと、２つの回転リングＲＡ，ＲＢそれぞれの回転方向及び回転速度のうちの少なくとも一方を、互いの回転体間で独立して制御する制御手段（３，７，３４Ａ，３４Ｂと、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線管などの放射線源を複数個搭載して、それらの放射線源から放射される放射線を用いて被検体からデータを収集する多管球ＣＴ装置に関し、とくに、ヘリカルスキャンなどの高密度スキャンを好適に実施可能な多管球ＣＴ装置に関する。

従来、この種の多管球ＣＴ装置としては、特許文献１（特開平９−２６２２３０号公報）に記載された多管球Ｘ線ＣＴ装置が知られている。

同文献による多管球Ｘ線ＣＴ装置のガントリは、寝台の長手方向の異なる位置にそれぞれ配置されたＸ線管とＸ線検出器との組体を複数（例えば２組）、寝台の回りに回転可能に備え、組体毎に、Ｘ線管から曝射されて寝台上の被検体を透過してきたＸ線をＸ線検出器で受けるように構成されている。この構成において、さらに、回転軸方向（すなわちスライス方向、寝台長手方向）における複数のＸ線管の間隔を設定する設定手段が備えられている。この設定手段は、例えば、ヘリカルスキャンに使用する、例えば２つのＸ線管のヘリカルスキャンによる螺旋軌道が互いに等間隔になるように、回転軸方向における複数のＸ線管の相互間隔を設定するようになっている。これにより、螺旋軌道のオーバーラップや欠落部分を防止し、画質の低下を抑制しようとしている。
特開平９−２６２２３０号公報

しかしながら、上述した公報に記載の構成のように、複数のＸ線管が初期状態から回転軸方向にずれて固定されていると、ヘリカルスキャンにおいて、Ｘ線検出器の全検出素子列を使用できないなど、収集データを有効利用が十分ではなく、高密度サンプリングが必ずしも十分ではなかった。

そこで、本発明は、従来の多管球多管球Ｘ線ＣＴ装置が抱える状況に鑑みてなされたもので、収集したデータをより有効に利用することができるデータ収集の構成を備えた多管球多管球Ｘ線ＣＴ装置を提供することを、その目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明によれば、その一態様として、被検体を載せる寝台の周り回転可能な複数の回転体を備えたガントリと、前記複数の回転体に搭載され且つ放射線を曝射する複数の放射線源と、前記各放射線源に前記寝台を介して相対して前記複数の回転体それぞれに搭載され、かつ、前記放射線を検出する複数の放射線検出器と、前記複数の回転体それぞれの回転方向及び回転速度のうちの少なくとも一方を、互いの回転体間で独立して制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る多管球ＣＴ装置によれば、収集したデータをより有効に利用することができるデータ収集の構成を備えた多管球多管球Ｘ線ＣＴ装置を提供することができる。

以下、本発明に係る１つの実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る多管球放射線ＣＴ装置としての多管球多管球Ｘ線ＣＴ装置の全体構成の概要を説明するブロック図である。なお、この多管球多管球Ｘ線ＣＴ装置は、放射線源としてのＸ線管を２個、備えた構成を有しているが、このＸ線管（放射線源）の個数は２個の限定されるものではなく、その３個以上を備えたいてもよい。

本実施形態の多管球Ｘ線ＣＴ装置１は、ヘリカルスキャンにおいて２つのＸ線管を含むＸ線ビーム発生源によるＸ線ビームのスキャンの軌跡が、回転軸方向において互いに等間隔の螺旋軌道となるように制御することができる。なお、この多管球Ｘ線ＣＴ装置は、連続回転型の第３世代ＣＴをベースに構成されている。

図１には、本実施形態に係る多管球Ｘ線ＣＴ装置１の全体の概略構成を示し、図２には、かかる多管球Ｘ線ＣＴ装置１に含まれるガントリＧに設置した複数組のＸ線曝射・検出系の配置構成の概要を示す。

なお、図２の方が分かり易いので、この図を用いて方向を定義しておく。このガントリＧには回転体としての２つの回転リングＲＡ，ＲＢが回転可能に設置されている。この２つの回転リングＲＡ，ＲＢは一定の方向に併置されており、これらの回転リングＲＡ、ＲＢの回転中心位置を貫く軸が回転中心軸Ａｃｔとなる。また、この回転中心軸Ａｃｔに沿った方向がスライス方向Ｄｓを成し、このスライス方向Ｄｓに直交する方向がチャンネル方向Ｄｃと呼ばれる。後述するように、被検体Ｐを載せた寝台の天板はスキャン時にはスライス方向Ｄｓに沿って移動可能になっている。

最初に、多管球Ｘ線ＣＴ装置１の全体構成を説明する。図１に示すように、本実施形態の多管球Ｘ線ＣＴ装置１は、中央制御ユニット３と、高電圧発生器５と、架台コントローラ７と、２つのＸ線ビーム発生源９Ａ，９Ｂと、Ｘ線ビーム発生源スライド部１１と、プリコリメータコントローラ１３と、２つの放射線検出器としてのＸ線検出器１５Ａ，１５Ｂ（以下、単に検出器と呼ぶ）と、データ収集部（ＤＡＳ）１７Ａ，１７Ｂと、画像再構成ユニット１９と、画像表示ユニット２１と、データ保存ユニット２３と、寝台２５と、寝台コントローラ２７と、天板スライドコントローラ２９とを有している。

中央制御ユニット３は、操作者により図示しない入力装置を用いて入力された、例えばヘリカルスキャン条件を基づいてＸ線ビーム発生源９Ａ、９Ｂによるビームのスキャン軌跡が、互いに等間隔の螺旋軌道となるようにＸ線ビーム発生源９Ａ，９Ｂの回転方向や回転速度を演算するとともに、Ｘ線ビームの曝射タイミングを演算する。

また、中央制御ユニット３は、Ｘ線ビーム発生源９Ａ，９Ｂの駆動条件及び与えられたヘリカルスキャン条件に基づいて、Ｘ線ビーム発生源９Ａ，９Ｂの回転方向及び回転速度を示すＸ線ビーム制御信号と、プリコリメータ幅を示すコリメータ御信号とを架台コントローラ７に出力し、また、前記Ｘ線ビームの曝射タイミングを示す曝射タイミング制御信号を高電圧発生器５に出力し、さらに、データ収集のタイミングを示す収集制御信号をデータ収集部１７Ａ，１７Ｂに出力し、さらに、天板２５ａの移動量を示す天板スライド制御信号を寝台コントローラ２７に出力する。

高電圧発生器５は、中央制御ユニット３から出力された曝射タイミング制御信号を基に、Ｘ線管９Ａ１，９Ｂ１に対し、電子加速用高電圧とフィラメント加熱用電流を供給する。なお、ここでは、２つのＸ線ビーム発生源９Ａ，９Ｂで１つの高電圧発生器５を共用しているが、Ｘ線ビーム発生源９Ａ，９Ｂ毎に高電圧発生器５を備えるようにしても良い。

さらに架台コントローラ７は、中央制御ユニット３から出力されたコリメータ制御信号をプリコリメータコントローラ１３に対して出力する。さらに、架台コントローラ７は、中央制御ユニット３から出力された回転制御信号に基づいて回転リングＲＡ，ＲＢの回転駆動を制御する。

Ｘ線ビーム発生源９Ａ，９Ｂは、Ｘ線を曝射するＸ線管９１Ａ，９１Ｂと、Ｘ線管９１Ａ，９１ＢのＸ線曝射側に設けられたスリット状の開口部（図示せず）を備えるプリコリメータ９Ｂ１，９Ｂ２を有し、高電圧発生器５から供給される電子加速用高電圧とフィラメント加熱用電流によってＸ線管９１Ａ、９１Ｂから曝射したＸ線をプリコリメータ９Ｂ１，９Ｂ２を介してファンビームとして曝射する。

プリコリメータコントローラ１３Ａ，１３Ｂは、架台コントローラ７から出力されたコリメータ制御信号を基に、プリコリメータ９Ｂ１，９Ｂ２をこのコリメータ制御信号に対応するスリット幅（プリコリメータ幅）にする。

検出器１５Ａ，１５Ｂは、Ｘ線ビーム発生源９Ａ，９Ｂから曝射され、被検体を通過したＸ線を電気信号に変換する。

なお、検出器１５Ａ，１５Ｂとしては、それぞれ、スライス方向の検出素子列を１列だけ備えたシングルスライスタイプであってもよいし、かかる検出素子列を複数列備えたマルチスライスタイプ（いわゆる２次元検出器）であってもよい。また、検出器の形状としては、回転軸方向からみて被検体の体表になるべく沿うように形成したＸ線入射面が円弧状であってもよいし、直線（平面検出器）を成していてもよい。さらに、電気信号の変換部としては、半導体型の検出器であってもよいし、イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ．）を用いた光電変換部を成していてもよい。

データ収集部１７Ａ，１７Ｂは、それぞれ、検出器１５Ａ，１５Ｂにより変換された電気信号を中央制御ユニット３から出力された収集制御信号に対応させて収集し、画像再構成ユニット１９に供給する。この画像再構成ユニット１９は、再構成前に、収集されたデータを所定の前処理に付す前処理ユニットをも有する。このため、画像再構成ユニット１９は、データ収集部１７Ａ，１７Ｂから供給される電気信号を中央制御ユニット３から出力された制御信号に基づいて画像データとして再構成する。

画像表示ユニット２１は、モニタ（図示せず）を備え、画像再構成ユニット１９により再構成された画像データを中央制御ユニット３から出力された制御信号を基にモニタ上に表示する。

さらに、データ保存ユニット２３は、メモリや磁気ディスク（図示せず）を備え、画像再構成ユニット１９により再構成された画像データを、中央制御ユニット３からデータ保存ユニット２３に出力された制御信号に応じて前記メモリや磁気ディスクに保存する。

寝台２５は、回転軸方向（スライス方向）及び上下方向に移動可能な天板２５ａから成る。この天板２５ａの上面には被検体Ｐが載置される。

寝台コントローラ２７は、中央制御ユニット３から出力された制御信号を基に、天板２５ａの移動量を指示する制御信号を天板スライド部２９に出力する。このため、天板スライド部２９は、寝台コントローラ２７から出力された制御信号を基に天板２９ａを移動させる。

尚、中央制御ユニット３、画像再構成ユニット１９、画像表示ユニット２１、データ保存ユニット２３および図示しない入力装置によりコンソール３１を構成している。この中央制御ユニット３、画像再構成ユニット１９、画像表示ユニット２１、データ保存ユニット２３および図示しない入力装置は、システムバス３３ａにそれぞれ接続され、相互に信号の送受信が可能である。

また、高電圧発生器５、架台コントローラ７、Ｘ線ビーム発生源９、Ｘ線ビーム発生源スライド部１１、プリコリメータコントローラ１３、検出器１５Ａ，１５Ｂおよびデータ収集部１７Ａ，１７Ｂは、ガントリＧ内に設けられている。

ガントリＧには、前述したように、スライス方向Ｄｓに併置された２つの回転リングＲＡ，ＲＢが回転可能に支持されている。これらの回転リングＲＡ，ＲＢは、電動モータなどを有するドライバ３４Ａ，３４Ｂによって互いに独立して駆動（回転）できるようになっている。このドライバ３４Ａ，３４Ｂは、架台コントローラ７から与えられる回転方向及び回転速度を指定する駆動信号に応答して動作する。これにより、ドライバ３４Ａ，３４Ｂは指定された駆動によって、回転リングＲＡ，ＲＢをその周方向に正転又は逆転させることができる。しかも、その回転速度を、回転リングＲＡ、ＲＢそれぞれにおいて互いに、所定速度差の範囲内で違えることができる。

次に、本実施形態の多管球Ｘ線ＣＴ装置１の作用効果を説明する。

本実施形態に係る多管球Ｘ線ＣＴ装置にあっては、ユーザから与えられるスキャン条件（ヘリカルピッチ、スライス幅を含む）を中央制御ユニット３が受け付ける。これに応じて、中央制御ユニット３は、それぞれの検出器１５Ａ，１５Ｂで使用する数分の検出素子列に応じてコーン角を決めるプリコリメータ幅を設定し、架台コントローラ７にコリメータ制御信号を送る。この結果、両方のプリコリメータ９Ｂ１，９Ｂ２のコリメータ幅も互いに独立して設定される。これはＸ線被曝の低減のためにも有効である。

また、中央制御ユニット３は、スキャン条件に応じて、２つの回転リングＲＡ，ＲＢ、すなわち、それぞれがＸ線管９Ａ１（９Ａ２）及び検出器１５Ａ（１５Ｂ）から成る２つのＸ線曝射・検出系ＳＡ，ＳＢの回転方向及び回転速度を設定し、架台コントローラ７にその制御信号を送る。

この架台コントローラ７からの制御に基づく収集モードを、モード別に図３に例示する。同図（Ａ）は、２つのＸ線曝射・検出系ＳＡ，ＳＢの回転方向及び回転速度が同じに設定される同時収集モードを模式的に示している。このように回転方向及び回転速度が同じ場合、検出器１５Ａ，１５Ｂはその両者をスライス方向に互いに加えた分の検出素子列を有するように一体化された検出器として動作し、例えばヘリカルスキャンが実行される。なお、必ずしもヘリカルスキャンを実施しないでマルチスライススキャンであってもよい。

つまり、Ｘ線管９Ａ１，９Ａ２からそれぞれ曝射されたＸ線は、プリコリメータ９Ｂ１，９Ｂ２によりコリメートされ、コーンビームとして被検体Ｐを透過し、検出器１５Ａ，１５Ｂにそれぞれ入射する。これにより、検出器１５Ａ，１５Ｂから収集されたデータはデータ収集部１７Ａ，１７Ｂを介して画像再構成ユニット１９に送られる。ヘリカルスキャンの場合には、両系統からのＸ線ビームが画く螺旋軌跡のヘリカルピッチがスイートスポットとなるように、寝台天板２５ａの移動速度及び２つのＸ線曝射・検出系ＳＡ，ＳＢの回転速度が設定される。

このため、２つの検出器１５Ａ，１５Ｂを合体させた多列分の検出素子列によるデータが同時に、つまり同タイミングで収集でき、画像再構成ユニット１９における画像再構成の処理に供せられる。

この画像再構成において、画像再構成ユニット１９は、２つの検出器１５Ａ，１５Ｂの間の物理的な隙間に相当する収集データは、演算により、その近隣の収集データから補間により求めて充填する。画像再構成ユニット１９に備える前処理ユニット（図示せず）が、その補正（補間）をするようにしてもよい。補間演算は、線形方式または非線形方式の何れに基づくものであってもよい。これにより、実質的には、実装した検出素子列よりも多数の検出素子列を搭載したと同様の高い収集効率を得る。

また、図３（Ｂ）〜（Ｃ）は、２つのＸ線曝射・検出系ＳＡ，ＳＢによる非同時収集モードを模式的に示している。この非同時収集モードとしては、回転方向は同じであるが、回転速度が互いに異なる場合（図３（Ｂ））、回転方向が互いに反対であり、回転速度が互いに同じ又は異なる場合（図３（Ｃ））がある。回転方向が互いに逆の場合、ガントリＧの振動抑制にも有効である。

これらの非同時収集モードのうち、いずれの態様にするかについては、中央制御ユニット３がユーザから指令されるスキャン条件に応じて決める。この収集モードの場合には、それぞれの系の回転速度の値は、ユーザからの指令に応じて所定範囲内で自由に設定することができる。さらに、２つの検出器１５Ａ，１５Ｂのそれぞれにおいて使用される検出素子列は、プリコリメータ９Ｂ１，９Ｂ２により、互いに別個に設定されている。

この非同時収集モードの場合、２つの検出器１５Ａ，１５Ｂはそれぞれ別個の検出器として動作し、互いに異なるタイミングでデータ収集を行う。つまり、一方の検出器が他方の検出器を追いかけるようにしてそれぞれの系で独立してＸ線曝射及びデータ収集が行われる。このときも、ヘリカルスキャンの場合には、両系統からのＸ線ビームが画く螺旋軌跡のヘリカルピッチがスイートスポットとなるように、寝台天板２５ａの移動速度及び２つのＸ線曝射・検出系ＳＡ，ＳＢの回転速度が設定される。この非同時の収集データは共にデータ収集部１７Ａ，１７Ｂを介して画像再構成ユニット１９に送られる。また、画像再構成ユニット１９では、２つの検出器１５Ａ，１５Ｂの間の物理的な隙間に相当する収集データが、演算により、その近隣の収集データから補間により求めて充填される。画像再構成ユニット１９に備える前処理ユニット（図示せず）が、その補正（補間）をするようにしてもよい。補間演算は、線形方式または非線形方式の何れに基づくものであってもよい。このようにして得られた収集データを用いて画像再構成が行われる。

この非同時収集モードによれば、２つの検出器１５Ａ，１５Ｂの相互間で収集タイミング（収集時のビュー角度）を積極的に違えさせることができ、また、各検出器１５Ａ，１５Ｂにおいて使用される検出素子列（スライス幅）を独立して設定可能である。このため、従来のように、２つのＸ線曝射・検出系の配置位置を回転軸方向（スライス方向）で互いに機構的に違える必要もなく、より簡単なシステムでありながら、高密度にサンプリングして、収集データをより有効に利用した画像再構成を行なうことができる。

また、患者などの被検体の都合やスキャン条件によっては、同時収集モード及び非同時収集モードを適宜に選択することができる。このため、Ｘ線ＣＴスキャンのための設定の自由度も高くなる。

なお、本発明は上述した実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない限り、公知の構成を用いて更に適宜に変更して実施可能である。例えば、２つのＸ線曝射・検出系ＳＡ，ＳＢについて、回転速度は同じだが、回転方向のみが互いに逆になる単一の収集モードで実行してもよいし、回転方向は同一だが、回転速度を任意にそれぞれの系で設定可能にしてもよい。

本発明の一実施形態に係る多管球Ｘ線ＣＴ装置の概略構成を示すブロック図。実施形態に係る多管球Ｘ線ＣＴ装置のガントリにおける２つのＸ線曝射・検出系の配置のジオメトリを説明する図。実施形態に係る多管球Ｘ線ＣＴ装置の収集モードを説明する図。

符号の説明

１多管球Ｘ線ＣＴ装置（多管球放射線ＣＴ装置）
３中央制御ユニット
７架台コントローラ
９Ａ，９ＢＸ線ビーム発生源
９Ａ１，９Ａ２Ｘ線管
９Ｂ１，９Ｂ２プリコリメータ
１３Ａ，１３Ｂプリコリメータドライバ
１５Ａ，１５ＢＸ線検出器
１７Ａ，１７Ｂデータ収集部
３４Ａ，３４Ｂドライバ
Ｇガントリ（架台）
ＲＡ、ＲＢ回転リング（回転体）
Ｐ被検体

Claims

被検体を載せる寝台の所定方向に設定された回転中心軸の周りに回転可能な複数の回転体を備えたガントリと、
前記複数の回転体に搭載され且つ放射線を曝射する複数の放射線源と、
前記各放射線源に前記寝台を介して相対して前記複数の回転体それぞれに搭載され、かつ、前記放射線を検出する複数の放射線検出器と、
前記複数の回転体それぞれの回転方向及び回転速度のうちの少なくとも一方を、互いの回転体間で独立して制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする多管球放射線ＣＴ装置。
前記複数の放射線検出器で検出された、前記放射線の検出に応答したデータを収集するデータ収集手段と、
前記データ収集手段により収集されたデータに基づいて前記被検体の画像を再構成する再構成手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の多管球放射線ＣＴ装置。
前記複数の放射線検出器で検出された、前記放射線の検出に応答したデータを収集するデータ収集手段と、
このデータ収集手段により収集されたデータを用いて、前記回転軸の方向における前記複数の放射線検出器の隙間に相当する収集データを補間により求める補間演算手段と、
前記データ収集手段により収集されたデータ及び前記補間演算手段により補間されたデータに基づいて前記被検体の画像を再構成する再構成手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の多管球放射線ＣＴ装置。
前記複数の回転体、前記複数の放射線源、及び前記複数の放射線検出器はそれぞれ２つ又は３つ以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の多管球放射線ＣＴ装置。
前記放射線はＸ線であり、前記放射線源はＸ線管であり、かつ、前記放射線検出器はＸ線検出であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の多管球放射線ＣＴ装置。