JP2007167388A

JP2007167388A - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP2007167388A
Application number: JP2005369774A
Authority: JP
Inventors: Taku Ishikawa; 卓石川
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】スキャンパラメータを反映させたX線ビームのシフト補正ができる。
【解決手段】 X線を発生するX線管502と被検体の透過X線を検出するX線検出器504とが対向配置された状態で前記被検体の周囲を回転するスキャナ部(1)と、X線管502のビームシフト量を計測するビームシフト用X線検出器504Bと、前記計測されたビームシフト量に応じてX線管502を制御する駆動部518と、前記被検体の計測時にスキャン条件に応じたビームシフトに追従するビームシフト補正係数を演算し、その演算されたビームシフト補正係数を用いて前記被検体の画像再構成を行うシステム制御装置(19)とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、X線管のターゲットの熱延び(熱ドリフト)によるX線ビームの移動(シフト)の補正技術に関するものである。

従来のX線CT装置では、特許文献1に記載されるように、X線ビームのシフト補正を行っていた。
特許文献1には、「X線管の駆動機構を設けておき、管電圧の大小によりX線強度分布シフトする。このシフトは出力A、Bの中に現われる。そこで、A＝Bとするように、増幅器の利得を設定する。この設定後にあっては、比較器、制御装置を介してX線管がA＝Bとなるように負帰還制御され、熱ドリフトシフトの補正を行う。これにより、管電圧の大小によるX線強度分布シフトの相殺をはかりたい。更に、熱ドリフト等によるX線管の移動によるビームシフトの相殺をはかる」ことが開示されている。
特開平9-201352号公報

しかし、上記特許文献1では、X線ビームのシフト補正のパラメータに管電圧しか用いておらず、管電流などのその他のスキャンパラメータを用いてX線ビームのシフト補正に関与させていなかった。
特に、被検体へのX線被曝の低減と適正な画像の収集という一律背反の技術課題を実現させるためには、管電流を含む他のスキャンパラメータの制御が不可欠である。

そこで、本発明の目的は、スキャンパラメータを反映させたX線ビームのシフト補正が可能なX線CT装置を提供することにある。

上記目的は、X線を発生するX線源と被検体の透過X線を検出するX線検出器とが対向配置された状態で前記被検体の周囲を回転するスキャナ部と、前記X線源のビームシフト量を計測するビームシフト計測部と、前記計測されたビームシフト量に応じて前記X線源を制御する制御部と、を備えたX線CT装置において、前記被検体の計測時にスキャン条件に応じたビームシフトに追従するビームシフト補正係数を演算する手段を備え、前記制御部は、前記演算されたビームシフト補正係数を用いて前記被検体の画像再構成を行うことによって達成される。

本発明によれば、スキャンパラメータを反映させたX線ビームのシフト補正ができる。

以下、添付図面に従って、本発明に係るX線CT装置の好ましい実施の形態について詳説する。
図1に本実施の形態が適用されたX線CT装置100の全体構成図を、図2にX線CT装置100の全体概観図を示す。

図2に示すように、X線CT装置100はスキャナ1、患者テーブル2、および操作卓3を備えている。スキャナ1は、図1に示すように、X線制御装置7によって制御されるX線管8を有する。X線管8から放射されたX線は、コリメータ制御装置9によって制御されるコリメータ10により、例えば角錐状のX線ビーム(ファンビーム)、又は円錐状のX線ビーム(コーンビームX線)とされ、被検体17に照射される。被検体17を透過したX線は検出器11に入射する。

検出器11は、図3に示すように、チャネル方向と列方向に二次元的に配列された複数のX線検出素子18を有する(検出器11の構成は後述する)。また、検出器11にはデータ収集装置12が接続されており、データ収集装置12は検出器11の個々のX線検出素子の検出データを収集する。

上述の、X線制御装置7からデータ収集装置12までのものが、スキャナ1の回転板13に搭載されている。回転板13は、回転制御装置14によって制御される回転板駆動装置15から駆動力伝達系16を通じて伝達される駆動力によって回転する。

患者テーブル2は、患者テーブル制御装置20によって患者テーブル上下動装置21を制御して適切なテーブル高さにするとともに、患者テーブル制御装置20によって天板駆動装置22を制御して天板4を前後動させ、被検体17をスキャナ1のX線照射空間に搬入および搬出するようになっている(被検体17とX線照射空間の関係については後述)。

操作卓3は、システム制御装置19を有する。システム制御装置19には、スキャナ1と患者テーブル2が接続されている。
より詳細には、スキャナ1内において、X線制御装置7、コリメータ制御装置9、データ収集装置12、および回転制御装置14がシステム制御装置19によって制御される。また、患者テーブル２内においては、患者テーブル制御装置20がシステム制御装置19によって制御される。

スキャナ1内のデータ収集装置12で収集されたデータは、システム制御装置19の制御によって画像再構成装置23に入力される。画像再構成装置23は、データ収集装置12が収集した複数ビューの投影データを用いて画像を再構成する。画像再構成装置23において再構成された画像や、各種データ、および本装置の機能を実現するためのプログラム等は、システム制御装置19に接続されている記憶装置24に格納される。

システム制御装置19には、表示装置5と操作装置6とが接続されている。表示装置5は、画像再構成装置23から出力される再構成画像やシステム制御装置19が取り扱う種々の情報を表示する。操作装置6はX線CT装置100の操作者によって操作され、各種の指示や情報等をシステム制御装置19に入力する。操作者は、表示装置5および操作装置6を使用して、X線CT装置100を対話的に使用する。

図3に、検出器11の一例の模式的構成およびX線照射との関係を示す。図3に示すように、検出器11は、複数のX線検出素子18をチャネル方向と列方向とに二次元的に配列した構成となっている。
X線検出素子18は、全体として円筒面状、もしくはチャネル方向に関して折れ線状に湾曲したX線入射面を構成する。i、jはそれぞれチャネル番号、列番号であり、例えば、iは1から1000程度、jは1から1000程度である。X線検出素子18は、例えばシンチレータとフォトダイオードの組み合わせによって構成される。

図3において、検出器11におけるチャネルの配列方向に一致する、X線ビームのチャネル方向の広がり角度、すなわちファン角度はαである。また、検出器11における列の配列方向に一致する、X線ビームの列方向広がりの角度、すなわちコーン角度はγである。
このようなX線ビームに対し、例えば図4に示すように、患者テーブル2の天板4に載せられた被検体17がスキャナ1の開口部に搬入されることにより、被検体17にX線が照射される。

X線ビームを照射された被検体17の像は検出器11に投影され、検出器11によって、被検体17を透過したX線が検出される。被検体17に照射されるX線ビームのコーン角度γは、コリメータ10口幅により調整される。

X線管8、コリメータ10、検出器11、およびデータ収集装置12は、それらの相互位置関係を保ったまま、被検体17の体軸に概略平行な回転軸周りを回転(スキャン)する。
このとき、長時間X線を曝射しているとX線管球自身の発熱によりX線管球内部の陽極が伸縮することが原因でX線焦点がずれる。このX線焦点のずれにより、X線ビームの中心と検出器中心が一致しなくなり、再構成画像にノイズや擬似画像(アーチファクト)が現れ、画質が低下する。

また、スキャン回転速度の高速化に伴い、スキャナの回転による遠心力による焦点のずれも無視できない要素になっている。
このような位置ずれは、特許文献1に示される技術だけでは不十分である。

そこで、本実施形態では、図5に示されるように、X線管502を体軸方向に移動する駆動機構518と2つの検出素子を持ち、X線強度分布の体軸方向の移動量を検出するX線検出器504Bと、X線検出器504BのスキャンパラメータによるX線強度分布のずれを補正すると共に、ビームシフト動作時に被検体への被曝を避ける為にコリメータ503を閉じることで、X線管電圧による誤差を補正した後に焦点位置のシフト量をX線検出器で検出する。これにより、特許文献1に用いられている機能に、(1)管電圧(kV値) (2)管電流(mA値) (3)スキャン時間(4)チルト角度 (5)管球温度(HU) (6)焦点別にX線ビームがX線検出器504に対して中心位置となる時のX線ビームシフト検出器504Bの出力値をパラメータ化しこれを記憶する機能を付加し、計測時にこれらのパラメータを組み合せて算出される出力値をスキャン条件・スキャン中のHU変動などに応じて逐次設定することで、X線ビーム中心とX線検出器中心が一致するX線管球位置をX線ビームシフト検出器の出力値を用いて制御する。

また、X線管が熱ドリフトのない状態で、A＝Bとなるように調整される可変利得(G)増幅器517(例えばAGC)を設けた。そして、このX線管502に設定されるスキャンパラメータによってもA＝Bとなるように、利得設定を行う。この利得設定は、利得制御回路519によって行う。管電圧による適正利得は事前に定まる場合にはラッチしておきこの信号によって制御してよい。事前に定まらない場合には、X線管502を熱ドリフトシフトのない位置に設定しておき、その状態で使用する管電圧によってX線を曝射してA＝Bとなるように利得選択を行う。

ここでゲイン設定は、X線CT装置の電源投入時に行うが、この設定後にあってのX線管の実働時に、熱ドリフトシフトが発生した場合でも、スキャンパラメータによるX線強度分布によりビームシフトの補正がなされているので、次のような負帰還系を働かせる。即ち、比較器515→制御回路516→駆動機構518→検出器504B→比較器515なる閉ループ負帰還系を構成しておき、比較器515の出力Qが零となるように、この負帰還系を働かせる。これは、比較器515の出力Qが制御回路516に入力し、その出力Qを零にするように駆動機構518を働かせることで実現する。

また、X線がX線検出器504に対して中心となる時のX線管球の焦点位置はスキャンの際に設定される管電圧(kV値)・管電流(mA値)・スキャン時間のスキャンパラメータから算出されるX線出力によっても異なる。このためX線ビームがX線検出器404に対して中心にある時のX線ビームシフト動作用の検出器504Bにて検出される出力値も異なることとなる。すなわち、スキャンパラメータによって引き起こされる焦点位置のずれ量も様々である。

これらのスキャンパラメータによるX線出力の違いと被検体の体軸方向にmA値を変化させる方法を、図6に示す。
図6の601に示すように、被検体のスキャノグラム像を撮影し、そのスキャノグラム像上に、被検体の部位に応じてあらかじめ適切なmA値を設定しておく。

次に、X線出力や管球発熱、また、装置回転速度やガントリの傾き角度などのスキャンパラメータ別にX線ビーム中心とX線検出器中心が一致する際のX線ビームシフト検出器出力値をパラメータ化し、602に示すようなパラメータテーブルを作成しておく。

また、マルチスライスX線CT装置での低被爆化を実現する方法としては、例えば、体軸方向について管電流(mA)値を変化させる手法がある。このようにmA値を変化によっても、スキャン中にX線ビーム中心とX線検出器の中心とのずれが生じる。

上記低被曝化についても、図7の701に示すように、スキャノグラムによって得られる被検体の体軸方向に対して変化するmA値情報を設定し、mA値の変化分と共にパラメータテーブル602から適正なビーム出力値を与える。

次に、本実施形態のX線CT装置の動作について、図8〜10を用いて説明する。
図8はX線CT装置の計測のメインフローチャートである。

ビームシフト計測は、ビームシフト専用のX線検出器504Bを用いて各種スキャンパラメータ毎に行う。この計測のタイミングは、装置組立時に行ったり、装置を継続して使用した後の部品の性能変化が起きるときなどに予め行う。
スキャンパラメータの組み合わせは全部行わなくても一部だけ行えばよい。また、装置が起動し、稼動している場合は、そのときに保有するビームシフト計測の結果を用いている場合では、新たにビームシフト計測を行わないでよい場合もある。(ステップ801)
被検体計測は、ビームシフト計測によるビームシフト量を用いて被検体の計測を行う。(ステップ802)

図9は図8のサブルーチンであるビームシフト計測のフローチャートである。
操作者が操作卓3を用いてビームシフト計測プロトコルをセットすることで最初のスキャンパラメータが設定される。(ステップ901)
システム制御装置19はビームシフトを検出するX線検出器504Bに計測させるための曝射を行い、ビームシフト量を計測する。(ステップ902)

システム制御装置19は前ステップの計測結果により、X線ビーム中心とX線検出器の中心が一致するか否かを判定する。一致すればステップ904に進み、一致しなければステップ905に進む。(ステップ903)
システム制御装置19はX線検出器504Bの出力を記憶装置24に記憶する。(ステップ904)
システム制御装置19は駆動機構518をX線ビーム中心とX線検出器の中心が一致する位置までX線管502を移動する。(ステップ905)

システム制御装置19は設定に必要なスキャンパラメータについて全て終了したか否かを判定する。終了すればステップ802に進み、終了しなければステップ902に進む。(ステップ906)

図10は図8のサブルーチンである被検体計測のフローチャートである。
操作者は操作卓3を用いてスキャンパラメータを設定する。(ステップ1001)
操作者は操作卓3を用いて被曝低減モードか否かを設定する。(ステップ1002)
システム制御装置19は前ステップの設定が被曝低減モードか否かを判定する。被曝低減モードであればステップ1004に進み、一被曝低減モードでなければステップ1005に進む。(ステップ1003)

システム制御装置19は被検体の部位によるmA変動値を算出する(ステップ1004)
システム制御装置19は被検体のスキャン計測を行う。(ステップ1005)
システム制御装置19は前ステップの被検体の計測結果から画像再構成装置23に画像再構成演算を行わせる。(ステップ1006)
システム制御装置19は前ステップで再構成された被検体の断層画像や3次元画像を表示装置5に表示させる。(ステップ1007)

以上で説明したように、本実施形態では、X線管502を体軸方向に移動する駆動機構518と2つの検出素子を持ち、X線強度分布の移動量を検出するX線検出器504Bと、X線検出器504BのスキャンパラメータによるX線強度分布のずれを補正すると共に、ビームシフト動作時に被検体への被曝を避ける為にコリメータ503Bを開閉制御する制御部516とを備えることで、X線管電圧による誤差を補正した後に焦点位置のシフト量をX線検出器で検出する。
これにより、スキャンパラメータを反映させたX線ビームのシフト補正ができる。

また、マルチスライスX線CT装置によって体軸方向に管電流値を被検体の部位に適応させて対応する場合にも変化するビームシフトにも追従可能である。

本実施の形態が適用されたX線CT装置の全体構成図。図1のX線CT装置の全体概観図。図1のX線CT装置の検出器の一例の模式的構成およびX線照射との関係を示す図。図1のX線CT装置のスキャナ、患者テーブル、被検体の関係を示す側面図。図1のX線CT装置のビームシフト計測機構の例を示す図。図5のスキャンパラメータによるビームシフトのパラメータの例を示す図。図6のmA値が変動する場合の例。図1のX線CT装置の計測のメインフローチャート。図8のサブルーチンであるビームシフト計測のフローチャート。図8のサブルーチンである被検体計測のフローチャート。

符号の説明

１９システム制御装置、５０２ X線管、５０４ X線検出器、５０４Ｂビームシフト用X線検出器、５１８駆動部

Claims

Ｘ線を発生するＸ線源と被検体の透過Ｘ線を検出するＸ線検出器とが対向配置された状態で前記被検体の周囲を回転するスキャナ部と、前記Ｘ線源のビームシフト量を計測するビームシフト計測部と、前記計測されたビームシフト量に応じて前記Ｘ線源を制御する制御部とを備えたＸ線ＣＴ装置において、前記被検体の計測時にスキャン条件に応じたビームシフトに追従するビームシフト補正係数を演算する手段を備え、前記制御部は、前記演算されたビームシフト補正係数を用いて前記被検体の画像再構成を行うことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記制御部は、前記被検体の体軸方向の部位により前記Ｘ線源に供給する電流量に応じたビームシフトに追従することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。