JP2007534413A - 開放アクセス空気軸受ガントリ - Google Patents

Abstract

診断撮像システム（１０）は、回転ガントリ（１４）上の検査領域（２０）の周りを回転するＸ線管（１６）を含む。カウチ（３０）上に配置される被検者は、検査領域（２０）を通じて長手方向に並進される。撮像システムは、共通の半組立体が任意の選択可能な直径のボア（２４）を収容するように構成されるよう標準化される。共通の半組立体は、固定ガントリ（１２）と、軸受部材（５０）によって支持された軸受軌道輪（５２）とを含む。標準的なモータモジュール（２８）、標準的なスリップリングモジュール（５６）、及び、標準的な情報送信モジュール（５８）が、軌道輪（５２）について配置される。標準モジュール（２８，５６，５８）の数は使用者によって特定される。

Description

本発明は、診断撮像技術に関する。本発明は、コンピュータ断層撮影、具体的には、空気軸受システムを備えたコンピュータ断層撮影に用途を提供し、それを具体的に参照して記載される。しかしながら、本発明は、他の診断撮像システムにも用途を提供する。

コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像において、被検者は被検者テーブル上に位置付けられ、被検者テーブルはＣＴスキャナのボアを通じて長手方向に被検者を移動する。ボアによって定められる検査領域を通じてＸ線の扇形ビーム、楔形ビーム、又は、コーン形ビームを投射するために、Ｘ線管がボアの周りで回転する回転ガントリ上に取り付けられる。ボアを通じて透過される放射線の強度を検出し且つ測定するために、検出器素子の配列を含む一次元又は二次元の放射線検出器がＸ線管と反対側に取り付けられる。ボア内の検査領域内に配置される被検者は、Ｘ線の一部と反応し且つ吸収する。典型的には、Ｘ線検出器は回転ガントリ上にも取り付けられる。しかしながら、一部の構造においては、Ｘ線検出器は、回転ガントリを取り囲む固定ガントリ上のリング内に取り付けられる。いずれの構造においても、Ｘ線検出器からの強度データは再構築されて、ボア内の撮像領域内の被検者の一部の二次元又は三次元画像表示をもたらす。

費用及び技術的検討のために、典型的には、ガントリ機械設計は、ＣＴスキャナの設計対象である被検者を収容し得る患者開口（ボア直径）を最小限化することに注力されている。実験室スキャナのためには、３０ｃｍのボアが十分であり得る。多くの人体検査のためには、４０又は５０ｃｍのボアが十分である。補助的機器が被検者をボア内に送り出す腫瘍用途のためには、８０〜９０ｃｍのボアが有利である。

回転ガントリは、ボアに可能な限り近接して取り付けられる。例えば、Ｘ線管がボアに近接すればするほど、所与速度で回転中のＸ線管上の遠心力はより低い。ＣＴスキャナにおいて用いられる回転する陽極Ｘ線管は、約２〜４ｋｇの重量であり得るタングステン陽極を有する。より高い遠心力でＸ線管を動作することは、Ｘ線管内の異なる軸受及び他の設計を必要とする、即ち、より高い遠心力は、より高価なＸ線管を必要とする。同様に、Ｘ線検出器が回転ガントリ上で回転するとき、Ｘ線管がボアに近接すればするほど、所与円弧を回転するために、Ｘ線管は円周方向により短くなる。

Ｘ線管は大量の電力を使用し、それは回転ガントリに連絡されなければならない。典型的には、これはボアの直径に可能な限り近接して配置されたスリップリングによってなされる。現在の設計では、スリップリングの直径が大きければ大きいほど、コストはより高くなる。その上、スリップリングの直径が大きければ大きいほど、スリップリングとブラシとの間の速度はより速い。より速い相対速度はより高い性能を必要とし、故に、より高価なブラシである。類似の検討が、回転する検出器によって蓄積されたデータを回転ガントリからガントリの固定部分に戻って伝達するための機構に当て嵌まる。

さらに、回転ガントリの直径が大きければ大きいほど、重い構成素子が一層さらに外側に位置付けられるほど、所与速度で回転するときのその運動量がより大きい。故に、回転ガントリの直径が大きくなればなるほど、同一の加速速度を維持することは、益々より強力なモータに相関する。検出器からのデータを再構築するために、再構築プロセッサは、Ｘ線源、故に、回転ガントリの角位置の正確な測定値を必要とする。このために、現在の設計は精密エンコーダを利用し、或いは、他の角位置測定機器が回転ガントリの周りに取り付けられるのが典型的である。そのような角位置エンコーダ又は均等技術は、典型的には極めて精密であり、それらの円周長が長ければ長いほど、それらの費用はより高くなる。

回転ガントリ及び関連機器の直径を最小限化するための費用意外に他の利点がある。例えば、直径又は距離が大きくなればなるほど、許容差、整列がなされるべき精度、及び、類似のことがより問題となる。より大きな直径では、振動がより問題になり得る。より大きな直径では、軸受及び他のハードウェア問題もより複雑になる。

従って、ＣＴスキャナの回転ガントリがボア直径に適合されるべきこと、及び、双方が最小の実用直径を有することが、当該技術分野における共通の知恵である。これは各スキャナモデルのための構成素子の費用を最小限化しがちであるが、各ボア直径を備えるモデルは、特異な部品群を有する。異なる直径を備えるスキャナ群の各スキャナのために特異な部品を有することは、各直径のスキャナのための特注設計及び部品の比較的大きな在庫の費用につながる。これは高いＮＲＥ費用を負わせる特異な点設計も招き、市場化する時間を効果的に長期化すると同時に、システムの共通性を低減する。現在技術の不利点は、より迅速な回転速度、及び、ＣＴスキャナ設計における今日の最先端を示す検出器画像データの同時スライス数によって悪化される。

本発明は、上記に参照された問題及び他の問題を克服する新規且つ改良された方法及び装置を企図している。

本発明の１つの特徴によれば、ＣＴスキャナ半組立体が開示されている。半組立体は、共通の固定ガントリフレームと、複数の選択的な断面サイズの１つの放射線透過性ボアとを含む。複数の共通の軸受部材が固定ガントリに取り付けられる。共通の環状軸受軌道輪が、軸受部材上に回転可能に支持される。少なくとも１つの共通のモータモジュールが、環状軸受軌道輪を回転する。任意の複数のボアサイズを備えるＣＴスキャナを製造するために共通の軸受部材と軸受軌道輪とが用いられるよう、手段が、軸受軌道輪から放射方向に内向きの任意の複数の選択的距離で、Ｘ線源と放射線検出器とを取り付ける。

本発明の他の特徴によれば、ＣＴスキャナを製造する方法が開示されている。ＣＴスキャナのための共通の半組立体が製造される。適切な直径のボアが選択される。選択された直径のボアは、共通の半組立体に取り付けられる。Ｘ線管と放射線検出器の配列とが、共通の半組立体に取り付けられる。

本発明の１つの利点は、異なる患者開口のための標準的なスキャナ半組立体を提供する点に存する。

他の利点は、より大きな数の同一モジュールを追加することによる容易な性能のグレードアップに存する。

さらに他の利点は、費用の削減に存する。

本発明のさらに一層の利点及び利益は、好適実施態様の以下の詳細な記載を読んで理解した後、当業者に明らかになるであろう。

本発明は、様々な構成素子及び構成素子の配置、並びに、多様なステップ及びステップの配列の形態を取り得る。図面は好適実施態様を例証する目的のために過ぎず、本発明を制限するものと解釈されるべきではない。

図１を参照すると、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像装置又はスキャナ１０は、回転ガントリ１４を支持する固定ガントリ１２を含む。固定ガントリ１２は、従来的な撮像スイート内への出入口又は他の表玄関を通じて嵌合する大きさとされている。Ｘ線管１６のようなＸ線源と放射源コリメータ１８は協働して、検査領域を横断してＸ線検出器２２の配列に向けられる扇形状、コーン形状、楔形状、又は、他の形状のＸ線ビームを生成する。好ましくは、Ｘ線検出器２２は回転ガントリ１４上に取り付けられる。検査領域２０は、被検者を移動部分から遮蔽するために固定ガントリ１２に取り付けられた表面的放射線透過性ボア又はベゼル２４内に定められている。レゾルバ又はエンコーダが、空気軸受、磁気軸受、又は、類似物のような高速軸受上で１つ又はそれよりも多くのモータ２８によって回転されるとき、レゾルバ又はエンコーダ２６が回転ガントリの角向きを決定する。

被検者支持体又は患者カウチ３０がモータ３２によって駆動されて、Ｚ軸に沿って長手方向に検査領域２０内に及び検査領域を通じて移動する。好ましくは、患者カウチの少なくとも一部は、部分的に或いは完全に放射線透過性を有する。

検出器２２によって収集される投射データは、デジタルデータメモリ４０に連絡される。再構築プロセッサ４２が、フィルタリングされた逆投影法、ｎ−ＰＩ再構築法、又は、他の再構築法を用いて、獲得された投射データを再構築して、容積画像メモリ４４内に記憶される被検者又は被検者の選択された部分の三次元画像表現を生成する。グラフィックユーザーインターフェース４８若しくは他のディスプレイ装置、印刷装置、又は、操作者によって見られるための類似物の上に表示される、人間が見ることのできる画像を生成するために、画像表現はビデオプロセッサ４６によって表現され或いは他の方法で操作される。

好ましくは、グラフィックユーザーインターフェース４８は、操作者がＣＴ撮像セッションを開始し、実行し、且つ、制御するのを可能にするために、人間操作者をＣＴスキャナ１０と結び付けるようプログラムされる。グラフィックユーザーインターフェース４８は、画像再構築が医療関係者に送信される、患者情報データベースがアクセスされる、又は、類似のことが行われる病院又はクリニック情報ネットワークのような通信ネットワークと選択的にインターフェース接続される。

引き続き図１を参照すると、回転ガントリ１４は、Phillips Medical Systems に発効した米国特許第６，４０４，８４５号に詳細に記載されるような複数の空気軸受パッド５０によって、固定ガントリ１２に懸架されている。回転ガントリのためにほぼ無摩擦の表面をもたらすために、空気軸受パッド５０は、空気の薄いクッションの上で、回転ガントリ１４のアルミニウムロータ５４の外周表面又は空気軸受軌道輪５２を支持しており、よって、合理的なシステム費用で軸受を高速回転に適するようにしている。

図２Ａ及び２Ｂを参照すると、ＣＴスキャナにおいて通常用いられる様々な共通の構成素子が、回転ガントリ１４上に取り付けられている。以下に詳細に議論されるように、モータ２８、電力スリップリング及びブラシ組立体５６、エンコーダ２６、情報送信組立体５８、Ｘ線管１６、検出器２２、及び、他の構成素子は、空気軸受軌道輪５２に隣接して或いは沿って、空気軸受システムの利用可能領域内に取り付けられている。Ｘ線管１６及び検出器２２をロータ外表面５２付近に配置することは、図２Ａに示されるように、大きなボアスキャナを定める。Ｘ線管１６及び検出器２２を互いにより近接して取り付けることは、図２Ｂに示されるように、小さなボアスキャナを定める。これは標準化されたＣＴスキャナ構成素子の利点を有し、且つ、各ボアサイズ又は特定用途のための特注設計のための必要を回避する。非反復工学及び反復製品費用は、共通構成素子の使用を通じて削減される。共通構成素子は最小限化される特異な鋳物の製造のために特に重要な製造のためのより少ない消耗品を必要とするので、共通構成素子の使用はＩＳＯ−１４００１（環境的考慮）の順守をもたらす。

図３を参照すると、空気パッド５０は、一対の収束軸受表面を有する空気軸受軌道輪５２の側周縁上に取り付けられている。この実施態様において、同一のパッドが、半径方向及び横方向の支持及び案内の双方をもたらす。モータ２８は、軌道輪５２の外部リング６２について取り付けられている。好ましくは、モータ２８は、数度の弧に亘る区画化されたモジュールであるリニア誘導モータ（ＬＩＭ）である。モータ２８は、推進のために用いられる軌道輪５２内の反作用磁場を誘導する。ガントリがより迅速に加速されるＣＴスキャナモデルのための軌道輪５２に沿って、より多くのモータモジュール２８が加えられる。選択的に、効率を向上するために、リニアモータ２８と相互作用する空気軸受表面上に或いは下に位置して、イオンが加えられる。選択的に、リニアモータ２８の磁石又は巻線は、軌道輪５２内に埋設される。この設計では、選択的に、同期リングモータが好ましく用いられる。

図３を継続して参照すると、電力スリップリング及びブラシ組立体５６は、軌道輪５２について取り付けられている。より具体的には、電力スリップリング又は区画６８は、軌道輪５２の外部リング６２について配置されている。電力スリップリング６８は連続的な同心リングであり得るが、それは連続的リングではなく、むしろ少なくとも１つの固定電力ブラシ組立体７０が任意の所与時間に各スリップリング区画６８と接触するよう、軌道輪５２の周りに円周上に亘る１つ又はそれよりも多くの区画６８であるのが好ましい。一般的には、より多くの区画が用いられれば用いられるほど、所要電力を供給するために、より少ないセグメント毎ブラシホルダが必要とされる。逆も正しい。例えば、もしより少ない数の区画が用いられるならば、より多くのセグメント毎ブラシホルダが必要とされる。各電力ブラシ組立体７０は、University of Virginia に発効した米国特許第４，３６０，６９９号及び第４，４１５，６３５号に記載されるような、ホルダと、ホルダ内に固定された複数の繊維ワイヤ（図示せず）とを含む。繊維ワイヤは半径方向取付を介してスリップリング６８と接触する。繊維ワイヤブラシは、ブラシ組立体７０及びスリップリング区画６８が、相互に約１５２．５リニアメートル／秒までの任意の速度で移動することを可能にする。繊維ブラシは最小摩耗を有し、何億もの回転の製品寿命、並びに、多くのＣＴスキャナスリップリング設計において利用される炭素複合材ブラシに関連するブラシダストの実質的除去を可能にする。スリップリング区画設計は、より多くの柔軟性、取付及び置換の容易性、並びに、現在のＣＴスキャナスリップリング設計に対する重大な費用節約をもたらす。より高電力のＸ線管を備えるＣＴスキャナモデルのために、再びモジュール方式で費用効率的に、ガントリ設計を変更することなしに、より多くの類似ブラシホルダ及び／又は類似電力スリップ区画が加えられる。

代替的に、電力を誘導的に移動するために、回転変圧器を用い得る。選択的に、変圧器の回転部分を空気軸受軌道輪と一体化し得る。

継続して図３を参照し、且つ、再び図２Ａ及び２Ｂを参照すると、情報送信組立体５８は、軌道輪５２について配置されている。周表面の周りに配置される一連のダイオード７６から光を受光するために、楕円形レンズ７２及び光受光器又は検出器７４が、空気軸受軌道輪５２の部分に沿って取り付けられている。各レンズは、数度の弧に亘って延在し、レンズの下の如何なる地点で受光した光をも共通の焦点上に集束する、例えば、焦点への経路が一定であり、回転ガントリ１４の位置と無関係であるよう設計されている。好ましくは、固定ガントリ１２は四分円に分割され、単一の光収集組立体７２，７４がそれぞれの内部に配置される。光源、即ち、発光ダイオード７６は、少なくとも１つの発光ダイオードが任意地点で時間内に光収集組立体７２，７４に選択的に接続されるよう、回転部分上に配置されている。４つの光収集組立体及び単一円周線の光源は、現在の４０スライススキャナの少なくとも５．３ギガバイト／秒データ転送速度に適合するのに十分である。勿論、データ転送速度を増大するために、収集組立体をモジュール方式に加え得ることも考えられる。この場合には、光源のレンズが空気軸受軌道輪５２の周りに等間隔に配置されるよう、現在各四分円内にある光源が調和して動作する状態で、回転ガントリ１４は均等区画に分割される。選択的に、より高い光電力出力を備える光源を利用することによって、及び／又は、隣接する流路が各光収集組立体内に収容されるよう、光源が内在する四分円に従って光源を電子的に切り替えることによって、データ転送速度は増大される。類似の方法において、且つ、より少ないハードウェア及び光帯域幅を用いて、ガントリの回転部分とそのステータとの間の双方向光制御リンクが実施される。このリンクを情報送信組立体の光ＨＷ内で部分的に実現し得る。

引き続き図２Ａ及び３を参照すると、レゾルバ又はエンコーダ２６は、軌道輪５２の外部リング６２について配置されている。好ましくは、エンコーダ２６は、軌道輪５２の周りに３６０度円周状に広がる複数の目盛印(tick mark)又はタイミング素子８０を含む。目盛印８０は軌道輪５２にエッチング処理され或いは他の方法で取り付けられる。回転ガントリ１４が回転して回転ガントリ１４の角位置を決定するとき、光学読取りヘッド８２は目盛印８０を読み取る。比較的新しい技術は、目盛印の経済的な精密適合又はエッチング処理を提供し、読取りヘッドは、軸受自体の上の或いは軸受に容易に取り付け得る別個の組立体の上の絶対位置目盛印の極めて高速な読取りを遂行し、よって、従来的なレゾルバ及び／又はエンコーダに関する費用／サイズ問題を克服し得る。磁気目盛及び磁気読取りヘッド、光エンコーダリング及び類似ピックアップ、並びに、類似物も考えられる。

図４を参照すると、空気軸受軌道輪５２は長方形の断面を有する。空気軸受パッド５０は、側周縁６０上及び軌道輪５２の半径方向の最外側表面８４上に取り付けられている。環状支持体８６，８８が軌道輪側周縁６０から拡張されて、電力スリップリング６８、エンコーダリング２６、及び、他の適切な構成素子のための環状取付手段又は表面を提供している。リニアモータ２８を環状支持体８６，８８の１つに結合し得るし、或いは、円周軸受表面又はより鉄分を備える下方に位置する層と相互作用するよう、空気軸受パッド５０の間に介装し得る。

図５及び６を参照すると、電力スリップリング６８は、軌道輪側周縁６０及び最外側表面８４上に取り付けられる。例えば、空間が許容するところではどこでも、電力スリップリング６８をロータの外周縁に取り付け得る。位置エンコーダ及びモータは図２Ａ及び２Ｂに示されるものと同一のままであることに留意すべきである。

好適実施態様を参照して本発明を記載した。上記の詳細な記載を読んで理解した後、変更及び修正が思い浮かぶであろう。それらの変更及び修正が添付の請求項及びその均等物の範囲内に来る限り、本発明はそのような変更及び修正の全てを含むものとして解釈されることが意図される。

空気軸受システムを用いる例示的な診断撮像装置を示す概略図である。 より大きなボアを備えるスキャナを示す概略図である。 より小さなボアを備えるスキャナを示す概略図である。 テーパ付き空気軸受軌道輪についての一部の撮像システム構成素子の取付けを概略的に示す断面図である。 長方形の空気軸受軌道輪についての一部の撮像システム構成素子の取付けを示す概略図である。 空気軸受軌道輪についての一部の撮像システム構成素子の他の取付けを示す概略図である。 空気軸受軌道輪についての一部の撮像システム構成素子の他の取付を示す概略図である。

Claims (18)

1. 共通の固定ガントリフレームと、
   複数の選択的な断面サイズの１つの、放射線透過性ボアと、
   前記固定ガントリに取り付けられた複数の共通の軸受部材と、
   該軸受部材上に回転可能に支持された共通の環状軸受軌道輪と、
   該環状軸受軌道輪を回転するための少なくとも１つの共通のモータモジュールと、
   任意の複数のボアサイズを備えるＣＴスキャナを製造するために、前記共通の軸受部材と前記軸受軌道輪とが用いられるよう、前記軸受軌道輪から半径方向に内向きの任意の複数の選択的距離でＸ線源と放射線検出器とを取り付けるための手段とを含む、
   ＣＴスキャナ半組立体。
2. 前記軌道輪は、三角形及び長方形の横断面の１つを有する、請求項１に記載のスキャナ。
3. 前記少なくとも１つの共通のモータモジュールは、リニア誘導モータモジュールを含む、請求項１に記載のスキャナ。
4. 前記軸受軌道輪をより高速に加速するために複数のモータモジュールをさらに含む、請求項１に記載のスキャナ。
5. 前記少なくとも１つのモータモジュールは、前記軌道輪内に埋設される、請求項１に記載のスキャナ。
6. 前記軌道輪について配置された共通の電力スリップリング組立体をさらに含み、該共通の電力スリップリング組立体は、少なくとも１つのモータに少なくとも電力供給し、各スリップリング組立体は、
   前記軌道輪に配置された環状電力スリップリング区画と、
   前記固定フレームに取り付けられた少なくとも２つのブラシホルダとを少なくとも含む、
   請求項１に記載のスキャナ。
7. 各ホルダ内に固定された複数の繊維ワイヤブラシをさらに含む、請求項６に記載のスキャナ。
8. 複数の電力スリップリング組立体をさらに含む、請求項６に記載のスキャナ。
9. データを送受信するために、前記軌道輪の部分について配置された情報送信組立体をさらに含み、各情報送信組立体は、
   前記軌道輪上に配置された複数のエミッタと、
   前記固定フレーム上に配置された複数の受信器とを含む、
   請求項１に記載のスキャナ。
10. 前記エミッタからの光線を受光し且つ該受光した光線を共通の焦点に集束する少なくとも１つの楕円形レンズをさらに含む、請求項９に記載のスキャナ。
11. 前記共通の空気軸受軌道輪は四分円に分割され、
    各関連する四分円内に配置される１つのレンズをさらに含むことで、前記軸受軌道輪が回転するとき、少なくとも１つの発光ダイオードが、各四分円内の前記１つのレンズの下に配置される、
    請求項１０に記載のスキャナ。
12. 前記軌道輪上に配置された複数のタイミング素子と、
    該タイミング素子の位置を読み取るために、前記固定ガントリ上に配置された読出しスキャナとをさらに含む、
    請求項１に記載のスキャナ。
13. ＣＴスキャナのための共通の半組立体を製造するステップと、
    適切な直径のボアを選択するステップと、
    前記選択された直径の前記ボアを前記共通の半組立体に取り付けるステップと、
    Ｘ線管と放射線検出器の配列とを前記共通の半組立体に取り付けるステップとを含む、
    ＣＴスキャナを製造する方法。
14. モータモジュールの種類を選択するステップと、
    複数のモータモジュールを前記共通の半組立体に取り付けるステップとをさらに含む、
    請求項１３に記載の方法。
15. 前記選択されたボア直径に基づいて、前記Ｘ線管及び前記検出器配列が可能な限り相互に並びに前記ボアに近接して取り付けられるよう、前記Ｘ線管及び前記検出器を取り付けるステップをさらに含む、
    請求項１３に記載の方法。
16. 前記選択されたボア直径に基づいて、前記Ｘ線管のサイズ及び前記検出器配列の長さを選択するステップと、
    前記Ｘ線管と前記検出器配列との間の取付距離を選択するステップとをさらに含む、
    請求項１３に記載の方法。
17. 前記共通の半組立体は、
    共通の固定ガントリフレームと、
    該固定ガントリに取り付けられた複数の共通の軸受部材と、
    該軸受部材上に回転可能に取り付けられた共通の環状軸受軌道輪と、
    該環状軸受軌道輪を回転するための少なくとも１つの共通のモータモジュールと、
    前記Ｘ線源と前記放射線検出器の配列とを任意の複数の選択的距離に配置するための手段とを含む、
    請求項１３に記載の方法。
18. 適合可能な標準化されたモジュール方式の撮像システムであって、
    標準的な固定ガントリフレームと、
    複数の特定の直径の１つを備える放射線透過性ボアと、
    前記固定ガントリに取り付けられた複数の標準的な軸受部材と、
    該軸受部材上に回転可能に支持された標準的な環状軸受軌道輪と、
    該軌道輪について配置された多様な標準的なモジュールと、
    任意の前記複数のボア直径を用いてＣＴスキャナを製造するために、前記標準的な軸受部材及び前記標準的な軸受軌道輪が用いられるよう、Ｘ線源及び放射線検出器を前記軸受軌道輪から半径方向に内向きの任意の複数の選択可能な距離に取り付けるための手段とを含み、
    各モジュールは、モジュール方式で追加可能であり、
    前記多用性は、
    前記環状軸受軌道輪を回転するための標準的なモータモジュール、
    電力を当該撮像システムの回転部分に供給するための標準的な電力スリップリングモジュール、及び、
    データを当該撮像システムの前記回転部分に送信し且つ前記データをそこから受信するための標準的な情報送信スリップリングモジュールの１つ又はそれより多くを含む、
    撮像システム。

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