JP2010063775A

JP2010063775A - Ｘ線ｃｔ装置

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Publication number: JP2010063775A
Application number: JP2008235027A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Shindo; 康孝信藤
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-09-12
Also published as: CN101669827A; JP5608321B2; CN101669827B; US8128286B2; US20100067652A1

Abstract

【課題】回転体を高速回転させた場合でも回転体の振動を抑え、Ｘ線ＣＴスキャンして得られる画像の品質を高くする。
【解決手段】基台２２に支持されたメインフレーム２４と、対峙して位置するＸ線管８とＸ線検出器９とを保持してメインフレーム２４に軸受３０を介して回転可能に軸支された円環状の回転体２５とを有するＸ線ＣＴ装置において、軸受３０は、Ｘ線管８の回転軌跡と同径上に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ装置に関し、特に、Ｘ線管とＸ線検出器とを保持する円環状の回転体を回転させながらＸ線ＣＴスキャンを行なうＸ線ＣＴ装置に関する。

例えば、下記特許文献１に記載されているように、Ｘ線管とＸ線検出器とを保持する円環状の回転体を有し、この回転体を軸受を介して固定部に回転可能に軸支したＸ線ＣＴ装置が知られている。なお、回転体を回転可能に軸支する軸受の直径は、回転体の内側に形成された診断用開口部の直径と略同じ寸法に設定されている。このＸ線ＣＴ装置は、診断用開口部内に被検体を位置させ、回転体を被検体の周りに回転させながらＸ線管からＸ線を照射し、被検体を透過したＸ線をＸ線検出器で検出することにより被検体をＸ線ＣＴスキャンしている。

さらに、下記特許文献２に記載されているように、回転体を任意のチルト角にチルトさせるチルト機構を備えたＸ線ＣＴ装置が知られている。チルト機構を備えたＸ線ＣＴ装置によれば、チルト機構によって回転体を任意のチルト角にチルトさせることにより、被検体を様々な角度からＸ線ＣＴスキャンすることが可能となる。
特開２００２−１７２１１２号公報特開平０２−２００２５１号公報

しかしながら、上述したＸ線ＣＴ装置においては、以下の点について配慮がなされていない。

近年では、被検体をＸ線ＣＴスキャンする時間の短縮化の要請から、回転体の回転速度を高速化する傾向にある。回転体の回転速度が高速化されると、回転体の回転中心の位置と回転体の重心位置との僅かなずれが原因となり、回転体に捩れが生じ、回転中の回転体が振動するようになる。回転中の回転体が振動すると、Ｘ線ＣＴスキャン面がズレを生じ、Ｘ線ＣＴスキャンして得られる画像の品質が低下する。

また、回転体が回転中に振動する他の原因としては、回転体をチルト可能に支持する片持ち状態のチルト軸の根元部分が変形することや、回転体をチルトさせるための駆動シリンダが回転体の片側にしか設けられていないために回転体を支持するバランスが回転体の両側で異なることや、回転体を支持して床面に固定された基台が回転体の回転に伴なって共振すること等が挙げられる。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、回転体を高速回転させた場合でも回転体の振動を抑えることができ、Ｘ線ＣＴスキャンして得られる画像の品質を高くすることができるＸ線ＣＴ装置を提供することである。

請求項１記載の発明の特徴は、基台に支持されたメインフレームと、対峙して位置するＸ線管とＸ線検出器とを保持して前記メインフレームに軸受を介して回転可能に軸支された円環状の回転体とを有するＸ線ＣＴ装置において、前記軸受は、前記Ｘ線管の回転軌跡と同径上に配置されていることである。

請求項２記載の発明の特徴は、一対のチルト軸を有してこれらのチルト軸が軸受を介してチルト可能に基台に軸支されたメインフレームと、対峙して位置するＸ線管とＸ線検出器とを保持して前記メインフレームに軸受を介して回転可能に軸支された円環状の回転体とを有するＸ線ＣＴ装置において、前記チルト軸は、一端が前記メインフレームに固定され、前記軸受を挟んだ他端が前記メインフレームから延出された補強部材に固定されていることである。

請求項４記載の発明の特徴は、一対のチルト軸が軸受を介してチルト可能に基台に軸支されたメインフレームと、対峙して位置するＸ線管とＸ線検出器とを保持して前記メインフレームに軸受を介して回転可能に軸支された円環状の回転体とを有するＸ線ＣＴ装置において、一方の前記チルト軸側に配置され、一端が前記基台に連結されて他端が前記メインフレームに連結され、伸縮駆動部を備える伸縮可能な駆動シリンダと、他方の前記チルト軸側に配置され、一端が前記基台に連結されて他端が前記メインフレームに連結され、伸縮を規制するブレーキ部を備える伸縮可能な従動シリンダと、を備えることである。

請求項５記載の発明の特徴は、基台に支持されたメインフレームと、対峙して位置するＸ線管とＸ線検出器とを保持して前記メインフレームに軸受を介して回転可能に軸支された円環状の回転体とを有するＸ線ＣＴ装置において、前記基台と前記メインフレームとは前記回転体を挟んで位置する支持部を介して連結され、前記基台は、前記基台を床面に固定した両端の固定位置間で発生する２次振動と３次振動とのそれぞれの節と重ならない位置で前記床面に固定されていることである。

本発明によれば、回転体を高速回転させた場合でも回転体の振動を抑えることができ、Ｘ線ＣＴスキャンして得られる画像の品質を高くすることができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施の形態のＸ線ＣＴ装置の概略構成を示すブロック図である。Ｘ線ＣＴ装置は、架台装置１と寝台装置２と操作コンソール装置３とにより構成されている。

架台装置１は、架台制御部４と、高電圧発生部５と、回転駆動部６と、チルト駆動部７と、Ｘ線管８と、Ｘ線検出器９と、データ収集部１０とを備えている。

寝台装置２は、寝台基台１１と、寝台駆動部１２と、寝台天板１３とを備えている。

操作コンソール装置３は、コンソール制御部１４と、入力操作部１５と、前処理部１６と、Ｘ線投影データ記憶部１７と、再構成処理部１８と、画像データ記憶部１９と、画像処理部２０と、表示部２１とを備えている。

架台制御部４は、操作コンソール装置３の入力操作部１５からの入力に応じ、架台装置１内の各部を制御する。

高電圧発生部５は、Ｘ線管８からＸ線を照射するために必要な高電圧を、架台制御部４から送信される制御信号に応じてＸ線管８に供給する。

Ｘ線管８は、高電圧発生部５から供給された高電圧によってＸ線を照射する。Ｘ線管８から照射されるＸ線は、ファン状又はコーン状に成形されている。

Ｘ線検出器９は、Ｘ線管８から照射され、被検体Ｐを透過したＸ線を検出する。シングルスライスＣＴ装置の場合、Ｘ線検出器９は、ファン状又は直線状に例えば１０００チャンネルのＸ線検出素子を１列に並べて構成されている。また、マルチスライスＣＴ装置の場合、Ｘ線検出器９は、Ｘ線検出素子を互いに直交する２方向（スライス方向及びチャンネル方向）それぞれにアレイ状に複数個配列され、これにより２次元のＸ線検出器が構成されている。

データ収集部１０は、Ｘ線検出器９の各Ｘ線検出素子と同様にアレイ状に配列されたデータ収集素子を有し、Ｘ線検出器９により検出されたＸ線（実際には検出信号）を、架台制御部４から出力されたデータ収集制御信号に応じて収集する。この収集されたデータがＸ線投影データとなる。

回転駆動部６は、架台制御部４から出力された制御信号により図示しないモータを駆動し、後述する回転体を回転駆動させる。

チルト駆動部７は、架台制御部４から出力された制御信号により後述する駆動シリンダと従動シリンダとを伸縮させ、回転体を後述するメインフレームと共に任意の角度にチルトさせる。

寝台駆動部１２は、操作コンソール装置３の入力操作部１５からの入力に応じ、寝台基台１１を上下方向に移動させ、及び、寝台天板１３を長手方向（矢印Ｘ方向）に移動させる。Ｘ線ＣＴスキャンを受ける被検体Ｐは、被検体Ｐの体軸方向と寝台天板１３の移動方向（矢印Ｘ方向）とが一致する向きに寝台天板１３上に載せられる。

入力操作部１５は、キーボート、タッチパネル、マウス等からなり、Ｘ線ＣＴ装置を駆動させるための各種の入力操作が行われる。

コンソール制御部１４は、入力操作部１５からの入力に応じた制御信号を発生させ、この制御信号を、架台制御部４や寝台駆動部１２、及び、操作コンソール装置３内の各部に送信する。

前処理部１６は、データ収集部１０から出力されたＸ線投影データに感度補正やＸ線強度補正等の前処理を施す。前処理部１６にて感度補正等の前処理が施されたＸ線投影データは、Ｘ線投影データ記憶部１７に一旦記憶される。

再構成処理部１８は、Ｘ線投影データ記憶部１７に記憶されたＸ線投影データを逆投影処理することにより、画像データを再構成する。この逆投影の方法は公知の方法と同じであり、説明は省略する。また、Ｘ線投影データに対して補間処理を行う場合は、３６０度補間法又は１８０度補間法（対向データ補間法）等の公知の補間法により、目的のスライス位置におけるＸ線投影データを求める。

再構成された画像データは、画像データ記憶部１９に一旦記憶された後、画像処理部２０に送られる。画像処理部２０は、入力操作部１５からの入力に応じ、画像データを公知の方法により、任意断面の断層像、任意方向からの投影像、又はレンダリング処理による３次元画像等の画像データに変換して表示部２１に送信する。表示部２１では、画像データに基づく画像が表示される。

図２は、架台装置１の外観構成を示す正面図であり、図３は架台装置１の外観構成を示す側面図である。

架台装置１は、基台２２と、支持部である一対の支柱２３ａ、２３ｂと、メインフレーム２４と、回転体２５と、駆動シリンダ２６と、従動シリンダ２７とを備えている。

基台２２は、矩形の枠状に形成されており、この基台２２の長手方向の両端部であって短手方向の略中央部に支柱２３ａ、２３ｂが立設されている。支柱２３ａ、２３ｂの上端部には、内部に軸受（図示せず）を収容した軸箱であるピローブロック２８が固定されている。ピローブロック２８における軸受の外輪を支持する部分は凹面状に湾曲して形成されており、軸受はピローブロック内で偏心可能に支持されている。

回転体２５は、中央部に診断用開口部２９が形成され、この診断用開口部２９を挟んで対峙する位置にＸ線管８とＸ線検出器９とが保持されている。診断用開口部２９はＸ線ＣＴスキャンを受ける被検体Ｐが出し入れされる部分であり、寝台天板１３が水平方向にスライドされることにより寝台天板１３上に載せられた被検体Ｐが診断用開口部２９に出し入れされる。

回転体２５は、軸受３０を介してメインフレーム２４に軸支され、診断用開口部２９を中心として回転可能とされている。軸受３０は、回転体２５が回転する場合のＸ線管８の回転軌跡と同径上であって、かつ、Ｘ線管８やＸ線検出器９を挟んだ寝台装置２の反対側の位置であるＸ線管８やＸ線検出器９の後ろ側に配置されている。回転体２５は、回転駆動部６によってモータ（図示せず）が駆動されることにより、回転駆動される。

メインフレーム２４は、一対の支柱２３ａ、２３ｂを介して基台２２に取付けられ、メインフレーム２４には軸受３０を介して回転体２５が回転可能に軸支されている。メインフレーム２４における回転体２５を挟んだ両側の部分にはアーム３１ａ、３１ｂが固定され、これらのアーム３１ａ、３１ｂは回転体２５の側方まで延出している。一方のアーム３１ａには一方のチルト軸３２ａの一端が固定され、他方のアーム３１ｂには他方のチルト軸３２ｂの一端が固定されている。チルト軸３２ａ、３２ｂは、水平方向であって回転体２５の回転中心と直交する方向に延出している。各チルト軸３２ａ、３２ｂは、ピローブロック２８内に収容された軸受により軸支されている。

さらに、アーム３１ａには補強部材であるＬ字形状の補強ブラケット３３ａの一端が固定され、アーム３１ｂには補強部材であるＬ字形状の補強ブラケット３３ａの一端が固定されている。補強ブラケット３３ａの他端はチルト軸３２ａの他端に固定され、補強ブラケット３３ｂの他端はチルト軸３２ｂの他端に固定されている。これらの補強ブラケット３３ａ、３３ｂを設けることにより、チルト軸３２ａがアーム３１ａと補強ブラケット３３ａとにより両端を支持された状態となり、チルト軸３２ｂがアーム３１ｂと補強ブラケット３３ｂとにより両端を支持された状態となる。

なお、メインフレーム２４の中央部には、回転体２５の診断用開口部２９と略同径の開口部３４が、診断用開口部２９と前後する位置に形成されている。

駆動シリンダ２６は、一方のチルト軸３２ａ側に配置され、一端が基台２２に揺動可能に連結され、他端がアーム３１ａに揺動可能に連結されている。駆動シリンダ２６は、伸縮駆動部である電動モータ（図示せず）を有し、この電動モータがチルト駆動部７によって駆動されることにより駆動シリンダ２６が伸縮する。

従動シリンダ２７は、他方のチルト軸３２ｂ側に配置され、一端が基台２２に揺動可能に連結され、他端がアーム３１ｂに揺動可能に連結されている。従動シリンダ２７は、図４に示すように、スライド可能に嵌合された第１パイプ３５と第２パイプ３６とを有し、第１パイプ３５がアーム３１ｂに連結され、第２パイプ３６が基台２２に連結されている。第１パイプ３５の内部にはナット３７が固定され、第２パイプ３６の内部にはネジ棒３８の一端が回転可能に保持され、ネジ棒３８はナット３７に螺合されている。この従動シリンダ２７は、第１パイプ３５又は第２パイプ３６に対して伸縮方向の外力が作用した場合、ナット３７に螺合しているネジ棒３８が軸心回りに回転しながら伸縮するように構成されている。さらに、第２パイプ３６内には、通電が遮断されることによりネジ棒３８の回転を規制する電磁式のブレーキ部３９が設けられている。ブレーキ部３９によってネジ棒３８の回転を規制することにより、従動シリンダ２７の伸縮が規制される。電磁式のブレーキ部３９のオン・オフ制御は、チルト駆動部７により駆動シリンダ２６を伸縮させる制御に連動して行われる。

基台２２は、架台装置１を設置する床面にアンカーボルトなどを用いて固定されている。図２において、破線の波線は基台２２を床面に固定した両端の固定位置“Ｘ、Ｙ”間で発生する基台２２の１次振動を表し、一点鎖線の波線は固定位置“Ｘ、Ｙ”間で発生する基台２２の２次振動を表わし、二点鎖線の波線は固定位置“Ｘ、Ｙ”間で発生する基台２２の３次振動を表わしている。固定位置“Ｘ、Ｙ”間での床面への基台２２の固定は、４つの固定位置“Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ”で行なわれており、これらの固定位置“Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ”は、固定位置“Ｘ、Ｙ”間で基台２２に発生する２次振動と３次振動とのそれぞれの節と重ならない位置とされている。具体的には、Ａの位置は、“Ｘ、Ｙ”間におけるＸ側から１／４の位置、Ｂの位置は、Ｘ、Ｙ間におけるＸ側から５／１２の位置、Ｃの位置は、“Ｘ、Ｙ”間におけるＸ側から７／１２の位置、Ｄの位置は、“Ｘ、Ｙ”間におけるＸ側から３／４の位置とされている。

このような構成において、このＸ線ＣＴ装置を用いて被検体ＰをＸ線ＣＴスキャンする場合には、寝台天板１３に載せた被検体Ｐを診断用開口部２９内に位置させ、回転体２５を回転させながらＸ線管８からＸ線を照射する。また、必要に応じて駆動シリンダ２６を伸縮させ、回転体２５をメインフレーム２４と共にチルト軸３２ａ、３２ｂの回りにチルトさせる。

回転体２５は、メインフレーム２４に軸受３０を介して回転可能に軸支されており、回転体２５の回転速度が高速化されるにつれて回転体２５が振動を生じ易くなる。しかし、このＸ線ＣＴ装置では、軸受３０が、回転体２５が回転する場合におけるＸ線管８の回転軌跡と同径上に配置され、診断用開口部２９の直径と略同じ寸法の直径を有する従来例の軸受に比べて大径となっている。このように、軸受３０が大径となることにより、回転中における回転体２５の捩れを抑えることができ、この捩れに起因する回転体２５の振動を抑えることができる。

これにより、回転体２５を回転させて行なうＸ線ＣＴスキャン時において、Ｘ線ＣＴスキャン面のずれが生じにくくなり、Ｘ線ＣＴスキャンして得られる画像の品質が高くすることができる。

被検体Ｐに対するＸ線ＣＴスキャンの方向を変える場合には、回転体２５をメインフレーム２４と共にチルト軸３２ａ、３２ｂの軸心回りにチルトさせる。チルト軸３２ａ、３２ｂは、一端側がアーム３１ａ、３１ｂに固定され、他端側が補強ブラケット３３ａ、３３ｂに固定され、両端が支持された状態となっている。このため、チルト軸３２ａ、３２ｂを太くすることなくチルト軸３２ａ、３２ｂの剛性を上げることができ、アーム３１ａ、３１ｂに連結されているチルト軸３２ａ、３２ｂの根元部分の変形を防止するとともにチルト軸３２ａ、３２ｂのアーム３１ａ、３１ｂに対する傾きを防止することができる。そして、チルト軸３２ａ、３２ｂがアーム３１ａ、３１ｂに対して傾くことにより発生する回転体２５とメインフレーム２４との振動を抑えることができる。

これにより、回転体２５を回転させて行なうＸ線ＣＴスキャン時において、Ｘ線ＣＴスキャン面のずれが生じにくくなり、Ｘ線ＣＴスキャンして得られる画像の品質を高くすることができる。

なお、本実施の形態では、チルト軸３２ａ、３２ｂを軸支するために、軸受の外輪を支持する部分が凹面状に湾曲して形成されたピローブロック２８を用いている。このピローブロック２８を用いることより、２つのピローブロック２８の取付位置精度が低い場合や、２つのチルト軸３２ａ、３２ｂの取付位置精度が低い場合であっても、チルト軸３２ａ、３２ｂをチルト可能に支持することができる。

これに対し、ピローブロック２８に代えて、深溝を有する軸箱を支柱２３ａ、２３ｂの上部に取付け、チルト軸３２ａ、３２ｂを軸支する軸受の外輪を深溝に嵌合させてもよい。このような深溝を有する軸箱内にチルト軸３２ａ、３２ｂを軸支する軸受を収容することにより、チルト軸３２ａ、３２ｂのアーム３１ａ、３１ｂに対する傾きの発生を防止することができ、チルト軸３２ａ、３２ｂがアーム３１ａ、３１ｂに対して傾くことにより発生する回転体２５とメインフレーム２４との振動を抑えることができる。

回転体２５をメインフレーム２４と共にチルトさせる場合は、一方のチルト軸３２ａ側に設けられている駆動シリンダ２６を伸縮させ、回転体２５をメインフレーム２４と共にチルト軸３２ａ、３２ｂの回りにチルトさせる。駆動シリンダ２６を伸縮させる場合、他方のチルト軸３２ｂ側に設けられている従動シリンダ２７のブレーキ部３９をオフにし、駆動シリンダ２６の伸縮に伴なって従動シリンダ２７を伸縮させる。駆動シリンダ２６の伸縮が終了した後は、従動シリンダ２７のブレーキ部３９をオンにし、従動シリンダ２７の伸縮を規制する。

このように、一方のチルト軸３２ａ側に駆動シリンダ２６が設けられるとともに他方のチルト軸３２ｂ側に従動シリンダ２７が設けられることにより、回転体２５とメインフレーム２４とを支持するバランスが回転体２５の両側で同じになる。このため、回転体２５の回転中に、回転体２５とメインフレーム２４とを支持するバランスが回転体２５の両側で異なることが原因となって発生する回転体２５とメインフレーム２４との振動を抑えることができる。

基台２２は、架台装置１を設置する床面にアンカーボルトなどを用いて固定されている。床面への基台２２の固定は、基台２２の両端を床面に固定した固定位置“Ｘ、Ｙ”間において発生する基台２２の２次振動と３次振動とのそれぞれの節と重ならない位置で行なわれている。このため、回転体２５の回転中における基台２２の振動を抑えることができ、基台２２が振動することに伴なって発生する回転体２５とメインフレーム２４との振動を抑えることができる。

本発明の一実施の形態のＸ線ＣＴ装置の概略構成を示すブロック図である。架台装置の外観構成を示す正面図である。架台装置の外観構成を示す側面図である。従動シリンダを示す縦断正面図である。

符号の説明

８Ｘ線管
９Ｘ線検出器
２２基台
２３ａ、２３ｂ支柱（支持部）
２４メインフレーム
２５回転体
２６駆動シリンダ
２７従動シリンダ
３０軸受
３２ａ、３２ｂチルト軸
３３ａ、３３ｂ補強ブラケット（補強部材）

Claims

基台に支持されたメインフレームと、対峙して位置するＸ線管とＸ線検出器とを保持して前記メインフレームに軸受を介して回転可能に軸支された円環状の回転体とを有するＸ線ＣＴ装置において、
前記軸受は、前記Ｘ線管の回転軌跡と同径上に配置されていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
一対のチルト軸を有してこれらのチルト軸が軸受を介してチルト可能に基台に軸支されたメインフレームと、対峙して位置するＸ線管とＸ線検出器とを保持して前記メインフレームに軸受を介して回転可能に軸支された円環状の回転体とを有するＸ線ＣＴ装置において、
前記チルト軸は、一端が前記メインフレームに固定され、前記軸受を挟んだ他端が前記メインフレームから延出された補強部材に固定されていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記チルト軸を軸支する前記軸受は、深溝を有する軸箱内に収容されていることを特徴とする請求項２記載のＸ線ＣＴ装置。
一対のチルト軸が軸受を介してチルト可能に基台に軸支されたメインフレームと、対峙して位置するＸ線管とＸ線検出器とを保持して前記メインフレームに軸受を介して回転可能に軸支された円環状の回転体とを有するＸ線ＣＴ装置において、
一方の前記チルト軸側に配置され、一端が前記基台に連結されて他端が前記メインフレームに連結され、伸縮駆動部を備える伸縮可能な駆動シリンダと、
他方の前記チルト軸側に配置され、一端が前記基台に連結されて他端が前記メインフレームに連結され、伸縮を規制するブレーキ部を備える伸縮可能な従動シリンダと、
を備えることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
基台に支持されたメインフレームと、対峙して位置するＸ線管とＸ線検出器とを保持して前記メインフレームに軸受を介して回転可能に軸支された円環状の回転体とを有するＸ線ＣＴ装置において、
前記基台と前記メインフレームとは前記回転体を挟んで位置する支持部を介して連結され、
前記基台は、前記基台を床面に固定した両端の固定位置間で発生する２次振動と３次振動とのそれぞれの節と重ならない位置で前記床面に固定されていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。