JP2010124832A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置及びｘ線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】デュアルエネルギー機能が有する本来的な識別分解能を保持すること、対応エネルギーの異なるデータの時間的及び空間的な離散を短縮すること、さらにＸ線管球と検出器の１対実装でデュアルエネルギー機能を可能にすることとを実現すること。
【解決手段】Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、コーンビーム形Ｘ線を発生するＸ線管１０１と、マルチスライス型であって、第１エネルギー域に比較的高感度を示す第１検出素子列２０１と第１エネルギー域より低い第２エネルギー域に比較的高感度を示す第２検出素子列２０２とが回転軸Ｚに沿って交互に配置されてなるＸ線検出器１０３と、Ｘ線管とＸ線検出器とを回転軸を中心として回転自在に支持する回転支持機構１０２と、Ｘ線検出器の出力に基づいて画像を再構成する再構成処理部１１４と、Ｘ線管の陽極上のＸ線焦点を回転軸に沿って相違する２つの位置でビュー毎に交互にシフトする焦点シフト制御部１１６とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置において、２種のエネルギーに対応する画像を取得してその差分画像により識別分解能を得るいわゆるデュアルエネルギー機能を有するＸ線コンピュータ断層撮影装置及びＸ線検出器に関する。

デュアルエネルギー機能の従来技術としては、以下の方法がある。
１）異なるＸ線に感度を持つ２種類の検出器をＸ線に照射方向にそって重ねて配置することにより、２種類のデータを得る手法（図８参照）。
２）回転毎にＸ線強度を切り替えてデータ収集を行い、２種類のデータを得る手法。

３）管球と検出器を２対用い、異なるＸ線強度にてデータ収集を行い、２種類のデータを得る手法（図９参照）。

前述した手法には、以下のような問題点が挙げられる。

１）異なるＸ線に感度を持つ検出器を垂直に配置するため、２段目の検出器でのＸ線カウントは1段目により影響を受けるため、識別分解能があまり向上しない。

２）回転毎にＸ線強度を切り替えるため、得られるデータは時間的に離散したデータとなり、再構成時に制限が発生する。ヘリカルスキャンではさらに空間的にも離散したデータとなってしまう。

３）Ｘ線管球と検出器を２対実装することにより、散乱線の影響が発生し、再構成画像に散乱線アーチファクトが発生する。また、散乱線の影響や架台半径の制限から、1対のシステムにおける撮影領域をカバーする検出器を２つの実装自体が困難となり、通常は異なる撮影領域をサポートする検出器の実装となり、撮影や再構成に制限が発生する。

本発明の目的は、デュアルエネルギー機能が有する本来的な識別分解能を保持すること、対応エネルギーの異なるデータの時間的及び空間的な離散を短縮すること、さらにＸ線管球と検出器の１対実装でデュアルエネルギー機能を可能にすることとを実現することにある。

本発明のある局面は、コーンビーム形Ｘ線を発生するＸ線管と、マルチスライス型であって、第１エネルギー域に比較的高感度を示す第１検出素子列と、前記第１エネルギー域より低い第２エネルギー域に比較的高感度を示す第２検出素子列とが前記回転軸に沿って交互に配置されてなるＸ線検出器と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とを回転軸を中心として回転自在に支持する回転支持機構と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像を再構成する再構成処理部と、前記Ｘ線管の陽極上のＸ線焦点を前記回転軸に沿って相違する２つの位置でビュー毎に交互にシフトする焦点シフト制御部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供する。

本発明によれば、デュアルエネルギー機能が有する本来的な識別分解能を保持すること、対応エネルギーの異なるデータの時間的及び空間的な離散を短縮すること、さらにＸ線管球と検出器の１対実装でデュアルエネルギー機能を可能にすることとを実現することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１には本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の架台の内部構造を、架台ハウジングの前カバーを取り外した状態で示している。図２には本実施形態によるデータ収集から画像再構成処理及び後処理までの一連の流れを示している。

架台１００は、Ｘ線管１０１を有する。
Ｘ線管１０１は、陰極から傘状のターゲットを有する回転陽極への電子線を電磁的に偏向させる偏向コイルを有する。電子線の電磁的な偏向は、回転陽極上のＸ線焦点をＺ軸方向にシフトさせる。このＸ線焦点のシフトは、電子線偏向コントローラ１２１から偏向コイルへの電流制御のもとにある。なお、回転フレーム１０２の回転軸をＺ軸として、ＸＹ面は回転軸Ｚに対して直交する面として定義される。

Ｘ線管１０１は、高電圧発生装置からスリップリング機構１０８を経由して管電圧の印加及びフィラメント電流の供給を受け、コーンビーム形のＸ線を発生する。Ｘ線管１０１は、回転軸Ｚ（Ｚ軸に等価）を中心に回転自在に支持される回転フレーム１０２に、Ｘ線検出器１０５とともに搭載される。回転角検出部１２３は、回転フレーム１０２の回転角を検出するために設けられる。通常、Ｘ線管１０１が頂上にあるとき、回転フレーム１０２の回転角はゼロ度にセットされる。Ｘ線検出器１０３は、回転軸ＺをはさんでＸ線管１０１に対向する。回転軸Ｚを中心として円筒形状の撮影領域が設けられ、撮影領域内に被検体が設置される。

Ｘ線検出器１０３は、Ｘ線管１０１から被検体を透過したＸ線を検出する。Ｘ線検出器１０３は、コーンビームに対応するマルチスライス型である。すなわち、Ｘ線検出器１０３は、回転軸Ｚにそって並列される複数のＸ線検出素子列を有する。各Ｘ線検出素子列は、回転軸Ｚに直交する方向にそって一列に配列された複数のＸ線検出素子を有する。

本実施形態では、特に、Ｘ線検出器１０３は、マルチエネルギー型に構成される。つまり、Ｘ線検出器１０３は、図３、図４、図５に例示するように、複数の第１検出素子列２０１と、複数の第２検出素子列２０２とを有する。第１検出素子列２０１のＺ軸方向に関する幅は、第２検出素子列２０２のそれと同じに構成される。第１検出素子列２０１は、比較的高エネルギー域に比較的高感度を示す。第２検出素子列２０２は、比較的低エネルギー域に比較的高感度を示す。第１検出素子列２０１と第２検出素子列２０２とは、一列づつ交互に配置される。なお、Ｘ線検出器１０３は、比較的高感度を示すエネルギー域が相違する３種類の検出素子列を装備して、一列づつ順番に配置するようにしてもよい。

Ｘ線検出器１０３の出力は、チャンネルごとにデータ収集回路（ＤＡＳ）１０４によって増幅され、ディジタル信号に変換され、そして例えば非接触型のデータ伝送装置１０５を介して前処理装置１０６に送られ、そこで感度補正等の補正処理を受け、再構成処理の直前段階にあるいわゆる投影データとして、ビュー番号と検出素子列番号（データ収集位置に相当する）とを関連付けられて、記憶装置１１２に記憶される。

電子線偏向コントローラ１２１は、焦点シフト制御部１１６の制御のもとで、陰極から陽極への熱電子線を電磁的に偏向させて、Ｘ線管１０１のＸ線焦点を回転陽極上でＺ軸方向にシフトさせる。焦点シフト制御部１１６は、回転角検出部１２３の検出角度に従って、Ｘ線管１０１のＸ線焦点を、図３、図６に示すように、ビュー毎に焦点位置Ｆ0と焦点位置Ｆ1とに交互に変位するために電子線偏向コントローラ１２１を制御する。

なお、本実施形態では、天板が移動しないで同位置で連続的にスキャンを繰り返すいわゆるコンベンショナルのスキャンにも、天板が移動しながら連続的にスキャンを繰り返すいわゆるヘリカルスキャンにもいずれにも適用されることが可能である。

図３、図５に示すように、焦点位置Ｆ0と焦点位置Ｆ1との間の距離ΔＺは、Ｘ線管１０１からその放射窓に設けられたＸ線絞りを通過したＸ線の照射野が、Ｘ線検出器１０３の検出面上で焦点位置Ｆ0のときと焦点位置Ｆ1のときとで、Ｚ軸方向に第１、第２検出素子列２０１、２０２の幅だけ変位するために必要な長さに幾何学的に決定される。

投影データ再配置処理部１２５は、図７に示すように、Ｘ線焦点Ｆ1にシフトしたときに収集した投影データに関連付けられている検出素子列番号を１つシフトさせる。それにより投影データ収集位置を、意図的な焦点シフトに伴う実際のデータ収集位置に再配置することができる。

再構成装置１１４は、図７に示すように、再配置された投影データから第１検出素子列２０１で収集した投影データを抽出し、マルチスライス又はコーンビーム再構成により画像（高エネルギー画像という）を発生する。また、再構成装置１１４は、再配置された投影データから第２検出素子列２０２で収集した投影データを抽出し、マルチスライス又はコーンビーム再構成により画像（低エネルギー画像という）を発生する。

画像加算処理部１１５は、後処理として、高エネルギー画像と低エネルギー画像とを加算するこにより、最終的な画像を発生する。高エネルギー画像は、骨等のＣＴ値の比較的高い部位に対してコントラストが良好であり、一方、低エネルギー画像は軟部組織等のＣＴ値の比較的低い（ＣＴ値ゼロ付近）部位に対してコントラストが良好であり、従って最終的な加算画像はＣＴ値の全域に関して良好なコントラストを有する。

本実施形態によれば、被検体を透過したＸ線を一段で検出するためデュアルエネルギー機能が有する本来的な識別分解能を保持することができる。また、数度相違するビュー毎に対応エネルギーの異なるデータを収集できるため時間的及び空間的な離散を短縮することができる。さらにそれらをＸ線管球と検出器の１対実装でデュアルエネルギー機能を可能にすることができる。

本実施形態により、ＣＴにより得られた画像による識別分解能の向上が制限なく行うことが可能であり、散乱線の影響や、前段の検出器による影響を受けないため、同一箇所を異なるＸ線強度で２回撮影したデータと同様な識別能の向上を同時間に収集されたデータから行うことができる。これにより、骨抜き処理の精度の向上や、ソフトプラークの識別が向上される。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。 本実施形態によるデータ収集から画像再構成処理及び後処理までの一連の流れを示す図である。 本実施形態において、フライングフォーカスの説明図である。 図１のＸ線検出器の検出素子列配列とＸ線焦点が位置Ｆ0のときのＸ線照射野とを示す図である。 図１のＸ線検出器の検出素子列配列とＸ線焦点が位置Ｆ1のときのＸ線照射野とを示す図である。 図１の焦点シフト制御部によるビューごとのＸ線焦点位置の変化を示す図である。 図１の投影医データ再配置処理部によるデータ再配置を示す図である。 従来技術において、２種類の検出器を重ねて配置した例を示す図である。 従来技術において、２対のＸ線管球と検出器を装備させた例を示す図である。

符号の説明

１０１…Ｘ線管、１０２…回転フレーム、１０３…マルチエネルギー型Ｘ線検出器、１１４…再構成装置、１１６…焦点シフト制御部、１２１…電子線偏向コントローラ、１２３…回転角検出部、１２５…投影データ再配置処理部、画像加算処理部（後処理部）。

Claims (7)

1. コーンビーム形Ｘ線を発生するＸ線管と、
   マルチスライス型であって、第１エネルギー域に比較的高感度を示す第１検出素子列と、前記第１エネルギー域より低い第２エネルギー域に比較的高感度を示す第２検出素子列とが前記回転軸に沿って交互に配置されてなるＸ線検出器と、
   前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とを回転軸を中心として回転自在に支持する回転支持機構と、
   前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像を再構成する再構成処理部と、
   前記Ｘ線管の陽極上のＸ線焦点を前記回転軸に沿って相違する２つの位置でビュー毎に交互にシフトする焦点シフト制御部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. 前記再構成処理部は、前記第１検出素子列で検出した投影データに基づいて第１の画像を再構成し、前記第２検出素子列で検出した投影データに基づいて第２の画像を再構成することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 前記第１の画像と前記第２の画像とを加算して第３の画像を発生する画像処理部をさらに備えることを特徴とする請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記第２検出素子列で検出した投影データのデータ収集位置を前記Ｘ線焦点のシフトに従って再配置することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. コーンビーム形Ｘ線を発生するＸ線管と、
   マルチスライス型であって、第１エネルギー域に比較的高感度を示す第１検出素子列と、前記第１エネルギー域より低い第２エネルギー域に比較的高感度を示す第２検出素子列とが前記回転軸に沿って交互に配置されてなるＸ線検出器と、
   前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とを回転軸を中心として回転自在に支持する回転支持機構と、
   前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像を再構成する再構成処理部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
6. コーンビーム形Ｘ線を発生するＸ線管と、
   マルチスライス型であって、比較的高感度を示すエネルギー域が相違する複数種類の検出素子列が前記回転軸に沿って配置されてなるＸ線検出器と、
   前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とを回転軸を中心として回転自在に支持する回転支持機構と、
   前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像を再構成する再構成処理部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
7. Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に装備されるＸ線検出器において、
   マルチスライス型であって、第１エネルギー域に比較的高感度を示す第１検出素子列と、前記第１エネルギー域より低い第２エネルギー域に比較的高感度を示す第２検出素子列とが交互に配置されてなることを特徴とするＸ線検出器。

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