JP2014045895A - X-ray computer tomography apparatus and method for producing collimator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、コンピュータ断層撮影装置及びコリメータ製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a computer tomography apparatus and a collimator manufacturing method.
X線コンピュータ断層撮影装置(Computed tomography:以下、X線CT装置と呼ぶ)においては、X線管とX線検出器とのペアを被検体の周りを回転させながら、被検体を透過したX線をX線検出器内の複数のX線検出素子により検出する。なお、X線検出器には、X線に対して各X線検出素子を分離すると共に、入射X線方向を制限することにより散乱線を除去し直接線の検出能を向上するためにコリメータが装備される。コリメータは、例えば、被検体の体軸に直交するファン角方向(チャンネル方向)に関して配置された複数のX線遮蔽板(隔壁板)(以下、チャンネル隔壁板ともいう)により形成されている。隔壁板としては、例えば、モリブデン(Mo)板が使用可能となっている。 In an X-ray computed tomography apparatus (hereinafter referred to as an X-ray CT apparatus), an X-ray transmitted through a subject while rotating a pair of an X-ray tube and an X-ray detector around the subject. Is detected by a plurality of X-ray detection elements in the X-ray detector. The X-ray detector includes a collimator for separating each X-ray detection element from the X-ray and removing the scattered radiation by limiting the incident X-ray direction to improve the direct ray detection ability. Equipped. The collimator is formed by, for example, a plurality of X-ray shielding plates (partition plates) (hereinafter also referred to as channel partition plates) arranged in the fan angle direction (channel direction) orthogonal to the body axis of the subject. As the partition plate, for example, a molybdenum (Mo) plate can be used.
近年、二次元アレイ型のX線検出器の普及が進んでいる。この二次元アレイ型のX線検出器は、検出素子列(セグメントともいう)を比較的少数、典型的には、4列並べたものが普及している。しかし、最近では、シンチレータ素子とフォトダイオード素子を組み合わせた固体検出素子、又はX線を電荷に直接的に変換するセレン等の固体検出素子の採用により、64列、さらにそれを越える列数を持った広視野のX線検出器が登場している。 In recent years, two-dimensional array type X-ray detectors have been widely used. As this two-dimensional array type X-ray detector, a relatively small number of detection element arrays (also referred to as segments), typically, four arrays are widely used. However, recently, by adopting a solid state detection element that combines a scintillator element and a photodiode element, or a solid state detection element such as selenium that converts X-rays directly into electric charge, the number of columns exceeds 64. Wide-field X-ray detectors have appeared.
このようなX線検出器の多列化が進んだ場合、前述したチャンネル隔壁板のみにより形成されたコリメータ(一次元コリメータ)では、被検体の体軸方向に沿ったコーン角方向(スライス方向)の散乱線を除去できず、アーチファクトやCT値変動を発生させてしまう。そのため、コーン角方向に関しても複数のX線遮蔽板(隔壁板)(以下、スライス隔壁板ともいう)を配置したコリメータ(以下、二次元コリメータともいう)が必要となる。すなわち、二次元コリメータは、ファン角とコーン角との2方向の散乱線を除去する観点から、X線管(X線焦点)を向いて格子状に組まれたチャンネル隔壁板及びスライス隔壁板により形成される必要がある。 When the number of X-ray detectors is increased, the collimator (one-dimensional collimator) formed only by the channel partition plate described above has a cone angle direction (slice direction) along the body axis direction of the subject. Cannot be removed, causing artifacts and CT value fluctuations. Therefore, a collimator (hereinafter also referred to as a two-dimensional collimator) in which a plurality of X-ray shielding plates (partition wall plates) (hereinafter also referred to as slice partition walls) is disposed also in the cone angle direction is required. That is, the two-dimensional collimator is composed of a channel partition plate and a slice partition plate assembled in a lattice shape facing the X-ray tube (X-ray focal point) from the viewpoint of removing scattered radiation in two directions of fan angle and cone angle. Need to be formed.
このような二次元コリメータとしては、例えば、格子状に組まれた多数のくし形板により形成された一体型構造のコリメータが知られている。また、視野を部分的にカバーする各コリメータモジュールを接合して製作された一体型構造の二次元コリメータも知られている。 As such a two-dimensional collimator, for example, an integrated structure collimator formed by a number of comb-shaped plates assembled in a lattice shape is known. A two-dimensional collimator having an integral structure manufactured by joining collimator modules that partially cover the visual field is also known.
しかしながら、以上のような二次元コリメータは、いずれも高い強度を有するように組み立てることが困難である。また、後者の二次元コリメータの場合、高速回転に伴う遠心力による応力が各コリメータモジュールの接合部分に集中して空間が発生し、感度分布の均一性が低下してしまう可能性もある。 However, it is difficult to assemble the two-dimensional collimators as described above so as to have high strength. Further, in the case of the latter two-dimensional collimator, stress due to centrifugal force accompanying high-speed rotation is concentrated at the joint portion of each collimator module, and a space is generated, which may reduce the uniformity of sensitivity distribution.
目的は、強度と均一性を向上させた一体型構造の二次元コリメータを実現し得るX線コンピュータ断層撮影装置及びコリメータ製造方法を提供することである。 An object is to provide an X-ray computed tomography apparatus and a collimator manufacturing method capable of realizing a two-dimensional collimator having an integrated structure with improved strength and uniformity.
実施形態のX線コンピュータ断層撮影装置は、X線源、X線検出器、コリメータ及び再構成部を備えている。 The X-ray computed tomography apparatus according to the embodiment includes an X-ray source, an X-ray detector, a collimator, and a reconstruction unit.
前記X線検出器は、前記X線源のX線焦点から発生され、被検体を透過するX線を検出するための複数のX線検出素子を前記被検体の体軸に直交するチャンネル方向と前記体軸に沿ったスライス方向とに格子状に配列している。 The X-ray detector includes a plurality of X-ray detection elements for detecting X-rays generated from an X-ray focal point of the X-ray source and transmitted through the subject, in a channel direction orthogonal to the body axis of the subject. They are arranged in a lattice pattern in the slice direction along the body axis.
前記コリメータは前記X線検出器に装着される。 The collimator is attached to the X-ray detector.
前記再構成部は、前記X線検出器の出力に基づいて前記被検体に関する画像データを再構成する。 The reconstruction unit reconstructs image data related to the subject based on the output of the X-ray detector.
前記コリメータは複数のチャンネル隔壁板及び複数のスライス隔壁板を備えている。 The collimator includes a plurality of channel partition plates and a plurality of slice partition plates.
前記複数のチャンネル隔壁板は、前記チャンネル方向に沿って配列され、前記X線に対する遮蔽性を有する。 The plurality of channel partition plates are arranged along the channel direction and have shielding properties against the X-rays.
前記複数のスライス隔壁板は、前記チャンネル隔壁板の間隙各々に配列され、前記X線に対する遮蔽性を有し、前記チャンネル隔壁板に溶接されている。 The plurality of slice partition plates are arranged in the gaps of the channel partition plates, have a shielding property against the X-rays, and are welded to the channel partition plates.
以下、図面を参照しながら一実施形態に係るX線コンピュータ断層撮影装置及びコリメータ製造方法を説明する。 Hereinafter, an X-ray computed tomography apparatus and a collimator manufacturing method according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
図1は一実施形態に係るX線コンピュータ断層撮影装置のブロック図である。X線コンピュータ断層撮影装置は、架台部(ガントリともいう)100を主要構造物として有する。架台部100は回転リング102を有し、この回転リング102にコーンビーム形X線管101とX線検出器11とが対向して配置されている。X線検出器11にはコリメータ13が取り付けられる。コリメータ13の詳細は後述する。X線管101は、高電圧発生装置109から周期的に発生される高電圧パルスを受けて、X線を発生する。X線検出器11は、電離箱形検出器箱又は半導体検出器で構成される。半導体X線検出器であれば、コーンビームの頂点(X線焦点F)を中心として円弧状に複数のX線検出素子が配列され、さらにこのX線検出素子列が回転リング102の回転軸と略平行な方向に沿って複数並列されている。X線検出器11には、一般的にDAS(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集回路104が接続されている。このデータ収集回路104には、X線検出器11の各チャンネルの電流信号を電圧に変換するI−V変換器と、この電圧信号をX線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このプリアンプの出力信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが、チャンネルごとに設けられている。データ収集回路104には非接触データ伝送装置105を介して前処理装置106が接続される。前処理装置106は、このデータ収集回路104で検出された投影データに対して、チャンネル間の感度不均一を補正したり、またX線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下又は信号脱落を補正する等の前処理を実行する。前処理装置106で補正を受けた投影データは記憶装置112に記憶される。再構成処理部118は、任意のコーンビーム画像再構成アルゴリズムにより記憶された投影データに基づいてCT値の3次元分布を表すボリュームデータを再構成する。コーンビーム画像再構成アルゴリズムの典型的な例としては重み付きフェルドカンプ法(Feldkamp method)がある。このフェルドカンプ法は、ファンビームコンボリューション・バックプロジェクション法をもとにした近似的再構成法であり、コンボリューション処理は、コーン角が比較的小さいことを前提として、データをファン投影データと見なして行われる。しかし、バックプロジェクション処理は、実際のレイ(ray)に沿って行われる。
FIG. 1 is a block diagram of an X-ray computed tomography apparatus according to an embodiment. The X-ray computed tomography apparatus has a gantry 100 (also referred to as a gantry) as a main structure. The
図示しない画像処理部においてボリュームデータはレンダリング処理又は断面変換処理(MPR)等により2次元座標系で表現された画像データに変換される。画像データは表示装置116に表示される。ホストコントローラ110は、オペレータによる入力装置115の操作に従って投影データの収集動作、つまりスキャンを実行させるために、回転リング102を定速で安定的に回転させるために架台駆動部107を制御し、スキャン期間中にX線管101からX線を発生させるために高電圧発生装置109を制御し、X線発生に同期してデータ収集回路104等を制御する等のスキャンに関わるコントロールを統括している。
In an image processing unit (not shown), the volume data is converted into image data expressed in a two-dimensional coordinate system by a rendering process or a cross-section conversion process (MPR). The image data is displayed on the
図1に示すように、二次元アレイ型のX線検出器11は、典型的には、複数のX線検出素子がX線焦点を中心として円弧状に一列に配列され、このX線検出素子列がZ軸方向(スライス方向)にそって複数並設される。なおX線検出素子列内の検出素子の配列方向を、チャンネル方向という。
As shown in FIG. 1, the two-dimensional array
二次元アレイ型のX線検出器11のX線源側には、複数の検出素子を個々に光学的に分離するとともに、入射方向を制限することにより散乱線を除去し直接線の検出能を向上するためにスライス方向とチャンネル方向との2方向に関してX線遮蔽板(隔壁板)が格子状に溶接されたコリメータ13が装備される。
On the X-ray source side of the two-dimensional array
コリメータ13は、図2に示すように、チャンネル方向に沿って配列された複数のチャンネル隔壁板31と、チャンネル隔壁板31の間隙各々に配列され、チャンネル隔壁板31に溶接された複数のスライス隔壁板33とを備えている。各スライス隔壁板33は、チャンネル隔壁板31に対して垂直に設けられる。また、各チャンネル隔壁板31及び各スライス隔壁板33は、X線源のX線焦点Fを向くように放射状に配列されることが好ましい。
As shown in FIG. 2, the collimator 13 includes a plurality of
各チャンネル隔壁板31は、X線遮蔽性を有する材料から長方形に切り出される。X線遮蔽性を有する材料は、例えば、薄いモリブデン板である。全てのチャンネル隔壁板33は、同一形状、同一サイズを有する。
Each
各スライス隔壁板33は、図3に示すように、X線遮蔽性を有する材料から成型された台形の短冊形状を有する薄板である。X線遮蔽性を有する材料は、例えば、薄いモリブデン板である。全てのスライス隔壁板33は、同一形状、同一サイズを有する。
As shown in FIG. 3, each
コリメータ13は、図4及び図5に示すように、複数のコリメート領域の全てを正確にX線焦点Fに集束させるようにチャンネル方向とスライス方向との2方向に一定の曲率を持たせる構造としてもよい。なお、コリメート領域はコリメータ13を構成する縦横の隔壁板31,33で囲まれる領域をいい、コリメート領域の一方の端面の中心と他方の端面の中心とを結んだ線をコリメートラインという。コリメートラインはコリメート領域の指向性を示す。
As shown in FIGS. 4 and 5, the collimator 13 has a structure in which a certain curvature is provided in two directions of the channel direction and the slice direction so that all of the plurality of collimated regions are accurately focused on the X-ray focal point F. Also good. The collimating region is a region surrounded by the vertical and
ここで、各チャンネル隔壁板31は、図6に示すように、チャンネル方向に隣り合うコリメートライン同士のなす角度として定義される拡がり角Δθ1を一定にするように配列される。
Here, as shown in FIG. 6, the
各スライス隔壁板33は、図7に示すように、スライス方向に隣り合うコリメートライン同士のなす角度として定義される拡がり角Δθ2を一定にするように配列される。
As shown in FIG. 7, each
各チャンネル隔壁板31は各スライス隔壁板33とともに複数の角錐形のコリメート領域を区画する。各コリメート領域は各検出素子にそれぞれ対応する。各コリメート領域にそれぞれ対応する各コリメートラインは、一点(X線焦点F)に集束する。この集束性は、複数のチャンネル各々に入射する散乱線を大幅に減少させて、診断画像精度を飛躍的に向上させることを可能にする。
Each
この集束性は、平板形状を有するチャンネル隔壁板31と台形の短冊形状を有する各スライス隔壁板33との溶接により達成できる。さらに上記集束性は、コリメータ13を複数のモジュールの組み合わせにより構成したものではなく、一体構成により獲得できる。従って、モジュール接合部分等に過度の応力がかかって部分的な歪みを生じさせたり、またモジュール接合部分で散乱線除去精度が大きく変化する等の不具合もなく、チャンネル方向及びスライス方向の両方向に関して感度分布の均一性を獲得することができる。
This convergence can be achieved by welding the
コリメータ13は、コリメータフレーム16を有する。コリメータフレーム16は、図8に示すように、上部フレーム17と下部フレーム19とを有する。上部フレーム17は、円環状板の一部形状を有する。下部フレーム19は、上部フレーム17と同一形状を有する。上部/下部フレーム17、19の円環の半径は、X線検出器11に組み付けられ、回転リング102に搭載されたコリメータフレーム16と、コーンビーム形X線管101のX線焦点Fとの距離にほぼ等価である。上部フレーム17と下部フレーム19とは、側部フレーム21、23により平行に保持される。上部フレーム17と下部フレーム19との間隔は、後述するチャンネル隔壁板ガイド溝の長さ、より具体的にはX線検出器11のスライス方向に関する感度幅にほぼ等価である。
The collimator 13 has a collimator frame 16. As shown in FIG. 8, the collimator frame 16 has an upper frame 17 and a lower frame 19. The upper frame 17 has a partial shape of an annular plate. The lower frame 19 has the same shape as the upper frame 17. The radius of the ring of the upper / lower frames 17 and 19 is the distance between the collimator frame 16 mounted on the
図9に示すように、下部フレーム19には複数のガイド溝(チャンネル隔壁板ガイド溝という)25が形成されている。複数のチャンネル隔壁板ガイド溝25は、一定の間隔でX線焦点Fを中心としてチャンネル方向に関し放射状に形成される。換言すると、複数のチャンネル隔壁板ガイド溝25は、X線焦点Fを中心とした円環の半径方向に沿って形成され、前述した拡がり角Δθ1を一定とするように配列される。同様に上部フレーム17にも複数のチャンネル隔壁板ガイド溝27が形成されている。
As shown in FIG. 9, a plurality of guide grooves (referred to as channel partition plate guide grooves) 25 are formed in the lower frame 19. The plurality of channel partition
各チャンネル隔壁板31は、このような各チャンネル隔壁板ガイド溝25,27に支持され、エポキシ系接着剤で固定される。各チャンネル隔壁板31は、フレーム17、19に対して垂直に設けられる。
Each
次に、以上のようなコリメータ13の製造方法について図10乃至図14を用いて説明する。ここでは、コリメータ13のうち、各チャンネル隔壁板31及び各スライス隔壁板33の一体型構造を溶接装置により作製する工程について主に述べる。溶接装置としては、例えば、溶接対象の位置決め機構と、微細加工が可能なレーザ溶接機等の溶接機40とを有する装置が適宜、使用可能となっている。
Next, a manufacturing method of the collimator 13 as described above will be described with reference to FIGS. Here, the process of producing the integral structure of each
溶接装置では、図10及び図11に示すように、各チャンネル隔壁板31のうちの1枚のチャンネル隔壁板31を溶接対象として、当該溶接対象のチャンネル隔壁板31に各スライス隔壁板33を溶接機40が順次、溶接する(ST1)。ステップST1において、溶接機40は、溶接対象のチャンネル隔壁板31と各スライス隔壁板33とを一方向から溶接する。具体的には例えば溶接機40は、図12に示すように、溶接対象の隔壁板31,33のなす角を略等分する中心軸41上において、溶接対象以外のスライス隔壁板33とは対向しない位置から溶接対象の隔壁板31,33を向く一方向42に沿って隔壁板31,33を溶接する。
In the welding apparatus, as shown in FIGS. 10 and 11, one of the
次に、溶接装置では、図13及び図14に示すように、一端が溶接された各スライス隔壁板33の他端に新たなチャンネル隔壁板31の裏面を当接させた状態で(ST2)、当該新たなチャンネル隔壁板31の表面に新たな各スライス隔壁板33を溶接機40が順次、溶接する(ST3)。ステップST3では、表面に対向する一方向42から溶接を行うことにより、表面における溶接と、裏面に当接した他端との溶接とを同時に行う。補足すると、溶接対象のチャンネル隔壁板31が2枚目以降の場合、溶接機40は、表面の溶接部分43に対して裏面部分44に位置する隔壁板31,33についても同時に溶接する。表面と裏面の同時溶接は、表面の溶接部分43のロウ材が裏面部分44にしみ出す現象を利用している。
Next, in the welding apparatus, as shown in FIG. 13 and FIG. 14, with the back surface of the new
以下、ステップST2,ST3を繰り返し実行することにより、格子状に溶接された一体構造の隔壁板31,33が作製される。この一体構造の隔壁板31,33は、各フレーム17,19,21,23内に固定される。これにより、コリメータ13が作製される。
Thereafter, by repeatedly executing steps ST2 and ST3, the integral
上述したように本実施形態によれば、複数のチャンネル隔壁板31がチャンネル方向に沿って配列され、複数のスライス隔壁板33が、チャンネル隔壁板31の間隙各々に配列され、チャンネル隔壁板31に溶接された構成により、強度と均一性を向上させた一体型構造の二次元コリメータを実現することができる。
As described above, according to the present embodiment, the plurality of
補足すると、従来の一次元コリメータは、図15に示すように、ファン角方向に関して配置されたチャンネル隔壁板31のみがあり、コーン角方向からの散乱線を除去できない。
Supplementally, as shown in FIG. 15, the conventional one-dimensional collimator has only the
これに対し、本実施形態では、図2に示したように、ファン角及びコーン角方向からの散乱線を除去でき、かつ溶接による一体型構造とすることにより、従来とは異なり、複数のコリメータモジュールの接合部分などの特異点を発生させることなく、より強度が高く、より感度分布が均一なコリメータを実現することができる。 On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the scattered rays from the fan angle and cone angle directions can be removed, and by using an integrated structure by welding, a plurality of collimators are different from the conventional one. A collimator having higher strength and a more uniform sensitivity distribution can be realized without generating a singular point such as a joint portion of the module.
また、本実施形態によれば、一端が溶接された各スライス隔壁板33の他端に新たなチャンネル隔壁板31の裏面を当接させた状態で、新たなチャンネル隔壁板31の表面に新たな各スライス隔壁板33を溶接機40が順次、溶接する。このとき、当該表面に対向する一方向42から溶接を行う構成により、表面の溶接部分43のロウ材が裏面部分44にしみ出す現象を利用して、当該表面における溶接と、当該裏面に当接した他端との溶接とを同時に行うことができる。
In addition, according to the present embodiment, a new
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 In addition, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof in the same manner as included in the scope and gist of the invention.
11…X線検出器、13…コリメータ、15…X線管、31…チャンネル隔壁板、33…スライス隔壁板。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記X線源のX線焦点から発生され、被検体を透過するX線を検出するための複数のX線検出素子を前記被検体の体軸に直交するチャンネル方向と前記体軸に沿ったスライス方向とに格子状に配列したX線検出器と、
前記X線検出器に装着されるコリメータと、
前記X線検出器の出力に基づいて前記被検体に関する画像データを再構成する再構成部とを具備し、
前記コリメータは、
前記チャンネル方向に沿って配列され、前記X線に対する遮蔽性を有する複数のチャンネル隔壁板と、
前記チャンネル隔壁板の間隙各々に配列され、前記X線に対する遮蔽性を有し、前記チャンネル隔壁板に溶接された複数のスライス隔壁板と
を有することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置。 An X-ray source;
A plurality of X-ray detection elements for detecting X-rays generated from an X-ray focal point of the X-ray source and transmitted through the subject are sliced along a channel direction perpendicular to the body axis of the subject and the body axis An X-ray detector arranged in a grid pattern in a direction;
A collimator mounted on the X-ray detector;
A reconstruction unit that reconstructs image data relating to the subject based on the output of the X-ray detector;
The collimator is
A plurality of channel partition plates arranged along the channel direction and having shielding properties against the X-rays;
An X-ray computed tomography apparatus comprising: a plurality of slice partition plates arranged in each gap of the channel partition plates, having shielding properties against the X-rays and welded to the channel partition plates.
前記各チャンネル隔壁板及び前記各スライス隔壁板は、前記X線源のX線焦点を向くように放射状に配列されたことを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置。 The X-ray computed tomography apparatus according to claim 1,
The X-ray computed tomography apparatus according to claim 1, wherein the channel partition plates and the slice partition plates are arranged radially so as to face the X-ray focal point of the X-ray source.
前記各チャンネル隔壁板のうちの1枚のチャンネル隔壁板を溶接対象として、当該溶接対象のチャンネル隔壁板に前記各スライス隔壁板を溶接機が順次、溶接する第1溶接工程と、
一端が溶接された前記各スライス隔壁板の他端に新たなチャンネル隔壁板の裏面を当接させた状態で、前記新たなチャンネル隔壁板の表面に新たな各スライス隔壁板を前記溶接機が順次、溶接する第2溶接工程と
を具備し、
前記第2溶接工程は、前記表面に対向する一方向から前記溶接を行うことにより、前記表面における溶接と、前記裏面に当接した前記他端との溶接とを同時に行うことを特徴とするコリメータ製造方法。 A collimator manufacturing method for manufacturing a collimator in which a plurality of channel partition plates and a plurality of slice partition plates are arranged in a grid pattern,
A first welding step in which one of the channel partition plates is a welding target, and a welding machine sequentially welds each of the partition partition plates to the channel partition plate to be welded;
The welding machine sequentially puts each new slice partition plate on the surface of the new channel partition plate in a state where the back surface of the new channel partition plate is brought into contact with the other end of each slice partition plate welded at one end. A second welding process for welding,
The second welding step performs the welding on the front surface and the welding on the other end in contact with the back surface simultaneously by performing the welding from one direction facing the front surface. Production method.
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