JP2014230600A - X線ct装置およびx線ct装置用x線検出器 - Google Patents

X線ct装置およびx線ct装置用x線検出器 Download PDF

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Abstract

【課題】 X線検出器内部の信号の送受信を無線形式で行う。【解決手段】 上記課題を解決するために、実施形態のX線CT装置は、X線照射部から照射されたX線を検出し、アナログ信号を生成する検出部と、前記検出部で生成されたアナログ信号に基づいてデジタル信号を生成するA/D変換部と、前記A/D変換部で生成されたデジタル信号をデータ送信部に送信する伝送制御部と、前記検出部と前記A/D変換部の間、前記A/D変換部と前記伝送制御部の間、前記伝送制御部と前記データ送信部の間のうち少なくとも一部における信号の送受信を無線で行う無線通信手段と、を具備するX線検出器を備える。【選択図】図3

Description

本発明の実施形態は、X線CT装置およびX線CT装置用X線検出器に関する。
X線CT装置で使用されるX線検出器に、DAS(Data Acquisition System)と呼ばれるデータ収集システムを備えたX線検出器がある。通常、DASを備えたX線検出器では、例えば検出したX線に基づくアナログ信号を検出素子単位で増幅、デジタル信号に変換し、多数の当該検出素子から成るモジュール単位で当該デジタル信号の伝達を制御する。この際、X線検出器内部のデータ転送は、FPC(Flexible Printed Circuits)やコネクタなどを用いた有線形式で行われる。
特開2011−226902号公報
本発明が解決しようとする課題は、X線検出器内部の信号の送受信を無線形式で行うことである。
上記課題を解決するために、実施形態のX線CT装置は、X線照射部から照射されたX線を検出し、アナログ信号を生成する検出部と、前記検出部で生成されたアナログ信号に基づいてデジタル信号を生成するA/D変換部と、前記A/D変換部で生成されたデジタル信号をデータ送信部に送信する伝送制御部と、前記検出部と前記A/D変換部の間、前記A/D変換部と前記伝送制御部の間、前記伝送制御部と前記データ送信部の間のうち少なくとも一部における信号の送受信を無線で行う無線通信手段と、を具備するX線検出器を備える。
実施形態におけるX線CT装置の構成を示すブロック図。 実施形態におけるX線CT装置の斜視図。 実施形態におけるX線検出器の内部構造を示す概略図1。 実施形態におけるX線検出器の内部構造を示す概略図2。 実施形態におけるX線CT装置の動作を示すフロー図。 従来のX線検出器の内部構造を示す概略図。
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は、本実施形態におけるX線CT装置1のブロック図である。
図1に示す通り、本実施形態におけるX線CT装置1は、架台1a、コンソール1b、寝台16を備える。架台1aは、回転部1c、固定部1dを備える。固定部1dは、例えば図示しない外部電源と接続されており、スリップリングなどの電力/信号供給手段を介して、回転部1cの各構成に電力や信号を供給する。回転部1cは、X線照射部4、X線検出器5、データ送信部10を備える。固定部1dは、架台制御伝送部3、データ受信部11、回転部駆動機構17を備える。コンソール1bは、システム制御部2、画像再構成部12、画像記憶部13、表示部14、入力部15を備える。
図2は、本実施形態におけるX線CT装置1の斜視図である。なお、図2に示すように、寝台16に載置される患者の体軸方向に延びる軸をZ軸、鉛直上下方向に延びる軸をY軸、Z軸とY軸に対して垂直な方向に延びる軸をX軸と定義し、以下説明する。
システム制御部2は、架台制御伝送部3に対して、X線照射部4、伝送制御部9、データ受信部11、回転部駆動機構17の制御内容を通知する。システム制御部2は、所定のタイミングで所定の入力画面を表示部14に表示させる。システム制御部2は、入力部15を介したオペレータからの指示に従って、あるいは所定のタイミングで、画像記憶部13に記憶された画像データを表示部14に表示させる。システム制御部2は、伝送制御部9の制御内容を画再構成部12に通知する。システム制御部2は、入力部15を介したオペレータからの指示に従って寝台16を動作させ、載置された患者の位置を移動させる。
架台制御伝送部3は、システム制御部2からの通知をX線照射部4、伝送制御部9、データ受信部11、回転部駆動機構17に伝送する。
X線照射部4は、架台制御伝送部3から伝送された制御内容に従って、所定範囲に所定強度でX線を照射する。X線照射部4は、架台制御伝送部3から伝送された制御内容に従って、X線の照射を停止する。
X線検出器5は、検出部6、信号増幅部7、Analog/Digital変換部(A/D変換部8)、伝送制御部9を備える。X線検出器5は、X線照射部4から照射され、寝台13に載置された患者を透過したX線を検出部6で検出する。検出部6は、検出したX線の強度に基づくアナログ信号を生成し、信号増幅部7に当該アナログ信号を送信する。信号増幅部7は、検出部6から受信したアナログ信号を増幅させ、A/D変換部8に送信する。A/D変換部8は、信号増幅部7から受信した増幅後のアナログ信号をデジタル信号に変換し、伝送制御部9に当該デジタル信号を送信する。伝送制御部9は、A/D変換部8から受信したデジタル信号を、架台制御伝送部3から伝送された制御内容に従ってデータ送信部10に送信する。なお、X線検出器5の構成についての詳細は後述する。
データ送信部10は、伝送制御部9から受信したデジタル信号を、例えば光通信などの通信手段を用いて、データ受信部11に送信する。
データ受信部11は、架台制御伝送部3からの指示に従って、データ送信部10から受信したデジタル信号をコンソール1bの画像再構成部12に送信する。
画像再構成部12は、システム制御部2からの指示に従って、データ受信部11から受信したデジタル信号に基づく画像データを生成し、画像記憶部13に当該画像データを送信する。
画像記憶部13は、画像再構成部13から受信した画像データを記憶する。
表示部14は、システム制御部2からの指示に従って、画像記憶部13に記憶された画像データを表示する。表示部14は、システム制御部2からの指示に従って、所定の入力画面を表示する。
入力部15は、例えばマウスやトラックボール、キーボードを備えており、オペレータによる入力に従って、システム制御部2に指示を出す。
寝台16は、システム制御部2からの指示に従って動作し、載置された患者の位置をX軸の方向、Y軸の方向、Z軸の方向に移動させる。
回転部駆動機構17は、架台制御伝送部3からの指示に従って動作し、回転部1cを回転させる。回転部駆動機構17は、架台制御伝送部3からの指示に従って動作し、回転部1cの回転を停止させる。
次に、X線検出器5の構成の詳細を説明する。
図3と図4は、本実施形態におけるX線検出器5の内部構造を示す概略図である。
図3と図4の何れかに示すように、X線検出器5は、シンチレータ21、フォトダイオードチップ22、DASチップ23、基板24、データ転送用電波送信部25、シールド26、電力供給用電波受信部27、蓄電池28、バックプレーン29、データ転送用電波受信部30、電力供給用電波送信部31、位置決めピン32を備える。X線検出器5は、製造時やメンテナンス時において、筐体20の内部に例えば矢印Aの示す方向で挿入され、設置される。シンチレータ21とフォトダイオード22は、例えば図1における検出部6に相当する。DASチップ23は、例えば図1における信号増幅部7、A/D変換部8、伝送制御部9に相当する。
図3に示すように、基板24は、データ転送用電波送信部25、シールド26、電力供給用電波受信部27、蓄電池28を支持する。また、バックプレーン32は、データ転送用電波受信部30、電力供給用電波送信部31、位置決めピン32を支持しており、位置決めピン32は、基板24に設けられた凹部分に挿入された状態で固定される。位置決めピン32が当該凹部分に位置するとき、データ転送用電波送信部25とデータ転送用電波受信部30、電力供給用電波受信部27と電力供給用電波送信部31は、それぞれ対向して位置する。なお、データ転送用電波送信部25とデータ転送用電波受信部30、電力供給用電波受信部27と電力供給用電波送信部31のそれぞれの距離は、例えば位置決めピン32の長さや、当該凹部分の深さで決定される。
X線検出器5は、シンチレータ21、フォトダイオードチップ22、DASチップ23、基板24、データ転送用電波送信部25、シールド26、電力供給用電波受信部27、蓄電池28、データ転送用電波受信部30、電力供給用電波送信部31、位置決めピン32を、例えば図4に示すようなモジュール41単位で備える。本実施形態において、X線検出器5は、例えば列方向に4個ずつ、チャンネル方向に38個ずつモジュール41を備える。なお、当該列方向は図2におけるZ軸方向に相当し、チャンネル方向はX線検出器5の検出面の湾曲方向に相当する。
X線照射部4から照射され寝台16に載置された患者を透過したX線は、図示しないコリメータによってコリメートされた後、シンチレータ21に入射する。
シンチレータ21は、入射したX線を光に変換する。シンチレータ21で発生した光は、フォトダイオード22に入射される。
フォトダイオード22は、例えば上述の列方向に64個ずつ、上述のチャンネル方向24個ずつ素子を有する。フォトダイオード22は、入射した光に基づいて、当該素子単位でアナログ信号を生成する。フォトダイオード22は、生成したアナログ信号を、素子単位で区別して、DASチップ23に送信する。
DASチップ23は、フォトダイオード22から受信したアナログ信号を、素子単位で増幅させる。DASチップ23は、増幅したアナログ信号を、素子単位でデジタル信号に変換する。DASチップ23は、架台制御伝送部3から伝送された制御内容に従って、当該デジタル信号をデータ転送用電波送信部25に送信する。
データ転送用電波送信部25は、無線通信手段であり、蓄電池28に蓄積された電気エネルギーを用いて、DASチップ23から受信したデジタル信号を所定の周波数の電波に変換し、データ転送用電波受信部30に向けて、例えば各モジュール41の有する素子の列単位でシリアルに当該電波を送信する。
シールド26は、例えば電波遮断機能を有し、それぞれ対応関係にあるデータ転送用電波送信部25とデータ伝送用電波受信部30の間でのみ電波の送受信が行われ、他のモジュール41側へ影響しないように、データ転送用電波送信部25から送信された電波を誘導する。ここで対応関係とは、同一モジュール41が有する構成同士を指す。シールド26は、それぞれ対応関係にある電力供給用電波送信部2と電力供給用電波受信部27の間でのみ電波の送受信が行われ、他のモジュール41側へ影響しないように、電力供給用電波送信部31から送信された電波を誘導する。
データ転送用電波受信部30は、無線通信手段であり、データ転送用電波送信部25から送信され、シールド26によって誘導された電波に基づくデジタル信号を生成し、データ送信部10に送信する。
電力供給用電波送信部31は、無線電力供給手段であり、固定部1dから供給された電流を電波に変換し、電力供給用電波受信部27に向けて当該電波を送信する。
電力供給用電波受信部27は、無線電力供給手段であり、電力供給用電波送信部31から送信されシールド26によって誘導された電波を電流に変換し、変換した電流を蓄電池に送信する。
蓄電池28は、電力供給用電波受信部27から受信した電流によって充電され、電気エネルギーを蓄える。蓄電池28は、データ転送用電波送信部25がデジタル信号を電波に変換するとき、データ転送用電波送信部25に対して、蓄積した電気エネルギーを供給する。
図5は、X線CT装置1の動作を示すフロー図である。なお、X線検出器5に係るフローの説明は、図3および図4に基づく詳細を用いて行う。
ステップS1において、X線CT装置1の動作を開始する。X線CT装置1の動作が開始すると、固定部1dは、外部電源から供給される電力に基づいて、回転部1cのX線検出器5が有する電力供給用電波送信部31に対して電流を供給する。電力供給用電波送信部31は、供給された電流を電波に変換し、電力供給用電波受信部27に向けて変換した電波を送信する。蓄電池28は、電力供給用電波受信部27から受信した電流によって充電され、電気エネルギーを蓄える。一方で、X線CT装置1が起動するとステップS2に移行する。
ステップS2において、システム制御部2は、所定の入力画面を表示部14に表示させる。表示部14はシステム制御部2からの指示に従って、所定の入力画面を表示部14に表示する。なお、ここでの所定の入力画面とは、例えば、撮像に係るX線の強度、X線の照射範囲、X線の照射時間、回転部1cの回転速度などを設定するための入力画面である。オペレータは、入力部15を介してこの入力画面に入力する。所定の入力画面への入力が完了すると、オペレータは患者を寝台16に載置させ、当該患者の位置を撮像位置まで移動させるように入力部15に入力する。システム制御部2は、入力部15を介したオペレータからの指示に従って、患者の位置を撮像位置まで移動させる。オペレータの入力によって患者の位置が撮影位置まで移動すると、ステップS3に移行する。
ステップS3において、オペレータは、入力部15を介して、システム制御部2に回転部1cの回転を指示する。システム制御部2は、入力部15を介したオペレータからの指示に従って、架台制御伝送部3に回転部駆動機構17の制御内容を通知する。架台制御伝送部3は、システム制御部2から通知された制御内容を回転部駆動機構17に伝送する。回転部駆動機構17は、架台制御伝送部3から伝送された制御内容に従って、回転部1cをステップS2における設定に基づく速度まで回転させる。回転部1cの回転速度がステップS2における設定に基づく速度になると、ステップS4に移行する。
ステップS4において、システム制御部2は、架台制御伝送部3に対して、ステップS2における設定に基づくX線照射部4の制御内容を通知する。架台制御伝送部3は、システム制御部2からの通知をX線照射部4に伝送する。X線照射部4は、架台制御伝送部3から伝送された制御内容に基づいてX線の照射範囲に設定し、架台制御伝送部3から伝送された制御内容に基づくX線の強度でX線を照射する。X線照射部4から照射され寝台16に載置された患者を透過したX線は、図示しないコリメータによってコリメートされた後、シンチレータ21に入射する。シンチレータ21は、入射したX線を光に変換する。シンチレータ21で発生した光は、フォトダイオード22に入射する。フォトダイオード22は、入射した光に基づいて、素子単位でアナログ信号を生成し、それぞれ区別してDASチップ23に送信する。DASチップ23は、フォトダイオード22から受信したアナログ信号を、素子単位で増幅させ、素子単位でデジタル信号に変換する。また、DASチップ23は、架台制御伝送部3から伝送される制御内容に従って、当該デジタル信号をデータ転送用電波送信部25に送信する。データ転送用電波送信部25は、ステップS1から蓄電池28に蓄積されてきた電気エネルギーを用いて、DASチップ23から受信したデジタル信号を所定の周波数の電波に変換し、データ転送用電波受信部30に向けて当該電波を送信する。シールド26は、それぞれ対応関係にあるデータ転送用電波送信部25とデータ伝送用電波受信部30の間でのみ電波の送受信が行われるように、データ転送用電波送信部25から送信された電波を誘導する。データ転送用電波受信部30は、データ転送用電波送信部25から送信され、シールド26によって誘導された電波に基づくデジタル信号を生成し、データ送信部10に送信する。データ送信部10は、光通信などの通信手段を用いて、データ転送用電波受信部30から受信したデジタル信号をデータ受信部11に送信する。データ受信部11は、架台制御伝送部3からの指示に従って、データ送信部10から受信したデジタル信号をコンソール1bの画像再構成部12に送信する。X線の照射を開始してから、ステップS2における設定に基づくX線の照射時間が経過するとステップS5に移行する。
ステップS5において、システム制御部2は、X線の照射を停止させる旨の制御内容を架台制御伝送部3に通知する。架台制御伝送部3は、システム制御部2からの通知をX線照射部4に伝送する。X線照射部4は、架台制御伝送部3から伝送された制御内容に指示に従って、X線の照射を停止する。X線の照射を終了させると、システム制御部2は、回転部1cの回転を停止させる旨の制御内容を架台制御伝送部3に通知する。架台制御伝送部3は、システム制御部2からの通知を回転部駆動機構17に伝送する。回転部駆動機構17は、架台制御伝送部3から伝送された制御内容に従って動作し、回転部1cの回転を停止させる。一方で、画像再構成部12は、システム制御部2からの指示に従って、データ受信部11から受信したデジタル信号に基づく画像データを生成し、画像記憶部13に当該画像データを送信する。画像記憶部13は、画像再構成部13から受信した画像データを記憶する。システム制御部2は、画像記憶部13に記憶された画像データを表示部14に表示させる。14は、システム制御部2からの指示に従って、画像記憶部13に記憶された画像データを表示する。
ステップS6において、オペレータは表示部14に表示された画像データを参照する。オペレータによる参照が終了すると、オペレータはX線CT装置1の動作を終了させる。
以上で説明したように、本実施形態におけるX線CT装置1は、X線検出器5内部における信号の伝送を無線形式で行う。
図6は、有線形式のみで信号の伝送を行う、従来のX線検出器の概略図である。
図6(a)に示すような従来のX線検出器では、例えばコネクタ上部34は基板24に、コネクタ下部35はバックプレーン29に固定されており、位置決めピン32と基板24の凹部分の位置が一致したときにのみコネクタ上部34がコネクタ下部35に接続される。コネクタ上部34とコネクタ下部35が接続されると、DASチップ23から送信されたデジタル信号は、コネクタ上部34とコネクタ下部35を経由し、データ送信部へ送信される。このような形式のX線検出器において、コネクタ上部34とコネクタ下部35は、例えば一つモジュールが有する素子の数に対応する複数の信号伝送用のピンを持っているため、例えば製造時やメンテナンス時において位置決めピン32の位置が少しでもずれてしまうとコネクタ上部34がコネクタ下部35に接続できず、製品不良を起こしてしまう可能性がある。本実施形形態におけるX線CT装置1の場合、この部分における信号の伝送は無線で行われるため、位置決めピン32の位置が多少ずれてしまったとしても信号の伝送は可能であり、不良を起こしにくい。
また、図6(b)は、図6(a)を用いて説明した例とは別に、有線形式のみでデータ転送を行う従来のX線検出器の概略図である。図6に示すような従来のX線検出器では、例えばFPC33の一方の端部は基板24に固定されており、FPC33のもう一方の端部はコネクタ上部34に固定される。また、コネクタ下部35は、バックプレーン29に固定される。DASチップ23から送信されたデジタル信号は、コネクタ上部34とコネクタ下部35が接続されると、FPC33、コネクタ上部34、コネクタ下部35を介して、データ伝送部に送信される。このような形式のX線検出器は、例えば製造時やメンテナンス時において、筐体20の開口部側Bに位置するコネクタ上部34とコネクタ下部35は接続させ易いが、筐体20の奥側Cに位置するコネクタ上部34とコネクタ下部35は接続させにくい。本実施形形態におけるX線CT装置1の場合、この部分における信号の伝送は無線で行われるため、位置決めピン32の位置が多少ずれてしまったとしても信号の伝送は可能であり、不良を起こしにくい。本実施形形態におけるX線CT装置1の場合、この部分を物質的に接続させる必要が無いため、X線件検出器5の筐体20への設置が簡便である。
また、X線CT装置の動作時において、FPCやコネクタの振動に基づくノイズも低減できる。
更に、X線検出器5の製造時やメンテナンス時において、モジュール41をバックプレーン29へ取り付ける際の作業性を大幅に向上できる。
本実施形態では、各データ転送用電波送信部25が同一の周波数の電波を送受信する場合について説明したが、例えば隣合うデータ転送用電波送信部25同士で周波数を変えて信号を送信し、データ転送用電波受信部30は対応関係にある転送用電波送信部25が送信した周波数でのみ信号を受信するように設定しても良い。この場合、対応関係にないデータ転送用電波送信部25とデータ転送用電波受信部30での信号の送受信が誤って行われることを防止できる。
本実施形態では、各データ転送用電波送信部25が同一のタイミングで電波を送受信する場合について説明したが、例えば隣合うデータ転送用電波送信部25同士でタイミングを変えて信号を送信し、データ転送用電波受信部30は対応関係にある転送用電波送信部25が送信したタイミングでのみ信号を受信するように設定しても良い。この場合、対応関係にないデータ転送用電波送信部25とデータ転送用電波受信部30での信号の送受信が誤って行われることを防止できる。
本実施形態では、デジタル信号を電波に変換し、無線形式で送受信する場合について説明したが、例えば、検出部6と信号増幅部7、あるいは、信号増幅部7とA/D変換部8の間におけるアナログ信号を電波に変換し、無線形式で送受信を行っても良い。
本実施形態では、電流を電波に変換し、その電波の送受信に基づいて電力を供給する場合について説明したが、非接触電力伝送を用いたものであれば良い。この場合、例えば、電力供給用電波受信部31と電力供給用電波送信部27に相当する位置にそれぞれ設けたコイルによる電磁誘導を用いた方法で電力の供給を行っても良い。あるいは、電磁界の共鳴現象を利用した、所謂電磁界共鳴方式を用いて、電力を供給しても良い。
以上、本発明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。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣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ともに、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。
1・・・X線CT装置
1a・・・架台
1b・・・コンソール
1c・・・回転部
1d・・・固定部
2・・・システム制御部
3・・・架台制御伝送部
4・・・X線照射部
5・・・X線検出器
6・・・検出部
7・・・信号増幅部
8・・・A/D変換部
9・・・伝送制御部
10・・・データ送信部
11・・・データ受信部
12・・・画像再構成部
13・・・画像記憶部
14・・・表示部
15・・・入力部
16・・・寝台
17・・・回転部駆動機構
20・・・筐体
21・・・シンチレータ
22・・・フォトダイオードチップ
23・・・DASチップ
24・・・基板
25・・・データ転送用電波送信部
26・・・シールド
27・・・電力供給用電波受信部
28・・・蓄電池
29・・・バックプレーン
30・・・データ転送用電波受信部
31・・・電力供給用電波送信部
32・・・位置決めピン
33・・・FPC
34・・・コネクタ上部
35・・・コネクタ下部
41・・・モジュール

Claims (8)

  1. X線照射部から照射されたX線を検出し、アナログ信号を生成する検出部と、
    前記検出部で生成されたアナログ信号に基づいてデジタル信号を生成するA/D変換部と、
    前記A/D変換部で生成されたデジタル信号をデータ送信部に送信する伝送制御部と、
    前記検出部と前記A/D変換部の間、前記A/D変換部と前記伝送制御部の間、前記伝送制御部と前記データ送信部の間のうち少なくとも一部における信号の送受信を無線で行う無線通信手段と、
    を具備するX線検出器を備えたX線CT装置。
  2. 前記X線検出器は、前記検出部と前記A/D変換部の間、前記A/D変換部と前記伝送制御部の間、前記伝送制御部と前記データ送信部の間のうち少なくとも一部における電力の供給を無線で行う無線電力供給手段を備える請求項1に記載のX線CT装置。
  3. 前記無線通信手段は、少なくとも前記伝送制御部と前記データ送信部の間における信号の送受信を無線で行う請求項1又は2に記載のX線CT装置。
  4. 前記無線電力供給手段は、少なくとも前記伝送制御部と前記データ送信部の間における電力の供給を無線で行う請求項1乃至3のうちいずれか一つに記載のX線CT装置。
  5. X線照射部から照射されたX線を検出し、アナログ信号を生成する検出部と、
    前記検出部で生成されたアナログ信号に基づいてデジタル信号を生成するA/D変換部と、
    前記A/D変換部で生成されたデジタル信号をデータ送信部に送信する伝送制御部と、
    前記検出部と前記A/D変換部の間、前記A/D変換部と前記伝送制御部の間、前記伝送制御部と前記データ送信部の間のうち少なくとも一部における信号の送受信を無線で行う無線通信手段と、
    を具備するX線CT装置用X線検出器。
  6. 前記検出部と前記A/D変換部の間、前記A/D変換部と前記伝送制御部の間、前記伝送制御部と前記データ送信部の間のうち少なくとも一部における電力の供給を無線で行う無線電力供給手段を備える請求項5に記載のX線CT装置用X線検出器。
  7. 前記無線通信手段は、少なくとも前記伝送制御部と前記データ送信部の間における信号の送受信を無線で行う請求項5又は6に記載のX線CT装置用X線検出器。
  8. 前記無線電力供給手段は、少なくとも前記伝送制御部と前記データ送信部の間における電力の供給を無線で行う請求項5乃至7のうちいずれか一つに記載のX線CT装置用X線検出器。
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