JP2021023671A - X線ct装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】スリップリングを無くし、メンテナンス工数およびコストを削減することである。【解決手段】実施形態のX線CT装置は、X線管と、X線検出器と、データ処理部と、電池と、回転体と、残量監視部と、判定部とを備える。X線検出器は、前記X線管により出力されるX線を検出する。データ処理部は、前記X線検出器により出力される信号を処理する。電池は、前記データ処理部に電力を供給する。回転体は、前記X線管と前記X線検出器とを対向して回転可能に支持し、前記データ処理部と前記電池とを更に回転可能に支持する。残量監視部は、前記電池の残量を監視する。判定部は、前記残量に基づいてスキャン条件を判定する。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、X線CT装置に関する。
X線CT(Computed Tomography:コンピュータ断層診断)装置は、X線管装置、X線検出器等が設けられた回転体を備えており、この回転体の回転機構により被検体の周囲を回転しながらX線を被検体に照射することで被検体の撮影を行う。この回転体に対する給電は、例えば、架台装置の固定部に設けられた電源装置が、スリップリングを介して、高電圧を回転体に印加することで行われる。
上記のとおり、従来の技術では、回転体に対する給電のためにスリップリングが必要である。しかしながら、このスリップリングでは、通電時に金属部等の摩耗が生じるため、定期的な摩耗粉の除去や部品交換等のメンテナンスが必要となる場合があった。
特開2011−161017号公報 国際公開第2014/38421号 特開平10−66689号公報
本発明が解決しようとする課題は、スリップリングを無くし、メンテナンス工数およびコストを削減することである。
実施形態のX線CT装置は、X線管と、X線検出器と、データ処理部と、電池と、回転体と、残量監視部と、判定部とを備える。X線検出器は、前記X線管により出力されるX線を検出する。データ処理部は、前記X線検出器により出力される信号を処理する。電池は、前記データ処理部に電力を供給する。回転体は、前記X線管と前記X線検出器とを対向して回転可能に支持し、前記データ処理部と前記電池とを更に回転可能に支持する。残量監視部は、前記電池の残量を監視する。判定部は、前記残量に基づいてスキャン条件を判定する。
実施形態に係るX線CT装置1の構成図。 実施形態に係る検出装置15の一例を示す図。 実施形態に係る回転フレーム16にX線検出器19およびDAS20が支持される様子を示す図。 実施形態に係る接触式の充電装置18における充電時の様子を説明する図。 実施形態に係る接触式の充電装置18における非充電時の様子を説明する図。 実施形態に係る非接触式の充電装置18Aにおける充電時の様子を説明する図。 実施形態に係る非接触式の充電装置18Aにおける非充電時の様子を説明する図。 実施形態に係るコンソール装置40の処理回路50の処理の一例を示すフローチャート。 実施形態に係るディスプレイ42に表示された警告および実行可能なスキャンプロトコルの一例を示す図。 実施形態に係るディスプレイ42に表示された警告および調整可能なスキャンパラメータの一例を示す図。 実施形態に係るコンソール装置40の処理回路50の処理の他の例を示すフローチャート。 実施形態に係るコンソール装置40の処理回路50の充電処理の一例を示すフローチャート。 実施形態に係る接触式の充電装置18における充電時の様子を説明する図。
以下、実施形態のX線CT装置を、図面を参照して説明する。実施形態のX線CT装置は、架台装置の回転体に電力を供給する電池を備える。この電池の残量はコンソール装置等により監視されており、この残量に応じたスキャンプロトコル等が操作者に提示される。スキャンプロトコルには、X線CT撮影の撮影条件、造影条件、画像表示法などの情報が含まれる。回転体を電池により駆動することで、スリップリングの部品交換等のメンテナンス工数およびコストを削減することができる。また、スイッチング電源等が不要となるため、給電時に発生するノイズに起因したスキャン画像の画質低下を防ぐことができる。
[全体構成]
図1は、実施形態に係るX線CT装置1の構成図である。X線CT装置1は、例えば、架台装置10と、寝台装置30と、コンソール装置40とを備える。図1では、説明の都合上、架台装置10をZ軸方向から見た図とX軸方向から見た図の双方を掲載しているが、実際には、架台装置10は一つである。本実施形態では、非チルト状態での回転フレーム16の回転軸または寝台装置30の天板33の長手方向をZ軸方向、Z軸方向に直交し、床面に対して水平である軸をX軸方向、Z軸方向に直交し、床面に対して垂直である方向をY軸方向とそれぞれ定義する。
架台装置10は、例えば、X線管11と、ウェッジ12と、コリメータ13と、電池14と、検出装置15と、回転フレーム16(回転体の一例)と、制御装置17と、充電装置18とを備える。検出装置15は、例えば、X線検出器19と、データ収集システム(以下、DAS:Data Acquisition System)20(データ処理部の一例)とを備える。
X線管11は、電池14からの高電圧の印加により、陰極(フィラメント)から陽極(ターゲット)に向けて熱電子を照射することでX線を発生させる。X線管11は、真空管を含む。例えば、X線管11は、回転する陽極に熱電子を照射することでX線を発生させる回転陽極型のX線管である。尚、架台装置10の固定フレーム(不図示)側に、変圧器(トランス)および整流器等を含む電気回路を有する高電圧発生装置が設けられる場合、X線管11は、この高電圧発生装置から供給される高電圧に基づいてX線を発生させてもよい。
ウェッジ12は、X線管11から被検体Pに照射されるX線量を調節するためのフィルタである。ウェッジ12は、X線管11から被検体Pに照射されるX線量の分布が予め定められた分布になるように、自身を透過するX線を減衰させる。ウェッジ12は、ウェッジフィルタ(wedge filter)、ボウタイフィルタ(bow-tie filter)とも呼ばれる。ウェッジ12は、例えば、所定のターゲット角度や所定の厚みとなるようにアルミニウムを加工したものである。
コリメータ13は、ウェッジ12を透過したX線の照射範囲を絞り込むための機構である。コリメータ13は、例えば、複数の鉛板の組み合わせによってスリットを形成することで、X線の照射範囲(FOV:Field of View)を絞り込む。コリメータ13は、X線絞りと呼ばれる場合もある。
電池14は、例えば、リチウムイオン電池、全個体電池等の大容量電池である。電池14は、内部に蓄積された電力を、回転フレーム16に設けられた各機器に供給する。電池14は、例えば、X線CT装置1のアイドリング時などのスキャンを実行していない間に、充電装置18からの電力供給を受けて充電される。電池14は、例えば、回転フレーム16に設けられた検出装置15や、回転フレーム16の回転体(検出装置15以外の支持部)等に設けられる。以下においては、電池14が、検出装置15に設けられる場合を例に挙げて説明する。
検出装置15は、X線管11が発生させ、被検体Pを通過して入射したX線を検出し、検出データをコンソール装置40に出力する。図2は、検出装置15の一例を示す図である。検出装置15は、例えば、X線検出器19と、DAS20と、電池14と、センサ21と、第1コネクタ24とを備える。センサ21は、例えば、電圧センサ22と、電流センサ23とを備える。
X線検出器19は、X線管11が発生させ、被検体Pを通過して入射したX線の強度を検出する。X線検出器19は、検出したX線の強度に応じた電気信号(光信号等でもよい)をDAS20に出力する。X線検出器19は、例えば、複数のX線検出素子25(25−1〜25−5等)の列を有する。尚、図2においては、5つのX線検出素子25−1〜25−5を示しているが、X線検出素子の数は任意である。また、以下において、X線検出素子25−1〜25−5を互いに区別しない場合には、単に「X線検出素子25」と呼ぶ。
複数のX線検出素子25のそれぞれは、X線管11の焦点を中心とした円弧に沿ってチャネル方向に複数のX線検出素子が配列されたものである。複数のX線検出素子25の列は、スライス方向(列方向、row方向)に配列される。
複数のX線検出素子25のそれぞれは、例えば、グリッドと、シンチレータアレイと、光センサアレイとを有する間接型の検出器である。シンチレータアレイは、複数のシンチレータを有する。それぞれのシンチレータは、シンチレータ結晶を有する。シンチレータ結晶は、入射するX線の強度に応じた光量の光を発する。グリッドは、シンチレータアレイのX線が入射する面に配置され、散乱X線を吸収する機能を有するX線遮蔽板を有する。なお、グリッドは、コリメータ(一次元コリメータまたは二次元コリメータ)と呼ばれる場合もある。光センサアレイは、例えば、Siフォトダイオード等の光センサを有する。光センサアレイは、シンチレータにより発せられる光の光量に応じた電気信号を出力する。X線検出器19は、入射したX線を電気信号に変換する半導体素子を有する直接変換型の検出器であってもよい。
DAS20は、例えば、複数のDAS基板26(26−1〜26−5等)を備えている。尚、図2においては、5つのDAS基板26−1〜26−5を示しているが、DAS基板の数は任意である。また、以下において、DAS基板26−1〜26−5を互いに区別しない場合には、単に「DAS基板26」と呼ぶ。
複数のDAS基板26のそれぞれは、例えば、増幅器と、積分器と、A/D変換器とを有する。増幅器は、X線検出器19の各X線検出素子25により出力される電気信号に対して増幅処理を行う。積分器は、増幅処理が行われた電気信号をビュー期間に亘って積分する。A/D変換器は、積分結果を示す電気信号をデジタル信号に変換する。DAS20は、デジタル信号に基づく検出データをコンソール装置40に出力する。検出データは、生成元のX線検出素子のチャンネル番号、列番号、及び収集されたビューを示すビュー番号により識別されたX線強度のデジタル値である。ビュー番号は、回転フレーム16の回転に応じて変化する番号であり、例えば、回転フレーム16の回転に応じてインクリメントされる番号である。従って、ビュー番号は、X線管11の回転角度を示す情報である。ビュー期間とは、あるビュー番号に対応する回転角度から、次のビュー番号に対応する回転角度に到達するまでの間に収まる期間である。DAS20は、ビューの切り替わりを、制御装置17から入力されるタイミング信号によって検知してもよいし、内部のタイマーによって検知してもよいし、図示しないセンサから取得される信号によって検知してもよい。フルスキャンを行う場合においてX線管11によりX線が連続曝射されている場合、DAS20は、全周囲分(360度分)の検出データ群を収集する。ハーフスキャンを行う場合においてX線管11によりX線が連続曝射されている場合、DAS20は、半周囲分(180度分)の検出データを収集する。
センサ21は、電池14の残量を計測するためのデータを取得し、取得したデータをコンソール装置40に送信する。残量は、例えば、SOC(State Of Charge)によって表される指標値である。センサ21は、例えば、電圧センサ22と、電流センサ23とを備える。電圧センサ22は、電池14の電圧値を検出する。電圧センサ22により検出される電圧は、例えば、OCV(Open circuit voltage;「開放電圧」)である。電圧センサ22は、検出した電圧値を示すデータをコンソール装置40に送信する。電流センサ23は、電池14の充放電電流の電流値を検出する。電流センサ23は、検出した電流値を示すデータをコンソール装置40に送信する。コンソール装置40は、受信した電圧値のデータ、電流値のデータ等に基づいて、電池14の残量を算出する。
第1コネクタ24は、電池14の充電を行う際に、電池14と、充電装置18とを接続する。第1コネクタ24は、例えば、X線CT装置1のアイドリング時などのスキャンを実行していない間(スキャン停止中)に、充電装置18側のコネクタと接続される。第1コネクタ24を介した充電方式の詳細については後述する。
図1に戻り、回転フレーム16は、X線管11、ウェッジ12、およびコリメータ13と、X線検出器19とを対向して回転可能に支持する円環状の部材である。回転フレーム16は、固定フレームによって、内部に導入された被検体Pを中心として回転自在に支持される。回転フレーム16は、更に、電池14と、DAS20とを回転可能に支持する。DAS20が出力する検出データは、回転フレーム16に設けられた発光ダイオード(LED)を有する送信機から、光通信によって、架台装置10の非回転部分(例えば固定フレーム)に設けられたフォトダイオードを有する受信機に送信され、受信機によってコンソール装置40に転送される。なお、回転フレーム16から非回転部分への検出データの送信方法として、前述の光通信を用いた方法に限らず、非接触型の任意の送信方法を採用してよい。回転フレーム16は、X線管11等を支持して回転させることができるものであれば、円環状の部材に限らず、アームのような部材であってもよい。
図3は、回転フレーム16にX線検出器19およびDAS20が支持される様子を示す図である。X線検出素子25は、X線管11により出力され、被検体Pを通過したX線を検出する。DAS基板26は、X線検出素子25から出力される電気信号に対する処理を行い、処理結果である検出データをコンソール装置40に出力する。図3に示されるように、DAS基板26は、回転フレーム16に設けられたスロットに挿入されることで支持される。
X線CT装置1は、例えば、X線管11とX線検出器19の双方が回転フレーム16によって支持されて被検体Pの周囲を回転するRotate/Rotate−TypeのX線CT装置(第3世代CT)であるが、これに限らず、円環状に配列された複数のX線検出素子が固定フレームに固定され、X線管11が被検体Pの周囲を回転するStationary/Rotate−TypeのX線CT装置(第4世代CT)であってもよい。
図1に戻り、制御装置17は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサを有する処理回路と、モータやアクチュエータ等を含む駆動機構とを有する。制御装置17は、コンソール装置40または架台装置10に取り付けられた入力インターフェース43からの入力信号を受け付けて、架台装置10および寝台装置30の動作を制御する。
制御装置17は、例えば、回転フレーム16を回転させたり、架台装置10をチルトさせたり、寝台装置30の天板33を移動させたりする。また、制御装置17は、X線管11に発生させるべきX線量に応じて電池14の出力電圧を制御する。架台装置10をチルトさせる場合、制御装置17は、入力インターフェース43に入力された傾斜角度(チルト角度)に基づいて、Z軸方向に平行な軸を中心に回転フレーム16を回転させる。制御装置17は、図示しないセンサの出力等によって回転フレーム16の回転角度を把握している。また、制御装置17は、回転フレーム16の回転角度を随時、処理回路50(制御部の一例)に提供する。制御装置17は、架台装置10に設けられてもよいし、コンソール装置40に設けられてもよい。
充電装置18は、回転フレーム16に設けられた電池14を充電する。充電装置18は、X線CT装置1の固定部に配置される。充電装置18は、例えば、X線CT装置1のアイドリング時などのスキャンを実行していない間に、検出装置15と接続され、検出装置15に設けられた電池14に電力を供給することで、電池14を充電する。充電装置18は、例えば、商用電源等から供給される交流電源を直流電源に変換した上で、電池14に供給する。充電装置18による充電方式の詳細については後述する。
寝台装置30は、スキャン対象の被検体Pを載置して移動させ、架台装置10の回転フレーム16の内部に導入する装置である。寝台装置30は、例えば、基台31と、寝台駆動装置32と、天板33と、支持フレーム34とを有する。基台31は、支持フレーム34を鉛直方向(Y軸方向)に移動可能に支持する筐体を含む。寝台駆動装置32は、モータやアクチュエータを含む。寝台駆動装置32は、被検体Pが載置された天板33を、支持フレーム34に沿って、天板33の長手方向(Z軸方向)に移動させる。天板33は、被検体Pが載置される板状の部材である。
寝台駆動装置32は、天板33だけでなく、支持フレーム34を天板33の長手方向に移動させてもよい。また、上記とは逆に、架台装置10がZ軸方向に移動可能であり、架台装置10の移動によって回転フレーム16が被検体Pの周囲に来るように制御されてもよい。また、架台装置10と天板33の双方が移動可能な構成であってもよい。また、X線CT装置1は、被検体Pが立位または座位でスキャンされる方式の装置であってもよい。この場合、X線CT装置1は、寝台装置30に代えて被検体支持機構を有し、架台装置10は、回転フレーム16を、床面に垂直な軸方向を中心に回転させる。
コンソール装置40は、例えば、メモリ41と、ディスプレイ42と、入力インターフェース43と、ネットワーク接続回路44と、処理回路50とを有する。実施形態では、コンソール装置40は架台装置10とは別体として説明するが、架台装置10にコンソール装置40の各構成要素の一部または全部が含まれてもよい。
メモリ41は、例えば、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。メモリ41は、例えば、検出データや投影データ、再構成画像(CT画像)、スキャンプラン、スキャノ画像等を記憶する。これらのデータは、メモリ41ではなく(或いはメモリ41に加えて)、X線CT装置1が通信可能な外部メモリに記憶されてもよい。外部メモリは、例えば、外部メモリを管理するクラウドサーバが読み書きの要求を受け付けることで、クラウドサーバによって制御されるものである。外部メモリは、例えば、PACS(Picture Archiving and Communication Systems)と称されるシステムにより実現される。PACSとは、各種画像診断装置によって撮影された画像等を体系的に記憶するシステムである。
ディスプレイ42は、各種の情報を表示する。例えば、ディスプレイ42は、処理回路50によって生成された医用画像(CT画像)や、操作者による各種操作を受け付けるGUI(Graphical User Interface)画像等を表示する。ディスプレイ42は、例えば、液晶ディスプレイやCRT(Cathode Ray Tube)、有機EL(Electroluminescence)ディスプレイ等である。ディスプレイ42は、架台装置10に設けられてもよい。ディスプレイ42は、デスクトップ型でもよいし、コンソール装置40の本体部と無線通信可能な表示装置(例えば、タブレット端末)であってもよい。
入力インターフェース43は、操作者による各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作の内容を示す電気信号を処理回路50に出力する。例えば、入力インターフェース43は、検出データまたは投影データを収集する際の収集条件、CT画像を再構成する際の再構成条件、CT画像から後処理画像を生成する際の画像処理条件等の入力操作を受け付ける。例えば、入力インターフェース43は、マウスやキーボード、タッチパネル、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、カメラ、赤外線センサ、マイク等により実現される。入力インターフェース43は、架台装置10に設けられてもよい。また、入力インターフェース43は、コンソール装置40の本体部と無線通信可能な表示装置(例えば、タブレット端末)により実現されてもよい。
ネットワーク接続回路44は、例えば、プリント回路基板を有するネットワークカード、或いは無線通信モジュール等を含む。ネットワーク接続回路44は、接続する対象のネットワークの形態に応じた情報通信用プロトコルを実装する。ネットワークは、例えば、LAN(Local Area Network)やWAN(Wide Area Network)、インターネット、セルラー網、専用回線等を含む。
処理回路50は、X線CT装置1の全体の動作を制御する。処理回路50は、例えば、システム制御機能51、前処理機能52、再構成処理機能53、画像処理機能54、スキャン制御機能55、表示制御機能56、残量監視機能57(「残量監視部」の一例)、判定機能58(「判定部」の一例)、警告機能59(「警告部」の一例)、推定機能60(「推定部」の一例)等を実行する。処理回路50は、例えば、ハードウェアプロセッサがメモリ41に記憶されたプログラムを実行することにより、これらの機能を実現するものである。
ハードウェアプロセッサとは、例えば、CPU、GPU(Graphics Processing Unit)、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit; ASIC)、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device; SPLD)または複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device; CPLD)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array; FPGA))等の回路(circuitry)を意味する。メモリ41にプログラムを記憶させる代わりに、ハードウェアプロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成しても構わない。この場合、ハードウェアプロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。ハードウェアプロセッサは、単一の回路として構成されるものに限らず、複数の独立した回路を組み合わせて1つのハードウェアプロセッサとして構成され、各機能を実現するようにしてもよい。また、複数の構成要素を1つのハードウェアプロセッサに統合して各機能を実現するようにしてもよい。
コンソール装置40または処理回路50が有する各構成要素は、分散化されて複数のハードウェアにより実現されてもよい。処理回路50は、コンソール装置40が有する構成ではなく、コンソール装置40と通信可能な処理装置によって実現されてもよい。処理装置は、例えば、一つのX線CT装置と接続されたワークステーション、あるいは複数のX線CT装置に接続され、以下に説明する処理回路50と同等の処理を一括して実行する装置(例えば、クラウドサーバ)である。すわなち、本実施形態の構成を、X線CT装置と、他の処理装置とがネットワークを介して接続されたX線CTシステム(医用診断システム)として実現することも可能である。
システム制御機能51は、例えば、入力インターフェース43により受け付けられた入力操作に基づいて、処理回路50の各種機能を制御する。
前処理機能52は、DAS20により出力された検出データに対して対数変換処理やオフセット補正処理、チャネル間の感度補正処理、ビームハードニング補正、キャリブレーションデータを用いた補正処理等の前処理を行って投影データを生成し、生成した投影データをメモリ41に記憶させる。キャリブレーションデータを用いた補正処理は、再構成処理機能53により行われてもよい。
再構成処理機能53は、前処理機能52により生成された投影データに対して、フィルタ補正逆投影法や逐次近似再構成法等による再構成処理を行って再構成画像を生成し、生成した再構成画像をメモリ41に記憶させる。
画像処理機能54は、入力インターフェース43により受け付けられた入力操作に基づいて、再構成画像を公知の方法により、三次元画像や任意断面の断面像データに変換する。三次元画像への変換は、前処理機能52によって行われてもよい。
スキャン制御機能55は、DAS20、制御装置17、および寝台駆動装置32に指示することで、架台装置10における検出データの収集処理を制御する。スキャン制御機能55は、位置合わせ画像、本撮影画像、および診断に用いる画像を撮影する際、キャリブレーションデータを収集する撮影の際の各部の動作をそれぞれ制御する。
表示制御機能56は、ディスプレイ42の表示態様を制御する。例えば、表示制御機能56は、ディスプレイ42を制御して、処理回路50によって生成されたCT画像や、操作者による各種操作を受け付けるGUI画像等を表示させる。
残量監視機能57は、検出装置15から受信した電池14の電流値のデータ、電圧値のデータ等に基づいて、電池14の残量を算出して監視する。残量監視機能57は、例えば、電池14の開放電圧および電池14の充放電電流の積算値に基づいて、電池14のSOCを算出する。例えば、残量監視機能57は、SOC−OCVマップにより表されるOCVとSOCとの相関性に基づいて、SOCを算出する。
判定機能58は、残量監視機能57により算出された電池14の残量に基づいて、スキャン条件を判定する。例えば、判定機能58は、実行可能なスキャンプロトコルの候補を判定する。例えば、判定機能58は、実行可能なスキャンプロトコルに含まれるスキャンパラメータの適用可否を判定する。
警告機能59は、判定機能58により実行予定のスキャン条件が実施不能であると判定された場合に、ディスプレイ42に警告を表示させる。操作者は、この警告表示を確認することで、実行予定のスキャン条件が実施不能であることを認識することができる。
推定機能60は、残量監視機能57により算出された電池14の残量と、実行予定のスキャンプロトコルとに基づいて、実行予定のスキャンプロトコルを実行した場合の電池14の残量の推移を推定する。例えば、推定機能60は、電池14の残量が所定の閾値(例えばゼロ)になる時刻、残量がゼロになるまでの稼働時間等を推定する。
上記構成により、X線CT装置1は、ヘリカルスキャン、コンベンショナルスキャン、ステップアンドシュート等の態様で被検体Pのスキャンを行う。ヘリカルスキャンとは、天板33を移動させながら回転フレーム16を回転させて被検体Pをらせん状にスキャンする態様である。コンベンショナルスキャンとは、天板33を静止させた状態で回転フレーム16を回転させて被検体Pを円軌道でスキャンする態様である。コンベンショナルスキャンを実行する。ステップアンドシュートとは、天板33の位置を一定間隔で移動させてコンベンショナルスキャンを複数のスキャンエリアで行う態様である。
[接触式の充電方式]
図4は、接触式の充電装置18における充電時の様子を説明する図である。検出装置15に設けられた電池14は、例えば、X線CT装置1のアイドリング時などのスキャンを実行していない間に、充電装置18からの電力供給を受けて充電される。例えば、X線CT装置1のアイドリング時などのスキャンを実行していない間、回転フレーム16に設けられた検出装置15は、充電装置18による電力供給を受けることが可能な位置(以下「ホームポジション」と呼ぶ)で停止する。検出装置15に設けられた第1コネクタ24は、このホームポジションにおいて、充電装置18に設けられた第2コネクタ27と接続される。例えば、第2コネクタ27は、アーム駆動等を行う移動機構29により、第1コネクタ24との接触位置まで移動されて、第1コネクタ24と着脱可能に接続される。或いは、第1コネクタ24および第2コネクタ27の材料として磁性材料を用い、ホームポジションに位置した第1コネクタ24に、第2コネクタ27が磁力により引き付けられることで、両者が接続されるようにしてもよい。
図5は、接触式の充電装置18における非充電時の様子を説明する図である。検出装置15に設けられた電池14は、例えば、X線CT装置1のスキャンを実行している間は、充電されない。例えば、X線CT装置1のスキャンを実行している間、回転フレーム16に設けられた検出装置15は、充電装置18とは分離されているため、検出装置15は、充電装置18による電力供給を受けない。尚、X線CT装置1のスキャンを実行している間、第2コネクタ27は、移動機構29により、第1コネクタ24との非接触位置まで移動され、回転フレーム16と分離される。或いは、第1コネクタ24と第2コネクタ27との接続に磁力が使用される場合、第2コネクタ27は、X線CT装置1のスキャンを実行している間は第1コネクタ24に引き付けられない位置(第1コネクタ24から離隔した位置)に配置されるようにしてよい。また、第1コネクタ24および第2コネクタ27は、磁力の発生の有無を制御可能な電磁石等を用いた構成を採用してもよい。
[非接触式の充電方式]
図6は、非接触式の充電装置18Aにおける充電時の様子を説明する図である。検出装置15Aに設けられた電池14は、例えば、X線CT装置1のアイドリング時などのスキャンを実行していない間に、充電装置18Aからの電力供給を受けて充電される。例えば、充電装置18Aは、送電用コイルを含む送電部72を備える。一方、検出装置15Aは、受電用コイルを含む受電部71を備える。例えば、X線CT装置1のアイドリング時などのスキャンを実行していない間、回転フレーム16に設けられた検出装置15Aは、ホームポジションで停止する。検出装置15Aがこのホームポジションに位置しているときに、充電装置18の送電部72に電流を流すことで、周囲に磁界を発生させる。検出装置15Aの受電部71は、送電部72により発生された磁界の影響により電力を発生し、発生した電力を電池14に供給する。これにより、電池14は、電力供給を受けて充電される。
図7は、非接触式の充電装置18Aにおける非充電時の様子を説明する図である。検出装置15Aに設けられた電池14は、例えば、X線CT装置1のスキャンを実行している間は、充電されない。例えば、X線CT装置1のスキャンを実行している間、回転フレーム16に設けられた検出装置15Aは、充電装置18Aとは分離されている。このため、検出装置15は、充電装置18による電力供給を受けない。
[処理フロー(1スキャンごとの条件判定)]
以下、コンソール装置40の処理回路50の処理フローについて説明する。図8は、コンソール装置40の処理回路50の処理の一例を示すフローチャートである。X線CT装置1により被検体Pのスキャンが実行される場合には、X線CT装置1の操作者により、これから実行予定のスキャンに関するスキャンプロトコルの作成が行われる。以下においては、このスキャンプロトコルが作成されて、メモリ41に記憶されているものとして説明する。
まず、処理回路50の残量監視機能57は、検出装置15のセンサ21から送信された電池14の電圧値および電流値のデータに基づいて、電池14の残量を算出する(ステップS101)。例えば、残量監視機能57は、電池14の開放電圧および電池14の充放電電流の積算値に基づいて、電池14のSOCを算出する。
次に、判定機能58は、メモリ41からスキャンプロトコルを取得する(ステップS103)。次に、判定機能58は、算出された電池14の残量で、取得されたスキャンプロトコルに基づくスキャンを実行可能であるか否かを判定する(ステップS105)。例えば、スキャンプロトコルに含まれるスキャン範囲が「被検体Pの全身」であり、算出された電池14の残量がこのスキャン範囲のスキャンを実行するために必要となる容量以上である場合、判定機能58は、取得されたスキャンプロトコルに基づくスキャンを実行可能であると判定する。判定機能58により取得されたスキャンプロトコルに基づくスキャンを実行可能であると判定された場合、スキャン制御機能55は、スキャン制御を実行する(ステップS107)。これにより、架台装置10では、電池14を駆動源とするスキャンが実行される。
一方、例えば、スキャンプロトコルに含まれるスキャン範囲が「被検体Pの全身」であり、算出された電池14の残量がこのスキャン範囲のスキャンを実行するために必要となる容量未満であり(すなわち、電池の容量が不足する場合)、判定機能58によりスキャンプロトコルに基づくスキャンが実行可能ではないと判定された場合、警告機能59は、ディスプレイ42に、実行予定のスキャンを実行不可能であることを示す警告を表示させる(ステップS109)。
判定機能58は、ディスプレイ42に警告表示が表示された後、或いは、警告表示とともに、実行可能なスキャンプロトコルおよび/または調整可能なスキャンパラメータをディスプレイ42に表示させる(ステップS111)。
図9は、ディスプレイ42に表示された警告および実行可能なスキャンプロトコルの一例を示す図である。図9の例では、警告として「「全身」スキャンは実行できません」との文言が表示され、実行可能なスキャンプロトコルとして「「頭部」スキャン」、「「頭部」+「肩部」スキャン」」、「「腹部」スキャン」等が表示されている。すなわち、判定機能58は、当初に実行予定であった被検体Pの「全身」をスキャン範囲とするスキャンよりも、消費電力が少なく、且つ、算出された電池14の残量で実行可能なスキャンプロトコルを表示する。また、図9の例では、実行可能なスキャンプロトコルとともに、操作者による選択を受け付け可能な表示(例えば「ラジオボタン」)が表示されている。操作者は、実行可能なスキャンプロトコルのうちのいずれかを指定することで、現在の電池14の残量で実行可能なスキャンプロトコルを指定することができる。
図10は、ディスプレイ42に表示された警告および調整可能なスキャンパラメータの一例を示す図である。図10の例では、警告として「「全身」スキャンは実行できません」との文言が表示され、調整可能なスキャンパラメータとして「スキャン幅」、「回転速度」等が表示されている。すなわち、判定機能58は、当初に実行予定であったスキャンプロトコルは変更せずに、このスキャンプロトコルに含まれるスキャンパラメータを調整可能な画面をディスプレイ42に表示させる。例えば、図10の例では、現在の電池14の残量で実行可能なスキャン幅のリストである「80mm」、「60mm」、「40mm」が操作者による選択を受け付け可能な態様(例えば「プルダウン」)で表示されている。操作者は、表示されたリストの中から特定のスキャンパラメータの値を指定することで、現在の電池14の残量で実行可能なスキャンパラメータを指定することができる。
次に、判定機能58は、操作者により指定されたスキャンプロトコルおよび/またはスキャンパラメータを、実行予定のスキャンプロトコルおよび/またはスキャンパラメータとして再設定する(ステップS113)。次に、スキャン制御機能55は、再設定されたスキャンプロトコルおよび/またはスキャンパラメータに基づくスキャン制御を実行する(ステップS107)。これにより、架台装置10では、電池14を駆動源とするスキャンが実行される。以上により、本フローチャートの処理が終了する。
尚、電池14に加えて、スリップリングを介して給電を可能とする高電圧発生装置が架台装置10に設けられている場合、判定機能58は、実行可能なスキャンプロトコルおよび/または調整可能なスキャンパラメータをディスプレイ42に表示させることに代えて或いは加えて、スリップリングを介した給電を行う指示を受け付ける画面を表示するようにしてもよい。操作者は、このスリップリングを介した給電を行う指示を入力することで、電池14の残量では不足する電力を、スリップリングを介した給電で補うことができる。
また、回転フレーム16の周囲を取り囲むように非接触式の充電装置の送電部が配置されている場合、判定機能58は、実行可能なスキャンプロトコルおよび/または調整可能なスキャンパラメータをディスプレイ42に表示させることに代えて或いは加えて、スキャン中における非接触式の充電装置による充電を行う指示を受け付ける画面を表示するようにしてもよい。操作者は、このスキャン中における非接触式の充電装置による充電を行う指示を入力することで、電池14の残量では不足する電力を、スキャン中の充電により補うことができる。
[処理フロー(複数スキャンの条件判定)]
図11は、コンソール装置40の処理回路50の処理の他の例を示すフローチャートである。X線CT装置1により被検体Pのスキャンが実行される場合には、X線CT装置1の操作者により、これから実行するスキャンプロトコルの作成が行われる。このスキャンプロトコルは被検体Pごとに作成される。医療施設等では、1日に、多くの被検体Pに対するスキャンを実行する。このため、例えば、操作者は、スキャンを実施する日の朝に、当日実施する予定の複数のスキャンプロトコルに基づいてスキャンの計画を立てる場合がある。以下においては、このような複数のスキャンプロトコルが作成されて、メモリ41に記憶されているものとして説明する。
まず、処理回路50の残量監視機能57は、検出装置15のセンサ21から送信された電池14の電圧値および電流値のデータに基づいて、電池14の残量を算出する(ステップS201)。例えば、残量監視機能57は、電池14の開放電圧および電池14の充放電電流の積算値に基づいて、電池14のSOCを算出する。
次に、判定機能58は、メモリ41から複数のスキャンプロトコルを取得する(ステップS203)。次に、判定機能58は、算出された電池14の残量で、取得された複数のスキャンプロトコルに基づくスキャンを実行可能であるか否かを判定する(ステップS205)。例えば、スキャンプロトコルが10件あり、算出された電池14の残量がこの10件のスキャンプロトコルに基づくスキャンを実行するために必要となる容量以上である場合、判定機能58は、取得された複数のスキャンプロトコルに基づくスキャンを実行可能であると判定する。この場合、判定機能58は、取得された複数のスキャンプロトコルに基づくスキャンを実行可能である旨を示す表示をディスプレイ42に表示させてもよい。判定機能58により取得されたスキャンプロトコルに基づくスキャンを実行可能であると判定された場合、スキャン制御機能55は、スキャン制御を実行する(ステップS207)。これにより、架台装置10では、電池14を駆動源とするスキャンが実行される。
一方、スキャンプロトコルが10件あり、算出された電池14の残量がこの10件のスキャンプロトコルに基づくスキャンを実行するために必要となる容量未満であり(すなわち、電池の容量が不足し)、判定機能58により複数のスキャンプロトコルに基づくスキャンが実行可能ではないと判定された場合、警告機能59は、ディスプレイ42に、実行予定のスキャンを実行不可能であることを示す警告を表示させる(ステップS209)。
次に、推定機能60は、算出された電池14の残量と、取得された複数のスキャンプロトコルとに基づいて、電池14の残量の推移を推定し、電池残量情報をディスプレイ42に表示させる(ステップS211)。電池残量情報とは、例えば、取得された複数のスキャンプロトコルに基づくスキャンを順次実行した場合に、電池14の残量が所定の閾値未満(例えばゼロ)になるタイミング(例えば、ゼロになる時刻、ゼロになるまでの稼働可能時間、時系列に並べられた複数のスキャンプロトコルの内で実行不可となるスキャンプロトコル)を示す。
次に、判定機能58は、ディスプレイ42に警告や電池残量情報が表示された後、或いは、これらとともに、実行可能なスキャンプロトコルおよび/または調整可能なスキャンパラメータをディスプレイ42に表示させる(ステップS213)。ここで、操作者は、優先して実行すべきスキャンプロトコルを選択することができる。また、電池14の充電の計画を立てることができる。
次に、判定機能58は、操作者により指定されたスキャンプロトコルおよび/またはスキャンパラメータを、実行予定のスキャンプロトコルとして再設定する(ステップS215)。次に、スキャン制御機能55は、再設定されたスキャンプロトコルに基づくスキャン制御を実行する(ステップS207)。これにより、架台装置10では、電池14を駆動源とするスキャンが実行される。以上により、本フローチャートの処理が終了する。
[処理フロー(電池14の充電)]
図12は、コンソール装置40の処理回路50の充電処理の一例を示すフローチャートである。まず、処理回路50の残量監視機能57は、検出装置15のセンサ21から送信された電池14の電圧値および電流値のデータに基づいて、電池14の残量を算出する(ステップS301)。例えば、残量監視機能57は、電池14の開放電圧および電池14の充放電電流の積算値に基づいて、電池14のSOCを算出する。
次に、操作者による入力インターフェースを介した充電指示を受け付けた場合や、電池14の残量が所定の閾値未満となった場合、システム制御機能51は、スキャンを停止し、検出装置15がホームポジションに配置されるように回転フレーム16を回転させる(ステップS303)。
次に、システム制御機能51は、充電装置18に電池14を充電させる制御を行う(ステップS305)。これにより、充電装置18は電池14に電力を供給し、電池14の充電が実行される。これにより、本フローチャートの処理が終了する。
以上、説明した実施形態のX線CT装置1によれば、回転体を電池により駆動することで、スリップリングの部品交換等のメンテナンス工数およびコストを削減することができる。また、スイッチング電源等を用いる必要がないため、給電時に発生するノイズに起因したスキャン画像の画質低下を防ぐことができる。これにより、X線の線量が小さい場合や低カウントの場合であっても、スキャン画像の画質低下を防ぐことができる。
また、ノイズ低減が可能な高性能なスイッチング電源、リニアレギュレータ、ノイズフィルタ等を用いる必要がなくなり、回路設計難易度を下げ、製造コストを低減することができる。
尚、上記の実施形態では、コンソール装置40の処理回路50が電池の残量の監視制御等を行う場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、電池の残量の監視制御等は、架台装置10に設けられた制御装置17が行ってもよいし、DAS20のDAS基板26の各々に設けられた制御部が行ってもよい。
また、上記の実施形態では、電池14が検出装置15に設けられる場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、図13に示すように、電池14および第1コネクタ24は、検出装置15Bではなく、回転フレーム16内に設けられてもよい。この電池14および第1コネクタ24がホームポジションに位置された場合に、接触式の充電装置18による充電が行われるようにしてもよい。また、図6に示すような非接触式の充電装置18Aによる充電方式が採用されてもよい。
以上、説明した実施形態のX線CT装置1によれば、X線管11と、X線管11により出力されるX線を検出するX線検出器19と、X線検出器19により出力される信号を処理するデータ処理部20と、データ処理部20に電力を供給する電池14と、X線管11とX線検出器19とを対向して回転可能に支持し、データ処理部20と電池14とを更に回転可能に支持する回転体16と、電池14の残量を監視する残量監視部57と、残量に基づいてスキャン条件を判定する判定部58とを備えることで、スリップリングの部品交換等のメンテナンス工数およびコストを削減することができる。
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、種々の軽減、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ものである。
1…X線CT装置,10…架台装置,11…X線管,12…ウェッジ,13…コリメータ,14…電池,15,15A,15B…検出装置,16…回転フレーム,17…制御装置,18,18A…充電装置,19…X線検出器,20…データ収集システム,30…寝台装置,31…基台,32…寝台駆動装置,33…天板,34…支持フレーム,40…コンソール装置,50…処理回路,51…システム制御機能,52…前処理機能,53…再構成処理機能,54…画像処理機能,55…スキャン制御機能,56…表示制御機能,57…残量監視機能,58…判定機能,59…警告機能,60…推定機能

Claims (11)

  1. X線管と、
    前記X線管により出力されるX線を検出するX線検出器と、
    前記X線検出器により出力される信号を処理するデータ処理部と、
    前記データ処理部に電力を供給する電池と、
    前記X線管と前記X線検出器とを対向して回転可能に支持し、前記データ処理部と前記電池とを更に回転可能に支持する回転体と、
    前記電池の残量を監視する残量監視部と、
    前記残量に基づいてスキャン条件を判定する判定部と、
    を備える、X線CT装置。
  2. 前記判定部は、前記残量に基づいて、実行可能なスキャンプロトコルの候補を判定する、
    請求項1に記載のX線CT装置。
  3. 前記判定部は、前記残量が、実行予定のスキャンプロトコルに必要な容量未満である場合、前記残量で実行可能なスキャンプロトコルを前記候補として判定し、判定した前記候補を表示装置に表示させる、
    請求項2に記載のX線CT装置。
  4. 前記判定部は、前記残量に基づいて、実行予定のスキャンプロトコルに含まれるスキャンパラメータの適用可否を判定する、
    請求項1から3のいずれか一項に記載のX線CT装置。
  5. 前記判定部は、前記残量が、前記実行予定のスキャンプロトコルに必要な容量未満である場合、前記残量で実行可能なスキャンパラメータの候補を判定し、判定した前記候補を表示装置に表示させる、
    請求項4に記載のX線CT装置。
  6. 前記判定部により前記スキャン条件が実施不能と判定された場合に、警告表示を行う警告部を更に備える、
    請求項1から5のいずれか一項に記載のX線CT装置。
  7. 前記残量に基づいて、実行予定のスキャンプロトコルを実行したときに、前記電池の残量が所定の閾値になるタイミングを推定する推定部を更に備える、
    請求項1から6のいずれか一項に記載のX線CT装置。
  8. 前記判定部により前記残量が実行予定のスキャンプロトコルに必要な容量未満であると判定された場合、前記データ処理部に電力を供給する電源をさらに備える、
    請求項1から7のいずれか一項に記載のX線CT装置。
  9. 前記X線CT装置の固定部に配置され、前記X線CT装置のスキャン停止中に前記電池に対して電力を供給する充電装置をさらに備える、
    請求項1から8のいずれか一項に記載のX線CT装置。
  10. 前記回転体に支持され、且つ、前記電池と接続された第1コネクタを更に備え、
    前記充電装置は、前記第1コネクタに着脱可能な第2コネクタを備え、
    前記充電装置は、前記X線CT装置のスキャン停止中に、前記第2コネクタを前記第1コネクタに接続させることで、前記電池に対して電力を供給する、
    請求項9に記載のX線CT装置。
  11. 前記充電装置は、非接触で前記電池に電力を送電する送電部を備え、
    前記X線CT装置は、前記回転体に支持され、且つ、前記送電部により送電された電力を受電して前記電池に供給する受電部を更に備える、
    請求項9に記載のX線CT装置。
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