JP2024030051A - コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】放射線検出器のフレームレートを上げたり、撮影ユニットの回転速度を遅くしたりすることなく、投影画像の角度分解能を高めることが可能なコンピュータ断層撮影装置を提供する。【解決手段】CT装置は、複数の撮影ユニットと、回転機構と、CPUとを備える。回転機構は、複数の撮影ユニットを、配置間隔を保ったまま被写体の体軸周りに回転させる。CPUの撮影制御部は、複数の撮影ユニットおよび回転機構の動作を制御する。放射線検出器のフレームレートおよび撮影ユニットの回転速度によって決まる角度間隔であり、放射線に基づく投影画像の取得タイミングを規定する角度間隔は複数の撮影ユニットで同一である。複数の撮影ユニットは回転方向の位相が異なっており、複数の撮影ユニットの投影画像を取得する位置が、角度間隔未満の設定角度分異なっている。【選択図】図11

Description

本開示の技術は、コンピュータ断層撮影装置に関する。
特許文献1には、臥位姿勢の被写体を撮影するためのコンピュータ断層撮影装置(以下、CT(Computed Tomography)装置と表記)であり、断層画像の元となる投影画像取得の効率化を図るため、被写体に向けて放射線を発する放射線源、および被写体を透過した放射線を検出する放射線検出器により構成される撮影ユニットを複数備えるCT装置が記載されている。複数の撮影ユニットは、例えば120°毎に3つ等、被写体の体軸周りを回転するガントリに等間隔に配されている。放射線源はコーンビームを照射し、放射線検出器は複数の画素が2次元マトリクス状に配列された構成である。
特開2006-187453号公報
複数の撮影ユニットが等間隔に配された特許文献1に記載のCT装置では、投影画像の角度分解能を高める(1フレーム分の投影画像を取得するのに要する撮影ユニットの回転角度を小さくする)ためには、放射線検出器のフレームレートを上げる、および/または、撮影ユニットの回転速度を遅くする必要があった。しかしながら、放射線検出器のフレームレートには限界がある。また、撮影ユニットの回転速度を遅くするとそれだけ撮影に時間が掛かる。撮影に時間が掛かると、被写体の負担が増すとともに、被写体の体動によって断層画像の画質が劣化するおそれも増す。
本開示の技術に係る1つの実施形態は、放射線検出器のフレームレートを上げたり、撮影ユニットの回転速度を遅くしたりすることなく、投影画像の角度分解能を高めることが可能なコンピュータ断層撮影装置を提供する。
本開示のコンピュータ断層撮影装置は、被写体に向けて錐状の放射線を発する放射線源、および被写体を透過した放射線を検出する複数の画素が2次元状に配列された放射線検出器により構成される複数の撮影ユニットと、複数の撮影ユニットを、配置間隔を保ったまま被写体の体軸周りに回転させる回転機構と、複数の撮影ユニットおよび回転機構の動作を制御するプロセッサと、を備え、放射線検出器のフレームレートおよび撮影ユニットの回転速度によって決まる角度間隔であり、放射線に基づく投影画像の取得タイミングを規定する角度間隔が複数の撮影ユニットで同一であり、複数の撮影ユニットは回転方向の位相が異なっており、複数の撮影ユニットの投影画像を取得する位置が、角度間隔未満の設定角度分異なっている。
設定角度は、角度間隔を等分した角度であることが好ましい。
プロセッサは、放射線源による放射線の照射タイミングを異ならせることで、製造誤差を含む設定角度のずれを補正することが好ましい。
プロセッサは、予め設定された第1期間中に、複数の撮影ユニットの全てから放射線を照射させ、第1期間に続く予め設定された第2期間中に、複数の撮影ユニットの全てから投影画像を出力させることが好ましい。
プロセッサは、第1期間において、複数の撮影ユニットから同じタイミングで放射線を照射させ、第2期間において、複数の撮影ユニットから同じタイミングで投影画像を出力させることが好ましい。
第1期間は、放射線の照射開始から照射終了までの照射時間より長い期間であることが好ましい。
プロセッサは、第1期間内の異なるタイミングで、複数の撮影ユニットから重複することなく放射線を照射させることが好ましい。
複数の撮影ユニットは、複数の撮影ユニットの回転軸方向から見た場合において、90°よりも大きい角度隔たった位置に配されていることが好ましい。
複数の撮影ユニットの回転軸方向から見た場合、放射線検出器は、放射線源と正対する基準位置から予め設定された角度分異なったオフセット位置に配されていることが好ましい。
複数の撮影ユニットはフレームに保持されており、フレーム内に被写体がポジショニングされ、複数の撮影ユニットの回転軸方向から見た場合、放射線源はフレームの外側に配され、放射線検出器はフレームの内側に配されていることが好ましい。
被写体は、立位姿勢および座位姿勢のうちのいずれかの姿勢でポジショニングされることが好ましい。
本開示の技術によれば、放射線検出器のフレームレートを上げたり、撮影ユニットの回転速度を遅くしたりすることなく、投影画像の角度分解能を高めることが可能なコンピュータ断層撮影装置を提供することができる。
CT装置の正面図である。 CT装置の側面図である。 第1撮影ユニットおよび第2撮影ユニットの構成を示す図である。 車椅子に乗った座位姿勢の被写体がポジショニングされた状態を示すCT装置の正面図である。 昇降機構を示す図である。 回転機構を示す図である。 放射線源、放射線検出器、および放射線を示す斜視図である。 第1撮影ユニットおよび第2撮影ユニットの配置位置を示す図である。 放射線検出器の基準位置とオフセット位置を示す図である。 制御装置のCPUの処理部を示すブロック図である。 第1撮影ユニットおよび第2撮影ユニットの投影画像の取得位置を示す図である。 第1撮影ユニット、第2撮影ユニット、並びに全撮影ユニットの投影画像の取得位置を示す図である。 放射線源の放射線の照射タイミング、および放射線検出器の投影画像の読み出しタイミングを示すタイミングチャートである。 放射線検出器の投影画像の読み出し動作の詳細を示すタイミングチャートである。 CT装置による撮影手順を示すフローチャートである。 第1撮影ユニットと第2撮影ユニットの投影画像の取得位置を設定角度分異ならせなかった場合の撮影ユニットの投影画像の取得位置を示す図である。 第1撮影ユニットから90°よりも大きい角度隔たった位置に第2撮影ユニットを配した効果を説明するための図である。 第1撮影ユニットから125°隔たった位置に第2撮影ユニットを配した場合を示す図である。 放射線検出器が基準位置にある場合の有効視野を示す図である。 放射線検出器がオフセット位置にある場合の有効視野を示す図である。 第1撮影ユニットおよび第2撮影ユニットの投影画像の取得位置の別の例を示す図である。 第1撮影ユニット、第2撮影ユニット、並びに全撮影ユニットの投影画像の取得位置の別の例を示す図である。 製造誤差により設定角度がずれた場合を示す図である。 放射線源による放射線の照射タイミングを異ならせることで、製造誤差を含む設定角度のずれを補正する態様を示す図である。 第2放射線源による放射線の照射タイミングが早まった場合を示す図である。 第1期間を、放射線の照射開始から照射終了までの照射時間より長い期間とすることによる効果を説明するための図である。 第1期間内の異なるタイミングで、複数の撮影ユニットから重複することなく放射線を照射させる態様を示す図である。 3つの撮影ユニットを設けた例を示す図である。 第1撮影ユニット、第2撮影ユニット、および第3撮影ユニットの構成を示す図である。 第1撮影ユニット、第2撮影ユニット、および第3撮影ユニットの投影画像の取得位置を示す図である。 フレームの回転速度の時間変化を示すグラフである。
一例として図1に示すように、CT装置10は、被写体Sの断層画像を得るための装置であり、装置本体11と制御装置12とで構成される。装置本体11は、例えば医療施設の撮影室内に設置される。制御装置12は、例えば撮影室の隣室の制御室内に設置される。制御装置12は、デスクトップ型のパーソナルコンピュータ、ノート型のパーソナルコンピュータ、あるいはタブレット端末である。制御装置12は、診療放射線技師といったCT装置10のオペレータにより操作される。
一例として図2にも示すように、装置本体11は、ステージ13と、3本の支柱14A、14B、および14Cと、天板15とを備える。ステージ13は例えば八角形状をした平板である(図6参照)。ステージ13の裏面の四隅には、搬送用のキャスター16が取り付けられている。キャスター16には回転ロック機構(図示省略)が備えられており、装置本体11を設置箇所に設置した後に、回転ロック機構を働かせてキャスター16の回転をロックすることができる。あるいは、キャスター16はステージ13から取り外し可能であり、装置本体11を設置箇所に設置した後にキャスター16を外すことができる。
支柱14A~14Cは外形が矩形板状をしており、ステージ13の表面の四隅に立設されている。支柱14Aおよび14Cは、装置本体11の正面側の左右(被写体Sの前の左右)に配されている。支柱14Bは、装置本体11の背面側の中心(被写体Sの後ろ)に配されている。天板15は、支柱14A~14Cの上端部に取り付けられている。天板15は、例えば外形がステージ13に倣う八角形状をした平板である(図6参照)。天板15は、中心部が円形にくり抜かれ、かつ支柱14Aおよび14Cの間の装置本体11の正面側の部分が切り欠かれたC字状をしている。なお、以下の説明では、特に区別する必要がない場合、支柱14A~14Cをまとめて支柱14と表記する。
支柱14Aには接続部材17Aが接続され、支柱14Bには接続部材17Bが接続され、支柱14Cには接続部材17Cが接続されている。接続部材17A~17Cにはフレーム18が接続されている。つまり、支柱14A~14Cとフレーム18とは、接続部材17A~17Cを介して相互に接続されている。なお、以下の説明では、特に区別する必要がない場合、接続部材17A~17Cをまとめて接続部材17と表記する。
フレーム18は円環状をしている。この円環状のフレーム18の中心C(図6参照)の位置に、被写体Sがポジショニングされる。図1および図2においては、頭上に両手を上げた立位姿勢の被写体Sがポジショニングされた様子を示している。
支柱14には、接続部材17が嵌合するガイドレール(図示省略)が設けられている。接続部材17、ひいてはフレーム18は、ガイドレールに沿って鉛直方向に昇降可能である。すなわち、支柱14は、フレーム18を鉛直方向に昇降可能に保持する。また、フレーム18は、その中心Cを鉛直方向に貫く軸を回転軸RA(図3参照)として、被写体Sの体軸周りを回転可能である。すなわち、支柱14A~14Cは、被写体Sの体軸周りを回転可能にフレーム18を保持する。以下、中心Cを回転中心Cと表記する場合がある。符号RADで示す矢印は、フレーム18の回転軸方向を示す。回転軸方向RADは鉛直方向と平行である。ここで体軸とは、被写体Sの頭頂部から尾部(肛門)を貫く軸である。被写体Sが立位姿勢または座位姿勢(図4参照)の場合は、体軸は鉛直方向および回転軸方向RADと平行である。「平行」とは、完全な平行の他に、本開示の技術が属する技術分野で一般的に許容される誤差であって、本開示の技術の趣旨に反しない程度の誤差を含めた意味合いでの平行を指す。なお、支柱14が伸縮することで、フレーム18の高さ位置を変更可能としてもよい。
フレーム18には、被写体Sに向けてX線、γ線等の放射線R(図7参照)を照射する第1放射線源201および第2放射線源202と、被写体Sを透過した放射線Rを検出する第1放射線検出器211および第2放射線検出器212が取り付けられている。第1放射線源201および第2放射線源202は箱状をしており、第1放射線検出器211および第2放射線検出器212は矩形板状をしている。
一例として図3に示すように、第1放射線源201と第1放射線検出器211は、第1撮影ユニット301を構成する。また、第2放射線源202と第2放射線検出器212は、第2撮影ユニット302を構成する。つまり、CT装置10は、第1撮影ユニット301と第2撮影ユニット302の2つの撮影ユニットを有する。なお、以下の説明では、特に区別する必要がない場合、第1放射線源201と第2放射線源202をまとめて放射線源20と表記する。また、第1放射線検出器211と第2放射線検出器212をまとめて放射線検出器21と表記する。さらに、第1撮影ユニット301と第2撮影ユニット302をまとめて撮影ユニット30と表記する。
図1および図2に戻って、支柱14Aにはねじ軸22Aが設けられ、支柱14Bにはねじ軸22Bが設けられ、支柱14Cにはねじ軸22Cが設けられている。ねじ軸22A~22Cは、ステージ13から天板15までに達する高さを有する。ねじ軸22A~22Cが回転することにより、接続部材17A~17C、ひいてはフレーム18が回転軸方向RADに昇降する。なお、以下の説明では、特に区別する必要がない場合、ねじ軸22A~22Cをまとめてねじ軸22と表記する。
支柱14Aには、可動アーム24を介してタッチパネルディスプレイ25が取り付けられている。タッチパネルディスプレイ25はオペレータにより操作される。また、タッチパネルディスプレイ25はオペレータに各種情報を表示する。
図1および図2においては、頭上に両手を上げた立位姿勢の被写体Sがフレーム18内にポジショニングされた例を示したが、これに限らない。一例として図4に示すように、CT装置10は、車椅子32に乗った座位姿勢の被写体Sをフレーム18内にポジショニングして撮影することも可能である。なお、立位姿勢の被写体S、および車椅子32に乗った座位姿勢の被写体Sのいずれとも、支柱14Aおよび14Cの側に正面が向き、支柱14Bの側に背面が向くようにポジショニングされる。
一例として図5に示すように、接続部材17、ひいてはフレーム18を回転軸方向RADに昇降させる昇降機構35は、前述のねじ軸22、ねじ軸22に螺合するボール入りのナット36、およびねじ軸22を回転させる昇降用モータ37等で構成されるボールねじ機構である。昇降用モータ37は、ステージ13の裏面に取り付けられている。フレーム18の高さ位置は、昇降用モータ37の回転向きおよび回転数から割り出される。
接続部材17は、フレーム18に接続する第1接続部38と、支柱14に接続する第2接続部39とを有する。第1接続部38はフレーム18側に、第2接続部39は支柱14側にそれぞれ突出しており、接続部材17は全体としてZ字状をしている。第1接続部38にはベアリング40が内蔵されている。ベアリング40は、フレーム18の全周にわたって形成されたガイド溝41(図1等も参照)に嵌め込まれている。ベアリング40は、フレーム18の回転に伴って転動する。第2接続部39にはナット36が内蔵されている。
一例として図6に示すように、フレーム18、ひいては撮影ユニット30を被写体Sの体軸周りに回転させる回転機構45は、フレーム18の全周に掛け回された回転ベルト46、回転用モータ47、およびポテンショメータ48等で構成される。回転用モータ47は接続部材17Bに内蔵されており、フレーム18から引き出された回転ベルト46の一部にプーリ49を介して接続されている。この回転用モータ47の駆動により、フレーム18、ひいては撮影ユニット30は時計回り(右回り)方向CWおよび反時計回り(左回り)方向CCWに回転する。撮影ユニット30の回転速度は、例えば36°/sec(秒)である。この場合、撮影ユニット30が1回転(360°回転)するのに要する時間は10secである。時計回り方向CWおよび反時計回り方向CCWは、本開示の技術に係る「回転方向」の一例である。
ポテンショメータ48は接続部材17Cに内蔵されており、フレーム18から引き出された回転ベルト46の一部にプーリ50を介して接続されている。ポテンショメータ48は、フレーム18の回転位置によって抵抗値が変化する可変抵抗を有し、フレーム18の回転位置に応じた電圧信号を出力する。このポテンショメータ48からの電圧信号により、フレーム18の回転位置が割り出される。なお、図6においては、煩雑を避けるため撮影ユニット30の図示を省略している。
一例として図7に示すように、放射線源20は放射線管55を内蔵している。放射線管55は放射線Rを発する。なお、図示は省略したが、放射線源20は、放射線Rの照射野を示す例えば橙色の可視光を発する照射野ランプも内蔵している。
放射線源20は照射野限定器56を有する。照射野限定器56はコリメータとも呼ばれ、放射線検出器21への放射線Rの照射野を規定する。照射野限定器56には、放射線管55からの放射線Rが入射する入射開口と、放射線Rが出射する出射開口とが形成されている。出射開口の近傍には、例えば4枚の遮蔽板が設けられている。遮蔽板は、放射線Rを遮蔽する材料、例えば鉛等で形成されている。遮蔽板は、四角形の各辺上に配置、換言すれば井桁状(checkered pattern)に組まれており、放射線Rを透過させる四角形の照射開口を形成する。照射野限定器56は、各遮蔽板の位置を変更することで照射開口の大きさを変化させ、これにより放射線検出器21への放射線Rの照射野を変更する。この照射野限定器56の働きによって、四角錐状の放射線Rが放射線源20から照射される。回転軸方向RADから見た場合の放射線Rの放射角度θは、例えば10°~30°である。放射角度θはコーン角とも呼ばれる。
放射線検出器21は、例えば、放射線Rを可視光に変換するシンチレータ、可視光に応じた電荷を蓄積することで放射線Rを検出する複数の画素57が2次元マトリクス状に配列された検出面58を有するTFT(Thin Film Transistor)基板、電荷に応じた電圧信号を投影画像として出力する信号処理回路、およびこれらを内蔵する筐体等で構成される。検出面58は、例えば430mm×430mm(17インチ)のサイズを有する。放射線Rの焦点(放射線管55において放射線Rが発せられる点)から検出面58までの距離であるSID(Source To Image Distance)は、例えば1200mmである。なお、放射線検出器21は、放射線Rから変換された可視光ではなく、放射線Rを直接検出するタイプであってもよい。
放射線検出器21のフレームレートは、例えば15fps(frames per second)である。撮影ユニット30の回転速度が前述の36°/secであった場合、放射線検出器21は、36/15=2.4°毎に投影画像125(図13参照)を出力する(2.4°/フレーム)。この2.4°は、本開示の技術に係る「角度間隔」の一例である。角度間隔は、放射線検出器21のフレームレートおよび撮影ユニット30の回転速度によって決まり、投影画像125の取得タイミングを規定する。角度間隔は、第1撮影ユニット301および第2撮影ユニット302で同一である。
一例として図8に示すように、回転軸方向RADから見た場合、第1放射線源201の配された位置を0°とし、反時計回り方向CCWの90°毎の位置を90°、180°、および270°としたときに、第2放射線源202は、第1放射線源201と90°よりも大きい角度φ隔たった位置に配されている。第1放射線検出器211と第2放射線検出器212は、この第1放射線源201と第2放射線源202の配置位置にしたがった位置に配されている。このため、第1撮影ユニット301と第2撮影ユニット302は回転方向の位相が異なっている。なお、φは、本例においては121.2°である。
第1放射線源201からの放射線Rである第1放射線R1と、第2放射線源202からの放射線Rである第2放射線R2とは、フレーム18の回転中心C付近において交差する。第1放射線R1の放射線束の第1中心軸RCA1は、第1放射線検出器211の検出面58の第1中心点CS1と垂直に交わる。同じく、第2放射線R2の放射線束の第2中心軸RCA2は、第2放射線検出器212の検出面58の第2中心点CS2と垂直に交わる。なお、以下の説明では、特に区別する必要がない場合、第1中心軸RCA1および第2中心軸RCA2をまとめて中心軸RCAと表記する。また、第1中心点CS1および第2中心点CS2をまとめて中心点CSと表記する。
第1放射線源201および第2放射線源202は、アタッチメント60Aおよび60Bによってフレーム18に取り付けられている。同様に、第1放射線検出器211および第2放射線検出器212は、アタッチメント61Aおよび61Bによってフレーム18に取り付けられている。これらのアタッチメント60A、60B、61A、および61Bは、ボルト62でフレーム18に固定されている。回転軸方向RADから見た場合、放射線源20はフレーム18の外側に配され、放射線検出器21はフレーム18の内側に配されている。
フレーム18は、半円環状の2つの部材を溶接等により接合してなる。アタッチメント60Aは、フレーム18の対向する2つの接合部63のうちの1つを覆うように取り付けられている。こうして接合部63にアタッチメント60Aを取り付けることで、機械的に弱い部分である接合部63をアタッチメント60Aで補強することができる。
一例として図9に示すように、回転軸方向RADから見た場合、放射線検出器21は、放射線源20と正対する基準位置から予め設定された角度分異なったオフセット位置に配されている。ここで基準位置とは、照射野限定器56の出射開口を最大に開放したときの放射線Rの放射線束の中心軸RCAと、放射線検出器21の検出面58の中心点CSとが垂直に交わる位置である。オフセット位置の予め設定された角度は、本例においては放射角度θの半分(θ/2)である。
一例として図10に示すように、制御装置12を構成するコンピュータは、ストレージ95、メモリ96、CPU(Central Processing Unit)97、ディスプレイ98、および入力デバイス99等を備えている。
ストレージ95は、制御装置12を構成するコンピュータに内蔵、またはケーブル、ネットワークを通じて接続されたハードディスクドライブである。もしくはストレージ95は、ハードディスクドライブを複数台連装したディスクアレイである。ストレージ95には、オペレーティングシステム等の制御プログラム、各種アプリケーションプログラム、およびこれらのプログラムに付随する各種データ等が記憶されている。なお、ハードディスクドライブに代えてソリッドステートドライブを用いてもよい。
メモリ96は、CPU97が処理を実行するためのワークメモリである。CPU97は、ストレージ95に記憶されたプログラムをメモリ96へロードして、プログラムにしたがった処理を実行する。これにより、CPU97はコンピュータの各部を統括的に制御する。CPU97は、本開示の技術に係る「プロセッサ」の一例である。なお、メモリ96はCPU97に内蔵されていてもよい。
ディスプレイ98は各種画面を表示する。各種画面にはGUI(Graphical User Interface)による操作機能が備えられる。制御装置12を構成するコンピュータは、各種画面を通じて、入力デバイス99からの操作指示の入力を受け付ける。入力デバイス99は、キーボード、マウス、タッチパネル、および音声入力用のマイク等である。
ストレージ95には作動プログラム105が記憶されている。作動プログラム105は、コンピュータを制御装置12として機能させるためのアプリケーションプログラムである。ストレージ95には、作動プログラム105の他に、照射条件テーブル106およびオーダー別照射条件情報107等が記憶されている。
作動プログラム105が起動されると、制御装置12のCPU97は、メモリ96等と協働して、受付部110、リードライト(以下、RW(Read Write)と略す)制御部111、撮影制御部112、画像処理部113、および表示制御部114として機能する。
受付部110は、装置本体11のタッチパネルディスプレイ25、および入力デバイス99を介してオペレータにより入力される様々な操作指示を受け付ける。例えば受付部110は撮影メニュー116を受け付ける。受付部110は、撮影メニュー116をRW制御部111に出力する。
RW制御部111は、受付部110から撮影メニュー116を受け取る。RW制御部111は、受け取った撮影メニュー116に対応する放射線Rの照射条件117を、照射条件テーブル106から読み出す。RW制御部111は、照射条件テーブル106から読み出した照射条件117を、オーダー別照射条件情報107に書き込む。
撮影制御部112は、放射線源20(放射線管55および照射野限定器56)、昇降機構35(昇降用モータ37)、回転機構45(回転用モータ47およびポテンショメータ48)、並びに放射線検出器21の動作を制御する。撮影制御部112は、オーダー別照射条件情報107から照射条件117を読み出す。撮影制御部112は、照射条件117にしたがって照射野限定器56を駆動させ、照射野を調整する。制御装置12には、図示しない照射スイッチを通じて、オペレータにより撮影指示が入力される。撮影指示が入力された場合、撮影制御部112は、照射条件117にしたがって放射線管55を駆動させ、放射線管55から放射線Rを発生させる。撮影制御部112は、放射線Rの照射により放射線検出器21で検出された投影画像125を、放射線検出器21から画像処理部113に出力させる。
画像処理部113は、放射線検出器21から投影画像125を受け取る。画像処理部113は、投影画像125に対して各種画像処理を施す。また、画像処理部113は、複数枚の画像処理後の投影画像125に対して再構成処理を施し、断層画像を生成する。画像処理部113は、断層画像を表示制御部114に出力する。
表示制御部114は、タッチパネルディスプレイ25およびディスプレイ98への各種情報の表示を制御する。表示制御部114は、画像処理部113から断層画像を受け取る。表示制御部114は、断層画像をタッチパネルディスプレイ25およびディスプレイ98に表示する。
撮影メニュー116は、例えば、撮影オーダーID(Identification Data)および撮影手技を含む。撮影オーダーIDは、断層画像を用いて診断を行う医師が発行した撮影オーダーの識別情報である。撮影手技は、立位または座位といった被写体Sの姿勢と、頭部、頸部、全脊椎といった撮影部位と、成人男性、成人女性、小児等の被写体Sの属性とで構成される。
撮影オーダーは、図示省略した放射線情報システム(RIS:Radiology Information System)から制御装置12に送信される。制御装置12は、表示制御部114の制御の下、撮影オーダーのリストをディスプレイ98に表示する。オペレータは、撮影オーダーのリストを閲覧して内容を確認する。続いて制御装置12は、撮影オーダーに対応する撮影メニューを設定可能な形態でディスプレイ98に表示する。オペレータは、入力デバイス99を操作することで、撮影オーダーに応じた撮影メニューを選択して入力する。
照射条件テーブル106には、撮影手技毎に照射条件117が登録されている。照射条件117には、放射線管55に印加する管電圧および管電流と、放射線Rの照射時間とが含まれる。また、照射条件117には照射野のサイズも含まれる。照射条件117は、オペレータの手で微調整することが可能である。なお、管電流と照射時間の代わりに、管電流照射時間積、いわゆるmAs値を照射条件117としてもよい。
オーダー別照射条件情報107には、撮影オーダーID毎に照射条件117が登録されている。撮影制御部112は、次の撮影の撮影オーダーIDに対応する照射条件117をオーダー別照射条件情報107から読み出し、読み出した照射条件117にしたがって各部の動作を制御する。
一例として図11に示すように、第1撮影ユニット301は、第1放射線源201が配された0°を回転開始位置および回転終了位置として、2.4°、4.8°、7.2°、・・・、117.6°、120°、122.4°、・・・、352.8°、355.2°、357.6°と、角度間隔2.4°置きに投影画像125を出力する。第2撮影ユニット302は、第2放射線源202が配された121.2°を回転開始位置および回転終了位置として、123.6°、・・・、354°、356.4°、358.8°、1.2°(361.2°)、3.6°(363.6°)、6°(366°)、・・・と、こちらも角度間隔2.4°置きに投影画像125を出力する。なお、回転終了位置は、厳密には0°および121.2°から反時計回り方向CCWにθの角度をなす位置である。
第1撮影ユニット301と第2撮影ユニット302とは、第2放射線源202を121.2°の位置に配したために、投影画像125の取得位置が角度間隔2.4°の半分の1.2°分異なっている。言い換えれば、第1撮影ユニット301と第2撮影ユニット302とは、それぞれの投影画像125の取得位置が1.2°分異なるような配置とされている。このため、第1撮影ユニット301では撮影されない0°~2.4°の間の1.2°、2.4°~4.8°の間の3.6°、・・・、352.8°~355.2°の間の354°、および355.2°~357.6°の間の356.4°といった位置の投影画像125を第2撮影ユニット302で取得することができる。つまり、第1撮影ユニット301では撮影されない位置を、第2撮影ユニット302で補間して撮影することができる。
1.2°は、本開示の技術に係る「設定角度」の一例である。設定角度は角度間隔未満の角度であり、ここでは角度間隔を2等分した角度である。なお、「等分」とは、完全な等分の他に、本開示の技術が属する技術分野で一般的に許容される誤差であって、本開示の技術の趣旨に反しない程度の誤差を含めた意味合いでの等分を指す。許容される誤差は、投影画像125に対して再構成処理を施すことで断層画像を生成するにあたって、再構成処理に問題とならないと考えられる誤差である。具体的には1つの画素57のサイズ(例えば0.15mm)以内の誤差である。なお、隣り合う複数の画素57の電荷をまとめて読み出すビニング読み出しを行う場合は、複数の画素57のサイズ以内の誤差となる。例えば2×2の4つの画素57の電荷をまとめて読み出すビニング読み出しを行う場合は、2つの画素57のサイズ(例えば0.15×2=0.3mm)以内の誤差となる。
一例として図12に示すように、符号120で示す扇形は、第1撮影ユニット301の投影画像125の取得位置の一部を示す。一方、符号121で示す扇形は、第2撮影ユニット302の投影画像125の取得位置の一部を示す。符号122で示す扇形は、第1撮影ユニット301と第2撮影ユニット302を併せた全撮影ユニット30の投影画像125の取得位置の一部を示す。第1撮影ユニット301と第2撮影ユニット302の投影画像125の取得位置が設定角度の1.2°分異なっているので、全撮影ユニット30の投影画像125の取得位置の数は、1つの撮影ユニット30の投影画像125の取得位置を2倍した数となる。したがって、放射線検出器21のフレームレートは、実質的に30fpsとなる。
図13は、放射線源20の放射線Rの照射タイミング、および放射線検出器21の投影画像125の読み出しタイミングを示すタイミングチャートの一例である。撮影制御部112は、撮影に先立って、第1放射線検出器211および第2放射線検出器212に読み出し動作を行わせる。この読み出し動作は、待機中に画素57に蓄積された暗電荷等の不要電荷を掃き出す動作であり、リセット動作とも呼ばれる。
第1放射線検出器211および第2放射線検出器212に不要電荷を掃き出す読み出し動作を行わせた後、撮影制御部112は、予め設定された第1期間P1中に、同じ照射条件にて、第1放射線源201および第2放射線源202から第1放射線R1および第2放射線R2を照射させる。また、撮影制御部112は、第1期間P1中に、第1放射線検出器211および第2放射線検出器212に蓄積動作を行わせる。蓄積動作は、第1放射線R1に基づく電荷および第2放射線R2に基づく電荷を画素57に蓄積させる動作である。第1期間P1の長さには、放射線Rの照射時間の最大値が設定される。
撮影制御部112は、続く第2期間P2中に、第1放射線検出器211および第2放射線検出器212に読み出し動作を行わせ、第1放射線検出器211および第2放射線検出器212から投影画像125を出力させる。第2期間P2の長さには、読み出し動作に掛かる時間が設定される。
撮影制御部112は、第1期間P1において、第1放射線源201および第2放射線源202から同じタイミングで第1放射線R1および第2放射線R2を照射させる。また、撮影制御部112は、第2期間P2において、第1放射線検出器211および第2放射線検出器212から同じタイミングで投影画像125を出力させる。なお、同じタイミングの「同じ」とは、完全な同じの他に、本開示の技術が属する技術分野で一般的に許容される誤差であって、本開示の技術の趣旨に反しない程度の誤差を含めた意味合いでの同じを指す。ここで、撮影ユニット30は回転しているため、放射線Rの照射開始時と照射終了時とでは、撮影ユニット30の位置に多少のずれがあるが、放射線Rの照射開始時の撮影ユニット30の位置を投影画像125の取得位置とする。なお、0°、1.2°、2.4°、3.6°、4.8°、・・・といった角度間隔毎に一旦フレーム18の回転を停止させたうえで、放射線源20から放射線Rを照射させてもよい。
図14に、第2期間P2における放射線検出器21の投影画像125の読み出し動作の詳細を示す。放射線検出器21は、蓄積動作によって画素57に蓄積された電荷を、1行目からN行目(Nは2以上の自然数、例えばN=2836)まで1行ずつ順次読み出す。1行目の画素57の読み出し開始時点からN行目の画素57の読み出し終了時点までが、図13で示した読み出し動作の期間である。また、N行目の画素57の蓄積開始時点から1行目の画素57の蓄積終了時点までが、図13で示した蓄積動作の期間である。蓄積動作の開始タイミングおよび終了タイミングは各行で異なるが、蓄積動作に掛ける時間(電荷の蓄積時間)自体は各行で同じである。
次に、CT装置10による撮影手順について、一例として図15に示すフローチャートを参照して説明する。まず、オペレータにより装置本体11内に被写体Sが誘導される(ステップST100)。そして、撮影制御部112の制御の下で昇降機構35が動作され、撮影メニュー116に応じた高さ位置にフレーム18が移動される(ステップST110)。その後、オペレータにより被写体Sがポジショニングされる(ステップST120)。この際、必要に応じて放射線源20に内蔵された照射野ランプが点灯され、オペレータによってフレーム18の高さ位置および被写体Sのポジショニングが撮影に適切か否かが判断される。フレーム18の高さ位置および被写体Sのポジショニングが撮影に適切でなかった場合は、オペレータによってフレーム18の高さ位置が調整されたり、被写体Sのポジショニングがし直されたりする。フレーム18の高さ位置および被写体Sのポジショニングが撮影に適切であった場合、オペレータは照射スイッチを通じて撮影指示を入力する。撮影指示は受付部110で受け付けられる(ステップST130でYES)。これにより撮影ユニット30による撮影が行われる(ステップST140)。
撮影においては、撮影制御部112の制御の下で回転機構45が動作され、フレーム18が例えば反時計回り方向CCWに360°回転される。その間に、撮影制御部112の制御の下で、同じ照射条件にて放射線源20から放射線Rが連続的に照射され、その都度放射線検出器21から投影画像125が出力される。より詳しくは、第1放射線源201および第2放射線源202から同じタイミングで第1放射線R1および第2放射線R2が照射され、第1放射線検出器211および第2放射線検出器212から同じタイミングで投影画像125が出力される。
撮影の終了後、画像処理部113において、得られた投影画像125から断層画像が生成される(ステップST150)。そして、表示制御部114の制御の下で、断層画像がディスプレイ98等に表示され、オペレータの閲覧に供される(ステップST150)。
以上説明したように、CT装置10は、複数の撮影ユニット30と、回転機構45と、CPU97とを備える。撮影ユニット30は、被写体Sに向けて四角錐状の放射線Rを発する放射線源20、および被写体Sを透過した放射線Rを検出する複数の画素57が2次元状に配列された放射線検出器21により構成される。回転機構45は、複数の撮影ユニット30を、配置間隔を保ったまま被写体Sの体軸周りに回転させる。CPU97の撮影制御部112は、複数の撮影ユニット30および回転機構45の動作を制御する。放射線検出器21のフレームレートおよび撮影ユニット30の回転速度によって決まる角度間隔であり、放射線Rに基づく投影画像125の取得タイミングを規定する角度間隔は複数の撮影ユニット30で同一である。複数の撮影ユニット30は回転方向の位相が異なっており、複数の撮影ユニット30の投影画像125を取得する位置が、角度間隔未満の設定角度分異なっている。したがって、放射線検出器21のフレームレートを上げたり、撮影ユニット30の回転速度を遅くしたりすることなく、投影画像125の角度分解能を高めることが可能となる。
図16は、第2放射線源202の位置を、本例の121.2°ではなく120°とした場合、つまり、複数の撮影ユニット30の投影画像125の取得位置を、設定角度分異ならせなかった場合を示す。この場合、扇形120および121に示すように、第1撮影ユニット301と第2撮影ユニット302とで投影画像125の取得位置は同じになる。このため、全撮影ユニット30の投影画像125の取得位置は、扇形122に示すように、図12で示した本例の場合と比べて半減してしまう。これにより、本開示の技術によれば投影画像125の角度分解能を高めることが可能となることが確かめられた。
図7で示したように、放射線源20は四角錐状の放射線Rを照射し、放射線検出器21は、放射線Rを検出する複数の画素57が2次元状に配列された構成である。このため、放射線源から扇状の放射線Rを照射し、画素が1次元状に配列された放射線検出器で放射線Rを検出する従来のCT装置と比べて、撮影を短時間で済ませることができる。なお、四角錐状に代えて、円錐状の放射線Rを照射してもよい。
設定角度は、角度間隔を等分した角度である。このため、投影画像125の取得位置に角度の偏りがなくなり、投影画像125から断層画像を生成しやすい。
図13で示したように、撮影制御部112は、予め設定された第1期間P1中に、複数の撮影ユニット30の全てから放射線Rを照射させ、第1期間P1に続く予め設定された第2期間P2中に、複数の撮影ユニット30の全てから投影画像125を出力させる。このため、複数の撮影ユニット30に順に撮影を行わせる場合と比べて、撮影を短時間で済ませることができる。被写体Sの負担を軽減することができ、かつ、被写体Sの体動によって断層画像の画質が劣化するおそれを低減することができる。
また、図13で示したように、撮影制御部112は、第1期間P1において、複数の撮影ユニット30から同じタイミングで放射線Rを照射させ、第2期間P2において、複数の撮影ユニット30から同じタイミングで投影画像125を出力させる。このため、複数の撮影ユニット30で同等の画質の投影画像125を取得することができる。また、図25において後述する、投影画像125への帯状のアーチファクトの発生を抑制することができる。
図8で示したように、複数の撮影ユニット30は、回転軸方向RADから見た場合において、90°よりも大きい角度φ隔たった位置に配されている。このため、一例として図17に示すように、第2放射線検出器212を、第1放射線R1の後方散乱線の影響を特に強く受ける領域BAを避けた位置に配することができる。
角度φが90°以下であった場合、例えば角度φ=90°であった場合は、破線で示すように第2放射線検出器212の端が領域BAに入ってしまう。そうすると、本例においては第1放射線R1と第2放射線R2を同じタイミングで照射しているため、第2放射線検出器212により得られる投影画像125に、第1放射線R1の後方散乱線による成分がノイズとして乗ってしまう。しかし、本例においては、複数の撮影ユニット30を90°よりも大きい角度φ隔たった位置に配しているので、第2放射線検出器212により得られる投影画像125に、第1放射線R1の後方散乱線による成分がノイズとして乗ってしまうおそれを低減することができる。ここでいう後方散乱線とは、放射線源20および放射線検出器21の配置に起因する散乱線である。ただし、領域BAを避けた位置に放射線検出器212を配することで、被写体Sに起因する散乱線の影響も低減することができる。
なお、放射線検出器21の前にグリッドを設ける等して、散乱線の影響を軽減してもよい。あるいは、例えば特許第6006193号に記載されるような、グリッドを実際には用いずに、グリッドを用いた場合と同等の画質改善の効果を、画像処理によって達成する技術を適用してもよい。
角度φには上限が存在する。例えば図18に示す角度φが125°の場合のように、第2放射線検出器212の端が第1撮影ユニット301により得られる投影画像125に写り込んでしまってはいけない。このため、角度φは、90°よりも大きく、かつ、第2放射線検出器212の端が第1撮影ユニット301により得られる投影画像125に写り込む限界の角度以下であることが好ましい。なお、φは、例示の121.2°に限らず、91.2°等でもよい。
放射線検出器21のサイズを小さくすれば、角度φを大きくしても、図18のように放射線検出器21が投影画像に写り込むことは避けられる。ただし、放射線検出器21のサイズを小さくした分、有効視野sFOV(Scan Field Of View、図19参照)は小さくなる。また、放射線検出器21の回転半径(回転中心Cと放射線検出器21の検出面58の中心点CSとの距離)を大きくすれば、角度φを大きくすることができる。ただし、放射線検出器21が被写体Sから離れるために、この場合も有効視野sFOVは小さくなる。このため、放射線源20の回転半径(回転中心Cと放射線源20の放射線Rの焦点との距離)と、放射線検出器21の回転半径との比を2:1(例えば放射線源20の回転半径=800mm、放射線検出器21の回転半径=400mm)程度として、比較的広い有効視野sFOVを確保することが好ましい。
あるいは、フレーム18を大きくしてSIDを長くとれば、放射線検出器21を被写体Sから離すことなく、角度φを大きくすることができる。ただし、大型化して重くなったフレーム18に合わせて高出力の回転用モータ47を用意したり、支柱14を太くして剛性を高めたりする必要がある。また、SIDが長くなる分、放射線Rのパワーも上げる必要がある。これらのことから、やはり角度φは本例のように120°程度であることが好ましい。
ここで、図19に示すように、放射線検出器21が基準位置に配されていた場合は、360°の回転でスキャンする領域が変わらないため、有効視野sFOVは、ハッチングで示すように比較的小さい領域に留まる。対して図20に示すように、放射線検出器21がオフセット位置に配されていた場合は、360°の回転でスキャンする領域が変わるため、有効視野sFOVは、ハッチングで示すように比較的大きい領域となる。したがって、図9で示したように、回転軸方向RADから見た場合、放射線検出器21を、放射線源20と正対する基準位置から予め設定された角度分異なったオフセット位置に配することで、放射線検出器21を基準位置に配する場合と比べて、有効視野sFOVを広くすることができる。また、放射線検出器21を基準位置に配する場合と比べて、角度φを多少なりとも大きくとることができる。
複数の撮影ユニット30はフレーム18に保持されており、フレーム18内に被写体Sがポジショニングされる。図8で示したように、回転軸方向RADから見た場合、放射線源20はフレーム18の外側に配され、放射線検出器21はフレーム18の内側に配されている。有効視野sFOVは、放射線源20が被写体Sから離れる程、かつ、放射線検出器21が被写体Sに近付く程、大きくなる。このため、被写体Sがポジショニングされるフレーム18の外側に放射線源20を配し、内側に放射線検出器21を配せば、有効視野sFOVを広くすることができる。
図1、図2、および図4で示したように、被写体Sは、立位姿勢および座位姿勢のうちのいずれかの姿勢でポジショニングされる。このため、重力が掛かった自然な状態の肺等の軟組織を観察したい、あるいは重力が掛かって負荷が加えられた状態の股関節等の関節を観察したい、という要望に応えることができる。なお、臥位姿勢の被写体Sを撮影するCT装置であってもよい。
なお、設定角度は、角度間隔未満であればよく、必ずしも角度間隔を等分した角度でなくてもよい。一例として図21に示すように、角度範囲が図11で示した例と同じ2.4°であった場合に、第2放射線源202を、第1放射線源201から120.6°の角度隔たった位置に配する(φ=120.6°)ことで、設定角度を0.6°としてもよい。この場合、第2撮影ユニット302は、第2放射線源202が配された120.6°を回転開始位置および回転終了位置として、123°、・・・、353.4°、355.8°、358.2°、0.6°(360.6°)、3°(363°)、5.4°(365.4°)、・・・と、投影画像125を出力する。
図22は、図21の場合の、第1撮影ユニット301、第2撮影ユニット302、および全撮影ユニット30のそれぞれの投影画像125の取得位置の一部を示す。投影画像125の取得位置に角度の偏りが生じはするが、全撮影ユニット30の投影画像125の取得位置の数は、図12で示した例と同じく、1つの撮影ユニット30の投影画像125の取得位置を2倍した数となる。したがってこの場合も、放射線検出器21のフレームレートを上げたり、撮影ユニット30の回転速度を遅くしたりすることなく、投影画像125の角度分解能を高めることが可能、という効果を得ることができる。
[第2実施形態]
設定角度は設計値通りであることが理想であるが、放射線源20等の組み立ては人が行うため、どうしても製造誤差により設定角度が設計値と異なってしまう場合がある。そこで、第2実施形態では、放射線源20による放射線Rの照射タイミングを異ならせることで、製造誤差を含む設定角度のずれを補正する。
一例として図23に示すように、上記第1実施形態の如く、角度φ=121.2として設定角度を設計値の1.2°とすべきところ、製造誤差によりφ=121.12°となってしまい、設定角度が時計回り方向CWに0.08°ずれた場合を考える。この場合、一例として図24に示すように、第1期間P1に余白期間MPを設け、第1期間P1を、放射線Rの照射開始から照射終了までの照射時間よりも長い期間とする。そのうえで、撮影制御部112によって、第1期間P1における第2放射線源202の第2放射線R2の照射タイミングを時間TΔだけ遅らせることで、製造誤差を含む設定角度のずれを補正する。時間TΔは、設定角度のずれが例示の0.08°で、撮影ユニット30の回転速度が前述の36°/secであった場合は、0.08/36≒2.22msecである。
設定角度の設計値からのずれは、CT装置10の製造出荷時に測定する。そして、その測定結果に基づいて時間TΔを算出し、算出した時間TΔをストレージ95に記憶する。撮影の際には時間TΔを撮影制御部112に与え、時間TΔに応じた放射線Rの照射タイミングの制御を撮影制御部112に行わせる。
余白期間MPの長さは、設定角度の製造誤差の上限値に応じて設定される。設定角度の製造誤差の上限値が例えば0.6°であった場合、余白期間MPの長さは、0.6/36≒16.7msecとなる。なお、上記例とは逆に、設定角度が反時計回り方向CCWに設計値からずれた場合は、第1期間P1における第1放射線源201の第1放射線R1の照射タイミングを遅らせる。
このように、第2実施形態においては、撮影制御部112は、放射線源20による放射線Rの照射タイミングを異ならせることで、製造誤差を含む設定角度のずれを補正する。このため、製造誤差を含む設定角度のずれを簡単に補正することができる。第1放射線源201および第2放射線源202の組み立てを、ある程度ラフに行うことができる。
また、第1期間P1に余白期間MPを設けたことで、以下に示すような効果が得られる。一例として図25に示すように、第1期間P1に余白期間MPを設けない態様において、何らかの原因で第2放射線源202による第2放射線R2の照射開始タイミングが早まってしまった場合を考える。この場合、N-1行目、N行目といった前のフレームの後半の画素57の行の蓄積期間に第2放射線R2が照射されるため、第1放射線検出器211から得られる投影画像125には帯状のアーチファクトが発生してしまう。なお、図示は省略するが、放射線検出器21による投影画像125の読み出し動作のタイミングが複数の撮影ユニット30でずれた場合も同様に、投影画像125には帯状のアーチファクトが発生する。
対して第1期間P1に余白期間MPを設け、例えば第1期間P1の中間の時点において第1放射線源201および第2放射線源202から第1放射線R1および第2放射線R2を照射させるよう制御する。そうすれば、一例として図26に示すように、第2放射線源202による第2放射線R2の照射開始タイミングが早まってしまった場合も、第1放射線源201による第1放射線R1の照射開始タイミングとの差が余白期間MPに収まる差であれば、前のフレームの後半の画素57の行の蓄積期間に第2放射線R2が照射されることはなく、したがって第1放射線検出器211から得られる投影画像125に帯状のアーチファクトは発生しない。このように、第1期間P1に余白期間MPを設け、第1期間P1を、放射線Rの照射開始から照射終了までの照射時間よりも長い期間とすることで、投影画像125への帯状のアーチファクトの発生を防止することができる。
[第3実施形態]
上記第1実施形態では、第1期間P1において、第1放射線源201および第2放射線源202から同じタイミングで第1放射線R1および第2放射線R2を照射させているが、これに限らない。一例として図27に示すように、第1期間P1内の異なるタイミングで、第1放射線源201および第2放射線源202から重複することなく第1放射線R1および第2放射線R2を照射させてもよい。より詳しくは、撮影制御部112は、第1期間P1の前半に第1放射線源201から第1放射線R1を照射させ、第1放射線R1の照射終了後、第1期間P1の後半に第2放射線源202から第2放射線R2を照射させる。
このように、第3実施形態においては、撮影制御部112は、第1期間P1内の異なるタイミングで、複数の撮影ユニット30から重複することなく放射線Rを照射させる。このため、放射線管55に与える管電圧を発生する電圧発生器を複数の撮影ユニット30で共通とし、管電圧の供給先をスイッチ等で切り替える構成とすることができる。複数の撮影ユニット30から同じタイミングで放射線Rを照射させる場合は、複数の撮影ユニット30毎に電圧発生器を用意する必要があったが、そうした態様と比べて装置構成をシンプルにすることができる。また、一方の撮影ユニット30の放射線Rの後方散乱線の影響を他方の撮影ユニット30が受けることがないため、比較的画質のよい投影画像を得ることができる。
ただし、複数の撮影ユニット30の放射線Rの照射タイミングを異ならせた分、複数の撮影ユニット30から同じタイミングで放射線Rを照射させる場合よりも撮影に時間が掛かる。そこで、放射線Rの単位時間当たりの強度を高くして、放射線Rの照射時間自体を短縮してもよい。
[第4実施形態]
上記各実施形態では、第1撮影ユニット301と第2撮影ユニット302の2つの撮影ユニット30の例を示したが、撮影ユニット30の数はこれに限らない。一例として図28および図29に示すように、第1撮影ユニット301、第2撮影ユニット302、および第3撮影ユニット303の3つの撮影ユニット30を備えていてもよい。
この場合、回転軸方向RADから見た場合、第2放射線源202は、第1放射線源201と120.8°隔たった位置に配されている。第3撮影ユニット303は、第3放射線R3を発する第3放射線源203と第3放射線検出器213とで構成される。回転軸方向RADから見た場合、第3放射線源203は、第1放射線源201と241.6°隔たった位置(第2放射線源202と120.8°隔たった位置)に配されている。なお、第1放射線検出器211、第2放射線検出器212、および第3放射線検出器213のいずれも、図9で示したオフセット位置に配されている。
一例として図30に示すように、第1撮影ユニット301は、上記第1実施形態と同じく、第1放射線源201が配された0°を回転開始位置および回転終了位置として、2.4°、4.8°、7.2°、・・・、117.6°、120°、122.4°、・・・、352.8°、355.2°、357.6°と、角度間隔2.4°置きに投影画像125を出力する。第2撮影ユニット302は、第2放射線源202が配された120.8°を回転開始位置および回転終了位置として、123.2°、・・・、353.6°、356°、358.4°、0.8°(360.8°)、3.2°(363.2°)、5.6°(365.6°)、・・・と、こちらも角度間隔2.4°置きに投影画像125を出力する。また、第3撮影ユニット303は、第3放射線源203が配された241.6°を回転開始位置および回転終了位置として、244°、・・・、354.4°、356。8°、359.2°、1.6°(361.6°)、4°(364°)、6.4°(366.4°)、・・・と、こちらも角度間隔2.4°置きに投影画像125を出力する。
第1撮影ユニット301と第2撮影ユニット302とは、第2放射線源202を120.8°の位置に配したために、投影画像125の取得位置が角度間隔2.4°の1/3の0.8°分異なっている。言い換えれば、第1撮影ユニット301と第2撮影ユニット302とは、それぞれの投影画像125の取得位置が0.8°分異なるような配置とされている。また、第1撮影ユニット301と第3撮影ユニット303とは、第3放射線源202を241.6°の位置に配したために、投影画像125の取得位置が角度間隔2.4°の2/3の1.6°分異なっている。言い換えれば、第1撮影ユニット301と第3撮影ユニット303とは、それぞれの投影画像125の取得位置が1.6°分異なるような配置とされている。このため、第1撮影ユニット301では撮影されない0°~2.4°の間の0.8°および1.6°、2.4°~4.8°の間の3.2°および4°、・・・、352.8°~355.2°の間の353.6°および354.4°、並びに355.2°~357.6°の間の356°および356.8°といった位置の投影画像125を第2撮影ユニット302および第3撮影ユニット303で取得することができる。ここで、0.8°および1.6°は、角度間隔の2.4°を3等分した角度であり、本開示の技術に係る「設定角度」の一例である。
このように、撮影ユニット30を3つとした場合も、放射線検出器21のフレームレートを上げたり、撮影ユニット30の回転速度を遅くしたりすることなく、投影画像125の角度分解能を高めることが可能、という効果を得ることができる。この場合、放射線検出器21のフレームレートは、実質的に45fpsとなる。
なお、フレーム18はそれなりの重量がある。そして、撮影ユニット30を複数設けたことでさらにフレーム18の重量が増すので、フレーム18の慣性モーメントはより大きくなる。このため、実際は、一例として図31のグラフに示すように、回転開始から定速回転に至るまでの加速期間APと、定速回転から回転停止に至るまでの減速期間DPとに、T1-T0の時間とT3-T2の時間が掛かる。そこで、例えばフレーム18を1回転(360°回転)させる場合、定速期間CSPにおいてはフレーム18を360°回転させるとして、20°ずつの回転で加速期間APおよび減速期間DPを終わらせる。このため、実際には、フレーム18を400°回転させていることになる。
フレーム18はスリップリングのような機構をもたず、配線により電力が供給される。このため、フレーム8には配線長に応じた限界回転角度が存在する。そこで、安全対策として、フレーム18の一方向の回転角度が限界回転角度となった場合に、回転用モータ47への電力供給を強制的に遮断する機械的スイッチを設けることが好ましい。図31で示したようにフレーム18を360°回転させるのに実際には400°回転させる場合は、400°の回転が360°の回転に変換されるような回転角度変換器を回転機構45のポテンショメータ48に接続すればよい。
例えば全身等の比較的広い範囲を撮影する場合は、フレーム18を2回以上昇降させて、2回以上に分けて撮影を行ってもよい。
複数の撮影ユニット30の少なくとも1つに昇降機構を設け、回転軸方向RADに昇降可能としてもよい。
放射線源20および放射線検出器21をフレーム18の周方向に沿って移動させる機構を設け、放射線源20および放射線検出器21の配置位置を変更可能に構成してもよい。こうすれば、装置本体11内への被写体Sの誘導の邪魔になる放射線源20および放射線検出器21を、邪魔にならない位置に退避させるといったことができる。
支柱14は4本でもよいし5本でもよい。また、回転用モータ47をステッピングモータとして、回転用モータ47に与えるパルス数によってフレーム18の回転位置を割り出してもよい。また、フレーム18は円環に限らず、多角環でもよい。
制御装置12を構成するコンピュータのハードウェア構成は種々の変形が可能である。例えば、制御装置12を、処理能力および信頼性の向上を目的として、ハードウェアとして分離された複数台のコンピュータで構成することも可能である。例えば、受付部110、RW制御部111、および表示制御部114の機能と、撮影制御部112および画像処理部113の機能とを、2台のコンピュータに分散して担わせる。この場合は2台のコンピュータで制御装置12を構成する。
このように、制御装置12のコンピュータのハードウェア構成は、処理能力、安全性、信頼性等の要求される性能に応じて適宜変更することができる。さらに、ハードウェアに限らず、作動プログラム105といったアプリケーションプログラムについても、安全性および信頼性の確保を目的として、二重化したり、あるいは、複数のストレージに分散して格納することももちろん可能である。
上記各実施形態において、例えば、受付部110、RW制御部111、撮影制御部112、画像処理部113、および表示制御部114といった各種の処理を実行する処理部(Processing Unit)のハードウェア的な構造としては、次に示す各種のプロセッサ(Processor)を用いることができる。各種のプロセッサには、ソフトウェア(作動プログラム105)を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるCPU97に加えて、FPGA(Field Programmable Gate Array)等の製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス(Programmable Logic Device:PLD)、および/またはASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が含まれる。
1つの処理部は、これらの各種のプロセッサのうちの1つで構成されてもよいし、同種または異種の2つ以上のプロセッサの組み合わせ(例えば、複数のFPGAの組み合わせ、および/または、CPUとFPGAとの組み合わせ)で構成されてもよい。また、複数の処理部を1つのプロセッサで構成してもよい。
複数の処理部を1つのプロセッサで構成する例としては、第1に、クライアントおよびサーバ等のコンピュータに代表されるように、1つ以上のCPUとソフトウェアの組み合わせで1つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第2に、システムオンチップ(System On Chip:SoC)等に代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を1つのIC(Integrated Circuit)チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサの1つ以上を用いて構成される。
さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造としては、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路(Circuitry)を用いることができる。
以上の記載から、下記の付記項に記載の技術を把握することができる。
[付記項1]
被写体に向けて錐状の放射線を発する放射線源、および前記被写体を透過した前記放射線を検出する複数の画素が2次元状に配列された放射線検出器により構成される複数の撮影ユニットと、
複数の前記撮影ユニットを、配置間隔を保ったまま前記被写体の体軸周りに回転させる回転機構と、
複数の前記撮影ユニットおよび前記回転機構の動作を制御するプロセッサと、
を備え、
前記放射線検出器のフレームレートおよび前記撮影ユニットの回転速度によって決まる角度間隔であり、前記放射線に基づく投影画像の取得タイミングを規定する角度間隔が複数の前記撮影ユニットで同一であり、
複数の前記撮影ユニットは回転方向の位相が異なっており、
複数の前記撮影ユニットの前記投影画像を取得する位置が、前記角度間隔未満の設定角度分異なっている、
コンピュータ断層撮影装置。
[付記項2]
前記設定角度は、前記角度間隔を等分した角度である付記項1に記載のコンピュータ断層撮影装置。
[付記項3]
前記プロセッサは、
前記放射線源による前記放射線の照射タイミングを異ならせることで、製造誤差を含む前記設定角度のずれを補正する付記項1または付記項2に記載のコンピュータ断層撮影装置。
[付記項4]
前記プロセッサは、
予め設定された第1期間中に、複数の前記撮影ユニットの全てから前記放射線を照射させ、
前記第1期間に続く予め設定された第2期間中に、複数の前記撮影ユニットの全てから前記投影画像を出力させる付記項1から付記項3のいずれか1項に記載のコンピュータ断層撮影装置。
[付記項5]
前記プロセッサは、
前記第1期間において、複数の前記撮影ユニットから同じタイミングで前記放射線を照射させ、
前記第2期間において、複数の前記撮影ユニットから同じタイミングで前記投影画像を出力させる付記項4に記載のコンピュータ断層撮影装置。
[付記項6]
前記第1期間は、前記放射線の照射開始から照射終了までの照射時間より長い期間である付記項4または付記項5に記載のコンピュータ断層撮影装置。
[付記項7]
前記プロセッサは、
前記第1期間内の異なるタイミングで、複数の前記撮影ユニットから重複することなく前記放射線を照射させる付記項4に記載のコンピュータ断層撮影装置。
[付記項8]
複数の前記撮影ユニットは、複数の前記撮影ユニットの回転軸方向から見た場合において、90°よりも大きい角度隔たった位置に配されている付記項1から付記項7のいずれか1項に記載のコンピュータ断層撮影装置。
[付記項9]
複数の前記撮影ユニットの回転軸方向から見た場合、前記放射線検出器は、前記放射線源と正対する基準位置から予め設定された角度分異なったオフセット位置に配されている付記項1から付記項8のいずれか1項に記載のコンピュータ断層撮影装置。
[付記項10]
複数の前記撮影ユニットはフレームに保持されており、前記フレーム内に前記被写体がポジショニングされ、
複数の前記撮影ユニットの回転軸方向から見た場合、前記放射線源は前記フレームの外側に配され、前記放射線検出器は前記フレームの内側に配されている付記項1から付記項9のいずれか1項に記載のコンピュータ断層撮影装置。
[付記項11]
前記被写体は、立位姿勢および座位姿勢のうちのいずれかの姿勢でポジショニングされる付記項1から付記項10のいずれか1項に記載のコンピュータ断層撮影装置。
本開示の技術は、上述の種々の実施形態および/または種々の変形例を適宜組み合わせることも可能である。また、上記実施形態に限らず、要旨を逸脱しない限り種々の構成を採用し得ることはもちろんである。さらに、本開示の技術は、プログラムに加えて、プログラムを非一時的に記憶する記憶媒体にもおよぶ。
以上に示した記載内容および図示内容は、本開示の技術に係る部分についての詳細な説明であり、本開示の技術の一例に過ぎない。例えば、上記の構成、機能、作用、および効果に関する説明は、本開示の技術に係る部分の構成、機能、作用、および効果の一例に関する説明である。よって、本開示の技術の主旨を逸脱しない範囲内において、以上に示した記載内容および図示内容に対して、不要な部分を削除したり、新たな要素を追加したり、置き換えたりしてもよいことはいうまでもない。また、錯綜を回避し、本開示の技術に係る部分の理解を容易にするために、以上に示した記載内容および図示内容では、本開示の技術の実施を可能にする上で特に説明を要しない技術常識等に関する説明は省略されている。
本明細書において、「Aおよび/またはB」は、「AおよびBのうちの少なくとも1つ」と同義である。つまり、「Aおよび/またはB」は、Aだけであってもよいし、Bだけであってもよいし、AおよびBの組み合わせであってもよい、という意味である。また、本明細書において、3つ以上の事柄を「および/または」で結び付けて表現する場合も、「Aおよび/またはB」と同様の考え方が適用される。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願および技術規格は、個々の文献、特許出願および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
10 コンピュータ断層撮影装置(CT装置)
11 装置本体
12 制御装置
13 ステージ
14、14A~14C 支柱
15 天板
16 キャスター
17、17A~17C 接続部材
18 フレーム
20 放射線源
21 放射線検出器
22、22A~22C ねじ軸
24 可動アーム
25 タッチパネルディスプレイ
30 撮影ユニット
32 車椅子
35 昇降機構
36 ナット
37 昇降用モータ
38 第1接続部
39 第2接続部
40 ベアリング
41 ガイド溝
45 回転機構
46 回転ベルト
47 回転用モータ
48 ポテンショメータ
49、50 プーリ
55 放射線管
56 照射野限定器
57 画素
58 検出面
60A、60B、61A、61B アタッチメント
62 ボルト
63 接合部
95 ストレージ
96 メモリ
97 CPU
98 ディスプレイ
99 入力デバイス
105 作動プログラム
106 照射条件テーブル
107 オーダー別照射条件情報
110 受付部
111 リードライト制御部(RW制御部)
112 撮影制御部
113 画像処理部
114 表示制御部
116 撮影メニュー
117 照射条件
120 第1撮影ユニットの投影画像の取得位置を示す扇形
121 第2撮影ユニットの投影画像の取得位置を示す扇形
122 全撮影ユニットの投影画像の取得位置を示す扇形
125 投影画像
201 第1放射線源
202 第2放射線源
203 第3放射線源
211 第1放射線検出器
212 第2放射線検出器
213 第3放射線検出器
301 第1撮影ユニット
302 第2撮影ユニット
303 第3撮影ユニット
AP 加速期間
BA 後方散乱線の影響を特に強く受ける領域
C フレームの中心(回転中心)
CCW 反時計回り方向
CS 放射線検出器の検出面の中心点
CS1 第1放射線検出器の検出面の第1中心点
CS2 第2放射線検出器の検出面の第2中心点
CSP 定速期間
CW 時計回り方向
DP 減速期間
MP 余白期間
P1 第1期間
P2 第2期間
R 放射線
R1 第1放射線
R2 第2放射線
R3 第3放射線
RA 回転軸
RAD 回転軸方向
RCA 放射線の放射線束の中心軸
RCA1 第1放射線の放射線束の第1中心軸
RCA2 第2放射線の放射線束の第2中心軸
S 被写体
sFOV 有効視野
ST100、ST110、ST120、ST130、ST140、ST150 ステップ
T0~T3、TΔ 時間
θ 放射線の放射角度
φ 第1放射線源と第2放射線源の配置位置の角度
撮影制御部112は、第1期間P1において、第1放射線源201および第2放射線源202から同じタイミングで第1放射線R1および第2放射線R2を照射させる。また、撮影制御部112は、第2期間P2において、第1放射線検出器211および第2放射線検出器212から同じタイミングで投影画像125を出力させる。なお、同じタイミングの「同じ」とは、完全な同じの他に、本開示の技術が属する技術分野で一般的に許容される誤差であって、本開示の技術の趣旨に反しない程度の誤差を含めた意味合いでの同じを指す。ここで、撮影ユニット30は回転しているため、放射線Rの照射開始時と照射終了時とでは、撮影ユニット30の位置に多少のずれがあるが、放射線Rの照射開始時の撮影ユニット30の位置を投影画像125の取得位置とする。なお、0°、1.2°、2.4°、3.6°、4.8°、・・・といった1.2°の角度間隔毎に一旦フレーム18の回転を停止させたうえで、放射線源20から放射線Rを照射させてもよい。
第1撮影ユニット301と第2撮影ユニット302とは、第2放射線源202を120.8°の位置に配したために、投影画像125の取得位置が角度間隔2.4°の1/3の0.8°分異なっている。言い換えれば、第1撮影ユニット301と第2撮影ユニット302とは、それぞれの投影画像125の取得位置が0.8°分異なるような配置とされている。また、第1撮影ユニット301と第3撮影ユニット303とは、第3放射線源203を241.6°の位置に配したために、投影画像125の取得位置が角度間隔2.4°の2/3の1.6°分異なっている。言い換えれば、第1撮影ユニット301と第3撮影ユニット303とは、それぞれの投影画像125の取得位置が1.6°分異なるような配置とされている。このため、第1撮影ユニット301では撮影されない0°~2.4°の間の0.8°および1.6°、2.4°~4.8°の間の3.2°および4°、・・・、352.8°~355.2°の間の353.6°および354.4°、並びに355.2°~357.6°の間の356°および356.8°といった位置の投影画像125を第2撮影ユニット302および第3撮影ユニット303で取得することができる。ここで、0.8°および1.6°は、角度間隔の2.4°を3等分した角度であり、本開示の技術に係る「設定角度」の一例である。
フレーム18はスリップリングのような機構をもたず、配線により電力が供給される。このため、フレーム18には配線長に応じた限界回転角度が存在する。そこで、安全対策として、フレーム18の一方向の回転角度が限界回転角度となった場合に、回転用モータ47への電力供給を強制的に遮断する機械的スイッチを設けることが好ましい。図31で示したようにフレーム18を360°回転させるのに実際には400°回転させる場合は、400°の回転が360°の回転に変換されるような回転角度変換器を回転機構45のポテンショメータ48に接続すればよい。

Claims (11)

  1. 被写体に向けて錐状の放射線を発する放射線源、および前記被写体を透過した前記放射線を検出する複数の画素が2次元状に配列された放射線検出器により構成される複数の撮影ユニットと、
    複数の前記撮影ユニットを、配置間隔を保ったまま前記被写体の体軸周りに回転させる回転機構と、
    複数の前記撮影ユニットおよび前記回転機構の動作を制御するプロセッサと、
    を備え、
    前記放射線検出器のフレームレートおよび前記撮影ユニットの回転速度によって決まる角度間隔であり、前記放射線に基づく投影画像の取得タイミングを規定する角度間隔が複数の前記撮影ユニットで同一であり、
    複数の前記撮影ユニットは回転方向の位相が異なっており、
    複数の前記撮影ユニットの前記投影画像を取得する位置が、前記角度間隔未満の設定角度分異なっている、
    コンピュータ断層撮影装置。
  2. 前記設定角度は、前記角度間隔を等分した角度である請求項1に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  3. 前記プロセッサは、
    前記放射線源による前記放射線の照射タイミングを異ならせることで、製造誤差を含む前記設定角度のずれを補正する請求項1に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  4. 前記プロセッサは、
    予め設定された第1期間中に、複数の前記撮影ユニットの全てから前記放射線を照射させ、
    前記第1期間に続く予め設定された第2期間中に、複数の前記撮影ユニットの全てから前記投影画像を出力させる請求項1に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  5. 前記プロセッサは、
    前記第1期間において、複数の前記撮影ユニットから同じタイミングで前記放射線を照射させ、
    前記第2期間において、複数の前記撮影ユニットから同じタイミングで前記投影画像を出力させる請求項4に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  6. 前記第1期間は、前記放射線の照射開始から照射終了までの照射時間より長い期間である請求項4に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  7. 前記プロセッサは、
    前記第1期間内の異なるタイミングで、複数の前記撮影ユニットから重複することなく前記放射線を照射させる請求項4に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  8. 複数の前記撮影ユニットは、複数の前記撮影ユニットの回転軸方向から見た場合において、90°よりも大きい角度隔たった位置に配されている請求項1に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  9. 複数の前記撮影ユニットの回転軸方向から見た場合、前記放射線検出器は、前記放射線源と正対する基準位置から予め設定された角度分異なったオフセット位置に配されている請求項1に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  10. 複数の前記撮影ユニットはフレームに保持されており、前記フレーム内に前記被写体がポジショニングされ、
    複数の前記撮影ユニットの回転軸方向から見た場合、前記放射線源は前記フレームの外側に配され、前記放射線検出器は前記フレームの内側に配されている請求項1に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  11. 前記被写体は、立位姿勢および座位姿勢のうちのいずれかの姿勢でポジショニングされる請求項1に記載のコンピュータ断層撮影装置。
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