JP3618136B2

JP3618136B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP3618136B2
Application number: JP07783495A
Authority: JP
Inventors: 孝行長岡
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1995-04-03
Filing date: 1995-04-03
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2020-02-09
Also published as: JPH08275938A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本考案は、Ｘ線ＣＴ装置に係わり、特に術者が患者のカテーテル操作等を行うとき等に、患者を移動することなく断層像の撮像を可能としたＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＸ線ＣＴ装置は図２４に示すように、Ｘ線管とＸ線検出器とを対向配置したＸ線スキャナを組込んだガントリ７０と、患者１を搭載する寝台２と、図示しないデータ処理系とを備え、患者１は専用の寝台２にのり、体軸方向にＸ線ＣＴ装置のガントリ７０開口部に入ることで診断を行っていた。スキャナ方式としては第１世代〜第４世代、さらには第５世代のものが提案されているが、第２世代以降の方式ではＸ線は３０゜〜５０゜の広がりをもつファンビームとして用いられ、投影データを画像再構成するためにはＸ線管と検出器の両者の幾何学構成が変動しないことが要求される。例えば第３世代方式のものは、Ｘ線管と複数の検出素子を配列したＸ線検出器とを一体として被検体の周りで回転させる。また第４世代方式のものは、被検体の周りに検出器を円形に配置し、その内側又は外側においてＸ線管を回転させる。Ｘ線管の回転軌道が検出器リングの外側である場合には、検出器とＸ線源が干渉しないように検出器をずらす動作をさせるＮ／Ｒ方式（ニューテート／ローテート）が採用される。更に第５世代のものとして、電子銃より発生した電子線を偏向させて、円環状に配置したターゲットに当ててＸ線を発生させるＸ線ＣＴ装置や更にこのようなターゲットに複数の電子銃と偏向手段とを配置したＸ線ＣＴ装置（特開昭６０−９２７４１号）などがある。
【０００３】
ところで、近年カテーテル等の手術を伴いながら画像診断するインターベンショナルラジオロジー（以下、ＩＶＲと呼ぶ）という治療法が取入れられている。しかし、上述した従来のＸ線ＣＴ装置はいずれも円環状の構造をしており、患者がその円環の開口部を通ることによって撮像しているため治療のためにさまざまな器具を取り付けた状態では撮像が難しかった。
【０００４】
これに対しＩＶＲを目的としたＸ線透視撮影装置が開発されている。図２５はカテーテルを利用した治療法を目的としたＸ線透視撮影装置の一例を示すもので、Ｘ線管と検出器とから成る撮影系を２組備えており、これらは検出器であるイメージインテンシファイヤー（以下Ｉ．Ｉと呼ぶ）６３とＸ線管６４とそれらを支持している支持機構６２及びＩ．Ｉ６６とＸ線管６７及びそれらを支持する支持機構６５とから成る。更にＸ線像を観察するためのＸ線テレビモニター６１が備えられている。
【０００５】
ＩＶＲを行うには、例えば、心臓環動脈の中に梗塞がある患者に対してカテーテルを挿入し、それをＸ線透視によりその進み具合を、Ｘ線テレビモニター６１で確認しながら進めて行く。目的とする血管までカテーテルを進め、目的の部位において、バルーンカテーテルやアテレクトミーカテーテルを使用し、狭窄部の開大を行う。このようなＩＶＲ手技では、Ｘ線透視下で目的の血管を見つけ、カテーテルを早く目的の血管に挿入する必要がある。また、特に心臓や頭において、カテーテルを進める血管を選択し、進めていくために、一方向による透視だけでは複雑な血管走行の様子がわかりずらい。そこで透視方向を変え、別の角度で見ることにより、血管の走行を確認する。
【０００６】
しかしながら、血管や病巣部の３次元的な位置関係はＸ線ＣＴ装置によって断層像を取得したほうが判別しやすい場合がある。従来ではこのとき患者を移動し、改めての寝台に載せ変えてＸ線ＣＴによる診断を行うという方法がとられてきた。しかしこの場合、Ｘ線ＣＴ装置によって撮像した場合と、ＩＶＲの術中とでは血管や病巣部の位置がずれてしまうという欠点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとしている課題】
本発明は、このようなＩＶＲ治療下において、患者が治療のためにさまざまな器具を取り付けた状態でもＸ線ＣＴ画像を撮像できるＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とし、特に治療に必要な位置精度を向上させたＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線発生手段と、Ｘ線発生手段から照射され被検体を透過したＸ線を検出する検出器とを備えたＸ線ＣＴ装置において、検出器とＸ線発生手段との相対位置を変更する手段及びそれぞれを独立に位置制御する駆動機構を備えたものである。本発明の好適な態様において検出器は複数の検出要素を円弧状に配列した検出器から成り、検出器の駆動機構は、検出器を被検体に対しその体軸にほぼ直交する方向に近接或いは離反する機構を含むものであり、好適には、検出器は天井つり下げとし、被検体に対し上方から所定位置に設置可能とする。
【０００９】
また本発明のＸ線ＣＴ装置の１態様において、Ｘ線発生手段は１又は２以上のＸ線源を備え、Ｘ線発生手段の駆動機構は、１又は２以上のＸ線源を所定の円軌道に沿って円弧状に移動する機構を備えたものである。また本発明の別の態様においては、Ｘ線発生手段は円弧状に配列した複数のＸ線源を備え、Ｘ線発生手段の駆動機構は、複数のＸ線源を順次動作させる制御手段を備えたものである。更に別の本発明の別の態様において、Ｘ線発生手段は、円弧状のＸ線ターゲットと、該Ｘ線ターゲットに対し電子を放出する電子銃と、該電子銃から放出される電子を偏向させる偏向手段とをたものを採用することができ、この場合にはＸ線ターゲット上で電子線を走査するようにＸ線発生手段を制御するものである。
【００１０】
【作用】
ＩＶＲ治療下において、必要に応じ両者の相対的位置を移動させてＸ線発生手段と検出器を位置制御することにより、ＩＶＲ手技の間にも所望のＸ線ＣＴ画像を得ることができる。特に円弧状の検出器を被検体（患者）の体軸とほぼ直交する方向に近接或いは離反することにより、患者が治療のためにさまざまな器具を取り付けた状態でもＸ線ＣＴ画像を撮像できる。またＸ線発生手段のＸ線源を半円弧状に移動させることにより、或いは円弧状に配列した複数のＸ線源を順次動作させ、撮像することにより、治療に必要な位置精度を確保することができる。Ｘ線発生手段が、円弧状に配列したＸ線ターゲットと、該Ｘ線ターゲットに対し電子を放出する電子銃と、該電子銃から放出される電子を偏向させる偏向手段とを備えたものである場合にも、Ｘ線ターゲット上で電子線を走査し、撮像することにより治療に必要な位置精度を確保できる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明のＸ線ＣＴ装置の実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施例によるＸ線ＣＴ装置を示すもので、患者１の置かれる寝台２の下側に設けられ、患者１を中心にＸ線源の位置を変えることができる可動式のＸ線発生装置３と、寝台２の上方に設けられた天井つり下げ式の検出器４とを備えている。これらＸ線発生装置３及び検出器４はそれぞれ機械的には結合されておらず、駆動機構（支持機構）５、６によってそれぞれ独立して駆動されるとともに位置を制御される。
【００１２】
検出器４は、検出要素として例えばシンチレータと半導体光検出素子とを或いは電離箱を略半円弧上に多数配列したＣ字型の構造で、支持機構６により支持されている。Ｘ線ＣＴ装置は本来はＸ線発生源３が患者１周囲を３６０度全周を回転する必要はなく、図２に示すように１８０度回転するだけで十分である。そのため検出器４は患者１の下側があいたＣ字型の構造にすることができる。
【００１３】
支持機構６にはエアシリンダ、油圧シリンダ或いはボールねじ等の図示しない上下移動機構が備えられており、検出器４を患者１に対し上方から近づける方向及び離反する方向に移動することが可能であるとともに、天井に固定されたレール（図示せず）に沿って水平方向に移動することができる。これにより不要のときは退避することができる。この検出器４の位置は、上下移動機構及び水平移動機構の移動量により、或いは位置センサによって検出することができ、撮像に入る前にＸ線源３に対する検出器４自体の位置の調整を行う。即ち、本実施例のＸ線ＣＴ装置ではＸ線源３の位置が決っている場合に、その走査中心が検出器４の円弧の中心と一致し且つＸ線の走査範囲をカバーする位置に調整される。ＣＴ画像撮像中は検出器４を動かす必要はなく静止したままＸ線源の向き（角度データ）に応じてデータを取得すればよい。
【００１４】
一方、Ｘ線発生装置３はケーブルを介して図示しない高電圧電源回路に接続され、本実施例では単一のＸ線管から成り、支持機構５によって支持されている。支持機構５は、図２に示すように患者１を中心とする所定の円軌道の円弧上を回転するように駆動される。
Ｘ線源を円軌道に沿って移動させる機構としては種々のものが採用されるが、図３にこのような支持機構５の１例を示す。この支持機構は、床又は寝台に固定された支持台５１と、支持台５１内に設けられた駆動輪５２によって駆動され支持台５１上を円弧状の軌跡を描いて往復運動するＣアーム５３と、Ｃアーム５３に軸支された複数の滑車５４に巻回され、Ｘ線源３を固定するＸ線源台車５５及び支持台５１に固定されたベルト５６とを備えている。
【００１５】
図４は特に図３に示すＣアーム自体の構造をより詳しく説明した断面図で、Ｃアーム５３とＸ線源台車５５との結合状態及びＣアーム５３と支持台５１との結合状態を示したものである。図からもわかるようにＣアーム５３は１対のＣアーム５３ａと５３ｂとを平行に２本並べ、支持材で締結したＨ型様の断面形状を有し、これによりＣアームのねじれを防止するとともにＣアーム自体の強度を高め、位置精度の要求されるＸ線ＣＴ装置に適用できるようにしている。そして一方のＣアーム５３ａの下端外周には、支持台５１内の駆動輪５２と係合する駆動用ギアが固定され、他方のＣアーム５３ｂの下端外周には、やはり支持台５１内に設けられたＣアームの位置検出手段５８と係合するギアが固定されている。
【００１６】
またＸ線源台車５５はその両下端部が断面コの字形に形成されており、このコの字状の部分がＣアーム５３のかぎ状の上端部と係合することによりＸ線源台車５５及びＸ線源３がＣアーム５３から脱落することを防止している。同様に支持台５１の両上端部は断面コの字形に形成されており、このコの字状の部分がＣアーム５３のかぎ状の下端部と係合することにより、Ｃアーム５３が支持台５１から脱落することを防止している。支持台５１とＣアーム５３の間及びＣアーム５３とＸ線源台車５５の間にはローラーベアリングが介在し、これによりＣアーム５３及びＸ線源台車５５がなめらかに所定の軌道をはずれることなく動くことができる。Ｘ線源３の電源供給ケーブル６０は支持台５１とＸ線源３を結んでいるベルト５６に沿って、支持台５１とＸ線源３を繋いでいる。こうすることにより、支持台５１とＸ線源３を繋いでいる電源供給ケーブル６０は一定の長さを保つことができる。
【００１７】
このような構成において、支持台５１に組み込まれた駆動輪５２によってＣアーム５３が例えば図５（ａ）中矢印方向（図中、左方向）に支持台５１上を動くと、支持台５１からＣアーム５３左端までの距離が長くなることにより、支持台５１とＸ線源台車５５の左端とを結ぶベルト５６が支持台５１側に引っ張られ、これによりＸ線源台車５５をＣアーム５３の左へと移動する（同図（ｂ））。即ち、Ｃアーム５３が左方向に移動するにつれ、Ｘ線源台車５５及びＸ線源３はＣアーム５３上を左方向に移動し、Ｃアーム５３の左方への移動終点において左端に達する（同図（ｃ））。同様にＣアーム５３が図中右方向が動くときには、支持台５１とＸ線源台車５５の右端とを結ぶベルト５６が支持台５１側に引張られ、これによりＸ線源台車５５及びＸ線源３を右方向に引っ張る。結果的にＸ線源３は図５に示すようにＣアーム５３が動く方向に、Ｃアーム５３上を動くことになる。この支持機構５では、上述のようにＣアーム５３が支持台５１上を動くのに合わせて、Ｘ線源３がＣアーム５３上を動くように構成されているので、Ｃアーム５３自体をＸ線源３が移動する行程（距離）よりも約半分程度まで短くすることができ、治療時に邪魔にならず、Ｘ線源３とＣアーム５３とが干渉することもない。
【００１８】
このように支持機構５によりＸ線源３は常に一定の円軌道上を、中心方向にＸ線を照射できる状態で移動でき、Ｃアーム５３の円弧の中心に患者を位置付けることにより、Ｘ線源３を患者の周囲を円軌道に沿って動かすことができる。このＸ線源３の移動は、支持台５１に取付けた位置検出手段５８によって、或いはＸ線源の向きをＸ線源台車５５に取り付けた角度検出手段によって検出することによって検出することができる。
【００１９】
図６〜図８は、支持機構５の別な構成を示すもので、この例では複数の短いＣアーム５３ｃ、５３ｄを組み合わせて伸縮するＣアームを構成している。図６（ｂ）及び図７に示すようにＸ線源３を固定するＸ線源台車５５及び支持台５１の構成は図４に示す支持機構５と同様であり、またＣアーム５３ｃ及び５３ｄは図４に示すＣアーム５３と同様に２つの部材を支持材で締結しＨ型の断面形状を有している。Ｃアーム５３ｃはその下端部において支持台５１の上端部と係合するとともに、支持台５１に設けられた駆動輪５２によって支持台５１上を移動することができる。Ｃアーム５３ｄは上端部においてＸ線源台車５５の下端部と係合するとともに、下端部がコの字状に形成されたＣアーム５３ｃ上端部と係合し、Ｃアーム５３ｃ上を移動することができる。更にＣアーム５３ｃの滑車５４ａに巻回されたベルト５６ａは支持台５１の固定部Ａ及びＣアーム５３ｄの固定部Ｂに固定されており、Ｃアーム５３ｄの滑車５４ｂに巻回されたベルト５６ｂはＣアーム５３ｃの固定部Ｃ及びＸ線源台車５５の固定部Ｄに固定されている。尚、図６（ｂ）では説明のために各Ｃアーム５３ｃ、５３ｄを直線状のものとして示しているが、実際には円弧状の形状をしている。
【００２０】
この支持機構５は、図８（ａ）に示すようにＣアーム５３ｃが支持台５１に対し最も左の位置にあるときには、Ｘ線源３も最も左に位置し、Ｃアーム５３ｃ、５３ｄが円弧状であることからその照射方向は右方を向いている。この状態でＣアーム５３ｃが右方へ移動するとベルト５６ａが右方に引張られることにより、固定部Ｂを介してＣアーム５３ｄを右方へ移動させる（同図（ｂ））。このＣアーム５３ｄの右方への移動に伴いベルト５６ｂが右方に引張られ、固定部Ｄを介してＸ線源３を右方へ移動させる。その結果、Ｃアーム５３ｃが支持台５１の中央にきたときには、図８（ｃ）に示すようにＣアーム５３ｄ及びＸ線源３も中央に位置する。このときＸ線の照射方向は真上を向くことになる。そして更にＣアーム５３ｃが右方へ移動することにより（同図（ｄ））、最終的にはＸ線源３は図８（ｅ）に示すように最右端に移動し、ここではその照射方向は左方を向くことになる。
【００２１】
このようにＣアーム５３ｃが支持台５１を往復移動することにより、Ｘ線源３をその回転中心の周りに約１８０度の範囲にわたって移動させることができ、しかもＣアーム５３自体が伸縮することにより、Ｃアームが治療時に邪魔になることがない。尚、図６〜図８では、Ｃアームとして２つのＣアームを組合せた機構を説明したが、それより多い数のＣアームを組合せることも可能である。
【００２２】
以上、Ｘ線源３を所定の円軌道上を移動させる機構としてＣアームを用いた例を示したが、このような機構としてリンク機構や伸縮機構等を利用することも可能である。図９はリンク機構を採用した例を示すもので、支持台５１に軸５００を介して連結された第１のリンクアーム５０１と、Ｘ線源３が固定される第２のリンクアーム５０２と、これら第１及び第２のリンクアーム５０１、５０２を連結する第３及び第４のリンクアーム５０３、５０４とから成っている。第１のリンクアーム５０１は図示しない駆動機構により、支持台５１に固定された軸５００を中心として回転することができる。また第１のリンクアーム５０１と第２のリンクアーム５０２とを連結する第２のリンクアーム５０３は、ベルト５０５又はギアによって軸５００に連結され、第１のリンクアーム５０１が回転することにより軸５００が相対的に回転するとき、その回転量と同じだけ第２のリンクアーム５０２に対して第３のリンクアーム５０３を回転させる。これによりＸ線源３を固定する第２のリンクアーム５０２は常に第１のリンクアーム５０１と平行となる。従って第１のリンクアーム５０１を回転させることにより、Ｘ線源３を一定の回転中心を向いて回転させることができる。
【００２３】
図１０は、リンク機構の別な例を示すもので、リンク機構をなす３つのアーム５１１、５１２、５１３から成る。アーム５１１は支持台５１に固定された軸５００に対し回転可能に支持され、支持台５１に設けられた駆動輪５２と係合するギアが固定されている。アーム５１２はアーム５１１に固定された軸５１４に対し回転可能に支持されている。またアーム５１３にはＸ線源３が固定されるとともに、軸５１５によりアーム５１２と連結されている。更に支持台５１に固定された軸５００とアーム５１１に固定された軸５１４とはベルト５１６で、アーム５１１に固定された軸５１４とアーム５１３に固定された軸５１５とはベルト５１７でそれぞれ結合されている。これにより軸５００に対するアーム５１１の相対的回転量は、ベルト５１６、軸５１４及びベルト５１７を介して軸５１５に伝達される。
【００２４】
従って駆動輪５２に駆動されてアーム５１１が回転すると、その回転はベルト５１６、軸５１４及びベルト５１７を介してアーム５１３に伝達され、アーム５１３は常にアーム５１１に平行になる。従って、図９で示したリンク機構の場合と同様に、Ｘ線源３は常に一定の回転中心を向くことになる。
図１１は更に支持機構５として水平移動および垂直方向伸縮の２軸の動きとＸ線源方向を可変にする機能を組み合わせた例を示すものである。この例では支持台５２０はＸレール５２１に沿って水平（Ｘ）方向に移動可能に構成され、このような支持台５２０に垂直（Ｙ）方向に伸縮可能なアーム５２２が固定され、さらにアーム５２２の先端にジョイント５２３を介してＸ線源３が固定される。アーム５２２の伸縮機構としては、油圧、空気圧或いはラックピニオン、ボールねじ等が採用される。またジョイント５２３はＸ線源３を任意の方向に回転させることができる。
【００２５】
このような構成においては、Ｘ線源３を所定の回転中心に向けて回転させるために支持台５２０のＸ方向の移動、アーム５２２のＹ方向の伸縮及びジョイント５２３の回転量が制御ユニット５２４により制御される。制御ユニット５２４には、Ｘ線源３の回転中心Ｏを中心とする回転角度θを入力するためのパラメータ記憶手段５２５が接続されている。尚、パラメータ記憶手段５２５には角度θの数列が適当な間隔で離散的に記憶されているものとする。この角度θから支持台５２０のＸ方向の移動量、アーム５２２の伸び量及びジョイント５２３の回転量を決める方法を説明する。
【００２６】
Ｘ線源３の回転する回転中心Ｏから、ジョイント５２３までの距離をＲとし、Ｘ線源３が回転中心Ｏの鉛直線上にある場合（Ｘ線源３が上を向いている状態）を基準としてＸ線源３の鉛直軸に対する角度をθとすると、水平方向の支持台５２０の位置（ｘ）はＲｓｉｎθである。一方、垂直方向の伸縮するアーム５２２の位置（ｙ）は、ｙ＝ｙｍａｘ−ｃｏｓθで表せる。ここでｙの最大値ｙｍａｘは、ｙの最小値をｙｍｉｎとするときＲ＋ｙｍｉｎであり、Ｒ及びｙｍｉｎは装置によって決まる定数である。したがって、制御ユニット５２４は、パラメータ記憶手段からパラメータとして回転中心に対するＸ線源３の照射角度θが与えられると、Ｒｓｉｎθ及びｙ＝ｙｍａｘ−ｃｏｓθから、水平方向の支持台５２０の位置（Ｘ座標）および、垂直方向の伸縮するアーム５２２の位置（Ｙ座標）を求めるとともにＸ線源３を角度θだけ傾ける。次いで演算されたＸ座標の値に基づき支持台５２０をＸレール５２１に沿って移動するとともにアーム５２２をδｙ（＝ｙ−ｙｍｉｎ）だけ伸す。角度、位置を確認後Ｘ線源３を駆動してＸ線を照射し、次のパラメータを読み込む。こうしてＸ線源３を仮想的な円軌道に沿って動かしながらＸ線を照射することが可能となる。
【００２７】
以上、図３〜図１１を参照してＸ線源３を可動式としたＸ線ＣＴ装置の詳細について説明したが、以上のように構成されるＸ線ＣＴ装置では、患者１を寝台に載せた状態で所望のＩＶＲのための手技を行い、この際検出器４はＩＶＲ操作の邪魔にならない位置に退避させておく。そして撮像時には検出器４の水平移動機構を駆動し、検出器４が患者１の所望の撮像位置の真上に位置するようにする。次いで上下移動機構を駆動し、検出器４を下降させて、その中心がＸ線源３の回転中心と一致するように位置合せする。既に述べたようにＸ線源３自体は可動式であるが、その回転中心は装置に対し固定的であるので、水平移動機構及び上下移動機構の移動量から一義的に所定の位置を決定することができる。しかる後にＸ線源３を上述した支持機構５によって略半円弧状に動かしながら駆動し、撮像する。Ｘ線源３の向きは位置検出手段５８（図４）等によって角度データとして検出されるので、検出器４はこの角度データに応じて順次データを取得する。このようにして取得されたデータは従来の第４世代のＸ線ＣＴ装置において、ハーフスキャンを行った場合と同様のデータであり、同様の画像再構成方法が適用できる。すなわち、Ｘ線発生源３の位置（角度）および回転半径を、位置検出手段によって検出し、検出器４との幾何学的関係から、取得されたデータを２次元画像（断層像）の画素値に変換する。
【００２８】
以上説明した本発明の第１の実施例によるＸ線ＣＴ装置では、単一のＸ線源をＣアーム或いはリンク機構により移動させることにより、Ｘ線を一定の円軌道上に沿って走査することができ、しかも高い空間分解能を得ることができる。またＣアームの場合、走査角度より小さいＣアームを採用することができ、特にＩＶＲ等において術者の邪魔にならず、装置を小型化できる。
【００２９】
また以上のような構成にすることによって患者１の体軸と垂直方向にＸ線ＣＴ装置を移動して患者１の断層像を撮像することが可能となる。従って患者１の体軸と平行方向にＸ線ＣＴ装置を移動して患者１の断層像を撮像する従来の方法では、撮像部位のみならずその前後にもＸ線ＣＴ装置の開口径以上のものを患者１に取り付けることはできなかったが、本発明のＸ線ＣＴ装置では、撮像部位だけ撮像に邪魔なものが無ければよく、患者１が治療のためにさまざまな器具（酸素マスクや種々のセンサー、固定および治療具等）を取り付けた状態でもＸ線ＣＴ装置の画像を撮像できる。
【００３０】
次に本発明の第２の実施例として、Ｘ線源として複数のＸ線源を備えたＸ線ＣＴ装置について説明する。
図１２は複数のＸ線源を備えたＸ線ＣＴ装置の１例を示すもので、患者１が載せられた寝台２の下側に配置される複数のＸ線源３を備えたＸ線発生装置３０と、寝台２の上側にあって天井つり下げの検出器４と備えている。検出器４とＸ線発生装置３０とが機構的に分離されていること、及び検出器４を水平移動および上下移動させる支持機構６の構成は図３の実施例と同様である。即ち、検出器４はＩＶＲ手技等を行う場合には水平移動機構及び上下移動機構により退避位置に退避させ、撮像時にはＸ線発生装置３０に対向する所定の位置に位置合せする。
【００３１】
Ｘ線発生装置３０は、図１３に示すように複数のＸ線源３を円弧状の支持機構５に等間隔で並べ、患者１を中心とする円弧上に配列するようにしたもので、支持機構５は床もしくは寝台２に固定される。またＸ線発生装置３０は、高圧電源回路３１及びスイッチ３２を含む制御ユニット８に接続されており、スイッチ１０を切り替えることにより複数のＸ線源３のいずれかを駆動し、結果としてＸ線の発生位置を順次走査し、Ｘ線の方向を変化させることができる。制御ユニット８はＸ線の照射方向をパラメータとして持つ記憶手段から入力されるデータに基づきスイッチ１０を制御し、Ｘ線源３を駆動する。このＸ線源駆動の情報は角度データとして、検出器４でデータが取得される際に用いられ画像再構成される。図示する実施例では、Ｘ線源３を図１３のように２０度おきに９個ならべ、毎秒９個の割合で順次Ｘ線の発生位置を切り換えて行くことにより、１秒で断層像が得られる。
【００３２】
このように複数個のＸ線源を順次切り換えることでＸ線源１個当りの負荷は、一つのＸ線源だけの場合よりも軽減できる。
尚、並べるＸ線発生源の数が多ければ多いほど、空間分解能が向上するのは言うまでもない。しかしＸ線源３と検出器との距離はある有限の大きさをもち、かつＸ線源３は通常大きさが無視できない程度大きいため、Ｘ線源３の数はある有限の個数までしか増やすことはできない。Ｘ線源３の数が有限の数であるということは、Ｘ線発生源の並んでいる円弧に沿って連続してＸ線源がＸ線を照射する場合に比べて隣り合ったＸ線源３同士の間隔分だけ空間分解能が落ちることを意味する。従って、Ｘ線源を複数個並べるとともにこれらを円弧に沿って隣り合ったＸ線源３同士の焦点の間隔分だけ動かすことによって空間分解能の低下を防止することができる。
【００３３】
図１４（ａ）及び（ｂ）は、このように複数個ならべたＸ線源を、Ｘ線発生源の並んでいる円弧に沿って動かす場合の実施例を示すものである。図示するＸ線発生装置３０は支持台２１と、支持台２１上を往復移動可能な約１３５度の円弧状のＣアーム２０と、Ｃアーム２０に４５度の角度をもって配置された４つのＸ線源３（３ａ〜３ｄ）とから成り、Ｃアーム２０は同図（ｂ）に示すようにその側面に形成された凹部に支持台２１の上端のカギ型の部分が係合し、凹部とカギ型部分との間にはローラベアリング２４が介装されている。またＣアーム２０の下端には、支持台２１内に取付けられた駆動輪２２及び位置検出器２３と噛み合うギアが形成されている。このような構成において駆動輪２２を回転させることにより、Ｃアーム２０は支持台２１上を支持台２１から外れることなく移動することができ、その移動は位置検出器２３により検出することができる。
【００３４】
このような構成のＸ線源を動かしてＸ線を所定範囲、例えば１８０度走査するためには、図示する例では４５度おきに１３５度までＸ線源３を並べてあるので、Ｃアーム２０を少なくとも４５度動かせばよい。１３５度＋４５度で１８０度の走査ができ、断層像が撮像できる。Ｃアーム２０を動かす角度は４５度以上であってもよく、例えばＣアーム２０を動かす角度を９０度とすれば１３５度＋９０度の２２５度の走査ができ、ビュー数が増えるためより画質を向上できる。
【００３５】
一般に１８０度走査するためには、Ｘ線源３を動かす角度をα度とし、Ｘ線源３の間隔をθ度、Ｘ線源３の個数をＮ、β＝｛１８０−（Ｎ−１）θ｝と定義すると、断層像を再構成するためには、α≧θかつα≧βであればよい。図１４（ａ）の例ではＮ＝４（個）、θ＝４５（度）、β＝４５（度）であるので、α≧４５度以上動かせば断層像が撮像できる。また、動かす範囲が少なければそれだけ高速で撮像ができる。
【００３６】
次に上記構成におけるＸ線源の駆動方法を図１５〜図１７を参照して説明する。図１５に示すシーケンスでは、Ｘ線源を４５度の振角で２往復振動させて、撮像する例である。図１６（ａ）に示すようにＸ線源３ａが左端にあるとき（水平線に対する角度θ＝０度）を初期位置として、最初の往路で、Ｘ線源３ａが照射する。これにより円弧Ｉで示す４５度が走査される。次いで復路でＸ線源３ｂが照射する。最初の往路においてＸ線源３ｂは水平線に対する角度θが９０度の位置に移動しているので、この復路では円弧ＩＩで示す４５度が走査されることになる。更に次の往路で、Ｘ線源３ｃが照射することにより円弧ＩＩＩに対応する４５度が走査され、その復路でＸ線源３ｄが照射することにより円弧ＩＶに対応する４５度が走査される。従って以上の２往復で１８０度走査ができ、断層像が得られる。
【００３７】
このようにして、Ｘ線の発生位置に対しデータの配列（一次元の透視像）が最低１セット得られるため、Ｘ線の発生位置が１８０度以上の範囲であれば従来の第４世代のＣＴ装置でハーフスキャンをする場合と同様の方法で画像再構成ができる。尚、従来のＣＴ装置ではＸ線の発生位置が円弧に沿って順番に並んでいるのに対し、このシーケンスではＸ線源を往復移動させるためＸ線の発生位置が順番に並ばないという点が異なるが、Ｘ線の発生位置の順番は駆動方法によって一義的に決定しているため、Ｘ線の発生位置の順にデータの配列の先頭アドレスを決めるテーブルを予め作成しておけば、容易に従来と同様のデータ形式に変換することができる。
【００３８】
図１７はＸ線源３の駆動方法の別の例を示すもので、この方法ではＣアーム２０を図１６（ａ）に示す状態から図１６（ｂ）に示す状態まで４５度の振角で一回だけ動かして撮像し、この間にＸ線源を多数回切り換える。この方法では、Ｘ線源３ａは初期位置（水平線に対する角度０度）からδ度移動する間に照射し、Ｘ線源３ｂは初期位置（水平線に対する角度４５度）よりδ度進んだ位置から更にδ度移動する間に照射し、Ｘ線源３ｃは初期位置（水平線に対する角度９０度）より２δ度進んだ位置から更にδ度移動する間に照射し、Ｘ線源３ｄは初期位置（水平線に対する角度１３５度）より３δ度進んだ位置から更にδ度移動する間に照射する。次の切替サイクルにおいてＸ線源３ａ〜３ｄが照射するのはそれぞれ最初の照射開始位置より４δ進んだ位置からとなる。従ってこの方法による空間分解能の限界は４δであり、空間分解能を上げるためには、Ｃアーム２０の移動速度に比べＸ線源の切り替え速度を速くすることが必要である。即ち、単位時間当りのＣアーム２０の移動角度をω、単位時間当りの切り替え回数をｋとするとき、δ＝ω／ｋで表されるので、４δを小さくするためにはωが小さく、ｋが大きくすればよいことになる。尚、このような高速のＸ線源の切り替えはグリッド制御回路によりグリッド電圧をパルス状に制御することにより実現できる。
【００３９】
このようにＸ線源３を切り替えながら図１６（ｂ）に示す位置までＣアームを移動することにより、１８０度走査ができ、画像再構成に必要なデータを得ることができる。この場合にもＸ線の発生位置は順番に並ばないことになるが、図１５のシーケンスの場合と同様にＸ線の発生位置の順にデータの配列の先頭アドレスを決めるテーブルを予め作成しておけば、容易に従来と同様のデータ形式に変換することができる。尚、各Ｘ線源についてのＸ線発生位置は４δで等間隔であるが、スキャンの終点におけるＸ線源３ａ（３ｂ、３ｃ）の照射位置と、スキャンの始点におけるＸ線源３ｂ（３ｃ、３ｄ）の照射位置との間隔を等間隔４δとするためには、δの値を予め移動角度θに対し、θ＝ｎ４δ＋３δ（式中、ｎは１つのＸ線源がθ度移動の間に照射する回数）となるように決めておけばよい。
【００４０】
尚、この例ではＣアーム上に４５度の間隔で４個のＸ線源が配置されている場合について説明したが、Ｘ線源の間隔及び個数は上記例に限定されるものではなく、その場合には間隔及び個数に応じてＣアームの移動角度を変更すればよい。例えば６０度の間隔で３個のＸ線源を設けた場合には、Ｃアームを６０度移動させればよい。
【００４１】
以上説明した本発明の第２の実施例によるＸ線ＣＴ装置によれば、Ｘ線源として複数のＸ線源を用い、これらを順次切り替え駆動することにより１個のＸ線源に対する負荷を軽減することができる。特に複数個のＸ線源をＣアーム上に配置し、これを可動式とすることにより、上記効果に加え、空間分解能を向上させることができ、しかもＸ線源が固定されるＣアームをＸ線走査角度に比べ小さくすることができるので、スペースファクタを向上させることができる。
【００４２】
次に本発明の第３の実施例として、Ｘ線発生装置として電子銃、電子線を偏向させる偏向手段及び電子によりＸ線を発生する半円形のターゲットを備えたＸ線発生装置を用いたＸ線ＣＴ装置について説明する。
図１８はこのようなＸ線ＣＴ装置の一例を示す概略側面図で、患者１が寝かせられる寝台２の下側から側方を囲むように設置されたＸ線発生装置（Ｘ線源）３０と、このＸ線発生装置３０に対向して寝台２の上方に支持機構６により設置された検出器４とを備えている。検出器４とＸ線発生装置３０とが機構的に分離されていること、及び検出器４を水平移動および上下移動させる支持機構６の構成は図４の実施例と同様である。即ち、検出器４はＩＶＲ手技等を行う場合には水平移動機構及び上下移動機構により退避位置に退避させ、撮像時にはＸ線源に対向する所定の位置に位置合せする。
【００４３】
Ｘ線発生装置３０は、患者１を中心とした円弧状に配列したＸ線ターゲット１１と、電子銃９と、電子銃９より放出される電子を電場によって偏向し走査する偏向電極１２とから成り、これらは真空容器１０内に収められている。偏向電極１２は、図１９に示すように、電子線を水平方向に偏向させる一対の偏向電極１２ａと、電子線を垂直方向に偏向させる一対の偏向電極１２ｂとからなり、偏向電極１２ａ及び偏向電極１２ｂに印加される電圧は図２０に示す制御ユニット１５によって制御され、電子線をＸ線ターゲット１１上で走査することによってＸ線７を走査する。またターゲット１１は図２０に示すように多数に分割し電極を付けておくことにより、電子は負の電荷をもつため、電流として検出できる。各電極によって検出された各ブロックごとの電流はビーム位置検出手段１４に入力され、ビーム位置検出手段１４は電流値の最大値を示すブロックを電子線の到達位置として検出する。
【００４４】
以上のような構成におけるＸ線発生装置３０の制御方法について図２０を参照して説明する。まず目標とするターゲット位置を鉛直線に対する角度θを用いて表すと、水平方向に偏向する偏向電極１２ａに印加される電圧はｃｏｓθに比例し、垂直方向に偏向する偏向電極１２ｂに印加される電圧はｓｉｎθに比例する。比例定数は電子銃のパワー、装置のサイズ等により定められた値であるので、制御ユニットは角度データ（θ）が与えられると、各偏向電極１２に印加する電圧を決定し、偏向電極１２を制御する。これにより電子銃より放出された電子線は所定の偏向を受け、ターゲット１１に達する。ターゲット１１上での電子線の到着位置はビーム位置検出手段１４によりモニタされる。即ち、ビーム位置検出手段１４はターゲット１１の分割された各ブロックに到達した電流を比較し、最も多くの電流の到達した部分を電子線の到達した位置として検出する。検出された位置の情報は例えば角度情報として制御ユニット１５に入力される。制御ユニット１５は電子線の目標位置データを角度データとして予め持っているので、ビーム位置検出手段１４によってモニタした到着位置データと目標位置データとの差を求め、この差がゼロとなるように偏向電極１２をフィードバック制御する。これにより何等かの外因等による到達位置と目標位置とのずれをなくし、常に電子線をＸ線ターゲット１１上で走査してＸ線７を走査することができる。
【００４５】
ところで、図１９に示すＸ線ＣＴ装置ではＸ線源自体は動かないので、１８０度スキャンであっても検出器とＸ線源（ターゲット）が干渉することが考えられる。以下、検出器とＸ線源の干渉を防止する方法について説明する。
図２１（ａ）は、Ｘ線を走査する方向に検出器４を回転させる方法を示すものである。この場合、検出器４を支持する支持機構６に検出器４を回転させる回転機構を設けるとともに、検出器４とＸ線源とは機構的に分離しているので、制御ユニット１５からの位置情報を、回転機構を制御する検出器側の制御ユニットに送出し、この位置情報に基づき検出器４を回転されることが必要となる。このように例えばＸ線源（ターゲット）の左端からＸ線照射されるとき、検出器４は図中実線で示す位置にあって、その右端側でＸ線を検出することができ、しかも左端がＸ線と干渉することはない。そしてＸ線照射位置が右側に移動するにつれ、検出器４が回転し、Ｘ線照射位置が右端にきたときには、検出器４はその左端側がＸ線照射位置に対向する位置に移動し、右端がＸ線と干渉することはない。
【００４６】
図２１（ｂ）はＸ線を走査する方向と垂直な方向に検出器４を退避させる方法を示すものである。即ち、この場合は左側からＸ線を照射する場合には、検出器４は右端を中心として回動し、検出器４の左側が走査面から後退して、Ｘ線と干渉しないようにする。また右側からＸ線を照射する場合には、検出器４は左端を中心として回動し、その右側が走査面から後退して、Ｘ線と干渉しないようにする。このような検出器４の動きは、第４世代ＣＴのＮ／Ｒ（ニューテート／ローテート）方式の動作として知られているものであり、Ｎ／Ｒ方式と同様に制御することができる。
【００４７】
図２２（ａ）は最初に設定する検出器４の位置をＸ線源（ターゲット）の位置に対し垂直方向にずらす方法を示すもので、この場合Ｘ線の照射方向が垂直方向に対し所定の角度を持つようにターゲット１１が設計されていることが必要である。またこの方法では、スキャンされる断面は平面とはならず図２２（ｂ）に示すように２つの半円錐状の曲面となる。２つの曲面の端部におけるずれは、検出器４とＸ線源３の垂直方向のずれに対応している。従って、１つの断面についての断層像を得るためには図２２（ｃ）に示すように少なくともこのずれ幅に対応する幅だけ寝台２を相対的に移動しながら、複数回のスキャンを行い３次元のデータ１６を収集すればよい。この３次元データから平面の断層像１７を構成することができる。
【００４８】
以上、Ｘ線源として電子銃、電子線を偏向させる偏向手段及び電子によりＸ線を発生する半円形のターゲットを備えたＸ線発生装置を用いたＸ線ＣＴ装置について説明したが、本発明は電子銃及び偏向手段をターゲットの周りに複数配置したＸ線発生装置を用いたＸ線ＣＴ装置についても適用できる。図２３はこのようなＸ線ＣＴ装置のＸ線源の部分を示す図である。このＸ線発生装置３０では各電子銃９から放出される電子線を、それぞれに備えられた偏向電極１２により偏向させてターゲット１１の所定の範囲を走査するとともに、電子銃９を順次切り換えながら、円弧状のＸ線ターゲット１１の全体にわたって電子線を走査する。これにより所定の円軌道に沿ってＸ線を走査することが可能となる。またこの場合には電子銃９からターゲット１１までのパスを短くすることができ、電子銃９、偏向電極１２及びターゲット１１を収容する真空容器１０を小型化することができる。
【００４９】
以上説明した本発明の第３の実施例によるＸ線ＣＴ装置によれば、Ｘ線源として電子銃及びターゲットを用いたＸ線発生装置を用いた場合にも、Ｘ線源と検出器とを機構的に分離することにより、ＩＶＲに適したＸ線ＣＴ装置とすることができ、検出器とＸ線の干渉を防止することができる。また複数の電子銃を備えたＸ線源を用いた場合には、装置を小型化することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明のＸ線ＣＴ装置によれば、検出器とＸ線発生手段とを機械的に分離し、両者を独立に位置制御することにより、必要に応じ両者の相対的位置を移動させることにより、ＩＶＲ治療下において、患者が治療のためにさまざまな器具を取り付けた状態でもＸ線ＣＴ画像を撮像できる。特に検出器を天井つり下げとし、上下方向に移動可能とすることにより、患者を動かすことなく必要に応じてＩＶＲ手技を行ったり、断層像を撮像したりすることができ、更に患者１の体軸と垂直方向にＸ線ＣＴ装置を移動して患者１の断層像を撮像することができるので、撮像部位を除けば、患者１が治療のためにさまざまな器具（酸素マスクや種々のセンサー、固定および治療具等）を取り付けた状態でもＸ線ＣＴ装置の画像を撮像できる。
【００５１】
また本発明のＸ線ＣＴ装置によれば、Ｘ線源を床もしくは寝台に患者を中心に位置を変えることができる可動式のＸ線発生源とすることにより、或いは円弧状に配列した複数のＸ線発生源を順次動作させることにより、治療に必要な位置精度を維持し撮像できる。Ｘ線発生源が、円弧状に配列したＸ線ターゲットと、該Ｘ線ターゲットに対し電子を放出する電子銃と、該電子銃から放出される電子を偏向させる偏向手段とを備えたものである場合にも、Ｘ線ターゲット上で電子線を走査することにより治療に必要な位置精度を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例によるＸ線ＣＴ装置の概要を示す図。
【図２】図１のＸ線ＣＴ装置の動作を説明する図。
【図３】第１の実施例によるＸ線ＣＴ装置のＸ線源の１実施例を示す図。
【図４】図３のＸ線源の支持機構の詳細を示す断面図。
【図５】図３のＸ線源の動作を示す説明図。
【図６】第１の実施例によるＸ線ＣＴ装置のＸ線源の他の実施例を示す図で、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は機構を説明する図。
【図７】図６のＸ線源の支持機構の詳細を示す断面図。
【図８】図６のＸ線源の動作を示す説明図。
【図９】第１の実施例によるＸ線ＣＴ装置のＸ線源の他の実施例を示す図。
【図１０】第１の実施例によるＸ線ＣＴ装置のＸ線源の他の実施例を示す図。
【図１１】第１の実施例によるＸ線ＣＴ装置のＸ線源の他の実施例を示す図で、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は機構及び制御を説明する図。
【図１２】本発明の第２の実施例によるＸ線ＣＴ装置の１実施例の概要を示す図。
【図１３】図１２のＸ線ＣＴ装置の動作を説明する図。
【図１４】第２の実施例によるＸ線ＣＴ装置の別な実施例を示す図、（ａ）はＸ線発生装置の全体構成図、（ｂ）は支持機構の詳細を示す断面図。
【図１５】図１４のＸ線発生装置の駆動方法の１実施例を示すシーケンス図。
【図１６】図１４のＸ線発生装置の駆動方法を説明する図。
【図１７】図１４のＸ線発生装置の駆動方法の別の実施例を示すシーケンス図。
【図１８】本発明の第３の実施例によるＸ線ＣＴ装置の１実施例の概要を示す図。
【図１９】図１８のＸ線ＣＴ装置のＸ線発生装置の１実施例を示す図。
【図２０】図１８のＸ線発生装置の制御方法を説明する図。
【図２１】図１８のＸ線ＣＴ装置における検出器とＸ線源との干渉を防止する方法を説明する図で、（ａ）は検出器を回転させる方法を示す図、（ｂ）は検出器の一部を走査面から退避させる方法を示す図。
【図２２】図１８のＸ線ＣＴ装置における検出器とＸ線源との干渉を防止する方法を説明する図で、（ａ）は検出器とＸ線源の位置関係を示す側面図、（ｂ）はこの方法によるスキャン面及び通常のスキャン面を示す図、（ｃ）はこの方法による断層像データの取得方法を説明する図。
【図２３】本発明の第３の実施例によるＸ線ＣＴ装置の別な実施例の要部を示す図。
【図２４】従来のＸ線ＣＴ装置を示す図。
【図２５】従来のＩＶＲシステム例を示す図。
【符号の説明】
１・・・・・・患者（被検体）
２・・・・・・寝台
３・・・・・・Ｘ線源（Ｘ線発生手段）
４・・・・・・検出器
５・・・・・・Ｘ線源の支持機構（駆動機構）
６・・・・・・検出器の支持機構（駆動機構）
７・・・・・・Ｘ線
８・・・・・・制御ユニット（制御手段）
９・・・・・・電子銃
１１・・・・・・Ｘ線ターゲット

Claims

Ｘ線発生手段と、被検体を挟んで前記Ｘ線発生手段に対向配置され、前記Ｘ線発生手段から照射され被検体を透過したＸ線を検出する検出器とを備えたＸ線ＣＴ装置において、
前記検出器は180 °以上の円弧状に形成され、前記検出器を保持し前記円弧の中心を所定の位置に位置付ける検出器支持手段と、前記Ｘ線発生手段のＸ線発生位置を、前記所定の位置に位置付けされた検出器の前記円弧に対向した角度範囲で移動させる移動手段とを備え、
前記移動手段は、支持台と、前記支持台に回動可能に支持された円弧状アームと、前記円弧状アームの円弧に沿って移動可能に係合し、前記Ｘ線発生手段を固定する台車とを備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記円弧状アームは、前記支持台に支持された第１のアーム及び前記台車が係合する第２のアームを含み、それぞれ同心円上にある円弧に沿って移動可能な複数の円弧状アームからなることを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
Ｘ線発生手段と、被検体を挟んで前記Ｘ線発生手段に対向配置され、前記Ｘ線発生手段から照射され被検体を透過したＸ線を検出する検出器とを備えたＸ線ＣＴ装置において、
前記Ｘ線発生手段は、円弧状部材を含み、複数のＸ線源からのＸ線が前記円弧状部材上から照射されるものであり、
前記検出器は180°以上の円弧状に形成され、前記検出器を保持し前記円弧の中心を所定の位置に位置付ける検出器支持手段と、前記Ｘ線発生手段のＸ線発生位置を、前記所定の位置に位置付けされた検出器の前記円弧に対向した角度範囲で移動させる移動手段とを備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記Ｘ線発生手段からのＸ線が被検体を透過し前記検出器によって検出されるまでの間に、前記検出器の一部によりそのＸ線経路が妨害されるとき、前記検出器支持手段は前記検出器を前記円弧に沿って退避させることを特徴とする請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。