JP3746148B2 - 放射線照射位置調節方法および放射線照射・検出装置並びに放射線断層撮影装置 - Google Patents
放射線照射位置調節方法および放射線照射・検出装置並びに放射線断層撮影装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線照射位置調節方法および放射線照射・検出装置並びに放射線断層撮影装置に関し、特に、幅と厚みを持つ放射線ビームを照射し、この放射線ビームを放射線検出素子アレイで受ける放射線照射・検出装置およびそのような放射線照射・検出装置のための放射線照射位置調節方法、並びに、そのような放射線照射・検出装置を備えた放射線断層撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射線断層撮影装置の一例として、例えば、Ｘ線ＣＴ(computed tomography) 装置がある。Ｘ線ＣＴ装置においては、放射線としてはＸ線が利用される。Ｘ線発生にはＸ線管が使用される。そして、放射線照射・検出系、すなわちＸ線照射・検出系を被検体の周りで回転（スキャン(scan)）させて、被検体の周囲の複数のビュー(view)方向でそれぞれＸ線による被検体の投影データ(data)を測定し、それら投影データに基づいて断層像を生成（再構成）するようになっている。
【０００３】
Ｘ線照射装置は、撮影範囲を包含する幅を持ちそれに垂直な方向に所定の厚みを持つＸ線ビーム(beam)を照射する。Ｘ線ビームの厚みはコリメータ(collimeter)のＸ線通過開口（アパーチャ(aperture)）の開度によって設定される。
【０００４】
Ｘ線検出装置は、Ｘ線ビームの幅の方向に多数のＸ線検出素子をアレイ(array) 状に配列した多チャンネル(channel) のＸ線検出器によってＸ線を検出する。多チャンネルのＸ線検出器は、Ｘ線ビームの幅の方向に、Ｘ線ビームの幅に相当する長さ（幅）を有する。また、Ｘ線ビームの厚みの方向に、Ｘ線ビームの厚みよりも大きな長さ（厚み）を有する。
【０００５】
Ｘ線検出器の中には、Ｘ線検出素子のアレイを２列とし、２スライス(slice) 分の投影データを一挙に得るようにしたものがある。そこでは、２列のアレイを隣接して平行に配置し、Ｘ線ビームを厚み方向に均等に振り分けて照射するようにしている。２列のアレイにそれぞれ照射したＸ線ビームの、被検体のアイソセンタ(isocenter) における厚みが断層像のスライス厚を決定する。
【０００６】
Ｘ線管では、使用中の温度上昇による熱膨張等によりＸ線焦点の移動が生じ、これが、コリメータのアパーチャを通してＸ線ビームの厚み方向での変位となって現れる。Ｘ線ビームが厚み方向に変位すると、２列アレイにおけるＸ線ビームの厚みの振り分け比率が変化し、２系統のアレイに投影される被検体のスライス厚が均等でなくなる。
【０００７】
そこで、２列のアレイのレファレンスチャンネル(reference channel) におけるＸ線カウント(count) の比を監視し、比が１でなくなったことからＸ線照射位置のずれを認識し、照射位置を修正するようにしている。このような照射位置の修正を、スキャン開始前に被検体を撮影テーブル(table) に搭載した状態で行ない、また、スキャンの合間にも、被検体を撮影テーブルに搭載した状態で適宜に行う。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような照射位置の修正を行う場合、被検体は、撮影用のＸ線の他に、撮影に無関係な余分なＸ線を浴びるので被曝量が増えるという問題がある。
【０００９】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、被検体が放射線に被曝しない放射線照射位置調節方法および照射位置調節時に被検体が放射線に被曝しない放射線照射・検出装置、並びに、そのような放射線照射・検出装置を備えた放射線断層撮影装置を実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決する第１の発明は、照射方向に垂直でかつ互いに垂直な２つの方向の一方では相対的に大きな寸法の幅を持ち他方では相対的に小さな寸法の厚みを持つ放射線ビームを照射する放射線照射手段と、前記放射線ビームの厚みの方向において前記放射線ビームの厚みよりも大きな長さを持つ複数の放射線検出素子が前記放射線ビームの幅の方向に配列された放射線検出素子アレイと、を有する放射線照射・検出装置の放射線照射位置調節方法であって、前記放射線照射手段と前記放射線検出素子アレイの間の被検体が存在する空間を除いて前記放射線検出素子アレイに前記放射線ビームを照射し、前記放射線検出素子アレイの放射線検出信号に基づき前記放射線検出素子アレイ上の前記放射線ビームの厚み方向の照射位置を調節する、ことを特徴とする放射線照射・検出装置の放射線照射位置調節方法である。
【００１１】
（２）上記の課題を解決する第２の発明は、照射方向に垂直でかつ互いに垂直な２つの方向の一方では相対的に大きな寸法の幅を持ち他方では相対的に小さな寸法の厚みを持つ放射線ビームを照射する放射線照射手段と、前記放射線ビームの厚みの方向において前記放射線ビームの厚みよりも大きな長さを持つ複数の放射線検出素子が前記放射線ビームの幅の方向に配列された放射線検出素子アレイと、を有する放射線照射・検出装置であって、前記放射線照射手段と前記放射線検出素子アレイの間の被検体が存在する空間を除いて前記放射線検出素子アレイに前記放射線ビームを照射する照射範囲調節手段と、前記照射範囲調節手段で調節された前記放射線ビームに関する前記放射線検出素子アレイの放射線検出信号に基づき前記放射線検出素子アレイ上の前記放射線ビームの厚み方向の照射位置を調節する照射位置調節手段と、を具備することを特徴とする放射線照射・検出装置である。
【００１２】
（３）上記の課題を解決する第３の発明は、照射方向に垂直でかつ互いに垂直な２つの方向の一方では相対的に大きな寸法の幅を持ち他方では相対的に小さな寸法の厚みを持つ放射線ビームを照射する放射線照射手段と、前記放射線ビームの厚みの方向において前記放射線ビームの厚みよりも大きな長さを持つ複数の放射線検出素子が前記放射線ビームの幅の方向に配列された放射線検出素子アレイと、前記放射線検出素子アレイによる複数ビューの放射線検出信号に基づいて前記放射線ビームの通過領域についての断層像を生成する断層像生成手段と、を有する放射線断層撮影装置であって、前記放射線照射手段と前記放射線検出素子アレイの間の被検体が存在する空間を除いて前記放射線検出素子アレイに前記放射線ビームを照射する照射範囲調節手段と、前記照射範囲調節手段で調節された前記放射線ビームに関する前記放射線検出素子アレイの放射線検出信号に基づき前記放射線検出素子アレイ上の前記放射線ビームの厚み方向の照射位置を調節する照射位置調節手段と、を具備することを特徴とする放射線断層撮影装置である。
【００１３】
第２の発明または第３の発明において、前記照射範囲調節手段は、前記放射線照射手段と前記放射線検出素子アレイの間の被検体が存在する空間を放射線から遮蔽する遮蔽部材を備えることが、照射範囲調節を効果的に行う点で好ましい。
【００１４】
また、第２の発明または第３の発明において、前記照射範囲調節手段は、前記放射線照射手段と前記放射線検出素子アレイの間の被検体が存在する空間を除いて放射線を照射する放射線通過窓を備えることが、照射範囲調節を効果的に行う点で好ましい。
【００１５】
その場合、前記放射線通過窓はコリメータに設けられることが構成を簡素化する点で好ましい。
（作用）
本発明では、放射線照射手段と放射線検出素子アレイの間の被検体が存在する空間を除いて放射線検出素子アレイに放射線ビームを照射し、その放射線検出信号に基づいて、放射線検出素子アレイ上の前記放射線ビームの厚み方向の照射位置を調節する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。
【００１７】
図１にＸ線ＣＴ装置のブロック(block) 図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００１８】
図１に示すように、本装置は、走査ガントリ(gantry)２と、撮影テーブル４と、操作コンソール(console) ６を備えている。走査ガントリ２は、放射線源としてのＸ線管２０を有する。Ｘ線管２０から放射された図示しないＸ線は、コリメータ２２により例えば扇状のＸ線ビームとされ、検出器アレイ２４に照射されるようになっている。Ｘ線管２０とコリメータ２２は、本発明における放射線照射手段の実施の形態の一例である。コリメータ２２は、本発明における照射範囲調節手段の実施の形態の一例である。
【００１９】
検出器アレイ２４は、本発明における放射線検出素子アレイの実施の形態の一例である。検出器アレイ２４は、扇状のＸ線ビームの幅の方向にアレイ状に配列された複数のＸ線検出素子を有する。検出器アレイ２４の構成については後にあらためて説明する。
【００２０】
Ｘ線管２０、コリメータ２２および検出器アレイ２４は、Ｘ線照射・検出系を構成する。Ｘ線照射・検出系の構成については後にあらためて説明する。検出器アレイ２４にはデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６は検出器アレイ２４の個々のＸ線検出素子の検出データを収集するようになっている。
【００２１】
Ｘ線管２０からのＸ線の照射は、Ｘ線コントローラ(controller)２８によって制御されるようになっている。なお、Ｘ線管２０とＸ線コントローラ２８との接続関係については図示を省略する。コリメータ２２は、コリメータコントローラ３０によって制御されるようになっている。なお、コリメータ２２とコリメータコントローラ３０との接続関係については図示を省略する。
【００２２】
以上のＸ線管２０乃至コリメータコントローラ３０が、走査ガントリ２の回転部３２に搭載されている。回転部３２の回転は、回転コントローラ３４によって制御されるようになっている。なお、回転部３２と回転コントローラ３４との接続関係については図示を省略する。
【００２３】
撮影テーブル４は、図示しない被検体を走査ガントリ２のＸ線照射空間に搬入および搬出するようになっている。被検体とＸ線照射空間との関係については後にあらためて説明する。
【００２４】
操作コンソール６は、中央処理装置６０を有している。中央処理装置６０は、本発明における断層像生成手段の実施の形態の一例である。中央処理装置６０は、例えばコンピュータ(computer)等によって構成される。中央処理装置６０には、制御インタフェース(interface) ６２が接続されている。制御インタフェース６２には、走査ガントリ２と撮影テーブル４が接続されている。
【００２５】
中央処理装置６０は制御インタフェース６２を通じて走査ガントリ２および撮影テーブル４を制御するようになっている。走査ガントリ２内のデータ収集部２６、Ｘ線コントローラ２８、コリメータコントローラ３０および回転コントローラ３４が制御インタフェース６２を通じて制御される。なお、各部と制御インタフェース６２との個別の接続については図示を省略する。
【００２６】
中央処理装置６０、制御インタフェース６２、コリメータコントローラ３０およびコリメータ２２からなる部分は、本発明における照射位置調節手段の実施の形態の一例である。
【００２７】
中央処理装置６０には、また、データ収集バッファ６４が接続されている。データ収集バッファ６４には、走査ガントリ２のデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６で収集されたデータがデータ収集バッファ６４に入力される。データ収集バッファ６４は入力データを一時的に記憶する。
【００２８】
Ｘ線管２０、コリメータ２２、検出器アレイ２４、データ収集部２６、データ収集バッファ６４、中央処理装置６０、制御インタフェース６２およびコリメータコントローラ３０からなる部分は、本発明の放射線照射・検出装置の実施の形態の一例である。
【００２９】
中央処理装置６０には、また、記憶装置６６が接続されている。記憶装置６６は、各種のデータや再構成画像およびプログラム(program) 等を記憶する。中央処理装置６０には、また、表示装置６８と操作装置７０がそれぞれ接続されている。表示装置６８は、中央処理装置６０から出力される再構成画像やその他の情報を表示するようになっている。操作装置７０は、操作者によって操作され、各種の指示や情報等を中央処理装置６０に入力するようになっている。
【００３０】
図２に、検出器アレイ２４の模式的構成を示す。検出器アレイ２４は、多数（例えば１０００個）のＸ線検出素子２４（ｉ）を円弧状に配列した、２列の多チャンネルのＸ線検出器２４２，２４４を形成している。ｉはチャンネル番号であり例えばｉ＝１〜１０００である。Ｘ線検出器２４２，２４４は互いに平行に隣接している。
【００３１】
図３に、Ｘ線照射・検出系におけるＸ線管２０とコリメータ２２と検出器アレイ２４の相互関係を示す。なお、図３の（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。同図に示すように、Ｘ線管２０から放射されたＸ線は、コリメータ２２により扇状のＸ線ビーム４０とされ、検出器アレイ２４に照射されるようになっている。図３の（ａ）においては、扇状のＸ線ビーム４０の広がりすなわちＸ線ビーム４０の幅を示している。図３の（ｂ）では、Ｘ線ビーム４０の厚みを示している。Ｘ線ビーム４０は、２列のＸ線検出器２４２，２４４に、厚みを均等に振り分けて照射される。
【００３２】
このようなＸ線ビーム４０の扇状の面に体軸を交叉させて、例えば図４に示すように、撮影テーブル４に載置された被検体８がＸ線照射空間に搬入される。Ｘ線ビーム４０によってスライスされた被検体８の投影像が検出器アレイ２４に投影される。被検体８のアイソセンタにおけるＸ線ビーム４０の厚みの１／２ずつが、被検体８の２つのスライス厚ｔｈをそれぞれ与える。スライス厚ｔｈは、コリメータ２２のＸ線通過開口（アパーチャ）によって定まる。
【００３３】
検出器アレイ２４に対するＸ線ビーム４０の照射状態のさらに詳細な模式図を図５に示す。同図に示すように、コリメータ２２におけるコリメータ片２２０，２２２をアパーチャを狭める方向に変位させることにより、Ｘ線検出器２４２，２４４における投影像のスライス厚ｔｈを薄くすることができる。また、コリメータ片２２０，２２２をアパーチャを広げる方向に動かすことにより、投影像のスライス厚ｔｈを厚くすることができる。
【００３４】
また、スライス厚ｔｈを設定したコリメータ片２２０，２２２の相対的位置関係を固定したまま両者を同時に動かすことにより、検出器アレイ２４上のＸ線ビーム４０の厚み方向の照射位置を変更するようになっている。なお、厚み方向の照射位置の変更は、コリメータ片２２０，２２２を動かす代わりに、検出器アレイ２４を、破線矢印で示すように、Ｘ線ビーム４０の厚み方向にコリメータ２２に関して相対的に変位させて行うようにしても良い。このようにすれば、スライス厚の調節機構と厚み方向の照射位置の制御機構を別々に２系統設けることができ、多角的な制御が可能になる。これに対して、上記のように全てコリメータ２２で行えば、制御の系統が１系統に統一でき、簡素化の要請に応じられる。
【００３５】
Ｘ線管２０、コリメータ２２および検出器アレイ２４からなるＸ線照射・検出系は、それらの相互関係を保ったまま被検体８の体軸の周りを回転（スキャン）する。スキャンの１回転当たり複数（例えば１０００）のビュー角度で被検体の投影データが収集される。投影データの収集は、検出器アレイ２４−データ収集部２６−データ収集バッファ６２の系統によって行われる。
【００３６】
データ収集バッファ６２に収集された２スライス分の投影データに基づいて、中央処理装置６０により２スライス分の断層像の生成すなわち画像再構成が行われる。画像再構成は、１回転のスキャンで得られた例えば１０００ビューの投影データを、例えばフィルタード・バックプロジェクション(filtered back-projection)法によって処理すること等により行われる。
【００３７】
図６に、検出器アレイ２４のＸ線入射面の構成例を示す。同図に示すように、検出器アレイ２４の端部には、例えば１０個の照射位置検出用のＸ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８が設けられている。Ｘ線検出素子２５０〜２５８は、Ｘ線検出器２４２の一部となっている。Ｘ線検出素子２７０〜２７８は、Ｘ線検出器２４４の一部となっている。これらＸ線検出素子は、２５０と２７０、２５２と２７２、…、２５８と２７８がそれぞれ対をなす。
【００３８】
これらＸ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８が設けられている検出器アレイ２４の端部付近は、被検体８の透過像が投影される範囲外となっており、Ｘ線管２０からのＸ線が被検体８を透過することなく直接照射される。
【００３９】
Ｘ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８は、Ｘ線受光面が例えば鉛板等からなるＸ線遮蔽板２９０によって部分的に遮蔽され、それ以外の部分が受光面となるようになっている。Ｘ線遮蔽板２９０は、Ｘ線検出素子２５０，２７０については、例えば、アイソセンタでのスライス厚を１ｍｍとするＸ線ビーム４０１を、Ｘ線検出器２４２，２４４に均等に振り分けて照射したときの、Ｘ線ビームが当たる範囲を遮蔽するような形状になっている。
【００４０】
同様に、Ｘ線検出素子２５２，２７２については、例えば、スライス厚を３ｍｍとするＸ線ビーム４０３が当たる範囲を遮蔽し、Ｘ線検出素子２５４，２７４については、例えば、スライス厚を５ｍｍとするＸ線ビーム４０５が当たる範囲を遮蔽し、Ｘ線検出素子２５６，２７６については、例えば、スライス厚を７ｍｍとするＸ線ビーム４０７が当たる範囲を遮蔽し、Ｘ線検出素子２５８，２７８については、例えば、スライス厚を１０ｍｍとするＸ線ビーム４１０が当たる範囲を遮蔽するような形状になっている。
【００４１】
このようなＸ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８は、Ｘ線遮蔽板２９０で受光面を覆う代わりに、Ｘ線ビームをＸ線検出器２４２，２４４に均等に振り分けて照射したときに、それぞれＸ線ビーム４０１〜４１０が当たる領域以外の領域に受光面を持つようなものとして構成しても良いのは勿論である。
【００４２】
このようなＸ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８によるＸ線検出信号がデータ収集部２６を通じてデータ収集バッファ６４に収集される。中央処理装置６０は、それらＸ線検出信号に基づいて検出器アレイ２４におけるＸ線照射位置を検出し、Ｘ線照射位置の調節を行う。
【００４３】
スライス厚１ｍｍのＸ線ビームの照射位置の検出と調節は、Ｘ線検出素子２５０，２７０の検出信号を利用して行う。同様に、スライス厚３、５、７、１０ｍｍのＸ線ビームの照射位置の検出と調節は、それぞれ、Ｘ線検出素子２５２，２７２、２５４，２７４、２５６，２７６、２５８，２７８の検出信号を利用して行う。検出器アレイ２４の他端にも同様な構成のＸ線検出素子を設けるのが、Ｘ線照射位置の検出および調節をより正確に行う点で好ましい。
【００４４】
撮影テーブル４に被検体８を載置した状態でＸ線照射位置の調節を行うときの、被検体８の被曝を防止するために、コリメータ２２には、図７に示すように、アパーチャを部分的に閉じるシャッタ(shutter) ２２４が設けられている。シャッタ２２４シャッタ２２４は、本発明における遮蔽部材の実施の形態の一例である。本装置の撮像範囲すなわちＦＯＶ(field of view) ８２をＸ線から遮蔽して、上記のＸ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８が設けられている検出器アレイ２４の両端部付近にのみにＸ線が当たるようするものである。
【００４５】
シャッタ２２４は例えば鉛板等のＸ線遮蔽材料で構成される。シャッタ２２４は、コリメータコントローラ３０により制御され、図示のようにＦＯＶ８２をＸ線から遮蔽する状態、または、遮蔽を解除してＦＯＶ８２におけるＸ線の通過を可能にする状態のいずれかの状態をとるようになっている。
【００４６】
本装置の動作を説明する。撮像に先立ち、以下のようにして検出器アレイ２４におけるＸ線照射位置を調節し、Ｘ線ビーム４０の厚みが２列のＸ線検出器２４２，２４４に均等に振り分けられるようにする。ＦＯＶ８２に被検体８が存在する状態でＸ線照射位置の調節を行う場合は、図７に示すようにシャッタ２２４でＦＯＶ８２をＸ線から遮蔽した状態で行う。
【００４７】
以下、アイソセンタでのスライス厚を１０ｍｍとするＸ線ビーム４１０を用いる例で、Ｘ線照射位置の調節を説明する。いま、図８に示すように、Ｘ線ビーム４１０が、Ｘ線検出器２４２，２４４に不均等な振り分けで照射されたとすると、Ｘ線検出素子２５８にはＸ線遮蔽板２９０で遮蔽されない受光面にＸ線が当たり、Ｘ線検出素子２７８にはＸ線遮蔽板２９０で遮蔽された部分にＸ線が当たる。このため、Ｘ線検出素子２５８がＸ線検出信号が生じ、Ｘ線検出素子２７８はＸ線検出信号を生じない。
【００４８】
中央処理装置６０は、Ｘ線検出素子２５８，２７８のこのようなＸ線検出信号の組み合わせに基づいて、Ｘ線ビーム４１０の照射位置が、Ｘ線検出器２４２側にずれていることを認識する。そして、コリメータ２２を制御することにより、照射位置ずれを修正する。あるいは、検出器アレイ２４の位置調節機構を備えているときは、検出器アレイ２４の位置を変えて照射位置ずれを修正する。
【００４９】
修正の進行に伴ってＸ線検出素子２５８におけるＸ線受光面積が減少し、それにつれてＸ線検出信号が減少する。そして、Ｘ線ビーム４１０の振り分けが均等になると、図９に示すように、Ｘ線ビーム４１０はＸ線遮蔽板２９０で遮蔽された範囲だけに当たるようになるので、Ｘ線検出素子２５８，２７８のＸ線検出信号が共に０となる。中央処理装置６０は、このような信号状態に基づいてＸ線ビーム４１０の照射位置が適正化されたことを認識し、調節を終了する。
【００５０】
スライス厚が１，３，５，７ｍｍの場合は、それぞれ、Ｘ線検出素子２５０，２７０、２５２，２７２、２５４，２７４、２５６，２７６のＸ線検出信号を用いて同様な照射位置調節を行う。いずれの場合も、１対のＸ線検出素子のＸ線検出信号が共に０になったことから照射位置の適正化を認識するので、Ｘ線検出素子間の感度の相違あるいはそれらの信号を増幅する増幅器のゲインの相違等の影響を受けない。
【００５１】
このようなＸ線照射位置調節の間、ＦＯＶ８２がシャッタ２２４によりＸ線から遮蔽されているので、被検体８はＸ線を浴びることがない。したがって、被検体８が不必要な被曝を受けることがない。以上のようなＸ線照射位置調節の後に、シャッタ２２４によるＦＯＶ８２の遮蔽を解除してＸ線照射・検出系により被検体８をスキャンし、例えば１０００ビューの投影データをデータ収集バッファ６２に収集する。この投影データに基づいて、中央処理装置６０により、例えばフィルタード・バックプロジェクション法等を用いて画像再構成を行う。
【００５２】
検出器アレイ２４が平行な２列のＸ線検出器を有することにより、１回のスキャンで隣接する２つのスライスの断層像を一挙に得ることができる。これによって、マルチスライススキャン(multi-slice scan)やヘリカルスキャン(helical scan)を行う場合の効率が向上し、しかも、２つのスライスのスライス厚が同一になる。再構成した画像は表示装置６８に表示し、また、記憶装置６６に記憶する。
【００５３】
スキャンとスキャンの間で、Ｘ線管２０の温度変化等によりＸ線ビーム４０の照射位置がずれたときも、上記と同様にしてシャッタ２２４でＦＯＶ８２を遮蔽した上で照射位置が修正され、常に均等なスライス厚でのスキャンが行われる。
【００５４】
図１０に、シャッタ機能を備えたコリメータの例を示す。同図の（ａ）に示すように、アパーチャ２２６を形成して対向する１対のコリメータ片２２０’，２２２’は、両端部に切り欠き２２８を有する。切り欠き２２８は、本発明における放射線通過窓の実施の形態の一例である。切り欠き２２８は、そこと通過したＸ線が検出器アレイ２４のＸ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８が設けられている部分に入射するように形成されている。
【００５５】
これらの切り欠き２２８は、同図の（ｂ）に示すように、アパーチャ２２６を閉じたときでも閉じることがないので、ＦＯＶ８２をＸ線から遮蔽しつつＸ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８にＸ線を照射することができる。このようなコリメータ２２’は、コリメータ片２２０’，２２２’がシャッタを兼ね、構成が簡素化される点で好ましい。
【００５６】
図１１に、円筒型コリメータにシャッタを組み合わせた例を示す。同図に示すように、コリメータ２２''は円筒状に構成され、円筒面上に軸に平行な複数のスリット(slit)２３２を有する。複数のスリット２３２はそれぞれ所定の幅を持つように形成され、かつ、それに対向する円筒の他面にも同様のスリットが対をなして形成されて、Ｘ線通過のためのアパーチャとなる。アパーチャの切換は、コリメータ２２''を円周方向に回転させることにより行われる。
【００５７】
このようなコリメータ２２''に対して、そのアパーチャを通過するＸ線のうちＦＯＶ８２向けのものを遮るシャッタ２２４が進退自在に設けられている。これにより、シャッタ２２４を作動させたとき、ＦＯＶ８２をＸ線から遮蔽しつつＸ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８にＸ線を照射することができる。
【００５８】
円筒型コリメータにおける所定のスリットを、例えば図１２に示すように、Ｘ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８だけにＸ線を当てるスリット２３４とすれば、ＦＯＶ８２を遮蔽しつつＸ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８にＸ線を照射することができる。これも、シャッタ板が不要で構成が簡素化される点で好ましい。スリット２３４は、本発明における放射線通過窓の実施の形態の一例である。
【００５９】
検出器アレイに対するＸ線照射位置の調節は、２列のアレイを用いる検出器アレイに限らず、単一列のアレイを用いる検出器アレイにおいても必要とされることがある。すなわち、Ｘ線検出素子２４（ｉ）の感度がＸ線ビームの厚みの方向において変化するときは、Ｘ線焦点の移動等により検出器アレイ上のＸ線照射位置が変化するとＸ線検出素子２４（ｉ）の検出信号が変化し、リングアーチファクト(ring artifact) 等の偽像が発生する原因になるので、Ｘ線照射位置が常に一定になるように制御する必要がある。
【００６０】
図１３に、そのようなＸ線照射位置調節を行うための、検出器アレイ２４のＸ線入射面の構成例を示す。同図に示すように、検出器アレイ２４端部に、照射位置検出用のＸ線検出素子２５０が設けられる。Ｘ線検出素子２５０が設けられている検出器アレイ２４の端部付近は、被検体の透過像が投影される範囲外となっており、これによって、Ｘ線管２０からのＸ線が被検体８を透過することなく直接照射される。
【００６１】
Ｘ線検出素子２５０は、そのＸ線入射面２６０の幅が、Ｘ線ビーム４０の厚みの方向すなわちｚ方向での距離に応じて、次第に変化するようになっている。このようなＸ線検出素子２５０は、検出器アレイ２４の端のＸ線検出素子の前面をＸ線遮蔽板２９０で対角的に半分覆うことによって構成される。
【００６２】
Ｘ線検出素子２５０がこのようなＸ線入射面２６０を有することにより、Ｘ線ビーム４０がｚ方向で変位すると、それに応じてＸ線検出素子２５０のＸ線検出信号が変化する。したがって、Ｘ線検出素子２５０の検出信号の値により、検出器アレイ２４におけるＸ線ビーム４０の厚み方向の照射位置を示すことができる。中央処理装置６０は、このようなＸ線検出信号に基づいてＸ線ビームの照射位置を認識し位置ずれを修正する。
【００６３】
このようなＸ線ビームの照射位置の調整の間、前述のシャッタ２２４またはコリメータ２２’，２２''によりＦＯＶ８２をＸ線から遮蔽することにより、被検体８の無用な被曝を回避することができる。
【００６４】
以上、放射線としてＸ線を用いた例について説明したが、放射線はＸ線に限るものではなく、例えばγ線等の他の種類の放射線であっても良い。ただし、現時点では、Ｘ線がその発生、検出および制御等に関し実用的な手段が最も充実している点で好ましい。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、被検体が放射線に被曝しない放射線照射位置調節方法、および、照射位置調節時に被検体が放射線に被曝しない放射線照射・検出装置、並びに、そのような放射線照射・検出装置を備えた放射線断層撮影装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態の一例の装置における検出器アレイの模式的構成図である。
【図３】 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線照射・検出系の模式的構成図である。
【図４】 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線照射・検出系の模式的構成図である。
【図５】 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線照射・検出系の模式的構成図である。
【図６】 本発明の実施の形態の一例の装置における検出器アレイの模式的構成図である。
【図７】 本発明の実施の形態の一例の装置における検出器アレイへのＸ線照射状態を示す模式図である。
【図８】 本発明の実施の形態の一例の装置における検出器アレイへのＸ線照射状態を示す模式図である。
【図９】 本発明の実施の形態の一例の装置における検出器アレイへのＸ線照射状態を示す模式図である。
【図１０】 本発明の実施の形態の一例の装置におけるコリメータの構成を示す模式図である。
【図１１】 本発明の実施の形態の一例の装置におけるコリメータの構成を示す模式図である。
【図１２】 本発明の実施の形態の一例の装置におけるコリメータの構成を示す模式図である。
【図１３】 本発明の実施の形態の一例の装置における検出器アレイへのＸ線照射状態検出信号を示すグラフである。
【符号の説明】
２ 走査ガントリ
２０ Ｘ線管
２２，２２’，２２'' コリメータ
２４ 検出器アレイ
２６ データ収集部
２８ Ｘ線コントローラ
３０ コリメータコントローラ
３２ 回転部
３４ 回転コントローラ
４ 撮影テーブル
６ 操作コンソール
６０ 中央処理装置
６２ 制御インタフェース
６４ データ収集バッファ
２４２，２４４ Ｘ線検出器
４０，４０１，４０３，４０５，４０７，４１０ Ｘ線ビーム
８ 被検体
２２０，２２２ コリメータ片
２２４ シャッタ
２４（ｉ），２５０〜２５８，２７０〜２７８ Ｘ線検出素子
２９０ Ｘ線遮蔽板
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線照射位置調節方法および放射線照射・検出装置並びに放射線断層撮影装置に関し、特に、幅と厚みを持つ放射線ビームを照射し、この放射線ビームを放射線検出素子アレイで受ける放射線照射・検出装置およびそのような放射線照射・検出装置のための放射線照射位置調節方法、並びに、そのような放射線照射・検出装置を備えた放射線断層撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射線断層撮影装置の一例として、例えば、Ｘ線ＣＴ(computed tomography) 装置がある。Ｘ線ＣＴ装置においては、放射線としてはＸ線が利用される。Ｘ線発生にはＸ線管が使用される。そして、放射線照射・検出系、すなわちＸ線照射・検出系を被検体の周りで回転（スキャン(scan)）させて、被検体の周囲の複数のビュー(view)方向でそれぞれＸ線による被検体の投影データ(data)を測定し、それら投影データに基づいて断層像を生成（再構成）するようになっている。
【０００３】
Ｘ線照射装置は、撮影範囲を包含する幅を持ちそれに垂直な方向に所定の厚みを持つＸ線ビーム(beam)を照射する。Ｘ線ビームの厚みはコリメータ(collimeter)のＸ線通過開口（アパーチャ(aperture)）の開度によって設定される。
【０００４】
Ｘ線検出装置は、Ｘ線ビームの幅の方向に多数のＸ線検出素子をアレイ(array) 状に配列した多チャンネル(channel) のＸ線検出器によってＸ線を検出する。多チャンネルのＸ線検出器は、Ｘ線ビームの幅の方向に、Ｘ線ビームの幅に相当する長さ（幅）を有する。また、Ｘ線ビームの厚みの方向に、Ｘ線ビームの厚みよりも大きな長さ（厚み）を有する。
【０００５】
Ｘ線検出器の中には、Ｘ線検出素子のアレイを２列とし、２スライス(slice) 分の投影データを一挙に得るようにしたものがある。そこでは、２列のアレイを隣接して平行に配置し、Ｘ線ビームを厚み方向に均等に振り分けて照射するようにしている。２列のアレイにそれぞれ照射したＸ線ビームの、被検体のアイソセンタ(isocenter) における厚みが断層像のスライス厚を決定する。
【０００６】
Ｘ線管では、使用中の温度上昇による熱膨張等によりＸ線焦点の移動が生じ、これが、コリメータのアパーチャを通してＸ線ビームの厚み方向での変位となって現れる。Ｘ線ビームが厚み方向に変位すると、２列アレイにおけるＸ線ビームの厚みの振り分け比率が変化し、２系統のアレイに投影される被検体のスライス厚が均等でなくなる。
【０００７】
そこで、２列のアレイのレファレンスチャンネル(reference channel) におけるＸ線カウント(count) の比を監視し、比が１でなくなったことからＸ線照射位置のずれを認識し、照射位置を修正するようにしている。このような照射位置の修正を、スキャン開始前に被検体を撮影テーブル(table) に搭載した状態で行ない、また、スキャンの合間にも、被検体を撮影テーブルに搭載した状態で適宜に行う。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような照射位置の修正を行う場合、被検体は、撮影用のＸ線の他に、撮影に無関係な余分なＸ線を浴びるので被曝量が増えるという問題がある。
【０００９】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、被検体が放射線に被曝しない放射線照射位置調節方法および照射位置調節時に被検体が放射線に被曝しない放射線照射・検出装置、並びに、そのような放射線照射・検出装置を備えた放射線断層撮影装置を実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決する第１の発明は、照射方向に垂直でかつ互いに垂直な２つの方向の一方では相対的に大きな寸法の幅を持ち他方では相対的に小さな寸法の厚みを持つ放射線ビームを照射する放射線照射手段と、前記放射線ビームの厚みの方向において前記放射線ビームの厚みよりも大きな長さを持つ複数の放射線検出素子が前記放射線ビームの幅の方向に配列された放射線検出素子アレイと、を有する放射線照射・検出装置の放射線照射位置調節方法であって、前記放射線照射手段と前記放射線検出素子アレイの間の被検体が存在する空間を除いて前記放射線検出素子アレイに前記放射線ビームを照射し、前記放射線検出素子アレイの放射線検出信号に基づき前記放射線検出素子アレイ上の前記放射線ビームの厚み方向の照射位置を調節する、ことを特徴とする放射線照射・検出装置の放射線照射位置調節方法である。
【００１１】
（２）上記の課題を解決する第２の発明は、照射方向に垂直でかつ互いに垂直な２つの方向の一方では相対的に大きな寸法の幅を持ち他方では相対的に小さな寸法の厚みを持つ放射線ビームを照射する放射線照射手段と、前記放射線ビームの厚みの方向において前記放射線ビームの厚みよりも大きな長さを持つ複数の放射線検出素子が前記放射線ビームの幅の方向に配列された放射線検出素子アレイと、を有する放射線照射・検出装置であって、前記放射線照射手段と前記放射線検出素子アレイの間の被検体が存在する空間を除いて前記放射線検出素子アレイに前記放射線ビームを照射する照射範囲調節手段と、前記照射範囲調節手段で調節された前記放射線ビームに関する前記放射線検出素子アレイの放射線検出信号に基づき前記放射線検出素子アレイ上の前記放射線ビームの厚み方向の照射位置を調節する照射位置調節手段と、を具備することを特徴とする放射線照射・検出装置である。
【００１２】
（３）上記の課題を解決する第３の発明は、照射方向に垂直でかつ互いに垂直な２つの方向の一方では相対的に大きな寸法の幅を持ち他方では相対的に小さな寸法の厚みを持つ放射線ビームを照射する放射線照射手段と、前記放射線ビームの厚みの方向において前記放射線ビームの厚みよりも大きな長さを持つ複数の放射線検出素子が前記放射線ビームの幅の方向に配列された放射線検出素子アレイと、前記放射線検出素子アレイによる複数ビューの放射線検出信号に基づいて前記放射線ビームの通過領域についての断層像を生成する断層像生成手段と、を有する放射線断層撮影装置であって、前記放射線照射手段と前記放射線検出素子アレイの間の被検体が存在する空間を除いて前記放射線検出素子アレイに前記放射線ビームを照射する照射範囲調節手段と、前記照射範囲調節手段で調節された前記放射線ビームに関する前記放射線検出素子アレイの放射線検出信号に基づき前記放射線検出素子アレイ上の前記放射線ビームの厚み方向の照射位置を調節する照射位置調節手段と、を具備することを特徴とする放射線断層撮影装置である。
【００１３】
第２の発明または第３の発明において、前記照射範囲調節手段は、前記放射線照射手段と前記放射線検出素子アレイの間の被検体が存在する空間を放射線から遮蔽する遮蔽部材を備えることが、照射範囲調節を効果的に行う点で好ましい。
【００１４】
また、第２の発明または第３の発明において、前記照射範囲調節手段は、前記放射線照射手段と前記放射線検出素子アレイの間の被検体が存在する空間を除いて放射線を照射する放射線通過窓を備えることが、照射範囲調節を効果的に行う点で好ましい。
【００１５】
その場合、前記放射線通過窓はコリメータに設けられることが構成を簡素化する点で好ましい。
（作用）
本発明では、放射線照射手段と放射線検出素子アレイの間の被検体が存在する空間を除いて放射線検出素子アレイに放射線ビームを照射し、その放射線検出信号に基づいて、放射線検出素子アレイ上の前記放射線ビームの厚み方向の照射位置を調節する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。
【００１７】
図１にＸ線ＣＴ装置のブロック(block) 図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００１８】
図１に示すように、本装置は、走査ガントリ(gantry)２と、撮影テーブル４と、操作コンソール(console) ６を備えている。走査ガントリ２は、放射線源としてのＸ線管２０を有する。Ｘ線管２０から放射された図示しないＸ線は、コリメータ２２により例えば扇状のＸ線ビームとされ、検出器アレイ２４に照射されるようになっている。Ｘ線管２０とコリメータ２２は、本発明における放射線照射手段の実施の形態の一例である。コリメータ２２は、本発明における照射範囲調節手段の実施の形態の一例である。
【００１９】
検出器アレイ２４は、本発明における放射線検出素子アレイの実施の形態の一例である。検出器アレイ２４は、扇状のＸ線ビームの幅の方向にアレイ状に配列された複数のＸ線検出素子を有する。検出器アレイ２４の構成については後にあらためて説明する。
【００２０】
Ｘ線管２０、コリメータ２２および検出器アレイ２４は、Ｘ線照射・検出系を構成する。Ｘ線照射・検出系の構成については後にあらためて説明する。検出器アレイ２４にはデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６は検出器アレイ２４の個々のＸ線検出素子の検出データを収集するようになっている。
【００２１】
Ｘ線管２０からのＸ線の照射は、Ｘ線コントローラ(controller)２８によって制御されるようになっている。なお、Ｘ線管２０とＸ線コントローラ２８との接続関係については図示を省略する。コリメータ２２は、コリメータコントローラ３０によって制御されるようになっている。なお、コリメータ２２とコリメータコントローラ３０との接続関係については図示を省略する。
【００２２】
以上のＸ線管２０乃至コリメータコントローラ３０が、走査ガントリ２の回転部３２に搭載されている。回転部３２の回転は、回転コントローラ３４によって制御されるようになっている。なお、回転部３２と回転コントローラ３４との接続関係については図示を省略する。
【００２３】
撮影テーブル４は、図示しない被検体を走査ガントリ２のＸ線照射空間に搬入および搬出するようになっている。被検体とＸ線照射空間との関係については後にあらためて説明する。
【００２４】
操作コンソール６は、中央処理装置６０を有している。中央処理装置６０は、本発明における断層像生成手段の実施の形態の一例である。中央処理装置６０は、例えばコンピュータ(computer)等によって構成される。中央処理装置６０には、制御インタフェース(interface) ６２が接続されている。制御インタフェース６２には、走査ガントリ２と撮影テーブル４が接続されている。
【００２５】
中央処理装置６０は制御インタフェース６２を通じて走査ガントリ２および撮影テーブル４を制御するようになっている。走査ガントリ２内のデータ収集部２６、Ｘ線コントローラ２８、コリメータコントローラ３０および回転コントローラ３４が制御インタフェース６２を通じて制御される。なお、各部と制御インタフェース６２との個別の接続については図示を省略する。
【００２６】
中央処理装置６０、制御インタフェース６２、コリメータコントローラ３０およびコリメータ２２からなる部分は、本発明における照射位置調節手段の実施の形態の一例である。
【００２７】
中央処理装置６０には、また、データ収集バッファ６４が接続されている。データ収集バッファ６４には、走査ガントリ２のデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６で収集されたデータがデータ収集バッファ６４に入力される。データ収集バッファ６４は入力データを一時的に記憶する。
【００２８】
Ｘ線管２０、コリメータ２２、検出器アレイ２４、データ収集部２６、データ収集バッファ６４、中央処理装置６０、制御インタフェース６２およびコリメータコントローラ３０からなる部分は、本発明の放射線照射・検出装置の実施の形態の一例である。
【００２９】
中央処理装置６０には、また、記憶装置６６が接続されている。記憶装置６６は、各種のデータや再構成画像およびプログラム(program) 等を記憶する。中央処理装置６０には、また、表示装置６８と操作装置７０がそれぞれ接続されている。表示装置６８は、中央処理装置６０から出力される再構成画像やその他の情報を表示するようになっている。操作装置７０は、操作者によって操作され、各種の指示や情報等を中央処理装置６０に入力するようになっている。
【００３０】
図２に、検出器アレイ２４の模式的構成を示す。検出器アレイ２４は、多数（例えば１０００個）のＸ線検出素子２４（ｉ）を円弧状に配列した、２列の多チャンネルのＸ線検出器２４２，２４４を形成している。ｉはチャンネル番号であり例えばｉ＝１〜１０００である。Ｘ線検出器２４２，２４４は互いに平行に隣接している。
【００３１】
図３に、Ｘ線照射・検出系におけるＸ線管２０とコリメータ２２と検出器アレイ２４の相互関係を示す。なお、図３の（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。同図に示すように、Ｘ線管２０から放射されたＸ線は、コリメータ２２により扇状のＸ線ビーム４０とされ、検出器アレイ２４に照射されるようになっている。図３の（ａ）においては、扇状のＸ線ビーム４０の広がりすなわちＸ線ビーム４０の幅を示している。図３の（ｂ）では、Ｘ線ビーム４０の厚みを示している。Ｘ線ビーム４０は、２列のＸ線検出器２４２，２４４に、厚みを均等に振り分けて照射される。
【００３２】
このようなＸ線ビーム４０の扇状の面に体軸を交叉させて、例えば図４に示すように、撮影テーブル４に載置された被検体８がＸ線照射空間に搬入される。Ｘ線ビーム４０によってスライスされた被検体８の投影像が検出器アレイ２４に投影される。被検体８のアイソセンタにおけるＸ線ビーム４０の厚みの１／２ずつが、被検体８の２つのスライス厚ｔｈをそれぞれ与える。スライス厚ｔｈは、コリメータ２２のＸ線通過開口（アパーチャ）によって定まる。
【００３３】
検出器アレイ２４に対するＸ線ビーム４０の照射状態のさらに詳細な模式図を図５に示す。同図に示すように、コリメータ２２におけるコリメータ片２２０，２２２をアパーチャを狭める方向に変位させることにより、Ｘ線検出器２４２，２４４における投影像のスライス厚ｔｈを薄くすることができる。また、コリメータ片２２０，２２２をアパーチャを広げる方向に動かすことにより、投影像のスライス厚ｔｈを厚くすることができる。
【００３４】
また、スライス厚ｔｈを設定したコリメータ片２２０，２２２の相対的位置関係を固定したまま両者を同時に動かすことにより、検出器アレイ２４上のＸ線ビーム４０の厚み方向の照射位置を変更するようになっている。なお、厚み方向の照射位置の変更は、コリメータ片２２０，２２２を動かす代わりに、検出器アレイ２４を、破線矢印で示すように、Ｘ線ビーム４０の厚み方向にコリメータ２２に関して相対的に変位させて行うようにしても良い。このようにすれば、スライス厚の調節機構と厚み方向の照射位置の制御機構を別々に２系統設けることができ、多角的な制御が可能になる。これに対して、上記のように全てコリメータ２２で行えば、制御の系統が１系統に統一でき、簡素化の要請に応じられる。
【００３５】
Ｘ線管２０、コリメータ２２および検出器アレイ２４からなるＸ線照射・検出系は、それらの相互関係を保ったまま被検体８の体軸の周りを回転（スキャン）する。スキャンの１回転当たり複数（例えば１０００）のビュー角度で被検体の投影データが収集される。投影データの収集は、検出器アレイ２４−データ収集部２６−データ収集バッファ６２の系統によって行われる。
【００３６】
データ収集バッファ６２に収集された２スライス分の投影データに基づいて、中央処理装置６０により２スライス分の断層像の生成すなわち画像再構成が行われる。画像再構成は、１回転のスキャンで得られた例えば１０００ビューの投影データを、例えばフィルタード・バックプロジェクション(filtered back-projection)法によって処理すること等により行われる。
【００３７】
図６に、検出器アレイ２４のＸ線入射面の構成例を示す。同図に示すように、検出器アレイ２４の端部には、例えば１０個の照射位置検出用のＸ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８が設けられている。Ｘ線検出素子２５０〜２５８は、Ｘ線検出器２４２の一部となっている。Ｘ線検出素子２７０〜２７８は、Ｘ線検出器２４４の一部となっている。これらＸ線検出素子は、２５０と２７０、２５２と２７２、…、２５８と２７８がそれぞれ対をなす。
【００３８】
これらＸ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８が設けられている検出器アレイ２４の端部付近は、被検体８の透過像が投影される範囲外となっており、Ｘ線管２０からのＸ線が被検体８を透過することなく直接照射される。
【００３９】
Ｘ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８は、Ｘ線受光面が例えば鉛板等からなるＸ線遮蔽板２９０によって部分的に遮蔽され、それ以外の部分が受光面となるようになっている。Ｘ線遮蔽板２９０は、Ｘ線検出素子２５０，２７０については、例えば、アイソセンタでのスライス厚を１ｍｍとするＸ線ビーム４０１を、Ｘ線検出器２４２，２４４に均等に振り分けて照射したときの、Ｘ線ビームが当たる範囲を遮蔽するような形状になっている。
【００４０】
同様に、Ｘ線検出素子２５２，２７２については、例えば、スライス厚を３ｍｍとするＸ線ビーム４０３が当たる範囲を遮蔽し、Ｘ線検出素子２５４，２７４については、例えば、スライス厚を５ｍｍとするＸ線ビーム４０５が当たる範囲を遮蔽し、Ｘ線検出素子２５６，２７６については、例えば、スライス厚を７ｍｍとするＸ線ビーム４０７が当たる範囲を遮蔽し、Ｘ線検出素子２５８，２７８については、例えば、スライス厚を１０ｍｍとするＸ線ビーム４１０が当たる範囲を遮蔽するような形状になっている。
【００４１】
このようなＸ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８は、Ｘ線遮蔽板２９０で受光面を覆う代わりに、Ｘ線ビームをＸ線検出器２４２，２４４に均等に振り分けて照射したときに、それぞれＸ線ビーム４０１〜４１０が当たる領域以外の領域に受光面を持つようなものとして構成しても良いのは勿論である。
【００４２】
このようなＸ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８によるＸ線検出信号がデータ収集部２６を通じてデータ収集バッファ６４に収集される。中央処理装置６０は、それらＸ線検出信号に基づいて検出器アレイ２４におけるＸ線照射位置を検出し、Ｘ線照射位置の調節を行う。
【００４３】
スライス厚１ｍｍのＸ線ビームの照射位置の検出と調節は、Ｘ線検出素子２５０，２７０の検出信号を利用して行う。同様に、スライス厚３、５、７、１０ｍｍのＸ線ビームの照射位置の検出と調節は、それぞれ、Ｘ線検出素子２５２，２７２、２５４，２７４、２５６，２７６、２５８，２７８の検出信号を利用して行う。検出器アレイ２４の他端にも同様な構成のＸ線検出素子を設けるのが、Ｘ線照射位置の検出および調節をより正確に行う点で好ましい。
【００４４】
撮影テーブル４に被検体８を載置した状態でＸ線照射位置の調節を行うときの、被検体８の被曝を防止するために、コリメータ２２には、図７に示すように、アパーチャを部分的に閉じるシャッタ(shutter) ２２４が設けられている。シャッタ２２４シャッタ２２４は、本発明における遮蔽部材の実施の形態の一例である。本装置の撮像範囲すなわちＦＯＶ(field of view) ８２をＸ線から遮蔽して、上記のＸ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８が設けられている検出器アレイ２４の両端部付近にのみにＸ線が当たるようするものである。
【００４５】
シャッタ２２４は例えば鉛板等のＸ線遮蔽材料で構成される。シャッタ２２４は、コリメータコントローラ３０により制御され、図示のようにＦＯＶ８２をＸ線から遮蔽する状態、または、遮蔽を解除してＦＯＶ８２におけるＸ線の通過を可能にする状態のいずれかの状態をとるようになっている。
【００４６】
本装置の動作を説明する。撮像に先立ち、以下のようにして検出器アレイ２４におけるＸ線照射位置を調節し、Ｘ線ビーム４０の厚みが２列のＸ線検出器２４２，２４４に均等に振り分けられるようにする。ＦＯＶ８２に被検体８が存在する状態でＸ線照射位置の調節を行う場合は、図７に示すようにシャッタ２２４でＦＯＶ８２をＸ線から遮蔽した状態で行う。
【００４７】
以下、アイソセンタでのスライス厚を１０ｍｍとするＸ線ビーム４１０を用いる例で、Ｘ線照射位置の調節を説明する。いま、図８に示すように、Ｘ線ビーム４１０が、Ｘ線検出器２４２，２４４に不均等な振り分けで照射されたとすると、Ｘ線検出素子２５８にはＸ線遮蔽板２９０で遮蔽されない受光面にＸ線が当たり、Ｘ線検出素子２７８にはＸ線遮蔽板２９０で遮蔽された部分にＸ線が当たる。このため、Ｘ線検出素子２５８がＸ線検出信号が生じ、Ｘ線検出素子２７８はＸ線検出信号を生じない。
【００４８】
中央処理装置６０は、Ｘ線検出素子２５８，２７８のこのようなＸ線検出信号の組み合わせに基づいて、Ｘ線ビーム４１０の照射位置が、Ｘ線検出器２４２側にずれていることを認識する。そして、コリメータ２２を制御することにより、照射位置ずれを修正する。あるいは、検出器アレイ２４の位置調節機構を備えているときは、検出器アレイ２４の位置を変えて照射位置ずれを修正する。
【００４９】
修正の進行に伴ってＸ線検出素子２５８におけるＸ線受光面積が減少し、それにつれてＸ線検出信号が減少する。そして、Ｘ線ビーム４１０の振り分けが均等になると、図９に示すように、Ｘ線ビーム４１０はＸ線遮蔽板２９０で遮蔽された範囲だけに当たるようになるので、Ｘ線検出素子２５８，２７８のＸ線検出信号が共に０となる。中央処理装置６０は、このような信号状態に基づいてＸ線ビーム４１０の照射位置が適正化されたことを認識し、調節を終了する。
【００５０】
スライス厚が１，３，５，７ｍｍの場合は、それぞれ、Ｘ線検出素子２５０，２７０、２５２，２７２、２５４，２７４、２５６，２７６のＸ線検出信号を用いて同様な照射位置調節を行う。いずれの場合も、１対のＸ線検出素子のＸ線検出信号が共に０になったことから照射位置の適正化を認識するので、Ｘ線検出素子間の感度の相違あるいはそれらの信号を増幅する増幅器のゲインの相違等の影響を受けない。
【００５１】
このようなＸ線照射位置調節の間、ＦＯＶ８２がシャッタ２２４によりＸ線から遮蔽されているので、被検体８はＸ線を浴びることがない。したがって、被検体８が不必要な被曝を受けることがない。以上のようなＸ線照射位置調節の後に、シャッタ２２４によるＦＯＶ８２の遮蔽を解除してＸ線照射・検出系により被検体８をスキャンし、例えば１０００ビューの投影データをデータ収集バッファ６２に収集する。この投影データに基づいて、中央処理装置６０により、例えばフィルタード・バックプロジェクション法等を用いて画像再構成を行う。
【００５２】
検出器アレイ２４が平行な２列のＸ線検出器を有することにより、１回のスキャンで隣接する２つのスライスの断層像を一挙に得ることができる。これによって、マルチスライススキャン(multi-slice scan)やヘリカルスキャン(helical scan)を行う場合の効率が向上し、しかも、２つのスライスのスライス厚が同一になる。再構成した画像は表示装置６８に表示し、また、記憶装置６６に記憶する。
【００５３】
スキャンとスキャンの間で、Ｘ線管２０の温度変化等によりＸ線ビーム４０の照射位置がずれたときも、上記と同様にしてシャッタ２２４でＦＯＶ８２を遮蔽した上で照射位置が修正され、常に均等なスライス厚でのスキャンが行われる。
【００５４】
図１０に、シャッタ機能を備えたコリメータの例を示す。同図の（ａ）に示すように、アパーチャ２２６を形成して対向する１対のコリメータ片２２０’，２２２’は、両端部に切り欠き２２８を有する。切り欠き２２８は、本発明における放射線通過窓の実施の形態の一例である。切り欠き２２８は、そこと通過したＸ線が検出器アレイ２４のＸ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８が設けられている部分に入射するように形成されている。
【００５５】
これらの切り欠き２２８は、同図の（ｂ）に示すように、アパーチャ２２６を閉じたときでも閉じることがないので、ＦＯＶ８２をＸ線から遮蔽しつつＸ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８にＸ線を照射することができる。このようなコリメータ２２’は、コリメータ片２２０’，２２２’がシャッタを兼ね、構成が簡素化される点で好ましい。
【００５６】
図１１に、円筒型コリメータにシャッタを組み合わせた例を示す。同図に示すように、コリメータ２２''は円筒状に構成され、円筒面上に軸に平行な複数のスリット(slit)２３２を有する。複数のスリット２３２はそれぞれ所定の幅を持つように形成され、かつ、それに対向する円筒の他面にも同様のスリットが対をなして形成されて、Ｘ線通過のためのアパーチャとなる。アパーチャの切換は、コリメータ２２''を円周方向に回転させることにより行われる。
【００５７】
このようなコリメータ２２''に対して、そのアパーチャを通過するＸ線のうちＦＯＶ８２向けのものを遮るシャッタ２２４が進退自在に設けられている。これにより、シャッタ２２４を作動させたとき、ＦＯＶ８２をＸ線から遮蔽しつつＸ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８にＸ線を照射することができる。
【００５８】
円筒型コリメータにおける所定のスリットを、例えば図１２に示すように、Ｘ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８だけにＸ線を当てるスリット２３４とすれば、ＦＯＶ８２を遮蔽しつつＸ線検出素子２５０〜２５８，２７０〜２７８にＸ線を照射することができる。これも、シャッタ板が不要で構成が簡素化される点で好ましい。スリット２３４は、本発明における放射線通過窓の実施の形態の一例である。
【００５９】
検出器アレイに対するＸ線照射位置の調節は、２列のアレイを用いる検出器アレイに限らず、単一列のアレイを用いる検出器アレイにおいても必要とされることがある。すなわち、Ｘ線検出素子２４（ｉ）の感度がＸ線ビームの厚みの方向において変化するときは、Ｘ線焦点の移動等により検出器アレイ上のＸ線照射位置が変化するとＸ線検出素子２４（ｉ）の検出信号が変化し、リングアーチファクト(ring artifact) 等の偽像が発生する原因になるので、Ｘ線照射位置が常に一定になるように制御する必要がある。
【００６０】
図１３に、そのようなＸ線照射位置調節を行うための、検出器アレイ２４のＸ線入射面の構成例を示す。同図に示すように、検出器アレイ２４端部に、照射位置検出用のＸ線検出素子２５０が設けられる。Ｘ線検出素子２５０が設けられている検出器アレイ２４の端部付近は、被検体の透過像が投影される範囲外となっており、これによって、Ｘ線管２０からのＸ線が被検体８を透過することなく直接照射される。
【００６１】
Ｘ線検出素子２５０は、そのＸ線入射面２６０の幅が、Ｘ線ビーム４０の厚みの方向すなわちｚ方向での距離に応じて、次第に変化するようになっている。このようなＸ線検出素子２５０は、検出器アレイ２４の端のＸ線検出素子の前面をＸ線遮蔽板２９０で対角的に半分覆うことによって構成される。
【００６２】
Ｘ線検出素子２５０がこのようなＸ線入射面２６０を有することにより、Ｘ線ビーム４０がｚ方向で変位すると、それに応じてＸ線検出素子２５０のＸ線検出信号が変化する。したがって、Ｘ線検出素子２５０の検出信号の値により、検出器アレイ２４におけるＸ線ビーム４０の厚み方向の照射位置を示すことができる。中央処理装置６０は、このようなＸ線検出信号に基づいてＸ線ビームの照射位置を認識し位置ずれを修正する。
【００６３】
このようなＸ線ビームの照射位置の調整の間、前述のシャッタ２２４またはコリメータ２２’，２２''によりＦＯＶ８２をＸ線から遮蔽することにより、被検体８の無用な被曝を回避することができる。
【００６４】
以上、放射線としてＸ線を用いた例について説明したが、放射線はＸ線に限るものではなく、例えばγ線等の他の種類の放射線であっても良い。ただし、現時点では、Ｘ線がその発生、検出および制御等に関し実用的な手段が最も充実している点で好ましい。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、被検体が放射線に被曝しない放射線照射位置調節方法、および、照射位置調節時に被検体が放射線に被曝しない放射線照射・検出装置、並びに、そのような放射線照射・検出装置を備えた放射線断層撮影装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態の一例の装置における検出器アレイの模式的構成図である。
【図３】 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線照射・検出系の模式的構成図である。
【図４】 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線照射・検出系の模式的構成図である。
【図５】 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線照射・検出系の模式的構成図である。
【図６】 本発明の実施の形態の一例の装置における検出器アレイの模式的構成図である。
【図７】 本発明の実施の形態の一例の装置における検出器アレイへのＸ線照射状態を示す模式図である。
【図８】 本発明の実施の形態の一例の装置における検出器アレイへのＸ線照射状態を示す模式図である。
【図９】 本発明の実施の形態の一例の装置における検出器アレイへのＸ線照射状態を示す模式図である。
【図１０】 本発明の実施の形態の一例の装置におけるコリメータの構成を示す模式図である。
【図１１】 本発明の実施の形態の一例の装置におけるコリメータの構成を示す模式図である。
【図１２】 本発明の実施の形態の一例の装置におけるコリメータの構成を示す模式図である。
【図１３】 本発明の実施の形態の一例の装置における検出器アレイへのＸ線照射状態検出信号を示すグラフである。
【符号の説明】
２ 走査ガントリ
２０ Ｘ線管
２２，２２’，２２'' コリメータ
２４ 検出器アレイ
２６ データ収集部
２８ Ｘ線コントローラ
３０ コリメータコントローラ
３２ 回転部
３４ 回転コントローラ
４ 撮影テーブル
６ 操作コンソール
６０ 中央処理装置
６２ 制御インタフェース
６４ データ収集バッファ
２４２，２４４ Ｘ線検出器
４０，４０１，４０３，４０５，４０７，４１０ Ｘ線ビーム
８ 被検体
２２０，２２２ コリメータ片
２２４ シャッタ
２４（ｉ），２５０〜２５８，２７０〜２７８ Ｘ線検出素子
２９０ Ｘ線遮蔽板
Claims (3)
- 照射方向に垂直でかつ互いに垂直な２つの方向の一方では相対的に大きな寸法の幅を持ち他方では相対的に小さな寸法の厚みを持つ放射線ビームを照射する放射線照射手段と、
前記放射線ビームの厚みの方向において前記放射線ビームの厚みよりも大きな長さを持つ複数の放射線検出素子が前記放射線ビームの幅の方向に配列された放射線検出素子アレイと、
を有する放射線照射・検出装置の放射線照射位置調節方法であって、
前記放射線照射手段と前記放射線検出素子アレイの間の被検体が存在する空間を除いて前記放射線検出素子アレイに前記放射線ビームを照射し、
前記放射線検出素子アレイの放射線検出信号に基づき前記放射線検出素子アレイ上の前記放射線ビームの厚み方向の照射位置を調節する、
ことを特徴とする放射線照射・検出装置の放射線照射位置調節方法。 - 照射方向に垂直でかつ互いに垂直な２つの方向の一方では相対的に大きな寸法の幅を持ち他方では相対的に小さな寸法の厚みを持つ放射線ビームを照射する放射線照射手段と、
前記放射線ビームの厚みの方向において前記放射線ビームの厚みよりも大きな長さを持つ複数の放射線検出素子が前記放射線ビームの幅の方向に配列された放射線検出素子アレイと、
を有する放射線照射・検出装置であって、
前記放射線照射手段と前記放射線検出素子アレイの間の被検体が存在する空間を除いて前記放射線検出素子アレイに前記放射線ビームを照射する照射範囲調節手段と、
前記照射範囲調節手段で調節された前記放射線ビームに関する前記放射線検出素子アレイの放射線検出信号に基づき前記放射線検出素子アレイ上の前記放射線ビームの厚み方向の照射位置を調節する照射位置調節手段と、
を具備することを特徴とする放射線照射・検出装置。 - 照射方向に垂直でかつ互いに垂直な２つの方向の一方では相対的に大きな寸法の幅を持ち他方では相対的に小さな寸法の厚みを持つ放射線ビームを照射する放射線照射手段と、
前記放射線ビームの厚みの方向において前記放射線ビームの厚みよりも大きな長さを持つ複数の放射線検出素子が前記放射線ビームの幅の方向に配列された放射線検出素子アレイと、
前記放射線検出素子アレイによる複数ビューの放射線検出信号に基づいて前記放射線ビームの通過領域についての断層像を生成する断層像生成手段と、
を有する放射線断層撮影装置であって、
前記放射線照射手段と前記放射線検出素子アレイの間の被検体が存在する空間を除いて前記放射線検出素子アレイに前記放射線ビームを照射する照射範囲調節手段と、
前記照射範囲調節手段で調節された前記放射線ビームに関する前記放射線検出素子アレイの放射線検出信号に基づき前記放射線検出素子アレイ上の前記放射線ビームの厚み方向の照射位置を調節する照射位置調節手段と、
を具備することを特徴とする放射線断層撮影装置。
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