JP3827555B2 - Gantry apparatus, X-ray CT system, operation console and control method therefor, computer program, and computer-readable storage medium - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はX線CTシステム用ガントリ装置及びそれを用いたシステム及び制御方法及びコンピュータプログラム及び記憶媒体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
X線CT(Computerized Tomography)システム及び装置では、ドーナツ状の空洞部を有する装置(一般に、ガントリ装置と呼ばれている)と、被検体を載置させる天板を、ガントリ装置の空洞部に向けて搬送するテーブルと呼ばれる搬送装置と、ガントリ装置並びに搬送装置に対して各種制御信号を与えると共にガントリ装置より得られた信号(データ)に基づいてX線断層像を再構成し、表示する操作コンソールで構成される。
【0003】
ガントリ装置内には、被検体を挟んで設けられたX線発生源(X線管)及びX線を検出するX線検出器を有し、これらが回転体に固定されている。そして、スキャンを行う場合には、X線管を駆動し、回転体を回動させることで、異なる回動角での被検体を透過した(減衰した)X線量に対応する信号(データ)を得る。操作コンソールはこの信号を受けて、被検体の断層面における微小部分におけるX線減衰率を算出し、この算出した値を画素値(CT値と呼ばれる)として表示することで、最終的に人間が視覚できる像を作成する。この像は、一般にX線断層像と呼ばれるものであり、そのX線断層像を作成する処理はX線断層像を再構成処理、もしくは、単に、再構成と呼ばれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
さて、通常のガントリ装置のX線管とX線検出器の関係を図7に示す。図面に対して垂直方向がZ軸である。
【0005】
図示において、1000はX線発生源となるX線管である。1001はX線管1000からのX線を検出するX線検出器であり、概ね1000個(1000チャネル分)の検出素子が図示のように一様に並んでいる。1002はX線管の照射角(ファン角θと、Z軸方向の照射する厚さ)を決定するコリメータである。
【0006】
これらX線管1000及びX線検出器1002は、先に説明したように、ガントリ装置の回転体に固定され、図示の撮影領域中心点Oを中心として矢印A方向に回転する。したがって、すべての回転角度において、X線が通過する範囲1003が、X線断層像を再構成可能な領域、つまり撮影視野(FOV=Field Of View)となる。
【0007】
一般に、医療X線CTシステムにおける、このFOV(撮影視野)1003の直径は、被検体となる患者の断面が最大となる人体腹部に合わせて50cm程度としている。換言すれば、X線検出器1001は、FOV(撮影視野)1003を確保するだけの長さを備える必要がある。
【0008】
しかしながら、このX線検出器1001は、その機械的、電気的精度と構造の為、高価なものでありながら、画質を決める重要な部品であり、コストダウンしにくい部品であった。
【0009】
本発明は、最低限の撮影視野を確保しつつ、X線検出器をより安価なものとすることを可能にするX線CTシステム用ガントリ装置及びそれを用いたシステム及び制御方法及びコンピュータプログラム及び記憶媒体を提供しようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、例えば本発明のX線CTシステム用ガントリ装置は以下の構成を有する。すなわち、
X線管と、当該X線管からのX線を検出する複数のX線検出素子で構成されるX線検出器を、被検体を配置もしくは通過させる空洞部を挟んで設け、当該空洞部の回りを回転させるX線CTシステムにおけるガントリ装置であって、
前記X線管と前記空洞部の回転中心を結ぶ延長線に対して、少なくとも1つのX線検出素子の回転方向の幅以上ずれた位置をX線検出素子の並び方向の中央位置とすることで、前記延長線の左右それぞれのX線検出素子の数がN、M(M>N)個となるように非対称に配置されるX線検出器と、
前記X線管から照射されるX線が前記X線検出器の全長に渡って、前記被検体搬送方向に対して等しい幅でX線を照射する第1の照射モードと、前記M個の検出素子を有する領域の端部から、M−N個のX線検出素子を有する領域に対し、前記X線管からの照射されるX線の前記幅を、他の領域よりも薄くする第2の照射モードとを切り替える切り替え手段とを備える。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係る実施形態を詳細に説明する。
【0012】
<システム構成の説明>
先ず、実施形態のX線CTシステムの全体構成を説明し、その上で実施形態の特徴部分を説明する。
【0013】
図1は、実施形態におけるX線CTシステムのブロック構成図である。図示の如く、システムは、被検体へのX線照射と被検体を透過したX線を検出するためのガントリ装置100と、被検体を載置すると共に被検体をガントリ装置100の空洞部に対して搬送する搬送装置300と、ガントリ装置100及び搬送装置300に対して各種動作設定を行うと共に、ガントリ装置100から出力されてきたデータに基づいてX線断層像を再構成し、表示する操作コンソール200により構成されている。
【0014】
ガントリ装置100は、その全体の制御を司るガントリコントローラ1を始め以下の構成を備える。
【0015】
2は操作コンソール200との通信を行うためのインタフェース、3は被検体(被検者)を通過させるための空洞部を有する回転体であり、内部には、X線発生源であるX線管4(X線管コントローラ5により駆動制御される)、X線の照射幅を決定するスリットを有するコリメータ6が設けられている。このコリメータ6は、モータ7(モータコントローラ8による駆動される)に応じた動作をするが、これについての詳細は後述する。
【0016】
また、回転体3には、被検者を透過したX線を検出する複数の検出素子で構成されるX線検出部9、X線検出部9より得られたデータを収集するデータ収集部10も備える。X線管4とX線検出部9は互いに空洞部分を挟んで対向する位置に設けられ、その関係が維持された状態で回転体3に保持され、図示矢印Aに沿って回転するようになっている。この回転動作は、モータコントローラ12からの駆動信号により駆動される回転モータ11によって行われる。
【0017】
13は、ガントリ装置100のチルト角(傾斜角)を変更するためのチルトモータであり14はガントリコントローラ1の制御下でチルトモータ12に駆動信号を供給するモータコントローラである。15は、ガントリのチルト角変更スイッチ、ポジショニングライトのON/OFFを始めとする各種スイッチが設けられている操作パネルである。16は、被検体の位置決め用の光マークを被検体に向けて照射するポジショニングライトである。
【0018】
なお、X線検出部9は、検出素子が1列、或いは多列のいずれでも構わない。因に、1列の検出素子群で構成されるシステムをシングルスライスX線CTシステムと言い、多列の場合をマルチスライスX線CTシステムと言う。実施形態では、説明を簡単なものとするため、検出素子が1列のシングルスライスX線CTシステムとして説明する。
【0019】
ガントリ装置100のガントリコントローラ1は、I/F2を介して受信した各種コマンドの解析を行い、それに基づいて上記のX線管コントローラ5、モータコントローラ12に対し、各種制御信号を出力することになる。また、ガントリコントローラ1は、データ収集部10で収集されたデータを、I/F2を介して操作コンソール200に送出する処理も行うことになる。
【0020】
一方、搬送装置300は、テーブルコントローラ21を始め以下の構成を備える。
【0021】
22は搬送装置300の昇降を指示する指示スイッチや天板の移動を指示するスイッチ等で構成される操作パネル、23は天板の高さ、及び、天板のガントリ装置100の空洞部に向かう延出量を検出するセンサ群で構成される。24は天板を含む装置の高さを変更するためのモータであり、25はその駆動信号をテーブルコントローラ21の制御の下で印加するモータコントローラである。26は被検体を載せる天板であり、その材質としてはX線の透過し易く、尚且つ、被検体を載せた状態を保持する強度を有するため、アクリル等の発泡材をCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)等で包んで補強されたものが使われている。27は天板26のZ軸方向の搬送を行わせるモータ、28はそのモータ27に駆動信号を印加するモータコントローラである。そして、29は操作コンソールと接続するためのインタフェースである。
【0022】
上記構成において、搬送装置300のテーブルコントローラ21は、操作パネル22からの指示、或いは、操作コンソール200からの指示に従い、天板26のZ軸方向への搬送を制御することになる。また、操作パネル22からの指示に従って、装置自身の昇降、すなわち、天板26の昇降制御も行うことになる。
【0023】
次に操作コンソール200について説明する。操作コンソール200は、所謂ワークステーションであり、図示に示す如く、装置全体の制御を司るCPU51、ブートプログラムやBIOSを記憶しているROM52、主記憶装置として機能するRAM53を始め、以下の構成を備える。
【0024】
HDD54は、ハードディスク装置であって、ここにOS、ガントリ装置100に各種指示を与えたり、ガントリ装置100より受信したデータに基づいてX線断層像を再構成するための制御プログラムが格納されている。
【0025】
VRAM55は表示しようとするイメージデータを展開するメモリであり、ここにイメージデータ等を展開することでCRT56に表示させることができる。57及び58は、各種設定を行うためのキーボード及びマウスである。また、59はガントリ装置100と通信を行うためのインタフェースである。
【0026】
<コリメータの構造の説明>
実施形態におけるコリメータ6の構造とその動作を図2にしたがって説明する。
【0027】
図2(a)は、コリメータ6をX線管4側から見た上面図である。コリメータ6はファン角を画定するX線遮蔽板(主に鉛、タングステン等で構成される)6a、6bと、Z軸方向の照射幅を画定するスリット板6e,6f(主に鉛、タングステン等で構成される)で構成される。このスリット板6e、6fのスリットは、その幅H0とH1(<H0)となっている部分があり、それらの境界は図示の如く斜めになっている。
【0028】
また、このスリット板6eの端部一辺には、モータ7の回転軸に軸支されたギヤ7aと送られるリニアギア6dが設けられ、モータ7が駆動してギヤ7aが回動させることで、スリット板6e,6fが図示の矢印Bに沿って移動するようになっている。
【0029】
したがって、図2(a)の状態から、図2(b)に示す状態への移行を可能としている。
【0030】
実施形態では、スライス厚を調整するため、スリット板6e、6fと、連結ロッド6h、6gのリンク機構で厚さを調整できる。また、複数列のX線検出器のマルチスライスX線CTにおいては、適切なX線幅で検出器にX線器にX線が照射することもできる。
【0031】
詳細は後述するが、実施形態では、アキシャルスキャンを行う場合には、図2(a)、(b)の状態にコリメータ6を制御し、ヘリカルスキャンを行う場合には図2(c)の状態に制御することになる。
【0032】
本実施形態におけるコリメータ6は、Z軸方向のX線照射範囲を画定する2枚のX線遮蔽板6e,6fと、それらの端部どうしを連結させるための連結ロッド6g、6h(同じ長さ)で構成される。連結ロッド6g、6hと遮蔽板6e,6fとの接続部分は、互いに回動自在に軸支されている。唯一、図示の軸6iは、更なるモータ70(X線遮蔽板6eの背後にあるため破線で示した)の回転軸となっていて、連結ロッド6gと固定されている。かかる構成により、遮蔽板6e,6fは互いに平行を維持することを可能にしている。また、連結ロッド6gの軸6iは、モータ70の回転軸となっているので、このモータ70を駆動することで、同図(b)に示す如く、X線遮蔽板6fは、X線遮蔽板6eと平行状態を保ったまま徐々に接近させることができる。
【0033】
また、遮蔽板6eには、図示に示す如く、ほぼ台形形状の遮蔽片6e’が設けられ、この終端の辺8にモータ8aの駆動軸が噛み合って、図示矢印D方向(Z軸でもある)に移動できるようになっている。つまり、かかる8,8aによりH1のスライス厚はH0とは独立に変化できる。
【0034】
また、図2(c)に示す如く、遮蔽片6e’の先端部には更なる遮蔽片6e''が図示のa位置で回動自在に固定され、位置aから等距離にあるギア9に噛み合うモータ9a(の駆動軸)の機構を備えることで、点aを中心もしくは仮想中心として、遮蔽片6e''が回動する。遮蔽片6e''が回動することで、コリメータ6のスリット幅H1からH0に移る部分の傾斜角θ0を制御できるようになる。
【0035】
また、図2において、モータ7を駆動することでX線遮蔽板6e,6fが図示の左側に移動することになり、図2(c)のように、ヘリカルスキャンに対処できる。
【0036】
上記構成によると、実施形態で説明した図1に加えて、モータ70、モータ8a、9aを追加する必要がある。また、ガントリ装置100のガントリコントローラ1は、そのモータ70に対してその駆動を行わせることになり、後述するヘリカルスキャン時における設定したピッチに対応して、Z軸方向の照射範囲を画定できるようになる。
【0037】
なお、これまでの説明から理解できるように、ヘリカルスキャン時の後述する図4におけるFOV(撮影視野)35のX線断層像を得ようする場合、その内部のFOV(撮影視野)34はハーフスキャン、FOV(撮影視野)34との間の領域QではフルスキャンによるデータでもってX線断層像を再構成することになる。後者のデータは、前者のデータの2倍弱のスキャン時間を必要とするわけであるから、これら2つの領域のX線断層像のスライス厚を等しくするためには、H1はH0のおよそ1/2程度の幅となり、H1により定められるスライスごとにH0は調整される必要がある。構造が複雑になるが、図2に示したように、H0、H1をそれぞれ独立して設定できるようにした。
【0038】
なお、アキシャルスキャンとは、ガントリ装置100の回転体3を回転させてX線を曝射中は、搬送装置300の天板26の移動(被検体のZ軸方向への搬送)を停止状態にし、その曝射が終了した後、天板26を所定の位置に移動させて停止し、再び曝射を行うという処理を繰り返すスキャニング方法である。一方のヘリカルスキャンとは、搬送装置300の天板26の移動(被検体の搬送)とガントリ装置100の回転体3の回転による曝射を同時に行うものであり、被検体に対して螺旋状にスキャンするスキャニング方法である。
【0039】
<スキャンの説明>
先ず、通常のX線CTシステムにおけるX線検出器の構造におけるアキシャルスキャンについて説明する。
【0040】
図3はアキシャルスキャンにおける、回転中のX線管とX線検出器の位置関係を示している。図示において、今、点P0にX線管が位置(以下、初期位置という)しているとする。このとき、X線管による照射するファン角θの範囲、すなわち、点P1〜点P2の範囲にX線が照射されることになる(X線検出器の長さでもある)。かかる位置から原点Oを中心として図示矢印A方向に回動していき、点P1(正確には、中心Oと点Pの延長線上)にX線管が位置すると、初期位置(点P0の位置)で照射したX線であるP0→P1に対して全く逆方向のX線P1→P0が得られる。そして、X線管がP2に到達すると、初期位置で照射したX線P0→P2と方向が逆のX線P2→P0が得られる。
【0041】
つまり、X線管が点P1〜点P2間を移動することで、X線管の初期位置P0から照射したすべての方向に対向するX線を検出することができることを意味する。したがって、180°+ファン角θ回転してX線管が点P2に到達した際、FOV(撮影視野)についてのすべての方向の透過X線を検出でき、この段階(X線管が点P2に位置した段階)でX線断層像を再構成可能となる。この再構成方法をハーフスキャンと言い、360°回転して再構成する方法をフルスキャンと言う。
【0042】
以上が通常のX線CTシステムの構造によるアキシャルスキャンであるが、本実施形態におけるX線検出器9の構造と、X線管4に対する位置関係は図4に示すようにした。
【0043】
図3と異なるのは、実施形態におけるX線検出器9は、図示の破線部分31に対応するX線検出素子を無くし、より少ない検出素子数で構成している点、及び、破線部分31に対向する他方端の符号33の部分には検出素子が存在する点(つまり、X線検出器9の中心が、X線管4と回転体の回転中心を結ぶ線からずれている点)である。このずれ量は、少なくとも1つのX線検出素子の並び方向の長さ以上であることが必要であるが、実際には、更に複数素子分だけずれているものである(詳細は後述)。
【0044】
かかる構成によると、中央部分32(対称となっている部分)では、図示の符号34で示したFOV(撮影視野)については先に説明した手順でX線断層像を再構成することができる。つまり、X線管4が図示の位置にあって、A方向に回動していって、線分36の延長線上に位置した段階で、FOV(撮影視野)34内に存在する被検体のX線断層像を再構成できるようになる(但し、後述する如く、同一方向の透過X線データ(360度透過X線データ)を用いて再構成しても構わない)。
【0045】
本実施形態では、このFOV(撮影視野)34、すなわち、小撮影領域の直径は、一般的に、被検体の頭部スキャンに適した約25cmとなるようにした。つまり、25cmの撮影視野を越える一方端である破線部分31の検出素子を無くすものである。
【0046】
一方、FOV(撮影視野)34より大きいFOV(撮影視野)35(図3におけるFOV(撮影視野)に対応する)であるが、図4に示すX線管4の位置で照射したX線の端の線分37の逆方向の(対向する)X線は、X線管4が点Pに位置したとしても検出することはできない。つまり、ハーフスキャンでは再構成できない。
【0047】
したがって、線分37のデータを2つ得るには、X線管4が1回転し、再び初期位置に戻るのを待つ必要がある。つまり、FOV(撮影視野)34外で、FOV(撮影視野)35より内側の領域Qについて、ヘリカルスキャンの補正で必要となる2つの同軸上のX線透過データ(360度のX線データ)を得るには、図4におけるX線検出器9の領域33の部分で2回スキャンする必要がある。また、360°回転した場合は、FOV(撮影視野)34では対向データもあり、その外では対向データ無しであるが再構成はできる。
【0048】
したがって、FOV35(主に被検体の腹部)の断層像を得るスキャンの場合には、FOV34(主に被検体の頭部)の断層像を得るスキャンの場合と比較して、一組の同一経路を通るデータしか得られない領域もでてくるものの、図4に示す如く、より少ない検出素子で構成されるX線検出器9で、これまでと同様のアキシャルスキャンが実現できることになる。つまり、従来と同様の検出素子数で構成されるX線検出器を用いた場合、より大きなFOVを確保できるとも言える。
【0049】
図5の投影データは、横軸にX線検出器の検出素子の配列(チャネル)を示し、縦軸にガントリ装置100の回転体3の回転角ごとのデータ収集点(ビューと呼ばれる)の関係を示している。図示において、斜線部分1が図4における欠落部分31を示しており、FOV(撮影視野)34におけるX線断層像についてはビューiまでのデータでハーフスキャン再構成できることを示し、FOV(撮影視野)35(FOV34(撮影視野)及び領域Q)については更に回転させたビューのデータを活用することを示している。
【0050】
アキシャルスキャニングの説明は上記の通りであるが、図3に示す如く、X線管4がP0の位置にあるときの、P0→P1に向かうX線を検出し、X線管4が点P1に位置した際のP1→P0の対向するX線(180度対向X線)を検出するようにすると、1枚のX線断層像を得るための回転体3の回転量は少なくできる。また、180度対向X線を得ることができない場合には、360度後のX線データを得るため、その倍の回転量を必要とする。前者のスキャンをハーフスキャン、後者のスキャンをフルスキャンと呼ばれるものであり、以下のヘリカルスキャンでもその表現を用いることとする。
【0051】
次に、ヘリカルスキャンについて説明する。
【0052】
ヘリカルスキャンは、ガントリ装置100の回転体3の回動中のX線管4による曝射と、搬送装置300による被検体の搬送が同時に行われる。
【0053】
先ず、ヘリカルスキャンにおいて、図4におけるFOV(撮影視野)34については、ハーフスキャン及びフルスキャンのいずれでも実現できるのは、これまでの説明から、当業者であれば容易に想到できよう。そこで、以下では、図4のFOV(撮影視野)35のX線断層像を得るためのヘリカルスキャンについて説明する。
【0054】
図4、図5を用いて説明したように、FOV35のX線断層像を得る場合には、FOV34のX線断層像を得る場合よりも、より多く回転体3が回転する必要がある。すなわち、FOV35の領域BにおけるX線断層像を得るためには、ハーフスキャンでは不可で、フルスキャンするしかない(FOV34の場合は、ハーフ、フルスキャンのいずれでも可能)。
【0055】
しかし、その一方で、ヘリカルスキャンの場合、経過時間が大きいほど、被検体のZ軸方向の搬送量が大きくなるので、得られるX線断層像のスライス厚はより厚くなり、結果的に得られる断層像の体軸方向(Z軸方向)の分解能は低くなる。
【0056】
今、FOV34のX線断層像を得るためのハーフスキャン時間をT0(図5におけるビュー1からビューiまでに要する時間)、FOV35のX線断層像を得るために要するフルスキャン時間をT1(ビュー1からビューjまでに要する時間)とすると、T0<T1という関係にあることは、これまでの説明から容易に理解できよう。したがって、被検体の腹部をヘリカルスキャンしようとしとして、FOV35におけるX線断層像を得ようとした場合、その内側にあるFOV34内では体軸方向の分解能は高くなり(ビュー1からビューiのデータを用いれば良いのでスライス厚は薄くなるため)、逆にFOV34の外側の領域QのX線断層像を再構成するに必要なデータは、多くの時間かけて得なければならないため、スライス厚が厚くなり結果的に体軸方向の分解能が低くなってしまう問題が発生する。
【0057】
そこで、本実施形態では、FOV35とFOV34との間の領域Qについては、初めからスライス厚が薄くなるようにスキャンさせることで対処した。
【0058】
図2(c)はまさに、このヘリカルスキャンにおけるコリメータ6の状態を示している。図2(c)のコリメータ6のスリットにおいて幅H0の部分は、図4におけるX線検出器9の領域32に照射する幅を決定するものであり、幅H1(=1/2・H0)の部分は図4における領域33に照射する幅を決定するためのものである。
【0059】
また、X線検出器9の32、33の境界と、図2(c)におけるC位置(幅は徐々に変化している中央位置)とを一致するようにした。幅の変化が2段階ではなく、徐々に(実質的にリニアに)変化するようにしたのは理由がある。X線CTシステムでは、透過X線データを用いて算術的にX線断層像を再構成するので、或る位置から不連続にX線曝射量が異なると、その境界付近でアーチファクトと呼ばれる偽像が、再構成された画像上に発生しやすくなる。また、ヘリカルスキャンにおいては、スキャンの時間的な差はZ軸位置の差でもあるので、コリメータ6のスリット形状を、図7(c)の状態にすることで、このZ軸方向の分解能の劣化を抑制でき、図4の領域Qの部分のスライス厚を撮影視野34相当にすることができる。
【0060】
以上の如く、FOV35のX線断層像を得るためのヘリカルスキャンにおいては、図4における領域Qの部分は、X線検出器9の領域33に照射するX線のZ軸に対する厚みが最初から薄くされている。FOV35のX線断層像を再構成する際に領域Qのスライス厚と、その内部のFOV34のスライス厚は実質的に等しい状況となり、Z軸方向の分解能の劣化を防ぐことが可能となる。また、X線検出器9の領域32と33の境界付近では、照射するX線のZ軸方向の幅が徐々に変化することになるので、アーチファクトの発生も抑制できる。
【0061】
<制御の説明>
以上説明した動作を行うための、操作コンソール200における処理手順は次のようになる。
【0062】
以下、図6のフローチャートを参照して説明する。
【0063】
先ず、ステップS1において、スキャンがアキシャルスキャンにするか、ヘリカルスキャンにするかを、キーボード57、マウス58等を用いて選択する。
【0064】
アキシャルスキャンが選択された場合には、ステップS2に進み、ガントリ装置100に対して、コリメータ6をアキシャルスキャンニング用ポジション(図2(a)の状態)になるようにコマンドを発する。ガントリ装置100のガントリコントローラ1は、このコマンドを受け取るとモータコントローラ8に制御信号を出力することで、モータ7を駆動させ、図2(a)のアキシャルスキャニングポジションにスリット板6e,6fを移動させることになる。
【0065】
次いで、ステップS3に進み、スキャンする部位が頭部であるか否か、すなわち、FOVとして図4におけるFOV34にするか、FOV35にするかを選択する。
【0066】
大きさ撮影視野であるFOV35(主に腹部等)が選択された場合には、ステップS4に進み、フルスキャン(360度ビューを用いたスキャン)に設定する。一方、頭部のような小撮影領域、つまり、FOV34が選択された場合には、ハーフ/フルスキャンのいずれにするかをユーザーに選択させる。
【0067】
こうして、FOVが決定されると、その決定された内容にしたがってアキシャルスキャンを行い(ステップS6)、再構成(ステップS7)、表示やプリント出力(ステップS8)を行うことになる。
【0068】
一方、ステップS1において、ヘリカルスキャンが選択された場合には、ステップS9に進み、ガントリ装置100に対して、コリメータ6をヘリカルスキャン用ポジション(図2(c)の状態)になるようにコマンドを発する。ガントリ装置100のガントリコントローラ1は、このコマンドを受け取るとモータコントローラ8に制御信号を出力することで、モータ7を駆動させ、図2(c)のヘリカルスキャニングポジションにスリット板6e,6fを移動させる。
【0069】
次いで、ステップS10に進み、スキャンする部位が小撮影領域(頭部など)であるか否か(FOV34にするか、FOV35にするか)を選択させる。
【0070】
大きさ撮影視野(主に腹部等)の大撮影領域であるFOV35が選択された場合には、ステップS11に進み、フルスキャンとハーフスキャンの融合処理となるよう設定する。すなわち、FOV35は、図4に示す如く、領域QとFOV34に分けられるので、領域Qについてはフルスキャン、FOV34についてハーフスキャンにするよう設定する。また、スキャン対象が頭部であると判断した場合には、フルスキャン/ハーフスキャンのいずれにするかを選択させる。
【0071】
この後の処理のステップS13乃至15では、ステップS6乃至8と同様の処理を行うことになる。
【0072】
以上説明したように本発明によれば、X線検出器を構成するX線検出素子の数を減らしながらも、その中心位置を、X線管とガントリの回転体の回転中心とを結ぶ中心線からずらすことで、これまでと同様のサイズのFOVを確保することができるようになる。したがって、X線CTシステム、特に、ガントリ装置、更に詳しくはX線検出器については、より少ない構成でコストを下げることができるようになる。
【0073】
また、ガントリのコリメータの形状とそのスライス厚H1、H0を制御することで、ヘリカルスキャン・アキシャルスキャンそれぞれに適したスキャンが行え、且つ、それぞれに対して優れた画質のX線断層像を再構成することも可能となる。
【0074】
また、実施形態では、図2に示す如く、2つの幅H0、H1の境界を徐々に変化するものとして説明したが、これら2つの幅を直角な段差にした場合には、透過X線データをそれらの間で重みづけ補間することで演算によってなだらかにしても構わないし、演算による重みづけ処理と図2の構造を併用しても構わない。
【0075】
また、実施形態では、1つのコリメータ6を移動させることで、アキシャルスキャン用のスリット形状、ヘリカルスキャン用のスリット形状の切り替えを行ったが、2つのスリットを用意し、適宜切り替える構造にしても構わない。したがって、上記実施形態で示した切り替えに関する構造と動作によって本発明が限定されるものではない。
【0076】
また、上記実施形態の如く、アキシャル/ヘリカルの両方を機能させるには、ガントリ装置100の構造もさることながら、操作コンソール200における処理手順もそれに応じたものとすることが必要になる。操作コンソール200は、CPU51の処理手順によるものであり、実質的にその機能はプログラムに依存することになる。したがって、本発明は、コンピュータプログラムをもその範疇とするものであり、コンピュータにプログラムをインストールするため、そのプログラムを記憶している記憶媒体(フロッピーやCDROM等)も当然に本発明の範疇に含まれるものである。
【0077】
なお、X線管とガントリ装置の回転体の回転中心を結ぶ延長線上に、X線検出器が有するX線検出素子の中央にX線が照射されることが普通であるが、1つのX線検出素子の転方向の幅をwとしたとき、その延長線がw/4(或いは3w/4)の位置を通過させる技術がある。これは、180度回転した場合には、3w/4(或いはw/4)の位置となることを利用し、実質的にX線検出素子の分解能を2倍にするものである。かかる技術に本発明を適用すると、X線検出素子の数は更に半分で済むことになり、更なるコストダウンを図ることができるようになる。
【0078】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、X線CTシステムが有するX線検出器のX線検出素子数を減らしながらも、これまでと同様のX線断層像算出領域を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】X線CTシステムのブロック構成図である。
【図2】実施形態におけるコリメータの構造と動作を説明するための図である。
【図3】通常の構成におけるスキャニング動作とFOVとの関係を示す図である。
【図4】実施形態の構成におけるスキャニング動作とFOVとの関係を示す図である。
【図5】実施形態における透過X線データ(ch)とビュー(角度)との関係を示す図である。
【図6】実施形態における操作コンソールの動作処理手順を示すフローチャートである。
【図7】X線管及びX線検出器と、FOVとの関係を示す図である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gantry device for an X-ray CT system, a system using the gantry device, a control method, a computer program, and a storage medium.
[0002]
[Prior art]
In an X-ray CT (Computerized Tomography) system and apparatus, a device having a donut-shaped cavity (generally called a gantry device) and a top plate on which a subject is placed are directed toward the cavity of the gantry device. A transport device called a table to be transported, an operation console that gives various control signals to the gantry device and the transport device, and reconstructs and displays an X-ray tomogram based on signals (data) obtained from the gantry device Consists of.
[0003]
The gantry apparatus has an X-ray generation source (X-ray tube) provided with a subject interposed therebetween and an X-ray detector for detecting X-rays, and these are fixed to a rotating body. When scanning, a signal (data) corresponding to the X-ray dose transmitted (attenuated) through the subject at different rotation angles is obtained by driving the X-ray tube and rotating the rotating body. obtain. The operation console receives this signal, calculates the X-ray attenuation rate in a minute part on the tomographic plane of the subject, and displays the calculated value as a pixel value (referred to as CT value). Create a visual image. This image is generally called an X-ray tomographic image, and the process of creating the X-ray tomographic image is called an X-ray tomographic image reconstruction process or simply reconstruction.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 7 shows the relationship between an X-ray tube and an X-ray detector of a normal gantry apparatus. The direction perpendicular to the drawing is the Z axis.
[0005]
In the figure, reference numeral 1000 denotes an X-ray tube serving as an X-ray generation source. Reference numeral 1001 denotes an X-ray detector that detects X-rays from the X-ray tube 1000, and approximately 1000 detection elements (for 1000 channels) are uniformly arranged as shown in the figure. Reference numeral 1002 denotes a collimator that determines an irradiation angle (fan angle θ and irradiation thickness in the Z-axis direction) of the X-ray tube.
[0006]
As described above, the X-ray tube 1000 and the X-ray detector 1002 are fixed to the rotating body of the gantry apparatus and rotate in the direction of arrow A around the imaging region center point O shown in the figure. Therefore, the range 1003 through which X-rays pass at all rotation angles is an area in which an X-ray tomographic image can be reconstructed, that is, an imaging field of view (FOV = Field Of View).
[0007]
In general, the diameter of this FOV (field of view) 1003 in the medical X-ray CT system is set to about 50 cm in accordance with the human abdomen where the cross section of the patient as the subject is maximized. In other words, the X-ray detector 1001 needs to have a length sufficient to ensure an FOV (imaging field of view) 1003.
[0008]
However, the X-ray detector 1001 is an expensive part for determining the image quality because of its mechanical and electrical accuracy and structure, and it is difficult to reduce the cost.
[0009]
The present invention provides a gantry device for an X-ray CT system, a system using the same, a control method, a computer program, and a computer program that can make an X-ray detector more inexpensive while ensuring a minimum imaging field of view. A storage medium is to be provided.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, for example, the gantry apparatus for an X-ray CT system of the present invention has the following configuration. That is,
An X-ray detector composed of an X-ray tube and a plurality of X-ray detection elements for detecting X-rays from the X-ray tube is provided across a cavity for placing or passing a subject. A gantry apparatus in an X-ray CT system for rotating around,
By making a position shifted by at least one X-ray detection element width with respect to an extension line connecting the X-ray tube and the center of rotation of the cavity portion as a center position in the arrangement direction of the X-ray detection elements. X-ray detectors arranged asymmetrically such that the number of X-ray detection elements on the left and right of the extension line is N, M (M> N),
A first irradiation mode in which X-rays irradiated from the X-ray tube are irradiated over the entire length of the X-ray detector with X-rays having an equal width with respect to the subject transport direction; and the M detections The second width of the X-ray irradiated from the X-ray tube is made thinner than the other regions from the end of the region having the elements to the region having MN X-ray detection elements. And switching means for switching between the irradiation modes.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0012]
<Description of system configuration>
First, the overall configuration of the X-ray CT system of the embodiment will be described, and then the features of the embodiment will be described.
[0013]
FIG. 1 is a block diagram of an X-ray CT system in the embodiment. As shown in the figure, the system includes a gantry device 100 for detecting X-ray irradiation to the subject and X-rays transmitted through the subject, and placing the subject and placing the subject against the cavity of the gantry device 100. An operation console that performs various operation settings for the transport apparatus 300 that transports the gantry apparatus 100 and the transport apparatus 300 and reconstructs and displays an X-ray tomogram based on data output from the gantry apparatus 100 200.
[0014]
The gantry apparatus 100 includes the following configuration including the gantry controller 1 that controls the entire system.
[0015]
2 is an interface for communicating with the operation console 200, 3 is a rotating body having a cavity for passing a subject (subject), and an X-ray tube which is an X-ray generation source inside 4 (driven and controlled by the X-ray tube controller 5), a collimator 6 having a slit for determining the X-ray irradiation width is provided. The collimator 6 operates in accordance with the motor 7 (driven by the motor controller 8), and details thereof will be described later.
[0016]
Further, the rotating body 3 includes an X-ray detection unit 9 including a plurality of detection elements that detect X-rays transmitted through the subject, and a data collection unit 10 that collects data obtained from the X-ray detection unit 9. Also equipped. The X-ray tube 4 and the X-ray detection unit 9 are provided at positions facing each other across the hollow portion, and are held by the rotating body 3 in a state where the relationship is maintained, and rotate along the arrow A shown in the figure. ing. This rotation operation is performed by the rotary motor 11 driven by a drive signal from the motor controller 12.
[0017]
Reference numeral 13 denotes a tilt motor for changing the tilt angle (tilt angle) of the gantry apparatus 100, and reference numeral 14 denotes a motor controller that supplies a drive signal to the tilt motor 12 under the control of the gantry controller 1. An operation panel 15 is provided with various switches such as a gantry tilt angle change switch and ON / OFF of a positioning light. Reference numeral 16 denotes a positioning light that irradiates the subject with an optical mark for positioning the subject.
[0018]
The X-ray detection unit 9 may have either one row or multiple rows of detection elements. In this connection, a system composed of one row of detection element groups is called a single slice X-ray CT system, and a multi-row case is called a multi-slice X-ray CT system. In the embodiment, in order to simplify the description, a single-slice X-ray CT system having one row of detection elements will be described.
[0019]
The gantry controller 1 of the gantry apparatus 100 analyzes various commands received via the I / F 2 and outputs various control signals to the X-ray tube controller 5 and the motor controller 12 based on the analysis. . The gantry controller 1 also performs processing for sending the data collected by the data collection unit 10 to the operation console 200 via the I / F 2.
[0020]
On the other hand, the transport apparatus 300 includes the following configuration including the table controller 21.
[0021]
Reference numeral 22 denotes an operation panel including an instruction switch for instructing raising and lowering of the transfer device 300, a switch for instructing movement of the top plate, and the like. 23 denotes a height of the top plate and a cavity portion of the gantry device 100 of the top plate. It consists of a sensor group that detects the amount of extension. Reference numeral 24 denotes a motor for changing the height of the apparatus including the top plate, and reference numeral 25 denotes a motor controller that applies a drive signal under the control of the table controller 21. Reference numeral 26 denotes a top plate on which the subject is placed. The material is easy to transmit X-rays and has a strength to maintain the state on which the subject is placed. Therefore, a foam material such as acrylic is used as CFRP (Carbon Fiber Reinforced). Reinforced with plastics). Reference numeral 27 denotes a motor that carries the top plate 26 in the Z-axis direction, and 28 denotes a motor controller that applies a drive signal to the motor 27. Reference numeral 29 denotes an interface for connecting to the operation console.
[0022]
In the above configuration, the table controller 21 of the transport apparatus 300 controls the transport of the top plate 26 in the Z-axis direction in accordance with an instruction from the operation panel 22 or an instruction from the operation console 200. Further, in accordance with an instruction from the operation panel 22, the apparatus itself is moved up and down, that is, the table 26 is moved up and down.
[0023]
Next, the operation console 200 will be described. The operation console 200 is a so-called workstation. As shown in the figure, the operation console 200 includes a CPU 51 that controls the entire apparatus, a ROM 52 that stores a boot program and a BIOS, and a RAM 53 that functions as a main storage device. .
[0024]
The HDD 54 is a hard disk device, in which a control program for giving various instructions to the OS and the gantry apparatus 100 and for reconstructing an X-ray tomogram based on data received from the gantry apparatus 100 is stored. .
[0025]
The VRAM 55 is a memory for developing image data to be displayed, and can be displayed on the CRT 56 by developing the image data or the like here. Reference numerals 57 and 58 denote a keyboard and a mouse for performing various settings. Reference numeral 59 denotes an interface for communicating with the gantry apparatus 100.
[0026]
<Description of collimator structure>
The structure and operation of the collimator 6 in the embodiment will be described with reference to FIG.
[0027]
FIG. 2A is a top view of the collimator 6 viewed from the X-ray tube 4 side. The collimator 6 includes X-ray shielding plates (mainly composed of lead, tungsten, etc.) 6a, 6b that define the fan angle, and slit plates 6e, 6f (mainly lead, tungsten, etc.) that define the irradiation width in the Z-axis direction. Composed of). The slits of the slit plates 6e and 6f have a width H 0 And H 1 (<H 0 ) And their boundaries are slanted as shown.
[0028]
In addition, a linear gear 6d that is fed with a gear 7a that is pivotally supported on the rotating shaft of the motor 7 is provided on one side of the end portion of the slit plate 6e, and the motor 7 is driven to rotate the gear 7a. The plates 6e and 6f are moved along the arrow B shown in the figure.
[0029]
Therefore, the state shown in FIG. 2A can be shifted to the state shown in FIG.
[0030]
In the embodiment, in order to adjust the slice thickness, the thickness can be adjusted by the link mechanism of the slit plates 6e and 6f and the connecting rods 6h and 6g. Further, in multi-slice X-ray CT of a plurality of rows of X-ray detectors, the X-ray can be irradiated to the detector with an appropriate X-ray width.
[0031]
Although details will be described later, in the embodiment, when the axial scan is performed, the collimator 6 is controlled to the states of FIGS. 2A and 2B, and when the helical scan is performed, the state of FIG. Will be controlled.
[0032]
The collimator 6 according to the present embodiment includes two X-ray shielding plates 6e and 6f that define an X-ray irradiation range in the Z-axis direction, and connecting rods 6g and 6h (the same length) for connecting the end portions thereof. ). Connection portions between the connecting rods 6g and 6h and the shielding plates 6e and 6f are pivotally supported so as to be rotatable with respect to each other. Only the illustrated shaft 6i is a rotating shaft of a further motor 70 (shown by a broken line because it is behind the X-ray shielding plate 6e) and is fixed to the connecting rod 6g. With this configuration, the shielding plates 6e and 6f can be kept parallel to each other. Further, since the shaft 6i of the connecting rod 6g serves as the rotating shaft of the motor 70, when the motor 70 is driven, the X-ray shielding plate 6f becomes an X-ray shielding plate as shown in FIG. 6e can be gradually approached while maintaining a parallel state.
[0033]
Further, as shown in the figure, the shielding plate 6e is provided with a substantially trapezoidal shielding piece 6e '. The drive shaft of the motor 8a is engaged with the end side 8 of the shielding plate 6e, and the direction of the arrow D in the figure (also the Z axis). Can be moved to. In other words, this 8, 8a 1 The slice thickness is H 0 Can change independently.
[0034]
Further, as shown in FIG. 2 (c), a further shielding piece 6e '' is fixed to the tip of the shielding piece 6e 'so as to be rotatable at the position a shown in the figure, and is attached to the gear 9 equidistant from the position a. By providing the mechanism of the meshing motor 9a (drive shaft thereof), the shielding piece 6e '' rotates around the point a or the virtual center. The slit width H of the collimator 6 is obtained by rotating the shielding piece 6e ″. 1 To H 0 Angle of inclination θ 0 Can be controlled.
[0035]
Further, in FIG. 2, driving the motor 7 moves the X-ray shielding plates 6e and 6f to the left side in the drawing, and can cope with the helical scan as shown in FIG.
[0036]
According to the above configuration, it is necessary to add the motor 70 and the motors 8a and 9a in addition to FIG. 1 described in the embodiment. Further, the gantry controller 1 of the gantry apparatus 100 causes the motor 70 to drive the gantry controller 100 so that the irradiation range in the Z-axis direction can be defined in accordance with a set pitch at the time of helical scanning described later. become.
[0037]
As can be understood from the above description, when an X-ray tomographic image of an FOV (imaging field of view) 35 in FIG. 4 to be described later at the time of helical scanning is to be obtained, the internal FOV (imaging field of view) 34 is a half scan. In the region Q between the FOV (field of view) 34, an X-ray tomographic image is reconstructed with data by a full scan. Since the latter data requires a scan time slightly less than twice that of the former data, in order to make the slice thicknesses of the X-ray tomographic images of these two regions equal, H 1 Is H 0 About half the width of H 1 H for each slice defined by 0 Needs to be adjusted. Although the structure becomes complicated, as shown in FIG. 0 , H 1 Can be set independently.
[0038]
In the axial scan, while the rotating body 3 of the gantry apparatus 100 is rotated and X-rays are being exposed, the movement of the top plate 26 of the transport apparatus 300 (transport of the subject in the Z-axis direction) is stopped. In this scanning method, after the exposure is completed, the top plate 26 is moved to a predetermined position and stopped, and the exposure is performed again. In the helical scan, the movement of the top plate 26 of the transport apparatus 300 (transport of the subject) and the exposure by the rotation of the rotating body 3 of the gantry apparatus 100 are performed simultaneously, and the subject is spirally formed. Scanning method to scan.
[0039]
<Description of scan>
First, an axial scan in the structure of an X-ray detector in a normal X-ray CT system will be described.
[0040]
FIG. 3 shows the positional relationship between the rotating X-ray tube and the X-ray detector in the axial scan. In the figure, now the point P 0 Assume that the X-ray tube is positioned (hereinafter referred to as an initial position). At this time, the range of the fan angle θ irradiated by the X-ray tube, that is, the point P 1 ~ Point P 2 Is irradiated with X-rays (which is also the length of the X-ray detector). From this position, it rotates around the origin O in the direction of the arrow A in the figure, and the point P 1 When the X-ray tube is positioned (exactly on the extension line of the center O and point P), the initial position (point P 0 P which is X-rays irradiated at the position of 0 → P 1 X-ray P in the opposite direction to 1 → P 0 Is obtained. And the X-ray tube is P 2 X-ray P irradiated at the initial position 0 → P 2 X-ray P with opposite direction 2 → P 0 Is obtained.
[0041]
In other words, the X-ray tube is point P 1 ~ Point P 2 The initial position P of the X-ray tube 0 This means that X-rays facing in all directions irradiated from can be detected. Therefore, the X-ray tube rotates at 180 ° + fan angle θ and the point P 2 , X-ray transmission in all directions for the FOV (field of view) can be detected. 2 X-ray tomographic image can be reconstructed at the stage located at (5). This reconstruction method is called half scan, and the method of reconstructing by rotating 360 ° is called full scan.
[0042]
The above is the axial scan by the structure of the normal X-ray CT system, but the structure of the X-ray detector 9 in this embodiment and the positional relationship with respect to the X-ray tube 4 are as shown in FIG.
[0043]
3 is different from FIG. 3 in that the X-ray detector 9 in the embodiment eliminates the X-ray detection element corresponding to the illustrated broken line portion 31 and is configured with a smaller number of detection elements. A point where the detection element is present at the opposite end of the reference numeral 33 (that is, the center of the X-ray detector 9 is shifted from the line connecting the X-ray tube 4 and the rotation center of the rotating body). . The amount of deviation needs to be equal to or greater than the length in the arrangement direction of at least one X-ray detection element, but actually, the amount of deviation is further shifted by a plurality of elements (details will be described later).
[0044]
According to this configuration, the X-ray tomographic image can be reconstructed in the central portion 32 (symmetrical portion) with respect to the FOV (imaging field of view) indicated by reference numeral 34 in the procedure described above. In other words, when the X-ray tube 4 is at the position shown in the drawing, is rotated in the A direction, and is positioned on the extended line of the line segment 36, the X of the subject existing in the FOV (imaging field of view) 34 is detected. The tomographic image can be reconstructed (however, as will be described later, it may be reconstructed using transmission X-ray data in the same direction (360-degree transmission X-ray data)).
[0045]
In the present embodiment, the FOV (imaging field of view) 34, that is, the diameter of the small imaging region is generally set to about 25 cm suitable for the head scan of the subject. That is, the detection element of the broken line portion 31 at one end exceeding the 25 cm photographing field is eliminated.
[0046]
On the other hand, the FOV (imaging field of view) 35 is larger than the FOV (imaging field of view) 34 (corresponding to the FOV (imaging field of view) in FIG. 3), but the end of the X-ray irradiated at the position of the X-ray tube 4 shown in FIG. Even if the X-ray tube 4 is located at the point P, it cannot be detected. That is, it cannot be reconstructed by half scan.
[0047]
Therefore, in order to obtain two pieces of data of the line segment 37, it is necessary to wait for the X-ray tube 4 to rotate once and return to the initial position again. That is, two coaxial X-ray transmission data (360-degree X-ray data) necessary for helical scan correction are obtained for the region Q outside the FOV (imaging field of view) 34 and inside the FOV (imaging field of view) 35. In order to obtain, it is necessary to scan twice in the region 33 of the X-ray detector 9 in FIG. When the rotation is 360 °, there is also facing data in the FOV (field of view) 34, and there is no facing data outside, but reconstruction is possible.
[0048]
Therefore, in the case of a scan for obtaining a tomographic image of the FOV 35 (mainly the abdomen of the subject), a set of identical paths is compared with the case of a scan for obtaining a tomographic image of the FOV 34 (mainly the head of the subject). However, as shown in FIG. 4, the same axial scan as before can be realized with the X-ray detector 9 composed of fewer detection elements. In other words, it can be said that a larger FOV can be secured when an X-ray detector configured with the same number of detection elements as in the prior art is used.
[0049]
In the projection data of FIG. 5, the horizontal axis represents the arrangement (channel) of the detection elements of the X-ray detector, and the vertical axis represents the relationship between data collection points (called views) for each rotation angle of the rotating body 3 of the gantry apparatus 100. Is shown. In the figure, the hatched portion 1 indicates the missing portion 31 in FIG. 4, and the X-ray tomogram in the FOV (imaging field of view) 34 indicates that half-scan reconstruction can be performed with data up to view i, and FOV (imaging field of view). For 35 (FOV34 (shooting field of view) and area Q), it is shown that the data of the rotated view is further utilized.
[0050]
The explanation of the axial scanning is as described above. However, as shown in FIG. 0 P when in position 0 → P 1 X-rays heading to the X-ray tube 4 are detected. 1 P when located in 1 → P 0 When the X-rays facing each other (180-degree opposed X-rays) are detected, the amount of rotation of the rotator 3 for obtaining one X-ray tomographic image can be reduced. Further, in the case where 180-degree opposed X-rays cannot be obtained, in order to obtain X-ray data after 360 degrees, a rotation amount twice that amount is required. The former scan is called a half scan, and the latter scan is called a full scan. The expression is also used in the following helical scan.
[0051]
Next, the helical scan will be described.
[0052]
In the helical scan, exposure by the X-ray tube 4 while the rotating body 3 of the gantry apparatus 100 is rotating and conveyance of the subject by the conveyance device 300 are performed simultaneously.
[0053]
First, in the helical scan, the FOV (imaging field of view) 34 in FIG. 4 can be realized by either a half scan or a full scan, as will be easily understood by those skilled in the art from the above description. Therefore, hereinafter, a helical scan for obtaining an X-ray tomographic image of the FOV (imaging field of view) 35 in FIG. 4 will be described.
[0054]
As described with reference to FIGS. 4 and 5, when an X-ray tomographic image of the FOV 35 is obtained, the rotator 3 needs to rotate more than when an X-ray tomographic image of the FOV 34 is obtained. That is, in order to obtain an X-ray tomographic image in the region B of the FOV 35, half scanning is not possible, but full scanning is only possible (in the case of FOV 34, either half scanning or full scanning is possible).
[0055]
On the other hand, in the case of the helical scan, the greater the elapsed time, the greater the amount of conveyance of the subject in the Z-axis direction, so that the slice thickness of the obtained X-ray tomographic image becomes thicker and is obtained as a result. The resolution of the tomographic image in the body axis direction (Z-axis direction) is low.
[0056]
Now, the half scan time for obtaining the X-ray tomographic image of FOV 34 is T 0 (The time required from view 1 to view i in FIG. 5), the full scan time required to obtain the X-ray tomographic image of the FOV 35 is T 1 (Time required from view 1 to view j) T 0 <T 1 It can be easily understood from the above explanation that this relationship exists. Therefore, when trying to obtain a helical scan of the abdomen of the subject and obtaining an X-ray tomographic image in the FOV 35, the resolution in the body axis direction is high in the FOV 34 inside thereof (data from view 1 to view i is obtained). On the contrary, the data necessary to reconstruct the X-ray tomographic image of the region Q outside the FOV 34 must be obtained over a long time, so the slice thickness is thick. As a result, there arises a problem that the resolution in the body axis direction is lowered.
[0057]
Therefore, in the present embodiment, the region Q between the FOV 35 and the FOV 34 is dealt with by scanning from the beginning so that the slice thickness becomes thin.
[0058]
FIG. 2C shows exactly the state of the collimator 6 in this helical scan. The width H at the slit of the collimator 6 in FIG. 0 This part determines the width of the region 32 of the X-ray detector 9 shown in FIG. 1 (= 1/2 · H 0 The portion) is for determining the width of the region 33 in FIG.
[0059]
Further, the boundary between 32 and 33 of the X-ray detector 9 and the C position (the center position where the width gradually changes) in FIG. There is a reason why the change in width is not two steps but changes gradually (substantially linearly). In the X-ray CT system, an X-ray tomographic image is reconstructed arithmetically using transmitted X-ray data. Therefore, if the X-ray exposure dose differs discontinuously from a certain position, a false called an artifact is generated near the boundary. An image tends to occur on the reconstructed image. Further, in the helical scan, since the time difference in scanning is also the difference in Z-axis position, the resolution in the Z-axis direction is deteriorated by setting the slit shape of the collimator 6 to the state shown in FIG. 4 can be suppressed, and the slice thickness of the region Q in FIG.
[0060]
As described above, in the helical scan for obtaining the X-ray tomographic image of the FOV 35, the area Q in FIG. 4 is thin from the beginning with respect to the Z axis of the X-ray irradiated to the area 33 of the X-ray detector 9. Has been. When the X-ray tomographic image of the FOV 35 is reconstructed, the slice thickness of the region Q and the slice thickness of the FOV 34 inside the region Q are substantially equal to each other, and it becomes possible to prevent deterioration in resolution in the Z-axis direction. In addition, in the vicinity of the boundary between the regions 32 and 33 of the X-ray detector 9, the width of the irradiated X-ray in the Z-axis direction gradually changes, so that the occurrence of artifacts can be suppressed.
[0061]
<Description of control>
The processing procedure in the operation console 200 for performing the operation described above is as follows.
[0062]
Hereinafter, a description will be given with reference to the flowchart of FIG.
[0063]
First, in step S1, whether the scan is an axial scan or a helical scan is selected using the keyboard 57, the mouse 58, and the like.
[0064]
When the axial scan is selected, the process proceeds to step S2, and a command is issued to the gantry apparatus 100 so that the collimator 6 is in the axial scanning position (the state shown in FIG. 2A). When receiving this command, the gantry controller 1 of the gantry apparatus 100 outputs a control signal to the motor controller 8 to drive the motor 7 and move the slit plates 6e and 6f to the axial scanning position of FIG. It will be.
[0065]
Next, the process proceeds to step S3, and it is selected whether or not the site to be scanned is the head, that is, whether the FOV is the FOV 34 or FOV 35 in FIG.
[0066]
When the FOV 35 (mainly the abdomen, etc.) that is the size photographing field of view is selected, the process proceeds to step S4, and full scan (scan using the 360-degree view) is set. On the other hand, when a small imaging region such as the head, that is, FOV 34 is selected, the user is allowed to select either half or full scan.
[0067]
Thus, when the FOV is determined, an axial scan is performed in accordance with the determined content (step S6), reconstruction (step S7), display and print output (step S8) are performed.
[0068]
On the other hand, if the helical scan is selected in step S1, the process proceeds to step S9, and a command is sent to the gantry apparatus 100 so that the collimator 6 is in the helical scan position (the state shown in FIG. 2C). To emit. When receiving this command, the gantry controller 1 of the gantry apparatus 100 outputs a control signal to the motor controller 8 to drive the motor 7 and move the slit plates 6e and 6f to the helical scanning position of FIG. .
[0069]
Next, the process proceeds to step S10, and it is selected whether the part to be scanned is a small imaging area (head or the like) (whether it is FOV 34 or FOV 35).
[0070]
When the FOV 35, which is a large imaging region of the size imaging field of view (mainly the abdomen, etc.) is selected, the process proceeds to step S11, and setting is performed so as to be a fusion process of full scan and half scan. That is, since the FOV 35 is divided into the region Q and the FOV 34 as shown in FIG. 4, the region Q is set to be full scan and the FOV 34 is half scan. If it is determined that the scan target is the head, it is selected whether to perform full scan or half scan.
[0071]
In subsequent steps S13 to S15, the same processing as in steps S6 to S8 is performed.
[0072]
As described above, according to the present invention, while reducing the number of X-ray detection elements constituting the X-ray detector, the center position is connected to the center line connecting the X-ray tube and the rotation center of the gantry rotating body. By shifting from the FOV, it is possible to secure an FOV of the same size as before. Therefore, with respect to the X-ray CT system, in particular, the gantry apparatus, more specifically, the X-ray detector, the cost can be reduced with a smaller configuration.
[0073]
Also, the shape of the gantry collimator and its slice thickness H 1 , H 0 By controlling the above, it is possible to perform scanning suitable for each of the helical scan and the axial scan, and to reconstruct an X-ray tomographic image with excellent image quality for each.
[0074]
In the embodiment, as shown in FIG. 0 , H 1 However, if these two widths are stepped at right angles, the transmission X-ray data may be smoothed by calculation by weighted interpolation between them. The weighting process by calculation and the structure of FIG. 2 may be used in combination.
[0075]
In the embodiment, the slit shape for the axial scan and the slit shape for the helical scan are switched by moving one collimator 6, but two slits may be prepared and switched appropriately. Absent. Therefore, the present invention is not limited by the structure and operation related to switching shown in the above embodiment.
[0076]
Further, as in the above-described embodiment, in order to make both axial / helical functions, not only the structure of the gantry apparatus 100 but also the processing procedure in the operation console 200 needs to be adapted accordingly. The operation console 200 is based on the processing procedure of the CPU 51, and its function substantially depends on the program. Therefore, the present invention also includes a computer program, and a storage medium (floppy, CDROM, etc.) storing the program is naturally included in the category of the present invention in order to install the program in the computer. It is what
[0077]
In general, X-rays are irradiated to the center of the X-ray detection element of the X-ray detector on an extension line connecting the X-ray tube and the rotation center of the gantry apparatus rotating body. There is a technique in which the extension line passes through the position of w / 4 (or 3w / 4), where w is the width in the rolling direction of the detection element. This utilizes the fact that the position is 3w / 4 (or w / 4) when rotated 180 degrees, and substantially doubles the resolution of the X-ray detection element. When the present invention is applied to such a technique, the number of X-ray detection elements can be further halved, and the cost can be further reduced.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to secure the same X-ray tomographic image calculation region as before, while reducing the number of X-ray detection elements of the X-ray detector included in the X-ray CT system. Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an X-ray CT system.
FIG. 2 is a diagram for explaining the structure and operation of a collimator in the embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a scanning operation and FOV in a normal configuration.
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a scanning operation and FOV in the configuration of the embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between transmitted X-ray data (ch) and a view (angle) in the embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing an operation processing procedure of the operation console in the embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between an X-ray tube and an X-ray detector and FOV.

Claims (11)

X線管と、当該X線管からのX線を検出する複数のX線検出素子で構成されるX線検出器を、被検体を配置もしくは通過させる空洞部を挟んで設け、当該空洞部の回りを回転させるX線CTシステムにおけるガントリ装置であって、
前記X線管と前記空洞部の回転中心を結ぶ延長線に対して、少なくとも1つのX線検出素子の回転方向の幅以上ずれた位置をX線検出素子の並び方向の中央位置とすることで、前記延長線の左右それぞれのX線検出素子の数がN、M(M>N)個となるように非対称に配置されるX線検出器と、
前記X線管から照射されるX線が前記X線検出器の全長に渡って、前記被検体搬送方向に対して等しい幅でX線を照射する第1の照射モードと、前記M個の検出素子を有する領域の端部から、M−N個のX線検出素子を有する領域に対し、前記X線管からの照射されるX線の前記幅を、他の領域よりも薄くする第2の照射モードとを切り替える切り替え手段と、
を備えることを特徴とするX線CTシステムにおけるガントリ装置。
An X-ray detector composed of an X-ray tube and a plurality of X-ray detection elements for detecting X-rays from the X-ray tube is provided across a cavity for placing or passing a subject. A gantry apparatus in an X-ray CT system for rotating around,
By making a position shifted by at least one X-ray detection element width with respect to an extension line connecting the X-ray tube and the center of rotation of the cavity portion as a center position in the arrangement direction of the X-ray detection elements. X-ray detectors arranged asymmetrically such that the number of X-ray detection elements on the left and right of the extension line is N, M (M> N),
A first irradiation mode in which X-rays irradiated from the X-ray tube are irradiated over the entire length of the X-ray detector with X-rays having an equal width with respect to the subject transport direction; and the M detections The second width of the X-ray irradiated from the X-ray tube is made thinner than the other regions from the end of the region having the elements to the region having MN X-ray detection elements. Switching means for switching between irradiation modes;
A gantry apparatus for use in an X-ray CT system.
前記Nは、被検体頭部のX線断層像を再構成可能とする検出素子数であって、前記Mは被検体の腹部のX線断層像を再構成可能とする検出素子数であることを特徴とする請求項第1項に記載のX線CTシステムにおけるガントリ装置。N is the number of detection elements that can reconstruct an X-ray tomogram of the subject's head, and M is the number of detection elements that can reconstruct an X-ray tomogram of the abdomen of the subject. The gantry apparatus in the X-ray CT system according to claim 1. 更に、アキシャルスキャンか、ヘリカルスキャンかの指示を入力する入力手段とを備え、
前記切り替え手段は、前記入力手段でアキシャルスキャンが指示された場合には前記前記第1の照射モードにし、ヘリカルスキャンが指示された場合には前記第2の照射モードに切り替えることを特徴とする請求項第1項に記載のX線CTシステムにおけるガントリ装置。
In addition, an input means for inputting an instruction of axial scan or helical scan is provided,
The switching means switches to the first irradiation mode when an axial scan is instructed by the input means, and switches to the second irradiation mode when a helical scan is instructed. The gantry apparatus in the X-ray CT system according to Item 1.
前記切り替え手段は、前記X線管近傍に設けられるコリメータを制御する手段であって、
当該コリメータは、Z軸方向のX線の照射範囲を画定するためのスリットを形成し、当該スリットは第1、第2の領域で構成され、第1の領域は間隔がH0と一定となる領域であり、第2の領域は前記H0よりも小さいH1となる領域となっていて、
前記制御手段は、
前記第1の照射モードの場合には前記第1の領域によりX線管の照射範囲を画定させ、
第2の照射モードの場合には、前記M個の検出素子を有する領域の端部から、M−N個目に相当する位置に、前記第1の領域から第2の領域の境目を位置させるように制御する
ことを特徴とする請求項第1項に記載のX線CTシステムにおけるガントリ装置。
The switching means is means for controlling a collimator provided in the vicinity of the X-ray tube,
The collimator forms a slit for defining an X-ray irradiation range in the Z-axis direction, and the slit is composed of first and second regions, and the first region has a constant interval of H 0. And the second region is a region that becomes H 1 smaller than H 0 ,
The control means includes
In the case of the first irradiation mode, the irradiation range of the X-ray tube is defined by the first region,
In the case of the second irradiation mode, the boundary between the first region and the second region is located at the position corresponding to the MNth end from the end of the region having the M detection elements. The gantry apparatus in the X-ray CT system according to claim 1, wherein the gantry is controlled as follows.
前記第1の領域と前記第2の領域の境界部分では、徐々にその間隔が変化する形状をなしていることを特徴とする請求項第4項に記載のX線CTシステムにおけるガントリ装置。5. The gantry apparatus for an X-ray CT system according to claim 4, wherein a boundary portion between the first region and the second region has a shape in which the interval gradually changes. 前記コリメータが有する第1、第2の領域のスリット間隔を変更する変更手段を更に備えることを特徴とする請求項第4項または第5項のいずれか1つに記載のX線CTシステムにおけるガントリ装置。6. The gantry in the X-ray CT system according to claim 4, further comprising changing means for changing a slit interval between the first and second regions of the collimator. apparatus. 請求項第1項乃至第6項のいずれか1項に記載のガントリ装置を備えることを特徴とするX線CTシステム。An X-ray CT system comprising the gantry apparatus according to any one of claims 1 to 6. 請求項第1項に記載のガントリ装置に接続され、当該ガントリ装置を制御すると共に、ガントリ装置の前記X線検出器で得られた透過X線データに基づいてX線断層像を再構成するX線CTシステムにおける操作コンソールであって、
アキシャルスキャンを行うか、ヘリカルスキャンを行うかを選択する第1の選択手段と、
被検体の小撮影領域をスキャンするか否かを選択する第2の選択手段と、
前記第1の選択手段によって、アキシャルスキャンが選択された場合、前記ガントリ装置の前記切り替え手段に対して、前記第1の照射モードに切り替えさせる指示を出力し、ヘリカルスキャンが選択された場合には、前記第2の照射モードに切り替える指示を出力する指示情報出力手段と、
前記第2の選択手段によってスキャン対象として小撮影領域が選択された場合、前記延長線を挟む両N個のX線検出素子による、180度対向する透過X線データを用いてX線断層像を再構成するか、360度の同方向のX線データを用いてX線断層像を再構成するかのいずれかを設定する第1の設定手段と、
前記第2の選択手段によってスキャン対象として小撮影領域以外が選択され、前記第1の選択手段でアキシャルスキャンが選択された場合、前記X線検出器が有する全X線検出素子による360度の同方向のX線データを用いてX線断層像を再構成するよう設定する第2の設定手段と、
前記第2の選択手段によってスキャン対象として小撮影領域以外が選択され、前記第1の選択手段でヘリカルスキャンが選択された場合、前記延長線を挟む両N個のX線検出素子によるX線断層像再構成可能な小撮影領域については180度対向する透過X線データを用いてX線断層像を再構成させ、前記小撮影領域外の領域については360度の同方向のX線データを用いてX線断層像を再構成するよう設定する第3の設定手段とを備え、
前記第1乃至第3の設定手段のいずれか1つの設定内容にしたがって、X線断層像を再構成することを特徴とするX線CTシステムにおける操作コンソール。
An X connected to the gantry apparatus according to claim 1 for controlling the gantry apparatus and reconstructing an X-ray tomographic image based on transmission X-ray data obtained by the X-ray detector of the gantry apparatus. An operation console in a line CT system,
A first selection means for selecting whether to perform an axial scan or a helical scan;
Second selection means for selecting whether or not to scan a small imaging region of the subject;
When an axial scan is selected by the first selection unit, an instruction to switch to the first irradiation mode is output to the switching unit of the gantry apparatus, and when a helical scan is selected Instruction information output means for outputting an instruction to switch to the second irradiation mode;
When a small imaging region is selected as a scan target by the second selection unit, an X-ray tomographic image is obtained by using transmitted X-ray data that are 180 degrees opposite to each other and the N X-ray detection elements sandwiching the extension line. First setting means for setting either to reconstruct or to reconstruct an X-ray tomogram using 360-degree X-ray data in the same direction;
When an area other than the small imaging region is selected as a scan target by the second selection means and an axial scan is selected by the first selection means, the same X-ray detection element of the X-ray detector is set at 360 degrees. Second setting means for setting to reconstruct an X-ray tomographic image using X-ray data in a direction;
When an area other than the small imaging region is selected as a scan target by the second selection unit and a helical scan is selected by the first selection unit, an X-ray tomography by both N X-ray detection elements sandwiching the extension line An X-ray tomographic image is reconstructed using transmitted X-ray data facing 180 degrees for a small imaging area where the image can be reconstructed, and 360-degree X-ray data in the same direction is used for an area outside the small imaging area. And third setting means for setting so as to reconstruct the X-ray tomographic image,
An operation console in an X-ray CT system, wherein an X-ray tomographic image is reconstructed according to the setting content of any one of the first to third setting means.
請求項第1項に記載のガントリ装置に接続され、当該ガントリ装置を制御すると共に、ガントリ装置の前記X線検出器で得られた透過X線データに基づいてX線断層像を再構成するX線CTシステムにおける操作コンソールの制御方法であって、
アキシャルスキャンを行うか、ヘリカルスキャンを行うかを選択する第1の選択工程と、
被検体の小撮影領域をスキャンするか否かを選択する第2の選択工程と、
前記第1の選択工程によって、アキシャルスキャンが選択された場合、前記ガントリ装置の前記切り替え手段に対して、前記第1の照射モードに切り替えさせる指示を出力し、ヘリカルスキャンが選択された場合には、前記第2の照射モードに切り替える指示を出力する指示情報出力工程と、
前記第2の選択工程によってスキャン対象として小撮影領域が選択された場合、前記延長線を挟む両N個のX線検出素子による、180度対向する透過X線データを用いてX線断層像を再構成するか、360度の同方向のX線データを用いてX線断層像を再構成するかのいずれかを設定する第1の設定工程と、
前記第2の選択工程によってスキャン対象として小撮影領域以外が選択され、前記第1の選択工程でアキシャルスキャンが選択された場合、前記X線検出器が有する全X線検出素子による360度の同方向のX線データを用いてX線断層像を再構成するよう設定する第2の設定工程と、
前記第2の選択工程によってスキャン対象として小撮影領域以外が選択され、前記第1の選択工程でヘリカルスキャンが選択された場合、前記延長線を挟む両N個のX線検出素子によるX線断層像再構成可能な小撮影領域については180度対向する透過X線データを用いてX線断層像を再構成させ、前記小撮影領域外の領域については360度の同方向のX線データを用いてX線断層像を再構成するよう設定する第3の設定工程とを備え、
前記第1乃至第3の設定工程のいずれか1つの設定内容にしたがって、X線断層像を再構成することを特徴とするX線CTシステムにおける操作コンソールの制御方法。
An X connected to the gantry apparatus according to claim 1 for controlling the gantry apparatus and reconstructing an X-ray tomographic image based on transmission X-ray data obtained by the X-ray detector of the gantry apparatus. A control method of an operation console in a line CT system,
A first selection step for selecting whether to perform an axial scan or a helical scan;
A second selection step for selecting whether or not to scan a small imaging region of the subject;
When an axial scan is selected in the first selection step, an instruction to switch to the first irradiation mode is output to the switching unit of the gantry apparatus, and when a helical scan is selected An instruction information output step for outputting an instruction to switch to the second irradiation mode;
When a small imaging region is selected as a scan target in the second selection step, an X-ray tomographic image is obtained by using transmitted X-ray data opposed to each other by 180 degrees by both N X-ray detection elements sandwiching the extension line. A first setting step for setting either to reconstruct or to reconstruct an X-ray tomographic image using 360-degree X-ray data in the same direction;
When an area other than the small imaging region is selected as a scan target in the second selection step and an axial scan is selected in the first selection step, the same X-ray detection element of the X-ray detector has 360 ° A second setting step for setting to reconstruct an X-ray tomographic image using X-ray data in a direction;
When an area other than the small imaging region is selected as a scan target in the second selection step and a helical scan is selected in the first selection step, an X-ray tomogram by both N X-ray detection elements sandwiching the extension line An X-ray tomographic image is reconstructed using transmitted X-ray data facing 180 degrees for a small imaging area where the image can be reconstructed, and 360-degree X-ray data in the same direction is used for an area outside the small imaging area. And a third setting step for setting to reconstruct an X-ray tomographic image,
A method for controlling an operation console in an X-ray CT system, wherein an X-ray tomographic image is reconstructed according to the setting contents of any one of the first to third setting steps.
請求項第1項に記載のガントリ装置に接続され、当該ガントリ装置を制御すると共に、ガントリ装置の前記X線検出器で得られた透過X線データに基づいてX線断層像を再構成するX線CTシステムにおける操作コンソール用のコンピュータプログラムであって、
アキシャルスキャンを行うか、ヘリカルスキャンを行うかを選択する第1の選択工程のプログラムコードと、
被検体の小撮影領域をスキャンするか否かを選択する第2の選択工程のプログラムコードと、
前記第1の選択工程によって、アキシャルスキャンが選択された場合、前記ガントリ装置の前記切り替え手段に対して、前記第1の照射モードに切り替えさせる指示を出力し、ヘリカルスキャンが選択された場合には、前記第2の照射モードに切り替える指示を出力する指示情報出力工程のプログラムコードと、
前記第2の選択工程によってスキャン対象として小撮影領域が選択された場合、前記延長線を挟む両N個のX線検出素子による、180度対向する透過X線データを用いてX線断層像を再構成するか、360度の同方向のX線データを用いてX線断層像を再構成するかのいずれかを設定する第1の設定工程のプログラムコードと、
前記第2の選択工程によってスキャン対象として小撮影領域以外が選択され、前記第1の選択工程でアキシャルスキャンが選択された場合、前記X線検出器が有する全X線検出素子による360度の同方向のX線データを用いてX線断層像を再構成するよう設定する第2の設定工程のプログラムコードと、
前記第2の選択工程によってスキャン対象として小撮影領域以外が選択され、前記第1の選択工程でヘリカルスキャンが選択された場合、前記延長線を挟む両N個のX線検出素子によるX線断層像再構成可能な小撮影領域については180度対向する透過X線データを用いてX線断層像を再構成させ、前記小撮影領域外の領域については360度の同方向のX線データを用いてX線断層像を再構成するよう設定する第3の設定工程のプログラムコードと
を備えることを特徴とするコンピュータプログラム。
An X connected to the gantry apparatus according to claim 1 for controlling the gantry apparatus and reconstructing an X-ray tomographic image based on transmission X-ray data obtained by the X-ray detector of the gantry apparatus. A computer program for an operation console in a line CT system,
A program code of a first selection step for selecting whether to perform an axial scan or a helical scan;
A program code of a second selection step for selecting whether or not to scan a small imaging region of the subject;
When an axial scan is selected in the first selection step, an instruction to switch to the first irradiation mode is output to the switching unit of the gantry apparatus, and when a helical scan is selected , A program code of an instruction information output step for outputting an instruction to switch to the second irradiation mode,
When a small imaging region is selected as a scan target in the second selection step, an X-ray tomographic image is obtained by using transmitted X-ray data opposed to each other by 180 degrees by both N X-ray detection elements sandwiching the extension line. A program code of a first setting step for setting either to reconstruct or to reconstruct an X-ray tomogram using 360-degree X-ray data in the same direction;
When an area other than the small imaging region is selected as a scan target in the second selection step and an axial scan is selected in the first selection step, the same X-ray detection element of the X-ray detector has 360 ° A program code of a second setting step for setting to reconstruct an X-ray tomographic image using X-ray data in a direction;
When an area other than the small imaging region is selected as a scan target in the second selection step and a helical scan is selected in the first selection step, an X-ray tomogram by both N X-ray detection elements sandwiching the extension line An X-ray tomographic image is reconstructed using transmitted X-ray data facing 180 degrees for a small imaging area where the image can be reconstructed, and 360-degree X-ray data in the same direction is used for an area outside the small imaging area. And a program code for a third setting step for setting so as to reconstruct an X-ray tomogram.
請求項第10項に記載のコンピュータプログラムを格納することを特徴とするコンピュータ可読記憶媒体。A computer-readable storage medium storing the computer program according to claim 10.
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