JP3946986B2

JP3946986B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置

Info

Publication number: JP3946986B2
Application number: JP2001361346A
Authority: JP
Inventors: 伸勝副島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2021-11-27
Also published as: JP2003159243A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体を透過したＸ線を検出する検出素子がスライス方向に複数列配列されたマルチスライス型等のＸ線検出器を装備したＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のＸ線コンピュータ断層撮影装置に関わる技術開発には目覚しいものがある。その主な例としては、スリップリングによる高速連続スキャン、ボリュームスキャンの高速化を実現するヘリカルスキャン、Ｘ線テレビシステムのようにスキャンしながらその場で透視映像を観察できるＣＴ透視、体軸方向（スライス方向）に複数チャンネルもつマルチスライス型Ｘ線検出器（コーンビーム型Ｘ線検出器ともいう）を使って複数スライスの同時スキャンを実現するマルチスライススキャン等がある。
【０００３】
上記マルチスライス型Ｘ線検出器では、Ｘ線を信号電荷にダイレクトに変換できる半導体検出素子及びその実装技術の開発が進み、多列化がさらに進んでいく傾向にある。
【０００４】
しかし、マルチスライス型Ｘ線検出器の多列化によりＸ線のコーン角の拡大が要求される。このＸ線のコーン角の拡大は、両端スライスの画質劣化を生じさせる。以下にこの問題について説明する。
【０００５】
まず、シングルスライスの場合のＸ線絞り開度調整について図５を参照して説明する。図５において、Ｚ軸は、Ｘ線管１０１、Ｘ線検出器１０３の回転中心軸に一致する。撮影に先立って、撮影条件として、管電圧、管電流、スキャン時間等の他に、円形、実際には厚みを持った薄い円柱形の撮影領域（ＦＯＶ）の径（半径又は直径で表される、ここでは半径として説明する）、スライス厚が操作者により設定される。
【０００６】
装置側の架台制御装置では、Ｘ線絞り１０２の開度を、Ｘ線束の厚さが、Ｚ軸上で、設定されたスライス厚に一致するように調整する。このとき、図５において斜線で示した撮影領域ＦＯＶの辺縁部分には、Ｘ線が照射されない、つまりビューごとに見ると、その部分の投影データが欠落している。対向位置のビューで、そのデータは収集されるものの、そのデータ欠落が、断層像の辺縁部分の画質劣化として影響する。しかし、実際には、シングルスライスでは、撮影領域ＦＯＶに対するデータ欠落部分の体積比で見ると非常に限定的で、それほど問題にはならなかった。
【０００７】
しかし、この問題は、マルチスライスでは表面化する。図６には、マルチスライスの一例として、３枚のスライスを同じスライス厚で設定した場合のＸ線照射範囲と撮影領域との幾何学的な関係を模式的に示している。３枚のスライスのうち中央のスライスＳ２に関しては、データ欠落部分は殆どない。しかし、両端の２枚のスライスＳ１，Ｓ３に関しては、斜線で示す辺縁部分のほとんどでデータが欠落する。つまり、スライス単位で見ると、両端のスライスＳ１，Ｓ３では、撮影領域ＦＯＶに対するデータ欠落部分の体積比が非常に高くなり、両端の２枚のスライスＳ１，Ｓ３の画質劣化は、読影不適格程度まで低下する。
【０００８】
従って、図７に示すように、両端のスライスＳ１、Ｓ３の画質劣化を防止するために、実際のスライス幅よりもΔＷだけ前後に拡大した仮想的なスライス幅に従って、Ｘ線絞り１０２の開度を若干広めに設定することが検討されている。
【０００９】
この開度設定法では、画質劣化を抑制することはある程度達成できるが、図８に示すように、撮影領域（ＦＯＶ）が小さい径に設定されたとき、撮影領域（ＦＯＶ）の外側の領域にもＸ線が過剰に照射されてしまうので被曝量増大という新たな問題を生じさせてしまう。すなわち、従来の検討された方法は、実際のスライス幅より広めにＸ線が照射されるようＸ線絞りの開度を決定していただけで、撮影領域の径について考慮されていなかったので、場合によっては、余計な被曝を与えてしまうおそれがあった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、被検体を透過したＸ線を検出する検出素子がスライス方向に複数列配列されたＸ線検出器を備えたＸ線コンピュータ断層撮影装置において、撮影領域全域で高画質を確保することと、被曝量を最小限に抑えることとを両立することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によるＸ線コンピュータ断層撮影装置は、コーン状に広がるＸ線を発生するＸ線管と、前記Ｘ線のスライス方向に関するコーン角を制限する開度可変のコリメータと、被検体を透過したＸ線を検出する検出素子がスライス方向に複数列配列されたＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する再構成装置と、前記コリメータの開度を撮影領域の幅及び径に応じて制御する制御装置とを具備する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明によるＸ線コンピュータ断層撮影装置を好ましい実施形態により説明する。なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置のスキャン方式としては、Ｘ線管とＸ線検出器とが一体として被検体の周囲を回転するローテート／ローテートタイプ、リング状にアレイされた多数の検出素子が固定され、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転するステーショナリ／ローテートタイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能であるが、ここではローテート／ローテートタイプを例に説明する。また、本発明は、Ｘ線管とＸ線検出器のペアが１つのものに限定されず、Ｘ線管とＸ線検出器のペアが互いに角度をずらして複数装備されたいわゆる多管球型にも適用可能であるが、ここでは１ペアを例に説明する。さらに、１枚の断層像を再構成するには、被検体の周囲１周、約３６０°分の投影データの１セットが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ファン角分の投影データが必要とされる。いずれの方式にも本発明を適用可能である。
【００１３】
図１は本発明の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。Ｘ線管１とマルチスライス型Ｘ線検出器４とは、寝台３及び寝台３上の被検体Ｐを挿入する空間を確保するために必要な距離を隔てて、図示しない回転フレームに互いに対向する位置関係で装備されている。マルチスライス型Ｘ線検出器４は、複数のスライスの投影データを同時に収集できる機能を備えたＸ線検出器として定義されるもので、典型的には、図２に示すように、チャンネル方向に配列された検出素子の列がスライス方向に複数連結された構造、又はｎ×ｍ配列の検出素子モジュールがチャンネルとスライスの２方向もしくはチャンネルの１方向に関して複数連結された構造を備えている。
【００１４】
上記Ｘ線管１のＸ線放射窓の前面には、コリメータ（Ｘ線絞り装置ともいう）２が取り付けられている。このコリメータ２は、チャンネル方向に関する開度とスライス方向に関する開度をそれぞれ個々に可変する構造を備え、典型的には、複数枚のＸ線遮蔽板とそれを個別に移動可能に保持する機構さらにＸ線遮蔽板を個別に電動で移動するためのＸ線遮蔽板駆動部とから構成される。このコリメータ２のチャンネル方向に関する開度によりＸ線のファン角が制限され、またコリメータ２のスライス方向に関する開度によりＸ線のコーン角が制限される。
【００１５】
マルチスライス型Ｘ線検出器４の各チャンネルから出力されるＸ線強度に応じた波高値を有する信号は、例えばスリップリングを経由してデータ収集部（ＤＡＳとも通称される）５に取り込まれる。データ収集部５は、チャンネルごとに個別に検出信号を増幅し、ディジタル信号に変換し、投影データとして画像再構成装置１１に出力する。データ収集装置５は、場合によっては、複数チャンネルの検出信号を束ねて増幅、ディジタル変換をしてもよい。画像再構成装置１１は、投影データに基づいて断層像データをマルチスライスで再構成する。この断層像データは画像表示装置／操作コンソール１２で表示されると共に、画像記憶装置１０に送られ光磁気ディスク装置のような大容量記憶媒体に記憶される。
【００１６】
これらデータ収集から再構成、さらに画像表示及び記憶にわたる一連の動作はコンピュータ９の制御のもとで行われる。これら信号処理制御の他にコンピュータ９は、画像表示装置／操作コンソール１２を介して設定された撮影条件に従って装置のスキャン環境の設定制御、およびスキャン中の架台制御等装置全体の制御中枢として機能する。
【００１７】
画像表示装置／操作コンソール１２を介して設定される撮影条件には、管電圧、管電流、スキャン時間等の他に、厚さを持った円柱形の撮影領域（ＦＯＶ）の径（半径又は直径で表される、ここでは半径として説明する）、スライス厚、及びスライス枚数が操作者により設定される。なお、撮影領域ＦＯＶのサイズは、上記半径と、スライス幅とにより定義される。さらに、スライス幅は、スライス厚×スライス枚数で決定される。
【００１８】
コンピュータ９は、設定された管電圧及び管電流のデータをＸ線制御装置７に供給する。Ｘ線制御装置７は、この管電圧及び管電流でＸ線管１からＸ線が曝射されるように高電圧発生装置６を制御する。また、コンピュータ９は、設定されたスキャン時間のデータを架台制御装置８に供給する。架台制御装置８は、そのスキャン時間でＸ線管１が被検体の周囲を１回転するように図示しない回転フレーム駆動装置を制御する。
【００１９】
さらに、コンピュータ９は、架台制御装置８に、設定されたスライス厚及びスライス枚数、さらに設定された撮影領域ＦＯＶの半径のデータを供給する。架台制御装置８は、コリメータ２のスライス方向に関する開度が、供給されたスライス厚とスライス枚数と撮影領域ＦＯＶの半径とに応じた距離になるようにコリメータ２のＸ線遮蔽板駆動部を制御する。
【００２０】
図３には、撮影領域ＦＯＶの半径をＲ１で、３枚のスライスＳ１，Ｓ２，Ｓ３を同じスライス厚で設定した場合のＸ線照射範囲と撮影領域との幾何学的な関係を模式的に示している。図４には、撮影領域ＦＯＶの半径をＲ２（Ｒ２＜Ｒ１）で、３枚のスライスＳ１，Ｓ２，Ｓ３を同じスライス厚で設定した場合のＸ線照射範囲と撮影領域との幾何学的な関係を模式的に示している。これら図３、図４を、従来の図６と比較して参照されたい。従来では、上述したように、コリメータ２の開度は、Ｘ線束の厚さが、Ｚ軸上で、スライス幅に一致するように調整される。このため図５に斜線で示したように撮影領域ＦＯＶの辺縁部分ではデータが欠落する。つまり、従来では、スライス幅（スライス厚×スライス枚数）に基づいてコンソールの開度を調整していた。
【００２１】
これに対して本実施形態では、スライス幅（スライス厚×スライス枚数）だけでなく、撮影領域ＦＯＶの半径も考慮して、コリメータ２の開度を調整することを特徴としている。
【００２２】
具体的には、撮影領域ＦＯＶの全域にＸ線が照射されるようにコリメータ２の開度が調整される。より具体的には、コリメータ２の開度は、スライス方向に関するＸ線束の厚さが、Ｚ軸から撮影領域ＦＯＶの半径だけＸ線管１に接近した位置で、スライス幅に一致するように調整される。それにより撮影領域ＦＯＶの全域にわたってデータ欠落が発生しない、換言すると撮影領域ＦＯＶの全域にわたって投影データが収集される。従って中央スライスＳ２はもちろんのこと、両端のスライスＳ１，Ｓ３に関してもデータ欠落に起因する画質劣化は発生しない。しかも、撮影領域ＦＯＶの外側にはＸ線を照射しないので、被曝量を最小限に抑えることが達成され得る。
【００２３】
好ましい実装方法としては、スライス厚、スライス枚数、撮影領域ＦＯＶの半径の３種のデータを入力とし、それに対応するコリメータ２の開度を出力とするテーブルをＲＯＭ化して架台制御装置８（又はコンピュータ９）に装備させることであるが、もちろん、スライス厚、スライス枚数、撮影領域ＦＯＶの半径の３種のパラメータから、それに対応するコリメータ２の開度を幾何学的計算により架台制御装置８（又はコンピュータ９）で求めるようにしてもよい。
【００２４】
なお、Ｘ線のコーン角には、マルチスライス型Ｘ線検出器４のスライス方向の幅に依存して、上限値が存在する。つまり、撮影領域ＦＯＶが比較的大きく設定されたとき、その撮影領域ＦＯＶの全域にＸ線が照射されるようにコリメータ２の開度を調整すると、Ｘ線の照射野がマルチスライス型Ｘ線検出器４のスライス方向に関する感度領域を超えてその外側にまで広がってしまう。この事態を避けるために、架台制御装置８には、Ｘ線の照射野がマルチスライス型Ｘ線検出器４のスライス方向に関する感度領域に一致するときの開度を、コリメータ２に対する制御上のリミッタとして設定されている、又はコリメータ２の遮蔽板の移動範囲が物理的に制限されている。
【００２５】
このリミッタが働いて撮影領域ＦＯＶの一部領域にＸ線が照射されないという状況は、スライス幅（スライス厚×スライス枚数）、撮影領域ＦＯＶの半径、マルチスライス型Ｘ線検出器４のスライス方向に関する感度領域の最大幅、さらには可変であればＸ線管１のＸ線焦点とマルチスライス型Ｘ線検出器４との距離にも基づいて幾何学的計算により容易に判定することができる。架台制御装置８又はコンピュータ９は、上記状況の判定機能とともに、上記状況を判定したとき、画像表示装置／操作コンソール１２にその旨又は再設定を促すメッセージを表示する機能、さらには設定された撮影領域ＦＯＶに対するＸ線が照射されない領域の体積比を計算し、その値を表示する機能を装備している。操作者としては、この体積比に基づいて、その設定でスキャンを強行すること、再設定することを自身で判断し、その判断に応じたコマンドを入力することができる。
【００２６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
例えば、上記実施形態では、撮影領域が全て本影に含まれるようコリメータの開度を決定しているが、撮影領域に本影の他に若干半影が含まれるようコリメータの開度を決定してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、撮影領域全域にわたって高画質を確保でき、しかもそのために必要にして最小限の領域に限定してＸ線を照射できるので、被曝量を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成図。
【図２】図１のマルチスライス型Ｘ線検出器の斜視図。
【図３】図１の架台制御装置により制御されたコリメータの開度によるＸ線照射範囲と撮影領域との幾何学的な関係を示す模式図。
【図４】図３の例より撮影領域の半径が短い場合において、図１の架台制御装置により制御されたコリメータの開度によるＸ線照射範囲と撮影領域との幾何学的な関係を示す模式図。
【図５】従来のシングルスライスにおいて、Ｘ線照射範囲と撮影領域との幾何学的な関係を示す模式図。
【図６】従来のシングルスライスのＸ線絞り開度制御をマルチスライスに適用した場合において、Ｘ線照射範囲と撮影領域との幾何学的な関係を示す模式図。
【図７】従来の改良されたＸ線絞り開度制御を示す模式図。
【図８】従来の改良されたＸ線絞り開度制御の問題点を示す模式図。
【符号の説明】
１…Ｘ線管、
２…コリメータ、
３…寝台、
４…マルチスライス型Ｘ線検出器、
５…データ収集部、
６…高電圧発生装置、
７…Ｘ線制御装置、
８…架台制御装置、
９…コンピュータ、
１０…画像記憶装置、
１１…画像再構成装置、
１２…画像表示装置／操作コンソール。

Claims

コーン状に広がるＸ線を発生するＸ線管と、
前記Ｘ線のスライス方向に関するコーン角を制限する開度可変のコリメータと、
被検体を透過したＸ線を検出する検出素子がスライス方向に複数列配列されたＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する再構成装置と、
前記コリメータの開度を撮影領域の幅及び径に応じて制御する制御装置とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記制御装置は、Ｘ線が前記撮影領域の全域に照射するように前記コリメータの開度を制御することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記制御装置は、前記スライス方向に関するＸ線束の厚さが、前記撮影領域の半径だけＺ軸から前記Ｘ線管に接近した位置で、前記撮影領域の幅に一致するように前記コリメータの開度を制御することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記制御装置は、前記撮影領域の幅及び径に対する前記コリメータの開度の関係を記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記Ｘ線検出器の物理的なサイズ上の制約によりＸ線が前記撮影領域の全域に照射することができない状況を生じさせる値に前記撮影領域の幅及び径が設定されたとき、前記状況又は前記撮影領域の幅及び径の再設定を促すメッセージを出力する手段をさらに備えることを特徴とする請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
コーン状に広がるＸ線を発生するＸ線管と、
前記Ｘ線のスライス方向に関するコーン角を制限する開度可変のコリメータと、
被検体を透過したＸ線を検出する検出素子がスライス方向に複数列配列されたＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する再構成装置と、
スライス厚、スライス枚数および撮影領域の径に関する条件を入力するコンソールと、
前記入力されたスライス厚、スライス枚数及び撮影領域の径に基づいて前記コリメータの開度を制御する制御装置とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
Ｘ線管とＸ線検出器とで撮影領域から収集したデータに基づいて画像データを再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、
前記撮影領域の幅及び径に応じて前記Ｘ線管から放射されるＸ線のスライス方向に関するコーン角を調整することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。