JP3964615B2 - コリメータ制御方法および装置並びにx線ct装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、コリメータ(collimator)制御方法および装置並びにX線CT(X−ray Computed Tomography)装置に関し、特に、X線検出器におけるX線ビームの照射位置を決めるコリメータを制御する方法および装置、並びに、そのようなコリメータ制御装置を備えたX線CT装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
X線CT装置では、X線照射・検出装置によって撮影の対象について複数ビュー(view)の透過X線信号を獲得し、この透過X線信号に基づき画像生成装置によって対象の断層像を生成する。
【0003】
X線照射装置は、X線管の焦点から放射されるコーン(cone)状のX線ビームを、コリメータで扇状のX線ビームに整形して撮影空間に照射する。
X線検出装置は、撮影空間を透過してきたX線を、X線ビームの扇状の広がりに沿って多数のX線検出素子をアレイ(array)状に配置してなる多チャンネル(channel)のX線検出器で検出する。このようなX線照射・検出装置を対象の周りで回転(スキャン:scan)させて複数ビューの透過X線信号を獲得する。
【0004】
多チャンネルのX線検出器の一種として、検出素子アレイを扇状のX線ビームの厚みの方向に複数個並設し、複数列の検出素子アレイでX線ビームを同時受光するようにしたものがある。このようなX線検出器では、1回のスキャンで複数スライス分のX線検出信号を一挙に得られるので、マルチスライススキャン(multi−slice scan)を能率良く行うためのX線検出器として用いられる。
【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、対象のアイソセンタ(isocenter)における厚みが断層像のスライス厚をそれぞれ決定する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
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(aperture)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が均等でなくなり、2つの断層像のスライス厚の均等性が失われる。
【0007】
そこで、本発明の課題は、X線検出器上のX線照射位置を一定にするコリメータを制御方法および装置、並びに、そのようなコリメータ制御装置を備えたX線CT装置を実現することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
(1)上記の課題を解決するための第1の観点での本発明は、X線管の焦点から発散するX線をコリメータで扇状のビームに整形して、複数のX線検出素子を前記扇状のビームの広がりの方向に配列してなる検出素子列を前記扇状のビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイに照射し、前記検出素子アレイにおける前記検出素子列の配設方向での前記扇状のビームの照射位置と予め設定された照射位置との誤差を検出し、前記検出した誤差に基づいて前記扇状のビームの照射位置が前記予め設定された照射位置に一致するように前記コリメータを制御する、ことを特徴とするコリメータ制御方法である。
【0009】
(2)上記の課題を解決するための他の観点での本発明は、焦点から発散するX線を発生するX線管と、前記X線を扇状のビームに整形するコリメータと、複数のX線検出素子を前記扇状のビームの広がりの方向に配列してなる検出素子列を前記扇状のビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイと、前記検出素子アレイにおける前記検出素子列の配設方向での前記扇状のビームの照射位置と予め設定された照射位置との誤差を検出する誤差検出手段と、前記検出した誤差に基づいて前記扇状のビームの照射位置が前記予め設定された照射位置に一致するように前記コリメータを制御する制御手段と、を具備することを特徴とするコリメータ制御装置である。
【0010】
(3)上記の課題を解決するための他の観点での本発明は、焦点から発散するX線を発生するX線管と、前記X線を扇状のビームに整形するコリメータと、複数のX線検出素子を前記扇状のビームの広がりの方向に配列してなる検出素子列を前記扇状のビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイと、前記検出素子アレイにおける前記検出素子列の配設方向での前記扇状のビームの照射位置と予め設定された照射位置との誤差を検出する誤差検出装置と、前記検出した誤差に基づいて前記扇状のビームの照射位置が前記予め設定された照射位置に一致するように前記コリメータを制御する制御装置と、前記X線管、前記コリメータおよび前記検出素子アレイを含むX線照射・検出系を前記扇状のビームの厚みの方向に平行な軸の周りを回転させて複数ビューのX線検出信号を獲得する信号獲得装置と、前記X線検出信号に基づき前記扇状のビームが通過したスライスについての断層像を生成する断層像生成装置と、を具備することを特徴とするX線CT装置である。
【0011】
(1)〜(3)に記載の各観点での発明では、検出素子アレイにおける検出素子列の配設方向でのX線ビームの照射位置誤差を検出し、それに基づいてX線ビームの照射位置が予め設定された照射位置に一致するようにコリメータを制御するので、検出素子アレイ上のX線照射位置を一定にすることができる。
【0012】
これら各観点での発明では、検出素子列の配設方向に隣り合うX線検出素子でそれぞれ検出したX線検出信号の和に対する差の割合に基づいて誤差を検出する子とが、X線検出信号の大きさによらない誤差測定値を得る点で好ましい。
【0013】
(4)上記の課題を解決するための他の観点での本発明は、X線管の焦点から発散するX線をコリメータで扇状のビームに整形して、複数のX線検出素子を前記扇状のビームの広がりの方向に配列してなる検出素子列を前記扇状のビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイに照射し、前記検出素子アレイにおける前記検出素子列の配設方向での前記扇状のビームの照射位置と予め設定された照射位置との誤差を検出し、前記検出した誤差に基づいて前記扇状のビームの照射位置が前記予め設定された照射位置に一致するように前記コリメータを制御するにあたり、前記誤差が第1の範囲以内にあるときは制御を行わず、前記誤差が前記第1の範囲を越えかつ前記第1の範囲より大きい第2の範囲以内にあるときは第1の比例ゲインで制御を行い、前記誤差が前記第2の範囲を越えるときは前記第1の比例ゲインより大きい第2の比例ゲインで制御を行う、ことを特徴とするコリメータ制御方法である。
【0014】
(5)上記の課題を解決するための他の観点での本発明は、焦点から発散するX線を発生するX線管と、前記X線を扇状のビームに整形するコリメータと、複数のX線検出素子を前記扇状のビームの広がりの方向に配列してなる検出素子列を前記扇状のビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイと、前記検出素子アレイにおける前記検出素子列の配設方向での前記扇状のビームの照射位置と予め設定された照射位置との誤差を検出する誤差検出手段と、前記検出した誤差に基づいて前記扇状のビームの照射位置が前記予め設定された照射位置に一致するように前記コリメータを制御する制御手段であって、前記誤差が第1の範囲以内にあるときは制御を行わず、前記誤差が前記第1の範囲を越えかつ前記第1の範囲より大きい第2の範囲以内にあるときは第1の比例ゲインで制御を行い、前記誤差が前記第2の範囲を越えるときは前記第1の比例ゲインより大きい第2の比例ゲインで制御を行う制御手段と、を具備することを特徴とするコリメータ制御装置である。
【0015】
(6)上記の課題を解決するための他の観点での本発明は、焦点から発散するX線を発生するX線管と、前記X線を扇状のビームに整形するコリメータと、複数のX線検出素子を前記扇状のビームの広がりの方向に配列してなる検出素子列を前記扇状のビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイと、前記検出素子アレイにおける前記検出素子列の配設方向での前記扇状のビームの照射位置と予め設定された照射位置との誤差を検出する誤差検出装置と、前記検出した誤差に基づいて前記扇状のビームの照射位置が前記予め設定された照射位置に一致するように前記コリメータを制御する制御装置であって、前記誤差が第1の範囲以内にあるときは制御を行わず、前記誤差が前記第1の範囲を越えかつ前記第1の範囲より大きい第2の範囲以内にあるときは第1の比例ゲインで制御を行い、前記誤差が前記第2の範囲を越えるときは前記第1の比例ゲインより大きい第2の比例ゲインで制御を行う制御装置と、前記X線管、前記コリメータおよび前記検出素子アレイを含むX線照射・検出系を前記扇状のビームの厚みの方向に平行な軸の周りを回転させて複数ビューのX線検出信号を獲得する信号獲得装置と、前記X線検出信号に基づき前記扇状のビームが通過したスライスについての断層像を生成する断層像生成装置と、を具備することを特徴とするX線CT装置である。
【0016】
(4)〜(6)に記載の各観点での発明では、検出素子アレイにおける検出素子列の配設方向でのX線ビームの照射位置誤差を検出し、それに基づいてX線ビームの照射位置が予め設定された照射位置に一致するようにコリメータを制御するにあたり、誤差が第1の範囲以内にあるときは制御を行わず、第1の範囲を越えかつ第1の範囲より大きい第2の範囲以内にあるときは第1の比例ゲインで制御を行い、第2の範囲を越えるときは前記第1の比例ゲインより大きい第2の比例ゲインで制御を行うので、検出素子アレイ上のX線照射位置を一定にするための制御を高速かつ安定に遂行することができる。
【0017】
これら各観点での発明では、検出素子列の配設方向に隣り合うX線検出素子でそれぞれ検出したX線検出信号の和に対する差の割合に基づいて誤差を検出する子とが、X線検出信号の大きさによらない誤差測定値を得る点で好ましい。
【0018】
(7)上記の課題を解決するための他の観点での本発明は、X線管の焦点から発散するX線をコリメータで扇状のビームに整形して、複数のX線検出素子を前記扇状のビームの広がりの方向に配列してなる検出素子列を前記扇状のビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイに照射し、前記検出素子アレイにおける前記検出素子列の配設方向での前記扇状のビームの照射位置と予め設定された照射位置との誤差を検出し、前記検出した誤差の高周波成分を除去し、前記高周波成分を除去した誤差に基づいて前記扇状のビームの照射位置が前記予め設定された照射位置に一致するように前記コリメータを制御する、ことを特徴とするコリメータ制御方法である。
【0019】
(8)上記の課題を解決するための他の観点での本発明は、焦点から発散するX線を発生するX線管と、前記X線を扇状のビームに整形するコリメータと、複数のX線検出素子を前記扇状のビームの広がりの方向に配列してなる検出素子列を前記扇状のビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイと、前記検出素子アレイにおける前記検出素子列の配設方向での前記扇状のビームの照射位置と予め設定された照射位置との誤差を検出する誤差検出手段と、前記検出した誤差の高周波成分を除去する高周波成分除去手段と、前記高周波成分を除去した誤差に基づいて前記扇状のビームの照射位置が前記予め設定された照射位置に一致するように前記コリメータを制御する制御手段と、を具備することを特徴とするコリメータ制御装置である。
【0020】
(9)上記の課題を解決するための他の観点での本発明は、焦点から発散するX線を発生するX線管と、前記X線を扇状のビームに整形するコリメータと、複数のX線検出素子を前記扇状のビームの広がりの方向に配列してなる検出素子列を前記扇状のビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイと、前記検出素子アレイにおける前記検出素子列の配設方向での前記扇状のビームの照射位置と予め設定された照射位置との誤差を検出する誤差検出装置と、前記検出した誤差の高周波成分を除去する高周波成分除去装置と、前記高周波成分を除去した誤差に基づいて前記扇状のビームの照射位置が前記予め設定された照射位置に一致するように前記コリメータを制御する制御装置と、前記X線管、前記コリメータおよび前記検出素子アレイを含むX線照射・検出系を前記扇状のビームの厚みの方向に平行な軸の周りを回転させて複数ビューのX線検出信号を獲得する信号獲得装置と、前記X線検出信号に基づき前記扇状のビームが通過したスライスについての断層像を生成する断層像生成装置と、を具備することを特徴とするX線CT装置である。
【0021】
(7)〜(9)に記載の各観点での発明では、検出素子アレイにおける検出素子列の配設方向でのX線ビームの照射位置誤差を検出し、その高周波成分を除去した信号に基づいて、X線ビームの照射位置が予め設定された照射位置に一致するようにコリメータを制御するので、誤差の高周波成分に影響されずに、検出素子アレイ上のX線照射位置を一定にすることができる。
【0022】
これら各観点での発明では、検出素子列の配設方向に隣り合うX線検出素子でそれぞれ検出したX線検出信号の和に対する差の割合に基づいて誤差を検出する子とが、X線検出信号の大きさによらない誤差測定値を得る点で好ましい。
【0023】
また、高周波成分の除去は平均化処理またはローパスフィルタリングのいずれで行っても良い。
(10)上記の課題を解決するための他の観点での本発明は、X線管の焦点から発散するX線をコリメータで扇状のビームに整形して、複数のX線検出素子を前記扇状のビームの広がりの方向に配列してなる検出素子列を前記扇状のビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイに照射し、前記検出素子アレイにおける前記検出素子列の配設方向での前記扇状のビームの照射位置と予め設定された照射位置との誤差を検出し、前記検出した誤差の高周波成分を除去し、前記高周波成分を除去した誤差に基づいて前記扇状のビームの照射位置が前記予め設定された照射位置に一致するように前記コリメータを制御するにあたり、前記誤差が第1の範囲以内にあるときは制御を行わず、前記誤差が前記第1の範囲を越えかつ前記第1の範囲より大きい第2の範囲以内にあるときは第1の比例ゲインで制御を行い、前記誤差が前記第2の範囲を越えるときは前記第1の比例ゲインより大きい第2の比例ゲインで制御を行う、ことを特徴とするコリメータ制御方法である。
【0024】
(11)上記の課題を解決するための他の観点での本発明は、焦点から発散するX線を発生するX線管と、前記X線を扇状のビームに整形するコリメータと、複数のX線検出素子を前記扇状のビームの広がりの方向に配列してなる検出素子列を前記扇状のビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイと、前記検出素子アレイにおける前記検出素子列の配設方向での前記扇状のビームの照射位置と予め設定された照射位置との誤差を検出する誤差検出手段と、前記検出した誤差の高周波成分を除去する高周波成分除去手段と、前記高周波成分を除去した誤差に基づいて前記扇状のビームの照射位置が前記予め設定された照射位置に一致するように前記コリメータを制御する制御手段であって、前記誤差が第1の範囲以内にあるときは制御を行わず、前記誤差が前記第1の範囲を越えかつ前記第1の範囲より大きい第2の範囲以内にあるときは第1の比例ゲインで制御を行い、前記誤差が前記第2の範囲を越えるときは前記第1の比例ゲインより大きい第2の比例ゲインで制御を行う制御手段と、を具備することを特徴とするコリメータ制御装置である。
【0025】
(12)上記の課題を解決するための他の観点での本発明は、発散するX線を発生するX線管と、前記X線を扇状のビームに整形するコリメータと、複数のX線検出素子を前記扇状のビームの広がりの方向に配列してなる検出素子列を前記扇状のビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイと、前記検出素子アレイにおける前記検出素子列の配設方向での前記扇状のビームの照射位置と予め設定された照射位置との誤差を検出する誤差検出装置と、前記検出した誤差の高周波成分を除去する高周波成分除去装置と、前記高周波成分を除去した誤差に基づいて前記扇状のビームの照射位置が前記予め設定された照射位置に一致するように前記コリメータを制御する制御装置であって、前記誤差が第1の範囲以内にあるときは制御を行わず、前記誤差が前記第1の範囲を越えかつ前記第1の範囲より大きい第2の範囲以内にあるときは第1の比例ゲインで制御を行い、前記誤差が前記第2の範囲を越えるときは前記第1の比例ゲインより大きい第2の比例ゲインで制御を行う制御装置と、前記X線管、前記コリメータおよび前記検出素子アレイを含むX線照射・検出系を前記扇状のビームの厚みの方向に平行な軸の周りを回転させて複数ビューのX線検出信号を獲得する信号獲得装置と、前記X線検出信号に基づき前記扇状のビームが通過したスライスについての断層像を生成する断層像生成装置と、を具備することを特徴とするX線CT装置である。
【0026】
(10)〜(12)に記載の各観点での発明では、検出素子アレイにおける検出素子列の配設方向でのX線ビームの照射位置誤差を検出し、その高周波成分を除去した信号に基づいて、X線ビームの照射位置が予め設定された照射位置に一致するようにコリメータを制御するにあたり、誤差が第1の範囲以内にあるときは制御を行わず、第1の範囲を越えかつ第1の範囲より大きい第2の範囲以内にあるときは第1の比例ゲインで制御を行い、第2の範囲を越えるときは前記第1の比例ゲインより大きい第2の比例ゲインで制御を行うので、検出素子アレイ上のX線照射位置を一定にするための制御を、誤差の高周波成分に影響されずに、高速かつ安定に遂行することができる。
【0027】
これら各観点での発明では、検出素子列の配設方向に隣り合うX線検出素子でそれぞれ検出したX線検出信号の和に対する差の割合に基づいて誤差を検出する子とが、X線検出信号の大きさによらない誤差測定値を得る点で好ましい。
【0028】
また、高周波成分の除去は平均化処理またはローパスフィルタリングのいずれで行っても良い。
【0029】
【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。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。
【0030】
図1に示すように、本装置は、走査ガントリ(gantry)2、撮影テーブル(table)4および操作コンソール(console)6を備えている。走査ガントリ2は、本発明における信号獲得装置の実施の形態の一例である。走査ガントリ2はX線管20を有する。X線管20は、本発明におけるX線管の実施の形態の一例である。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線ビームすなわちファンビーム(fan beam)となるように成形され、検出器アレイ24に照射される。コリメータ22は、本発明におけるコリメータの実施の形態の一例である。
【0031】
検出器アレイ24は、扇状のX線ビームの広がりの方向にアレイ(array)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は、本発明における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の構成については後にあらためて説明する。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・検出装置を構成する。X線照射・検出装置については後にあらためて説明する。
【0032】
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。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。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。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。
【0033】
以上のX線管20からコリメータコントローラ30までのものが、走査ガントリ2の回転部34に搭載されている。回転部34の回転は、回転コントローラ36によって制御される。なお、回転部34と回転コントローラ36との接続関係については図示を省略する。
【0034】
撮影テーブル4は、図示しない撮影の対象を走査ガントリ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。対象と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。
【0035】
操作コンソール6はデータ処理装置60を有する。データ処理装置60は、例えばコンピュータ(computer)等によって構成される。データ処理装置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。データ処理装置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。
【0036】
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36が制御インタフェース62を通じて制御される。なお、それら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。
【0037】
データ処理装置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を通じてデータ処理装置60に入力される。
【0038】
データ処理装置60は、データ収集バッファ64を通じて収集した複数ビューの透過X線信号を用いて画像再構成を行う。画像再構成には、例えばフィルタード・バックプロジェクション(filtered back projection)法等が用いられる。データ処理装置60は、本発明における断層像生成装置の実施の形態の一例である。
【0039】
データ処理装置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本装置の機能を実現するためのプログラム(program)等を記憶する。
【0040】
データ処理装置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、データ処理装置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。操作装置70は、使用者によって操作され、各種の指示や情報等をデータ処理装置60に入力する。使用者は表示装置68および操作装置70を使用してインタラクティブ(interactive)に本装置を操作する。
【0041】
図2に、検出器アレイ24の模式的構成を示す。同図に示すように、検出器アレイ24は、複数のX線検出素子24(ik)をアレイ状に配列した、多チャンネルのX線検出器となっている。
【0042】
複数のX線検出素子24(ik)は、全体として、円筒凹面状に湾曲したX線入射面を形成する。iはチャンネル番号であり例えばi=1〜1000である。kは列番号であり例えばk=1,2である。X線検出素子24(ik)は、列番号kが同一なもの同士でそれぞれ検出素子列を構成する。なお、検出器アレイ24は2列に限るものではなく、それ以上の多列のものを2群に分けたのものであって良い。以下、検出器アレイ24が2列の例で説明するが、多列の場合も同様になる。
【0043】
検出器アレイ24の両端部の所定数のチャンネルは、各列においてそれぞれレファレンスチャンネル(reference channel)25となっている。レファレンスチャンネル25は、撮影時に対象が投影される範囲の外にある。
【0044】
X線検出素子24(ik)は、例えばシンチレータ(scintillator)とフォトダイオード(photo diode)の組み合わせによって構成される。なお、これに限るものではなく、例えばカドミウム・テルル(CdTe)等を利用した半導体X線検出素子またはXeガス(gas)を用いる電離箱型のX線検出素子であって良い。
【0045】
図3に、X線照射・検出装置における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)は走査ガントリ2の正面から見た状態を示す図、(b)は側面から見た状態を示す図である。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400となるように成形され、検出器アレイ24に照射されるようになっている。
【0046】
図3の(a)では、扇状のX線ビーム400の広がりを示す。X線ビーム400の広がり方向は、検出器アレイ24におけるチャンネルの配列方向に一致する。(b)ではX線ビーム400の厚みを示す。X線ビーム400の厚み方向は、検出器アレイ24における列の並設方向(k方向)に一致する。
【0047】
このようなX線ビーム400の扇面に体軸を交差させて、例えば図4に示すように、撮影テーブル4に載置された対象8がX線照射空間に搬入される。走査ガントリ2は、内部にX線照射・検出装置を包含する筒状の構造になっている。
【0048】
X線照射空間は走査ガントリ2の筒状構造の内側空間に形成される。X線ビーム400によってスライスされた対象8の像が検出器アレイ24に投影される。検出器アレイ24によって、対象8を透過したX線が検出される。対象8に照射するX線ビーム400の厚みthは、コリメータ22のアパーチャの開度により調節される。
【0049】
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・検出装置は、それらの相互関係を保ったまま対象8の体軸の周りを回転(スキャン)する。スキャンの1回転あたり複数(例えば1000程度)のビュー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64の系統によって行われる。
【0050】
データ収集バッファ64に収集された2スライス分の投影データに基づいて、データ処理装置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(filteredback−projection)法によって処理すること等により行われる。
【0051】
検出器アレイ24に対するX線ビーム400の照射状態のさらに詳細な模式図を図5および図6に示す。図5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。
【0052】
また、図6に示すようにコリメータ片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。このようなスライス厚調節はデータ処理装置60による統括の下にコリメータコントローラ30によって行われる。
【0053】
さらに、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維持しながら両者をk方向に同時に動かすことにより、検出器アレイ24上のk方向の照射位置を調節する。これによって、X線の焦点の移動に伴う照射位置の変化が修正され、常に定位置にX線ビーム400が照射されるように自動制御される。
【0054】
なお、k方向の照射位置の調節は、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、コリメータ22に関してk方向に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。
【0055】
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、構成簡素化の要請に応じられる。なお、これら2つの手段を組み合わせて照射位置調節を行うようにしても良いのはもちろんである。以下、照射位置の自動制御機能をオートコリメータ(auto collimator)ともいう。
【0056】
図7に、オートコリメータに着目した観点での本装置のブロック図を示す。同図に示す誤差検出部101によって、X線ビーム400のk方向の照射位置の誤差が検出される。誤差検出部101は、検出器アレイ24における2列のレファレンスチャンネル25の出力に基づいて照射位置誤差を検出する。
【0057】
誤差の検出は、X線ビーム400の2列のレファレンスチャンネルのX線検出信号A,Bを用い、
【0058】
【数1】
【0059】
を計算することによって行う。これによって、X線検出信号の大きさによらない誤差測定値を得ることができる。誤差検出部101はデータ処理装置60の機能によって実現される。誤差検出部101は、本発明における誤差検出手段の実施の形態の一例である。また、誤差検出装置の実施の形態の一例である。
【0060】
誤差検出信号は制御部103に入力される。制御部103は誤差eが0となるようにコリメータ22をフィードバック(feed back)制御する。制御部103の制御出力は、例えば図8に示すように誤差eに比例するものである。この入出力特性曲線の傾斜が制御の比例ゲイン(gain)Gを表す。以下比例ゲインを単にゲインともいう。
【0061】
誤差eが0となったとき、
【0062】
【数2】
【0063】
となる。すなわち、X線ビーム400が2列のレファレンスチャンネルに均等に照射されることになる。このとき、検出器アレイ24における2つの検出素子列にX線ビーム400が均等に振り分けて照射される状態となる。
【0064】
制御部103は、データ処理装置60およびコリメータコントローラ30の機能によって実現される。制御部103は、本発明における制御手段の実施の形態の一例である。また、本発明における制御装置の実施の形態の一例である。
【0065】
検出器アレイ24における2つの検出素子列のX線検出信号を信号獲得部107で収集し、それに基づいて断層像生成部111で断層像を生成する。これによって、スライス厚が均等な2つの断層像を得ることができる。
【0066】
信号獲得部107は、データ収集部26、回転コントローラ36およびデータ収集バッファ64によって実現される。信号獲得部107は、本発明における信号獲得装置の実施の形態の一例である。断層像生成部111はデータ処理装置60の機能によって実現される。断層像生成部111は、本発明における断層像生成装置の実施の形態の一例である。
【0067】
制御部103のゲインは誤差に応じて変化させるようにしても良い。すなわち、例えば図9に示すように、
【0068】
【数3】
【0069】
のときはゲインを0とし、
【0070】
【数4】
【0071】
のときはゲインをG1(≠0)とし、
【0072】
【数5】
【0073】
のときはゲインをG2(>G1)とする。
α1は誤差の許容値である。これはまた第1のゲイン切換点でもある。α2は第2のゲイン切換点である。
【0074】
このようにすることにより、誤差eが許容値α1以下のときは制御を行わず、いわゆる不感帯を設けることができる。これによって制御を安定化することができる。誤差eが許容値α1を越えかつα2以下のときは、ゲインG1でフィードバック制御を行って誤差eを許容値に引き戻す。誤差eがα2を越えたときはG1より大きいゲインG2でフィードバックを行い誤差eをG1による制御よりもやかに引き戻す。
【0075】
このように、誤差に応じてゲインを変化させることにより、安定性と高速性を兼ね備えたコリメータ制御を行うことができる。なお、ゲインの切換は図9に示した3段階に限るものではなく、2段階あるいは4段階以上であって良い。
【0076】
誤差eには高周波成分が含まれる。高周波成分は主としてX線管のアノード(anode)の回転に伴う焦点位置の微小な揺らぎによって生じる。アノードの回転は例えば8000〜12000rpm程度の高速回転なので、焦点の揺らぎは高周波成分を含む。このような揺らぎは温度変化に伴うX線焦点の変位と無関係なので、それに制御を追従させことは意味がなく、かえって制御の安定性を損なうおそれがある。そこで、誤差eを制御部103に入力する前に高周波成分除去し制御の安定性をさらに増加させるようにする。
【0077】
図10に、そのような高周波成分除去を備えた本装置のブロック図を示す。図10において、図7に示したものと同様の部分は同一の符号を付して説明を省略する。
【0078】
同図に示すように、誤差検出部101と制御部103の間に高周波除去部105が介在する。高周波除去部105は、誤差検出部101から入力された誤差eの高周波成分を除去し、高周波成分を含まない誤差信号を制御部103に入力する。
【0079】
高周波除去部105はデータ処理装置60の機能によって実現される。高周波除去部105は、本発明における高周波成分除去手段の実施の形態の一例である。また、本発明における高周波成分除去装置の実施の形態の一例である。
【0080】
高周波除去部105における高周波成分除去は、例えば時系列で得られるデータの平均値を求めることにより行われる。平均値としては例えば16個の時系列データの移動平均値が利用される。なお、移動平均のデータ数は16に限らず適宜で良い。誤差eのデータはビューデータと同じタイミング(timing)で逐次得られる。したがって、誤差eは例えば16ビュー分ずつ移動平均される。
【0081】
移動平均は単純な移動平均に変えて適宜の重みを付した移動平均であって良い。また、高周波成分の除去は平均を求める代わりに時系列データのデータのローパスフィルタリング(low−pass filtering)によって行うようにしても良い。
【0082】
このように高周波除去部105によって誤差eに含まれる高周波成分を除去することにより、照射位置制御を安定化することができる。照射位置が安定することにより2つの断層像のスライス厚が均等かつ安定なものとなり、これによって品質の良い画像を得ることができる。
【0083】
以上、好ましい実施の形態の例に基づいて本発明を説明したが、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者は、上記の実施の形態の例について、本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更や置換等をなし得る。したがって、本発明の技術的範囲には、上記の実施の形態の例ばかりでなく、特許請求の範囲に属する全ての実施の形態が含まれる。
【0084】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、X線検出器上のX線照射位置を一定にするコリメータを制御方法および装置、並びに、そのようなコリメータ制御装置を備えたX線CT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】図1に示した装置における検出器アレイの模式図である。
【図3】図1に示した装置におけるX線照射・検出装置の模式図である。
【図4】図1に示した装置におけるX線照射・検出装置の模式図である。
【図5】図1に示した装置におけるX線照射・検出装置の模式図である。
【図6】図1に示した装置におけるX線照射・検出装置の模式図である。
【図7】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8】コリメータ制御の比例ゲインの一例を示すグラフである。
【図9】コリメータ制御の比例ゲインの一例を示すグラフである。
【図10】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【符号の説明】
2 走査ガントリ
4 撮影テーブル
6 操作コンソール
8 対象
20 X線管
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
34 回転部
36 回転コントローラ
60 データ処理装置
62 制御インタフェース
64 データ収集バッファ
66 記憶装置
68 表示装置
70 操作装置
101 誤差検出部
103 制御部
105 高周波除去部
107 信号獲得部
111 断層像生成部
400 X線ビーム
Claims (15)
- X線管の焦点から発散するX線をコリメータで扇状のビームに整形して、複数のX線検出素子を前記扇状のビームの広がりの方向に配列してなる検出素子列を前記扇状のビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイに照射し、
前記検出素子アレイにおける前記検出素子列の配設方向での前記扇状のビームの照射位置と予め設定された照射位置との誤差を検出し、
前記扇状のビームの照射位置が前記予め設定された照射位置に一致するように前記コリメータをフィードバック制御するにあたり、前記誤差が第1の範囲以内にあるときはゲインを0(零)とし、前記誤差が前記第1の範囲を越えかつ前記第1の範囲より大きい第2の範囲以内にあるときは第1の比例ゲインで制御を行い、前記誤差が前記第2の範囲を越えるときは前記第1の比例ゲインより大きい第2の比例ゲインで制御を行う、ことを特徴とするコリメータ制御方法。 - 前記検出した誤差の高周波成分を除去し、
前記高周波成分を除去した誤差に基づいて前記コリメータを制御する、ことを特徴とする請求項1に記載のコリメータ制御方法。 - 平均化処理によって前記高周波成分を除去する、ことを特徴とする請求項2に記載のコリメータ制御方法。
- ローパスフィルタリングによって前記高周波成分を除去する、ことを特徴とする請求項2に記載のコリメータ制御方法。
- 前記検出素子列の配設方向に隣り合うX線検出素子でそれぞれ検出したX線検出信号の和に対する差の割合に基づいて前記誤差を検出する、ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のコリメータ制御方法。
- 焦点から発散するX線を発生するX線管と、
前記X線を扇状のビームに整形するコリメータと、
複数のX線検出素子を前記扇状のビームの広がりの方向に配列してなる検出素子列を前記扇状のビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイと、
前記検出素子アレイにおける前記検出素子列の配設方向での前記扇状のビームの照射位置と予め設定された照射位置との誤差を検出する誤差検出手段と、
前記検出した誤差に基づいて前記扇状のビームの照射位置が前記予め設定された照射位置に一致するように前記コリメータを制御する制御手段であって、前記誤差が第1の範囲以内にあるときは制御を行わず、前記誤差が前記第1の範囲を越えかつ前記第1の範囲より大きい第2の範囲以内にあるときは第1の比例ゲインで制御を行い、前記誤差が前記第2の範囲を越えるときは前記第1の比例ゲインより大きい第2の比例ゲインで制御を行う制御手段と、を具備することを特徴とするコリメータ制御装置。 - 前記検出した誤差の高周波成分を除去する高周波成分除去手段をさらに備え、
前記制御手段が、前記高周波成分を除去した誤差に基づいて前記コリメータを制御するものであることを特徴とする請求項6に記載のコリメータ制御装置。 - 前記高周波成分除去手段が、平均化処理によって高周波成分を除去するものであることを特徴とする請求項7に記載のコリメータ制御装置。
- 前記高周波成分除去手段が、ローパスフィルタリングによって高周波成分を除去するものであることを特徴とする請求項7に記載のコリメータ制御装置。
- 前記誤差検出手段が、前記検出素子列の配設方向に隣り合うX線検出素子でそれぞれ検出したX線検出信号の和に対する差の割合に基づいて前記誤差を検出するものであることを特徴とする請求項6から請求項9のいずれか1項に記載のコリメータ制御装置。
- 焦点から発散するX線を発生するX線管と、
前記X線を扇状のビームに整形するコリメータと、
複数のX線検出素子を前記扇状のビームの広がりの方向に配列してなる検出素子列を前記扇状のビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイと、
前記検出素子アレイにおける前記検出素子列の配設方向での前記扇状のビームの照射位置と予め設定された照射位置との誤差を検出する誤差検出装置と、
前記扇状のビームの照射位置が前記予め設定された照射位置に一致するように前記コリメータをフィードバック制御する制御装置であって、前記誤差が第1の範囲以内にあるときはゲインを0(零)とし、前記誤差が前記第1の範囲を越えかつ前記第1の範囲より大きい第2の範囲以内にあるときは第1の比例ゲインで制御を行い、前記誤差が前記第2の範囲を越えるときは前記第1の比例ゲインより大きい第2の比例ゲインで制御を行う制御装置と、
前記X線管、前記コリメータおよび前記検出素子アレイを含むX線照射・検出系を前記扇状のビームの厚みの方向に平行な軸の周りを回転させて複数ビューのX線検出信号を獲得する信号獲得装置と、
前記X線検出信号に基づき前記扇状のビームが通過したスライスについての断層像を生成する断層像生成装置と、を具備することを特徴とするX線CT装置。 - 制御装置前記検出した誤差の高周波成分を除去する高周波成分除去装置をさらに備え、
前記制御装置が、前記高周波成分を除去した誤差に基づいて前記コリメータを制御するものであることを特徴とする請求項11に記載のX線CT装置。 - 前記高周波成分除去装置が、平均化処理によって高周波成分を除去するものであることを特徴とする請求項12に記載のX線CT装置。
- 前記高周波成分除去装置が、ローパスフィルタリングによって高周波成分を除去するものであることを特徴とする請求項12に記載のX線CT装置。
- 前記誤差検出装置が、前記検出素子列の配設方向に隣り合うX線検出素子でそれぞれ検出したX線検出信号の和に対する差の割合に基づいて前記誤差を検出するものであることを特徴とする請求項11から請求項14のいずれか1項に記載のX線CT装置。
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