JP3977623B2

JP3977623B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置

Info

Publication number: JP3977623B2
Application number: JP2001320925A
Authority: JP
Inventors: 俊之新野; 祐司柳田; 成幸中島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2021-10-18
Also published as: CN100443054C; JP2003116834A; CN1736335A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線管装置の異常放電等の動作異常を監視する機能を持ったＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被検体に関する広範囲にわたる投影データを連続的に切れ目無くしかも非常に高速で収集することのできるヘリカルスキャンは、周知の通り、Ｘ線管及び多チャンネルタイプＸ線検出器等の連続回転と、被検体を載置した寝台のテーブルトップのスライドとの同期的な動きによって実現される。
【０００３】
ところで、現在殆どのＸ線コンピュータ断層撮影装置には、管電圧、管電流、フィラメント電流、管内温度、クールポンプの動作状態等からＸ線管の状態を監視し、必要に応じてＸ線曝射を含むスキャン動作を停止するインターロック機能が装備されている。
【０００４】
従来では、このインターロック機能が働いて、Ｘ線曝射が停止したとき、その原因を追求して解消すると共に、操作者がエラークリアの指示を出さなければＸ線曝射を含むスキャン動作全体が停止するようになっていた。
【０００５】
このようなインターロック機能は非常に便利で安全性を向上する上で不可欠な機能ではあるが、反面、スキャンを最初からやり直さなければならないことも多々あった。例えば、造影検査などでは、経時的なＣＴ値の変化が最も重要な情報の１つであるが、インターロック機能でスキャンが途中で停止してしまうと、その再開までに造影効果が殆ど消失してしまうので、造影剤を再度注入して、最初からスキャンをやり直すことが必要になるし、また、上述したヘリカルスキャンでは、スキャン停止時点から再開するにしても、スキャン停止中の被検体の姿勢の変化等によって連続データにならないこともあり、やはり最初からスキャンをやり直すことが必要になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置において、異常事態が発生しても、スキャンの継続を可能とすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、回転軸回りに回転自在に支持される円環形状を有する回転架台と、前記回転架台に搭載される第１Ｘ線管装置と、前記第１Ｘ線管装置に対向する前記回転架台上の位置に搭載される第１Ｘ線検出器と、前記第１Ｘ線管装置に対して前記回転軸周りに所定角度ずれ、且つ前記回転軸の方向に所定距離ずれた前記回転架台上の位置に搭載される第２Ｘ線管装置と、前記第２Ｘ線管装置に対向する前記回転架台上の位置に搭載される第２Ｘ線検出器と、前記第１Ｘ線管装置の動作を監視する監視手段と、前記第１Ｘ線管装置に対して前記第２Ｘ線管装置が同じ又は略同一のらせん状軌道を追随して移動するために前記回転架台の回転及び前記被検体を載置する天板移動を制御し、前記第１Ｘ線管装置が正常である期間は、前記第１Ｘ線管装置からＸ線を発生させて前記第１Ｘ線検出器でデータ収集を行うとともに前記第２Ｘ線管装置のＸ線発生を停止し、前記監視手段が前記第１Ｘ線管装置の異常を検知した時点で、前記第１Ｘ線管装置のＸ線発生を停止するとともに、前記第２Ｘ線管装置からのＸ線発生及び前記第２Ｘ線検出器によるデータ収集を開始するスキャン制御部と、前記第１Ｘ線管装置の異常を検知した時点以前のスキャンサイクルでは、前記第１Ｘ線検出器で収集したデータに基づいて画像を再構成し、前記第１Ｘ線管装置の異常を検知した時点を含むスキャンサイクルでは、前記第１Ｘ線検出器で収集したデータと前記第２Ｘ線検出器で収集したデータとに基づいて画像を再構成し、前記第１Ｘ線管装置の異常を検知した時点以後のスキャンサイクルでは、前記第２Ｘ線検出器で収集したデータに基づいて画像を再構成する再構成ユニットとを具備する。
【０００８】
【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具体的に説明する。なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置には、Ｘ線管とＸ線検出器とが１体として被検体の周囲を回転するROTATE/ROTATE-TYPE、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STATIONARY/ROTATE-TYPE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。ここでは、現在、主流を占めているROTATE/ROTATE-TYPEとして説明する。
【０００９】
また、１枚の断層像を再構成するには、被検体の周囲１周、約３６０度分の投影データの１セットが、またハーフスキャン法でも２１０度〜２４０度程度分の投影データの１セットが必要とされる。いずれの方式にも本発明を適用可能である。ここでは、一般的な前者の約３６０度分の投影データセットから１枚の断層像を再構成するものとして説明する。
【００１０】
図１に、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の主要部の構成を示している。本実施形態のＸ線コンピュータ断層撮影装置は、スキャンガントリ１とコンピュータ装置２と寝台３とから構成される。スキャンガントリ１は、被検体に関する投影データを収集するための構成要素であり、その投影データはコンピュータ装置２に取り込まれ、画像再構成等の処理に供される。被検体は、寝台３の天板３１に載置された状態でスキャンガントリ１の撮影領域内に挿入される。寝台３には、電動で天板３１をその長手軸（載置される被検体の体軸と略等価）に沿って移動するための天板スライド部３２が装備されている。コンピュータ装置２は、中央制御ユニット２１と、それに対してデータ／制御バス２２を介して接続されたデータ保存ユニット２３、画像再構成ユニット２４及び画像表示ユニット２５から構成される。
【００１１】
スキャンガントリ１は、多管球型であり、つまり円環状の回転架台に、Ｘ線管装置とＸ線検出器とのペアが複数搭載されている。ここでは、２管球型として説明する。図２に示すように、第１ペア１１は、第１Ｘ線管装置１１０と、それに対向する第１Ｘ線検出器１１３とが回転架台に搭載されている。第２ペア１２は、第２Ｘ線管装置１２０と、それに対向する第２Ｘ線検出器１２３とが、その中心軸が第１ペア１１の中心軸と回転軸ＲＡで所定角度（ここでは９０°と仮定する）交差する位置関係で回転架台に搭載されている。さらに、第２ペア１２は、スライド部１６により回転軸ＲＡと並行に移動可能に支持されている。それにより第２ペア１２は、第１ペア１１に対して、回転軸ＲＡ上の位置（以下、Ｚ位置という）を同一又は任意距離離間させた位置に設定することが可能になっている。本実施形態では、ヘリカルスキャン時には、第２ペア１２のＺ位置が、第１ペア１１のＺ位置に対して後方に所定距離ずらされ、一方、シングルスライススキャン時には、第２ペア１２のＺ位置が、第１ペア１１のそれと同じ又は略同じ位置に設定される。
【００１２】
第１Ｘ線管装置１１０は、Ｘ線管球１１１と、リファレンス検出器１１２、さらには図示しないが冷却システム、フィルタ、絞り等の周辺要素から構成される。第２Ｘ線管装置１２０も同様に、Ｘ線管球１２１と、リファレンス検出器１２２、さらには図示しないが冷却システム、フィルタ、絞り等の周辺要素から構成される。リファレンス検出器１１２、１２２は、辺縁のＸ線を入射する位置に配置される。このリファレンス検出器１１２、１２２の出力又はその変動に基づいて、異常監視部１５では、Ｘ線管球１１１、１２１の動作状態、つまり異常放電等の異常の発生をＸ線強度の急激な低下により検知することが可能である。なお、リファレンス検出器１１２、１２２は、他の方式のセンサに代替可能であり、例えば管電流計であれば、異常監視部１５は、Ｘ線管球１１１、１２１の動作状態を管電流の急激な高騰により検知することが可能である。
【００１３】
Ｘ線制御部１３は、高電圧発生器を備え、スキャン制御部１４の制御のもとで、Ｘ線管装置１１０、１２０に対して、管電圧の印加、フィラメント電流の供給、その他、冷却システム、フィルタ、絞り等の動作制御を行う。このＸ線制御部１３に対する制御とともに、スキャン制御部１４は、回転架台の回転、天板３１のスライド、スライド部１６による第２ペア１２のＺ位置の変更、さらにはデータ収集部１１４、１２４の信号入出力及び増幅量子化等の処理をはじめスキャンに必要とされる全てのオペレーション制御を担当する。
【００１４】
また、スキャン制御部１４は、異常監視部１４に接続され、異常監視部１４でＸ線管球１１１又は１２１に放電等の異常発生を検知したとき、異常発生したＸ線管球１１１又は１２１への管電圧の印加を停止するために必要な処理をＸ線制御部１３に対して行う。この管電圧の印加と共に又は管電圧の印加とは別に、Ｘ線管装置１１，１２にＸ線シャッタが装備されていれば、シャッタを閉じて被検体への無用なＸ線照射を停止するために必要な処理をＸ線制御部１３に対して行う。
【００１５】
異常放電が発生したとき、管電圧印加を短期間停止した後、それを再開すると、多くの場合、正常に復帰することが知られている。この自動復帰機能をスキャン制御部１４は備えており、つまり、異常発生したＸ線管球１１１又は１２１への管電圧印加を停止させるとともに、その停止から所定期間経過後に管電圧印加を再開するために必要な処理をＸ線制御部１３に対して行う。
【００１６】
データ収集部１１４、１２４で収集された投影データが、図示しないが連続回転を可能にするスリップリングを介してコンピュータ装置２のデータ保存ユニット２３に供給され、保持される。再構成ユニット２４は、データ保存ユニット２３に保持された投影データに基づいて断層像データを再構成するが、データ保存ユニット２３から断層像再構成のために再構成ユニット２４に読み出される投影データのアドレスに関しては中央制御ユニット２１で管理されており、中央制御ユニット２１は、断層像再構成を、第１ペア１１で収集したデータ、第２ペア１２で収集したデータ、さらには両方で収集したデータを使って行うか、所定の規則に従って任意に切り替えることが可能になっている。
【００１７】
図３には、縦軸を回転角度、横軸をＺ位置として、ヘリカルスキャン時の第１，第２のＸ線管球１１１，１２１の軌道を示している。ヘリカルスキャンモードが指定されたとき、スライド部１６により、第２ペア１２のＺ位置が、第１ペア１１のＺ位置に対して後方に所定距離Δｄだけずれた位置に設定される。さらに、スキャン制御部１４の制御により、ずれ距離Δｄに基づいて、回転架台の回転角速度及び天板３１の移動速度が、第１Ｘ線管球１１１に対して第２Ｘ線管球１２１が同じ又は略同一のらせん状軌道を追随するように、設定される。具体的には、１回転あたりの天板の移動距離として定義されるヘリカルピッチが、ずれ距離Δｄの４倍（３６０°／ズレ角（ここでは９０°））に一致するように、設定される。
【００１８】
このヘリカルスキャンオペレーションにおいて、第１Ｘ線管球１１１が正常である期間には、投影データの収集は、第１ペア１１により行われ、第２ペア１２では行わず、いわゆる空走の状態で回転する。つまり、第１Ｘ線管球１１１が正常である期間には、実際にＸ線が曝射され、被検体に照射され、その透過Ｘ線が第１検出器１１３で検出される。そして、この期間には、第２Ｘ線管球１２１から、被検体にはＸ線の照射は行われない。Ｘ線の非照射は、第２Ｘ線管球１２１への管電圧の印加停止、または印加するがシャッタによるＸ線遮蔽、さらには他の手段のいずれでもかまわない。この第１Ｘ線管球１１１が正常である期間には、第２Ｘ線管球１２１への管電圧印加は停止されているが、第２Ｘ線管球１２１へのフィラメント電流の供給は実際に行われている。これは、第２Ｘ線管球１２１への管電圧印加開始から、実際にＸ線が曝射され、そして被検体に照射されるまでのタイムラグを縮小するための工夫である。
【００１９】
図４、図５は、第１Ｘ線管球１１１に放電等の異常が発生したときの対処動作を説明するための図であり、図４が縦軸を回転角度、横軸をＺ位置としているのに対して、図５では縦軸を時間、横軸を回転角度としている点を注意して参照すべきである。
【００２０】
図４、図５において、時刻ｔに、第１Ｘ線管球１１１に放電等の異常が発生したことを表している。時刻ｔで、第１Ｘ線管球１１１は回転角度θ１に位置し、一方、第２Ｘ線管球１２１はそれよりも９０°後方のθ２の位置にある。この時刻ｔで、スキャン制御部１４は、第１Ｘ線管球１１１への管電圧印加、およびフィラメント電流の供給を停止する。それとともに、時刻ｔで、スキャン制御部１４は、第２Ｘ線管球１２１への管電圧印加を開始し、また第２Ｘ線検出器１２３による検出及びデータ収集部１２４によるデータ収集を開始する。
【００２１】
このように異常発生時にデータ収集を第１ペア１１から第２ペア１２に切り替えることにより、異常発生してデータ収集が第１ペア１１で停止しても、それを第２ペア１２で引き継いで、そのままヘリカルスキャンを継続させることが可能になる。
【００２２】
断層像再構成に関しては、異常発生時刻ｔ以前のスキャンサイクルでは、第１ペア１１で収集したデータから断層像が再構成される。スキャンサイクルとは、基準位置（通常はゼロ°の位置、ハーフスキャンでは１８０°＋ファン角αずつ周期的に変位していく）から、Ｘ線管球１１が１枚の断層像を再構成するのに必要な角度範囲（３６０°又は１８０°＋α）を回転する周期として定義される。
【００２３】
断層像再構成処理は、当該ヘリカルスキャンと並行して進め、いわゆるＣＴ透視を実現するものであってもよいし、ヘリカルスキャン終了後に開始する非リアルタイムであってもよい。
【００２４】
異常発生時刻ｔを含むスキャンサイクルでは、異常発生までに第１ペア１１で収集したデータとそれ以後に第２ペア１２で収集したデータとから１断層像再構成に必要な角度（３６０°又は１８０°＋α（ファン角））分の投影データを揃えて断層像の再構成が行われる。なお、第２ペア１２は第１ペア１１に対して所定時間遅れて移動するので、時刻ｔ直前の９０°分のデータが第１ペア１１と第２ペア１２とで重複して収集されている。再構成ユニット２４では、この重複データに関してはアベレージングする機能を備えており、それにより第１ペア１１と第２ペア１２との感度変化に対してそれによる画質の急激な変化を抑制することができる。
【００２５】
この異常発生時刻ｔを含むスキャンサイクル以後のスキャンサイクルでは、第２ペア１２で収集したデータを使った断層像再構成処理に完全に移行する。
【００２６】
このように放電等の異常が発生したとしても、データ収集を第１ペア１１から第２ペア１２に切り替えることにより、ヘリカルスキャンを継続させることが可能になる。もちろん、ここでは異常とはデータ収集ができなくなる事態を意味し、その意味からは、異常要因がＸ線管球の放電に限定されるものではなく、冷却システムの故障等の他の要因による曝射不全、さらにはＸ線検出器やデータ収集部の故障であってもよく、そのような異常要因に対しても同様に本発明は適用可能であるのは当然である。
【００２７】
次にシングルスライススキャンのケースについて説明する。なお、ここではハーフスキャンの例で説明する。シングルスライススキャンは、天板固定した状態で連続回転して、同じスライスを繰り返しスキャンするオペレーションである。図６には、縦軸を時間、横軸を回転角として、シングルスライススキャン時の第１，第２のＸ線管球１１１，１２１の軌道を示している。シングルスライススキャンモードが指定されたとき、スライド部１６により、第２ペア１２のＺ位置が、第１ペア１１のＺ位置と同じ位置、つまり第２ペア１２が、第１ペア１１と同じスライスの投影データを連続的に収集するように設定される。
【００２８】
このシングルスライススキャンオペレーションでは、第１Ｘ線管球１１１又は第２Ｘ線管球１２１がともに正常である期間には、投影データの収集は、第１ペア１１と第２ペア１２との両方で行われ、両ペアで収集したデータを混成して、１断層像再構成に必要とされる１８０°＋α分のデータを揃えて、その混成データに基づいて断層像データが再構成される。その結果、図６に示すように、スキャンサイクルを、９０°回転に要する時間Δｔに短縮することと、換言すると、断層像の時間分解能をペアが１つの場合の２倍に高めることが可能になる。
【００２９】
図７は、第１Ｘ線管球１１１に放電等の異常が発生したときの対処動作を説明するための図である。図７において、時刻ｔ１に、第１Ｘ線管球１１１に放電等の異常が発生したことを表している。時刻ｔ１で、第１Ｘ線管球１１１は回転角度θ１に位置し、一方、第２Ｘ線管球１２１はそれよりも９０°後方のθ２の位置にある。この時刻ｔ１で、スキャン制御部１４は、第１Ｘ線管球１１１への管電圧印加、およびフィラメント電流の供給を停止するとともに、その第１ペア１１によるデータ収集を停止する。一方、第２Ｘ線管球１２１に対する管電圧印加、およびフィラメント電流の供給、さらに第２ペア１２によるデータ収集はそのまま継続する。
【００３０】
さらに、自動復帰機能に従って、時刻ｔ１から所定時間経過時点の時刻ｔ２で、スキャン制御部１４は、第１Ｘ線管球１１１への管電圧印加、およびフィラメント電流の供給を再開する。異常要因が放電あるとき、自動復帰が成功する可能性が高い。
【００３１】
断層像再構成処理は、当該シングルスライススキャンと並行して進め、いわゆるＣＴ透視を実現するものであってもよいし、シングルスライススキャン終了後に開始する非リアルタイムであってもよい。
【００３２】
上述したように、断層像再構成に関しては、異常発生時刻ｔ１以前のスキャンサイクルでは、第１ペア１１と第２ペア１２との両方で収集したデータを混成して、１断層像再構成に必要とされる１８０°＋α分のデータを揃えて、その混成データに基づいて断層像データが再構成される。
【００３３】
異常発生時刻ｔ１から復帰時刻ｔ２までの期間では、第２ペア１２で収集した１断層像再構成に必要な角度（３６０°又は１８０°＋α（ファン角））分の投影データだけに基づいて断層像データの再構成が繰り返される。この期間は、１管球システムと同様に、第２ペア１２が１８０°＋α分の回転に要する時間Δｔにスキャンサイクルが延長され、この期間に限っては、断層像の時間分解能が１／２倍に低下するが、スキャンを停止することなく、そのまま継続させることが可能になる。
【００３４】
復帰時刻ｔ２以前は、第１ペア１１と第２ペア１２との両方で収集したデータを混成して、１断層像再構成に必要とされる１８０°＋α分のデータを揃えて、その混成データに基づいて断層像データを再構成する高時間分解能オペレーションに戻る。
【００３５】
このように放電等の異常が発生したとしても、時間分解能は低下するものの、スキャン自体は継続させることが可能になる。もちろん、ここでは異常とはデータ収集ができなくなる事態を意味し、その意味からは、異常要因がＸ線管球の放電に限定されるものではなく、冷却システムの故障等の他の要因による曝射不全、さらにはＸ線検出器やデータ収集部の故障であってもよく、そのような異常要因に対しても同様に本発明は適用可能であるのは当然である。
【００３６】
本発明は上述した実施形態に限定されず、種々変形して実施可能である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置において、異常事態が発生しても、スキャンを継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の主要部の構成図。
【図２】図１の第１，第２検出器の配置を示す斜視図。
【図３】本実施形態において、ヘリカルスキャン時の第１，第２のＸ線管球の軌道を示す図。
【図４】本実施形態において、ヘリカルスキャン時のスキャン継続機能の説明図。
【図５】本実施形態において、ヘリカルスキャン時のスキャン継続機能の詳細な説明図。
【図６】本実施形態において、シングルスライススキャン時のスキャン継続機能の説明図。
【図７】本実施形態において、シングルスライススキャン時のスキャン継続機能の詳細な説明図。
【符号の説明】
１…スキャンガントリ、
１１…第１ペア、
１１０…第１Ｘ線管装置、
１１１…第１Ｘ線管球、
１１２…第１リファレンス検出器、
１１３…第１検出器、
１１４…第１データ収集部、
１２…第２ペア、
１２０…第２Ｘ線管装置、
１２１…第２Ｘ線管球、
１２２…第２リファレンス検出器、
１２３…第２検出器、
１２４…第２データ収集部、
１３…Ｘ線制御部、
１４…スキャン制御部、
１５…異常監視部、
２…コンピュータ装置、
２１…中央制御ユニット、
２２…データ／制御バス、
２４…再構成ユニット、
２５…画像表示ユニット、
３…寝台、
３１…天板、
３２…天板スライド部。

Claims

回転軸回りに回転自在に支持される円環形状を有する回転架台と、
前記回転架台に搭載される第１Ｘ線管装置と、
前記第１Ｘ線管装置に対向する前記回転架台上の位置に搭載される第１Ｘ線検出器と、
前記第１Ｘ線管装置に対して前記回転軸周りに所定角度ずれ、且つ前記回転軸の方向に所定距離ずれた前記回転架台上の位置に搭載される第２Ｘ線管装置と、
前記第２Ｘ線管装置に対向する前記回転架台上の位置に搭載される第２Ｘ線検出器と、
前記第１Ｘ線管装置の動作を監視する監視手段と、
前記第１Ｘ線管装置に対して前記第２Ｘ線管装置が同じ又は略同一のらせん状軌道を追随して移動するために前記回転架台の回転及び前記被検体を載置する天板移動を制御し、前記第１Ｘ線管装置が正常である期間は、前記第１Ｘ線管装置からＸ線を発生させて前記第１Ｘ線検出器でデータ収集を行うとともに前記第２Ｘ線管装置のＸ線発生を停止し、前記監視手段が前記第１Ｘ線管装置の異常を検知した時点で、前記第１Ｘ線管装置のＸ線発生を停止するとともに、前記第２Ｘ線管装置からのＸ線発生及び前記第２Ｘ線検出器によるデータ収集を開始するスキャン制御部と、
前記第１Ｘ線管装置の異常を検知した時点以前のスキャンサイクルでは、前記第１Ｘ線検出器で収集したデータに基づいて画像を再構成し、前記第１Ｘ線管装置の異常を検知した時点を含むスキャンサイクルでは、前記第１Ｘ線検出器で収集したデータと前記第２Ｘ線検出器で収集したデータとに基づいて画像を再構成し、前記第１Ｘ線管装置の異常を検知した時点以後のスキャンサイクルでは、前記第２Ｘ線検出器で収集したデータに基づいて画像を再構成する再構成ユニット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。