JP4080738B2 - X-ray computed tomography system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、X線検出器により検出された信号を増幅しディジタル信号に変換するためのデータ収集システム及びそれを搭載したX線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知の通り、X線コンピュータ断層撮影装置では、X線管から被検体を透過して検出器で検出された信号は、データ収集システム(DAS)を通して再構成処理等を担うコンピュータ装置に受け渡される。
【0003】
データ収集システムは、典型的には、検出器の検出素子からの出力電流を増幅器で電圧信号に変換し、その出力をサンプルホールド形の積分器で一定時間積分し、その出力を逐次比較形のアナログディジタル変換器(ADC)でディジタル信号に変換する機能を備えたものである。
【0004】
近年の高分解能化、スキャン時間の短縮、さらにはマルチスライスに伴う多チャンネル化により、データ収集システムには非常に高い処理能力、特に高速化が要求される。この高速化に答えるためにチャンネル数の増加が著しい。チャンネル数が増加すると、そのチャンネル間のゲインやオフセットのばらつきが大きくなり、その補正が必要とされる。
【0005】
通常、増幅器、積分器及びアナログディジタル変換器が96チャンネル分装備されたDAS基板を数十枚コネクタに差し込むことで実装していて、それによりチャンネル故障に対してDAS基板の交換により簡単に対処することを実現としている。
【0006】
その一方でDAS基板の交換の都度、各チャンネルのゲインやオフセット特性の計測、それを補正ユニットにフィードバックさせる作業が必要とされる。そのためDAS基板交換によるダウンタイムの長時間化及びサービス工数の増加に伴うコストの上昇が避けられない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、DAS基板交換によるダウンタイムの短縮及びサービス工数の削減を実現することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、X線検出器により検出された信号を処理してX線コンピュータ断層撮影装置本体に受け渡すデータ収集システムにおいて、前記X線検出器の出力を増幅する増幅器及びディジタル化するアナログディジタル変換器を含む信号処理回路を多チャンネルで装備する複数枚のDAS基板と、前記複数のDAS基板を着脱自在に接続する複数のコネクタと、前記複数のコネクタを介して前記複数枚のDAS基板に接続され、前記信号処理回路の出力を補正する補正ユニットとを具備し、前記複数枚のDAS基板各々には、それぞれのDAS基板内に装備している複数の信号処理回路の入出力特性に対応するデータを記憶するメモリ部が装備され、前記補正ユニットは前記メモリ部に記憶されているデータに基づいて前記信号処理回路の出力を補正する。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明によるデータ収集システム及びそのデータ収集システムを装備した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。
【0010】
なお、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回転/回転型、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固定/回転型等様々な型があり、いずれの型でも本発明を適用可能である。ここでは、現在、主流を占めている回転/回転型として説明する。
【0011】
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。
【0012】
また、入射X線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でX線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、特定の半導体のX線により半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。X線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよいが、ここでは、前者の間接変換形として説明する。
【0013】
図1には、本実施形態に係るX線コンピュータ断層撮影装置(X線CT)の構成をブロック図により示している。ガントリ1は、X線管3と多チャンネル形X線検出器5とを有する。X線管3は多チャンネル形X線検出器5とともに回転リングに対向する位置関係で搭載される。X線管3は、高電圧発生器4から管電圧の印加及びフィラメント電流の供給を受けてX線を曝射する。このX線は被検体Pに照射される。被検体を透過したX線は、X線検出器5の各チャンネルで検出される。
【0014】
X線検出器5には、一般的にDAS(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集システム6がスリップリング7を介して接続されている。データ収集システム6は、X線検出器5により検出された信号を増幅しディジタル化してX線コンピュータ断層撮影装置本体(コンピュータ装置)2に受け渡すシステムであり、本実施形態で特徴的な構成要素である。データ収集システム6の詳細については後述する。
【0015】
X線コンピュータ断層撮影装置本体2は、メインコントローラ9を中心として、前処理ユニット15と、データ保存ユニット10と、再構成ユニット11と、表示プロセッサ12と、ディスプレイ13とから構成される。前処理ユニット15では、データ収集システム6から送られてくる信号(この段階のデータは、一般的に、生データと呼ばれる)を、再構成処理に使えるデータ(この段階のデータは、一般的に、投影データと呼ばれる)に仕立て上げる処理を担っており、その処理には、典型的には、X線管3の管電圧や管電流の変動に伴うX線強度の変動をリファレンス検出器で検出し、この検出値に従って生データを正規化してX線強度のばらつきを補正するいわゆるリファレンス補正処理、被検体Pの生データから事前に収集しておいた水ファントムの生データを差し引くことによりウエッジフィルタ等のX線吸収及び検出器のチャンネル間の感度差を打ち消すための水補正処理、さらにビームハードニング補正処理や体動補正処理等が含まれこともある。
【0016】
前処理ユニット15からの投影データは、一時的にデータ保存ユニット10に記憶される。そして、適時、データ保存ユニット10から読み出され、その投影データに基づいて断層像データが再構成プロセッサ11で再構成される。この断層像データは、表示プロセッサ12を介してディスプレイ13に表示される。
【0017】
X線コンピュータ断層撮影装置本体2には、他に、回転リングの回転、高電圧発生器4からの高電圧パルスの発生、高電圧パルスに同期したデータ収集システム6の処理、さらに寝台動作等のスキャンに関わるコントロールを統括するスキャンコントローラ等を備えている。
【0018】
図2には、データ収集システム6の構成を模式的に示している。図3には、データ収集システム6の構成をブロック図で示している。このデータ収集システム6は、複数枚のDAS基板16を有している。複数枚のDAS基板16各々には、X線検出器5の検出素子26からの出力電流を電圧信号に変換する増幅器19、その増幅器19と共に信号処理回路を構成するサンプルホールド形の積分器20及び逐次比較形のアナログディジタル変換器21が、複数、例えば96チャンネルで装備されている。データ収集システム6には、複数枚のDAS基板16を着脱自在に接続する複数のコネクタ18が装備され、故障等に伴って基板単位で交換可能になっている。
【0019】
複数枚のDAS基板16には、複数のコネクタ18、マルチプレクサ22を介して、増幅器19と積分器20とアナログディジタル変換器21とからなる信号処理回路(チャンネル)の間の入出力特性のばらつきを軽減して略均一化するための補正回路(ディジタル処理回路又はROMにより実装される)として、ここではゲイン補正回路23とオフセット補正回路24とが接続されている。ゲイン補正回路23は信号処理回路の出力に対してそれぞれの信号処理回路のゲイン特性に応じた補正乗数を乗算し、またとオフセット補正回路24は信号処理回路の出力からそれぞれの信号処理回路のDCノイズ(主にドリフト成分と固体ノイズとからなる)を減算する。
【0020】
これらゲイン補正とオフセット補正等の入出力特性に関する信号処理回路間のばらつきを補正するには、各信号処理回路固有の入出力特性に関するデータが必要とされる。
【0021】
本実施形態では、この各信号処理回路固有の入出力特性に関するデータ、又はそのデータと基準入出力特性データとの差異から導かれる補正データ(例えば乗算係数、減算値そのもの)を、DAS基板16の製造段階で計測し、計算し、そしてDAS基板16に搭載したフラッシュメモリ17に記憶させる。つまり、DAS基板16はそれぞれフラッシュメモリ17を搭載し、そのフラッシュメモリ17には、自身のDAS基板16上に装備されている複数の信号処理回路の入出力特性に対応するデータが記憶されている。換言すると、DAS基板16はそれぞれ、自身の基板内に装備する複数の信号処理回路の入出力特性に対応するデータを、やはり自身の基板内に装備したフラッシュメモリ17に保有している。
【0022】
フラッシュメモリ17に記憶された複数の信号処理回路の入出力特性に対応するデータに基づいて補正を行うことにより、DAS基板16内はもちろんのこと、異なるDAS基板16間であっても、複数の信号処理回路の入出力特性を実質的に均一化することが可能である。
【0023】
データ収集システム6には、フラッシュメモリ17の読出し制御を行うメモリコントローラ14が設けられている。典型的には、メモリコントローラ14は、複数のDAS基板16で共用され、複数のDAS基板16の複数のフラッシュメモリ17に対して、コネクタ18及びマルチプレクサ22を経由してアクセス可能に接続される。
【0024】
メモリコントローラ14は、フラッシュメモリ17から読み出した各信号処理回路の入出力特性に対応するデータを補正回路23,24に供給する、又はフラッシュメモリ17から読み出した各信号処理回路の入出力特性に対応するデータに基づいて補正回路23,24を制御することにより、信号処理回路の入出力特性の均一化を実現する。
【0025】
このようにDAS基板16にその中に装備された信号処理回路の入出力特性データを保持させることにより、故障等に伴うDAS基板16の交換に際しては、その交換現場において、新たなDAS基板16内の信号処理回路の入出力特性データを計測し、それを補正処理に反映させる作業は不要となる。従って、DAS基板交換によるダウンタイムの短縮及びサービス工数の削減を実現することが実現され得る。
【0026】
補正を受けたデータに対して対数変換回路25で対数変換することにより、生データが発生される。なお、この対数変換は、CTで一般的に行われている処理であり、本体2の前処理ユニット15で行うものであってもよい。周知のとおり、X線は被検体内で指数関数的に減衰し、その一方で、検出器5ではこのように指数関数的に減衰したX線をその透過線量に比例した信号を出力することから、X線通路上のX線吸収係数の総和である投影データを得るためには、検出器5の出力を対数変換にかけることが必須とされている。
【0027】
(変形例)
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。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。
【0028】
【発明の効果】
本発明によれば、DAS基板交換によるダウンタイムの短縮及びサービス工数の削減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態によるX線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図。
【図2】図1のデータ収集システムの模式図。
【図3】図1のデータ収集システムのブロック図。
【符号の説明】
1…ガントリ、
2…X線コンピュータ断層撮影装置本体(コンピュータ装置)、
3…X線管、
4…高電圧発生器、
5…X線検出器、
6…データ収集装置、
7…スリップリング、
9…メインコントローラ、
10…データ保存ユニット、
11…再構成ユニット、
12…表示プロセッサ、
13…ディスプレイ、
14…メモリコントローラ、
15…前処理ユニット、
16…DAS基板、
17…補正パラメータフラッシュメモリ、
18…DAS基板コネクタ、
19…増幅器、
20…積分器、
21…アナログディジタル変換器。
22…マルチプレクサ、
23…ゲイン補正回路、
24…オフセット補正回路、
25…対数増幅器、
26…検出素子。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a data acquisition system for amplifying a signal detected by an X-ray detector and converting it into a digital signal, and an X-ray computed tomography apparatus equipped with the data acquisition system.
[0002]
[Prior art]
As is well known, in an X-ray computed tomography apparatus, a signal transmitted through an object from an X-ray tube and detected by a detector is transferred to a computer apparatus responsible for reconstruction processing and the like through a data acquisition system (DAS). .
[0003]
A data acquisition system typically converts an output current from a detection element of a detector into a voltage signal by an amplifier, integrates the output for a certain period of time by a sample-and-hold type integrator, and converts the output to a successive approximation type. An analog-digital converter (ADC) has a function of converting to a digital signal.
[0004]
Due to the recent increase in resolution, reduction in scan time, and the increase in the number of channels associated with multi-slice, a data acquisition system is required to have a very high processing capability, particularly high speed. In order to answer this increase in speed, the number of channels has increased significantly. As the number of channels increases, variations in gain and offset between the channels increase, and correction is required.
[0005]
Usually, DAS boards equipped with 96 channels of amplifiers, integrators, and analog-digital converters are mounted by inserting them into dozens of connectors, thereby easily dealing with channel failures by replacing the DAS boards. This is realized.
[0006]
On the other hand, every time the DAS board is replaced, it is necessary to measure the gain and offset characteristics of each channel and feed back them to the correction unit. For this reason, an increase in cost due to an extended downtime and an increase in service man-hours due to replacement of the DAS board is inevitable.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to realize downtime reduction and service man-hour reduction by exchanging DAS boards.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to an amplifier for amplifying the output of the X-ray detector and an analog-to-digital conversion for digitization in a data acquisition system for processing a signal detected by the X-ray detector and transferring it to the X-ray computed tomography apparatus main body. Connected to the plurality of DAS boards via the plurality of connectors, a plurality of DAS boards equipped with a signal processing circuit including a multi-channel device, a plurality of connectors for detachably connecting the plurality of DAS boards A correction unit that corrects the output of the signal processing circuit, and each of the plurality of DAS boards corresponds to input / output characteristics of the plurality of signal processing circuits provided in each DAS board. A memory unit for storing data is provided, and the correction unit outputs the signal processing circuit based on the data stored in the memory unit. Correction.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of a data acquisition system according to the present invention and an X-ray computed tomography apparatus equipped with the data acquisition system will be described below with reference to the drawings.
[0010]
In the computed tomography apparatus, an X-ray tube and an X-ray detector are combined as a single body, and a number of detection elements arranged in a rotating / rotating type and ring shape are fixed. There are various types such as a fixed / rotating type in which only the tube rotates around the subject, and the present invention can be applied to any type. Here, the rotation / rotation type that currently occupies the mainstream will be described.
[0011]
In addition, in order to reconstruct one tomographic image, one set of projection data for about 360 degrees around the subject and one projection data for about 210 degrees to 240 degrees by the half scan method. A set is needed. The present invention can be applied to any method. Here, a description will be given assuming that one tomographic image is reconstructed from the general projection data set of about 360 degrees.
[0012]
In addition, the mechanism for converting incident X-rays into electric charge includes an indirect conversion type in which X-rays are converted into light by a phosphor such as a scintillator and the light is converted into electric charge by a photoelectric conversion element such as a photodiode, and a specific semiconductor The mainstream is the generation of electron-hole pairs in semiconductors by the X-rays and the transfer to the electrodes, that is, the direct conversion type utilizing the photoconductive phenomenon. Any of these methods may be employed as the X-ray detection element, but here, the former indirect conversion type will be described.
[0013]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an X-ray computed tomography apparatus (X-ray CT) according to this embodiment. The gantry 1 has an
[0014]
A data acquisition system 6, generally called a DAS (data acquisition system), is connected to the X-ray detector 5 via a slip ring 7. The data acquisition system 6 is a system that amplifies the signal detected by the X-ray detector 5, digitizes it, and passes it to the X-ray computed tomography apparatus main body (computer apparatus) 2. It is. Details of the data collection system 6 will be described later.
[0015]
The X-ray computed tomography apparatus
[0016]
Projection data from the preprocessing
[0017]
In addition, the X-ray computed tomography apparatus
[0018]
FIG. 2 schematically shows the configuration of the data collection system 6. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the data collection system 6. The data collection system 6 has a plurality of
[0019]
The plurality of
[0020]
In order to correct variations between signal processing circuits regarding input / output characteristics such as gain correction and offset correction, data regarding input / output characteristics unique to each signal processing circuit is required.
[0021]
In the present embodiment, the data relating to the input / output characteristics unique to each signal processing circuit, or correction data (for example, the multiplication coefficient, the subtraction value itself) derived from the difference between the data and the reference input / output characteristic data are stored in the
[0022]
By performing correction based on data corresponding to the input / output characteristics of a plurality of signal processing circuits stored in the
[0023]
The data collection system 6 is provided with a
[0024]
The
[0025]
In this way, by holding the input / output characteristic data of the signal processing circuit installed in the
[0026]
Raw data is generated by logarithmically converting the corrected data by the
[0027]
(Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation. Furthermore, the above embodiment includes various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, some constituent requirements may be deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment.
[0028]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to reduce downtime and service man-hours by exchanging DAS boards.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an X-ray computed tomography apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of the data collection system of FIG.
3 is a block diagram of the data collection system of FIG.
[Explanation of symbols]
1 ... Gantry,
2 ... X-ray computed tomography main body (computer device),
3 ... X-ray tube,
4 ... High voltage generator,
5 ... X-ray detector,
6 ... Data collection device,
7 ... Slip ring,
9 ... Main controller,
10: Data storage unit,
11 ... Reconstruction unit,
12 ... display processor,
13 ... Display,
14 ... Memory controller,
15 ... Pretreatment unit,
16 ... DAS board,
17 ... Correction parameter flash memory,
18 ... DAS board connector,
19 ... Amplifier,
20 ... integrator,
21: Analog-digital converter.
22: Multiplexer,
23 ... Gain correction circuit,
24. Offset correction circuit,
25: Logarithmic amplifier,
26: Detection element.
Claims (5)
前記データ収集システムは、前記X線検出器の出力を増幅する増幅器及びディジタル化するアナログディジタル変換器を含む信号処理回路を多チャンネルで装備する複数枚のDAS基板と、
前記複数のDAS基板を着脱自在に接続する複数のコネクタと、
前記複数のコネクタを介して前記複数枚のDAS基板に接続され、前記信号処理回路の出力を補正する補正ユニットとを具備し、
前記複数枚のDAS基板各々には、それぞれのDAS基板内に装備している複数の信号処理回路の入出力特性に対応するデータを記憶するメモリ部が装備され、前記補正ユニットは前記メモリ部に記憶されているデータに基づいて前記信号処理回路の出力を補正することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置。An X-ray tube that irradiates a subject with X-rays, an X-ray detector that detects X-rays transmitted through the subject, and an X-ray computed tomography apparatus that processes signals detected by the X-ray detector A data collection system delivered to the main body, and a reconstruction unit for reconstructing image data based on the output of the data collection system,
The data acquisition system includes a plurality of DAS boards equipped with a multi-channel signal processing circuit including an amplifier for amplifying the output of the X-ray detector and an analog-digital converter for digitization.
A plurality of connectors for detachably connecting the plurality of DAS boards;
A correction unit that is connected to the plurality of DAS boards via the plurality of connectors and corrects the output of the signal processing circuit;
Each of the plurality of DAS boards is equipped with a memory unit that stores data corresponding to input / output characteristics of a plurality of signal processing circuits provided in each DAS board, and the correction unit is stored in the memory unit. An X-ray computed tomography apparatus which corrects an output of the signal processing circuit based on stored data.
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