JP4225726B2 - ポストペイシェント・コリメータ及びポストペイシェント・コリメータを製作する方法 - Google Patents

ポストペイシェント・コリメータ及びポストペイシェント・コリメータを製作する方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にはコンピュータ断層撮影イメージング・システムに関するものであり、より具体的には、このようなシステムに使用されるポスト・ペイシェント(post-patient)コリメータ及びこのようなコリメータを製作する方法に関するものである。
【0002】
【発明の背景】
コンピュータ断層撮影(CT)イメージング(画像作成)システムの少なくとも一形式の公知の構成では、X線源から扇(ファン)形ビームを投射し、この扇形ビームをデカルト座標系のX−Y平面(これは一般に「イメージング平面」と呼ばれる)内に位置するようにコリメートする。このX線ビームは、撮影対象物、例えば患者を通過する。X線ビームは、該対象物によって減弱して放射線検出器アレイに入射する。検出器アレイで受けた、減弱したビームの放射線の強さは、対象物によるX線ビームの減弱度に依存する。アレイの各検出器素子は、その検出位置におけるビーム減弱度の測定値である別々の電気信号を発生する。全ての検出器からのこれらの減弱度測定値は、別々に収集されて透過分布を形成する。
【0003】
公知の第3世代のCTシステムでは、X線源及び検出器アレイはガントリと共に撮影対象物の周りをイメージング平面内で回転して、X線ビームが対象物を横切る角度が絶えず変化するようにする。一ガントリ角度における検出器アレイからの一群の減弱度測定値、すなわち投影データが、「ビュー(view)」と呼ばれている。対象物の「スキャン(scan)」は、X線源及び検出器が一回転する間に様々なガントリ角度すなわちビュー角度(撮影角度)で取得されたビューの集合で構成される。アキシャル・スキャンでは、投影データが、対象物を切断する2次元スライスに対応する画像を構成するように処理される。投影データの集合から1つの画像を再構成する一方法が、当該分野ではフィルタ補正逆投影法と呼ばれている。この手法では、スキャンからの減弱測定値を「CTナンバー」又は「ハウンスフィールド単位」と呼ばれる整数に変換し、この整数を使用して陰極線管表示装置の対応する画素の輝度を制御する。
【0004】
マルチスライス型イメージング・システムでは、検出器が複数の平行な検出器列を有し、その各々の列(row) は複数の個別の検出器素子で構成されている。マルチスライス型検出器は対象物のボリュームを表す複数の画像を提供することができる。複数の画像のうちの各々の画像は該ボリュームの別々の「スライス」に対応する。スライスの厚さすなわち開口(aperture)は検出器列の厚さに依存する。また、複数の隣接する検出器列(すなわち、マクロ列(macro row) )からのデータを選択的に組み合わせて、異なる選択した厚さのスライスを表す画像を得ることも知られている。
【0005】
マルチスライス型CT検出器にポストペイシェント(post-patient)コリメータを設けることが知られている。このようなコリメータは、個別のシンチレーション型検出器素子に入射するX線をコリメートし且つこれらの検出器素子の合間に入射するX線を減衰させるために、多数の整列したプレート及びワイヤを含んでいる。公知の一システムでは、コリメータ・プレートの整列及びワイヤの取付けを行うために、様々な構成部品に整列用のスロット及び切欠きが設けられていると共に、結合用に接着材が用いられている。コリメータ・プレート及びワイヤの精密な整列のために現在必要とされる製作工程は、製作コストをかなり増大させている。例えば、1つの公知のコリメータを製作するためには、精密なスロット、スロット間隔及びスロット位置合わせを持つ上側及び下側櫛形部材が、コリメータ・プレートの挿入のために必要とされている。公知のポストペイシェント・コリメータでは溶接は実用的ではなかった。というのは、溶接プロセス自身によりコリメータ・プレートに歪みが誘起されるからである。
【0006】
従って、CTイメージング・システム用の精密に整合したポストペイシェント・コリメータを提供し、また精密な櫛形部材を必要とするものよりは一層効率が良く且つ安価であるポストペイシェント・コリメータ製作方法を提供することは、望ましいことである。
【0007】
【発明の概要】
このため、本発明の一実施形態では、CTイメージング・システム用のポストペイシェント・コリメータを製作する方法を提供する。本方法は、少なくとも1台の指向エネルギ・ビーム(directed energy beam)溶接機を使用して、コリメータ・プレートを頂部レールに縁溶接(edge weld) する工程と、少なくとも1台の指向エネルギ・ビーム溶接機を使用して、コリメータ・プレートを底部レールに縁溶接する工程とを含む。
【0008】
上述の実施形態は、プレートを正確に位置決めするために精密な櫛形部材を必要とする方法よりも効率のよい安価なCTイメージング・システム用ポストペイシェント・コリメータ製作方法を提供する。
【0009】
【発明の詳しい説明】
図1及び2には、第3世代のCTスキャナを表すガントリ12を含むものとしてコンピュータ断層撮影(CT)イメージング・システム10が示されている。ガントリ12はX線源14を有し、X線源14はガントリの反対側にある検出器アレイ18へ向かってX線ビーム16を投射する。検出器アレイ18は複数の検出器素子20によって形成され、これらの検出器素子20は一緒に対象物(例えば、患者)22を通過した投射X線を検知する。各検出器素子20は、それに入射するX線ビームの強さを表す電気信号、すなわち対象物22を通過したときのビームの減弱度を表す電気信号を発生する。X線投影データを収集するための走査の際、ガントリ12及びそれに装着された部品は回転中心24の周りを回転する。検出器アレイ18は単一スライス型又はマルチスライス型の構成に製作し得る。マルチスライス型の構成では、検出器アレイ18は複数の列(row) の検出器素子20を有しており、図2にはその一列のみが示されている。
【0010】
ガントリ12の回転及びX線源14の動作はCTシステム10の制御機構26によって制御される。制御機構26は、X線源14へ電力及びタイミング信号を供給するX線制御装置28と、ガントリ12の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御装置30とを含んでいる。制御機構26内のデータ収集システム(DAS)32は検出器素子20からのアナログ・データをサンプリングして、該データをその後の処理のためにディジタル信号へ変換する。画像再構成装置34は、サンプリングされディジタル化されたX線データをDAS32から受け取って、高速画像再構成を実行する。再構成された画像はコンピュータ36へ入力として印加され、該コンピュータは該画像を大容量記憶装置38に格納する。
【0011】
コンピュータ36はまた、キーボードを備えたコンソール40を介してオペレータから指令及び走査パラメータも受け取る。付設された陰極線管表示装置42により、オペレータは再構成された画像及びコンピュータ36からの他のデータを観察することが出来る。コンピュータ36はオペレータにより供給された指令及びパラメータを使用して、制御信号及び情報をDAS32、X線制御装置28及びガントリ・モータ制御装置30へ供給する。さらに、コンピュータ36は、ガントリ12内に患者22を位置決めするように電動テーブル46を制御するテーブル・モータ制御装置44を作動する。具体的に述べると、テーブル46は患者22の各部分をガントリ開口48の中に通すように移動させる。
【0012】
一実施形態において、図3及び図4を参照して説明すると、検出器アレイ18は複数のモジュール50を含んでいる。各々のモジュール50は、シンチレータ・アレイ52とフォトダイオード・アレイ54とを含んでいる。各検出器素子20は、フォトダイオード・アレイ54のうちの1つのフォトダイオードと、シンチレータ・アレイ52のうちの対応する1つのシンチレータとを含んでいる。検出器アレイ18の各々のモジュール50は16×16の検出器素子20のアレイを有し、検出器アレイ18は57個のこのようなモジュールを有する。したがって、検出器アレイ18は最大16画像スライスまでの投影データを同時に収集することが可能である。
【0013】
一実施形態において、図5を参照して説明すると、対象物又は患者22を通過した後のX線をコリメートするため、ポストペイシェント・コリメータ56が検出器アレイ18の上に配置される。ポストペイシェント・コリメータ56は、頂部レール58、及び該頂部レール58から離間し且つ該頂部レール58に平行に配置された底部レール60を含んでいる。複数のコリメータ・プレート62(例えば、タングステン製プレート)がそれぞれのレール58及び60の間に半径方向に配列されている(図5は、1つのコリメータ・プレート62に沿って取ったポストペイシェント・コリメータ56の横断面図である)。コリメータ・プレートをレール58及び60に取り付けるために、コリメータ・プレート62の各々は、少なくとも1台の指向エネルギ・ビーム溶接機64を使用して、その対向する両方の端部でレール58及び60に縁溶接される。縁溶接(edge welding)の使用により、図5の平面からのコリメータ・プレートの反りが防止される。これにより、特にコリメータ・プレート62の縁に指し向けられていないレーザ溶接を含む他の溶接法に固有の歪みが避けられる。適当な種類の指向エネルギ・ビーム溶接機64としては、光子を含む指向エネルギ・ビーム65を利用する溶接機(例えば、レーザ・ビーム溶接機)、及び粒子を利用する溶接機(例えば、電子ビーム溶接機)が挙げられる。指向エネルギ・ビーム65は、単一点にそのエネルギを集中する細いエネルギ・ビームである(図5は、2つの扇形エネルギ・ビームではなく、異なる位置、すなわち66、68、70及び72に指し向けられた狭いビーム65を示そうとしたものである)。
【0014】
具体的に述べると、コリメータ・プレート62の頂部後側コーナー66、頂部前側コーナー68、底部後側コーナー70及び底部前側コーナー72が、図5の平面内で指向エネルギ・ビーム溶接により縁溶接される。頂部後側コーナー66及び底部後側コーナー70は、頂部レール58の後部74及び底部レールの後部76へ向かってそれぞれ縁溶接される。頂部前側コーナー68及び底部前側コーナー72は、頂部レール58の前部78及び底部レールの前部80へ向かってそれぞれ縁溶接される。
【0015】
一実施形態において、図6を参照して説明すると、コリメータは複数の区画を組み立てることによって用意される。各コリメータ区画では、少なくとも1つの指向エネルギ・ビーム溶接機を使用して、複数のコリメータ・プレートが、湾曲した金属(例えば、スチール)の頂部セグメント82及び底部セグメント84にそれぞれ縁溶接される。各々のセグメント82及び84は、コリメータの区画86を形成するためにレール58及び60よりも小さい横断面積及び長さを有する。複数の区画86が、レール58及び60の間に半径方向に配列されて、レール58及び60に固定される。(区画86の半径方向配列構成が図7に示されており、図7は、上面図では実際には見えないコリメータ・プレート62を破線で示している。) 頂部セグメント82は頂部すなわち上側レール58に固着され、また底部セグメント84は底部すなわち下側レール60に固着される。またワイヤ92(例えば、タングステン製ワイヤ)が、コリメータ・プレート62の後縁88に対して横方向にコリメータ・プレート62に固着される。
【0016】
コリメータ・プレート62とレール58及び60(又はセグメント82及び84)とを互いに対して所定位置に保持するために固定具(図示していない)が使用される。この固定具は、従来のポストペイシェント・コリメータ内の櫛形部材と本質的に同じ目的を果たす。しかしながら、櫛形部材と異なり、固定具はポストペイシェント・コリメータ56の一部と成ることはなく、必要とされるときに再使用することができる。また、少なくとも一形式の公知のコリメータにおいて使用されているモリブデン製スペーサのようなスペーサを使用することは必要ではない。
【0017】
一実施形態では、コリメータ・プレート62をレール58及び60に溶接するために2台の指向エネルギ・ビーム溶接機64及び90が使用される。その内の一方の溶接機は後側の溶接を行い、他方の溶接機は前側の溶接を行う。
【0018】
マルチスライス型検出器アレイ18のために、減衰用ワイヤ92(例えば、タングステン製ワイヤ)が、コリメータ・プレート62の後縁88に間隔を置いて設けられた切欠き94内に、コリメータ56を横切るように配置される。ワイヤ92は検出器列相互の合間のX線を減衰させる。本発明の一実施形態では、指向エネルギ・ビーム溶接機がワイヤ92をコリメータ・プレート62に溶接するために使用される。別の実施形態では、指向エネルギ・ビーム溶接機の精密さにより、切欠き94の無いコリメータ・プレート62を使用することが可能になる。この場合、ワイヤ92は、後縁88に対して横方向にコリメータ・プレート62を横切るように配置されて、例えば固定具を使用して、コリメータ・プレートに対して正確に位置決めされる。次いで、ワイヤ92は、指向エネルギ・ビーム溶接機64を使用して、コリメータ・プレート62に溶接される。
【0019】
一実施形態において、レーザ溶接機を溶接機64及び90として使用し、それらの溶接部にプログラム制御の下でコンピュータ(図示しない)によって正確にねらいを付けて動作させる。
【0020】
図8は、図5の領域96の拡大図であり、ワイヤ(例えば、スチール製ワイヤ)98がz方向におけるコリメータ・プレート62の高さ及び/又はレール58,60の間隔の許容差を調節するために使用される方法の一実施形態を示す。ワイヤ98は、頂部レール58又は底部レール60の少なくとも一方とコリメータ・プレート62との間の面取りした隙間100の中に挿入される(レール58及び60のどちらに挿入するか又は両方に挿入するかは設計上の選択である)。ワイヤ98はその一側面で選択されたレール58(又は60)に溶接され、反対側の側面でコリメータ・プレート62に溶接される。選択されたレール58(又は60)に対するワイヤ98の溶接部は少なくとも面取りした隙間100内にある。溶接したワイヤ98を使用する一実施形態では、位置68における溶接は省略される。また、本発明のセグメント化した実施形態においては、面取りした隙間100は、レール58又は60とコリメータ・プレート62との間ではなく、少なくとも1つのセグメント82又は84とコリメータ・プレート62との間に設けられる。面取りした隙間100を形成する面取り部は、プレート62か、対向するセグメント又はレールか、あるいはそれらの両方に設けることができる。
【0021】
図9は、図5(又は図6)に示したコリメータ及びレーザ溶接機構成のx−y平面における上面図であり、セグメント82(使用された場合)の輪郭を仮想線で示し、レール58(又はセグメント82)に溶接された1つのコリメータ・プレート62の位置を示している(ここで、セグメント82(使用された場合)及びコリメータ・プレート62のいずれも実際にはコリメータ36の上面からは見えない)。図9は、コリメータ56の曲率を示しており、これは検出器アレイ18の曲率に対応する。コリメータ56内でのコリメータ・プレートの配列は、検出器アレイ18の同じ列又はスライス内の互いに隣り合う検出器素子の間でコリメーションを行うようになっている。
【0022】
図10に示すような別の実施形態では、少なくとも1つのレール58又は60並びに随意選択によるスペーサ(例えば、モリブデン製スペーサ)104、106及び108に固着された櫛形部材102に関連して、レーザ溶接が使用される。図10に示す実施形態では、コリメータ・プレート62が櫛形部材102及び110のスロットに位置決めされ、指向エネルギ・ビーム溶接機64及び90が領域112、114及び116を溶接する。一実施形態においては、溶接機64はまた、ワイヤ用切欠き94内にワイヤ92を溶接するためにも使用される。
【0023】
本発明の上記の様々な実施形態がポストペイシェント・コリメータを作製するための一層効率の良い安価Nあポストペイシェント・コリメータ製作方法を提供することは明らかである。溶接されたコリメータ自体は、櫛形部材がコリメータの部品であるか否かに関係なく、接着結合部を持つコリメータよりも安価で潜在的に一層耐久性がある。本発明を様々な実施形態に関して説明したが、当業者には本発明が特許請求の範囲に記載の精神及び範囲内で変更を行って実施し得ることが認められよう。
【図面の簡単な説明】
【図1】CTイメージング・システムの外観図である。
【図2】図1に示したシステムのブロック図である。
【図3】図1に示したシステムのマルチスライス型検出器アレイの斜視図である。
【図4】図3に示した検出器アレイ内の1つの検出器モジュールの斜視図である。
【図5】本発明の一実施形態におけるコリメータのレールに対するコリメータ・プレートの溶接法を示す概略横断面図である。
【図6】複数の区画で構成される本発明の一実施形態におけるポストペイシェント・コリメータの概略横断面図である。
【図7】本発明の一実施形態におけるポストペイシェント・コリメータの複数の区画の半径方向配列構成を示す略図である。
【図8】z方向における間隔の許容差を調節するためにワイヤを使用する方法の一実施形態を示す、図5の一領域の拡大図である。
【図9】図5に示したコリメータ及び溶接機の構成の上面図である。
【図10】櫛形部材並びに随意選択によるモリブデン製スペーサに関連して一実施形態におけるレーザ溶接法を示す略図である。
【符号の説明】
10 コンピュータ断層撮影イメージング・システム
12 ガントリ
14 X線源
16 X線ビーム
18 検出器アレイ
20 検出器素子
22 患者
24 回転中心
26 制御機構
32 データ収集システム
40 オペレータ・コンソール
42 陰極線管表示装置
48 ガントリ開口
50 モジュール
52 シンチレータ・アレイ
54 フォトダイオード・アレイ
56 ポストペイシェント・コリメータ
58 頂部レール
60 底部レール
62 コリメータ・プレート
64、90 指向エネルギ・ビーム溶接機
65 指向エネルギ・ビーム
66 コリメータ・プレートの頂部後側コーナー
68 コリメータ・プレートの頂部前側コーナー
70 コリメータ・プレートの底部後側コーナー
72 コリメータ・プレートの底部前側コーナー
74 頂部レールの後部
76 底部レールの後部
78 頂部レールの前部
80 底部レールの前部
82 頂部セグメント
84 底部セグメント
86 コリメータの区画
88 コリメータ・プレートの後縁
92、98 ワイヤ
94 切欠き
100 面取りした隙間
102、110 櫛形部材
104、106、108 スペーサ

Claims (12)

  1. コンピュータ断層撮影(CT)イメージング・システム(10)用のポストペイシェント・コリメータ(56)であって、撮影対象物を通過した後のX線をコリメートする前記ポストペイシェント・コリメータ(56)を製作する方法であって、
    少なくとも1台の指向エネルギ・ビーム溶接機を使用して、複数のコリメータ・プレート(62)を頂部レール(58)に縁溶接する工程と、少なくとも1台の指向エネルギ・ビーム溶接機(64)を使用して、前記コリメータ・プレートを底部レール(60)に縁溶接する工程と、を含んでおり、
    前記の縁溶接する工程の少なくとも一方は、前記頂部レール(58)及び前記底部レール(60)の中から選択された少なくとも1つのレールと前記コリメータ・プレート(62)との間の面取りした隙間(100)の中にワイヤ(98)を挿入する工程と、少なくとも前記面取りした隙間内で前記少なくとも1つの選択されたレールに前記ワイヤを溶接する工程と、前記コリメータ・プレートに前記ワイヤを溶接する工程とを含んでいる、前記方法。
  2. 更に、前記コリメータ・プレート(62)と前記頂部レール(58)と前記底部レール(60)とを再使用可能な固定具内に位置決めして、前記コリメータ・プレートと前記頂部レールと前記底部レールとを互いに対して所定位置に保持する工程を含んでいる請求項1記載の方法。
  3. 前記頂部レール(58)及び前記底部レール(60)の各々は、前部(78、80)及び後部(74、76)を持っており、前記コリメータ・プレート(62)の各々は、頂部前側コーナー(68)、頂部後側コーナー(66)、底部前側コーナー(72)及び底部後側コーナー(70)を持っており、前記の各々の縁溶接する工程が、一対の指向エネルギ・ビーム溶接機(64、90)を使用して、コリメータ・プレートの前記頂部前側コーナー及び前記底部前側コーナーを前記頂部レールの前部及び前記底部レールの前部へ向かってそれぞれ縁溶接し、また該コリメータ・プレートの前記頂部後側コーナー及び前記底部後側コーナーを前記頂部レールの後部及び前記底部レールの後部へ向かってそれぞれ縁溶接することを含んでいる、請求項1記載の方法。
  4. 前記の溶接されるコリメータ・プレート(62)がタングステン製プレートである、請求項1記載の方法。
  5. 更に、前記レール(58、60)の少なくとも一方に固着された櫛形部材(102)に前記コリメータ・プレート(62)を挿入する工程を含んでいる請求項1記載の方法。
  6. 前記少なくとも1台の指向エネルギ・ビーム溶接機(64)がレーザ溶接機又は電子ビーム溶接機である、請求項1記載の方法。
  7. コンピュータ断層撮影(CT)イメージング・システム(10)用のポストペイシェント・コリメータ(56)であって、撮影対象物を通過した後のX線をコリメートする前記ポストペイシェント・コリメータ(56)を製作する方法であって、
    ポストペイシェント・コリメータの複数の区画(86)を用意する工程であって、各々の区画は、少なくとも1つの指向エネルギ・ビーム溶接機(64)を使用して、複数のコリメータ・プレート(62)の各々を第1の湾曲した金属セグメント(82)に縁溶接する工程と、
    少なくとも1つの指向エネルギ・ビーム溶接機を使用して、前記複数のコリメータ・プレート(62)の各々を第2の湾曲した金属セグメント(84)に縁溶接する工程とによって用意され、前記第1の湾曲した金属セグメントは前記用意された区画の頂部になり、前記第2の湾曲した金属セグメントは前記用意された区画の底部になる、当該用意する工程と、
    前記複数の用意された区画を頂部レール(58)と底部レール(60)との間に配列する工程と、
    前記複数の用意された区画の各々の前記頂部を前記頂部レールに固着すると共に、前記複数の用意された区画の各々の前記底部を前記底部レールに固着する工程と、を含んでおり、
    前記の縁溶接する工程の少なくとも一方は、前記第1の湾曲した金属セグメント(82)及び前記第2の湾曲した金属セグメント(84)の中から選択された少なくとも1つの金属セグメントと前記コリメータ・プレート(62)との間の面取りした隙間(100)の中にワイヤ(98)を挿入する工程と、少なくとも前記面取りした隙間内で前記少なくとも1つの選択された金属セグメントに前記ワイヤを溶接する工程と、前記コリメータ・プレートに前記ワイヤを溶接する工程とを含んでいる、前記方法。
  8. 更に、減衰用ワイヤ(92)をコリメータ・プレート(62)内の切欠き(94)に通すように配置する工程を含んでいる前記請求項1又は7記載の方法。
  9. 前記減衰用ワイヤ(92)がタングステン製ワイヤであり、更に、指向エネルギ・ビーム溶接機(64)を使用して、前記減衰用ワイヤ(92)を前記コリメータ・プレート(62)に溶接する工程を含んでいる請求項8記載の方法。
  10. 前記コリメータ・プレート(62)に切欠きが設けられていない場合に、更に、減衰用ワイヤを前記コリメータ・プレート(62)を横切るように配置する工程と、固定具を使用して前記コリメータ・プレートに対して前記減衰用ワイヤを位置決めする工程と、指向エネルギ・ビーム溶接機(64)を使用して、前記減衰用ワイヤを前記コリメータ・プレートに溶接する工程とを含んでいる請求項1又は7記載の方法。
  11. 撮影対象物を通過した後のX線をコリメートする、コンピュータ断層撮影(CT)イメージング・システム(10)の放射線検出器(18)用のポストペイシェント・コリメータ(56)であって、頂部レール(58)と、底部レール(60)と、一組のコリメータ・プレート(62)とを有し、各々の前記コリメータ・プレートが一端部で前記頂部レール(58)に縁溶接されると共に、反対側の端部で前記底部レールに縁溶接されており、
    前記頂部レール(58)及び前記底部レール(60)の少なくとも一方と前記コリメータ・プレート(62)との間に面取りした隙間(100)が設けられており、前記ポストペイシェント・コリメータは更に、前記面取りした隙間の中に配置されて、前記少なくとも一方のレールと前記コリメータ・プレートの各々とに溶接されたワイヤ(98)を含んでいる、前記ポストペイシェント・コリメータ(56)。
  12. 前記頂部レール(58)及び前記底部レール(60)の各々は、前部(78、80)及び後部(74、76)を持っており、前記コリメータ・プレート(62)の各々は、頂部前側コーナー(68)、頂部後側コーナー(66)、底部前側コーナー(72)及び底部後側コーナー(70)を持っており、前記の各々の頂部前側コーナー及び底部前側コーナーが前記頂部レールの前部及び前記底部レールの前部へ向かってそれぞれ縁溶接されており、また前記の各々の頂部後側コーナー及び底部後側コーナーが前記頂部レールの後部及び前記底部レールの後部へ向かってそれぞれ縁溶接されている、請求項11記載のポストペイシェント・コリメータ(56)。
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