JP4346846B2

JP4346846B2 - Ｘ線撮影装置

Info

Publication number: JP4346846B2
Application number: JP2001362702A
Authority: JP
Inventors: 尚孝森田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2021-11-28
Also published as: JP2003159241A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ｘ線管から照射され、検査物や人体を含む被検体を透過した透過Ｘ線に基づき画像化するＸ線撮影装置に係り、特に、Ｘ線フラットパネル検出器を用いて透過Ｘ線を検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、Ｘ線撮影装置では、Ｘ線フラットパネル検出器を備えているものがある。Ｘ線フラットパネル検出器とは、被検体を透過した透過Ｘ線を電荷あるいは光に変換するＸ線変換層と、その下層に形成され、複数個のＸ線検出素子に接続された複数個のコンデンサに電荷を蓄積する検出アレイ層とを備えたＸ線検出用のデバイスである。このＸ線フラットパネル検出器は、外形が平面形状を呈し、例えば、縦１０２４×横１０２４個のＸ線検出素子が形成されている。
【０００３】
また、Ｘ線撮影装置は、上記Ｘ線フラットパネル検出器の他に、Ｘ線フラットパネル検出器で検出された出力信号を収集して記憶するためのデータメモリと、このデータメモリに全ての出力信号を順次に収集して記憶させる制御を行うためのデータ収集部と、データメモリに収集された全ての出力信号に基づき画像化するデータ処理部とを備えている。
【０００４】
データ収集部は、一撮影（動画の場合は１フレームに相当する静止画撮影）において、Ｘ線フラットパネル検出器の全面あるいは一部の領域からの全ての出力信号を順次に収集してデータメモリに記憶させる。このようにしてデータメモリに全ての出力信号が記憶された後、全ての出力信号を対象にしてデータ処理部が画像処理などを一括して施し、一枚の画像を構成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来の装置では、上記Ｘ線フラットパネル検出器のＸ線検出素子の数が、Ｘ線ＣＴ装置などで利用されているＸ線検出器に比較して非常に多くなっている。したがって、Ｘ線フラットパネル検出器の全面ではなく一部の領域だけを利用する場合であっても、一撮影（一回のデータ収集サイクル）においてデータメモリに全ての出力信号が収集記憶され、データ処理部に転送完了するのに長時間を要する。因みに、データ処理部から見たデータ収集レートの具体例は、Ｘ線フラットパネル検出器では毎秒数十回程度のデータ収集レートであるのに対して、Ｘ線ＣＴ装置におけるＸ線検出器では毎秒約１０００回程度のデータ収集レートとなっている。
【０００６】
そのため数々の利点を備えているにも係わらず、Ｘ線フラットパネル検出器を採用したＸ線撮影装置では、Ｘ線ＣＴ装置のように被検体周りから収集した角度ごとの投影データ（一撮影に相当）に基づき断層像を撮影する装置として利用することが困難、あるいは利用できても一断層像の収集に長時間を要する性能の低いものになっている。
【０００７】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、出力信号の収集・記憶の仕方及びデータ処理を工夫することにより、Ｘ線フラットパネル検出器を採用しながらも、データ処理部から見たデータ収集レートを大幅に高めて断層像を撮影することが可能なＸ線撮影装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明者は、上記の問題を解決するために次のような知見を得た。
上述したように、データ処理部から見たデータ収集レートが低いことがＸ線フラットパネル検出器を用いてＣＴ像を得ることを困難にしている。その上、Ｘ線フラットパネル検出器のうちの特定部分だけを限定して利用したとしても、一撮影において、一枚分の画像を構成する出力信号をデータメモリに記憶してデータ処理部で画像化してからでなければ、次の一枚分の画像を構成する出力信号を収集・記憶させることができない点が、データ処理部から見た出力信号のデータ収集レートを低下させていることに着目した。このような知見に基づくこの発明は次のように構成されている。
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の発明は、Ｘ線管と対向配備され、ＴＦＴを有するＸ線フラットパネル検出器と、このＸ線フラットパネル検出器で検出された透過Ｘ線に基づく出力信号を収集して記憶するためのデータメモリと、前記出力信号の収集を制御して、透視撮影の一撮影における全ての前記信号出力を順次に収集して前記データメモリに記憶させる機能を有する信号収集部と、前記データメモリに記憶されている出力信号に基づき画像化を行うデータ処理部と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線フラットパネル検出器とを対向支持したまま被検体周りに回転させる駆動手段とを備え、前記信号収集部は、前記駆動手段を動作させつつ、前記Ｘ線フラットパネル検出器の特定部分で検出された透過Ｘ線に基づく出力信号のみを繰り返し収集し、その出力信号を前記データメモリに回転角度ごとに順次に記憶させるとともに、データ転送タイミングに達した場合に、前記データメモリに回転角度ごとに記憶された出力信号を前記データ処理部に一括転送する処理を、複数回繰り返し、前記データ処理部は、前記複数回に渡って一括して転送された出力信号に対してＣＴ用処理を施すことを特徴とするものである。
【００１０】
（作用・効果）データ収集部は、Ｘ線フラットパネル検出器の特定部分だけを利用し、この特定部分からの出力信号だけを順次に繰り返し収集する（以下、このような読み込みを「特定領域繰り返し読み込み」と称する）。そして、このようにして収集した出力信号をデータメモリに対して回転角度ごとに順次に記憶させるとともに、データ転送タイミングに達した場合に、前記データメモリに回転角度ごとに記憶された出力信号を前記データ処理部に一括転送する処理を、複数回繰り返す。データ処理部は、複数回に渡って一括して転送された出力信号を一括して取り扱い、これに対して断層像を再構成するためのＣＴ用処理を施す。したがって、データ処理部から見た一撮影のデータ収集レートを繰り返し読み込み回数倍にすることができる。その結果、一撮影におけるデータ収集レートを透視撮影時のそれに比較して大幅に高めることができる。また、透視撮影に用いる場合には、データの時間分解能を向上させることができる。
【００１１】
例えば、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＸ線撮影装置において、前記信号収集部は、前記Ｘ線フラットパネル検出器に形成されているＸ線検出素子群のうち一部の複数列からの出力信号だけを利用することを特徴とするものである。
【００１２】
（作用・効果）Ｘ線フラットパネル検出器のほぼ全面にわたって形成されている複数個のＸ線検出素子群（例えば、１０２４×１０２４個）のうち、例えば、２〜１６列（２０４８〜１６，３８４個）だけを用いる。この列数は、所望する断層像のスライス数に応じて決めればよい。このように少数のＸ線検出素子を用いることで、Ｘ線フラットパネル検出器・データメモリ間の出力信号をやり取りする転送レートは従来と同じでよく、回路の設計変更等を行う必要がない。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のＸ線撮影装置において、前記駆動手段は、Ｃ型アームを備えていることを特徴とするものである。
【００１４】
（作用・効果）Ｃ型アームを回転させることにより、Ｘ線管とＸ線フラットパネル検出器を対向支持した状態で被検体周りに回転させることができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載のＸ線撮影装置において、前記駆動手段は、被検体を挿入するための開口部を有するガントリを備えていることを特徴とするものである。
【００１６】
（作用・効果）ガントリ内にＸ線管とＸ線フラットパネル検出器を配備することで、それらを対向させたまま被検体周りに回転させることができる。
【００１７】
また、この明細書は、次のような課題解決手段も開示している。
【００１８】
（１）Ｘ線管とＸ線フラットパネル検出器とを対向支持させた状態で被検体周りに回転させつつ、Ｘ線フラットパネル検出器の特定部分で検出された透過Ｘ線に基づく出力信号のみをデータ収集部がデータメモリに繰り返し収集する過程と、収集された前記出力信号をデータ収集部がデータメモリに対して回転角度ごとに順次に記憶させる過程と、回転角度ごとに記憶されている出力信号をデータ処理部が一括して取り扱い、これに対してＣＴ用処理を施す過程とを備えていることを特徴とするＸ線撮影装置におけるデータ処理方法。
【００１９】
Ｘ線フラットパネル検出器の特定部分だけを利用し、データ処理部が特定領域繰り返し読み込みを行い、このようにして収集した出力信号を回転角度ごとにデータメモリに順次に記憶させる。これらの出力信号を回転角度ごとの信号群としてデータ処理部が一括して取り扱い、これに基づき断層像を再構成するためのＣＴ用処理を施す。したがって、データ処理部から見た一撮影のデータ収集レートを、透視撮影時のそれに比較して大幅に高めることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
図１ないし図４はこの発明の一実施例に係り、図１はＸ線撮影装置の概略構成を示したブロック図である。また、図２はＸ線フラットパネル検出器の概略構成を示す斜視図であり、図３はＸ線フラットパネル検出器の層構造を示す断面図であり、図４はＸ線フラットパネル検出器の周辺回路の構成を示すブロック図である。
【００２１】
天板１は、検査対象である被検体Ｍが載置されるものである。この天板１はＸ線透過材料などで構成されている。天板１を挟む位置には、Ｘ線管３とＸ線フラットパネル検出器５とが対向配備されている。Ｘ線管３とＸ線フラットパネル検出器５とは、図中に二点鎖線で示す支持機構７によって被検体Ｍ周りに回転可能となっている。この支持機構７は、回転駆動部９によって回転される。回転駆動部９の制御は、撮影制御部１１によって行われる。なお、支持機構７と回転駆動部９とが本発明における駆動手段に相当する。
【００２２】
撮影制御部１１は、Ｘ線管３からのＸ線照射を制御する照射制御部１３を制御する。照射制御部１３の制御は、撮影者によって操作されるキーボード１５やマウス１７からの指示に応じて、撮影制御部１１から出力される指令信号によって行われる。
【００２３】
Ｘ線フラットパネル検出器５は次のように構成されている。
【００２４】
Ｘ線フラットパネル検出器５は、Ｘ線検出素子の配列として、例えば、横１０２４×縦１０２４（ｘ×ｙ）の正方形マトリックス構成が挙げられる。また、この平面寸法としては、縦横約４３ｃｍが例示される。外形としては平面形状を呈することから、胸部や腹部などの大きな部位を撮影するのに適した方形の検出面を構成させることが可能であること、視野周辺の歪みがほとんどなく高解像度であること、薄型・軽量であることなどの多くの利点を有する。
【００２５】
このように多くの利点を備えたＸ線フラットパネル検出器５の具体的な構成は、次のようなものである。
すなわち、入射Ｘ線を電荷あるいは光に変換するＸ線変換層１９と、このＸ線変換層１９で生じた電荷あるいは光を検出する素子が縦横にマトリックス状に配置されてなる検出アレイ層２１との積層構造を有する。
【００２６】
このＸ線フラットパネル検出器５としては、図３に示す構造を採用した直接変換タイプを例に採って以下に説明するが、Ｘ線変換層１９がシンチレータ層からなり、検出アレイ層２１の表面に形成されたフォトダイオードなどの光検出素子によって光検出を行い、コンデンサに電荷を蓄える構成の間接変換タイプであってもよい。
【００２７】
Ｘ線変換層１９は、入射Ｘ線を直ちに電荷に変換するセレン層(アモルファスセレン層)やＣｄＺｎＴｅ層などから構成されている。その下層に位置する検出アレイ層２１の表面には電荷検出素子２３が形成されており、表面電極２５に対向形成された電荷収集電極により電荷の検出を行ってコンデンサＣ１に蓄電する構成となっている。上記各電荷検出素子２３と、その上層のＸ線変換層１９の一部と、上記コンデンサＣ１とが一つのＸ線検出素子ＸＤを構成している。
【００２８】
各Ｘ線検出素子ＸＤは、図４に示すように、それぞれＴＦＴ(Thin Film Transistor)２７を介して縦横に延出された読み出し配線Ｒ１，Ｒ２に接続されている。これらの読み出し配線Ｒ１，Ｒ２は、それぞれが横読み出し駆動部ＲＣ１または縦読み出し駆動部ＲＣ２に接続されており、これらには読み出し用の走査信号与えられる。Ｘ線フラットパネル検出器５に形成されている複数個のＸ線検出素子ＸＤを特定するには、横方向アドレスと縦方向アドレスを指定する縦・横の走査信号を出力すればよい。
【００２９】
横読み出し駆動部ＲＣ１及び縦読み出し駆動部ＲＣ２では、縦・横の走査信号にしたがって各々の読み出し配線Ｒ１，Ｒ２に読み出し用の電圧が印加されるのに伴って、各Ｘ線検出素子ＸＤから順にＸ線検出信号が出力信号として出力される。その際、ＴＦＴ２７及び読み出し配線Ｒ２を通り、さらにＸ線フラットパネル検出器５の後段に配備された、後述する信号収集部（３５）の各プリアンプ２９及びマルチプレクサ３１を経て、出力信号がＸ線検出データとして、後述するデータメモリ（３３）に対して収集されることになる。
【００３０】
図１に戻る。
上記のように構成されたＸ線フラットパネル検出器５の後段には、データメモリ３３と信号収集部３５が配備されている。データメモリ３３は、Ｘ線フラットパネル検出器５で検出された透過Ｘ線の出力信号を、後述するように記憶してゆく。そのときの記憶のさせ方とＸ線フラットパネル検出器５の特定部分にあるＸ線検出素子ＸＤの指定にあたる制御は、後述するように信号収集部３５によって行われる。
【００３１】
信号収集部３５によって収集されてデータメモリ３３に記憶された透過Ｘ線の出力信号は、処理部３７によって処理される。この処理部３７は、データ処理部３９と、断層像画像メモリ４１とを備えている。データ処理部３９は、データメモリ３３に記憶されている透過Ｘ線の出力信号を一括して処理対象とし、それに対してＣＴ用処理を施す。断層像画像メモリ４１は、このようにして生成された断層像データを記憶する。
【００３２】
さらに処理部３７には、モニタ４３とイメージャー４５とが接続されている。これらには、断層像画像メモリ４１の断層像データに基づいて断層像が出力可能に構成されている。イメージャー４５は、モニタ４３に表示された断層像を写真画像として焼き付け出力する機能を備えている。
【００３３】
次に、図５を参照して、上述したデータメモリ３３と信号収集部３５による出力信号の記憶制御について説明する。なお、図５は、信号収集部３５の動作を模式的に示した図である。
【００３４】
信号収集部３５は、Ｘ線フラットパネル検出器５に形成されているＸ線検出素子ＸＤ群のうち、特定部分のものだけを指定して出力信号を読み出す。例えば、縦１０２４×横１０２４個のＸ線検出素子ＸＤのうち、中央部付近のｎ列に位置しているＸ線検出素子ＸＤ群だけを使用する。なお、このように中央部でなく、周辺部付近のｎ列を対象としてもよく、さらに一列おきのＸ線検出素子ＸＤを対象としてもよい。
【００３５】
このようにｎ列のＸ線検出素子ＸＤだけを対象にして透過Ｘ線の出力信号を読み出すが、その読み出した出力信号はデータメモリ３３に読み出したごとにグループ化（グループＧ１，Ｇ２，Ｇ３、……）して記憶させてゆく。実際の動作時には、撮影制御部１１によって回転駆動部９が動作され、Ｘ線管３とＸ線フラットパネル検出器５が対向したまま被検体Ｍ周りに回転され、回転が停止されるまでの間、ｎ列のＸ線検出素子ＸＤからの出力信号が繰り返し読み出される。このような特定領域繰り返し読み込みが行われ、グループＧ１，Ｇ２，Ｇ３ごとに記憶されてゆくことになるので、データメモリ３３には回転角度ごとのｎ列のＸ線検出素子ＸＤから読み出された出力信号が記憶されることになる。換言すると、グループＧ１，Ｇ２，Ｇ３，……ごとにＸ線管３とＸ線フラットパネル検出器５における撮影軸の角度が各々異なる。
【００３６】
このように信号処理部３５が特定部分のＸ線検出素子ＸＤだけを読み出し、特定領域繰り返し読み出しを行ってデータメモリ３３に回転角度ごとに出力信号を記憶させる。データ処理部３９は、データメモリ３３から回転角度ごとの出力信号を読み出し、一括してＣＴ用処理を施す。これにより回転角度ごとの出力信号（つまりＸ線ＣＴ装置における投影データに相当する）から断層像が再構成されることになる。
【００３７】
次に、図６のフローチャートを参照して、上述したように構成したＸ線撮影装置の動作について説明する。なお、予め被検体Ｍが天板１に載置され、キーボード１５やマウス１７を介して、撮影者により予めＸ線管３からのＸ線照射条件などが設定されているものとする。
【００３８】
ステップＳ１
撮影制御部１１は、回転駆動部９を作動させながら、照射制御部１３を制御して所定線量のＸ線をＸ線管３から照射させる。これによりＸ線管３とＸ線フラットパネル検出器５とが対向した状態で支持機構７ごと被検体Ｍの周りを回転し始める。そして、信号収集部３５は、Ｘ線フラットパネル検出器５について上述したようにして特定部分のｎ列を対象にして出力信号を読み出し、回転角度ごとにグループ化してデータメモリ３３に記憶させる。なお、支持機構７による回転は、被検体Ｍの体軸周りや体軸方向等のいずれかの所望する方向に行えばよい。
【００３９】
ステップＳ２
データメモリ３３に記憶された出力信号についてデータ転送を行うタイミングに達したか否かを判断して処理を分岐する。つまり、上記のステップＳ１及びＳ２において、上述したような「特定領域繰り返し読み込み」を実施するのである。
【００４０】
ステップＳ３
データ転送のタイミングに達した場合、信号収集部３５は特定領域繰り返し読み込みを停止し、データメモリ３３に記憶されている全てのグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３，……をデータ処理部３９に一括して転送する。
【００４１】
ステップＳ４
図示しない回転角度検出機構を介して、回転角度が停止角度に達したか否かを判断する。停止角度に達した場合には上記一連の処理を終了し、停止角度に達していない場合にはステップＳ１に戻って出力信号を記憶させる。
【００４２】
上記のようにデータ収集をした後、データ処理部３９は、一括して転送されてきた全てのグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３，……を対象にしてＣＴ用処理を施す。これにより断層像が再構成され、断層像メモリ４１に記憶される。記憶された断層像は、モニタ４３に表示される。
【００４３】
上記のような一連の処理によって、一つの断層像の撮影が行われる。
【００４４】
このように上記の構成のＸ線撮影装置では、特定領域繰り返し読み込みを行い、出力信号をデータメモリ３３に対して回転角度ごとにグループ化して順次に記憶させる。しかも、データ処理部３９は全てのグループを一括して取り扱って断層像を再構成するためのＣＴ用処理を施す。したがって、データ処理部３９から見た一撮影のデータ収集レートを透視撮影時のデータ収集レートに比較して大幅に高めることができるようになっている。そのためＸ線フラットパネル検出器５を用いて断層像の撮影を行うことができ、また、透視撮影に利用する場合にはデータの時間分解能を向上させることができる。
【００４５】
なお、上述したＸ線撮影装置における支持機構７（駆動手段）は、具体的には以下のような構成ものが例示される。
【００４６】
（１）図７に示すＣ型アームタイプ
すなわち、Ｘ線管３とＸ線フラットパネル検出器５とを天板１を挟んで対向支持するＣ型アーム４７を備えるＸ線撮影装置である。Ｃ型アーム４７は、支持台４９によって回転可能に支持されている。その回転は、例えば、被検体Ｍの体軸周り（符号Ｐ１）と体軸方向（符号Ｐ２）に可能となっている。
【００４７】
（２）図８に示すガントリタイプ
すなわち、Ｘ線管３とＸ線フラットパネル検出器５とを対向支持した状態で回転可能なガントリ５１を備えたＸ線撮影装置である。ガントリ５１は、被検体Ｍが挿入される開口部５３を備えている。Ｘ線管３とＸ線検出フラットパネル検出器５は、開口部５３の周りで回転駆動されるようになっている。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、データ収集部は特定領域繰り返し読み込みを行い、出力信号をデータメモリに対して回転角度ごとに順次に記憶させる。しかも、データ処理部は回転角度ごとの出力信号を一括して取り扱って断層像を再構成するためのＣＴ用処理を施すので、データ処理部から見た一撮影のデータ収集レートを透視撮影時のデータ収集レートに比較して大幅に高めることができ、断層像の撮影を行うことができる。また、透視撮影に用いる場合には、データの時間分解能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線撮影装置の概略構成を示したブロック図である。
【図２】Ｘ線フラットパネル検出器の概略構成を示す斜視図である。
【図３】Ｘ線フラットパネル検出器の層構造を示す断面図である。
【図４】Ｘ線フラットパネル検出器の周辺回路の構成を示すブロック図である。
【図５】信号収集部の動作を模式的に示した図である。
【図６】動作説明に供するフローチャートである。
【図７】Ｃ型アームを備えたＸ線撮影装置の概略構成を示す図である。
【図８】ガントリを備えたＸ線撮影装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｍ … 被検体
１ … 天板
３ … Ｘ線管
５ … Ｘ線フラットパネル検出器
７ … 支持機構（駆動手段）
９ … 回転駆動部（駆動手段）
３３ … データメモリ
３５ … 信号収集部
３７ … 処理部
３９ … データ処理部
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３ … グループ
４７ … Ｃ型アーム
４９ … 支持台
５１ … ガントリ

Claims

Ｘ線管と対向配備され、ＴＦＴを有するＸ線フラットパネル検出器と、このＸ線フラットパネル検出器で検出された透過Ｘ線に基づく出力信号を収集して記憶するためのデータメモリと、前記出力信号の収集を制御して、透視撮影の一撮影における全ての前記信号出力を順次に収集して前記データメモリに記憶させる機能を有する信号収集部と、前記データメモリに記憶されている出力信号に基づき画像化を行うデータ処理部と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線フラットパネル検出器とを対向支持したまま被検体周りに回転させる駆動手段とを備え、
前記信号収集部は、前記駆動手段を動作させつつ、前記Ｘ線フラットパネル検出器の特定部分で検出された透過Ｘ線に基づく出力信号のみを繰り返し収集し、その出力信号を前記データメモリに回転角度ごとに順次に記憶させるとともに、データ転送タイミングに達した場合に、前記データメモリに回転角度ごとに記憶された出力信号を前記データ処理部に一括転送する処理を、複数回繰り返し、
前記データ処理部は、前記複数回に渡って一括して転送された出力信号に対してＣＴ用処理を施すことを特徴とするＸ線撮影装置。
請求項１に記載のＸ線撮影装置において、前記信号収集部は、前記Ｘ線フラットパネル検出器に形成されているＸ線検出素子群のうち一部の複数列からの出力信号だけを利用することを特徴とするＸ線撮影装置。
請求項１または２に記載のＸ線撮影装置において、前記駆動手段は、Ｃ型アームを備えていることを特徴とするＸ線撮影装置。
請求項１または２に記載のＸ線撮影装置において、前記駆動手段は、被検体を挿入するための開口部を有するガントリを備えていることを特徴とするＸ線撮影装置。