JP4378812B2

JP4378812B2 - Cone beam type radiation CT system

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Publication number: JP4378812B2
Application number: JP33009799A
Authority: JP
Inventors: 四郎及川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2019-11-19
Also published as: JP2001145621A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、コーン状放射線ビームが被検体に照射されるとともに、被検体を通り抜けた透過Ｘ線が２次元に広がる放射線検出面によって検出されるよう構成された医療用あるいは産業用のコーンビーム型放射線ＣＴ装置に係り、特に、被検体の非撮影対象領域に対する不必要な放射線曝射を抑制するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｘ線ＣＴ装置と言えば、扇状Ｘ線ビーム（ファンビーム）と１次元Ｘ線検出器を用いた装置が汎用的に用いられているが、最近、図１０に示すように、扇状Ｘ線ビームの代わりコーン状Ｘ線ビームＸＢを用いるとともに、１次元Ｘ線検出器の代わりにイメージインテンシファイアなどの２次元に広がるＸ線検出面ＸＤａを有するＸ線検出器ＸＤを用いたコーンビーム型Ｘ線ＣＴ装置が使われ出している。
【０００３】
従来のコーンビーム型Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線管５１から出るＸ線ビームがコーン状に整形された状態で被検体Ｍに照射されるとともに、被検体Ｍを透過したコーン状Ｘ線ビームＸＢはＸ線検出器ＸＤの２次元のＸ線検出面ＸＤａに投影されてＸ線検出が行われる構成になっているのに加えて、Ｘ線管５１とＸ線検出器ＸＤが被検体Ｍを挟んで被検体Ｍの体軸回りに回転すると同時に、被検体Ｍを載置した天板５２が左側へ移動してＸ線管５１とＸ線検出器ＸＤが被検体Ｍの体軸Ｚの方向に相対的に直進する構成となっている。
【０００４】
つまり、従来の装置の場合、全体として見れば、図１０に曲線ｍで示すように、Ｘ線管５１とＸ線検出器ＸＤが被検体Ｍの体軸Ｚの方向へ向けて被検体Ｍの体軸回りを相対的に螺旋状に前進しながら撮影対象領域Ｍａに対するＸ線の照射・検出が行われてＸ線断層撮影が進行するのである。また、従来の装置では、Ｘ線検出器ＸＤから出力されるＸ線検出信号に基づき、Ｘ線検出器ＸＤの後段で撮影対象領域Ｍａについて画像再構成が行われて、最終的に必要なＣＴ像（断層像）が得られる。
【０００５】
このコーンビーム型Ｘ線ＣＴ装置では、図１１に示すように、扇状Ｘ線ビームよりも遙に幅のあるコーン状Ｘ線ビームＸＢを用いるとともに、１次元Ｘ線検出器よりも遙に広い２次元のＸ線検出面ＸＤａを持つＸ線検出器ＸＤを用いるので、１回の回転で多量のＸ線検出信号が得られるようになり、撮影効率の向上が見込める。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のコーンビーム型Ｘ線ＣＴ装置の場合、被検体Ｍの非撮影対象領域Ｍｂに対して不必要なＸ線が曝射されるという問題がある。
従来のコーンビーム型Ｘ線ＣＴ装置の場合、Ｘ線管５１およびＸ線検出器ＸＤと被検体Ｍとの間の相対的な直進の開始の際は、図１２に示すように、コーン状Ｘ線ビームＸＢの後側半角コーンビームＸＢａが被検体Ｍの非撮影対象領域Ｍｂに不必要に当たるだけでなく、Ｘ線管５１およびＸ線検出器ＸＤと被検体Ｍとの間の相対的な直進の終了の際も、図１３に示すように、コーン状Ｘ線ビームＸＢの前側半角コーンビームＸＢｂが被検体Ｍの非撮影対象領域Ｍｂに不必要に当たる。
【０００７】
すなわち、コーンビーム型Ｘ線ＣＴ装置では、画像再構成のための信号処理を行う際に被検体Ｍの体軸Ｚに対して垂直方向に照射されるＸ線に対応するＸ線検出信号を基準にして処理が進められる。そうしないと、最終的なＣＴ像が不鮮明になるからである。したがって、図１２および図１３に示すように、コーン状Ｘ線ビームＸＢの照射中心が被検体Ｍの撮影対象領域Ｍａの各端面に達する位置まで、Ｘ線管５１およびＸ線検出器ＸＤと被検体Ｍとの間の相対的な直進を行って、被検体Ｍの撮影対象領域Ｍａの各端面に被検体Ｍの体軸Ｚに対して垂直方向からＸ線を照射して処理に必要なＸ線検出信号を得ることになる。
しかし、撮影対象領域Ｍａの各端面の撮影の際、コーン状Ｘ線ビームＸＢの各半角コーンビームＸＢａ，ＸＢｂの部分が非撮影対象領域Ｍｂにまで入り込んで非撮影対象領域Ｍｂに不必要なＸ線を照射してしまう。不必要なＸ線曝射は極力避けなければならないことは言うまでもない。
【０００８】
この発明は、上記の事情に鑑み、コーン状放射線ビーム方式の断層撮影において被検体の非撮影対象領域に対する不必要な放射線曝射を抑制することのできるコーンビーム型放射線ＣＴ装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１の発明に係るコーンビーム型放射線ＣＴ装置は、コーン状放射線ビームを被検体に照射する放射線照射手段と、２次元に広がる放射線検出面を有する放射線検出手段とが、被検体を挟んで被検体の体軸回りの向きへは被検体に対し相対的に回転し、被検体の体軸方向へは被検体に対し相対的に直進するよう構成されているとともに、コーン状放射線ビームの照射に伴って放射線検出手段からＣＴ像再構成用の放射線検出信号が出力されるよう構成されたコーンビーム型放射線ＣＴ装置において、被検体の体軸方向に往復移動可能なようにして配設された放射線ビーム整形用のリーフ片と、放射線照射手段および放射線検出手段と被検体との間の相対的な直進の開始の際は放射線ビームが、後側半角分を欠如した前側半角コーンビームから欠如した後側半角分が拡がって全角コーンビームへと変化するとともに、相対的な直進の終了の際は放射線ビームが全角コーンビームから拡がっている前側半角分が縮まって前側半角分を欠如した後側半角コーンビームへと変化するよう、放射線照射手段および放射線検出手段と被検体との相対的な直進と連動して放射線ビーム整形用のリーフ片の位置を制御するリーフ片位置制御手段とを備えている。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載のコーンビーム型放射線ＣＴ装置において、放射線ビーム整形用のリーフ片として、被検体の体軸方向に向かい合った一対のリーフ片が独立して移動可能に配設されていて、リーフ片位置制御手段が、相対的な直進の開始の際は後側のリーフ片の先端を放射線照射手段の照射中心位置から全角コーンビームの後側外縁に対応する位置へ徐々に移動させるとともに前側のリーフ片の先端は全角コーンビーム時の前側外縁に対応する位置に留め置く一方、相対的な直進の終了の際は、前側のリーフ片の先端を全角コーンビームの前側外縁に対応する位置から放射線照射手段の照射中心位置へ徐々に移動させるとともに、後側のリーフ片の先端は全角コーンビーム時の後側外縁に対応する位置に留め置くようリーフ片の位置制御を行う構成となっている。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１に記載のコーンビーム型放射線ＣＴにおいて、放射線ビーム整形用のリーフ片として、配設位置に対応する全角コーンビーム幅以上の距離を隔てて被検体の体軸方向に向かい合う一対のリーフ片が一体的に移動可能に配設されていて、リーフ片位置制御手段が、相対的な直進の開始の際は後側のリーフ片の先端を放射線照射手段の照射中心位置から全角コーンビームの後側外縁に対応する位置へ徐々に移動させる一方、相対的な直進の終了の際は、前側のリーフ片の先端を全角コーンビームの前側外縁に対応する位置から放射線照射手段の照射中心位置へ徐々に移動させるようリーフ片位置の制御を行う構成となっている。
【００１２】
〔作用〕
次に、この発明に係るコーンビーム型放射線ＣＴ装置により断層撮影（ＣＴ撮影）を行う際の作用を説明する。
請求項１のコーンビーム型放射線ＣＴ装置による断層撮影では、放射線照射手段と放射線検出手段とが被検体を挟んで被検体の体軸回りの向きへ被検体に対し相対的に回転し、被検体の体軸方向へは被検体に対し相対的に直進するとともに、放射線照射手段による被検体へのコーン状放射線ビームの照射に伴って放射線検出手段における２次元に広がる放射線検出面に被検体のＸ線透過像が投影されてＣＴ像再構成用の放射線検出信号が出力される。
【００１３】
そして、請求項１のコーンビーム型放射線ＣＴ装置の場合、リーフ片位置制御手段により、被検体の体軸方向に往復移動可能に配設された放射線ビーム整形用のリーフ片の位置が放射線照射手段および放射線検出手段と被検体との間の相対的な直進と連動して制御され、相対的な直進の開始の際（つまり撮影開始の際）は、放射線ビームが後側半角分を欠如した前側半角コーンビームから全角コーンビームへと変化するとともに、相対的な直進の終了の際（つまり撮影終了の際）は、放射線ビームが全角コーンビームから前側半角分を欠如した後側半角コーンビームへと変化する。
【００１４】
すなわち、この発明の装置の場合、相対的な直進の開始の際、放射線ビームが前側半角コーンビームから全角コーンビームへと変化する間は、放射線ビームの後側半角分の未拡張分だけ被検体の非撮影領域に当たる放射線ビームが従来に比べて制限されるとともに、相対的な直進の開始の際も、放射線ビームが全角コーンビームから後側半角コーンビームへと変化する間は、放射線ビームの前側半角分の既縮小分だけ被検体の非撮影領域に当たる放射線ビームが従来に比べて制限される。そして、このように非撮影領域に当たる放射線ビームが制限される分に応じて非撮影対象領域への放射線曝射量が抑えられる。
【００１５】
また、請求項２のコーンビーム型放射線ＣＴ装置では、リーフ片位置制御手段によって、相対的な直進の開始の際は、独立移動可能な一対の放射線ビーム整形用のリーフ片のうち後側のリーフ片の先端が放射線照射手段の照射中心位置から全角コーンビームの後側外縁に対応する位置へ徐々に移動させられるとともに、前側のリーフ片の先端が全角コーンビーム時の後側外縁に対応する位置に留め置かれることにより、放射線ビームが後側半角分を欠如した前側半角コーンビームから全角コーンビームへと徐々に変化する一方、相対的な直進の終了の際は、一対の放射線ビーム整形用のリーフ片のうち前側のリーフ片の先端が全角コーンビームの前側外縁に対応する位置から放射線照射手段の照射中心位置へ徐々に移動させられるとともに、後側のリーフ片の先端は全角コーンビーム時の後側外縁に対応する位置に留め置かれることにより、放射線ビームが全角コーンビームから後側半角コーンビームへと徐々に変化する。
つまり、請求項２のコーンビーム型放射線ＣＴ装置の場合、前後両側のリーフ片が独立して移動しながら、コーン状放射線ビームの被検体の体軸方向については、前側半角分および後側半角分のビーム整形のみならず全角コーンビームのためのビーム整形も全て行うのである。
【００１６】
また、請求項３のコーンビーム型放射線ＣＴ装置では、リーフ片位置制御手段によって、相対的な直進の開始の際は、一体的に移動する一対の放射線ビーム整形用のリーフ片のうち後側のリーフ片の先端が放射線照射手段の照射中心位置から全角コーンビームの後側外縁に対応する位置へ徐々に移動させられることにより、欠如した後側半角分が徐々に拡がって（形成されて）ゆき全角コーンビームとなる一方、相対的な直進の開始の際は、一対のリーフ片のうち前側のリーフ片の先端が全角コーンビームの前側外縁に対応する位置から放射線照射手段の照射中心位置へ徐々に移動させられることにより、拡がっている前側半角分が徐々に縮まって（欠けて）ゆき後側半角コーンビームとなる。
つまり、請求項３のコーンビーム型放射線ＣＴ装置の場合、前後両側のリーフ片が一体的に移動しながら、コーン状放射線ビームの被検体の体軸方向についての前側半角分および後側半角分のビーム整形を行うのである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
続いて、この発明の一実施例を図面を参照しながら説明する。図１は実施例に係るコーンビーム型Ｘ線ＣＴ装置の全体構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１に示す実施例のＸ線ＣＴ装置は、被検体Ｍにコーン状Ｘ線ビームを照射するＸ線照射部１と、２次元に広がるＸ線検出面２ａを有するＸ線検出器２と、被検体Ｍを載置したままで被検体Ｍの体軸Ｚの方向へ往復移動可能な天板３とを備えていて、Ｘ線照射部１およびＸ線検出器２が被検体Ｍを挟んで被検体Ｍの体軸Ｚ回りの向きに回転するとともに、被検体Ｍの体軸Ｚの方向に相対的に直進するよう構成されているのに加え、コーン状Ｘ線ビームの照射に伴ってＸ線検出器２から出力されるＸ線検出信号に基づきＸ線ＣＴ像（Ｘ線断層像）用の画像再構成が行われる構成となっている。以下、実施例のＸ線ＣＴ装置の各部の構成をより具体的に説明する。
【００１９】
Ｘ線照射部１は、図２に示すように、Ｘ線ビームを放射するＸ線管４と、Ｘ線管４の前方に配置されたＸ線ビーム整形用のコリメータ５とを備えている。
Ｘ線検出器２はイメージインテンシファイア（Ｉ・Ｉ管）２ＡとＩ・Ｉ管２Ａの後部に付設されたＴＶカメラ２Ｂを備え、コーン状Ｘ線ビームの照射により生じた被検体の透過Ｘ線像がＩ・Ｉ管２Ａに投影されて検出されるとともに、ＴＶカメラ２Ｂから映像信号が出力される通常の構成の検出器である。
【００２０】
そして、実施例装置の場合、Ｘ線照射部１およびＸ線検出器２は、図１に示すように、モータ６の回転力がプーリ７およびベルト８を介して伝達されるのに伴って回転する回転リング９に固定されていて、回転駆動部１０のコントロールによるモータ６の回転により回転リング９が連動して矢印ＲＡ，ＲＢの示す方向に回転するのに従って、Ｘ線照射部１とＸ線検出器２が被検体Ｍの体軸Ｚの周りを対向配置状態を保ったまま回転するよう構成されている。
さらに、Ｘ線照射部１に関しては、高電圧発生器１２などを含む照射制御部１１のコントロールにより、管電圧・管電流等の設定照射条件に従ってコーン状Ｘ線ビームを照射する構成にもなっている。
【００２１】
また、被検体載置用の天板３に関しては、撮影中、天板駆動部１３のコントロールにより、被検体Ｍを乗せたままで被検体Ｍの体軸Ｚの方向に天板３が正逆のいずれの方向にも直進するよう構成されている。
したがって、Ｘ線照射部１およびＸ線検出器２の回転と天板３の直進との組み合わせにより、Ｘ線照射部１およびＸ線検出器２は、Ｘ線断層撮影の実行中、被検体Ｍの体軸Ｚの方向へ向けて被検体Ｍの体軸回りを相対的に螺旋状に前進しながらＸ線の照射・検出を行う（螺旋スキャンを行う）ことにより撮影が進行することになる。普通、Ｘ線照射部１およびＸ線検出器２が１回転する間の螺旋状の前進ピッチは、特定の寸法に限られるものではないが、例えばＸ線検出面２ａの体軸Ｚの方向の寸法の半分程度である。
【００２２】
その他、ガントリＧの開口側縁には、被検体Ｍの位置決めなどに使われる投光器１４およびハンドスイッチ１５も設けられている。
なお、回転駆動部１０によるＸ線照射部１およびＸ線検出器２の回転コントロールや、照射制御部１１によるＸ線ビームの照射コントロール、或いは、天板駆動部１３による天板３の移動コントロールなどは、操作卓１６からの入力操作等や撮影進行状況に応じて撮影制御部１７から適時に送出される指令信号に従って行われる構成となっている。
【００２３】
さらに実施例のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線ビームの照射に伴ってＸ線検出器２から出力される映像信号を適当な段階でＡＤ変換したＸ線検出信号（Ｘ線画像信号）を記憶する検出信号メモリ１８と、検出信号メモリ１８に記憶されるＸ線検出信号に基づき３次元画像再構成処理を行う画像再構成部１９と、３次元画像再構成結果に従って得られたＸ線ＣＴ像を一時的に記憶するＣＴ像メモリ２０を備えている他、ＣＴ像メモリ２０に記憶されたＸ線ＣＴ像を画面表示する表示モニタ２１やフィルムに焼き付けて画像写真として出力する画像焼付け器（レーザ式イメージャー）２２なども備えている。
【００２４】
続いて、実施例のＸ線ＣＴ装置を特徴づけているＸ線ビームを整形する機能を持つコリメータ５まわりの構成について詳しく説明する。
コリメータ５は円環形状のガントリＧの内部に配設されており、図２に示すように、被検体Ｍの体軸Ｚの方向に向かい合うとともに体軸Ｚの方向に独立して往復移動可能な一対のリーフ片５Ａ，５Ｂを有する。リーフ片５Ａ，５Ｂが円筒曲面形状であるのは、ガントリＧの内に無理なく納まるようにするためである。これら両リーフ片５Ａ，５Ｂは先端縁両側に体軸Ｚの方向へ伸びる突出ピース５ａ，５ｂがそれぞれ付設されている一方、後端側にはモータ５Ｃ，５Ｄで回転するピニオン５Ｅ，５Ｆによって体軸Ｚの方向に往復移動させられるラック５Ｇ，５Ｈの先端が取り付けられていて、各モータ５Ｃ，５Ｄの回転によりラック５Ｇ，５Ｈが移動するのに伴ってリーフ片５Ａ，５Ｂの位置が独立して変化する構成となっている。
【００２５】
一方、両リーフ片５Ａ，５Ｂの間には四角形の開口が形成される。この四角形の開口の大きさ・形は両リーフ片５Ａ，５Ｂの位置に従って変わる。他方、リーフ片５Ａ，５Ｂは突出ピース５ａ，５ｂも含めてＸ線遮蔽材料で形成されていて、Ｘ線管４から放射されたＸ線ビームは両リーフ片５Ａ，５Ｂの間に生じる四角形の開口を通過できるだけであるので、両リーフ片５Ａ，５Ｂの位置を制御して四角形の開口を必要なコーン状Ｘ線ビームの断面形状に対応した大きさと形に変化させることにより、Ｘ線ビームを後側半角分が欠如した前側半角コーンビームＣＢａや前側半角分が欠如した後側半角コーンビームＣＢｂまたは未欠如の全角コーンビームＣＢなどに整形する構成になっている。
【００２６】
したがって、各リーフ片５Ａ，５Ｂはコーン状Ｘ線ビームの体軸Ｚの方向の形を規定し、各突出ピース５ａ，５ｂがコーン状Ｘ線ビームの体軸Ｚの方向と直角の方向の形を規定することになる。このように、実施例装置の場合、前側半角分および後側半角分のビーム整形のみならず全角コーンビームのためのビーム整形も全て行えるので、全角コーンビームのためのビーム整形を行うためのリーフ片を別途に設ける必要がない。
なお、図２はリーフ片５Ａ，５ＢがＸ線ビームを前側半角分が欠如した後側半角コーンビームＣＢｂに整形した時の状態を示している。
【００２７】
また、コリメータ５の場合、各リーフ片５Ａ，５Ｂの位置の制御は、撮影制御部１７から適時に送出される指令信号に従ってリーフ位置制御部２３が行うよう構成れている。以下、Ｘ線断層撮影の進行に伴ってリーフ位置制御部２３により行われるリーフ片５Ａ，５Ｂの位置制御を、図３ないし図５を参照しながら具体的に説明する。なお、図３および図４においては、撮影の際には被検体Ｍが体軸Ｚの方向とは逆に右から左へ直進してゆくので、撮影対象領域Ｍａに対するＸ線ビームの走査（スキャン）は左から右へ進むことから、以下の説明ではＸ線ビームにとっては左側が後側となり、右側が前側となる。
【００２８】
先ず被検体Ｍの直進の開始の際は、図３（ａ）に示すように、後側のリーフ片５Ａの先端がＸ線照射部１の照射中心ＣＮの位置まで進出させられるとともに、前側のリーフ片５Ｂの先端が前側半角分を全く遮蔽しない位置まで後退させられていて、コーン状Ｘ線ビームは、後側半角分が全て遮蔽されて欠如した前側半角コーンビームＣＢａに整形されている。
続いて、図３（ｂ）に示すように、被検体Ｍが右に直進するのと連動して、コーン状Ｘ線ビームの後側外縁が撮影対象領域Ｍａの先端上縁に常に一致するようにして、後側のリーフ片５Ａの先端だけが徐々に後退させられるので、欠如した後側半角分が拡がってゆく。やがて後側半角分が拡がり切って無欠如の完全な全角コーンビームＣＢに整形されると、後側のリーフ片５Ａは停止する。その間、前側のリーフ片５Ｂは停止したままである。したがって、Ｘ線ビームが前側半角コーンビームＣＢａから全角コーンビームＣＢへと変化する間は、Ｘ線ビームの後側半角分の未拡張分だけ被検体Ｍの非撮影領域Ｍｂに当たるＸ線ビームが従来に比べて制限されるので、Ｘ線ビームが制限された分に応じて非撮影対象領域ＭｂへのＸ線曝射量が従来よりも減少する。
【００２９】
そして、全角コーンビームＣＢの状態で撮影が進み、被検体Ｍの直進の終了の際は、図４（ａ）に示すように、コーン状Ｘ線ビームの前側外縁が撮影対象領域Ｍａの後端上縁に達した後は、図４（ｂ）に示すように、被検体Ｍが右に直進するのと連動して、コーン状Ｘ線ビームの前側外縁が撮影対象領域Ｍａの後端上縁に常に一致するようにして、前側のリーフ片５Ｂの先端だけが徐々に進出させられるので、拡がっている前側半角分が縮まってゆく。
そして、前側のリーフ片５Ｂの先端がＸ線照射部１の照射中心ＣＮの位置まで進出すると、コーン状Ｘ線ビームは前側半角分を欠如した後側半角コーンビームＣＢｂへ変化すると同時に撮影は終了することとなる。その間、後側のリーフ片５Ａは停止したままである。したがって、Ｘ線ビームが全角コーンビームＣＢから後側半角コーンビームＣＢｂへと変化する間は、Ｘ線ビームの前側半角分の縮小分だけ被検体Ｍの非撮影領域Ｍｂに当たるＸ線ビームが従来に比べて制限されるので、やはりＸ線ビームが制限された分に応じて非撮影対象領域ＭｂへのＸ線曝射量が従来よりも減少する。
【００３０】
なお、各リーフ片５Ａ，５Ｂの移動速度は、コリメータ５の設置位置に応じて被検体Ｍの移動速度よりも遅くするのが好ましい。仮に、各リーフ片５Ａ，５Ｂの移動速度を被検体Ｍの移動速度と同じにすると、Ｘ線の一部が非撮影対象領域Ｍｂにも及んで好ましくない。すなわち、図３（ｂ）に示すように、Ｘ線管４からコリメータ５までの距離をｒ₁、Ｘ線管４から被検体Ｍまでの距離をｒ₂、被検体Ｍの単位時間あたりの移動距離をｄ₁、リーフ５Ａの単位時間あたりの移動距離をｄ₂とすると、幾何学的にｄ₁：ｄ₂＝ｒ₁：ｒ₂の関係が成立する。したがって、リーフ５Ａの移動距離ｄ₂は次式で表される。
ｄ₂＝ｄ₁（ｒ₂／ｒ₁）
同様に、被検体Ｍの移動速度をｖ₁、リーフ５Ａの移動速度をｖ₂とすると、次の関係が成立する。
ｖ₂＝ｖ₁（ｒ₂／ｒ₁）
つまり、各リーフ片５Ａ，５Ｂの速度ｖ₂は、被検体Ｍの移動速度ｖ₁に対して、ｒ₂／ｒ₁に設定しておくのが好ましい。
【００３１】
なお、上に説明したリーフ位置制御部２３によるリーフ片の位置制御は撮影対象領域Ｍａの先端・後端の各位置と連動して行う必要があるが、リーフ位置制御部２３の場合、撮影対象領域Ｍａの先端・後端の各位置は天板３の位置に対応しているので、撮影対象領域Ｍａの先端・後端に相当する位置と天板３の位置の対応関係を予め求出して撮影制御部１７に保持するとともに、撮影制御部１７によって、天板３の現在位置と撮影対象領域Ｍａの先端・後端の各位置の関係を監視しながら必要な指令信号をリーフ位置制御部２３へ送出するよう構成されている。
【００３２】
また、撮影対象領域Ｍａの先端・後端に相当する位置と天板３の位置の対応関係を求出して保持させる構成としては、例えば、次のようなものが用いられる。すなわち、被検体Ｍを天板３に載せてから天板３を移動させて被検体ＭをガントリＧに進ませ、被検体Ｍの撮影対象領域Ｍａの先端・後端とする各位置へ順に投光器１４の光を当てるとともにハンドスイッチ１５を押すことにより、ハンドスイッチ１５が押された時の天板３の角位置を撮影対象領域Ｍａの先端・後端の各位置として投撮影制御部１７にそれぞれ取り込んで保持する構成を用いることができる。
【００３３】
続いて、以上に述べた構成を有する実施例のＸ線ＣＴ装置によるＸ線断層撮影の進行プロセスを、図面を参照しながら説明する。図５は実施例装置によるＸ線断層撮影の進行状況を示す模式図、図６は実施例装置によるＸ線断層撮影の進行状況を示すフローチャートである。
〔ステップＳ１〕被検体Ｍを天板３に載せた後、天板３を移動させて被検体ＭをガントリＧの方へ進ませ、投光器１４およびハンドスイッチ１５を用いて被検体Ｍの撮影対象領域Ｍａの先端・後端の各位置を天板３の位置と対応付けて撮影制御部１７へ取り込む。
【００３４】
〔ステップＳ２〕Ｘ線照射部１の照射中心へ後側のリーフ片５Ａの先端および撮影対象領域Ｍａの先端が来るようにリーフ片５Ａと天板３を調整（撮影初期位置にセット）しておいてから、操作卓１６の入力操作によりＸ線断層撮影を始める。
【００３５】
〔ステップＳ３〕図５（ａ）に示すように、前側半角コーンビームＣＢａにより撮影対象領域Ｍａの先端の撮影が行われる。
【００３６】
〔ステップＳ４〕Ｘ線照射部１とＸ線検出器２の回転と被検体Ｍの直進が継続的に行われるとともに、リーフ片５Ａの先端が後退するのに伴って、図５（ｂ）に示すように、全角コーンビームＣＢによる撮影へと移行してゆく。
【００３７】
〔ステップＳ５〕両リーフ片５Ａ，５Ｂは停止したままで全角コーンビームＣＢによる撮影が、被検体Ｍが図５（ｃ）に示す状態に達するまでは継続する。
【００３８】
〔ステップＳ６〕被検体Ｍが図５（ｃ）に示す状態に達した後は、前側のリーフ片５Ｂの先端が前進するのに伴って、後側半角コーンビームＣＢｂによる撮影へと移行してゆく。
【００３９】
〔ステップＳ７〕図５（ｄ）に示すように、Ｘ線照射部１の照射中心に前側のリーフ片５Ｂの先端が達すると、後側半角コーンビームＣＢｂにより撮影対象領域Ｍａの後端の撮影が行われて、Ｘ線検出信号の採取が終了して被検体Ｍは天板３から降ろされる。
【００４０】
〔ステップＳ８〕撮影対象領域Ｍａの撮影と平行して検出信号メモリ１８へ記憶されたＸ線検出信号に基づき画像再構成部１９により３次元画像再構成処理が行われるとともに、３次元画像再構成処理の結果に従って希望断面のＸ線ＣＴ像が作成されてＣＴ像メモリ２０へ記憶される。
【００４１】
〔ステップＳ９〕ＣＴ像メモリ２０に記憶されたＸ線ＣＴ像を表示モニタ２１の画面に映し出して観察したり、あるいは、画像焼付け器２２によりフィルムに焼き付けて画像写真として出力したりすれば、Ｘ線断層撮影は完全に終わることになる。
【００４２】
次にこの発明の第２実施例を説明する。図７は第２実施例に係るコーンビーム型Ｘ線ＣＴ装置のＸ線ビーム整形用のコリメータ５まわりの構成を模式的に示す斜視図である。第２実施例に係るＸ線ＣＴ装置は、コリメータ５の両リーフ片５Ａ，５Ｂが先端両側で結合片５ｃ，５ｃにより一つに繋がっていて一体的に移動可能に配設されているのに加え、コリメータ５の外方（Ｘ線管４の側）に全角コーンビーム整形用のプリコリメータ（前置コリメータ）２４が別途配設されている他は、先の実施例と実質的に同一の装置であるので、相違する点のみを説明し、先の実施例と共通する点についての説明は省略する。なお、図７もリーフ片５Ａ，５ＢがＸ線ビームを後側半角コーンビームＣＢｂに整形した時の状態を示している。
【００４３】
第２実施例装置でも、被検体Ｍの直進の開始の際は、後側のリーフ片５Ａの先端がＸ線照射部１の照射中心ＣＮの位置まで進出させられる一方、被検体Ｍの直進の終了の際は、前側のリーフ片５Ｂの先端がＸ線照射部１の照射中心ＣＮの位置まで進出させられる。ただ、両リーフ片５Ａ，５Ｂは一つに繋がっているので、両リーフ片５Ａ，５Ｂの間の四角形の開口の大きさ・形が不変であるから、両リーフ片５Ａ，５Ｂが配設位置での全角コーンビーム幅以上の距離を隔てて被検体Ｍの体軸Ｚの方向に向かい合うよう設置しなければならない。リーフ片５Ａ，５Ｂを全角コーンビーム幅以上の距離を隔てて設置するのは、そうしないと、全角コーンビームＣＢより幅の狭いＸ線ビームしか照射することができなくなるからである。
【００４４】
ただ、リーフ片５Ａ，５Ｂを全角コーンビーム幅以上の距離を隔てて設置すると、一方のリーフ片を照射中心の方へ進出させた場合、他方のリーフ片がコーン状Ｘ線ビームの最外縁より外に位置して必要な遮蔽機能を果たすことが出来ないので、プリコリメータ２４を別途配置することになる。
しかし、他方の実施例装置の場合、リーフ片５Ａ，５Ｂは一つに繋がっていて一体的に移動させられるので、先の実施例のように一対のリーフ片５Ａ，５Ｂが独立して移動する場合に比べて、リーフ片５Ａの移動のためのモータ５Ｃやピニオン５Ｅおよびラック５Ｇのみで両リーフ片５Ａ，５Ｂの移動が行えることから、リーフ片５Ａ，５Ｂの移動を比較的簡単な機構で行うことができる。
【００４５】
この発明は、上記実施の形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
（１）実施例の場合、Ｘ線照射部１およびＸ線検出器２が被検体Ｍの体軸Ｚのまわりを回転すると同時に被検体Ｍが体軸Ｚの方向に直進することにより、螺旋スキャンが行われる構成であったが、図９に示すように、被検体Ｍは不動のままでＸ線照射部１およびＸ線検出器２が被検体Ｍの体軸Ｚのまわりを回転しながら同時に被検体Ｍの体軸Ｚの方向に直進することにより、螺旋スキャンが行われる構成の装置、あるいは、図１０に示すように、Ｘ線照射部１およびＸ線検出器２は不動のままで被検体Ｍが体軸Ｚを回転軸として回転しながら同時に体軸Ｚの方向に直進することにより、螺旋スキャンが行われる構成の装置が、変形例として挙げられる。
【００４６】
（２）実施例の場合、Ｘ線検出器がＩ・Ｉ管を用いた構成であったが、Ｘ線検出器は２次元に拡がるＸ線検出面には半導体Ｘ線検出素子が縦横にアレイ配列された所謂フラットパネル型Ｘ線センサを用いた構成の装置が、変形例として挙げられる。フラットパネル型Ｘ線センサは薄型・軽量であるから、Ｘ線検出器を回転させる構成には特に好適である。
【００４７】
（３）実施例の場合は螺旋スキャンが行われる構成であったが、Ｘ線照射部１およびＸ線検出器２が被検体Ｍの体軸Ｚのまわりを１回転する間は被検体Ｍが停止しており、Ｘ線照射部１およびＸ線検出器２の１回転が終わって停止してから、被検体Ｍが体軸Ｚの方向に所定距離だけ直進し、Ｘ線照射部１およびＸ線検出器２の回転と被検体Ｍが体軸Ｚの方向の直進が交互に行われるよう構成された非螺旋スキャン式の装置も、変形例として挙げられる。
【００４８】
（４）実施例の場合は放射線がＸ線であったが、この発明の場合、放射線はＸ線に限られることはなく、放射性同位元素やライナックやその他の短波長電磁波など被検体の透過が可能な放射線であれば何でも用いることができる。
【００４９】
（５）実施例の場合、被検体Ｍの体軸Ｚと直角の方向に対してはＸ線ビームの整形が行われない構成であったが、被検体Ｍの体軸Ｚと直角の方向に対して移動可能なリーフ片を設けて、被検体Ｍの体軸Ｚと直角の方向に対してもＸ線ビームの整形を行える構成とした装置も、変形例として挙げられる。
【００５０】
【発明の効果】
以上に詳述したように、請求項１の発明のコーンビーム型放射線ＣＴ装置によれば、相対的な直進の開始の際、放射線ビームが前側半角コーンビームから全角コーンビームへと変化して、その間は放射線ビームの後側半角分の未拡張分だけ被検体の非撮影領域に当たる放射線ビームが制限されるとともに、相対的な直進の開始の際も、放射線ビームが全角コーンビームから後側半角コーンビームへと変化し、その間は、放射線ビームの前側半角分の既縮小分だけ被検体の非撮影領域に当たる放射線ビームが制限される構成を備えているので、非撮影領域に当たる放射線ビームが制限される分に応じて非撮影対象領域に対する不必要な放射線曝射が抑制される。
【００５１】
また、請求項２の発明のコーンビーム型放射線ＣＴ装置によれば、被検体の体軸方向に向かい合った一対の放射線ビーム整形用のリーフ片が独立して移動する構成を備えていて、コーン状放射線ビームの被検体の体軸方向については、前側半角分および後側半角分のビーム整形のみならず全角コーンビームのためのビーム整形も全て行うことができるので、全角コーンビームのためのビーム整形を行うためのリーフ片を別途に設ける必要がない。
【００５２】
また、請求項３の発明のコーンビーム型放射線ＣＴ装置によれば、被検体の体軸方向に向かい合った一対の放射線ビーム整形用のリーフ片が一体的に移動する構成を備えていて、コーン状放射線ビームの被検体の体軸方向についての前側半角分および後側半角分のビーム整形を行うことができるので、一対のリーフ片が独立して移動する場合に比べて、一方のリーフ片の移動のための機構でもって両方のリーフ片の移動が行えることから、両リーフ片の移動を比較的簡単な機構で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のコーンビーム型Ｘ線ＣＴ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施例装置のコリメータまわりの構成を模式的に示す斜視図である。
【図３】撮影対象領域の先端側でのＸ線ビームの整形状況を示す模式図である。
【図４】撮影対象領域の後端側でのＸ線ビームの整形状況を示す模式図である。
【図５】実施例装置によるＸ線断層撮影の進行状況を示す模式図である。
【図６】実施例装置によるＸ線断層撮影の進行状況を示すフローチャートである。
【図７】第２実施例装置のコリメータまわりの構成を模式的に示す斜視図である。
【図８】変形例による螺旋スキャンの実行状況を示す模式図である。
【図９】他の変形例による螺旋スキャンの実行状況を示す模式図である。
【図１０】従来装置によるＸ線断層撮影の実行状況を示す模式図である。
【図１１】従来装置のコーン状Ｘ線ビームの照射検出状況を模式的に示す斜視図である。
【図１２】従来装置での撮影対象領域の先端側の撮影状況を示す模式図である。
【図１３】従来装置での撮影対象領域の後端側の撮影状況を示す模式図である。
【符号の説明】
１ …Ｘ線照射部
２ …Ｘ線検出器
３ …天板
４ …Ｘ線管
５ …コリメータ
５Ａ，５Ｂ…リーフ片
１０ …回転駆動部
１１ …照射制御部
１３ …天板駆動部
１７ …撮影制御部
１９ …画像再構成部
２３ …リーフ位置制御部
Ｍａ …撮影対象領域
Ｍｂ …非撮影対象領域
ＣＢ …全角コーンビーム
ＣＢａ …前側半角コーンビーム
ＣＢｂ …後側半角コーンビーム
Ｚ …体軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a medical or industrial cone beam type configured such that a subject is irradiated with a cone-shaped radiation beam and transmitted X-rays passing through the subject are detected by a radiation detection surface that spreads in two dimensions. The present invention relates to a radiation CT apparatus, and more particularly to a technique for suppressing unnecessary radiation exposure on a non-imaging target region of a subject.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a device using a fan-shaped X-ray beam (fan beam) and a one-dimensional X-ray detector has been widely used as an X-ray CT apparatus. Recently, as shown in FIG. A cone beam using an X-ray detector XD having an X-ray detection surface XDa extending in two dimensions, such as an image intensifier, instead of a one-dimensional X-ray detector, using a cone-shaped X-ray beam XB instead of a line beam A type X-ray CT apparatus has been used.
[0003]
The conventional cone beam X-ray CT apparatus irradiates the subject M with the X-ray beam emitted from the X-ray tube 51 shaped in a cone shape, and transmits the cone-shaped X-ray beam XB transmitted through the subject M. The X-ray detector XD is projected onto the two-dimensional X-ray detection surface XDa and X-ray detection is performed. In addition, the X-ray tube 51 and the X-ray detector XD can While rotating around the body axis of the subject M, the top plate 52 on which the subject M is placed moves to the left and the X-ray tube 51 and the X-ray detector XD move in the direction of the body axis Z of the subject M. It is the structure which goes straight ahead relatively.
[0004]
That is, in the case of the conventional apparatus as a whole, the X-ray tube 51 and the X-ray detector XD are directed toward the body axis Z of the subject M as shown by the curve m in FIG. X-ray irradiation and detection are performed while the X-ray is irradiated and detected on the imaging target region Ma while moving forward relatively spirally around the body axis. Further, in the conventional apparatus, based on the X-ray detection signal output from the X-ray detector XD, image reconstruction is performed on the imaging target region Ma at the subsequent stage of the X-ray detector XD, and finally the necessary CT An image (tomographic image) is obtained.
[0005]
In this cone beam X-ray CT apparatus, as shown in FIG. 11, a cone-shaped X-ray beam XB having a width much wider than that of a fan-shaped X-ray beam is used, and at the same time, it is much wider than a one-dimensional X-ray detector. Since an X-ray detector XD having a two-dimensional X-ray detection surface XDa is used, a large amount of X-ray detection signals can be obtained by one rotation, and an improvement in imaging efficiency can be expected.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional cone beam X-ray CT apparatus has a problem that unnecessary X-rays are exposed to the non-imaging target region Mb of the subject M.
In the case of the conventional cone beam type X-ray CT apparatus, as shown in FIG. 12, when the relative straight movement between the X-ray tube 51 and the X-ray detector XD and the subject M is started, the cone X The rear half-corner beam XBa of the beam XB not only hits the non-imaging target region Mb of the subject M unnecessarily but also travels straight between the X-ray tube 51 and the X-ray detector XD and the subject M. Also at the end of the process, as shown in FIG. 13, the front half-angle cone beam XBb of the cone-shaped X-ray beam XB unnecessarily hits the non-imaging target region Mb of the subject M.
[0007]
That is, in the cone beam type X-ray CT apparatus, an X-ray detection signal corresponding to an X-ray irradiated in a direction perpendicular to the body axis Z of the subject M is used as a reference when performing signal processing for image reconstruction. The process proceeds. Otherwise, the final CT image will be unclear. Therefore, as shown in FIG. 12 and FIG. 13, the X-ray tube 51 and the X-ray detector XD and the target are irradiated until the irradiation center of the cone-shaped X-ray beam XB reaches each end face of the imaging target region Ma of the subject M. X which is necessary for processing by performing relative straight travel with the specimen M and irradiating each end face of the imaging target area Ma of the specimen M with X-rays from the direction perpendicular to the body axis Z of the specimen M A line detection signal is obtained.
However, when imaging each end face of the imaging target area Ma, each half-angle cone beam XBa, XBb of the cone-shaped X-ray beam XB enters the non-imaging target area Mb and is unnecessary in the non-imaging target area Mb. Irradiate the line. Needless to say, unnecessary X-ray exposure should be avoided as much as possible.
[0008]
In view of the above circumstances, the present invention provides a cone beam radiation CT apparatus capable of suppressing unnecessary radiation exposure on a non-imaging target region of a subject in cone-shaped radiation beam tomography. Let it be an issue.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a cone beam type radiation CT apparatus according to the invention of claim 1 is a radiation detection means for irradiating a subject with a cone-shaped radiation beam and a radiation detection means having a radiation detection surface extending in two dimensions. However, it is configured to rotate relative to the subject in the direction around the body axis of the subject with the subject interposed therebetween, and to move straightly relative to the subject in the body axis direction of the subject. In addition, in a cone beam type radiation CT apparatus configured to output a radiation detection signal for CT image reconstruction from the radiation detection means in accordance with the irradiation of the cone-shaped radiation beam, it can reciprocate in the body axis direction of the subject. When the radiation beam shaping leaf piece and the radiation irradiating means, the radiation detecting means, and the subject start to move straight ahead, the radiation beam lacks the rear half angle. The missing rear half angle is expanded from the front half angle cone beam to a full angle cone beam, and at the end of the relative straight travel, the front half angle where the radiation beam is expanded from the full angle cone beam is reduced and the front side is shortened. Change to a rear half-corner beam that lacks half-angle , Radiation irradiation means and radiation detection means and the subject And a leaf piece position control means for controlling the position of the leaf piece for radiation beam shaping in conjunction with the relative straight advance.
[0010]
Further, according to a second aspect of the present invention, in the cone beam radiation CT apparatus according to the first aspect, the pair of leaf pieces facing the body axis direction of the subject move independently as the leaf pieces for radiation beam shaping. The leaf piece position control means corresponds to the rear outer edge of the full-angle cone beam from the irradiation center position of the radiation irradiating means at the start of the relative straight movement. The tip of the front leaf piece is kept at the position corresponding to the front outer edge of the full-angle cone beam, while the front end of the leaf piece is moved to the full-angle cone beam. Gradually move from the position corresponding to the front outer edge to the irradiation center position of the radiation irradiating means, and keep the tip of the rear leaf piece at the position corresponding to the rear outer edge during full-angle cone beam It has a configuration which controls the position of the leaf pieces.
[0011]
Further, the invention of claim 3 is the cone beam type radiation CT according to claim 1, wherein the subject is separated as a leaf piece for shaping the radiation beam by a distance equal to or greater than the full angle cone beam width corresponding to the arrangement position. A pair of leaf pieces facing in the body axis direction are disposed so as to be integrally movable, and the leaf piece position control means places the tip of the rear leaf piece on the radiation irradiating means when starting relative straight movement. While gradually moving from the irradiation center position to the position corresponding to the rear outer edge of the full-width cone beam, the end of the front leaf piece is moved from the position corresponding to the front outer edge of the full-angle cone beam at the end of the relative straight travel. The leaf piece position is controlled so as to be gradually moved to the irradiation center position of the radiation irradiation means.
[0012]
[Action]
Next, the operation when tomographic imaging (CT imaging) is performed by the cone beam radiation CT apparatus according to the present invention will be described.
In the tomography using the cone beam radiation CT apparatus according to claim 1, the radiation irradiating means and the radiation detecting means rotate relative to the subject in a direction around the body axis of the subject with the subject interposed therebetween. In the direction of the body axis, the X-axis of the subject moves on the radiation detection surface that spreads in two dimensions in the radiation detection means as the cone irradiation beam is irradiated onto the subject by the radiation irradiation means. A radiation transmission image is projected and a radiation detection signal for CT image reconstruction is output.
[0013]
In the case of the cone beam radiation CT apparatus according to claim 1, the position of the leaf piece for shaping the radiation beam disposed so as to be reciprocally movable in the body axis direction of the subject is determined by the radiation piece position control means. And at the start of the relative straight movement (that is, at the start of imaging), the front side where the radiation beam lacks the rear half angle is controlled in conjunction with the relative straight advance between the radiation detection means and the subject. While changing from a half-angle cone beam to a full-angle cone beam, at the end of relative straight travel (that is, at the end of imaging), the radiation beam changes from a full-angle cone beam to a rear half-angle cone beam that lacks the front half-angle. Change.
[0014]
That is, in the case of the apparatus of the present invention, when the radiation beam changes from the front half-corner beam to the full-corner cone beam at the start of relative straight traveling, the subject is only unexpanded for the rear half-angle of the radiation beam The radiation beam hitting the non-imaging area is limited as compared with the conventional case, and when the radiation beam changes from a full-angle cone beam to a rear half-angle cone beam, The radiation beam that hits the non-imaging area of the subject is limited by a half-width already reduced compared to the conventional case. In addition, the radiation exposure amount to the non-imaging target area can be suppressed in accordance with the amount of the radiation beam that hits the non-imaging area as described above.
[0015]
Further, in the cone beam type radiation CT apparatus according to claim 2, the leaf piece position control means allows the rear leaf of a pair of radiation beam shaping leaf pieces that can be independently moved at the start of relative straight movement. The tip of the piece is gradually moved from the irradiation center position of the radiation irradiation means to a position corresponding to the rear outer edge of the full-angle cone beam, and the front leaf piece tip corresponds to the rear outer edge of the full-angle cone beam. The radiation beam gradually changes from the front half angle cone beam lacking the rear half angle portion to the full angle cone beam, while at the end of the relative straight traveling, The tip of the leaf piece on the front side of the leaf piece is gradually moved from the position corresponding to the front outer edge of the full-width cone beam to the irradiation center position of the radiation irradiation means, Tip side of the leaf pieces by being detained in a position corresponding to the side edge after the time of full-width cone beam, the radiation beam is gradually changed into a rear half-angle cone beam from full-size cone beam.
That is, in the cone beam type radiation CT apparatus according to claim 2, the front and rear half angle portions of the cone-shaped radiation beam in the body axis direction of the subject are moved while the front and rear leaf pieces move independently. In addition to the beam shaping, all beam shaping for full-angle cone beams is also performed.
[0016]
In the cone beam radiation CT apparatus according to the third aspect, the leaf piece position control means allows the rear side of the pair of radiation beam shaping leaf pieces to move integrally when starting relative straight advancement. The tip of the leaf piece is gradually moved from the irradiation center position of the radiation irradiating means to the position corresponding to the rear outer edge of the full-width cone beam, so that the missing rear half-angle is gradually expanded (formed). On the other hand, when the relative straight line starts, the tip of the front leaf piece of the pair of leaf pieces gradually moves from the position corresponding to the front outer edge of the full-angle cone beam to the irradiation center position of the radiation irradiation means. , The expanded front half angle is gradually contracted (missed) to form a rear half cone beam.
That is, in the cone beam type radiation CT apparatus according to the third aspect, while the leaf pieces on both the front and rear sides move integrally, the front half angle and the rear half angle of the cone-shaped radiation beam in the body axis direction of the subject. Beam shaping is performed.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a cone beam X-ray CT apparatus according to an embodiment.
[0018]
The X-ray CT apparatus of the embodiment shown in FIG. 1 includes an X-ray irradiation unit 1 that irradiates a subject M with a cone-shaped X-ray beam, an X-ray detector 2 having an X-ray detection surface 2a that extends in two dimensions, A top plate 3 that can reciprocate in the direction of the body axis Z of the subject M with the subject M placed thereon, and the X-ray irradiation unit 1 and the X-ray detector 2 sandwich the subject M therebetween. The subject M rotates in the direction around the body axis Z of the subject M, and moves relatively straight in the direction of the body axis Z of the subject M. In addition, the X is accompanied by the irradiation of the cone-shaped X-ray beam. An image reconstruction for an X-ray CT image (X-ray tomographic image) is performed based on an X-ray detection signal output from the line detector 2. Hereinafter, the structure of each part of the X-ray CT apparatus of an Example is demonstrated more concretely.
[0019]
As shown in FIG. 2, the X-ray irradiation unit 1 includes an X-ray tube 4 that emits an X-ray beam and an X-ray beam shaping collimator 5 disposed in front of the X-ray tube 4.
The X-ray detector 2 includes an image intensifier (I / I tube) 2A and a TV camera 2B attached to the rear part of the I / I tube 2A, and transmits X of the subject generated by irradiation with a cone-shaped X-ray beam. This is a detector having a normal configuration in which a line image is projected and detected on the I / I tube 2A and a video signal is output from the TV camera 2B.
[0020]
In the case of the embodiment apparatus, the X-ray irradiation unit 1 and the X-ray detector 2 rotate as the rotational force of the motor 6 is transmitted through the pulley 7 and the belt 8 as shown in FIG. The X-ray irradiating unit 1 and the X-rays are fixed as the rotating ring 9 rotates in the direction indicated by the arrows RA and RB by the rotation of the motor 6 under the control of the rotation driving unit 10. The detector 2 is configured to rotate around the body axis Z of the subject M while maintaining the opposed arrangement state.
Further, the X-ray irradiation unit 1 is configured to irradiate a cone-shaped X-ray beam according to set irradiation conditions such as tube voltage and tube current under the control of the irradiation control unit 11 including the high voltage generator 12 and the like. Yes.
[0021]
In addition, regarding the top 3 for placing the subject, the top 3 is forward and reverse in the direction of the body axis Z of the subject M while the subject M is placed under the control of the top drive unit 13 during imaging. It is configured to go straight in either direction.
Accordingly, the combination of the rotation of the X-ray irradiation unit 1 and the X-ray detector 2 and the rectilinear movement of the top 3 allows the X-ray irradiation unit 1 and the X-ray detector 2 to perform the subject M during the X-ray tomography. Imaging proceeds by performing X-ray irradiation (performs a spiral scan) while relatively spirally moving around the body axis of the subject M in the direction of the body axis Z. Usually, the helical advance pitch during one rotation of the X-ray irradiation unit 1 and the X-ray detector 2 is not limited to a specific dimension, but for example, in the direction of the body axis Z of the X-ray detection surface 2a. It is about half the size.
[0022]
In addition, a projector 14 and a hand switch 15 used for positioning the subject M are also provided at the opening side edge of the gantry G.
In addition, rotation control of the X-ray irradiation unit 1 and the X-ray detector 2 by the rotation driving unit 10, irradiation control of the X-ray beam by the irradiation control unit 11, or movement control of the top plate 3 by the top plate driving unit 13, etc. Is configured in accordance with a command signal sent out from the photographing control unit 17 in a timely manner according to an input operation from the console 16 or a photographing progress state.
[0023]
Furthermore, the X-ray CT apparatus according to the embodiment stores an X-ray detection signal (X-ray image signal) obtained by AD-converting a video signal output from the X-ray detector 2 at an appropriate stage with irradiation of an X-ray beam. A detection signal memory 18, an image reconstruction unit 19 that performs a three-dimensional image reconstruction process based on an X-ray detection signal stored in the detection signal memory 18, and an X-ray CT image obtained according to the three-dimensional image reconstruction result In addition to a CT image memory 20 that temporarily stores images, an X-ray CT image stored in the CT image memory 20 is displayed on a display monitor 21 or an image printing device (laser type) that prints on a film and outputs it as an image photograph. Imager) 22 and the like.
[0024]
Next, the configuration around the collimator 5 having the function of shaping the X-ray beam that characterizes the X-ray CT apparatus of the embodiment will be described in detail.
The collimator 5 is disposed inside an annular gantry G, and faces the direction of the body axis Z of the subject M and can reciprocate independently in the direction of the body axis Z as shown in FIG. It has a pair of leaf pieces 5A and 5B. The reason why the leaf pieces 5A and 5B are cylindrically curved is to allow them to fit into the gantry G without difficulty. These leaf pieces 5A and 5B are respectively provided with projecting pieces 5a and 5b extending in the direction of the body axis Z on both sides of the leading edge, while the rear end side is provided with pinions 5E and 5F which are rotated by motors 5C and 5D. The ends of the racks 5G and 5H that are reciprocated in the direction of the axis Z are attached, and the positions of the leaf pieces 5A and 5B become independent as the racks 5G and 5H move as the motors 5C and 5D rotate. The structure is changing.
[0025]
On the other hand, a rectangular opening is formed between the leaf pieces 5A and 5B. The size and shape of the rectangular opening changes according to the positions of the leaf pieces 5A and 5B. On the other hand, the leaf pieces 5A and 5B are made of an X-ray shielding material including the projecting pieces 5a and 5b, and the X-ray beam radiated from the X-ray tube 4 has a rectangular shape generated between the leaf pieces 5A and 5B. Since it can only pass through the aperture, the position of both leaf pieces 5A and 5B is controlled to change the rectangular aperture to a size and shape corresponding to the required cross-sectional shape of the cone-shaped X-ray beam, thereby changing the X-ray beam. The front half angle cone beam CBa lacking the rear half angle portion, the rear half angle cone beam CBb lacking the front half angle portion, or the missing full angle cone beam CB are configured.
[0026]
Accordingly, each leaf piece 5A, 5B defines the shape of the cone-shaped X-ray beam in the direction of the body axis Z, and each protruding piece 5a, 5b is shaped in a direction perpendicular to the direction of the body-axis Z of the cone-shaped X-ray beam. Will be specified. As described above, in the case of the embodiment apparatus, not only the beam shaping for the front half angle and the rear half angle but also the beam shaping for the full angle cone beam can be performed, so that the leaf for performing the beam shaping for the full angle cone beam can be performed. There is no need to provide a separate piece.
FIG. 2 shows a state when the leaf pieces 5A and 5B have shaped the X-ray beam into a rear half-corner beam CBb lacking the front half-angle.
[0027]
In the case of the collimator 5, the position of each leaf piece 5 </ b> A, 5 </ b> B is controlled by the leaf position control unit 23 in accordance with a command signal sent from the imaging control unit 17 in a timely manner. Hereinafter, the position control of the leaf pieces 5A and 5B performed by the leaf position control unit 23 in accordance with the progress of the X-ray tomography will be specifically described with reference to FIGS. In FIGS. 3 and 4, since the subject M moves straight from right to left in the direction opposite to the direction of the body axis Z at the time of imaging, scanning of the X-ray beam with respect to the imaging target area Ma (scanning) is performed. ) Proceeds from left to right, so in the following description, the left side is the rear side and the right side is the front side for the X-ray beam.
[0028]
First, when the subject M starts to advance straight, the tip of the rear leaf piece 5A is advanced to the position of the irradiation center CN of the X-ray irradiation unit 1 as shown in FIG. The tip of the leaf piece 5B is retracted to a position where the front half angle portion is not shielded at all, and the cone-shaped X-ray beam is shaped into a front half angle cone beam CBa where the rear half angle portion is completely shielded and missing.
Subsequently, as shown in FIG. 3B, the rear outer edge of the cone-shaped X-ray beam always coincides with the upper end edge of the imaging target area Ma in conjunction with the subject M moving straight to the right. Thus, since only the tip of the rear leaf piece 5A is gradually retracted, the missing rear half angle is expanded. Eventually, when the rear half-angle spreads out and is shaped into a complete full-angle cone beam CB, the rear leaf piece 5A stops. Meanwhile, the front leaf piece 5B remains stopped. Therefore, while the X-ray beam changes from the front half-angle cone beam CBa to the full-angle cone beam CB, the X-ray beam hitting the non-imaging region Mb of the subject M by the unexpanded portion corresponding to the rear half-angle of the X-ray beam is conventional. Therefore, the amount of X-ray exposure to the non-imaging target area Mb is reduced as compared with the conventional case in accordance with the amount of the X-ray beam limited.
[0029]
Then, the imaging proceeds in the state of the full-angle cone beam CB, and when the subject M finishes the straight advance, as shown in FIG. 4A, the front outer edge of the cone-shaped X-ray beam is the rear end of the imaging area Ma. After reaching the upper edge, as shown in FIG. 4B, the front outer edge of the cone-shaped X-ray beam moves along the upper edge of the rear end of the imaging target area Ma in conjunction with the subject M moving straight to the right. So that only the front end of the front leaf piece 5B is gradually advanced, the expanding front half angle is contracted.
When the tip of the front leaf piece 5B advances to the position of the irradiation center CN of the X-ray irradiator 1, the cone-shaped X-ray beam changes to the rear half-corner beam CBb lacking the front half-angle, and at the same time, the imaging is finished. Will be. Meanwhile, the rear leaf piece 5A remains stopped. Therefore, while the X-ray beam changes from the full-angle cone beam CB to the rear half-corner beam CBb, an X-ray beam hitting the non-imaging region Mb of the subject M by the amount corresponding to the reduction of the front half-angle of the X-ray beam is conventionally used. Since it is limited in comparison, the amount of X-ray exposure to the non-imaging target area Mb is also reduced as compared with the conventional case in accordance with the limited amount of the X-ray beam.
[0030]
The moving speed of each leaf piece 5A, 5B is preferably slower than the moving speed of the subject M according to the installation position of the collimator 5. If the moving speed of the leaf pieces 5A and 5B is the same as the moving speed of the subject M, it is not preferable that a part of the X-rays reaches the non-imaging target area Mb. That is, as shown in FIG. 3B, the distance from the X-ray tube 4 to the collimator 5 is expressed as r. ₁ , The distance from the X-ray tube 4 to the subject M is r ₂ , The movement distance per unit time of the subject M is d ₁ , D is the movement distance per unit time of leaf 5A ₂ Then geometrically d ₁ : D ₂ = R ₁ : R ₂ The relationship is established. Therefore, the moving distance d of the leaf 5A ₂ Is expressed by the following equation.
d ₂ = D ₁ (R ₂ / R ₁ )
Similarly, the moving speed of the subject M is set to v ₁ , The moving speed of the leaf 5A is v ₂ Then, the following relationship is established.
v ₂ = V ₁ (R ₂ / R ₁ )
That is, the speed v of each leaf piece 5A, 5B ₂ Is the moving speed v of the subject M ₁ R ₂ / R ₁ It is preferable to set to.
[0031]
Note that the leaf piece position control by the leaf position control unit 23 described above needs to be performed in conjunction with the positions of the front end and the rear end of the imaging target area Ma. Since the positions of the front end and the rear end of the area Ma correspond to the position of the top plate 3, the correspondence relationship between the position corresponding to the front end and the rear end of the imaging target area Ma and the position of the top plate 3 is obtained in advance. While being held by the imaging control unit 17, the imaging control unit 17 sends necessary command signals to the leaf position control unit 23 while monitoring the relationship between the current position of the top 3 and the positions of the front and rear ends of the imaging target area Ma. Configured to send to.
[0032]
Further, as a configuration for obtaining and holding the correspondence relationship between the positions corresponding to the front and rear ends of the imaging target area Ma and the position of the top 3, for example, the following is used. In other words, after placing the subject M on the top 3, the top 3 is moved to advance the subject M to the gantry G, and the projector is sequentially projected to the respective positions that are the front and rear ends of the imaging target area Ma of the subject M. When the hand switch 15 is pressed, the angular position of the top 3 when the hand switch 15 is pressed is set as the respective positions of the front end and the rear end of the imaging target area Ma. A configuration of capturing and holding can be used.
[0033]
Next, the progress process of X-ray tomography by the X-ray CT apparatus of the embodiment having the above-described configuration will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a schematic diagram showing the progress of X-ray tomography by the embodiment apparatus, and FIG. 6 is a flowchart showing the progress of X-ray tomography by the embodiment apparatus.
[Step S1] After placing the subject M on the top 3, the top 3 is moved to move the subject M toward the gantry G, and the subject M is imaged using the projector 14 and the hand switch 15. Each position of the front end and the rear end of the area Ma is associated with the position of the top 3 and is taken into the imaging control unit 17.
[0034]
[Step S2] The leaf piece 5A and the top plate 3 are adjusted (set to the imaging initial position) so that the tip of the rear leaf piece 5A and the tip of the imaging target area Ma come to the irradiation center of the X-ray irradiation unit 1. Then, X-ray tomography is started by an input operation of the console 16.
[0035]
[Step S3] As shown in FIG. 5A, the front end of the imaging target area Ma is imaged by the front half-angle cone beam CBa.
[0036]
[Step S4] The rotation of the X-ray irradiator 1 and the X-ray detector 2 and the straight movement of the subject M are continuously performed, and the tip of the leaf piece 5A is retracted as shown in FIG. As shown in the figure, the process shifts to photographing with a full-angle cone beam CB.
[0037]
[Step S5] While the leaf pieces 5A and 5B are stopped, imaging with the full-angle cone beam CB is continued until the subject M reaches the state shown in FIG.
[0038]
[Step S6] After the subject M reaches the state shown in FIG. 5C, as the tip of the front leaf piece 5B advances, the process proceeds to imaging with the rear half-angle cone beam CBb. go.
[0039]
[Step S7] As shown in FIG. 5D, when the front end of the front leaf piece 5B reaches the irradiation center of the X-ray irradiation unit 1, the rear half-angle cone beam CBb is used to image the rear end of the imaging target area Ma. And the collection of the X-ray detection signal is completed, and the subject M is lowered from the top 3.
[0040]
[Step S8] A three-dimensional image reconstruction process is performed by the image reconstruction unit 19 on the basis of the X-ray detection signal stored in the detection signal memory 18 in parallel with the photographing of the photographing target area Ma, and the three-dimensional image reconstruction. An X-ray CT image of a desired cross section is created according to the processing result and stored in the CT image memory 20.
[0041]
[Step S9] If the X-ray CT image stored in the CT image memory 20 is displayed on the screen of the display monitor 21 for observation, or is printed on a film by the image burner 22 and output as an image photograph, the X The line tomography is completely over.
[0042]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a perspective view schematically showing a configuration around the collimator 5 for X-ray beam shaping of the cone beam X-ray CT apparatus according to the second embodiment. In the X-ray CT apparatus according to the second embodiment, the leaf pieces 5A and 5B of the collimator 5 are connected to each other by the coupling pieces 5c and 5c on both sides of the tip, and are arranged so as to be movable integrally. In addition, a full-collar cone beam shaping pre-collimator (pre-collimator) 24 is separately provided outside the collimator 5 (on the X-ray tube 4 side), and is substantially the same as the previous embodiment. Since this is an apparatus, only the differences will be described, and the description of the points common to the previous embodiment will be omitted. FIG. 7 also shows a state when the leaf pieces 5A and 5B have shaped the X-ray beam into the rear half-angle cone beam CBb.
[0043]
Even in the second embodiment apparatus, when the subject M starts to advance straight, the tip of the rear leaf piece 5A is advanced to the position of the irradiation center CN of the X-ray irradiation unit 1, while the subject M is moving straight ahead. At the end, the tip of the front leaf piece 5B is advanced to the position of the irradiation center CN of the X-ray irradiation unit 1. However, since both leaf pieces 5A and 5B are connected to each other, the size and shape of the square opening between the leaf pieces 5A and 5B is not changed, so both leaf pieces 5A and 5B are disposed. Must be installed so as to face the direction of the body axis Z of the subject M with a distance equal to or greater than the full-width cone beam width in FIG. The leaf pieces 5A and 5B are installed at a distance equal to or greater than the full-width cone beam width because otherwise, only an X-ray beam having a narrower width than the full-width cone beam CB can be irradiated.
[0044]
However, if the leaf pieces 5A and 5B are installed at a distance greater than the full-width cone beam width, when one leaf piece is advanced toward the irradiation center, the other leaf piece is more than the outermost edge of the cone-shaped X-ray beam. The pre-collimator 24 is arranged separately because it cannot be provided outside and cannot perform a necessary shielding function.
However, in the case of the other embodiment device, the leaf pieces 5A and 5B are connected to each other and moved together, so that the pair of leaf pieces 5A and 5B move independently as in the previous embodiment. Compared to the case, since the leaf pieces 5A and 5B can be moved only by the motor 5C, the pinion 5E and the rack 5G for moving the leaf pieces 5A, the leaf pieces 5A and 5B can be moved by a relatively simple mechanism. It can be carried out.
[0045]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as follows.
(1) In the case of the embodiment, the X-ray irradiation unit 1 and the X-ray detector 2 rotate around the body axis Z of the subject M, and at the same time, the subject M advances straight in the direction of the body axis Z, so However, as shown in FIG. 9, the X-ray irradiation unit 1 and the X-ray detector 2 rotate around the body axis Z of the subject M at the same time while the subject M remains stationary. An apparatus configured to perform a spiral scan by moving straight in the direction of the body axis Z of the subject M, or the X-ray irradiation unit 1 and the X-ray detector 2 remain stationary as shown in FIG. An apparatus having a configuration in which a spiral scan is performed by the specimen M rotating in the direction of the body axis Z while rotating around the body axis Z as a rotation axis is given as a modified example.
[0046]
(2) In the case of the embodiment, the X-ray detector used an I / I tube. However, the X-ray detector has two-dimensionally expanded X-ray detection surfaces on which semiconductor X-ray detection elements are arrayed vertically and horizontally. An apparatus having a configuration using so-called flat panel type X-ray sensors arranged can be given as a modification. Since the flat panel X-ray sensor is thin and lightweight, it is particularly suitable for a configuration in which the X-ray detector is rotated.
[0047]
(3) In the embodiment, the spiral scan is performed. However, while the X-ray irradiation unit 1 and the X-ray detector 2 make one rotation around the body axis Z of the subject M, the subject M is After the rotation of the X-ray irradiator 1 and the X-ray detector 2 is completed and stopped, the subject M moves straight in the direction of the body axis Z by a predetermined distance, and the X-ray irradiators 1 and X A non-helical scan type device configured such that the rotation of the line detector 2 and the subject M are alternately moved straight in the direction of the body axis Z is also exemplified as a modification.
[0048]
(4) In the case of the embodiment, the radiation is X-rays. However, in the case of the present invention, the radiation is not limited to X-rays. Any possible radiation can be used.
[0049]
(5) In the embodiment, the X-ray beam is not shaped in the direction perpendicular to the body axis Z of the subject M, but in the direction perpendicular to the body axis Z of the subject M. An apparatus in which a movable leaf piece is provided and the X-ray beam can be shaped in a direction perpendicular to the body axis Z of the subject M is also given as a modification.
[0050]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the cone beam type radiation CT apparatus of the invention of claim 1, the radiation beam is changed from the front half angle cone beam to the full angle cone beam at the start of relative straight traveling, During this time, the radiation beam that hits the non-imaging area of the subject is limited by the unexpanded portion of the rear half angle of the radiation beam, and the radiation beam is changed from the full angle cone beam to the rear half angle cone at the start of relative straight-ahead. In the meantime, since the radiation beam that hits the non-imaging area of the subject is limited by the already reduced half of the front half angle of the radiation beam, the radiation beam that hits the non-imaging area is limited Depending on the minute, unnecessary radiation exposure to the non-imaging target area is suppressed.
[0051]
According to the cone beam type radiation CT apparatus of the second aspect of the present invention, a pair of radiation beam shaping leaf pieces facing each other in the body axis direction of the subject is provided so as to move independently. Regarding the body axis direction of the subject of the radiation beam, not only the beam shaping for the front half angle and the rear half angle but also the beam shaping for the full angle cone beam can be performed, so the beam shaping for the full angle cone beam is possible. There is no need to provide a separate leaf piece for performing the above.
[0052]
According to the cone beam type radiation CT apparatus of the third aspect of the present invention, a pair of radiation beam shaping leaf pieces facing the body axis direction of the subject are integrally moved, and the cone shape is provided. Beam shaping of the radiation beam for the front half-angle and rear half-angle in the body axis direction of the subject can be performed, so that one leaf piece moves compared to a case where a pair of leaf pieces move independently. Since both leaf pieces can be moved by the mechanism for the above, movement of both leaf pieces can be performed by a relatively simple mechanism.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a cone beam X-ray CT apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a configuration around a collimator of the embodiment device.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a shaping state of an X-ray beam on the distal end side of an imaging target region.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a shaping state of an X-ray beam on the rear end side of an imaging target region.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a progress state of X-ray tomography by the embodiment apparatus.
FIG. 6 is a flowchart showing the progress of X-ray tomography performed by the embodiment apparatus.
FIG. 7 is a perspective view schematically showing a configuration around a collimator of the apparatus of the second embodiment.
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a spiral scan execution state according to a modification.
FIG. 9 is a schematic diagram showing an execution state of a spiral scan according to another modification.
FIG. 10 is a schematic diagram showing an execution state of X-ray tomography by a conventional apparatus.
FIG. 11 is a perspective view schematically showing the irradiation detection state of a cone-shaped X-ray beam in a conventional apparatus.
FIG. 12 is a schematic diagram showing a photographing state on the tip side of a photographing target region in a conventional apparatus.
FIG. 13 is a schematic diagram showing a shooting situation on the rear end side of a shooting target area in a conventional apparatus.
[Explanation of symbols]
1 ... X-ray irradiation unit
2 ... X-ray detector
3 ... top plate
4 ... X-ray tube
5 ... Collimator
5A, 5B ... Leaf pieces
10: Rotation drive unit
11: Irradiation control unit
13 ... Top plate drive
17: Shooting control unit
19 ... Image reconstruction unit
23. Leaf position control unit
Ma ... Shooting target area
Mb ... Non-photographing target area
CB ... Full-width cone beam
CBa ... Front half-angle cone beam
CBb ... Rear half-angle cone beam
Z ... body axis

Claims

A radiation irradiating means for irradiating the subject with a cone-shaped radiation beam and a radiation detecting means having a two-dimensional radiation detection surface are relative to the subject with respect to the direction around the body axis of the subject. In the direction of the body axis of the subject so as to move straight relative to the subject, and radiation detection for CT image reconstruction from the radiation detection means accompanying the irradiation of the cone-shaped radiation beam In a cone beam radiation CT apparatus configured to output a signal ,
A radiation beam shaping leaf piece arranged so as to be reciprocally movable in the body axis direction of the subject ;
At the start of the relative straight line between the radiation irradiating means and the radiation detecting means and the subject, the radiation beam is expanded from the front half-corner beam lacking the rear half-angle to the rear half-angle and full-width cone. with changes to the beam, so that the radiation beam during the end of the relative rectilinear changes to the side half angle cone beam after lacking front byte content reducing its front half-width partial have spread from em cone beam, radiation Cone beam type radiation characterized by comprising a leaf piece position control means for controlling the position of the radiation beam shaping leaf piece in conjunction with the irradiation means and the radiation detection means and the relative straight advance of the subject. CT device.

2. The cone beam radiation CT apparatus according to claim 1, wherein a pair of leaf pieces facing the body axis direction of the subject are independently movably disposed as leaf pieces for radiation beam shaping, When the single position control means starts relative straight movement, the tip of the rear leaf piece is gradually moved from the irradiation center position of the radiation irradiation means to a position corresponding to the rear outer edge of the full-angle cone beam, and the front side The tip of the leaf piece is kept at the position corresponding to the front outer edge of the full-width cone beam, while at the end of the relative straight travel, the tip of the front leaf piece is radiated from the position corresponding to the front outer edge of the full-width cone beam. The position of the leaf piece is controlled so that it is gradually moved to the irradiation center position of the irradiation means and the tip of the rear leaf piece is kept at the position corresponding to the rear outer edge during full-width cone beam. Configuration and going on cone-beam radiation CT apparatus.

2. The cone beam type radiation CT apparatus according to claim 1, wherein the leaf pieces for shaping the radiation beam are a pair of leaves facing the body axis direction of the subject with a distance equal to or greater than a full width cone beam width corresponding to the arrangement position. The leaf piece position control means moves the tip of the rear leaf piece from the irradiation center position of the radiation irradiation means to the full-angle cone beam when the leaf piece position control means starts relative straight movement. While gradually moving to the position corresponding to the rear outer edge, at the end of relative straight advance, the front leaf tip is moved from the position corresponding to the front outer edge of the full-width cone beam to the irradiation center position of the radiation irradiation means. A cone-beam radiation CT apparatus configured to control the position of leaf pieces so as to be gradually moved.