JP4678964B2 - Ｘ線ｃｔシステムにおけるガントリ装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＸ線照射によって被検体のＸ線断層像を得るＸ線ＣＴシステムにおけるガントリ装置およびその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴ(Computerized Tomography)システムおよび装置は、大別すると、ドーナツ状の空洞部を有する装置（一般に、ガントリ装置と呼ばれている）、ガントリ装置に対して各種制御信号を与えるとともにガントリ装置より得られた信号（データ）に基づいてＸ線断層像を再構成し、表示する操作コンソール、そして、被検体（被検者）をガントリ装置の空洞部内に固定支持するため、および、被検体を空洞部に向けて搬送するための搬送装置で構成される。
【０００３】
ガントリ装置は、上記空洞部を挟んで設けられたＸ線発生源（Ｘ線管）とこのＸ線発生源より照射されたＸ線を検出する検出部とを内蔵するガントリ回転部を備える。
【０００４】
実際に、スキャンする場合には、被検体を上記の搬送装置上に横たえさせて、ガントリ装置の空洞部に向けて搬送する。そして、ガントリ装置のガントリ回転部を回転駆動させると共にＸ線管を駆動することで、被検体に対する異なる方向でのＸ線の照射及び被検体を透過してきたＸ線の検出を検出部で行う。操作コンソールでは、上記のようにして、ガントリ装置より転送されてきた透過Ｘ線強度に対応する信号を受信し、これに基づいて、算術的に被検体の断層面におけるＸ線減衰率に応じた画像を生成する。この再生される像は一般にＸ線断層像と呼ばれ、Ｘ線断層像を再生する処理はＸ線断層像を再構成する、もしくは単に再構成する、と呼ばれる。
【０００５】
ところで、ガントリ装置には、ガントリ回転部の回転と同期して回転するスリップリング（一般には、径の異なるリングが複数個、同心円状に取り付けられた円環状の導電体であって、回転電極としての役割を果たす）が設けられ、さらに、板バネ状をなし、そのバネ力を利用してスリップリングに押圧接触するブラシ（導電体であって、静止電極としての役割を果たす）も設けられている。そして、このブラシおよびそれに接触しているスリップリングを介して、上記したガントリ回転部に内蔵されるデバイス（Ｘ線管や検出部等）と、ガントリ回転部外に配置されるデバイス（電源部、操作コンソール等）との信号の受け渡しおよび給電が行われる。
【０００６】
従来のガントリ装置においては、ガントリ回転部の回転停止時には、一定の回転角度（例えば、Ｘ線管が真上に位置する角度）で停止するように制御されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにガントリ回転部の回転停止時に常に一定の回転角度で停止すれば、それに伴ってスリップリングとブラシと接触位置も常に同じ位置となる。ガントリ回転部の回転停止時とは、例えば、スキャンとスキャンの間の回転停止時のことであるから、通常、給電状態にある。そのため、放電現象等による当該電極接触部の変形、損傷等を生じることがある。この回転停止が長期間（例えば一日以上）に及ぶ場合には問題は顕著となり、変形、損傷が徐々に広がって、回転中の異音発生や給電の際の電極部接触不良等の問題を引き起こす。
【０００８】
また、Ｘ線ＣＴシステムの電源投入後には、エラー検出やガントリ回転部の初期角度の設定等を目的としたイニシャライズ処理が、自動的あるいはオペレータの指示により行われるのが一般的である。このイニシャライズ処理によって設定される初期角度が一定である場合にも同様の問題を生じる。場合によっては、システムの電源をＯＮにしたものの、一度もスキャンを実施することなく終日ないし数日間にわたって放置する可能性もあるからである。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされてものであり、ガントリ回転部に対して給電を行うスリップリングの変形、損傷を軽減することのできるＸ線ＣＴシステムにおけるガントリ装置およびその制御方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、例えば本発明のＸ線ＣＴシステムにおけるガントリ装置は、以下の構成を備える。すなわち、
Ｘ線発生源と、被検体を位置させる空洞部を介して該Ｘ線発生源から放射されたＸ線を検出するＸ線検出部とを有するガントリ回転部を備える、Ｘ線ＣＴシステムにおけるガントリ装置であって、
前記ガントリ回転部の回転停止時における回転角を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された前記回転角に応じた前記ガントリ回転部の初期回転角を設定する設定手段と、
前記設定手段で設定された前記初期回転角まで前記ガントリ回転部を回転させる制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、実施形態のＸ線ＣＴシステムのブロック構成図である。図示のように本システムは、被検体へのＸ線照射と被検体を透過したＸ線を検出するためのＸ線検出機構を一体的に取り付けるガントリ装置１００と、ガントリ装置１００に対して各種動作設定を行うとともに、ガントリ装置１００から出力されたデータに基づいてＸ線断層像を再構成し、表示する操作コンソール２００により構成されている。
【００１３】
ガントリ装置１００は、その全体の制御をつかさどるメインコントローラ１をはじめ、以下の構成を備える。
【００１４】
２は操作コンソール２００との通信を行うためのインタフェース、３はテーブル１２上に横たえた被検体（患者）を搬送するための空洞部を有し、回転可能に支持されているガントリ回転部であり、その内部には、Ｘ線発生源であるＸ線管４（Ｘ線管コントローラ５により駆動制御される）、Ｘ線の照射範囲を画定するためのスリットを有するコリメータ６、コリメータ６のＸ線照射範囲を画定するスリット幅の調整用モータであるモータ７ａ（その駆動はコリメータコントローラ７により制御される）、そして、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出部８が設けられている。
【００１５】
Ｘ線管４およびコリメータ６とＸ線検出部８とは、互いに空洞部分を挟んで、すなわち、被検体を挟んで対向する位置に設けられ、その関係が維持された状態でガントリ回転部３の回転運動によって被検体のまわりを回転するようになっている。この回転運動は、モータコントローラ１１からの駆動信号により駆動される回転モータ１０によって行われる。また、被検体を乗せるテーブル１２は、図面に垂直な方向への搬送がなされるが、その搬送動作は、テーブルモータコントローラ１４からの駆動信号により駆動されるテーブルモータ１３によって行われる。
【００１６】
９はＸ線検出部８で得た透過Ｘ線より得られる投影データを収集するデータ収集部、１５はガントリ回転部３の回転角度を検出するための、アブソリュート型のロータリーエンコーダである。
【００１７】
メインコントローラ１は、インタフェース２を介して受信した各種コマンドやロータリーエンコーダ１５からの出力パルスを受信してその解析を行い、それに基づいて上記のＸ線管コントローラ５、コリメータコントローラ７、モータコントローラ１１、テーブルモータコントローラ１４、そして、データ収集部９に対し、各種制御信号を出力することになる。また、メインコントローラ１は、データ収集部９で収集された投影データを、インタフェース２を介して操作コンソール２００に送出する処理も行う。
【００１８】
操作コンソール２００は、いわゆるワークステーションであり、図示するように、装置全体の制御をつかさどるＣＰＵ５１、ブートプログラム等を記憶しているＲＯＭ５２、主記憶装置として機能するＲＡＭ５３をはじめ、以下の構成を備える。
【００１９】
ＨＤＤ５４は、ハードディスク装置であって、ここにＯＳのほか、ガントリ装置１００に各種指示を与えたり、ガントリ装置１００より受信したデータに基づいてＸ線断層像を再構成するための診断プログラムが格納されている。また、ＶＲＡＭ５５は表示しようとするイメージデータを展開するメモリであり、ここにイメージデータ等を展開することでＣＲＴ５６に表示させることができる。５７および５８は、各種設定を行うためのキーボードおよびマウスである。また、５９はガントリ装置１００と通信を行うためのインタフェースである。６０は日付、時計情報を管理するカレンダである。
【００２０】
実施形態におけるＸ線ＣＴシステムの構成は概ね上記の通りであるが、次にガントリ回転部３の機構について図２および図３を用いて、詳しく説明する。
【００２１】
図２および図３において、２１はフロア上に置かれるベースであり、２２はベース１に対して前後方向に傾斜可能な設けられたサブベースである。２３はサブベース２２に設けられた固定ケーシングであり、ガントリ回転部３はこの固定ケーシング２３に対して回転可能に支持されている。また、回転モータ１０はサブベース２２に設けられ、ベルト２４を介してガントリ回転部３の回転駆動を行う。
【００２２】
上記した図１にも示したとおり、ガントリ回転部３内には、Ｘ線管４、Ｘ線検出部８、コリメータ９およびモータ７ａが含まれる（ただしモータ７ａの図示は省略）。
【００２３】
また、１５ａはロータリーエンコーダ１５のスリット円盤（符号盤）であり、図示の如くガントリ回転部３に取り付けられているので、ガントリ回転部３の回転とともに回転することになる。
【００２４】
ガントリ回転部３にはさらに、スリップリング３０が取り付けられている。スリップリングは、先述したとおり、一般には、径の異なるリングが複数個、同心円状に取り付けられた円環状の導電体であって、回転電極としての役割を果たすものである。そして、このスリップリング３０には、導電体であって静止電極としての役割を果たす板バネ形状のブラシがそのバネ力を利用して押圧接触している（ただし図示は省略している）。これによってガントリ回転部３に内蔵されているＸ線管４やＸ線検出部８等との信号の受け渡しおよび給電が行われる。
【００２５】
上記構成において、実際にＸ線断層像を再構成する場合には、回転モータ１０によってガントリ回転部３を回転させ、なおかつ、Ｘ線管４を駆動し、各回転の回転位置における被検体４０を透過して減衰したＸ線をＸ線検出部８により検出することを繰り返す。この一連の動作がスキャンとよばれるものである。操作コンソール２００は、Ｘ線検出部８より検出して得た各回転位置における透過Ｘ線の強度に関するデータ（投影データ）を受信し、算術演算を行うことで被検体４０のＸ線断層像を再構成することになる。
【００２６】
次に、ロータリーエンコーダ１５における、スリット円盤１５ａを用いたガントリ回転部３の回転角度の検出機構について、図４に示したロータリーエンコーダ１５の概観斜視図を用いて説明する。
【００２７】
図示のように、ガントリ回転部３に取り付けられているスリット円盤１５ａには、所定数（例えば360個）のスリットが等間隔に形成されている。１５１はレーザ光を発生する発光ダイオード、１５２は発光ダイオード１５１からのレーザ光の拡散を調整するためのコリメーションレンズ、そして、１５３はスリット円盤１５ａのスリットを通過したレーザ光を検出するフォトダイオードである。
【００２８】
この構成により、発光ダイオード１５１からレーザ光を発光させながらスリット円盤１５ａが回転を始めると、スリット円盤１５ａのスリットを通過したレーザ光が間欠的にフォトダイオード１５３に入射する。これによって、スリット円盤１５ａの回転速度に応じたフォトダイオード１５３の出力パルスを得ることができる。この出力パルスの立ち上がりを計数することでスリット円盤１５ａの回転量、すなわちガントリ回転部３の回転量を測定することが可能である。
【００２９】
また、スリット円盤１５ａの側面には図示の如くドグ（基準位置を示す突起体）１５ｂと、そのドグ１５ｂを検出するための検出素子１５５が設けられている。この検出素子１５５は回転中にドグ１５ｂと接触することで、これまでガントリ回転部３が停止していたときの角度、すなわち、ガントリ回転部３の回転始動前の角度の検出に用いられ、接触によって回転運動の邪魔にならないように、検出子は針状の弾性部材とすることが望ましい。
【００３０】
例えば、Ｘ線管４がガントリ回転部３において真上に位置するとき、すなわち、ドグ１５ｂが真上に位置するとき、を０°とし、当該定めた０°に対して検出素子１５５が180°の位置に設けられているとする。そして、ガントリ回転部３の回転を開始し、ドグ１５ｂが検出素子１５５に接触したことが検出されるまでの間にフォトダイオード１５３より出力されたパルス数を計数すればよい。
【００３１】
例えば、スリット円盤１５ａに360個のスリットが等間隔に形成されている場合には、１°回転すると１出力パルスが得られることになる。したがって、ガントリ回転部３の回転開始からドグ１５ｂが検出素子１５５で検出されるまでの間に出力されたパルス数が135であった場合には、
180−135＝45
となり、回転始動直前のＸ線管４は45°の位置にあった判断することができる。
【００３２】
なお、このように回転部における１の基準位置を検出するための手段は、上記のドグを用いるものに限定されるものではないことは理解されよう。ドグのかわりにそのスリップリング１５ａの側面に１の基準スリットを形成するとともに、回転中にスリップリング１５ａの側面にレーザ光を照射してその照射光を検出するための、上記１５１、１５２、および１５３と同様の機構を設け、その基準スリットを検出するような構成としてもよいであろう。
【００３３】
さて、先述したとおり、従来、ガントリ回転の停止時には、ガントリ回転部３は一定の回転角度（例えば、０°、Ｘ線管４がガントリ回転部３において真上にくる位置）で停止するように制御されていた。このように常に一定の回転角度でガントリ回転部３を停止することは、スリップリング３０とブラシとは常に同じ位置で接触した状態で停止することになる。この場合、放電現象等による当該電極接触部の変形、損傷等を生じることがある。この回転停止が長期間（例えば一日以上）に及ぶ場合には問題は顕著となり、変形、損傷が徐々に広がって、回転中の異音発生や給電の際の電極部接触不良等の問題を引き起こす。
【００３４】
かかる観点より実施形態では、ガントリ回転部３の停止位置を常に一定にすることを回避して、適度に変化させるで電極接触部の変形、損傷等を生じにくくする。
【００３５】
本実施形態では、まず、スキャン終了後のガントリ回転部３の停止時の回転角を、例えば当該スキャンを行った日に応じて変化させる。スキャンを行う日付は、スキャン開始の指示を行う操作コンソール２００におけるカレンダ６０より取得することができる。
【００３６】
図５は、実施形態におけるスキャンに係る処理の概要を示すフローチャートである。フローチャートは、操作コンソール２００で行う処理と、ガントリ装置１００で行う処理とに分けて描かれている。
【００３７】
まず、操作コンソール２００において電源を投入すると、操作コンソール２００がブートを開始して使用可能状態となる（ステップＳ５０１）。その後、オペレータは操作コンソール２００において、スキャン開始位置および終了位置、スライス厚等の、スキャン計画を立てる（ステップＳ５０２）。
【００３８】
スキャン計画を終えると、オペレータはスキャン実行指示を出すことができる（ステップＳ５０３）。スキャン実行指示にかかるスキャン実行コマンドは、スキャン計画の各項目および、カレンダ６０より読み出した日付ｄ（当該日付が例えば１月１５日であれば１５）をパラメータとすることができる。
【００３９】
そして、操作コンソール２００は、ガントリ装置１００より転送されてきた投影データに基づきＸ線断層画像を再構成し（ステップＳ５０４）、ＣＲＴ５６に表示出力することになる（ステップＳ５０５）。最後に、オペレータは電源をＯＦＦにして作業を終了する。
【００４０】
一方、ガントリ装置１００では、ステップＳ５０１での電源投入に応じてガントリ装置１００の電源もＯＮとなり、所定のイニシャライズ処理が行われる（ステップＳ５５１）。その後、上記した操作コンソール２００からのスキャン実行コマンド（ステップＳ５０３）を受けて、スキャンを実施する（ステップＳ５５２）。データ収集部９で収集された投影データは１スキャンを終了する度に、メインコントローラ１およびインタフェース２を介して操作コンソール２００に転送される。
【００４１】
スキャンを終了すると、ステップＳ５５３に進み、メインコントローラ１は、ガントリ回転部３の停止角度を決定する。実施形態においては、ガントリ回転部３の停止角度は、定数Ｄ（例えば４０）から当該日付（スキャン実行コマンドの日付パラメータより得られる）の値を減じた値、すなわち、Ｄ−ｄ、とすることができる。
【００４２】
このようにスキャンを実行した日付によってガントリ回転部３の停止角度が変化するので、スリップリング３０とブラシとは長期間（一日ないし数日以上）同じ位置で接触した状態にあることを回避し、これによって、電極接触部の変形、損傷等の発生を減少させることができる。
【００４３】
ところで、日付は１から３１までの値をとりうるから、上記した定数Ｄを４０とした場合には、ガントリ回転部３の停止角度Ｄ−ｄは、９°から３９°までの角度値を取りうることになる。Ｄの値や、停止角度のとりうる範囲をこれに限定するものではないが、この程度の値とすることで、Ｘ線管４は常にガントリ回転部３の上方に位置することになる。このことは、熱排気効率の点で望ましいものである。ガントリ装置内の排気口は天井側に設けられるの普通であるうえ、Ｘ線管４がガントリ回転部３内で下方に位置したままの状態ではＸ線検出部８等に高熱を与えて悪影響を及ぼす可能性があるからである。
【００４４】
なお、上記したガントリ回転部３の停止角度は、当該日付に依存させるようにしたものであったが、これ以外に、例えば所定範囲内のランダム値を発生させて、その値に応じた角度としてもよい。
【００４５】
また、Ｘ線ＣＴシステムにおいては従来より、最後のスキャンから所定時間（例えば２時間）以上経過している場合には、Ｘ線管の寿命を延ばすために被検体を載置せずにＸ線照射を行わせる、いわゆるウォームアップスキャンを一般的に行うことが可能である。
【００４６】
上記図５のフローチャートでは、通常のスキャンを行うものについて説明したが、ウォームアップスキャンにも同様に適用することができることはいうまでもない。
【００４７】
ところで、上記した処理によって、ステップＳ５０６で電源をＯＦＦにしたとき、停止しているガントリ回転部３の回転角度は一定ではないことになる。したがって、次に電源を投入したときは、ガントリ回転部３はどの角度で停止していたのかがメインコントローラ１にとっては未知となる。このため、後続の処理をスムーズに進めるためにも、ステップＳ５５１のイニシャライズ処理において、停止しているガントリ回転部３の回転角度を測定し、合理的な既知の回転角度に移動（回転）しておくことが望ましい。その回転角度は一定であってもよい。しかし、システムの電源をＯＮにしたものの、そのまま一度もスキャンを行うことなく一日を終え、そのまま電源をＯＦＦにした場合には、次に電源をＯＮにしたときには再び当該一定の回転角度が初期角度となる。結果としてスリップリング３０とブラシとは長時間同じ位置で接触した状態を回避することができない。
【００４８】
このような問題が生じうることに鑑みて、本実施形態の上記ステップＳ５５１におけるイニシャライズ処理は例えば、図６に示すフローチャートに従って行われる。
【００４９】
まず、メインコントローラ１は、モータコントローラ１１に対してガントリ回転部３の回転駆動を指示する（ステップＳ６０１）。これによって回転モータ１０が駆動してガントリ回転部３が回転する（ステップＳ６０２）。この回転中、ステップＳ６０３において、検出素子１５５でドグ１５ｂが検出されたか否かが監視される。検出されるまでステップＳ６０２のガントリ回転を継続する。検出素子１５５でドグ１５ｂが検出されると、ステップＳ６０４に進み、ガントリ回転部３の回転開始からドグ１５ｂが検出されるまでのフォトダイオード１５３の出力パルス数をカウントし、このイニシャライズ処理開始前に、停止していたガントリ回転部３の回転角度ｘを算出する（ステップＳ６０４）。フォトダイオード１５３の出力パルス数をカウントすることで回転開始時のガントリ回転部３の回転角度を求めることができることは上述したとおりである。
【００５０】
そして、ガントリ回転部３の初期回転角度ｙを、例えば、ｙ＝Ｑ−ｘ（ただしＱは定数、例えばＱ＝360）として設定し（ステップＳ６０５）、その角度ｙまでガントリ回転部３を回転させ、その位置で停止する（ステップＳ６０６）。
【００５１】
このようにすることで、少なくとも電源をＯＮにする度に、前回電源をＯＦＦにしたときとは異なる角度の、初期角度に設定することができ、スリップリング３０とブラシとは長時間同じ位置で接触した状態を回避することができるようになる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ガントリ回転部に対して給電を行うスリップリングの変形、損傷を軽減することのできるＸ線ＣＴシステムにおけるガントリ装置およびその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態におけるＸ線ＣＴシステムのブロック構成図である。
【図２】実施形態におけるＸ線ＣＴシステムにおけるガントリ装置の正面図である。
【図３】実施形態におけるＸ線ＣＴシステムにおけるガントリ装置の側面断面図である。
【図４】実施形態におけるロータリーエンコーダの概観斜視図である。
【図５】実施形態におけるスキャンに係る処理の概要を示すフローチャートである。
【図６】実施形態におけるＸ線ＣＴシステムにおけるガントリ装置のイニシャライズ処理を示すフローチャートである。

Claims (3)

1. Ｘ線発生源と、被検体を位置させる空洞部を介して該Ｘ線発生源から放射されたＸ線を検出するＸ線検出部とを有するガントリ回転部を備えている、Ｘ線ＣＴシステムにおけるガントリ装置であって、
   スキャンを実行する日付、または発生したランダム値に応じて、前記ガントリ回転部の停止回転角度を決定する決定手段と、
   スキャン終了後に、前記ガントリ回転部を前記決定手段により決定された停止回転角度で停止させる第１制御手段とを備えているガントリ装置。
2. 停止していた前記ガントリ回転部の回転角度を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された回転角度とは異なる回転角度を初期回転角度として設定する設定手段と、
   前記ガントリ回転部を前記設定手段により設定された初期回転角度まで回転させる第２制御手段とをさらに備えている請求項１に記載のガントリ装置。
3. 前記検出手段による前記ガントリ回転部の回転角度の検出と、前記設定手段による初期回転角度の設定と、前記第２制御手段による前記ガントリ回転部の前記初期回転角度までの回転とは、Ｘ線ＣＴシステムの電源投入に伴って行われる請求項２に記載のガントリ装置。

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