JP5627295B2 - X線ct装置 - Google Patents
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Description
このようなビュートリガ信号を生成するため、従来のX線CT装置では、例えば、等間隔に孔が設けられたエンコーダテープを回転盤の周囲に取り付け、静止側に設けられたセンサで孔の位置を読み込むことにより、回転盤の回転に同期したパルス(以下、エンコーダ信号という)を発生させる方法がとられている。ビュートリガ信号は、エンコーダ信号を分周或いは逓倍することにより生成される。
また、近年のX線CT装置は撮影の時間分解能を向上するため回転の高速化が進んでいる。これに伴い、ビューレートを高くする必要があり、エンコーダ信号もますます精密なものとなってきている。そのため、振動や回転速度ムラによるエンコーダ信号の微量なずれも画質劣化の原因となることがあるため、上述のエンコーダ信号の精度を向上することが重要な要素となってきている。
また、装置自体の振動等によりトリガ信号に微量の変動が発生した場合には、トリガが欠落するわけではないためトリガ信号の異常と判定されず、従来と同様の問題が発生する。
図1に示すように、X線CT装置1は、スキャナ2、寝台3、及び操作卓4を備える。X線CT装置1は、寝台3上に固定される被検体をスキャナ2の開口部に搬入してスキャンすることにより、被検体の透過X線データを取得する。
スキャナ2の静止側には、スキャナ制御装置202、回転センサ204等が搭載される。
スリップリング206は、回転盤207とスキャナ2の静止側との間で電力と制御信号を伝達する。
具体的には、スキャナ制御装置202は、図2に示すようにスキャナ2全体の制御(主制御部A1)、静止側の通信制御(静止側通信制御部A2)、静止側のビュートリガ信号制御(静止側ビュートリガ信号制御部A3)、エンコーダ信号の補正(エンコーダ補正回路A4)等の機能を実現する各部を有する。これらの機能の詳細については後述する。
X線検出器205は、例えばシンチレータとフォトダイオードの組み合わせによって構成されるX線検出素子群をチャネル方向(周回方向)に例えば1000個程度、列方向(体軸方向)に例えば1〜320個程度配列したものであり、被検体を介してX線管201に対向するように配置される。X線検出器205はX線管201から放射されて被検体を透過したX線を検出し、検出した透過X線データを図示しないデータ収集装置により収集して、操作卓4の画像処理装置402に出力する。
回転センサ204は、スキャナ2の静止側に設けられ、エンコーダテープ208の孔の位置を検知し、その検知結果に応じた値の信号(パルス)をスキャナ制御装置202に出力する。
本実施の形態のX線CT装置1は、エンコーダテープ208と回転センサ204とによりエンコーダ信号を生成する。すなわち、例えばエンコーダテープ208の孔の位置を「1」、その他の位置を「0」として回転と同期したエンコーダ信号を生成してスキャナ制御装置202に出力する。エンコーダ信号は、回転盤207の回転角度を認識するためのビュートリガ信号の基準とされる。すなわち、エンコーダ信号を分周または逓倍することにより、ビュートリガ信号が生成される。
ビュートリガ信号は、透過X線データの収集タイミングを決定する信号であり、スキャナ制御装置202により生成されて、回転盤制御装置209へ送出される。
演算処理装置403は、各種演算を行う。
図2に示すように、スキャナ2の制御系は、スキャナ制御装置202及び回転盤制御装置209により構成され、スリップリング206を介して静止側であるスキャナ制御装置202と回転側である回転盤制御装置209側との間で制御信号やデータ等が伝達される。
スキャナ制御装置202は、主制御部A1、静止側通信制御部A2、静止側ビュートリガ信号制御部A3、及びエンコーダ補正回路A4を備える。回転盤制御装置209は、回転盤側通信制御部B1、回転盤側ビュートリガ信号制御部B2、及びX線制御部B3を備える。
主制御部A1は、システム制御装置401から入力された撮影位置条件に従い、寝台3の位置や回転盤207の回転制御を行う。すなわち、主制御部A1は、システム制御装置401から入力されたX線条件を静止側通信制御部A2、スリップリング206、及び回転盤側通信制御部B1を介してX線制御部B3へ伝送する。
X線制御部B3は、主制御部A1で設定されたX線条件に従って、高圧発生装置203を制御し、X線管201に所定のX線管電流、X線管電圧を印加・供給させる。
エンコーダ補正回路A4は、回転センサ204から入力されるエンコーダ信号を監視し、エンコーダ信号の周期を算出して次のエンコーダ信号(パルス)の入力タイミングを予測し、予測されたタイミングでダミーのエンコーダ信号を発生し、これを理想的なエンコーダ信号として、静止側ビュートリガ信号制御部A3に送る。
例えば、図3に示すように、予測された入力タイミングにおいて次のパルスが欠落した場合はダミー信号を用いてエンコーダ信号を復元する。また予期されたタイミングにおいて入力値に誤差がある場合も、取得したエンコーダ信号をマスクしてダミー信号に置き換える。エンコーダ補正回路A4は、補正(復元または置換)したエンコーダ信号を静止側ビュートリガ信号制御部A3に送る。
X線検出器205は、入力されたビュートリガ信号に同期して、透過X線データを積分、収集し、画像処理装置402へデータを送信する。画像処理装置402は、取得した透過X線データに基づいて被検体透視画像(断層像等)を生成し、表示装置407に表示する。
図3(A)は理想的なエンコーダ信号、図3(B)は不具合が生じているエンコーダ信号、図3(C)は補正後のエンコーダ信号を示す。
まず、システム制御装置401により回転盤207の回転速度が設定され、スキャナ制御装置202に伝送される。スキャナ制御装置202は、設定された回転速度に応じて回転盤207を駆動し、回転を開始する。なお、スキャナ制御装置202は、予め設定した回転速度からエンコーダ信号の周期の理論値を演算し、保持しておくものとする。
エンコーダ補正回路A4は、入力されたエンコーダ信号を監視し、エンコーダ周期Tcycを計算する(ステップS101)。エンコーダ周期Tcycは、直前までに入力された複数(例えば、4パルスまたは8パルス等)のエンコーダ信号に基づいて算出される。なお、回転の速度がある程度安定した後に、本処理が実行されることが望ましいため、算出したエンコーダ周期Tcycの値について上述の理論値との誤差が大きい場合には、次の処理へ移行せず、繰り返しエンコーダ周期Tcycの計算を行うことが望ましい(ステップS102;No)。上述の許容誤差は、例えば理論値の5%以内とするが、5%に限定されず、装置の許容誤差に応じて10パーセント程度としてもよい。ただし現実的にはステップS102に示すように5%程度が好適である。さらに、所定回数連続して、エンコーダ周期Tcycが許容誤差以内である場合に(ステップS103;Yes)、回転速度が安定したものとみなして、次の補正動作へ移行する。エンコーダ周期Tcycの安定を監視する連続回数は、例えば8回程度とするがこれに限定されるものではない。演算速度の観点からは、ビットシフトで演算できる値を採用することが望ましく、例えば2回、4回、8回、16回、・・・等が好適である。装置の回転速度ムラに対応するためには、ステップS103に示すように8回程度が望ましい。
次に、エンコーダ補正回路A4は、算出したエンコーダ周期Tcycからパルス入力時間間隔の平均値Taveを算出する(ステップS104)。この平均値Taveを、次のエンコーダ信号の予測入力タイミング(次のパルスの入力タイミング)とする。入力タイミングの予測値は、ステップS104の平均値Taveのように、パルスの入力間隔が連続して理論値の近似値(許容誤差以内)であるときに、それらの複数のパルスの周期(エンコーダ周期)を平均化した時間から求めてもよいし、その他の統計値から求めてもよい。
その後、エンコーダ周期Taveに相当する時間が経過すると(ステップS108;Yes)、エンコーダ補正回路A4は、ステップS104で予測された入力タイミングにダミーのエンコーダ信号(以下、ダミー信号という)を生成し、静止側ビュートリガ信号制御部A3へ出力する(ステップS109)。すなわち、ダミー信号を理想的なエンコーダ信号とする。
このステップS106;Yes→ステップS109の流れの処理は、図3(B)の点線6に示すように、エンコーダ信号が予測されたタイミングより早く入力された場合に行われる。このような状況は、例えば、(a)回転の速度ムラにより回転速度が速くなった場合、(b)エンコーダテープ208の孔が多少目詰まりを起こした結果、目詰まりした孔と次の孔との間隔が短くなった場合等に起こる。
その後、予測された入力タイミングの許容誤差時間以内(例えば平均値Taveの+5%以内)に、次のエンコーダ信号が入力された場合は(ステップS112;Yes)、入力されたエンコーダ信号を含めてエンコーダ周期を再演算する。再演算されたエンコーダ周期は、更に次のエンコーダ信号の入力タイミングの予測に用いられる(ステップS113)。
このステップS106;No→S112;Yes→ステップS113の流れの処理は、図3(B)の点線8に示すように、エンコーダ信号が予測された入力タイミングに遅れて入力された場合に行われる。このような状況は、例えば、(c)回転の速度ムラにより回転速度が遅くなった場合、(d)エンコーダテープ208の孔が多少目詰まりを起こした結果、正常な孔と目詰まりした孔との間隔が短くなった場合に起こる。
このステップS106;No→ステップS112;No→ステップS114の流れの処理は、図3(B)の点線7に示すように、エンコーダ信号が欠落した場合等に行われる。このような状況は、例えば、(e)エンコーダテープ208の孔が完全に埋まった場合、(f)エンコーダテープ208の孔がほとんど目詰まりを起こした場合等に起こる。
すなわち、エンコーダ補正回路A4は、直前までに入力されたエンコーダ信号に基づいてエンコーダ周期Tcycを算出し、次のエンコーダ信号の入力タイミングを予測する。また、予測された入力タイミングでダミー信号を発生し、当該ダミー信号を理想的なエンコーダ信号として、静止側ビュートリガ信号制御部A3へ出力する。これにより、欠落したエンコーダ信号は適正なタイミングで復元され、また直近のエンコーダ周期から予測されるタイミングとは異なるタイミングでエンコーダ信号が入力された場合は、適正なタイミングとなるように補正される。これにより、エンコーダ信号発生側(エンコーダテープ208や回転センサ204)に不具合が生じた場合や、装置の振動、回転ムラが生じた場合であっても、精度のよいエンコーダ信号を出力できる。その結果、安定した精度のよいエンコーダ信号を元にビュートリガ信号を生成できるため、良好な画質で画像を生成できるようになる。
2・・・・・スキャナ
3・・・・・寝台
4・・・・・操作卓
201・・・X線管(X線源)
202・・・スキャナ制御装置
203・・・高圧発生装置
204・・・回転センサ
205・・・X線検出器
206・・・スリップリング
207・・・回転盤
208・・・エンコーダテープ
209・・・回転盤制御装置
401・・・システム制御装置
402・・・画像処理装置
403・・・演算処理装置
407・・・表示装置
A4・・・・エンコーダ補正回路
Claims (5)
- X線源と、X線源に対向配置され被検体を透過する透過X線量を検出するX線検出器とが搭載された回転盤と、
前記回転盤の回転に同期したエンコーダ信号を生成するエンコーダ信号生成手段と、
前記エンコーダ信号または該エンコーダ信号に基づいて生成されるビュートリガ信号に同期して、前記X線検出器から各ビュー角度における前記透過X線量を収集し、被検体の透視画像を生成する画像処理手段と、を備えたX線CT装置であって、
直前までに入力されたエンコーダ信号から周期を算出し、次のエンコーダ信号の入力タイミングを予測する予測手段と、
前記予測手段により予測されたタイミングでダミー信号を発生し、当該ダミー信号を欠落した次のエンコーダ信号、または前記入力タイミングとは異なるタイミングで入力された次のエンコーダ信号に代えて、理想的な次のエンコーダ信号として適用する補正手段と、
を備えることを特徴とするX線CT装置。 - 前記予測手段により予測されたタイミングより前に次のエンコーダ信号が入力された場合、或いは前記予測手段により予測されたタイミング後であって、所定の許容時間経過前に次のエンコーダ信号が入力された場合は、
前記補正手段は、入力された前記次のエンコーダ信号に代えて、前記ダミー信号を理想的な次のエンコーダ信号として適用し、
前記予測手段は、入力された前記次のエンコーダ信号を含めて周期を再算出し、更に次のエンコーダ信号の入力タイミングを予測することを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。 - 前記予測手段により予測されたタイミング後、所定の許容時間が経過しても次のエンコーダ信号が入力されない場合は、
前記補正手段は、前記ダミー信号を理想的な次のエンコーダ信号として適用し、
前記予測手段は、前記ダミー信号を含めて周期を再算出し、更に次のエンコーダ信号の入力タイミングを予測することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のX線CT装置
。 - 前記予測手段は、前記周期を、所定数の連続する信号の時間間隔の平均値として算出することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のX線CT装置。
- 前記予測手段は、前記次のエンコーダ信号の入力タイミングを、直前に入力された前記エンコーダ信号の時点、又は、前記補正手段により適用された前記エンコーダ信号の時点に、算出した前記周期を加えたものとすることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のX線CT装置。
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