JP5670742B2 - コンピュータ断層撮影システム用のフィルタ組立体 - Google Patents

Description

本発明は、コンピュータ断層撮影に係り、特にはコンピュータ断層撮影システムにおいてＸ線ビームのエネルギを制御するＸ線フィルタに係る。

コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムは典型的に、撮像されるべき対象物、即ち患者を通って方向付けられ且つＸ線検出器アレイによって受けられる扇ビームを形成するようコリメートされるＸ線源を有する。Ｘ線源、扇ビーム、検出器アレイは、「イメージング平面」と称されるデカルト座標系のｘ−ｙ平面内において位置されるよう配向される。Ｘ線源及び検出器アレイは、イメージング平面内において、撮像される対象物の周囲に、故にデカルト座標系のｚ軸の周囲に、ガントリ上で共に回転され得る。

コンピュータ断層撮影システムにおいて、コリメータと称される装置は一般的に、患者が受けるＸ線放射線量を最小限に抑えるよう使用される。この目的を達成するための方途の１つは、Ｘ線ビームの経路において「ウェッジ」と称されるポリマのボウタイ形状の片を挿入することである。Ｘ線減衰フィルタとして機能するウェッジは一般的に、水及び人体のＸ線吸収スペクトル特徴に近いＸ線吸収スペクトル特徴を備えるテフロン（登録商標）（Teflon）等である合成ポリマである。減衰フィルタは、撮像される身体の厚さにおける変化を補正するよう意図される。通常最も厚い部分である撮像される身体の中心を通過するＸ線は、このフィルタによって最も少なく減衰される一方、通常最も薄い部分である撮像される身体の端を通過するＸ線は、このフィルタによってより減衰される。この選択的減衰の結果として、検出器に影響を及ぼすＸ線は同様のエネルギを備え、検出器の検出感度の周囲において中間に集中される。したがって、減衰フィルタは、Ｘ線エネルギの範囲を低減するより感度の高いＸ線検出器の使用を可能にし得る。時間が経過し、継続的にＸ線に露出されると、ポリマの機械的特徴は変化する。Ｘ線は、ポリマを劣化させ、脆弱にさせ得る。これは、機械的応力と併せて、Ｘ線ビームの断絶をもたらすクラックを引き起こし得、故に深刻な画像のアーチファクトを引き起こし得る。

ＵＳ４，９７５，９３３（特許文献１）は、二重エネルギトモグラフィに対するボウタイＸ線フィルタ組立体を開示する。この開示によれば、減衰フィルタは、膨張誘発応力を低減するよう取り付けられる。特には、減衰フィルタに対するフィルタ要素は、フィルタ要素をＸ線ビーム内において位置付けるよう可動支持プレートに対して取着される。フィルタ要素の中心は、支持プレートに対して付される（affixed）が、端部は、温度における変化と共に、故にフィルタ要素及び支持プレートの寸法における変化と共に、摺動するよう取着される。

図１Ａは、ＵＳ４，９７５，９３３において記載される減衰フィルタ等である、先行技術において使用される減衰フィルタ１０を示す。図１Ｂ及び１Ｃは夫々、減衰フィルタ１０に対応する概略的前面図及び断面図である。ポリマウェッジ等である減衰フィルタ１０は、テフロン（登録商標）の矩形フィルタブロック１２を有して作られる。

フィルタブロック１２の露出面（即ち、軸１１に沿ったＸ線ビームを受ける面）において位置されるのは、サドルノッチ１４である。該サドルノッチ１４は、フィルタブロック１２内における中心においてフィルタブロック１２の全幅より小さく延在し、支持壁１６を軸１１に沿って垂直方向に放射するＸ線１８の投影扇ビームの経路に沿ってそのまま損なわれずに残す（leave a supporting wall 16 intact）ようにするため、減衰フィルタ１２の厚さは、撮像される典型的な対象物（図示せず）の厚さに反比例して対応する。減衰フィルタ１０は、撮像される対象物の最も厚い部分を通過するＸ線１８を減衰するようその中心においてより薄く、撮像される対象物のいずれかの側部において減衰を有さずに通る大半のＸ線１８を減衰するよういずれかの端において最も厚い。減衰フィルタ１０の目的は、ＣＴ検出器によって受けられるＸ線１８の強度をおおよそ均一にすること、故に向上された検出器感度を可能にすること、である。一般的に、減衰フィルタ１０の露出されない面は、矩形支持プレート（図示せず）に対して取着され、該支持プレートは、減衰フィルタ１０をＸ線ビーム１８内において位置付ける。

ＵＳ４，９７５，９３３は、温度に伴う膨張によってもたらされるクラックに対処するための解決策を与える。先行技術における減衰フィルタは、下方向に延在するサドルノッチがフィルタの露出面において位置されるよう、また支持壁をそのまま損なわれずに残すようフィルタブロックの全幅より小さくフィルタブロック内において集中されるよう成形される。コンピュータ断層撮影システムの回転部における上部における（at a premium）空間は、支持壁をそのまま損なわれずに維持するためのものである。支持壁をそのまま損なわれずにしておくこと（intactness）は、作動片（workpiece）がサドルノッチを通って動くことを妨げ、コリメータにおける静止作動片に対する減衰フィルタの運動を困難なものとする。更に、先行技術において与えられる解決策は、減衰フィルタにおいてクラックを引き起こす機械的応力の大きな原因として知られる遠心力によってもたらされるクラックに対処することができない。

したがって、上述されたような先行技術によるフィルタ組立体に対して改善されたフィルタ組立体を与える必要がある。

ＵＳ４，９７５，９３３

本発明は、コンピュータ断層撮影システムに対する先行技術によるフィルタ組立体と比較してより優れた性能を備えるフィルタ組立体を達成すること、を目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、投影軸に沿ってＸ線ビームを投影するＸ線源を備えるコンピュータ断層撮影システムにおける使用を意図されたフィルタ組立体を与える。当該フィルタ組立体は：
・ Ｘ線ビームを減衰し、且つ投影軸に対して平行である中心軸を備える、フィルタ要素；及び、
・ 上方に該フィルタ要素が取り付けられる、フィルタ要素をＸ線ビーム内において位置付ける第１の支持プレート、
を有する。フィルタ要素及び第１の支持プレートは、投影軸に対して垂直である方向に沿ってフィルタ組立体の中心部においてノッチ成形される（notch-shaped）。

投影軸に対して垂直である方向に沿ってフィルタ組立体の中心に貫通ノッチを有してフィルタ要素及び第１の支持プレートを成形することによって、センサ等である他のコリメータ部は、ノッチによって空いたまま残る空間に容易に配置され得る。センサ又はフィルタ組立体の位置は、それらの間における相対運動によって、ブロックされることなく、容易に固定され得る。

一実施例において、フィルタ組立体は第２の支持プレートを更に有し、該第２の支持プレートは、第１の支持プレートの形状に類似する形状を備え、フィルタ要素を挟むよう第１の支持プレートと協働する。

他の実施例において、フィルタ組立体は、フィルタ要素及び第１の支持プレートの形状に類似する形状を夫々備える少なくとも１つの追加的なフィルタ要素及び支持プレートを有する。更に、各フィルタ要素は、２つの支持プレートによって挟まれる。

稼働中、フィルタ要素が故障するとき、並びに１つより多くのフィルタ要素がフィルタ組立体において使用されるとき、新しいフィルタ要素を正しい位置に配置するよう投影軸に対して垂直である方向に沿ってフィルタ組立体を動かすことによって、フィルタ組立体における不具合のあるフィルタ要素を現場で新しいものと交換することが可能である。

他の実施例において、支持プレートは、支持プレートに対面する減衰フィルタの側面を完全に覆うよう成形される。このようにして、遠心力によって引き起こされる曲げモーメントは、フィルタ要素上ではなく、支持プレート上にのみ存在する。

更なる一実施例において、フィルタ組立体は、支持プレートを締結するよう締結手段（fastening means）を更に有する。該締結手段は、膨張時にフィルタ要素の変形を可能にするよう、支持プレート間の距離を調節するスペーサブッシュ（spacer bushes）を有する。これは、温度に伴う膨張によってもたらされるクラックに対処する際に特に有用である。

本発明の上述及び他の目的並びに特性は、添付の図面を併せて検討される以下の詳細な説明からより明らかとなる。

同一の参照符号は、全図面を通して同様の部分を示すよう使用される。

先行技術による減衰フィルタ１０を図示する。 先行技術による減衰フィルタ１０の概略的前面図である。 軸Ａ−Ａで取られた先行技術による減衰フィルタ１０の概略的断面図である。 本発明に従った減衰フィルタ２０の一実施例を図示する。 本発明に従った減衰フィルタ２０の概略的前面図である。 本発明に従ったＡ−Ａ軸で取られた減衰フィルタ２０の概略的断面図である。 本発明に従ったフィルタ組立体３０の一実施例を図示する。 本発明に従ったフィルタ組立体４０の一実施例を図示する。

図２Ａは、本発明に従った減衰フィルタ２０の一実施例を示す。図２Ｂ及び２Ｃは夫々、対応する概略的前面図、及びＡ−Ａ軸で取られた断面図である。減衰フィルタ２０は、テフロン（登録商標）等を有して作られるフィルタブロック２２を有する。他の類似する材料が減衰フィルタ２０に対して使用され得ることは、当業者には明らかである。更には、フィルタブロック２２は、図２Ａに示されるようなサドル形状のように、矩形の代わりの他の形状を備えてもよい。

フィルタブロック２２は、サドルノッチ形状２４を備える。図１Ａ中のサドルノッチ１４とは異なり、サドルノッチ２４は、支持壁をそのまま損なわれずに残すことなく、フィルタブロック２２の全幅において成形される。これが意味するのは、サドルノッチ２４は、作動片が減衰フィルタ２０の一側から他側までサドルノッチを通って動き得るようにすること、又は、サドルノッチ２４は、減衰フィルタ２０が先行技術による減衰フィルタ１０におけるようにブロックされることなく静止作動片に対して自由に動き得るようにすること、である。このようにして、サドルノッチ２４によって形成される空間は、センサ等である他のコリメータ部を配置するよう使用され得る。

図３は、本発明に従ったフィルタ３０の一実施例の図である。フィルタ組立体３０は、図２Ａ，２Ｂ及び２Ｃにおいて示される減衰フィルタ２０に対応するフィルタ要素、及び支持プレート３２を有し、該支持プレート３２上に減衰フィルタ２０が取り付けられる。支持プレート３２は、減衰フィルタ２０をＸ線ビーム内において位置付けるよう意図される。例えば、支持プレート３２は、スチール等である金属で作られ、故に多くの場合テフロン（登録商標）等であるポリマ材料で作られる減衰フィルタ２０より更に剛性で強固である。減衰フィルタ２０は、支持プレート３２の凹部３５に適合する突起３３を有する。減衰フィルタ２０が他の方途において支持プレート３２上に取り付けられ得ることは、当業者には明らかである。特に、突起及び凹部は、異なる形状を備え得る。

有利には、フィルタ組立体３０は第２の支持プレート３４を有するため、２つの支持プレート３２及び３４は、減衰フィルタ２０を挟む。支持プレート３２及び３４は、減衰フィルタ２０の中心におけるサドルノッチに対応する中心における同様のサドルノッチを備えるよう成形され、投影軸に対して垂直である方向に沿ってフィルタ組立体の中心部において一側を通って他側までサドルノッチ３９を形成する。これによって、プレート材料の強度及び剛性により支持プレートをサドルノッチにおいて成形することが可能となる。この配置は、投影軸３１に対して垂直である方向に沿って、フィルタ組立体３０の一側から他側まで作動片が動くようにする。これは、１つより多くの減衰フィルタを備えるコリメータを与える。

更に、支持プレート３２及び３４は、支持プレートに対面する減衰フィルタ２０の側面を完全に覆い得るよう成形され、例えば側面は、外方向に露出されてない。このようにして、遠心力は、突起の位置においてフィルタ上に力をもたらし、曲げモーメントは、フィルタのポリマにおいてではなく、剛性及び堅固な金属プレートにおいて示される。

有利には、フィルタ組立体３０は、共に取り付けられる２つの支持プレートを締結する締結手段３６を更に有し、例えば断層撮影システムのメンテナンス中に、現場で容易に交換され得るカセットを成形する。

締結手段３６は、リードスクリュ５２及びスクリュキャップ５４を有し得る。リードスクリュ５２は、支持プレート３２及び３４上の穴３７を横断し、リードスクリュ５２の端部においてスクリュキャップ５４によって締結され、結果として支持プレート３２及び３４は、カセットを形成するよう取着される。

有利には、締結手段３６は更に、図３に示される通りリードスクリュ５２と結合されるスペーサブッシュ３８を有し、膨張時にポリマの変形を可能にするよう支持プレート間の距離を調節し得る。これは、温度を伴う膨張によってもたらされるクラックへの対応において特に有用である。

図４は、本発明に従ったフィルタ組立体４０の一実施例を示す図である。フィルタ組立体４０は、複数の減衰フィルタ２０、及び複数の支持プレート３２、及びカセットを形成する締結手段４６を有する。フィルタ組立体３０とフィルタ組立体４０との間の主な差異は、フィルタ４０がカセットにおいて１つより多くの減衰フィルタ２０を備える、という点である。

一実施例において、各減衰フィルタは、締結手段４６によって他の支持プレートに対して接続される２つの支持プレートによって挟まれ、該締結手段は、図３におけるものと同様に例えばリードスクリュ５２、スクリュキャップ５４、及びスペーサブッシュ３８を有し得る。上述されたフィルタ組立体３０と同様に、減衰フィルタ２０及び支持プレート３２は、フィルタ及び支持プレートがカセットの中心において夫々サドルノッチ２４及び４２を形成するよう成形される。これにより、例えばセンサ等であるコリメータの一部である作動片は、投影軸１１に対して垂直である方向４１に沿ってブロックされることなく、サドルノッチによって形成された空間において自由に動き得る。

フィルタ組立体３０が作動するとき、カセットにおける減衰フィルタ２０の１つは、Ｘ線ビームにおいて位置付けられ、減衰フィルタの中心軸は、Ｘ線源の投影軸１１に対して平行である。コリメータの静止センサが適所に配置される場合、減衰フィルタを担持するカセットはまた、位置付けを目的としてセンサに対して動き得る。

作動する減衰フィルタがなんらかの不具合を有しているか、あるいは故障した場合、不具合が起きた減衰フィルタは、投影軸１１に対して垂直である方向４１に沿ってカセットを動かすことによってカセットにおける他の減衰フィルタと置き換えられ、減衰フィルタをＸ線ビームにおいて位置付けるようにする。このようにして、断層撮影システムの操作者は、カセットを交換する必要なく、同一の形状又は僅かに異なる形状を備える減衰フィルタをビームに配置するよう指示することができる。これは、現場での減衰フィルタの交換の可能性を与え、故にメンテナンスを大幅に単純化する。

減衰フィルタ又は支持プレートの中心におけるサドルノッチがウェッジ形又は凹面形状等である多種の形状を備え得る、ことは当業者には明らかである。更に、支持プレートの形状は、減衰フィルタの形状と僅かに異なってもよい。

上述された実施例は本発明を制限するのではなく説明するものであり、当業者は添付の請求項の範囲から逸脱することなく多くの他の実施例を設計することができる、ということが留意されるべきである。請求項において、括弧内の参照符号は、請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。「有する」という動詞の使用は、請求項又は明細書において記載されるもの以外の要素又は段階の存在を除外するものではない。要素を単数形で示すことは、かかる要素の複数の存在を除外するものではない。本発明は、複数の別個の要素を有するハードウエアを用いて実行され得る。複数のユニットを列挙するシステムの請求項において、かかる複数のユニットは、１つ及び同一ハードウエア又はソフトウエアによって実行され得る。第１、第２、及び第３等である用語の使用は、順序を示すものではない。かかる用語は、名称として解釈されるべきである。

Claims (8)

1. 投影軸に沿ってＸ線ビームを投影するＸ線源を備えるコンピュータ断層撮影システムにおいて使用されるよう意図されたフィルタ組立体であって：
   前記Ｘ線ビームを減衰し、前記投影軸に対して平行である中心軸を備える、フィルタ要素と；
   該フィルタ要素を前記Ｘ線ビーム内において位置付けるための、前記フィルタ要素が取り付けられる、第１の支持プレートであって、前記フィルタ要素及び前記第１の支持プレートは、前記投影軸に対して垂直である方向に沿って当該フィルタ組立体の中心部においてノッチ形状にされる、第１の支持プレートと；
   前記第１の支持プレートの形状に類似する形状を備え、前記フィルタ要素を挟むよう前記第１の支持プレートと協働する、第２の支持プレートと；を有する、
   フィルタ組立体。
2. 少なくとも１つの追加的なフィルタ要素及び支持プレートを更に有し、該少なくとも１つの追加的なフィルタ要素及び支持プレートは夫々、前記フィルタ要素及び前記第１の支持プレートの形状に類似する形状を備える、
   請求項１記載のフィルタ組立体。
3. 各フィルタ要素は、２つの支持プレートによって挟まれる、
   請求項２記載のフィルタ組立体。
4. 前記支持プレートは、前記支持プレートに対面する前記フィルタ要素の側面を完全に覆うよう成形される、
   請求項１乃至３のうちいずれか一項記載のフィルタ組立体。
5. 前記ノッチは、サドルノッチである、
   請求項４記載のフィルタ組立体。
6. カセットを形成するよう前記支持プレートを締結する締結手段を更に有する、
   請求項４記載のフィルタ組立体。
7. 前記締結手段は、前記支持プレート間の距離を調節するスペーサブッシュを有する、
   請求項６記載のフィルタ組立体。
8. 前記フィルタ要素は、複数の突起を有し、該複数の突起は、前記フィルタ要素を前記支持プレート上に取り付けるよう前記支持プレートに配置される凹部と協働する、
   請求項７記載のフィルタ組立体。

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