JP5734350B2

JP5734350B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP5734350B2
Application number: JP2013121893A
Authority: JP
Inventors: 智和原田; 哲也佐渡友
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2028-07-04
Also published as: JP2013173031A

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ装置に関し、特に、Ｘ線管とＸ線検出器とを一体に被検体の周りに回転させて被検体をスキャンするＸ線ＣＴ装置に関する。

例えば、下記特許文献１に記載されているように、Ｘ線管とＸ線検出器とを円環状のフレームに取付けて対峙させた回転部を有し、このフレームの内側に被検体を位置させ、回転部を被検体の周りに回転させながらＸ線管からＸ線を照射し、被検体を透過したＸ線をＸ線検出器で検出することにより被検体をスキャンするＸ線ＣＴ装置（Ｘ線コンピュータ断層撮影装置）が知られている。

さらに、下記特許文献２、３に記載されているように、回転部を任意の角度に回動させて支持するチルト部を備えたＸ線ＣＴ装置が知られている。チルト部を備えるＸ線ＣＴ装置によれば、チルト部によって回転部を任意の角度に回動させることにより、Ｘ線管とＸ線検出器との被検体に対向する角度を変えることができ、被検体を様々な角度からスキャンすることが可能となる。

特開平０８−５２１３０号公報特開２０００−１１６６４４号公報特開平０２−２００２５１号公報

しかしながら、前述のチルト部を備えるＸ線ＣＴ装置においては、以下の点について配慮がなされていない。

円環状のフレームには、Ｘ線管とＸ線検出器とに加え、電源ユニットやメカ制御ユニット等の複数の機器が取付けられている。フレームに取付けられた複数の機器の取付位置が回転部の回転方向でバランスが取れていないと、回転部を回転させた場合に、回転部がチルト部の回動中心の回りに振動しながら回転する現象が発生する。回転部において発生する回転中の振動は、回転部の回転速度が速くなるにつれて大きくなる。

回転部が振動しながら回転すると、Ｘ線管とＸ線検出器とは同一の回転軌道上を移動しなくなり、Ｘ線管やＸ線検出器の位置が想定されている正規の回転軌道上の位置からずれを生じる。このため、Ｘ線検出器で検出したＸ線投影データやＸ線管、Ｘ線検出器の位置情報等に基づいて再構成される画像データが誤差を生じ、再構成された画像がぼやけて画像品質が低下する。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、チルト部を備えるＸ線ＣＴ装置において、円環状のフレームにＸ線管とＸ線検出器とを取付けた回転部を被検体の周りに回転させて被検体をスキャンした場合に、回転部がチルト部の回動中心回りに振動することを抑制し、再構成される画像の品質を向上させることである。

請求項１記載の発明の特徴は、Ｘ線ＣＴ装置において、立設された一対の支柱部を有する基台と、前記支柱部に固定された支軸により支持された一対の側板及び当該一対の側板の間に固定された円環状のフレームとにより構成され、前記支軸の回りに回動可能に支持されたチルト部と、前記チルト部を前記支軸の回りに任意の角度に回動させ、その回動角度位置で前記チルト部を保持するチルト駆動部と、円環状のフレームと当該フレームに取付けられて対峙するＸ線管とＸ線検出器とを有し、前記フレームの中心回りに回転可能に前記チルト部に支持された回転部と、前記チルト駆動部により回動され、その回動角度位置が保持された前記チルト部の側板を前記基台の台部に固定することにより、このチルト部に回転可能に支持された回転部が前記支軸周りに振動することを抑制するブレーキ装置と、を備えることである。

本発明の第１の実施の形態のＸ線ＣＴ装置の概略構成を示すブロック図である。Ｘ線ＣＴ装置の架台装置の内部構成を示す斜視図である。ブレーキ装置によりチルト部を基台に固定した状態を示す側面図である。ブレーキ装置によるチルト部の基台への固定を解除した状態を示す側面図である。被検体Ｐに対するＸ線の照射角度を調節する場合の手順を説明するフローチャートである。本発明の第２の実施の形態のＸ線ＣＴ装置の架台装置の内部構成を示す側面図である。本発明の第３の実施の形態のＸ線ＣＴ装置の架台装置の内部構成を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態のＸ線ＣＴ装置の概略構成を示すブロック図である。Ｘ線ＣＴ装置は、架台装置１と寝台装置２と操作コンソール部３とを備えている。

架台装置１は、架台制御部４と、高電圧発生部５と、回転駆動部６と、チルト駆動部７と、ブレーキ装置８と、Ｘ線管９と、Ｘ線検出器１０と、データ収集部１１と、回転部１２（図２参照）と、チルト部１３（図２参照）とを備えている。

寝台装置２は、寝台基台１４と、寝台駆動部１５と、寝台天板１６とを備えている。

操作コンソール部３は、コンソール制御部１７と、入力装置１８と、前処理部１９と、Ｘ線投影データ記憶部２０と、再構成処理部２１と、画像データ記憶部２２と、画像処理部２３と、表示装置２４とを備えている。

架台制御部４は、操作コンソール部３の入力装置１８からの入力に基づき、架台装置１内の各部を制御する。

高電圧発生部５は、Ｘ線管９からＸ線を照射するための高電圧を架台制御部４からの制御信号に従ってＸ線管９に供給する。

Ｘ線管９は、高電圧発生部５から供給された高電圧によってＸ線を照射する。Ｘ線管９から照射されるＸ線は、ファン状やコーン状のビームとなる。

Ｘ線検出器１０は、Ｘ線管９から照射され、被検体Ｐを透過したＸ線を検出する。シングルスライスＣＴ装置の場合、Ｘ線検出器１０は、ファン状又は直線状に例えば１０００チャンネルのＸ線検出素子を１列に並べて構成されている。また、マルチスライスＣＴ装置の場合、Ｘ線検出器１０は、Ｘ線検出素子を互いに直交する２方向（スライス方向及びチャンネル方向）それぞれにアレイ状に複数個配列され、これにより２次元のＸ線検出器を成している。

データ収集部１１は、Ｘ線検出器１０の各Ｘ線検出素子と同様にアレイ状に配列されたデータ収集素子を有し、Ｘ線検出器１０により検出されたＸ線（実際には検出信号）を、架台制御部４から出力されたデータ収集制御信号に対応させて収集する。この収集されたデータがＸ線投影データとなる。

回転駆動部６は、架台制御部４から出力された制御信号により回転部１２を回転駆動させる。

チルト駆動部７は、架台制御部４から出力された制御信号によりチルト部１３を任意の角度に回動させる。

ブレーキ装置８は、架台制御部４から出力された制御信号によりチルト部１３を回動した任意の角度で固定する。

回転部１２とチルト部１３とについては、後述する。

寝台駆動部１５は、操作コンソール部３の入力装置１８からの入力に基づき、寝台基台１４を上下方向に移動させ、及び、寝台天板１６を長手方向（矢印Ｘ方向）に移動させる。寝台天板１６の上には被検体Ｐが載せられ、被検体Ｐの体軸方向と寝台天板１６の移動方向（矢印Ｘ方向）とが一致している。

入力装置１８は、キーボート、タッチパネル、マウス等からなり、Ｘ線ＣＴ装置を駆動させるための各種の入力操作が行われる。

コンソール制御部１７は、入力装置１８からの入力に基づいた制御信号を発生させ、この制御信号を、架台制御部４や寝台駆動部１５、及び、操作コンソール部３内の各部に送る。

前処理部１９は、データ収集部１１から出力されたＸ線投影データに感度補正やＸ線強度補正等を施す。前処理部１９にて感度補正等の処理が施されたＸ線投影データは、Ｘ線投影データ記憶部２０に一旦記憶される。

再構成処理部２１は、Ｘ線投影データ記憶部２０に記憶されたＸ線投影データを逆投影処理することにより、画像データを再構成する。この逆投影の方法は公知の方法と同じである。また、Ｘ線投影データに対して補間処理を行う場合は、３６０度補間法又は１８０度補間法（対向データ補間法）等の公知の補間法により、目的のスライス位置におけるＸ線投影データを求める。

再構成された画像データは、画像データ記憶部２２に一旦記憶された後、画像処理部２３に送られる。画像処理部２３は、入力装置１８からの入力に基づき、画像データを公知の方法により、任意断面の断層像、任意方向からの投影像、又はレンダリング処理による３次元画像等の画像データに変換して表示装置２４に出力する。表示装置２４には、画像データに基づく画像が表示される。

図２は、架台装置１に設けられているチルト部１３、回転部１２、チルト駆動部７、ブレーキ装置８を示している。これらのチルト部１３、回転部１２、チルト駆動部７、ブレーキ装置８は、基台２５上に取付けられ、外装ケース２６（図３、４参照）により覆われている。外装ケース２６の中央部には、寝台天板１６上に載せられた被検体Ｐが出し入れされる開口部（図示せず）が形成されている。

基台２５は、矩形枠状の台部２５ａと、台部２５ａから立設された一対の支柱部２５ｂとを備えている。

チルト部１３は、支柱部２５ｂの上端部に支軸２７により支持された一対の側板１３ａと、一対の側板１３ａの間に固定された円環状のフレーム１３ｂとにより構成され、支軸２７の回りに回動可能とされている。支軸２７は、支柱部２５ｂに固定されてチルト部１３の側板１３ａとの間に軸受を介装されていてもよく、又は、チルト部１３の側板１３ａに固定されて支柱部２５ｂとの間に軸受を介装されていてもよい。

チルト駆動部７は、チルト部１３を支軸２７の回りに任意の角度に回動させ、及び、回動させたそれぞれの角度でチルト部１３を保持する機構であり、油圧式シリンダが用いられている。油圧式シリンダであるチルト駆動部７は伸縮可能であり、一端が台部２５ａに回動可能に連結され、他端がチルト部１３の側板１３ａに回動可能に連結されている。チルト駆動部７を伸縮させることにより、チルト部１３が支軸２７の回りに回動する。チルト駆動部７の伸縮を停止させることにより、チルト部１３は回動した角度の位置で保持される。

回転部１２は、円環状のフレーム２８と、このフレーム２８の内周部に取付けられたＸ線管９と、Ｘ線検出器１０と、電源ユニット２９と、メカ制御ユニット３０とを有している。回転部１２は、図示しない軸受を介してチルト部１３のフレーム１３ｂに支持され、フレーム１３ｂ及びフレーム２８の中心回りに回転可能とされている。また、回転部１２にはモータ等の回転駆動部６が連結され、回転部１２は回転駆動部６により回転駆動される。Ｘ線管９とＸ線検出器１０とは、１８０°離間した位置に配置され、及び、Ｘ線管９から照射されたＸ線をＸ線検出器１０が検出できる向きに対峙している。

ブレーキ装置８は、任意の角度に回動したチルト部１３を、その角度で基台２５に固定する装置であり、第１ギア３１と第２ギア３２とを備えている。

第１ギア３１は、チルト部１３の一方の側板１３ａに固定されてチルト部１３と一体に支軸２７の回りに回動可能に設けられ、支軸２７を中心とする凸面状の円弧部分に位置する複数の歯部３１ａを有している。なお、第１ギア３１は、半円形状に形成されている。この半円形状の範囲は、チルト部１３を支軸２７の回りに最大範囲で回動させた場合において、第１ギア３１が第２ギア３２との噛合いを維持できる範囲とされている。

第２ギア３２は、一端を支軸３３ａにより回動可能に支柱部２５ｂに可動片３３の他端に取付けられている。可動片３３への第２ギア３２の取付けは、第２ギア３２の回転を規制して行われている。可動片３３にはソレノイド（図示せず）が連結され、ソレノイドのオン、オフにより可動片３３が支軸３３ａの回りに回動される。ソレノイドがオフにされた場合、可動片３３は図２及び図３に示す位置に回動し、第２ギア３２は第１ギア３１と噛み合う噛合位値に位置する。また、ソレノイドがオンにされた場合、可動片３３は図４に示す位置に回動し、第２ギア３２は第１ギア３１との噛合いが解除される噛合解除位置に位置する。

図５は、Ｘ線ＣＴ装置で被検体Ｐをスキャンする場合であって、被検体Ｐに対するＸ線の照射角度を調節する場合の手順を説明するフローチャートである。

まず、ブレーキ装置８によるチルト部１３の固定が解除される（Ｓ１）。この固定解除は、ソレノイドをオンにして可動片３３を図４に示す位置に回動させ、第２ギア３２を噛合解除位置に移動させることにより行なわれる。この固定解除により、チルト部１３と回転部１２とが支軸２７の回りに回動可能となる。

ブレーキ装置８によるチルト部１３の固定が解除された場合、チルト駆動部７によりチルト部１３の角度が設定した任意の角度に回動調整される（Ｓ２）。この回動調整は、チルト駆動部７を伸縮させることにより行なわれる。この回動調整により、図４の二点鎖線で示すように、回転部１２がチルト部１３と一体に回動し、Ｘ線管９から被検体Ｐに照射されるＸ線の照射角度が変更される。

チルト駆動部７によるチルト部１３の回動調整が終了した場合、ブレーキ装置８によりチルト部１３が回動した角度の位置で固定される（Ｓ３）。この固定は、ブレーキ装置８のソレノイドをオフにして可動片３３を図２又は図３に示す位置に回動させ、第２ギア３２を噛合位値に移動させて第１ギア３１と噛合わせることにより行なわれる。

このような構成において、このＸ線ＣＴ装置では、チルト駆動部７によりチルト部１３を支軸２７の回りに回動させることができ、任意の角度に回動したチルト部１３をブレーキ装置８により基台２５に固定することができる。

このため、回転部１２において、フレーム２８に取付けられたＸ線管９やＸ線検出器１０等の機器の取付位置が回転方向でバランスが取れていない場合でも、回転部１２の回転時に発生する力であって、回転部１２をチルト部１３と共に支軸２７の回りに振動させる向きの力を、ブレーキ装置８により抑制することができる。

したがって、回転部１２の回転時に回転部１２がチルト部１３と共に支軸２７の回りに振動することを防止することができ、Ｘ線管９とＸ線検出器１０とが同一の回転軌道上を移動するようになる。これにより、Ｘ線検出器１０で検出したＸ線投影データやＸ線管９、Ｘ線検出器１０の位置情報等に基づいて再構成される画像データの誤差が少なくなり、再構成される画像の品質が高くなる。

なお、第１の実施の形態では、第１ギア３１を半円形に形成した場合を例に挙げて説明したが、この第１ギア３１の形状は半円形に限られるものではなく、円形であってもよく、又は、扇形であってもよい。さらに、第１ギアを、支軸２７を中心とする凹面状の円弧部分に歯部を備えた形状のギアとしてもよい。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態のＸ線ＣＴ装置を図６に基づいて説明する。なお、第２の実施の形態及びこれ以降の実施の形態において、第１の実施の形態において説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付け、重複する説明は省略する。

第２の実施の形態のＸ線ＣＴ装置の基本的な構成は第１の実施の形態と同じであり、第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、第１の実施の形態で説明したブレーキ装置８に代えて、ブレーキ装置４１を設けた点である。

ブレーキ装置４１は、任意の角度に回動したチルト部１３を、その角度で基台２５に固定する装置であり、磁性体４２とマグネット４３とを備えている。

磁性体４２は、支軸２７の周りに配置された半円形状の鉄板であり、チルト部１３の一方の側板１３ａに固定されてチルト部１３と一体に回動可能に設けられている。この半円形状の範囲は、チルト部１３を支軸２７の回りに最大範囲で回動させた場合において、マグネット４３が磁性体４２に対向する状態を維持できる範囲とされている。なお、磁性体４２は、マグネット４３に吸着される機能を有すればよく、この磁性体４２としてマグネットを使用してもよい。

マグネット４３としては、電磁石又は永久磁石を使用することができる。マグネット４３として電磁石を使用した場合には、電磁石をオン、オフに切替えることにより、磁性体４２に対する吸着状態と吸着解除状態に切替えることができる。また、マグネット４３として永久磁石を使用した場合には、カムなどを利用したマグネット４３の移動機構を設けることにより、永久磁石（マグネット４３）を磁性体４２に対して吸着される位置と吸着を解除される位置とに移動させることができる。

このような構成において、このＸ線ＣＴ装置では、チルト駆動部７によりチルト部１３を支軸２７の回りに回動させることができ、任意の角度に回動したチルト部１３をブレーキ装置４１により基台２５に固定することができる。

このため、回転部１２において、フレーム２８に取付けられたＸ線管９やＸ線検出器１０等の機器の取付位置が回転方向でバランスが取れていない場合でも、回転部１２の回転時に発生する力であって、回転部１２をチルト部１３と共に支軸２７の回りに振動させる向きの力を、ブレーキ装置４１により抑制することができる。

なお、本実施の形態では、磁性体４２をチルト部１３に取付け、マグネット４３を基台２５に取付けた場合を例に挙げて説明したが、磁性体を基台２５に取付け、マグネットをチルト部１３に取付けてもよい。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態のＸ線ＣＴ装置を図７に基づいて説明する。

第３の実施の形態のＸ線ＣＴ装置の基本的な構成は第１の実施の形態と同じであり、第３の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、第１の実施の形態で説明したブレーキ装置８に代えて、ブレーキ装置５１を設けた点である。

ブレーキ装置５１は、任意の角度に回動させたチルト部１３を、その角度で基台２５に固定する装置であり、摩擦抵抗受け部５２と摩擦抵抗印加部５３とを備えている。

摩擦抵抗受け部５２は、チルト部１３の一部として設けられた部位であり、この第３の実施の形態では、チルト部１３を回動可能に支持する支軸がチルト部１３に固定して設けられ、この支軸が摩擦抵抗受け部５２とされている。なお、この摩擦抵抗受け部５２として機能する支軸は、上述した実施の形態で説明した支軸２７に比べ、外径寸法を大径に形成されている。

摩擦抵抗印加部５３は、基台２５に取付けられ、摩擦抵抗受け部５２を外周側から挟持して摩擦抵抗受け部５２に摩擦抵抗を印加する印加位置と、摩擦抵抗受け部５２の外周側から離反して摩擦抵抗受け部５２に対する摩擦抵抗の印加を解除する解除位置とに移動可能に設けられている。この摩擦抵抗印加部５３としては、摩擦抵抗受け部５２の周囲を囲む位置に配置され、摩擦抵抗受け部５２の外周面に対して接離可能に押圧される部材を用いることができる。摩擦抵抗印加部５３を印加位置と解除位置とに移動させる手段としては、例えば、ソレノイドや油圧装置を用いることができる。ソレノイド等をオンにすることにより摩擦抵抗印加部５３を解除位置に移動させ、ソレノイド等をオフにすることにより摩擦抵抗印加部５３を摩擦位置に移動させることができる。

このような構成において、このＸ線ＣＴ装置では、チルト駆動部７によりチルト部１３を支軸２７の回りに回動させることができ、任意の角度に回動したチルト部１３をブレーキ装置５１により基台２５に固定することができる。

このため、回転部１２において、フレーム２８に取付けられたＸ線管９やＸ線検出器１０等の機器の取付位置が回転方向でバランスが取れていない場合でも、回転部１２の回転時に発生する力であって、回転部１２をチルト部１３と一体に支軸２７の回りに振動させる向きの力を、ブレーキ装置５１により抑制することができる。

したがって、回転部１２の回転時に回転部１２がチルト部１３と共に支軸である摩擦抵抗受け部５２の回りに振動しながら回転することを防止することができ、Ｘ線管９とＸ線検出器１０とが同一の回転軌道上を移動するようになる。これにより、Ｘ線検出器１０で検出したＸ線投影データやＸ線管９、Ｘ線検出器１０の位置情報に基づいて再構成される画像データの誤差が少なくなり、再構成される画像の品質が高くなる。

なお、本実施の形態では、摩擦抵抗受け部５２をチルト部１３に設け、摩擦抵抗印加部５３を基台２５に取付けた場合を例に挙げて説明したが、摩擦抵抗受け部を基台２５に設け、摩擦抵抗印加部５３をチルト部１３に設けてもよい。

８ブレーキ装置
９Ｘ線管
１０Ｘ線検出器
１２回転部
１３チルト部
２５基台
２７支軸
２８フレーム
３１第１ギア
３１ａ歯部
３２第２ギア
４１ブレーキ装置
４２磁性体
４３マグネット
５１ブレーキ装置
５２摩擦抵抗受け部、支軸
５３摩擦抵抗印加部

Claims

立設された一対の支柱部を有する基台と、
前記支柱部に固定された支軸により支持された一対の側板及び当該一対の側板の間に固定された円環状のフレームとにより構成され、前記支軸の回りに回動可能に支持されたチルト部と、
前記チルト部を前記支軸の回りに任意の角度に回動させ、その回動角度位置で前記チルト部を保持するチルト駆動部と、
円環状のフレームと当該フレームに取付けられて対峙するＸ線管とＸ線検出器とを有し、前記フレームの中心回りに回転可能に前記チルト部に支持された回転部と、
前記チルト駆動部により回動され、その回動角度位置が保持された前記チルト部の側板を前記基台の台部に固定することにより、このチルト部に回転可能に支持された回転部が前記支軸周りに振動することを抑制するブレーキ装置と、
を備えることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記ブレーキ装置により、前記チルト駆動部により回動され、その回動角度位置が保持された前記チルト部の前記基台への固定を解除する手段と、
前記ブレーキ装置により、前記チルト駆動部により回動され、その回動角度位置が保持された前記チルト部の固定が解除された場合に、前記チルト駆動部により前記チルト部を回動させる手段と、
前記チルト駆動部による前記チルト部の回動が終了し、その回動角度位置が保持された場合に、前記ブレーキ装置によりその回動角度位置が保持された前記チルト部を前記基台に固定する手段と、
を備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。