JP5743420B2 - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線検出器にＰＤ（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を配置するＸ線ＣＴ装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置は、被検体を挟んで対向配置されたＸ線源及びＸ線検出器を備える。Ｘ線検出器は、体軸方向である天板の長手方向に直交する方向（チャンネル方向）に沿って複数チャンネル（Ｍチャンネル）の検出素子を備える。

Ｘ線検出器には種々のタイプが使用可能であるが、Ｘ線ＣＴ装置では、小型化が可能なシンチレーション検出器を用いるのが一般的である。シンチレーション検出器の各検出素子は、シンチレータと、ＰＤ等の光センサとを備える。シンチレータは、前段でコリメートされたＸ線を吸収し、その吸収により蛍光を発生する。ＰＤは、蛍光を光センサによって電気信号に変換してデータ収集装置（ＤＡＳ：ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）に出力する。すなわち、Ｘ線ＣＴ装置によれば、Ｘ線源から被検体のある断面に対して扇状にＸ線ビームを照射し、被検体のあるスライス面を透過したＸ線ビームをＸ線検出器の検出素子毎に電気信号に変換して透過データを収集できる。

また、前述のシングルスライスＸ線ＣＴ装置と比較して、マルチスライスＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線検出器に、Ｍチャンネルの検出素子に加え、被検体の体軸方向に沿って複数列（Ｎ列）の検出素子を備える。マルチスライスＸ線ＣＴ装置のＸ線検出器は、全体でＭチャンネル×Ｎ列の検出素子を有するＸ線ＣＴ用二次元検出器として構成されている。

従来のＸ線ＣＴ装置では、全てのＰＤが、他のＰＤと隣接しない作業領域に接するので、ＰＤをＸ線ＣＴ装置に配列する工程において、作業領域を利用して全てのＰＤを配列することができる。

特開２００１−２１５２８１号公報

しかしながら、隣り合うＰＤ間にはＰＤの配列に必要な最小限の隙間がそれぞれ存在するので、ＰＤをＸ線ＣＴ装置に配列する工程において二次元方向にＰＤを精度よく配列することは困難である。特に、チャンネル方向に複数個、列方向にＰＤが３個以上配置される場合、作業領域に接しないＰＤ（図３中斜線部分）が存在する。よって、作業領域に接しないＰＤは周りを全て他のＰＤに囲まれており、ＰＤをＸ線ＣＴ装置に配列する工程において、作業領域に接するＰＤの配列に必要な最小限の隙間では、作業領域に接しないＰＤを配列することが困難である。そこで、ＰＤ間の隙間を、作業領域に接するＰＤの配列に必要な最小限の隙間より大きくすることで作業領域に接しないＰＤを精度よく配列することができる。しかしながら、ＰＤ間の隙間を、作業領域に接するＰＤの配列に必要な最小限の隙間より大きくすると、Ｘ線の検出効率の低下を招いてしまう。

本発明は、上述のような事情を考慮してなされたもので、Ｘ線の検出効率を低下させることなく、ＰＤを容易に精度よく配列することができるＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、上述した課題を解決するために、Ｘ線を発生するＸ線源と、前記Ｘ線に基づいて電気信号を取得するＸ線検出器と、を備え、前記Ｘ線検出器は、前記Ｘ線に基づいて蛍光を発するシンチレータと、前記蛍光を前記電気信号に変換するフォトダイオードと、前記シンチレータによって発せられた前記蛍光を、前記フォトダイオードに向かうにつれて収束させながら前記フォトダイオードに導光する形状のライトガイドと、前記ライトガイドを形成するためのフレームと、前記フレームの前記フォトダイオード側の面に設けられ、前記フォトダイオードと係合可能な係合部と、を備え、前記ライトガイドの前記形状によって得られたスペースであって、前記フォトダイオードの幅方向における前記フォトダイオードの側面より外側に形成される前記スペースを用いて、前記係合部により前記フォトダイオードが前記フレームに固定された。

本発明に係るＸ線ＣＴ装置によると、Ｘ線の検出効率を低下させることなく、ＰＤを容易に精度よく配列することができる。

本実施形態のＸ線ＣＴ装置を示すハードウェア構成図。 従来のＸ線ＣＴ装置のＸ線検出器の第１の構成を示す上面（Ｘ線の入射面）図及び側面図。 従来のＸ線ＣＴ装置のＸ線検出器の第２の構成を示す上面（Ｘ線の入射面）図及び側面図。 本実施形態のＸ線ＣＴ装置のＸ線検出器の構成を示す上面（Ｘ線の入射面）図及び側面図。

本発明に係るＸ線ＣＴ装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

本実施形態のＸ線ＣＴ装置には、Ｘ線管とＸ線検出器とが１体として被検体の周囲を回転する回転／回転（ＲＯＴＡＴＥ／ＲＯＴＡＴＥ）タイプと、リング状に多数の検出素子がアレイされ、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転（ＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹ／ＲＯＴＡＴＥ）タイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは、現在、主流を占めている回転／回転タイプとして説明する。

また、入射Ｘ線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。

加えて、近年では、Ｘ線管とＸ線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型のＸ線ＣＴ装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本実施形態のＸ線ＣＴ装置では、従来からの一管球型のＸ線ＣＴ装置であっても、多管球型のＸ線ＣＴ装置であってもいずれにも適用可能である。ここでは、一管球型のＸ線ＣＴ装置として説明する。

図１は、本実施形態のＸ線ＣＴ装置を示すハードウェア構成図である。

図１は、本実施形態のＸ線ＣＴ装置１を示す。Ｘ線ＣＴ装置１は、大きくは、スキャナ装置１１及び画像処理装置１２から構成される。Ｘ線ＣＴ装置１のスキャナ装置１１は、通常は検査室に設置され、被検体（人体）Ｏの撮影部位に関するＸ線の透過データを生成するために構成される。一方、画像処理装置１２は、通常は検査室に隣接する制御室に設置され、透過データを基に投影データを生成して再構成画像の生成・表示を行なうために構成される。

Ｘ線ＣＴ装置１のスキャナ装置１１は、Ｘ線源としてのＸ線管２１、Ｘ線検出器（シンチレーション検出器）２２、絞り２３、ＤＡＳ（ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）ユニット２４、回転部２５、コントローラ２６、高電圧電源２７、絞り駆動装置２８、回転駆動装置２９、天板３０、及び天板駆動装置（寝台装置）３１を設ける。

Ｘ線管２１は、高電圧電源２７から供給された管電圧に応じてＸ線をＸ線検出器２２に向かって照射する。Ｘ線管２１から照射されるＸ線によって、ファンビームＸ線やコーンビームＸ線が形成される。

Ｘ線検出器２２は、マトリクス状、すなわち、体軸方向である天板の長手方向に直交するチャンネル方向に複数（Ｎ）チャンネル、列方向に複数（Ｍ）列の検出素子を有する２次元アレイ型のＸ線検出器２２（マルチスライス型検出器ともいう。）である。Ｘ線検出器２２は、Ｘ線管２１から照射され、被検体Ｏを透過したＸ線を検出する。

絞り２３は、絞り駆動装置２８によって、Ｘ線管２１から照射されるＸ線のスライス方向の照射範囲を調整する。すなわち、絞り駆動装置２８によって絞り２３の開口を調整することによって、スライス方向のＸ線照射範囲を変更できる。

ＤＡＳユニット２４は、Ｘ線検出器２２の各検出素子が検出する透過データの電気信号を電圧信号に変換して増幅し、さらにデジタル信号に変換する。ＤＡＳユニット２４の出力データは、コントローラ２６を介して画像処理装置１２に供給される。

回転部２５は、スキャナ装置１１の架台（図示しない）に収容され、Ｘ線管２１、Ｘ線検出器２２、絞り２３及びＤＡＳユニット２４を一体として保持する。回転部２５は、Ｘ線管２１とＸ線検出器２２とを対向させた状態で、Ｘ線管２１、Ｘ線検出器２２、絞り２３及びＤＡＳユニット２４を一体として被検体Ｏの周りに回転できるように構成されている。

コントローラ２６は、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、及びメモリによって構成される。コントローラ２６は、画像処理装置１２から入力された制御信号に基づいて、Ｘ線検出器２２、ＤＡＳユニット２４、高電圧電源２７、絞り駆動装置２８、回転駆動装置２９、及び天板駆動装置３１等の制御を行なって、スキャンを実行させる。

高電圧電源２７は、コントローラ２６による制御によって、Ｘ線の照射に必要な電力をＸ線管２１に供給する。

絞り駆動装置２８は、コントローラ２６による制御によって、絞り２３におけるＸ線のスライス方向の照射範囲を調整する。

回転駆動装置２９は、コントローラ２６による制御によって、回転部２５がその位置関係を維持した状態で空洞部の周りを回転するように回転部２５を回転させる。

天板３０は、被検体Ｏを載置可能である。

天板駆動装置３１は、コントローラ２６による制御によって、天板３０をｚ軸方向に沿って移動させる。回転部２５の中央部分は開口を有し、その開口部の天板３０に載置された被検体Ｏが挿入される。

Ｘ線ＣＴ装置１の画像処理装置１２は、コンピュータをベースとして構成されており、病院基幹のＬＡＮ（ｌｏｃａｌ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワークＮと相互通信可能である。画像処理装置１２は、図示しないが、ＣＰＵ、メモリ、ＨＤＤ（ｈａｒｄ ｄｉｓｃ ｄｒｉｖｅ）、入力装置、及び表示装置等の基本的なハードウェアから構成される。

画像処理装置１２は、スキャナ装置１１のＤＡＳユニット２４から入力された生データに対して対数変換処理や、感度補正等の補正処理（前処理）を行なって投影データを生成する。また、画像処理装置１２は、前処理された投影データに対して散乱線の除去処理を行なう。画像処理装置１２は、Ｘ線照射範囲内の投影データの値に基づいて散乱線の除去を行なうものであり、散乱線補正を行なう対象の投影データ又はその隣接投影データの値の大きさから推定された散乱線を、対象となる投影データから減じて散乱線補正を行なう。画像処理装置１２は、補正された投影データを基に再構成画像を生成する。

図２は、従来のＸ線ＣＴ装置のＸ線検出器の第１の構成を示す上面（Ｘ線の入射面）図及び側面図である。

図２は、Ｎチャンネル、かつ、１２８（Ｍ＝１２８）列に対応する、従来のＸ線ＣＴ装置のＸ線検出器７２を示す。図２に示すＸ線検出器７２には、２４チャンネル、かつ、６４列に対応するコリメータ群であるコリメータユニット８１と、コリメータ群にそれぞれ対応するシンチレータ群であるシンチレータユニット９１及びＰＤ９２によって構成される検出素子パック８２と、ＤＡＳ８３とが、チャンネル方向に複数個、列方向に２個配置される。

図２に示す全てのＰＤ９２（検出素子パック８２）が、他のＰＤ９２と隣接しない作業領域Ｓに接するので、ＰＤ９２をＸ線ＣＴ装置に配列する工程において、作業領域Ｓを利用して全てのＰＤ９２を配列することができる。しかしながら、ＰＤ９２をＸ線ＣＴ装置に配列する工程において、隣り合うＰＤ９２間にはＰＤ９２の配列に必要な最小限の隙間がそれぞれ存在するので、二次元方向にＰＤ９２を精度よく配列することは困難である。

図３は、従来のＸ線ＣＴ装置のＸ線検出器の第２の構成を示す上面（Ｘ線の入射面）図及び側面図である。

図３は、Ｎチャンネル、かつ、１９２（Ｍ＝１９２）列に対応する、従来のＸ線ＣＴ装置のＸ線検出器７２Ａを示す。図３に示すＸ線検出器７２Ａには、コリメータユニット８１と、シンチレータユニット９１及びＰＤ９２によって構成される検出素子パック８２と、ＤＡＳ８３とが、チャンネル方向に複数個、列方向に３個配置される。

図３に示す一部のＰＤ９２（検出素子パック８２）が、他のＰＤ９２と隣接しない作業領域Ｓに接するので、ＰＤ９２をＸ線ＣＴ装置に配列する工程において、作業領域Ｓを利用して一部のＰＤ９２を配列することができる。しかしながら、ＰＤ９２をＸ線ＣＴ装置に配列する工程において、隣り合うＰＤ９２間にはＰＤ９２の配列に必要な最小限の隙間がそれぞれ存在するので、二次元方向にＰＤ９２を精度よく配列することは困難である。

加えて、列方向に３個以上のＰＤ９２が配置されるＸ線検出器７２Ａには、作業領域Ｓに接しないＰＤ９２（図３中斜線部分）が存在する。よって、作業領域Ｓに接しないＰＤ９２は周りを全て他のＰＤ９２に囲まれており、ＰＤ９２をＸ線ＣＴ装置に配列する工程において、作業領域Ｓに接するＰＤ９２の配列に必要な最小限の隙間では、作業領域Ｓに接しないＰＤ９２を配列することが困難である。そこで、ＰＤ９２間の隙間を、作業領域Ｓに接するＰＤ９２の配列に必要な最小限の隙間より大きくすることで作業領域Ｓに接しないＰＤ９２を精度よく配列することができる。しかしながら、ＰＤ９２間の隙間を、作業領域Ｓに接するＰＤ９２の配列に必要な最小限の隙間より大きくすると、Ｘ線の検出効率の低下を招いてしまう。

図４は、本実施形態のＸ線ＣＴ装置１のＸ線検出器２２の構成を示す上面（Ｘ線の入射面）図及び側面図である。

図４は、Ｎチャンネル、かつ、１９２（Ｍ＝１９２）列に対応する、本実施形態のＸ線ＣＴ装置１のＸ線検出器２２を示す。図４に示すＸ線検出器２２には、３２チャンネル、かつ、６４列に対応するコリメータ群であるコリメータユニット４１と、コリメータ群にそれぞれ対応するシンチレータ群であるシンチレータユニット４２と、ＰＤ４３と、ＤＡＳユニット２４の構成要素であるＤＡＳ４４とが、チャンネル方向に複数個、列方向に３個配置される。

また、Ｘ線検出器２２は、ライトガイド６１と、ライトガイド６１を形成するための係合用フレーム６２と、係合用フレーム６２のＰＤ４３側の面に設けられる係合用ステー６３とを備える。ライトガイド６１は、シンチレータユニット４２の各シンチレータによって発せられた蛍光を、ＰＤ４３に向かうにつれて収束させながらＰＤ４３に導光する形状を有する。よって、ライトガイド６１のＰＤ４３側の面に、係合用ステー６３を固定するためのスペースを設けることができる。係合用フレーム６２は、下面（Ｘ線の入射面に対向する面）から見た場合に井桁形状を有し、例えば、金属や樹脂製とすることができる。

Ｘ線検出器２２は、シンチレータユニット４２とＰＤ４３とが分離され、コリメータユニット４１、シンチレータユニット４２、ライトガイド６１、係合用フレーム６２、及び係合用ステー６３が一体化された構造を有する。そして、Ｘ線検出器２２は、一体化されたコリメータユニット４１、シンチレータユニット４２、ライトガイド６１、係合用フレーム６２、及び係合用ステー６３に、係合用ステー６３を介してＰＤ４３を係合可能な構造を有する。また、ライトガイド６１と、ＰＤ４３との間を光学接着剤等で接着することで、蛍光のロスを少なくライトガイド６１からＰＤ４３に導くことができる。

コリメータユニット４１の各コリメータは、被検体Ｏを透過したＸ線をコリメートする。コリメータユニット４１の各コリメータによってコリメートされたＸ線を基に、シンチレータユニット４２の各シンチレータによって蛍光が発せられる。シンチレータユニット４２の各シンチレータによって発せられた蛍光は、ライトガイド６１によって集光され、ＰＤ４３によって電気信号に変換される。ＰＤ４３からの電気信号は、ＤＡＳ４４に出力される。

図２に示すＸ線検出器２２では、列方向に３個以上のＰＤ４３が配置される場合であっても、ＰＤ４３をＸ線ＣＴ装置１に配列する工程において隣り合うＰＤ４３間にはＰＤ４３を配列する上で十分な隙間がそれぞれ存在し、脱着も容易であることから、二次元方向にＰＤ４３を精度よく配列することができる。

加えて、列方向に３個以上のＰＤ４３が配置される場合であっても、シンチレータユニット４２間の隙間を変えることなくシンチレータユニット４２の蛍光を小型化されたＰＤ４３に集光するので、Ｘ線の検出効率の低下を防止することができる。

なお、Ｘ線検出器２２は、コリメータユニット４１、シンチレータユニット４２、ライトガイド６１、係合用フレーム６２、及び係合用ステー６３を一体化する図４に示す構造に限定されるものではない。例えば、Ｘ線検出器２２は、コリメータユニット４１、及びシンチレータユニット４２を一体化し、一体化されたコリメータユニット４１、及びシンチレータユニット４２に、係合用フレーム６２に固定された係合用ステー６３を介してライトガイド６１が装着されたＰＤ４３を自在に脱着可能なものである。第３の構成は、コリメータユニット４１、シンチレータユニット４２、ＰＤ４３、及びライトガイド６１が一体化されたものである。

本実施形態のＸ線ＣＴ装置１によると、ＰＤ４３を小型化し、シンチレータユニット４１によって発せられた蛍光を効率よくＰＤ４３に導光することで、Ｘ線の検出効率を低下させることなく、ＰＤ４３を容易に精度よく配列することができる。

１ Ｘ線ＣＴ装置
１１ スキャナ装置
１２ 画像処理装置
２２ Ｘ線検出器
２４ ＤＡＳユニット
２６ コントローラ
４１ コリメータユニット
４２ シンチレータユニット
４３ ＰＤ
４４ ＤＡＳ
６１ ライトガイド
６２ 係合用フレーム
６３ 係合用ステー

Claims (5)

1. Ｘ線を発生するＸ線源と、
   前記Ｘ線に基づいて電気信号を取得するＸ線検出器と、を備え、
   前記Ｘ線検出器は、
   前記Ｘ線に基づいて蛍光を発するシンチレータと、
   前記蛍光を前記電気信号に変換するフォトダイオードと、
   前記シンチレータによって発せられた前記蛍光を、前記フォトダイオードに向かうにつれて収束させながら前記フォトダイオードに導光する形状のライトガイドと、
   前記ライトガイドを形成するためのフレームと、
   前記フレームの前記フォトダイオード側の面に設けられ、前記フォトダイオードと係合可能な係合部と、を備え、
   前記ライトガイドの前記形状によって得られたスペースであって、前記フォトダイオードの幅方向における前記フォトダイオードの側面より外側に形成される前記スペースを用いて、前記係合部により前記フォトダイオードが前記フレームに固定されたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
2. 前記Ｘ線検出器は、列方向に３個以上の前記フォトダイオードを備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記シンチレータより幅が縮小された前記フォトダイオードの幅方向のスペースを利用して、前記係合部により前記フォトダイオードを前記ライトガイド側に固定したことを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記Ｘ線検出器は、前記Ｘ線をコリメートするコリメータをさらに備え、
   前記シンチレータは、前記コリメータを介した前記Ｘ線源からの前記Ｘ線に基づいて前記蛍光を発することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記コリメータ、前記シンチレータ、前記ライトガイド、前記フレーム、及び前記係合部が一体化された構造とすることを特徴とする請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。

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