JP6139820B2

JP6139820B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP6139820B2
Application number: JP2012020412A
Authority: JP
Inventors: 英史小松
Original assignee: Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2032-02-02
Also published as: JP2013158373A

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置に関する。

従来、Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線管から照射され、被検者を透過したＸ線をＸ線検出器で検出し、検出された結果に基づき画像を再構成することによりＸ線断層画像を得る。

Ｘ線管を被験者の背面に位置させ、Ｘ線を照射することで、被曝低減をする背面曝射の方法がある（特許文献１）。

また、被曝低減を主目的として、Ｘ線管を高速回転しながら曝射するＸ線ＣＴ装置がある。

特開２０１１−０３６４２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、被検者の背面の適正な位置でＸ線を照射することは、高速回転するに応じて困難になるという問題点があった。

この実施形態は、上記の問題を解決するものであり、高速回転時においても被検者の背面の適正な位置でＸ線を照射することが可能なＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、実施形態のＸ線ＣＴ装置は、寝台上の被検体を間にして対向配置されたＸ線管及びＸ線検出器を有する撮影手段と、前記撮影手段を前記被検体の体軸回りに回転させ、指示信号を受けて前記Ｘ線管が前記被検体の所定回転範囲にあるときにＸ線を曝射させて撮影させる架台制御部と、を有するＸ線ＣＴ装置であって、前記架台制御部は、前記Ｘ線管が前記所定回転範囲の手前の指定位置を含む所定範囲に回転したことを検出し、検出信号を出力する位置検出手段と、前記撮影手段から曝射したときの曝射信号を受けるとともに、前回の曝射信号を受けたときから１回転に要する時間より短い所定時間が経過した後から継続する許可信号を生成する制御手段と、継続する前記許可信号が生成され、前記検出信号が出力されているときに、前記撮影手段に対して前記指示信号を出力する照射指示手段と、を備え、前記制御手段は、前記指示信号を受けた前記撮影手段が曝射したときの曝射信号を受けて、前記許可信号の出力を、次の前記所定時間が経過するまで停止させる構成である。

第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置のブロック図。Ｘ線ＣＴ装置の正面図。Ｘ線ＣＴ装置を斜め後方から見たときの斜視図。Ｘ線ＣＴ装置を模式的に示した正面図。架台制御部のブロック図。指定位置に回転したＸ線管を示す図。Ｘ線を照射するときのタイミングチャート。第２実施形態に係る架台制御部のブロック図。Ｘ線を照射するときのタイミングチャート。

［第１の実施形態］
このＸ線ＣＴ装置の第１の実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。図１はＸ線ＣＴ装置のブロック図、図２はＸ線ＣＴ装置の正面図、図３はＸ線ＣＴ装置を斜め後方から見たときの斜視図である。

図１〜図３に示すように、Ｘ線ＣＴ装置としては、医用診断に用いるＸ線ＣＴ装置を例に示している。Ｘ線ＣＴ装置１０は、架台１１、環状回転体１２、回転機構（図示省略）、カバー１６、冷却手段４０、及びダクト４５を有している。

（架台）
架台１１の内部には、環状回転体１２、回転機構（図示省略）、架台制御部２５及び高電圧発生部３９が設けられている。架台制御部２５には、高電圧発生部３９が接続されている。架台制御部２５の詳細については後述する。

（環状回転体）
環状回転体１２は、回転機構によって回転する。環状回転体１２は、回転中心を筒軸とする円筒部１２３、並びに、回転中心（筒軸）に直交する正面壁１２４及び背面壁１２５を有している。

環状回転体１２には、Ｘ線管１７、Ｘ線検出器１８、スリップリング２２、Ｘ線制御部２４、放熱器２６、電源２７、及び、バランサ２８等を含む機器が設けられている。架台１１及び環状回転体１２の中心部には、寝台７０の天板７１に載置された被検者Ｐを前方から挿入するための開口部１５が設けられている。

（カバー）
図２及び図３に示すように、カバー１６は、架台１１および環状回転体１２を覆うように形成されている。ここで、環状回転体１２の両側方向、上下方向（高さ方向）、及び、体軸方向（前後方向）をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及び、Ｚ軸方向という場合がある。

図２及び図３に示すように、カバー１６は、架台１１の底部を覆う底カバー１６１と、架台１１の前面部を覆う前カバー１６２と、架台１１の後面部を覆う後カバー１６３と、架台１１の天井部を覆う天井カバー１６４と、架台１１の側面部を覆う側面カバー１６５とを有している。

前カバー１６２は筒口前部１６２ａを有している。筒口前部１６２ａは、筒状に形成され、開口部１５の略前半分をＺ軸方向（体軸方向）から覆うように開口部１５に前方から嵌め込まれている。後カバー１６３は筒口後部１６３ａを有している。筒口後部１６３ａは、筒状に形成され、開口部１５の略後半分をＺ軸方向から覆うように開口部１５に後方から嵌め込まれている。

後カバー１６３の上部には、後述する放熱器２６からの熱をカバー１６の外部に放出するための排気口１６３ｂが設けられている。

（Ｘ線管等）
Ｘ線管１７とＸ線検出器１８とは、開口部１５を中心にして対向して配置されている。Ｘ線管１７から被検者Ｐに対してＸ線が曝射される。被検者Ｐを透過したＸ線はＸ線検出器１８で検出されて電気信号に変換される。電気信号は、データ収集部（ＤＡＳ）１９で増幅され、デジタルデータに変換される。

Ｘ線検出器１８は、例えばシンチレータアレイ、フォトダイオードアレイから成る複数の検出素子アレイを含み、Ｘ線管１７の焦点を中心とした円弧に沿って配列される。またＤＡＳ１９からのデジタルデータ（投影データ）は、データ伝送部２０を介してコンソール２１に伝送される。

データ伝送部２０は、環状回転体１２からコンソール２１へ投影データを非接触で伝送するものであり、環状回転体１２側に設けた送信部２０１と、架台１１の固定部２３に設けた受信部２０２を含み、受信部２０２で受信したデータをコンソール２１に供給する。なお、送信部２０１は、円環状の回転体に取り付けられ、受信部２０２は円環状の固定体に取り付けられている。

（コンソール）
コンソール２１は、コンピュータシステムを構成するものであり、データ伝送部２０からの投影データが前処理部３１に供給される。前処理部３１では投影データに対してデータ補正等の前処理を行いバスライン３２上に出力する。

バスライン３２には、システム制御部３３、入力部３４、データ記憶部３５、再構成処理部３６、データ処理部３７、表示部３８等が接続されている。

システム制御部３３はホストコントローラとして機能し、コンソール２１の各部の動作や、架台制御部２５を制御する。データ記憶部３５は断層画像等のデータを記憶するものであり、再構成処理部３６は投影データから３Ｄ画像データを再構成する。データ処理部３７は、データ記憶部３５に保存された画像データまたは再構成したあとの画像データを処理する。表示部３８は画像データ処理によって得られた画像等を表示する。

入力部３４はキーボード、マウス等を有し、ユーザ（医師、オペレータ等）によって操作され、データ処理する上で各種の設定を行う。また被検者の状態や検査方法等の各種情報を入力するものである。

高電圧発生部３９は、スリップリング２２を介してＸ線制御部２４を制御し、Ｘ線管１７に電源２７から電力を供給し、Ｘ線の曝射に必要な電力（管電圧、管電流）を与える。Ｘ線管１７は、被検者Ｐの体軸方向に平行なスライス方向と、それに直交するチャンネル方向の２方向に広がるビームＸ線を発生する。ビームＸ線のスライス方向の広がり角をコーン角、チャンネル方向の広がり角をファン角という場合がある。

冷却手段４０は、Ｘ線管１７を冷却するもので、ファン４１を有している。ファン４１は、放熱器２６の近傍に配置され、放熱器２６からの熱を、通気口１２２及び連通口１１２（図４参照）に通してダクト４５に送り出すものである。

〔架台制御部〕
以上に、Ｘ線ＣＴ装置の基本的な構成について説明した。
次に、架台制御部２５の詳細について図５〜図７を参照して説明する。図５は架台制御部のブロック図である。

図５に示すように、架台制御部２５は、位置検出手段２５１、コンパレータ２５２、制御手段２５３、及び、照射指示手段２５４を有している。

図６は、指定位置θｂに回転したＸ線管１７を示す図である。図６に、Ｘ線管１７の回転位置、例えば０°、９０°、１８０°、２７０°を示す。図９においても同様に示す。

架台制御部２５は、被検者の背面側からＸ線を照射するように、Ｘ線管１７が指定位置θｂに回転したとき、撮影手段に対して照射指示を送るように構成されている。ここで、被検者の背面側とは、例えば、図６にＬ１で示すＸ線管１７の回転位置９０°−δ〜２７０°＋δの背面曝射の期間をいう。また、撮影手段の一例としては、Ｘ線制御部２４及び高電圧発生部３９を含むものである。

Ｘ線管１７の回転位置が指定位置θｂを含む所定範囲に入ったとき、撮影手段に対する照射指示の制御を開始すると、Ｘ線管１７の回転位置（９０°−δ）のときにＸ線の照射を開始するようになっている。ここで、所定範囲としては、たとえば、（θｂ±α）の範囲で表わされる。指定位置θｂからＸ線管１７の回転位置（９０°−δ）までの期間がＸ線の照射を指示するための制御期間を図６にＬ２で示す。

位置検出手段２５１は、Ｘ線管１７の回転位置θを検出する。位置検出手段２５１は、被検者Ｐを中心とする円軌道上におけるＸ線管１７の位置情報を取得する。具体的には、位置検出手段２５１は、操作者によって撮影が開始され、環状回転体１２が回転されると、環状回転体１２を回転させるモータに取り付けられたエンコーダから、モータ軸の回転角度の情報や回転速度の情報を取得することで、Ｘ線管１７の位置情報を取得し、Ｘ線管１７が指定位置θｂに回転したとき、検出信号（図５及び図７に”ｓ”で示す）を出力する。位置検出手段２５１は、検出信号ｓをコンパレータ２５２に出力する。

コンパレータ２５２は、検出信号ｓを予め定められた基準信号とを比較して、検出信号ｓが出力されたかどうかの比較結果を出力する。一例として、コンパレータ２５２は検出信号ｓのパスルカウントデータと基準カウントデータとを比較して、例えば、カウントデータが一定の幅に入っているときに、照射指示手段２５４にコンパレータ出力ａを送り、カウントデータが一定の幅に入っていないとき、照射指示手段２５４にコンパレータ出力ａを送らない。

制御手段２５３は、撮影手段を制御するシーケンスに対応して許可信号ｃを照射指示手段２５４に出力する。ここで、シーケンスとは、制御手段２５３に対して時系列に連続して出力または入力される信号をいう。なお、シーケンス及びそれに対応して出力される許可信号ｃの詳細については後述する。

なお、Ｘ線管１７が指定位置θｂに回転したとき、位置検出手段２５１が検出信号ｓを出力するようにしたが、所定範囲（θｂ±α）に入ったとき、検出信号ｓを出力するようにしてもよい。また、制御手段２５３は、操作部（図示省略）による入力を受けて、θｂ及び／またはαを調整することで、所定範囲（θｂ±α）を変更するように構成されてもよい。

照射指示手段２５４は、制御手段２５３から許可信号ｃを受けている間のみ、コンパレータ出力ａを受ける。照射指示手段２５４の一例としてはアンドゲートであり、許可信号ｃを受けている間に、コンパレータ出力ａを受けたとき、Ｘ線を照射する指示信号ｄを撮影手段（高電圧発生部３９）に出力する。撮影手段は、指示信号ｄを受けて、被検者の背面側からＸ線を照射する。

次に、Ｘ線を照射するときのシーケンスについて図７を参照して説明する。図７は、Ｘ線を照射するときのタイミングチャートである。図７の横軸に時間ｔ、縦軸に電圧、コンパレータ出力ａ、曝射操作信号ｂ、許可信号ｃ、指示信号ｄ、及び、検出信号ｓを示す。

図７に示すように、モータを始動させると、環状回転体１２が回転速度Ｖ１に達するまで加速し（加速期間）、その後、一定の回転速度Ｖ１となる（定速期間）。制御手段２５３は、前述したモータ軸の回転角度の情報や回転速度の情報を取得することにより、環状回転体の回転速度Ｖを求めることができる。

以下に、モータを始動させてから曝射の許可信号ｃを出力するまでの流れを示すと、ｉ）環状回転体１２の回転速度Ｖ１が一定になる（そのときの時間を図７に”ｔ２”で示す）。ｉｉ）コンソール２１がその状態を認識する。ｉｉｉ）曝射スイッチ（図示省略）が点灯する（レディ状態）。ｉｖ）曝射スイッチをオンする（そのときの時間を図７に”ｔ２”で示す）。それにより、曝射操作信号ｂが出力され（図７参照）。ｖ）曝射の許可信号ｃが出力される（図７参照）。

図７に示すように、照射指示手段２５４は、制御手段２５３から許可信号ｃを受けるまで、コンパレータ出力ａを受けない。照射指示手段２５４は、制御手段２５３から許可信号ｃを受けている間のみ、コンパレータ出力ａを受ける。照射指示手段２５４は、許可信号ｃ及びコンパレータ出力ａを共に受けているとき、Ｘ線を照射する指示信号ｄを高電圧発生部３９に出力する。それにより、高速回転時においても被検者の背面の適正な位置でＸ線を照射することが可能となる。

なお、前記ｉ）として、環状回転体１２の回転速度Ｖ１が一定になるを代えて、モータを始動してから環状回転体１２が回転速度Ｖ１に達するまでの時間経過がｔ１（図７に示す）になるときにしてもよい。それにより、ｉｉ）では、時間ｔ１になったことをコンソール２１が認識する。制御手段２５３は、前述したモータ軸の回転角度の情報や回転速度の情報を取得することにより、時間ｔ１を求めることができる。

［第２の実施形態］
第１の実施形態では、Ｘ線管１７が指定位置θｂに回転したとき、位置検出手段２５１が検出信号ｓを出力するものを示し、さらに、Ｘ線管１７が所定範囲（θｂ±α）に入ったとき、検出信号ｓを出力するようにしてもよいことを述べた。

この所定範囲を設けたことにより、検出信号ｓが確実に出力されるメリットがあるものの、所定範囲内で検出信号ｓが複数回出力されてしまい、Ｘ線が複数回曝射されるおそれがある。検出信号ｓの複数回の出力を防止するための対策としては、Ｘ線が曝射されてからＸ線管１７が所定量回転されたときにのみと、位置検出手段２５１から検出信号ｓが出力されるようにすればよい。

次に、第２の実施形態に係る架台制御部２５について図８及び図９を参照して説明する。

第２の実施形態において、第１の実施形態と同じ構成について説明を省略し、異なる構成について主に説明する。

第１の実施形態では、制御手段２５３から許可信号ｃを受けている間のみ、照射指示手段２５４がコンパレータ出力ａを受けるように構成された架台制御部２５ついて説明したが、第２の実施形態では、さらに、Ｘ線が曝射されてからＸ線管１７が所定量回転されたときのみ、照射指示手段２５４がコンパレータ出力ａを受けるように構成された架台制御部２５ついて説明する。Ｘ線管１７が所定量回転されないと、コンパレータ出力ａが受け付けられないことにより、所定範囲（θｂ±α）内でＸ線が複数回曝射されるのを防止することが可能となるからである。

図８は、架台制御部２５のブロック図である。図８に示すように、架台制御部２５は、位置検出手段２５１、コンパレータ２５２、制御手段２５３、照射指示手段２５４に加えて、タイマー２５５を有している。タイマー２５５は、制御手段２５３内に設けられてもよく、制御手段２５３と別個に設けられても良い。

Ｘ線管１７が回転されてからの所要時間（経過時間）ｔ３は、タイマー２５５により計測することが可能である。制御手段２５３は、所要時間ｔ３が予め定められた時間Ｔを経過していると判断したとき、経過信号ｅを出力する。

なお、時間Ｔに一定の範囲を設けるようにしてもよい。時間Ｔの範囲としては、例えば、（Ｔ±γ）で表される。すなわち、制御手段２５３は、Ｔ−γ≦ｔ３≦Ｔ＋γのときのみ、経過信号ｅを出力する。

また、制御手段２５３は、操作部（図示省略）による入力を受けて、時間Ｔの範囲を変更するように構成されてもよい。

経過信号ｅを制御信号として用いることにより、所定範囲（θｂ±α）内でＸ線が複数回曝射されるのを防止する手段が構成される。

一例として防止手段は、経過信号ｅを受けている場合のみ、位置検出手段２５１が検出信号ｓをコンパレータ２５２に対して出力するように構成されている。他の例として防止手段は、経過信号ｅを受けている場合のみ、位置検出手段２５１からの検出信号ｓをコンパレータ２５２が受けるように構成されている。

さらに、他の例として防止手段は、経過信号ｅを受けている場合のみ、コンパレータ２５２がコンパレータ出力ａを照射指示手段２５４に送るように構成されている。さらに、他の例として防止手段は、経過信号ｅを受けている場合のみ、照射指示手段２５４がコンパレータ出力ａを受けるように構成されている。

次に、Ｘ線を照射するときの動作について図９を参照して説明する。図９は、Ｘ線を照射するときのタイミングチャートである。図９の横軸に時間ｔ、縦軸に、コンパレータ出力ａ、曝射操作信号ｂ、許可信号ｃ、指示信号ｄ、経過信号ｅ、曝射信号ｆ、及び検出信号ｓを示す。
以下、経過信号ｅを受けている場合のみ、位置検出手段２５１が検出信号ｓをコンパレータ２５２に対して出力するように構成される防止手段の例を挙げて、説明する。

スキャン開始時（図９に示すｔ４）に、操作部の入力により、曝射操作信号ｂを制御手段２５３に出力すると、制御手段２５３は、許可信号ｃを照射指示手段２５４に出力する。

Ｘ線管１７が所定位置θｂに位置すると、位置検出手段２５１は、検出信号ｓを出力する。コンパレータ２５２は、検出信号ｓのパルスカウントデータと基準のカウントデータとを比較して、カウントデータが一定の幅に入っているときに、コンパレータ出力ａを照射指示手段２５４に送る。

照射指示手段２５４は、許可信号ｃ及びコンパレータ出力ａを受けて、指示信号ｄを高電圧発生部３９に出力する。それにより、撮影手段がＸ線を曝射する。

制御手段２５３は、高電圧発生部３９から曝射信号ｆを受けて、Ｘ線を曝射したときからの所要時間をタイマー２５５により計測する。また、制御手段２５３は、高電圧発生部３９から曝射信号ｆを受けて、許可信号ｃの出力を停止する（図９に”ｔ５”で示す）。

タイマー２５５により計測された所要時間ｔ３が予め定められた時間Ｔを経過したとき、制御手段２５３は、経過信号ｅを位置検出手段２５１に出力する。また、制御手段２５３は、許容信号ｃを照射指示手段２５４に出力する（図９に”ｔ６”で示す）。

Ｘ線管１７が所定位置θｂに位置すると、位置検出手段２５１は、検出信号ｓを出力する。コンパレータ２５２は、検出信号ｓのパスルカウントデータと基準のカウントデータとを比較して、カウントデータが一定の幅に入っているときに、コンパレータ出力ａを照射指示手段２５４に送る。

照射指示手段２５４は、許可信号ｃ及びコンパレータ出力ａを受けて、指示信号ｄを高電圧発生部３９に出力する。それにより、高速回転時においても被検者の背面の適正な位置でＸ線を曝射することが可能となる。

このようにして、制御手段２５３から照射指示手段２５４に許可信号ｃが出力されていて、かつ、制御手段２５３から位置検出手段２５１に経過信号ｅが出力されているのみ、Ｘ線が曝射される。それにより、所定範囲（θｂ±α）内でＸ線が複数回曝射されるのを防止することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるととともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Ｐ被検者
１０Ｘ線ＣＴ装置
１１架台
１１２連通口
１２環状回転体
１２１体軸
１２２通気口
１２３円筒部
１２４正面壁
１２５背面壁
１５開口部
１６カバー
１６１底カバー
１６２前カバー
１６２ａ筒口前部
１６３後カバー
１６３ａ筒口後部
１６３ｂ排気口
１６４天井カバー
１６５側面カバー
１７Ｘ線管
１８Ｘ線検出器
１９データ収集部（ＤＡＳ）
２０データ伝送部
２１コンソール
２２スリップリング
２４Ｘ線制御部
２５架台制御部
２５１位置検出手段
２５２コンパレータ
２５３制御手段
２５４照射指示手段
２５５タイマー
２６放熱器
２７電源
２８バランサ
３１前処理部
３２バスライン
３３システム制御部
３４入力部
３５データ記憶部
３６再構成処理部
３７データ処理部
３８表示部
３９高電圧発生部
４０冷却手段
４１ファン
４５ダクト
７０寝台
７１天板

Claims

寝台上の被検体を間にして対向配置されたＸ線管及びＸ線検出器を有する撮影手段と、前記撮影手段を前記被検体の体軸回りに回転させ、指示信号を受けて前記Ｘ線管が前記被検体の所定回転範囲にあるときにＸ線を曝射させて撮影させる架台制御部と、を有するＸ線ＣＴ装置であって、
前記架台制御部は、
前記Ｘ線管が前記所定回転範囲の手前の指定位置を含む所定範囲に回転したことを検出し、検出信号を出力する位置検出手段と、
前記撮影手段から曝射したときの曝射信号を受けるとともに、前回の曝射信号を受けたときから１回転に要する時間より短い所定時間が経過した後から継続する許可信号を生成する制御手段と、
継続する前記許可信号が生成され、前記検出信号が出力されているときに、前記撮影手段に対して前記指示信号を出力する照射指示手段と、を備え、
前記制御手段は、前記指示信号を受けた前記撮影手段が曝射したときの曝射信号を受けて、前記許可信号の出力を、次の前記所定時間が経過するまで停止させる構成であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記照射指示手段が、前記位置検出手段から受けた検出信号についてのパルスカウントデータが基準のデータに比較して一定の幅に入っているときに、前記撮影手段に対して前記指示信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記制御手段は、前記曝射信号を受ける毎に、受けたときからの前記所定時間を計測するタイマーを有し、前記タイマーが前回の曝射信号に基づく前記所定時間の計測を終えたときから次の曝射信号を受けるときまで継続する許可信号を生成し、その後前記タイマーが次の前記所定時間の計測を終えるまで許可信号の生成を停止することを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線ＣＴ装置。