JP6595238B2 - X線診断装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、X線診断装置に関する。
X線診断は、近年ではカテーテル手技の発展に伴い循環器分野を中心に進歩を遂げている。例えば循環器診断用のX線診断装置は、X線発生部、X線検出部、これらX線発生部及びX線検出部を保持する保持装置、寝台、天板、信号処理部、表示部等から構成されている。そして、保持装置は、CアームあるいはΩアームを被検体の周囲で回動、回転あるいは移動させることによって、最適な位置や方向でのX線撮影を可能にしている。
X線診断装置を利用して、CT_Like_Imaging(以下、CTLと呼ぶ)が行われる。CTLは、血管造影手技中にCT撮影を容易に行えることからよく用いられる。具体的には、CTLは、Cアームを回転させながら収集した投影データに基づいてボリュームデータを再構成することで、CTのような断層画像を発生するものである。CTLは動静脈奇形における血管走行の確認、プラーク性状の判断、肝細胞がんにおける肝動脈閉塞療法時の肝動脈造影、経動脈性門脈造影、肝臓の悪性腫瘍の治療である経皮的ラジオ波焼却術等の穿刺ガイド、および肺、腎臓、肝臓、骨髄等各臓器の針生検等に用いられる。
しかしCTLにおいて、CTのように連続的にCアームを一方向へ回転させられない問題がある。図11は、従来例に係るアームを回転させた場合の冷却管の捻れを説明するための概略図である。冷却管は低温管D1と高温管D2とを有する。低温管D1は、冷媒のための流路である。高温管D2は、X線管により温められた冷媒のための流路である。また冷却装置は、冷却管を介して冷媒をX線管装置の内部に循環させる動力源である。冷却装置は例えば、アームを支持する支柱の内部に含まれる。アームを360°回転させると図12に示すように、高温管D2は低温管D1に対して360°捻れて絡みつく(図12)。すなわち、アームを連続的に同一方向に回転させると、低温管D1と高温管D2とは幾重にも捻れて絡みつき、最終的にはねじ切れてしまう。
上記冷却管の捻れは、冷却装置がCアームに搭載されていないために生じる。また同様に、X線管に電圧を印加する高電圧発生装置がCアームに搭載されていないことは高電圧を伝達するための高圧線の捻れの原因である。冷却装置と高電圧発生装置とはサイズが大きく重いため、Cアームに搭載するとCアームは大型になってしまう。他の医療機器を血管撮影装置の傍への配置あるいは血管撮影装置の傍に立ち手技をする術者を考慮すると、Cアームは小型でなければならない。従って、Cアームに冷却装置と高電圧発生装置とを搭載することは困難である。
目的は、アームを連続回転可能なX線診断装置を提供することにある。
本実施形態に係るX線診断装置は、X線を発生するX線管装置と、前記X線を検出するX線検出器と、前記X線管装置を保持し、前記X線の照射方向を軸とした第1回転軸周りに回転可能な回転体と、前記回転体と前記X線検出器とを保持し、前記第1回転軸とは異なる軸である第2回転軸周りに回転可能なアームと、前記X線管装置と、前記アームから離れた所にある機器とを接続する管状体と、を具備し、前記アームは前記管状体のれを減少させる方向に前記回転体を前記第1回転軸周りに回転可能に保持し、前記アームの前記第2回転軸周りの回転に応じて、前記アームの回転に伴う前記管状体の捻れを減少させる方向に前記回転体を前記第1回転軸周りに回転させる制御を行う制御回路をさらに具備する。
本実施形態に係るX線診断装置の構成図。 本実施形態に係る撮影機構の側面の模式図。 図1のX線管装置のケーブル系統を説明するための図。 本実施形態に係る冷却管の捻れを戻す原理を説明するための図。 本実施形態に係るCTLによる撮影の典型的な流れを示す図。 応用例1に係るX線診断装置の構成図。 応用例1に係る照射野限定器の設置例を示すための図。 応用例2に係るヒール効果の影響を受けたX線画像を示す模式図。 応用例2に係るキャリブレーションデータを示す模式図。 図9の補正回路によりヒール効果を補正したX線画像を示す模式図。 応用例2に係るX線診断装置の構成図。 応用例2に係るCTLによる撮影の典型的な流れを示す図。 応用例3に係るX線診断装置の模式図。 応用例4に係るX線検出器の模式図。 応用例5に係る絡み緩和機構の模式図。 従来例に係るアームを回転させた場合の冷却管の捻れを説明するための図。 従来例に係るアームを360°回転させた場合の冷却管の捻れを説明するための図。
以下、図面を参照しながら実施形態に係る医用画像診断装置を説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
図1は、本実施形態に係るX線診断装置1の構成図である。X線診断装置1は、撮影機構3と処理回路5とを有する。
撮影機構3は、アーム7を有する。アーム7は、X線管装置9とX線検出器11とを互いに向き合うように支持する。より詳細には、アーム7の一端には回転体13が設けられている。回転体13は、回転体13に設けられたX線管装置9を第1回転軸(以下、回転体回転軸と呼ぶ)周りに回転可能に保持する構造物である。回転体回転軸は、例えばX線管15の管球焦点とX線検出器11の検出面の中心とを結ぶ線に規定される。本実施形態においては、回転体13はX線管装置9を回転体回転軸周りに回転可能に保持する。X線管装置9はX線管15と、X線管15を格納する筐体17とを有する。X線管15は、高電圧発生器19から高電圧の印加とフィラメント電流の供給とを受けてX線を発生する。冷却装置57は、X線管装置9を冷却するための冷媒をX線管装置9に供給する。また冷却装置57は、X線管装置9により熱せられた冷媒を冷却する。冷却装置57は、アーム7の外部に設けられる。
アーム7の他端には、X線検出器11が設けられている。X線検出器11は、例えば平面検出器(Flat_Panel_Detector:FPD)により実現される。FPDは、2次元状に配列された複数の画素を有する。各画素は、X線管15から発生されたX線を検出し、検出されたX線を電気信号に変換する。X線検出器11は、変換された電気信号を後述するデータ収集回路31に出力する。
回転体駆動回路21は、後述する駆動制御回路45の制御により、回転体13を回転させるための動力を発生する。回転体駆動回路21は、プログラムを実行するための例えばメモリと所定のプロセッサとの組み合わせによって実現される。回転体13は、回転体駆動回路21からの動力を受けて回転する。アーム駆動回路23は、後述する駆動制御回路45の制御により、アーム7を回転させるための動力を発生する。アーム駆動回路23は、プログラムを実行するための例えばメモリと所定のプロセッサとの組み合わせによって実現される。アーム7は、アーム駆動回路23からの動力を受けて回転する。回転体駆動回路21およびアーム駆動回路23は、例えばモーターである。
角度センサ25は、回転体13の角度を計測する。角度センサ25は、アーム7の角度を計測する。具体的には角度センサ25は、例えばロータリーエンコーダにより実現される。駆動制御回路45は、ロータリーエンコーダ25からの角度信号に基づいて回転体13の角速度を計測する。駆動制御回路45は、ロータリーエンコーダ25からの角度信号に基づいてアーム7の角速度を計測する。ロータリーエンコーダ25は、回転体駆動回路21およびアーム駆動回路23各々の回転軸に取り付けられる。ロータリーエンコーダ25は回転体駆動回路21およびアーム駆動回路23の回転の変位をディジタル信号として出力する。また角度センサ25は、撮影角度を計測し撮影制御回路29に出力する。
処理回路5は、データ収集回路31と、画像発生回路33と、再構成回路35と、画像処理回路36と、入力デバイス37と、記憶装置39と、ディスプレイ41と、インターフェース回路43と、駆動制御回路45と、X線制御回路47と、システム制御回路49と、を有する。処理回路5は、プログラムを実行するための例えばメモリと所定のプロセッサとの組み合わせによって実現される。
データ収集回路31は、X線検出器11の各画素の電気信号を読み出し、読み出した電気信号をディジタル変換してディジタルデータ発生する。データ収集回路31は、プログラムを実行するための例えばメモリと所定のプロセッサとの組み合わせによって実現される。具体的にはデータ収集回路31は、X線検出器11の各画素の電気信号を電圧に変換するI−V変換器と、この電圧信号をX線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このアンプの出力信号をディジタル信号変換するアナログ・ディジタル・コンバータとを有する。データ収集回路31は、ディジタルデータを画像発生回路33に出力する。
画像発生回路33は、データ収集回路31から出力されたディジタルデータにログ変換等の前処理を施して、投影データを発生する。具体的には画像発生回路33は、アーム7のアーム回転軸周りの回転中にX線検出器11が検出した複数の連続したX線データに基づき透視画像を連続的に発生する。画像発生回路33は、プログラムを実行するための例えばメモリと所定のプロセッサとの組み合わせによって実現される。なお画像発生回路33は、X線検出器11から出力されたディジタルデータに基づいてX線画像を発生しても良い。画像発生回路33は、発生した投影データおよびX線画像を記憶装置39に出力する。投影データは撮影角度と関連付けられて記憶装置39に記憶される。撮影角度は第2回転軸(以下、アーム回転軸と呼ぶ)周りのアーム7の回転角度である。第2回転軸は、アーム7の位置が初期位置にある場合において、保持機構を通り且つ回転体回転軸に直交する軸である。
再構成回路35は、記憶装置39に記憶された複数の撮影角度に関する投影データに基づいてボリュームデータを再構成する。再構成回路35は、プログラムを実行するための例えばメモリと所定のプロセッサとの組み合わせによって実現される。再構成されたボリュームデータは、記憶装置39に記憶される。
画像処理回路36は、ボリュームデータに対して種々の画像処理を行う。画像処理回路36は、プログラムを実行するための例えばメモリと所定のプロセッサとの組み合わせによって実現される。例えば画像処理回路36は、ボリュームデータに3次元画像処理を施して2次元の表示画像を発生する。3次元画像処理はボリュームデータに対して、例えばボリュームレンダリング、サーフェスレンダリング、MPR(Multi−Planar_Reformat:多断面再構成)レンダリング、画素値投影処理等を施す。画像処理回路36は、ボリュームデータにパフュージョン解析を施す。
入力デバイス37は、操作者等からの各種指示、命令、情報、選択、設定等をシステム制御回路49に入力する。
記憶装置39は、入力デバイス37から供給される操作者からの指示を記憶する。記憶装置39は、種々のデータを記憶する。また、記憶装置39は、画像発生回路33で発生された投影データおよびX線画像等を記憶しても良い。記憶装置39は、記憶した投影データおよびX線画像を適宜、再構成回路35、ディスプレイ41、インターフェース回路43等へ出力する。
ディスプレイ41は、種々の情報をモニタに表示する。ディスプレイ41は、例えば、画像発生回路33により発生されたX線画像を表示する。ディスプレイ41は、例えば再構成回路35により再構成されたボリュームデータに基づいて発生された断層画像を表示する。また、ディスプレイ41は、記憶装置39に記憶されている任意の画像を読み込み表示しても良い。
インターフェース回路43は、ネットワークを介して図示していないPACS(Picture_Archiving_and_Communication_Systems)や他のコンピュータに接続される。
駆動制御回路45は、アーム7のアーム回転軸周りの回転に応じて回転体13を回転体軸周りに回転させるよう、回転体駆動回路21とアーム駆動回路23とを周期的に制御する。駆動制御回路45は、プログラムを実行するための例えばメモリと所定のプロセッサとの組み合わせによって実現される。
X線制御回路47は、システム制御回路49からの指示に従って、高電圧発生器19を制御する。X線制御回路47は、プログラムを実行するための例えばメモリと所定のプロセッサとの組み合わせによって実現される。具体的にはCTLを行う際、角度センサ25が計測した回転体駆動回路21およびアーム駆動回路23の角速度が所定の値以上になると、X線制御回路47は高電圧発生器19に、X線管15へ高電圧の印加とフィラメント電流の供給とを行わせる。高電圧の印加とフィラメント電流の供給とを受けて、X線管15はX線を発生する。
システム制御回路49は、X線診断装置1の中枢として機能する。システム制御回路49は、プログラムを実行するための例えばメモリと所定のプロセッサとの組み合わせによって実現される。システム制御回路49は、X線診断装置1に含まれる各構成要素を統括的に制御し、本実施形態に係る各種動作を実現する。
図2は、本実施形態に係る撮影機構3の側面の模式図である。以下、図2を参照して本実施形態に係る撮影機構3の回転機構およびケーブル系統について説明する。ケーブル系統は、X線管装置9と、アーム7から離れた所にある機器とを接続する管状体である。以下、ケーブル系統を管状体と呼ぶことにする。アーム7から離れた所にある機器としては、具体的には、高電圧発生器19や冷却装置57である。すなわち、当該機器が高電圧発生器19の場合、管状体は高電圧発生器19により発生された高電圧をX線管装置9に供給する高圧線であり、冷却装置57の場合、管状体は冷却装置57とX線管装置9との間で冷媒を循環する冷媒管である。
まず、撮影機構3の回転機構について説明する。図2に示すように撮影機構3は、支柱51とアーム軸部53とアーム7とを有する。支柱51は床に載置され、アーム軸部53とアーム7とを支持する。支柱51は、アーム軸部53を床から離反して水平に支持する。アーム軸部53は、後述するスリップリング65を搭載する。アーム軸部53は、軸心をアーム回転軸R2として回転可能にアーム7を支持する。アーム回転軸R2周りの回転方向をβ方向とする。アーム7は、アーム駆動回路23により発生された動力によって、アーム回転軸R2周りにβ方向に回転する。アーム7のアーム回転軸R2周りのβ方向の回転は、プロペラ回転とも呼ばれる。
X線管装置9は、アーム7に取り付けられた回転体13に設けられる。X線管装置9は、回転体軸部55の軸心を回転体回転軸R1として回転可能にアーム7により支持される。回転体回転軸R1周りの回転方向をα方向とする。X線管装置9は、回転体駆動回路21により発生された動力によって、回転体回転軸R1周りにα方向に回転する。
次に、撮影機構3の管状体について説明する。冷却装置57は、冷媒をX線管装置9の内部に循環させX線管15を冷却するための動力源である。冷却装置57は、X線管15を冷却して温まって戻ってきた冷媒を冷却する。冷却装置57は、電動ポンプと冷媒のための冷却回路等により実現される。冷媒は例えばオイルでも良いし、クーラントでも良い。冷却装置57は、冷却管59を介してX線管装置9と接続される。冷却管59は冷媒を循環させるための管である。説明を具体的にするため、冷却装置57は支柱51の内部に設置されるとしている。なお冷却装置57は、支柱51の外部に設置されても良い。冷却管59は、アーム7の内部に配置されても良いし、アーム7の外部に配置されても良い。
撮影機構3のケーブル系統の細部について、図3を参照して説明する。図3は、図1のX線管装置9のケーブル系統を説明するための図である。
冷却管59は、低温管59−1と高温管59−2とを有する。冷媒は、冷却装置57とX線管装置9との間を低温管59−1と高温管59−2とを介して循環する。具体的には冷媒は冷却装置57から低温管59−1に送り出され、図3中の冷媒の流れFLの矢印に従ってX線管装置9の内部を循環しながらX線管15を冷却し、高温管59−2を通って冷却装置57に戻り冷却される。ここでX線管装置9は、X線管15と筐体17とを有する。筐体17は、冷却管59を接続するための冷却管コネクタ61を有する。冷却管コネクタ61は、低温管59−1を接続するための低温管コネクタ61−1と高温管59−2を接続するための高温管コネクタ61−2とを有する。冷却管コネクタ61は、冷媒が漏れないよう冷却管59を固定する。また筐体17は、高圧線63を接続するための高圧線コネクタ64を有する。なお回転体駆動回路21へのケーブル系統の絡み付きを防ぐため、回転体駆動回路21を囲うように駆動部ケース22が設けられる。
図2に戻り、本実施形態に係る撮影機構3のケーブル系統について説明を続ける。高圧線63は、高電圧発生器19とX線管15とを繋ぐ。高電圧発生器19からX線管15への高電圧は、高圧線63を介して供給される。高圧線63は例えば支柱51の内部に設けられ、アーム軸部53の内部およびアーム7の内部または外部を通り、X線管15に接続される。
スリップリング65は、支柱51とアーム7とに亘り設けられる。スリップリング65は、静止体から回転体に対して電力および電気信号を伝達することのできる回転コネクタである。スリップリング65は、環状電極65−1と軸65−2とブラシ65−3と端子65−4とを有する。軸65−2に沿ってアーム軸部53の内部に、環状電極65−1が設けられる。環状電極65−1は、複数の電力および複数の電気信号を伝達するための、複数のブラシ65−3との接触部分を有する。複数のブラシ65−3との接触部分それぞれは絶縁される。アーム軸部53の内部には、環状電極65−1に擦り接触するように伝送路毎にブラシ65−3が設けられる。ブラシ65−3は、カーボンやワイヤー等の素材を含む。環状電極65−1の支柱側の端には複数のブラシ65−3との接触部分それぞれと電気的に接続された端子65−4があり、支柱51内に収受された各部それぞれに接続された伝送路67が接続される。ブラシ65−3にも、アーム7内に収容されたX線検出器11およびX線管装置9それぞれに接続された伝送路67が接続される。駆動制御回路45と端子65−4とは、伝送路67−1で接続される。ブラシ65−3とX線管装置9とは、伝送路67−2で接続される。データ収集回路31と端子65−4とは、伝送路67−3で接続される。ブラシ65−3とX線検出器11とは、伝送路67−4で接続される。
X線検出器11からの電気信号は、スリップリング65を介してデータ収集回路31へ供給される。駆動制御回路45からの駆動信号は、スリップリング65を介して回転体駆動回路21へ供給される。なお、X線検出器11からの電気信号は、非接触の光通信によりデータ収集回路31へ供給されても良い。駆動制御回路45からの駆動信号は、非接触の光通信によりデータ収集回路31へ供給されても良い。回転体駆動回路21の回転軸に取り付けられたロータリーエンコーダからの角速度情報は、スリップリング65を介して駆動制御回路45へ供給される。ただし、高電圧電力を伝達するためには碍子等による高電圧の絶縁が必要であるが、スリップリング65はサイズの制限上、必要程度の碍子等による高電圧の絶縁体を構造に組み込むことは困難である。また、スリップリング65は回転するため絶縁体部分が壊れやすい。従って本実施形態においては、高圧線63はスリップリング65とは別途に設ける。
なお、支柱51内部の装置(静止体)からアーム7(回転体)内部の装置に対して電力および電気信号を伝達するために、スリップリング65の代わりに非接触通信および小型蓄電池を用いても良い。非接触通信は、アーム7と支柱51とそれぞれに信号を送受信可能な非接触通信端末が設けられる。小型蓄電池はアーム7に搭載され、回転体駆動回路21、X線検出器11およびアーム7に設けられた非接触通信端末へ電力を供給する。本構成により駆動制御回路45から回転体駆動回路21への駆動信号およびX線検出器11からデータ収集回路31への電気信号をスリップリング65無しで供給することができるが、アーム7のサイズが大きく重くなる問題がある。他の医療機器を血管撮影装置の傍への配置あるいは血管撮影装置の傍に立ち手技をする術者を考慮すると、アームは小型でなければならない。従って本実施形態においては、非接触通信および小型蓄電池ではなくスリップリング65を使用する。
以上において図2および図3を参照して、本実施形態に係る撮影機構3の回転機構およびケーブル系統について説明した。以下、撮影機構3の回転に伴うケーブル系統の捻れについて、図11および図12を参照して説明する。図11は、従来例に係るアームを回転させた場合の冷却管59の捻れを説明するための概略図である。図12は、従来例に係るアームを360°回転させた場合の冷却管59の捻れを説明するための概略図である。
図11は従来例に係る動作であり、アームを90°、180°、270°回転させると高温管59−2は低温管59−1に対してそれぞれ90°、180°、270°捻れて絡みつくことを示す。図12は従来例に係る動作であり、アームを360°回転させると高温管59−2は低温管59−1に対して360°捻れて絡みつくことを示す。すなわち、アーム7を連続的に同一方向に回転させると、低温管59−1と高温管59−2とは一回転に付き360°に捻れて絡みつき、最終的にはねじ切れてしまう。
ここで、アーム7の回転に同期させて回転体13によってX線管装置9を回転させることにより、低温管59−1と高温管59−2との間の捻れを戻すことを考える。図4は、本実施形態に係る冷却管59の捻れを戻す原理を説明するための図である。低温管59−1に対する高温管59−2のアーム回転軸周りに正方向90°の捻れを戻すためには、回転体13を回転体回転軸周りに正方向90°だけ回転させると良い。低温管59−1に対する高温管59−2のアーム回転軸周りに正方向180°の捻れを戻すためには、回転体13を回転体回転軸周りに正方向180°だけ回転させると良い。すなわち駆動制御回路45は、回転体駆動回路21とアーム駆動回路23とを制御して、アーム7のアーム回転軸周りの角度と回転体13の回転体回転軸周りの角度とを同一にすれば良い。換言すると駆動制御回路45は、回転体駆動回路21とアーム駆動回路23とを制御して、アーム7をアーム回転軸周りに回転体13を回転体回転軸周りに同一方向に同一角速度で回転させれば良い。駆動制御回路45による以上の制御によって捻れを抑制できるため、アーム7を同一方向に連続回転させることが可能となる。
なお、管状機構の捻れを抑制するための手段のひとつとして、回転式ジョイント器具がある。回転式ジョイント器具は、動力ポンプに接続された管の先に回転式ジョイント器具を介してもう1本の管を接続して利用する。動力ポンプの動力により流動媒体が、動力ポンプに接続された管の内部、回転式ジョイント器具の内部および回転式ジョイント器具の先に接続された管の内部を流れる。回転式ジョイント器具が管の円周まわりに回転することにより、動力ポンプに接続された管は回転せずに、回転式ジョイント器具とその先に接続された管とだけが回転する。しかしながら回転式ジョイント器具の回転機構は、内部を通る媒体が漏れやすいという問題がある。回転機構を実現するためには回転式ジョイント器具は、例えばパッキン材等の消耗部品を含む。ここで、本実施形態におけるオイルやクーラント等の冷媒が漏れることは非常に危険である。本実施形態におけるケーブル系統は、ケーブル系統自身がケーブル系統の円周方向に回転するための消耗部品は含まない。
以下、図5を参照しながら、本実施形態における一連の動作例を説明する。図5は、本実施形態に係るCTLによる撮影の典型的な流れを示す図である。事前に被検体は撮影のための天板に載置され、天板とアーム7との位置合わせは完了しているとする。
まずシステム制御回路49は、操作者が入力デバイス37を介して撮影開始の指示を入力するのを待機する(ステップS11)。ステップS11においてシステム制御回路49は、撮影開始の指示が入力されたと判定すると、ステップS12へ進む。
ステップS11において撮影開始の指示が入力されたと判定されると、システム制御回路49は、駆動制御回路45に回転の指示信号を送りアーム7を回転させる(ステップS12)。ステップS11において駆動制御回路45はアーム駆動回路23を駆動させることにより、アーム7を回転させる。
ステップS12が行われると、角度センサ25がアーム駆動回路23の駆動を検知したことを契機に、システム制御回路49は、駆動制御回路45の制御によりX線管装置9を回転させる(ステップS13)。ステップS13において駆動制御回路45は回転体駆動回路21を駆動させ、回転体13を回転させる。回転体13が回転することにより、回転体13に保持されたX線管装置9は回転体13と共に回転する。アーム7のアーム回転軸周りの回転に応じてX線管装置9を回転体回転軸周りに回転させることにより、X線管装置9に接続された冷却管59および高圧線63の捻れを抑制する。
なお、アーム7および回転体13の回転の角速度を急峻に上げると、被検体、天板、周囲の装置および操作者にアーム7が激しく衝突する危険性がある。駆動制御回路45はアーム駆動回路23と回転体駆動回路21とを同期的に制御し、照射開始角速度に近づくように徐々にアーム7と回転体13回転との角速度を上げる。
ステップS13が行われると、システム制御回路49は、アーム7および回転体13の回転の角速度が照射開始角速度以上か否かを判定する(ステップS14)。照射開始角速度はX線照射を開始する角速度の値であり、予め記憶装置39に記憶される。ステップS14においてアーム7および回転体13の回転の角速度が照射開始角速度以上と判定されると、ステップS15に進む。
ステップS14においてアーム7および回転体13の回転の角速度が所定値以上と判定されると、システム制御回路49は、駆動制御回路45およびX線制御回路47を同期的に制御し、撮影を開始させる(ステップS15)。ステップS15においてX線制御回路47は、高電圧発生器19に指示信号を出しX線管15への高電圧の印加とフィラメント電流の供給とを行わせる。高電圧発生器19による高電圧の印加とフィラメント電流の供給とを受けて、X線管15はX線の照射を開始する。X線検出器11は、X線管15から照射されたX線を検出する。データ収集回路31は、X線検出器11の各画素の電気信号をディジタル変換したディジタルデータを収集し、画像発生回路33へ出力する。画像発生回路33はデータ収集回路31から出力されたディジタルデータにログ変換等の前処理を施して、投影データを発生する。本実施形態におけるX線診断装置1は、アーム7を複数周回転させて撮影することにより、各周の各撮影角度に関する投影データを発生する。
ステップS15が行われると、システム制御回路49は再構成回路35に、複数の撮影角度に関する投影データに基づいてボリュームデータを再構成させる(ステップS16)。再構成回路35は、1周分の投影データに基づいて単一のボリュームデータを再構成できる。アーム7を複数周回連続的に回転させて投影データを取得するので、再構成回路35は複数周分の投影データに基づいて時系列のボリュームデータを再構成できる。同一天板位置でアーム7を複数周回連続的に回転させて撮影を行うことにより、アーム7の角回転速度に応じたフレームレートで時系列のボリュームデータを取得することができる。本実施形態により、4次元CTを実現できる。
以上において、本実施形態に係るCTL撮影の典型的な流れを説明してきた。本実施形態は、CTパフュージョン(CT_Perfusion:以下、CTPと呼ぶ)のような検査等にも利用される。CTPとは、CTと造影剤とを用いて脳の血流を測定する検査方法のひとつである。画像処理回路36は、時系列のボリュームデータにパフュージョン解析を施して血流量等の指標を算出する。なお本実施形態は、心電図スキャンにも適用可能である。
なお、以上の説明においてアームは、図2に示した通りCアームを想定している。Cアームによる血管造影手技中の撮影は、天板に横たわった被検体の頭入れポジションにCアームをセットしプロペラ回転によりCTL撮影を行うことにより、操作者は被検体横に手技スペースを確保できる。従って本実施形態におけるアームは、Cアームが適切である。もちろん撮影中の手技スペースの確保という同様の理由により、天井吊りのΩアームでも良い。
一方、CTL撮影を実現するアームの形状として、被検者の対象部位(例えば腹部)周り一円をアームで囲うOアームがある。Oアームとは、円環形状を有するアームで、その輪の中に天板が入る。Oアームの内部をX線管とX線検出器とが360°回転しながらCTL撮影を行うことができる。しかしOアームによる撮影の場合、アームを閉じて被検者の腹部周り一円を囲って撮影する必要があるため、天板に横たわった被検体の横にアームをセットして撮影する必要がある。従って、操作者は被検体横に手技スペースを確保できない。すなわち撮影の後に手技を行うには閉じたOアームを開き、開いたOアームを被検体付近から移動させなければならない。従って、Oアームによる撮影を血管造影手技中に行うには、時間も手間もかかる。
上記のとおり、本実施形態に係るX線診断装置1によれば、アーム7の回転に応じて回転体13を回転させることにより、アーム7の回転に伴う冷却管59と高圧線63との捻れを抑制することができる。すなわち、アーム7を同一方向に360°以上すなわち連続回転させることが可能である。従って、血管造影手技中にCTのような連続回転のスキャンをCTLにより実現できる。
次に本実施形態の種々の応用例について説明する。なお以下の説明において、本実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
(応用例1)
図6は、応用例1に係るX線診断装置1−1の構成図である。X線診断装置1’は、上記実施形態のX線診断装置1に加え、更に照射野限定器71とX線管ケース73とを有する。照射野限定器71は、X線管15から発生されたX線の照射野を限定する。通常照射野限定器71は、X線管装置9に直接設けられている。X線管装置9を回転させると、X線管装置9と同様に照射野限定器71も回転してしまう。照射野限定器71が回転することは、X線検出器11の検出面に対して照射野が回転することを意味する。応用例1に係るX線診断装置1−1は、回転体回転軸周りにX線管装置9を回転させた際にも照射野限定器71を回転体回転軸周りに回転させない。
図7は、応用例1に係る照射野限定器71の設置例を示すための図である。X線管ケース73は、X線管装置9を囲うようにアーム7に接続される。照射野限定器71は、回転体13と独立してX線管ケース73に固定される。照射野限定器71と回転体13とは独立して固定される。回転体13の回転に照射野限定器71が回転しないように、照射野限定器71がX線管ケース73に設けられる。
上記のとおり、回転体回転軸周りにX線管装置9を回転させても照射野限定器71が回転体回転軸周りに回転しないため、X線検出器11の検出面に対して照射野は回転しない。すなわちどの撮影角度においても、X線検出器11における検出面上の照射野形状を一定にできる。
(応用例2)
X線管により照射されるX線はヒール効果により、X線管の陽極側と陰極側とでX線の放射強度分布に偏りが生じる。従って、上記の実施形態においてX線管15を回転体回転軸周りに回転させると、取得される投影データには撮影角度に応じて異なるヒール効果の影響が乗じる。すなわち、異なる撮影角度で撮影された、つまりX線管15の回転体回転軸周りの回転角度が異なる状態で撮影された投影データは、回転角度に応じたヒール効果に起因するノイズを含む。
図8Aは、応用例2に係るヒール効果の影響を受けたX線画像を示す模式図である。説明をわかりやすくするため、投影データではなくX線画像を用いて説明する。応用例2に係るX線診断装置1−2は撮影前に、天板上に被検体がいない状態で投影データを収集する。天板上に被検体がいない状態での撮影(キャリブレーションスキャン)により発生された投影データまたはX線画像は、キャリブレーションデータと呼ばれる。図8Bは、応用例2に係るキャリブレーションデータを示す模式図である。
図9は、応用例2に係るX線診断装置1−2の構成図である。応用例2に係るX線診断装置1−2は、応用例1の実施形態に加え処理回路5内に補正回路81を有する。補正回路81は、キャリブレーションデータに基づいて複数の撮影角度における投影データまたはX線画像を補正する。図8Cは、図9の補正回路81によりヒール効果を補正したX線画像を示す模式図である。図8Aから図8Bを差分することにより、図8Cが発生される。
以下、図10を参照しながら、本実施形態における一連の動作例を説明する。図10は、応用例2に係るCTLによる撮影の典型的な流れを示す図である。事前に被検体は撮影のための天板に載置され、天板とアーム7との位置合わせは完了している。また、キャリブレーション撮影によりキャリブレーションデータが発生されている。キャリブレーションデータは、アーム7の回転における複数の撮影角度において発生される。
まずシステム制御回路49は、操作者が入力デバイス37を介して撮影開始の指示を入力するのを待機する(ステップS21)。ステップS21においてシステム制御回路49は、撮影開始の指示が入力されたと判定すると、ステップS22へ進む。なお、ステップS21〜ステップS25は上記実施形態の動作例におけるステップS11〜ステップS15(図5)と同一なので、詳細な説明は割愛する。
ステップS21において撮影開始の指示が入力されたと判定されると、システム制御回路49は、駆動制御回路45に回転の指示信号を送りアーム7を回転させる(ステップS22)。
ステップS22が行われると、角度センサ25がアーム駆動回路23の駆動を検知したことを契機に、システム制御回路49は、駆動制御回路45の制御によりX線管装置9を回転させる(ステップS23)。
ステップS23が行われると、システム制御回路49は、アーム7と回転体13との回転の角速度が照射開始角速度以上か否かを判定する(ステップS24)。ステップS24においてアーム7と回転体13との回転の角速度が照射開始角速度以上と判定されると、ステップS25に進む。
ステップS24においてアーム7と回転体13との回転の角速度が所定値以上と判定されると、システム制御回路49は、駆動制御回路45とX線制御回路47とを同期的に制御し、撮影を開始させる(ステップS25)。ステップS25において画像発生回路33は、投影データを発生する。
ステップS25が行われると、システム制御回路49は補正回路81に、キャリブレーションデータによる投影データの補正処理を行わせる(ステップS26)。ステップS26において補正回路81は、アーム7の回転における複数の撮影角度における投影データに、対応するキャリブレーションデータを用いて補正処理を行うことにより、複数の撮影角度における補正投影データを発生する。
ステップS26が行われると、システム制御回路49は再構成回路35に、複数の撮影角度における補正投影データに基づいてボリュームデータを再構成させる(ステップS27)。
上記のとおり、応用例2に係るX線診断装置1−2によれば、X線管15の回転体回転軸周りの回転角度が異なる状態で撮影された投影データおよびX線画像における、ヒール効果によるノイズを、キャリブレーションデータによる画像処理により低減することができる。従って、撮影角度に応じたヒール効果の影響を低減した投影データが取得できる。
(応用例3)
図11は、応用例3に係るX線診断装置1−3の模式図である。X線診断装置1−3は、上記実施形態のX線診断装置に加え、更に天板91と寝台93とを有する。天板91は、被検体Sを載置するための板である。天板91は、カーボンや強化プラスチック等により形成される。寝台93は、天板91を長手方向にスライド可能に支持する。スライド可能に支持する。寝台93は、検査室の床に設置される。寝台93は、上下動可能な機構を有し、天板91の高さを調節自在にする。寝台93は、金属やプラスチック等により形成される。
駆動制御回路45は、アーム7がアーム回転軸周りに360°以上連続して回転している間、被検体の体軸方向に沿って天板91を移動する。駆動制御回路45は、天板91をスライドさせながらCTL撮影を行うことにより、CT同様にヘリカルスキャンを実現することができる。具体的には、駆動制御回路45は、アーム7を、天板91のスライドに干渉しないように配置する。例えば、アームは、図11のように、被検体の頭方向に配置される。天板91を長手方向にスライドさせながらアーム7をプロペラ回転させてCTL撮影することにより、CTLによるヘリカルスキャンが実現される。なお、天板91ではなくアームを同じ方向にスライドさせることでもヘリカルスキャンが実現可能である。
上記のとおり、応用例3に係るX線診断装置1−3によれば、CTLによるヘリカルスキャンを実現することができる。従って、被検体における頭尾方向の広範囲の投影データを連続的に収集できる。
(応用例4)
波高弁別が可能なフォトンカウンティングCT(Photon_Counting_Computed_Tomography:以下、PCCTと呼ぶ)は、次世代のCTシステムとして開発が進められている。一般的なCTのデータ収集回路は、X線検出器の各チャンネルの電流信号を電圧に変換し、この電圧信号をX線の曝射周期に同期して周期的に積分することよりデータを出力する。しかしながら一般的なCTは積分を行うため、低エネルギー情報が他のエネルギー情報に埋もれてしまうという問題がある。
一方PCCTにおいては、放射線検出器がX線を検出することで生成された電気信号を複数のエネルギー帯域それぞれにおいて計数し、この計数値をX線のフォトン数として間接的に検出する。一般的なCTと異なり複数のエネルギー帯域それぞれに分けたデータに基づいてX線を検出するため、PCCTは一般的なCTのような低エネルギー情報の埋もれを解消する。
図12は、応用例4に係るX線検出器11’の模式図である。応用例4に係るX線検出器11’は、FPDの近傍にフォトンカウンティング検出器(Photon_Counting_Detector:以下、PCDと呼ぶ)を有する。図12においてPCDはFPDの側部にライン状に配置される。PCDは、スライス方向配列でもチャンネル方向配列でもいずれでも良い。PCDは技術的に、FPD並みに広い面積を有する検出器にすることが現状不可能である。従ってPCDは、数cm×数cm程度の長方形または正方形の形状である。
応用例4に係るX線診断装置1−4は、FPDとPCDとをライン状に並べた当該X線検出器11’を用いてX線撮影を行う。通常はFPDに照射野を設定し、上記実施形態と同様にX線撮影を行う。PCD使用時はPCDに照射野を設定し、X線撮影を行う。なお、FPDとPCDとはライン状に配置されなくても良い。PCDはFPD□の移動量の近傍に移動可能に設けられても良い。具体的には例えば、通常撮影時PCDはFPDの照射野から退避し、PCD撮影時にPCDがFPDの前面に出てきても良い。またPCDは、駆動制御回路45の制御により、FPDの検出面前面において、該検出面に対して略平行となる方向へ移動することも可能である。それにより、関心領域を設定したPCDによるX線撮影が可能となる。
データ収集回路31は、X線検出器11’により検出された放射線のカウント数を表現するカウントデータを複数のエネルギー帯域について収集する。データ収集回路31は、プログラムを実行するための例えばメモリと所定のプロセッサとの組み合わせによって実現される。
再構成回路35、カウントデータに基づいてボリュームデータを再構成する。
さらに応用例3と同様に、操作者はX線診断装置1−4においてPCDを選択した状態でヘリカルスキャンを行っても良い。
上記のとおり、応用例4に係るX線診断装置1−4によれば、PCDによるX線撮影を実現することができる。従って、一般的なCTLのような低エネルギー情報の埋もれを解消することができる。
(応用例5)
X線管装置9に接続された冷却管59および高圧線63(上記説明において管状体と呼ばれている)が長い場合、上記実施形態の捻れ解消を行っても、管状体の長さ方向の途中部分で捻れが解消しきれない可能性がある。また例えば、管状体が回転しにくい場合、X線管装置9が回転しても管状体自体が充分に回転できずに捻れを解消しきれない可能性がある。さらに、内部に複数の管状体をまとめて保持するチューブと、チューブの内部に保持された管状体との間の摩擦が強い場合、捻れを解消しきれない可能性がある。従って応用例5に係るX線診断装置1−5は、X線管装置9と機器(冷却装置、高電圧発生器)との間に、X線管装置9の回転に同期して回転させることにより管状体の回転による捻れを緩和する捻れ緩和機構99を備える。
捻れ緩和機構99は、X線管装置9と冷却装置や高電圧発生装置等の機器との間に設置される。捻れ緩和機構99は、X線管装置9の回転に同期して回転させることにより管状体の回転による捻れを緩和する。図13は、応用例5に係る捻れ緩和機構99の模式図である。捻れ緩和機構99は、モーター99−1と穴の空いた円盤99−2とを有する。モーター99−1と穴の空いた円盤99−2とは例えばギアとベルトでかみ合っており、モーター99−1の回転に応じて穴の空いた円盤99−2が回転する。捻れ緩和機構99は、チューブの内部に設けられる。円盤99−2には、チューブ内を通る複数の管状体が貫通している。モーター99−1により円盤99−2をX線管装置9の回転に同期させて回転させることにより、複数の管状体は円盤99−2と同じように回転し、管状体の捻れは緩和される。具体的には捻れ緩和機構99は、アーム7の回転中心から捻れ緩和機構99までのチューブの長さを、アーム7の回転中心からX線管装置9までのチューブの長さで除することで比が計算される。計算された比に応じて円盤を回転させることにより、捻れ解消を実現する。
なお比は、他の計算式により求められても良い。
上記のとおり、応用例5に係るX線診断装置1−5によれば、回転しにくいケーブルの場合やチューブの内部に保持されたケーブルとチューブとの間の摩擦が強い場合でも、アーム7を同一方向に360°以上すなわち連続回転させることが可能である。従って、血管造影手技中にCTのような連続回転のスキャンをCTLにより実現できる。
(応用例6)
上記の実施形態において回転体は、アームの回転に応じて回転体駆動回路21により回転されるものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。アームの回転に連動して管状体を介して伝達された力学的な作用により回転体が回転可能であれば、制御回路、回転体駆動回路および駆動制御回路は設けられなくても良い。
かくして、本実施形態によれば、手技効率の向上を可能とするX線診断装置を提供することができる。
なお、上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、専用又は汎用のprocessor, circuit (circuitry), processing circuit (circuitry), operation circuit (circuitry), arithmetic circuit(circuitry)或いは、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit : ASIC)、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラム論理デバイス(Simple Programmable Logic Device : SPLD))、復号プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device : CPLD))、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array : FPGA))等を意味する。また、本実施形態の各構成要素(各処理部)は、単一のプロセッサに限らず、複数のプロセッサによって実現するようにしてもよい。さらに、複数の構成要素(複数の処理部)を、単一のプロセッサによって実現するようにしてもよい。
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、置き換え、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ものである。
加えて、実施形態に係る各機能は、散乱線補正処理プログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスクなど)、光ディスク(CD−ROM、DVDなど)、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することも可能である。
1…X線診断装置、3…撮影機構、5…処理回路、7…アーム、9…X線管装置、11…X線検出器、13…回転体、15…X線管、17…筐体、19…高電圧発生器、21…回転体駆動回路、21…回転体駆動回路、22…駆動部ケース、23…アーム駆動回路、25…角度センサ、31…データ収集回路、33…画像発生回路、35…再構成回路、36…画像処理回路、37…入力デバイス、39…記憶装置、41…ディスプレイ、43…インターフェース回路、45…駆動制御回路、47…X線制御回路、49…システム制御回路、51…支柱、53…アーム軸部、55…回転体軸部、57…冷却装置、59…冷却管、61…冷却管コネクタ、63…高圧線、64…高圧線コネクタ、65…スリップリング、67…伝送路、71…照射野限定器、73…X線管ケース、81…補正回路

Claims (11)

  1. X線を発生するX線管装置と、
    前記X線を検出するX線検出器と、
    前記X線管装置を保持し、前記X線の照射方向を軸とした第1回転軸周りに回転可能な回転体と、
    前記回転体と前記X線検出器とを保持し、前記第1回転軸とは異なる軸である第2回転軸周りに回転可能なアームと、
    前記X線管装置と、前記アームから離れた所にある機器とを接続する管状体と、
    を具備し、
    前記アームは前記管状体のれを減少させる方向に前記回転体を前記第1回転軸周りに回転可能に保持し、
    前記アームの前記第2回転軸周りの回転に応じて、前記アームの回転に伴う前記管状体の捻れを減少させる方向に前記回転体を前記第1回転軸周りに回転させる制御を行う制御回路をさらに具備する、X線診断装置。
  2. 前記アームを前記第2回転軸周りに回転可能に保持する保持機構を更に有し、
    前記管状体は、前記保持機構の内部を通る請求項記載のX線診断装置。
  3. 前記第2回転軸は、前記アームの位置が初期位置にある場合において、前記保持機構を通り且つ前記第1回転軸に直交する軸である請求項記載のX線診断装置。
  4. 前記制御回路は、前記アームを前記第2回転軸周りに360°以上回転させる制御を行う請求項記載のX線診断装置。
  5. 前記アームの前記第2回転軸周りの回転中に前記X線検出器が検出した各角度のX線データに基づき、再構成画像を発生する画像発生回路を更に有する請求項記載のX線診断装置。
  6. 前記アームの前記第2回転軸周りの回転中に前記X線検出器が検出した複数の連続したX線データに基づき透視画像を連続的に発生する画像発生回路と、
    前記透視画像を連続的に表示するディスプレイと、
    を更に有する請求項記載のX線診断装置。
  7. 前記機器は、前記X線管装置に印加される電圧を発生する高電圧発生器であり、
    前記管状体は、前記高電圧発生器と前記X線管装置とを繋ぐ高電圧ケーブルである請求項1記載のX線診断装置。
  8. 前記X線管装置はX線を発生するX線管と、前記X線管を格納する筐体とを含み、
    前記機器は、前記X線管を冷却するための媒体を前記筐体の内部に循環させる冷却装置であり、
    前記管状体は、前記冷却装置と前記筐体とを接続するホースである請求項1記載のX線診断装置。
  9. 前記制御回路は、前記アームが前記第2回転軸周りに回転している間、前記回転体を前記アームに同期させて前記第1回転軸周りに回転させる制御を行う請求項記載のX線診断装置。
  10. 被検体を載置するための天板と、
    前記天板を長手方向にスライド可能に支持する寝台と、を更に有し、
    前記寝台は、前記アームが前記第2回転軸周りに360°以上連続して回転している間、前記被検体の体軸方向に沿って移動する請求項1記載のX線診断装置。
  11. 前記X線管装置と前記機器との間に、前記X線管装置の回転に同期して回転させることにより前記管状体の回転による捻れを緩和する捻れ緩和機構をさらに備える、請求項1記載のX線診断装置。
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