JPH02504117A - 位置検出器を有するｘ線断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 位置検出器を有するＸ線　層撮影　霞 発明の背景 発明の分野 本発明は、Ｘ線を当てる対象物に対し移動しながら作用するＸｔｉＡＩ！ｌｉＢ 撮影装置、特に、これら装置の可動部分の位置的正合に関するものである。

従来技術のステートメント Ｘ線断層撮影装置は、多年にわたり使用されている。

最も普遍的に知られている様式は、身体を通過する多数の断面、スライスｘｍを とることにより動作するＣＡＴスキャン（コンピュータ軸断層撮影）である、Ｃ ＡＴスキャン装置の一つの形態は、環状カラーの対向側に装着されたｘｍ源と、 検出器アレイとを含み、このカラーは、造影面内と患者のまわりを回転するよう になされている。

回転の間、多数のスライスｘＩｌが造影面内の異なる角度から撮影される。結果 は、パックプロジェクションとして知られているプロセスにより数学的に集めら れ、その面におＣブる身体の断面影像が作られる。

スキャンニングにおける重要な配慮は、全回転にわたる、そして、多数のスキャ ンと患者のコースにわたり、断層撮影コンポーネンツと患者との正確で一致した 正合である。ミスアライメントは、全体のスキャンのデータに否定的な影響を与 える。このファクタを処理するために、現在のＣＡＴスキャン装置は、非常に大 型で、高張るものとなっており、断ｉｉ撮影コンポーネンツを装着するための重 いカラーを含む。この重量の取扱いは、装置の残り部分において、付加的なマス とサイズを要求する。

このように作られた装置は、高価で、再移動が困難である。装置は、広い床スペ ースを必要とし、かぎられた環境では使用できない。このサイズと重さによる、 さらなる欠点は、装置の可動部分において経験される摩耗である。年月が経れば 、この摩耗は、ミスアライメントに貢献する。

従来の技術において知られている断層撮影装置の他の形態は、Ｘ線源と検出器ア レイとが片持ち式で、患者の上で操作される“Ｃ″形状フレームに装着されてい る。この装置は、広範な範囲で操作できるが、操作装置が広いスペースと大きな マスを要求し、ミスアライメント問題を受ける。

発明の要約 したがって、本発明は、正確なスキャンデータを提供する一方、比較する装置よ りも小型で、小さなマスしか実質的に要求しないための断層撮影コンポーネンツ の正合をモニターする改良されたＸｗＡ断ｌ！撮影装置を提供する。少なくとも Ｘ線源と、ｘＩＩ操作の間、回転軸まわりを回転手段が回転するようにする手段 を支持した回転可能な手段を有する形式のｘＩＩ装置において、改良が不動のリ ファレンスリング手段と、回転手段と不動のりフッレンツ手段との間の位置的関 係を決定する手段とを含む。本発明の洗練したものにおいて、回転可能な手段が 回転面を画定し、さらに、位置的関係が回転面内の二つの直交ディメンションを 決定する。

図面の簡単な記述 本発明は、添附図面に関連して図解的に記述され、図面において： 第１図は、本発明の一実施例により構築されたＣＡＴスキャン装置の正面図であ る： 第１Ａ図は、第１図の実施例の一変形の部分拡大図面である： 第１Ｂ図は、第１図の実施例の一変形の他の部分拡大図面である； 第２図は、本発明の他の実施例により構築されたＣＡＴスキャン装置の正面図で ある： 第３図は、本発明の他の実施例により構築されたＣＡＴスキャン装置の斜視図で ある；そして、第４図は、第３図の装置の一部の詳細図である。

図面の詳細な記述 本出願は、本出願と同様に、マサチューセッツ、ピーボディのアナロジツク　コ ーポレーションへ譲渡された１９８８年２月２６日に出願された出願番号第１６ ０，６５７号、名称　Ｘ線断Ｗｉ撮影装置、パーナート　エム、ゴートンの米国 特許出願に概ね関連し、それの記述は、ここに参考として組入れる。

第１図は、Ｘ線断層搬影部材と不動の支持手段１４を備えたＣＡＴスキャン装置 １０を示す。支持体１４は、前記装置を支持する基部１６と、カラー１２を回転 自由に装着した円形フレーム１８とを含む。回転可能のｉ看は、フレーム１８上 に形成されたトラックを走行するローラーまたはホイール１７を含む手段によっ て達成される。、基部１６は、通常、前記装置を再位置決めする、ローラー２０ の形態の手段と一対の支持レール２２を含む。

カラー１２は、ＣＡＴスキャン操作を行なう多数の部材を含む。必須の部材は、 ｘＩＩ源２４とＸＩ！検出器アレイ２６である。さらに、カラーは、ＩＩの装備 に応じた各種の部材を含む１本実施例は、Ｘ１１１２４のパワー源２８、検出器 アレイ２６の出力操作のデータを供給し、かつ、断層撮影カラー１２のフントロ ールを行なう電子回路パッケージ３０、電子回路パッケージ３０へのパワー供給 ３２およびカラー１２を円形フレーム１８内で回転させる、パワー供給を含む移 動手段３４を含むように形成されている。これらの各種の部材は、必要に応じ、 ワイヤにより電気的に接続されており、ワイヤは、図示されていないが、中空の カラ一部材３６内のような適当なルートを通るようになっている。

さらに、カラー１２には、一対の強化部材３８が含まれ、これら部材は、Ｘ線源 ２４と検出器アレイ２６とを連結する。部材３８は、三角形状に配置されて、三 角幾何構造を補強する利点を有する。検出器アレイ２６は、三角形の第３番目の 足を形成する第３の強度部材３９に装着されている。

強化部材３８には、一対の位置検出器４０が装着されている。検出器４ｏは、回 転しないリファレンスリング４２の位置を検出するように配置されている。これ らは、カラー１２の回転の想定面の二つの範囲内における回転カラー１２とリフ ァレンスリング４２との相対位置を検出するために、互いに直交するように位置 されている。リファレンスリング４２は、患者のテーブル４４のような不動の基 準に取付けられて示されている。それは、また、円形フレーム１８または基部１ ６の一部に取付けれれることもできる。リファレンスリング４２と患者のテーブ ル４４は、明瞭にするために、カラー１２よりも小さく図示されている。リフ７ レンスリング４２は、強化部材３８による回転円とほぼ同じ大きさが通常である 。

検出器４０は、直接の機械的接触または反射エネルギーのような適当な手段によ りリング４２を検出する。

いずれの場合においても、検出器は、検出器とリファレンスリング４２との間の 距離を測定する。さらに、一つ、または、それ以上の検出器がカラーの回転面と リング４２の面に実質的に垂直な次元におけるリング４２とカラー１２との間の 相対位置を感知するように装着されている。

第１Ａ図は、検出器４０と、そのレオファレンスリング４２との係合の一つの形 態を詳細を示す。検出器４０には、リファレンスリング４２に従動するカムフォ ロワー４６と、カムフォロワー４６によりコト０−）しされる可変抵抗４８とが 含まれている。カムフォロワー４６は、スプリング５０に付勢されていて、リフ ァレンスリング４２に係合するために、一端に回転自由に装着されたカムローラ ー５２を含む。可変抵抗４８がリングの機械的検出位置に対応して電気信号を提 供する。抵抗４８の代Ｃ・−・に可変容量も使用できる。

第１Ｂ図は、反射エネルギーを使用してリング４２への距離を測定する検出器４ ０の他の例を示す。音響トランスデユーサ５４がコントローラ５６に接続されて 示されている。コントローラでトランスデユーサ５４がリング４２ヘシヨートパ ルスの音波を送り、リングから戻されてくるエネルギーを聴く。発振と受信の間 の時間差がリング４２からの距離を示す。音波の使用が示されているが、光波と 電波のような伝達される他のエネルギ一手段も使用可能である。リング４２には 、読取りコードを設け、スキャンニングの間の設定すべき角度位置を測定するこ ともできる。

操作においては、第１図の装Ｍ１０は、回転カラー１２とリファレンスリング４ ２との相対位置を絶えず検出するように機能する。カラー１２の回転の間、リン グ４２と検出器４０との間の距離がコンスタントに測定される。この測定値は、 電子回路パッケージ３０によりＸ線データのパックプロジェクションに使用され るデジタルリーディングへ変換され、スキャンされた断面の影像を作る。二つの 検出器を互いに直交するよう配置することによって、第１図の図面の面と平行で あるカラーの回転想定面内の回転カラーの二つのディメンジョナルな位置または Ｘ−Ｙ位置に関する完全なデータが提供される。

第２図は、本発明の他の例を示すもので、そこでは、回転するカラーの相対位置 がＸ線検出器２６の手段により測定される。第２図は、Ｘ線ｍ２４と検出器アレ イを支持するカラー６０を含む、ＣＡＴスキャン装置の必須特徴部のみを示す、 患者６２、患者テーブル６４、リファレンスリング６６も示されている。検出器 アレイ２６は、検出器の三つのセクション６８．７０，７２を持つように示され ている。セクション６８の検出器は、患者６２からデータを集める目的に供され 、この目的に合った適当な態様で構成される。セクション７０．７２における付 加的な検出器は、Ｘ線；！９２４と検出器セクション７０．７２とのリファレン スリング６２の相対位置の位置決めに使用される。セクション７０は、個々の検 出器７４〜８１を含むように示され、セクション７２は、個々の検出器８２〜８ ９を含むように示されている。各セクションに示された検出器の数は、重大なも のではなく、装置の設計にしたがって、種々変更される。

リファレンスリング６６は、ｘｍ透過材料から作られ、Ｘ線がｌ！！２４から検 出器アレイ２６へ到達する想定面に配置されている。かくのごとくして、患者６ ２からデータを集めるのに使用されるｘａもまたリング６６を通過し、それによ って若干減衰される。リファレンスリング６６のジオメトリ−によって、中央放 射の線９４により例示される対象物６２の中心を通過するｘＩ！は、リング６６ により最低量減衰される。この減衰は、ｘｍ放射の線が中心９４から端縁方向へ 動くにつれて徐々に増加する。患者内の情報内容も中心からの放射の線の角度に したがい減少するので、この状態は、許容できる。患者の最も複雑な情報は、中 心に最も近く位置し、頭部の端を角度が過ぎるにつれて減少し、胴の境界を角度 が過ぎるにつれ、ざらに減少する。かくして、患者の外端近くの増加した減衰は 、許容でき、検出器により測定されるべきｘＩ！信号の機能的範囲を減少させる ので、好ましいともいえる。リング６６には、ガラスＩＮＮや他の複合物などの 適当な材料が使用できる。

放射状の線が第２図に書かれ、放射ベクトル９６〜１０１が画定され、これを介 してＸ線が源１２から放ｔＪ４され、検出器のセクション７０．７２に突き当る 。放射ベクトル９６．９９の間のＸａ＊は、リング６６による減衰を受けない。

かくして、検出器７４．７５．８２．８３は、第２図に示したリング６６とカラ ー６０との間の位置的関係に基づく最強の信号を記録する。逆に、放射ベクトル ９７．１ｏＯを通過し、検出器７６〜７８と８４〜８６に当るＸ線は、減衰の最 大値を示す。減衰は、検出器７６から増加し、検出器７７を経て、検出器７８に おいて最大となる。同様に、減衰は、増加し、それが故に、受ける信号は、検出 器８４から減少し、検出器８５を経て、検出器８６により最弱の信号が受けられ る。Ｘ線がリファレンスリング６６の順々に大きくなる部分を通過しなければな らないので、減衰は、増加する。

リング６６とカラー６０の相対位置が同じ状態にあれば、これらの検出器からの 読取りは、同様に、かなりフンスタンドにとどまる。しかしながら、位置が変化 すれば、検出器は、測定可能な態様で、この変化を示す。

例えば、リングがカラーに対し左ヘシフトすれば、検出器７４．７５は、受ける 信号がリング６６による減衰を受けるので、この信号における著しき減衰を示１ ｊ、、同様に、検出器８４．８５などは、減衰により生ずる信号レベルの相当す る増加を介してＭ表置における減少を示ｔ１同様に、リング６６がカラー６０に 対し下方へ移動すれば、検出器７６．８４の両者は、原水の減少に対応する出力 信号の増加を示す。リファレンスリングがカラー６０に対し、上方ならびに、や や右へ動き、それで検出器７４〜８１が、それらの出力信号において何等の変化 も示さないとしても、検出器８２．８３は、リファレンスリングによる減衰を示 す出力信号の相対的減少を示す。

同様に、他の検出器８４〜８９は、それらそれぞれの出力信号における変化を示 す。この説明は、リフ７レンスリング６６の動きに基づくものであることを理解 すべきである。これは、検出器により検出される動きであるが、実際の相対的動 きは、カラーの回転によるカラー６０の不正合により惹起される。

第２図の実施例は、また、集めたスキャンデータからバックプロジェクトした影 像から作るべきスキャン品質を決定する手段を含むことを許容する。リング６６ は、複数の造影ターゲット１０４を含む。これらのターゲット１０４は、円形お よび／または、それらのｘｌｉｌ密度のような既知の形状を単純に有し、リング ６６のＸ線密度は、知られている。先夜するＣＡＴは、バックプロジェクション ・プロセスにおいて、包囲する構造のブランクになった影像をスキャナーするが 、リング６６とターゲット１０４の影像が本実施例のために再環され、実際のＸ 線にスキャン品質の指示が与えられる。ターゲットの形状だけが使用されれば、 その形状の鮮明度が集められたスキャンデータの正確さを示す。この場合、ター ゲット１０４が、リング６６と異なるが未知のＸｌｌ密度を有することのみが必 要である。ターゲット１０４とリング６６のＸ線密度が判明している場合、組織 対置造影の有効性を求めるＸ線強度に関しての情報がさらに入手できる。

リング６６は、患者６２とカラー６０との間の角度位置の測定に使用できる。こ れは、リング６６のＸ線密度に、ある検出可能なパターンを与えることによって なされる。リングには、付加のターゲット　１０４を設けるか、または、そのセ クション１０５に示したような帆立貝形状をリング６６に与えることもできる。

このような形状は、検出器セクション７０．７２により検出でき、スキャンニン グ・プロセスにわたり、正確な角度指示を与える。

第３図と第４図は、本発明のさらなる洗練さを示す。

Ｘａ＊装胃１１０は、基部１１２、支持ｍ造体１１４　、　Ｘ線コンポーネント 部材１１６、リファレンスリング１１８を有するものとして示されている。支持 構造体１１４は、ローラー１２０の手段により、基部１１２に移動自由に装着さ れており、基部１１２にそう、その位置は、アクチュエータ１２２により制御さ れる。アクチュエータ　１２２は、ハイドロリックまたは電気式のような適当な 構造をもつ。

ｘＩｉコンポーネント部材１６は、Ｘａ＊ａと検出器アレイ（図示せず）を既に 述べた他の適当な部材にそって支持している。部材１６は、支持構造体１１４に 回転自由に装看され、背柱へのＸ線放射のような目的のため、患者に対するＣＡ Ｔスキャン・プロセスの角度づけを許すようになっている。部材１１６には、操 作アーム１２４が取付けられ、このアームは、アクチュエータ１２６によりコン トロールされて、部材１１６の角度位置が決定される。

リファレンスリング１１８も同様に支持構造体１１４に回転自由に装着されてい る。リファレンスリング１１８は、コンポーネント部材１１６と同じように、同 一の水平軸まわりを角回転する。これにより、リング１１８を部材１１６に対し 所望のスキャン角度で使用することができる。さらに、リング１１８の位置は、 電気的に検出され、そこからの信号がアクチュエータ１２６をコントロールする のに用いられる。この手段により、リング１１８は、手で位置決めされ、部材１ １６を選択された位置へ従わさせる。センサは、適当な態様で構成される。第４ 図は、ポテンショメータ１２８の拡大図を示し、これは、支持構造体１１４の上 端１３０に位置する。リング１１８の支持部材１３２は、水平軸１３４に枢支さ れ、ポテンショメータ１２８のスライド接片に取付けられている。この手段によ り、ポテンショメータ１２８で測定されたリング１１８の角度位置は、適当な１ ｉｌｌ（１１回路によりアクチュエータ１２６をコントロールすることに使用さ れる。また、ポテンショメータ１２８は、コンポーネントリングに装着され、電 気ブリッジネットワークを横切って接続され、部材１１６とリング１１８とが正 合しない限り、出力信号が形成される。このような信号は、過当な嗣御ａｍを介 してアクチュエータ１２６にパワーを与えるように使用される。この態様におい て、リング１１８は、部材１１６の回転の想定面に実質的に垂直な範囲における 部材１１６とのリング１１８の相対位置を検出するのに使用される。

最後に、複数のセンサー１３４がコンポーネント部材１１６にｉｔされて、回転 スキャンニングの間におけるリングの位置を検出する。これらのセンサーは、前 記したようなコンポーネント部材１１６の回転面と、それに対し実質的に垂直な 範囲内との両者において動作する。これらは、部材１１６の回転位置の測定も与 える。さらに、これらは、異なる感知技術の組合わせを使用できる。

本発明は、従来の技術に関連の大型で高張るものの使用なしに、正確なスキャン データを与えるＣＡＴスキャン装置を構成することを許す。スキャン面内でのミ スアライメントに関し、偏差が測定され、その結果が、集められたデータの正確 性の改善に使用される。ＸＳコンポーネンツの回転面のミスアライメントは、ア ライメントの補正及び／あるいは、集めたデータを失格させることのいずれかに 使用される。回転測定も付加Ｂｉｔの代りに設番ブることもできる。これらの測 定は、従来技術の大型と高張るものを除き、装置のコストと可動性を大幅に減少 する。

上記した本発明の実施例は、図解感覚として受けるもので、限定感覚で受けるべ きものではない。種々の修正と変更とが、添附の請求の範囲に画定された本発明 の範囲から逸脱することなく、当業者により、これら実施例になされるものであ る。

ＦＩＧ、ＩＢ ＦＩＧ、　１ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、　３ 国際調査報告

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくともＸ線源と、Ｘ線操作の間、回転軸まわりを回転手段が回転するよ うにする手段を支持した回転可能な手段を有する形式のＸ線装置において、不動 のリファレンスリング手段と、回転手段と不動のリファレンス手段との間の位置 的関係を決定する手段とを含む改良。
2. ２．回転可能な手段が回転面を画定し、さらに、位置的関係が回転面内の二つの 直交ディメンジョンを決定する請求の範囲１の改良。
3. ３．決定手段が回転軸に関し共軸的に位置している円形形状の案内手段と、回転 可能な手段または不動のリファレンス手段のいずれかに対する案内手段の位置を 検出する手段とを含む請求の範囲１の改良。
4. ４．案内手段がリングである請求の範囲１の改良。
5. ５．回転可能な手段が回転の第１の想定面を画定する回転可能なカラーであり、 さらに、リングが、カラーの回転の第１面と実質的に平行か、または、同一の広 がりをもつ第２の想定面にある請求の範囲４の改良。
6. ６．検出手段が、二つの直交ディメンジョン内の第２の想定面内におけるリング の位置を検出する一対の位置検出手段を含む請求の範囲５の改良。
7. ７．検出手段が、第２の想定面に実質的に垂直なディメンジョンにおけるリング の位置を検出する第３の位置検出手段を含む請求の範囲６の改良。
8. ８．第３の位置検出手段に応答して、回転の第１の面に実質的に垂直なディメン ジョンにむけるカラーの位置決めを決定する手段を含む請求の範囲７の改良。
9. ９．位置検出手段が、カラーに取付けられ、Ｘ線源からのＸ線を検出して、リン グの位置を決定するに適しているＸ線検出器を含む請求の範囲６の改良。
10. １０．リングがＸ線透過であり、結果の影像からスキャン品質の観測を可能とす る手段を含む請求の範囲９の改良。
11. １１．可能とする手段が既知の形状をもつターゲット手段を含む請求の範囲１０ の改良。
12. １２．可能とする手段が既知のＸ線密度をもつターゲット手段を含む請求の範囲 １０の改良。
13. １３．位置決定手段が、リングの機械的に検出された位置に応答して電気的信号 を与える手段を含む一対の機械的位置検出器を含む請求の範囲６の改良。
14. １４．機械的位置検出器がカラーに取付けられ、リングが不動のリファレンス手 段に取付けられている請求の範囲１３の改良。
15. １５．検出手段が、リングに対するカラーの角度位置を検出する第４の手段を含 む請求の範囲６の改良。
16. １６．不動のリファレンス手段が患者テーブル手段を含み、リングが患者テーブ ル手段に取付けられている請求の範囲４の改良。
17. １７．検出手段が、少なくとも一つの反射エネルギー源と、反射エネルギーの少 なくとも一つの検出器を含む請求の範囲３の改良。