TWI834963B - Ｘ射線ｃｔ裝置 - Google Patents

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Abstract

[課題]本發明的目的在於提供一種一邊抑制患者的受照射量一邊提高畫質的X射線CT裝置。 [解決手段]本發明的X射線CT裝置(1)具備：X射線源(5)，對患者(P)照射X射線；X射線檢測器(9)，隔著患者(P)所配置之位置而配置於與X射線源(5)相反的一側，並對通過了患者(P)之X射線進行檢測；及旋轉支架(13)，支撐X射線源(5)和X射線檢測器(9)且使X射線源(5)和X射線檢測器(9)一起在患者(P)的周圍旋轉，其中位於患者(P)的體內之等中心點(C)與X射線源(5)之間的距離為可變，並且等中心點(C)與X射線檢測器(9)之間的距離為可變。

Description

Ｘ射線ＣＴ裝置
本發明係有關一種X射線CT裝置。 本申請案係主張基於2020年3月31日申請之日本專利申請第2020-062599號的優先權。該日本申請案的全部內容係藉由參閱而援用於本說明書中。
以往，已知有設置於強子治療裝置(Hadron treatment device)上之X射線CT裝置(參閱專利文獻1)。該X射線CT裝置具有設置於旋轉支架上之X射線源和X射線檢測器，並且X射線源和X射線檢測器被配置成隔著作為治療對象的患者。隨著以患者為中心之旋轉支架的旋轉而X射線源和X射線檢測器圍繞患者旋轉，從而可以獲得患者的CT圖像資料。 [先前技術文獻]
[專利文獻1] 國際公開第2014/041004號手冊
[發明所欲解決之問題]
在上述X射線CT裝置中，為了提高CT圖像的畫質，需要增加X射線的照射劑量，這樣一來會存在患者的受照射量增加之缺點。或者，為了減少患者的受照射量，必須犧牲CT圖像的畫質。如此，在上述CT裝置中，CT圖像的畫質的提高和患者的受照射量的減少處於難以兼具的關係。鑑於該問題，本發明的目的在於提供一種一邊抑制患者的受照射量一邊提高畫質的X射線CT裝置。 [解決問題之技術手段]
本發明的X射線CT裝置具備：X射線源，對攝像對象照射X射線；X射線檢測器，隔著攝像對象所配置之位置而配置於與X射線源相反的一側，並對通過了攝像對象之X射線進行檢測；及旋轉部，支撐X射線源和X射線檢測器且使X射線源和X射線檢測器一起在攝像對象的周圍旋轉，位於攝像對象內之預定的基準位置與X射線源之間的距離為可變，並且基準位置與X射線檢測器之間的距離為可變。
X射線檢測器具備與通過X射線源和基準位置之假想直線正交之X射線檢測面，X射線檢測器可以設為能夠將狀態切換成假想直線通過X射線檢測面的中心位置之第1狀態、及X射線檢測面從第1狀態向旋轉軌跡的切線方向位置挪移而假想直線通過X射線檢測面的端部之第2狀態。 [發明之效果]
依據本發明，能夠提供一種一邊抑制患者的受照射量一邊提高畫質的X射線CT裝置。
以下，參閱圖式的同時，對本發明之X射線CT裝置的實施形態進行詳細地說明。如圖1及圖2所示，本實施形態的X射線CT裝置1安裝於作為放射線治療系統中的一種之質子束治療系統51上。質子束治療系統51例如為對患者P的內部的腫瘤照射質子束來進行治療之裝置。質子束治療系統51具備：加速器52，使帶電粒子加速並射出帶電粒子束；及照射部3，對患者P照射質子束。進而，質子束治療系統51具備：旋轉支架13(旋轉部)，使照射部3圍繞載置患者P之治療台7旋轉；及輸送線路54，連接加速器52與照射部3並將從加速器52射出之質子束輸送至照射部3。
X射線CT裝置1係被稱為CBCT裝置(錐形射束CT裝置)之類型的CT裝置，其係為了準確地對準在質子束治療系統51的治療台7上的患者P的位置而使用。具體而言，在質子束照射治療之前，使用X射線CT裝置1製作設定於治療台7上之狀態的患者P的斷層圖像(CT圖像)，並根據該CT圖像識別患者P(攝像對象)的腫瘤等的位置。將藉由該X射線CT裝置1獲取之CT圖像與預先藉由另一個CT裝置製作之患者P的治療計劃CT圖像進行比較，並對治療台7上之患者P進行對位。再者，可以根據藉由X射線CT裝置1獲取之CT圖像直接對治療台7上之患者P進行對位。
X射線CT裝置1具備對患者P照射X射線之X射線源5、 載置患者P之治療台7及檢測X射線之X射線檢測器9。如圖2所示，本實施形態的X射線CT裝置1具備兩組X射線源5和X射線檢測器9的組，但是X射線源5和X射線檢測器9的組可以為一組。進而，X射線CT裝置1具備圖像生成部17，該圖像生成部17根據藉由X射線檢測器9檢測之X射線來生成患者P的內部的CT圖像。
如圖2所示，X射線源5和X射線檢測器9被旋轉支架13支撐且構成為能夠旋轉，X射線源5及X射線檢測器9一體地圍繞等中心點C旋轉。等中心點C(基準位置)為CT圖像處理或質子束治療的治療計劃的處理等中所使用之座標的原點。等中心點C被設定為旋轉支架13的旋轉中心，並且亦為X射線源5及X射線檢測器9的旋轉中心。但是，旋轉支架13的旋轉軌跡不是正圓，因此作為旋轉支架13的旋轉軸重心之Mechanical Isocenter被設為上述等中心點C。嚴格來說，如此確定之等中心點C並不是完全的一點，有時具有寬度1mm左右的尺寸。再者，藉由基於質子束的照射部3之Star shot照射或Winston Lutz測試求出之旋轉支架13的旋轉驅動重心被稱為Radiation Isocenter。該Radiation Isocenter亦並不是完全的一點而具有某一尺寸，但是等中心點C包含於該Radiation Isocenter中。又，在CT拍攝時及質子束治療時，以使等中心點C位於患者P的體內(例如，腫瘤的位置)的方式配置患者P。
X射線源5具備X射線管5a及準直器5b(參閱圖3)。X射線管5a將以該X射線管5a為頂點之圓錐形的X射線的射束(錐形射束)朝向治療台7進行照射。又，準直器5b能夠藉由開口的開閉來調整X射線管5a的上述X射線的射束的擴展角度。X射線檢測器9為FPD(Flat Panel Detector：平板檢測器)，並且具備檢測來自X射線源5的X射線之X射線檢測面9a。
X射線源5和X射線檢測器9在旋轉支架13上隔著治療台7而配置於彼此相反的一側的位置上。從X射線源5照射X射線，通過治療台7上的患者P之X射線被X射線檢測器9檢測，從而X射線檢測器9可以獲取患者P的X射線圖像資料。此時，藉由旋轉支架13旋轉預定的角度(例如，約180°)，能夠一邊改變投射角度一邊收集與各投射角度相對應之X射線圖像資料。又，此時，載置患者P之治療台7被固定於建築物的地板上之支撐裝置7a支撐，並且與旋轉支架13的旋轉無關地，患者P配置於等中心點C的附近。然後，圖像生成部17根據藉由X射線檢測器9收集之上述X射線圖像資料來執行基於預定的運算之圖像重建處理，並生成患者P的內部的CT圖像。
圖3係以旋轉支架13的旋轉軸線方向的視線示意地表示X射線源5和X射線檢測器9之圖。在圖3中示出一組X射線源5和X射線檢測器9，但是另一組亦具有相同的結構，因此省略重複之說明及圖示。圖中由一點虛線表示之圓15為X射線源5的旋轉軌跡，圓19為X射線檢測面9a的旋轉軌跡。通過X射線源5和等中心點C之假想直線B係通過X射線檢測面9a的中心位置9b，並且與X射線檢測面9a正交。從X射線源5射出且藉由X射線檢測面9a檢測出之X射線的通過範圍係由以X射線源5和X射線檢測面9a的兩端為頂點之三角形表示。然後，在使上述通過範圍以等中心點C為中心進行旋轉時，所有旋轉之上述通過範圍重複之區域，係由與所有旋轉之上述三角形內切之圓H的內側的區域R表示。這樣的區域R還有時被稱為可視化區域或FOV(Field of View：視野)等。在CT拍攝時，患者P的截面需要包含於上述FOV內。
又，在X射線CT裝置1中，還能夠變更X射線檢測器9的設置位置以將X射線源5和X射線檢測器9設定為圖4的狀態並執行CT拍攝。在圖4的狀態下，X射線檢測面9a向旋轉軌跡(圓19)的切線方向位置挪移，並且通過X射線源5和等中心點C之假想直線B，係通過X射線檢測面9a的端部9c。在圖4的狀態下，如幾何學上的理解，FOV(區域R)比圖3的狀態大，因此例如亦能夠應對腰圍大的患者P的CT拍攝。以下中，將圖3的狀態稱為“第1狀態”，並且將圖4的狀態稱為“第2狀態”。
又，在X射線CT裝置1中，等中心點C與X射線源5之間的距離為可變。亦即，在旋轉支架13內，能夠使X射線源5的位置向旋轉徑向(假想直線B方向)移動，並且能夠變更X射線源5的旋轉半徑(圓15的半徑)。相同地，在X射線CT裝置1中，等中心點C與X射線檢測器9之間的距離為可變。亦即，在旋轉支架13內，能夠使X射線檢測器9的位置向旋轉徑向(假想直線B方向)移動，並且能夠變更X射線檢測器9的旋轉半徑(圓19的半徑)。為了分別使X射線源5和X射線檢測器9在旋轉支架13內的位置可變，例如能夠採用使X射線源5等向假想直線B方向能夠滑動之機構等各種公知的機構。
參閱圖5的流程圖及圖6的模式圖並對基於如上述X射線CT裝置1之CT拍攝中的設定進行說明。
再者，X射線CT裝置1具備處理部16(參閱圖2)，該處理部16集中控制X射線源5及X射線檢測器9的動作，處理部16例如為電腦21(參閱圖2)的一個結構。電腦21具有儲存資訊之記憶部18(參閱圖2)，在記憶部18中儲存由圖5的流程圖表示之預定的電腦程式。以下將進行說明之設定可以藉由處理部16自動執行。此時，處理部16能夠使X射線源5相對於旋轉支架13的支撐位置在旋轉支架13的旋轉徑向上移動來進行位置設定。又，處理部16能夠使X射線檢測器9相對於旋轉支架13的支撐位置在旋轉支架13的旋轉徑向及旋轉軌跡的切線方向上移動來進行位置設定。為了能夠進行上述位置設定，在旋轉支架13上可以設置有：驅動裝置(未圖示)，在處理部16的控制下分別使X射線源5和X射線檢測器9移動；及感測器類(未圖示)，分別檢測X射線源5和X射線檢測器9的位置，並將其發送至處理部16。然後，藉由電腦21執行上述電腦程式，可以在藉由處理部16控制之上述驅動裝置及上述感測器類等的協同下進行以下說明之設定。
在設定中，首先，如圖6(a)所示，X射線源5和X射線檢測器9配置於從等中心點C在可動範圍內最遠離之位置上(圖5的S101)。又，此時，調整X射線源5的準直器5b的開度，以使X射線正好照射到X射線檢測面9a的全寬。接著，根據患者P的尺寸的大小等來選擇將X射線檢測器9的設置狀態設為第1狀態(圖3)還是設為第2狀態(圖4)，並使X射線檢測器9以所選擇之任一個設置狀態設置於旋轉支架13上(圖5的S103)。其中，可以根據光學感測器、距離感測器來計測患者P的尺寸。或者，可以根據從治療計劃用CT獲得之資訊來識別患者P的尺寸。在患者P的尺寸比規定小的情況下選擇第1狀態，在患者P的尺寸比規定大的情況下選擇第2狀態。再者，以下中，以選擇第1狀態之情況為例對以後的處理進行說明，但是選擇第2狀態時的處理亦相同，因此省略重複之說明。
接著，如圖6(b)所示，X射線檢測器9移動並設置成靠近等中心點C(圖5的S113)。其中，若X射線檢測器9與等中心點C之間的距離太近，則在旋轉支架13旋轉時，X射線檢測器9與治療台7或患者P有可能產生干涉。因此，在不產生這樣的干涉的範圍內，X射線檢測器9設置於盡可能接近等中心點C的位置上。又，其中，設置X射線檢測器9，以使從X射線源5向X射線檢測器9投影之患者P的投影圖像Q的寬度與X射線檢測器9的可視化區域(X射線檢測面9a)的寬度盡可能接近。亦即，設置X射線檢測器9，以能夠盡可能廣泛使用X射線檢測器9的可視化區域。
具體而言，作為X射線檢測器9的位置設定，如下執行圖5的S111～S119的處理。首先，預先在處理部16中製作並保存X射線檢測器9、X射線源5、治療台7及患者P的三維模型。關於上述患者P的三維模型，根據患者P的體表面積資訊計算出，關於上述體表面積資訊，從製作患者P的治療計劃時的計劃CT獲得。在S111中，根據X射線檢測器9及X射線源5的當前位置資訊和上述三維模型執行模擬實驗，並判定在旋轉支架13旋轉時是否產生X射線檢測器9與治療台7或患者P的干涉(圖5的S111)。
當在S111中判定為產生干涉之情況下，在與處理部16連接之未圖示的資訊輸出裝置(資訊顯示畫面)上顯示表示對操作員之警告之畫面(圖5的S117)。進而，使X射線檢測器9向遠離等中心點C之方向略微移動(圖5的S119)，從而使X射線檢測器9設置於不產生上述干涉的位置上。之後，處理進入後述S121。又，此時，將X射線檢測器9的當前位置設定為X射線檢測器9的移動範圍的極限位置(接近等中心點C的一側的極限位置)，並且可以設為禁止X射線檢測器9向比該極限位置更靠近等中心點C側移動。
相對於此，當在上述S111中判定為不產生干涉之情況下，使X射線檢測器9僅移動預定距離，以使其設置在靠近等中心點C(圖5的S113)。之後，判定患者P的投影圖像Q的寬度與X射線檢測器9的可視化區域(X射線檢測面9a)的寬度是否基本相等(圖5的S115)。亦即，判定患者P的投影圖像Q的寬度與上述可視化區域的寬度之差是否為預定量以下。當在S115中判定為投影圖像Q的寬度與X射線檢測器9的可視化區域的寬度基本相等之情況下，處理進入後述S121，在其他情況下，從前述S111再次反覆進行處理。
關於上述S115中之投影圖像Q，預先在處理部16中根據製作患者P的治療計劃時的計劃CT來獲取投影圖像Q作為假想投影圖像(DRR：Digitally Reconstructed Radiographs：數位重組影像)。然後，在上述S115中，根據X射線檢測器9及X射線源5的當前位置資訊求出DDR，並藉由模擬實驗獲得患者P的投影圖像Q。
接著，如圖6(c)所示，X射線源5移動並設置成靠近等中心點C(圖5的S123)。其中，若X射線源5與等中心點C之間的距離太近，則在旋轉支架13旋轉時，X射線源5與治療台7或患者P有可能產生干涉。因此，在不產生這樣的干涉的範圍內，X射線源5設置於盡可能接近等中心點C的位置上。又，其中，設置X射線源5，以使從X射線源5向X射線檢測器9的患者P的投影圖像Q的寬度與X射線檢測器9的可視化區域(X射線檢測面9a)的寬度盡可能接近。亦即，設置X射線源5，以能夠盡可能廣泛使用X射線檢測器9的可視化區域。
具體而言，作為X射線源5的位置設定，執行圖5的S121～S129的處理。基於該S121～S129之X射線源5的位置設定的處理與基於前述S111～S119之X射線檢測器9的位置設定的處理相同，因此省略重複之說明。
接著，如圖6(d)所示，再次調整X射線源5的準直器5b的開度，並且將輻射場調整為相對於X射線檢測器9的有效區域(X射線檢測面9a)的最佳範圍(圖5的S133)。其中，可以利用前述DDR的模擬實驗來求出應調整的準直器5b的開度。例如，其中，X射線正好照射到X射線檢測面9a的全寬。再者，其中，可以有意地縮小準直器5b的開度以使來自X射線源5的輻射場對準標靶(患者P)的關注區域的範圍。此時，藉由縮小輻射場來減少散射線，從而提高CT圖像的畫質。接著，根據X射線管5a與X射線檢測面9a之間的距離來設定X射線管5a的電流量(曝光參數)，以獲得用於獲得充分的CT圖像的畫質所需的X射線劑量(圖5的S135)。
在如上所述的X射線CT裝置1中，以使患者P的投影圖像Q的寬度與X射線檢測器9的可視化區域的寬度盡可能接近，並且在X射線源5和X射線檢測器9在旋轉時不干涉其他機器(治療台7等)的範圍內，能夠盡可能縮小X射線源5與X射線檢測面9a之間的距離。這樣一來，藉由X射線源5與X射線檢測面9a之間的距離變小，在不增加X射線的劑量之情況下提高藉由CT拍攝獲得之CT圖像的畫質。又，藉由X射線源5與X射線檢測面9a之間的距離變小來減少散射線亦有助於提高CT圖像的畫質。因此，依據該X射線CT裝置1，能夠一邊抑制X射線劑量並抑制患者P的X射線受照射量一邊提高畫質。
又，在X射線CT裝置1中，不僅能夠選擇第1狀態(圖3)，亦能夠選擇第2狀態(圖4)來進行攝像。因此，能夠使FOV依據患者P的腰圍等變寬至第2狀態，從而亦容易應對腰圍大的患者P等。
本發明以上述實施形態為首，能夠根據本領域技術人員的知識實施了各種變更、改善之各種形態實施。又，亦能夠利用上述實施形態中所記載之技術內容來構成變形例。可以適當組合使用各實施形態的結構。
在實施形態中，在執行X射線檢測器9的位置設定(圖5的S111～S119)之後執行X射線源5的位置設定(圖5的S121～S129)，但是替換該順序，可以在執行X射線源5的位置設定(圖5的S121～S129)之後執行X射線檢測器9的位置設定(圖5的S111～S119)。又，圖5的流程圖中的處理的至少一部分可以藉由X射線CT裝置1的操作員之手動操作來執行。又，在實施形態中，對將本發明的X射線CT裝置適用於安裝於質子束治療系統中之CBCT裝置中之一例進行了說明，但是本發明亦能夠適用於外科用X射線CT裝置或牙科用X射線CT裝置中。
1:X射線CT裝置 5:X射線源 9:X射線檢測器 9a:X射線檢測面 9b:中心位置 9c:端部 13:旋轉支架(旋轉部) B:假想直線 C:等中心點(基準位置) P:患者(攝像對象)
[圖1]係表示具備本實施形態的X射線CT裝置之質子束治療系統之圖。 [圖2]係表示質子束治療系統的旋轉支架之立體圖。 [圖3]係示意地表示第1狀態下之X射線源與X射線檢測器的位置關係之圖。 [圖4]係示意地表示第2狀態下之X射線源與X射線檢測器的位置關係之圖。 [圖5]係表示X射線CT裝置的設定之流程圖。 [圖6]中，圖6(a)～圖6(d)係依序表示X射線CT裝置的設定之圖。
5:X射線源
5a:X射線管
5b:準直器
7:治療台
9:X射線檢測器
9a:X射線檢測面
B:假想直線
C:等中心點
R:區域
P:患者
Q:投影圖像

Claims (2)

  1. 一種X射線CT裝置，具備：X射線源，係對攝像對象照射X射線；X射線檢測器，係隔著前述攝像對象所配置之位置而配置於與前述X射線源相反的一側，並對通過了前述攝像對象之前述X射線進行檢測；及旋轉部，係支撐前述X射線源和前述X射線檢測器且使前述X射線源和前述X射線檢測器一起在前述攝像對象的周圍旋轉；位於前述攝像對象內的預定的基準位置與前述X射線源之間的距離，在前述旋轉部的旋轉徑向上是可變的，並且，前述基準位置與前述X射線檢測器之間的距離，在前述旋轉部的旋轉半徑方向上是可變的，前述X射線源和前述X射線檢測器構成為在前述旋轉部的前述旋轉徑向上移動。
  2. 如請求項1所述之X射線CT裝置，其中前述X射線檢測器具備X射線檢測面，該X射線檢測面與通過前述X射線源和前述基準位置之假想直線正交，前述X射線檢測器能夠將狀態切換成如下狀態：前述假想直線通過前述X射線檢測面的中心位置之第1狀態；及前述X射線檢測面從前述第1狀態向旋轉軌跡的切線方向位置挪移而前述假想直線通過前述X射線檢測面的端部之第2狀態。
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