Ｘ線コンピュータトモグラフィ装置
【課題】本発明の目的は、照射線量調整をＸ線のパルス幅制御により実現すること。
【解決手段】Ｘ線コンピュータトモグラフィ装置は、Ｘ線を発生するＸ線管１０と、被検体を透過したＸ線を検出するためのＸ線検出器２３と、Ｘ線検出器からＸ線信号を繰り返し収集するデータ収集部２４と、発生されたＸ線をパルスＸ線に変換するためにＸ線管と被検体との間に配置され、シャッタ開期間と閉期間との比率が可変に構成されたシャッタ機構部２２と、収集したＸ線信号に基づいて画像データを再構成する再構成部３６と、シャッタ開期間と閉期間との比率を変化させるためにシャッタ機構部を制御するシャッタシフトコントローラ４１とを具備する。
【解決手段】Ｘ線コンピュータトモグラフィ装置は、Ｘ線を発生するＸ線管１０と、被検体を透過したＸ線を検出するためのＸ線検出器２３と、Ｘ線検出器からＸ線信号を繰り返し収集するデータ収集部２４と、発生されたＸ線をパルスＸ線に変換するためにＸ線管と被検体との間に配置され、シャッタ開期間と閉期間との比率が可変に構成されたシャッタ機構部２２と、収集したＸ線信号に基づいて画像データを再構成する再構成部３６と、シャッタ開期間と閉期間との比率を変化させるためにシャッタ機構部を制御するシャッタシフトコントローラ４１とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線コンピュータトモグラフィ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のＸ線コンピュータ断層撮影装置では、連続Ｘ線が主流である。Ｘ線を連続的に被検体に照射しながら、データ収集が一定周期で繰り返される。データ収集サイクルは、大まかに電荷蓄積期間、信号電荷読出し期間、電荷リセット期間から構成される。原理的には、電荷蓄積期間内に照射されるＸ線に限りデータに反映される。従って、被曝低減にとっては、Ｘ線を連続的ではなく、電荷蓄積期間に同期させてパルス状のＸ線を被検体に照射することが有効である。しかし、スキャン時間が０．５秒又はそれ以下の超高速スキャンが主流となっている現在では、高電圧発生装置の負荷が大きく、採用されていない。また、短いパルスのＸ線を作ろうとすると、パルスの立ち上がりの部分で低エネルギーのＸ線が発生するために表面被曝線量を増加してしまうという欠点がある。
【０００３】
従って、特許第２７０４０８４号明細書、特許第２７６８９３２号明細書、特許第３３９４０３８号明細書、特開平１０−２９５６８１号公報に記載されるように、管電流制御により照射線量調整を行っているのが現状である。
【特許文献１】特許第２７０４０８４号明細書
【特許文献２】特許第２７６８９３２号明細書
【特許文献３】特許第３３９４０３８号明細書
【特許文献４】特開平１０−２９５６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、照射線量調整をＸ線のパルス幅制御により実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるＸ線コンピュータトモグラフィ装置は、Ｘ線を発生するＸ線管と、被検体を透過したＸ線を検出するためのＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器からＸ線信号を繰り返し収集する収集部と、前記発生されたＸ線をパルスＸ線に変換するために前記Ｘ線管と前記被検体との間に配置され、シャッタ開期間と閉期間との比率が可変に構成されたシャッタ機構部と、前記収集したＸ線信号に基づいて画像データを再構成する再構成部と、前記シャッタ開期間と閉期間との比率を変化させるために前記シャッタ機構部を制御する制御部とを具備する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、照射線量調整をＸ線のパルス幅制御により実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の実施の形態を説明する。なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置には、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／回転方式と、リング上に多数のＸ線検出器が配置され、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転方式と、複数のＸ線管がリング上に配置され、複数のＸ線検出器も同様にリング上に配置された固定／固定方式等様々な方式があり、いずれの方式でも本発明を適用可能である。回転／回転方式に関して、一対のＸ線管とＸ線検出器とが回転フレームに搭載された一管球型と、Ｘ線管とＸ線検出器との対が回転フレームに複数搭載されたいわゆる多管球型とがあるが、いずれの型でも本発明を適用可能である。Ｘ線検出器に関して、被検体を透過したＸ線をシンチレータ等の蛍光体で光に変換してから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あるが、本発明はいずれの形を採用してもよい。
【０００８】
図１に、本実施の形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示している。ガントリ１には、略円環形状の回転フレーム１２が収容される。回転機構１８は、回転フレーム１２を回転軸Ｒまわりに回転自在に支持するとともに、その駆動系統を備えている。回転フレーム１２には、Ｘ線管１０と、Ｘ線管１０のＸ線焦点を中心として円弧状に配列された複数のＸ線検出素子を有する多チャンネル型のＸ線検出器２３とが、寝台２の天板２ａ上に載置された被検体を挟んで対向して取り付けられている。高電圧発生器２１は、Ｘ線管１０の陰極と陽極間に高電圧を印加するとともに、陰極フィラメントにフィラメント加熱電流を供給するために設けられている。
【０００９】
Ｘ線管１０は、Ｘ線遮蔽性の高い重金属製のハウジングに収容されている。そのハウジングの一部分は開けられ、そこにＸ線透過性の高い材料でＸ線放射窓が埋め込まれている。ハウジングのＸ線放射窓に対応する部分にはコリメータ１１が取り付けられている。Ｘ線放射窓から放射するＸ線は、コリメータ１１により所定形状に成形される。なお、説明の便宜上、回転フレーム１２の回転中心軸をＺ軸と規定して、回転フレーム１２の回転とともにＺ軸まわりに回転する直交３軸の回転座標系を定義する。Ｘ軸は、陰極で発生した電子ビームが衝突するＸ線管１０内陽極ターゲット上のスポット（Ｘ線焦点）の中心と、Ｘ線検出器２３の素子配列中心とを結ぶ線、つまりコリメータ１１から放射される円錐又は角錐形のＸ線ビームの中心線に既定する。
【００１０】
シャッタ機構２２は、コリメータ１１と被検体との間に配置され、実際にはコリメータ１１の射出口に取り付けられる。シャッタ機構２２は、Ｘ線管１０により連続的に発生されたＸ線を、一定の周期で繰り返されるパルスＸ線に変換する機能を有する。シャッタ機構２２は、また、パルスＸ線の周期を一定に維持したまま、パルス幅（パルス継続時間ともいう）を変化させる機能を有する。以下、シャッタ機構２２の構造について詳細に説明する。
【００１１】
シャッタ機構２２は、図２に示すように、Ｘ線遮蔽性の高い鉛に代表される重金属板を剛性の高い鉄等の板で補強した円盤状のシャッタディスク２５を備える。シャッタディスク２５は、その面がＸ線の中心軸に対して略垂直になるように配置される。シャッタ機構２２は、シャッタディスク２５とともに、図示しないが、シャッタディスク回転機構を有する。シャッタディスク回転機構は、シャッタディスク２５をその円板中心線を回転軸として回転自在に支持する構造とともに、シャッタディスク２５を一定速度で回転駆動する駆動系統を備える。シャッタディスク２５の回転軸はＸ軸と略平行に設けられる。シャッタディスク２５の回転速度は、データ収集装置２４のデータ収集サイクルに応じた速度に決められている。
【００１２】
シャッタディスク２５には、少なくとも一つの開口部２６が開けられている。開口部２６は、円周方向の開口率が半径方向に関して変化する形状を有する。開口率とは、開口部２６の数をｎとしたとき、円周の長さの１／ｎに対する一つの開口部２６の円周方向の長さの比率を表しており、開口部２６が円周方向に長ければ開口率は高くなり、逆に開口部２６が円周方向に短ければ開口率は低くなる。開口率の変化に応じて、シャッタ開期間と閉期間との比率が変化する。開口部２６の形状の具体例を図３に示している。この例では円周方向に一定周期（９０°）で４つの開口部２６が形成されている。開口部２６の数は４に限定する必要はない。
【００１３】
各開口部２６は、ディスク２５の中心Ｏから半径ｒ１までの範囲では開口率１．０の開口幅を有する。つまり、この範囲では、４つの開口部２６は連結される。各開口部２６は、半径ｒ１からｒ２までの範囲では開口率０．７の開口幅を有し、半径ｒ２からｒ３までの範囲では開口率０．３の開口幅を有する。このように開口率がディスク２６の半径方向に関して段階的に変化するように開口部２６が形成されている。段階数は図３の例では“３”であるが、２段階であってもよいし、４段階以上任意の段数に設定されることに制約はない。
【００１４】
このような構成によると、ディスク２５に対するＸ線の照射位置がディスク２５の中心Ｏから半径ｒ１までの範囲内に調整されているとき、Ｘ線に対するシャッター効果は発揮されず、従来同様に、電荷蓄積期間、信号電荷読出し期間、電荷リセット期間から構成されるデータ収集サイクルの全期間にわたってＸ線は被検体に照射される。ディスク２５に対するＸ線の照射位置が半径ｒ１から半径ｒ２までの範囲内に調整されているとき、データ収集サイクルの７０％の期間に限りＸ線が被検体に照射される。ディスク２５に対するＸ線の照射位置が半径ｒ２から半径ｒ３までの範囲内に調整されているとき、データ収集サイクルの３０％の期間に限りＸ線が被検体に照射される。つまり、図３の形状を有するディスク２５にはその中心から外周に向かってシャッター効果が段階的に高くなるように開口部２６が形成されている。
【００１５】
図４には、開口部２６の形状の他の具体例を示している。この例でも円周方向に一定周期（９０°）で４つの開口部２６が形成されている。この例でも、開口部２６の数は４に限定する必要はない。各開口部２６は、ディスク２５の中心Ｏから半径ｒ１までの範囲では開口率１．０の開口幅を有する。つまり、この範囲では、４つの開口部２６は連結される。各開口部２６は、半径ｒ１からｒ２までの範囲では開口率が１．０から０．３に至るまで連続的に低下する開口幅を有する。このような構成により、開口部２６の開口率は、ディスク２６の半径方向に関して連続的に無段階で変化する。つまり、図４の形状を有するディスク２５にはその中心から外周に向かってシャッター効果が無段階で高くなるように開口部２６が形成されている。
【００１６】
図１２には、他の構造のシャッタ機構２２を示している。このシャッタ機構２２は、スタックされる２枚のシャッタディスク２５−１，２５−２を有する。シャッタディスク２５−１，２５−２にはそれぞれ開口部２６−１，２６−２が形成されている。開口部２６−１，２６−２は、円周方向の開口率が半径方向に関して一定の形状を有する。一方のシャッタディスク２５−１に対する他方のシャッタディスク２５−２の角度差は可変である。この角度差を変えることにより、開口部２６−１，２６−２の合成により形成される開口部の開口率が変化する。シャッタ機構２２は、一方のシャッタディスク２５−１に対する他方のシャッタディスク２５−２の角度差を変化させるための機構を装備している。また、シャッタ機構２２は、シャッタディスク２５−１とシャッタディスク２５−２との間の設定された角度差を維持したままで、シャッタディスク２５−１とシャッタディスク２５−２とを同じ方向に同じ速度で回転するための機構を装備している。
【００１７】
シャッタディスク回転機構には、図３の形状のシャッタディスク２５と図４の形状のシャッタディスク２５とのいずれかが装備される。シャッタディスク回転機構は、シャッタディスク２５を着脱する機構を備え、図３の形状のシャッタディスク２５と図４の形状のシャッタディスク２５とを任意に選択的に装着するようにしてもよい。
【００１８】
シャッタシフト機構１９は、図３，図４に矢印で示すように、シャッタディスク２５をシャッタディスク回転機構とともにその半径方向（Ｚ軸に平行）に前後に移動自在（シフト自在）に支持する構造と、シャッタディスク２５とシャッタディスク回転機構のシフトを駆動する駆動系統を備える。Ｘ線管１０及びコリメータ１１はフレーム１２に対して固定されているので、シャッタディスク２５をシフトすることにより、図５、図６に示すように、シャッタディスク２５上に照射するＸ線スポットの中心位置はシャッタディスク２５の半径方向に沿って移動する。この移動により、高電圧発生器２１の負荷を軽減させてＸ線を連続的に発生させながら、被検体への連続的なＸ線の照射と被検体へのパルスＸ線の照射とを切り替えることができ、またそのパルスＸ線のパルス幅を変化させることができる。
【００１９】
キャビネット３は、システム全体の動作を制御するシステムコントローラ２９、スキャンコントローラ３０、データ収集装置２４で収集されたＸ線信号（ディジタルの投影データ）を補正するための前処理ユニット３４、投影データを記憶し、また再構成された画像データを記憶するためのデータ記憶装置３５、投影データに基づいて画像データを再構成する再構成ユニット３６、表示プロセッサ３７、ディスプレイ３８、マウス及びキーボードを含む入力器３９、シャッタシフト機構１９によるシャッタディスク２５のシフトを制御するためのシャッタシフトコントローラ４１、データ収集装置２４のデータ収集トリガを発生するためのトリガ発生部４２を備えている。トリガ発生部４２は、シャッタディスク２５が微小角度回転するごとにロータリエンコーダ２０から出力されるパルスをカウントし、カウント数が基準値に達したタイミングでトリガを発生する。基準値は、シャッタディスク２５の開口部２６の周期、例えば９０°に相当する数に既定されている。それによりシャッタディスク２５の回転に伴う被検体へのパルスＸ線の照射のタイミングに対してデータ収集サイクルを同期させことができる。
【００２０】
次に本実施の形態の動作を説明する。まず、データ収集動作として、上述したようにデータ収集装置２４は、トリガ発生器４２から一定の周期で繰り返し出力されるトリガに従って、Ｘ線検出器２３からＸ線信号を収集するためのデータ収集サイクルを繰り返す。データ収集サイクルには、電荷蓄積期間と電荷読出し期間とリセット期間とが含まれる。電荷蓄積期間内に発生した電荷は各検出素子に対応するキャパシタに蓄積され、電荷読出し期間において電流信号として各検出素子からデータ収集装置２４に読み出され、電圧信号に変換され、増幅され、さらにディジタルデータに変換される。キャパシタは次のデータ収集サイクル前にリセット期間においてリセットされる。ここではトリガから次のトリガまでの期間を、ビュー期間と称する。スキャンとは、Ｘ線管１０が被検体の周囲を１枚の断層画像データの再構成に要する３６０度又は（１８０°＋ファン角）回転する間に投影データを収集する動作として定義され、連続回転ではスキャンが繰り返し実行される。
【００２１】
上述のようにシャッタディスク２５の回転により連続Ｘ線をパルスＸ線に変換するようにしたので、パルスＸ線の周期変動を抑えてその安定化を図ることができる。さらに、シャッタディスク２５のシフトにより、連続Ｘ線からパルスＸ線への切り替え、さらにパルス幅変更の高速化を高精度で実現している。このような優位性により、本実施の形態では、スキャンごと、さらにはスキャン期間中にあっても、連続Ｘ線からパルスＸ線への切り替え、さらにパルス幅の変更を可能としている。
【００２２】
図７は本実施の形態によるスキャンごとにパルスＸ線のパルス幅を変更する動作をタイムチャートで示している。なお、以下の説明ではシャッタディスク２５は図３の構造を有するものとして説明する。シャッタディスク２５の回転速度は、トリガから次のトリガまでのビュー期間の時間長に従って調整される。つまり、シャッタディスク２５の開口部２６が、トリガ周期と同じ周期で、シャッタディスク２５上のＸ線照射位置に到来するように、シャッタディスク２５に形成された開口部２６の数をｎとすると、シャッタディスク２５が角度（３６０°／ｎ）を回転するのに要する時間が、トリガの周期（ビュー期間）に一致するようにシャッタディスク２５の回転速度がロータリーエンコーダ２０の出力パルスに基づいてスキャンコントローラ３０により制御されている。また、シャッタディスク２５の回転によるシャッタ開期間の始期にトリガが同期して立ち上がるように、トリガ発生器４２はロータリーエンコーダ２０の出力パルスに基づいてトリガパルスを時間的にシフトする。
【００２３】
また、全てのスキャンにわたって、高電圧発生器２１からＸ線管１０には一定振幅の管電圧が継続的に印加される。また、全てのスキャンにわたって、Ｘ線管１０に一定振幅の管電流が継続的に流れるように一定振幅でフィラメント過熱電流が継続的に供給される。それにより全てのスキャンにわたって、Ｘ線管１０から一定の線質且つ一定の線量でＸ線が連続的に発生される。
【００２４】
連続スキャン中のあるスキャン期間＃１では、シャッタシフトコントローラ４１の制御のもと、シャッタディスク２５に対するコリメータ１１からのＸ線の照射位置が例えばシャッタディスク２５の半径ｒ１から半径ｒ２までの範囲内に収まるように、シャッタディスク２５の位置がシャッタシフト機構１９によりに調整されている。それにより、ビュー期間の７０％に相当するパルス幅を有するパルスＸ線が、トリガ周期に等価な周期で被検体に繰り返し照射される。
【００２５】
次のスキャン期間＃２では、シャッタディスク２５に対するコリメータ１１からのＸ線の照射位置がシャッタディスク２５の半径ｒ２から半径ｒ３までの範囲内に収まるように、シャッタディスク２５の位置がシャッタシフト機構１９によりシフトされる。それにより、パルス幅は変化し、ビュー期間の３０％に相当するパルス幅を有するパルスＸ線が、トリガ周期に等価な周期で被検体に繰り返し照射される。
【００２６】
スキャンごとのパルス幅の変更は、例えばマルチスライススキャンやヘリカルスキャン等の連続スキャン中に被検体のスキャン位置が変化する方式のスキャンにおいて有効である。被検体のＸ線減衰量はスキャン部位によって変動する。Ｘ線減衰量の低い部位に、Ｘ線減衰量の高い部位と同等の線量でＸ線を照射することは被曝低減の観点からは好ましくない。スキャン部位の移動に応じて、スキャンごとにパルス幅を変化させることで、そのような不要な被曝を回避することができる。
【００２７】
操作者が入力器３９を介して手動操作により任意タイミングでパルスＸ線のパルス幅を変化させるようにしてもよいし、事前のスキャン計画時に取得されたスキャノグラムのデータに基づいて複数のスキャン位置に対してそれぞれ好適なパルス幅をシャッタシフトコントローラ４１において予め決定し、それに応じてパルスＸ線のパルス幅を自動的に変化させるようにしてもよい。さらに、連続スキャン中に、１つ又はそれ以上前のスキャンにおいて収集した投影データに基づいてシャッタシフトコントローラ４１においてパルス幅を決定し、それに応じてパルスＸ線のパルス幅をダイナミックに変化させるようにしてもよい。このようにパルス幅の変化方法は任意である。
【００２８】
図８には本実施の形態によるスキャン期間中にパルスＸ線のパルス幅を変更する動作をタイムチャートで示している。スキャン期間内の当初では、シャッタシフトコントローラ４１の制御のもと、シャッタディスク２５に対するコリメータ１１からのＸ線の照射位置が例えばシャッタディスク２５の半径ｒ１から半径ｒ２までの範囲内に収まるように、シャッタディスク２５の位置がシャッタシフト機構１９によりに調整されている。それにより、ビュー期間の７０％に相当するパルス幅を有するパルスＸ線が、トリガ周期に等価な周期で被検体に繰り返し照射される。
【００２９】
同じスキャン期間内のある時点で、シャッタディスク２５に対するコリメータ１１からのＸ線の照射位置がシャッタディスク２５の半径ｒ２から半径ｒ３までの範囲内に収まるように、シャッタディスク２５の位置がシャッタシフト機構１９によりシフトされる。それにより、パルス幅は変化し、ビュー期間の３０％に相当するパルス幅を有するパルスＸ線が、トリガ周期に等価な周期で被検体に繰り返し照射される。
【００３０】
図７の例と同様に、操作者が入力器３９を介して手動操作により任意タイミングでパルスＸ線のパルス幅を変化させるようにしてもよいし、事前のスキャン計画時に多方向から取得されたスキャノグラムのデータに基づいて複数の角度に対してそれぞれ好適なパルス幅をシャッタシフトコントローラ４１において予め決定し、それに応じてパルスＸ線のパルス幅を自動的に変化させるようにしてもよい。さらに、連続スキャン中に、半回転前、１回転前、又は数回転前の時点で収集した投影データに基づいてシャッタシフトコントローラ４１においてパルス幅を決定し、それに応じてパルスＸ線のパルス幅をダイナミックに変化させるようにしてもよい。このようにパルス幅の変化方法は任意である。
【００３１】
スキャン期間中のパルス幅の変更は、例えばシングルスライススキャン、マルチスライススキャン、ヘリカルスキャン等の全てのスキャンにおいて、被曝低減効果を発揮できる。特に、マルチスライススキャン、ヘリカルスキャンにおいて、上記図７の方式と併用することにより、その効果はさらに向上する。
【００３２】
上述の説明では、シャッタディスク２５の回転によるシャッタ開期間の始期にトリガが同期して立ち上がるように、トリガ発生器４２はロータリーエンコーダ２０の出力パルスに基づいてトリガパルスを時間的にシフトする。しかし、図９、図１０に示すように、シャッタディスク２５の回転によるシャッタ開期間の中心に、ビュー期間又は電荷蓄積期間の中心が一致するように、又はシャッタ開期間の始期から、シャッタ開期間に応じた遅れ時間経過後にビュー期間が開始するように、トリガパルスの時間的なシフト量をシャッタディスク２５の位置に応じて変化させることようにしてもよい。それによると、シャッタディスク２５の回転ぶれ等に起因する被検体へのＸ線照射期間が電荷蓄積期間から部分的に外れるという事態を効果的に防止することができる。
【００３３】
以上のように、本実施の形態によると、シャッタ機構により連続Ｘ線をパルスＸ線に変換することで、不要な被曝を回避することができる。さらにパルス幅の変化を可能としたことで、被曝低減効果を必要に応じて促進させることができる。また、次のような効果も奏することができる。上述したように投影データは電荷蓄積期間内にＸ線入射に伴って発生した電荷量を反映している。電荷蓄積期間にもＸ線管１０は回転継続しているので、図１１（ａ）に示すように、Ｘ線焦点はその回転方向に沿って仮想的に拡大する。Ｘ線焦点が拡大すると、空間分解能が劣化することは周知のとおりである。従来では、被曝低減のために管電流制御により連続Ｘ線の線量を低下させることで対応していた。そのため空間分解能の劣化は依然として残存するものであった。本実施の形態では、被曝低減効果を、空間分解能の向上とともに実現し得るものである。本実施の形態では、線量一定のもとでパルス幅制御により必要に応じた被曝低減を実現している。従って、図１１（ｂ）に示すように、従来と同じ電荷蓄積期間であっても、Ｘ線の照射期間は短縮される。そのＸ線の照射期間短縮に伴って、Ｘ線焦点の仮想的な拡大は抑えられ、空間分解能の劣化は抑えられ得る。
【００３４】
本実施の形態は、Ｘ線管とＸ線検出器との対が回転フレームに複数搭載されたいわゆる多管球型にも適用可能である。例えば、Ｘ線管とＸ線検出器とが回転フレームに３つずつ搭載された場合、３つのＸ線管に３つのシャッタ機構２２がそれぞれ装備される。相互に散乱線が影響しあうことを避けるために、スキャンコントローラ３０は、３つのシャッタ機構２２の開期間が重ならないように３つのシャッタ機構２２のディスク２５の回転位相を制御する（図１３参照）。初期的には、開期間は、３つのシャッタ機構２２の交互周期よりも短く設定されている。それにより開期間が多少ずれたとしても、３つのシャッタ機構２２の開期間が重ならないことが保証されうる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るＸ線コンピュータトモグラフィ装置の構成を示す図。
【図２】図１のシャッタ機構の配置を示す図。
【図３】図２のシャッタディスクの平面図。
【図４】図２のシャッタディスクのシフトを示す図。
【図５】図２のシャッタディスクの他の構造を示す平面図。
【図６】図５のシャッタディスクのシフトを示す図。
【図７】図１のシャッタシフトコントローラによるスキャンごとのシャッタ開期間の変化を示す図。
【図８】図１のシャッタシフトコントローラによるスキャン期間中のシャッタ開期間の変化を示す図。
【図９】図１のトリガ発生部によるトリガシフト機能を図７と比較して示す示す図。
【図１０】図１のトリガ発生部によるトリガシフト機能を図８と比較して示す示す図。
【図１１】本実施の形態により被曝低減とともに奏される仮想焦点のサイズダウン効果を示す図。
【図１２】図１のシャッタ機構の他の構造を示す平面図。
【図１３】多管球型Ｘ線ＣＴに装備される複数のシャッタ機構に対する図１のシャッタシフトコントローラの制御を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
１…ガントリ、２…寝台、２ａ…天板、１０…Ｘ線管、１１…コリメータ、１２…回転フレーム、１８…回転機構、１９…シャッタシフト機構、２０…ロータリエンコーダ、２１…高電圧発生器、２２…シャッタ機構、２３…多チャンネル型Ｘ線検出器、２４…データ収集装置、２５…シャッタディスク、２６…開口部、２９…システムコントローラ、３０…スキャンコントローラ、３４…前処理ユニット、３５…データ記憶装置、３６…再構成ユニット、３７…表示プロセッサ、３８…ディスプレイ、３９…入力器、４１…シャッタシフトコントローラ、４２…トリガ発生部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線コンピュータトモグラフィ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のＸ線コンピュータ断層撮影装置では、連続Ｘ線が主流である。Ｘ線を連続的に被検体に照射しながら、データ収集が一定周期で繰り返される。データ収集サイクルは、大まかに電荷蓄積期間、信号電荷読出し期間、電荷リセット期間から構成される。原理的には、電荷蓄積期間内に照射されるＸ線に限りデータに反映される。従って、被曝低減にとっては、Ｘ線を連続的ではなく、電荷蓄積期間に同期させてパルス状のＸ線を被検体に照射することが有効である。しかし、スキャン時間が０．５秒又はそれ以下の超高速スキャンが主流となっている現在では、高電圧発生装置の負荷が大きく、採用されていない。また、短いパルスのＸ線を作ろうとすると、パルスの立ち上がりの部分で低エネルギーのＸ線が発生するために表面被曝線量を増加してしまうという欠点がある。
【０００３】
従って、特許第２７０４０８４号明細書、特許第２７６８９３２号明細書、特許第３３９４０３８号明細書、特開平１０−２９５６８１号公報に記載されるように、管電流制御により照射線量調整を行っているのが現状である。
【特許文献１】特許第２７０４０８４号明細書
【特許文献２】特許第２７６８９３２号明細書
【特許文献３】特許第３３９４０３８号明細書
【特許文献４】特開平１０−２９５６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、照射線量調整をＸ線のパルス幅制御により実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるＸ線コンピュータトモグラフィ装置は、Ｘ線を発生するＸ線管と、被検体を透過したＸ線を検出するためのＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器からＸ線信号を繰り返し収集する収集部と、前記発生されたＸ線をパルスＸ線に変換するために前記Ｘ線管と前記被検体との間に配置され、シャッタ開期間と閉期間との比率が可変に構成されたシャッタ機構部と、前記収集したＸ線信号に基づいて画像データを再構成する再構成部と、前記シャッタ開期間と閉期間との比率を変化させるために前記シャッタ機構部を制御する制御部とを具備する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、照射線量調整をＸ線のパルス幅制御により実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の実施の形態を説明する。なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置には、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／回転方式と、リング上に多数のＸ線検出器が配置され、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転方式と、複数のＸ線管がリング上に配置され、複数のＸ線検出器も同様にリング上に配置された固定／固定方式等様々な方式があり、いずれの方式でも本発明を適用可能である。回転／回転方式に関して、一対のＸ線管とＸ線検出器とが回転フレームに搭載された一管球型と、Ｘ線管とＸ線検出器との対が回転フレームに複数搭載されたいわゆる多管球型とがあるが、いずれの型でも本発明を適用可能である。Ｘ線検出器に関して、被検体を透過したＸ線をシンチレータ等の蛍光体で光に変換してから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あるが、本発明はいずれの形を採用してもよい。
【０００８】
図１に、本実施の形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示している。ガントリ１には、略円環形状の回転フレーム１２が収容される。回転機構１８は、回転フレーム１２を回転軸Ｒまわりに回転自在に支持するとともに、その駆動系統を備えている。回転フレーム１２には、Ｘ線管１０と、Ｘ線管１０のＸ線焦点を中心として円弧状に配列された複数のＸ線検出素子を有する多チャンネル型のＸ線検出器２３とが、寝台２の天板２ａ上に載置された被検体を挟んで対向して取り付けられている。高電圧発生器２１は、Ｘ線管１０の陰極と陽極間に高電圧を印加するとともに、陰極フィラメントにフィラメント加熱電流を供給するために設けられている。
【０００９】
Ｘ線管１０は、Ｘ線遮蔽性の高い重金属製のハウジングに収容されている。そのハウジングの一部分は開けられ、そこにＸ線透過性の高い材料でＸ線放射窓が埋め込まれている。ハウジングのＸ線放射窓に対応する部分にはコリメータ１１が取り付けられている。Ｘ線放射窓から放射するＸ線は、コリメータ１１により所定形状に成形される。なお、説明の便宜上、回転フレーム１２の回転中心軸をＺ軸と規定して、回転フレーム１２の回転とともにＺ軸まわりに回転する直交３軸の回転座標系を定義する。Ｘ軸は、陰極で発生した電子ビームが衝突するＸ線管１０内陽極ターゲット上のスポット（Ｘ線焦点）の中心と、Ｘ線検出器２３の素子配列中心とを結ぶ線、つまりコリメータ１１から放射される円錐又は角錐形のＸ線ビームの中心線に既定する。
【００１０】
シャッタ機構２２は、コリメータ１１と被検体との間に配置され、実際にはコリメータ１１の射出口に取り付けられる。シャッタ機構２２は、Ｘ線管１０により連続的に発生されたＸ線を、一定の周期で繰り返されるパルスＸ線に変換する機能を有する。シャッタ機構２２は、また、パルスＸ線の周期を一定に維持したまま、パルス幅（パルス継続時間ともいう）を変化させる機能を有する。以下、シャッタ機構２２の構造について詳細に説明する。
【００１１】
シャッタ機構２２は、図２に示すように、Ｘ線遮蔽性の高い鉛に代表される重金属板を剛性の高い鉄等の板で補強した円盤状のシャッタディスク２５を備える。シャッタディスク２５は、その面がＸ線の中心軸に対して略垂直になるように配置される。シャッタ機構２２は、シャッタディスク２５とともに、図示しないが、シャッタディスク回転機構を有する。シャッタディスク回転機構は、シャッタディスク２５をその円板中心線を回転軸として回転自在に支持する構造とともに、シャッタディスク２５を一定速度で回転駆動する駆動系統を備える。シャッタディスク２５の回転軸はＸ軸と略平行に設けられる。シャッタディスク２５の回転速度は、データ収集装置２４のデータ収集サイクルに応じた速度に決められている。
【００１２】
シャッタディスク２５には、少なくとも一つの開口部２６が開けられている。開口部２６は、円周方向の開口率が半径方向に関して変化する形状を有する。開口率とは、開口部２６の数をｎとしたとき、円周の長さの１／ｎに対する一つの開口部２６の円周方向の長さの比率を表しており、開口部２６が円周方向に長ければ開口率は高くなり、逆に開口部２６が円周方向に短ければ開口率は低くなる。開口率の変化に応じて、シャッタ開期間と閉期間との比率が変化する。開口部２６の形状の具体例を図３に示している。この例では円周方向に一定周期（９０°）で４つの開口部２６が形成されている。開口部２６の数は４に限定する必要はない。
【００１３】
各開口部２６は、ディスク２５の中心Ｏから半径ｒ１までの範囲では開口率１．０の開口幅を有する。つまり、この範囲では、４つの開口部２６は連結される。各開口部２６は、半径ｒ１からｒ２までの範囲では開口率０．７の開口幅を有し、半径ｒ２からｒ３までの範囲では開口率０．３の開口幅を有する。このように開口率がディスク２６の半径方向に関して段階的に変化するように開口部２６が形成されている。段階数は図３の例では“３”であるが、２段階であってもよいし、４段階以上任意の段数に設定されることに制約はない。
【００１４】
このような構成によると、ディスク２５に対するＸ線の照射位置がディスク２５の中心Ｏから半径ｒ１までの範囲内に調整されているとき、Ｘ線に対するシャッター効果は発揮されず、従来同様に、電荷蓄積期間、信号電荷読出し期間、電荷リセット期間から構成されるデータ収集サイクルの全期間にわたってＸ線は被検体に照射される。ディスク２５に対するＸ線の照射位置が半径ｒ１から半径ｒ２までの範囲内に調整されているとき、データ収集サイクルの７０％の期間に限りＸ線が被検体に照射される。ディスク２５に対するＸ線の照射位置が半径ｒ２から半径ｒ３までの範囲内に調整されているとき、データ収集サイクルの３０％の期間に限りＸ線が被検体に照射される。つまり、図３の形状を有するディスク２５にはその中心から外周に向かってシャッター効果が段階的に高くなるように開口部２６が形成されている。
【００１５】
図４には、開口部２６の形状の他の具体例を示している。この例でも円周方向に一定周期（９０°）で４つの開口部２６が形成されている。この例でも、開口部２６の数は４に限定する必要はない。各開口部２６は、ディスク２５の中心Ｏから半径ｒ１までの範囲では開口率１．０の開口幅を有する。つまり、この範囲では、４つの開口部２６は連結される。各開口部２６は、半径ｒ１からｒ２までの範囲では開口率が１．０から０．３に至るまで連続的に低下する開口幅を有する。このような構成により、開口部２６の開口率は、ディスク２６の半径方向に関して連続的に無段階で変化する。つまり、図４の形状を有するディスク２５にはその中心から外周に向かってシャッター効果が無段階で高くなるように開口部２６が形成されている。
【００１６】
図１２には、他の構造のシャッタ機構２２を示している。このシャッタ機構２２は、スタックされる２枚のシャッタディスク２５−１，２５−２を有する。シャッタディスク２５−１，２５−２にはそれぞれ開口部２６−１，２６−２が形成されている。開口部２６−１，２６−２は、円周方向の開口率が半径方向に関して一定の形状を有する。一方のシャッタディスク２５−１に対する他方のシャッタディスク２５−２の角度差は可変である。この角度差を変えることにより、開口部２６−１，２６−２の合成により形成される開口部の開口率が変化する。シャッタ機構２２は、一方のシャッタディスク２５−１に対する他方のシャッタディスク２５−２の角度差を変化させるための機構を装備している。また、シャッタ機構２２は、シャッタディスク２５−１とシャッタディスク２５−２との間の設定された角度差を維持したままで、シャッタディスク２５−１とシャッタディスク２５−２とを同じ方向に同じ速度で回転するための機構を装備している。
【００１７】
シャッタディスク回転機構には、図３の形状のシャッタディスク２５と図４の形状のシャッタディスク２５とのいずれかが装備される。シャッタディスク回転機構は、シャッタディスク２５を着脱する機構を備え、図３の形状のシャッタディスク２５と図４の形状のシャッタディスク２５とを任意に選択的に装着するようにしてもよい。
【００１８】
シャッタシフト機構１９は、図３，図４に矢印で示すように、シャッタディスク２５をシャッタディスク回転機構とともにその半径方向（Ｚ軸に平行）に前後に移動自在（シフト自在）に支持する構造と、シャッタディスク２５とシャッタディスク回転機構のシフトを駆動する駆動系統を備える。Ｘ線管１０及びコリメータ１１はフレーム１２に対して固定されているので、シャッタディスク２５をシフトすることにより、図５、図６に示すように、シャッタディスク２５上に照射するＸ線スポットの中心位置はシャッタディスク２５の半径方向に沿って移動する。この移動により、高電圧発生器２１の負荷を軽減させてＸ線を連続的に発生させながら、被検体への連続的なＸ線の照射と被検体へのパルスＸ線の照射とを切り替えることができ、またそのパルスＸ線のパルス幅を変化させることができる。
【００１９】
キャビネット３は、システム全体の動作を制御するシステムコントローラ２９、スキャンコントローラ３０、データ収集装置２４で収集されたＸ線信号（ディジタルの投影データ）を補正するための前処理ユニット３４、投影データを記憶し、また再構成された画像データを記憶するためのデータ記憶装置３５、投影データに基づいて画像データを再構成する再構成ユニット３６、表示プロセッサ３７、ディスプレイ３８、マウス及びキーボードを含む入力器３９、シャッタシフト機構１９によるシャッタディスク２５のシフトを制御するためのシャッタシフトコントローラ４１、データ収集装置２４のデータ収集トリガを発生するためのトリガ発生部４２を備えている。トリガ発生部４２は、シャッタディスク２５が微小角度回転するごとにロータリエンコーダ２０から出力されるパルスをカウントし、カウント数が基準値に達したタイミングでトリガを発生する。基準値は、シャッタディスク２５の開口部２６の周期、例えば９０°に相当する数に既定されている。それによりシャッタディスク２５の回転に伴う被検体へのパルスＸ線の照射のタイミングに対してデータ収集サイクルを同期させことができる。
【００２０】
次に本実施の形態の動作を説明する。まず、データ収集動作として、上述したようにデータ収集装置２４は、トリガ発生器４２から一定の周期で繰り返し出力されるトリガに従って、Ｘ線検出器２３からＸ線信号を収集するためのデータ収集サイクルを繰り返す。データ収集サイクルには、電荷蓄積期間と電荷読出し期間とリセット期間とが含まれる。電荷蓄積期間内に発生した電荷は各検出素子に対応するキャパシタに蓄積され、電荷読出し期間において電流信号として各検出素子からデータ収集装置２４に読み出され、電圧信号に変換され、増幅され、さらにディジタルデータに変換される。キャパシタは次のデータ収集サイクル前にリセット期間においてリセットされる。ここではトリガから次のトリガまでの期間を、ビュー期間と称する。スキャンとは、Ｘ線管１０が被検体の周囲を１枚の断層画像データの再構成に要する３６０度又は（１８０°＋ファン角）回転する間に投影データを収集する動作として定義され、連続回転ではスキャンが繰り返し実行される。
【００２１】
上述のようにシャッタディスク２５の回転により連続Ｘ線をパルスＸ線に変換するようにしたので、パルスＸ線の周期変動を抑えてその安定化を図ることができる。さらに、シャッタディスク２５のシフトにより、連続Ｘ線からパルスＸ線への切り替え、さらにパルス幅変更の高速化を高精度で実現している。このような優位性により、本実施の形態では、スキャンごと、さらにはスキャン期間中にあっても、連続Ｘ線からパルスＸ線への切り替え、さらにパルス幅の変更を可能としている。
【００２２】
図７は本実施の形態によるスキャンごとにパルスＸ線のパルス幅を変更する動作をタイムチャートで示している。なお、以下の説明ではシャッタディスク２５は図３の構造を有するものとして説明する。シャッタディスク２５の回転速度は、トリガから次のトリガまでのビュー期間の時間長に従って調整される。つまり、シャッタディスク２５の開口部２６が、トリガ周期と同じ周期で、シャッタディスク２５上のＸ線照射位置に到来するように、シャッタディスク２５に形成された開口部２６の数をｎとすると、シャッタディスク２５が角度（３６０°／ｎ）を回転するのに要する時間が、トリガの周期（ビュー期間）に一致するようにシャッタディスク２５の回転速度がロータリーエンコーダ２０の出力パルスに基づいてスキャンコントローラ３０により制御されている。また、シャッタディスク２５の回転によるシャッタ開期間の始期にトリガが同期して立ち上がるように、トリガ発生器４２はロータリーエンコーダ２０の出力パルスに基づいてトリガパルスを時間的にシフトする。
【００２３】
また、全てのスキャンにわたって、高電圧発生器２１からＸ線管１０には一定振幅の管電圧が継続的に印加される。また、全てのスキャンにわたって、Ｘ線管１０に一定振幅の管電流が継続的に流れるように一定振幅でフィラメント過熱電流が継続的に供給される。それにより全てのスキャンにわたって、Ｘ線管１０から一定の線質且つ一定の線量でＸ線が連続的に発生される。
【００２４】
連続スキャン中のあるスキャン期間＃１では、シャッタシフトコントローラ４１の制御のもと、シャッタディスク２５に対するコリメータ１１からのＸ線の照射位置が例えばシャッタディスク２５の半径ｒ１から半径ｒ２までの範囲内に収まるように、シャッタディスク２５の位置がシャッタシフト機構１９によりに調整されている。それにより、ビュー期間の７０％に相当するパルス幅を有するパルスＸ線が、トリガ周期に等価な周期で被検体に繰り返し照射される。
【００２５】
次のスキャン期間＃２では、シャッタディスク２５に対するコリメータ１１からのＸ線の照射位置がシャッタディスク２５の半径ｒ２から半径ｒ３までの範囲内に収まるように、シャッタディスク２５の位置がシャッタシフト機構１９によりシフトされる。それにより、パルス幅は変化し、ビュー期間の３０％に相当するパルス幅を有するパルスＸ線が、トリガ周期に等価な周期で被検体に繰り返し照射される。
【００２６】
スキャンごとのパルス幅の変更は、例えばマルチスライススキャンやヘリカルスキャン等の連続スキャン中に被検体のスキャン位置が変化する方式のスキャンにおいて有効である。被検体のＸ線減衰量はスキャン部位によって変動する。Ｘ線減衰量の低い部位に、Ｘ線減衰量の高い部位と同等の線量でＸ線を照射することは被曝低減の観点からは好ましくない。スキャン部位の移動に応じて、スキャンごとにパルス幅を変化させることで、そのような不要な被曝を回避することができる。
【００２７】
操作者が入力器３９を介して手動操作により任意タイミングでパルスＸ線のパルス幅を変化させるようにしてもよいし、事前のスキャン計画時に取得されたスキャノグラムのデータに基づいて複数のスキャン位置に対してそれぞれ好適なパルス幅をシャッタシフトコントローラ４１において予め決定し、それに応じてパルスＸ線のパルス幅を自動的に変化させるようにしてもよい。さらに、連続スキャン中に、１つ又はそれ以上前のスキャンにおいて収集した投影データに基づいてシャッタシフトコントローラ４１においてパルス幅を決定し、それに応じてパルスＸ線のパルス幅をダイナミックに変化させるようにしてもよい。このようにパルス幅の変化方法は任意である。
【００２８】
図８には本実施の形態によるスキャン期間中にパルスＸ線のパルス幅を変更する動作をタイムチャートで示している。スキャン期間内の当初では、シャッタシフトコントローラ４１の制御のもと、シャッタディスク２５に対するコリメータ１１からのＸ線の照射位置が例えばシャッタディスク２５の半径ｒ１から半径ｒ２までの範囲内に収まるように、シャッタディスク２５の位置がシャッタシフト機構１９によりに調整されている。それにより、ビュー期間の７０％に相当するパルス幅を有するパルスＸ線が、トリガ周期に等価な周期で被検体に繰り返し照射される。
【００２９】
同じスキャン期間内のある時点で、シャッタディスク２５に対するコリメータ１１からのＸ線の照射位置がシャッタディスク２５の半径ｒ２から半径ｒ３までの範囲内に収まるように、シャッタディスク２５の位置がシャッタシフト機構１９によりシフトされる。それにより、パルス幅は変化し、ビュー期間の３０％に相当するパルス幅を有するパルスＸ線が、トリガ周期に等価な周期で被検体に繰り返し照射される。
【００３０】
図７の例と同様に、操作者が入力器３９を介して手動操作により任意タイミングでパルスＸ線のパルス幅を変化させるようにしてもよいし、事前のスキャン計画時に多方向から取得されたスキャノグラムのデータに基づいて複数の角度に対してそれぞれ好適なパルス幅をシャッタシフトコントローラ４１において予め決定し、それに応じてパルスＸ線のパルス幅を自動的に変化させるようにしてもよい。さらに、連続スキャン中に、半回転前、１回転前、又は数回転前の時点で収集した投影データに基づいてシャッタシフトコントローラ４１においてパルス幅を決定し、それに応じてパルスＸ線のパルス幅をダイナミックに変化させるようにしてもよい。このようにパルス幅の変化方法は任意である。
【００３１】
スキャン期間中のパルス幅の変更は、例えばシングルスライススキャン、マルチスライススキャン、ヘリカルスキャン等の全てのスキャンにおいて、被曝低減効果を発揮できる。特に、マルチスライススキャン、ヘリカルスキャンにおいて、上記図７の方式と併用することにより、その効果はさらに向上する。
【００３２】
上述の説明では、シャッタディスク２５の回転によるシャッタ開期間の始期にトリガが同期して立ち上がるように、トリガ発生器４２はロータリーエンコーダ２０の出力パルスに基づいてトリガパルスを時間的にシフトする。しかし、図９、図１０に示すように、シャッタディスク２５の回転によるシャッタ開期間の中心に、ビュー期間又は電荷蓄積期間の中心が一致するように、又はシャッタ開期間の始期から、シャッタ開期間に応じた遅れ時間経過後にビュー期間が開始するように、トリガパルスの時間的なシフト量をシャッタディスク２５の位置に応じて変化させることようにしてもよい。それによると、シャッタディスク２５の回転ぶれ等に起因する被検体へのＸ線照射期間が電荷蓄積期間から部分的に外れるという事態を効果的に防止することができる。
【００３３】
以上のように、本実施の形態によると、シャッタ機構により連続Ｘ線をパルスＸ線に変換することで、不要な被曝を回避することができる。さらにパルス幅の変化を可能としたことで、被曝低減効果を必要に応じて促進させることができる。また、次のような効果も奏することができる。上述したように投影データは電荷蓄積期間内にＸ線入射に伴って発生した電荷量を反映している。電荷蓄積期間にもＸ線管１０は回転継続しているので、図１１（ａ）に示すように、Ｘ線焦点はその回転方向に沿って仮想的に拡大する。Ｘ線焦点が拡大すると、空間分解能が劣化することは周知のとおりである。従来では、被曝低減のために管電流制御により連続Ｘ線の線量を低下させることで対応していた。そのため空間分解能の劣化は依然として残存するものであった。本実施の形態では、被曝低減効果を、空間分解能の向上とともに実現し得るものである。本実施の形態では、線量一定のもとでパルス幅制御により必要に応じた被曝低減を実現している。従って、図１１（ｂ）に示すように、従来と同じ電荷蓄積期間であっても、Ｘ線の照射期間は短縮される。そのＸ線の照射期間短縮に伴って、Ｘ線焦点の仮想的な拡大は抑えられ、空間分解能の劣化は抑えられ得る。
【００３４】
本実施の形態は、Ｘ線管とＸ線検出器との対が回転フレームに複数搭載されたいわゆる多管球型にも適用可能である。例えば、Ｘ線管とＸ線検出器とが回転フレームに３つずつ搭載された場合、３つのＸ線管に３つのシャッタ機構２２がそれぞれ装備される。相互に散乱線が影響しあうことを避けるために、スキャンコントローラ３０は、３つのシャッタ機構２２の開期間が重ならないように３つのシャッタ機構２２のディスク２５の回転位相を制御する（図１３参照）。初期的には、開期間は、３つのシャッタ機構２２の交互周期よりも短く設定されている。それにより開期間が多少ずれたとしても、３つのシャッタ機構２２の開期間が重ならないことが保証されうる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るＸ線コンピュータトモグラフィ装置の構成を示す図。
【図２】図１のシャッタ機構の配置を示す図。
【図３】図２のシャッタディスクの平面図。
【図４】図２のシャッタディスクのシフトを示す図。
【図５】図２のシャッタディスクの他の構造を示す平面図。
【図６】図５のシャッタディスクのシフトを示す図。
【図７】図１のシャッタシフトコントローラによるスキャンごとのシャッタ開期間の変化を示す図。
【図８】図１のシャッタシフトコントローラによるスキャン期間中のシャッタ開期間の変化を示す図。
【図９】図１のトリガ発生部によるトリガシフト機能を図７と比較して示す示す図。
【図１０】図１のトリガ発生部によるトリガシフト機能を図８と比較して示す示す図。
【図１１】本実施の形態により被曝低減とともに奏される仮想焦点のサイズダウン効果を示す図。
【図１２】図１のシャッタ機構の他の構造を示す平面図。
【図１３】多管球型Ｘ線ＣＴに装備される複数のシャッタ機構に対する図１のシャッタシフトコントローラの制御を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
１…ガントリ、２…寝台、２ａ…天板、１０…Ｘ線管、１１…コリメータ、１２…回転フレーム、１８…回転機構、１９…シャッタシフト機構、２０…ロータリエンコーダ、２１…高電圧発生器、２２…シャッタ機構、２３…多チャンネル型Ｘ線検出器、２４…データ収集装置、２５…シャッタディスク、２６…開口部、２９…システムコントローラ、３０…スキャンコントローラ、３４…前処理ユニット、３５…データ記憶装置、３６…再構成ユニット、３７…表示プロセッサ、３８…ディスプレイ、３９…入力器、４１…シャッタシフトコントローラ、４２…トリガ発生部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を発生するＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を検出するためのＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器からＸ線信号を繰り返し収集する収集部と、
前記発生されたＸ線をパルスＸ線に変換するために前記Ｘ線管と前記被検体との間に配置され、シャッタ開期間と閉期間との比率が可変に構成されたシャッタ機構部と、
前記収集したＸ線信号に基づいて画像データを再構成する再構成部と、
前記シャッタ開期間と閉期間との比率を変化させるために前記シャッタ機構部を制御する制御部とを具備するＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記シャッタ開期間と閉期間との比率をヘリカルスキャン中に動的に変化させるものであることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記被検体のスキャノグラムデータに基づいて複数のスライス位置に対して個別に前記シャッタ開期間と閉期間との比率を計算することを特徴とする請求項２記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記計算された比率に従って前記シャッタ機構部を制御することを特徴とする請求項３記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項５】
前記シャッタ機構は、前記Ｘ線の中心軸に対して略垂直に配置され、円周方向の開口率が半径方向に関して変化するよう形成された少なくとも一つの開口部を有する円盤状のＸ線遮蔽板を有することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項６】
前記開口部は、前記開口率が半径方向に関して段階的に変化するよう形成されていることを特徴とする請求項５記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項７】
前記開口部は、前記開口率が半径方向に関して連続的に変化するよう形成されていることを特徴とする請求項５記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項８】
前記シャッタ機構は、前記Ｘ線遮蔽板を軸回転する回転機構と、前記Ｘ線遮蔽板を前記回転機構とともに前記Ｘ線遮蔽板の半径方向に移動する移動機構とを有することを特徴とする請求項５記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記Ｘ線遮蔽板を半径方向に移動させて前記比率を変化させるために前記移動機構を制御することを特徴とする請求項８記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１０】
前記被検体の体格を入力する入力部をさらに備え、前記制御部は前記入力された被検体の体格に基づいて前記Ｘ線遮蔽板を移動させることを特徴とする請求項８記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記被検体のスキャノグラムデータに基づいて前記移動機構を制御することを特徴とする請求項８記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１２】
前記制御部は、半回転又はその整数倍の角度回転前のＸ線信号に基づいて前記Ｘ線遮蔽板を移動させることを特徴とする請求項８記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１３】
前記Ｘ線遮蔽板の回転を検出するための検出部と、前記検出部の出力に基づいて前記Ｘ線信号の収集を促すためのトリガを発生するトリガ発生部とをさらに備えることを特徴とする請求項８記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１４】
前記トリガ発生部は、前記Ｘ線のパルス幅が少なくとも前記周期の中に入るようにトリガを発生することを特徴とする請求項１３記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１５】
前記シャッタ機構は、スタックされる少なくとも一つの開口部を有する角度差可変の円盤状の複数のＸ線遮蔽板と、前記複数のＸ線遮蔽板を回転する回転機構とを有することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１６】
Ｘ線を発生するＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を検出するためのＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器からＸ線信号を繰り返し収集する収集部と、
シャッタ開期間と閉期間との比率をヘリカルスキャン中に動的に変化させるために前記Ｘ線管と前記被検体との間に配置されるシャッタ機構部と、
前記収集したＸ線信号に基づいて画像データを再構成する再構成部とを具備するＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１】
Ｘ線を発生するＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を検出するためのＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器からＸ線信号を繰り返し収集する収集部と、
前記発生されたＸ線をパルスＸ線に変換するために前記Ｘ線管と前記被検体との間に配置され、シャッタ開期間と閉期間との比率が可変に構成されたシャッタ機構部と、
前記収集したＸ線信号に基づいて画像データを再構成する再構成部と、
前記シャッタ開期間と閉期間との比率を変化させるために前記シャッタ機構部を制御する制御部とを具備するＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記シャッタ開期間と閉期間との比率をヘリカルスキャン中に動的に変化させるものであることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記被検体のスキャノグラムデータに基づいて複数のスライス位置に対して個別に前記シャッタ開期間と閉期間との比率を計算することを特徴とする請求項２記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記計算された比率に従って前記シャッタ機構部を制御することを特徴とする請求項３記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項５】
前記シャッタ機構は、前記Ｘ線の中心軸に対して略垂直に配置され、円周方向の開口率が半径方向に関して変化するよう形成された少なくとも一つの開口部を有する円盤状のＸ線遮蔽板を有することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項６】
前記開口部は、前記開口率が半径方向に関して段階的に変化するよう形成されていることを特徴とする請求項５記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項７】
前記開口部は、前記開口率が半径方向に関して連続的に変化するよう形成されていることを特徴とする請求項５記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項８】
前記シャッタ機構は、前記Ｘ線遮蔽板を軸回転する回転機構と、前記Ｘ線遮蔽板を前記回転機構とともに前記Ｘ線遮蔽板の半径方向に移動する移動機構とを有することを特徴とする請求項５記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記Ｘ線遮蔽板を半径方向に移動させて前記比率を変化させるために前記移動機構を制御することを特徴とする請求項８記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１０】
前記被検体の体格を入力する入力部をさらに備え、前記制御部は前記入力された被検体の体格に基づいて前記Ｘ線遮蔽板を移動させることを特徴とする請求項８記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記被検体のスキャノグラムデータに基づいて前記移動機構を制御することを特徴とする請求項８記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１２】
前記制御部は、半回転又はその整数倍の角度回転前のＸ線信号に基づいて前記Ｘ線遮蔽板を移動させることを特徴とする請求項８記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１３】
前記Ｘ線遮蔽板の回転を検出するための検出部と、前記検出部の出力に基づいて前記Ｘ線信号の収集を促すためのトリガを発生するトリガ発生部とをさらに備えることを特徴とする請求項８記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１４】
前記トリガ発生部は、前記Ｘ線のパルス幅が少なくとも前記周期の中に入るようにトリガを発生することを特徴とする請求項１３記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１５】
前記シャッタ機構は、スタックされる少なくとも一つの開口部を有する角度差可変の円盤状の複数のＸ線遮蔽板と、前記複数のＸ線遮蔽板を回転する回転機構とを有することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１６】
Ｘ線を発生するＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を検出するためのＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器からＸ線信号を繰り返し収集する収集部と、
シャッタ開期間と閉期間との比率をヘリカルスキャン中に動的に変化させるために前記Ｘ線管と前記被検体との間に配置されるシャッタ機構部と、
前記収集したＸ線信号に基づいて画像データを再構成する再構成部とを具備するＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−２０６７５（Ｐ２００６−２０６７５Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１９８８７１（Ｐ２００４−１９８８７１）
【出願日】平成１６年７月６日（２００４．７．６）
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月６日（２００４．７．６）
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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