(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像システムであって、
−静止フレームと、
−当該静止フレームへ回動可能に取り付けられ、横軸の周りに回動する回動フレームと、
−当該回動フレームによって、回転可能に支持され、検査領域の周りを長手方向の軸を中心に回転する回転フレームと、
−当該回転フレームに質量アンバランスを選択的に導入する回転フレーム・バランサ部と、
−前記回転フレームに固定され、前記検査領域を横断する放射線を焦点スポットから発する放射線源と、
−当該検査領域を横断した放射線を検出し、当該放射線を示す信号を生成する検出器アレイと、
を有する、撮像システム。
【請求項２】
前記回転フレームが前記長手方向の軸の周りに回転しながら、前記質量アンバランスが前記回動フレームを前記横軸の周りに前後に回動させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
回動する前記回転フレームが、前記焦点スポットを前記長手方向の軸に沿って前後に並進させる、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
回動する前記回転フレームが、前記焦点スポットを走査軌跡に沿って移動させる、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記走査軌跡が馬の鞍状の軌跡である、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記回転フレーム・バランサ部が、前記長手方向の軸に沿って並進する移動可能な質量を含む、請求項１乃至５の何れか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記回転フレーム・バランサ部が、
−前記回転フレームに取り付けられたベアリングと、
−当該ベアリングを作動させるモータと、
−当該モータを制御するコントローラと、
を更に含み、前記移動可能な質量が前記ベアリングに取り付けられ、前記コントローラが、前記ベアリングを動かすよう前記モータを作動させる制御信号を出力し、これによって、前記移動可能な質量を移動させる、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記検査領域の反対側で、前記回転フレーム上の前記回転フレーム・バランサ部と向かい合った場所にある釣り合い質量を更に含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記回転フレーム・バランサ部が、前記放射線源から角度αだけオフセット角が付けられている、請求項１乃至８の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記角度αが、前記焦点スポットの前記長手方向の軸に沿った最大変位を少なくとも決定することを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記角度αが、撮像プロトコルの関数である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記回動フレームの回動を緩衝する緩衝装置を更に含む、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記回転フレームが回転しながら前記回転フレーム・バランサ部が質量アンバランスを変化させる、請求項１乃至１２の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
回転フレームと、当該回転フレームに支持される放射線源とを有する撮像システムにおいて、当該回転フレームに質量アンバランスを選択的に導入するステップを有する方法。
【請求項１５】
前記質量アンバランスが、前記放射線源の焦点スポットの焦点スポット軌跡を規定する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記回転フレームに質量アンバランスを導入するステップが、当該回転フレームに移動可能に取り付けられた質量を長手方向の軸に沿って選択的に移動させるステップを含む、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記質量アンバランスが、前記回転フレームを回動軸の周りに回動させる、請求項１４乃至１６の何れか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記回転フレームを回動させるステップが、前記焦点スポットを周期的に前後に並進させる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
スキャナの回転フレームに対して質量アンバランスを制御可能に生成させる装置であって、
−前記回転フレームに取り付けられるベアリングと、
−当該ベアリングに取り付けられる移動可能な質量と、
−当該ベアリングを作動させるモータと、
−前記ベアリングを動かすよう前記モータを作動させるコントローラであって、これによって、前記移動可能な質量を少なくとも第1の位置及び第2の位置との間で移動させるコントローラと、
を有し、前記第1の位置が第1の質量アンバランスに対応する、装置。
【請求項２０】
検査領域の反対側で、前記回転フレーム・バランサ部に向かい合って前記回転フレーム上に置かれている釣り合い質量と、
前記回転フレームの回動を緩衝する緩衝装置と、
を更に含む、請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像システムに関し、コンピュータ断層撮影（CT）を伴う特定の用途を見出している。しかしながら、他の医療用撮像アプリケーション及び医療用ではない撮像アプリケーションにも従うことができる。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ断層撮影（CT）スキャナは、X線管と、当該X線管から発された放射線を検出する検出器アレイとを概して含んでいる。X線管及び検出器アレイは、検査領域と対向する側にあるローターに固定されている。ローターは、静止フレームによって回転可能に支持され、検査領域の周りに長手方向の軸を中心に回転し、これにより、X線管及び検出器アレイを検査領域の周りに回転させる。患者サポート部が、対象物即ち被験者を検査領域内に支持する。ローターの質量バランスをとるために、ウエイトが選択的にローターに配置される。概して、当該ウエイトは製造の際にローターに静的に固定される。残念なことに、質量がバランスしない場合、ローターが回転するにつれて、ローターに固定されているコンポーネントに作用する半径方向の力がローターに所望されない揺れを生じさせる傾向がある。揺れの程度は、アンバランスの程度、ローターの回転速度、支持構造物の剛性等などの様々な要因に基づく。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ローター及びX線管が検査領域の周りを回転するにつれて、X線管は焦点スポットから検査領域と、当該領域に晒されている対象物即ち被験者とを横断する放射線を発し、検出器アレイを照らす。放射線源コリメータが放射線をコリメートするために使用され、概して円錐状、扇状、又は楔の形状をした放射線のビームが検査領域を横断する。円錐状のビームをもつコンピュータ断層撮影(CT)装置の場合、円錐状のビームのアーチファクトが無い関心ボリューム（VOI）を再構築するために、VOIの完全なサンプリングが必要とされる。しかしながら、検査領域の周囲に放射線源の円状の軌跡を用いる従来の円錐状ビームのCTスキャン技術は、完全なサンプリングを提供することができない。というよりも、VOIの幾つかの部分のサンプリングが不完全であるという点で、得られたデータのセットは不完全である。
【０００４】
円錐状のビームを用いるCTで円状の軌跡を用いた場合に完全なサンプリングを得るための一つのアプローチは、円状のスキャンと直線スキャンとを行い、次に両方のスキャンを一緒に組み合わせることである。しかしながら、この方法は複数回のスキャンを要し、これはスキャン時間を増し、動きのアーチファクト及び患者への薬量を増す。代替のアプローチでは、完全なVOIのサンプリングを実現するためには、放射線源は馬の鞍状の軌跡をたどる。斯様な軌跡が「円錐状のビームジオメトリにおける心臓CT撮像用の馬の鞍状の軌跡の研究」Pack et al.、Phys. Med. Biol., vol. 49, No. 11 (2004) pp. 2317-2336. に記載されている。残念なことに、この軌跡を実現するために、X線管、焦点スポット、及び/又は患者はスキャンプロセスの間、z-軸に沿って前後に動かされねばならない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願明細書に記載された態様は、上で参照された事項及び/又は他の事項に着目している。
【０００６】
一つの態様によれば、撮像システムは静止フレームと、当該静止フレームへと回動可能に取り付けられ、横軸の周りに回動する回動フレームとを含む。回転フレームが回動部によって回転可能に支持され、検査領域の周りを長手方向の軸を中心に回転するよう構成されており、回転フレーム・バランサ部が回転フレームの質量アンバランスを選択的にもたらす。放射線源が回転フレームへと固定されており、焦点スポットから放射線を放射し、当該放射線は検査領域を横断する。検出器アレイが検査領域を横断した放射線を検出し、放射線を示す信号を生成する。
【０００７】
別の態様によれば、回転フレームの質量アンバランスを選択的に生成する方法があり、当該回転フレームは撮像システムの一部であり、当該撮像システムの放射線源を支持している。
【０００８】
別の態様によれば、回転フレームの質量アンバランスを生成する装置は、当該回転フレームへと取り付けられるよう構成されたベアリングと、当該ベアリングへと取り付けられるよう構成された可動質量と、当該ベアリングを作動させるモータと、前記可動質量を少なくとも第1の位置と第2の位置との間でベアリングを動かすようモータを作動させるコントローラとを含んでおり、前記第1の位置は第1の質量アンバランスに対応している。
【０００９】
本発明は様々なコンポーネント、及び複数のコンポーネントが配置された形態を取り、並びに様々なステップ、及び複数のステップが配置された形態を取る。図は、好ましい実施例を例示する例示目的に過ぎず、本発明を限定するものとして解釈されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】撮像システムを例示する。
【図２】回転フレームのバランサの例を例示する斜視図である。
【図３】凡そ第2の位置の場所にある移動可能な質量を有する静止している回転フレームの側面図を示す。
【図４】放射線源が大体12時の位置又は0度に位置する場合の回転フレームの側面図を例示する。
【図５】放射線源が大体6時の場所、又は12時の反対側の180度の場所にある場合の、回転フレームの側面図を例示する。
【図６】放射線源が大体9時の位置の場所にある場合の、回転フレームの側面図を例示する。
【図７】2つの質量が回転フレーム上に置かれた実施例を例示する。
【図８】回転フレームのバランスが取れている例を例示する。
【図９】焦点スポットが、一例として馬の鞍状の軌跡をたどる方法のフロー図を示す。
【図１０】焦点スポットが円状の軌跡をたどる方法のフロー図を示す。
【図１１】焦点スポットが特定の軌跡をたどる方法のフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図1は静止フレーム104と、当該静止フレーム104に回動可能に取り付けられ、横軸即ちｘ-軸108の周りに回動するよう構成された回動可能なフレーム、即ち回動フレーム106とを含むスキャナ、即ち撮像システム100を例示している。
【００１２】
当該撮像システムは、回動フレーム106にベアリング又は同等物を介して回転可能に支持されている回転フレーム110も含む。回転フレーム110は、長手方向の軸又はz-軸を中心にして検査領域112の周りを回転し、回動フレーム106と共に回動軸108の周りを回動する。
【００１３】
X線管などの放射線源116が回転フレーム110に連結され、当該回転フレーム110と共に回転し、回動する。回転フレーム110が回転するにつれて、放射線源116は放射線を焦点スポットから発し、走査軌跡をたどる。適切な走査軌跡は、馬の鞍状の軌跡、円状の軌跡、及び楕円上の軌跡を含むが、これらに限定されることはない。放射線源のコリメータが放射線をコリメートするよう使用され、この結果、概して円錐状、扇状、楔状、又は他の形状の放射線のビームが検査領域112を横断する。
【００１４】
回転フレーム・バランサ部118は、回転フレーム110と、これに取り付けられた放射線源116とをz-軸114の周りに制御可能に回動させる。一例では回転フレーム・バランサ部118は、走査の間、馬の鞍状の軌跡など、上に記した軌跡のうちの1つを含む所定の軌跡に沿って焦点スポットを移動させるために、回転フレーム110を制御可能に回動させる。このように、システム100が円錐状のビーム・スキャン用に構成されている場合、完全なデータのセットが再構築目的のために得られることが出来る。
【００１５】
回転フレーム・バランサ部118は、回転フレームの制御された質量アンバランスをもたらすことによって回転フレーム110を制御可能に回動させる。以下で詳しく述べるように、同部は、回転フレーム110に取り付けられた可動質量をz-軸114に沿って選択的に位置決めすることにより実現されることができる。一例では、同部は回動フレームの質量特性とベース104の剛性とに対してチューニングされ、特定の場所に置かれた質量即ちアンバランスを用いて自然な動きを励起することによって自然に馬の鞍状の軌跡を提供するために、回転フレーム110の動的なアンバランスに影響を及ぼす。
【００１６】
コントローラ又は制御コンポーネント122が回転フレーム・バランサ部118を制御する。斯様な制御は、選択された走査プロトコルに基づいてもよいし、及び/又は基づいていなくともよい。当該制御コンポーネント122は回転フレーム・バランサ部118の一部でもよいし、又は図示するように独立したコンポーネントでもよい。一つ以上のセンサが、システムの移動可能な質量の位置、回転フレーム110の位置、静止フレーム104の位置、及び/又は他のコンポーネントの位置を検出するために使用されることができる。斯様な検出された情報がフィードバックループで使われることができ、及び/又は、さもなければ、移動可能な質量を制御するのを容易にするために使うことができる。
【００１７】
例示された実施例は、例えば回転フレーム110と質量バランスをとるために、移動可能な質量が特定の位置にある場合に、当該移動可能な質量と釣り合いを取るために使用されることができる釣り合い質量124も含む。例示された実施例は、回転フレーム110の回動を容易にする緩衝装置126も含む。
【００１８】
検査領域112の反対側で、放射線源116と向かい合って、検出器アレイ128が回転フレーム110に固定されており、ある角度の円弧を形成する。当該検出器アレイ128は、横方向に沿って延在する放射線感応型の画素の一つ以上の行を含む。当該放射線感応型の画素は、検査領域112を横断した放射線を検出し、それぞれそれ放射線を示す信号を生成する。
【００１９】
再構築器130は、検出器アレイ128により生成された信号を再構築し、検査領域112を示すボリューム画像データを生成する。
【００２０】
寝台などの患者サポート部（図示せず）が患者を検査領域112に支持する。当該患者サポート部は、x-軸、y-軸、及び/又はz-軸に沿って移動可能である。
【００２１】
汎用コンピュータ・システムがオペレータ・コンソール132として役立ち、同システムは、入力デバイス及び人間が読み取れる出力デバイス、例えばキーボード及び/又はマウス、並びにディスプレイ及び/又はプリンタを含む。例えばユーザにより選択された走査プロトコル及び/又は他の手段を介して回転フレームのアンバランス命令を出すことによって、コンピュータ・システムに常駐するソフトウェアがシステム100の動作を制御する。
【００２２】
図2は、回転フレーム・バランサ部118の限定的ではない実施例を例示している。この例では、回転フレーム・バランサ部118は、回転フレーム110に取り付けられ、z-軸114と平行に同フレームから延在するベアリング202と、当該ベアリング202を駆動するモータ204又は同等のものと、ベアリング202に取り付けられ、z-軸114に沿って並進する移動可能な質量206とを含む。ベアリング202は、滑り軸受、送りネジ、ボールベアリング等を含むが、これらに限定されることはなく、どのようなタイプのベアリングでもあってもよい。
【００２３】
制御コンポーネント122は、z-軸114に沿って移動可能な質量206の位置の指標となる制御信号をモータ204へと送信する。これに応えて、モータ204はベアリング202を駆動し、移動可能な質量206を適切な位置へと並進させる。適切な位置としては、回転フレーム110により近い第1の位置208と、回転フレーム110から比較的離れている第2の位置209と、及び/又は両者の中間にある一つ以上の位置とが挙げられる。上記位置の内の少なくとも1箇所で質量がバランスし、少なくとも別の1箇所で制御された質量アンバランスをもたらす。
【００２４】
例示された実施例では、検査領域112の反対側で、回転フレーム・バランサ118と向かい合った回転フレーム110上に釣り合い質量124が置かれている。例示された例では、移動可能な質量206が第1の位置にある場合、回転フレーム110は実質的にバランスが取れており、移動可能な質量が別の場所にある場合、アンバランスとなる。アンバランスの程度は、移動可能な質量206をz-軸114に沿って選択的に並進させることによって、調節可能である。
【００２５】
緩衝装置126は、ベース104へと取り付けられた第1の端部212と、回動フレーム106へと取り付けられた第2の端部214とをもつバネ機構210を含む。例示された実施例は2台の緩衝装置126を含む。しかしながら、他の実施例が1台又は2台以上の緩衝装置126を含んでもよいことを理解されたい。加えて、ショックアブソーバ、ピストン等などの他の緩衝装置を、追加で又は代替的に使うことができる。
【００２６】
図3、図4、図5、及び図6は、撮像システム100の側面図を例示する。図3は、凡そ第2の位置209の場所にある移動可能な質量206を有する静止している回転フレーム110を示す。見てとれるように、この例では移動可能な質量206及び質量124はお互いに同一面から外れており、回転フレーム110はバランスが取れていない、即ちアンバランスである。
【００２７】
図4、図5、及び図6は、移動可能な質量206が（図3に示すように）凡そ第2の位置209にある場合に、回転フレーム110が回動する様子を示しており、当該回転フレーム110は、3つの異なる角度位置に対して回転する。図4は、放射線源116が大体12時の位置又は0度に位置する場合の回転フレーム110を例示する。質量206及び質量124がお互いに同一面から外れていると、質量206及び質量124に作用する半径方向の力302は、回転フレーム110をx-軸108の周りでz-軸114に沿った第1の方向に回動させる傾向がある。
【００２８】
図5は、放射線源116が大体6時の場所、又は12時の反対側の180度の場所にある場合の回転フレーム110を例示する。再度、質量206及び質量124がお互いに同一面から外れていると、質量206及び質量124に作用する半径方向の力302が、回転フレーム110をx-軸108の周りに回動させる傾向がある。しかしながら、6時の位置では回転フレーム110は第2の方向に回動する。当該方向は、z-軸114に沿った第1の方向の反対である。
【００２９】
図6は、放射線源116が大体9時の位置の場所にある場合の回転フレーム110を例示する。図示するように、放射線源がこの位置にある場合、回転フレーム110は回動しない。一例では、支持フレームの剛性が半径方向の力302を実質的に弱めるか又はキャンセルする。同様に、放射線源116が大体3時の位置の場所にある場合、回転フレーム110は回動しない。
【００３０】
図7は、質量206及び質量124が回転フレーム110上に置かれた限定的ではない実施例を例示する。図7では、回転フレーム110が反時計方向に回転すると看做す。図示するように、質量206は回転方向に角度α 702だけ放射線源116から角度的にオフセットしており、質量124は質量206と向かい合った場所にある。
【００３１】
図3乃至図6の例においては、放射線源116が12時又は6時（0度/360度又は180度）の位置にある場合、焦点スポットはz-軸114に沿って最大限に位置がずれ、放射線源116が3時又は9時（90度又は270度）の位置にある場合、焦点スポットはz-軸114に沿って最小限に位置がずれるよう角度α 702の値がセットされる。他の実施例では、最大変位が別の角度位置で生じるよう撮像システムが別途構成される。別の実施例では、α＝90度で緩衝装置が無い場合、特定のアンバランスに対してX線管及び検出器の変位が最大となる。
【００３２】
角度α 702に影響を及ぼす要因としては、限定はされないが、回動フレーム106の慣性と、回転フレーム110が回転するよう設定された回転速度と、回転フレーム110の剛性と、緩衝装置126による減衰、及び/又は他の要因とが挙げられる。焦点スポットがz-軸114に沿って最大限及び/又は最小限変位する角度位置を変更するために、角度α 702が増減されるよう別途設定されてもよい。別の例では角度α 702は、撮像プロトコルの関数として修正されることがある。
【００３３】
図8は、移動可能な質量206が凡そ第1の位置208にある場合の回転フレーム110の動きを例示している。放射線源116がこの位置にある場合、質量206及び質量124が実質的に同一面に位置しており、半径方向の力302がお互いに相殺するので、回転フレーム110は全角度位置にわたって実質的にバランスが保たれる。この場合、焦点スポットは円状の軌跡にて回転されることができる。
【００３４】
別の実施例では、釣り合い質量124及び緩衝装置126のうちの少なくとも1つが省略される。
【００３５】
別の実施例では、回転フレーム110を回動させるために回動フレーム106を押し引きするためのアクチュエータ・アームが使用される。斯様なアームは、回動フレーム106に取り付けられた一端と、ベース104に取り付けられた別の一端とを含む。この場合当該アームは、回転フレーム110が回転するにつれて回動フレーム106並びに回転フレーム110及び焦点スポットを回動させるよう制御可能に伸縮できる。
【００３６】
別の実施例ではアンバランスをもたらすために、移動可能な質量206が円周方向に移動するよう代替的に又は追加で構成される。
【００３７】
図9は、第1の方法を例示している。以下のステップは異なる順序で生じる場合があり、他の実施例では、より多くの、より少ない、及び/又は、異なるステップが用いられることが出来る点を理解されたい。
【００３８】
ステップ902では、制御可能な質量アンバランスを回転フレーム110にもたらすために、移動可能な質量206が回転フレーム110に、少なくともz-軸114に沿って適切に配置される。
【００３９】
ステップ904では、回転フレーム110は、選択された走査プロトコルに従う回転速度へと逓増する。
【００４０】
ステップ906では、回転フレーム110がz-軸のまわりを回転すると共に、アンバランスが回転フレーム110を、x-軸108の周りに制御可能に回動させる。
【００４１】
ステップ908では、焦点スポットは、上記の動きによって生成された軌跡をたどる。上で記したように、軌跡は馬の鞍状の軌跡でもよく、又は他の軌跡でもよい。
【００４２】
ステップ910で、スキャンが実行される。
【００４３】
図10は別の方法を例示している。再度、以下のステップは異なる順序で生じる場合があり、他の実施例では、より多くの、より少ない、及び/又は、異なるステップが用いられることが出来る点を理解されたい。
【００４４】
ステップ1002では、回転フレーム110のバランスをとるために、移動可能な質量206が回転フレーム110に、少なくともz-軸114に沿って適切に配置される。
【００４５】
ステップ1004では、回転フレーム110は、選択された走査プロトコルに従って回転速度を逓増させる。
【００４６】
ステップ1006で、回転フレーム110は質量バランスが取れているので、焦点スポットは円状の軌跡をたどる。
【００４７】
ステップ1008で、スキャンが実行される。
【００４８】
図11は、別の方法を例示している。
【００４９】
ステップ1102で、回転フレーム110は、選択された走査プロトコルに従って回転速度を逓増させる。
【００５０】
ステップ1104で、移動可能な質量206は、スキャンの間、z-軸114に沿って一つ以上の位置へと動的に制御可能に並進する。
【００５１】
ステップ1106で、焦点スポットは、この動きにより生成された軌跡をたどる。
【００５２】
本発明が、様々な実施例を引用して本願明細書において説明された。本願明細書を読むと、修正及び変更が第3者に見出される場合がある。当該修正及び変更が添付の請求項の範囲又は同請求項の等価物の範囲内となる限り、本発明は全ての斯様な修正及び変更を含むものとして解釈されることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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