(57)【要約】【課題】放射線断層撮影装置において、放射線検出装置が搭載された回転部を高速に回転させても、放射線検出装置の検出特性の変化を抑えることができるようにする。【解決手段】加圧手段が、回転部１０の回転に伴う遠心力Ｆ１による放射線検出装置１６の変形を補正または抑制するように、放射線検出装置１６に圧力Ｆ２を加える。例えば、回転部１２と放射線検出装置１６との間に密閉された空洞部１２２を形成し、加減圧ポンプ２１から当該空洞部１２２に空気などの加圧媒体を注入する。【選択図】図２
2014033785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影対象の周りを回転する回転部と、
前記回転部に設けられる放射線検出装置と、
前記回転部の回転に伴う遠心力による前記放射線検出装置の変形を補正または抑制するように、前記放射線検出装置に圧力を加える加圧手段とを備えた放射線断層撮影装置。
【請求項２】
前記放射線検出装置は、放射線検出器と、該放射線検出器を支持する支持部とを有しており、
前記加圧手段は、前記遠心力による前記支持部の変形を補正または抑制するように、前記支持部に圧力を加える請求項１に記載の放射線断層撮影装置。
【請求項３】
前記回転部と前記支持部との間には、実質的に密閉された空洞部が形成されており、
前記加圧手段は、前記空洞部に加圧媒体を注入することにより、圧力を加える請求項２に記載の放射線断層撮影装置。
【請求項４】
前記加圧手段は、前記遠心力による前記放射線検出装置の変形を補正または抑制するように圧力を加えることにより生じる前記放射線検出装置の変形を、補正または抑制するように、前記放射線検出装置にさらに別の圧力を加える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の放射線断層撮影装置。
【請求項５】
前記加圧手段は、前記放射線検出装置の長手方向における主要部全体にわたって圧力を加える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の放射線断層撮影装置。
【請求項６】
前記加圧手段は、前記放射線検出装置の変形の有無または程度が反映される情報に基づいて、加える圧力を制御する制御手段を有している請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の放射線断層撮影装置。
【請求項７】
前記情報は、前記放射線検出装置の出力である請求項６に記載の放射線断層撮影装置。
【請求項８】
前記情報は、前記回転部の回転速度である請求項６に記載の放射線断層撮影装置。
【請求項９】
前記情報は、前記放射線検出装置の位置的な変化を検出するセンサの出力である請求項６に記載の放射線断層撮影装置。
【請求項１０】
前記加圧手段は、気体または液体である加圧媒体を用いて圧力を加える請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の放射線断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線断層撮影装置に関し、詳しくは、放射線検出装置の検出特性の安定化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置は、Ｘ線源およびＸ線検出装置が搭載された円環状の回転部を備えている。撮影時には、回転部の中心に撮影対象を載置する。そして、回転部を回転させながら、Ｘ線源から撮影対象にＸ線を照射し、その透過Ｘ線をＸ線検出装置で検出する。
【０００３】
回転部を回転させると、Ｘ線源およびＸ線検出装置に遠心力（離心力）が働く。特に、Ｘ線検出装置は、回転面方向に長い構造体であるため、その遠心力によって変形し易い。Ｘ線検出装置は、通常、規則的に配列された複数の検出素子やコリメータ（collimator）板を有している。検出素子やコリメータ板は、その形状や位置、傾きが僅かに変化しただけでも、その検出特性が変化してしまう、非常に敏感な部品である。そのため、Ｘ線検出装置は、回転部が回転しても変形しないように、あるいは、変形が許容範囲内となるように、高い剛性を持つように設計されている（例えば、特許文献１，要約等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−５６７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、Ｘ線ＣＴ装置による撮影の際に、撮影対象の体動による影響をより低減するため、あるいは、撮影時間をさらに短縮するため、回転部の回転速度を高速化する開発が進められている。
【０００６】
Ｘ線検出装置は、上述の通り、高い剛性を持つように設計されてはいるが、それにも限界がある。回転部の回転速度が高速化すれば、Ｘ線検出装置に働く遠心力は増大し、Ｘ線検出装置は、従前よりも大きく変形する。その結果、Ｘ線検出装置の検出特性が無視できないレベル（level）で変化してしまい、再構成画像における画質や精度に悪影響を及ぼすことになる。
【０００７】
このような事情により、放射線検出装置が搭載された回転部を高速に回転させても、その遠心力による放射線検出装置の検出特性の変化を抑えることができる技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の観点の発明は、
撮影対象の周りを回転する回転部と、
前記回転部に設けられる放射線検出装置と、
前記回転部の回転に伴う遠心力による前記放射線検出装置の変形を補正または抑制するように、前記放射線検出装置に圧力を加える加圧手段とを備えた放射線断層撮影装置を提供する。
【０００９】
ここで、「補正または抑制する」とは、変形した状態を元の状態に戻そうと圧力を加える場合（補正）と、変形が起こらないように変形前に圧力を加える場合（抑制）とを含む意である。
【００１０】
第２の観点の発明は、
前記放射線検出装置が、放射線検出器と、該放射線検出器を支持する支持部とを有しており、
前記加圧手段が、前記遠心力による前記支持部の変形を補正または抑制するように、前記支持部に圧力を加える上記第１の観点の放射線断層撮影装置を提供する。
【００１１】
第３の観点の発明は、
前記回転部と前記支持部との間に、実質的に密閉された空洞部が形成されており、
前記加圧手段が、前記空洞部に加圧媒体を注入することにより、圧力を加える上記第２の観点の放射線断層撮影装置を提供する。
【００１２】
第４の観点の発明は、
前記加圧手段が、前記遠心力による前記放射線検出装置の変形を補正または抑制するように圧力を加えることにより生じる前記放射線検出装置の変形を、補正または抑制するように、前記放射線検出装置にさらに別の圧力を加える上記第１の観点から第３の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置を提供する。
【００１３】
第５の観点の発明は、
前記加圧手段が、前記放射線検出装置の長手方向における主要部全体にわたって圧力を加える上記第１の観点から第４の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置を提供する。
【００１４】
第６の観点の発明は、
前記加圧手段が、前記放射線検出装置の変形の有無または程度が反映される情報に基づいて、加える圧力を制御する制御手段を有している上記第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置を提供する。
【００１５】
第７の観点の発明は、
前記情報が、前記放射線検出装置の出力である上記第６の観点の放射線断層撮影装置を提供する。
【００１６】
第８の観点の発明は、
前記情報が、前記回転部の回転速度である上記第６の観点の放射線断層撮影装置を提供する。
【００１７】
第９の観点の発明は、
前記情報が、前記放射線検出装置の位置的な変化を検出するセンサの出力である上記第６の観点の放射線断層撮影装置を提供する。
【００１８】
第１０の観点の発明は、
前記加圧手段が、気体または液体である加圧媒体を用いて圧力を加える上記第１の観点から第９の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
上記観点の発明によれば、回転部の回転に伴って生じる放射線検出装置の変形を補正または抑制するように、放射線検出装置に圧力を加えるので、その変形自身を抑えることができ、回転部を高速に回転させても、その遠心力による放射線検出装置の検出特性の変化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】Ｘ線ＣＴ装置の外観図である。
【図２】走査ガントリ（gantry）の構成を概略的に示す図である。
【図３】Ｘ線管およびＸ線検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図４】回転部の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、発明の実施形態について説明する。
【００２２】
図１は、Ｘ線ＣＴ装置１の外観図である。図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、撮影対象である被検体をスキャン（scan）して投影データ（data）を収集する走査ガントリ２と、被検体を撮影空間である走査ガントリ２のボア（bore）に搬送する撮影テーブル（table）３とを有している。さらに、Ｘ線ＣＴ装置１は、Ｘ線ＣＴ装置１を構成する各部を制御してスキャンを行ったり、スキャンによって収集された投影データを基に画像を再構成したりする操作コンソール（console）４を有している。
【００２３】
撮影テーブル３は、被検体を載せるクレードル（cradle）を有しており、そのクレードルを昇降および水平直線移動させる。
【００２４】
操作コンソール４は、操作者からの入力を受け付ける入力装置と、画像を表示するモニタとを有している。また、操作コンソール４は、その内部に被検体の投影データを収集するための各部の制御や３次元画像再構成処理等を行う中央処理装置と、走査ガントリ２で取得したデータを収集するデータ収集バッファ（buffer）と、プログラム（program）やデータ等を記憶する記憶装置とを有している。
【００２５】
図２は、走査ガントリ２の構成を概略的に示す図である。
【００２６】
図２に示すように、走査ガントリ２は、回転部１０を有している。
【００２７】
回転部１０は、ボアに搬送された被検体９を中心として回転可能に支持されている。回転部１０は、トップ（top）側回転ベース（base）１１と、ボトム（bottom）側回転ベース１２とを有している。
【００２８】
トップ側回転ベース１１およびボトム側回転ベース１２は、ともに、スライス（slice）方向（以下、ＳＬ方向）に直交する面に沿った円環形状を有している。トップ側回転ベース１１およびボトム側回転ベース１２は、ＳＬ方向に互いに間隔をおいて配置されており、不図示の部材を介して互いに連結・固定されている。トップ側回転ベース１１およびボトム側回転ベース１２は、ＳＬ方向において面対称となるように形成されている。トップ側回転ベース１１およびボトム側回転ベース１２は、例えば、アルミニウム（aluminum）、ステンレス（stainless；SUS）、カーボン（carbon）など、剛性の高い部材により構成されている。
【００２９】
回転部１０には、Ｘ線管１５およびＸ線検出装置１６が、被検体９を挟むように対向して配置されている。
【００３０】
Ｘ線管１５およびＸ線検出装置１６は、トップ側回転ベース１１とボトム側回転ベース１２とに、挟まれるように支持されている。
【００３１】
図３は、Ｘ線管およびＸ線検出装置の構成を概略的に示す図である。
【００３２】
図３に示すように、Ｘ線検出装置１６は、コリメータ（collimator）装置１７と、Ｘ線検出器１８と、フレーム（frame）（支持部）１９とを有している。コリメータ装置１７は、Ｘ線管１５の焦点１５１から照射されるＸ線１５２をコリメートし、主に散乱線を除去するためのものである。Ｘ線検出器１８は、Ｘ線管１５の焦点１５２から照射され、被検体を透過したＸ線１５２を検出するためのものである。フレーム１９は、コリメータ装置１７およびＸ線検出器１８を基準位置に固定して支持するためのものである。コリメータ装置１７は、Ｘ線検出器１８のＸ線入射面側に配置されている。
【００３３】
Ｘ線検出器１８は、チャネル（channel）方向（以下、ＣＨ方向）に沿って配列された複数の検出器モジュール１８１により構成されている。また、コリメータ装置１７は、ＣＨ方向に沿って配設された複数のコリメータモジュール（collimator module）１７１により構成されている。ここでは、１つのコリメータモジュール１７１のＸ線出射側に対して、１つの検出器モジュール１８１が取り付けられている。なお、検出器モジュール１８１とコリメータモジュール１７１とは、１対１で対応している必要はなく、１つのコリメータモジュール１７１に対して、複数の検出器モジュール１８１が取り付けられてもよい。
【００３４】
検出器モジュール１８１は、ＣＨ方向およびＳＬ方向に２次元的に配列された複数の検出素子（不図示）を有している。検出素子の配列ピッチは、例えば１ｍｍである。検出素子は、例えば、Ｘ線１５２を受けて発光するシンチレータ（scintillator）素子と、光電変換を行うフォトダイオード（photo diode）とから構成されている。
【００３５】
フレーム１９は、Ｘ線照射方向（以下、Ｉ方向）に見たときに矩形となる枠形状を有している。フレーム１９は、トップ側レール（rail）１９１と、ボトム側レール１９２と、一対の連結部１９３とを有している。
【００３６】
トップ側レール１９１およびボトム側レール１９２は、ともに、ＣＨ方向に延びる円弧形状を有している。トップ側レール１９１およびボトム側レール１９２は、ＳＬ方向に互いに間隔をおいて配置されており、ＣＨ方向の両端部において連結部１９３を介して互いに連結・固定されている。トップ側レール１９１およびボトム側レール１９２は、ＳＬ方向において面対称となるように形成されている。なお、図示していないが、トップ側レール１９１およびボトム側レール１９２には、複数のコリメータモジュール１７１および複数の検出器モジュール１８１の位置決めおよび取付けのための孔が形成されている。トップ側レール１９１およびボトム側レール１９２は、例えば、アルミニウム、ステンレス、カーボンなど、剛性の高い部材により構成されている。
【００３７】
図４は、図２における回転部１０のＡ−Ａ′断面の拡大図である。
【００３８】
図４に示すように、トップ側回転ベース１１には、トップ側レール１９１が嵌合する凹部（以下、トップ側第１凹部）１１１が形成されている。また、トップ側第１凹部１１１の奥には、そのトップ側第１凹部１１１にトップ側レール１９１を嵌合したときに、トップ側回転ベース１１とトップ側レール１９１との間に空洞部（以下、トップ側空洞部）１１２が形成されるよう、さらに別の凹部（以下、トップ側第２凹部）１１３が形成されている。このトップ側空洞部１１２は、トップ側レール１９１の側面１９１ｓの少なくとも一部と、その底面１９１ｂの少なくとも一部とを境界面に含むような形状を有している。また、トップ側空洞部１１２は、トップ側レール１９１のＣＨ方向のほぼ全体にわたって延びている。トップ側回転ベース１１とトップ側レール１９１とは、このトップ側空洞部１１２が実質的に密閉されるようにシーリング（sealing）された状態で接続されている。
【００３９】
同様に、ボトム側回転ベース１２には、ボトム側レール１９２が嵌合する凹部（以下、ボトム側第１凹部）１２１が形成されている。また、ボトム側第１凹部１２１の奥には、そのボトム側第１凹部１２１にボトム側レール１９２を嵌合したときに、ボトム側回転ベース１２とボトム側レール１９２との間に空洞部（以下、ボトム側空洞部）１２２が形成されるよう、さらに別の凹部（以下、ボトム側第２凹部）１２３が形成されている。このボトム側空洞部１２２は、ボトム側レール１９２の側面１９２ｓの少なくとも一部と、その底面１９２ｂの少なくとも一部とを境界面として含むような形状を有している。また、ボトム側空洞部１２２は、トップ側レール１９２のＣＨ方向のほぼ全体にわたって延びている。ボトム側回転ベース１２とボトム側レール１９２とは、このボトム側空洞部１２２が実質的に密閉されるようにシーリングされた状態で接続されている。
【００４０】
図２に示すように、回転部１０は、さらに、圧力制御部２０と、加減圧ポンプ（pump）２１と、配管２２とを有している。
【００４１】
加減圧ポンプ２１は、配管２２を介して、トップ側空洞部１１２およびボトム側空洞部１２２と接続されている。加減圧ポンプ２１、トップ側およびボトム側空洞部１１２，１２２、配管２２の中には、加圧媒体２３が封入されている。加減圧ポンプ２１は、不図示の圧力センサ（sensor）を内蔵しており、トップ側およびボトム側空洞部１１２，１２２内の圧力が、圧力制御部２０から送信される指定圧力となるように、加圧媒体２３の流出入を調整する。なお、ここでは、加圧媒体２３は、空気である。
【００４２】
圧力制御部２０は、トップ側およびボトム側レール１９１，１９２の遠心力Ｆ１による変形が補正されるように、加減圧ポンプ２１に指定圧力を送信する。ここでは、圧力制御部２０は、Ｘ線検出器１８における参照用の検出素子（不図示）の出力に基づいて、トップ側およびボトム側レール１９１，１９２の遠心力Ｆ１による変形を検知し、その変形が元に戻るように、送信する指定圧力を増減させる。例えば、参照用の検出素子の出力が、Ｘ線検出器１８の変形以外の環境変化に対して安定であることを前提として、その出力が一定となるように、指定圧力をフィードバック（feedback）制御する。参照用の検出素子は、例えば、Ｘ線検出器１８のＣＨ方向における両端部の近傍に位置する検出素子であり、Ｘ線１５２が被検体を透過しないで直接入射する素子である。
【００４３】
ところで、トップ側およびボトム側レール１９１，１９２に働く遠心力の向きは、回転部１０の回転中心ＩＳＯから外側に向かう向きである。したがって、トップ側およびボトム側レール１９１，１９２の遠心力Ｆ１による変形を防ぐには、トップ側およびボトム側レール１９１，１９２に対して、遠心力Ｆ１とは逆向き、すなわち、その底面１９１ｂ，１９２ｂ側から圧力Ｆ２を加えればよい。しかし、このとき、トップ側およびボトム側レール１９１，１９２には、遠心力Ｆ１と加圧媒体による圧力Ｆ２とがほぼ対向して加わることになる。すると、トップ側およびボトム側レール１９１，１９２は、これらの力によってわずかに押しつぶされて、ＳＬ方向における外側に膨らもうとし、いわゆる２次的な変形が生じる（１次的な変形は遠心力Ｆ１による変形）。そこで、本実施形態では、トップ側およびボトム側レール１９１，１９２に対して、その底面１９１ｂ，１９２ｂ側からだけでなく、側面１９１ｓ，１９２ｓ側からも圧力Ｆ２を加えることにより、ＳＬ方向における外側に膨らもうとする力を抑え、２次的な変形を防ぐような工夫が成されている。なお、Ｘ線検出装置１６の構造や上記レール１９１，１９２の形状によっては、２次的な変形の方向は、ＳＬ方向になるとは限らず、遠心力Ｆ１が働く方向とは異なるあらゆる方向を取り得る。この場合は、その２次的な変形の方向において、変形する向きと対向して圧力を加えるように工夫すればよい。なお、この２次的な変形の方向に加える圧力は、１次的な変形の方向に加える圧力と同じであってもよいし、変えてもよい。
【００４４】
以上、本実施形態によれば、回転部１０の回転に伴って生じるＸ線検出装置１６の変形、本例ではフレーム１９を構成するトップ側およびボトム側レール１９１，１９２の変形を補正するように、これらのレール１９１，１９２に圧力を加えるので、その変形自身を抑えることができ、回転部１０を高速に回転させても、その遠心力によるＸ線検出装置１６の検出特性の変化を抑えることができる。
【００４５】
また、本実施形態によれば、次に様な効果も奏する。トップ側およびボトム側レール１９１，１９２の遠心力による変形を抑える一般的な方法として、トップ側およびボトム側レール１９１，１９２を多数の位置で回転部１０にネジ固定する方法が考えられる。しかし、この方法では、ネジの固定点近傍では変形を抑えることはできるが、ネジの固定点間で変形するため、これらのレール１９１，１９２が波状に変形してしまい、検出素子の検出特性に悪影響が及ぶ。その点、本実施形態では、トップ側およびボトム側レール１９１，１９２に対して、その長手方向であるＣＨ方向における主要部全体に圧力を加えるようにしている。そのため、トップ側およびボトム側レール１９１，１９２が波状に変形することもなく、長手方向に対して一様に変形を補正することができる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、次に様な効果も奏する。一般的に、トップ側およびボトム側レール１９１，１９２の変形による検出素子の検出特性の変化を、ソフト的に補正する方法も考えられる。しかし、この方法では、その補正のためのキャリブレーション（calibration）に時間を要するため、Ｘ線ＣＴ装置１の使い勝手が悪くなる。その点、本実施形態では、これらのレール１９１，１９２の変形を機械的（物理的）にキャンセル（cancel）するようにしている。そのため、キャリブレーションに時間を要することもない。
【００４７】
なお、発明は、本実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の実施形態を採ることができる。
【００４８】
例えば、トップ側およびボトム側レール１９１，１９２に働く遠心力Ｆ１は、回転部１０の回転速度と相関がある。そこで、回転部１０の回転速度と、トップ側およびボトム側レール１９１，１９２の遠心力による変形が抑制される、トップ側およびボトム側空洞部１１２，１２２内の適正な圧力との関係を予め求めておき、圧力制御部２０は、回転部１０の回転速度の設定値あるいは計測値と当該関係とに基づいて、指定圧力を制御するようにしてもよい。
【００４９】
また例えば、加減圧ポンプ２１は、トップ側およびボトム側空洞部１１２，１２２内の圧力をそれぞれ別々に制御するようにしてもよい。
【００５０】
また例えば、加減圧ポンプ２１は、駆動信号に基づいて加圧媒体の流出入を直接的に調整するものであり、圧力制御部２０は、駆動信号を加減圧ポンプ２１に送信して、トップ側およびボトム側空洞部１１２，１２２内の圧力を制御するものであってもよい。
【００５１】
また例えば、圧力制御部２０は、トップ側およびボトム側レール１９１，１９２の位置的な変位を検出するセンサを設け、そのセンサの出力に基づいて、指定圧力を制御するようにしてもよい。センサとしては、例えば、ピエゾ（piezo）素子、レーザ（LASER）、赤外線等を用いたものを考えることができる。
【００５２】
また例えば、加圧媒体２３は、空気だけでなく、窒素、ヘリウム（helium）などの他の気体であってもよいし、油や水などの液体であってもよい。
【００５３】
また例えば、発明は、Ｘ線を用いる装置に限定されず、他の放射線、例えばＳＰＥＣＴ装置のように、γ（ガンマ）線を用いる装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１  Ｘ線ＣＴ装置
２  走査ガントリ
３  撮影テーブル
４  操作コンソール
９  被検体
１０  回転部
１１  トップ側回転ベース
１１１  トップ側第１凹部
１１２  トップ側空洞部
１１３  トップ側第２凹部
１２  ボトム側回転ベース
１２１  ボトム側第１凹部
１２２  ボトム側空洞部
１２３  ボトム側第２凹部
１５  Ｘ線管
１５１  Ｘ線
１５２  焦点
１６  Ｘ線検出装置
１７  コリメータ装置
１７１  コリメータモジュール
１８  Ｘ線検出器
１８１  検出器モジュール
１９  フレーム
１９１  トップ側レール
１９２  ボトム側レール
１９３  連結部
２０  圧力制御部
２１  加減圧ポンプ
２２  配管
２３  加圧媒体
【図１】
2014033785.tif 000003
【図２】
2014033785.tif 000004
【図３】
2014033785.tif 000005
【図４】
2014033785.tif 000006