(57)【要約】【課題】強度と均一性を向上させた一体型構造の二次元コリメータを実現する。【解決手段】Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線源、Ｘ線検出器、コリメータ及び再構成部を備えている。前記Ｘ線検出器は、前記Ｘ線源のＸ線焦点から発生され、被検体を透過するＸ線を検出するための複数のＸ線検出素子を前記被検体の体軸に直交するチャンネル方向と前記体軸に沿ったスライス方向とに格子状に配列している。前記コリメータは前記Ｘ線検出器に装着される。前記再構成部は、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて前記被検体に関する画像データを再構成する。前記コリメータは複数のチャンネル隔壁板及び複数のスライス隔壁板を備えている。前記複数のチャンネル隔壁板は、前記チャンネル方向に沿って配列され、前記Ｘ線に対する遮蔽性を有する。前記複数のスライス隔壁板は、前記チャンネル隔壁板の間隙各々に配列され、前記Ｘ線に対する遮蔽性を有し、前記チャンネル隔壁板に溶接されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源と、
前記Ｘ線源のＸ線焦点から発生され、被検体を透過するＸ線を検出するための複数のＸ線検出素子を前記被検体の体軸に直交するチャンネル方向と前記体軸に沿ったスライス方向とに格子状に配列したＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器に装着されるコリメータと、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて前記被検体に関する画像データを再構成する再構成部とを具備し、
前記コリメータは、
前記チャンネル方向に沿って配列され、前記Ｘ線に対する遮蔽性を有する複数のチャンネル隔壁板と、
前記チャンネル隔壁板の間隙各々に配列され、前記Ｘ線に対する遮蔽性を有し、前記チャンネル隔壁板に溶接された複数のスライス隔壁板と
を有することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置において、
前記各チャンネル隔壁板及び前記各スライス隔壁板は、前記Ｘ線源のＸ線焦点を向くように放射状に配列されたことを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
複数のチャンネル隔壁板と複数のスライス隔壁板とを格子状に配列したコリメータを製造するためのコリメータ製造方法であって、
前記各チャンネル隔壁板のうちの１枚のチャンネル隔壁板を溶接対象として、当該溶接対象のチャンネル隔壁板に前記各スライス隔壁板を溶接機が順次、溶接する第１溶接工程と、
一端が溶接された前記各スライス隔壁板の他端に新たなチャンネル隔壁板の裏面を当接させた状態で、前記新たなチャンネル隔壁板の表面に新たな各スライス隔壁板を前記溶接機が順次、溶接する第２溶接工程と
を具備し、
前記第２溶接工程は、前記表面に対向する一方向から前記溶接を行うことにより、前記表面における溶接と、前記裏面に当接した前記他端との溶接とを同時に行うことを特徴とするコリメータ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、コンピュータ断層撮影装置及びコリメータ製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（Computed tomography：以下、Ｘ線ＣＴ装置と呼ぶ）においては、Ｘ線管とＸ線検出器とのペアを被検体の周りを回転させながら、被検体を透過したＸ線をＸ線検出器内の複数のＸ線検出素子により検出する。なお、Ｘ線検出器には、Ｘ線に対して各Ｘ線検出素子を分離すると共に、入射Ｘ線方向を制限することにより散乱線を除去し直接線の検出能を向上するためにコリメータが装備される。コリメータは、例えば、被検体の体軸に直交するファン角方向（チャンネル方向）に関して配置された複数のＸ線遮蔽板（隔壁板）（以下、チャンネル隔壁板ともいう）により形成されている。隔壁板としては、例えば、モリブデン（Ｍｏ）板が使用可能となっている。
【０００３】
近年、二次元アレイ型のＸ線検出器の普及が進んでいる。この二次元アレイ型のＸ線検出器は、検出素子列（セグメントともいう）を比較的少数、典型的には、４列並べたものが普及している。しかし、最近では、シンチレータ素子とフォトダイオード素子を組み合わせた固体検出素子、又はＸ線を電荷に直接的に変換するセレン等の固体検出素子の採用により、６４列、さらにそれを越える列数を持った広視野のＸ線検出器が登場している。
【０００４】
このようなＸ線検出器の多列化が進んだ場合、前述したチャンネル隔壁板のみにより形成されたコリメータ（一次元コリメータ）では、被検体の体軸方向に沿ったコーン角方向（スライス方向）の散乱線を除去できず、アーチファクトやＣＴ値変動を発生させてしまう。そのため、コーン角方向に関しても複数のＸ線遮蔽板（隔壁板）（以下、スライス隔壁板ともいう）を配置したコリメータ（以下、二次元コリメータともいう）が必要となる。すなわち、二次元コリメータは、ファン角とコーン角との２方向の散乱線を除去する観点から、Ｘ線管（Ｘ線焦点）を向いて格子状に組まれたチャンネル隔壁板及びスライス隔壁板により形成される必要がある。
【０００５】
このような二次元コリメータとしては、例えば、格子状に組まれた多数のくし形板により形成された一体型構造のコリメータが知られている。また、視野を部分的にカバーする各コリメータモジュールを接合して製作された一体型構造の二次元コリメータも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１３７２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、以上のような二次元コリメータは、いずれも高い強度を有するように組み立てることが困難である。また、後者の二次元コリメータの場合、高速回転に伴う遠心力による応力が各コリメータモジュールの接合部分に集中して空間が発生し、感度分布の均一性が低下してしまう可能性もある。
【０００８】
目的は、強度と均一性を向上させた一体型構造の二次元コリメータを実現し得るＸ線コンピュータ断層撮影装置及びコリメータ製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態のＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線源、Ｘ線検出器、コリメータ及び再構成部を備えている。
【００１０】
前記Ｘ線検出器は、前記Ｘ線源のＸ線焦点から発生され、被検体を透過するＸ線を検出するための複数のＸ線検出素子を前記被検体の体軸に直交するチャンネル方向と前記体軸に沿ったスライス方向とに格子状に配列している。
【００１１】
前記コリメータは前記Ｘ線検出器に装着される。
【００１２】
前記再構成部は、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて前記被検体に関する画像データを再構成する。
【００１３】
前記コリメータは複数のチャンネル隔壁板及び複数のスライス隔壁板を備えている。
【００１４】
前記複数のチャンネル隔壁板は、前記チャンネル方向に沿って配列され、前記Ｘ線に対する遮蔽性を有する。
【００１５】
前記複数のスライス隔壁板は、前記チャンネル隔壁板の間隙各々に配列され、前記Ｘ線に対する遮蔽性を有し、前記チャンネル隔壁板に溶接されている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置のブロック図である。
【図２】同実施形態におけるコリメータの構造図である。
【図３】同実施形態におけるスライス隔壁板の平面図である。
【図４】同実施形態におけるコリメート領域の集束を示す図である。
【図５】同実施形態におけるコリメートラインを示す図である。
【図６】同実施形態におけるチャンネル隔壁板の配列を示す図である。
【図７】同実施形態におけるスライス隔壁板の配列を示す図である。
【図８】同実施形態におけるコリメータフレームを示す図である。
【図９】同実施形態におけるコリメータフレームのガイド溝を示す図である。
【図１０】同実施形態におけるコリメータの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１１】同実施形態における隔壁板の溶接を説明するための斜視図である。
【図１２】同実施形態における隔壁板の溶接を説明するための上面図である。
【図１３】同実施形態における隔壁板の溶接を説明するための斜視図である。
【図１４】同実施形態における隔壁板の溶接を説明するための上面図である。
【図１５】従来のコリメータの構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら一実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置及びコリメータ製造方法を説明する。
【００１８】
図１は一実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置のブロック図である。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、架台部（ガントリともいう）１００を主要構造物として有する。架台部１００は回転リング１０２を有し、この回転リング１０２にコーンビーム形Ｘ線管１０１とＸ線検出器１１とが対向して配置されている。Ｘ線検出器１１にはコリメータ１３が取り付けられる。コリメータ１３の詳細は後述する。Ｘ線管１０１は、高電圧発生装置１０９から周期的に発生される高電圧パルスを受けて、Ｘ線を発生する。Ｘ線検出器１１は、電離箱形検出器箱又は半導体検出器で構成される。半導体Ｘ線検出器であれば、コーンビームの頂点（Ｘ線焦点Ｆ）を中心として円弧状に複数のＸ線検出素子が配列され、さらにこのＸ線検出素子列が回転リング１０２の回転軸と略平行な方向に沿って複数並列されている。Ｘ線検出器１１には、一般的にＤＡＳ(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集回路１０４が接続されている。このデータ収集回路１０４には、Ｘ線検出器１１の各チャンネルの電流信号を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、この電圧信号をＸ線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このプリアンプの出力信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが、チャンネルごとに設けられている。データ収集回路１０４には非接触データ伝送装置１０５を介して前処理装置１０６が接続される。前処理装置１０６は、このデータ収集回路１０４で検出された投影データに対して、チャンネル間の感度不均一を補正したり、またＸ線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下又は信号脱落を補正する等の前処理を実行する。前処理装置１０６で補正を受けた投影データは記憶装置１１２に記憶される。再構成処理部１１８は、任意のコーンビーム画像再構成アルゴリズムにより記憶された投影データに基づいてＣＴ値の３次元分布を表すボリュームデータを再構成する。コーンビーム画像再構成アルゴリズムの典型的な例としては重み付きフェルドカンプ法(Feldkamp method)がある。このフェルドカンプ法は、ファンビームコンボリューション・バックプロジェクション法をもとにした近似的再構成法であり、コンボリューション処理は、コーン角が比較的小さいことを前提として、データをファン投影データと見なして行われる。しかし、バックプロジェクション処理は、実際のレイ(ray)に沿って行われる。
【００１９】
図示しない画像処理部においてボリュームデータはレンダリング処理又は断面変換処理（ＭＰＲ）等により２次元座標系で表現された画像データに変換される。画像データは表示装置１１６に表示される。ホストコントローラ１１０は、オペレータによる入力装置１１５の操作に従って投影データの収集動作、つまりスキャンを実行させるために、回転リング１０２を定速で安定的に回転させるために架台駆動部１０７を制御し、スキャン期間中にＸ線管１０１からＸ線を発生させるために高電圧発生装置１０９を制御し、Ｘ線発生に同期してデータ収集回路１０４等を制御する等のスキャンに関わるコントロールを統括している。
【００２０】
図１に示すように、二次元アレイ型のＸ線検出器１１は、典型的には、複数のＸ線検出素子がＸ線焦点を中心として円弧状に一列に配列され、このＸ線検出素子列がＺ軸方向（スライス方向）にそって複数並設される。なおＸ線検出素子列内の検出素子の配列方向を、チャンネル方向という。
【００２１】
二次元アレイ型のＸ線検出器１１のＸ線源側には、複数の検出素子を個々に光学的に分離するとともに、入射方向を制限することにより散乱線を除去し直接線の検出能を向上するためにスライス方向とチャンネル方向との２方向に関してＸ線遮蔽板（隔壁板）が格子状に溶接されたコリメータ１３が装備される。
【００２２】
コリメータ１３は、図２に示すように、チャンネル方向に沿って配列された複数のチャンネル隔壁板３１と、チャンネル隔壁板３１の間隙各々に配列され、チャンネル隔壁板３１に溶接された複数のスライス隔壁板３３とを備えている。各スライス隔壁板３３は、チャンネル隔壁板３１に対して垂直に設けられる。また、各チャンネル隔壁板３１及び各スライス隔壁板３３は、Ｘ線源のＸ線焦点Ｆを向くように放射状に配列されることが好ましい。
【００２３】
各チャンネル隔壁板３１は、Ｘ線遮蔽性を有する材料から長方形に切り出される。Ｘ線遮蔽性を有する材料は、例えば、薄いモリブデン板である。全てのチャンネル隔壁板３３は、同一形状、同一サイズを有する。
【００２４】
各スライス隔壁板３３は、図３に示すように、Ｘ線遮蔽性を有する材料から成型された台形の短冊形状を有する薄板である。Ｘ線遮蔽性を有する材料は、例えば、薄いモリブデン板である。全てのスライス隔壁板３３は、同一形状、同一サイズを有する。
【００２５】
コリメータ１３は、図４及び図５に示すように、複数のコリメート領域の全てを正確にＸ線焦点Ｆに集束させるようにチャンネル方向とスライス方向との２方向に一定の曲率を持たせる構造としてもよい。なお、コリメート領域はコリメータ１３を構成する縦横の隔壁板３１，３３で囲まれる領域をいい、コリメート領域の一方の端面の中心と他方の端面の中心とを結んだ線をコリメートラインという。コリメートラインはコリメート領域の指向性を示す。
【００２６】
ここで、各チャンネル隔壁板３１は、図６に示すように、チャンネル方向に隣り合うコリメートライン同士のなす角度として定義される拡がり角Δθ１を一定にするように配列される。
【００２７】
各スライス隔壁板３３は、図７に示すように、スライス方向に隣り合うコリメートライン同士のなす角度として定義される拡がり角Δθ２を一定にするように配列される。
【００２８】
各チャンネル隔壁板３１は各スライス隔壁板３３とともに複数の角錐形のコリメート領域を区画する。各コリメート領域は各検出素子にそれぞれ対応する。各コリメート領域にそれぞれ対応する各コリメートラインは、一点（Ｘ線焦点Ｆ）に集束する。この集束性は、複数のチャンネル各々に入射する散乱線を大幅に減少させて、診断画像精度を飛躍的に向上させることを可能にする。
【００２９】
この集束性は、平板形状を有するチャンネル隔壁板３１と台形の短冊形状を有する各スライス隔壁板３３との溶接により達成できる。さらに上記集束性は、コリメータ１３を複数のモジュールの組み合わせにより構成したものではなく、一体構成により獲得できる。従って、モジュール接合部分等に過度の応力がかかって部分的な歪みを生じさせたり、またモジュール接合部分で散乱線除去精度が大きく変化する等の不具合もなく、チャンネル方向及びスライス方向の両方向に関して感度分布の均一性を獲得することができる。
【００３０】
コリメータ１３は、コリメータフレーム１６を有する。コリメータフレーム１６は、図８に示すように、上部フレーム１７と下部フレーム１９とを有する。上部フレーム１７は、円環状板の一部形状を有する。下部フレーム１９は、上部フレーム１７と同一形状を有する。上部／下部フレーム１７、１９の円環の半径は、Ｘ線検出器１１に組み付けられ、回転リング１０２に搭載されたコリメータフレーム１６と、コーンビーム形Ｘ線管１０１のＸ線焦点Ｆとの距離にほぼ等価である。上部フレーム１７と下部フレーム１９とは、側部フレーム２１、２３により平行に保持される。上部フレーム１７と下部フレーム１９との間隔は、後述するチャンネル隔壁板ガイド溝の長さ、より具体的にはＸ線検出器１１のスライス方向に関する感度幅にほぼ等価である。
【００３１】
図９に示すように、下部フレーム１９には複数のガイド溝（チャンネル隔壁板ガイド溝という）２５が形成されている。複数のチャンネル隔壁板ガイド溝２５は、一定の間隔でＸ線焦点Ｆを中心としてチャンネル方向に関し放射状に形成される。換言すると、複数のチャンネル隔壁板ガイド溝２５は、Ｘ線焦点Ｆを中心とした円環の半径方向に沿って形成され、前述した拡がり角Δθ１を一定とするように配列される。同様に上部フレーム１７にも複数のチャンネル隔壁板ガイド溝２７が形成されている。
【００３２】
各チャンネル隔壁板３１は、このような各チャンネル隔壁板ガイド溝２５，２７に支持され、エポキシ系接着剤で固定される。各チャンネル隔壁板３１は、フレーム１７、１９に対して垂直に設けられる。
【００３３】
次に、以上のようなコリメータ１３の製造方法について図１０乃至図１４を用いて説明する。ここでは、コリメータ１３のうち、各チャンネル隔壁板３１及び各スライス隔壁板３３の一体型構造を溶接装置により作製する工程について主に述べる。溶接装置としては、例えば、溶接対象の位置決め機構と、微細加工が可能なレーザ溶接機等の溶接機４０とを有する装置が適宜、使用可能となっている。
【００３４】
溶接装置では、図１０及び図１１に示すように、各チャンネル隔壁板３１のうちの１枚のチャンネル隔壁板３１を溶接対象として、当該溶接対象のチャンネル隔壁板３１に各スライス隔壁板３３を溶接機４０が順次、溶接する（ＳＴ１）。ステップＳＴ１において、溶接機４０は、溶接対象のチャンネル隔壁板３１と各スライス隔壁板３３とを一方向から溶接する。具体的には例えば溶接機４０は、図１２に示すように、溶接対象の隔壁板３１，３３のなす角を略等分する中心軸４１上において、溶接対象以外のスライス隔壁板３３とは対向しない位置から溶接対象の隔壁板３１，３３を向く一方向４２に沿って隔壁板３１，３３を溶接する。
【００３５】
次に、溶接装置では、図１３及び図１４に示すように、一端が溶接された各スライス隔壁板３３の他端に新たなチャンネル隔壁板３１の裏面を当接させた状態で（ＳＴ２）、当該新たなチャンネル隔壁板３１の表面に新たな各スライス隔壁板３３を溶接機４０が順次、溶接する（ＳＴ３）。ステップＳＴ３では、表面に対向する一方向４２から溶接を行うことにより、表面における溶接と、裏面に当接した他端との溶接とを同時に行う。補足すると、溶接対象のチャンネル隔壁板３１が２枚目以降の場合、溶接機４０は、表面の溶接部分４３に対して裏面部分４４に位置する隔壁板３１，３３についても同時に溶接する。表面と裏面の同時溶接は、表面の溶接部分４３のロウ材が裏面部分４４にしみ出す現象を利用している。
【００３６】
以下、ステップＳＴ２，ＳＴ３を繰り返し実行することにより、格子状に溶接された一体構造の隔壁板３１，３３が作製される。この一体構造の隔壁板３１，３３は、各フレーム１７，１９，２１，２３内に固定される。これにより、コリメータ１３が作製される。
【００３７】
上述したように本実施形態によれば、複数のチャンネル隔壁板３１がチャンネル方向に沿って配列され、複数のスライス隔壁板３３が、チャンネル隔壁板３１の間隙各々に配列され、チャンネル隔壁板３１に溶接された構成により、強度と均一性を向上させた一体型構造の二次元コリメータを実現することができる。
【００３８】
補足すると、従来の一次元コリメータは、図１５に示すように、ファン角方向に関して配置されたチャンネル隔壁板３１のみがあり、コーン角方向からの散乱線を除去できない。
【００３９】
これに対し、本実施形態では、図２に示したように、ファン角及びコーン角方向からの散乱線を除去でき、かつ溶接による一体型構造とすることにより、従来とは異なり、複数のコリメータモジュールの接合部分などの特異点を発生させることなく、より強度が高く、より感度分布が均一なコリメータを実現することができる。
【００４０】
また、本実施形態によれば、一端が溶接された各スライス隔壁板３３の他端に新たなチャンネル隔壁板３１の裏面を当接させた状態で、新たなチャンネル隔壁板３１の表面に新たな各スライス隔壁板３３を溶接機４０が順次、溶接する。このとき、当該表面に対向する一方向４２から溶接を行う構成により、表面の溶接部分４３のロウ材が裏面部分４４にしみ出す現象を利用して、当該表面における溶接と、当該裏面に当接した他端との溶接とを同時に行うことができる。
【００４１】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４２】
１１…Ｘ線検出器、１３…コリメータ、１５…Ｘ線管、３１…チャンネル隔壁板、３３…スライス隔壁板。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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