(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管と、
Ｘ線管駆動機構と、
Ｘ線管からの放出Ｘ線をファンビーム化するコリメータと、
Ｘ線管と対向して、被検体を搭載する天板の周囲を、回転する多チャネルＸ線検出器と、
２つの信号Ａ、Ｂを出力する２チャンネル構成をなし、ファンビームＸ線の熱ドリフトを含むＸ線ビームの移動なしでＡ＝Ｂとなる関係の２つのチャンネル信号Ａ、Ｂであって、Ｘ線ビームの移動があればその移動に応じて２つのチャンネル信号Ａ、Ｂの間に差分Ａ−Ｂが生ずる関係の２つのチャンネル信号Ａ、Ｂを出力するＸ線検出器と、
管電圧及び又は管電流の大きさに応じて利得の大きさが切替えられると共に、上記信号Ａ、Ｂを入力しその利得に応じた信号Ａ’、Ｂ’を出力する利得手段と、
この利得切替え後に得られる信号Ａ、Ｂに対する出力信号Ａ’、Ｂ’について熱ドリフトを含むＸ線ビームの移動によるＡ’≠Ｂ’の場合に、Ａ’＝Ｂ’とするように、上記Ｘ線管駆動機構を介してＸ線管の位置制御を行う手段と、
この位置制御後の上記多チャネルＸ線検出器の計測信号から画像再構成を行う処理手段と、
より成るＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
Ｘ線管と、
Ｘ線管からの放出Ｘ線をファンビーム化するコリメータと、
Ｘ線管と対向して、被検体を搭載する天板の周囲を回転する、多チャネルＸ線検出器と、
２つの信号Ａ、Ｂを出力する２チャンネル構成をなし、ファンビームＸ線の熱ドリフトを含むＸ線ビームの移動なしでＡ＝Ｂとなる関係の２つのチャンネル信号Ａ、Ｂであって、Ｘ線ビームの移動があればその移動に応じて２つのチャンネル信号Ａ、Ｂの間に差分Ａ−Ｂが生ずる関係の２つのチャンネル信号Ａ、Ｂを出力するＸ線検出器と、
管電圧及び又は管電流の大きさに応じて利得の大きさが切替えられると共に、上記信号Ａ、Ｂを入力しその利得に応じた信号Ａ’、Ｂ’を出力する利得手段と、
コリメータ駆動機構と、
出力信号Ａ’、Ｂ’についての熱ドリフトを含むＸ線ビームの移動によるＡ’≠Ｂ’の場合に、Ａ’＝Ｂ’とするように、上記コリメータ駆動機構を介してコリメータの位置制御を行う手段と、
このコリメータの位置制御後の上記多チャネルＸ線検出器の計測信号から画像構成を行う処理手段と、
より成るＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
上記管電圧及び又は管電流による利得切替えは、Ｘ線強度信号が少なくて信号Ａ、Ｂのレベルが小さい時には信号Ａ、Ｂのレベルの大きい時に比して利得を大きくするように切替えるものとした請求項１又は２のＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】
上記管電圧及び管電流による利得切替えは、熱ドリフトの発生していない状態でＡ’＝Ｂ’となるように利得切替えると共に、Ｘ線強度が小さくて信号Ａ、Ｂのレベルが小さい時には信号Ａ、Ｂのレベルの大きい時に比して利得を大きくするように切替えるものとした請求項１又は２のＸ線ＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線ビームのシフト補正を行うＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線管と、この放出Ｘ線をファンビーム状にコリメートするコリメータを持つ。コリメータを通過するＸ線はファンビーム化され、被検体に照射される。Ｘ線管に対向した配置関係にある多チャンネルＸ線検出器が、被検体を透過したＸ線を検出する。このＸ線検出器の出力はＡＤ変換されて画像処理装置に入力する。Ｘ線管とＸ線検出器とは互いに対向した位置関係のもとに回転し、この回転の間、Ｘ線管がＸ線を連続的又は間欠的に曝射し、所定のピッチ角度（これを投影角度と呼ぶ）毎に、Ｘ線検出器によるそれに伴う被検体透過Ｘ線の検出を行う。対向位置関係のもとでの１回転又は半回転１８０゜（＋α）の回転により得られたＸ線検出器の出力について、画像処理装置で、各種の前処理や再構成処理が行われ、再構成画像を得る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
画像再構成のためには、ファンビームＸ線がＸ線検出器のＸ線感応領域に正確に入射することが必要である。Ｘ線管及びコリメータ並びにＸ線検出器が互いに整列されることで、Ｘ線管から放射されるＸ線がコリメータでファンビーム化され、このファンビームＸ線がＸ線検出器のＸ線感応領域へと入射する。
こうしたＸ線管とコリメータとＸ線検出器とは機構的に互いに整列するように設計され、組立てられている。
【０００４】
しかし、こうした設計、組立てのもとでも、ファンビームＸ線が移動し位置ずれ（シフト）を起こすことがあった。位置ずれの主な原因としては、Ｘ線管自体の熱ドリフトによる移動がある。
【０００５】
Ｘ線管の移動により、焦点がずれ、予定のファンビームＸ線を得ることができない。
熱ドリフトによるＸ線管の移動があっても、その移動量を検出してその移動量を相殺するようなシフト補正方法が考えられる。その一例が特開平４−２２７２３８号である。特開平４−２２７２３８号は、ファンビームを得るための手段としてのコリメータに対して、移動量を相殺するような位置制御をはかる。
熱ドリフトによる移動量の相殺のためには、その移動量を正確に検出することが必要である。
【０００６】
又、Ｘ線ビームの熱ドリフト等によるシフトをなくすために、コリメータの位置制御を行うが、この際にシフト検出用の信号にノイズが重畳し、正しくシフト量を検出できないとの問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、熱ドリフト等によるＸ線管の移動量を正確に検出可能にするＸ線ＣＴ装置を提供するものである。
【０００８】
更に本発明の目的は、コリメータへの位置制御を使用することなく、Ｘ線の移動の相殺を可能にするＸ線ＣＴ装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｘ線管と、
Ｘ線管駆動機構と、
Ｘ線管からの放出Ｘ線をファンビーム化するコリメータと、
Ｘ線管と対向して、被検体を搭載する天板の周囲を、回転する多チャネルＸ線検出器と、
２つの信号Ａ、Ｂを出力する２チャンネル構成をなし、ファンビームＸ線の熱ドリフトを含むＸ線ビームの移動なしでＡ＝Ｂとなる関係の２つのチャンネル信号Ａ、Ｂであって、Ｘ線ビームの移動があればその移動に応じて２つのチャンネル信号Ａ、Ｂの間に差分Ａ−Ｂが生ずる関係の２つのチャンネル信号Ａ、Ｂを出力するＸ線検出器と、
管電圧及び又は管電流の大きさに応じて利得の大きさが切替えられると共に、上記信号Ａ、Ｂを入力しその利得に応じた信号Ａ’、Ｂ’を出力する利得手段と、
この利得切替え後に得られる信号Ａ、Ｂに対する出力信号Ａ’、Ｂ’について熱ドリフトを含むＸ線ビームの移動によるＡ’≠Ｂ’の場合に、Ａ’＝Ｂ’とするように、上記Ｘ線管駆動機構を介してＸ線管の位置制御を行う手段と、
この位置制御後の上記多チャネルＸ線検出器の計測信号から画像再構成を行う処理手段と、
より成るＸ線ＣＴ装置を開示する。
【００１０】
更に本発明は、Ｘ線管と、
Ｘ線管からの放出Ｘ線をファンビーム化するコリメータと、
Ｘ線管と対向して、被検体を搭載する天板の周囲を回転する、多チャネルＸ線検出器と、
２つの信号Ａ、Ｂを出力する２チャンネル構成をなし、ファンビームＸ線の熱ドリフトを含むＸ線ビームの移動なしでＡ＝Ｂとなる関係の２つのチャンネル信号Ａ、Ｂであって、Ｘ線ビームの移動があればその移動に応じて２つのチャンネル信号Ａ、Ｂの間に差分Ａ−Ｂが生ずる関係の２つのチャンネル信号Ａ、Ｂを出力するＸ線検出器と、
管電圧及び又は管電流の大きさに応じて利得の大きさが切替えられると共に、上記信号Ａ、Ｂを入力しその利得に応じた信号Ａ’、Ｂ’を出力する利得手段と、
コリメータ駆動機構と、
出力信号Ａ’、Ｂ’についての熱ドリフトを含むＸ線ビームの移動によるＡ’≠Ｂ’の場合に、Ａ’＝Ｂ’とするように、上記コリメータ駆動機構を介してコリメータの位置制御を行う手段と、
このコリメータの位置制御後の上記多チャネルＸ線検出器の計測信号から画像構成を行う処理手段と、
より成るＸ線ＣＴ装置を開示する。
【００１１】
本発明は、前記管電圧及び又は管電流による利得切替えは、Ｘ線強度信号が少なくて信号Ａ、Ｂのレベルが小さい時には信号Ａ、Ｂのレベルの大きい時に比して利得を大きくするように切替えるものとしたＸ線ＣＴ装置を開示する。
更に本発明は、前記管電圧及び管電流による利得切替えは、熱ドリフトの発生していない状態でＡ’＝Ｂ’となるように利得切替えると共に、Ｘ線強度が小さくて信号Ａ、Ｂのレベルが小さい時には信号Ａ、Ｂのレベルの大きい時に比して利得を大きくするように切替えるものとしたＸ線ＣＴ装置を開示する。
【００１３】
更に本発明は、上記管電圧及び又は管電流による利得切替えは、Ｘ線強度信号が少なくて信号Ａ、Ｂのレベルが小さい時には信号Ａ、Ｂのレベルの大きい時に比して利得を大きくするように切替えるものとした請求項３又は４のＸ線ＣＴ装置を開示する。
【００１４】
更に本発明は、上記管電圧及び管電流による利得切替えは、熱ドリフトの発生していない状態でＡ′＝Ｂ′となるように利得切替えると共に、Ｘ線強度が小さくて信号Ａ、Ｂのレベルが小さい時には信号Ａ、Ｂのレベルの大きい時に比して利得を大きくするように切替えるものとした請求項３又は４のＸ線ＣＴ装置を開示する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明のＸ線ＣＴシステムの構成例図である。図において、ガントリ１の中央部には開孔が形成され、この開孔には、ベット１４の駆動にともなって被検体５が挿入配置される。ガントリ１にはＸ線管２とコリメータ３とＸ線検出器４が配置され、Ｘ線管２及びコリメータ３とＸ線検出器４は前記被検体５を間にして互いに対向配置されている。Ｘ線管２は制御装置６の制御によってＸ線の放出を行う。コリメータ３は、図３に示すように、Ｘ線管２内の陰極２Ａより放出された電子線が回転陽極２Ｂに衝突することにより発生する円錐状のＸ線ビームを、厚さ（スライス幅）を持った扇状ビーム３Ａにコリメートする。コリメータ３を通過した扇状Ｘ線ビーム３Ａが被検体５を通る。円弧状の多チャンネル形Ｘ線検出器４が被検体５を通過したＸ線を検出する。
【００１６】
Ｘ線管２とＸ線検出器４は互いに対向したまま被検体５を中心として回転する。この回転は走査部制御装置８によって駆動される駆動装置７によって行う。走査部制御装置８は画像処理装置１１からの出力信号によって駆動される。
更に、Ｘ線検出器４からの出力は、増幅器９を介してＡ／Ｄ変換器１０によってディジタル化され前記画像処理装置１１に入力する。
そして、この画像処理装置１１によって画像処理により再構成像を得る。再構成像は、ディスプレイ１２に表示したり、あるいは記憶装置１３に記録したりする。
【００１７】
図１は、本発明の管電圧の大小による強度分布シフトの補正制御（相殺又は低減）手段付加例を示す。Ｘ線管２は、内部に電子線を発生する陰極２Ａ、この電子線の標的となる回転陽極２Ｂとを持つ。回転陽極２Ｂが電子線を受けてＸ線２Ｃを放出する。Ｘ線管２は、ウォームギヤ等の駆動機構１８によって矢印（紙面の左右）方向に微動できるようになっている。
回転陽極２Ｂからの放出Ｘ線２Ｃはコリメータ３によってスライスの幅を制御してファンビーム状にコリメートされ、被検体５に照射され、この透過Ｘ線はＸ線検出器４で検出される。尚、Ｘ線検出器４は多チャンネル形であり、紙面に直交する方向にチャンネルが形成されている。
【００１８】
コリメータ３Ｂはく放出Ｘ線２Ｃの一部を取り込み、２チャンネルＸ線検出器４Ｂで、ファンビームＸ線の移動によるシフト及び管電圧の大小による強度分布シフトを検出可能なように、コリメートする。
【００１９】
図のファンビームＸ線Ｆと検出器４Ｂの感応領域との関係は以下の通りである。斜線領域４２と４３とは不感領域、白ヌキ領域４０と４１とは感応領域である。ファンビームＸ線Ｆが感応領域４０と４１との中間位置（デッドライン）４５に対して、直交する方向になるように、ファンビームＸ線Ｆに対して検出器４Ｂを配置する。熱ドリフトによる前後動シフトがない正常位置がファンビームＸ線のＰ0位置であり、このＰ0位置にあっては、感応領域４０と４１との出力は等しい。一方、前に移動すると、Ｐ0→Ｐ1方向にファンビームＸ線Ｆが移動し、後に移動すると、Ｐ0→Ｐ2方向にファンビームＸ線Ｆが移動する。
従ってＰ0、Ｐ1、Ｐ2位置での各出力Ａ、Ｂは以下の如くなる。
Ｐ0位置ではＡ＝Ｂ
Ｐ1位置ではＡ＞Ｂ
Ｐ2位置ではＡ＜Ｂ
【００２０】
以上のＸ線検出器４Ｂの出力Ａ、Ｂの差分（Ａ−Ｂ）を求め、この差分を零（Ａ＝Ｂ）にするように制御を行う。この制御系統が、負帰還系を形成する比較器１５及び制御装置１６、駆動機構１８である。即ち、比較器１５で差分（Ａ−Ｂ）をとり、制御装置１６、駆動機構１８で差分（Ａ−Ｂ）を零にするようにＸ線管２の位置制御を行う。
然るに、管電圧による強度分布シフトが存在すると、Ｐ0位置であってもＡ＝Ｂとならない。Ｐ1、Ｐ2位置でもＡ、Ｂの成分の中に強度分布シフトの影響がスライス幅方向に現われ、本来のＡ、Ｂでなくなり、Ｘ線管の位置制御を正しく行えない。これを、図６で説明する。
【００２１】
管電圧によってスライス方向でＸ線の強度分布がシフトすることが、本件発明者によって確認できた。この際の強度分布の様子を図５に示す。横軸がスライス幅方向の座標値、縦軸がＸ線相対強度を示す。管電圧として、８０ＫＶ、１００ＫＶ、１２０ＫＶの３つの例を示した。この図から明らかなことは、管電圧の大きさによって、分布ピーク位置が、８０ＫＶでａ、１００ＫＶでｂ、１２０ＫＶでｃとシフトし、且つ分布形状もそれに応じて変化する。こうした分布ピーク位置のシフト、分布形状のシフトが生ずると、出力Ａ、Ｂにその影響が現われ、本来の熱ドリフトシフトによる出力Ａ、Ｂと異なったものになる。
【００２２】
そこで、本実施の形態では、熱ドリフトのないＸ線管の立ち上げ時に、Ａ＝Ｂとなるように調整される可変利得（Ｇ）増幅器１７（例えばＡＧＣ）を設けた。そして、このＸ線管の立ち上げ時に、その時の管電圧によってもＡ＝Ｂとなるように、利得設定を行う。この利得設定は、利得制御回路１９によって行う。管電圧による適正利得は事前に定まる場合にはラッチしておきこの信号１９Ａによって制御してよい。事前に定まらない場合には、Ｘ線管２を熱ドリフトシフトのない位置に設定しておき、その状態で使用する管電圧によってＸ線を曝射してＡ＝Ｂとなるように利得選択を行う。
【００２３】
Ｇ設定は、Ｘ線ＣＴ装置の立ち上げ時に行うが、この調整後にあってのＸ線管の実働時に、熱ドリフトシフトが発生した場合でも、管電圧強度分布シフトの補正がなされているため、下記の負帰還系が働く。即ち、比較器１５→制御装置１６→駆動機構１８→検出器４Ｂ→比較器１５なる閉ループ負帰還系を構成しておき、比較器１５の出力Ｑが零となるように、この負帰還系を働かせる。これは、比較器１５の出力Ｑが制御装置１６に入力し、その出力Ｑを零にするように駆動機構１８を働かせることで実現する。
【００２４】
熱ドリフトの相殺制御の従来例としては、特開平４−２２７２３８がある。これは、Ｘ線管の放出側にあるファンビーム用コリメータに対して、熱ドリフトを相殺するように、位置（回転を含む）制御するようにしたものである。これにより、ファンビームＸ線が、多チャンネルＸ線検出器に、位置ずれを起こすことなく入力できるようになる。これはＸ線管の位置制御に代わる例であるが、かかるコリメータ制御を行わせるやり方にも適用できる。この場合、比較器１５の出力でコリメータの制御を行う。
【００２５】
図１の実施の形態では、管電圧の大小によって利得Ｇを変更して比較器１５で比較を行い、ビームシフトの相殺をはかるようにした。然るに、比較器１５への入力信号の中にノイズが混入し比較の精度を低下させるとの問題を持つことがあった。これの理由と新しい実施の形態とについて以下で説明する。
【００２６】
Ｘ線検出器４Ｂの２つの出力Ａ、Ｂのレベルは、Ｘ線強度により大きく変化する。図７（ａ）、（ｂ）にその様子を示す。図７（ａ）はＸ線強度が小さい場合、図７（ｂ）はＸ線強度が大きい場合である。かかる図７（ａ）、（ｂ）で、信号Ａ、ＢにノイズＮ（Ｎ1、Ｎ2）が重畳する。ノイズ源としては、各種電気回路からの高周波ノイズ、ホトカップリング機構等から発生する高周波ノイズ、Ｘ線源からのＸ線の微少なばらつきによるノイズ等が考えられる。いずれにしろ、信号Ａ、ＢそれぞれにノイズＮ1、Ｎ2が重畳する。
【００２７】
高周波ノイズＮ1、Ｎ2が重畳していると、信号レベルの低い図７（ａ）では信号ＡとＢとの大小の比較が正確にしにくい。信号レベルの大きい図７（ｂ）ではノイズＮ1、Ｎ2が混入していても、本来のＡ、Ｂに比してノイズＮ1、Ｎ2のレベルが相対的に小さいため、ＡとＢとの大小の比較は正しく行われる。
そこで、本発明では、図７（ａ）の如き、信号Ａ、Ｂのレベルが小さい場合に、そのレベルを大きくすべく利得制御を行わせＡをＡ′、ＢをＢ′にして出力させることにした。その実施の形態を図６に示す。図１に対比して、Ｘ線検出器４Ｂの２つの出力端に、可変利得増幅回路（例えばＡＧＣ）２１、２２を設け、これを利得制御回路２０によって利得制御するようにした。利得制御回路２０は、設定されたＸ線強度（管電圧、管電流で定まる値）を入力とし、設定Ｘ線強度が大であれば利得を変化させず、設定Ｘ線強度が小であれば利得を大きくするように、利得増幅回路２０、２１を制御する。図８には、図７の（イ）、（ロ）に対する制御例を示す。図８（イ）が図７（イ）に対応したものであり、利得を大きくした例、図８（ロ）が図７（ロ）に対応し、利得を変更しない例を示す（従って、図６（ロ）と図７（ロ）とは同一波形）。図７（イ）は一つの例であって、その他に図７（ロ）の波形に近くて種々の大小のレベルのものがあるが、それらに対してもＸ線強度の大きさに応じて利得変更を行えばよい。
【００２８】
尚、利得増幅回路２０、２１は、ノイズＮ1、Ｎ2の周波数帯では利得制御感度が低く、それ以下の周波数帯（直流成分を含む）では利得制御感度が大きくなるような回路構成にすることが望ましい。これにより、図９に示すような信号ＡとＢとの大小の区別はつくもののノイズＮ1とＮ2とで示すようなノイズの一部がレベル的に互いに重なっているような場合にも、図８（イ）の如き峻別のつく２つの波形Ａ、Ｂを得ることができる。
【００２９】
このような利得制御を行うことで、図８（イ）の如き波形信号が比較器１５への入力Ａ′、Ｂ′となり、ノイズＮ1、Ｎ2がＡ、Ｂに乗っていても、両者のレベルの大小を確実に比較できることになった。
【００３０】
図６の実施の形態では、利得増幅回路１７と区別して利得増幅回路２２を設けたが、両者を１つにして、別々の制御又は重畳した制御を行わせてもよい。更に、図１の実施の形態によるＸ線管の位置制御の他に、特開平４−２２７２３８によりコリメータの位置制御の例にも適用できる。
【００３１】
以上はＸ線ＣＴ計測の例で説明したが、ＣＴ計測のみでなくＣＴ装置によるＸ線透視撮影にも利用できる。またＸ線ＣＴ装置以外への適用、例えばＸ線源を使うすべてのＸ線装置に適用可能である。また、熱ドリフトシフトの例としたが、機械系の微動シフト等にも適用できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、管電圧の大小によるＸ線強度分布シフトを補正できた。
更に本発明によれば、Ｘ線強度分布シフトを補正したもとで、熱ドリフトシフトによるＸ線ファンビームの位置ずれも、正しく補正できるようになった。
更に本発明によれば、Ｘ線強度が小さい時のノイズの重畳による信号Ａ、Ｂの比較の誤りをなくすことができることになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＸ線ＣＴ装置の構成例図である。
【図２】Ｘ線ＣＴシステムの全体構成例図である。
【図３】ファンビームＸ線を得るための構成図である。
【図４】本発明の２チャネルＸ線検出器の感応領域とＸ線ファンビームシフト例とを示す図である。
【図５】管電圧の大小によるファンビーム内Ｘ線強度分布シフト例を示す図である。
【図６】本発明の他の実施の形態であるＸ線ＣＴ装置を示す図である。
【図７】信号Ａ、Ｂにノイズが重畳した波形図である。
【図８】信号Ａ、Ｂを増幅した波形図である。
【図９】信号Ａ、Ｂにノイズが重畳した他の波形図である。
【符号の説明】
１  ガントリ
２  Ｘ線管
３  コリメータ
４  多チャネルＸ線検出器
５  被検体
２Ｂ  回転陽極
２Ｃ  ファンビームＸ線
３Ｂ  コリメータ
４Ｂ  ２チャネルＸ線検出器
１５  比較器
１６  制御装置
１７  増幅器
１８  駆動機構
１９  増幅率制御回路
４０、４１  感応領域
４２、４３  不感応領域
Ｐ0、Ｐ1、Ｐ2  ファンビーム
【図１】
0004010584.tif 000002
【図２】
0004010584.tif 000003
【図３】
0004010584.tif 000004
【図４】
0004010584.tif 000005
【図５】
0004010584.tif 000006
【図６】
0004010584.tif 000007
【図７】
0004010584.tif 000008
【図８】
0004010584.tif 000009
【図９】
0004010584.tif 000010