(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検者に対しＸ線を照射するＸ線照射手段と，被検者を寝載する天板を挟み該Ｘ線照射手段と対向配置されるＸ線検出器と，前記Ｘ線照射手段とＸ線検出器を一体に保持しこれらを回転させる回転リングと，前記天板を移動させる天板移動手段とを具備し、前記被検者を透過したＸ線を検出し、これを電気信号に変換し画像処理して所望の断層像を得るＸ線ＣＴ装置において、
前記回転リングの回転に伴う回転中心の位置ずれを、該回転リングの回転に対応して補正する補正手段を備え、
前記補正手段は、
前記回転リングを上下方向に移動させる上下方向移動手段と、
左右方向に移動させる左右方向移動手段と、
左右軸周りに傾倒させる左右軸周り傾倒手段と、
前記回転リングの回転中心の位置ずれによる該回転リングの上下方向の変位量、左右方向の変位量と、奥行き方向の変位量と、前記回転リングの傾き量との全てを前記回転リングの回転中心がずれない時の値に制御するための目標値を記憶する記憶手段と、
前記回転リングの回転中心の位置ずれを補正するために、前記各変位量及び傾き量の全てが前記目標値になるように前記移動手段及び傾倒手段の全てを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とすることを特徴とする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ＣＴ装置に係り、特にＸ線管及びＸ線検出器等を搭載したスキャナを高速に回転してスキャン時間の短縮を図ることができるＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に従来のＸ線ＣＴ装置の一例を示す。（ａ）は正面図，（ｂ）は側面図である。
図６において、Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線照射手段であるＸ線管１２と，このＸ線管１２から放射されたＸ線をファンビーム状にコリメートするコリメータ１４を備えている。コリメータ１４を通過するＸ線はファンビーム化され、寝台の天板２４（脚部２８で支持）に載置された被検者２６に照射される。Ｘ線管１２に対向した位置に配置された多チャンネルＸ線検出器１６で、被検者を透過したＸ線を検出する。このＸ線検出器１６の出力はアナログ／デジタル変換されて図示を省略した画像処理装置に入力する。Ｘ線管１２とコリメータ１４とＸ線検出器１６等は回転リング１０により一体に保持され、軸受け８を介してフレーム６に回転自在に支持される。このフレーム６にはプーリ２０を有したモータ１８が備えられ、ベルト２２を介して図示を省略した制御装置により回転リング６を回転させる。この回転の間、Ｘ線管１２からＸ線を連続的又は間欠的に放射し、所定のピッチ角度毎に、Ｘ線検出器１６で被検者の透過Ｘ線を検出する。前記Ｘ線管１２とＸ線検出器１６の対向位置関係のもとでの１回転又は半回転（１８０°＋α）の回転（走査）により得られたＸ線検出器１６の出力を、画像処理装置で各種の前処理や再構成処理を行い、再構成画像を得てこれをモニタ（図示省略）に表示し、診断に供する。なお、フレーム６はスタンド２，４により床面に立設され、スタンド２，４に設けられた図示を省略したアクチュエータと制御装置により、床面に対して傾倒し、被検者の斜断面像を得る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
Ｘ線ＣＴ装置において、画像を得るのに要する時間の短縮は、臨床上，また検査効率上からも重要な課題である。この時間短縮を達成するためにはＸ線管１２とＸ線検出器１６の回転速度を上げることが必要であるが、回転速度を上げると、ファンビームＸ線とＸ線検出器１６の回転中心がＯからＯ’にズレ，空間分解能が低下する。この原因は、
【０００４】
（１）回転リング６に搭載したＸ線管１２とＸ線検出器１６や、コリメータ１４，及びこれらの制御装置（図示略）等の回転バランスが取れないこと。（回転リングに搭載する部品の形状，重量に差があり、これらを完全にバランスのとれた配置構成を取ることは困難）
（２）軸受け８の保持器の回転振動，転動体の自転及び公転振動，外輪及び内輪の溝のうねりによる振動がある。
【０００５】
図７にＸ線管１２とＸ線検出器１６の回転中心のＹ方向（左右方向）の変位（δＹ）３８を示す。
同様に、Ｚ方向（上下方向）にも（変位δＺ），Ｘ方向（奥行方向）にも（変位δＺ），回転リング１０の回転面（左右軸周りの傾き）も変位（δθ）し、空間分解能の低下の要因となる。
【０００６】
このような回転中心の変位は、回転速度を上げるにつれて大きくなり、空間分解能を低下させるため、高速化の障害となっていた。
本発明の目的は、空間分解能を低下させずにＸ線管１２とＸ線検出器１６の回転速度を上げ、画像取得時間を短縮できるＸ線ＣＴ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、被検者に対しＸ線を照射するＸ線照射手段と，被検者を寝載する天板を挟み該Ｘ線照射手段と対向配置されるＸ線検出器と，前記Ｘ線照射手段とＸ線検出器を一体に保持しこれらを回転させる回転リングと，前記天板を移動させる天板移動手段とを具備し、前記被検者を透過したＸ線を検出し、これを電気信号に変換し画像処理して所望の断層像を得るＸ線ＣＴ装置において、
前記回転リングの回転に伴う回転中心の位置ずれを、該回転リングの回転に対応して補正する補正手段を備えることによって達成される。特に、前記補正手段は、前記回転リングを上下方向に移動させる上下方向移動手段と，左右方向に移動させる左右方向移動手段と，左右軸周りに傾倒させる左右軸周り傾倒手段の内の少なくとも一つを備える。
【０００８】
前記補正手段は、前記回転リングの回転中心の位置ずれによる該回転リングの上下方向の変位量と，左右方向の変位量と，奥行き方向の変位量と、前記回転リングの傾き量の内の少なくとも一つを前記回転リングの回転中心がずれない時の値に制御するための目標値を記憶する記憶手段と，前記各変位量及び傾き量の内の少なくとも一つが前記目標値になるように前記移動手段及び傾倒手段の少なくとも一つを制御する制御手段とを具備し、上記回転リングの回転中心ずれによる上下，左右，奥行きの変位量及び傾き量を前記目標値と一致するように制御する。
【０００９】
上記各移動手段及び傾倒手段は、上記回転リングを回転自在に支持する第１フレーム（上下方向移動手段）と，該第１フレームを回転平面内の１方向に移動可能に支持する第２フレーム（左右方向移動手段）と，該第２フレームを上記移動方向と概直角方向に移動可能に支持する第３フレーム（傾倒手段）と，該第３フレームを床面に立設させるスタンドと，天板を移動させる天板移動手段と，これら各移動手段を移動せしめるアクチュエータと，これらアクチュエータの駆動を制御する制御装置で構成される。
【００１０】
このように構成することによって、Ｘ線管１２とＸ線検出器１６を保持する回転リングとこの回転リングを回転自在に支持する第１のフレームは、回転平面内の１方向に移動可能に支持する第２フレームと該第２フレームを上記移動方向と概直角方向に移動可能に支持する第３フレームがアクチュエータによりＸ線管１２とＸ線検出器１６の回転に伴う回転中心のずれを補正するように動作する。これにより、Ｘ線管１２とＸ線検出器１６の回転速度を上げても、回転中心のずれは補正されるので、空間分解能が低下することはない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１及至図５を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の実施例を示すＸ線ＣＴ装置のＸ線管，Ｘ線検出器等を回転させるスキャナ及び被検者を載置する寝台の構成図で、（ａ）は正面図，（ｂ）は平面図，（ｃ）は側面図である。Ｘ線管１２，コリメータ１４，Ｘ線検出器１６は回転リング１０に保持されている。
【００１２】
この回転リング１０は軸受け８を介して第１フレーム７４により回転自在に支持される。
１８は第１フレームに取付けられたモータであり、出力軸にプーリ（図示省略）が設けられ、ベルト２２を介して図示を省略した制御装置により回転リング１０を回転駆動させる。
【００１３】
第１フレーム７４にはガイドレール７０，７２が固定され、第２フレーム５４に固定された軸受け６６，６８によりＺ方向にガイドされる。８０は第２フレーム５４に取付けられたＺ方向モータであり、送りねじ８４を回転させるようになっており、第１フレーム７４に取付けられた軸受け８６，すなわち第１フレーム７４をＺ方向（上下方向）に駆動するようになっている。
【００１４】
なお、Ｚ方向モータ８０にはエンコーダ８２が備えられている。第２フレーム５４には、ガイドレール５０，５２，７８が取付けられ、第３フレーム４４に固定された軸受け４６，４８，７６によりＹ方向（左右方向）にガイドされる。
【００１５】
５６は第３フレーム４４に取付けられたＹ方向モータであり、送りねじ６０を回転させるようになっており、第２フレーム５４に取付けられた軸受け６２，すなわち第２フレーム５４をＹ方向に駆動するようになっている。なお、Ｙ方向モータ５６にはエンコーダ５８が備えられている。第３フレームはスタンド４０，４２により床面に立設されるとともにスタンド４２に備えられたティルトモータ９２からなる駆動機構（プーリ８８，９０，ベルト９４）によりＹ軸周りに傾倒するようになっている。このティルトモータ９２にはエンコーダ９３が取付けられている。
【００１６】
さらに、被検者２６を寝載する天板２４は脚部２２により支持されるが、天板に設けられたラック９６，脚部に設けられた天板駆動モータ１０２，この天板駆動モータ１０２に設けられた歯車９８，１００により体軸方向であるＸ方向（奥行方向）に移動できるようになっている。
【００１７】
次に上記Ｚ方向モータ８０，Ｙ方向モータ５６，ティルトモータ９２，天板駆動モータ１０２の制御装置について説明する。図２は制御ブロック図を示す。Ｚ方向モータ８０，Ｙ方向モータ５６，ティルトモータ９２，天板駆動モータ１０２は、それぞれＹ方向モータコントローラ１０４，Ｚ方向モータコントローラ１０６，ティルトモータコントローラ１０８，天板駆動モータコントローラ１１０により制御される。各モータコントローラは、上位コントローラ１１２により各モータの出力軸，すなわち第１フレームのＺ方向位置，第２フレームのＹ方向位置，第３フレームのＹ軸周りの回転，天板の長手方向（Ｘ方向）位置が制御されるようになっている。
【００１８】
次に、Ｙ方向モータ５６と，Ｚ方向モータ８０の制御処理について説明するが、これらＹ方向モータ５６と，Ｚ方向モータ８０の処理内容はほぼ同じあるので、Ｙ方向モータコントローラ１０４の処理内容について説明する。図３はＹ方向モータの制御処理のブロック図を示している。なお、この制御系において鎖線にて示す部分はモータと負荷（第１フレーム，及び第１フレームに支持される回転リング１０，Ｘ線管１２等）を示し、それ以外の箇所はハードウエア回路、もしくはマイクロコンピュータを利用してソフトウエアにより演算を行うようになっている。この制御系は、上位コントローラ１１２から入力されるＹ方向の変位δＹを補正する位置目標値に対し、Ｙ方向モータ５６に取付けられたエンコーダ５８からの負荷の実際の位置信号とから位置偏差量を求める演算器１２０と，この演算器１２０の出力を増幅する増幅器１２２と，この増幅器１２２の出力と後述する負荷の移動速度信号との速度偏差を求める演算器１２４と，この演算器１２４の出力により駆動されるＹ方向モータ５６と，このモータ５６の回転駆動により移動操作される負荷７４（１０，１２等を含む）と，この負荷７４（１０，１２等を含む）の移動量を積分する積分器１３０と，上記負荷７４（１０，１２等を含む）の移動の速度情報を検出して上記演算器１２４へ負帰還する速度検出器（エンコーダ５８）とで構成される。
【００１９】
負荷７４（１０，１２等を含む）の位置信号は、エンコーダ５８の出力パルスを積分して求め、負荷の速度信号は前記エンコーダ５８から出力される一定時間毎のパルスをカウントして求める。このようにして、負荷が移動する位置が位置目標値に合致するように制御される。
【００２０】
この時の位置目標値は、図７のＸ線管１２とＸ線検出器１６の回転に伴う回転中心の描く軌跡を反転したものであり、図４に示す１５０となり、これを上位コントローラ１１２に記憶しておき、これを回転リング１０の回転に応じて順次読み出して上記の位置制御を行う。このようにすることでＸ線管１２とＸ線検出器１６の回転に伴う回転中心はＹ方向に移動しなくなり、Ｚ方向モータ８０についてもＹ方向モータ５６の場合と同様な処理を行うことによりＺ方向に移動しなくなる。これにより、Ｘ線管１２とＸ線検出器１６の回転速度を上げても空間分解能の高い画像を提供できるようになる。
【００２１】
次にティルトモータ９２，天板駆動モータ１０２の制御処理について説明する。各々のモータの制御処理内容はＹ方向モータ５６，Ｚ方向モータ８０と同じであるので説明は省略するが、位置目標値が異なるので、この点について説明する。図６において、回転リング１０の回転に伴い、その回転面はδθ変位する。図５（ａ）の１６０はδθの変化の様子を示している。ティルトモータ９２に対する位置目標値は、１６０のδθの変化を反転させた１６２のものとすることでδθを補正できる。なおこのように補正することでＸ線管１２とＸ線検出器１６の回転中心はＸ方向に変位（δｘ）する。図５（ｂ）の１６４は、変位δｘの変化の様子を示している。この変位δｘを補正するために、天板駆動モータ１０２に与える位置目標値は、１６４のδｘの変化を反転させた１６６とすることで、δｘを補正できる。このようにすることで、Ｘ線管１２とＸ線検出器１６の回転速度を上げても空間分解能の高い画像を提供できるようになる。なお、詳細には説明しないが、δθを補正するとδｘ以外にＺ方向にもわずかに変位する。この変位をＺ方向モータ８０にて補正することにより、より分解能の向上を図ることができる。
【００２２】
なお、本実施例から派生する固有の効果として、Ｚ方向モータ８０，Ｙ方向モータ５６，ティルトモータ９２，天板駆動モータ１０２に与える位置目標値を、Ｘ線管１２とＸ線検出器１６の回転毎に空間分解能の所定分の１だけの距離とすることで、空間分解能を向上できるという効果を有する。
また、Ｘ方向の変位については被検者を寝載する天板を移動するようにしたが、これは回転リング１０をＸ方向に移動させる手段を設け、この手段によりＸ方向の変位を補正するようにしても良い。このようにすることにより、被検者を動かさずに変位補正ができる。
【００２３】
さらに、上記実施例では、Ｙ方向，Ｚ方向，Ｘ方向及びＹ軸周りの傾倒に関して、その全てを制御するようにしたが、これに限定するものではなく、空間分解能向上に効果がある変位成分であればどのような組み合わせでも良い。
【００２４】
以上の説明において、アクチュエータはフィードバック制御を用いたサーボモータとしたが、特にこれに限定する必要はなく、オープンループによる制御及びモータを利用しても良い。また、アクチュエータは油圧を利用したモータやシリンダーであっても構わない。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｘ線管１２とＸ線検出器１６の回転速度を上げても、回転中心のずれは自動的に補正されるので、空間分解能が低下することはない。また空間分解能を向上することも可能になる。これにより、検査効率の向上，画質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すＸ線ＣＴ装置のスキャナ及び寝台の構成図である。
【図２】本発明のスキャナ及び寝台の変位補正制御ブロック図である。
【図３】Ｙ方向（左右方向）モータの制御処理のブロック図である。
【図４】スキャナの回転中心のずれによるＹ方向の変位及びこれの補正用目標値を示す図である。
【図５】スキャナの回転中心のずれによる回転面の傾斜の変位とＸ方向（奥行方向）の変位及びこれらの変位補正用目標値を示す図である。
【図６】従来のＸ線ＣＴ装置のスキャナ及び寝台の構成図である。
【図７】従来のＸ線ＣＴ装置のスキャナの回転中心のＹ方向の変位を示す図である。
【符号の説明】
１０  回転リング
１２  Ｘ線管
１４  コリメータ
１６  Ｘ線検出器
２４  天板
２６  被検者
４４  第３フレーム
５４  第２フレーム
５６  Ｙ方向モータ
７４  第１フレーム
８０  Ｚ方向モータ
９２  ティルトモータ
１０２  天板駆動モータ
【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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