JP4112058B2

JP4112058B2 - マルチスライスｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP4112058B2
Application number: JP00975298A
Authority: JP
Inventors: 宏一村木; 博荒舘
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2018-01-21
Also published as: JPH11206751A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数列に検出素子が配列されたマルチスライス検出器を有するマルチスライスＸ線ＣＴ装置に係り、特に検出器の総チャンネル数（各列のチャンネル数を列方向に総和したもの）より少ない総チャンネル数のデータ収集装置を有するマルチスライスＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に全身用Ｘ線ＣＴ装置では、同じＸ線検出器（以下、単に検出器と呼ぶ）を使用して、小さな被検体（頭部）から大きな被検体（腹部）まで撮影することができる。検出器の総チャンネル数と同数の入力回路数を有するデータ収集装置（以下、ＤＡＳと略す）を用いて、検出器とＤＡＳを１対１で接続すればよいが、チャンネル数が多いということは、ＤＡＳの機械的サイズが大きくなり、またコストも大となる。そこでいろいろな工夫がなされている。
【０００３】
例えば大きな被検体を撮影する際には、周辺部の解像度をそれほど必要としないため、検出器の周辺部のチャンネルについては、数チャンネル分の検出信号を並列接続して束ねた信号をＤＡＳに接続するということが行われている。
【０００４】
図７は、従来のシングルスライスＸ線ＣＴ装置における周辺チャンネル束ね技術の例を説明する接続図である。図７において、例えば１０００チャンネル（以下、チャンネルをＣＨとも略す）を有する検出器の中央部の８００ＣＨについては、１：１接続によりＤＡＳに接続され、両端部のそれぞれ１００ＣＨは、それぞれ隣同士の２チャンネルづつの検出信号が並列接続により束ねられてそれぞれ５０ＣＨとなってＤＡＳに接続されている。
【０００５】
これによりＤＡＳの入力回路数は、５０ＣＨ×２＋８００ＣＨ＝９００ＣＨとなり、全てのチャンネルを１：１接続する場合よりも１００ＣＨ分のＤＡＳ入力回路が節約されたことになる。
【０００６】
また、従来のマルチスライスＸ線ＣＴ装置においては、ＤＡＳのチャンネル数を減らすために、撮影条件に応じて複数のスライスの検出器出力を束ねてＤＡＳに接続するという技術（米国特許：ＵＳＰ−５４３０７８４）も提案されている。
【０００７】
図８は、従来の１０００ＣＨ×４列（＝４０００ＣＨ：総チャンネル数）のマルチスライスＣＴ用検出器の例を示す。ＤＡＳは２０００ＣＨしかなく、検出器の総チャンネル数の半分である。このＸ線ＣＴ装置で薄いスライスを撮影する際には、図８（ａ）に示すように、検出器列の中央の２列分の２０００ＣＨがＤＡＳに接続されてデータが収集され、外側の２列は接続されない。
【０００８】
また、厚いスライスを撮影する際には、図８（ｂ）に示すように、１列目と２列目のそれぞれ対応するチャンネルの出力を束ね、同様に３列目と４列日の各チャンネル出力を束ねることにより、やはり２０００ＣＨがＤＡＳに接続される。この様な検出器とＤＡＳとの接続方法は、Ｘ線ＣＴ装置の使い方が限定されるが、ＤＡＳチャンネル数の削減による小型化、コスト低減には大きく寄与する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、全身用マルチスライスＸ線ＣＴ装置において、頭部（直径２５cm程度）などの比較的小さい領域を撮影する際には、検出器の中央部のチャンネルのみが被検体の投影データを収集し、検出器の各列の両端部のチャンネルは被検体の投影データを収集しないので、両端部のチャンネルに接続されているＤＡＳは無効なデータを収集していることとなる。
【００１０】
すなわち、頭部などの比較的小さい領域を撮影する際には、使用する検出器のチャンネル方向の大きさ（長さ）は、大きな人の腹部（直径５０cm程度）を撮影する際の半分くらいあればよいので、上記従来技術を使用してもまだＤＡＳの無駄があるという問題点があった。
【００１１】
以上の問題点に鑑み本発明の目的は、上記従来のＸ線ＣＴ装置の問題点を解決し、少ないＤＡＳのチャンネル数で有効な投影データを収集することのできるマルチスライスＸ線ＣＴ装置を提供することである。
【００１２】
また本発明の目的は、少ないＤＡＳのチャンネル数を有効に利用して短時間に撮影を終了させ、被検体へのＸ線被爆量を減少させることのできるマルチスライスＸ線ＣＴ装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、それぞれ複数のチャンネルを有する複数列の検出素子を含み第１の総チャンネル数を有する検出器と、第１の総チャンネル数より少ない第２の総チャンネル数を有するデータ収集装置と、前記検出器と前記データ収集装置との間に設けられたスイッチ手段と、を備えるマルチスライスＸ線ＣＴ装置であって、大きい被検体を撮影する第１の場合には、チャンネル数を多くして検出素子列数を少なくするように前記スイッチ手段が前記検出器と前記データ収集装置とを接続し、小さい被検体を撮影する第２の場合には、チャンネル数を少なくして検出素子列数を多くするように前記スイッチ手段が前記検出器と前記データ収集装置とを接続することを要旨とするマルチスライスＸ線ＣＴ装置である。
【００１４】
（作用）
上記構成の本発明においては、検出器とデータ収集装置とを接続するスイッチ手段が接続すべき検出器列数と列内の検出器チャンネル数を被検体の大きさに合わせて柔軟に変更することができるので、検出器の総チャンネル数より少ないデータ収集装置の総チャンネル数を有効に利用することができる。
【００１５】
特に小さい被検体を撮影する際には、中央部のチャンネルのみが有効な投影データを収集するので、周辺部のチャンネルはデータ収集装置に接続せず、代わりに接続する検出器の列数を増加すると、データ収集時間を短縮することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明に係るマルチスライスＸ線ＣＴ装置の第１実施形態の構成を示すシステム構成図である。図１において、マルチスライスＸ線ＣＴ装置１は、走査ガントリ３、走査ガントリ３の内部のＸ線管３１へ高電圧を供給する高電圧発生装置５、被検体Ｐを載置した図示しないテーブルを水平に駆動するテーブル駆動機構７、走査ガントリ３内に回転可能に設けられたＸ線管３１及び検出器３５を回転させるガントリ回転機構９、マルチスライスＸ線ＣＴ装置１のスキャンを制御するスキャン制御部１１、マルチスライスＸ線ＣＴ装置１の全体を制御するＣＰＵ１３、ＣＰＵ１３のプログラムやアクセス頻度の高いデータを記憶する磁気ディスク装置１５、アクセス頻度の低いデータや大量の画像データを記憶する光ディスク装置１７、フロッピィディスク装置１９、バス２１、走査ガントリ３内のデータ収集装置３９が収集した投影データによる断層像の再構成処理等を行う画像処理プロセッサ２３、画像表示装置２５及び操作コンソール２７を備えている。
【００１７】
走査ガントリ３は、被検体ＰにＸ線を曝射するＸ線管３１、コリメータ３３、被検体Ｐを透過したＸ線を検出するマルチスライスの検出器３５、検出器３５の複数の検出素子を切り換えて後述されるデータ収集装置３９に接続するスイッチ回路３７、検出器３５の各検出素子が検出したＸ線量をそれぞれディジタルデータに変換するデータ収集装置（以下、ＤＡＳと略す）３９を備えている。
【００１８】
操作コンソール２７は、スキャノ画像、再構成された断層像、マルチスライスＸ線ＣＴ装置１の各部の状態等を表示するＣＲＴモニタ４１、オペレータがスキャン操作を入力するためのスキャンパネル４３及びキーボード４５を備えている。
【００１９】
検出器３５の構成は、マルチスライスＸ線検出器であれば、チャンネル数及びスライス数は特に限定されないが、例えば、各列１０００ＣＨの８列からなる総チャンネル数８０００ＣＨ（１０００ＣＨ×８列＝８０００ＣＨ）の最大８スライスのマルチスライス検出器とする。
【００２０】
検出器３５のタイプとしては特に限定されないが、Ｘ線強度の空間パターンを可視光または近赤外光の発光パターンに変換する蛍光板（シンチレータ）と、この蛍光板の発光パターンを各セグメントの電気信号に変換する多数のフォトダイオードなどの半導体光電変換素子とを備えるものとして以下の説明を行う。
【００２１】
次に、図１を参照してマルチスライスＸ線ＣＴ装置１の全体の動作を説明する。ガントリ回転機構９は、走査ガントリ３に設けられた少なくともＸ線管３１と検出器３５とを回転させる。テーブル駆動機構７は、被検体Ｐを載置した図示されないテーブル（寝台天板）を走査ガントリ３に設けられた検査孔へ水平移動させることができる。この走査ガントリ３の回転とテーブルの水平移動により被検体Ｐのヘリカルスキャンを行うことができるようになっている。
【００２２】
オペレータは、操作コンソール２７に設けられたスキャンパネル４３やキーボード４５等からスキャン範囲、スキャン速度、スライス厚、Ｘ線管の管電流、管電圧等のスキャン条件を設定する。このとき条件設定に必要な情報は、画像表示装置２５を介して操作コンソール２７に設けられたＣＲＴモニタ４１に表示される。
【００２３】
スキャン条件が設定されると、ＣＰＵ１３は、設定されたスキャン条件に従ってスキャンするようにスキャン制御部１１を制御する。スキャン制御部１１は、高電圧発生装置５、テーブル駆動機構７、ガントリ回転機構９、スイッチ回路３７、及びＤＡＳ３９を制御してスキャンを制御する。
【００２４】
このとき、スキャン制御部１１は、スイッチ回路３７に対してスイッチの接続状態を制御するモード信号を送り、スイッチの接続状態を被検体の大きさに合わせて切り換えを行い、検出器３５とＤＡＳ３９との接続状態を最適化する。
【００２５】
図２は、検出器３５とスイッチ回路３７とＤＡＳ３９との接続を説明する接続図である。図２において、検出器３５とＤＡＳ３９とを接続するスイッチ回路３７には、図示しないスキャン制御部からのモード信号であるモードＡ，モードＢが入力されている。検出器３５の異なる位置に配置された２つのフォトダイオードＤｉ、Ｄｉ’は、それぞれスイッチ回路３７を構成するスイッチ素子であるＭＯＳ−ＦＥＴのＴｊ，Ｔｊ’を介してＤＡＳ３９の１つのチャンネルであるＣＨｈに接続されている。
【００２６】
ＤＡＳ３９の各チャンネルは、それぞれ積分器５１を備え、この複数の積分器５１の出力は、時分割接続によりＦＰＡ（ｆｌｏａｔｉｎｇｐｏｉｎｔａｍｐｌｉｆｉｅｒ）５３の入力に接続されている。そしてＦＰＡ５３により増幅された信号は、ＡＤＣ５５によりアナログ／ディジタル変換されて、ディジタルデータとして画像処理プロセッサ２３に送られる。
【００２７】
この図２において、モード信号のうちモードＡが有効であり、モードＢが有効でない場合、Ｔｊが導通し、Ｔｊ’が非道通となる。これにより、検出器３５のＤｉがＤＡＳ３９のＣＨｈに接続され、その検出信号が収集データとしてＡＤＣ５５によりディジタルデータに変換されて画像処理プロセッサ２３に送られる。
【００２８】
この逆に、モード信号のうちモードＢが有効であり、モードＡが有効でない場合、Ｔｊ’が導通し、Ｔｊが非道通となる。これにより、検出器３５のＤｉ’がＤＡＳ３９のＣＨｈに接続され、その検出信号が収集データとしてＡＤＣ５５によりディジタルデータに変換されて画像処理プロセッサ２３に送られる。
【００２９】
このように、スキャン制御部１１からのモード信号に従ってスイッチ回路３７は検出器３５の複数の検出素子とＤＡＳ３９の一つのチャンネルとの接続を切り換えることができる。
【００３０】
図３は、スイッチ回路がどのような空間配置の検出素子の信号を切り換えてＤＡＳに接続するかを説明するための回路図である。説明の簡単化のために、各列８ＣＨの４列からなる総チャンネル数３２の検出器と、この検出器の総チャンネル数３２より少ない総チャンネル数１６のＤＡＳとを接続するスイッチ回路をＭＯＳ−ＦＥＴで構成した例を示している。
【００３１】
図３において、図示されない蛍光板によりＸ線強度の空間パターンが光の空間パターンに変換される。この光の空間パターンは、検出素子であるフォトダイオード群Ｄ1 ，Ｄ2 ，…，Ｄ32によって光電流に変換される。各フォトダイオードＤi （ｉ＝１，２，…，３２）のカソードは接地され、アノードは直接またはスイッチ回路を構成するＭＯＳ−ＦＥＴであるＴj （ｊ＝１，２，…，１６）を介してＤＡＳの入力チャンネルＣＨh （ｈ＝１，２，…，１６）に接続されている。
【００３２】
検出器の各列は８個（８チャンネル）の検出素子からなり、第１列はＤ１〜Ｄ８、第２列はＤ９〜Ｄ１６、第３列はＤ１７〜Ｄ２４、第４列はＤ２５〜Ｄ３２から構成されている。
【００３３】
検出素子の列の両端部かつチャンネルの両端部に位置するＤ１，Ｄ２，Ｄ７，Ｄ８，Ｄ２５，Ｄ２６，Ｄ３１，Ｄ３２は、特にＤＡＳに接続されることはなく、これらの検出素子は実装しなくてもよいものである。
【００３４】
また列の中央部である第２列と第３列のそれぞれ中央部のチャンネルであるＤ１１〜Ｄ１４，Ｄ１９〜Ｄ２２は、直接ＤＡＳのＣＨ５〜ＣＨ８，ＣＨ９〜ＣＨ１２に接続されている。
【００３５】
またスイッチ回路には、上述の２つのモード信号であるモードＡ，モードＢが入力されている。モードＡは、中央部の列の周辺部のチャンネルの検出素子群とＤＡＳとを接続するスイッチであるＴ５，Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９，Ｔ１０，Ｔ１１，Ｔ１２のゲートに接続されている。モードＢは、周辺の列の中央部のチャンネルの検出素子群とＤＡＳとを接続するスイッチであるＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ１３，Ｔ１４，Ｔ１５，Ｔ１６のゲートに接続されている。
【００３６】
このモードＡは、中央部の列の周辺部のチャンネルの検出素子群をＤＡＳに接続するための信号である。モードＢは、周辺の列の中央部のチャンネルをＤＡＳに接続するための信号である。
【００３７】
すなわち、大きい被検体を撮影する第１の場合には、図１のスキャン制御部１１がモードＡをスイッチ回路に出力する。これにより検出器のチャンネル数を多くして検出素子列数を少なくするようにスイッチ回路が検出器とＤＡＳとを接続することができる。
【００３８】
この逆に、小さい被検体を撮影する第２の場合には、図１のスキャン制御部１１がモードＢをスイッチ回路に出力する。これにより検出器のチャンネル数を少なくして検出素子列数を多くするようにスイッチ回路が検出器とＤＡＳとを接続することができる。
【００３９】
このように、スキャン制御部がモードＡ，モードＢの各信号を出力することにより、検出器の列数は少ないがチャンネル数の多い接続状態と、検出器の列数は多いがチャンネル数の少ない接続状態とを切り換えることができる。
【００４０】
以上の接続状態の切換を具体的な検出器の列数とチャンネル数で説明する。例えば図４に示すように、各列１０００ＣＨの８列からなる総チャンネル数８０００ＣＨ（１０００ＣＨ×８列＝８０００ＣＨ）のマルチスライスＣＴ用検出器を考える。そしてＤＡＳの総チャンネル数を検出器の総チャンネル数の半分、つまり４０００ＣＨとする。
【００４１】
この検出器を備えたマルチスライスＸ線ＣＴ装置を用いて大きな被検体を撮影する際には、スライス方向の真ん中の４列の検出器出力４０００ＣＨ分をＤＡＳに接続し、１０００ＣＨ×４列のデータ収集を行う。
【００４２】
また、小さな被検体を撮影する際には、各列の中心部分の５００ＣＨづつをＤＡＳに接続し、５００ＣＨ×８列のデータ収集を行うように、検出器出力とＤＡＳの間にスイッチ回路を設ける。スイッチ回路として使用するデバイスは、トランジスタ、ＦＥＴ等、検出器からの微少電流の接続を切り替えられるものであればなんでもよい。また、ＤＡＳに接続されない検出器出力は接地しておくことが望ましい。
【００４３】
また接続が複雑となるが、真ん中の６列の中心部分６６６ＣＨづつをＤＡＳに接続し、６６６ＣＨ×６列のデータ収集を行うことも可能であり、仕様に応じていろいろなバリエーションが考えられる。
【００４４】
（第２実施形態）
次に本発明の第２の実施形態を説明する。第２実施形態においては、検出器以外の構成要素は、第１実施形態と同様である。
第１実施形態で説明した検出器３５において、１０００ＣＨ×４列もしくは、５００ＣＨ×８列以外の組み合わせを考えなければ、図５（ａ）で示すように、検出素子列の両端部かつチャンネルの両端部に位置する（４隅）の検出素子群は使用されることがない。これにより検出器のコスト面でも無駄が生じるため、図５（ｂ）のように、この部分はあらかじめ検出素子を設けない。
【００４５】
（第３実施形態）
次に本発明の第３の実施形態を説明する。第３実施形態においては、スイッチ回路３７による検出器３５とデータ収集装置３９との接続が第１実施形態と異なるが、その他の構成は同様である。
すなわち、第１実施形態のモードＢにおいて、検出器のチャンネル数を少なくして検出素子列数を多くするように接続して５００ＣＨ×８列のデータを収集したが、本実施形態では、同じ５００ＣＨ×８列のデータ収集を行う場合でも、図６のように中心の５００ＣＨではなく、片側に寄せた５００ＣＨ分がデータ収集装置に接続されてデータ収集される。このように検出器中心ではなく片側に寄せたＣＨ群を用いるとハーフ検出器の構造となり、解像度は落ちるが、中心の５００ＣＨを使用する場合よりも大きな被検体を撮影することが可能となる。なお、本実施の形態のモードＡにおいては、第１実施形態のモードＡと同様の接続を行う。
【００４６】
以上好ましい実施の形態について説明したが、これらは本発明を限定するものではない。例えば、検出器として蛍光体（シンチレータ）と光電変換素子を用いるもの以外にも、セレン（Ｓｅ）等の半導体を用いて直接Ｘ線を電荷に変換する検出器や、Ｘｅガス検出器等を用いてもよい。なお、これらの検出器を用いる場合には、その信号出力レベルに応じた耐電圧を有するスイッチ素子を用いて、検出器とＤＡＳとを接続するスイッチ手段を構成する必要があることはいうまでもない。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ＤＡＳの回路規模を大幅に削減することが可能となり、ＤＡＳの小型化が可能になるとともに低価格化が可能となる。
【００４８】
また、小さな被検体を撮影する際には、スライス方向により広い範囲を一度に撮影することが可能となるので撮影時間が短縮され、被検体のＸ線被爆量を低減するとともに被検者の負担を軽減することができるという効果がある。
【００４９】
また本発明によれば、使用しない領域の検出素子の実装を省略することができるので、検出器を低価格化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマルチスライスＸ線ＣＴ装置のシステム構成図である。
【図２】検出器、スイッチ回路及びデータ収集装置（ＤＡＳ）の接続を示す回路図である。
【図３】検出器とＤＡＳとを接続するスイッチ回路の構成を示す回路図である。
【図４】第１の実施形態における検出器とＤＡＳとの接続を示す説明図である。
【図５】第２の実施形態における検出器とＤＡＳとの接続を示す説明図である。
【図６】第３の実施形態における検出器とＤＡＳとの接続を示す説明図である。
【図７】従来のシングルスライス検出器における周辺ＣＨ束ね接続を説明する図である。
【図８】従来のマルチスライス検出器におけるスライス束ね接続を説明する図である。
【符号の説明】
１…マルチスライスＸ線ＣＴ装置、３…走査ガントリ、５…高電圧発生装置、７…テーブル駆動機構、９…ガントリ回転機構、１１…スキャン制御部、１３…ＣＰＵ、１５…磁気ディスク装置、１７…光ディスク装置、１９…フロッピィディスク装置、２１…バス、２３…画像処理プロセッサ、２５…画像表示装置、２７…操作コンソール、３１…Ｘ線管、３３…コリメータ、３５…検出器、３７…スイッチ回路、３９…データ収集装置（ＤＡＳ）、４１…ＣＲＴモニタ、４３…スキャンパネル、４５…キーボード。

Claims

それぞれ複数のチャンネルを有する複数列の検出素子を含み第１の総チャンネル数を有する検出器と、第１の総チャンネル数より少ない第２の総チャンネル数を有するデータ収集装置と、前記検出器と前記データ収集装置との間に設けられたスイッチ手段と、を備えるマルチスライスＸ線ＣＴ装置であって、
大きい被検体を撮影する第１の場合には、チャンネル数を多くして検出素子列数を少なくするように前記スイッチ手段が前記検出器と前記データ収集装置とを接続し、小さい被検体を撮影する第２の場合には、チャンネル数を少なくして検出素子列数を多くするように前記スイッチ手段が前記検出器と前記データ収集装置とを接続することを特徴とするマルチスライスＸ線ＣＴ装置。
前記第１の場合には、前記検出素子列の中央付近の列のすべてのチャンネルを前記データ収集装置に接続し、
前記第２の場合には、すべての検出素子列の中央付近のチャンネルを前記データ収集装置に接続することを特徴とする請求項１記載のマルチスライスＸ線ＣＴ装置。
前記検出器の中央部の検出素子群は、前記スイッチ手段を介さずに直接前記データ収集装置に接続されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のマルチスライスＸ線ＣＴ装置。
前記検出素子の列の両端部かつチャンネルの両端部の位置には、検出素子が実装されないことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載のマルチスライスＸ線ＣＴ装置。