JPS6141574B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放射線写真技術に関し、特にコンピユ
ータ・トモグラフイ（computerised
tomography）として知られるようになつた放射
線写真技術の分野に関するものである。

コンピユータ・トモグラフイは、被検査体に関
して放射線源を走査せしめて被検査体内で幾つか
が交差する多数の実質的に直線状のビーム通路に
沿つて被検査体の横断面仮想輪切り部分（以下ス
ライスと呼ぶ）を通るように放射線を照射せし
め、各ビーム通路に沿つて被検査体から出て来た
放射線を検知し、各ビーム通路に沿つて被検査体
を通る際に受けた放射線の吸収を表わす吸収信号
を発生し、その吸収信号を処理して、前記スライ
ス上に分布された多数の要素場所のそれぞれにお
ける放射線の吸収（または透過）を評価すること
を含む。そのようにして評価された係数は通常例
えば陰極線管表示のような写真撮影されうる視覚
的表示としてあるいは実際の吸収値のプリントア
ウトとして表示される。

英国特許第1283915号明細書には、多数の形式
のコンピユータ・トモグラフイ装置が例示されて
いる。

コンピユータ・トモグラフイは有用な診断用具
であることが認められており、かつ人体の多くの
異なる部分に有用に適用されている。しかしなが
ら、患者の心臓と交差するまたはその近傍を通る
横断面スライスを検査する場合には困難に遭遇す
る。必要な吸収信号を得るために患者のからだの
まわりで放射線源を走査せしめるのに要する時間
に比して心臓の動きが早いから、評価された吸収
値に被検査体内に本来存在していないもの
（artefacts）が生ぜしめられることになりうる。

心臓自体の検査に対してはもとより、心臓を含
む領域にコンピユータ・トモグラフイを適用する
ことが望ましいのは明らかであり、英国特許第
1475308号明細書には、吸収値の取得が患者の心
臓鼓動に関して制御されうる機構が開示されてい
る。英国特許第1475308号明細書に例示されてい
るコンピユータ・トモグラフイ装置の特定の実施
例においては、多数のビーム通路に沿つて放射線
を同時に照射せしめるＸ線の広い扇形分布を与え
る放射線源と、同時に照射されるビーム通路のそ
れぞれに沿つて被検査体から出て来た放射線を受
取るように配置された検知器の配列とが用いられ
ている。他のビーム通路は被検査体のスライスの
まわりで放射線源を回転させることによつて放射
線を照射される。前記英国特許明細書に記載され
た実施例においては、検知器配列は放射線源との
整列を維持するためにその放射線源と一緒に回転
せしめられる。

他の形式の走査が英国特許第1478124号明細書
に記載されている。その場合には、放射線源が比
較的狭い扇形のＸ線分布を発生し、そしてそれが
検知器の小さい配列に向つて照射せしめられる。
それらの放射線源と検知器配列が被検査体を横切
るように横方向に交互に掃引されかつ被検査体の
まわりで１つの角度ステツプ（段階）だけ回転せ
しめられる。角度ステツプは扇形角度を斟酌した
ものである。この形式の走査は横動および回転走
査として知られているものであり、特公昭55−
4408号公報には、前述したような被検査体内に本
来存在しないものの表示が形成されるのを回避し
あるいは少なくとも軽減するように横動および回
転走査を患者の心臓鼓動と同期させることが提案
されている。

本発明は修正された形式の横動および回転走査
を利用したコンピユータ・トモグラフイ装置を提
供することに関するものであり、従来のこの種の
装置においては、Ｘ線源および検知器配列の横方
向往復運動と回転運動とが順次交互に行なわれる
のに対し、本発明の装置においては、横方向往復
運動と回転運動とが同時に行なわれることに特徴
があり、回転運動は短い休止をはさんで歩進的に
行なわれ、患者の心臓の運動が休止している間に
回転運動の短い休止がなされ、かつその間に放射
線源および検知器配列が心臓に位置合せせしめら
れるような態様で、走査運動が患者の心臓鼓動に
同期せしめられる。

本発明によれば、患者のからだを位置決めする
手段と、前記位置決めされた患者のからだを横切
つて透過する放射線の拡がりを発生する放射線源
と、前記患者のからだを透過した放射線を検知す
るために前記放射線の拡がり中に含まれる放射線
ビームに対し整列せしめられた放射線検知器の配
列と、前記放射線源および前記放射線検知器の配
列をして前記患者のからだを横切る方向の往復横
方向運動と前記患者のからだのまわりの回転運動
とを生ぜしめる走査手段と、前記患者の心臓の鼓
動を感知して該鼓動を表わす電気信号を発生する
感知手段と、前記電気信号に応答して前記横方向
運動および回転運動を制御する制御手段とを備
え、前記制御手段は、前記心臓の各鼓動後一定の
時間経過したときに前記回転運動を中断して休止
せしめる第１の手段と、前記往復横方向運動をし
て正弦波状運動となさしめる第２の手段と、前記
回転運動における休止が前記正弦波状運動の各サ
イクルごとの実質的に直線状の部分において生じ
るように、かつ前記休止が生じたときに前記患者
のからだの位置がその心臓を放射線にて照射せし
められる位置となるように、前記回転運動を前記
往復横方向運動に実質的に一定の位相関係をもつ
て同期せしめる第３の手段とを有するコンピユー
タ・トモグラフイ装置が提供される。

以下図面を参照して本発明の実施例につき説明
しよう。

第１図を参照すると、英国特許第1478124号明
細書に記載されているものと一般的に類似してい
るが、心臓の運動に同期されうるように修正され
たコンピユータ・トモグラフイ装置が示されてい
る。被検査体３を収容するための中心開孔２を有
するターンテーブル部材１が、その開孔２の中心
に位置する軸線４のまわりで回転しうるようにし
て垂直に取付けられている。ターンテーブル部材
１は、装置のための主フレーム８に支承された３
個の回転軸受５，６および７上に支持されてい
る。フレーム８は台９に固着されて静止してお
り、任意適当な形態をとりうるが、開孔２に合致
した開孔を形成されていなければならないこと勿
論である。

ターンテーブル部材１は、全体として数字10で
示されたゼバネ機構によつて（この実施例におい
ては）10度の角度ステツプ（段階）をなして歩進
的に回転されうる。ターンテーブル部材１の周囲
には、連続的に回転される円板１４上のペグ１２
および１３と協働して角度運動間にほんの短い休
止状態をともなう所要のステツプ状（段階状）回
転運動を行なう適当な又状部片１１が設けられて
いる。ペグ１２または１３のいずれもがターンテ
ーブル部材１を回転せしめようとしていない場合
にそのターンテーブル部材１をそれの角度位置に
効果的にロツクするために強力なブレーキ（図示
せず）が設けられる。円板１４は主フレーム８に
承支されておりかつ図示されていないモータによ
つて駆動される。本発明のこの実施例による装置
においては、前記モータは可変速度型モータであ
る。

ターンテーブル部材１上にはそれに関して往復
横方向運動を行ないうる軽量ではあるが堅固な走
査ヨーク１６が取付けられている。ヨーク１６
は、ターンテーブル部材１上に固定して取付けら
れかつそのターンテーブル部材の弦方向に配置さ
れた直線ランナー１７および１８上を移動でき
る。ターンテーブル部材１に固着された各ブラケ
ツト（図示せず）に支承された一対の有歯ローラ
２０および２１間に架張されかつブラケツト（図
示せず）によつてヨーク１６が取付けられた有歯
ベルト１９によつて横方向走査運動がそのヨーク
１６に与えられる。ローラ２０は単なるアイド
ラ・ローラであるが、ローラ２１は、ストラツプ
状ブラケツト２３によつてターンテーブル部材１
に取付けられた正逆回転型可変速度モータ２２に
よつて駆動される。

台９は、ターンテーブル部材１のすべての角度
位置およびその上のヨーク１６のすべての横方向
位置においてヨーク１６の床との間隔を確保する
適当なガーダー等に支持されるであろう。

ベルト１９のヨーク１６とは反対側の走行部分
には釣合錘２４が固着されていてそのヨークと対
向して移動して、さもなければヨーク１６とそれ
の次に述べる取付具の横方向走査運動によつて生
ぜしめられることになる不平衡力を補償する。

ヨーク１６には放射線（この実施例ではＸ線）
源２５が取付けられている。その放射線はコリメ
ートされて、実効的な点発生源から出て来る平面
状の扇形ビームとなされる。開孔２を中心として
ヨーク１６の放射線源２５とは反対の側には、そ
の放射線源２５によつて発生された放射線に感応
する30個の検知器の配列２６が設けられており、
それらの検知器はバンク２７に配置された各コリ
メータを通じて放射線源をみるようになされてい
る。この実施例においては、隣り合うコリメータ
は互いに1/3゜の角度だけ傾斜されており、この
場合、検知器が30個存在しているから、放射線源
２５によつて発生されるＸ線のビームの角度拡が
りは10゜となる。

被検査体３はベツド２８上に支持されそしてス
トラツプ２９によつてそのベツドの上に固定され
る。被検査体とベツドとの間の間隙には、人体の
組織と実質的に同じ程度だけＸ線を吸収すること
が好ましい適当な詰め材３０が充填されている。
詰め材３０は１またはそれ以上のプラスチツク袋
に入れられることが好ましい。ベツド２８は台９
上に立つた脚３１によつて支持される。

ゼネバ機構１０によつてターンテーブル部材１
に与えられるステツプ状（段階状）回転走査運動
は往復モータ２２によつてヨーク１６に与えられ
る横方向走査運動と同期せしめられる必要があ
り、それがために、第３図に示すように円板１４
に角度目盛３２が形成されており、かつ固定光検
知器３３が適当な光源（図示せず）と一緒に設け
られており、光検知器３３を通る目盛３２上のマ
ークの通過を表わすタイミングパルスを発生する
ようになされていることは明らかであろう。かく
して、回転走査運動が監視されうる。ヨーク１６
には直線目盛３４が固定して取付けられており、
ターンテーブル部材１上にそれと一緒に回転する
ように取付けられた第２の光検知器３５および同
様にして取付けられた光源（図示せず）と協働し
て、横方向走査の進度を表わすタイミングパルス
を発生する。目盛３２および３４は双方ともプリ
ント、エツチングまたは他の方法で形成された角
度的に離間された不透明な線を有する半透明また
は透明の部材よりなつている。

円板１４の駆動モータのための制御系統は心電
計３７と、パルス整形器３８と、制御回路３９
と、目盛３２および光検知器３３から制御回路３
９までの位置感知帰還接続３６とよりなることが
わかるであろう。これによつて円板１４は患者の
心臓鼓動によつて決定される速度で連続的に回転
せしめられる。

他方、モータ２２はヨーク１６とそれの取付具
を実質的に正弦波状に開孔２に関して往復するよ
うにして駆動し、その場合、正弦波状運動の実質
的に直線状の部分が各横方向走査の中心で生ずる
ようになされる。このことを実現するために、円
板１４には、第３図に示すように、前述した目盛
３２とともに（目盛３２の角度的に離間されたマ
ークとは異なり）間隔が正弦波状に変化するマー
クを有する第２の目盛３２′が形成されうる。そ
の第２の目盛３２′と協働してヨーク１６の所望
の横方向位置を表わす適当な正弦波的に変化する
タイミングパルスを発生するフオトセル・ユニツ
ト４０が設けられている。それらのパルスは従来
の微分回路４１で微分されてヨーク１６の横断速
度を表わす信号を発生し、それらの信号がモータ
２２を制御する第２の制御回路４２に印加され
る。モータ２２に連結された従来型のタコジエネ
レータ（図示せず）と制御回路４２との間に帰還
制御ループが形成されている。円板１４上の第２
の目盛をそれに関連したフオトセル・ユニツト４
０とともに用いるかわりに、光検知器３３から得
られた信号を公知の種類の正弦波関数発生器に与
えてもよい。いずれの場合にも、正弦波横方向速
度の制御を助長するために、放射線源２５と釣合
錘２４がそれらの横動の終端に達したときにそれ
らに係合するように通常設けられる緩衝ばね（図
示せず）を長くして釣合錘２４と放射線源２５と
の双方が横方向運動の全体にわたつていずれか一
方のばねの制御を受けるようになされる。

もし所望されれば、光検知器３３および３５の
出力信号を位置照合回路４３に供給し、この位置
照合回路４３の出力を制御回路４２に供給するこ
とによつてヨークの横方向位置についての附加的
な制御が得られうる。この目的のためには、各横
方向走査の中心またはその近傍において光検知器
３５から得られた信号のみが回路４３に与えられ
るが、この光検知器３５から得られた信号は次に
述べるように他の目的のためにも必要とされるか
ら、目盛３４のかわりにそれよりも短い目盛を用
いることはできない。

検知器配列２６内の各検知器は、１つだけしか
図面に示されていない各前処理回路４４に公知の
態様で信号を供給する。各予備処理回路４４は、
増幅器４５と、開孔２を横切るヨーク１６の各横
動時に光検知器３５により発生されたタイミング
パルスによつて少なくとも160回読取およびリセ
ツトされるリセツト可能な積分器４６と、アナグ
ロ・デジタル変換回路４７と、対数変換回路４８
とを含んでいる。

すべての前処理回路４４の出力信号は処理回路
４９に供給する。その処理回路４９は英国特許第
1471531号明細書に記載されている形成のうちの
１つをとることが好ましいが、他の任意適当な形
式をとつてもよい。この回路４９は、開孔２内に
入れられた患者のからだの横断面スライス上に分
布された多数の要素場所のそれぞれにおける前述
した吸収（または透過）係数を評価する作用をす
る。評価された係数はデイスプレイ５０において
任意適当な態様で表示される。

第１図の装置は次に述べる態様で動作するもの
であり、基本的には、従来のこの種の装置のよう
に被検査体のまわりにおけるＸ線源および検知器
配例の横方向往復運動と歩進的回転運動とが順次
交互に行なわれるのではなく、ターンテーブル部
材１（Ｘ線源２５および検知器配列２６が固定さ
れているヨーク１６を横方向往復運動可能に支持
している）の周期的な短い休止期間をはさんだ歩
進的回転運動と、ヨーク１６の横方向往復運動と
が同時に重複して行なわれることに特徴がある。
しかもヨーク１６の横方向往復運動は、正弦波状
の速度変化をもつて休止することなく行なわれて
いるものであり、ヨーク１６の移動範囲の中央領
域におけるヨーク１６のターンテーブル部材１に
対する相対移動速度はほぼ一定となる。そしてタ
ーンテーブル１の短い休止期間と、ヨーク１６が
上記中央領域を一定の速度で移動している期間と
が一致しており、その一致した期間は、心臓の各
鼓動時点からそれぞれ一定時間ｔだけ経過した時
点、すなわち心臓が休止している時点に合致せし
められている。

第２図は、心臓の鼓動と、ターンテーブル部材
１の回転運動と、ヨーク１６の正弦波状の速度変
化を伴つた横方向往復運動との関係を示すタイミ
ングチヤートで、Ａは第１図の心電計３７から得
られる波形を概略的に示す図で、時間ｔは、心臓
の鼓動時点から、心臓が静止した状態にある時点
までの時間をあらわしている。また、Ｂはターン
テーブル１の回転角度と時間との関係を示してお
り、ターンテーブル１の短い休止期間は心臓の静
止期間に一致している。またＣはヨーク１６の横
方向往復運動すなわちＸ線源２５および検知器配
列２６の正弦波状速度変化を伴つた横方向往復運
動の振幅と時間との関係を示しており、ヨーク１
６が第１図の左方から右方へ移動するときのその
移動の中央領域においては、ヨーク１６はほぼ一
定の速度で移動し、その正弦波カーブの直線部分
とターンテーブル部材１の休止期間とが一致して
いることを示している。勿論、患者の心臓は第１
図の開口２の中心に位置決めされているものとす
る。

ここで、ヨーク１６の第２図のＣに示すような
正弦波状速度変化を伴つた直線的往復運動につい
てさらに詳細に説明すると、前述のように、ゼネ
バ歯車機構１０において所定の速度で回転する円
板１４には、その円周方向に沿つて第３図に示す
ような正弦波状に角度間隔（円板１４の中心に対
する）が変化する目盛３２′が形成されており、
この目盛３２′をフオトセル・ユニツト４０が読
むことによつて時間的間隔が正弦波状に変化する
一連のタイミングパルスを得る。このタイミング
パルスを微分回路４１で微分した後制御回路４２
に供給する。制御回路４２ではこの微分されたパ
ルスにもとづいて振幅が正負交互に正弦波状に変
化する電圧を発生し、この正弦波電圧によりモー
タ２２が正逆回転され、さらに、モータ２２とヨ
ーク１６とを連結している駆動ベルト１９に釣合
錘２４が取付けられ、かつ、ヨーク１６および釣
合錘２４がそれらの往復運動の両端に達したとき
にそれらに係合するように緩衝ばねが設けられて
いることとも相俟つて、ヨーク１６の横方向往復
運動の速度は第２図のＣに示すように正弦波状に
変化し、その移動範囲の中央領域における移動速
度はほぼ一定となり、その部分の曲線は直線状と
なる。そしてヨーク１６がその移動範囲の中央領
域を移動する期間が、ゼネバ歯車機構１０による
ターンテーブル部材１の歩進的回転運動における
短い休止期間に一致するように、円板１４のペ
グ、１２，１３と目盛３２′との円板１４の中心
に対する相対的な角度関係があらかじめ設定され
ている。

第２図のＢを参照すると、ターンテーブル部材
１は各動作サイクルの約90％の期間回転してお
り、残りの10％の静止期間のほぼ中央と、心臓の
鼓動後、時間ｔ経過した時点とが正確に一致して
いることが理解されるであろう。また、第２図の
Ｃから、放射線源２５および検知器配列２６は正
弦波状運動を行ない、第２図のＣのカーブの直線
部分がターンテーブル部材１が静止している期間
と一致するような位相関係にあるようにタイミン
グを合されている。第１図の左方から右方への
（すなわち、アイドラローラ２０から被駆動ロー
ラ２１に向う方向の）放射線源２５および検知器
配列２６の移動の中央領域は、ターンテーブル部
材１が静止している期間と一致しており、患者は
開口２内の適切な位置に固定されているから、放
射線源２５および検知器配列２６の左方から右方
への走査運動によつて、患者の心臓に関する正確
な吸収データが得られる。右方から左方への復帰
運動時には、放射線源２５は遮断されてデータが
得られないようになされている。これは、往復運
動の双方でデータを得ようとすると、心臓を横切
る方向における移相に基因して誤差が発生するお
それがあるからである。

本発明によれば、毎分120回もの心臓速度での
走査が可能であり、かつそのような心臓速度を有
する患者の走査をわずかに10秒で行なうことがで
きる。

要約すると、上述した特定の実施例において
は、放射線源２５および検知器配列２６の横方向
往復運動と回転運動とが同時に行なわれることに
特徴があり、従来のこの種の装置のように横方向
往復運動と回転運動とが順次交互に行なわれるの
と異なり、きわめて短時間に走査を行なうことが
できる効果がある。また休みなく行なわれる横方
向往復運動がほぼ正弦波状であり、その正弦波運
動の山と山との間の部分は直線状であるから、こ
の期間に放射線源２５を動作させることによつて
きわめて正確なデータを得ることができる。放射
線源２５によつて発生された放射線扇形は10゜の
角度をなしており、回転運動は10゜のステツプ
（段階）をなして行なわれる。しかしながら、回
転は、実質的に直線状の横方向走査の交互の期間
にほんの短時間だけ休止するにすぎず、実質的に
は連続している。患者は、回転運動に短い休止が
発生する時点において、Ｘ線が患者の心臓を掃引
しているように位置決めされ、その場合、走査は
患者の心臓鼓動に同期せしめられ、かつ調時装置
は、心臓が休止しているあいだにＸ線が患者の心
臓を横切つて掃引するようになされている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す正面図、第２
図は心臓の鼓動と、これに同期されたターンテー
ブル部材の回転運動およびヨークの横方向往復運
動との関係を示すタイミングチヤート、第３図は
ゼネバ歯車機構の回転円板上に形成された目盛を
示す部分図である。 １……ターンテーブル部材、２……開口、３…
…被検査体、８……主フレーム、１０……ゼネバ
機構、１１……又状部片、１２，１３……ペグ、
１４……円板、１６……走査ヨーク、１９……有
歯ベルト、２０，２１……有歯ローラ、２２……
モータ、２４……釣合錘、２５……放射線源、２
６……検知器配列、２７……コリメータ・バン
ク、２８……ベツド、３０……詰め材、３２……
角度目盛、３３，３５……光検知器、３４……直
線目盛、３７……心電計、３８……パルス整形回
路、３９……制御回路、４０……フオトセル・ユ
ニツト、４１……微分回路、４２……制御回路、
４３……位置照合回路、４４……予備処理回路、
４５……増幅器、４６……積分、４７……アナロ
グ・デジタル変換回路、４８……対数変換回路、
４９……処理回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 患者のからだを位置決めする手段と、前記位
   置決めされた患者のからだを横切つて透過する放
   射線の拡がりを発生する放射線源と、前記患者の
   からだを透過した放射線を検知するために前記放
   射線の拡がり中に含まれる放射線ビームに対し整
   列せしめられた放射線検知器の配列と、前記放射
   線源および前記放射線検知器の配列をして前記患
   者のからだを横切る方向の往復横方向運動と前記
   患者のからだのまわりの回転運動とを生ぜしめる
   走査手段と、前記患者の心臓の鼓動を感知して該
   鼓動を表わす電気信号を発生する感知手段と、前
   記電気信号に応答して前記横方向運動および回転
   運動を制御する制御手段とを備え、 前記制御手段は、前記心臓の各鼓動後一定の時
   間経過したときに前記回転運動を中断して休止せ
   しめる第１の手段と、前記往復横方向運動をして
   正弦波状運動となさしめる第２の手段と、前記回
   転運動における休止が前記正弦波状運動の各サイ
   クルごとの実質的に直線状の部分において生じる
   ように、かつ前記休止が生じたときに前記患者の
   からだの位置がその心臓を放射線にて照射せしめ
   られる位置となるように、前記回転運動を前記往
   復横方向運動に実質的に一定の位相関係をもつて
   同期せしめる第３の手段とを有することを特徴と
   する患者のからだの横断面の仮想輪切部分を検査
   するためのコンピユータ・トモグラフイ装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載されたコンピユ
   ータ・トモグラフイ装置において、前記電気信号
   に応答して前記走査手段を制御する制御手段は、
   前記回転運動の休止が前記往復横方向運動のうち
   の一方の方向のみの正弦波状横方向運動の前記実
   質的に直線状の部分においてのみ生じるようにか
   つ前記回転運動の休止が前記放射線が前記患者の
   心臓を透過するように照射せしめられるときに生
   じるように、前記回転運動を歩進的になさしめる
   ことを特徴とする前記装置。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項に記載さ
   れたコンピユータ・トモグラフイ装置において、
   前記往復横方向運動のうちの一方の方向のみの横
   方向運動時に前記放射線検知器から電気的出力信
   号を派出する手段を具備しており、反対方向の横
   方向運動時には前記放射線の照射が抑制されるこ
   とを特徴とする前記装置。 ４ 特許請求の範囲第２項または第２項に従属し
   た第３項に記載されたコンピユータ・トモグラフ
   イ装置において、前記放射線の拡がり角度が約10
   ゜となされかつ１つの休止と次の休止との間に行
   なわれる前記回転運動の回転角度が約10゜となる
   ようになされていることを特徴とする前記装置。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載されたコンピユ
   ータ・トモグラフイ装置において、前記患者のか
   らだを横切る多数の実質的に直線状のビーム通路
   のそれぞれを通る際に前記放射線が受けた吸収を
   表わす前記検知器によつて得られた出力信号を処
   理して前記患者のからだの横断面仮想輪切り部分
   上の位置に対する放射線吸収の変化を表示する手
   段を具備していることを特徴とする前記装置。