X射线计算机断层摄影装置的制作方法

专利名称：X射线计算机断层摄影装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及X射线计算机断层摄影装置。
背景技术：
在现有的X射线计算机断层摄影装置中，连续X射线是主流。一边连续向被检测体照射X射线，一边以一定周期循环数据收集。数据收集周期大致由电荷蓄积期间、信号电荷读出期间、电荷复位期间组成。原理上，只限于在电荷蓄积期间内照射的X射线才被反映在数据中。因而，对于降低辐射，有效的方法是使X射线不连续而与电荷蓄积时间同步地向被检测体照射脉冲状的X射线。但是，在现在扫描时间为0.5秒或者其以下的超高速扫描是主流，高电压发生装置的负荷大而无法采用。另外，如果要产生短脉冲的X射线，则因为在脉冲的上升沿部分产生低能量的X射线，所以存在增加表面被辐射量的缺点。
因而，如专利第2704084号说明书、专利第2768932号说明书、专利第3394038号说明书、特开平10-295681号公报所示那样，目前是通过管电流控制来进行照射量调整。
专利第2704084号说明书[专利文献2]专利第2768932号说明书[专利文献3]专利第3394038号说明书[专利文献4]特开平10-295681号公报发明内容本发明的目的在于通过X射线的脉冲宽度控制来实现照射量调整。
采用本发明的X射线计算机断层摄影装置包含产生X射线的X射线管；用于检测透过了被检测体的X射线的X射线检测器；从上述X射线检测器循环收集X射线信号的收集单元；为了把上述产生的X射线转换为脉冲X射线而配置在上述X射线管和上述被检测体之间，可以改变快门开期间和关期间的比率地构成的快门机构单元；根据上述收集到的X射线信号再构成图象数据的再构成单元；为了改变上述快门开期间和关期间的比率而控制上述快门机构单元的控制单元。
如果采用本发明，则可以通过X射线脉冲宽度控制实现辐射量调整。


图1是展示本发明的实施例的X射线计算机断层摄影装置构成的图。
图2是图1的快门机构的配置的图。
图3是展示图2的快门盘的平面图。
图4是展示图2的快门盘的位移的图。
图5是展示图2的快门盘的另一构造的平面图。
图6是展示图5的快门盘的位移的图。
图7是展示图1的快门位移控制器的每次扫描的快门开期间变化的图。
图8是展示图1的快门位移控制器的扫描期间中的快门开期间的变化的图。
图9是把采用图1的触发产生单元的触发位移功能与图7比较的图。
图10是把采用图1的触发产生单元的触发位移功能与图8比较的图。
图11是通过本实施例来展示与降低被辐射一同起作用的假想焦点的尺寸减小效果的图。
图12是展示图1的快门机构的另一构造的平面图。
图13是展示与安装在多管球型X射线CT上的多个快门机构对应的图1的快门控制器的控制的图。
具体实施例方式
以下，参照

采用本发明的X射线计算机断层摄影装置的实施例。进而，在X射线计算机断层摄影装置中具有X射线管和X射线检测器一体地围绕被检测体旋转的旋转/旋转方式；在环形上配置多个X射线管检测器，只有X射线管围绕被检测体周围旋转的固定/旋转方式；把多个X射线管配置在环上，多个X射线检测器也同样配置在的环上的固定/固定方式等各种方式，哪个方式都可以适用本发明。关于旋转/旋转方式，有把一对X射线管和X射线检测器安装在旋转架上的一管球型和把X射线管和X射线检测器的多个对安装在旋转架上的所谓的多管球型，无论哪种类型都可以适用本发明。关于X射线检测器有以下的类型在用闪烁器等的荧光体把透过被检测体的X射线转换为光后再用光电二极管等光电转换元件转换为电荷的间接转换型；利用通过X射线产生的半导体内的电子孔穴对的生成以及向其电极移动即光导电现象的直接转换型，而本发明可以采用任何一种形式。
图1展示了本实施例的X射线计算机断层摄影装置的构成。在架台1上容纳大致环形状的旋转架12。旋转机构18在支撑旋转架12可以围绕旋转轴R自如旋转的同时，还具备其驱动系统。在旋转架12上，夹着被放置在卧台2的顶板2a上的被检测体地相对地安装X射线管10和多通道型的X射线检测器23，该X射线检测器23具有以X射线管10的X射线焦点为中心排列成圆弧状的多个X射线检测元件。高电压发生器21的设置是为了在向X射线管10的阴极和阳极之间施加高电压的同时，向阴极灯丝施加灯丝加热电流。
X射线管10被容纳在X射线屏蔽性高的重金属制的壳中。此壳的一部分被打开，在那里用X射线透过率高的材料嵌入X射线放射窗。在与壳体的X射线放射窗对应的部分上安装平行光管11。从X射线放射窗放射出的X射线通过平行光管11形成规定形状。进而，为了便于说明，把旋转架12的旋转中心轴规定为Z轴，并定义与旋转架12的旋转一同围绕Z轴旋转的正交3轴的旋转座标系。X轴是将在阴极上发生的电子束冲击X射线管10内的阳极靶子上的点(X射线焦点)的中心和X射线检测器23的元件排列中心连接起来的线，即定义为从平行光管11放射出的圆锥或者角锥形的X射线束的中心线。
快门机构22被配置在平行光管11和被检测体之间，实际上安装在平行光管11的射出口。快门机构22具有以下功能把由X射线管10连续产生的X射线转换为以一定周期重复的脉冲X射线。快门机构22还具有以下功能把脉冲X射线的周期维持为一定，改变脉冲宽度(也称为脉冲连续时间)。以下，详细说明快门机构22的构造。
快门机构22如图2所示，具备用刚性高的铁板等增强以X射线屏蔽性高的铅为代表的重金属板后的圆盘形的快门盘25。快门盘25被配置成其面相对于X射线的中心轴大致垂直。虽然未图示，但快门机构22和快门盘25都具有快门盘旋转机构。快门盘旋转机构具备以此圆板中心线为旋转轴地把快门盘25支撑成自如旋转的构造，同时具备驱动快门盘25以一定速度旋转的驱动系统。把快门盘25的旋转轴设置为与X轴大致平行。快门盘25的旋转速度被设定为与数据收集装置24的数据收集周期相应的速度。
在快门盘25上至少开有一个开口部分26。开口部分26具有圆周方向的开口率相对于半径方向变化的形状。所谓开口率在把开口部分26的个数设置为n时，表示与圆周长度的1/n对应的一个开口部分26的圆周方向的长度的比率，开口部分26在圆周方向上越长则开口率越高，反之开口部分26在圆周方向上越短则开口率越低。根据开口率的变化，快门开期间和关期间的比率变化。图3展示了开口部分26的形状的具体例子。在此例子中在圆周方向上以一定的周期(90°)形成4个开口部分26。开口部分26的个数并不必须限定为4个。
各开口部分26在从盘25的中心O到半径r1的范围中具有开口率1.0的开口宽度。即，在此范围中，4个开口部分26连结。各开口部分26在从半径r1到r2的范围中具有开口率0.7的开口宽度，在从半径r2到r3的范围中具有开口率0.3的开口宽度。这样形成开口部分26，使得开口率在盘26的半径方向上阶段地变化。阶段数在图3的例子中是“3”，但也可以是2级，还可以设定为4级以上的任意的阶段数，没有限制。
如果采用这样的构成，则在X射线对盘25的照射位置从盘25的中心O被调整到半径r1的范围内时，不发挥对X射线的快门效果，和以往一样，在由电荷蓄积期间、信号电荷读出期间、电荷复位期间构成的数据收集周期的整个期间内向被检测体上照射X射线。当在X射线对盘25的照射位置从半径r1调整到半径r2的范围内时，只在数据收集周期的70％的期间向被检测体照射X射线。当在X射线对盘25的照射位置从半径r2调整到半径r3的范围内时，只在数据收集周期的30％的期间向被检测体照射X射线。即，在具有图3的形状的盘25上从其中心向外周形成阶段性提高快门效果那样的开口部分26。
图4展示了开口部分26的形状的另一具体例子。在此例子中也是在圆周方向上以一定周期(90°)形成4个开口部分26。在此例子中也不需要把开口部分26的个数限定为4个。各开口部分26在从盘25的中心O到半径r1的范围内具有开口率1.0的开口宽度。即，在此范围内，连结4个开口部分26。各开口部分26具有在从半径r1到r2的范围内开口率从1.0至0.3连续下降的开口宽度。通过这样的构成，开口部分26的开口率在盘26的半径方向上连续地无级变化。即，在具有图4形状的盘25上形成从其中心向外周方向快门效果无级提高的开口部分26。
在图12中展示另一构造的快门机构22。此快门机构22具有重叠的2块快门盘25-1、25-2。在快门盘25-1、25-2上分别形成开口部分26-1、26-2。开口部分26-1、26-2具有其圆周方向的开口率在半径方向上一定的形状。相对于快门盘25-1的另一快门盘25-2的角度差可变。通过改变此角度差，由开口部分26-1、62-2合成形成的开口部分的开口率变化。快门机构22安装有使另一方的快门盘25-2相对于快门盘25-1的角度差变化的机构。另外，快门机构22安装有在维持快门盘25-1和快门盘25-2之间的角度差的状态下，在同样的方向上以同样的速度使快门25-1和快门25-2旋转的机构。
在快门盘的旋转机构中安装有图3所示形状的快门盘25和图4所示形状的快门盘25之一。快门盘旋转机构具备装卸快门盘25的机构，可以任意选择地安装图3所示形状的快门盘25和图4所示形状的快门盘25。
快门盘位移机构19如图3、图4中的箭头所示，具备把快门盘25和快门盘旋转机构一同支撑为在其半径方向(与Z轴平行)上前后自如移动(自如位移)的构造；驱动快门盘25和快门盘旋转机构的位移的驱动系统。因为X射线管10以及平行光管11相对旋转架12被固定，所以通过使快门盘25位移，如图5、图6所示，照射在快门盘25上的X射线点的中心位置沿着快门盘25的半径方向移动。通过此移动，减轻高电压发生器21的负荷，可以一边连续产生X射线，一边切换对被检测体的连续的X射线照射和对被检测体的脉冲X射线照射，还可以使此脉冲X射线的脉冲宽度变化。
机壳3具备控制系统整体动作的系统控制器29；扫描控制器30；用于修正在数据收集装置24中收集的X射线信号(数字投影数据)的前处理单元34；存储投影数据，另外存储再构成的图象数据的数据存储装置35；根据投影数据再构成图象数据的再构成单元36；显示处理器37；显示器38；包含鼠标以及键盘的输入器39；用于控制由快门机构19进行的快门盘25的位移的快门位移控制器41；用于产生数据收集装置24的数据收集触发的触发产生单元42。触发产生单元42计数每次快门盘25转动微小角度时从旋转编码器20输出的脉冲，在计数数达到了基准值的时刻产生触发。基准值被确定与快门盘25的开口部分26的周期，例如90°相当的数。由此可以使数据收集周期同步于伴随快门盘25的旋转对被照射体的脉冲X射线照射的时刻。
以下说明本实施例的动作。首先，作为数据收集动作，如上所述数据收集装置24根据从触发发生器42以一定的周期循环输出的触发，循环进行用于从X射线检测器23收集X射线信号的数据收集周期。在数据收集周期中，包含电荷蓄积期间、电荷读出期间和复位期间。在电荷蓄积期间内产生的电荷被蓄积在与各检测元件对应的电容器中，在电荷读出期间作为电流信号从各检测元件中读出到数据收集装置24中，转换为电压信号并放大，进一步被转换为数字数据。电容器在下一数据收集周期前在复位期间被复位。在此从触发到下一触发的期间被称为观察期间。所谓扫描被定义为在X射线管10在被检测体的周围再构成1张断层图象数据所需要的旋转360度或者旋转(180°+扇角)期间内收集数据的动作，在连续旋转中循环执行扫描。
如上所述，因为由于快门盘25的旋转把连续X射线转换为脉冲X射线，所以可以抑制脉冲X射线的周期变动谋求其稳定化。进而，通过快门盘25的位移，从连续X射线切换为脉冲X射线，进而可以高精度地实现脉冲宽度变更的高速化。通过这样的优点，在本实施例中，在每次扫描，进而在扫描期间，都可以从连续X射线切换到脉冲X射线，进而可以变更脉冲宽度。
图7用时序图展示了在采用本实施例的每次扫描中变更脉冲X射线的脉冲宽度的动作。进而，在以下的说明中说明快门盘25具有图3的构造。根据从触发到下一触发的观察期间的时间长度调整快门盘25的旋转速度。即，快门盘25的开口部分26在与触发周期相同的周期下如到达快门盘25上的X射线照射位置那样，如果把形成在快门盘25上的开口部分26的个数设置为n，则根据旋转编码器20的输出脉冲由扫描控制器30控制快门盘25的旋转速度，使得快门盘25旋转角度(360°/n)所需要的时间和触发周期(观察期间)一致。另外，触发发生器42根据旋转编码器20的输出脉冲在时间上使触发脉冲位移，使得快门盘25转动的快门开期间的开始与触发的上升沿同步。
另外，对于全部的扫描，从高电压发生器21向X射线管10连续施加一定振幅的管电压。另外，对于全部的扫描，以一定振幅连续提供灯丝过热电流，使得在X射线管10中连续流过一定振幅的管电流。由此在整个扫描中，从X射线管10以一定的线质并且以一定的剂量连续产生X射线。
在连续扫描中的扫描期间#1中，在快门位移控制器41的控制下，用快门位移机构19调整快门盘25的位置，使得来自平行光管11的X射线对快门盘25的照射位置例如收敛在从快门盘25的半径r1到半径r2的范围内，由此，在与触发周期等价的周期下循环向被检测体照射具有相当于观察期间的70％的脉冲宽度的脉冲线。
在以下的扫描期间#2中由快门位移机构19位移快门盘25的位置，使得从平行光管11对快门盘25的X射线照射位置收敛在从快门盘25的半径r2到半径r3的范围内。由此，脉冲宽度变化，以和触发周期等价的周期循环向被检测体照射具有相当于观察期间的30％的脉冲宽度的脉冲X射线。
例如在对多切片扫描和螺旋扫描等连续扫描中被检测体的扫描位置变化，而在这种变化方式的扫描中，每次变更扫描的脉冲宽度是有效的。被检测体的X射线衰减量根据扫描部位变化。在X射线衰减量低的部位上以与X射线衰减量高的部位同等的剂量照射X射线从降低辐射量的观点出发是不理想的。根据扫描部位的移动，通过在每次扫描中改变脉冲宽度，可以避免其不必要的受辐射。
操作者经由输入器39通过手动操作可以在任意时刻使脉冲X射线的脉冲宽度变化，也可以根据在事前的扫描计划时取得的扫描摄影数据，针对多个扫描位置在快门位移控制器41中预先分别确定适宜的脉冲宽度，与此对应地自动地使脉冲X射线的宽度变化。进而，在连续扫描中，也可以根据在1个或者1个以上的预扫描中收集到的投影数据在快门位移控制器41中确定脉冲宽度，根据它使脉冲X射线的脉冲宽度动态变化。这样脉冲宽度的变化方法是任意的。
在图8中用时序图展示了采用本实施例的扫描期间中变更脉冲X射线的脉冲宽度的动作。在扫描期间内的最初，在快门位移控制器41的控制下，用快门位移机构19调整快门盘25的位置使得来自平行光管11的X射线对快门盘25的照射位置例如收敛在从快门盘25的半径r1到半径r2的范围内。由此，以与触发周期等价的周期循环向被检测体上照射具有相当于观察期间的70％的脉冲宽度的脉冲X射线。
在同样的扫描期间内的某一时刻，用快门位移机构19使快门盘25的位置位移使得来自平行光管11的X射线对快门盘25的照射位置如被收纳在从快门盘25的半径r2到半径r3的范围内那样。由此，脉冲宽度变化，以与触发周期等价的周期循环向被检测体上照射具有相当于观察期间的30％的脉冲宽度的脉冲X射线。
和图7的例子一样，操作者经由输入器39通过手动操作可以在任意时刻使脉冲X射线的脉冲宽度变化，也可以根据在事前的扫描计划时从多方向取得的扫描摄影的数据，针对多个角度在扫描位移控制器41中预先分别确定适宜的脉冲宽度，根据它自动地使脉冲X射线的脉冲宽度变化。进而，也可以在连续扫描中，根据在前半圈旋转，前1圈旋转、或者前多圈旋转的时刻收集到的投影数据在快门位移控制器41中确定脉冲宽度，据此使脉冲X射线的脉冲宽度动态地变化。这样脉冲宽度的变化方法是任意的。
扫描期间中的脉冲宽度的变更例如在单切片扫描、多切片扫描、螺旋扫描等全部的扫描中，可以发挥降低辐射的效果。特别是在多切片扫描、螺旋扫描中，通过和上述图7的方式一并使用，进一步提高其效果。
在上述的说明中，触发发生器42根据旋转编码器20的输出脉冲使触发脉冲在时间上位移，使得快门盘25的旋转快门开期间的开始与触发的上升沿同步。但是，如图9、10所示，可以根据快门盘25的位置使触发脉冲的时间位移量变化，使得观察期间或者电荷蓄积期间的中心与快门盘25旋转的快门开期间的中心一致，或者从快门开期间的开始经过与快门开期间相应的延迟时间后观察期间开始。由此，可以有效地防止因快门盘25的旋转振动等引起的对被检测体的X射线照射期间局部地脱离电荷蓄积期间的现象。
如上所述，如果采用本实施例，通过用快门机构把连续X射线转换为脉冲X射线，可以避免不需要的被照射。进而通过使脉冲宽度可以变化，可以根据需要促进降低辐射的效果。另外，还可以起到以下这样的效果。如上所述投影数据反映了在电荷蓄积期间内随着X射线入射产生的电荷量。因为在电荷蓄积期间内X射线管10继续旋转，所以如图11(a)所示，可以设想X射线焦点沿着其旋转方向扩大。如果X射线焦点扩大，则空间分辨率恶化是众所周知的。在现有技术中，用来降低受辐射的方法是通过管电流控制来降低连续X射线的剂量。因此依然存在空间分辨率的恶化。在本实施例中，可以同时实现受辐射的降低效果和空间分辨率的提高。在本实施例中，如图11(b)所示，在与现有技术同样的电荷蓄积期间内，也可以缩短X射线的照射期间。随着该X射线的照射期间缩短，X射线焦点的扩大被抑制，可以抑制空间分辨率的恶化。
在旋转架上安装多个X射线管和X射线检测器的对的所谓多管型中也可以适用本实施例。例如，当在旋转框架上分别安装3个X射线管和X射线检测器的情况下，在3个X射线管上分别安装有3个快门机构22。为了相互避免散乱射线的影响，扫描控制器30控制3个快门机构22的盘25的旋转相位，使得3个快门机构22的开期间不重合(参照图13)。最初，将开期间设定得比3个快门机构22的交替周期还短。由此即使开期间有些偏离，也可以保证3个快门机构22的开期间不重合。
进而，本发明并不限于上述实施例本身，在实施阶段中在不脱离其宗旨的范围内可以改变构成要素并具体化。另外，通过在上述实施例中揭示的多个构成要素的适宜组合，可以形成各种发明。例如，可以从实施例所示的全部构成要素中删除几个构成要素，进而，也可以适宜地组合不同的实施例的构成要素。
权利要求
1.一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于包括产生X射线的X射线管；用来检测透过被检测体的X射线的X射线检测器；通过上述X射线检测器循环收集X射线信号的收集单元；为了把上述产生的X射线转换为脉冲X射线而被配置在上述X射线管和上述被检测体之间的，能够改变快门开期间和关期间的比率的快门机构单元；根据上述收集到的X射线信号，再构成图象数据的再构成单元；为了改变上述快门开期间和关期间的比率而控制上述快门机构单元的控制单元。
2.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述控制单元使上述快门开期间和关期间的比率在螺旋扫描过程中动态地变化。
3.根据权利要求2所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述控制单元根据上述被检测体的扫描摄影数据，对多个切片位置分别计算上述快门开期间和关期间的比率。
4.根据权利要求3所述的X射线计算机断层摄影装置，上述控制单元根据上述计算出的比率控制上述快门机构单元。
5.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述快门机构包括配置成相对于上述X射线的中心轴大致垂直，并具有形成为圆周方向的开口率在半径方向上变化的至少一个开口部分的圆盘状的X射线屏蔽板。
6.根据权利要求5所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述开口部分形成为上述开口率在半径方向上阶段地变化。
7.根据权利要求5所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述开口部分形成为上述开口率在半径方向上连续地变化。
8.根据权利要求5所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述快门机构包括使上述X射线屏蔽板围绕轴旋转的旋转机构；使上述X射线屏蔽板与上述旋转机构一起在上述X射线屏蔽板的半径方向上移动的移动机构。
9.根据权利要求8所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述控制单元为了使上述X射线屏蔽板在半径方向上移动来改变上述比率，而控制上述移动机构。
10.根据权利要求8所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于还包括输入上述被检测体的体格的输入单元，其中上述控制单元根据上述输入的被检测体的体格使上述X射线屏蔽板移动。
11.根据权利要求8所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述控制单元根据上述被检测体的扫描摄影数据控制上述移动机构。
12.根据权利要求8所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述控制单元根据半旋转或其整数倍的角度旋转前的X射线信号，使上述X射线屏蔽板移动。
13.根据权利要求8所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于还包括用于检测上述X射线屏蔽板的旋转的检测单元；根据上述检测单元的输出，产生用来催促上述X射线信号的收集的触发的触发产生单元。
14.根据权利要求13所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述触发产生单元产生触发使得上述X射线的脉冲宽度至少进入上述周期中。
15.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述快门机构包含具有重叠的至少一个开口部分的角度差可变的圆盘状的多个X射线屏蔽板；旋转上述多个X射线屏蔽板的旋转机构。
16.一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于包含产生X射线的X射线管；用来检测透过被检测体的X射线的X射线检测器；通过上述X射线检测器循环收集X射线信号的收集单元；为了使快门开期间和关期间的比率在螺旋扫描中动态地变化而配置在上述X射线管和上述被检测体之间的快门机构单元；根据上述收集到的X射线信号，再构成图象数据的再构成单元。
全文摘要
本发明的目的在于通过X射线的脉冲宽度控制实现照射量调整。X射线计算机断层摄影装置包括产生X射线的X射线管(10)；用于检测透过被检测体的X射线的X射线检测器(23)；通过X射线检测器循环收集X射线信号的数据收集单元(24)；为了把产生的X射线转换为脉冲X射线而配置在X射线管和被检测体之间，并且构成为可以改变快门开期间和关期间的比率的快门机构单元(22)；根据收集到的X射线信号，再构成图象数据的再构成单元(36)；为了改变快门开期间和关期间的比率而控制快门机构单元的快门控制器(41)。
文档编号A61B6/03GK1718161SQ200410057969
公开日2006年1月11日 申请日期2004年8月27日 优先权日2004年7月6日
发明者片田和广, 利府俊裕 申请人:东芝医疗系统株式会社