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：
本发明涉及能够使用锥束X射线对被检体进行螺旋扫描的X射 线计算机断层摄影装置。
背景技术：
在X射线CT领域中，使用锥束X射线，以运动图像取得心脏 的剖面或3D的动态扫描和螺旋扫描正在普及中。在使用锥束X射线 的扫描中，如何减少受照射是个重要的课题。

发明内容
本发明的目的在于在使用锥束X射线的螺旋扫描中，减少受到X 射线的照射。
本发明的实施方式，提供一种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；检测出上述X射线的二 维阵列型的X射线检测器；绕旋转轴旋转上述X射线管以及上迷X 射线检测器的旋转机构；将来自上述X射线管的X射线成形为锥束 形的成对的校准4义(collimator);在与上述旋转轴大致平行的方向 上单个移动上述成对的校准仪的校准仪移动机构；重建由操作者根据 上述X射线检测器的输出所设定的重建范围内的图像数据的重建处 理部；以及控制上述校准仪的各位置的校准仪控制部，上述校准仪控
6制部根据与大致零度的锥角相对应的上述X射线的中心面与上述重建范围的端面之间的距离，控制上述校准仪的各位置，上述校准仪移动机构将各个上述成对的校准仪在如下范围内进行移动从与按照上 述X射线检测器的宽度的最大锥角相对应的最外位置到自与大致零 度的锥角相对应的位置向相反一侧偏移后的最内位置的范围。在下面的描述中将提出本发明的其它目的和优点，部分内容可以 从说明书的描述中变得明显，或者通过实施本发明可以明确上述内 容。通过下文中详细指出的手段和组合可以实现和得到本发明的目的 和优点。


结合在这里并构成说明书的一部分的附图描述本发明当前优选 的实施方式，并且与上述的积X要说明以及下面的对优选实施方式的详 细描述一同用来说明本发明的原理。图1为表示本发明的实施方式的X射线计算机断层摄影装置的 结构的图。图2为表示图l的校准仪控制部进行螺旋扫描时的校准仪控制的 整体的图。图3为图2的校准4义A、 B位置的详细图。图4为表示在本实施方式中，开始收集数据(开始照射X射线) 的时刻的校准仪A的位置的图。图5为表示在本实施方式中，X射线的中心面位于重建范围的端 面的外侧时的校准仪A的位置的图。图6为表示在本实施方式中，X射线的中心面与重建范围的端面 对齐时的校准仪A的位置的图。图7为表示在本实施方式中，X射线的中心面位于重建范围的端 面的内侧时的校准仪A的位置的图。图8为表示在本实施方式中，X射线的中心面位于重建范围的中 央部分的外侧时的校准仪A的位置的图。图9为表示在本实施方式的变形例中，穿梭扫描(Shuttle-scan) 时的校准仪控制的图。图10为表示在本实施方式的变形例中，伴随螺旋扫描时的螺旋 状螺距的变化的校准仪控制的图。
具体实施方式
以下，参照

本发明的X射线计算机断层摄影装置的实 施方式。并且，在X射线计算机断层摄影装置中，具有X射线管和X 射线检测器作为一体在被检体周围旋转的旋转/旋转方式和在环上配 置许多X射线检测器，只有X射线管在被检体周围旋转的固定/旋转 方式，使用其中任何一种方式都能够适用本发明。关于旋转/旋转方式， 具有在旋转架上搭载一对X射线管与X射线检测器的一管球型、与 在旋转架上搭载多个X射线管与X射线检测器的对的所谓的多管球 型，使用其中任何一种方式都能够适用本发明。关于X射线检测器， 具有在将透过了被检体的X射线通过闪烁器等荧光体转换为光之后 使用光电二极管等光电转换元件转换为电荷的间接转换形、与利用通 过X射线产生半导体内的电子空穴对以及向其电极的移动即光导电 现象的直接转换形，本发明可以采用其中任何一种方式。图1表示与本实施方式相关的X射线计算机断层摄影装置的结 构。与本实施方式相关的X射线计算机断层摄影装置与锥束螺旋扫描 相对应。在以下的说明中，将离重建范围的中心远的一侧称作外侧， 近的一侧则称作内侧。架台100具有X射线管101。 X射线管101从高电压发生装置经 由汇电环(slip ring)机构108接受管电压的施加以及灯丝(filament) 电流的供给，产生X射线。X射线管IOI与X射线检测器105—起搭 载在以旋转轴RA为中心自由旋转支撑的圆环状的旋转架102上。X 射线检测器103与X射线管101相对。X射线检测器103检测出从X 射线管101透过被检体的X射线。X射线检测器103是与具有二维状 排列的多个X射线检测元件的锥束扫描相对应的二维阵列型检测器。8另外，为了便于说明，将旋转轴RA定义为Z轴。将通过X射 线焦点F和检测器中心的轴称为X轴。将与X轴以及Z轴正交的轴 称为Y轴。XYZ轴在摄影中心交差。将与旋转轴RA正交的X射线 面称为X射线中心面MP。 X射线中心面MP与XY面一致。将从X 射线中心面MP向Z轴的正侧和负侧分别扩展的X射线展宽角称为 锥角。最大锥角是由X射线焦点F和检测器103的中心间的距离以及 与Z轴相关的X射线检测器103的敏感度区域的最大宽度来决定的。
在X射线管101的X射线放射窗口中，装备用于决定锥角的成 对的校准仪131、 133。遮蔽X射线的铅板制的成对的校准仪131、 133 夹着XY面对峙。成对的校准仪131、 133之间的缝隙称为开口。成 对的校准仪131、 133被设置为通过校准仪移动机构135能够进行单 个移动。成对的校准仪131、 133通过校准仪移动机构135沿着旋转 轴RA ( Z轴)分别进行移动。
各校准仪131、 133可在如下范围内移动从与最大锥角相对应 的最外位置到自与大致零度的锥角相对应的X射线中心面MP的位置 向相反一侧偏移后的最内位置的范围。通过单个控制成对的校准仪 131、 133的移动，可以关于X射线中心面MP非对称地设定成对的 校准仪131、 133的开口。
从X射线管101的X射线放射窗口放射的X射线通过校准仪 131、 133的开口成形为锥束形状。校准仪131、 133的各位置分别通 过校准仪控制部121控制校准仪移动机构135来确定。
X射线检测器103的输出在每个信道上通过数据收集电路(DAS ) 104进行放大并转换为数字信号，然后经由例如非接触型的数据传送 装置105发送到前处理装置106中，在此接受敏感度修正等修正处理， 作为在重建处理紧接之前阶段上的所谓的投影数据存储到投影数据 存储装置112中。扫描控制器110在数据收集(扫描)中，控制旋转 驱动部、高电压发生装置109、数据收集电路104、校准仪控制部121 等。
输入装置115被设置为用于输入操作者所期望的重建范围的长
9度L以及直径FOV。重建范围被设定为以旋转轴RA为中心的直径 FOV且长度L的圆柱区域。
重建装置114在锥束图像重建法的基础上，根据投影数据重建图 像数据。典型地，锥束图像重建法为Feldkamp法，但也可以是其他 的重建法。Feldkamp法众所周知，是以扇束巻积反投影(fan-beam convolution back projection )法为基础的近似重建法，巻积处理以锥 角比较小为前提，将数据视为扇形投影数据而进行。但是，反投影处 理沿着实际的光线(ray)进行。即，对于投影数据乘以依存于锥角 的权重，对于该乘以权重的投影数据，将与扇束重建相同的重建函数 进行巻积，对该数据沿着持有锥角的倾斜的实际光线进行反投影，按 照所说的步骤重建图像。
X射线中心面一重建范围距离计算部125根据床板位置检测部 123检测出的搭载被检体的床板的位置以及在床板坐标系中设定的重 建范围的位置，计算X射线中心面MP与重建范围的端面间的垂直距 离(最短距离)"d"。校准仪位置确定部127根据X射线中心面一重 建范围距离计算部125计算的X射线中心面一重建范围距离"d"与重 建范围的直径FOV单个确定成对的校准仪131、 133的各位置。例如 在锥束螺旋扫描中，床板大致连续地移动。此时，X射线中心面一重 建范围距离d连续地变化。根据此距离d的连续的变化，校准仪131 或133的位置大致连续地发生位移。如果校准仪移动机构135的电动 机是步进电动机，则校准仪131、 133将断续地进行移动。
如图2、图3所示，螺旋扫描中，床板的连续移动、和X射线管 101等的连续旋转同时进行。在螺旋扫描中，位于靠近重建范围中心 的内侧的校准仪(图3中"133")被固定，而位于外侧的校准仪(图3 中"131")从超过X射线中心面MP而接近内侧的校准仪133的位置 起，随着床板的连续移动，通过X射线中心面MP，连续地或断续地 移动到最外侧的位置。
扫描期间被划分为扫描开始期间、扫描结束期间以及扫描中间期 间。扫描开始期间是从锥束X射线的内缘线与重建范围的接近端一致的时刻到随着床板移动使锥束X射线的外缘线与重建范围的接近端
一致的时刻的期间。重建范围的接近端是从x射线焦点看时最近的重 建范围的端面上的端部。另外，重建范围的远方端是从x射线焦点看 时最远的重建范围的端面上的端部。扫描结束期间是从锥束x射线的
外缘线与重建范围的接近端一致的时刻到随着床板移动使锥束X射
线的内缘线与重建范围的接近端一致的时刻的期间。
扫描中间期间是从扫描期间除去扫描开始期间与扫描结束期间
以外的期间，也是x射线维持最大锥角的期间。扫描开始期间，内侧
的校准仪133在与最大锥角相对应的最外位置上(最开位置)被固定， 外侧的校准仪131从自与大致零度的锥角相对应的X射线中心面MP 的位置向相反一侧偏移后的最内位置(最闭位置)移动到最外位置(最 开位置)。扫描结束期间，内侧的校准仪131在与最大锥角相对应的 最外位置(最开位置)上被固定，外侧的校准仪133从自与大致零度 的锥角相对应的X射线中心面MP的位置向相反一侧偏移后的最内位 置(最闭位置)移动到最外位置(最开位置)。
另外，在扫描开始期间，外侧的校准仪131处于偏移的最内位置 (最闭位置)时，锥束X射线的外缘线与重建范围的一方的端面上的 远方端一致。在扫描结束期间，外侧的校准仪133处于偏移的最内位 置(最闭位置)时，锥束X射线的外缘线与重建范围的另一方的端面 上的远方端一致。
在床板以一定速度移动时，在扫描开始期间，外侧的校准仪131 的移动速度在中途增加。外侧的校准仪131的移动速度增加的时刻是 外侧的校准仪131位于锥角与零度相对应的位置的时刻(变速点)， 此时，X射线束的外侧面与X射线中心面MP —致。到此变速点为止， 移动外侧的校准仪131，使得X射线束的外侧面通过远方端。从变速 点的时刻起到扫描开始期间的终点为止，移动外侧的校准仪131，使 得X射线束的外侧面通过接近端。这样通过将确定外侧的校准仪131 的位置的基准由远方端切换到接近端，可以将X射线照射量抑制到必 要最小限。
ii同样，在扫描结束期间，外侧校准仪133的移动速度在中途降低。 外侧的校准仪133的移动速度降低的时刻是外侧的校准仪133位于锥 角与零度相对应的位置的时刻(变速点)，此时，X射线束的外侧面 与X射线中心面MP —致。到此变速点为止，移动外侧的校准仪133， 使得X射线束的外侧面通过远方端。从变速点的时刻起到扫描开始期 间的终点为止，移动外侧的校准仪133，使得X射线束的外侧面通过 接近端。这样通过将确定外侧的校准仪133的位置的基准从远方端切 换到接近端，即使在扫描结束期间也能够将X射线照射量抑制到必要 最小限。
图4-图8更详细地表示了在扫描开始期间校准仪131的移动。将 一方的校准仪131超过X射线中心面MP而接近另 一方的校准仪133 的状态称为偏移状态。在偏移状态中，将外侧的校准仪131的遮蔽面 与X射线中心面MP间的距离(偏移距离)定义为"AOF"。将X射 线中心面MP与重建范围的端面间的距离定义为"d"。将从X射线焦 点F到包括重建范围的远方端的YZ面为止的距离定义为"e"。
图4表示数据收集开始时(扫描开始时)的校准仪131、 133的 位置。内侧的校准仪133被设定在与所设定的锥角(典型的是最大锥 角)相对应的位置上。在锥束X射线的前端(front edge)到达重建 范围的接近端的时刻开始收集数据(扫描)。此时，确定外侧的校准 仪131的偏移距离AOF，使得锥束X射线的后端通过重建范围的远 方端，外侧的校准仪131在与所确定的偏移距离厶OF相应的位置上 进行移动。
即，外侧的校准仪131的开始位置被确定成使外侧的校准仪131 所校准的X射线束的后方边缘(锥束X射线的后端)通过重建范围 的端面上的远方端。距离"e"是根据重建范围的直径(FOV)来决定 的。为了描绘出这样的几何，根据距离"d"和"e"确定外侧的校准仪131 的位置。
并且，实际上，为了容许校准仪移动机构135以及床板的移动机 构的机械性反冲(backlash)并防止X射线照射误差，对距离"d"给与量(margin)"a"。即，根据(d-a)的距离来确定外侧的校准仪131的 偏移距离以及位置。余量"a"被设定为床板的秒速的1/20，例如 0.5mm。为了i更于说明，作为距离"d"进行说明。
如图5所示，随着床板的移动，外侧的校准仪131从图4的状态 向与床板的移动方向相同的方向移动，由此，偏移i 巨离AOF将逐渐 减少。即，外侧的校准4义131接近X射线中心面MP。内侧的校准仪 133在与最大锥角相对应的位置上被固定。
在随着床板的移动，距离d缩短时，为了在维持X射线束的后 方的边缘通过重建范围的远方端的状态的同时跟随床板的移动，外侧 的校准仪131向与床板的移动方向相同的方向移动。如图6所示，该 移动一直持续到锥束X射线的中心面MP与重建范围的端面一致为 止。
在该状态下，床板再次移动时，如图7所示，基准点将由重建范 围的远方端切换为重建范围的接近点。外侧的校准仪131的位置被确 定为，使得外侧的校准仪131所校准的X射线束的锥束X射线的后 端通过重建范围的端面上的接近点。
在随着床板的移动，距离d延长时，为了在维持X射线束的后 方的边缘通过重建范围的接近点的状态的同时跟随床板的移动，外侧 的校准仪131进一步向与床板的移动方向相同的方向移动，如图8所 示，该移动移动到达到最大锥角为止。在从图4状态到图8状态的期 间中，内侧的校准仪133被固定在与最大锥角相应的位置上。
这样在由X射线中心面MP位于重建范围的端面的外侧的状态 变化为X射线中心面MP位于重建范围的端面的内侧的状态的前后， 通过将校准仪位置确定的基准点由重建范围的端面上的远方端切换 为接近点，其结果，如图3所示，校准仪的移动速度将增加。
不仅是扫描开始期间，即使在扫描结束期间也进行同样的控制。 在扫描结束期间，如图2所示，作为移动对象的外侧的校准仪与开始 期间相反，随着床板的移动，校准仪133逐渐接近内侧的校准仪131。
如上所述，在本实施方式中，在由X射线中心面MP位于重建
13范围的端面的外侧的状态变化为X射线中心面MP位于重建范围的端 面的内侧的状态的前后，通过将校准仪位置确定的基准点在重建范围 的端面上的远方端和接近点上切换，可以最大限地抑制受照射。
(变形例1)在可变速螺旋扫描中的对称的校准仪控制 如图IO所示，在一边改变床板速度一边收集数据的可变速螺旋 扫描中，校准仪控制部121为了仅对重建一张薄的切片图像所需要的 检测器列照射X射线，对成对的校准仪131、 133进行移动控制，以 使其对称。照射X射线的宽度(缝隙宽度)除了依存于床板速度、每 次旋转的视图(view)数等扫描条件之外，还依存于进行反投影的视 图数等重建条件。
即，校准仪控制部121在可变速螺旋扫描中，根据床板的移动速 度，即根据螺旋状螺距的变动，为了使数据收集的视野不重叠，使校 准仪131、 133之间的缝隙宽度可变。
(变形例2)穿梭螺旋扫描中的校准仪控制 如图9所示，在一边往返移动床板一边收集数据的穿梭螺旋扫描 中，在方向转换期，适用上述的校准仪控制。从不伴随床的移动的扫 描向伴随床的移动的扫描转移时的校准仪控制、在不伴随床的移动的 情况下为了能够取得良好的图质而将缝隙宽度尽量变窄并随着床板 速度增加而打开校准仪131、 133的控制、校准仪131、 133的打开方 法(缝隙宽度)依存于在变形例l所述的扫描条件、重建条件。
(变形例3)飞焦点(Flyingfocus)的校准仪控制 飞焦点中，为了提高切片分辨率，在每次旋转中沿着Z轴向反 方向等距离移动X射线的焦点而在相同的位置上配置焦点。根据此焦 点的移动量，在固定了缝隙宽度的状态下动态地滑动校准仪131、133。
(变形例4)在机械性控制能力不理想的情况下的校准仪控制 在希望以比机械性控制界限还慢的速度使校准仪131、 133移动 的情况下，部分地进行线性或非线性控制。另外，在希望以比控制界 限还快的速度使校准仪131、 133移动的情况下，部分地进行线性或 非线性控制。本领域技术人员容易想到其它优点和变更方式。因此，本发明就
施方式。因此，在不背离由所附的权利要求书以及其等同物限定的一般发明概念的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。
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；检测出上述X射线的二维阵列型的X射线检测器；绕旋转轴旋转上述X射线管以及上述X射线检测器的旋转机构；将来自上述X射线管的X射线成形为锥束形的成对的校准仪；在与上述旋转轴大致平行的方向上单个移动上述成对的校准仪的校准仪移动机构；重建由操作者根据上述X射线检测器的输出所设定的重建范围内的图像数据的重建处理部；以及控制上述校准仪的各位置的校准仪控制部，上述校准仪控制部根据与大致零度的锥角相对应的上述X射线的中心面与上述重建范围的端面间的距离，控制上述校准仪的各位置，上述校准仪移动机构将各个上述成对的校准仪在如下范围内进行移动从与按照上述X射线检测器的宽度的最大锥角相对应的最外位置到自与大致零度的锥角相对应的位置向相反一侧偏移后的最内位置的范围。
2. 根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述校准仪控制部根据从上述X射线管看时的上述重建范围的 端面上的远方端或接近点而确定上述成对的校准仪的各个位置。
3. 根据权利要求2所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述校准仪控制部在扫描开始期间，随着载置被检体的床的床板 的移动，将确定上述成对的校准仪的一方的位置的基准由上述远方端 切换到上述接近点。
4. 根据权利要求3所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述校准仪控制部与由上述远方端向上述接近点的切换同步地 增加上述成对的校准仪的一方的移动速度。
5. 根据权利要求3所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述校准仪控制部在扫描结束期间，随着上述床的床板的移动， 将确定上述成对的校准仪的另一方的位置的基准由上述接近点切换 到上述远方端。
6. 根据权利要求5所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述校准仪控制部与由上述接近点向上述远方端的切换同步地 降低上述成对的校准仪的另一方的移动速度。
7. 根据权利要求5所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述校准仪控制部在上述扫描开始期间与上述扫描结束期间之 间的中间期间，将上述成对的校准仪的位置都固定在与最大锥角相对 应的上述最外位置上。
8. 根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述校准仪控制部在扫描开始期间，随着载置,皮检体的床的床板 的移动，将上述成对的校准仪的一方的位置从上述最内位置移动到上 述最外位置。
9. 根据权利要求7所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于上述校准仪控制部在上述扫描开始期间，将上述成对的校准仪的 另一方的位置固定在上述最外位置上。
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 征在于上述校准仪控制部在扫描结束期间，随着载置被检体的床的床板的移动，将上述成对的校准仪的另一方的位置从上述最外位置移动到 上述最内位置。
11. 根据权利要求10所述的X射线计算机断层摄影装置，其特 征在于上述校准仪控制部在上述扫描结束期间，将上述成对的校准仪的 一方的位置固定在上述最外位置上。
12. 根据权利要求10所述的X射线计算机断层摄影装置，其特 征在于上述校准仪控制部在上述扫描开始期间和上述扫描结束期间之 间的中间期间，将上述成对的校准仪的位置都固定在与最大锥角相对 应的上述最外位置上。
13. 根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特 征在于上述校准仪控制部与由上述X射线的中心面与上述重建范围的 端面间的距离减去规定距离后的距离相对应地控制上迷校准仪的各 位置。
14. 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；检测出上述X射线的二维阵列型的X射线检测器；绕旋转轴旋转上述X射线管以及上述X射线检测器的旋转机构；具有载置被检体的可移动的床板的床；将来自上述X射线管的X射线成形为锥束形的成对的校准仪；在与上述旋转轴大致平行的方向上单个移动上述成对的校准仪 的校准仪移动机构；重建由操作者根据上述X射线检测器的输出所设定的重建范围 内的图像数据的重建处理部；以及根据上述床板的位置，为了单个设定上述成对的校准仪的各位置 而控制上述校准仪移动机构的校准仪控制部。
15. —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；检测出上述X射线的二维阵列型的X射线检测器；绕旋转轴旋转上述X射线管以及上述X射线检测器的旋转机构；具有载置被检体的可移动的床板的床；将来自上述X射线管的X射线成形为锥束形的开口可变的校准 4义才几构；以及重建由操作者根据上述X射线检测器的输出所设定的重建范围 内的图像数据的重建处理部；根据上述床板的位置，为了非对称地设定上述校准仪机构的开口 而控制上述校准仪机构的校准仪控制部。
16. —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；检测出上述X射线的二维阵列型的X射线检测器； 绕旋转轴旋转上述X射线管以及上述X射线检测器的旋转机构； 重建由操作者根据上述X射线检测器的输出所设定的重建范围内的图像数据的重建处理部；将来自上述X射线管的X射线成形为锥束形的成对的校准仪； 将各个上述成对的校准仪在如下范围内单个移动的校准仪移动机构，该范围是从与按照上述X射线检测器的宽度的最大锥角相对应的最外位置到自与大致零度的锥角相对应的位置向相反一侧偏移后的最内位置的范围。
全文摘要
本发明提供一种X射线计算机断层摄影装置，包括X射线管(101)；X射线检测器(103)；旋转机构(102)；成对的校准仪(131、133)；校准仪移动机构(135)；重建处理部(114)；校准仪控制部(121)。校准仪控制部根据与大致零度的锥角相对应的X射线的中心面和重建范围的端面间的距离，控制校准仪的各位置，校准仪移动机构将各成对的校准仪在从与最大锥角相对应的最外位置到自与大致零度的锥角相对应的位置向相反一侧偏移后的最内位置的范围内移动。
文档编号A61B6/03GK101664317SQ200910166400
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月4日 优先权日2008年9月4日
发明者前田达郎, 平冈学, 熨斗康弘, 齐藤泰男 申请人:株式会社东芝;东芝医疗系统株式会社