JP2011067524A - 放射線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線源および検出パネルが回転軸を間に挟んで対向配置された撮影部を回転させつつ、回転軸上に配された被写体の放射線像を撮影する放射線ＣＴ装置において、３次元放射線ＣＴ像に要求される鮮鋭度を保証できるようにする。
【解決手段】放射線ＣＴ装置１の撮影時において撮影部２に生じている振動のうち、特に影響が大きい連続撮影時のフレームレートと同じ周波数における振幅が、検出パネル１１のピクセルサイズを超えた場合に、撮影が行なわれないようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線源および検出パネルが回転軸を間に挟んで対向配置された撮影部を回転させつつ、回転軸上に配された被写体の放射線像を撮影する放射線ＣＴ装置において、特に被写体の拡大・縮小撮影が可能なものに関するものである。

従来より、放射線撮影を行うための放射線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置が知られている。このような放射線ＣＴ装置としては、円錐状に放射線を発する放射線源および２次元検出パネルが回転軸を間に挟んで対向配置された撮影部を回転させつつ、回転軸上に被写体を配して放射線像を連続撮影し、さらに連続撮影により得られた画像信号を基に画像再構成演算を行うことによって、３次元放射線ＣＴ像を得るものが知られている。

このような放射線ＣＴ装置では、放射線源および検出パネルの少なくとも一方の位置を、放射線源および検出パネルを結ぶ対向方向に沿って回転軸に対して移動させることにより、被写体の拡大・縮小撮影を行なうことが可能になる。（特許文献１）

特開２００７−１７０９２１号公報 特開２００８−０２９８４５号公報

ところで、上記のような放射線ＣＴ装置では、撮影時に撮影部が振動してしまうと、撮影画像の鮮鋭度が低下して正確な３次元放射線ＣＴ像を生成することが困難になるという問題がある。

撮影部に生じている振動は種々の周波数成分を含むが、特に連続撮影時のフレームレート（通常は１〜３０Ｈｚ）と同じ周波数における振幅が検出パネルのピクセルサイズを超えてしまうと著しくＣＴ像の鮮鋭度が低下してしまい、医師の診断に支障をきたすおそれがある。

このような問題を解消するために、撮影部の回転バランスを調整して撮影時における撮影部の振動を低減させるものが提案されているが（特許文献１、２）、これらはいずれも撮影部に取り付けられたバランサーウエイトを理論上の最適な位置に移動させて撮影部の回転バランスを調整しているのみであり、実際の装置では部品精度や回転時のがたつき等によって必ずしも理論上最適な位置で撮影時のフレームレートに対応する振動の周波数における振幅が最も小さくなっているとは限らない。

従って、特許文献１、２のような構成とした場合でも、３次元放射線ＣＴ像に要求される鮮鋭度は必ずしも保証されることにはならない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、放射線源および検出パネルが回転軸を間に挟んで対向配置された撮影部を回転させつつ、回転軸上に配された被写体の放射線像を撮影する放射線ＣＴ装置において、３次元放射線ＣＴ像に要求される鮮鋭度を保証できる放射線ＣＴ装置を提供することを目的とするものである。

本願出願人は、放射線ＣＴ装置の撮影時において撮影部に生じている振動は種々の周波数成分を含むが、特に連続撮影時のフレームレートと同じ周波数における振幅が検出パネルのピクセルサイズを超えてしまうと著しくＣＴ像の鮮鋭度が低下してしまうため、このような状態のときには撮影を許可しないようにすれば３次元放射線ＣＴ像に要求される鮮鋭度を保証できることを見出した。なお、ここで検出パネルのピクセルサイズとは、撮影時でのピクセルサイズを言い、例えば検出パネルの素子間でビニングを掛けて撮影する場合には、ビニング後のサイズをピクセルサイズと言う。

この点について図面を用いて詳細に説明する。図２（Ａ）は放射線ＣＴ装置の撮影部に発生している振動の状態を示すグラフ、図２（Ｂ）は放射線ＣＴ装置の撮影部に発生している振動のスペクトルを示すグラフ、図３は縦軸を信号強度、横軸を被写体中心からの距離として、振幅と鮮鋭度との関係を示すグラフ、図４は縦軸を被写体中心位置の信号強度、横軸を振幅として、振幅と鮮鋭度との関係を示すグラフである。

まず、放射線ＣＴ装置の撮影時において撮影部に生じている振動について説明する。図２（Ａ）に示すように、放射線ＣＴ装置の撮影時において撮影部に生じている振動は時間軸上で刻々と変化するが、この特性をＦＦＴにより周波数分析すると、図２（Ｂ）に示すように、種々の周波数成分を含むことが分かる。この内、特に連続撮影時のフレームレートと同じ周波数（図中ｆｔ）における振幅が検出パネルのピクセルサイズを超えてしまうと著しくＣＴ像の鮮鋭度が低下してしまう。

この点について詳細に説明する。図３、４は、ピクセルサイズが５０μｍの検出パネルを用いて、放射線源と検出パネルの中間にエポキシ樹脂中に包埋したセラミックスφ１００μｍ微粒子（被写体）を配置し、撮影時のフレームレートに対応する振動の周波数における振幅をゼロから３ピクセルサイズの間で意図的に変化させてＸ線撮影し、投影画像を得て再構成した結果である。

図３に示すように、振幅（オフセット量）が０．２５から１．５ピクセルサイズに増すに従って粒子像と背景とのコントラストが低下することがわかる。さらに、振幅（オフセット量）が３ピクセルサイズに至ると粒子像がドーナツ形状を描くようになり、実形状とは大きく異なる形状を示すようになる。こういった画像では、例えばマンモグラフィにおける石灰化の形状を正しく診断するといった高い要求の診断において支障をきたすことになる。

この状況をさらに分かりやすく示したのが図４である。図４は図３のピーク値をプロットしたものであり、振幅に対する被写体中心位置の信号強度の関係を示している。図４に示すように、振幅が１ピクセルサイズを超えたところで線形的に急激に強度が低下することが分かる。振幅が１ピクセルサイズの場合の被写体中心位置の信号強度は最大値から１０％程度低下したレベルであり、コントラストも十分確保できている。従って、許容される振幅としては１ピクセルサイズが閾値であり、その値を超えない範囲が理想とされる。そして、振幅が閾値を超えた場合には撮影を許可しないようにすれば３次元放射線ＣＴ像に要求される鮮鋭度を保証することが可能となる。

本発明の放射線ＣＴ装置は上記知見に基づいてなされたものであって、放射線を発する放射線源および放射線を検出する放射線検出手段が回転軸を間に挟んで対向配置されるとともに、放射線源および放射線検出手段の少なくとも一方の位置が対向方向に沿って回転軸に対して移動可能に構成された撮影部と、撮影部における放射線源および／または放射線検出手段の移動に伴って、撮影部に取り付けられたバランサーウエイトを移動させて撮影部の回転バランスを調整する回転バランス調整手段と、撮影部を前記回転軸を中心に回転させる駆動手段と、放射線検出手段に記録された画像信号を読み出す読出手段と、撮影部を回転させつつ回転軸上に配された被写体の放射線像を連続撮影するように制御する制御手段と、連続撮影により得られた複数の画像信号に対して画像再構成演算を行うことによって被写体の３次元放射線ＣＴ像を得る画像処理手段と、撮影部の振動を検出する振動検出手段と、この振動の周波数成分を分析する周波数成分分析手段と、周波数成分の分析結果に基づいて、撮影時のフレームレートに対応する振動の周波数における振幅が、放射線検出手段のピクセルサイズ以下であるか否かを判定する判定手段とを備え、制御手段が、振幅がピクセルサイズより大きいと判定された場合に撮影を行なわせないものであることを特徴とするものである。

ここで、判定手段は、前記周波数成分の分析結果に基づいて、撮影時のフレームレートに対応する前記振動の周波数における振幅が、放射線検出手段のピクセルサイズの半分以下であるか否かを判定するものとし、前記制御手段が、前記振幅が前記ピクセルサイズの半分より大きいと判定された場合に撮影を行なわせないものとすることが好ましい。

また、回転バランス調整手段は、制御手段により撮影が許可されなかった場合に、バランサーウエイトを微小幅で移動させて回転バランスの再調整を行なうものとすることが好ましい。

この微調整については、通常バランサーウエイトは理論上最適な位置に配置されることになるが、実際の装置では部品精度や回転時のがたつき等によって必ずしも理論上最適な位置で撮影時のフレームレートに対応する振動の周波数における振幅が最も小さくなっているとは限らない。そのため、バランサーウエイトを微小幅で移動させて、実際の撮影時における振動の振幅が小さくなるように調整を行なうものである。この方法については、例えばバランサーウエイトを理論上最適位置から前後１ｍｍ程度の幅において５μｍピッチで移動させて最適な位置を探る等、どのような方法で行なってもよい。

さらに、振動検出手段は、放射線検出手段の端部に配置することが好ましい。

本発明の放射線ＣＴ装置によれば、放射線ＣＴ装置の撮影時において撮影部に生じている振動のうち、特に影響が大きい連続撮影時のフレームレートと同じ周波数における振幅が、放射線検出手段のピクセルサイズを超えた場合に、撮影が行なわれないようにしたので、３次元放射線ＣＴ像に要求される鮮鋭度を保証することが可能となる。

このとき、特に影響が大きい連続撮影時のフレームレートと同じ周波数における振幅が、放射線検出手段のピクセルサイズの半分を超えた場合に、撮影が行なわれないようにすれば、より高い鮮鋭度を保証することが可能となる。

また、回転バランス調整手段を、撮影が許可されなかった場合に、バランサーウエイトを微小幅で移動させて回転バランスの再調整を行なうものとすることにより、撮影品質の向上を期待できるようになる。

さらに、振動検出手段を、撮影部の中で最も振動の影響が大きい放射線検出手段の端部に配置することにより、鮮鋭度の保証をより確実にすることができる。

本発明の一実施の形態による放射線ＣＴ装置の概略構成図 （Ａ）は放射線ＣＴ装置の撮影部に発生している振動の状態を示すグラフ、（Ｂ）は放射線ＣＴ装置の撮影部に発生している振動のスペクトルを示すグラフ 縦軸を信号強度、横軸を被写体中心からの距離として、振動の大きさと鮮鋭度との関係を示すグラフ 縦軸を被写体中心位置の信号強度、横軸を振動の大きさとして、振動の大きさと鮮鋭度との関係を示すグラフ 上記放射線ＣＴ装置における撮影時の処理を示すフローチャート

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施の形態による放射線ＣＴ装置の概略構成図である。

図１に示すように、放射線ＣＴ装置１は、放射線画像の撮影を行なう撮影装置と、被験者Ｐを支持するための支持台であるベッド２２と、撮影装置に接続され、撮影装置の制御や撮影により得られた画像の処理を行うコンピューター３０と、このコンピューター３０に接続されたモニター３１とから構成される。

撮影装置は、円錐状の放射線（以後、円錐状放射線ともいう）を発する放射線源１０、放射線源１０から発せられた放射線を検出する検出パネル１１、検出パネル１１端部に取り付けられた振動検出センサー２４、放射線源１０および検出パネル１１を保持するＣアーム１２からなる撮影部２と、この撮影部２を回転させる駆動部１５と、駆動部１５を保持するアーム２０とを有するものである。

本実施の形態では、検出パネル１１の位置が、放射線源１０および検出パネル１１を結ぶ対向方向（図１中上下方向）に沿って回転軸Ｃに対して移動可能に構成されており、これにより被験者Ｐに対して拡大・縮小撮影を行なうことが可能となっている。

また、これに併せて、Ｃアーム１２の検出パネル１１取り付け部の反対側にはバランサーウエイト２３が検出パネル１１の移動方向と同じ方向に移動可能に取り付けられている。

撮影部２は回転軸Ｃの周りに３６０°回転可能である。また、可動部２０ａを備えたアーム２０は、天井に対し移動可能に取り付けられた基部２１に保持されており、撮影室内において、広範の位置に移動可能であるとともに、撮影部２の回転方向（回転軸角度）も変更可能に構成されている。

放射線源１０と検出パネル１１とは回転軸Ｃを間に挟んで対向配置されており、放射線ＣＴ装置１により放射線ＣＴ撮影を行うときには、回転軸Ｃ、放射線源１０、検出パネル１１の互いの位置関係は固定される。なお、検出パネル１１を構成する検出画素が並べられた検出面は、平面であってもよいし湾曲をなすものであってもよい。

コンピューター３０は、制御手段としての不図示の中央処理装置（ＣＰＵ）、不図示のＨＤＤやＳＳＤ等のストレージデバイス、不図示のマウスやキーボード等の操作入力手段を備える。

ＣＰＵは、連続撮影により得られた複数の画像信号に対して画像再構成演算を行うことによって被写体の３次元放射線ＣＴ像を得る画像処理手段としての機能や、振動検出センサー２４により検出された振動の周波数成分を分析する周波数成分分析手段としての機能や、周波数成分の分析結果に基づいて、撮影時のフレームレートに対応する振動の周波数における振幅が、検出パネル１１のピクセルサイズ以下であるか否かを判定する判定手段としての機能や、放射線源１０の動作制御、検出パネル１１およびバランサーウエイト２３の移動制御、検出パネル１１の検出動作および画像信号読出動作の制御、駆動部１５による撮影部２の回転制御、アーム２０および基部２１の駆動制御等の各種動作制御手段としての機能を備える。

本実施の形態の放射線ＣＴ装置１では、被験者Ｐに対して拡大・縮小撮影を行なうことが可能となっている。拡大・縮小撮影を行なう場合には、検出パネル１１の位置を、対向方向に沿って回転軸Ｃに対して移動させて、回転軸Ｃから放射線源１０の放射線照射位置までの距離と回転軸Ｃから検出パネル１１の検出面までの距離との比率を変更すればよい。

例えば、拡大撮影を行ないたい場合には、検出パネル１１の位置を回転軸Ｃから遠ざかるように移動させればよい。このときは、Ｃアーム１２における検出パネル１１側の重量バランスを一定に保つように、バランサーウエイト２３の位置は回転軸Ｃに近づくように移動される。上記とは逆に縮小撮影を行ないたい場合には、検出パネル１１の位置を回転軸Ｃに近づけるように移動させるとともに、バランサーウエイト２３の位置を回転軸Ｃから遠ざかるように移動させればよい。

本願の回転バランス調整手段は、バランサーウエイト２３とコンピューター３０のＣＰＵ（制御手段）とから構成され、検出パネル１１の位置に応じてバランサーウエイト２３の位置を調整し、Ｃアーム１２における検出パネル１１側の重量バランスを常に一定に保つように構成されている。

以下、放射線ＣＴ装置１の作用について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、被験者Ｐをベッド２２上に横たわらせ、被験者Ｐの体の略中心を回転軸Ｃとして、この回転軸Ｃを挟んで放射線源１０と検出パネル１１とが対称位置に配されるように撮影部２の位置決めを行なう。撮影部２の移動は、撮影者によるコンピューター３０の操作に基づいて行なわれる。

そして撮影者により撮影時のフレームレートや拡大率等の撮影内容がコンピューター３０に入力されると（ステップＳ１）、コンピューター３０のＣＰＵ（制御手段）は、バランサーウエイト２３の位置を調整する（ステップＳ２）。その後、撮影部２を回転させて（ステップＳ３）、撮影部２の振動レベルを検出する（ステップＳ４）。

そして、コンピューター３０のＣＰＵ（制御手段）は、撮影部２の振動の周波数分析を行い（ステップＳ５）、撮影時のフレームレートと同じ周波数における振幅が所定の閾値（検出パネル１１のピクセルサイズ）を超えていないか判定する（ステップＳ６）。

ここで、撮影時のフレームレートと同じ周波数における振幅が所定の閾値を超えていない場合には、このまま被験者Ｐの撮影を開始し（ステップＳ７）、撮影時のフレームレートと同じ周波数における振幅が所定の閾値を超えていた場合には、バランサーウエイト２３を前後１ｍｍの幅において５μｍピッチで移動させ（ステップＳ８）、一回移動させる度に上記ステップＳ４からＳ６の工程を行い、撮影時のフレームレートと同じ周波数における振幅が所定の閾値を超えない状態になるまで、上記ステップＳ４からＳ６およびＳ８の工程を繰り返す。

なお、バランサーウエイト２３を前後１ｍｍの幅において５μｍピッチで移動させても、最終的に撮影時のフレームレートと同じ周波数における振幅が所定の閾値以下にならない場合には、３次元放射線ＣＴ像に要求される鮮鋭度を保証できないとして撮影を停止させるようにしてもよいし、バランサーウエイト２３を移動させた中でフレームレートと同じ周波数における振幅が最も小さくなった位置で例外的に撮影を行なうようにしてもよい。

撮影が開始されると、撮影部２を回転させつつ所定角度毎に、放射線源１０から発せられ被験者Ｐを通った円錐状放射線の検出パネル１１への曝射および検出パネル１１に記録された画像信号の読出しを複数回繰り返して被験者Ｐを表す放射線画像を連続的に取得する。すなわち、連続撮影における各撮影毎に、検出パネル１１に記録された画像信号が読み出されてコンピューター３０に入力され、ストレージデバイスに蓄積される。

上記の処理が繰り返し実行されて、被験者Ｐを被写体とする連続撮影が終了する。

連続撮影の終了後、ＣＰＵはストレージデバイスに蓄積されている複数の画像信号に基づいて画像再構成演算を行なうことにより３次元放射線ＣＴ像を生成し、モニター３１上に表示させる。

これら一連の処理は、いずれもコンピューター３０内のＣＰＵからの制御に基づいて行なわれる。

以上、本発明の放射線ＣＴ装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態では、図２（Ｂ）に示すように、撮影時のフレームレートと同じ周波数（ｆｔ）における振幅が所定の閾値を超えていた場合にバランサーウエイトの微調整を行なっているが、必ずしもこのような態様に限定するものではなく、撮影可能なフレームレートの最小値（ｆｍｉｎ）から最大値（ｆｍａｘ）の中で、最も振幅が小さい周波数（ｆｂ）にフレームレートを変更するようにしてもよい。

また、上記実施の形態の装置構成は、被験者の胸部や四肢を撮影可能な比較的大型な装置であったが、このような態様に限らず、例えば乳房の周りを撮影部が回転しながら撮影を行なう比較的小型な装置とする等、どのような装置構成としてもよい。

また、上記以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行なってもよいのは勿論である。

１ 放射線ＣＴ装置
２ 撮影部
１０ 放射線源
１１ 検出パネル
１２ Ｃアーム
１５ 駆動部
２０ アーム
２１ 基部
２２ ベッド
２３ バランサーウエイト
２４ 振動検出センサー
３０ コンピューター
３１ モニター
Ｃ 回転軸
Ｐ 被験者

Claims (4)

1. 放射線を発する放射線源および前記放射線を検出する放射線検出手段が回転軸を間に挟んで対向配置されるとともに、前記放射線源および前記放射線検出手段の少なくとも一方の位置が前記対向方向に沿って前記回転軸に対して移動可能に構成された撮影部と、
   前記撮影部における前記放射線源および／または前記放射線検出手段の移動に伴って、前記撮影部に取り付けられたバランサーウエイトを移動させて撮影部の回転バランスを調整する回転バランス調整手段と、
   前記撮影部を前記回転軸を中心に回転させる駆動手段と、
   前記放射線検出手段に記録された画像信号を読み出す読出手段と、
   前記撮影部を回転させつつ前記回転軸上に配された被写体の放射線像を連続撮影するように制御する制御手段と、
   前記連続撮影により得られた複数の画像信号に対して画像再構成演算を行うことによって前記被写体の３次元放射線ＣＴ像を得る画像処理手段と、
   前記撮影部の振動を検出する振動検出手段と、
   前記振動の周波数成分を分析する周波数成分分析手段と、
   前記周波数成分の分析結果に基づいて、撮影時のフレームレートに対応する前記振動の周波数における振幅が、前記放射線検出手段のピクセルサイズ以下であるか否かを判定する判定手段とを備え、
   前記制御手段が、前記振幅が前記ピクセルサイズより大きいと判定された場合に撮影を行なわせないものであることを特徴とする放射線ＣＴ装置。
2. 前記判定手段が、前記周波数成分の分析結果に基づいて、撮影時のフレームレートに対応する前記振動の周波数における振幅が、前記放射線検出手段のピクセルサイズの半分以下であるか否かを判定するものであり、
   前記制御手段が、前記振幅が前記ピクセルサイズの半分より大きいと判定された場合に撮影を行なわせないものであることを特徴とする請求項１記載の放射線ＣＴ装置。
3. 前記回転バランス調整手段が、前記制御手段により撮影が許可されなかった場合に、前記バランサーウエイトを微小幅で移動させて回転バランスの再調整を行なうものであることを特徴とする請求項１または２記載の放射線ＣＴ装置。
4. 前記振動検出手段が、前記放射線検出手段の端部に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の放射線ＣＴ装置。

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