| 【発明の名称】 |
Ｘ線コンピュータ断層撮影装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】村木 宏一
【氏名】森 一生
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| 【要約】 |
【課題】本発明の目的は、ボリュームスキャンのようなチャンネル数が膨大になるケースでも、オーバフローの発生率を低減し、しかもチャンネル数を落とさずにデータ収集を可能にするＸ線コンピュータ断層撮影装置の提供にある。
【解決手段】本発明は、Ｘ線管に対して被検体を挟んで対向配置されたＸ線検出器の１チャンネル又は複数チャンネルごとにプリアンプ３９１とＡ／Ｄコンバーター３９８とを設け、Ｘ線管とＸ線検出器との少なくとも一方が被検体の周囲を回転しながら繰り返し収集したＡ／Ｄコンバーター３９８の出力データに基づいて断層像を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、プリアンプ３９１のゲインを、直前の回転サイクルで繰り返し収集したＡ／Ｄコンバーター３９８の出力データに基づいてデータモニタ／ゲイン制御回路３９９で調整する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 Ｘ線管に対して被検体を挟んで対向配置されたＸ線検出器の１チャンネル又は複数チャンネルごとにプリアンプとＡ／Ｄコンバーターとを設け、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器との少なくとも一方が前記被検体の周囲を回転しながら繰り返し収集したＡ／Ｄコンバーターの出力データに基づいて断層像を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、前記プリアンプのゲインを、直前の回転サイクルで繰り返し収集した前記Ａ／Ｄコンバーターの出力データに基づいて調整することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】 前記直前の回転時に繰り返し収集した前記Ａ／Ｄコンバーターの出力データのなかのオーバフローデータの数に基づいて前記プリアンプのゲインを調整することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】 前記オーバフローデータの数が所定数より多いとき、前記プリアンプのゲインを所定レベルだけ下げることを特徴とする請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項４】 前記オーバフローデータの数が所定数より少ないとき、前記プリアンプのゲインを所定レベルだけ上げることを特徴とする請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項５】 Ｘ線管に対して被検体を挟んで対向配置されたＸ線検出器の１チャンネル又は複数チャンネルごとに信号を入力し、プリアンプで増幅し、Ａ／Ｄコンバーターでディジタル信号に変換するＸ線コンピュータ断層撮影装置用データ収集装置において、前記プリアンプのゲインを、直前の回転サイクルで繰り返し収集した前記Ａ／Ｄコンバーターの出力データに基づいて調整することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置用データ収集装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、特にデータ収集装置内のアンプのゲインコントロールの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、体軸方向に複数列の検出器を有し、複数のスライスを同時に収集することのできるマルチスライススキャンやボリュームスキャンの実用化に関わる技術の提案が盛んに行われている。
【０００３】また、検出器の出力電流を増幅し、Ａ／Ｄ変換を行うデータ収集装置において、Ａ／Ｄコンバーターのオーバーフローを防ぐために、外部からの制御によりプリアンプのゲインを調整するというＰＧＡ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）と呼ばれる方法や、入力信号量を随時モニターし、その信号量に応じて自動的にプリアンプのゲインを切り替えるＦＰＡ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｐｏｉｎｔ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）と呼ばれる方法が取られている。
【０００４】ボリュームスキャンにおいては、複数の検出器列を有するため、空間ダイナミックレンジ、時間ダイナミックレンジを従来のシングルスライススキャンと同等に保とうとすると、１スキャン当たりのデータ量はシングルスライススキャンに対して検出器の列数倍となり、膨大なデータを短時間でＡ／Ｄ変換する必要が生じる。
【０００５】例えば、１，０００チャンネルのシングル検出器で、１秒あたり１，０００回、データを収集しようとすると、１秒あたり、百万回（１，０００×１，０００）のデータ収集が必要となる。これを１台のＡ／Ｄコンバーターで賄おうとすると、単純計算でも、１μＳ（１ＭＨｚ）のサンプリング能力を有する高速のＡ／Ｄコンバーターが必要となる。また、同様のデータ収集を、１チャンネルに対しそれぞれＡ／Ｄコンバーターを１つずつ設けて行おうとすると、１ｍＳ（１ｋＨｚ）のサンプリング能力を有するＡ／Ｄコンバーターが、１，０００個も必要になってしまう。
【０００６】さらに体軸方向に１００列の検出器を並べてボリュームスキャンを、同様に１秒あたり１，０００回、データ収集を行おうとすると、１秒あたり１億回のデータ収集が必要となってしまう。空間ダイナミックレンジ、時間ダイナミックレンジをより高くさせようとなると、データ量はさらに増えることになる。このデータ収集を、１台のＡ／Ｄコンバーターで賄うおうとすると、単純計算でも、１０ｎＳ（１００ＭＨｚ）のサンプリング能力を有する超高速のＡ／Ｄコンバーターが必要となる。また、１チャンネルに対しＡ／Ｄコンバーターを１台ずつ設けた場合には、１０μＳ（１００ｋＨｚ）のサンプリング能力を有するＡ／Ｄコンバーターが１０万個必要になる。
【０００７】現在、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置では、２０ビット程度のダイナミックレンジを有するものが一般的であり、２０ビットのダイナミックレンジを持ち、１００ＭＨｚという超高速のサンプリング能力を持つＡ／Ｄコンバーターは存在しないし、また１００ｋＨｚのサンプリング能力を持つＡ／Ｄコンバーターがあったとしても、それを１０万個使うとなると非常に高価になってしまう。
【０００８】Ａ／Ｄコンバーターにおいては、ダイナミックレンジと処理速度とは、トレードオフの関係にあり、高いダイナミックレンジを追求すると低速になり、高い処理速度を追求すると、高いダイナミックレンジは望めない。このため膨大なデータ収集が必要となるボリュームスキャンにおいては、処理速度を考慮すると、２０ビットや１８ビットのような高ダイナミックレンジのＡ／Ｄコンバーターを使用するのは困難であり、１６ビットや１４ビット程度の比較的狭いダイナミックレンジのＡ／Ｄコンバーターを使用しなければならない。
【０００９】しかしながら、１６ビットや１４ビット程度のダイナミックレンジでは、小さな頭部から大きな腹部まで撮影可能な全身用装置には対応できず、つまり頭部スキャン時にＡ／Ｄコンバーターでオーバーフローが起きないようにプリアンプのゲインを小さくすると、腹部のスキャンでは量子化雑音が無視できなくなって、必要最低限のＳ／Ｎすら確保することが難しくなるし、逆に、腹部のスキャンに合わせてプリアンプのゲインを大きくすると、頭部スキャンではオーバーフローの発生率が高くなってしまう。
【００１０】従来装置では、高ダイナミックレンジでしかも高速のＡ／Ｄコンバーターの採用はコストの面で折り合いが付かず、このため高速であるが、ダイナミックレンジの狭いＡ／Ｄコンバーターと、ＰＧＡやＦＰＡといったゲイン可変のプリアンプに対するゲイン制御とを組み合わせるという対処法が取られていた。
【００１１】ＰＧＡはＸ線のばく射条件や、スキャン領域の大きさ（頭部をスキャンするのか腹部をスキャンするのか）に合わせて、予めプリアンプのゲインを設定しておく方法であるため、スキャン条件によってはオーバーフローの発生率が高くなることがあった。この点に関しては、入力レベルに応じて自動的にプリアンプのゲインを調整するＦＰＡの方が優れている。
【００１２】しかし、ＦＰＡでは、最適なゲインを決めるためにＡ／Ｄコンバーター出力を所定時間（例えば０．５μＳ）モニターしてゲイン調整の基礎データを集める必要があり、このモニタリング時間によって、Ａ／Ｄ変換処理に与えられる時間は圧迫されてしまい、Ａ／Ｄコンバーターが超高速でない限り、ボリュームスキャンのようにチャンネル数が膨大なケースでは、採用できないものであった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ボリュームスキャンのようなチャンネル数が膨大になるケースでも、オーバフローの発生率を低減し、しかもチャンネル数を落とさずにデータ収集を可能にするＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】（１）本発明は、Ｘ線管に対して被検体を挟んで対向配置されたＸ線検出器の１チャンネル又は複数チャンネルごとにプリアンプとＡ／Ｄコンバーターとを設け、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器との少なくとも一方が前記被検体の周囲を回転しながら繰り返し収集したＡ／Ｄコンバーターの出力データに基づいて断層像を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、前記プリアンプのゲインを、直前の回転サイクルで繰り返し収集した前記Ａ／Ｄコンバーターの出力データに基づいて調整することを特徴としたものである。
【００１５】（２）本発明は、（１）の装置において、直前の回転時に繰り返し収集した前記Ａ／Ｄコンバーターの出力データのなかのオーバフローデータの数に基づいて前記プリアンプのゲインを調整することを特徴としたものである。
【００１６】（３）本発明は、（２）の装置において、オーバフローデータの数が所定数より多いとき、前記プリアンプのゲインを所定レベルだけ下げることを特徴としたものである。
【００１７】（４）本発明は、（２）の装置において、オーバフローデータの数が所定数より少ないとき、前記プリアンプのゲインを所定レベルだけ上げることを特徴としたものである。
【００１８】（５）本発明は、Ｘ線管に対して被検体を挟んで対向配置されたＸ線検出器の１チャンネル又は複数チャンネルごとに信号を入力し、プリアンプで増幅し、Ａ／Ｄコンバーターでディジタル信号に変換するＸ線コンピュータ断層撮影装置用データ収集装置において、前記プリアンプのゲインを、直前の回転サイクルで繰り返し収集した前記Ａ／Ｄコンバーターの出力データに基づいて調整することを特徴としたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明を好ましい実施形態により詳細に説明する。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置には、Ｘ線管とＸ線検出器とが１体として被検体の周囲を回転するROTATE/ROTATE-TYPE、リング状にアレイされた多数の検出素子が固定され、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転するSTATIONARY/ROTATE-TYPE等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは、現在、主流を占めているROTATE/ROTATE-TYPEとして説明する。また、１枚の断層像を再構成するには、被検体の周囲１周、約３６０゜分の投影データの１セットが、ハーフスキャン法でも２１０〜２４０゜程度分の投影データの１セットが必要とされる。いずれの方式にも本発明を適用可能である。ここでは、一般的な前者の約３６０゜分の投影データから１枚の断層像を再構成するものとして説明する。
【００２０】図１に、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示している。走査ガントリ３は、ボリュームスキャン対応のコーンビーム型Ｘ線管３１とやはりボリュームスキャン対応の２次元アレイ又は多列のＸ線検出器３５とが寝台テーブル上の被検体Ｐを挟んで対向して配置されている。Ｘ線管３１は、スキャン制御部１１から供給されるビュートリガ信号に同期して高電圧発生装置５から周期的に発生される高電圧パルスを受けて、Ｘ線を放射する。Ｘ線検出器３５は、電離箱形検出器箱又は半導体検出器で構成される。
【００２１】Ｘ線検出器３５には、一般的にＤＡＳ(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集装置３９が接続されている。このデータ収集装置３９には、Ｘ線検出器３５から出力される微弱な電流信号を検出素子（チャンネル）毎に積分し、増幅し、そしてディジタル信号に変換して出力するという機能を有している。
【００２２】画像処理プロセッサ２３は、データ収集装置３９からの出力信号を投影データの再配列すると共にオフセット補正、ゲイン補正、チャンネル間の感度均一性補正、散乱線補正等の補正かけるといった前処理を施し、そして前処理された投影データに基づいて断層像又はボリュームデータを再構成する。この断層像又は３Ｄ処理画像は画像表示装置２５を介して操作コンソール２７上のＣＲＴモニタ４１に表示される。この操作コンソール２７には、ＣＲＴモニタ４１の他に、スキャンパネル４３とキーボード４５とが装備されている。
【００２３】上述したスキャン制御部１１，画像処理プロセッサ２３、画像表示装置２５、操作コンソール２７には、バス２１を介してＣＰＵ１３に接続されている。さらにこのバス２１には、画像データ等を記憶再生するために磁気ディスクドライブ１５、光ディスクドライブ１７、フロッピーディスクドライブ１９が接続されている。
【００２４】図２には、図１のデータ収集装置３９の１チャンネルあたりの構成を示している。Ｘ線検出器３５の複数のチャンネル各々に対して、プリアンプ３９１とＡ／Ｄコンバーター３９８とが１つずつ設けられている。Ｘ線検出器３５のチャンネル各々からの出力信号（電流信号）は、プリアンプ３９１で増幅と共に電圧信号に変換され、さらにＡ／Ｄコンバーター３９８でディジタル信号に変換されて、画像処理プロセッサ２３に出力される。ここでは、プリアンプ３９１として、積分器を用いており、ゲイン可変なように、差動増幅器３９２に対して帰還インピーダンスとしての複数のキャパシタ３９３，３９４，３９５がＴＦＴスイッチ３９６，３９７を介して並列にアレンジされている。プリアンプ３９１のゲインを調整するためのスイッチ３９６，３９７の開閉制御は、データモニタ／ゲイン制御回路３９９により現在の回転サイクルの直前の回転サイクルで繰り返し収集したＡ／Ｄコンバーター３９８の出力データ（セット）に基づいて行われる。以下に、この制御方法について詳細に説明する。
【００２５】図３には、図２のデータモニタ／ゲイン制御回路によるあるチャンネルのプリアンプ３９２に対するゲイン下方制御を示すものである。ここでは、いわゆる複数回転スキャンが行われる。複数回転スキャンとは、１フレームの断層像又は１塊のボリュームデータの基礎となる投影データを２以上の回転サイクル（２回転以上のスキャン）で収集しようとするものであり、サンプリングポイントを回転サイクル間で少しだけずらすことでサンプリングポイント（ビューポイントともいう）の間隔を実効的に短くして空間分解能を２倍又は整数倍に向上したり、サンプリングポイントをずらさずに同じポイントのデータを加算又は加算平均することによりＳ／Ｎの向上を図る等の効果を奏することができ、膨大なチャンネル数のために処理時間が制限されてるボリュームスキャン等では一般化しつつある方式である。
【００２６】本実施形態では、このような複数回転スキャンにおいて、直前の回転サイクルで繰り返し収集したＮ個のデータに基づいて、現在の回転サイクルにおけるプリアンプ３９２のゲインをチャンネルごとに調整化する、つまり現在の回転サイクルが２番目であれば、最初（１番目）の回転サイクルで繰り返し収集したＮ個のデータに基づいて、２番目の回転サイクルにおけるプリアンプ３９２のゲインをチャンネルごとに調整化し、また現在の回転サイクルが３番目であれば、２番目の回転サイクルで繰り返し収集したＮ個のデータに基づいて、３番目の回転サイクルにおけるプリアンプ３９２のゲインをチャンネルごとに調整化しようとするものである。
【００２７】具体的には、１回転目で収集したＮ個のデータのうち、オーバーフローを示すデータ（Ａ／Ｄコンバーター３９８のダイナミックレンジの最大値を示すデータ）が所定の上限数を越えたとき、２回転目でプリアンプ３９１のゲインを所定レベルだけ下げる。なお、２回転目のデータから、１回転目でオーバーフローを起こしたデータは、画像処理プロセッサ２３で外挿補間等により計算する。
【００２８】逆に、１回転目で収集したＮ個のデータのうち、オーバーフローを示すデータが例えば１個もない等の所定の下限数に満たないときには、図４に示すように、２回転目でプリアンプ３９１のゲインを所定レベルだけ上げる。
【００２９】なお、上限数を越えたときゲインを所定レベル高くし、下限数に満たないときゲインを所定レベル低くするという動きでも、ゲインは適正値に収束していくものであるが、この収束の時定数を短くするために、上限数及び下限数を細分化すると共にゲインの増加幅及び減少幅を細分化し、オーバーフローを示すデータがあまりにも多い又は少ないときにはゲインを大きな増加幅又は減少幅で変化させるようにしてもよい。もちろん、上限数及び下限数、およびゲインの増加幅及び減少幅は、あらかじめ取得し、データモニタ／ゲイン制御回路３９９に保持させておくものである。
【００３０】従って、従来のようにゲイン調整のためのデータモニタリングによってＡ／Ｄ変換時間が圧迫されるようなことがなくなり、従ってそれほど処理速度の速いＡ／Ｄコンバーター３９８を使わなくても、ある程度のチャンネル数を維持することができる。このためボリュームスキャンのようなチャンネル数が膨大になるケースでも、Ａ／Ｄコンバーター３９８の選択範囲が広がり、より多くのチャンネル数でデータ収集が可能となるし、また、データ収集装置自体のコストを抑えることが可能となる。
【００３１】しかも、複数回転スキャンで収集される元々は再構成用のデータをゲイン調整の基礎データとして流用するので、ゲイン調整の基礎データを収集するためだけに新たにスキャン動作を追加する必要はない。
【００３２】以上の説明では、チャンネルごとにＡ／Ｄコンバーター３９８及びデータモニタ／ゲイン制御回路３９９を設けて、チャンネルごとにゲインを個別に調整するというものであったが、図５，図６に示すように、ランダムアクセス型の信号読出回路３４０の採用により近隣の複数個のチャンネルで、Ａ／Ｄコンバーター３９８及びデータモニタ／ゲイン制御回路３９９を共有させ、そしてこの近隣の複数個のチャンネルごとにゲインを個別に調整するようにしてもよい。
【００３３】本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々変形して実施可能である。なお、本発明はボリュームスキャンで絶大な効果を奏するが、その効果は若干減少するもののシングルスライススキャンにも応用可能であるのは勿論である。
【００３４】
【発明の効果】本発明では、実際に収集したデータに基づいてプリアンプのゲインを調整するので、それほどダイナミックレンジの広くないＡ／Ｄコンバーターであっても、そのオーバーフローの発生率を低下させることができる。また、ゲイン調整の基礎データとしては、直前の回転サイクルで繰り返し収集したデータを利用するので、従来のようにゲイン調整のためのデータモニタリングによってＡ／Ｄ変換時間が圧迫されるようなことがなくなり、従ってそれほど処理速度の速いＡ／Ｄコンバーターを使わなくても、ある程度のチャンネル数を維持することができる。このためボリュームスキャンのようなチャンネル数が膨大になるケースでも、Ａ／Ｄコンバーターの選択範囲が広がり、より多くのチャンネル数でデータ収集が可能となるし、また、データ収集装置自体のコストを抑えることが可能となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
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| 【出願日】 |
平成１１年３月１２日（１９９９．３．１２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５８４７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外６名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２６２５１６（Ｐ２０００−２６２５１６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２６日（２０００．９．２６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−６７１２２ |
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