JP4508746B2

JP4508746B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP4508746B2
Application number: JP2004191506A
Authority: JP
Inventors: 拓也門嶋; 光明尾形
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2024-06-29
Also published as: JP2006006805A

Description

本発明は、ガントリ側に搭載されているＸ線検出器及びＡＤ変換器の出力データへの高周波等ノイズの混入を防止するＸ線ＣＴ装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置は、回転するガントリと静止側設置の画像処理装置とで構成される。回転するガントリには、Ｘ線管、それに対向配置されたＸ線検出器及びＸ線検出器の計測信号を取り込むマルチプレクサ、並びに増幅するプリアンプ等が搭載される。ガントリと画像処理装置との間はスリップリング機構を介して接続する。
こうしたスリップリング機構の中継手段として光転送を用いた従来例として、特許文献１がある。

特開平１１−３１８８８０号

上記特許文献１は、スリップリング機構の中の送信側機構と受信側機構との伝送路上で、同時に発生するコモンモードノイズの除去を目的としたものである。
然るに、スリップリング機構以外でも高周波ノイズの問題がある。それは、Ｘ線検出器及びＡＤ変換器を含むＸ線検出器側と、それらの出力データを取り込む制御部と、の間で生ずる例である。以下、説明する。

Ｘ線検出器のチャンネル数の増加、スライス幅の増加、並びに計測ビュー数の増加、に伴い回転するガントリ側では、高密度実装化された半導体回路、電子回路の使用が不可欠である。こうした要求の他にリアルタイムで再構成画像を得る目的や高速で高精細な再構成画像を得る目的からも、半導体回路、電子回路は、高密度の実装化並びに高速処理が要求されている。

こうした高密度で高速処理の回路にあっては、高周波ノイズの影響を受けやすい。例えば、Ｘ線ＣＴ装置は高出力のＸ線を発生させるため、５０ｋＷ近くもの電源をＸ線管球に供給しており、Ｘ線高電圧発生装置への電源供給を２００Ｖで行った場合は２００Ａを越える電流が流れ、Ｘ線で１００ｋＶ以上の電圧をＸ線管に供給している。

一方、Ｘ線管から発生されたＸ線は、被検体を透過してＸ線検出器へ入射するが、このＸ線検出器から取り出すことのできる信号は数μＡ程度である。このとき、Ｘ線高電圧発生装置側へ供給される電力により引き起こされるノイズが、Ｘ線高電圧発生装置から検出器部を制御する制御部に伝播し、制御部と検出器部が導電性のあるケーブルで接続されている場合は、そのノイズがさらに検出器部に混入してしまう。ところが、先に示したように、得られる信号が数μＡと小さいので、この混入したノイズにより、Ｘ線検出器から得られる信号が障害を受け、正しいデータが得られないという問題があった。

本発明は、Ｘ線源と、それに対向配置されて被検体透過Ｘ線を検出するＸ線検出素子群と、Ｘ線検出素子群の検出信号をＡＤ変換するＡＤ変換器群と、Ｘ線検出素子群及びＡＤ変換器群の制御を行うと共にＡＤ変換器群の出力データを取り込む制御部と、制御部からの出力データを取り込み画像処理する画像処理部とを備えると共に、上記Ｘ線源とＸ線検出素子群とＡＤ変換器群と制御部とが回転するガントリに取り付けられているＸ線ＣＴ装置であって、
ＡＤ変換器群と制御部とのデータ伝送経路を光伝送手段で構成したＸ線ＣＴ装置を開示する。

更に本発明は、上記制御部は、Ｘ線検出素子群の出力切替制御又はＡＤ変換器群の変換タイミング制御、光伝送手段へのＡＤ変換器群出力データの分配制御、を行うものとし、光伝送手段は、これらの制御信号の制御部からＸ線検出素子群又はＡＤ変換器群への送出用にも使用するものとしたＸ線ＣＴ装置を開示する。

本発明によれば、ガントリ内のＡＤ変換器群とそれの制御及びその出力データを取り込む制御部との間を、光伝送手段で接続したが故に、この光伝送手段でデータを伝送することができ、外部からの電磁ノイズの混入を防止できた。

図１は本発明のＸ線ＣＴ装置の構成例図を示す。Ｘ線ＣＴ装置は、ガントリ１００と、その外部の静止側に設けた画像処理装置２００と、より成る。ガントリ１００は、開口部１と、その開口部１の外側の回転フレーム２と、このフレーム２に取り付けたＸ線管３と、Ｘ線管３に対向配置したＸ線検出器４とを備えると共に、更に制御部５と、Ｘ線高電圧発生装置６とを搭載する。制御部５はＸ線検出器４の制御及びＸ線高電圧発生装置６の指令等の制御を行う。

ガントリ１００の開口部１には、被検体を搭載した寝台（図示せず）が出入りする。
本実施例は、Ｘ線検出器４と制御部５との間を光伝送手段の有力な例としての光ケーブル７で接続した点が主たる特徴である。光ケーブル７は、検出器４側に設けた光コネクタ４、制御部５側に設けた光コネクタ５０を介して接続してある。光ケーブル７は、１本〜６本程度であり、データ等の伝送は、時分割で行う。例えば、１本の光ケーブルの場合には、全データが時分割伝送となる。例えば６本の光ケーブルの場合は、データを６群に分割し、各群が１本の光ケーブルを時分割で伝送する。

光ケーブル７で伝送すべきデータ等とは、以下のものがある。
（イ）、ＡＤ変換器の出力、即ち計測データ…これはＸ線検出器本体で計測した透過Ｘ線対応のＸ線検出信号のプリアンプ後のＡＤ変換器結果であり、データの総数は、検出器本体のチャンネル数ｍ、スライス数ｎ、ビュー数ｐとすれば、（ｍ）×（ｎ）×（ｐ）となる。例えばｍ＝１０００、ｎ＝４、ｐ＝２０００であれば、データ総数８M個となる。これに、1データ当り１６ビットとすれば、ビット数は８×１６Ｍビットとなる。

（ロ）、制御部５から検出器４への各種制御信号…検出器４は、本来のＸ線検出器本体（Ｘ線検出素子群）の他に図２の如き構成を有する。即ち、Ｘ線検出器４は、Ｘ線検出器本体４０、マルチプレクサ４０、プリアンプ群４２、ＡＤ変換器群４３、光コネクタ４４を持つ。Ｘ線検出器本体４０は、Ｘ線−光変換器群４０１と光−電気変換器群４０２とより成り、両者はチャンネルとスライスとで区分されたマトリックス構成であり、例えばフォトダイオードや半導体素子を使ったものがある。マルチプレクサ４１は、Ｘ線検出器本体４０の多数の出力を走査して選択出力する回路、プリアンプ群４２は、マルチプレクサ４０の各出力を増幅する素子群、ＡＤ変換器群４３は、プリアンプ群４２の各出力をＡＤ変換する素子群、光コネクタ４４は、ＡＤ変換器群４３の出力を時分割して電気−光に変換するデバイスである。多数ケーブル７の例であれば、時分割に際してデータ群を分類化し更に時分割化し、各ケーブルへの配分を行う機能を有する。
光コネクタ４４の内部に時分割、データ群分類の機能を持たせたが、光コネクタ４４の前段にその機能を達成する処理回路を設ける例もある。
こうした検出器４は、外部からの制御を必要とし、それを実現したのが制御部５である。制御部５が出力する制御信号を光ケーブル７で制御部５からＸ線検出器４へ送ることとしたのである。また制御信号の応答信号が制御部５に送られることもあり、これも光ケーブル７で送ることとした。かかる制御信号及び応答信号を送るために、光コネクタ４４と別個の光コネクタを設けてもよく、光コネクタ４４で兼用させてもよい。

制御信号には以下のものがある。
・Ｘ線検出器本体４０の感度調整信号。
・マルチプレクサ４１の走査信号。
・プリアンプ群４２のゲイン調整信号。
・ＡＤ変換器群４２のＡＤ変換タイミング信号。
・光伝送に際しての時分割化データ群分類の制御信号。
・その他

（ハ）、制御部５からの高電圧発生装置６への制御信号…制御部５は、高電圧発生装置６への制御を行うための制御信号を作り送出している。高電圧発生装置６は、交流電力を直流に変換するコンバータと、コンバータ直流電力を交流に変換するインバータと、インバータ交流出力を整流して直流に変換すると共に平滑化する整流回路、この出力を昇圧する昇圧回路等から成り、昇圧回路出力がＸ線管の駆動を行ってＸ線発生制御を行う。かかる高電圧発生装置６は、計測条件に応じた管電流、管電圧となるように昇圧回路出力の制御を全体の経路を通じて行っているが、この管電流指令、管電圧指令、高電圧発生装置６の起動指令、終了指令などの発生は、制御部５が受け持つ。かかる各指令も制御信号の一種であり、これらは、従来通り電気信号として制御部５が発生し、高電圧発生装置６へ送ることとしている。

光コネクタ４４、５０は、電気−光変換器、光−電気変換器を兼用したものである。当然のことながら、図２でＡＤ変換器群４３の出力データを伝送するには、電気−光変換器が光コネクタ４４に必要であり、これに対応して制御部５の光コネクタ５０では光−電気変換器が必要である。更に、制御部５から制御信号を光ケーブル（図２の光ケーブルと別か否かは不問）を介してＸ線検出器４側に送るには、制御部５側の光コネクタが電気−光変換器、検出器４側の光コネクタが光−電気変換器を持つことが必要である。

図３は、制御部５の構成例図である。制御部５は、データ受信・出力回路５１、Ｘ線高電圧発生装置６への指令発生部５２、Ｘ線検出器４への指令・制御信号生成間・発生部５３を有する。回路５１は、光ケーブル７を介して得たＸ線検出器４の出力データを取り込み、これを画像処理装置２００へ送る。指令発生部５２は、操作卓から入力された計測条件をもとに、Ｘ線管３の管電圧・管電流指令を生成し、これをＸ線高電圧発生装置６に送る。生成・発生装置５３はＸ線検出器４の指令・制御信号を生成し、Ｘ線検出器４に送る。この経路は、光ケーブル７Ａを使用する。係る指令制御信号の内容は、前述した通りである。

本実施例での効果を、図４、図５で対比して説明する。
図４は、光ケーブルを用いない事例であり、検出器４と制御部５との間は、電気ケーブル１１で接続し、制御部５とＸ線高電圧発生装置６との間も電気ケーブル１０で接続した。この結果、高電圧発生装置６からの電磁ノイズ１２がそのケーブル１０、１１を介して検出器４に混入することがあった。また無線で空間伝播くして電気ケーブル１１に或いは検出器４に直接ノイズとして入ることもあった。

図５では、検出器４と制御部５との間を、光ケーブル７で接続したが故に、ノイズ１２は遮断され、データ伝送への悪影響はない。
特に、Ｘ線高電圧発生装置６には５０ｋＷを超える電力が供給され、その供給電力の発生するノイズは、空間を電磁波として伝播すると共に、導電体であるケーブルを通して、接続されているすべての部分に伝播される。空中を伝わる電磁波については、ノイズの影響を無くしたい部分に、導電体によるシールドを付加することにより、伝播を防止することができるが、ケーブル等の導電体による伝播は、導体を無くさない限り減衰はするが伝播を防ぐことはできない。本実施の形態では、光ケーブルによる非導電体を介して信号を伝送することにより、この問題を解決する。光ケーブルでＸ線検出器部と制御部を接続すると、ノイズは導電体が無いので伝播は無くなり、シールドの効果と合わせてノイズの影響を低減することができる。これにより、数μＡ以下の微小な信号でもノイズの影響を受けることなく性格に測定できるようになる。

尚、光ケーブルの代わりにフォトカプラーにて電気的に接続を切り離すと共に光を空間伝播させるやり方もある。但し、フォトカプラーは光コネクタに比較して転送スピードが遅く、多スライス化によるデータ量の増大により、必要とされるフォトカプラーの数が多くなり、回路規模が大きくなるデメリットがある。
例えば、シングルスライス機では、
（１０００チャンネル）×（２０００ビュー）×（２０ビット）＝４０ＭＨｚ
でよかった転送レートが３２スライス機では、
（１０００チャンネル）×（３２スライス）×（２０００ビュー）×（２０ビット）＝１．２８ＧＨｚ
となり、フォトカプラーの転送速度は高速なものでも５０ＭＨｚ程度なので、１．２８ＧＨｚのデータを転送するには３０個近いフォトカプラーが必要となり、回路の実装上の制約となる。一方、光によるデータ転送は、２ＧＨｚ程度であれば１本のラインで転送でき、実装も容易となる。こうした欠点もあるが、Ｘ線検出器４と制御部５との距離が短く実装した場合には、フォトカプラーの使用の実益がある。

本発明のＸ線ＣＴ装置の実施態様を示す図である。本発明のＸ線検出器４の構成及び制御部５との光ケーブル接続例を示す図である。制御部５の具体例図である。従来のノイズによる影響を示す図である。本発明によるノイズ除去例を示す図である。

符号の説明

１開口部
２回転フレーム
３Ｘ線管
４Ｘ線検出器
５制御部
６Ｘ線高電圧発生装置
７光ケーブル
１００ガントリ
２００画像処理装置

Claims

Ｘ線源と、それに対向配置されて被検体透過Ｘ線を検出するＸ線検出素子群と、Ｘ線検出素子群の検出信号をＡＤ変換するＡＤ変換器群と、Ｘ線検出素子群及びＡＤ変換器群の制御を行うと共にＡＤ変換器群の出力データを取り込む制御部と、制御部からの出力データを取り込み画像処理する画像処理部とを備えると共に、上記Ｘ線源とＸ線検出素子群とＡＤ変換器群と制御部とが回転するガントリに取り付けられているＸ線ＣＴ装置であって、
ＡＤ変換器群と制御部とのデータ伝送経路を光伝送手段で構成したＸ線ＣＴ装置。
上記制御部は、Ｘ線検出素子群の出力切替制御又はＡＤ変換器群の変換タイミング制御、光伝送手段へのＡＤ変換器群出力データの分配制御、を行うものとし、光伝送手段は、これらの制御信号の制御部からＸ線検出素子群又はＡＤ変換器群への送出用にも使用するものとした請求項１のＸ線ＣＴ装置。