CN103930034A - X射线计算机断层摄影装置 - Google Patents

Abstract

实施方式的X射线计算机断层摄影装置包括X射线管、偏置电源（144）、以及X射线控制部（141）。X射线管具有阴极、阳极、以及在该阴极与阳极之间配置的栅极（114）。偏置电源（144）产生为了控制阴极与阳极之间的管电流而对栅极（114）施加的偏置电压。X射线控制部（141）使得使一定的管电流产生的偏置电压作为脉冲串施加，并且针对预先确定的每个期间控制偏置电压的脉冲数以及脉冲宽度中的至少一个。

Description

X射线计算机断层摄影装置

技术领域

本发明的实施方式涉及X射线计算机断层摄影装置。

背景技术

一般，X射线计算机断层摄影装置（以下，记为X射线CT装置）通过X射线检测器来检测从X射线管向被检体放射的X射线（透射过该被检体的X射线）。X射线CT装置根据该X射线检测器的输出（投影数据）来重构被检体的内部图像。

近年来，在进行管电压开关控制等的X射线CT装置中，根据该X射线CT装置的性能以及降低被检体的辐射这样的观点，要求高速地控制X射线管电流。

但是，关于管电流控制技术，已知具有阴极/阳极/栅极（偏置电极）的三极构造的三极X射线管。

在X射线CT装置中使用这样的三极X射线管的情况下，X射线CT装置控制该三极X射线管的栅极的偏置电压（以下，记为栅极电压）。由此，控制从丝极（filament）的热电子发射。通过热电子发射的控制，来控制X射线管电流的增减。

专利文献1日本特开2011-049108号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

在如上述那样在X射线CT装置中使用三极X射线管，由栅极电压来控制X射线管电流的情况下，通过施加高的栅极电压，能够减少X射线管电流。但是，在该情况下，X射线CT装置中的焦点尺寸变小。

另一方面，在通过降低栅极电压来增加了X射线管电流的情况下，X射线CT装置中的焦点尺寸变大。

例如，在用于重构同一图像的各投影数据的焦点尺寸根据栅极电压的控制而变化了的情况下，该投影数据各自的分辨率变化。

这样的用于重构同一图像的投影数据各自的分辨率变化（即该投影数据各自的分辨率不同）成为根据这些投影数据重构的图像的分辨率的不均匀、由其所致的画像质量的劣化、或者产生伪影的原因。

另外，除了由上述栅极电压控制X射线管电流以外，还控制例如对X射线管的丝极供给的电流（丝极电流），从而根据丝极的温度变化来控制热电子发射。由此，也能够控制X射线管电流。

但是，在控制丝极电流的情况下，热电子的变化受丝极的温度变化所左右，所以时间常数长、且高速的X射线管电流的控制困难。

因此，本发明想要解决的问题在于，提供一种能够不使焦点尺寸变化而实现高速的X射线管电流的控制的X射线计算机断层摄影装置。

解决问题的技术手段

实施方式的X射线计算机断层摄影装置包括X射线管、偏置电源、以及X射线控制部。

X射线管具有阴极、阳极、以及在所述阴极与所述阳极之间配置的栅极。

偏置电源产生为了控制所述阴极与所述阳极之间的管电流而对所述栅极施加的偏置电压。

X射线控制部使得使一定的所述管电流产生的所述偏置电压作为脉冲串施加，并且针对预先确定的每个期间，控制所述偏置电压的脉冲数以及脉冲宽度中的至少一个。

发明效果

根据本实施方式，能够提供能够不使焦点尺寸变化而实现高速的X射线管电流的控制的X射线计算机断层摄影装置。

附图说明

图1是示出本实施方式的X射线计算机断层摄影装置的结构的图。

图2是用于说明本实施方式的图1所示的X射线管装置以及X射线控制/高电压发生装置的结构的图。

图3是用于说明本实施方式的基于栅极电压的脉冲数的控制的X射线管电流的控制的图。

图4是示出栅极电压与X射线管电流的关联的图。

图5是示出栅极电压与焦点尺寸的关联的图。

图6是用于说明本实施方式的基于栅极电压的脉冲宽度的控制的X射线管电流的控制的图。

图7是示出本实施方式的变形例的X射线管相对于被检体的相对位置的关系的一个例子的图。

图8是说明本实施方式的变形例的栅极电压的脉冲数的控制和丝极电流的控制的说明图。

图9是说明本实施方式的变形例的栅极电压的脉冲宽度的控制和丝极电流的控制的说明图。

图10是本实施方式的变形例的与管电流的最大值和最小值的说明有关的说明图。

图11是示出本实施方式的变形例的与视图（view）角对应的管电流的控制幅度的一个例子的图。

（符号说明）

1：架台；2：操作桌；11：X射线管装置；12：X射线检测器；13：数据收集部；14：X射线控制/高电压发生装置；21：操作部；22：控制部；23：数据重构部；111：X射线管；112：阳极；113：阴极；114：栅极；141：X射线控制部；142：高电压电源；143：丝极加热电源；144：偏置电源；145：管电流检测部。

具体实施方式

以下，参照附图，说明实施方式的X射线计算机断层摄影装置（以下，记为X射线CT装置）。

图1示出本实施方式的X射线CT装置的结构。如图1所示，X射线CT装置具有构成为收集与被检体有关的投影数据的架台1、和容纳该架台1的控制以及图像重构等各种信号处理所需的多个模块的操作桌（控制台）2。

架台1包括X射线管装置11、X射线检测器（多通道型X射线检测器）12、数据收集部13以及X射线控制/高电压发生装置14。

X射线管装置11以及X射线检测器12装载于被旋转驱动的环状的框架中。X射线管装置11以及X射线检测器12夹着在摄影时插入被检体的摄影区域S而相对。

X射线管装置11具有产生X射线的X射线管。另外，本实施方式的X射线CT装置中的X射线管是具有阴极、阳极、以及在该阴极与该阳极之间配置的栅极（偏置电极）的三极X射线管。另外，关于X射线管装置11的结构的详细情况将在后面叙述。

X射线检测器12检测从X射线管产生并透射过了被插入到摄影区域S的被检体的X射线。

数据收集部13根据X射线检测器12的输出来收集与被检体有关的投影数据。具体而言，数据收集部13将从X射线检测器12针对每个通道输出的信号变换为电压信号并放大，进而变换为数字信号（投影数据）之后输出。

X射线控制/高电压发生装置14通过控制对上述栅极施加的偏置电压（以下记为栅极电压），来控制X射线管电流。另外，关于X射线控制/高电压发生装置14的结构的详细情况将在后面叙述。

操作桌2包括用于操作者输入扫描条件等的操作部21、用于依照由操作者设定的扫描条件控制装置整体来执行扫描的控制部22、以及根据由数据收集部13收集的投影数据来重构与断层面或者体积（volume）有关的图像数据的数据重构部23。

接下来，参照图2，详细说明本实施方式的X射线CT装置具备的X射线管装置11以及X射线控制/高电压发生装置14的结构。

如图2所示，X射线管装置11具有以真空状态密闭的三极X射线管111。该三极X射线管111容纳阳极（旋转阳极）112、与该阳极112相对的阴极113、以及在该阳极112与该阴极113之间配置的栅极114。在这样的三极X射线管111中，能够通过栅极电压（对栅极114施加的电压）来控制X射线的产生以及停止。

X射线控制/高电压发生装置14具有X射线控制部141、高电压电源142、丝极加热电源143、偏置电源144以及管电流检测部145。

X射线控制部141根据来自上述控制部22的扫描条件等，控制高电压电源142、丝极加热电源143、以及偏置电源144。

高电压电源142依照来自X射线控制部141的控制信号，产生对阳极112与阴极113之间施加的高电压（管电压）。高电压电源142依照来自X射线控制部141的控制信号，将管电压施加（输出）到阳极112与阴极113之间。高电压电源142依照来自X射线控制部141的控制信号，停止管电压的产生或者施加。

丝极加热电源143依照来自X射线控制部141的控制信号，产生对阴极113的丝极供给的电流（丝极电流）。丝极加热电源143依照来自X射线控制部141的控制信号，对阴极113的丝极供给（输出）丝极电流。丝极加热电源143依照来自X射线控制部141的控制信号，停止丝极电流的产生或者供给。

偏置电源144是产生栅极电压的逆变器式电源。偏置电源144通过与来自X射线控制部141的控制脉冲同步的开关元件来作为脉冲系列产生栅极电压。另外，X射线控制部141以针对预先确定的每个期间（例如，数据收集期间）而控制使一定的管电流产生的栅极电压的脉冲数的方式，控制偏置电源144。

栅极114的电位在0（零）、与和阴极113的电位等价的电位或者比该阴极113的电位低的负极性的电位（截止电压）之间变位。

另外，在栅极114的电位是0时，从阴极113的丝极产生的热电子通过栅极114碰撞到旋转阳极112的钨等对阴极。由此，流过管电流。另一方面，在栅极114的电位是截止电位时，从阴极113的丝极产生的热电子被栅极114切断。因此，不流过管电流。

管电流检测部145检测X射线管电流。由管电流检测部145检测的X射线管电流被用于例如由X射线控制部141进行的X射线管电流的控制。

以下，参照图3，具体地说明本实施方式的X射线CT装置中的X射线管电流的控制。另外，通过上述X射线控制/高电压发生装置14（X射线控制/高电压发生装置14具有的X射线控制部141），执行X射线管电流的控制。

在本实施方式中，如图3所示，在X射线CT装置中的扫描期间中，管电压被持续施加到阳极112与阴极113之间。进而，丝极电流被持续地供给到丝极。此外，使得使一定的管电流产生的栅极电压作为脉冲串施加到栅极114，并且针对预先确定的每个期间控制该栅极电压的脉冲数。

具体而言，与由数据收集部13进行的数据收集期间、例如数据收集的最小期间（一个视图（1view））同步地，针对该数据收集的每个最小期间，控制使一定的管电流产生的栅极电压的脉冲数。

由此，在本实施方式的X射线CT装置中，通过控制一个视图（1view）中的平均管电流（值），能够控制X射线管电流。

另外，在例如使栅极电压连续地变化了的情况下，如图4所示，如果使栅极电压上升，则管电流减少，如果使栅极电压下降，则管电流增大。这样，通过使栅极电压连续地变化，也能够控制X射线管电流。

但是，在使栅极电压连续地变化了的情况下，如图5所示，例如，如果为了使管电流减少而使栅极电压上升，则焦点尺寸变小。另外，如果为了使管电流增大而使栅极电压下降，则焦点尺寸变大。这样地根据焦点尺寸变化了的投影数据来重构同一图像将成为画像质量的劣化、产生伪影的原因。

相对于此，在如上述图3所示，让使一定的管电流产生的栅极电压的脉冲的数量与数据收集的最小期间同步地变化了的情况下，能够按该最小期间中的平均管电流增减的方式来进行控制。此外，单位脉冲的峰值（管电流值）不变化，所以焦点尺寸不变化。

如上述那样，在本实施方式中，通过持续地施加管电压，持续地供给丝极电流，使得使一定的管电流产生的栅极电压（偏置电压）作为脉冲串施加，并且针对预先确定的每个期间控制该栅极电压的脉冲数的结构，从而，由于该单位脉冲的峰值不变化，所以能够不使焦点尺寸变化而控制X射线管电流。此外，由于使用栅极电压，所以相比于例如利用了由丝极电流的控制所致的温度变化的管电流控制，能够实现高速且细致并且宽范围的（宽的可变幅度的）管电流的控制（调整）。

另外，在本实施方式中，通过与数据收集期间（一个视图（1view））同步地，针对每个该数据收集期间而控制栅极电压的脉冲数的结构，能够针对每个该数据收集期间，更准确地控制X射线管电流（平均管电流）。

另外，在本实施方式中，以控制使一定的管电流产生的栅极电压的脉冲数来进行了说明，但也可以构成为通过例如如图6所示，与数据收集期间的最小期间（一个视图（1view））同步地，控制使一定的管电流产生的栅极电压的脉冲宽度，来控制平均管电流。即使在该情况下，由于单位脉冲的峰值不变化，所以也能够不使焦点尺寸变化而高速地控制X射线管电流。

另外，X射线控制部141为了控制栅极电压的脉冲宽度以及脉冲数，还能够控制偏置电源144。由此，能够更细微地使平均管电流变化。

另外，在X射线CT装置中，有X射线管和放射线检测器作为一体地在被检体的周围旋转的旋转/旋转类型、和环状地排列（array）多个检测元件而仅X射线管在被检体的周围旋转的固定/旋转类型等各种类型，但本实施方式能够应用于任一类型。

另外，为了重构1切片（slice）的断层像数据，需要被检体的周围1周、约360°相当量的投影数据，或者，即使在半扫描法的情况下，也需要180°+α（α：扇形角）相当量的投影数据，但本实施方式能够应用于任一重构方式。

另外，关于将入射X射线变换为电荷的机制，通过闪烁器等荧光体将X射线变换为光进而通过光电二极管等光电变换元件将该变换了的光变换为电荷的间接变换系统、和利用了由X射线在半导体内生成电子空穴体以及向该电极的移动即光电导现象的直接变换系统是主流。作为X射线检测元件，也可以采用它们中的任意一个方式。

另外，近年来，在旋转环中装载了X射线管和X射线检测器的多个配对的、所谓多管球型的X射线CT装置的产品化得到了发展，其周边技术的开发也得到了发展，但本实施方式能够应用于单管球型的X射线CT装置以及多管球型的X射线CT装置中的任意一个。

（变形例）

与本实施方式的相异点在于，通过调整丝极电流，根据X射线管相对于被检体的相对位置，使管电流变化。

图7是示出本变形例中的X射线管111相对于被检体的相对位置的关系的一个例子的图。如图7所示，通过根据X射线管111相对于被检体的相对位置、即视图角（视图方向）来变更丝极电流的大小，从而管电流变化。

为了根据X射线管111相对于被检体的相对位置来变更管电流的大小，X射线控制部141控制丝极加热电源143。具体而言，为了根据表示X射线管的位置的视图角而使管电流的大小变化，X射线控制部141控制丝极加热电源143。即，在X射线控制部141中，与偏置电源144的控制一起，为了根据视图角而使丝极电流变化，控制丝极加热电源143。

例如，在针对被检体的扫描中，在X射线管111位于0°或者180°的视图角、即与载置了被检体的顶板垂直的方向上时，X射线控制部141控制丝极加热电源143，以减小管电流。此时，X射线控制部141控制丝极加热电源143，以减小丝极电流。另外，在针对被检体的扫描中，在X射线管111位于90°或者270°的视图角、即在载置了被检体的顶板的短轴方向上时，X射线控制部141控制丝极加热电源143，以增大管电流。此时，X射线控制部141控制丝极加热电源143，以增大丝极电流。

即，在X射线管111位于0°或者180°的视图角上时，X射线控制部141控制丝极加热电源143，以使扫描中的丝极电流成为最小。另外，在X射线管111位于90°或者270°的视图角上时，X射线控制部141控制丝极加热电源143，以使扫描中的丝极电流成为最小。换言之，为了使在X射线管111位于载置了被检体的顶板的垂直方向上时的丝极电流小于在X射线管111位于顶板的短轴方向上时的丝极电流，X射线控制部141控制丝极加热电源143。由此，在X射线管111位于载置了被检体的顶板的垂直方向上时的管电流小于在X射线管111位于顶板的短轴方向上时的管电流。即，X射线控制部141为了间接地控制管电流，而控制丝极加热电源143。

另外，X射线控制部141也可以根据经由未图示的输入部预先设定的被检体厚度，确定与视图角对应的丝极电流。另外，X射线控制部141也可以在本扫描之前对被检体执行的预扫描中确定被检体厚度，根据所确定的被检体厚度，确定丝极电流。

图8是说明本变形例中的栅极电压的脉冲数的控制和丝极电流的控制的说明图。如图8所示，通过在栅极电压的脉冲数的控制中添加上丝极电流的控制，从而能够不变更焦点尺寸而根据视图角使X射线管电流变化。

图9是说明本变形例中的栅极电压的脉冲宽度的控制和丝极电流的控制的说明图。如图8所示，通过在栅极电压的脉冲宽度的控制中添加上丝极电流的控制，能够不变更焦点尺寸而根据视图角使X射线管电流变化。

图10是与管电流的最大值和最小值的说明有关的说明图。如图10所示，栅极电压的脉冲宽度是视图间隔的1/i。另外，如图10所示，管电流（基于丝极电流的设定管电流）是j。基于丝极电流的设定管电流是指例如在栅极中的偏置电压为零、或者偏置电压为某值时的作为基准的值所对应的管电流。此时，如图10的视图（a）所示，最小的管电流（平均管电流）为设定管电流的1/i倍、即j/i。另外，如图10的视图（b）所示，最大的管电流（平均管电流）为管电流的1倍、即j。如图10所示，管电流（平均管电流）的控制幅度为j/i至j。

图11是示出与视图角对应的管电流的控制幅度的一个例子的图。如图11所示，根据本变形例，相比于一定的丝极电流中的平均管电流的控制幅度，平均管电流的控制幅度提高。

根据以上叙述的结构，能够得到以下的效果。

根据本实施方式中的X射线CT装置，通过控制栅极电压（偏置电压）的脉冲数和脉冲宽度中的至少一个，能够不使焦点尺寸变化而高速地控制X射线管电流。即，根据本X射线CT装置，能够不使投影数据的分辨率变化而高速地控制X射线管电流。由此，能够不产生根据投影数据重构的图像的分辨率的不均匀、由分辨率的不均匀所致的画像质量的劣化、伪影，而高速地控制X射线管电流，并能够降低对被检体的辐射。

此外，根据本变形例的X射线CT装置，通过根据X射线管111相对于被检体的相对位置来控制丝极加热电源143，从而间接地控制管电流。由此，根据本变形例，能够不使画像质量降低而进一步降低对被检体的辐射。即，根据本变形例，通过根据X射线管111的设想的位置来调整流入丝极的电流（丝极电流），能够间接地调整管电流的基本值（栅极的偏置电压为零、或者某个值的偏置电压处的作为基准的值）。

虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式仅为例子而提出的，而未意在限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种方式来实施，能够在不脱离发明的要旨的范围内，进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其变形包含于发明的范围、主旨中，同样地也包含于权利要求书记载的发明和其均等范围中。

Claims (6)

1.一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于，包括：

X射线管，具有阴极、阳极、以及在所述阴极与所述阳极之间配置的栅极；

偏置电源，产生为了控制所述阴极与所述阳极之间的管电流而对所述栅极施加的偏置电压；以及

X射线控制部，使得使一定的所述管电流产生的所述偏置电压作为脉冲串施加，并且针对预先确定的每个期间控制所述偏置电压的脉冲数以及脉冲宽度中的至少一个。

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，

包括根据所述X射线检测器的输出来收集与被检体有关的投影数据的数据收集部，

所述X射线控制部与由所述数据收集部进行的数据收集期间同步地，针对每个所述数据收集期间，控制所述偏置电压的脉冲数以及脉冲宽度中的至少一个。

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，

所述X射线控制部针对每一个视图控制所述偏置电压的脉冲数以及脉冲宽度中的至少一个。

4.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，

还包括产生对构成所述阴极的丝极供给的丝极电流的丝极加热电源，

为了根据所述X射线管相对于被检体的相对位置而变更所述管电流的大小，所述X射线控制部控制所述丝极加热电源。

5.根据权利要求4所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于，

为了根据所述X射线管相对于所述被检体的视图方向而变更所述管电流，所述X射线控制部控制所述丝极加热电源。

6.根据权利要求4所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于，

为了使在所述X射线管位于载置了所述被检体的顶板的垂直方向上时的所述管电流小于在所述X射线管位于所述顶板的短轴方向上时的所述管电流，所述X射线控制部控制所述丝极加热电源。