JP2001321373A - カソードスキャン型ｘ線発生器を用いたｘ線ｃｔスキャナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被検体の内部を立体的に即時性をもって検査で
き、被検体からの散乱線の影響を受けない良質なＣＴ画
像を得ることができ、小型で信頼性が良い超高速Ｘ線Ｃ
Ｔスキャナを提供する。 【解決手段】小型でありながら、高速度で周回するＸ線
焦点から多量のＸ線を放射して超高速スキャンができる
カソードスキャン型Ｘ線発生器を使って超高速スキャン
型のＸ線ＣＴスキャナを実現している。Ｘ線焦点を周回
させる為の回転部分を真空容器内の小型の部品に限定す
ることにより、大気中における機械的な回転機構を持た
ずにＸ線焦点を披検体の周囲に高速度で安定して周回さ
せるとともに、Ｘ線検出器を前記のＸ線焦点と同期をと
って大気中において回転させることによって両者の相対
位置関係を一定に保ってローテート／ローテート型ＣＴ
スキャナを構成し、被検体からの散乱Ｘ線を減少した状
態で、被検体を瞬時に撮影して高画質の３次元の画像が
得られる超高速のＸ線ＣＴスキャナを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、小型でありなが
ら、高速度で周回するＸ線焦点から多量のＸ線を放射し
て超高速スキャンができるカソードスキャン型Ｘ線発生
器を使った超高速スキャン型のＸ線ＣＴスキャナに関す
る。Ｘ線焦点を周回させる為の回転部分を真空容器内の
小型の部品に限定することにより、大気中における機械
的な回転機構を持たずにＸ線焦点を披検体の周囲に高速
度で安定して周回させるとともに、Ｘ線検出器を前記の
Ｘ線焦点と同期をとって大気中において回転させること
によって被検体からの散乱Ｘ線を減少した状態で、被検
体を瞬時に撮影して高画質の３次元の画像が得られる超
高速のＸ線ＣＴスキャナを提供する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＸ線ＣＴスキャナについて、概略
の断面を表している図１を参照して説明する。従来のＸ
線ＣＴスキャナは、固定架台１００１と、軸受１００３
を介して回転する回転架台１００２とを有している。回
転架台１００２は制御器１００８を用いて制御された回
転駆動機構１００９によって空気中において回転させら
れる。Ｘ線を発生する為のＸ線管１００４や、これに高
電圧を供給する為の高電圧電源（図示せず）や、Ｘ線を
受け取る為のＸ線検出器１００６や、その他の電子回路
１００７等をこの回転架台１００２に取り付けた構造に
なっている。回転架台１００２に取り付けられた電子回
路の信号は図示しないスリップリングを介して固定架台
１００１に伝達される。この為に回転架台１００２に取
り付けられた部品の質量の和が大きくなって、Ｘ線ＣＴ
スキャナのスキャン速度を増そうとすると大きな遠心力
が働き、回転架台１００２に取り付けられた部品や回転
架台１００２自体が過大な応力に耐えられないのでスキ
ャン速度を高めることができない欠点を持っている。

【０００３】従来構造のＸ線ＣＴスキャナに使われるＸ
線管１００４は、直径が１０ｃｍ程度の円板状のＸ線タ
ーゲットをシリンダー状の真空容器の中で３０００ｒｐ
ｍ程度の高速度で回転させ、これに電子銃組立の陰極か
ら放射された電子を衝突させてＸ線１００５を一方向に
放出するものであり、全体が円柱状に構成されている。
多量のＸ線を発生させる必要があるＸ線ＣＴスキャナ用
のＸ線管では冷却器が必要であり、両者の質量の和は１
００Ｋｇ程度に大きくなり、体積も大きくなり、これを
取り付けて空気中で回転させる為の回転架台１００２は
大型になり、Ｘ線ＣＴスキャナ全体が大きくなって取り
扱いが不便であるだけでなく、設置スペースも大きくな
り、運転費用も多額であった。更に、近年になってＸ線
ＣＴスキャナの用途が広がるにしたがって血液や造影剤
の瞬時的な観測が求められてきた。これに応える為に
は、Ｘ線管１００４を高速度で被検体の周りで周回させ
る必要が生じている。これまでの最高の周回速度は２ｒ
ｐｓであり、これが限度と考えられている。一方では、
Ｘ線量を増して画質を高めて診断能を高めたいとの要求
があり、従来のＸ線管１００４の寸法と質量がますます
増大する必要がある。この相反する要求を同時に満たす
ことは従来の構造のＸ線ＣＴスキャナでは不可能であっ
た。

【０００４】一方で、スキャン速度を増す為に電子スキ
ャン方式のＸ線ＣＴスキャナが過去に開発された。これ
は、横倒しに置いた魔法瓶の形をした真空容器の底の位
置に固定した電子銃組立から電子を取り出し、電子を真
空容器内でおよそ１００ｃｍ走行させながら電磁的に電
子の位置を制御して被検体の周りで周回させた後に、こ
の電子を円弧状のＸ線ターゲットに入射させて半周回す
るＸ線を取り出すようになっている。この構造では、ス
キャン時間が０．１秒程度の高速スキャンができるが、
十分なＸ線量が得られないこと等に起因して画質が劣悪
であることや、Ｘ線の焦点が大き過ぎることや、安定な
動作を維持し難いことや、装置全体が大きくて取り扱い
難いことや、高価であること等の欠点を持ち、特殊な用
途に使用されているにすぎない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、Ｘ線ＣＴスキャナのスキャン時間を大幅に短縮し
て動きが速い被検体の撮影においてモーションアーチフ
ァクトを無くするとともに、十分なレベルのＸ線量を確
保してフォトンノイズが少なくし、被検体からの散乱Ｘ
線を減少させて良質な画像を得ることができ、装置全体
が小型であって取り扱い易いＸ線ＣＴスキャナを提供す
ることである。これを実現する為に、Ｘ線を発生して被
検体の周囲で周回させる機構を最大限に軽量化して真空
容器内に収め、真空中で信頼性よく使える軸受機構及び
真空中で回転している部品に給電できる給電機構が必要
であった。このための軸受として、動作時に液体である
液体金属を潤滑剤として使用した環状の動圧滑り軸受を
開発し、真空容器内の回転体の回転を安定して長時間に
わたって継続できるようにすることが必要である。又、
大気中に置かれた被検体から生じる散乱Ｘ線を最小限度
まで減少させる必要があり、このためにはいわゆる第３
世代のＣＴスキャナが求められている。第３世代のＣＴ
スキャナでは、被検体を挟んだ状態でＸ線発生点とＸ線
検出器とを対向して配設しており、Ｘ線発生点とＸ線検
出器との相対的な位置を高精度に一定に保った状態で両
者を高速で同期して回転させる必要がある。本発明で
は、Ｘ線発生点が真空容器の中に在り、Ｘ線検出器が真
空容器の外に在るにもかかわらず、両者の相対位置を高
精度に維持できる自動制御を行う方法を提案しており、
超高速スキャンが行えて、且つ、いわゆる第３世代のス
キャン方式を有する、カソードスキャン型Ｘ線発生器を
使ったＸ線ＣＴスキャナを提供することを課題としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、Ｘ線を周回
させる為の全ての回転部分をドーナツ状の真空容器の中
に取り付けて最小限度まで小さくして超高速スキャンが
できるＸ線ＣＴスキャナを実現している。真空容器はド
ーナツ状に作られており、真空容器の中心軸近傍の大気
中に在る寝台上に被検体が置かれている。真空容器の中
で周回する電子銃組立の陰極から電子が放出され、陰極
の周回軌道に対向して真空容器内に取り付けてある環状
のＸ線ターゲットに、加速された電子が衝突してＸ線を
発生させる。発生したＸ線は真空容器の小径側の壁に設
けられたＸ線放出窓を通って大気中にある被検体に照射
される。被検体を通過したＸ線は、前記の真空容器と同
軸状に大気中において回転自在に配設された環状の検出
器取り付け構造体に移動可能に取り付けられており、Ｘ
線発生点との相対位置を一定に保たれたＸ線検出器で検
出され、コンピュータで断層像に再構成されて表示装置
に表示される。

【０００７】請求項１に記載の発明は、内部を真空の状
態に保持して真空空間を形成するドーナツ形状の真空容
器と、この真空容器の内部の真空空間において周回軌道
を成して周回しながらＸ線を発生するＸ線焦点と、この
Ｘ線焦点の位置を検出するための焦点位置検出機構と、
前記のＸ線焦点の周回軌道と同軸的であり、大気中にお
いて回転自在に取り付けられており、前記のＸ線焦点の
周回と同じ方向に回転する検出器取り付け構造体と、こ
の検出器取り付け構造体の角度位置を検出する為の角度
位置検出機構と、前記の検出器取り付け構造体に取り付
けられたＸ線検出器と、を含んでおり、前記の周回する
Ｘ線焦点と前記の周回するＸ線検出器との相対位置が一
定になるように前記の検出器取り付け構造体の回転位相
が自動制御されることを要旨とするＸ線ＣＴスキャナで
ある。

【０００８】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載のＸ線ＣＴスキャナにおいて、前記のＸ線検出器
と前記のＸ線焦点との相対位置を、前記のＸ線焦点から
発生するＸ線を利用して検出する相対位置検出機構を更
に含んで成り、前記の周回するＸ線焦点と前記の周回す
るＸ線検出器との相対位置が一定になるようにＸ線曝射
中又はＸ線曝射後に自動制御されることを要旨とするＸ
線ＣＴスキャナである。

【０００９】請求項１又は２に記載の発明によれば、真
空容器内で周回するＸ線焦点と、真空容器外で周回する
Ｘ線検出器との相対位置が許容値以内の誤差になるよう
に自動制御されているので、Ｘ線検出器の前面に取り付
けられたコリメータは全てＸ線焦点を向いており、被検
体内から生じる散乱Ｘ線がＸ線検出器を構成する各検出
素子に入り難くなっており、超高速スキャンでありなが
ら高画質のＣＴ画像を得ることができる。

【００１０】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
又は請求項２に記載のＸ線ＣＴスキャナにおいて、前記
の焦点位置検出機構の出力を用いて前記のＸ線焦点の周
回速度を一定にする働きをもつ第一の自動制御回路と、
前記の周回するＸ線焦点と前記の周回するＸ線検出器と
の相対位置が一定になるように前記の検出器取り付け構
造体の回転位相を制御する第二の自動制御回路とを含む
ことを要旨とするＸ線ＣＴスキャナである。

【００１１】請求項３に記載の発明によれば、前記のＸ
線焦点の周回速度が一定になるために、得られたＸ線情
報が正確となり、再構成された画質が良好に保たれる。
更に、前記のＸ線焦点を周回するための回転力は前記の
真空容器の外から与えることと、真空容器内の回転体の
慣性モーメントが比較的大きいために、前記のＸ線焦点
の周回速度を一定にする制御の方が行い易い。大気中で
回転する検出器取り付け構造体の回転速度又は回転位相
を前記のＸ線焦点の周回に追従させた制御が行いやすい
ので正確な相対位置を確保することができる。

【００１２】また、請求項４に記載の発明は、内部を真
空の状態に保持して真空空間を形成するドーナツ形状の
真空容器と、この真空容器の内部の真空空間において周
回軌道を成して周回しながらＸ線を発生するＸ線焦点
と、このＸ線焦点の位置を検出するための焦点位置検出
機構と、前記のＸ線焦点の周回軌道と同軸的であり、大
気中において回転自在に取り付けられており、前記のＸ
線焦点の周回と同じ方向に回転する検出器取り付け構造
体と、この検出器取り付け構造体の角度位置を検出する
為の角度位置検出機構と、前記の検出器取り付け構造体
に移動可能な状態で取り付けられたＸ線検出器と、この
Ｘ線検出器と前記のＸ線焦点との相対位置を検出する為
の相対位置検出機構と、前記のＸ線検出器と前記の検出
器取り付け構造体との相対位置を調整する相対位置調整
機構とを含んでおり、前記の周回するＸ線焦点と前記の
周回するＸ線検出器との相対位置が一定になるように前
記のＸ線検出器と前記の検出器取り付け構造体との相対
位置がＸ線曝射中又はＸ線曝射後に自動制御されること
を要旨とするＸ線ＣＴスキャナである。

【００１３】請求項４に記載の発明によれば、Ｘ線焦点
とＸ線検出器との相対位置情報が直接に求められるとと
もに、Ｘ線検出器に関する部分だけが検出器取り付け構
造体に対して相対的に微小距離だけ円弧状に移動するこ
とによって制御されるので、Ｘ線検出器とＸ線焦点との
相対位置の自動制御の応答速度が早く、制御精度が高く
なり、より正確に前記の相対位置が保たれる。

【００１４】また、請求項５に記載の発明は、特許請求
項項２〜４のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴスキャナに
おいて、前記の焦点位置検出機構の出力と前記の角度位
置検出機構の出力との差が予め定められた第一の設定値
以下になるように前記の検出器取り付け構造体の回転位
相が自動制御された後に、前記のＸ線焦点からＸ線が曝
射されるように制御され、このＸ線を検出して前記の相
対位置検出機構の出力が予め定められた第二の設定値以
下になるように、前記のＸ線検出器と前記のＸ線焦点と
の相対位置が、Ｘ線曝射中又はＸ線曝射後に自動制御さ
れることを要旨とするＸ線ＣＴスキャナである。

【００１５】請求項５に記載の発明によれば、Ｘ線を曝
射せずに比較的長い時間をかけて前記の焦点位置と前記
のＸ線検出器との相対位置を概略目標の精度以内になる
ように制御し、しかる後に、ごく微量の補正を短時間で
正確に行えるので、位置制御のためのＸ線の曝射時間を
短くすることができる。また、前記のＸ線焦点と前記の
Ｘ線検出器との相対位置情報が直接に求められるので制
御が正確である。

【００１６】また、請求項６に記載の発明は、請求項５
に記載のＸ線ＣＴスキャナにおいて、前記の相対位置調
整機構は積層型圧電アクチュエータを含んでおり、この
積層型圧電アクチュエータの一端は前記の検出器取り付
け構造体に取り付けられており、前記の積層型圧電アク
チュエータの他端は前記のＸ線検出器又はその取り付け
部分に第一の力を与えるように配設されており、前記の
Ｘ線検出器又はその取り付け部分には前記の第一の力と
反対の方向に第二の力を与える与圧機構が取り付けられ
ていることを要旨とするＸ線ＣＴスキャナである。

【００１７】請求項６に記載の発明によれば、電圧を印
加することにより極めて大きな発生力をすばやく発生さ
せることが出来、Ｘ線検出器を検出器取り付け構造体に
対して相対的にすばやく移動させられるので応答速度が
速い制御を行うことができ、より正確に前記のＸ線焦点
と前記のＸ線検出器との相対位置が保たれる。また、前
記のＸ線検出器には与圧がかかっているために、機械的
なガタが発生しないし、両方の方向に制御できる。

【００１８】また、請求項７に記載の発明は、請求項２
〜６のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴスキャナにおい
て、前記の相対位置検出機構は、前記の検出器取り付け
構造体に取り付けられたマーカー用Ｘ線遮蔽体と、前記
のＸ線検出器に取り付けられた位置検出素子アレイを含
んでおり、この位置検出素子アレイは、複数の独立なＸ
線検出素子を有して構成され、前記のＸ線焦点から放射
されるＸ線のパスが被検体を通らない位置に取り付けら
れており、前記のＸ線焦点と、前記のマーカー用Ｘ線遮
蔽体と、前記の位置検出素子アレイとが概略一直線上に
位置するときに生じる前記の位置検出素子アレイに含ま
れるＸ線検出素子の出力を比較するように構成されてい
ることを要旨とするＸ線ＣＴスキャナである。

【００１９】請求項７に記載の発明によれば、簡単な構
造でＸ線焦点とＸ線検出器との相対位置情報が直接に求
められる。前記の位置検出素子アレイに含まれる検出素
子の間隔と、前記のマーカー用Ｘ線遮蔽体のサイズを任
意に設定することにより制御可能範囲を任意に設定する
ことができる。

【００２０】また、請求項８に記載の発明は、請求項７
に記載のＸ線ＣＴスキャナにおいて、前記の相対位置検
出機構の出力は、前記のＸ線検出器の出力を使って再構
成画像を作成する際に、再構成パラメータを決めるため
に使用されることを要旨とするＸ線ＣＴスキャナであ
る。

【００２１】請求項８に記載の発明によれば、Ｘ線検出
器の出力信号を使って被検体の断層像を再構成する際
に、再構成パラメータとしてＸ線検出器とＸ線焦点との
正しい相対位置パラメータを使用できるので、仮に前記
の自動制御が追いつかず、Ｘ線検出器とＸ線焦点との相
対位置がずれた場合でも精度の高い再構成画像を得るこ
とができる。

【００２２】また、請求項９に記載の発明は、請求項１
〜８のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴスキャナにおい
て、内部を真空の状態に保持して真空空間を形成するド
ーナツ形状の真空容器と、この真空容器の内部の真空空
間において真空容器の中心軸と同軸的に回転できるよう
に支承された陰極側回転体組立と、この陰極側回転体組
立の一部に取り付けられた電子銃組立と、この電子銃組
立に取り付けられており電子を放出する陰極と、この陰
極に前記の真空容器の外部から給電する為の陰極給電機
構と、前記の陰極の周回軌道を含む面と対面して同軸的
に取り付けられた環状のＸ線ターゲットと、このＸ線タ
ーゲットの表面に前記の陰極から放出されて加速された
電子が衝突してできるＸ線焦点で発生したＸ線を前記の
真空容器の外に取り出す為のＸ線放出窓と、前記の陰極
側回転体組立に回転力を与える回転駆動機構と、前記の
陰極の角度位置を検出する陰極周回角度検出機構と、を
有して構成されたカソードスキャン型Ｘ線発生器を含ん
でいることを要旨とするＸ線ＣＴスキャナである。

【００２３】請求項９に記載の発明によれば、真空容器
内のＸ線焦点を周回させる為の回転部分は軽量な電子銃
組立などに限定されておりその体積が小さく、全体とし
てほぼ対称な形状であるので回転周期が０．１秒以下の
高速回転をしても回転体にかかる応力が十分に小さくで
き、安定して高速回転を続けることができる。ドーナツ
型の真空容器の内部で電子銃部分を周回させる方式のＸ
線ＣＴスキャナは過去に提案されているがこれまでに実
現していない。その理由の一つは真空中において安定し
た回転を続ける手段と、回転体の電位を安定して一定値
に設定する確かな手段が見出されなかった為である。本
発明では真空中で信頼性よく使える軸受機構として、動
作時に液体である液体金属を潤滑剤として使用した環状
の動圧滑り軸受を採用し、高真空度の環境下で長時間に
わたって安定して高速の回転を継続させる手段を提供し
ている。

【００２４】

【発明の実施の形態】カソードスキャン型Ｘ線発生器は
ドーナツ型の真空容器で包まれており、この真空容器は
中心軸がほぼ水平になるように設置してあり、その中心
軸の近くの大気中に被検体（人体）が置かれており、真
空容器は被検体を取り囲むように配置されている。真空
容器は架台に取り付けられて、回転せずに被検体との水
平方向の相対位置及び角度は変えることができるように
なっている。この真空容器の内部でＸ線焦点が被検体の
周りを周回するように、Ｘ線焦点が周回移動しながら被
検体に向かってＸ線が発生される。大気中において、こ
の周回するＸ線焦点の周回軌道と同軸状に検出器取り付
け構造体が取り付けられており、この検出器取り付け構
造体は前記のＸ線焦点の周回と同期して大気中で回転す
る。この検出器取り付け構造体には多くの検出素子に分
かれたＸ線検出器が取り付けられており、このＸ線検出
器は前記のＸ線焦点に対して前記の被検体を挟んで対向
する同じ相対位置に常に位置するように制御される。周
回するＸ線焦点と、周回するＸ線検出器の相対位置関係
が高精度に維持されるので、Ｘ線検出器のそれぞれの検
出素子には、Ｘ線焦点の方向を向いた散乱Ｘ線除去用の
コリメータを取り付けることができる。したがって、ス
キャン時間が０．１秒の超高速スキャンでありながら散
乱Ｘ線の悪影響を受けない高画質のＣＴ画像を得ること
ができるＸ線ＣＴスキャナを提供することができる。以
下に、実施例によって詳細に説明する。

【００２５】

【実施例】以下に、図面を参照して、本発明の一実施例
によるＸ線ＣＴスキャナについて説明する。図２（Ａ）
は本発明のＸ線ＣＴスキャナの全体構造体の概略の断面
図であり、図２（Ｂ）は本発明のＸ線ＣＴスキャナの全
体構造体を図２（Ａ）の中心点ＯにおいてＣ’からＣの
方向に見た概略の図面である。図３は図２（Ａ）の拡大
図であり、図４は本発明に係わるカソードスキャン型Ｘ
線発生器の、ある瞬間に鉛直上方に位置する一部分の断
面を拡大した図であり、ある瞬間に鉛直上方に位置した
状態における電子銃組立周辺の断面の一部を拡大して示
している。同じ部分は同じ記号を付している。図５は本
発明のＸ線ＣＴスキャナに使用するカソードスキャン型
Ｘ線発生器の一部分を拡大した断面図である。図６は図
２（Ｂ）の拡大図であり、本発明の主要部であるＸ線検
出器の移動機構を中心にした説明図である。図７は本発
明のＣＴスキャナの、Ｘ線焦点とＸ線検出器との相対位
置を制御するシステムのブロックダイアグラムである。
図８は図７の一部を細分して示したブロックダイアグラ
ムである。図９は、本発明の主要部であるであるＸ線検
出器の相対位置調整機構の構造を示している。図１０
は、Ｘ線焦点とＸ線検出器との相対位置を検出する方法
を説明する図である。

【００２６】先ず、本発明のX線CTスキャナに使用する
カソードスキャン型X線発生器について説明する。図２
又は図３に示すように、ドーナツ型の真空容器ＶＶは中
心軸ＣＣ’がほぼ水平になるように設置してあり、図示
しない真空ポンプによって排気口ＶＣから高真空状態に
いつも排気されている。図２又は図３又は図４に示すよ
うに、この真空容器ＶＶの内部の真空空間に円筒状の陰
極側回転体組立ＣＲがあり、陰極側回転体組立ＣＲは常
温で液体である液体金属を潤滑剤とした動圧滑り軸受か
ら成る軸受機構ＣＢＧによって真空中で回転自在に支承
されており、これらの中心軸はＣＣ’に一致している。
陰極側回転体組立ＣＲには電子銃組立ＥＧが取り付けて
ある。図３又は図４に示すように、陰極側回転体組立Ｃ
Ｒには銅でできた円筒状のロータＲＴ２が同軸状に取り
付けられており、これと同軸状に磁性体から成る磁路円
筒ＭＴ２が取り付けられている。図２又は図３又は図４
に示すように、円筒状のロータＲＴ２に対向した状態で
真空容器ＶＶの外側において真空容器壁に沿って円弧状
のステータＬＭ２が取り付けられている。前記の円筒状
のロータＲＴ２は前記の磁路円筒ＭＴ２とステータＬＭ
２で挟まれた状態に配設されている。円筒状のロータＲ
Ｔ２はステータＬＭ２から真空容器ＶＶの非磁性の材質
で出来た壁を通して電磁誘導作用を受けて回転トルクを
与えられるので陰極側回転体組立ＣＲは回転する。陰極
側回転体組立ＣＲは動圧滑り軸受から成る軸受機構ＣＢ
Ｇ内の液体金属潤滑剤を通して電気的にも熱的にも真空
容器ＶＶに接続されている。

【００２７】図４に示すように、電子銃組立ＥＧの先端
部には熱電子２を放出する陰極１が取り付けられてい
る。この陰極１の周回軌道に対向した状態で環状のＸ線
ターゲットＴＧが取り付けられている。図３又は図４に
示すように、Ｘ線ターゲットＴＧは円筒状の陽極側回転
体組立ＡＲに機械的に結合されている。陽極側回転体組
立ＡＲは、常温で液体である液体金属を潤滑剤とした動
圧滑り軸受から成る軸受機構ＡＢＧを介して、真空容器
ＶＶの一部に回転自在に取り付けられている。陽極側回
転体組立ＡＲには銅管でできた円筒状のロータＲＴ１が
取り付けられており、これと同軸状に磁性体から成る磁
路円筒ＭＴ１が取り付けられている。円筒状のロータＲ
Ｔ１に対向した状態で真空容器ＶＶの外側において真空
容器壁に沿って円弧状のステータＬＭ１が３個取り付け
られている。前記の円筒状のロータＲＴ１は前記の磁路
円筒ＭＴ１とステータＬＭ１で挟まれた状態に配設され
ている。円筒状のロータＲＴ１はステータＬＭ１から真
空容器ＶＶの非磁性の材質で出来た壁を通して電磁誘導
作用を受けることによって回転トルクを与えられるの
で、陽極側回転体組立ＡＲは回転する。Ｘ線ターゲット
ＴＧの回転中心軸と前記の電子銃組立ＥＧに含まれる陰
極１の周回中心軸ＣＣ’とは一致しており、陰極１は常
にＸ線ターゲットＴＧの表面と対向した状態で両者は互
いに反対方向に回転する。

【００２８】図３又は図４を参照して陰極給電機構ＳＬ
１について説明する。図３又は図４に示す実施例では３
個の陰極給電機構ＳＬ１が同軸状に取り付けられてお
り、３本の独立した電流通路を形成している。これらの
図では陰極給電機構ＳＬ１の内部構造は簡略化して表し
ている。電子銃組立ＥＧの陰極１は、真空容器ＶＶ内の
真空空間で電子銃組立ＥＧの周回中心軸ＣＣ’と実質的
に同じ中心軸を持つ環状の陰極給電機構ＳＬ１を通し
て、高電圧端子ＨＴに電気的に接続されている。高電圧
端子ＨＴには、真空容器ＶＶの外に在る図示しない高電
圧電源から、およそー１５０ＫＶの負の高電圧と電子銃
組立ＥＧの陰極１を加熱する電力が供給される。それぞ
れの陰極給電機構ＳＬ１は固定部と回転部とを有し、固
定部は絶縁体２２０を介して電気絶縁を保ちながら真空
容器ＶＶの一部に機械的に固定されている。陰極給電機
構ＳＬ１の回転部と固定部は液体金属を潤滑剤とする動
圧滑り軸受を構成しており、液体金属潤滑剤を介して両
者間で通電される。陰極給電機構ＳＬ１の回転部が電子
銃組立ＥＧに弾力性のある回転トルク伝達機構２１７で
機械的に連結されており、陰極給電機構ＳＬ１は、ある
程度の偏芯及び軸方向の変位を許容した状態で電子銃組
立ＥＧと共に回転する。

【００２９】Ｘ線ターゲットＴＧは陽極側回転体組立Ａ
Ｒの軸受機構ＡＢＧ内に在る液体金属潤滑剤を介して電
気的にも熱的にも真空容器ＶＶに結合されている。真空
容器ＶＶは接地電位になっており、冷却水等で強制冷却
されている。従って、Ｘ線ターゲットＴＧは接地電位に
設定されると共に、Ｘ線ターゲットＴＧから発生した多
量の熱は液体金属潤滑剤を介して真空容器ＶＶの壁の部
分を流れる冷却水で効率良く取り去られる。Ｘ線ターゲ
ットＴＧと冷却水との間の熱抵抗は十分に小さいのでＸ
線ターゲットＴＧの温度は低く保たれる為にＸ線ターゲ
ットＴＧへの大電力の入力が許容され、極めて多量のＸ
線を短時間に発生することができる。

【００３０】電子銃組立ＥＧは、図２、図３、図４に示
すように陰極側回転体組立ＣＲの周囲に取り付けられて
いる。ここで、Ｆ１は前記の電子２が加速されてＸ線タ
ーゲットＴＧに衝突してできるＸ線の焦点を示してい
る。Ｘ線焦点Ｆ１はＸ線を発生させながら図２（Ｂ）又
は図６に示すように速度V1で周回する。このＸ線焦点Ｆ
１の現在角度位置は陰極側回転体組立ＣＲと真空容器Ｖ
Ｖの一部に取り付けられた陰極周回角度検出機構ＰＧ１
によって検出される。この陰極周回角度検出機構ＰＧ１
は、陰極側回転体組立ＣＲに取り付けたグラテイキュー
ルに、真空容器VVに取り付けた透明な窓（図示せず）を
透して、レーザー光線を照射して、前記のグラテイキュ
ールからの反射光を真空容器VVの外に在る受光器で受信
して、陰極側回転体組立ＣＲの回転数と回転角度を検出
するように構成されている。Ｘ線焦点Ｆ１から放射され
たＸ線は、図２（Ａ）又は図３又は図４に示すように、
Ｘ線ターゲットＴＧの内側にあるＸ線分布制限機構ＸＬ
によってファン状に整形され、真空容器ＶＶのＸ線放出
窓ＸＷ（図４参照）を通過し、真空容器VVの外部にある
環状の検出器取り付け構造体ＤＲに取り付けられたウェ
ッジフィルタＷＦを通過してファン方向のＸ線強度分布
を適正化された後に、前記の検出器取り付け構造体ＤＲ
に取り付けられたスリット機構ＳＬＴを通過して、被検
体Mの体軸方向（以後、スライス方向という）のX線分布
が整形され、被検体Ｍを通過した後に、前記の検出器取
り付け構造体ＤＲに移動可能に取り付けられたX線検出
器ＸＤＴの対向面に到達する。X線検出器ＸＤＴは１０
００個程度の検出素子によってファン方向に分割されて
おり、それぞれがスライス方向に８個程度の検出素子に
分割されている。

【００３１】図２（Ｂ）又は図６に示すように、Ｘ線焦
点Ｆ１から出たＸ線は、それぞれがＸ線検出器ＸＤＴの
細分化された検出素子で受信される。Ｘ線検出器ＸＤＴ
とＸ線焦点Ｆ１とはそれぞれの回転中心軸を挟んで対向
する位置で、相対位置関係が正確に一定に保たれるよう
に制御される。したがって、いわゆる第３世代のＣＴス
キャナであるローテート／ローテート方式の超高速ＣＴ
スキャナとなっている。Ｘ線検出器ＸＤＴの各検出素子
のそれぞれには、Ｘ線焦点Ｆ１の方向を向いたコリメー
タが取り付けてあり、回転中心軸ＣＣ’の近傍に置かれ
た被検体Ｍから発生する散乱Ｘ線を受けないようになっ
ている。それぞれの検出素子で検出された信号は、デー
タ収集回路ＤＡＳでデジタル信号に変換され、スリップ
リングＳＬＰ１を介して図示しないメインコンピュータ
に送られて断層像に再構成され、図示しない画像表示装
置に表示されてＣＴ画像が得られるようになっている。

【００３２】ある瞬間に鉛直上方に位置した状態におけ
る電子銃組立周辺の断面の一部を拡大して図４に示して
おり、同じ部分は同じ記号を付している。図４におい
て、軸受機構ＣＢＧの内部構造は簡略化して表してい
る。陰極側回転体組立ＣＲは全体的に見ると概略回転対
称構造であり、これに取り付けられた電子銃組立ＥＧ等
の部品は小型で軽量であるので１０ｒｐｓ程度の高速回
転に十分耐えることができる。Ｘ線ターゲットＴＧは、
直径が１２０ｃｍと大型であり、Ｘ線焦点Ｆ１と反対方
向に回転しており、前記のように強制冷却されているの
でＸ線ターゲットＴＧの表面温度が高くなり難く、Ｘ線
ターゲットＴＧへの大電力の入力が許容されるので、本
発明のX線CTスキャナでは、短時間に十分な量のＸ線を
発生することができ、超高速スキャンであるにもかかわ
らずフォトンノイズが少ない良質なＣＴ画像を得ること
ができる。また、マルチスライススキャンを実現してお
り、Ｘ線の有効利用ができ、中心軸ＣＣ’と平行な方向
の解像度を高めることもできるだけでなく、広い範囲の
撮影を短時間で完了して３次元のリアルタイムＣＴ画像
を得ることができる。

【００３３】上記の構成のＸ線ＣＴスキャナを実現する
為に避けて通れないのは、前記の機器構成で実用できる
軸受機構ＣＢＧ、ＡＢＧ、及び前記の陰極給電機構ＳＬ
１の回転部分を真空中で回転自在に支承する動圧滑り軸
受を実現させることである。従来は、直径が５ｃｍ以下
である小型で且つ軸受の開口が片側のみにある動圧滑り
軸受は実用化されている。この場合には、動圧滑り軸受
の内部に挿入された液体金属潤滑剤は軸受の開口におけ
る表面張力の作用で軸受の開口より内側に留められてい
た。動圧滑り軸受の十分な動圧力を得る為には回転部分
と固定部分のギャップのサイズは数十μｍに限定されて
いた。例えば軸受の開口におけるギャップのサイズが５
０μｍの場合には液体金属潤滑剤の高低落差がおよそ１
８ｃｍを超えると、重力加速度による液体金属潤滑剤の
静圧力が軸受の開口における表面張力の圧力効果に打ち
勝って液体金属潤滑剤が外部に漏出する。このことは、
軸受の回転部分が回転を停止したときに深刻な問題とな
る。特に、本発明の場合のように軸受の開口の周方向に
おける高低落差が１００ｃｍ程度の動圧滑り軸受は従来
の技術では実現不可能であった。

【００３４】図５を参照して動圧滑り軸受から成る軸受
機構ＣＢＧの実施例について説明する。図５は陰極側回
転体組立ＣＲと陰極側の軸受機構ＣＢＧの断面の一部を
拡大して表している。図５の上方の部分は実使用時にお
いて、ある瞬間に鉛直上方に位置する部分を示し、下方
の部分は同じ瞬間に鉛直下方に位置する部分を示してい
る。図５においては中央部を省略して短縮して表示して
いる。陰極側回転体組立ＣＲには軸受機構ＣＢＧの回転
部分である軸受回転体１０２が同軸状に取り付けてあ
る。軸受回転体１０２には軸受機構ＣＢＧの固定部分で
ある軸受固定体１０１がギャップを有して嵌め合わせて
ある。軸受固定体１０１の一部は真空容器ＶＶに機械的
及び熱的に結合されている。軸受固定体１０１と軸受回
転体１０２とは互いに対向した面を有し、この対向した
面は第一の軸受ギャップ１０３、１０８、第二の軸受ギ
ャップ１０４，１０９、第三の軸受ギャップ１０６、１
１１を有している。これらの軸受ギャップを構成する対
向面の少なくとも一方にはヘリンボーン状の軸受溝があ
る。第一、第二、第三の軸受ギャップ内には常温で液体
である液体金属、好適にはガリウム、インジューム、鈴
の合金からなる潤滑剤が充填されており、それぞれの軸
受ギャップは、ラジアル軸受と、これを挟んで互いに距
離をもって対向して取り付けられた第一のスラスト軸
受、及び第二のスラスト軸受のそれぞれを構成する軸受
ギャップに対応している。軸受ギャップ１０３と１０
８、軸受ギャップ１０４と１０９、軸受ギャップ１０６
と１１１とはそれぞれ同一のものであり、異なる番号は
示す位置の違いを表している。ここで、軸受ギャップと
は対向する面の少なくとも一方に前記の軸受溝を有して
いることを示している。

【００３５】陰極側回転体組立ＣＲに回転トルクが与え
られた場合には、これらの軸受内に動圧力が生じるので
回転部分を浮上させて回転自在に支承することができ
る。軸受回転体１０２が回転している場合にはそれぞれ
の軸受ギャップ内の液体金属潤滑剤は、軸受の内部に閉
じ込める作用を受けるので軸受ギャップから外部の真空
空間に漏出することは無い。

【００３６】図５に示すように、前記第一のスラスト軸
受の軸受ギャップ１０４，１０９、第二スラスト軸受の
軸受ギャップ１０６，１１１を構成するそれぞれの対向
面は平面状になっており、第一のスラスト軸受の軸受ギ
ャップ１０４，１０９はラジアル軸受の軸受ギャップ１
０３，１０８と隣接しており、第二のスラスト軸受の軸
受ギャップ１０６、１１１はラジアル軸受の軸受ギャッ
プ１０３，１０８と隣接している。言い換えると、第一
のスラスト軸受と第二のスラスト軸受が軸受組立の端部
に構成されている。第一のスラスト軸受には軸受の実質
的な境界となる軸受開口１２１、１２１’が、第二のス
ラスト軸受には実質的な軸受の境界となる軸受開口１２
０、１２０’がある。

【００３７】軸受開口１２０、１２０’、及び軸受開口
１２１、１２１’における前記の液体金属潤滑剤で濡れ
ない表面において液体金属潤滑剤の表面に表面張力が作
用し、前記の軸受回転体１０２が回転を停止した場合に
も液体金属潤滑剤が外部に漏出するのが防止される。重
力加速度による液体金属潤滑剤内の静圧力は液体金属潤
滑剤の喫水線からの深さに比例する。言い換えると、鉛
直下方に位置するに従って液体金属潤滑剤内の静圧力が
より大きいことになる。一方、前記の液体金属潤滑剤を
押し戻す表面張力の圧力効果は軸受開口のギャップのサ
イズに反比例する。従って、軸受開口１２０、１２
０’、及び軸受開口１２１、１２１’のギャップのサイ
ズを十分に小さくしておくと大きな直径を持つ動圧滑り
軸受の内部から液体金属潤滑剤が漏出するのを防止する
ことができる。

【００３８】本発明に使用される第一のスラスト軸受と
第二のスラスト軸受の間隔は１０ｃｍ以下であり、軸受
の温度が低いので、熱膨張の影響を小さく保つことがで
き、スラスト軸受の軸受ギャップのサイズを十分に小さ
く保つことができる。また、軸受ギャップを構成する面
は回転中心軸ＣＣ’の方向に垂直であるので遠心力の影
響を無視できる。更に、スラスト軸受の軸受面は平面で
あるので加工精度を十分に高めることも容易であり、軸
受ギャップのサイズを高精度に小さな値の保つことは容
易にできる。軸受開口をスラスト軸受の端部に設ける
と、軸受開口のギャップのサイズはスラスト軸受の軸受
ギャップのサイズと同じ程度に小さくできる。例えば、
軸受開口のギャップのサイズを１７μｍに保った場合に
は、１２０cm以上の高低差がある液体金属潤滑剤に打ち
勝つ表面張力を発生させることができる。従って、真空
空間との全ての境界をこのようにギャップのサイズが小
さいスラスト軸受の端部にある軸受開口１２０、１２
０’、及び軸受開口１２１、１２１’に限定することに
より、簡単に前記の液体金属潤滑剤を軸受機構ＣＢＧの
内部に閉じ込めることができ、どの場合においても液体
金属潤滑剤が漏出しない動圧滑り軸受を提供することが
できる。

【００３９】この発明を採用すると、真空空間と連通す
る前記の軸受開口１２０、１２０’、及び軸受開口１２
１、１２１’の直径が１００ｃｍを超える場合も、液体
金属潤滑剤が真空領域に漏出しないで安定な動作をする
動圧滑り軸受を用いた軸受機構ＣＢＧを実現することが
できる。陽極側回転体組立ＡＲの支承に使われる軸受機
構ＡＢＧ、及び前記の陰極給電機構ＳＬ１に使用される
軸受機構も同様の構造となっている。

【００４０】軸受回転体１０２が十分な高速度で回転し
ている場合には前記のラジアル軸受、第一のスラスト軸
受、第二のスラスト軸受において比較的大きな軸受損失
が発生するが、軸受固定体１０１は外部から強制冷却さ
れている真空容器ＶＶに熱的にも結合されているので低
い温度に保たれる。軸受回転体１０２は、ラジアル軸
受、第一のスラスト軸受、第二のスラスト軸受のそれぞ
れの軸受ギャップ内にある液体金属潤滑剤を介して軸受
固定体１０１に熱的に結合されており、十分に低い温度
に保たれる。また、軸受回転体１０２には陰極側回転体
組立ＣＲが機械的に結合してあり、陰極回転体組立ＣＲ
には電子銃組立ＥＧなどの発熱体が取り付けてある。特
に、陽極側の軸受機構ＡＧＢでは多量の熱を発生するＸ
線ターゲットＴＧから多量の熱が流入する。これらの場
合でも、上記の理由により軸受部分の温度を十分に低く
することができる。

【００４１】次にX線検出器ＸＤＴの周辺の構造につい
て図２と図３と図６とを参照して説明する。真空容器Ｖ
Ｖは、容器支持機構ＰＬに取り付けられており、容器支
持機構ＰＬは容器移動機構ＲＬによって水平方向に移動
可能に架台ＧＴ上で支承されている。真空容器ＶＶの水
平方向の現在位置は架台ＧＴに取り付けられた容器位置
検出機構（図示せず）によって検出されるようになって
いる。容器移動機構ＲＬは、前記の容器位置検出機構の
出力に基づいて図示しない制御器によって制御され、真
空容器ＶＶを、予め定められたスケジュールに従って、
X線焦点Ｆ１の周回に連動して、回転中心軸ＣＣ’の方
向に移動させるように構成されている。

【００４２】X線焦点Ｆ１の周回軌道と同軸に、固定リ
ングＤＳが前記の容器支持機構ＰＬに取り付けられてい
る。固定リングＤＳには軸受ＤＳ０１を介して検出器取
り付け構造体ＤＲが回転自在に取り付けられている。固
定リングＤＳと検出器取り付け構造体ＤＲの間には、検
出器取り付け構造体ＤＲ上に取り付けられたデータ収集
回路ＤＡＳ等の電子回路と固定部分との電気通路を形成
するスリップリングＳＬＰ１が取り付けられている。検
出器取り付け構造体ＤＲは、容器支持機構ＰＬに取り付
けられたサーボもータＭＴＲ２によって、回転力伝達機
構ＭＴＤＲを介して回転させられるようになっている。
検出器取り付け構造体ＤＲの回転角度は、角度位置検出
機構ＰＧ２により基準位置からの円周上の距離が０．０
５ｍｍ以上の精度で検出されるようになっている。ま
た、検出器取り付け構造体ＤＲにはウェッジフィルタＷ
Ｆが選択可能に取り付けられている。このウェッジフィ
ルタＷＦより径が小さい側に位置するように、前記の検
出器取り付け構造体ＤＲにスリット機構ＳＬＴが取り付
けられている。回転中心軸ＣＣ’に対してウェッジフィ
ルタＷＦと対称な位置の検出器取り付け構造体ＤＲ上に
円弧状の検出器移動金具ＸＤＴＭがガイド機構ＲＬ１を
介してファン方向に移動可能に取り付けられている。

【００４３】図２（Ｂ）及び図６に示すように、検出器
移動金具ＸＤＴＭのファン方向の端部には、積層型圧電
アクチュエータＬ０１を含んで構成される相対位置調整
機構ＬＡＣが取り付けてあり、図９に示すように、相対
位置調整機構ＬＡＣの一端は検出器取り付け構造体ＤＲ
に金具Ｌ０７を用いて取り付けられている。積層型圧電
アクチュエータＬ０１に印加する電圧Ｌ０８を変化する
ことによる積層型圧電アクチュエータＬ０１の伸縮を増
幅して検出器移動金具ＸＤＴＭをファン方向に移動する
様になっている。検出器移動金具ＸＤＴＭのファン方向
の他端には、スプリングから成る与圧機構ＰＲＬが取り
付けられており、与圧機構ＰＲＬの他端は検出器取り付
け構造体ＤＲに取り付けられている。与圧機構ＰＲＬは
相対位置調整機構ＬＡＣの伸縮可能距離の半分の変位を
相対位置調整機構ＬＡＣに与える強さの与圧を検出器移
動金具ＸＤＴＭに与えるように設定されている。このと
き、積層型圧電アクチュエータＬ０１には最大電圧の半
分に相当するおよそ７５Ｖが端子Ｌ０８に与えられてい
る。

【００４４】X線検出器ＸＤＴにはCT画像のデータを採
取するための主検出素子アレイＸＭＡＩＮと、X線検出
器ＸＤＴとX線焦点Ｆ１との相対位置を検出するための
位置検出素子アレイＸＰＯＳＩと、X線強度をモニタす
る為のレファレンス検出素子ＸＲＥＦとが含まれてい
る。主検出素子アレイＸＭＡＩＮはファン方向におよそ
１０００個の検出素子を、スライス方向に８個の検出素
子を含む面検出器を構成している。位置検出素子アレイ
ＸＰＯＳＩは、ファン方向に分離して２個の以上の検出
素子を含んでおり、後述するように、これらの検出素子
の出力差からX線焦点F1とＸ線検出器ＸＤＴの相対位置
を検出する。レファレンス検出素子ＸＲＥＦはX線の強
度をモニタして主検出素子アレイＸＭＡＩＮ及び位置検
出素子アレイＸＰＯＳＩの変動補正に使用される。位置
検出素子アレイＸＰＯＳＩ及びレファレンス検出素子Ｘ
ＲＥＦは、これらとX線焦点とを結ぶ領域に被検体Mが含
まれないようにＸ線検出器ＸＤＴの端部に取り付けられ
ている。

【００４５】次にX線検出器ＸＤＴとX線焦点Ｆ１との相
対位置を正確に保持する方法について説明する。先ず、
X線焦点Ｆ１と検出器取り付け構造体ＤＲとの相対位置
を制御するための回転位相制御について図７を参照して
説明する。X線焦点Ｆ１の角度位置は、前記の陰極周回
角度検出機構ＰＧ１から成る焦点位置検出機構によって
検出される。焦点位置検出機構は、前記の陰極側回転体
組立ＣＲの回転角度とX線焦点F1との相対関係が不変で
あると仮定して陰極側回転体組立ＣＲの回転角度を検出
することによりX線焦点F1の位置を推定するように構成
されている。X線検出器ＸＤＴの位置は、検出器取り付
け構造体ＤＲとの相対位置が不変であると仮定して、検
出器取り付け構造体ＤＲの回転角度を前記の角度位置検
出機構ＰＧ２を用いて検出することによって推定され
る。X線焦点F1の位置とX線検出器ＸＤＴの位置が両者の
回転中心Ｏを挟んで対向する状態にあるときに陰極周回
角度検出機構ＰＧ１の出力と角度位置検出機構ＰＧ２の
出力の差がゼロになるように設定されている。

【００４６】前記のように、真空容器の内部に在る陰極
側回転体組立ＣＲは、これに取り付けられた円筒状のロ
ータＲＴ２と真空容器ＶＶの外部にあるステータＬＭ２
との間の電磁誘導作用で回転トルクが与えられ、速度Ｖ
１で回転する。図７に示すように、陰極周回角度検出機
構ＰＧ１の出力のパルス信号は、波形整形器ＤＲＣ１に
よってパルス波形が整形されて回転方向が判別され、カ
ウンタＣＮＴ１においてパルス数をカウントすることに
よって回転角度に変換される。この場合、カウント数は
３０万パルスが全周囲に相当するようになっているので
１パルスは４．３秒の角度に相当し、直径１２０ｃｍの
円周上では１２．６μｍに相当する。また、陰極周回角
度検出機構ＰＧ１の基準位置の信号が基準位置検出器Ｚ
ＥＲＯ１によって検出され、これらの信号がコンピュー
タ部ＣＭＰＲ１に入力される。コンピュータ部ＣＭＰＲ
１がメインコンピュータＨＳＴの指令を受けて陰極側回
転体組立ＣＲの回転速度が一定値Ｖ１になるように信号
をモータードライバーＤＲＶ１に与える。モータードラ
イバーＤＲＶ１の出力は前記のステータＬＭ２にパワー
を与えて、陰極側回転体組立ＣＲの回転速度が一定値Ｖ
１になるように自動制御する。陰極側回転体組立ＣＲの
慣性モーメントが大きいこともあり、回転速度は高精度
に一定にできる。

【００４７】同様に、図７に示すように、角度位置検出
機構ＰＧ２のパルス信号は、波形整形器ＤＲＣ２によっ
てパルス波形が整形されて回転方向が判別され、カウン
タＣＮＴ２においてパルス数をカウントすることによっ
て回転角度に変換される。この場合、カウント数は３０
万パルスが全周囲に相当するようになっているので１パ
ルスは４．３秒の角度に相当し、直径９０ｃｍの円周上
では９．４μｍに相当する。また、角度位置検出機構Ｐ
Ｇ２の基準位置の信号が基準位置検出器ＺＥＲＯ２によ
って検出され、これらの信号がコンピュータ部ＣＭＰＲ
２に入力される。更に、前記のカウンタＣＮＴ１の出力
とカウンタＣＮＴ２の出力の差を差分器ＤＩＦによって
検出し、これらの差信号は、コンピュータ部ＣＭＰＲ２
に入力される。コンピュータ部ＣＭＰＲ２は、メインコ
ンピュータＨＳＴの指令を受けて検出器取り付け構造体
ＤＲの回転速度が一定値Ｖ２に近づくとともに、前記の
陰極側回転体組立ＣＲとの相対位置が予め決められた値
になるように計算されて、その出力がモータードライバ
ーＤＲＶ２に与えられる。速度Ｖ２は速度Ｖ１に限りな
く近い値である。モータードライバーＤＲＶ２の出力
は、サーボモータＭＴＲ２にパワーを与えて、検出器取
り付け構造体ＤＲが一定値Ｖ１で回転している陰極側回
転体組立ＣＲと同じ位置関係を保つようにに自動制御す
る。

【００４８】上記の制御によって、X線焦点Ｆ１と検出
器取り付け構造体ＤＲとの相対位置をかなり正確に保持
することができるので、X線検出器ＸＤＴを直接に検出
器取り付け構造体ＤＲに固定した場合にはX線焦点Ｆ１
とX線検出器ＸＤＴとの相対位置関係を対向した位置に
保つことが出来、いわゆる第３世代の高速スキャンＣＴ
スキャナを実現させることができる。

【００４９】しかしながら、前記の陰極側回転体組立Ｃ
Ｒの回転角度とX線焦点F1との相対関係が不変であると
の仮定や、X線検出器ＸＤＴの位置が検出器取り付け構
造体ＤＲとの相対位置が不変であるとの仮定は時には外
れることがある。例えば、遠心力や熱膨張によってX線
焦点Ｆ１やX線検出器ＸＤＴの位置がずれることや、前
記の自動制御で予期しない擾乱によって遅れが生じるこ
とが考えられる。

【００５０】この不都合を除去して、より確実にX線焦
点Ｆ１とX線検出器ＸＤＴとの相対位置関係を保つため
の方法について次に述べる。図７と図８に示すように、
位置検出素子アレイＸＰＯＳＩの内、ファン方向に分離
した２個の検出素子の出力は、それぞれＸ１，Ｘ２で表
しており、これらは、デイスクリミネータＤＳＣＲに導
かれる。図８に示すように、デイスクリミネータＤＳＣ
Ｒ内では、カウンタＸ−ＲＡＹ＿Ｘ１、Ｘ−ＲＡＹ＿Ｘ
２で出力Ｘ１，Ｘ２が計数される。レファレンス検出素
子ＸＲＥＦの出力ＲＥＦをカウンタＸ−ＲＡＹ＿ＲＥＦ
で計数した後、除算器ＤＩＶ１，ＤＩＶ２において前者
の出力を後者の出力で除してＸ線の変動を取り除いた後
に、それぞれの出力ＳＩＧ１，ＳＩＧ２を得る。これら
の出力は差分器Ｘ−ＤＩＦに入力されて出力ＳＩＧ−Ｏ
ＵＴを得るようになっている。検出器取り付け構造体Ｄ
Ｒには金属棒で出来たマーカー用Ｘ線遮蔽体ＰＩＮが取
り付けられており、X線焦点Ｆ１とマーカー用Ｘ線遮蔽
体ＰＩＮと位置検出素子アレイＸＰＯＳＩが図６に示す
ように一直線に近づいた状態における前記の信号ＳＩＧ
１，ＳＩＧ２は図１０に示すように変化する。ここで、
横軸ｄはX線焦点Ｆ１とX線検出器ＸＤＴとの相対位置の
ずれ量を表している。ファン方向に分離した２個の検出
素子の距離が２ａだけ離れていることを示している。

【００５１】差分器Ｘ−ＤＩＦの出力ＳＩＧ−ＯＵＴは
図１０（Ｂ）に示すように弁別され、図７に示すＶ／Ｆ
コンバータＶ／Ｆと、Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄを通過した後
に第３のコンピュータ部ＣＭＰＲ３に入力され、差分器
Ｘ−ＤＩＦの出力ＳＩＧ−ＯＵＴがゼロになるように制
御する信号がドライバーＤＲＶ３に入力され、その出力
が相対位置調整機構ＬＡＣに与えられる。尚、出力ＳＩ
Ｇ−ＯＵＴはコンピュータ部ＣＭＰＲ３に記憶されてお
り、間歇的なＸ線を発生させ、Ｘ線の発生が修了した後
にこの値を使用して前記の自動制御を行っても良い。

【００５２】相対位置調整機構ＬＡＣは、図９に示すよ
うに、積層型圧電アクチュエータＬ０１を含んでおり、
電圧Ｌ０８の変化によって瞬時に伸縮する。例えば１５
０Ｖの電圧を印加することにより６０μｍ変化し、発生
力は３０００Ｋｇｆ程度となる。積層型圧電アクチュエ
ータＬ０１の伸縮は支点Ｌ０４、力点Ｌ０５，作用点Ｌ
０６を持つテコＬ０２によって伸縮距離がおよそ１０倍
に拡大される。このとき、作用点Ｌ０６での発生力は３
００Ｋｇｆ程度となる。X線検出器ＸＤＴの質量はおよ
そ５０Ｋｇであるので、X線検出器ＸＤＴは最大６Ｇの
加速度を得ることができる。相対位置調整機構ＬＡＣの
積層型圧電アクチュエータＬ０１の伸縮によって検出器
移動金具ＸＤＴＭに作用を与え、同時に検出器取り付け
構造体ＤＲは取付金具Ｌ０３，Ｌ０７を介して反作用を
受けるが、検出器取り付け構造体ＤＲの慣性モーメント
が大きいことと、検出器取り付け構造体ＤＲの自動制御
によって自分自身の回転速度の変動はきわめて小さくな
るようになっている。

【００５３】一方、検出器取り付け構造体ＤＲの回転半
径は４６ｃｍ程度、慣性モーメントは３２８Ｋｇｆ・ｃ
ｍ・ｓｅｃ^２程度であり、これを６００ｒｐｍの回転速
度に維持するときに必要な周上での推力は８．１Ｋｇｆ
程度である。モータードライバーＤＲＶ２の出力の変動
や、軸受部の摩擦の変動などによる擾乱によってこの推
力が１０％変動したとして、これを補正しない状態で検
出器取り付け構造体ＤＲが一周する場合に生じる位置ず
れは０．３ｍｍに相当する。この状況は、陰極側回転体
組立ＣＲの回転駆動についても概略当てはまる。しかる
に、本発明では、前記したように、これらの擾乱の推力
よりも遥かに大きな推力で瞬時に相対位置調整機構ＬＡ
Ｃによって位置ずれが阻止されるように自動制御される
ためにこのような位置ずれは発生せず、Ｘ線焦点Ｆ１と
X線検出器ＸＤＴとの相対位置関係は正確に一定に保た
れる。

【００５４】差分器Ｘ−ＤＩＦの出力ＳＩＧ−ＯＵＴ
は、Ｘ線焦点Ｆ１とX線検出器ＸＤＴとの相対位置関係
のずれの量に対応しており、これらに相対的な位置ずれ
が生じた場合でもこの値をコンピュータ部ＣＭＰＲ２で
位置ずれ量の絶対値に換算してメインコンピュータＨＳ
Ｔに転送して、画像再構成時に再構成パラメータとして
利用することにより、より正確なＣＴ画像を得ることが
できる。

【００５５】本発明を実施例に関連して説明したが、本
発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に限定さ
れるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱する
ことなく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろ
な変更及び改変を加えることができることを理解された
い。例えば、この発明では陰極側回転体組立ＣＲとＸ線
ターゲットＴＧの両方を回転させる構造を示している
が、Ｘ線ターゲットＴＧ及びこれに繋がっている部分を
固定にした構造のカソードスキャン型Ｘ線発生器を使用
したＸ線ＣＴスキャナを含む事は勿論である。また、上
記の実施例では常温で液体である液体金属を潤滑剤とし
て使用した例を示しているが、やや高い融点を持ってお
り常温で固体であっても動作の前に加熱して液化させて
から動作させれば同じ効果が得られることは勿論であ
る。更に、前記のＸ線ターゲットから発生したＸ線を前
記の真空容器ＶＶの外に取り出す為のＸ線放出窓は真空
容器ＶＶと一体になっていても、真空容器ＶＶの一部と
して構成されていてもこの部分でのＸ線の減衰率が小さ
ければＸ線放出窓と見なすことが出来るのは勿論であ
る。真空容器ＶＶは回転対称な形状でなくても良い事は
勿論である。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のカソード
スキャン型Ｘ線発生器を採用すると、回転する部分を真
空容器内部の概略回転対称な構造体に軽い部品を取り付
けた構造にできるので遠心力の影響が少なくなり、例え
ばスキャン時間が０．１秒の超高速スキャン型Ｘ線ＣＴ
スキャナを簡単な構造で安価に実現させることができ
る。また、短時間に多量のＸ線を発生することができ、
フォトンノイズが少ない十分に良質な画像を得ることが
できる。特に、Ｘ線検出器は、Ｘ線の発生点との相対位
置関係を正確に一定に保った状態でＸ線の発生点の周回
と同期して周回するようになっており、いわゆるローテ
ート／ローテート方式の超高速ＣＴスキャナを実現して
いる。したがって、Ｘ線検出器の前面には、開口が常に
Ｘ線の発生点の方向を向いたコリメータを取り付けるこ
とが出来、被検体から発生する散乱Ｘ線を除去した高画
質のＣＴ画像を得ることができる。その為に、例えば人
間の心臓のように動きが速い部分が被検体の内部にあっ
ても、これを忠実に高速度で撮影して高画質の画像が得
られるＸ線ＣＴスキャナを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＸ線ＣＴスキャナの概略の断面を表す図
である。

【図２】本発明に係わるカソードスキャン型Ｘ線発生器
を使ったＸ線ＣＴスキャナの全体構造体の主要部の概略
の断面図、及び概略の正面図である。

【図３】本発明に係わるＸ線ＣＴスキャナの全体構造体
を表す概略の断面図であり、図２（Ａ）の拡大図であ
る。

【図４】本発明に係わるＸ線ＣＴスキャナに使われるカ
ソードスキャン型Ｘ線発生器の、ある瞬間に鉛直上方に
位置した一部分の断面を拡大した図である。

【図５】本発明に係わるＸ線ＣＴスキャナに使われるカ
ソードスキャン型Ｘ線発生器の主要部である陰極側回転
体組立の部分を拡大した断面図である。

【図６】本発明に係わるＸ線ＣＴスキャナの主要部であ
るＸ線検出器の移動機構を中心にした説明図であり、図
２（Ｂ）の拡大図に相当する。

【図７】本発明に係わるＸ線ＣＴスキャナの、Ｘ線焦点
とＸ線検出器との相対位置を制御するシステムのブロッ
クダイアグラムである。

【図８】本発明に係わるＸ線ＣＴスキャナの、図７の一
部を詳細に示したブロックダイアグラムである。

【図９】本発明に係わるＸ線ＣＴスキャナの主要部であ
るＸ線検出器の相対位置調整機構の構造を示している。

【図１０】本発明に係わるＸ線ＣＴスキャナのＸ線焦点
とＸ線検出器との相対位置を検出する方法を説明する図
である。

【符号の説明】

ＡＢＧ 陽極側の軸受機構 ＡＲ 陽極側回転体組立 Ａ／Ｄ Ａ／Ｄ変換器 Ｂ 寝台 ＣＢＧ 陰極側の軸受機構 ＣＭＰＲ１ コンピュータ部 ＣＭＰＲ２ コンピュータ部 ＣＭＰＲ３ コンピュータ部 ＣＮＴ１ カウンタ ＣＮＴ２ カウンタ ＣＲ 陰極側回転体組立 ＤＩＦ 差分器 ＤＲ 検出器取り付け構造体 ＤＲＣ１ 波形整形器 ＤＲＣ２ 波形整形器 ＤＲＶ１ モータードライバー ＤＲＶ２ モータードライバー ＤＲＶ３ モータードライバー ＤＳ 固定リング ＤＳ０１ 軸受 ＤＳＣＲ デイスクリミネータ ＥＧ 電子銃組立 Ｆ１ Ｘ線焦点 ＧＴ 架台 ＨＳＴ メインコンピュータ ＨＴ 高電圧端子 Ｌ０１ 積層型圧電アクチュエータ Ｌ０２ テコ Ｌ０３ 取付金具 Ｌ０４ 支点 Ｌ０５ 力点 Ｌ０６ 作用点 Ｌ０７ 金具 ＬＡＣ 相対位置調整機構 ＬＭ１ 円弧状のステータ ＬＭ２ 円弧状のステータ Ｍ 被検体 ＭＴ１ 磁路円筒 ＭＴ２ 磁路円筒 ＭＴＤＲ 回転力伝達機構 ＭＴＲ２ サーボもータ ＰＩＮ マーカー用Ｘ線遮蔽体 ＰＬ 支持機構 ＰＧ１ 陰極周回角度検出機構 ＰＧ２ 角度位置検出機構 ＰＲＬ 与圧機構 ＲＥＦ 出力 ＲＬ 移動機構 ＲＬ１ ガイド機構 ＲＴ１ 円筒状のロータ ＲＴ２ 円筒状のロータ ＳＬ１ 陰極給電機構 ＳＬＰ１ スリップリング ＳＬＴ スリット ＴＧ Ｘ線ターゲット ＶＣ 排気口 Ｖ／Ｆ Ｖ／Ｆコンバータ ＶＶ 真空容器 ＷＦ ウェッジフィルタ Ｘ１ 検出素子の出力 Ｘ２ 検出素子の出力 ＸＤＴ X線検出器 ＸＤＴＭ 検出器移動金具 ＸＭＡＩＮ 主検出素子アレイ ＸＰＯＳＩ 位置検出素子アレイ ＸＲＥＦ レファレンス検出素子 ＸＷ Ｘ線放出窓 ＺＥＲＯ１ 基準位置検出器 ＺＥＲＯ２ 基準位置検出器 １ 陰極 ２ 電子ビーム １０１ 軸受固定体 １０２ 軸受回転体 １０３ ラジアル軸受ギャップの鉛直上方部分 １０４ 第一スラスト軸受の軸受ギャップの鉛直上
方部分 １０５ 端部ギャップの鉛直上方部分 １０６ 第二スラスト軸受の軸受ギャップの鉛直上
方部分 １０７ 端部ギャップの鉛直上方部分 １０８ ラジアル軸受ギャップの鉛直下方部分 １０９ 第一スラスト軸受の軸受ギャップの鉛直下
方部分 １１０ 端部ギャップの鉛直下方部分 １１１ 第二スラスト軸受の軸受ギャップの鉛直下
方部分 １１２ 端部ギャップの鉛直下方部分 １２０ 軸受開口の鉛直下方部分 １２０’ 軸受開口の鉛直上方部分 １２１ 軸受開口の鉛直下方部分 １２１’ 軸受開口の鉛直上方部分 ２１７ 回転トルク伝達機構 ２２０ 絶縁体 １００１ 従来のＸ線ＣＴスキャナの固定架台 １００２ 従来のＸ線ＣＴスキャナの回転架台 １００３ 従来のＸ線ＣＴスキャナの軸受 １００４ 従来のＸ線ＣＴスキャナのＸ線管 １００５ 従来のＸ線ＣＴスキャナのＸ線 １００６ 従来のＸ線ＣＴスキャナの検出器 １００７ 従来のＸ線ＣＴスキャナの電子回路 １００８ 従来のＸ線ＣＴスキャナの制御器 １００９ 従来のＸ線ＣＴスキャナの回転駆動機構

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部を真空の状態に保持して真空空間を
   形成するドーナツ形状の真空容器と、この真空容器の内
   部の真空空間において周回軌道を成して周回しながらＸ
   線を発生するＸ線焦点と、このＸ線焦点の位置を検出す
   るための焦点位置検出機構と、前記のＸ線焦点の周回軌
   道と同軸的であり、大気中において回転自在に取り付け
   られており、前記のＸ線焦点の周回と同じ方向に回転す
   る検出器取り付け構造体と、この検出器取り付け構造体
   の角度位置を検出する為の角度位置検出機構と、前記の
   検出器取り付け構造体に取り付けられたＸ線検出器と、
   を含んでおり、前記の周回するＸ線焦点と前記の周回す
   るＸ線検出器との相対位置が一定になるように前記の検
   出器取り付け構造体の回転位相が自動制御されることを
   特徴とするＸ線ＣＴスキャナ。
2. 【請求項２】 前記のＸ線検出器と前記のＸ線焦点との
   相対位置を、前記のＸ線焦点から発生するＸ線を利用し
   て検出する相対位置検出機構を更に含んで成り、前記の
   周回するＸ線焦点と前記の周回するＸ線検出器との相対
   位置が一定になるようにＸ線曝射中又はＸ線曝射後に自
   動制御されることを特徴とする特許請求項１に記載のＸ
   線ＣＴスキャナ。
3. 【請求項３】 前記の焦点位置検出機構の出力を用いて
   前記のＸ線焦点の周回速度を一定にする働きをもつ第一
   の自動制御回路と、前記の周回するＸ線焦点と前記の周
   回するＸ線検出器との相対位置が一定になるように前記
   の検出器取り付け構造体の回転位相を制御する第二の自
   動制御回路とを含むことを特徴とする特許請求項１又は
   ２に記載のＸ線ＣＴスキャナ。
4. 【請求項４】 内部を真空の状態に保持して真空空間を
   形成するドーナツ形状の真空容器と、この真空容器の内
   部の真空空間において周回軌道を成して周回しながらＸ
   線を発生するＸ線焦点と、このＸ線焦点の位置を検出す
   るための焦点位置検出機構と、前記のＸ線焦点の周回軌
   道と同軸的であり、大気中において回転自在に取り付け
   られており、前記のＸ線焦点の周回と同じ方向に回転す
   る検出器取り付け構造体と、この検出器取り付け構造体
   の角度位置を検出する為の角度位置検出機構と、前記の
   検出器取り付け構造体に移動可能な状態で取り付けられ
   たＸ線検出器と、このＸ線検出器と前記のＸ線焦点との
   相対位置を検出する為の相対位置検出機構と、前記のＸ
   線検出器と前記の検出器取り付け構造体との相対位置を
   調整する相対位置調整機構とを含んでおり、前記の周回
   するＸ線焦点と前記の周回するＸ線検出器との相対位置
   が一定になるように前記のＸ線検出器と前記の検出器取
   り付け構造体との相対位置がＸ線曝射中又はＸ線曝射後
   に自動制御されることを特徴とするＸ線ＣＴスキャナ。
5. 【請求項５】 前記の焦点位置検出機構の出力と前記の
   角度位置検出機構の出力との差が予め定められた第一の
   設定値以下になるように前記の検出器取り付け構造体の
   回転位相が自動制御された後に、前記のＸ線焦点からＸ
   線が曝射されるように制御され、このＸ線を検出して前
   記の相対位置検出機構の出力が予め定められた第二の設
   定値以下になるように、前記のＸ線検出器と前記のＸ線
   焦点との相対位置が、Ｘ線曝射中又はＸ線曝射後に自動
   制御されることを特徴とする特許請求項２〜４のいずれ
   か１項に記載のＸ線ＣＴスキャナ。
6. 【請求項６】 前記の相対位置調整機構は積層型圧電ア
   クチュエータを含んでおり、この積層型圧電アクチュエ
   ータの一端は前記の検出器取り付け構造体に取り付けら
   れており、前記の積層型圧電アクチュエータの他端は前
   記のＸ線検出器又はその取り付け部分に第一の力を与え
   るように配設されており、前記のＸ線検出器又はその取
   り付け部分には前記の第一の力と反対の方向に第二の力
   を与える与圧機構が取り付けられていることを特徴とす
   る特許請求項５に記載のＸ線ＣＴスキャナ。
7. 【請求項７】 前記の相対位置検出機構は、前記の検出
   器取り付け構造体に取り付けられたマーカー用Ｘ線遮蔽
   体と、前記のＸ線検出器に取り付けられた位置検出素子
   アレイを含んでおり、この位置検出素子アレイは、複数
   の独立なＸ線検出素子を有して構成され、前記のＸ線焦
   点から放射されるＸ線のパスが被検体を通らない位置に
   取り付けられており、前記のＸ線焦点と、前記のマーカ
   ー用Ｘ線遮蔽体と、前記の位置検出素子アレイとが概略
   一直線上に位置するときに生じる前記の位置検出素子ア
   レイに含まれるＸ線検出素子の出力を比較するように構
   成されていることを特徴とする特許請求項項２〜６のい
   ずれか１項に記載のＸ線ＣＴスキャナ。
8. 【請求項８】 前記の相対位置検出機構の出力は、前記
   のＸ線検出器の出力を使って再構成画像を作成する際
   に、再構成パラメータを決めるために使用されることを
   特徴とする特許請求項７に記載のＸ線ＣＴスキャナ。
9. 【請求項９】 内部を真空の状態に保持して真空空間を
   形成するドーナツ形状の真空容器と、この真空容器の内
   部の真空空間において真空容器の中心軸と同軸的に回転
   できるように支承された陰極側回転体組立と、この陰極
   側回転体組立の一部に取り付けられた電子銃組立と、こ
   の電子銃組立に取り付けられており電子を放出する陰極
   と、この陰極に前記の真空容器の外部から給電する為の
   陰極給電機構と、前記の陰極の周回軌道を含む面と対面
   して同軸的に取り付けられた環状のＸ線ターゲットと、
   このＸ線ターゲットの表面に前記の陰極から放出されて
   加速された電子が衝突してできるＸ線焦点で発生したＸ
   線を前記の真空容器の外に取り出す為のＸ線放出窓と、
   前記の陰極側回転体組立に回転力を与える回転駆動機構
   と、前記の陰極の角度位置を検出する陰極周回角度検出
   機構と、を有して構成されたカソードスキャン型Ｘ線発
   生器を含んでいることを特徴とする特許請求項１〜８の
   いずれか１項に記載のＸ線ＣＴスキャナ。