JP2002248097A - 高速ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の高速ＸＣＴスキャナの課題はＸ線源
における陰極の交換を容易且つ経済的に行うことにあ
る。 【解決手段】 検査対象体Ｍを環状に囲んで設けられた
真空槽１１と、この真空槽の内部に円周方向に多数並べ
て設けられ且つ陰極２１、陽極２２およびこれらの間に
位置する格子２３を備えて検査対象体に向けてＸ線を照
射するＸ線発生ユニット１３と、真空槽の内周側で検査
対象体を環状に環状に囲んで設けられX線発生ユニット
から照射されて検査対象体を透過したX線を検出する検
出器２３とを具備し、Ｘ線発生ユニット１３は、陰極２
１と格子２３が共通の保持部材２４に保持され、この保
持部材２４は真空槽１１の壁部にその内外部を貫通して
形成された孔２６に、真空槽の外部から着脱可能に挿通
して取付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高速Ｘ線ＣＴ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、医療における診断に用いられるＸ
線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：コ
ンピュータ断層撮影）装置には、検査対象体（人体）を
挟んで対向して配置されたＸ線管と検出器を検査対象体
の周囲を回転しながら、各位置でＸ線管を検査対象体へ
照射して検査対象体を透過したＸ線を検出器で受けて、
検査対象体内部の各部位のＸ線吸収率を点のデータとし
て測定し、コンピュータにより検査対象体の画像を得る
方式のものがある。しかし、この方式のＸ線ＣＴ装置
は、Ｘ線管と検出器が検査対象体の周囲を回転する機械
的運動をするために撮影時間（走査時間）が長くなると
いう問題がある。

【０００３】また、他の方式のＸ線ＣＴ装置として、電
子銃から発射された電子ビームを磁場コイルにより屈曲
させて、検査対象体の周囲に配置されたターゲットリン
グに当てて検査対象体に向けてＸ線を発生させ、且つ電
子ビームを電気的に変化させてターゲットリング上で電
子ビームが当たる位置すなわちＸ線が発生する位置を移
動させて画像を得るものがある。このこの方式のＸ線Ｃ
Ｔ装置は前記の方式の装置に比較してＸ線源の移動が電
気的に行われるために撮影時間が短縮できるという利点
があるが、それでもなお撮影時間の短縮化を図る上で限
界がある。

【０００４】一方、工業分野では例えば液体中における
気泡の動きを撮影するためにＸ線ＣＴ装置が提案されて
いる。この工業用のＸ線ＣＴ装置は、検査対象体を環状
に囲んで設けられた真空槽と、この真空槽の内部に円周
方向全体に多数並べて設けられた検査対象体に向けてＸ
線を照射するＸ線源と、真空槽の内周側で検査対象体を
環状に環状に囲んで設けられＸ線源から照射されて検査
対象体を透過したX線を検出する検出器とを具備するも
のである。そして、検査対象体を囲んで環状に並べて設
けられた多数のＸ線源を並び順に従い一つづつ順次動作
させてＸ線を発生させて検査対象体に照射し、このＸ線
を検査対象体を挟んでＸ線源と対向する検査器で検出す
るもので、各Ｘ線源を駆動する信号を高速で切換えるこ
とにより高速で撮影を行うことができる。

【０００５】Ｘ線源としては、三極管（Ｘ線管）（例え
ば特開平９−２４８３００号、特開平１０−７５９４４
号）、または陰極、陽極およびこれらの間に位置する格
子を備えたＸ線発生ユニット（特開平１０−２９５６８
２号）が用いられている。Ｘ線管を用いる場合にはＸ線
を真空槽に着脱可能に取付けており、Ｘ線発生ユニット
を用いる場合には各部品を真空槽の内部に保持されてい
る。

【０００６】そこで、この工業用のＸ線ＣＴ装置を医療
分野の診断に用いることが検討されている。すなわち、
前記方式のＸ線ＣＴ装置を用いて人体のX線ＣＴを行う
ことにより、撮影時間が大幅に短縮して診断の効率が向
上し、また高い時間分解能を持った画像を得ることがで
きる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した方
式のＸ線ＣＴ装置において、Ｘ線源として用いるＸ線管
およびＸ線発生ユニットは陰極、陽極および格子の部品
のなかで熱源である陰極の消耗が速く、この陰極が寿命
に達するとＸ線が発生しなくなるので、Ｘ線がＸ線管の
場合にはＸ線管全体を交換し、Ｘ線発生ユニットの場合
には陰極を交換している。

【０００８】しかし、前者の場合には陰極のみの故障に
かかわらずＸ線管全体を交換しなければならないので大
変経済性が悪い。後者の場合には陰極のみを交換するこ
とが可能であるが、陰極のみを着脱することは大変作業
性が悪く、また陰極と格子との位置関係を精度良く保持
することが必要であるが、陰極を交換することにより格
子に対する位置が変化して正確な位置関係を保持するこ
とが困難になる。

【０００９】一方、前述した方式の工業用のＸ線ＣＴ装
置を医療用に用いるには、画像の解像度を高めるために
できるだけ多くのＸ線源を設けることが要求されるが、
Ｘ線源の数が増大すると前述したＸ線源に係る問題が増
大する。

【００１０】本発明は、Ｘ線源における陰極の交換を容
易且つ経済的に行うことができる高速ＸＣＴ装置を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の高速Ｘ
線ＣＴ装置は、検査対象体を環状に囲んで設けられた真
空槽と、この真空槽の内部に円周方向に多数並べて設け
られ且つ陰極、陽極およびこれらの間に位置する格子を
備えて前記検査対象体に向けてＸ線を照射するＸ線発生
ユニットと、前記真空槽の内周側で前記検査対象体を環
状に囲んで設けられ前記X線発生ユニットから照射され
て前記検査対象体を透過したX線を検出する検出器とを
具備し、前記Ｘ線発生ユニットは前記陰極と前記格子と
共通の保持部材に保持され、この保持部材は前記真空槽
の壁部にその外部から取外し可能に取付けられているこ
とを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について図
１ないし図４を参照して説明する。図１はＸ線ＣＴ装置
を正面から見て模式的に示す断面図である。図１におい
て１は水平な軸線を持って描かれるドーナツ形をなす装
置本体で、この装置本体１の内周面部には図示しないが
Ｘ線を透過させる窓が例えば円周方向に沿って設けられ
ている。２は検査対象体Ｍである人体（図２に示す）が
横たわって載るテーブルで、これは架台３に設置されて
装置本体１の水平な中心軸線と平行に設けられている。
装置本体１とベッド２は図示しない駆動機構により相対
的に接近，離間方向へ移動されるもので、撮影を行う際
に検査対象体Ｍを載せたテーブル２が装置本体１の中心
軸線上を移動するようになっている。

【００１３】図２はＸ線ＣＴ装置を正面から見て模式的
に示す断面図、図３は真空槽および検出器を示す斜視
図、図４はＸ線発生ユニットを拡大して示す断面図であ
る。装置本体１の内部には真空槽１１と検出器１２とが
設けてある。真空槽１１は装置本体１の水平な中心軸線
を中心として所定の直径で描かれる円形環状をなすとと
もに断面が四角形をなし、内部は真空に保持されてい
る。真空槽１１の内部にはその円周方向全体に亘って多
数のX線発生ユニット１３が等間隔を存して並べて設け
られている。検出器１２は装置本体１の水平な中心軸線
を中心として真空槽１１より小さい直径で描かれる円形
環状をなすとともに中心軸線方向に所定の幅を有するも
ので、多数の検出素子１４を並べて組合せて構成されて
いる。この検出器１２はX線発生ユニット１３から発射
されて検査対象体Ｍを透過したＸ線を受けるために、真
空槽１１に対して軸線方向に所定距離ずらして配置され
ている。例えば真空槽１１には２４０個のＸ線発生ユニ
ット１３が設けられ、検出器１２には２０４８個の検出
素子１４が設けられる。

【００１４】真空槽１１に設けるＸ線発生ユニット１３
について説明する。X線発生ユニット１３は三極真空管
と同様に、加熱により熱電子を放出するフィラメントを
有する陰極（カソード）２１と、加速された電子が衝突
してＸ線を発生させる陽極（アノード）２２と、これら
陰極２１と陽極２２との間に位置して加速された電子ビ
ームの進路を電気的に開閉する格子（ゲート）２３とを
備え、陰極２１と陽極２２との間に高電圧を印加するも
のである。陰極２１のフィラメントはコイル状に巻かれ
たものである。銅などの熱伝導性が良い材料からなる陽
極２２は印加された高電圧により陰極２１から放出され
た熱電子を吸引して高い速度に加速させて、タングステ
ンなどからなるターゲットに衝突させて扇状のＸ線Ｒを
発生させるもので、ターゲットにおける熱電子が衝突す
る面が焦点となる。

【００１５】ここで、陰極２１と格子２３は共通の保持
部材２４に取付けらて保持され、この保持部材２４は真
空槽１１の一方の側面壁部に真空槽１１の外部から内部
へ挿通して真空槽外部から取外しできるように取付けら
れている。すなわち、保持部材２４は例えばタングステ
ンなどの耐熱強度が高い金属により形成された丸棒から
なるもので、長さ方向一半部は真空槽１１の孔２６に対
応した直径をなし、他半部は孔２６より大きい直径を有
している。保持部材２４の一半部には陰極２１と、この
陰極２１に対して電子ビーム照射方向下流側に位置する
格子２３とが保持部材２４の中心軸線上に位置して取付
けられ、保持部材２４の他半部の外周部にはねじ部２５
が形成されている。真空槽１１の一方の側面壁部には真
空槽１１の中心軸線に沿って内外に貫通する孔２６が形
成されている。真空槽１１の側面壁部の外面部には孔２
６を囲んで例えば金属により形成された筒形をなす取付
け部材２７が固定されており、これは保持部材２４の他
半部のねじ部２５を螺合するねじ孔２８が形成されてい
る。

【００１６】そして、保持部材２４は真空槽１１の外部
においてその一半部を取付け部材２７から孔２６を挿通
して真空槽１１の内部に挿入され、他半部が取付け部材
２７に挿入されてねじ部２５がねじ孔２８に螺合されて
いる。これにより保持部材２４に保持された陰極２１と
格子２３は真空槽１１の内部に位置する。なお、保持部
材２４の一半部と他半部との境界で形成される段部が真
空槽１１の側面壁部外面に当接し、例えば真空槽１１の
側面壁部に孔２６を囲んで設けられたシールリング２９
に接触して、真空槽１１の内部に対して保持部材２４と
孔２６との間における気密を保持している。

【００１７】一方、図４に示すように真空槽１１の内部
にはその中心軸線を中心として描かれる円環をなす保持
部材３１が配置され、これは絶縁部材３２により真空槽
１１の壁部に取付けられている。保持部材３１における
真空槽１１の一側壁面部に面する側面部には、真空槽１
１の一側壁面部に取付けた保持部材２４、すなわち格子
２３に対向して陽極２２が取付けられている。また、こ
の陽極２２は、陰極２１から発せられた電子ビームを検
査対象体を挟んで反対側に位置する検出器１２の内周面
に向けて反射するように傾斜して取付けられている。

【００１８】保持部材３１は陽極２２を冷却する機能を
有している。すなわち、保持部材３１は熱伝導性が良好
な材料により形成され、内部には全周にわたり冷却水孔
３３が形成され、この冷却水孔３３は冷却水管３４が接
続されている。装置本体１の外部に設けた図示しない冷
却水供給装置により冷却水を冷却水管３４を通して冷却
水孔３３に流し、保持部材３１を介して陽極２２を冷却
することができる。なお、図４では冷却水管３４は１個
しか示されていないが、実際には冷却水孔３３に対して
冷却水を供給するものと、排出するものの２個の冷却水
管３４が設けられる。

【００１９】このようにして各Ｘ線発生ユニット１３の
位置に陰極２１および格子２３が保持された保持部材２
４が着脱可能に設けられ、且つ保持部材３１に陽極２２
が設けられて、これら陰極２１、陽極２２および格子２
３によりＸ線発生ユニット１３が構成される。

【００２０】なお、真空槽１１の内周面壁部にはＸ線発
生ユニット１３から照射されるＸ線を透過させることが
可能な窓３５が設けられている。

【００２１】また、検出器１２の外周側には円環形をな
すビームリミッタ１５が設けられ、このビームリミッタ
１５は円周方向全体に各Ｘ線発生ユニット１３に対応し
た孔１５ａが並べて形成されている。このビームリミッ
タ１５はＸ線発生ユニット１３から照射されたＸ線を孔
１５ａに通して照射位置へ案内するものである。

【００２２】このように構成された高速ＣＴ装置は、デ
ータ収録装置（図１に１８で示す）からＸ線発生の指令
をＸ線発生制御装置（図１に１６で示す）へ出力し、そ
の指令に基いてＸ線発生制御装置がＸ線発生ユニット１
３からの扇状のＸ線Ｒの発生を制御する。すなわち、パ
ルス発生制御ポート（図示せず）からＸ線発生制御装置
に設けられたＸ線発生ユニットと同数のパルス発生器
（図示せず）へＸ線発生指令が伝えられ、対応するＸ線
発生ユニット１３が扇状のＸ線Ｒを発生する。

【００２３】すなわち、パルス発生器が発生するパルス
を受けたＸ線発生ユニット１３では、陰極２１のフィラ
メントの加熱により放出された熱電子が各極間に印加さ
れた高電圧で陽極２２に吸引および加速されて電子ビー
ムとして格子２３の開口部を通って陽極２２に達する。
陽極２２に達した電子ビームはターゲットの表面に衝突
し、その表面のなす角度に応じた向きに向けて扇状のX
線Ｒを発生する。発生した扇状のＸ線Ｒは装置本体１の
中央部に横たわった位置する検査対象体Ｍに向けて照射
されて、検査対象体Ｍを透過する際にその透過率に応じ
て吸収される。次いで、検査対象体Ｍを透過したＸ線
は、検査器１２において検査対象体Ｍを挟んでＸ線を発
生させたＸ線発ユニット１３と対応する内周面の箇所に
到達する。検査器１２の検出素子はこのＸ線Ｒを検出し
てその透過Ｘ線両量に比例した信号を出力する。この信
号はプリアンプ（図１に１７で示す）およびメインアン
プ、データ収録装置を介してデータ処理装置において信
号処理される。この信号処理されたデータにより検査対
象体のＸ線ＣＴ画像が得られる。

【００２４】そして、検査対象体Ｍを囲んで環状に並べ
て設けられた多数のＸ線発生ユニット１３を電気的に切
換えてＸ線を検査対象体Ｍに対して照射して撮影を行っ
てＸ線ＣＴ画像情報を得る。

【００２５】ここで、撮影に際しては、検査対象体Ｍを
囲んで環状に並べて設けられた多数のＸ線発生ユニット
１３を並び順に順次１周にわたり切換え動作させてＸ線
Ｒを検査対象体Ｍへ照射してＸ線ＣＴ画像を得る方法が
ある。

【００２６】また、検査対象体Ｍを囲んで環状に並べて
設けられた多数のＸ線発生ユニット１３のなかから所定
の角度に位置する１個を選択して一方向からＸ線Ｒを検
査対象体Ｍへ照射してＸ線ＣＴ画像を得る方向がある。
この場合はＸ線透視撮影装置のように検査対象体Mのあ
る面積の部位を撮影する場合に適用できる。

【００２７】また、検査対象体Ｍを囲む円の一周３６０
°を所望の角度θ°で複数に分割し、その分割した複数
の領域において夫々の領域に並ぶ各Ｘ線発生ユニット１
３を順次切換え動作させてＸ線Ｒを検査対象体Ｍへ照射
して一周の撮影を行い、その撮影データを再構成して画
像を得る方法がある。

【００２８】そして、検査対象体Ｍを囲んで環状に並べ
て設けられた多数のＸ線発生ユニット１３を電気的に切
換えてＸ線を検査対象体Ｍに対して照射して撮影を行っ
てＸ線ＣＴ画像情報を得るため、撮影時間を短縮して高
速化を図ることができるとともに検査対象体Ｍが受ける
Ｘ線の被爆量が減少し、さらに動きによる「ぶれ」を無
視できる水準の時間分解能を獲得することができる。ま
た、従来のように撮影を必要とする部位に合わせてＸ線
発生ユニット１３に向けて検査対象体Ｍ（患者）が向き
を変える必要がなく、検査対象体Ｍの負担を軽減すると
ともに撮影の操作性を向上させることができる。

【００２９】ところで、Ｘ線発生ユニット１３では陰極
２２、陽極２２および格子２３の部品のなかで熱源であ
る陰極２２の消耗が速く、この陰極２２が寿命に達した
場合には、電子ビームを発生させることが困難となって
Ｘ線Ｒの照射が困難となり、陰極２１を交換することが
必要となる。陰極２１を交換する場合には、真空槽１１
の外部で保持部材２４をそのねじ部２５と取付け部材２
７のねじ孔２８との螺合を緩める向きに回転して他半部
を取付け部材２７から真空槽１１の外部へ抜出し、さら
に保持部材２４を引いてその一半部を真空槽１１の孔２
６から真空槽１１の外部へ抜出す。これにより保持部材
２４に保持された陰極２１および格子２３を真空槽１１
の外部へ取出す。

【００３０】そして、新規な陰極２１および格子２３を
保持した保持部材２４を用意し、この保持部材２４を前
述した保持部材２４を取外す操作とは逆の操作により真
空槽１１に取付けて新規な陰極２１および格子２３が真
空槽１１の内部に配置する。この場合、保持部材２４は
段部が真空槽１１の一側面壁部の外面に当接するととも
に保持部材２７に螺合することにより一定位置に位置決
めされ、保持部材２４に取付けた陰極２１および格子２
３は真空槽１１の内部で陽極２２に対して必要とする所
定位置に位置させることができる。なお、保持部材２４
を着脱する作業を行う場合には、作業を行う前に真空槽
１１内部の真空を解除し、作業後に真空槽１１の内部を
真空状態にする。

【００３１】このようにして陰極２１および格子２３を
交換すると、陰極２１の交換に合せて陽極２２を交換す
る必要が無く、従来のように陰極２１のみの故障にかか
わらずＸ線管全体を交する場合に比較して大変経済的で
ある。また、保持部材２４には陰極２１と格子２３とを
必要とする所定の位置関係で取付けてあるので、陰極２
１を交換しても格子２３に対する位置が変化せず正確な
位置関係を保持することできる。このような効果はＸ線
ＣＴ装置を医療用に用いるには、画像の解像度を高める
ためにできるだけ多くのＸ線源を設けることが要求され
るが、前述した効果はＸ線源の数が増大する上で大変有
効である。

【００３２】また、陰極２１と格子２３を保持部材２４
と組合せてユニット化することができるので、陰極２１
と格子２３を真空槽１１に設ける構成が簡素化されると
ともに、陰極２１と格子２３を真空槽１１に設ける作業
が容易となる。

【００３３】さらに、陰極２１を陽極２２に対して近接
配置することが可能で、陰極２１が発した電子ビームが
陽極２２に到達するまでの間に電子ビームが散逸して広
がり束密度が低下することを抑えることができ、これに
よりシャープなＸ線を確保してＴＣ画像の解像度を高め
ることができるとともに、検査対象体に対するＸ線の照
射量が減少して被爆量が少なくできる。

【００３４】なお、陰極２１と格子２３を取付けた保持
部材は前述した実施の形態の構成に限定されず、例えば
保持部材にフランジを形成して真空槽の壁部外面に当接
してボルトを用いて固定する構成とすることも可能であ
る。

【００３５】なお、本発明は前述した実施の形態に限定
されず、種々変形して実施することができる。本発明の
高速Ｘ線ＣＴ装置は医療における診断用として特に適し
ているが、工業用として用いることもできる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１の発明の高速Ｘ線ＣＴ装置によ
れば、真空槽に設けたＸ線発生ユニットの陰極を交換す
ると、陰極の交換に合せて陽極を交換する必要が無く、
従来のように陰極のみの故障にかかわらずＸ線管全体を
交換する場合に比較して大変経済的である。また、保持
部材は陰極と格子とを必要とする所定の位置関係で取付
けてあるので、陰極を交換しても格子に対する位置が変
化せず正確な位置関係を保持することできる。そして、
Ｘ線ＣＴ装置を医療用に用いるには、画像の解像度を高
めるためにできるだけ多くのＸ線源を設けることが要求
されるが、前述した効果はＸ線源の数が増大する上で大
変有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態におけるＸ線ＣＴ装置を
正面から見て模式的に示す断面図

【図２】同実施の形態におけるＸ線ＣＴ装置を側面から
見て模式的に示す断面図。

【図３】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置における真空槽お
よび検出器を示す斜視図。

【図４】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置におけるＸ線発生
ユニットを拡大して示す断面図。

【符号の説明】

１…装置本体 １１…真空槽 １２…検出器 １３…Ｘ線発生ユニット １４…検出素子 ２１…陰極 ２２…陽極 ２３…格子 ２４…保持部材 ２７…取付け部材 ３１…保持部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀 慶一 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 石橋 明 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4C093 AA22 BA05 CA27 CA32 CA36 EA03 EC45 ED04

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象体を環状に囲んで設けられた真
   空槽と、この真空槽の内部に円周方向に多数並べて設け
   られ且つ陰極、陽極およびこれらの間に位置する格子を
   備えて前記検査対象体に向けてＸ線を照射するＸ線発生
   ユニットと、前記真空槽の内周側で前記検査対象体を環
   状に囲んで設けられ前記X線発生ユニットから照射され
   て前記検査対象体を透過したX線を検出する検出器とを
   具備し、前記Ｘ線発生ユニットは前記陰極と前記格子と
   共通の保持部材に保持され、この保持部材は前記真空槽
   の壁部にその外部から取外し可能に取付けられているこ
   とを特徴とする高速Ｘ線ＣＴ装置。