JP2003159242A - 連続回転型x線ct装置 - Google Patents

連続回転型x線ct装置

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JP2003159242A
JP2003159242A JP2001361347A JP2001361347A JP2003159242A JP 2003159242 A JP2003159242 A JP 2003159242A JP 2001361347 A JP2001361347 A JP 2001361347A JP 2001361347 A JP2001361347 A JP 2001361347A JP 2003159242 A JP2003159242 A JP 2003159242A
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ray
rotor
capacitor
continuous rotation
receiving coil
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Fumio Ishiyama
文雄 石山
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、実用性の高い連続回転型X線
CT装置することにある。 【解決手段】本発明は、ガントリ内で回転可能に保持さ
れるロータ13にX線管10とX線検出器15とを搭載
し、ロータ13の連続回転により被検体の投影データを
収集し、この収集した投影データに基づいて画像データ
を再構成する連続回転型X線CT装置において、ロータ
13には、X線管10に電気エネルギーを供給するため
にキャパシタ7−17−2が搭載されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロータにX線管及
びX線検出器が搭載された連続回転型X線CT装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】X線管とX線検出器とを円環状のロータ
に搭載して一体として回転させる第3世代のスキャナで
は、連続回転のために、X線管への給電のためにスリッ
プリング機構が採用されている。このスリップリング機
構では、ブラシの磨耗、金属カスの掃除、ブラシやリン
グの交換等のメンテナンス作業が頻繁に必要とされ、ま
たスリップリングとブラシとの摺動ノイズ対策も必要と
される。
【0003】これらの問題を解決するために、ロータに
二次電池を搭載させることが考えられている。例えば、
特許第2847655号や特開平5−7581号公報に
は、ロータに二次電池を搭載したCT装置が記載されて
いる。この装置では、ロータ停止時に二次電池に電源ケ
ーブルを接続して充電し、回転時には二次電池から電源
ケーブルを取り外して、二次電池単体でX線管への給電
を実現している。
【0004】しかし、二次電池は電気化学反応を利用す
るためその寿命は、比較的短く、頻繁に電池交換が必要
とされ、交換を含む維持費用を考慮すると、実用性は低
いものであった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、実用
性の高い連続回転型X線CT装置することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガントリ内で
回転可能に保持されるロータにX線管とX線検出器とを
搭載し、前記ロータの連続回転により被検体の投影デー
タを収集し、この収集した投影データに基づいて画像デ
ータを再構成する連続回転型X線CT装置において、前
記ロータには、前記X線管に電気エネルギーを供給する
ためにキャパシタが搭載されていることを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明によ
る連続回転型X線CT装置(連続回転型X線コンピュー
タ断層撮影装置)を好ましい実施形態により説明する。
なお、本発明の連続回転型X線CT装置は、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ローテ
ート/ローテートタイプと、多数の検出素子が固定部に
リング状にアレイされ、X線管のみが被検体の周囲を回
転するステーショナリ/ローテートタイプとのいずれの
スキャン方式で適用可能であるが、ここではローテート
/ローテートタイプを例に説明する。また、本発明は、
X線管とX線検出器のペアが1つのものに限定されず、
X線管とX線検出器のペアが互いに角度をずらして複数
装備されたいわゆる多管球型にも適用可能であるが、こ
こでは1ペアを例に説明する。また、本発明は、ファン
ビーム形X線管と、一列の検出素子を備えたシングルス
ライス形X線検出器とを有するシングルスライス用のC
T装置でもよいし、マルチスライス対応のCT装置、つ
まりコーンビーム形X線管と多列形X線検出器とを備え
たものであってもいずれにも適用可能である。さらには
マルチスライス対応の多列形X線検出器よりも列数の多
い2次元アレイ形の検出器を装備したものであっても適
用可能である。
【0008】周知の通り、X線CT装置は、被検体に関
する投影データを多方向から収集するために構成された
ガントリと、そのガントリで収集した投影データに基づ
いて被検体に関する断層像データを再構成するコンピュ
ータ装置とから構成される。
【0009】図1は、本実施形態による連続回転型X線
CT装置のガントリの内部構造図を示している。ガント
リハウジング11内には、円環状のロータ13が回転軸
Oを中心として回転自在に支持されている。このロータ
13は、例えばダイレクトドライブ機構により高速回転
を実現している。
【0010】ロータ13には、X線管10が搭載され
る。なお、ここでは、説明の便宜上、X線管10が最上
位置にあるときのロータ13の位置を基準位置(0°)
として説明する。このX線管10に対して撮影空間Vを
挟んで対峙する位置及び向きで多チャンネル型のX線検
出器13がロータ13に搭載される。
【0011】X線管10は、典型的には回転陽極型であ
り、そのX線発生原理は周知の通り、回転陽極と陰極間
に高電圧を印加し、それによりフィラメントで発生させ
た熱電子を加速させて回転陽極のターゲットに衝突させ
るものである。このためにX線管10からX線を曝射さ
せるには、高電圧で給電する必要がある。
【0012】その給電機構として、ケーブルレス、スリ
ップリング機構を不要にするために、電気化学的反応を
使った二次電池ではなく、反復性及び耐久性の高い物理
的現象により電気エネルギーを蓄積する大容量キャパシ
タをロータ13に搭載させるようにしている。このキャ
パシタは、電気二重層キャパシタ又は高分子を誘電体と
する高分子キャパシタが採用される。そのキャパシタ
は、同重量且つ同容量に設計された複数、好ましくは偶
数個のキャパシタ要素からなる。図1では、2個のキャ
パシタ要素7−1,7−2で構成される。そのキャパシ
タ要素7−1,7−2の周辺回路しての充電回路6及び
高圧電源14−1,14−2がやはりロータ13に搭載
されている。
【0013】充電回路6への電力供給は、ハウジング1
1内の固定部に設置されたサーフェスタイプの送電コイ
ル4と、ロータ13に搭載された同じくサーフェスタイ
プの受電コイルとの間の電磁結合を利用して完全に非接
触で行われる。受電コイルは、複数、図1では、4個の
受電コイル要素5−1,5−2,5−3,5−4で構成
される。これら4個の受電コイル要素5−1,5−2,
5−3,5−4は、ロータ13の円周方向に沿って離散
的に、しかも均一な間隔で配置される。つまり、4個の
受電コイル要素5−1,5−2,5−3,5−4は、ロ
ータ13の円周方向に沿って90°づつずれた位置、具
体的には受電コイル要素5−1は基準位置に対し45°
の位置に、受電コイル要素5−2は基準位置に対し13
5°の位置に、受電コイル要素5−3は基準位置に対し
225°の位置に、そして受電コイル要素5−4は基準
位置に対し315°の位置にそれぞれ配置される。受電
コイル要素が4個以外の個数であっても、ロータ13の
円周方向に沿って離散的に、しかも均一な間隔で配置さ
れる。
【0014】上述したようにロータ13は停止するとき
には、X線管10が最上位置にくる、つまり基準位置で
停止するように、図2のスキャンコントローラ30でロ
ータ13を回転駆動するロータドライバが制御される。
このとき、受電コイル要素5−3に対して対峙する位置
に送電コイル4がハウジング11内の固定部に設置され
る。送電コイル4には送電ユニット12から電流が供給
される。
【0015】図2には、本実施形態の電力供給系統のブ
ロック図を示している。送電ユニット12は、整流平滑
回路21と、インバータ回路22とからなる。交流電源
31から供給された交流電圧は、整流平滑回路21によ
り直流電圧に整流され、さらにインバータ回路22によ
り高周波の交流電圧に変換され、送電コイル4に印加さ
れる。それにより送電コイル4で発生する交流磁界は、
ロータ停止時には、図3(a)、図3(b)に示すよう
に、受電コイル要素5−3を交差し、受電コイル要素5
−3に交流電圧を発生させる。
【0016】また、ロータ回転時には、図4(a)、図
4(b)に示すように、受電コイル要素5−1,5−
2,5−3,5−4を順番に交差し、受電コイル要素5
−1,5−2,5−3,5−4に順番に交流電圧を発生
させる。なお、ロータ回転時には、スキャンコントロー
ラ30の制御のもとで、図4(b)に示したように、受
電コイル要素5−1,5−2,5−3,5−4が順番に
送電コイル4を通過するタイミングに同期してインバー
タ回路22から送電コイル4に高周波の交流電圧をパル
ス波として印加するようにしてもよいし、図4(c)に
示したように、インバータ回路22から送電コイル4に
高周波の交流電圧を連続波として継続的に印加するよう
にしてもよい。さらに、ロータ回転時には、図4(d)
に示したように、インバータ回路22を介さないで送電
コイル4に直流電圧を印加するようにしてもよい。
【0017】ロータ停止時に、受電コイル要素5−3に
誘導され、またロータ回転時には、受電コイル要素5−
1,5−2,5−3,5−4を順番に誘導された交流電
圧は、充電回路6により直流電圧に整流され、一対のキ
ャパシタ要素7−1,7−2に印加される。それにより
キャパシタ要素7−1,7−2が充電される。
【0018】X線曝射に際しては、キャパシタ要素7−
1から出力される直流電圧は、対応する高圧電源14−
1のインバータ回路23−1で交流電圧に変換され、高
電圧発生器24−1で直流の正極の高電圧に昇圧されて
X線管10の正極端子に印加される。また、キャパシタ
要素7−2から出力される直流電圧は、対応する高圧電
源14−2のインバータ回路23−2で交流電圧に変換
され、高電圧発生器24−2で直流の負極の高電圧に昇
圧されてX線管10の負極端子に印加される。
【0019】高電圧発生器24−1は、昇圧トランス、
整流器、高圧コンデンサで構成される。他方の高電圧発
生器24−2は、昇圧トランス、高電圧発生器24−1
の整流器とは逆極性に配置された整流器、高圧コンデン
サで構成される。なお、高電圧発生器24−1、24−
2は、共に正極で高電圧を発生し、X線管10の正極端
子に印加するようにしてもよい。
【0020】なお、上述では、キャパシタに蓄積された
電気エネルギーは、X線管10のX線曝射に利用するこ
とを中心に説明したが、このエネルギーの一部は、X線
検出器15の動作、さらには図示していないが、X線絞
り機構の絞り羽根の移動や、電気的又は光学的なデータ
や制御信号の回転/固定部間の送受信装置、その他、ロ
ータ13に搭載された電気エネルギーを使用する機器に
も提供される。
【0021】以上のように、本実施形態では、電力エネ
ルギーの蓄積手段として、物理的現象により電気エネル
ギーを蓄積するキャパシタを採用しているので、二次電
池の場合の短寿命、それに伴う交換費用、それを含む維
持費用を大幅に抑え、実用性を向上させることができ
る。また、電磁結合を利用して完全に非接触で充電を可
能にしたので、スリップリング機構の場合のブラシの磨
耗、金属カスの掃除、ブラシやリングの交換等のメンテ
ナンス作業の問題を解消することができる。さらにこの
非接触充電を可能にしたことで、ロータ停止時だけでな
く、ロータ回転時にも充電可能となり、充電のための待
ち時間の発生頻度を下げる、又はその待ち時間を解消さ
せることができる。
【0022】(変形例)本発明は、上述した実施形態に
限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、
開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせに
より種々の発明が抽出され得る。実施形態に示される全
構成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。
【0023】例えば、図5,図6に示すように、複数、
ここでは一対の充電回路6−1,6−2をロータ13に
搭載させ、正極側と負極側とに分離するようにしてもよ
い。この場合、受電コイル要素5−1,5−3を充電回
路6−1に接続し、受電コイル要素5−2,5−4を他
方の充電回路6−2に接続し、つまり円周方向に沿って
交互に充電回路6−1,6−2に接続することが好まし
い。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、ロータにキャパシタを
搭載し、そのキャパシタからX線管に電気エネルギーの
供給を行うようにしたので、高い実用性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態による連続回転型X線CT装
置のガントリの内部構造図。
【図2】図1に示した電力供給系統のブロック図。
【図3】本実施形態において、ロータ静止時の送電コイ
ルへの印加電圧の時間波形を示す図。
【図4】本実施形態において、ロータ回転時の送電コイ
ルへの印加電圧の時間波形を示す図。
【図5】変形例による連続回転型X線CT装置のガント
リの内部構造図。
【図6】図5に示した電力供給系統のブロック図。
【符号の説明】
5−1…第1受電コイル、 5−2…第2受電コイル、 5−3…第3受電コイル、 5−4…第4受電コイル、 6…充電回路、 7−1…第1エネルギー蓄積キャパシタ、 7−2…第2エネルギー蓄積キャパシタ、 10…X線管、 11…ガントリハウジング、 12…送電ユニット、 13…ロータ、 14−1…第1高圧電源、 14−2…第2高圧電源、 15…X線検出器。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガントリ内で回転可能に保持されるロー
    タにX線管とX線検出器とを搭載し、前記ロータの連続
    回転により被検体の投影データを収集し、この収集した
    投影データに基づいて画像データを再構成する連続回転
    型X線CT装置において、 前記ロータには、前記X線管に電気エネルギーを供給す
    るためにキャパシタが搭載されていることを特徴とする
    連続回転型X線CT装置。
  2. 【請求項2】 前記キャパシタは、電気二重層キャパシ
    タ又は誘電体として高分子材料を使った高分子キャパシ
    タであることを特徴とする請求項1記載の連続回転型X
    線CT装置。
  3. 【請求項3】 前記キャパシタは、対称の位置に配置さ
    れた偶数個のキャパシタ要素からなることを特徴とする
    請求項1記載の連続回転型X線CT装置。
  4. 【請求項4】 前記キャパシタは、前記ロータの円周方
    向に180°ずれた位置に配置された2個のキャパシタ
    要素からなることを特徴とする請求項1記載の連続回転
    型X線CT装置。
  5. 【請求項5】 前記2個のキャパシタ要素の一方の出力
    を正極電圧として前記X線管に印加する第1高圧電源
    と、前記2個のキャパシタ要素の他方の出力を負極電圧
    として前記X線管に印加する第2高圧電源とが前記ロー
    タに搭載されることを特徴とする請求項4記載の連続回
    転型X線CT装置。
  6. 【請求項6】 前記キャパシタの出力を昇圧する偶数個
    の高圧電源が前記ロータに搭載されることを特徴とする
    請求項1記載の連続回転型X線CT装置。
  7. 【請求項7】 前記ロータに搭載された受電コイルと、
    固定部に設置された送電コイルとをさらに備え、前記送
    電コイルから前記受電コイルへの電磁結合を利用して非
    接触で前記キャパシタに給電することを特徴とする請求
    項1記載の連続回転型X線CT装置。
  8. 【請求項8】 前記受電コイルは、前記ロータの円周方
    向に沿って離散的に配置された複数の受電コイル要素か
    らなることを特徴とする請求項7記載の連続回転型X線
    CT装置。
  9. 【請求項9】 前記受電コイルは、前記ロータの円周方
    向に90°づつずれて離散的に配置された4つの受電コ
    イル要素からなることを特徴とする請求項7記載の連続
    回転型X線CT装置。
  10. 【請求項10】 前記複数の受電コイル要素の1つは、
    前記ロータが基準位置に停止したとき、前記送電コイル
    と対峙する位置に配置されていることを特徴とする請求
    項8記載の連続回転型X線CT装置。
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