JP2006255089A

JP2006255089A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置

Info

Publication number: JP2006255089A
Application number: JP2005075279A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nakano; 真中野
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】本発明の目的は、冷却効果の向上とともに、再構成可能な範囲の拡大を実現し得るＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。
【解決手段】本発明によるＸ線コンピュータ断層撮影装置は、一列に配列された複数のＸ線発生要素１０７と、複数のＸ線発生要素１０７に対して撮影領域１３０を挟んで対向する一列に配列された複数のＸ線検出要素１０８とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に関する。

現在主流となっているＸ線コンピュータ断層撮影装置のＸ線管は、回転陽極タイプである。真空に保たれた筐体（ガラス管）内に陰極に対向して回転陽極が収容される。陰極フィラメントで発生された熱電子は高電圧により加速され回転陽極の焦点に衝突する。それによりＸ線が発生する。エネルギーの殆どは熱に変換される。電子が衝突する陽極を回転させることで固定陽極に比べて許容負荷を大幅に増大させることができる。しかし、発生した熱の冷却の大部分は輻射によってなされているため、冷却効果が低く、そのため陽極の熱容量を増大する必要があった。

また、現在のＸ線コンピュータ断層撮影装置のＸ線は、単一の焦点から扇状に拡散するファンビームタイプが主流である。再構成可能な範囲は、ファンの外接円で定義されるため、Ｘ線検出器の幅よりも狭い範囲に限定される。またＸ線検出器は円弧形状に形成するため製作上困難である。

本発明の目的は、冷却効果の向上とともに、再構成可能な範囲の拡大を実現し得るＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。

本発明のある局面は、一列に配列された複数のＸ線発生要素と、複数のＸ線発生要素に対して撮影領域を挟んで対向する一列に配列された複数のＸ線検出要素とを具備する。

本発明によれば、冷却効果の向上とともに、再構成可能な範囲の拡大を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態によるＸ線コンピュータ断層撮影装置を説明する。本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置には、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回転／回転方式が採用される。

図１は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の全体構成を示している。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、ガントリ１００を有する。ガントリ１００の略中央には、略円柱形状の撮影領域（撮影視野とも言う）１３０が開けられている。データ収集、つまりスキャニングに際しては、寝台の天板上に載置された被検体が、撮影領域１３０内に挿入される。ガントリ１００には、回転中心軸ＲＡを中心に回転自在に支持される円環状の回転フレーム１０２が収容されている。回転フレーム１０２には、Ｘ線発生装置１０１がＸ線検出器１０３と共に搭載されている。Ｘ線発生装置１０１は、一列に配列された複数のＸ線発生要素１０７と、複数のＸ線発生要素１０７にそれぞれ対応する複数のコリメータ要素１１８とを有する。高電圧発生装置１０９は、ホストコントローラ１１０の制御のもとで、複数のＸ線発生要素１０７の電極間に高電圧を印加する。

Ｘ線検出装置３は、複数のＸ線検出要素１０８と、複数のＸ線検出要素１０８にそれぞれ対応する複数のコリメータ要素１２０とを有する。Ｘ線検出要素１０８には、被検体を透過したＸ線をシンチレータ等の蛍光体で光に変換してからフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とのいずれの形を採用してもよい。データ収集回路１０４は、それぞれ対応するＸ線検出要素１０８の電流信号を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、この電圧信号をＸ線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このプリアンプの出力信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが設けられている。

前処理装置１１は、データ収集回路１０４で収集したデータ（生データと呼ばれる）を光又は電磁波、又は磁気を媒介して非接触のデータ伝送を実現する非接触データ伝送装置１０５を経由して受け取り、生データに対して、チャンネル間の感度不均一を補正したり、またＸ線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下又は信号脱落を補正する等の前処理を実行する。前処理装置１１から出力されるデータは、投影データと呼ばれる。投影データは記憶装置１１２に記憶される。画像再構成装置１１４は、記憶装置１１２に記憶された３６０°又は１８０°＋ファン角分の投影データセットに基づいて断層画像データを再構成する。画像データは表示装置１１６に可視画像として表示される。

図２はＸ線発生装置１０１のＸ線発生要素１０７と、Ｘ線検出器１０３のＸ線発生要素１０８との対応関係を示している。Ｘ線発生装置１０１を構成する複数のＸ線発生要素１０７は、所定のピッチ（焦点間距離）で、回転中心軸ＲＡに直行するＸ軸と略平行に一列に配列されている。Ｘ線検出器１０３を構成する複数のＸ線検出要素１０８は、Ｘ線発生要素１０７と同じピッチ（中心点間距離）で、複数のＸ線発生要素１０７の配列方向と略平行に一列に配列されている。典型的には、Ｘ線発生要素１０７とＸ線検出要素１０８とは同数設けられ、Ｘ線発生要素１０７はＸ線検出要素１０８に一対一に対応する。しかし、図３に示すように、Ｘ線発生要素１０７はＸ線検出要素１０８より少数であって、Ｘ線発生要素１０７各々は、隣接する所定数、例えば隣接３個のＸ線検出要素１０８に対応するようにしてもよい。

各Ｘ線発生要素１０７からのＸ線が、相互に交差しないで、対応するＸ線検出要素１０８に限定して照射するように、Ｘ線発生要素１０７には個別にコリメータ要素１１８が取り付けられる。同様に、各Ｘ線検出要素１０８に、対応するＸ線発生要素１０７からのＸ線が限定して照射するように、Ｘ線検出要素１０８には個別にコリメータ要素１２０が取り付けられる。

Ｘ線発生要素１０７は、Ｘ線の発生及び停止を独立して制御可能な構成単位であり、図４に示すように、陰極１２３と、陰極１２３に対向する直角三角柱形状の固定陽極１２５とを有する。固定陽極１２５は筐体１２２とともに真空容器を構成する。真空容器には陰極１２３が収容される。陰極１２３は、Ｘ線発生要素１０７ごとに設けられる。固定陽極１２５は、Ｘ線発生要素１０７ごとに設けられ、または複数のＸ線発生要素１０７で共通される。隣り合うＸ線発生要素１０７は、電子遮蔽板１２１で電子的に遮蔽されている。

電子発生手段にはフィラメント又は電子エミッタが採用される。電子エミッタは、カーボンナノチューブなどの炭素材料を用いた電界中で電子を放出する性質を有する電子放出材料からなる。電子放出材料を挟んで対向される陰極とゲート電極とにより電界を発生する。

固定陽極１２５の２つの背面にはそれぞれヒートパイプ１２６が接触して取り付けられる。ヒートパイプ１２６は、複数の固定陽極１２５で共用される。ヒートパイプ１２６の中には、伝熱物質として液体が閉じ込められていて、熱交換器との間で循環される。ヒートパイプ１２６は、ヒートシンクに代用され得る。陽極１２５で発生した熱は、ヒートパイプ１２６を介して熱伝導により冷却される。“熱伝導”による冷却効果は、従来の回転陽極の“輻射”による冷却効果よりも高い。

以上のように、本実施形態では、複数のＸ線発生要素を設けたことにより、焦点の合計面積を拡大して、単位面積あたりの発熱量を減少させることができる。それにより固定陽極の採用が可能になる。固定陽極の採用は、ヒートパイプを使った熱伝導による効果的な冷却を可能にする。

また本実施形態では、複数のＸ線発生要素を設けたことにより、平行ビーム又はそれに近似的なビームによるデータ収集が可能となる。それにより再構成可能な範囲を拡大することができる。また、Ｘ線検出要素を直線的に配列することができるので、構造の簡略化を図ることができる。また、平行ビーム再構成は、ファンビーム再構成よりも再構成アルゴリズムを簡略化することができる。

本発明は上記実施形態そのまま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構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成図。図１のＸ線発生装置とＸ線検出器の対応例を示す図。図１のＸ線発生装置とＸ線検出器の他の対応例を示す図。図１のＸ線発生装置の概略構造図。

符号の説明

１００…ガントリ、１０１…Ｘ線発生装置、１０２…回転フレーム、１０３…Ｘ線検出器、１０４…データ収集回路、１０５…非接触データ伝送装置、１０６…前処理装置、１０７…Ｘ線発生要素、１０８…Ｘ線検出要素、１０９…高電圧発生装置、１１０…ホストコントローラ、１１２…記憶装置、１１４…再構成装置、１１５…入力装置、１１６…表示装置、１１７…前段コリメータ、１１８…コリメータ要素、１１９…後段コリメータ、１２０…コリメータ要素、１２１…電子遮蔽板、１２２…筐体、１２３…陰極、１２４…焦点、１２５…陽極、１２６…冷却機構（ヒートパイプ）。

Claims

一列に配列された複数のＸ線発生要素と、
前記複数のＸ線発生要素に対して撮影領域を挟んで対向する一列に配列された複数のＸ線検出要素とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記複数のＸ線発生要素にそれぞれ設けられ、前記複数のＸ線発生要素から発生されたＸ線が相互に交差しないように構成される複数のコリメータ要素をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記Ｘ線発生要素は固定陽極を有することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記複数のＸ線発生要素は一列に配列された複数の陽極を有し、
前記複数の陽極で共用されるヒートパイプをさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記複数のＸ線発生要素は一列に配列された複数の陽極を有し、
前記複数の陽極で共用されるヒートシンクをさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記複数のＸ線発生要素は前記複数のＸ線検出要素にそれぞれ対応することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記複数のＸ線発生要素は前記複数のＸ線検出要素と同数で設けられることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
前記複数のＸ線発生要素は前記複数のＸ線検出要素より少ないことを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。