JP2007037873A

JP2007037873A - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP2007037873A
Application number: JP2005227415A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Enomoto; 裕久榎本; Shigeru Sakamoto; 茂坂本; Mikio Mochitate; 幹雄持立; Masatoshi Sato; 雅俊佐藤; Yasushi Miyazaki; 宮崎　　靖; Masaaki Iwasa; 正明岩佐
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2025-08-05
Also published as: JP4751663B2

Abstract

【課題】
本発明は、回転部の搭載物支持部を軽量かつ高剛性な骨組構造とし、高速回転を可能にすることにより、Ｘ線ＣＴ装置の断層画像をブレの少ない高品質なものにする。
【解決手段】
Ｘ線ＣＴ装置は、回転部とこれを支える支持部から構成される。回転部は、撮像搭載物を取り付ける撮像搭載物取付部材および該撮像搭載物取付部材を前記スリップリング取付部に連結する連結部材が棒状の部材を組み合わせた骨組みで構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像のため回転する回転部と、これを支える支持部から構成されるＸ線ＣＴ（Computed tomography）装置に関して、特に、断層像を得るため、Ｘ線を放射するＸ線管球とＸ線を検出する検出器を有する回転部構造に関する。

従来のＸ線ＣＴ装置の回転部は、特許文献１にもあるように、円板の周囲に、搭載物を設置する円盤状の板を縁どりした板構造であった。Ｘ線ＣＴ装置では後に詳しく述べるように、高品質の画像を得るために高速回転が要求されるので、より一層の軽量で高強度の構造が必要となる。しかし、従来の板構造では高強度にした場合、質量増加の割合が大きく、強度を保持するとともに、より一層の軽量化を図るという目的を達成することに限界があった。

特開平９−５６７１０号公報

Ｘ線ＣＴ装置では、Ｘ線管球と検出器を含む回転部を、被検体の周りを連続回転させることによって断層像を得る。そのため、撮像時間は、回転部の回転速度に依存し、撮像時間が長いと対象物が動き、動きによるアーチファクトが発生するなどし、高品質の画像を得ることができなくなるので、回転部の速度を上げる必要がある。しかし、回転部の速度が上がると、回転速度の２乗に比例して、遠心力が増大し、同時に回転部の変形も増大する。このことから、遠心力に耐えるために、高強度な構造にし、変形を低減させる必要がある。同時に高速化のためには回転慣性を小さく、すなわち軽量化を図る必要がある。

本発明の目的は、高剛性で、軽量な搭載物支持構造とすることにより、高速回転可能で、高品質な画像を得ることのできるＸ線ＣＴ装置を提供するものである。

本発明は、撮像搭載物が取り付けられ、軸心を中心として回転動作する転部を備えたＸ線ＣＴ装置において、
前記回転部は、前記撮像搭載物を取り付ける撮像搭載物取付部材および該撮像搭載物取付部材を前記スリップリング取付部に連結する連結部材が棒状の部材を組み合わせた骨組みで構成されるＸ線ＣＴ装置を提供する。

上記構成によれば、回転部の搭載物支持部を棒状の部材を組み合わせた骨組構造としているので高剛性で軽量な回転部を構成することができ、高速回転が可能で、高品質の画像を得ることが可能となる。

本発明の実施例を、図１〜図１７を用いて説明する。はじめに、図１３〜図１７を用いてＸ線ＣＴ装置の構造について示す。Ｘ線ＣＴ装置は、図１３に示すように、被検体を挿入するための開口部３１を有しているガントリ３０と、被検体を載せるための寝台４０と、撮像データの処理や各種機器の動作を制御するコンピュータ部５０から構成される。

寝台４０は、被検体を載せ、水平移動及び上下移動をさせるための駆動ユニット４１が取り付けられている。これにより、撮像部分の位置決めや、患者の寝台４０からの乗り降りを容易に行なうことができる。コンピュータ部５０は、Ｘ線の投影データから画像を再構成する画像処理装置５１と、再構成した画像を表示する画像表示装置５３と、再構成した画像を磁気ディスクなどに記録するための画像記憶装置５２と、Ｘ線ＣＴ装置の操作・設定を行なう操作部５５と、撮像に必要な各種機器を制御する制御部５４から構成される。

図１４に示すように、ガントリ内部は多くの機器から構成されている。データや電力を伝送し、Ｘ線ＣＴ装置を連続回転可能とする機構を有しているスリップリング８０と、このスリップリング８０を介して回転する回転部１０と、この回転部ｌ０を支える支持部７０から構成される。図１５に示すように、支持部７０は、スリップリング８０を取り付けるセンタフレーム７１と、このセンタフレーム７１を取り付けるメインフレーム７２と、このメインフレーム７２の両側に取り付けられたサイドフレーム７３と、サイドフレーム７３に軸受７５を介してつないでいるスタンド７４から構成される。ガントリ斜視図の図１６（ａ）、ガントリ側面図の図１６（ｂ）に示すように、このとき、回転部１０，センタフレーム７１，メインフレーム７２，サイドフレーム７３を、両側に取り付けられた二つの軸受７５周りに回転させ、軸方向の前後に傾けるようにする。

回転部１０は、図１４に示すようにＸ線を放出するためのＸ線管球２１と、このＸ線管球２１を絶縁油など用いて冷却するための冷却器２２と、交流から直流へと変換するコンバータ２３と、直流から交流へと変換するインバータ２６と、高電圧に変換する高電圧トランス２５と、被検体を通過したＸ線を検出するために取り付けられた検出器２７と、検出器からのデータをコンピュータで処理できるようにアナログデータからデジタルデータヘと変換するＤＡＳ（データ収集部）２８（２７に含まれる）と、アンバランス力を低減させるバランスウエイト２４から成る搭載物と、これら全ての搭載物を設置する、板構造を組み合わせて円筒状に作成した搭載物支持部６０から構成される。

次に、Ｘ線ＣＴ装置の撮像方法についての説明する。図１３を用いて説明すると、まず、撮像する部分の位置決めを行うため、被検体を寝台４０に載せ、寝台の駆動ユニット４１により、ガントリの開口部３１へと挿入する。

次に、図１４を用いて説明すると、スリップリング８０を介して電力を回転部に供給する。この供給された電力をコンバータ２３では、交流から直流電流に変換し、インバータ２６により、再度交流電流に変換し、フラットな波形の電圧を得る。これを、高電圧トランス２５により、Ｘ線放射に必要な高い電圧へと変換し、Ｘ線管球２１へと与える。この電力をもとに、Ｘ線管球２１から、被検体にＸ線が照射され、被検体を通過したＸ線を検出器で検出する。

断層像を得るには、全角度から被検体にＸ線を放射して得られた投影データが必要となる。そのため、Ｘ線管球を含む回転部を回転させる必要がある。ガントリ断面図の図１７（ａ）、ガントリ回転部のみを背面から見た図１７（ｂ）に示すように、サーボモータ８２と回転部１０は、ベルト８１で結ばれた構造となっており、回転部１０を駆動するには、サーボモータ８２に電力を供給し、ベルトを介して動力を回転部１０に伝える。

その後、検出されたデータは、ＤＡＳから、コンピュータ部に送られ、画像再構成が行なわれる。

このようにして、断層画像は、Ｘ線管球を含む回転部が、被検体の周りを一周することによって得られ、撮像時間は、回転部の速度に依存する。撮像時間が長いと対象物が動き、画像がぶれて高品質の画像を得ることができなくなることから、回転部の回転速度を上げる必要がある。しかし、回転部の速度を上げると回転速度の２乗に比例して、遠心力が増大し、回転部の変形も増大する。このために、回転部を高強度な構造にし、変形を低減させる必要がある。

また、短時間で撮像可能な回転速度に達するには、回転部の回転慣性を小さく、すなわち軽量化を図る必要がある。

従来のガントリ構造について図１４に示す。従来の搭載物支持部６０は、特許文献１にもあるように、円板の周囲に、搭載物２１〜２７を設置する円盤状の板を縁どりした板構造であった。Ｘ線ＣＴ装置では、運転時に作用する主な荷重は遠心力なので、半径方向には高い剛性が必要であるが、他方向の剛性はそれと比較して低くても良い。しかし、従来の板構造では、方向によって剛性差を持たせる形状を実現するのには不向きであり、高品質の画像を得るために、半径方向の強度は保持し、構造全体の軽量化を図るという目的を達成することに限界があった。

撮像搭載物が取り付けられ、軸心を中心として回転動作する回転部を備えたＸ線ＣＴ装置は、回転部が、撮像搭載物を取り付ける撮像搭載物取付部材および該撮像搭載物取付部材を前記スリップリング取付部に連結する連結部材が棒状の部材を組み合わせた骨組みで、すなわち枠体形状として構成される特徴を有する。

本発明の実施例では、搭載物支持部６０を従来の板構造ではなく、構造力学分野において梁やトラス材と呼ばれる棒状の部材を組み合わせて、骨組構造とする。本発明の第１の実施例を、図１と図２を用いて説明する。図１は、本発明のＸ線ＣＴ装置回転部全体の斜視図、図２（ａ）は、Ｘ線管球近傍における斜視図、図２（ｂ）は、Ｘ線管球近傍における側面図である。図１において、回転部１０は８つのユニットとからなり、各ユニットに撮像搭載物の１つが配置され、取り付けられて、軸心を中心として回転する。各ユニットは撮像搭載物を取り付ける撮像搭載物取付部材１とおよび撮像搭載物取付部材１を軸の周囲に配置されるスリップリング取付部１１に連結する連結部材２が棒状の部材１２を組み合わせた骨組み３で構成される。骨組みの外形線を４で示す。従って、図１で撮像搭載物取付部材１と棒状の部材１２、連結部材２と棒状の部材１２とは同一部を指している。そして、図１に示す構造のものにあっては撮像搭載物取付部材１と連結部材２とは一体物で構成されているが、別体に構成し、連結体とする構成であってもよい。

なお、撮像搭載物取付部材１を搭載物であるＸ線管球２１の間には中間材５を置いている。バランスウエイト２４は撮像搭載物取付部材１に直接取り付けてある。連結部材２の部材幅はスリップリング取付部１１の板幅と同じものとしている。Ｘ線ＣＴ装置の回転部１０を、棒状の部材１２を組み合わせてコの字形状の骨組み３からなるユニットの集合体（図１の場合、８つ）とし、各ユニットの骨組み３に撮像搭載物２１〜２６を搭載する骨組構造を形成している。図１の場合、この骨組みは四角形状の枠体形状として構成されており、この枠体に撮像搭載物が搭載されるので、半径方向に働く遠心力を受けるのに適している。四角形に限定されず、他の多角形にしてもよい。回転部１０はスリップリング取付部１１を備え、スリップリング８０との間で回転摺動する。検出器２７は、Ｘ線管球と対向するように、スリップリング取付部１１に設置する。本実施例では、棒状の部材１２はＴ字断面である。撮像搭載物は、Ｘ線管球２１，冷却器２２，インバータ２６，コンバータ２３，トランス２５，バランスウエイト２４，検出器２７から構成されている。撮像搭載物２１〜２６を取り付けるときには、図２（ａ），（ｂ）に示すように、棒状の部材１２に囲まれた部分（太い鎖線で囲まれた部分４）に重心が収まるように取り付ける。重心を表す記号は、

を用いる。骨組みの各ユニットの骨組み３および各ユニット３に取り付けられる各撮像搭載物２１〜２６の各重心は、骨組みの各ユニットの骨組み３の外形線（鎖線）内に位置するように各ユニット３に各撮像搭載物２１〜２６が取り付けられる。これにより、回転によって搭載物に遠心力が働くとき、スリップリング取付部１１に放射状に取り付けられた棒状の部材１２には、主に、引っ張り荷重が、かかるようになる。板構造ではなく、引っ張り圧縮方向に剛性が高い棒状の部材１２で骨組構造とすることにより、遠心力が働く半径方向には剛性を高くし、従来の構造物よりも軽量な形状が得られる。

本発明の第２の実施例を、図３を用いて説明する。実施例１と同一の構成には同一番号を付し、実施例１の説明を援用するものとし、主に異なった部分を表示し、説明することにする。他の実施例についても同様とする。図３に示すように、搭載物支持部６０を、スリップリング取付部１１と、このスリップリング取付部１１に放射状に取り付けられた棒状の部材１２で構成する。このとき、棒状の部材１２の断面は、Ｔ字形である。撮像搭載物２１〜２６は、棒状の部材１２の先端に据え付け台を用いて搭載し、検出器２７は、Ｘ線管球と対向するように、スリップリング取付部１１に搭載する。これにより、第１の実施例に比べ、棒状の部材の本数が少なくなり、より軽量な形状が達成できる。

本発明の第３の実施例を、図４を用いて説明する。図４に示すように、本実施例では、搭載物支持部６０を、外周が八角形になるように棒状の部材１６を組み合わせて構成し、さらに、スリップリング取付部ｌｌから棒状の部材１６外周の頂点をつなぐ。なお、外周は、八角形でなく、六角形や十二角形など他の多角形でも良い。これにより、隣り合う搭載物と共通の棒状１６の部材を用いて支えるため、使用する棒状の部材１６の数が少なくなり、より軽量な形状が得られる。また、第２の実施例に比べ、搭載物が棒状の部材１６に囲まれていることから、強い遠心力がかかったときの安全面にも優れている。

本発明の第４の実施例を、図５〜図６を用いて説明する。図５は、断面がＬ字形である棒状の部材１３を用いて組み合わせた、搭載物支持部６０のＸ線管球２１近傍のみを表した図であり、図６（ａ）は、図５において、冷却パイプ１４を取り付けた場合を表したものである。円で囲んだ部分（Ａ部）を拡大したものを図６のＡ部拡大図に示す。第１の実施例では、棒状の部材をコの字形状に組み合わせた骨組み構造に、断面がＴ字形である棒状の部材を用いていたが、断面がＬ字形である棒状の部材１３を用いる。これにより、Ｔ字形の場合、１２ａ，１２ｂと２つに分断されていた面が一つの面１３ａになり、設置面積が増える。この部分に、冷却パイプ１４などを取り付けることができるなどの利点もある。従って、棒状の部材１３によって撮像搭載物取付部材１および連結部材２が構成される。図では、１（１３），２（１３）と表示した。図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ部の拡大図である。

本発明の第５の実施例を、図７を用いて説明する。図７は、断面が矩形筒である棒状の部材１５を用いて組み合わせた搭載物支持部６０のＸ線管球２１近傍のみを表している。第１，４の実施例においては、棒状の部材をコの字形状に組み合わせた骨組み構造に、断面がＬ字形，Ｔ字形である棒状の部材を用いていたが、本実施例では、断面が矩形筒である棒状の部材１５を用いる。また、棒状の部材１５の断面を円筒にしてもよい。これにより、棒状の部材の引っ張り，曲げ，ねじり剛性が高くなった高強度な形状となる。従って、矩形筒である棒状の部材１５によって撮像搭載物取付部材１および連結部材２が構成される。図では、１（１５），２（１５）と表示した。

本発明の第６の実施例を、図８と図９を用いて説明する。図８は、断面がＬ字形である棒状の部材１３を組み合わせた、搭載物支持部６０のＸ線管球２１近傍のみを表した図であり、図９は、図８（ａ）において、冷却パイプ１４を取り付けた場合を表したものである。第２の実施例では、放射状に伸ばしていた棒状の部材に、断面がＴ字形である棒状の部材を用いていたが、断面がＬ字形である棒状の部材１３を用いる。これにより、Ｔ字形の場合、１２ａ，１２ｂと２つに分断されていた面が一つの面１３ａになり、設置面積が増える。この部分に、冷却パイプ１４などを取り付けることができる。従って、Ｌ字形である棒状の部材１３によって撮像搭載物取付部材１および連結部材２が構成される。図では１（１３），２（１３）と表示した。この例では中間材５を介して中間材５の上側に搭載物であるＸ線管球２１が取り付けられる。図８（ｂ）は図８（ａ）に示す部材の一部拡大図である。

本発明の第７の実施例を、図１０を用いて説明する。図１０は、断面が矩形筒である棒状の部材１５を用いて組み合わせた搭載物支持部６０のＸ線管球２１近傍のみを表している。第２，６の実施例においては、放射状に伸ばした棒状の部材に、断面がＬ字形，Ｔ字形である棒状の部材を用いているが、本実施例では、断面が矩形筒である棒状の部材１５を用いる。また、断面が円筒である棒状の部材を用いてもよい。これにより、棒状の部材の引っ張り，曲げ，ねじり剛性が高くなった高強度な形状となる。構成は、第６の実施例と同様であり、図についての説明も同様である。ただ、中間材は設置されず、撮像搭載物取付部材１に搭載物であるＸ線管球２１が直接取り付けてある。

本発明の第８の実施例を、図１１を用いて説明する。棒状の部材１６は、第５の実施例と同様に組み合わせ、これを２組用いて、搭載物支持部６０を構成する。なお、骨組構造外周は、八角形でなく、六角形や十二角形など他の多角形でも良い。また、撮像搭載物２１〜２６は、軸方向に関して左右対称になるように棒状の部材に取り付けられ、検出器２７は、Ｘ線管球と対向するように、スリップリング取付部１１（１１Ａ，１１Ｂ）に取り付けられている。これにより、第３の実施例に比べ、回転部全体がより高強度な形状になる。この例にあっては各ユニット３は、２組の撮像搭載物取付部材１と連結部材２から構成され、撮像搭載物取付部材１と連結部材２とを横部材６で連結して一体化を図っている。

本発明の第９の実施例を、図１２を用いて説明する。回転部１０は、スリップリング取付部１１と、スリップリング取付部１１の外周に放射状に取り付けられ、さらに回転面に対して、斜めに取り付けられたやや平板上で傾斜配置の棒状の部材１７と、外枠を形成する棒状の部材１７に取り付けられている撮像搭載物２１〜２６と、Ｘ線管球と対向するように、スリップリング取付部１１に取り付けられた冷却器２７から構成される。撮像搭載物２１〜２６は、第３の実施例と同様に、棒状の部材に囲まれた部分に重心が収まるように取り付ける。やや平たくされた棒状の部材１７によって、回転時には、図の矢印のように空気が流れ、Ｘ線ＣＴ装置の冷却効率が上がる。さらに、強度面でも優れた形状になっている。従って、撮像搭載物取付部材１および連結部材２は放射状の棒状の部材１７と外枠を形成する棒状の部材１７によって構成される。図では１（１７），２（１７）と表示した。

以上の実施例において、棒状の部材の材質には、鋼材やアルミニウムなどの金属材料のほか、繊維強化プラスチクス（ＦＲＰ）を用いることにより、より軽量化を達成することが可能となる。また、骨組構造は、部材の製造や骨組の組立が容易であるから製作コストを低減させることができる。

本発明の第１の実施例におけるＸ線ＣＴ装置回転部の全体図。図１に示したＸ線ＣＴ装置回転部のＸ線管球近傍における斜視図（図２（ａ））と側面図（図２（ｂ））。本発明の第２の実施例におけるＸ線ＣＴ装置回転部の全体図。本発明の第３の実施例におけるＸ線ＣＴ装置回転部の全体図。図１に示したＸ線ＣＴ装置回転部に、断面がＬ字である棒状の部材を用いたＸ線ＣＴ装置回転部のＸ線管球近傍図。断面がＬ字である棒状の部材に、冷却パイプを取り付けたＸ線ＣＴ装置回転部のＸ線管球近傍図（図６（ａ））と、その拡大図（図６（ｂ））。図１に示したＸ線ＣＴ装置回転部に、断面が矩形筒である棒状の部材を用いたＸ線ＣＴ装置回転部のＸ線管球近傍図。図２に示したＸ線ＣＴ装置回転部に、断面がＬ字である棒状の部材を用いたＸ線ＣＴ装置回転部のＸ線管球近傍図（図８（ａ））と断面図（図８（ｂ））。図８に示した断面がＬ字である棒状の部材に、冷却パイプを取り付けたＸ線ＣＴ装置回転部のＸ線管球近傍図（図９（ａ））と断面図（図９（ｂ））。図２に示したＸ線ＣＴ装置回転部に、断面が矩形筒である棒状の部材を用いたＸ線ＣＴ装置回転部のＸ線管球近傍図（図１０（ａ））と断面図（図１０（ｂ））。本発明の第８の実施例におけるＸ線ＣＴ装置回転部の全体図。本発明の第９の実施例におけるＸ線ＣＴ装置回転部の全体図。本発明の実施例におけるＸ線ＣＴ装置の外観図。従来のＸ線ＣＴ装置におけるガントリ内部構造の斜視図。従来のＸ線ＣＴ装置における支持部の斜視図。従来のＸ線ＣＴ装置における傾斜機構を示した斜視図（図１６（ａ））と側面図（図１６（ｂ））。従来のＸ線ＣＴ装置における回転部の回転機構を示した斜視図（図１７（ａ））と側面図（図１７（ｂ））。

符号の説明

１…撮像搭載物取付部材、２…連結部材、３…骨組み、４…骨組みの外形線、５…中間材、１０…回転部、１１…スリップリング取付部、１２…断面がＴ字形である棒状の部材、１３…断面がＬ字形である棒状の部材、１４…冷却パイプ、１５…断面が矩形筒である棒状の部材、１６…棒状の部材、１７…傾斜配置の棒状の部材、１８…据え付け台、２１…Ｘ線管球、２２…冷却器、２３…コンバータ、２４…バランスウエイト、２５…トランス、２６…インバータ、２７…検出器、２８…ＤＡＴ、３０…ガントリ、３１…開口部、４０…寝台、４１…駆動ユニット、５０…コンピュータ部、５１…画像再構成装置、５２…画像記憶装置、５３…画像表示装置、５４…制御部、５５…操作部、６０…搭載物支持部、７０…支持部、７１…センタフレーム、７２…メインフレーム、７３…サイドフレーム、７４…スタンド、７５…軸受、８０…スリップリング、８１…ベルト、８２…サーボモータ。

Claims

撮像搭載物が取り付けられ、軸心を中心として回転動作をする回転部を備えたＸ線ＣＴ装置において、
前記回転部は、前記撮像搭載物を取り付ける撮像搭載物取付部材および該撮像搭載物取付部材を前記スリップリング取付部に連結する連結部材が棒状の部材を組み合わせた骨組みで構成されていること
を特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１において、前記連結部材は前記スリップリング取付部から前記撮像搭載物取付部材に向けて半径方向に放射状に伸びる形体とされることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１において、前記骨組みは多角形を構成し、該多角形を構成する前記撮像搭載物取付部は前記多角形の辺を構成し、該辺の内側もしくは外側に前記撮像搭載物が取り付けられることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１において、前記撮像搭載物取付部もしくは／および前記連結部材は断面がＴ字形，Ｌ字形，矩形および円形の内のいずれかの形状をなすことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１において、前記撮像搭載物取付部もしくは／および前記連結部材は複合材料で形成されることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１において、前記撮像搭載物取付部もしくは／および前記連結部材は繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で形成されることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１から６のいずれかにおいて、前記骨組みおよび該骨組みに取り付けられる各撮像搭載物の重心は、前記骨組みの内側に位置するように該骨組みの内側に各撮像搭載物が取り付けられることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。