JP2008142236A - Ｘ線診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 実効焦点サイズを小さくするように調整可能にすること。
【解決手段】 Ｘ線管２０とＸ線検出器３０との間の距離を調整する支持器制御部５１と、Ｘ線絞り装置２５の視野サイズ（ＦＯＶ）を調整する絞り制御部５２と、Ｘ線管をＸ線検出器の対向面に対して傾斜させる駆動部２３と、この駆動部によって傾斜させるＸ線管の傾斜角度を、Ｘ線管焦点とＸ線検出器との間の距離（ＳＩＤ）と視野サイズ（ＦＯＶ）とに応じて、実効焦点サイズが最小になるように演算する管球角度制御部５３とを備えた。
これにより、視野サイズ（ＦＯＶ）内の、任意のＸ線管焦点−Ｘ線検出器間の距離（ＳＩＤ）において、実効焦点サイズをより小さくなるようにして、画質の優れた先鋭度の高いＸ線画像を得ることのできるＸ線診断装置が提供される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、実効焦点をより小さくしてＸ線撮影を可能にするＸ線診断装置に関する。

Ｘ線診断装置は互いに対向するように配置されるＸ線管とＸ線検出器とを備えており、Ｘ線管から照射されて被検体を透過したＸ線をＸ線検出器で検出することによって、Ｘ線画像を得て診断に供している。

Ｘ線診断装置には一般的に回転陽極形Ｘ線管が使用される。その理由は、回転陽極形Ｘ線管は、焦点を小さくできることと大負荷短時間撮影が可能なことにより、画質の優れた先鋭度の高い画像が得られることによる。この回転陽極形Ｘ線管は、良く知られているように、高速で回転するタングステンなどの材料で形成されている陽極の周縁（ターゲット）に、陰極から放出される電子を高速で衝突させることによってＸ線を発生させている。

図４は、回転陽極形Ｘ線管の焦点構造を説明するために示したものである。この図に示されているように、陽極１の周縁は傾斜させて形成されており、この部分をターゲット２と称し、このターゲット２の傾き角αをターゲット角と称している。そして、陰極であるフィラメント３から放出されて加速された電子の、ターゲット２に衝突した部分が実焦点であり、その大きさは幅ａ×長さｂで表わされる。一方、ターゲット２から放出されるＸ線束のうち、実際に使用される方向すなわち、被検体へ照射される陽極１の鉛直下方向の焦点を実効焦点と称し、その大きさはＡ×Ｂで表わされる。ここで、Ａは幅であり、Ｂは長さである。

一般に、焦点を小さくするためには、陽極１のターゲット角αを実質的に小さくすれば良いが、ターゲット角αを小さくすると陽極１への入力電流が熱的な問題から制限されるため、あまり小さくすることはできない。しかし、実効焦点の長さＢ方向の大きさは、陽極方向（図の右側）に片寄って見れば小さく、陰極方向（図の左側）に片寄って見れば大きくなることが知られており（例えば、非特許文献１参照。）、このことから、Ｘ線検出器に対してＸ線管を陽極方向へ若干傾けた状態にしてＸ線を照射すれば、ターゲット角αで決まる焦点サイズよりも小さい焦点でのＸ線撮影が可能となる。なお、Ｘ線管を陽極方向へ若干傾けたとしても、実効焦点の幅Ａ方向寸法は変わらない。
内田勝 著 「放射線画像工学」 オーム社 平成４年１１月２０日（第３版）発行

ところで、Ｘ線管にはもともと、陽極１のターゲット角αによってＸ線の照射野範囲が規定されており、この照射野の範囲は、Ｘ線診断装置の仕様によって定まる視野サイズ（ＦＯＶ）が最大で、Ｘ線管焦点とＸ線検出器間の距離（ＳＩＤ）が最大の場合に撮影が可能な範囲となる。よって、焦点サイズを小さくするためにＸ線管を傾けることのできる範囲は現実的には小さく、手動によって調整するのは極めて困難である。

しかしながら、より小さい焦点サイズにすることによって、画質の優れた先鋭度の高いＸ線画像を得たいとの要望は根強いものがある。本発明はこのような要望に応えるために、視野サイズ（ＦＯＶ）やＸ線管焦点とＸ線検出器間の距離（ＳＩＤ）の変化に伴って、実効焦点を最小にすることの可能なＸ線診断装置を提供することを目的としてなされたものである。

上述の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、Ｘ線発生手段と、このＸ線発生手段に対向するように配置される二次元状のＸ線検出手段とを備えるＸ線診断装置において、前記Ｘ線発生手段と前記Ｘ線検出手段との間の距離を調整する距離調整手段と、この距離調整手段によって位置づけられる前記Ｘ線検出手段に、前記Ｘ線発生手段からのＸ線が照射されるように視野サイズを調整するＸ線絞り手段と、前記Ｘ線発生手段と前記Ｘ線検出手段との間の距離および前記Ｘ線絞り手段により調整される視野サイズに応じて、実効焦点サイズが最小になるように、前記Ｘ線検出手段の対向面に対して前記Ｘ線発生手段を傾斜させる傾斜角度を演算する演算手段と、この演算手段により得られた傾斜角度となるように、前記Ｘ線発生手段を傾斜させる駆動手段とを具備することを特徴とする。

上記課題を解決するための手段の項にも示したとおり、本発明の特許請求の範囲に記載する発明によれば、Ｘ線管焦点とＸ線検出器間の距離（ＳＩＤ）および視野サイズ（ＦＯＶ）の情報から、Ｘ線管を傾斜させることのできる角度を演算して求め、その結果に応じてＸ線管を傾斜させるように制御するので、実効焦点を最小にするためのＸ線管の角度調整範囲を緩和することができる。よって、視野サイズ（ＦＯＶ）の範囲内であれば、任意のＸ線管焦点とＸ線検出器間の距離（ＳＩＤ）において、より小さい焦点サイズにすることが可能であり、画質の優れた先鋭度の高いＸ線画像の得られるＸ線診断装置が提供される。

以下、本発明に係るＸ線診断装置の一実施例について、図１ないし図３を参照して詳細に説明する。なお、これらの図において同一部分には同一符号を付して示してある。

図１は、本発明に係るＸ線診断装置の一実施例の概略的なシステム構成を示したものである。Ｘ線診断装置は、例えばC字状に形成されたアーム１１を支持する支持器１０を備えている。アーム１１の両端部には、Ｘ線発生部２０とＸ線検出器３０とが対向するように設けられている。なお、図示を省略したが、このＸ線発生部２０とＸ線検出器３０と間に、寝台などに載置された被検体が位置付けられることは言うまでもない。

図１のA部を拡大した図２に示すように、Ｘ線発生部２０は、アーム１１の先端に固定された保持体２１、この保持体２１に傾動可能に支持され内部にＸ線管を収納し固定している管球ハウベ２２、管球ハウベ２２を傾動させる駆動部２３などを備えており、管球ハウベ２２は駆動部２３の動作によって回転軸２４を中心として、Ｘ線管の陽極方向へ所定角度だけ傾動可能となっている。なお、管球ハウベ２２のＸ線照射窓側には、被検体へのＸ線の照射範囲を設定するためのＸ線絞り装置２５が備えられているが、このＸ線絞り装置２５は管球ハウベ２２の傾動動作には応動せず、常にＸ線検出器３０方向へ向けて固定されている。

一方Ｘ線検出器３０は、図１に矢印３１で示すように、対向するＸ線発生部２０側への距離を調整可能なようにしてアーム１１に設けられている。このＸ線検出器３０としては、Ｘ線フィルムの他、Ｘ線像を可視光像に変換するイメージインテンシファイアー（Ｉ．Ｉ．）が良く知られているが、最近では、Ｘ線像を直接電気信号に変換するような、２次元的に配列された複数の半導体Ｘ線検出素子を備えた平面検出器と呼ばれるものも使用されるようになってきた。

さて、上記の各構成要素の動作を制御するために、それぞれに制御手段が設けられている。すなわち、アーム１１は、支持器１０の支持軸１２を中心として回転可能であるとともに、湾曲方向に沿ってスライド可能でもある。このような動作を制御するのが支持器制御部５１である。そして、Ｘ線検出器３０のＸ線発生部２０側への距離の調整、すなわちＸ線管焦点とＸ線検出器間の距離（ＳＩＤ）の制御も支持器制御部５１によって行われる。また、視野サイズ（ＦＯＶ）を決めるＸ線絞り装置２５の絞り開度を制御するために絞り制御部５２が設けられており、さらに、Ｘ線管の傾斜角度を制御するために管球角度制御部５３が設けられている。なお、管球角度制御部５３は、具体的には管球ハウベ２２を傾動させる駆動部２３へ制御信号を供給することになる。

これらの支持器制御部５１、絞り制御部５２および管球角度制御部５３は、Ｘ線診断装置全体を制御する中枢的な機能を果たすための、コンピュータやメモリ等を有するシステム制御部５０によって管理されており、このシステム制御部５０に対して操作者が適宜設定操作などを行う操作卓６０も設けられている。そしてシステム制御部５０は、Ｘ線管に供給する管電圧、管電流の供給源となるＸ線発生器や、Ｘ線検出器３０からの信号を処理してモニタに表示させる画像処理部なども制御することになるが、これらは本発明の作用には直接関係しないので、図示とその説明を省略する。

次に上記のように構成された本発明に係るＸ線診断装置の動作について、図３を参照して説明する。

ここで、図３（ａ）はＸ線発生部２０とＸ線検出器３０とが正対している状態を示しており、さらに、Ｘ線検出器３０がＳＩＤ１とＳＩＤ２の位置にある場合について示している。なお、Ｘ線管焦点とＸ線検出器間の距離（ＳＩＤ）は、ＳＩＤ１＜ＳＩＤ２の関係にある。また、視野サイズ（ＦＯＶ）ＮのときのＸ線照射野範囲を実線で示し、視野サイズ（ＦＯＶ）Ｍ１のときのＸ線照射野範囲を点線で示してある。

この図３（ａ）から明らかなように、Ｘ線検出器３０がＸ線発生部２０に近いＳＩＤ１の位置にあれば、大きな視野サイズ（ＦＯＶ）Ｎでの撮影が可能であり、小さな視野サイズ（ＦＯＶ）Ｍ１での撮影では、両側部分の画像が得られないことが分かる。一方、Ｘ線検出器３０がＸ線発生部２０から遠いＳＩＤ２の位置にあれば、通常は小さな視野サイズ（ＦＯＶ）Ｍ１で撮影することになるが、このときは、大きな視野サイズＮには余裕があるので、Ｘ線発生部２０をある程度傾けても撮影は可能であり、Ｘ線発生部２０を傾ける分小さい実効焦点での撮影が可能となる。

図３（ｂ）は、Ｘ線検出器３０がＸ線発生部２０から遠いＳＩＤ２の位置にある場合に、撮影が可能な範囲でＸ線発生部２０をＸ線検出器３０に対して傾けた状態を示したものである。このとき、管球ハウベ２２に収納されているＸ線管が陽極側へ傾くことになる。

Ｘ線検出器３０をＳＩＤ１の位置からＳＩＤ２の位置へ移動させると、その移動量は支持器制御部５１によって検出される。また、ＳＩＤ２の位置にあるＸ線検出器３０の視野サイズ（ＦＯＶ）は、絞り制御部５２によって検出される。従って、これらの情報を基にして、管球角度制御部５３はＸ線管を傾斜させることの可能な角度を演算して求め、その角度だけＸ線発生部２０を傾けるように駆動部２３を制御する。

すなわち、視野サイズ（ＦＯＶ）は、管球の仕様に基づく最大視野角をθとし、実効焦点を最小にするためにＸ線管を傾けることのできる角度をβとすれば、Ｘ線管焦点とＸ線検出器間の距離（ＳＩＤ）との関係から、次式として表される。

ＦＯＶ ＝ （２＊ＳＩＤ）＊ｔａｎ［（θ／２）−β］ ・・・ （１）
この（１）式から
（θ／２）−β ＝ ｔａｎ^−１［ＦＯＶ／（２＊ＳＩＤ）］ ・・・ （２）
となり、さらに（２）式から、実効焦点を最小にするためにＸ線管を傾けることのできる角度βは、次の（３）式として求められる。

β ＝ （θ／２）−ｔａｎ^−１［ＦＯＶ／（２＊ＳＩＤ）］ ・・・ （３）
従って、支持器制御部５１によって検出されるＸ線管焦点とＸ線検出器間の距離（ＳＩＤ）の情報と、絞り制御部５２によって検出される視野サイズ（ＦＯＶ）の情報と最大視野角θとから、（３）式によって実効焦点を最小にするＸ線管の傾斜角度βを演算して求め、その結果、Ｘ線管を角度βだけ傾斜させるように、管球角度制御部５３は駆動部２３へ制御信号を供給して管球ハウベ２２を傾動させる。

以上詳述したように、従来は、Ｘ線管焦点とＸ線検出器間の距離（ＳＩＤ）が視野サイズ（ＦＯＶ）内の最も遠い距離でしかＸ線管を傾けることができなかったが、本発明によれば、Ｘ線管焦点とＸ線検出器間の距離（ＳＩＤ）および視野サイズ（ＦＯＶ）の情報から、Ｘ線管を傾斜させることのできる角度を演算して求められるので、実効焦点を最小にするためのＸ線管の角度調整範囲を緩和することができる。従って、視野サイズ（ＦＯＶ）の範囲内であれば、任意のＸ線管焦点とＸ線検出器間の距離（ＳＩＤ）において、より小さい焦点サイズにすることによって、画質の優れた先鋭度の高いＸ線画像を得ることのできるＸ線診断装置が提供される。

本発明に係るＸ線診断装置の一実施例の概略的なシステム構成を示した図である。 図１のA部を拡大した図である。 本発明に係るＸ線診断装置の作用を説明するために示した図である。 一般的な回転陽極形Ｘ線管の焦点構造を説明するために示した図である。

符号の説明

１０ 支持器
１１ アーム
１２ 支持軸
２０ Ｘ線発生部
２１ 保持体
２２ 管球ハウベ
２３ 駆動部
２４ 回転軸
２５ Ｘ線絞り装置
３０ Ｘ線検出器
５０ システム制御部
５１ 支持器制御部
５２ 絞り制御部
５３ 管球角度制御部
６０ 操作卓

Claims (1)

1. Ｘ線発生手段と、このＸ線発生手段に対向するように配置される二次元状のＸ線検出手段とを備えるＸ線診断装置において、
   前記Ｘ線発生手段と前記Ｘ線検出手段との間の距離を調整する距離調整手段と、
   この距離調整手段によって位置づけられる前記Ｘ線検出手段に、前記Ｘ線発生手段からのＸ線が照射されるように視野サイズを調整するＸ線絞り手段と、
   前記Ｘ線発生手段と前記Ｘ線検出手段との間の距離および前記Ｘ線絞り手段により調整される視野サイズに応じて、実効焦点サイズが最小になるように、前記Ｘ線検出手段の対向面に対して前記Ｘ線発生手段を傾斜させる傾斜角度を演算する演算手段と、
   この演算手段により得られた傾斜角度となるように、前記Ｘ線発生手段を傾斜させる駆動手段と
   を具備することを特徴とするＸ線診断装置。

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