JP2009142349A - X線ct装置 - Google Patents

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Katsuya Sugiyama
勝也 杉山
Keiji Koyanagi
慶二 小柳
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Abstract

【課題】X線管の焦点が被検体の体軸方向に変位したても、これをレスポンス良く補正することができるX線CT装置を提供する。
【解決手段】被検体2を中心に回転する回転体4と、前記回転体4に設置され前記被検体2へ向けてX線を照射するX線管5bを含むX線管装置と、前記被検体2を挟んで前記X線管5と対向するように前記回転体4に設置され前記被検体2を透過したX線を検出するX線検出器6とを備えるX線CT装置において,前記X線管装置のX線管を収納する外囲器の外周近傍に設けられ、前記X線管5内の陰極5aから放出された電子ビーム5cを偏向するための偏向磁場Bを形成する偏向電磁石9と,前記X線管5の体軸方向への焦点変位を検出する焦点変位検出器10と,前記焦点変位検出器10によって検出される体軸方向への焦点変位がゼロになるように、前記偏向電磁石9の励磁電流を調整する偏向制御手段11と,を備えて構成する。
【選択図】図1

Description

本発明は、X線CT装置に係り、特にX線管の焦点が体軸方向に変位した場合に、これをレスポンス良く補正することができるX線CT装置に関する。
近年のX線を使用して被検体の断層撮影を行うX線CT装置は、被検体の体軸を中心に回転する回転体を有しており、この回転体に被検体を挟んで対向するようにX線管とX線検出器が配置されている。
また、X線管から被検体に照射され、この被検体を透過したX線は、X線検出器によって検出される。このX線検出器は、入力したX線を検出し、検出したX線を電気信号に変換するもので、検出したX線強度に応じた電気信号(デジタルデータ)を、画像処理手段へ出力するようになっている。
画像処理手段は、X線検出器から出力された電気信号(デジタルデータ)を入力し、この入力したデジタルデータを演算処理して画像を再構成し、被検体の断層画像として記録し、表示手段に断層画像を表示するように構成されている。
X線CT装置においては、X線管は、X線管から放射されるX線の線量分布に鑑みて、陽極と陰極の配置方向が被検体の体軸方向へ一致するように前記回転体へ取り付けられる。
このような構成のX線CT装置にあっては、長時間運転していると、X線管が発熱する。このX線管の発熱は、X線管内の陽極に熱膨張を生じさせる。このため、X線管の焦点位置が体軸方向に変位する。この結果、X線管より照射されたX線は、X線検出器の正常な位置に当たらなくなってしまうという問題を有している。
このような問題を改善するために、X線を発生するための電子ビームを偏向可能に構成されたX線管を用い、X線管の陽極が熱膨張等により伸縮して焦点位置が変位すると、X線検出器の少なくとも2列の各所定の検出信号に基づき、両信号振幅が同一となる方向に電子ビームを偏向制御することにより、焦点位置を補正するように構成されたX線CT装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2002−238885号公報
しかしながら、特許文献1のX線CT装置は、電子ビーム偏向手段を備えた構成のX線管を使用する構成となっているため、電子ビーム偏向手段が備わっていない一般的なX線管を使用することができないという点について配慮がなされていない。
本発明の目的は、電子ビーム偏向手段が備わっていない一般のX線管を使用することができ、X線管の焦点が被検体の体軸方向に大きく変位した場合でも、これをレスポンス良く補正することができるX線CT装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項1に記載のX線CT装置は、被検体を中心に回転する回転体と、前記回転体に設置され前記被検体へ向けてX線を照射するX線管を含むX線管装置と、前記被検体を挟んで前記X線管と対向するように前記回転体に設置され前記被検体を透過したX線を検出するX線検出器とを備えるX線CT装置において,前記X線管装置のX線管を収納する外囲器の外周近傍に設けられ、前記X線管内の陰極から放出された電子ビームを偏向するための偏向磁場を形成する偏向電磁石と,前記X線管の体軸方向への焦点変位を検出する焦点変位検出器と,前記焦点変位検出器によって検出される体軸方向への焦点変位がゼロになるように、前記偏向電磁石の励磁電流を制御する偏向制御手段と,を備えることを特徴とする。
このように構成することにより、請求項1に記載のX線CT装置によれば、電子ビーム偏向によりX線管陰極の体軸方向への焦点変位をレスポンス良く補正することができる。また、偏向電磁石をX線管の内部に設けるのではなく、X線管装置とは別のユニットとしてX線管装置の外囲器の外周近傍に設けるため、電子ビーム偏向手段が備わっていないX線管を使用することができる。
上記目的を達成するため、請求項2に記載のX線CT装置は、請求項1に記載のX線CT装置における偏向電磁石が鉄心とコイルからなり、前記鉄心は開放端を有す略C字状に形成され、前記外囲器を跨いで配置されるとともに、前記開放端の断面中心を結ぶ線が水平面内で前記電子ビームと交差するように配置されていることを特徴とする。
このように構成することにより、請求項2に記載のX線CT装置によれば、陰極から陽極へ放射される電子ビームが電磁石の開放端間に発生させられた偏向磁場によって偏向される。
上記目的を達成するため、請求項3に記載のX線CT装置は、請求項1又は2に記載のX線CT装置におけるX線管装置の外囲器、管容器、陰極は非磁性体又は常磁性体によって形成したことを特徴とする。
このように構成することにより、請求項3に記載のX線CT装置によれば、偏向電磁石によって形成される偏向磁場の乱れが小さくなるので、焦点位置の補正が容易となり、その精度も向上できる。
上記目的を達成するため、請求項4に記載のX線CT装置は、請求項1,2又は3に記載のX線CT装置における焦点変位検出器を、X線検出器の一部の複数のX線検出素子を利用して前記X線管の体軸方向の焦点変位を検出することを特徴とする。
このように構成することにより、請求項4に記載のX線CT装置によれば、X線検出器が焦点変位検出器の機能を兼ね備えているため、低価格化を実現することができる。
上記目的を達成するため、請求項5に記載のX線CT装置は、請求項1,2,3又は4に記載のX線CT装置における焦点変位検出器を、X線管と被検体との間に設置し、X線管から照射されるX線を受光することによりX線管の体軸方向の焦点変位を検出することを特徴とする。
このように構成することにより、請求項5に記載のX線CT装置によれば、焦点変位検出器は,X線管から照射されるX線を被検体によってさえぎられることなくダイレクトに受光できるので、被検体の体格やポジショニング等によらず安定して焦点位置を補正することができる。
上記目的を達成するため、請求項6に記載のX線CT装置は、請求項1,2,3,4又は5に記載のX線CT装置における偏向電磁石を、鉄心を、X線管のX線照射側に配置し、X線管から被検体へ向けて照射されるX線が遮蔽されないように形成したことを特徴とする。
このように構成することにより、請求項6に記載のX線CT装置によれば、鉄心の長さを短くすることができため、よりコンパクトな偏向電磁石を実現することができる。
本発明によれば、偏向電磁石をX線管装置とは別のユニットとしてX線管装置の外囲器の近傍に設けるため、電子ビーム偏向手段が備わっていないX線管を使用することができ、電子ビーム偏向によりレスポンス良く焦点位置を補正することができるという効果を奏することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて、詳細に説明する。
図1〜図4には、本発明に係るX線CT装置の第1の実施例が示されている。図1は、X線CT装置において本発明に関連する要部構成図、図2、図3は、図1に図示の偏向電磁石部を示す図で、図2はその正面図、図3はその側面図、図4は、図1に図示のX線CT装置の焦点位置の補正を説明するための図である。
図1において、1は、X線CT装置の主要部を構成するガントリである。このガントリ1は、中央部に円形の開口部1aを有しており、この開口部1aの中心部には、被検体2を寝かせるための寝台3が設置されている。
寝台3は、図示しない水平移動手段及び上下移動手段によって、被検体2の体軸方向及び上下方向への移動が自在となっている。
ガントリ1内には、被検体2を中心に回転する回転体4が設けられている。この回転体4には、被検体2を挟んで対向するようにX線管装置5とX線検出器6が配置されている。X線管装置5は、回転体4に固定されたX線管支持部13によって支持されている。そして、X線管支持部13の内部には、コリメータ8が収納されている。
X線管装置5は、X線管外囲器(ハウベ)5aとX線管(チューブ)5bを備え、図4に示す如く、X線管5bの陰極5cと、回転可能に構成された傘形の陽極5dが設けられている。このX線管5bは、管の内部の陰極5cから放出された電子ビーム5eが焦点5fに衝突することにより、焦点5fから円錐状のX線を被検体2に向けて発生するようになっている。
そして、この焦点5fから発生したX線は、コリメータ8によって、扇状又は角錐状のX線ビーム7にコリメートされて、被検体2に照射される。
X線検出器6は、図1に示す如く、図4に図示のX線管5bの焦点5fを中心として円弧状に形成され、配置されている。このX線検出器6は、X線ビーム7の受光面に、被検体2の体軸方向(図1の表面から裏面に突き抜ける方向)に直交するチャンネル方向に、多数のX線検出素子群(図示せず)が配列され、さらに、このX線検出器6のX線ビーム7の受光面に配列されたX線検出素子群は、被検体2の体軸方向(スライス方向)へ複数列配列された構造となっている。
そして、被検体2に照射されたX線ビーム7は、被検体2を透過し、X線検出器6によって検出される。このX線検出器6の各検出素子においては、被検体2を透過してきたX線とその強度及び量に応じて電気信号に変換してデジタルデータ化して画像処理手段(図示せず)に出力する。
この画像処理手段では、1スキャンの間にX線検出器6で検出されたデジタルデータに基づき、画像を再構成するようになっている。
また、図1に図示のX線CT装置には、X線管装置5の体軸方向(スライス方向)の焦点位置をレスポンス良く補正するために、偏向電磁石9と、焦点変位検出器10と、偏向制御手段11とが設けられている。
偏向電磁石9は、図2に示す如く、X線管装置5の外囲器5aの外面に接近して磁石固定具14によってX線管支持部13へ固定されている。この偏向電磁石9は、図2に示す如く、ケイ素鋼板製の鉄心9aにコイル9bを巻き付けて形成されている。この偏向電磁石9の鉄心9aは、その横断面が矩形状をしていて、全体が全体が開放端を有す略C字状に形成され、図2,図3に示すように筒状の外囲器5aを跨ぐように配置されている。
そして、鉄心9aの両端の断面中心を結ぶ線は、X線管5bの陰極5cから陽極5dへ通常状態で放射される電子ビームの中心とほぼ一致する位置であって、スライス面に直交する水平面内にあって、電子ビームと交差する方向へ向けられている。
この偏向電磁石9のコイル9bへ電流を供給するとX線管5bの陰極5cから放射される電子ビーム5eを偏向するための偏向磁場Bが形成される。
そして、この偏向電磁石9の鉄心9aに巻き付けたコイル9bに電流を供給するとX線管5bの陰極5cから放射される電子ビーム5eを偏向するための偏向磁場Bが形成される。
そして、この偏向磁場Bの鉄心9aに巻き付けたコイル9bに供給する励磁電流の大きさ及び向きを変えることによって、磁極9cと磁極9cの両端の磁極の間に形成される偏向磁場Bの強度及び向きを調整できるようになっている。
焦点変位検出器10は、X線検出器6のX線ビーム7の受光面に、被検体2の体軸方向(スライス方向)に直交するチャンネル方向に、多数配列されているX線検出素子の一部(好ましくは端部)を利用して構成されている。このX線検出素子は、被検体2の体軸方向(スライス方向)へ複数列配列された構造となっている。
ここで、X線焦点にずれが生ずると、複数のX線検出素子へ入射するX線量に差が生ずるため、それらのX線検出素子の出力信号(焦点変位検出信号)にも差が生ずる。
偏向制御手段11は、焦点変位検出器10から出力された焦点変位検出信号の差分がゼロになるように、偏向電磁石9によって形成される偏向磁場Bの強度及び向きを制御するものである。この偏向制御手段11には、前記演算を行う手段に加え、電磁石電源12が設けられており、この電磁石電源12から励磁電流が出力され、偏向電磁石9のコイル9bに供給されるようになっている。
この電磁石電源12から偏向電磁石9のコイル9bに供給される励磁電流の大きさ及び向きは、可変可能に構成されている。したがって、偏向制御手段11では、この電磁石電源12から供給される励磁電流の大きさ及び向きを変えることによって、偏向電磁石9によって形成される偏向磁場Bの強度及び向きを制御している。
偏向電磁石9が形成する偏向磁場Bは、鉄心の磁極9c−9c間や、その近傍に強磁性体があると分布に乱れを生じる。したがって、前記磁極9c−9cに挟まれた空間に位置するX線管装置5の構成部材も非磁性材又は常磁性体を用いなければならないが、従来より、X線管外囲器5aはアルミ鋳物、X線管5bはガラス又はガラスとオーステナイト系ステンレス鋼板を用いて制作されているので、本発明の実施上問題はない。
しかし、従来より使用されている一般的なX線管の陰極(フィラメントを除いた部分)は、純鉄やニッケルなどの強磁性体によって形成されているので、そのような構成では、強磁性体による磁束の吸引によって、偏向電磁石9が形成する偏向磁場Bの分布に乱れが生じてしまう。
そこで、本実施例では、偏向電磁石9が形成する偏向磁場Bの分布の乱れを小さくするために、X線管5bの陰極5cのフィラメントを除く部分をオーステナイト系ステンレス鋼などの非磁性体又は常磁性体によって構成している。
次に、図面を用いて第1実施例に係るX線CT装置の動作を説明する。
まず、寝台3に被検体2を寝かせて載置する。そして、被検体2の断層撮影を開始するに当たっては、被検体2を寝台3に寝かせた状態で、撮影部位が回転体4の回転中心となるように寝台3の高さを調整する。
次に、X線CT装置の運転を開始すると、回転体4が回転を開始し、同時にX線管装置5より被検体2に向けてX線ビーム7が照射されて、被検体2の断層撮影が開始される。
被検体2の断層撮影を開始した後、繰り返し撮影が行われると、X線管5b内の陽極5dは、加熱されて熱膨張する。すると、X線管5b内の陽極5dは、図3に示す如く、実線位置から点線位置へと移動する。
このようにX線管5b内の陽極5dが図4の図示実線位置から点線位置へと移動すると、X線管5bの陰極5cから放出された電子ビーム5eが陽極5dに衝突する焦点5fの位置が体軸方向(スライス方向:図中X方向)に移動し5f´となる。この結果、X線管5から照射されるX線ビーム7は、X線検出器6の正常な位置に当たらなくなる。
この焦点5fの位置が体軸方向(スライス方向)に移動する焦点変位(焦点の基準位置に対する変位)は、X線検出器6のチャンネル方向端部に設けられている焦点変位検出器10によって検出される。この焦点変位検出器10によって検出された焦点変位検出信号は、偏向制御手段11に送出される。
焦点変位検出器10から送信されてきた焦点変位検出信号を受信した偏向制御手段11は、焦点変位検出器10によって検出された焦点変位検出信号に基づいて、偏向電磁石9のコイル9bに供給する励磁電流を演算によって求め、その結果に基づいて励磁電流調整信号を電磁石電源12へ出力する。
すると、偏向電磁石9は、磁極9c、9c間に形成される偏向磁場Bの強度の調整を行う。
偏向電磁石9の両端の磁極9c、9c間に形成される偏向磁場Bの調整によって、電子ビーム5eは、偏向され、例えば、図4に示す如く、陽極5dが点線位置方向に移動した場合は、電子ビーム5eが点線に示すようにX方向に偏向され、その結果、電子ビーム5eの陽極5dに衝突する位置(焦点の位置)が5f”に移動する。このようにしてX線管5bの体軸方向(スライス方向)の焦点位置が補正される。
この偏向制御手段11は、X線ビーム7の照射中は常に、焦点変位検出器10によって検出される前記焦点変位検出信号の差分がゼロになるように偏向磁場Bの強度を制御している。このため、X線管5b内の陽極5dが熱膨張しても、常に焦点位置が補正された状態で被検体2の断層撮影が可能となる。したがって、本実施例によれば、リングアーチファクトが低減又は除去された断層画像を得ることができる。
なお、以上の動作説明においては、X線管5の陽極5bの熱膨張による焦点変位を補正する場合を採り上げたが、X線管5bの焦点が体軸方向(スライス方向)に変位する種々の条件、例えば、ガントリ1のチルト角度、回転体4の回転速度など、においても、同様に焦点位置を補正することが可能である。
本実施例に係るX線CT装置の1つの特長は、レスポンス良く焦点位置を補正することができることである。
本実施例に係るX線CT装置では、電子ビームを偏向することによって焦点位置を補正しているため、レスポンスが良い。そのため、チルト計測時やX線管5の休止時間が長い時のように焦点変位が大きい場合であっても、本スキャンの直前に予備曝射せずにリングアーチファクトが低減又は除去された断層画像を取得することができる。
さらに、本実施例に係るX線CT装置の特長は、電子ビーム偏向手段が備わっていない一般的なX線管を使用することができることである。
本実施例に係るX線CT装置においては、偏向電磁石9を、X線管装置5の内部に設けるのではなく、X線管装置5とは別のユニットとしてX線管外囲器5aの外面に接近して設けている。したがって、本実施例に係るX線CT装置によれば、X線管5bの内部に電子ビーム偏向手段を備えた特殊で高価なX線管を使用することなく、レスポンスの良い焦点位置補正を実現することができる。
図5には、本発明に係るX線CT装置の第2の実施例が示されている。なお、第1の実施例と同一部品については、同一符号を付してその説明を省略する。
第2の実施例は、焦点変位検出器10の設置位置を、第1の実施例に対して変えたものである。すなわち、第2の実施例が第1の実施例と異なる点は、第1の実施例が焦点変位検出器10を、X線検出器6のX線ビーム7の受光面に、被検体2の体軸方向(スライス方向)に直交するチャンネル方向に、多数配列されているX線検出素子の一部を利用して構成しているのに対し、第2の実施例が焦点変位検出器10Aを、X線管装置5と被検体2との間に別個に設けて構成している点である。
図5において、焦点変位検出器10Aは、X線管装置5と被検体2との間に設けられており、体軸方向(スライス方向)に配列された複数個のX線検出素子を備えて構成されている。このため、焦点変位検出器10Aは、X線管5のスライス方向の焦点変位を検出することができる。
本実施例の構成によると、焦点変位検出器10Aが、X線管5から照射されるX線を被検体2によって遮られることなくダイレクトに受光することができる。したがって、被検体2の体格やポジショニング等によらず安定して焦点位置を補正することができる。
図6には、本発明に係るX線CT装置の第3の実施例が示されている。なお、第1の実施例と同一部品については、同一符号を付してその説明を省略する。
第3の実施例は、偏向電磁石9を変形構成したものである。
図6において、偏向電磁石9Aの鉄心9aは、X線管5のX線照射側に配置されている。また、偏向電磁石9Aの鉄心9aの形状は、X線管5から被検体2へ向けて照射されるX線が遮蔽されないように配置又は形成されている。
図6に図示の第3の実施例の偏向電磁石9Aは、図2に図示の第1の実施例の偏向電磁石9と比較して、鉄心9aの長さを短くすることができる。このため、第3の実施例によれば、よりコンパクトな偏向電磁石9Aを実現することができる。
なお、第1、第2の実施例及び第3の実施例では、偏向電磁石9、9Aの鉄心9aの材質として、ケイ素鋼板を採用したが、これに限ることなく、例えば純鉄を採用してもよい。
また、偏向電磁石9、9Aのコイル9bの配置は、X線管5b内の陰極5cから放出された電子ビーム5eを偏向するための偏向磁場Bを形成できる構成であれば、どのように配置してもよい。
更に鉄心9aの横断面形状は、矩形に限定されることなく円形でもよい。
本発明に係るX線CT装置の第1の実施の形態を示す概略構成図である。 図1に図示のX線CT装置の正面側から見た偏向電磁石部を示す図である。 図1に図示のX線CT装置の側面側から見た偏向電磁石部を示す図である。 図1に図示のX線CT装置の焦点位置の補正を説明するための図である。 本発明に係るX線CT装置の第2の実施の形態を示す概略構成図である。 本発明に係るX線CT装置の第3の実施の形態の偏向電磁石部を示す図である。
符号の説明
1……………………………ガントリ
1a…………………………開口部
2……………………………被検体
3……………………………寝台
4……………………………回転体
5……………………………X線管
5a…………………………陰極
5b…………………………陽極
5c…………………………電子ビーム
5d,5d’………………焦点
6……………………………X線検出器
7……………………………X線ビーム
8……………………………コリメータ
9,9A……………………偏向電磁石
9a…………………………鉄心
9b…………………………コイル
9c…………………………磁極
10,10A………………焦点変位検出器
11…………………………偏向制御手段
12…………………………電磁石電源

Claims (6)

  1. 被検体を中心に回転する回転体と、前記回転体に設置され前記被検体へ向けてX線を照射するX線管を含むX線管装置と、前記被検体を挟んで前記X線管と対向するように前記回転体に設置され前記被検体を透過したX線を検出するX線検出器とを備えるX線CT装置において,
    前記X線管装置のX線管を収納する外囲器の外周近傍に設けられ、前記X線管内の陰極から放出された電子ビームを偏向するための偏向磁場を形成する偏向電磁石と,
    前記X線管の体軸方向への焦点変位を検出する焦点変位検出器と,
    前記焦点変位検出器によって検出される体軸方向への焦点変位がゼロになるように、前記偏向電磁石の励磁電流を制御する偏向制御手段と,
    を備えることを特徴とするX線CT装置。
  2. 前記偏向電磁石は、
    鉄心とコイルからなり、前記鉄心は開放端を有す略C字状に形成され、前記外囲器を跨いで配置されるとともに、前記開放端の断面中心を結ぶ線が水平面内で前記電子ビームと交差するように配置されていることを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
  3. 前記X線管装置の外囲器、管容器、陰極は、
    非磁性体又は常磁性体によって形成されていることを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
  4. 前記焦点変位検出器は,
    前記X線検出器の一部の複数のX線検出素子を利用して前記X線管の体軸方向の焦点変位を検出するものである請求項1,2又は3に記載のX線CT装置。
  5. 前記焦点変位検出器は,
    前記X線管と前記被検体との間に設置し、前記X線管から照射されるX線を受光することにより前記X線管の体軸方向の焦点変位を検出するものである請求項1,2,3又は4に記載のX線CT装置。
  6. 前記偏向電磁石は,
    鉄心を、前記X線管のX線照射側に配置され、前記X線管から前記被検体へ向けて照射されるX線が遮蔽されないように形成されたものである請求項1,2,3,4又は5に記載のX線CT装置。
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