JP2018126506A - X-ray computed tomography apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to an X-ray computed tomography apparatus.
Ｘ線コンピュータ断層撮影装置において被曝量低減のために管電圧変調が求められている。単純に管電圧が変調されると、管電圧による管電流のエミッション特性が変わるため、管電流値及び焦点サイズが変わってしまう。 In X-ray computed tomography apparatuses, tube voltage modulation is required to reduce the exposure dose. If the tube voltage is simply modulated, the tube current emission characteristic due to the tube voltage changes, and therefore the tube current value and the focal spot size change.
この問題を解決する方法として、例えば、特許文献１は、管電圧を分圧してフォーカス電圧を生成し、生成されたフォーカス電圧により焦点サイズを変調している。フォーカス電極が接地電位を保持し、管電圧とフォーカス電圧とが比例関係にあるから、管電圧に脈動が生じても焦点サイズを安定に保つことができる。 As a method for solving this problem, for example, in Patent Document 1, a tube voltage is divided to generate a focus voltage, and a focus size is modulated by the generated focus voltage. Since the focus electrode holds the ground potential and the tube voltage and the focus voltage are in a proportional relationship, the focus size can be kept stable even if the tube voltage pulsates.
しかしながら、管電圧変調のように管電圧値が大きく変動すると、管電圧とフォーカス電圧との比例関係が崩れてしまう。そのため、特許文献１の技術では、管電圧変調を行いながら焦点サイズを任意に制御することは困難である。 However, when the tube voltage value fluctuates greatly as in tube voltage modulation, the proportional relationship between the tube voltage and the focus voltage is lost. For this reason, it is difficult for the technique of Patent Document 1 to arbitrarily control the focal spot size while performing tube voltage modulation.
発明が解決しようとする課題は、焦点サイズを任意に制御することである。 The problem to be solved by the invention is to arbitrarily control the focal spot size.
実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線管、高電圧電源及び焦点サイズ制御回路を有する。Ｘ線管は、電子を放出する陰極と、前記陰極からの電子を受けてＸ線を発生する陽極と、前記陰極からの電子を偏向する偏向器とを有する。高電圧電源路は、前記陰極と前記陽極との間に印加される管電圧を発生する。焦点サイズ制御回路は、前記高電圧電源により管電圧が印加されている期間において前記陽極に所定のサイズの焦点を形成するために、前記管電圧の管電圧値と前記所定のサイズとに基づく偏向電圧値の偏向電圧を前記偏向器に印加することにより、前記陽極に形成される焦点のサイズを制御する。 The X-ray computed tomography apparatus according to the embodiment includes an X-ray tube, a high voltage power supply, and a focus size control circuit. The X-ray tube includes a cathode that emits electrons, an anode that receives electrons from the cathode and generates X-rays, and a deflector that deflects electrons from the cathode. The high voltage power supply path generates a tube voltage applied between the cathode and the anode. The focus size control circuit is configured to deflect based on the tube voltage value of the tube voltage and the predetermined size in order to form a focus of a predetermined size on the anode during a period when the tube voltage is applied by the high voltage power source. By applying a deflection voltage having a voltage value to the deflector, the size of the focal point formed on the anode is controlled.
以下、図面を参照しながら本実施形態に係わるＸ線コンピュータ断層撮影装置を説明する。 The X-ray computed tomography apparatus according to this embodiment will be described below with reference to the drawings.
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構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、架台１０とコンソール１００とを有する。例えば、架台１０はＣＴ検査室に設置され、コンソール１００はＣＴ検査室に隣接する制御室に設置される。架台１０とコンソール１００とは互いに通信可能に接続されている。架台１０は、被検体ＰをＸ線でＣＴ撮影するための撮影機構を搭載する。コンソール１００は、架台１０を制御するコンピュータである。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an X-ray computed tomography apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the X-ray computed tomography apparatus according to this embodiment includes a gantry 10 and a console 100. For example, the gantry 10 is installed in a CT examination room, and the console 100 is installed in a control room adjacent to the CT examination room. The gantry 10 and the console 100 are communicably connected to each other. The gantry 10 is equipped with an imaging mechanism for performing CT imaging of the subject P with X-rays. The console 100 is a computer that controls the gantry 10.
図１に示すように、架台１０は、開口が形成された略円筒形状の回転フレーム１１を有する。回転フレーム１１は、回転部とも呼ばれている。図１に示すように、回転フレーム１１には、開口を挟んで対向するように配置されたＸ線管１３とＸ線検出器１５とが取付けられている。回転フレーム１１は、アルミ等の金属により円環形状に形成された金属枠である。後述するが、架台１０は、アルミ等の金属により形成されたメインフレームを有する。メインフレームは、固定部とも呼ばれている。回転フレーム１１は、当該メインフレームにより回転可能に支持されている。 As shown in FIG. 1, the gantry 10 has a substantially cylindrical rotating frame 11 in which an opening is formed. The rotating frame 11 is also called a rotating part. As shown in FIG. 1, an X-ray tube 13 and an X-ray detector 15 are attached to the rotating frame 11 so as to face each other with an opening interposed therebetween. The rotating frame 11 is a metal frame formed in an annular shape from a metal such as aluminum. As will be described later, the gantry 10 has a main frame formed of a metal such as aluminum. The main frame is also called a fixed part. The rotating frame 11 is rotatably supported by the main frame.
Ｘ線管１３は、Ｘ線を発生する。Ｘ線管１３は、熱電子を発生する陰極、陰極から飛翔する熱電子を受けてＸ線を発生する陽極を保持する真空管である。Ｘ線管１３は、高圧ケーブルを介してＸ線高電圧装置１７に接続されている。 The X-ray tube 13 generates X-rays. The X-ray tube 13 is a vacuum tube that holds a cathode that generates thermoelectrons and an anode that generates X-rays by receiving thermoelectrons flying from the cathode. The X-ray tube 13 is connected to an X-ray high voltage device 17 via a high voltage cable.
Ｘ線高電圧装置１７は、変圧式Ｘ線高電圧装置、定電圧型Ｘ線高電圧装置、コンデンサ式Ｘ線高電圧装置、インバータ式Ｘ線高電圧装置等の如何なる形式にも適用可能である。Ｘ線高電圧装置１７は、例えば、回転フレーム１１に取付けられている。Ｘ線高電圧装置１７は、架台制御回路２９による制御に従いＸ線管１３に印加される管電圧、管電流及びＸ線の焦点サイズを調節する。本実施形態に係るＸ線高電圧装置１７は、Ｘ線管１３のＸ線焦点を任意のサイズに調整する。Ｘ線高電圧装置１７は、Ｘ線照射中、管電圧を変調させる管電圧変調を行う。管電圧変調をしている期間において、Ｘ線高電圧装置１７は、Ｘ線管１３のＸ線焦点を任意のサイズに調整することができる。Ｘ線管１３とＸ線高電圧装置１７との詳細については後述する。 The X-ray high voltage device 17 can be applied to any type such as a transformer type X-ray high voltage device, a constant voltage type X-ray high voltage device, a capacitor type X-ray high voltage device, and an inverter type X-ray high voltage device. . The X-ray high voltage device 17 is attached to the rotating frame 11, for example. The X-ray high voltage device 17 adjusts the tube voltage, tube current, and X-ray focal spot size applied to the X-ray tube 13 according to the control by the gantry control circuit 29. The X-ray high voltage apparatus 17 according to the present embodiment adjusts the X-ray focal point of the X-ray tube 13 to an arbitrary size. The X-ray high voltage device 17 performs tube voltage modulation for modulating tube voltage during X-ray irradiation. In the period during which the tube voltage is modulated, the X-ray high voltage apparatus 17 can adjust the X-ray focal point of the X-ray tube 13 to an arbitrary size. Details of the X-ray tube 13 and the X-ray high voltage apparatus 17 will be described later.
図１に示すように、回転フレーム１１は、回転駆動装置２１からの動力を受けて中心軸Ｚ回りに一定の角速度で回転する。回転駆動装置２１としてダイレクトドライブモータやサーボモータ等の任意のモータが用いられる。回転駆動装置２１は、例えば、架台１０に収容されている。回転駆動装置２１は、架台制御回路２９からの駆動信号を受けて回転フレーム１１を回転させるための動力を発生する。 As shown in FIG. 1, the rotary frame 11 receives power from the rotation drive device 21 and rotates around the central axis Z at a constant angular velocity. An arbitrary motor such as a direct drive motor or a servo motor is used as the rotation drive device 21. The rotation drive device 21 is accommodated in the gantry 10, for example. The rotation drive device 21 receives the drive signal from the gantry control circuit 29 and generates power for rotating the rotating frame 11.
回転フレーム１１の開口にはＦＯＶが設定される。回転フレーム１１の開口内には寝台２３に支持された天板が挿入される。天板には被検体Ｐが載置される。寝台２３は、天板を移動自在に支持する。寝台２３には寝台駆動装置２５が収容されている。寝台駆動装置２５は、架台制御回路２９からの駆動信号を受けて天板を前後、昇降及び左右に移動させるための動力を発生する。寝台２３は、被検体Ｐの撮影部位がＦＯＶ内に含まれるように天板を位置決めする。 An FOV is set in the opening of the rotating frame 11. A top plate supported by the bed 23 is inserted into the opening of the rotating frame 11. A subject P is placed on the top board. The bed 23 movably supports the top board. A bed driving device 25 is accommodated in the bed 23. The couch driving device 25 receives a driving signal from the gantry control circuit 29 and generates power for moving the top and bottom, back and forth, and left and right. The couch 23 positions the top so that the imaging part of the subject P is included in the FOV.
Ｘ線検出器１５は、Ｘ線管１３から発生されたＸ線を検出する。具体的には、Ｘ線検出器１５は、２次元湾曲面上に配列された複数の検出素子を有している。各検出素子は、シンチレータと光電変換素子とを有する。シンチレータは、Ｘ線を光子に変換する物質により形成される。シンチレータは、入射Ｘ線を、当該入射Ｘ線の強度に応じた個数の光子に変換する。光電変換素子は、シンチレータから受けた光子を増幅して電気信号に変換する回路素子である。光電変換素子としては、例えば、光電子増倍管やフォトダイオード等が用いられる。なお、検出素子は、上記の通りＸ線を光子に変換してから検出する間接変換型でも良いし、Ｘ線を直接的に電気信号に変換する直接変換型であっても良い。 The X-ray detector 15 detects X-rays generated from the X-ray tube 13. Specifically, the X-ray detector 15 has a plurality of detection elements arranged on a two-dimensional curved surface. Each detection element has a scintillator and a photoelectric conversion element. The scintillator is formed of a substance that converts X-rays into photons. The scintillator converts incident X-rays into a number of photons according to the intensity of the incident X-rays. The photoelectric conversion element is a circuit element that amplifies photons received from the scintillator and converts them into electric signals. For example, a photomultiplier tube or a photodiode is used as the photoelectric conversion element. The detection element may be an indirect conversion type that detects X-rays after being converted into photons as described above, or may be a direct conversion type that converts X-rays directly into an electrical signal.
Ｘ線検出器１５にはデータ収集回路１９が接続されている。データ収集回路１９は、架台制御回路２９からの指示に従い、Ｘ線検出器１５により検出されたＸ線の強度に応じた電気信号をＸ線検出器１５から読み出し、読み出した電気信号を、ビュー期間に亘るＸ線の線量に応じたデジタル値を有する生データを収集するデータ収集回路１９は、例えば、生データを生成可能な回路素子を搭載したＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）により実現される。 A data acquisition circuit 19 is connected to the X-ray detector 15. In accordance with an instruction from the gantry control circuit 29, the data collection circuit 19 reads an electrical signal corresponding to the intensity of the X-ray detected by the X-ray detector 15 from the X-ray detector 15, and reads the read electrical signal in the view period. The data collection circuit 19 that collects raw data having a digital value corresponding to the X-ray dose over a wide range is realized by, for example, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) equipped with a circuit element capable of generating raw data.
図１に示すように、架台制御回路２９は、コンソール１００の演算回路１０１からの撮影条件に従いＸ線ＣＴ撮影を実行するために、Ｘ線高電圧装置１７、データ収集回路１９、回転駆動装置２１及び寝台駆動装置２５を同期的に制御する。ハードウェア資源として、架台制御回路２９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の処理装置（プロセッサ）とＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置（メモリ）とを有する。また、架台制御回路２９は、ＡＳＩＣやフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ）、他の複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）により実現されても良い。 As shown in FIG. 1, the gantry control circuit 29 performs the X-ray CT imaging according to the imaging conditions from the arithmetic circuit 101 of the console 100, the X-ray high voltage device 17, the data acquisition circuit 19, and the rotation drive device 21. And the bed driving device 25 is controlled synchronously. As hardware resources, the gantry control circuit 29 includes a processing device (processor) such as a CPU (Central Processing Unit) and an MPU (Micro Processing Unit) and a storage device such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory). Memory). The gantry control circuit 29 includes an ASIC, a field programmable gate array (FPGA), another complex programmable logic device (CPLD), a simple programmable logic device (Simple Programmable Logic Device). : SPLD).
図１に示すように、コンソール１００は、演算回路１０１、ディスプレイ１０３、入力インタフェース１０５及びメモリ１０７を有する。演算回路１０１、ディスプレイ１０３、入力インタフェース１０５及びメモリ１０７間のデータ通信は、バス（bus）を介して行われる。 As illustrated in FIG. 1, the console 100 includes an arithmetic circuit 101, a display 103, an input interface 105, and a memory 107. Data communication among the arithmetic circuit 101, the display 103, the input interface 105, and the memory 107 is performed via a bus.
演算回路１０１は、ハードウェア資源として、ＣＰＵあるいはＭＰＵ、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサを有する。演算回路１０１は、各種プログラムの実行により前処理機能１１１、再構成機能１１３、画像処理機能１１５及びシステム制御機能１１７を実現する。なお、前処理機能１１１、再構成機能１１３、画像処理機能１１５及びシステム制御機能１１７は、一の基板の演算回路１０１により実装されても良いし、複数の基板の演算回路１０１により分散して実装されても良い。 The arithmetic circuit 101 has a processor such as a CPU, MPU, or GPU (Graphics Processing Unit) as hardware resources. The arithmetic circuit 101 realizes a preprocessing function 111, a reconstruction function 113, an image processing function 115, and a system control function 117 by executing various programs. Note that the preprocessing function 111, the reconstruction function 113, the image processing function 115, and the system control function 117 may be implemented by the arithmetic circuit 101 on one board, or may be distributed and implemented by the arithmetic circuits 101 on a plurality of boards. May be.
前処理機能１１１において演算回路１０１は、架台１０から伝送された生データに対数変換等の前処理を施す。前処理後の生データは、投影データとも呼ばれる。 In the preprocessing function 111, the arithmetic circuit 101 performs preprocessing such as logarithmic conversion on the raw data transmitted from the gantry 10. The raw data after the preprocessing is also called projection data.
再構成機能１１３において演算回路１０１は、前処理後の生データに基づいて被検体Ｐに関するＣＴ値の空間分布を表現するＣＴ画像を発生する。画像再構成アルゴリズムとしては、ＦＢＰ（filtered back projection）法や逐次近似再構成法等の既存の画像再構成アルゴリズムが用いられれば良い。 In the reconstruction function 113, the arithmetic circuit 101 generates a CT image representing the spatial distribution of CT values related to the subject P based on the raw data after preprocessing. As the image reconstruction algorithm, an existing image reconstruction algorithm such as an FBP (filtered back projection) method or a successive approximation reconstruction method may be used.
画像処理機能１１５において演算回路１０１は、再構成機能１１３により再構成されたＣＴ画像に種々の画像処理を施す。例えば、演算回路１０１は、当該ＣＴ画像にボリュームレンダリングや、サーフェスボリュームレンダリング、画像値投影処理、ＭＰＲ（Multi-Planer Reconstruction）処理、ＣＰＲ（Curved MPR）処理等の３次元画像処理を施して表示画像を生成する。 In the image processing function 115, the arithmetic circuit 101 performs various image processing on the CT image reconstructed by the reconstruction function 113. For example, the arithmetic circuit 101 performs three-dimensional image processing such as volume rendering, surface volume rendering, image value projection processing, MPR (Multi-Planer Reconstruction) processing, and CPR (Curved MPR) processing on the CT image, and displays the displayed image. Is generated.
システム制御機能１１７において演算回路１０１は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の統括的に制御する。具体的には、演算回路１０１は、記憶回路１０７に記憶されている制御プログラムを読み出してメモリ上に展開し、展開された制御プログラムに従ってＸ線コンピュータ断層撮影装置の各部を制御する。 In the system control function 117, the arithmetic circuit 101 performs overall control of the X-ray computed tomography apparatus according to the present embodiment. Specifically, the arithmetic circuit 101 reads out the control program stored in the storage circuit 107 and develops it on the memory, and controls each part of the X-ray computed tomography apparatus according to the developed control program.
ディスプレイ１０３は、ＣＴ画像等の種々のデータを表示する。ディスプレイ１０３としては、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイが適宜利用可能である。 The display 103 displays various data such as CT images. As the display 103, for example, a CRT display, a liquid crystal display, an organic EL display, an LED display, a plasma display, or any other display known in the art can be used as appropriate.
入力インタフェース１０５は、ユーザからの各種指令を入力する。具体的には、入力インタフェース１０５は、入力機器を有する。入力機器は、ユーザからの各種指令を受け付ける。入力機器としては、キーボードやマウス、各種スイッチ等が利用可能である。入力インタフェース１０５は、入力機器からの出力信号をバスを介して演算回路１０１に供給する。 The input interface 105 inputs various commands from the user. Specifically, the input interface 105 has an input device. The input device accepts various commands from the user. As an input device, a keyboard, a mouse, various switches, and the like can be used. The input interface 105 supplies an output signal from the input device to the arithmetic circuit 101 via the bus.
メモリ１０７は、種々の情報を記憶するＲＡＭやＲＯＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤ、集積回路記憶装置等の記憶装置である。また、メモリ１０７は、ＣＤ−ＲＯＭドライブやＤＶＤドライブ、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であっても良い。例えば、メモリ１０７は、本実施形態に係るＣＴ撮影に関する制御プログラム等を記憶する。 The memory 107 is a storage device such as a RAM, ROM, HDD, SSD, or integrated circuit storage device that stores various information. The memory 107 may be a drive device that reads and writes various information from and to a portable storage medium such as a CD-ROM drive, a DVD drive, or a flash memory. For example, the memory 107 stores a control program related to CT imaging according to the present embodiment.
次に、本実施形態に係るＸ線管１３とＸ線高電圧装置１７とから構成されるＸ線発生系について説明する。図２は、本実施形態に係るＸ線管１３とＸ線高電圧装置１７とから構成されるＸ線発生系の構成を示す図である。図２に示すＸ線管１３は、陽極接地型である。本実施形態に係るＸ線管１３は、陽極接地型に限定されず、中性点接地型等の如何なる型にも適用可能である。図３は、Ｘ線管１３の内部の構成を示す図である。 Next, an X-ray generation system composed of the X-ray tube 13 and the X-ray high voltage apparatus 17 according to this embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an X-ray generation system including the X-ray tube 13 and the X-ray high voltage apparatus 17 according to the present embodiment. The X-ray tube 13 shown in FIG. 2 is an anode grounding type. The X-ray tube 13 according to the present embodiment is not limited to the anode grounding type, and can be applied to any type such as a neutral point grounding type. FIG. 3 is a diagram showing an internal configuration of the X-ray tube 13.
図２及び図３に示すように、Ｘ線管１３は、陰極１３１、陽極１３３、グリッド電極１３５及び偏向器１３７を収容している。陰極１３１は、例えば、細線形状を有するタングステンやニッケル等の金属により形成されるフィラメントを有する。陰極１３１は、ケーブル等を介してＸ線高電圧装置１７に接続されている。陰極１３１は、Ｘ線高電圧装置１７からの陰極電圧の印加及びフィラメント電流の供給を受けて発熱し熱電子を放出する。 As shown in FIGS. 2 and 3, the X-ray tube 13 houses a cathode 131, an anode 133, a grid electrode 135, and a deflector 137. The cathode 131 has a filament formed of a metal such as tungsten or nickel having a thin line shape, for example. The cathode 131 is connected to the X-ray high voltage device 17 via a cable or the like. The cathode 131 generates heat and emits thermoelectrons in response to the application of the cathode voltage from the X-ray high voltage device 17 and the supply of the filament current.
陽極１３３は、タングステンやモリブデン等の重金属により形成された円盤形状を有する電極である。陽極１３３は、図示しない回転子の軸回りの回転に伴い回転する。陰極１３１と陽極１３３との間には、Ｘ線高電圧装置１７により高電圧の管電圧が印加される。陰極１３１から放出された熱電子は、管電圧の作用により、陽極１３３に衝突する。陽極１３３は、熱電子を受けてＸ線を発生する。陽極１３３上の熱電子が衝突する範囲は実焦点と呼ばれ、Ｘ線検出器側からの見かけの実焦点は実効焦点と呼ばれている。なお、実焦点と実効焦点とを特に区別しない場合、単に焦点と呼ぶことにする。 The anode 133 is an electrode having a disk shape made of heavy metal such as tungsten or molybdenum. The anode 133 rotates with the rotation of a rotor (not shown) around the axis. A high tube voltage is applied between the cathode 131 and the anode 133 by the X-ray high voltage device 17. The thermoelectrons emitted from the cathode 131 collide with the anode 133 by the action of the tube voltage. The anode 133 receives the thermoelectrons and generates X-rays. The range where the thermal electrons on the anode 133 collide is called the real focus, and the apparent real focus from the X-ray detector side is called the effective focus. Note that when the real focus and the effective focus are not particularly distinguished, they are simply referred to as the focus.
グリッド電極１３５は、陰極１３１と陽極１３３との間に配置される。グリッド電極１３５には、Ｘ線高電圧装置１７により、陰極電位に対するグリッド電圧が印加される。グリッド電圧の印加により陰極１３１から陽極１３３へ飛翔する熱電子の量が調整される。これにより管電流値が任意の値に制御される。 The grid electrode 135 is disposed between the cathode 131 and the anode 133. A grid voltage with respect to the cathode potential is applied to the grid electrode 135 by the X-ray high voltage device 17. The amount of thermal electrons flying from the cathode 131 to the anode 133 is adjusted by applying the grid voltage. Thereby, the tube current value is controlled to an arbitrary value.
偏向器１３７は、グリッド電極１３５と陽極１３３との間に配置される。偏向器１３７は電極又はコイルにより実現される。偏向器１３７には、Ｘ線高電圧装置１７により偏向電圧が印加される。偏向器１３７が電極の場合、偏向電圧の印加を受けて偏向器１３７は、熱電子の飛翔経路に偏向電場を印加する。偏向器１３７がコイルの場合、偏向電圧の印加を受けて偏向器１３７は、熱電子の飛翔経路に偏向磁場を印加する。偏向電場又は偏向磁場の印加を受けて、陰極１３１から陽極１３３へ飛翔する熱電子の軌道が偏向する。これにより焦点のサイズを調節する。焦点のサイズは、Ｘ線検出器１５の列方向に関する実効焦点の幅（縦幅）とチャンネル方向に関する実効焦点の幅（横幅）との組合せにより規定される。 The deflector 137 is disposed between the grid electrode 135 and the anode 133. The deflector 137 is realized by an electrode or a coil. A deflection voltage is applied to the deflector 137 by the X-ray high voltage device 17. When the deflector 137 is an electrode, the deflector 137 receives a deflection voltage and applies a deflection electric field to the thermal electron flight path. When the deflector 137 is a coil, the deflector 137 receives a deflection voltage and applies a deflection magnetic field to the thermal electron flight path. In response to the application of the deflection electric field or the deflection magnetic field, the trajectory of thermoelectrons flying from the cathode 131 to the anode 133 is deflected. This adjusts the focus size. The size of the focus is defined by a combination of the effective focus width (vertical width) in the column direction of the X-ray detector 15 and the effective focus width (horizontal width) in the channel direction.
なお、図２に示すＸ線管１３は、陰極１３１から順番にグリッド電極１３５、偏向器１３７及び陽極１３３が配置されるとしている。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、陰極１３１から偏向器１３７、グリッド電極１３５及び陽極１３３の順番に配置されても良い。 In the X-ray tube 13 shown in FIG. 2, the grid electrode 135, the deflector 137, and the anode 133 are arranged in order from the cathode 131. However, this embodiment is not limited to this. For example, the deflector 137, the grid electrode 135, and the anode 133 may be arranged in this order from the cathode 131.
図２に示すように、Ｘ線高電圧装置１７は、高電圧電源３１、フィラメント電源３３、グリッド電圧発生回路３５、偏向電圧発生回路３７、管電圧検出回路３９、管電流検出回路４１、管電圧比較回路４３、管電圧制御回路４５、管電流比較回路４７、グリッド電圧制御回路４９、フィラメント制御回路５１、焦点サイズ制御回路５３及びテーブル記憶回路５５を有する。 As shown in FIG. 2, the X-ray high voltage apparatus 17 includes a high voltage power supply 31, a filament power supply 33, a grid voltage generation circuit 35, a deflection voltage generation circuit 37, a tube voltage detection circuit 39, a tube current detection circuit 41, a tube voltage. It has a comparison circuit 43, a tube voltage control circuit 45, a tube current comparison circuit 47, a grid voltage control circuit 49, a filament control circuit 51, a focus size control circuit 53, and a table storage circuit 55.
高電圧電源３１は、管電圧制御回路４５による制御に従い、Ｘ線管１３に印加される管電圧を発生する。例えば、インバータ式Ｘ線高電圧装置の場合、高電圧電源３１は、商用電源からの交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータの直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、インバータからの交流電圧を昇圧する変圧器と、変圧器により昇圧された交流電圧を整流及び平滑して直流高電圧を発生する高圧整流平滑回路とを有する。高圧整流平滑回路からの直流高電圧は管電圧としてＸ線管１３の陰極１３１と陽極１３３との間に印加される。 The high voltage power supply 31 generates a tube voltage applied to the X-ray tube 13 in accordance with control by the tube voltage control circuit 45. For example, in the case of an inverter type X-ray high voltage device, the high voltage power supply 31 includes an AC / DC converter that converts an AC voltage from a commercial power supply into a DC voltage, and an inverter that converts the DC voltage of the AC / DC converter into an AC voltage. And a transformer that boosts the AC voltage from the inverter, and a high-voltage rectifying and smoothing circuit that generates a DC high voltage by rectifying and smoothing the AC voltage boosted by the transformer. The DC high voltage from the high voltage rectifying / smoothing circuit is applied as a tube voltage between the cathode 131 and the anode 133 of the X-ray tube 13.
フィラメント電源３３は、フィラメント制御回路５１による制御に従い、陰極１３１のフィラメントを加熱するためのフィラメント電流を発生する。 The filament power supply 33 generates a filament current for heating the filament of the cathode 131 according to the control by the filament control circuit 51.
グリッド電圧発生回路３５は、グリッド電圧制御回路４９による制御に従い、Ｘ線管１３の陰極１３１とグリッド電極１３５との間にグリッド電圧を印加する。典型的には、陰極１３１の陰極電位に対しグリッド電圧が印加される。グリッド電圧発生回路３５は、高電圧電源３１により発生された電圧を降圧する降圧回路により実現されても良いし、高電圧電源３１とは独立の電源系統により実現されても良い。 The grid voltage generation circuit 35 applies a grid voltage between the cathode 131 and the grid electrode 135 of the X-ray tube 13 in accordance with control by the grid voltage control circuit 49. Typically, a grid voltage is applied to the cathode potential of the cathode 131. The grid voltage generation circuit 35 may be realized by a step-down circuit that steps down the voltage generated by the high voltage power supply 31, or may be realized by a power supply system independent of the high voltage power supply 31.
偏向電圧発生回路３７は、焦点サイズ制御回路５３による制御に従い、Ｘ線管１３の偏向器１３７に偏向電圧を印加する。偏向電圧発生回路３７は、高電圧電源３１とは独立の電源系統により実現される。例えば、偏向電圧発生回路３７は、商用電源からの交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータの直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、インバータからの交流電圧を降圧する変圧器と、変圧器により降圧された交流電圧を整流及び平滑して直流電圧を発生する整流平滑回路とを有する。整流平滑回路からの直流電圧は偏向電圧として偏向器１３７に印加される。 The deflection voltage generation circuit 37 applies a deflection voltage to the deflector 137 of the X-ray tube 13 in accordance with the control by the focus size control circuit 53. The deflection voltage generation circuit 37 is realized by a power supply system independent of the high voltage power supply 31. For example, the deflection voltage generation circuit 37 includes an AC / DC converter that converts an AC voltage from a commercial power source into a DC voltage, an inverter that converts the DC voltage of the AC / DC converter into an AC voltage, and a step-down AC voltage from the inverter. And a rectifying and smoothing circuit for generating a DC voltage by rectifying and smoothing the AC voltage stepped down by the transformer. The DC voltage from the rectifying / smoothing circuit is applied to the deflector 137 as a deflection voltage.
管電圧検出回路３９は、高電圧電源３１とＸ線管１３との間に接続される。管電圧検出回路３９は、陰極１３１と陽極１３３との間に印加された電圧を管電圧として検出する。検出された管電圧値（以下、管電圧検出値と呼ぶ）の信号（以下、管電圧検出信号と呼ぶ）は、管電圧比較回路４３と焦点サイズ制御回路５３とに供給される。 The tube voltage detection circuit 39 is connected between the high voltage power supply 31 and the X-ray tube 13. The tube voltage detection circuit 39 detects a voltage applied between the cathode 131 and the anode 133 as a tube voltage. A signal (hereinafter referred to as a tube voltage detection signal) of the detected tube voltage value (hereinafter referred to as a tube voltage detection value) is supplied to the tube voltage comparison circuit 43 and the focus size control circuit 53.
管電流検出回路４１は、高電圧電源３１とＸ線管１３との間に接続される。管電流検出回路４１は、陰極１３１から陽極１３３に熱電子が流れることに起因して流れた電流を管電流として検出する。検出された管電流値（以下、管電流検出値と呼ぶ）の信号（以下、管電流検出信号と呼ぶ）は、管電流比較回路４７と焦点サイズ制御回路５３とに供給される。 The tube current detection circuit 41 is connected between the high voltage power supply 31 and the X-ray tube 13. The tube current detection circuit 41 detects a current that flows due to the flow of thermoelectrons from the cathode 131 to the anode 133 as a tube current. A detected tube current value (hereinafter referred to as a tube current detection value) signal (hereinafter referred to as a tube current detection signal) is supplied to the tube current comparison circuit 47 and the focus size control circuit 53.
管電圧比較回路４３は、架台制御回路２９からの管電圧の設定値（以下、管電圧設定値と呼ぶ）を示す信号（以下、管電圧設定信号と呼ぶ）と管電圧検出回路３９からの管電圧検出信号とを入力する。管電圧比較回路４３は、管電圧設定信号から管電圧検出信号を減じることにより、管電圧設定値と管電圧検出値との差分値を示す信号（以下、差分電圧信号と呼ぶ）を生成する。差分電圧信号は、管電圧制御回路４５に供給される。 The tube voltage comparison circuit 43 includes a signal (hereinafter referred to as a tube voltage setting signal) indicating a tube voltage setting value (hereinafter referred to as a tube voltage setting value) from the gantry control circuit 29 and a tube voltage detection circuit 39. Input the voltage detection signal. The tube voltage comparison circuit 43 generates a signal indicating the difference value between the tube voltage setting value and the tube voltage detection value (hereinafter referred to as a difference voltage signal) by subtracting the tube voltage detection signal from the tube voltage setting signal. The differential voltage signal is supplied to the tube voltage control circuit 45.
管電圧制御回路４５は、管電圧検出値と管電圧設定値との比較、すなわち、差分電圧信号に基づいて高電圧電源３１を制御する。より詳細には、管電圧制御回路４５は、管電圧検出値が管電圧設定値に収束するように高電圧電源３１をフィードバック制御する。 The tube voltage control circuit 45 controls the high voltage power supply 31 based on the comparison between the tube voltage detection value and the tube voltage setting value, that is, based on the differential voltage signal. More specifically, the tube voltage control circuit 45 feedback-controls the high voltage power supply 31 so that the tube voltage detection value converges to the tube voltage setting value.
管電流比較回路４７は、架台制御回路２９からの管電流の設定値（以下、管電流設定値と呼ぶ）を示す信号（以下、管電流設定信号と呼ぶ）と管電流検出回路４１からの管電流検出信号とを入力する。管電流比較回路４７は、管電流設定信号から管電流検出信号を減じることにより、管電流設定値と管電流検出値との差分値を示す信号（以下、差分電流信号と呼ぶ）を生成する。差分電流信号は、グリッド電圧制御回路４９に供給される。 The tube current comparison circuit 47 includes a signal (hereinafter referred to as a tube current setting signal) indicating a set value of the tube current (hereinafter referred to as a tube current setting value) from the gantry control circuit 29 and a tube current detection circuit 41. Input the current detection signal. The tube current comparison circuit 47 subtracts the tube current detection signal from the tube current setting signal to generate a signal indicating a difference value between the tube current setting value and the tube current detection value (hereinafter referred to as a difference current signal). The differential current signal is supplied to the grid voltage control circuit 49.
グリッド電圧制御回路４９は、管電流検出値と管電流設定値との比較、すなわち、差分電流信号に基づいてグリッド電圧発生回路３５を制御する。より詳細には、グリッド電圧制御回路４９は、管電流検出値が管電流設定値に収束するようにグリッド電圧発生回路３５をフィードバック制御する。 The grid voltage control circuit 49 controls the grid voltage generation circuit 35 based on the comparison between the tube current detection value and the tube current set value, that is, based on the differential current signal. More specifically, the grid voltage control circuit 49 feedback-controls the grid voltage generation circuit 35 so that the tube current detection value converges to the tube current set value.
フィラメント制御回路５１は、架台制御回路２９からの、管電圧設定信号と管電流設定信号と焦点サイズ情報とに基づいてフィラメント電流の設定値を示す信号（以下、フィラメント電流設定信号と呼ぶ）を生成し、フィラメント電流設定信号に従いフィラメント電源３３を制御する。管電流は、例えば、フィラメント制御回路５１によるフィラメント電流の制御により制御される。管電圧変調を行う場合、管電流は、フィラメント制御回路５１によるフィラメント電流の制御とグリッド電圧制御回路４９によるグリッド電圧の制御とにより制御されると良い。フィラメント電流の制御のみでは管電流を変調管電圧に追従できないため、グリッド電圧の制御により当該追従遅れが補われる。 The filament control circuit 51 generates a signal indicating the set value of the filament current (hereinafter referred to as a filament current setting signal) based on the tube voltage setting signal, the tube current setting signal, and the focus size information from the gantry control circuit 29. The filament power supply 33 is controlled in accordance with the filament current setting signal. The tube current is controlled by controlling the filament current by the filament control circuit 51, for example. When performing the tube voltage modulation, the tube current is preferably controlled by controlling the filament current by the filament control circuit 51 and the grid voltage by the grid voltage control circuit 49. Since the tube current cannot follow the modulation tube voltage only by controlling the filament current, the tracking delay is compensated by controlling the grid voltage.
焦点サイズ情報は、入力インタフェース１０５等により選択された所望の焦点サイズを示す情報である。焦点サイズ情報は、架台制御回路２９から供給される。 The focus size information is information indicating a desired focus size selected by the input interface 105 or the like. The focus size information is supplied from the gantry control circuit 29.
焦点サイズ制御回路５２は、高電圧電源３１により陰極１３１と陽極１３３との間に管電圧が印加されている期間において陽極１３３に所定のサイズの焦点を形成するために、管電圧の管電圧値と当該所定のサイズとに基づく偏向電圧値の偏向電圧を偏向器１３７に印加することにより、陽極１３３に形成される焦点のサイズを制御する。例えば、焦点サイズ制御回路５３は、管電圧が変調されている期間において、陽極１３３に所定のサイズの焦点を形成するために、管電圧の管電圧値にテーブル記憶回路５５において関連付けられた偏向電圧値に基づいて、陽極１３３に形成される焦点のサイズを制御する。具体的には、焦点サイズ制御回路５３は、管電圧検出信号、管電流検出信号、管電圧設定値及び管電流設定値を入力する。焦点サイズ制御回路５３は、管電圧検出信号が示す管電圧検出値と管電圧設定信号が示す管電圧設定値との少なくとも一方の管電圧値をテーブル記憶回路５５に入力し、当該所定のサイズの焦点を形成するために必要な偏向電圧値を決定する。焦点サイズ制御回路５３は、管電圧値に加え、管電流検出信号が示す管電流検出値と管電流設定信号が示す管電流設定値との少なくとも一方に基づいて偏向電圧値を決定しても良い。焦点サイズ制御回路５３は、決定された偏向電圧値の偏向電圧を偏向器１３７に印加するために偏向電圧発生回路３７を制御する。 The focal point size control circuit 52 generates a tube voltage value of the tube voltage in order to form a focal point of a predetermined size on the anode 133 during a period in which the tube voltage is applied between the cathode 131 and the anode 133 by the high voltage power supply 31. By applying a deflection voltage having a deflection voltage value based on the predetermined size to the deflector 137, the size of the focal point formed on the anode 133 is controlled. For example, the focus size control circuit 53 determines the deflection voltage associated with the tube voltage value of the tube voltage in the table storage circuit 55 in order to form a focus having a predetermined size on the anode 133 during the period in which the tube voltage is modulated. Based on the value, the size of the focal point formed on the anode 133 is controlled. Specifically, the focus size control circuit 53 inputs a tube voltage detection signal, a tube current detection signal, a tube voltage setting value, and a tube current setting value. The focus size control circuit 53 inputs at least one tube voltage value of the tube voltage detection value indicated by the tube voltage detection signal and the tube voltage setting value indicated by the tube voltage setting signal to the table storage circuit 55, and has the predetermined size. A deflection voltage value necessary for forming a focal point is determined. The focus size control circuit 53 may determine the deflection voltage value based on at least one of the tube current detection value indicated by the tube current detection signal and the tube current setting value indicated by the tube current setting signal in addition to the tube voltage value. . The focus size control circuit 53 controls the deflection voltage generation circuit 37 in order to apply the deflection voltage having the determined deflection voltage value to the deflector 137.
テーブル記憶回路５５は、複数の管電圧値毎に、陽極１３３に所定のサイズの焦点を形成するために偏向器１３７に印加する偏向電圧値を関連付けて記憶する。管電流値も考慮して偏向電圧を決定する場合、テーブル記憶回路５５は、複数の管電圧値と複数の管電流値との組合せ毎に偏向電圧値を関連付けて記憶する。以下、偏向電圧値は、管電圧値と管電流値とに基づいて決定するものとする。テーブル記憶回路５５は、管電圧値と管電流値との組合せと偏向電圧値との関係を、複数の焦点サイズ各々について規定したＬＵＴ（Look Up Table）を記憶している。以下、当該ＬＵＴをＸ線管特性値テーブルと呼ぶことにする。 The table storage circuit 55 associates and stores a deflection voltage value to be applied to the deflector 137 in order to form a focal point of a predetermined size on the anode 133 for each of a plurality of tube voltage values. When the deflection voltage is determined in consideration of the tube current value, the table storage circuit 55 stores the deflection voltage value in association with each combination of the plurality of tube voltage values and the plurality of tube current values. Hereinafter, the deflection voltage value is determined based on the tube voltage value and the tube current value. The table storage circuit 55 stores an LUT (Look Up Table) that defines the relationship between the combination of the tube voltage value and the tube current value and the deflection voltage value for each of a plurality of focus sizes. Hereinafter, the LUT is referred to as an X-ray tube characteristic value table.
図４は、Ｘ線管特性値テーブルの一例を示す図である。図４に示すように、Ｘ線管特性値テーブルへの入力値と設定焦点サイズ［縦幅ｍｍ×横幅ｍｍ］との組合せ各々について偏向電圧値が関連付けられている。入力値は、入力管電圧値［ｋＶ］と入力管電流値［ｍＡ］との組合せにより規定される。入力管電圧値としては管電圧設定値又は管電圧検出値が入力される。入力管電流値としては管電流設定値又は管電流検出値が入力される。入力管電圧値は、例えば、１ｋＶきざみ、入力管電流値は、例えば、１ｍＡきざみで入力される。設定焦点サイズは、ユーザにより入力インタフェース１０５等を介して設定される。偏向電圧値は、入力管電圧値と入力管電流値との組合せにより規定される負荷がＸ線管１３に加えられている場合において設定焦点サイズを実現するために偏向器１３７に印加すべき偏向電圧値である。例えば、入力管電圧値”Ｖ１”且つ入力管電流値”Ａ１１”がＸ線管１３に加えられている場合において設定焦点サイズ”Ｌ１×Ｗ１”を実現するためには、偏向器１３７に偏向電圧値”ＢＶ１１１”を印加する必要がある。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the X-ray tube characteristic value table. As shown in FIG. 4, a deflection voltage value is associated with each combination of an input value to the X-ray tube characteristic value table and a set focus size [vertical width mm × horizontal width mm]. The input value is defined by a combination of the input tube voltage value [kV] and the input tube current value [mA]. A tube voltage setting value or a tube voltage detection value is input as the input tube voltage value. A tube current set value or a tube current detection value is input as the input tube current value. The input tube voltage value is input in increments of 1 kV, for example, and the input tube current value is input in increments of 1 mA, for example. The set focus size is set by the user via the input interface 105 or the like. The deflection voltage value is the deflection to be applied to the deflector 137 in order to realize the set focal spot size when a load defined by the combination of the input tube voltage value and the input tube current value is applied to the X-ray tube 13. It is a voltage value. For example, when the input tube voltage value “V1” and the input tube current value “A11” are applied to the X-ray tube 13, in order to realize the set focus size “L1 × W1”, the deflection voltage is applied to the deflector 137. It is necessary to apply the value “BV111”.
なお、焦点サイズ制御回路５２は、管電圧の印加下において焦点サイズを任意の選択値に調節可能であれば、管電圧制御回路４５により管電圧が変調されていない管電圧一定期間において焦点サイズを制御しても良いし、管電圧制御回路４５により管電圧が変調されている管電圧変調期間において焦点サイズを制御しても良い。以下、焦点サイズ制御回路５２は、管電圧制御回路４５により管電圧が変調されている期間において陽極１３３に所定のサイズの焦点を形成するために、変調された管電圧の管電圧値と当該所定のサイズとに基づく偏向電圧値の偏向電圧を偏向器１３７に印加することにより、陽極１３３に形成される焦点のサイズを制御するものとする。 The focus size control circuit 52 can adjust the focus size during a certain period of the tube voltage when the tube voltage is not modulated by the tube voltage control circuit 45, if the focus size can be adjusted to an arbitrary selected value under the application of the tube voltage. The focal spot size may be controlled in the tube voltage modulation period in which the tube voltage is modulated by the tube voltage control circuit 45. Hereinafter, in order to form a focal point having a predetermined size on the anode 133 during the period in which the tube voltage is modulated by the tube voltage control circuit 45, the focus size control circuit 52 determines the tube voltage value of the modulated tube voltage and the predetermined voltage. It is assumed that the size of the focal point formed on the anode 133 is controlled by applying a deflection voltage having a deflection voltage value based on this size to the deflector 137.
次に、管電圧変調における管電流及び焦点サイズの制御に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の動作例について説明する。 Next, an operation example of the X-ray computed tomography apparatus related to tube current and focus size control in tube voltage modulation will be described.
図５は、管電圧変調における管電圧設定値のグラフを示す図である。図５のグラフの縦軸は管電圧［ｋＶ］に規定され、横軸は時間［ｓｅｃ］に規定される。図５に示すように、管電圧変調においては上限値Ｖ１と下限値Ｖ９とを交互に繰り返すように管電圧値が周期的に変化する。上限値Ｖ１と下限値Ｖ９とは如何なる値に設定されても良い。 FIG. 5 is a graph showing a tube voltage setting value in tube voltage modulation. The vertical axis of the graph of FIG. 5 is defined by tube voltage [kV], and the horizontal axis is defined by time [sec]. As shown in FIG. 5, in the tube voltage modulation, the tube voltage value periodically changes so as to alternately repeat the upper limit value V1 and the lower limit value V9. The upper limit value V1 and the lower limit value V9 may be set to any value.
管電圧制御回路４５は、図５に示すように上限値Ｖ１と下限値Ｖ９とを周期的に繰り返すように管電圧値を変化させるために高電圧電源３１を制御する。管電圧変調は、例えば、以下の様に行われる。管電圧比較回路４３は、Ｘ線撮像中、架台制御回路２９から、図５に示すような上限値Ｖ１と下限値Ｖ９とを交互に繰り返す管電圧設定値の波形を入力する。また、管電圧比較回路４３は、管電圧検出回路３９から、管電圧設定値に対する出力である管電圧検出値を即時的に入力する。管電圧比較回路４３は、管電圧変調を行う期間、管電圧設定値と管電圧検出値との差分値（管電圧差分値）を算出し、算出された管電圧差分値を管電圧制御回路４５に繰り返しフィードバックする。管電圧制御回路４５は、管電圧検出値が管電圧設定値に等しくなるような電圧を陰極１３１と陽極１３３との間に印加するように、管電圧差分値に従い高電圧電源３１を制御する。これにより、管電圧設定値に従い管電圧変調を行うことが可能になる。 The tube voltage control circuit 45 controls the high voltage power supply 31 to change the tube voltage value so as to periodically repeat the upper limit value V1 and the lower limit value V9 as shown in FIG. For example, the tube voltage modulation is performed as follows. During the X-ray imaging, the tube voltage comparison circuit 43 inputs a waveform of a tube voltage setting value that alternately repeats the upper limit value V1 and the lower limit value V9 as shown in FIG. 5 from the gantry control circuit 29. In addition, the tube voltage comparison circuit 43 immediately inputs a tube voltage detection value that is an output for the tube voltage setting value from the tube voltage detection circuit 39. The tube voltage comparison circuit 43 calculates a difference value (tube voltage difference value) between the tube voltage set value and the tube voltage detection value during the period of tube voltage modulation, and uses the calculated tube voltage difference value as a tube voltage control circuit 45. Give feedback repeatedly. The tube voltage control circuit 45 controls the high voltage power supply 31 according to the tube voltage difference value so as to apply a voltage between the cathode 131 and the anode 133 so that the tube voltage detection value becomes equal to the tube voltage setting value. This makes it possible to perform tube voltage modulation according to the tube voltage setting value.
次に、管電流制御について説明する。管電圧を変調させると、陰極１３１のフィラメントのエミッション特性により、陰極１３１から放出される熱電子の量、すなわち、管電流も変動する。グリッド電圧制御回路４９は、陰極電位に対しグリッド電圧を印加することで、陰極１３１から放出される熱電子量を調節し管電流値を任意に制御する。 Next, tube current control will be described. When the tube voltage is modulated, the amount of thermoelectrons emitted from the cathode 131, that is, the tube current also varies due to the emission characteristics of the filament of the cathode 131. The grid voltage control circuit 49 applies a grid voltage to the cathode potential, thereby adjusting the amount of thermoelectrons emitted from the cathode 131 and arbitrarily controlling the tube current value.
具体的には、管電流比較回路４７は、管電圧変調が行われている期間、管電流設定値と管電流検出値との差分値（管電流差分値）を算出し、算出された管電流差分値をグリッド電圧制御回路４９に繰り返しフィードバックする。グリッド電圧制御回路４９は、管電流検出値が管電流設定値に等しくなるように、管電流差分値に応じてグリッド電圧発生回路３５を繰り返し制御する。グリッド電圧発生回路３５は、管電流差分値に応じたグリッド電圧を陰極１３１とグリッド電極１３５との間に繰り返し印加する。このように、グリッド電圧を繰り返し調節することにより管電流検出値を管電流設定値に維持することができる。例えば、管電流設定値が時間変動しない一定値である場合、グリッド電圧制御回路４９は、管電圧変調の間、管電流値を当該一定値に維持することができる。 Specifically, the tube current comparison circuit 47 calculates a difference value (tube current difference value) between the tube current setting value and the tube current detection value during the period in which the tube voltage modulation is performed, and calculates the calculated tube current. The difference value is repeatedly fed back to the grid voltage control circuit 49. The grid voltage control circuit 49 repeatedly controls the grid voltage generation circuit 35 according to the tube current difference value so that the tube current detection value becomes equal to the tube current set value. The grid voltage generation circuit 35 repeatedly applies a grid voltage corresponding to the tube current difference value between the cathode 131 and the grid electrode 135. Thus, the tube current detection value can be maintained at the tube current set value by repeatedly adjusting the grid voltage. For example, when the tube current set value is a constant value that does not vary with time, the grid voltage control circuit 49 can maintain the tube current value at the constant value during tube voltage modulation.
次に、焦点サイズ制御について説明する。図６は、管電圧変調に伴う焦点寸法と偏向電圧とのグラフを示す図である。焦点寸法は、縦幅と横幅との総称である。焦点寸法は、縦又は横の１方向の寸法である。焦点サイズは、２方向の寸法の組合せである。縦幅と横幅とは焦点サイズ制御回路５３により個別に制御される。焦点寸法の変調に連動して焦点サイズが変調される。 Next, focus size control will be described. FIG. 6 is a diagram showing a graph of the focal spot size and the deflection voltage associated with tube voltage modulation. The focal dimension is a general term for a vertical width and a horizontal width. The focal dimension is a dimension in one direction, vertical or horizontal. The focal spot size is a combination of dimensions in two directions. The vertical width and the horizontal width are individually controlled by the focus size control circuit 53. The focal spot size is modulated in conjunction with the focal dimension modulation.
図６のグラフの左縦軸は焦点寸法［縦幅ｍｍ又は横幅ｍｍ］に規定され、右縦軸は偏向電圧［Ｖ］に規定され、横軸は時間［ｓｅｃ］に規定される。図６の左縦軸は、一次元であるので、２次元の焦点サイズを表すことができない。従って簡単のため左縦軸は焦点寸法に規定される。図６の太線と細線は焦点寸法を示し、点線は偏向電圧を示す。図６の太線に示すように、単純に管電圧変調を行った場合、管電圧変調に伴い焦点寸法が変動し、画質が劣化してしまう。本実施形態に係る焦点サイズ制御回路５３は、Ｘ線管特性値テーブルを利用して、図６の細線に示すような、管電圧変調に関わらず一定の焦点寸法が維持されるように偏向電圧発生回路３７を制御する。 In the graph of FIG. 6, the left vertical axis is defined by the focal dimension [vertical width mm or horizontal width mm], the right vertical axis is defined by deflection voltage [V], and the horizontal axis is defined by time [sec]. Since the left vertical axis in FIG. 6 is one-dimensional, it cannot represent a two-dimensional focus size. Therefore, for simplicity, the left vertical axis is defined as the focal size. The thick and thin lines in FIG. 6 indicate the focal dimensions, and the dotted line indicates the deflection voltage. As shown by the thick line in FIG. 6, when the tube voltage modulation is simply performed, the focal dimension varies with the tube voltage modulation, and the image quality deteriorates. The focus size control circuit 53 according to the present embodiment uses the X-ray tube characteristic value table to deflect the deflection voltage so that a constant focus size is maintained regardless of tube voltage modulation, as shown by a thin line in FIG. The generation circuit 37 is controlled.
焦点サイズ制御方法としては、管電圧検出値及び管電流検出値を利用する方法と、管電圧設定値及び管電流設定値を利用する方法とがある。以下、順番に説明する。 As a focus size control method, there are a method using a tube voltage detection value and a tube current detection value, and a method using a tube voltage setting value and a tube current setting value. Hereinafter, it demonstrates in order.
管電圧検出値及び管電流検出値を利用する方法において焦点サイズ制御回路５３は、Ｘ線ＣＴ撮像の開始時において架台制御回路２９から設定焦点サイズを入力する。設定焦点サイズは、時間経過に伴い変化しない一定値であるとする。例えば、図６に示すように、設定焦点サイズは”Ｌ１×Ｗ１”等に設定される。Ｘ線ＣＴ撮像中、管電圧検出回路３９から管電圧検出値が、管電流検出回路４１から管電流検出値が焦点サイズ制御回路５３に繰り返しフィードバックされる。 In the method using the tube voltage detection value and the tube current detection value, the focus size control circuit 53 inputs the set focus size from the gantry control circuit 29 at the start of X-ray CT imaging. It is assumed that the set focus size is a constant value that does not change with time. For example, as shown in FIG. 6, the set focus size is set to “L1 × W1” or the like. During X-ray CT imaging, the tube voltage detection value from the tube voltage detection circuit 39 and the tube current detection value from the tube current detection circuit 41 are repeatedly fed back to the focus size control circuit 53.
Ｘ線ＣＴ撮像中、焦点サイズ制御回路５３は、所定時間毎に、設定焦点サイズと管電圧検出値と管電流検出値とを検索キーとしてＸ線管特性値テーブルを検索し、設定焦点サイズと管電圧検出値と管電流検出値との組合せに関連付けられた偏向電圧値を特定する。例えば、図４に示すように、設定焦点サイズ”Ｌ１又はＷ１”、管電圧検出値”Ｖ２”、管電流検出値”Ａ２１”の場合、偏向電圧値”ＢＶ２１１”が特定される。焦点サイズ制御回路５３は、偏向電圧値が特定される毎に、当該特定された偏向電圧値の偏向電圧を偏向器１３７に印加するように偏向電圧発生回路３７を制御する。なお、偏向電圧発生回路３７は高電圧電源３１とは独立の電源系統により偏向電圧を発生するので、焦点サイズ制御回路５３は、管電圧からは独立して偏向電圧を制御することが可能である。従って、Ｘ線管特性値テーブルを利用して決定された偏向電圧値の偏向電圧を偏向器１３７に印加することにより、管電圧を変調する場合においても焦点サイズを設定焦点サイズに維持することが可能になる。 During X-ray CT imaging, the focus size control circuit 53 searches the X-ray tube characteristic value table using the set focus size, the tube voltage detection value, and the tube current detection value as search keys every predetermined time, and sets the set focus size and A deflection voltage value associated with a combination of the tube voltage detection value and the tube current detection value is specified. For example, as shown in FIG. 4, in the case of the set focus size “L1 or W1”, the tube voltage detection value “V2”, and the tube current detection value “A21”, the deflection voltage value “BV211” is specified. The focus size control circuit 53 controls the deflection voltage generation circuit 37 so that the deflection voltage of the specified deflection voltage value is applied to the deflector 137 every time the deflection voltage value is specified. Since the deflection voltage generation circuit 37 generates the deflection voltage by a power supply system independent of the high voltage power supply 31, the focus size control circuit 53 can control the deflection voltage independently of the tube voltage. . Therefore, by applying a deflection voltage having a deflection voltage value determined using the X-ray tube characteristic value table to the deflector 137, the focus size can be maintained at the set focus size even when the tube voltage is modulated. It becomes possible.
管電圧設定値及び管電流設定値を利用する方法において焦点サイズ制御回路５３は、Ｘ線ＣＴ撮像の開始時において架台制御回路２９から設定焦点サイズを入力する。焦点サイズ制御回路５３は、Ｘ線ＣＴ撮像中、架台制御回路２９から管電圧設定値及び管電流設定値を入力する。管電圧変調に関わる管電圧設定値は、図５に示すように、時間経過に伴い周期的に変化する。管電流設定値及び設定焦点サイズは、時間経過に伴い変化しない一定値であるとする。 In the method using the tube voltage set value and the tube current set value, the focus size control circuit 53 inputs the set focus size from the gantry control circuit 29 at the start of X-ray CT imaging. The focus size control circuit 53 receives the tube voltage setting value and the tube current setting value from the gantry control circuit 29 during X-ray CT imaging. As shown in FIG. 5, the tube voltage setting value related to tube voltage modulation periodically changes with time. It is assumed that the tube current set value and the set focus size are constant values that do not change with time.
Ｘ線ＣＴ撮像中、焦点サイズ制御回路５３は、所定時間毎に、設定焦点サイズと管電圧設定値と管電流設定値とを検索キーとしてＸ線管特性値テーブルを検索し、設定焦点サイズと管電圧設定値と管電流設定値との組合せに関連付けられた偏向電圧値を特定する。焦点サイズ制御回路５３は、偏向電圧値が特定される毎に、当該特定された偏向電圧値の偏向電圧を偏向器１３７に印加するように偏向電圧発生回路３７を制御する。従って、Ｘ線管特性値テーブルを利用して決定された偏向電圧値の偏向電圧を偏向器１３７に印加することにより、管電圧を変調する場合においても焦点サイズを設定焦点サイズに維持することが可能になる。 During X-ray CT imaging, the focus size control circuit 53 searches the X-ray tube characteristic value table using the set focus size, the tube voltage setting value, and the tube current setting value as search keys at predetermined time intervals. A deflection voltage value associated with a combination of the tube voltage setting value and the tube current setting value is specified. The focus size control circuit 53 controls the deflection voltage generation circuit 37 so that the deflection voltage of the specified deflection voltage value is applied to the deflector 137 every time the deflection voltage value is specified. Therefore, by applying a deflection voltage having a deflection voltage value determined using the X-ray tube characteristic value table to the deflector 137, the focus size can be maintained at the set focus size even when the tube voltage is modulated. It becomes possible.
管電圧検出値及び管電流検出値を利用する方法と管電圧設定値及び管電流設定値を利用する方法とで使用するＸ線管特性値テーブルが異なっても良い。すなわち、入力値が管電圧検出値及び管電流検出値である第１Ｘ線管特性値テーブルと、入力値が管電圧設定値及び管電流設定値である第２Ｘ線管特性値テーブルとが作成され、テーブル記憶回路５５に記憶されると良い。この場合、同一の入力値に対し、第１Ｘ線管特性値テーブルの偏向電圧値と第２Ｘ線管特性値テーブルの偏向電圧値とは異なる値が関連付けられることとなる。応答遅れ等により、管電圧設定値と、当該管電圧の印加に応答して検出された管電圧検出値とが必ずしも一致しないためである。 The X-ray tube characteristic value table used may differ between the method using the tube voltage detection value and the tube current detection value and the method using the tube voltage setting value and the tube current setting value. That is, a first X-ray tube characteristic value table whose input values are a tube voltage detection value and a tube current detection value and a second X-ray tube characteristic value table whose input values are a tube voltage setting value and a tube current setting value are created. And stored in the table storage circuit 55. In this case, the same input value is associated with a value different from the deflection voltage value in the first X-ray tube characteristic value table and the deflection voltage value in the second X-ray tube characteristic value table. This is because the tube voltage setting value and the tube voltage detection value detected in response to the application of the tube voltage do not always match due to a response delay or the like.
なお、管電圧設定値及び管電流設定値を利用する場合、設定値に対する管電圧や管電流の応答遅れ分を加味した偏向電圧値が、Ｘ線管特性値テーブルに登録されると良い。 When the tube voltage set value and the tube current set value are used, a deflection voltage value that takes into account the response delay of the tube voltage and tube current with respect to the set value may be registered in the X-ray tube characteristic value table.
上記実施例において、焦点サイズは管電圧変調時において一定値に保たれるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。すなわち、設定焦点サイズは、時間経過に伴い第１のサイズと第２のサイズとが周期的に繰り返されても良い。この場合においても焦点サイズ制御回路５３は、周期的に繰り返される設定焦点サイズの波形を入力とし、当該設定焦点サイズ、管電圧設定値及び管電流設定値の組合せに基づきＸ線管特性値テーブルを利用して偏向電圧値を決定することができる。これにより、焦点サイズ制御回路５３は、管電圧変調時において焦点サイズを任意値に制御することが可能になる。 In the above embodiment, the focal spot size is kept constant at the time of tube voltage modulation. However, this embodiment is not limited to this. That is, the set focus size may be periodically repeated between the first size and the second size as time elapses. Even in this case, the focus size control circuit 53 receives a waveform of a set focus size that is periodically repeated, and generates an X-ray tube characteristic value table based on a combination of the set focus size, the tube voltage setting value, and the tube current setting value. The deflection voltage value can be determined using this. Thereby, the focus size control circuit 53 can control the focus size to an arbitrary value during tube voltage modulation.
焦点サイズ制御回路５３は、管電圧値と管電流値との組合せに基づき設定焦点サイズを実現するように偏向器１３７を制御するものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、焦点サイズ制御回路５３は、管電圧値又は管電流値に基づき設定焦点サイズを実現するように偏向電圧発生回路３７を制御するものとした。この場合、Ｘ線管特性値テーブルにおいて、設定焦点サイズ各々について管電圧値又は管電流値と偏向電圧値とが関連付けられる。焦点サイズ制御回路５３は、管電圧値又は管電流値と設定焦点サイズとの組合せを検索キーとしてＸ線管特性値テーブルを検索し、当該組合せに関連付けられた偏向電圧値を特定し、特定された偏向電圧値に従い偏向電圧発生回路３７を制御することとなる。これにより、管電圧値及び管電流値の何れか一方に基づき焦点サイズを任意に制御することが可能となる。 The focus size control circuit 53 controls the deflector 137 so as to realize the set focus size based on the combination of the tube voltage value and the tube current value. However, this embodiment is not limited to this. For example, the focus size control circuit 53 controls the deflection voltage generation circuit 37 so as to realize the set focus size based on the tube voltage value or the tube current value. In this case, in the X-ray tube characteristic value table, the tube voltage value or tube current value and the deflection voltage value are associated with each set focal spot size. The focus size control circuit 53 searches the X-ray tube characteristic value table using the combination of the tube voltage value or tube current value and the set focus size as a search key, specifies the deflection voltage value associated with the combination, and is specified. The deflection voltage generation circuit 37 is controlled according to the deflection voltage value. This makes it possible to arbitrarily control the focal spot size based on either the tube voltage value or the tube current value.
上記実施形態において焦点サイズ制御回路５３は、Ｘ線管特性値テーブルを利用して偏向電圧値を決定することとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、焦点サイズ制御回路５３は、入力管電圧値と設定焦点サイズとに対応する偏向電圧値、又は入力管電圧値と入力管電流値との組合せと設定焦点サイズとに対応する偏向電圧値を、所定のアルゴリズムに従い計算しても良いし、機械学習等により決定しても良い。 In the above embodiment, the focus size control circuit 53 determines the deflection voltage value using the X-ray tube characteristic value table. However, this embodiment is not limited to this. For example, the focus size control circuit 53 determines the deflection voltage value corresponding to the input tube voltage value and the set focus size, or the combination of the input tube voltage value and the input tube current value and the deflection voltage value corresponding to the set focus size. The calculation may be performed according to a predetermined algorithm, or may be determined by machine learning or the like.
上記述べた少なくとも１の実施形態によれば、焦点サイズを任意に制御することが可能になる。 According to at least one embodiment described above, the focal spot size can be arbitrarily controlled.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１０…架台、１１…回転フレーム、１３…Ｘ線管、１５…Ｘ線検出器、１７…Ｘ線高電圧装置、１９…データ収集回路、２１…回転駆動装置、２３…寝台、２５…寝台駆動装置、２９…架台制御回路、３１…高電圧電源、３３…フィラメント電源、３５…グリッド電圧発生回路、３７…偏向電圧発生回路、３９…管電圧検出回路、４１…管電流検出回路、４３…管電圧比較回路、４５…管電圧制御回路、４７…管電流比較回路、４９…グリッド電圧制御回路、５１…フィラメント制御回路、５３…焦点サイズ制御回路、５５…テーブル記憶回路、１００…コンソール、１０１…演算回路、１０３…ディスプレイ、１０５…入力回路、１０７…記憶回路、１１１…前処理機能、１１３…再構成機能、１１５…画像処理機能、１１７…システム制御機能、１３１…陰極、１３３…陽極、１３５…グリッド電極、１３７…偏向器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Stand, 11 ... Rotating frame, 13 ... X-ray tube, 15 ... X-ray detector, 17 ... X-ray high voltage device, 19 ... Data acquisition circuit, 21 ... Rotation drive device, 23 ... Bed, 25 ... Bed drive Device 29 ... Fixing control circuit 31 ... High voltage power source 33 ... Filament power source 35 ... Grid voltage generating circuit 37 ... Deflection voltage generating circuit 39 ... Tube voltage detecting circuit 41 ... Tube current detecting circuit 43 ... Tube Voltage comparison circuit 45 ... tube voltage control circuit 47 ... tube current comparison circuit 49 ... grid voltage control circuit 51 ... filament control circuit 53 ... focus size control circuit 55 ... table storage circuit 100 ... console 101 ... Arithmetic circuit 103 ... Display 105 ... Input circuit 107 ... Storage circuit 111 ... Preprocessing function 113 ... Reconstruction function 115 ... Image processing function 117 ... System control Function, 131 ... cathode, 133 ... anode, 135 ... grid electrode, 137 ... deflector.
Claims (10)
前記陰極と前記陽極との間に印加される管電圧を発生する高電圧電源と、
前記高電圧電源により前記管電圧が印加されている期間において前記陽極に所定のサイズの焦点を形成するために、前記管電圧の管電圧値と前記所定のサイズとに基づく偏向電圧値の偏向電圧を前記偏向器に印加することにより、前記陽極に形成される焦点のサイズを制御する焦点サイズ制御回路と、
を具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置。 An X-ray tube comprising: a cathode that emits electrons; an anode that receives electrons from the cathode to generate X-rays; and a deflector that deflects electrons from the cathode;
A high voltage power source for generating a tube voltage applied between the cathode and the anode;
A deflection voltage having a deflection voltage value based on the tube voltage value of the tube voltage and the predetermined size in order to form a focal point of a predetermined size on the anode during a period in which the tube voltage is applied by the high voltage power source. A focus size control circuit that controls the size of the focus formed on the anode by applying to the deflector;
An X-ray computed tomography apparatus comprising:
前記焦点サイズ制御回路は、前記管電圧の管電圧値に関連付けられた偏向電圧値を前記偏向器に印加する、
請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。 A table storage circuit for associating and storing a deflection voltage value applied to the deflector to form a focal point of the predetermined size for each of a plurality of tube voltage values;
The focus size control circuit applies a deflection voltage value associated with a tube voltage value of the tube voltage to the deflector;
The X-ray computed tomography apparatus according to claim 1.
前記焦点サイズ制御回路は、前記入力された設定値に関連付けられた偏向電圧値の電圧を前記偏向器に印加する、
請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。 A tube voltage control circuit that inputs a set value of a tube voltage that changes in time series, and modulates a tube voltage applied between the cathode and the anode based on the input set value;
The focus size control circuit applies a voltage of a deflection voltage value associated with the input set value to the deflector;
The X-ray computed tomography apparatus according to claim 2.
前記焦点サイズ制御回路は、前記検出された管電圧の検出値に関連付けられた偏向電圧値の電圧を前記偏向器に印加する、
請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。 A detector for detecting the tube voltage applied between the cathode and the anode;
The focus size control circuit applies a voltage having a deflection voltage value associated with a detected value of the detected tube voltage to the deflector.
The X-ray computed tomography apparatus according to claim 2.
前記テーブル記憶回路は、前記複数の管電圧値と複数の管電流値との組合せ毎に、前記偏向器に印加する偏向電圧値を関連付けて記憶し、
前記焦点サイズ制御回路は、前記管電圧の管電圧値と前記Ｘ線管に流れる管電流の管電流値との組合せに関連付けられた偏向電圧値に基づいて、前記陽極に形成される焦点のサイズを制御する、
請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。 A tube current control circuit for controlling a tube current flowing in the X-ray tube;
The table storage circuit associates and stores a deflection voltage value to be applied to the deflector for each combination of the plurality of tube voltage values and a plurality of tube current values,
The focus size control circuit is configured to determine a size of a focus formed on the anode based on a deflection voltage value associated with a combination of a tube voltage value of the tube voltage and a tube current value of a tube current flowing in the X-ray tube. To control the
The X-ray computed tomography apparatus according to claim 2.
前記偏向器に印加する偏向電圧を発生する偏向電圧発生回路と、を更に備え、
前記管電圧制御回路は、前記管電圧値に基づいて前記高電圧電源を制御し、
前記焦点サイズ制御回路は、前記偏向電圧値に基づいて前記偏向電圧発生回路を制御し、
前記偏向電圧発生回路は、前記高電圧電源とは独立の電気系統にて前記偏向電圧を発生する、
請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。 A tube voltage control circuit that modulates a tube voltage applied between the cathode and the anode;
A deflection voltage generation circuit for generating a deflection voltage to be applied to the deflector;
The tube voltage control circuit controls the high voltage power supply based on the tube voltage value,
The focus size control circuit controls the deflection voltage generation circuit based on the deflection voltage value;
The deflection voltage generation circuit generates the deflection voltage in an electric system independent of the high voltage power source.
The X-ray computed tomography apparatus according to claim 1.
前記焦点サイズ制御回路は、前記管電圧制御回路により前記管電圧が変調されている期間において前記陽極に前記所定のサイズの焦点を形成するために、前記変調された管電圧の管電圧値と前記所定のサイズとに基づく偏向電圧値の偏向電圧を前記偏向器に印加する、
請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。 A tube voltage control circuit for modulating a tube voltage applied between the cathode and the anode;
The focus size control circuit includes a tube voltage value of the modulated tube voltage and the tube voltage value of the modulated tube voltage in order to form a focus of the predetermined size on the anode during a period in which the tube voltage is modulated by the tube voltage control circuit. Applying a deflection voltage of a deflection voltage value based on a predetermined size to the deflector;
The X-ray computed tomography apparatus according to claim 1.
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