JP4237301B2

JP4237301B2 - Ｘ線管装置

Info

Publication number: JP4237301B2
Application number: JP22731698A
Authority: JP
Inventors: 俊裕利府
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1998-08-11
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2018-08-11
Also published as: JP2000051209A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線管を用いて被検体の所望の部位の透視画像や断面像等の撮影を行う、例えばＸ線ＣＴ装置やデジタルサブトラクション装置等に設けて好適なＸ線管装置に関し、特にＸ線管球の焦点位置の変位を補正可能としたＸ線管装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｘ線管装置の一つとして図７に示すようなＸ線ＣＴ装置が知られている。このＸ線ＣＴ装置は、寝台１０１に仰臥した被検体Ｍの撮影部位にＸ線を照射するＸ線管１０２と、被検体Ｍを透過したＸ線を検出するＸ線検出器１０３とが相対向した状態で保持枠１０４に固定されており、この保持枠１０４を回転させつつ被検体ＭにＸ線を照射することにより、断面像を得るのに必要なデータを収集するようになっている。保持枠１０４には、Ｘ線管１０２から照射されるＸ線を通過させるためのＸ線コリメータ１０５が設けられている。
【０００３】
Ｘ線を照射するＸ線管１０２としては、アノードが固定された固定陽極Ｘ線管と、アノードが回転する回転陽極Ｘ線管とが知られている。例えば、回転陽極Ｘ線管は、図８（ａ）に示すように、熱電子を放出するカソード１１０と、放出された熱電子の衝撃を受け止めてＸ線を発生するアノード１１１の前面に設けられたターゲット１１２が対向状態に配置されており、ターゲット１１２の中心部に設けられた回転軸１１３は支持部１１４によって回転自在に支持されている。
【０００４】
Ｘ線検出器１０３としては、種々のものが知られているが、その代表的なものとして高圧のキセノンガス（Ｘｅ）を封入した円弧状の電離箱型検出器がある。この電離箱検出器の内部は、図８（ａ）に示すように円弧状に等間隔に配置された多数の電極プレート１２０によって多数の検出セルに分割されており、各電極プレート１２０の両端は、セラミック等の絶縁板１２１によってそれぞれ支持されている。
【０００５】
このようなＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線管１０２のカソード１１０から放出された熱電子がターゲット１１２に衝突し、その衝突点からＸ線が照射される。このターゲット１１２における熱電子の衝突点がＸ線管焦点Ｆ１である。前記衝突点をＸ線管焦点Ｆ１とするＸ線は、Ｘ線コリメータ１０５を介して被検体Ｍを透過した後、Ｘ線検出器１０３に入射する。Ｘ線検出器１０３の内部に設けられた各検出器セルが入射するＸ線の強弱を電気信号に変換することによって、被検体Ｍの断面像を得るのに必要なデータが採取されることとなる。
【０００６】
ここで、カソード１１０から放出した熱電子がターゲット１１２に衝突するとき、Ｘ線に変換されるのは僅かで殆どは熱となって消費される。このため、ターゲット１１２は非常に高温になる。ターゲット１１２が高温になると、支持部１１３によって支持されている回転軸１１３は、カソード１１０側に向かって熱膨張する。この回転軸１７の熱膨張によりターゲット１１２の位置が変位し、前記Ｘ線管焦点Ｆ１もＸ線管焦点Ｆ２の位置に変位する。このＸ線管焦点の変位（Ｆ１→Ｆ２）に伴って、図８（ｂ）に示すようにＸ線検出器１０３へのＸ線のＸ線照射位置が変位する。そして、Ｘ線検出器１０３へのＸ線照射位置が変位すると、電極プレート１２０を保持している絶縁板１２１へのチャージ量が変化し、電極プレート１２０によって分割されているＸ線検出セルによる検出電流が変動する。この検出電流に生じた誤差により、ＣＴ画像においてリング状のアーチファクトが現れる。
【０００７】
一方、Ｘ線管装置の他の例であるデジタルサブトラクション装置の場合、造影剤を注入する前のマスク像と、造影剤注入後の画像を引き算処理してサブトラクション像を得るようになっているため、Ｘ線検出器へのＸ線のＸ線照射位置が変位すると、得られたサブトラクション像に虚像が現れる。
【０００８】
従来、このような不都合を生ずるＸ線管焦点の移動は、焦点位置毎の特性データを予め測定し、焦点位置測定用検出器（ＦＭＤ）で検出された値に応じて、Ｘ線管１０２或いはＸ線検出器１０３を移動制御することで補正していた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ｘ線管１０２或いはＸ線検出器１０３はどちらも重量があり、これらをＸ線焦点位置の変位量に応じて正確に移動制御するには、複雑な移動機構が必要となる問題があった。また、薄いスライス厚のスライス画像を得ようとした場合、Ｘ線管１０２或いはＸ線検出器１０３を前記移動制御することで、Ｘ線ビームがＸ線検出器１０３から外れてしまい、良好なスライス画像を得ることができない問題があった。
【００１０】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で正確にＸ線管の温度変動に起因するＸ線管焦点の変位を補正することができるようなＸ線管装置の提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｘ線を照射するＸ線発生手段と、このＸ線発生手段からのＸ線を取り込むように配置されたＸ線検出手段と、Ｘ線発生手段から照射されたＸ線を所定の間隙を介してＸ線検出手段に入射すると共に、該間隙を介するＸ線以外のＸ線を遮蔽するＸ線遮蔽手段とを備えたＸ線管装置を前提とし、上記目的を達成するために次のような構成を備えている。
【００１６】
すなわち、本発明は、前記Ｘ線遮蔽手段を移動するための移動機構と、X線入射位置を検出する補正用X線検出器の出力に基づいて、前記Ｘ線管のＸ線管焦点位置を検出する焦点位置検出手段と、前回のＸ線照射時に得られた前記焦点位置検出手段からの検出出力に基づいて次回のＸ線照射時のＸ線焦点位置を推定する焦点位置推定手段と、前記焦点位置推定手段により推定された次回のＸ線照射時のＸ線焦点位置に基づいて、前記Ｘ線遮蔽手段を介してＸ線検出手段に入射されるＸ線の入射位置が所定の入射位置となるように前記移動機構を移動する移動制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１７】
このような構成を有する本発明は、焦点位置推定手段により、前回のＸ線照射時に得られた前記焦点位置検出手段からの検出出力に基づいて次回のＸ線照射時のＸ線焦点位置が推定されると、移動制御手段が、この推定された次回のＸ線照射時のＸ線焦点位置に基づいて、前記Ｘ線遮蔽手段を介してＸ線検出手段に入射されるＸ線の入射位置が所定の入射位置となるように前記移動機構を移動する。
【００１８】
これにより、Ｘ線発生手段の温度変動等によりＸ線管焦点位置が変位しても、例えばＸ線ビームの中心とＸ線検出手段の中心とが最適な位置関係となるようにＸ線の照射位置を補正することができる。従って、Ｘ線焦点位置の変位が原因となるＸ線画像の画質劣化を防止することができるうえ、薄いスライス厚のスキャン時においてもＸ線検出手段に正確にＸ線を入射させることができ、良好な画質のＸ線画像を得ることができる。また、例えばＸ線コリメータやビームトリマ等のＸ線遮蔽手段は、Ｘ線発生手段やＸ線検出手段よりも自重が軽いため、このようなＸ線遮蔽手段の移動制御は容易かつ正確に行うことができる。
【００１９】
さらに、前回のＸ線照射時のＸ線焦点位置に基づいて、次のＸ線照射時のＸ線焦点位置を推定するようにしているため、Ｘ線画像を得るためのＸ線の照射の他に、Ｘ線焦点位置を検出するためのＸ線の照射を行う必要がなく、この分、被検体に対する被曝低減を図ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＸ線管装置の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
［第１の実施の形態］
〔構成〕
まず、本発明に係るＸ線管装置は、図１に示すようなＸ線ＣＴ装置に適用することができる。この本発明の第１の実施の形態のＸ線ＣＴ装置は、寝台１に仰臥した被検体Ｍの撮影部位にＸ線を照射するＸ線管２と、被検体Ｍを透過したＸ線を検出するＸ線検出器３とが相対向した状態で保持枠４に固定されている。保持枠４には、Ｘ線管２から照射されるＸ線を通過させるためのＸ線コリメータ５が設けられている。
【００２２】
Ｘ線を照射するＸ線管２としては、例えば回転陽極Ｘ線管が設けられている。なお、このＸ線管２として、アノードが固定された固定陽極Ｘ線管を用いるようにしてもよい。Ｘ線検出器３としては、例えば高圧のキセノンガス（Ｘｅ）を封入した円弧状の電離箱型検出器が設けられている。この電離箱検出器の内部は円弧状に等間隔に配置された多数の電極プレートによって多数の検出セルに分割されており、各電極プレートの両端がセラミック等の絶縁板によってそれぞれ支持された構成となっている。
【００２３】
Ｘ線管２とＸ線検出器３との間には、Ｘ線管焦点Ｆが変位した時のＸ線入射位置を検出する一対の補正用Ｘ線検出器６が設けられている。各補正用Ｘ線検出器６の出力端子は、差動増幅器７の二つの入力端子にそれぞれ接続されている。差動増幅器７の出力端子は、モータ８を駆動するモータドライブ回路９の入力端子に接続されている。
【００２４】
モータ８の出力軸はＸ線コリメータ５の駆動機構１４に連結されている。すなわち、図２は、図１とは逆の方向から駆動機構１４を見た図なのであるが、この図２において、モータ８の出力軸はネジ棒１０に連結されており、ネジ棒１０は、Ｘ線コリメータ５を固定的に載置しているスライド台１１に螺合されている。スライド台１１は、ガイドレール１２に摺動自在に保持されており、ガイドレール１２は保持枠４に固定されている。保持枠４、スライド台１１及びガイドレール１２には、図１に示すようにＸ線管１から照射されるＸ線の通過を許容するための開口部１３が設けられており、Ｘ線管１から照射されるＸ線は、この開口部１３及びＸ線コリメータ５を介して被検体Ｍに照射されるようになっている。
【００２５】
〔動作〕
このような構成を有する当該第１の実施の形態のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線の発生によりＸ線管２の温度が上昇すると、図３（ａ）に示すように、Ｘ線管焦点Ｆ１の位置がＸ線管焦点Ｆ２の位置へ変位し、このＸ線管焦点の変位に伴い、Ｘ線検出器３に対するＸ線の入射位置が変化する。Ｘ線検出器３に対するＸ線の入射位置が変化すると、一対の補正Ｘ線検出器６のうち一方の補正Ｘ線検出器６に入射するＸ線の量が多くなる。図１に示す差動増幅器７は、この各補正Ｘ線検出器６からの各検出信号の差を増幅してモータドライブ回路９に供給する。
【００２６】
モータドライブ回路９は、この差動増幅器７からの信号を受けてモータ８を駆動する。この時、モータ８は、差動増幅器７の出力信号をゼロにする回転方向及び回転量、すなわち、Ｘ線管焦点の変位量を少なくする方向及び量だけ回転駆動される。モータ８が駆動されるとネジ棒１０が移転し、スライド台１１がガイドレール１２に沿って移動する。そして、これと共に図３（ｂ）に示すようにスライド台１１に固定されたＸ線コリメータ５が、同図（ｂ）中点線で示すＸ線ビームの中心とＸ線検出器３の中心Ｐとを合致させるように移動制御される。
【００２７】
これにより、Ｘ線管の温度変動によりＸ線管焦点位置が変位しても、Ｘ線ビームの中心とＸ線検出器３の中心とが最適な位置関係となるようにＸ線の照射位置を補正することができる。従って、Ｘ線焦点位置の変位によりＣＴ画像にアーティファクトが生ずる不都合を防止することができるうえ、薄いスライス厚のスキャン時においてもＸ線検出器３に正確にＸ線を入射させて良好なＣＴ画像を得ることができる。また、Ｘ線コリメータ５は、Ｘ線管２やＸ線検出器３よりも自重が軽いため、このようなＸ線コリメータ５の移動制御は容易かつ正確に行うことができる。
【００２８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態の説明をする。なお、この第２の実施の形態の説明において、上述の第１の実施の形態のＸ線ＣＴ装置と同じ動作を示す箇所には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
〔構成〕
この第２の実施の形態のＸ線ＣＴ装置は、図４に示すように上述の差動増幅器７とモータドライブ回路９との間に、マイクロコンピュータ装置２０（マイコン）及び記憶装置２１を設けた構成となっている。
【００３０】
〔動作〕
図５（ａ）に示すようにＸ線ＣＴ装置では、Ｘ線を照射しながらデータ収集を行なうスキャンの時だけＸ線を照射することとなるため、その間だけ焦点位置の測定が可能となる。スキャンと次のスキャンとの間の時間ｔintには、Ｘ線の照射がされないため焦点位置の測定を行うことができない。このため、当該第２の実施の形態のＸ線ＣＴ装置は、次のスキャンに入る前に、最も最近のスキャン時（前回のスキャン時）のＸ線焦点の変位量と、その変位量を検出した時刻、Ｘ線管の周囲の温度（又は装置の周囲の温度）とに基づいて、次のスキャン時におけるＸ線焦点の変位量を推定し、この推定量に応じてＸ線コリメータ５を予め移動制御する。
【００３１】
具体的には、Ｘ線管２の温度は、油冷、空冷、水冷等により冷却されることで時間経過と共に徐々に下がるのであるが、この下がり具合は、Ｘ線管球の種別により異なり、また、図６に示すようにＸ線管自体の温度、又はＸ線管の周囲の温度、又は当該Ｘ線ＣＴ装置の周囲の温度により異なる。記憶装置２１には、Ｘ線管２に設けられたＸ線管球（の種別）に対応する冷却特性データが記憶されている。
【００３２】
スキャン時における前記差動増幅器７の差動出力は、そのスキャン時におけるＸ線焦点位置を示す。このため、マイコン２０は、差動増幅器７の差動出力が供給されると、現在のＸ線管２自体の温度、又はＸ線管２の周囲の温度、又は当該Ｘ線ＣＴ装置の周囲の温度を検出し、この現在の温度に対応する冷却特性データを記憶装置２１から読み出す。そして、ユーザにより設定された「次のスキャン時刻」に対応するＸ線焦点位置を、図５（ｂ）に示すように記憶装置２１から読み出した冷却特性データに基づいて推定する。
【００３３】
このような次回のスキャン時のＸ線焦点の推定演算動作は、現在の周囲の温度を「Ｔａ」、前回のスキャン時刻から次のスキャン時刻までの時間差を「ｔｌ」、前回のスキャン時のＸ線焦点位置を「ｐｌ」、次のスキャン時刻における焦点位置を「Ｌｅ」とすると、以下の数式のようになる。
【００３４】
次のスキャン時刻における焦点位置Ｌｅ＝ｆ（Ｔａ，ｔｌ，ｐｌ）
マイコン２０は、このようにして次回のスキャン時のＸ線焦点を推定すると、この推定したＸ線焦点位置において照射されるＸ線が、上述のようにＸ線検出器３の最適な位置に照射されるようにモータドライブ回路９を介してモータ８を回転駆動する。
【００３５】
これにより、次のスキャンを行う前に、そのスキャンで照射されるＸ線ビームの中心とＸ線検出器３の中心とが最適な位置関係となるようにＸ線の照射位置を予め補正することができる。従って、構成簡単なＸ線コリメータ５の駆動機構１４と、このマイコン２０における焦点位置推測演算処理によりＸ線焦点補正を行うことができ、Ｘ線焦点位置の変位によりＣＴ画像にアーティファクトが生ずる不都合を防止することができるうえ、薄いスライス厚のスキャン時においてもＸ線検出器３に正確にＸ線を入射させて良好なＣＴ画像を得ることができる。また、Ｘ線コリメータ５は、Ｘ線管２やＸ線検出器３よりも自重が軽いため、このようなＸ線コリメータ５の移動制御は容易かつ正確に行うことができる。
【００３６】
さらに、焦点位置測定用検出器６を用いた場合、実際にＸ線の照射がなければ該検出器６にＸ線が入射されないため、Ｘ線の焦点位置は検出できない（スキャン後しか検出することができない）のであるが、当該第２の実施の形態のＸ線ＣＴ装置は、スキャンが行われた際に照射されるＸ線を利用して、その時のＸ線焦点位置に基づいて、次のスキャン時のＸ線焦点位置を推定するようにしているため、ＣＴ画像を得るためのＸ線の照射の他に、Ｘ線焦点位置を検出するためのＸ線の照射を行う必要がなく、この分、被検体に対する被曝低減を図ることができる。
【００３７】
なお、上述の各実施の形態の説明では、Ｘ線コリメータ５を移動制御することとしたが、これは、Ｘ線検出器３の前段に設けられた、いわゆるビームトリマを移動制御するようにしてもよい。この場合でも、同様の効果を得ることができる。また、Ｘ線コリメータ５及びビームトリマの両方を移動制御するようにしてもよい。この場合、より正確な焦点補正を可能とすることができる。
【００３８】
また、上述の各実施の形態の説明では、本発明に係るＸ線管装置をＸ線ＣＴ装置に適用することとしたが、本発明は、この他、例えばデジタルサブトラクション装置等、Ｘ線を用いて撮影を行う装置であれば何にでも適用可能である。そして、本発明は、一例として説明した上述の各実施の形態に限定されるものではなく、この他、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係るＸ線管装置は、簡単な構成で正確にＸ線管の温度変動に起因するＸ線管焦点の変位を補正することができる。このため、Ｘ線管焦点の変位により生ずるＣＴ画像のアーティファクトや、サブトラクション像の虚像等の画像品質の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線管装置を適用した本発明の第１の実施の形態となるＸ線ＣＴ装置のブロック図である。
【図２】前記第１の実施の形態のＸ線ＣＴ装置に設けられているＸ線コリメータの駆動機構を示す図である。
【図３】前記第１の実施の形態のＸ線ＣＴ装置のＸ線焦点位置の補正動作を説明するための図である。
【図４】本発明に係るＸ線管装置を適用した本発明の第２の実施の形態となるＸ線ＣＴ装置のブロック図である。
【図５】前記第２の実施の形態のＸ線ＣＴ装置のＸ線焦点位置の推定補正動作を説明するための図である。
【図６】Ｘ線ＣＴ装置の周囲の温度に応じて変化するＸ線焦点位置とＸ線管の冷却時間との関係を示す冷却特性図である。
【図７】従来のＸ線ＣＴ装置の概略図である。
【図８】Ｘ線焦点位置の変動を説明するための図である。
【符号の説明】
１…寝台、２…Ｘ線管、３…Ｘ線検出器、４…保持枠、５…Ｘ線コリメータ、６…補正用Ｘ線検出器、７…差動増幅器、８…モータ、９…モータドライブ回路、１０…ネジ棒、１１…スライド台、１２…ガイドレール、１３…開口部、１４…Ｘ線コリメータの駆動機構、２０…マイクロコンピュータ装置（マイコン）、２１…記憶装置、Ｆ、Ｆ１、Ｆ２…Ｘ線の焦点、Ｍ…被検体

Claims

Ｘ線を照射するＸ線発生手段と、このＸ線発生手段からのＸ線を取り込むように配置されたＸ線検出手段と、Ｘ線発生手段から照射されたＸ線を所定の間隙を介してＸ線検出手段に入射すると共に、該間隙を介するＸ線以外のＸ線を遮蔽するＸ線遮蔽手段とを備えたＸ線管装置において、
前記Ｘ線遮蔽手段を移動するための移動機構と、
X線入射位置を検出する補正用X線検出器の出力に基づいて、前記Ｘ線管のＸ線管焦点位置を検出する焦点位置検出手段と、
前回のＸ線照射時に得られた前記焦点位置検出手段からの検出出力に基づいて次回のＸ線照射時のＸ線焦点位置を推定する焦点位置推定手段と、
前記焦点位置推定手段により推定された次回のＸ線照射時のＸ線焦点位置に基づいて、前記Ｘ線遮蔽手段を介してＸ線検出手段に入射されるＸ線の入射位置が所定の入射位置となるように前記移動機構を移動する移動制御手段と
を有することを特徴とするＸ線管装置。
前記焦点位置推定手段は、
Ｘ線発生手段自体の温度、Ｘ線発生手段の周囲の温度、又は当該Ｘ線管装置の周囲の温度を測定する温度測定手段と、
時間経過と共に変化する前記Ｘ線発生手段のＸ線焦点位置を示す前記温度毎の焦点位置情報が記憶された記憶手段とを有し、
前記温度測定手段により測定された前記温度に対応する焦点位置情報を前記記憶手段から読み出し、この読み出した焦点位置情報と、
前回のＸ線照射時刻と次回予定しているＸ線照射時刻の時間差と、
前記焦点位置検出手段からの検出出力に対応する前回のＸ線照射時のＸ線焦点位置とに基づいて、次回のＸ線照射時のＸ線焦点位置を推定することを特徴とする請求項２記載のＸ線管装置。