JP4643180B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、スリップリング機構により連続回転を実現したＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。

周知の通り、Ｘ線を被検体に照射し、その透過データから画像データを再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置としては、スリップリング機構の開発によって実現したＸ線管がＸ線検出器と共に被検体周囲を連続的に回転するいわゆる第４世代が現在主流を占めている。この第４世代ＣＴは、現在では１回転あたり０．５程度まで高速化が進んでいる。この１回転あたり０．５程度の高速スキャンでも、心臓等の動きの速い患部をダイナミックに撮影するには不十分である。

周知のとおり、スリップリング機構は、図７、図８に例示するように、Ｘ線管等とともに回転するリング状になった導電性のレール（スリップリング）３１と、スリップリング３１の表面に接触しながら移動する導電性の摺動子（ブラシ）３４とを有している。通常、樹脂ベース３２上に複数のスリップリング３１が回転軸に沿って並設されている。

スリップリング３１とブラシ３４との間の電気的な接続を担保するために、ブラシ３４は比較的軟らかい素材で作られ、またブラシ３４はブラシホルダ３６からスプリング３５によりスリップリング３１の表面に押し付けられている。ブラシ３４はスリップリング３１との間の不可避な摩擦により研磨され、摩擦粉３７が発生する。摩擦粉３７は、ブラシ３４の前後に堆積し、また隣り合うスリップリング３１の間に堆積し、さらに隣り合うブラシ３４の間にも堆積する。堆積した摩擦粉３７は、隣り合うスリップリング３１の間の電気的な絶縁性を低下させ、チャンネル間で短絡を起こしてしまう可能性がある。
特開平９−５１５号公報

本発明の目的は、スリップリング機構を装備したＸ線コンピュータ断層撮影装置において、スリップリング機構のチャンネル間の絶縁性を向上することにある。

本発明の第１局面において、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線を発生するＸ線管と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とを搭載する回転自在に支持される回転フレームと、前記Ｘ線管に印加するための高電圧を発生する高電圧発生器と、前記Ｘ線管に対して前記高電圧発生器を電気的に接続するためのスリップリング機構とを具備し、前記スリップリング機構は、前記回転フレームに取り付けられたスリップリングと、前記スリップリングに接触するブラシとを有し、前記ブラシは前記スリップリングの表面に接触する際、前記スリップリングに対する前記ブラシの相対的な進行方向に関して先端及び後端を有し、前記ブラシの先端は前記進行方向に対して傾斜を有している。

本発明によれば、スリップリング機構のチャンネル間の絶縁性を向上することができる。

以下、図面を参照して本発明によるＸ線コンピュータ断層撮影装置を好ましい実施形態により説明する。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線管とＸ線検出器とが一体として被検体の周囲を回転する回転／回転タイプと、リング状に多数の検出素子がアレイされ、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転タイプとのいずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは回転／回転タイプとして説明する。また、１スライスの断層像データを再構成するには、被検体の周囲１周、約３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ファン角分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式にも本発明を適用可能である。また、入射Ｘ線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。Ｘ線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよいが、ここでは、前者の間接変換形として説明する。また、近年では、Ｘ線管とＸ線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本発明では、従来からの一管球型装置であっても、多管球型装置であってもいずれにも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。

図１は本発明の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。ガントリ１は、回転軸Ｒ回りに回転自在に支持された中央が切り取られた円板状の回転フレーム２を有する。回転フレーム２には、Ｘ線管３とＸ線検出器４とが取り付けられる。Ｘ線検出器４は、撮影領域Ｓを挟んでＸ線管３に対向する。Ｘ線管３は、スリップリング機構６を介して高電圧発生装置１１に電気的に接続される（図２参照）。スリップリング機構６は、回転フレーム２に取り付けられた回転部側の複数のスリップリング７と、スリップリング７の外周の特定位置に配置され、複数のスリップリング７にそれぞれ対応する固定部側の複数のブラシ８とを有する。スリップリング７は、リング状になった導電性のレールである。複数のスリップリング７は回転軸Ｒにそって並べられている。ブラシ８は、スリップリング７の表面に接触しながら移動する導電性の摺動子である。複数のブラシ８は、スリップリング７と同様に、回転軸Ｒにそって並べられている。スリップリング機構６の詳細構造については後述する。

Ｘ線検出器４には、データ収集回路５が接続される。典型的には、データ収集回路５は回転フレーム２に搭載される。データ収集回路５はＸ線検出器４の各チャンネルの出力（電流信号）を電圧信号に変換し、そして増幅するとともに、ディジタル信号に変換する機能を備えている。データ収集回路５は、スリップリング機構６又は磁気や光を使った非接触データ伝送装置９を介して、対数変換処理やチャンネル間非均一性補正等を行うための前処理装置１０に接続される。前処理装置１０は、システムコントローラ１２、前処理を受けたデータ（生データとも、投影データとも呼ばれる）に基づいて画像データを再構成する再構成装置１３、生データや画像データの記憶を主に担う記憶装置１４、画像を可視化する表示装置１５、キーボードやマウス等の入力装置１６とともにコンソールボックスに収容される。

図３に示すように、スリップリング機構６は、例えば４チャンネルで構成される。それに応じて４つのスリップリング７が、回転軸Ｒに沿って並列される。スリップリング７は、絶縁性を有する樹脂ベース１７に保持される。４つのスリップリング７にそれぞれ対応するように４つのブラシ８が４つのスリップリング７の外側に配置される。ブラシ８は、絶縁性を有する樹脂製のブラシホルダ２２に保持される。スリップリング７とブラシ８との間の電気的な接続を担保するために、ブラシ８は比較的軟らかい素材で作られ、またブラシ８はブラシホルダ２２からスプリング１９によりスリップリング７の表面に押し付けられている。

ブラシ８とスリップリング７との間の摩擦により発生する摩擦粉２１によるスリップリング機構６のチャンネル間の絶縁性の低下を抑制するために、隣り合うスリップリング７の間には、樹脂ベース１７と一体成形されている絶縁壁１８が形成されている。絶縁壁１８はスリップリング７よりも高い高さを有する。換言すると、樹脂ベース１７には、スリップリング７の高さよりも深い溝２４が形成され、その溝２４の底部にスリップリング７が取り付けられている。このように隣り合うスリップリング７は、スリップリング７の高さよりも高い絶縁壁１８で互いに隔てられている。隣り合うスリップリング７の間が摩擦粉２１により短絡するには、堆積する摩擦粉２１が絶縁壁１８を乗り越える必要がある。従って、絶縁壁１８のない場合に比べて、スリップリング７の間が摩擦粉２１により短絡する危険性を減少させることができる。さらに、絶縁壁１８をスリップリング７より高く形成することにより、当該短絡する危険性をさらに減少させることができる。

ブラシホルダ２２には複数の絶縁壁１８にそれぞれ対応する位置に複数のホルダ溝２０が形成されている。ホルダ溝２０にはそれぞれ対応する絶縁壁１８の先端部分が入れ子状態に挿入されている。絶縁壁１８がホルダ溝２０に入れ子状態にない場合に比べて、摩擦粉２１が絶縁壁１８を乗り越える可能性を減少させ、上記短絡の危険性を減少させることができる。

図４に示すように、ブラシ８はその先端において、回転軸Ｒ、及びスリップリング７に対するブラシ８の相対的な進行方向Ｌに対して傾斜を有している。具体的には、ブラシ８の先端は先鋭化されるように、略中央から両側に向かって傾斜付けされている。それによりブラシ８とスリップリング７との間の摩擦により発生した摩擦粉２１は、当該ブラシ８の傾斜に沿って移動し、スリップリング７の両側にほぼ均等に落下する。それにより摩擦粉２１が偶発的に一方の側に片寄りして、短時間の内に摩擦粉２１が絶縁壁１８を乗り越え、短絡させてしまう危険性を減少させることができる。

また、ブラシ８はその後端において、回転軸Ｒ、及び進行方向Ｌに対して傾斜を有している。具体的には、ブラシ８の後端は先鋭化されるように、略中央から両側に向かって傾斜付けされている。それによりブラシ８とスリップリング７との間の摩擦により発生した摩擦粉２１が、当該ブラシ８の後端付近で滞留する可能性が減少する。それにより摩擦粉２１が１箇所に大量に堆積することなく、スリップリング７上で分散されるので、摩擦粉２１が絶縁壁１８を乗り越え、隣のチャンネルとの短絡を起こす危険性を減少させることができる。

なお、図５に示すように、ブラシ８の先端は、一方の側から他方の側に向かって一方向に傾斜付けされていてもよい。全てのブラシ８の先端を同じ方向に傾斜付けすることで、摩擦粉２１は、当該ブラシ８の傾斜に沿って移動し、各スリップリング７の特定の側に落下し、堆積する。それにより短絡の危険性を減少させることができる。ブラシ８の後端についても同様で、一方の側から他方の側に向かって一方向に傾斜付けされていてもよい。

上述の説明では、高電圧発生装置１１が固定側に置かれ、高電圧発生装置１１がスリップリング機構６を介して回転側のＸ線管３に電気的に接続されるものとして説明したが、図６に示すように、Ｘ線管３等とともに高電圧発生装置１１が回転フレーム２に搭載され、回転側の高電圧発生装置１１がスリップリング機構６を介して固定側の電源装置２４に電気的に接続されるものであってもよい。

また、上述の説明では、データ収集回路５は非接触データ伝送装置９を介して前処理装置１０に接続されるとしたが、非接触データ伝送装置９をスリップリング機構６に代えて、データ収集回路５が、短絡防止性能の高いスリップリング機構６を介して前処理装置１０に接続されるものとしてもよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図。 図１のスリップリング機構の概要を示す図。 図２のＢ−Ｂ断面図。 図１のブラシの形状例を示す平面図。 図１のブラシの他の形状例を示す平面図。 本発明の実施形態によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の他の構成例を示す図。 従来のスリップリング機構の断面図。 従来のブラシの平面図。

符号の説明

１…ガントリ、２…回転板、３…Ｘ線管、４…Ｘ線検出器、５…データ収集回路、６…スリップリング装置、７…スリップリング、８…ブラシ、９…非接触データ伝送装置、１０…前処理部、１１…高電圧発生装置、１２…システムコントローラ、１３…再構成装置、１４…記憶装置、１５…表示装置、１６…入力装置。

Claims (8)

1. Ｘ線を発生するＸ線管と、
   被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
   前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とを搭載する回転自在に支持される回転フレームと、
   前記Ｘ線管に印加するための高電圧を発生する高電圧発生器と、
   前記Ｘ線管に対して前記高電圧発生器を電気的に接続するためのスリップリング機構とを具備し、
   前記スリップリング機構は、前記回転フレームに取り付けられたスリップリングと、前記スリップリングに接触するブラシとを有し、前記ブラシは前記スリップリングの表面に接触する際、前記スリップリングに対する前記ブラシの相対的な進行方向に関して先端及び後端を有し、前記ブラシの先端は前記進行方向に対して傾斜を有していることを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. Ｘ線を発生するＸ線管と、
   被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
   前記Ｘ線管に印加するための高電圧を発生する高電圧発生器と、
   前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器と前記高電圧発生器を搭載する回転自在に支持される回転フレームと、
   前記高電圧発生器に対して電源を電気的に接続するためのスリップリング機構とを具備し、
   前記スリップリング機構は、前記回転フレームに取り付けられたスリップリングと、前記スリップリングに接触するブラシとを有し、前記ブラシは前記スリップリングの表面に接触する際、前記スリップリングに対する前記ブラシの相対的な進行方向に関して先端及び後端を有し、前記ブラシの先端は前記進行方向に対して傾斜を有していることを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 前記ブラシの先端は略中央から両側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記ブラシの先端は片側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. 前記ブラシの後端は前記進行方向に対して傾斜を有していることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
6. 前記ブラシの後端は略中央から両側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
7. 前記ブラシの後端は片側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
8. 前記スリップリングは前記複数のスリップリングより高い壁により囲まれていることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。

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