JP5268406B2 - Ｘ線ｃｔスキャナ及びｘ線管装置 - Google Patents

Description

この発明は、医療診断分野や非破壊検査分野等に用いられるＸ線ＣＴスキャナ及びＸ線ＣＴスキャナに用いるＸ線管装置に関する。

Ｘ線Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＣＴ）スキャナに代表されるＸ線診断装置や非破壊で内部構造の探査が可能なＸ線検査装置では、検査対象物すなわち被写体の組成や検出すべき組織の特徴に基づいて規定された所定の特性が与えられたＸ線を照射し、被写体を透過した透過Ｘ線をＸ線感受装置あるいはＸ線に感度を示すフィルムに記録し、もしくは透過Ｘ線を電気信号に変換する撮像装置を用いて画像出力として取得する方法が既に広く活用されている。

例えば、特許文献１の段落［０００２］〜［０００５］には、Ｘ線源であるＸ線管装置とＸ線検出器との間に検査対象（被検体）を位置させ、Ｘ線管装置とＸ線検出器を、被検体（検査対象）を中心として所定の速度で回転させるＸ線ＣＴスキャナが示されている。

また、特許文献２及び特許文献３には、検査対象を、Ｘ線管装置とＸ線検出器とが回転される面と直交する方向に移動させるヘリカルスキャン方式に対応した、検査対象が移動される方向にも、複数列のＸ線検出器が設けられた例が示されている。
特開２００２−１７２１１２号公報 特開平１１−２５３４３２号公報 特開２０００−５１１９６号公報

上記のＸ線ＣＴスキャナでは、スキャン（Ｘ線照射）中に被検体、特に被検者が動いた場合、断層画像にモーションアーチファクトが発生してしまう。そのため、被検体が人体である場合には、人体すなわち被検者は、スキャン中に、息を止めることを要求される。

被検者が強いられる息止めの苦痛を軽減するため、もしくは心臓などのように息止めによっては止められない臓器の不随運動によるモーションアーチファクトを減少させることを、目的として検査スピードをアップさせるための多大な努力が継続されている（なされて来た）。

検査スピードをアップさせるための改良の１つは、架台の回転スピードを増大させることである。

しかし、上記のようなＸ線ＣＴスキャナでは、Ｘ線管装置としては、回転陽極型Ｘ線管が使用されるため、重量が重くなり、架台回転速度を増加させることには機構的に限界がある。例えば、１回転の時間をＴ秒とすると、回転中の遠心加速度は約（３／Ｔ^２）Ｇとなり、Ｘ線管装置に大きな遠心力がかかる。このため、回転陽極型Ｘ線管の陽極回転軸受機構の負荷が増えて、短寿命になることも架台回転速度を増加させることができない原因の一つである。

また、架台の回転スピードを上げることが可能であっても、画像ノイズの増加を防ぐため、架台の１回転の間にＸ線管装置から放射されるＸ線量を所定量に抑えることが必要である（ほぼ、従来と同一にする必要がある）。そのため、Ｔを小さくする程、Ｘ線管装置には、より大きいＸ線の短時間出力パワー性能が要求される。従って、Ｘ線管装置には、Ｘ線発生用のターゲット直径を大きくして耐熱負荷性能を上げる必要が生じ、その結果、Ｘ線管が大重量となり、益々、架台の回転による遠心力の増大を来たすことになる。

なお、現在の最高級機では、Ｔ＝０．３秒程度の性能が達成されている。この場合の遠心加速度は約３０Ｇにも及び、ほぼ限界に近い性能であると考えられている。従って、１枚の断層画像当たりのスキャン時間は、フルスキャンモードで０．３秒、ハーフスキャンモードで約０．２秒程度が、現状の最短の性能である。

一方、特許文献１のように、Ｘ線管を複数個搭載する方式は、同一の架台回転スピードで比較すると原理的に短時間撮影を実現することが可能であるが、Ｘ線管を含む回転架台重量はさらに増大するため、期待される効果を実現することが困難となっている。また、Ｘ線管の寿命が比較的短いため、複数管球を搭載した場合にさらにＸ線管の交換頻度が増すことも、この方式が採用され難い一因となっている。

この発明の目的は、回転架台の回転速度を高めることができ、より短い撮影時間で必要数の断層画像を撮影することができるＸ線ＣＴスキャナ、及びＸ線ＣＴスキャナに用いるＸ線管装置を提供することである。

この発明は、上記問題点に基づきなされたもので、Ｘ線管を、被検体の周りを回転させる手段と、Ｘ線管を、陽極ターゲット上の電子ビームスポットが往復動するよう往復走査させる手段と、を含むＸ線管（焦点）移動手段と、Ｘ線管から出力され、被検体を透過したＸ線を検出し、Ｘ線管が被検体の周りを回転する角度を第１の角度検出信号として検出する第１の角度検出器と、Ｘ線管の陽極ターゲット上の電子ビームスポット位置を第２の角度検出信号として検出する第１のＸ線検出器と、Ｘ線管から放射されたＸ線をモニタする第２のＸ線検出器と、Ｘ線管が一定角度単位で移動するごとに、前記第１のＸ線検出器からの出力を積分する積分回路の動作を制御する積分回路制御信号を出力する積分回路制御信号発生手段と、前記第１の角度検出器により得られた第１の角度検出信号および前記第１のＸ線検出器により得られた第２の角度検出信号を組み合わせて焦点角度位置（領域）の絶対番地を指定する絶対番地指定手段と、前記絶対番地指定手段により算出された絶対番地データを用いて、同一角度位置（領域）ごとの透過Ｘ線データどうしを、Ｘ線検出器２により検出されたモニタＸ線データを用いて重み付けして加算する加算手段と、前記加算手段によって生成された補正透過Ｘ線データに基づいて再構成演算処理を行う再構成演算処理手段と、を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴスキャナである。

この発明によれば、Ｘ線管装置の重量を、１／２以下に低減させることができるため、回転架台の回転速度が向上され、より短い撮影時間で必要数の断層画像を得ることができる。なお、Ｘ線管装置の陽極回転軸の軸受機構に起因する故障を考慮する必要も低減される。

また、この発明によれば、１つの断層像の撮影に必要な時間が短縮されることにより、被写体が非静止物であっても、運動ぼけすなわちモーションアーチフェクトも少ない画像を得ることができる（瞬時性が向上される）。従って、特に、心臓検査における診断能力が向上される。

さらに、この発明によれば、Ｘ線管装置の陽極ターゲットの冷却に必要な時間が短縮されるので、連続した検査間の待ち時間が短縮され、患者への時間的な負担（待ち時間）が低減される。同時に、Ｘ線管の故障が低減することにより、診断（検査）が中断されることも低減される。

以下、本発明の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。

図１に示すＸ線ＣＴスキャナ１は、検査対象物すなわち被検体Ｏの任意の位置の断面像を取得する撮像ユニット１１と、撮像ユニット１１の動作を制御するとともに撮像ユニット１１から出力された断面像を再構成してデータファイル化する信号処理／制御ユニット１０１と、を含む。

撮像ユニット１１は、所定の波長、および所定エネルギー強度のＸ線ビームを出力するＸ線源であるＸ線管装置１３と、Ｘ線管装置１３からのＸ線ビームが進行する方向である第１の方向（便宜的にＺ方向とする）と、この第１の方向と直交する第２の方向（便宜的にＹ方向とする）の両方向に伸びた複数の検出領域を有し、検査対象物すなわち被写体Ｏを透過したＸ線ビームすなわち透過Ｘ線を、検出するＸ線検出器１５と、Ｘ線検出器１５の出力をＸ線検出器１５の個々の検出領域毎に収集して積分し、さらにＡ−Ｄ（アナログ−デジタル）変換するデータ収集装置（ＤＡＳ）５１を有する。

Ｘ線管装置１３のＸ線検出器１５側の所定の位置には、Ｘ線管装置１５から出力されたＸ線の強度分布を制限するスリット１７が設けられている。このスリット１７により、Ｘ線管装置１３から出力されたＸ線が被写体（検査対象物）Ｏに照射される量、すなわち被写体Ｏが受けるＸ線量が、後段に説明するように、所定量に制限される。なお、被写体Ｏは、Ｘ線検出器１５とスリット１７（Ｘ線管装置１３）との間に位置されるステージ１９のスライド動作（平行移動）により、上記第１の方向（Ｚ方向）に沿って移動される。

Ｘ線管装置１３及びスリット１７並びにＸ線検出器１５は、所定の速度で回転する回転架台２１に、上記第１の方向（Ｚ方向）と上記第２の方向（Ｙ方向）のそれぞれと直交する第３の方向（便宜的にＸ方向とする）と上記第２の方向（Ｙ方向）とにより規定される平面（Ｘ−Ｙ平面）を含む面内を所定の速度で回転可能に、保持されている。回転架台２１は、固定架台２３により支持され、図示しない回転架台駆動機構により、所定の速度で回転される。すなわち、回転架台２１の（固定架台２３内の）回転により、被写体Ｏの周りを、Ｘ線管装置１３とＸ線検出器１５とが、所定の位置関係に位置された状態で回転される。

従って、ステージ１９上に横たえられた際の被写体Ｏの長手方向（被写体Ｏが延びる方向）が上記第１の方向（Ｚ方向）に一致されることで、Ｘ線検出器１５においては、上記Ｘ−Ｙ平面における被写体Ｏの断層像（被写体Ｏの長手方向と直交する方向の断面像）が撮像される。また、ステージ１９の移動により被写体Ｏが搬送される際に、回転架台２１が回転される面内を横切る位置（Ｘ−Ｙ平面）を含み、上記第２の方向（Ｙ方向）に所定の角度の広がりの範囲の複数の位置において、Ｘ線検出器１５により被写体Ｏの断面の情報（透過Ｘ線）が得られる。

なお、Ｘ線管装置１３からのＸ線は、スリット１７を通過して強度分布が制限されることにより、ステージ上の被写体（被検体）Ｏに照射されるＸ線量は、後段に説明するが、被写体Ｏに悪影響を与えることの少ない所定の線量に制限される。

回転架台２１の回転量すなわち被写体Ｏに対するＸ線管装置１３とＸ線検出器１５の位置（回転角）は、固定架台２３の所定の位置に設けられた角度検出器２５により、常時モニタされる。

Ｘ線管装置１３には、陽極（図２及び図３参照）及び陰極（図２及び図３参照）に供給すべき電圧を出力する電源装置（高電圧発生器）２７と、陽極から放射されたＸ線ビームを、上述したＸ−Ｙ平面において第２の方向（Ｙ方向）に偏向する偏向装置（電子ビーム走査装置）２９が接続されている。なお、電源装置２７は、後段に説明するが、信号処理／制御ユニット１０１の主制御ユニット１１１からの制御信号に応じて、Ｘ線管装置１３の陽極および陰極に供給する電圧を設定する。また、偏向装置２９は、後述するが、信号処理／制御ユニット１０１の主制御ユニット１１１からの制御信号に応じて、Ｘ線管装置１３から出射されるＸ線ビームの偏向（振り）角θを制御する。

Ｘ線管装置１３の背面方向（Ｘ線検出器１５と逆側の方向）には、Ｘ線管装置１３から放射されるＸ線の強度を監視（モニタ）するとともに、偏向装置２９により偏向されたＸ線ビームのＸ線検出器１５の個々の検出領域との対応関係である絶対位置を特定するための強度モニタ／ビーム位置検出器３１が設けられている。なお、強度モニタ／ビーム位置検出器３１は、Ｘ線ビームの強度のモニタ（検出）に用いられる強度検出部３３と、偏向装置２９により偏向されるＸ線の位置（ビーム位置）を検出するためのポジションセンサ（ビーム位置検出器）３５を含み、Ｘ線管装置１３から出力されるＸ線の強度をモニタするとともに偏向装置２９により偏向されているＸ線の現在位置を検出可能である。

このような、Ｘ線ＣＴスキャナ装置１においては、Ｘ線管装置１３から出射され、ステージ１９上に位置された被写体Ｏを透過したＸ線ビームすなわち透過Ｘ線像は、Ｘ線検出器１５の個々の検出領域により検出される。Ｘ線検出器１５の個々の検出領域からの出力は、ＤＡＳ５１により一定時間積分され、Ａ−Ｄ変換された後、信号処理／制御ユニット１０１の画像再構成ユニット１２１に入力される。

画像再構成ユニット１２１は、図１０を用いて後段に説明するが、ＤＡＳ５１から出力されるＡ−Ｄ変換された積分出力を所定時間分以上保持するメモリ１２３と、Ｘ線検出器１５の個々の検出領域の出力を各検出領域の絶対番地と関連づける絶対番地指定部１２５と、を少なくとも有し、信号処理／制御ユニット１０１の主制御ユニット１１１の制御による制御により、被検体Ｏの任意の位置の断面画像を出力する。なお、画像再構成ユニット１２１に入力されるＤＡＳ５１の出力は、主制御ユニット１１１と接続されたＤＡＳコントローラ６１により、例えばスリット１７を通過して被写体Ｏに照射されたＸ線が被写体Ｏを透過した透過Ｘ線のみに制限されることにより、ノイズ成分が抑圧可能である。なお、ＤＡＳコントローラ６１の動作と検出領域の特定については、図５を用いて後段に説明する。

画像再構成ユニット１２１により再構成された透過Ｘ線像すなわち被検体Ｏの任意の位置の断面画像は、主制御ユニット１１１の制御に従い、例えば画像表示ユニット１３１の図示しないディスプレイ（表示装置）に表示され、観測者の要求、例えば保存コマンドの入力により、データ保存ユニット１４１内の図示しないハードディスク装置やメモリ媒体（光ディスクやメモリカード等）に、格納される。

より詳細には、画像再構成ユニット１２１に入力されるＤＡＳ５１の出力すなわちＸ線検出器１５の個々のＸ線検出領域で検出された透過Ｘ線を所定時間分積分してＡ−Ｄ変換して得られた積分出力は、偏向装置２９により偏向されているＸ線ビームの第１の方向の位置とＸ線管移動機構１７により移動されているＸ線管装置１３の第１の方向の位置とに対応して、ＤＡＳコントローラ６１から出力される制御信号（同期信号）に従って、透過Ｘ線が到達するＸ線検出器１５のＸ線検出領域毎に取得される。なお、ＤＡＳ５１に、Ｘ線検出器１５の出力信号として入力される透過Ｘ線を出力するＸ線検出器１５の検出領域は、ＤＡＳコントローラ６１により、予め透過Ｘ線が到達すると予測される検出領域とその周囲の検出領域に、予め規定される。

これにより、画像再構成ユニット１２１に入力される画像データ（ＤＡＳ５１から出力される画像データ）に含まれるノイズが低減される。

図２及び図３は、図１に示したＸ線ＣＴスキャナに組み込まれるＸ線管装置の一例を示す。なお、Ｘ線管装置としては、主として、上述したＸ−Ｙ平面に所定の広がりを有する扁平なＸ線ビームを提供可能なビーム偏向型のＸ線管装置が用いられる。

図２及び図３に示すように、Ｘ線管装置１３は、例えば冷媒を循環させることによる冷却が可能なビーム偏向型であって、ハウジング２０１と、ハウジング２０１の所定の位置に固定された陰極（電子銃）２０３と、電子銃２０３からの電子ビームが衝突されることで所定の波長のＸ線を出射する陽極ターゲット２０５を有する。

陽極ターゲット２０５の電子ビームが衝突される面すなわちＸ線放出面２０５ａは、電子銃２０３からの電子ビームの軸線方向である上記第１の方向（Ｚ方向）と直交する上記Ｘ−Ｙ平面に対して、所定の角度φだけ傾けられている。これにより、陽極ターゲット２０５からＸ線ビームが放射される方向は、図３（ｂ）に示すように、実質的に上記Ｘ−Ｙ平面の面内方向に一致される。なお、Ｘ線ビームは、窓２０７から被写体Ｏに向けて出射される。

一方、陽極ターゲット２０５のＸ線放射面２０５ａが上記Ｘ−Ｙ平面に対して角度φだけ傾けられていることにより、図３（ｂ）に示すように、上記第１の方向（Ｚ方向）及び上記Ｘ−Ｙ平面のいずれとも一致しない所定の方向（上記Ｘ−Ｙ平面に対して角度ηの方向）にもＸ線ビーム（モニタ用）が出射される。このＸ線ビームは、窓２０９からモニタ用として強度モニタ／角度検出器３１に向けて出射される。

電子銃２０３と陽極ターゲット２０５は、例えばチューブ状に形成され、図３（ａ）に示すように、上述したＸ−Ｙ平面と直交するＹ−Ｚ平面に沿った広がりが与えられた漏洩防止部材２１１の内部の所定の位置に固定されている。なお、漏洩防止部材２１１は、例えば鉛（Ｐｂ）製、あるいはステンレスもしくはアルミニウムで形成されたホーン（コーン）状のチューブの内面もしくは外面の所定の位置に、所定厚さの鉛の層が設けられたものである。従って、以下に説明するが、漏洩防止部材２１１は、電子銃２０３からの電子ビームの偏向のための磁界については、透過可能である。また、漏洩防止部材２１１の一部は、冷却効率を高めるため、例えばアルミニウムにより形成された放熱ブロック２１３と直接、接触されている。

また、漏洩防止部材２１１と陽極ターゲット２０５との間の所定の位置には、電子銃２０３から陽極ターゲット２０５に向かう電子ビームが陽極ターゲット２０５の（予定されていない）任意の位置に到達することを抑止するとともに、陽極ターゲット２０５で放射されたＸ線が電子銃２０３まで戻されることを低減するためのアパーチャ２１５、アパーチャ２１５あるいは漏洩防止部材２１１内でランダムに反射した反跳電子が電子銃２０３に戻ることを抑止する反跳電子トラップ２１７が設けられている。

さらに、漏洩防止部材２１１の外側であって、電子銃２０３から出力された電子ビームを偏向すべき位置には、電子銃２０３からの電子ビームを上記Ｘ−Ｙ平面内で所定の振り角θ（図１参照）で往復動、すなわち偏向させる偏向コイル２１９が設けられている。

偏向コイル２１９は、図１を用いて先に説明した偏向装置（電子ビーム走査手段）２９からの制御電流により、所定周期、且つ所定の偏向角の範囲で連続した上記第１の方向に沿った磁界（往復磁界）を提供する。これにより、電子銃２０３からの電子ビームは、被写体Ｏ（ステージ１９）の移動方向である上記第１の方向（Ｚ方向）方向を含む上記Ｙ−Ｚ平面内を連続して偏向され、陽極ターゲット２０５に照射される。なお、偏向装置２９により提供される往復磁界は、一般的な正弦波（非等速）の磁界に加え、図１１または図１２により後段に説明するが、例えば往復共に等速となる磁界もしくは所定の方向への偏向時に等速となる磁界も利用可能である。

上記Ｙ−Ｚ平面内で偏向された電子銃２０３からの電子ビームが陽極ターゲット２０５に衝突することで、図３（ａ）および図３（ｂ）に示したように、上述のＸ−Ｙ平面内で偏向されたＸ線ビームが、窓２０７から出射される。これにより、図１を用いて説明したように、被写体Ｏ（ステージ１９）が移動する上記第１の方向（Ｚ方向）と直交する上記Ｘ−Ｙ平面内で、振り角（偏向角）θの範囲で偏向されるＸ線ビームが得られる。

なお、Ｘ線管装置１３のハウジング２０１には、水あるいは水を主成分とする絶縁性の冷却媒体が循環され、陽極ターゲット２０５や電子銃２０３が冷却される。

ハウジング２０１の冷却液流入口２０１ａから供給される冷却媒体は、図２に示すように、放熱ブロック２１３と一体に形成された整流板２１３ａにより、漏洩防止部材２１１の広がりのある面の一方（窓２０９の側）に沿って陽極ターゲット２０５側に案内され、放熱ブロック２１３の放熱空間（フィン）を通って、整流板２１３ａの背面（窓２０７）側に案内される。整流板２１３ａの背面（窓２０７）側に案内された冷却媒体は、電子銃２１３及び偏向コイル２１９の周囲に案内され、冷却液排出口２０１ｂから、外部へ排出される。

なお、冷却媒体が循環される順路は、例えば上述した排出口２０１ｂから流入口２０１ａに向かうものであってもよいことはいうまでもない。

また、冷却媒体としては、電気導電率が所定の大きさ未満に管理された非油脂系冷却液（水系冷却媒体）が利用可能であり、導電率としては、例えば１ｍＳ／ｍ以下であることが好ましい。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、図１に示したＸ線ＣＴスキャナ装置に用いられる、強度モニタ／角度検出器およびビームスポット位置検出器（ポジションセンサ）の一例を示す。

既に概略を説明したが、なお、図４（ｂ）から明らかなように、強度モニタ／角度検出器３１は、詳述しないベース基板上に、強度検出部３３として利用される第１の検出層３３ａとポジションセンサ（ビーム位置検出器）３５として利用される第２の検出層３５ａを有する。なお、それぞれの検出層３３ａ，３５ａは、独立したベース基板にそれぞれ設けられてもよいことはいうまでもない。

第２の検出層３５ａには、図５を用いて後段に説明するが、所定の間隔のスリット状のＸ線遮蔽パターンが与えられたスリットコリメータ３５ｂとＸ線ビームが偏向される方向に沿って開口率が変化されているシールド変調板３５ｃとが、さらに積層されている。従って、第２の検出層３５ａの出力は、スリットコリメータ３５ｂとシールド変調板３５ｃのそれぞれの開口（Ｘ線透過領域）の組み合わせに応じて規定される（第２の）検出層３５ａ上の位置情報を含む。

なお、上述した強度検出部３３の第１の検出層３３ａにより検出されたＸ線は、Ｘ線の強度に対応する強度信号に変換され、信号処理／制御ユニット１０１の画像再構成ユニット１２１に入力される。

一方、ポジションセンサ（ビーム位置検出器）３５の第２の検出層３５ａにより検出された位置情報を含むＸ線は、Ｘ線の強度に対応する強度信号に変換され、後段に詳述するＤＡＳコントローラ６１に入力される。ＤＡＳコントローラ６１では、以下に説明する手順に従って、Ｘ線の位置（ビーム位置）が特定される。

図５は、ポジションセンサに用いられるスリットコリメータ及びシールド板の形状の特徴とＤＡＳコントローラによる信号処理の一例を示す。

強度モニタ／ビーム位置検出器３１のポジションセンサ３５の検出層３５ａに入射するＸ線ビームは、シールド変調板３５ｃにより、偏向位置に応じた強度を示す。また、シールド変調板３５ｃを透過したＸ線ビームは、スリットコリメータ３５ｂにより、偏向角θの範囲内の任意の位置で、（時間的に）切り出された状態で検出層３５ａに入力され、検出層３５ａにより電気信号に変換される。

従って、ＤＡＳコントローラ６１に入力される信号は、シールド変調板３５ｃの開口の幅の狭い側から（幅の）広い側へＸ線ビームが偏向されている場合には、図５（ｅ）に示すように、スリットコリメータ３５ｂのスリット間隔に依存して予め規定される積分制御信号をタイミングパルスとして、図５（ｃ）に示すように、シールド変調板３３ｃの開口の幅に対応して、順に出力が増大する。なお、図５（ｄ）は、図５（ｃ）に示した検出層３５ａからの出力のピークを抽出したピーク値Ｐｍａｘを示し、図５（ｃ）に示した検出層３５ａからの出力がスリットコリメータ３５ｂの何番めのスリットを通過したＸ線であるかを特定するための「角度検出信号の個数（検出位置）」の特定と図６に示す絶対位置の特定のための「進み方向」の判定に用いられる。このとき、角度検出器２５により得られる回転架台２１の回転角の情報と合わせて、Ｘ線検出器１５に入力される透過Ｘ線が被写体Ｏに対してどの方向から照射されているかも、判断される。

以下、ＤＡＳコントローラ６１からの積分制御信号に基づいて、ＤＡＳ５１においてＸ線検出器１５の個々の検出領域から出力される透過Ｘ線の強度に対応する電気信号が積分され、図５（ｆ）に示すような積分出力が得られる。

なお、偏向装置２９により偏向されているＸ線ビームの偏向の方向が、シールド変調板３３ｃの開口の幅の広い側から（幅の）狭い側である場合（図５（ａ）と反対の向き）である場合（図７（ａ）参照）には、図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示すように、検出層３５ａからの出力及びそのピークを抽出したピーク値Ｐｍａｘは、その順列が逆向きになることはいうまでもない。

図６は、ＤＡＳコントローラからの積分制御信号に基づいてＤＡＳにより選択的に取り出されるＸ線検出器の個々の検出領域が検出した透過Ｘ線の検出出力を、被写体に対する空間的な絶対番地に置き換えるための位置特定方法の一例を説明する概略図である。

図６において、Ａ列は、ポジションセンサ（ビームスポット位置検出器）３５の検出層３５ａからの出力がスリットコリメータ３５ｂの何番めのスリットを通過したＸ線であるかを特定するための「角度検出信号の個数（検出位置）」Ｎ１（図５（ｃ）相当）を示し、Ｅ列は、図５（ｄ）に示した検出層３５ａからの出力のピークを抽出したピーク値ＰｍａｘのうちのＮ１番めの出力とＮ１−１番目の出力との差を「正（＋）」または「負（−）」、もしくは「０（同一）」を示している。

図６において、Ｂ列は、ポジションセンサ３５の検出層３５ａからの出力の大きさに基づいて、スリットコリメータ３５ｂの何番めのスリットを通過したＸ線であるか（図５（ｄ）相当）を、Ｃ列は、角度検出器２５により得られる回転架台２１の回転角（位置）の情報Ｎ２を、Ｄ列は、Ｂ列（スリットコリメータ３５ｂの何番めのスリットを通過したＸ線であるか）とＣ列（回転架台２１の回転角（位置）Ｎ２）とにより求めることのできる「空間的な絶対番地（位置）」を、それぞれ示している。

なお、Ｘ線管装置１３から出射されるＸ線ビームは、既に説明したが、偏向装置２９により提供される磁界により、上記Ｘ−Ｙ平面を往復動されることから、「角度検出信号の個数（検出位置）」Ｎ１（Ａ列）と「空間的な絶対番地（位置）」（Ｄ列）との間には、図８に示すように、Ａ列のＮ１の増加に対して、Ｄ列の絶対番地が一定の範囲で増減することが認められる。

すなわち、図６から、ＤＡＳコントローラ６１からの積分制御信号に基づいてＤＡＳ５１により選択的に取り出されるＸ線検出器１５の個々の検出領域が検出した透過Ｘ線の検出出力を、被写体Ｏに対する空間的な絶対番地に置き換えることができる。

図９は、ＤＡＳコントローラ及びＤＡＳ（データ収集装置）の構成の一例を示す。

図９に示すように、ＤＡＳコントローラ６１は、少なくとも角度検出回路６３及び積分時間算出回路６５を有する。また、ＤＡＳ（データ収集装置）５１は、少なくとも第１の積分回路５３−１及び第２の積分回路５３−２を有する。

第１の積分回路５３−１及び第２の積分回路５３−２においては、既に説明した通り、それぞれ図５（ｆ）あるいは図７（ｆ）に示した積分出力を得るための、Ｘ線検出器１５の個々の検出領域からの出力の積分に用いられる。

角度検出回路６３は、上述した通り、図５（ｃ）及び図７（ｃ）に示した「角度検出信号の個数（検出位置）」Ｎ１の特定及び検出層３５ａからの出力がスリットコリメータ３５ｂの何番めのスリットを通過したＸ線であるかの特定に用いられる。

積分時間算出回路６５は、既に説明したパルス幅τの積分制御信号を、図５（ｄ）及び図７（ｄ）に示したＰｍａｘのインターバル（相互間間隔）に従って、出力する。なお、積分制御信号そのものの出力タイミングは、図１に示した主制御ユニット１１１により、設定される。また、出力タイミングは、例えば角度検出器２５により検出される回転架台２１の回転量に基づいて設定される。

図１０は、画像再構成ユニット１２１の構成の一例を示す。

画像再構成ユニット１２１は、ＤＡＳ５１から出力されるＡ−Ｄ変換された積分出力を所定時間分以上保持するメモリ１２３、Ｘ線検出器１５の個々の検出領域の出力を各検出領域の絶対番地と関連づける絶対番地指定部１２５、並びにメモリ１２３に一時的に保持されている積分出力を（ＤＡＳコントローラ６１の）角度検出回路６３により特定された同一の角度位置（Ｘ線検出器１５の個々の検出領域のうちの同一の領域）の出力毎に加算する加算回路１２７を少なくとも有する。なお、加算回路１２７は、例えば絶対番地指定部１２５により算出された絶対番地データを用いて、同一角度位置（領域）ごとの透過Ｘ線データどうしを、モニタ検出器３１により検出したモニタＸ線データにより求められる積分時間を用いて、重み付けすることも可能である。

このようにして得られたＸ線検出器１５の個々の検出領域からの透過Ｘ線データ（積分されたのち、Ａ−Ｄ変換されている）は、画像再構成ユニット１２１により再構成され、例えば画像表示ユニット１３１の図示しない表示装置（ディスプレイ）に表示され、必要に応じてデータ保存ユニット１４１の図示しない記録媒体に記録される。

図１１及び図１２は、Ｘ線管装置１３の電子銃２０３からの電子ビーム（熱電子）を偏向させるために、図１に示した偏向装置２９の偏向コイル２１９に供給される駆動電流の波形の一例を示す。すなわち、図１１に示すような三角波を用いた場合には、図５（ｃ）あるいは図７（ｃ）に示したＮ１のピッチは、概ね等しくなる。また、図１２に示すような方向性のあるノコギリ波を用いる場合は、偏向されたＸ線ビームは、一方向に概ね等速となる。

以上説明したように、この発明のＸ線ＣＴスキャナ装置においては、Ｘ線管装置の重量が、広く用いられている回転陽極型のＸ線管装置に比較して、一例ではあるが１／２以下に低減させることができる。このため、回転架台２１が回転される速度が向上でき、より短い撮影時間で必要数の断層画像を得ることができる。また、Ｘ線管装置の陽極回転軸の軸受機構に起因する故障を考慮する必要がなくなる（回転陽極を用いることなく回転陽極型のＸ線管装置と同程度の線量（エネルギー）のＸ線ビームが得られる）。

また、この発明によれば、１つの断層像の撮影に必要な時間が短縮されることにより、被写体が非静止物であっても、運動ぼけすなわちモーションアーチフェクトも少ない画像を得ることができる（瞬時性が向上される）。すなわち、特に心臓検査における診断能の向上が期待できる。

図１３（ａ）ないし図１３（ｃ）は、図１に示したＸ線ＣＴスキャナ装置に組み込まれる強度モニタ／ビーム位置検出器の別の実施の形態の一例を示す。なお、強度モニタ部については、図４（ａ）および図４（ｂ）に示した例と同様であるから詳細な説明を省略する。

図１３（ａ）ないし図１３（ｃ）に示すビーム位置検出器１３５は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示したビーム位置検出器（ポジションセンサ）３５に比較して任意数（図では５）に分割された検出層１３５−１〜１３５−５と、所定の間隔のスリット状のＸ線遮蔽パターンが与えられたスリットコリメータ１３５ｂ（実質的に図４（ａ）および図４（ｂ）のビーム位置検出器のスリットコリメータと同一）と、スリットコリメータ１３５ｂのスリットの間隔と概ね一致され、検出層１３５−１〜１３５−５のそれぞれに領域に対応して任意の長さが与えられている複数の開口が配列されているシールド変調板１３５ｃと、を有する。なお、シールド変調板１３５ｃの個々の開口の幅（Ｘ線ビームが偏向される方向に沿った長さ）は、スリットコリメータ１３５ｂの個々の開口の幅（同）に比較して、アライメントを考慮して広く規定されている。

図１３（ａ）ないし図１３（ｃ）に示すビーム位置検出器１３５を用いることにより、検出層１３５−１〜１３５−５から出力されるＸ線ビームの位置が、容易に特定できる。すなわち、図５（ｃ）及び図７（ｃ）に示した「角度検出信号の個数（検出位置）」Ｎ１に対応する出力が、シールド変調板１３５ｃの開口の配列パターンに基づく、検出層１３５−１〜１３５−５毎の特定のパターンとなることにより、Ｘ線ビームが入射した位置が直接特定できる。

このように、図１３（ａ）ないし図１３（ｃ）に示したビーム位置検出器をＸ線ＣＴスキャナ装置に組み込むことにより、ＤＡＳコントローラ６１において、位置情報を特定（取得）するために必要な処理時間が短縮される。また、位置情報の精度が高められる。従って、検査（断層像の撮影）に要求される時間がさらに短縮される。もちろん、被写体が非静止物である場合においては、運動ぼけすなわちモーションアーチフェクトが生じることが、一層低減される。

図１４及び図１５は、図２及び図３に示したＸ線管装置の別の実施の形態の一例を示す。なお、図１４及び図１５に示すＸ線管装置は、図２及び図３に示したＸ線管装置と同様、主として上述したＸ−Ｙ平面に所定の広がりを有する扁平なＸ線ビームを提供可能なビーム偏向型であるが陽極ターゲットを円筒状の回転陽極としたことを特徴とする。なお、図１４及び図１５に示すＸ線管装置において、図２及び図３に示したＸ線管装置と実質的に同一の要素あるいは類似した要素については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図１４及び図１５に示すように、Ｘ線管装置１０１３は、例えば冷媒を循環させることによる冷却が可能なビーム偏向型であって、ハウジング２０１と、陰極（電子銃）２０３と、陽極ターゲット１２０５を有する。

陽極ターゲット１２０５は、既に説明したＸ−Ｙ平面に沿う方向に伸ばされた円筒状であって、Ｙ方向に伸びる軸線を回転中心として、図示しない回転機溝により、所定の速度で回転される。従って、電子銃２０３からの電子ビームが衝突するＸ線放出面１２０５ａは、常時所定の線速（外周面の移動速度）で移動される。なお、電子銃２０３からの電子ビームは、上記第１の方向（Ｚ方向）と回転中心が延びるＹ方向（第２の方向）とにより規定されるＹ−Ｚと直交する上記Ｘ−Ｙ平面に対して、陽極ターゲット１２０５の回転中心に対して、距離δだけオフセットされて陽極ターゲット１２０５のＸ線放出面１２０５ａに照射される。この距離δを最適化することにより、陽極ターゲット２０５からＸ線ビームが放射される方向を、図１５（ｂ）に示すように、実質的に上記Ｘ−Ｙ平面の面内方向に一致させることができる。なお、Ｘ線ビームは、窓２０７から被写体Ｏに向けて出射される。

一方、陽極ターゲット１２０５のＸ線放射面１２０５ａに対して電子銃２０３からの電子ビームが上記δだけオフセットされていることにより、図１５（ｂ）に示すように、上記第１の方向（Ｚ方向）及び上記Ｘ−Ｙ平面のいずれとも一致しない所定の方向（上記Ｘ−Ｙ平面に対して角度ηの方向）にもＸ線ビーム（モニタ用）が出射される。このＸ線ビームは、窓２０９からモニタ用として強度モニタ／角度検出器３１に向けて出射される。

電子銃２０３と陽極ターゲット１２０５は、例えばチューブ状に形成され、図１５（ａ）に示すように、上述したＸ−Ｙ平面と直交するＹ−Ｚ平面に沿った広がりが与えられた漏洩防止部材２１１の内部の所定の位置に固定されていることは、図２及び図３により説明したＸ線管装置と実質的に同一である。また、漏洩防止部材２１１の内部であって、陽極ターゲット２０５との間の所定の位置には、アパーチャ２１５及び反跳電子トラップ２１７が設けられている。さらに、漏洩防止部材２１１の外側であって、電子銃２０３から出力された電子ビームを偏向すべき位置には、電子ビームを上記Ｘ−Ｙ平面内で所定の振り角θ（図１参照）で偏向させる偏向コイル２１９が設けられている。

また、陽極ターゲット１２０５は、ロータと一体的に形成された陽極ターゲットが回転される回転中心（回転軸）固定型であって、回転軸１２０５ｂと陽極ターゲット１２０５との間には、流体金属ベアリング等が用いられている。

なお、Ｘ線管装置１０１３のハウジング２０１には、水あるいは水を主成分とする絶縁性の冷却媒体が循環され、陽極ターゲット１２０５や電子銃２０３が冷却される。

冷却媒体は、陽極ターゲット１２０５の回転軸の中心に一体に設けられた冷却液流入口１２０５ｃから陽極ターゲット１２０５の回転軸の内部に案内され、図１５（ｃ）に概略を示すように、陽極ターゲット１２０５の回転軸を冷却したのち、漏洩防止部材２１１の外側へ案内され、ハウジング２０１に満たされる。ハウジング２０１内に満たされた冷却媒体は、ハウジング２０１の所定の位置、好ましくは電子銃２０３の近傍に設けられる冷却液排出口２０１ｃから、外部へ排出される。

このように、図１４及び図１５に示したＸ線管装置をＸ線ＣＴスキャナ装置に組み込むことにより、陽極ターゲットの冷却効率が向上され、連続した運転が可能となる。

また、この発明によれば、１つの断層像の撮影に必要な時間が短縮されることにより、被写体が非静止物であっても、運動ぼけすなわちモーションアーチフェクトも少ない画像を得ることができる（瞬時性が向上される）。すなわち、特に心臓検査における診断能の向上が期待できる。

さらに、Ｘ線管装置の陽極ターゲットの冷却に必要な時間が短縮されるので、連続した検査間の待ち時間が短縮され、患者への時間的な負担（待ち時間）が低減される。

なお、本発明は、上述のいずれかの実施の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、上記のいずれかの実施の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。

また、患者の被曝Ｘ線量低減のためにＸ線管への供給電流を変調させる手法としては、データ収集前に低電流で２つの直交する方向でスカウト（探査）画像を取得して、これらのスカウト画像のＸ線減衰値の比に基づいて決められた変調プロフィールに従って管電流変調させても良いし、またはデータ収集中に測定されたＸ線減衰特性に従って管電流を動的に修正する方式でもどちらでも良い。

この発明の一実施形態のＸ線ＣＴスキャナ装置を示す概略図。 図１にＣＴスキャナ装置に組みこまれるＸ線管装置の一例を示す概略図。 図１にＣＴスキャナ装置に組みこまれるＸ線管装置の一例を示す概略図。 図１にＣＴスキャナ装置に組みこまれる強度モニタ／ポジションセンサの一例を示す概略図。 ＤＡＳコントローラの動作と図４に示した強度モニタ／ポジションセンサの検出領域の特定について説明する概略図。 図４に示した強度モニタ／ポジションセンサの出力とＤＡＳの出力から得られる絶対番地との関係を説明する概略図。 ＤＡＳコントローラの動作と図４に示した強度モニタ／ポジションセンサの検出領域の特定について説明する概略図。 図６に示した強度モニタ／ポジションセンサの出力とＤＡＳの出力から得られる絶対番地との関係を説明する概略図。 ＤＡＳコントローラ及びＤＡＳ（データ収集装置）の構成の一例を示す概略図。 画像再構成ユニットの構成の一例を示す概略図。 Ｘ線管装置の電子銃からの電子ビーム（熱電子）を偏向させるために、図１に示した偏向装置の偏向コイルに供給される駆動電流の波形の一例を示す概略図。 Ｘ線管装置の電子銃からの電子ビーム（熱電子）を偏向させるために、図１に示した偏向装置の偏向コイルに供給される駆動電流の波形の一例を示す概略図。 図４に示した強度モニタ／ポジションセンサの別の実施の形態を説明する概略図。 図１にＣＴスキャナ装置に組みこまれるＸ線管装置の一例を示す概略図。 図１にＣＴスキャナ装置に組みこまれるＸ線管装置の一例を示す概略図。

符号の説明

１…Ｘ線ＣＴスキャナ、１１…撮像ユニット、１３…Ｘ線管装置、１５…Ｘ線検出器、２１…回転架台、２３…固定架台、２５…角度検出器、２９…偏向装置、３３…モニタ検出器（強度モニタ）、３５…ビーム位置検出器（ポジションセンサ）、５１…ＤＡＳ（データ収集装置）、６１…ＤＡＳコントローラ、１０１…信号処理／制御ユニット、１１１…主制御ユニット、１２１…画像再構成ユニット、１２３…メモリ、１２５…絶対番地指定部、１２７…加算回路。

Claims (14)

1. Ｘ線管を、被検体の周りを回転させる手段と、Ｘ線管を、陽極ターゲット上の電子ビームスポットが往復動するよう往復走査させる手段と、を含むＸ線管（焦点）移動手段と、
   Ｘ線管から出力され、被検体を透過したＸ線を検出し、Ｘ線管が被検体の周りを回転する角度を第１の角度検出信号として検出する第１の角度検出器と、
   Ｘ線管の陽極ターゲット上の電子ビームスポット位置を第２の角度検出信号として検出する第１のＸ線検出器と、
   Ｘ線管から放射されたＸ線をモニタする第２のＸ線検出器と、
   Ｘ線管が一定角度単位で移動するごとに、前記第１のＸ線検出器からの出力を積分する積分回路の動作を制御する積分回路制御信号を出力する積分回路制御信号発生手段と、
   前記第１の角度検出器により得られた第１の角度検出信号および前記第１のＸ線検出器により得られた第２の角度検出信号を組み合わせて焦点角度位置（領域）の絶対番地を指定する絶対番地指定手段と、
   前記絶対番地指定手段により算出された絶対番地データを用いて、同一角度位置（領域）ごとの透過Ｘ線データどうしを、Ｘ線検出器２により検出されたモニタＸ線データを用いて重み付けして加算する加算手段と、
   前記加算手段によって生成された補正透過Ｘ線データに基づいて再構成演算処理を行う再構成演算処理手段と、
   を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴスキャナ。
2. 前記積分回路制御信号は、Ｘ線管の焦点が一定の角度単位移動するごとに前記第２のＸ線検出器の出力を積分する積分回路の動作制御を行い、得られた積分値をモニタＸ線データとして加算することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴスキャナ。
3. 前記積分回路制御信号から各焦点角度位置（領域）ごとの前記第１のＸ線検出器の出力を積分する積分回路の積分時間を算出する積分時間算出手段をさらに備え、前記加算手段により、同一角度位置（領域）ごとの透過Ｘ線データどうしを、算出された積分時間を重み付けして加算することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴスキャナ。
4. 被検体へのＸ線照射中に、患者に加えられるＸ線ビームのＸ線量を低減させる目的で前記Ｘ線管に供給される電流が変調されることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載のＸ線ＣＴスキャナ。
5. 前記電子ビームが実質的に円形の横断面を持ち、陽極ターゲット上の電子ビームスポットが実質的に、前記往復走査させる手段によって電子ビームが往復走査される方向にほぼ垂直となる向きの長軸を有する長方形となるように電子ビームを往復走査することを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載のＸ線ＣＴスキャナ。
6. 被検体へのＸ線照射は連続的に行われることを特徴とする請求項１ないし請求項５に記載のＸ線ＣＴスキャナ。
7. 被検体をはさんで複数個のＸ線管とＸ線検出器１とが対向配置され、この複数個のＸ線管のそれぞれから被検体にＸ線照射され、それぞれの透過Ｘ線データが、１スライス画像構成に必要な異なる角度におけるこれらＸ線透過データが少なくとも一部は互いに重複することのないように、並列的に獲得されることを特徴とする請求項１ないし請求項６に記載のＸ線ＣＴスキャナ。
8. 被検体へ複数個のＸ線ビーム発生源から同時にはＸ線照射されないように、複数個のＸ線管のＸ線発生動作を制御するＸ線発生制御手段を備えることを特徴とする請求項７に記載のＸ線ＣＴスキャナ。
9. 前記Ｘ線管は、陽極ターゲット上を、電子ビームスポットを往復走査させることによりＸ線焦点位置を移動させるようにした真空封じきり型Ｘ線管であり、
   陽極ターゲットは前記電子ビームスポットが走査される方向を長手方向とする細長形状を有するとともに、
   陽極電位はほぼ接地電位であり、
   かつ少なくとも陽極ターゲットの近傍に液体冷却材を循環させることによって陽極ターゲットを強制冷却するための冷却器、
   を具備したことを特徴とする請求項１ないし請求項８に記載のＸ線ＣＴスキャナに用いるＸ線管装置。
10. 前記陽極は、固定陽極である請求項９に記載のＸ線ＣＴスキャナ装置に用いるＸ線管装置。
11. 前記陽極ターゲットは、回転軸が前記電子ビームスポットが走査される方向に沿った回転軸を有する回転陽極ターゲットであり、陽極ターゲットが固定された回転体と、この回転体に同軸状に嵌合し、内部に液体冷却材の循環路が設けられた固定体と、これら回転体及び固定体の嵌合部に液体金属潤滑材が充填された動圧軸受とを具備することを特徴とする請求項９に記載のＸ線ＣＴスキャナ装置に用いるＸ線管装置。
12. 陽極ターゲットの電子ビームが入射される側の近傍に、電子ビームスポットが走査される方向に沿って延びる細長形状の電子ビーム通過孔を有し、かつほぼ接地電位である反跳電子捕捉用構造体が設けられ、前記冷却器により反跳電子捕捉用構造体の近傍に前記液体冷却材を循環させることによって反跳電子捕捉用構造体が強制冷却されることを特徴とする請求項９ないし請求項１１に記載のＸ線ＣＴスキャナ装置に用いるＸ線管装置。
13. 液体冷却材は、水を主成分とする水系冷却液である請求項９ないし請求項１２に記載のＸ線ＣＴスキャナ装置に用いるＸ線管装置。
14. 前記電子ビームが実質的に円形の横断面を持ち、陽極ターゲット上の電子ビームスポットが実質的にＸ線管の陽極ターゲットの長手方向とほぼ直交する向きの長軸を有する長方形となるように電子ビームを振動的に偏向させる偏向装置を備えることを特徴とする請求項９ないし請求項１３に記載のＸ線ＣＴスキャナ装置に用いるＸ線管装置。

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