JP5295503B2 - Ｘ線発生装置およびｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線発生装置およびＸ線ＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置に関し、さらに詳しくは、Ｘ線焦点の位置または大きさを変化させるＸ線発生装置およびそのＸ線発生装置を用いたＸ線ＣＴ装置に関するものである。

Ｘ線管には、一般的に、陰極フィラメント（ｆｉｌａｍｅｎｔ）から発生した熱電子がターゲット（ｔａｒｇｅｔ）と呼ばれる陽極に向かって加速され、その熱電子がターゲットと衝突してＸ線を発生させるものがある。このような電子衝突型のＸ線管としては、例えば、陰極であるフィラメントと陽極であるターゲットとが近接し、フィラメントから発生した熱電子が軌道変更されずに直線軌道を描いてターゲットに衝突するＸ線管が知られている（例えば、非特許文献１参照）。このタイプ（ｔｙｐｅ）のＸ線管は、熱電子の軌道を変化させるための電磁場を発生する手段や熱電子の軌道変更に必要な空間が不要であるため、Ｘ線管の構造が単純で製造が容易であり、制御もし易く、また、小型化に有利であるという利点がある。

一方、Ｘ線管を備えた装置としては、Ｘ線管とＸ線検出器とが対向して設置されたガントリ（ｇａｎｔｒｙ）を被検体の周囲で回転させながら各ビュー（ｖｉｅｗ）のＸ線投影データ（ｄａｔａ）を収集し、それらＸ線投影データに基づいて画像再構成を行い、被検体の断層像を得るＸ線ＣＴ装置が知られている。画像再構成の方法としては、例えば、コーンビーム（ｃｏｒｎ ｂｅａｍ）Ｘ線の被検体の体軸方向への広がり、すなわちコーン角を考慮した３次元画像再構成（コーンビーム再構成ともいう）が提案されている（特許文献１参照）。この３次元画像再構成は、断層像平面の各画素を通るＸ線ビームの軌跡を考慮しない従来の２次元画像再構成に比して、画像再構成によって得られた断層像のアーチファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ）を小さくできる等、断層像の画質を改善できるという特徴を有する。

この３次元画像再構成については、各ビュー毎に、被検体に対し、被検体の体軸方向における複数の異なる位置からＸ線を照射して複数種類のＸ線投影データを収集し、これらのＸ線投影データに基づいて３次元画像再構成を行うと、再構成画像すなわち被検体の断層像の画素とＸ線検出器のチャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）との幾何学的な位置関係が正確に対応した逆投影を行うことができるため、断層像の空間分解能が改善されることが知られている（例えば、特許文献２，３および非特許文献２参照）。

特開２００６−０５５３０９号公報 特開２００５−２９６６５１号公報 特開２０００−０８３９４２号公報 放射線技術学シリーズ 「ＣＴ撮影技術学」，日本放射線技術学会監修，辻岡勝美・花井耕造 共編，オーム社，平成１７年２月２５日初版発行，ｐ２０ アルゴリズムシリーズ２ 「画像処理アルゴリズム」，斉藤恒雄 著，近代科学社，１９９３年３月１０日初版発行，ｐ１６７〜１７１

しかしながら、上記のような、陰極と陽極とが近接する、電子の軌道変更を行わないタイプのＸ線管を備えたＸ線ＣＴ装置では、Ｘ線を発生する起点となるＸ線焦点の位置を、特にＸ線管軸方向（被検体の搬入方向と同じ方向で、慣習的にｚ軸方向という）に、容易に変更することができないため、断層像のＸ線管軸方向における空間分解能の改善に有効な上記の手法、すなわち、各ビュー毎に、被検体の体軸方向における複数の異なる位置からＸ線を放射して収集されたＸ線投影データに基づいて、そのＸ線焦点の位置を測定するまたは予測することによりＸ線焦点の位置を知り、そのＸ線焦点位置に対応した３次元画像再構成を行う手法を用いることができないという問題がある。また、実際には、Ｘ線管のＸ線焦点の大きさを変えてＸ線投影データを収集したい場合も想定される。

本発明は、上記事情に鑑み、陰極からの電子線を軌道変更せずに陽極に衝突させてＸ線を発生させるＸ線発生装置であって、Ｘ線焦点の位置または大きさを所望の位置または大きさに変更することができるＸ線発生装置、およびそのＸ線発生装置を用いたＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とするものである。

なお、特開平６−３３５４７７号公報、特開２００１−２５０４９７号公報等には、小焦点用フィラメントと大焦点用フィラメントとを有するＸ線管が開示されているが、これは小焦点用と大焦点用とでそれぞれ互いに非同形状のフィラメントを１つずつ用意し、これらのフィラメントを切り換えて使用することでＸ線焦点の大きさを切り換えるものであり、本願発明とは異なるものである。

また、特開平８−２７３５６７号公報には、それぞれが同形状である複数のフィラメントを順次切り換えるＸ線管が開示されているが、これは陽極が熱変形してもＸ線焦点の位置が変動しないように制御するものであり、本願発明とは異なるものである。

第１の観点では、本発明は、電子線の衝突によりＸ線を発生する面を含む陽極と、それぞれが電子を発生する複数の電子発生源であって、発生する個々の電子線が直線的に前記面に衝突し該衝突の位置が所定の間隔で隣接するように配置された複数の電子発生源を含む陰極とを有するＸ線管と、前記Ｘ線管を制御して前記複数の電子発生源に基づく複数の電子線のうちいずれか１つまたは隣接する２つ以上の電子線を選択的に発生させ、Ｘ線焦点の位置および／または大きさが異なる複数種類のＸ線ビームを発生させ得るＸ線制御手段とを備えたことを特徴とするＸ線発生装置を提供する。

第２の観点では、本発明は、前記複数の電子発生源が、それぞれ略同じ電子発生容量を有するものであることを特徴とする上記第１の観点のＸ線発生装置を提供する。

第３の観点では、本発明は、前記複数の電子発生源が、２次元的に配列されてなるものであることを特徴とする上記第１の観点または第２の観点のＸ線発生装置を提供する。

第４の観点では、本発明は、前記Ｘ線制御手段が、発生させる電子線を順次切り換えて、発生させるＸ線ビームのＸ線焦点の位置および／または大きさを順次切り換えるものであることを特徴とする上記第１の観点から第３の観点のうちいずれか１つの観点のＸ線発生装置を提供する。

第５の観点では、本発明は、前記Ｘ線制御手段が、発生させる電子線を一方向に切り換えて、発生させるＸ線ビームのＸ線焦点の位置を一方向に切り換えるものであることを特徴とする上記第４の観点のＸ線発生装置を提供する。

第６の観点では、本発明は、前記電子発生源が、フィラメントであることを特徴とする上記第１の観点から第５の観点のうちいずれか１つの観点のＸ線発生装置を提供する。

第７の観点では、本発明は、前記Ｘ線管が、それぞれが前記複数の電子発生源の各々に対応した複数のグリッド電極を有するものであり、前記Ｘ線制御手段が、前記複数のグリッド（ｇｒｉｄ）電極の各々に印加する電圧を制御することにより、特定の電子線を選択的に発生させるものであることを特徴とする上記第６の観点のＸ線発生装置を提供する。

第８の観点では、本発明は、レーザ（ｌａｓｅｒ）光の照射によりＸ線を発するプラズマ（ｐｌａｓｍａ）を発生する面を含むターゲット（ｔａｒｇｅｔ）と、それぞれがレーザ光を発生する複数のレーザ射出源であって、発生する個々のレーザ光が前記面に照射され該照射の位置が所定の間隔で隣接するように配置された複数のレーザ射出源とを有するＸ線管と、前記Ｘ線管を制御して前記複数のレーザ射出源に基づく複数のレーザ光のうちいずれか１つまたは隣接する２つ以上のレーザ光を選択的に発生させ、Ｘ線焦点の位置および／または大きさが異なる複数種類のＸ線ビームを発生させ得るＸ線制御手段とを備えたことを特徴とするＸ線発生装置を提供する。

第９の観点では、本発明は、電子線の衝突によりＸ線を発生する面を含む陽極と、それぞれが電子を発生する複数の電子発生源であって、発生する個々の電子線が直線的に前記面に衝突し該衝突の位置が所定の間隔で隣接するように配置された複数の電子発生源を含む陰極とを有するＸ線管と、前記Ｘ線管を制御して前記複数の電子発生源に基づく複数の電子線のうちいずれか１つまたは隣接する２つ以上の電子線を選択的に発生させ、Ｘ線焦点の位置および／または大きさが異なる複数種類のＸ線ビームを発生させ得るＸ線制御手段と、撮影対象である被検体を通過した前記複数種類のＸ線ビームの２次元的な強度分布を検出するＸ線検出手段と、前記Ｘ線検出手段の検出信号に基づいて前記被検体の複数ビューのＸ線投影データを収集する収集手段と、前記Ｘ線投影データに基づいて前記被検体の断層像を画像再構成する画像再構成手段とを備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１０の観点では、本発明は、前記複数の電子発生源が、それぞれ略同じ電子発生容量を有するものであることを特徴とする上記第９の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１１の観点では、本発明は、前記複数の電子発生源が、２次元的に配列されてなるものであることを特徴とする上記第９の観点または第１０の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１２の観点では、本発明は、前記Ｘ線制御手段が、スキャン（ｓｃａｎ）中に、発生させる電子線を順次切り換えて、発生させるＸ線ビームのＸ線焦点の位置および／または大きさを順次切り換えるものであることを特徴とする上記第９の観点から第１１の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１３の観点では、本発明は、前記Ｘ線制御手段が、発生させる電子線を一方向に切り換えて、発生させるＸ線ビームのＸ線焦点の位置を一方向に切り換えるものであることを特徴とする上記第１２の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１４の観点では、本発明は、前記Ｘ線制御手段が、発生させるＸ線ビームのＸ線焦点の位置を、該位置の座標が前記被検体の搬送方向に異なる２種類以上の位置に繰り返し切り換えるものであることを特徴とする上記第１３の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１５の観点では、本発明は、前記Ｘ線制御手段が、発生させるＸ線ビームのＸ線焦点の位置を、該位置の座標が前記被検体の搬送方向と垂直な方向に異なる２種類以上の位置に繰り返し切り換えるものであることを特徴とする上記第１４の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１６の観点では、本発明は、前記電子発生源が、フィラメントであることを特徴とする上記第９の観点から第１５の観点のうちいずれか１つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１７の観点では、本発明は、前記Ｘ線管が、それぞれが前記複数の電子発生源の各々に対応した複数のグリッド電極を有するものであり、前記Ｘ線制御手段が、前記複数のグリッド電極の各々に印加する電圧を制御することにより、特定の電子線を選択的に発生させるものであることを特徴とする上記第１６の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１８の観点では、本発明は、前記画像再構成手段が、３次元画像再構成を行うものであることを特徴とする上記第９の観点から第１７の観点のうちいずれか１つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１９の観点では、本発明は、レーザ光の照射によりＸ線を発するプラズマを発生する面を含むターゲットと、それぞれがレーザ光を発生する複数のレーザ射出源であって、発生する個々のレーザ光が前記面に照射され該照射の位置が所定の間隔で隣接するように配置された複数のレーザ射出源とを有するＸ線管と、前記Ｘ線管を制御して前記複数のレーザ射出源に基づく複数のレーザ光のうちいずれか１つまたは隣接する２つ以上のレーザ光を選択的に発生させて、Ｘ線焦点の位置および／または大きさが異なる複数種類のＸ線ビームを発生させ、Ｘ線焦点位置情報を出力するＸ線制御手段と、撮影対象である被検体を通過した前記複数種類のＸ線ビームの２次元的な強度分布を検出するＸ線検出手段と、前記Ｘ線検出手段の検出信号に基づいて前記被検体の複数ビューのＸ線投影データを収集する収集手段と、前記Ｘ線投影データおよび前記Ｘ線焦点位置情報に基づいて前記被検体の断層像を画像再構成する画像再構成手段とを備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置を提供する。

ここで、電子線とは、単に電子の流れを意味するものであり、最も広義に解釈されるものとする。

また、所定の間隔とは、隣接する２つ以上の電子線またはレーザ光を発生させた場合に、これら隣接する２以上の電子線の各々が衝突する電子衝突面上の個々の領域を合わせてなる領域、または、隣接する２つ以上のレーザ光の各々が照射されるレーザ光照射面上の個々の領域を合わせてなる領域を１つのＸ線焦点とみなすことが可能な距離間隔を意味するものである。なお、この所定の間隔は、略等間隔を考えることができるが非等間隔であってもよい。

また、被検体の搬送方向とは、被検体をＸ線ＣＴ装置の走査ガントリに搬入する撮影テーブルの搬送方向を意味するものであり、被検体が人体である場合には被検体の体軸方向ということもできる。なお、被検体の搬送方向は、慣習的には、ｚ軸方向ともいう。

また、３次元画像再構成とは、Ｘ線ビームの厚み成分すなわちコーンビームＸ線のコーン角を考慮した画像再構成であり、フェルドカンプ・アルゴリズム（ｆｅｌｄｋａｍｐ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）で代表されるコーンビーム画像再構成アルゴリズム、またはそのアルゴリズムの変形を用いた画像再構成を意味するものである（特許文献１参照）。

また、Ｘ線管の陰極および陽極は、例えば、タングステン（ｔｕｎｇｓｔｅｎ）等を考えることができる。

なお、隣接する２つ以上の電子発生源に基づく電子線を発生させた場合には、Ｘ線焦点の中心は、当該発生した電子線が、陽極の電子衝突する面上でそれぞれ衝突する複数の衝突位置の中心あるいはＸ線プロファイルを考慮した重心となる。また、同様に、隣接する２つ以上のレーザ射出源に基づくレーザ光を発生させた場合には、Ｘ線焦点の中心は、当該発生したレーザ光がターゲットのレーザ照射面上でそれぞれ照射される複数の照射位置の中心あるいはＸ線プロファイルを考慮した重心となる。

本発明のＸ線発生装置によれば、Ｘ線を発生する起点となる、電子衝突面における電子線の衝突位置またはレーザ光照射面におけるレーザ光の照射位置が異なる複数の電子線またはレーザ光の中から、実際にＸ線を発生させる１つまたは隣接する２つ以上の電子線またはレーザ光を自由に選択して発生させることができ、陰極からの電子線を軌道変更せずに直線的に陽極に衝突させてＸ線を発生させる、あるいは、レーザ光をターゲットに照射してＸ線を発生させるＸ線発生装置において、Ｘ線焦点の位置または大きさを所望の位置または大きさに変更することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。

図１は、Ｘ線ＣＴ装置１の構成ブロック（ｂｌｏｃｋ）図である。本Ｘ線ＣＴ装置１は、本発明を実施するための最良の形態の一例である。本Ｘ線ＣＴ装置１の構成によって、Ｘ線ＣＴ装置に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。また、本Ｘ線ＣＴ装置１の構成の一部によって、Ｘ線発生装置に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

図１に示すように、本Ｘ線ＣＴ装置１は、走査ガントリ２、撮影テーブル（ｔａｂｌｅ）４および操作コンソール（ｃｏｎｓｏｌｅ）６を備えている。

走査ガントリ２は、Ｘ線管２０、コリメータ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）２２、Ｘ線検出器２４、データ収集部２６、Ｘ線コントローラ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２８、コリメータコントローラ３０、回転部３４および回転コントローラ３６を有する。

Ｘ線管２０は、後に詳しく説明するように、Ｘ線焦点の位置および大きさを切り換えることができ、それらＸ線焦点からそれぞれＸ線を発生する。Ｘ線管２０は本発明におけるＸ線管の一例である。

コリメータ２２は、Ｘ線管２０から放射されたＸ線を、コーン状のＸ線ビームすなわちコーンビームＸ線となるように成形する。コーンビームＸ線はＸ線検出器２４に照射される。

Ｘ線検出器２４は、コーンビームＸ線の広がりに合わせて２次元アレイ（ａｒｒａｙ）状に配列された複数の検出素子を有し、個々の検出素子は検出したＸ線の強度に応じた検出信号を出力する、いわゆる多列Ｘ線検出器である。Ｘ線検出器２４は本発明におけるＸ線検出手段の一例である。

データ収集部２６は、Ｘ線検出器２４と接続されており、Ｘ線検出器２４の個々の検出素子の検出信号をデジタルデータ（ｄｉｇｉｔａｌ ｄａｔａ）として収集する。データ収集部２６は、本発明における収集手段の一例である。検出素子の検出信号は、Ｘ線による被検体の投影を表す信号となり、以下、これをＸ線投影データという。

Ｘ線コントローラ２８は、Ｘ線管２０に印加する各種の電圧を制御することにより、Ｘ線管２０からのＸ線の照射を制御する、すなわち、Ｘ線焦点の位置や大きさ、Ｘ線を照射するか否か等を制御する。Ｘ線コントローラ２８は、Ｘ線焦点の位置を表すＸ線焦点位置情報を出力する。なお、Ｘ線コントローラ２８は、本発明におけるＸ線制御手段の一例である。Ｘ線管２０とＸ線コントローラ２８との接続関係については図示を省略する。

コリメータコントローラ３０は、所定の広がりを持つコーンビームＸ線が得られるように、コリメータ２２の開口を制御する。なお、コリメータ２２とコリメータコントローラ３０との接続関係については図示を省略する。

以上のＸ線管２０からコリメータコントローラ３０までのものが走査ガントリ２の回転部３４に搭載され、被検体の周りを回転できるようになっている。回転部３４の回転は、回転コントローラ３６によって制御される。なお、回転部３４と回転コントローラ３６との接続関係については図示を省略する。

撮影テーブル４は、図示しない被検体を搭載し、被検体をＸ線管２０とＸ線検出器２４の間の空間に搬入する。

操作コンソール６は、データ処理装置６０、制御インターフェース６２、データ収集バッファ（ｂｕｆｆｅｒ）６４、記憶装置６６、表示装置６８および操作装置７０を有する。

データ処理装置６０は、例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等によって構成される。データ処理装置６０には、制御インターフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）６２が接続され、制御インターフェース６２には、走査ガントリ２と撮影テーブル４が接続されている。データ処理装置６０は、制御インターフェース６２を通じて走査ガントリ２および撮影テーブル４を制御する。

走査ガントリ２内のデータ収集部２６、Ｘ線コントローラ２８、コリメータコントローラ３０および回転コントローラ３６が、制御インターフェース６２を通じて制御され、撮影対象である被検体のスキャンが行われる。なお、それら各部と制御インターフェース６２との個別の接続については図示を省略する。

データ処理装置６０には、データ収集バッファ６４が接続されている。データ収集バッファ６４には、走査ガントリ２のデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６で収集されたＸ線投影データがデータ収集バッファ６４を通じてデータ処理装置６０に入力される。

データ処理装置６０には記憶装置６６が接続されている。記憶装置６６には、データ収集バッファ６４および制御インターフェース６２を通じてそれぞれデータ処理装置６０に入力されたＸ線投影データが記憶される。記憶装置６６には、また、データ処理装置６０用のプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）が記憶される。データ処理装置６０がそのプログラムを実行することにより、本Ｘ線ＣＴ装置１の動作が遂行される。

データ処理装置６０は、データ収集バッファ６４を通じて記憶装置６６に収集した複数ビューのＸ線投影データと、Ｘ線コントローラ２８から出力されたＸ線焦点位置情報とを用いて画像再構成を行う。画像再構成には、例えばフェルドカンプ・アルゴリズム等のコーンビーム画像再構成アルゴリズムが用いられ、いわゆる３次元画像再構成が行われる。なお、データ処理装置６０は、本発明における画像再構成手段の一例である。

データ処理装置６０には、表示装置６８および操作装置７０が接続されている。表示装置６８は、グラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。操作装置７０はポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）、キーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）等で構成される。

表示装置６８は、データ処理装置６０から出力される被検体の断層像やその他の情報を表示する。操作装置７０は、操作者によって操作され、各種の指示や情報等をデータ処理装置６０に入力する。操作者は表示装置６８および操作装置７０を使用してインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作する。

ここで、Ｘ線管２０の構成について説明する。

図２は、Ｘ線管２０の構成を示す図である。図２（ａ）はＸ線管２０を図示のｘ軸順方向に向かって見た状態を示す図、図２（ｂ）は後述の陰極（以下、カソード（ｃａｔｈｏｄｅ）ともいう）２０２を図示のｚ軸逆方向に向かって見た状態を示す図、図２（ｃ）は後述のターゲット２０３をｚ軸順方向に向かって見た状態を示す図である。

同図に示すように、Ｘ線管２０は、複数のフィラメント２０１（ｍｎ）を含むカソード２０２、電子が衝突する面（以下、電子衝突面という）２０３ａを含む、陽極（以下、アノード（ａｎｏｄｅ）ともいう）であるターゲット２０３および複数のグリッド電極２０４（ｍｎ）を有する。

ここで、ｍは行番号であり、例えば、ｍ＝１，２，・・・，４である。ｎは列番号であり、例えば、ｎ＝１，２，・・・，４である。なお、フィラメントは、本発明における電子発生源の一例である。

複数のフィラメント２０１（ｍｎ）は、それぞれが同形状で略同じ大きさであり、熱電子を発生する容量が略等しい。そして、これら複数のフィラメント２０１（ｍｎ）は、発生する個々の電子線が直線的に電子衝突面２０３ａに衝突し、この衝突の位置が所定の間隔で隣接するように配されている。なお、本実施形態では、複数のフィラメント２０１（ｍｎ）は、カソード２０２において２次元アレイ状すなわちマトリクス（ｍａｔｒｉｘ）状に配列されており、列方向の複数のフィラメントは、それぞれ、Ｘ線撮像される被検体の体軸方向すなわち図中ｚ軸方向の座標成分が異なる複数の位置に配されている。

複数のグリッド電極２０４（ｍｎ）の各々は、それぞれ、複数のフィラメント２０１（ｍｎ）の各々に対応している。すなわち、各グリッド電極が、各フィラメント毎に、フィラメントと電子衝突面２０３ａとの間に配されている。

ターゲット２０３は、電子衝突によって発生する熱による損傷を避けるため、ｚ軸に平行な所定の軸を中心に回転する構造となっている。したがって、ここでは、電子衝突面２０３ａはターゲット２０３のうち個々の電子線が衝突し得るドーナツ状の領域と考えることができる。

なお、図２の（ａ）では、便宜上、複数のグリッド電極２０４（ｍｎ）のうちグリッド電極２０４（１１）のみ図示してある。

Ｘ線コントローラ２８は、カソード２０２、フィラメント２０１（ｍｎ）、ターゲット２０３およびグリッド電極２０４（ｍｎ）とそれぞれ接続されている。Ｘ線コントローラ２８は、フィラメント２０１（ｍｎ）で熱電子が発生するようにフィラメント２０１（ｍｎ）に電流を流し、また、その熱電子がターゲット２０３方向に加速するようにカソード２０２およびターゲット２０３に適当な電圧を印加する。また、Ｘ線コントローラ２８は、個々のフィラメント２０１（ｍｎ）に流す電流やグリッド電極２０４（ｍｎ）に印加するバイアス（ｂｉａｓ）電圧を制御して、個々のフィラメントからの電子線を発生させるか否かを制御する（以下、電子線を発生させることを、電子線をオン（ｏｎ）する、また、電子線を発生させないことを、電子線をオフ（ｏｆｆ）するともいう）。Ｘ線コントローラ２８は、グリッド電極２０４（ｍｎ）に供給するバイアス電圧を、不図示のスイッチによって２段階に切り換える。２段階のバイアス電圧は０Ｖと所定の負電圧となっている。負電圧はカソードとアノード間の電子線を阻止できる値を持つ。このため、スイッチの切換えにより電子線のオンオフを行うことができる。

電子線がオン制御されている場合には、フィラメント２０１（ｍｎ）から発生した熱電子はカソード２０２とターゲット２０３の間の電界により加速され、電子線となってターゲット２０３の電子衝突面２０３ａにおける衝突位置Ｐ（ｍｎ）に衝突し、その衝突位置からＸ線が発生する。

Ｘ線焦点の位置および大きさは、複数のフィラメント２０１（ｍｎ）のうちどのフィラメントの電子線をオンするかによって変更することができる。例えば、フィラメント２０１（１１）の電子線のみをオンした場合には、ターゲット２０３の電子衝突面２０３ａにおける衝突位置Ｐ（１１）に対応した局所領域がＸ線焦点となり、フィラメント２０１（４４）の電子線のみをオンした場合には、ターゲット２０３の電子衝突面２０３ａにおける衝突位置Ｐ（４４）に対応した局所領域がＸ線焦点となる。また、隣接する複数のフィラメント、例えばフィラメント２０１（２２）、（２３）、（３２）および（３３）の電子線のみをオンした場合には、ターゲット２０３の電子衝突面２０３ａにおける複数の衝突位置Ｐ（２２）、（２３）、（３２）および（３３）をすべて含む所定領域がＸ線焦点となる。Ｘ線コントローラ２８は、Ｘ線焦点の位置を表すＸ線焦点位置情報を出力する。

なお、ここでは、Ｘ線コントローラ２８は、フィラメント２０１（１２）、（１３）、（２２）および（２３）からなる第１のフィラメントの組合せｆ１に基づく電子線と、フィラメント２０１（３２）、（３３）、（４２）および（４３）からなる第２のフィラメントの組合せｆ２に基づく電子線とを切り換えてオンする制御を行い、Ｘ線焦点を、衝突位置Ｐ（１２）、（１３）、（２２）および（２３）をすべて含む所定領域である第１の焦点Ｆ１と、衝突位置Ｐ（３２）、（３３）、（４２）および（４３）をすべて含む所定領域である第２の焦点Ｆ２とに切り換え制御する。第１の焦点Ｆ１と第２の焦点Ｆ２は、それぞれ、被検体の体軸方向すなわちｚ軸方向の座標成分が異なる位置にある。

図３は、Ｘ線検出器２４の模式的構成を示す図である。同図に示すように、Ｘ線検出器２４は、複数のＸ線検出素子２４（ｉｋ）を２次元アレイ状に配列した多チャンネル（ｃｈａｎｎｅｌ）のＸ線検出器となっている。複数のＸ線検出素子２４（ｉｋ）は、全体として、円筒凹面状に湾曲したＸ線受光面を形成する。

ここで、ｉはチャンネル番号であり、例えば、ｉ＝１，２，・・・，１０００である。ｋは列番号であり、例えば、ｋ＝１，２，・・・，２５６である。Ｘ線検出素子２４（ｉｋ）は、列番号ｋが同一なもの同士でそれぞれ検出素子列を構成する。なお、Ｘ線検出器２４の検出素子列は２５６列に限るものではなく適宜の複数であってよい。

Ｘ線検出素子２４（ｉｋ）は、例えばシンチレータ（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）とフォトダイオード（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）の組合せによって構成される。なお、これに限るものではなく、例えばカドミウム・テルル（ＣｄＴｅ）等を利用した半導体Ｘ線検出素子、あるいは、キセノン（Ｘｅ）ガス（ｇａｓ）を利用した電離箱型のＸ線検出素子であってよい。

図４は、Ｘ線管２０、コリメータ２２およびＸ線検出器２４の相互関係を示す図である。図４（ａ）は走査ガントリ２の正面から見た状態を示す図、図４（ｂ）は側面から見た状態を示す図である。

同図に示すように、Ｘ線管２０はＸ線焦点を第１の焦点Ｆ１と第２の焦点Ｆ２とに切換え可能である。焦点Ｆ１，Ｆ２から放射されたＸ線は、コリメータ２２によりそれぞれコーンビームＸ線４０１，４０２となるように成形されてＸ線検出器２４に照射される。

図４（ａ）では、コーンビームＸ線４０１，４０２のひとつの方向の広がりを示す。以下、この方向を幅方向ともいう。コーンビームＸ線４０１，４０２の幅方向は、Ｘ線検出器２４におけるチャンネルの配列方向に一致する。図４（ｂ）ではコーンビームＸ線４０１，４０２の他の方向の広がりを示す。以下、この方向をコーンビームＸ線４０１，４０２の厚み方向ともいう。コーンビームＸ線４０１，４０２の厚み方向は、Ｘ線検出器２４における複数の検出素子列の並設方向に一致する。

走査ガントリ２は、内部にＸ線照射・検出装置を包含する構造、例えば筒状の構造になっている。Ｘ線照射空間は走査ガントリ２の筒状構造の内側空間に形成される。コーンビームＸ線４０１，４０２は被検体８を透過してＸ線検出器２４に入射し、Ｘ線検出器２４によって、透過Ｘ線の２次元的な強度分布が検出される。

次に、本Ｘ線ＣＴ装置１の動作について説明する。

操作者による操作コンソール６の操作装置７０の操作に応答して、撮影対象である被検体８が載置された撮影テーブル４が移動し、被検体８が走査ガントリ２のＸ線照射空間に搬入される。そして、いわゆるスキャンが行われる。例えば、撮影テーブル４を停止させた状態でＸ線照射・検出装置を回転させることにより、アキシャルスキャン（ａｘｉａｌ ｓｃａｎ）が行われる。あるいは、Ｘ線照射・検出装置の回転に並行して、撮影テーブル４を被検体８の体軸方向に連続的に移動させることにより、Ｘ線照射・検出装置は、被検体８に関して相対的に、被検体８を包囲する螺旋状の軌道に沿って旋回することになり、いわゆるヘリカルスキャン（ｈｅｌｉｃａｌ ｓｃａｎ）が行われる。

ここで、スキャン１回転当たりに複数（例えば１０００程度）のビューのＸ線投影データが収集される。Ｘ線投影データの収集は、Ｘ線検出器２４−データ収集部２６−データ収集バッファ６４の系列によって行われる。スキャンの実行中においては、Ｘ線コントローラ２８は、スキャンの各ビュー毎に、Ｘ線管２０のグリッド電極２０４（ｍｎ）に印加するバイアス電圧を制御して、Ｘ線焦点を焦点Ｆ１と焦点Ｆ２とに繰り返し切り換え、Ｘ線焦点の位置が被検体８の体軸方向に異なる２種類のコーンビームＸ線４０１，４０２を、被検体８に非同時に照射させる。Ｘ線検出器２４は、各ビュー毎に、被検体８を透過した２種類のコーンビームＸ線を検出し、データ収集部２６は、各ビュー毎に、それら２種類のコーンビームＸ線による２種類のＸ線投影データを収集する。データ収集部２６により収集されたＸ線投影データは、データ収集バッファ６４に入力され記憶装置６６に記憶される。Ｘ線コントローラ２８は、データ処理装置６０に対してＸ線焦点位置情報を出力する。

データ処理装置６０は、記憶装置６６に記憶された、各ビュー毎に２種類のＸ線投影データを含む多数のＸ線投影データとＸ線焦点位置情報とに基づいて３次元画像再構成を行い、被検体８の体軸方向の空間分解能がよい断層像をスライス毎に画像再構成する。そして、表示装置６８は、これらの断層像あるいはこれらの断層像から求められる被検体８の３次元画像を画面に表示する。

このように、本実施形態に係るＸ線発生装置によれば、Ｘ線を発生する起点となる、電子衝突面における電子線の衝突位置が異なる複数の電子線の中から、実際にＸ線を発生させる１つまたは隣接する２つ以上の電子線を自由に選択して発生させることができ、陰極からの電子線を軌道変更せず直線的に陽極に衝突させてＸ線を発生させるＸ線発生装置において、Ｘ線焦点の位置を所望の位置に容易に変更することができる。

また、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置によれば、電子線の軌道変更を行わないタイプのＸ線発生装置でありながら、Ｘ線焦点の位置や大きさを所望の位置に容易に変更することができるＸ線発生装置を用いているので、Ｘ線管の制御が容易であるという利点を継承しつつ、必要に応じてＸ線焦点の位置や大きさを変更して多様なスキャンを実施することができる。

また、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置によれば、複数のフィラメントが２次元的に配列されているので、Ｘ線焦点の位置や大きさを高い自由度で変更することが可能である。

なお、本実施形態では、複数のフィラメントは、２次元アレイ（マトリクス）状に配され、電子衝突面における電子線の衝突位置が２次元マトリクス状に展開されているが、例えば、図５に示すように、個々のフィラメントが斜め格子状あるいは平行四辺形状に配され、電子衝突面における電子線の衝突位置が斜め格子状に展開されるようにしてもよい。また、本実施形態では、複数のフィラメントは２次元状に配列されているが、例えば、図６に示すように、一列に整列して配列されるようにしてもよい。

また、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置によれば、Ｘ線コントローラ２８が、スキャン中に、発生させるＸ線ビームのＸ線焦点の位置や大きさを順次切り換えて、発生させるＸ線ビームのＸ線焦点の位置や大きさを順次切り換えることができるので、Ｘ線焦点の位置や大きさが異なる複数種類のＸ線ビームを用いた幅広いスキャン方法を提供することができる。

また、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置によれば、Ｘ線コントローラ２８が、発生させる電子線を一方向に切り換えて、発生させるＸ線ビームのＸ線焦点の位置を一方向に切り換えることができるので、さらに、Ｘ線焦点の位置を一方向に切り換えながらＸ線投影データを収集し、各ビュー毎に、被検体の一方向における複数の異なる位置からＸ線を放射して収集されたＸ線投影データに基づいて、そのＸ線焦点の位置を測定するまたは予測することによりＸ線焦点の位置を知り、そのＸ線焦点の位置に対応した３次元画像再構成を行うという、断層像の空間分解能の向上に有効な手法を用いることができる。

特に、Ｘ線焦点の位置を、その位置の座標が被検体の搬送方向すなわち体軸方向に異なる２種類以上の位置に繰り返し切り換えるようにすれば、断層像における被検体の体軸方向の分解能を改善することができ、また、Ｘ線焦点の位置を、その位置の座標が被検体の搬送方向と垂直な方向に異なる２種類以上の位置に繰り返し切り換えるようにすれば、断層像における被検体の体軸に垂直な方向の分解能を改善することができる。

また、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置によれば、グリッド電極を有するＸ線管を用い、電子線のオンオフをグリッド電極に印加するバイアス電圧で制御しているので、例えばフィラメントの電流を制御する場合に比して、オンオフ切り換え時の反応速度が速く、複数種類のＸ線ビームの切換えを高速に行うことができる。

なお、上述の通り、Ｘ線コントローラ２８は、Ｘ線管の個々のフィラメント２０１（ｍｎ）の電流やグリッド電極２０４（ｍｎ）に印加するバイアス電圧を制御することにより、Ｘ線焦点の位置だけでなく、Ｘ線焦点の大きさを変更することができる。

例えば、すべてのグリッド電極すなわちグリッド電極２０４（１１）〜（４４）に所定の負電圧を印加することにより、すべてのフィラメントすなわちフィラメント２０１（１１）〜（４４）の電子線を発生させてＸ線焦点の大きさを比較的大きい焦点にすることができる。すなわち、大きな管電流による大線量のＸ線を発生させることができる。

また、例えば、グリッド電極２０４（２２）、（２３）、（３２）および（３３）に所定の負電圧を印加し、その他のグリッド電極には０Ｖを印加することにより、フィラメント２０１（２２）、（２３）、（３２）および（３３）の電子線のみを発生させてＸ線焦点の大きさを比較的小さい焦点にすることができる。すなわち、断層像の空間分解能の改善に寄与する、Ｘ線焦点の小さいＸ線を発生させることができる。

このようにすれば、被検体に照射するＸ線ビームのＸ線焦点の大きさを切り換えながらＸ線投影データを収集することもでき、楕円形状の被検体に対し、大線量のＸ線によるＸ線データ収集と高分解能に寄与するＸ線によるＸ線データ収集とを必要に応じて切り換え、より好ましいＸ線データ収集を行うことができる。

また、本実施形態では、Ｘ線コントローラ２８は、電子線を発生させる際に、複数のフィラメントのうち隣接する所定数のフィラメントからの電子線のみを発生させて発生させているが、例えば、電子線を発生させる際に、第１の数のフィラメントからの電子線のみを発生させる場合と、第１の数とは異なる第２の数のフィラメントからの電子線のみを発生させる場合とを組み合わせるようにしてもよい。すなわち、Ｘ線焦点の位置だけでなくＸ線焦点の大きさをも変更するようにしてもよい。

また、本実施形態では、電子線を発生させる際に、２以上のフィラメントからの電子線のみを発生させているが、もちろん単一のフィラメントからの電子線のみを発生させるようにしてもよい。

また、本実施形態では、電子発生源としてフィラメントを用いているが、これに限定されるものではなく、電子を発生するものであればいかなるものであってもよい。

また、本実施形態では、Ｘ線管として、電子衝突型のＸ線管を用いているが、例えば、レーザ光の照射によりプラズマが発生し当該プラズマからＸ線を発生するレーザ光照射面を含むターゲットと、それぞれがレーザ光発生容量を略等しく有する複数のレーザ射出源であって、発生する個々のレーザ光がレーザ光照射面に照射され当該照射の位置が所定の間隔で隣接するように配置された複数のレーザ射出源とを有するＸ線管を用いるようにしてもよい。このような、いわゆるレーザプラズマＸ線発生装置であっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。その他、例えば、透過型Ｘ線陽極を有するタイプのＸ線発生装置であってもよい。

また、本実施形態では、回転陽極を用いているが、もちろん、固定陽極を用いるようにしてもよい。

本発明を実施するための最良の形態の一例であるＸ線ＣＴ装置のブロック図 Ｘ線管の構成を示す図 Ｘ線検出器の模式的構成を示す図 Ｘ線管、コリメータおよびＸ線検出器の相互関係を示す図 個々のフィラメントが斜め格子状に配置された状態を示す図 個々のフィラメントが一列に配置された状態を示す図

符号の説明

１ Ｘ線ＣＴ装置
２ 走査ガントリ
４ 撮影テーブル
６ 操作コンソール
２０ Ｘ線管
２２ コリメータ
２４ Ｘ線検出器（Ｘ線検出手段）
２６ データ収集部（収集手段）
２８ Ｘ線コントローラ（Ｘ線制御手段）
３０ コリメータコントローラ
３４ 回転部
３６ 回転コントローラ
６０ データ処理装置（データ処理手段）
６２ 制御インターフェース
６４ データ収集バッファ
６６ 記憶装置
６８ 表示装置
７０ 操作装置
２０１ フィラメント
２０２ カソード（陰極）
２０３ａ 電子衝突面
２０３ アノード（陽極）
２０４ グリッド電極
Ｆ１，Ｆ２ Ｘ線焦点
４０１，４０２ コーンビームＸ線

Claims (18)

1. 電子線の衝突によりＸ線を発生する面を含む陽極と、それぞれが電子を発生する２次元的に配列された３つ以上の電子発生源であって、発生する個々の電子線が直線的に前記面に衝突し該衝突の位置が所定の間隔で隣接するように配置された複数の電子発生源を含む陰極とを有するＸ線管と、
   
   前記Ｘ線管を制御して、前記複数の電子発生源に基づく複数の電子線のうちいずれか１つの電子線、または前記複数の電子発生源に基づく複数の電子線のうち隣接する２つ以上の電子線からなる電子線の集合のうちいずれか１つの電子線の集合を選択的に発生させることによって、複数種類のＸ線焦点の位置および大きさのＸ線ビームを発生させ得るＸ線制御手段とを備えたことを特徴とするＸ線発生装置。
   
2. 前記複数の電子発生源が、それぞれ、略同じ電子発生容量を有するものであることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
   
3. 前記Ｘ線制御手段が、発生させる電子線を順次切り換えて、発生させるＸ線ビームのＸ線焦点の位置および／または大きさを順次切り換えるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線発生装置。
   
4. 前記Ｘ線制御手段が、発生させる電子線を一方向に切り換えて、発生させるＸ線ビームのＸ線焦点の位置を一方向に切り換えるものであることを特徴とする請求項３に記載のＸ線発生装置。
   
5. 前記電子発生源が、フィラメントであることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
   
6. 前記Ｘ線管が、それぞれが前記複数の電子発生源の各々に対応した複数のグリッド電極を有するものであり、
   前記Ｘ線制御手段が、前記複数のグリッド電極の各々に印加する電圧を制御することにより、特定の電子線を選択的に発生させるものであることを特徴とする請求項５に記載のＸ線発生装置。
   
7. レーザ光の照射によりＸ線を発するプラズマを発生する面を含むターゲットと、それぞれがレーザ光を発生する２次元的に配列された３つ以上のレーザ射出源であって、発生する個々のレーザ光が前記レーザ光照射面に照射され該照射の位置が所定の間隔で隣接するように配置された複数のレーザ射出源とを有するＸ線管と、
   
   前記Ｘ線管を制御して、前記複数の電子発生源に基づく複数の電子線のうちいずれか１つの電子線、または前記複数の電子発生源に基づく複数の電子線のうち隣接する２つ以上の電子線からなる電子線の集合のうちいずれか１つの電子線の集合を選択的に発生させることによって、複数種類のＸ線焦点の位置および大きさのＸ線ビームを発生させ得るＸ線制御手段とを備えたことを特徴とするＸ線発生装置。
   
8. 電子線の衝突によりＸ線を発生する面を含む陽極と、それぞれが電子を発生する２次元的に配列された３つ以上の電子発生源であって、発生する個々の電子線が直線的に前記面に衝突し該衝突の位置が所定の間隔で隣接するように配置された複数の電子発生源を含む陰極とを有するＸ線管と、
   
   前記Ｘ線管を制御して、前記複数の電子発生源に基づく複数の電子線のうちいずれか１つの電子線、または前記複数の電子発生源に基づく複数の電子線のうち隣接する２つ以上の電子線からなる電子線の集合のうちいずれか１つの電子線の集合を選択的に発生させることによって、複数種類のＸ線焦点の位置および大きさのＸ線ビームを発生させ得るＸ線制御手段と、
   
   撮影対象である被検体を通過した前記複数種類のＸ線ビームの２次元的な強度分布を検出するＸ線検出手段と、
   前記Ｘ線検出手段の検出信号に基づいて前記被検体の複数ビューのＸ線投影データを収集する収集手段と、
   前記Ｘ線投影データに基づいて前記被検体の断層像を画像再構成する画像再構成手段とを備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
   
9. 前記Ｘ線制御手段は、Ｘ線焦点位置情報を出力するものであり、
   前記画像再構成手段は、前記Ｘ線焦点位置情報に基づいて前記被検体の断層像を画像再構成するものであることを特徴とする請求項８に記載のＸ線ＣＴ装置。
   
10. 前記複数の電子発生源が、それぞれ、略同じ電子発生容量を有するものであることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のＸ線発生装置。
    
11. 前記Ｘ線制御手段が、スキャン中に、発生させる電子線を順次切り換えて、発生させるＸ線ビームのＸ線焦点の位置および／または大きさを順次切り換えるものであることを特徴とする請求項８から請求項１０のうちいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
    
12. 前記Ｘ線制御手段が、発生させる電子線を一方向に切り換えて、発生させるＸ線ビームのＸ線焦点の位置を一方向に切り換えるものであることを特徴とする請求項１１に記載のＸ線ＣＴ装置。
    
13. 前記Ｘ線制御手段が、発生させるＸ線ビームのＸ線焦点の位置を、該位置の座標が前記被検体の搬送方向に異なる２種類以上の位置に繰り返し切り換えるものであることを特徴とする請求項１２に記載のＸ線ＣＴ装置。
    
14. 前記Ｘ線制御手段が、発生させるＸ線ビームのＸ線焦点の位置を、該位置の座標が前記被検体の搬送方向と垂直な方向に異なる２種類以上の位置に繰り返し切り換えるものであることを特徴とする請求項１３に記載のＸ線ＣＴ装置。
    
15. 前記電子発生源が、フィラメントであることを特徴とする請求項８から請求項１４のうちいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
    
16. 前記Ｘ線管が、それぞれが前記複数の電子発生源の各々に対応した複数のグリッド電極を有するものであり、
    前記Ｘ線制御手段が、前記複数のグリッド電極の各々に印加する電圧を制御することにより、特定の電子線を選択的に発生させるものであることを特徴とする請求項１５に記載のＸ線ＣＴ装置。
    
17. 前記画像再構成手段が、３次元画像再構成を行うものであることを特徴とする請求項８から請求項１６のうちいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
    
18. レーザ光の照射によりＸ線を発するプラズマを発生する面を含むターゲットと、それぞれがレーザ光を発生する２次元的に配列された３つ以上のレーザ射出源であって、発生する個々のレーザ光が前記レーザ光照射面に照射され該照射の位置が所定の間隔で隣接するように配置された複数のレーザ射出源とを有するＸ線管と、
    
    前記Ｘ線管を制御して、前記複数の電子発生源に基づく複数の電子線のうちいずれか１つの電子線、または前記複数の電子発生源に基づく複数の電子線のうち隣接する２つ以上の電子線からなる電子線の集合のうちいずれか１つの電子線の集合を選択的に発生させることによって、複数種類のＸ線焦点の位置および大きさのＸ線ビームを発生させ得るＸ線制御手段と、
    
    撮影対象である被検体を通過した前記複数種類のＸ線ビームの２次元的な強度分布を検出するＸ線検出手段と、
    前記Ｘ線検出手段の検出信号に基づいて前記被検体の複数ビューのＸ線投影データを収集する収集手段と、
    前記Ｘ線投影データに基づいて前記被検体の断層像を画像再構成する画像再構成手段とを備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。

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