JP5366419B2

JP5366419B2 - Ｘ線装置

Info

Publication number: JP5366419B2
Application number: JP2008078944A
Authority: JP
Inventors: 敦後藤
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2028-03-25
Also published as: JP2009232886A

Description

本発明は、Ｘ線装置に関するものであって、特に、Ｘ線を所望の検出予定領域に最適に照射できるものに関する。

医用画像診断用Ｘ線診断装置やＸ線ＣＴ装置等のＸ線装置として、被検体に対してＸ線を照射するＸ線照射器と、被検体を挟んでＸ線照射器と対向する位置に設けられ被検体を透過したＸ線の線量を検出する検出器とを備え、検出されるＸ線の線量に基づいて被検体の断層画像を構成するＸ線装置が知られている。Ｘ線照射器として、電子線を放出する陰極と、この陰極と対向する対向面を持つ円盤状のターゲットとを備える回転陽極Ｘ線管が知られている。これらのＸ線照射器では、陰極から放出された電子線が対向面に衝突することで、当該対向面の傾斜角度と陰極からの電子の放出角度に応じた方向にＸ線が照射される。この種のＸ線装置では、通常、ターゲット角は、対応する検出器の大きさなどに応じて設定され、例えば８〜１２度程度の一定の固定値となっている。また、異なる角度に傾斜する複数の対向面を有するターゲットも知られている（例えば、特許文献１参照）これらのＸ線装置において、ターゲットの対向面の角度や陰極からの電子の放出角度等は一定に固定されている。
特開２０００−３４０１４９号公報

しかしながら、上記技術には次のような問題がある。すなわちターゲットの対向面の角度及び陰極からの電子の放出角度は一定に設定されているため、放出されるＸ線の方向や放出範囲は固定されている。したがって、照射器と検出器の相対位置や、被検体の位置によっては、不要な部分にＸ線が照射され、あるいは必要な部分にＸ線が照射されない場合があり、画像不良や遮蔽領域の増大を招く原因となる。

そこで、本発明は、Ｘ線を所望の検出予定領域に最適に照射できるＸ線装置を提供することを目的とする。

本発明の一形態にかかるＸ線装置は、Ｘ線を被検体に向けて発生する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線検出器とを支持する支持部と、を備え、前記Ｘ線管は、Ｘ線収容容器に内蔵されているとともに、前記Ｘ線収容容器は前記支持部に取り付けられたＸ線照射器の内部に設けられ、前記Ｘ線照射器は、前記Ｘ線収容容器と、前記Ｘ線の曝射範囲を制限するコリメータとを備えるとともに、前記Ｘ線検出器に対する角度が可変であり、前記Ｘ線管は、電子線を第１方向に向けて放出する陰極と、前記陰極と対向する位置に配され、第２方向を有する対向面が形成され前記放出された電子線が当該対向面に衝突することで前記対向面の傾斜角度に応じた方向にＸ線を放出するターゲットと、前記陰極と前記ターゲットとを絶縁して支持する外囲器と、前記第１方向と前記第２方向との相対角を調整する相対角可変機構と、を備え、前記第１方向と前記第２方向との相対角、及び前記Ｘ線照射器の前記Ｘ線検出器に対する角度を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。

本発明の一形態にかかるＸ線装置は、前記相対角可変機構は、前記外囲器に対して、前記ターゲットが回転する回転軸の角度を変更させるものであることを特徴とする。

本発明の一形態にかかるＸ線装置は、前記相対角可変機構は、前記外囲器に対する前記陰極からの前記電子の放出方向を変更させるものであることを特徴とする。

本発明の一形態にかかるＸ線装置は、前記制御手段は、前記Ｘ線検出器と前記Ｘ線管との相対位置、検出予定領域の位置、検出予定領域の大きさ及び検出拡大率のうち少なくともいずれか１つを含む条件に応じて、前記第１方向と前記第２方向との相対角及び前記Ｘ線照射器の前記Ｘ線検出器に対する角度を制御することを特徴とする。

本発明によれば、Ｘ線を所望の検出予定領域に最適に照射できる。

［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態について、図１乃至図３を参照して説明する。なお、各図において適宜構成を拡大、縮小、省略して概略的に示す。

まず、本実施形態におけるＸ線装置１について、図１を参照して説明する。Ｘ線装置１は、被検体ＰにＸ線を照射するＸ線照射器１０、被検体Ｐを透過したＸ線を検出するＸ線検出器１１、Ｘ線照射器１０及びＸ線検出器１１を支持する支持部１２、被検体Ｐを移動可能に支持する撮影テーブル１３、ユーザが各種情報を入力するための操作入力部１４、位置情報などを検出する検出部１５、データの書き出しや読み出しが行われる記憶部１６、構築された画像を表示する表示部１７、各種制御処理を行う制御部１８等を備えている。

支持部１２は、前後上下方向の往復動、回転、及び首振り可能に構成されたＣ字形状のアーム２１を備えている。アーム２１の両端部にＸ線照射器１０、Ｘ線検出器１１がそれぞれ設けられ、アーム２１の移動に伴ってＸ線照射器１０とＸ線検出器１１とが被検体Ｐの周囲において移動可能となっている。

Ｘ線照射器１０は、内部に回転陽極型のＸ線管２５を備えるＸ線管収容容器２３や、Ｘ線の曝射範囲を制限するコリメータ２４等を備えている。

図２に示すように、Ｘ線管収容容器２３の内部に回転陽極型のＸ線管２５が固定され、このＸ線管２５の周囲には絶縁油２６が充填されている。絶縁油２６は、循環してＸ線管を冷却する機能と、絶縁機能とを兼ねている。

Ｘ線管２５は、熱電子を発生する陰極部２７と、この陰極部２７に対向して配置された陽極部２８と、金属材料から円筒状に構成され、内部を真空かつ気密に維持し、陰極部と陽極部とを絶縁して支持する外囲器２９とを備えている。

陰極部２７は、図２においてＡで示す第１方向に熱電子を発生するフィラメント３１と、このフィラメント３１の周囲に配置され、フィラメント３１から発生し加速された熱電子を集束して陽極のターゲット３５上に焦点を形成する集束電極３２と、これらフィラメント３１及び集束電極３２を支持する陰極スリーブ３３とを有する。フィラメント３１は、タングステンなどの電子放射材料から成る細線をコイル状に巻いた構造をしており、フィラメント加熱電流が流れることによって高温に加熱されその温度に応じた量の熱電子を放出する。

陽極部２８は、陰極部２７に対向して配置され、陰極部２７からの熱電子が衝突することでＸ線を発生するターゲット３５と、このターゲット３５を支持する回転陽極３６と、該回転陽極３６の陽極側を支持する回転軸３７と、外囲器２９の外周に設けられたステータ３８とを備えている。

ターゲット３５は、タングステン円盤等から成り、その陰極側の先端週縁には、Ｂ０で示す第２方向に傾斜する傘状の対向面３５ａが形成されている。また、第１方向と第２方向との相対角を可変とする相対角可変機構としての回転軸３７は、角度調整可能に設けられている。外囲器２９に対する回転軸３７の角度は制御部１８の制御に応じて変更可能であり、この回転軸３７の角度の変更にともなって、ターゲット３５及び対向面３５ａの外囲器２９に対する角度も変更可能となっている。したがって、電子の放出方向である第１方向と対向面３５ａの第２方向との相対角を変化させることができ、Ｘ線の照射範囲や照射方向を変更することが可能になっている。

Ｘ線管収容容器２３におけるターゲット３５に対応する位置に、Ｘ線放出窓２３ａが設けられている。また、Ｘ線管収容容器２３における陰極部２７及び陽極部２８の近傍には、それぞれ高電圧を導入するためのケーブルレセプタクル３９、４０が設けられている。

陰極側のケーブルレセプタクル３９に陰極側高電圧ケーブルが接続され、負の高電圧と、フィラメント３１を加熱するためのフィラメント加熱電圧が導入される。また、陽極側のケーブルレセプタクル４０には、陽極側高電圧ケーブルが接続され、正の高電圧が導入される。

Ｘ線は、ターゲット３５の対向面３５ａの角度やフィラメント３１から放出される電子線の角度等に応じた所定の方向に放出される。そして、Ｘ線放出窓２３ａ及びコリメータ２４を透過したＸ線は、被検体Ｐに対して照射される。

Ｘ線検出器１１は、散乱Ｘ線を除去するコリメータ、検出された投影データを収集するデータ収集部等を備えている。

上記のように構成されたＸ線装置１では、ユーザにより入力部１４に入力され、又は検出部１５で検出され、記憶部１６に記憶された各種条件に応じて、制御部１８により、Ｘ線管２５の管電圧、管電流、曝射時間等、コリメータ２４の位置、アーム２１の位置及び角度、Ｘ線照射箇所等の制御処理が行われる。

ここで、制御部１８におけるＸ線照射箇所の制御処理の手順について図３を参照して説明する。
まず、ＳＴ１では、検出部１５での検出結果や入力部１４での入力結果などが蓄積された記憶部１６から、位置情報として例えばＸ線照射器１０とＸ線検出器１１との距離（ＳＩＤ）等の条件が読み出される。

ついで、ＳＴ２では、記憶部１６から、検出予定情報として、検出予定部分の拡大率（ＦＯＶ）、デジタルズーム倍率等の条件を用いて、検出予定領域αｉのサイズが読み出される。

ついで、ＳＴ３では、上記ＳＴ１及び２で読み出した各種条件に基づいて、Ｘ線が所望の検出予定領域αｉに照射されるための回転軸３７の傾斜角度βの理想値βｉが算出される。このとき、回転軸３７の傾斜角度を大きくすると対向面３５ａの見かけのターゲット角θ（元の回転軸に直交する面に対する、軸傾斜状態の対向面の角度）が大きくなり、逆に回転軸３７の傾斜角度βを小さくすると対向面の見かけのターゲット角θが小さくなる。すなわち回転軸３７を傾斜することにより、ターゲット角θを変更した場合と同様の効果が得られる。

次いでＳＴ４では、回転軸３７の傾斜角度βが理想値βｉとなるように傾斜させる出力が行われる。この制御部１８の出力に応じて、図２に破線で示すように示すように回転軸３７が所定角度回転し、傾斜角度βが理想値βｉと一致するとともにＸ線の照射箇所αが検出予定領域αｉと一致する。図２において、角度調整前の回転軸及び照射箇所α０を実線で示し、角度調整後の回転軸及び照射箇所α１を破線で示す。また、角度調整前の対向面の方向をＢ０、ターゲット角をθ０で示し、角度調整後の対向面の方向をＢ１、見かけのターゲット角をθ１で示す。

Ｘ線装置１において、上記Ｘ線照射箇所の制御処理を含め、各種制御により各種条件の設定がされた状態で、陰極部２７と陽極部２８との間に所望の高電圧が印加される。この高電圧で形成される電界によって陰極部のフィラメント３１から熱電子が第１方向に放出される。このとき、電子線は集束電極３２の集束溝によって形成される電界によって、ターゲット３５の対向面３５ａ上で所望の寸法の焦点となるように集束される。

電子線が陽極部２８のターゲット３５の対向面３５ａに衝突することによりＸ線が発生する。Ｘ線は、ターゲット３５の対向面３５ａの角度θ１による第２方向Ｂ１、フィラメント３１からの電子放出方向である第１方向Ａ等に応じて決定される範囲及び方向に放射され、被検体Ｐを透過してＸ線検出部の各検出器に一斉に入射する。ここで、上記の回転軸３７の角度が理想値βｉに調節されていることにより、所望の予定検出領域αｉにＸ線が照射され、理想的なＸ線照射エリアが得られるとともに最適な焦点サイズが得られる。

Ｘ線検出器１１で得られる被検体Ｐの所要撮影領域についての全投影データは、データ収集部で収集、蓄積される。

本実施形態にかかるＸ線装置１は以下に掲げる効果を奏する。すなわち、回転軸３７の角度を可変とし、見かけのターゲット角を容易に変更できるため、Ｘ線の照射箇所を容易に調節でき、Ｘ線を所望の検出予定領域αｉに最適に照射することができる。例えばＸ線照射器１０やＸ線検出器１１を回転移動させる際に相対位置がずれても、そのつどＸ線照射箇所の制御処理を行うことにより最適な位置に照射することが可能である。したがって、予めターゲット角θを大きく設定して照射範囲を広くしておく必要がなく、最低限必要な範囲に抑えることができるので、Ｘ線の強度減少や焦点ぼけ、照射野外へのＸ線の遮蔽領域の増大等を防止することができる。この結果、画像不良を防止することができる。特に大型あるいは長方形形状の検出器においては常に所望の検出領域αｉに一致させることができ、効果が期待できる。

［第２実施形態］
以下に、本発明の第２実施形態にかかるＸ線装置２について図４を参照して説明する。なお、本実施形態において回転軸３７の角度の代わりに電子の放出方向Ａを可変とする点以外は前記第１実施形態にかかるＸ線装置１と同様であるため説明を省略する。

本実施形態にかかるＸ線装置２では、第１方向と第２方向との相対角を可変とする相対角可変機構としてフィラメント３１からの電子の放出方向である第１方向Ａが可変に構成されている。すなわち、電子線の放出方向とともに対向面３５ａへの電子線の入射角が変化するため、第１方向と第２方向の相対角を変化させＸ線の照射方向及び照射範囲で決定される照射箇所を変更させることが可能となっている。

次に本実施形態の制御部１８におけるＸ線照射箇所の制御処理について図５を参照して説明する。まず、ＳＴ１１及びＳＴ１２では、第１実施形態のＳＴ１、ＳＴ２と同様に、記憶部１６から各種情報が読み出される。ついで、ＳＴ１３において、照射箇所を所望の検出予定領域αｉに一致させるための電子線の放出方向の変更角度の理想値γｉが算出される。ついで、ＳＴ１４において電子線が理想値γｉ変更された第３の方向Ａ１に放出されるように、所定の出力がなされる。以上により、電子線が第３の方向Ａ１で対向面３５ａに入射するとともに、この入射角及び対向面３５ａの角度に応じた方向及び範囲にＸ線が照射され、照射箇所α２が検出予定領域αｉと一致する。図４において、角度調整前の照射箇所α０を実線で示し、角度調整後の回転軸及び照射箇所α２を破線で示す。また、角度調整前の電子放出方向をＡ０で示し、角度調整後の電子放出方向をＡ１で示す。

本実施形態にかかるＸ線装置２においても上記第１及実施形態にかかるＸ線装置１と同様の効果を得られる。

［第３実施形態］
以下に、本発明の第３実施形態にかかるＸ線装置３について図６を参照して説明する。なお、本実施形態においてＸ線照射器１０を傾斜させる構成以外については前記第１実施形態または第２実施形態と同様であるため説明を省略する。

本実施形態にかかるＸ線装置３では、Ｘ線照射器１０はアームの先端部において移動台座２２を介して取り付けられている。移動台座２２は制御部１８の制御に応じて、アーム２１の端部に対して傾斜可能に構成されている。移動台座２２の傾斜とともにＸ線照射器１０のＸ線検出器１１に対する角度を変更し、Ｘ線の照射方向を調節することが可能となっている。このＸ線装置３では第１方向Ａと第２方向Ｂとの相対角の角度調整による照射箇所の調整に加え、Ｘ線照射器１０の傾斜によりＸ線の照射方向を調整することができる。

本実施形態にかかるＸ線装置３の制御部１８における制御手順について図７を参照して説明する。ＳＴ２１、ＳＴ２２において上記実施形態と同様に各種を読み出す。ついでＳＴ２３の理想値算出の際には、回転軸３７の傾斜角度の理想値βｉに加え、Ｘ線照射器１０の傾斜角度の理想値δｉが算出される。ついでＳＴ２４において、回転軸３７の角度が理想値δｉとなるように傾斜させる出力をするとともに、Ｘ線照射器１０の傾斜角度が理想値δｉと一致するように移動台座２２を駆動させる出力を行う。以上により、図６に示すようにＸ線照射器１０が傾斜することで、所望の検出予定領域αｉとＸ線の照射箇所α３とが一致する。なお、角度調整前の照射箇所をα０で示す。

本実施形態にかかるＸ線装置においても上記第１及実施形態にかかるＸ線装置と同様の効果を得られる。

なお本発明を実施するにあたり、この発明の構成要素を発明の要旨を逸脱しない範囲で各部材の具体的な形状等を種々に変更して実施できることは言うまでもない。
例えば上述した第３実施形態においてはＸ線照射器１０の角度を変更することで照射方向を調整する場合について例示したが、これに代え、あるいはこれに加えて、図８に示すＸ線装置４のように、Ｘ線収容容器２３のＸ線検出器１１に対する角度を可変に構成することもできる。Ｘ線収容容器２３をＸ線照射器１０の内部で傾斜させることでＸ線の照射方向が可変となる。この角度調整により、Ｘ線照射箇所α０を変更することでき、角度調整後のＸ線照射箇所α４を所望の検出予定領域αｉに一致させることができる。さらにこの実施形態ではＸ線照射器１０の内部でＸ線収容容器２３のみを移動させるため、コリメータ２４との位置関係が変化することでＸ線の照射範囲も変更可能である。

また、図９に示すＸ線装置５のように、外囲器２９の角度を可変に構成することもできる。ここではＸ線収容容器２３の内部において外囲器２９の角度を変更して、対向面の方向をＢ０からＢ５に変更することで、Ｘ線照射方向を調節し、Ｘ線照射箇所α５を所望の検出予定領域αｉと一致させることができる。

上記各実施形態ではコリメータ２４を備えたＸ線装置１乃至を例示したが、本発明は、コリメータを備えていないＸ線装置にも適用可能であり、上述した照射箇所の制御処理のみで照射範囲や角度を変えることが可能である。

なお本発明を実施するにあたり、格構成部材の具体的な形状や構造など本発明の構成要素を発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更して実施できることは言うまでもない。さらに、本発明を実施するにあたり、上記実施形態の複数の構成要素を適宜組み合わせてもよい。また、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く、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。

本発明の第１実施形態にかかるＸ線装置の構成を模式的に示す説明図。同Ｘ線装置のＸ線収容容器の内部の構成及び照射箇所を模式的に示す説明図。同Ｘ線装置の制御部における照射箇所の制御処理手順を示すフローチャート。本発明の第２実施形態にかかるＸ線装置及び照射方向調節前後におけるＸ線の照射方向を模式的に示す正面図。同Ｘ線装置の制御部における照射箇所の制御処理手順を示すフローチャート。本発明の第３実施形態かかるＸ線装置の一部分の構成及び照射方向調節前後におけるＸ線の照射方向を模式的に示す正面図。同Ｘ線装置の制御部における照射箇所の制御処理手順を示すフローチャート。本発明の他の実施形態にかかるＸ線装置の一部分の構成及び照射方向調節前後におけるＸ線の照射方向を模式的に示す正面図。本発明の他の実施形態にかかるＸ線装置一部分の構成及び照射方向調節前後におけるＸ線の照射方向を模式的に示す正面図。

符号の説明

Ｐ…被検体、Ａ…第１方向、Ｂ…第２方向、１、２、３、４、５…Ｘ線装置、
１０…Ｘ線照射器、１１…Ｘ線検出器、１４…入力部、１５…検出部、１６…記憶部、
１７…表示部、１８…制御部、２１…アーム、２２…移動台座、２３ａ…Ｘ線放出窓、
２３…Ｘ線収容容器、２４…コリメータ、２５…Ｘ線管、２７…陰極部、２８…陽極部、２９…外囲器、３１…フィラメント、３２…集束電極、３３…陰極スリーブ、
３５…ターゲット、３５ａ…対向面、３６…回転陽極、３７…回転軸、３８…ステータ。

Claims

Ｘ線を被検体に向けて発生する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線検出器とを支持する支持部と、を備え、
前記Ｘ線管は、Ｘ線収容容器に内蔵されているとともに、前記Ｘ線収容容器は前記支持部に取り付けられたＸ線照射器の内部に設けられ、
前記Ｘ線照射器は、前記Ｘ線収容容器と、前記Ｘ線の曝射範囲を制限するコリメータとを備えるとともに、前記Ｘ線検出器に対する角度が可変であり、
前記Ｘ線管は、電子線を第１方向に向けて放出する陰極と、前記陰極と対向する位置に配され、第２方向を有する対向面が形成され前記放出された電子線が当該対向面に衝突することで前記対向面の傾斜角度に応じた方向にＸ線を放出するターゲットと、前記陰極と前記ターゲットとを絶縁して支持する外囲器と、前記第１方向と前記第２方向との相対角を調整する相対角可変機構と、を備え、
前記第１方向と前記第２方向との相対角、及び前記Ｘ線照射器の前記Ｘ線検出器に対する角度を制御する制御手段を備えたことを特徴とするＸ線装置。
前記相対角可変機構は、前記外囲器に対して、前記ターゲットが回転する回転軸の角度を変更させるものであることを特徴とする請求項１記載のＸ線装置。
前記相対角可変機構は、前記外囲器に対する前記陰極からの前記電子の放出方向を変更させるものであることを特徴とする請求項１記載のＸ線装置。
前記制御手段は、前記Ｘ線検出器と前記Ｘ線管との相対位置、検出予定領域の位置、検出予定領域の大きさ及び検出拡大率のうち少なくともいずれか１つを含む条件に応じて、前記第１方向と前記第２方向との相対角及び前記Ｘ線照射器の前記Ｘ線検出器に対する角度を制御することを特徴とする請求項１記載のＸ線装置。