以下、図面を参照して、実施形態に係るX線管及びX線CT装置を説明する。なお、以下の実施形態では、重複する説明は適宜省略する。
(第1の実施形態)
図1を参照しながら、第1の実施形態に係るX線CT装置1の構成について説明する。図1は、第1の実施形態に係るX線CT装置の構成例を示す図である。X線CT装置1は、図1に示すように、架台2と、寝台20と、コンソール30とを備える。なお、X線CT装置1の構成は、下記の構成に限定されるものではない。
架台2は、高電圧発生回路3と、コリメータ調整回路4と、架台駆動回路5と、X線管6aと、ウェッジ7と、コリメータ8と、検出器9と、データ収集回路10と、回転フレーム11と、第1のセンサ12と、第2のセンサ13と、第3のセンサ14と、浮上コイル制御回路15とを備える。
高電圧発生回路3は、X線管6aに管電圧を供給する。コリメータ調整回路4は、コリメータ8の開口度及び位置を調整することにより、X線管6aが発生させたX線の照射範囲を調整する。架台駆動回路5は、回転フレーム11を回転させることにより、被検体Pを中心とする円軌道上でX線管6a及び検出器9を旋回させる。
X線管6aは、高電圧発生回路3が供給する管電圧によりX線を発生させる。X線管6aの詳細は、後述する。
ウェッジ7は、X線管6aが発生させたX線の線量を調節するためのX線フィルタである。コリメータ8は、X線の照射範囲を調整するためのスリットである。コリメータ8の開口度及び位置は、コリメータ調整回路4により調整される。
検出器9は、X線を検出する。検出器9は、複数の検出素子を有する。検出器9は、X線管6aが発生させたX線を検出素子により検出する。検出素子は、入射したX線を電気信号に変換し、この電気信号をデータ収集回路10へ出力する。検出器9が有する検出素子の大きさ、形状及び数は、特に限定されない。なお、検出器9は、直接変換型及び間接変換型のいずれでもよい。データ収集回路10は、検出素子が出力した電気信号に基づいて投影データを生成する。
回転フレーム11は、円環状のフレームである。回転フレーム11は、X線管6a及び検出器9を支持する。X線管6aと検出器9は、対向している。回転フレーム11は、架台駆動回路5により駆動され、被検体Pを中心として回転する。
第1のセンサ12は、X線管6aの位置を検出する。第1のセンサ12は、例えば、図1に示すように、架台2に取り付けられる。或いは、第1のセンサ12は、X線管6aに取り付けられる。第1のセンサ12がX線管6aの位置を検出する方法は、特に限定されない。
第2のセンサ13は、X線管6aの向きを検出する。第2のセンサ13は、例えば、図1に示すように、架台2に取り付けられる。或いは、第2のセンサ13は、X線管6aに取り付けられる。第2のセンサ13がX線管6aの向きを検出する方法は、特に限定されない。
第3のセンサ14は、X線管6aの速度を検出する。第3のセンサ14は、例えば、図1に示すように、架台2に取り付けられる。或いは、第3のセンサ14は、X線管6aに取り付けられる。第3のセンサ14がX線管6aの速度を検出する方法は、特に限定されない。
浮上コイル制御回路15は、X線管6aの位置、X線管6aの向き、X線管6aの速度及びX線管6a内における陽極601aの位置の少なくとも一つに応じて浮上コイル610aに流す電流を制御する。浮上コイル制御回路15の詳細は、後述する。
寝台20は、天板21と、寝台駆動回路22とを備える。天板21は、被検体Pが載せられる板状の部材である。寝台駆動回路22は、被検体Pが載せられた天板21を移動させることにより、被検体Pを架台2の撮影口内で移動させる。
コンソール30は、入力回路31と、ディスプレイ32と、投影データ記憶回路33と、画像記憶回路34と、記憶回路35と、処理回路36とを備える。
入力回路31は、指示や設定を入力するユーザにより使用される。入力回路31は、例えば、マウス、キーボードに含まれる。入力回路31は、ユーザが入力した指示や設定を処理回路36に転送する。入力回路31は、例えば、プロセッサにより実現される。
ディスプレイ32は、ユーザが参照するモニタである。ディスプレイ32は、例えば、CT画像、ユーザが指示や設定を入力する際に使用するGUI(Graphical User Interface)を表示する旨の指示を処理回路36から受ける。ディスプレイ32は、この指示に基づいてCT画像やGUIを表示する。
投影データ記憶回路33は、後述する前処理機能362により生成された生データ(Raw Data)を記憶する。画像記憶回路34は、後述する画像生成機能363により生成されたCT画像を記憶する。
記憶回路35は、高電圧発生回路3、コリメータ調整回路4、架台駆動回路5、データ収集回路10及び浮上コイル制御回路15が上述した機能を実現するためのプログラムを記憶する。記憶回路35は、寝台駆動回路22が上述した機能を実現するためのプログラムを記憶する。記憶回路35は、処理回路36が後述するスキャン制御機能361、前処理機能362、画像生成機能363、制御機能365及びその他の機能それぞれを実現するためのプログラムを記憶する。したがって、高電圧発生回路3、コリメータ調整回路4、架台駆動回路5、データ収集回路10、浮上コイル制御回路15、寝台駆動回路22及び処理回路36は、記憶回路35に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、その機能を実現する。
また、投影データ記憶回路33、画像記憶回路34及び記憶回路35は、記憶されている情報をコンピュータにより読み出すことができる記憶媒体を有する。記憶媒体は、例えば、ハードディスクである。
処理回路36は、スキャン制御機能361、前処理機能362、画像生成機能363、表示制御機能364及び制御機能365を有する。これらの機能の詳細は、後述する。処理回路36は、例えば、プロセッサにより実現される。
図2を参照しながら、第1の実施形態に係るX線CT装置1の処理の一例について説明する。図2は、第1の実施形態に係るX線CT装置が行う処理の一例を示すフローチャートである。
処理回路36は、図2に示すように、スキャンを実行し、投影データを収集する(ステップS1)。ステップS1の処理は、例えば、次のようなものである。
処理回路36は、記憶回路35からスキャン制御機能361に相当するプログラムを読み出して実行する。スキャン制御機能361は、スキャンを実行するためにX線CT装置1を制御する機能である。例えば、処理回路36は、スキャン制御機能361を実行することにより、X線CT装置1を次のように制御する。
処理回路36は、寝台駆動回路22を制御することにより、被検体Pを架台2の撮影口内へ移動させる。処理回路36は、架台2に被検体Pのスキャンを実行させる。具体的には、処理回路36は、高電圧発生回路3を制御することにより、X線管6aへ管電圧を供給させる。処理回路36は、コリメータ調整回路4を制御することにより、コリメータ8の開口度及び位置を調整する。また、処理回路36は、架台駆動回路5を制御することにより、回転フレーム11を回転させる。そして、処理回路36は、データ収集回路10を制御することにより、データ収集回路10に投影データを収集させる。X線CT装置1が実行するスキャンは、例えば、コンベンショナルスキャン、ヘリカルスキャン、ステップアンドシュートである。
処理回路36は、図2に示すように、投影データに前処理を施す(ステップS2)。ステップS2の処理は、例えば、次のようなものである。
処理回路36は、記憶回路35から前処理機能362に相当するプログラムを読み出して実行する。前処理機能362は、データ収集回路10により生成された投影データを補正する機能である。この補正は、例えば、対数変換、オフセット補正、感度補正、ビームハードニング補正、散乱線補正である。前処理機能362により補正された投影データは、投影データ記憶回路33に格納される。なお、前処理機能362により補正された投影データは、生データとも呼ばれる。
処理回路36は、図2に示すように、CT画像を生成し、表示する(ステップS3)。ステップS3の処理は、例えば、次のようなものである。
処理回路36は、記憶回路35から画像生成機能363に相当するプログラムを読み出して実行する。画像生成機能363は、投影データ記憶回路33に格納されている生データを再構成し、CT画像を生成する機能である。再構成方法は、例えば、逆投影処理、逐次近似法である。処理回路36は、記憶回路35から表示制御機能364に相当するプログラムを読み出して実行する。表示制御機能364は、画像記憶回路34に格納されているCT画像をディスプレイ32に表示する機能である。
なお、処理回路36は、上述した処理を実行する際、適宜、記憶回路35から制御機能365に相当するプログラムを読み出して実行する。制御機能365は、架台2、寝台20及びコンソール30の各構成要素を目的に応じて適切なタイミングで動作させる機能及びその他の機能を含む。
図3から図8を参照しながら、第1の実施形態に係るX線管6aの構造及び動作を説明する。以下の説明においては、次のように定義されたX方向、Y方向及びZ方向を使用する。後述する陽極の回転軸Zrと平行な方向をZ方向と定義する。X方向及びY方向は、Z方向と直交するものとする。X方向、Y方向及びZ方向は、右手系を形成している。また、この座標系は、X線管6aに固定されているものとする。
図3は、第1の実施形態に係るX線管の回転軸Zrを通り、YZ平面に平行な平面により切断し、−X方向から見たときの図である。図4は、第1の実施形態に係る浮上コイルを説明するための図である。図5は、第1の実施形態に係るX線管を図3に示したA−A線を通り、XY平面に平行な平面により切断し、+Z方向から見たときの図である。図6は、第1の実施形態に係るX線管が有する磁石、浮上コイル及び推進コイルの位置関係を説明するための図である。図7は、第1の実施形態に係るX線管が陽極を宙に浮かせるための引力及び斥力を説明するための図である。図8は、第1の実施形態に係るX線管が陽極を回転軸周りに回転させるための引力及び斥力を説明するための図である。
X線管6aは、図3に示すように、陽極601aと、断熱材602aと、磁石603aと、スリップリング604aと、捕捉機構605aと、陰極606aと、第1の筐体607aと、第4のセンサ608aと、第2の筐体609aと、浮上コイル610aと、推進コイル611aと、推進コイル612aとを備える。なお、X線管6aの構成は、下記の構成に限定されるものではない。
陽極601aは、図3に示すように、陰極606aが放出する電子Eを受けてX線Rを発生させる。陽極601aの形状は、図3に示すように、回転軸Zrを軸とする回転体である。陽極601aは、半径が大きな部分及び半径が小さな部分を有する。半径が大きな部分は、陽極601aの−Z方向側に位置する。半径が小さな部分は、陽極601aの+Z方向側に位置する。ここでいう半径とは、回転軸Zrに垂直な平面と陽極601aとの交線と回転軸Zrとの距離である。陽極601aは、半径が大きな部分で陰極606aが放出する電子Eを受ける。陽極601aが電子Eを受ける部分は、図3に示すように、陰極606aに近づくにつれて半径が小さくなっている。
また、陽極601aは、電磁力により宙に浮いて回転軸Zr周りに自転する。具体的には、陽極601aは、浮上コイル610aが磁石603aとの間に発生させる電磁力により宙に浮く。また、陽極601aは、推進コイル611a及び推進コイル612aが磁石603aとの間に発生させる電磁力により回転軸Zr周りに自転する。このため、陽極601aが電子Eを受ける部分は、回転軸Zr上の点を中心とする円軌道上を周回する。また、陽極601aは、電子Eを受けることにより発熱する。なお、陽極601aは、接地されている。
断熱材602aは、陽極601aで発生した熱が磁石603aに伝わることを抑制する。これにより、磁石603aが発生させる磁極の強さが低下することが抑制される。断熱材602aの形状は、円盤状である。断熱材602aは、図3に示すように、孔6021a及び孔6022aを有する。孔6021aには、陽極601aのうち半径が小さい部分の一部が挿入されている。孔6022aには、磁石603aが挿入されている。
磁石603aは、磁極を発生させる。すなわち、磁石603aは、磁気モーメントを発生させる。磁石603aが発生させる磁気モーメントは、回転軸Zrと平行となる。磁石603aは、例えば、永久磁石、電磁石である。また、電磁石は、芯を有していなくてもよい。ただし、永久磁石を備えるX線管6aは、電磁石を備えるX線管6aより構成が簡易なものとなる。なぜなら、永久磁石は、電流を流すための配線や電源を必要としないからである。
磁石603aは、陽極601aに接続されている。すなわち、磁石603aは、断熱材602aが有する孔6022aに挿入されている。磁石603aは、図6に示すように、回転軸Zrを取り囲むように配置されている。磁石603aは、陽極601aの自転により回転軸Zr上の点を中心とする円軌道上を周回する。
スリップリング604aは、陽極601aを陰極606aと電気的に接続する。すなわち、スリップリング604aは、陽極601aと陰極606aを電気的に接続し、一つの閉回路を形成している。これにより、陽極601aと陰極606aとの間に電位差が設けられる。この電位差が大きい場合、陰極606aが放出した電子Eは、図3に示すように、陽極601aに向かってZ方向に略平行に飛行する。
また、上述したように、陽極601aは、電子Eを受けることにより発熱する。このため、スリップリング604aは、熱に強い材料で作製されていることが好ましい。また、陽極601aは、推進コイル611a及び推進コイル612aが磁石603aとの間に発生させる引力及び斥力の少なくとも一方により、回転軸Zr周りに回転する。このため、スリップリング604aは、摩擦に強い構造であることが好ましい。摩擦に強い構造とは、例えば、ファイバーブラシである。
捕捉機構605aは、陽極601aを捕捉する。具体的には、捕捉機構605aは、例えば、瞬時停電時、X線管6aの立ち上げ時、X線管6aの立ち下げ時に、回転する陽極601aの半径が小さな部分を捕捉する。捕捉機構605aの構造は、回転する陽極601aの捕捉及び解放が可能な構造であれば、特に限定されない。また、捕捉機構605aは、陽極601aの回転を妨げない構造であることが好ましい。例えば、捕捉機構605aは、陽極601aと接触する部分に、ボールや円筒コロを備える。これにより、捕捉機構605aは、陽極601aの回転を妨げることなく、陽極601aを捕捉した状態を保つことができる。また、捕捉機構605aは、例えば、X線管6aが運搬される場合、陽極601aを捕捉する。捕捉機構605aは、例えば、専用の電源や瞬時停電時用のコンデンサから供給される電力により稼働する。
陰極606aは、図3に示すように、電子Eを放出する。陰極606aは、例えば、タングステンで作製されたフィラメントである。フィラメントは、熱電子を放出する。熱電子とは、フィラメントに流れる電流により発生した熱により励起され、フィラメントの外に飛び出す電子である。陰極606aが放出した電子Eは、陽極601aと陰極606aとの間に印加された電圧により加速され、陽極601aに衝突する。
第1の筐体607aは、図3に示すように、陽極601a、断熱材602a、磁石603a、捕捉機構605a、陰極606a及び第4のセンサ608aを収納する。第1の筐体607aは、例えば、ガラスで作製されている。また、第1の筐体607aは、第1のX線窓6071aを有する。第1のX線窓6071aは、陽極601aが発生させたX線Rを通過させる。なお、第1の筐体607aは、インサートとも呼ばれる。
第4のセンサ608aは、X線管6a内における陽極601aの位置を検出する。すなわち、第4のセンサ608aは、X線管6a内における陽極601aのX方向、Y方向及びZ方向の位置を検出する。第4のセンサ608aは、図3に示すように、第1の筐体607aの内壁に複数取り付けられている。第4のセンサ608aが検出した結果は、浮上コイル制御回路15へ送られる。なお、第4のセンサ608aが陽極601aのX方向、Y方向及びZ方向の位置を検出する方法は、特に限定されない。
第2の筐体609aは、図3に示すように、第1の筐体607a、浮上コイル610a、推進コイル611a及び推進コイル612aを収納する。第2の筐体609aは、陽極601aが発生させたX線Rを遮蔽することができる材料で作製されている。X線Rを遮蔽することができる材料は、例えば、鉛である。また、第2の筐体609aは、第2のX線窓6091aを有する。第2のX線窓6091aは、陽極601aが発生させたX線Rを通過させる。なお、第2の筐体609aは、ハウジングとも呼ばれる。
浮上コイル610aは、図3に示すように、第1の筐体607aと第2の筐体609aの間に設けられている。浮上コイル610aは、図3に示すように、第1の筐体607a、磁石603a及び断熱材602aを挟んで対向するように配置されている。また、浮上コイル610aは、図5及び図6に示すように、回転軸Zrを取り囲むように配置されている。
浮上コイル610aは、導線を8の字に巻くことにより形成されている。具体的には、浮上コイル610aは、次のようにして作製される。まず、導線の一端を図4に示した点Pに固定し、導線を矢印Aに沿って点Pから点Qまで巻く。導線を矢印Bに沿って点Qから点Rまで巻く。導線を矢印Cに沿って点Rから点Qまで巻く。導線を矢印Dに沿って点Qから点Pまで巻く。すなわち、浮上コイル610aは、導線を矢印A、矢印B、矢印C、矢印Dの順番で繰り返し巻くことにより作製される。
浮上コイル610aは、導線を8の字に巻くことにより形成されている。具体的には、浮上コイル610aは、次のようにして作製される。まず、導線の一端を図4に示した点Qに固定する。次に、導線を矢印Dに沿って点Qから点Pまで巻き、導線を矢印Aに沿って点Pから点Qまで巻く作業を繰り返す。そして、導線を矢印Bに沿って点Qから点Rまで巻き、導線を矢印Cに沿って点Rから点Qまで巻く作業を繰り返す。すなわち、浮上コイル610aは、導線を矢印A、矢印Dの順番で繰り返し巻いた後、導線を矢印B、矢印Cの順番で繰り返し巻くことにより作製される。
なお、浮上コイル610aは、図4に示した点Qで接触する二つの単純閉曲線を含む形状でもよい。ここで、単純閉曲線とは、自身と交わらない閉じた曲線である。また、導線の一端を固定する場所は、いずれかの単純閉曲線上であればよい。
浮上コイル610aは、通電されることにより、磁極を発生させる。すなわち、浮上コイル610aは、通電されることにより、磁気モーメントを発生させる。浮上コイル610aが発生させる磁気モーメントは、回転軸Zrと平行となる。なぜなら、浮上コイル610aは、図3、図5及び図6に示すように、コイル面が回転軸Zrと直交するように配置されているからである。なお、磁気モーメントとは、S極を始点とし、N極を終点とするベクトルに、S極及びN極の磁極の強さを掛けたベクトル量である。
浮上コイル610aが発生させた磁気モーメントの磁極の一方は、磁石603aとの間に引力及び斥力の少なくとも一方を発生させる。この電磁力は、陽極601aを宙に浮かせる。つまり、浮上コイル610aは、陽極601aを宙に浮いた状態にする電磁力として磁石603aとの間に引力及び斥力の少なくとも一方を発生させる。
図7を参照しながら、浮上コイル610aが陽極601aを宙に浮かせる方法について具体的に説明する。以下の説明では、X線管6aが架台2内において最も下方に位置している時を例に挙げて説明する。この時、X線管6aは、真上に向かってX線を発生させる。
図7に示した磁石603aは、図6において回転軸Zrから見て+Y方向の位置にある磁石603aである。図7に示した浮上コイル610a、推進コイル611a及び推進コイル612aは、図6に示すように、回転軸Zrから見て+Y方向の位置にある磁石603aと重なっている浮上コイル610a、推進コイル611a及び推進コイル612aである。図7は、X線管6aが架台2内において最も下方に位置している時に、磁石603aと浮上コイル610aとの間に発生する電磁力を示している。
X線管6aが架台2内において最も下方に位置している時、陽極601aに働く力は、+Y方向に働く重力及び+Y方向に働く遠心力である。したがって、X線管6aは、陽極601aを宙に浮かせるため、これらの力を打ち消す力を陽極601aに作用させる必要がある。
浮上コイル610aは、図7に示すように、磁石603a及び断熱材602aの+Z方向側及び−Z方向側に一つずつ配置されている。+Z方向側の浮上コイル610aが磁石603aに向かって発生させる磁極は、+Y方向側がS極であり、−Y方向側がN極である。−Z方向側の浮上コイル610aが磁石603aに向かって発生させる磁極は、+Y方向側がN極であり、−Y方向側がS極である。磁石603aが+Z方向側の浮上コイル610aに向かって発生させる磁極は、S極である。磁石603aが−Z方向側の浮上コイル610aに向かって発生させる磁極は、N極である。
−Z方向側の浮上コイル610aが発生させるS極は、磁石603aが発生させるN極との間に引力AT1を発生させる。−Z方向側の浮上コイル610aが発生させるN極は、磁石603aが発生させるN極との間に斥力RE1を発生させる。引力AT1と斥力RE1の合力NE1は、−Y方向に働く力である。
+Z方向側の浮上コイル610aが発生させるN極は、磁石603aが発生させるS極との間に引力AT2を発生させる。+Z方向側の浮上コイル610aが発生させるS極は、磁石603aが発生させるS極との間に斥力RE2を発生させる。引力AT2と斥力RE2の合力NE2は、−Y方向に働く力である。
架台2内でX線管6aが最も下方に位置する場合に、陽極601aに働く重力及び遠心力は、合力NE1及び合力NE2により打ち消される。このため、X線管6aは、陽極601aを宙に浮かせることができる。
上述した説明では、図6において回転軸Zrから見て+Y方向の位置にある磁石603aと、当該磁石603aと重なっている浮上コイル610aとの間に発生する電磁力が陽極601aを宙に浮かせる場合について述べたが、これに限定されない。図6において回転軸Zrから見て+Y方向の位置にある磁石603a以外の磁石603aと、当該磁石603aと重なっている浮上コイル610aとの間に発生する電磁力が陽極601aを宙に浮かせてもよい。いずれの場合も、磁石603aと、当該磁石603aと重なっている浮上コイル610aとの間に発生する電磁力の合力が、陽極601aに働く重力及び遠心力を打ち消す。
また、磁石603aと、当該磁石603aと重なっている浮上コイル610aとの間に発生する電磁力の合力は、X線管6aの位置、X線管6aの向き及びX線管6aの速度に関係無く、陽極601aに働く重力及び遠心力を打ち消す。浮上コイル制御回路15は、このような電磁力を発生させ続けるため、X線管6aの位置、X線管6aの向き及びX線管6aの速度に応じて浮上コイル610aに流す電流を制御する。
さらに、磁石603aと、当該磁石603aと重なっている浮上コイル610aとの間に発生する電磁力の合力は、X線管6a内における陽極601aの位置を調整することができる。X線管6a内における陽極601aの位置の調整は、陽極601aを宙に浮かせたままにすることを含む。また、X線管6a内における陽極601aの位置の調整は、X線管6a内における陽極601aの位置を所定の範囲内に収めた状態を維持することを含む。
X線管6a内における陽極601aの位置は、第4のセンサ608aにより検出される。第4のセンサ608aが検出した結果は、浮上コイル制御回路15に送信される。浮上コイル制御回路15は、第4のセンサ608aが検出した結果に基づいて浮上コイル610aに流す電流を制御する。これにより、浮上コイル制御回路15は、X線管6a内における陽極601aの位置を調整することができる。
なお、浮上コイル制御回路15は、X線管6aの位置、X線管6aの向き、X線管6aの速度及びX線管6a内における陽極601aの位置の少なくとも一つに応じて浮上コイル610aに流す電流を制御してもよい。具体的には、浮上コイル制御回路15は、第1のセンサ12、第2のセンサ13、第3のセンサ14及び第4のセンサ608aの少なくとも一つが検出した結果に基づいて浮上コイル610aに流す電流を制御する。
これにより、浮上コイル制御回路15は、X線管6aの位置、X線管6aの向き、X線管6aの速度及びX線管6a内における陽極601aの位置に関らず、陽極601aを宙に浮かせたままにすることができる。また、浮上コイル制御回路15は、X線管6aの位置、X線管6aの向き、X線管6aの速度及びX線管6a内における陽極601aの位置に関らず、X線管6a内における陽極601aの位置を所定の範囲内に収めた状態を維持することができる。
推進コイル611a及び推進コイル612aは、図3に示すように、第1の筐体607aと第2の筐体609aの間に設けられている。推進コイル611aは、図3に示すように、第1の筐体607a、磁石603a、断熱材602a及び浮上コイル610aを挟んで互いに対向するように配置されている。推進コイル612aは、図3に示すように、第1の筐体607a、磁石603a、断熱材602a、浮上コイル610a及び推進コイル611aを挟んで互いに対向するように配置されている。また、推進コイル611a及び推進コイル612aは、図5及び図6に示すように、回転軸Zrを取り囲むように配置されている。推進コイル611a及び推進コイル612aは、図5及び図6に示すように、導線を長方形の四つの角を丸めた形状に巻くことにより形成されている。
推進コイル611a及び推進コイル612aは、通電されることにより、磁極を発生させる。すなわち、推進コイル611a及び推進コイル612aは、通電されることにより、磁気モーメントを発生させる。推進コイル611a及び推進コイル612aが発生させる磁気モーメントは、回転軸Zrと平行となる。なぜなら、推進コイル611a及び推進コイル612aは、図3、図5及び図6に示すように、コイル面が回転軸Zrと直交するように配置されているからである。
推進コイル611aが発生させた磁気モーメントの磁極の一方は、磁石603aとの間に引力及び斥力の少なくとも一方を発生させる。推進コイル612aが発生させた磁気モーメントの磁極の一方は、磁石603aとの間に引力及び斥力の少なくとも一方を発生させる。この電磁力は、陽極601aを回転軸Zr周りに回転させる。つまり、推進コイル611a及び推進コイル612aは、陽極601aを回転軸Zr周りに回転させる電磁力として磁石603aとの間に引力及び斥力の少なくとも一方を発生させる。
図8を参照しながら、推進コイル611a及び推進コイル612aが陽極601aを回転させる方法について具体的に説明する。
図8は、磁石603a、浮上コイル610a、推進コイル611a及び推進コイル612aを+Y方向から見たときの図である。図8に示した磁石603aは、図6において回転軸Zrから見て+Y方向の位置にある磁石603aである。図7に示した浮上コイル610a、推進コイル611a及び推進コイル612aは、図6において回転軸Zrから見て+Y方向の位置にある磁石603aと重なっている浮上コイル610a、推進コイル611a及び推進コイル612aである。
推進コイル611aは、図8に示すように、磁石603a、断熱材602a及び浮上コイル610aの+Z方向側及び−Z方向側に一つずつ配置されている。+Z方向側の推進コイル611aが磁石603aに向かって発生させる磁極は、S極である。−Z方向側の推進コイル611aが磁石603aに向かって発生させる磁極は、N極である。
推進コイル612aは、図8に示すように、磁石603a、断熱材602a、浮上コイル610a及び推進コイル611aの+Z方向側及び−Z方向側に一つずつ配置されている。+Z方向側の推進コイル612aが磁石603aに向かって発生させる磁極は、N極である。−Z方向側の推進コイル612aが磁石603aに向かって発生させる磁極は、S極である。
磁石603aが+Z方向側の推進コイル611a及び推進コイル612aに向かって発生させる磁極は、N極である。磁石603aが−Z方向側の推進コイル611a及び推進コイル612aに向かって発生させる磁極は、S極である。
+Z方向側の推進コイル611aが発生させるS極は、磁石603aが発生させるN極との間に引力AT3を発生させる。+Z方向側の推進コイル612aが発生させるN極は、磁石603aが発生させるN極との間に斥力RE3を発生させる。引力AT3と斥力RE3の合力NE3は、−X方向に働く力である。
−Z方向側の推進コイル611aが発生させるN極は、磁石603aが発生させるS極との間に引力AT4を発生させる。−Z方向側の推進コイル612aが発生させるS極は、磁石603aが発生させるS極との間に斥力RE4を発生させる。引力AT4と斥力RE4の合力NE4は、−X方向に働く力である。
合力NE3及び合力NE4は、右ネジが+Z方向に進む際に回転する方向へ陽極601aを回転させる。また、磁石603aと、当該磁石603aと重なっている推進コイル611a及び推進コイル612aとの間に発生する電磁力の合力も、右ネジが+Z方向に進む際に回転する方向へ陽極601aを回転させる。
陽極601aの回転速度を上げる場合、推進コイル611a及び推進コイル612aは、上述した電磁力を発生させるように通電される。一方、陽極601aの回転速度を下げる場合、上述した電磁力と反対方向の電磁力を発生させるように通電される。
第1の筐体607aと第2の筐体609aの間の領域は、図3に示すように、冷却オイルLで満たされている。冷却オイルLは、熱輻射により陽極601aで発生した熱を吸収する。このため、冷却オイルLは、陽極601aで発生した熱がX線管6aの他の部分に伝わることを抑制することができる。また、冷却オイルLは、熱伝導により浮上コイル610a、推進コイル611a及び推進コイル612aを冷却することができる。
さらに、冷却オイルLは、第1の筐体607aと第2の筐体609aの間の領域に接続されたポンプにより循環している。したがって、上述した冷却オイルLの効果は、一層強くなる。なお、ポンプは、第1の筐体607aと第2の筐体609aの間の領域以外の領域に設けられている。
上述したように、第1の実施形態に係るX線CT装置1は、X線管6aを備える。X線管6aは、陽極601aを電磁力により宙に浮かせるため、回転軸Zrを中心軸とし、陽極601aと第1の筐体607aとの間に配置される軸受を必要としない。
このため、X線管6aは、陽極601aの回転速度を向上させることができる。これにより、X線管6aは、陽極601aが電子Eを受ける部分の面積を小さくすることができる。また、X線管6aは、動作音を抑制することができる。さらに、X線管6aは、摩擦による軸受の劣化により使用できなくなることが無くなる。
また、X線管6aが軸受を必要としないことに加え、浮上コイル610a、推進コイル611a及び推進コイル612aは、コイル面が回転軸Zrと直交するように配置されている。このため、X線管6aの回転軸Zrを中心とする動径方向の寸法は、小さくなる。したがって、X線管6aは、動径方向の寸法を小さくする必要があるX線CT装置1にとって好適である。
X線管6aは、浮上コイル制御回路15を備える。浮上コイル制御回路15は、X線管6aの位置、X線管6aの向き、X線管6aの速度及びX線管6a内における陽極601aの位置の少なくとも一つに応じて浮上コイル610aに流す電流を制御する。このため、浮上コイル制御回路15は、陽極601aを宙に浮かせたままにすることができる。したがって、X線CT装置1は、架台2内におけるX線管6aの位置に関らず、上述した効果を得ることができる。
さらに、X線管6aは、浮上コイル610aにより、X線管6a内における陽極601aの位置を調整することができる。これにより、X線管6aは、陽極601aが熱膨張することにより、陽極601aが電子Eを受ける部分がずれることを抑制することができる。また、上述した通り、X線管6aは、陽極601aが電子Eを受ける部分の面積を小さくすることができる。このため、X線管6aは、X線Rを安定的に発生させることができる。したがって、第1の実施形態に係るX線CT装置1は、高精細なCT画像を生成することができる。
架台2は、第1のセンサ12を有していなくてもよい。この場合、架台2は、例えば、スキャン開始時におけるX線管の位置、スキャン中のX線管の速度に基づいてX線管の位置を算出する。
架台2は、第2のセンサ13を有していなくてもよい。この場合、架台2は、例えば、X線管の位置からX線管の向きを特定する。
架台2は、第3のセンサ14を有していなくてもよい。この場合、架台2は、例えば、スキャン開始時におけるX線管の位置及びスキャン開始から経過した時間に基づいてX線管の速度を算出する。
浮上コイル610aは、導線を円形に巻くことにより形成されている第1のコイル及び第2のコイルを含んでいてもよい。この場合、第1のコイルに流れる電流の方向と第2のコイルに流れる電流の方向は、反対となる。これにより、図7を参照しながら説明した磁極の配置が実現する。
浮上コイル610a、推進コイル611a及び推進コイル612aの少なくとも一つは、第1の筐体607aの内側に配置されてもよい。ただし、浮上コイル610a、推進コイル611a及び推進コイル612aを第1の筐体607aの外側に配置した方が、ユーザは、容易にX線管6aの修理や手入れをすることができる。
浮上コイル610a、推進コイル611a及び推進コイル612aの少なくとも一つは、第2の筐体609aの外側に配置されてもよい。この場合、第2の筐体609aの外側に配置され浮上コイル610a、推進コイル611a及び推進コイル612aは、冷却オイルLと接触しない。しかし、冷却オイルLは、第2の筐体609aを介して第2の筐体609aの外側に配置され浮上コイル610a、推進コイル611a及び推進コイル612aから発生する熱を吸収することができる。このため、冷却オイルLは、第2の筐体609aの外側に配置され浮上コイル610a、推進コイル611a及び推進コイル612aを冷却することができる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、陽極601a、断熱材602a及び磁石603aは、第1の筐体607aから離れている。一方、第2の実施形態では、陽極601b、断熱材602b及び磁石603bは、第1の筐体607bに接続されている。以下、第2の実施形態に係るX線管6bについて説明する。なお、第1の実施形態と重複する内容については、同一の符号を使用し、詳細な説明を省略する。
第1のセンサ12は、X線管6bの位置を検出する。第1のセンサ12は、例えば、架台2に取り付けられる。或いは、第1のセンサ12は、X線管6bに取り付けられる。第1のセンサ12がX線管6bの位置を検出する方法は、特に限定されない。
第2のセンサ13は、X線管6bの向きを検出する。第2のセンサ13は、例えば、X線管6bに取り付けられる。第2のセンサ13がX線管6bの向きを検出する方法は、特に限定されない。
第3のセンサ14は、X線管6bの速度を検出する。第3のセンサ14は、例えば、架台2に取り付けられる。或いは、第3のセンサ14は、X線管6bに取り付けられる。第3のセンサ14がX線管6bの速度を検出する方法は、特に限定されない。
図9及び図10を参照しながら、第2の実施形態に係るX線管6bの構造及び動作を説明する。図9は、第2の実施形態に係るX線管の回転軸Zrを通り、YZ平面に平行な平面により切断し、−X方向から見たときの図である。図10は、第2の実施形態に係るX線管を図9に示したB−B線を通り、XY平面に平行な平面により切断し、+Z方向から見たときの図である。第2の実施形態に係るX線CT装置は、X線管6aの代わりにX線管6bを備える。
X線管6bは、図9に示すように、陽極601bと、断熱材602bと、磁石603bと、スリップリング6041bと、スリップリング6042bと、捕捉機構605bと、陰極606bと、第1の筐体607bと、第4のセンサ608bと、第2の筐体609bと、浮上コイル610bと、推進コイル611bと、推進コイル612bと、X線漏洩防止カバー6131bと、X線漏洩防止カバー6132bと、偏向用電極614bとを備える。なお、X線管6bの構成は、下記の構成に限定されるものではない。
陽極601bは、図9に示すように、陰極606bが放出する電子Eを受けてX線Rを発生させる。陽極601bの形状は、図9に示すように、回転軸Zrを軸とする回転体である。陽極601bは、陰極606bが放出する電子Eを受ける。陽極601bが電子Eを受ける部分は、図9に示すように、陰極606bに近づくにつれて半径が小さくなっている。また、陽極601bは、第1の筐体607bに接続されている。具体的には、陽極601bは、第1の筐体607bの+Z方向側の側面に接続されている。
また、陽極601bは、電磁力により宙に浮いて回転軸Zr周りに自転する。具体的には、陽極601bは、浮上コイル610bが磁石603bとの間に発生させる電磁力により、第1の筐体607bと共に宙に浮く。また、陽極601bは、推進コイル611b及び推進コイル612bが磁石603bとの間に発生させる電磁力により、第1の筐体607bと共に回転軸Zr周りに自転する。
断熱材602bは、陽極601bで発生した熱が磁石603bに伝わることを抑制する。断熱材602bは、図9に示すように、第1の筐体607bの+Z方向側の側面を挟んで陽極601bと対向するように配置されている。
磁石603bは、磁極を発生させる。すなわち、磁石603bは、磁気モーメントを発生させる。磁石603bが発生させる磁気モーメントは、回転軸Zrと平行となる。磁石603bは、陽極601bに接続されている。すなわち、磁石603bは、図9に示すように、断熱材602bを挟んで第1の筐体607bの+Z方向側の側面と対向するように配置されている。磁石603bは、回転軸Zrを取り囲むように配置されている。磁石603bは、陽極601bの自転により回転軸Zr上の点を中心とする円軌道上を周回する。
スリップリング6041bは、陽極601bを陰極606bと電気的に接続する。スリップリング6042bは、陰極606bを陽極601bと電気的に接続する。
捕捉機構605bは、陽極601bを捕捉する。すなわち、捕捉機構605bは、第1の筐体607bを捕捉することにより、陽極601bを捕捉する。ここで、陽極601b、断熱材602b、磁石603b及び第1の筐体607b全体の重心は、陽極601b側に位置している。したがって、捕捉機構605bは、図9に示すように、第1の筐体607bのうち陽極601bに近い部分を捕捉する。これにより、捕捉機構605bは、陽極601bを安定的に捕捉することができる。
陰極606bは、図9に示すように、電子Eを放出する。陰極606bが放出した電子Eは、陽極601bと陰極606bとの間に印加された電圧により加速される。また、陰極606bが放出した電子Eの軌道は、図9に示すように、偏向用電極614bにより調整される。
第1の筐体607bは、図9に示すように、陽極601b及び陰極606bを収納する。第1の筐体607bは、例えば、ガラスで作製されている。また、第1の筐体607bは、第1のX線窓6071bを有する。なお、第1の筐体607bは、インサートとも呼ばれる。
第4のセンサ608bは、X線管6b内における陽極601bの位置を検出する。すなわち、第4のセンサ608bは、X線管6b内における第1の筐体607bの位置を検出することにより、陽極601bの位置を検出する。ここで、X線管6b内における第1の筐体607b及び陽極601bの位置とは、X方向、Y方向及びZ方向の位置を意味する。第4のセンサ608bは、図9に示すように、第2の筐体609bの内壁に複数取り付けられている。第4のセンサ608bが検出した結果は、浮上コイル制御回路15へ送られる。
偏向用電極614bは、電場を発生させることにより、陰極606bが放出した電子Eの軌道を調整する。これにより、陰極606bが放出した電子Eは、陽極601bの所定の位置に衝突する。なお、X線管6bは、偏向用電極614bの代わりに偏向用コイルを備えていてもよい。偏向用コイルは、磁場を発生させることにより、陰極606bが放出した電子Eの軌道を調整する。
第2の筐体609bは、図9に示すように、断熱材602b、磁石603b、スリップリング6041b、スリップリング6042b、捕捉機構605b、第1の筐体607b、第4のセンサ608b及び偏向用電極614bを収納する。また、第2の筐体609bは、第2のX線窓6091bを有する。さらに、第2の筐体609bは、浮上コイル610bと等しい数の電磁力窓6092bを有する。
電磁力窓6092bは、図9に示すように、全ての浮上コイル610bの+Z方向側又は−Z方向側のコイル面全体を覆っている。また、電磁力窓6092bは、磁石603bと浮上コイル610bとの間に発生する電磁力と、磁石603bと推進コイル611bとの間に発生する電磁力と、磁石603bと推進コイル612bとの間に発生する電磁力とを遮蔽しない材料で作製されている。このような材料は、例えば、ガラス、樹脂である。
第1の筐体607bと第2の筐体609bの間の領域は、図9に示すように、冷却オイルLで満たされている。冷却オイルLは、熱伝導により陽極601bで発生した熱を吸収する。このため、冷却オイルLは、陽極601bで発生した熱がX線管6bの他の部分に伝わることを抑制することができる。また、陽極601bが熱伝導により冷却されるため、X線管6bは、冷却待ちの時間を短縮することができる。冷却オイルLは、第1の筐体607bと第2の筐体609bの間の領域に接続されたポンプにより循環している。したがって、上述した冷却オイルLの効果は、一層強くなる。
X線漏洩防止カバー6131bは、図9に示すように、第2の筐体609bの−Z方向側の面に設けられた電磁力窓6092b、浮上コイル610b、推進コイル611b及び推進コイル612bの全体を覆っている。同様に、X線漏洩防止カバー6132bは、第2の筐体609bの+Z方向側の面に設けられた電磁力窓6092b、浮上コイル610b、推進コイル611b及び推進コイル612bの全体を覆っている。また、X線漏洩防止カバー6131b及びX線漏洩防止カバー6132bは、X線を遮蔽することができる材料で作製されている。X線を遮蔽することができる材料は、例えば、鉛である。したがって、X線漏洩防止カバー6131b及びX線漏洩防止カバー6132bは、陽極601aで発生し、電磁力窓6092bを透過したX線がX線管6bの外側へ漏洩することを防止することができる。
浮上コイル610bは、図9に示すように、電磁力窓6092bと推進コイル611bの間に設けられている。浮上コイル610bのコイル面の一方は、図9に示すように、第2の筐体609bの+Z方向側又は−Z方向側の側面に設けられた電磁力窓6092bと接触している。また、浮上コイル610bのコイル面のもう一方は、図9に示すように、推進コイル611bのコイル面の一方と接触している。浮上コイル610bは、導線を8の字に巻くことにより形成されている。また、浮上コイル610bは、図10に示すように、回転軸Zrを取り囲むように配置されている。
浮上コイル制御回路15は、X線管6bの位置、X線管6bの向き、X線管6bの速度及びX線管6b内における陽極601bの位置の少なくとも一つに応じて浮上コイル610bに流す電流を制御する。具体的には、浮上コイル制御回路15は、第1のセンサ12、第2のセンサ13、第3のセンサ14及び第4のセンサ608bの少なくとも一つが検出した結果に基づいて浮上コイル610bに流す電流を制御する。これにより、陽極601bは、常に宙に浮いていることができる。ただし、第2の実施形態では、陽極601bが第1の筐体607bに接続されているため、陽極601bと共に第1の筐体607bも常に宙に浮いていることになる。
推進コイル611b及び推進コイル612bは、図9に示すように、第2の筐体609bの−Z方向側の面とX線漏洩防止カバー6131bの間に設けられている。或いは、推進コイル611b及び推進コイル612bは、図9に示すように、第2の筐体609bの+Z方向側の面とX線漏洩防止カバー6132bの間に設けられている。
推進コイル611bは、図9に示すように、第1の筐体607b、浮上コイル610bを挟んで第2の筐体609bの−Z方向側の側面と対向するように配置されている。推進コイル612bは、図9に示すように、浮上コイル610b及び推進コイル611bを挟んで第2の筐体609bの−Z方向側の側面と対向するように配置されている。また、推進コイル611b及び推進コイル612bは、図10に示すように、回転軸Zrを取り囲むように配置されている。推進コイル611b及び推進コイル612bが陽極601bを回転軸Zr周りに自転させる方法は、第1の実施形態と同様である。ただし、第2の実施形態では、陽極601bが第1の筐体607bに接続されているため、陽極601bと共に第1の筐体607bも回転軸Zr周りに自転する。
上述したように、第2の実施形態に係るX線CT装置は、X線管6bを備える。X線管6bは、第1の実施形態に係るX線管6aが奏する効果と同様の効果を奏する。また、X線管6bは、冷却オイルLにより陽極601bを冷却する。このため、X線管6bは、陽極601bの温度の上昇を抑制することができる。また、X線管6bは、陽極601bで発生した熱がX線管6bの他の部分に伝わることを抑制することができる。さらに、X線管6bは、冷却待ちの時間を短縮することができる。
(第3の実施形態)
第1の実施形態では、陽極601a、断熱材602a及び磁石603aのみが回転軸Zr周りに回転する。第1の実施形態と同様、第3の実施形態でも、陽極601c、断熱材602c及び磁石603cのみが回転軸Zr周りに回転する。以下、第3の実施形態に係るX線管6cについて説明する。なお、上述した実施形態と重複する内容については、同一の符号を使用し、詳細な説明を省略する。
第1のセンサ12は、X線管6cの位置を検出する。第1のセンサ12は、例えば、架台2に取り付けられる。或いは、第1のセンサ12は、X線管6cに取り付けられる。第1のセンサ12がX線管6cの位置を検出する方法は、特に限定されない。
第2のセンサ13は、X線管6cの向きを検出する。第2のセンサ13は、例えば、X線管6cに取り付けられる。第2のセンサ13がX線管6cの向きを検出する方法は、特に限定されない。
第3のセンサ14は、X線管6cの速度を検出する。第3のセンサ14は、例えば、架台2に取り付けられる。或いは、第3のセンサ14は、X線管6cに取り付けられる。第3のセンサ14がX線管6cの速度を検出する方法は、特に限定されない。
図11及び図12を参照しながら、第3の実施形態に係るX線管6cの構造及び動作を説明する。図11は、第3の実施形態に係るX線管の回転軸Zrを通り、YZ平面に平行な平面により切断し、−X方向から見たときの図である。図12は、第3の実施形態に係るX線管を図11に示したC−C線を通り、XY平面に平行な平面により切断し、+Z方向から見たときの図である。
X線管6cは、図11に示すように、陽極601cと、断熱材602cと、磁石603cと、スリップリング604cと、捕捉機構605cと、陰極606cと、第1の筐体607cと、第4のセンサ608cと、第2の筐体609cと、浮上コイル610cと、推進コイル611cとを備える。なお、X線管6cの構成は、下記の構成に限定されるものではない。
陽極601cは、図11に示すように、陰極606cが放出する電子Eを受けてX線Rを発生させる。陽極601cの形状は、図11に示すように、回転軸Zrを軸とする回転体である。陽極601cは、半径が大きな部分及び半径が小さな部分を有する。半径が大きな部分は、陽極601cの−Z方向側に位置する。半径が小さな部分は、陽極601cの+Z方向側に位置する。陽極601cは、半径が大きな部分で陰極606cが放出する電子Eを受ける。陽極601cが電子Eを受ける部分は、図11に示すように、陰極606cに近づくにつれて半径が小さくなっている。
また、陽極601cは、電磁力により宙に浮いて回転軸Zr周りに自転する。具体的には、陽極601cは、浮上コイル610cが磁石603cとの間に発生させる電磁力により宙に浮く。また、陽極601cは、推進コイル611cが磁石603cとの間に発生させる電磁力により回転軸Zr周りに自転する。
断熱材602cは、陽極601cで発生した熱が磁石603cに伝わることを抑制する。断熱材602cの形状は、図11及び図12に示すように、円筒状である。断熱材602cは、図11及び図12に示すように、孔6021cを有する。孔6021cには、磁石603cが挿入されている。
磁石603cは、磁極を発生させる。すなわち、磁石603cは、磁気モーメントを発生させる。磁石603cが発生させる磁気モーメントは、回転軸Zrに対して垂直となる。磁石603cは、陽極601cに接続されている。すなわち、磁石603cは、断熱材602cが有する孔6021cに挿入されている。磁石603cは、図12に示すように、回転軸Zrを取り囲むように配置されている。磁石603cは、陽極601cの自転により回転軸Zr上の点を中心とする円軌道上を周回する。
スリップリング604cは、陽極601cを陰極606cと電気的に接続する。
捕捉機構605cは、陽極601cを捕捉する。具体的には、捕捉機構605cは、例えば、瞬時停電時、X線管6cの立ち上げ時、X線管6cの立ち下げ時に、回転する陽極601cの半径が小さな部分を捕捉する。捕捉機構605cは、図11及び図12に示すように、二つの半円筒を含む。捕捉機構605cは、陽極601cを捕捉する場合、この二つの半円筒を閉じる。捕捉機構605cは、陽極601cを解放する場合、閉じた二つの半円筒を開く。図11は、捕捉機構605cが陽極601cを解放した状態を示している。なお、捕捉機構605cは、陽極601cの回転を妨げない構造であることが好ましい。
陰極606cは、図11に示すように、電子Eを放出する。
第1の筐体607cは、図11に示すように、陽極601c、断熱材602c、磁石603c、スリップリング604c、捕捉機構605c、陰極606c及び第4のセンサ608cを収納する。また、第1の筐体607cは、第1のX線窓6071cを有する。
第4のセンサ608cは、X線管6c内における陽極601cの位置を検出する。すなわち、第4のセンサ608cは、X線管6c内における陽極601cのX方向、Y方向及びZ方向の位置を検出する。第4のセンサ608cは、図11に示すように、第1の筐体607cの内壁に複数取り付けられている。
第2の筐体609cは、図11に示すように、第1の筐体607c、浮上コイル610c及び推進コイル611cを収納する。また、第2の筐体609cは、第2のX線窓6091cを有する。
浮上コイル610cは、図11に示すように、第1の筐体607cと第2の筐体609cの間に設けられている。浮上コイル610cは、図11及び図12に示すように、第1の筐体607cのうち回転軸Zrと平行な側面に配置されている。また、浮上コイル610cは、図12に示すように、回転軸Zrを取り囲むように配置されている。浮上コイル610cは、導線を円形に巻くことにより形成されている。或いは、浮上コイル610cは、導線が単純閉曲線を形成するように巻かれることにより形成される。
浮上コイル610cは、通電されることにより、磁極を発生させる。すなわち、浮上コイル610cは、通電されることにより、磁気モーメントを発生させる。浮上コイル610cが発生させる磁気モーメントは、回転軸Zrに対して垂直となる。なぜなら、浮上コイル610cは、図11及び図12に示すように、コイル面を回転軸Zrがある方向へ向けて配置されているからである。
浮上コイル610cが発生させた磁気モーメントの磁極の一方は、磁石603cとの間に引力及び斥力の少なくとも一方を発生させる。この電磁力は、陽極601cを宙に浮かせる。つまり、浮上コイル610cは、陽極601cを宙に浮いた状態にする電磁力として磁石603cとの間に引力及び斥力の少なくとも一方を発生させる。
浮上コイル制御回路15は、X線管6cの位置、X線管6cの向き、X線管6cの速度及びX線管6c内における陽極601cの位置の少なくとも一つに応じて浮上コイル610cに流す電流を制御する。具体的には、浮上コイル制御回路15は、第1のセンサ12、第2のセンサ13、第3のセンサ14及び第4のセンサ608cの少なくとも一つが検出した結果に基づいて浮上コイル610cに流す電流を制御する。これにより、陽極601cは、常に宙に浮いていることができる。
推進コイル611cは、図11に示すように、第1の筐体607cと第2の筐体609cの間に設けられている。推進コイル611cは、図11に示すように、浮上コイル610cを挟んで第1の筐体607cのうち回転軸Zrと平行な側面に対向するように配置されている。また、推進コイル611cは、図12に示すように、回転軸Zrを取り囲むように配置されている。推進コイル611cは、導線を円形に巻くことにより形成されている。或いは、推進コイル611cは、導線が単純閉曲線を形成するように巻かれることにより形成される。
推進コイル611cは、通電されることにより、磁極を発生させる。すなわち、推進コイル611cは、通電されることにより、磁気モーメントを発生させる。推進コイル611cが発生させる磁気モーメントは、回転軸Zrに対して垂直となる。なぜなら、推進コイル611cは、図11及び図12に示すように、コイル面を回転軸Zrがある方向へ向けて配置されているからである。
推進コイル611cが発生させた磁気モーメントの磁極の一方は、磁石603cとの間に引力及び斥力の少なくとも一方を発生させる。この電磁力は、陽極601cを回転軸Zr周りに回転させる。つまり、推進コイル611cは、陽極601cを回転軸Zr周りに回転させる電磁力として磁石603cとの間に引力及び斥力の少なくとも一方を発生させる。
第1の筐体607cと第2の筐体609cの間の領域は、図11に示すように、冷却オイルLで満たされている。冷却オイルLは、第1の筐体607cと第2の筐体609cの間の領域に接続されたポンプにより循環している。
上述したように、第3の実施形態に係るX線CT装置は、X線管6cを備える。X線管6cは、陽極601cを電磁力により宙に浮かせる。このため、X線管6cは、回転軸Zrを中心軸とし、陽極601cと第1の筐体607cとの間に配置される軸受を必要としない。したがって、X線管6cの回転軸Zrを中心とする動径方向の寸法は、小さくなる。また、浮上コイル610c、推進コイル611cは、コイル面を回転軸Zrがある方向へ向けて配置されている。したがって、X線管6cのZ方向の寸法は、小さくなる。このため、X線管6cは、動径方向の寸法やZ方向の寸法を小さくする必要があるX線CT装置にとって好適である。また、X線管6cは、第1の実施形態に係るX線管6aが奏する他の効果も奏する。
(第4の実施形態)
第1の実施形態では、陽極601a、断熱材602a及び磁石603aのみが回転軸Zr周りに回転する。第1の実施形態と同様、第4の実施形態でも、陽極601d、断熱材602d及び磁石603dのみが回転軸Zr周りに回転する。以下、第4の実施形態に係るX線管6dについて説明する。なお、上述した実施形態と重複する内容については、同一の符号を使用し、詳細な説明を省略する。
第1のセンサ12は、X線管6dの位置を検出する。第1のセンサ12は、例えば、架台2に取り付けられる。或いは、第1のセンサ12は、X線管6dに取り付けられる。第1のセンサ12がX線管6dの位置を検出する方法は、特に限定されない。
第2のセンサ13は、X線管6dの向きを検出する。第2のセンサ13は、例えば、X線管6dに取り付けられる。第2のセンサ13がX線管6dの向きを検出する方法は、特に限定されない。
第3のセンサ14は、X線管6dの速度を検出する。第3のセンサ14は、例えば、架台2に取り付けられる。或いは、第3のセンサ14は、X線管6dに取り付けられる。第3のセンサ14がX線管6dの速度を検出する方法は、特に限定されない。
図13及び図14を参照しながら、第4の実施形態に係るX線管6dの構造及び動作を説明する。図13は、第4の実施形態に係るX線管の回転軸Zrを通り、YZ平面に平行な平面により切断し、−X方向から見たときの図である。図14は、第4の実施形態に係るX線管を図13に示したD−D線を通り、XY平面に平行な平面により切断し、+Z方向から見たときの図である。
X線管6dは、図13に示すように、陽極601dと、断熱材602dと、磁石603dと、スリップリング604dと、捕捉機構605dと、陰極606dと、第1の筐体607dと、第4のセンサ608dと、第2の筐体609dと、浮上コイル610dと、推進コイル611dと、推進コイル612dとを備える。なお、X線管6dの構成は、下記の構成に限定されるものではない。
陽極601dは、図13に示すように、陰極606dが放出する電子Eを受けてX線Rを発生させる。陽極601dの形状は、図13に示すように、回転軸Zrを軸とする回転体である。陽極601dは、陰極606dが放出する電子Eを受ける。陽極601dが電子Eを受ける部分は、図13に示すように、陰極606dに近づくにつれて半径が小さくなっている。
また、陽極601dは、電磁力により宙に浮いて回転軸Zr周りに自転する。具体的には、陽極601dは、浮上コイル610dが磁石603dとの間に発生させる電磁力により宙に浮く。また、陽極601dは、推進コイル611d及び推進コイル612dが磁石603dとの間に発生させる電磁力により回転軸Zr周りに自転する。
断熱材602dは、陽極601dで発生した熱が磁石603dに伝わることを抑制する。断熱材602dの形状は、円盤状である。断熱材602dは、図13に示すように、孔6021d及び孔6022dを有する。孔6021dには、陽極601dの一部が挿入されている。孔6022dには、磁石603dが挿入されている。なお、断熱材602dは、Z方向において陽極601dと重なっていない。
磁石603dは、磁極を発生させる。すなわち、磁石603dは、磁気モーメントを発生させる。磁石603dが発生させる磁気モーメントは、回転軸Zrと平行となる。磁石603dは、陽極601dに接続されている。すなわち、磁石603dは、断熱材602dが有する孔6022dに挿入されている。また、磁石603dは、+Z方向側と−Z方向側とに分けて配置されている。磁石603dは、回転軸Zrを取り囲むように配置されている。磁石603dは、陽極601dの自転により回転軸Zr上の点を中心とする円軌道上を周回する。
スリップリング604dは、陽極601dを陰極606dと電気的に接続する。捕捉機構605dは、陽極601dを捕捉する。陰極606dは、図13に示すように、電子Eを放出する。
第1の筐体607dは、図13に示すように、陽極601d、断熱材602d、磁石603d、捕捉機構605d、陰極606d及び第4のセンサ608dを収納する。また、第1の筐体607dは、第1のX線窓6071dを有する。
第4のセンサ608dは、X線管6d内における陽極601dの位置を検出する。
第2の筐体609dは、図13に示すように、第1の筐体607d、浮上コイル610d、推進コイル611d及び推進コイル612dを収納する。また、第2の筐体609dは、第2のX線窓6091dを有する。
浮上コイル610dは、図13に示すように、第1の筐体607dと第2の筐体609dの間に設けられている。浮上コイル610dは、図13に示すように、第1の筐体607d、磁石603d及び断熱材602dを挟んで対向するように配置されている。浮上コイル610dは、導線を8の字に巻くことにより形成されている。また、浮上コイル610dは、図14に示すように、回転軸Zrを取り囲むように配置されている。
浮上コイル制御回路15は、X線管6dの位置、X線管6dの向き、X線管6dの速度及びX線管6d内における陽極601dの位置の少なくとも一つに応じて浮上コイル610dに流す電流を制御する。具体的には、浮上コイル制御回路15は、第1のセンサ12、第2のセンサ13、第3のセンサ14及び第4のセンサ608dの少なくとも一つが検出した結果に基づいて浮上コイル610dに流す電流を制御する。これにより、陽極601dは、常に宙に浮いていることができる。
推進コイル611d及び推進コイル612dは、図13に示すように、第1の筐体607dと第2の筐体609dの間に設けられている。推進コイル611dは、図13に示すように、第1の筐体607d、磁石603d、断熱材602d及び浮上コイル610dを挟んで互いに対向するように配置されている。推進コイル612dは、図13に示すように、第1の筐体607d、磁石603d、断熱材602d、浮上コイル610d及び推進コイル611dを挟んで互いに対向するように配置されている。また、推進コイル611d及び推進コイル612dは、図14に示すように、回転軸Zrを取り囲むように配置されている。推進コイル611d及び推進コイル612dは、図14に示すように、導線を長方形の四つの角を丸めた形状に巻くことにより形成されている。
第1の筐体607dと第2の筐体609dの間の領域は、図13に示すように、冷却オイルLで満たされている。
上述したように、第4の実施形態に係るX線CT装置は、X線管6dを備える。X線管6dは、陽極601dを電磁力により宙に浮かせる。このため、X線管6dは、回転軸Zrを中心軸とし、陽極601dと第1の筐体607dとの間に配置される軸受を必要としない。また、浮上コイル610d、推進コイル611d及び推進コイル612dは、コイル面が回転軸Zrと直交するように配置されている。したがって、X線管6dの回転軸Zrを中心とする動径方向の寸法は、小さくなる。また、断熱材602dは、Z方向において陽極601dと重なっていない。したがって、X線管6dのZ方向の寸法は、小さくなる。このため、X線管6dは、動径方向の寸法やZ方向の寸法を小さくする必要があるX線CT装置にとって好適である。さらに、X線管6dは、陽極601dの回転速度を向上させ、動作音を抑制することができる。X線管6dは、第1の実施形態に係るX線管6aが奏する他の効果も奏する。
上述したX線管は、X線診断装置にも適用することができる。また、上述したX線管は、医療分野以外の用途にも使用することができる。
上述したプロセッサは、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)、プログラマブル論理デバイス(Programmable Logic Device:PLD)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA)である。また、プログラマブル論理デバイス(Programmable Logic Device:PLD)は、例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)である。
上述した実施形態では、高電圧発生回路3、コリメータ調整回路4、架台駆動回路5、データ収集回路10、浮上コイル制御回路15、寝台駆動回路22及び処理回路36は、記憶回路35に保存されたプログラムを読み出して実行することにより、その機能を実現したが、これに限定されない。記憶回路35にプログラムを保存する代わりに、これらの回路それぞれにプログラムを直接組み込んでもよい。この場合、これらの回路は、直接組み込まれたプログラムを読み出して実行することにより、その機能を実現する。
図1に示した各回路は、適宜分散又は統合されてもよい。例えば、処理回路36は、スキャン制御機能361、前処理機能362、画像生成機能363、表示制御機能364及び制御機能365それぞれの機能を実行するスキャン制御回路、前処理回路、画像生成回路、表示制御回路及び制御回路に分散されてもよい。また、例えば、高電圧発生回路3、コリメータ調整回路4、架台駆動回路5、データ収集回路10、浮上コイル制御回路15、寝台駆動回路22及び処理回路36は、任意に統合されてもよい。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、X線管を小型化することができるX線管及びX線CT装置を提供することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。