JP6777526B2 - Ｘ線管装置及びｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明はX線管装置及びX線CT(Computed Tomography)装置に係わり、特にX線管装置のX線照射窓に関する。

X線CT装置とは、被検体にX線を照射するX線管装置と、被検体を透過したX線量を投影データとして検出するX線検出器と、を被検体の周囲で回転させることにより得られる複数角度からの投影データを用いて被検体の断層画像を再構成し、再構成された断層画像を表示するものである。X線CT装置で表示される画像は、被検体の中の臓器の形状を描写するものであり、画像診断に使用される。

X線管装置から被検体に照射されるX線は、その強度が一様であることが望ましい。X線管装置を構成するX線管とX線管容器との間には、X線管を電気的に絶縁するとともに冷却するための絶縁油が流通している。絶縁油内には気泡が混入することがあり、混入した気泡がX線照射中にX線照射窓を横切ると、絶縁油と気泡とのX線吸収係数の差によりX線強度が一様でなくなる。そこで特許文献1には、絶縁油内の気泡がX線照射窓を横切らないようにするため、絶縁油の流通経路に複数の板状部材を設けて気泡を捕捉することが開示されている。

特許第5719240号公報

しかしながら、特許文献1では、絶縁油内の気泡を捕捉することは開示しているものの、X線照射窓の外表面上に紛れ込む異物に対する配慮はなされていない。X線照射窓の外表面上に異物が紛れ込んだ場合も、異物と空気とのX線吸収係数の差によってX線強度が変動し、X線CT装置で表示される画像に悪影響を与える。

そこで本発明の目的は、X線照射窓の外表面上に異物が紛れ込んだ場合であっても、異物によるX線強度の変動を防止できる構造のX線管装置を提供すること、及びそのX線管装置を搭載するX線CT装置を提供することである。

上記目的を達成するために本発明は、X線照射窓の外表面をX線CT装置の回転円盤の回転方向に沿って傾斜あるいは湾曲させることを特徴とする。

より具体的には、本発明は、X線を放射するX線管と、前記X線管を収納するX線管容器と、前記X線管容器に取り付けられ、外表面が前記X線CT装置の回転円盤の回転方向に沿って傾斜あるいは湾曲するX線照射窓と、を有することを特徴とするX線管装置である。

また、本発明は、前記X線管装置と、前記X線管装置に対向配置され被検体を透過したX線を検出するX線検出器と、前記X線管装置と前記X線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転する回転円盤と、前記X線検出器により検出された複数角度からの透過X線量に基づき前記被検体の断層画像を再構成する画像再構成装置と、前記画像再構成装置により再構成された断層画像を表示する画像表示装置と、を備えることを特徴とするX線CT装置である。

本発明によれば、X線照射窓の外表面上に異物が紛れ込んだ場合であっても、異物によるX線強度の変動を防止できる構造のX線管装置を提供すること、及びそのX線管装置を搭載するX線CT装置を提供することが可能となる。

本発明のX線CT装置1の全体構成を示すブロック図 本発明のX線管装置101の全体構成を示す図 第1の実施形態のX線照射窓221の断面図(図2のA-A矢視図) 第2の実施形態のX線照射窓221の断面図(図2のA-A矢視図) 第3の実施形態のX線照射窓221の断面図(図2のA-A矢視図) 第4の実施形態のX線照射窓221の断面図(図2のA-A矢視図) 第5の実施形態のX線照射窓221の断面図(図2のA-A矢視図) 第6の実施形態のX線照射窓221の断面図(図2のA-A矢視図)

以下、添付図面に従って本発明に係るX線CT装置及びX線CT装置に搭載されるX線管装置の好ましい実施形態について説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。

(第1の実施形態)
図1を用いて本発明を適用したX線CT装置1の全体構成を説明する。X線CT装置1はスキャンガントリ部100と操作卓120とを備える。

スキャンガントリ部100は、X線管装置101と、回転円盤102と、コリメータ103と、X線検出器106と、データ収集装置107と、寝台105と、ガントリ制御装置108と、寝台制御装置109と、X線制御装置110と、を備えている。X線管装置101は寝台105上に載置された被検体にX線を照射する装置である。X線管装置101の構成については図2を用いて後述する。コリメータ103はX線管装置101から照射されるX線の放射範囲を制限する装置である。

回転円盤102は、寝台105上に載置された被検体が入る開口部104を備えるとともに、X線管装置101とX線検出器106を搭載し、X線管装置101とX線検出器106を被検体の周囲で回転させるものである。X線検出器106は、X線管装置101と対向配置され、被検体を透過したX線を検出することにより透過X線の空間的な分布を計測する装置であり、多数のX線検出素子を回転円盤102の回転方向に配列したもの、若しくは回転円盤102の回転方向と回転軸方向との2次元に配列したものである。

データ収集装置107は、X線検出器106で検出されたX線量をデジタルデータとして収集する装置である。ガントリ制御装置108は回転円盤102の回転を制御する装置である。寝台制御装置109は、寝台105の上下前後左右動を制御する装置である。X線制御装置110はX線管装置101に入力される電力を制御する装置である。

操作卓120は、入力装置121と、画像演算装置122と、表示装置125と、記憶装置123と、システム制御装置124とを備えている。入力装置121は、被検体氏名、検査日時、撮影条件などを入力するための装置であり、具体的にはキーボードやポインティングデバイスである。画像演算装置122は、データ収集装置107から送出される計測データを演算処理して断層画像を再構成する装置である。

表示装置125は、画像演算装置122で再構成された断層画像を表示する装置であり、具体的にはCRT(Cathode-Ray Tube)や液晶ディスプレイ等である。記憶装置123は、データ収集装置107で収集したデータ及び画像演算装置122で再構成された断層画像の画像データを記憶する装置であり、具体的にはHDD(Hard Disk Drive)等である。システム制御装置124は、これらの装置及びガントリ制御装置108と寝台制御装置109とX線制御装置110を制御する装置である。

入力装置121から入力された撮影条件、特にX線管電圧やX線管電流などに基づきX線制御装置110がX線管装置101に入力される電力を制御することにより、X線管装置101は撮影条件に応じたX線を被検体に照射する。X線検出器106は、X線管装置101から照射され被検体を透過したX線を多数のX線検出素子で検出し、透過X線の分布を計測する。回転円盤102はガントリ制御装置108により制御され、入力装置121から入力された撮影条件、特に回転速度などに基づいて回転する。寝台105は寝台制御装置109によって制御され、入力装置121から入力された撮影条件、特にらせんピッチなどに基づいて動作する。

X線管装置101からのX線照射とX線検出器106による透過X線分布の計測が回転円盤102の回転とともに繰り返されることにより、様々な角度からの投影データが取得される。取得された様々な角度からの投影データは画像演算装置122に送信される。画像演算装置122は送信された様々な角度からの投影データを逆投影処理することにより断層画像を再構成する。再構成して得られた断層画像は表示装置125に表示される。

図2を用いて、X線管装置101の構成について説明する。X線管装置101は、X線を発生するX線管210と、X線管210を収納するX線管容器220とを備える。

X線管210は、電子線を発生する陰極211と、陰極211に対し正の電位が印加される陽極212と、陰極211と陽極212を真空雰囲気中に保持する外囲器213とを備える。

陰極211はフィラメントもしくは冷陰極と、集束電極とを備える。フィラメントはタングステンなどの高融点材料をコイル状に巻いたものであり、電流が流されることにより加熱され、電子を放出する。冷陰極はニッケルやモリブデンなどの金属材料を鋭利に尖らせたもので、陰極表面に電界が集中することで電界放出により電子を放出する。集束電極は、放出された電子を陽極212上のX線焦点へ向けて集束させるための集束電界を形成する。フィラメントもしくは冷陰極と、集束電極とは同電位である。

陽極212はターゲットと陽極母材とを備える。ターゲットはタングステンなどの高融点で原子番号の大きい材質で構成される。ターゲット上のX線焦点に陰極211から放出された電子が衝突することにより、X線焦点からX線217が放射される。陽極母材は、銅などの熱伝導率の高い材質からなり、ターゲットを保持する。ターゲットと陽極母材とは同電位である。

外囲器213は陰極211と陽極212の間を電気的に絶縁するために、陰極211と陽極212を真空雰囲気中に保持する。外囲器213にはX線217をX線管210外へ放射するための放射窓218が備えられる。放射窓218は、X線透過率が高いベリリウムなどの原子番号の小さい材質で構成される。外囲器213の電位は接地電位である。

陰極211から放出された電子は、陰極と陽極との間に印加される電圧により加速され電子線216となる。電子線216が集束電界により集束されてターゲット上のX線焦点に衝突すると、X線焦点からX線217が発生する。発生するX線のエネルギーは、陰極と陽極との間に印加される電圧、いわゆる管電圧によって決まる。発生するX線の線量は、陰極から放出される電子の量いわゆる管電流と、管電圧によって決まる。

電子線216のエネルギーの内、X線に変換される割合は1％程度に過ぎず、残りのほとんどのエネルギーは熱となる。医療用のX線CT装置1に搭載されるX線管装置101では、管電圧は百数十kV、管電流は数百mAであるので、陽極212は数十kWの熱量で加熱される。このような加熱により陽極212が過熱溶融することを防止するため、陽極212は回転体支持部215に接続されており、回転体支持部215の駆動により、図2中の1点鎖線219を回転軸として回転する。

以降の説明では、陽極212の回転軸を、符号219を用いて回転軸219と呼ぶ。回転体支持部215は、励磁コイル214が発生した磁界を回転駆動力として駆動する。陽極212を回転させることで、電子線216が衝突する部分であるX線焦点が常に移動するので、X線焦点の温度をターゲットの融点より低く保つことができ、陽極212が過熱溶融することを防止できる。

X線管210と励磁コイル214とは、X線管容器220の中に収納される。X線管容器220の中には、X線管210を電気的に絶縁するとともに冷却媒体となる絶縁油が充填される。X線管容器220内に充填された絶縁油は、X線管装置101のX線管容器220に接続された配管を通じて冷却器に導かれ、冷却器にて熱を放散した後、配管を通じてX線管容器220内に戻される。X線焦点で発生した熱により陽極212は平均温度1000℃程度となる。発生した熱の大半は陽極212の表面からの輻射により外囲器213へ放熱され、残りの熱は熱伝導により回転体支持部215を通じて外囲器213へ流れる。

X線管容器220には、本発明の要部であるX線照射窓221が、放射窓218と対向する位置に設けられる。X線管装置101から被検体に向かってX線が照射されるようにするため、X線CT装置1に搭載されるX線管装置101のX線照射窓221は、回転円盤102の回転中心に向けられて配置される。X線照射窓221の中のX線が透過する部分は、放射窓218と同様に、X線透過率が高いベリリウムなどの原子番号の小さい材質で構成される。このような構成により、X線照射窓221によるX線の減衰が抑制される。

図3を用いて、本実施形態のX線照射窓221の詳細構造について説明する。図3は図2中のA-A矢視図であり、同図中にはX線CT装置1の回転円盤102の回転方向を矢印で示した。本実施形態のX線照射窓221は外表面300が回転円盤102の回転方向に沿って湾曲した形状を有する。さらに、外表面300の中央部はX線が照射される方向であるX線照射方向に向かって、すなわち回転円盤102の回転中心に向けて突き出る形状を有する。

X線照射窓221の外表面300が湾曲した構造を有することで、外表面300上に異物が紛れ込んだ場合であっても、回転円盤102の回転による遠心力が異物に対して図3中の下方向に作用し、異物をX線照射窓221の周辺部301に誘導することができる。周辺部301はX線照射範囲から外れているので、周辺部301に誘導された異物は被検体に照射されるX線とは重ならず、X線強度の変動を防止できる。

なお、外表面300上の異物が円滑に周辺部301へ誘導されるように、外表面300の摩擦係数を低下させるような表面処理を施しても良い。特に、外表面300の中央部に近い位置ほど摩擦係数が小さいことが好ましい。

(第2の実施形態)
図4を図3と対比させながら第2の実施形態について説明する。第1の実施形態では図3に示したように、X線照射窓221の外表面300が湾曲した曲面であった。これに対し、本実施形態ではX線照射窓221の外表面400は傾斜した平面である。以下、本実施形態と第一の実施形態との差異について詳細に説明し、第一の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図4に示すように本実施形態のX線照射窓221の外表面400は、回転円盤102の回転方向に沿って傾斜した形状を有する。さらに、外表面400は回転円盤102の回転方向に対して正の勾配の傾斜を有することが好ましい。

X線照射窓221の外表面400が傾斜した構造を有することで、外表面400上に異物が紛れ込んだ場合であっても、回転円盤102の回転による遠心力が異物に対して図4中の下方向に作用し、異物をX線照射窓221の傾斜下部401に誘導することができる。傾斜下部401はX線照射範囲から外れているので、傾斜下部401に誘導された異物は被検体に照射されるX線とは重ならず、X線強度の変動を防止できる。

また、外表面400が回転円盤102の回転方向に対して正の勾配の傾斜を有する場合は、回転円盤102の回転開始時に慣性により回転方向と逆の方向の力が異物に対して作用するので、より円滑に異物を傾斜下部401へ誘導できる。

(第3の実施形態)
図5を図3と対比させながら第3の実施形態について説明する。本実施形態は、第1の実施形態と同様にX線照射窓221の外表面500が湾曲した曲面を有し、さらに周辺部501に溝502が設けられる。

本実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、外表面500上に異物が紛れ込んだ場合であっても、回転円盤102の回転による遠心力の作用により、異物をX線照射窓221の周辺部501に誘導することができる。また周辺部501に誘導された異物が溝502内に捕捉されるので、X線管装置101の振動等により異物が再び外表面500上のX線照射範囲に戻ることを防止できる。

(第4の実施形態)
図6を図4と対比させながら第4の実施形態について説明する。本実施形態は、第2の実施形態と同様にX線照射窓221の外表面600が傾斜した平面を有し、さらに傾斜下部601に溝602が設けられる。

本実施形態によれば、第2の実施形態と同様に、外表面600上に異物が紛れ込んだ場合であっても、回転円盤102の回転による遠心力の作用により、異物をX線照射窓221の傾斜下部601に誘導することができる。また傾斜下部601に誘導された異物が溝602内に捕捉されるので、異物が再び外表面600上のX線照射範囲に戻ることを防止できる。

(第5の実施形態)
図7を図3と対比させながら第5の実施形態について説明する。本実施形態は、第1の実施形態と同様にX線照射窓221の外表面700が湾曲した曲面を有し、さらに内表面702も湾曲した曲面を有する。なお、X線焦点から延ばした直線上の内表面702と外表面700との間の距離、すなわちX線が透過するX線照射窓221の厚さの差異がある値以下になるように構成される。

本実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、外表面700上に異物が紛れ込んだ場合であっても、回転円盤102の回転による遠心力の作用により、X線照射窓221の周辺部701に異物を誘導することができる。またX線照射窓221の厚さの差異がある値以下になるように構成されるので、X線照射窓221によるX線の減衰が場所によらず一様となり、X線強度の空間的な分布を一様にできる。

(第6の実施形態)
図8を図4と対比させながら第6の実施形態について説明する。本実施形態は、第2の実施形態と同様にX線照射窓221の外表面800が傾斜した平面を有し、さらに内表面802も傾斜した平面を有する。なお、内表面802の勾配は外表面800の勾配よりも大きくなるように設定され、X線焦点から延ばした直線上の内表面802と外表面800との間の距離、すなわちX線が透過するX線照射窓221の厚さの差異がある値以下になるように構成される。

本実施形態によれば、第2の実施形態と同様に、外表面800上に異物が紛れ込んだ場合であっても、回転円盤102の回転による遠心力の作用により、X線照射窓221の傾斜下部801に異物を誘導することができる。またX線照射窓221の厚さの差異がある値以下になるように構成されるので、X線照射窓221によるX線の減衰が場所によらず一様となり、X線強度の空間的な分布を一様にできる。

以上、複数の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、第5の実施形態の周辺部701に第3の実施形態のように溝502を設けても良い。また、第1の実施形態と第2の実施形態を組み合わせて、X線照射窓221の外表面を湾曲させながら傾斜させても良い。

1 X線CT装置、100 スキャンガントリ部、101 X線管装置、102 回転円盤、103 コリメータ、104 開口部、105 寝台、106 X線検出器、107 データ収集装置、108 ガントリ制御装置、109 寝台制御装置、110 X線制御装置、120 操作卓、121 入力装置、122 画像演算装置、123 記憶装置、124 システム制御装置、125 表示装置、210 X線管、211 陰極、212 陽極、213 外囲器、214 励磁コイル、215 回転体支持部、216 電子線、217 X線、218 放射窓、219 回転軸、220 X線管容器、221 X線照射窓、300、400、500、600、700、800 外表面、301、501、701 周辺部、502、602 溝、401、601、801 傾斜下部、702、802 内表面

Claims (5)

1. Ｘ線ＣＴ装置に備えられるＸ線管装置であって、
   Ｘ線を放射するＸ線管と、
   前記Ｘ線管を収納するＸ線管容器と、
   前記Ｘ線管容器に取り付けられ、外表面が前記Ｘ線ＣＴ装置の回転円盤の回転方向に沿って傾斜あるいは湾曲するＸ線照射窓と、を有し、
   前記Ｘ線照射窓は、外表面の中央部がＸ線照射方向に向かって突き出るように湾曲し、
   前記Ｘ線照射窓は、周辺部に溝が設けられていることを特徴とするＸ線管装置。
2. 請求項１に記載のＸ線管装置において、
   前記Ｘ線照射窓は、内表面の中央部がＸ線照射方向に突き出るように湾曲していることを特徴とするＸ線管装置。
3. Ｘ線ＣＴ装置に備えられるＸ線管装置であって、
   Ｘ線を放射するＸ線管と、
   前記Ｘ線管を収納するＸ線管容器と、
   前記Ｘ線管容器に取り付けられ、外表面が前記Ｘ線ＣＴ装置の回転円盤の回転方向に沿って傾斜あるいは湾曲するＸ線照射窓と、を有し、
   前記Ｘ線照射窓は、外表面が前記回転円盤の回転方向に対して正の勾配を有し、
   前記Ｘ線照射窓は、端部に溝が設けられていることを特徴とするＸ線管装置。
4. 請求項３に記載のＸ線管装置において、
   前記Ｘ線照射窓は、内表面が前記回転円盤の回転方向に対して正の勾配を有し、前記内表面の勾配は前記外表面の勾配よりも大きいことを特徴とするＸ線管装置。
5. 被検体にＸ線を照射するＸ線源と、前記Ｘ線源に対向配置され前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転する回転円盤と、前記Ｘ線検出器により検出された透過Ｘ線量に基づき前記被検体の断層画像を再構成する画像再構成装置と、前記画像再構成装置により再構成された断層画像を表示する画像表示装置と、を備え、
   前記Ｘ線源が請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＸ線管装置であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。

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