JP7114381B2

JP7114381B2 - Ｘ線ｃｔ装置及びｘ線管装置

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Publication number: JP7114381B2
Application number: JP2018136946A
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Inventors: 竹規水野; 昌宏唐橋; 早苗原田
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Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2022-08-08
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Description

本発明の実施形態は、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置及びＸ線管装置に関する。

被検体の体内組織が画像化された医用画像データを生成する医用画像診断装置が存在する。医用画像診断装置としては、Ｘ線ＣＴ装置及びＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置等が挙げられる。Ｘ線ＣＴ装置は、被検体にＸ線を照射することでＸ線検出器が検出したＸ線に基づく電気信号に基づいて、被検体のアキシャル断面又は３次元のＣＴ画像データを生成する。

Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線を発生するＸ線管を備える。Ｘ線管は、高電圧の印加により、陰極（フィラメント）から陽極（ターゲット）に向けて熱電子を照射することでＸ線を発生する真空管である。Ｘ線管において、小さい焦点で高出力を得るためには、ターゲットの焦点面が高温になるという問題がある。

特開昭５８－１１５７３８号公報

本発明が解決しようとする課題は、小さな焦点サイズで従来よりも高出力のＸ線を得ることである。

実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線管と、Ｘ線検出器と、第１の回転部と、第２の回転部とを備える。Ｘ線管は、熱電子を照射する陰極と、熱電子を受けてＸ線を発生し、撮像中心の周囲に亘って設けられる円環状の陽極と、を備える。Ｘ線検出器は、Ｘ線管の陽極によって発生されたＸ線が照射される位置に設けられる。第１の回転部は、陰極と、陽極と、Ｘ線検出器とを周方向に回転可能に保持する。第２の回転部は、第１の回転部に保持され、陽極を周方向に回転可能に保持する。

図１は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示す概略図。図２は、比較例に係るリングターゲットの構成を正面から見た概略図。図３は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置に係るターゲットの第１の構成例を正面から見た概略図。図４は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置において、図３に示すターゲットの第１の構成例と、その周辺部材の構成とを示す側面図。図５は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置において、図３に示すターゲットの動作を正面から見た概略図。図６は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置に係るターゲットの第２の構成例を正面から見た概略図。図７は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置において、図６に示すターゲットの第２の構成例と、その周辺部材の構成とを示す側面図。

以下、図面を参照しながら、Ｘ線ＣＴ装置及びＸ線管装置の実施形態について詳細に説明する。

なお、Ｘ線ＣＴ装置によるデータ収集方式には、Ｘ線管とＸ線検出器とが１体として被検体の周囲を回転する回転／回転（Ｒ－Ｒ：Rotate/Rotate）方式や、リング状に多数の検出素子がアレイされ、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転（Ｓ－Ｒ：Stationary/Rotate）方式等の様々な方式がある。いずれの方式でも本発明を適用可能である。以下、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置では、現在、主流を占めている第３世代の回転／回転方式を採用する場合を例にとって説明する。

図１は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示す概略図である。

図１は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１を示す。Ｘ線ＣＴ装置１は、架台装置１０、寝台装置３０、及びコンソール装置４０を備える。架台装置１０及び寝台装置３０は、検査室に設置される。架台装置１０は、寝台装置３０に載置された被検体（例えば、患者）Ｐに関するＸ線の検出データ（「純生データ」とも呼ばれる）を収集する。図１において、説明の便宜上、架台装置１０を左側の上下に複数描画しているが、実際の構成としては、架台装置１０は１つである。

コンソール装置４０は、検査室に隣接する制御室に設置される。コンソール装置４０は、複数ビュー分の検出データに対して前処理を施すことで生データを生成し、生データに対して再構成処理を施すことでＣＴ画像を再構成して表示する。

架台装置１０は、Ｘ線管（「Ｘ線管装置」と同義）１１、Ｘ線検出器１２、第１の回転部（例えば、第１の回転フレーム）１３、Ｘ線高電圧装置１４、制御装置１５、ウェッジ１６、コリメータ１７、データ収集回路（ＤＡＳ：Data Acquisition System）１８、及び固定部（固定フレーム）１９を備える。なお、架台装置１０は、架台部の一例である。

Ｘ線管１１は、第１の回転フレーム１３に備えられる。Ｘ線管１１は、カソード（陰極）１１ａと、円環状のアノード（陽極）１１ｂ（図１のグレーの部分）とを備えた真空管である。アノード１１ｂは、銅塊の表面にターゲット（Target）を貼り付けた構造を備える。以下、アノード及びターゲットには同一符号１１ｂを付して説明する。Ｘ線高電圧装置１４からの高電圧の印加により、カソード１１ａからターゲット１１ｂに向けて熱電子を照射することで、ターゲット１１ｂはＸ線を発生する。なお、Ｘ線管１１の詳細構成については、図３～図７を用いて後述する。

なお、実施形態においては、一管球型のＸ線ＣＴ装置にも、Ｘ線管とＸ線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型のＸ線ＣＴ装置にも適用可能である。なお、Ｘ線管１１は、Ｘ線照射部の一例である。

Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管１１に対向するように第１の回転フレーム１３に備えられる。具体的には、Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管１１の陰極によって発生されたＸ線が照射される位置に設けられる。Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管１１から照射されたＸ線を検出し、当該Ｘ線量に対応した検出データを電気信号としてＤＡＳ１８に出力する。Ｘ線検出器１２は、例えば、Ｘ線管の焦点を中心として１つの円弧に沿ってチャネル方向に複数のＸ線検出素子が配列された複数のＸ線検出素子列を有する。Ｘ線検出器１２は、例えば、チャネル方向に複数のＸ線検出素子が配列されたＸ線検出素子列がスライス方向（列方向、ｒｏｗ方向）に複数配列された構造を有する。

また、Ｘ線検出器１２は、例えば、グリッドと、シンチレータアレイと、光センサアレイとを有する間接変換型の検出器である。シンチレータアレイは、複数のシンチレータを有し、シンチレータは入射Ｘ線量に応じた光子量の光を出力するシンチレータ結晶を有する。グリッドは、シンチレータアレイのＸ線入射側の面に配置され、散乱Ｘ線を吸収する機能を有するＸ線遮蔽板を有する。なお、グリッドはコリメータ（１次元コリメータ又は２次元コリメータ）と呼ばれる場合もある。光センサアレイは、シンチレータからの光量に応じた電気信号に変換する機能を有し、例えば、光電子増倍管（フォトマルチプライヤー：PMT）等の光センサを有する。

なお、Ｘ線検出器１２は、入射したＸ線を電気信号に変換する半導体素子を有する直接変換型の検出器であっても構わない。また、Ｘ線検出器１２は、Ｘ線検出部の一例である。

第１の回転フレーム１３は、Ｘ線管１１及びＸ線検出器１２を対向支持する。第１の回転フレーム１３は、後述する制御装置１５による制御の下、Ｘ線管１１及びＸ線検出器１２を一体として回転させる円環状のフレームである。なお、第１の回転フレーム１３は、Ｘ線管１１及びＸ線検出器１２に加えて、Ｘ線高電圧装置１４やＤＡＳ１８を更に備えて支持する場合もある。また、第１の回転フレーム１３は、第１の回転部の一例である。

このように、Ｘ線ＣＴ装置１は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２とを対向させて支持する第１の回転フレーム１３を患者Ｐの周りに回転させることで、複数ビュー、即ち、患者Ｐの３６０°分の検出データを収集する。なお、ＣＴ画像の再構成方式は、３６０°分の検出データを用いるフルスキャン再構成方式には限定されない。例えば、Ｘ線ＣＴ装置１は、半周（１８０°）＋ファン角度分の検出データに基づいてＣＴ画像を再構成するハーフ再構成方式を採ってもよい。

Ｘ線高電圧装置１４は、第１の回転フレーム１３、又は、第１の回転フレーム１３を回転可能に保持する非回転部分である固定フレーム１９に備えられる。Ｘ線高電圧装置１４は、変圧器（トランス）及び整流器等の電気回路を有する。Ｘ線高電圧装置１４は、後述する制御装置１５による制御の下、Ｘ線管１１に印加する高電圧を発生する機能を有する高電圧発生装置（図示省略）と、後述する制御装置１５による制御の下、Ｘ線管１１が照射するＸ線に応じた出力電圧の制御を行うＸ線制御装置（図示省略）を有する。高電圧発生装置は、変圧器方式であってもよいし、インバータ方式であっても構わない。なお、図１において、説明の便宜上、Ｘ線高電圧装置１４が、Ｘ線管１１に対してｘ軸の正方向の位置に配置されているが、Ｘ線管１１に対してｘ軸の負方向の位置に配置されてもよい。

制御装置１５は、処理回路及びメモリと、モータ及びアクチュエータ等の駆動機構とを有する。処理回路及びメモリの構成については、後述するコンソール装置４０の処理回路４４及びメモリ４１と同等であるので説明を省略する。

制御装置１５は、コンソール装置４０又は架台装置１０に取り付けられた、後述する入力インターフェース（図示省略）からの入力信号を受けて、架台装置１０及び寝台装置３０の動作制御を行う機能を有する。例えば、制御装置１５は、入力信号を受けて第１の回転フレーム１３を回転させる制御や、架台装置１０をチルトさせる制御や、寝台装置３０及び天板３３を動作させる制御を行う。なお、架台装置１０をチルトさせる制御は、架台装置１０に取り付けられた入力インターフェースによって入力される傾斜角度（チルト角度）情報により、制御装置１５がＸ軸方向に平行な軸を中心に第１の回転フレーム１３を回転させることによって実現される。なお、制御装置１５は架台装置１０に設けられてもよいし、コンソール装置４０に設けられてもよい。なお、制御装置１５は、制御部の一例である。

また、制御装置１５は、コンソール装置４０や架台装置１０に取り付けられた、後述する入力インターフェースから入力された撮像条件に基づいて、Ｘ線管１１の回転角度や、後述するウェッジ１６及びコリメータ１７の動作を制御する。

ウェッジ１６は、Ｘ線管１１のＸ線出射側に配置されるように第１の回転フレーム１３に備えられる。ウェッジ１６は、制御装置１５による制御の下、Ｘ線管１１から照射されたＸ線量を調節するためのフィルタである。具体的には、ウェッジ１６は、Ｘ線管１１から患者Ｐに照射されるＸ線が予め定められた分布になるように、Ｘ線管１１から照射されたＸ線を透過して減衰させるフィルタである。例えば、ウェッジ１６（ウェッジフィルタ（Wedge Filter）、ボウタイフィルタ（bow－tie filter）は、所定のターゲット角度や所定の厚みとなるようにアルミニウムを加工したフィルタである。

コリメータ１７は、Ｘ線絞り又はスリットとも呼ばれ、Ｘ線管１１のＸ線出射側に配置されるように第１の回転フレーム１３に備えられる。コリメータ１７は、制御装置１５による制御の下、ウェッジ１６を透過したＸ線の照射範囲を絞り込むための鉛板等であり、複数の鉛板等の組合せによってＸ線の照射開口を形成する。

ＤＡＳ１８は、第１の回転フレーム１３に備えられる。ＤＡＳ１８は、制御装置１５による制御の下、Ｘ線検出器１２の各Ｘ線検出素子から出力される電気信号に対して増幅処理を行う増幅器と、制御装置１５による制御の下、電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換器とを有し、増幅及びデジタル変換後の検出データを生成する。ＤＡＳ１８によって生成された、複数ビュー分の検出データは、コンソール装置４０に転送される。

ここで、ＤＡＳ１８によって生成された検出データは、第１の回転フレーム１３に設けられた発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する送信機から光通信によって架台装置１０の固定フレーム１９に設けられたフォトダイオードを有する受信機に送信され、コンソール装置４０に転送される。なお、第１の回転フレーム１３から架台装置１０の固定フレーム１９への検出データの送信方法は、前述の光通信に限らず、非接触型のデータ伝送であれば如何なる方式を採用しても構わない。また、第１の回転フレーム１３は、回転部の一例である。

固定フレーム１９は、径方向の内側に、患者Ｐを配置するためのボアＷを形成する。固定フレーム１９は、第１の回転フレーム１３を回転可能に支持する。

寝台装置３０は、基台３１、寝台駆動装置３２、天板３３及び支持フレーム３４を備える。寝台装置３０は、スキャン対象の患者Ｐを載置し、制御装置１５による制御の下、患者Ｐを移動させる装置である。

基台３１は、支持フレーム３４を鉛直方向（ｙ軸方向）に移動可能に支持する筐体である。寝台駆動装置３２は、患者Ｐが載置された天板３３を天板３３の長軸方向（ｚ軸方向）に移動するモータ又はアクチュエータである。支持フレーム３４の上面に設けられた天板３３は、患者Ｐを載置可能な形状を有する板である。

なお、寝台駆動装置３２は、天板３３に加え、支持フレーム３４を天板３３の長軸方向（ｚ軸方向）に移動させてもよい。また、寝台駆動装置３２は、寝台装置３０の基台３１ごと移動させてもよい。本発明を立位ＣＴに応用する場合、天板３３に相当する患者移動機構を移動する方式であってもよい。また、ヘリカルスキャンや位置決め等のためのスキャノ撮影等、架台装置１０の撮像系と天板３３の位置関係の相対的な変更を伴う撮影を実行する場合は、当該位置関係の相対的な変更は天板３３の駆動によって行われてもよいし、架台装置１０の固定フレーム１９の走行によって行われてもよく、またそれらの複合によって行われてもよい。

なお、実施形態では、非チルト状態での第１の回転フレーム１３の回転軸又は寝台装置３０の天板３３の長手方向をｚ軸方向、ｚ軸方向に直交し、床面に対し水平である軸方向をｘ軸方向、ｚ軸方向に直交し、床面に対し垂直である軸方向をｙ軸方向とそれぞれ定義するものとする。

コンソール装置４０は、メモリ４１、ディスプレイ４２、入力インターフェース４３、及び処理回路４４を備える。なお、コンソール装置４０は架台装置１０とは別体として説明するが、架台装置１０にコンソール装置４０又はコンソール装置４０の各構成要素の一部が含まれてもよい。また、以下の説明では、コンソール装置４０が単一のコンソールで全ての機能を実行するものとするが、これらの機能は、複数のコンソールが実行してもよい。なお、コンソール装置４０は、医用画像処理装置の一例である。

メモリ４１は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等によって構成される。メモリ４１は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ及びＤＶＤ（Digital Video Disk）等の可搬型メディアによって構成されてもよい。メモリ４１は、処理回路４４において用いられる各種処理プログラム（アプリケーションプログラムの他、ＯＳ（Operating System）等も含まれる）や、プログラムの実行に必要なデータを記憶する。また、ＯＳに、操作者に対するディスプレイ４２への情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を入力インターフェース４３によって行うことができるＧＵＩ（Graphic User Interface）を含めることもできる。

メモリ４１は、例えば、前処理前の検出データや、前処理後かつ再構成前の生データや、再構成後のＣＴ画像を記憶する。前処理は、検出データに対する、対数変換処理、オフセット補正処理、チャンネル間の感度補正処理、ビームハードニング処理等のうち少なくとも１つを意味する。また、インターネット等の通信ネットワークを介してＸ線ＣＴ装置１と接続可能なクラウドサーバがＸ線ＣＴ装置１からの保存要求を受けて検出データや、生データや、ＣＴ画像を記憶するように構成されてもよい。なお、メモリ４１は、記憶部の一例である。

ディスプレイ４２は、各種の情報を表示する。例えば、ディスプレイ４２は、処理回路４４によって生成されたＣＴ画像や、ユーザからの各種操作を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）等を出力する。例えば、ディスプレイ４２は、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイ等である。また、ディスプレイ４２は、架台装置１０に設けられてもよい。また、ディスプレイ４２は、デスクトップ型でもよいし、コンソール装置４０本体と無線通信可能なタブレット端末等で構成されることにしてもよい。なお、ディスプレイ４２は、表示部の一例である。

入力インターフェース４３は、技師等の操作者によって操作が可能な入力デバイスと、入力デバイスからの信号を入力する入力回路とを含む。入力デバイスは、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、操作面に触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、音声入力回路等によって実現される。入力デバイスが操作者から入力操作を受け付けると、入力回路は当該入力操作に応じた電気信号を生成して処理回路４４に出力する。また、入力インターフェース４３は、架台装置１０に設けられてもよい。また、入力インターフェース４３は、コンソール装置４０本体と無線通信可能なタブレット端末等で構成されてもよい。なお、入力インターフェース４３は、入力部の一例である。

処理回路４４は、Ｘ線ＣＴ装置１の全体の動作を制御する。処理回路４４は、専用又は汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）、又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）の他、ＡＳＩＣ、及び、プログラマブル論理デバイス等を意味する。プログラマブル論理デバイスとしては、例えば、単純プログラマブル論理デバイス（ＳＰＬＤ：Simple Programmable Logic Device）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ：Complex Programmable Logic Device）、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：Field Programmable Gate Array）等が挙げられる。

また、処理回路４４は、単一の回路によって構成されてもよいし、複数の独立した処理回路要素の組み合わせによって構成されてもよい。後者の場合、メモリは処理回路要素ごとに個別に設けられてもよいし、単一のメモリが複数の処理回路要素の機能に対応するプログラムを記憶するものであってもよい。

処理回路４４は、メモリ４１に記憶されたプログラムを実行することで、システム制御機能４４１、前処理機能４４２、及び再構成処理機能４４３を実現する。なお、機能４４１～４４３の全部又は一部は、コンソール装置４０のプログラムの実行により実現される場合に限定されるものではなく、コンソール装置４０にＡＳＩＣ等の回路として備えられる場合であってもよい。また、機能４４１～４４３の全部又は一部は、コンソール装置４０のみならず、制御装置１５に備えられる場合もある。

システム制御機能４４１は、予め設定されたスキャン条件に従って制御装置１５を介してＸ線管１１、Ｘ線検出器１２、及び第１の回転フレーム１３等の動作を制御することでＣＴスキャンを実行させ、制御装置１５から複数ビュー分の検出データを収集する機能を含む。例えば、スキャン条件は、照射Ｘ線に関する、管電流ｍＡ、管電圧ｋＶ、Ｘ線強度制御条件（モジュレーション条件）、Ｘ線管１１（又は、第１の回転フレーム１３）の回転速度等を含む。なお、システム制御機能４４１は、システム制御部の一例である。

前処理機能４４２は、システム制御機能４４１によって収集された複数ビュー分の検出データに対して前処理を施すことで複数ビュー分の生データを生成する機能を含む。なお、前処理機能４４２は、前処理部の一例である。

再構成処理機能４４３は、前処理機能４４２によって前処理後の複数ビュー分の生データに基づいて、画像再構成処理によりＣＴ画像データを生成する機能を含む。また、再構成処理機能４４３は、ＣＴ画像データをメモリ４１に記憶させる機能や、ＣＴ画像データをＣＴ画像としてディスプレイ４２に表示させる機能や、ＣＴ画像データをネットワークインターフェース（図示省略）を介して外部装置に送信する機能を含む場合もある。なお、再構成処理機能４４３は、再構成処理部の一例である。

続いて、図２を用いて、比較例に係るＸ線管のターゲットの構成について説明する。また、図３～図７を用いて、実施形態に係るＸ線管１１のターゲット１１ｂの構成及び動作について説明する。

図２は、比較例に係るリングターゲット１１ｂ´の構成を正面から見た概略図である。

図２は、第１の回転フレーム１３と、第１の回転フレーム１３に固定されるＸ線管１１´とを示す。Ｘ線管１１´は、カソード１１ａ´と、リングターゲット１１ｂ´とを備える。図２において、第１の回転フレーム１３の回転中心軸を「Ｃ」と定義し、リングターゲット１１ｂ´の回転中心軸を「Ｄ´」と定義する。

カソード１１ａ´、リングターゲット１１ｂ´、及びＸ線検出器１２は、第１の回転フレーム１３と共に回転中心軸Ｃ周りに回転する。リングターゲット１１ｂ´は、第１の回転フレーム１３に対してさらに回転中心軸Ｄ´周りに回転する。つまり、リングターゲット１１ｂ´を回転中心軸Ｄ´周りに回転させることで、Ｘ線管１１´は、リングターゲット１１ｂ´のカソード１１ａ側の面（以下、「焦点面」という）Ｕ´上で焦点位置Ｆ´をずらしながらＸ線を発生させる。

リングターゲット１１ｂ´で発生されたＸ線は、ボアＷに配置された患者を透過し、第１の回転フレーム１３に保持されるＸ線検出器１２で検出される。このように、回転中心軸Ｃ周りに回転される第１の回転フレーム１３上で、さらに回転中心軸Ｄ´周りに回転されるリングターゲット１１ｂ´が焦点面Ｕ´の各焦点位置Ｆ´でＸ線を発生することで、複数ビューのデータを収集するＣＴスキャンが実行される。

Ｘ線管１１´において、小さい焦点で高出力を得ようとすると、リングターゲット１１ｂ´の焦点面Ｕ´の面積が小さいため、リングターゲット１１ｂ´の焦点面Ｕ´が高温になる。さらに、リングターゲット１１ｂ´の回転中心軸Ｄ´の位置を維持したままの構造で高温化を克服しようとリングターゲット１１ｂ´の焦点面Ｕ´の面積を拡張する手法を採ることも考えられる。しかし、その手法を採ることは、リングターゲット１１ｂ´の設置スペースや、第１の回転フレームの回転の遠心力の影響により困難である。

そこで、リングターゲット１１ｂ´の回転中心軸Ｄ´の位置を回転中心軸Ｃ付近までシフトさせつつ、ターゲット１１ｂ´の焦点面Ｕ´の面積を拡げることを考える。一方で、ＣＴ画像のアキシャル断面は、ｘ－ｙ面と平行となる場合が好適であり、また、第３世代のＸ線検出器１２を流用するためにＸ線検出器１２のサイズを変更しないことが好適である。そこで、ＣＴ画像のアキシャル断面がｘ－ｙ面と平行となり、かつ、Ｘ線検出器１２のサイズを変更させないことを前提として、回転中心軸Ｄ´の位置を回転中心軸Ｃ付近までシフトさせつつターゲット１１ｂ´の焦点面Ｕ´の面積を拡げることを考える。

ＣＴ画像のアキシャル断面がｘ－ｙ面と平行となり、かつ、Ｘ線検出器１２のサイズを変更させないことを前提とし、回転中心軸Ｄ´の位置を回転中心軸Ｃ付近までシフトさせる場合、ターゲット１１ｂ´の回転中心軸Ｄ´が、回転中心軸Ｃから所定の傾斜角度をもつ構成を採ることで、焦点面Ｕ´の面積を拡げることができる。又は、ターゲット１１ｂ´の径が、Ｘ線検出器１２の回転径より大きくなるように設けられる構成を採ることで、焦点面Ｕ´の面積を拡げるができる。つまり、ターゲット１１ｂ´の回転軌道が、Ｘ線検出器１２の回転軌道より外側になるように設けられる。前者の場合、Ｘ線検出器１２の回転軌道の外側にターゲット１１ｂを設ける必要がないので、架台装置１０の小型化という点で有利である。以下、前者の第１の構成例について、図３～図５を用いて説明し、後者の第２の構成例について、図６及び図７を用いて説明する。

（ターゲット１１ｂの第１の構成例）
図３は、ターゲット１１ｂの第１の構成例を正面から見た概略図である。図４は、図３に示すターゲット１１ｂの第１の構成例と、その周辺部材の構成とを示す側面図である。

図３及び図４に示すターゲット１１ｂの第１の構成例は、回転中心軸がそれぞれ異なるように配置された、第１の回転フレーム１３とターゲット１１ｂ（図３及び図４のグレー部分）とを備える。なお、図４において、第１の回転フレーム１３の回転中心軸を「Ｃ」と定義し、第１の回転フレーム１３に対するターゲット１１ｂの回転中心軸を「Ｄ」と定義する。また、図３及び図４において、回転中心軸Ｃと回転中心軸Ｄとの交点を、撮像中心、つまり、回転中心Ｉと定義する。

図３を用いてターゲット１１ｂについて説明する。ターゲット１１ｂは、回転中心Ｉを含む回転中心軸Ｄの周囲に亘るように円環状に設けられる。

カソード１１ａ、ターゲット１１ｂ、及びＸ線検出器１２は、第１の回転フレーム１３と共に回転中心Ｉを含む回転中心軸Ｃ周りに回転する。ターゲット１１ｂは、第１の回転フレーム１３に対してさらに撮像中心Ｉを含む回転中心軸Ｄ周りに回転する。つまり、ターゲット１１ｂを、第１の回転フレーム１３に対してさらに回転させることで、Ｘ線管１１は、ターゲット１１ｂの焦点面Ｕ上で焦点位置ＦをずらしながらＸ線を発生させる。

ターゲット１１ｂで発生され、ウェッジ１６及びコリメータ１７（図１に図示）を通過したＸ線は、ボアＷに配置された患者を透過し、第１の回転フレーム１３に保持されるＸ線検出器１２で検出される。このように、回転中心軸Ｃ周りに回転される第１の回転フレーム１３上で、さらに回転中心軸Ｄ周りに回転されるターゲット１１ｂが焦点面Ｕの各焦点位置ＦでＸ線を発生することで、複数ビューのデータを収集するＣＴスキャンが実行される。

図２に示すリングターゲット１１ｂ´と比較して、図３に示すターゲット１１ｂの第１の構成例では、焦点面Ｕ´の面積を焦点面Ｕまで拡げることができるので、小さい焦点で高出力を得ることができるという効果がある。また、ターゲット１１ｂでは、その焦点面Ｕの高温化を抑制することができる。さらに、ターゲット１１ｂでは、回転フレーム１３の回転によるターゲット１１ｂの耐遠心力が向上するという効果がある。

図４を用いて、図３に示すターゲット１１ｂとその周辺部材とについて説明する。図４の左側は、Ｘ線管１１のカソード１１ａが、上側に位置する場合のＸ線管１１等の構成を示す。一方で、図４の右側は、Ｘ線管１１のカソード１１ａが、下側に位置する場合のＸ線管１１等の構成を示す。即ち、図４の右側は、第１の回転フレーム１３の回転角度が左側とは１８０度異なる場合のＸ線管１１等の構成を示す。

第１の回転フレーム１３は、真空容器Ｖ及びＸ線検出器１２を保持する。第１の回転フレーム１３が回転中心軸Ｃ周りに回転することで、真空容器Ｖ及びＸ線検出器１２は、第１の回転フレーム１３と一体として回転中心軸Ｃ周りに回転する。

また、真空容器Ｖは、その内部に、支持部Ｂと、第２の回転部（例えば、第２の回転フレーム）Ｒと、Ｘ線管１１とを備える。支持部Ｂは、真空容器Ｖの内壁に固定され、真空容器Ｖと共に回転する。第２の回転フレームＲは、支持部Ｂの周方向に配置された複数のボールベアリングＬを介して、支持部Ｂに対して周方向に回転可能なように支持部Ｂに保持される。Ｘ線管１１のターゲット１１ｂは、第２の回転フレームＲに固定され、第２の回転フレームＲと共に回転する。また、支持部Ｂと、第２の回転フレームＲと、Ｘ線管１１のターゲット１１ｂとは、回転中心軸Ｄを中心とする円周に沿って配置される。一方で、Ｘ線管１１のカソード１１ａは、真空容器Ｖの内壁に固定され、真空容器Ｖと共に回転する。

第１の回転フレーム１３は、第２の回転フレームＲを回転駆動させるための駆動手段を支持する。駆動手段としては、例えば、ターゲット１１ｂの円環状の沿って設けられる直接駆動型のモータ（図示省略）、即ち、ＤＤモータが用いられる。ＤＤモータの動作により、第２の回転フレームＲが複数のボールベアリングＬを介して支持部Ｂに対して回転中心軸Ｄ周りに回転することで、第２の回転フレームＲに固定されるターゲット１１ｂは、回転中心軸Ｄ周りに回転する。つまり、真空容器Ｖ及びＸ線検出器１２は、第１の回転フレーム１３と共に回転可能であり、真空容器Ｖ内部のターゲット１１ｂは、第２の回転フレームＲと共に、回転する真空容器Ｖの内部でさらに回転可能である。

ここで、ターゲット１１ｂは、その回転中心軸Ｄが回転中心Ｉにおいて回転中心軸Ｃと重なるように配置される。また、ターゲット１１ｂは、焦点位置ＦとＸ線検出器１２の検出面の中心位置とを結ぶ直線が鉛直（ｙ軸と平行）となるように配置される。さらに、ターゲット１１ｂは、焦点位置ＦとＸ線検出器１２の検出面の中心位置とを結ぶ直線方向を中心としてＸ線が照射されるようにそのターゲットアングルが成形される。それにより、得られるＣＴ画像のアキシャル断面がｘ－ｙ面と平行となる。また、第２の回転フレームＲの回転中心軸Ｄは、第１の回転フレーム１３の回転中心軸Ｃに対して、ｙ－ｚ面内で所定の傾斜角度αを有する。傾斜角度αは、Ｘ線検出器１２の検出素子の列数（ｚ軸の平行方向における数）に応じて適切に決められる。それにより、Ｘ線検出器１２のサイズを変更する必要がない。

なお、図２に示す比較例と比較して、図４では、ターゲット１１ｂ等が一定の傾斜角度αをもって配置されるため、架台装置１０がｚ軸方向に大型化するようにも思われる。しかし、Ｘ線管１１では、比較例に係る従来型ターゲット１１ｂ´（図２に図示）の回転を行うための機構（ロータ及びステータ等）をZ軸方向に構成する必要がなくなり、真空管の表積が大きくなることにより大型の冷却装置の設置が不要となるため、架台装置１０の大型化を最小限に抑制することができる。

続いて、図５を用いて、第１の回転フレーム１３及びターゲット１１ｂの回転速度及び回転方向について説明する。図５は、図３に示すターゲット１１ｂの動作を正面から見た概略図である。ターゲット１１ｂは、第１の回転フレーム１３に対して「０」を超える速さで回転するように構成される。つまり、ターゲット１１ｂは、第１の回転フレーム１３の回転方向と同一方向に、第１の回転フレーム１３に対して「０」を超える速度で回転するように構成されるか、又は、第１の回転フレーム１３の回転方向とは反対方向に、第１の回転フレーム１３に対して「０」を超える速度で回転するように構成される。

図５に示すように、第１の回転フレーム１３の回転によりカソード１１ａが時計周りに速度Ｖ１で回転する。一方で、ターゲット１１ｂは、第２の回転フレームＲの回転により、時計周りに、第１の回転フレーム１３に対して相対速度Ｖ２で回転する。相対速度Ｖ２は、「０」ではない。相対速度Ｖ２が「０」である場合は、第１の回転フレーム１３の回転によりカソード１１ａとターゲット１１ｂとが同一方向に同一速度で回転することになり、ターゲット１１ｂにおける熱電子の照射位置が分散しないためである。

なお、第１の回転フレーム１３等の回転方向（速度Ｖ１での回転方向）と、第１の回転フレーム１３に対するターゲット１１ｂ等の回転方向（速度Ｖ２での回転方向）とは同一方向の場合の場合に限定されるものではない。第１の回転フレーム１３等の回転方向と、第１の回転フレーム１３に対するターゲット１１ｂ等の回転方向とは、反対方向であっても同等の効果が得られる。

図３～図５を用いて、第１の回転フレーム１３に対して回転するターゲット１１ｂの場合について説明したが、固定フレーム１９に対して固定された円環状のターゲットを採用する構成を採ることも考えられる。しかし、その場合、全周分、又は、ハーフ分のチャンネルを備えたＸ線検出器の設置が必要になる。第１の回転フレーム１３に対して回転する図３～図５に示すターゲット１１ｂによれば、第３世代のＸ線ＣＴ装置に備えられるＸ線検出器や、データ処理手法、Ｘ線高電圧装置、高電圧ケーブルを流用することができる。

以上のように、図３～図５に示すターゲット１１ｂの第１の構成例によれば、架台装置１０の大型化を抑えつつ、小さな焦点サイズで従来よりも高出力のＸ線を得ることができる。また、ターゲット１１ｂの第１の構成例によれば、焦点面Ｕの高温化を抑制することができるので冷却装置の設置を不要とすると共に、回転フレーム１３の回転によるターゲット１１ｂの耐遠心力が格段に向上するという効果がある。

（ターゲット１１ｂの第２の構成例）
図６及び図７に示す第２の構成例は、図３及び図４に示す第１の構成例と同様に、ＣＴ画像のアキシャル断面がｘ－ｙ面と平行となり、かつ、Ｘ線検出器１２のサイズを変更させないことを前提としている。一方で、図６及び図７に示す第２の構成例は、図３及び図４に示す第１の構成例とは異なり、ターゲット１１ｂ´の回転軌道が、Ｘ線検出器１２の回転軌道より外側になるようにターゲット１１ｂ（図６及び図７のグレー部分）を配置する。

図６は、ターゲット１１ｂの第２の構成例を正面から見た概略図である。図７は、図６に示すターゲット１１ｂの第２の構成例と、その周辺部材の構成とを示す側面図である。

図６を用いてターゲット１１ｂについて説明する。ターゲット１１ｂは、回転中心Ｉを含む回転中心軸Ｃの周囲に亘るように円環状に設けられる。また、ターゲット１１ｂは、その回転軌道が、Ｘ線検出器１２の回転軌道の外側となるように配置される。Ｘ線検出器１２の位置及びサイズは、図３に示すものと同一である。

カソード１１ａ、ターゲット１１ｂ、及びＸ線検出器１２は、第１の回転フレーム１３と共に回転中心軸Ｃ周りに回転する。ターゲット１１ｂは、第１の回転フレーム１３に対してさらに回転中心軸Ｃ周りに回転する。つまり、ターゲット１１ｂを、第１の回転フレーム１３に対してさらに回転させることで、Ｘ線管１１は、ターゲット１１ｂの焦点面Ｕ上で焦点位置ＦをずらしながらＸ線を発生させる。

ターゲット１１ｂで発生され、ウェッジ１６及びコリメータ１７（図１に図示）を通過したＸ線は、ボアＷに配置された患者を透過し、第１の回転フレーム１３に保持されるＸ線検出器１２で検出される。このように、回転中心軸Ｃ周りに回転される第１の回転フレーム１３上で、さらに回転中心軸Ｃ周りに回転するターゲット１１ｂが焦点面Ｕの各焦点位置ＦでＸ線を発生することで、複数ビューのデータを収集するＣＴスキャンが実行される。

図２に示すリングターゲット１１ｂ´と比較して、図６に示すターゲット１１ｂの第２の構成例では、焦点面Ｕ´の面積を焦点面Ｕまで拡げることができるので、図３を用いて説明した効果と同様の効果がある。

図７を用いて、図６に示すターゲット１１ｂとその周辺部材とについて説明する。図７の左側は、図４の左側と同様に、Ｘ線管１１のカソード１１ａが、上側に位置する場合のＸ線管１１等の構成を示す。一方で、図７の右側は、図４の右側と同様に、Ｘ線管１１のカソード１１ａが、下側に位置する場合のＸ線管１１等の構成を示す。なお、図７において、図４と重複する部分の説明については説明を省略する。

支持部Ｂと、第２の回転フレームＲと、Ｘ線管１１のターゲット１１ｂとは、回転中心軸Ｃを中心とする円周に沿って配置され、かつ、ターゲット１１ｂの回転軌道がＸ線検出器１２の回転軌道の外側となるように配置される。一方で、Ｘ線管１１のカソード１１ａは、真空容器Ｖの内壁に固定され、真空容器Ｖと共に回転する。

ここで、ターゲット１１ｂは、焦点位置ＦとＸ線検出器１２の検出面の中心位置とを結ぶ直線方向を中心としてＸ線が照射されるようにそのターゲットアングルが成形される。それにより、得られるＣＴ画像のアキシャル断面がｘ－ｙ面と平行となる。また、ターゲット１１ｂは、その回転軌道が、Ｘ線検出器１２の回転軌道の外側になるように配置される。それにより、Ｘ線検出器１２のサイズを変更する必要がない。

なお、ターゲット１１ｂ及び第２の回転フレームＲの回転速度及び回転方向については、図５を用いて説明したものと同等であるので説明を省略する。

また、図６及び図７に示すターゲット１１ｂを採用する場合、図３及び図４に示すターゲット１１ｂを採用する場合と比較して、Ｘ線検出器１２の配置及びサイズは同一である一方で、Ｘ線検出器１２の焦点位置Ｆからの距離が変化している。つまり、図６及び図７に示すターゲット１１ｂを採用する場合、図３及び図４に示すターゲット１１ｂを採用する場合と比較して、Ｘ線検出器１２の各Ｘ線検出素子に入射されるＸ線の角度が変化する。そこで、図６及び図７に示すターゲット１１ｂを採用する場合、図３及び図４に示すターゲット１１ｂを採用する場合とは異なるグリッドをＸ線検出器１２の前面に配置させることが好適である。グリッドを構成する各Ｘ線遮蔽板は、焦点位置に応じた傾斜角度をもつようにグリッドに備えられる。

以上のように、図６及び図７に示すターゲット１１ｂの第２の構成例によれば、図３～図５に示すターゲット１１ｂの第１の構成例と同等の効果が得られる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、小さな焦点サイズで従来よりも高出力のＸ線を得ることができる。

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。

１Ｘ線ＣＴ装置
１１Ｘ線管
１１ａカソード
１１ｂターゲット
１２Ｘ線検出器
１３第１の回転フレーム
１９固定フレーム
Ｖ真空容器
Ｂ支持部
Ｒ第２の回転フレーム
Ｌ複数のボールベアリング

Claims

熱電子を照射する陰極と、前記熱電子を受けてＸ線を発生し、撮像中心の周囲に亘って設けられる円環状の陽極と、を備えるＸ線管と、
前記Ｘ線管の前記陽極によって発生された前記Ｘ線が照射される位置に設けられるＸ線検出器と、
前記陰極と、前記陽極と、前記Ｘ線検出器とを周方向に回転可能に保持する第１の回転部と、
前記第１の回転部に保持され、前記陽極を周方向に回転可能に保持する第２の回転部と、
を備え、
前記第２の回転部の回転中心軸は、前記第１の回転部の回転中心軸に対して所定の傾斜角度を有する、
Ｘ線ＣＴ装置。
前記第２の回転部は、前記第１の回転部の回転方向と同一方向、又は、反対方向に回転するように構成される、
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記第２の回転部は、前記第１の回転部に対して「０」を超える速さで回転するように構成される、
請求項１又は２に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記陽極は、焦点位置と前記Ｘ線検出器の検出面の中心位置とを結ぶ直線方向を中心として前記Ｘ線が照射されるようにターゲットアングルが成形される、
請求項１乃至３のうちいずれかい一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記第１の回転部は、真空容器を保持し、
前記真空容器は、その内部に、前記真空容器に固定される支持部及び前記陰極と、前記支持部に対して回転可能に前記支持部に保持される前記第２の回転部と、前記第２の回転部に固定される前記陽極と、を備える、
請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
第２の回転部は、前記支持部の周方向に配置された複数のボールベアリングを介して、前記支持部に対して周方向に回転可能なように前記支持部に保持される、
請求項５に記載のＸ線ＣＴ装置。
熱電子を照射する陰極と、
前記熱電子を受けてＸ線を発生し、撮像中心の周囲に亘って設けられる円環状の陽極と、
前記陰極と、前記陽極と、Ｘ線検出器とを周方向に回転可能に保持する第１の回転部に保持され、前記陽極を周方向に回転可能に保持する第２の回転部と、
を備え、
前記第２の回転部の回転中心軸は、前記第１の回転部の回転中心軸に対して所定の傾斜角度を有する、
Ｘ線管装置。