JPH0250734B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はローテート・ローテート（Rotate／
Rotate）方式のＸ線コンピユータ断層撮影装置
（以下単にＸ線CT装置と記す）に関するものであ
る。

Ｘ線CT装置は、Ｘ線管球に高電圧を印加して
パルス的なＸ線を被検体へ照射し、被検体を透過
したＸ線を数百の検出素子からなるＸ線検出器に
より検出して、この検出データをコンピユータで
処理することにより被検体の断層画像を得るよう
な装置であるが、このような装置は、高電圧かつ
大電力を必要とするため非常に大きな電源を必要
としている。そのため従来のCT装置の電源は、
高価格であり、また電源部の移動には特別の機械
を使用しなければ移動できず、広い設置場所も必
要であつた。本発明は、Ｘ線管球から放射される
Ｘ線の安定性など装置の特性を犠牲にすることな
く、従来の装置の電源部を小型軽量化した点に特
徴を有するＸ線CT装置を提供しようとするもの
である。

第１図は従来のＸ線CT装置の概要を示すブロ
ツク図である。同図において、１はＸ線管球を表
わし陽極と陰極の間に加えられた電圧に応じてＸ
線を出力するものであり、ここでは脈波の電圧が
加えられているので脈波のＸ線を放射している。
２はＸ線検出器を表わし前記Ｘ線管球１とは被検
体１２を挾んで対向して設置され被検体の周囲を
Ｘ線管球１とともに回転運動するものである。な
お、このＸ線検出器２は、第１図に示す如く多数
のＸ線検出素子をアレイ状に配列したもので、各
検出素子はそれぞれ入射したＸ線の強度に応じて
電流を出力する機能を有している。３は回転体を
表わし、これに前記したＸ線管球１とＸ線検出器
２が取り付けられている。４はガントリー駆動モ
ータ（以下単にモータと記す）を表わし回転体３
を回転させるものである。５は回転体３の回転角
度を検出する回転角度検出器である。６は多数の
積分器からなる積分器群を表わしＸ線検出器２の
各素子からの電流を積分するものである。なお、
各積分器は、Ｘ線検出器２から一定周期で次々と
入力するパルス電流について各パルス毎に積分値
を得ることができるように、後述するタイミング
制御回路１１により積分周期が制御されている。
７は各積分器の出力を選択して次段へ伝達するマ
ルチプレクサである。８はマルチプレクサ７から
入力したアナログ信号をデジタル信号に変換する
Ａ・Ｄ変換器である。９はＡ・Ｄ変換器８を介し
て導入した被検体１２の各部を通過したＸ線強度
に基づくデータ信号を導入し断層画像が得られる
ように各種の演算処理を行なう情報処理装置であ
り、例えばコンピユータで構成される。１０は断
層画像を表示する画像表示装置を表わし例えば陰
極線表示管CRTで構成される。１１はタイミン
グ制御回路を表わし回転角度検出器５からの信号
を受けて各部のタイミングを図るものである。１
３と１４は高圧スイツチ管を表わし例えばテトロ
ードチユーブで構成される。１５と１６はグリツ
ド制御回路である。T₁はΔ_Y接続された三相変圧
器を表わし、D₁〜D₁₂は整流器を表わす。

以上のように構成された従来のＸ線CT装置は
次のように動作する。三相変圧器T₁と整流器D₁
〜D₁₂により電圧変動率の小さい直流電圧が得ら
れ高圧スイツチ管１３，１４を介してＸ線管球１
へ高電圧が印加される。第３図のイ，ロ，ハは第
１図装置の各部の動作を示すタイムチヤートであ
る。同図においてイは回転角度検出器５の出力を
表わし、ロはＸ線管球１から放射されるＸ線パル
スを表わし、ハは積分器の動作を表わすものであ
る。回転体３はモータ４により適宜回転される
が、その回転角度は回転角度検出器５により検出
され、一定角度ごとにイに示すようなパルス信号
がタイミング制御回路１１へ出力される。タイミ
ング制御回路１１は、例えば第３図に示す如く、
イのパルスの立下りにタイミングを合せてグリツ
ド制御回路１５，１６を動作させ、Ｘ線管球１へ
高電圧のパルスを印加して、ロに示すようなＸ線
のパルスが放射される。このＸ線のパルスは被検
体１２を透過しＸ線検出器２で検出される。Ｘ線
検出器２で得られる測定電流は第３図ロと同期し
たパルス状の波形であり、積分器６は、ハの区間
，，においてそれぞれ積分して、透過Ｘ線
の量を電圧値に変換する。一方第３図のハにおけ
る区間，においても積分器６は積分動作を行
なつており、この区間，における積分値はＸ
線の入力がゼロである場合のものである。すなわ
ち区間，を区間，，と等しい時間とす
ることにより、この区間，で得られた値を区
間，，で得られたデータ信号から引き算す
ることにより積分器等のゼロ点変動を補正するこ
とができる。また各区間，，，……の間の
期間において、積分器６はリセツトされる。以上
の説明のように、積分器６は、パルス状の高電圧
のタイミングに同期してＸ線照射時の積分→リセ
ツト→零点積分→リセツトを交互に繰り返し、こ
れらのデータ信号からＡ・Ｄ変換器８、情報処理
装置９を介して画像表示装置１０に断層画像が表
示される。

以上のような従来のＸ線CT装置は次に示す欠
点を有している。

(1) 高電圧発生器は±60kVの準直流出力を得る
ようにしているため、３相のトランスを用い、
構成が複雑で大型となりかつ高価でもある。商
品化されているＸ線CT装置のトランスを含む
電源部だけの重量は、約1.3トン程もあり容易
に移動をすることもできない。

(2) 高圧スイツチ管や高電圧絶縁機能を有したグ
リツド制御回路を必要とするため高価となる。

(3) 第４図のは高電圧発生部であるところの整
流器D₄〜D₁₂の出力電圧波形を示し、はＸ線
管球１に流れる管電流波形を示す図である。第
４図のように、第１図の高電圧発生部では負荷
電流（管電流）の変化により高電圧出力が変動
する。従つて所定の高電圧を負荷へ供給しよう
とすれば、無負荷時の電圧が上昇しそのためト
ランスを含む高電圧発生部の構成部品の耐電圧
を持たせる必要があり、その結果装置が大型で
高価なものとなる。このような理由からＸ線管
球１の管電圧は120kV程度に制限されていた。

本発明は上述した(1)〜(3)の問題点を解決する手
段を提供しようとするものである。

第２図は本発明に係るＸ線CT装置の構成を示
すブロツク図である。同図において、構成素子番
号の１〜１１は第１図装置と全く同じものであ
り、かつ相互間の構成も第１図と同様であるた
め、これらの再説明は省略する。第１図装置と異
なる点は以下の通りである。まずトランスT₂が
単相トランスであること、整流器はD₂₁とD₂₂の
２個としたこと、及びフエーズ・ロツクド・ルー
プ（以下単にPLLと記す）を設け回転角度検出
器５からの信号と商用電源の周波とを位相比較し
て、Ｘ線管球１とＸ線検出器２が取り付けられて
いる回転体３（ガントリー部）を商用周波に同期
して回転させるようにしていることである。

第５図は第２図装置の各部の動作を示すタイム
チヤートである。同図において、ａはＸ線管球１
の陽極−陰極間に加えられる半波整流された高電
圧波形である。ｂはＸ線管球１から放射されるＸ
線の脈波形である。ｃは積分器群６の動作期間を
説明するための図である。

第２図のように構成された本発明に係るＸ線
CT装置は、単相トランスT₂の１次側には商用電
源が印加される。そして単相トランスT₂の２次
側には所定の高電圧が誘起され、整流器D₂₁と
D₂₂により半波整流されて第５図ａのような波形
の電圧がＸ線管球１の陽極・陰極間に印加され
る。なお第２図においては、整流器D₂₁及びD₂₂
として単一の素子をもつて図示したが、耐電圧を
持たせるため、多数の整流素子を直列に接続する
ような構成をとつてもよい。

Ｘ線管球１から放射されるＸ線の放射量は管電
圧の約３乗に比例するため、その放射出力は第５
図ｂのような脈波となる。

一方、回転体３は既述した如くPLL１７の働
きにより商用電源の周波に同期して回転してお
り、またＸ線管球１からも商用電源の周波に同期
してＸ線の脈波が放射される。

積分器群６は第５図ｃの区間，，，…の
期間に積分動作を行ない、各区間に入力したＸ線
量を電圧値に変換し、ｃの区間，，…の期間
においてはＸ線が放射されていないゼロレベルの
場合の積分を行なう。このようにして得られた各
区間，，…のデータは情報処理装置９でゼロ
補正され、更に映像化される。もちろん情報処理
装置９でゼロ補正する代りに各積分器６でアナロ
グ的にゼロ補正を行なつてもよい。

第６図は本発明の別の実施例を示す図であり、
単相トランスT₂と整流器D₂₃〜D₂₆とＸ線管球１
のみを示した。他の構成接続は第２図と全く同一
である。この第６図の装置においては、第２図の
装置と同様に単相トランスT₂の１次側には商用
電源が印加され、Ｘ線管球１には全波整流された
高電圧の脈波が加えられる。従つてＸ線管球１か
らは第５図ｂの２倍の数の脈波Ｘ線が放射され
る。なお第６図のような全波整流方式を用いた場
合には、第５図ｃの，，…におけるゼロ補正
用の積分周期がとれない。この場合には、各波形
毎にゼロ補正をせず、Ｘ線スキヤンの始めに１回
だけゼロ積分を行ない、この時のゼロ積分値を用
いて各Ｘ線放射時のデータから減算すようにすれ
ば、ゼロ補正を行なうことができる。このように
Ｘ線スキヤンに先立つて１回のみゼロ積分する方
式によれば、Ａ・Ｄ変換の回数を減らすことがで
きる長所がある。

第７図は本発明の他の実施例を示す図であり、
第６図と同様、単相トランスT₂と整流器D₂₇とコ
ンデンサC₁とＸ線管球１のみを示した。他の構
成は第２図と全く同様である。同図において、整
流器D₂₇とコンデンサC₁は直列に接続され、この
直列回路が単相トランスT₂の２次巻線間に接続
される。また整流器D₂₇の極性と逆極性となるよ
うにＸ線管球１がこの整流器D₂₇へ並列に接続さ
れる。以上のように構成された第７図において、
単相トランスT₂の１次側へ商用電源が印加され
るとＸ線管球１の陽極には整流器D₂₇とコンデン
サC₁の働きにより単相トランスT₂の２次巻線に
誘起した電圧のピーク整流された正の直流電圧e₂
がコンデンサC₁へチヤージされる。一方、Ｘ線
管球１の陰極には２次巻線に誘起した交流電圧e₁
が印加される。従つてＸ線管球１の陽極・陰極間
には（e₂−e₁）なる常に正の電圧が加えられてお
り、この差電圧が最大となる付近でＸ線が放射さ
れる。なお、第７図の動作の詳細は、本出願人が
昭和56年11月27日に特許出願した「パルス状Ｘ線
発生装置」に記載されている。

以上の説明のように、第２図、第６図、第７図
の本発明に係るＸ線CT装置によれば、次のよう
な効果が得られる。

(1) トランスとして単相トランスを用い、高電圧
発生部の素子数も従来と比べ非常に少なくて済
み小型で安価なものとすることができる。トラ
ンスを含む電源部の重量は、従来の1.3トンか
ら本発明によれば約0.4トンに軽量化すること
ができる。

(2) 高価な高圧スイツチ管やグリツド制御回路を
必要としない。

(3) 従来の装置では、第４図で説明した如く高電
圧が負荷変動により影響を受けたが、本発明に
よれば、常に整流電圧は負荷に印加されている
ため、従来装置のような負荷変動による影響は
受けない。従つてＸ線管球のピーク管電圧を高
く設定することができるのでＸ線管球の効率を
高めることができる。

以上の説明のように、第２図、第６図、第７図
の装置によれば上述の如く多くの効果が得られる
が、Ｘ線管球１から放射されるＸ線パルスの波形
は第５図ｂのようになつている。一方、Ｘ線CT
装置においては、被検体を透過したＸ線パルスを
各パルス毎にＸ線検出器で計測し、この計測値に
基づいてコンピユータによりデータ処理を行なつ
て断層画像を得るような動作を行なつている。Ｘ
線CT装置においては、高速にに断層画像を得る
ためＸ線の計測時間は短かいことが望ましい。こ
のような観点から判断して、第５図ｂのＸ線パル
ス波形は、カツトオフ付近がシヤープでなくパル
ス幅が大き過ぎるという改善すべき点を有してい
る。

そこで、第２図、第６図、第７図の装置で得ら
れる主たる効果を保持したまま、すなわち電源部
を小型軽量としたまま、かつシヤープな波形のＸ
線パルスを出力することができる装置を第８図に
示す。

第８図は本発明の別の実施例を示す図であり、
単相トランスT₃を含むＸ線を発生させるための
回路部分のみを示したが、その他の部分の構成接
続は第２図と同様である。第８図において、T₃
は単相トランスであり、第２図、第６図、第７図
で説明したものと同じようなトランスである。３
１は整流回路であり、この整流回路３１は、半波
整流又は全波整流のどちらでも本発明は成立す
る。３３は３極Ｘ線管球であり、第２図、第６
図、第７図のＸ線管球とは異なりグリツドを有し
た構成のものである。この３極Ｘ線管球３３の陽
極と陰極の間へは、単相トランスT₃の２次側電
圧を整流回路２１で整流した電圧が印加されてい
る。３５はフエーズ・ロツクド・ループ回路（以
下単にPLL回路と記す）を表わし、第８図の如
く単相トランスT₃の１次側に接続され、この１
次側に印加された交流電圧の周波数に対応した周
波数の信号を出力するものである。例えば、
PLL回路３５の入力周波数がf₁とすればｎ・f₁な
る周波数の信号を出力する。なお、このPLL回
路３５は、前述した第２図に示すPLL１７と同
様なものであり、PLL１７とPLL回路３５とを
共用化して１個にまとめてもよい。３７は移相器
であり、PLL回路３５の出力信号を導入しこの
信号の位相を適宜シフトすることができる。３９
はグリツド制御回路であり移相器３７の信号を導
入し、この信号を基にして３極Ｘ線管球３３のグ
リツドへパルス状の信号を印加するものである。

以上のように構成された第８図装置の動作は次
の如くである。単相トランスT₃の１次側端子ａ，
ｂ間へ交流電圧が印加される。この交流電圧は通
常、商用電源が用いられるが、もちろん自家発電
機からの電圧が加えられてもよい。単相トランス
T₃の２次側には所定の高電圧が誘起され、この
高電圧は整流回路３１で整流され脈波の直流電圧
となる。前述した如く整流回路３１は半波整流又
は全波整流のどちらでも本発明は成り立つが、こ
こでは全波整流と仮定して動作説明を行なう。こ
の全波整流したた波形を第９図イに点線l₁で示
す。整流回路３１と３極Ｘ線管球３３との接続
は、通常、高圧ケーブル（図示せず）を介して行
なわれ、この高圧ケーブルのケーブル容量によ
り、３極Ｘ線管球３３の陽・陰極間の電圧波形
は、第９図イの一点鎖線l₂のようになる。もちろ
ん、本発明は３極Ｘ線管球３３へ印加する電圧波
形が第９図イの点線l₁であつても一点鎖線l₂であ
つてもどちらでも成立する。

一方PLL回路３５は単相トランスT₃の交流電
圧の周波数に対応した周波数の信号を出力してお
り、例えば、単相トランスT₃の交流信号が50Hz
であれば、PLL回路３５からの出力信号も50Hz
とすることができる。なお、第８図では、PLL
回路３５の入力信号として単相トランスの１次側
電圧を導入したが、２次側回路から導入してもよ
い。しかし２次側は高電圧回路であり低圧に変換
しなければならないから、通常は単相トランスの
１次側回路からPLL回路３５へ交流信号を導入
している。

以上のようにしてPLL回路３５からは、上述
の交流電源の周波数に応じ周波数の信号が出力さ
れており、移相器３７によつて、PLL回路３５
からの信号の位相は任意に調整される。従つグリ
ツド制御回路３９の出力として、第９図ロのよう
な位相のパルス信号を得ることができる。すなわ
ち、移相器３７を調整することにより、グリツド
制御回路３９から出力されるパルス信号は、３極
Ｘ線管球３３の陽極と陰極間に印加される整流電
圧のピーク値に位相を合せることができる。この
関係を第９図のイ，ロに示す。従つて、グリツド
には陽・陰極間に印加されている整流電圧のピー
ク時にパルス電圧が加えられるので、３極Ｘ線管
球３３からは第９図のハに示すようなパルス状の
Ｘ線が放射される。

以上の説明のように第８図の装置によれば、次
の効果が得られる。

(A) ３極Ｘ線管球３の陽・陰極間に印加される整
流電圧のピーク時に合せてグリツドにパルス電
圧が加えられるので、照射されるＸ線は高圧電
源のリツプルの影響を受けることなく、安定な
Ｘ線出力とすることができる。

(B) 第５図ｂに描いたようなＸ線パルスと異なり
第９図ハのようなシヤープなＸ線パルスを放射
できるので、Ｘ線の計測時間が短縮でき、画像
表示までの応答性が速くなる。

(C) 高圧電源は、単相トランスでよいため第２
図、第６図、第７図と同様に小型かつ軽量にす
ることができる。

なお以上の説明では、３極Ｘ線管球３３の陽・
陰極間へ加える整流電圧のピーク時に合せてグリ
ツドへパルス電圧を印加すると説明したが、これ
は実質的にピーク時に合つていればよく、厳密に
ピーク時でなくても本発明は成立する。

また以上の説明は、全波整流の場合であり、半
波整流の場合には、第９図イの脈波が１つ置きと
なり、その脈波のピーク毎にグリツドへパルス信
号が印加される。

またグリツドへ印加するパルス信号のタイミン
グの余裕をとるため、整流回路３１の出力端にコ
ンデンサ（図示せず）を接続して整流電圧のリツ
プルを少なくするようにしても本発明は成立す
る。

また第８図の説明では、PLL回路３５と移相
器３７とグリツド制御回路３９とを別々の回路で
構成する如く説明したが、実質的に以上の各回路
の機能を果すことができれば、どのような構成で
あつてもよいことは明白である。

なお、第２図、第７図に示す如く単相トランス
の２次側へ半波整流回路が接続されている場合に
は、この単相トランスに偏磁化電流が流れる。偏
磁化電流は、力率を低下させ、装置の効率を悪化
させるものであるため、これを防止する必要があ
る。

第１０図は、上記偏磁化電流を防止する一手段
を示した図である。第１０図においては、サイリ
スタSCRと抵抗R₁とを並列に接続した回路を単
相トランスT₄の１次側へ設けるようにしている。

第１０図のような構成とすることにより、ま
ず、単相トランスT₄の正の半周期においては、
サイリスタSCRと抵抗R₁の並列回路がない場合
とほとんど同様な動作である。一方、負の半周期
については、サイリスタSCRは逆方向となるが
抵抗R₁を介して電流が流れる。そして、大きな
偏磁化電流が流れようとすると抵抗R₁のため変
圧器T₄の１次電圧は低下し、偏磁化電流は減少
するように作用する。すなわち、偏磁化電流が防
止される。

またこのような第１０図の装置によれば、Ｘ線
CT装置全体の電源スイツチをサイリスタSCRで
兼ねることができるので、サイリスタSCRのゲ
ートＧへ適切なタイミングでトリガを加えること
により、電源のオン・オフを位相的に制御するこ
とができる効果がある。

なおＸ線CT装置においては、Ｘ線管球１に印
加する電圧の設定範囲が厳しいため、通常その調
整のために電圧調整器を設けている。一方、第１
０図の装置における単相トランスT₄の１次側は
一種の半波整流回路であるため、この電圧調整器
にも偏磁化電流が流れることとなる。そこで第１
１図に示す如く、電圧調整器T₅の１次側へも整
流器D₂₈と抵抗R₂からなる並列回路を接続すれ
ば、電圧調整器T₅の偏磁化電流を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＸ線CT装置の概要を示すブロ
ツク図、第２図は本発明に係るＸ線CT装置の概
要を示すブロツク図、第３図は第１図装置の各部
の動作を示すタイムチヤート、第４図は第１図装
置の負荷変動を説明するための図、第５図は第２
図装置の各部の動作を示すタイムチヤート、第６
図と第７図と第８図は本発明に係るＸ線CT装置
の別の実施例を示す図であり電源部とＸ線管球の
接続のみを示した図、第９図は第８図装置の各部
の動作を示すタイムチヤート、第１０図及び第１
１図は偏磁化電流を防止する手段を示した図であ
る。 １……Ｘ線管球、３３……３極Ｘ線管球、２…
…Ｘ線検出器、３……回転体、４……モータ、５
……回転角度検出器、６……積分器群、７……マ
ルチプレクサ、８……Ａ・Ｄ変換器、９……情報
処理装置、１０……画像表示装置、１１……タイ
ミング制御回路、１７……PLL、T₂，T₃，T₄…
…単相トランス、D₂₁〜D₂₈……整流器、C₁……
コンデンサ、３５……PLL回路、３７……移相
器、３９……グリツド制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 陽極と陰極の間に加えられた脈波電圧に従つ
   て脈波Ｘ線を出力するＸ線管球と、このＸ線管球
   と対向して設置され被検体の周囲を前記Ｘ線管球
   とともに回転運動するＸ線検出器と、前記回転角
   度を検出し前記脈波電圧の位相と比較して回転運
   動を脈波電圧の周期に同期させる手段と、前記Ｘ
   線検出器の出力を脈波Ｘ線に同期して積分する手
   段と、前記Ｘ線検出器からのデータ信号に基づい
   て被検体の断層画像の構成を行なう画像構成手段
   と、前記断層画像を表示する画像表示装置と、単
   相トランスを備え、この単相トランスの１次側へ
   サイリスタSCRと抵抗Ｒ１の並列回路を介して
   商用電源を接続し、２次側電圧の整流した電圧を
   前記脈波電圧として用いるようにしたＸ線CT装
   置。 ２ １次側へ商用電源が接続された単相トランス
   と、 この単相トランスの２次側電圧を整流する整流
   回路と、 この整流回路からの整流電圧が陽極と陰極の間
   に加えられた３極Ｘ線管球と、 この３極Ｘ線管球と対向して設置され被検体の
   周囲を前記３極Ｘ線管球とともに回転運動するＸ
   線検出器と、 この回転運動の回転角度を検出し、前記単相ト
   ランスに加えられた商用電源の位相と比較して回
   転運動を商用電源の周期に同期させる手段と、 前記３極Ｘ線管球に加えられる整流電圧の実質
   的ピーク値に位相を合わせてこの３極Ｘ線管球の
   グリツドへパルス状信号を印加する手段と、 前記Ｘ線検出器の出力を３極Ｘ線管球から出力
   されるＸ線に同期して積分する手段と、 前記Ｘ線検出器からのデータ信号に基づいて被
   検体の断層画像の構成を行なう画像構成手段と、 前記断層画像を表示する画像表示装置と、 を備えたＸ線CT装置。