JPS6322407B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 この発明はＸ線スキヤナにおいて高速撮影を可
能とする超高速CTスキヤナ用Ｘ線発生装置に関
する。

発明の技術的背景 従来のＸ線CTスキヤナ用Ｘ線発生装置を模式
的に示すと、第１図のように構成されている。図
中、１はＸ線を発生させるためのＸ線管装置、２
はＸ線の強度分布を一様ならしめるためのウエツ
ジフイルター、３はＸ線の強度分布を制限するた
めのスリツト、４はこれらを通過して放射される
Ｘ線のパスである。又、５はこの装置によつて断
層像を得る被写体、６は前記被写体５を通過した
Ｘ線４を受け、電気信号に変換するための検出器
である。更に、７は前記検出器６の出力を増幅
し、AD変換して図示しないコンピユータに送る
ためのデータ収集回路、８は前記Ｘ線管装置１、
ウエツジフイルター２、スリツト３、検出器６、
データ収集回路の全て又はその一部を一体として
被写体５の周囲を回転するための回転架台であ
り、９は前記回転架台８を支えるための固定架台
である。１０は前記回転架台８を前記固定架台９
に同心状に固定して回転させるためのベアリン
グ、１１は前記回転架台８を回転させるための駆
動装置、１２は前記Ｘ線管装置１に高電圧を供給
するための高電圧ケーブルを表わしている。

このようなＸ線CTスキヤナ用Ｘ線発生装置は、
Ｘ線管装置１と検出器６とを相対向させて、被写
体５の回りを回転させ、被写体５の検査断面内の
あらゆる点の全ての角度をカバーする投影データ
を得、これらのデータから予めプログラムされた
再構成プログラムにより断層画像を得るものであ
る。ここで、検出器６はＸ線管装置１と対向させ
て回転させると述べたが、検出器６は全周上に配
列しておけば固定しておくこともできる。

背景技術の問題点 上記のようなＸ線CTスキヤナでは、大重量の
部分、即ちＸ線管装置１、ウエツジフイルター
２、スリツト３、検出器６、データ収集回路７、
回転架台８、高電圧ケーブル１２又はその一部を
回転させなければならず、回転速度に限界があ
る。そして１回転の時間を0.5Sとすると、回転時
の遠心力は10Gとなり、Ｘ線管装置１や他の回転
部分に非現実的な力がかかる。一方、人体の心臓
の撮影等、数ミリ秒の高速撮影の必要性があり、
この目的のために、釣鍾状の真空容器中を電子線
を走らせて電子線のみを回転することにより、Ｘ
線の発生源を被写体５の回りに回転させるいわゆ
る電子スキヤン形のCTスキヤナが考えられてい
る。しかしながら、このCTスキヤナでは、電子
線の走行距離が２〜2.5ｍにも及ぶため、電子が
反発して十分な集束が得られない。又、この方法
では、電子線の加速エネルギーが少し変れば偏向
角度が大きくずれ、ビームの安定性の確保が極め
て難しい。

発明の目的 この発明の目的は、上記従来の欠点を除去し、
安定したＸ線焦点を高速で回転させ、高速撮影を
容易に実現させることができる超高速CTスキヤ
ナ用Ｘ線発生装置を提供することである。

発明の概要 この発明は、被写体を同軸状に囲むドーナツ状
真空容器の中に、回転するターゲツト及び電子ビ
ーム発生手段を磁気軸受機構によつて設けたもの
である。

発明の実施例 この発明のＸ線発生装置は、第２図に示すよう
に構成され、床１００上には支持台１１４，１１
５を介して真空容器１１６が設置されている。こ
の真空容器１１６は被写体１１７を同軸状に囲む
ドーナツ状にして、真空ポンプ１１８により、常
時、高真空に保たれている。この真空容器１１６
内には、ターゲツト１０１とカソード１０６が所
定間隔で対向配設されている。尚、１０７は集束
電極である。前記カソード１０６はブラシ、１１
９，１２０の方へ接続され、ブラシ１１９，１２
０とカソード１０６の間には、ブラシ１１９，１
２０がすりへつたときのクズがカソード１０６の
方へ行かないように遮蔽板１２１が設けられてい
る。前記ターゲツト１０１は、カソード１０６か
ら放出された電子ビームが衝突してＸ線を発生さ
せるためのもので、リング状に形成され軸ａを中
心に回転自在となつている。即ち、ターゲツト１
０１は支持体１２３を介してターゲツトローター
１０２に固着されており、このターゲツトロータ
ー１０２は磁気軸受１０３により非接触に支持さ
れ、回転磁界発生器のような回転駆動装置（図示
せず）によつて回転トルクが与えられ、軸ａの回
りに回転するようになつている。そして動作時に
は、このターゲツトローター１０２にブラシ１０
４により外部から±70kV程度の高電圧が供給さ
れるようになつている。又、ターゲツトローター
１０２の近くにタツチダウン機構１０５が設けら
れ、このタツチダウン機構１０５は前記磁気軸受
１０３の電源がオフ（OFF）になつた場合に、
ターゲツトローター１０２を機械的に支持してお
り、ターゲツトローター１０２が正常に回転して
いるときにはターゲツトローター１０２には接触
しない。

一方、前記カソード１０６はリング状にして電
子を放出する荷電粒子発生機構であり、又、前記
集束電極１０７は前記カソード１０６から放出さ
れた電子ビームを適当な分布に制限すると共に、
電子の量を時間的に制御するためのものである。
更に、前記ターゲツト１０１の内側には、ターゲ
ツト１０１上のＸ線の焦点１０８から放射された
Ｘ線の強度分布を整形するために、凹形のウエツ
ジフイルター１２４が配設されている。そして、
このウエツジフイルター１２４は、前記カソード
１０６、集束電極１０７と共に、カソードロータ
ー１０９に固着されている。このカソードロータ
ー１０９は、その内側にある磁気軸受１１０によ
り非接触で支持され、回転磁界発生器のような回
転駆動装置（図示せず）により回転トルクが与え
られ、軸ａの回りに前記ターゲツト１０１と反対
の方向に回転するようになつている。従つて、カ
ソード１０６、集束電極１０７、ウエツジフイル
ター１２４もターゲツト１０１と反対方向に回転
することになる。更に前記ウエツジフイルター１
２４の内側には、Ｘ線放射口１１３が設けられ、
このＸ線放射口１１３の内側にはコリメーター１
１１が設けられている。そして、このコリメータ
ー１１１の近くには、検出器１２５が配設されて
いる。又、カソードローター１０９の近くにタツ
チダウン機構１３９が設けられ、このタツチダウ
ン機構１３９は前記磁気軸受１１０の電源がオフ
（OFF）になつた場合に、カソードローター１０
９を機械的に支持しており、カソードローター１
０９が正常に回転しているときにはカソードロー
ター１０９には接触しない。

尚、前記ブラシ１０４と前記ターゲツト１０１
の間には、ブラシ１０４がすりへつたときクズが
ターゲツト１０１の方へ行かないように遮蔽板１
２６が設けられている。又、１２７はカソードロ
ーター１３５をアース電位にするためのブラシで
あり、１２８はアノードローター１２９をアース
電位にするためのブラシである。更に、１３０，
１３１，１３２，１３３，１３４はいずれもガイ
シである。又、アノードローター１２９とターゲ
ツト１０１の間及びカソードローター１３５とカ
ソード１０６の間にはそれぞれ絶縁物１３６及び
１３７が設けてある。

さて動作時には、焦点１０８から発生したＸ線
１３８はウエツジフイルター１２４を通過した
後、真空容器１１６のＸ線放射口１１３を通り、
スリツト１１１によつてその分布範囲が制限され
る。そして被写体１１７を通過した後、軸ａと同
軸状に設置されたリング状検出器１２５に入射さ
れる。この検出器１２５の出力は、データー収集
回路により画像再構成用の計算機に送られ、予め
決められた再構成プログラムにより被写体１１７
の断層像に変えられる。

発明の効果 この発明のＸ線発生装置を用いれば、従来、実
現が極めて難かしかつた超高速撮影が容易に行な
えるＸ線CTスキヤナを実現することができる。
そして撮影時間は任意に設定でき、どの場合も十
分なＸ線強度を得ることができる。又、回転軸ａ
が磁気軸受１０３，１１０によつて自動的に精度
よく制御されるので、焦点１０８の位置の制御が
正確に行なえる。更に、焦点１０８とウエツジフ
イルター１２４とが一体で回転するので、いわゆ
るビームスキヤン形CTスキヤナで実現できなか
つたＸ線強度分布の整形が常時行なわれるため、
良好な画像が得られる。又、真空中のブラツシユ
１１９，１２０によつて電力を供給するので、耐
電圧特性が良いだけでなく、同一方向に回転し続
けることができるため、任意の時点で任意の速さ
の撮影を行なうことができる。

次に数式により、各種効果を具体的に説明する
と、この発明では既述のように、ターゲツト１０
１の少なくとも電子入射面は重金属例えばタング
ステンからなつている。この重金属の密度をρ、
比熱をＣ、熱伝導率をλ、正方形のＸ線焦点の一
辺の長さをω、ターゲツト１０１の表面とＸ線進
行方向との角度をθ、焦点１０８の軌導半径を
Ｒ、ターゲツト１０１とカソード１０６との相対
回転速度をｆ、ターゲツト１０１の焦点軌導面の
温度をT₀とすると、ターゲツト１０１に入力可
能なピークパワーＰは、 で表わされる。ここでTmaxはターゲツトの最高
温度である。

ターゲツト１０１の表面材としてタングステン
を使用した場合、Tmax＝2800℃、ρC＝3.64J／
cm³deg、λ＝0.8J／cm・sec・degである。又、To
＝1000℃、Ｒ＝50cm、θ＝8゜の場合は、上記(1)式
は となり、ω＝0.08cm、ｆ＝100Hzの場合にＰ＝
78kWがが入力可能である。これは、同一焦点サ
イズの通常の回転陽極Ｘ線管の最大ピークパワー
のおよそ２倍に相当する。

又、この発明では、ターゲツト重量はおよそ15
Kg程度にすることができ、磁気軸受１０３により
正確に回転軸ａを自動制御しながら回転させるこ
とは容易である。

更に、カソード側のローター１３５は、ターゲ
ツト１０１の回転方向と逆の方向に回転するが、
その回転速度をf₁とすると、被写体１１７の全周
の投影データを得るのに必要な時間（撮影時間）
Ｔは次式で与えられる。

Ｔ＝１／f₁N ……(3) ここでＮはカソードの数である。そしてＮ＝
10、f₁＝５Hzとすると、Ｔ＝2msであり、人体の
心臓の動態撮影が十分有効に行なえる。

又、この発明では、カソード側回転部分の重量
は10Kg以下にすることができ、回転バランスを十
分保てば、既述のように磁気軸受１０３，１１０
により精度よく自動制御しながら軸ａの回りに50
Hzにて回転することが十分可能である。そしてカ
ソード側回転部分は十分低温（500℃以下）に保
つことができ、熱的アンバランスも少なくでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＸ線CTスキヤナ用Ｘ線発生装
置を示す断面図、第２図はこの発明の超高速CT
スキヤナ用Ｘ線発生装置を示す断面図である。 １０１…ターゲツト、１０２…ターゲツトロー
ター、１０３，１１０…磁気軸受、１０４，１１
９，１２０，１２７，１２８…ブラシ、１０５，
１３９…タツチダウン機構、１０６…カソード、
１０７…集束電極、１０８…焦点、１０９…カソ
ードローター、１１１…コリメーター、１１３…
Ｘ線放射口、１１６…真空容器、１１７…被写
体、１１８…真空ポンプ、１２１，１２６…遮蔽
板、１２４…ウエツジフイルター、１２５…検出
器、１２９…アノード側ローター、１３０，１３
１，１３２，１３３，１３４…ガイシ、１３５…
カソード側ローター、１３８…Ｘ線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被写体が置かれる軸のまわりに同軸状に配設
   されたドーナツ状真空容器と、この真空容器内に
   設けられた電子ビーム発生手段と、この電子ビー
   ム発生手段に対向して前記真空容器内に設けられ
   電子ビームによりＸ線を被写体方向に発生するリ
   ング状ターゲツトとを具備し、上記電子ビーム発
   生手段およびリング状ターゲツトは上記真空容器
   内で各々軸受により上記軸のまわりを互いに独立
   に回転可能に設けられ、これら電子ビーム発生手
   段およびリング状ターゲツトを互いに反対方向に
   回転させる回転駆動装置が設けられてなることを
   特徴とする超高速CTスキヤナ用Ｘ線発生装置。 ２ 電子ビーム発生手段及びターゲツトを回転可
   能に支持する軸受は、磁気軸受により構成されて
   なる特許請求の範囲第１項記載の超高速CTスキ
   ヤナ用Ｘ線発生装置。