WO2013002124A1 - Ｘ線管球及びｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Ｘ線管球及びｘ線ｃｔ装置 Download PDF

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玄 近藤
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株式会社 東芝
東芝メディカルシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an X-ray tube apparatus used in an X-ray CT apparatus.
  • An X-ray computed tomography apparatus (hereinafter referred to as “X-ray CT apparatus”) irradiates a subject with X-rays and detects X-rays transmitted through the subject, thereby detecting X-rays within the subject. Projection data consisting of absorption coefficients is obtained.
  • the X-ray CT apparatus includes a multi-tube X-ray CT apparatus provided with a plurality of X-ray tubes (that is, X-ray tube apparatuses). Some of such X-ray apparatuses generate two different X-ray images in one scan by alternately exposing two X-rays having different energies. However, a multi-tube X-ray CT apparatus needs to include a plurality of X-ray tubes, which increases the scale of the apparatus and the manufacturing cost.
  • An object of the embodiment of the present invention is to provide an X-ray tube that can be irradiated while switching a plurality of X-rays having different energy with a simple configuration at high speed, and an X-ray CT apparatus using the X-ray tube.
  • a first aspect of the present invention is an X-ray tube including a first electron generation unit, a second electron generation unit, a deflection unit, and a target.
  • the first electron generator emits a first electron beam.
  • the second electron generation unit emits a second electron beam having energy different from that of the first electron beam.
  • the deflecting unit is configured to be capable of switching a direction in which the first electron beam and the second electron beam are transmitted to at least a first direction and a second direction different from the first direction.
  • the target includes a first surface, a second surface, a third surface, and a fourth surface.
  • the first surface receives the first electron beam transmitted in the first direction and irradiates the first X-ray toward a predetermined irradiation field.
  • the second surface receives the second electron beam transmitted in the first direction and emits a second X-ray different from the first X-ray in a direction different from the predetermined irradiation field. Irradiate.
  • the third surface receives the first electron beam transmitted in the second direction and irradiates the first X-ray in a direction different from the predetermined irradiation field.
  • the fourth surface receives the second electron beam transmitted in the second direction and irradiates the second X-ray toward the predetermined irradiation field.
  • the 2nd form of this invention is an X-ray CT apparatus provided with an X-ray tube and an X-ray detector.
  • the X-ray tube includes an irradiation window that irradiates the subject with X-rays.
  • the X-ray detector detects X-rays emitted from the X-ray tube.
  • the X-ray tube includes a first electron generation unit, a second electron generation unit, a deflection unit, and a target.
  • the first electron generator emits a first electron beam.
  • the second electron generation unit emits a second electron beam different from the first electron beam.
  • the deflecting unit is configured to be capable of switching a direction in which the first electron beam and the second electron beam are transmitted to at least a first direction and a second direction different from the first direction.
  • the target includes a first surface, a second surface, a third surface, and a fourth surface.
  • the first surface receives the first electron beam transmitted in the first direction and irradiates the subject with the first X-rays through the irradiation window.
  • the second surface receives the second electron beam transmitted in the first direction and irradiates the second X-ray different from the first X-ray in a direction different from the irradiation window. .
  • the third surface receives the first electron beam transmitted in the second direction and irradiates the first X-ray in a direction different from the irradiation window.
  • the fourth surface receives the second electron beam transmitted in the second direction and irradiates the subject with the second X-ray through the irradiation window.
  • the X-ray detector distinguishes and detects the first X-ray and the second X-ray by time division in synchronization with the switching by the deflecting means.
  • the X-ray CT apparatus includes a gantry 1 that houses a rotating ring 2, an X-ray tube 3 that generates a conical X-ray beam, and an X-ray filter 4.
  • the gantry 1 has an array type X-ray detector 5 including detection elements arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
  • the X-ray tube 3 and the X-ray detector 5 are installed on the rotating ring 2 and are located on the opposite side with the subject lying on the slide bed 6 interposed therebetween.
  • the X-ray detector 5 includes a plurality of detection elements 5A.
  • the X-ray tube 3 is opposed to the subject via the X-ray filter 4.
  • the X-ray controller 8 generates a trigger signal based on control from the control unit 10. Based on the trigger signal, the X-ray controller 8 determines the operation of the high-voltage device 7, the deflection control unit 11, the X-ray detector 5, and the data collection unit 12 based on the control from the control unit 10 and the operation timing thereof. Control.
  • the high voltage device 7 drives the X-ray tube 3.
  • the high voltage device 7 applies a high voltage to the X-ray tube 3 when the output of the trigger signal is started. Thereby, X-rays are irradiated from the X-ray tube 3 toward the subject. A series of these operations and their operation timing will be described later together with details of the X-ray controller 8.
  • the X-ray tube 3 according to the present embodiment is configured to be able to irradiate while alternately switching two X-rays having different energies.
  • a specific configuration of the X-ray tube 3 will be described with reference to FIGS. 2A and 2B.
  • 2A and 2B are schematic views showing a schematic configuration of the X-ray tube 3 according to the present embodiment.
  • the X-ray tube 3 includes electron generation units 31A and 31B, a deflection electrode 32, a target 33, a drive unit 34, and an irradiation window 35.
  • the target 33 includes a small diameter surface 331, a large diameter surface 332, a first side surface 333, a second side surface 334, and a third side surface 335.
  • the electron generators 31A and 31B each have a filament 311.
  • a high voltage generated by the high voltage device 7 is applied between the filament 311 and the target 33. Thereby, electrons jump out of the filament 311 and the electrons collide with the target 33 (anode). Thereby, X-rays are irradiated from the target 33.
  • the electron beam 50A generated and emitted from the filament 311 of the electron generator 31A travels straight toward the first side surface 333 as shown in FIG. 2A. At this time, the electron beam 50 ⁇ / b> A passes between the deflection electrodes 32.
  • the electron beam 50 ⁇ / b> B generated and emitted from the filament 311 of the electron generator 31 ⁇ / b> B travels straight toward the third side surface 335. At this time, the electron beam 50 ⁇ / b> B passes between the deflection electrodes 32.
  • the deflection electrode 32 is composed of two metal plates, and is arranged so that the electron beams 50A and 50B pass between the two metals.
  • a voltage is applied to the deflection electrode 32, one metal plate becomes an anode and the other becomes a cathode.
  • the upper side in FIG. 2A is the anode
  • the lower side is the cathode.
  • a state in which a voltage is applied to the deflection electrode 32 is referred to as on, and a state in which no voltage is applied to the deflection electrode 32 is referred to as off.
  • FIG. 2A shows a state when the deflection electrode 32 is off.
  • the electron beams 50A and 50B travel straight without being deflected.
  • the electron beam 50A travels in the direction of the first side surface 333
  • the electron beam 50B travels in the direction of the third side surface 335.
  • FIG. 2B shows a state when the deflection electrode 32 is on.
  • the electron beams 50A and 50B are refracted.
  • the electron beam 50A travels in the direction of the small diameter surface 331, and the electron beam 50B travels in the direction of the second side surface 334.
  • the deflection electrode 32 is switched on / off, thereby causing the electron beams 50A and 50B emitted from the filaments 311 of the electron generators 31A and 31B to be switched in two different directions.
  • the deflection electrode 32 corresponds to “deflection means”.
  • the electron beam is deflected by applying a voltage to the deflecting electrode 32 to generate an electric field, but this may be replaced by another method.
  • the electron beam may be deflected by arranging a coil next to the traveling direction of the electron beam and applying a magnetic field to the coil. Alternatively, both an electric field and a magnetic field may be used.
  • This on / off is performed when the deflection electrode 32 receives a control signal from the deflection control unit 11 (see FIG. 1) described later.
  • the deflecting electrode 32 turned on refracts the electron beams 50A and 50B passing between the electrodes toward the anode side. Thereby, the traveling directions of the electron beams 50A and 50B are changed. By changing the traveling direction, the electron beam 50A travels in the direction of the small diameter surface 331, and the electron beam 50B travels in the direction of the second side surface 334. Note that the smaller the refraction angle of the electron beams 50A and 50B, the better the response of switching between on and off.
  • the larger the refraction angle the easier it is to control the traveling direction of the reflected electron beams 50A and 50B. Therefore, the refraction angles of the electron beams 50A and 50B, the small-diameter surface 331, and the installation positions of the first side surface 333 to the third side surface 335 are irradiated from the on / off switching response and the target 33. This is determined in consideration of the ease of control of the X-ray direction.
  • the irradiation window 35 is provided to output X-rays irradiated from the target 33 to the outside of the X-ray tube 3.
  • the inner wall of the X-ray tube 3 other than the irradiation window 35 is formed of a material that absorbs X-rays. Therefore, the X-rays irradiated from the target 33 are output from the irradiation window 35 to the outside of the X-ray tube 3.
  • the target 33 is also called an “anode” and is made of copper, aluminum, tungsten, or the like.
  • the target 33 is a shaft body that rotates around a central axis 341 and has a shape to be rotated.
  • the target 33 includes a small-diameter surface 331 and a large-diameter surface 332.
  • the small-diameter surface 331 and the large-diameter surface 332 are provided such that the central axis 341 penetrates the center of each surface vertically.
  • the first side surface 333, the second side surface 334, and the third side surface 335 are continuously arranged in this order so that the shaft diameter continuously increases from the small diameter surface 331 toward the large diameter surface 332. Is provided.
  • the first side surface 333, the second side surface 334, and the third side surface 335 are formed so that the angles formed by the respective surfaces with respect to the central axis 341 are the first side surface 333, the second side surface 334, and the third side surface.
  • the side surfaces 335 are provided so as to increase in order.
  • the target 33 is disposed so that the direction in which the electron beams 50A and 50B are emitted from the filaments 311 of the electron generators 31A and 31B and the central axis 341 are parallel to each other.
  • the target 33 is arranged such that when the deflection electrode 32 is off, the electron beam 50A that has traveled straight hits the first side surface 333, and the electron beam 50B that has traveled straight hits the third side surface 335. .
  • the electron beam 50A hits the target 33, X-rays 51A are generated.
  • the first side surface 333 is formed at a predetermined angle with respect to the central axis 341 so that the X-ray 51A generated on the first side surface 333 is irradiated toward the irradiation window 35. Further, when the electron beam 50B hits the target 33, X-rays 51B are generated.
  • the third side surface 335 has a predetermined angle with respect to the central axis 341 so that the X-rays 51B generated on the third side surface 335 are irradiated in a direction different from the position where the irradiation window 35 is provided. Is formed.
  • the target 33 corresponds to an “X-ray generation unit”.
  • the first side surface 333 corresponds to the “first surface”
  • the third side surface 335 corresponds to the “second surface”.
  • the target 33 has the electron beam 50A deflected by the deflection electrode 32 strikes the surface 331 having a small diameter, and the electron beam 50B deflected by the deflection electrode 32 is second. It arrange
  • the small-diameter surface 331 is formed such that X-rays 51A generated on the small-diameter surface 331 are irradiated in a direction different from the position where the irradiation window 35 is provided.
  • the second side surface 334 is formed at a predetermined angle with respect to the central axis 341 so that the X-ray 51B generated on the second side surface 334 is irradiated toward the irradiation window 35. Yes.
  • the small-diameter surface 331 corresponds to a “third surface”, and the second side surface 334 corresponds to a “fourth surface”.
  • the driving unit 34 rotates the target 33 around the central axis 341. If the electron beams 50A and 50B are continuously irradiated to specific places, the target 33 is dissolved by high heat. Therefore, by rotating the target 33 by the drive unit 34, the positions where the electron beams 50A and 50B are irradiated are changed gradually, and the electron beams 50A and 50B are continuously irradiated only at specific locations on the target 33. The situation is prevented.
  • the electron beam 50A is incident on the first side surface 333 at an angle smaller than the incident angle of the electron beam 50B with respect to the second side surface 334. That is, the area of the portion receiving the electron beam 50A on the first side 333 is larger than the area of the portion receiving the electron beam 50B on the second side 334. Therefore, it is possible to reduce the temperature rise of the target 33 by using the electron beam 50A as the electron beam with higher energy among the electron beams 50A and 50B.
  • the energy of the electron beam is calculated from the amount of heat based on one or both of the voltage applied to the filament 311 and the voltage between the filament 311 and the target 33 and the irradiation time of the electron beam.
  • X-rays 51A and 51B irradiated in a direction different from the position where the irradiation window 35 is provided are not used for imaging. Therefore, the small-diameter surface 331 and the third side surface 335 do not necessarily need to generate X-rays with conditions predetermined for imaging. Therefore, materials other than the above-described copper, aluminum, or tungsten may be used for the small-diameter surface 331 and the third side surface 335. For example, materials having higher heat resistance than these materials may be used for the small-diameter surface 331 and the third side surface 335.
  • a cooling unit that actively cools the target 33 not irradiated with the electron beams 50A and 50B may be provided. In this case, a material having high thermal conductivity may be used for the small-diameter surface 331 and the third side surface 335 in order to increase the cooling efficiency.
  • the target 33 includes the small-diameter surface 331 and the first side surface 333 to the third side surface 335.
  • the X-ray 51A generated on the first side surface 333 is irradiated from the irradiation window 35 to the outside of the X-ray tube 3 (that is, toward the subject).
  • the X-ray 51B generated on the second side surface 334 is irradiated from the irradiation window 35 to the outside of the X-ray tube 3.
  • the irradiation of the X-rays 51A and 51B can be switched at a high speed by turning on / off the deflection electrode 32.
  • the X-ray 51 ⁇ / b> A generated on the small diameter surface 331 and the X-ray 51 ⁇ / b> B generated on the third side surface 335 are absorbed by the inner wall of the X-ray tube 3. Therefore, when any one of the X-rays 51 ⁇ / b> A and 51 ⁇ / b> B is irradiated from the irradiation window 35 to the outside of the X-ray tube 3, irradiation to the outside of the other X-ray tube 3 can be blocked.
  • the deflection control unit 11 receives a trigger signal from the X-ray controller 8.
  • the deflection control unit 11 applies a voltage to the deflection electrode 32 of the X-ray tube 3 in synchronization with the trigger signal. Thereby, the deflection electrode 32 is turned on / off. This switching timing will be described later together with details of the X-ray controller 8.
  • the gantry / bed controller 9 controls the rotation of the rotating ring 2 of the gantry 1 and the sliding of the sliding bed 6 synchronously.
  • the control unit 10 constitutes the control center of the entire system, controls the X-ray controller 8, the gantry / bed controller 9, and the sliding bed 6, while irradiating X-rays from the X-ray tube 3, The rotating ring 2 is rotated around the desired path.
  • the X-ray controller 8 controls the operation and operation timing of the high voltage device 7, the deflection control unit 11, the X-ray detector 5, and the data collection unit 12.
  • the X-ray controller 8 referring to FIG. 3, together with the operation timings of the high-voltage device 7, the deflection control unit 11, and the X-ray detector 5, and the operation of the data collection unit 12 in accordance with each timing. While explaining.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the control timing of the X-ray CT apparatus.
  • the X-ray controller 8 first receives the operating conditions of the X-ray CT apparatus input by the operator from the control unit 10. This operating condition includes information indicating tube voltage, irradiation timing (that is, timing for switching X-rays 51A and 51B), and the like as irradiation conditions for X-ray 51A and X-ray 51B.
  • the X-ray controller 8 outputs information indicating the tube voltage received from the control unit 10 to the high voltage device 7. Based on this information, the high voltage device 7 determines an applied voltage for outputting the electron beams 50A and 50B.
  • the X-ray controller 8 generates a synchronization trigger signal shown in FIG. 3 based on information indicating the timing for switching the X-rays 51A and 51B.
  • the X-ray controller 8 outputs the generated trigger signal to the high voltage device 7, the deflection control unit 11, the X-ray detector 5, and the data collection unit 12. Further, the X-ray controller 8 notifies the deflection control unit 11 and the data collection unit 12 of timing for switching the X-rays 51A and 51B (at which timing of the synchronization trigger signal is switched).
  • the high voltage device 7 applies a voltage between each filament 311 of the electron generators 31A and 31B and the target 33. Thereby, the electron beams 50A and 50B are output from the electron generators 31A and 31B.
  • An output P50A in FIG. 3 indicates the energy of the electron beam 50A output from the electron generator 31A.
  • the output P50B indicates the energy of the electron beam 50B output from the electron generator 31B.
  • the deflection control unit 11 receives from the X-ray controller 8 the synchronization trigger signal and the timing for switching the X-rays 51A and 51B.
  • the deflection control unit 11 generates the deflection pulse shown in FIG. 3 in synchronization with the synchronization trigger signal based on the timing of switching the X-rays 51A and 51B.
  • the deflection control unit 11 outputs the generated deflection pulse to the deflection electrode 32 of the X-ray tube 3. By this deflection pulse, the deflection electrode 32 is switched on / off.
  • the X-rays irradiated from the irradiation window 35 of the X-ray tube 3 are switched between the X-rays 51A and 51B in accordance with this on / off. Specific operation timing will be described below with reference to FIG.
  • the deflection pulse is not supplied from the deflection control unit 11 to the deflection electrode 32 from time t1 to time t2. That is, the deflection electrode 32 is in an off state. In this case, the electron beams 50A and 50B go straight without being deflected. At this time, the electron beam 50A hits the first side surface 333, and the electron beam 50B hits the third side surface 335.
  • the X-ray 51 ⁇ / b> A generated when the electron beam 50 ⁇ / b> A hits the first side surface 333 is irradiated toward the irradiation window 35.
  • the X-ray 51B generated when the electron beam 50B hits the third side surface 335 is irradiated in a direction different from the position where the irradiation window 35 is provided. Thereby, X-ray 51A is irradiated to the exterior of X-ray tube 3 from irradiation window 35 between time t1 and t2.
  • the X-ray 51 ⁇ / b> B generated when the electron beam 50 ⁇ / b> B hits the second side surface 334 is emitted toward the irradiation window 35.
  • X-rays 51 ⁇ / b> B are irradiated from the irradiation window 35 to the outside of the X-ray tube 3 during a period from the time t ⁇ b> 2 to t ⁇ b> 3 when the deflection pulse is output to the deflection electrode 32.
  • the output of the deflection pulse from the deflection control unit 11 to the deflection electrode 32 is stopped. Therefore, the deflection electrode 32 is turned off, and the X-ray 51 ⁇ / b> A is irradiated from the irradiation window 35 to the outside of the X-ray tube 3. In this manner, the X-ray tube 3 emits the X-ray 51A and the X-ray 51B while being alternately switched in synchronization with the synchronization trigger signal.
  • the X-ray detector 5 includes a plurality of detection elements 5A.
  • the detection element 5A constituting the X-ray detector 5 is irradiated from the X-ray tube 3 both when the subject is interposed between the X-ray tube 3 and the detection element 5A and when it is not interposed.
  • the intensity of the X-rays 51A and 51B can be measured.
  • Each detection element 5A includes a scintillator and a photodiode (PD).
  • PD photodiode
  • the number of elements of the scintillator and the photodiode is equal, and the X-rays incident on the scintillator are converted into visible light and converted into an electric signal by the photodiode. Furthermore, the electrical signal (that is, the analog output signal) converted by the photodiode is guided to the data collection unit 12.
  • the irradiated X-ray 51A and X-ray 51B are detected by the X-ray detector 5 operating in synchronization with the synchronization trigger signal.
  • the X-ray detector 5 converts the detected X-rays 51 ⁇ / b> A and X-rays 51 ⁇ / b> B into electric signals and outputs them to the data collection unit 12.
  • the data collection unit 12 receives from the X-ray controller 8 the synchronization trigger signal and the timing for switching the X-rays 51A and 51B.
  • the data collection unit 12 reads the signal of each detection element 5A in a time division manner in synchronization with the synchronization trigger signal.
  • the data collection unit 12 distinguishes the signal read in time division into a signal based on the X-ray 51A and a signal based on the X-ray 51B according to the notified timing of switching the X-rays 51A and 51B. This operation will be specifically described below with reference to FIG.
  • a deflection pulse is output to the deflection electrode 32, and X-ray 51B is irradiated from the irradiation window 35 of the X-ray tube 3.
  • the data collection unit 12 recognizes that the X-ray 51 ⁇ / b> B is irradiated by a notification from the X-ray controller 8. Therefore, the data collection unit 12 recognizes and processes a signal read during time t2 to t3 as a signal B1 based on the X-ray 51B.
  • the data collection unit 12 amplifies each signal read in synchronization with the synchronization trigger signal and converts each signal into digital data.
  • digital data obtained by converting a signal based on the X-ray 51A is referred to as “digital data based on the X-ray 51A”.
  • digital data obtained by converting the signal based on the X-ray 51B is referred to as “digital data based on the X-ray 51B”.
  • the data collection unit 12 distinguishes the digital data based on the X-ray 51 ⁇ / b> A and the digital data based on the X-ray 51 ⁇ / b> B and outputs them to the preprocessing unit 13.
  • the preprocessing unit 13 receives the digital data based on the X-ray 51A and the digital data based on the X-ray 51B from the data collection unit 12 in a distinguished manner.
  • the pre-processing unit 13 performs processing such as sensitivity correction on each of these digital data to obtain projection data.
  • the preprocessing unit 13 stores these projection data in the X-ray projection data storage unit 14.
  • the reconstruction processing unit 15 reads the projection data stored in the X-ray projection data storage unit 14.
  • the reconstruction processing unit 15 generates X-ray image data by back projecting the read projection data using a reconstruction algorithm called, for example, the Feldkamp method.
  • the reconstruction processing unit 15 causes the display unit 16 to display the reconstructed X-ray image data.
  • the electron beams 50A and 50B are not necessarily emitted. It is not necessary to arrange the direction to be parallel to the central axis 341. For example, the electron beams 50A and 50B may be emitted in different directions so that they do not interfere with each other. In this case, the positions and angles of the first side surface 333, the second side surface 334, the third side surface 335, and the small diameter surface 331 may be adjusted in accordance with the emission directions of the electron beams 50A and 50B.
  • FIGS. 4A to 4C Three types of X-rays (electron beam 50A, electron beam 50B, and electron beam 50C) are output by three electron generators (electron generator 31A, electron generator 31B, and electron generator 31C).
  • FIG. 4A shows a state where the deflection electrode 32 is off.
  • 4B and 4C show a state when the deflection electrode 32 is on.
  • the voltage applied to the deflection electrode 32 is a voltage whose polarity is reversed.
  • the target 33 has a fourth side surface 336, a fifth side surface 337, and a sixth side surface 338 so that the shaft diameter continuously increases from the small diameter surface 331 toward the large diameter surface 332. They are provided continuously in this order.
  • the electron beam 50A, the electron beam 50B, and the electron beam 50C travel straight without being deflected.
  • the electron beam 50A travels in the direction of the fifth side surface 337
  • the electron beam 50B travels in the direction of the sixth side surface 338
  • the electron beam 50C travels in the direction of the fourth side surface 336.
  • the electron beam 50A, the electron beam 50B, and the electron beam 50C are also refracted when a voltage opposite in polarity to that in FIG. 4B is applied to the deflection electrode 32 (when ON). To do. At this time, the electron beam 50A and the electron beam 50B travel in the direction of the sixth side surface 338, and the electron beam 50C travels in the direction of the fifth side surface 337.
  • the electron beam 50A that has traveled straight hits the fifth side surface 337
  • the electron beam 50B that has traveled straight hits the sixth side surface 338
  • the electron beam 50C that has traveled straight travels the fourth side surface. 336.
  • the electron beam 50A hits the target 33 X-rays 51A are generated.
  • the fifth side surface 337 has a predetermined angle with respect to the central axis 341 so that the X-rays generated in the fifth side surface 337 (X-ray 51A in the case of FIG. 4A) are irradiated toward the irradiation window 35. Is formed.
  • X-rays 51B are generated.
  • the sixth side surface 338 is irradiated with X-rays generated in the sixth side surface 338 (X-ray 51B in the case of FIG. 4A) in a direction different from the position where the irradiation window 35 is provided. It is formed at a predetermined angle with respect to the central axis 341. Further, when the electron beam 50C hits the target 33, X-rays 51C are generated.
  • the fourth side surface 336 is irradiated with X-rays generated in the fourth side surface 336 (in the case of FIG. 4A, X-ray 51C) in a direction different from the position where the irradiation window 35 is provided. It is formed at a predetermined angle with respect to the central axis 341.
  • the electron beam 50A and the electron beam 50C deflected by the deflection electrode 32 hit the fourth side surface 336, and the electron beam 50B deflected by the deflection electrode 32 is the fifth side surface. 337 is arranged to hit.
  • the X-ray 51 ⁇ / b> B is emitted toward the irradiation window 35.
  • the X-ray 51A and the X-ray 51C are irradiated in a direction different from the position where the irradiation window 35 is provided.
  • the target 33 has the electron beam 50A and electron beam 50B deflected by the deflecting electrode 32 hit the sixth side surface 338, and the electron beam 50C deflected by the deflecting electrode 32 is the fifth side surface. 337 is arranged to hit.
  • X-rays 51 ⁇ / b> C are emitted toward the irradiation window 35.
  • the X-ray 51A and the X-ray 51B are irradiated in a direction different from the position where the irradiation window 35 is provided.
  • the fifth side surface 337 corresponds to the “first surface” and the “fourth surface”
  • the fourth side surface 336 and the sixth side surface 338 correspond to the “second surface” and the “third surface”. Is equivalent to Moreover, it is applicable also to photon counting by using the structure which provides multiple electron generation parts.
  • the shape of the side surface of the target 33 may be adjusted so that the X-rays output from the irradiation window 35 are switched according to each direction.
  • a plurality of targets 33 may be provided, and X-rays 51A and 51B may be generated by receiving electron beams 50A and 50B with different targets 33, respectively.
  • the straightly traveling electron beams 50A and 50B and the deflected electron beams 50A and 50B may be received by different targets 33, respectively.
  • the X-ray CT apparatus As described above, according to the X-ray CT apparatus according to the present embodiment, it is possible to irradiate a plurality of different X-rays by the single X-ray tube 3 while sequentially switching. Therefore, the apparatus is not complicated and the cost is lower.
  • the electron beams 50A and 50B are always irradiated, and the X-rays irradiated from the irradiation window 35 are switched by deflecting them. With such a configuration, switching of the X-rays 51A and 51B can be electronically controlled. Thereby, high-speed switching that is difficult to synchronize by mechanical switching is also possible in the X-ray CT apparatus according to the present embodiment.

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Abstract

　簡素な構成で異なる複数のＸ線を高速に切り替えながら照射可能なＸ線管球と、これを用いたＸ線ＣＴ装置を提供する。第１及び第２の電子発生部と、偏向手段と、ターゲットと、を備えたＸ線管球である。偏向手段は、第１及び第２の電子ビームが送出される方向を、第１及び第２の方向に切り替える。ターゲットは、第１、第２、第３、及び第４の面を備える。第１の面は、第１の方向に向けた第１の電子ビームを受けて、照射野に向けて第１のＸ線を照射する。第２の面は、第１の方向に向けた第２の電子ビームを受けて、照射野とは異なる方向に向けて第２のＸ線を照射する。第３の面は、第２の方向に向けた第１の電子ビームを受けて、所定の照射野とは異なる方向に向けて第１のＸ線を照射する。第４の面は、第２の方向に向けた第２の電子ビームを受けて、照射野に向けて第２のＸ線を照射する。

Description

Ｘ線管球及びＸ線ＣＴ装置
　本発明は、Ｘ線ＣＴ装置に用いられるＸ線管装置に関する。
　Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（以降、「Ｘ線ＣＴ装置」と呼ぶ）は、被検体へＸ線を照射するとともに、被検体を透過したＸ線を検出することにより、被検体内でのＸ線吸収係数からなる投影データを得る。
　Ｘ線ＣＴ装置には、複数のＸ線管球（即ち、Ｘ線管装置）を備えた多管球型のＸ線ＣＴ装置がある。このようなＸ線装置は、互いに異なるエネルギーを有する２つのＸ線を交互に曝射することで、１スキャンで異なる２つのＸ線画像を生成するものがある。しかしながら、多管球型のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線管球を複数備える必要があり、装置の規模が大きくなり製造コストも増大する。
特開２０１０－２７３４０号公報
　この発明の実施形態は、簡素な構成でエネルギーが異なる複数のＸ線を高速に切り替えながら照射可能なＸ線管球と、これを用いたＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、この発明の第１の形態は、第１の電子発生部と、第２の電子発生部と、偏向手段と、ターゲットと、を備えたＸ線管球である。第１の電子発生部は、第１の電子ビームを出射する。第２の電子発生部は、第１の電子ビームとはエネルギーの異なる第２の電子ビームを出射する。偏向手段は、第１の電子ビーム及び第２の電子ビームが送出される方向を、少なくとも第１の方向と、第１の方向とは異なる第２の方向とのいずれかに切り替え可能に構成されている。ターゲットは、第１の面と、第２の面と、第３の面と、第４の面と、を備える。第１の面は、第１の方向に向けて送出された第１の電子ビームを受けて、所定の照射野に向けて第１のＸ線を照射する。第２の面は、第１の方向に向けて送出された第２の電子ビームを受けて、所定の照射野とは異なる方向に向けて第１のＸ線とは異なる第２のＸ線を照射する。第３の面は、第２の方向に向けて送出された第１の電子ビームを受けて、所定の照射野とは異なる方向に向けて第１のＸ線を照射する。第４の面は、第２の方向に向けて送出された第２の電子ビームを受けて、所定の照射野に向けて第２のＸ線を照射する。
　また、この発明の第２の形態は、Ｘ線管球と、Ｘ線検出器と、を備えてなるＸ線ＣＴ装置である。Ｘ線管球は、被検体に向けてＸ線を照射する照射窓を備える。Ｘ線検出器は、Ｘ線管球から照射されたＸ線を検出する。また、Ｘ線管球は、第１の電子発生部と、第２の電子発生部と、偏向手段と、ターゲットと、を備える。第１の電子発生部は、第１の電子ビームを出射する。第２の電子発生部は、第１の電子ビームとは異なる第２の電子ビームを出射する。偏向手段は、第１の電子ビーム及び第２の電子ビームが送出される方向を、少なくとも第１の方向と、第１の方向とは異なる第２の方向とのいずれかに切り替え可能に構成されている。ターゲットは、第１の面と、第２の面と、第３の面と、第４の面と、を備える。第１の面は、第１の方向に向けて送出された第１の電子ビームを受けて、照射窓を介して被検体に向けて第１のＸ線を照射する。第２の面は、第１の方向に向けて送出された第２の電子ビームを受けて、照射窓とは異なる方向に向けて第１のＸ線とは異なる第２のＸ線を照射する。第３の面は、第２の方向に向けて送出された第１の電子ビームを受けて、照射窓とは異なる方向に向けて第１のＸ線を照射する。第４の面は、第２の方向に向けて送出された第２の電子ビームを受けて、照射窓を介して被検体に向けて第２のＸ線を照射する。また、Ｘ線検出器は、偏向手段による切り替えに同期して、第１のＸ線及び第２のＸ線を時分割で区別して検出する。
本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置のブロック図である。 本実施形態に係るＸ線管球の模式図である。 本実施形態に係るＸ線管球の模式図である。 本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の制御タイミングを説明するための図である。 変形例に係るＸ線管球の模式図である。 変形例に係るＸ線管球の模式図である。 変形例に係るＸ線管球の模式図である。
　本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置について、図１を参照しながら説明する。図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置は回転リング２を収容するガントリ１、および、円錐形のＸ線ビームを発生するＸ線管球３、Ｘ線フィルタ４を含む。ガントリ１は、１次元または２次元に配置された検出素子を含むアレイタイプのＸ線検出器５を有する。
　Ｘ線管球３とＸ線検出器５は、回転リング２上に設置され、スライド式寝台６の上に横になった被検体を挟んで反対側に位置する。Ｘ線検出器５は、複数の検出素子５Ａを含んで構成されている。Ｘ線管球３はＸ線フィルタ４を介して被検体に対峙される。Ｘ線コントローラ８は、制御部１０からの制御に基づきトリガ信号を生成する。Ｘ線コントローラ８は、このトリガ信号を基に、制御部１０からの制御に基づき高電圧装置７、偏向制御部１１、Ｘ線検出器５、及びデータ収集部１２の動作と、その動作タイミングを制御する。Ｘ線コントローラ８からの指示を受けて、高電圧装置７は、Ｘ線管球３を駆動する。高電圧装置７は、トリガ信号の出力が開始されるとＸ線管球３に高電圧を印加する。これにより、Ｘ線管球３から被検体に向けてＸ線が照射される。これらの一連の動作とその動作タイミングは、Ｘ線コントローラ８の詳細とあわせて後述する。
　本実施形態に係るＸ線管球３は、エネルギーの異なる２つのＸ線を交互に切り替えながら照射可能に構成されている。以降では、図２Ａ及び２Ｂを参照しながら、Ｘ線管球３の具体的な構成について説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、本実施形態に係るＸ線管球３の概略的な構成を示した模式図である。
　図２Ａに示すように、Ｘ線管球３は、電子発生部３１Ａ及び３１Ｂと、偏向用電極３２と、ターゲット３３と、駆動部３４と、照射窓３５とを含んで構成される。また、ターゲット３３は、小径の面３３１と、大径の面３３２と、第１の側面３３３と、第２の側面３３４と、第３の側面３３５とを含んで構成されている。
　電子発生部３１Ａ及び３１Ｂは、それぞれ、フィラメント３１１を有する。高電圧装置７で発生された高電圧が、フィラメント３１１とターゲット３３との間に印加される。これにより、フィラメント３１１から電子が飛び出し、この電子は、ターゲット３３（陽極）に衝突する。これにより、ターゲット３３からＸ線が照射される。電子発生部３１Ａのフィラメント３１１から発生し出射された電子ビーム５０Ａは、図２Ａに示すように、第１の側面３３３に向けて直進する。このとき、電子ビーム５０Ａは、偏向用電極３２の間を通過する。同様に、電子発生部３１Ｂのフィラメント３１１から発生し出射された電子ビーム５０Ｂは、第３の側面３３５に向けて直進する。このとき、電子ビーム５０Ｂは、偏向用電極３２の間を通過する。
　偏向用電極３２は、２枚の金属の板で構成されており、その２枚の金属の間を電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂが通過するように配置されている。偏向用電極３２は、電圧が印加されると、一方の金属の板が陽極に、他方が陰極になる。本実施形態では図２Ａにおける上側が陽極、下側が陰極になる。以下では、偏向用電極３２に電圧が印加されている状態をオン、偏向用電極３２に電圧が印加されていない状態をオフという。
　図２Ａは、偏向用電極３２がオフのときの状態を示している。図２Ａに示すように、偏向用電極３２がオフのときには、偏向されることなく電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂは直進する。このとき、電子ビーム５０Ａは、第１の側面３３３の方向に進み、電子ビーム５０Ｂは、第３の側面３３５の方向に進む。
　ここで、図２Ｂを参照する。図２Ｂは、偏向用電極３２がオンのときの状態を示している。図２Ｂに示すように、偏向用電極３２がオンのときには、電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂは屈折する。このとき、電子ビーム５０Ａは、小径の面３３１の方向へ進み、電子ビーム５０Ｂは、第２の側面３３４の方向へ進む。
　この様に偏向用電極３２は、オン／オフを切り替えることにより、電子発生部３１Ａ及び３１Ｂの各フィラメント３１１から出射された電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂを、異なる２つの方向に切り替えて進行させる。この偏向用電極３２が「偏向手段」に相当する。ここで、本実施形態では、偏向用電極３２に電圧をかけて電場を発生させることで電子ビームを偏向させているが、これは他の方法に置き換えてもよい。例えばコイルを電子ビームの進行方向の横に配置し、該コイルに磁場をかけることで電子ビームを偏向させてもよい。あるいは、電場及び磁場の双方を用いてもよい。
　このオン／オフは、偏向用電極３２が後述する偏向制御部１１（図１参照）からの制御信号を受けることで行われる。オンになった偏向用電極３２は、電極間を通過する電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂを陽極側に屈折させる。これにより、電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂの進行方向が変更される。この進行方向の変更により、電子ビーム５０Ａは、小径の面３３１の方向へ進み、電子ビーム５０Ｂは、第２の側面３３４の方向に進む。なお、電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂの屈折角度が小さいほどオン／オフ間の切り替えの応答性が良くなる。また、屈折角度が大きいほど、反射後の電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂの進行方向をコントロールしやすい。そのため、電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂの屈折角度と、小径の面３３１、及び第１の側面３３３～第３の側面３３５の設置位置は、オン／オフ間の切り替えの応答性や、ターゲット３３から照射されるＸ線の方向のコントロールのしやすさを考慮して決定する。
　照射窓３５は、ターゲット３３から照射されるＸ線を、Ｘ線管球３の外部に出力させるために設けられている。照射窓３５以外の、Ｘ線管球３の内壁はＸ線を吸収する素材で形成されている。そのため、ターゲット３３から照射されたＸ線は、照射窓３５からＸ線管球３の外部に出力される。
　ターゲット３３は「アノード」とも呼ばれ、銅、アルミ、またはタングステンなどで形成されている。ターゲット３３は、中心軸３４１を中心に回転する軸体であり、回転対象の形状を成している。ターゲット３３は、小径の面３３１と、大径の面３３２とを含んで構成されている。小径の面３３１及び大径の面３３２は、中心軸３４１が各面の中心を垂直に貫通するように設けられている。小径の面３３１から大径の面３３２に向けて、軸径が連続的に大きくなるように、第１の側面３３３、第２の側面３３４、及び第３の側面３３５がこの順序で連続して設けられている。このとき、第１の側面３３３、第２の側面３３４、及び第３の側面３３５は、中心軸３４１に対して各面が成す角度が、第１の側面３３３、第２の側面３３４、第３の側面３３５の順に大きくなるように設けられている。
　ターゲット３３は、図２Ａに示すように、電子発生部３１Ａ及び３１Ｂの各フィラメント３１１から電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂが出射される方向と、中心軸３４１とが平行になるように配置される。
　また、ターゲット３３は、偏向用電極３２がオフのときに、直進してきた電子ビーム５０Ａが第１の側面３３３に当たり、かつ、直進してきた電子ビーム５０Ｂが第３の側面３３５に当たるように配置される。電子ビーム５０Ａがターゲット３３に当たると、Ｘ線５１Ａが発生する。第１の側面３３３は、第１の側面３３３で発生するＸ線５１Ａが、照射窓３５に向けて照射されるように、中心軸３４１に対して所定の角度を成して形成されている。また、電子ビーム５０Ｂがターゲット３３に当たると、Ｘ線５１Ｂが発生する。第３の側面３３５は、第３の側面３３５で発生するＸ線５１Ｂが、照射窓３５が設けられた位置とは異なる方向に向けて照射されるように、中心軸３４１に対して所定の角度を成して形成されている。なお、ターゲット３３が「Ｘ線発生部」に相当する。また、第１の側面３３３が「第１の面」に相当し、第３の側面３３５が「第２の面」に相当する。
　また、ターゲット３３は、偏向用電極３２がオンのときに、偏向用電極３２により偏向された電子ビーム５０Ａが小径の面３３１に当たり、かつ、偏向用電極３２により偏向された電子ビーム５０Ｂが第２の側面３３４に当たるように配置される。小径の面３３１は、小径の面３３１で発生するＸ線５１Ａが、照射窓３５が設けられた位置とは異なる方向に向けて照射されるように形成されている。また、第２の側面３３４は、第２の側面３３４で発生するＸ線５１Ｂが、照射窓３５に向けて照射されるように、中心軸３４１に対して所定の角度を成して形成されている。なお、小径の面３３１が「第３の面」に相当し、第２の側面３３４が「第４の面」に相当する。
　駆動部３４は、ターゲット３３を、中心軸３４１を中心として回転させる。特定の箇所に電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂが照射され続けると、高熱によりターゲット３３が溶解してしまう。そのため、駆動部３４により、ターゲット３３を回転させることで、電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂが照射される位置を遂次変更させて、ターゲット３３上の特定の箇所にのみ電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂが照射され続ける事態を防いでいる。
　なお、電子ビーム５０Ａは、第２の側面３３４に対する電子ビーム５０Ｂの入射角よりも小さい角度で、第１の側面３３３に入射する。即ち、第１の側面３３３において電子ビーム５０Ａを受ける部分の面積は、第２の側面３３４において電子ビーム５０Ｂを受ける部分の面積よりも広い。そのため、電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂのうち、電子ビーム５０Ａの方をエネルギーの高い電子ビームとして使用することで、ターゲット３３の温度上昇を低減することが可能となる。なお、電子ビームのエネルギーについては、フィラメント３１１にかかる電圧、及び、フィラメント３１１とターゲット３３との間の電圧のいずれかまたは双方と、その電子ビームの照射時間と基づく熱量により算出する。
　また、照射窓３５が設けられた位置とは異なる方向に向けて照射されるＸ線５１Ａ及び５１Ｂは、撮影には用いられない。そのため、小径の面３３１及び第３の側面３３５は、撮影用にあらかじめ決められた条件のＸ線を、必ずしも発生させる必要は無い。そのため、小径の面３３１及び第３の側面３３５には、前述した銅、アルミ、またはタングステン以外の素材を用いてもよい。例えば、小径の面３３１及び第３の側面３３５に、これらの素材よりも耐熱性の高い素材を用いてもよい。また、電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂが照射されていないターゲット３３を積極的に冷却する冷却部を設けてもよい。この場合には、冷却効率を上げるために、小径の面３３１及び第３の側面３３５に、熱伝導率の高い素材を用いてもよい。
　以上のように、ターゲット３３は、小径の面３３１と、第１の側面３３３～第３の側面３３５とを備えている。これにより、偏向用電極３２がオンのときには、第１の側面３３３で発生したＸ線５１Ａが、照射窓３５からＸ線管球３の外部（即ち、被検体に向けて）に照射される。また、偏向用電極３２がオフのときには、第２の側面３３４で発生したＸ線５１Ｂが、照射窓３５からＸ線管球３の外部に照射される。このように、Ｘ線５１Ａ及び５１Ｂの照射を、偏向用電極３２のオン／オフにより高速に切り替えることが可能となる。なお、小径の面３３１で発生したＸ線５１Ａと、第３の側面３３５で発生したＸ線５１Ｂは、Ｘ線管球３の内壁にあたり吸収される。したがって、Ｘ線５１Ａ及び５１Ｂのいずれか一方が照射窓３５からＸ線管球３の外部に照射されているときに、他方のＸ線管球３の外部への照射を遮断することができる。
　偏向制御部１１は、Ｘ線コントローラ８からトリガ信号を受ける。偏向制御部１１は、トリガ信号に同期して、Ｘ線管球３の偏向用電極３２に電圧をかける。これにより、偏向用電極３２のオン／オフが切り替わる。この切り替わりのタイミングについては、Ｘ線コントローラ８の詳細とあわせて後述する。
　ガントリ／寝台コントローラ９は、ガントリ１の回転リング２の回転と、スライド式寝台６のスライドを同期的に制御する。制御部１０は全システムの制御中心を構成し、Ｘ線コントローラ８、ガントリ／寝台コントローラ９、スライド式寝台６を制御し、Ｘ線管球３からＸ線を照射している間、被検体の周囲の所望の経路で回転リング２を回転させる。
　Ｘ線コントローラ８は、高電圧装置７、偏向制御部１１、Ｘ線検出器５、及びデータ収集部１２の動作及びその動作タイミングを制御する。以降では、Ｘ線コントローラ８について、高電圧装置７、偏向制御部１１、及びＸ線検出器５の動作タイミングと、各タイミングにあわせたデータ収集部１２の動作とあわせて、図３を参照しながら説明する。図３は、Ｘ線ＣＴ装置の制御タイミングを説明するための図である。
　Ｘ線コントローラ８は、まず、制御部１０から、操作者により入力されたＸ線ＣＴ装置の動作条件を受ける。この動作条件には、Ｘ線５１Ａ及びＸ線５１Ｂの照射条件として、管電圧や照射タイミング（即ち、Ｘ線５１Ａ及び５１Ｂを切り替えるタイミング）等を示す情報が含まれる。Ｘ線コントローラ８は、制御部１０から受けた管電圧を示す情報を高電圧装置７に出力する。高電圧装置７は、この情報に基づき、電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂを出力するための印加電圧を決定する。
　次に、Ｘ線コントローラ８は、Ｘ線５１Ａ及び５１Ｂを切り替えるタイミングを示す情報を基に、図３に示す同期用トリガ信号を生成する。Ｘ線コントローラ８は、生成されたトリガ信号を高電圧装置７、偏向制御部１１、Ｘ線検出器５、及びデータ収集部１２に出力する。また、Ｘ線コントローラ８は、Ｘ線５１Ａ及び５１Ｂを切り替えるタイミング（同期用トリガ信号のどのタイミングで切り替わるか）を、偏向制御部１１及びデータ収集部１２に通知する。
　高電圧装置７は、Ｘ線コントローラ８から同期用トリガ信号の出力が開始されると、電子発生部３１Ａ及び３１Ｂの各フィラメント３１１と、ターゲット３３との間に電圧を印加する。これにより、電子発生部３１Ａ及び３１Ｂから電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂが出力される。図３における出力Ｐ５０Ａは、電子発生部３１Ａから出力される電子ビーム５０Ａのエネルギーを示している。また、出力Ｐ５０Ｂは、電子発生部３１Ｂから出力される電子ビーム５０Ｂのエネルギーを示している。
　偏向制御部１１は、同期用トリガ信号と、Ｘ線５１Ａ及び５１Ｂを切り替えるタイミングとを、Ｘ線コントローラ８から受ける。偏向制御部１１は、Ｘ線５１Ａ及び５１Ｂを切り替えるタイミングを基に、同期用トリガ信号に同期させて図３に示す偏向パルスを生成する。偏向制御部１１は、生成された偏向パルスをＸ線管球３の偏向用電極３２に出力する。この偏向パルスにより、偏向用電極３２のオン／オフが切り替わる。即ち、Ｘ線管球３の照射窓３５から照射されるＸ線が、このオン／オフにあわせて、Ｘ線５１Ａ及び５１Ｂの間で切り替わる。以下に、具体的な動作タイミングについて、図３を参照しながら説明する。
　例えば、図３に示すように、時間ｔ１からｔ２までの間は、偏向制御部１１から偏向用電極３２に偏向パルスが供給されていない。即ち、偏向用電極３２がオフの状態である。この場合には、電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂは、偏向されずに直進する。このとき、電子ビーム５０Ａは、第１の側面３３３に当たり、電子ビーム５０Ｂは、第３の側面３３５に当たる。電子ビーム５０Ａが第１の側面３３３に当たって発生したＸ線５１Ａは、照射窓３５に向けて照射される。また、電子ビーム５０Ｂが第３の側面３３５に当たって発生したＸ線５１Ｂは、照射窓３５が設けられた位置とは異なる方向に向けて照射される。これにより、時間ｔ１からｔ２までの間は、照射窓３５からＸ線５１Ａが、Ｘ線管球３の外部に照射される。
　次に、時間ｔ２のタイミングで、偏向制御部１１から偏向用電極３２に偏向パルスの出力が開始される。これにより、偏向用電極３２がオフからオンに切り替わる。そのため、直進していた電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂが、偏向用電極３２に生じた電場により偏向される。このとき、電子ビーム５０Ａは、小径の面３３１に当たり、電子ビーム５０Ｂは、第２の側面３３４に当たる。電子ビーム５０Ａが小径の面３３１に当たって発生したＸ線５１Ａは、照射窓３５が設けられた位置とは異なる方向に向けて照射される。また、電子ビーム５０Ｂが第２の側面３３４に当たって発生したＸ線５１Ｂは、照射窓３５に向けて照射される。これにより、偏向用電極３２に偏向パルスが出力される、時間ｔ２からｔ３までの間は、照射窓３５からＸ線５１Ｂが、Ｘ線管球３の外部に照射される。
　また、時間ｔ３のタイミングで、偏向制御部１１から偏向用電極３２への偏向パルスの出力が停止する。そのため、偏向用電極３２がオフの状態となり、照射窓３５からＸ線５１Ａが、Ｘ線管球３の外部に照射される。このようにして、同期用トリガ信号に同期して、Ｘ線管球３からＸ線５１Ａ及びＸ線５１Ｂが交互に切り替わりながら照射される。
　Ｘ線検出器５は、複数の検出素子５Ａを含んで構成される。Ｘ線検出器５を構成する検出素子５Ａは、被検体がＸ線管球３と検出素子５Ａの間に介在する場合、及び、介在しない場合の双方において、Ｘ線管球３から照射されるＸ線５１Ａ及び５１Ｂの強度を測定することができる。
　各検出素子５Ａは、シンチレータとフォトダイオード（ＰＤ：ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）とを含んで構成される。通常、シンチレータとフォトダイオードの素子数は等しく、シンチレータに入射したＸ線が可視光に変換され、フォトダイオードで電気信号に変換される。さらに、フォトダイオードで変換された電気信号（即ち、アナログ出力信号）は、データ収集部１２に導かれる。
　以上のようにして、照射されたＸ線５１Ａ及びＸ線５１Ｂは、同期用トリガ信号に同期して動作するＸ線検出器５により検出される。Ｘ線検出器５は、検出されたＸ線５１Ａ及びＸ線５１Ｂを、それぞれ電気信号に変換し、データ収集部１２に出力する。
　データ収集部１２は、同期用トリガ信号と、Ｘ線５１Ａ及び５１Ｂを切り替えるタイミングとを、Ｘ線コントローラ８から受ける。データ収集部１２は、同期用トリガ信号に同期して、各検出素子５Ａの信号を時分割で読み出す。データ収集部１２は、時分割で読み出された信号を、通知されたＸ線５１Ａ及び５１Ｂを切り替えるタイミングにより、Ｘ線５１Ａに基づく信号と、Ｘ線５１Ｂに基づく信号とに区別する。この動作について、図３を参照しながら、以下に具体的に説明する。
　図３に示すように、時間ｔ１からｔ２までは、偏向用電極３２に偏向パルスが出力されないため、Ｘ線管球３の照射窓３５からＸ線５１Ａが照射される。このとき、データ収集部１２は、Ｘ線コントローラ８からの通知により、Ｘ線５１Ａが照射されていることを認識する。そのため、データ収集部１２は、時間ｔ１からｔ２までの間に読み出す信号を、Ｘ線５１Ａに基づく信号Ａ１として認識し処理する。
　また、時間ｔ２からｔ３までは、偏向用電極３２に偏向パルスが出力され、Ｘ線管球３の照射窓３５からＸ線５１Ｂが照射される。このとき、データ収集部１２は、Ｘ線コントローラ８からの通知により、Ｘ線５１Ｂが照射されていることを認識する。そのため、データ収集部１２は、時間ｔ２からｔ３までの間に読み出す信号を、Ｘ線５１Ｂに基づく信号Ｂ１として認識し処理する。
　データ収集部１２は、同期用トリガ信号に同期して読み出された各信号を増幅し、それぞれをデジタルデータに変換する。以降では、Ｘ線５１Ａに基づく信号が変換されたデジタルデータを「Ｘ線５１Ａに基づくデジタルデータ」と呼ぶ。また、Ｘ線５１Ｂに基づく信号が変換されたデジタルデータを「Ｘ線５１Ｂに基づくデジタルデータ」と呼ぶ。データ収集部１２は、Ｘ線５１Ａに基づくデジタルデータと、Ｘ線５１Ｂに基づくデジタルデータとを、それぞれ区別して前処理部１３に出力する。
　前処理部１３は、Ｘ線５１Ａに基づくデジタルデータと、Ｘ線５１Ｂに基づくデジタルデータとを、それぞれ区別してデータ収集部１２から受ける。前処理部１３は、これらのデジタルデータそれぞれに対して感度補正等の処理を施して投影データとする。前処理部１３は、これらの各投影データをＸ線投影データ記憶部１４に記憶させる。
　再構成処理部１５は、Ｘ線投影データ記憶部１４に記憶された投影データを読出す。再構成処理部１５は、例えばＦｅｌｄｋａｍｐ法と呼ばれる再構成アルゴリズムを利用して、読出された投影データを逆投影してＸ線画像データを生成する。再構成処理部１５は、再構成されたＸ線画像データを表示部１６に表示させる。
　なお、偏向用電極３２のオン／オフを切り替えることで、照射窓３５から照射される電子ビームを、電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂとの間で切り替え可能であれば、必ずしも、電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂが出射される方向と、中心軸３４１とは平行になるように配置する必要はない。例えば、電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂを、互いが干渉しないように、異なる方向に出射させてもよい。この場合には、電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂの出射方向にあわせて、第１の側面３３３、第２の側面３３４、第３の側面３３５、及び小径の面３３１の位置や角度を調整すればよい。
＜変形例＞
　上記では、２種類のＸ線を切り替えて出力する構成について説明したが、３種類以上のＸ線を出力可能に構成してもよい。この場合には、電子発生部３１Ａを、出力させるＸ線の種類分だけ設ける。また、ターゲット３３の側面形状や偏向用電極３２により生成される電場のパワーを調整することで、各電子ビームを、段階的に複数の方向に偏向させる。
　具体例として、図４Ａから図４Ｃを参照して説明する。ここでは、３つの電子発生部（電子発生部３１Ａ、電子発生部３１Ｂ及び電子発生部３１Ｃ）により、３種類のＸ線（電子ビーム５０Ａ、電子ビーム５０Ｂ及び電子ビーム５０Ｃ）が出力される例を説明する。図４Ａは、偏向用電極３２がオフのときの状態を示している。図４Ｂ及び図４Ｃは、偏向用電極３２がオンのときの状態を示している。なお、図４Ｂの場合と図４Ｃの場合では、偏向用電極３２に印加される電圧は正負が逆の電圧である。また、ターゲット３３は、小径の面３３１から大径の面３３２に向けて、軸径が連続的に大きくなるように、第４の側面３３６、第５の側面３３７、及び第６の側面３３８がこの順序で連続して設けられている。
　図４Ａに示すように、偏向用電極３２がオフのときには、偏向されることなく電子ビーム５０Ａ、電子ビーム５０Ｂ及び電子ビーム５０Ｃは直進する。このとき、電子ビーム５０Ａは、第５の側面３３７の方向に進み、電子ビーム５０Ｂは、第６の側面３３８の方向に進み、電子ビーム５０Ｃは、第４の側面３３６の方向に進む。
　一方、図４Ｂに示すように、偏向用電極３２にある電圧が印加されたとき（オンのとき）には、電子ビーム５０Ａ、電子ビーム５０Ｂ及び電子ビーム５０Ｃは屈折する。このとき、電子ビーム５０Ａ及び電子ビーム５０Ｃは、第４の側面３３６の方向に進み、電子ビーム５０Ｂは、第５の側面３３７の方向に進む。
　更に、図４Ｃに示すように、偏向用電極３２に図４Ｂの場合と正負が逆の電圧が印加されたとき（オンのとき）にも、電子ビーム５０Ａ、電子ビーム５０Ｂ及び電子ビーム５０Ｃは屈折する。このとき、電子ビーム５０Ａ及び電子ビーム５０Ｂは、第６の側面３３８の方向に進み、電子ビーム５０Ｃは、第５の側面３３７の方向に進む。
　また、図４Ａの場合、ターゲット３３は、直進してきた電子ビーム５０Ａが第５の側面３３７に当たり、直進してきた電子ビーム５０Ｂが第６の側面３３８に当たり、直進してきた電子ビーム５０Ｃが第４の側面３３６に当たるように配置される。電子ビーム５０Ａがターゲット３３に当たると、Ｘ線５１Ａが発生する。第５の側面３３７は、第５の側面３３７で発生するＸ線（図４Ａの場合、Ｘ線５１Ａ）が、照射窓３５に向けて照射されるように、中心軸３４１に対して所定の角度を成して形成されている。また、電子ビーム５０Ｂがターゲット３３に当たると、Ｘ線５１Ｂが発生する。第６の側面３３８は、第６の側面３３８で発生するＸ線（図４Ａの場合、Ｘ線５１Ｂ）が、照射窓３５が設けられた位置とは異なる方向に向けて照射されるように、中心軸３４１に対して所定の角度を成して形成されている。また、電子ビーム５０Ｃがターゲット３３に当たると、Ｘ線５１Ｃが発生する。第４の側面３３６は、第４の側面３３６で発生するＸ線（図４Ａの場合、Ｘ線５１Ｃ）が、照射窓３５が設けられた位置とは異なる方向に向けて照射されるように、中心軸３４１に対して所定の角度を成して形成されている。
　図４Ｂの場合、ターゲット３３は、偏向用電極３２により偏向された電子ビーム５０Ａ及び電子ビーム５０Ｃが第４の側面３３６に当たり、かつ、偏向用電極３２により偏向された電子ビーム５０Ｂが第５の側面３３７に当たるように配置される。この場合、Ｘ線５１Ｂが、照射窓３５に向けて照射される。Ｘ線５１Ａ及びＸ線５１Ｃは、照射窓３５が設けられた位置とは異なる方向に向けて照射される。
　図４Ｃの場合、ターゲット３３は、偏向用電極３２により偏向された電子ビーム５０Ａ及び電子ビーム５０Ｂが第６の側面３３８に当たり、かつ、偏向用電極３２により偏向された電子ビーム５０Ｃが第５の側面３３７に当たるように配置される。この場合、Ｘ線５１Ｃが、照射窓３５に向けて照射される。Ｘ線５１Ａ及びＸ線５１Ｂは、照射窓３５が設けられた位置とは異なる方向に向けて照射される。
　本変形例では、第５の側面３３７が「第１の面」、「第４の面」に相当し、第４の側面３３６、第６の側面３３８が「第２の面」、「第３の面」に相当する。また、電子発生部を複数設ける構成を用いることにより、フォトンカウンティングにも応用可能である。
　さらに、各方向に応じて、照射窓３５から出力されるＸ線が切り替わるように、ターゲット３３の側面の形状を調整すればよい。また、ターゲット３３を複数設けて、電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂをそれぞれ異なるターゲット３３で受けることで、Ｘ線５１Ａ及び５１Ｂを発生させるようにしてもよい。また、直進する電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂと、偏向された電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂとを、それぞれ異なるターゲット３３で受けてもよい。
　以上で説明したように、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置に依れば、単一のＸ線管球３により異なる複数のＸ線を遂次切り替えながら照射することが可能となる。そのため、装置が複雑化せず、コストもより安価になる。また、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、電子ビーム５０Ａ及び５０Ｂは常に照射されており、これらを偏向させることで照射窓３５から照射させるＸ線を切り替えている。このような構成とすることで、Ｘ線５１Ａ及び５１Ｂの切り替えを電子的に制御することが可能となる。これにより、機械的な切り替えでは同期が難しい高速な切り替えも、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置では可能となる。また、Ｘ線５１Ａと５１Ｂとの間の切り替え時に、フィラメント３１１とターゲット３３との間の電圧を変更する必要が無い。そのため、Ｘ線５１Ａと５１Ｂとの間で切り替えた場合においても、電圧の変更が完了するまでのタイムラグが発生しないため、Ｘ線５１Ａ及び５１Ｂの出力を安定させることが可能となる。これにより、Ｘ線の切り替えに伴う画像の劣化を防止することが可能となる。
　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。これら新規な実施形態は、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ともに、特許請求の範囲に記載されたその均等の範囲に含まれる。
　１　ガントリ
　２　回転リング
　３　Ｘ線管球
　３１Ａ、３１Ｂ　電子発生部
　３１１　フィラメント
　３２　偏向用電極
　３３　ターゲット
　３３１　小径の面
　３３２　大径の面
　３３３　第１の側面
　３３４　第２の側面
　３３５　第３の側面
　３４　駆動部
　３５　照射窓
　４　Ｘ線フィルタ
　５　Ｘ線検出器
　６　スライド式寝台
　７　高電圧装置
　８　Ｘ線コントローラ
　９　ガントリ／寝台コントローラ
　１０　制御部
　１１　偏向制御部
　１２　データ収集部
　１３　前処理部
　１４　Ｘ線投影データ記憶部
　１５　再構成処理部
　１６　表示部

Claims (7)

  1. 　第１の電子ビームを出射する第１の電子発生部と、
    　前記第１の電子ビームとはエネルギーの異なる第２の電子ビームを出射する第２の電子発生部と、
    　前記第１の電子ビーム及び前記第２の電子ビームが送出される方向を同時に、第１の方向と、前記第１の方向とは異なる第２の方向とのいずれかに切り替え可能に構成された偏向手段と、
    　前記第１の方向に向けて送出された第１の電子ビームを受けて、所定の照射野に向けて第１のＸ線を照射する第１の面と、前記第１の方向に向けて送出された第２の電子ビームを受けて、前記所定の照射野とは異なる方向に向けて前記第１のＸ線とは異なる第２のＸ線を照射する第２の面と、前記第２の方向に向けて送出された第１の電子ビームを受けて、前記所定の照射野とは異なる方向に向けて前記第１のＸ線を照射する第３の面と、前記第２の方向に向けて送出された第２の電子ビームを受けて、前記所定の照射野に向けて前記第２のＸ線を照射する第４の面と、を備えたＸ線発生部と、
    　を備えたことを特徴とするＸ線管球。
  2. 　前記第１の面は、前記第４の面への前記第２の電子ビームの入射角度とは異なる入射角度で、前記第１の電子ビームを受けることを特徴とする請求項１に記載のＸ線管球。
  3. 　前記第１の面と、前記第４の面とのうち、前記エネルギーの高い電子ビームを受ける面が、他方の面より浅い入射角度で当該電子ビームを受けることを特徴とする請求項２に記載のＸ線管球。
  4. 　前記偏向手段は、
    　互いの間に電場を形成可能であり、かつ互いの間を前記第１の電子ビーム及び前記第２の電子ビームが通過するように配置された一対の電極を備え、
    　前記電場により前記第１の電子ビーム及び前記第２の電子ビームの双方を偏向させることを特徴とする請求項１記載のＸ線管球。
  5. 　前記偏向手段は、
    　互いの間に電場を形成可能であり、かつ互いの間を前記第１の電子ビーム及び前記第２の電子ビームが通過するように配置された一対の電極を備え、
    　前記電場により前記第１の電子ビーム及び前記第２の電子ビームの双方を偏向させることを特徴とする請求項２記載のＸ線管球。
  6. 　前記偏向手段は、
    　互いの間に電場を形成可能であり、かつ互いの間を前記第１の電子ビーム及び前記第２の電子ビームが通過するように配置された一対の電極を備え、
    　前記電場により前記第１の電子ビーム及び前記第２の電子ビームの双方を偏向させることを特徴とする請求項３記載のＸ線管球。
  7. 　被検体に向けてＸ線を照射する照射窓を備えたＸ線管球と、
    　前記照射窓から照射されたＸ線を検出するＸ線検出器と、
    　を備えてなるＸ線ＣＴ装置であって、
    　前記Ｘ線管球は、
    　第１の電子ビームを出射する第１の電子発生部と、
    　前記第１の電子ビームとは異なる第２の電子ビームを出射する第２の電子発生部と、
    　前記第１の電子ビーム及び前記第２の電子ビームが送出される方向を同時に、第１の方向と、前記第１の方向とは異なる第２の方向とのいずれかに切り替え可能に構成された偏向手段と、
    　前記第１の方向に向けて送出された第１の電子ビームを受けて、前記照射窓を介して前記被検体に向けて第１のＸ線を照射する第１の面と、前記第１の方向に向けて送出された第２の電子ビームを受けて、前記照射窓とは異なる方向に向けて前記第１のＸ線とは異なる第２のＸ線を照射する第２の面と、前記第２の方向に向けて送出された第１の電子ビームを受けて、前記照射窓とは異なる方向に向けて前記第１のＸ線を照射する第３の面と、前記第２の方向に向けて送出された第２の電子ビームを受けて、前記照射窓を介して前記被検体に向けて前記第２のＸ線を照射する第４の面と、を備えたＸ線発生部と、
    　を備え、
    　前記Ｘ線検出器は、
    　前記偏向手段による前記切り替えに同期して、前記第１のＸ線及び前記第２のＸ線を検出することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
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