回転陽極型Ｘ線装置およびＸ線ＣＴ装置
【課題】回転陽極型Ｘ線装置やこれを用いたＸ線ＣＴ装置において、ターゲットベアリング部からの振動や騒音を抑制する技術を提供する。
【解決手段】本発明の回転陽極型Ｘ線装置は、熱電子を放出する陰極および熱電子を受けてＸ線を発生させる回転型の陽極を内部に有するインサート部と、インサート部を内部に収めるハウジング部と、磁気支持部とを備え、インサート部の外壁の少なくとも一部は、磁力を受ける材料を有する磁気作用部として構成される。磁気支持部は、ハウジング部内に設けられ、磁気作用部に対し磁力をおよぼすことで、ハウジング部の内壁とインサート部の外壁とが互いに離れるようにインサート部をハウジング部内で浮上状態で支持する。即ち、ハウジング部とインサート部とが乖離されるため、ターゲットベアリング部からの振動がハウジング部や外部に伝播することはなく、騒音も抑制される。
【解決手段】本発明の回転陽極型Ｘ線装置は、熱電子を放出する陰極および熱電子を受けてＸ線を発生させる回転型の陽極を内部に有するインサート部と、インサート部を内部に収めるハウジング部と、磁気支持部とを備え、インサート部の外壁の少なくとも一部は、磁力を受ける材料を有する磁気作用部として構成される。磁気支持部は、ハウジング部内に設けられ、磁気作用部に対し磁力をおよぼすことで、ハウジング部の内壁とインサート部の外壁とが互いに離れるようにインサート部をハウジング部内で浮上状態で支持する。即ち、ハウジング部とインサート部とが乖離されるため、ターゲットベアリング部からの振動がハウジング部や外部に伝播することはなく、騒音も抑制される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転陽極型Ｘ線装置およびＸ線ＣＴ装置（Ｘ−ｒａｙ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）に関する。特に本発明は、回転陽極型Ｘ線装置やこれを用いたＸ線ＣＴ装置において、ターゲットベアリング部からの振動や騒音を抑制するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転陽極型Ｘ線装置は、熱電子を放出する陰極と、その熱電子を受け止めてＸ線を発生するターゲット（陽極）と、このターゲットの主軸（シャフト）を回転駆動するための回転磁界を発生するステータコイルなどを備える。Ｘ線の曝射は、ターゲットを所定の回転速度で回転させた状態で陰極とターゲットとの間に高電圧を印加し、陰極から熱電子を放出させることで行われる。
【０００３】
Ｘ線ＣＴ装置用の回転陽極型Ｘ線装置は、臨床的なニーズからＸ線強度をさらに高出力化することが要望されており、これを実現するためには、ターゲットの回転速度をさらに高速化することが望まれる。しかしながら、ボールベアリングなどを用いた従来のターゲットベアリング部の構造においてターゲットをさらに高速で回転させる場合、ターゲットベアリング部の回転重心のブレ（偏心）の影響により低周波の振動や騒音が増幅され、この振動がＸ線ＣＴ装置の架台（寝台）まで伝播するおそれがある。
【０００４】
そこで、特許文献１では、円筒状の回転陽極の軸受け内においてターゲットのシャフトを磁気力により浮遊させることで、シャフトの回転に伴う各部の振動や騒音を抑制する技術について記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−１２１２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ターゲットには陰極から放出された熱電子が衝突するため、ターゲットのシャフトはかなりの高温状態になる。このような高温の部分に対して磁気ベアリングを用いることは困難であるため、特許文献１に記載の技術は、実現が困難であると考えられる。このため、別の技術により、ターゲットのシャフトの回転に伴う各部の振動や騒音を抑制する技術が要望されていた。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされてものであり、回転陽極型Ｘ線装置やこれを用いたＸ線ＣＴ装置において、ターゲットベアリング部からの振動や騒音を抑制する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る回転陽極型Ｘ線装置は、熱電子を放出する陰極および前記熱電子を受けてＸ線を発生させる回転型の陽極を内部に有するインサート部と、前記インサート部を内部に収めるハウジング部とを備えるものであり、上記課題を達成するため、前記インサート部の外壁の少なくとも一部は磁力を受ける材料を有する磁気作用部として構成され、磁気支持部をさらに備えるものである。前記磁気支持部は、前記ハウジング部内に設けられ、前記磁気作用部に対して磁力をおよぼすことで、前記ハウジング部の内壁と前記インサート部の前記外壁とが互いに離れるように前記インサート部を前記ハウジング部内で浮上状態で支持する。
【０００９】
本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、上記課題を達成するため、被検体にＸ線を照射する本発明の回転陽極型Ｘ線装置と、前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出部と、前記Ｘ線検出部の検出信号に基づいてＸ線投影データを収集する投影データ収集部と、前記Ｘ線投影データに再構成処理を施して前記被検体の画像データを生成する画像データ生成部とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転陽極型Ｘ線装置やこれを用いたＸ線ＣＴ装置において、ターゲットベアリング部からの振動や騒音を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態における回転陽極型Ｘ線装置の側断面模式図であり、Ｘ線の放射口側の面からその反対側の面に向けて、横断面が回転陽極の回転の軸線を含むように横断した場合の側断面模式図。
【図２】図１のＡ１−Ａ１方向の平断面を示す平断面模式図。
【図３】図１のＢ１−Ｂ１方向の横断面を示す横断面模式図。
【図４】図１のＡ２−Ａ２方向の平断面を示す平断面模式図。
【図５】図１のＢ２−Ｂ２方向の横断面を示す横断面模式図。
【図６】本発明の第２の実施形態におけるＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、各図において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
［第１の実施形態］
第１の実施形態は、本発明の回転陽極型Ｘ線装置１０に係るものである。
【００１４】
図１は、本実施形態の回転陽極型Ｘ線装置１０の側断面模式図であり、Ｘ線の放射口５２側の面からその反対側の面に向けて、横断面が回転陽極の回転の軸線を含むように横断した場合の側断面模式図である。図２は、図１のＡ１−Ａ１方向の平断面を示す平断面模式図である。
【００１５】
図１に示すように、回転陽極型Ｘ線装置１０は、制御部１８と、太線で示すハウジング（Ｘ線管容器）２０と、ハウジング２０内に設けられたインサート（Ｘ線管）２４とを備える。
【００１６】
インサート２４は、ハウジング２０の内壁とは乖離されるように、ハウジング２０内で磁気支持機構によって支持される。即ち、この磁気支持機構によりインサート２４の位置制御が行われ、インサート２４は、ハウジング２０内で浮遊した状態で支持される。ハウジング２０内は絶縁性の冷却液２８で満たされており、インサート２４の内部は真空に保たれている。図１および図２（および後述の図３〜図５）では、冷却液２８で満たされている部分を点で塗り潰したパターンで示した。
【００１７】
インサート２４内には、陰極として熱電子を放出するフィラメント３２と、陽極として熱電子を受けてＸ線を発生させるターゲット３６と、ターゲット３６を回転自在に支持するベアリング機構４０とが設けられている。ターゲット３６は、回転電極としてディスク状に形成されている。ベアリング機構４０は、例えばボールベアリング（転がり軸受）やラジカル軸受或いはスラスト軸受によって、高速回転するターゲット３６の主軸であるシャフト（図示せず）を支える構造である。また、ハウジング２０内には、ターゲット３６のシャフトを高速回転させるための回転磁界を発生させるステータコイル４４が設けられている。
【００１８】
図１および図２に示すように、回転陽極型Ｘ線装置１０は、ハウジング２０およびインサート２４の外壁のケーブル挿入口（図示せず）を通る高圧ケーブル４８を備える。この高圧ケーブル４８は、その終端が端末部５０として形成され、フィラメント３２に接続されている。高圧ケーブル４８は、フィラメント３２とターゲット３６との間に所定の管電圧を印加するためのものである。
【００１９】
また、図１に示すように、ハウジング２０には、Ｘ線を放出するための放射口５２がターゲット３６の上方に設けられている。この放射口５２の位置に対応して、インサート２４の外壁には、ターゲット３６の上方にＸ線を放出するための放射窓５６が設けられている。
【００２０】
ここで、図１、図２および後述する図３〜図５では一例として、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸について、ベアリング機構４０の回転軸（図示せず）に沿ってターゲット３６側からステータコイル４４側に向かう方向をＺ軸正方向とする。また、インサート２４の外壁の放射窓５６からハウジング２０外壁の放射口５２側に向かう方向をＹ軸正方向とする。
【００２１】
ハウジング２０の内面において、Ｙ軸方向にステータコイル４４を挟んだ両側にはそれぞれ、Ｚ軸方向誘導コイル６０、６１が固定されており、その反対側の面上には（ベアリング機構４０の回転軸の延長線上に当たる部分に）、Ｚ軸方向誘導コイル６２が固定されている。Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２は、後述するＸ軸方向誘導コイルおよびＹ軸方向誘導コイルと共に、供給される電流によって磁界を発生させ、この磁界から生じる磁気的引力によりインサート２４を支持するものであり、電磁石として機能する。このため、インサート２４の外壁における、Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２や後述のＸ軸方向誘導コイルおよびＹ軸方向誘導コイルに対向する位置には、例えば鉄やニッケルなどの磁気的引力を強く受ける金属が埋め込まれている。これにより、インサート２４は、Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２等が生じさせる磁気的引力を受けるが、各部の引力を制御することで、インサート２４の位置は制御される。なお、磁気的引力を強く受ける金属の代わりに、ネオジウム磁石のような強力な永久磁石を埋め込んでおき、磁気的引力と磁気的斥力の双方によってインサート２４の位置を制御する構成としてもよい。
【００２２】
図１において、Ｚ軸方向誘導コイル６０とステータコイル４４との間、および、Ｚ軸方向誘導コイル６１とステータコイル４４との間にはそれぞれ、磁気遮断シールド６４、６６が（固定して）配置される。磁気遮断シールド６４、６６はそれぞれ、少なくともステータコイル４４のＹ軸方向における上面および下面の全体に対向するように配置される。磁気遮断シールド６４、６６は、Ｚ軸方向誘導コイル６０、６１により生じる磁界がステータコイル４４の回転磁界に影響することを防止する。磁気遮断シールド６４、６６は、例えばアモルファスなどの非磁性体で形成すればよい。
【００２３】
図１において、インサート２４の外壁上には、（Ｚ軸方向誘導コイル６２の右下側の位置に）第１センサ７２が固定されている。また、ハウジング２０の内壁上には、Ｚ軸方向誘導コイル６２の下方の位置に第２センサ７６が固定されている。第１センサ７２は、インサート２４に対してどの方向に重力が働いているか（インサート２４のどの部分が鉛直方向に最も下にあるか）を検出し、これを例えば超音波や電波によって第２センサ７６に伝達する。重力方向の検出には、例えば、加速度検出手段によって第１センサ７２に加わる力を検出して加速度値を求め、この加速度値から第１センサ７２の鉛直方向に対する傾きを算出するといった従来技術を用いればよい。
【００２４】
第２センサ７６は、音波等を用いて第１センサ７２と交信して、第１センサ７２との相対的な位置情報を検出し、これに基づいて、ハウジング２０（の内壁）とインサート２４（の外壁）との相対的な位置情報をする。第２センサ７６は、ハウジング２０とインサート２４との相対的な位置情報と、インサート２４に対してどの方向に重力が働いているかの情報を不図示の配線によって制御部１８に入力する。
【００２５】
なお、図１のインサート２４内で、ターゲット３６およびベアリング機構４０を含むように二点鎖線で示した領域は、陽極部７８としての領域であり、フィラメント３２を含むように破線で示した領域は、陰極部８０としての領域である。
【００２６】
図３は、図１のＢ１−Ｂ１方向の横断面を示す横断面模式図である。図３に示すように、インサート２４の内壁上には、上記の陰極部８０としての領域を覆うように磁気遮断シールド８４の層（図３の斜線部分）が形成されている。磁気遮断シールド８４は、フィラメント３２や放出される熱電子に対してＺ軸方向誘導コイル６０〜６２や後述のＸ−Ｙ方向誘導コイルからの磁気力が作用することを防止する。磁気遮断シールド８４は、例えばアモルファスなどの非磁性体で形成すればよい。同様に、インサート２４の内壁上には、上記の陽極部７８としての領域（図１の二点鎖線部分）におけるターゲット３６の近傍部分のみを覆うように磁気遮断シールドの層が形成されている（図示せず）。これは、Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２の磁気力が熱電子の放出軌道やステータコイル４４の回転磁界に影響しないようにするためのものである。
【００２７】
図４は、図１のＡ２−Ａ２方向の平断面を示す平断面模式図である。図４に示すように、インサート２４におけるＸ軸方向の両端は耳部９０としてそれぞれ突出している。インサート２４は、これら耳部９０を介してＸ軸方向およびＹ軸方向の磁気的引力を受けて支持される。従って、これら耳部９０には、鉄やニッケルなどの磁気的引力を強く受ける金属が埋め込まれている。
【００２８】
図５は、図１のＢ２−Ｂ２方向の横断面を示す横断面模式図であり、特に上記の耳部９０近傍の詳細構造を示す。左右の耳部９０の先端は、それぞれ平板状の突起部１００として形成されている。ハウジング２０の内壁上には、図５の左側の耳部９０の突起１００に対して両側から対向する位置に、Ｘ軸方向誘導コイル１１０、１１１、１１２、１１３がそれぞれ固定されている。同様に、ハウジング２０の内壁上には、図５の右側の耳部９０の突起１００に対して両側から対向する位置に、Ｘ軸方向誘導コイル１１４、１１５、１１６、１１７がそれぞれ固定されている。
【００２９】
また、ハウジング２０の内壁上には、左側の耳部９０の中央近傍に両側から対向する位置にＹ軸方向誘導コイル１３０、１３１が固定されており、右側の耳部９０の中央近傍に両側から対向する位置にＹ軸方向誘導コイル１３２、１３３が固定されている。
【００３０】
さらに、ハウジング２０の内壁上には、双方の耳部９０の根元側に対向する位置に（合計４つの）台座１５０がそれぞれ固定されている。これらの台座１５０上には、例えばゴムやスポンジなどで構成された緩衝材１５２がそれぞれ固定されている。台座１５０および緩衝材１５２は、ハウジング２０の内壁上において、Ｙ軸方向の両端の面上（図５の上側の面上と、下側の面上）にもさらに４つずつ設けられている。これら８つずつの台座１５０および緩衝材１５２は、回転陽極型Ｘ線装置１０の電源オフ等によって磁気支持機構の制御が停止した場合に、重力によってハウジング２０の内壁にインサート２４が直接衝突しないよう、クッションとして作用する。
【００３１】
以上が第１の実施形態の回転陽極型Ｘ線装置１０の構造に関する説明であり、以下、磁気支持機構によるインサート２４の位置制御、Ｘ線の照射動作、フライングフォーカス機能、の順に回転陽極型Ｘ線装置１０の機能について説明する。
【００３２】
まず、磁気支持機構によるインサート２４の位置制御について説明する。
【００３３】
制御部１８は、インサート２４に対する重力と同じ大きさの力が重力とは反対方向にインサート２４に働くようなＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の磁気的引力をそれぞれ算出する。この算出の際、制御部１８は、第２センサ７６から入力されるハウジング２０とインサート２４との相対的な位置情報と、インサート２４に対してどの方向に重力が働いているかの情報とを用いる。
【００３４】
制御部１８は、上記のように算出したＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の磁気的引力がインサートに対して働くように、Ｘ軸方向誘導コイル１１０〜１１７、Ｙ軸方向誘導コイル１３０〜１３３、Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２に供給する電流を不図示の配線によって制御する。このようにして制御部１８は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の磁気的引力によって、重力に対してインサート２４を支持しつつ、ハウジング２０の内壁とインサート２４との外壁とが接触しないようにインサート２４の位置を制御する。
【００３５】
例えばＸ軸負方向に重力が働いている場合、図５に示すＸ軸方向誘導コイル１１１、１１３、１１４、１１６が突起１００に対して重力と同等の大きさのＸ軸正方向の磁気的引力をおよぼすことで、インサート２４を支持する。また、Ｙ軸負方向に重力が働いている場合、図５に示すＹ軸方向誘導コイル１３１、１３３が耳部９０に対して重力と同等の大きさのＹ軸正方向の磁気的引力をおよぼすことで、インサート２４を支持する。また、Ｚ軸負方向に重力が働いている場合、図１に示すＺ軸方向誘導コイル６０、６１がインサート２４に対して重力と同等の大きさのＺ軸正方向の磁気的引力をおよぼすことで、インサート２４を支持する。
【００３６】
これらの制御の際、ハウジング２０とインサート２４との相対的な位置情報が第２センサ７６から制御部１８に所定の短い時間間隔で入力されており、制御部１８は、最新のインサート２４の位置情報に基づいて、ハウジング２０の内壁とインサート２４との外壁とが接触しないように上記の磁気支持機構の制御を行う。
【００３７】
次に、Ｘ線の照射動作について説明する。制御部１８は、不図示の配線によりステータコイル４４に所定の電力を供給させ、ベアリング機構４０内のシャフト（図示せず）を回転駆動するための回転磁界を発生させる。これにより、ターゲット３６が所定の回転速度で回転した状態において、制御部１８は、高電圧ケーブル４８等によってフィラメント３２とターゲット３６との間に所定の管電圧を印加し、フィラメント３２から熱電子を放出させる。この熱電子がターゲット３６に衝突してＸ線が発生し、このＸ線が放射窓５６および放射口５２を介して装置外の被検体等に照射される。Ｘ線の発生原理については、従来技術と同様であるので、さらなる説明を省略する。
【００３８】
次に、フライングフォーカス機能について説明する。制御部１８は、Ｘ線のビーム方向を変えるための操作ボタン群（図示せず）を備える。制御部１８は、放射口５２とインサート２４との相対的位置関係がどのようになれば、入力により指定されたビーム方向を与えるかを算出する。なお、入力により指定可能なビーム方向が、ハウジング２０の内壁とインサート２４とが接触しない範囲に相当するビーム方向のみとなるように、制御部１８の操作ボタン群の入力機能は構成されている。
【００３９】
次に、制御部１８は、算出した放射口５２とインサート２４との相対的位置関係を与えるためには、インサート２４の位置をどの方向にどれだけ幅で移動させればよいかを算出する。そして、制御部１８は、Ｘ軸方向誘導コイル１１０〜１１７、Ｙ軸方向誘導コイル１３０〜１３６、Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２に供給する電流を制御することでＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の磁気的引力を制御し、算出した移動方向と移動幅でインサート２４を移動させ、その状態でインサート２４が静止するように制御する。
【００４０】
例えば重力がＹ軸負方向に働いており、各部の制御によりインサート２４が静止している状態において、インサート２４をＸ軸負方向に動かす場合、図５においてＸ軸方向誘導コイル１１０、１１２、１１５、１１７に流れる電流をＸ軸方向誘導コイル１１１、１１３、１１４、１１６に流れる電流よりも大きくして、Ｘ軸負方向への磁気的引力を大きくすることで、インサート２４をＸ軸負方向に移動させる。
【００４１】
ここで、磁気的引力は両物体の距離の二乗の逆数に比例して大きくなるので、各部の電流値をそのままにしたのでは、インサート２４がＸ軸負方向に移動するに従ってＸ軸負方向の磁気的引力が大きくなり、突起１００がＸ軸方向誘導コイル１１０等に衝突してしまう。従って、制御部１８は、第２センサ７６から所定の短い時間間隔で入力されるハウジング２０とインサート２４との最新の相対的位置情報に基づいて、インサート２４の移動幅が算出した値になった時点でインサート２４が静止するように、磁気支持機構による制御を行う。
【００４２】
また、例えば重力がＹ軸負方向に働いており、各部の制御によりインサート２４が静止している状態において、インサート２４をＺ軸負方向に動かす場合、図１においてＺ軸方向誘導コイル６２に流れる電流を一時的に大きくする等の制御を行って、インサート２４に対してＺ軸負方向の磁気的引力を一時的に大きくして移動させる。
【００４３】
以上が回転陽極型Ｘ線装置１０の機能に関する説明である。
【００４４】
このように第１の実施形態では、ハウジング２０の内壁と、インサート２４とを磁気支持機構により乖離する。このため、インサート２４内におけるターゲット３６およびそのシャフトの高速回転に伴う振動がハウジング２０に伝播することはない。従って、本実施形態の回転陽極型Ｘ線装置１０をＸ線ＣＴ装置に用いると共にターゲットを従来よりも高速で回転させても、架台が振動するといった従来懸念されていた不具合が生じることはない。この結果、ターゲット３６の回転速度を従来よりも高速化して、Ｘ線強度を従来よりも高出力にすることができる。
【００４５】
また、騒音源となるインサート２４内のベアリング機構４０と、ハウジング２０とが物理的に乖離されるため、従来よりも格段に騒音を低減できる。
【００４６】
また、図５に示すように台座１５０およびクッション１５２をハウジング２０の内壁上に設けている。このため、例えば輸送時など、電源オフにより磁気支持機構による制御が働かない状態において回転陽極型Ｘ線装置１０のどちらの面が鉛直方向下向きに置かれても、インサート２４を保護することができる。
【００４７】
また、インサート２４の内壁上には、陰極部８０としての領域を覆うように磁気遮断シールド８４の層を形成している。このため、Ｘ軸方向誘導コイル１１０〜１１７、Ｙ軸方向誘導コイル１３０〜１３３、Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２により生じる磁界が、フィラメント３２や放出される熱電子に対して磁気力が作用することは防止される。
【００４８】
さらに、放射口５２とインサート２４との相対的位置関係を磁気支持機構によって制御することで、放射口５２から放出されるＸ線のビーム方向を制御することができる。即ち、本実施形態の回転陽極型Ｘ線装置１０を例えばＸ線ＣＴ装置などに用いれば、フライングフォーカス機能（Ｘ線管の焦点位置を少しずつシフトさせながらスキャンを行う機能）を容易に実現することができる。
【００４９】
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置に係るものであり、第１の実施形態の回転陽極型Ｘ線装置１０を搭載していることが主な特徴である。
【００５０】
図６は、第２の実施形態におけるＸ線ＣＴ装置２００の構成を示すブロック図である。
【００５１】
図６に示すように、Ｘ線ＣＴ装置２００は、回転陽極型Ｘ線装置１０と、回転部２１２と、架台２１６と、Ｘ線検出器２２０と、高電圧発生器２２４と、回転駆動部２２８と、架台制御部２３２と、データ収集システム（Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：以下、ＤＡＳという）２３６と、画像データ生成記憶部２４０と、システム制御部２４４と、入力部２４８と、表示部２５２とを備える。
【００５２】
入力部２４８は、表示パネルや選択ボタン等の入力デバイスを備え、操作者は、投影データの収集に先立ち、この入力部２４８において被検体Ｐの情報の入力や投影データの収集条件、再構成条件、画像表示条件等の設定を行なう。これにより設定された条件は、システム制御部２４４に入力される。
【００５３】
システム制御部２４４は、入力部２４８から入力される各種設定条件等に従って、Ｘ線ＣＴ装置２００の各部を制御する。また、システム制御部２４４は、回転陽極型Ｘ線装置１０の制御部１８に接続され、回転陽極型Ｘ線装置１０によるＸ線の照射やフライングフォーカス機構に基づく撮影を制御する。
【００５４】
架台２１６は、回転部２１２の中央部に設けられた開口部（図示せず）に挿入され、架台２１６上には被検体Ｐが乗せられる。
【００５５】
回転部２１２内では、回転陽極型Ｘ線装置１０の放射口５２（図１参照）と、Ｘ線検出器２２０とが被検体Ｐを間にして対向するように配置される。
【００５６】
Ｘ線検出器２２０は、多チャンネルの検出素子を円弧状に配列した構成であり、回転陽極型Ｘ線装置１０から照射されて被検体Ｐを透過したＸ線を検出する。
【００５７】
回転駆動部２２８は、システム制御部２４４から入力される駆動制御信号に基づいて回転部２１２を駆動し、回転部２１２に支持された回転陽極型Ｘ線装置１０およびＸ線検出器２２０を被検体Ｐの周りで連続回転させる。
【００５８】
架台制御部２３２は、システム制御部２４４から入力される架台制御信号に基づいて、架台２１６の位置を制御する。
【００５９】
高電圧発生器２２４は、不図示のスリップリングを介して回転陽極型Ｘ線装置１０の高電圧ケーブル４８に接続されている。高電圧発生器２２４は、システム制御部２４４から供給されるＸ線制御信号に基づいて、所定の管電流および管電圧を回転陽極型Ｘ線装置１０に供給する。
【００６０】
ＤＡＳ２３６は、Ｘ線検出器２２０の各検出素子からの出力を時間積分する積分器と、積分器の出力をチャンネル単位で高速かつシリアルに取り込むマルチプレクサと、マルチプレクサの出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータなどから構成されている。ＤＡＳ２３６は、システム制御部２４４から入力されるデータ収集制御信号に基づいて、Ｘ線検出器２２０により検出されるＸ線パス毎のＸ線透過率を反映した投影データを収集し、これを画像データ生成記憶部２４０に入力する。
【００６１】
画像データ生成記憶部２４０は、被検体Ｐの複数のスライス面に対して収集された投影データを保存する。また、画像データ生成記憶部２４０は、複数のスライス面における投影データに再構成処理を施してボリュームデータを生成し、このボリュームデータにレンダリング処理を施して３次元画像データを生成し、これを保存する。そして、画像データ生成記憶部２４０は、システム制御部２４４の指令に従って、上記３次元画像データを表示部２５２に入力する。
【００６２】
表示部２５２は、上記３次元画像データに患者情報等の付帯情報を付加して表示データを生成し、これによりＸ線ＣＴ画像を不図示のモニタに表示する。
【００６３】
以上、第２の実施形態のＸ線ＣＴ装置２００では、第１の実施形態の回転陽極型Ｘ線装置１０をＸ線源として用いるため、ターゲット３６の回転速度を上げても振動が架台２１６に伝播することはなく、騒音も従来技術より格段に低減される。従って、患者に不快な思いをさせずに、高出力のＸ線撮影を行うことができる。また、第１の実施形態の回転陽極型Ｘ線装置１０を用いるため、フライングフォーカス機能を容易に実現することができる。
【００６４】
［本発明の補足事項］
第１の実施形態では、インサート２４の外壁（の鉄やニッケルが埋め込まれた部分）に磁気的引力をおよぼし、インサート２４の位置を制御する例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、インサート２４の外壁上と、ハウジング２０の内壁上の双方に電磁石として機能する誘導コイルを配置し、磁気的引力と磁気的斥力の双方によってインサート２４の位置を制御する構成としてもよい。
【００６５】
最後に、請求項の用語と実施形態との対応関係を説明する。なお、以下に示す対応関係は、参考のために示した一解釈であり、本発明を限定するものではない。
【００６６】
インサート２４の外壁におけるＸ軸方向誘導コイル１１０〜１１７、Ｙ軸方向誘導コイル１３０〜１３３、Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２に対向する部分、即ち、鉄やニッケルなどの磁力を強く受ける金属が埋め込まれている部分は、請求項記載の磁気作用部の一例である。
【００６７】
Ｘ軸方向誘導コイル１１０〜１１７、Ｙ軸方向誘導コイル１３０〜１３３、Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２と、これらに対する供給電流を制御してハウジング２０の内壁とインサート２４とが互いに離れるようにインサート２４を支持する制御部１８の機能は、請求項記載の磁気支持部の一例である。
【００６８】
Ｘ軸方向誘導コイル１１０〜１１７、Ｙ軸方向誘導コイル１３０〜１３３、Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２に供給する電流の制御によりＸ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向にインサート２４を移動させることで、放射口５２から放出されるＸ線のビーム方向を変える制御部１８の機能も、請求項記載の磁気支持部の一例である。
【００６９】
双方の耳部１００（図５参照）は、請求項記載の第１突出部および第２突出部の一例である。
ＤＡＳ２３６は、請求項記載の投影データ収集部の一例である。
画像データ生成記憶部２４０は、請求項記載の画像データ生成部の一例である。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 回転陽極型Ｘ線装置
１８ 制御部
２０ ハウジング
２４ インサート
２８ 冷却液
３２ フィラメント
３６ ターゲット
４０ ベアリング機構
４４ ステータコイル
４８ 高電圧ケーブル
５０ 端末部
５２ 放射口
５６ 放射窓
６０、６１、６２ Ｚ軸方向誘導コイル
６４、６６ 磁気遮断シールド
７２ 第１センサ
７６ 第２センサ
７８ 陽極部
８０ 陰極部
８４ 磁気遮断シールド
９０ 耳部
１００ 突起
１１０、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７ Ｘ軸方向誘導コイル
１３０、１３１、１３２、１３３ Ｙ軸方向誘導コイル
１５０ 台座
１５２ 緩衝材
２００ Ｘ線ＣＴ装置
２１２ 回転部
２１６ 架台
２２０ Ｘ線検出器
２２４ 高電圧発生器
２２８ 回転駆動部
２３２ 架台制御部
２３６ ＤＡＳ
２４０ 画像データ生成記憶部
２４４ システム制御部
２４８ 入力部
２５２ 表示部
Ｐ 被検体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転陽極型Ｘ線装置およびＸ線ＣＴ装置（Ｘ−ｒａｙ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）に関する。特に本発明は、回転陽極型Ｘ線装置やこれを用いたＸ線ＣＴ装置において、ターゲットベアリング部からの振動や騒音を抑制するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転陽極型Ｘ線装置は、熱電子を放出する陰極と、その熱電子を受け止めてＸ線を発生するターゲット（陽極）と、このターゲットの主軸（シャフト）を回転駆動するための回転磁界を発生するステータコイルなどを備える。Ｘ線の曝射は、ターゲットを所定の回転速度で回転させた状態で陰極とターゲットとの間に高電圧を印加し、陰極から熱電子を放出させることで行われる。
【０００３】
Ｘ線ＣＴ装置用の回転陽極型Ｘ線装置は、臨床的なニーズからＸ線強度をさらに高出力化することが要望されており、これを実現するためには、ターゲットの回転速度をさらに高速化することが望まれる。しかしながら、ボールベアリングなどを用いた従来のターゲットベアリング部の構造においてターゲットをさらに高速で回転させる場合、ターゲットベアリング部の回転重心のブレ（偏心）の影響により低周波の振動や騒音が増幅され、この振動がＸ線ＣＴ装置の架台（寝台）まで伝播するおそれがある。
【０００４】
そこで、特許文献１では、円筒状の回転陽極の軸受け内においてターゲットのシャフトを磁気力により浮遊させることで、シャフトの回転に伴う各部の振動や騒音を抑制する技術について記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−１２１２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ターゲットには陰極から放出された熱電子が衝突するため、ターゲットのシャフトはかなりの高温状態になる。このような高温の部分に対して磁気ベアリングを用いることは困難であるため、特許文献１に記載の技術は、実現が困難であると考えられる。このため、別の技術により、ターゲットのシャフトの回転に伴う各部の振動や騒音を抑制する技術が要望されていた。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされてものであり、回転陽極型Ｘ線装置やこれを用いたＸ線ＣＴ装置において、ターゲットベアリング部からの振動や騒音を抑制する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る回転陽極型Ｘ線装置は、熱電子を放出する陰極および前記熱電子を受けてＸ線を発生させる回転型の陽極を内部に有するインサート部と、前記インサート部を内部に収めるハウジング部とを備えるものであり、上記課題を達成するため、前記インサート部の外壁の少なくとも一部は磁力を受ける材料を有する磁気作用部として構成され、磁気支持部をさらに備えるものである。前記磁気支持部は、前記ハウジング部内に設けられ、前記磁気作用部に対して磁力をおよぼすことで、前記ハウジング部の内壁と前記インサート部の前記外壁とが互いに離れるように前記インサート部を前記ハウジング部内で浮上状態で支持する。
【０００９】
本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、上記課題を達成するため、被検体にＸ線を照射する本発明の回転陽極型Ｘ線装置と、前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出部と、前記Ｘ線検出部の検出信号に基づいてＸ線投影データを収集する投影データ収集部と、前記Ｘ線投影データに再構成処理を施して前記被検体の画像データを生成する画像データ生成部とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転陽極型Ｘ線装置やこれを用いたＸ線ＣＴ装置において、ターゲットベアリング部からの振動や騒音を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態における回転陽極型Ｘ線装置の側断面模式図であり、Ｘ線の放射口側の面からその反対側の面に向けて、横断面が回転陽極の回転の軸線を含むように横断した場合の側断面模式図。
【図２】図１のＡ１−Ａ１方向の平断面を示す平断面模式図。
【図３】図１のＢ１−Ｂ１方向の横断面を示す横断面模式図。
【図４】図１のＡ２−Ａ２方向の平断面を示す平断面模式図。
【図５】図１のＢ２−Ｂ２方向の横断面を示す横断面模式図。
【図６】本発明の第２の実施形態におけるＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、各図において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
［第１の実施形態］
第１の実施形態は、本発明の回転陽極型Ｘ線装置１０に係るものである。
【００１４】
図１は、本実施形態の回転陽極型Ｘ線装置１０の側断面模式図であり、Ｘ線の放射口５２側の面からその反対側の面に向けて、横断面が回転陽極の回転の軸線を含むように横断した場合の側断面模式図である。図２は、図１のＡ１−Ａ１方向の平断面を示す平断面模式図である。
【００１５】
図１に示すように、回転陽極型Ｘ線装置１０は、制御部１８と、太線で示すハウジング（Ｘ線管容器）２０と、ハウジング２０内に設けられたインサート（Ｘ線管）２４とを備える。
【００１６】
インサート２４は、ハウジング２０の内壁とは乖離されるように、ハウジング２０内で磁気支持機構によって支持される。即ち、この磁気支持機構によりインサート２４の位置制御が行われ、インサート２４は、ハウジング２０内で浮遊した状態で支持される。ハウジング２０内は絶縁性の冷却液２８で満たされており、インサート２４の内部は真空に保たれている。図１および図２（および後述の図３〜図５）では、冷却液２８で満たされている部分を点で塗り潰したパターンで示した。
【００１７】
インサート２４内には、陰極として熱電子を放出するフィラメント３２と、陽極として熱電子を受けてＸ線を発生させるターゲット３６と、ターゲット３６を回転自在に支持するベアリング機構４０とが設けられている。ターゲット３６は、回転電極としてディスク状に形成されている。ベアリング機構４０は、例えばボールベアリング（転がり軸受）やラジカル軸受或いはスラスト軸受によって、高速回転するターゲット３６の主軸であるシャフト（図示せず）を支える構造である。また、ハウジング２０内には、ターゲット３６のシャフトを高速回転させるための回転磁界を発生させるステータコイル４４が設けられている。
【００１８】
図１および図２に示すように、回転陽極型Ｘ線装置１０は、ハウジング２０およびインサート２４の外壁のケーブル挿入口（図示せず）を通る高圧ケーブル４８を備える。この高圧ケーブル４８は、その終端が端末部５０として形成され、フィラメント３２に接続されている。高圧ケーブル４８は、フィラメント３２とターゲット３６との間に所定の管電圧を印加するためのものである。
【００１９】
また、図１に示すように、ハウジング２０には、Ｘ線を放出するための放射口５２がターゲット３６の上方に設けられている。この放射口５２の位置に対応して、インサート２４の外壁には、ターゲット３６の上方にＸ線を放出するための放射窓５６が設けられている。
【００２０】
ここで、図１、図２および後述する図３〜図５では一例として、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸について、ベアリング機構４０の回転軸（図示せず）に沿ってターゲット３６側からステータコイル４４側に向かう方向をＺ軸正方向とする。また、インサート２４の外壁の放射窓５６からハウジング２０外壁の放射口５２側に向かう方向をＹ軸正方向とする。
【００２１】
ハウジング２０の内面において、Ｙ軸方向にステータコイル４４を挟んだ両側にはそれぞれ、Ｚ軸方向誘導コイル６０、６１が固定されており、その反対側の面上には（ベアリング機構４０の回転軸の延長線上に当たる部分に）、Ｚ軸方向誘導コイル６２が固定されている。Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２は、後述するＸ軸方向誘導コイルおよびＹ軸方向誘導コイルと共に、供給される電流によって磁界を発生させ、この磁界から生じる磁気的引力によりインサート２４を支持するものであり、電磁石として機能する。このため、インサート２４の外壁における、Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２や後述のＸ軸方向誘導コイルおよびＹ軸方向誘導コイルに対向する位置には、例えば鉄やニッケルなどの磁気的引力を強く受ける金属が埋め込まれている。これにより、インサート２４は、Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２等が生じさせる磁気的引力を受けるが、各部の引力を制御することで、インサート２４の位置は制御される。なお、磁気的引力を強く受ける金属の代わりに、ネオジウム磁石のような強力な永久磁石を埋め込んでおき、磁気的引力と磁気的斥力の双方によってインサート２４の位置を制御する構成としてもよい。
【００２２】
図１において、Ｚ軸方向誘導コイル６０とステータコイル４４との間、および、Ｚ軸方向誘導コイル６１とステータコイル４４との間にはそれぞれ、磁気遮断シールド６４、６６が（固定して）配置される。磁気遮断シールド６４、６６はそれぞれ、少なくともステータコイル４４のＹ軸方向における上面および下面の全体に対向するように配置される。磁気遮断シールド６４、６６は、Ｚ軸方向誘導コイル６０、６１により生じる磁界がステータコイル４４の回転磁界に影響することを防止する。磁気遮断シールド６４、６６は、例えばアモルファスなどの非磁性体で形成すればよい。
【００２３】
図１において、インサート２４の外壁上には、（Ｚ軸方向誘導コイル６２の右下側の位置に）第１センサ７２が固定されている。また、ハウジング２０の内壁上には、Ｚ軸方向誘導コイル６２の下方の位置に第２センサ７６が固定されている。第１センサ７２は、インサート２４に対してどの方向に重力が働いているか（インサート２４のどの部分が鉛直方向に最も下にあるか）を検出し、これを例えば超音波や電波によって第２センサ７６に伝達する。重力方向の検出には、例えば、加速度検出手段によって第１センサ７２に加わる力を検出して加速度値を求め、この加速度値から第１センサ７２の鉛直方向に対する傾きを算出するといった従来技術を用いればよい。
【００２４】
第２センサ７６は、音波等を用いて第１センサ７２と交信して、第１センサ７２との相対的な位置情報を検出し、これに基づいて、ハウジング２０（の内壁）とインサート２４（の外壁）との相対的な位置情報をする。第２センサ７６は、ハウジング２０とインサート２４との相対的な位置情報と、インサート２４に対してどの方向に重力が働いているかの情報を不図示の配線によって制御部１８に入力する。
【００２５】
なお、図１のインサート２４内で、ターゲット３６およびベアリング機構４０を含むように二点鎖線で示した領域は、陽極部７８としての領域であり、フィラメント３２を含むように破線で示した領域は、陰極部８０としての領域である。
【００２６】
図３は、図１のＢ１−Ｂ１方向の横断面を示す横断面模式図である。図３に示すように、インサート２４の内壁上には、上記の陰極部８０としての領域を覆うように磁気遮断シールド８４の層（図３の斜線部分）が形成されている。磁気遮断シールド８４は、フィラメント３２や放出される熱電子に対してＺ軸方向誘導コイル６０〜６２や後述のＸ−Ｙ方向誘導コイルからの磁気力が作用することを防止する。磁気遮断シールド８４は、例えばアモルファスなどの非磁性体で形成すればよい。同様に、インサート２４の内壁上には、上記の陽極部７８としての領域（図１の二点鎖線部分）におけるターゲット３６の近傍部分のみを覆うように磁気遮断シールドの層が形成されている（図示せず）。これは、Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２の磁気力が熱電子の放出軌道やステータコイル４４の回転磁界に影響しないようにするためのものである。
【００２７】
図４は、図１のＡ２−Ａ２方向の平断面を示す平断面模式図である。図４に示すように、インサート２４におけるＸ軸方向の両端は耳部９０としてそれぞれ突出している。インサート２４は、これら耳部９０を介してＸ軸方向およびＹ軸方向の磁気的引力を受けて支持される。従って、これら耳部９０には、鉄やニッケルなどの磁気的引力を強く受ける金属が埋め込まれている。
【００２８】
図５は、図１のＢ２−Ｂ２方向の横断面を示す横断面模式図であり、特に上記の耳部９０近傍の詳細構造を示す。左右の耳部９０の先端は、それぞれ平板状の突起部１００として形成されている。ハウジング２０の内壁上には、図５の左側の耳部９０の突起１００に対して両側から対向する位置に、Ｘ軸方向誘導コイル１１０、１１１、１１２、１１３がそれぞれ固定されている。同様に、ハウジング２０の内壁上には、図５の右側の耳部９０の突起１００に対して両側から対向する位置に、Ｘ軸方向誘導コイル１１４、１１５、１１６、１１７がそれぞれ固定されている。
【００２９】
また、ハウジング２０の内壁上には、左側の耳部９０の中央近傍に両側から対向する位置にＹ軸方向誘導コイル１３０、１３１が固定されており、右側の耳部９０の中央近傍に両側から対向する位置にＹ軸方向誘導コイル１３２、１３３が固定されている。
【００３０】
さらに、ハウジング２０の内壁上には、双方の耳部９０の根元側に対向する位置に（合計４つの）台座１５０がそれぞれ固定されている。これらの台座１５０上には、例えばゴムやスポンジなどで構成された緩衝材１５２がそれぞれ固定されている。台座１５０および緩衝材１５２は、ハウジング２０の内壁上において、Ｙ軸方向の両端の面上（図５の上側の面上と、下側の面上）にもさらに４つずつ設けられている。これら８つずつの台座１５０および緩衝材１５２は、回転陽極型Ｘ線装置１０の電源オフ等によって磁気支持機構の制御が停止した場合に、重力によってハウジング２０の内壁にインサート２４が直接衝突しないよう、クッションとして作用する。
【００３１】
以上が第１の実施形態の回転陽極型Ｘ線装置１０の構造に関する説明であり、以下、磁気支持機構によるインサート２４の位置制御、Ｘ線の照射動作、フライングフォーカス機能、の順に回転陽極型Ｘ線装置１０の機能について説明する。
【００３２】
まず、磁気支持機構によるインサート２４の位置制御について説明する。
【００３３】
制御部１８は、インサート２４に対する重力と同じ大きさの力が重力とは反対方向にインサート２４に働くようなＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の磁気的引力をそれぞれ算出する。この算出の際、制御部１８は、第２センサ７６から入力されるハウジング２０とインサート２４との相対的な位置情報と、インサート２４に対してどの方向に重力が働いているかの情報とを用いる。
【００３４】
制御部１８は、上記のように算出したＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の磁気的引力がインサートに対して働くように、Ｘ軸方向誘導コイル１１０〜１１７、Ｙ軸方向誘導コイル１３０〜１３３、Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２に供給する電流を不図示の配線によって制御する。このようにして制御部１８は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の磁気的引力によって、重力に対してインサート２４を支持しつつ、ハウジング２０の内壁とインサート２４との外壁とが接触しないようにインサート２４の位置を制御する。
【００３５】
例えばＸ軸負方向に重力が働いている場合、図５に示すＸ軸方向誘導コイル１１１、１１３、１１４、１１６が突起１００に対して重力と同等の大きさのＸ軸正方向の磁気的引力をおよぼすことで、インサート２４を支持する。また、Ｙ軸負方向に重力が働いている場合、図５に示すＹ軸方向誘導コイル１３１、１３３が耳部９０に対して重力と同等の大きさのＹ軸正方向の磁気的引力をおよぼすことで、インサート２４を支持する。また、Ｚ軸負方向に重力が働いている場合、図１に示すＺ軸方向誘導コイル６０、６１がインサート２４に対して重力と同等の大きさのＺ軸正方向の磁気的引力をおよぼすことで、インサート２４を支持する。
【００３６】
これらの制御の際、ハウジング２０とインサート２４との相対的な位置情報が第２センサ７６から制御部１８に所定の短い時間間隔で入力されており、制御部１８は、最新のインサート２４の位置情報に基づいて、ハウジング２０の内壁とインサート２４との外壁とが接触しないように上記の磁気支持機構の制御を行う。
【００３７】
次に、Ｘ線の照射動作について説明する。制御部１８は、不図示の配線によりステータコイル４４に所定の電力を供給させ、ベアリング機構４０内のシャフト（図示せず）を回転駆動するための回転磁界を発生させる。これにより、ターゲット３６が所定の回転速度で回転した状態において、制御部１８は、高電圧ケーブル４８等によってフィラメント３２とターゲット３６との間に所定の管電圧を印加し、フィラメント３２から熱電子を放出させる。この熱電子がターゲット３６に衝突してＸ線が発生し、このＸ線が放射窓５６および放射口５２を介して装置外の被検体等に照射される。Ｘ線の発生原理については、従来技術と同様であるので、さらなる説明を省略する。
【００３８】
次に、フライングフォーカス機能について説明する。制御部１８は、Ｘ線のビーム方向を変えるための操作ボタン群（図示せず）を備える。制御部１８は、放射口５２とインサート２４との相対的位置関係がどのようになれば、入力により指定されたビーム方向を与えるかを算出する。なお、入力により指定可能なビーム方向が、ハウジング２０の内壁とインサート２４とが接触しない範囲に相当するビーム方向のみとなるように、制御部１８の操作ボタン群の入力機能は構成されている。
【００３９】
次に、制御部１８は、算出した放射口５２とインサート２４との相対的位置関係を与えるためには、インサート２４の位置をどの方向にどれだけ幅で移動させればよいかを算出する。そして、制御部１８は、Ｘ軸方向誘導コイル１１０〜１１７、Ｙ軸方向誘導コイル１３０〜１３６、Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２に供給する電流を制御することでＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の磁気的引力を制御し、算出した移動方向と移動幅でインサート２４を移動させ、その状態でインサート２４が静止するように制御する。
【００４０】
例えば重力がＹ軸負方向に働いており、各部の制御によりインサート２４が静止している状態において、インサート２４をＸ軸負方向に動かす場合、図５においてＸ軸方向誘導コイル１１０、１１２、１１５、１１７に流れる電流をＸ軸方向誘導コイル１１１、１１３、１１４、１１６に流れる電流よりも大きくして、Ｘ軸負方向への磁気的引力を大きくすることで、インサート２４をＸ軸負方向に移動させる。
【００４１】
ここで、磁気的引力は両物体の距離の二乗の逆数に比例して大きくなるので、各部の電流値をそのままにしたのでは、インサート２４がＸ軸負方向に移動するに従ってＸ軸負方向の磁気的引力が大きくなり、突起１００がＸ軸方向誘導コイル１１０等に衝突してしまう。従って、制御部１８は、第２センサ７６から所定の短い時間間隔で入力されるハウジング２０とインサート２４との最新の相対的位置情報に基づいて、インサート２４の移動幅が算出した値になった時点でインサート２４が静止するように、磁気支持機構による制御を行う。
【００４２】
また、例えば重力がＹ軸負方向に働いており、各部の制御によりインサート２４が静止している状態において、インサート２４をＺ軸負方向に動かす場合、図１においてＺ軸方向誘導コイル６２に流れる電流を一時的に大きくする等の制御を行って、インサート２４に対してＺ軸負方向の磁気的引力を一時的に大きくして移動させる。
【００４３】
以上が回転陽極型Ｘ線装置１０の機能に関する説明である。
【００４４】
このように第１の実施形態では、ハウジング２０の内壁と、インサート２４とを磁気支持機構により乖離する。このため、インサート２４内におけるターゲット３６およびそのシャフトの高速回転に伴う振動がハウジング２０に伝播することはない。従って、本実施形態の回転陽極型Ｘ線装置１０をＸ線ＣＴ装置に用いると共にターゲットを従来よりも高速で回転させても、架台が振動するといった従来懸念されていた不具合が生じることはない。この結果、ターゲット３６の回転速度を従来よりも高速化して、Ｘ線強度を従来よりも高出力にすることができる。
【００４５】
また、騒音源となるインサート２４内のベアリング機構４０と、ハウジング２０とが物理的に乖離されるため、従来よりも格段に騒音を低減できる。
【００４６】
また、図５に示すように台座１５０およびクッション１５２をハウジング２０の内壁上に設けている。このため、例えば輸送時など、電源オフにより磁気支持機構による制御が働かない状態において回転陽極型Ｘ線装置１０のどちらの面が鉛直方向下向きに置かれても、インサート２４を保護することができる。
【００４７】
また、インサート２４の内壁上には、陰極部８０としての領域を覆うように磁気遮断シールド８４の層を形成している。このため、Ｘ軸方向誘導コイル１１０〜１１７、Ｙ軸方向誘導コイル１３０〜１３３、Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２により生じる磁界が、フィラメント３２や放出される熱電子に対して磁気力が作用することは防止される。
【００４８】
さらに、放射口５２とインサート２４との相対的位置関係を磁気支持機構によって制御することで、放射口５２から放出されるＸ線のビーム方向を制御することができる。即ち、本実施形態の回転陽極型Ｘ線装置１０を例えばＸ線ＣＴ装置などに用いれば、フライングフォーカス機能（Ｘ線管の焦点位置を少しずつシフトさせながらスキャンを行う機能）を容易に実現することができる。
【００４９】
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置に係るものであり、第１の実施形態の回転陽極型Ｘ線装置１０を搭載していることが主な特徴である。
【００５０】
図６は、第２の実施形態におけるＸ線ＣＴ装置２００の構成を示すブロック図である。
【００５１】
図６に示すように、Ｘ線ＣＴ装置２００は、回転陽極型Ｘ線装置１０と、回転部２１２と、架台２１６と、Ｘ線検出器２２０と、高電圧発生器２２４と、回転駆動部２２８と、架台制御部２３２と、データ収集システム（Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：以下、ＤＡＳという）２３６と、画像データ生成記憶部２４０と、システム制御部２４４と、入力部２４８と、表示部２５２とを備える。
【００５２】
入力部２４８は、表示パネルや選択ボタン等の入力デバイスを備え、操作者は、投影データの収集に先立ち、この入力部２４８において被検体Ｐの情報の入力や投影データの収集条件、再構成条件、画像表示条件等の設定を行なう。これにより設定された条件は、システム制御部２４４に入力される。
【００５３】
システム制御部２４４は、入力部２４８から入力される各種設定条件等に従って、Ｘ線ＣＴ装置２００の各部を制御する。また、システム制御部２４４は、回転陽極型Ｘ線装置１０の制御部１８に接続され、回転陽極型Ｘ線装置１０によるＸ線の照射やフライングフォーカス機構に基づく撮影を制御する。
【００５４】
架台２１６は、回転部２１２の中央部に設けられた開口部（図示せず）に挿入され、架台２１６上には被検体Ｐが乗せられる。
【００５５】
回転部２１２内では、回転陽極型Ｘ線装置１０の放射口５２（図１参照）と、Ｘ線検出器２２０とが被検体Ｐを間にして対向するように配置される。
【００５６】
Ｘ線検出器２２０は、多チャンネルの検出素子を円弧状に配列した構成であり、回転陽極型Ｘ線装置１０から照射されて被検体Ｐを透過したＸ線を検出する。
【００５７】
回転駆動部２２８は、システム制御部２４４から入力される駆動制御信号に基づいて回転部２１２を駆動し、回転部２１２に支持された回転陽極型Ｘ線装置１０およびＸ線検出器２２０を被検体Ｐの周りで連続回転させる。
【００５８】
架台制御部２３２は、システム制御部２４４から入力される架台制御信号に基づいて、架台２１６の位置を制御する。
【００５９】
高電圧発生器２２４は、不図示のスリップリングを介して回転陽極型Ｘ線装置１０の高電圧ケーブル４８に接続されている。高電圧発生器２２４は、システム制御部２４４から供給されるＸ線制御信号に基づいて、所定の管電流および管電圧を回転陽極型Ｘ線装置１０に供給する。
【００６０】
ＤＡＳ２３６は、Ｘ線検出器２２０の各検出素子からの出力を時間積分する積分器と、積分器の出力をチャンネル単位で高速かつシリアルに取り込むマルチプレクサと、マルチプレクサの出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータなどから構成されている。ＤＡＳ２３６は、システム制御部２４４から入力されるデータ収集制御信号に基づいて、Ｘ線検出器２２０により検出されるＸ線パス毎のＸ線透過率を反映した投影データを収集し、これを画像データ生成記憶部２４０に入力する。
【００６１】
画像データ生成記憶部２４０は、被検体Ｐの複数のスライス面に対して収集された投影データを保存する。また、画像データ生成記憶部２４０は、複数のスライス面における投影データに再構成処理を施してボリュームデータを生成し、このボリュームデータにレンダリング処理を施して３次元画像データを生成し、これを保存する。そして、画像データ生成記憶部２４０は、システム制御部２４４の指令に従って、上記３次元画像データを表示部２５２に入力する。
【００６２】
表示部２５２は、上記３次元画像データに患者情報等の付帯情報を付加して表示データを生成し、これによりＸ線ＣＴ画像を不図示のモニタに表示する。
【００６３】
以上、第２の実施形態のＸ線ＣＴ装置２００では、第１の実施形態の回転陽極型Ｘ線装置１０をＸ線源として用いるため、ターゲット３６の回転速度を上げても振動が架台２１６に伝播することはなく、騒音も従来技術より格段に低減される。従って、患者に不快な思いをさせずに、高出力のＸ線撮影を行うことができる。また、第１の実施形態の回転陽極型Ｘ線装置１０を用いるため、フライングフォーカス機能を容易に実現することができる。
【００６４】
［本発明の補足事項］
第１の実施形態では、インサート２４の外壁（の鉄やニッケルが埋め込まれた部分）に磁気的引力をおよぼし、インサート２４の位置を制御する例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、インサート２４の外壁上と、ハウジング２０の内壁上の双方に電磁石として機能する誘導コイルを配置し、磁気的引力と磁気的斥力の双方によってインサート２４の位置を制御する構成としてもよい。
【００６５】
最後に、請求項の用語と実施形態との対応関係を説明する。なお、以下に示す対応関係は、参考のために示した一解釈であり、本発明を限定するものではない。
【００６６】
インサート２４の外壁におけるＸ軸方向誘導コイル１１０〜１１７、Ｙ軸方向誘導コイル１３０〜１３３、Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２に対向する部分、即ち、鉄やニッケルなどの磁力を強く受ける金属が埋め込まれている部分は、請求項記載の磁気作用部の一例である。
【００６７】
Ｘ軸方向誘導コイル１１０〜１１７、Ｙ軸方向誘導コイル１３０〜１３３、Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２と、これらに対する供給電流を制御してハウジング２０の内壁とインサート２４とが互いに離れるようにインサート２４を支持する制御部１８の機能は、請求項記載の磁気支持部の一例である。
【００６８】
Ｘ軸方向誘導コイル１１０〜１１７、Ｙ軸方向誘導コイル１３０〜１３３、Ｚ軸方向誘導コイル６０〜６２に供給する電流の制御によりＸ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向にインサート２４を移動させることで、放射口５２から放出されるＸ線のビーム方向を変える制御部１８の機能も、請求項記載の磁気支持部の一例である。
【００６９】
双方の耳部１００（図５参照）は、請求項記載の第１突出部および第２突出部の一例である。
ＤＡＳ２３６は、請求項記載の投影データ収集部の一例である。
画像データ生成記憶部２４０は、請求項記載の画像データ生成部の一例である。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 回転陽極型Ｘ線装置
１８ 制御部
２０ ハウジング
２４ インサート
２８ 冷却液
３２ フィラメント
３６ ターゲット
４０ ベアリング機構
４４ ステータコイル
４８ 高電圧ケーブル
５０ 端末部
５２ 放射口
５６ 放射窓
６０、６１、６２ Ｚ軸方向誘導コイル
６４、６６ 磁気遮断シールド
７２ 第１センサ
７６ 第２センサ
７８ 陽極部
８０ 陰極部
８４ 磁気遮断シールド
９０ 耳部
１００ 突起
１１０、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７ Ｘ軸方向誘導コイル
１３０、１３１、１３２、１３３ Ｙ軸方向誘導コイル
１５０ 台座
１５２ 緩衝材
２００ Ｘ線ＣＴ装置
２１２ 回転部
２１６ 架台
２２０ Ｘ線検出器
２２４ 高電圧発生器
２２８ 回転駆動部
２３２ 架台制御部
２３６ ＤＡＳ
２４０ 画像データ生成記憶部
２４４ システム制御部
２４８ 入力部
２５２ 表示部
Ｐ 被検体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電子を放出する陰極および前記熱電子を受けてＸ線を発生させる回転型の陽極を内部に有するインサート部と、前記インサート部を内部に収めるハウジング部とを備えた回転陽極型Ｘ線装置であって、
前記インサート部の外壁の少なくとも一部は、磁力を受ける材料を有する磁気作用部として構成され、
前記ハウジング部内に設けられ、前記磁気作用部に対して磁力をおよぼすことで、前記ハウジング部の内壁と前記インサート部の前記外壁とが互いに離れるように前記インサート部を前記ハウジング部内で浮上状態で支持する磁気支持部を備えている
ことを特徴とする回転陽極型Ｘ線装置。
【請求項２】
前記ハウジング部内に配置され、供給される電流によって前記陽極の回転の軸方向に磁力を発生させることで、前記インサート部を支持する複数の誘導コイルを前記磁気支持部は備えていることを特徴とする請求項１記載の回転陽極型Ｘ線装置。
【請求項３】
前記インサートの前記外壁における互いに対向する位置には、前記磁気作用部としての第１突出部および第２突出部がそれぞれ形成されており、
前記磁気支持部は、前記陽極の回転の軸方向に直交する方向の磁力を前記第１突出部および前記第２突出部におよぼすことで、前記インサート部を支持することを特徴とする請求項１記載の回転陽極型Ｘ線装置。
【請求項４】
前記ハウジング部は、前記Ｘ線を外部に放出させるための放射口を有し、
前記磁気支持部は、前記ハウジング部内に配置されていると共に供給される電流によって前記磁気作用部に対する磁力を発生させる誘導コイルを有し、前記誘導コイルに供給する電流の制御によって前記磁気作用部に対する磁力を制御し、これにより所望の方向に前記インサート部を移動させることで、前記放射口から放出される前記Ｘ線のビーム方向を変えることを特徴とする請求項１記載の回転陽極型Ｘ線装置。
【請求項５】
被検体にＸ線を照射する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の回転陽極型Ｘ線装置と、
前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出部と、
前記Ｘ線検出部の検出信号に基づいてＸ線投影データを収集する投影データ収集部と、
前記Ｘ線投影データに再構成処理を施して、前記被検体の画像データを生成する画像データ生成部と
を備えていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項１】
熱電子を放出する陰極および前記熱電子を受けてＸ線を発生させる回転型の陽極を内部に有するインサート部と、前記インサート部を内部に収めるハウジング部とを備えた回転陽極型Ｘ線装置であって、
前記インサート部の外壁の少なくとも一部は、磁力を受ける材料を有する磁気作用部として構成され、
前記ハウジング部内に設けられ、前記磁気作用部に対して磁力をおよぼすことで、前記ハウジング部の内壁と前記インサート部の前記外壁とが互いに離れるように前記インサート部を前記ハウジング部内で浮上状態で支持する磁気支持部を備えている
ことを特徴とする回転陽極型Ｘ線装置。
【請求項２】
前記ハウジング部内に配置され、供給される電流によって前記陽極の回転の軸方向に磁力を発生させることで、前記インサート部を支持する複数の誘導コイルを前記磁気支持部は備えていることを特徴とする請求項１記載の回転陽極型Ｘ線装置。
【請求項３】
前記インサートの前記外壁における互いに対向する位置には、前記磁気作用部としての第１突出部および第２突出部がそれぞれ形成されており、
前記磁気支持部は、前記陽極の回転の軸方向に直交する方向の磁力を前記第１突出部および前記第２突出部におよぼすことで、前記インサート部を支持することを特徴とする請求項１記載の回転陽極型Ｘ線装置。
【請求項４】
前記ハウジング部は、前記Ｘ線を外部に放出させるための放射口を有し、
前記磁気支持部は、前記ハウジング部内に配置されていると共に供給される電流によって前記磁気作用部に対する磁力を発生させる誘導コイルを有し、前記誘導コイルに供給する電流の制御によって前記磁気作用部に対する磁力を制御し、これにより所望の方向に前記インサート部を移動させることで、前記放射口から放出される前記Ｘ線のビーム方向を変えることを特徴とする請求項１記載の回転陽極型Ｘ線装置。
【請求項５】
被検体にＸ線を照射する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の回転陽極型Ｘ線装置と、
前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出部と、
前記Ｘ線検出部の検出信号に基づいてＸ線投影データを収集する投影データ収集部と、
前記Ｘ線投影データに再構成処理を施して、前記被検体の画像データを生成する画像データ生成部と
を備えていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１３０９５４（Ｐ２０１１−１３０９５４Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９４３６１（Ｐ２００９−２９４３６１）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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