回転陽極Ｘ線管装置及びそれを用いたＸ線ＣＴ装置
【課題】電子ビームを偏向せずにＸ線の焦点を体軸方向に高速に移動させることができる回転陽極Ｘ線管装置、及びそれを用いたＸ線ＣＴ装置を提供することである。
【解決手段】
電子ビームを放出する陰極と、前記電子ビームを衝突させ、該衝突位置を焦点位置とするＸ線を発生させる陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットを回転させる回転機構部とを備えた回転陽極Ｘ線管装置において、前記陽極ターゲットの電子ビーム衝突面側の領域に形成され、少なくとも回転方向に所定間隔で並設される段差を備える回転陽極Ｘ線管装置である。
【解決手段】
電子ビームを放出する陰極と、前記電子ビームを衝突させ、該衝突位置を焦点位置とするＸ線を発生させる陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットを回転させる回転機構部とを備えた回転陽極Ｘ線管装置において、前記陽極ターゲットの電子ビーム衝突面側の領域に形成され、少なくとも回転方向に所定間隔で並設される段差を備える回転陽極Ｘ線管装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームを偏向せずにＸ線の焦点を高速に移動させることができる回転陽極Ｘ線管装置、及びそれを用いたＸ線ＣＴ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴ装置は、被検体の周囲をＸ線源とＸ線検出器が回転して得られた複数角度の投影データより、被検体の断層画像を再構成し、その再構成された断層画像を表示して画像診断に供するものである。
【０００３】
近年、Ｘ線ＣＴ装置においては、多スライスで高分解能な装置が主流となっている。この多スライス化及び高分解能化を達成するために、Ｘ線の焦点を体軸方向に移動させる技術が利用されている。この技術は、Ｘ線の焦点を体軸方向に微小距離だけ移動させて２つの焦点位置からＸ線を交互に発生させ、２つの焦点位置毎に別々にデータ収集するものである。このようにして体軸方向のダブルサンプリングを行うことにより、スライス数を検出器列数の２倍にすることが可能となり、また、高分解能化も達成される。
【０００４】
スライス数の増加及び高分解能化は、Ｘ線検出器の多列化及び狭小化によっても実現可能であるが、これらはコストアップにつながる上、線量効率の低下によるノイズの増大も無視できない。
【０００５】
現今、Ｘ線の焦点を体軸方向に高速に移動させる手段として、Ｘ線管装置内に電磁石を設け、陰極から放出された電子ビームを電磁的に偏向する方式が用いられている。これにより、電子ビームの陽極ターゲットに衝突する位置を変え、Ｘ線の焦点位置を変えている。
【０００６】
電子ビームを電磁的に偏向する方式の公知文献としては、特許文献１、特許文献２及び特許文献３が挙げられる。
【特許文献１】特開平１０−１０６４６２号公報
【特許文献２】特開平１０−１３４７４４号公報
【特許文献３】特開２０００−４８７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、電子ビームの偏向によりＸ線の焦点を体軸方向に移動させると、それに伴い体軸方向と直交する方向（半径方向）にも焦点が大きく移動するという問題がある。例えば、体軸方向に焦点を０．７ｍｍだけ移動させる場合、ターゲット角度を７°とすると、半径方向にも焦点は０．７／ｔａｎ７°＝５．７ｍｍ移動する。この半径方向への焦点移動量は、Ｘ線ＣＴ装置におけるＸ線焦点とＸ線検出器間の距離及びＸ線検出器の幾何学的形状の観点から、無視することができない量である。
【０００８】
また、電子ビームを偏向すると、電子ビームの陽極ターゲットに入射する角度が変わるため、結果として陽極ターゲット上に形成される焦点のサイズが変わるという問題が生ずる。この焦点サイズの変化を防止するためには、電子ビームを集束又は発散させて焦点サイズを高精度に制御する必要がある。すなわち、電子ビームを偏向するだけではなく、集束・発散する必要があるため、複雑な電磁石構成となってしまう。
【０００９】
さらに、Ｘ線管装置内に複雑な電磁石を設けるため、Ｘ線管装置が高価なものとなる。加えて、電磁石用の励磁電源及び高精度な制御回路も必要となるため、Ｘ線ＣＴ装置としても大幅なコストアップは避けられない。
【００１０】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、電子ビームを偏向せずにＸ線の焦点を体軸方向に高速に移動させることができる回転陽極Ｘ線管装置、及びそれを用いたＸ線ＣＴ装置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】
【００１１】
前記課題を解決すべく、本発明は、電子ビームを放出する陰極と、前記電子ビームを衝突させ、該衝突位置を焦点位置とするＸ線を発生させる陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットを回転させる回転機構部とを備えた回転陽極Ｘ線管装置において、前記陽極ターゲットの電子ビーム衝突面側の領域に形成され、少なくとも回転方向に所定間隔で並設される段差を備える回転陽極Ｘ線管装置である。
【００１２】
また本発明は、被検体にＸ線を照射する前記回転陽極Ｘ線管装置と、前記回転陽極Ｘ線管装置に対向配置され前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記回転陽極Ｘ線管装置と前記Ｘ線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転するスキャナと、前記Ｘ線検出器で検出した投影データを前記２つの焦点位置毎に収集するデータ収集部と、前記データ収集部で収集した投影データに基づき前記被検体の断層像を再構成する画像再構成装置と、前記画像再構成装置で再構成した断層像を表示する画像表示装置とを備えたＸ線ＣＴ装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電子ビームを偏向せずにＸ線の焦点を体軸方向に高速に移動させることができる。
【００１４】
本発明のその他の効果については、明細書全体の記載から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明が適用された実施形態の例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
〈第１の実施形態〉
図１は本発明の第１の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置の概略構成を説明するための図である。
【００１７】
図１に示すように、第１の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１００は、陰極３、陽極ターゲット５、ロータ６、及び回転支持機構７が高真空を維持するための真空外囲器２内に封入される構成となっている。真空外囲器２は放射窓９が設けられた管容器１内部に収納される構成となっている。すなわち、本発明の第１の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１００は、管容器１と真空外囲器２との二重構造となっており、内部が真空に保持される真空外囲器２と管容器１との間には後述するように絶縁性の冷媒１０が循環可能に封入される構成となっている。なお、第１の実施形態においては、後述する図示しない回転位置検出手段の信号線を真空外囲器２内部から管容器１の外部まで引き出す機構部以外の構成は従来と同様の構成となっているので、詳細な説明は省略する。
【００１８】
陰極３は陰極支持体４によって支持される構成となっており、陰極３から放出される図示しない電子ビームが陽極ターゲット５の電子ビーム衝突面側に照射される位置に固定される構成となっている。
【００１９】
陽極ターゲット５は、ロータ６と連結されて回転体を構成している。この回転体は、回転支持機構７によって回転可能に支持されている。すなわち、陽極ターゲット５の中心位置に回転支持機構７の一端側が接続される構成となっており、他端側にロータ６が配置される構成となっている。このような構成により、陰極３から放出される電子ビームが照射される陽極ターゲット５の電子ビーム衝突面側の位置を順次移動させる構成となっている。なお、陽極ターゲット５の詳細構成については後述する。
【００２０】
また、第１の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１００では、陽極ターゲット５の回転位置に応じて電子ビームの衝突位置及びＸ線焦点位置が変化する構成となっている。従って、陽極ターゲット５の回転位置を検出するために、例えば周知のロータリーエンコーダ等からなる図示しない回転位置検出手段が回転支持機構７に設けられている。なお、電子ビームの衝突位置及びＸ線焦点位置の詳細については、後述する。
【００２１】
ロータ６を囲む位置には、誘導磁界を発生するステータ８が配置されている。ステータ８の図示しないコイルには、誘導磁界を発生させるために約５００Ｖの電圧が印加される構成となっており、絶縁が必要となる。そのため、管容器１内すなわち管容器１で囲まれる領域の内で真空外囲器２の領域内を除く領域は、例えば周知の絶縁油等の絶縁性の冷媒１０が充填されており、該絶縁性の冷媒１０を循環させることにより管容器１の内部で発生する熱を冷却する構成となっている。さらに、絶縁性の冷媒１０を冷却するために、図示しない周知の外部冷却器が設けられている。
【００２２】
図２は本発明の第１の実施形態である陽極ターゲットの概略構成を説明するための図であり、特に図２（ａ）は陽極ターゲットの正面図であり、図２（ｂ）は陽極ターゲットの側面図である。
【００２３】
図２に示すように、陽極ターゲット５の電子ビーム衝突面に、円周方向の所定の角度範囲θ毎に段差が設けられている。すなわち、本発明の第１の実施形態の陽極ターゲット５は、正面側である電子ビーム衝突面側からの形状は円形であり、その回転中心を中心とする円盤形状である。また、第１の実施形態の陽極ターゲット５は少なくとも電子ビーム衝突面に凹凸による段差が形成される構成となっている。図２（ａ）から明らかなように、電子ビーム衝突面の内で、少なくとも陽極ターゲット５の回転動作に伴って図示しない電子ビームが照射される領域に形成される凹部の側壁面が中心側から外周側に向かって延在する構成となっており、さらには該側壁面が円周方向に角度θで等間隔に並設される構成となっている。また、第１の実施形態では、電子ビーム衝突面に形成される凹凸による段差は、回転中心に近い領域には形成されることはなく、回転中心から遠い領域すなわち外周に近い領域に形成される構成となっている。
【００２４】
また、陽極ターゲット５における段差は、θが３６０°の偶数分の１の値であり、本第１の実施形態では１５°を採用している。すなわち、第１の実施形態における段差の形成では、円周方向に２４分割され、高い面５ａと低い面５ｂとがそれぞれ１２面ずつの構成となっている。なお、陽極ターゲット５における段差は２４分割に限定されることはなく、θが３６０°の偶数分の１の値となる他の分割数でもよい。
【００２５】
また、図２（ｂ）に示すように、第１の実施形態の陽極ターゲット５では、高い面５ａと低い面５ｂとの高低差ｄは０．７ｍｍとして構成されている。また、陽極ターゲット５の傾斜角度φは７°としている。なお、陽極ターゲット５の高い面５ａと低い面５ｂとの高低差ｄは０．７ｍｍに限定されることはなく、他の高低差ｄでもよい。さらには、陽極ターゲット５の傾斜角度φは７°に限定されることはなく、他の傾斜角度φでもよい。
【００２６】
このように、第１の実施形態の陽極ターゲットでは、当該陽極ターゲット５の回転中心軸と直交する平面と、凹凸による段差が形成される面とが所定の傾斜角度φを有する構成となっているので、陰極３から照射される電子ビームの照射方向を変化させることなく、陽極ターゲット５の電子ビーム衝突面に照射される電子ビームの位置を当該陽極ターゲット５の回転中心軸方向に移動させることが出来る。
【００２７】
図３に本発明の第１の実施形態である回転陽極Ｘ線管装置における焦点移動を説明するための図を示し、以下、図１〜図３に基づいて、第１の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置の動作を説明する。
【００２８】
陰極３から放出された熱電子は、陰極３と陽極ターゲット５との間に印加される高電圧によって加速され、電子ビーム１３として陽極ターゲット５に衝突する。これにより、陽極ターゲット５に焦点が形成され、この焦点からＸ線が発生する。陽極ターゲット５の電子ビーム衝突面には前述したように段差が設けられているので、陽極ターゲット５の回転に伴い、電子ビーム１３は電子ビーム衝突面の高い面５ａと低い面５ｂに交互に衝突することとなる。その結果、高い面５ａにおける焦点と、低い面５ｂにおける焦点との２つの焦点位置Ｆ１（高い面５ａにおける焦点位置）、Ｆ２（低い面５ｂにおける焦点位置）からＸ線１４、１５が交互に発生することとなる。
【００２９】
例えば、陽極ターゲット５の回転数を１５０回転／秒とすると、１秒当たり３６００回焦点位置がＦ１→Ｆ２→Ｆ１→Ｆ２・・・と交互に切り換わることになる。また、体軸方向（回転中心軸方向）の焦点移動量（Ｆ１とＦ２の体軸方向位置の差）は、ｄ／ｃｏｓφによって計算され、本実施形態では０．７０５ｍｍとなる。また、焦点位置が切り換わる周期及びタイミングは、回転位置検出手段によって検出することが可能である。
【００３０】
このようにして、簡単な構成でＸ線の焦点を体軸方向に高速に移動させることができる。また、本実施形態では、Ｘ線焦点位置の移動は電子ビーム１３の照射方向すなわち回転中心軸方向となり、Ｘ線焦点位置の半径方向（体軸方向すなわち回転中心軸と直交する方向）への移動がないという優れた長所を有している。なお、第１の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置では、回転中心軸に平行な電子ビームと直交する方向（図３中の下方向）にＸ線が発生する場合について説明したが、これに限定されることはなく、電子ビームと直交する方向以外にＸ線が発生する場合にも適用可能である。
【００３１】
なお、本実施形態では、陽極ターゲット５におけるθ、φ及びｄの値を、それぞれθ＝１５°、φ＝７°、ｄ＝０．７ｍｍとしたが、これは一例であって、これに限ることなく実施できる。例えば、θ＝１０°として円周方向に３６分割してもよい。
【００３２】
また、本実施形態の回転陽極Ｘ線管装置では、段差を形成する高い面５ａ及び低い面５ｂの傾斜角度φを同じ角度としたが、同じ傾斜角度φに限定されることはなく、高い面５ａと低い面５ｂの傾斜角度を異なる角度としてもよい。ただし、高い面５ａと低い面５ｂの傾斜角度を同じ角度φとすることにより、電子ビームのビーム幅が同じ場合は高い面５ａと低い面５ｂに照射される電子ビームの焦点サイズを同じにできるという格別の効果を得ることが可能である。その結果、陽極ターゲット５に電子ビームを衝突させることによって発生されるＸ線ビームの線種やＸ線焦点の大きさ（焦点サイズ）も同じものとすることができるという格別の効果を得ることができる。
【００３３】
さらには、本実施形態の陽極ターゲット５では高い面５ａと低い面５ｂとの２面を形成して段差を形成する構成としたが、これに限定されることはなく、それぞれ高さの異なる３面以上が形成される段差を設け、各面に対応した３つ以上の焦点位置のＸ線を発生させる構成でもよい。
【００３４】
〈第２の実施形態〉
図４は本発明の第２の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置の概略構成を説明するための図である。図４から明らかなように、第２の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１１０は陽極ターゲット１５、真空外囲器１６、発光部１１、及び受光部１２の構成を除く他の構成は第１の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１００と同じ構成となる。従って、以下の説明では第１の実施形態と構成が異なる陽極ターゲット１５、真空外囲器１６、発光部１１、及び受光部１２について詳細に説明する。なお、第２の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１１０は回転位置検出手段を発光部１１及び受光部１２で構成するものである。
【００３５】
第２の実施形態における陽極ターゲット１５は、電子ビーム衝突面の段差に対応した凹凸１８が当該陽極ターゲット１５の外周部に形成される構成となっている。該凹凸１８の形成方向は凹部の側壁面の延在方向が陽極ターゲット１５の回転軸方向となり、電子ビーム衝突面に形成される段差の凹部の側壁面と同様の間隔で形成される構成となっている。なお、図４中の陽極ターゲット１５の外周部に点線で示す領域が凹部領域である。また、陽極ターゲット１５の詳細構成については、後述する。
【００３６】
また、真空外囲器１６の図中の上部には発光部１１と受光部１２とが配置される構成となっている。発光部１１と受光部１２は真空外囲器１６の両側から陽極ターゲット１５を挟むようにして対向配置される構成となっている。すなわち、発光部１１からの照射光１７が受光部１２に到達する間に、陽極ターゲット１５の外周部に設けられた凸部では照射光１７が遮られ、凹部では照射光１７が受光部１２に到達する位置に、発光部１１及び受光部１２が配置される。また、第２の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置では、発光部１１及び受光部１２は真空外囲器１６の外側に配置される構成となっている。なお、発光部１１としては例えばレーザー光を発光し照射する周知のレーザーダイオード等を用いることが可能であり、受光部１２としては例えば受光したレーザー光に応じた電圧を出力するホトダイオード等を用いることが可能である。なお、発光部１１及び受光部１２はこれらに限定されることはなく、他の素子等でもよい。
【００３７】
第２の実施形態の真空外囲器１６では、発光部１１及び受光部１２が配置される位置には図示しない窓が形成されている。すなわち、第２の回転陽極Ｘ線管装置では、発光部１１及び受光部１２では真空外囲器１６の窓部を介して陽極ターゲット１５の回転を検出する構成となっている。
【００３８】
図５は本発明の第２の実施形態の陽極ターゲットの概略構成を説明するための図であり、特に図５（ａ）は陽極ターゲットの正面図であり、図５（ｂ）は陽極ターゲットの側面図である。
【００３９】
図５（ａ）に示すように、第２の実施形態の陽極ターゲット１５の電子ビーム衝突面には、円周方向の所定の角度範囲θ毎に段差が設けられる構成となっている。該電子ビーム衝突面における段差に加えて、第２の実施形態の陽極ターゲット１５では該段差に連続して形成される凹凸１８が当該陽極ターゲット１５の外周部に形成される構成となっている。すなわち、第２の実施形態の陽極ターゲット１５では、電子ビーム衝突面に形成される段差の凹部の側壁面と、外周部に形成される凹凸１８の凹部の側壁面とが一致するような構成となっている。
【００４０】
次に、図４及び図５に基づいて、第２の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置の動作を説明する。ただし、電子ビーム衝突面の構成は第１の実施形態の陽極ターゲット１５と同じ構成となるので、Ｘ線の焦点位置の移動については第１の実施形態と同様となる。従って、以下の説明では、陽極ターゲット１５の回転位置の検出動作について詳細に説明する。
【００４１】
図５（ａ）から明らかなように、第２の実施形態の陽極ターゲット１５においても、回転中心に対して高い面５ａと低い面５ｂとがそれぞれ点対称となる位置に形成されている。また、図４から明らかなように、第２の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置では、陰極３から照射された図示しない電子ビームは陽極ターゲット１５の図中の下部側に焦点位置が形成される。
【００４２】
一方、発光部１１と受光部１２とは陽極ターゲット１５の図中の上部側に配置される構成となっており、Ｘ線の焦点位置より陽極ターゲット１５の回転中心から遠い位置で当該陽極ターゲット１５の回転位置を検出する構成となっている。すなわち、陽極ターゲット１５の回転位置を検出する際に、Ｘ線の焦点位置から直線距離でもっとも離れた場所で回転位置を検出する構成となっている。このような構成により電子ビームの衝突により発生するＸ線の影響がもっとも少ない位置での回転位置検出が可能となるので、焦点位置が切り換わる周期及びタイミングを正確に検出することができる。
【００４３】
また、前述するように、陽極ターゲット１５の回転中心に対して高い面５ａと低い面５ｂとがそれぞれ点対称で形成されているので、陽極ターゲット５が回転を開始すると発光部１１から発光（照射）された照射光（例えば、レーザー光）１７は外周部に設けられた凹凸１８によって通過／遮断を繰り返すことになる。すなわち、凹凸１８の凸部が発光部１１と受光部１２との間を通過している期間では照射光１７は該凸部によって遮断され、凹部が通過している期間では照射光１７は受光部１２に到達するという動作が繰り返される。
【００４４】
従って、受光部１２には外周部の凹凸１８に対応したパルス光が入射されることとなる。受光部１２に入射されるパルス光は、電子ビームの衝突している面が高い面５ａと低い面５ｂのいずれであるかに対応しているので、段差が切り換わる周期及びタイミングを正確に検出することが可能となる。このとき、高い面５ａと低い面５ｂは発生したＸ線の焦点位置がＦ１、Ｆ２のいずれであるかに対応するので、焦点位置が切り換わる周期及びタイミングを正確に検出することが可能となる。
【００４５】
以上説明したように、第２の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置では、発光部１１及び受光部１２を共に真空外囲器１６の外部に配置する構成により、発光部１１及び受光部１２を構成する半導体素子を高真空中に配置することに伴う不純物等の発生を防止することが可能となるので、回転陽極Ｘ線管装置の信頼性を低下させることなく、容易に陽極ターゲット１５の回転を検出することが可能である。
【００４６】
また、陽極ターゲット１５は非常に高温となるので、比較的熱に弱い半導体素子からなる発光部１１及び受光部１２を真空外囲器１６の外部に配置することにより、冷媒１０による冷却が容易となり発光部１１及び受光部１２の信頼性を向上させることができる。
【００４７】
なお、第２の実施形態では陽極ターゲット１５の回転位置を検出するための照射光１７の通過と遮断を、陽極ターゲット１５の焦点位置より回転中心から遠い外周側に設けた凹凸１８によって実現する構成としたが、これに限定されることはない。例えば、焦点位置よりも回転中心から遠い位置に高い面５ａと低い面５ｂとに対応する孔を形成し、該孔を通過する照射光１７の遮断と通過とを受光部１２で検出する構成でもよい。
【００４８】
また、図６に示すように、陽極ターゲット５の電子ビーム衝突面に真空外囲器１９の外側に配置した発光部１１から照射光１７を照射し、電子ビーム衝突面に形成される高い面５ａと低い面５ｂとからの反射光２０を受光部１２で検出する構成でもよい。このような構成とすることにより、陽極ターゲット５の構成は第１の実施形態と同様に電子ビーム衝突面に段差を設けるのみの簡易な構成でよいので、第２の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置の効果に加えて陽極ターゲット５を安価に製造できるという格別の効果を得ることができる。なお、受光部１２に入射された反射光２０から電子ビーム衝突面の段差を検出する技術は周知の技術を用いる。
【００４９】
〈Ｘ線ＣＴ装置への適用〉
図７は本発明の回転陽極Ｘ線管装置を用いたＸ線ＣＴ装置の概略構成を説明するための図であり、以下の説明では、第１の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１００を適用したＸ線ＣＴ装置について詳細に説明する。なお、本願発明の第２の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１１０、１１１を適用した場合も同じ構成となる。
【００５０】
図７に示すように、スキャナガントリ１０１は中央部に円形の開口部１０３を有していて、この開口部１０３に、被検体１０４を寝かせるための寝台１０５が設置されている。寝台１０５は、図示しない水平移動手段及び上下移動手段により被検体１０４の体軸方向及び上下方向へ移動自在となっている。
【００５１】
スキャナガントリ１０１内には、被検体１０４の周囲を回転するスキャナ１０２が設けられている。このスキャナ１０２には、被検体１０４を挟んで対向するように、本発明の回転陽極Ｘ線管装置１００とＸ線検出器１０６とが配置されている。
【００５２】
回転陽極Ｘ線管装置１００は、前述したように２つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２からＸ線が交互に発生するようになっており、発生したＸ線は被検体１０４に照射される。なお、回転陽極Ｘ線管装置１００の照射面側すなわち回転陽極Ｘ線管装置１００と被検体１０４との間には周知の図示しないコリメータ等が配置されており、Ｘ線ビームの照射野がＸ線検出器１０６に対応する所定幅に設定されている。
【００５３】
Ｘ線検出器１０６は、回転陽極Ｘ線管装置１００の焦点を中心とする円弧状に形成されている。Ｘ線の受光面には、被検体１０４の体軸と直交するチャンネル方向に多数のＸ線検出素子群が配列され、またＸ線検出素子群は被検体１０４の体軸方向へ複数列配列された構成となっている。このＸ線検出器１０６で被検体１０４を透過したＸ線が検出され、データ収集装置１０７で２つの焦点位置毎に投影データとしてデータ収集される。なお、２つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２と収集された画像データとの対応付けの詳細については、後述する。
【００５４】
データ収集装置１０７で収集された投影データは、画像再構成装置１０８に送られ、画像再構成装置１０８では、投影データに基づき被検体１０４の断層像が再構成される。そして、再構成された断層像は画像表示装置１０９に表示され、画像診断に供される。
【００５５】
図８は本発明のＸ線ＣＴ装置における２つの焦点位置とＸ線検出器との位置関係を説明するための図である。なお、以下の説明では、Ｘ線検出器１０６を構成するＸ線検出素子のスキャナ１０２の回転中心軸方向の配列数が４列の場合について説明するが、これに限定されることはなく、４列以上の配列数のＸ線検出器１０６でもよい。近年では６４列程度の配列数を有するＸ線検出器１０６のＸ線ＣＴ装置が使用されている。
【００５６】
図８から明らかなように、本願発明のＸ線ＣＴ装置では、Ｚ軸で示すスキャナ１０２の回転中心軸方向すなわち被検体１０４の体軸方向に、２つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２が移動するように回転陽極Ｘ線管装置１００が配置される構成となっている。また、本実施形態のＸ線ＣＴ装置では、２つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２から発生する１検出器列幅当たりのＸ線ビームがＺ軸上で５０％だけオーバーラップされるように幾何学的に構成されている。すなわち、２つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２から照射され同一のＸ線検出素子に入射するＸ線ビームがＺ軸上で５０％の重なると共に、隣接配置されるＸ線検出素子に入射するＸ線ビームともＺ軸上で５０％の重なりが生じるように、２つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２の距離Ｌ、回転中心軸（Ｚ軸）と焦点位置との距離ａ、及び回転中心軸とＸ線検出器１０６との距離ｂがそれぞれ幾何学的に構成されている。このような幾何学的構成とすることにより、いわゆるダブルサンプリングを簡易な構成で実現することが可能となる。なお、ダブルサンプリングについては周知技術となるので、その詳細な説明は省略する。
【００５７】
例えば、回転中心軸であるＺ軸と焦点位置との距離ａが６００ｍｍ、回転中心軸であるＺ軸とＸ線検出器１０６との距離ｂが４００ｍｍ、Ｚ軸上でのスライス幅ｗが０．６２５ｍｍ、オーバーラップ量ｃが５０％（ｃ＝０．６２５／２＝０．３１２５）の場合では、２つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２の距離ＬはＬ＝ｃ×（ａ＋ｂ）／ｂ＝０．３１２５×（６００＋４００）／４００＝０．７８ｍｍとなる。なお、この距離Ｌは一例であり、Ｌ＝０．７８ｍｍに限定されるものではない。
【００５８】
次に、図７及び図８に基づいて、本発明の実施形態であるＸ線ＣＴ装置の動作を説明する。
【００５９】
被検体１０４の断層撮影に当たっては、まず被検体１０４を寝台１０５に寝かせた状態で、撮影部位がスキャナ１０２の回転中心となるように寝台１０５の位置を調整する。次に、Ｘ線ＣＴ装置の運転を開始すると、スキャナ１０２が回転を開始し、続いて回転陽極Ｘ線管装置１００より被検体１０４に向けてＸ線が照射されて、被検体１０４の断層撮影が開始される。
【００６０】
回転陽極Ｘ線管装置１００からは、２つの焦点位置（Ｆ１、Ｆ２）からＸ線が交互に発生するため、データ収集装置１０７では投影データを２つの焦点位置毎に順次収集する。すなわち各ビューのデータ収集周期と焦点位置が切り換わる周期を合わせ、且つ両者のタイミングを合わせることにより、１ビュー毎に焦点位置の異なる投影データを収集している。
【００６１】
データ収集装置１０７に収集された投影データは画像再構成装置１０８で周知の方法で再構成され、所定の画像処理がなされた後に画像表示装置１０９に表示される。
【００６２】
このように本実施形態のＸ線ＣＴ装置では、回転陽極Ｘ線管装置１００が備える回転位置検出手段からの回転位置信号により検出される焦点位置が切り換わる周期・タイミングと、各ビュー毎の投影データの収集周期・タイミングとを一致させている。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態のＸ線ＣＴ装置では、回転陽極Ｘ線管装置１００に前述する第１の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置を適用した構成となっているので、陽極ターゲットの高い面５ａからのＸ線ビームである焦点位置Ｆ１からのＸ線ビーム１４ａと低い面５ｂからのＸ線ビームである焦点位置Ｆ２からのＸ線ビーム１４ｂとが交互に照射される。このとき、２つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２からのそれぞれのＸ線ビーム１４ａ、１４ｂの照射タイミングに同期してスキャナ１０２の回転及び投影データの収集を行う構成となっているので、ダブルサンプリング方式のＸ線ＣＴ装置に必要な投影データを容易に収集することが可能となり、高分解能なＸ線ＣＴ装置を提供することができる。
【００６４】
また、回転陽極Ｘ線管装置１００に電子ビームを電磁的に偏向するための電磁石等の外付け機構が不要となるので、ダブルサンプリング方式のＸ線ＣＴ装置を簡素で安価に提供することができるという格別の効果が得られる。
【００６５】
なお、本実施形態のＸ線ＣＴ装置では、１ビューのデータ収集周期と焦点位置が切り換わる周期を合わせる構成としたが、これに限定されることはなく、例えば２ビュー（複数ビュー）のデータ収集周期と焦点位置が切り換わる周期とを合わせる構成としてもよい。
【００６６】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施形態である回転陽極Ｘ線管装置の概略構成を説明するための図である。
【図２】本発明の第１の実施形態である回転陽極Ｘ線管装置の陽極ターゲットの概略構成を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施形態である回転陽極Ｘ線管装置における焦点移動を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態である回転陽極Ｘ線管装置の概略構成を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施形態である回転陽極Ｘ線管装置の陽極ターゲットの概略構成を説明するための図である。
【図６】本発明の第２の実施形態である回転陽極Ｘ線管装置のその他の陽極ターゲットの概略構成を説明するための図である。
【図７】本発明の回転陽極Ｘ線管装置を用いたＸ線ＣＴ装置の概略構成を説明するための図である。
【図８】本発明の回転陽極Ｘ線管装置を用いたＸ線ＣＴ装置におけるダブルサンプリングの説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１・・・管容器、２、１６、１９・・・真空外囲器、３・・・陰極、４・・・陰極支持体
５、１５・・・陽極ターゲット、５ａ・・・高い面、５ｂ・・・低い面、６・・・ロータ
７・・・回転支持機構、８・・・ステータ、９・・・放射窓、１０・・・絶縁性の冷媒
１１・・・発光部、１２・・・受光部、１３・・・電子ビーム、１８・・・凹凸
１４ａ、１４ｂ・・・Ｘ線ビーム、１７・・・照射光、２０・・・反射光
１００、１１０、１１１・・・回転陽極Ｘ線管装置、１０１・・・スキャナガントリ
１０２・・・スキャナ、１０３・・・開口部、１０４・・・被検体
１０５・・・寝台、１０６・・・Ｘ線検出器
１０７・・・データ収集装置、１０８・・・画像再構成装置、１０９・・・画像表示装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームを偏向せずにＸ線の焦点を高速に移動させることができる回転陽極Ｘ線管装置、及びそれを用いたＸ線ＣＴ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴ装置は、被検体の周囲をＸ線源とＸ線検出器が回転して得られた複数角度の投影データより、被検体の断層画像を再構成し、その再構成された断層画像を表示して画像診断に供するものである。
【０００３】
近年、Ｘ線ＣＴ装置においては、多スライスで高分解能な装置が主流となっている。この多スライス化及び高分解能化を達成するために、Ｘ線の焦点を体軸方向に移動させる技術が利用されている。この技術は、Ｘ線の焦点を体軸方向に微小距離だけ移動させて２つの焦点位置からＸ線を交互に発生させ、２つの焦点位置毎に別々にデータ収集するものである。このようにして体軸方向のダブルサンプリングを行うことにより、スライス数を検出器列数の２倍にすることが可能となり、また、高分解能化も達成される。
【０００４】
スライス数の増加及び高分解能化は、Ｘ線検出器の多列化及び狭小化によっても実現可能であるが、これらはコストアップにつながる上、線量効率の低下によるノイズの増大も無視できない。
【０００５】
現今、Ｘ線の焦点を体軸方向に高速に移動させる手段として、Ｘ線管装置内に電磁石を設け、陰極から放出された電子ビームを電磁的に偏向する方式が用いられている。これにより、電子ビームの陽極ターゲットに衝突する位置を変え、Ｘ線の焦点位置を変えている。
【０００６】
電子ビームを電磁的に偏向する方式の公知文献としては、特許文献１、特許文献２及び特許文献３が挙げられる。
【特許文献１】特開平１０−１０６４６２号公報
【特許文献２】特開平１０−１３４７４４号公報
【特許文献３】特開２０００−４８７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、電子ビームの偏向によりＸ線の焦点を体軸方向に移動させると、それに伴い体軸方向と直交する方向（半径方向）にも焦点が大きく移動するという問題がある。例えば、体軸方向に焦点を０．７ｍｍだけ移動させる場合、ターゲット角度を７°とすると、半径方向にも焦点は０．７／ｔａｎ７°＝５．７ｍｍ移動する。この半径方向への焦点移動量は、Ｘ線ＣＴ装置におけるＸ線焦点とＸ線検出器間の距離及びＸ線検出器の幾何学的形状の観点から、無視することができない量である。
【０００８】
また、電子ビームを偏向すると、電子ビームの陽極ターゲットに入射する角度が変わるため、結果として陽極ターゲット上に形成される焦点のサイズが変わるという問題が生ずる。この焦点サイズの変化を防止するためには、電子ビームを集束又は発散させて焦点サイズを高精度に制御する必要がある。すなわち、電子ビームを偏向するだけではなく、集束・発散する必要があるため、複雑な電磁石構成となってしまう。
【０００９】
さらに、Ｘ線管装置内に複雑な電磁石を設けるため、Ｘ線管装置が高価なものとなる。加えて、電磁石用の励磁電源及び高精度な制御回路も必要となるため、Ｘ線ＣＴ装置としても大幅なコストアップは避けられない。
【００１０】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、電子ビームを偏向せずにＸ線の焦点を体軸方向に高速に移動させることができる回転陽極Ｘ線管装置、及びそれを用いたＸ線ＣＴ装置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】
【００１１】
前記課題を解決すべく、本発明は、電子ビームを放出する陰極と、前記電子ビームを衝突させ、該衝突位置を焦点位置とするＸ線を発生させる陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットを回転させる回転機構部とを備えた回転陽極Ｘ線管装置において、前記陽極ターゲットの電子ビーム衝突面側の領域に形成され、少なくとも回転方向に所定間隔で並設される段差を備える回転陽極Ｘ線管装置である。
【００１２】
また本発明は、被検体にＸ線を照射する前記回転陽極Ｘ線管装置と、前記回転陽極Ｘ線管装置に対向配置され前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記回転陽極Ｘ線管装置と前記Ｘ線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転するスキャナと、前記Ｘ線検出器で検出した投影データを前記２つの焦点位置毎に収集するデータ収集部と、前記データ収集部で収集した投影データに基づき前記被検体の断層像を再構成する画像再構成装置と、前記画像再構成装置で再構成した断層像を表示する画像表示装置とを備えたＸ線ＣＴ装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電子ビームを偏向せずにＸ線の焦点を体軸方向に高速に移動させることができる。
【００１４】
本発明のその他の効果については、明細書全体の記載から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明が適用された実施形態の例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
〈第１の実施形態〉
図１は本発明の第１の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置の概略構成を説明するための図である。
【００１７】
図１に示すように、第１の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１００は、陰極３、陽極ターゲット５、ロータ６、及び回転支持機構７が高真空を維持するための真空外囲器２内に封入される構成となっている。真空外囲器２は放射窓９が設けられた管容器１内部に収納される構成となっている。すなわち、本発明の第１の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１００は、管容器１と真空外囲器２との二重構造となっており、内部が真空に保持される真空外囲器２と管容器１との間には後述するように絶縁性の冷媒１０が循環可能に封入される構成となっている。なお、第１の実施形態においては、後述する図示しない回転位置検出手段の信号線を真空外囲器２内部から管容器１の外部まで引き出す機構部以外の構成は従来と同様の構成となっているので、詳細な説明は省略する。
【００１８】
陰極３は陰極支持体４によって支持される構成となっており、陰極３から放出される図示しない電子ビームが陽極ターゲット５の電子ビーム衝突面側に照射される位置に固定される構成となっている。
【００１９】
陽極ターゲット５は、ロータ６と連結されて回転体を構成している。この回転体は、回転支持機構７によって回転可能に支持されている。すなわち、陽極ターゲット５の中心位置に回転支持機構７の一端側が接続される構成となっており、他端側にロータ６が配置される構成となっている。このような構成により、陰極３から放出される電子ビームが照射される陽極ターゲット５の電子ビーム衝突面側の位置を順次移動させる構成となっている。なお、陽極ターゲット５の詳細構成については後述する。
【００２０】
また、第１の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１００では、陽極ターゲット５の回転位置に応じて電子ビームの衝突位置及びＸ線焦点位置が変化する構成となっている。従って、陽極ターゲット５の回転位置を検出するために、例えば周知のロータリーエンコーダ等からなる図示しない回転位置検出手段が回転支持機構７に設けられている。なお、電子ビームの衝突位置及びＸ線焦点位置の詳細については、後述する。
【００２１】
ロータ６を囲む位置には、誘導磁界を発生するステータ８が配置されている。ステータ８の図示しないコイルには、誘導磁界を発生させるために約５００Ｖの電圧が印加される構成となっており、絶縁が必要となる。そのため、管容器１内すなわち管容器１で囲まれる領域の内で真空外囲器２の領域内を除く領域は、例えば周知の絶縁油等の絶縁性の冷媒１０が充填されており、該絶縁性の冷媒１０を循環させることにより管容器１の内部で発生する熱を冷却する構成となっている。さらに、絶縁性の冷媒１０を冷却するために、図示しない周知の外部冷却器が設けられている。
【００２２】
図２は本発明の第１の実施形態である陽極ターゲットの概略構成を説明するための図であり、特に図２（ａ）は陽極ターゲットの正面図であり、図２（ｂ）は陽極ターゲットの側面図である。
【００２３】
図２に示すように、陽極ターゲット５の電子ビーム衝突面に、円周方向の所定の角度範囲θ毎に段差が設けられている。すなわち、本発明の第１の実施形態の陽極ターゲット５は、正面側である電子ビーム衝突面側からの形状は円形であり、その回転中心を中心とする円盤形状である。また、第１の実施形態の陽極ターゲット５は少なくとも電子ビーム衝突面に凹凸による段差が形成される構成となっている。図２（ａ）から明らかなように、電子ビーム衝突面の内で、少なくとも陽極ターゲット５の回転動作に伴って図示しない電子ビームが照射される領域に形成される凹部の側壁面が中心側から外周側に向かって延在する構成となっており、さらには該側壁面が円周方向に角度θで等間隔に並設される構成となっている。また、第１の実施形態では、電子ビーム衝突面に形成される凹凸による段差は、回転中心に近い領域には形成されることはなく、回転中心から遠い領域すなわち外周に近い領域に形成される構成となっている。
【００２４】
また、陽極ターゲット５における段差は、θが３６０°の偶数分の１の値であり、本第１の実施形態では１５°を採用している。すなわち、第１の実施形態における段差の形成では、円周方向に２４分割され、高い面５ａと低い面５ｂとがそれぞれ１２面ずつの構成となっている。なお、陽極ターゲット５における段差は２４分割に限定されることはなく、θが３６０°の偶数分の１の値となる他の分割数でもよい。
【００２５】
また、図２（ｂ）に示すように、第１の実施形態の陽極ターゲット５では、高い面５ａと低い面５ｂとの高低差ｄは０．７ｍｍとして構成されている。また、陽極ターゲット５の傾斜角度φは７°としている。なお、陽極ターゲット５の高い面５ａと低い面５ｂとの高低差ｄは０．７ｍｍに限定されることはなく、他の高低差ｄでもよい。さらには、陽極ターゲット５の傾斜角度φは７°に限定されることはなく、他の傾斜角度φでもよい。
【００２６】
このように、第１の実施形態の陽極ターゲットでは、当該陽極ターゲット５の回転中心軸と直交する平面と、凹凸による段差が形成される面とが所定の傾斜角度φを有する構成となっているので、陰極３から照射される電子ビームの照射方向を変化させることなく、陽極ターゲット５の電子ビーム衝突面に照射される電子ビームの位置を当該陽極ターゲット５の回転中心軸方向に移動させることが出来る。
【００２７】
図３に本発明の第１の実施形態である回転陽極Ｘ線管装置における焦点移動を説明するための図を示し、以下、図１〜図３に基づいて、第１の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置の動作を説明する。
【００２８】
陰極３から放出された熱電子は、陰極３と陽極ターゲット５との間に印加される高電圧によって加速され、電子ビーム１３として陽極ターゲット５に衝突する。これにより、陽極ターゲット５に焦点が形成され、この焦点からＸ線が発生する。陽極ターゲット５の電子ビーム衝突面には前述したように段差が設けられているので、陽極ターゲット５の回転に伴い、電子ビーム１３は電子ビーム衝突面の高い面５ａと低い面５ｂに交互に衝突することとなる。その結果、高い面５ａにおける焦点と、低い面５ｂにおける焦点との２つの焦点位置Ｆ１（高い面５ａにおける焦点位置）、Ｆ２（低い面５ｂにおける焦点位置）からＸ線１４、１５が交互に発生することとなる。
【００２９】
例えば、陽極ターゲット５の回転数を１５０回転／秒とすると、１秒当たり３６００回焦点位置がＦ１→Ｆ２→Ｆ１→Ｆ２・・・と交互に切り換わることになる。また、体軸方向（回転中心軸方向）の焦点移動量（Ｆ１とＦ２の体軸方向位置の差）は、ｄ／ｃｏｓφによって計算され、本実施形態では０．７０５ｍｍとなる。また、焦点位置が切り換わる周期及びタイミングは、回転位置検出手段によって検出することが可能である。
【００３０】
このようにして、簡単な構成でＸ線の焦点を体軸方向に高速に移動させることができる。また、本実施形態では、Ｘ線焦点位置の移動は電子ビーム１３の照射方向すなわち回転中心軸方向となり、Ｘ線焦点位置の半径方向（体軸方向すなわち回転中心軸と直交する方向）への移動がないという優れた長所を有している。なお、第１の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置では、回転中心軸に平行な電子ビームと直交する方向（図３中の下方向）にＸ線が発生する場合について説明したが、これに限定されることはなく、電子ビームと直交する方向以外にＸ線が発生する場合にも適用可能である。
【００３１】
なお、本実施形態では、陽極ターゲット５におけるθ、φ及びｄの値を、それぞれθ＝１５°、φ＝７°、ｄ＝０．７ｍｍとしたが、これは一例であって、これに限ることなく実施できる。例えば、θ＝１０°として円周方向に３６分割してもよい。
【００３２】
また、本実施形態の回転陽極Ｘ線管装置では、段差を形成する高い面５ａ及び低い面５ｂの傾斜角度φを同じ角度としたが、同じ傾斜角度φに限定されることはなく、高い面５ａと低い面５ｂの傾斜角度を異なる角度としてもよい。ただし、高い面５ａと低い面５ｂの傾斜角度を同じ角度φとすることにより、電子ビームのビーム幅が同じ場合は高い面５ａと低い面５ｂに照射される電子ビームの焦点サイズを同じにできるという格別の効果を得ることが可能である。その結果、陽極ターゲット５に電子ビームを衝突させることによって発生されるＸ線ビームの線種やＸ線焦点の大きさ（焦点サイズ）も同じものとすることができるという格別の効果を得ることができる。
【００３３】
さらには、本実施形態の陽極ターゲット５では高い面５ａと低い面５ｂとの２面を形成して段差を形成する構成としたが、これに限定されることはなく、それぞれ高さの異なる３面以上が形成される段差を設け、各面に対応した３つ以上の焦点位置のＸ線を発生させる構成でもよい。
【００３４】
〈第２の実施形態〉
図４は本発明の第２の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置の概略構成を説明するための図である。図４から明らかなように、第２の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１１０は陽極ターゲット１５、真空外囲器１６、発光部１１、及び受光部１２の構成を除く他の構成は第１の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１００と同じ構成となる。従って、以下の説明では第１の実施形態と構成が異なる陽極ターゲット１５、真空外囲器１６、発光部１１、及び受光部１２について詳細に説明する。なお、第２の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１１０は回転位置検出手段を発光部１１及び受光部１２で構成するものである。
【００３５】
第２の実施形態における陽極ターゲット１５は、電子ビーム衝突面の段差に対応した凹凸１８が当該陽極ターゲット１５の外周部に形成される構成となっている。該凹凸１８の形成方向は凹部の側壁面の延在方向が陽極ターゲット１５の回転軸方向となり、電子ビーム衝突面に形成される段差の凹部の側壁面と同様の間隔で形成される構成となっている。なお、図４中の陽極ターゲット１５の外周部に点線で示す領域が凹部領域である。また、陽極ターゲット１５の詳細構成については、後述する。
【００３６】
また、真空外囲器１６の図中の上部には発光部１１と受光部１２とが配置される構成となっている。発光部１１と受光部１２は真空外囲器１６の両側から陽極ターゲット１５を挟むようにして対向配置される構成となっている。すなわち、発光部１１からの照射光１７が受光部１２に到達する間に、陽極ターゲット１５の外周部に設けられた凸部では照射光１７が遮られ、凹部では照射光１７が受光部１２に到達する位置に、発光部１１及び受光部１２が配置される。また、第２の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置では、発光部１１及び受光部１２は真空外囲器１６の外側に配置される構成となっている。なお、発光部１１としては例えばレーザー光を発光し照射する周知のレーザーダイオード等を用いることが可能であり、受光部１２としては例えば受光したレーザー光に応じた電圧を出力するホトダイオード等を用いることが可能である。なお、発光部１１及び受光部１２はこれらに限定されることはなく、他の素子等でもよい。
【００３７】
第２の実施形態の真空外囲器１６では、発光部１１及び受光部１２が配置される位置には図示しない窓が形成されている。すなわち、第２の回転陽極Ｘ線管装置では、発光部１１及び受光部１２では真空外囲器１６の窓部を介して陽極ターゲット１５の回転を検出する構成となっている。
【００３８】
図５は本発明の第２の実施形態の陽極ターゲットの概略構成を説明するための図であり、特に図５（ａ）は陽極ターゲットの正面図であり、図５（ｂ）は陽極ターゲットの側面図である。
【００３９】
図５（ａ）に示すように、第２の実施形態の陽極ターゲット１５の電子ビーム衝突面には、円周方向の所定の角度範囲θ毎に段差が設けられる構成となっている。該電子ビーム衝突面における段差に加えて、第２の実施形態の陽極ターゲット１５では該段差に連続して形成される凹凸１８が当該陽極ターゲット１５の外周部に形成される構成となっている。すなわち、第２の実施形態の陽極ターゲット１５では、電子ビーム衝突面に形成される段差の凹部の側壁面と、外周部に形成される凹凸１８の凹部の側壁面とが一致するような構成となっている。
【００４０】
次に、図４及び図５に基づいて、第２の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置の動作を説明する。ただし、電子ビーム衝突面の構成は第１の実施形態の陽極ターゲット１５と同じ構成となるので、Ｘ線の焦点位置の移動については第１の実施形態と同様となる。従って、以下の説明では、陽極ターゲット１５の回転位置の検出動作について詳細に説明する。
【００４１】
図５（ａ）から明らかなように、第２の実施形態の陽極ターゲット１５においても、回転中心に対して高い面５ａと低い面５ｂとがそれぞれ点対称となる位置に形成されている。また、図４から明らかなように、第２の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置では、陰極３から照射された図示しない電子ビームは陽極ターゲット１５の図中の下部側に焦点位置が形成される。
【００４２】
一方、発光部１１と受光部１２とは陽極ターゲット１５の図中の上部側に配置される構成となっており、Ｘ線の焦点位置より陽極ターゲット１５の回転中心から遠い位置で当該陽極ターゲット１５の回転位置を検出する構成となっている。すなわち、陽極ターゲット１５の回転位置を検出する際に、Ｘ線の焦点位置から直線距離でもっとも離れた場所で回転位置を検出する構成となっている。このような構成により電子ビームの衝突により発生するＸ線の影響がもっとも少ない位置での回転位置検出が可能となるので、焦点位置が切り換わる周期及びタイミングを正確に検出することができる。
【００４３】
また、前述するように、陽極ターゲット１５の回転中心に対して高い面５ａと低い面５ｂとがそれぞれ点対称で形成されているので、陽極ターゲット５が回転を開始すると発光部１１から発光（照射）された照射光（例えば、レーザー光）１７は外周部に設けられた凹凸１８によって通過／遮断を繰り返すことになる。すなわち、凹凸１８の凸部が発光部１１と受光部１２との間を通過している期間では照射光１７は該凸部によって遮断され、凹部が通過している期間では照射光１７は受光部１２に到達するという動作が繰り返される。
【００４４】
従って、受光部１２には外周部の凹凸１８に対応したパルス光が入射されることとなる。受光部１２に入射されるパルス光は、電子ビームの衝突している面が高い面５ａと低い面５ｂのいずれであるかに対応しているので、段差が切り換わる周期及びタイミングを正確に検出することが可能となる。このとき、高い面５ａと低い面５ｂは発生したＸ線の焦点位置がＦ１、Ｆ２のいずれであるかに対応するので、焦点位置が切り換わる周期及びタイミングを正確に検出することが可能となる。
【００４５】
以上説明したように、第２の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置では、発光部１１及び受光部１２を共に真空外囲器１６の外部に配置する構成により、発光部１１及び受光部１２を構成する半導体素子を高真空中に配置することに伴う不純物等の発生を防止することが可能となるので、回転陽極Ｘ線管装置の信頼性を低下させることなく、容易に陽極ターゲット１５の回転を検出することが可能である。
【００４６】
また、陽極ターゲット１５は非常に高温となるので、比較的熱に弱い半導体素子からなる発光部１１及び受光部１２を真空外囲器１６の外部に配置することにより、冷媒１０による冷却が容易となり発光部１１及び受光部１２の信頼性を向上させることができる。
【００４７】
なお、第２の実施形態では陽極ターゲット１５の回転位置を検出するための照射光１７の通過と遮断を、陽極ターゲット１５の焦点位置より回転中心から遠い外周側に設けた凹凸１８によって実現する構成としたが、これに限定されることはない。例えば、焦点位置よりも回転中心から遠い位置に高い面５ａと低い面５ｂとに対応する孔を形成し、該孔を通過する照射光１７の遮断と通過とを受光部１２で検出する構成でもよい。
【００４８】
また、図６に示すように、陽極ターゲット５の電子ビーム衝突面に真空外囲器１９の外側に配置した発光部１１から照射光１７を照射し、電子ビーム衝突面に形成される高い面５ａと低い面５ｂとからの反射光２０を受光部１２で検出する構成でもよい。このような構成とすることにより、陽極ターゲット５の構成は第１の実施形態と同様に電子ビーム衝突面に段差を設けるのみの簡易な構成でよいので、第２の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置の効果に加えて陽極ターゲット５を安価に製造できるという格別の効果を得ることができる。なお、受光部１２に入射された反射光２０から電子ビーム衝突面の段差を検出する技術は周知の技術を用いる。
【００４９】
〈Ｘ線ＣＴ装置への適用〉
図７は本発明の回転陽極Ｘ線管装置を用いたＸ線ＣＴ装置の概略構成を説明するための図であり、以下の説明では、第１の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１００を適用したＸ線ＣＴ装置について詳細に説明する。なお、本願発明の第２の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１１０、１１１を適用した場合も同じ構成となる。
【００５０】
図７に示すように、スキャナガントリ１０１は中央部に円形の開口部１０３を有していて、この開口部１０３に、被検体１０４を寝かせるための寝台１０５が設置されている。寝台１０５は、図示しない水平移動手段及び上下移動手段により被検体１０４の体軸方向及び上下方向へ移動自在となっている。
【００５１】
スキャナガントリ１０１内には、被検体１０４の周囲を回転するスキャナ１０２が設けられている。このスキャナ１０２には、被検体１０４を挟んで対向するように、本発明の回転陽極Ｘ線管装置１００とＸ線検出器１０６とが配置されている。
【００５２】
回転陽極Ｘ線管装置１００は、前述したように２つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２からＸ線が交互に発生するようになっており、発生したＸ線は被検体１０４に照射される。なお、回転陽極Ｘ線管装置１００の照射面側すなわち回転陽極Ｘ線管装置１００と被検体１０４との間には周知の図示しないコリメータ等が配置されており、Ｘ線ビームの照射野がＸ線検出器１０６に対応する所定幅に設定されている。
【００５３】
Ｘ線検出器１０６は、回転陽極Ｘ線管装置１００の焦点を中心とする円弧状に形成されている。Ｘ線の受光面には、被検体１０４の体軸と直交するチャンネル方向に多数のＸ線検出素子群が配列され、またＸ線検出素子群は被検体１０４の体軸方向へ複数列配列された構成となっている。このＸ線検出器１０６で被検体１０４を透過したＸ線が検出され、データ収集装置１０７で２つの焦点位置毎に投影データとしてデータ収集される。なお、２つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２と収集された画像データとの対応付けの詳細については、後述する。
【００５４】
データ収集装置１０７で収集された投影データは、画像再構成装置１０８に送られ、画像再構成装置１０８では、投影データに基づき被検体１０４の断層像が再構成される。そして、再構成された断層像は画像表示装置１０９に表示され、画像診断に供される。
【００５５】
図８は本発明のＸ線ＣＴ装置における２つの焦点位置とＸ線検出器との位置関係を説明するための図である。なお、以下の説明では、Ｘ線検出器１０６を構成するＸ線検出素子のスキャナ１０２の回転中心軸方向の配列数が４列の場合について説明するが、これに限定されることはなく、４列以上の配列数のＸ線検出器１０６でもよい。近年では６４列程度の配列数を有するＸ線検出器１０６のＸ線ＣＴ装置が使用されている。
【００５６】
図８から明らかなように、本願発明のＸ線ＣＴ装置では、Ｚ軸で示すスキャナ１０２の回転中心軸方向すなわち被検体１０４の体軸方向に、２つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２が移動するように回転陽極Ｘ線管装置１００が配置される構成となっている。また、本実施形態のＸ線ＣＴ装置では、２つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２から発生する１検出器列幅当たりのＸ線ビームがＺ軸上で５０％だけオーバーラップされるように幾何学的に構成されている。すなわち、２つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２から照射され同一のＸ線検出素子に入射するＸ線ビームがＺ軸上で５０％の重なると共に、隣接配置されるＸ線検出素子に入射するＸ線ビームともＺ軸上で５０％の重なりが生じるように、２つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２の距離Ｌ、回転中心軸（Ｚ軸）と焦点位置との距離ａ、及び回転中心軸とＸ線検出器１０６との距離ｂがそれぞれ幾何学的に構成されている。このような幾何学的構成とすることにより、いわゆるダブルサンプリングを簡易な構成で実現することが可能となる。なお、ダブルサンプリングについては周知技術となるので、その詳細な説明は省略する。
【００５７】
例えば、回転中心軸であるＺ軸と焦点位置との距離ａが６００ｍｍ、回転中心軸であるＺ軸とＸ線検出器１０６との距離ｂが４００ｍｍ、Ｚ軸上でのスライス幅ｗが０．６２５ｍｍ、オーバーラップ量ｃが５０％（ｃ＝０．６２５／２＝０．３１２５）の場合では、２つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２の距離ＬはＬ＝ｃ×（ａ＋ｂ）／ｂ＝０．３１２５×（６００＋４００）／４００＝０．７８ｍｍとなる。なお、この距離Ｌは一例であり、Ｌ＝０．７８ｍｍに限定されるものではない。
【００５８】
次に、図７及び図８に基づいて、本発明の実施形態であるＸ線ＣＴ装置の動作を説明する。
【００５９】
被検体１０４の断層撮影に当たっては、まず被検体１０４を寝台１０５に寝かせた状態で、撮影部位がスキャナ１０２の回転中心となるように寝台１０５の位置を調整する。次に、Ｘ線ＣＴ装置の運転を開始すると、スキャナ１０２が回転を開始し、続いて回転陽極Ｘ線管装置１００より被検体１０４に向けてＸ線が照射されて、被検体１０４の断層撮影が開始される。
【００６０】
回転陽極Ｘ線管装置１００からは、２つの焦点位置（Ｆ１、Ｆ２）からＸ線が交互に発生するため、データ収集装置１０７では投影データを２つの焦点位置毎に順次収集する。すなわち各ビューのデータ収集周期と焦点位置が切り換わる周期を合わせ、且つ両者のタイミングを合わせることにより、１ビュー毎に焦点位置の異なる投影データを収集している。
【００６１】
データ収集装置１０７に収集された投影データは画像再構成装置１０８で周知の方法で再構成され、所定の画像処理がなされた後に画像表示装置１０９に表示される。
【００６２】
このように本実施形態のＸ線ＣＴ装置では、回転陽極Ｘ線管装置１００が備える回転位置検出手段からの回転位置信号により検出される焦点位置が切り換わる周期・タイミングと、各ビュー毎の投影データの収集周期・タイミングとを一致させている。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態のＸ線ＣＴ装置では、回転陽極Ｘ線管装置１００に前述する第１の実施形態の回転陽極Ｘ線管装置を適用した構成となっているので、陽極ターゲットの高い面５ａからのＸ線ビームである焦点位置Ｆ１からのＸ線ビーム１４ａと低い面５ｂからのＸ線ビームである焦点位置Ｆ２からのＸ線ビーム１４ｂとが交互に照射される。このとき、２つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２からのそれぞれのＸ線ビーム１４ａ、１４ｂの照射タイミングに同期してスキャナ１０２の回転及び投影データの収集を行う構成となっているので、ダブルサンプリング方式のＸ線ＣＴ装置に必要な投影データを容易に収集することが可能となり、高分解能なＸ線ＣＴ装置を提供することができる。
【００６４】
また、回転陽極Ｘ線管装置１００に電子ビームを電磁的に偏向するための電磁石等の外付け機構が不要となるので、ダブルサンプリング方式のＸ線ＣＴ装置を簡素で安価に提供することができるという格別の効果が得られる。
【００６５】
なお、本実施形態のＸ線ＣＴ装置では、１ビューのデータ収集周期と焦点位置が切り換わる周期を合わせる構成としたが、これに限定されることはなく、例えば２ビュー（複数ビュー）のデータ収集周期と焦点位置が切り換わる周期とを合わせる構成としてもよい。
【００６６】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施形態である回転陽極Ｘ線管装置の概略構成を説明するための図である。
【図２】本発明の第１の実施形態である回転陽極Ｘ線管装置の陽極ターゲットの概略構成を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施形態である回転陽極Ｘ線管装置における焦点移動を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態である回転陽極Ｘ線管装置の概略構成を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施形態である回転陽極Ｘ線管装置の陽極ターゲットの概略構成を説明するための図である。
【図６】本発明の第２の実施形態である回転陽極Ｘ線管装置のその他の陽極ターゲットの概略構成を説明するための図である。
【図７】本発明の回転陽極Ｘ線管装置を用いたＸ線ＣＴ装置の概略構成を説明するための図である。
【図８】本発明の回転陽極Ｘ線管装置を用いたＸ線ＣＴ装置におけるダブルサンプリングの説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１・・・管容器、２、１６、１９・・・真空外囲器、３・・・陰極、４・・・陰極支持体
５、１５・・・陽極ターゲット、５ａ・・・高い面、５ｂ・・・低い面、６・・・ロータ
７・・・回転支持機構、８・・・ステータ、９・・・放射窓、１０・・・絶縁性の冷媒
１１・・・発光部、１２・・・受光部、１３・・・電子ビーム、１８・・・凹凸
１４ａ、１４ｂ・・・Ｘ線ビーム、１７・・・照射光、２０・・・反射光
１００、１１０、１１１・・・回転陽極Ｘ線管装置、１０１・・・スキャナガントリ
１０２・・・スキャナ、１０３・・・開口部、１０４・・・被検体
１０５・・・寝台、１０６・・・Ｘ線検出器
１０７・・・データ収集装置、１０８・・・画像再構成装置、１０９・・・画像表示装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを放出する陰極と、
前記電子ビームを衝突させ、該衝突位置を焦点位置とするＸ線を発生させる陽極ターゲットと、
前記陽極ターゲットを回転させる回転機構部と
を備えた回転陽極Ｘ線管装置において、
前記陽極ターゲットの電子ビーム衝突面側の領域に形成され、少なくとも回転方向に所定間隔で並設される段差を備える
ことを特徴とする回転陽極Ｘ線管装置。
【請求項２】
請求項１記載の回転陽極Ｘ線管装置において、
前記陽極ターゲットの回転位置を検出する回転位置検出手段を備えたことを特徴とする回転陽極Ｘ線管装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回転陽極Ｘ線管装置において、
前記回転位置検出手段は、
前記陽極ターゲットの外周部に形成され、側壁面が前記当該陽極ターゲットの回転軸方向に延在し、前記電子ビーム衝突面に形成された前記段差に対応する凹凸部と、
前記凹凸部を間にして対向配置される発光部及び受光部と
を備える
ことを特徴とする回転陽極Ｘ線管装置。
【請求項４】
請求項２に記載の回転陽極Ｘ線管装置において、
前記回転位置検出手段は、
前記電子ビーム衝突面に照射光を照射する発光部と、
前記電子ビーム衝突面で反射される照射光を検出する受光部と
を備える
ことを特徴とする回転陽極Ｘ線管装置。
【請求項５】
被検体にＸ線を照射する請求項１ないし４の何れか１項に記載の回転陽極Ｘ線管装置と、
前記回転陽極Ｘ線管装置に対向配置され前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記回転陽極Ｘ線管装置と前記Ｘ線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転するスキャナと、
前記Ｘ線検出器で検出した投影データを前記２つの焦点位置毎に収集するデータ収集部と、
前記データ収集部で収集した投影データに基づき前記被検体の断層像を再構成する画像再構成装置と、
前記画像再構成装置で再構成した断層像を表示する画像表示装置と
を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項１】
電子ビームを放出する陰極と、
前記電子ビームを衝突させ、該衝突位置を焦点位置とするＸ線を発生させる陽極ターゲットと、
前記陽極ターゲットを回転させる回転機構部と
を備えた回転陽極Ｘ線管装置において、
前記陽極ターゲットの電子ビーム衝突面側の領域に形成され、少なくとも回転方向に所定間隔で並設される段差を備える
ことを特徴とする回転陽極Ｘ線管装置。
【請求項２】
請求項１記載の回転陽極Ｘ線管装置において、
前記陽極ターゲットの回転位置を検出する回転位置検出手段を備えたことを特徴とする回転陽極Ｘ線管装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回転陽極Ｘ線管装置において、
前記回転位置検出手段は、
前記陽極ターゲットの外周部に形成され、側壁面が前記当該陽極ターゲットの回転軸方向に延在し、前記電子ビーム衝突面に形成された前記段差に対応する凹凸部と、
前記凹凸部を間にして対向配置される発光部及び受光部と
を備える
ことを特徴とする回転陽極Ｘ線管装置。
【請求項４】
請求項２に記載の回転陽極Ｘ線管装置において、
前記回転位置検出手段は、
前記電子ビーム衝突面に照射光を照射する発光部と、
前記電子ビーム衝突面で反射される照射光を検出する受光部と
を備える
ことを特徴とする回転陽極Ｘ線管装置。
【請求項５】
被検体にＸ線を照射する請求項１ないし４の何れか１項に記載の回転陽極Ｘ線管装置と、
前記回転陽極Ｘ線管装置に対向配置され前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記回転陽極Ｘ線管装置と前記Ｘ線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転するスキャナと、
前記Ｘ線検出器で検出した投影データを前記２つの焦点位置毎に収集するデータ収集部と、
前記データ収集部で収集した投影データに基づき前記被検体の断層像を再構成する画像再構成装置と、
前記画像再構成装置で再構成した断層像を表示する画像表示装置と
を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１１８２８３（Ｐ２０１０−１１８２８３Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９１７３０（Ｐ２００８−２９１７３０）
【出願日】平成２０年１１月１４日（２００８．１１．１４）
【出願人】（０００１５３４９８）株式会社日立メディコ (1,613)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１４日（２００８．１１．１４）
【出願人】（０００１５３４９８）株式会社日立メディコ (1,613)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]