Ｘ線ＣＴ装置
【課題】Ｘ線の線量分布の差が低減されて、各検出器列からの投影データに基づき再構成される複数枚の断層画像の画質の差を抑えることができるＸ線ＣＴ装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線管は、電子線を放出する陰極と、陰極と対向する位置に傾斜面が形成され、放出された電子線が傾斜面に衝突することで、傾斜面の傾斜角度に応じた方向にＸ線を放出する円盤状のターゲットとを備え、ターゲットの傾斜面は、円周方向に等分された複数の領域からなり、複数の領域における傾斜角度は、互いに隣接する領域と異なり、隣接する領域の境界部分は、滑らかに繋がれている。
【解決手段】Ｘ線管は、電子線を放出する陰極と、陰極と対向する位置に傾斜面が形成され、放出された電子線が傾斜面に衝突することで、傾斜面の傾斜角度に応じた方向にＸ線を放出する円盤状のターゲットとを備え、ターゲットの傾斜面は、円周方向に等分された複数の領域からなり、複数の領域における傾斜角度は、互いに隣接する領域と異なり、隣接する領域の境界部分は、滑らかに繋がれている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体に対して回転陽極Ｘ線管からＸ線を照射して、その透過Ｘ線を被検体の体軸方向に配列された複数の検出器列を有する検出器により検出することで、被検体の体軸方向に関する断層画像を同時に複数枚再構成するＸ線ＣＴ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、Ｘ線ＣＴ装置のＸ線照射源として、回転陽極Ｘ線管が用いられている。この回転陽極Ｘ線管は、主に、熱電子を放出するフィラメントと、このフィラメントの周囲に配置され、フィラメントから放出された熱電子を集束して、陽極のターゲット上に焦点を形成する集束溝を有する集束電極と、から構成される陰極部と、この陰極部に対向して配置され、傘状の対向面を有するターゲットと、このターゲットを支持して回転させる回転機構部と、この回転機構部を回転自在に支持する固定部と、から構成される陽極部と、これら陰極部と陽極部とを絶縁して支持し、真空気密に封入する外囲器と、から構成されている。
【０００３】
当該回転陽極Ｘ線管は、陰極部と陽極部との間に高電圧が印加されることで、ターゲット上の焦点からＸ線を放出する構成であると共に、この際に陽極部から大量の熱を発生することから、Ｘ線管容器(以下、管容器と略す)内に封入して使用される。より詳細には、この管容器内において、回転陽極Ｘ線管は絶縁支持され、絶縁油中に浸漬される。この管容器には、回転陽極Ｘ線管のターゲットの近傍にＸ線放出窓が、陰極部及び陽極部の近傍には、高電圧を導入するためのケーブルレセプタクルが設けられている。陰極側のケーブルレセプタクルに陰極側高電圧ケーブルが接続され、負の高電圧と、フィラメントを加熱するためのフィラメント加熱電圧が導入される。また、陽極側のケーブルレセプタクルには、陽極側高電圧ケーブルが接続され、正の高電圧が導入される（但し、近年においては陽極側のケーブルレセプタクルを接地させる陽極接地型のものもある）。また、陽極部の回転機構部の周囲には、陽極部を回転させるためのステータが取り付けられる。
【０００４】
当該回転陽極Ｘ線管は、上述したように、陰極部と陽極部との間に高電圧（百数十ｋＶ）が印加され、陰極部のフィラメントから放出された熱電子が陽極部のターゲットに衝突することによりＸ線を発生する。フィラメントは、タングステンなどの電子放射材料から成る細線をコイル状に巻いた構造をしており、フィラメント加熱電流を流すことによって高温に加熱される。加熱されたフィラメントからは、その温度に応じた量の熱電子が放出され、陰極部と陽極部間に印加された高電圧によって形成される電界によって、電子線として陽極部に向けて加速される。このとき、電子線は集束電極の集束溝によって形成される電界によって、陽極部のターゲット上で所望の寸法の焦点となるように集束される。
【０００５】
この電子線の流れがＸ線管電流であり、陰極部と陽極部の間に印加される高電圧がＸ線管電圧である。ターゲットで発生するＸ線の線量は、このＸ線管電流及びＸ線管電圧の値が大きい程大きくなる。また、Ｘ線の線量はターゲットの材質にも依存し、ターゲット材料の原子番号が大きい程大きくなる。しかし、Ｘ線撮影に使用されるＸ線管電圧の領域でのＸ線の発生効率は非常に低く、１％以下であるため、ターゲットの焦点に衝突する電子線によって入力されるエネルギーの大部分は熱エネルギーに変換される。このため、陽極部のターゲットは、電子ビームによる焦点の局所的な過熱を防ぐために、回転機構部により高速に回転される。
【０００６】
また、ターゲットは、上述したように、傘状の対向面を有しており、ターゲットで発生するＸ線は、この対向面の傾斜角（より詳細には、当該ターゲットの回転軸に直交する面に対する傾斜角であり、以下、ターゲット角と称する）に応じた方向に放出される。そして、Ｘ線放射窓を透過したＸ線は、被検体に対して照射される。尚、このターゲットの形状は、例えば特開２００１−７６６５７号公報に開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
ところで、この回転陽極Ｘ線管は、被検体の体軸方向に関する複数枚の断層画像を再構成することが可能なマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置に利用されている。このマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置においては、複数枚の断層画像を再構成するために、その各々に対応する透過Ｘ線量を同時に収集するべく、被検体の体軸方向（以下、スライス方向とも称する）に複数の検出器列を有する検出器、具体的には、多列検出器又は平面検出器を備えている。
【０００８】
ところが、このような検出器においては、回転陽極Ｘ線管に対するスライス方向における各検出器列の位置の差が大きくなるために、図９に示すように、各検出器列のスライス方向の位置によって、これに照射されるＸ線の見かけの焦点サイズや線量、線質等に差（以下、これらをＸ線の線質の感度変化と称する）が生じることになる。特に、最近のマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置においては、検出器列の数は、１２８〜２５６といった膨大な数に及ぶため、これに伴い各検出器列のスライス方向における位置の差も非常に大きなものとなるので、このＸ線の線質の感度変化を無視することが出来ない現状がある。因みに、これまでのマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置においては、検出器列の数は、４〜１６程度であり、各検出器列のスライス方向における位置の差もそれ程大きくなかったため、このＸ線の線質の感度変化は無視することができた。
【０００９】
また一方で、最近のマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置においては、断層画像をより高分解能にて再構成するために、より正確な投影データを収集することが要求されている。これを実現するためには、正確で一様なＸ線量分布を有するＸ線を被検体に対して照射し、各検出器列によってその投影データを収集することが条件とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−７６６５７号公報（段落〔００１６〕‐〔００１９〕、第１図及び第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述したように、回転陽極Ｘ線管から照射されるＸ線の線量分布は、被検体の体幅方向に関してはほぼ一様な分布となるが、体軸方向に関しては、各検出器列のスライス方向における位置に応じた差をもつ分布、具体的には、なだらかな傾斜をもつ分布となるため、各検出器列により検出される投影データに基づき再構成される断層画像の画質は、当該検出器列の位置の差に起因するこのＸ線の線量分布の差により不均一なものになってしまう問題がある。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被検体の体軸方向に複数の検出器列を有する検出器を用いることにより発生する、回転陽極Ｘ線管から照射されるＸ線の当該検出器の各検出器列における線量分布の差を低減することで、各検出器列からの投影データに基づき再構成される複数枚の断層画像の画質の差を抑えることが可能なＸ線ＣＴ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、Ｘ線管と、被検体の体軸方向に複数の検出器列を配列してなり、被検体を透過したＸ線を検出する検出器とを備え、前記Ｘ線管及び前記検出器前記被検体の体軸周りに回転させつつ、前記検出器により検出されたＸ線の線量に基づき、前記被検体の断層画像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、前記Ｘ線管は、電子線を放出する陰極と、前記陰極と対向する位置に傾斜面が形成され、前記放出された電子線が当該傾斜面に衝突することで、当該傾斜面の傾斜角度に応じた方向にＸ線を放出する円盤状のターゲットとを備え、前記ターゲットの傾斜面は、前記円周方向に等分された複数の領域からなり、当該複数の領域における傾斜角度は、互いに隣接する領域と異なり、前記隣接する領域の境界部分は、滑らかに繋がれていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。
【００１４】
上記課題を解決するために、請求項２記載の発明は、請求項１記載のＸ線ＣＴ装置であって、前記検出器において前記複数の検出器列毎のＸ線の線量の検出が一通り完了するまでの検出周期を導出する周期導出手段と、前記導出された検出周期に基づいて、当該検出周期が前記ターゲットの回転周期の整数倍となるように前記ステータコイルにより前記円盤状のターゲットの回転数を調整する制御を行う回転制御部と、をさらに備えたことを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決するために、請求項３記載の発明は、請求項２記載のＸ線ＣＴ装置であって、前記周期導出手段は、前記検出器において前記複数の検出器列毎のＸ線の線量の検出が開始された時点から終了された時点までの時間を前記検出周期として検知する開始／終了検知手段と、を有していることを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決するために、請求項４記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置であって、前記ターゲットの回転位置を検出する位置検出手段と、前記陰極から放出される電子線の進行を妨げる方向に磁界を発生させることで、前記陰極から前記電子線が放出されることを抑制する電子線放出抑制手段と、前記検出された回転位置に基づいて、前記複数の領域の境界部分を特定して、前記電子線が当該境界部分を避けて衝突するように前記電子線放出抑制手段により前記陰極から前記電子線を放出するタイミングを調整する制御を行う電子線放出制御手段と、をさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決するために、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のＸ線ＣＴ装置であって、前記ターゲットの傾斜面を等分する複数の領域は、前記ターゲットの回転軸を基準とする点対象となるように、その個数と傾斜角度とが決定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明である請求項１に係るＸ線ＣＴ装置によれば、Ｘ線を放出するターゲットの傾斜面が、円周方向に等分された複数の領域からなり、当該複数の領域における傾斜角度が互いに隣接する領域と異なる角度を有しているので、当該ターゲットから放出されるＸ線の照射方向を複数回に亘って切り替えて、その線量分布の差を低減することができる。従って、被検体の体軸方向に複数配列される各検出器列においては、Ｘ線の線量分布の差が低減されて、各検出器列からの投影データに基づき再構成される複数枚の断層画像の画質の差を抑えることができる。また、隣接する領域の境界部分を滑らかに繋いだので、Ｘ線の線量分布を滑らかに連続させることが可能となる。
【００１９】
また、本発明である請求項２及び請求項３に係るＸ線ＣＴ装置によれば、検出器において複数の検出器列毎のＸ線の線量の検出が一通り完了するまでの検出周期内に、ターゲットから放出されるＸ線の照射方向を複数回に亘って切り替えることができるので、適正に各検出器列におけるＸ線の線量分布の差を低減することができる。
【００２０】
また、本発明である請求項４に係るＸ線ＣＴ装置によれば、ターゲットの回転位置を検出することで、当該ターゲットの傾斜面の複数の領域の境界部分を特定して、陰極から放出される電子線が当該境界部分を避けて衝突するように、そのタイミングを調整することができるので、ターゲットから適正にＸ線を放出することができる。
【００２１】
また、本発明である請求項５に係るＸ線ＣＴ装置によれば、ターゲットの傾斜面を等分する複数の領域が、当該ターゲットの回転軸を基準とする点対象となるように、その個数と傾斜角度とが設けられるので、当該ターゲットの回転時における安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るＸ線ＣＴ装置の一実施形態における全体構成を表す構成図である。
【図２】図１に示す回転陽極Ｘ線管の全体構成を表す断面図である。
【図３】図１に示すＸ線検出器アレイの詳細構成を説明するための説明図である。
【図４】図４（Ａ）は図２に示すターゲットの全体構成を表す側面図であり、図４（Ｂ）は図２に示すターゲットの全体構成を表す正面図である。
【図５】図５（Ａ）は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すターゲットにより、Ｘ線検出器アレイの各検出器列に照射されるＸ線の線量分布の差が低減されることを説明するための説明図であり、図５（Ｂ）は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すターゲットにより、Ｘ線検出器アレイの各検出器列に照射されるＸ線の線量分布の差が低減されることを説明するための説明図である。
【図６】図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すターゲットにより、Ｘ線検出器アレイの各検出器列に照射されるＸ線の線量分布の差が低減されることを説明するための説明図である。
【図７】図１に示すＸ線ＣＴ装置において、ターゲットの回転周期をＸ線検出器アレイのデータ収集周期の整数分の１に調整する制御を行うための制御構成を表すブロック図である。
【図８】図１に示すＸ線ＣＴ装置において、ターゲットの複数の傾斜面の境界部分を避けてフィラメントからの熱電子が衝突するように、フィラメントから発生する熱電子の出力制御を行うための制御構成を表すブロック図である。
【図９】従来のＸ線ＣＴ装置に用いられる回転陽極Ｘ線管のターゲットにより多列検出器を構成する各検出器列に照射されるＸ線の線量分布に差が生じることを説明するための説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係るＸ線ＣＴ装置の好適な実施の形態の一例について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２４】
[Ｘ線ＣＴ装置]
＜Ｘ線ＣＴ装置の構成＞
まず、本実施形態におけるＸ線ＣＴ装置の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１に示すように、当該Ｘ線ＣＴ装置は、主に、被検体Ｐの体幅方向に扇状に広がるＸ線により、被検体ＰのＡｘｉａｌ／Ｈｅｒｉｃｌスキャンを行う走査ガントリ１０と、被検体Ｐを載せて体軸方向に移動させる撮影テーブル１９と、ユーザがこれらの操作を行うための操作コンソール４０と、を含み構成されている。
【００２５】
走査ガントリ１０は、回転陽極Ｘ線管１１と、この回転陽極Ｘ線管１１の管電圧、管電流、曝射時間等を制御するＸ線制御部１２と、Ｘ線の体幅方向及び体軸方向の曝射範囲を制限するコリメータ１３と、このコリメータ１３の位置制御を行うコリメータ制御部１４と、多数のＸ線検出素子をマトリクス状に配列した多列検出器であるＸ線検出器アレイ１６と、このＸ線検出器アレイ１６の検出データ、即ち、投影データを収集するデータ収集部（ＤＡＳ）１７と、これらを被検体Ｐの体軸回りに回転させる回転機構部１５と、を含み構成されている。
【００２６】
Ｘ線検出器アレイ１６は、図２に示すように、多数のＸ線検出素子が被検体Ｐの体軸方向及び体幅方向にマトリクス状に配列された構成となっており、スライス方向に配列された検出器列毎に投影データを収集する。
【００２７】
また、操作コンソール４０は、当該Ｘ線ＣＴ装置の主制御処理（スキャン制御、断層画像再構成処理等）を行う中央処理装置４１（そのＣＰＵ４１ａ及びこのＣＰＵ４１ａが使用する主メモリ（ＭＥＭ）４１ｂから成る）と、キーボードやマスス等から成る入力装置４２と、撮影計画のための撮像パラメータ（管電圧、管電流、スキャン時間、被検体体軸方向のスライス厚等）や撮影結果の断層画像等を表示するための表示装置（ＣＲＴ）４３と、ＣＰＵ４１ａと走査ガントリ１０や撮影テーブル１９との間で各種の制御信号やモニタ信号のやり取りを行う制御インタフェース４４と、データ収集部１７からの投影データを蓄積するデータ収集バッファ４５と、Ｘ線ＣＴ装置の運用に必要な各種データやアプリケーションプログラム等を記憶する二次記憶装置（ディスク等）４６と、ＣＰＵ４１ａの共通バス４７と、を含み構成されている。
【００２８】
このような構成において、当該Ｘ線ＣＴ装置において行われるＸ線撮影の動作を説明すると、回転陽極Ｘ線管１１から照射されるＸ線は、被検体Ｐを透過してＸ線検出器アレイ１６の各検出器列に一斉に入射する。データ収集部１７は、Ｘ線検出器アレイ１６の各検出器列から被検体Ｐの投影データを収集（この際、スライス方向に配列された各検出器列において順次投影データ収集する走査が行われる）して、データ収集バッファ４５に格納する。さらに、走査ガントリ１０が僅かに回転した位置において、上述した撮影を再度行い、その投影データを収集、蓄積する。以下、同様にして走査ガントリ１０の１回転分の投影データを収集、蓄積すると共に、Ａｘｉａｌ／Ｈｅｒｉｃｌスキャン方式に従って撮影テーブル１９を被検体Ｐの体軸方向に間欠的／連続的に移動させて、被検体Ｐの所要撮影領域についての全投影データを収集、蓄積する。そして、ＣＰＵ４１ａは、得られた全投影データに基づき、被検体ＰのＣＴ断層像を複数枚再構成し、表示装置４３に表示する。
【００２９】
＜回転陽極Ｘ線管の構成＞
次に、図１に示す回転陽極Ｘ線管１１の全体構成について、図３を参照しつつ説明する。図３に示すように、回転陽極Ｘ線管１１は、管内を真空に保つ外囲器６１と、熱電子を発生するフィラメント６２と、このフィラメント６２から発生し、加速された熱電子を集束する集束電極６３と、これらフィラメント６２及び集束電極６３を支持する陰極スリーブ６４と、傘状のタングステン円盤等から成り、熱電子が衝突することでＸ線を発生するターゲット６５と、このターゲット６５を回転支持する回転陽極子６７と、この回転陽極子６７を軸支するベアリング６８と、当該回転陽極Ｘ線管１１の陽極側を支持する陽極軸６９と、を含み構成されている。尚、回転陽極子６７は、外囲器６１の周囲に設けられた不図示のステータコイルから加わる磁界（回転磁界等）によって高速で回転する。また、ターゲット６５の傘状部分の傾斜角度は、当該ターゲット６５から放出されるＸ線がＸ線検出器アレイ１６の各検出器列に一斉に入射するように設けられている。また、当該回転陽極Ｘ線管１１からは大量の熱が発生することから、その周囲をアルミ製等のハウジング７０で覆い、この中に外部から冷却油を循環させて当該回転陽極Ｘ線管１１を強制冷却することが行われる。
【００３０】
このような構成において、フィラメント６２で発生した熱電子は、陰極スリーブ６４と回転陽極子６７との間に印加される高電圧によって加速され、電子線として集束電極６３により集束されて、ターゲット６５上の小さな焦点６６に衝突する。これにより、ターゲット６５の焦点６６においてＸ線が発生する。一般に、熱電子のＸ線への変換効率は１％以下と低く、このためエネルギーの大半は熱に変換され、焦点６６において高熱が発生するため、回転陽極子６７（ターゲット６５）を陽極軸６９の回りに高速（１３０〜１６０Ｈｚ程度）で回転させて、焦点６６の実効面積を拡大し、所要のＸ線出力を得ると共に、Ｘ線管１１の故障や破損につながる過熱を防止することが行われる。
【００３１】
＜ターゲットの構成＞
ここで、本発明の特徴部分である回転陽極Ｘ線管１１のターゲット６５の全体構成について、図４（Ａ）、図４（Ｂ）を参照しながら説明する。図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、ターゲット６５は、例えばその円周方向に複数の領域に区分された傾斜面、具体的には、回転角９０度毎に、その傾斜角（以下、ターゲット角と称する）を６度と１０度とで交互に入れ替えた複数の傾斜面を有している。即ち、当該ターゲット６５がステータコイルからの回転磁界により９０度回転される毎に、６度と１０度とでターゲット角が切り替えられて、当該ターゲット６５から発生するＸ線は、そのターゲット角に応じた方向に、且つ、Ｘ線検出器アレイ１６のスライス方向の各検出器列に対してその線量分布が一様となるように照射される構成となっている。因みに、ターゲット６５の互いに隣接する傾斜面の境界部分は、エッジにより熱電子のエネルギーが極端に損失されることを防止するために滑らかに繋がれている。
【００３２】
尚、当該ターゲット６５の複数の傾斜面の個数と、そのターゲット角とは、当該ターゲット６５の回転時における安定性を考慮して、それらの回転重心が当該ターゲット６５の回転軸上に位置するように、当該ターゲット６５の回転軸を基準とする点対象となるべく設けられることとする。具体的には、複数の傾斜面の個数は、４個若しくは８個に決定されることが好ましく、また、それらのターゲット角は、互いに異なる角度が交互に同じ回数だけ繰り返されることが好ましい。ここで、ターゲット角としては、当該ターゲット角がターゲット６５とＸ線検出器アレイ１６間の距離や、ターゲット６４に衝突するフィラメント６２からの熱電子の入射角に応じて決定され、また、従来のマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置のターゲットにおけるターゲット角が、一般に７度や９度であることを鑑みて、これをカバーする範囲内においてＸ線の照射方向の切り替えを行うべく、６度及び１０度、若しくは、その近傍の角度に決定されることが好ましい。
【００３３】
このような構成により、当該ターゲット６５から放出されるＸ線は、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、６度のターゲット角と１０度のターゲット角とに対応した照射方向をもって、Ｘ線検出器アレイ１６のスライス方向における各検出器列に照射されることになり、それらの線量を合算した線量分布は、図６に示すように、従来における場合（図９を参照）と比較して一様となり、その差が低減されることになる（但し、ターゲット６５から照射されるＸ線は、当該ターゲット６５の１回転につき、６度のターゲット角と１０度のターゲット角とに対応した照射方向をもって、２回程繰り返して照射されることから、図６（Ａ）、図６（Ｂ）においては、それらを合計した線量を示してある）。尚、ターゲット６５から照射されるＸ線は、後述するように、当該ターゲット６５の回転周期がＸ線検出器アレイ１６のデータ収集周期（各検出器列における一連のデータ収集が一通り完了するまでの周期）の整数分の１に調整されることから、さらに当該整数回だけ繰り返して照射されることとなり、その線量は図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示した値の当該整数倍となる。これをもって、図９に示す従来の場合と同等の線量となる。
【００３４】
従って、このようにターゲット６５から放出されるＸ線の照射方向を複数回に亘って切り替えることで、Ｘ線検出器アレイ１６のスライス方向における各検出器列においては、その線量分布の差が低減されることから、当該各検出器列により検出された投影データに基づき再構成される断層画像の画質の差を抑えることができる。
【００３５】
尚、当該Ｘ線ＣＴ装置においては、このターゲット６５の回転周期は、Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集周期（各検出器列における一連のデータ収集が一通り完了するまでの周期）と当該ターゲット６５の回転周期が異なることによりＸ線検出器アレイ１６のデータ収集周期内において各検出器列に照射されるＸ線の線量の分布に不均一さが生じることを防止するために、Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集周期の整数分の１に調整する制御を行うこととする。即ち、Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集周期内において各検出器列に照射されるＸ線の照射方向が繰り返し、丁度、整数回だけ切り替えられるように、ターゲット６５の回転周期をＸ線検出器アレイ１６のデータ収集周期の整数分の１に調整する制御を行う。
【００３６】
図７に、このターゲット６５の回転周期をＸ線検出器アレイ１６のデータ収集周期の整数分の１に制御するための制御構成を表すブロック図を示す。図７に示すように、ターゲット６５の回転軸には、その回転位置を検出するロータリエンコーダ等の位置検出器１１０が設けられている。また、Ｘ線検出器アレイ１６には、当該Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集周期に応じて、当該データ収集周期とターゲット６５の回転周期を整数倍した周期とを同期させるための同期信号（Ｘ線検出器アレイ１６の各検出器列においてデータ収集が開始された時点と完了された時点を報知する信号）を発生する同期信号発生器１２０が設けられている。このような構成において、回転制御部１３０（上述したＸ線制御部１２により構成しても良い）は、位置検出器１１０から出力されるターゲット６５の回転位置に関する位置信号と、同期信号発生器１２０から発生される同期信号とに基づいて、Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集周期を算出（具体的には、データ収集が開始された時点を報知する同期信号と、データ収集が完了された時点を報知する同期信号との発生時間差を算出する）しつつ、ターゲット６５の回転周期がそのデータ収集周期の整数分の１になるように当該ターゲット６５の回転数を調整するべく、ステータコイルにより発生する回転磁界の強度を制御する。
【００３７】
これにより、Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集周期内において、ターゲット６５から照射されるＸ線の照射方向が整数回だけ繰り返し切り替えられることになるため、Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集周期内において各検出器列に照射されるＸ線の線量の分布に不均一さが生じることを防止することができる。
【００３８】
さらに、当該Ｘ線ＣＴ装置においては、上述したように、ターゲット６５の複数の傾斜面の境界部分にフィラメント６２からの熱電子が衝突して、発生するＸ線の線量に不均一さが生じることを防止するために、回転制御部１３０は、ターゲット６５の複数の傾斜面の境界部分を避けてフィラメント６２からの熱電子が衝突するように、このフィラメント６２から発生する熱電子の出力制御を行うこととする。
【００３９】
図８に、このフィラメント６２から発生する熱電子の出力制御を行うための制御構成を表すブロック図を示す。図８に示すように、ターゲット６５の回転軸には、その回転位置を検出するロータリエンコーダ等の位置検出器１１０が設けられている。また、Ｘ線検出器アレイ１６には、当該Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集周期に応じて、ターゲット６５の回転周期を同期させるための同期信号（Ｘ線検出器アレイ１６の各検出器列においてデータ収集が開始された時点と完了された時点を報知する信号）を発生する同期信号発生器１２０が設けられている。さらに、フィラメント６２の前面に設けられ、自身に負のバイアス電圧が印加されることでフィラメント６２から放出される熱電子を阻止する方向に磁界を発生させるグリッド７１と、このグリッド７１に、所定のタイミングにて上述した負のバイアス電圧を印加することで熱電子の放出制御（熱電子を放出するタイミングの制御）を行うグリッド制御装置１４０とが設けられている。このような構成において、回転制御部１３０（上述したＸ線制御部１２により構成しても良い）は、位置検出器１１０から出力されるターゲット６５の回転位置に関する位置信号と、同期信号発生器１２０から発生される同期信号とに基づいて、Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集周期を算出（具体的には、データ収集が開始された時点を報知する同期信号と、データ収集が完了された時点を報知する同期信号との発生時間差を算出する）しつつ、ターゲット６５の回転周期がそのデータ収集周期の整数分の１になるように当該ターゲット６５の回転数を調整するべく、ステータコイルにより発生する回転磁界の強度を制御する。さらに、グリッド制御装置１４０は、位置検出器１１０から出力されるターゲット６５の回転位置に関する位置信号に基づいて、ターゲット６５の複数の傾斜面の境界部分の位置を特定（即ち、ターゲット６５の回転位置と複数の傾斜面の境界部分の位置とは、予め対応付けられている）して、当該境界位置を避けてフィラメント６２からの熱電子が衝突するように、グリッド７１に対して所定のタイミングにて上述した負のバイアス電圧を印加することでフィラメント６２から熱電子が放出されるタイミングを調整すると同時に、同期信号発生器１２０から発生される同期信号に基づいて、Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集期間内においてのみターゲット６５からＸ線を照射するべく、グリッド７１に対して所定のタイミングにて上述した負のバイアス電圧を印加することでフィラメント６２から熱電子が放出されるタイミングを調整する制御を行う。
【００４０】
尚、以上に説明した本実施形態におけるＸ線ＣＴ装置は、本発明の好適な一実施形態を例示したものであり、その他の実施形態を除外するものではない。
【００４１】
例えば、本実施形態におけるＸ線ＣＴ装置では、ターゲット６５の複数の傾斜面の個数を４個とし、それらのターゲット角を６度と１０度とで交互に切り替える構成としたが、これらは、上述したように、ターゲット６５の回転時における安定性を考慮して、それらの回転重心がターゲット６５の回転軸上に位置するように、ターゲット６５の回転軸を基準とする点対象となるべく設けられれば良く、本条件を満たす限り、この他の個数と角度が設定されても良い。また、ターゲット角は、ターゲット６５とＸ線検出器アレイ１６間の距離や、ターゲット６４に衝突するフィラメント６２からの熱電子の入射角に応じて決定されるものであり、本条件に対応した範囲内であれば、この他の角度が設定されても良い。
【００４２】
また、本実施形態におけるＸ線ＣＴ装置では、Ｘ線検出器として、複数の検出器列がアレイ状に配列されるＸ線検出器アレイ１６を例に挙げて説明したが、この他にも、マトリクス状に配置された検出素子が区分されることで複数の検出器列が構成される平面検出器を用いることにしても良い。
【符号の説明】
【００４３】
１０ 走査ガントリ １１ 回転陽極Ｘ線管 １２ Ｘ線制御部
１３ コリメータ １４ コリメータ制御部 １５ 回転機構部
１６ Ｘ線検出器アレイ １７ データ収集部（ＤＡＳ） １９ 撮影テーブル
４０ 操作コンソール ４１ 中央処理装置 ４１ａ ＣＰＵ
４１ｂ 主メモリ（ＭＥＭ） ４２ 入力装置 ４３表示装置（ＣＲＴ）
４４ 制御インタフェース ４５ データ収集バッファ
４６ 二次記憶装置（ディスク等） ４７ 共通バス
６１ 外囲器 ６２ フィラメント ６３ 集束電極 ６４ 陰極スリーブ
６５ ターゲット ６６ 焦点 ６７ 回転陽極子 ６８ ベアリング
６９ 陽極軸 ７０ ハウジング ７１ グリッド
１１０ 位置検出器 １２０ 同期信号発生器 １３０ 回転制御部
１４０ グリッド制御装置 Ｐ 被検体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体に対して回転陽極Ｘ線管からＸ線を照射して、その透過Ｘ線を被検体の体軸方向に配列された複数の検出器列を有する検出器により検出することで、被検体の体軸方向に関する断層画像を同時に複数枚再構成するＸ線ＣＴ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、Ｘ線ＣＴ装置のＸ線照射源として、回転陽極Ｘ線管が用いられている。この回転陽極Ｘ線管は、主に、熱電子を放出するフィラメントと、このフィラメントの周囲に配置され、フィラメントから放出された熱電子を集束して、陽極のターゲット上に焦点を形成する集束溝を有する集束電極と、から構成される陰極部と、この陰極部に対向して配置され、傘状の対向面を有するターゲットと、このターゲットを支持して回転させる回転機構部と、この回転機構部を回転自在に支持する固定部と、から構成される陽極部と、これら陰極部と陽極部とを絶縁して支持し、真空気密に封入する外囲器と、から構成されている。
【０００３】
当該回転陽極Ｘ線管は、陰極部と陽極部との間に高電圧が印加されることで、ターゲット上の焦点からＸ線を放出する構成であると共に、この際に陽極部から大量の熱を発生することから、Ｘ線管容器(以下、管容器と略す)内に封入して使用される。より詳細には、この管容器内において、回転陽極Ｘ線管は絶縁支持され、絶縁油中に浸漬される。この管容器には、回転陽極Ｘ線管のターゲットの近傍にＸ線放出窓が、陰極部及び陽極部の近傍には、高電圧を導入するためのケーブルレセプタクルが設けられている。陰極側のケーブルレセプタクルに陰極側高電圧ケーブルが接続され、負の高電圧と、フィラメントを加熱するためのフィラメント加熱電圧が導入される。また、陽極側のケーブルレセプタクルには、陽極側高電圧ケーブルが接続され、正の高電圧が導入される（但し、近年においては陽極側のケーブルレセプタクルを接地させる陽極接地型のものもある）。また、陽極部の回転機構部の周囲には、陽極部を回転させるためのステータが取り付けられる。
【０００４】
当該回転陽極Ｘ線管は、上述したように、陰極部と陽極部との間に高電圧（百数十ｋＶ）が印加され、陰極部のフィラメントから放出された熱電子が陽極部のターゲットに衝突することによりＸ線を発生する。フィラメントは、タングステンなどの電子放射材料から成る細線をコイル状に巻いた構造をしており、フィラメント加熱電流を流すことによって高温に加熱される。加熱されたフィラメントからは、その温度に応じた量の熱電子が放出され、陰極部と陽極部間に印加された高電圧によって形成される電界によって、電子線として陽極部に向けて加速される。このとき、電子線は集束電極の集束溝によって形成される電界によって、陽極部のターゲット上で所望の寸法の焦点となるように集束される。
【０００５】
この電子線の流れがＸ線管電流であり、陰極部と陽極部の間に印加される高電圧がＸ線管電圧である。ターゲットで発生するＸ線の線量は、このＸ線管電流及びＸ線管電圧の値が大きい程大きくなる。また、Ｘ線の線量はターゲットの材質にも依存し、ターゲット材料の原子番号が大きい程大きくなる。しかし、Ｘ線撮影に使用されるＸ線管電圧の領域でのＸ線の発生効率は非常に低く、１％以下であるため、ターゲットの焦点に衝突する電子線によって入力されるエネルギーの大部分は熱エネルギーに変換される。このため、陽極部のターゲットは、電子ビームによる焦点の局所的な過熱を防ぐために、回転機構部により高速に回転される。
【０００６】
また、ターゲットは、上述したように、傘状の対向面を有しており、ターゲットで発生するＸ線は、この対向面の傾斜角（より詳細には、当該ターゲットの回転軸に直交する面に対する傾斜角であり、以下、ターゲット角と称する）に応じた方向に放出される。そして、Ｘ線放射窓を透過したＸ線は、被検体に対して照射される。尚、このターゲットの形状は、例えば特開２００１−７６６５７号公報に開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
ところで、この回転陽極Ｘ線管は、被検体の体軸方向に関する複数枚の断層画像を再構成することが可能なマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置に利用されている。このマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置においては、複数枚の断層画像を再構成するために、その各々に対応する透過Ｘ線量を同時に収集するべく、被検体の体軸方向（以下、スライス方向とも称する）に複数の検出器列を有する検出器、具体的には、多列検出器又は平面検出器を備えている。
【０００８】
ところが、このような検出器においては、回転陽極Ｘ線管に対するスライス方向における各検出器列の位置の差が大きくなるために、図９に示すように、各検出器列のスライス方向の位置によって、これに照射されるＸ線の見かけの焦点サイズや線量、線質等に差（以下、これらをＸ線の線質の感度変化と称する）が生じることになる。特に、最近のマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置においては、検出器列の数は、１２８〜２５６といった膨大な数に及ぶため、これに伴い各検出器列のスライス方向における位置の差も非常に大きなものとなるので、このＸ線の線質の感度変化を無視することが出来ない現状がある。因みに、これまでのマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置においては、検出器列の数は、４〜１６程度であり、各検出器列のスライス方向における位置の差もそれ程大きくなかったため、このＸ線の線質の感度変化は無視することができた。
【０００９】
また一方で、最近のマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置においては、断層画像をより高分解能にて再構成するために、より正確な投影データを収集することが要求されている。これを実現するためには、正確で一様なＸ線量分布を有するＸ線を被検体に対して照射し、各検出器列によってその投影データを収集することが条件とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−７６６５７号公報（段落〔００１６〕‐〔００１９〕、第１図及び第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述したように、回転陽極Ｘ線管から照射されるＸ線の線量分布は、被検体の体幅方向に関してはほぼ一様な分布となるが、体軸方向に関しては、各検出器列のスライス方向における位置に応じた差をもつ分布、具体的には、なだらかな傾斜をもつ分布となるため、各検出器列により検出される投影データに基づき再構成される断層画像の画質は、当該検出器列の位置の差に起因するこのＸ線の線量分布の差により不均一なものになってしまう問題がある。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被検体の体軸方向に複数の検出器列を有する検出器を用いることにより発生する、回転陽極Ｘ線管から照射されるＸ線の当該検出器の各検出器列における線量分布の差を低減することで、各検出器列からの投影データに基づき再構成される複数枚の断層画像の画質の差を抑えることが可能なＸ線ＣＴ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、Ｘ線管と、被検体の体軸方向に複数の検出器列を配列してなり、被検体を透過したＸ線を検出する検出器とを備え、前記Ｘ線管及び前記検出器前記被検体の体軸周りに回転させつつ、前記検出器により検出されたＸ線の線量に基づき、前記被検体の断層画像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、前記Ｘ線管は、電子線を放出する陰極と、前記陰極と対向する位置に傾斜面が形成され、前記放出された電子線が当該傾斜面に衝突することで、当該傾斜面の傾斜角度に応じた方向にＸ線を放出する円盤状のターゲットとを備え、前記ターゲットの傾斜面は、前記円周方向に等分された複数の領域からなり、当該複数の領域における傾斜角度は、互いに隣接する領域と異なり、前記隣接する領域の境界部分は、滑らかに繋がれていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。
【００１４】
上記課題を解決するために、請求項２記載の発明は、請求項１記載のＸ線ＣＴ装置であって、前記検出器において前記複数の検出器列毎のＸ線の線量の検出が一通り完了するまでの検出周期を導出する周期導出手段と、前記導出された検出周期に基づいて、当該検出周期が前記ターゲットの回転周期の整数倍となるように前記ステータコイルにより前記円盤状のターゲットの回転数を調整する制御を行う回転制御部と、をさらに備えたことを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決するために、請求項３記載の発明は、請求項２記載のＸ線ＣＴ装置であって、前記周期導出手段は、前記検出器において前記複数の検出器列毎のＸ線の線量の検出が開始された時点から終了された時点までの時間を前記検出周期として検知する開始／終了検知手段と、を有していることを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決するために、請求項４記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置であって、前記ターゲットの回転位置を検出する位置検出手段と、前記陰極から放出される電子線の進行を妨げる方向に磁界を発生させることで、前記陰極から前記電子線が放出されることを抑制する電子線放出抑制手段と、前記検出された回転位置に基づいて、前記複数の領域の境界部分を特定して、前記電子線が当該境界部分を避けて衝突するように前記電子線放出抑制手段により前記陰極から前記電子線を放出するタイミングを調整する制御を行う電子線放出制御手段と、をさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決するために、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のＸ線ＣＴ装置であって、前記ターゲットの傾斜面を等分する複数の領域は、前記ターゲットの回転軸を基準とする点対象となるように、その個数と傾斜角度とが決定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明である請求項１に係るＸ線ＣＴ装置によれば、Ｘ線を放出するターゲットの傾斜面が、円周方向に等分された複数の領域からなり、当該複数の領域における傾斜角度が互いに隣接する領域と異なる角度を有しているので、当該ターゲットから放出されるＸ線の照射方向を複数回に亘って切り替えて、その線量分布の差を低減することができる。従って、被検体の体軸方向に複数配列される各検出器列においては、Ｘ線の線量分布の差が低減されて、各検出器列からの投影データに基づき再構成される複数枚の断層画像の画質の差を抑えることができる。また、隣接する領域の境界部分を滑らかに繋いだので、Ｘ線の線量分布を滑らかに連続させることが可能となる。
【００１９】
また、本発明である請求項２及び請求項３に係るＸ線ＣＴ装置によれば、検出器において複数の検出器列毎のＸ線の線量の検出が一通り完了するまでの検出周期内に、ターゲットから放出されるＸ線の照射方向を複数回に亘って切り替えることができるので、適正に各検出器列におけるＸ線の線量分布の差を低減することができる。
【００２０】
また、本発明である請求項４に係るＸ線ＣＴ装置によれば、ターゲットの回転位置を検出することで、当該ターゲットの傾斜面の複数の領域の境界部分を特定して、陰極から放出される電子線が当該境界部分を避けて衝突するように、そのタイミングを調整することができるので、ターゲットから適正にＸ線を放出することができる。
【００２１】
また、本発明である請求項５に係るＸ線ＣＴ装置によれば、ターゲットの傾斜面を等分する複数の領域が、当該ターゲットの回転軸を基準とする点対象となるように、その個数と傾斜角度とが設けられるので、当該ターゲットの回転時における安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るＸ線ＣＴ装置の一実施形態における全体構成を表す構成図である。
【図２】図１に示す回転陽極Ｘ線管の全体構成を表す断面図である。
【図３】図１に示すＸ線検出器アレイの詳細構成を説明するための説明図である。
【図４】図４（Ａ）は図２に示すターゲットの全体構成を表す側面図であり、図４（Ｂ）は図２に示すターゲットの全体構成を表す正面図である。
【図５】図５（Ａ）は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すターゲットにより、Ｘ線検出器アレイの各検出器列に照射されるＸ線の線量分布の差が低減されることを説明するための説明図であり、図５（Ｂ）は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すターゲットにより、Ｘ線検出器アレイの各検出器列に照射されるＸ線の線量分布の差が低減されることを説明するための説明図である。
【図６】図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すターゲットにより、Ｘ線検出器アレイの各検出器列に照射されるＸ線の線量分布の差が低減されることを説明するための説明図である。
【図７】図１に示すＸ線ＣＴ装置において、ターゲットの回転周期をＸ線検出器アレイのデータ収集周期の整数分の１に調整する制御を行うための制御構成を表すブロック図である。
【図８】図１に示すＸ線ＣＴ装置において、ターゲットの複数の傾斜面の境界部分を避けてフィラメントからの熱電子が衝突するように、フィラメントから発生する熱電子の出力制御を行うための制御構成を表すブロック図である。
【図９】従来のＸ線ＣＴ装置に用いられる回転陽極Ｘ線管のターゲットにより多列検出器を構成する各検出器列に照射されるＸ線の線量分布に差が生じることを説明するための説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係るＸ線ＣＴ装置の好適な実施の形態の一例について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２４】
[Ｘ線ＣＴ装置]
＜Ｘ線ＣＴ装置の構成＞
まず、本実施形態におけるＸ線ＣＴ装置の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１に示すように、当該Ｘ線ＣＴ装置は、主に、被検体Ｐの体幅方向に扇状に広がるＸ線により、被検体ＰのＡｘｉａｌ／Ｈｅｒｉｃｌスキャンを行う走査ガントリ１０と、被検体Ｐを載せて体軸方向に移動させる撮影テーブル１９と、ユーザがこれらの操作を行うための操作コンソール４０と、を含み構成されている。
【００２５】
走査ガントリ１０は、回転陽極Ｘ線管１１と、この回転陽極Ｘ線管１１の管電圧、管電流、曝射時間等を制御するＸ線制御部１２と、Ｘ線の体幅方向及び体軸方向の曝射範囲を制限するコリメータ１３と、このコリメータ１３の位置制御を行うコリメータ制御部１４と、多数のＸ線検出素子をマトリクス状に配列した多列検出器であるＸ線検出器アレイ１６と、このＸ線検出器アレイ１６の検出データ、即ち、投影データを収集するデータ収集部（ＤＡＳ）１７と、これらを被検体Ｐの体軸回りに回転させる回転機構部１５と、を含み構成されている。
【００２６】
Ｘ線検出器アレイ１６は、図２に示すように、多数のＸ線検出素子が被検体Ｐの体軸方向及び体幅方向にマトリクス状に配列された構成となっており、スライス方向に配列された検出器列毎に投影データを収集する。
【００２７】
また、操作コンソール４０は、当該Ｘ線ＣＴ装置の主制御処理（スキャン制御、断層画像再構成処理等）を行う中央処理装置４１（そのＣＰＵ４１ａ及びこのＣＰＵ４１ａが使用する主メモリ（ＭＥＭ）４１ｂから成る）と、キーボードやマスス等から成る入力装置４２と、撮影計画のための撮像パラメータ（管電圧、管電流、スキャン時間、被検体体軸方向のスライス厚等）や撮影結果の断層画像等を表示するための表示装置（ＣＲＴ）４３と、ＣＰＵ４１ａと走査ガントリ１０や撮影テーブル１９との間で各種の制御信号やモニタ信号のやり取りを行う制御インタフェース４４と、データ収集部１７からの投影データを蓄積するデータ収集バッファ４５と、Ｘ線ＣＴ装置の運用に必要な各種データやアプリケーションプログラム等を記憶する二次記憶装置（ディスク等）４６と、ＣＰＵ４１ａの共通バス４７と、を含み構成されている。
【００２８】
このような構成において、当該Ｘ線ＣＴ装置において行われるＸ線撮影の動作を説明すると、回転陽極Ｘ線管１１から照射されるＸ線は、被検体Ｐを透過してＸ線検出器アレイ１６の各検出器列に一斉に入射する。データ収集部１７は、Ｘ線検出器アレイ１６の各検出器列から被検体Ｐの投影データを収集（この際、スライス方向に配列された各検出器列において順次投影データ収集する走査が行われる）して、データ収集バッファ４５に格納する。さらに、走査ガントリ１０が僅かに回転した位置において、上述した撮影を再度行い、その投影データを収集、蓄積する。以下、同様にして走査ガントリ１０の１回転分の投影データを収集、蓄積すると共に、Ａｘｉａｌ／Ｈｅｒｉｃｌスキャン方式に従って撮影テーブル１９を被検体Ｐの体軸方向に間欠的／連続的に移動させて、被検体Ｐの所要撮影領域についての全投影データを収集、蓄積する。そして、ＣＰＵ４１ａは、得られた全投影データに基づき、被検体ＰのＣＴ断層像を複数枚再構成し、表示装置４３に表示する。
【００２９】
＜回転陽極Ｘ線管の構成＞
次に、図１に示す回転陽極Ｘ線管１１の全体構成について、図３を参照しつつ説明する。図３に示すように、回転陽極Ｘ線管１１は、管内を真空に保つ外囲器６１と、熱電子を発生するフィラメント６２と、このフィラメント６２から発生し、加速された熱電子を集束する集束電極６３と、これらフィラメント６２及び集束電極６３を支持する陰極スリーブ６４と、傘状のタングステン円盤等から成り、熱電子が衝突することでＸ線を発生するターゲット６５と、このターゲット６５を回転支持する回転陽極子６７と、この回転陽極子６７を軸支するベアリング６８と、当該回転陽極Ｘ線管１１の陽極側を支持する陽極軸６９と、を含み構成されている。尚、回転陽極子６７は、外囲器６１の周囲に設けられた不図示のステータコイルから加わる磁界（回転磁界等）によって高速で回転する。また、ターゲット６５の傘状部分の傾斜角度は、当該ターゲット６５から放出されるＸ線がＸ線検出器アレイ１６の各検出器列に一斉に入射するように設けられている。また、当該回転陽極Ｘ線管１１からは大量の熱が発生することから、その周囲をアルミ製等のハウジング７０で覆い、この中に外部から冷却油を循環させて当該回転陽極Ｘ線管１１を強制冷却することが行われる。
【００３０】
このような構成において、フィラメント６２で発生した熱電子は、陰極スリーブ６４と回転陽極子６７との間に印加される高電圧によって加速され、電子線として集束電極６３により集束されて、ターゲット６５上の小さな焦点６６に衝突する。これにより、ターゲット６５の焦点６６においてＸ線が発生する。一般に、熱電子のＸ線への変換効率は１％以下と低く、このためエネルギーの大半は熱に変換され、焦点６６において高熱が発生するため、回転陽極子６７（ターゲット６５）を陽極軸６９の回りに高速（１３０〜１６０Ｈｚ程度）で回転させて、焦点６６の実効面積を拡大し、所要のＸ線出力を得ると共に、Ｘ線管１１の故障や破損につながる過熱を防止することが行われる。
【００３１】
＜ターゲットの構成＞
ここで、本発明の特徴部分である回転陽極Ｘ線管１１のターゲット６５の全体構成について、図４（Ａ）、図４（Ｂ）を参照しながら説明する。図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、ターゲット６５は、例えばその円周方向に複数の領域に区分された傾斜面、具体的には、回転角９０度毎に、その傾斜角（以下、ターゲット角と称する）を６度と１０度とで交互に入れ替えた複数の傾斜面を有している。即ち、当該ターゲット６５がステータコイルからの回転磁界により９０度回転される毎に、６度と１０度とでターゲット角が切り替えられて、当該ターゲット６５から発生するＸ線は、そのターゲット角に応じた方向に、且つ、Ｘ線検出器アレイ１６のスライス方向の各検出器列に対してその線量分布が一様となるように照射される構成となっている。因みに、ターゲット６５の互いに隣接する傾斜面の境界部分は、エッジにより熱電子のエネルギーが極端に損失されることを防止するために滑らかに繋がれている。
【００３２】
尚、当該ターゲット６５の複数の傾斜面の個数と、そのターゲット角とは、当該ターゲット６５の回転時における安定性を考慮して、それらの回転重心が当該ターゲット６５の回転軸上に位置するように、当該ターゲット６５の回転軸を基準とする点対象となるべく設けられることとする。具体的には、複数の傾斜面の個数は、４個若しくは８個に決定されることが好ましく、また、それらのターゲット角は、互いに異なる角度が交互に同じ回数だけ繰り返されることが好ましい。ここで、ターゲット角としては、当該ターゲット角がターゲット６５とＸ線検出器アレイ１６間の距離や、ターゲット６４に衝突するフィラメント６２からの熱電子の入射角に応じて決定され、また、従来のマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置のターゲットにおけるターゲット角が、一般に７度や９度であることを鑑みて、これをカバーする範囲内においてＸ線の照射方向の切り替えを行うべく、６度及び１０度、若しくは、その近傍の角度に決定されることが好ましい。
【００３３】
このような構成により、当該ターゲット６５から放出されるＸ線は、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、６度のターゲット角と１０度のターゲット角とに対応した照射方向をもって、Ｘ線検出器アレイ１６のスライス方向における各検出器列に照射されることになり、それらの線量を合算した線量分布は、図６に示すように、従来における場合（図９を参照）と比較して一様となり、その差が低減されることになる（但し、ターゲット６５から照射されるＸ線は、当該ターゲット６５の１回転につき、６度のターゲット角と１０度のターゲット角とに対応した照射方向をもって、２回程繰り返して照射されることから、図６（Ａ）、図６（Ｂ）においては、それらを合計した線量を示してある）。尚、ターゲット６５から照射されるＸ線は、後述するように、当該ターゲット６５の回転周期がＸ線検出器アレイ１６のデータ収集周期（各検出器列における一連のデータ収集が一通り完了するまでの周期）の整数分の１に調整されることから、さらに当該整数回だけ繰り返して照射されることとなり、その線量は図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示した値の当該整数倍となる。これをもって、図９に示す従来の場合と同等の線量となる。
【００３４】
従って、このようにターゲット６５から放出されるＸ線の照射方向を複数回に亘って切り替えることで、Ｘ線検出器アレイ１６のスライス方向における各検出器列においては、その線量分布の差が低減されることから、当該各検出器列により検出された投影データに基づき再構成される断層画像の画質の差を抑えることができる。
【００３５】
尚、当該Ｘ線ＣＴ装置においては、このターゲット６５の回転周期は、Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集周期（各検出器列における一連のデータ収集が一通り完了するまでの周期）と当該ターゲット６５の回転周期が異なることによりＸ線検出器アレイ１６のデータ収集周期内において各検出器列に照射されるＸ線の線量の分布に不均一さが生じることを防止するために、Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集周期の整数分の１に調整する制御を行うこととする。即ち、Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集周期内において各検出器列に照射されるＸ線の照射方向が繰り返し、丁度、整数回だけ切り替えられるように、ターゲット６５の回転周期をＸ線検出器アレイ１６のデータ収集周期の整数分の１に調整する制御を行う。
【００３６】
図７に、このターゲット６５の回転周期をＸ線検出器アレイ１６のデータ収集周期の整数分の１に制御するための制御構成を表すブロック図を示す。図７に示すように、ターゲット６５の回転軸には、その回転位置を検出するロータリエンコーダ等の位置検出器１１０が設けられている。また、Ｘ線検出器アレイ１６には、当該Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集周期に応じて、当該データ収集周期とターゲット６５の回転周期を整数倍した周期とを同期させるための同期信号（Ｘ線検出器アレイ１６の各検出器列においてデータ収集が開始された時点と完了された時点を報知する信号）を発生する同期信号発生器１２０が設けられている。このような構成において、回転制御部１３０（上述したＸ線制御部１２により構成しても良い）は、位置検出器１１０から出力されるターゲット６５の回転位置に関する位置信号と、同期信号発生器１２０から発生される同期信号とに基づいて、Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集周期を算出（具体的には、データ収集が開始された時点を報知する同期信号と、データ収集が完了された時点を報知する同期信号との発生時間差を算出する）しつつ、ターゲット６５の回転周期がそのデータ収集周期の整数分の１になるように当該ターゲット６５の回転数を調整するべく、ステータコイルにより発生する回転磁界の強度を制御する。
【００３７】
これにより、Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集周期内において、ターゲット６５から照射されるＸ線の照射方向が整数回だけ繰り返し切り替えられることになるため、Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集周期内において各検出器列に照射されるＸ線の線量の分布に不均一さが生じることを防止することができる。
【００３８】
さらに、当該Ｘ線ＣＴ装置においては、上述したように、ターゲット６５の複数の傾斜面の境界部分にフィラメント６２からの熱電子が衝突して、発生するＸ線の線量に不均一さが生じることを防止するために、回転制御部１３０は、ターゲット６５の複数の傾斜面の境界部分を避けてフィラメント６２からの熱電子が衝突するように、このフィラメント６２から発生する熱電子の出力制御を行うこととする。
【００３９】
図８に、このフィラメント６２から発生する熱電子の出力制御を行うための制御構成を表すブロック図を示す。図８に示すように、ターゲット６５の回転軸には、その回転位置を検出するロータリエンコーダ等の位置検出器１１０が設けられている。また、Ｘ線検出器アレイ１６には、当該Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集周期に応じて、ターゲット６５の回転周期を同期させるための同期信号（Ｘ線検出器アレイ１６の各検出器列においてデータ収集が開始された時点と完了された時点を報知する信号）を発生する同期信号発生器１２０が設けられている。さらに、フィラメント６２の前面に設けられ、自身に負のバイアス電圧が印加されることでフィラメント６２から放出される熱電子を阻止する方向に磁界を発生させるグリッド７１と、このグリッド７１に、所定のタイミングにて上述した負のバイアス電圧を印加することで熱電子の放出制御（熱電子を放出するタイミングの制御）を行うグリッド制御装置１４０とが設けられている。このような構成において、回転制御部１３０（上述したＸ線制御部１２により構成しても良い）は、位置検出器１１０から出力されるターゲット６５の回転位置に関する位置信号と、同期信号発生器１２０から発生される同期信号とに基づいて、Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集周期を算出（具体的には、データ収集が開始された時点を報知する同期信号と、データ収集が完了された時点を報知する同期信号との発生時間差を算出する）しつつ、ターゲット６５の回転周期がそのデータ収集周期の整数分の１になるように当該ターゲット６５の回転数を調整するべく、ステータコイルにより発生する回転磁界の強度を制御する。さらに、グリッド制御装置１４０は、位置検出器１１０から出力されるターゲット６５の回転位置に関する位置信号に基づいて、ターゲット６５の複数の傾斜面の境界部分の位置を特定（即ち、ターゲット６５の回転位置と複数の傾斜面の境界部分の位置とは、予め対応付けられている）して、当該境界位置を避けてフィラメント６２からの熱電子が衝突するように、グリッド７１に対して所定のタイミングにて上述した負のバイアス電圧を印加することでフィラメント６２から熱電子が放出されるタイミングを調整すると同時に、同期信号発生器１２０から発生される同期信号に基づいて、Ｘ線検出器アレイ１６のデータ収集期間内においてのみターゲット６５からＸ線を照射するべく、グリッド７１に対して所定のタイミングにて上述した負のバイアス電圧を印加することでフィラメント６２から熱電子が放出されるタイミングを調整する制御を行う。
【００４０】
尚、以上に説明した本実施形態におけるＸ線ＣＴ装置は、本発明の好適な一実施形態を例示したものであり、その他の実施形態を除外するものではない。
【００４１】
例えば、本実施形態におけるＸ線ＣＴ装置では、ターゲット６５の複数の傾斜面の個数を４個とし、それらのターゲット角を６度と１０度とで交互に切り替える構成としたが、これらは、上述したように、ターゲット６５の回転時における安定性を考慮して、それらの回転重心がターゲット６５の回転軸上に位置するように、ターゲット６５の回転軸を基準とする点対象となるべく設けられれば良く、本条件を満たす限り、この他の個数と角度が設定されても良い。また、ターゲット角は、ターゲット６５とＸ線検出器アレイ１６間の距離や、ターゲット６４に衝突するフィラメント６２からの熱電子の入射角に応じて決定されるものであり、本条件に対応した範囲内であれば、この他の角度が設定されても良い。
【００４２】
また、本実施形態におけるＸ線ＣＴ装置では、Ｘ線検出器として、複数の検出器列がアレイ状に配列されるＸ線検出器アレイ１６を例に挙げて説明したが、この他にも、マトリクス状に配置された検出素子が区分されることで複数の検出器列が構成される平面検出器を用いることにしても良い。
【符号の説明】
【００４３】
１０ 走査ガントリ １１ 回転陽極Ｘ線管 １２ Ｘ線制御部
１３ コリメータ １４ コリメータ制御部 １５ 回転機構部
１６ Ｘ線検出器アレイ １７ データ収集部（ＤＡＳ） １９ 撮影テーブル
４０ 操作コンソール ４１ 中央処理装置 ４１ａ ＣＰＵ
４１ｂ 主メモリ（ＭＥＭ） ４２ 入力装置 ４３表示装置（ＣＲＴ）
４４ 制御インタフェース ４５ データ収集バッファ
４６ 二次記憶装置（ディスク等） ４７ 共通バス
６１ 外囲器 ６２ フィラメント ６３ 集束電極 ６４ 陰極スリーブ
６５ ターゲット ６６ 焦点 ６７ 回転陽極子 ６８ ベアリング
６９ 陽極軸 ７０ ハウジング ７１ グリッド
１１０ 位置検出器 １２０ 同期信号発生器 １３０ 回転制御部
１４０ グリッド制御装置 Ｐ 被検体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管と、被検体の体軸方向に複数の検出器列を配列してなり、被検体を透過したＸ線を検出する検出器とを備え、前記Ｘ線管及び前記検出器前記被検体の体軸周りに回転させつつ、前記検出器により検出されたＸ線の線量に基づき、前記被検体の断層画像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、
前記Ｘ線管は、
電子線を放出する陰極と、
前記陰極と対向する位置に傾斜面が形成され、前記放出された電子線が当該傾斜面に衝突することで、当該傾斜面の傾斜角度に応じた方向にＸ線を放出する円盤状のターゲットとを備え、
前記ターゲットの傾斜面は、前記円周方向に等分された複数の領域からなり、当該複数の領域における傾斜角度は、互いに隣接する領域と異なり、
前記隣接する領域の境界部分は、滑らかに繋がれていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
前記検出器において前記複数の検出器列毎のＸ線の線量の検出が一通り完了するまでの検出周期を導出する周期導出手段と、
前記導出された検出周期に基づいて、当該検出周期が前記ターゲットの回転周期の整数倍となるように前記円盤状のターゲットの回転数を調整する制御を行う回転制御部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
前記周期導出手段は、前記検出器において前記複数の検出器列毎のＸ線の線量の検出が開始された時点から終了された時点までの時間を前記検出周期として検知する開始／終了検知手段と、を有していることを特徴とする請求項２記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】
前記ターゲットの回転位置を検出する位置検出手段と、
前記陰極から放出される電子線の進行を妨げる方向に磁界を発生させることで、前記陰極から前記電子線が放出されることを抑制する電子線放出抑制手段と、
前記検出された回転位置に基づいて、前記複数の領域の境界部分を特定して、前記電子線が当該境界部分を避けて衝突するように前記電子線放出抑制手段により前記陰極から前記電子線を放出するタイミングを調整する制御を行う電子線放出制御手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項５】
前記ターゲットの傾斜面を等分する複数の領域は、前記ターゲットの回転軸を基準とする点対称となるように、その個数と傾斜角度とが設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１】
Ｘ線管と、被検体の体軸方向に複数の検出器列を配列してなり、被検体を透過したＸ線を検出する検出器とを備え、前記Ｘ線管及び前記検出器前記被検体の体軸周りに回転させつつ、前記検出器により検出されたＸ線の線量に基づき、前記被検体の断層画像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、
前記Ｘ線管は、
電子線を放出する陰極と、
前記陰極と対向する位置に傾斜面が形成され、前記放出された電子線が当該傾斜面に衝突することで、当該傾斜面の傾斜角度に応じた方向にＸ線を放出する円盤状のターゲットとを備え、
前記ターゲットの傾斜面は、前記円周方向に等分された複数の領域からなり、当該複数の領域における傾斜角度は、互いに隣接する領域と異なり、
前記隣接する領域の境界部分は、滑らかに繋がれていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
前記検出器において前記複数の検出器列毎のＸ線の線量の検出が一通り完了するまでの検出周期を導出する周期導出手段と、
前記導出された検出周期に基づいて、当該検出周期が前記ターゲットの回転周期の整数倍となるように前記円盤状のターゲットの回転数を調整する制御を行う回転制御部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
前記周期導出手段は、前記検出器において前記複数の検出器列毎のＸ線の線量の検出が開始された時点から終了された時点までの時間を前記検出周期として検知する開始／終了検知手段と、を有していることを特徴とする請求項２記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】
前記ターゲットの回転位置を検出する位置検出手段と、
前記陰極から放出される電子線の進行を妨げる方向に磁界を発生させることで、前記陰極から前記電子線が放出されることを抑制する電子線放出抑制手段と、
前記検出された回転位置に基づいて、前記複数の領域の境界部分を特定して、前記電子線が当該境界部分を避けて衝突するように前記電子線放出抑制手段により前記陰極から前記電子線を放出するタイミングを調整する制御を行う電子線放出制御手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項５】
前記ターゲットの傾斜面を等分する複数の領域は、前記ターゲットの回転軸を基準とする点対称となるように、その個数と傾斜角度とが設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１４８９２０（Ｐ２０１０−１４８９２０Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６７４５７（Ｐ２０１０−６７４５７）
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【分割の表示】特願２００３−４１１５８２（Ｐ２００３−４１１５８２）の分割
【原出願日】平成１５年１２月１０日（２００３．１２．１０）
【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２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【分割の表示】特願２００３−４１１５８２（Ｐ２００３−４１１５８２）の分割
【原出願日】平成１５年１２月１０日（２００３．１２．１０）
【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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