(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管とＸ線検出器との少なくとも一方が被検体の周囲を回転しながら投影データを全角度的に収集し、これらの投影データから断層像を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、
固定部と、
前記固定部に回転自在に保持された中間回転リングと、
前記中間回転リングと同軸で回転自在に前記中間回転リングに保持され、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器との少なくとも一方を保持する回転リングと、
前記回転リングを前記中間回転リングより速い回転角速度で回転駆動するために、前記中間回転リングを回転駆動する回転駆動手段と、前記中間回転リングに自転可能に保持され且つ前記固定部と前記回転リングとの間に嵌込まれ、前記中間回転リングの回転に伴う自転及び公転により前記回転リングを回転駆動する遊星回転体とからなる回転駆動手段とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】
Ｘ線管とＸ線検出器との少なくとも一方が被検体の周囲を回転しながら投影データを全角度的に収集し、これらの投影データから断層像を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、
固定部と、
前記固定部に回転自在に保持された中間回転リングと、
前記中間回転リングと同軸で回転自在に前記中間回転リングに保持され、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器との少なくとも一方を保持する回転リングと、
前記回転リングを前記中間回転リングより速い回転角速度で回転駆動するために、前記中間回転リングを回転駆動する第１の回転駆動手段と、前記回転リングを前記中間回転リングより速い回転角速度で回転駆動する第２の回転駆動手段とからなる回転駆動手段とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
前記回転駆動手段は、回転駆動手段と、前記回転駆動手段の回転軸に装備され、前記中間回転リングに前記回転駆動手段の回転運動を伝達するための第１のプーリと、前記回転駆動手段の回転軸に装備され、前記第１のプーリより径が大きく、前記回転リングに前記回転駆動手段の回転運動を伝達するための第２のプーリとからなることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、Ｘ線管とＸ線検出器の少なくとも一方が被検体の周囲を高速回転しながら投影データを全角度的に収集し、これらの投影データから断層像を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種のＸ線コンピュータ断層撮影装置には、第３世代のＲ／Ｒ方式であれば、固定部にベアリングを介して回転可能に保持された回転リングが備えられ、この回転リングにＸ線管とＸ線検出器とが対向して配置されなる。撮影時には、回転リングの中央開口部に被検体が挿入され、回転リングがローテンションモータの回転力を受けて高速回転される。この回転の間、連続的又は微小角度毎にＸ線曝射及び透過Ｘ線の検出動作が繰り返され、被検体のあるスライス面に関する投影データが全角度的に収集される。これらの投影データはコンピュータシステムに送られ、そこで再構成処理に供せられ、断層像が再構成される。
【０００３】
ところで、被検体の拘束時間の短縮、患者スループットの向上、態動アーチファクトの抑制等の課題を根本的に解決するためには、撮影時間の短縮化が効果的であり、このため回転リングの高速回転化が望まれている。この高速回転化には管電力の伝達方法等の解決すべき様々な障害があるが、その１つがベアリングの耐久特性に関わるものである。ベアリングの耐久特性は、ベアリング径と回転数との乗算結果から導かれるＤＮ値が基準とされる。このＤＮ値が許容値を越えた回転は、ベアリングの寿命を極端に低下してしまう。したがって、回転リングの単位時間当たりの回転数は、ＤＮ値が許容値以下の範囲内に抑えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、回転リングの高速回転を許容するＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１局面は、Ｘ線管とＸ線検出器との少なくとも一方が被検体の周囲を回転しながら投影データを全角度的に収集し、これらの投影データから断層像を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、固定部と、前記固定部に回転自在に保持された中間回転リングと、前記中間回転リングと同軸で回転自在に前記中間回転リングに保持され、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器との少なくとも一方を保持する回転リングと、前記回転リングを前記中間回転リングより速い回転角速度で回転駆動するために、前記中間回転リングを回転駆動する回転駆動手段と、前記中間回転リングに自転可能に保持され且つ前記固定部と前記回転リングとの間に嵌込まれ、前記中間回転リングの回転に伴う自転及び公転により前記回転リングを回転駆動する遊星回転体とからなる回転駆動手段とを具備する。
本発明の第２局面は、Ｘ線管とＸ線検出器との少なくとも一方が被検体の周囲を回転しながら投影データを全角度的に収集し、これらの投影データから断層像を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、固定部と、前記固定部に回転自在に保持された中間回転リングと、前記中間回転リングと同軸で回転自在に前記中間回転リングに保持され、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器との少なくとも一方を保持する回転リングと、前記回転リングを前記中間回転リングより速い回転角速度で回転駆動するために、前記中間回転リングを回転駆動する第１の回転駆動手段と、前記回転リングを前記中間回転リングより速い回転角速度で回転駆動する第２の回転駆動手段とからなる回転駆動手段とを具備する。
【０００６】
【作用】
本発明によれば、回転リングと固定部との間には中間回転リングが介挿され、固定部に対する回転リングの回転が固定部に対する中間回転リングの回転と中間回転リングに対する回転リングの回転とに分担され、固定部に対する中間回転リングの回転と中間回転リングに対する回転リングの回転との各回転数が固定部に対する回転リングの回転数より理想的には１／２になり、高速回転に対する構造上の耐久性の制限が実質的に拡大されて、回転リングの高速回転が可能になる。
【０００７】
【実施例】
以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。
Ｘ線コンピュータ断層像撮影装置は、多方向からのＸ線投影データ（投影積分値）について逐次近似法やフーリエ計算法などの再構成処理法を適用し各点のＸ線吸収係数を計算し、そのＸ線吸収係数に応じた階調度を与え、断層像を得る装置であり、Ｘ線管から絞り装置を通って扇状に拡がるファンビームＸ線を被検体に向けて放射し、生体組織にわずかに吸収されて減衰したあと、多チャンネル型Ｘ線検出器の各Ｘ線検出素子で経路の異なるＸ線強度を個々に検出し、これら検出信号をデータ収集部で所定レベルに増幅し且つディジタル信号に変換したあと、コンピュータシステムで逐次近似法やフーリエ計算法などの再構成処理法を適用して撮影領域内各点のＸ線吸収係数に応じたＣＴ値を計算し、これらＣＴ値を２時減に分布して断層像を生成するものである。
【０００８】
このようなＸ線コンピュータ断層撮影装置には、多チャンネル型Ｘ線検出器が固定されＸ線管だけが被検体の周囲を回転しながら投影データを全角度的に収集するタイプや、Ｘ線管と多チャンネル型Ｘ線検出器とが共に被検体の周囲を回転しながら投影データを全角度的に収集するタイプ等様々なタイプがあるが、本発明のＸ線コンピュータ断層撮影装置としてはＸ線管と多チャンネル型Ｘ線検出器との少なくとも一方が被検体の周囲を回転するものであれば、いずれのタイプでもよい。ここでは、Ｘ線管と多チャンネル型Ｘ線検出器とが共に被検体の周囲を回転しながら投影データを全角度的に収集するタイプを例にとって説明するものとする。
【０００９】
図１に本発明によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の主要構造物であるところのガントリ内部の概略構造を示している。Ｘ線管１と多チャンネル型のＸ線検出器２とは、差動回転駆動手段としての差動回転駆動機構３により、ガントリ中央部の開口部を挟んで対向した状態で、且つ回転自在に支持される。撮影時には開口部に被検体が挿入される。
【００１０】
図２は第１実施例に係る差動回転駆動機構３の構造図であり、図３は図２のＡ−Ａ´断面図である。４は固定部である。
この固定部４には図示しないがリング状に内歯車が設けられている。固定部４には、ベアリング７を介して中間回転リング５が回転中心０に関して回転自在に支持されている。この中間回転リング５の一部に設けられたプーリと、固定部４に設けられた回転駆動手段としての原動機１０の回転駆動軸に装着された駆動プーリ８との間には、無端ベルト９が掛け渡されている。原動機１０の回転運動は、駆動プーリ８と無端ベルト９を介して中間回転リング５に伝達され、中間回転リング５が回転駆動される。中間回転リング５には、遊星回転体としての複数の遊星歯車６が離散的に、ここでは４つの遊星歯車６が９０°づつずれた位置に回転（自転）自在に支持されている。
【００１１】
Ｘ線管１と多チャンネル型のＸ線検出器２とを開口部を挟んで対向した状態で保持する回転リング１１は、ベアリング１２を介して中間回転リング５と同軸、つまり同じ回転中心０に関して回転自在に中間回転リング５に支持されている。回転リング１１の外周には、図示しないが歯車（以下「外歯車」という）が形成されている。この外歯車と固定部４の内歯車とは対向して配置され、両歯車には遊星歯車６がかみ合わされている。中間回転リング５が回転すると、遊星歯車６が自転しながら且つ回転中心０のまわりを公転する。この遊星歯車６の自転及び公転に連動して回転リング１１が回転する。
【００１２】
ここで、固定部４の内歯車の内径をＤＳ  、遊星歯車６の径をｄ、回転リング１１の外歯車の径をＤＡ  として、中間回転リング５を単位時間当たり（例えば毎秒）回転数ｎｂ  で回転駆動した場合を想定する。このとき遊星歯車６の自転の単位時間当たり回転数ｎｐ  は、次の（１）式で表される。
【００１３】
ｎｐ  ＝（ＤＳ  ／ｄ）×ｎｂ                                      …（１）
また、回転リング１１の回転数ｎＡ  は、次の（２）式で表される。
0003607321.tif 000002
ベアリング７が受ける回転数、つまり固定部４に対する中間回転リング５の相対的な回転数（差動回転数）ｎＢＡ、ベアリング１２が受ける回転数、つまり中間回転リング５に対する回転リング１１の相対的な回転数（差動回転数）ｎＢＢは、それぞれ次の（３）式、（４）式で表される。
【００１４】
0003607321.tif 000003
常に、ＤＳ  ＞ＤＡ  であるので、ｎＢＢ＞ｎｂ  が成り立ち、回転リング１１は中間回転リング５より速い回転角速度で回転することになる。
【００１５】
したがって、ｎＢＢとｎＡ  との回転比は次の（５）式で表される。
0003607321.tif 000004
常に、ＤＳ  ＞ＤＡ  であるので、ＤＳ  ／ＤＡ  ＞１が成り立つ。これにより、次の（６）式が成立する。
【００１６】
１／２＜ｎＢＢ／ｎＡ  ＜１                                      …（６）
したがって、ベアリング７及びベアリング１２各々が受ける回転数を最小にするような理想的な状態では、ベアリング７が受ける回転数ｎＢＡ及びベアリング１２が受ける回転数ｎＢＢを、固定部４に対する回転リング１１の相対的な回転数ｎＡ  の１／２にすることができ、ベアリングの耐久特性を示すＤＮ値が許容値を越えることなく、回転リング１１の高速回転が可能になる。つまり、ベアリング７、１２を従来の中間回転リングの無いもののベアリングと同じＤＮ値のものを採用しても、回転リング１１の最高回転数を略２倍に高めることができる。したがって、スキャン時間が短縮されて被検体の１回の息止め時間中に広い範囲の投影データを収集することができるようになると共に、被検体の拘束時間の短縮、患者スループットの向上、態動アーチファクトの抑制の課題が根本的に解決される。
【００１７】
次に第２実施例について説明する。
図４は第２実施例に係る差動回転駆動機構３の構造図であり、図５は図４のＢ−Ｂ´断面図である。２０は固定部である。この固定部２０にはベアリング２３を介して中間回転リング２１が回転中心０に関して回転自在に支持されている。この中間回転リング２１の一部に設けられたプーリと、固定部２０に設けられた回転駆動手段としての原動機２６の回転軸に装着された駆動プーリ２７との間には、無端ベルト２８が掛け渡されている。原動機２６の回転運動は、無端ベルト２８により中間回転リング２１に伝達され、中間回転リング２１が回転駆動される。
【００１８】
Ｘ線管１と多チャンネル型のＸ線検出器２とを開口部を挟んで対向した状態で保持する回転リング２４は、ベアリング２５を介して中間回転リング２１と同軸、つまり同じ回転中心０に関して回転自在に中間回転リング２１に支持されている。回転リング２４の一部に設けられたプーリと、回転中心０に関して公転するように中間回転リング２１に設けられた回転駆動手段としての原動機２９の回転駆動軸に装着された駆動プーリ３０との間には、無端ベルト３１が掛け渡されている。原動機２９の回転運動は、無端ベルト３１により回転リング２４に伝達され、回転リング２４が回転駆動される。
【００１９】
原動機２６と原動機２９には図示しないが各々独立した駆動回路が接続され、両駆動回路には図示しないが共通の制御回路が接続されている。制御回路が各駆動回路を個々に制御することにより、原動機２６と原動機２９の各回転数は同じ又は各別に制御される。
【００２０】
このような構成において、原動機２６の単位時間当たりの回転数をｎＡ  とし、原動機２９の単位時間当たりの回転数をＢ  とし、また原動機２６による中間回転リング２１の固定部２０に対する単位時間当たりの回転数をｎＢＢとし、原動機２９による回転リング２４の中間回転リング２１に対する相対的な単位時間当たりの回転数（中間回転リング２１の単位時間当たりの回転数ｎＢＢで回転する回転座標系における回転数）をｎＢＡと仮定する。原動機２９は中間回転リング２１上に設けられ、中間回転リング２１と共に回転中心Ｏの回りを回転（公転）するので、回転リング２４は中間回転リング２１より速い回転角速度で回転し、具体的には回転リング２４の固定部２０に対する単位時間当たりの回転数ｎは、次の（７）式で表される。
【００２１】
ｎ＝ｎＢＡ＋ｎＢＢ                                              …（７）
したがって、ｎＢＡ＝ｎＢＢ＝１／２×ｎとなる理想的な状態では、ベアリング２３，２５が受ける回転数は、中間回転リング２１が無い場合の半分に抑えられ、ベアリングの耐久特性を示すＤＮ値が許容値を越えることなく、回転リング２４の高速回転が可能になる。つまり、ベアリング２３、２５を従来の中間回転リングの無いもののベアリングと同じＤＮ値のものを採用しても、回転リング２４の最高回転数を略２倍に高めることができる。したがって、スキャン時間が短縮されて被検体の１回の息止め時間中に広い範囲の投影データを収集することができるようになると共に、被検体の拘束時間の短縮、患者スループットの向上、態動アーチファクトの抑制の課題が根本的に解決される。
【００２２】
また、原動機２６と原動機２９の回転数を、中間回転リング２１が無い場合の半分に抑えることができ、原動機２６と原動機２９の負担が軽減される。
次に第３実施例について説明する。
【００２３】
図６は第３実施例に係る差動回転駆動機構３の構造図であり、図７は図６のＣ−Ｃ´断面図である。４０は固定部である。この固定部４０にはベアリング４１を介して中間回転リング４２が回転中心０に関して回転自在に支持されている。また、Ｘ線管１と多チャンネル型のＸ線検出器２とを開口部を挟んで対向した状態で保持する回転リング４４は、ベアリング４３を介して中間回転リング４２と同軸、つまり同じ回転中心０に関して回転自在に中間回転リング４２に支持されている。中間回転リング４２と回転リング４４にはそれぞれ後述する無端ベルトを掛けるための同径のプーリが設けられている。
【００２４】
固定部４０に設置された回転駆動手段としての原動機５１の回転軸に設けられた歯車５２には、固定部４０に設置されたベアリング５４により回転自在に支持されたシャフト４８に設けられた歯車５３が噛み合わされている。原動機５１の回転運動は、歯車５２，５３を介してシャフト４８に伝達される。
【００２５】
シャフト４８には、径の異なる大小２つのプーリ４９，５０が設けられる。径の小さなプーリ４９と、中間回転リング４２との間には無端ベルト４７が掛け渡されている。シャフト４８の回転運動は、無端ベルト４７を介して中間回転リング４２に伝達される。径の大きなプーリ５０と、回転リング４４との間には無端ベルト４６が掛け渡されている。シャフト４８の回転運動は、無端ベルト４６を介して回転リング４４に伝達される。したがって、回転リング２４は中間回転リング２１より速い回転角速度で回転することになる。勿論、回転リング４４が中間回転リング４２より速い回転角速度で回転すれば、プーリ４９，５０の各径を同じにして、中間回転リング４２に設けられたプーリより回転リング４４に設けられたプーリの径を小さくしてもよい。その他、回転リング４４が中間回転リング４２より速い回転角速度で回転する限りにおいて、プーリ４９，５０、中間回転リング４２に設けられたプーリ、回転リング４４に設けられたプーリの各径は、任意に調整することができる。
【００２６】
回転リング４４の単位時間当たりの回転数をｎＡ  、中間回転リング４２の単位時間当たりの回転数をｎＢ  （ｎＢ  ＜ｎＡ  ）とすると、ベアリング４１が受ける回転数、つまり固定部４０に対する中間回転リング４２の相対的な回転数（差動回転数）ｎＢＢ、ベアリング４３が受ける回転数、つまり中間回転リング４２に対する回転リング４４の相対的な回転数（差動回転数）ｎＢＡは、それぞれ次の（８）式、（９）式で表される。
【００２７】
ｎＢＢ＝ｎＢ                                                    …（８）
ｎＢＡ＝ｎＡ  −ｎＢ                                              …（９）
ここで、ｎＢＢとｎＢＡとを共に最小にするには、プーリ４９，５０、中間回転リング４２に設けられたプーリ、回転リング４４に設けられたプーリの各径を調整して、中間回転リング４２の回転数ｎＢ  を、回転リング４４の回転数ｎＡ  の１／２にすればよい。したがって、ベアリング４１、４３を従来の中間回転リングの無いもののベアリングと同じＤＮ値のものを採用しても、回転リング４４の最高回転数を略２倍に高めることができる。したがって、スキャン時間が短縮されて被検体の１回の息止め時間中に広い範囲の投影データを収集することができるようになると共に、被検体の拘束時間の短縮、患者スループットの向上、態動アーチファクトの抑制の課題が根本的に解決される。
【００２８】
本発明は上述した実施例に限定されず、種々変形して実施可能である。上述の説明では、中間回転リングは１つとして説明したが、複数（ｎ個）の中間回転リングが多断層に組み合わされていてもよい。この場合、固定部と最端の中間回転リングとの間のベアリング、各中間回転リング間のベアリング、中間回転リングと回転リングとの間のベアリングの各々が受ける回転数は、回転リングの回転数の１／ｎでよく、これに伴って回転リングの最高回転数を従来の中間回転リングの無いものに比べて略ｎ倍に高めることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、回転リングと固定部との間には中間回転リングが介挿され、固定部に対する回転リングの回転が固定部に対する中間回転リングの回転と中間回転リングに対する回転リングの回転とに分担され、固定部に対する中間回転リングの回転と中間回転リングに対する回転リングの回転との各回転数が固定部に対する回転リングの回転数より理想的には１／２になり、高速回転に対する構造上の耐久性の制限が実質的に拡大されて、回転リングの高速回転が可能になるＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガントリ内部の概略構造図。
【図２】第１実施例による差動回転駆動機構の構造図。
【図３】図２のＡ−Ａ´断面図。
【図４】第２実施例による差動回転駆動機構の構造図。
【図５】図４のＢ−Ｂ´断面図。
【図６】第３実施例による差動回転駆動機構の構造図。
【図７】図６のＣ−Ｃ´断面図。
【符号の説明】
１…Ｘ線管、２…多チャンネル型Ｘ線検出器、
３…差動回転駆動機構、４…固定部、
５…中間回転リング、６…遊星歯車、
７…ベアリング、８…駆動プーリ、
９…無端ベツト、１０…原動機、
１１…回転リング、１２…ベアリング。
【図１】
0003607321.tif 000005
【図２】
0003607321.tif 000006
【図３】
0003607321.tif 000007
【図４】
0003607321.tif 000008
【図５】
0003607321.tif 000009
【図６】
0003607321.tif 000010
【図７】
0003607321.tif 000011