(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の撮像領域を通過できるように充分な径の中心ボア（２６）を画定し、周辺の多数の位置から全体がファン形状のＸ線ビームを発生し、該Ｘ線ビームをＸ線管（I）内のアペックス位置から中心ボア（２６）を横断させる全体がトロイダル形状のＸ線管（I）であって、前記Ｘ線管（I）は、
真空にされた内部を有する全体がトロイダル状のハウジング（Ａ）と、
トロイダル状ハウジングの内部に取り付けられた環状アノード表面（１０）と、
アノード表面に衝突する電子ビームを形成する電子を放出する手段（１００，１０２）を含むトロイダル状ハウジング（Ａ）内に配置されたカソードアセンブリ（Ｃ）と、
前記アノード表面（１０）のまわりの少なくとも多数の点に電子ビームを移動させる電子ビーム移動手段（Ｄ）とを含み、そして、
前記トロイダル形状のＸ線管を取り付けるＸ線管取付手段（II）と、
Ｘ線ビームがボア（２６）内の被検体の撮像領域を通過した後に、Ｘ線ビームを検出する少なくとも弧状に広がった放射線検出手段（１３０）と、
Ｘ線ビームのアペックス位置の角度位置を決定し、カソードアセンブリの角度位置をモニタするレーザージャイロ（５８）を含むＸ線ビームアペックス位置決定手段（１２４）と、
放射線検出手段およびＸ線ビームアペックス位置決定手段（１２４）に作動的に接続され、被検体の撮像領域の像を再構成する像再構成手段（１３４）とから成るＣＴスキャナにおいて、
前記放射線検出手段（１３０）は、
前記放射線検出器の円弧と、
トロイダル状Ｘ線管のボア（２６）のまわりに回転できるように放射線検出器の円弧を取り付ける回転可能な取付手段と、
ボア（２６）のまわりに検出器の円弧を回転させる検出器円弧回転手段（１５０）と、
少なくともＸ線ビームアペックス位置決定手段（１２４）に作動的に接続されており、検出器の円弧が決定されたアペックス位置にほぼ対向して維持されるように検出器円弧回転手段を制御する検出器回転制御手段（１５６）とを含むことを特徴とするＣＴスキャナ。
【請求項２】
前記アノード表面はそこから熱を除くように該アノード表面に隣接する冷却流体を循環させる冷却流体通路（１２）と熱連通する請求項１記載のＣＴスキャナ。
【請求項３】
前記Ｘ線管は、更に、
トロイダル状ハウジング内にカソードアセンブリを回転可能に取り付ける回転可能な取付手段（３０，４０）を含み、
前記電子ビーム移動手段（Ｄ）はカソードアセンブリを回転する手段（５０）を含む請求項１又は２記載のＣＴスキャナ。
【請求項４】
前記Ｘ線管は、更に、
発生されたＸ線ビームが通過するようにＸ線源に隣接したカソードアセンブリに取り付けられたコンペンセータ（６２）を含む請求項３記載のＣＴスキャナ。
【請求項５】
前記コンペンセータ（６２）は酸化ベリリウムを含む請求項４記載のＣＴスキャナ。
【請求項６】
カソードアセンブリは、アノード表面（１０）と反対側でハウジング内に環状リング（３０）に配置された多数の電子放出手段（１００，１０２）を含み、電子ビーム移動手段は、アノード表面に衝突してＸ線ビームを発生する電子ビームを電子放出手段の各々が選択的に放出するようにさせる手段を含む請求項１〜５のいずれかに記載のＣＴスキャナ。
【請求項７】
前記ハウジング（Ａ）はＸ線ビームの通過するトロイダル状ハウジングボア（２６）の中心軸線に向いた環状ウィンド（２０）を画定し、更に、
ウィンド（２０）からの放射線の放出をブロックするようにウィンド（２０）を横断するように配置できる環状シャッター部材（１４０）と、
ウィンド（２０）に対して放射線をブロックしたり、しなかったりするようにシャッター部材を選択的に移動する手段（１４２）を含む請求項１〜６のいずれかに記載のＣＴスキャナ。
【請求項８】
前記放射線検出手段は、
トロイダル状Ｘ線管の中心ボアのまわりで回転するようにトロイダル状Ｘ線管に回転可能に取り付けられており、受信した放射線を光に変換する複数のシンチレーションクリスタル手段（１６０）と、
受信した光を対応する電気信号に変換する光電気トランスジューサ（１６２）のリングとを含み、
光電気トランスジューサは光電気トランスジューサの対応する一部がシンチレーションクリスタル手段の円弧と光通信するようにシンチレーションクリスタル手段と光通信する状態にトロイダル状ハウジング内に固定的に取り付けられており、更にこの光電気トランスジューサは像再構成手段に作動的に接続されている請求項１〜７のいずれかに記載のＣＴスキャナ。
【請求項９】
前記アノード表面に衝突した電子ビームにより発生されるＸ線ビームが、少なくとも２つの異なるエネルギーを有するように電子放出手段を制御する手段（１８０）を更に含む請求項１〜８のいずれかに記載のＣＴスキャナ。
【請求項１０】
前記電子放出手段（１００，１０２）はアノード表面に衝突し、高エネルギーのＸ線ビームを発生する電子ビームを放出する少なくとも一つの高エネルギー電子ビーム放出手段と、アノード表面に衝突し、より低いエネルギーのＸ線ビームを発生する電子ビームを放出する一つの低エネルギー電子ビーム放出手段を含む請求項１〜９のいずれかに記載のＣＴスキャナ。
【請求項１１】
前記電子ビーム放出手段（１００，１０２）とアノード表面との間に１３０ｋＶ台の高い電圧を印加するように並列に接続された複数の電圧源（９０）を含み、この複数の電圧源（９０）の内の一つが故障しても残りの電圧源が充分な電気エネルギーを発生し、１３０ｋＶより低い電圧でＸ線ビームを発生し続ける請求項１〜１０のいずれかに記載のＣＴスキャナ。
【請求項１２】
前記電圧源（９０）は、Ｘ線ビームの発生中は比較的高レートで電流を発生し、再充電のために比較的低レートで電流が供給される再充電可能な電源（９３）に接続されている請求項１１記載のＣＴスキャナ。
【請求項１３】
前記トロイダル状Ｘ線管取付手段（II）は、
水平軸線のまわりにトロイダル状Ｘ線管を選択的に回転させる手段（１７０）と、
トロイダル状Ｘ線管を垂直方向に選択的に並進させる手段（１７２）とを含み、それによって直立した被検体の像を再構成するのに適した請求項１〜１２のいずれかに記載のＣＴスキャナ。
【請求項１４】
前記Ｘ線管取付手段（II）は、トロイダル状Ｘ線管を水平方向に並進する手段（１７４）を更に含む請求項１〜１３のいずれかに記載のＣＴスキャナ。
【請求項１５】
前記像再構成手段は、
被検体の検査領域の３次元像を再構成するボリュームイメージ手段（１３４）と、
３次元像の内の一部の２次元像の検索およびディスプレイを選択的に制御するオペレータ制御パネル（１３８）とを含む請求項１〜１４のいずれかに記載のＣＴスキャナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は診断用撮像技術に関する。本発明は、患者の内部領域の像を発生するためのＣＴスキャナと共に用いる特定の用途があるので、特にこれを参照して説明する。しかしながら本発明は、工業用ＣＴ、品質保証用、およびその他のＸ線診断撮像、Ｘ線発生用と共に用いる用途も有すると解すべきである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、患者はＣＴスキャナの中心ボア内の水平コーチ上にうつ伏せ状態に位置しており、回転自在なガントリー部分に取り付けられたＸ線管が高速で患者の回りを回転する。より高速のスキャンをするには、Ｘ線管をより高速で回転させなければならない。しかしながら、Ｘ線管をより速く回転すると、Ｘ線管の出力を上げない限り像ごとの純放射線量が減少してしまう。ＣＴスキャナが高速になるにつれて、単位時間当たり、より多くの放射線を発生するより大きなＸ線管が必要であった。当然ながらガントリーの回転速度が速くなれば、回転中の慣性力も大きくなる。
【０００３】
ＣＴスキャナ等用の高性能Ｘ線管は、固定カソードと、回転するアノードディスクを一般に含み、いずれも真空ハウジング内に収納される。強度のより強いＸ線ビームを発生すると、アノードディスクの加熱が強くなる。真空を介して周辺の流体に熱を放射することにより充分な時間をかけてアノードディスクを冷却するには、しだいに大きなアノードディスクを備えたＸ線管を製造しなければならない。
【０００４】
アノードディスクが大きくなればなる程、大きいＸ線管が必要となり、Ｘ線管は現在のＣＴスキャナのガントリーの小さい閉空間に容易に嵌合できない。第４世代のスキャナでは、より大きなＸ線管と頑丈な支持構造体を組み込むには放射線検出器を大きな径で移動させなければならない。Ｘ線の焦点スポットからコリメータへの距離が短すぎるとＸ線の半影部およびビームの発散により画質が低下する。より大きなＸ線管が必要となるだけでなく、発生する多量の熱量を除くのにより大きな熱交換構造体が必要である。したがって、ＣＴスキャナが高速になるにつれて、寸法が大きくなり、よって移動および設置がより困難となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一本のＸ線管を被検体のまわりに回転する代わりに、被検体のまわりにリング状に配置したＸ線管のスイッチング可能なアレイ、例えば５つまたは６つのＸ線管を使用することが提案されている。しかしながら、管が回転しなければ限られたデータしか発生せず、限られた解像度しか得られない。Ｘ線管が回転すれば、管のすべてを移動させる上で同様な機械上の問題が生じる。
【０００６】
更にＸ線管のウェル部内に患者を収容できるよう充分大きなマウス部を備えたほぼベル状の真空Ｘ線管エンベロープを製造することも提案されている。ベルの頂点にＸ線ビーム源が配置され、マウスのアノードリングに衝突する電子ビームをベルまで発生させるようになっている。真空ベル状のエンベロープのまわりにＸ線ビームをスキャンするための電子回路が設けられる。この設計の問題は、約２１０°のスキャニングしかできないことである。別の問題点は、走査電子ビームを収容するのに極めて大きな真空スペースは、真空状態を維持することが困難であることである。手間がかかり、複雑な真空ポンプが必要である。別の問題は、焦点からずれた放射線に対する対策がないことである。
【０００７】
核科学に関するＩＥＥＥトランザクション「高速コンピュータ断層撮像のための新設計」１９７９年４月、ＮＳ−２６巻、第２号において、マイデン・シェップおよびチョー氏は、カソードを大径アノードリングのまわりに回転させることにより円錐の、すなわちベル形状の上記管の寸法を小さくすることを提案している。しかしながら、これらの設計はいくつかの工学上の欠陥を有しているので、商業的に製造されていない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題を解決した新規でかつ改良されたＣＴスキャナを提供するものである。
【０００９】
本発明によれば、ＣＴスキャナが提供される。全体がトロイダル状のＸ線管が被検体の像領域を通すのに充分な径の内径を画定する。このトロイダル状のＸ線管は、まわりの少なくとも多数の位置から全体がファン状のＸ線ビームを発生する。このビームはＸ線管内のアペックス位置から中心ボアを横断するよう向けられる。取り付け手段は、トロイダル状のＸ線管を取り付ける。放射線検出手段は、Ｘ線ビームがボア内の撮像被検体領域を通過した後にＸ線ビームを検出するよう少なくとも弧状に広がる。ビームアペックス位置測定手段は、Ｘ線ビームアペックス位置の角度位置を測定する。Ｘ線ビームアペックス位置測定手段の放射線検出手段に接続された像再構成手段は、被検体の撮像領域の像を再構成する。
【００１０】
本発明の、より限られた特徴によれば、トロイダル状のＸ線管は、真空の内部を有する全体がトロイダル状のハウジングを含む冷却用流体の通路と熱連通したトロイダル状のハウジング内部には環状のアノード表面が取り付けられ、この通路内を冷却用流体が循環し、アノード表面から余分な熱を除くようになっている。このアノードが表面は単一の連続した環状体でもよいし、複数のセグメントから組み立ててもよい。トロイダル状のハウジング内に配置されたカソードアセンブリは、アノード面に衝突する電子ビームを形成するよう電子を放出する手段を含む。電子ビームをアノードのまわりの少なくとも多数の点まで移動する手段も設けられる。
【００１１】
本発明の、より限られた特徴によれば、トロイダル状ハウジング内にＸ線管のカソードアセンブリが回転自在に取り付けられる。電子ビームを移動するための手段は、カソードアセンブリを回転するための手段を含む。
本発明の、より限られた特徴によれば、カソードアセンブリおよびＸ線源と共に回転できるようにコンペンセータおよびコリメータが取り付けられる。
【００１２】
本発明の別のより限られた特徴によれば、カソードアセンブリは、ハウジング内で所定角のリング状に配置された多数の電子放出手段を含む。電子ビーム移動手段は、アノード表面に衝突してＸ線ビームを発生する電子ビームを電子放出手段の各々が放出するように、選択的にさせるための手段を含む。
【００１３】
本発明の別の特徴によればハウジングはボアの中心軸線に向いた環状のウィンドを画定する。ウィンドからのＸ線の放出を阻止するためのウィンドを横断するよう環状のシャッター部材を配置できる。シャッター移動手段はシャッター部材がウィンドに対してＸ線をブロックしたり、ブロックしないような関係にシャッター部材を選択的に移動する。
【００１４】
本発明の別の限られた特徴によれば、放射線検出手段は、環状ウィンドにより画定された平面に隣接し、これよりずれて配置されたリング状のＸ線検出器を含む。
本発明の別の限られた特徴によれば、放射線検出手段は、検出されたＸ線ビームのアペックス位置と反対側の検出器リング部分をウィンドにより画定される平面に摂動させる摂動手段とリング状の放射線検出器とを含む。
【００１５】
本発明の別のより限られた特徴によれば、放射線検出手段はＸ線管のボアのまわりに回転できるよう取り付けられた円弧状の放射線検出器から成る。検出器の回転制御手段は、検出器の円弧が測定された放射線ビームのアペックス位置と反対側に維持されるように検出器の円弧の回転を制御する。
本発明の別の限られた特徴によれば、Ｘ線ビームアペックス位置決定手段は回転自在なカソードアセンブリの角度位置をモニタするためのレーザジャイロを含む。
【００１６】
本発明の別のより限られた特徴によれば、放射線検出手段は、複数のシンチレーションクリスタルを含み、これらクリスタルは中心ボアのまわりを回転できるようトロイダル状Ｘ線管に回転自在に取り付けられる。これらシンチレーションクリスタルと光通信でるようトロイダルハウジングに隣接してリング状の光電気トランスジューサが固定的に取り付けられる。このように光電気トランスジューサの対応する部分がシンチレーションクリスタルの円弧と光通信するよう結合される。
【００１７】
本発明の別の限定された特徴によれば、Ｘ線の発生ビームが少なくとも２つの選択自在な異なるエネルギーのうちの一つを有するよう電子放出手段を制御するための手段が設けられる。
本発明の別の更に限定された特徴によれば、複数の電源が電子放出手段とアノード表面との間の比較的高い電圧と並列に接続される。充分に低い複数の電源が設けられ、弧のうちの一つの電源が故障しても、他の電源が電子放出手段とアノード面との間で高電圧を発生し、有効なＸ線ビーム電流を発生し続けることができるようになっている。
【００１８】
本発明の別の更に限定された特徴によれば、Ｘ線管取付手段は水平軸線に対してトロイダル状Ｘ線管を選択的に回転する手段とトロイダル状Ｘ線管を垂直方向に選択的に並進させる手段を含む。このようにＣＴスキャナは、直立した被検体の像領域の表示像を再構成するのに適す。
本発明は、種々の部品およびそれらの配列を変えることもできるし、種々の工程およびそれらの順序をかえることもできる。添付図面は単に実施例の例示のためのものであり、本発明を限定するものではない。
【００１９】
【実施例】
図１を参照すると、ＣＴスキャナは、取付手段すなわちアセンブリＩＩに取り付けられたトロイダル状リングＸ線管Ｉを含む。電子部ＩＩＩは、リング管および取付アセンブリＩＩに作動電力および制御信号を供給し、これからのデータを受けてデータを電子像に再構成するようになっている。
【００２０】
続けて図１および別の図２を参照する。リング管は、トロイダル状ハウジングＡを含み、このハウジングは大きくて全体がドーナツ状の内部空間を画定している。トロイダル状ハウジングの内部空間内にはアノードＢが取り付けられており、このアノードＢはこの空間の円周方向に延びている。トロイダルハウジングの内部空間Ｃ内には、少なくとも一本の電子ビームを発生するためのカソード手段Ｃが配置されている。手段Ｄは、アノードＢを中心にして電子ビームを回転するためのものである。
【００２１】
より詳細に述べれば、アノードＢは、タングステン面１０を有するトロイド体であり、このタングステン面１０に電子ビームが衝突するようになっている。ハウジングおよびアノードは、環状の冷却流体路すなわちチャンネル１２を画定し、このチャンネルはアノード面、特にアノードの裏面に沿って密に熱連通する。このアノードは、大きな連続した部材すなわち組み立てられた形態の打数の部分で構成できる。またこのアノードは、冷却流体との熱連通を促進するため、任意に内部通路、フィン等を有してもよい。流体循環手段１４は、固定されたアノードおよびハウジングを通して熱交換機１６に流体を循環させ、ターゲットアノードを低温に保持する。
【００２２】
ハウジング内には、ターゲットアノードＢに密に隣接してウィンド２０が画定されている。このウィンドは、電子ビームとタングステンターゲットアノードとの相互作用により発生されるＸ線ビーム２２が中心ボア２６を通ってトロイダル管の中心軸心２４を横断するような向きに進むよう位置している。このウィンドは、トロイダル状ハウジングＡの好ましくはスチール製の囲み部分に対し真空にシールされた状態でＴＩＧ溶接されたステンレススチールのシートから構成されることが好ましい。少なくともアノードに隣接するハウジング部分は、焦点からずれた放射線の強度を減少するようベリリウムから構成することが好ましい。ハウジングには真空手段、好ましくは一つ以上のポンプ２８が相互に接続され、ハウジング内の真空を維持するようになっている。
【００２３】
図１および図２の実施例では、カソードアセンブリは、トロイダル状ハウジングの内部のまわりを延びる環状リング３０を含む。カソードリングには一つ以上のカソードカップ３２が取り付けられている。カソードカップ３２の各々はカソードフィラメント３４を含む。
【００２４】
好ましい実施例では、カソードカップ３２の各々は、所定のフォーカス特性を有する。このように異なるカソードカップを選択することによりＸ線ビームの焦点の異なる大きさを選択できる。また第１のカソードが焼損した場合にバックアップカソードカップとなるように最も一般的に使用される寸法で合焦されるカソードカップを多数設けてもよい。
【００２５】
ハウジング内にはベアリング手段４０によりカソードリング３０が回転自在に支持されている。好ましい実施例では、ベアリング手段は磁気浮揚ベアリングである。真空中で絶縁状態となるよう適当に調製されたケイ素鉄または他の材料の薄いリング４２が長手方向に重ねられ、ベアリングのラジアル部分に対するシリンダを形成している。更に真空中で使用するよう適当に調製したケイ素鉄または他の材料の薄いフープ体がベアリングの軸方向部分に対する密な入れ子式のシリンダを形成するよう組み立てられている。吸引力をバランスさせて、カソードリングをトロイダル真空空間の中心に正確に吊り下げ、カソードリングを軸方向の中心に位置させるよう近接センサおよび適当なフィードバック回路により受動機素および能動機素、例えば永久磁石４４および電磁石４６が制御される。ブラシレスの大径の誘導モータ５０は、ハウジングに固定的に取り付けられたステータ５２とカソードリングに接続されたロータ５４から成る。このモータは、ハウジングのトロイダル状真空内でカソードアセンブリＣを所定速度で回転させる。磁気浮揚システムが故障した場合、カソードリングを支持するための機械式ローラベアリング５６が設けられている。この機械式ローラベアリングはカソードリングが固定ハウジングおよび他の構造物と相互作用するのを防止する。レーザジャイロまたは他の角度位置モニタ手段５８は、カソードアセンブリの角度位置すなわちアノード表面上のＸ線ビームのアペックス位置をモニタする。
【００２６】
カソードカップと共に回転する支持体６０が各カソードカップアセンブリ３２の各々に隣接して設けられている。この支持体６０は、フィルタまたはコンペンセータ６２を担持し、このコンペンセータはウィンドに隣接して支持体に取り付けられ、発生したＸ線ビームをろ波し、ビームの硬度補正等を行う。フィルタは、好ましくは酸化ベリリウム（ＢｅＯ）の有形ブロックであり、カソードカップと共に回転できるようファン状のビームアングルまたは幅を定める構造体をオプションとして設けてもよい。
【００２７】
電流源７０は、所定のカソードカップを作動するためのＡＣ電流を発生する。このＡＣ電流は、ハウジング内部に取り付けられた固定された環状のコンデンサプレート７２に送られる。カソードリングにより支持されたマッチング用回転コンデンサプレート７４が、固定カソードプレートに密に隣接して取り付けられている。この回転カソードプレートは、一連の磁気制御スイッチ７６に電気的に接続されている。スイッチ７６の各々は、アイソレーション用トランス７７によりカソードカップのうちの一つまたはカソードカップ上のグリッドにかかるバイアスを制御するための回路に接続されている。ハウジングに沿って複数の環状電磁石７８が固定的に取り付けられている。オペレータ制御装置８２上の電気制御手段８０は、電磁石のうちの一つ以上を作動させ、磁気制御スイッチを開閉し、カソードカップのうちのいずれかとバイアス電位を選択できる。
【００２８】
アイソレーション用トランス７７は、スイッチ７６に接続された１次巻線８３および環状リング３０を含む。２次巻線８４は、カソードフィラメント３４の一端およびカソードカップに−１００〜−２００ｋＶのバイアスをかける高圧電源ライン８５に接続されている。セラミックインシュレータ８６は、カソードカップおよび高圧電源ライン８５から環状リング３０を絶縁する。環状リング３０と電源７０との間に接続されたフィラメント８７は、ハウジングに移動される電子を加熱して除く。これにより環状リング上に累積した電荷を転送し、ハウジングと環状リングと同一電位に保持する。
【００２９】
これとは異なり、外部スイッチは複数の固定コンデンサリングのうちの一つに電力を与える。複数のマッチング用回転リングの各々は、異なるカソードカップに接続してもよい。また更に別案として、容量性カップリングを誘導性カップリング、例えば回転環状２次巻線上に空隙を介して密に隣接し、空隙を横断するように取り付けた固定環状１次巻線と置換してもよい。
【００３０】
アノードおよびカソードは、相対的に高い電圧差、代表的には１３０ｋＶの大きさの電圧差に維持される。好ましい実施例では、固定ハウジングおよびアノードはユーザーの安全のためアース電位に保持される。回転カソードアセンブリは、ハウジングに対して−１３０ｋＶの大きさのバイアスがかけられる。この目的のため、高電圧部９０は、真空ダイオードアセンブリの高温カソード９２に印加される高電圧を発生する。高温のカソードフィラメント９２は、仕事関数の低いタイプのものであることが好ましい。
【００３１】
高電圧部９０は、並列電流分流出力端と接続された多数のコンパクトな３相の高周波電圧発生器９０１、９０２、．．．９０ｎであることが好ましい。このように、電源のうちの一つが故障した場合ＣＴスキャナが低エネルギーレベルで作動できるよう並列に作動する他の電源が適当なＸ線電流装置を低ｍＡに維持する。各電圧発生器は、アークが発生した場合、エネルギーの蓄積を最小にし、損傷を減少するよう最小の出力キャパシタンスを有する。キャパシタンスが小さいことにより、デュアルエネルギー用の高速のＫＶ級のスイッチングが可能となる。医療設備の電気システムからのピークの電力需要量を減少するため電圧発生器９０は、エネルギー蓄積装置９３、例えば蓄電池またはコンデンサに接続されている。このエネルギー蓄積装置は、比較的低いレートで電流を再充電し、Ｘ線照射中に比較的高レートで電流を再充電し、Ｘ線照射中に比較的高レートで電流を供給する。
【００３２】
トロイダル状すなわちドーナツ形状のプレート９４の円形チャンネルは、高温カソードフィラメントを部分的に囲む。このトロイダルプレートは、カソードアセンブリと共に回転できるようカソードフィラメントに取り付けられる。セラミック製または他の材料製の熱絶縁プレートまたは手段９６は、好ましくはトロイダルプレートを回転環状リング３０からアイソレートする。高圧電源ライン８５によりトロイダルプレートからカソードカップに電流が流れる電源ライン８５は、熱移動を制限するよう薄いワイヤまたはフィルムであることが好ましい。高温カソードのまわりにはフィルタ処理および管電流制御のためのグリッド９９が取り付けられている。
【００３３】
図３、４および５の実施例において、ハウジングＡもトロイダル状である。アノードＢも環状であり、ハウジングの一部と共に冷却路１２を画定している。タングステンのアノード表面１０は、カソードからの電子ビームにより励起されると、Ｘ線ビームを発生するようカソードアセンブリＣに向けて配置されている。カソードアセンブリは、ハウジングの回りでリング状に互いに密に隣接して配置された多数のカソードカップを含む。各カソードカップは、カソードフィラメント１０２を含み、このフィラメントは、励起流により加熱されて熱電子放出を行う。グリッドアセンブリは発生された電子ビームをアノードに対して円周方向に合焦する一対のグリッド１０４と、電子ビームを径方向に合焦するための一対のグリッド１０６から成る。ゲート電極１０８は、電子ビームがアノードに到達するのを選択的に可能としたり、阻止したりする。好ましい実施例では、スイッチング手段１１０は、ゲートグリッド１０８の各々を電子ビームを通過できるように逐次スイッチングする。このように電子ビームは、アノードのまわりでステップ操作または他の所定パターンで移動される。
【００３４】
バイアス合焦制御回路１１２は、グリッドペア１０４、１０６に適当なバイアス電圧をかけて、カソードカップにたいするアノード上の所定の点で所定のビーム寸法に電子ビームを合焦する。バイアス合焦制御回路１１２は、グリッド１０４、１０６間のバイアス電圧を徐々にまたは増分的にシフトし、カソードカップの円周長さに一致するアノードの円弧セグメントに沿って電子ビームを連続的にまたは複数の位置に複数のステップで電子ビームをスウィープすなわちスキャンする。スイッチング手段１１０が次のカソードカップをスイッチングするごとにビームスキャニング手段１１４が所定の円周ビーム位置の各々に沿って電子ビームをスウィープするようにさせる。
【００３５】
高電圧手段１２０は、ハウジングに対する高電圧のバイアスをカソードアセンブリＣにかける。セラミック絶縁層１２２は、カソードカップをハウジングに対して−１３０ｋＶの大きさの電位に維持できるようハウジングからカソードカップを絶縁する。オペレータの安全のため、ハウジングはアース電位に保持し、カソードカップはハウジングおよびアノードに対し−１３０ｋＶの大きさのバイアスをかけることが好ましい。これとは異なり、アノードをハウジングから電気的に絶縁し、ハウジングに対し正の電圧のバイアスをかけてもよい。かかる実施例では、冷却流体がアノードとハウジングをショートさせないように冷却流体を誘電体にすることが必要である。
【００３６】
カソードカップのすべてのフィラメントは、同時にドライブすることが好ましい。更にスイッチング手段１１０は、高圧電源１２０をカソードカップ１００の各々に逐次スイッチングする。このように一時期には、カソードカップのうちの一つまたは小グループしかＸ線ビームおよびＸ線を発生するのに充分な高電圧にアノードに対し維持されない。当然ながら、グリッド１０８または個々のカソードカップに別々にバイアスをかけることにより電子ビームおよびＸ線ビームを制御してもよい。Ｘ線ビームのアペックス位置決定手段１２４は、スイッチング手段１１０の出力端からアノード上の電子ビームの位置、すなわちＸ線ビームの原点を決定する。
【００３７】
各々のカソードセグメントまたはカップは、スロットごとにフィラメントが直列または並列接続されたラジアルスロットをもうけることが好ましい。かかるスロットおよびフィラメント部分は所望のセグメントからグリッド電圧を除いた時ターゲットローディングに好ましいラインフォーカス電子ビームを自然に発生する。このラジアル方向にスロットの設けられた部分は、アノードトラックを横断させる焦点スポットのスイープを容易にするよう半分に分割され、適当に絶縁される。これらの半分割体は、焦点スポットの大きさを変えるのにも使用できる。
【００３８】
主カソード構造体と同じようにエミッタの後方にあり、よりゆるやかな電位および局部的に制御されるグリッドにより加速される第２カソード構造体により、フィラメント、より一般的には電子エミッタを加熱するよう更に変更することも可能である。このような構造体により得られる利点の一つは、低温の、仕事関数の低いフィラメントを使用できる点にある。これにより加熱電流の要件がかなり低くなる。電子エミッタは極めて均一に加熱できるので、極めて均一な焦点スポッとが得られる。これらエミッタは、タングステンリボンまたは低い有効熱質量の他の適当な形状と材料から製造できるので、エミッタは極めて短時間に作動温度まで昇温でき、第２フィラメントのグリッド制御だけでよいので、電子エミッタへの加熱エネルギーは著しく低くなり、信頼性も高まる。
【００３９】
図１及び図２を再度参照すると、カソードアセンブリＣが回転する際に検出器１３０が静止したままであるようにハウジングによりリング状の検出器１３０が支持されている。電子ビームがアノードに衝突する点に対しコリメータまたは他の焦点ずれ放射線制限手段１３２が位置しており、これの結果生じるコリメート化された放射線ビーム２２が検出器に入射する。リング管の中心軸線２４にファン状の放射線ビームができるだけ直交するように検出器はコリメータにできるだけ接近して位置する。人体の胴およびｍｍオーダの厚みのＸ線ビームを受けるのに充分大きい内側ボアを有するリング管に対し、中心軸線に対する直交角から０．５度以内のコリメーションによりＸ線ビームを定めることができる。検出された放射線データが患者を横断するほぼ螺旋のパターンを表わすように、患者とＸ線源は互いに中心軸線２４に沿うよう移動する。従来のボリューム撮像手段１３４はビームアペックス位置情報を使用して検出器からのスパイラルデータを３次元の像に再構成し、この３次元像をボリューム像メモリー１３６に格納する。スパイラル撮像技術では連続的に軸方向へ移動することにより、検出器の各サンプリングが異なる軸方向位置、すなわち異なる平面で行われる。スパイラルデータを平行な平面データに補間して再構成するため、従来のボリューム撮像手段により行われる調節により軸線とＸ線ビームとの間の各度のずれも適当に調節される。またデータの補間法と共に円錐ビームアルゴリズムをオプションとして使用できる。単一スライス撮像法では類似補正法を使用できる。これとは異なり、角度は小さいのでスライス幅の有効増加量を補償することなく従来の平面像再構成アルゴリズムを用いて像を再構成することもできる。
【００４０】
オペレータ用コンソール８２は、ボリュームメモリー１３６からボリューム像の所定部分を抜き出し、これをビデオモニタ１３８または他の適当なディスプレイに表示するための適当な制御装置を含む。当技術で慣用されているように、オペレータの制御手段８４はボリューム像データを通る直交軸に沿った平面、直交軸に対する斜めの平面、適当な表面に陰影をつけた３次元タイプの像を選択して２次元のディスプレイに３次元の外観等を付与することができる。
【００４１】
ウィンドをカバーする閉位置とＸ線がウィンドを透過して検出リングまで到達できる開位置との間で選択的に移動できるようにシャッター１４０が取り付けられている。このシャッターリングがシャッターが閉じられているとき、放射線が透過できないよう放射線ブロック材料から製造されている。シャッター制御手段１４０に、例えば複数のリニアモータがシャッターリングを開位置と閉位置の間で選択的にスライドさせる。
【００４２】
図６の実施例では、コリメータすなわち焦点ずれ放射線制限手段１３２は中心軸線２４に垂直なＸ線ビーム２２を画定する。放射線検出器１３０のリングは回転しないように固定されている。検出器が放射線ビームのアペックス位置と逆のウィンド２０の前方に位置するように摂動手段１４４が放射線検出器部分を中心軸線２４に対しほぼ平行に移動させる。Ｘ線が発生している点に隣接する検出器リング部分はＸ線ビームの平面からずれているので、Ｘ線ビームはこれら検出器を通過しない。
【００４３】
図示した実施例では、摂動手段は斜板タイプの構造体を含む。より詳細に説明すれば、環状モーター１４６は中心軸線２４に対し所定の角度で取り付けられた環状カム表面１４８を回転する。傾斜プレートすなわちカム表面が回転すると、このカム表面はカム係合している検出器リング部分を回転させてＸ線ビームに整合させる。検出器リングを摂動させるのに別の装置を設けてもよい。例えば、検出器リングをセグメントから製造し、これらセグメントがＸ線ビームの平面の内外に移動するよう中心軸線２４に平行に移動させてもよい。別の例としては、磁気カムを使用して摂動を生じさせてもよい。
【００４４】
図７の別の実施例では、Ｘ線ビームはリング管の外径近くに位置する検出リングに入射するように中心軸線２４に対し若干の角度をもって向けられてコリメート化される。複数のカソードカップ３２ａおよび３２ｂが設けられる。グリッド３６は放出された電子ビームをフィルタ処理し、ゲート操作し、かつ制御する。カソードアセンブリはケイ素鉄のフープ内で誘導された磁界による吸引作用でなく、永久磁石４２’による反発作用により吊り下げられるように示されている。
【００４５】
図８の実施例では、大径の環状モータ１５０は一部リング状のＸ線検出器１３０’を回転させる。オプションとして検出器の円弧を逆に回転するのに、コリメータ、フィルタ、または補償手段１５２を取り付けてもよい。第１角度位置検出手段５８、好ましくはレーザージャイロはカソードアセンブリＢの角度位置を検出し、第２角度位置検出手段１５４は検出器円弧の角度位置を検出する。回転コントローラ１５６は検出器の円弧がＸ線ビームと同じ速度で正確に回転するよう２つの位置検出器からの入力信号に従ってモータ１５０の作動を制御する。
【００４６】
図９の実施例では、Ｘ線検出器手段１３０は円弧状のシンチレーションクリスタル１６０とリング状の光電気トランスジューサ、例えばフォトダイオード１６２から成る。一つ以上のカソードフィラメントに対向してカソードアセンブリＣには円弧セグメントに沿って少なくともシンチレーションクリスタルまたは他のＸ線−光トランスジューサ手段が取り付けられている。カソードアセンブリが回転する際、シンチレーションクリスタルの円弧もこれとともに回転する。ハウジングの外周には光ダイオードが固定的に取り付けられている。光カプリング１６４はカソードアセンブリが回転する際に回転中のシンチレーションクリスタルからの光を固定フォトダイオードに転送する。シンチレーションクリスタルとフォトダイオードとの間に光アンプを設けると有利である。好ましい実施例では、放射線が患者に入射する前にシンチレーションクリスタルを透過しなくてもよいように、シンチレーションクリスタルは円弧セグメントの一部に沿ってのみ延びる。シンチレーションクリスタルの円弧を超えた領域では、光または他の入射放射線を受けるための光転送手段１６４をシールドするためのシールド手段すなわちリング１６６が設けられている。
【００４７】
再度図１を参照する。取付手段ＩＩは水平軸を中心にリング管Ｉを選択的に回転するための回転手段１７０を含む。垂直並進手段１７２は垂直軸に沿ってリング管を選択的に並進させる。回転手段は垂直並進手段１７２が直立している患者に沿ってリング管を並進させるようリング管を水平に位置決めできると解すべきである。これにより患者の体に対する重力の自然な影響を示すよう、直立状態の患者の撮像を可能にする。
【００４８】
水平並進手段１７４はリング管を水平方向に選択的に並進させる。回転１７０がリング管を垂直位置に位置決めすると、水平並進手段はうつ伏せ状態の、例えば患者用コーチ１７６に支持されている静止した患者に沿ってリング管を並進できる。またこのコーチ１７６はキャリヤの頂部を、すなわち患者を水平軸に沿って移動するための水平並進手段１７８をオプションとして含む。
【００４９】
電子部ＩＩＩ    は、二重またはそれ以上のエネルギーのＸ線ビームをリング管が発生するようにさせるための手段をさらに含む。図５の実施例では、二重またはそれ以上のエネルギー手段は能動的電子源のゲーティンググリッドに印加される電圧を振動させるためのグリッド電圧変調手段１８０、例えば振動電源を含む。ゲート電圧を変調させることにより、電子流すなわち電子ビームのエネルギーを選択的に変調する。
【００５０】
図２の実施例では、二重エネルギー手段はカソードリングの回りに交互に配置した高エネルギー電子源と低エネルギー電子源を含むことができる。更に別の実施例では、各カソードカップ１００は第２の低エネルギーのフィラメントを含むことができる。更に別の実施例では、カソードへのエネルギーを制御するため高温カソード９２の回りにグリッドが配置される。
【００５１】
パイロットスキャン手段１８４はアノード上の所定点、例えば頂部デッドセンターを通過する際に電子ビームを放出する電子源の各々を選択的にゲート操作する。これによりパイロットスキャンに使用される固定された配列のＸ線ビームが発生される。患者キャリヤ並進手段１７８はアノード上の所定点からの電子ビームの各ゲート操作が患者に沿って所定のステップで行われるような可変水平並進速度を有する。
【００５２】
再度図２を参照すると、シャッターには複数のレーザー１８６が取り付けられている。これらレーザーはウィンド２０の平面内で光学的に見ることのできる光のビームを放出し、スライスのどの部分を取るかをオペレータに視覚的に表示する。
【００５３】
【効果】
本発明の効果の一つは、Ｘ線パワー密度が大きいことにある。
本発明の別の効果は、重量が軽く、製造が簡単であることにある。
本発明の別の効果は、走査速度が速いことにある。
本発明の別の効果は、Ｘ線管が容易に現場で修理できるので、管の寿命が長いことにある。
以上で好ましい実施例を参照して本発明について説明したが、上記の詳細な説明を読めば変形例および変更例は明らかとなろう。本発明は添付した特許請求の範囲またはその均等物の範囲内でこれら変形例、変更例のすべてを含むものと解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるＣＴスキャナシステムの斜視図である。
【図２】図１のＣＴスキャナのＸ線源および放射線検出器部分の横方向横断面図である。
【図３】固定カソードアセンブリを備えたＸ線リング管の別の実施例の横方向断面図。
【図４】図３のリング管の関連電子回路を備えた部分の正面図である。
【図５】関連した電子回路を備えた図３及び図４のカソードカップのうちの一つの斜視図である。
【図６】非回転Ｘ線検出器のリングがＸ線ビームの平面内に摂動する本発明に係わるＣＴスキャナ管の横方向断面図である。
【図７】本発明に係わるＣＴスキャナの別の実施例を示す図である。
【図８】本発明に係わる第３世代のＣＴスキャナのＸ線発生および検出部分の別の実施例の横方向断面図である。
【図９】本発明に係わる第３世代のＣＴスキャナの更に別の実施例の横方向断面図である。
【符号の説明】
Ａ      ハウジング
Ｂ      アノード
Ｃ      カソード
２０    環状ウィンド
２６    中心ボア
５８、１５４    角度位置モニタ
６２    補償クリスタル
１３０  放射線検出器
１３２  コリメータ
１７０  水平軸
１７２  垂直軸
１７４  水平軸
９０１、９０２  ．．．９０ｎ    電圧源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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