(57)【要約】【課題】本発明の目的は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置及びＸ線撮影装置において、非常に短いパルス幅のパルスＸ線を非常に短い周期で被検体に照射することにある。【解決手段】Ｘ線コンピュータトモグラフィ装置は、Ｘ線を発生するＸ線管１０と、被検体を透過したＸ線を周期的な動作によって繰り返し検出するためのＸ線検出器２３と、Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する再構成ユニット３６と、Ｘ線検出器の検出周期より短いパルス幅のパルスＸ線にＸ線管からの連続Ｘ線を変換するためのシャッター機構２８とを具備する。【選択図】    図１
2004236752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を発生するＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を周期的な動作によって繰り返し検出するためのＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する再構成ユニットと、
前記Ｘ線検出器の検出周期より短いパルス幅のパルスＸ線に前記Ｘ線管からの連続Ｘ線を変換するためのシャッター機構とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項２】
前記パルスＸ線は、前記Ｘ線検出器の検出周期と実質的に同じ周期で前記被検体に照射されることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項３】
前記パルスＸ線の周期と前記Ｘ線検出器の検出周期とを同期させる制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項４】
前記シャッター機構は、前記シャッター機構の開閉を検出するための開閉検出部を有することを特徴とする請求項３記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項５】
前記シャッター機構は、複数のスリットが一定間隔で円周方向に形成された略円柱形状を有するＸ線遮蔽材料製のシャッターシリンダと、前記シャッターシリンダを軸回転可能に支持する支持機構と、前記シャッターシリンダの軸回転を駆動する動力源とを有することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項６】
前記シャッター機構は、複数のスリットが一定間隔で円周方向に形成された略円筒形状を有するＸ線遮蔽材料製のシャッターシリンダと、前記シャッターシリンダを軸回転可能に支持する支持機構と、前記シャッターシリンダの軸回転を駆動する動力源とを有することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項７】
前記シャッター機構は、前記シャッターシリンダで発生する散乱線を遮蔽するためにシャッターシリンダカバーを有することを特徴とする請求項５記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項８】
前記シャッター機構と前記被検体との間に配置されたＸ線絞り機構をさらに備え、
前記制御部は、前記Ｘ線の立ち上がり及び立下り期間の少なくとも一部期間に前記Ｘ線絞り機構を閉じるように前記Ｘ線絞り機構を制御することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項９】
前記シャッター機構は、複数の第１スリットが一定間隔で円周方向に形成された略円筒形状を有する軸回転可能に支持されたＸ線遮蔽材料製の第１のシャッターシリンダと、前記第１のシャッターシリンダの内側に同心で軸回転可能に支持され、複数の第２スリットが一定間隔で円周方向に形成された略円筒又は略円柱形状を有するＸ線遮蔽材料製の第２のシャッターシリンダと、前記第１のシャッターシリンダと前記第２のシャッターシリンダとを互いに逆方向に軸回転させるための機構とを有することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１０】
前記シャッター機構は、複数のスリットが放射状に形成された略円板形状を有するＸ線遮蔽材料製のスリットディスクと、前記スリットディスクを回転可能に支持する支持機構と、前記スリットディスクの軸回転を駆動する動力源とを有することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１１】
前記シャッター機構は、略平板形状を有するＸ線遮蔽材料製の遮蔽板と、前記遮蔽板を前記Ｘ線の中心軸に略直交する回転中心軸まわりに回転可能に支持する支持機構と、前記遮蔽板の回転を駆動する動力源とを有することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１２】
前記シャッターシリンダの内側に、前記Ｘ線管が収容されることを特徴とする請求項６記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１３】
前記シャッターシリンダは、前記Ｘ線管の管球内に収容されることを特徴とする請求項６記載のＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１４】
陰極から発生した熱電子を加速して回転陽極のターゲットに衝突させることによりＸ線を発生する回転陽極型のＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を周期的な動作によって繰り返し検出するためのＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する再構成ユニットとを具備し、
前記回転陽極への前記熱電子の連続的な衝突に対して前記Ｘ線検出器の検出周期より短いパルス幅のパルスＸ線を発生するために、前記回転陽極の表面は、前記熱電子の衝突によりＸ線を発生する前記ターゲットとしての材料と、Ｘ線を実質的に発生しない非ターゲットとしての材料とが円周方向に沿ってストライプ状に構成されることを特徴とするＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１５】
陰極から発生した熱電子を加速して回転陽極のターゲットに衝突させることによりＸ線を発生する回転陽極型のＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を周期的な動作によって繰り返し検出するためのＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する再構成ユニットとを具備し、
前記回転陽極への前記熱電子の連続的な衝突に対して前記Ｘ線検出器の検出周期より短いパルス幅のパルスＸ線を発生するために、前記回転陽極の表面は傘歯車状に構成されることを特徴とするＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１６】
陰極から発生した熱電子を加速して回転陽極のターゲットに衝突させることによりＸ線を発生する回転陽極型のＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を周期的な動作によって繰り返し検出するためのＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する再構成ユニットとを具備し、
前記回転陽極への前記熱電子の連続的な衝突に対して前記Ｘ線検出器の検出周期より短いパルス幅のパルスＸ線を発生するために、前記回転陽極の表面は、前記熱電子の衝突によりＸ線を発生する前記ターゲットとしての材料とＸ線を実質的に発生しない非ターゲットとしての材料とが円周方向に沿ってストライプ状に構成される部分と、前記ターゲットとしての材料が円周方向に沿って連続的に構成される部分とを有することを特徴とするＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１７】
陰極から発生した熱電子を加速して回転陽極のターゲットに衝突させることによりＸ線を発生する回転陽極型のＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を周期的な動作によって繰り返し検出するためのＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する再構成ユニットとを具備し、
前記回転陽極への前記熱電子の連続的な衝突に対して前記Ｘ線検出器の検出周期より短いパルス幅のパルスＸ線を発生するために、前記回転陽極の表面は、前記熱電子の衝突によりＸ線を発生する前記ターゲットとしての材料とＸ線を実質的に発生しない非ターゲットとしての材料とが円周方向に沿って第１のピッチでストライプ状に構成される部分と、前記ターゲットとしての材料と前記非ターゲットとしての材料とが円周方向に沿って前記第１のピッチより短い第２のピッチでストライプ状に構成される部分とを有することを特徴とするＸ線コンピュータトモグラフィ装置。
【請求項１８】
Ｘ線を発生するＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を周期的な動作によって繰り返し検出するためのＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生するユニットと、
前記Ｘ線検出器の検出周期より短いパルス幅のパルスＸ線に前記Ｘ線管からの連続Ｘ線を変換するためのシャッター機構とを具備することを特徴とするＸ線撮影装置。
【請求項１９】
陰極から発生した熱電子を加速して回転陽極のターゲットに衝突させることによりＸ線を発生する回転陽極型のＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を周期的な動作によって繰り返し検出するためのＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生するユニットとを具備し、
前記回転陽極への前記熱電子の連続的な衝突に対して前記Ｘ線検出器の検出周期より短いパルス幅のパルスＸ線を発生するために、前記回転陽極の表面は、前記熱電子の衝突によりＸ線を発生する前記ターゲットとしての材料と、Ｘ線を実質的に発生しない非ターゲットとしての材料とが円周方向に沿ってストライプ状に構成されることを特徴とするＸ線撮影装置。
【請求項２０】
陰極から発生した熱電子を加速して回転陽極のターゲットに衝突させることによりＸ線を発生する回転陽極型のＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を周期的な動作によって繰り返し検出するためのＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生するユニットとを具備し、
前記回転陽極への前記熱電子の連続的な衝突に対して前記Ｘ線検出器の検出周期より短いパルス幅のパルスＸ線を発生するために、前記回転陽極の表面は傘歯車状に構成されることを特徴とするＸ線撮影装置。
【請求項２１】
陰極から発生した熱電子を加速して回転陽極のターゲットに衝突させることによりＸ線を発生する回転陽極型のＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を周期的な動作によって繰り返し検出するためのＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生するユニットとを具備し、
前記回転陽極への前記熱電子の連続的な衝突に対して前記Ｘ線検出器の検出周期より短いパルス幅のパルスＸ線を発生するために、前記回転陽極の表面は、前記熱電子の衝突によりＸ線を発生する前記ターゲットとしての材料とＸ線を実質的に発生しない非ターゲットとしての材料とが円周方向に沿ってストライプ状に構成される部分と、前記ターゲットとしての材料が円周方向に沿って連続的に構成される部分とを有することを特徴とするＸ線撮影装置。
【請求項２２】
陰極から発生した熱電子を加速して回転陽極のターゲットに衝突させることによりＸ線を発生する回転陽極型のＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を周期的な動作によって繰り返し検出するためのＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生するユニットとを具備し、
前記回転陽極への前記熱電子の連続的な衝突に対して前記Ｘ線検出器の検出周期より短いパルス幅のパルスＸ線を発生するために、前記回転陽極の表面は、前記熱電子の衝突によりＸ線を発生する前記ターゲットとしての材料とＸ線を実質的に発生しない非ターゲットとしての材料とが円周方向に沿って第１のピッチでストライプ状に構成される部分と、前記ターゲットとしての材料と前記非ターゲットとしての材料とが円周方向に沿って前記第１のピッチより短い第２のピッチでストライプ状に構成される部分とを有することを特徴とするＸ線撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線コンピュータトモグラフィ装置及びＸ線撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に関する重要な課題の一つは、被曝低減である。被曝低減に最も効果的なのは、Ｘ線の照射強度を低下させることである。しかし、Ｘ線の照射強度を低下させると、Ｘ線検出器のＳＮＲが低下し、画質が劣化するという反面性がある。従って被曝低減を目的とした検出器の感度向上技術の開発が進められている。また、被曝低減の他のアプローチとして、パルスＸ線の使用が上げられる。パルスＸ線の発生は、陰極カップの電圧制御により陽極への熱電子の放出を制御することにより行われる。
【０００３】
最近のＸ線検出器に用いられる半導体検出器の多くは、Ｘ線又は光を電荷に変換し、その電荷をキャパシタに蓄積し、電荷蓄積期間を経過した後に、電荷を電流信号として読み出し、この動作を一定の周期で繰り返す。パルスＸ線の使用の目的は、電荷蓄積期間に限定してＸ線を被検体に照射し、信号読み出し期間を含む電荷蓄積以外の期間にはＸ線を被検体に照射しないことにある。
【０００４】
ここで最近のスキャン時間（１回転時間）の短縮化及び１回転当たりのサンプリング数（ビュー数）の増加傾向に伴って電荷蓄積期間が益々短くなる傾向にある。上記陰極カップの電圧制御では、パルスＸ線のパルス幅及び周期の短縮要求に実質的に答えられない。そのため現在では連続Ｘ線の使用が一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置及びＸ線撮影装置において、非常に短いパルス幅のパルスＸ線を非常に短い周期で被検体に照射することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１局面によるＸ線コンピュータトモグラフィ装置は、Ｘ線を発生するＸ線管と、被検体を透過したＸ線を周期的な動作によって繰り返し検出するためのＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する再構成ユニットと、前記Ｘ線検出器の検出周期より短いパルス幅のパルスＸ線に前記Ｘ線管からの連続Ｘ線を変換するためのシャッター機構とを具備する。
本発明の第２局面によるＸ線コンピュータトモグラフィ装置は、陰極から発生した熱電子を加速して回転陽極のターゲットに衝突させることによりＸ線を発生する回転陽極型のＸ線管と、被検体を透過したＸ線を周期的な動作によって繰り返し検出するためのＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する再構成ユニットとを具備し、前記回転陽極への前記熱電子の連続的な衝突に対して前記Ｘ線検出器の検出周期より短いパルス幅のパルスＸ線を発生するために、前記回転陽極の表面は、前記熱電子の衝突によりＸ線を発生する前記ターゲットとしての材料と、Ｘ線を実質的に発生しない非ターゲットとしての材料とが円周方向に沿ってストライプ状に構成される。
本発明の第３局面によるＸ線コンピュータトモグラフィ装置は、陰極から発生した熱電子を加速して回転陽極のターゲットに衝突させることによりＸ線を発生する回転陽極型のＸ線管と、被検体を透過したＸ線を周期的な動作によって繰り返し検出するためのＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する再構成ユニットとを具備し、前記回転陽極への前記熱電子の連続的な衝突に対して前記Ｘ線検出器の検出周期より短いパルス幅のパルスＸ線を発生するために、前記回転陽極の表面は傘歯車状に構成される。
本発明の第４局面によるＸ線コンピュータトモグラフィ装置は、陰極から発生した熱電子を加速して回転陽極のターゲットに衝突させることによりＸ線を発生する回転陽極型のＸ線管と、被検体を透過したＸ線を周期的な動作によって繰り返し検出するためのＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する再構成ユニットとを具備し、前記回転陽極への前記熱電子の連続的な衝突に対して前記Ｘ線検出器の検出周期より短いパルス幅のパルスＸ線を発生するために、前記回転陽極の表面は、前記熱電子の衝突によりＸ線を発生する前記ターゲットとしての材料とＸ線を実質的に発生しない非ターゲットとしての材料とが円周方向に沿ってストライプ状に構成される部分と、前記ターゲットとしての材料が円周方向に沿って連続的に構成される部分とを有する。
本発明の第５局面によるＸ線コンピュータトモグラフィ装置は、陰極から発生した熱電子を加速して回転陽極のターゲットに衝突させることによりＸ線を発生する回転陽極型のＸ線管と、被検体を透過したＸ線を周期的な動作によって繰り返し検出するためのＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを再構成する再構成ユニットとを具備し、前記回転陽極への前記熱電子の連続的な衝突に対して前記Ｘ線検出器の検出周期より短いパルス幅のパルスＸ線を発生するために、前記回転陽極の表面は、前記熱電子の衝突によりＸ線を発生する前記ターゲットとしての材料とＸ線を実質的に発生しない非ターゲットとしての材料とが円周方向に沿って第１のピッチでストライプ状に構成される部分と、前記ターゲットとしての材料と前記非ターゲットとしての材料とが円周方向に沿って前記第１のピッチより短い第２のピッチでストライプ状に構成される部分とを有する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明によるＸ線コンピュータ断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ装置）の実施形態を説明する。なお、Ｘ線ＣＴ装置には、Ｘ線管と放射線検出器とが１体として被検体の周囲を回転する回転／回転タイプと、リング状に多数の検出素子がアレイされ、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転タイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは、現在、主流を占めている回転／回転タイプとして説明する。また、１スライスの断層像データを再構成するには、被検体の周囲１周、約３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ビュー角分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式にも本発明を適用可能である。ここでは、前者の例で説明する。また、入射Ｘ線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。Ｘ線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよいが、ここでは、前者の間接変換形として説明する。また、近年では、Ｘ線管とＸ線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型のＸ線ＣＴ装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本発明では、従来からの一管球型のＸ線ＣＴ装置であっても、多管球型のＸ線ＣＴ装置であってもいずれにも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。
【０００８】
図１に、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の主要部の構成を示している。ガントリ１は、Ｚ軸を中心として回転自在に支持された略リング形状の回転フレーム１２を収容する。回転フレーム１２には、回転陽極型のＸ線管１０と多チャンネル型のＸ線検出器２３とが寝台２の天板２ａ上に載置された被検体を挟んで対向して取り付けられている。Ｘ線検出器２３は、チャンネル方向（Ｙ軸方向）に沿って配列された複数のＸ線検出素子を有する。高電圧発生装置２１は、Ｘ線管１０から連続的にＸ線を発生させるために、Ｘ線管１０の陰極陽極間に所定の高電圧（管電圧）を継続的に印加するとともに、陰極のフィラメントにフィラメント電流を継続的に供給する。
【０００９】
Ｘ線管１０のＸ線放射窓には、Ｘ線管１０で連続的に発生されたＸ線を、パルス幅が非常に短く、しかも周期の短いパルスＸ線に変換するための高速シャッター機構２８が取り付けられる。高速シャッター機構２８は、シャッター制御部２６から供給される電力により高速で開閉する。開閉同期パルス発生部２７は、高速シャッター機構２８の開閉動作に同期した同期パルスを発生する。高速シャッター機構２８のＸ線出力口には開口可変のＸ線絞り機構２９が取り付けられている。Ｘ線絞り機構２９の開口は、絞り制御部２５により可変される。
【００１０】
キャビネット３は、システム全体の動作を制御するシステムコントローラ３１、スキャンコントローラ３０、前処理ユニット３４、データストアリングユニット３５、再構成ユニット３６、表示プロセッサ３７、ディスプレイ３８及び入力器（コンソール）３９、クロックパルス発生部３３を備えている。
【００１１】
図２（ａ）は、高速シャッター機構２８の主用構造物であるシャッターシリンダ４１の外形を示している。鉛等のＸ線遮蔽材料製のシャッターシリンダ４１は、図２（ｂ）に示すように、複数のスリット４が一定間隔で円周方向に形成された略円柱形状を有する。シャッターシリンダ４１は、図２（ｃ）に示すように、略円筒形状であってもよい。高速シャッター機構２８は、シャッターシリンダ４１とともに、図示しないが、シャッターシリンダ４１をＹ軸に略平行に配置される回転軸ＲＡを中心に軸回転可能に支持する支持機構と、スキャンコントローラ３０の制御のもとでシャッターシリンダ４１を一定速度で軸回転するための電動機（好ましくはステッピングモータ）とを有している。
【００１２】
複数のスリット４は全て同じ幅で同じ長さを有し、回転軸ＲＡを中心に点対称の位置関係で配置されている。Ｘ線管１０のＸ線放射窓１１の前を、あるスリット４が通過するときに、そのスリット４とそれと点対称の位置にあるスリット４との間のＸ線パスを通してＸ線がシャッターシリンダ４１を通過し、スリット４の間の斜線で示す遮蔽部分５がＸ線管１０のＸ線放射窓を通過するときには、Ｘ線は遮蔽される。
【００１３】
なお、シャッターシリンダ４１のスリット４及び内部は、開口状態でも良いが、高速回転時の挙動安定及び共鳴音防止のために、スリット４をＸ線遮蔽性の低い樹脂性の蓋で塞ぎ、内部にＸ線遮蔽性の低い樹脂やオイル等の物質を充填するようにしてもよい。また、スリット４に、形状を整合させた金属ウェッジをはめ込むことで線量や線質を調整することもできる。
【００１４】
なお、具体的な寸法の一例として、シャッターシリンダ４１の直径は略７５ｍｍ、周囲長は略２４０ｍｍ、スリット４の幅は略１０ｍｍ（スリット４の円周上での開口幅では略１２ｍｍに相当）、シャッターシリンダ４１の周囲に１２個のスリット４が等間隔で整然と配置される。この場合、スリット４は円周上で略１２ｍｍの遮蔽部分５を隔てて配置される。
【００１５】
これらの寸法は、シャッターシリンダ４１の回転速度と、Ｘ線検出器２３の検出周期とにより設計されている。具体的には、次の通りである。周知のとおり、Ｘ線検出器２３の１サイクル期間には、一般的に、電荷蓄積期間と、読み出し期間と、リセット等を行う付加期間とが含まれる。スリット４の幅は、シャッターシリンダ４１の回転速度×電荷蓄積期間の時間幅に決定される。隣り合うスリット４の間隔は、シャッターシリンダ４１の回転速度×（読み出し期間の時間幅＋付加期間の時間幅）に決定される。スリット４の周期、つまりスリット４の中心点間距離は、シャッターシリンダ４１の回転速度×（電荷蓄積期間の時間幅＋読み出し期間の時間幅＋付加期間の時間幅）に決定される。
【００１６】
シャッターシリンダ４１は、その高速回転により、Ｘ線管１０から連続的に発生されたＸ線を、パルスＸ線に変換する。その際、図３（ａ）に示すように、シャッターシリンダ４１において散乱線が発生する。この散乱線を除去するために、図３（ｂ）に示すように、Ｘ線管１０からのＸ線パスを除き、シャッターシリンダ４１を囲む鉛等のＸ線遮蔽部材製のシャッターシリンダカバー４２が設けられている。
【００１７】
上述したようにシャッターシリンダ４１の回転中、スリット４がＸ線管１０の放射窓１１の前を通過する期間、パルスＸ線が被検体に照射される。パルスＸ線が被検体に照射される期間と、Ｘ線検出器２３の電荷蓄積期間とが同期する必要がある。実際には、パルスＸ線が被検体に照射されるタイミングに、Ｘ線検出器２３の電荷蓄積期間を同期させる。パルスＸ線が被検体に照射されるタイミングを検出するために、高速シャッター機構２８には、図４に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）４３とフォトダイオード４４とが、シャッターシリンダ４１の回転軸ＲＡを挟んで対向するように配置される。発光ダイオード４３とフォトダイオード４４との間をスリット４が通過する時、フォトダイオード４４は信号を出力する。フォトダイオード４４から信号が出力されたタイミングに同期してパルスＸ線が被検体に照射されるように、発光ダイオード４３とフォトダイオード４４とが配置される回転軸ＲＡ回りの角度が設計されている。フォトダイオード４４から出力された信号に基づいて、開閉同期パルス発生部２７は、シャッターが開いたことを表す同期パルスを発生する。スキャンコントローラ３０は、開閉同期パルス発生部２７から供給される同期パルスに同期してＸ線検出器２３の各検出素子からデータ収集装置２４に電荷が読み出されるようにＸ線検出器２３及びデータ収集装置２４を制御する。
【００１８】
なお、開閉同期パルス発生部２７は発光ダイオード４３からの光がスリット４を通過してフォトダイオード４４に到達したときにフォトダイオード４４からの信号出力に従って同期パルスを発生したが、発光ダイオード４３とフォトダイオード４４は、シャッターシリンダ４１の外側面に貼り付けられた磁石とその回転軌道に近接する任意の位置に配置されたＭＲセンサ（磁気抵抗センサ）とに代替可能である。磁石がＭＲセンサの正面を通過することによるＭＲセンサの低効率が変化する。開閉同期パルス発生部２７はこのＭＲセンサの低効率変化を検出して同期パルスを発生する。
【００１９】
図５（ａ）には、図１のＸ線絞り機構２９の構成を示している。本実施形態では、高速シャッター機構２８により、パルス幅及び周期の短いパルスＸ線を被検体に照射するとともに、Ｘ線絞り機構２９により、Ｘ線の立ち上がり期間と立ち下がり期間とにＸ線を遮蔽することにより、最大限の被曝低減を実現している。Ｘ線の立ち上がり期間と立ち下がり期間は比較的短く、そのためＸ線絞り機構２９の開閉動作にも高速性が要求される。そのため本実施形態では、図５（ａ）に示すように、３枚のＸ線遮蔽板４５−４７を重ねてＸ線パスに対して垂直に配置し、その面の向きに移動可能に支持している。さらに、中央の１枚のＸ線遮蔽板４６を、その両側２枚のＸ線遮蔽板４５、４７と逆向きに移動させる。このような構造によりＸ線絞り機構２９は高速な開閉動作を実現している。このような構造には限定されず、シャッターシリンダ４１と同様の構造でＸ線絞り機構２９の高速な開閉動作を実現しても良い。つまり、図５（ｂ）に示すように、略円柱形状の鉛等のＸ線遮蔽部材製のチョークシリンダ４８が軸回転可能に支持される。チョークシリンダ４８は鉛等のＸ線遮蔽部材製のチョークシリンダカバー４９で囲まれ、散乱線を除去するようにしている。
【００２０】
図６には、本実施形態の動作を示している。高電圧発生器２１は、スキャンコントローラ３０の制御に従って、Ｘ線管１０の陰極陽極間に所定の高電圧（管電圧）を継続的に印加するとともに、陰極のフィラメントにフィラメント電流を継続的に供給する。それによりＸ線管１０から連続的にＸ線が発生される。シャッター制御部２６は、スキャンコントローラ３０の制御に従って、高速シャッター機構２８のシャッターシリンダ４１を一定速度で連続的に回転するために、高速シャッター機構２８の電動機に電流を供給する。
【００２１】
シャッターシリンダ４１の回転により、Ｘ線管１０で連続的に発生されたＸ線が、パルスＸ線に変換され、断続的に被検体に照射される。シャッターシリンダ４１の回転速度は、パルスＸ線のパルス幅が、Ｘ線検出器２３の電荷蓄積期間の時間幅Ｐｃに同一又は略同一になるように、調整される。この回転速度のもとでは、パルスＸ線は、Ｘ線検出器２３の検出周期Ｐｓ（＝電荷蓄積期間の時間幅Ｐｃ＋読み出し期間の時間幅Ｐｒ＋付加期間の時間幅Ｐｕ）と同一又は略同一の周期で発生される。
【００２２】
Ｘ線検出器２３の電荷蓄積期間は、スキャンコントローラ３０により、開閉同期パルス発生部２７からの開閉同期パルスに対して同期ががられる。それによりＸ線検出器２３の電荷蓄積期間とパルスＸ線とは同期される。
【００２３】
以上の結果として、図６，図７，図８に示すように、Ｘ線検出器２３の電荷蓄積期間に限定して、被検体にＸ線が照射され、読み出し期間と付加期間とには被検体にはＸ線が照射されない。Ｘ線検出器２３の電荷蓄積期間には被検体にＸ線が照射されるので、連続的にＸ線を照射する場合に比べて、ＳＮＲの低下は生じない。しかも、電荷蓄積期間以外の読み出し期間と付加期間とには被検体にはＸ線が照射されないので、連続的にＸ線を照射する場合に比べて、被曝低減効果を達成できる。
【００２４】
図８に示すように、Ｘ線は瞬時に立ち上がり、また瞬時に立ち下がることはない。この立ち上がり期間と立ち下がり期間は、Ｘ線の強度が低くしかも安定していないので、通常、信号収集には用いていない。本実施形態では、Ｘ線の立ち上がり期間と立ち下がり期間の全期間又は少なくとも一部期間において、Ｘ線絞り機構２９の開口が閉じられ、被検体にＸ線が照射されないように、スキャンコントローラ３０は絞り制御部２５を制御する。Ｘ線の立ち上がり期間と立ち下がり期間は、Ｘ線管１０の管球内部に配置されたリファレンス検出器により実時間で検出したＸ線強度に基づいてスキャンコントローラ３０により検出するようにしても良いし、事前に測定するようにしても良い。それにより被曝低減効果をさらに向上させることができる。
【００２５】
図９（ａ）には、高速シャッター機構２８の主用構造物であるシャッターシリンダの他の構造を示している。この他の構造では、２つの略円筒形状のＸ線遮蔽材料製のシャッターシリンダ５２、５３が設けられる。一方のシャッターシリンダ５２の内径は、他方のシャッターシリンダ５３の外径より大きく、一方のシャッターシリンダ５２の内側に他方のシャッターシリンダ５３が同軸で軸回転可能に支持されている。なお、内側のシャッターシリンダ５３は、図９（ｂ）に示すように、略円柱形状のシャッターシリンダ５４であってもよい。
【００２６】
外側のシャッターシリンダ５２には、複数のスリットが一定間隔で円周方向に形成されている。内側のシャッターシリンダ５３にも、外側のシャッターシリンダ５２のそれと同数のスリットが一定間隔で円周方向に形成されている。なお、スリットは、開口状態でも良いが、高速回転時の挙動安定及び共鳴音防止のために、スリットをＸ線遮蔽性の低い樹脂性の蓋で塞ぎ、内部にＸ線遮蔽性の低い樹脂やオイル等の物質を充填するようにしてもよい。また、スリットに、形状を整合させた金属ウェッジをはめ込むことで線量や線質を調整することもできる。
【００２７】
なお、具体的な寸法の一例として、外側のシャッターシリンダ５２の外径は略７５ｍｍ、周囲長は略２４０ｍｍ、スリットの幅は略１０ｍｍ（スリット４の円周上での開口幅では略１２ｍｍに相当）、シャッターシリンダ５２の周囲に１２個のスリットが等間隔で整然と配置される。内側のシャッターシリンダ５３の外径は略６５ｍｍ、周囲長は略２０５ｍｍ、スリットの幅は略８．５ｍｍ、シャッターシリンダ５３の周囲に１２個のスリットが等間隔で整然と配置される。
【００２８】
外側のシャッターシリンダ５２は、電動機（好ましくはステッピングモータ）により、順方向に軸回転駆動される。内側のシャッターシリンダ５３は、電動機により、外側のシャッターシリンダ５２の回転に同期して、逆方向に軸回転駆動される。内側のシャッターシリンダ５３が外側のシャッターシリンダ５２と逆方向に回転することで、外側のシャッターシリンダ５２又は内側のシャッターシリンダ５３が装備されていない場合に比べて、シャッターが完全に閉じた状態から完全に開いた状態に変化するのに要する時間、およびシャッターが完全に開いた状態から完全に閉じた状態に変化するのに要する時間が短縮され得る。また、内外のシャッターシリンダ５２、５３の同軸反転回転により、ジャイロ効果を低減することができる。
【００２９】
高速シャッター機構２８は、さらに他の構造であっても良い。例えば、図１０（ａ）に示すように、高速シャッター機構２８は、Ｘ線遮蔽材料製の円板形のシャッターディスク５５を備える。シャッターディスク５５には、その中心から放射状に一定間隔で複数のスリット５６が形成されている。シャッターディスク５５は、Ｘ軸と平行な回転軸で高速回転される。
【００３０】
また、高速シャッター機構２８は、図１０（ｂ）に示すように、Ｘ線遮蔽材料製の円板形のシャッター板５７を備える。シャッター板５７は、Ｚ軸と平行な回転軸で高速回転される。
【００３１】
上述の説明では、Ｘ線管１０のＸ線放射窓６１の前側に高速シャッター機構２８のシャッターシリンダが配置されていた。しかし、図１０（ｃ）に示すように、直径の大きなシャッターシリンダ５８でＸ線管１０の管球６０を放射窓６１とともに包囲するようにしてもよいし、図１０（ｄ）に示すように、シャッターシリンダ５９をＸ線管１０の管球６０の外周に配置して、管球６０を包囲するようにしてもよいし、図１０（ｅ）に示すように、シャッターシリンダ６２をＸ線管１０の管球６０の内側に配置して、Ｘ線管１０の管球６０の内側の陰極陽極をシャッターシリンダ６２でを包囲するようにしてもよい。
【００３２】
上述した高速シャッター機構２８では、Ｘ線管１０で連続的に発生された連続Ｘ線をパルスＸ線に変換するために構成されている。高電圧発生器２１からＸ線管１０の電極間への管電圧を断続的に印加し、及び／又は陰極フィラメントへのフィラメント電流を断続的に供給することにより、パルスＸ線の発生は可能である。しかし、例えば、１乃至０．５秒／回転という高速回転のなかで、１，８００ビュー／回転という非常に短い周期で、さらに短いパルス幅のパルスＸ線を、管電圧の断続的な印加及び／又はフィラメント電流の断続的な供給により実現することは、管電圧及び／又はフィラメント電流の立ち上がり／立下りにある程度の時間を要することを考慮すると現実的ではなかった。しかし、本実施形態の高速シャッター機構２８は、管電圧の連続的な印加及びフィラメント電流の連続的な供給のもとで、上述したような非常に短い周期で、さらに短いパルス幅のパルスＸ線の照射を実現し、それにより被曝線量の低減を実現し得る。
【００３３】
管電圧の連続的な印加及びフィラメント電流の連続的な供給のもとで、上述したような非常に短い周期で、さらに短いパルス幅のパルスＸ線の発生を、回転陽極の工夫により実現することもできる。
【００３４】
図１１（ａ）に示すように、回転軸６５の回転により高速回転する傘形状の回転陽極６４の表面に、陰極６３からの熱電子ビームが管電圧により加速されて衝突する。回転陽極６４は、図１１（ｂ）に示すように、タングステン等のターゲット部分６６と、チタン等の軽金属の非ターゲット部分６７とが円周方向に関して交互に配置され、ストライプ模様を構成している。加速された電子ビームがターゲット部分６６に衝突するとき、ターゲット部分６６からＸ線が発生する。加速された電子ビームが非ターゲット部分６７に衝突するとき、非ターゲット部分６７からはＸ線は発生しない。回転陽極６４の回転速度を、ターゲット部分６６の幅に基づいて調整することにより、例えば、１乃至０．５秒／回転という高速回転のなかで、１，８００ビュー／回転という非常に短い周期で、しかもそれより短いパルス幅のパルスＸ線を、管電圧の連続的な印加及びフィラメント電流の連続的な供給のもとで発生することができる。
【００３５】
回転陽極６４は、図１１（ｃ）に示すように、タングステン等のターゲット材料で構成した回転陽極本体６８に、チタン等の軽金属の非ターゲット部分６９を部分的に埋め込むように構成しても良いし、それとは逆に図１１（ｄ）に示すように、チタン等の軽金属の非ターゲット材料で構成した回転陽極本体７１に、タングステン等のターゲット部分７０を部分的に埋め込むように構成しても良い。さらに、回転陽極６４は、図１１（ｅ）に示すように、タングステン等のターゲット材料で構成した回転陽極本体７２の表面を、チタン等の軽金属の非ターゲット部分７３で部分的に被うように構成しても良いし、それとは逆に図１１（ｆ）に示すように、チタン等の軽金属の非ターゲット材料で構成した回転陽極本体７４の表面に、タングステン等のターゲット部分７５を部分的に貼り付けるように構成しても良い。
【００３６】
また、図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）に示すように、タングステン等の単一のターゲット材料で構成した回転陽極６４の表面に、断面コ字形状又はＶ字形状の複数の溝を放射状に形成し、傘歯車状に構成しても良い。熱電子ビームが回転陽極６４の溝と溝との間の平面部分に衝突したとき、発生したＸ線は、射出口（Ｘ線放射窓）から外部に出力される。一方、熱電子ビームが回転陽極６４の溝に衝突したとき、Ｘ線の大部分は、射出口以外の向きに発生し、射出口からほとんど外部に出力されない。
【００３７】
また、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、タングステン等の単一のターゲット材料で構成した傘形状のターゲット８６の外周を、複数のスリットを有する略円筒状のＸ線遮蔽材料性のシリンダー８７で囲むことにより、連続的に発生したＸ線を、パルスＸ線として射出口から出力するようにしても良い。
【００３８】
このような回転陽極の工夫によるパルスＸ線の発生は、連続Ｘ線の発生とパルスＸ線の発生との切り替えを容易に実現することができる。例えば、図１４に示すように、タングステン等の単一のターゲット材料で構成した傘形状のターゲット７８の裾部分の表面を、非ターゲット部分７９で部分的に被う。電子ビームがターゲット７８の裾部分に衝突するように電子ビームを電磁気的に偏光させることにより、パルスＸ線を発生させることができる。また、電子ビームがターゲット７８の頂部分に衝突するように電子ビームを電磁気的に偏光させることにより、連続Ｘ線を発生させることができる。電子ビームの衝突位置の切り替えは、偏光作用を使った方法に限らず、回転軸６５からの距離が異なる複数の陰極を管球内に装備させ、陰極の選択により行うようにしてもよいし、回転陽極と陰極との相対的な位置及び／又は角度を物理的に変更可能な構造を管球内に設け、その位置及び／又は角度の変更により実現するようにしてもよい。
【００３９】
さらに、図１５（ａ）に示すように、タングステン等のターゲット材料で構成したターゲット部分８１、８２の幅を、裾部分と頂部分とで実質的に違えることにより、電子ビームの衝突位置の切り替えによってパルス幅を２段階で変更することができる。さらに、ターゲット部分の幅を、複数の部分で実質的に違えることにより、電子ビームの衝突位置の切り替えによってパルス幅を３段階又は４段階以上で変更することも可能である。
【００４０】
さらに、図１５（ｂ）に示すように、傘の拡がり角の異なる複数のターゲット８３、８４、８５を同軸６５に取り付けるようにしてもよい。この場合、拡がり角の調整により、連続Ｘ線とパルスＸ線との切り替え、パルス幅の切り替えに伴って電子ビームの衝突位置が変化しても、Ｘ線を射出口に向かって発生させることができる。
【００４１】
また、上述では、高速シャッター機構をＸ線コンピュータ断層撮影装置へ適用する例で説明したが、高速シャッター機能が必要とされる他のＸ線撮影装置、例えばＸ線テレビジョンシステムに適用することも可能である。
【００４２】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置及びＸ線撮影装置において、非常に短いパルス幅のパルスＸ線を非常に短い周期で被検体に照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線コンピュータトモグラフィ装置の構成を示す図。
【図２】図１の高速シャッター機構のシャッターシリンダを示す図。
【図３】図１の高速シャッター機構の散乱線遮蔽ブロックを示す断面図。
【図４】図１の高速シャッター機構の開閉同期検出部を示す図。
【図５】図１のＸ線絞り機構の構成を示す断面図。
【図６】図１のＸ線管からのＸ線の発生動作、高速シャッター機構の開閉動作、Ｘ線検出器の電荷蓄積／読み出し動作を示すタイムチャート。
【図７】図１の高速シャッター機構の開閉動作による被曝低減の効果を模式的に示す図。
【図８】図１の高速シャッター機構及びＸ線絞り機構の開閉動作による被曝低減の効果を示す図。
【図９】図１の高速シャッター機構の他の構成を示す断面図。
【図１０】図１の高速シャッター機構の他の構成を示す断面図。
【図１１】図１のＸ線管の回転陽極の変形例であって、パルスＸ線発生に対応した回転陽極の構成を示す図。
【図１２】図１のＸ線管の回転陽極の変形例であって、パルスＸ線発生に対応した回転陽極の他の構成を示す図。
【図１３】図１のＸ線管の回転陽極の変形例であって、パルスＸ線発生に対応した回転陽極の他の構成を示す図。
【図１４】図１のＸ線管の回転陽極の変形例であって、パルスＸ線と連続Ｘ線との選択的な発生に対応した回転陽極の構成を示す図。
【図１５】図１のＸ線管の回転陽極の変形例であって、パルスＸ線の発生及びパルス幅可変に対応した回転陽極の構成を示す図。
【符号の説明】
１…ガントリ、２…寝台、２ａ…天板、２ｂ…寝台駆動装置、３…キャビネット、１０…Ｘ線管、２３…Ｘ線検出器、１２…回転フレーム、２１…高電圧発生装置、２５…絞り制御装置、２６…シャッター制御部、２７…開閉同期パルス発生部、
２８…高速シャッター機構、２９…Ｘ線絞り機構、３０…スキャンコントローラ、３１…システムコントローラ、３２…寝台コントローラ、３３…クロックパルス発生部、３４…前処理ユニット、３５…データストアリングユニット、３６…再構成ユニット、３７…表示プロセッサ、３８…ディスプレイ、３９…入力器（コンソール）。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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