(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の医療診断像を得るためのＣＴスキャナにおいて、固定ガントリー(12)と、対象物の周りを回転するように固定ガントリー(12)に回転可能に支持された回転ガントリー(16)と、これらの固定ガントリーと回転ガントリーとの間に介在された流体ベアリング(18)とを備え、この流体ベアリング(18)は、回転ガントリー(16)を固定ガントリー(12)から分離する流体バリア(110)を与え、上記流体は、固定ガントリーと回転ガントリーとの間に流体を分配する分配パッド(140)を経て流体ベアリング(18)に供給されて上記流体バリアを形成することを特徴とするＣＴスキャナ。
【請求項２】
上記流体ベアリング(18)は、
流体を供給する複数のオリフィス(130)を更に備え、上記分配パッド(140)は、その表面にわたり流体を分配する多孔性媒体で作られる請求項１に記載のＣＴスキャナ。
【請求項３】
上記分配パッドは、回転ガントリー(16)の回転方向に対してその先導面に沿って角度の付いた縁(144)を有している請求項１及び２のいずれかに記載のＣＴスキャナ。
【請求項４】
上記流体ベアリングは、回転ガントリーの回転軸に直角な軸平面に対して対称的であり、上記流体ベアリングは、軸平面で合流する傾斜円錐区分によって画成される請求項１乃至３のいずれかに記載のＣＴスキャナ。
【請求項５】
上記流体は空気である請求項１乃至４のいずれかに記載のＣＴスキャナ。
【請求項６】
軸の周りで放射線源を回転する方法において、
（ａ）第１ガントリー(12)から第２ガントリー(16)を懸架し、第２ガントリー(16)には放射線源(20)が取り付けられており、
（ｂ）オリフィス(130)を経て流体を供給して上記第１ガントリーと第２ガントリーとの間に流体を分配するように分配パッド(140)で流体を分配し、それらのガントリーが流体の層(110)で互いに分離されるようにし、そして
（ｃ）上記第２ガントリー(16)を回転する、
という段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
上記第２ガントリー(16)をその回転時に半径方向に安定化させる動的な力を発生することを更に含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
上記流体は空気である請求項６及び７のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療診断用像形成の分野に係る。本発明は、特にコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナに関連して使用でき、特にこれを参照して説明する。しかしながら、本発明は、他の同様の用途にも適用できることが明らかである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＣＴスキャナは、像形成されるべき患者、人体模型又は同様の物体が配置される画成された検査領域即ち走査円を有している。Ｘ線管のような放射線源から対向配置された放射線検出器へ検査領域を横切って細い放射線ビームが伝送される。放射線源即ちビームが検査領域の周りで回転される間に、検査領域及びそこに配置された物体を通過したＸ線放射を受け取る放射線検出器からデータが収集される。放射線源の回転は、固定ガントリーに対して回転される回転ガントリーに放射線源を取り付けることによりしばしば達成される。
【０００３】
サンプルされたデータは、通常、適当な再構成プロセッサを介して操作され、人間が見ることのできる形態で表示される物体の像表示が形成される。一般に、Ｘ線データは、フィルタ型逆投影を用いて像表示に変換される。線源から検出器へと延びる一群の線が視像（ビュー）へと組み立てられる。各視像は、フィルタ機能によりフィルタ又は畳み込みされ、そして像メモリへと逆投影される。このプロセスでは、種々の視像幾何学配置が使用されている。線源及び検出器の両方が回転する回転扇状ビーム型スキャナ（即ち、第３世代のスキャナ）では、Ｘ線源が所与の位置にあるときに線源扇状視像を形成するようにＸ線ビームをまたぐ検出器の弧を同時サンプリングすることで各視像が形成される。或いは又、固定の検出器及び回転する線源（即ち、第４世代のスキャナ）では、Ｘ線源が検出器に対向して検査領域の後方を通過するときに単一検出器アレーにより受け取られる線で検出器扇状視像が形成される。
【０００４】
いずれにせよ、正確な再構成は、線源が検査領域の周りを回転するときに線源の正確に分析されたある範囲の角度方向又は位置から視像データを収集することに依存する。３６０度の線源回転、１８０度プラス扇状放射の角度又は広がり等の多数の螺旋回転にわたって収集されたデータを使用する再構成アルゴリズムが開発されている。それ故、走査時間は、線源の回転速度によって制限される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以前に開発されたＣＴスキャナでは、一般に、２つの経路間に介在された回転素子又はボールを含む機械的なベアリングを介して回転ガントリーが固定ガントリーに支持される。しかしながら、回転ガントリーの回転速度が増加するにつれて、このような機械的ベアリングに関連したノイズレベルが、許容できないレベルに到達する。連続的に回転するシステムでは、摩擦に関連した熱により走査の長さが制限される。更に、付随する摩擦が、互いに物理的に接触する部分に磨耗を生じさせ、不利益な保守の必要性及び制限された寿命を招く。
【０００６】
別の形式のＣＴスキャナでは、回転ガントリーが電磁浮揚を経て懸架される。しかしながら、このような技術は、不安定な傾向があり、安定性を維持するために複雑なフィードバック制御を使用する。更に、このようなシステムに関連したサイズ及びコストは、多くのＣＴスキャナに要望されるサイズの荷重、例えば、１０００ポンド近辺の荷重を回転するときに、禁止的なものと成り得る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの特徴によれば、対象物の医療診断像を得るためのＣＴスキャナが提供される。このＣＴスキャナは、固定のガントリーと、対象物の周りで回転するように固定ガントリーに回転可能に支持された回転ガントリーとを備えている。固定ガントリーと回転ガントリーとの間に流体ベアリングが介在される。流体ベアリングは、回転ガントリーを固定ガントリーから分離する流体バリアを備えている。
【０００８】
本発明の別の特徴によれば、軸の周りで放射線源を回転する方法が提供される。この方法は、第１ガントリーから第２ガントリーを懸架することを含み、第２ガントリーには放射線源が取り付けられる。その後、第１ガントリーと第２ガントリーとの間に流体が供給され、これらガントリーは、流体の層によって互いに分離され、そして第２ガントリーが回転される。
【０００９】
本発明の１つの効果は、ＣＴスキャナの速度を速くし、対応的に、走査時間を減少できることである。
本発明の別の効果は、ＣＴスキャナの静寂な動作が得られることである。
本発明の更に別の効果は、接触部分の磨耗を排除することにより保守を減少すると共に、ベアリングの寿命を延長することである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１を参照すれば、ＣＴスキャナ１０は、検査領域１４を画成する第１の固定ガントリー１２を備えている。第２の回転ガントリー１６は、検査領域１４の周りを回転するように流体ベアリング１８により固定ガントリー１２から懸架されるか又はそこに支持される。Ｘ線管のような放射線源２０が回転ガントリー１６に配置されて、それと共に回転される。放射線源２０は、回転ガントリー１６が回転するときに検査領域１４を通過する貫通放射線ビーム２２を発生する。コリメータ及びシャッター組立体２４は、貫通放射線ビーム２２を細い扇状の形状へと成形し、そしてビーム２２を選択的にゲートオン及びオフする。或いは又、放射線ビーム２２は、放射線源２０において電子的にゲートオン及びオフされてもよい。いずれにせよ、寝台等の対象物支持体３０は、検査又は像形成されるべき対象物を検査領域１４内に少なくとも部分的に懸架又は保持し、扇状の放射線ビーム２２が対象物の当該領域を通る断面切片を切るようにする。
【００１１】
任意であるが、対象物は次々に再位置設定されて、隣接する断面切片が連続的にインデックスされる形態で撮影され、それら切片の三次元体積が形成される。或いは又、連続螺旋ＣＴの場合のように、第２ガントリー１６の回転と同時に、支持体３０、ひいては、その上の対象物が、検査領域１４の中央水平軸に沿って並進移動される。このように、線源２０は、対象物に対して螺旋経路をたどる。別の好ましい実施形態では、支持体３０は固定状態に保たれ、一方、第１ガントリー１２は対象物に対して並進移動されるか又は他のやり方で移動され、線源２０がそれに対して螺旋経路をたどるようにする。
【００１２】
ここに示す第４世代のＣＴスキャナでは、放射線検出器４０のリングが、固定ガントリー１２において検査領域１４の周囲に取り付けられる。或いは又、第３世代のＣＴスキャナは、放射線検出器４０の弧が、貫通放射線２２の扇状ビームにより画成された弧をまたぐように線源２０とは反対の検査領域１４の側で回転ガントリー１６に取り付けられた状態で使用される。このような構成に関わりなく、放射線検出器４０は、線源２０から放出される放射線を、それが検査領域１４を横断した後に、受け取るように構成される。
【００１３】
線源扇状形態では、線源２０から放出される放射線をまたぐ検出器の弧は、線源２０が検査領域１４の後方を回転するときに短い時間間隔で同時にサンプリングされて、線源扇状視像を形成する。検出器扇状形態では、線源２０が検査領域１４の後方を回転するときに各検出器が何回もサンプリングされて、検出器扇状視像を形成する。線源２０と各放射線検出器４０との間の経路は、線として示されている。
【００１４】
放射線検出器４０は、検出された放射線を電子投影データに変換する。即ち、各放射線検出器４０は、受け取られた放射線の強度に比例する出力信号を発生する。任意であるが、基準検出器が、検査領域１４を横断しない放射線を検出してもよい。基準検出器及び各放射線検出器４０により受け取られた放射線の大きさ間の差は、サンプルされた放射線扇状体の対応する線に沿った放射線減衰量の指示を与える。いずれの場合にも、各放射線検出器４０は、視像内の各線に沿った投影に対応するデータエレメントを発生する。データ線における各データエレメントは、再構成されている対象物を通過するその対応する線に沿って得られた線積分に関連付けされる。
【００１５】
検出器視像形態では、各視像即ちデータ線は、放射線検出器４０の１つに頂点をもつ線の扇状体であって、線源２０が検出器から検査領域１４の後方を回転するときに短い時間周期にわたって収集された線の扇状体を表す。線源視像形態では、各視像即ちデータ線は、線源２０に頂点をもつ線の扇状体であって、放射線の扇状体をまたぐ全ての放射線検出器４０の同時サンプリングによって収集された線の扇状体を表す。
【００１６】
ガントリー収集メモリボード５０は、放射線検出器４０からサンプルされたデータを受け取る。ガントリー収集メモリボード５０は、データを検出器扇状形態から線源扇状形態へ又はその逆に変換するためにデータを任意にシャッフルし、そしてリプルフィルタ動作を行った後に、データを像プロセッサ６０へ送り、該プロセッサは、対象物の像表示を再構成する。
像プロセッサ６０は、ガントリー収集メモリボード５０からのデータを処理し、そしてそれを像メモリ７０へ逆投影する。より詳細には、像プロセッサ６０は、視像フォーマットに対して適当なフィルタ又はコンボリューション関数で各データセットを畳み込みする数学的操作を実行する。好ましい実施形態の像プロセッサ６０は、データセットを畳み込みするコンボルバ６４と、畳み込みされたデータセットを像メモリ７０に逆投影する逆投影器６６とを備えている。最終的に、ビデオプロセッサ８０は、切片、投影、三次元（３Ｄ）レンダリング及び他の像情報を像メモリ７０から選択的に検索し、そしてビデオモニタ等の人間が見ることのできるディスプレイ９０に表示するために像表示を適当にフォーマットする。
【００１７】
任意であるが、平行投影データ以外のものが収集される用途では、像プロセッサ６０は、レバイニング(rebinning)プロセッサ６２を備えている。最初に、放射線検出器４０により発生されそしてガントリー収集メモリボード５０によってサンプリングされた電子データは、レバイニングプロセッサ６２へ供給される。このレバイニングプロセッサ６２は、各データ線をその扇状ビーム又は他の発散フォーマットから平行ビームフォーマットに変換する。その後、像プロセッサ６０は、コンボリューション及びフィルタ型逆投影アルゴリズムのような従来の再構成アルゴリズムを実行する。
【００１８】
図１と共に、図２Ａ、２Ｂ及び３を参照すれば、好ましい実施形態において、固定ガントリー１２及びそこに懸架された回転ガントリー１６は、それらの間に介在する流体ベアリング１８を経て互いにインターフェイスする。流体ベアリング１８は、固定ガントリー１２及び回転ガントリー１６の対向面を分離する薄い流体層即ち流体バリア１１０を形成する。固定ガントリー１２の面１２ａ及び１２ｂと、回転ガントリー１６の面１６ａ及び１６ｂは、流体バリア１１０を横切って離間関係で各々互いに対向し、これにより、流体ベアリング１８の形状が画成される。好ましい実施形態では、例えば、ガントリー間のギャップ即ち流体バリア１１０の厚みが約０．０１７５−０．０３ｍｍであり、更に直径の大きな回転ガントリーの場合には、更に大きな厚みが使用される。任意であるが、流体はガス又は液体である。より詳細には、流体は空気又はオイルである。それに関わりなく、このようにして、回転ガントリー１６は、固定ガントリー１２から懸架されながら自由に回転され、ガントリー同士が直接接触することもないし、又、ボールベアリングやローラーベアリングや他の機械的ベアリングがそれらの間に介在することもない。
【００１９】
好ましい実施形態では、貯留部１２０に加圧状態で蓄積された流体が流体ベアリング１８に供給されて流体バリア１１０を形成する。１つの好ましい実施形態では、ガス流体（例えば空気）に関連して約６９０ｋＰａの圧力が使用される。或いは又、液体流体（例えばオイル）の場合には、更に低い圧力が使用される。流体の保存及び圧力は、流体を供給する流体ポンプを経て貯留部１２０に維持される。安全特徴として、システム欠陥、機能不良又は他の突然のシステム停止の場合に、貯留部１２０に蓄積された保存供給流体は、回転ガントリー１６が休止するまで回転ガントリーを懸架し続けるに充分なレベルに維持される。
【００２０】
貯留部１２０からの流体は、流体ベアリング１８の周囲に配置されたオリフィス１３０の配列体により流体ベアリング１８へ供給される。オリフィス１３０は、貯留部１２０と流体ベアリング１８との間の流体連通を与える。好ましくは、選択された内径を有するオリフィスインサート１３２がオリフィス１３０内に固定され、そこを通る流体の流れを制限又は制御する。好ましい実施形態では、オリフィスインサート１３２は、内径が約０．２ｍｍである。或いは又、可変孔バルブ、多孔性材料のインサート又は他の同様の制御器を用いて、流体の流れを所望レベルに調整してもよい。更に、スロット供給部をオリフィス１３０に置き換えるのも任意である。
【００２１】
更に、図４Ａ及び４Ｂを参照すれば、好ましい実施形態において、固定ガントリー１２は、その内径部の周りに配置された分配パッド１４０を備えている。任意であるが、これらパッド１４０は、接着剤層１４２により固定される。流体がオリフィス１３０を経て供給されるときには、分配パッド１４０に遭遇してそれを横断し、分配パッドは、流体を流体ベアリング１８へと拡散及び分配し、流体バリア１１０を形成する。好ましくは、パッド１４０は、その表面にわたり流体の流れを均一に分配する例えば炭素又は他の適当な材料の多孔性媒体又は堅牢なウェブで作られる。
【００２２】
任意であるが、図４Ａに最も良く見られるように、分配パッド１４０は、回転ガントリー１６の回転方向に対してその先導面に沿って傾斜、勾配又は角度の付いた縁１４４を有している。この角度の付いた縁１４４は、半径方向の力に対して回転ガントリー１６を強化及び安定化する所望の圧力分布又は空気力学／流体力学的な力を発生し、回転ガントリー１６の回転軸の横方向移動を抑制する。
好ましい実施形態では、流体ベアリング１８の形状は、回転ガントリー１６の回転軸に直角な軸平面に対して対称的である。図３を参照されたい。より詳細には、流体ベアリング１８の形状は、軸平面で合流して環状のＶ字型トラフを形成する２つの円錐区分によって画成される。このように、流体ベアリング１８の傾斜円錐区分は、軸方向の力に対して回転ガントリー１６を強化及び安定化するように働き、これにより、回転ガントリー１６が回転する軸平面に対する回転ガントリーの位置及び向きを制限する。換言すれば、加圧流体がベアリング１８へ半径方向に供給されることにより回転ガントリー１６の面１６ａ及び１６ｂが経験する軸方向の力は、固定ガントリー１２の面１２ａ及び１２ｂにより形成されたトラックにおいて回転ガントリー１６をセンタリングする傾向となる。
【００２３】
流体がチャンネルへ流れ込んで流体バリア１１０を形成するときには、流体が分割される。流体出口のない頂点に向かって流れる流体は、高圧力即ち最大持ち上げゾーンを形成する。
流体圧力は、自己センタリング作用を生じる。即ち、回転ガントリー１６がその回転軸に平行にシフトし始めたとすれば、チャンネル、ひいては、流体バリア１１０が、その進行方向により狭くなる。進行方向にチャンネルが狭くなると、圧力が高くなり、一方、チャンネルの他の側が広くなると、圧力が下がる。この圧力差によって生じる力が、回転ガントリー１６を元の中心に向けて押し戻す。
【００２４】
好ましい実施形態では、負荷の荷重（即ち回転ガントリー１６及びそれに取り付けられた部品の重量）に対抗するために、流体ベアリング１８の周囲にオリフィス１３０を非対称的に配置し及び／又はオリフィス１３０を通る流体の流れを非対称的に制御することにより、流体が流体ベアリング１８へ非対称的に供給される。持ち上げ力を与えるために、より多くの流体が、上からではなく回転ガントリー１６の下から流体ベアリング１８へ供給される。好ましい実施形態では、例えば、図５に示すように、供給点１３０ａから流体ベアリング１８に流体を供給し、一方、供給点１３ｂでは回転ガントリー１６の上から流体を供給しないことにより、正味の持ち上げ力が与えられる。同様に、正の正味持ち上げ力が回転リング１６に作用する状態で空気力学／流体力学的な力を発生するように、分配パッド１４０の傾斜した縁１４４が非対称的に配置され及び／又は傾斜の角度が非対称的に選択される。任意であるが、流体供給部の非対称的な配列及び傾斜部の非対称的な配列は、負荷の荷重に対抗する所望の持ち上げ力を達成するように互いに代わって又は互いに関連して使用される。又、少なくとも選択された位置において圧力を増加するために、流体バリア１１０を画成するチャンネルの環状放出領域の付近にバッフルを追加するのも任意である。同様に、相対的な圧力を減少すべき領域において流体バリア１１０の頂点の高圧力ゾーンに空気出口通路を設けるのも任意である。
【００２５】
図６を参照すれば、液体流体ベアリング１８に関連して好ましく使用される別の実施形態において、流体ベアリング１８を脱出するか又は去る流体を捕獲又は収集するために流体回収システムが使用される。この流体回収システムは、収集貯留部２１０に向かって空となる一対（前後）の環状回収チャンバ２００を備えている。好ましくは、環状回収チャンバ２００は、流体ベアリング１８の前後において非接触ベアリングシール２０２内に収容されそしてそれによって画成される。非接触シール２０２は、ベアリング１８を脱出する流体を環状回収チャンバ２００に収容し、そして固定ガントリー１２と回転ガントリー１６との間に物理的な接触を与えることなくベアリング１８を外部の汚染からシールするように働く。
【００２６】
環状回収チャンバ２００の底部は、収集貯留部２１０へと開いていて、回収チャンバ２００の底部にぽたぽた落ちた流体が重力でそこから収集貯留部２１０へ排出される。好ましくは、流体ポンプ２２０が、収集された流体を収集貯留部２１０から貯留部１２０へ圧送又は循環し、そこで、流体ベアリング１８に供給するために加圧状態で蓄積される。閉じたシステム即ち循環ループにおいて、収集貯留部２１０からの圧送流体は、収集チャンバ２００から流体を引き出すか又は引っ張る傾向の負圧力を形成する。これは、次いで、ベアリング１８から流体を引き出すか又は引っ張る傾向の負圧力を回収チャンバ２００に形成する。このように、流体の循環が助成される。
【００２７】
任意であるが、図示された真空ホース２３０のようなポート、コンジット等を経て、好ましくは小さな負圧力が、真空ポンプ又は同様の負圧力発生装置（図示せず）で環状の回収チャンバに付与される。環状の回収チャンバ２００における負圧力は、ベアリング流体の循環を維持する上で更に助けとなると共に、流体ベアリング１８から環状回収チャンバ２００へ流体を引き出し又は引っ張るように促進する。
【００２８】
別の実施形態では、放射線源２０（例えばＸ線管）は、例えば、冷却システム内を循環するオイルのような液体により流体冷却される。より詳細には、冷却システムは、冷却流体をループ２４０において放射線源２０を経て又は越えて循環し、冷却流体は、放射線源２０の動作により生じた熱を吸収し、線源２０を冷却する。吸収した熱を冷却流体から除去するために、熱交換器２５０（例えば流体−流体熱交換器）が冷却システムを回収システムにインターフェイスする。換言すれば、冷却システムのループ２４０は、熱交換器２５０を経て冷却流体を循環し、そこで、冷却流体からの熱が除去される。
【００２９】
ここに示す実施形態では、流体回収システムは、熱交換器２５０を通過する循環ループ２６０も備えており、ループ２４０の冷却流体から循環ループ２６０の流体へ熱が伝達される。ここに示す例では、循環ループ２６０は、流体ベアリング１８から流体を取り出し、排出し又は引き出し、そしてそれを環状回収チャンバ２００の一方又は両方に返送する。その後、収集貯留部２１０に収集された流体は、任意に遠隔配置された別の熱交換器（図示せず）を経て冷却される。
【００３０】
別の実施形態では、流体供給システムが、図示された固定ガントリー１２ではなく、回転ガントリー１６に支持される。換言すれば、貯留部１２０、オリフィス１３０、流体分配パッド１４０等が回転ガントリー１６に支持される。好ましくは、回転ガントリー側に流体供給システムを有する流体ベアリング１８は、ガス又は空気をベースとするものである。回転ガントリー１６における重量負荷は増加するが、他の幾つかの効果が達成される。即ち、貯留部１２０に供給する流体ポンプを回転ガントリー１６に取り付けることによりスペースが節約される。更に、ポンプは、放射線源２０とのバランスを取り、ひいては、回転ガントリー１６における重量を均一に分布させるように配置又は取り付けられるのが好ましい。
【００３１】
別の実施形態では、両ガントリーの界面において、トラック（面１２ａ及び１２ｂで形成された）と、ホロワ／ガイド（面１６ａ及び１６ｂで形成された）の役割を逆にするのも任意である。換言すれば、窪んだトラックが回転ガントリー１６により画成され又はそこに形成され、一方、突出したホロワ／ガイドが固定ガントリー１２により画成され又はそこに形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特徴によるＣＴスキャナを概略的に示す図である。
【図２Ａ】本発明の特徴によるＣＴスキャナの回転ガントリーと固定ガントリーとの界面を示す部分破断概略図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示す部分破断部の拡大図である。
【図３】本発明の特徴による流体ベアリングを示す断面図である。
【図４Ａ】本発明の特徴による流体ベアリングの部分側面図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】本発明の特徴による流体ベアリングの非対称的供給を示す概略図である。
【図６】本発明の特徴による流体回収システムをもつＣＴスキャナの概略図である。
【符号の説明】
１０  ＣＴスキャナ
１２  固定ガントリー
１４  検査領域
１６  回転ガントリー
１８  流体ベアリング
２０  放射線源
２２  貫通放射線
３０  支持体
４０  放射線検出器
５０  ガントリー収集メモリボード
６０  像プロセッサ
７０  像メモリ
１１０  流体バリア
１２０  貯留部
１４０  分配パッド
２５０  熱交換器
【図１】
0004739497.tif 000002
【図２Ａ】
0004739497.tif 000003
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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