(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において、回転速度の向上を散乱線の影響の軽減とともに実現することにある。【解決手段】Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、撮影領域ＦＯＶの周囲に円環状に配列された電子エミッタを有する複数のＸ線発生要素１ａと、Ｘ線発生要素と撮影領域との間に回転可能に設けられる複数のＸ線検出器３−１，３−２，３−３と、複数のＸ線検出器にそれぞれ取り付けられる複数のコリメータ５−１，５−２，５−３とを具備する。【選択図】      図２
2005185574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影領域の周囲に円環状に配列された電子エミッタを有する複数のＸ線発生要素と、
前記Ｘ線発生要素と前記撮影領域との間に回転可能に設けられる複数のＸ線検出器と、
前記複数のＸ線検出器にそれぞれ取り付けられる複数のコリメータ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】
前記複数のＸ線検出器は、前記Ｘ線検出器の個数をｎ（ｎは３以上の奇数）で表すとき、略３６０°／ｎの角度ずつ前記撮影領域の中心軸まわりにずれて配列されることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
前記複数のＸ線検出器は、前記Ｘ線検出器の個数をｎ（ｎは２以上の自然数）で表すとき、略３６０°／（２ｎ−１）の角度ずつ前記撮影領域の中心軸まわりにずれて配列されることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項４】
前記Ｘ線検出器の個数ｎ＝３であることを特徴とする請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項５】
前記Ｘ線検出器の個数ｎ＝２であることを特徴とする請求項３記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項６】
前記Ｘ線検出器に対向するＸ線発生要素からパルスＸ線が略同時に発生され、前記パルスＸ線を発生するＸ線発生要素が前記Ｘ線検出器の回転に同期して順次隣のＸ線発生要素に切り替えられるように前記Ｘ線発生要素を駆動する駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項７】
前記Ｘ線検出器に対向するＸ線発生要素からパルスＸ線が逐次的に発生され、前記パルスＸ線を発生するＸ線発生要素が前記Ｘ線検出器の回転に同期して順次隣のＸ線発生要素に切り替えられるように前記Ｘ線発生要素を駆動する駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項８】
前記複数のＸ線検出器はＸ線を通過させるために所定の間隔を隔てて配置されることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項９】
前記間隔にはＸ線のファン角を制限するためのソースコリメータが配置されることを特徴とする請求項７記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項１０】
前記Ｘ線検出器に給電するためのバッテリが前記Ｘ線検出器と共に回転可能に設けられることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項１１】
前記Ｘ線発生要素の総数が、１周のスキャンでデータ収集するサンプリング数の整数倍であることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項１２】
前記Ｘ線発生要素はｎ個の真空容器に分散収容することにより３６０°／ｎ  ずつ離れたｎ個の箇所に前記Ｘ線発生要素を配置不能なデッドスペースが中心角γで存在するとき、前記デッドスペースに対応するデータを対向ビーム補正により補充可能なように、Ｘ線のファン角度βは、
β＋γ  ＜  １８０°／ｎ  
の条件を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在主流となっているＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線管とそれに対向するＸ線検出器とが一対となって被検体の周囲を回転するRotate/Rotate方式である。現在では、Ｘ線検出器の多列化とヘリカルスキャンにより、広い領域を高い分解能で撮影する技術の開発が進んでいる。Rotate/Rotate方式の特徴は、Ｘ線検出器の前面にコリメータを設置することにより、Ｘ線検出器の多列化のために体軸方向に広がったＸ線を用いることによって生じる散乱線の影響を除去して高コントラストの画像を得ることができることである。
【０００３】
しかしながら、Rotate/Rotate方式においては、スキャンの高速化のためには、より大きな回転速度で重量物としてのＸ線管を回転する必要があるが、Ｘ線管に加わる遠心力によって回転速度の向上に制限を課せられている。つまり、Rotate/Rotate方式のＸ線コンピュータ断層撮影装置では、回転速度の限界は、主として回転陽極型Ｘ線管の軸受けの遠心力に対する耐久性によって制限されている。また、画質を損なわずに回転速度を増加させるためにはＸ線強度を回転速度に比例して増加させる必要があるが、それにはＸ線ターゲットを大型化して熱容量を増大させる必要があり、そのためさらに回転陽極型Ｘ線管の軸受けにはより大きな遠心力による荷重が加わることになり、耐久性の問題がより深刻になってくる。
【０００４】
このようなRotate/Rotate方式において、Ｘ線管とＸ線検出器の複数の対を回転させ、同時に複数のＸ線ビームを用いたスキャンをおこなうことによりスキャン速度を高速化するマルチビーム型のＸ線コンピュータ断層撮影装置が考案されている（特開２００２−１７２１１２号公報）。しかしながら、この方式においても、Ｘ線管の遠心力に対する耐久性が回転速度のさらなる向上を阻んでいることには変わらない。
【０００５】
一方、Ｘ線検出器と、Ｘ線を発生させるための電子源が共に静止しているタイプのStationary/Stationary方式の超高速Ｘ線コンピュータ断層撮影装置が考案されている。従来の超高速Ｘ線コンピュータ断層撮影装置としては、電子銃、偏向電磁石、リングターゲットおよび円環状に配列されたＸ線検出器列からなり、電子銃からの電子線を偏向電磁石によって偏光操作することによりリングターゲット上のＸ線発生点を移動させてスキャンをおこなう電子ビームＣＴ装置（ＥＢＣＴ）である。
【０００６】
Stationary/Stationary方式の特長は、回転駆動系を持たないことによって、回転速度による制限を受けずに超高速スキャンが可能であることにあるが、一方、装置の大型化は避けられず、さらにＸ線発生点が移動する毎にＸ線検出器とビームの相対的な角度が変化するため、散乱線除去のためにＸ線検出器前面にコリメータを置くことが有効でないという欠点を持つ。Ｘ線検出器側のコリメータを持たないStationary/Stationary方式では、散乱線の影響により画質においてコントラスト分解能が低下するという欠点を有する。しかも、Stationary/Stationary方式においてはＸ線源とＸ線検出器の間での退避動作がおこなわれないため、本来の画像再構成に必要なデータが一部欠落するという問題点も有している。
【０００７】
また、電子銃とリングターゲットからなりＸ線発生点を偏向電磁石によって電気的に移動させながら１個の回転するＸ線検出器によってスキャンをおこなうRotate/Stationary方式が考案されているが（特開平８−２８０６６５号公報）、この構成においては、スキャン速度をRotate/Rotate方式に比べて格段に向上させることはできない。
【特許文献１】特開２００２−１７２１１２号公報
【特許文献２】特開平８−２８０６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置において、回転速度の向上を散乱線の影響の軽減とともに実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある局面は、撮影領域の周囲に円環状に配列された電子エミッタを有する複数のＸ線発生要素と、前記Ｘ線発生要素と前記撮影領域との間に回転可能に設けられる複数のＸ線検出器と、前記複数のＸ線検出器にそれぞれ取り付けられる複数のコリメータとを具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転速度の向上を散乱線の影響の軽減とともに実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本実施形態において提供されるＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Rotate/Stationary方式であり、その概略構成としては、複数のＸ線発生要素が撮影領域の周囲に等間隔で円環状に配列され、その内側にコリメータを装備した例えば３個（又は２個）のＸ線検出器が１２０°間隔で配列され、回転可能に設けられる。スキャンに際しては、３個のＸ線検出器が高速回転される。３個のＸ線検出器に対向する３個のＸ線発生要素から同時または逐次的にパルスＸ線が発生される。Ｘ線を発生する３個のＸ線発生要素が、Ｘ線検出器の回転に同期して順次切り替えられる。Ｘ線発生に同期して３個のＸ線検出器から信号電荷の蓄積、読み出し及びリセットが繰り返される。
【００１２】
このように本実施形態においては、Ｘ線発生要素は固定し、比較的軽量であって可動部のないＸ線検出器のみ回転させるため、Ｘ線管の耐久性による回転速度の制限は受けることが無い。また、Ｘ線検出器は軽く、また回転陽極のような回転する部分も無い。そのため架台の適切な設計によって回転速度の向上を図ることが格段に容易となる。また、Ｘ線を１２０°ずつ離れた位置で同時にまたは逐次的に発生させるマルチビーム方式であるため、単一のＸ線検出器しか持たないRotate/Stationary方式の場合に比較して実質的に３倍の回転速度でスキャンをおこなうことが可能である。しかも、Rotate/Stationary方式であることにより、Ｘ線検出器前面に取り付けたコリメータによる散乱Ｘ線の除去が可能であり、かつＸ線源とＸ線検出器の退避動作がおこなわれることにより欠落の無いデータ収集が可能となり、高いコントラストと維持しながらモーション・アーティファクトの少ない画像を得ることが可能となる。以下、詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の全体構成を示している。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、ガントリ４を有する。ガントリ４の略中央には、略円柱形状の撮影領域（撮影視野とも言う）ＦＯＶが開けられている。データ収集、つまりスキャニングに際しては、寝台６ａの天板６上に載置された被検体５が、撮影領域ＦＯＶ内に挿入される。ガントリ４には、Ｘ線発生部１がＸ線検出部３と共に収容されている。Ｘ線発生部１は固定され、Ｘ線検出部３は回転中心軸ＣＬまわりを回転可能に設けられる。回転機構１５は、Ｘ線検出部３を回転可能に支持する構造と共に、回転駆動部１０から給電を受けて回転駆動する電動機を有している。高電圧発生部８は、スキャン制御部７の制御のもとで、Ｘ線発生部１の電極間に高電圧を印加する。ゲートパルス発生部９は、スキャン制御部７の制御のもとで、後述するＸ線発生部１のゲート電極に高電圧を印加する。
【００１４】
Ｘ線検出部３は、後述するように複数の多チャンネル型Ｘ線検出器とそれぞれ対応する複数のデータ収集部とから構成される。データ収集部は、それぞれ対応するＸ線検出器の各チャンネルの電流信号を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、この電圧信号をＸ線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このプリアンプの出力信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが、チャンネルごとに設けられている。
【００１５】
前処理装置１１は、データ収集部で収集したデータ（生データと呼ばれる）を光又は電磁波、又は磁気を媒介して非接触のデータ伝送を実現する非接触データ伝送装置を経由して受け取り、生データに対して、チャンネル間の感度不均一を補正したり、またＸ線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下又は信号脱落を補正する等の前処理を実行する。前処理装置１１から出力されるデータは、投影データと呼ばれる。投影データはデータ記憶部１２に記憶される。画像再構成部１３は、データ記憶部１２に記憶された３６０°又は１８０°＋ファン角分の投影データセットに基づいて画像データを再構成する。画像データはモニタ１４に可視画像として表示される。
【００１６】
図２はガントリ４の内部を示している。Ｘ線発生部１は、撮影領域ＦＯＶを取り囲むように円環状に配列された複数のＸ線発生要素１ａが真空容器２１に収容されてなる。Ｘ線発生要素１ａは、Ｘ線の発生及び停止を独立して制御可能な構成単位であり、図３に示すように、陰極１９と、陰極１９に対向する陽極１７と、陰極１９と陽極１７との間に設けられる電子エミッタ１８と、陽極１７に設けられる陽極ターゲット１６から構成される。図３では、透過型のターゲットを示している。電子エミッタ１８は、図４に示すように、ゲート電極３８を有する。ゲート電極３８は、数μｍの厚さを有する絶縁層３７を介在して、陰極１９に対向配置される。ゲート電極３８及び絶縁層３７には、複数の孔３９が形成されている。孔３９の底面に相当する陰極１９上には、Moのtipを用いたSpindt型、カーボンナノチューブなどの炭素材料を用いるもの、Si表面にpn接合を形成したAvalanche Cold Cathode、金属−絶縁体−金属の積層接合を用いたM-I-Mなどの電子放出材料からなる電子放出部３６が配置される。ゲートパルス発生器９からゲート電極３８に電圧が印加されたとき、ゲート電極３８と陰極１９との間に強い電界が生じて、ゲート電極３８と陰極１９との間に配置された電子放出部３６から電子が放出される（電界放出；フィールドエミッション）。放出された電子３３は陰極１９と陽極１７との間に印加された高電圧（管電圧）により加速され陽極ターゲット１６に衝突する。それによりＸ線が発生する。
【００１７】
実際には、絶縁層３７の表面にゲート電極３８となる金属がコーティングされる。この構造の採用によって陰極１９とゲート電極３８との間を、数μｍ〜数１０μｍの範囲から選択された最適な距離で均一に保つことが可能となる。陰極１９とゲート電極３８との間の距離を上記範囲から選択することにより、数１０〜１００Ｖ程度の低い電圧をゲート電極３８に印加することによって電子放出部３６から電子を放出させることができる。
【００１８】
図５に示すように、陽極１７は、撮影領域ＦＯＶを取り囲むように円環形状を有する。実際には図３に示したように陽極１７は、２つの円環形状の陽極部分１７−１，１７−２からなる。２つの陽極部分１７−１，１７−２は、体軸方向（スライス方向）Ｚに沿って所定距離隔てて向き合って配置される。この２つの陽極部分１７−１，１７−２の間には、１０００〜２０００ｍｍから選択された直径の円環形状を有する陽極ターゲット１６が渡される。円環形状の陽極１７を取り囲むように、複数の陰極１９が円環状に配列される。陽極１７と陰極１９の間には複数のゲート電極３８が円環状に配列される。ゲート電極３８と陰極１９の間には複数の電子放出部３６が配列される。
【００１９】
図６（ａ）、図７には、Ｘ線発生部１の詳細な断面構造を示している。陰極１９、電子エミッタ１８、ターゲット１６及び陽極１７は、円環形状を有する絶縁性を有する密閉容器２１に収容される。密閉容器２１は、円環の一部分の形状を有する複数の密閉容器部分から構成されるものであってもよい。密閉容器２１の内部ガスは排気ポート３２から強制排気される。それにより密閉容器２１の内部は例えば１０−７Ｐａ以下の真空度の状態に維持される。密閉容器２１は、絶縁液又は絶縁ガスで満たされた絶縁容器２６に収容される。絶縁容器２６には、密閉容器２１とともに、安定化抵抗２４ａとパルス増幅回路２４ｂとからなる回路ボックス２４が収容される。回路ボックス２４は、絶縁性支持体３０により容器２６内部に支持される。安定化抵抗２４ａは、高圧ケーブル２３によって供給される高電圧を安定化して陰極１９に供給する。高圧ケーブル２３は、高圧ケーブルブッシング端子２９により容器２６の内部に導入される。パルス増幅回路２４は、光ファイバーケーブル２２を経由して送られてきたパルス状のゲート信号（ゲートパルス）を増幅してゲート電極３８に電圧パルスを供給する。電圧パルスがゲート電極３８に供給される期間、陰極１９とゲート電極３８との間に電界が形成され、それにより電子放出部３６からの電子の放出が促進される。この電子は陽極１７のターゲット１６に衝突してＸ線を発生させる。容器２６は、Ｘ線遮蔽容器２８に収容される。特定の電子エミッタ１８のゲート電極３８に電圧パルスを印加することによって、その電子エミッタ１８のみから電子ビーム３３を発生させることができる。この電子ビーム３３は、陽極１７上の対応するターゲット１６に衝突してＸ線を放出する。ここで電子ビーム３３のエネルギーのほとんどはターゲット１６で熱に変換される。陽極１７の熱は、冷却ジャケット１５によって放出される。それによりターゲット１６の溶融が抑制され得る。
【００２０】
また、図６（ｂ）に示す反射型ターゲットを用いると、冷却能力が高くターゲットの溶融を抑制するために有利である。
【００２１】
既定のＸ線放射量を得るために必要となる電子電流量から、電子エミッタ１８に対する放出電子量の要求値が決まるが、一般に数１０ｍＡ／ｃｍ２〜数Ａ／ｃｍ２と言われる高い電子放出能を有する炭素系構造体などを電子放出部３６として利用することにより、非常に小型のＸ線発生要素１ａが提供され得る。上述のような電子放出性能の高い炭素系材料から電子放出部３６を形成した場合には、十分な電子電流密度を得るための電界強度として、略５Ｖ／μｍ以上が必要とされる。上記のように陰極１９とゲート電極３８とを接近させることにより、ゲート電極３８に印加する電圧を低く抑えることができ、それにより隣り合う電子エミッタ１８間の絶縁距離を短縮して高密度で配列することができる。また、電子放出部３６を電子放出性能の高い炭素系構造体で構成したことにより、個々の電子エミッタ１８に割り当てられた微小な有効面積であっても、必要とされる電子ビーム電流量（管電流）を実現することが可能となる。
【００２２】
また上記のようなゲート電極３８で電子放出を制御する３端子構造を採用したことによって、陰極１９と陽極１７の間にＤＣ高電圧を継続的に印加しながら、任意の電子エミッタ１８からのみ電子を放出することができる。これにより各電子エミッタ１８は、このゲート電圧（おおむね数１０Ｖ〜１ｋＶ）程度の耐電圧を保てばよいことになり、電子エミッタ１８を近接、密集配置することが可能となる。一例として、電子エミッタ１８を８０ｃｍの直径で円環状に周回配置した場合を考えると、周長は２５１ｃｍで、ここに２９（＝５１２）個の電子エミッタ１８を配列すると、電子エミッタ１８の円周方向の配列ピッチは約５ｍｍとなる。隣り合う電子エミッタ１８間の絶縁を考慮すると、電子エミッタ１８の陰極１７、ゲート電極３８は２ｍｍ程度の幅に制限される。体軸方向Ｚに関してサイズ制限は緩やかであるので、電子エミッタ１８の陰極１７、ゲート電極３８を体軸方向Ｚに約１０ｍｍの長さで設計する。これにより各電子エミッタ１８の陰極１７、ゲート電極３８を、２０ｍｍ２の面積で構成することができる。一般に、５Ａ／ｃｍ２以上の電子平均電流密度が得られる炭素系構造体を電子放出材として使用すると、一の電子エミッタ１８当たりの放出電子電流は、１Ａとなり、これは電子駆動型ＣＴとして要求される電流値（おおむね１Ａ）を満足できるものとなる。また、１周当たりに配置できる電子エミッタ１８の数を増加させることは、１周スキャン当たりのデータ点数（ビュー数）を増加させ、ＣＴ画像の解像度を向上させる。したがって、高密度配列を可能とするためには、高い電子放出能と低電圧駆動のゲート機能を備えたフィールドエミッション型の電子エミッタ１８の適用が必要不可欠となり、熱フィラメントなどの他の方式、構造によって同等の仕様を満足することは困難である。
【００２３】
さらに、より高い電子放出能が得られるよう工夫された同様の電子放出部を用いた場合、またはゲート駆動電圧を小さくできるように工夫された構造を持つ電子エミッタ１８を採用することによって同様の平均電子ビーム電流量を得るために必要となる電子エミッタ１８面積を縮小することが可能となり、これは周回配置するＸ線発生要素１ａの数を増加させ、さらに精度の高いスキャンを保証することが可能となる。
【００２４】
Ｘ線発生部１内の電子エミッタ１８を順次駆動する、つまりゲート電極３６に順番に電圧パルスを印加することによって、機械的な回転機構を用いずに、Ｘ線ビームの発生位置を電子的に移動することができる。Ｘ線発生位置の電子的な移動は、機械的な回転機構によるものと比較して、大幅なスキャン時間の短縮を実現することができる。
【００２５】
図２に戻る。Ｘ線検出部３は、複数、ここでは３つの多チャンネル型Ｘ線検出器３−１，３−２，３−３とそれぞれ対応する複数のデータ収集部（図示しない）とから構成される。Ｘ線検出器３−１，３−２，３−３の受光面には、その中心に対して回転中心軸ＣＬを挟んで対向するＸ線発生要素１ａからのＸ線を通過し、他の方向からの散乱線等を除去するために、集中型のコリメータ５−１，５−２，５−３がそれぞれ装着される。Ｘ線検出器３−１，３−２，３−３は、撮影領域ＦＯＶとＸ線発生部１との間であって、Ｘ線発生部１のターゲット１６と同一面上に配置される。Ｘ線検出器３−１，３−２，３−３は、データ収集部とともに図示しない中心軸ＣＬを中心として回転自在に支持される円環形状の回転フレームに取り付けられる。回転フレームには、Ｘ線検出器３−１，３−２，３−３及びデータ収集部とともに、Ｘ線検出器３−１，３−２，３−３及びデータ収集部に給電するための１又は複数のバッテリが搭載される。バッテリの種類としては、１次電池の他、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などの２次電池、燃料電池、太陽電池などを用いることができる。本実施形態では、Ｘ線発生部１は固定されており、可動部のＸ線検出部３の駆動電力はバッテリで賄えるので、収集データの伝送を光または電磁波、または磁気などを用いて非接触でおこなうことでスリップリングは不要となる。そのため高速回転とスリップリングノイズの消滅が可能となっている。もちろん図１に示すように収集データの伝送のために接触型のスリップリング２０を採用してもよい。
【００２６】
Ｘ線検出器３−１，３−２，３−３は、Ｘ線検出器の個数をｎ（ｎは２以上の自然数）で表すとき、３６０°／ｎの角度ずつ撮影領域ＦＯＶの中心軸ＣＬまわりにずれて配列される。ここではｎ＝３であるので、Ｘ線検出器３−１，３−２，３−３は、１２０°ずつ中心軸ＣＬまわりにずれて配列される。
【００２７】
Ｘ線検出器３−１，３−２，３−３は、Ｘ線を通過させるための間隔ＩＳ１，ＩＳ２，ＩＳ３を隔てて配置される。間隔ＩＳ１，ＩＳ２，ＩＳ３には、Ｘ線発生要素１ａのターゲット１６で発生したＸ線を撮影領域ＦＯＶに応じたファン角に制限するためのソースコリメータ２−１，２−２，２−３がそれぞれ設けられる。ソースコリメータ２−１，２−２，２−３は、Ｘ線検出器３−１，３−２，３−３又は回転フレームに取り付けられる。
【００２８】
スキャニングに際しては、Ｘ線検出器３−１，３−２，３−３が一定の角速度で連続的に回転される。Ｘ線検出器３−１，３−２，３−３にそれぞれ対向するＸ線発生要素１ａが駆動され、その駆動対象のＸ線発生要素１ａが回転に伴って順番に移動される。上述したように駆動とは、Ｘ線発生要素１ａのゲート電極３８にゲートパルスを印加する動作をいう。ゲートパルスが印加されている期間、Ｘ線が発生され被検体に照射される。ゲートパルスを印加するゲート電極３８が、Ｘ線検出器３−１，３−２，３−３の回転に伴って、順番に隣のＸ線発生要素１ａのゲート電極３８に切り替えられる。
【００２９】
ここで第１Ｘ線検出器３−１の回転に着目すると、図８に示すように、第１Ｘ線検出器３−１に対向するＸ線発生要素１ａからパルス幅Δｔ１でパルスＸ線が、一定の周期Ｐで繰り返し発生される。もちろん第１Ｘ線検出器３−１に対向するＸ線発生要素１ａは第１Ｘ線検出器３−１の回転により順次移動していく。上記周期Ｐは、１回転に要する時間をＳＰ、１周にわたるＸ線発生要素１ａの個数をＮ、Ｘ線検出器の個数をｎと表すと、ｎ・ＳＰ／Ｎで与えられる。パルスＸ線の発生に同期して第１Ｘ線検出器３−１の動作が制御される。つまり、パルスＸ線が発生している期間に信号電荷が蓄積され、続いて信号電荷の読み出し及びリセットが行われる。
【００３０】
第２Ｘ線検出器３−２の回転についても同様で、第２Ｘ線検出器３−２に対向するＸ線発生要素１ａからパルス幅Δｔ１（＝Ｐ／ｎ）でパルスＸ線が、一定の周期Ｐで繰り返し発生される。同様に、第３Ｘ線検出器３−３に対向するＸ線発生要素１ａからパルス幅Δｔ１でパルスＸ線が、一定の周期Ｐで繰り返し発生される。
【００３１】
ここで、第２Ｘ線検出器３−２に対向するＸ線発生要素１ａからパルスＸ線を発生する時期が、第１Ｘ線検出器３−１に対向するＸ線発生要素１ａからパルスＸ線を発生する時期に対して、パルス幅Δｔ１に等価な時間だけ遅延される。同様に、第３Ｘ線検出器３−３に対向するＸ線発生要素１ａからパルスＸ線を発生する時期が、第２Ｘ線検出器３−２に対向するＸ線発生要素１ａからパルスＸ線を発生する時期に対して、パルス幅Δｔ１に等価な時間だけ遅延される。
【００３２】
この動作を今度はＸ線発生要素１ａに着目して説明する。ここでは説明の便宜上、複数のＸ線発生要素１ａを、３６０°／ｎ（１２０°）の区間で区切って、その位置に応じて、Ａ０，Ａ１，・・・Ａｍ−１，Ｂ０，Ｂ１，・・・Ｂｍ−１，Ｃ０，Ｃ１，・・・Ｃｍ−１と表記すると、３つのＸ線検出器３−１，３−２，３−３に対向する１２０°ずつずれている３つのＸ線発生要素Ａ０，Ｂ０，Ｃ０からパルス幅Δｔ１の周期で逐次的にパルスＸ線を発生し、続いて隣り合う３つのＸ線発生要素Ａ１，Ｂ１，Ｃ１からパルス幅Δｔ１の周期で逐次的にパルスＸ線を発生し、以降、同様の動作を繰り返す。
【００３３】
この動作方式では、Ａ０、Ｂ０、Ｃ０からパルスＸ線が発生する時刻にパルス幅Δｔ１だけ差が生じ、また検出器が連続回転しているため、各検出器の間隔は正確に３６０°／ｎであるよりも、タイムラグを考慮して、３６０°／ｎ  ±  ３６０°（i-1）／Ｎn  （iはn-1以下の整数）のように３６０°／ｎから、３６０°（i-1）／Ｎn  （iはn-1以下の整数）程度ずらした方がより好ましい。例えばn=３の場合、詳細には、P1-CL-P2の角度は、１２０°−３６０°／Ｎｎ、P3-CL-P1の角度は、１２０°＋２・３６０°／Ｎｎであることが望ましい。
【００３４】
このように１／ｎ回転の間に（この例では１２０°）３６０°分のデータ収集、つまりフルスキャンを終えることができるため、スキャン速度を実質的にｎ倍（この例では３倍）に向上することができる。各Ｘ線検出器３−１，３−２，３−３にはコリメータ５−１，５−２，５−３を取り付けているので、散乱線の影響を軽減することができる。さらに、時期をずらしてパルスＸ線を発生することで、散乱線の影響を相互に強め合うという事態を回避できる。
【００３５】
図９に示すように、第２，第３Ｘ線検出器３−２，３−３に対向するＸ線発生要素１ａからパルスＸ線を、第１Ｘ線検出器３−１に対向するＸ線発生要素１ａからパルスＸ線を発生する時期に同期して発生するようにしても良い。つまり、３つのＸ線検出器３−１，３−２，３−３に対向する１２０°ずつずれている３つのＸ線発生要素Ａ０，Ｂ０，Ｃ０から同時にパルスＸ線を発生し、続いて隣り合う３つのＸ線発生要素Ａ１，Ｂ１，Ｃ１から同時にパルスＸ線を発生し、以降、同様の動作を繰り返す。図９の例では、パルスＸ線が同時に発生されるので、散乱線の影響を相互に強め合うという事態が生じてしまうものの、パルス幅を、図８の例によるパルス幅Δｔ１（＝Ｐ／ｎ）から、周期Ｐから信号読み出し及びリセットに要する時間を減算した時間Δｔ２に延長することができる。それによりデータサンプリング時間、つまり電荷蓄積期間を延長することができる。
【００３６】
この動作方式では、各検出器は正確に３６０°／ｎだけずれていることが望ましい。
【００３７】
このように作用効果からみて図８のパルスＸ線の発生シーケンスは散乱線軽減優先モードと称し、図９のパルスＸ線の発生シーケンスは電荷蓄積期間優先モードと称することができる。ゲートパルス発生部９はこれら２種の散乱線軽減優先モードと電荷蓄積期間優先モードとを装備し、操作者の選択指令に従って散乱線軽減優先モードと電荷蓄積期間優先モードとのいずれか一方で選択的にゲートパルスを発生することができる。
【００３８】
なお、データサンプリング数を、Ｘ線発生要素１ａの数Ｎに必ずしも一致させる必要は無い。本実施形態において、パルスＸ線の継続期間中はその位置は変化しないにも関わらず、Ｘ線検出器３−１，３−２，３−３は連続回転しているため、その相対的位置関係は僅かに変化することによりミスアラインメントが発生する。つまり、Ｘ線発生位置とＸ線検出器の中心を結ぶ線が、パルスＸ線の継続期間の始点では回転中心軸ＣＬを通るが、時間の経過と共に回転中心軸ＣＬから外れていく。実装するＸ線発生要素１ａの数を、必要とされるデータサンプリング数の５乃至１０倍に増やしてＸ線発生要素１ａの数を多くして円周上に稠密に配列させると、１回の電荷蓄積期間内に、連続する数個又は数十個のＸ線発生要素１ａから上記Δｔ１又はΔｔ２の数分の一又は数十分の一の短い周期で細かく切り替えて、Ｘ線発生位置を移動しながらパルスＸ線を発生させることで、Ｘ線発生部が連続回転する状態に近似させることができ、ミスアラインメントの影響を小さくすることができる。
【００３９】
また、Ｘ線発生要素１ａの数そのものを増やす代わりにＸ線発生要素１ａから発生された電子ビームを静電偏向または磁場変更させてターゲット上の電子ビームの結像位置をずらすことでＸ線発生位置をＸ線検出器の回転に同期して移動させることができる。また、上でのべたような方法でＸ線発生要素１ａをデータサンプル数の５乃至１０倍にするか、電子ビームを電磁的にＸ線発生点を連続移動させると、ターゲットの熱負荷の低減にも寄与する。
【００４０】
図２に示したように、複数のＸ線発生要素１ａが円環形状の密閉容器２１内に収容させているが、組み立ての容易さ、故障時のメンテナンスの容易さの向上のために、密閉容器２１を、複数、例えば図１１の様に３個の密閉容器部分を連結することにより構成しても良い。つまり、複数のＸ線発生要素１ａを３つの密閉容器部分に分散収容させるようにしても良い。この場合、密閉容器部分を連結する１２０°ずつ離れた３箇所では、Ｘ線発生要素１ａを配置不能なデッドスペースが容器壁厚に応じた範囲で存在する。図１２に示すように、ファン角度βで広がるＸ線ビームの焦点が弧ＡＢＣ上で移動し、これらの全てのビームが、対向する位置にある弧ＤＥＦ上で交わる時、弧ＤＥＦにＸ線源のアレイが欠損することなる存在していれば、対向データ補正により補正が可能である。
【００４１】
すなわち、このデッドスペースの範囲は中心軸ＣＬまわりに中心角γで拡がるものと定義すると、Ｘ線のファン角度βを  
β＋γ＜１８０°／３  
を満たすように設計することで、当該デッドスペースに対応するデータを対向ビーム補正により補充することができる。
【００４２】
一般にｎ個の密閉容器部分を連結して構成した場合には、デッドスペースの範囲は中心軸ＣＬまわりに中心角γで拡がるものと定義すると、Ｘ線のファン角度βを、  
β＋γ＜１８０°／ｎ  
を満たすように設計することで、当該デッドスペースに対応するデータを対向ビーム補正により補充することができる。
【００４３】
上述の説明では、３個のＸ線検出器３−１，３−２，３−３を円周方向に均等に１２０°ずつずらして配置したものである。図１０に示すように、その中の１つ、ここでは第３のＸ線検出器３−３を取り除いて２個のＸ線検出器３−１，３−２としても、ハーフスキャン再構成法の採用により、１２０°の回転の間に３６０°分のデータ収集、つまりフルスキャンを終えることができる。この場合、複数のＸ線検出器を円周方向に３６０°／ｎ（ｎはＸ線検出器の数）の角度ずつずらして均等に配置するのではなく、３６０°／（２ｎ−１）の角度ずつ円周方向にずらして配置する必要がある。つまり、図１０の例では、２個のＸ線検出器を１２０°ずつずらして配置する。パルスＸ線の発生シーケンスとしては、図８に対応する場合、第１のＸ線検出器３−１に対向するＸ線発生要素１ａから、周期Ｐ／２のパルス幅でパルスＸ線を周期Ｐで繰り返し発生する。第２のＸ線検出器３−２に対向するＸ線発生要素１ａからも同じく周期Ｐ／２のパルス幅でパルスＸ線を周期Ｐで繰り返し発生する。第２のＸ線検出器３−２に対向するＸ線発生要素１ａからは、パルス幅Ｐ／２に等価な時間だけ、第１のＸ線検出器３−１に対向するＸ線発生要素１ａからのパルスＸ線に対して、遅延させる。この図１０の例では、図２の例に比べて、パルス幅を延長して、電荷蓄積期間を延長することができる。このように、Ａ０，Ｂ０，Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，・・・Ａm-1，Ｂm-1の順に駆動し、１／３回転した時点でハーフスキャンが終了する。さらに続いてＢ０，Ｃ０，Ｂ１，Ｃ１，・・・Ｂm-1，Ｃm-1の順に駆動していくことで、次のハーフスキャン再構成に必要なデータを収集することができる。これらＡ０からＡm-1、Ｂ０からＢm-1、Ｃ０からＣm-1のデータを用いることで、フルスキャンによる再構成が可能である。すなわち、１／３回転でハーフスキャン、２／３回転でフルスキャンが連続的に実行される。この図１０の例ではＸ線検出器の面積を減らしてコストを下げられることができる。
【００４４】
なお、本実施形態のＸ線コンピュータ断層撮影装置は、２次元ＣＴにおいても、体軸方向にＸ線ビームの広がりを持つマルチスライスＣＴ、コーンビームＣＴのいずれにも適用可能である。その他、本発明は上記実施形態そのまま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構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成図。
【図２】図１のガントリの内部構造を示す正面図。
【図３】図２のＸ線発生部の概略構造を示す正面図。
【図４】図２のＸ線発生部の詳細断面図。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図。
【図６】透過型のターゲットを用いた図２の単一のＸ線発生要素の横造と、反射型のターゲットを用いた図２の単一のＸ線発生要素の横造とを示す図。
【図７】図６の電子エミッタの横造図。
【図８】本実施形態において、散乱線軽減優先モードによるパルスＸ線の発生シーケンスを示す図。
【図９】本実施形態において、電荷蓄積期間優先モードによるパルスＸ線の発生シーケンスを示す図。
【図１０】図１のＸ線検出部の他の構造を示す正面図。
【図１１】Ｘ線源を３個の密閉容器部分を連結して構成した装置の構造図。
【図１２】Ｘ線のファン角度βとデッドスペースの中心角γの関係を示す説明図。
【符号の説明】
【００４６】
１…Ｘ線発生部、３…Ｘ線検出部、４…ガントリ、５…被検体、６…天板、７…スキャン制御部、８…高電圧発生部、９…ゲートパルス発生部、１０…回転駆動部、１１…前処理部、１２…データ記憶部、１３…画像再構成部、１４…モニタ、２１…密閉容器。
【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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