(57)【要約】【課題】本発明の目的は、スリップリングの回転負荷を軽減して、超高速回転に対応可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。【解決手段】本発明に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線を発生するＸ線管７と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器９と、Ｘ線管７とＸ線検出器９とを回転自在に支持するために多段に設けられる複数の回転部１３，１５と、Ｘ線管７への電源電力を伝送するために複数の回転部１３，１５に対応して多段に設けられる複数のスリップリング機構２５，２７とを具備する。【選択図】    図１
2005013475.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線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とを回転自在に支持するために多段に設けられる複数の回転部と、
前記Ｘ線管への電源電力を伝送するために、前記複数の回転部に対応して多段に設けられる複数のスリップリング機構とを具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】
前記複数の回転部をそれぞれ回転駆動する複数の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３】
前記複数の駆動部を制御する制御部をさらに備え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４】
前記制御部は、定速回転時において、前記複数の回転部の回転速度が順次高くなるように前記複数の駆動部を制御することを特徴とする請求項３記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項５】
前記制御部は、定速回転時において、前記複数の回転部のうち固定部に回転自在に支持された終端の回転部の回転速度と前記回転部間の回転速度差とが略一定になるように前記複数の駆動部を制御することを特徴とする請求項３記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項６】
前記制御部は、減速時において、前記複数の回転部のうち固定部に回転自在に支持された終端の回転部の加速度と前記回転部間の相対的な加速度とが略一定になるように前記複数の駆動部を制御することを特徴とする請求項３記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スリップリング機構により連続回転を実現したＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の通り、Ｘ線を被検体に照射し、その透過データから画像データを再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置としては、スリップリングの開発によって実現したＸ線管がＸ線検出器と共に被検体周囲を連続的に回転するいわゆる第４世代が現在主流を占めている。この第４世代ＣＴは、現在では１回転あたり０．５程度まで高速化が進んでいる。この１回転あたり０．５程度の高速スキャンでも、心臓等の動きの速い患部をダイナミックに撮影するには不十分である。
【０００３】
しかし、スリップリングの回転負荷が、１回転あたり０．５程度を上回るような超高速化を阻んでいる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、スリップリングの回転負荷を軽減して、超高速回転に対応可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線を発生するＸ線管と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とを回転自在に支持するために多段に設けられる複数の回転部と、前記Ｘ線管への電源電力を伝送するために、前記複数の回転部に対応して多段に設けられる複数のスリップリング機構とを具備する。
【０００６】
【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を好ましい実施形態により説明する。治療用のＸ線としては、一般的なＸ線として説明するが、それに限定されることはない。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、被検体（患者）に対するＸ線源の連続的な移動に連動してコリメータの開口を動的に制御することにより、細く絞ったＸ線を常に被検体の被治療部位に集中させることにより、被治療部位に対して選択的に高エネルギーで治療効果を与え、それ以外の健常部位への被曝をできるだけ抑えるようにした治療装置である。ここではＸ線源は、円周軌道上を移動する例で説明するが、Ｘ線源の移動軌道はそれに限定されない。
【０００７】
この例では、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置と共通する基本構造を備えている。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置と同様に、Ｘ線管とＸ線検出器とが一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°＋ファン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、時間分解能の点で有利なハーフスキャン法を例に説明する。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装置であっても、多管球型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、図２は本発明の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置のガントリ内部の構成を示す図である。ガントリは、Ｘ線管７とＸ線検出器９とを回転可能に支持する回転機構５を有する。回転機構５は、多段に設けられた円環形状の回転部１３，１５を有する。第１の回転部１３は、ガントリベース１上に固定された円環形状の固定部１１に回転軸Ｒを中心として回転自在に支持される。この第１の回転部１３に対して、第２の回転部１５が、第１の回転部１３と同じ回転軸Ｒを中心として回転自在に支持される。第２の回転部１５には、Ｘ線管７とＸ線検出器９とが搭載される。Ｘ線検出器９はＸ線管７に対向する。固定部１１には第１の回転部１３を回転駆動するための第１の電動機１７が設置される。例えば第１の電動機１７の駆動軸から第１の回転部１３に対してベルトを介して回転力が伝動される。同様に、第１の回転部１３には第２の回転部１５を回転駆動するための第２の電動機１９が設置される。例えば第２の電動機１９の駆動軸から第２の回転部１５に対してベルトを介して回転力が伝動される。
【０００９】
固定部１１から第１の回転部１３を経て第２の回転部１５にかけて、電気的に接続されたスリップリング機構２５，２７が多段に設けられる。第１のスリップリング機構２５は、図３に示すように、第１の回転部１３の外周に取り付けられた導電性物質から構成されるスリップリング２９と、固定部１１に取り付けられた導電性物質から構成されるブラシ３１とから構成される。第１の回転部１３の回転に伴って、ブラシ３１はスリップリング２９を摺動する。それにより固定部１１と第１の回転部１３との間で電力や信号の伝送が行われる。第２のスリップリング機構２７は、図示しないが、第１のスリップリング機構２５と同様の構成を有し、第２の回転部１５の外周に取り付けられた導電性物質から構成されるスリップリングと、第１の回転部１３に取り付けられた導電性物質から構成されるブラシとから構成される。第１の回転部１３に対する第２の回転部１５の相対的な回転に伴って、第２の回転部１５のブラシは第１の回転部１３に取り付けられたスリップリングを摺動する。それにより第１の回転部１３と第２の回転部１５のの間で電力や信号の伝送が行われる。
【００１０】
図４は、本発明の実施形態による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。Ｘ線管７には高電圧発生器３５から管電圧が印加され、フィラメント加熱電流が供給される。高電圧発生器３５はＸ線管７と同じ第２回転部１５に搭載される。高電圧発生器３５は第１，第２のスリップリング機構２５、２７を介して固定側のＸ線電源３３に電気的に接続される。それにより高電圧発生器３５は回転期間中にＸ線電源３３から電源電力の供給を継続的に受けることができる。また、高電圧発生器３５は第１，第２のスリップリング機構２５、２７を介して固定側のＸ線制御部３７に電気的に接続される。それにより高電圧発生器３５は回転期間中にＸ線制御部３７からＸ線制御信号の供給を継続的に受けることができる。
【００１１】
Ｘ線検出器９には、Ｘ線検出器９と同じ第２の回転部１５に搭載されたデータ収集部３９が接続される。データ収集部３９はＸ線検出器９の各チャンネルの出力（電流信号）を電圧信号に変換し、そして増幅するとともに、ディジタル信号に変換する機能を備えている。データ収集部３９は第１，第２のスリップリング機構２５、２７を介して固定側のデータ収集制御部４３に電気的に接続される。それによりデータ収集部３９は回転期間中にデータ収集制御部４３からデータ収集制御信号の供給を継続的に受けることができる。また、データ収集部３９は第１，第２のスリップリング機構２５、２７を介して固定側に設置された対数変換処理やチャンネル間非均一性補正等を行うための前処理部４１に電気的に接続される。それによりデータ収集部３９は回転期間中に収集したデータを前処理部４１に継続的に伝送することができる。
【００１２】
第１回転部１３を回転駆動するためのブレーキ付きの第１電動機１７が固定部１１に取り付けられ、この第１電動機１７には固定側に配置された第１回転電源４５から電力が供給される。第２回転部１５を回転駆動するためのブレーキ付きの第２電動機１９が第１回転部１３に取り付けられ、この第２電動機１９には固定側に配置された第２回転電源４７から第１スリップリング機構２５を経由して電力が供給される。
【００１３】
固定部１１と第１回転部１３とには第１回転エンコーダ４９が設けられる。例えば第１回転エンコーダ４９は、第１回転部１３に例えば１°ごとに交互に色分けされた円環形状をなす白黒帯と、固定部１１に配置された発光部と、固定部１１に配置された受光部とから構成される。発光部で発生された光は白黒帯で反射し受光部で受光される。発光部及び受光部に対して白黒帯が第１回転部１３とともに回転するとき、受光部からパルス信号が発生される。このパルス信号は回転制御部５３に取り込まれる。回転制御部５３は、ゼロ°等の基準位置から計数したパルス数により、第１回転部１３の回転速度（絶対速度）を特定し得る。
【００１４】
同様に、第１回転部１３と第２回転部１５には第２回転エンコーダ５１が設けられる。例えば第２回転エンコーダ５１は、第２回転部１５に例えば１°ごとに交互に色分けされた円環形状をなす白黒帯と、第１回転部１３に配置された発光部と、第１回転部１３に配置された受光部とから構成される。発光部及び受光部に対して白黒帯が第２回転部１５とともに第１回転部１３に対して相対的に回転するとき、受光部からパルス信号が発生される。このパルス信号は回転制御部５３に取り込まれる。回転制御部５３は、ゼロ°等の基準位置から計数したパルス数により、第１回転部１３に対する第２回転部１５の相対的な回転速度を特定し得る。また、回転制御部５３は、上記特定した第１回転部１３の絶対的な回転速度と、第１回転部１３に対する第２回転部１５の相対的な回転速度とから、第２回転部１５の絶対的な回転速度を特定し得る。
【００１５】
回転制御部５３は、第１回転部１３の絶対的な回転速度と、第２回転部１５の絶対的な回転速度とがそれぞれ所定の回転速度となるように、第１，第２回転電源４５，４７を制御する。
【００１６】
図５には、回転制御部５３の制御による第１，第２回転部１３，１５の回転速度の時間変化を示している。加速時において、回転制御部５３は、第１回転電源４５を制御して、時刻ｔ０に第１電動機１７の回転を開始させる。それと同時に、回転制御部５３は、時刻ｔ０において、第２回転電源４７を制御して、第２電動機１９の回転を開始させる。それにより、第１回転部１３は時刻ｔ１において所定速度Ｖ１に到達する。また、第２回転部１５は、時刻ｔ１において、第１回転部１３に対して相対的に所定速度Ｖ２に到達する。第２回転部１５は第１回転部１３に対して回転するので、時刻ｔ１において、絶対速度Ｖｔｏｔａｌに到達する。回転制御部５３は、時刻ｔ１において第１回転部１３が所定速度Ｖ１に到達し、また、第２回転部１５が同じ時刻ｔ１において第１回転部１３に対する相対速度が所定速度Ｖ２に到達するように、制御する。Ｖ１＝Ｖ２であれば、第１，第２の回転部１３，１５は時刻ｔ０で同時に回転を開始し、同じ加速度で加速し、時刻ｔ１においてそれぞれ所定速度Ｖ１（＝Ｖ２）に到達する。第１回転部１３と第２回転部１５が同じ加速度で加速することにより、相互間の速度差に起因する加速損失を抑制することができる。
【００１７】
なお、加速時において、図６に示すように、回転制御部５３は、第１回転電源４５を制御して、時刻ｔ０に第１電動機１７の回転を開始させ、第１回転部１３が時刻ｔ１において所定速度Ｖ１に到達した時点ｔ１で、第２回転電源４７を制御して、第２電動機１９の回転を開始させるようにしてもよい。この場合、加速に要する時間は延長するが、相互間での加速損失をほぼゼロにすることができる。
【００１８】
回転制御部５３は、第１，第２回転部１３，１５がそれぞれ所定速度Ｖ１，Ｖ２に達した時点で、定速度回転制御に移行する。回転制御部５３は、第１，第２回転部１３，１５各々の回転速度を監視し、それぞれ速度Ｖ１，Ｖ２を維持するように第１，第２回転電源４５，４７を制御する。
【００１９】
減速時において、回転制御部５３は、減速開始時刻ｔ２に同時に第１，第２回転部１３，１５の減速を開始し、第１，第２回転部１３，１５が同じ加速度で減速するように、第１，第２回転電源４５，４７を制御する。それにより、相互間での減速損失、例えば第１回転部１３が第２回転部１５から回転駆動を受けて逆に速度が増加してしまうような事態を回避することができる。
【００２０】
上述したように、固定側から第２回転部１５の間の電気的な接続は、多段、ここでは２段の第１，第２スリップリング機構２５，２７を経由している。第１スリップリング機構２５は、固定部１１と第１回転部１３との速度差、つまり回転速度Ｖ１に相当する回転負荷を受ける。また、第２スリップリング機構２７は、第１回転部１３と第２回転部１５との速度差、つまり回転速度Ｖ２に相当する回転負荷を受ける。第１スリップリング機構２５と第２スリップリング機構２７がそれぞれ受ける回転負荷は、固定部１１と第２回転部１５との間の電気的な接続を単一のスリップリング機構で担う場合に当該単一のスリップリング機構が受ける回転負荷より少ない。Ｖ１＝Ｖ２であれば、第１、第２のスリップリング機構２５、２７がそれぞれ受ける回転負荷は、固定部１１と第２回転部１５との間の電気的な接続を担う単一のスリップリング機構が受ける回転負荷の１／２（１／段数）に軽減され得る。換言すると、本実施形態では、単一のスリップリング機構が有する回転負荷の上限の２倍（段数倍）に相当する回転速度を実現し得る。
【００２１】
スリップリング機構が受ける回転負荷をさらに軽減し、又は単一のスリップリング機構が有する回転負荷の上限に対する回転速度の倍数を増加させるには、回転機構の回転部の段数及びスリップリング機構の段数を３又は４以上に拡大することで実現可能である。例えば、図７には、回転部を５段に組み、それに応じてスリップリング機構Ｓ１〜Ｓ５を５段で組んだ例を示している。Ｓ１−Ａ，Ｓ２−Ａ，Ｓ３−Ａ，Ｓ４−Ａ，Ｓ５−Ａはブラシ、Ｓ１−Ｂ，Ｓ２−Ｂ，Ｓ３−Ｂ，Ｓ４−Ｂ，Ｓ５−Ｂはスリップリングを示している。この例では、スリップリング機構Ｓ１〜Ｓ５がそれぞれ受ける回転負荷は、最終段の回転部に要求されている回転速度の１／５に軽減され得る。換言すると、単一のスリップリング機構が有する回転負荷の上限の５倍に相当する回転速度を実現し得る。
【００２２】
また、上述では、第２の電動機１９は第１回転部１３に設置したので、その電力を第１スリップリング機構２５を経由して供給する必要があった。しかし、図８に示すように、第２の電動機１９を固定側、例えばガントリベース１に設置することで、第２回転電源４７に直接的に第２の電動機１９を接続して、第１スリップリング機構２５に装備する１つの伝達系統を他へ転用、又は削減することができる。
【００２３】
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。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、スリップリングの回転負荷を軽減して、超高速回転に対応可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるＸ線コンピュータ断層撮影装置のガントリ内部の正面図。
【図２】図１のガントリ内部の側面図。
【図３】図２のスリップリング機構の斜視図。
【図４】本発明の実施形態によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の主要部の構成を示すブロック図。
【図５】図４の回転制御部の制御による第１，第２回転部の回転速度の時間変化を示す図。
【図６】図４の回転制御部の他の制御による第１，第２回転部の回転速度の時間変化を示す図。
【図７】本実施形態の変形例としての回転部及びスリップリング機構の段数拡大例を示す図。
【図８】本実施形態の変形例としての第１、第２電動機の他の配置例を示す図。
【符号の説明】
１…ガントリベース、３…ガントリ筐体、５…回転機構、７…Ｘ線管、９…Ｘ線検出器、１１…固定部、１３…第１回転部、１５…第２回転部、１７…第１電動機、１９…第２電動機。
【図１】
2005013475.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005013475.tif 000006
【図５】
2005013475.tif 000007
【図６】
2005013475.tif 000008
【図７】
2005013475.tif 000009
【図８】
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