(57)【要約】【課題】  撮像倍率や分解能を容易に変更でき、しかも簡易に重量バランスを調整できるＸ線ＣＴ装置を提供する。【解決手段】    ガイドアーム３に搭載したＸ線源６およびＸ線検出器７が試料Ｓに対し接離する方向へ移動自在である。この移動に対し、ガイドアーム３に搭載された各構成要素を含む全体の重心が、重量バランス調整機構によって回転軸上に保たれている。重量バランス調整機構は、ガイドアーム３へ移動自在に搭載された可動ウエイト１２を含む。この可動ウエイト１２は、回転軸Ｏまわりの回転モーメントの総和がほぼ零となるように移動制御される。この可動ウエイト１２の移動経路は、Ｘ線源６またはＸ線検出器７の移動方向と平行で、かつ回転軸Ｏを通らない任意の直線上に設定されている。【選択図】      図５
2007170921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を発生させるＸ線源と、試料を保持する試料保持手段と、Ｘ線源から放射され試料を透過してきたＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源およびＸ線検出器を搭載する回転支持体とを備えたＸ線ＣＴ装置において、
次の（イ）乃至（リ）の要件を満たす構成であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
（イ）前記回転支持体は、前記Ｘ線源およびＸ線検出器を搭載し、前記試料保持手段に保持された試料の周囲に開放された空間を形成する。
（ロ）前記回転支持体は、前記試料保持手段に保持された試料を通る軸を中心に回転自在である。
（ハ）前記回転支持体は、前記試料保持手段に保持された試料を挟んで前記Ｘ線源とＸ線検出器とを対向配置する。
（ニ）前記回転支持体は、前記Ｘ線源およびＸ線検出器の一方または双方を、前記試料保持手段に保持された試料に対して接離する方向へ移動可能である。
（ホ）前記回転支持体は、当該回転支持体に搭載される各構成要素を含む全体の重心を、当該回転支持体の回転軸上に配置してある。
（ヘ）前記回転支持体は、前記Ｘ線源およびＸ線検出器の一方または双方の前記試料に対する接離方向への移動に対し、当該回転支持体に搭載される各構成要素を含む全体の重心を、当該回転支持体の回転軸上に保つ重量バランス調整手段を備えている。
（ト）前記重量バランス調整手段は、前記回転支持体へ移動自在に搭載された可動ウエイトを含み、前記回転支持体の回転軸まわりの回転モーメントの総和がほぼ零となるように、前記可動ウエイトを移動制御する構成である。
（チ）前記可動ウエイトは、その移動経路を、前記Ｘ線源またはＸ線検出器の移動方向と平行で、かつ前記回転支持体の回転軸を通らない任意の直線上に設定してある。
【請求項２】
前記重量バランス調整手段は、前記回転支持体の回転軸から前記可動ウエイトの移動経路までの距離と前記可動ウエイトの重量とに基づき作用する回転モーメントを相殺する固定ウエイトを更に含むことを特徴とする請求項１のＸ線ＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｘ線ＣＴ装置に関し、特に工業用途に好適な構成をしたＸ線ＣＴ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴ(computed tomography)装置は、物体を透過したＸ線を様々な位置・方向から検出し、Ｘ線が通過した断面内の密度分布を数値計算によって求め画像化する装置である。Ｘ線ＣＴ装置は、主に医療診断の分野において利用されており、人体を検査対象とする医用Ｘ線ＣＴ装置については研究開発が進み、現在では優れた機能を備えたものが各種提案されている。
【０００３】
また、工業分野においても、例えば金属物質の非破壊検査や包装物の内部検査などにＸ線ＣＴ装置が利用されている。しかしながら、医用Ｘ線ＣＴ装置に比べ、工業用Ｘ線ＣＴ装置の開発提案は少なく、本出願人らの調査結果においても、医用Ｘ線ＣＴ装置に関する特許文献は多数発見されたものの、工業用Ｘ線ＣＴ装置については特許文献１を発見できただけであった。
【０００４】
一般に、工業用Ｘ線ＣＴ装置は、図１（ａ）に示すように、Ｘ線源１０１とＸ線検出器１０２とを対向位置に固定し、その中間部に検査対象（試料）Ｓを配置するとともに、検査対象Ｓを回転させる構成となっている。このような構成であっても、検査対象が金属物質や包装物などの固体の場合は、自由に回転させることができ支障はない。しかしながら、近年、工業用Ｘ線ＣＴ装置も用途が広がってきており、液体など流動性のある物質や回転操作に適さない小動物など、従来想定さていなかったものを検査対象としてＣＴ画像を得たいとの要望が本出願人らに寄せられている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２９５２４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述したような要望に応えるべくなされたもので、検査対象（試料）を回転させることなく、種々の物体について適正なＣＴ画像を得ることのできる工業用途に好適なＸ線ＣＴ装置の提供を目的とする。
さらに、本発明は、撮像倍率や分解能を容易に変更できるＸ線ＣＴ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、Ｘ線を発生させるＸ線源と、試料を保持する試料保持手段と、Ｘ線源から放射され試料を透過してきたＸ線を検出するＸ線検出器と、Ｘ線源およびＸ線検出器を搭載する回転支持体とを備えたＸ線ＣＴ装置において、
次の（イ）乃至（チ）の要件を満たす構成であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
（イ）回転支持体は、Ｘ線源およびＸ線検出器を搭載し、試料保持手段に保持された試料の周囲に開放された空間を形成する。
（ロ）回転支持体は、試料保持手段に保持された試料を通る軸を中心に回転自在である。
（ハ）回転支持体は、試料保持手段に保持された試料を挟んでＸ線源とＸ線検出器とを対向配置する。
（ニ）回転支持体は、Ｘ線源およびＸ線検出器の一方または双方を、試料保持手段に保持された試料に対して接離する方向へ移動可能である。
（ホ）回転支持体は、当該回転支持体に搭載される各構成要素を含む全体の重心を、当該回転支持体の回転軸上に配置してある。
（ヘ）回転支持体は、Ｘ線源およびＸ線検出器の一方または双方の試料に対する接離方向への移動に対し、当該回転支持体に搭載される各構成要素を含む全体の重心を、当該回転支持体の回転軸上に保つ重量バランス調整手段を備えている。
（ト）重量バランス調整手段は、回転支持体へ移動自在に搭載された可動ウエイトを含み、回転支持体の回転軸まわりの回転モーメントの総和がほぼ零となるように、可動ウエイトを移動制御する構成である。
（チ）可動ウエイトは、その移動経路を、Ｘ線源またはＸ線検出器の移動方向と平行で、かつ回転支持体の回転軸を通らない任意の直線上に設定してある。
【０００８】
上記のとおり、回転支持体を、試料保持手段に保持された試料を通る軸を中心に回転自在な構成としたことにより、試料を回転させることなく試料の全周をスキャンすることが可能となる。その結果、液体など流動性のある物質や回転操作に適さない小動物など、従来想定さていなかった試料についても支障なく適正なＸ線ＣＴ撮影を実施することができる。
【０００９】
しかも、回転支持体を、Ｘ線源およびＸ線検出器の一方または双方を、試料保持手段に保持された試料に対して接離する方向へ移動可能な構成としたことにより、Ｘ線源と試料との間の距離、試料とＸ線検出器との間の距離の一方または双方を任意に調整でき、その結果、撮像倍率や分解能を容易に変更することができる。
【００１０】
ここで、回転支持体は、試料を通る軸を中心に回転自在なガイドアームと、Ｘ線源を保持するとともに、ガイドアーム上で試料に接離する方向へ移動自在なＸ線源保持ステージと、を含む構成とすることができる。
また、回転支持体は、Ｘ線検出器を保持するとともに、ガイドアーム上で試料に接離する方向へ移動自在なＸ線検出器保持ステージを含む構成とすることもできる。
【００１１】
従来の医用Ｘ線ＣＴ装置は、円筒状のドームでＸ線源とＸ線検出器とを被覆し、当該ドーム内に検査対象となる人体を挿入してＸ線ＣＴ撮影を実施する構成となっているものが多い。この種の医用Ｘ線ＣＴ装置を工業用途に利用する場合、試料（検査対象）の保持位置がドームで覆われた閉塞空間となっているので、試料の位置決めが困難である。さらに、試料に外力を加えたり、電圧を印加したり、試料の温度を変化させたり、試料の周囲を真空や任意のガス雰囲気としたりする構造を設置するスペースの確保も困難であった。
【００１２】
また、小動物の診断用に、図１（ｂ）に示すような構成の小型Ｘ線ＣＴ装置も市販されている。同図（ｂ）に示す小型Ｘ線ＣＴ装置は、円筒状のドーム２０１にＸ線源２０２とＸ線検出器２０３とを対向して内蔵してあり、ドーム２０１が中心軸Ｘ周りに回転する構成となっている。
この種のＸ線ＣＴ装置においても、小動物（検査対象）の保持位置がドームで覆われた閉塞空間となっているので、試料の位置決めが困難である。
しかも、検査対象の周囲がドーム２０１で閉塞されているため、小動物の手術途中に、適時、小動物をＣＴ撮影するといった特殊な用途には利用できない。
【００１３】
これに対し、上記構成の本発明は、図２に示すように、回転支持体（ガイドアーム）３００が、Ｘ線源３０１およびＸ線検出器３０２を搭載している。この回転支持体３００は、試料保持手段３０４に保持された試料（検査対象）Ｓの周囲に開放された空間３０５を形成している。そして、回転軸Ｏを中心として回転支持体３００が回転するので、試料の位置決めが容易となり作業性が向上する。さらには、試料に対し電圧を印加する構造や、試料を加熱または冷却する構造、試料の周囲を真空あるいは任意のガス雰囲気とする構造等を設置することも可能となり、Ｘ線ＣＴ撮影の応用範囲を飛躍的に広げることが可能となる。なお、この種の付加構造は、Ｘ線回折装置に用いられている各種オプションを利用することが可能である。
さらに、小動物の手術途中に、適時、小動物をＣＴ検査するといった特殊な用途にも利用可能となり、ユーザからの種々の要望を満足することができる。
【００１４】
回転支持体は、同手段に搭載される各構成要素を含む全体の重心を、回転軸上に配置してウエイトバランスを適正に保つことが好ましい。
ウエイトバランスが適正でないと、回転支持体に偏ったトルクが作用して、回転駆動が円滑にできなかったり、また回転支持体に撓みの生じるおそれがある。
そこで、本発明は、Ｘ線源およびＸ線検出器の一方または双方の、試料に対する接離方向への移動に対し、全体の重心を回転軸上に保つ重量バランス調整手段を備えている。このため、Ｘ線源やＸ線検出器を移動させたときも全体の重心を容易に回転軸上へ配置することができ、好適な構造上のウエイトバランスを保つことが可能となる。
【００１５】
この重量バランス調整手段は、回転支持体へ移動自在に搭載された可動ウエイトを含み、回転軸まわりの回転モーメントの総和がほぼ零となるように、可動ウエイトを移動制御する構成となっている。
ここで、可動ウエイトの移動経路は、Ｘ線源またはＸ線検出器の移動方向と平行で、かつ回転支持体の回転軸を通らない任意の直線上に設定してある。
【００１６】
可動ウエイトの移動経路をＸ線源またはＸ線検出器の移動経路上に配置した場合、可動ウエイトとＸ線源またはＸ線検出器の干渉を回避するために複雑な構造設計が必要となる。また、回転支持体の回転軸上には、試料が配置されるため、可動ウエイトの移動経路をその近傍まで近づけるのは困難である。よって、回転軸から大きく離間した位置に可動ウエイトの移動経路を設けなければならず、回転支持体が大形化してしまう。
本発明では、上記のように可動ウエイトの移動経路は、Ｘ線源またはＸ線検出器の移動方向と平行で、かつ回転支持体の回転軸を通らない任意の直線上に設定してあるので、複雑な構造設計の必要もなく、回転支持体を小形化することが可能となる。
【００１７】
なお、回転支持体には可動上位置とは別個に固定ウエイトが搭載してあり、この固定ウエイトにより、回転軸から可動ウエイトの移動経路までの距離と可動ウエイトの重量とに基づき作用する回転モーメントを相殺している。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、回転支持体を、試料保持手段に保持された試料を通る軸を中心に回転自在な構成としたことにより、試料を回転させることなく試料の全周をスキャンすることが可能となる。その結果、液体など流動性のある物質や回転操作に適さない小動物など、従来想定されていなかった試料についても支障なく適正なＸ線ＣＴ撮影を実施することができる。
【００１９】
しかも、回転支持体を、Ｘ線源およびＸ線検出器の一方または双方を、試料保持手段に保持された試料に対して接離する方向へ移動可能な構成としたことにより、Ｘ線源と試料との間の距離、試料とＸ線検出器との間の距離の一方または双方を任意に調整でき、その結果、撮像倍率や分解能を容易に変更することができる。
【００２０】
そして、Ｘ線源およびＸ線検出器の一方または双方の、試料に対する接離方向への移動に対し、全体の重心を回転軸上に保つ構成としたことにより、Ｘ線源やＸ線検出器を移動させたときも全体の重心を容易に回転軸上へ配置することができ、好適な構造上のウエイトバランスを保つことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図３は本発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の正面図、図４は同装置の側面透視図である。まず、これらの図面を参照して、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の全体構成を説明する。
【００２２】
図４に示すように、装置本体テーブルＡの上面後部寄りの位置に軸受台１が搭載してある。軸受台１は、円筒状の軸受２を備えており、この軸受２にガイドアーム３（回転支持体）の中央部が回転自在に装着してある。ここで、軸受２の中心軸がガイドアーム３の回転軸Ｏであり、この回転軸Ｏは水平方向に延びている。試料Ｓは、この回転軸Ｏ（水平軸）上に配置される。
【００２３】
ガイドアーム３は、図３に示すように、回転軸Ｏを中心として長手方向に延びる長尺形状に形成されている。ガイドアーム３には、回転軸Ｏを挟んでＸ線源６とＸ線検出器７が対向して搭載してある。これらＸ線源６とＸ線検出器７は、それぞれ独立して回転軸Ｏに対し接離する方向に移動自在となっている。
Ｘ線源６、試料Ｓ、およびＸ線検出器７の間の距離を変えることで、Ｘ線ＣＴ装置の倍率、分解能、試料Ｓ上の分解能、および視野を任意に変化させることができる。
【００２４】
装置本体テーブルＡの上面前部寄りの位置には、図４に示すように、試料保持台８が設置してある。試料保持台８の上部には、試料Ｓの形状・性状等に応じた各種試料ホルダ９が装着される。試料ホルダ９としては、例えば、図４に示すような棒状試料Ｓに対してはその一端を挟持するチャックを備えた試料ホルダを用い、また、液体試料Ｓに対してはこれを挿入保持する容器を備えた試料ホルダを用いることが好ましい。
試料保持台８と試料ホルダ９は、試料Ｓを保持するための試料保持手段を構成し、同手段によって試料ＳはＸ線検出器７から放射されるＸ線と回転軸Ｏとが交わる位置に配置される。
【００２５】
上述したように、ガイドアーム３の表面にＸ線源６およびＸ線検出器７を搭載する本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、試料ホルダ９に保持された試料Ｓの周囲が開放された空間となっており、したがって、試料Ｓの位置決めが容易となり作業性が向上する。しかも、ＣＴ撮影の途中で試料Ｓを操作（例えば、小動物を手術）することも容易に行うことが可能となる。
【００２６】
さらに、回転軸Ｏを水平に配置したことにより、試料Ｓを水平に保持して横断面の撮影ができ、小動物や流動性のある試料など縦配置や傾きをもった配置が困難な試料のＣＴ撮影にも好適である。加えて、ガイドアーム３の回転軌道が平面的な広がりをもたないので、省スペース化を図ることが可能となる。
【００２７】
また、図４に示すように、軸受２とガイドアーム３の回転軸Ｏ部には、回転軸Ｏに沿って透孔１０（透過空間）が形成してある。この透孔１０は、試料Ｓの配置空間として利用することができ、例えば、棒状試料Ｓも一部をこの透孔１０内に配置することで支障なく保持することが可能となる（図４参照）。
【００２８】
上述したガイドアーム３は、これに搭載した構成要素（Ｘ線源６、Ｘ線検出器７等）を含めた全体の重心が、回転軸Ｏ上に位置するように調整してある。このように重心位置を調整することにより、偏ったトルクがガイドアーム３に作用せず、ガイドアーム３を円滑に回転させることができる。
【００２９】
さらに、本実施形態では、Ｘ線源６とＸ線検出器７が移動可能な構成のため、これらの移動に対し自動的に重量バランスを調整するための重量バランス調整機構（重量バランス調整機構）が組み込んである。図５は本実施形態に係る重量バランス調整機構の概要を示す構成図である。
【００３０】
重量バランス調整機構は、ガイドアーム３上で移動自在な可動ウエイト１２と、ガイドアーム３上に固定された固定ウエイト１３で構成されている。ここで、可動ウエイト１２は、Ｘ線源６およびＸ線検出器７の移動方向と平行で、かつガイドアーム３の回転軸Ｏを通らない移動経路Ｔの沿って移動自在となっている。なお、Ｘ線源６およびＸ線検出器７は、ともに回転軸Ｏを通るＸ軸に沿って移動自在であり、移動経路ＴはこのＸ軸と平行である。
【００３１】
可動ウエイト１２の移動経路を、Ｘ線源６およびＸ線検出器７の移動方向と平行に設定することで、可動ウエイト１２と回転軸Ｏとの間の距離に関係なく、ガイドアーム３の重量バランスを容易に調整することが可能となる。
また、可動ウエイト１２の移動経路を、回転軸Ｏを通らないようにすることで、回転軸Ｏまでの距離を短くすることが可能となり、ガイドアーム３の小形化を図ることができる。
【００３２】
ガイドアーム３には、可動ウエイト１２とは別個に固定ウエイト１３が搭載してあり、この固定ウエイト１３により、回転軸Ｏから可動ウエイト１２の移動経路までの距離と可動ウエイト２の重量とに基づき作用する回転モーメントを相殺している。
【００３３】
ここで、図６に示すように、回転軸Ｏを原点として、Ｘ線源６およびＸ線検出器７に平行なＸ軸と、これに垂直なＹ軸からなるＸＹ座標系を考える。なお、便宜上、ガイドアーム３の重心は回転軸Ｏに合わせてあるものとする。
このＸＹ座標系において、ガイドアーム３に搭載されている各構成要素について、回転軸Ｏ周りの回転モーメントのＹ軸成分は次のとおりである。
（１）固定ウエイト１３の回転モーメントのＹ軸成分は、Ｗｂ・Ｙｂ
（２）可動ウエイト１２の回転モーメントのＹ軸成分は、Ｗｃｂ・Ｙｃｂ
（３）Ｘ線源６の回転モーメントのＹ軸成分は、Ｗｓ・Ｙｓ
（４）Ｘ線検出器７の回転モーメントのＹ軸成分は、Ｗｄ・Ｙｄ
固定ウエイト１３は、これら回転モーメントのＹ軸成分の総和が零となるように、重量ＷｂとＸ軸までの距離Ｙｂを調整してある。
【００３４】
次に、可動ウエイト１２の移動制御について説明する。
図６に示すＸＹ座標系において、ガイドアーム３に搭載されている各構成要素について、回転軸Ｏ周りの回転モーメントのＸ軸成分は次のとおりである。
（１）可動ウエイト１２の回転モーメントのＸ軸成分は、Ｗｃｂ・Ｘｃｂ
（２）固定ウエイト１３の回転モーメントのＸ軸成分は、Ｗｂ・Ｘｂ
（３）Ｘ線源６の回転モーメントのＸ軸成分は、Ｗｓ・Ｘｓ
（４）Ｘ線検出器７の回転モーメントのＸ軸成分は、Ｗｄ・Ｘｄ
可動ウエイト１２は、これら回転モーメントのＸ軸成分の総和が零となるように（すなわち、次式を満足するように）、移動経路Ｔ上の位置Ｘｃｂを自動調整される。
Ｘｃｂ＝（Ｗｂ・Ｘｂ＋Ｗｓ・Ｘｓ＋Ｗｄ・Ｘｄ）／Ｗｃｂ
【００３５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、本発明のＸ線ＣＴ装置は、工業用途に好適な構成となっているが、工業以外の他の用途、例えば、医学的診断や各分野における実験，研究にも利用することが可能である。
また、Ｘ線源６とＸ線検出器７のいずれか一方を、ガイドアーム３上の所定位置に固定した構成とすることもできる。
さらに、上述した実施形態では、ガイドアーム３の重心は回転軸Ｏに合わせてあるものとして取り扱ったが、当該重心が回転軸Ｏから離間していた場合は、固定ウエイト１３の調整や可動ウエイト１２の移動制御に際し、ガイドアーム３の回転モーメントも考慮しなければならないことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来のＸ線ＣＴ装置を示す概要図である。
【図２】本発明のＸ線ＣＴ装置の特徴を説明するための概要図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の正面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の側面透視図である。
【図５】ガイドアームと重量バランス調整機構の概要を示す構成図である。
【図６】重量バランス調整機構の設定を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３７】
Ａ：装置本体テーブル、１：軸受台、２：軸受、３：ガイドアーム、Ｏ：回転軸、Ｓ：試料、６：Ｘ線源、７：Ｘ線検出器、８：試料保持台、９：試料ホルダ、１０：透孔（透過空間）、１２：可動ウエイト、１３：固定ウエイト
【図１】
2007170921.tif 000003
【図２】
2007170921.tif 000004
【図３】
2007170921.tif 000005
【図４】
2007170921.tif 000006
【図５】
2007170921.tif 000007
【図６】
2007170921.tif 000008