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技術 CTスキャナのためのX線管

出願人 フィリップスメディカルシステムズ(クリーヴランド)インコーポレイテッド
発明者 ロドニーエイ.マトソンセオドアエイ.レズニク
出願日 1995年3月23日 (25年9ヶ月経過) 出願番号 1995-090152
公開日 1995年10月27日 (25年2ヶ月経過) 公開番号 1995-282989
状態 特許登録済
技術分野 X線技術
主要キーワード 取付組立体 選択放射 陰極電力 支持カップ 静止ハウジング 拡開角度 発生放射線 電磁巻線
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (5)

目的

CTスキャナのための改良されたX線管を提供すること。

構成

ドーナツ形ハウジング(A)内にロータ(30)が回転自在にが取り付けられ、陽極(B)に近接してロータ(30)に陰極(C)が取り付けられて成るX線管。陰極から放出される電子ビームが陽極(B)に衝突してX線ビーム創生される。X線ビームは、放射線強度検出器(160)に受容される。グリッドバイアス制御回路(100)が連続的に調節自在のバイアスグリッド(32)に選択的に印加し、X線ビームの強度を調節する。窓(20)の近くに取り付けられたシンチレーション光ファイバ(110)が入射X線の少量を光に変換する。シンチレーション光ファイバを通して搬送された光は、光−電気トランスジューサ(118)によって放射線強度を表す電気信号に変換される。

概要

背景

通常、患者は、CTスキャナ中心孔に配置された水平な寝椅子の上にあおむけに寝かされる。X線管は、回転自在のガントリー部分に取り付けられ、患者の周り高速度で回転される。走査速度を高めるには、X線管の回転速度を高くするが、X線管の回転速度を高くすると、1画像当り正味放射線量が減少する。CTスキャナの回転速度が高速化されるにつれて、より高い速度で所望の放射線量維持するために単位時間当り発生放射線量の高いより大型のX線管が開発されてきている。もちろん、X線管が大型であるほど、慣性力が大きい。

CTスキャナ等のための高性能のX線管は、一般に、いずれも排気された(真空ハウジング内に密閉された静止陰極と、回転陽極ディスクを備えている。創生されるX線ビームが強くなればなるほど、陽極ディスクが強く加熱される。陽極ディスクが真空空間を通して周囲流体へ熱を放出することによって冷却するのに十分な時間を与えるために、益々大きな陽極ディスクを備えたX線管が作られるようになっている。

しかしながら、陽極ディスクを大きくすれば、それだけX線管を大きくしなければならず、従って、X線管が、既存のCTスキャナのガントリーの狭いスペースに嵌合させにくくなってきている。特に、大型のX線管と、大型の支持構造体組み入れた第4世代のスキャナは、放射線検出器の移動直径を大きくする必要がある。その結果、X線管と検出器との間の放射線経路の長さを長くしなければならない。放射線経路の長さを長くすると、放射線検出器が所要立体角カバーするように物理的に大きくしなければならない。放射線検出器を大型化すれば、それだけコスト高になる。又、より多量の発生熱量を除去するために、X線管を大きくしなければならないだけでなく、熱交換構造体も大きくしなければならない。

固定(静止)陽極と固定(静止)陰極を備えた、又は回転陽極固定陰極を備えたX線管の場合、患者に放射させれる放射線量の正確な制御は比較的簡単であった。復元画像品質は放射線検出器によって捕捉されるX線光子の数に依存しているので、発生するX線光子の数を正確に制御することが、良好なCT画像を得る上で重要である。発生する放射線の量を制御するために、通常、X線管の電流モニターし、それに従って陰極の電流を制御する。一般に、陰極は、ハウジングに対して高い負電圧に固定されており、陽極も、高い正電圧に固定されている。陽極と陰極の間のX線管電流(実際は、陰極から陽極への電子の流れ)の制御は、直接的に加熱される陰極フィラメントの温度を制御することによって行われる。詳述すれば、フィラメント表面からの電子密度は、温度と、印加される陽極/陰極電圧の大きさ、陰極構造体の形状・寸法、及び陰極から陽極までの距離の関数である。フィラメントの温度は、従来の技法では、フィラメントか熱電流を制御することによって制御される。

検体(患者)の周りに単一のX線管を回転させる方式に代えて、検体の周りにリング状に配列された、例えば5、6本の切換可能なX線管の配列体を用いる方式が、例えば米国特許第4,274,005号等によって提案されている。しかしながら、それらの管を回転させない限り、限られたデータしか創生されず、限られた画像解像度しか得られない。多数のX線管を回転させる場合、すべての管を迅速に回転させ、発生する熱をすべて除去しようとすると、やはり上述したのと同じ機械的な問題に遭遇する。

更に、患者をX線管の凹部内に限られた深さにまでく受け入れることができるように十分な大きさとした口を有する、実質的にベル釣り)形の排気(真空)X線管が、例えば、米国特許第4,122,346号及び4,135,095号等によって提案されている。X線ビーム源は、ベルの頂部に配置されており、ベルへの口のところで陽極リングに衝突する電子ビームを発生する。X線ビームを排気(真空)ベル形外囲器の周りに走査させるための電子装置が設けられている。この構成の問題の1つは、約270°しか走査することができないことである。

更に別のタイプのX線管として、例えば米国特許第5,125,012号、5,179,583号等によって開放孔形X線管が提案されている。これらの大径X線管は、ガラス製ハウジングと密閉された真空チャンバーを有する従来のX線管に類似した構造である。このタイプのX線管は、製造費が高く、管が破損した場合、修理又は修復に大きな費用を要する。

回転するX線管の1つの問題は、X線管電流をモニターすることが困難なことにある。X線管電流は、一般に、X線管の陽極部分で測定する方が容易である。しかし、一端を設置した陽極でX線管電流を測定するのは困難である。又、X線管のフィラメント電流真空内で回転する陰極側で測定するのも、困難である。なぜなら、フィラメントが回転しており、電流を直接測定する手段がないからである。

もう1つの問題は、陰極フィラメントの温度を正確に制御することである。フィラメントの電流は、変成器容量結合等によって真空空間を横断して回転陰極へ供給される。変成器又は容量結合素子間のギャップぶれや変動があると、X線管電流を変化させることになる。その結果、回転陰極組立体のぢらめ電流を制御することが困難になる。

概要

CTスキャナのための改良されたX線管を提供すること。

ドーナツ形ハウジング(A)内にロータ(30)が回転自在にが取り付けられ、陽極(B)に近接してロータ(30)に陰極(C)が取り付けられて成るX線管。陰極から放出される電子ビームが陽極(B)に衝突してX線ビームが創生される。X線ビームは、放射線強度検出器(160)に受容される。グリッドバイアス制御回路(100)が連続的に調節自在のバイアスグリッド(32)に選択的に印加し、X線ビームの強度を調節する。窓(20)の近くに取り付けられたシンチレーション光ファイバ(110)が入射X線の少量を光に変換する。シンチレーション光ファイバを通して搬送された光は、光−電気トランスジューサ(118)によって放射線強度を表す電気信号に変換される。

目的

本発明は、上述したいろいろな問題を克服するX線管を提供することを課題とする。従って、本発明の目的は、X線強度測定及び、又は制御を改善したドーナツ形X線管及びCTスキャナを提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

真空領域画定する排気された内部を有し、環状のX線透過窓(20)を有するドーナツ形ハウジング(A)と、該ドーナツ形ハウジングの内部に取り付けられており、冷却流体によって熱を除去されるように循環冷却流体流路(12)に対して熱伝達関係をなす環状の陽極(B)と、前記ドーナツ形ハウジング(A)の内部に回転自在に設けられたロータ(30)と、該ロータ(30)にそれと共に回転するように取り付けられており、前記陽極(B)に衝突してX線ビーム創生するための電子ビームを発生する電子を放出する電子放出手段(34)を含む少くとも1つの陰極組立体(C)と、電子ビームが前記陽極(B)の周りに回転されるように前記ロータ(30)を回転するための回転手段(60)とから成り、前記窓(20)から放出される放射線を通すように該窓の近くに取り付けられた放射線強度モニター手段(110)を有することを特徴とするX線管

請求項2

前記放射線強度モニター手段(110)は、入射X線の少量を光に変換し、その光を伝送するシンチレーション光ファイバを含むことを特徴とする請求項1に記載のX線管。

請求項3

前記シンチレーション光ファイバを通して搬送された光を放射線強度を表す電気信号に変換するための光−電気トランスジューサ(118)を含むことを特徴とする請求項2に記載のX線管。

請求項4

前記X線ビームの強度を調節するために前記電子ビームを制御するための電子ビーム調節手段(92,100)を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のX線管。

請求項5

前記電子放出手段は、支持カップ(32)内に取り付けられたフィラメント(34)から成り、前記電子ビーム調節手段(92,100)は、該フィラメント(34)と支持カップ(32)との間に電界を設定するように配置されたバイアス電圧印加手段(92)と、該バイアス電圧印加手段(92)を調節するためのバイアス電圧調節手段(100)を含むことを特徴とする請求項4に記載のX線管。

請求項6

前記バイアス電圧調節手段(100)は、前記ロータ(30)のそれと共に回転するように取り付けられていることを特徴とする請求項5に記載のX線管。

請求項7

患者の選択された一部分を検査領域(24)内に支持するための支持体と、請求項1〜6のいずれかに記載のX線管と、該X線管を支持し、選択的に位置づけするガントリー(II)と、該検査領域(24)を通過した該X線管の前記X線透過窓(20)からのX線を受け取るための放射線強度検出器(160)の環状配列体と、該放射線強度検出器(160)の環状配列体からの信号を画像表示として再構成するための画像再構成手段(164)から成るCTスキャナ

請求項8

前記シンチレーション光ファイバは、前記X線透過窓(20)のそ他側の周りに環状に延設されていることを特徴とする請求項7に記載のCTスキャナ。

請求項9

請求項3に記載された光−電気トランスジューサ(118)が、画像の再構成を放射線強度のモニターされた変動に関して調節するために前記画像再構成手段(164)に接続されていることを特徴とする請求項8に記載のCTスキャナ。

請求項10

真空領域を画定する排気された内部を有し、環状のX線透過窓(20)を有するほぼドーナツ形のハウジング(A)と、該ドーナツ形ハウジングの内部に取り付けられており、冷却流体によって熱を除去されるように循環冷却流体流路(12)に対して熱伝達関係をなす環状の陽極(B)と、前記ドーナツ形ハウジング(A)の内部に回転自在に設けられたロータ(30)と、該ロータ(30)にそれと共に回転するように取り付けられており、前記陽極(B)に衝突してX線ビームを創生するための電子ビームを発生する電子を放出する電子放出手段(34)を含む少くとも1つの陰極組立体(C)と、電子ビームが前記陽極(B)の周りに回転されるように前記ロータ(30)を回転するための回転手段(60)とから成り、前記陽極(B)に衝突するように前記電子ビームを通す電界を前記電子放出手段(34)の近くに設定するためのバイアス電圧印加手段(92)を前記陰極組立体の近くに配置し、該電子ビームを調節自在に制御して該電子ビームによって創生されるX線ビームの強度を調節自在に制御するために前記電界を連続的に調節するためのバイアス電圧調節手段(100)を設けたことを特徴とするX線管。

請求項11

前記陽極(B)と窓(20)によって画定される直線経路に沿ってX線強度検出手段(110)が配置されており、該X線強度検出手段(110)は、前記バイアス電圧調節手段(100)に実際のX線ビームの強度のデータを供給するために該バイアス電圧調節手段(100)に接続されていることを特徴とする請求項10に記載のX線管。

請求項12

前記X線強度検出手段(110)は、シンチレーション光ファイバを含むことを特徴とする請求項11に記載のX線管。

請求項13

前記陽極(B)に対して前記陰極組立体(C)に電位を設定するために前記ドーナツ形ハウジング(A)から前記ロータ(30)へバイアス電位転送するための第1電力転送手段(70)と、前記陰極組立体(C)の電子放出手段(34)を加熱するための加熱電流を供給するために前記ドーナツ形ハウジング(A)から前記ロータ(30)へ電流を転送するための第2電力転送手段(82)と、前記ドーナツ形ハウジング(A)から前記バイアス電圧印加手段(32)へ電力を転送するための第3電力転送手段(90)を含むことを特徴とする請求項10〜12のいずれかに記載のX線管。

請求項14

前記ロータ(30)に複数の陰極組立体(C)が取り付けられており、各陰極組立体(C)と前記第2電力転送手段(82)との間に帯域通過回路(102)が接続されており、該各帯域通過回路(102)は、どの陰極組立体(C)にその電子放出手段のための加熱電流を供給するかが、前記第2電力転送手段(82)により転送される電力の周波数によって決定されるように明確に異なる周波数帯域を有していることを特徴とする請求項13に記載のX線管。

請求項15

前記バイアス電圧調節手段(100)は、真空密容器内に密封され、前記ロータ(30)にそれと共に回転するように取り付けられたバイアス電圧印加回路を含むことを特徴とする請求項10〜14のいずれかに記載のX線管。

請求項16

患者の選択された一部分を検査領域(24)内に支持するための支持体と、請求項10〜15のいずれかに記載のX線管と、該X線管を支持し、前記検査領域(24)の周りに選択的に位置づけするガントリー(II)と、該検査領域(24)を通過した該X線管の前記X線透過窓(20)からのX線を受け取るための放射線強度検出器(160)の環状配列体と、該放射線強度検出器(160)の環状配列体からの信号を画像表示として再構成するための画像再構成手段(164)から成るCTスキャナ。

請求項17

真空領域を画定する排気された内部を有し、環状のX線透過窓(20)を有するほぼドーナツ形のハウジング(A)と、該ドーナツ形ハウジング(A)の内部に取り付けられており、冷却流体によって熱を除去されるように循環冷却流体流路(12)に対して熱伝達関係をなす環状の陽極(B)と、前記ドーナツ形ハウジング(A)の内部に回転自在に設けられたロータ(30)と、該ロータにそれと共に回転するように取り付けられており、各々、前記陽極(B)に衝突してX線ビームを創生するための電子ビームを発生する電子を放出する電子放出手段(34)を含む複数の陰極組立体(C)と、陰極組立体の選択自在の周波数の電力を前記ハウジング(A)からロータ(30)へ転送するための陰極組立体電力転送手段(82)と、各々、異なる周波数帯域を有し、前記陰極組立体(C)の1つが前記転送される電力の周波数によって電力を受けるように選択されるように、前記陰極組立体電力転送手段(82)と前記陰極組立体(C)の1つとの間に接続された複数の帯域通過回路と、電子ビームが前記陽極(B)の周りに回転されるように前記ロータ(30)を回転するための回転手段(60)とから成るX線管。

請求項18

真空領域を画定する排気された内部を有し、環状のX線透過窓(20)を有するほぼドーナツ形のハウジング(A)と、該ドーナツ形ハウジング(A)の内部に取り付けられた陽極(B)と、前記ハウジング(A)内に取り付けられており、前記陽極(B)に衝突してX線ビームを創生し、前記X線透過窓(20)を通す電子ビームを発生するための陰極組立体(C)と、前記X線透過窓(20)に近接して取り付けられており、入射X線の一部分を光に変換し、その光を搬送するためのシンチレーション光ファイバ(110)と、該シンチレーション光ファイバ(110)に沿って搬送された光を受け取り、その受け取った光を放射線強度基準信号に変換する光トランスジューサ(118)とから成るX線管。

技術分野

0001

本発明は、X線管に関し、特に、CT(コンピュータ断層撮影スキャナのためのX線管に適用するのに適しており、以下にそれに関連したものとして説明する。ただし、本発明は、他の用途のためのX線管にも適用することができることを理解されたい。

背景技術

0002

通常、患者は、CTスキャナ中心孔に配置された水平な寝椅子の上にあおむけに寝かされる。X線管は、回転自在のガントリー部分に取り付けられ、患者の周り高速度で回転される。走査速度を高めるには、X線管の回転速度を高くするが、X線管の回転速度を高くすると、1画像当り正味放射線量が減少する。CTスキャナの回転速度が高速化されるにつれて、より高い速度で所望の放射線量維持するために単位時間当り発生放射線量の高いより大型のX線管が開発されてきている。もちろん、X線管が大型であるほど、慣性力が大きい。

0003

CTスキャナ等のための高性能のX線管は、一般に、いずれも排気された(真空ハウジング内に密閉された静止陰極と、回転陽極ディスクを備えている。創生されるX線ビームが強くなればなるほど、陽極ディスクが強く加熱される。陽極ディスクが真空空間を通して周囲流体へ熱を放出することによって冷却するのに十分な時間を与えるために、益々大きな陽極ディスクを備えたX線管が作られるようになっている。

0004

しかしながら、陽極ディスクを大きくすれば、それだけX線管を大きくしなければならず、従って、X線管が、既存のCTスキャナのガントリーの狭いスペースに嵌合させにくくなってきている。特に、大型のX線管と、大型の支持構造体組み入れた第4世代のスキャナは、放射線検出器の移動直径を大きくする必要がある。その結果、X線管と検出器との間の放射線経路の長さを長くしなければならない。放射線経路の長さを長くすると、放射線検出器が所要立体角カバーするように物理的に大きくしなければならない。放射線検出器を大型化すれば、それだけコスト高になる。又、より多量の発生熱量を除去するために、X線管を大きくしなければならないだけでなく、熱交換構造体も大きくしなければならない。

0005

固定(静止)陽極と固定(静止)陰極を備えた、又は回転陽極固定陰極を備えたX線管の場合、患者に放射させれる放射線量の正確な制御は比較的簡単であった。復元画像品質は放射線検出器によって捕捉されるX線光子の数に依存しているので、発生するX線光子の数を正確に制御することが、良好なCT画像を得る上で重要である。発生する放射線の量を制御するために、通常、X線管の電流モニターし、それに従って陰極の電流を制御する。一般に、陰極は、ハウジングに対して高い負電圧に固定されており、陽極も、高い正電圧に固定されている。陽極と陰極の間のX線管電流(実際は、陰極から陽極への電子の流れ)の制御は、直接的に加熱される陰極フィラメントの温度を制御することによって行われる。詳述すれば、フィラメント表面からの電子密度は、温度と、印加される陽極/陰極電圧の大きさ、陰極構造体の形状・寸法、及び陰極から陽極までの距離の関数である。フィラメントの温度は、従来の技法では、フィラメントか熱電流を制御することによって制御される。

0006

検体(患者)の周りに単一のX線管を回転させる方式に代えて、検体の周りにリング状に配列された、例えば5、6本の切換可能なX線管の配列体を用いる方式が、例えば米国特許第4,274,005号等によって提案されている。しかしながら、それらの管を回転させない限り、限られたデータしか創生されず、限られた画像解像度しか得られない。多数のX線管を回転させる場合、すべての管を迅速に回転させ、発生する熱をすべて除去しようとすると、やはり上述したのと同じ機械的な問題に遭遇する。

0007

更に、患者をX線管の凹部内に限られた深さにまでく受け入れることができるように十分な大きさとした口を有する、実質的にベル釣り)形の排気(真空)X線管が、例えば、米国特許第4,122,346号及び4,135,095号等によって提案されている。X線ビーム源は、ベルの頂部に配置されており、ベルへの口のところで陽極リングに衝突する電子ビームを発生する。X線ビームを排気(真空)ベル形外囲器の周りに走査させるための電子装置が設けられている。この構成の問題の1つは、約270°しか走査することができないことである。

0008

更に別のタイプのX線管として、例えば米国特許第5,125,012号、5,179,583号等によって開放孔形X線管が提案されている。これらの大径X線管は、ガラス製ハウジングと密閉された真空チャンバーを有する従来のX線管に類似した構造である。このタイプのX線管は、製造費が高く、管が破損した場合、修理又は修復に大きな費用を要する。

0009

回転するX線管の1つの問題は、X線管電流をモニターすることが困難なことにある。X線管電流は、一般に、X線管の陽極部分で測定する方が容易である。しかし、一端を設置した陽極でX線管電流を測定するのは困難である。又、X線管のフィラメント電流真空内で回転する陰極側で測定するのも、困難である。なぜなら、フィラメントが回転しており、電流を直接測定する手段がないからである。

0010

もう1つの問題は、陰極フィラメントの温度を正確に制御することである。フィラメントの電流は、変成器容量結合等によって真空空間を横断して回転陰極へ供給される。変成器又は容量結合素子間のギャップぶれや変動があると、X線管電流を変化させることになる。その結果、回転陰極組立体のぢらめ電流を制御することが困難になる。

発明が解決しようとする課題

0011

本発明は、上述したいろいろな問題を克服するX線管を提供することを課題とする。従って、本発明の目的は、X線強度測定及び、又は制御を改善したドーナツ形X線管及びCTスキャナを提供することである。

課題を解決するための手段

0012

上記課題を解決するために、本発明の第1側面によれば、真空領域画定する排気された内部を有し、環状のX線透過窓を有するドーナツ形のハウジングと、該ドーナツ形ハウジングの内部に取り付けられており、冷却流体によって熱を除去されるように循環冷却流体流路に対して熱伝達関係をなす環状の陽極と、前記ドーナツ形ハウジングの内部に回転自在に設けられたロータと、該ロータにそれと共に回転するように取り付けられており、前記陽極に衝突してX線ビームを創生するための電子ビームを発生する電子を放出する電子放出手段を含む少くとも1つの陰極組立体と、電子ビームが前記陽極の周りに回転されるように前記ロータを回転するための回転手段とから成り、放射線の強度をモニターするために前記窓から放出される放射線を通すように該窓の近くに取り付けられた放射線強度モニター手段を有することを特徴とするX線管が提供される。

0013

本発明の第2の側面によれば、真空領域を画定する排気された内部を有し、環状のX線透過窓を有するほぼドーナツ形のハウジングと、該ドーナツ形ハウジングの内部に取り付けられており、冷却流体によって熱を除去されるように循環冷却流体流路に対して熱伝達関係をなす環状の陽極と、前記ドーナツ形ハウジングの内部に回転自在に設けられたロータと、該ロータにそれと共に回転するように取り付けられており、前記陽極に衝突してX線ビームを創生するための電子ビームを発生する電子を放出する電子放出手段を含む少くとも1つの陰極組立体と、電子ビームが前記陽極の周りに回転されるように前記ロータを回転するための回転手段とから成り、前記陽極に衝突するように前記電子ビームを通す電界を前記電子放出手段の近くに設定するためのバイアス電圧印加手段を前記陰極組立体の近くに配置し、該電子ビームを調節自在に制御して該電子ビームによって創生されるX線ビームの強度を調節自在に制御するために前記電界を連続的に調節するためのバイアス電圧調節手段を設けたことを特徴とするX線管が提供される。

0014

本発明の第3の側面によれば、真空領域を画定する排気された内部を有し、環状のX線透過窓を有するほぼドーナツ形のハウジングと、該ドーナツ形ハウジングの内部に取り付けられており、冷却流体によって熱を除去されるように循環冷却流体流路に対して熱伝達関係をなす環状の陽極と、前記ドーナツ形ハウジングの内部に回転自在に設けられたロータと、該ロータにそれと共に回転するように取り付けられており、各々、前記陽極に衝突してX線ビームを創生するための電子ビームを発生する電子を放出する電子放出手段を含む複数の陰極組立体と、陰極組立体の選択自在の周波数電力を前記ハウジングからロータへ転送するための陰極組立体電力転送手段と、各々、異なる周波数帯域を有し、前記陰極組立体の1つが前記転送される電力の周波数によって電力を受けるように選択されるように、前記陰極組立体電力転送手段と前記陰極組立体の1つとの間に接続された複数の帯域通過回路と、電子ビームが前記陽極の周りに回転されるように前記ロータを回転するための回転手段とから成るX線管が提供される。

0015

本発明の第4の側面によれば、真空領域を画定する排気された内部を有し、環状のX線透過窓を有するほぼドーナツ形のハウジングと、該ハウジング内に取り付けられた陽極と、前記ハウジング内に取り付けられており、前記陽極に衝突してX線ビームを創生し、前記X線透過窓を通す電子ビームを発生するための陰極組立体と、X線透過窓に近接して取り付けられており、入射X線の一部分を光に変換し、その光を搬送するためのシンチレーション光ファイバと、該シンチレーション光ファイバに沿って搬送された光を受け取り、その受け取った光を放射線強度基準信号に変換する光トランスジューサとから成るX線管が提供される。本発明は、又、本発明によるX線管を組み入れたCTスキャナを提供する。

0016

本発明の1つの利点は、外来ノイズをX線受け取りサブシステム内へ導入したり、その結果としてCT画像を劣化させることなく、実際のX線強度を極めて速い応答時間でモニターすることである。本発明のもう1つの利点は、X線強度の変動を補償するために画像再構成アルゴリズムリアルタイムの調節を実施することを可能にすることによって優れた画像を創生することである。

0017

本発明の他の利点は、X線管電流を正確に制御することである。本発明の更に他の利点は、X線管電流をフィラメントの電流とは独立して相対的に制御することを可能にすることである。

0018

図1を参照すると、本発明によるCTスキャナが示されている。このCTスキャナは、ガントリー即ち取付組立体IIと、ガントリーIIに取り付けられたドーナツ形X線管I と 、電子装置部III を備えている。電子装置部III はX線管I のための高電圧電源80を有しており、ガントリーからデータを受け取り、受け取ったガントリーを電子画像表示として再構成する。

0019

図2を参照して説明すると、ドーナツ形X線管I は、大きいほぼドーナツ形の内部空間を画定するドーナツ形ハウジングAを有する。ドーナツ形ハウジングAの内部空間に、その円周方向に延長する陽極組立体(以下、単に「陽極」とも称する)Bが取り付けられている。又、電子の少くとも1つのビーム創出するための陰極組立体(以下、単に「陰極」とも称する)Cがドーナツ形ハウジングAの内部空間に配設されている。電子ビームは、回転手段Dによって陽極Bの周りに選択的に回転される。

0020

詳述すれば、陽極Bは、電子ビームが衝突するタングステン面(陽極面)10を有するタングステンリングである。陽極組立体Bは、陽極の反対側の表面に沿って、陽極面10に対して緊密な熱伝達関係をなす環状の循環冷却流体流路又はチャンネル12を画定する。随意選択として、陽極には、冷却流体との熱伝達を促進するための追加の内部通路フィン等を設けることができる。

0021

ハウジングAには、電子ビームを衝突させるターゲットである陽極のタングステン面10に対して半径方向に整列したX線透過窓(単に「窓」とも称する)20が取り付けられている。この窓20は、電子ビームとタングステン製ターゲット陽極面10との相互作用によって創生されたX線が、X線管のドーナツ形ハウジングAの孔即ち検査領域24の中心軸線22に対して横断方向に向けられている。

0022

ドーナツ形ハウジングAの内部にその円周方向に延長する環状リング又はロータ30が配置されている。ロータ30は、複数の陰極組立体Cを支持する。各陰極組立体Cは、陰極フィラメント又はその他の電子源34を収容する陰極支持カップ陰極支持カップ32と陰極制御回路36を備えている。陰極フィラメント34と陽極は、互いに例えば150KVの高い電圧に維持される。ハウジングAとロータ30は、共通の電位、好ましくは接地電位に維持される。好ましい実施例では、陽極も、接地電位に維持され、陰極支持カップ32は、ロータ30から絶縁され、約−150KVに維持される。別法として、陽極をほぼ+75KVに維持し、陰極を接地に対してほぼ−75KVに維持するようにしてもよい。

0023

ロータ30は、ハウジングA内に軸受40、図2の実施例では磁気浮揚式軸受によって回転自在に支持されている。磁気浮揚式軸受(単に「磁気軸受」又は「軸受」とも称する)40は、ロータ30の内径に沿って取り付けられた、真空内で安定な珪素鋼のリング42を含む。永久磁石(即ち受動素子)44と電磁石(即ち能動素子)46のリングが、珪素鋼のリング42に近接して、しかし真空領域の外側に配置されている。ハウジングAは、真空領域を電磁石46から分離する磁気窓48を有する。この磁気窓48は、磁束を通すことができるが、コイル通常用いられているエポキシ又はその他のポリマー材が真空領域内へガスを放出するのを防止する。

0024

ロータ30の心合を維持するために、1対の対向した磁気浮揚式軸受(単に「磁気軸受」又は「軸受」とも称する)50が、ロータ30の両側に配置されている。各軸受50は、ロータ30に対して互いに対抗する力を与える珪素鋼のリング52と永久磁石54(受動素子)を有する。ロータの一方の側の磁気浮揚式軸受50は、又、前記対抗する力を調節するための電磁コイル56(能動素子)を有する。ロータ30の位置を正確に維持するように電磁コイル56を制御するための斯界において周知の位置センサ(図示せず)が設けられている。

0025

回転手段Dは、大直径のブラシなし誘導モータ60を含む。モータ60は、真空領域内でロータ30に取り付けられた好ましくは永久磁石のロータ62と、ロータ62に対向し磁気窓48を挟んで真空領域の外側に配置された電磁巻線を含むステータ64とから成る。磁気浮揚式軸受系40,50が損傷した場合にロータ30を支持するための機械的ころ軸受66が、常態ではロータ30に接触しないようにして設けられている。これらの機械的ころ軸受66は、ロータ30が静止ハウジングA及びそれに連結したその他の構造体と相互作用するのを防止する。角度位置モニター68は、ロータ30の回転角度位置をモニターし、従って、陰極組立体Cの角度位置及びX線ビームの頂部を正確にモニターする。

0026

各陰極組立体Cは、それをロータ30から絶縁するための絶縁材を有している。フィラメント34の一端から第1電力転送手段70へ電気導体72が延長している。第1電力転送手段70は、静止ハウジングAから陰極組立体Cへ陰極バイアス電位を転送するための手段であり、一連取付ブラケット76を介してロータ30によって支持されているがロータから絶縁されているドーナツ形リング又はチャンネル74と、高電圧電源(単に「電源」とも称する)80に接続された熱陰極フィラメント環状電極)78から成る。熱陰極フィラメント78は、仕事関数の低いタイプであることが好ましい。ドーナツ形チャンネル74は、熱陰極フィラメント78を部分的に囲繞しており、熱陰極フィラメント78との間の電子の移転によって熱陰極フィラメントの電位に近い電位に維持される。

0027

第2電力転送手段82は、フィラメント制御回路84と、馬蹄形一次巻線コイル(単に「一次コイル」又は「一次巻線」とも称する)86と、環状の二次巻線コイル(単に「二次コイル」又は「二次巻線」とも称する)88から成り、フィラメント電流を各陰極組立体Cへ転送する。

0028

第3電力転送手段90は、陰極バイアスを調節自在に制御するためにバイアス電位を転送するためのものであり、選択されたバイアスを指定するためにロータ30から引き出された第1バイアス制御回路(単に「バイアス電圧印加手段」とも称する)92と、そのバイアス電位を環状の二次巻線コイル96へ転送する馬蹄形の一次巻線コイル94を備えている。

0029

続き図2を参照し、図3を参照して説明すると、陰極制御回路36は、フィラメント電流を第2電力転送手段即ちフィラメント電力転送手段82の二次コイル88からフィラメント34へ転送する。随意選択として、陰極制御回路36には、フィラメント電流を制流するための整流回路を含めてもよい。

0030

陰極制御回路36は又、第1電力転送手段即ち陰極電力転送手段70の熱陰極フィラメント78から陰極フィラメント34へバイアス電位を接続する。それによって、陰極フィラメント34を陽極に対して例えば約150KVの負電圧にする。

0031

陰極制御回路36は、更に、第1バイアス制御回路92によって指定されるバイアス電位により陰極支持カップ32をフィラメント34に対してバイアスさせるための第2バイアス制御回路(単に「バイアス電圧調節手段」とも称する)100を有している。陰極支持カップ32をフィラメント34に対して一定の電位範囲に亙って連続的にバイアスさせることにより、グリッド上ででにをバイアスさせるのに類似した態様でフィラメント34から陽極への電子の流れを制御する。従って、フィラメント34に対する陰極支持カップ32の電位のバイアスは、「グリッドバイアス」と称されることもある。

0032

陰極組立体Cのうちどの陰極組立体を作動させてX線を発生させるかを制御するために、二次巻線コイル88とフィラメント34の間に帯域通過回路即ちフィルタ102が接続されている。陰極組立体Cの各々に関連した帯域通過回路102の周波数帯域は、明確に異なるものとされている。従って、操作者は、一次巻線86に付与される信号の周波数を調節することによって、その信号をどの帯域通過回路102が通すかを、従って、どの陰極フィラメントを加熱するかを選択することができる。

0033

引続き図2を参照し、図4を参照して説明すると、窓20を横切って静止した放射線強度検出器(「X線強度検出手段」又は「放射線強度モニター手段」とも称する)110が取り付けられている。好ましい実施例では、放射線強度検出器は、シンチレーション光ファイバのバンド又はストライプを備えたものとする。図4の実施例では、例として、断面円形の3つの光ファイバが示されている。好ましい実施例では、各光ファイバは、シンチレーションファイバリボンで構成し、全体の太さを1mm未満とする。ここのファイバは、断面円形又は正方形とすることができる。各ファイバは、光透過性内部コア112と、外側クラッディング即ち外側114を有している。内部コア112と外側鞘114との相対的屈折率は、慣用の光ファイバ又は光導管におけるのと同様に、外側鞘114に衝突した内部コア112内の光が内部コア112内へ反射して戻されるように定められている。

0034

内部コア112は、X線をある特性波長の光に変換する蛍光ドーパント116を有している。かくして、X線は、窓20を透過するときシンチレーション光ファイバ内を通り、該光ファイバの内部コアによってX線の少部分が、該光ファイバに沿って光−電気トランスジューサ118へ搬送される光に変換される。周囲の光が光ファイバに進入して読取りエラーやノイズを生じないように、ファイバに光遮蔽鞘120を被覆することが好ましい。図4に示された実施例では、シンチレーションファイバは、折り返されて窓20から中心軸線22に平行に導出されている。窓20を選択的に閉鎖するための環状の放射線不透過シャッタ122がハウジングAの孔24内に摺動自在に取り付けられている好ましい実施例では、シンチレーションファイバを窓20とシャッタ122の間に通す。

0035

図2及び3を参照して説明すると、光−電気トランスジューサ118の出力は、検出された光の量、従って放射線の強度を選択(された)放射線強度メモリ126からの所定の放射線強度と比較する比較手段124に接続されている。比較手段124は、この比較に基づいて第1バイアス制御回路即ちグリッドバイアス制御回路92によりバイアスを、従ってX線強度を増減させる。選択される放射線強度は、患者の角度位置によって決定される陰極の角度位置に応じて定められるようにすることができる。即ち、放射線強度は、検体(患者)の分厚い部分を通すところでは増大し、薄い部分を通すところでは減少させることができる。選択放射線強度メモリ126は、X線ビームの頂点現行の角度位置に対応する選択放射線強度を研削するために回転(角度位置)モニター68によって割出され又はアドレス指定されるルックアップ検索)テーブルの形とすることができる。

0036

ロータ30には、又、X線ビームコリメーター手段、好ましくはボックス形コリメーター(「コリメーターボックス」とも称する)130が取り付けられている。コリメーターボックス130の、中心軸線に平行な互いに対向した両側壁は、X線ビームの幅即ち厚みを制御する。一方、コリメーターボックス130の、中心軸線に対して横断方向の互いに対向した両側壁は、X線ビームの扇形拡開角度を制御する。コリメーター手段130は、又、散乱したX線がX線ビームと合流するのを防止する。

0037

ハウジングAの真空領域内に真空を維持するために、例えばイオンポンプのような能動真空ポンプ手段140が設けられている。

0038

ハウジングの孔24の内部の周りに放射線強度検出器160の環状配列体が配置されている。これらの検出器160は、窓20に近接して、しかし、窓から僅かににずらせて配置されており、受け取った放射線強度を表す信号を発する。放射線強度検出器160からの信号と、窓20の患者側に取り付けられた基準放射線強度検出器110からの信号は、放射線強度補償回路162に接続されている。放射線強度補償回路162は、光−電気トランスジューサ118の出力によって表示される放射線強度の変動に従って検出器の信号を調節する。放射線強度補償機能は又、画像再構成モジュールソフトウエアによっても実施することができる。放射線強度検出器160からの信号即ち放射線強度のデータは、デジタル化され、ボリューム画像再構成手段164によって画像表示に再構成される。このボリューム画像表示は、ボリューム画像メモリ166によって記憶され、ボリューム画像メモリ166から選択された情報が引き出されて、モニター168にディスプレーするために適当なビデオフォーマットに変換される。

0039

別法として、複数個の個別放射線強度検出器を放出されるビームの周縁近くに実質的に等間隔に配置することができる。これらの個別放射線強度検出器は、X線源と環状のスライドコリメーターとの間に配置し、入射X線ビーム内に完全に埋入され、所定のスライス断層撮影すべき部分)内へ突出しないようにする。このコリメーターに入射するX線のバンドの厚みの方がコリメーターの幅より大きいので、この状態は確保される。

0040

以上、本発明を実施例に関連して説明したが、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろな変更及び改変を加えることができることを理解されたい。

図面の簡単な説明

0041

図1図1は、本発明を組み入れたCTスキャナの透視図である。
図2図2は、図1のCTスキャナの回転するドーナツ形陰極X線管の断面図である。
図3図3は、図2のX線管の陰極のバイアス電位を調節制御するための回路の回路図である。
図4図4は、CTスキャナの放射線強度モニター手段の概略図である。

--

0042

I :X線管
II:ガントリー(取付組立体)
A:ドーナツ形ハウジング
B:環状の陽極(陽極組立体)
C:陰極(陰極組立体)
D:回転手段
10:陽極面
12:循環冷却流体流路
20:X線透過窓
24:孔(検査領域)
30:ロータ
32:陰極支持カップ
34:電子源(陰極フィラメント)
60:モータ(回転手段)
82:第2電力転送手段
90:第3電力転送手段
92:第1バイアス制御回路(バイアス電圧印加手段)
100:第2バイアス制御回路(バイアス電圧調節手段)
102:帯域通過回路(フィルタ)
110:放射線強度検出器(放射線強度モニター手段)(シンチレーション光ファイバ)
116:蛍光ドーパント
118:光−電気トランスジューサ
160:放射線強度検出器
162:放射線強度補償回路
164:画像再構成手段

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