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技術 X線コンピュータ断層撮影装置

出願人 株式会社東芝
発明者 君島栄石井高弘丸山泰生
出願日 1994年9月16日 (26年3ヶ月経過) 出願番号 1994-220727
公開日 1996年4月2日 (24年8ヶ月経過) 公開番号 1996-084724
状態 特許登録済
技術分野 放射線診断機器
主要キーワード ベアリング径 単位時間当たり回転数 DN値 テンションモータ 管電力 遊星回転体 逐次近似法 両駆動回路
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1996年4月2日)のものです。
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図面 (8)

目的

本発明の目的は、回転リング高速回転許容するX線コンピュータ断層撮影装置を提供することである。

構成

本発明は、X線管X線検出器との少なくとも一方が被検体の周囲を回転しながら投影データ全角度的に収集し、これらの投影データから断層像再構成するX線コンピュータ断層撮影装置において、固定部と、前記固定部に回転自在に保持された中間回転リングと、前記中間回転リングと同軸で回転自在に前記中間回転リングに保持され、前記X線管と前記X線検出器との少なくとも一方を保持する回転リングと、前記回転リングを前記中間回転リングより速い回転角速度で差動回転駆動する差動回転駆動手段とを具備する。

概要

背景

従来この種のX線コンピュータ断層撮影装置には、第3世代のR/R方式であれば、固定部にベアリングを介して回転可能に保持された回転リングが備えられ、この回転リングにX線管X線検出器とが対向して配置されなる。撮影時には、回転リングの中央開口部に被検体が挿入され、回転リングがローテンションモータ回転力を受けて高速回転される。この回転の間、連続的又は微小角度毎にX線曝射及び透過X線検出動作が繰り返され、被検体のあるスライス面に関する投影データ全角度的に収集される。これらの投影データはコンピュータシステムに送られ、そこで再構成処理に供せられ、断層像再構成される。

ところで、被検体の拘束時間の短縮、患者スループットの向上、態動アーチファクトの抑制等の課題を根本的に解決するためには、撮影時間の短縮化が効果的であり、このため回転リングの高速回転化が望まれている。この高速回転化には管電力伝達方法等の解決すべき様々な障害があるが、その1つがベアリングの耐久特性に関わるものである。ベアリングの耐久特性は、ベアリング径回転数との乗算結果から導かれるDN値が基準とされる。このDN値が許容値を越えた回転は、ベアリングの寿命極端に低下してしまう。したがって、回転リングの単位時間当たりの回転数は、DN値が許容値以下の範囲内に抑えられている。

概要

本発明の目的は、回転リングの高速回転を許容するX線コンピュータ断層撮影装置を提供することである。

本発明は、X線管とX線検出器との少なくとも一方が被検体の周囲を回転しながら投影データを全角度的に収集し、これらの投影データから断層像を再構成するX線コンピュータ断層撮影装置において、固定部と、前記固定部に回転自在に保持された中間回転リングと、前記中間回転リングと同軸で回転自在に前記中間回転リングに保持され、前記X線管と前記X線検出器との少なくとも一方を保持する回転リングと、前記回転リングを前記中間回転リングより速い回転角速度で差動回転駆動する差動回転駆動手段とを具備する。

目的

本発明の目的は、回転リングの高速回転を許容するX線コンピュータ断層撮影装置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

X線管X線検出器との少なくとも一方が被検体の周囲を回転しながら投影データ全角度的に収集し、これらの投影データから断層像再構成するX線コンピュータ断層撮影装置において、固定部と、前記固定部に回転自在に保持された中間回転リングと、前記中間回転リングと同軸で回転自在に前記中間回転リングに保持され、前記X線管と前記X線検出器との少なくとも一方を保持する回転リングと、前記回転リングを前記中間回転リングより速い回転角速度で差動回転駆動する差動回転駆動手段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

前記差動回転駆動手段は、前記中間回転リングを回転駆動する回転駆動手段と、前記中間回転リングに自転可能に保持され且つ前記固定部と前記回転リングとの間に嵌込まれ、前記中間回転リングの回転に伴う自転及び公転により前記回転リングを回転駆動する遊星回転体とからな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

前記差動回転駆動手段は、前記中間回転リングを回転駆動する第1の回転駆動手段と、前記回転リングを前記中間回転リングより速い回転角速度で回転駆動する第2の回転駆動手段とからな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

前記差動回転駆動手段は、回転駆動手段と、前記回転駆動手段の回転軸装備され、前記中間回転リングに前記回転駆動手段の回転運動を伝達するための第1のプーリと、前記回転駆動手段の回転軸に装備され、前記第1のプーリより径が大きく、前記回転リングに前記回転駆動手段の回転運動を伝達するための第2のプーリとからな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。

技術分野

0001

本発明は、X線管X線検出器の少なくとも一方が被検体の周囲を高速回転しながら投影データ全角度的に収集し、これらの投影データから断層像再構成するX線コンピュータ断層撮影装置に関する。

背景技術

0002

従来この種のX線コンピュータ断層撮影装置には、第3世代のR/R方式であれば、固定部にベアリングを介して回転可能に保持された回転リングが備えられ、この回転リングにX線管とX線検出器とが対向して配置されなる。撮影時には、回転リングの中央開口部に被検体が挿入され、回転リングがローテンションモータ回転力を受けて高速回転される。この回転の間、連続的又は微小角度毎にX線曝射及び透過X線検出動作が繰り返され、被検体のあるスライス面に関する投影データが全角度的に収集される。これらの投影データはコンピュータシステムに送られ、そこで再構成処理に供せられ、断層像が再構成される。

0003

ところで、被検体の拘束時間の短縮、患者スループットの向上、態動アーチファクトの抑制等の課題を根本的に解決するためには、撮影時間の短縮化が効果的であり、このため回転リングの高速回転化が望まれている。この高速回転化には管電力伝達方法等の解決すべき様々な障害があるが、その1つがベアリングの耐久特性に関わるものである。ベアリングの耐久特性は、ベアリング径回転数との乗算結果から導かれるDN値が基準とされる。このDN値が許容値を越えた回転は、ベアリングの寿命極端に低下してしまう。したがって、回転リングの単位時間当たりの回転数は、DN値が許容値以下の範囲内に抑えられている。

発明が解決しようとする課題

0004

本発明の目的は、回転リングの高速回転を許容するX線コンピュータ断層撮影装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0005

本発明は、X線管とX線検出器との少なくとも一方が被検体の周囲を回転しながら投影データを全角度的に収集し、これらの投影データから断層像を再構成するX線コンピュータ断層撮影装置において、固定部と、前記固定部に回転自在に保持された中間回転リングと、前記中間回転リングと同軸で回転自在に前記中間回転リングに保持され、前記X線管と前記X線検出器との少なくとも一方を保持する回転リングと、前記回転リングを前記中間回転リングより速い回転角速度で差動回転駆動する差動回転駆動手段とを具備する。

0006

本発明によれば、回転リングと固定部との間には中間回転リングが介挿され、固定部に対する回転リングの回転が固定部に対する中間回転リングの回転と中間回転リングに対する回転リングの回転とに分担され、固定部に対する中間回転リングの回転と中間回転リングに対する回転リングの回転との各回転数が固定部に対する回転リングの回転数より理想的には1/2になり、高速回転に対する構造上の耐久性の制限が実質的に拡大されて、回転リングの高速回転が可能になる。

0007

下図面を参照して本発明の実施例を説明する。X線コンピュータ断層像撮影装置は、多方向からのX線投影データ投影積分値)について逐次近似法フーリエ計算法などの再構成処理法を適用し各点のX線吸収係数を計算し、そのX線吸収係数に応じた階調度を与え、断層像を得る装置であり、X線管から絞り装置を通って扇状に拡がるファンビームX線を被検体に向けて放射し、生体組織にわずかに吸収されて減衰したあと、多チャンネル型X線検出器の各X線検出素子経路の異なるX線強度を個々に検出し、これら検出信号データ収集部で所定レベル増幅し且つディジタル信号に変換したあと、コンピュータシステムで逐次近似法やフーリエ計算法などの再構成処理法を適用して撮影領域内各点のX線吸収係数に応じたCT値を計算し、これらCT値を2時減に分布して断層像を生成するものである。

0008

このようなX線コンピュータ断層撮影装置には、多チャンネル型X線検出器が固定されX線管だけが被検体の周囲を回転しながら投影データを全角度的に収集するタイプや、X線管と多チャンネル型X線検出器とが共に被検体の周囲を回転しながら投影データを全角度的に収集するタイプ等様々なタイプがあるが、本発明のX線コンピュータ断層撮影装置としてはX線管と多チャンネル型X線検出器との少なくとも一方が被検体の周囲を回転するものであれば、いずれのタイプでもよい。ここでは、X線管と多チャンネル型X線検出器とが共に被検体の周囲を回転しながら投影データを全角度的に収集するタイプを例にとって説明するものとする。

0009

図1に本発明によるX線コンピュータ断層撮影装置の主要構造物であるところのガントリ内部の概略構造を示している。X線管1と多チャンネル型のX線検出器2とは、差動回転駆動手段としての差動回転駆動機構3により、ガントリ中央部の開口部を挟んで対向した状態で、且つ回転自在に支持される。撮影時には開口部に被検体が挿入される。

0010

図2は第1実施例に係る差動回転駆動機構3の構造図であり、図3図2のA−A´断面図である。4は固定部である。この固定部4には図示しないがリング状に内歯車が設けられている。固定部4には、ベアリング7を介して中間回転リング5が回転中心0に関して回転自在に支持されている。この中間回転リング5の一部に設けられたプーリと、固定部4に設けられた回転駆動手段としての原動機10の回転駆動軸に装着された駆動プーリ8との間には、無端ベルト9が掛け渡されている。原動機10の回転運動は、駆動プーリ8と無端ベルト9を介して中間回転リング5に伝達され、中間回転リング5が回転駆動される。中間回転リング5には、遊星回転体としての複数の遊星歯車6が離散的に、ここでは4つの遊星歯車6が90°づつずれた位置に回転(自転)自在に支持されている。

0011

X線管1と多チャンネル型のX線検出器2とを開口部を挟んで対向した状態で保持する回転リング11は、ベアリング12を介して中間回転リング5と同軸、つまり同じ回転中心0に関して回転自在に中間回転リング5に支持されている。回転リング11の外周には、図示しないが歯車(以下「外歯車」という)が形成されている。この外歯車と固定部4の内歯車とは対向して配置され、両歯車には遊星歯車6がかみ合わされている。中間回転リング5が回転すると、遊星歯車6が自転しながら且つ回転中心0のまわりを公転する。この遊星歯車6の自転及び公転に連動して回転リング11が回転する。

0012

ここで、固定部4の内歯車の内径をDS 、遊星歯車6の径をd、回転リング11の外歯車の径をDA として、中間回転リング5を単位時間当たり(例えば毎秒)回転数nb で回転駆動した場合を想定する。このとき遊星歯車6の自転の単位時間当たり回転数np は、次の(1)式で表される。

0013

np =(DS /d)×nb …(1)
また、回転リング11の回転数nA は、次の(2)式で表される。
nA =(d/DA )×(DS /d)×nb +nb
=(DS /DA +1)×nb …(2)
ベアリング7が受ける回転数、つまり固定部4に対する中間回転リング5の相対的な回転数(差動回転数)nBA、ベアリング12が受ける回転数、つまり中間回転リング5に対する回転リング11の相対的な回転数(差動回転数)nBBは、それぞれ次の(3)式、(4)式で表される。

0014

nBA=nb …(3)
nBB=(DS /DA +1)nb −nb
=(DS /DA )nb …(4)
常に、DS >DA であるので、nBB>nb が成り立ち、回転リング11は中間回転リング5より速い回転角速度で回転することになる。

0015

したがって、nBBとnA との回転比は次の(5)式で表される。
nBB/nA =((DS /DA )nb )/((DS /DA +1)×nb )
=(DS /DA )/(DS /DA +1) …(5)
常に、DS >DA であるので、DS /DA >1が成り立つ。これにより、次の(6)式が成立する。

0016

1/2<nBB/nA <1 …(6)
したがって、ベアリング7及びベアリング12各々が受ける回転数を最小にするような理想的な状態では、ベアリング7が受ける回転数nBA及びベアリング12が受ける回転数nBBを、固定部4に対する回転リング11の相対的な回転数nA の1/2にすることができ、ベアリングの耐久特性を示すDN値が許容値を越えることなく、回転リング11の高速回転が可能になる。つまり、ベアリング7、12を従来の中間回転リングの無いもののベアリングと同じDN値のものを採用しても、回転リング11の最高回転数を略2倍に高めることができる。したがって、スキャン時間が短縮されて被検体の1回の息止め時間中に広い範囲の投影データを収集することができるようになると共に、被検体の拘束時間の短縮、患者スループットの向上、態動アーチファクトの抑制の課題が根本的に解決される。

0017

次に第2実施例について説明する。図4は第2実施例に係る差動回転駆動機構3の構造図であり、図5図4のB−B´断面図である。20は固定部である。この固定部20にはベアリング23を介して中間回転リング21が回転中心0に関して回転自在に支持されている。この中間回転リング21の一部に設けられたプーリと、固定部20に設けられた回転駆動手段としての原動機26の回転軸に装着された駆動プーリ27との間には、無端ベルト28が掛け渡されている。原動機26の回転運動は、無端ベルト28により中間回転リング21に伝達され、中間回転リング21が回転駆動される。

0018

X線管1と多チャンネル型のX線検出器2とを開口部を挟んで対向した状態で保持する回転リング24は、ベアリング25を介して中間回転リング21と同軸、つまり同じ回転中心0に関して回転自在に中間回転リング21に支持されている。回転リング24の一部に設けられたプーリと、回転中心0に関して公転するように中間回転リング21に設けられた回転駆動手段としての原動機29の回転駆動軸に装着された駆動プーリ30との間には、無端ベルト31が掛け渡されている。原動機29の回転運動は、無端ベルト31により回転リング24に伝達され、回転リング24が回転駆動される。

0019

原動機26と原動機29には図示しないが各々独立した駆動回路が接続され、両駆動回路には図示しないが共通の制御回路が接続されている。制御回路が各駆動回路を個々に制御することにより、原動機26と原動機29の各回転数は同じ又は各別に制御される。

0020

このような構成において、原動機26の単位時間当たりの回転数をnA とし、原動機29の単位時間当たりの回転数をB とし、また原動機26による中間回転リング21の固定部20に対する単位時間当たりの回転数をnBBとし、原動機29による回転リング24の中間回転リング21に対する相対的な単位時間当たりの回転数(中間回転リング21の単位時間当たりの回転数nBBで回転する回転座標系における回転数)をnBAと仮定する。原動機29は中間回転リング21上に設けられ、中間回転リング21と共に回転中心Oの回りを回転(公転)するので、回転リング24は中間回転リング21より速い回転角速度で回転し、具体的には回転リング24の固定部20に対する単位時間当たりの回転数nは、次の(7)式で表される。

0021

n=nBA+nBB …(7)
したがって、nBA=nBB=1/2×nとなる理想的な状態では、ベアリング23,25が受ける回転数は、中間回転リング21が無い場合の半分に抑えられ、ベアリングの耐久特性を示すDN値が許容値を越えることなく、回転リング24の高速回転が可能になる。つまり、ベアリング23、25を従来の中間回転リングの無いもののベアリングと同じDN値のものを採用しても、回転リング24の最高回転数を略2倍に高めることができる。したがって、スキャン時間が短縮されて被検体の1回の息止め時間中に広い範囲の投影データを収集することができるようになると共に、被検体の拘束時間の短縮、患者スループットの向上、態動アーチファクトの抑制の課題が根本的に解決される。

0022

また、原動機26と原動機29の回転数を、中間回転リング21が無い場合の半分に抑えることができ、原動機26と原動機29の負担が軽減される。次に第3実施例について説明する。

0023

図6は第3実施例に係る差動回転駆動機構3の構造図であり、図7図6のC−C´断面図である。40は固定部である。この固定部40にはベアリング41を介して中間回転リング42が回転中心0に関して回転自在に支持されている。また、X線管1と多チャンネル型のX線検出器2とを開口部を挟んで対向した状態で保持する回転リング44は、ベアリング43を介して中間回転リング42と同軸、つまり同じ回転中心0に関して回転自在に中間回転リング42に支持されている。中間回転リング42と回転リング44にはそれぞれ後述する無端ベルトを掛けるための同径のプーリが設けられている。

0024

固定部40に設置された回転駆動手段としての原動機51の回転軸に設けられた歯車52には、固定部40に設置されたベアリング54により回転自在に支持されたシャフト48に設けられた歯車53が噛み合わされている。原動機51の回転運動は、歯車52,53を介してシャフト48に伝達される。

0025

シャフト48には、径の異なる大小2つのプーリ49,50が設けられる。径の小さなプーリ49と、中間回転リング42との間には無端ベルト47が掛け渡されている。シャフト48の回転運動は、無端ベルト47を介して中間回転リング42に伝達される。径の大きなプーリ50と、回転リング44との間には無端ベルト46が掛け渡されている。シャフト48の回転運動は、無端ベルト46を介して回転リング44に伝達される。したがって、回転リング24は中間回転リング21より速い回転角速度で回転することになる。勿論、回転リング44が中間回転リング42より速い回転角速度で回転すれば、プーリ49,50の各径を同じにして、中間回転リング42に設けられたプーリより回転リング44に設けられたプーリの径を小さくしてもよい。その他、回転リング44が中間回転リング42より速い回転角速度で回転する限りにおいて、プーリ49,50、中間回転リング42に設けられたプーリ、回転リング44に設けられたプーリの各径は、任意に調整することができる。

0026

回転リング44の単位時間当たりの回転数をnA 、中間回転リング42の単位時間当たりの回転数をnB (nB <nA )とすると、ベアリング41が受ける回転数、つまり固定部40に対する中間回転リング42の相対的な回転数(差動回転数)nBB、ベアリング43が受ける回転数、つまり中間回転リング42に対する回転リング44の相対的な回転数(差動回転数)nBAは、それぞれ次の(8)式、(9)式で表される。

0027

nBB=nB …(8)
nBA=nA −nB …(9)
ここで、nBBとnBAとを共に最小にするには、プーリ49,50、中間回転リング42に設けられたプーリ、回転リング44に設けられたプーリの各径を調整して、中間回転リング42の回転数nB を、回転リング44の回転数nA の1/2にすればよい。したがって、ベアリング41、43を従来の中間回転リングの無いもののベアリングと同じDN値のものを採用しても、回転リング44の最高回転数を略2倍に高めることができる。したがって、スキャン時間が短縮されて被検体の1回の息止め時間中に広い範囲の投影データを収集することができるようになると共に、被検体の拘束時間の短縮、患者スループットの向上、態動アーチファクトの抑制の課題が根本的に解決される。

0028

本発明は上述した実施例に限定されず、種々変形して実施可能である。上述の説明では、中間回転リングは1つとして説明したが、複数(n個)の中間回転リングが多断層に組み合わされていてもよい。この場合、固定部と最端の中間回転リングとの間のベアリング、各中間回転リング間のベアリング、中間回転リングと回転リングとの間のベアリングの各々が受ける回転数は、回転リングの回転数の1/nでよく、これに伴って回転リングの最高回転数を従来の中間回転リングの無いものに比べて略n倍に高めることができる。

発明の効果

0029

本発明は、X線管とX線検出器との少なくとも一方が被検体の周囲を回転しながら投影データを全角度的に収集し、これらの投影データから断層像を再構成するX線コンピュータ断層撮影装置において、固定部と、前記固定部に回転自在に保持された中間回転リングと、前記中間回転リングと同軸で回転自在に前記中間回転リングに保持され、前記X線管と前記X線検出器との少なくとも一方を保持する回転リングと、前記回転リングを前記中間回転リングより速い回転角速度で差動回転駆動する差動回転駆動手段とを具備する。

0030

したがって、本発明によれば、回転リングと固定部との間には中間回転リングが介挿され、固定部に対する回転リングの回転が固定部に対する中間回転リングの回転と中間回転リングに対する回転リングの回転とに分担され、固定部に対する中間回転リングの回転と中間回転リングに対する回転リングの回転との各回転数が固定部に対する回転リングの回転数より理想的には1/2になり、高速回転に対する構造上の耐久性の制限が実質的に拡大されて、回転リングの高速回転が可能になるX線コンピュータ断層撮影装置を提供できる。

図面の簡単な説明

0031

図1ガントリ内部の概略構造図
図2第1実施例による差動回転駆動機構の構造図。
図3図2のA−A´断面図。
図4第2実施例による差動回転駆動機構の構造図。
図5図4のB−B´断面図。
図6第3実施例による差動回転駆動機構の構造図。
図7図6のC−C´断面図。

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0032

1…X線管、2…多チャンネル型X線検出器、3…差動回転駆動機構、4…固定部、5…中間回転リング、6…遊星歯車、7…ベアリング、8…駆動プーリ、9…無端ベツト、10…原動機、11…回転リング、12…ベアリング。

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