JP3909048B2

JP3909048B2 - Ｘ線ｃｔ装置およびｘ線管

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Inventors: 誠郷野; 明萩原
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Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ（ＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置およびＸ線管に関し、特に、エネルギー（ｅｎｅｒｇｙ）が異なる複数のＸ線を利用するＸ線ＣＴ装置およびそのようなＸ線ＣＴ装置に適したＸ線管に関する。

Ｘ線ＣＴ装置では、エネルギーが異なる複数のＸ線を利用し、特定物質についての定量的な断層像を撮影することが行われる。Ｘ線エネルギーの弁別には、層間にフィルタを有する多層のＸ線検出器が用いられ、各層ごとにエネルギーが異なるＸ線検出信号を得るようにしている（例えば特許文献１参照）。
特開平６−２７７２０８号公報（第３−４頁、図１−２）

上記のようなＸ線ＣＴ装置では、フィルタ（ｆｉｌｔｅｒ）を有する多層Ｘ線検出器という特殊な検出器が必要とされ、また、層間に挿入されるフィルタはＸ線検出器の受光面全体を覆う大面積のものが必要とされる。

そこで、本発明の課題は、通常のＸ線検出器を用いて複数エネルギーＸ線による撮影が可能なＸ線ＣＴ装置を実現することである。また、そのようなＸ線ＣＴ装置に適したＸ線管を実現することを課題とする。

（１）上記の課題を解決するためのひとつの観点での発明は、３次元的位置が異なる複数の焦点から時分割で順次にＸ線を発生するＸ線管と、前記複数の焦点からそれぞれ発生するＸ線についてそれぞれフィルタリングを行う複数のフィルタと、前記複数の焦点からそれぞれ発生するＸ線の照射範囲を同一にするコリメータと、前記複数の焦点からそれぞれ発生するＸ線ごとに被検体の複数ビューの投影データを収集する収集手段と、前記投影データに基づいて画像を再構成する再構成手段と、を具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。

前記Ｘ線管は、互いに対向するアノードおよびカソードを有しカソードからの電子が衝突するアノード上の焦点からＸ線を発生するＸ線管であって、前記アノードは、前記カソードから放出された電子がその軌道上の複数の位置で時分割的に順次に衝突する複数の衝突部を持つことが、３次元的位置が異なる複数の焦点からＸ線を時分割で順次に発生する点で好ましい。

（２）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、互いに対向するアノードおよびカソードを有しカソードからの電子が衝突するアノード上の焦点からＸ線を発生するＸ線管であって、前記アノードは、前記カソードから放出された電子がその軌道上の複数の位置で時分割的に順次に衝突する複数の衝突部を持つ、ことを特徴とするＸ線管である。

前記アノードは、前記電子の軌道に平行な回転軸を共有する互いに平行な複数の回転板であって、各回転板は、少なくとも前記カソードに最も近いものから前記カソードから最も遠いものの１つ手前のものまでは、前記回転中心から前記電子の軌道までの距離より大きい大径部と回転中心から前記電子の軌道までの距離より小さい小径部を回転方向に沿って交互に有し、それら回転板の大径部が前記電子ビームの軌道に平行な方向において互いに重ならないことが、電子の軌道上の複数の位置に焦点を形成する点で好ましい。前記複数の回転板は２つの回転板であることが、電子の軌道上の２つの位置に焦点を形成する点で好ましい。

前記アノードは、前記カソードから放出された電子の軌道に平行な回転軸を共有する２つの回転板であって、これら回転板は互いに反対側の面に回転方向に沿って交互に配置されたＸ線発生部とＸ線非発生部を有し、互いに反対側の面のＸ線発生部が回転軸に平行な方向において互いに重ならず、前記カソードは、前記２つの回転板の互いに反対側の面に衝突させる電子をそれぞれ発生することが、電子の軌道上の２つの位置に焦点を形成する点で好ましい。

前記アノードおよび前記カソードの対は複数対であることが、複数の電子の軌道の各々において複数の焦点を形成する点で好ましい。前記複数対は２対であることが、２つの電子の軌道の各々において複数の焦点を形成する点で好ましい。前記焦点は全て同一の水平面上にあることが、Ｘ線受光面までの距離が同一な複数の焦点を形成する点で好ましい。前記焦点は全て水平面に対して傾斜した同一の平面上にあることが、Ｘ線受光面までの距離が異なる複数の焦点群を形成する点で好ましい。

上記ひとつの観点での発明では、Ｘ線ＣＴ装置が、３次元的位置が異なる複数の焦点から時分割で順次にＸ線を発生するＸ線管と、複数の焦点からそれぞれ発生するＸ線についてそれぞれフィルタリングを行う複数のフィルタと、複数の焦点からそれぞれ発生するＸ線の照射範囲を同一にするコリメータと、複数の焦点からそれぞれ発生するＸ線ごとに被検体の複数ビューの投影データを収集する収集手段と、投影データに基づいて画像を再構成する再構成手段とを具備するので、通常のＸ線検出器を用いて複数エネルギーＸ線による撮影が可能である。

上記他の観点での発明では、Ｘ線管のアノードが、カソードから放出された電子がその軌道上の複数の位置で時分割的に順次に衝突する複数の衝突部を持つので、３次元的位置が異なる複数の焦点から時分割で順次にＸ線を発生するＸ線管、すなわち、複数エネルギーＸ線による撮影を行うのに適したＸ線管を実現することができる。

以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１にＸ線ＣＴ装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は本発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、Ｘ線ＣＴ装置に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

図１に示すように、本装置は、走査ガントリ（ｇａｎｔｒｙ）２、撮影テーブル（ｔａｂｌｅ）４および操作コンソール（ｃｏｎｓｏｌｅ）６を備えている。走査ガントリ２はＸ線管２０を有する。Ｘ線管２０から放射された図示しないＸ線は、フィルタ２１でフィルタリングされ、コリメータ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）２２により扇状のＸ線ビームすなわちファンビーム（ｆａｎｂｅａｍ）Ｘ線となるように成形（コリメーション：ｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎ）され、Ｘ線検出器２４に照射される。Ｘ線検出器２４は、Ｘ線ビームの広がりに合わせてアレイ（ａｒｒａｙ）状に配列された複数の検出素子を有する。Ｘ線検出器２４の構成については後にあらためて説明する。Ｘ線管２０とＸ線検出器２４の間の空間には、撮影の対象が撮影テーブル４に搭載されて搬入される。

後に詳しく説明するように、Ｘ線管２０は複数の焦点を持ちそれら焦点からそれぞれＸ線を発生する。フィルタ２１は複数のＸ線に対応する複数のフィルタからなり、対応するＸ線をそれぞれフィルタリングする。コリメータ２２も複数のＸ線に対応する複数のコリメータからなり、対応するＸ線をそれぞれコリメーションする。

フィルタ２１は本発明におけるフィルタの一例である。コリメータ２２は本発明におけるコリメータの一例である。Ｘ線管２０、フィルタ２１、コリメータ２２およびＸ線検出器２４は、Ｘ線照射・検出装置を構成する。Ｘ線照射・検出装置については後にあらためて説明する。

Ｘ線検出器２４にはデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６は、Ｘ線検出器２４の個々の検出素子の検出信号をディジタルデータ（ｄｉｇｉｔａｌｄａｔａ）として収集する。Ｘ線検出器２４およびデータ収集部２６からなる部分は、本発明における収集手段の一例である。検出素子の検出信号は、Ｘ線による対象の投影を表す信号となる。以下、これを投影データあるいは単にデータともいう。

Ｘ線管２０からのＸ線の照射は、Ｘ線コントローラ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２８によって制御される。なお、Ｘ線管２０とＸ線コントローラ２８との接続関係については図示を省略する。コリメータ２２は、コリメータコントローラ３０によって制御される。なお、コリメータ２２とコリメータコントローラ３０との接続関係については図示を省略する。

以上のＸ線管２０からコリメータコントローラ３０までのものが、走査ガントリ２の回転部３４に搭載されている。回転部３４の回転は、回転コントローラ３６によって制御される。なお、回転部３４と回転コントローラ３６との接続関係については図示を省略する。

操作コンソール６はデータ処理装置６０を有する。データ処理装置６０は、例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等によって構成される。データ処理装置６０には、制御インターフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）６２が接続されている。制御インターフェース６２には、走査ガントリ２と撮影テーブル４が接続されている。データ処理装置６０は制御インターフェース６２を通じて走査ガントリ２および撮影テーブル４を制御する。

走査ガントリ２内のデータ収集部２６、Ｘ線コントローラ２８、コリメータコントローラ３０および回転コントローラ３６が、制御インターフェース６２を通じて制御される。なお、それら各部と制御インターフェース６２との個別の接続については図示を省略する。

データ処理装置６０には、データ収集バッファ６４が接続されている。データ収集バッファ６４には、走査ガントリ２のデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６で収集されたデータがデータ収集バッファ６４を通じてデータ処理装置６０に入力される。

データ処理装置６０には記憶装置６６が接続されている。記憶装置６６には、データ収集バッファ６４および制御インターフェース６２を通じてそれぞれデータ処理装置６０に入力された投影データが記憶される。記憶装置６６にはまたデータ処理装置６０用のプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）が記憶される。データ処理装置６０がそのプログラムを実行することにより、本装置の動作が遂行される。

データ処理装置６０は、データ収集バッファ６４を通じて記憶装置６６に収集した投影データを用いて画像再構成を行う。データ処理装置６０は、本発明における再構成手段の一例である。画像再構成には、例えばフィルタード・バックプロジェクション（ｆｉｌｔｅｒｅｄｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法等が用いられる。

データ処理装置６０には、表示装置６８および操作装置７０が接続されている。表示装置６８は、グラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。操作装置７０はポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅ）を備えたキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）等で構成される。

表示装置６８は、データ処理装置６０から出力される再構成画像やその他の情報を表示する。操作装置７０は、使用者によって操作され、各種の指示や情報等をデータ処理装置６０に入力する。使用者は表示装置６８および操作装置７０を使用してインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作する。

図２に、Ｘ線検出器２４の模式的構成を示す。同図に示すように、Ｘ線検出器２４は、複数のＸ線検出素子２４（ｉｋ）を２次元アレイ状に配列した多チャンネル（ｃｈａｎｎｅｌ）のＸ線検出器となっている。複数のＸ線検出素子２４（ｉｋ）は、全体として、円筒凹面状に湾曲したＸ線受光面を形成する。

ｉはチャンネル番号であり例えばｉ＝１，２，・・・，１０００である。ｋは列番号であり例えばｋ＝１，２，・・・，３２である。Ｘ線検出素子２４（ｉｋ）は、列番号ｋが同一なもの同士でそれぞれ検出素子列を構成する。なお、Ｘ線検出器２４の検出素子列は３２列に限るものではなく、適宜の複数あるいは単数であってよい。

Ｘ線検出素子２４（ｉｋ）は、例えばシンチレータ（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）とフォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）の組み合わせによって構成される。なお、これに限るものではなく、例えばカドミウム・テルル（ＣｄＴｅ）等を利用した半導体Ｘ線検出素子、あるいは、キセノン（Ｘｅ）ガスを利用した電離箱型のＸ線検出素子であってよい。

図３に、Ｘ線照射・検出装置におけるＸ線管２０とコリメータ２２とＸ線検出器２４の相互関係を示す。なお、図３の（ａ）は走査ガントリ２の正面から見た状態を示す図、（ｂ）は側面から見た状態を示す図である。同図に示すように、Ｘ線管２０から放射されたＸ線は、コリメータ２２により扇状のＸ線ビーム４００となるように成形されてＸ線検出器２４に照射される。

図３の（ａ）では、扇状のＸ線ビーム４００のひとつの方向の広がりを示す。以下、この方向を幅方向ともいう。Ｘ線ビーム４００の幅方向は、Ｘ線検出器２４におけるチャンネルの配列方向に一致する。（ｂ）ではＸ線ビーム４００の他の方向の広がりを示す。以下、この方向をＸ線ビーム４００の厚み方向ともいう。Ｘ線ビーム４００の厚み方向は、Ｘ線検出器２４における複数の検出素子列の並設方向に一致する。Ｘ線ビーム４００の２つの広がり方向は互いに垂直である。

このようなＸ線ビーム４００の扇面に体軸を交差させて、例えば図４に示すように、撮影テーブル４に載置された対象８がＸ線照射空間に搬入される。走査ガントリ２は、内部にＸ線照射・検出装置を包含する筒状の構造になっている。

Ｘ線照射空間は走査ガントリ２の筒状構造の内側空間に形成される。Ｘ線ビーム４００によってスライスされた対象８の像がＸ線検出器２４に投影される。Ｘ線検出器２４によって、対象８を透過したＸ線が検出される。対象８に照射するＸ線ビーム４００の厚みｔｈは、コリメータ２２のアパーチャの開度により調節される。

Ｘ線照射・検出装置の回転に並行して、矢印４２で示すように撮影テーブル４を対象８の体軸方向に連続的に移動させることにより、Ｘ線照射・検出装置は、対象８に関して相対的に、対象８を包囲する螺旋状の軌道に沿って旋回することになる。これによっていわゆるヘリカルスキャン（ｈｅｌｉｃａｌｓｃｎａ）が行われる。撮影テーブル４を停止させた状態でＸ線照射・検出装置の回転させればアキシャルスキャン（ａｘｉａｌｓｃｎａ）が行われる。以下、スキャンの回転軸の方向をｚ方向とし、回転中心とＸ線管２０を結ぶ方向をｙ方向とし、ｚ方向およびｙ方向に垂直な方向をｘ方向とする。これによって回転座標系ｘｙｚが形成される。

スキャンの１回転当たり複数（例えば１０００程度）のビュー（ｖｉｅｗ）の投影データが収集される。投影データの収集は、Ｘ線検出器２４−データ収集部２６−データ収集バッファ６４の系列によって行われる。以下、投影データをスキャンデータともいう。また、各ビューの投影データをビューデータともいう。

Ｘ線照射・検出装置について説明する。図５に、Ｘ線照射・検出装置の模式的構成を示す。同図に示すように、Ｘ線管２０はアノード（ａｎｏｄｅ）１１０とカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）１３０を有する。アノード１１０とカソード１３０の間には高電圧が印加され、この電圧よって加速された電子がカソード１３０からアノード１１０に向かって電子ビーム１４０となって照射される。アノード１１０およびカソード１３０は真空管内にある。なお、真空管の図示は省略する。Ｘ線管２０は、本発明を実施するための最良の形態の一例である。本Ｘ線管２０の構成によって、Ｘ線管に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

アノード１１０は、２つの平行な回転板１１２，１１４を有する。これら回転板１１２，１１４は回転軸１２２を共有する。回転軸１２２の方向および電子ビームの方向はｚ方向である。カソード１３０側から見た回転板１１２，１１４の形状を図６に示す。同図に示すように、回転板１１２，１１４はいずれも大径部Ｌと小径部Ｓを有する。大径部Ｌおよび小径部Ｓは回転方向に沿って交互に形成されている。

大径部Ｌは回転中心から電子の軌道までの距離より大きい半径を持ち、小径部Ｓは回転中心から電子の軌道までの距離より小さい半径を持つ。回転板１１２，１１４はカソード１３０側から見て、大径部Ｌと小径部Ｓがインターリーブ（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ）する関係になっている。このため、回転板１１２，１１４の大径部同士は電子ビームの方向において互いに重なることがない。これにより、アノード１１０の回転に伴って回転板１１２と１１４に交互に電子が衝突し、それら衝突個所を焦点として回転板１１２，１１４から交互にＸ線４０２，４０４が発生する。なお、回転板１１２は全てが大径部Ｌの円板としてもよい。このようにしても、回転板１１２はカソード１３０側から見て回転板１１４の後ろにあるので、Ｘ線４０２，４０４を交互に発生させることが可能である。

このようにして、電子の軌道上の位置が異なる２つの焦点からＸ線４０２，４０４が時分割で交互に発生する。２つの焦点は回転座標系における３次元的位置を異にする。２つのＸ線の発生のタイミング（ｔｉｍｉｎｇ）は回転板１１２，１１４の大径部の配置によって機械的に定まる。このため、Ｘ線を発生させるための制御が容易である。また、２つのＸ線の切換が急峻に行えるのでパルス（ｐｕｌｓｅ）性に優れたＸ線を得ることができる。

Ｘ線４０２はフィルタ２１２でフィルタリングされ、コリメータ２２２でコリメーションされてＸ線検出器２４に照射される。Ｘ線４０４はフィルタ２１４でフィルタリングされ、コリメータ２２４でコリメーションされてＸ線検出器２４に照射される。コリメータ２２２，２２４によるコリメーションは、Ｘ線４０２，４０４がＸ線検出器２４の同一の受光面に照射されるように行われる。また、フィルタ２１２，２１４はコリメータ２２２，２２４のアパーチャを覆うだけの面積があればよく、Ｘ線検出器２４の受光面全体を覆う面積を持つ必要はない。

フィルタ２１２，２１４はそれぞれ異なるエネルギー選択特性を有する。このため、フィルタリング後のＸ線４０２，４０４はそれぞれ異なるエネルギーを持つものとなる。エネルギーが異なる２種類のＸ線が時分割で交互に照射されるので、Ｘ線検出器２４から２種類のＸ線に対応した検出信号を時分割で交互に得ることができる。したがって、Ｘ線検出器２４はＸ線の種類ごとに用意する必要はなく通常のＸ線検出器でよい。なお、Ｘ線４０２，４０４のエネルギーは、フィルタ２１２，２１４を用いる代わりに、あるいはそれに加えて、個々の回転板にそれぞれ印加する電圧によって変化させるようにしてもよい。以下同様である。

アノード１１０は、２つ以上の回転板を持つものとしてもよい。回転板を４つとした例を図７に模式的に示す。同図に示すように、アノード１１０は回転板１１２，１１４，１１６，１１８を有する。回転板１１２，１１４，１１６，１１８は回転軸１２２を共有する。カソード１３０側から見た回転板１１２，１１４，１１６，１１８の形状は図８に示すようになっている。同図に示すように、回転板１１２，１１４，１１６，１１８はいずれも大径部Ｌと小径部Ｓを有し、大径部同士は電子ビームの方向において互いに重ならないようになっている。

これにより、アノード１１０の回転に伴って回転板１１２，１１４，１１６，１１８に順次に電子が衝突し、それら衝突個所を焦点として回転板１１２，１１４，１１６，１１８から時分割で順次にＸ線が発生する。なお、回転板１１２は全てが大径部Ｌの円板としてもよい。このようにしても、回転板１１２はカソード１３０側から見て最も後ろにあるので、Ｘ線を時分割で順次に発生させることが可能である。

このようにして、電子の軌道上の位置が異なる４つの焦点からＸ線が時分割で順次に発生する。４つのＸ線の発生のタイミングは回転板１１２，１１４，１１６，１１８の大径部の配置によって機械的に定まる。このため、Ｘ線を発生させるための制御が容易である。また、４つのＸ線の切換が急峻に行えるのでパルス性に優れたＸ線を得ることができる。そして、それらのＸ線をエネルギー選択特性が異なる４つのフィルタでそれぞれフィルタリングすることによりエネルギーが異なる４つのＸ線を得ることができる。

エネルギーが異なるＸ線を２種類しか必要としない場合は、アノードおよびカソードを図９に示すように構成してもよい。同図に示すように、アノード１１０は、２つの平行な回転板１１２，１１４を有する。これら回転板１１２，１１４は回転軸１２２を共有する。回転軸１２２の方向はｚ方向である。回転板１１２，１１４に対応して２つのカソード１３２，１３４が設けられる。回転板１１２，１１４は互いに背中合わせの関係にあり、このような回転板１１２，１１４にカソード１３２，１３４が互いに反対側から対向する。回転板１１２にはカソード１３２が対向し、回転板１１４にはカソード１３４が対向それぞれ電子ビーム１４２，１４４を照射する。なお、回転板１１２，１１４は、合体して１つの回転板としてもよい。

カソード１３２，１３４側から見た回転板１１２，１１４の形状を図１０に示す。同図に示すように、回転板１１２，１１４はいずれもＸ線発生部ＭとＸ線非発生部Ｎを有する。Ｘ線発生部ＭおよびＸ線非発生部Ｎは回転方向に沿って交互に形成されている。Ｘ線発生部Ｍには電子の衝突によってＸ線を発生する物質があり、Ｘ線非発生部Ｎには電子が衝突しても実質的にＸ線を発生しない物質がある。

回転板１１２，１１４はカソード１３２，１３４側から見て、Ｘ線発生部ＭとＸ線非発生部Ｎがインターリーブする関係になっている。このため、回転板１１２，１１４のＸ線発生部Ｍ同士は電子ビームの方向において互いに重なることがない。これにより、アノード１１０の回転に伴って回転板１１２と１１４のＸ線発生部Ｍにに交互に電子が衝突し、それら衝突個所を焦点として回転板１１２，１１４から交互にＸ線４０２，４０４が発生する。

このようにして、電子の軌道上の位置が異なる２つの焦点からＸ線４０２，４０４が時分割で交互に発生する。２つのＸ線の発生のタイミングは回転板１１２，１１４のＸ線発生部Ｍの配置によって機械的に定まる。このため、Ｘ線を発生させるための制御が容易である。また、２つのＸ線の切換が急峻に行えるのでパルス性に優れたＸ線を得ることができる。

複数の焦点を上記のようにｚ方向に配置する代わりに、ｘ方向に配置するようにしてもよい。その例を図１１に示す。同図に示すように、回転軸１２２および電子ビーム１４０の方向をｘ方向に合わせる。これによって、ｘ方向に配置された２つの焦点１５２，１５４から時分割で交互にＸ線を発生するＸ線管２０を得ることができる。

Ｘ線管２０が図７に示したように４つのアノードを持つ場合は、同様にしてｘ方向に配置された４つの焦点から時分割で順次にＸ線を発生するＸ線管を得ることができる。また、図９に示したように背中合わせの２つのアノードとそれに対応するカソードを持つ場合は、回転軸１２２および電子ビーム１４０の方向をｘ方向に合わせることによって、ｘ方向に配置された２つの焦点４から時分割で交互にＸ線を発生するＸ線管２０を得ることができる。

複数の焦点は、ｚ方向およびｘ方向に対して傾斜した方向に沿って配置するようにしてもよい。その例を図１２に示す。同図に示すように、回転軸１２２および電子ビーム１４０の方向を、ｚｘ平面においてｚ方向およびｘ方向に対して傾斜した方向に合わせる。ｚｘ平面は回転座標系における水平面である。傾斜の角度はｚｘ平面において適宜である。これによって、ｚ方向およびｘ方向に対して傾斜した方向に配置された２つの焦点１５２，１５４から時分割で交互にＸ線を発生するＸ線管２０を得ることができる。Ｘ線管２０が図７に示したように４つのアノードを持つ場合、および、図９に示したように背中合わせの２つのアノードとそれに対応するカソードを持つ場合についても同様にすることができる。

アノードとカソードの対を複数とすることにより、ｚｘ平面に複数の焦点を２次元的に分布させることができる。その例を図１３に示す。同図に示すように、Ｘ線管２０は、アノード１１０ａとカソード１３２の対およびアノード１１０ｂとカソード１３４の対を有する。

アノード１１０ａは回転板１１２，１１４と回転軸１２２を持ち、カソード１３２からの電子ビーム１４２が交互に衝突する２つの焦点１５２，１５４からそれぞれＸ線を発生する。アノード１１０ｂは回転板１１６，１１８と回転軸１２４を持ち、カソード１３４からの電子ビーム１４４が交互に衝突する２つの焦点１５６，１５８からそれぞれＸ線を発生する。カソード１３２，１３４の電子ビーム１４２，１４４はｚｘ平面にあり、これによって、焦点１５２，１５４，１５６，１５８はｚｘ平面に２次元的に分布する。

ｚｘ平面における４つの焦点の分布の他の例を図１４に示す。ここでは、回転軸１２２，１２４および電子ビーム１４２，１４４の方向を、ｚｘ平面においてｚ方向およびｘ方向に対して傾斜した方向に合わせる。傾斜の角度は適宜である。

このようにして、ｚｘ平面に２次元的に分布した４の焦点１５２，１５４，１５６，１５８から時分割で順次にＸ線を発生するＸ線管２０を得ることができる。アノードとカソードの対を２対以上とすることにより焦点の数をさらに増やすことができる。アノードとカソードの対は、図７に示したものまたは図９に示したものを用いてよい。

複数の焦点が分布する平面はｚｘ平面に対して傾斜した平面であってよい。そのような平面における焦点の分布は、例えば図１３または図１４に示した関係がｚｘ平面に対して傾斜した平面上で成立するように、アノードとカソードを配置することにより可能である。あるいは、複数の焦点は共通の平面に属さずそれぞれ独自の３次元的位置を持つようにしてもよい。

そのようにした場合、例えば図１５に示すように、ｚ方向またはｘ方向あるいはそれらに対して傾斜した方向において位置が異なり、かつｙ方向においても位置が異なる４つの焦点から時分割で順次に発生するＸ線４０２，４０４，４０６，４０８を得ることができる。これらＸ線を別々なフィルタでそれぞれフィルタリングすることにより、エネルギーが異なる４つのＸ線による撮影を行うことができる。

エネルギーが異なる２種類のＸ線で撮影を行う場合は、例えば図１６に示すように、それぞれ実効エネルギーＡ，Ｂに対応した選択特性を持つ２つのフィルタが用いられる。そして、エネルギーＡのＸ線に基づく投影データから再構成した画像と、エネルギーＢのＸ線に基づく投影データから再構成した画像から所望の物質に関する定量的な画像を計算によって求める。

エネルギーＡのＸ線に基づく投影データから再構成した画像におけるＣＴ値およびエネルギーＢのＸ線に基づく投影データから再構成した画像におけるＣＴ値は、それぞれ次式で与えられる。

ここで、Ｘ，Ｙは所望の物質の量（未知数）である。αA，αB，βA，βB，γA，γBは予め測定によって判明している定数である。

このようなＣＴ値からＸ，Ｙが次式によってそれぞれ求められ、

Ｘに関する画像およびＹに関する画像がそれぞれ形成される。Ｘ，Ｙは例えばＢＭＤ（ｂｏｎｅｍｉｎｅｒａｌｄｅｎｓｉｔｙ）、脂肪、鉄分等である。

フィルタによるエネルギー選択を行わず、全て同一のエネルギーで撮影することも可能である。その場合、複数の焦点から発生するＸ線はジオメトリ（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）が少しずつ異なるので、そのようなＸ線による投影データから再構成した画像は、単一の焦点からのＸ線による投影データから再構成した画像よりも空間分解能が優れまたアーチファクト（ａｒｔｅｆａｃｔ）が少ない高精度のものとなる。

すなわち、上記のように３次元的位置を異にする複数の焦点から時分割で順次にＸ線を発生するＸ線管２０は、複数エネルギーＸ線による撮影ばかりでなく、あるいはそれに加えて、高精度の撮影を行うのに好適である。また、とくに高精度の撮影を必要としない場合は、複数の焦点のうち最も性状の良いＸ線が得られる焦点を選んで使用することも可能である。

Ｘ線ＣＴ装置のブロック図である。Ｘ線検出器の構成を示す図である。Ｘ線照射・検出装置の構成を示す図である。Ｘ線照射・検出装置と対象との関係を示す図である。Ｘ線照射・検出装置の構成を示す図である。アノードの回転板の構成を示す図である。アノードの回転板の構成を示す図である。アノードの回転板の構成を示す図である。Ｘ線照射・検出装置の構成を示す図である。アノードの回転板の構成を示す図である。複数の焦点の配置を示す図である。複数の焦点の配置を示す図である。複数の焦点の配置を示す図である。複数の焦点の配置を示す図である。Ｘ線照射・検出装置の構成を示す図である。フィルタの特性を示す図である。

符号の説明

２走査ガントリ
４撮影テーブル
６操作コンソール
２０Ｘ線管
１１０アノード
１１２，１１４回転板
１２２回転軸
１３０カソード
１４０電子ビーム
１５２，１５４焦点
４０２，４０４Ｘ線ビーム
２１２，２１４フィルタ
２２２，２２４コリメータ
２４Ｘ線検出器

Claims

３次元的位置が異なる複数の焦点から時分割で順次にＸ線を発生するＸ線管と、
前記複数の焦点からそれぞれ発生するＸ線についてそれぞれフィルタリングを行う複数のフィルタと、
前記複数の焦点からそれぞれ発生するＸ線の照射範囲を同一にするコリメータと、
前記複数の焦点からそれぞれ発生するＸ線ごとに被検体の複数ビューの投影データを収集する収集手段と、
前記投影データに基づいて画像を再構成する再構成手段と、
を具備するＸ線ＣＴ装置であって、
前記Ｘ線管は、
互いに対向するアノードおよびカソードを有しカソードからの電子が衝突するアノード上の焦点からＸ線を発生するＸ線管であって、
前記アノードは、前記カソードから放出された電子がその軌道上の複数の位置で時分割的に順次に衝突する複数の衝突部を有し、
前記アノードは、前記電子の軌道に平行な回転軸を共有する互いに平行な複数の回転板であって、各回転板は、少なくとも前記カソードに最も近いものから前記カソードから最も遠いものの１つ手前のものまでは、前記回転中心から前記電子の軌道までの距離より大きい大径部と回転中心から前記電子の軌道までの距離より小さい小径部を回転方向に沿って交互に有し、それら回転板の大径部が前記電子ビームの軌道に平行な方向において互いに重ならない、
ことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記複数の回転板は２つの回転板である、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
３次元的位置が異なる複数の焦点から時分割で順次にＸ線を発生するＸ線管と、
前記複数の焦点からそれぞれ発生するＸ線についてそれぞれフィルタリングを行う複数のフィルタと、
前記複数の焦点からそれぞれ発生するＸ線の照射範囲を同一にするコリメータと、
前記複数の焦点からそれぞれ発生するＸ線ごとに被検体の複数ビューの投影データを収集する収集手段と、
前記投影データに基づいて画像を再構成する再構成手段と、
を具備するＸ線ＣＴ装置であって、
前記Ｘ線管は、
互いに対向するアノードおよびカソードを有しカソードからの電子が衝突するアノード上の焦点からＸ線を発生するＸ線管であって、
前記アノードは、前記カソードから放出された電子の軌道に平行な回転軸を共有する２つの回転板であって、これら回転板は互いに反対側の面に回転方向に沿って交互に配置されたＸ線発生部とＸ線非発生部を有し、互いに反対側の面のＸ線発生部が回転軸に平行な方向において互いに重ならず、
前記カソードは、前記２つの回転板の互いに反対側の面に衝突させる電子をそれぞれ発生する、
ことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記アノードおよび前記カソードの対は複数対である、
ことを特徴とする請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記複数対は２対である、
ことを特徴とする請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記焦点は全て同一の水平面上にある、
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記焦点は全て水平面に対して傾斜した同一の平面上にある、
ことを特徴とする請求項４または請求項５記載のＸ線ＣＴ装置。
互いに対向するアノードおよびカソードを有しカソードからの電子が衝突するアノード上の焦点からＸ線を発生するＸ線管であって、
前記アノードは、前記カソードから放出された電子がその軌道上の複数の位置で時分割的に順次に衝突する複数の衝突部を有するＸ線管であって、
前記アノードは、前記電子の軌道に平行な回転軸を共有する互いに平行な複数の回転板であって、各回転板は、少なくとも前記カソードに最も近いものから前記カソードから最も遠いものの１つ手前のものまでは、前記回転中心から前記電子の軌道までの距離より大きい大径部と回転中心から前記電子の軌道までの距離より小さい小径部を回転方向に沿って交互に有し、それら回転板の大径部が前記電子ビームの軌道に平行な方向において互いに重ならない、
ことを特徴とするＸ線管。
前記複数の回転板は２つの回転板である、
ことを特徴とする請求項８に記載のＸ線管。
互いに対向するアノードおよびカソードを有しカソードからの電子が衝突するアノード上の焦点からＸ線を発生するＸ線管であって、
前記アノードは、前記カソードから放出された電子がその軌道上の複数の位置で時分割的に順次に衝突する複数の衝突部を有する、
Ｘ線管であって、
前記アノードは、前記カソードから放出された電子の軌道に平行な回転軸を共有する２つの回転板であって、これら回転板は互いに反対側の面に回転方向に沿って交互に配置されたＸ線発生部とＸ線非発生部を有し、互いに反対側の面のＸ線発生部が回転軸に平行な方向において互いに重ならず、
前記カソードは、前記２つの回転板の互いに反対側の面に衝突させる電子をそれぞれ発生する、
ことを特徴とするＸ線管。
前記アノードおよび前記カソードの対は複数対である、
ことを特徴とする請求項８ないし請求項１０のうちのいずれか１つに記載のＸ線管。
前記複数対は２対である、
ことを特徴とする請求項１１に記載のＸ線管。
前記焦点は全て同一の水平面上にある、
ことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のＸ線管。
前記焦点は全て水平面に対して傾斜した同一の平面上にある、
ことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のＸ線管。