专利名称：X射线计算机层析摄影装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在医疗和工业领域通过用X射线束扫描受检体获得受检体内部三维图像的X射线CT(计算机层析摄影)装置，尤其涉及进行螺旋状扫描(螺旋扫描)的X射线CT装置。
X射线CT装置对于受检体的某一平面(切片面)，从该平面内360°各个方向照射X射线束，检测该透过X射线强度，获得来自360°各个方向的投影数据，通过对该投影数据逆投影，再现该切片面上的X射线吸收率分布(断层像)。要获得X射线束在360°方向上的投影数据，通常使X射线管在受检体周围上述切片面上沿圆形轨迹旋转，将该X射线管所产生的X射线束向旋转中心轴辐射。接下来设法在该旋转中心轴附近配置受检体，由与X射线管隔着受检体相对配置的X射线检测器，来检测透过受检体的X射线。由此便可进行X射线束对于受检体上述切片面的扫描，获得投影数据。X射线检测器采用多个检测元件排列形成部分圆弧，做整体旋转，并保持与X射线管隔着受检体相向配置的位置关系不变，或者将许多检测元件固定不动地配置于整个圆周上。
根据提高X射线利用效率的观点，最好将该X射线检测器的检测元件在与上述切片面正交的方向上也做成多列并排的二维阵列。现在市场推出的具体的X射线CT装置的例子，已知有检测元件并排成2列，可同时采集2个切片数据的装置。此外，还在试制采用X射线图像增强器作为X射线检测器，做到不论切片面方向还是与之正交的方向都可以连续检测X射线入射位置的X射线CT装置。
最近还知道有所谓的螺旋扫描型X射线CT装置。它是一种一边旋转X射线管，X射线按圆周方向扫描，一边沿与切片面正交的方向移动受检体，从而由X射线束对不只是如上所述的一个切片面，而是对与之正交的方向上具有某一宽度的三维空间作螺旋型扫描，将采集的数据逆投影为螺旋形状，从而再现与受检体有关的三维图像的装置。
若采用上述将检测元件形成为二维阵列的X射线检测器来构成螺旋扫描型X射线CT装置的话，便为
图1所示的结构。如图1所示，龙门10内置有单焦点X射线管17和X射线检测器12，龙门10的中央部分设有隧道部(图中省略)。而且由未图示的旋转支持部支持，一边保持X射线管17与X射线检测器12隔着该隧道部而处于相对位置的位置关系，一边做整体旋转。本例当中，通过沿上述旋转圆周所形成的平面的法向并排设置5列X射线检测元件，构成X射线检测器12。受检体41载置于床体42的床面上，通过该床面的移动(沿图面左右方向)，将受检体41插入龙门10的隧道部。
这里假定X射线管17与X射线检测器12所旋转的平面(切片部)为X-Y面，与该面正交的方向(旋转中心轴方向)为Z的话，该Z方向为受检体41的体轴方向，即插入受检体41的方向。X射线管17与X射线检测器12旋转过程中受检体41沿Z向移动的话，就变成如图2所示，由X射线管17出射的X射线束对于受检体14进行螺旋型扫描，因而获得的不只是与受检体41的体轴正交的一个切片面，而是对于体轴方向具有某一厚度的整个立体获得X射线透过数据。这时螺旋扫描的节距不可以如图1所示的X射线检测器12的总体宽度(Z向宽度)D那么大(粗)，而是如图2所示为一个检测元件宽度d那么小。因此，象这样按螺旋型获得的数据投影为螺旋形状的话，就可以再现上述扫描范围内受检体41的三维图像。
如上所述的现有结构如图1所示，是以X射线管17的一点F0为焦点产生X射线束，从该焦点F0出射的呈圆锥状弥散的X射线束入射到5列检测元件组成的X射线检测器12上，获得数据的。因而螺旋扫描的节距变粗的话，数据取得方向(X射线束方向)未垂直入射至Z轴的X射线束所产生的数据就包含很多，因而有再现图像中发生假像(artifact)的问题。因此，综上所述不可以加大螺旋扫描的节距，因而要想获得在体轴方向有一定长度的三维区域的数据时，扫描就需要很长时间。
本发明针对上述问题，其目的在于提供一种可以避免再现图像中产生假像，并且通过加大螺旋扫描节距，在短时间内结束螺旋扫描的X射线CT装置。
本发明为了达到此目的，采用以下构成。
本发明是一种用X射线束扫描受检体，获得受检体内部三维图像的X射线CT装置，所述装置包括以下组成部分在一平面上沿圆形轨迹旋转，并在相对该旋转平面正交的方向上有多个X射线焦点(焦点位置)的X射线发生装置；与所述X射线发生装置相对配置，并且在沿所述旋转平面周边的方向和与所述旋转平面正交的方向这两方向上，两维排列有多个检测元件的X射线检测装置；保持所述X射线发生装置以及所述X射线检测装置相互位置关系不变，驱动它们旋转，并输出角度信息的旋转控制装置；在所述X射线发生装置旋转过程中，使所述X射线发生装置与所述X射线检测装置之间空间插入的受检体相对于所述X射线发生装置和所述X射线检测装置在所述旋转平面正交的方向上移动，所述X射线发生装置每旋转一圈，其移动距离至少在所述各检测元件旋转平面正交方向跨越一个检测元件的宽度，并且输出表示所述距离的移动量信息的移动装置；根据所述旋转控制装置的旋转驱动，依次切换所述X射线发生装置多个焦点位置，并输出焦点位置信息的X射线焦点位置控制装置；根据所述X射线检测装置得到的数据，所述旋转控制装置得到的角度信息，所述移动装置得到的移动量信息，以及所述X射线焦点位置控制装置得到的焦点位置信息，将所述数据逆投影为螺旋状，再现与受检体有关的三维图像的图像再现装置。
具有多个X射线焦点(焦点装置)的X射线发生装置和与X射线发生装置相对配置的X射线检测装置可以由旋转控制装置驱动旋转，旋转时相互位置关系不变。旋转控制装置旋转驱动过程中，移动装置使受检体相对于X射线发生装置以及X射线检测装置作相对移动。也就是进行螺旋扫描。该受检体的相对移动量等于X射线发生装置每旋转一圈，至少在X射线检测装置各检测元件旋转平面正交方向跨越一个检测元件的宽度(此移动距离称为螺旋扫描的节距)。此时X射线焦点位置控制装置随旋转控制装置的旋转驱动，依次切换X射线发生装置的多个焦点位置。
具体来说，根据旋转控制装置的X射线发生装置和X射线检测装置的旋转驱动，依次切换X射线发生装置多个焦点位置，由此，即使加大螺旋扫描的节距，X射线发生装置处于某个旋转角度的X射线焦点在受检体移动方向上的位置(焦点位置)，也并不是按每一这种节距分散开的，而是每一节距内有多个X射线焦点。因而，这意味着即使加大螺旋扫描节距，由X射线检测装置检测的X射线束方向的倾斜，即投影数据取得方向的倾斜也不变大。因而，采用该投影数据再现的图像不发生假像。
而且，本发明装置最好是，所述X射线检测装置在所述X射线发生装置各焦点位置的相对位置上排列个数与焦点位置数相当的所述检测元件来构成。
通过在X射线发生装置各焦点位置的相对位置上排列个数与焦点位置数相当的X射线检测装置检测元件，各焦点位置出射的X射线束便垂直入射到相对应的各检测元件，因而采用投影数据再现出的图像不发生假像。
而且，本发明装置最好是，所述移动装置每当所述X射线发生装置旋转一圈，就使受检体移动相当于所述X射线检测装置在所述旋转平面正交方向上宽度的距离，或是相当于该宽度2倍的距离。
X射线发生装置每旋转一圈，使X射线发生装置和X射线检测装置同受检体的相对移动相当于X射线检测装置旋转平面正交方向宽度或2倍该宽度的距离，再现图像也没有假像发生。因而，受检体在体轴方向上的移动速度(扫描速度)加快，可以在受检体体轴方向以较短时间对具有更大厚度的三维区域整体作螺旋扫描。
此外，本发明装置最好是，所述X射线发生装置包括以下组成绕与所述旋转平面正交的轴旋转的旋转阳极圆筒；使电子束与该圆筒碰撞，以产生X射线束的电子束碰撞装置；使所述电子束在所述旋转阳极圆筒轴向上偏转的偏转装置。
采用旋转阳极圆筒作为具有多个焦点的X射线发生装置，并以静电方式或电磁方式使与此碰撞的电子束偏转，来构成X射线管的话，就可以在实际应用中极为容易地实现。
而且，本发明装置最好是，所述X射线管的偏转装置将相反方向上产生磁通的2个磁场偏转线圈串列配置在所述电子束碰撞装置与所述旋转阳极圆筒之间构成，以便所述旋转阳极圆筒的轴与磁通正交，通过切换所述2个磁场偏转用线圈的磁通方向，使电子束垂直照射到所述旋转阳极圆筒的同时偏转。
电子束碰撞装置照射的电子束通过串列配置在电子束碰撞装置与旋转阳极圆筒之间的两个磁场偏转线圈，由最初的磁场偏转线圈使轨迹按规定曲率偏转，然后由后一线圈使轨迹按最初偏转方向的逆向偏转，电子束就可对旋转阳极圆筒垂直照射。因而，可以使该X射线管照射的电子束截面形状不论焦点位置如何基本呈圆形这种规定形状。因而，可以防止电子束截面呈椭圆等形状，不至于使再现图像质量变差。
而且，本发明装置最好是，所述X射线发生装置为包括以下组成的X射线管绕与所述旋转平面正交的轴旋转的旋转阳极圆筒；使电子束与该圆筒分别不同位置碰撞以产生X射线束的2个电子束碰撞装置；分别使所述2束电子束分别在所述旋转阳极圆筒的轴向偏转的2个偏转装置，而且该X射线发生装置使2束偏转电子束交替发射。
通过具备2个电子束碰撞装置交替发射2束偏转电子束，就可以在某一电子束依次切换焦点位置，回归最初焦点位置的方向转换期间，依次切换另一电子束的焦点位置来照射电子束。因而，在时间方向可以高效率地进行数据采集。此外，若使2束偏转电子束各自的能量不同(高能量与低能量)，就可以获得得各不相同的X射线CT像，从而能够很容易获得在临床上有意义的图像。
此外，本发明装置最好是，所述X射线管的2个偏转装置分别将互相相反方向上产生磁通的2个磁场偏转线圈串列配置在所述电子束碰撞装置与所述旋转阳极圆筒之间构成，以便所述旋转阳极圆筒的轴与磁通正交，并通过切换所述2个磁场偏转线圈的磁通方向，使电子束垂直照射到所述旋转阳极圆筒的同时偏转。
本发明装置最好还包括一移动式准直仪，同所述X射线焦点位置控制装置对焦点位置的切换相关联移动，只将所切换的焦点位置的X射线照射范围限制在所述X射线检测装置的所述旋转平面正交方向的宽度以内。
超出X射线检测装置宽度的照射不仅没有意义，而且造成过多的X射线检测装置检测不到的这种X射线束，即杂散一次X射线束对受检体过剂量的X射线曝射。因此可以由移动式准直仪减少杂散一次X射线的比例，来防止对受检体过剂量的X射线曝射。
本发明装置，最好所述移动式准直仪包括在圆周附近形成多个缝隙的圆板，以规定速度旋转驱动所述圆板的驱动装置，和检测所述圆板旋转状态的传感器，而且所述X射线焦点位置控制装置随所述旋转状态连动切换焦点位置。
移动式准直仪的移动需要与焦点位置的切换同步。因此，形成有缝隙的圆板由驱动装置旋转驱动，由传感器检测这种旋转。X射线焦点位置控制装置与该检测出的旋转状态连动，切换X射线发生装置的焦点位置。只要用驱动装置旋转驱动圆板，就可以移动缝隙，从而能以简单的结构成移动式准直仪。
本发明装置，最好所述移动式准直仪具有2片所述圆板，并重叠构成为各个圆板的一部分重合，而且构成为所述圆板各自的缝隙在所述X射线发生装置各焦点位置上重合。
圆板只是一片时，随着圆板的旋转，缝隙由于朝向相对于X射线检测装置各元件倾斜方向，因而对称性变差。具体来说，对于当中部分的焦点位置和该焦点位置两端方向的焦点位置而言，焦点位置离开当中部分，所以准直效率变差。因此，通过将2片圆板重合，就可以使当中部分焦点位置的缝隙形状与该焦点位置两端方向的焦点位置的缝隙形状的差异尽可能小。因而能够改善准直仪的对称性。
为便于说明，图示了目前认为较佳的若干形态，但应理解，本发明并不由如图所示组成和方案限定。
图1是现有例的模式化X射线CT装置截面图。
图2是示出现有例螺旋扫描的模式化侧面图。
图3是本发明一实施例的模式化斜视图。
图4是该实施例的模式化截面图。
图5是示出该实施例螺旋扫描的模式化侧面图。
图6A和6B是示出Z方向焦点位置的模式图。
图7A和7B是示出X射线焦点移动轨迹例子的模式图。
图8是表示X射线发生量变化的时间图。
图9是表示该实施例的控制和数据采集处理子系统的模式图。
图10A和10B是示意该实施例X射线束的模式图。
图11A和11B是示意现有例X射线束的模式图。
图12是示意本发明另一实施例X射线束的模式图。
图13是模式化表示一例X射线管的截面图。
图14是从另一方向观看的图13X射线管模式化表示的截面图。
图15是表示另一例偏转装置的模式化斜视图。
图16是模式化表示另一例X射线管的截面图。
图17是表示采用图16的X射线管时X射线焦点移动轨迹例子的模式图。
图18是采用移动式准直仪另一实施例的模式图。
图19是表示移动式准真仪组成例的平面模式图。
图20是表示移动式准直仪另一组成例的平面模式图。
以下根据附图详细说明本发明的较佳实施例。
第一实施例以下参照附图详细说明本发明较佳的一个实施例。如图3所示，X射线管11与X射线检测器12相对配置，一起旋转，保持该位置关系不变(旋转机构省略)。以该旋转圆周构成的平面为X-Y平面，以与此平面正交的方向为Z方向。在X射线管11与X射线检测器12之间的空间，沿方向插入受检体41。
X射线管11做成沿Z向移动自如，使其X射线焦点位置变成为Z向某个宽度D内内的各位置F1—F5(后面参照图13以后的附图详细说明这种X射线管11的组成)。X射线管11如上所述旋转，因而X射线焦点在环状带(此带是虚拟的)21上移动。
X射线检测器12具有一检测面，有效灵敏区Z向的总宽度为D(参见图4)，在X-Y平面内呈圆弧状，在这样弯曲的检测面上排列着多个检测元件(本实施例中每一列为512个)。本实施例中各检测元件的有效灵敏区Z向宽度为d，该检测元件在Z方向上排成5列121—125(d＝D/5)。因此构成为可同时采集5列(5层切片)每一列具有512个取样点的投影数据。
另外，X射线检测器12将个数与焦点位置数(5列)相当的各列检测元件121—125，配置于与X射线管11各焦点位置F1—F5相对位置上构成。通过这样构成，各焦点位置F1—F5出射的X射线束垂直入射至相应的各检测元件，因而采用投影数据再现的图像中不发生假像。
该X射线11与X射线检测器12如图4所示置于龙门10内，龙门10内的中央部分设有隧道部(图中省略)，X射线管11与X射线检测器12隔着该隧道部可由未图示的旋转装置保持，一边确保相对位置关系不变，一边一起旋转。由龙门10内配置的准直仪13使X射线束在受检体41体轴方向(切片厚度方向)上准直。受检体41载于床体42的床面上，通过在Z方向上移动该床面，使受检体14相对于龙门10的隧道部沿Z向移动。
这里，该受检体41的移动量定为X射线管11以及X射线检测器12每旋转一圈移动D，由此便如图5所示，进行节距为D的螺旋扫描。因此，观察处于某个旋转角度βn时的X射线管11的话，X射线管11本身的位置如图6A所示，随螺旋扫描每次在Z方向移动距离D。但在X射线管11的内部，X射线焦点如上所述在焦点位置F1—F5各位置高速移动，因而随这种节距为D的旋转扫描，Z向X射线焦点间隔还是为d(＝D/5)，对于X射线焦点而言，与进行节距为d的螺旋扫描相同。另外，采用如图1所示现有的焦点位置固定的X射线管17时，该焦点F0的Z向位置如图6B所示，与螺旋扫描节距D为相同间隔。
X射线管11中，X射线焦点(焦点位置)高速往复移动，该X射线管11在圆形轨道上移动，因而X射线焦点在图3、图7A或图7B所示的带21的面上运动(其移动轨迹由22、23表示)。图7A中，仅在焦点位置以某一方向移动时(实线表示的去路)产生X射线，焦点位置以相反方向移动时(虚线表示的来路)停止X射线发生。图7B中，去路和来路都产生X射线。因而，X射线不停，可有效利用。
当如图7A所示X射线时通时断时，X射线发生量如图8所示。图8中，βn表示视角(如图3所示的X射线管11的旋转角度)。这里假定获得360个每1°视角的投影数据。就是说，X射线管11旋转一圈中，在与β1到β360各个视角对应的360个期间T1内X射线通，这中间的期间T2则断。在期间T1内X射线焦点沿某一方向移动(去路)，期间T2沿相反方向返回(来路)。再将期间T1细分成五等分的话，这五个细分期间使分别与焦点位置F1、F2、F3、F4、F5对应。
这种X射线管11的X射线通断控制如图9所示由X射线控制装置32控制。而该X射线管11的各个X射线焦点位置F1—F5则由X射线焦点位置控制装置33控制。在龙门10中使X射线管11与X射线检测器12旋转的旋转装置由旋转控制装置31控制，与床体42的床面移动有关的控制由床体控制装置43控制。而且，这些床体控制装置43、旋转控制装置31、X射线控制装置32以及X射线焦点位置控制装置33由CPU35统一控制。
例如在X射线管11旋转角度为1°、应收集视角β1数据的期间T1内，X射线如图8所示处于通状态，X射线焦点位置控制装置33在这期间T1内使X射线焦点从F1高速移动至F5。因此，该X射线焦点位置控制装置33输出的表示X射线焦点处于哪一位置的焦点位置信息(或者也可以是将期间T1五等分的各个定时信号)送至A/D变换器34。该A/D变换器34在每列X射线检测器12都设置。这里，X射线检测器12如图3所示在Z方向排列有5列(121—125)，所以A/D变换器34有5个。因此，在焦点位置处于F1的时间，同时由这5个A/D变换器34进行取样和A/D变换，将第一列至第五列各列同时获得的5×512个数据，连同来自X射线焦点位置控制装置33的焦点位置信息(这里用F1表示)、来自旋转控制装置31的角度信息(此时用β1表示)和来自床体控制装置43的移动量信息(表示Z向受检体41的位置)，送入数据采集存储器36。令在视角β1、焦点位置F1采集的5×512个数据为(β1，F1)。
在焦点位置F2—F5重复与上述焦点位置F1时的数据采集相同的数据采集。于是，每圈在360个视角β1—β360重复对焦点位置F1—F5的数据采集，获得与各个(βn，Fi)(n为0—360，i为1—5)相应的5×512的二维数据。此外，还重复M次旋转进行这种数据采集(该旋转过程中受检体41每旋转一圈移动距离D)。
这样，当X射线管视角为0°时，如图10A所示，就可获得分别从5个焦点位置F1—F5发射，分别入射到5列X射线检测元件(121—125)的X射线束的共计25个投影数据。分别就受检测41中心轴附近的Z向各位置Z1—Z5来看便明白，可获得垂直通过该位置Z1—Z5的X射线束的数据。
接下来，X射线管视角为180°时，如图10B左侧所示，可获得分别从位于下侧的5个焦点位置F1—F5向上发射，分别入射到位于上侧的5列X射线检测元件(121—125)的X射线束的共计25个投影数据。此时受检体41在Z方向上向左侧移动了距离D/2，因而以该受检本作为参照的话，X射线束便向右侧偏移3D/2。
旋转到360°时，如图10A右侧所示，接下来再在些基础上旋转180°时(即从最初开始旋转了540°时)，便如图10B右侧所示，从图10A、10B所示的这些X射线束可以看出，不论哪种旋转角度，对于受检体41中中心轴附近的Z1—Z12各位置来说，都获得了与Z轴正交的X射线束的数据。
将这种X射线透过数据采集到数据采集存储器36中的话，图像再现装置37首先对(βn，Fi)各自对应的5×512的二维数据进行二维卷积运算，然后，分别逆投影为原空间体积格子的各个格点。也就是说，沿取得数据的X射线束通过路径，分别逆投影5×512个数据。每旋转一圈就对各个Fi和βn重复上述运算。在原空间各点上，通过从至少180°各方向对数据逆投影，重现这一点的图像数据。接着按每一圈重复M次这种操作，就能重现扣除M次旋转中扫描区域两端分别为D/2的总宽度D后，Z方向上宽度为D×M的区域的三维数据。
为了便于比较，说明如同以往(图1)那样X射线焦点仅仅是一点F0，螺旋扫描节距为D的情况。前面说明过，这时随着螺旋扫描，对于某个视角如图6B所示，焦点间隔为D。因此，视角为0°时，如图11A左侧所示，可采集从一点F0向下辐射，入射到5列检测元件每一列的X射线的数据。视角为180°时，如图11B左侧所示，可采集X射线束处于向右偏移D/2的位置，从下侧F0点向上辐射，入射到5列检测元件每一列的X射线束的数据。360°时，处于相对图11A左侧X射线束向右偏移D的位置，与其左侧相同进行X射线束的数据采集。540°时，处于相对图11B左侧X射线束向右偏移D的位置，与其左侧相同进行X射线束的数据采集。
从这些图11A、图11B可以清楚，若着眼于例如Z轴上Z5与Z6的中点附近，视角为180°附近可获得与Z轴正交的X射线束的数据，但通过该着眼点的X射线在其他视角下偏离与Z正交的方向。该着眼点在视角90°—270°范围以内有X射线束通过，但视角为90°时只有焦点F0所发射的5束X射线当中最右侧的一束通过该着眼点，视角为270°时只有焦点F0所发射的5束X射线束当中最左侧的一束通过此着眼点。而且，这一结论适用于Z轴上所有点，所以Z1—Z12各切片面的至少180°以内的投影数据当中，严格意义上属于该切片面上的(与Z轴正交的)只不过是一个视角(180°视角)，其它所有视角的投影数据非但不与Z轴正交。而且与该正交方向有很大偏差。因此，若对这种180°以内投影数据进行逆投影再现图像的话，这种再现图像就会发生假像。
与此相反，使X射线焦点在各焦点位置F1—F5高速移动时，如上所述，不论何种旋转角度，就Z轴上Z1—Z12所有位置而言，都有沿Z轴正交方向通过该位置的X射线存在，所以不论Z1—Z12哪一切片面，再现它的180个(180°的各个视角)投影数据必然分别包含严格意义上平行通过该切片面的X射线束的数据。因而，对这种投影数据进行逆投影，再现Z1—Z12各切片面图像时，就可以避免上述再现图像的假像。
另外，上文将螺旋扫描的节距设为D，若设为2D时，X射线束的情况就如图12所示。图12中，0°、360°与180°时X射线束不重叠(因为180°就错开D)，所以不必象图10、图11中分别分开图示成A、B图。由该图12可知，即便将螺旋扫描节距设为2D，对于所有的切片面，不论何种视角，必然包含通过该切片并且与Z轴成直角的X射线束的投影数据。因此，这时与螺旋扫描节距设为D的时候相同，可以排除再现图像的假像。另外，这时可以重现扣除M次旋转中扫描区域两端分别为D的总宽度2D后，Z方向宽度为D×(2M－1)的区域的三维数据。
这里，可以如图13，图14那样构成如上所述能在切片面厚度方向上高速移动焦点的X射线管11。图13是模式化表示该X射线管11的截面图，图14是从其它方向看相同X射线管11的模式化截面图。这些图当中，设法使灯丝51产生的电子束经加速电极52和静电偏转电极板53与旋转阳极圆筒54碰撞。旋转阳极圆筒54配置为中心轴朝向X射线管11旋转平面正交的方向，并设定以此中心轴为旋转中心轴进行旋转。电子束通过与旋转阳极圆筒54碰撞，产生X射线束，它经过准直器14在切片面以内方向上准直后，往受检体的方向辐射。
上述灯丝51、加速电极52、静电偏转电极板53和旋转阳极54如图14所示，装在真空管壳55内。旋转阳极圆筒54由轴承支承，可旋转，并由配置于管壳55外部的定子57带动转子56进行旋转驱动。该旋转阳极圆筒54的供电与通常的伞型旋转阳极圆盘相同，通过轴承进行供电(另外，假如是获取旋转阳极圆筒高速旋转的情况，也可以不用轴承供电，而用电刷供电和热电子辐射供电)。旋转阳极圆筒54的旋转轴同X射线管11与X射线检测器12的旋转轴(Z轴)平行，因而可以设法避免过多的力加在该旋转阳极圆筒54的旋转支承机构(轴承)上。
静电场随加在静电偏转电极板53的电位大小和极性而变化，因而从其中穿过的电子束，偏转度也变化。同时，通过使加在该静电偏转电极板53的电位大小和极性高速变化，可以使电子束与旋转阳极圆筒54碰撞的位置如图14所示，在旋转阳极圆筒54的中心轴方向上移动，从而使X射线焦点位置在切片厚度方向上高速移动。
另外，要使电子束在旋转阳极圆筒54的中心轴方向上偏转，还可以采用磁场而非电场。例如，如图15所示采用磁场偏转线圈58、59。这些磁场偏转线圈58、59串列配置在灯丝51与旋转阳极圆筒54之间，旋转阳极圆筒54的中心轴与磁通正交。而且，电子束根据这些线圈58、59中流过图示方向电流而偏转，若产生图中所示方向磁通(互相相反方向的磁通)的话，便如实线所示偏转，假如电流方向相反，磁通方向也相反，电子束路径如虚线所示。也就是说，由第1线圈59按规定曲率使轨迹弯曲，再由第2线圈58接线圈59弯曲方向相反方向使轨迹弯曲。象这样通过两个磁场偏转线圈，由磁场使电子束偏转，便可获得能够经常使电子束按直角与旋转阳极圆筒碰撞的优点。由此，可以使电子束截面形状不论焦点位置如何均为大致圆形的规定形状，因而可以防止电子束截面形状随焦点位置而变成椭圆等造成再现图像质量变差。
图16示出的是2焦点式X射线管，它对应于一个旋转阳极圆筒具有两个图13所示的电子束发生装置(灯丝51、加速电极52、静电偏转电极板53)。这种X射线管51可以从两个焦点同时产生X射线，但同时产生无法区别是哪一焦点出射的X射线束得到的数据，因而设法使X射线束在时间上交替发生。
两个焦点例如设法如图17所示沿轨迹24、25移动。对于某一焦点，如移动轨迹24的实线所示，在沿直线某一方向和其相反方向移动时产生X射线，如图中虚线所示，在进行方向转换(依次切换焦点位置之后电子束回归最初焦点位置)期间使X射线停止。对于另一焦点也相同，在移动轨迹25的实线部分所示的沿直线某一方向和其相反方向移动的时候产生X射线，在虚线所示的方向转换期间使X射线停止。而且，在某一焦点进行方向转换期间，进行另一焦点直线移动的话，就可在时间上交替高效地采集来自两个旋转角度的数据。而且，通过使加在加速电极52上的电压各不相同，来使两焦点各自产生的X射线能量有所不同的话，就可以获得一种临床方面有意义的两种能量的X射线CT像。
此外，若采用这种2焦点型X射线管15，还可以有另一优点，即可以容易获得立体透视型透视像。具体来说，停止X射线管15与X射线检测器12的旋转，在使它们静止于一定旋转角度的状态下，只对受检体41进行Z向移动，将所采集的数据在该移动方向上并排的话，就可获得从两个焦点位置看到的(立体透视型)透视像。
而且，在X射线管11中使X射线焦点如上文所述在切片面厚度方向上高速移动时，将X射线照射范围限制于X射线检测器12的旋转平面正交方向宽度D以内的准直器13，最好不是象上述那样固定，而是对应于该焦点的移动进行移动。图18示出了采用移动式准直仪16的另一例。该移动式准直仪16做成为其在切片厚度方向的开口宽度让某一焦点产生的X射线仅于X射线检测器12有效灵敏度区域在切片厚度方向的宽度D内扩散(图18中示出的是焦点位于位置F3时的状态)。该开口对应于焦点的移动，按箭头所示往复移动。象这样将所产生的X射线限制于X射线检测器12的有效灵敏度区域D以内，可以减少进不了X射线检测器12的杂散一次X射线的比例，减轻X射线对受检体41的曝射。顺便说一下，如图4所示采用固定式准直仪13时，由于不得不使开口宽度较大，所以在例如相同焦点位置F3情况下，X射线弥散得比X射线检测器12有效灵敏度区域宽度D大相当多，进不了X射线检测器12的杂散一次X射线的比例非常大。
这类移动式准直仪16可以如图19所示，将设有若干缝隙(射线透过孔)62的旋转圆板(圆形射线屏蔽板)61置于X射线管11(或15)的前面构成。缝隙62例如是20mm×100mm左右的大小。圆板61配置于这样的位置，即X射线焦点从位置F1移动至F5时，缝隙62与该移动一致旋转移动的位置，并且按箭头所示旋转。由于这种旋转移动与X射线焦点的移动需要同步，所以靠电动机驱动来高速旋转圆板61时，由光电传感器63(或移位编码器等)来检测该旋转，将此检测信号送至X射线焦点位置控制装置33(图9)，使焦点位置的移动与该旋转同步。
也可以如图20所示，采用与圆板61相同构成的圆板71，配置成这两圆板61、71的一部分在X射线焦点位置F1—F5处重叠，并构成为使之同步旋转。通过这样构成，与图19所示的移动式准直仪相比，通过两圆板61、71重叠部分的缝隙62、72相重合对X射线准直，所以能够改善这种准直的对称性。
本发明可以在不脱离其思想和实质的情况下以别的具体形式加以实施，因而，本发明保护范围并非指以上说明，而是应参照所附权利要求。
权利要求
1.一种X射线计算机层析摄影装置，通过X射线束扫描受检体，获得受检体内部三维图像，其特征在于，所述装置包括以下组成部分在一平面上沿圆形轨迹旋转，在相对于该旋转平面正交的方向上有多个X射线焦点(焦点位置)的X射线发生装置；与所述X射线发生装置相对配置，并且在沿所述旋转平面周缘的方向和所述旋转平面正交方向这两个方向上二维排列有多个检测元件的X射线检测装置；不改变所述X射线发生装置和所述X射线检测装置相互位置关系，驱动它们旋转，并输出角度信息的旋转控制装置；使插入所述X射线发生装置和所述X射线检测装置之间的空间的受检体对所述X射线发生装置和所述X射线检测装置作相对移动，在所述X射线发生装置旋转当中，所述X射线发生装置每旋转一圈，便沿所述旋转平面正交方向移动至少在上述各检测元件旋转平面正交方向跨越一个检测元件宽度的距离，并且输出表示所述距离的移动量信息的移动装置；随所述旋转控制装置的旋转驱动，依次切换所述X射线发生装置多个焦点位置，并输出焦点位置信息的X射线焦点位置控制装置；根据从所述X射线检测装置得到的数据，所述旋转控制装置得到的角度信息，所述移动装置得到的焦点位置信息，对所述数据逆投影为螺旋形状，再现与受检体有关的三维图像的图像再现装置。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述X射线检测装置将个数与焦点位置数相当的所述检测元件排列在与所述X射线发生装置各焦点位置相对的位置上。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述X射线发生装置每旋转一圈，所述移动装置使受检体移动与所述X射线检测装置在所述旋转平面正交方向上的宽度相当的距离或与该宽度2倍相当的距离。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述X射线发生装置是由绕与所述旋转平面正交的轴旋转的旋转阳极圆筒，使电子束与该圆筒碰撞产生X射线束的电子束碰撞装置，使所述电子束在所述旋转阳极圆筒的轴向偏转的偏转装置所组成的X射线管。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述X射线管偏转装置做成将相反方向上产生磁通的2个磁场偏转线圈，串列配置于所述电子束碰撞装置与所述旋转阳极圆筒之间，使所述旋转阳极圆筒的轴与所述磁通正交；通过切换所述2个磁场偏转线圈的磁通方向，使电子束偏转时垂直照射到所述旋转阳极圆筒上。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述X射线发生装置是由绕与所述旋转平面正交的轴旋转的旋转阳极圆筒，使电子束与该圆筒分别不同的位置碰撞产生X射线束的两个电子束碰撞装置，分别使两束电子束在所述旋转阳极圆筒的轴向分别偏转的两个偏转装置所组成的X射线管，而且所述X射线发生装置交替发射两束偏转电子束。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述X射线管的两个偏转装置分别做成将相反方向上产生磁通的2个磁场偏转线圈，串列配置于所述电子束碰撞装置与所述旋转阳极圆筒之间，使所述旋转阳极圆筒的轴与所述磁通正交；通过切换所述2个磁场偏转线圈的磁通方向，使电子束偏转时垂直照射到所述旋转阳极圆筒上。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括移动式准直仪，该准直仪与所述X射线焦点位置控制装置的焦点位置切换相关联移动，将所切换的焦点位置的X射线照射范围限制在所述X射线检测装置的所述旋转平面正交方向宽度以内。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述移动式准直仪包括在圆筒附近形成多个缝隙的圆板，以规定速度旋转驱动所述圆盘的驱动装置和检测所述圆盘旋转状态的传感器；所述X射线焦点位置控制装置与所述旋转状态连动切换焦点位置。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述移动式准直仪包括两片圆板，并做成各片圆板的一部分重叠，而且所述圆板各自的缝隙在所述X射线发生装置的各焦点位置上重合。
全文摘要
一种X射线CT装置，其中包括在旋转平面的上有多个焦点的X射线发生部；与前者相对配置，有二维排列的多个检测元件的X射线检测部；使前两者保持相对位置关系旋转，输出角度信息的旋转控制部；使受检体相对前两者在旋转平面正交方向上移动，至少跨越一检测元件，并输出该移动量信息的移动部；旋转过程中依次切换多个焦点位置并输出位置信息的X射线焦点位置控制部；根据检测部测出的数据、角度信息、移动量和焦点位置再现三维图像的图像再现部。
文档编号H05G1/26GK1126578SQ9510487
公开日1996年7月17日 申请日期1995年4月20日 优先权日1994年4月30日
发明者及川四郎 申请人:株式会社岛津制作所