专利名称：Ct扫描机的制作方法
技术领域：
本发明涉及具备多组X射线管及X射线检测器的CT扫描机。
背景技术：
在旋转/旋转(Rotate/Rotate(R-R))方式的CT扫描机中，将一组X射线管和X射线检测器相互对置地配置在旋转架座上。并且，该CT扫描机中，X射线管和X射线检测器绕着被检体的周围旋转的同时得到投影数据，由该投影数据重构(reconstruction)被检体内部的图像。
在心脏那样运动剧烈的内脏的诊断中，为了得到鲜明的图像而需要在短时间内结束扫描。为了能够通过R-R方式进行这样的扫描，提高架座的旋转速度是有效的。但是，如果提高架座的旋转速度，则离心力与旋转速度的平方成比例上升，所以一般0.3秒/周左右为其限度。
根据这种情况，在特开平2-52640号公报中公开了搭载多组X射线管和X射线检测器、且由它们同时收集投影数据，由此在不提高旋转速度的情况下缩短扫描时间的技术。
但是，如果为了多个X射线管而分别搭载高压装置，则架座的重量增加，从开始架座的旋转到旋转稳定为止所需的时间变长。此外，为使多个X射线高压装置同时动作，对架座的旋转部供给的电力变大，集电环(slip ring)的寿命变短。此外，由于多个X射线高压装置的输出电力的不均匀，所以有可能在多个X射线管的管电压中产生差异，而产生假象(artifact)。
进而，由于多个X射线管从各不相同的方向同时照射X射线，所以受散射线的影响而使图像模糊。
发明内容
根据这种情况，希望能够不使用多个X射线高压装置且能够得到鲜明的图像地进行利用多组X射线管和X射线检测器的高速扫描。
本发明的第1技术方案的CT扫描机，使X射线管及X射线检测器旋转而收集被检体的X射线投影数据，根据该投影数据生成上述被检体内部的图像，其特征在于，具备多个X射线管，放射X射线，具备用于切换上述X射线的产生及停止的栅极；高压产生单元，产生对上述X射线管供给的高压；高压电缆，将上述高压分别传送给上述多个X射线管；多个栅极控制电路，分别使设在上述多个X射线管中的栅极的电位变化；控制单元，在上述X射线管绕上述被检体的周围旋转的过程中，控制上述栅极控制电路，以使上述X射线的产生及停止以脉冲状变化、并且使至少2个上述X射线管不同时产生X射线；多个X射线检测器，与上述多个X射线管中的各X射线管对置配置；使从与放射上述X射线的上述X射线管对置的上述X射线检测器输出的输出信号有效、使从与停止上述X射线的上述X射线管对置的上述X射线检测器输出的输出信号无效的单元。
本发明的第1技术方案的CT扫描机，使X射线管及X射线检测器旋转而收集被检体的X射线投影数据，根据该投影数据生成上述被检体内部的图像，其特征在于，具备多个X射线管，放射X射线，具备用于切换上述X射线的产生及停止的栅极；高压产生单元，产生对上述X射线管供给的高压；高压电缆，将上述高压分别传送给上述多个X射线管；多个栅极控制电路，分别使设在上述多个X射线管中的栅极的电位变化；控制单元，在上述X射线管绕上述被检体的周围的旋转的过程中，控制上述栅极控制电路，以使上述X射线的产生及停止以脉冲状变化。
本发明的其他目地和优点会在下面阐述，其一部分从描述中就能够了解，或者会在实践本发明的过程中明了。通过后述的手段和组合实施可以认识及达到本发明的目地及优点。
图1是表示有关本发明的一实施方式的CT扫描机中的X射线管及X射线检测器的配置的图。
图2是表示CT扫描机的电气结构的框图。
图3是将图1中的X射线管及栅极控制电路的外观局部剖开表示的图。
图4是表示图1中的X射线管及栅极控制电路的结构的电路图。
图5是表示图1中的X射线管的动作定时的图。
图6是表示图1中的X射线管的一个变为异常状态时的图1中的X射线管的动作定时的第1例的图。
图7是表示图1中的X射线管的一个变为异常状态时的图1中的X射线管的动作定时的第2例的图。
图8是表示第1扇区、第2扇区及第3扇区的定义的图。
图9是表示图1中的X射线管的一个变为异常状态时的图1中的X射线管的扫描范围的变化的图。
具体实施例方式
下面，参照
本发明的一实施方式。
图1是表示有关本发明的一实施方式的CT扫描机的X射线管及X射线检测器的配置的图。图2是表示CT扫描机的电气结构的框图。
本实施方式的CT扫描机具备X射线管(X-ray tube)2a、2b、2c、X射线检测器(X-ray detector)3a、3b、3c、高压装置4、高压连接器5a、5b、5c、栅极控制电路(GCC)6a、6b、6c、灯丝加热电路(FHC)7a、7b、7c、门(gate)8a、8b、8c及控制部(control unit)9。
X射线管2a、2b、2c、X射线检测器3a、3b、3c、高压装置4及高压连接器5a、5b、5c都搭载在旋转架座上。X射线管2a、2b、2c以120度的间隔配置在图1中用单点划线表示的圆周状的旋转轨道101上。X射线检测器3a、3b、3c配置在旋转轨道101上，使它们分别夹着旋转轨道101的中央空间102而与X射线管2a、2b、2c对置。另外，在上述空间102中配置有被检体(subject)。
高压装置4通过一根高压电缆CA与高压连接器5a、5b、5c连接。在高压连接器5a、5b、5c上分别安装着X射线管2a、2b、2c。高压装置4经由高压连接器5a、5b、5c对X射线管2a、2b、2c供给高压。栅极控制电路6a、6b、6c内装于高压连接器5a、5b、5c中。栅极控制电路6a、6b、6c利用从高压装置4供给到高压连接器5a、5b、5c中的高压，分别控制X射线管2a、2b、2c的栅极电位。
门8a、8b、8c使X射线检测器3a、3b、3c各自的输出信号通过或断开。
控制部9控制栅极控制电路6a、6b、6c，以使X射线管2a、2b、2c分时动作。控制部9控制门8a、8b、8c，使只有与放射X射线的X射线管对置的X射线检测器的输出信号通过。进而，控制部9监视分别流入到X射线检测器3a、3b、3c中的电流，进行控制以不使用有障碍的X射线管。
图3是将X射线管2a、2b、2c及栅极控制电路6a、6b、6c的外观局部剖开表示的图。图4是表示X射线管2a、2b、2c及栅极控制电路6a、6b、6c的结构的电路图。另外，X射线管2a、2b、2c都为相同的结构，高压连接器5a、5b、5c都为相同的结构，栅极控制电路6a、6b、6c都为相同的结构，所以在图3及图4中仅表示1对的X射线管、高压连接器及栅极控制电路的结构。并且，X射线管2a、2b、2c、高压连接器5a、5b、5c及栅极控制电路6a、6b、6c分别记作X射线管2、高压连接器5及栅极控制电路6。
X射线管2具备栅极21、阳极22、阴极23、嵌入式射线管24、灯丝变压器25、高压保险丝26、管容器27。
栅极21、阳极22、阴极23收容在嵌入式射线管24中。嵌入式射线管24、灯丝变压器25及高压保险丝26收容在管容器27中。
经由高压电缆CA供给到高压连接器5中的高压通过高压连接器5的内部传导到X射线管2。在X射线管2中，高压经由高压保险丝26施加在灯丝变压器25的二次绕线的中心抽头上。由此，在阴极23中产生电流。阳极22接地，从阴极23朝向阳极22放出加速的电子。接着，通过电子与阳极22碰撞，从阳极22放射X射线。X射线从形成在管容器27上的射出口28射出到管容器27的外部。将阳极22设为接地电位、对阴极23施加负的高压，是为了提高阳极22的冷却效率。
栅极21配置在阳极22与阴极23之间。栅极21受栅极控制电路6导通/截止负电压的施加。栅极21在被施加了负电压时，阻止从阴极23放出的电子到达阳极22，由此截止X射线的放射。
灯丝变压器25受灯丝加热电路7输出的交流电压而被加热，控制流到阴极23的电流、即管电流。高压保险丝26在过大的电流作用下熔断，来断开向阴极23的电流。高压保险丝26通过将零件收纳在螺旋形的绝缘容器中，由此以较小的空间得到足够的分断电压。
栅极控制电路6包括高压电源61、电容器62、以及半导体开关63、64。
高压电源61产生用于对X射线管2的栅极21施加的高压负电压。负电压例如为-1000～-3000V左右。电容器62并联连接在高压电源61上，通过在截止X射线时的峰值电流减轻施加在高压电源61上的负荷。半导体开关63在截止X射线放射的期间导通，将高压电源61的输出电压施加给栅极21。半导体开关64在导通来自X射线管2的X射线的期间导通，使栅极21的电压成为零。半导体开关63、64根据从控制部9输出的控制信号而导通/截止。可用作半导体开关63、64的设备，代表性的有功率场效应管(Power-MOS-FET)。但是，作为半导体开关63、64，也可以采用IGBT或双极晶体管等那样的其他种类的设备。
接着，说明以上那样构成的CT扫描机的动作。
在该CT扫描机进行扫描时，由于旋转架座旋转，X射线管2a、2b、2c及X射线检测器3a、3b、3c同时在旋转轨道101上旋转。X射线管2a、2b、2c及X射线检测器3a、3b、3c的旋转速度例如为0.4秒/1周左右。
在X射线管2a、2b、2c旋转时，控制部9如图5所示，控制栅极控制电路6a、6b、6c，以使X射线管2a、2b、2c每隔一定期间依次动作。栅极控制电路6a、6b、6c通常将负电压施加在X射线管2a、2b、2c的栅极21上，来抑制X射线的放射。并且，仅在从控制部9以图5所示那样的顺序指示导通的一定期间内将栅极电压设为零并放射X射线。
从X射线管2a放射的X射线主要射入到与该X射线管2a对置的X射线检测器3a中。但是，由载置在空间102中的被检体漫反射的一部分X射线(散射线)还入射到其他X射线检测器3b、3c中。这在X射线管2b或X射线管2c放射X射线时也同样。这些散射线成为显著损害重构图像的清晰度的原因。所以，控制部9控制门8a、8b、8c，仅使与动作中的X射线管对置的X射线检测器的输出通过。即如图5所示，例如在X射线管2a动作时，导通门8a而截止门8b、8c。
根据每360度应收集的投影数据的数量(图像数)，设定从控制部9赋予给各个X射线管2a、2b、2c的控制信号的脉冲速率、即使各X射线管2a、2b、2c导通/截止的周期。例如，如果每360度的图像数为900个图像，则如图5所示，只要在旋转架座旋转1/3周的期间分别将X射线管2a、2b、2c导通300次就可以。
X射线管2a、2b、2c在寿命末期会持续放电。在X射线管2a、2b、2c中的一个变为这样的异常状态的情况下，通过上述的动作不能正确地收集重构所需的投影数据。所以需要更换为异常状态的X射线管。
本实施方式的CT扫描机具有在将这种状况下变为异常状态的X射线管被更换之前的期间内使用剩余的2个X射线管来继续动作的功能。以下说明该功能的动作。
在变为上述那样的异常状态的X射线管中，高压保险丝26熔断。由此，在变为异常状态的X射线管中没有管电流流过，防止产生异常的X射线放射。
另一方面，高压装置4发生的高压电流不流入高压保险丝26熔断后的X射线管。控制部9监视流入到各个X射线管2a、2b、2c中的电流，根据上述那样不流入电流的情况，判断变为异常状态的是X射线管2a、2b、2c中的哪一个。
接着，控制部9将变为异常状态的X射线管和与该X射线管成对的门总是设为截止，将其他2个X射线管及门导通/截止。此时，如图6所示，控制部9将导通/截止正常的2个X射线管及门的时刻设为与正常时相同。另外，图6表示X射线管2c变为异常状态时的X射线管2a、2b、2c的动作定时。在此情况下，由于有关正常的2个X射线管及门的控制与正常时没有变化，所以控制部9的处理变得容易。但是，由于X射线放射的间隔t1、t2不同，所以有可能在投影数据的收集间隔中产生不均匀而分辨率降低。
所以，控制部9也可以如图7所示，将导通/截止正常的2个X射线管及门的时刻设为与正常时不同，以使X射线放射的间隔t3、t4互不相等。在此情况下，控制部9的处理变复杂。但是，由于投影数据的收集间隔变得均匀，所以不会引起分辨率的降低。
在旋转架座旋转1/3周的期间，由正常的2个X射线管收集的投影数据分别为300个图像，扫描角度也分别为120度。因而，在该期间中只能收集240度、600个图像的投影数据。具体而言，相对于某个时刻的X射线管2a、2b、2c的位置，如图8所示，定义第1扇区、第2扇区及第3扇区，假设X射线管2c处于异常状态。此时，如图9所示，在接下来旋转架座旋转1/3周的期间PA中，由X射线管2a、2b分别扫描第1扇区及第2扇区，而不进行对于第3扇区的扫描。
但是，在期间PA的下一个旋转架座旋转1/3周的期间PB中，由X射线管2b进行第3扇区的扫描，所以通过将期间PA中的X射线检测器3a的输出信号和期间PA及期间PB中的X射线检测器3b的输出信号设为1组，能够得到360度的投影数据。在期间PB的下一个旋转架座旋转1/3周的期间PC中，通过X射线管2a、2b分别扫描第3扇区及第1扇区，而不进行对第2扇区的扫描。但是，由于在期间PB中，由X射线管2a扫描第2扇区，所以通过将期间PB及期间PC中的X射线检测器3a的输出信号和期间PC中的X射线检测器3b的输出信号设为1组，能够得到360度的投影数据。
这样，虽然不能如正常时那样在旋转架座旋转1/3的期间收集360度的投影数据，但在旋转架座旋转1周的期间能够2次收集360度的投影数据。
在X射线管2b、2c中的某一个变为异常状态时，也能够通过与上述同样的考虑方法来收集重构所需的投影数据。
这样，根据本实施方式，能够在旋转架座旋转1/3周的时间内能够取得360度范围、即旋转1周的投影数据。因而，将扫描时间缩短为架座旋转时间的1/3，能够进行高速的扫描。
在本实施方式中，由于使X射线管2a、2b、2c分时动作，所以能够通过从1台高压装置4输出的高压分别使X射线管2a、2b、2c动作。因此，能够避免伴随着设置多个X射线高压装置的各种不良状况。
在本实施方式中，由于使X射线管2a、2b、2c分时动作，所以能够减轻散射线的影响，能够取得对于得到清晰的图像有效的投影数据。在本实施方式中，由于还通过门断开与停止的X射线管对置的X射线检测器的输出，所以几乎能够消除散射线的影响，有利于图像的进一步高精细化。
在循环器用的X射线诊断装置中，此前也与本实施方式同样地通过控制X射线管的栅极的方法来生成了X射线，但其脉冲速率为7.5～30脉冲/秒左右。与此相对，在本实施方式所需的脉冲速率为几千脉冲/秒左右。如果从栅极控制电路6到X射线管2的布线距离较长，则因布线的浮游量而使栅极电压波形变钝，难以实现上述那样的高脉冲速率。但是，根据本实施方式，由于将栅极控制电路6组合在高压连接器5的内部，所以能够避免上述那样的不良状况，能够实现高脉冲速率。将栅极控制电路6配置在管容器24内也能够得到同样的效果。但是，相对于管容器24内为高温，半导体开关63、64一般耐热性较差，所以可靠性变差。所以，如上述实施方式那样将栅极控制电路6配置在高压连接器5内部是最优选的。
另一方面，典型的X射线管并不内装灯丝变压器。所以，通过高压电缆将由设在X射线管的外部的灯丝变压器产生的高压供给到X射线管中。如果将这种构造应用到本实施方式，则因为设置了3对灯丝变压器和X射线管，所以在高压电缆中至少需要具有3根芯线。但是，根据本实施方式，由于将灯丝变压器25内装在X射线管2内，所以在高压电缆中只要具有X射线管2a、2b、2c共用的1根芯线就可以。根据本实施方式，与使用多芯的高压电缆的情况相比，还能够实现高压电缆CA的细径化、并且能够实现高压连接器5的构造的简洁化。
典型的X射线管由于将高压施加在灯丝变压器的一个节点上，另一个节点相对于栅极具有灯丝电压的电位，产生了同对栅极施加与灯丝反极性的电压相同的作用。因此，利用灯丝电压使管电流变化，成为X射线强度不稳的原因。在用X射线诊断装置拍照时，或从一根X射线管连续产生X射线的数据收集速度较慢的CT扫描机的情况下，由于进行平均化，所以该X射线强度的不稳不成为问题。但是，如果如本实施方式，使用脉冲X射线、且其速率变得较高，则X射线强度的不稳变得不能忽视。在本实施方式中，由于对设在灯丝变压器25的次级绕线上的中心抽头上施加高电压，所以能够减小因灯丝加热电路7输出的交流电压的影响造成的X射线强度的不稳。
进而，根据本实施方式，即使X射线管2a、2b、2c中的一个变为异常状态也能够继续动作。
该实施方式能够进行如下的各种变形实施。
X射线管及X射线检测器也可以设置2组或4组以上。
如果在图像重构处理或其前处理中不使用与停止的X射线管对置的X射线检测器的输出，则也可以省略门8a、8b、8c。
多个X射线管也可以不以均等的间隔配置。但是，如上述实施方式，由于以n/360度的间隔等间隔地配置n个X射线管是有效的扫描，所以是优选的。
其他优点和改变对于本领域的技术人员是显而易见的。所以，本发明并不限于上述实施方式。因此，不脱离本发明的主旨或权利要求书所定义的范围内可以进行各种改变。
权利要求
1.一种CT扫描机，使X射线管及X射线检测器旋转而收集被检体的X射线投影数据，根据该投影数据生成上述被检体内部的图像，其特征在于，具备多个X射线管，放射X射线，具备用于切换上述X射线的产生及停止的栅极；高压产生单元，产生对上述X射线管供给的高压；高压电缆，将上述高压分别传送给上述多个X射线管；多个栅极控制电路，分别使设在上述多个X射线管中的栅极的电位变化；控制单元，在上述X射线管绕上述被检体的周围旋转的过程中，控制上述栅极控制电路，以使上述X射线的产生及停止以脉冲状变化、并且使至少2个上述X射线管不同时产生X射线；多个X射线检测器，与上述多个X射线管中的各X射线管对置配置；使从与放射上述X射线的上述X射线管对置的上述X射线检测器输出的输出信号有效、使从与停止上述X射线的上述X射线管对置的上述X射线检测器输出的输出信号无效的单元。
2.如权利要求1所述的CT扫描机，其特征在于，上述控制单元控制上述栅极控制电路，以使至少2个上述X射线管不同时产生X射线。
3.如权利要求1所述的CT扫描机，其特征在于，上述高压电缆将上述多个X射线管的高压输入部并联连接在上述高压产生单元的输出部。
4.如权利要求1所述的CT扫描机，其特征在于，在上述多个X射线管中包括第1至第3X射线管；进而，上述高压电缆具备第1电缆部，将上述高压产生单元与上述第1X射线管连接；第2电缆部，将上述第1X射线管与上述第2X射线管连接；第3电缆部，将上述第2X射线管与上述第3X射线管连接。
5.如权利要求1所述的CT扫描机，其特征在于，上述多个栅极控制电路配置在上述X射线管的内部或旁边。
6.如权利要求1所述的CT扫描机，其特征在于，还具备用于分别将上述多个X射线管连接在上述高压电缆上的多个高压连接器；并且，上述多个栅极控制电路分别内装于上述多个高压连接器中。
7.如权利要求1所述的CT扫描机，其特征在于，上述X射线管内装有加热其阴极的灯丝变压器。
8.如权利要求1所述的CT扫描机，其特征在于，上述高压电缆具有用于传送上述高压的一根芯线，上述多个X射线管都与上述芯线电连接。
9.如权利要求1所述的CT扫描机，其特征在于，将上述高压电缆配置为，使上述多个X射线管沿着上述高压电缆依次排列。
10.如权利要求1所述的CT扫描机，其特征在于，上述X射线管内装有对其阴极施加交流电压的变压器。
11.如权利要求1所述的CT扫描机，其特征在于，当将上述X射线管的数量表示为n时，上述多个X射线管以n/360度的间隔配置；在上述X射线管旋转n/360度的期间内，上述控制单元使上述多个X射线管依次产生相同次数的X射线。
12.如权利要求1所述的CT扫描机，其特征在于，上述X射线管具备断开异常电流向其阴极的流入的单元。
13.如权利要求1所述的CT扫描机，其特征在于，上述控制单元检测上述多个X射线管中各X射线管的异常，使异常的X射线管总是停止，同时使其他X射线管的上述X射线的产生及停止以脉冲状变化，并且控制上述栅极控制电路，以使至少2个上述X射线管不同时产生X射线。
14.一种CT扫描机，使X射线管及X射线检测器旋转而收集被检体的X射线投影数据，根据该投影数据生成上述被检体内部的图像，其特征在于，具备多个X射线管，放射X射线，具备用于切换上述X射线的产生及停止的栅极；高压产生单元，产生对上述X射线管供给的高压；高压电缆，将上述高压分别传送给上述多个X射线管；多个栅极控制电路，分别使设在上述多个X射线管中的栅极的电位变化；控制单元，在上述X射线管绕上述被检体的周围的旋转的过程中，控制上述栅极控制电路，以使上述X射线的产生及停止以脉冲状变化。
15.如权利要求14所述的CT扫描机，其特征在于，上述控制单元控制上述栅极控制电路，以使至少2个上述X射线管不同时产生X射线。
全文摘要
本发明的CT扫描机，具备多个X射线管，放射X射线，具备切换X射线的产生及停止的栅极；高压产生单元，产生对X射线管供给的高压；高压电缆，将高压分别传送给多个X射线管；多个栅极控制电路，分别使设在多个X射线管中的栅极的电位变化；控制单元，在X射线管绕被检体的周围旋转的过程中，控制栅极控制电路，以使X射线的产生及停止以脉冲状变化、并且使至少2个X射线管不同时产生X射线；多个X射线检测器，与多个X射线管中的各X射线管对置配置；使从与放射X射线的X射线管对置的X射线检测器输出的输出信号有效、使从与停止X射线的X射线管对置的X射线检测器输出的输出信号无效的单元。
文档编号H05G1/20GK1846621SQ20061007359
公开日2006年10月18日 申请日期2006年4月13日 优先权日2005年4月15日
发明者石山文雄 申请人:株式会社东芝, 东芝医疗系统株式会社