JP6274394B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、高電圧発生装置、及び放射線画像診断装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、高電圧発生装置、及び放射線画像診断装置に関する。

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置においてＸ線高速ＯＮ／ＯＦＦ制御や高速Ｘ線変調が必要とされている。Ｘ線高速ＯＮ／ＯＦＦ制御や高速Ｘ線変調は、Ｘ線管内のバイアス電極に印加するバイアス電圧を制御することにより実現することができる。

Ｘ線管内の陽極は、典型的には、５０〜２００Ｈｚ程度の回転周波数、すなわち、５〜２０ｍｓｅｃ程度の回転周期で回転する。この回転周期においてＸ線高速ＯＮ／ＯＦＦ制御や高速Ｘ線変調を実行する場合、陽極が一回転する間にＸ線の強度の切替えが数回〜数十回行われる。例えば、Ｘ線のＯＮ／ＯＦＦ切替周期の倍数が陽極の回転周期に一致している場合、陽極の固定部位にのみ電子ビームが衝突してしまう。従って、陽極に温度ムラが発生し、この固定部位に限局した陽極への部分的ダメージが懸念される。部分的ダメージにより陽極荒れが発生し、ひいては、放電やＸ線線量の不均一が発生する可能性がある。

実施形態の目的は、陽極への部分的ダメージを軽減することが可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置、高電圧発生装置、及び放射線画像診断装置を提供することにある。

本実施形態に係る放射線画像診断装置は、熱電子を発生する陰極と、前記陰極から発生された熱電子を受けてＸ線を発生する陽極と、前記陽極を回転軸回りに回転可能に支持する支持機構と、前記支持機構に電力を供給する電力供給部と、前記陽極から発生させるＸ線の強度を切替えるための切替部と、前記陽極から発生されるＸ線の強度の切替を行うために前記切替部を制御し、前記陽極を回転させるために前記電力供給部を制御する部であって、Ｘ線の強度の切替周期の略整数倍が前記陽極の回転周期に一致する場合、前記陽極の第１の周回時における熱電子衝突範囲の少なくとも一部分が第２の周回時における熱電子衝突範囲に対してずれるように前記電力供給部を制御する、制御部と、を具備する。

本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図。 図１のＸ線発生装置の構成を模式的に示す図。 図２のＸ線制御部によるＸ線ＯＮ／ＯＦＦ制御における陽極への部分的ダメージを説明するための図。 図２のＸ線制御部によるＸ線変調制御における陽極への部分的ダメージを説明するための図。 図２のＸ線制御部により行われる回転周期の変更処理の典型的な流れを示す図。 図２のＸ線制御部によるロータ回転周期の変更方法を説明するための図。 図２のＸ線制御部によりロータ回転周期が変更された場合における陽極上の熱電子衝突面の分散を模式的に示す図。 図２のＸ線制御部によりロータ回転周期が変更された場合における陽極上の熱電子衝突面の分散を模式的に示す他の図。 図２のＸ線制御部によるロータ回転周期の他の変更方法を説明するための図。 本実施形態の変形例に係るＸ線診断装置の構成を示す図。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係わるＸ線コンピュータ断層撮影装置、高電圧発生装置、及び放射線画像診断装置について説明する。

本実施形態に係る放射線画像診断装置は、Ｘ線等の放射線を利用した画像診断装置の総称である。本実施形態に係る放射線画像診断装置は、具体的には、高電圧発生装置から高電圧の印加を受けてＸ線を発生するＸ線コンピュータ断層撮影装置とＸ線診断装置とが挙げられる。

図１は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。図１に示すように、図１に示すようにＸ線コンピュータ断層撮影装置１は、架台１０とコンソール４０とを備える。

架台１０は、円環又は円板状の回転フレーム１１を搭載する。回転フレーム１１は、Ｘ線管装置１３とＸ線検出器１５とを、回転フレーム１１の中心軸（回転軸）回りに回転可能に支持している。回転フレーム１１の開口の内部には、ＦＯＶ（field of view）が設定される。回転フレーム１１は、回転フレーム駆動部１７に接続されている。回転フレーム駆動部１７は、コンソール３０内の架台制御部５１による制御に従って回転フレーム１１を一定の角速度で回転し、Ｘ線管装置１３とＸ線検出器１５とを回転軸回りに回転する。

なお、Ｚ軸は、回転フレーム１１の回転軸に規定される。Ｙ軸は、Ｘ線管装置１３のＸ線焦点とＸ線検出器１５の検出面中心とを結ぶ軸に規定される。Ｙ軸は、Ｚ軸に直交する。Ｘ軸は、Ｙ軸とＺ軸とに直交する軸に規定される。このように、ＸＹＺ直交座標系は、回転フレーム１１の回転とともに回転する回転座標系を構成する。

回転フレーム１１の近傍には、天板支持機構１９が設置されている。天板支持機構１９は、天板２１をＺ軸に沿って移動可能に支持する。天板支持機構１９は、天板２１の長軸がＺ軸に平行するように天板２１を支持する。天板２１には、被検体Ｐが載置される。天板支持機構１９はモータ（図示せず）を装備している。モータから発生される動力により天板支持機構１９は、天板２１をＺ軸方向に沿って移動する。

Ｘ線管装置１３は、高電圧発生部２３、バイアス電圧発生部２５、及びロータ制御電力発生部２７に接続されている。高電圧発生部２３、バイアス電圧発生部２５、及びロータ制御電力発生部２７は、Ｘ線制御部２９に接続されている。Ｘ線管装置１３、高電圧発生部２３、バイアス電圧発生部２５、ロータ制御電力発生部２７、及びＸ線制御部２９は、Ｘ線発生装置３１を構成する。また、高電圧発生部２３、バイアス電圧発生部２５、ロータ制御電力発生部２７、及びＸ線制御部２９は、高電圧発生装置３２を構成する。高電圧発生装置３２はＸ線管装置１３に接続される。換言すれば、Ｘ線発生装置３１は、Ｘ線管装置１３と高電圧発生装置３２とを搭載する。Ｘ線発生装置３１は、架台制御部５１による制御に従って、Ｘ線強度を低強度と高強度との間で交互に切り替えながらＸ線管からＸ線を発生する。ここで、低強度がゼロであり高強度が非ゼロ、すなわち、Ｘ線の曝射と遮断とを交互に繰り返すＸ線曝射制御方式をＸ線ＯＮ／ＯＦＦ制御と呼び、低強度も高強度も非ゼロの場合をＸ線変調制御と呼ぶ。Ｘ線強度は、管電圧値及び管電流値により規定される。Ｘ線発生装置３１の詳細については後述する。

Ｘ線検出器１５は、Ｘ線管１３から発生されたＸ線を検出する。Ｘ線検出器１５は、２次元状に配列された複数の検出素子を搭載する。例えば、複数の検出素子は、回転フレーム１１の回転軸Ｚを中心とした円弧に沿って配列される。この円弧に沿う検出素子の配列方向はチャンネル方向と呼ばれる。チャンネル方向に沿って配列された複数の検出素子は、検出素子列と呼ばれる。複数の検出素子列は、回転軸Ｚに沿う列方向に沿って配列される。各検出素子は、Ｘ線管１３から発生されたＸ線を検出し、検出されたＸ線の強度に応じた電気信号（電流信号）を生成する。生成された電気信号は、データ収集部（ＤＡＳ）３３に供給される。

データ収集部３３は、架台制御部５１による制御に従って、Ｘ線検出器１５を介して電気信号をビュー（ｖｉｅｗ）毎に収集する。よく知られているように、ビューは、回転軸Ｚ周りの回転フレーム１１の回転角度に対応する。また、信号処理的には、ビューは、回転フレーム１１の回転時におけるデータのサンプリング点に対応する。データ収集部３３は、収集されたアナログの電気信号をデジタルデータに変換する。デジタルデータは、生データと呼ばれている。生データは、非接触型の伝送部３５により所定ビュー毎にコンソール４０に供給される。

コンソール４０は、前処理部４１、再構成部４３、表示部４５、操作部４７、記憶部４９、架台制御部５１、及びシステム制御部５３を備える。

前処理部４１は、データ収集部３３から供給された生データに対数変換や感度補正等の前処理を施す。前処理が施されたデータは、投影データと呼ばれる。再構成部４３は、投影データに基づいて被検体に関する画像データを再構成する。表示部４５は、再構成部４３により発生された画像データを表示機器に表示する。操作部４７は、入力機器によるユーザからの各種指令や情報入力を受け付ける。記憶部４９は、生データや投影データ、画像データを記憶する。また、記憶部４９は、制御プログラムを記憶している。架台制御部５１は、Ｘ線ＣＴ撮像を実行するために、回転フレーム駆動部１７、Ｘ線発生装置３１、及びデータ収集部３３を制御する。システム制御部５３は、記憶部４９に記憶されている制御プログラムを読み出してメモリ上に展開し、展開された制御プログラムに従って各部を制御する。

次に、図２を参照しながらＸ線発生装置３１の構成について詳細に説明する。図２は、Ｘ線発生装置３１の構成を模式的に示す図である。図２に示すように、Ｘ線発生装置３１は、Ｘ線制御部２９を中枢としてＸ線管装置１３、高電圧発生部２３、バイアス電圧発生部２５、及びロータ制御電力発生部２７を有している。Ｘ線管装置１３は、Ｘ線管容器１３ａを装備している。Ｘ線管容器１３ａにはＸ線管１３１が収容されている。Ｘ線管容器１３ａとＸ線管１３１との間は絶縁油で満たされている。

Ｘ線管１３１は、筐体１３１ａを装備している。筐体１３１ａの内部は真空に保たれている。筐体１３１ａとしては、例えば、ガラスや金属等を材料として形成される。筐体１３１ａ内には陰極１３２、バイアス電極１３３、陽極１３４、及び回転子（以下、ロータと呼ぶ）１３５が搭載されている。陰極１３２は、フィラメントを含んでいる。陰極１３２は、ケーブル等を介して高電圧発生部２３に接続されている。高電圧発生部２３は、フィラメント電流を陰極１３２に供給する。フィラメント電流の供給を受けて陰極１３２は発熱し熱電子を放出する。陽極１３４は、タングステンやモリブデン等の重金属により形成された円盤形状を有する電極である。ロータ１３５は、陽極１３４に取り付けられている。ロータ１３５は、陽極１３４の回転軸ＲＡに沿って配置されている。筐体１３１ａ外部にはロータ１３５を囲むように固定子（以下、ステータと呼ぶ）１３６が取り付けられている。ステータ１３６は、Ｘ線管容器１３ａ内に収容されている。ステータ１３６とロータ１３５とは、陽極１３４を回転軸ＲＡ回りに回転可能に支持する支持機構１３７を構成する。支持機構１３７、より詳細にはステータ１３６は、ロータ制御電力発生部２７に接続されている。ロータ制御電力発生部２７は、ロータ１３５を回転軸ＲＡ回りに回転させるための電力をステータ１３６に供給する。電力の供給を受けてステータ１３６は、電磁誘導の原理を利用してロータ１３５を回転する。ロータ１３５の回転に伴い陽極１３４が回転する。陽極１３４と高電圧発生部２３とは、ロータ１３５を経由して接続されている。高電圧発生部２３は、陰極１３２と陽極１３４との間に高電圧を印加する。陰極１３２から発生された熱電子は、陰極１３２と陽極１３４との間に印加された高電圧により、ビーム状に集束しながら加速され、回転中の陽極１３４に衝突する。陽極１３４は、陰極１３２からの熱電子を受けて、Ｘ線管容器１３１ａに設けられたＸ線照射口に向けてＸ線を放射する。バイアス電極１３３は、陰極１３２と陽極１３４との間に配置されている。バイアス電極１３３は、バイアス電圧発生部２５に接続されている。バイアス電圧発生部２５は、陰極１３２から放出される熱電子を阻止するためにバイアス電圧をバイアス電極１３３に印加する。陽極１３４に衝突する熱電子数は、陰極電位に対する電位をバイアス電圧により調整することにより変化する。

上述のように、Ｘ線制御部２９は、架台制御部５１からの制御に従って高電圧発生部２３、バイアス電圧発生部２５、及びロータ制御電力発生部２７を制御する。

具体的には、Ｘ線制御部２９は、Ｘ線ＣＴ撮像において、予め設定された管電圧値及び管電流値に従って高電圧発生部２３を制御し、この管電圧値及び管電流値に応じた強度のＸ線をＸ線管装置１３から発生させる。

Ｘ線ＣＴ撮像において、Ｘ線制御部２９は、ロータ１３５の回転周期（以下、ロータ回転周期と呼ぶ）の設定値に従ってロータ１３５が回転するようにロータ制御電力発生部２７を制御する。ロータ制御電力発生部２７は、この設定値に対応するロータ回転周期でロータ１３５が回転するようにステータ１３７に電力を供給する。ロータ回転周期は、典型的には、５〜２０ｍｓｅｃ（すなわち、回転速度５０〜２００Ｈｚ）程度の任意の値に設定される。

Ｘ線ＣＴ撮像において、Ｘ線制御部２９は、データ収集部３３によるデータ収集周期に同期して、操作部４７を介したユーザからの指示に従って選択されたＸ線曝射方式でＸ線強度切替を実行する。上述のように、Ｘ線曝射方式は、Ｘ線ＯＮ／ＯＦＦ制御とＸ線変調制御との中から適宜選択される。Ｘ線ＯＮ／ＯＦＦ制御においてＸ線制御部２９は、Ｘ線の遮断と曝射とを所定の切替周期に従って交互に切替るためにバイアス電圧発生部２５を制御する。バイアス電圧発生部２５は、Ｘ線を遮断する場合、管電流がゼロになるようにバイアス電圧を比較的高値に切替える。Ｘ線を曝射する場合、バイアス電圧発生部２５は、管電流が流れるようにバイアス電圧をゼロに切り替える。

Ｘ線変調制御は、管電流変調制御と管電圧変調制御との２種類ある。本実施形態においては、この２つの何れも実行可能である。以下、説明の簡単のため、Ｘ線変調制御は、管電流変調制御であるとする。管電流変調制御においてＸ線制御部２９は、第１の管電流値と第２の管電流値とを所定のＸ線強度切替周期に従って交互に切替るためにバイアス電圧発生部２５を制御する。バイアス電圧発生部２５は、第１の管電流値に対応するバイアス電圧と第２の管電流値に対応するバイアス電圧とをＸ線強度切替周期に従ってバイアス電極１３３に交互に印加する。本実施形態におけるＸ線強度切替周期は、従来の数Ｈｚ〜数十Ｈｚ程度の切替周期に対して、１ｋＨｚ〜４ｋＨｚ程度の高オーダに設定される。すなわち、陽極１３４が一回転する間にＸ線強度が数回切り替えられる。

典型的には、Ｘ線強度切替周期とロータ回転周期とは、ユーザにより指定される。Ｘ線強度切替周期の倍数とロータ回転周期とが一致する場合、陽極１３４の電子ビーム軌道面上の局所部位のみに熱電子が衝突し、陽極への部分的ダメージが懸念される。

図３は、Ｘ線ＯＮ／ＯＦＦ制御における陽極１３４への部分的ダメージを説明するための図である。図３の（ａ）は陰極１３２から見た陽極１３４の模式図であり、図３の（ｂ）はＸ線制御部２９によるＸ線曝射シーケンスを示している。なお、図３において、ロータ回転周期は１０ｍｓｅｃ（１００Ｈｚ）であるとし、Ｘ線強度切替周期は１ｍｓｅｃ（１ｋＨｚ）であるとする。Ｘ線強度切替周期の１０倍がロータ回転周期に一致するので、図３の（ｂ）に示すように、ロータ一１回転毎にＸ線のＯＮ／ＯＦＦ切替が規則的に１０回繰り返される。この場合、図３の（ａ）に示すように、陽極１３４が複数周回転した場合であっても熱電子は、電子ビーム軌道面上の同一局所部位のみに衝突する。このように、Ｘ線強度切替周期の整数倍がロータ回転周期に一致する場合、熱電子は電子ビーム軌道面上に一様に衝突するのではなく、局所部位に限定して衝突する。ここで、陽極１３４上の実際に熱電子が衝突する部分を電子衝突面と呼び、熱電子が衝突しない部分を熱電子非衝突面と呼ぶことにする。Ｘ線強度切替周期の整数倍がロータ回転周期に一致する場合、電子ビーム軌道面上における電子衝突面と非電子衝突面との間で電子衝突に起因する陽極１３４のダメージに大きな隔たりが生じてしまう。

図４は、Ｘ線変調制御における陽極１３４への部分的ダメージを説明するための図である。図４の（ａ）は陰極１３２から見た陽極の模式図であり、図４の（ｂ）はＸ線制御部２９によるＸ線曝射シーケンスを示している。なお、図３と同様、図４においてもロータ回転周期は１０ｍｓｅｃ（１００Ｈｚ）であるとし、Ｘ線強度切替周期は１ｍｓｅｃ（１ｋＨｚ）であるとする。図４の（ｂ）に示すように、ロータ一１回転毎にＸ線強度のＨＩＧＨとＬＯＷとの切替が周期的に１０回繰り返される。Ｘ線強度がＨＩＧＨの期間、陰極１３２から高電流の熱電子が放出され、Ｘ線強度がＬＯＷの期間、陰極１３２から低電流の熱電子が放出される。Ｘ線変調制御においてＸ線強度切替周期の１０倍がロータ回転周期に一致する場合、高電流の熱電子は、複数周に亘って周期的に電子ビーム軌道面上の同一局所部位に衝突する。従って、Ｘ線変調制御もＸ線ＯＮ／ＯＦＦ変調と同様、Ｘ線強度切替周期の整数倍がロータ回転周期に一致する場合、電子ビーム軌道面上において陽極１３４のダメージに大きな隔たりが生じてしまう。

本実施形態に係るＸ線制御部２９は、Ｘ線強度切替周期の倍数とロータ回転周期とが一致する場合、熱電子衝突による陽極１３４へのダメージを電子ビーム軌道面上に一様に分布させるようにロータ回転周期を変更する。以下、Ｘ線制御部２９により行われる回転周期の変更処理の動作例について説明する。なお、以下の動作例においてＸ線曝射方式は、説明の簡単のため、Ｘ線ＯＮ／ＯＦＦ制御であるとする。

図５は、Ｘ線制御部２９により行われる回転周期の変更処理の典型的な流れを示す図である。図５に示すように、Ｘ線制御部２９は、まず、初期的に設定されたＸ線強度切替周期とロータ回転周期とをコンソール４０から受信する（ステップＳ１）。Ｘ線強度切替周期とロータ回転周期とは、例えば、Ｘ線曝射前、ユーザによる操作部４７を介した指示に従ってシステム制御部５３により設定される。Ｘ線強度切替周期とロータ回転周期とのデータは、コンソール４０から架台１０に送信される。また、コンソール４０からは、ロータ回転周期の変更量を制限するためのＸ線管特性値等の他の撮像条件のデータも架台１０に送信される。各データの送信タイミングは、同一であっても異なっていても良い。

ステップＳ１が行われるとＸ線制御部２９は、Ｘ線強度切替周期の略整数倍がロータ回転周期に一致するか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２においてＸ線制御部２９は、Ｘ線強度切替周期の整数倍とロータ回転周期とを比較する。整数倍としては、１以上の全ての自然数が該当する。この際、ロータ回転周期が厳密にＸ線強度切替周期の整数倍に一致しているか否かが判定されることを要しない。例えば、Ｘ線強度切替周期の整数倍を含む所定数値範囲にロータ回転周期が属するか否かが判定されても良い。この所定数値範囲としては、例えば、Ｘ線強度切替周期の整数倍を中心とした±０．０１ｍｅｃの範囲である。ロータ回転周期がこの所定数値範囲に属する場合、Ｘ線強度切替周期の整数倍がロータ回転周期に一致すると判定され、ロータ回転周期がこの所定数値範囲に属さない場合、Ｘ線強度切替周期の略整数倍がロータ回転周期に一致しないと判定される。

Ｘ線強度切替周期の略整数倍がロータ回転周期に一致ないと判定した場合（ステップＳ２：ＮＯ）、Ｘ線制御部２９は、ステップＳ１において受信したＸ線強度切替周期とロータ回転周期とを設定値に設定する。

一方、Ｘ線強度切替周期の略整数倍がロータ回転周期に一致すると判定した場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、Ｘ線制御部２９は、ロータ回転周期を変更する（ステップＳ３）。ロータ回転周期は、例えば、Ｘ線強度切替周期の整数倍に一致しない固定値に変更される。例えば、ロータ回転周期は、図６に示すように、ロータ回転周期の初期値Ｖｉに対して数Ｈｚ〜１０Ｈｚ程度ずらした値に設定されると良い。ロータ回転周期は、Ｘ線管特性値に基づく制限範囲内に限定した値に設定されると良い。Ｘ線管特性値としては、具体的には、Ｘ線出力定格やロータ共鳴周期、ロータ限界速度等が挙げられる。Ｘ線出力定格は、Ｘ線管１３に負荷できる最高管電圧値と最高管電流値との組合せとして定義されている。最高管電圧値と最高管電流値との組合せに応じてロータ回転周期の最低値が規定される。ロータ回転周期は、この最低値を下回らない値に制限される。ロータ共鳴周期は、ロータ１３５の回転に共鳴してロータ１３５自身や陽極１３４の振動が強まるロータ回転周期である。ロータ回転周期は、このロータ共鳴周期を除いた値に制限される。ロータ限界速度は、ロータ１３５が回転可能な最高速度である。この最高速度に対応する回転周期がロータ回転周期の最高値に対応する。ロータ回転周期は、このロータ限界速度に対応する回転周期を上回らない値に制限される。ロータ回転周期は、Ｘ線強度切替周期の非整数倍且つＸ線管特性値に基づく制限範囲内であれば、ロータ回転周期の初期値Ｖｉ、すなわち、Ｘ線強度切替周期の整数倍よりも大きい値Ｖｌに設定されても良いし、小さい値Ｖｓに設定されても良い。

なお、Ｘ線管特性値は、Ｘ線出力定格、ロータ共鳴周期、及びロータ限界速度に限定されない。本実施形態においては、Ｘ線出力定格、ロータ共鳴周期、及びロータ限界速度以外のロータ回転周期を制限しうる如何なるＸ線特性値を考慮して制限範囲が決定されても良い。

Ｘ線強度切替周期の整数倍がロータ回転周期に一致ないと判定した場合（ステップＳ２：ＮＯ）またはステップＳ３が実行されるとＸ線制御部２９は、ステップＳ２：ＮＯまたはステップＳ３において設定されたロータ回転周期でロータ１３５を回転させながらＸ線ＣＴ撮像を実行する（ステップＳ４）。ステップＳ４においてＸ線制御部２９は、ユーザにより設定されたＸ線強度切替周期に従う制御信号をバイアス電圧発生部２５に供給する。バイアス電圧発生部２５は、供給された制御信号に応じたＸ線強度切替周期でバイアス電極に印加するバイアス電圧の値を交互に切り替える。これにより、Ｘ線強度切替周期に従ってＸ線の曝射と遮断とが交互に繰り返される。

バイアス電圧発生部２５の制御に並行してＸ線制御部２９は、ロータ回転周期の設定値に従う制御信号をロータ制御電力発生部２７に供給する。ロータ制御電力発生部２７は、供給された制御信号に従う駆動信号パルス系列を支持機構１３７に供給する。例えば、変更後のロータ回転周期に応じた一定のパルス繰り返し周期を有する駆動信号パルス系列がステータ１３６に供給される。ステータ１３６は、供給された駆動信号パルス系列に従うロータ回転周期でロータ１３５を回転する。ロータ１３５は、Ｘ線強度切替周期の非整数倍且つＸ線管特性値に基づく制限範囲内の一定の回転周期で回転する。従って、ロータ回転周期がＸ線強度切替周期の略整数倍に一致しないので、複数周に亘って熱電子を電子ビーム軌道面上に一様に衝突させることができる。

図７は、ロータ回転周期が変更された場合における熱電子衝突面の分散を模式的に示す図である。図７に示すように、ロータ回転周期がＸ線強度切替周期の略整数倍に一致しない場合、複数周に亘って熱電子が陽極１３４上の局所部分に限定して衝突することがなくなる。例えば、第Ａ回転目の熱電子衝突面、第Ｂ回転目の熱電子衝突面、及び第Ｃ回転目の熱電子衝突面が電子ビーム軌道面上においてずれる。このように、ロータ回転周期をＸ線強度切替周期の略整数倍に一致しない数値範囲に変更することにより、熱電子衝突による陽極へのダメージを電子ビーム軌道面上に一様に分布させることができる。なお、図７においては見やすさのため、第Ａ回転目の熱電子衝突面、第Ｂ回転目の熱電子衝突面、及び第Ｃ回転目の熱電子衝突面の半径方向の位置がずれているが、実際には、半径方向の位置は同一であるとする。

なお、図７においては、陽極１３４上の全ての熱電子衝突面が円周方向に関して周回毎にずれるものとした。しかしながら、本実施形態は、陽極１３４上の全ての熱電子衝突面が円周方向に関して完全に一致する場合に比して陽極へのダメージが軽減可能であれば、これに限定されない。図８に示すように、陽極１３４上の一部の熱電子衝突面のみが円周方向に関して周回毎にずれても良い。すなわち、陽極１３４上に形成される熱電子衝突面のうちの一部の熱電子衝突面は、複数周に亘って同一局所部位に形成されても良い。なお、図８も図７と同様、見やすさのため、第Ａ回転目の熱電子衝突面、第Ｂ回転目の熱電子衝突面、及び第Ｃ回転目の熱電子衝突面の半径方向の位置がずれているが、実際には、半径方向の位置は同一であるとする。

以上でロータ回転周期の変更処理の一具体例の説明を終了する。

なお、ロータ回転周期の変更方法は、Ｘ線強度切替周期の非整数倍且つＸ線管特性値に基づく制限範囲内の固定値に変更する方法のみに限定されない。

図９は、ロータ回転周期の他の変更方法を説明するための図である。図９に示すように、第２の変更方法においてＸ線制御部２９は、基準値Ｖｎを基準として一定周波数範囲内でロータ回転周期を揺らがせる。この一定周波数範囲は、上述のＸ線管特性値に基づく制限範囲内に制限される。この一定周波数範囲は、例えば、数Ｈｚ程度が望ましい。基準値Ｖｎは、例えば、初期値Ｖｉが良い。ただし、基準値Ｖｎ初期値Ｖｉに限定されず、Ｘ線管特性値に基づく制限範囲内の値であれば如何なる値であっても良い。図９に示すように、ロータ回転周期は、基準値Ｖｎを基準として時間軸に沿って連続的に変動されても良いし、基準時間毎に間欠的に変動されても良い。この基準時間は、例えば、ユーザにより設定された時間範囲であっても良いし、Ｘ線強度切替時間であっても、ロータ回転周期であっても良い。

この第２の変更方法が採用された場合、Ｘ線制御部２９は、ステータ１３６に供給される駆動信号パルス系列のパルス繰り返し周期に上記の揺らぎを与える。これにより、ロータ１３５は、初期値等を基準とした一定値範囲内で変動する回転周波数で回転する。この場合、ロータ回転周期が変動するため、熱電子を陽極１３４の電子ビーム軌道面上に一様に衝突させることができる。従って、熱電子衝突による陽極１３４へのダメージを電子ビーム軌道面上に一様に分布させることができる。

第２の変更方法は、第１の変更方法のように、Ｘ線強度切替周期の非整数倍且つＸ線管特性値に基づく制限範囲内の値を探索することなく、容易にロータ回転周期をＸ線強度切替周期から逸らすことができる。第１の変更方法は、ロータ回転周期が一定であるので、第２の変更方法に比して、ロータ１３５の回転制御が簡便である。従って、Ｘ線強度切替周期の非整数倍且つＸ線管特性値に基づく制限範囲内の固定値にロータ回転周期を設定可能な場合、第１の変更方法が第２の変更方法に優先して採用されると良い。Ｘ線強度切替周期の非整数倍且つＸ線管特性値に基づく制限範囲内の固定値にロータ回転周期が設定できない場合、第２の変更方法が採用されると良い。なお、ロータ回転周期の変更態様を第１の変更方法にするか第２の変更方法にするかは、ユーザにより操作部４７を介して設定されても良い。

上記の説明において、Ｘ線変調制御は、バイアス電極１３３へのバイアス電圧を切り替える管電流変調方式であるとした。しかしながら、上述のように、本実施形態におけるＸ線変調制御は、管電圧変調方式であっても良い。管電圧変調制御においてＸ線制御部２９は、第１の管電圧値と第２の管電圧値とを所定の切替周期に従って交互に切替るために高電圧発生部２３を制御する。高電圧発生部２３は、第１の管電圧値に対応する高電圧と第２の管電圧値に対応する高電圧とを切替周期に同期して陰極１３２と陽極１３４との間に交互に印加する。管電圧を高速に切り替える方式としては、ビュー毎に第１の管電圧値と第２の管電圧値とを切替えるｆａｓｔ−ｋＶｐが知られている。ｆａｓｔ−ｋＶｐにおいては、例えば、低管電圧値に対応する高電圧と高管電圧値に対応する高電圧とがビュー毎に切替るようにＸ線制御部２９は、高電圧発生部２３を制御する。低管電圧値と高管電圧値とは如何なる値でも良いが、例えば、Ｄｕａｌ−Ｅｎｅｒｇｙスキャンに適切な８０ｋＶｐ及び１４０ｋＶｐ等の組み合わせが可能である。

（変形例）
上記の説明において放射線画像診断装置はＸ線コンピュータ断層撮影装置であるとした。変形例に係る放射線画像診断装置はＸ線診断装置であるものとする。以下、変形例に係るＸ線診断装置について説明する。なお以下の説明において、上記実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。

図１０は、変形例に係るＸ線診断装置の構成を示す図である。図１０に示すように、変形例に係るＸ線診断装置は、システム制御部６１を中枢として、撮像機構６３、画像発生部６５、表示部４５、操作部４７、記憶部４９を有している。

撮像機構６３は、Ｃアーム７１を有している。Ｃアーム７１は、Ｘ線管装置２３とＸ線検出器７３とを互いに向き合わせて装備している。Ｃアーム７１は、Ｘ線管装置２３とＸ線検出器７３とを回動自在に支持している。Ｃアーム７１は、Ｃアーム駆動部７５により回動される。Ｃアーム駆動部７５は、システム制御部６１からの制御信号に応じてＣアーム回動する。

Ｘ線管装置２３は高電圧発生装置３２に接続されている。Ｘ線管装置２３と高電圧発生装置３２とはＸ線発生装置３１を構成する。Ｘ線発生装置３１の構成は上記のＸ線コンピュータ断層撮影装置に搭載されるＸ線発生装置３１と略同一の構成を有するので説明は省略する。

Ｘ線検出器７３は、Ｘ線管２３から発生されたＸ線を検出する。例えば、Ｘ線検出器２４は、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）により実現される。Ｘ線検出器２４は、２次元上に配列された複数の検出素子を有している。各検出素子は、Ｘ線管２３から発生されたＸ線を検出し、検出されたＸ線の強度に応じた電気信号を生成する。生成された電気信号は、画像発生部６５に供給される。

画像発生部６５は、Ｘ線検出器７３からの電気信号に基づいて被検体Ｐに関するＸ線画像を発生する。発生されたＸ線画像のデータは、システム制御部６１を介して記憶部４５に供給される。

本実施形態に係るＸ線診断装置は、上記の通りＸ線制御部２９を搭載している。従って上記の通りＸ線制御部２９は、Ｘ線強度切替周期の倍数とロータ回転周期とが一致する場合、熱電子衝突による陽極１３４へのダメージを電子ビーム軌道面上に一様に分布させるようにロータ回転周期を変更することができる。

上記の説明の通り、本実施形態に係る放射線画像診断装置は、陰極１３２、陽極１３４、支持機構１３７、ロータ制御電力発生部２７、切替部２３，２５、Ｘ線制御部２９を有している。陰極１３２は、熱電子を発生する。陽極１３４は、陰極１３２から発生された熱電子を受けてＸ線を発生する。支持機構１３７は、陽極１３４を回転軸ＲＡ回りに回転可能に支持する。ロータ制御電力発生部２７は、支持機構１３４に電力を供給する。切替部２３，２５は、陽極１３４から発生させるＸ線の強度を切替えるように構成される。Ｘ線制御部２９は、陽極１３４から発生されるＸ線の強度の切替を行うために切替部２３，２５を制御し、陽極１３４を回転させるためにロータ制御電力発生部２７を制御する。この際、Ｘ線制御部２９は、ユーザから指定されたＸ線強度切替周期の略整数倍がロータ回転周期に一致する場合、陽極１３４の第１の周回時における熱電子衝突範囲の少なくとも一部分が第２の周回時における熱電子衝突範囲に対してずれるようにロータ制御電力発生部２７を制御する。

この構成により本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、陽極１３４が複数周回転した場合、熱電子を電子ビーム軌道面上に一様に衝突させることができる。

かくして本実施形態によれば、陽極への部分的ダメージを軽減することが可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置、高電圧発生装置、及び放射線画像診断装置を提供することが実現する。また、部分的ダメージに起因する陽極荒れや、放電、線線量の不均一の発生を抑制することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…架台、１１…回転フレーム、１３…Ｘ線管装置、１３ａ…Ｘ線管容器、１５…Ｘ線検出器、１７…回転フレーム駆動部、１９…天板支持機構、２１…天板、２３…高電圧発生部、２５…バイアス電圧発生部、２７…ロータ制御電力制御部、２９…Ｘ線制御部、３１…Ｘ線発生装置、３３…データ収集部、３５…伝送部、４０…コンソール、４１…前処理部、４３…再構成部、４５…表示部、４７…操作部、４９…記憶部、５１…架台制御部、５３…システム制御部、１３１…Ｘ線管、１３１ａ…筐体、１３２…陰極、１３３…バイアス電極、１３４…陽極、１３５…回転子（ロータ）、１３６…固定子（ステータ）、１３７…支持機構。

Claims (11)

1. 熱電子を発生する陰極と、前記陰極から発生された熱電子を受けてＸ線を発生する陽極と、前記陽極を回転軸回りに回転可能に支持する支持機構と、を有するＸ線管装置と、
   前記Ｘ線管装置から発生されたＸ線を検出するＸ線検出器と、
   前記Ｘ線管装置を被検体回りに回転可能に支持する回転部と、
   前記支持機構に電力を供給する電力供給部と、
   前記陽極から発生させるＸ線の強度を切替えるための切替部と、
   前記陽極から発生されるＸ線の強度の切替を行うために前記切替部を制御し、前記陽極を回転させるために前記電力供給部を制御する部であって、Ｘ線の強度の切替周期の略整数倍が前記陽極の回転周期に一致する場合、前記陽極の第１の周回時における熱電子衝突範囲の少なくとも一部分が第２の周回時における熱電子衝突範囲に対してずれるように前記電力供給部を制御する、制御部と、
   を具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. 前記制御部は、前記陽極の第１の周回時における熱電子衝突範囲と第２の周回時における熱電子衝突範囲とをずらすように前記回転周期を変更する、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 前記制御部は、前記回転周期を前記切替周期の整数倍に属さない数値範囲のうちの何れかの数値に固定する、請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記制御部は、前記回転周期を揺らがせる、請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. 前記陰極と前記陽極との間に設けられるバイアス電極をさらに具備し、
   前記切替部は、前記バイアス電極と前記陰極との間にバイアス電圧を印加する、
   請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
6. 前記制御部は、前記Ｘ線の強度を第１強度と前記第１強度よりも大きい第２強度との間で交互に切り替えるために前記切替部を制御し、
   前記第１強度は略ゼロである、
   請求項５記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
7. 前記制御部は、前記Ｘ線の強度を第１強度と前記第１強度よりも大きい第２強度との間で交互に切り替えるために前記切替部を制御し、
   前記第１強度はゼロよりも大きい、
   請求項５記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
8. 前記切替部は、前記陰極と前記陽極との間に高電圧を印加する、請求項７記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
9. 前記第１強度は第１管電圧であり、前記第２強度は前記第１管電圧よりも大きい第２管電圧であり、
   前記制御部は、前記Ｘ線の管電圧をビュー毎に前記第１管電圧と前記第２管電圧との間で切替えるために前記切替部を制御する、
   請求項７記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
10. 熱電子を発生する陰極と、前記陰極から発生された熱電子を受けてＸ線を発生する陽極と、前記陽極を回転軸回りに回転可能に支持する支持機構とを備えるＸ線管球装置に接続される高電圧発生装置において、
    前記支持機構に電力を供給する電力供給部と、
    前記陽極から発生させるＸ線の強度を切替えるための切替部と、
    前記陽極から発生されるＸ線の強度の切替を行うために前記切替部を制御し、前記陽極を回転させるために前記電力供給部を制御する部であって、Ｘ線の強度の切替周期の略整数倍が前記陽極の回転周期に一致する場合、前記陽極の第１の周回時における熱電子衝突範囲の少なくとも一部分が第２の周回時における熱電子衝突範囲に対してずれるように前記電力供給部を制御する、制御部と、
    を具備する高電圧発生装置。
11. 熱電子を発生する陰極と、
    前記陰極から発生された熱電子を受けてＸ線を発生する陽極と、
    前記陽極を回転軸回りに回転可能に支持する支持機構と、
    前記支持機構に電力を供給する電力供給部と、
    前記陽極から発生させるＸ線の強度を切替えるための切替部と、
    前記陽極から発生されるＸ線の強度の切替を行うために前記切替部を制御し、前記陽極を回転させるために前記電力供給部を制御する部であって、Ｘ線の強度の切替周期の略整数倍が前記陽極の回転周期に一致する場合、前記陽極の第１の周回時における熱電子衝突範囲の少なくとも一部分が第２の周回時における熱電子衝突範囲に対してずれるように前記電力供給部を制御する、制御部と、
    を具備する放射線画像診断装置。

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