JPH09313474A - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】アーチファクトを低減させるＸ線ＣＴ装置を提
供する。 【解決手段】Ｘ線ＣＴ装置は、対象物にＸ線を照射する
Ｘ線発生手段、対象物透過後のＸ線を検出する検出器
２、及びこれらを回転軸に対して対向配置した回転板１
を搭載したガントリを備える。ガントリにはここで発生
する振動を検出し機械的エネルギーを電気的エネルギー
に変換する第一の変換素子４と、電気的エネルギーを機
械的エネルギーに変換してガントリに発生する振動を打
ち消す第二の変換素子５とを備えており、更に第一の変
換素子４及び第二の変換素子５からの出力を検出し、こ
の出力を略ゼロにする振動条件を演算により求める制御
器６と、制御器６により制御され第二の変換素子５に電
力を供給する電源７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線ＣＴ装置に係
わり、特に機械的振動の抑制に特徴のあるＸ線ＣＴ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、Ｘ線発生手段及びＸ線を検出
する検出器を備えたガントリと、検出器により検出され
た信号から対象物のＸ線画像を再構成する画像再構成手
段と、Ｘ線照射条件を制御する制御手段とを備えたＸ線
ＣＴ装置が知られている。このＸ線ＣＴ装置のガントリ
は図４に示すようなものである。

【０００３】ガントリは、スキャナー前面からみた図４
（ａ）に示すように対象物体にＸ線を発生・照射するＸ
線管装置２７、対象物体透過後のＸ線を検出する検出器
２、検出されたＸ線を増幅するプリアンプ４２、Ｘ線管
装置２７及びこれを冷却する冷却器（図示せず）と検出
器２とを回転軸に対して対向配置した回転板１、回転板
１を支持するフレーム２０並びに電力を供給する高圧電
源４３を備えており、このガントリは油圧シリンダ４４
を内蔵したスタンド４５に支持されている。また、スキ
ャナー後面からみた図４（ｂ）に示すように、フレーム
２０には回転板１及び回転板１を回転させるための大プ
ーリ２２が、これらを回転可能にするための大型径軸受
２１を介して固定されている。回転の動力となるモータ
２３は減速器２４を介して回転手段である小プーリ２５
に接続されており、小プーリ２５と大プーリ２２はこれ
らに掛けられたベルト２６により結ばれている。

【０００４】このような構成を採ることにより、モータ
２３を回転させると、減速器２４を介して小プーリ２５
を駆動し、動力はベルト２６により伝達されて大プーリ
２２を回転させ、大口径受軸２１を介して回転板１が回
転する。回転板１が回転することによりＸ線管装置２７
及び検出器２は回転板１上の回転中心を中心として対向
配置された状態で回転する。Ｘ線管装置２７と検出器２
はこのように相対的に一定の位置関係を保ちながら回転
することにより対象物体に対して様々な角度からＸ線を
照射し、そして透過したＸ線を検出することができ、こ
のようにして得られた様々な角度からのＸ線透過データ
に基づき演算によりＸ線ＣＴ画像を再構成する。従っ
て、画像を再構成するに際して検出器２とＸ線管装置２
７の位置関係は正確さを要求される。

【０００５】このような従来の装置は、前述のように回
転板１を回転させる際に、モータ２３、減速器２４、大
口径軸受２１、Ｘ線管装置２７及び冷却器（図示せず）
において振動を発生する。これらにより発生した振動は
回転板１を介して検出器２に伝達されるので、検出器２
も振動することとなるが、このような検出器２の機械的
振動は、検出器２とＸ線管装置２７の位置関係を変動さ
せるため、Ｘ線ＣＴ画像を得るにあたって画像上のアー
チファクトの要因となる。

【０００６】このような検出器の機械的振動を防止する
ため、従来、図５の断面図に示すように振動が伝わりに
くい構造を採ることによって対処していた。即ち、検出
器２は回転板１に直接固定されるのではなく、検出器２
と回転板１との間に空間を有するように金具３５を介し
て取り付けられ、この金具３５は回転板１に直接触れる
ことのない機構で設置されている。金具３５は円筒部と
円筒部の軸方向に対して直角に一体化された台座とを有
しており、台座には検出器２を取り付け、円筒部には回
転板１への固定機構２９を設けている。固定機構２９
は、金属製の内輪３０と金属製の外輪３１とを振動吸収
用のゴム３２を介在させて焼き付けて一体化した防振ゴ
ムから成り、内輪３０は回転板１に直接固定するための
スタッド３３に座金３４及びボルトを用いて固定され、
外輪３１は検出器２を固定するための金具３５に圧入さ
れ固定されている。このように、回転板１からスタッド
３３を介して伝達される振動はゴム３２で吸収され、金
具３５には伝達され難く、従って、検出器２にも伝達さ
れ難い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな防振ゴム２９を用いた従来の防振技術は十分な防振
が図れないという問題点があった。

【０００８】一般に、ゴムの防振理論によれば、減衰を
無視した場合、振動伝達率ＴＲは機械から発生する振動
角周波数ω及び防振支持系の振動角周波数ω0を用いて
式（１）のように表すことができる。

【数１】 式（１）からわかるように、機械から発生する振動角周
波数ωと防振支持系の振動角周波数ω₀とが等しいとき
は共振し、振動伝達率ＴＲは無限大となる。また、振動
角周波数ωが振動角周波数ω₀より大きい場合、即ち
（ω／ω₀）が１より大きいときには、振動角周波数ω₀
が小さいほど、即ち（ω／ω₀）が大きいほど振動伝達
率ＴＲは小さくなり振動が抑制される。従って、広い振
動各周波数ωについて共振を避け、振動伝達率ＴＲを小
さくするためには、ω₀を小さくすることが必要とな
る。

【０００９】一方、角周波数と振動の変位との関係につ
いていえば、変位量δが大きくなるほど振動角周波数ω
₀が小さくなるので、変位量δを大きくすることにより
振動伝達率ＴＲを小さくすることが可能である。しかし
この変位量δは、Ｘ線ＣＴ装置という振動系についてみ
ると検出器２の変位に対応する。現実の診断画像を得る
に際しては、アーチファクトの発生を防止するために検
出器２の振動の変位量δを一定範囲内にとどめる必要が
あり、そのため振動伝達率ＴＲを十分に小さくすること
ができない。

【００１０】ところで、Ｘ線ＣＴ装置への利用は知られ
ていないが、別の振動抑制方法として、圧電素子を使用
して装置振動を検出し、その検出された振動と逆位相の
振動を発生させ打ち消す方法が米国特許５０２２２７２
号などに記載されている。このような方法は特定の方向
の振動抑制には効果があるものの、それ以外の方向の振
動伝達抑制には効果的ではなかった。このため、特に複
数の機械的振動源を有し複雑な振動系であるＸ線ＣＴ装
置にこの方法をそのまま適用することはできない。

【００１１】また、本発明者らは磁気共鳴イメージング
装置（ＭＲＩ装置）においても、圧電素子を用いてコイ
ルで発生する振動及び騒音を抑制する技術を提案してい
る。しかし、ＭＲＩ装置で問題とされる振動は磁場発生
のためのコイルにより発生するものであり、ある程度電
磁気学的に予想可能な振動であるため比較的制御しやす
く、フィードフォワードにより制御することが可能であ
る。また、その目的も被検体に振動や騒音による恐怖感
を与えないことを主としたものである。

【００１２】これに対して、Ｘ線ＣＴ装置で発生する振
動は予測が困難な機械的振動であるため必ずしも同様な
制御により振動が抑制できるわけではないうえ、検出器
に伝達される振動の有無が直接診断画像の優劣に係わる
ものであるため、振動抑制は非常に重要である。

【００１３】本発明は、このような従来装置による課題
を解決し、検出器に伝達する振動を抑制し、アーチファ
クトのない良好なＸ線ＣＴ画像の得られるＸ線ＣＴ装置
を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明のＸ線ＣＴ装置は、対象物体にＸ線を照
射するＸ線発生手段、対象物体透過後のＸ線を検出する
検出器、Ｘ線発生手段及び検出器を回転軸に対して対向
配置した回転板並びに回転板を支持するフレームを備え
たガントリと、検出器により検出された信号から対象物
体のＸ線画像を再構成して出力する画像再構成手段と、
Ｘ線照射条件を制御する制御手段とを備えたものであっ
て、ガントリ内に、ガントリにおいて発生する振動を検
出し、この振動による機械的エネルギーを電気的エネル
ギーに変換して出力する少なくとも１つの第一の変換素
子と、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換して
ガントリに発生する振動を打ち消す少なくとも１つの第
二の変換素子とを備え、第一の変換素子からの出力を検
出し、この出力を略ゼロにする振動条件を演算により求
める制御器と、制御器により制御されて第二の変換素子
に電力を供給する電源とを備えたものである。

【００１５】このような構成を採る本発明のＸ線ＣＴ装
置は、ガントリにおいてＸ線発生手段などで発生した振
動を、第一の変換素子がその振動を機械的エネルギーと
して検出し、この振動の大きさに応じて電気的エネルギ
ーである検出信号を出力する。そして、この検出信号に
基づき制御器は振動を打ち消すのに適当な振動条件を判
断し、第二の変換素子への電気的エネルギーの入力を電
源が供給する電力を制御することによって制御する。こ
こで、第一の変換素子の出力を略ゼロにする振動条件と
は具体的には、変位の大きさ、位相、振動各周波数であ
り、これにより、第二の変換素子への印加電圧の大き
さ、位相及びディレイを決定する。第二の変換素子は電
源から供給される電力に応じて、発生した振動と逆位相
の振動を機械的エネルギーとして発生させ、ガントリに
おける振動を相殺する。このようにして、本発明のＸ線
ＣＴ装置は、ガントリにおいて発生した振動が検出器に
伝達されるのを抑制する。

【００１６】第一の変換素子及び第二の変換素子はＸ線
発生手段などのガントリ内の振動発生源、回転板などの
振動伝達部材に設けることができるが、振動伝達部材と
検出器の取付部等に設けることにより、多数の振動源か
らの複合された振動を抑制し、アーチファクトのない画
像を得るのに適している。また、第一の変換素子及び第
二の変換素子として、圧電素子を用いることにより広い
周波数領域における振動に対処することが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明のＸ線ＣＴ装置の一
実施例を図１を参照して説明する。尚、このＸ線ＣＴ装
置の全体的な構成は図４に示した従来のものと同様であ
るので説明は省略する。図１に示される装置は、複雑な
防振機構を介在させることなく、取付金具を介して回転
板に検出器を固定したもので、このような取付金具を介
在させることにより、回転板から検出器に伝達される振
動は単純化されたものとして取り扱うことができる。

【００１８】図において、対象物にＸ線を照射するＸ線
発生手段であるＸ線管（図示せず）及び対象物透過後の
Ｘ線を検出する検出器２を搭載する回転板１には、検出
器２がネジ止めされている取付金具３が従来の装置のよ
うな防振機構を介することなく直接ネジ止めされてい
る。この取付金具３には、回転板１で発生する振動を検
出し、振動による機械的エネルギーを電気的エネルギー
に変換する第一の変換素子４と、電気的エネルギーを機
械的エネルギーに変換する第二の変換素子５とが接着し
て固定されている。第一の変換素子４はこれから出力さ
れる検出信号により第二の変換素子５を制御するための
制御器６に接続され、制御器６は第二の変換素子５を駆
動する電力を供給する電源７に接続されている。

【００１９】ここで、第一の変換素子４には機械的エネ
ルギーを電気的エネルギーに変換できるものであれば何
でも適用できるが、圧電素子、歪みゲージ、加速度ピッ
クアップ等が好適に使用できる。また、第二の変換素子
５には電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する
ことができるものであれば何でも適用できるが、圧電素
子、静電アクチュエータ等が好適に使用できる。特に圧
電素子は広い範囲の周波数の振動に対応することがで
き、また、応答性もよいため好ましい。

【００２０】例えば、第一の変換素子４として単板又は
積層型圧電素子を、第二の変換素子５としてバイモルフ
型圧電素子を用いたものを一実施例として説明する。第
二の変換素子５に好適に用いられるバイモルフ型圧電素
子とは、図２に示すように、２枚の単板圧電素子１０及
び１１の間に絶縁層１２が介在したものである。一般的
に単板圧電素子は逆分極が生じるため正電圧のみを印加
して用いるが、電圧を印加することによって分極が生じ
ると、分極方向には圧電素子が伸び、これと直角の方向
には縮む変位が発生する特性がある。このため、例え
ば、図２における上下方向を分極方向とする場合、単板
圧電素子１０に正電圧を印加すればバイモルフ型圧電素
子は上に凸に変形し、単板圧電素子１１に正電圧を印加
すればバイモルフ型圧電素子は下に凸に変形する。従っ
て、単板圧電素子１０と１１に交互に電圧を印加すれば
矢印１３の方向に振動を発生させることができる。この
ようにして、バイモルフ型圧電素子は電気的エネルギー
を機械的エネルギーである振動に変換することができ
る。

【００２１】第一の変換素子４に用いられる単板又は積
層型圧電素子は、前述の第二の変換素子５とは逆で、第
一の変換素子４に機械的応力が加わると、その応力に比
例した誘導分極が発生し素子の両表面に正又は負の電荷
を生じる。このようにして、振動による機械的エネルギ
ーを電気的エネルギーに変換することができ、この電圧
を信号として取り出すことにより機械的エネルギーを検
出できる。

【００２２】上述した変換素子の働きにより、以下のよ
うにして回転板から検出器に伝達する振動を抑制するこ
とができる。回転板１で発生した振動は取付金具４に接
着された第一の変換素子４により検出され、さらに振動
による機械的エネルギーを検出信号として電気的エネル
ギーに変換され、この検出信号は制御器６にフィードバ
ックされる。制御器６はフィードバックされた第一の変
換素子４からの出力がゼロになるような振動条件を演算
により求め、第二の変換素子５への印加電圧の大きさ、
位相及びディレイを決定して制御信号として電源７に出
力する。電源７はこの制御信号に従って第二の変換素子
５に電力を供給し、第二の変換素子５は電源７から得た
電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換して回転板
１で発生した振動を打ち消すような逆位相の振動を発生
させる。第二の変換素子５を振動させることにより第一
の変換素子４の検出する振動がゼロに近づくようにフィ
ードバック制御は継続される。このようにして、回転板
１で発生した振動が取付金具３の部分で打ち消されれば
検出器２に伝達する振動は大きく低減される。

【００２３】次に、電気的エネルギーを機械的エネルギ
ーに変換する第二の変換素子として単板又は積層型圧電
素子を用いた実施例について図３を用いて説明する。こ
の実施例は図１で示した実施例とほぼ同様であるが、第
二の変換素子５’は取付金具３の片側だけでなく上下両
側に配置され、この２つの第二の変換素子５’がそれぞ
れ電源７に接続されている点で異なっている。このよう
に取付金具３の両側に第二の変換素子５’を設けるの
は、前述のような単板圧電素子の一般的な性質によるも
のである。即ち、単板圧電素子の縮み方向の変位しか取
付金具３の振動抑制のためには利用できないため、取付
金具３の上側に配置された第二の変換素子５’は矢印ｕ
で示す上側にしか変位させられず、同様に取付金具３の
下側に配置された第二の変換素子５’は矢印ｄで示す下
側にしか変位させられない。従ってそれぞれ逆の変位を
生じさせる２つの第二の変換素子５’を両側に配置する
ことによって、回転板１に発生した振動と逆位相の振動
を発生させることができる。一方、機械的エネルギーを
電気的エネルギーに変換する第一の変換素子４は、前述
したように取付金具３の変位によって電圧を発生させる
ものなので、図１の実施例と同様取付金具３の片側のみ
に取りつければ足りる。

【００２４】このような構成においては、回転板１で発
生した振動は取付金具４に接着された第一の変換素子４
により検出され、さらに振動による機械的エネルギーを
検出信号として電気的エネルギーに変換され、この検出
信号は制御器６にフィードバックされる。制御器６は演
算を行い、制御信号として電源７に出力する。電源７は
この制御信号に従って上側の第二の変位素子５’と下側
の第二の変位素子５’とで印加する電圧を切り替えて供
給する。このように各第二の圧電素子５’の縮み方向の
変位のみを利用して取付金具３に上下方向の振動を発生
させる。これにより、振動は抑制され、第一の変換素子
４の出力はゼロに近づく。

【００２５】尚、前述の図１及び図３に示した実施例で
は、第一の変換素子、第二の変換素子ともに各設置場所
に１つずつ配置した例を示したが、より細かく振動を抑
制するために、第一の変換素子、第二の変換素子ともに
複数設置してもよい。

【００２６】また、電気的エネルギーを機械的エネルギ
ーに変換する第二の変換素子の配置方向は、図１や図３
に示した方向に限られるものではない。図１で示した実
施例では、第二の変換素子５としてバイモルフ型圧電素
子を用いた場合、図中の上下方向である矢印８の方向の
振動をキャンセルすることができる。実際の装置におい
ては回転板１から伝達される振動の方向は矢印８の方向
に限られず、矢印８と交叉する方向にも振動が生じ得
る。このような振動に対しても同様の防振制御を行うた
め、例えば直交する向き（図中、取付金具３の前面又は
後面）にも第二の変換素子５を設けることが望ましい。
この場合、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換
する第一の変換素子４についても、対応した方向の振動
を検出できるように同様な向きも配置することが望まし
い。同様に、図３においても直交する向き（図中、取付
金具３の前面及び／又は後面）に第一の変換素子４や第
二の変換素子５’を設けることが望ましい。

【００２７】また、図３の実施例における第二の変換素
子５’として、単板圧電素子の代わりに積層型圧電素子
を用いることにより、縮み方向の変位でなく、より変位
の大きい分極方向の伸びの変位を利用することもでき
る。

【００２８】また、上述の実施例では第一の変換素子及
び第二の変換素子を回転板への検出器取付金具に設けた
例について説明したが、第一の変換素子及び第二の変換
素子を設置する位置はこれに限られるものではなく、例
えば、回転板へのＸ線管取付金具に同様にして設けても
よい。このようにすることにより振動の発生源の１つで
あるＸ線管から発生する振動を、伝達媒体となる回転板
へ伝わるのを抑制することができる。

【００２９】また図１及び図３に示す装置では、検出器
を取付金具を介して回転板に取付けたタイプの装置を示
したが、回転板への検出器の取り付けを取付金具を介す
ることなく直接的に取り付けることも可能である。この
場合は第一の変換素子及び第二の変換素子を回転板の検
出器近傍に設けることにより、上記同様に回転板から伝
達されてくる振動が検出器に伝わるのを抑制することが
できる。同様に、回転板に直接Ｘ線管を取り付ける場合
は、第一の変換素子及び第二の変換素子を回転板のＸ線
管近傍に設けて、振動発生源からの振動の伝達を抑制す
ることもできる。

【００３０】また、従来の防振機構を有した装置にも同
様にして適用することができる。さらに、いずれのタイ
プの装置の場合でも、振動伝達媒体となる回転板におい
て検出器側とＸ線管側の両方に適用し、振動をキャンセ
ルすればよりいっそう効果的である。更に、Ｘ線管に限
らず他の振動発生源付近に配置して、振動発生源から回
転板への振動の伝達を防止することもできる。

【００３１】

【発明の効果】本発明のＸ線ＣＴ装置によれば、回転
板、Ｘ線発生手段等により発生する振動を機械的エネル
ギーを電気的エネルギーに変換する第一の変換素子によ
り検出し、制御器により演算した結果に基づき電気的エ
ネルギーを機械的エネルギーに変換する第二の変換素子
を制御することにより、装置の振動発生源で生じた振動
と逆位相の振動を発生させて検出器に伝達される振動を
抑制するので、振動によるＸ線ＣＴ画像のアーチファク
トを低減できる。

【００３２】また、検出器を取付金具を介して回転板に
固定することにより、回転板から検出器に伝達される振
動を単純化されたものとして取り扱うことができ、この
ような取付金具に第一及び第二の変換素子を配すること
によってこれらによる振動の検出及び制御が容易にな
る。

【００３３】また、回転板に直接検出器を固定する場合
でも、これらの第一の変換素子及び第二の変換素子を回
転板における検出器の取付部付近に設けることにより、
検出器に伝達される振動を効率よくキャンセルすること
ができ、検出器の変位による診断画像のアーチファクト
が低減できる。同様に、回転板におけるＸ線発生手段の
取付部付近や、回転板とＸ線発生手段との間に設けるこ
とにより、振動の発生源から振動の伝達媒体となる回転
板へ振動が伝わるのを抑制することができるので、同様
に画像のアーチファクトを低減できる。

【００３４】更に、第二の変換素子として圧電素子を用
いることにより、広い周波数範囲での振動抑制ができ、
振動に対する応答性も良好である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＸ線ＣＴ装置の検出器部分の一実施例
の断面図。

【図２】本発明のＸ線ＣＴ装置に適用するバイモルフ型
圧電素子の断面図。

【図３】本発明のＸ線ＣＴ装置の検出器部分の他の実施
例の断面図。

【図４】従来のＸ線ＣＴ装置を示す図であり、（ａ）は
スキャナー前面からの斜視図、（ｂ）はスキャナー後面
からの斜視図。

【図５】従来のＸ線ＣＴ装置の検出器部分の断面図。

【符号の説明】

１ 回転板 ２ 検出器 ３ 取付金具 ４ 第一の変換素子（圧電素子） ５、５’ 第二の変換素子（圧電素子） ６ 制御器 ７ 電源 ２７ Ｘ線管装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対象物体にＸ線を照射するＸ線発生手段、
   前記対象物体を透過後のＸ線を検出する検出器、前記Ｘ
   線発生手段及び前記検出器を回転軸に対して対向配置し
   た回転板並びに前記回転板を支持するフレームを備えた
   ガントリと、前記検出器により検出された信号から前記
   対象物体のＸ線画像を再構成して出力する画像再構成手
   段と、Ｘ線照射条件を制御する制御手段とを備えたＸ線
   ＣＴ装置において、 前記ガントリ内に、前記ガントリにおいて発生する振動
   を検出し、この振動による機械的エネルギーを電気的エ
   ネルギーに変換して出力する少なくとも１つの第一の変
   換素子と、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換
   して前記ガントリに発生する振動を打ち消す少なくとも
   １つの第二の変換素子とを備え、 前記第一の変換素子からの出力を検出し、この出力を略
   ゼロにする振動条件を演算により求める制御器と、前記
   制御器により制御されて前記第二の変換素子に電力を供
   給する電源とを備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。