特許 6820989 撮像装置とその駆動方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6820989

(24)【登録日】2021年1月7日

(45)【発行日】2021年1月27日

(54)【発明の名称】撮像装置とその駆動方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 6/03 20060101AFI20210114BHJP

【ＦＩ】

   A61B6/03 321Z

   A61B6/03 321A

   A61B6/03 320B

【請求項の数】5

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2019-178706(P2019-178706)

(22)【出願日】2019年9月30日

【審査請求日】2020年1月7日

(31)【優先権主張番号】特願2019-127481(P2019-127481)

(32)【優先日】2019年7月9日

(33)【優先権主張国】JP

【権利譲渡・実施許諾】特許権者において、権利譲渡・実施許諾の用意がある。

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】711002269

【氏名又は名称】雫石 誠

(72)【発明者】

【氏名】雫石 誠

【審査官】 伊藤 昭治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１４７６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０９−５０８５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１１２３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２１７１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−０００４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０６６６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００３０１３６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ６／００ − ６／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガントリの内部において体軸方向を中心軸として回転する回転部を有するＣＴ装置であって、該回転部に内蔵する光源、検出器、画像メモリ、或いは二次電池のいずれかがカートリッジ構造であって、かつ該カートリッジ構造からなる光源、検出器、画像メモリ、或いは二次電池を個別に収納するカートリッジ収納部に対し該回転部の該中心軸のある内側から該回転部の外周の法線方向に向かって該カートリッジ構造からなる光源、検出器、画像メモリ、或いは二次電池を挿入、及び抜去するための個別の開口部を該中心軸に平行な該ガントリの内周面に有するＣＴ装置。

【請求項2】

体軸方向を中心軸として回転する回転部を内蔵するガントリ、該ガントリを載せる架台、該架台の上部において該ガントリを該中心軸の方向に移動させる駆動部、及び該ガントリを待機させるクレードルが該架台の上部において直立した構造からなるＣＴ装置であって、該回転部に内蔵する光源、検出器、画像メモリ、或いは二次電池のいずれかがカートリッジ構造であり、かつ該カートリッジ構造からなる光源、検出器、画像メモリ、或いは二次電池を個別に収納するカートリッジ収納部に対し該回転部の該中心軸の方向に該カートリッジ構造からなる光源、検出器、画像メモリ、或いは二次電池を挿入、及び抜去するための個別の開口部を該ガントリの該中心軸に垂直な側面部に有し、さらに該カートリッジ構造からなる光源、検出器、画像メモリ、或いは二次電池を保持するカートリッジホルダーを該クレードルに有するＣＴ装置。

【請求項3】

前記光源がＸ線光源であって、該Ｘ線光源における電子ビーム発生部がカーボンナノ構造体から構成された請求項１、又は請求項２に記載のＣＴ装置。

【請求項4】

前記検出器が光電子倍増管型検出器、アバランシェホトダイオード型検出器、或いはフォトンカウンティング型検出器のいずれかである請求項１、又は請求項２に記載のＣＴ装置。

【請求項5】

前記ガントリが前記クレードルに退避した後に、前記回転部の内部にあるカートリッジ構造の前記二次電池を前記中心軸方向に抜去し、抜去した後のカートリッジ収納部に充電済みのカートリッジ構造の二次電池を挿入する請求項２に記載のＣＴ装置の駆動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はコンピュータトモグラフィー装置等の撮像装置とその駆動方法、及びにこれらを搭載した医療検診車両等に関する。

【背景技術】

【0002】

撮像装置、例えばＸ線コンピュータトモグラフィー（ＣＴ）装置は、撮像対象物の周囲を回転する回転部を含むガントリ、ガントリの内側を通過するように被験者を載せた寝台を体軸方向に前進又は後退させる寝台移動装置、回転部と電気的接続を可能にするスリップリング、及びスリップリングを介し外部に転送された画像データを処理する画像描出部等を含む操作及びモニター部等から構成されている。回転部の内部には、多数の撮像素子の集合体からなる検出器、検出器からの信号を処理する回路基板、被験者等の撮像対象物を挟んで対向する位置にあるＸ線発生部、冷却ファン、高電圧電源回路等が内蔵されている。ＣＴ装置は大型、高重量かつ高額な画像診断機器であって、ＣＴ装置本体を設置する建物、電源、及び空調設備等の設置費用に加え、常時機器の性能を最適に保つための維持管理費も大きな負担となっている（特許文献１乃至特許文献６）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６１−２４４３３０

【特許文献2】特開平２−２２４７４６

【特許文献3】特開２００１−２５８８７３

【特許文献4】特開２００５-５１６３４３

【特許文献5】特開平４−２２１００

【特許文献6】特開平１１−１８８０２９

【特許文献7】特開２０１６−１０７０６２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

Ｘ線ＣＴ等のＣＴ装置を小型・低価格化することにより、広く世界中の人々の健康維持に寄与する。特に癌その他の疾病を早期に発見し、増大する医療費を削減にすることが望まれる。また、開発途上国、その他遠隔地や過疎地域にあっても、最新かつ高水準の医療サービスを提供することにより、自然災害や地域紛争の結果生じた医療格差を解消する。解決すべき課題について以下に詳しく説明する。

【0005】

ＣＴ装置の大型化、或いは高額化する要因には、様々な未解決の技術的課題が残されており、未だ有効な打開策が見出されていない。従来のＣＴ装置の小型化を阻害する要因の一つは、ガントリの小型・軽量化が困難な点にある。ガントリ内の回転部の内径は、人体が余裕をもって体軸方向に移動し通過できる程度の内径寸法、例えば８０cm以上の内径が求められる。Ｘ線源や検出器等を搭載するため、ガントリの外径は１００cmを超える。また検出器、検出器信号処理回路、Ｘ線源、Ｘ線源駆動制御回路、空冷ファン等がガントリ内で回転する構造が一般的である。しかし、Ｘ線源、Ｘ線源駆動制御回路、空冷ファン等は高重量であり、これらを直径８０cm以上の円周上において毎秒１〜２回転の速度で回転させる場合の慣性モーメントや重量物の回転に伴う振動、騒音等を抑制し装置全体に及ぼす弊害を最小限にする必要がある。さらに被験者を体軸方向に移動させるため、被験者を載せた寝台を定められた速度で前進又は後退させる必要がある。被験者の多様性、即ち体重の幅（例えば、数キログラム〜２００キログラム）を考慮すると、寝台移動手段もこのような重量範囲をカバーできる堅牢性と寝台の安定移動を確保するする必要があり、装置全体がさらに大型化・高重量化することになる。そのため、このようなＣＴ装置の高度医療用画像診断機器を搭載する小型医療検診車両の実用化を妨げている。

【0006】

また検出器等がガントリの内部で体軸方向を中心に毎秒１〜２回転程度の速度で回転する。そのため、検出器等の出力信号を外部に読み出すためにスリップリングと呼ばれる機械的接触手段により信号の送受信、或いは電力の授受を行っている。スリップリングによる電気的接続を確実にするには、回転数を低く抑え、かつ検出器からの出力信号線本数を少なくする必要がある。信号線本数を少なくするためには、パラレル信号をシリアル化しスリップリングを介し読み出す方法が採用されている。しかし、大量の撮像データをシリアル伝送すると伝送周波数が上昇するため、高速のラインバッファ素子など専用半導体素子を開発する必要があり、さらに伝送周波数の上昇に伴う消費電力や発熱の増大も避けられない。また、一度のＸ線パルス照射により広い領域を露光できるようにスライス幅を広げた構造に移行しつつある。その結果、ガントリの高重量化に加え、Ｘ線発生装置の大型化も避けられない。また、体軸方向の受光領域（即ちスライス数）を拡大する必要があり、使用する検出器の受光面積或いは画素数の増大を伴い、さらに高速かつ大容量のデータ伝送と外部の記録媒体への高速リアルタイム記録が求められる。例えば、スライス数が６４の場合、１Gbytes/sec以上のデータ処理速度が求められる。大量のデータをリアルタイムで高速記録するには、例えば、RAID(Redundant Arrays of Independent Disks)のような複数台のハードディスクを組み合わせて使用する方策が取られているが、その記録速度は８００Mbytes/sec程度以下のため、何らかのデータ圧縮の検討も必要になる。

【0007】

電力の授受については、特にＸ線源等対する電力供給が問題となる。近年、スライス幅の拡大に伴い、Ｘ線源の大型化、即ち管電流の増大に伴い高電圧発生回路等を含むＸ線源駆動制御回路に供給する電流量も増大する傾向にある。その結果、スリップリングは、ブラシに対し高速かつ滑らせながら大きな電流を流す必要があり、接触面が発熱し焼き付きの原因となる。そのため、スリップリングやブラシの表面研磨や部材の定期的交換等のメンテナンスが必須となっている。このように、被験者を移動させる寝台やガントリ部等の小型・軽量化が難しく、ＣＴ装置を運搬して使用する移動診療が困難である。

【0008】

さらに設置するための建屋や床の強度、或いは空調設備を含めた専用の電源設備等にも新たな設計仕様が求められる。このように、ＣＴ装置を導入する場合のコストは、装置自体の導入費用に加え、建屋や空調・電源設備等に要する建築費用、さらには一年を通し装置及び建屋全体の温湿度等の維持管理費や定期的メンテナンス費用等の経費負担を考慮する必要がある。特に、戸外或いは遠隔地におけるＣＴ装置の稼働には、安定した商用電力の供給が得られず、バッテリー駆動を前提とする使用環境に対応しなければならない。また、太陽光その他自然エネルギーに頼らざるを得ない場合もあり、ＣＴ装置自体の電力消費の削減のみならず、エネルギーロスの削減も解決すべき課題の一つである。

【0009】

このように、ＣＴ装置の小型・軽量化、低消費電量化を実現し、さらにＣＴ装置の多用途（ハイブリッド）化、修理、或いは定期的なメンテナンス負荷の軽減が本発明の解決すべき課題である。

【課題を解決するための手段】

【0010】

ＣＴ装置のガントリの内部において体軸方向を中心軸として回転する回転部の内部に取り付けられた光源、検出器、検出器の出力信号を記録する画像メモリ、二次電池のいずれかがカートリッジ構造であり、かつ回転部にこのカートリッジを中心軸の方向、或いは中心軸から法線方向に向かって挿入又は抜去するための開口部を有するカートリッジ収納部を回転部に設ける。また、カートリッジ収納部の個数が、挿入するカートリッジの個数よりも多くする。

【0011】

ガントリの中空部に被検体を導き入れる寝台装置を有するＣＴ装置とする。或いは、ガントリを載せる架台、架台上においてガントリを中心軸の方向に移動させる駆動部を有するＣＴ装置とする。

【0012】

回転部の内部に光源、光源を駆動制御する光源駆動制御回路、検出器、検出器を駆動及び検出器の出力信号を処理する検出器駆動回路及び信号処理回路、検出器の出力信号を記録する画像メモリ、これらを駆動するための二次電池を内蔵し、さらに回転部には回転部インターフェース、回転部を取り囲む固定部の内周に回転部インターフェースとの間で信号又は電力の授受を行うホストインターフェースを有するＣＴ装置とする。

【0013】

回転部の内部に光源、光源を駆動制御する光源駆動制御回路、これらを駆動するための二次電池を内蔵し、回転部に回転部インターフェースを有し、かつ固定部の内周に沿って検出器、検出器を駆動及び検出器の出力信号を処理する検出器駆動回路及び信号処理回路を有し、さらに固定部には回転部インターフェースとの間で信号又は電力の授受を行うホストインターフェースを有するＣＴ装置とする。

【0014】

光源の、回転部の回転中心を挟んで対向する部分に、光源からの出射光を透過する開口部を有するＣＴ装置とする。

【0015】

架台の上部にクレードルを有し、かつクレードルにホストインターフェースを有するＣＴ装置とする。

【0016】

検出器が光電子倍増管型検出器、アバランシェホトダイオード型検出器、又はフォトンカウンティング型検出器のいずれかを使用するＣＴ装置とする。

【0017】

回転部インターフェースとホストインターフェースが所定の位置において機械的に接触することにより電気的に接続するＣＴ装置とする。

【0018】

回転部インターフェースとホストインターフェースが所定位置において近接し電磁場の相互作用により電気的に接続する非接触のインターフェースであるＣＴ装置とする。

【0019】

ガントリ又は寝台の体軸方向の移動、或いはガントリの撮像動作を制御する制御信号を無線通信により送受信する無線インターフェースをガントリ、架台、或いはクレードルのいずれかに有するＣＴ装置とする。

【0020】

光源がＸ線光源であって、Ｘ線光源における電子ビーム発生部がカーボンナノ構造体から構成されたＣＴ装置とする。

【0021】

回転部の円環状の部分に沿って誘導コイルを配置し、かつ回転部の周囲を取り囲むガントリの固定部に沿って永久磁石を配置し、回転部の慣性モーメントが誘導コイルに誘起する起電力に変換し蓄電する回生ブレーキ回路を回転部に有するＣＴ装置とする。好ましくは、回生ブレーキ回路に電気二重層キャパシタを有するＣＴ装置とする。

【0022】

ガントリの内部にある回転部が二つの部分から構成され、一方の回転部にはタイミングベルトが装着され、他方の回転部にはラチェット構造により一方の回転部と機械的に連動する構造であって、一方の回転部の周囲には爪が取り付けられ、他方の回転部の内周にある溝に引っ掛かることにより、他方の回転部にトルクを伝達し、一方の回転部が逆方向に回転すると、爪は他方の回転部の内周にある溝を乗り越えてトルクを伝達できず他方の回転部が空転するラチェット構造であるＣＴ装置とする。

【0023】

体軸方向が鉛直方向であるＣＴ装置とする。

【0024】

ガントリ内の回転部と固定部は、複数のボールベアリングを介し、鉛直方向に組み合わされ、かつ回転部は、タイミングベルトを介し外部モータにより回転させ、さらに回転部と固定部が対面する部分にそれぞれ永久磁石が対となり、いずれも同じ極性同士が対向するように配置したＣＴ装置とする。

【0025】

検診車両の一方の側面部に被検体挿入開口部を有するＣＴ装置を搭載した検診車両とする。

【0026】

検診車両の両サイドの側面部に被検体の挿入、或いは搬出のための開口部を有するＣＴ装置を搭載した検診車両とする。

【0027】

体軸方向が鉛直方向であるＣＴ装置を搭載した検診車両とする。

【0028】

ガントリがクレードル部に退避したときに回転部の内部のカートリッジを抜去し、交換用のカートリッジを抜去した後のカートリッジ収納部に挿入するＣＴ装置の駆動方法とする。

【0029】

回転部の内部のカートリッジを抜去し、重量バランス調整用のカートリッジをこの抜去した後のカートリッジ収納部に挿入するＣＴ装置の駆動方法とする。

【0030】

ガントリ又は寝台の中心軸方向に移動開始後、被検体を透過した光信号を検出器により電気信号に変換し、電気信号を画像メモリに記録しながら回転部を回転させ、ガントリ又は寝台の中心軸方向の移動を所定位置において停止し、画像メモリに記録された電気信号を読み出すＣＴ装置の駆動方法とする。

【0031】

ガントリ又は寝台の体軸方向の移動、及び回転部の回転開始後、Ｘ線照射による撮像を開始し、ガントリ又は寝台の体軸方向の移動による撮像終了後、さらにガントリ又は寝台の体軸方向の移動の移動方向を反転させガントリ又は寝台の移動による撮像を行う撮像方法であって、反転の後に回転部の回転方向を反転させることを特徴とするＣＴ装置の駆動方法とする。

【0032】

回転部の回転開始後、ガントリ又は寝台の移動を開始後、Ｘ線照射による被検体の撮像を開始し、検出器アレーから得られたデジタルデータをリアルタイムで画像メモリに記録し、撮像終了後、回転部の回転運動エネルギーを誘導コイルの逆起電力に変換し電気エネルギーとして回収し、これをキャパシタ又は二次電池に充電する工程を特徴とするＣＴ装置の駆動方法とする。

【0033】

一方の回転部が他方の回転部にトルクが加わる方向に回転開始後、ガントリ又は寝台の移動を開始し、Ｘ線照射による撮像が開始され、検出器から得られたデジタルデータをリアルタイムで画像メモリに記録し、撮像終了後、一方の回転部の回転トルクを減少或いは停止させ、他方の回転部との結合を解き、他方の回転部の内部の回生ブレーキ回路により、回転運動エネルギーを誘導コイルにおいて逆起電力に変換し電気エネルギーとして回収し、キャパシタ又は二次電池を充電しながら他方の回転部の回転運動を減速、停止させるＣＴ装置の駆動方法とする。

【発明の効果】

【0034】

本発明によれば、ガントリ内の構成部品、例えば、Ｘ線源、Ｘ線検出器、二次電池等をカートリッジ構造としたので、ガントリ自体を分解修理するまでもなく、故障している箇所のみ抜き出し、新たな構成部品を挿入すればよく、修理に要する時間やコストを大幅に削減できる。また、スリップリングやブラシ等を不要とした構造においては、定期的な部品交換やメンテナンス等の頻度が減少し、その結果、常時機器の性能を最適に保つための年間維持経費と機器のダウンタイムを大幅に削減できる。さらに、撮影装置の小型・軽量化、及び低消費電力化が実現し、撮像装置を設置するスペース、建物及び電源、空調設備等の建設コストを大幅に削減できる。また、回生ブレーキ回路によるエネルギーハーベスト技術の導入により環境に優しいＣＴ装置を実現することができた。加えて、高感度の検出器を使用できるので、被験者の放射線被ばく量を低減することが容易になる。特に、ガントリ内の回転部の回転数を増加して高速スキャンを行う場合であっても、撮影終了後の回転部の回転モーメントを電気エネルギーに変換・回収し、次の撮影時、即ち回転運動の開始時において、回収した電気エネルギーを再利用できる。その結果、例えば、回転部内に内蔵した二次電池の小型化、充電時間の短縮、或いは充電後の撮影回数を増加させることができる。また、目的に応じてガントリ部のみ、或いは光源部や検出器モジュールを交換することにより、整形外科、循環器科、消化器科領域における各種Ｘ線画像診断装置、ＣＴ、ＰＥＴ等を全て設置するまでもなく、本発明に係るハイブリッド化した撮像装置一台において異なる医療分野における様々の診断を実現する。また、病院内の手術室や入院病棟であっても、事故等で運び込まれた救急患者或いは重症患者等が検査等まで移動せずに医師がベッドサイドで迅速に初期診断と治療方針を決定することが容易になる。このように撮像装置の小型・軽量化、及び低消費電力化に加え、修理やメンテナンスの負荷を減少させることができる。これらにより、車両等により移動可能なＣＴを実現し、遠隔地や災害発生地域等における迅速かつ的確な初期診断が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】（ａ）はガントリ５の内部にある回転部分２３の内部構造を説明するためのＺ軸方向から見た平面図である。（ｂ）は回転部分２３の内部、特に検出器とその周辺回路を説明するための回路構成図である。（ｃ）回転部分２３の内部、特にＸ発生部と高電圧駆動回路を説明するための回路構成図である。

【図2】（ａ）は実施例に係る撮像装置１００のＸ軸方向からみた側面図であり、（ｂ）は同じくＺ軸方向からみた平面図であり、（ｃ）は図１（ａ）において破線で囲まれた部分Ａの拡大図である。

【図3】（ａ）は実施例に係る撮像装置２００の特に回転部２３をＸ軸方向からみた断面図である。（ｂ）は実施例に係る撮像装置２１０の特に回転部２３をＸ軸方向からみた断面図である。（ｃ）は撮像装置８００のガントリ部の構造を説明するためのＺ軸方向からみた平面図である。

【図4】（ａ）は、実施例に係る撮像装置３００のＸ軸方向からみた側面図であり、（ｂ）は同じくＹ軸方向からみた平面図であり、（ｃ）は同じくＺ軸方向から見た平面図である。

【図5】（ａ）は実施例に係る撮像装置４００のＸ軸方向からみた側面図であり、（ｂ）は非接触インターフェース部（１０及び１２）におけるワイヤレス給電部分の回路構成を説明するためのブロック図である。（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ着脱可能なカートリッジ構造からなる二次電池（２７ｍ）をクレードル内のカートリッジホルダー２２に結合させる前の状態をＸ軸方向から、及びカートリッジホルダー２２に取り付けられた充電済の二次電池（２７ｍ）をガントリ内に取り込む前の状態をＹ軸方向から見た概念図である。

【図6】（ａ）は撮像装置５００のガントリ部をＺ軸方向からみた平面図である。（ｂ）は、撮像装置５００のガントリ５−２の構造を説明するためのＸ軸或いはＹ軸方向から見た断面図である。（ｃ）は、撮像装置５１０のガントリ５−２の構造を説明するためのＸ軸或いはＹ軸方向から見た断面図である。

【図7】（ａ）は撮像装置６００の特にガントリ部をＺ軸方向からみたＸ−Ｙ平面図であり、（ｂ）は同じくＸ軸或いはＹ軸方向からみた断面構造図であり、（ｃ）は図７（ａ）において破線で囲まれた部分Ｂの拡大図である。（ｄ）は、回転部２３に形成された開口部２８を説明するため、Ｘ線源２５ｍから開口部方向を見たときの平面図であり、開口部に固定部２４に配置した検出器ユニット３０の一部が見えている。

【図8】（ａ）は本発明の撮像装置の駆動方法を説明するためのフローチャートである。（ｂ）は、回転部２３が回転しながら、ガントリ又は寝台がＺ軸方向に移動する場合のＸ線発生部等光源部の被検体に対する相対的な螺旋状軌跡を説明する概念図である。（ｃ）は、ガントリ又は寝台のＺ軸方向の移動の後にガントリ又は寝台のＺ軸方向の移動方向を反転し、かつガントリ内の回転部２３の回転方向も反転し撮像する場合のＸ線発生部等光源部の被検体に対する相対的な螺旋状軌跡を説明するための概念図である。（ｄ）は、ガントリ又は寝台のＺ軸方向の移動の後にガントリ又は寝台のＺ軸方向の移動方向を反転し、かつガントリ内の回転部２３の回転方向は変更せず撮像する場合のＸ線発生部等光源部の被検体に対する相対的な螺旋状軌跡を説明するための概念図である。

【図9】（ａ）実施例に係る撮像装置７００の特にガントリ５の内部の回転部分をＺ軸方向からみた平面図である。（ｂ）及び（ｃ）は、（ａ）における破線部分３９における回転部２３の外周とこれを取り囲むガントリ５の内周における電磁誘導を説明するための一部拡大図である。（ｄ）は撮像装置７００のガントリ内部にある回転部分２３の内部、特に回生ブレーキ５０を説明するため回路構成図である。

【図10】（ａ）は実施例に係る撮像装置８００の特にガントリ５の内部構造をＺ軸方向からみた平面図である。（ｂ）は、回転部２３−１、２３−２におけるラチェット機構の一例を説明するための部分拡大図（３９Ｒ）である。（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ回生ブレーキ、ラチェット機構等を用いた場合の撮像装置の駆動方法を説明するためのフローチャートである。

【図11】（ａ）は、実施例に係る撮像装置９００をＸ軸方向からみた側面図である。（ｂ）は実施例に係る撮像装置１０００の斜視図であり、（ｃ）は撮像装置１０００におけるガントリ部５のＸ軸又はＹ軸方向から見た断面構造図である。

【図12】（ａ）は実施例に係る医療検診車両１１００の側面図であり、（ｂ）は実施例に係る医療検診車両１２００の側面図である。（ｃ）は医療検診車両１１００を上方（Ｙ軸方向）から見た平面図であり、（ｄ）は医療検診車両１１２０を上方（Ｙ軸方向）から見た平面図である。

【実施例】

【0036】

本発明では、ガントリ或いは寝台の移動方向、即ち「体軸方向」をＺ軸、Ｚ軸に垂直な面をＸ−Ｙ平面と定義する。図１を用いて、ＣＴ装置の回転部２３の内部構造、特に電気回路部分について詳しく説明する。図１（ａ）は、ガントリ５の内部にある回転部２３の内部構造を説明するＺ軸方向から見たときの構成部品等を示す平面図である。回転部２３の内部には、光源、例えばＸ線発生部２５ｍ、高電圧制御回路２９、検出器アレー３１、検出器周辺回路３３、検出器駆動制御回路４１、後述するデジタル信号処理回路（図示せず）、画像メモリ３５ｍ、二次電池２７ｍ、回転部インターフェース２−２を有する。Ｘ線発生部２５ｍ、二次電池２７ｍ、画像メモリ３５ｍは、以下に詳しく説明するように、回転部２３からそれぞれ個別に容易に挿入、及び抜去が可能な構造である。カートリッジと回転部２３は、金属端子同士の接触により電気的導通が可能である。回転部インターフェース２−２は、後述の非接触インターフェースであっても、導電性の電極による電気的接点であってもよい。Ｘ線発生部２５ｍから出射されたＸ線ビーム２６が寝台３に載せられた被験者（図示せず）を透過し、検出器アレー３１に到達する。なお、回転部の回転時における重量バランスを調整する重量バランス調整部を設けてもよい。好適には、Ｘ線発生部２５ｍにカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）等のカーボンナノ材料を電界電子放出源とするＸ線発生装置を用いてもよい。カーボンナノ材料を冷陰極材料として用いるので、予熱が不要であり従来のＸ線管を用いた場合に比べ、小型・低消費電力化が可能になり、高電圧制御回路２９の小型化や冷却ファンの小型化或いは冷却ファンそのものを不要にできるからである。なお、本実施例では、回転部２３の内部に検出器アレー３１が内蔵されている構造について説明したが、後述するように、検出器アレー３１が回転部２３の内部ではなく、回転部２３を取り巻くガントリ５の固定部の内周部全周に亘って配置した構造であってもよい(図６等）。この場合には、検出器周辺回路の一部、画像メモリ、ホストインターフェース等がガントリ内の固定部に配置される。

【0037】

図１（ｂ）は回転部２３の内部、特に検出器３１とその周辺回路３３を説明するための回路ブロック図である。図１（ａ）における周辺回路３３には、検出器駆動制御回路４１、信号増幅・アナログデジタル（ＡＤ）変換回路４３、信号走査・制御回路４５、デジタル信号処理回路４７、パラレルシリアル変換回路４９等を含んでいる。図示するように、検出器アレー３１には、複数の検出器ユニット３０が円弧状に、或いはスライス数を増やすためにＺ軸方向にも規則的に並んでいる。検出器ユニット３０には、従来のＴＦＴ型の検出器に加え、例えば、小型の電子増倍型検出器（例えば、浜松ホトニクス社製「マイクロＰＭＴ素子」等）やアバランシェ効果（ＡＰＤ）を利用した増幅型検出器、フォトンカウンティング型検出器等を用いることができる。また、アナログデジタル（ＡＤ）変換回路をオンチップ化したＣＭＯＳ型或いはＣＣＤ型検出器を使用することができ、高速かつ低ノイズの読み出しが実現する。或いは、複数の検出器アレーの位置合わせ精度が高く、軽量化が容易なＣＭＯＳ型検出器を使用することもできる（例えば、特許文献７）。これらの検出器ユニットは高感度、或いは低ノイズであるため、Ｘ線照射（被ばく）量を減少させ、或いは短時間パルス照射によるＺ軸方向の高速走査が容易になる。また、後述するように、Ｘ線照射面積を拡大する必要がなければ、Ｘ線発生部に必要な高電圧電流を増大させることもない。また回転部２３のＺ軸方向の薄型化による軽量化に加え、特に電界電子放出源として使用するカーボンナノ材料の安定性や耐久性を向上させることもできる。

【0038】

検出器アレー３１から出力される検出器信号は、信号増幅・ＡＤ変換回路４３によりデジタルデータ（例えば１６ビット）に変換され、信号走査・制御回路４５を経由してデジタル信号処理回路４７に送られ必要な画像処理が加えられる。デジタル信号処理回路４７から送られた画像データを直接記録するために回転部２３の内部に画像メモリ３５を内蔵している。パラレルシリアル変換せずにバスライン３８を介し直接画像メモリ３５にパラレル記録することができるので、高速書き込みが可能になる。画像メモリ３５には、磁気記録媒体も使用できるが、記録速度、及び信頼性の観点から、ＤＲＡＭやＮＡＮＤ形フラッシュメモリ等の半導体メモリが好適である。他方、撮像終了後であって、回転部２３の回転及びガントリ５の移動停止後に画像データを画像メモリ３５から読み出す場合には、撮像時と異なりリアルタイムで読み出す必要がないので、パラレルシリアル変換回路４９により、シリアルデータとして、回転部インターフェース２−２に出力すれば良い。シリアル化することにより、ホストインターフェース２−１における端子数を減らせる効果も有する。ホストインターフェース２−１と回転部インターフェース２−２からなる電気的接続手段においては、回転部２３の回転部インターフェース２−２の内部に複数のコネクタがあり、その形状が凹状の受け構造である（凹型接続端子６）。他方、ホストインターフェース２−１の側には凸型接続端子４が同数あり、接続端子４を凹型接続端子６に挿入することにより電気的接続が可能になる。従来の動的機械的（摺動）接点であるスリップリングを使用した場合とは異なり、回転部２３の静止時おいて内部に記録・蓄積した画像データを回転部インターフェース２−２からホストインターフェース２−１に読み出す。そのため、スリップリング使用時の弊害を解消でき、かつ回転部２３の高速回転、例えば毎秒５回転以上の高速回転も容易になる。このように、回転部２３の軽量化と回転速度の高速化により、体軸（Ｚ軸）方向におけるスキャン速度を高速化できるため、スライス数を増やすことなくＸ線被ばく量を軽減することができる。

【0039】

図１（ｃ）は回転部２３の内部にあるＸ線発生部２５ｍと光源駆動回路２９を説明するためのブロック図である。カートリッジ構造のＸ線発生部２５ｍは、カーボンナノ材料電子ビーム発生冷陰極２５Cと陽極ターゲット２５Ａから構成されている。光源駆動回路２９は、電圧昇圧回路２９−１と高電圧制御回路２９−２から構成されている。好適には、光源駆動回路２９は、スイッチング電源及びパワー半導体を用いることにより、トランスレスの小型・軽量・低消費電力の高電圧電源部とする。カートリッジ構造の二次電池２７には、例えば、リチウムイオン電池を用いることができる。このように、リチウムイオン電池２７ｍの直流電圧を光源駆動回路２９により昇圧し、かつタイミングコントロールされた高電圧パルスをＸ線発生部２５ｍに印加することができる。なお、リチウムイオン電池２７ｍは、図示していない電池残量検知回路及び充電回路により、回転部２３の静止時において回転部インターフェース２−２とホストインターフェース２−１を介し充電することができる。

【0040】

実施例に係るＣＴ装置１００をＸ軸方向から見た側面図を図２（ａ）に示す。ＣＴ装置１００は、寝台３−１、及びこれを支えかつ移動させる寝台移動支持部（３−２）、と円環状の空洞部有するガントリ５から構成されている。既に説明したように、ガントリ５の内部には回転可能な回転部２３があり、その詳細は図１において説明した通りである。また、回転中心軸１はＺ軸、即ち体軸方向に平行である。回転部２３の周囲には固定部２４がボールベアリング等（図示せず）を介し組み合わされている。回転部２３と固定部２４との間における破線で囲まれた部分Ａについて以下に説明する。なお、図示していないを操作・制御部及び表示（モニター）部があり、画像描出回路及びソフトウエア等により再構成された断層像等がモニター上に表示される。

【0041】

図２（ｂ）は、ＣＴ装置１００をＺ軸方向から見た平面図である。ガントリ５の円環状の部分の内部には、回転中心軸１の周囲を回転する回転部２３がベアリングを介し取り付けられている。さらに回転部２３を回転させるためのタイミングベルト２１と回転部駆動モータ１９が取り付けられている。なお、後述するように、回転部２３を回転子、これを取り囲むガントリ５の内周を固定子とするダイレクトドライブ（ＤＤ)モータ構造としても良い。図２（ｃ）は、図２（ａ）における要部Ａの拡大図であり、回転部２３の側面部には、金属電極からなる回転部インターフェース６−１が形成されている。回転部インターフェース６−１は、凸型接続端子４からなるホストインターフェースと対向する位置にあるので、回転部２３の静止時において互いに接触することにより電気的に接続することができる。なお、好適には凸型接続端子４と回転部インターフェース６−１が対向する位置で停止するようにするため、ホール素子等を用いた位置センサ等（図示せず）を使用することができる。或いは、回転部インターフェース６−１を回転部２３の側面の円環状全周にわたりリング状に形成すれば、回転部２３の静止位置によらず電気的接続が可能である。

【0042】

図３（ａ）、及び（ｂ）は、実施例に係るＣＴ装置２００、及び２１０のガントリ部分を説明するためのＸ軸方向からみた断面図である。回転部２３の内部に組み込まれる構成要素であるＸ線発生部２５ｍは、ターゲット部材の劣化や電子ビーム発生冷陰極材料、本実施例ではカーボンナノ材料の消耗等により、使用頻度に応じた交換が必要である。同様に、検出器アレー３１ｍも、使用する半導体部品等の放射線損傷、或いは積層するＸ線シンチレータ材料の湿度依存性などの理由から交換が必要になる場合がある。そこで本実施例では、カートリッジ構造のＸ線発生部２５ｍと検出器アレー３１ｍにより、回転部２３から脱着可能とした。図３（ａ）に示すように、回転部２３にはカートリッジ構造のＸ線発生部２５ｍと検出器アレー３１ｍが挿入されるカートリッジ収納部２５ｆと３１ｆ（いずれも破線部）が形成されている。Ｘ線発生部２５ｍと検出器アレー３１ｍの挿入、及び抜去の方向はＺ軸、即ち体軸方向であり、カートリッジを挿入又は抜去するための開口部がＺ軸方向に向かって開口している。例えば、後述するように、クレードル部との間で新旧のカートリッジを交換する場合（図５（ａ））に好適である。

【0043】

これに対し、図３（ｂ）に示す構造においては、Ｘ線発生部２５ｍと検出器アレー３１ｍの挿入、及び抜去の方向はＺ軸方向に対し直角、即ち、回転部２３が描く円形の法線方向である。さらに、カートリッジを挿入又は抜去するための開口部は、図示するように、回転部２３の中心軸１のある内側から回転部２３の外周方向に向かって開口している。そのため、カートリッジの交換時に回転部２３を取り巻く固定部が交換作業の障害にならないという利点がある。また、既に図２において説明した構造のように、回転部の側面部に電気的接続端子（４、６−１）等が配置されている場合にも好適な構造である。なお、カートリッジ構造は、Ｘ線発生部２５ｍと検出器アレー３１ｍに限定されず、前述、或いは後述するように、二次電池２７、或いは記録容量増大に対応するため画像メモリ（図１（ａ）、図５（ｃ）、（ｄ）等）をカートリッジ構造とすることもできる。

【0044】

図３（ｃ）は、実施例に係るＣＴ装置２００の回転部２３をＺ軸方向から見た平面図である。回転部２３の内部には後述するように、回生ブレーキ回路５０を内蔵してもよい。本実施例では、カートリッジ構造の画像メモリ３５ｍと二次電池２７ｍに加え、第一のＸ線発生部２５と第二のＸ線発生部２５−２、及びこれらに中心軸１を介し対向する位置に第一の検出器アレー３１、及び第二の検出器アレー３１−２を有する。検出器アレー３１と検出器アレー３１−２は、Ｚ軸方向にずれた位置に、即ちシフトさせて配置してもよい。また、Ｘ線発生部２５とＸ線発生部２５−２は、同時にＸ線を照射しても時間差を置いて照射してもよい。さらに、Ｘ線発生部２５とＸ線発生部２５−２には異なる管電圧（波長）を印加し、マルチ分光解析を行うことができる。画像メモリと二次電池をカートリッジ構造としたので、画像データ量の増大、及び二次電池の消耗に対し迅速に対応することができる。本実施例では、画像メモリ３５ｍと二次電池２７ｍをカートリッジ化したが、前述の通り、Ｘ線発生部２５、２５−２、或いは検出器アレー３１をカートリッジ構造としても良い。このように、回転部２３の内部に使用する主要な部品をカートリッジ構造とすることにより、単に交換・修理等のメンテナンス負荷の軽減のみに留まらず、装置の連続稼働時間の延長、或いはマルチ分光解析など撮像・検査機能の多用途化、ハイブリッド化も可能になるという極めて有用な作用・効果をもたらすことにも着目すべきである。

【0045】

実施例に係るＣＴ装置３００について、図４を用いて以下に説明する。図４（ａ）は、ＣＴ装置３００をＸ軸方向から見た側面図である。ＣＴ装置３００は、架台７、及びこれを支える架台支持部（９−１、９−２）、その上部にＺ軸方向に移動可能なガントリ５が載せられた構造からなる。ガントリ５の内部には回転可能な回転部２３があり、その回転中心軸１が図示されている。回転部２３の内部には、既に図１等を用い説明したカートリッジ構造の部品（図示せず）が使用されている。なお、図示していないを操作・制御部及び表示（モニター）部があり、画像描出回路及びソフトウエア等により再構成された断層像等がモニター上に表示される。ガントリ５をＺ軸方向に移動させるための駆動部及び車輪１５を内蔵したガントリ移動台車１１がガントリ５の下部に取り付けられている。また、以下に詳述するように、ガントリ内の回転部２３と架台７との間において電気信号又は電力の授受を行う電気的接続手段が架台の上部（２−１）とガントリ内の回転部側（図示せず）に有する。被験者その他の測定対象物を載せるために寝台３がガントリ５の中空部内をＺ軸方向に挿入されている。撮影中はガントリ５のみがＺ軸方向に移動し、被験者は寝台３と共に寝台３の上で静止しているので、堅牢かつ精密な被験者移動制御手段は不要である。そのため、ＣＴ装置３００自体の軽量化が可能になる。後述するように、ガントリの体軸（Ｚ軸）方向における走査速度を高速化しても、被験者の身体的・精神的負荷や不安を回避できる効果も有する。

【0046】

図４（ｂ）は、ＣＴ装置３００をＹ軸方向から見た平面図である。ガントリ５が架台７の上を移動するためにガントリ移動用レール１３が架台７の上部に２本設けられている。ガントリ移動用レール１３及び車輪１５が金属等の導電性材料であれば、ガントリ移動台車１１の内部にある駆動用モータ１７に電力を供給し、或いはガントリ移動台車１１との間において制御信号等の授受が可能になる。上述の如く、ガントリ内の回転部２３と架台７との間において電気信号又は電力の授受を行う電気的接続手段であるホストインターフェース２−１を架台の上部、即ちガントリ５の移動範囲の終点にある所定位置に配置している。本実施例では、寝台３が架台支持部９−１、及び９−２の上部に取り付けられているが、取り外すことも容易である。そのため、寝台３の代わりに他の形状の被験者保持手段を用いても良い。また、寝台３を取り除いて、ガントリ３を架台７から取り外すことも容易であるため、ガントリ５のメンテナンスや交換にも好都合であり、さらに異なる撮像特性、例えば、光源エネルギー（波長）の異なる光源を搭載したガントリに取り換えることも容易になる。

【0047】

図４（ｃ）は、ＣＴ装置３００をＺ軸方向から見た平面図である。ガントリ５の内部には、回転中心軸１の周囲を回転する回転部２３がベアリング（図示せず）等を介し取り付けられている。さらに回転部２３を回転させるためのタイミングベルト２１がガントリ移動台車１１の内部にあるガントリ回転部駆動モータ１９に取り付けられている。回転部２３の内部には後述するように、回生ブレーキ回路５０を内蔵してもよい。また、回転部２３は、回転部インターフェース２−２を有しているので、回転部２３の静止時においてホストインターフェース２−１と対向する位置において電気的に接続することができる。なお、好適にはホストインターフェース２−１と回転部インターフェース２−２が対向する位置で停止するようにするため、ホール素子等を用いた位置センサ等（図示せず）を使用することができる。また、ガントリ５をＺ軸方向に移動させるためのガントリ移動台車駆動モータ１７をガントリ移動台車１１の内部に有している。駆動のための電源は、既に説明したように、ガントリ移動用レール１３から供給することもできるが、ガントリ移動台車１１の内部に二次電池を内蔵することもできる。

【0048】

また、ガントリ５をＺ軸方向に移動させるための移動手段として、後述するように（図５（ａ）等）、架台支持部９−１或いは９−２側からけん引する構造であってもよい。本構造により、ガントリ内の回転部２３の回転手段を移動可能なガントリ移動台車１１等に配置したので、従来と異なり、ガントリ部を撮像装置本体に固定させる必要が無く、ガントリ部の移動、取り外し等が容易になる。なお、回転部２３の構造については既に他の実施例において詳しく説明したので省略する。本実施例においても、回転部２３の内部に検出器アレー３１が内蔵されている構造について説明したが、検出器アレー３１が回転部２３の内部ではなく、回転部２３を取り巻くガントリ５の内周部の全周に亘って配置した構造であってもよい（図６等）。

【0049】

図５（ａ）は、実施例に係るＣＴ装置４００のＸ軸方向からみた側面図である。既に説明した実施例と異なる部分について以下に詳述する。図５（ａ）に示すように、ＣＴ装置４００には、架台７からＹ軸方向に直立する部分９−３があり、これをクレードルと呼ぶ。回転部２３の内部には、既に図１等を用い説明したカートリッジ構造の部品（図示せず）が使用されている。クレードル９−３は、ガントリ５を待機させるスペース（破線部３７）があり、ガントリ５の回転部２３の回転部インターフェース２−２が非接触のインターフェース構造１２から構成され、ホストインターフェース２−１が非接触のインターフェース構造１０から構成されている。これらは互いに対向して近接した状態で非接触の給電、即ち回転部２３の内部のリチウムイオン電池への充電、及び回転部２３とホスト側との間でデータや信号の授受を行う。回転部インターフェース側の１２とホストインターフェース側の１０が互いに回転中心軸１の方向に近接し対向する構造を例示している。本構造により、ガントリ５がＺ軸方向に移動する方向において非接触インターフェース１２が非接触のインターフェース１０に近接することができる。ガントリ５の内部には回転部２３があり、回転中心軸１の周囲を回転するが、その駆動方法は図７（ｃ）において説明した構造と同様に、回転部回転モータ１９、及びタイミングベルト２１（図示せず）による回転である。回転部２３の内部には後述するように、回生ブレーキ回路５０を内蔵してもよい。また、ガントリ移動用レール１３から給電されない場合は、ガントリ内に二次電池（図示せず）を内蔵することもできる。他方、架台支持部９−１又はクレードル９−３、及び架台７の内部に設けたガントリけん引モータ１４、及びガントリけん引ベルト８によりガントリ５を体軸（Ｚ軸）方向に移動させる実施例を開示している。

【0050】

クレードル９−３のガントリ収納部３７の内部には、上記の非接触ホストインターフェース１０以外に、試料保持部２０が設けられている。試料とは、例えば、回転部２３の内部の検出器や光源部が正常に機能しているか否かを事前にテストするための被測定物であって標準サンプル、或いはファントムと呼ばれるものである。また、クレードル内に回転部２３の検査或いは校正を目的とする検査プローブ（図示せず）を設けても良い。さらに、例えば、収納部３７の内部には、ガントリ５の内部の温度を下げるため、冷却ガス、例えば、空気や窒素ガスの供給口１６があり、他方、回転部２３には供給口１６と嵌合する開口部１８が設けられている。このように、クレードル９−３には、ガントリの安定駆動、或いは安全性や性能等の維持管理に必要な機能を付加することができる。

【0051】

図５（ｂ）は非接触インターフェース部（１０及び１２）における電磁誘導方式のワイヤレス給電に係る回路構成の一例を説明するためのブロック図である。図示するように、ホストインターフェース側（１０）の回路構成は、商用電源を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ、高周波の方形波を出力する高周波インバータ、これを正弦波に変換する波形変換回路、安全確保のための絶縁トランス等を介し一次コイルＬ１につながっている。他方、二次コイルＬ２は、高周波を直流に戻す整流平滑回路、逆流素ダイオード等を介し、負荷、例えば二次電池等に接続している。他方、制御信号或いは画像データ等の送受信には、例えば、近接場磁界結合にもとづくワイヤレス通信方式（図示せず）を使用する。データ転送速度をギガ（Ｇ）ビット／秒程度の高速化が可能だからである。なお、上記ワイヤレス給電とワイヤレス通信を同一のコイル、或いはアンテナを使用して行う方式であってもよい。

【0052】

図５（ｃ）、（ｄ）は、さらに上記実施例の変形例に係るガントリ部５とクレードル９−４の構造を説明するための断面図である。即ち、ガントリ部５がクレードル部に退避している状態において、ガントリ内の二次電池の見かけ上の充電時間を短縮することが可能な構造を開示するものである。図５（ｃ）に示すように二次電池は、既に説明したように（図３（ａ）等）、カートリッジ構造の二次電池２７ｍであり、カートリッジ収納部２７ｆに挿入されている。他方、クレードル９−４のガントリ収納部３７には、カートリッジホルダー２２が設けられており、ガントリ５がガントリ収納部３７に収納されると二次電池２７ｍがカートリッジホルダー２２に結合する。その後、ガントリ５がガントリ収納部３７から離れる時に二次電池２７ｍがガントリ収納部３７に残り、充電が行われる。図５（ｄ）は、図５（ｃ）を９０度回転した場合の断面図であり、ガントリ部５の内部のカートリッジ収納部２７ｆには二次電池２７ｍが挿入されておらず、他方、クレードル９−４のガントリ収納部３７の内部のカートリッジホルダー２２には充電済みの二次電池２７ｍが取り付けられている。そのため、ガントリ５がガントリ収納部３７に収納されたときに充電済みの二次電池２７ｍをガントリ内の二次電池２７ｍのためのカートリッジ収納部２７ｆに挿入することができる。言い換えると、使用後の二次電池２７ｍをクレードル９−４に戻すと同時に、充電済みの二次電池２７ｍをガントリ５に供給することにより、二次電池２７ｍの充電完了を待たずに、ガントリ部５が次の撮像動作を開始できる。その結果、二次電池の見かけ上の充電時間を短縮でき、検査に要する時間を短縮し装置の稼働効率を向上させることができる。

【0053】

図６（ａ）は実施例に係るＣＴ装置５００の、特にガントリ内の構造をＺ軸方向からみた平面図であり、同図（ｂ）はガントリ部のＸ軸又はＹ軸方向から見た断面図である。図６（ａ）に示すように、本実施例では、回転部２３−２の内部にＸ線光源部２５ｍ、二次電池２７ｍ、高電圧制御回路２９ｍ、後述の回生ブレーキ回路５０等を内蔵し、他方、円環状の固定部２４の内部には全円周上に取り付けられた多数の検出器ユニット３０を内蔵している。固定部２４は、ガントリの外周部５−２に固定されている。また、回転部２３−２を回転させるためのモータ１９、タイミングベルト２１が図示されている。本構造は、所謂ニューテット・ローテート方式のＣＴ装置と類似しているが、回転部２３−２の高速回転により、検出器３０或いは検出器ユニットの体（Ｚ）軸方向のユニット数、或いは画素数の拡大要求が厳しくないため、回転部２３−２の回転時に固定部２４をＸ線ビームに対し退避しない場合であっても再構成画像におけるアーチファクト等の悪影響が生じ難い。なお、Ｘ線光源部２５ｍ、二次電池２７ｍ、高電圧制御回路２９ｍ、画像メモリ３５ｍ、検出器駆動制御回路４１ｍは着脱が容易なカートリッジ構造であるため、稼働率の改善、撮像時間の延長、メンテナンス負荷の軽減等が実現する。

【0054】

図６（ｂ）を用いさらに詳しく説明する。ガントリ５−２の内部には、固定部２４及び回転部２３−２が組み込まれている。回転部２３−２の内部に取り付けられたＸ線発生部２５ｍの配置は、図示するように、検出器ユニット３０に対し、Ｚ軸に対し右方向にオフセットしている。さらにＸ線出射方向は、Ｚ軸に対し垂直方向ではなく、対向する位置にある検出器ユニット３０に照射するようにＺ軸方向に傾斜するように角度が付けられている。従来、Ｚ軸（体軸）方向における検出器ユニット３０の数が増大すると、Ｚ軸方向における検出器ユニット３０のＺ軸方向の位置により、Ｘ線の入射角度の差が大きくなる。しかし、本発明では回転部２３−２の回転数を増大し、ガントリのＺ軸方向の移動速度を高速化することが容易なため、検出器ユニット３０のＺ軸（体軸）方向の幅或いは個数を少なくすることが容易になった。

【0055】

図６（ｃ）は、上記実施例の変形例に係るＣＴ装置５１０の、特にガントリ５−２の内部構造を説明するための断面図である。ガントリ５−２の内部には、固定部２４及び回転部２３−２が組み込まれている。図６（ｂ）に示した構造と異なる点は、Ｘ線光源２５ｍを内蔵する回転部２３−２の直径が、固定部の２４の内周部の直径よりも小さく、従って、Ｘ線光源２５ｍから発したＸ線が固定部２４に妨げられずに検出器３０に到達する。本構造は、所謂ステーショナリー・ローテート方式のＣＴ装置と類似しているが、従来の構造、例えば、ブラシからスリップリングに対し高速かつ滑らせながら大きな電流を流すと、接触面が発熱し焼き付きの原因となるばかりでなく、スパーク等による発光現象により検出器３０が誤った光電変換を行うため、特に高速スキャン（撮像）には適さない構造である。本構造では、Ｘ線光源２５ｍの回転中心の中心軸を挟んで対向する部分の回転部２３−２が、Ｘ線光源２５ｍから発したＸ線の光路上にあるため何らかの影響を与える可能性がある。

【0056】

この課題を解決した構造について、図７を用い以下に説明する。図７（ａ）は、実施例に係るＣＴ装置６００の、特にガントリ内の構造を説明するＺ軸方向からみた平面図である。上述の通り、回転部２３−２の外周を取り巻くように固定部２４が組み合わされている。固定部２４の内周には、図示していない検出器が全周にわたって配置されている。回転部２３−２には、Ｘ線発生部２５ｍと図示していない光源駆動回路や二次電池等を内蔵している。回転部２３−２には、破線で示す開口部２８が形成されており、Ｘ線ビーム２６の強度や進行方向に及ぼす影響を軽減している。開口部２８は、必ずしもすべての部材を取り除いた状態（空気のみ）である必要はなく、例えば、Ｘ線透過率の高い樹脂製の保護カバーが残されていてもよい。図５（ｂ）は、ガントリ内の構造をＸ軸又はＹ軸方向から開口部２８を見た場合の断面図である。固定部２４の内周に沿って検出器３０が配置され、開口部２８を通過したＸ線ビームが検出器３０に到達する。なお、検出器３０の上方にＸ線を遮蔽するファイバーオプティックプレート及びＸ線シンチレータ等を積層しても良い。

【0057】

図７（ｃ）は、図７（ａ）における破線部Ｂの構造を説明するためのＺ軸方向から見た拡大図である。固定部２４の環状部に沿って、検出器３０の長手方向がＺ軸に平行になるように密接に並べられている。図７（ｄ）は、同じ部位をＸ線発生部２５ｍの方から開口部２８を見たときの平面図である。回転部２３−２に形成された開口部２８により、固定部２４に取り付けられた複数の検出器３０の受光面、或いは画素アレーが直接Ｘ線光源２５ｍに対し露出しているので、照射Ｘ線の減衰を低減した露光を可能にしている。

【0058】

図８（ａ）は、本実施例に係るＣＴ装置の駆動方法を説明するためのフローチャートである。図示するように、寝台又はガントリの移動及び回転部の回転開始後、Ｘ線照射による撮像が開始される。この場合、ガントリを所定位置まで、或いは寝台を移動させた後に、回転部の回転を開始する方法と、回転部の回転を開始し所定の回転数に達した後に寝台又はガントリの移動を開始する方法がある。また、破線矢印で示すように、ガントリ、或いは寝台のＺ軸（正）方向の移動による撮像を終了後に、ガントリ、或いは寝台の移動方向を反転させＺ軸（負）方向の移動による撮像を行う撮像方法が考えられる。さらに、寝台又はガントリ移動方向の反転時に、回転部の回転方向を反転させる方法と回転部の回転方向を変えない方法（正転）がある。

【0059】

図８（ｂ）は、寝台又はガントリのＺ軸方向の移動及び回転部の回転に伴うＸ線ビームの螺旋状の移動軌跡を説明するための斜視図である。これに、回転部の回転の回転方向を加えた軌跡が図８（ｃ）、及び（ｄ）である。たたし、図面の簡略化のため、三次元的な斜視図ではなく、二次元的な模式図である。破線部はいずれもガントリの移動方向を反転させた場合の軌跡である。図８（ｃ）の場合は、回転部の回転も反転させているので、互いの軌跡の間を補完するような軌跡になっている。これに対し、図８（ｄ）の場合は、回転部２３の回転方向を反転していないので、互いの軌跡が交差している。いずれが好ましいかは、画像の再構成アルゴリズム、或いは、所謂アーチファクトの出現状況により最適な方法を選択することができる。すでに説明したように、検出器アレー３１から得られたデジタルデータはリアルタイムで画像メモリ３５に記録される。図１（ｂ）に示したように、デジタルデータは、パラレルシリアル変換するまでもなく、パラレルデータのまま画像メモリに３５に記録することができる。撮像終了後、ガントリは所定位置に停止し、回転部インターフェース２−２からホストインターフェース２−１を介し画像メモリ３５に記録されたデータが読み出され、操作・制御部（図示せず）において画像の再構成処理後、モニター上に表示される。また、並行してリチウムイオン電池２７を充電し、一連の駆動シーケンスを完了し待機状態となる。

【0060】

実施例に係るＣＴ装置７００の、特にガントリの内部にある回転部分について、図９用いて説明する。図９（ａ）は、ガントリ５の内部の回転部２３をＺ軸方向からみた平面図であり、図９（ｂ）及び図９（ｃ）は、（ａ）における破線部分３９の構造を説明するための一部拡大図である。回転部２３には、Ｘ線発生部２５、二次電池２７、光源駆動回路２９、検出器アレー３１、信号増幅・アナログデジタル（ＡＤ）変換回路及び信号走査・制御回路等を含む検出器周辺回路３３、検出器駆動制御回路４１、非接触インターフェース２−２、及び図示していないデジタル信号処理回路とパラレルシリアル変換回路等を内蔵している。以下に説明するように、回転部２３の内部又はガントリ内の固定部に回生ブレーキ回路５０を内蔵し、かつ回転部２３又は固定部のいずれかの周囲に電磁誘導コイルを有しており、この電磁誘導コイルに誘起される起電力を回収するのが回生ブレーキ回路５０である。

【0061】

図９（ｂ）の構造（３９−１）は、例えば、固定部側に永久磁石（３４−１）のＮ極とＳ極が交互にリング状に並んでいる。これに対し、回転部側は、鉄心（３２−１）に誘導コイル（３６−１）が巻き付けられており、従って、回転部の内部に回生ブレーキ回路５０を有している。他方、図９（ｃ）の構造（３９−２）は、例えば、回転部側に永久磁石（３４−２）のＮ極とＳ極が交互にリング状に並んでいる。これに対し、固定部側は、鉄心（３２−２）に誘導コイル（３６−２）が巻き付けられているため、固定部の内部に回生ブレーキ回路５０を設けてもよい。回転部２３の内部における二次電池或いは後述する電気二重層キャパシタに電気エネルギーを蓄積するのであれば、図９（ｂ）の構造が好ましい。図９（ｂ）の構造の構造では、回転部２３が後述するタイミングベルトを介し外部モータにより強制的に回転させられている場合にも誘導コイル（３６−１）には起電力が生じるため、二次電池２７を充電することが可能であり、上記の強制的な回転終了後も回転が止まるまで誘導コイル（３６−１）に生じる回転エネルギーを二次電池或いは後述する電気二重層キャパシタに回収することができるからである。

【0062】

なお、永久磁石には、例えばネオジウム磁石を使うことができる。後述するように、撮像動作が終了すればガントリ内部の回転部の回転運動は不要であるが、機械的に停止させるまでもなく、回転するガントリの慣性モーメントを電気エネルギーに変換することができれば、省エネルギー効果が得られる。本実施例では回生ブレーキ回路５０がその役割を担っている。ＣＴ装置においては、回転（撮像モード）と停止（待機モード）を頻繁に繰り返すので、回転部の回転エネルギー回収効果は顕著であり、特に回転部の回転数を上昇させて高速スキャンを行う場合にはさらにその効果が高まる。

【0063】

本実施例における回生ブレーキ５０について図９（ｄ）を用いて以下に説明する。本発明に係るＣＴ装置は、回転部２３の回転開始後に撮像動作に入り、撮像終了後に回転部２３の回転が減速し回転運動が止まる。既に説明したように、一度の撮像動作において回転開始と回転停止を短時間内に繰り返し行うので、回転部２３の回転運動エネルギーを有効に活用することは二次電池の消耗を軽減し、省エネルギーにも貢献する。図１（ｄ）は回転部分２３の内部に設けた回生ブレーキ５０を説明するため回路構成図である。二次電池２７には双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４２の一端が接続されている。さらに、ＤＣ−ＡＣコンバータを介し、誘導コイル３６に接続している。他方、誘導コイル３６からはＡＣ−ＤＣコンバータを介しキャパシタ、好適には電気二重層キャパシタ４４につながり、さらに双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４２につながっている。回転部２３の回転運動エネルギーを誘導コイル３６に発生した逆起電力に変換し、電気二重層キャパシタ４４を充電する。また、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４２を介し二次電池２７を充電することもできる。

【0064】

一般に、キャパシタのエネルギー回収効率は９０％以上であり、二次電池充電時のエネルギー回収効率６０％前後に比べると高効率である。特に、本実施例のように回転部２３が減速し（回収し）、すぐにまた回転部２３を回転（放電）させる場合などに好適である。なお、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４２には、降圧チョッパ回路と昇圧チョッパ回路を組み合わせた回路方式、或いはＤＳＰ（Digital Signal Processor）とＡＤコンバータを用いたＰＷＭ（Pulse Width Modulation)方式等を用いることができる。なお、本構成の場合、回転部２３の内部に有する二次電池２７を電源として交流電圧を発生させ電磁誘導コイル３６−１に印加し回転部２３を回転させる場合は、回転部２３を回転子、ガントリ５の固定部側を固定子とするダイレクトドライブ（ＤＤ）モータとして用いることも可能である。

【0065】

図１０（ａ）は実施例に係る撮像装置８００の特にガントリ内の回転部分をＺ軸方向からみた平面図であり、図１０（ｂ）は、（ａ）における破線部分３９Ｒの構造を説明するための一部拡大図である。本実施例では、回転部２３が二つの部分（２３−１と２３−２）から構成され、一方の回転部（本図では２３−１）には、タイミングベルト２１が装着され、他方（本図では２３−２）はラチェット構造により回転部（２３−１）と機械的に連動する構造となっている。即ち、図１０（ｂ）に示すように、回転部２３−１の周囲には爪４０が取り付けられており、回転部２３−１が右回転すると回転部２３−２の内周にある溝に引っ掛かり、トルクを伝達することができる。他方、回転部２３−１が停止或いは左回転すると、爪４０は回転部２３−２の内周にある溝を乗り越えてトルクを伝達することができずに空転する。なお、ここで示した爪座ラチェット構造以外にも、ボールラチェット構造等、適宜最適な構造を選択することができる。

【0066】

図１０（ｃ）は実施例（例えば、ＣＴ装置７００）における回生ブレーキを用いた場合の駆動方法を説明するためのフローチャートである。図示するように、回転部２３の回転開始後、寝台又はガントリの移動を開始する。次に、Ｘ線照射による撮像が開始される。検出器アレーから得られたデジタルデータはリアルタイムで画像メモリに記録される。すでに説明したように、デジタルデータは、パラレルシリアル変換するまでもなく、パラレルデータのまま画像メモリに記録することができる。撮像終了後、回転部２３の回転運動エネルギーが誘導コイルに逆起電力を生じさせ電気エネルギーとして回収し、キャパシタ又は二次電池を充電しつつ回転運動は減速する。最終的にガントリは所定位置に停止し、回転部インターフェースからホストインターフェースを介し画像メモリに記録されたデータが読み出され、図示していない操作・制御部において画像の再構成処理後、モニター上に撮影情報が表示される。また、並行して二次電池を充電し、一連のシーケンスが完了し待機状態となる。なお、図示していないが、後述するように、上記のガントリが所定位置に停止し、再度撮像開始時（フローチャートの最初のステップ）に戻るときに、使用済みの二次電池を切り離し、既に充電済みの二次電池を装着するステップを加えることもできる。

【0067】

図１０（ｄ）は図１０（ａ）、（ｂ）に示したラチェット構造を用いたＣＴ装置（８００）場合の駆動方法を説明するためのフローチャートである。図示するように、回転部２３−１が回転部２３−２にトルクが加わる方向に回転を開始し、その後或いは同時に寝台又はガントリの移動を開始する。次に、Ｘ線照射による撮像が開始される。検出器アレーから得られたデジタルデータはリアルタイムで画像メモリに記録される。後述するように、デジタルデータは、パラレルシリアル変換するまでもなく、パラレルデータのまま画像メモリに記録することができる。撮像終了後、回転部２３−１の回転トルクを減少或いは停止すると、回転部２３−２は、回転部２３−１との結合が解かれ空転する。回転部２３−２の内部には、回生ブレーキ５０（図示せず）があるため、既に説明したように、回転運動エネルギーが誘導コイルに逆起電力を生じさせ電気エネルギーとして回収し、キャパシタ又は二次電池を充電しつつ回転部２３−２の回転運動は減速する。最終的にガントリは所定位置に停止し、回転部インターフェースからホストインターフェースを介し画像メモリに記録されたデータが読み出され、図示していない操作・制御部において画像の再構成処理後、モニター上に撮影情報が表示される。また、並行して二次電池を充電し、一連のシーケンスが完了し待機状態となる。なお、図示していないが、既に説明したように、上記のガントリが所定位置に停止し、再度撮像開始時（フローチャートの最初のステップ）に戻るときに、使用済みの二次電池を切り離し、既に充電済みの二次電池を装着するステップを加えることもできる。

【0068】

図１１（ａ）は、他の実施例に係る撮像装置９００のＸ軸方向から見た側面図である。本実施例では、ガントリ部が２台（ガントリ５とガントリ５−２）架台７上に搭載されている。さらに、クレードル部も２台（９−３と９−４）有しており、特にクレードル９−４は、被験者及び寝台（図示せず）が通り抜けられるようにドーナツ形の中空構造になっている。ガントリを複数台、例えばＸ線ＣＴ検査用ガントリとＰＥＴ（ポジトロンエミッショントモグラフィー）検査用ガントリの組み合わせや、Ｘ線ＣＴ検査用ガントリと近赤外拡散光イメージング用ガントリの組み合わせのように、異なる検査を一台の撮像装置で実現することが可能になる。さらに、ガントリの移動中に被験者或いは被測定物がガントリに接触することを防止するための保護カバー５１をガントリの移動方向に沿って架台に設けた構造となっている。また、複数のガントリ部は、個々に駆動する場合、或いは互いに連動して駆動させることもできる。なお好適には、ガントリ部が体軸方向に移動中に回転部或いはガントリ部から出力される信号、例えば、被験者の透視画像をモニターできるようにするため、無線通信インターフェースをガントリ部又は回転部と操作・制御部との間に有する構造としても良い。

【0069】

図１１（ｂ）は他の実施例に係るＣＴ装置１０００の斜視図であり、同図（ｃ）はガントリ部５の内部の回転部２３−３、及び固定部２４−２の周辺部におけるＸ軸又はＹ軸方向から見た断面図である。ＣＴ装置１０００は、Ｚ軸方向が、水平線に対し直角、即ち重力の方向と一致している。従って、ガントリ５の移動方向は破線矢印で示すように上下方向である。ガントリ５を引き上げ、或いは下降させるモータ等は、クレードル９−５に内蔵している。クレードル９−５及びガントリ５を保持するための架台部に相当する二本の支柱７−１、７−２が底部支持台或いは底部クレードル９−６の上部に設けられている。既に説明した本発明に係るガントリ部の小型、軽量化により、このようなガントリ移動方向を採用したＣＴ装置が可能になる。

【0070】

図１１（ｃ）に示すように、本発明に係る回転部２３−３と固定部２４−２は、環状に並べた複数のボールベアリング５３を介し、上下方向に組み合わされている。回転部２３−３の内部には既に説明したように（図１（ａ）、図３（ｃ）等）、回生ブレーキ回路５０（図示せず）を内蔵してもよい。回転部２３−３は、タイミングベルト２１を介し外部モータ（図示せず）により回転することができる。さらに、回転部２３−３と固定部２４−２が対面する部分に永久磁石３４−３と３４−４が対になっていずれも同じ極性が対向するように（即ち、Ｎ極同士、或いはＳ極同士が対面するように）配置されている。永久磁石３４−３と３４−４は、いずれもそれぞれ一枚のドーナツ形状の永久磁石であっても、複数の磁石を円周上に並べた構造であっても良い。このように、回転部２３−３と固定部２４−２に永久磁石を配置することにより、互いに反発する磁力が生じ、回転部２３−３の重量がボールベアリング５３に加える負荷を軽減することができる。磁力浮上方式であり、回転部２３−３を回転させるときの始動トルクの軽減、或いは高速回転に伴うボールベアリングの摩耗やノイズの発生等を軽減させることができる。なお、回転部２３−３と固定部２４−２との間隙ｄは狭いほど反発力が大きくなるが、両者の表面加工精度等を考慮し、例えば、０．５から７ミリメートル（ｍｍ）程度の範囲に設定される。

【0071】

図１２（ａ）は、実施例に係る医療用検診車１１００の側面図である。本実施例では、車両の前後方向をＸ軸、車両の高さ方向、即ち鉛直方向をＹ軸、車両の側面方向、即ちＸ軸とＹ軸に直交する方向をＺ軸と定義する。本発明に係るCT装置（例えば、ＣＴ装置６００等）の体軸方向が車両のＺ軸方向と一致しているためである。車両の側面部に、人体等の被検体を載せた寝台３を挿入する被検体挿入部５４がある。図示していないガントリ又は寝台３を移動させながら撮像を行うことができる。図１２（ｂ）は、他の実施例に係る医療用検診車１２００の側面図である。本実施例では、車両の前後方向をＸ軸、車両の高さ方向、即ち鉛直方向をＺ軸、車両の側面方向、即ちＸ軸とＺ軸に直交する方向をY軸と定義する。ガントリ垂直移動型ＣＴ装置５７（例えば、ＣＴ装置１０００等）の体軸方向が車両のＺ軸と一致するためである。（ａ）及び（ｂ）のいずれの場合も、ソーラーパネル５８、階段又は踏み台５９を備えている。

【0072】

図１２（ｃ）、及び図１２（ｄ）に上記医療用検診車１１００の変形例に係る医療用検診車１１１０、及び医療用検診車１１２０を上部から見下ろした場合の平面図を示す。医療用検診車１１１０の場合は、被検体挿入部５４に相当する開口部が車両の一方の側面のみにあり、従って、搭載するＣＴ装置５５は、寝台移動型ＣＴ装置（例えば、ＣＴ装置５００）を使用することができる。例えば、寝台３−１が被検体を載せた状態でＣＴ装置５５の内部に移動、或いはＣＴ装置５５から出ることが容易になる。被検体が自ら移動して開口部を出入りするのが困難なためである。

【0073】

これに対し、図１２（ｄ）に示す医療用検診車１１２０では、被検体挿入部５４に相当する開口部が車両の両方の側面にあり、従って、搭載するＣＴ装置５６は、上記寝台移動型ＣＴ装置でも良いが、ガントリ移動型ＣＴ装置５６（例えば、ＣＴ装置６００等）を使用することができる。被検体が自ら移動して開口部に入り、検査（撮像）終了後に反対側の開口部から出ることができるので、集団検診などの場合、連続して被験者を検査（撮像）する場合に効率的である。そのため、人体以外の対象物も含め、連続的に複数の検査対象を同一方向に挿入し順次車両の反対側に送り出すことも容易である。図１２（ｃ）の実施例では、車両の外部にさらに寝台移動装置（３−１，３−２）が必要であったが、本実施例では、例えば、ストレッチャーと呼ばれる簡易型移動寝台６１を開口部に近づければよく、必ずしも寝台移動装置等を積載する必要が無い。従来は寝台を移動させるためのスペースが必要であったため、ＣＴ装置を医療用検診車両に搭載することが困難であったが、本実施例により、遠隔地においても高度な医療活動の展開が可能になった。なお、図１２（ｃ）、図１２（ｄ）において、符号６３−１乃至６３−６は、データ処理、電源制御室、その他の検査機器室、生化学検査室、診察室、待合室或いは更衣室等である。

【産業上の利用可能性】

【0074】

ガントリ部、或いは光源部や検出器カートリッジの交換、或いはＰＥＴ用のガントリや近赤外光を光源とするガントリを追加するにより、整形外科、循環器科、消化器科領域等異なる医療分野及び異なる光源エネルギーに対するマルチ画像診断が実現する。また、ＣＴ等の検査機器を車両に搭載した高機能医療用検診車の普及により、世界規模の高度医療活動の展開が期待される。

【符号の説明】

【0075】

１：回転中心軸、２−１：ホストインターフェース、２−２：回転部インターフェース、３：寝台、４：凸型接続端子、５：ガントリ、６：凹型接続端子、７：架台、８：ガントリけん引ベルト、９−１、９−２：架台支持部、９−３：クレードル、１０：非接触ホストインターフェース １１：ガントリ移動台車、１２：非接触回転部インターフェース、１３：ガントリ移動用レール、１４：ガントリけん引モータ、１５：ガントリ下部の車輪、１６：供給口、１７：ガントリ移動台車駆動モータ、１８：開口部、１９：回転部駆動モータ、２０：試料保持部、２１：回転部回転用ベルト、２２：カートリッジホルダー、２３：回転部、２４：固定部、２５、２５−２：X線発生部、２５Ｃ：カーボンナノ材料電子ビーム発生冷陰極、２５Ａ：陽極ターゲット、２６：Ｘ線ビーム、２７：二次電池、２８：回転部の開口部、２９：光源駆動回路、２９−１：電圧昇圧回路、２９−２：高電圧制御回路、３０：検出器ユニット、３１、３１−２：検出器アレー、３２−１，３２−２：鉄心部、３３：検出器周辺回路、３４−１，３４−２，３４−３、３４−４：永久磁石、３５：画像メモリ、３６：誘導コイル、３７：ガントリ収納部、３８：バスライン、３９：回転部５の外周とガントリ部２３の外周の一部分、３９Ｒ:ラチェット構造、４０：ラチェット機構の爪部分、４１：検出器駆動制御回路、４２：双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ、４３：信号増幅・AD変換回路、４４：電気二重層キャパシタ、４５：信号走査・制御回路、４７：デジタル信号処理回路、４９：パラレルシリアル変換回路、５０：回生ブレーキ回路、５１：被験者保護部材、５３：ボールベアリング、５４：車体側面部の被検体挿入部、５５：車両に搭載された寝台移動型ＣＴ装置、５６：車両に搭載されたガントリ水平移動型ＣＴ装置、５７：車両に搭載されたガントリ垂直移動型ＣＴ装置、５８：ソーラーパネル、５９：階段又は踏み台、６１：ストレッチャー、６３−１、２、３、４、５，６：その他の検診用スペース

【要約】      （修正有）

【課題】Ｘ線ＣＴ等の撮像装置の小型化、軽量化、低消費電力化により、装置の移動や設置を容易にし、かつ使用部品の修理・交換等のメンテナンス負荷を軽減する。
【解決手段】ガントリ内の回転部２３に内蔵する光源、検出器、画像メモリ３５ｍ、二次電池２７ｍ、その他部品を着脱可能なカートリッジ構造とし、該回転部に該カートリッジを該中心軸１の方向、或いは該中心軸から法線方向に向かって挿入又は抜去するための開口部を有するカートリッジ収納部を該回転部に備えるＣＴ装置２００を提供する。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】