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(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】6842590
(24)【登録日】2021年2月24日
(45)【発行日】2021年3月17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 20060101AFI20210308BHJP
【ＦＩ】
A61B6/03 321Z
A61B6/03 321A
A61B6/03 373
A61B6/03 320C
【請求項の数】16
【全頁数】22
(21)【出願番号】特願2020-104172(P2020-104172)
(22)【出願日】2020年6月17日
【審査請求日】2020年8月21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
(31)【優先権主張番号】特願2019-165058(P2019-165058)
(32)【優先日】2019年9月11日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2019-172661(P2019-172661)
(32)【優先日】2019年9月24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】
米国特許出願公開第２０１８／００８５０７６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開平０８−３３６５２０（ＪＰ，Ａ）
(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】
体軸方向を中心軸として回転する回転部をガントリの内部に有するＣＴ装置であって、該回転部は動力の伝達元となるドライブ回転部と、該動力の伝達先となる自由回転部から構成されるクラッチ構造を有し、該自由回転部の内部に光源、該光源を駆動制御する光源駆動制御回路、二次電池を内蔵し、該自由回転部の円環状の部分に沿って複数の誘導コイルを有し該自由回転部の周囲を取り囲む固定部に該誘導コイルに対向する複数の永久磁石がＮ極とＳ極が交互に並ぶように配置され、かつ該誘導コイル、及び該二次電池に接続した回生ブレーキ回路を該自由回転部に有する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ガントリの内部に有するＣＴ装置であって、該回転部は動力の伝達元となるドライブ回転部と、該動力の伝達先となる自由回転部から構成されるクラッチ構造を有し、該自由回転部の内部に光源、該光源を駆動制御する光源駆動制御回路を内蔵し、該自由回転部の円環状の部分に沿って複数の永久磁石がＮ極とＳ極が交互に並ぶように配置され、該自由回転部の周囲を取り囲む固定部に該複数の永久磁石に対向する複数の誘導コイルを有し、かつ該誘導コイル、及び二次電池に接続した回生ブレーキ回路を有するＣＴ装置。
【請求項3】
前記ドライブ回転部が前記自由回転部に伝達する動力の伝達方向であって、前記中心軸の周囲における回転方向が一方向である前記クラッチ構造を有する請求項１、又は請求項２に記載のＣＴ装置。
【請求項4】
前記自由回転部の円環状の周囲に複数のリング状の電極を有し、該複数のリング状の電極それぞれに対し電気的に接触する複数の端子を前記自由回転部の外周を取り囲む固定部に有する請求項１、又は請求項２に記載のＣＴ装置。
【請求項5】
前記ドライブ回転部の回転モーメントが前記自由回転部の回転モーメントよりも小さい請求項１、又は請求項２に記載のＣＴ装置。
【請求項6】
前記ドライブ回転部の重量が前記自由回転部の重量よりも小さい請求項１、又は請求項２に記載のＣＴ装置。
【請求項7】
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8】
前記自由回転部の内部に、さらに、検出器、該検出器を駆動及び該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する請求項１、又は請求項２に記載のＣＴ装置。
【請求項9】
前記自由回転部の内部に回転部インターフェースを有し、前記回転部を取り囲む固定部の内周に該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請求項８に記載のＣＴ装置。
【請求項10】
前記回生ブレーキ回路は、前記誘導コイルに接続したＡＣ−ＤＣコンバータ、該ＡＣ−ＤＣコンバータに接続したキャパシタ、該キャパシタ及び前記二次電池に接続したＤＣ−ＤＣコンバータからなる請求項１、又は請求項２に記載のＣＴ装置。
【請求項11】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータが双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであり、さらに該双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの前記二次電池が接続されていない他の一端にＤＣ−ＡＣコンバータを接続した請求項１０に記載のＣＴ装置。
【請求項12】
前記自由回転部の内部にさらに前記検出器の出力信号を記録する画像メモリを内蔵し、さらに該自由回転部には回転部インターフェース、該自由回転部を取り囲む固定部の内周に該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請求項８に記載のＣＴ装置。
【請求項13】
前記固定部の内周に沿って検出器を有し、さらに前記固定部には該検出器を駆動及び該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する請求項１、又は請求項２に記載のＣＴ装置。
【請求項14】
前記光源の前記中心軸を挟んで対向する前記回転部の一部分に、前記光源からの出射光を透過する開口部を有する請求項１３に記載のＣＴ装置。
【請求項15】
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、又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８、又は請求項１３に記載のＣＴ装置。
【請求項16】
前記ガントリ又は寝台の移動を開始し、前記自由回転部にトルクが加わる方向に前記ドライブ回転部を回転させ、前記光源によるＸ線の照射により撮像を開始し、検出器から得られたデータを画像メモリに記録し撮像終了後、前記ドライブ回転部の回転トルクを減少させることにより前記自由回転部との結合を解き、前記回生ブレーキ回路により前記自由回転部の回転運動エネルギーを前記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、前記二次電池を充電しつつ前記自由回転部の回転運動を減速させる請求項１、又は請求項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。近年、ＣＴ装置の大型化、複雑化によりＣＴ装置内部において副次的に発生する熱を如何に外部に放出するかという問題が顕著になっている。ＣＴ装置内部で発生する熱として回生抵抗に起因するものがある。回生抵抗は、回転しながら被検体の断層撮影を行う回転体を駆動するためのモータ（ ダイレクトドライブモータやローテーションサーボモータ等）が撮影終了後、回転を減速する際に発生する逆起電力のエネルギーを熱エネルギーに変換するために設けられる抵抗部材である。そのため、多人数を連続して撮影する場合等において、回生抵抗自体の温度が７０度以上になることもある（特許文献１）。そのため、ＣＴ装置の小型化や車両等へ搭載する場合に障害となるばかりでなく、使用電力量の削減が求められる屋外等におけるバッテリー駆動を困難にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００６−２８９０６６
【特許文献2】特開２０１６−１０７０６２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。ＣＴ装置からの発熱に起因する検査室内や検査車両内部の温度上昇を抑制することのみならず、太陽光その他自然エネルギーに頼らざるを得ない場合においても、ＣＴ装置自体の電力消費の削減とエネルギーロスの削減が本発明における主たる解決すべき課題である。
【0005】
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。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が、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。慣性モーメントは、回転体の重量、及び回転半径の二乗に比例するため、上述の回生抵抗に生ずる発熱もこれらに比例する。そのため、回生抵抗に生ずる発熱を削減するためには、モータに逆起電力を生じにくくするか、慣性モーメントを小さくする必要がある。
【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、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線源の大型化により供給すべき電流量も増大する傾向にある。その結果、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。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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
ガントリ内の回転部は撮影終了後においても慣性モーメントによりしばらく回転を続けようとする。上述の如く、回転部はタイミングベルトを介し、駆動モータと連動している。そのため、慣性モーメントにより回転部が回転を続けると、モータに起電力を生ずる。従来、このようにして発電された電力を回生抵抗に接続することにより、ジュール熱として周囲に放散していた。このようなジュール熱を抑制するため、本発明では、駆動モータを回転させる慣性モーメントを削減する構造を考案した。即ち、ガントリ内の回転部を、クラッチ構造を介した二つの回転部（ドライブ回転部と自由回転部）から構成し、撮影終了後にドライブ回転部と自由回転部との連動を解消し、自由回転部の慣性モーメントが駆動モータに加わることを回避する構造とした。慣性モーメントは、回転部の質量に比例するので、自由回転部を切り離すことにより、ドライブ回転部の慣性モーメントが減少するからである。また、光源、検出器等の質量の大きい構成部材を自由回転部に搭載することにより、さらにドライブ回転部の質量を削減できる。また、慣性モーメントは、回転半径の二乗に比例して増大するので、ドライブ回転部の半径を自由回転部の半径よりも小さく設定することが望ましい。このように、撮影終了後、ドライブ回転部から自由回転部を開放することにより、ドライブ回転部にタイミングベルトを介し連結した駆動モータに発生する起電力を抑制できるが、さらに、ドライブ回転部に比べ慣性モーメントの大きい自由回転部、或いは回転部を取り囲む固定部に回生ブレーキ回路を設けることにより、自由回転部の慣性モーメントを電気エネルギーとして回収し再利用する。即ち、体軸方向を中心軸として回転する回転部をガントリの内部に有するＣＴ装置であって、回転部は動力の伝達元となるドライブ回転部と、この動力の伝達先となる自由回転部から構成されるクラッチ構造を有し、かつドライブ回転部はタイミングベルトを介し回転部の外部に設置された駆動モータと連動したＣＴ装置とする。なおクラッチ構造には、噛み合いクラッチ、摩擦クラッチ、遠心クラッチ、電磁クラッチ等がある。なお、定められた一方向のみトルクを伝達するワンウエイクラッチ、或いはフライホイールと呼ばれる構成も知られている。
【0008】
ワンウエイクラッチ構造の一例として、上記ドライブ回転部が上記自由回転部に伝達する動力の伝達方向が一方向であるラチェット構造からなるＣＴ装置とする。或いは、上記自由回転部の円環状の周囲に複数のリング状の電極（所謂、スリップリング構造）を有し、この複数のリング状の電極それぞれに対し電気的に接触する複数の端子を上記自由回転部の外周を取り囲む固定部に有するＣＴ装置とする。
【0009】
また、好ましくは、上記ドライブ回転部の回転モーメントが上記自由回転部の回転モーメントよりも小さいＣＴ装置とする。或いは、上記ドライブ回転部の重量が上記自由回転部の重量よりも小さいＣＴ装置とする。或いは、上記自由回転部の内部に光源、この光源を駆動制御する光源駆動制御回路、検出器、この検出器を駆動及びこの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するＣＴ装置とする。さらに、上記自由回転部の内部に二次電池、回転部インターフェースを有し、上記回転部を取り囲む固定部の内周にこの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。
【0010】
上記自由回転部の内部に少なくとも光源、該光源を駆動制御する光源駆動制御回路、二次電池を内蔵し、上記自由回転部の円環状の部分に沿って複数の誘導コイルを有し、かつ自由回転部の周囲を取り囲む固定部の内周に誘導コイルに対向する複数の永久磁石を有し、さらに誘導コイル、及び上記二次電池に接続した回生ブレーキ回路を有するＣＴ装置とする。或いは、上記自由回転部の内部に少なくとも光源、該光源を駆動制御する光源駆動制御回路、二次電池を内蔵し、かつ自由回転部の外周に沿って複数の永久磁石を有し、自由回転部の周囲を取り囲む固定部の内周に上記永久磁石に対向する複数の誘導コイルを有し、この誘導コイルに接続した回生ブレーキ回路を上記固定部に有するＣＴ装置とする。
【0011】
上記回生ブレーキ回路は、上記誘導コイルに接続したＡＣ−ＤＣコンバータ、このＡＣ−ＤＣコンバータに接続したキャパシタ、このキャパシタ或いは二次電池に接続したＤＣ−ＤＣコンバータからなるＣＴ装置とする。好ましくは、上記ＤＣ−ＤＣコンバータが双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであり、さらにこの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの上記二次電池が接続されていない他の一端にＤＣ−ＡＣコンバータを接続したＣＴ装置とする。好ましくは、上記回生ブレーキ回路に電気二重層キャパシタを設ける。
【0012】
上記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、上記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。好ましくは、ガントリを中心軸方向に移動させるための駆動手段をガントリの内部に設ける。また、回転部を回転させる駆動モータをガントリの内部に設ける。或いは、架台の上部にクレードルを有し、かつクレードルに上記ホストインターフェースを有するＣＴ装置とする。
【0013】
上記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。好ましくは、光源に対し、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設けたＣＴ装置とする。
【0014】
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機械的に接触することにより電気的に接続するようにする。或いは、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互いに近接し非接触状態において電磁場の相互作用により電気的に接続する非接触インターフェースとする。
【0015】
ガントリが架台上を移動可能なＣＴ装置であって、ガントリがクレードルに退避中において、カートリッジ構造の二次電池構造であり、かつクレードルのガントリ収納部にカートリッジホルダーを設けた構造とする。このカートリッジ構造の二次電池構がガントリ収納部に収納されるとカートリッジホルダーに結合する構造とする。ガントリ収納部から離れた後に二次電池がガントリ収納部に残り充電が行われる。さらにガントリの内部の二次電池を有しない第二の二次電池挿入スペースを有し、対向するクレードルのガントリ収納部内のカートリッジホルダーには充電済みの二次電池が第二のカートリッジホルダーに取り付けられた構造とする。ガントリがガントリ収納部に収納されたときに充電済みの二次電池をガントリ内の二次電池挿入スペースに挿入することができる。これにより、使用後の二次電池をクレードルに戻すと同時に、充電済みの二次電池をガントリに供給できる構造とする。
【0016】
好ましくは、二次電池にはリチウムイオン電池を用いる。また、画像メモリには大容量の半導体メモリ、例えば、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、或いはＮＡＮＤ型フラッシュメモリ等の半導体不揮発メモリを用いる。光源はＸ線光源、或いは近赤外（ＮＩＲ)光源とする。好ましくは、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をカーボンナノ構造体により形成する。検出器は、シリコン半導体検出器であって、かつシリコン半導体検出器にはＡＤ変換回路が形成された構造とする。或いは、検出器を光電子増倍管型検出器、アバランシェホトダイオード（ＡＰＤ）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とする。好ましくは、検出器の上部に放射線遮蔽光ファイバープレート、或いは放射線遮蔽光ファイバープレートの上部にさらに放射線シンチレータを積層した構造とする。
【0017】
回生ブレーキを用いた場合の駆動方法であって、回転部の回転開始後、ガントリの移動を開始する。次に、Ｘ線照射による被検体の撮像が開始される。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。撮像終了後、回転部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。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る。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。さらに好適には、ガントリの所定位置停止後、再度撮像開始時に、カートリッジ構造の使用済みの二次電池を切り離し、カートリッジ構造の既に充電済みの二次電池を装着するステップを加える。
【0018】
ラチェット構造を用いた場合の駆動方法であって、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、或いは同時にガントリ又は寝台の移動を開始する。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。撮像終了後、一方の回転部（ドライブ回転部）の回転トルクを減少或いは停止すると、他方の回転部（自由回転部）は、一方の回転部との結合が解かれ空転する。他方の回転部内の回生ブレーキにより、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他方の回転部の回転運動は減速する。他方の回転部の回転停止後、ガントリ又は寝台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。さらに好適には、ガントリ又は寝台の所定位置停止後、再度撮像開始時に、カートリッジ構造の使用済みの二次電池を切り離し、カートリッジ構造の既に充電済みの二次電池を装着するステップを加える。
【0019】
回転部の内部に組み込まれるＸ線発生部、検出器アレー、画像メモリ、二次電池をは脱着可能なカートリッジ構造とする。また、第一のＸ線発生部と第二のＸ線発生部、及びこれらに中心方向に対向する位置に第一の検出器アレー、及び第二の検出器を有する構造とする。第一の検出器アレーと第二の検出器アレーは、Ｚ軸（体軸）方向にずれたシフト配置としてもよい。また、第一のＸ線発生部と第二のＸ線発生部は、同時にＸ線を照射しても或いは時間差を置いて照射してもよい。さらに、第一のＸ線発生部と第二のＸ線発生部は異なる管電圧（波長）とする。
【0020】
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撮像装置の制御部と、少なくともガントリ、架台、寝台、或いはクレードルのいずれかに設ける。
【0021】
ガントリを２台架台上に搭載し、さらにクレードル部も２台有する構造とする。さらに、一方のクレードル部は、被験者及び寝台が通り抜けられるようにドーナツ形の中空構造とする。ガントリを複数台、例えばＸ線ＣＴ検査用ガントリとポジトロンエミッショントモグラフィー（ＰＥＴ）検査用ガントリの組み合わせ、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を組み合わせた複合撮像装置とする。
【0022】
被験者、或いは測定対象物を載せ、又は保持するための寝台等の保持手段を架台と一体的に形成した構造とする。また、ガントリの体軸方向における移動を補助するためのガイドレールを架台に設ける。また、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をガントリの移動方向に沿って架台に設けた構造とする。好ましくは光源、検出器、画像メモリ、二次電池のいずれかが回転部から着脱可能なカートリッジ構造とする。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、従来、ＣＴ装置内部において生ずる回生抵抗に起因する発熱を抑制することが可能になる。加えて、回生抵抗により活用できなかった慣性モーメントを電気エネルギーとして回収することが可能になる。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。加えて、装置の小型・軽量化、及び低消費電力化が実現し、ＣＴ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ようになる。また、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。さらにスリップリングやブラシ等を不要にする構造により、定期的な部品交換やメンテナンス等の常時機器の性能を最適に保つための年間維持経費を大幅に削減できるようになる。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ＣＴ装置の小型・軽量化、及び低消費電力化により、一般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にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】（ａ）実施例に係る撮像装置１００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）は、（ａ）における破線部分３９Ｒにおける回転部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である。（ｃ）は、回転部２３−２の内部を説明するために、撮像装置１００を図１（ａ）とは体軸（１）に対し反対方向からみた平面図である。
【図2】（ａ）は実施例に係る撮像装置２００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）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の固定部２４の内周との間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２００のガントリ内部にある回転部分２３−２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3】（ａ）は回転部分２３−２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。（ｂ）回転部分２３−２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。（ｃ）は、ラチェット機構等を用いた場合のＣＴ装置２００の駆動方法を説明するためのフローチャートである。
【図4】（ａ）は撮像装置３００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３００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３１０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5】（ａ）は撮像装置４００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４（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7】（ａ）は、実施例に係る撮像装置６００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8】（ａ）は実施例に係る撮像装置７００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9】（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10】（ａ）は実施例に係る撮像装置８００の特に回転部２３をＸ軸方向からみた断面図である。（ｂ）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。（ｃ）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。
【実施例】
【0025】
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。実施例に係るＣＴ装置１００（例えばＸ線ＣＴ装置）の、特にガントリの内部にある回転部分について、図１を用いて説明する。図１（ａ）は実施例に係る撮像装置１００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１（ｂ）は、図１（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、クラッチ構造の一種である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。そこで、本発明では、駆動モータ１９にかけられたタイミングベルト２１が装着された回転部（２３−１）をドライブ回転部と呼び、他方の回転部（２３−２）を自由回転部と呼ぶことにする。即ち、図２（１）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が図面上、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。これに対し、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。ラチェット構造は、一般に、一方向にのみ動力が伝達されるが、その他のクラッチ構造では、必要に応じて動力の伝達方向を選択できる方式もある。後述するように、光源や検出器を搭載した回転部（２３−２）の回転方向を正回転、及び逆回転させたい場合に有効である。
【0026】
図１（ｃ）は、図１（ａ）の回転部を中心軸１に対し反対方向から見た平面図である。自由回転部２３−２には、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、光源２５、光源駆動回路２９が取り付けられている。自由回転部２３−２の外周上にはリング状電極６Ｓ（スリップリングとも呼ばれる）があり、自由回転部２３−２を取り囲む固定部２４にはリング状電極６Ｓに接触する凸型接続端子４Ｓが取り付けられている。後述するように、スリップリング方式の代わりに、非接触方式による電力や信号の授受、或いは回転部の静止時に回転部と固定部の端子間において電気的に接続する方式であっても良い。
【0027】
図２（ａ）は、ガントリ５の内部の自由回転部２３−２をＺ軸方向からみた平面図であり、ドライブ回転部２３−１は図示していない。図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、図２（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２３−２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、自由回転部２３−２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２３−２又は固定部２４のいずれかの周囲に電磁誘導コイル、及び電磁誘導コイルに対向する永久磁石を有しており、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。
【0028】
図２（ｂ）の構造（３９−１）は、例えば、固定部２４の側に永久磁石（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、自由回転部（２３−２）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２（ｃ）の構造（３９−２）は、例えば、自由回転部（２３−２）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２４の側は、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２４の側に回生ブレーキ回路５０を設けてもよい。自由回転部２３−２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２（ｂ）の構造が好ましい。図２（ｂ）の構造の構造では、自由回転部２３−２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。
【0029】
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、撮影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、機械的に停止或いは回生抵抗によるジュール熱放散に期待するまでもなく、自由回転部２３−２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、自由回転部２３−２に光源その他部材を搭載し、ドライブ回転部２３−１の質量を最小化することが可能であり、また自由回転部２３−２の回転半径をドライブ回転部２３−１の回転半径よりも大きくすることにより、より大きな慣性モーメントを回生ブレーキ回路５０により電気エネルギーとして再利用することができる。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、自由回転部２３−２の回転運動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。
【0030】
本実施例における回生ブレーキ５０について図２（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２３−１、２３−２の回転開始後に撮像動作に入り、撮像終了後にドライブ回転部２３−１は早い段階で回転を停止するが、自由回転部２３−２はその回転が徐々に減速する。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、自由回転部２３−２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２（ｄ）は回生ブレーキ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。
【0031】
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。
【0032】
図３を用いて、ＣＴ装置２００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。既に（図２（ａ））において説明したように、自由回転部２３−２の内部には、前述の回生ブレーキ回路５０に加え、光源、例えばＸ線発生部２５、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、画像メモリ３５、二次電池２７、回転部インターフェース２−２を有する。回転部インターフェース２−２は、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２５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を透過し、検出器アレー３１に到達する。なお、回転部２３−１，２３−２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２５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ているので、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、自由回転部２３−２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が自由回転部２３−２の内部ではなく、回転部２３を取り巻く固定部２４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４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。
【0033】
図３（ａ）は自由回転部２３−２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３（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２）。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２３−１、２３−２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。
【0034】
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２３−２の回転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、自由回転部２３−２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、自由回転部２３−２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、かつ自由回転部２３−２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２３−１，２３−２の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。
【0035】
図３（ｂ）は自由回転部２３−２の内部にあるＸ線発生部２５と光源駆動回路２９を説明するためのブロック図である。Ｘ線発生部２５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。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２７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２５に印加することができる。なお、リチウムイオン電池２７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を介し充電される。
【0036】
図３（ｃ）は図２に示したラチェット構造を用いたＣＴ装置（２００）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、ドライブ回転部２３−１が自由回転部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、ドライブ回転部２３−１の回転トルクを減少或いは停止すると、自由回転部２３−２は、ドライブ回転部２３−１との結合が解かれ空転する。自由回転部２３−２の内部には、回生ブレーキ回路５０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自由回転部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、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。
【0037】
図４（ａ）は実施例に係るＣＴ装置３００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４（ａ）に示すように、本実施例では、自由回転部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、前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、ドライブ回転部２３−１を回転させるためのモータ１９、タイミングベルト２１が破線で図示されている。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２３−１、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２３−１、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。
【0038】
図４（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及び自由回転部２３−２が図示されている。自由回転部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。
【0039】
図４（ｃ）は、上記実施例の変形例に係るＣＴ装置３１０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及び自由回転部２３−２が図示されている。図４（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自由回転部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。
【0040】
この課題を解決した構造について、図５を用い以下に説明する。図５（ａ）は、実施例に係るＣＴ装置４００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、自由回転部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。自由回転部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。自由回転部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或いはＸ線シンチレータ等を積層しても良い。
【0041】
図５（ｃ）は、図５（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５（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。自由回転部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Ｘ線による露光を可能にしている。
【0042】
実施例に係るＣＴ装置５００をＸ軸方向から見た側面図を図６（ａ）に示す。ＣＴ装置５００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２３−１（図示せず）、２３−２があり、その回転中心軸１はＺ軸、即ち体軸方向に平行である。回転部２３−２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。また、回転部２３−２の内部には既に説明したように、回生ブレーキ回路５０を内蔵している。回転部２３−２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。
【0043】
図６（ｂ）は、ＣＴ装置５００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２３−１，２３−２がベアリングを介し取り付けられている。さらにドライブ回転部２３−１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。図６（ｃ）は、図６（ａ）における要部Ａの拡大図であり、自由回転部２３−２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２３−２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２３−２の静止位置によらず電気的接続が可能である。
【0044】
実施例に係るＣＴ装置６００について、図７を用いて以下に説明する。図７（ａ）は、ＣＴ装置６００をＸ軸方向から見た側面図である。ＣＴ装置６００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２３−１，２３−２があり、その回転中心軸１が図示されている。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２３−２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６００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。
【0045】
図７（ｂ）は、ＣＴ装置６００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２３−２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。
【0046】
図７（ｃ）は、ＣＴ装置６００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２３−１，２３−２がベアリング（図示せず）等を介し取り付けられている。さらにドライブ回転部２３−１（図示せず）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２３−２の内部には既に説明したように、回生ブレーキ回路５０を内蔵している。また、回転部２３−２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２３−２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。
【0047】
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８（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２３−２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２３−２の内部ではなく、回転部２３−１，２３−２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。
【0048】
図８（ａ）は、実施例に係るＣＴ装置７００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８（ａ）に示すように、ＣＴ装置７００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。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２３−２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ー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２３−２の内部のリチウムイオン電池への充電、及び回転部２３−２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２３−２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２３−２の内部には既に説明したように、回生ブレーキ回路５０を内蔵している。後述するように、回転部２３−２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。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。
【0049】
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２３−２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２３−２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２３−２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
【0050】
図８（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。
【0051】
図８（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８（ｃ）に示すように二次電池は、後述するように（図１０（ａ）等）、カートリッジ構造の二次電池２７ｍであり、挿入スペース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８（ｄ）は、図８（ｃ）を９０度回転した場合の断面図であり、ガントリ部５の内部の第二の二次電池挿入スペース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挿入スペース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。
【0052】
図９（ａ）は、本実施例に係るＣＴ装置の他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。
【0053】
図９（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（２３−１，２３−２）の回転の回転方向を加えた軌跡が図９（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９（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９（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３（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。
【0054】
図１０（ａ）、及び（ｂ）は、実施例に係る撮像装置８００のガントリ部分を説明するためのＸ方向、及びＺ軸方向からみた断面図（ａ）と平面図（ｂ）である。図１０（ａ）は、特に回転部２３−２をＸ軸方向からみた断面図である。回転部２３−２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２３−２から脱着可能とした。図示するように、回転部２３−２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が挿入されるスペース２５ｆと３１ｆ（いずれも破線部）が形成されている。カートリッジ構造は、Ｘ線発生部と検出器アレーに限定されず、既に説明したように記録容量増大に対応するため画像メモリ３５、或いは二次電池２７をカートリッジ構造とすることもできる。
【0055】
図１０（ｂ）は、実施例に係るＣＴ装置８００の回転部２３−２をＺ軸方向から見た平面図である。回転部２３−２の内部には既に説明したように、回生ブレーキ回路５０を内蔵している。本実施例では、カートリッジ構造の二次電池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。
【0056】
図１０（ｃ）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。
【産業上の利用可能性】
【0057】
本発明に係るＣＴ装置を搭載した検査車両、或いは移動病院等への利用が期待される。或いは、カートリッジ構造の光源部、検出器の交換により、ＰＥＴ用のガントリや近赤外光を光源とするガントリに取り換え、或いは追加するにより、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容易に実現する。
【符号の説明】
【0058】
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
【要約】
【課題】ＣＴ装置における消費電力の削減を削減し、さらに内部発熱に起因する温度上昇を抑制し、さらに装置本体の小型、軽量化によりＣＴ装置の移動や設置を容易にし、遠隔地や病院外における医療サービスの普及と充実を図る。【解決手段】ガントリ内の回転部を、クラッチ構造を介した二つの回転部（ドライブ回転部と自由回転部）から構成し、光源、検出器等を自由回転部に搭載する。撮影終了後、ドライブ回転部から自由回転部を開放することにより、ドライブ回転部にタイミングベルトを介し連結した駆動モータに発生する起電力を抑制する。さらに、自由回転部の慣性モーメントを回生ブレーキ回路により電気エネルギーに変換し再利用する。
【選択図】図１