JP6664189B2

JP6664189B2 - 乳房用断層撮影システム

Info

Publication number: JP6664189B2
Application number: JP2015215255A
Authority: JP
Inventors: 靖浩伊藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2035-10-30
Also published as: JP2016107074A

Description

本発明は、コンピューティッドトモグラフィ（ＣＴ：コンピュータ断層撮影）を行う断層撮影システムに関し、特に乳房の撮影に用いる乳房用断層撮影システムに関する。

近年、乳癌の検査用として乳房のＸ線透過像を撮影するマンモグラフィ装置が用いられている。しかし、マンモグラフィ装置で得られる画像は平面画像であるため、腫瘍や石灰化部が乳腺等の組織と重なり異常部の検出が困難な場合があった。かかる平面画像に関わる問題を解決するために、コンピュータ断層撮影（ＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）技術を用いて、乳房の断層画像を得る乳房用断層撮影システムが知られている。

特許文献１には、回転軸の周りを互いに対向しながら回転するＸ線発生管とＸ線検出器と、かかるＸ線発生管とＸ線検出器とを収納するガントリと、を備えた乳房用断層撮影システムが開示されている。特許文献１には、Ｘ線発生管を所定の回転角度ごとに曝射動作させて乳房にコーンビームを照射し、Ｘ線発生管に対向するＸ線検出器によりＸ線透過像を複数取得し、かかる複数のＸ線透過像を再構成することにより乳房の断層画像を得ることが開示されている。

なお、特許文献１には、回転陽極型ターゲットを備えたＸ線発生管と、Ｘ線発生管を収納する円管状のハウジングと、が記載されており、Ｘ線発生管の管軸方向およびハウジングの長手方向は検査寝台と垂直となるように配置されていることが開示されている。

米国特許出願公開第２００４／００８１２７３号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の乳房用断層撮影システムにおいて、Ｘ線発生管の出射窓とガントリの前面板との間に数十ｍｍのデッドスペースが発生することが開示されている。かかるデッドスペースは、乳房の胸郭側にＸ線透過像が得られないブラインドレングスが発生するか、または、乳房挿入部に連なる開口を通して胸郭に不要な被曝が発生するため、解決すべき課題である。

特許文献１に記載の乳房用断層撮影システムにおいては、ブラインドレングスを低減する目的において、検査寝台の開口の周囲に凹部を配置する工夫がなされている。しかしながら、前面板の凹部形状に倣う不自然な撮影姿勢を被験者に要求するユーザビリティの問題や、ブラインドレングスのさらなる低減、に関してさらなる改善が求められていた。

本発明は、被験者のユーザビリティと乳房の胸郭側の撮影野の確保とが両立された乳房用断層撮影システムを提供することを目的とする。

本発明の第一に係る乳房用断層撮影システムは、上記目的のために、乳房を透過したＸ線により乳房の断層画像を得る乳房用断層撮影システムであって、
回転軸を通る乳房挿入部と、前記回転軸の周方向に沿って前記乳房挿入部を囲むように位置する環状の収容部と、前記乳房挿入部に挿入可能とする開口が設けられた前面板と、を有するガントリと、反射型ターゲットを有し前記環状の収容部に収容されるＸ線発生管と、前記乳房挿入部を介して前記Ｘ線発生管と対向するとともに前記環状の収容部に収容されるＸ線検出器と、前記Ｘ線発生管を前記回転軸の周りに回転させる回転駆動部と、前記Ｘ線発生管は管軸方向が前記前面板に沿うように前記回転駆動部に接続されていることを特徴とする。
また、本発明の第二に係る乳房用断層撮影システムは、電子の照射によりＸ線を発生する反射型ターゲットと、前記反射型ターゲットに電子線を照射する電子放出源と、を有するＸ線発生管と、前記反射型ターゲットから放出され乳房を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線発生管と前記Ｘ線検出器とを収容し、被験者の側に前面板を有するガントリと、前記Ｘ線発生管を回転軸の周りに回転させるように前記Ｘ線発生管に接続された回転駆動部と、前記回転軸に重なるように位置し前記前面板に設けられた開口を通じて被験者の乳房が挿入される乳房挿入部と、を備える乳房用断層撮影システムであって、前記Ｘ線発生管の管軸方向が前記前面板に対して実質的に平行に配置されていることを特徴とする。
また、本発明の第三に係る乳房用断層撮影システムは、電子の照射によりＸ線を発生する反射型ターゲットと、前記反射型ターゲットに電子線を照射する電子放出源と、を有するＸ線発生管と、前記反射型ターゲットから放出され乳房を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線発生管と前記Ｘ線検出器とを収容し、被験者の側に前面板を有するガントリと、前記Ｘ線発生管を回転軸の周りに回転させるように前記Ｘ線発生管に接続された回転駆動部と、前記回転軸に重なるように位置し前記前面板に設けられた開口を通じて被験者の乳房が挿入される乳房挿入部と、を備える乳房用断層撮影システムであって、前記Ｘ線発生管は、外形において、管軸方向の長さより、前記管径方向の長さが短く、前記管軸方向は前記前面板に沿うように配置されていることを特徴とする。
また、本発明の第四に係る乳房用断層撮影システムは、電子放出部を有する電子放出源と、放出された電子の照射により焦点が形成され該焦点からＸ線を発生する反射型ターゲットと、を有するＸ線発生管と、前記反射型ターゲットから放出され乳房を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線発生管と前記Ｘ線検出器とを収容し、被験者の側に前面板を有するガントリと、前記Ｘ線発生管を回転軸の周りに回転させるように前記Ｘ線発生管に接続された回転駆動部と、前記回転軸に重なるように位置し前記前面板に設けられた開口を通じて被験者の乳房が挿入される乳房挿入部と、を備える乳房用断層撮影システムであって、前記Ｘ線発生管の管軸方向は、前記電子放出部の中心から前記焦点の中心に向かう仮想直線の延びる方向により規定され、前記管軸方向は前記前面板に沿うように配置されていることを特徴とする。
また、本発明の第五に係る乳房用断層撮影システムは、電子の照射によりＸ線を発生する反射型ターゲットと、前記反射型ターゲットに電子線を照射する電子放出源と、を有するＸ線発生管と、前記反射型ターゲットから放出され乳房を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線発生管と前記Ｘ線検出器とを収容し、被験者の側に前面板を有するガントリと、前記Ｘ線発生管を回転軸の周りに回転させるように前記Ｘ線発生管に接続された回転駆動部と、前記回転軸に重なるように位置し前記前面板に設けられた開口を通じて被験者の乳房が挿入される乳房挿入部と、を備える乳房用断層撮影システムであって、前記Ｘ線検出器は、前記乳房挿入部を介して前記Ｘ線発生管に対向するように、前記回転駆動部に接続されており、前記Ｘ線発生管の管軸方向は前記前面板に沿うように配置されていることを特徴とする。
また、本発明の第六に係る乳房用断層撮影システムは、電子の照射によりＸ線を発生する反射型ターゲットと、前記反射型ターゲットに電子線を照射する電子放出源と、を有するとともに管電圧が印加されるＸ線発生管と、前記反射型ターゲットから放出され乳房を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線発生管と前記Ｘ線検出器とを収容し、被験者の側に前面板を有し接地電位に規定されるガントリと、前記Ｘ線発生管を回転軸の周りに回転させるように前記Ｘ線発生管に接続された回転駆動部と、前記回転軸に重なるように位置し前記前面板に設けられた開口を通じて被験者の乳房が挿入される乳房挿入部と、を備える乳房用断層撮影システムであって、前記反射型ターゲットの電位は、接地電位より正であって絶対値が前記管電圧より小さく規定され、前記電子放出源の電位は、接地電位より負であって絶対値が前記管電圧より小さく規定されており、前記Ｘ線発生管の管軸方向は前記前面板に沿うように配置されていることを特徴とする。
また、本発明の第七に係る乳房用断層撮影システムは、陽極回転軸を有し該陽極回転軸周りに回転する回転陽極型の反射型ターゲットと、前記反射型ターゲットに電子線を照射する電子放出源と、を有するＸ線発生管と、前記反射型ターゲットから放出され乳房を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線発生管と前記Ｘ線検出器とを収容し、被験者の側に前面板を有するガントリと、
前記Ｘ線発生管を回転軸の周りに回転させるように前記Ｘ線発生管に接続された回転駆動部と、前記回転軸に重なるように位置し前記前面板に設けられた開口を通じて被験者の乳房が挿入される乳房挿入部と、を備える乳房用断層撮影システムであって、
前記前面板に沿って配置された回転中心軸の周りに回転する回転陽極である、前記Ｘ線発生管の管軸方向と前記陽極回転軸が前記前面板に沿うように配置されていることを特徴とする。

本発明の乳房用断層撮影システムは、反射型Ｘ線発生管の管軸方向がガントリの前面板に沿うように配置されている。このため、本願発明の乳房用断層撮影システムは、反射型ターゲット上に形成される焦点の前面板に対する位置を、従来の管軸方向を前面板と交差するように配置した場合よりも小さくすることができる。従って、本発明によれば、被験者の胸郭への不要曝射の低減、胸郭側のブラインドレングスの低減と、ユーザビリティの改善と、が両立された乳房用断層撮影システムを提供することができる。

第１の実施形態に関わる乳房用断層撮影システムの三面図（ａ）〜（ｃ）と撮影姿勢を示す側面図（ｄ）である。第２、第３の実施形態に関わる乳房用断層撮影システムの撮影姿勢を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。第４の実施形態に関わる乳房用断層撮影システムの二面図（ａ）、（ｂ）と部分拡大図（ｃ）と変形例の部分拡大図（ｄ）である。第５の実施形態（ａ）、（ｂ）と第５の実施形態の変形例（ｃ）（ｄ）に関わる乳房用断層撮影システムの二面図と変形例の拡大図（ｅ）である。第６の実施形態に関わる乳房用断層撮影システムの二面図（ａ）、（ｂ）とＸ線発生源の拡大図（ｃ）と反射型ターゲットの拡大図（ｄ）である。第７の実施形態に関わる乳房用断層撮影システムの二面図（ａ）、（ｂ）とＸ線発生源の拡大図（ｃ）と反射型ターゲットの拡大図（ｄ）である。第８の実施形態に関わる乳房用断層撮影システムのシステムブロック図である。参考例に関わる乳房用断層撮影システムの三面図（ａ）〜（ｃ）と撮影姿勢を示す側面図（ｄ）である。第１の実施形態に関わる乳房用断層撮影システムの部分断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。なお、本願明細書で特に図示または記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知または公知技術が適宜適用される。

〔第１の実施形態〕
まず、図１を用いて本発明の第１の実施形態について説明する。

図１（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に関わる乳房用断層撮影システム１を構成する要素間の配置を示す三面図である。また、図１（ｄ）は、本実施形態の乳房用断層撮影システム１を利用する被検者４８の撮影姿勢を示す側面図である。なお、図１（ｄ）において、被験者４８の両上肢は理解の為に省略している。

乳房用断層撮影システム１は、図１（ａ）、（ｂ）に示す通り、電子の照射によりＸ線を発生する反射型ターゲット１３と、反射型ターゲット１３に電子線を照射する電子放出源１２と、を有するＸ線発生管１５を備えている。また、乳房用断層撮影システム１は、反射型ターゲット１３から放出され乳房３１を透過したＸ線を検出するＸ線検出器９と、Ｘ線発生管１５とＸ線検出器９とを収容し、被験者４８の側に前面板３を有するガントリ２と、を備えている。さらにまた、乳房用断層撮影システム１は、Ｘ線発生管１５を回転軸６の周りに回転２０（１１）させる回転駆動部７２と、回転軸６に重なる位置に乳房３１が挿入される乳房挿入部５と、を更に備えている。

Ｘ線発生管１５は、図１（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に示すように、後述するＸ線検出器９が乳房３１の透過Ｘ線像を検出する目的において、Ｘ線束８が乳房挿入部５、乳房３１、Ｘ線検出器９向けて照射されるように配置されている。Ｘ線束８の照射角は、不図示のコリメータにより、照射角と曝射中心軸８ｃとが規定される。曝射中心軸８ｃは回転軸６に重なるようにすることで、乳房３１の断層画像を取得する撮影野を広く確保できる。

Ｘ線検出器９は、乳房挿入部５に位置する乳房３１を透過したＸ線を検出するために、複数の不図示のＸ線検出素子が配列されている。Ｘ線検出器９も、Ｘ線発生管１５と同様にして、回転駆動部７２に接続されて、回転軸６の周りを回転２１（１１）できるようになっている。

回転駆動部７２は、Ｘ線発生管１５とＸ線検出器９とを、共通の回転軸６の周りに同じ角速度で回転させるために、回転支持体７０とモータ７１とで構成されている。本実施例に関わる乳房用断層撮影装置１は、回転駆動部７２を有することにより、Ｘ線発生管１５は乳房３１に対して異なる角度でＸ線束８を曝射し、Ｘ線検出器９はそれぞれが異なる位相情報を含んだ複数の元画像を取得することが可能となっている。

次に、本願発明の乳房用断層撮影システムの特徴であるＸ線発生管と前面板との配置関係について説明する。

本実施形態に関わる乳房用断層撮影システム１は、Ｘ線発生管１５の管軸２５の方向は、前面板３に対して平行に配置されている。即ち、Ｘ線発生管１５の管軸２５の方向が前面板３に沿うように、Ｘ線発生管１５は回転駆動部７２に接続されている。なお、本願明細書においてこれ以降、管軸２５の方向は、Ｘ線発生管１５を構成する要素を用いて説明され、図１（ｃ）に示すように、電子放出部１２ａの中心から焦点１３ａの中心に向かう仮想直線の向きにより規定される。

ここで、管軸方向と管径方向のそれぞれにおけるＸ線発生管のサイズを規定する要因について説明する。Ｘ線発生管の陰極は、集束レンズ電極、引き出しグリッド電極等の静電レンズ電極を備える電子銃で構成され、陽極から遠ざかる向きに所定の長さを有して延在している。従って、Ｘ線発生管の陰極側の管軸の長さの下限は電子銃の長さにより規定される。

同様にして、反射型ターゲットを備えたＸ線発生管の陽極は、熱容量を有する陽極ステム、ターゲットの排熱に関わるヒートシンク、必要に応じて設けられる回転駆動機構、等の陽極部材を有する。Ｘ線発生管の陽極側の管軸の下限長さは、反射型ターゲットに接続される陽極部材により規定される。従って、一般に、Ｘ線発生管および、Ｘ線発生管を収納容器に収納したＸ線発生装置は、管径方向より管軸方向に長い形状をなしている。

図８（ａ）〜（ｄ）には、管軸２５の方向を前面板３に垂直に配置したＸ線発生管１５と、ガントリ２とを備えた従来の構成に関わる乳房用断層撮影装置１０１が参考例として示されている。本参考例の乳房用断層撮影装置１０１では、管軸２５の方向を前面板３と交差する向きに配置しているため、焦点２３ａが前面板３と距離ＤＦＦ２を隔てて離間している。この結果、本参考例におけるブラインドレングスＢＡ２は、焦点２３ａとＸ線発生管１５の陰極側端部との距離の影響を受けて大きなものとなっている。すなわち、本参考例の乳房用断層撮影装置１０１においては、管軸２５の方向におけるＸ線発生管１５の陰極側の長さにより大きなブラインドレングスＢＡ２が生じている。なおブラインドレングスは、図１（ｄ）のような側面図において、乳房収納部５の開口１０の側においてＸ線束８が照射されない領域のうち、開口１０からの距離が最大の長さで規定される。

なお、管軸２５の方向を本参考例の反平行（‐Ｚ方向）とし、かつ、前面板３と交差するようにした不図示の参考形態も、Ｘ線発生管１５の前述の参考例と同様にして、陽極部材の管軸方向の長さに起因して大きなブラインドレングスが発生する。

一方、図１（ａ）〜（ｄ）に示す第１の実施形態では、図１（ｃ）に示すように、管軸２５の方向を前面板３に沿う向きに配置しているため、焦点１３ａが前面板３と距離ＤＦＦ１を隔てて離間している。この結果、本実施形態におけるブラインドレングスＢＡ１は、図１（ｄ）に示すように、焦点１３ａとＸ線発生管１５の管径の１／２との距離が管軸２５の長さの１／２より短いため、参考例のブラインドレングスＢＡ２より小さなものとなっている。すなわち、本実施形態の乳房用断層撮影装置１においては、Ｘ線発生管１５の管軸２５の長さの影響を受けないため、小さなブラインドレングスＢＡ１が生じるに留まっている。

従って、本実施形態に関わる乳房用断層撮影システム１は、被験者４８に無理な撮影姿勢を強いることなくブラインドレングスが低減された乳房の断層撮影行うことが可能となっている。

図９は、前面板３の開口１０付近の漏洩Ｘ線を発生するＸ線束と前面板３との関係を示す意図で、図１（ｃ）を拡大した図である。厚さｔの前面板３に設けられた開口径Φの開口１０を通過するＸ線の条件は、以下の一般式で与えられる。ここで、角度Ψは、かかる開口１０を通過する漏洩Ｘ線の傾きの上限を示すものである。図９に示すように、焦点１３ａの中心から最も遠い開口１０の部分と、焦点１３ａの中心とを結ぶ仮想線と前面板３との成す角Ψが、以下の一般式を満たすことが、開口１０を介して被験者側に漏洩するＸ線を低減する点において好ましい。

すなわち、かかる仮想直線と前面板３との成す角Ψの上限は、Ｘ線束８の一部が開口１０を通過して被験者４８の胸郭への曝射を防止する条件を意味する。
０≦Ψ≦ｔａｎ^−１（ｔ／Φ）・・・（１）
なお、開口径Φは開口１０の直径に相当し、被験者４８の乳房３１を挿入可能なように１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下の範囲が設定される。また、前面板３の板厚ｔは、図１（ａ）、（ｃ）、（ｄ）において省略されているが、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲が設定される。板厚ｔの下限はＸ線減衰性能または変形抑制の強度の観点から規定され、板厚ｔの上限はブラインドレングス低減の観点から規定される。従って、管軸２５の前面板３の成す角Ψは、−２０度以上＋２０度以下が好ましく、−５度以上＋５度以下がより好ましく、−１．５度以上１．５度以下とすることがより一層好ましい。

〔第２、第３の実施形態〕
ガントリ２の前面板３は、乳房挿入部５に連通する開口１０を備えている。従って、ガントリ２は、乳房用断層撮影システム１の収納容器であると同時に、被験者４８のユーザーインターフェースとなっているとも言える。ガントリ２は、被検者４８の撮影姿勢を定める為に、乳房挿入部５が床面（図１では不図示）に対して所定の高さに設定され、前面板３が鉛直面に対して所定の角度をなすように、かかる床面に固定される。

次に、図２（ａ）、（ｂ）を用いて本発明の第２、第３の実施形態に関わる乳房用断層撮影システム１を説明する。図２（ａ）、（ｂ）には、第２、第３の実施形態に関わる乳房用断層撮影システム１における被験者４８の撮影姿勢とともに、第１の実施形態を示す図１の各図においては省略されていたフットレスト４４とガントリ２と床面４１との接続関係が示されている。

図２（ａ）に示す第２の実施形態の乳房用断層撮影システム１は、被験者４８が伏臥位の撮影姿勢をとることができるように、前面板３を水平面（ｙｚ平面）に、回転軸６を鉛直方向（Ｘ方向）に倣うようにガントリ２が床面４１に設置されている。本実施形態の乳房用断層撮影システム１は、前面板３に連なるフットレスト４４を備えており、前面板３とフットレスト４４とが検査寝台を構成している。

図２（ｂ）に示す第３の実施形態の乳房用断層撮影システム１は、被験者４８の撮影姿勢を立位〜伏臥位まで連続的に変更させる姿勢変更ユニットを備えている。本実施形態のガントリ２は、フットレスト４４とともに、姿勢変更ユニット６２を介して床面４１に設置されている。姿勢変更ユニット６２は、連結支持部６３、回転部６４、ベース部６５からなり、前面板３とフットレスト４４とを、一体的に鉛直から垂直の角度に変更することができる。

第２、第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、Ｘ線発生管１５は管軸方向を前面板３と平行な状態を維持して回転軸６の周りを回転するように回転駆動部７２に接続されている。第２、第３の実施形態のいずれも、第１の実施形態と同様に、管軸２５の方向が前面板３に沿って配置されているため、被験者４８に無理な撮影姿勢を強いることなくブラインドレングスが低減された乳房の断層撮影行うことが可能となっている。

〔第４の実施形態〕
次に、図３（ａ）〜（ｃ）と図３（ｄ）を用いて本発明の第４の実施形態と変形例に関わる乳房用断層撮影システム１を説明する。本実施形態は、第１の実施形態では省略されていた、Ｘ線発生管１５と管電圧回路１７との電気的接続、Ｘ線発生管１５、管電圧回路１７を収納する収納容器１８、収納容器とガントリ２の接地方式が図示されている。なお、図３（ａ）〜（ｄ）の各図において、図１（ａ）〜（ｄ）と同様に、Ｘ線検出器、乳房挿入部、開口、回転駆動部は、理解の為に、適宜省略されている。

第４の実施形態の乳房用断層撮影システム１は、静止型の反射型ターゲット１３を備えたＸ線発生管１５と管電圧Ｖａを印加する管電圧回路１７と、Ｘ線発生管１５および管電圧回路１７とを収納する金属製の収納容器１８を有したＸ線発生源７を備えている。図３（ｄ）には、Ｘ線発生管１５と管電圧回路１７との電気的な接続箇所が第４の実施形態と相違する第４の実施形態の変形例が示されている。

第４の実施形態とその変形例のＸ線発生管１５は、いずれも、管電圧回路１７と中点接地方式で電位規定されている。ガントリ２と収納容器１８とは、接地端子１６に電気的に接続され、接地電位に規定されている。反射型ターゲット１３の電位は、＋１／２×Ｖａに規定されている。即ち、反射型ターゲット１３の電位は、接地電位より正であって絶対値が管電圧Ｖａより小さい。同様にして、電子放出源１２の電位は、−１／２×Ｖａに規定されている。即ち、電子放出源１２の電位は、接地電位より負であって絶対値が管電圧Ｖａより小さい。

反射型ターゲット１３を含む陽極は陽極端子４３を介して管電圧回路１７の陽極出力端子に接続され、電子放出源１２を含む陰極は陰極端子４２を介して管電圧回路１７の陰極出力端子に接続されている。陰極端子４２と陽極端子４３は、絶縁耐圧の観点から、いずれもＸ線発生管１５の前面板３から離間した側に設けられている。陰極端子４２と陽極端子４３は、電子放出部１２ａと焦点１３ａにより規定される管軸２５よりも前面板３から離れて位置しているとも言える。

次に、Ｘ線発生管１５における陰極端子４２と陽極端子４３の配置と、Ｘ線発生管１５の外囲器１４の前面板３側の電位差ΔＶｑｒについて、図３（ｃ）、（ｄ）と一般式（２）〜（５）を用いて以下に説明する。図３（ｃ）、（ｄ）の通り、外囲器１４の沿面に沿ってｏ、ｐ、ｑ、ｒ、ｓ、ｔ、ｕ、ｖ、と定める。このうち、位置ｓ、ｔは、図３（ａ）、（ｃ）に示す本実施形態の接続端子の位置であって、管軸２５よりも前面板３から離間した配置である。また、位置ｕ、ｖは、図３（ｄ）に示す変形例の接続端子の位置であって、管軸２５の延長上に位置する。位置ｑ、ｒは、外囲器１４の前面板３の側において収納容器１８と対向する区間に対応する。ここで、前面板３の側の外囲器１４の電位差ΔＶｑｒは、一般式（２）の通り、管電圧Ｖａに対して外囲器１４の絶縁部材の沿面に沿った容量分割比で規定され、かかる容量分割比は沿面距離比で近似される。
ΔＶｑｒ＝容量分割比×管電圧Ｖａ≒沿面距離比×管電圧Ｖａ・・・（２）
従って、図３（ｃ）、（ｄ）に示す本実施形態と変形例の外囲器１４の前面板３の側の電位差ΔＶｑｒ（ｃ）、ΔＶｑｒ（ｄ）は、以下の一般式（２）、（３）によりそれぞれ示される。
ΔＶｑｒ（ｃ）＝（沿面距離ｑｒ）／（沿面距離ｏｐｑｒｓｔ）×管電圧Ｖａ
・・・（３）
ΔＶｑｒ（ｄ）＝（沿面距離ｑｒ）／（沿面距離ｕｑｒｖ）×管電圧Ｖａ
・・・（４）
一般式（３）、（４）により一般式（５）が導出される。
ΔＶｑｒ（ｃ）＜ΔＶｑｒ（ｄ）・・・（５）
以上の通り、陰極端子４２と陽極端子４３を管軸２５よりも前面板３から離間して配置することにより、外囲器１４の、陰極端子４２と陽極端子４３との間の沿面距離に占める、外囲器１４が前面板３と対向する側の沿面距離が減少する。この結果、陰極端子４２と陽極端子４３を管軸２５よりも前面板３から離間した配置とすることにより、外囲器１４が前面板３と対向する側の電位差ΔＶｑｒが容量分割により抑制される。

この結果、外囲器１４と収納容器１８とは絶縁距離Ｄｉを介して近接させることが可能となり、反射型ターゲット１３上に形成される焦点１３ａの前面板３に対する距離ＤＦＦ１を低減させることが可能となり、ブラインドレングス低減の効果が得られる。陰極端子４２と陽極端子４３を、管軸２５の延長上に設けたり、前面板３の側に設けたりする場合よりも、絶縁距離Ｄｉおよび焦点位置ＤＦＦ１を低減させることが可能となる。

従って、第２、第３の実施形態に関わる乳房用断層撮影システム１は、被験者４８に無理な撮影姿勢を強いることなくブラインドレングスが低減された乳房の断層撮影行うことが可能となっている。

なお、本願発明において、中点接地方式は、陽極電位と陰極電位との間の電位を接地して、Ｘ線発生管１５に管電圧回路１７から管電圧を印加する形態と定義する。中点接地方式における陽極電位は、０より大１未満の定数ｋを与えたとき、陽極電位と陰極電位を＋ｋ×Ｖａ、＋（ｋ−１）×Ｖａと代数的に記述される。前述の収納容器１８と外囲器１４との絶縁距離を小さくする目的においては、ｋが０．４９５以上０．５０５以下であることが好ましく、ｋ＝０．５がより一層好ましい。

なお、図３（ａ）においては、図示していないが、本実施形態のＸ線発生源７は、収納容器１８の内部には、Ｘ線発生管１５と収納容器１８の内壁とに接触するように絶縁性液体を収納している。絶縁性液体としては、鉱油、パーフルオロ系オイル、シリコーン油等の絶縁性油、または、六フッ化硫黄、等が適用される。かかる絶縁性液体は、Ｘ線発生管１５、収納容器１８、管電圧回路１７間の電気的絶縁と、Ｘ線発生管１５の対流放熱に寄与する。管電圧回路１７は、収納容器１８の外部に配置しても良い。

〔第５の実施形態〕
次に、図４（ａ）、（ｂ）および図４（ｃ）、（ｄ）を用いて本発明の第５の実施形態とその変形例に関わる乳房用断層撮影システム１を説明する。図４（ａ）、（ｂ）に示す第５の実施形態は、回転陽極型の反射型ターゲット２３を備えている点、回転陽極型の反射型ターゲット２３のフォーカルトラックに対してＸ線検出器９の側に焦点をオフセットしている点において、第４の実施形態と相違する。本願明細書において、これ以降簡単のために、回転陽極型の反射型ターゲットを回転陽極と称する。なお、図４（ａ）〜（ｄ）の各図において、図３（ａ）、（ｂ）と同様に、Ｘ線検出器、乳房挿入部、開口、回転駆動部は、理解の為に、適宜省略されている。本実施形態のフォーカルトラックは、回転陽極２３の錐面に沿って円錐台形に分布している。

第５の実施形態は、焦点２３ａからＸ線検出器９を望む立体角が最大となるように、焦点２３ａがフォーカルトラック内に配置されている。換言すると、本実施形態は、焦点２３ａからＸ線検出器９を望む立体角が最大となるように電子放出源１２と回転陽極２３とが配置されている。本実施形態のような焦点２３ａの配置とすることにより、管電流一定の条件下において、乳房挿入部５に曝射されるＸ線強度が最大となり、回転陽極２３の熱負荷が軽減される。

本実施形態の焦点２３ａの配置を実現する為に、図４（ｂ）に示す様に、回転陽極２３の回転中心軸２７よりも管軸２５がＸ線検出器９に近接するように電子放出源１２が配置されている。同様にして、本実施形態の焦点２３ａの配置を実現する為に、図４（ａ）に示す通り、前面板３との距離において、回転陽極２３の回転中心軸２７と管軸２５とが等しい配置となっている。

次に、図４（ｃ）〜（ｅ）を用いて本発明の第５の実施形態の変形例に関わる乳房用断層撮影システム１を説明する。本変形例は、回転陽極２３が有するフォーカルトラックのうち前面板３に最も近接している側に焦点が形成されている点において、図４（ａ）、（ｂ）に示す第５の実施形態と相違する。本変形例は、図４（ｅ）に示すように、電子放出部１２ａと焦点２３ａが、回転陽極２３の回転中心軸２７よりも前面板３に近接した配置となっており、焦点２３ａが前面板３に近接されて胸郭側のブラインドレングスを低減する効果が得られる。本変形例は、第５の実施形態と比較して、焦点２３ａから望むＸ線検出器９の立体角が制限される為、乳房挿入部５に曝射されるＸ線強度が低下する一方で、Ｘ線検出器９から見た見掛け上の焦点サイズが抑制される効果が得られる。

第５の実施形態とその変形例は、図４（ａ）、（ｃ）に示す通り、第４の実施形態と同様にして、陰極端子４２と陽極端子４３が管軸２５よりも前面板３から離間した側に設けられているため、Ｘ線発生管１５を収納容器１８の前面板３の側に近接させられる。この結果、第５の実施形態とその変形例に関わる乳房用断層撮影装置１は、被検者４８に無理な撮影姿勢を強いることなく、ブラインドレングスが低減された乳房の断層撮影を行うことが可能となっている。

〔第６の実施形態〕
次に、図５（ａ）〜（ｄ）を用いて本発明の第６の実施形態に関わる乳房用断層撮影システム１を説明する。図５（ａ）〜（ｄ）は、焦点２３ａの走査軌跡２４のなかで最上の位置にある状態のＸ線発生管１５とガントリ２との関係を代表させて示している。しかしながら、以下に述べる本実施形態の技術的意義は、Ｘ線発生管１５の走査時のガントリ２内の位置に依存せずに一般化される。

本実施形態は、Ｘ線発生管１５の管軸２５の方向が、前面板３と平行であり、回転軸６と垂直な位置関係にある点においては、第１の実施形態と共通する配置となっている。従って、本実施形態に関わる乳房用断層撮影システム１は、被験者４８に無理な撮影姿勢を強いることなくブラインドレングスが低減された乳房の断層撮影行うことが可能となっている。

一方で、本実施形態は、Ｘ線発生管１５の管軸２５の方向を、焦点１３ａの走査軌跡の接平面のうち回転軸６に平行な接平面２６に対して、内側を向くようにした点において、図１（ａ）〜（ｄ）に示す第１の実施形態と相違する。換言すると、本実施形態は、焦点１３ａよりも電子放出部１２ａが、ガントリ２の径方向において外側に位置している。

このような配置を取る本実施形態は、第１の実施形態と比較して、反射型ターゲット１３に形成される焦点１３ａの見掛け上の焦点径が小さくなり、ガントリ２の径方向における撮影画像の分解能が向上する。反射型ターゲット１３の電子入射面の法線と管軸２５とのなす角をθｔ、管軸２５と接平面２６のなす角をθとするとき、回転軸６に向かう曝射中心軸８ｃの出射角θｅは、以下の一般式（６）で記述される。
θｅ＝９０°−（θｔ−θ）・・・（６）
反射型ターゲット１３の電子入射面に形成される焦点１３ａの前面板３に平行な方向の焦点径をΦとしたとき、Ｘ線検出器９からみた見かけ上の焦点径は、Φ×ｃｏｓ（θｅ）である。従って、Ｘ線発生管１５の管軸２５の方向を、焦点１３ａの走査軌跡の接平面のうち回転軸６に平行な接平面２６に対して内側にθ傾いている本実施形態においては、前面板３に沿ったガントリ径方向における見掛け上の焦点が抑制される。

なお、焦点１３ａの見掛け上の焦点径は、Ｘ線検出器９からみた立体角に相当し、不図示のピンホールマスクを反射型ターゲット１３とＸ線検出器９の間に配置して測定される。また、出射角θｅは、反射型ターゲット１３の電子入射面の法線２８に対して規定され、出射角０度は、垂直反射の条件に相当する。また、接平面２６は、焦点１３ａが回転軸６の周りに規定する環状の走査軌跡２４において、焦点１３ａの任意の位置における接線と回転軸６とにより規定される平面である。

〔第７の実施形態〕
次に、図６（ａ）〜（ｄ）を用いて本発明の第７の実施形態に関わる乳房用断層撮影システム１を説明する。図６（ａ）〜（ｄ）は、焦点２３ａの走査軌跡２４のなかで最上の位置にある状態のＸ線発生管１５とガントリ２との関係を代表させて示している。しかしながら、以下に述べる本実施形態の技術的意義は、Ｘ線発生管１５の走査時のガントリ２内の位置に依存せずに一般化される。

一方で、本実施形態は、Ｘ線発生管１５の管軸２５の方向を、焦点１３ａの走査軌跡の接平面のうち回転軸６に平行な接平面２６に対して、外側を向くようにした点において、第１の実施形態および第６の実施形態と相違する。換言すると、本実施形態は、焦点１３ａよりも電子放出部１２ａが、ガントリ２の径方向において内側に位置している。

このような配置を取る本実施形態は、第１の実施形態および第６の実施形態と比較して、Ｘ線束８の曝射中心軸８ｃが電子入射面の法線に近づくため、出射角θｅが小さなものとなり、Ｘ線出力の強度と線質の放射角依存性が低減される。従って、第７の実施形態は、Ｘ線出力の強度と線質の放射角依存性が低減されるため、Ｘ線発生源１５と乳房挿入部５とを近接可能となるためガントリ２のサイズを小型化するメリットが得られる。

［第８の実施形態］
次に、図７を用いて、本発明の乳房用断層撮影システムを用いて行う断層撮影について説明する。図７は、乳房３１に対して回転軸６の周りにおいて複数の曝射角度で撮影することによりＸ線断層像を取得する乳房用断層撮影システム１のシステムブロック図が示されている。

本実施形態のＸ線発生管１５の管軸方向を明示していないが、第１の実施形態と同様に、管軸方向が前面板３と平行な状態を維持したまま回転軸６の周りを回転１１するように回転駆動部７２に接続されている。

本実施形態においてはガントリ２内部に設けられている回転駆動部７２は、ガントリ２の外部に設けられていても良い。また、本実施形態においては、Ｘ線検出器９は回転支持体７０に接続せずに、ガントリ２の径方向外側に環状に敷き詰めて配置してもよい。Ｘ線検出器９が受ける散乱Ｘ線を軽減する点、半陰影を軽減する点においては、可能な範囲でＸ線束の光路上、被写体である乳房３１の直後に配置することが望ましい。この点おいては、本実施形態および第１〜第３の実施形態に示すように、Ｘ線発生管１５よりも回転軸６に近接した位置において、Ｘ線検出器９が回転支持体７０に支持されていうることが望ましい。

Ｘ線検出器９の出力にはＸ線透過像データが含まれ、信号処理部３６、システム制御ユニット３３、再構成部３２を経て、表示パネル３９に断層画像が出力される。信号処理部３６には、データ処理回路３５、画像処理回路３４を備えている。また、システム制御ユニット３３の出力は、管駆動回路３７、Ｘ線発生管１５、回転駆動部７２、データ処理回路３５、画像処理回路３４に接続され、システム制御ユニット３３には操作パネル３８の操作指令信号が入力されるように接続されている。

本実施形態の乳房用断層撮影システム１は、Ｘ線発生管１５及びＸ線検出器９は、互いに対向して配置され、回転軸６を中心として互いに同期して回転走査されるように構成されている。Ｘ線発生管１５は、回転駆動部７２により乳房３１に対する角度が変更され、異なるＸ線発生管１５の角度毎にＸ線透過像を取得することが可能となっている。

１乳房用断層撮影システム
２ガントリ
３前面板
５乳房収納部
６回転軸
９Ｘ線検出器
１０開口
１２電子線放出源
１３反射型ターゲット
１４外囲器
１５Ｘ線発生管
３１乳房
４８被験者
７２回転駆動部

Claims

乳房を透過したＸ線により乳房の断層画像を得る乳房用断層撮影システムであって、
回転軸を通る乳房挿入部と、前記回転軸の周方向に沿って前記乳房挿入部を囲むように位置する環状の収容部と、前記乳房挿入部に挿入可能とする開口が設けられた前面板と、を有するガントリと、
反射型ターゲットを有し前記環状の収容部に収容されるＸ線発生管と、
前記乳房挿入部を介して前記Ｘ線発生管と対向するとともに前記環状の収容部に収容されるＸ線検出器と、
前記Ｘ線発生管を前記回転軸の周りに回転させる回転駆動部と、
前記Ｘ線発生管は管軸方向が前記前面板に沿うように前記回転駆動部に接続されていることを特徴とする乳房用断層撮影システム。
前記管軸方向と前記前面板との成す角度は、−２０度以上＋２０度以下であることを特徴とする請求項１に記載の乳房用断層撮影システム。
前記管軸方向は、前記前面板に対して実質的に平行に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の乳房用断層撮影システム。
前記Ｘ線発生管は、外形において、管軸方向の長さより、前記管径方向の長さが短い事を特徴とする請求項１に記載の乳房用断層撮影システム。
前記Ｘ線発生管は前記反射型ターゲットに向けて電子線を放出する電子放出部を有する電子放出源を有し、
前記反射型ターゲットは、前記電子線の照射により焦点が形成され、
前記管軸方向は、前記電子放出部の中心から前記焦点の中心に向かう仮想直線の延びる方向により規定されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の乳房用断層撮影システム。
前記焦点が描く走査軌跡に基づき、前記ガントリの周方向と径方向が規定され、前記管軸方向は前記ガントリの前記径方向において内側に向いていることを特徴とする請求項５に記載の乳房用断層撮影システム。
前記焦点が描く走査軌跡に基づき、前記ガントリの周方向と径方向が規定され、前記管軸方向は前記ガントリの前記径方向において外側に向いていることを特徴とする請求項５に記載の乳房用断層撮影システム。
前記焦点が描く走査軌跡に基づき、前記ガントリの周方向と径方向が規定され、前記電子放出部は前記焦点より、前記ガントリの前記径方向において外側に位置していることを特徴とする請求項６に記載の乳房用断層撮影システム。
前記焦点が描く走査軌跡に基づき、前記ガントリの周方向と径方向が規定され、前記電子放出部は前記焦点より、前記ガントリの前記径方向において内側に位置していることを特徴とする請求項７に記載の乳房用断層撮影システム。
前記Ｘ線検出器は、前記乳房挿入部を介して前記Ｘ線発生管に対向するように、前記回転駆動部に接続されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の乳房用断層撮影システム。
前記ガントリは接地電位に規定され、前記Ｘ線発生管には管電圧が印加され、
前記反射型ターゲットの電位は、接地電位より正であって絶対値が前記管電圧より小さく規定され、
前記電子放出源の電位は、接地電位より負であって絶対値が前記管電圧より小さく規定されていることを特徴とする請求項５に記載の乳房用断層撮影システム。
０より大で１未満の定数ｋを与え、管電圧をＶａ（Ｖ）とするとき、
前記反射型ターゲットの電位は、ｋ×Ｖａに規定され、
前記電子放出源の電位は、（ｋ−１）×Ｖａに規定される部分を有していることを特徴とする請求項１１に記載の乳房用断層撮影システム。
前記定数ｋは、０．４９５以上０．５０５以下であることを特徴とする請求項１２に記載の乳房用断層撮影システム。
前記Ｘ線発生管を収納し前記ガントリに収納され接地電位に規定される容器と、
前記容器の内壁と前記Ｘ線発生管とに接する絶縁性液体と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の乳房用断層撮影システム。
前記容器は、前記Ｘ線発生管に前記管電圧を印加する管電圧回路を収納していることを特徴とする請求項１４に記載の乳房用断層撮影システム。
前記管電圧回路は、前記反射型ターゲットに電気的に接続される陽極出力端子と、前記電子放出源に電気的に接続される陰極出力端子と、を備え
前記Ｘ線発生管は、前記反射型ターゲットと前記電子放出源を収納する外囲器を有し、前記外囲器は、前記陽極出力端子と前記陰極出力端子のそれぞれに電気的に接続される陽極端子と陰極端子とを有し、
前記陽極端子と前記陰極端子は、前記焦点および前記電子放出部よりも前記前面板から離れて位置していることを特徴とする請求項１５に記載の乳房用断層撮影システム。
前記反射型ターゲットは、前記前面板に沿って配置された回転中心軸の周りに回転する回転陽極であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の乳房用断層撮影システム。
前記回転中心軸は、前記前面板に平行に配置されていることを特徴とする請求項１７に記載の乳房用断層撮影システム。
前記電子放出源は、電子線を放出する電子放出部を有し、
前記反射型ターゲットは、前記電子線の照射により焦点が形成され、
前記電子放出部と前記焦点は、前記回転中心軸よりも前記前面板に近接していることを特徴とする請求項１７または１８に記載の乳房用断層撮影システム。
前記前面板は前記乳房挿入部に連通する開口が設けられており、前記開口の開口径をΦ、前記前面板の板厚をｔで与えたとき、
前記焦点の前記中心から最も遠い前記開口の部分と、前記焦点の前記中心とを結ぶ仮想線と前記前面板との成す角Ψは、以下の一般式（１）を満足することを特徴とする請求項７に記載の乳房用断層撮影システム。
０≦Ψ≦ｔａｎ^−１（ｔ／Φ）（１）
前記Ｘ線発生管と前記Ｘ線検出器は、前記前面板が隔てる空間において、前記前面板に対して同じ側に位置することを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の断層撮影システム。
電子の照射によりＸ線を発生する反射型ターゲットと、前記反射型ターゲットに電子線を照射する電子放出源と、を有するＸ線発生管と、
前記反射型ターゲットから放出され乳房を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線発生管と前記Ｘ線検出器とを収容し、被験者の側に前面板を有するガントリと、
前記Ｘ線発生管を回転軸の周りに回転させるように前記Ｘ線発生管に接続された回転駆動部と、前記回転軸に重なるように位置し前記前面板に設けられた開口を通じて被験者の乳房が挿入される乳房挿入部と、を備える乳房用断層撮影システムであって、
前記Ｘ線発生管の管軸方向が前記前面板に対して実質的に平行に配置されていることを特徴とする乳房用断層撮影システム。
電子の照射によりＸ線を発生する反射型ターゲットと、前記反射型ターゲットに電子線を照射する電子放出源と、を有するＸ線発生管と、
前記反射型ターゲットから放出され乳房を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線発生管と前記Ｘ線検出器とを収容し、被験者の側に前面板を有するガントリと、
前記Ｘ線発生管を回転軸の周りに回転させるように前記Ｘ線発生管に接続された回転駆動部と、前記回転軸に重なるように位置し前記前面板に設けられた開口を通じて被験者の乳房が挿入される乳房挿入部と、を備える乳房用断層撮影システムであって、
前記Ｘ線発生管は、外形において、管軸方向の長さより、前記管径方向の長さが短く、前記管軸方向は前記前面板に沿うように配置されていることを特徴とする乳房用断層撮影システム。
電子放出部を有する電子放出源と、放出された電子の照射により焦点が形成され該焦点からＸ線を発生する反射型ターゲットと、を有するＸ線発生管と、
前記反射型ターゲットから放出され乳房を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線発生管と前記Ｘ線検出器とを収容し、被験者の側に前面板を有するガントリと、
前記Ｘ線発生管を回転軸の周りに回転させるように前記Ｘ線発生管に接続された回転駆動部と、前記回転軸に重なるように位置し前記前面板に設けられた開口を通じて被験者の乳房が挿入される乳房挿入部と、を備える乳房用断層撮影システムであって、
前記Ｘ線発生管の管軸方向は、前記電子放出部の中心から前記焦点の中心に向かう仮想直線の延びる方向により規定され、前記管軸方向は前記前面板に沿うように配置されていることを特徴とする乳房用断層撮影システム。
電子の照射によりＸ線を発生する反射型ターゲットと、前記反射型ターゲットに電子線を照射する電子放出源と、を有するＸ線発生管と、
前記反射型ターゲットから放出され乳房を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線発生管と前記Ｘ線検出器とを収容し、被験者の側に前面板を有するガントリと、
前記Ｘ線発生管を回転軸の周りに回転させるように前記Ｘ線発生管に接続された回転駆動部と、前記回転軸に重なるように位置し前記前面板に設けられた開口を通じて被験者の乳房が挿入される乳房挿入部と、を備える乳房用断層撮影システムであって、
前記Ｘ線検出器は、前記乳房挿入部を介して前記Ｘ線発生管に対向するように、前記回転駆動部に接続されており、前記Ｘ線発生管の管軸方向は前記前面板に沿うように配置されていることを特徴とする乳房用断層撮影システム。
電子の照射によりＸ線を発生する反射型ターゲットと、前記反射型ターゲットに電子線を照射する電子放出源と、を有するとともに管電圧が印加されるＸ線発生管と、
前記反射型ターゲットから放出され乳房を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線発生管と前記Ｘ線検出器とを収容し、被験者の側に前面板を有し接地電位に規定されるガントリと、
前記Ｘ線発生管を回転軸の周りに回転させるように前記Ｘ線発生管に接続された回転駆動部と、前記回転軸に重なるように位置し前記前面板に設けられた開口を通じて被験者の乳房が挿入される乳房挿入部と、を備える乳房用断層撮影システムであって、
前記反射型ターゲットの電位は、接地電位より正であって絶対値が前記管電圧より小さく規定され、前記電子放出源の電位は、接地電位より負であって絶対値が前記管電圧より小さく規定されており、前記Ｘ線発生管の管軸方向は前記前面板に沿うように配置されていることを特徴とする乳房用断層撮影システム。
陽極回転軸を有し該陽極回転軸周りに回転する回転陽極型の反射型ターゲットと、前記反射型ターゲットに電子線を照射する電子放出源と、を有するＸ線発生管と、
前記反射型ターゲットから放出され乳房を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線発生管と前記Ｘ線検出器とを収容し、被験者の側に前面板を有するガントリと、
前記Ｘ線発生管を回転軸の周りに回転させるように前記Ｘ線発生管に接続された回転駆動部と、前記回転軸に重なるように位置し前記前面板に設けられた開口を通じて被験者の乳房が挿入される乳房挿入部と、を備える乳房用断層撮影システムであって、
前記前面板に沿って配置された回転中心軸の周りに回転する回転陽極である、前記Ｘ線発生管の管軸方向と前記陽極回転軸が前記前面板に沿うように配置されていることを特徴とする乳房用断層撮影システム。