JPH0260328B2 - - Google Patents

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JPH0260328B2
JPH0260328B2 JP57029090A JP2909082A JPH0260328B2 JP H0260328 B2 JPH0260328 B2 JP H0260328B2 JP 57029090 A JP57029090 A JP 57029090A JP 2909082 A JP2909082 A JP 2909082A JP H0260328 B2 JPH0260328 B2 JP H0260328B2
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JP
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ray
pair
filter element
energy
shutter
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JP57029090A
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Buruusu Hooku Robaato
Rii Gurei Furoido
Soonton Buranto Richaado
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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Publication of JPH0260328B2 publication Critical patent/JPH0260328B2/ja
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    • A61B6/482Diagnostic techniques involving multiple energy imaging
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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B6/00Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/06Diaphragms
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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B6/40Arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis
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    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
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    • G21K1/043Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators using variable diaphragms, shutters, choppers changing time structure of beams by mechanical means, e.g. choppers, spinning filter wheels
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は診断用X線装置に使うろ過装置に関
する。この発明のろ過装置は種々のX線装置に使
うことが出来るが、計算機式投影X線撮影装置の
場合につい説明する。
計算機式投影X線撮影(CPR)装置は、フイ
ルムの代りに、像に対するX線減衰データを処理
する計算機を使うことにより、普通のX線写真と
同様な画像を発生する。CPR方法では、薄い扇
形のX線ビームを形成する。典型的には、X線ビ
ームは1.5乃至2.0mmの範囲内の厚さにコリメート
する。典型的にはビームは毎秒60回の速度でオン
及びオフにパルス状に発生する。検査する患者
が、パルス状の扇形X線ビームの平面に対して垂
直な縦方向に、直線的な増分に分けて動かされ
る。多量セルX線検出器が、身体から出て来る差
別的に減衰した薄いX線ビームを受取る様に配置
される。検出器の各セルが小さなX線束を受取
り、いずれも各々のX線パルスの身体を通過した
通路に沿つたX線ビームの減衰を表わすアナグロ
信号を発生する。身体の各々の薄片又は視野から
各々のパルスの間に得られたアナログ減衰データ
が計算機の適当なアルゴリズムにかけられると、
この計算機が画素信号を発生し、これは、走査さ
れた身体部分の幅並びに長さに対応する配列とし
て組立てた時、2次元のX線撮影像を再生するの
に使うことが出来、この像を例えばテレビジヨ
ン・モニタに表示することが出来る。身体をビー
ムの中で動かすこと、又はビームを身体の上方で
走査することが出来ることに注意されたい。
CPRの場合の様に薄いX線ビームを使うと、
身体内の放射散乱効果が減少し、この為像の分解
能が改善される。像をフイルムに記録し、X線ビ
ームが直交方向に発散して、一度に視野全体をカ
バーする程幅広くなる様な普通の投影X線撮影法
では、身体内内の容積要素によつて放射が1つの
X線通路から別のX線通路へ散乱される。云い換
えれば、放射が視野の略任意の部分から視野の他
の全ての部分へ散乱される。この結果、像のコン
トラスト及び分解能は最適に至らない。
この発明のろ過装置を組込んだ場合を示す更に
高級なCPR装置は、走査される身体の各々の薄
片又は縦方向の増分に対し、少なくとも1対のX
線パルスを発生する。1対の内の1つのX線パル
スは他方よりもエネルギが高い。1対の内の2番
目のパルスは丁度1番目が終つた時に開始するこ
とが出来、この為、両方のパルス・ビームが身体
の同じ薄片を通過する様にする。2重パルス走査
が、関心が持たれる解剖学的な領域にたつて続け
られる。
身体の各々の薄片、即ち各々の高及び低エネル
ギのX線パルスに対する別個の一組の減衰データ
が走査線毎に求められ、パルスに対するデータが
得られる度に相異なる記憶装置に切換えられ、計
算機によつて処理される様にする。こうすると、
空間的に略一致する2つの像を再生することが出
来る。計算機が像を再生した後、それを個別に表
示することが出来る。然し、普通、2つの独立の
像に対する画素データに重みをかけ、一方の像の
データを他方から減算して、個別の像内ではぼや
ける様な解剖学的な部分が容易に見える様にした
表示像が得られる様にする画素データのマトリク
スを発生する。個別の像に対するデータが計算機
によつ処理されて、緑の増強効果、雑音抑制、ガ
ンマ補正を行うと共に、他の場合、X線写真フイ
ルムを用いては達成し得ない様な強度の窓及びレ
ベル制御を行う。
公知の様に減算形CPRを実施する為には、低
及び高エネルギ・ビームが単一エネルギ、即ち非
常に狭いスペクトル帯内に入ることが望ましい。
然し、X線管の陽極及び陰極の間に特定の高又は
低キロボルト数を印加した時、その結果発生され
るX線ビームは或るエネルギ分布を持つ光子で構
成される。スペクトル帯を狭くする普通の方法
は、X線ビームの途中にフイルタ要素を挿入する
ことである。この為、減算形CPRは、高エネル
ギX線ビーム・パルスの間、選ばれた高エネルギ
よりも目立つて低いエネルギを持つ光子を除去す
るフイルタをビームの途中に挿入する。低エネル
ギ・パルスの間、予定のレベルより高いエネルギ
を持つ光子を取出すフイルタをビーム途中に挿入
する。
異なるエネルギで相次ぐビームを使う代りに、
2種類の異なるフイルタを多重エネルギX線ビー
ムの通路を横切つて回転させることにより、異な
るエネルギ・レベルのX線ビームを求め、こうし
て相異なるスペクトル帯のビームがたて続けに得
られる様にする考えは、従来公知である。米国特
許第4029963号、特にその第2図には、回転形ろ
過装置が示されている。このろ過装置は、直径上
で向い合つた開口を持つ円板で構成され、この開
口の中に相異なるスペクトル帯を通過させるフイ
ルタが配置されている。装置はX線検出器の出力
を使つてスイツチをトリガし、このスイツチが異
なるX線エネルギに対応するデータを異なる記憶
装置へ送る。この場合の欠点は、一方のエネル
ギ・レベルの信号が発生し始めるか、又はまさに
発生し始める時、他方のエネルギ・レベルの信号
が依然として持続していることである。検出器素
子が脱イオンし又はクリアする時間は、あるとし
ても、殆んどないと云つてよい。この装置は、こ
こで説明するCPR装置の様に、X線管自体を相
異なる2つの電圧レベルでパルス駆動する様な好
ましい場合には適切ではない。更に、従来のろ過
装置では、夫々のフイルタが毎回の1回転の間、
同じ角度位置にある時、X線パルスが発生する様
にすることが、不可能ではないにしても、困難で
ある。
この発明の図示の実施例のろ過装置は、扇形を
したX線ビームの通路内に、中空ドラム上の円筒
のセグメントの形をした相異なるフイルタ要素を
配置する。直径上で向い合つたフイルタ・セグメ
ントは同じ材料で構成されている。ここで説明す
る2重X線パルス装置では、ドラムが90゜回転す
ると、直径上で向い合う異なる1対のフイルタ要
素がX線ビーム内に配置される。対応するフイル
タ要素の対が半回転毎に同じ角度位置にある間
に、低及び高エネルギのX線パルスを同期して発
生させる。云い換えれば、各対のフイルタ要素
が、ドラムの1回転毎に、2回X線ビームの通路
に来る。フイルタ・ドラムは交流モータによつて
駆動される。このモータの速度が電力線路周波数
に関係する。図示の実施例では、モータの軸にピ
ニオンが設けられていて、それが歯車を駆動す
る。2枚羽根のシヤツタ・ホイールが歯車に装着
されていて、その回転軸線の周りに歯車上で調節
自在である。円筒を駆動するハブ又は結合要素も
歯車上に装着されていて、選ばれた角度に調節さ
れ又は固定される。回転するシヤツタが光感知装
置に対する光ビームを遮り、この光感知装置の出
力は、シヤツタ羽根の次々の角度位置が発生する
時に状態を変える。この状態変化又は出力信号の
レベル変化を利用してX線源をトリガし、1対の
内の接近して発生する低及び高エネルギのパルス
を発生すると共に、記憶装置の間でデータを同期
的に切換える為にも使う。シヤツタ並びに突片又
はドラム駆動要素の独立の角度調節により、フイ
ルタ要素が同じ回転位置にある時にX線パルスが
発生することが出来る様になると共に、X線パル
スが任意の選ばれた時点で発生し、且つ正弦状線
路周波数波形の同じ点で発生する様にすることが
出来る。シヤツタは、高及び低エネルギのX線パ
ルスを適当な時刻にオン及びオフに切換える整流
子として作用する。別の見方をすれば、シヤツタ
及び駆動ハブを調節できる様にすることにより、
モータに加わる機械的な負荷が原因となつて生ず
る、電力線路周波数に対する交流モータの移相を
埋合せる。
別の特徴は、フイルタ集成体の位置を検出し
て、X線管のパルス駆動を開始する信号を発生す
る為に、X線管トリガ回路に帰還信号を加えるこ
とである。
この発明の上に述べた種々の目的がどの様に達
成されるかは、以下図面についてこの発明の好ま
しい実施例のろ過装置を詳しく説明する所から、
明らかになろう。
第1図に示す計算機式投影X線撮影(CPR)
装置が、図に示してないX線管を含むケーシング
10を有する。然し、X線ビームが出て来る、X
線管のターゲツト上の焦点は、点11にあると考
えてよい。X線管ケーシングが板部材12に取付
けられており、この板部材は細長い溝孔13を持
ち、この溝孔を介してX線ビーム・パルスが患者
14に向つて投射される。患者はX線透過テーブ
ル台15上に支持されている。第1図に示す
CPR装置では、X線ビームは薄い断面を持ち、
焦点11から患者14に向つて発散する。発散す
るビーム即ち扇形のビームの境界が、破線16,
17で示してある。こうして、1対の内の低エネ
ルギ及び高エネルギX線ビーム・パルスが患者の
同じ層又は、薄片を通過する。
差別的に減衰されたビームが患者から出て来る
と、このビームが公知の形式の多重セルX線検出
器に入る。この検出器を18で示してある。検出
器は19に示す様なセルを複数個並置して構成さ
れる。各々のセルは、ビームが身体から出て来た
後の、各々のエネルギのX線ビームで構成された
X線束を受取る。セルが、身体を通過することに
よつてX線束が差別的に減衰を受けた程度と大き
さが対応するアナログ信号を発生する。
第1図に概略的に示した装置を使つて、計算機
式X線写真減算過程を実施するには、患者14を
歩進的に、縦方向に、即ち扇形X線ビームの平面
に対して垂直方向に移動させる。各々の移動増分
に対し、X線源をオン及びオフに転ずる。即ち2
回パルス駆動する。1対の内の一方のパルスは他
方よりもX線エネルギ又は光子エネルギが低い。
例えば、一方のパルスでは、X線管の陽極と陰極
の間に約140キロボルト尖頭値(kVp)を印加し
て、その尖頭光子エネルギが約140キロボルトに
相当するX線ビームを発生することが出来る。他
方のX線パルス・エネルギは約70kVpに対応する
ものであつてもよい。X線パルスの幅は例を挙げ
れば約5msであり、制限はない。1対の内の低及
び高エネルギのX線パルスが、互いに非常に接近
して発生する。例えば、低エネルギのX線パルス
が、正弦状交流電力線路波形の1サイクルの間に
発生され、1対の内の高エネルギ・パルスは次の
サイクルの間に発生される。この為、電力線路周
波数が60Hzであれば、各々のX線パルスに利用し
得る窓は16.6msである。
関心のある解剖学的な領域を走査し終るまで、
患者を走査する、又はビームの中で前進させる。
こうして走査線毎にX線像の投影が得られる。患
者の薄片と一致する各々の高及び低エネルギのX
線パルスに対し、検出器18を複数個のセルによ
つて、別々の一組の減衰データ信号が発生され
る。云い換えれば、身体の1個の薄片の投影像を
発生する為のデータが、各対のパルスによつて発
生される。各々の薄片に対するアナログ減衰デー
タがデータ収集装置20に入る。ここで信号を増
幅し、対応するデイジタル信号に変化し、それを
多重化して計算機21(CPUと記す)に送る。
CPUがアルゴリズムを実行することにより、走
査線で構成された複合画像に対する画素を表わす
デイジタル信号のマトリクスが発生される。高及
び低エネルギの像に対し別々の一組画素信号が発
生される。この為、CPUは低エネルギ・パルス
を用いて得られた像を表わすデータに重みをか
け、高エネルギ・パルスを用いて得られた像から
減算することが出来る。この結果得られた信号を
表示制御装置22へ送ることが出来る。表示制御
装置がデイジタル画素信号をアナログ・ビデオ信
号に変換し、これがテレビジヨン・モニタ23を
駆動する。このモニタは、高及び低エネルギのX
線像の減算によつて得られた像を表示する。
第1図で、集点11から出て来るX線ビーム
が、細長い溝孔13を通過し、その後この発明の
回転形ろ過装置を通過する。このろ過装置を全体
的に参照数字30で示してある。この装置は後で
詳しく説明する。ろ過装置30を通過した後、X
線ビームがX線不透過ハウジング36内にある別
のフイルタ31を通過する。フイルタ31はその
形から、蝶ネクタイ・フイルタと呼ばれている。
これは中心よりも両端が厚手であり、身体がその
両側よりも中央領域で厚い事を勘案し、ビームの
幅にわたり、X線ビームの強度を均等にするよう
に設計されている。フイルタ31は、X線管の陽
極キロボルト数範囲にわたるX線減衰特性が水に
近いような材料で構成される。アクリル樹脂が普
通使われる1つの材料である。
フイルタ31を通過した後、X線ビームが、や
はりハウジング36内に収容されたビームの厚さ
を限定するコリメータ32を通過する。コリメー
タ32は十字形断面図であつて、図示の装置で
は、半径方向に伸びる4つの羽根を構成する様に
なつている。各々の羽根が33,34に示す様な
軸方向に伸びる溝孔を持つている。各々の溝孔は
幅が異なり、この特定の場合は4種類のビームの
厚さの内の1つを定めることが出来る様にしてい
る。図示の場合、X線ビームがコリメータの35
と記した羽根の溝孔を通過している。勿論、十字
形コリメータは回転自在であつて、所望の溝孔の
寸法、従つて扇形の高及び低エネルギ・ビームの
厚さを選択出来る様になつている。CPRでは、
扇形X線ビームが1cm未満の厚さにまでコリメー
トされるのが普通である。この為、扇形ビームの
平面に対して垂直に、身体を縦方向に1cmの増分
で並進させるのが適当である。身体が縦方向に移
動する毎回の増分の間、少なくとも1つの高エネ
ルギ及び少なくとも1つの低エネルギのX線パル
スを発生する。対を成すX線パルスは時間的に接
近していて、ストツプモーシヨン効果が得られる
様にする。典型的には、低エネルギ及び高エネル
ギ・パルスの持続時間1乃至5msの範囲内であ
る。扇形X線ビームの幅がハウジング36の底部
にある横方向に伸びる溝孔又はビーム出口孔37
の端縁によつて定められる。
次に第2図乃至第8図について、この発明の回
転形ろ過装置30を詳しく説明する。
回転形ろ過装置のドラム40の平面図が第2図
に示されており、このドラムがろ過装置のハウジ
ング30の内部にある。ドラムの横断面図が第4
図に示されている。フイルタ・ドラム40はその
両端にスポークつきリング41,42を有する。
これらのリングが38に示す様な4本の棒によつ
て互いに接続され、ドラムを形成する。これらの
棒は未端リングの周囲に沿つて90゜離れており、
棒の間の空間は、扇形X線ビームが通過し得る窓
と考えることが出来る。勿論、ドラムの中心に
は、空気以外に、X線を吸収し得るものは何もな
い。38に示す様な軸方向に伸びる棒が、その両
端でねじによつてスポークつきリング41,42
に固定される。第4図及び第5図に1つのねじを
43で示してある。
特に第4図及び第5図に示されている様に、リ
ング41,42の間を、それらと同心に軸方向に
伸びる4つの湾曲フイルタ要素44乃至47があ
る。フイルタ要素は、第4図に48乃至50で示
す様なねじによつて、ホイールに結合されてい
る。図を見易くする為、第4図に示すドラムの断
面は、第2図及び第5図の回転位置に対して45゜
回転している。第4図で、直径上で向い合つた湾
曲フイルタ要素44,46は同じ材料で作られて
いる。直径上で向い合つたフイルタ要素45,4
7も同じ材料で作られているが、フイルタ要素4
4,46とは違う材料である。例えば、高エネル
ギX線パルスが約140kVpに対し且つ低エネル
ギ・パルスが約70kVpに対応する場合、対のフイ
ルタ要素44,46に燐青銅を使い、対のフイル
タ要素45,47にエルビユウムを使う。燐青銅
のフイルタ要素は高エネルギX線パルスの間にX
線ビーム中に入り、エルビユウムのフイルタ要素
は低エネルギX線パルスの間にビーム中に入る。
第4図に示す様に、薄い扇形X線ビーム16,
17が、ドラムが第4図に示す回転位置にある
時、直径上で向い合つた同様なフイルタ要素4
4,46を介して投射される。90゜回転すると、
直径上で向い合つたフイルタ要素45,47がビ
ームの中に入る。云い換えれば、ドラムが90゜回
転する毎に、異なる1対のフイルタ要素がX線ビ
ーム内に入る。これから判る様に、ドラムが完全
に1回転する毎に、直径上で向い合つた各対のフ
イルタ要素は2回X線ビーム中に入る。勿論、1
つの高エネルギX線パルスでは、フイルタ要素4
4が上側に来て、同様な要素46が下側に来て、
ビームが直径上で向い合つた両方の要素を通過す
る。次の高エネルギX線パルスの間、フイルタ要
素46が上に来て、フイルタ要素44は下に来る
が、依然としてビームは同じ分量のフイルタ材料
を通過し、この発明に従つて、各々のパルスの
間、同じ場所を通過する。低エネルギ・パルスの
間にビーム中に入る他方の1対のフイルタについ
ても同じことが云える。フイルタ・ドラムに対す
る駆動装置を説明する時に明らかになるが、この
発明の特徴は、低及び高エネルギX線パルスが発
生する度に、フイルタ・ドラムが同じ角度位置を
持つことである。これによつて、個々のフイルタ
要素で区域によつてろ過特性に僅かな違いがある
としても、ことごとくのX線パルスが同じ分量だ
けろ過されることが保証される。或る用途では、
直径上で向い合つたフイルタ要素の1つの対を省
略することが出来る。この場合、一方又は、他方
のエネルギのビームに対し、空気がろ過作用又は
その欠如を表わす。後で説明するが、フイルタ・
ドラムに対する駆動装置は、高及び低エネルギの
X線パルスが同期して発生すると共に、電力線路
周波数に対してフイルタ要素の回転位置が一定に
なる様にする。
次に、主に第2図、第3図、第6図及び第7図
について、フイルタ・ドラム駆動及び電力線路周
波数同期駆動機構を説明する。第3図は回転フイ
ルタ・ドラム装置40のハウジング30の左側端
面図である。ハウジング端壁51,52及び側壁
53,54を有する。第3図及び第2図に見られ
る様に、ハウジングの底部は開放している。ハウ
ジングの壁は板12に取付けられており、この板
が、X線ビームが回転ドラム上のフイルタ要素を
通過する前に、このビームの予備的なコリメーシ
ヨンを行う細長い溝孔13を持つている。交流モ
ータ55が回転フイルタのハウジングの端壁51
に取付けられている。軸受ブロツク56も壁51
に取付けられている。モータ55は60Hzという様
な電力線路周波数で運転される。図示の実施例で
は、2極モータを用いており、この為3600rpmで
回転するが、機械的な負荷の為、その回転子は電
力線路周波数に対して移相している。
第6図に見られる様に、定速モータ55の軸5
7がハウジングの端壁51を通抜け、ピニオン5
8が結合されている。このピニオンが軸60に結
合された歯車59を駆動する。この軸は、その1
つを61に示す様な、ハウジング又は軸受ブロツ
ク56内にある玉軸受に回転出来る様に軸支され
ている。図示の場合、被動歯車59と駆動ピニオ
ン58の間の比は4:1である。従つて、モータ
55が3600rpmで回転すると、歯車59はこの実
施例では900rpmで回転する。
歯車59の一方の面に駆動片装置62が結合さ
れている。駆動片は、1対のねじ64,65によ
つて歯車59にクランプしたフランジ63で構成
される一体の要素である。第6図に見られる様
に、駆動片が直径方向に伸びる舌片66を持ち、
これがその端から軸方向に突出している。舌片
が、ドラム集成体の未端リング41と一体のハブ
67の端に入り込む。歯車59が駆動されると、
駆動片62が回転し、それに結合されたフイル
タ・ドラム40を回転させることは明らかであろ
う。軸60が駆動片62及びドラム・ハブ67の
中を小さなすき間をもつて通抜ける。軸60の端
68が短な距離だけフイルタ・ドラムに入り込
み、ドラムに対する支持作用をすると共に、駆動
用の溝を持つドラム・ハブ67が、ドラムが回転
している時に、駆動片62の舌片66から外れな
い様にする。
第7図に見られる様に、駆動片のフランジ63
は半円形に近い1対の溝孔69,70を持ち、締
付けねじ64,65のねじ軸部がこの溝孔を通抜
ける。溝孔69,70は、電力線路電流からの移
相があれば、それを埋合わせる為に、モータ軸に
対して駆動片の回転角度を調節することが出来る
様にする。駆動片の調節並びに/又はシヤツタの
調節(後で説明する)の目的は、ことこどくのX
線パルスに対し、フイルタ・ドラムを電力線路周
波数に対する同じ角度位置に設定することであ
る。更に、こうすると、後で更に詳しく説明する
様に、正弦状電力線路周波数波形に沿つて選ばれ
た任意の場所で、X線パルスが発生する様に制御
することが出来る。
ここで、図示のろ過装置では、フイルタ・ドラ
ムの交換が便利であることが認められよう。第2
図に見られる様に、被動端とは反対側のフイル
タ・ドラムの装置外部に出る端には軸71が固定
され、この軸が玉軸受72に軸支されている。軸
受72は端壁52に取付けられているが、この端
壁は、その1つを73に示す様なねじと、この端
壁が正確に且つ再現性をもつて位置ぎめされる様
に保証するダボ・ピン73′を用いて、フイル
タ・ハウジングの側壁に固定されていることによ
り、着脱自在である。軸71にスペーサ・スリー
ブ74がはめられて、フイルタ・ドラムを一定の
軸方向の位置に保つ。フイルタ・ドラムを交換す
るには、又は減衰特性が異なる対のフイルタ要素
をドラム上で差し換える為には、ねじ73を取外
し、分離し得る壁52を通して、フイルタ・ドラ
ム集成体40をハウジングから取出すだけでよ
い。ドラムを駆動する為に舌片66を使うと、フ
イルタ・ドラムの交換に関連して。駆動されるハ
ブ67を駆動片の舌片66から取外すのも容易に
なる。
正弦状電力線路波形中でX線パルスが発生する
角度を制御する為に、光感知装置への光ビームを
遮つてフイルタの回転位置を表わす信号を発生す
るシヤツタを用いる。このシヤツタが参照数字8
0で示されている。第6図及び第7図に見られる
様に、シヤツタ80が、駆動ハブのフランジ63
と同心に歯車59に結合されている。シヤツタ8
0の形が第7図に示されている。これは直径上で
向い合つて半径方向に伸びる2つの不透明な円形
セグメント又は羽根81,82で構成される。シ
ヤツタの羽根81,82の間には直径上で向い合
つた円形のすき間83,84がある。第6図に示
す様に、羽根81,82はシヤツタの中心の円筒
形部分85から伸びている。第7図に示す様に、
シヤツタの前面に略半円形の1対の孔又は溝孔8
6,87があり、88,89に示す様な対の頭つ
きクランプねじがこの溝孔を通抜ける。クランプ
ねじ88,89は、歯車59上で、その回転軸線
の周りにシヤツタを回転方向に調節することが出
来る様にしている。この為、駆動ハブ62及びシ
ヤツタ80は共に歯車59の軸線の周りに調節自
在である。
商業的な実例では、シヤツタの不透明な羽根セ
グメント81,82は約99゜にわたり、羽根の間
のすき間83,84は約81゜にわたる。
シヤツタ80は光感知装置へ行く光ビームを遮
つて、電力線路周波数に対するシヤツタの角度位
置又は位相を表わすスイツチング信号を発生する
様になつている。市場で入手し得る光源及び光感
知装置の集成体90が、第2図に見られる様に、
シヤツタと協働する。集成体90は相隔たる2つ
の部材91,92を持ち、その間のすき間93
を、回転するシヤツタの羽根の円形セグメント及
びすき間が通過する。部材91に図面に示してな
いが光源があり、これがビームをすき間93を介
して部材92へ投射する。部材92がフオトダイ
オードの様な光感知装置(図に示してない)を持
つている。フオトダイオードからの出力信号は、
回転するシヤツタ羽根が光ビームを遮り始める度
に、並びに光ビームがシヤツタ羽根の間のすき間
を通過することによつて回復する度に、状態を変
える。この為、図示の実施例では、2枚の羽根及
び2つのすき間を持つシヤツタ羽根集成体が完全
に1回転する毎に、4つの信号状態の変化があ
る。図示の実施例で、シヤツタ羽根及びシヤツタ
のすき間が99゜及び81゜という違う角度にした理由
は、光感知装置が、X線パルスを発生させる為の
トリガ信号を最終的に発生させる様な信号状態の
変化を発生する為には、不透明なシヤツタが光感
知装置へ行くビームを完全に遮る為に約9゜回転す
ることが必要だからである。他方、シヤツタがビ
ームから抜けて行く時には、光感知装置は、それ
に幾らかでも光が入射するや否や、直ちに応答す
る。光感知装置92からの出力信号が第2図で破
線で示す様に、後で説明する第1図に示したスイ
ツチング及び同期回路95の入力96に送出され
る。
フイルタ及び電力線路周波数の角度位置に対し
てX線パルスを整流する手段を、図では、光ビー
ムを寸断するシヤツタによつて例示してある。こ
れは、この発明を制約するものではなく、例の為
であることを承知されたい。例えば、回転方向に
調節自在の絶縁支持体に設けたスリツプ・リン
グ・セグメントがブラシと協働する様にしてもよ
い。
光感知装置の出力信号の状態変化が、第1図に
ブロツク95で示すスイツチング及び同期回路に
入力される。この交番信号の入力が矢印をつけた
線96で示されている。矢印を付けた線97で示
す様に、電力線路周波数基準信号も供給される。
シヤツタが信号の状態変化を起させる度に、スイ
ツチング及び同期回路が交互の出力信号を発生
し、これが第1図のケーブル98を介してX線管
バイアス電圧源99に出力される。バイアス電圧
源は、これに応答して、この特定例では、X線管
のバイアス電圧を変え、X線管が一方の信号状態
では高エネルギX線パルス、他方の信号状態では
低エネルギX線パルスを発生する様にする。X線
管に対するバイアス電圧がバイアス電圧源から、
線100を介して、X線管の陰極(図に示してな
い)に加えられる。X線管の陽極(図に示してな
い)に印加される高圧は、ブロツク102で示し
たX線変圧器及び制御モジユールから、ケーブル
101を介して供給される。X線管のフイラメン
ト(図に示してない)に給電する1対の線103
も、X線変圧器及び制御ブロツク102から出て
いることが図に示されている。同期回路95が線
105を介してCPU21に信号を送り、CPUが、
X線検出器からデータ収集装置を介して入つて来
るデータが、高エネルギ又は低エネルギX線パル
スのいずれに関連した像に対するものであるかを
検出し得る様にする。X線管が交互に低及び高エ
ネルギX線パルスを発生する様にするX線管電源
が、係属中の米国特許出願通し番号第208095号に
記載されている。
前に第1図について簡単に説明した様に、走査
の全長にわたり、身体の各々の薄片に対して、高
エネルギ及び低エネルギX線パルスが発生され
る。この為、データ収集装置20が各々のパルス
に対し、扇形X線ビームの減衰を表わす別々の一
組のアナログ信号をX線検出器18から受取る。
このデータが収集装置内でデイジタル・データに
変換され、CPU21へ送出される。実際には、
CPUが低及び高エネルギX線パルスに対応する
信号を貯蔵する2つの記憶装置を持つている。然
し、説明の便宜上、記憶装置が第1図では別々に
なつていて、記憶装置1及び記憶装置2と記して
ある。線106は、アドレス母線と、X線減衰デ
ータをCPUとやり取りする両方向データ母線を
表わしている。
回転するシヤツタがスイツチング及び同期回路
95から交互の高及び低エネルギX線パルスを開
始させる度に、同期回路95が母線95を介して
CPUに信号を送り、これによつてCPUは、高エ
ネルギ・パルスに対しては減衰データを記憶装置
1に、そして低エネルギ・パルスに対しては記憶
装置2に切換える。選択可能なシヤツタ制御の下
に、X線パルスが開始する前に交互の記憶装置へ
のデータの切換えを設定することが、この発明の
重要な特徴である。更に、後で明らかになるが、
正確な関係を持つシヤツタの回転位置によつて表
わされるフイルタ・ドラムの回転位置により、装
置の回路には、状態変化の信号が供給され、交互
のエネルギのX線パルスと同期して装置を切換え
る。この為、従来の様に、X線検出器から記憶装
置の切換えをする信号を取出す様にしたことによ
る同期上の問題が避けられる。
第8図はグラフA乃至Dで構成されるが、これ
は電力線路周波数、X線パルスの発生時点、フイ
ルタの角度位置及びシヤツタの角度位置の間の時
間関係を示す。グラフAは典型的には60Hzの電力
線路周波数波形を示す。低及び高エネルギX線パ
ルスの発生がパルス110,111によつて示さ
れている。フイルタ・ドラム及びシヤツタの角度
の調節により、電力線路周波数の半サイクルに沿
つた任意の点でX線パルスを発生することが出来
る。図示の場合、X線パルスは正弦状波形の各々
のゼロ交差から約45゜の所で発生する。シヤツタ
の角度位置を調節することにより、X線パルスを
この波形に沿つて選ばれた任意の点で発生するこ
とも出来る。
第8図のグラフCでは回転シヤツタ羽根のタイ
ミングを示す。シヤツタ羽根が回転すると、一方
のシヤツタ羽根が波形の部分112で表わす期間
の間、光感知装置へ行く光ビームを遮り、この
時、光感知装置からの出力信号は反対又は低状態
になる。この設計では、装置はシヤツタが99゜回
転する間暗である。。シヤツタが99゜を越えて回転
すると、光ビームは遮られなくなる。これは、ビ
ームが、シヤツタ羽根タイミング線図の内、部分
113で表わす期間の間、羽根の間のすき間を通
過するからであり、出力信号は再び反対になり、
即ち81゜の間高状態にある。シヤツタが81゜を越え
て回転すると、波形の内、部分114で表わす様
に、99゜の間、他方のシヤツタ羽根が光ビームの
中に入り、この時光感知装置からの出力信号は再
び低状態になる。更に回転すると、タイミング線
図の内、部分115で示す様に、シヤツタ羽根の
間のすき間が81゜の間は再びビーム内に入る。こ
の時、装置の出力信号は再び高になる。第1図の
スイツチング及び同期回路がこの様な状態変化に
僅かな遅延をもつて応答する。この遅延が、低及
び高エネルギのX線パルス110,111が発生
される正確な位置を幾分予測し難いものにする。
然し、シヤツタは角度方向に調節することが出来
るから、X線パルスが60Hz波形に沿つて、正確に
希望する所で発生する様に、シヤツタを調節す
る。勿論、低及び高エネルギX線パルスが発生す
る度に、第1図の同期回路95がCPU21に信
号を送り、CPUが夫々低い及び高エネルギ・パ
ルスに対応する減衰データ信号の区別をつけて、
2つの別々のX線像に対するデータを発生するこ
とが出来る様にする。
第8図のグラフBで、フイルタ要素44,46
は、タイミング線図の内、これらのフイルタ要素
に対する部分116,117で示す期間の間、ビ
ーム内にあることが判る。フイルタ要素44,4
6が、タイミング線図の内、部分118,119
で示す様に、ビームの外へ出ると、他方の1対の
フイルタ要素45,47が、タイミング線図の
内、部分120,121で示す様に、ビームと整
合する。フイルタ要素45,47は、タイミング
線図の内、部分122,123の間、ビームの外
に出ている。第8図で、各対のフイルタ要44,
46及び45,47が、60Hz波形の各々の1サイ
クルの間1回、そしてフイルタ・ドラムの1回転
毎に2回、X線ビーム通路内を横切る様に配置さ
れることが判る。最初の1対の直径上で向い合つ
たフイルタ要素44,46が同時にX線ビーム内
に入る。フイルタ・ドラムが90゜回転すると、次
の1対のフイルタ要素45,47がビーム内に入
る。更に90゜回転すると、最初の1対のフイルタ
要素44,46が再びビーム内に入るが、前のX
線パルスが発生した時にドラムの上側にあつたフ
イルタ要素が、今度はドラムの下側に来る。
第8図から明らかに判る様に、シヤツタの角度
をその回転軸線の周りで一方の方向又は反対の方
向に調節することは、第8図のグラフCに示すタ
イミング線図を右又は左へ移動させることに相当
し、グラフAの60Hz電力線路周波数とシヤツタと
の間の位相関係を調節することになる。これによ
つて、低及び高エネルギX線パルスが発生する時
の、電力線路正弦波形に沿つた点が設定される。
フイルタ・ドラムを歯車59に対して、従つてモ
ータ軸に対して一方の回転方向又は反対方向に角
度調節することは、X線パルスが発生した時に、
薄い扇形ビームがフイルタ要素を通過するフイル
タ要素のタイミンング波形を移動させることに相
当する。
第8図からフイルタ・ドラムが900rpm又は
15rpsで回転し、回転ドラムに2対のフイルタ要
素を使い、シヤツタが2つの羽根及び2つのすき
間を持つとすると、電力線路周波数の全波、即ち
1/60秒毎に、1つの高エネルギ及び1つの低エネ
ルギX線パルスを発生することが出来ることが理
解されよう。この為、この例では、毎秒30個の低
エネルギX線パルス及び3個の高エネルギX線パ
ルスが出て、1対を構成する低及び高エネルギ・
パルスは、1/60秒又は16msより僅かに長くだけ
離れている。X線パルスの持続時間は、図示の実
施例では、1乃至5msの範囲にするのが典型的で
ある。この為、低及び高エネルギ・パルスの間に
解剖学的な状態に変化が起る惧れは殆んどない。
つまり、心臓の鼓動又は呼吸による胸部寸法の変
化に伴う動きによるぼやけが事実上ない。
当業者であれば、シヤツタ羽根並びにその間の
すき間の数を2倍にし、フイルタ要素の対の数を
2倍にすれば、低及び高エネルギX線パルスの周
波数を増加し又は2倍にすることが出来ることが
理解されよう。こういう変更を行うと、1/60秒毎
に1つの高エネルギ及び1の低エネルギ・パルス
を発生することが出来る。然し、こうすると、X
線検出器18及びデータ収集装置20は、回転シ
ヤツタが2つの羽根及び2つのすき間を持ち、フ
イルタ・ドラムが直径上で向い合つた2対のフイ
ルタ要素を持つ実施例の場合の1/60秒毎とは対照
的に、1/120秒毎に、身体の各々の薄片に対する
一組の減衰データを処理することが出来なけれな
らなくなる。データ収集装置の速度、並びにX線
パルスの合間に検出器のセルを破算する為の最低
時間は、X線パルスを発生し得る上限を定めるこ
とになり、勿論、これが1対の内の低及び高エネ
ルギ・パルスの間の最低時間を決定する。然し、
実際には、フイルタ要素をX線ビーム内に配置す
る周波数を高めるには、回転ドラムに任意の偶数
個のフイルタ要素44,46及び45,47を用
いてもよく、或いはその代りに、交流モータ55
とフイルタ・ドラム40の間の歯車比を変えても
よい。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のろ過装置を使う計算機式投
影X線撮影装置の略図、第2図はろ過装置の底面
図、第3図はろ過装置の端面図、第4図は第2図
の線4―4に対応する線で切つたフイルタ・ドラ
ムの横断面図、第5図は第2図の矢印5―5の方
向に見たフイルタ・ドラムの端の一部分の図、第
6図ろ過装置の一部分を断面で示した部分的な側
面図、第7図は第6図の線7―7で切つた断面
図、第8図はこの発明のろ過装置の機能的な特徴
を説明する為のタイミング線図を表わすグラフで
ある。 主な符号の説明、11:X線ビームの集点、4
0:フイルタ・ドラム、44,45,46,4
7:フイルタ要素、55:交流モータ、59:歯
車、64,65,88,89:ねじ、80:シヤ
ツタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 身体が占める位置に向つてX線源から交互に
    投射される高エネルギ・レベル及び低エネルギ・
    レベルのX線ビーム・パルスをろ過する装置に於
    て、 回転出来る様に支持されていて、軸方向に伸び
    る中空のフイルタ要素を取付ける部材40と、 該部材の回転軸線の両側で該部材に直線上で向
    い合つて装着された少なくとも第1の1対のフイ
    ルタ要素44,45,46,47とを有し、該フ
    イルタ要素がX線ビームを横切つて回転する時、
    X線ビームが前記対の両方のフイルタ要素を同時
    に通過する様にし、更に 電力線路周波数で付勢され、X線ビーム・パル
    スの発生のときに連続回転している交流モータ手
    段55と、 前記フイルタ要素を取付ける部材40の軸線と
    一致する軸線の周りに前記モータ手段によつて回
    転駆動される回転自在の部材59と、 前記モータ手段によつて駆動される回転自在の
    部材59及びフイルタ要素を取付ける部材40を
    結合する手段であつて、前記一致する軸線の周り
    に、選ばれた角度位置まで回転方向に調節自在で
    あつて、前記モータ手段によつて駆動される回転
    自在の部材に対するフイルタ要素の所望の角度関
    係を設定する結合手段62,68,69,70
    と、 前記フイルタ要素がX線ビームの通路内へ回転
    した時、該フイルタ要素を介してX線ビーム・パ
    ルスを投射する前記X線源制御手段80,90と
    を有する装置。 2 特許請求の範囲1に記載した装置に於て、前
    記X線源を制御する手段が、 円周方向に隣接する交互の透光領域83,84
    及び不透光領域81,82を持つていて、前記フ
    イルタ要素を取付ける部材40及びモータ手段に
    よつて駆動される回転自在の部材59の一致する
    軸線の周りに、選ばれた角度位置まで回転方向に
    調節される様に前記回転自在の部材59に装着さ
    れた回転自在のシヤツタ手段80と、 該シヤツタ手段80と協働する光ビーム源及び
    それから隔たる光感知装置90とで構成されてお
    り、該光感知装置は前記光ビーム源からの光が中
    断した時に一方の出力信号状態をとると共に、光
    が通過した時に別の出力信号状態をとり、前記シ
    ヤツタ手段80は光ビームの通路内で回転して、
    前記不透光領域及び透光領域が交互に光ビームを
    遮り且つ通過させる様にし、一方の信号状態が発
    生すると、前記X線源が或るエネルギのパルスを
    投射し、他方の信号状態が発生すると、X線源が
    別のエネルギのパルスを投射する様にした装置。 3 特許請求の範囲2に記載した装置に於て、 更に前記フイルタ要素44,45,46,47
    及び身体14を通過したX線ビームを受取つたこ
    とに応答して、夫々相異なるエネルギのX線パル
    スに対するX線の減衰を表わすデータを発生する
    X線検出手段18,19と、 第1及び第2の記憶装置と、 一方の状態変化が発生したことに応答して、一
    方のX線エネルギに対応するデータを一方の記憶
    装置に切換えると共に、次の状態変化の発生に応
    答して、別のX線エネルギに対応するデータを他
    方の記憶装置に切換える手段95とを有する装
    置。 4 特許請求の範囲1に記載した装置に於て、 前記モータ手段によつて駆動される回転自在の
    部材及び前記フイルタ要素を取付ける部材の間の
    結合手段が、円形溝孔69,70を持つ部分6
    3、並びに該溝孔を通過して、前記回転方向の調
    節が出来る様にすると共に前記モータ手段によつ
    て駆動される回転自在の部材に前記部分を締付け
    るねじ手段64,65とで構成されており、前記
    部分はフイルタ要素を取付ける部材40に向つ
    て、それから軸方向に突出する突片手段62を持
    ち、 前記結合手段の別の部分67がフイルタ要素を
    取付ける部材40から軸方向に伸び、該別の部分
    は溝67,68を持つていて、取付け部材を回転
    方向に駆動する為に前記突片手段が前記溝に係合
    し得る様になつており、 前記モータ手段によつて駆動される回転自在の
    部材59が結合された回転自在の軸60を有し、
    該軸は結合手段の各部分を取抜けてフイルタ要素
    を取付ける部材40を支持し、該フイルタ要素を
    取付ける部材及び前記結合手段の別の部分は一体
    として前記軸上で並びに軸から離れて摺動自在で
    あつて、前記フイルタ要素を取付ける部材を取付
    け且つ取外す様になつており、更に、 前記フイルタ要素を取付ける部材40の結合手
    段から遠い方の端を回転出来る様に支持すると共
    に、結合手段の各部分を係合状態に保つ手段30
    を有する装置。 5 特許請求の範囲1乃至4のいずれか1項に記
    載した装置に於て、 前記第1の対の間の空間内で前記取付ける部材
    に装着された第2の1対のフイルタ要素45,4
    7を有し、第1の1対を構成する要素44,46
    は第2の1対を構成する要素45,47とは異な
    るろ過特性を持つている装置。 6 特許請求の範囲1に記載した装置に於て、モ
    ータ手段によつて駆動される回転自在の部材59
    が歯車であり、 該歯車は回転出来る様に装着された軸60に固
    定されており、 前記モータ手段55は軸57並びに該軸に結合
    されたピニオン58を持ち、該ピニオンが前記歯
    車と駆動関係を持つ様に係合し、 前記フイルタ要素を取付ける部材40には、そ
    の軸線の両側で前記第1の1対を構成する要素4
    4,46の間に、第2の1対のフイルタ要素4
    5,47が取付けられ、こうして取付ける部材の
    90゜の回転毎に同じ1対のフイルタ要素がX線ビ
    ーム内にある様にし、 前記X線源を制御する手段が、前記歯車の軸線
    の周りで前記歯車に回転方向の調節が出来る様に
    装着されたシヤツタ手段80を含み、該シヤツタ
    手段は直径上で向い合つた半径方向に伸びるブレ
    ード・セグメント81,82を持つていて、その
    間にすき間83,84があると共に、回転するシ
    ヤツタ手段に隣接して光ビーム源及び光感知手段
    90を含んでおり、シヤツタ手段のブレード・セ
    グメントがビームを遮る時に一方の状態を持ち、
    すき間によつてビームが通過する時に別の状態を
    持つ信号を発生し、該状態変化によつてX線源が
    夫々に高エネルギ・ビーム及び低エネルギ・ビー
    ムを投射する様にした装置。 7 特許請求の範囲6に記載した装置に於て、歯
    車とピニオンの比が4対1であり、モータ手段が
    毎分回転数3600で運転され、電力線路周波数が6
    Hzである装置。 8 特許請求の範囲3乃至7のいずれか1項に記
    載した装置に於て、前記ビームを薄い扇形にコリ
    メートする手段32、前記X線源及び被検体14
    の間で相対的な走査用の移動を行わせ、身体内の
    一連の層の内の各層に高エネルギ及び低エネル
    ギ・ビームを投射することが出来る様にする手段
    15、及び各々のエネルギ・パルスの間、身体の
    層によるビームの差別的な減衰に対応する信号を
    発生して、走査された身体領域の投影像を再生出
    来る様にする検出手段18,19を有する装置
    で、X線ビームをろ過する装置に於て、前記フイ
    ルタ要素を取付ける部材が、 中空の回転自在のドラム手段と、互いに直径上
    で向い合つて前記ドラム手段に装着された前記第
    1の1対のフイルタ要素44,46、及び第1の
    1対とは異なるろ過特性を持つていて、互いに直
    径上で向い合う様に、但し前記第1の1対の夫々
    の要素とは公称90゜ずれる様に装着された第2の
    1対のフイルタ要素45,47とを有し、前記要
    素は扇形ビームが通過出来る様にするのに十分な
    軸方向の長さを持ち、更に、 低エネルギ・ビーム・パルスが発生する時に一
    方の1対のフイルタ要素がその通路内に来ると共
    に、高エネルギ・パルスが発生する時に他方の1
    対のフイルタ要素がその通路内に来る様に前記ド
    ラム手段は駆動され、更に、 当該部分が歯車の回転軸線の周りに角度方向に
    調節出来る様な形で前記歯車に取付けられた1つ
    の部分63及び前記ドラム手段から軸方向に伸び
    る別の部分を持つていて、各部分が着脱自在に互
    いに係合し、前記軸60が両方の部分を通抜けて
    ドラム手段40に対する支持体となつている前記
    結合手段と、 円周方向に配置された交互の透光領域及び不透
    光領域を持つていて、前記歯車及びドラム手段の
    軸線の周りに選ばれた角度位置まで調節出来る様
    に前記歯車に装着された前記シヤツタ手段80
    と、 前記シヤツタ手段は前記光源から光感知手段へ
    の光ビーム通路を横切つて回転自在であり、前記
    光感知手段はシヤツタ手段の不透光領域及び透光
    領域が交互にビーム通路を横切つて回転すること
    に応答して出力信号の状態変化を発生し、前記X
    線源を制御する手段が交互の信号状態の発生に応
    答して、前記X線源から対応する交互の高エネル
    ギ及び低エネルギのX線ビーム・パルスを発生さ
    せる様にした装置。 9 特許請求の範囲8に記載した装置に於て、交
    流モータ55が同期速度で回転するが、負荷の為
    に電流線路周波数に対して移相を持ち、電力線路
    周波数の波形の振幅がゼロと尖頭振幅の間で増加
    する時に、X線パルスが発生するように、前記歯
    車59上で前記シヤツタ手段80が調節されてい
    る装置。 10 特許請求の範囲8に記載した装置に於て、
    モータ55が3600rpmで回転するが、電力線路周
    波数に対して移相を持ち、前記電力線路周波数が
    60Hzであり、前記歯車59とピニオン58の比
    は、フイルタ要素を装着したドラム手段40がモ
    ータ速度の1/4で回転する様になつており、電力
    線路周波数の振幅がゼロと尖頭値の間で増加する
    時にX線パルスが夫々発生する様にシヤツタ手段
    80が調節され、前記歯車59とフイルタ要素を
    装着したドラム手段40の間の結合手段が角度方
    向に調節され、対応するフイルタ要素44,4
    5,46,47に対するエネルギを持つX線パル
    スが開始する前にそのフイルタ要素がX線ビーム
    の通路内にある様にした装置。 11 特許請求の範囲8、9又は10のいずれか
    1項に記載した装置に於て、 一方の状態変化に応答して高エネルギのX線パ
    ルスに対応する信号を表わすデータを一方の記憶
    装置に切換えると共に、次の状態変化に応答し
    て、低エネルギのX線パルスに対応する信号を表
    わすデータを他方の記憶装置に切換える手段95
    とを有する装置。 12 特許請求の範囲8に記載した装置に於て、 前記回転自在のフイルタ要素を装着するドラム
    手段40に対するハウジング手段30を有し、該
    ハウジング手段は向い合つた壁51,52,5
    3,54を持ち、一方の壁51は軸受を支持して
    いて、前記歯車を取付けた軸が該軸受に軸支さ
    れ、他方の向い合つた壁52は開口を持ち、 前記開口を閉じる様に前記他方の壁に着脱自在
    に装着されたドア部材と、 該ドア部材に装着された軸受手段72と、前記
    フイルタ要素を装着するドラム手段40から軸7
    1方向に伸びていて、前記ドア部材を取付けた時
    に前記軸受手段に入り込む軸とを持ち、前記ドア
    部材を取外すと、着脱自在に係合する結合手段が
    離脱して、フイルタ要素を装着したドラム手段を
    ハウジングから取出すことが出来る様にした装
    置。
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