CN1119121C

CN1119121C - X射线装置

Info

Publication number: CN1119121C
Application number: CN97102896A
Authority: CN
Inventors: 北出康一; 小野胜弘
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2003-08-27
Anticipated expiration: 2017-02-28
Also published as: EP0793404A2; JPH09293598A; EP0793404B1; DE69730066T2; JP2948163B2; DE69730066D1; US5809106A; CN1162242A; EP0793404A3

Abstract

本发明提供能预先进行运算处理、显示是否能在所要求条件下发射X射线而不使具有动压式滑动轴承的X射线管的旋转阳极熔化，安全有效地进行摄影动作控制的X射线装置，具备对向所述旋转阳极的焦点轨道区域射入电子束使其发射X射线的条件进行设定的X射线发射控制装置、以及对阳极上的焦点轨道面的电子束入射点及其他部分的温度上升或下降加以存储或运算处理、告知每时每刻的X射线管允许输入或禁止输入的条件的手段。

Description

X射线装置

本发明涉及X射线断层摄影装置那样的X射线装置，特别是关于具备自动设定和控制适于从旋转阳极型X射线管安全且有效地发射X射线、进行X射线摄影的条件的手段的X射线装置。

例如，在作为CT扫描器普及的X射线摄影装置和通常医用或工业用的X射线摄影装置，或X射线曝光装置等X射线装置中，多数场合下装有旋转阳极型X射线管作为X射线发射源。如所周知，该旋转阳极型X射线管以相互之间装有轴承的旋转件和固定件对圆盘状的旋转阳极作机械支持，对配置在对应于旋转件的位置的真空容器外的定子电磁线圈供给旋转驱动电力使之一边高速度旋转，一边使阴极发射出的电子束打在阴极的靶上，发射出X射线。

旋转阳极型X射线管的轴承部用滚珠轴承那样的滚动轴承，或在轴承面形成螺旋状槽，同时使用镓、镓-铟-锡合金那样的至少在工作中会变成液体的液体金属润滑剂的动压式滑动轴承构成。

使用后者的动压式滑动轴承的旋转阳极型X射线管的例子在下述专利公报中有公开：例如日本专利特公昭60-21463号(USP4210371)、特开昭60-97536号(USP4562587)、特开昭60-117531号(USP4641332)、特开昭60-160552号(USP44644577)、特开昭62-287555号(USP4856039)、特开平2-227947号(USP5068885)和特开平2-227948号(USP5077775)等。

实际上已经广泛使用着的使用滚珠轴承的旋转阳极型X射线管，其要部如图10所示。即圆盘状的旋转阳极11固定于轴12上。该轴12固定于紧密地嵌镶在由铁质和铜质圆筒构成的圆筒状旋转体13上。该旋转体13固定在配置于内侧的旋转轴14上。该旋转轴14的周围配置着圆筒状的固定件15。而在这些旋转轴14和固定件15之间配置着滚珠轴承16。

圆盘状的旋转阳极11为了谋求增加热容量并减轻重量，用比较薄的钼制圆板11a背面通过钎焊料层11c焊接厚石墨环11b构成。在Mo圆板11a的锥状表面形成含有少量铼的钨合金构成的薄靶层11d。

用装有这样的旋转阳极型X射线管的X射线装置进行X射线摄影时，用滚珠轴承支持的阳极11以例如150rps(每秒钟的转数)或更高的速度一边旋转一边使阴极17发射出的电子束撞击靶层11d的焦点轨道面、发出X射线(X)。在靶层部分发生的热扩散传导到Mo圆板，同时经过钎焊料层11c传到石墨圆板11b储积，另一方面，经辐射和传导慢慢发散。

这样的由滚珠轴承支持阳极的旋转阳极型X射线管，如图11中的点划线所示，阳极旋转时能以比较小的旋转驱动力矩能够达到接近可能达到的最大转速Rs的转速。其理由在于，滚珠轴承的旋转阻力比较小。另一方面，具有滚珠轴承的X射线管由于容易发生轴承润滑剂的损耗，因此，在不摄影时阳极停止旋转，在即将进行摄影时开始旋转，在短时间内使其达到上述高转速、产生X射线，完成摄影后通过电气制动使阳极的旋转很快减速和停止。

与之相比，由动压式滑动轴承支持阳极的旋转阳极型X射线管由于具有能够稳定支持更重的阳极靶的特长，轴承的阻力大，如图11的实线M所示，要达到可能达到的最大转速Rs需要相当大的旋转驱动力矩。因此，装有具备动压式滑动轴承的旋转阳极型X射线管的X射线装置由于有必要把旋转驱动电力设计得不过大，不采取短时间旋转起动、旋转速度急剧上升的模式，通常以例如50～60rps左右的阳极旋转速度保持旋转，保持这样的旋转速度，控制得在任何时候都能够进行X射线摄影，这是很实用的。

近来，用例如CT扫描装置(Computerized Tomography Scanner)，以间歇模式或螺旋扫描模式持续数十秒对被拍摄处连续地进行断层摄影已经是很普通了。从旋转阳极型X射线管这样长时间地发射X射线的情况下，X射线管阳极温度的上升常常限制X射线的持续发射。

也就是说，X射线管的旋转阳极11的温度，如图12的(a)和(b)所示，虚线表示的焦点轨道区域(F)的某一时刻的温度(Tf)随X射线发射的持续时间一起上升。而该时刻的电子束入射点(P)、即X射线焦点的温度(Tp)当然达到比焦点轨道区域的温度(Tf)更高的温度。

还有，焦点轨道区域的温度(Tf)表示除了电子束入射点(P)外的焦点轨道区域的某时刻的平均温度，电子束入射点的温度(Tp)表示某电子束入射点在该瞬间达到的最高温度。而焦点轨道区域的温度(Tf)取决于射入阳极的电子束产生的热量输入与放热等原因造成的热量发散的差，由于热量的储积而上升，又由于热量的发散而下降。还有，作为阳极基板的Mo圆板11a和加Re的W合金靶层11d因锻造等原因，致密且接合稳定，而且由于两金属具有比较大的热传导率，靶上发射的热立即向Mo圆板传导、扩散。因此，焦点轨道区域及其近旁的Mo圆板的平均温度为大致相同的平均温度。

与此相比，电子束入射点的温度(Tp)只有在电子束入射时由于所述焦点轨道区域的温度(Tf)加上电子束入射引起的瞬间热量输入而达到峰值。而电子束入射点的温度(Tp)受旋转速度的影响比较大，因为电子束入射点瞬时的蓄热作用因阳极的旋转速度不同而不同。亦即，在相同焦点轨道区域温度(Tf)的时候进行比较的情况下，阳极的旋转速度低则电子束入射点的温度(Tp)达到较高温度，阳极的旋转速度高则电子束入射点的温度(Tp)相对较低。

预测与焦点轨道区域温度(Tf)相当的阳极基体平均温度的变化、决定许可的输入条件，或具备锁定使X射线不能发射的方式或与其类似的控制手段的X射线装置在下述文献中已有公开。这些是日本专利特开昭57～5298号、特开昭58-23199号、特开昭59-217995号、特开昭59-217996号、特开昭62-69495号、特开平6-196113号和美国专利USP4225787、USP4426720、USP5140246的各专利公报或说明书。

但是，在例如螺旋型扫描模式连续发射X射线进行断层摄影的情况下的X射线管的阳极温度在图13的(a)和(b)显示了其经时变化。该图的横轴表示时间(t)，纵轴表示阳极的温度，该纵轴的Tr是大致相当于室温的动作初期的阳极温度，Ts是阳极的允许温度的极限值。

该允许温度的极限值Ts是保证旋转阳极连局部熔化也不会发生的能确保安全工作的上限温度，例如在具有W或W合金靶层的阳极的情况下，通常设定得低于熔点且留有余地，设定为例如2800℃。

作为一个例子，在X射线管的电子束加速电压、即阳极电压取120kV、电子束电流取0.2A、X射线发射持续时间设定为20秒进行X射线摄影时旋转阳极的温升用该图(a)的时间轴a时刻到b时刻的曲线表示。焦点轨道区域的平均温度(Tf)大致从室温逐步上升。为了容易理解，电子束入射点的温度(Tp)以阳极的靶层上的某一点的温度表示。即阳极以某一定的旋转速度旋转着，焦点轨道上的某一点由于旋转而反复成为电子束入射点，因此，每当该时刻都发生瞬间温度上升。该图定性地表示这种状态。

在上述输入条件下的X射线发射一结束，阳极储存的热量即由传导或辐射而释放，因此，焦点轨道区域的平均温度Tf慢慢下降。该阳极放热的温度下降曲线以Tu表示。然后，从那以后的某一时刻c开始再次以同样的输入条件开始发射X射线，一旦持续例如30秒，阳极温度从该开始时刻c的焦点轨道区域的平均温度开始上升。而从X射线发射结束的时刻d起，焦点轨道区域的平均温度从该到达的温度下降。

另一例子的X射线管的阳极加速电压和X射线发射持续时间与上述例子相同，电子束电流提高到0.3A，设定在这样的条件下发射X射线的情况表示于该图(b)。当然，焦点轨道区域的平均温度(Tf)和电子束入射点的温度(Tp)比该图(a)的情况上升更快，而且达到的温度更高。

这样，在输入阳极的热量大的图13(b)的动作条件下，在继续第2次发射X射线的中途的时刻g，电子束入射点的温度(Tp)超过允许温度的极限值Ts。这样继续下去，焦点轨道区域将要熔化，因此，在该时刻g必须停止向阳极发射电子、即停止发射X射线。还有，正确计测电子束入射点的峰值温度、控制阳极的输入实际上几乎是不可能的，但是可以根据阳极各部份的热传导率、蓄热特性、放热特性、旋转速度、电子束输入条件即阳极电压和电子束电流、输入时间等由计算能大致正确地预测温度变化。

但是可以说向来都是把上述阳极的热特性考虑在内，采用根据阳极的基板部的平均温度的预测去预测以后的输入条件、进行控制的方式。特别是如图10所示的、石墨圆板和Mo圆板用钎焊材料接合的阳极，或在石墨圆板的表面用钎焊材料接合靶层的阳极的情况下，由于该石墨圆板和Mo或W部分的钎焊部不稳定，允许输入非常小。

亦即，上述各已有的阳极的各种构成材料的熔点分别为，W为3410℃、Mo为2625℃、石墨为3700℃，而例如Zr、W、Ni的组合构成的钎焊材料约为1700℃。而热传导率分别为，W约130(W/mK，下同)、Mo约140、石墨约50。还有，热膨胀率为，W约7×10^-6、Mo约5×10^-6、石墨约3×10^-6。

根据这样的关系，上述已有的石墨接合型旋转阳极，由于钎焊材料的熔点比W和Mo低得多，而且热传导率和热膨胀率不同，在钎焊部分容易发生开裂、熔化等损伤，这是阳极的输入被限制得很低的主要原因。

于是，尽管以后的摄影可能需要高输入，已有的控制只允许低输入，不得不在低效率下工作。特别是，如前所述，在由动压式滑动轴承支持旋转阳极的X射线管的情况下，要使阳极以150rps的高速度旋转事实上是困难的，所受到的制约更加显著。

鉴于上述情况，本发明的目的在于提供能够时时刻刻进行运算处理、显示或告知是否能够在所要求的条件下发射X射线而不损伤具有动压式滑动轴承的X射线管的旋转阳极，安全有效地进行摄影动作控制的X射线装置。

本发明为一种X射线装置，该X射线管包含：有X射线发射用的靶部的旋转阳极、向着该旋转阳极的上述靶部发射电子束的阴极、固定所述阳极的旋转件、同轴状嵌镶于该旋转件的固定件、在这些旋转件及固定件的嵌合部具有螺旋沟并被供给有规定的熔点的液体金属润滑剂的动压式滑动轴承；配置在该X射线管的外周的定子线圈；连接该定子线圈，供给其电力的定子驱动电源；使电子束射在所述X射线管的旋转阳极上的焦点轨道区域，以使其发射X射线的X射线管用电源装置；控制该X射线管用电源装置的动作，设定所述X射线发射的条件的X射线发射控制装置，其特征在于，所述X射线发射控制装置能预先根据运算式对每一输入条件的经时变化进行定量性运算预测，或者，能预先存储运算式及预测值并自动进行运算处理，并且具备：旋转阳极温度经时上升预测手段，该预测手段通过所述运算处理，对与电子束射入所述X射线管的旋转阳极的焦点轨道面时的阳极电压或电子束电流及电子束入射持续时间所对应的所述焦点轨道面上的电子束入射点温度及电子束入射点以外部分的焦点轨道面平均温度的经时上升分别进行预测；旋转阳极温度经时下降预测手段，用以通过所述运算处理，预测从所述电子束入射停止时到达的焦点轨道面平均温度开始，由于放热引起的焦点轨道面平均温度的经时下降；以及输入条件告知手段，用以根据对所述旋转阳极温度经时上升和经时下降的预测，告知每时每刻向所述X射线管输入阳极电压、电子束电流和电子束入射持续时间的输入允许条件或输入禁止条件。

图1是表示本发明一实施例的概略图。

图2是表示图1的X射线管装置的概略纵剖面图。

图3是表示图2的X射线管的一部分的纵剖面图。

图4是表示图3的一部分的侧面图。

图5是图4的要部的顶视图。

图6是表示图1的要部的正面图。

图7是表示用于说明本发明的结构的、旋转阳极的温度的经时变化的特性图。

图8是表示本发明的其他实施例的旋转阳极的温度的经时变化的特性图。

图9是表示本发明的又一些实施例的旋转阳极的温度的经时变化的特性图。

图10是表示已有的旋转阳极型X射线管的阳极部分的纵剖面图。

图11是表示旋转驱动转矩与阳极旋转速度的比较关系的特性图。

图12表示一般的X射线管的旋转阳极的一部分的平面图及其温度分布示图。

图13是表示图12的阳极温度的经时变化的特性图。

下面参照附图对该实施例加以说明。并且相同的部分用相同的符号表示。表示大概结构的图1的CT扫描装置即X射线断层摄影装置在架台21上设置可旋转的环状旋转机架(frame)22。在该旋转机架22的中央部形成的圆顶(dome)内侧，形成可进退移动的底盘23和放在底盘上面的被拍摄物体Ob能够进入的结构。旋转机架22借助于在主电源-控制装置24的控制下动作的旋转控制装置21，可沿着箭头S所示的方向环绕被拍摄物体Ob的周围旋转。

旋转机架22的规定位置上安装着向被拍摄物体的方向发射虚线所示的扇形X光束(X)的X射线管装置20，而其相反的一侧上配置着X射线检测器Dt，X射线摄影时保持这些位置关系并绕被摄物Ob的周围旋转。从X射线检测器Dt得到的X射线图像信号提供电脑图像信号处理装置25进行运算处理，该图像输出信号被送到CRT监测器26，显示出被拍摄物体的断层图像。

X射线管装置20具有固定于其内部的旋转阳极型X射线管31，X射线管电源装置27和旋转驱动电源装置28向X射线管31供给旋转和动作的电力。

还有，这种CT扫描装置由X射线控制装置29控制X射线管的旋转和X射线的发射。该X射线控制装置29具备后面所述的控制板61。

X射线管装置20以及具有动压式滑动轴承的旋转阳极型X射线管31具有图2～图5所示的结构。即X射线管装置20，如图2所示，具有用绝缘支持件32、33固定在X射线管容器30内部的旋转阳极型X射线管31，并且绝缘油34被装在容器30的内部空间。又，该X射线管装置20具备使X射线管的旋转件35和X射线发射用的旋转阳极40旋转用的定子41。该图中的符号36表示X射线的真空容器，37表示阴极，38表示X射线的发射窗，39a表示阳极侧的连接电缆支座，39b表示阴极侧的连接电缆支座。而图1所示的CT扫描装置的旋转机架的旋转中心轴的方向与X射线管的中心轴C的方向设置为平行或大致平行。

旋转阳极型X射线管31，其要部如图3～图5所示，在真空容器36的内部，由重金属构成的圆盘状旋转阳极40成一整体地固定在圆筒状旋转件35的一端上突出设置的轴35a上。而发射电子束e的阴极37与旋转阳极40的锥状的焦点轨道面相对配置。

在圆筒状旋转件35的内侧，同轴嵌镶着圆筒状固定件42，旋转体的开口部固定着止推环(thrust ring)43.固定件42的端部为阳极端子42d，其一部分气密性连接在真空容器的玻璃圆筒容器36a上。旋转件35和固定件42嵌合的部分上，设置上述各专利公报所示的辐射方向动压轴承44、45和推进(thrust)方向动压轴承46、47各一对。

辐射方向动压轴承44、45，其一部分示于图4，由形成于固定件的外周轴承面的两组鱼骨状的螺旋状沟44a、45a和旋转件的内周轴承面构成。而一边的推力方向动压轴承46由形成于固定件42的前端轴承面42a的、图5所示的那样的环状的鱼骨状的螺旋状沟42b、和旋转件的底面构成。还有，图5的(a)是在图4的5a-5a的剖面视图。另一边的推力方向动压轴承47由成为旋转件的一部分的止推环43的轴承面43a上形成的像图5(b)那样的环状的鱼骨状的螺旋状沟43b与固定件的肩部的轴承面42c构成。还有，图5的(b)是图4的5b-5b的剖面视图。构成各轴承的轴承面上形成的螺旋沟深度大约为20微米。

这些旋转件和固定件的各轴承的轴承面在动作中保持着大约20微米的轴承间隙。在旋转中心轴c上的固定件42上，其中心部分在轴方向上被挖成空穴，形成润滑剂收容室51。而该固定件42的中间部的外周壁被切削成略带锥状的小直径部52，以此形成的圆筒状的空间能够积贮一部分润滑剂。

而中心部分的润滑剂收容室51通向小直径部52的空间的4个辐射方向的通路53以相同的角度对称形成。然后向包含旋转件与固定件之间的间隙和各轴承的螺旋沟、润滑剂收容室51、小直径部52的空间以及辐射方向的通路53的内部空间供给由Ga-In-Sn合金形成的液体金属润滑剂。

旋转件35的主要部分由三重圆筒构成，内侧是铁合金制成的轴承圆筒，其外侧是铁质的强磁性圆筒，外侧是铜质圆筒，这些圆筒嵌镶结合成一整体。这些圆筒与配置在包围旋转件35的玻璃圆筒容器部36a的外周的定子41的电磁线圈协动，作为电磁感应电动机的转子动作。定子41具备圆筒状的铁心41a和缠绕在其上的定子线圈41b。如前所述，由定子驱动电源装置28向该定子线圈41b供给旋转驱动电力，在X射线管内的旋转件上产生转矩。

X射线管的旋转阳极40不是一部分接合石墨，而是具有例如直径150毫米、最厚部分的厚度为30毫米的Mo和Mo合金那样的高熔点金属构成的基体40a和在其锥状表面部成一整体形成的1.5毫米厚的W或加Re的W合金那样的发射X射线用的重金属靶层40b。又如上面所述，相对于阳极的焦点轨道区域F配置发射电子束e的阴极37。而从焦点轨道区域上的电子束入射点产生的X射线(X)从成为真空容器的一部分的X射线发射窗38向外射出。

还有，旋转阳极不限于基体部分和靶部分分别由金属构成，也可以是像Mammo graphy装置用的旋转阳极型X射线管那样用单纯的Mo或Mo合金构成基体部分和靶部。

再者，在本实施例，构成通过真空容器的玻璃制容器部分36a从管外能够看到的位置的旋转件下端部的止推环43的外周面的一部分上附有黑色的标志54。

而以此对应的玻璃容器部分的外侧上配置着旋转速度检测器55。该旋转速度检测器55在由X射线屏蔽材料构成的外壳56内部配置激光振荡元件57和接收由旋转件表面反射的激光的受光元件58。从而内藏着在控制两元件的动作的同时对接收的光信号进行放大和运算处理等的信号处理部59。这些装置与旋转驱动电源装置28、及X射线发射控制装置29在电气上或光学上相连接，能够受授与旋转速度对应的信号。

在动作中，可以通过设置在外壳56上的激光窗口将激光照射在旋转止推环的表面，同时接收在这里反射的激光，根据在黑色标志54的低强度反射计算旋转件的旋转速度、进行检测。

该CT扫描装置，如上所述由X射线发射控制装置29控制X射线管的X射线发射。该X射线发射控制装置29的控制面板61是像图6所示的触模开关(touchsenser switch)式的CRT显示、操作画面。而且，该图是以螺旋扫描模式拍摄X射线断层像的情况的例子。该控制面板61具备选择设定施加于X射线管的阳极电压的阳极电压选择部62、以及选择、设定射入X射线管的旋转阳极的电子束电流和X射线摄影持续时间即X射线发射持续时间的电子束电流-摄影时间选择部63。

阳极电压选择部62可以在100kV～140kV的范围内以10kV的刻度选择阳极电压，X射线管在选择的电压控制下动作。电子束电流-摄影时间选择部63可以在0.1A～0.4A的范围内以0.05A的刻度选择电子束电流，在10秒～60秒的范围内以10秒的刻度选择X射线摄影持续时间，以选择的电子束电流和摄影持续时间进行动作控制。

一旦操纵者用指头触模、选择阳极电压选择部62的、根据被拍摄物体的状态判断为合适的阳极电压对应的位置，在动作时该阳极加速电压即被加在X射线管上。同样地，操纵者一旦以手指接触、选择判断为合适的电子束电流和摄影时间所对应的电子束电流-摄影时间选择部63位置，在动作时即以该射入条件进行X射线摄影。

而电子束电流-摄影时间选择部63在该X射线装置起动后的任意时刻显示出在不会使X射线管的旋转阳极受到融化等损伤的情况下可以输入的电子束电流和X射线摄影持续时间让操纵者知道。该图所示的显示例表示在阳极电压为120V，电子束电流和X射线摄影时间的各交点区域在网格图示(实际上以例如红色表示)所示处的摄影输入条件下X射线管的旋转阳极的电子束入射点或其附近的最高温度超过容许界限因而被禁止的情况。

另一方面，在以空白(实际上以例如绿色表示)表示的地方的摄影输入条件表示旋转阳极的电子束入射点或其附近的最高温度小于容许界限值，只有在该条件下才能完成摄影。另外表示这些摄影为禁止或许可的输入条件的选择场所在装置起动后时时刻刻由电脑进行比较运算处理，更新显示。

这样的在各种各样的X射线摄影条件下的操作被禁止或许可的输入条件的显示或告知手段可以以如下方式构成。从以图13为依据的说明可知，X射线发射时旋转阳极的温度上升特性和放热时的温度下降特性大致由X射线管的旋转阳极的热容量和支持结构、或阳极旋转速度、输入条件等决定，因此可以预先定量计算预测每一输入条件下的经时变化，或将该运算公式和预测值存储于电脑中，在摄影开始时使其自动进行运算处理。

还可以根据东芝评论第37卷第9号第777～780页所载的论文所示的如下近似式用电脑计算、存储，或据此进行自动控制。

所述公式即，以Tp表示电子束入射点的温度，以Tf表示焦点轨道区域的平均温度时，Tp＝Tf+(2×P×w^-1/2)/〔S(π×ρ×C×λ×v)^-1/2〕。式中P为电子束的入射功率，w为阳极旋转方向上电子束的宽度，S为电子入射面的面积，ρ表示阳极表面部的材料的密度，C为其比热，λ为其热传导率，v表示电子束入射点的圆周速度。而且，来自旋转阳极、旋转件、固定件的通过热辐射和热传导散发的热量包含于焦点轨道区域的平均温度Tf的计算公式中。

于是，可以对于所装的X射线管，以阳极旋转速度、阳极电压、电子束电流和X射线发射持续时间为参数，用电脑计算旋转阳极的焦点轨道区域的平均温度(Tf)及电子束入射点的温度(Tp)的上升变化与下降变化并加以存储。从而，一旦决定了某一时刻的输入条件，即可由电脑自动计算不会使旋转阳极由于熔化等原因造成损伤的、每时每刻的摄影许可条件，并显示告知操纵者。

然后现在，例如像X射线装置起动后的最初时刻进行X射线摄影的情况下那样，旋转阳极的温度大致为室温(Tr)状态下，操纵者在这最初的X射线断层摄影中选择以120kV的阳极加速电压时，电流-摄影时间选择部63的显示如图6所示。于是从该图的面板显示中选择、设定适合被拍摄物体的摄影条件为，电子束电流0.3A、摄影持续时间30秒。

于是，根据输入X射线管的该输入条件X射线发射控制装置将控制信号送到X射线管用的电源装置等，使X射线管装置动作。在这一例子的情况下，为了说明方便阳极的旋转速度假定为一定值例如50rps。

一旦以上述输入条件开始X射线摄影，如图7所示，从X射线发射的开始时刻a到该摄影终止的时刻b，X射线管的旋转阳极的温度以该输入条件相应的上升曲线(Tf、Tp)上升，然后，焦点轨道区域的温度按从该到达的温度起由于散热而按一定下降曲线(Tu)降低温度。对这样的温度变化，如上所述根据预先在X射线发射控制装置内的电脑中存储的计算公式或预测值时时刻刻进行比较运算处理。

从上述第1次摄影结束的时刻b起，下一次X射线摄影的不损伤旋转阳极的前提下的许可和禁止的输入条件根据焦点轨道区域的温度下降曲线(Tu)时时刻刻进行运算处理，这在图6的面板上时时刻刻被更新显示。也就是说，在焦点轨道区域的平均温度比较高时，下一次摄影许可的输入条件只许可比较小的电子束电流，并且摄影持续时间也短，显示状态与此相应。而由于焦点轨道区域的温度如曲线Tu所示逐步下降，因此，随着其下降，以后可以输入的电子束电流和摄影时间将增加，因此，随着依序更新，许可显示范围逐步向大输入条件扩大。

操纵者决定的下一摄影条件例如是0.3A的电子束电流、40秒的摄影持续时间。根据电脑的运算处理可以预测到，在从图7所示的第1次摄影终止的时刻b起不久的时刻，在上述摄影条件下以比较短的时间进行摄影，电子束入射点的温度(Tp)超过允许极限值(Ts)，旋转阳极将局部熔化。从而，上述摄影条件对应的显示面板位置继续显示出禁止摄影。

然后，一到预测出在上述摄影条件下电子束入射点的温度(Tp)不超过允许极限值(Ts)的时刻c，在该时刻上述摄影条件对应的显示面板位置自动切换、显示出允许摄影。从而，如果用手指接触与其相应的显示面板位置，即开始控制使其转移到该摄影条件下继续X射线摄影，在电子束入射点温度(Tp)未到达允许极限值(Ts)、上述设定的摄影完成的时刻d停止X射线发射。以后，根据同样的处理，显示允许或禁止X射线摄影，按此进行相应的控制。

而且，如果改变阳极电压的选择面板部的电压值，与此相应，对电子束电流值和摄影时间的许可或禁止条件也自动进行运算处理，时时刻刻予以更新显示。

又，如上所述，电子束入射点的温度(Tp)大致与阳极旋转速度的平方根成反比例变化。也就是说，即使阳极电压和电子束电流一定，如果阳极旋转速度变低，电子束入射点的温度(Tp)即变高。考虑到这种情况，采用例如用旋转速度检测装置55检测阳极的旋转速度，将与此对应的值代入许可或禁止摄影的条件的运算公式进行运算处理、显示和控制的结构可以得到更高精度的显示和控制。

因此，在用该X射线装置并在能够设定的输入条件中选择相对高的输入条件即高阳极电压、或大电子束电流进行摄影时，可以采用具备将阳极旋转速度提高得比小输入条件的情况还高的自动控制手段的结构。例如图8所示，在最初的摄影时刻a-b是取阳极旋转速度为50rps，电子束电流为0.2A，摄影时间为50秒进行摄影的情况。焦点轨道区域的平均温度(Tf)上升比较慢，而从焦点轨道区域看的电子束入射点的温度(Tp)极高。

对此，选择设定电子束电流为0.3A、摄影时间为30秒的后一次摄影的摄影时刻c-d，如果使阳极旋转速度自动上升到80rps动作，从焦点轨道区域看的电子束入射点温度(Tp)停在比较低的值上。

从而，用具备动压式滑动轴承的X射线管装置时，旋转阳极的旋转驱动转矩略有增加，但这种程度的旋转速度的上升控制是完全可能的。

因此，电子束入射点的温度上升到超过允许极限值所需要的时间变长，所以，有可能在比保持与前面相同的50rps的旋转速度不变的条件下摄影的情况下的摄影开始允许时刻h更早的时刻c开始摄影，并且可摄影时间长。或者可以在更高的输入条件下摄影。

这样，可以构成根据输入条件的大小自动控制阳极旋转速度，并附加显示或告知允许或禁止条件功能的X射线装置。

而且，X射线摄影时即X射线发射时X射线管的阳极旋转速度如果控制在40～100rps的范围内，工作时旋转驱动电力不致极端增加，并且也不会引起旋转阳极损伤。

图9所示的实施例表示短时间间歇摄影拍摄数十枚X射线断层像的情况。该图表示用2.5秒间隔、拍摄总共9枚的X射线断层像的情况。即从最初开始摄影的时刻a起1秒钟，装载X射线管和X射线检测器等的架台旋转部环绕被拍摄物体一周拍摄一枚X射线断层像。由于从该a时刻到b时刻的1秒钟的X射线发射，旋转阳极的焦点轨道区域的平均温度Tf和电子束入射点的温度Tp上升。然后，从最初的一枚拍摄终止的时刻b起到1.5秒钟后的时刻c之间，架台移动规定的距离，从该时刻c开始下一相近部位的拍摄。从而，在这1.5秒，X射线停止发射，因此，旋转阳极温度下降。这样反复拍摄9枚断层照片，从一连串的拍摄停止的时刻d起旋转阳极的温度从该到达的平均温度按照预定的下降曲线逐步下降。

从上面所述可以了解到，这样的以一定的时间间隔按所要求的次数反复进行X射线摄影的摄影模式的情况下，也能够构成能够计算、处理旋转阳极的预测温度的上升和下降，根据该计算公式或预测值进行比较运算处理，时时刻刻向操作者显示或告知摄影的允许条件或禁止条件的装置。

时时刻刻显示或告知摄影的允许条件或禁止条件的手段，不限于图6所示的例子，也可以使用向来使用于CT扫描装置的那样的手段。也就是说例如对于在相当于旋转阳极的最大输入热量情况下每时每刻积储的热量的比率、在下一拍摄条件与该条件下X射线摄影的允许的待机时间等，也可以每时每刻进行运算处理并加以更新显示。

还有，在上述实施例中，以电子束入射点以外的焦点轨道区域平均温度表示旋转阳极的电子束入射点以外的部分的温度，但是这也可以用例如旋转阳极的焦点轨道区域附近的特定位置的温度替换。或者又可以以旋转阳极的整个基体的平均温度替换。还可以用温度检测器实际测定旋转阳极的特定位置的温度，将其信号或数值使用于运算处理，这样可以以更高的精度进行预测运算处理。

还有，本发明不限于较长时间的X射线断层摄影，也可以广泛适用于通常的循环器摄影和其他发射X射线时间较短的X射线摄影、X射线曝光或其他工业用X射线装置。

如上所述，采用本发明，由于时时刻刻显示、告知不发生X射线管的旋转阳极局部熔化等损伤的X射线摄影条件，可以不断地、安全而且高精度、高效率地、以最佳摄影条件进行X射线摄影。

Claims

1.一种X射线装置，具备：

X射线管，该X射线管包含：有X射线发射用的靶部的旋转阳极、向着该旋转阳极的上述靶部发射电子束的阴极、固定所述阳极的旋转件、同轴状嵌镶于该旋转件的固定件、在这些旋转件及固定件的嵌合部具有螺旋沟并被供给有规定的熔点的液体金属润滑剂的动压式滑动轴承、

配置在该X射线管的外周的定子线圈、

连接该定子线圈，供给其电力的定子驱动电源、

使电子束射在所述X射线管的旋转阳极上的焦点轨道区域，以使其发射X射线的X射线管用电源装置、

控制该X射线管用电源装置的动作，设定所述X射线发射的条件的X射线发射控制装置，

其特征在于，

所述X射线发射控制装置能预先根据运算式对每一输入条件的经时变化进行定量性运算预测，或者，能预先存储运算式及预测值并自动进行运算处理，并且具备：

旋转阳极温度经时上升预测手段：该预测手段通过所述运算处理，对与电子束射入所述X射线管的旋转阳极的焦点轨道面时的阳极电压或电子束电流及电子束入射持续时间所对应的所述焦点轨道面上的电子束入射点温度及电子束入射点以外部分的焦点轨道面平均温度的经时上升分别进行预测，

旋转阳极温度经时下降预测手段：用以通过所述运算处理，预测从所述电子束入射停止时到达的焦点轨道面平均温度开始，由于放热引起的焦点轨道面平均温度的经时下降，以及

输入条件告知手段：用以根据对所述旋转阳极温度经时上升和经时下降的预测，告知每时每刻向所述X射线管输入阳极电压、电子束电流和电子束入射持续时间的输入允许条件或输入禁止条件。

2.根据权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，所述X射线管的旋转阳极由高熔点金属构成的基体(40a)和该基体表面部的重金属靶部(40b)构成。

3.根据权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，所述输入条件告知手段具有表示输入允许条件或输入禁止条件的按钮或显示面板，一旦选择表示所述按钮或显示面板上的所述输入允许条件的地方，所述X射线发射控制装置(29)或所述X射线管用电源装置(27)即被起动，所述X射线管根据该输入条件发射X射线。

4.根据权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，所述所述装置还具有检测所述阳极(40)的旋转速度的旋转速度检测装置(55)，所述X射线发射控制装置(29)具有将对应于所述旋转速度检测装置检测出的所述旋转阳极的旋转速度的数据加入、进行所述输入允许条件和输入禁止条件的运算处理的手段。

5.根据权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，具有根据所述输入允许条件值，预定的输入条件受到限制时，提高所述阳极的旋转速度进行旋转驱动的控制手段。

6.根据权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，X射线发射时所述X射线管的旋转速度被设定于每秒40～100转的范围内。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的X射线装置，其特征在于，在配置于被拍摄物体周围的架台旋转部装有X射线管和X射线检测器，在进行X射线摄影时所述架台旋转部围绕被拍摄物体周围断续或连续地旋转、拍摄X射线断层像。