JP2001276043A

JP2001276043A - カソードスキャン型ｘ線発生器及びｘ線ｃｔスキャナ

Info

Publication number: JP2001276043A
Application number: JP2000100163A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Ono; 勝弘小野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-04-03
Filing date: 2000-04-03
Publication date: 2001-10-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】小型で信頼性が良い超高速Ｘ線ＣＴスキャナ用
のカソードスキャン型Ｘ線発生器と超高速Ｘ線ＣＴスキ
ャナを提供する。【解決手段】ドーナツ型の真空容器ＶＶと、陰極側回転
体組立ＡＲと、少なくとも１個の電子銃組立ＥＧと、熱
電子放出用の陰極と、環状の陰極給電機構ＳＬ１とを有
し、この陰極給電機構を通して上記の陰極に給電しなが
らこの陰極を被検体の周りで周回させ、Ｘ線ターゲット
ＴＧの表面に電子ビームを入射して高速度で周回するＸ
線を発生させることが出来る超高速スキャン型Ｘ線ＣＴ
スキャナ用のカソードスキャン型Ｘ線発生器、及びこれ
を使ったＸ線ＣＴスキャナであって、Ｘ線ターゲットの
表面を覆うようにＸ線ターゲットと同軸状に作られた第
一の熱吸収電極または第二の熱吸収電極を設けて、Ｘ線
ターゲットから出てくる二次電子と輻射熱を吸収させて
周囲の部品の温度上昇を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、小型でありなが
ら、高速度で周回するＸ線焦点からＸ線を放射して超高
速スキャンができるＸ線ＣＴスキャナ用のカソードスキ
ャン型Ｘ線発生器及びこれを使った超高速スキャンがで
きるＸ線ＣＴスキャナに関する。Ｘ線焦点を周回させる
為の回転部分を真空容器内の小型の部品に限定すること
により、大気中における機械的な回転機構を持たずにＸ
線焦点を披検体の周囲に高速度で安定して周回させて被
検体を瞬時に撮影して３次元の画像が得られる小型のＸ
線ＣＴスキャナを提供する。液体金属を潤滑剤とする動
圧滑り軸受を使って真空容器内で電子銃組立を周回させ
ると共に、真空容器内で周回している部品に真空容器外
から通電している。真空容器内において、Ｘ線ターゲッ
トに隣接した状態で、二次電子及びＸ線ターゲットから
の輻射熱を吸収する熱吸収電極を、絶縁体を介して真空
容器に取り付けて、安定な動作が維持できるとともに良
好な画像が得られるようにしている。

【０００２】

【従来の技術】従来のＸ線ＣＴスキャナについて、概略
の断面を表している図１を参照して説明する。従来のＸ
線ＣＴスキャナは、固定架台１００１と、軸受１００３
を介して回転する回転架台１００２とを有している。回
転架台１００２は制御器１００８を用いて制御された回
転駆動機構１００９によって空気中において回転させら
れる。Ｘ線を発生する為のＸ線管１００４や、これに高
電圧を供給する為の高電圧電源（図示せず）や、Ｘ線を
受け取る為の検出器１００６や、その他の電子回路１０
０７等をこの回転架台１００２に取り付けた構造になっ
ている。回転架台１００２に取り付けられた電子回路の
信号は図示しないスリップリングで固定架台１００１に
伝達される。この為に回転架台１００２に取り付けられ
た部品の質量の和が大きくなって、Ｘ線ＣＴスキャナの
スキャン速度を増そうとすると大きな遠心力が働き、回
転架台１００２に取り付けられた部品や回転架台１００
２自体が過大な応力に耐えられないのでスキャン速度を
高めることができない欠点を持っている。

【０００３】従来構造のＸ線ＣＴスキャナに使われるＸ
線管１００４は、直径が１０ｃｍ程度の円板状のＸ線タ
ーゲットをシリンダー状の真空容器の中で３０００ｒｐ
ｍ程度の高速度で回転させ、これに電子銃組立の陰極か
ら放射された電子を衝突させてＸ線１００５を一方向に
放出するものであり、全体が円柱状に構成されている。
多量のＸ線を発生させる必要があるＸ線ＣＴスキャナ用
のＸ線管では冷却器が必要であり、両者の質量の和は１
００Ｋｇ程度に大きくなり、体積も大きくなり、これを
取り付けて空気中で回転させる為の回転架台１００２は
大型になり、Ｘ線ＣＴスキャナ全体が大きくなって取り
扱いが不便であるだけでなく、設置スペースも大きくな
り、運転費用も多額であった。更に、近年になってＸ線
ＣＴスキャナの用途が広がるにしたがって血液や造影剤
の瞬時的な観測が求められてきた。これに応える為に
は、Ｘ線管１００４を高速度で被検体の周りで周回させ
る必要が生じている。これまでの最高の周回速度は２ｒ
ｐｓであり、これが限度と考えられている。一方では、
Ｘ線量を増して画質を高めて診断能を高めたいとの要求
があり、従来のＸ線管１００４の寸法と質量がますます
増大する必要がある。この相反する要求を同時に満たす
ことは従来の構造のＸ線ＣＴスキャナでは不可能であっ
た。

【０００４】一方で、スキャン速度を増す為に電子スキ
ャン方式のＸ線ＣＴスキャナが過去に開発された。これ
は、横倒しに置いた魔法瓶の形をした真空容器の底の位
置に固定した電子銃組立から電子を取り出し、電子を真
空容器内でおよそ１００ｃｍ走行させながら電磁的に電
子の位置を制御して被検体の周りを周回させた後に、こ
の電子を円弧状のＸ線ターゲットに入射させて半周回す
るＸ線を取り出すようになっている。この構造では、ス
キャン時間が０．１秒程度の高速スキャンができるが、
十分なＸ線量が得られないこと等に起因して画質が劣悪
であることや、Ｘ線の焦点が大き過ぎることや、安定な
動作を維持し難いことや、装置全体が大きくて取り扱い
難いことや、高価であること等の欠点を持ち、特殊な用
途に使用されているにすぎない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、Ｘ線ＣＴスキャナのスキャン時間を大幅に短縮し
て動きが速い被検体の撮影においてモーションアーチフ
ァクトを無くするとともに十分なレベルのＸ線量を確保
してフォトンノイズが少ない良質な画像を得ることがで
き、装置全体が小型であって取り扱い易いＸ線ＣＴスキ
ャナを提供することである。特に、電子銃組立から出た
電子がＸ線ターゲットに衝突したときに発生する二次電
子の軌道を制御して二次電子の悪影響を軽減することに
より真空中での放電を防止して安定な動作を維持するこ
とができ、二次電子に起因する焦点外Ｘ線を無くするこ
とができ、Ｘ線ターゲットから輻射される熱を効率良く
真空容器の外に導いて冷却できるカソードスキャン型Ｘ
線発生器、及びこれを使ったＸ線ＣＴスキャナを提供す
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、Ｘ線ＣＴス
キャナの全ての回転部分をドーナツ状の真空容器の中に
取り付けて最小限度まで小さくし、空気中での機械的な
回転部分を無くすることにより超高速スキャンができる
Ｘ線ＣＴスキャナを実現している。真空容器はドーナツ
状に作られており、真空容器の中心軸近傍の大気中に在
る寝台上に被検体が置かれている。真空容器の中で周回
する電子銃組立の陰極から電子が放出され、陰極の周回
軌道に対向して真空容器内に取り付けてある環状のＸ線
ターゲットに加速された電子が衝突してＸ線を発生させ
る。発生したＸ線は真空容器の小径側の壁に設けられた
Ｘ線放出窓を通って大気中に在る被検体に照射される。
被検体を通過したＸ線は前記の真空容器と同軸状に大気
中において取り付けられた環状のＸ線検出器で検出さ
れ、コンピュータで断層像に再構成されて表示装置に表
示される。真空容器内のＸ線焦点を周回させる為の回転
部分は軽量な電子銃組立などに限定されておりその体積
が小さく、全体としてほぼ対称な形状であるので回転周
期が０．１秒以下の高速回転をしても回転体にかかる応
力が十分に小さくでき、安定して高速回転を続けること
ができる。また、同一の陰極側回転体組立に３個程度の
電子銃組立が取り付けられるのでスキャン時間が０．０
３秒程度の超高速スキャンが行える。

【０００７】ドーナツ型の真空容器の内部で電子銃組立
部分を周回させる方式のＸ線ＣＴスキャナは過去に提案
されているがこれまでに実現していない。その理由の一
つは真空中において放電を防止して安定な動作をさせる
手段と、Ｘ線ターゲットから出てくる二次電子に起因す
る焦点外Ｘ線を無くする確かな手段が見出されなかった
為である。特に、前記の電子銃組立から出た電子が前記
のＸ線ターゲットに衝突したときに発生する二次電子の
軌道を制御することができなかった。例えば、Ｘ線ター
ゲットを接地電位に、電子銃組立の陰極の電位をー１５
０ＫＶに決めた場合、Ｘ線の放射方向に配設した集電電
極の電位をー７５ＫＶに設定しても前記のＸ線ターゲッ
トに入射した電子のおよそ１０％の二次電子がこの集電
電極内に流れ込む。まして、この集電電極が無い場合に
はおよそ３倍にも達する極めて多量の二次電子がＸ線タ
ーゲットの周辺の部品、例えば前記の陰極側回転体組立
に流入して過熱してガスを放出させ、放電の原因となっ
て動作が不安定となる。また、これらの二次電子は焦点
外Ｘ線を発生させ、これを使ったＸ線ＣＴスキャナの画
質が劣化する問題があった。

【０００８】本発明では、前記のＸ線ターゲットの表面
に在るＸ線発生点と対面するような状態で前記の集電電
極を、前記の電子銃組立を周回させる為の陰極側回転体
組立に取り付け、この集電電極の電位を設定する為の、
真空中で信頼性よく使える通電機構として、液体金属を
潤滑剤とする環状の動圧滑り軸受を開発して、この潤滑
剤を介して前記の真空中で回転する集電電極の電位を真
空容器の外部から定められるようにした。更に、前記の
Ｘ線ターゲットの内周側表面と前記の集電電極との間に
位置し、環状の突出部を持つ第一の熱吸収電極を、絶縁
物を介して真空容器に固定し、この第一の熱吸収電極に
真空容器の外部から特定の電位を付与して、これらの集
電電極と第一の熱吸収電極に付与する電位の組み合わせ
を変えることによって、前記の集電電極に入射する二次
電子を最小にすることができた。特に、前記の集電電極
の電位を負の高電位に、前記の第一の熱吸収電極を前記
のＸ線ターゲットの電位よりも高い電位に設定すると、
前記のＸ線ターゲットから出てきた二次電子の殆んど全
てが前記の第一の熱吸収電極に吸収され、前記の集電電
極に入射する二次電子を減少させることができた。前記
の第一の熱吸収電極は回転する必要がないので十分に大
きな熱容量にすることができ、さらに、熱伝導率が大き
い絶縁体例えば窒化アルミニュームを介して真空容器の
壁に熱的に連通させることができ、低温度に保つことが
できる。

【０００９】前記のＸ線ターゲットの外周側の表面を包
むように環状の第二の熱吸収電極を取り付け、これによ
って前記のＸ線ターゲットに流入する二次電子を更に減
少することができた。この第二の熱吸収電極は回転する
必要がないので十分に大きな熱容量にすることができ、
さらに、熱伝導率が大きい絶縁体例えば窒化アルミニュ
ームを介して真空容器の壁に熱的に連通させることがで
き、低温度に保つことができる。従って、ターゲットの
過熱を防止でき、安定な動作ができるようになった。

【００１０】

【発明の実施の形態】カソードスキャン型Ｘ線発生器は
ドーナツ型の真空容器で包まれており、この真空容器は
中心軸がほぼ水平になるように設置してあり、その中心
軸の近くの大気中に被検体（人体）が置かれており、真
空容器は被検体を取り囲むように配置されている。真空
容器は回転せずに固定されており、被検体との角度及び
水平方向の位置は変えることができるようになってい
る。この真空容器の内部でＸ線焦点が被検体の周りを周
回するように、Ｘ線焦点が移動しながら被検体に向かっ
てＸ線が発生される。この周回するＸ線を使用すること
により大気中に回転機構を持たないＸ線ＣＴスキャナを
実現している。また、二次電子の影響を排除して安定な
動作を維持し、しかも画質が良いＣＴ画像を得ることが
できた。更に、Ｘ線ターゲットから輻射される熱を効率
良く真空容器の外に導き、より安定な動作が行えるよう
にしている。従来の構造のＸ線ＣＴスキャナでは実現が
不可能であった超高速スキャンが行えて且つ大出力が得
られるＸ線ＣＴスキャナ用のカソードスキャン型Ｘ線発
生器、及びこれを使った超高速Ｘ線ＣＴスキャナを簡単
な構造で安価にしかも信頼性良く実現した。

【００１１】

【実施例】以下に、図面を参照して、本発明の一実施例
によるカソードスキャン型Ｘ線発生器、及びこれを使っ
たＸ線ＣＴスキャナの実施例を説明する。図２（Ａ）は
本発明のカソードスキャン型Ｘ線発生器、及びこれを使
ったＸ線ＣＴスキャナの全体構造体の概略の断面図であ
り、図２（Ｂ）は本発明のカソードスキャン型Ｘ線発生
器、及びこれを使ったＸ線ＣＴスキャナの全体構造体を
図２（Ａ）のＣ’からＣの方向に見た概略の図面であ
る。図３は図２（Ａ）の拡大図であり、図４は本発明に
係わるカソードスキャン型Ｘ線発生器の、ある瞬間に鉛
直上方に位置する一部分の断面を拡大した図であり、あ
る瞬間に鉛直上方に位置した状態における電子銃組立周
辺の断面の一部を拡大して示している。同じ部分は同じ
記号を付している。

【００１２】図２又は図３に示すように、ドーナツ型の
真空容器ＶＶは中心軸がほぼ水平になるように設置して
あり、図示しない真空ポンプによって排気口ＶＣから高
真空状態にいつも排気されている。図３又は図４に示す
ように、この真空容器ＶＶの内部の真空空間に円筒状の
陰極側回転体組立ＣＲがあり、陰極側回転体組立ＣＲは
常温で液体である液体金属を潤滑剤とした動圧滑り軸受
から成る軸受機構ＣＢＧによって真空中で回転自在に支
承されており、これらの中心軸はＣＣ’に一致してい
る。図２（Ｂ）のＦ１，Ｆ２，Ｆ３で示すように、陰極
側回転体組立ＣＲには電子銃組立ＥＧが周方向に分離し
て３個取り付けてある。図３及び図４に示すように、陰
極側回転体組立ＣＲには銅でできた円筒状のロータＲＴ
２が同軸状に取り付けられており、これと同軸状に磁性
体から成る磁路円筒ＭＴ２が取り付けられている。図２
（Ｂ）に示すように、ロータＲＴ２に対向した状態で真
空容器ＶＶの外側において真空容器壁に沿って円弧状の
ステータＬＭ２が３個取り付けられている。前記のロー
タＲＴ２は前記の磁路円筒ＭＴ２とステータＬＭ２で挟
まれた状態に配設されている。ロータＲＴ２はステータ
ＬＭ２から真空容器ＶＶの非磁性の材質で出来た壁を通
して電磁誘導作用を受けて回転トルクを与えられるので
陰極側回転体組立ＣＲは回転する。陰極側回転体組立Ｃ
Ｒは動圧滑り軸受から成る軸受機構ＣＢＧ内の液体金属
潤滑剤を通して電気的にも熱的にも真空容器ＶＶに接続
されている。

【００１３】図４に示すように、電子銃組立ＥＧの先端
部には熱電子２を放出する陰極１が取り付けられてい
る。この陰極１の周回軌道に対向した状態で環状のＸ線
ターゲットＴＧが熱容量が大きいターゲット支持機構３
０１を介して取り付けられている。図３又は図４に示す
ように、Ｘ線ターゲットＴＧは円筒状の陽極側回転体組
立ＡＲに機械的に結合されている。陽極側回転体組立Ａ
Ｒは常温で液体である液体金属を潤滑剤とした動圧滑り
軸受から成る軸受機構ＡＢＧを介して真空容器ＶＶの一
部に回転自在に取り付けられている。陽極側回転体組立
ＡＲには銅管でできたロータＲＴ１が取り付けられてお
り、これと同軸状に磁性体から成る磁路円筒ＭＴ１が取
り付けられている。ロータＲＴ１に対向した状態で真空
容器ＶＶの外側において真空容器壁に沿って円弧状のス
テータＬＭ１が３個取り付けられている。前記のロータ
ＲＴ１は前記の磁路円筒ＭＴ１とステータＬＭ１で挟ま
れた状態に配設されている。ロータＲＴ１はステータＬ
Ｍ１から真空容器ＶＶの非磁性の材質で出来た壁を通し
て電磁誘導作用を受けて回転トルクを与えられるので陽
極側回転体組立ＡＲは回転する。Ｘ線ターゲットＴＧの
回転中心軸と前記の電子銃組立ＥＧに含まれる陰極１の
周回中心軸ＣＣ’とは一致しており、陰極１は常にＸ線
ターゲットＴＧの表面と対向した状態で両者は互いに反
対方向に回転する。

【００１４】図３又は図４を参照して陰極給電機構ＳＬ
１について説明する。図３又は図４に示す実施例では３
個の陰極給電機構ＳＬ１が同軸状に取り付けられてお
り、３本の独立した電流通路を形成している。これらの
図では陰極給電機構ＳＬ１の内部構造は簡略化して表し
ている。電子銃組立ＥＧの陰極１は、真空容器ＶＶ内で
電子銃組立ＥＧの周回中心軸ＣＣ’と同じ中心軸を持つ
環状の陰極給電機構ＳＬ１を通して高電圧端子ＨＴに電
気的に接続されている。高電圧端子ＨＴには真空容器Ｖ
Ｖの外に在る図示しない高電圧電源からおよそー１５０
ＫＶの負の高電圧と電子銃組立ＥＧの陰極１を加熱する
電力が供給される。それぞれの陰極給電機構ＳＬ１は固
定部と回転部を有し、固定部は絶縁体２２０を介して電
気絶縁を保ちながら真空容器ＶＶの一部に機械的に固定
されている。陰極給電機構ＳＬ１の回転部と固定部は液
体金属を潤滑剤とする動圧滑り軸受を構成しており、液
体金属潤滑剤を介して両者間で通電される。陰極給電機
構ＳＬ１の回転部が電子銃組立ＥＧに弾力性のある回転
トルク伝達機構２１７で機械的に連結されており、陰極
給電機構ＳＬ１はある程度の偏芯及び軸方向の変位を許
容した状態で電子銃組立ＥＧと共に回転する。

【００１５】Ｘ線ターゲットＴＧは陽極側回転体組立Ａ
Ｒの動圧滑り軸受から成る軸受機構ＡＢＧ内に在る液体
金属潤滑剤を介して電気的にも熱的にも真空容器ＶＶに
接続されている。真空容器ＶＶは接地電位になってお
り、冷却水等で強制冷却されている。従って、Ｘ線ター
ゲットＴＧは接地電位に設定されると共に、Ｘ線ターゲ
ットＴＧから発生した多量の熱は液体金属潤滑剤を介し
て真空容器ＶＶの壁の部分を流れる冷却水で効率良く取
り去られる。Ｘ線ターゲットＴＧと冷却水との間の熱抵
抗は十分に小さいのでＸ線ターゲットＴＧの温度は低く
保たれる為に大きな入力が許容され、極めて多量のＸ線
を短時間に発生することができる。

【００１６】電子銃組立ＥＧは、図２（Ｂ）に示すＦ
１，Ｆ２，Ｆ３のように陰極側回転体組立ＣＲの周囲に
等配に３個取り付けられている。ここで、Ｆ１，Ｆ２，
Ｆ３は前記の電子２が加速されてＸ線ターゲットＴＧに
衝突してできるＸ線の３つの焦点を示している。Ｘ線焦
点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は同時にＸ線を発生させながら図２
（Ｂ）に示すように同時に同じ方向に周回する。これら
のＸ線焦点の現在位置は陰極側回転体組立ＣＲに取り付
けられた角度検出機構（図示せず）によって検出され
る。Ｘ線焦点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３から放射されたＸ線は、
図３又は図４に示すようにＸ線ターゲットＴＧの内側に
ある集電電極４０３，４０４によってファン状に整形さ
れ、陰極側回転体組立ＣＲに取り付けられたファン方向
分布整形器ＷＦ（図４参照）を通過した後に真空容器Ｖ
ＶのＸ線放出窓ＸＷ（図４参照）を通過し、外部の環状
のスリットＳＬＴを通過した後に、被検体Ｍを通過して
Ｘ線ターゲットＴＧと同軸状に取り付けられた２個の環
状のＸ線検出器ＤＦ，ＤＢのそれぞれの対向面に到達す
る。

【００１７】図２（Ｂ）に示すように、Ｘ線焦点Ｆ１，
Ｆ２，Ｆ３から出たＸ線は、それぞれが検出器の対向す
る部分Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３にある細分化された検出素子で
受信される。検出器の部分Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３が互いに重
ならないように照射野範囲などが決められている。検出
器の部分Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の合計は環状検出器のほとん
ど全体を占めるのでＸ線検出器ＤＦ，ＤＢ内の全ての検
出素子が有効に活用され、コスト対性能比が改善され
る。環状の検出器ＤＦ，ＤＢはそれぞれが中心軸ＣＣ’
の方向にも多数の検出素子列に分けられており、それぞ
れの検出素子で検出された信号は図示しない電子回路で
デジタル信号に変換され、図示しないコンピュータで断
層像に再構成され、図示しない画像表示装置に表示され
てマルチスライスのＣＴ画像を得ることができるように
なっている。

【００１８】ある瞬間に鉛直上方に位置した状態におけ
る電子銃組立組立周辺の断面の一部を拡大して図４に示
しており、同じ部分は同じ記号を付している。陰極側回
転体組立ＣＲは全体的に見ると概略回転対称構造であ
り、これに取り付けられた電子銃組立ＥＧ等の部品は小
型で軽量であるので１０ｒｐｓ程度の高速回転に十分耐
えることができる。この場合、Ｘ線焦点が３個であるの
でスキャン時間は０．０３秒まで短縮することができ
る。Ｘ線ターゲットＴＧは直径が１２０ｃｍと大型であ
り、Ｘ線焦点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３と反対方向に回転してお
り、前記のように強制冷却されているのでＸ線ターゲッ
トＴＧの表面温度が高くなり難く、大電力の入力が許容
されるので短時間に十分な量のＸ線を発生することがで
き、超高速スキャンであるにもかかわらずフォトンノイ
ズが少ない良質なＣＴ画像を得ることができる。また、
マルチスライスを実現しているのでＸ線の有効利用がで
き、中心軸ＣＣ’と平行な方向の解像度を高めることも
できるだけでなく、広い範囲の撮影を短時間で完了して
３次元のリアルタイムＣＴ画像を得ることができる。

【００１９】上記の構成のＸ線ＣＴスキャナを実現する
為に避けて通れないのは、Ｘ線ターゲットＴＧから放出
される二次電子の悪影響を除去することである。陰極１
から放出された電子２は陰極１とＸ線ターゲットＴＧと
の電位差によっておよそ１５０ＫｅＶのエネルギーに加
速されてＸ線ターゲットＴＧに入射する。Ｘ線ターゲッ
トＴＧの表面では最高１５０ＫｅＶのエネルギーを持つ
反跳電子をはじめとしてより低いエネルギーを持つ多量
の二次電子が飛び出す。本実施例ではＸ線ターゲットＴ
Ｇの電位を接地電位に設定しており、真空容器ＶＶ等の
周囲の部品の電位と同一である。この場合、Ｘ線ターゲ
ットから運動エネルギーを持って放出された電子は容易
に周辺の部品に流入する。これらの電子は周辺の部品に
入射して加熱し、特に、熱容量が小さな部品では高温に
なりすぎるという不都合が生じる。その結果、部品内の
ガスが放出され、放電が発生して安定な動作が得られな
い。特に、前記のＸ線焦点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３と陰極１の
周回中心軸ＣＣ’とを結ぶ方向に進む電子は前記の陰極
側回転体組立ＣＲに入射するが、陰極側回転体組立ＣＲ
の熱容量を大きくするのは困難であるのでここに入射す
る電子をできる限り減少させる必要がある。また、これ
らの電子は焦点外Ｘ線を発生させる原因となりＣＴ画像
が劣化する問題があるので、Ｘ線の放射方向ではこれら
二次電子の入射を減少させることが不可欠である。

【００２０】上記の二次電子の悪影響を除去する為に、
図４に示すように前記の陰極側回転体組立ＣＲの上に集
電電極４０３，４０４を、絶縁体４０１，４０２を介し
て取り付けた。集電電極４０３，４０４は前記のＸ線焦
点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３と前記の陰極側回転体組立ＣＲとの
間に位置しており、これらは通電機構ＳＬ３に電気的に
結合されている。この通電機構ＳＬ３は回転体と固定体
を含んでおり、回転体は前記の陰極側回転体組立ＣＲと
共に同軸的に回転し、固定体は絶縁物を介して真空容器
ＶＶの一部に固定されている。この固定体は、真空容器
ＶＶに取り付けられた図示しない電流導入端子を介して
真空容器の外に導かれる。この電流導入端子には図示し
ない電源が取り付けてあり、この電源から予め決められ
た電位が与えられる。このようにして前記の集電電極４
０３，４０４の電位を特定の値に設定されている。これ
らの電位は前記の陽極の電位よりも低いほうが好まし
い。例えば、前記の電位配分の場合にはこれらの電位を
ー７５ＫＶに固定すると、ここに入射する電子は陰極１
からＸ線ターゲットＴＧに入射する電子の１０％程度に
減少させることができる。さらに、前記のＸ線ターゲッ
トＴＧの側に位置する集電電極４０４と前記の陰極１の
側に位置する集電電極４０３とを分離し、これらに別々
の通電機構ＳＬ３を介して異なる電位を与えると前記の
二次電子の軌道を適正に定めることができて、より良質
のＣＴ画像を得ることができる。本実施例ではこの場合
を示している。

【００２１】上記の二次電子の悪影響をより少なくする
とともに、前記のＸ線ターゲットＴＧの輻射熱が前記の
陰極側回転体組立ＣＲ又は前記の集電電極４０３，４０
４に入射するのを防止する為に、前記のＸ線ターゲット
ＴＧの内側表面を覆うようにこのＸ線ターゲットＴＧと
同軸状に環状の形状をした第一の熱吸収電極３０５を、
絶縁体３０６を介して真空容器ＶＶに取り付けている。
第一の熱吸収電極３０５のＸ線ターゲットＴＧに対向す
る面及びこれに対向するＸ線ターゲットの表面は例えば
酸化チタン等で黒化表面処理を施しており、ターゲット
からの輻射熱を効率良く吸収するようにしてある。第一
の熱吸収電極３０５は熱容量が大きくしてあり、過度な
温度上昇は起こらないようになっている。さらに、絶縁
体３０６は例えば窒化アルミニュームのように熱伝導率
が大きな材質でできており、第一の熱吸収電極３０５の
熱を効率良く真空容器ＶＶに伝達する。真空容器ＶＶは
水冷管で強制冷却されており、第一の熱吸収電極３０５
の温度を低く保つことができる。従って、第一の熱吸収
電極３０５には多量の二次電子が流入しても多量の輻射
熱が流入しても温度上昇を低く抑えることができるよう
になっている。

【００２２】一方、前記の集電電極４０３，４０４及び
前記の陰極側回転体組立ＣＲは高速度で回転するのでで
きる限り熱容量を小さくしてあり、温度上昇を起こしや
すい。これらの温度が上昇すると、ガスの放出に起因す
る放電が発生しやすいことのほかに回転部分の部分的な
熱膨張に起因して回転のアンバランスが生じる。さら
に、Ｘ線焦点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３と回転中心軸ＣＣ’を結
ぶ線に近いところに入射した二次電子はＣＴ画像の画質
に悪影響を与える焦点外Ｘ線を発生させる。従って、こ
れらの回転する部品や主Ｘ線の放射方向にある部品に入
射する前記の二次電子をできる限り減少することが重要
である。

【００２３】上記を実現する為に、前記の集電電極４０
３，４０４の電位を前記のＸ線ターゲットＴＧの電位よ
りも低く設定し、前記の第一の熱吸収電極３０５の電位
を集電電極４０３，４０４の電位よりも高くして前記の
集電電極４０３，４０４に向かう二次電子を積極的に第
一の熱吸収電極３０５で吸収するようにした。これらの
電極の電位は第一の熱吸収電極３０５に流れ込む電流が
最大に成るように真空容器ＶＶの外部に置かれた図示し
ない電源によって決められる。

【００２４】前記のＸ線ターゲットＴＧの外周部には環
状の第二の熱吸収電極３０２がＸ線ターゲットＴＧと同
軸状に位置して絶縁体３０３を介して真空容器ＶＶに取
り付けてある。第二の熱吸収電極３０２は前記の第一の
熱吸収電極３０５と同様にして真空容器ＶＶの外部から
電位を設定できるようになっている。第二の熱吸収電極
３０２のＸ線ターゲットＴＧに対向する面及びこれに対
向するＸ線ターゲットＴＧの表面は例えば酸化チタン等
で黒化表面処理を施しており、Ｘ線ターゲットＴＧから
の輻射熱を効率良く吸収するようにしてある。第二の熱
吸収電極３０２は大きな熱容量を持っており、過度な温
度上昇は起こらないようになっている。さらに、絶縁体
３０３は例えば窒化アルミニュームのように熱伝導率が
大きな材質でできており、第二の熱吸収電極３０２の熱
を効率良く真空容器ＶＶに伝達する。真空容器ＶＶは水
冷管で強制冷却されており、第二の熱吸収電極３０２の
温度を低く保つことができる。従って、第二の熱吸収電
極３０２には多量の二次電子が流入しても多量の輻射熱
が流入しても温度上昇を低く抑えることができるように
なっている。

【００２５】他の実施例について説明する。前記の実施
例では集電電極４０３，４０４は両方とも陰極側回転構
造体ＣＲ上に取り付けられていたが、前記のＸ線ターゲ
ット上のＸ線発生点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３の周回軌道を含む
面に対してＸ線ターゲット側に在るターゲット側集電電
極４０４を環状の構造にしてＸ線ターゲットＥＧと同軸
状に絶縁体を介して真空容器ＶＶに固定してある。前記
のＸ線ターゲット上のＸ線発生点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３の周
回軌道を含む面に対して陰極側に在るカソード側集電電
極４０３は、前記の陰極側回転構造体ＣＲ上に取り付け
られており、前記のターゲット側集電電極４０４の一部
と対面した状態で同軸的に回転する。真空容器ＶＶに取
り付けた導入端子を通して真空容器ＶＶの外からターゲ
ット側集電電極４０４の電位を設定するようにすると、
陰極側回転構造体ＣＲを軽量化できると共にターゲット
側集電電極４０４の熱容量を大きくできるのでより大き
な効果を得ることができる。

【００２６】また、他の実施例として前記の集電電極４
０３，４０４の両方とも、又はどちらか一方を省略して
も、前記の第一の熱吸収電極３０５に与える電位を最適
化して二次電子の多くが第一の熱吸収電極３０５に入射
するようにすることにより同様の効果を持たせることが
できる。この場合、陰極側回転構造体ＣＲが軽量になり
高速回転時の応力が軽減する効果が生じる。さらに、前
記の第一の熱吸収電極３０５又はは第二の熱吸収電極３
０２の少なくとも一方の電位を真空容器ＶＶの電位と同
じにした場合でも程度は異なるが同様の効果をもたせる
ことができる。この場合には前記の絶縁体３０３、３０
６を省略でき、冷却効果を高めることができる。

【００２７】本発明を実施例に関連して説明したが、本
発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に限定さ
れるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱する
ことなく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろ
な変更及び改変を加えることができることを理解された
い。例えば、この発明では電子銃組立が３個取り付けて
あるが１個でも３個以上でも良い。また、この発明では
陰極側回転体組立ＣＲとＸ線ターゲットＴＧの両方を回
転させる構造を示しているが、Ｘ線ターゲットＴＧ及び
これに繋がっている部分を固定にした構造のカソードス
キャン型Ｘ線発生器、及びこれを使ったＸ線ＣＴスキャ
ナを含む事は勿論である。また、上記の実施例では常温
で液体である液体金属を潤滑剤として使用した例を示し
ているが、やや高い融点を持っており常温で固体であっ
ても動作の前に加熱して液化させてから動作させれば同
じ効果が得られることは勿論である。更に、前記のＸ線
ターゲットから発生したＸ線を前記の真空容器の外に取
り出す為のＸ線放出窓は真空容器と一体になっていて
も、真空容器の一部として構成されていてもこの部分で
のＸ線の減衰率が小さければＸ線放出窓と見なすことが
出来るのは勿論である。真空容器ＶＶは回転対称な形状
でなくても良い事は勿論である。真空容器の中心軸と陰
極側回転体組立又は陽極側回転体組立の中心軸がある程
度ずれていても良い事は勿論である。Ｘ線ターゲットが
分割して構成されており、それぞれの分割された部分に
隙間があっても良い事は勿論である。又、前記の第一の
熱吸収電極、第二の熱吸収電極、集電電極は周方向に分
割されていても良い事は勿論である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のカソード
スキャン型Ｘ線発生器を採用すると、回転する部分を真
空容器内部の概略回転対称な構造体に軽い部品を取り付
けた構造にできるので遠心力の影響が少なくなり、例え
ばスキャン時間が０．０３秒の超高速スキャン型Ｘ線Ｃ
Ｔスキャナを簡単な構造で安価に実現させることができ
る。特に、複数のＸ線焦点から同時に短時間に多量のＸ
線を発生することができ、フォトンノイズが少ない十分
に良質な画像を得ることができる。発生したＸ線は環状
の面検出器で有効に受信され、広い範囲の領域における
多数の断面を瞬時に撮影することができ、このデータを
使用して被検体の３次元の内部構造を瞬時に検査できる
ようになる。その為に例えば人間の心臓のように動きが
速い部分が被検体の内部にあってもこれを忠実に即時性
をもって撮影できるＸ線ＣＴスキャナを提供することが
できる。Ｘ線ターゲットから放出される多量の二次電子
が、Ｘ線の放射方向の熱容量が小さい部品に入射しなく
なるので、この部品の温度上昇が抑制されて安定な動作
をさせることができるだけでなく、主Ｘ線の放射方向へ
向う焦点外Ｘ線の発生が防止できて良好な画質を得るこ
とができる。また、Ｘ線ターゲットから輻射される熱を
有効に真空容器の外部に導いて冷却することができる。
外部に機械的な回転機構がなく、これに関連した電源や
電子回路は静止状態で使用できるので全体として信頼性
がよく、Ｘ線ＣＴスキャナ全体がコンパクトになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＸ線ＣＴスキャナの概略の断面を表す図
である。

【図２】本発明に係わるカソードスキャン型Ｘ線発生
器、及びこれを使ったＸ線ＣＴスキャナの全体構造体の
主要部を表す概略の断面図及び正面図である。

【図３】本発明に係わるカソードスキャン型Ｘ線発生
器、及びこれを使ったＸ線ＣＴスキャナの全体構造体を
表す概略の断面図であり、図２（Ａ）の拡大図である。

【図４】本発明に係わるカソードスキャン型Ｘ線発生器
の、ある瞬間に鉛直上方に位置する一部分の概略の断面
を拡大した図である。

【符号の説明】

ＡＢＧ陽極側の軸受機構ＡＲ陽極側回転体組立Ｂ寝台ＣＢＧ陰極側の軸受機構ＣＲ陰極側回転体組立ＤＢ後方検出器組立ＤＦ前方検出器組立Ｄ１検出器ＤＦ，ＤＢの一部Ｄ２検出器ＤＦ，ＤＢの一部Ｄ３検出器ＤＦ，ＤＢの一部ＥＧ電子銃組立Ｆ１Ｘ線焦点Ｆ２Ｘ線焦点Ｆ３Ｘ線焦点ＨＴ高電圧端子ＬＭ１円弧状のステータＬＭ２円弧状のステータＭ被検体ＭＴ１磁路円筒ＭＴ２磁路円筒ＲＴ１ロータＲＴ２ロータＳＬ１陰極給電機構ＳＬ３通電機構ＳＬＴスリットＴＧＸ線ターゲットＶＣ排気口ＶＶ真空容器ＷＦファン方向分布整形器ＸＷＸ線放出窓１陰極２電子ビーム２１７回転トルク伝達機構２２０絶縁体３０１ターゲット支持機構３０２第二の熱吸収電極３０３絶縁体３０５第一の熱吸収電極３０６絶縁体４０１絶縁体４０２絶縁体４０３集電電極４０４集電電極１００１従来のＸ線ＣＴスキャナの固定架台１００２従来のＸ線ＣＴスキャナの回転架台１００３従来のＸ線ＣＴスキャナの軸受１００４従来のＸ線ＣＴスキャナのＸ線管１００５従来のＸ線ＣＴスキャナのＸ線１００６従来のＸ線ＣＴスキャナの検出器１００７従来のＸ線ＣＴスキャナの電子回路１００８従来のＸ線ＣＴスキャナの制御器１００９従来のＸ線ＣＴスキャナの回転駆動機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ２１Ｋ 5/02 Ｇ２１Ｋ 5/02 Ｘ 5/08 5/08 Ｘ 5/10 5/10 ＭＨ０１Ｊ 35/26 Ｈ０１Ｊ 35/26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部を真空の状態に保持して真空空間を
形成するドーナツ形状の真空容器と、この真空容器の内
部の真空空間において真空容器の中心軸と同軸的に回転
できるように支承された陰極側回転体組立と、この陰極
側回転体組立の一部に取り付けられた電子銃組立と、こ
の電子銃組立に取り付けられており電子を放出する陰極
と、この陰極に前記の真空容器の外部から給電する為の
陰極給電機構と、前記の陰極の周回軌道と対向して取り
付けられた環状のＸ線ターゲットと、このＸ線ターゲッ
トの表面で発生したＸ線を前記の真空容器の外に取り出
す為のＸ線放出窓と、前記の陰極側回転体組立に回転力
を与える回転駆動機構と、前記の陰極側回転体組立を真
空容器内で回転自在に支承する軸受機構と、前記のＸ線
ターゲットと前記のＸ線放出窓の間に同軸状に配設され
た第一の熱吸収電極とを有して構成されており、この第
一の熱吸収電極は前記のＸ線ターゲットから放出された
熱と二次電子とを吸収する作用をすることを特徴とする
カソードスキャン型Ｘ線発生器、及びこれを使ったＸ線
ＣＴスキャナ。
【請求項２】前記の軸受機構は、動作時に液体である
液体金属を潤滑剤とした動圧滑り軸受からできており、
この液体金属潤滑剤を介して前記の真空容器の外に電気
的に通じていることを特徴とする特許請求項１に記載の
カソードスキャン型Ｘ線発生器、及びこれを使ったＸ線
ＣＴスキャナ。
【請求項３】前記のＸ線ターゲットの外周側に位置し
た状態で、前記のＸ線ターゲットの外周表面と対面した
表面を持つように配設された第二の熱吸収電極が設けら
れており、この第二の熱吸収電極は前記のＸ線ターゲッ
トから放出された熱と二次電子とを吸収する作用をする
ことを特徴とする特許請求項１又は２のいずれか１つに
記載のカソードスキャン型Ｘ線発生器、及びこれを使っ
たＸ線ＣＴスキャナ。
【請求項４】前記の第一の熱吸収電極又は前記の第二
の熱吸収電極の少なくともいずれか一方が電気絶縁体を
介して前記の真空容器に固定されており、これらの第一
の熱吸収電極又は第二の熱吸収電極の電位を真空容器の
外から設定する為の手段を有することを特徴とする特許
請求項１〜３のいずれか１つに記載のカソードスキャン
型Ｘ線発生器、及びこれを使ったＸ線ＣＴスキャナ。
【請求項５】前記の第一の熱吸収電極又は前記の第二
の熱吸収電極の少なくともいずれか一方が前記の絶縁体
を通じて冷却されていることを特徴とする特許請求項４
に記載のカソードスキャン型Ｘ線発生器、及びこれを使
ったＸ線ＣＴスキャナ。
【請求項６】前記の第一の熱吸収電極又は前記の第二
の熱吸収電極の少なくともいずれか一方が前記のＸ線タ
ーゲット又はこのＸ線ターゲットに結合された部品に対
向する面を有しており、この面が黒化処理されているこ
とを特徴とする特許請求項１〜５のいずれか１つに記載
のカソードスキャン型Ｘ線発生器、及びこれを使ったＸ
線ＣＴスキャナ。
【請求項７】前記のＸ線ターゲットの表面におけるＸ
線発生点と前記の陰極側回転体組立との間に位置する状
態で、この陰極側回転体組立に取り付けられた集電電極
と、この集電電極の電位を真空容器の外から設定する為
の通電機構とを有し、この集電電極の電位よりもより高
い電位を前記の第一の熱吸収電極に与えたことを特徴と
する特許請求項１〜４のいずれか１つに記載のカソード
スキャン型Ｘ線発生器、及びこれを使ったＸ線ＣＴスキ
ャナ。
【請求項８】前記の第一の熱吸収電極に付与されて電
位又は前記の第二の熱吸収電極に付与された電位は前記
のＸ線ターゲットに付与された電位よりも低くないこと
を特徴とする特許請求項１〜４のいずれか１つに記載の
カソードスキャン型Ｘ線発生器、及びこれを使ったＸ線
ＣＴスキャナ。