JP2007173236A - 散乱した電子を収集する構造 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線管の真空容器の内部で後方散乱した電子を実効的に収集すると共に、管から収集されたこれらのような電子に起因して生ずる熱エネルギを実効的に伝達する。
【解決手段】構造（４０）は、２面を有する第一のプレート（５０）、２面を有する第二のプレート（４６）、流体入口（４４）及び流体出口（４５）を含んでいる。第一のプレート（５０）は、導電性で且つ放熱性であり、その第一の面がアノード（２９Ｍ）に少なくとも部分的に対面するように容器（２２Ｍ）の内部に設置可能である。第二のプレート（４６）もまた、放熱性であり、第一のプレート（５０）の第二の面と実質的に同一の境界を有する第一の面を有する。第二のプレート（４６）はまた、吸熱性の流体を運ぶ内部導管を有する。流体入口（４４）及び流体出口（４５）の両方が、第二のプレート（４６）の導管とを連通している。
【選択図】図７

Description

本発明は一般的には、電子収集器に関し、さらに具体的には、例えば実質的に真空の容器の内部で散乱した電子を収集する構造に関する。

Ｘ線管及び電子ビーム溶接機のような電子ビーム発生装置は一般的には、高温環境で動作する。例えばＸ線管の動作時には、Ｘ線管のカソードによって発生される一次電子ビームが極めて大きい熱負荷をＸ線管のアノード・ターゲットに加え、ターゲットが赤熱発光する。典型的には、一次電子ビームのエネルギの１％未満がＸ線へ変換され、エネルギの残部は熱エネルギへ変換される。一般的には、この熱したアノード・ターゲットからの熱エネルギは、Ｘ線管の真空容器の内部の様々な構成要素に輻射され、これによりＸ線管が発熱する。さらに、電子ビームの電子の一部がアノード・ターゲットから後方散乱して、真空容器の内部の上述と同じ構成要素に衝突し、これによりＸ線管がさらに発熱する。かかる熱エネルギの蓄積的効果によって温度が高まる結果として、Ｘ線管の構成要素は高い熱応力を受けて、Ｘ線管自体の適正な動作に望ましくない場合がある。

典型的には、Ｘ線管のようなＸ線ビーム発生装置は、円筒形の真空容器内に封入された相対向する電極を含んでいる。真空容器自体は典型的には、ガラス、又はステンレス鋼、銅若しくは銅合金のような金属で製造される。電極自体は一般的には、円板形の回転式アノード・アセンブリと、ターゲット表面から何らかの距離で配置されるか又は円板形のアノード・アセンブリに軌道を描くカソード・アセンブリを含んでいる。他の応用では、アノード又はアノード・アセンブリは代替的には、静止していてもよい。アノードのターゲット表面又は軌道（若しくは衝突帯）は一般的には、タングステン又はタングステン合金のような原子番号の大きい耐火性金属で製造される。アノードに向かう電子を適正に加速するために、カソードとアノード・アセンブリとの間に約６０キロボルト（ｋＶ）〜約１４０ｋＶの電圧ポテンシャル差が典型的に保たれる。かかる構成では、カソードの熱フィラメントが電子を放出し、電子は、結果として生ずる電場を横断しながら加速されて、回転するアノードのターゲット軌道に高速で衝突する。典型的には、電子の運動エネルギの小部分のみが高エネルギ電磁線又はＸ線へ変換され、エネルギの残部は後方散乱した電子に保持されるか又は熱へ変換される。一般的には、結果として生ずるＸ線はアノード上の電子ビームの焦点スポットから発散して、ここから真空容器の外部へ向かう。特に金属真空容器を有するＸ線管では、Ｘ線ビームが所望の位置において容器から出られるように、Ｘ線透過窓が作製されて、真空容器の壁に組み込まれている。Ｘ線は、真空容器から出た後に、医療検査及び診断の目的で人体の解剖学的構造の内部の関心領域（ＲＯＩ）のような特定の対象を照射するように方向を与えられる。Ｘ線が対象を透過した後には、Ｘ線は一般的には、Ｘ線検出器に捕えられ、ここから解剖学的構造のＲＯＩについての画像が発生されて形成される。さらに、かかる医療応用に加えて、Ｘ線管は代替的には、産業用として、例えば金属部品の亀裂を検査したり、空港で手荷物の内容を検査したりするために用いることもできる。

上で示唆したように、アノードに入射した電子の多くがＸ線へ変換されずにアノードのターゲット表面から乱雑な方向へ後方散乱される。例えば、タングステン製のアノード・ターゲットに入射する電子の約５０％までが典型的には後方散乱する。これらの後方散乱した電子は一般的には、１又は複数の近傍の構造又は構成要素に衝突するまでカソードとアノードとの間の電場にわたって曲線経路を走行する。かかる後方散乱時に、これらの電子は内部の電場及び空間電荷と相互作用し、これにより複雑であるが予測可能な態様で初期軌跡を変化させる。これらの後方散乱した電子がＸ線管の内部構成要素に衝突すると、電子の運動エネルギは、一般にそれぞれの電子のエネルギの全てが枯渇するまで、熱エネルギの形態で各構成要素に伝達される。さらに、後方散乱した電子の衝突は、熱エネルギを管の内部構成要素に伝達することに加えて、医療Ｘ線応用で「焦点外（off-focal）Ｘ線」と呼ばれている付加的なＸ線も発生する。一般的には、かかる焦点外Ｘ線が真空容器のＸ線透過窓を出ることを許すと、焦点外Ｘ線の発生がＸ線撮像品質を損なう傾向にある。

後方散乱した電子の経路、従って焦点外放射線の経路は、Ｘ線管内及びその周囲の特定の電圧ポテンシャル構成による影響を受ける場合がある。例えば二極型構成では、電気的接地に対してカソードは負電位に保たれ、アノードは正電位に保たれ、これにより、カソードとアノードとの間の空隙に跨がって電圧ポテンシャル降下及び電場が成立する。この構成では、アノードから初期的に後方散乱した電子の大部分が、アノードの静電ポテンシャルによってアノードに引き戻される。一方、単極型構成では、アノード及び真空容器の両方が電気的に接地されており、カソードは大きい負電位に保たれている。この単極型構成では、電気的に接地されているアノード及びフレームの吸引力は、二極型構成のＸ線管の正に帯電したアノード及びフレームの吸引力よりも小さい。従って、単極型構成では一般的には、さらに多くの後方散乱した電子を収集して、アノードに戻らないようにすることができ、これによりアノードの動作性能を著しく高めると共に、透過窓を通って出る焦点外Ｘ線の量を減少させることができる。

従来のＸ線管でのＸ線の発生は、幾分か本質的にエネルギ面で非効率的な過程であるため、かかるＸ線管の内部の様々な構成要素は典型的には、極めて高温で動作する。例えば、動作時のアノードのターゲット表面の温度は２０００℃を超える。さらに、アノード・アセンブリの大部分の温度は１０００℃を超える。

Ｘ線管の冷却を助けるために、管動作時に発生される熱エネルギは一般的には、アノードから真空容器を通して伝達されて、吸熱性の冷却流体によって除去されることができる。このことを達成するために、真空容器自体は典型的には、外側ケーシングに封入されており、外側ケーシングには、例えば絶縁油のような循環する冷却流体が満たされている。かかる構成では、ケーシングはさらに、Ｘ線管を支持すると共に、例えば計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムの回転式ガントリへの装着を可能にしている。ケーシング自体には鉛が内張りされており、あらゆる非本質的なＸ線が管から迷走するのを遮蔽して防ぐことを助けることができる。一般的には、ケーシング内の冷却流体は二つの働きをする。これらの働きは、上に述べた二極型構成の場合であれば、真空容器を冷却すること、及びアノードとカソードとの接続の間に高電圧絶縁を設けることを含んでいる。しかしながら、Ｘ線管の動作時には、冷却流体が該流体と真空容器又は真空容器の透過窓の外面との間の界面で沸騰するような過度に高い温度によって、冷却流体の性能が経時的に劣化する場合がある。冷却流体がこの態様で沸騰すると、大きな泡が流体内に形成して、流体に跨がる高電圧電弧を促し、このようにして流体の絶縁能力を損なって望ましくない場合がある。さらに、泡がＸ線画像アーティファクトを生じて、低品質画像を形成する場合もある。

電弧を促すことに加え、Ｘ線管が過度に高温であると、管の透過窓及び他の管構成要素の有効寿命も縮める場合がある。Ｘ線透過窓は従来、管動作時にアノードのターゲット表面の電子ビームの焦点スポットに近接しているため、Ｘ線透過窓に熱輻射及び後方散乱した電子から生ずる極めて大きい熱負荷が加わる。透過窓はＸ線管の全ハーメチック・シールの重要な部分であるため、透過窓に対するこのように大きい熱負荷は一般的には、特に管の容器に真空を保つことを助ける目的で、Ｘ線管の寿命にわたって適正に動作することを保証するために慎重な管設計を必要とする。一般的には、Ｘ線管の大きい熱負荷は、透過窓での極めて大きく且つ周期的な応力を生じ、窓及びそのハーメチック・シール（１又は複数）の尚早の故障を招き得る。さらに、冷却流体との窓（過度に熱した場合）の直接的な接触によって、流体が窓を流れるにつれて沸騰し得るため、流体に由来する劣化した炭化水素が窓の外面に付着しがちになり、Ｘ線撮像品質を損なって望ましくない場合がある。

以上に鑑みて、現在、当技術分野では、Ｘ線管の真空容器の内部で後方散乱した電子を実効的に収集すると共に、管から収集されたこれらのような電子に起因して生ずる熱エネルギを実効的に伝達するシステム又は構造が必要とされている。

本発明は、電子を放出するカソード及び電子を吸引するアノードの両方を内部に隔設して収容した実質的に真空の容器の内部で散乱した電子を収集する構造を提供する。実施可能な一実施形態では、電子を収集する構造は、２面を有する第一のプレート、２面を有する第二のプレート、流体入口、及び流体出口を含んでいる。第一のプレートは導電性であり且つ放熱性であって、その第一の面がアノードに少なくとも部分的に対面するように容器の内部に装着可能である。第二のプレートもまた放熱性であって、第一のプレートの第二の面と実質的に同一の境界を有する（conterminous）第一の面を有する。さらに、第二のプレートは加えて、吸熱性の流体を運ぶための内部導管を内部に有する。流体入口及び流体出口の両方が、第二のプレートの導管と流体的に連通している。動作時には、この構造は、容器の内部で散乱した電子を吸引すると共に、構造から遠ざかる電子に起因して生じ得る熱エネルギを伝達することが可能である。

以上に加えて、以下に述べる本発明を実施するのに想到される最良の態様の詳細な説明を特許請求の範囲及び添付図面と共に検討すると、当業者には本発明の様々な代替的な実施形態、設計考慮点、応用、方法論及び利点が明らかとなるものと考えられる。

以下、添付図面を参照して例を掲げながら本発明を説明する。

図１は、主に従来のものであるＸ線システム１１の平面図（すなわち上面図）を示す。図示のように、Ｘ線システム１１は一般的には、アノード側端部１４、カソード側端部１８、及び中央部１９を含んでいる。中央部１９は、アノード側端部１４とカソード側端部１８との間に位置しており、Ｘ線を発生するためのＸ線管２０を収容している。

図２は、図１に示すＸ線システム１１の断面側面図を示す。図２に示すように、システム１１のＸ線管２０は主に、ケーシング２８の内部に画定されたチェンバ２５に設置されている真空容器２２を含んでいる。真空容器２２は、極めて高い温度に耐えるように構築されて、例えばガラス又はパイレックス(商標）のようなＸ線透過性材料を含んでおり、ステンレス鋼又は銅のような非透過性材料の区画も含む場合がある。一方、ケーシング２８は例えばアルミニウムを含んでいてよく、またＸ線の通過をブロックするように鉛で内張りされていてよい。従来は、ケーシング２８の内部のチェンバ２５には例えば絶縁油のような吸熱性の冷却流体２６が満たされている。Ｘ線管２０に高温が発生されるＸ線システム１１の動作時には、冷却流体２６はシステム１１の全体を循環して、これにより、管２０を冷却して管２０の損傷を防ぐように管２０からの熱エネルギ（すなわち熱）を吸収する。さらに、Ｘ線管２０からの熱を吸収することに加えて、冷却流体２６はまた、管の真空容器２２の内部に存在する高電圧電荷からケーシング２８を電気的に絶縁する役割も果たす。

Ｘ線システム１１の全体に冷却流体２６を循環させるために、システムの中央部１９は、図１に示すように一方の側に装着されたポンプ１２を有している。このように装着されているため、ポンプ１２は、一連の流体ホース１３を介してＸ線システム１１の全体に冷却流体２６を循環させるように動作することができる。管２０をさらに冷却するために流体２６がＸ線システム１１の全体に再循環される前に、吸収された熱を冷却流体２６から除去するために、システムの中央部１９はまた、他方の側に装着された直列型放熱器１５を有する。放熱器１５は、該放熱器１５を覆う冷却気流を生成するために放熱器１５に装着されて動作する付設の冷却ファン１６及び１７を有している。この構成では、冷却流体２６によって吸収されるあらゆる熱はこのようにして、放熱器１５の全体に流体２６を循環させることにより大部分が散逸される。

図２にさらに詳細に示すように、Ｘ線システム１１はまた、Ｘ線システム１１に電気エネルギを供給する接点としての役割を果たすアノード・レセプタクル２３及びカソード・レセプタクル２４の両方を含んでいる。これに対応して、Ｘ線システム１１の内部のＸ線管２０は、アノード・レセプタクル２３と電気的に連絡するアノード・アセンブリ２９及びカソード・レセプタクル２４と電気的に連絡するカソード・アセンブリ３４の両方を含んでいる。アノード・アセンブリ２９及びカソード・アセンブリ３４は全体的に、真空容器２２の内部に画定された略真空のチェンバ領域２１に位置している。アノード・アセンブリ２９は具体的には、真空容器２２の内部のチェンバ領域２１まで伸びる回転式シャフト３１の一方の端部に装着された面取りした円板３２を含んでいる。一方、カソード・アセンブリ３４は、容器２２の内部のチェンバ領域２１において円板３２に対向配置されている集束カップ及び給電可能なフィラメント（詳細には図示されていない）の両方を含んでいる。真空容器２２の外部では、Ｘ線システム１１はさらに、回転式シャフト３１の他方の端部と機械的に連絡している駆動用誘導モータ２７を含んでいる。

動作時には、アノード・レセプタクル２３とカソード・レセプタクル２４との間に電気的に接続されている電源３８によってＸ線システム１１にエネルギが与えられたときに、集束された電子流３５がカソード・アセンブリ３４のフィラメントから放出されて、アノード・アセンブリ２９の円板３２に向かう。電子流３５が円板３２の表面に衝突しているときに、駆動用誘導モータ２７が動作して、シャフト３１及び円板３２を共に極めて高速の角速度で回転させる。このようにして、方向を与えられた電子流３５からの電子が、回転する円板３２の表面で吸収され且つ／又は偏向されるのに伴って、これにより高周波の電磁波又はＸ線３３が発生される。かかるＸ線３３を発生することに加え、上で簡単に示唆したのと同じ動作が、Ｘ線管２０の真空容器２２の内部に多量の熱も発生する。

図２に示すように、円板３２から発散するＸ線３３は、真空容器２２のチェンバ領域２１を通過すると共に、容器２２の壁に設けられているＸ線透過窓３６を通って容器２２から出る。この後に、Ｘ線３３はＸ線管２０とケーシング２８との間の冷却流体２６を通過し、次いで、最終的にはケーシング２８の壁に形成されているもう一つの窓３７を通過する。内側の窓３６と同様に、外側の窓３７もＸ線透過性であって、例えばベリリウムを含んでいてよい。図２に示すように、外側の透過窓３７はケーシング２８の壁において、真空容器２２の壁に設けられた内側の透過窓３６と全体的に整列するように位置している。両方の窓３６及び３７をこのように整列させたため、Ｘ線システム１１は全体として、照射及び撮像の目的で被検体又は患者５６に向かってＸ線３３を指向性で集束させるように配向され得る。

図３は、図２に示すＸ線管２０の系統図を示す。同図では、Ｘ線管２０のアノード・アセンブリ２９に付設されている回転式シャフト３１が強調されている。図示のように、シャフト３１は、シャフト３１が回転することを可能にしつつＸ線管２０をハーメチック・シールで密閉された状態に実質的に保つように、シール軸受け系３０を介して管の真空容器２２のチェンバ領域２１まで伸びている。Ｘ線管２０をハーメチック・シールで密閉された状態に保つことにより、系３０は、管の真空容器２２の内部のチェンバ領域２１に実質的な真空を持続することを助ける。このように管の容器２２内を真空にしたため、動作時にカソード・アセンブリ３４から放出された電子は、容器のチェンバ領域２１内の異質な（すなわち干渉性の）気体又は空気分子と衝突することなく、アノード・アセンブリの円板３２に自由に向かう。さらに、異質な気体又は空気を排除するのを助けることに加えて、シール軸受け系３０はまた、微粒子、及びＸ線管２０の真空容器２２に導入される可能性のあるその他汚染物を排除する役目を果たす。系３０が管の真空容器２２の内部に実質的な真空を保つのを助けるために、容器２２のチェンバ領域２１に意図せず導入されたあらゆる過剰量の異質な気体又は空気は、ポンプ系３９によって大部分排気される。ポンプ系３９は一般的には、管の容器２２の内圧を監視するゲージ（図示されていない）によって必要とされる場合に起動される。

「計算機支援式断層写真法」（ＣＡＴ）は「計算機式断層写真法」（ＣＴ）としても公知であって、図１、図２及び図３に示すＸ線システム１１のようなＸ線システムによって発生されるＸ線を利用する医療撮像及び診断の方法である。かかるＸ線システム１１の動作時には、上で簡単に述べたように、電子流（すなわち電子ビーム）３５が、真空容器の高真空チェンバ領域２１の内部においてアノード・アセンブリの回転する円板３２に向かって発火される。かかる動作時には、比較的長い時間にわたって少数のＸ線が発生されるのではなく、比較的短い時間にわたって多数のＸ線が発生される。というのは、後者の方が、かかるＸ線で照射される人体被検体又は患者に受け入れられ易いからである。このことを達成するために、大電力電子ビームを用いて、Ｘ線３３を発生するようにアノード・アセンブリの回転する円板３２に衝突させる。しかしながら、前述のように、かかる工程は一般的には、多量の熱の発生を招き、このようにして、アノード・アセンブリの回転する円板３２の放射線誘発の劣化を生じ得る。かかる劣化を最小限に抑えることを助けるために、回転する円板３２を装着させたシャフト３１は、例えば分当たり何千回もの回転といった非常な高速で回転するため、円板３２上の異なるアノード表面域が電子ビーム３５に絶えず晒される。回転する円板３２のアノード表面域は、入射する電子ビームの焦点から逃れるように絶えず回転するため、電子ビームの焦点内に再導入される前に冷却に十分な時間を掛けることができ、これにより円板３２の劣化を最小限に抑える。ＣＴイメージング・システム（すなわちスキャナ）内のかかるＸ線システム１１は典型的には、各々の患者の周囲を前後に回転して短時間に様々な異なる角度から解剖学的関心領域（ＲＯＩ）を照射する（すなわち走査する）ように激しく加速されたり減速されたりする回転する円環状ガントリに装着されているため、Ｘ線システム１１の全重量は好ましくは、可能な限り小さくされる。このようにして、ガントリ上で回転するときのＸ線システム１１の合計ｇ力は最小限に抑えられ、これにより、動作時にＣＴイメージング・システム全体の機械安定性及び動作安定性を確保することを助ける。

Ｘ線システム１１がＣＴイメージング・システムに如何に装着されて組み入れられるかを説明するために、図４及び図５が、主に従来の計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム６０の主要な走査要素の幾つかを強調した遠近図を示している。図示のように、ＣＴイメージング・システム６０は、細長い患者テーブル６１、円環状ガントリ５８、Ｘ線システム管２０及び円弧状検出器５９を含んでいる。一般的には、患者テーブル６１は、ガントリの開口５７の中心を通るように画定された軸６２と同一線上に整列するように、ガントリ５８の内部に画定されたアパーチャ又は開口５７の内部に位置する。図５に最も分かり易く示されているように、Ｘ線管２０はガントリ５８の１２時の位置に又はその近くに装着され、検出器５９はガントリ５８の６時の位置に又はその近くに装着されている。

図４及び図５のＣＴイメージング・システム６０の動作について述べると、被検体又は患者５６が患者テーブル６１に載置されて、テーブル６１が、患者５６の体内の特定の解剖学的部位又は関心領域（ＲＯＩ）６４をＸ線管２０の下方に配置するように電気モータ（図示されていない）によってガントリ軸６２に沿って移動させられる。一旦、患者５６が所望通りにＸ線管２０の下方に整列したら、患者テーブル６１及び患者５６の両方を不動にするように患者テーブル６１の移動を拘束する。テーブル６１及び患者５６が不動にされた後に、ガントリ５８を作動させると、これにより、ガントリ５８はテーブル６１に横臥している患者５６を中心として回転又は旋回を始める。ガントリ５８が旋回するのに伴って、Ｘ線管２０はファン形状のＸ線のビーム３３を患者５６に向かって放出する。このようにして、患者のＲＯＩ６４が、多くの異なる角度からＸ線３３によって悉く照射される。かかる照射時にＸ線３３が患者５６を通過しようとすると、Ｘ線３３は、ＲＯＩ６４の内部に存在する特定の生体組織に依存して様々な異なるレベルで個別に吸収されるか又は減弱される（すなわち弱められる）。これらの異なるレベルのＸ線吸収又は減弱は、検出器５９の内部に含まれておりＸ線管２０に対向配置されているＸ線検出器素子６３のアレイによって感知されて検出される。これら検出された異なるレベルに基づいて、ＣＴイメージング・システム６０は、Ｘ線強度プロファイルを生成することができ、ここから患者のＲＯＩ６４のディジタル画像をデータ処理用コンピュータ（図示されていない）の助けで「構築する」ことができる。かかる画像を構築したら、医師又は他の医療従事者が患者５６の体内のＲＯＩ６４を間接的に観察して検査することができるように、画像をコンピュータ・モニタ（図示されていない）に視覚的に表示することができる。かかる検査を行なった後に、医師は、患者の疾病を正確に診断して、適当な治療を処方することができる。

上で示唆したように、Ｘ線管の真空容器２２の内部の内部構造及び構成要素は典型的には、極めて高い熱応力を受ける。幾つかの例では、かかる熱応力は、Ｘ線管２０自体の適正な動作にとって過大であり望ましくない。これらの場合には、容器２２からの熱を除去するのを助けるように冷却流体２６で満たしたケーシング２８に管の真空容器２２を封入するだけでは一般的には不十分であり、管の容器２２を冷却する補足的な手段を設けることが一般的には望ましい。管の真空容器２２を冷却するのをさらに助ける一つの方法は、アノード・アセンブリの回転する円板３２から後方散乱した電子を収集するシステム又は構造を容器２２のチェンバ領域２１に設置することである。すると、このようにして、全ての収集された電子に起因して生じ得る熱エネルギ及び熱を管の真空容器２２から伝達して除去することができる。

図６は、散乱した電子を収集する構造４０の平面図を示す。図示のように、電子を収集する構造４０は、内部を通して画定されている孔４３及びアパーチャ４２の両方を有する。図示のように、孔４３は実質的に円形であり、アパーチャ４２は実質的に方形又は矩形であるが、孔４３及びアパーチャ４２は代替的な実施形態では、他の形状を有していてもよい。さらに、図示のような電子を収集する構造４０は、円形の外周４１を有し、このように一般的には円板として形成されるが、構造４０は代替的な実施形態では、他の形状を取っていてもよい。

図７は、図６に示す電子を収集する構造４０の切断側面図を示す。同図では、構造４０は全体的に、Ｘ線管の内部への組み入れに適した真空容器２２Ｍの内部に中心的に装着されている。真空容器２２Ｍ自体は、様々な材料区画６７及び６８を含んでおり、開放したアノード側端部４７及び開放したカソード側端部４８の両方を有する。真空容器２２Ｍの内部にこのように装着されているため、構造４０はこれにより、容器２２Ｍ内に第一のチェンバ領域２１Ａ及び第二のチェンバ領域２１Ｂの両方を全体的に画定する。図７では、構造４０の外周４１は溶接部によって容器２２Ｍに装着されているが、構造の外周４１は代替的な実施形態では、他の形式の接合部によって容器２２Ｍに装着されていてもよい。

図７に示すように、電子を収集する構造４０は、２面を有する第一のプレート５０、２面を有する第二のプレート４６、流体入口４４、及び流体出口４５を含んでいる。第一のプレート５０は先ず一般的には、導電性で且つ放熱性であり、真空容器２２Ｍの内部に中心的に装着されている。他の構成材料も可能であるが、第一のプレート５０は好ましくは、例えば銅のような導電性金属を含んでいる。加えて、第一のプレート５０はまた好ましくは、例えば酸化鉄皮膜のような放熱性外被膜を有する。さらに、図７に示すように、第一のプレート５０はまた、その第一の面から突出した複数の放熱フィン５５を有する。図示のように、フィン５５は、真空容器２２Ｍのアノード側端部４７に向かって全体的に伸びている。

第一のプレート５０と同様に、第二のプレート４６も放熱性である。他の構成材料も可能であるが、第二のプレート４６はステンレス鋼を含んでおり、例えば酸化クロム皮膜のような放熱性外被膜で「緑色化」されている。図７に示すように、第二のプレート４６は、第一のプレート５０の第二の面と実質的に同一の境界を有する第一の面を有する。図７では、第一のプレート５０の第二の面及び第二のプレート４６の第一の面は特に溶接部５２と同一の境界を有するように配置されているが、第一のプレート５０及び第二のプレート４６は代替的な実施形態では、他の形式の接合部によって接合されていてもよいし、或いは実質的に互いに一体化されていてもよい。

図７の切断図にさらに詳細に示すように、第二のプレート４６は、少なくとも部分的に中空であって、プレート４６の内部の凹みの略全体にわたって吸熱性の流体を運ぶ内部導管を有する。吸熱性の流体自体は、例えば絶縁油、鉱物油又は水性の冷却材のような液体であってよい。第二のプレート４６はその中空の内部に、プレート４６の内部導管に突出した複数の伝熱性フィン５３を含んでいる。このように設けられているため、フィン５３は、第二のプレートの内部導管を流れる任意の流体又は液体と物理的に相互作用することができる。さらに、第二のプレートの内部導管の内部に突出していることに加え、これらの同じフィン５３がまた、第一のプレート５０の第二の面と伝熱接触するように第二のプレート４６の第一の面を通して伸びている。

吸熱性の流体の第二のプレートの内部導管への導入を容易にするのを助けるために、上述の流体入口４４は、プレートの内部導管と流体的に連通するようにプレート４６の第二の面に装着される。このようにして、入口４４を介して方向６５に第二のプレートの内部導管に流体を入れて循環させることができる。加えて、第二のプレートの内部導管からの流体の除去を容易にするのを助けるために、流体出口４５が、やはりプレートの内部導管と流体的に連通するようにプレート４６の第二の面に同様に装着される。このようにして、出口４５を介して方向６６に内部導管から出て第二のプレート４６から遠ざかるように流体を循環させることができる。さらに、流体が第二のプレート４６の内部の凹みの全体に確実に完全に循環するのを助けるために、プレート４６は、図６に示すようにその中空の内部に隔壁７７を含んでいる。このように設けられているため、第二のプレート４６はこれにより、流体がプレート４６を通過するにつれてプレート４６の孔４３を中心として内部循環するようにしている。

図８は、図７に示すような真空容器２２Ｍの内部に装着されている電子を収集する構造４０のもう一つの切断側面図を示す。但し、同図では、真空容器のアノード側端部４７の開口４９に、アノード・アセンブリ２９Ｍが付加的に装着されて設置されており、カソード側端部４８の容器の開口５１にカソード・アセンブリ３４Ｍが設置されている。かかる構成では、電子を収集する構造４０はこれにより、アノード・アセンブリ２９Ｍとカソード・アセンブリ３４Ｍとの間に介設されて配置される。

図８に示すように、アノード・アセンブリ２９Ｍは一般的には、マウント７４、シール軸受け系３０Ｍ、回転式シャフト３１Ｍ、及び円板３２Ｍを含んでいる。マウント７４は一般的には、真空容器２２Ｍをハーメチック・シールで密閉された状態に保つのを助けるように、真空容器の開口４９の内部に設置されて溶接される。一方、シール軸受け系３０Ｍは、マウント７４の内部に配設されて、容器２２Ｍの第一のチェンバ領域２１Ａへのシャフト３１Ｍの延在を支持するのを助ける。このように設けられているため、シール軸受け系３０Ｍはまた、真空容器のハーメチック・シールを保つことを助けながら同時に、シャフト３１Ｍの回転を容易にする。図８にさらに詳細に示すように、円板３２Ｍは、シャフト３１Ｍの端部に複数のボルト６９及び７１によって固定的に装着されている。このように装着されると、円板３２Ｍの面上の所期のターゲット表面７０はこれにより好ましくは、構造４０の第一の面から約４ミリメートル〜６ミリメートルの距離を隔てて離隔され、さらに好ましくは、約４．５ミリメートル〜５．５ミリメートルの距離を隔てて離隔される。

図８に強調されているように、構造４０を通して画定されている孔４３は、構造４０を通してシャフト３１Ｍを自由に突出させることによりシャフト３１Ｍを物理的に収容している。このようにして、円板３１Ｍをシャフト３１Ｍの端部に固定するボルト６９及び７１が、容器の第一のチェンバ領域２１Ａではなく容器の第二のチェンバ領域２１Ｂに配置される。このことは、動作時に真空容器の第一のチェンバ領域２１Ａに発生されるあらゆる過剰な熱が、シャフト３１Ｍの端部で円板３２Ｍを保持するときのボルト６９及び７１のそれぞれの構造的健全性に悪影響を与える可能性がこれにより低くなるため、望ましい。

図８に付加的に示すように、カソード・アセンブリ３４Ｍは一般的には、マウント７５及び電子放出器７６を含んでいる。マウント７５は一般的には、容器２２Ｍをハーメチック・シールで密閉された状態に保つのを助けるように真空容器の開口５１の内部に設置されて溶接される。マウント７６はその底部に、カソード・アセンブリ３４Ｍの全体を電源（すなわち電圧源）３８Ｍに接続する電気コネクタ７２及び７８を含んでいる。一方、電子放出器７６は給電可能なフィラメント７３を含んでおり、構造４０を通して画定されたアパーチャ４２に向かって伸びているマウント７５の部分に装着されている。このように装着されているため、電子放出器７６はこれにより、構造４０のアパーチャ４２を介して直線的に整列され、アノード・アセンブリの回転式円板３２Ｍにターゲット表面又は軌道７０が画定される。

動作時には、アノード・アセンブリ２９Ｍ、電子を収集する構造４０、及びカソード・アセンブリ３４Ｍが全て、図１０の系統図に示すように幾分改造された単極型構成として電源（すなわち電圧源）３８Ｍに電気的に接続される。この構成では、アノード・アセンブリ２９Ｍ及び構造４０の両方が電気的に接地され、カソード・アセンブリ３４Ｍは大きい負電圧ポテンシャルに保たれる。この電気的構成の結果として、図９に示すように、集束された電子流３５Ｍがカソード・アセンブリ３４Ｍのフィラメント７３から構造４０のアパーチャ４２を通ってアノード・アセンブリ２９Ｍの円板３２Ｍに向かって放出される。電子流３５Ｍが円板３２Ｍのターゲット表面又は軌道７０に衝突しているときに、駆動用誘導モータ２７Ｍが動作して、シャフト３１Ｍ及び円板３２Ｍを共に極めて高速の角速度で回転させる。このようにして、方向を与えられた電子流３５Ｍからの電子は、回転する円板３２Ｍのターゲット表面７０で吸収され且つ／又は偏向されて、最終的にはＸ線３３Ｍを発生し、Ｘ線３３Ｍは真空容器２２Ｍの壁に設けられたＸ線透過窓３６Ｍを通過する。

Ｘ線３３Ｍを発生することに加え、この同じ動作がまた、図９に詳細に示すように、円板のターゲット表面７０から後方散乱する多くの電子を発生する。構造４０の第一のプレート５０は電源３８Ｍによって帯電されているため、これらの後方散乱した電子の多くが、フィン５５及び第一のプレート５０の第一の面の両方に静電的に吸引される。後方散乱した電子が第一のプレート５０に吸引されると、電子は最終的にはプレート５０に衝突してそれぞれの運動エネルギを熱エネルギ（すなわち熱）の形態でプレート５０へ伝達する。第一のプレート５０は第二のプレート４６のフィン５３と伝熱接触しており、また第二のプレート４６と同一の境界を有するため、第一のプレート５０の衝突した電子に起因して生じ得る熱エネルギはこれにより、入口４４を介して第二のプレートの内部導管に入って循環される任意の吸熱性の流体又は液体に伝達される。設計によって、第二のプレートの内部導管の内部に突出した伝熱性フィン５３は、第一のプレート５０及び第二のプレート４６の両方からの流体への熱エネルギの実効伝達速度を高めるのに大きな助けとなる。流体は、第一のプレート５０及び第二のプレート４６の両方からの熱エネルギを吸収すると、出口４５を介して内部導管から出てプレート５０及び４６から遠ざかるように循環される。このようにして、後方散乱した電子に起因して生じ得る熱エネルギ及び熱が、構造４０及び真空容器２２Ｍの両方から実効的に除去される。

さらに、Ｘ線及び後方散乱した電子を発生することに加えて、動作時の円板３２Ｍの熱いターゲット表面７０はまた、多量の熱を放射する。設計によって、この放射熱の殆どが、構造４０に含まれる放出性フィン５５によって実効的に吸収される。放射熱が吸収されるにつれて、この放射熱に起因して生じ得る熱エネルギは、構造４０及び真空容器２２Ｍの両方からこのエネルギが実効的に除去されるように、第一のプレート５０から第二のプレートの内部導管を通って循環する吸熱性の流体へ伝達される。

最後に、以上に議論した実施形態（１又は複数）に加えて、電子を収集する構造は同様に様々な代替的な実施形態を取り得ることを理解されたい。例えば、第一の面から突出した複数の放熱フィンを有する第一のプレートに加えて、第二のプレートも同様に、その第二の面から突出した複数の放熱フィンを有し得る。さらに、以上で説明した電子を収集する構造は、実質的に同一の境界を有する態様で接合された２枚の別個のプレートを主に含んでいるが、この構造は代替的には、互いに実質的に一体化されている２枚のプレートを含んでいてもよいし、単一の実質的にモノリシックなプレートを含んでいてもよいことを理解されたい。例えば単一のモノリシックなプレートを含む実施形態では、プレート自体が導電性金属を主に含んでおり、放熱性であってよい。かかるモノリシックなプレートは、プレートの第一の面から突出した複数の放熱フィン、及びプレートの第二の面の内部に突出し且つ／又は第二の面から突出した複数の伝熱性フィンを有していてよい。プレートの第二の面において、このモノリシックなプレートは、吸熱性の流体を運んで循環させる導管を有していてよい。導管自体は、伝熱性フィンが導管の内部に突出して内部を流れるあらゆる流体又は液体と物理的に相互作用するように、プレートの第二の面の内部に配置されるか、又は第二の面に直に並行して配置され得る。このように、従って、プレートの第一の面で収集されたあらゆる電子に起因して生じ得る熱エネルギは、プレートの第二の面において導管を通って流れる吸熱性の流体に実効的に伝達されて、最終的に除去される。

現状で最も実際的で好適な実施形態又は具現化形態であると思量されるものについて本発明を説明したが、本発明は以上に開示した特定の実施形態に限定されないことを理解されたい。反対に、本発明は、特許請求の範囲の要旨及び範囲内に含まれる様々な改変及び均等構成を網羅するものとし、かかる範囲は、特許法の下で認められるような全ての改変及び均等構造を包含するように、最も広い解釈を与えられているものとする。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

Ｘ線システムの平面図である。 図１に示すＸ線システムの切断側面図であって、Ｘ線システムが、アノード・アセンブリ及びカソード・アセンブリの両方を内部に設置したＸ線管を含んでいることを示す図である。 図２に示すＸ線管の系統図であって、Ｘ線管をハーメチック・シールで密閉された状態に実質的に保つように、Ｘ線管の内部のアノード・アセンブリがシール系を介してＸ線管の内部に伸長している回転式シャフトに装着されているのを示す図である。 計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムの遠近図であって、該システムがＸ線管を装着させた回転式ガントリを含んでいるのを示す図である。 図４に示す回転式ガントリの遠近図であって、ガントリでのＸ線管の動作を強調した図である。 散乱した電子を収集する構造の平面図である。 図６に示す電子を収集する構造の切断側面図であって、該構造が、端部を開放した容器の内部に中心的に装着されているのを示す図である。 図７に示すような容器の内部に装着された電子を収集する構造のもう一つの切断側面図であって、アノード・アセンブリとカソード・アセンブリとの間に構造が位置するようにこれら二つのアセンブリを容器の両端に付加的に設置しているのを示す図である。 図８に示す電子を収集する構造、アノード・アセンブリ、カソード・アセンブリ及び容器のもう一つの切断側面図であって、Ｘ線を発生するように、電子が、電子を放出するカソード・アセンブリから電子を吸引するアノード・アセンブリへ通過しているのを示し、またアノード・アセンブリに衝突した電子の一部が、電子を収集する構造に向かって後方散乱しているのを示す図である。 図８に示す電子を収集する構造、アノード・アセンブリ、カソード・アセンブリ及び容器を含むＸ線管の系統図であって、電子を収集する構造及びアノード・アセンブリの両方が電気的に接地されているのを示す図である。

符号の説明

１１ Ｘ線システム
１２ ポンプ（冷却流体用）
１３ ホース（冷却流体用）
１４ アノード側端部（Ｘ線システム内）
１５ 放熱器（すなわち熱交換器）
１６ 冷却ファン
１７ 冷却ファン
１８ カソード側端部（Ｘ線システム内）
１９ 中央部（Ｘ線システム内）
２０ Ｘ線管
２１ 領域（真空容器の内部）
２１Ａ 第一の領域（真空容器の内部）
２１Ｂ 第二の領域（真空容器の内部）
２２ 真空容器
２２Ｍ 真空容器（改造型）
２３ アノード・レセプタクル
２４ カソード・レセプタクル
２５ 冷却流体チェンバ
２６ 冷却流体
２７ 駆動用誘導モータ
２７Ｍ 駆動用誘導モータ
２８ ケーシング
２９ アノード・アセンブリ（含ターゲット）
２９Ｍ アノード・アセンブリ（含ターゲット）
３０ シール軸受け系
３０Ｍ シール軸受け系
３１ 回転式シャフト
３１Ｍ 回転式シャフト
３２ 円板（回転式シャフトの端部に位置する）
３２Ｍ 円板（回転式シャフトの端部に位置する）
３３ Ｘ線
３３Ｍ Ｘ線
３４ カソード・アセンブリ（含集束電子源）
３４Ｍ カソード・アセンブリ
３５ 電子流（すなわち電子ビーム）
３５Ｍ 電子流（すなわち電子ビーム）
３６ 内側透過窓（すなわちポート）
３６Ｍ 内側透過窓（すなわちポート）
３７ 外側透過窓（すなわちポート）
３８ 電源（すなわち電圧源）
３８Ｍ 電源（すなわち電圧源）
３９ 真空ポンプ系
４０ 電子を収集する構造（すなわち電子収集器）
４１ 外周
４２ アパーチャ
４３ 孔
４４ 流体入口
４５ 流体出口
４６ 放熱性の第二のプレート
４７ アノード側端部（真空容器内）
４８ カソード側端部（真空容器内）
４９ 開口（アノード・アセンブリ装着用）
５０ 導電性で放熱性の第一のプレート
５１ 開口（カソード・アセンブリ装着用）
５２ 実質的に同一の境界を有する接合部（例えば溶接部）
５３ 放熱フィン（第二のプレートの内部）
５４ 領域（真空容器の外部）
５５ 放熱フィン（第一のプレートから突出）
５６ 患者（すなわち被検体）
５７ 患者アパーチャ（すなわち開口）
５８ 回転式ガントリ
５９ 円弧状の検出器アレイ
６０ 計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム（すなわちＣＴスキャナ）
６１ 電動式患者テーブル
６２ 回転軸（ガントリ内）
６３ Ｘ線検出器素子
６４ 解剖学的関心領域（ＲＯＩ）
６５ 流体流の方向
６６ 流体流の方向
６７ 区画（真空容器内）
６８ 区画（真空容器内）
６９ ボルト
７０ ターゲット表面又は軌道（円板上）
７１ ボルト
７２ 電気コネクタ
７３ 給電可能なフィラメント（カソード・アセンブリ内）
７４ マウント（アノード・アセンブリ用）
７５ マウント（カソード・アセンブリ用）
７６ 電子放出器（すなわち電子銃）
７７ 内部隔壁
７８ 電気コネクタ

Claims (10)

1. 電子を放出するカソード（３４Ｍ）及び電子を吸引するアノード（２９Ｍ）を内部に隔設して収容した実質的に真空の容器（２２Ｍ）の内部で散乱した電子を収集する構造（４０）であって、
   前記容器（２２Ｍ）の内部の前記アノード（２９Ｍ）に近接して装着されており、前記アノード（２９Ｍ）に少なくとも部分的に対面する第一の面を有すると共に、第二の面を有する導電性で放熱性の第一のプレート（５０）と、
   該第一のプレート（５０）の前記第二の面と実質的に同一の境界を有する第一の面を有すると共に、第二の面を有しており、流体を運ぶための内部導管を内部に有する放熱性の第二のプレート（４６）と、
   該第二のプレート（４６）の前記導管と流体的に連通している入口（４４）と、
   前記第二のプレート（４６）の前記導管と流体的に連通している出口（４５）と、
   を備えており、
   吸熱性の流体が、前記入口（４４）を介して前記第二のプレート（４６）の前記導管に入って循環されることができ、前記第一のプレート（５０）は、散乱した電子をその第一の面に吸引するように帯電されることができ、吸引された電子からのエネルギが、熱エネルギとして前記第一のプレート（５０）から前記流体へ伝達されることができ、前記流体は、前記出口（４５）を介して前記導管から出て前記第二のプレート（４６）から遠ざかるように循環されることができる、
   電子を収集する構造（４０）。
2. 前記アノード（２９Ｍ）は、回転式シャフト（３１Ｍ）の端部に装着されるように構成されている構造を有し、前記第一のプレート（５０）は、内部を通して画定される孔（４３）を有し、前記第二のプレート（４６）は、内部を通して画定される孔（４３）を有し、前記第一のプレート（５０）の前記孔（４３）は、前記構造（４０）を通して前記シャフト（３１Ｍ）の前記端部を自由に突出させるように協働するように、前記第二のプレート（４６）の前記孔（４３）と実質的に整列している、請求項１に記載の電子を収集する構造（４０）。
3. 前記第一のプレート（５０）は、その第一の面から突出した複数の放熱フィン（５５）を有する、請求項１に記載の電子を収集する構造（４０）。
4. 前記第一のプレート（５０）は銅を含んでいる、請求項１に記載の電子を収集する構造（４０）。
5. 前記第一のプレート（５０）は酸化鉄の外被膜を有する、請求項４に記載の電子を収集する構造（４０）。
6. 前記第二のプレート（４６）は、前記導管の内部に突出した複数の伝熱性フィン（５３）を有する、請求項１に記載の電子を収集する構造（４０）。
7. 前記第二のプレート（４６）はステンレス鋼を含んでいる、請求項１に記載の電子を収集する構造（４０）。
8. 前記第二のプレート（４６）は酸化クロムの外被膜を有する、請求項７に記載の電子を収集する構造（４０）。
9. 前記第一のプレート（５０）及び前記第二のプレート（４６）の両方が、前記アノード（２９Ｍ）と前記カソード（３４Ｍ）との間に介設可能であり、前記第一のプレート（５０）は、内部を通して画定されるアパーチャ（４２）を有し、前記第二のプレート（４６）は、内部を通して画定されるアパーチャ（４２）を有し、前記第一のプレート（５０）の前記アパーチャ（４２）は、前記構造（４０）に電子を自由に通過させるように協働するように、前記第二のプレート（４６）の前記アパーチャ（４２）に実質的に整列している、請求項１に記載の電子を収集する構造（４０）。
10. 前記第一のプレート（５０）及び前記第二のプレート（４６）は、互いに実質的に一体化している、請求項１に記載の電子を収集する構造（４０）。

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