JP2008300118A - 微小孔焦点x線管および微小孔焦点x線管装置 - Google Patents

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【課題】充分に大きなサイズの1次焦点を使用し得るとともに、2次焦点として微小孔を使用することにより、ボケの発生を極力小さくし解像度の高い撮影像を得るようにした微小孔焦点X線管および装置を提供する。
【解決手段】フィラメントを有する陰極、該陰極にある距離離間して対向配置されその対向面にある角度を持って設けられたターゲットを有する陽極、これら陰極および陽極を真空密封するガラス円筒管を備えるX線管を用意し、このX線管の外部に前記ガラス円筒管を囲んで絶縁体層を設け、該絶縁体層を囲んでX線遮蔽層を設け、前記X線管のX線照射部前面に位置する前記X線遮蔽層の位置に微小孔を設ける。
【選択図】図2

Description

本発明は微小孔焦点を有するX線管および微小孔焦点X線管装置に関するものである。
従来、医療診断用に使用するX線管では、ターゲットから放射されるX線の強度は、陰極と陽極との間に印加される管電圧の2乗、ターゲットに入射する電子数に関連する管電流、およびターゲットの物質の原子番号に比例する。一般に、医療診断用X線管のX線の発生効率は非常に低く、約1%以下であり、残りの99%以上のエネルギーは熱に変換される。上記ターゲットの中で、特に電子流が衝突してX線を発生する部分は焦点と称されており、この焦点が小さいほど写真上の半影(ボケ)が小さく、従ってボケが低減され、X線撮影像の解像度が高くなる。しかし、焦点が小さくなればなるほど、電子流が衝突する面積が小さくなり、ターゲットが焼けてしまいターゲットのダメージが大きくなり破損に至る可能性がある。そのため、この焦点は適切な大きさにする必要がある。
焦点から発生したX線はあらゆる方向に飛散していくので、X線管はX線の取り出し口以外は全て鉛等の遮蔽物で被覆する必要がある。X線の線束はコリメータ(絞り)によって必要な大きさにしている。
このコリメータとしては、非特許文献1に見られるように、“簡単な構造の絞り”、“筒型の絞り”、および“多重絞り”、等があるが、一般には照射視野の大きさを自由に設定できる多重絞り型のものが用いられている。
歯科放射線学、第3版、医歯薬出版株式会社、2000年7月20日、第2章、
“簡単な構造の絞り”として単なる開口が設けられたものがあるが、この開口にしても、直径があまりにも小さいと、歯科X線撮影の口内法などでは、フィルムなどの受光部からX線照射野がはずれ撮影が失敗することがある。
開口の大きさで決定する照射野内の被写体からは2次散乱が起こり、ここから発生する散乱線が画像のコントラストを低下させる。したがって照射野ができるだけ小さいほうがコントラストのよい画像を得ることができる。
X線管外に設置する微小孔焦点X線管装置では、照射野を決定する絞りを小さくても撮影に際し、照射方向を決定しやすいX線管となり、失敗の少ない写真を得ることができる。
斯様に焦点が大きいと、ボケ(半影)の問題が発生してくる。
通常のX線撮影における焦点F(そのサイズをFとする)、被写体SおよびX線受光部Pの位置関係は図4に示す通りである。
ここで焦点サイズF、焦点−被写体間の距離(a)および被写体−受光部間の距離(b)の間には次式が成立し、透過像Bの縁部に生じるボケ(半影)の大きさHは次式により求めることができる。
(数1)
H=F・(b/a)
ボケの大きさ(H)を極力小さくするためには以下の方法がある。
1. 焦点サイズ(F)をできる限り小さくする。
2. 被写体−受光部間の距離(b)をできるだけ小さくする。
3. 焦点−被写体間の距離(a)をできる限り大きくする。
しかし、焦点サイズをできる限り小さくすると、受光部に到達するX線量を適正にしようとすると焦点の発熱による焦点の破壊が起こる。
また、被写体−受光部間の距離(b)をできるだけ小さくするには限度がある。
更に、焦点−被写体間の距離(a)をできる限り大きくすると、X線発生量の大きな装置を用いねばならず、またFP間距離も大きくなりX線撮影装置や撮影室を小型化することができない。
本発明は上述した点を考慮して成されたもので、その目的とするところは、充分に大きなサイズの1次焦点を使用し得るとともに、2次焦点として微小孔を使用することにより、点状のX線源を構成し、ボケの発生をなくして解像度の高い撮影像を得るようにした微小孔焦点X線管、および微小孔焦点X線管装置を提供せんとするものである。
本発明微小孔焦点X線管は、フィラメントを有する陰極と、該陰極に或る距離離間して対向配置されその対向面に或る角度を持って設けられたターゲットを有する陽極と、これら陰極および陽極を真空密封するガラス円筒管と、該X線管の外部に前記ガラス円筒管を囲んで設けられ、充填材を介して固着された絶縁体層と、該絶縁体層を囲んで設けられたX線遮蔽層とを備え、前記X線管のX線照射部前面に位置する前記絶縁体層およびX線遮蔽層の位置に微小孔を設けたことを特徴とする。
更に本発明の微小孔焦点X線管装置は、フィラメントを有する陰極、該陰極に或る距離離間して対向配置されその対向面に或る角度を持って設けられたターゲットを有する陽極、これら陰極および陽極を真空密封するガラス円筒管を備えるX線管と、該X線管を囲んで設けられ、内部X線遮蔽層が内壁全周に亘り被服された筐体とを備え、該筐体および前記X線遮蔽層の、前記X線管のX線照射部前面に位置する箇所にX線通過開口を設け、該X線通過開口を遮蔽する外部X線遮蔽層を設け、該外部X線遮蔽層に微小孔を設けたことを特徴とする。
前記X線遮蔽層は、エネルギー吸収係数が高い原子番号20〜82番までの金属、例えば、モリブデン、タングステン、パラジウム、銀、インジウム、スズ、アンチモン、金、白金、鉛、鉄等、或はこれら金属の混合物とする。
前記微小孔はその形状を円形、長方形、楕円形或は正方形とする。
微小孔焦点X線管および微小孔焦点X線管装置は、X線撮像手段と組合せてX線撮像装置のX線撮像系を構成するが、このX線撮像手段は、高感度のX線イメージセンサおよびX線検出器、或はこれらX線イメージセンサおよびX線検出器の組み合わせとする。
X線撮影装置において、X線管球の焦点による半影の影響を低減することにより、診断上、今まで抽出できなかった画像情報を提供することが可能となる。
図1に示すように、管球焦点Fと、微小孔部Cと、被写体Sおよび受光部Pとを図示の順序に配置し、管球焦点Fから放射されるX線を微小孔部Cに照射する。微小孔部Cの微小孔を通過するX線は被写体Sを透過して受光部Pに照射されて投影像を記録する。この際、微小孔部Cの微小孔を通過するX線を微小焦点の点状X線源とするため、透写像におけるボケ(半影)の形成がきわめて小さいものとなる。従って、鮮明な解像度の高い像を得ることができる。
この際、微小孔部Cの位置算出は、以下のように行う。
即ち、微小孔部Cと管球焦点Fとの間の距離をXとし、管球焦点Fと受光部Pとの間の距離を500mmとし、更に、管球焦点サイズ 5mm、微小孔部(鉛)Cの微小孔径100μm(0.1mm)、受光部の一辺の長さを120mmとすると、次式が成立し、これにより、微小孔部Cを通して受光部に必要最小限のサイズで照射するための微小孔部の位置を算出することができる。
5 : 120 = X : (500-X)
∴ X = 20 mm
従って、管球焦点(1次焦点)位置から20mmの位置に100μmの微小孔部(2次焦点)を位置させることによって、100μm焦点サイズの管球が実現可能となる。
図面につき本発明の第1実施例を説明する。
図2に示すように、本例では、通常、市販されているX線管の外壁部に、微小孔を設け、これを2次焦点とする。即ち、本発明X線管は、フィラメント1を有する陰極2、該陰極2に或る距離離間して対向配置されその対向面に或る角度を持って設けられたターゲット3を有する陽極4、これら陰極2および陽極4を真空密封するガラス円筒管5を備えるX線管6と、該X線管6の外部に前記ガラス円筒管5を囲んで設けられ、充填材7を介して固着された絶縁体層8と、該絶縁体層8を囲んで設けられたX線遮蔽層9とを備え、前記X線管のX線照射部前面に位置する前記該絶縁体層8およびX線遮蔽層9の位置に微小孔10を設けるようにして構成する。
陰極2のフィラメント1から放出された電子流は対向する陽極4のターゲット3に衝突してX線を発生し、このX線はX線管の管軸に対しほぼ直交する方向に実効焦点(1次焦点)となるように放出される。この実効焦点サイズは或る程度大きく、従って大きな半影が生ずるようになる。
しかし、本発明によれば、X線管球の外側に設けられたX線遮蔽層9の微小孔10を通過すると、この際、点状X線源(2次焦点)となるので、半影の発生を極めて小さくすることができ、従って、鮮明な透過像を得ることができる。
また、第1実施例では、X線管の外側に密着して微小孔を設けるため、著しく小型のX線管装置を提供することができる。
上記X線遮蔽層9としては、エネルギー吸収係数が高い原子番号20〜82番までの金属、例えば、モリブデン、タングステン、パラジウム、銀、インジウム、スズ、アンチモン、金、白金、鉛、鉄等を用いることができる。
また、上記金属を混合して使用することもできる。
次に、本発明の第2実施例を説明する。
図3に示すように、本例では、微小孔を有する筐体内に市販されているX線管を固定配置する。即ち、本発明X線管装置は、フィラメント1を有する陰極2、該陰極2に或る距離離間して対向配置されその対向面に或る角度を持って設けられたターゲット3(1次焦点)を有する陽極4、これら陰極2および陽極4を真空密封するガラス円筒管5を備えるX線管6と、該X線管6を囲んで設けられ、内部X線遮蔽層12が内壁全周に亘り被覆された筐体13とを備え、該筐体13および前記X線遮蔽層12の、前記X線管のX線照射部前面に位置する箇所にX線通過開口14を設け、該X線通過開口14を遮蔽する外部X線遮蔽層15を設け、該外部X線遮蔽層15に微小孔16(2次焦点)を設けるようにして構成する。
この際、X線管の筐体内への取付け或は固着には、種々の手段、例えば種々の緊締、固着手段を使用することができ、X線管を着脱自在に交換しうる構成のものとすることができるためここでは図示しない。
上述した第2実施例においてもその作用は第1実施例とほぼ同様であり、解像度の高い透過像を得る事ができる。
また、第2実施例では、X線管は市販のものを使用し得るため、用途に応じて種々の強度を有する種々の種類のX線管を着脱自在に交換することができ、従って種々の強度のX線管を用いて1次焦点からのX線束を発生させることができる。
更に本発明によれば、前記微小孔はその形状を円形、長方形、楕円形或は正方形とすることができる。
例えば、図5の仮想線に示すように、微小孔10(実際にはターゲット3の図のX軸およびy軸に対し夫々直交する軸の方向に位置する)を長方形にし、長辺をX線管の軸(X軸)に対して平行な方向に設置し、X線撮影を行った場合には、焦点寸法が横長になり、縦方向(y軸方向)である短辺の焦点寸法が小さくなることにより、軸に直交する縦方向、すなわちy軸方向の解像度を向上させることができる。また長方形の設置方向は軸に対して平行にするだけとは限らず、軸と直交する方向に設置することもできる。この場合には軸に平行なX軸方向の解像度が向上する。
微小孔が楕円形の場合にも、その効果は長方形の場合と同様である。
微小孔が正方形の場合には、縦横が同じ解像度を呈し、微小孔が円形の場合には全方向に対して同じ解像度を呈するようになる。
上述したように、本発明によれば、管球焦点サイズ(1次焦点サイズ)を大きくすることで陽極面の熱量的問題が解決でき、また、管電圧、管電流を大きく出せるため、X線出力の問題も解決できる。これにより、微小孔10、16(2次焦点)からX線ビームを絞ったX線を放出させても、十分なX線量を照射することができ、半影の少ない画像を抽出することができる。したがって、解像力の向上を図ることができる。
また、本発明微小孔焦点X線管装置に組合せて使用するX線撮像手段としては、高感度のX線イメージセンサおよびX線検出器、或はこれらX線イメージセンサおよびX線検出器の組み合わせのものを使用することができる。
上記X線イメージセンサには例えば、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ、CMOSイメージセンサ、TFT(Thin Film Transistor)センサ、CdTeセンサ等があり、また、X線検出器には、X線イメージインテンシファイア(Image Intensifier:I.I.)、フラットパネル検出器(Flat Panel Detector:FPD)等がある。
本発明の微小孔焦点X線管および微小孔焦点X線管装置に上述したX線撮像手段を組合せて使用する場合には高解像度のX線撮像装置を提供することが出来る。
本発明の微小孔焦点X線管および微小孔焦点X線管装置は、医療用X線撮影装置、CT装置、非破壊検査装置などに利用可能である。
本発明微小孔焦点X線管装置の概要を示す説明図である。 本発明微小孔焦点X線管装置の第1実施例の構成を示す説明図であり、 本発明微小孔焦点X線管装置の第2実施例の構成を示す説明図であり、 X線管における半影の発生状態を示す説明図であり、 微少孔が長方形の場合の効果を説明する斜視図である。
符号の説明
1 フィラメント
2 陰極
3 ターゲット
4 陽極
5 ガラス円筒管
6 X線管
7 充填材
8 絶縁体層
9 X線遮蔽層
10 微小孔
12 内部X線遮蔽層
13 筐体
14 X線通過開口
15 外部X線遮蔽層
16 微小孔
F 管球焦点
C 微小孔部
S 被写体
H ボケ(半影)
P 受光部
B 透過像
a 焦点−被写体間距離
b 被写体−受光部間距離

Claims (8)

  1. フィラメントを有する陰極と、該陰極に或る距離離間して対向配置されその対向面に或る角度を持って設けられたターゲットを有する陽極と、これら陰極および陽極を真空密封するガラス円筒管と、外部に前記ガラス円筒管を囲んで設けられた絶縁体層と、該絶縁体層を囲んで設けられたX線遮蔽層とを備え、X線照射部前面に位置する前記X線遮蔽層の位置に微小孔を設けたことを特徴とする微小孔焦点X線管。
  2. フィラメントを有する陰極、該陰極に或る距離離間し、対向して配置され、その対向面に或る角度を持って設けられたターゲットを有する陽極、これら陰極および陽極を真空密封するガラス円筒管を備えるX線管と、該X線管を囲んで設けられ、内部X線遮蔽層が内壁全周に亘り被服された筐体とを備え、該筐体および前記X線遮蔽層の、前記X線管のX線照射部前面に位置する箇所にX線通過開口を設け、該X線通過開口を遮蔽する外部X線遮蔽層を設け、該外部X線遮蔽層に微小孔を設けこれをX線焦点とすることを特徴とする微小孔焦点X線管装置。
  3. 前記X線遮蔽層は、エネルギー吸収係数が高い原子番号20〜82番までの金属、例えば、モリブデン、タングステン、パラジウム、銀、インジウム、スズ、アンチモン、金、白金、鉛、鉄等、或はこれら金属の混合物とすることを特徴とする請求項1に記載の微小孔焦点X線管。
  4. 前記X線遮蔽層は、エネルギー吸収係数が高い原子番号20〜82番までの金属、例えば、モリブデン、タングステン、パラジウム、銀、インジウム、スズ、アンチモン、金、白金、鉛、鉄等、或はこれら金属の混合物とすることを特徴とする請求項2に記載の微小孔焦点X線管装置。
  5. 前記微小孔はその形状を円形、長方形、楕円形或は正方形とすることを特徴とする請求項1に記載の微小孔焦点X線管。
  6. 前記微小孔はその形状を円形、長方形、楕円形或は正方形とすることを特徴とする請求項2に記載の微小孔焦点X線管装置。
  7. 請求項1に記載の微小孔焦点X線管に組合せて使用するX線撮像手段は、高感度のX線イメージセンサおよびX線検出器、或はこれらX線イメージセンサおよびX線検出器の組み合わせとすることを特徴とするX線撮像装置。
  8. 請求項2の微小孔焦点X線管装置に組合せて使用するX線撮像手段は、高感度のX線イメージセンサおよびX線検出器、或はこれらX線イメージセンサおよびX線検出器の組み合わせとすることを特徴とするX線撮像装置。
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