JP2010027445A

JP2010027445A - 回転陽極型ｘ線管装置

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Publication number: JP2010027445A
Application number: JP2008188671A
Authority: JP
Inventors: Hideo Abu; 秀郎阿武; Tomonari Ishihara; 智成石原; Susumu Saito; 晋齊藤; Mitsuhisa Iwase; 光央岩瀬; Tetsuya Yonezawa; 哲也米澤; Hitoshi Shimizu; 清水　　仁
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2010-02-04

Abstract

【課題】Ｘ線焦点の拡大、ぼけ、歪みなどの発生を低減できる回転陽極型Ｘ線管装置を提供する。
【解決手段】陰極支持体33におけるフィラメント32の幅方向に沿った方向の両側に磁路形成体35を設ける。磁路形成体35に対向する真空外囲器15の外側に、複数の磁極54を配置する。複数の磁極54と磁路形成体35とで協働してフィラメント32から発生する電子の軌道を偏向する偏向磁界を形成する。電子ビーム位置での偏向磁界の磁束密度を高め、陰極支持体33と陽極ターゲット27との距離を近付け、Ｘ線焦点の拡大、ぼけ、歪みなどの発生を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子発生源から発生する電子を回転する陽極ターゲットに衝突させてＸ線を発生させる回転陽極型Ｘ線管装置に関する。

従来、例えば、Ｘ線ＣＴ装置などでは、陰極の電子発生源から発生する電子を回転する陽極ターゲットに衝突させ、この陽極ターゲットの電子が衝突して形成されるＸ線焦点からＸ線を発生させる回転陽極型Ｘ線管装置が用いられている。

このようなＸ線ＣＴ装置などでは、Ｘ線撮影中に、回転陽極型Ｘ線管装置で異なった位置にＸ線焦点を配置することにより、被写体を通じて検出器に入射するＸ線の入射角度をわずかにずらし、Ｘ線撮影画像の解像特性を向上させる技術が知られている。

Ｘ線撮影中に、回転陽極型Ｘ線管装置で異なった位置にＸ線焦点を配置するには、Ｘ線焦点を瞬時に微小移動させる必要がある。

Ｘ線焦点を瞬時に微小移動させる方式の１つとして、真空外囲器内に配置する偏向電極に偏向電圧を印加し、静電的に電子ビームを偏向させる静電的電子ビーム偏向方式がある（例えば、特許文献１参照。）。

一般的に、陰極と陽極との間の電圧が１００ｋＶを超えるＸ線管では、少なくとも陰極には負の高電圧電位が供給されるため、陰極電圧供給用ケーブルとしては高電圧ケーブルが採用されているが、静電的電子ビーム偏向方式では、偏向電極に偏向電圧を印加させる必要があるために従来の高電圧ケーブルを使用することができず、専用の高電圧ケーブルが必要となり、また、高電圧電源も専用の電源が必要となる。そのため、回転陽極型Ｘ線管装置を交換するのみで既存のＸ線ＣＴ装置のアップグレイドを達成することはできず、経済性に問題が生じ、逆に、静電偏向方式の回転陽極型Ｘ線管装置、専用高電圧電源と専用高電圧ケーブルを採用した新しいＸ線ＣＴ装置に、従来の回転陽極型Ｘ線管装置を搭載することが困難であるため、回転陽極型Ｘ線管装置がダウンした場合の復旧に支障を来たす場合が生じる。

また、Ｘ線焦点を瞬時に微小移動させる他の方式として、磁極が発生する偏向磁界により電子ビームを偏向させる磁気的電子ビーム変更方式がある。

この磁気的電子ビーム偏向方式では、陰極と陽極ターゲットとの間に位置する真空外囲器に径小となる窪み部を設け、そこに偏向磁界を発生する磁極を配置した構成がある。この構成では、窪み部により真空外囲器が径小となるため、磁極間の距離が短くなり、電子ビーム位置での磁束密度を高め、電子の速度が速くても偏向することが可能となる（例えば、特許文献２〜４参照。）。

また、磁気的電子ビーム変更方式において、陰極の一部を磁性体からなる磁路とし、磁路に巻き付けられたコイルにより磁界を発生させる構成もあるが（例えば、特許文献５参照。）、この構成では、コイルが真空外囲器内の陰極位置に配置されているため、コイルへの電流供給は高電圧ケーブルを通して行う必要があり、上述した静電的電子ビーム偏向方式の問題点と全く同様の問題点がある。
米国特許第４６８９８０９号米国特許第７２８９６０３号米国特許第６９７７９９１号米国特許第６５２９５７９号特開平１１−１１１２０４号公報

上述のように、電子の軌道を確実に偏向させるために、陰極と陽極ターゲットとの間に位置する真空外囲器に窪み部を設け、その窪み部に磁極を配置した磁気的電子ビーム偏向方式では、静電的電子ビーム偏向方式や、磁気的電子ビーム変更方式においても陰極の一部を磁路としてコイルを巻き付けた構成のような問題点がない利点がある。

しかしながら、真空外囲器の窪み部の形成に伴い、陰極と真空外囲器との間の空間絶縁距離を維持させるために、陰極を陽極ターゲットからより離して配置する必要が生じ、また、窪み部の形成に伴い、電子ビームが集束しにくくなるように電位分布が変化してしまい、これらが相俟って、Ｘ線焦点の拡大、ぼけ、歪みなどが発生する問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、Ｘ線焦点の拡大、ぼけ、歪みなどの発生を低減できる回転陽極型Ｘ線管装置を提供することを目的とする。

本発明は、真空外囲器と、この真空外囲器内に配置され、幅が長い長手方向とこの長手方向に直交する方向で幅が短い幅方向とを有する形状の電子発生源と、この電子発生源を支持する陰極支持体と、前記真空外囲器内に回転可能に配置され、前記電子発生源から発生する電子が衝撃してＸ線を発生するＸ線焦点が形成される陽極ターゲットと、前記陰極支持体における前記電子発生源の幅方向に沿った方向の両側に設けられた磁路形成体と、この磁路形成体に対向する前記真空外囲器の外側に配置される複数の磁極を有し、これら複数の磁極と前記磁路形成体とで協働して前記電子発生源から発生する電子の軌道を偏向する偏向磁界を形成する偏向磁界形成手段とを具備しているものである。

本発明によれば、陰極支持体における電子発生源の幅方向に沿った方向の両側に磁路形成体を設け、これら磁路形成体に対向する真空外囲器の外側に複数の磁極を配置することにより、これら複数の磁極と磁路形成体とで協働して電子発生源から発生する電子の軌道を偏向する偏向磁界を形成することができるため、従来のように真空外囲器に窪み部を設けて磁極間の距離を短くしなくても、電子ビーム位置での偏向磁界の磁束密度を高めることができ、陰極支持体と陽極ターゲットとの距離を近付けて配置でき、Ｘ線焦点の拡大、ぼけ、歪みなどの発生を低減できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１ないし図４に第１の実施の形態を示す。

図１および図２に示すように、回転陽極型Ｘ線管装置は、ハウジング11、およびこのハウジング11内に配置された陽極接地型の回転陽極型Ｘ線管12を備えている。ハウジング11と回転陽極型Ｘ線管12との間の空間には水系の冷却液が満たされ、この冷却液をハウジング11に対してホースで接続された冷却器に循環させて冷却するように構成されている。

回転陽極型Ｘ線管12は、真空外囲器15を備え、この真空外囲器15は、径大部16、この径大部16の上下の径小部17，18を有する円筒状に形成されている。さらに、真空外囲器15の径大部16上には円筒状の陰極収納部19が形成されている。

陰極収納部19を含む真空外囲器15の材料は、非磁性体であり、交流磁界によって渦電流が発生し難い高電気抵抗材であることが好ましい。例えば、非磁性ステンレス鋼、インコネル、インコネルＸ、チタン、導電性セラミクス、表面を金属薄膜でコーティングした非導電性セラミクスなどを用いてもよい。

真空外囲器15の径大部16の外周面には、陰極収納部19の位置に対応して、Ｘ線が透過するＸ線透過窓20が取り付けられている。

また、真空外囲器15内には、真空外囲器15の中心に固定軸23が配置されているとともに、この固定軸23に対して回転可能に支持された回転体24が配置されている。この固定軸23は、回転体24からみて、回転体24の回転中心となる回転軸として構成される。

この回転体24には、径大部16内に回転可能に配置される円板部25、および下部側の径小部18内に回転可能に配置されるロータ部26が形成されている。回転体24の円板部25の上面外周部側は、Ｘ線透過窓20へ向けて対向するように所定の角度で下降傾斜され、この下降傾斜された表面に電子が衝突してＸ線を発生する陽極ターゲット27が設けられている。

真空外囲器15の下部側の径小部18の外側には、誘導電磁界を発生してロータ部26を介して回転体24および陽極ターゲット27を回転させるコイル28が配置されている。

また、真空外囲器15の陰極収納部19内には、陽極ターゲット27に対向するように配置された陰極31が収納されている。この陰極31は、図３に示すように、電子を発生する電子発生源としてのフィラメント32、およびこのフィラメント32を支持する陰極支持体33を備えている。

フィラメント32は、小焦点用フィラメント32aと大焦点用フィラメント32bとを備え、それぞれ幅が長い長手方向とこの長手方向に直交する幅が狭い幅方向とを有する形状に形成され、陰極支持体33に対して幅方向に沿った方向に互いに並列に配置されている。フィラメント32の長手方向が陽極ターゲット27の径方向に沿って配置され、幅方向が陽極ターゲット27の回転方向に沿って配置されている。

陰極支持体33の主要部を構成する材料は、非磁性体であり、交流磁界によって渦電流が発生し難い高電気抵抗材であることが好ましく、例えば、非磁性ステンレス鋼、インコネル、インコネルＸ、チタン、導電性セラミクス、表面を金属薄膜でコーティングした非導電性セラミクスなどが好ましい。

陰極支持体33の外周部には、先端がフィラメント32の位置より陽極ターゲット27の方向に突出する円筒状の覆い体34が設けられている。この覆い体34は、陰極支持体33の一部を構成するもので、陰極支持体33の主要部を構成する材料と同様に非磁性体で形成されている。

覆い体34の先端には、フィラメント32の幅方向に沿った方向の両側に対の磁路形成体35が設けられている。これら磁路形成体35は、陰極支持体33の一部を構成するもので、フィラメント32から発生する電子が陽極ターゲット27へ移動する軌道に対向する位置に配置されている。磁路形成体35の材料は、軟磁性体であり、例えば、鉄やニッケルなどが用いられる。より好ましくは、軟磁性体であると同時に交流磁界によって渦電流が発生し難い高電気抵抗材からなる薄板を電気絶縁膜を挟んで積層させた積層体や、これら材料からなる線材を電気絶縁膜で覆ってから束にして固めた集合体、またはこれら材料を１μｍ程度の微細な粉末にしてその表面を電気絶縁膜で覆ってから圧縮成形により形成した成形体を使用することが好ましい。さらに、ソフトフェライトも最適な材料である。電気絶縁膜は真空管内で使用するため、無機質であるものが好ましい。また、ソフトフェライトは真空中でのガス放出を低減させるため、ホットプレスフェライトのように気孔率の少ないものを使用することが好ましい。

陰極支持体33は、絶縁体36によって真空外囲器15に支持されている。

また、図１および図２に示すように、真空外囲器15の陰極収納部19は、上部側が円筒状の周壁部38にて構成され、下部側が環状の反跳電子捕獲構造体39にて構成されている。

反跳電子捕獲構造体39は、陽極ターゲット27からの反跳電子を捕獲するもので、中心部にはフィラメント32から発生する電子を通過させる円形状の開口部40が形成されており、フィラメント32から発生する電子が陽極ターゲット27へ移動する軌道を取り囲むように配置されている。反跳電子捕獲構造体39の陰極31に対向する面は凹面に形成され、陽極ターゲット27に対向する面は平坦面に形成され、外周面は円筒状側面に形成されている。

反跳電子捕獲構造体39の材料は、非磁性体でかつ高熱伝導性材であることが好ましく、例えば、銅、銅合金、ＧＬＩＤ−ＣＯＰなどの強化銅、モリブデン、モリブデン合金などの金属材料の他、熱伝導率が大きいＳｉＣ、ＡｌＮ、ＢｅＯなどのセラミクス表面を金属薄膜でコーティングしたものを用いてもよい。

図示していないが、反跳電子捕獲構造体39は冷却構造を備えており、この冷却構造としては、例えば、反跳電子捕獲構造体39の内部に冷却液が循環する冷却液流路が形成され、この冷却液流路の冷却液を冷却器に循環させて反跳電子捕獲構造体39を冷却するように構成されている。

また、図１および図４に示すように、真空外囲器15の陰極収納部19の外側には、陰極支持体33の対の磁路形成体35と協働してフィラメント32から発生する電子の軌道を偏向する偏向磁界を形成する偏向磁界形成手段51が配置されている。この偏向磁界形成手段51は、略コ字形のヨーク52、およびこのヨーク52の両端にそれぞれ巻回されたコイル53を有し、ヨーク52の両端に対の磁極54が形成された双極子で構成されている。対の磁極54は、陽極ターゲット27の回転方向であってフィラメント32の幅方向に沿った方向に互いに対向して配置され、すなわちＸ線透過窓20からＸ線を取り出すＸ線取出方向に対して交差する両側に別れて配置され、陰極支持体33の対の磁路形成体35に対向されている。

ヨーク52を構成する主材料は、軟磁性体であり、かつ交流磁界によって渦電流が発生し難い高電気抵抗体であり、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ合金（珪素鋼）、Ｆｅ−Ａｌ合金、電磁ステンレス鋼、パーマロイなどのＦｅ−Ｎｉ高透磁率合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金などからなる薄板を電気絶縁膜を挟んで積層させた積層体や、これら材料からなる線材を電気絶縁膜で覆ってから束にして固めた集合体、またはこれら材料を１μｍ程度の微細な粉末にしてその表面を電気絶縁膜で覆ってから圧縮成形により形成した成形体を用いてもよい。さらに、ソフトフェライトも最適な材料である。

なお、この陽極接地型の回転陽極型Ｘ線管12は、陽極のみならず、反跳電子捕獲構造体39や真空外囲器15の金属部分も接地電位である。

また、図２に示すように、ハウジング11には、真空外囲器15のＸ線透過窓20に対向してＸ線が透過するＸ線透過窓11aが設けられている。

そうして、図２において、Ｘ線撮影時には、回転陽極型Ｘ線管装置において、回転体24および陽極ターゲット27が回転し、陰極31のフィラメント32から発生する電子が陽極ターゲット27に衝突して、フィラメント32の形状に対応したＸ線焦点が形成され、この陽極ターゲット27のＸ線焦点から発生したＸ線が真空外囲器15のＸ線透過窓20およびハウジング11のＸ線透過窓11aを通じて外部へ照射される。

ここで、Ｘ線焦点とは、実焦点ではなく、実効焦点を意味している。

陽極ターゲット27からの反跳電子が反跳電子捕獲構造体39で捕獲される。

また、図４に示すように、偏向磁界形成手段51のコイル53への通電にて偏向磁界が発生し、この偏向磁界により、フィラメント32から陽極ターゲット27へ向かう電子が陽極ターゲット27の径方向（フィラメント32の長手方向）に偏向され、陽極ターゲット27に形成されるＸ線焦点が陽極ターゲット27の径方向（Ｘ線焦点の長手方向）に微小移動する。

このとき、陰極支持体33におけるフィラメント32の幅方向に沿った方向の両側に磁路形成体35を設け、これら磁路形成体35に対向する真空外囲器15の外側に対の磁極54を配置しているため、これら磁極54と磁路形成体35とで協働してフィラメント32から発生する電子の軌道を偏向する偏向磁界を形成する。

そのため、従来のように真空外囲器に窪み部を設けて磁極間の距離を短くしなくても、電子ビーム位置での偏向磁界の磁束密度を高めることができ、陰極支持体33と陽極ターゲット27との距離を近付けて配置でき、Ｘ線焦点の拡大、ぼけ、歪みなどの発生を低減できる。

しかも、磁場を発生するためのコイル53への電流を低減させることができ、発熱が少なく、効率の良い偏向磁界形成手段51を実現することができる。

次に、図５に第２の実施の形態を示す。

陰極支持体33の対の磁路形成体35、および偏向磁界形成手段51の対の磁極54を、陽極ターゲット27の回転方向であってフィラメント32の幅方向に沿った方向に対して所定の角度αだけずらした位置に配置する。

そして、磁路形成体35と協働して対の磁極54が発生する偏向磁界により、Ｘ線焦点は陽極ターゲット27の径方向（Ｘ線焦点の長さ方向）および回転方向（Ｘ線焦点の幅方向）に同時に移動することができる。

角度αは、Ｘ線焦点の陽極ターゲット27の径方向（Ｘ線焦点の長さ方向）への移動距離および回転方向（Ｘ線焦点の幅方向）への移動距離の比に合わせて設定する。

Ｘ線焦点を、Ｘ線焦点の長さ方向と幅方向に等しい距離移動させるためには、角度αは陽極ターゲット27の傾斜角に等しくする。

次に、図６は第３の実施の形態を示す。

偏向磁界形成手段51として、２組の双極子を備える。

２組の双極子の対の磁極54を、陰極支持体33の対の磁路形成体35に対向し、陽極ターゲット27の回転方向であってフィラメント32の幅方向に沿った方向に対してそれぞれ反対側へ所定の角度αずつずらした位置に配置する。

そして、磁路形成体35と協働して２組の双極子の対の磁極54が発生する偏向磁界により、Ｘ線焦点は陽極ターゲット27の径方向（Ｘ線焦点の長さ方向）および回転方向（Ｘ線焦点の幅方向）に同時に移動することができる。

Ｘ線焦点の陽極ターゲット27の径方向（Ｘ線焦点の長さ方向）への移動距離および回転方向（Ｘ線焦点の幅方向）への移動距離の比は、２組の双極子のそれぞれの磁界の比を変えることにより、０からｔａｎαの間の範囲で自由に変えることができる。

次に、図７は第４の実施の形態を示す。

偏向磁界形成手段51として、個別のヨーク52とコイル53とを組み合わせて個別の対の磁極54を設けた双磁極子を用い、これら対の磁極54を陽極ターゲット27の回転方向であってフィラメント32の幅方向に沿った方向に配置して対の磁路形成体35に対向させる。

そして、磁路形成体35と協働して対の磁極54が発生する偏向磁界により、Ｘ線焦点は陽極ターゲット27の径方向（Ｘ線焦点の長さ方向）に移動することができる。

次に、図８は第５の実施の形態を示す。

陰極支持体33の対の磁路形成体35、および偏向磁界形成手段51の双磁極子の対の磁極54を、陽極ターゲット27の回転方向であってフィラメント32の幅方向に沿った方向に対して所定の角度αだけずらした位置に配置する。

次に、図９は第６の実施の形態を示す。

偏向磁界形成手段51として、２組の双磁極子を備える。

２組の双磁極子の対の磁極54を、陽極ターゲット27の回転方向であってフィラメント32の幅方向に沿った方向に対してそれぞれ反対側へ所定の角度αずつずらした位置に配置する。

そして、磁路形成体35と協働して２組の双磁極子の対の磁極54が発生する偏向磁界により、Ｘ線焦点は陽極ターゲット27の径方向（Ｘ線焦点の長さ方向）および回転方向（Ｘ線焦点の幅方向）に同時に移動することができる。

Ｘ線焦点の陽極ターゲット27の径方向（Ｘ線焦点の長さ方向）への移動距離および回転方向（Ｘ線焦点の幅方向）への移動距離の比は、２組の双磁極子のそれぞれの磁界の比を変えることにより、０からｔａｎαの間の範囲で自由に変えることができる。

本発明の第１の実施の形態を示す回転陽極型Ｘ線管装置の断面図である。同上回転陽極型Ｘ線管装置の図１に対して９０°異なる方向の断面図である。同上回転陽極型Ｘ線管装置の陰極を示し、(a)は陰極の断面図、(b)は陰極の底面図である。同上回転陽極型Ｘ線管装置における偏向磁界形成手段の配置を示す平面図である。本発明の第２の実施の形態を示す回転陽極型Ｘ線管装置における偏向磁界形成手段の配置を示す平面図である。本発明の第３の実施の形態を示す回転陽極型Ｘ線管装置における偏向磁界形成手段の配置を示す平面図である。本発明の第４の実施の形態を示す回転陽極型Ｘ線管装置における偏向磁界形成手段の配置を示す平面図である。本発明の第５の実施の形態を示す回転陽極型Ｘ線管装置における偏向磁界形成手段の配置を示す平面図である。本発明の第６の実施の形態を示す回転陽極型Ｘ線管装置における偏向磁界形成手段の配置を示す平面図である。

符号の説明

15 真空外囲器
20 Ｘ線透過窓
27 陽極ターゲット
32 電子発生源としてのフィラメント
33 陰極支持体
35 磁路形成体
51 偏向磁界形成手段
54 磁極

Claims

真空外囲器と、
この真空外囲器内に配置され、幅が長い長手方向とこの長手方向に直交する方向で幅が短い幅方向とを有する形状の電子発生源と、
この電子発生源を支持する陰極支持体と、
前記真空外囲器内に回転可能に配置され、前記電子発生源から発生する電子が衝撃してＸ線を発生するＸ線焦点が形成される陽極ターゲットと、
前記陰極支持体における前記電子発生源の幅方向に沿った方向の両側に設けられた磁路形成体と、
この磁路形成体に対向する前記真空外囲器の外側に配置される複数の磁極を有し、これら複数の磁極と前記磁路形成体とで協働して前記電子発生源から発生する電子の軌道を偏向する偏向磁界を形成する偏向磁界形成手段と
を具備していることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管装置。
前記真空外囲器には、前記Ｘ線を外部へ取り出すＸ線透過窓が設けられ、
前記複数の磁極は、前記Ｘ線透過窓からＸ線を取り出すＸ線取出方向に対して交差する両側に別れて配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の回転陽極型Ｘ線管装置。
前記偏向磁界形成手段は、前記Ｘ線焦点を前記陽極ターゲットの径方向に移動させる変更磁界を形成する
ことを特徴とする請求項１または２記載の回転陽極型Ｘ線管装置。
前記偏向磁界形成手段は、前記Ｘ線焦点を前記陽極ターゲットの径方向および回転方向に同時に移動させる変更磁界を形成する
ことを特徴とする請求項１または２記載の回転陽極型Ｘ線管装置。