JP2013246923A - Ｘ線発生器及びｘ線測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な手法にて独自にＸ線の放射を規制しつつ、安定してＸ線を放射することができるＸ線発生器及びＸ線測定装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線発生器は、Ｘ線管１０１及び制御部１２０を備える。Ｘ線管１０１は、電子放出源、ターゲット、真空外囲器１０５及び規制電極を有する。規制電極は、電子放出源とターゲットとの間に位置しターゲットへの電子の入射を規制する。制御部は、ターゲットへの電子の入射を許可する許可期間に規制電極の電位を第１電位に切替え、ターゲットへの電子の入射を禁止する禁止期間に規制電極の電位を第２電位に切替える。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線発生器及びＸ線測定装置に関する。

Ｘ線測定装置としてＸ線骨密度測定装置（骨塩量測定装置）が知られている。Ｘ線骨密度測定装置は、Ｘ線発生器とＸ線検出器を有している。Ｘ線発生器は、被検体にＸ線を照射する。Ｘ線検出器は、被検体を透過したＸ線を検出する。このため、Ｘ線骨密度測定装置は、Ｘ線検出器で検出したＸ線を解析し、診断や測定をすることができる。

Ｘ線測定に必要なＸ線は、Ｘ線管に高電圧を印加することにより得ることができる。但し、Ｘ線管の動作は、立ち上がりの数秒間不安定となる。このため、Ｘ線測定の都度、Ｘ線管に一々高電圧を印加すると、Ｘ線測定に時間がかかってしまう。そこで、一旦、Ｘ線管に高電圧を印加した後は、Ｘ線管への高電圧の印加を継続（保持）している。したがって、一旦Ｘ線管に高電圧が印加されると、Ｘ線発生器からＸ線が出っぱなしとなる。この出っぱなしのＸ線が走査経路に沿って被検体に対して走査される。

ところで、被検体には、Ｘ線測定が必要な測定領域と、Ｘ線測定が不要な非測定領域とがある。このため、上記のようにＸ線が出っぱなしの場合、Ｘ線は非測定領域にも照射されている。

そこで、非測定領域への不要がＸ線の照射（非測定領域の被爆）を低減するため、Ｘ線骨密度測定装置は、Ｘ線を吸収するＸ線シャッタを備えている。これにより、Ｘ線が出っぱなしであっても、Ｘ線シャッタを利用することにより、非測定領域へのＸ線の照射を抑制することができる。

また、Ｘ線骨密度測定装置は、二重Ｘ線吸収法（Dual X-ray Absorptiometry）を用いることができる。上記Ｘ線骨密度測定装置においては、生体に対するＸ線ビームのスキャンに伴って、高エネルギＸ線と低エネルギＸ線とが一定周期で交互に照射される。Ｘ線のエネルギは、Ｘ線発生器の電圧を切り換えることによって可変できる（管電圧切換方式）。

上記の管電圧切換方式において、電圧の遷移期間はＸ線のエネルギが不安定となるため、一般にその期間は測定から除外されている。そこで、高エネルギＸ線の照射から低エネルギＸ線の照射への移行期間及び低エネルギＸ線の照射から高エネルギＸ線の照射への移行期間において、Ｘ線の経路上に遮蔽用フィルタ部材を一時的に挿入し、被検体への不要がＸ線の照射を低減している。

特開２００４−１１３４０８号公報 特開２００６−２７１４３７号公報

ところで、上記Ｘ線シャッタや遮蔽用フィルタ部材を用いた場合、例えば次に挙げる問題がある。

・Ｘ線発生器のサイズの大型化を招く。

・被検体用の空間（Ｘ線発生器とＸ線検出器との間の空間）が窮屈になったりしてしまう。

・Ｘ線シャッタや遮蔽用フィルタ部材を移動させるための煩雑な構造が必要になってしまう。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、簡便な手法にて独自にＸ線の放射を規制しつつ、安定してＸ線を放射することができるＸ線発生器及びＸ線発生器を備えたＸ線測定装置を提供することにある。

また、一実施形態に係るＸ線発生器は、
電子を放出する電子放出源と、電子が入射されＸ線を放射するターゲットと、前記電子放出源及びターゲットを収容した真空外囲器と、前記電子放出源とターゲットとの間に位置し前記ターゲットへの前記電子の入射を規制する規制電極と、を有したＸ線管と、
前記ターゲットへの前記電子の入射を許可する許可期間に前記規制電極の電位を第１電位に切替え、前記ターゲットへの前記電子の入射を禁止する禁止期間に前記規制電極の電位を第２電位に切替える制御部と、を備えることを特徴としている。

また、一実施形態に係るＸ線測定装置は、
Ｘ線ビームを出力するＸ線発生器と、
前記Ｘ線発生器に間隔を置いて配置され、被検体を透過したＸ線ビームを検出するＸ線検出器と、を備え、
前記Ｘ線発生器は、
電子を放出する電子放出源と、電子が入射されＸ線を放射するターゲットと、前記電子放出源及びターゲットを収容した真空外囲器と、前記電子放出源とターゲットとの間に位置し前記ターゲットへの前記電子の入射を規制する規制電極と、を有したＸ線管と、
前記ターゲットへの前記電子の入射を許可する許可期間に前記規制電極の電位を第１電位に切替え、前記ターゲットへの前記電子の入射を禁止する禁止期間に前記規制電極の電位を第２電位に切替える制御部と、を備えることを特徴としている。

図１は、一実施形態に係る骨密度測定装置を示す斜視図である。 図２は、上記骨密度測定装置を用いて被検体にＸ線ビームを走査している様子を示す図である。 図３は、上記骨密度測定装置を用いたＸ線ビームの走査経路を示す図である。 図４は、上記骨密度測定装置のＸ線発生器を示す概略図である。 図５は、上記Ｘ線発生器を示す回路図である。 図６は、上記骨密度測定装置の動作を説明するタイミングチャートである。 図７は、上記骨密度測定装置の動作を説明する他のタイミングチャートである。 図８は、図４に示したＸ線管の変形例を示す断面図であり、規制電極を示す図である。

以下、図面を参照しながら一実施形態に係るＸ線発生器及びＸ線発生器を備えたＸ線測定装置について詳細に説明する。この実施形態において、Ｘ線測定装置として、骨密度測定装置について説明する。

以下において、骨密度測定装置の例として、Ｘ線ビームを被検体の腰椎に対しパラレルスキャンして、骨塩量を測定する場合について説明する。但し、Ｘ線測定装置は、骨密度測定装置に限定されるものではなく、種々変形可能である。Ｘ線測定の目的は骨塩量に限定されるものではない。

また、例えば、走査経路に沿ってＸ線ビームを走査する際、上記パラレルスキャンに限らず、ジグザグスキャン、その他のスキャンであってもよい。

さらに、骨密度測定装置は、高エネルギＸ線と低エネルギＸ線とを用いる二重Ｘ線吸収法（Dual X-ray Absorptiometry）を利用することもできる。

図１は、骨密度測定装置１０の全体構成を示す斜視図である。図１に示すように、骨密度測定装置１０は、被検体が載置されるベッド１２と、下部ユニット１４と、上部ユニット２０と、連結ユニット２１によって構成される。下部ユニット１４と上部ユニット２０とは連結ユニット２１を介して一体として移動可能に構成される。そして、下部ユニット１４と上部ユニット２０との間にベッドが配置される（組みつけられる）。

ベッド１２は、フレームと脚で構成されるテーブルと、テーブルの上部のフレームに支持されるアクリル板とで構成される。アクリル板はＸ線を透過する。被検体は、アクリル板の上に載置される。ここで、図１において示した方向は、ベッド１２の短手方向がＸ方向、長手方向がＹ方向、垂直方向（鉛直方向）がＺ方向である。

下部ユニット１４には内部にＸ線発生器１６が設けられ、上部ユニット２０にはＸ線検出器２２が設けられる。Ｘ線発生器１６とＸ線検出器２２は一体として、図示されていない移動機構により移動される。このため、Ｘ線ビームを出力した場合に仮定されるＸ線ビームの通過領域を、以下、仮定領域とすると、仮定領域は移動機構により移動される。そして、骨密度測定装置１０は、ＸＹ平面内で、被検体に対してＸ線ビームを走査可能に構成されている。

移動機構は、被検体のＸ線測定が必要な測定区間及び被検体のＸ線測定が不要な非測定区間を含む走査経路に沿って前記Ｘ線発生器及びＸ線検出器を移動させる。これにより、測定区間において、被検体に対するＸ線ビームの走査を可能にしている。骨密度測定装置がパラレルスキャンを用いる場合、走査経路としていわゆるパラレルスキャン走査経路を用いることができる。パラレルスキャン走査経路は、被検体の測定領域に重なった複数の測定区間を有している。複数の測定区間は、Ｘ方向に延在し、Ｙ方向に等間隔に並んでいる。パラレルスキャン走査経路の詳細は後述する。

図２は、骨密度測定装置１０を示す断面図であり、骨密度測定装置１０を用いて被検体２４にＸ線ビーム１８を走査している様子を示す図である。上記のように、上部ユニット２０にはＸ線検出器２２が設けられ、また、下部ユニット１４の内部には、Ｘ線発生器１６が設けられている。ベッド１２の上には被検体２４が載置されている。骨密度を測定するため、複数の腰椎２６に対し、Ｘ線ビーム１８がパラレルスキャンにより走査される。被検体２４を透過したＸ線ビームは、Ｘ線検出器２２により検出され、複数の腰椎についての撮像データが得られる。

Ｘ線発生器１６は、内部にＸ線管を搭載しＸ線ビーム１８を出力する装置である。Ｘ線発生器１６には必要に応じビームコリメータが設けられ、Ｘ線ビーム１８の指向性を設定できる。ここでは、Ｘ線発生器１６から上方に向けてＸ線ビーム１８が照射されている。Ｘ線ビーム１８としてはいわゆるファンビームを用いることができる。この実施形態に置いて、Ｘ線ビーム１８は、ＹＺ平面内で扇状に広がるファンビームを用いている。なお、Ｘ線ビーム１８の形状は、ペンシルビーム形状、その他の形状であってもよい。

なお、Ｘ線ビーム１８を整形するため、Ｘ線発生器１６は、図示しないＸ線ビーム整形部を備えている。このため、Ｘ線発生器１６は、Ｘ線管から放射されるＸ線をＸ線ビーム整形部で整形することにより、所定の形状のＸ線ビーム１８を出力することができる。

Ｘ線検出器２２は、アレイ状に並べられ、Ｘ線に感応する複数の検出素子を有している。Ｘ線検出器２２は、被検体２４を透過したＸ線ビームを検出する装置である。例えば、Ｘ線検出器２２は、Ｙ方向に一列に並べられた複数の検出素子を有している。パラレルスキャンを実行することでＸ線検出器２２から検出されたＸ線検出データは、複数の腰椎２６にわたる二次元撮像データにデータ処理される。また、骨密度測定装置１０は、図示しないデータ解析部を備えている。データ解析部は、二次元撮像データを基に、測定点ごとに骨密度に換算する演算を行い、全体を積算して被検体２４の骨密度を算出し、二次元の骨密度分布として出力する。

図３は、骨密度測定装置１０を用いたＸ線ビームの走査経路を示す図であり、被検体２４の骨塩量を測定している様子を示す図である。なお、図３は、ベッド１２を上方から見たＸＹ平面図である。ベッド１２には被検体２４が載置され、骨塩量測定の被測定対象としての複数の腰椎２６を含む領域が測定領域４０として設定されている。例えば、測定領域４０のＸ方向の長さは約１８０ｍｍ、Ｙ方向の長さは約１８０乃至２００ｍｍである。なお、図３においてはＸ方向とＹ方向の縮尺を異ならせている。

測定領域４０をカバーしてＸ線ビーム１８を照射するため、Ｘ線ビーム１８の走査経路にパラレルスキャン走査経路４２を用いている。パラレルスキャン走査経路４２は、測定領域４０において、等しいピッチＰでＹ方向に並べられ互いに平行となる複数の走査ラインに対応した複数の測定区間を有している。

ピッチＰは、腰椎２６の測定のために仮想される測定基準面において、隣合う走査ラインの境界でＸ線ビーム１８（Ｘ線通過領域）が重複しない値に選定されている。ピッチＰは、Ｘ線ビーム１８の広がり角度や、測定基準面とＸ線発生器１６との間の距離等から最適な値に選定することができ、例えばＰ＝２０ｍｍに選定することができる。

パラレルスキャン走査経路４２は、スタート部分６０と終了部分７２と、その間に配置される３個の走査ライン６２、６６、７０と、２個のピッチ送りライン６４、６８から構成されている。なお、Ｙ方向における仮定領域の中心がパラレルスキャン走査経路４２上を移動する。

スタート部分６０は、測定領域４０の外側に置かれている。スタート部分６０において、仮定領域は移動速度ゼロから移動を始め、低速である移動速度で第１のピッチ送り位置に移る。第１のピッチ送り位置において、仮定領域は、第１走査ライン６２に沿って移動する。第１走査ライン６２においては、まず測定領域４０の外側における加速区間６２ａにおいて低速から一定の測定速度まで仮定領域の移動の加速が行われる。加速区間６２ａの長さは、例えば約２乃至３ｍｍである。

仮定領域は、一定の測定速度に達したところで測定領域４０の内部に入り、定速区間６２ｂにおいて一定の測定速度、例えば３６ｍｍ／ｓｅｃの移動速度（走査速度）の下で、移動する。この例では、定速区間６２ｂが測定区間である。このため、定速区間６２ｂにおいて、腰椎２６を含む領域に対してＸ線ビーム１８が走査される。定速区間６２ｂが終わると、仮定領域は、再び測定領域４０の外側に出て、減速区間６２ｃでの移動が減速される。減速区間６２ｃの長さは、例えば約２乃至３ｍｍである。この加速区間６２ａ、定速区間６２ｂ、減速区間６２ｃの一組が第１走査ライン６２を構成する。

第１走査ライン６２の最後の位置で仮定領域の移動方向が９０度変更され、低速でピッチ送りライン６４に沿って第２のピッチ送り位置まで仮定領域の移動が行われる。このようにして、仮定領域が、第１走査ライン６２と、これに接続するピッチ送りライン６４とを移動することで、走査が１回行われる。あとは、測定領域４０のＹ方向の長さに応じ、上記走査を単位として繰り返せば、所定のパラレルスキャンを実行することができる。

例えば、第２走査ライン６６の走査は、第２ピッチ送り位置から開始される。第２走査ライン６６は、加速区間６６ａ、定速区間６６ｂ及び減速区間６６ｃの一組で構成される。

第２走査ライン６６の走査は、測定領域４０の外の加速区間６６ａにおける仮定領域の加速移動と、測定領域４０内の定速区間６６ｂにおける仮定領域の定速移動と、測定領域４０の外の減速区間６６ｃにおける仮定領域の減速移動と、第２走査ライン６６の最後の位置から移動方向を９０度変更して第３のピッチ送り位置までのピッチ送りライン６８に沿った仮定領域の低速移動とで行われる。この例では、定速区間６６ｂが測定区間である。このため、定速区間６６ｂにおいて、腰椎２６を含む領域に対してＸ線ビーム１８が走査される。

同様に、第３走査ライン７０の走査は、第３ピッチ送り位置から開始される。第３走査ライン７０は、加速区間７０ａ、定速区間７０ｂ及び減速区間７０ｃの一組で構成される。

第３走査ライン７０の走査は、測定領域４０の外の加速区間７０ａにおける仮定領域の加速移動と、測定領域４０内の定速区間７０ｂにおける仮定領域の定速移動と、測定領域４０の外の減速区間７０ｃにおける仮定領域の減速移動と、第３走査ライン７０の最後の位置から移動方向を９０度変更して終了部分７２における仮定領域の移動とで行われる。終了部分７２において、仮定領域の移動速度はゼロに落とされる。

このように、パラレルスキャン走査経路４２においては、測定領域４０内の定速区間６２ｂ、６６ｂ、７０ｂにおいて一定の速度で、仮定領域の移動、すなわち電子ビームの走査が行われる。スタート部分６０、加速区間６２ａ、６６ａ、７０ａ、減速区間６２ｃ、６６ｃ、７０ｃ、ピッチ送りライン６４、６８及び終了部分７２の仮定領域の移動は、測定領域４０の外で行われる。

図４は、Ｘ線発生器１６を示す概略図である。図４に示すように、Ｘ線発生器１６は、Ｘ線管１０１と、Ｘ線管１０１を駆動する駆動電源９１と、容器１００と、冷却液としての絶縁油９０と、を備えている。容器１００は、Ｘ線管１０１及び駆動電源９１を収納している。絶縁油９０は、Ｘ線管１０１と、駆動電源９１と、容器１００との間の空間に充填されている。
駆動電源９１は、Ｘ線管１０１に電力を供給する。駆動電源９１は、高圧電源１１０、フィラメント加熱電源１１１及び収束電極（収束カップ）電源１１２を有している。

Ｘ線管１０１は、陰極、ターゲットとしての陽極ターゲット１０４、並びに陰極及び陽極ターゲット１０４を収容した真空外囲器１０５を備えている。陰極は、電子を放出する電子放出源としてのフィラメント１０３と、収束電極（収束カップ）１０２とを有している。収束電極１０２は、環状に形成され、フィラメント１０３から陽極ターゲット１０４に向かう電子の軌道を囲んでいる。収束電極１０２は、電子のビームを収束する。陽極ターゲット１０４は、電子が入射されＸ線を放射する。

Ｘ線管１０１において、高圧電源１１０から陽極ターゲット１０４に供給された電圧によって電界が形成されると、フィラメント１０３から放出された電子９９は陽極ターゲット１０４に向かって加速される。この際、電子９９の分布形状は収束電極１０２により整形される。陽極ターゲット１０４には、収束された電子９９が入射される。これにより、陰極及び陽極ターゲット１０４間に管電流が流れる。そして、陽極ターゲット１０４は、Ｘ線を放射する。なお、上記Ｘ線ビーム整形部は、例えば容器１００に形成されている。

Ｘ線管１０１は、陽極ターゲット１０４への電子９９の入射を規制する規制電極をさらに備えている。規制電極は、電子９９の軌道から外れてフィラメント１０３と陽極ターゲット１０４との間に位置している。規制電極は、陽極ターゲット１０４への電子の入射を許可する第１電位又は陽極ターゲット１０４への電子の入射を禁止する第２電位に切替えられている。

この実施形態において、規制電極は、収束電極１０２である。収束電極１０２が第１電位に切替えられると、収束電極１０２は、陽極ターゲット１０４に向かう電子のビームを収束する。

また、収束電極１０２に負の電圧が与えられ、与えた電圧の値がある一定の値よりも負の値の場合、収束電極１０２は第２電位に切替えられる。すると、陽極ターゲット１０４から電子９９に働く引力より、収束電極１０２が電子９９に働く斥力が勝るため、フィラメント１０３から陽極ターゲット１０４に電子が入射されない。この実施形態において、第２電位は、フィラメント１０３の電位より低い。収束電極１０２の電位を第２電位に切替える際、収束電極１０２に−３０００乃至−５００Ｖの負の電圧が与えられる。

さらに、Ｘ線発生器１６は、制御部１２０をさらに備えている。制御部１２０は、陽極ターゲット１０４への電子９９の入射を許可する許可期間に収束電極１０２の電位を第１電位に切替え、陽極ターゲット１０４への電子９９の入射を禁止する禁止期間に収束電極１０２の電位を第２電位に切替える。制御部１２０は、収束電極１０２の電位を第１電位又は第２電位に間欠的に交互に切替え、Ｘ線（Ｘ線ビーム１８）を間欠的に放射（出力）させる。

図５は、Ｘ線発生器１６を示す回路図である。図５では、Ｘ線管１０１とＸ線管１０１を駆動するための電源が中心に記載され、詳細な記載は省略されている。図５では接地を省略して記してある。図５には説明上、測定器を記してあるが、測定器は無くてもよい。

図５に示すように、Ｘ線管１０１には、高圧電源１１０から管電圧ＴＶ（ｋＶ）が供給され、フィラメント１０３からの熱電子放出により管電流ＴＣ（ｍＡ）が流れる。フィラメント加熱電源１１１からフィラメント１０３にフィラメント電圧ＦＶが供給される。収束電極電源１１２からフィラメント１０３と収束電極１０２の間に収束電極（収束カップ）電圧ＣＶ（Ｖ）が供給される。

収束電極１０２の電位が第１電位に切替えた場合であり、この実施形態では収束電極１０２に電圧を与えない（収束電極１０２とフィラメント１０３とが同電位である）場合、フィラメント１０３から放出された電子が陽極ターゲット１０４に入射され、管電流ＴＣが流れ、Ｘ線（Ｘ線ビーム１８）が放射（出力）される。

収束電極１０２の電位が第２電位に切替えた場合であり、この実施形態では収束電極１０２に負の電圧を与えた場合、収束電極電圧ＣＶによって形成された電位により、フィラメント１０３から陽極ターゲット１０４に電子が放出されない。管電流ＴＣは遮断され、Ｘ線（Ｘ線ビーム１８）は放射（出力）されない。

図６は、骨密度測定装置１０の動作を説明するタイミングチャートである。図６では、パラレルスキャンに連動して行われるＸ線発生器１６及びＸ線管１０１の動作の様子を示している。図６において、横軸は時間ｔを表している。

（ａ）は仮定領域の移動速度Ｖ（ｍ／ｓ）を示し、一部、Ｘ線ビーム１８の走査速度を示している。（ａ）の縦軸が移動速度を表している。（ａ）には図３で用いた符号を付しており、図３のパラレルスキャン走査経路４２の各区間に対する仮定領域の移動速度の変化が示されている。

（ｂ）はＸ線管１０１に印可される管電圧ＴＶ（ｋＶ）の値を示し、ｔ＝ｔ１においてＸ線管１０１に管電圧ＴＶが印加され、ｔ＝ｔ２において、管電圧ＴＶが測定用として十分に安定した状態になったことを示し、ｔ＝ｔ９においてＸ線管への管電圧ＴＶの印加が除かれたことを示すものである。

また、（ｃ）は収束電極１０２に印加する収束電極電圧ＣＶ（Ｖ）の値を示し、（ｄ）はＸ線管１０１の管電流ＴＣ（ｍＡ）の値を示し、（ｅ）はＸ線発生器１６からのＸ線ビーム１８の出力（Ｗ）を示している。

図６に示すように、ｔ＝ｔ０で収束電極１０２の電位が第２電位に切替えられる。ｔ＝ｔ１でＸ線管１０１に管電圧ＴＶが印加され、ｔ＝ｔ２で管電圧ＴＶが十分に安定した状態になる。なお、ｔ２−ｔ１は、上述のように３乃至５秒要する。ｔ＝ｔ２の以降、Ｘ線測定のためのＸ線ビーム１８の走査が開始する。（ｂ）において、スタート部分６０から加速区間６２ａが終わるまでは、収束電極１０２の電位は第２電位のままである。

次に、ｔ＝ｔ３は、走査速度が一定の測定速度となり、走査が測定領域４０内において第１走査ラインの定速区間６２ｂ、すなわち測定区間８０に入ったときである。ここで、収束電極１０２の電位が第１電位（０Ｖ）に切替えられ、管電流ＴＣが流れ、Ｘ線ビーム１８が出力される。そして、測定区間８０ではＸ線ビーム１８は出力されたままで、測定領域４０のうちで第１ピッチ送り位置における部分のＸ線測定が行われる。上記の例では、定速区間６２ｂの長さは約１８０ｍｍ、測定速度は３６ｍｍ／ｓｅｃであるので、定速区間すなわち測定区間８０を通過する時間（ｔ４−ｔ３）は、およそ５秒である。

ｔ＝ｔ４は、第１走査ラインの定速区間６２ｂが終わり、再び測定領域４０の外の減速区間６２ｃに移ったときである。このとき収束電極１０２の電位が第２電位に切替えられ、管電流ＴＣが遮断され、Ｘ線ビーム１８の出力が止まる。そして、減速区間６２ｃの移動、ピッチ送りライン６４の移動、第２走査ラインの加速区間６６ａの移動が終わるｔ＝ｔ５までは、測定領域４０の外、すなわち非測定区間８２における移動であって、Ｘ線ビーム１８の出力は止まった状態を保持する。この非測定区間８２を通過する時間（ｔ５−ｔ４）は、加減速の設定によるが、およそ１秒前後とすることができる。

ｔ＝ｔ５は、第２走査ラインの加速区間６６ａが終わり、仮定領域の移動速度が一定の測定速度となり、仮定領域が測定領域４０内において第２走査ラインの定速区間６６ｂ、すなわち測定区間８０に入ったときである。ここで収束電極１０２の電位が第１電位に切替えられ、管電流ＴＣが流れ、Ｘ線ビーム１８が出力される。そして、測定区間８０の間Ｘ線ビーム１８は出力されたままで、測定領域４０のうちで第２ピッチ送り位置における部分のＸ線測定が行われる。

続いてｔ＝ｔ６において、第２走査ラインの定速区間６６ｂが終わり、仮定領域は再び測定領域４０の外の減速区間６６ｃに移る。また、このとき収束電極１０２の電位が第２電位に切替えられ、管電流ＴＣが遮断され、Ｘ線ビーム１８の出力が止まる。減速区間６６ｃ、ピッチ送りライン６８、第３走査ラインの加速区間７０ａの移動が終わるｔ＝ｔ７まで、非測定区間８２の移動が行われ、Ｘ線ビーム１８の出力は止まった状態を保持する。

ｔ＝ｔ７において、第３走査ラインの加速区間７０ａが終わって移動速度が一定の測定速度となり、仮定領域が測定領域４０内において第３走査ラインの定速区間７０ｂ、すなわち測定区間８０に入り、ここで収束電極の電位が第１電位に切替えられ、管電流ＴＣが流れ、Ｘ線ビーム１８が出力される。そして、測定区間８０ではＸ線ビーム１８は出力されたままで、測定領域４０のうちで第３ピッチ送り位置における部分のＸ線測定が行われる。

その後、ｔ＝ｔ８において第３走査ラインの定速区間７０ｂが終わると、収束電極１０２の電位が第２電位に切替えられ、管電流ＴＣが遮断され、Ｘ線ビーム１８の出力が止まる。そして、減速区間７０ｃ、終了部分７２を経て、移動速度はゼロに戻り、所望のＸ線測定が終了し、Ｘ線管１０１への管電圧ＴＶの印加を止める（ｔ＝ｔ９）。

このように、Ｘ線ビーム１８の走査において、収束電極１０２の電位を変化させ、管電流ＴＣを制御することにより、パラレルスキャン走査経路４２が測定領域４０の外側部分にあるときにＸ線ビーム１８の遮断動作を行う。すなわち、走査ライン６２、６６、７０のうち測定領域４０の外側部分６２ａ、６２ｃ、６６ａ、６６ｃ、７０ａ、７０ｃ及びピッチ送りライン６４、６８においてＸ線ビーム１８の遮断動作を行い、被検体２４に対するＸ線ビーム１８の照射を禁止する。

すなわち、パラレルスキャン走査経路４２に沿って、収束電極１０２の電位を変化させ、管電流ＴＣを制御することによりＸ線ビーム１８を制御し、腰椎２６の測定に必要な測定区間８０において、腰椎２６に対しＸ線ビーム１８を照射し、非測定区間８２においてはＸ線ビーム１８の出射を禁止して、被検体２４に対するＸ線ビーム１８の照射を防ぐことができる。

次に、骨密度測定装置１０が二重Ｘ線吸収法を用いる場合について説明する。この場合、制御部１２０は、フィラメント１０３（陰極）と陽極ターゲット１０４との間に印加される管電圧ＴＶを、第１高電圧又は第２高電圧に交互に切替える。第１高電圧は、高エネルギＸ線を放射させる電圧である。第２高電圧は、第１高電圧より電圧レベルが低く、低エネルギＸ線を放射させる電圧である。

制御部１２０は、管電圧ＴＶが第１高電圧又は第２高電圧である許可期間に、収束電極１０２の電位を第１電位に切替える。制御部１２０は、管電圧ＴＶが第１高電圧から第２高電圧に又は第２高電圧から第１高電圧に遷移する禁止期間に、収束電極１０２の電位を第２電位に切替える。

図７は、骨密度測定装置１０の動作を説明する他のタイミングチャートである。図７では、二重Ｘ線吸収法を用いた骨密度測定装置１０のＸ線発生器１６及びＸ線管１０１の動作の様子を示している。図７において、横軸は時間ｔを表している。

（Ａ）には管電圧ＴＶの波形が示されている。ここで、ＬＯは第２高電圧を示し、ＨＩは第１高電圧を示している。期間Ｐ１、Ｐ３において、管電圧ＴＶは、遷移し、不安定である。期間Ｐ１では第２高電圧から第１高電圧に遷移している。期間Ｐ３では第１高電圧から第２高電圧に遷移している。

また、（Ｂ）は収束電極１０２に印加する収束電極電圧ＣＶ（Ｖ）の値を示し、（Ｃ）はＸ線管１０１の管電流ＴＣ（ｍＡ）の値を示し、（Ｄ）はＸ線発生器１６からのＸ線ビーム１８の出力（Ｗ）を示している。

ここで、期間Ｐ２は高エネルギＸ線を放射する許可期間（測定期間）であり、期間Ｐ４は低エネルギＸ線を放射する許可期間（測定期間）である。このため、期間Ｐ１、Ｐ３は、期間Ｐ２、Ｐ４の間に間欠的に存在する非測定期間であると言うことができる。例えば、期間Ｐ２、Ｐ４は３．３ｍｓであり、期間Ｐ１、Ｐ３は１．７ｍｓである。

上記の例において、本発明において期間Ｐ２、Ｐ４では、収束電極１０２の電位が第１電位に切替えられ、管電流ＴＣが流れ、Ｘ線ビーム１８が出力される。期間Ｐ１、Ｐ３では、収束電極１０２の電位が第２電位に切替えられ、管電流ＴＣが遮断され、Ｘ線ビーム１８の出力が止まる。

すなわち、Ｘ線管１０１の管電圧ＴＶの遷移期間にあわせて、収束電極１０２の電位を変化させ、管電流ＴＣを制御することによりＸ線ビーム１８を制御し、非測定期間においてはＸ線ビーム１８の出力を禁止させて、被検体２４に対するＸ線照射を防ぐことができる。

上述したことから、簡便な手法にて独自にＸ線の放射を規制しつつ、安定してＸ線を放射することができるＸ線発生器１６及びＸ線発生器を備えた骨密度測定装置１０を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

規制電極は、収束電極１０２に限定されるものではなく、他の部材で代用することも可能である。例えば、図８に示すように、Ｘ線管１０１は、収束電極１０２とは別に規制電極１０７を備えていてもよい。規制電極１０７は、絶縁部材１０６を介して収束電極１０２に取付けられている。

１０…骨密度測定装置、１６…Ｘ線発生器、１８…Ｘ線ビーム、２２…Ｘ線検出器、２４…被検体、４０…測定領域、１０１…Ｘ線管、１０２…収束電極、１０３…フィラメント、１０４…陽極ターゲット、１０５…真空外囲器、１０６…絶縁部材、１０７…規制電極、１２０…制御部、ＴＶ…管電圧、ＴＣ…管電流、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４…期間。

Claims (8)

1. 電子を放出する電子放出源と、電子が入射されＸ線を放射するターゲットと、前記電子放出源及びターゲットを収容した真空外囲器と、前記電子放出源とターゲットとの間に位置し前記ターゲットへの前記電子の入射を規制する規制電極と、を有したＸ線管と、
   前記ターゲットへの前記電子の入射を許可する許可期間に前記規制電極の電位を第１電位に切替え、前記ターゲットへの前記電子の入射を禁止する禁止期間に前記規制電極の電位を第２電位に切替える制御部と、を備えることを特徴とするＸ線発生器。
2. 前記第２電位は、前記電子放出源の電位より低いことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生器。
3. 前記規制電極は、環状に形成され、前記電子の軌道を囲んでいることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生器。
4. 前記規制電極は、収束電極であり、前記第１電位に切替えられた状態で前記電子のビームを収束することを特徴とする請求項３に記載のＸ線発生器。
5. 前記制御部は、前記規制電極の電位を前記第１電位又は第２電位に間欠的に交互に切替え、前記Ｘ線を間欠的に放射させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生器。
6. 前記制御部は、
   前記電子放出源と前記ターゲットとの間に印加される管電圧を、高エネルギＸ線を放射させる第１高電圧又は前記第１高電圧より電圧レベルが低く低エネルギＸ線を放射させる第２高電圧に交互に切替え、
   前記管電圧が前記第１高電圧又は第２高電圧である前記許可期間に、前記規制電極の電位を前記第１電位に切替え、
   前記管電圧が前記第１高電圧から前記第２高電圧に又は前記第２高電圧から前記第１高電圧に遷移する前記禁止期間に、前記規制電極の電位を前記第２電位に切替えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生器。
7. Ｘ線ビームを出力するＸ線発生器と、
   前記Ｘ線発生器に間隔を置いて配置され、被検体を透過したＸ線ビームを検出するＸ線検出器と、を備え、
   前記Ｘ線発生器は、
   電子を放出する電子放出源と、電子が入射されＸ線を放射するターゲットと、前記電子放出源及びターゲットを収容した真空外囲器と、前記電子放出源とターゲットとの間に位置し前記ターゲットへの前記電子の入射を規制する規制電極と、を有したＸ線管と、
   前記ターゲットへの前記電子の入射を許可する許可期間に前記規制電極の電位を第１電位に切替え、前記ターゲットへの前記電子の入射を禁止する禁止期間に前記規制電極の電位を第２電位に切替える制御部と、を備えることを特徴とするＸ線測定装置。
8. 前記被検体のＸ線測定が必要な測定区間及び前記被検体のＸ線測定が不要な非測定区間を含む走査経路に沿って前記Ｘ線発生器及びＸ線検出器を移動させる移動機構をさらに備え、
   前記制御部は、前記測定区間に前記規制電極の電位を前記第１電位に切替え、前記非測定期間に前記規制電極の電位を前記第２電位に切替えることを特徴とする請求項７に記載のＸ線測定装置。

Images