JP2018037144A - Ｘ線管装置、及びｘ線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線管装置において、Ｘ線管の封じ切り後に焦点寸法を微調整することを可能とする。【解決手段】Ｘ線管2とハウベケースである筐体1の間に、アース電位の電極板11を設置し、集束電極のある陰極5と陽極6の間の電界分布の疎や密に変えることにより焦点の形状をほぼ変えることなく、焦点寸法を微調整させる。また、電極板11を鉛にすることで散乱するＸ線を遮蔽する。これにより、筐体1に鉛を張りＸ線を遮蔽していた構成と比較し、筐体1より小さい径でＸ線を遮蔽することで遮蔽用の鉛の量を減らすことができる。更に、電極板11はバイメタルなどを用い、アースまでの距離を変化させ電界を修正し、焦点寸法を調整することもできる。【選択図】図１

Description

Ｘ線管装置、及びＸ線撮像システムに係り、特にＸ線管の焦点調整技術に関する。

Ｘ線管装置のＸ線を用いた画像診断装置においてＸ線管装置の焦点寸法は画質に影響を与える。焦点寸法が大きいと高画質の画像を得にくい。したがって、焦点寸法はＸ線管装置にとって重要な要素である。焦点寸法はフィラメント及び集束体と呼ばれる集束電極の形状、さらにそれにどのように取り付けるかによって決まる。しかし、これらは一度封じ切ってしまうと、修正ができない。所望の焦点でない場合はＸ線管を破棄するしかない。

そこでＸ線管を封じ切った後でも任意の焦点に変更できるよう、例えば特許文献１に開示されているように、電子偏向コイルを陰極周辺に配置しフィラメントから出た熱電子を曲げ、焦点寸法を変更する方法がある。

特開2008-071549号公報

しかしながら、電子偏向コイルを陰極周辺に配置する場合、高電圧近傍に焦点寸法変更のための偏向コイルを配置するため、高電圧への対応や偏向コイルに電源の供給が必要となり、結果的にＸ線管装置が大きな構造体となり、またコストにも影響する。

本発明の目的は、Ｘ線管を封じ切った後でも簡易的な方法で所望の焦点に変更できることが可能なＸ線管装置、及びそれを用いたＸ線撮像システムを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明においては、Ｘ線管装置であって、陽極と対向する陰極と、陽極と陰極を支持し、真空に保つための外囲器とから構成されたＸ線管と、陽極と陰極に高電圧を印加するための高電圧接続部と、Ｘ線管と高電圧接続部の絶縁するための液体を抱合する筐体と、Ｘ線管と筐体の間に設置され、所定電位が印加される電極板とを備え、電極板の位置を調整して、Ｘ線管の焦点寸法を調整する構成のＸ線管装置を提供する。

また、上記の目的を達成するため、本発明においては、Ｘ線撮像システムであって、陽極と対向する陰極と、陽極と陰極を支持し、真空に保つための外囲器とから構成されたＸ線管と、陽極と陰極に高電圧を印加するための高電圧接続部と、Ｘ線管と高電圧接続部を絶縁するための液体を抱合する筐体と、Ｘ線管と筐体の間に設置され、所定電位が印加される電極板とを備え、電極板の位置を調整してＸ線管の焦点寸法を調整可能なＸ線管装置と、Ｘ線管装置に対向配置され、被検体を透過する透過Ｘ線量を検出するＸ線検出器と、Ｘ線管装置とＸ線検出器を制御する制御装置とを有するＸ線撮像システムを提供する。

本発明により、Ｘ線管の封じ切り後に簡単な構成で、Ｘ線管装置の焦点寸法を微調整することが可能となる。

実施例１に係るＸ線管装置の一構成を示す断面図である。 実施例２に係るＸ線管装置の一構成を示す断面図である。 実施例２に係るＸ線管装置の効果を説明するための模式図である。 実施例３に係るＸ線撮像システムの一構成を示すブロック図である。

本発明の実施形態について図面に従い順次説明する。各図において、同一の構成要素に対しては、同一の数番を付す。

まず、実施例１として、Ｘ線管と筐体の間に所定電位の電極板を備えるＸ線管装置の実施例について説明する。すなわち、Ｘ線管装置であって、陽極と対向する陰極と、陽極と陰極を支持し、真空に保つための外囲器で構成されたＸ線管と、陽極と陰極に高電圧を印加するための高電圧接続部と、Ｘ線管と高電圧接続部を絶縁するための液体を抱合する筐体と、Ｘ線管と筐体の間に設置され、所定電位が印加される電極板とを備え、電極板の位置を調整して、Ｘ線管の焦点寸法を調整するＸ線管装置の実施例である。

図１に本実施例のＸ線管装置の一構成の断面図を示す。同図に示すように、Ｘ線管装置を構成するハウベケースである筐体1があり、筐体1内にＸ線管2が配置され、その他は絶縁性を保つ為の液体3が満たされている。真空外囲器であるＸ線管2は陰極5と陽極6を有し、また陰極5と陽極6を真空気密に内包している。陽極6は回転陽極または固定陽極とする。陽極6はターゲット7を有し、回転陽極の場合には軸4で回転するための回転体支持構造8が設けられ、軸受やロータ、固定部が取り付けられている。軸受は玉軸受、すべり軸受、流体軸受がある。ステータコイル9によってロータが軸4で回転する。陰極5は電子を集束させるための集束電極である集束体10や熱電子を放出するフィラメントなどから構成されている。Ｘ線を発生させるために陰極5から放出された電子はターゲット7の焦点面に衝突し、Ｘ線に変換される。Ｘ線を発生させるためにＸ線管内は高い電圧をかける必要があり、そのため、Ｘ線管内部は真空気密になっている。なお、同図のＸ線管2の下部に示した円形は、陰極5、陽極6をそれぞれ外部に接続して高電圧を印加するための高電圧接続部を模式的に示したものである。

陰極5のフィラメントから放出された電子がターゲット7に当たる焦点の寸法は集束体１０と呼ばれる電界レンズにより形成される電界分布で決まる。電界分布により電子の集束が変わり焦点寸法が変わる。電界分布は主にＸ線管内の集束体10及びフィラメントによって形成される。これらは、図１に示す通り、Ｘ線管内部にあり一度封じ切られると変更することはできない。焦点の基本的な形状は集束電極である集束体10とフィラメントの形状取り付け方より決まる。しかし微小な焦点寸法の変更であれば、Ｘ線管外の部品の位置により電界分布を変えることで焦点を大きくしたり小さくしたりすることが可能となる。

そこで、本実施例のＸ線管装置おいては、Ｘ線管外において電界分布を変え、焦点を所望の寸法にする。Ｘ線管装置内には大きく分けて陰極5のマイナス電位、陽極６のプラス電位、筐体1のアース電位の３つの電位がある。陰極5、陽極6の近傍の電界を大きく変えることは封じ切られた後は困難であるので、本実施例においては、アース電位の配置を変更することにより電界分布を密や疎にし、焦点寸法を所望の大きさにする。そのため、Ｘ線管2と筐体１の間に円筒状のアース電位などの所定の電位の電極板11を置き、この電極板11を、筐体１の上部及び下部に取付けた電極板位置調整板12を使って、Ｘ線管2に近づけたり遠ざけたりして電界分布を変える。すなわち、アース電位などの所定の電位の電極板11を設置し、集束体のある陰極と陽極の間の電界分布の疎や密に変えることにより焦点の形状をほぼ変えることなく、焦点寸法を微調整させる。

また、この焦点寸法調整用の円筒状のアース電位の電極板11、更には電極板位置調整板12を鉛にすることで散乱するＸ線を遮蔽することができる。これにより、画像形成に必要ないＸ線を、発生源である焦点近傍で遮蔽することにより抑えることができ、筐体1の外周に鉛を張りＸ線を遮蔽していた構成と比較し、筐体1より小さい径でＸ線を遮蔽することで遮蔽用の鉛の量を減らすことができる。

また、Ｘ線管装置では、温度によりガラスや油など誘電率が変化するので、Ｘ線管2に入り込む電界が変わる。その結果、陰極５付近の電界が変わることで焦点寸法が影響を受ける。そこで、より好適には電極板位置調整板12を、バイメタルなどの温度依存性のある材料で構成してＸ線管との距離を調整し、温度変化による電界を修正して焦点寸法を所望の値にする。バイメタルなどの調整板を、アース電位の電極板11の一部の稼働部分に用いて、Ｘ線管2と電極板11の距離を調整することも可能である。

更に、焦点寸法はＸ線管の管電流や管電圧によっても変化する。これら管電流や管電圧の変化に対しては、例えばアクチュエーターなどの受動部品を用いて焦点寸法を調整する。すなわち、入力される管電圧や管電流に合わせて受動部品であるアクチュエーターで電極板位置調整板12を構成し、これにより電極板11をＸ線管2の半径方向に移動させＸ線管2と電極板11の距離を調整して、焦点寸法が変わらないようにすることも可能である。

これらのアース電位の電極板11は液体3である絶縁油を積極的に対流させない場合は、メッシュ状にし、絶縁油の温度が局所的に上がらないようにする。液体3の絶縁油を積極的に対流させる場合は、メッシュ状にせずにＸ線管2とハウベケースである筐体1の間に積極的に液体3である絶縁油を流すことによりＸ線管の冷却効率を上げることができる。

本実施例のＸ線管装置によれば、Ｘ線管の封じ切り後にアース電位の電極板を付加するという簡単な構成で、Ｘ線管装置の焦点寸法を微調整することが可能となる。

図３は本実施例のＸ線管装置の効果を説明するための等電位線の変化を示す、図１のＡ方向からみた集束体10の位置における側面図である。図示の都合上、陽極等は場外してあり、等電位線14、15は集束体10の近辺のみを図示してある。同図の(a)は、アース電位の電極板を用いない場合の等電位線14を、同図の(b)は、本実施例のアース電位の電極板11を用いた場合の等電位線15を示す。同図に明らかなように、本実施例のアース電位の電極板11を用いた構成の場合、等電位線15はアース電位の電極板11の内部で密になり陰極5から出た熱電子をより集束することができる。その結果焦点寸法を小さくすることができ、更に、電極板位置調整板12によりアース電位の電極板11の位置を調整することにより、焦点寸法を微調整することができる。

実施例２は、Ｘ線管と筐体の間に半円筒の所定電位の電極板を備えるＸ線管装置の実施例について説明する。図２に実施例２のＸ線管装置の実施例の一構成を示す。図２の(a)は、実施例２のＸ線管装置の一構成の断面図を、同図(b)はそのＡ方向からみた集束体10の位置における側面図である。図１の構成と同一数番は同一物を示している。本実施例の構成においては、Ｘ線管2と筐体1の間に、集束体10側のみ半割れした、半円筒状のアース電位の電極板11を置き、この半円筒状のアース電位の電極板11を、筐体1の上部に取付けた電極板位置調整板12を使って、Ｘ線管に近づけたり遠ざけたりして電界分布を変える。アース電位の電極板11は、円筒状でなく半円筒状をしており、筐体1の上部においてのみＸ線管2に取付けられている。

実施例１と同様、電極板位置調整板12を、バイメタルなどの温度依存性のある材料で構成してＸ線管との距離を調整し、温度変化による電界を修正して焦点寸法を所望の値にすることもでき、また、バイメタルなどの調整板を、アース電位の電極板11の稼働部分に用いて、Ｘ線管2と電極板11の距離を調整することも可能であり、更に、管電流や管電圧による焦点寸法の変化に対しては、アクチュエーターなどの受動部品を用いて焦点寸法を調整することもできる。

本実施例の構成によれば、半円筒状のアース電位の電極板11により、Ｘ線管の封じ切り後にアース電位の電極板を付加するという簡単でより安価な構成で、Ｘ線管装置の焦点寸法を微調整することが可能となる。

次に、実施例３として上述した実施例１、実施例２のＸ線管装置を利用したＸ線撮像システムの実施例を説明する。すなわち、本実施例は、Ｘ線撮像システムであって、陽極と対向する陰極と、陽極と陰極を支持し、真空に保つための外囲器とから構成されたＸ線管と、陽極と陰極に高電圧を印加するための高電圧接続部と、Ｘ線管と高電圧接続部を絶縁するための液体を抱合する筐体と、Ｘ線管と筐体の間に設置され、所定電位が印加される電極板とを備え、電極板の位置を調整してＸ線管の焦点寸法を調整可能なＸ線管装置と、Ｘ線管装置に対向配置され、被検体を透過する透過Ｘ線量を検出するＸ線検出器と、Ｘ線管装置とＸ線検出器を制御する制御装置とを有するＸ線撮像システムの実施例である。

図４は実施例３に係るＸ線撮像システムの一構成例としてのＸ線CT(Computed Tomography)装置を示すが、これに限定するものではなく、他のＸ線撮像システムにも適用できる。同図において、Ｘ線CT装置はスキャンガントリ部100と操作卓120とを備える。

スキャンガントリ部100は、上述した実施例１、２のＸ線管装置101と、回転円盤102と、コリメータ103と、Ｘ線検出器106と、データ収集装置107と、寝台105と、ガントリ制御装置108と、寝台制御装置109と、Ｘ線制御装置110とを備えている。Ｘ線管装置101は寝台105上に載置された被検体にＸ線を照射する装置である。コリメータ103はＸ線管装置101から照射されるＸ線の放射範囲を制限する装置である。回転円盤102は、寝台105上に載置された被検体が入る開口部104を備えるとともに、Ｘ線管装置101とＸ線検出器106を搭載し、被検体の周囲を回転するものである。Ｘ線検出器106は、Ｘ線管装置101と対向配置され被検体を透過したＸ線を検出することにより透過Ｘ線の空間的な分布を計測する装置であり、多数のＸ線検出素子を回転円盤102の回転方向に配列したもの、若しくは回転円盤102の回転方向と回転軸方向との2次元に配列したものである。データ収集装置107は、Ｘ線検出器106で検出されたＸ線量をデジタルデータとして収集する装置である。ガントリ制御装置108は回転円盤102の回転を制御する装置である。寝台制御装置109は、寝台105の上下前後動を制御する装置である。Ｘ線制御装置110はＸ線管装置101に入力される電力を制御する装置である。

操作卓120は、入力装置121と、画像演算装置122と、表示装置125と、記憶装置123と、システム制御装置124とを備えている。入力装置121は、被検体氏名、検査日時、撮影条件などを入力するための装置であり、具体的にはキーボードやポインティングデバイスである。画像演算装置122は、データ収集装置107から送出される計測データを演算処理してCT画像再構成を行う装置である。

表示装置125は、画像演算装置122で作成されたCT画像を表示する装置であり、具体的にはCRT(Cathode-Ray Tube)やLCD（Liquid Crystal Display）等である。記憶装置123は、データ収集装置107で収集したデータ及び画像演算装置122で作成されたCT画像の画像データを記憶する装置であり、具体的にはHDD(Hard Disk Drive)等である。システム制御装置124は、これらの装置及びガントリ制御装置108と寝台制御装置109とＸ線制御装置110を制御する。

本構成に置いて入力装置121から入力された撮影条件、特にＸ線管電圧やＸ線管電流などに基づきＸ線制御装置110がＸ線管装置101に入力される電力を制御することにより、Ｘ線管装置101は撮影条件に応じたＸ線を被検体に照射する。Ｘ線検出器106は、Ｘ線管装置101から照射され被検体を透過したＸ線を多数のＸ線検出素子で検出し、透過Ｘ線の分布を計測する。回転円盤102はガントリ制御装置108により制御され、入力装置121から入力された撮影条件、特に回転速度などに基づいて回転する。寝台105は寝台制御装置109によって制御され、入力装置121から入力された撮影条件、特にらせんピッチなどに基づいて動作する。

Ｘ線管装置101からのＸ線照射とＸ線検出器106による透過Ｘ線分布の計測が回転円盤102の回転とともに繰り返されることにより、様々な角度からの投影データが取得される。取得された様々な角度からの投影データは画像演算装置122に送信される。画像演算装置122は送信された様々な角度からの投影データを逆投影処理することによりＣＴ画像を再構成する。再構成して得られたＣＴ画像は表示装置125に表示される。

本実施例のＸ線撮像システムにおいてＸ線管装置の焦点寸法を所望の値に微調整することが可能であるため、Ｘ線検出器で得られる投影データを使って、高画質のCT画像を演算取得することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、例えば、Ｘ線管装置を適用するＸ線撮像システムとして、Ｘ線CT装置の代わりにＸ線透視撮影装置を用いても良い。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

更に、上述した各構成、機能、制御装置等は、それらの一部又は全部を実現するプログラムを作成する例を説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。すなわち、画像演算装置の全部または一部の機能は、プログラムに代え、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの集積回路などにより実現してもよい。

1 筐体
2 Ｘ線管
3 液体
4 軸
5 陰極
6 陽極
7 ターゲット
8 回転体支持構造
9 ステータコイル
10 集束体
11 電極板
12 電極板位置調整板
13 放射窓
14、15 等電位線
100 スキャンガントリ部
101 Ｘ線管装置
102 回転円盤
103 コリメータ
104 開口部
105 寝台
106 Ｘ線検出器
107 データ収集装置
108 ガントリ制御装置、
109 寝台制御装置
110 Ｘ線制御装置
120 操作卓
121 入力装置
122 画像演算装置
123 記憶装置
124 システム制御装置
125 表示装置

Claims (10)

1. Ｘ線管装置であって、
   陽極と対向する陰極と、前記陽極と前記陰極を支持し、真空に保つための外囲器とから構成されたＸ線管と、
   前記陽極と前記陰極に高電圧を印加するための高電圧接続部と、
   前記Ｘ線管と前記高電圧接続部を絶縁するための液体を抱合する筐体と、
   前記Ｘ線管と前記筐体の間に設置され、所定電位が印加される電極板と、を備え、
   前記電極板の位置を調整して、前記Ｘ線管の焦点寸法を調整する、
   ことを特徴とするＸ線管装置。
2. 請求項１記載のＸ線管装置であって、
   前記電極板を用いて散乱するＸ線を遮蔽する、
   ことを特徴とするＸ線管装置。
3. 請求項１記載のＸ線管装置であって、
   前記電極板の位置を調整する電極板位置調整板を備え、
   前記電極板の一部、或いは前記電極板位置調整板にバイメタルを用いる、
   ことを特徴とするＸ線管装置。
4. 請求項１記載のＸ線管装置であって、
   前記電極板の位置を調整する電極板位置調整板を備え、
   前記Ｘ線管の管電圧及び管電流に合わせ前記電極板位置調整板を調整する、
   ことを特徴としたＸ線管装置。
5. 請求項４記載のＸ線管装置であって、
   前記電極板位置調整板に受動部品を用いる、
   ことを特徴としたＸ線管装置。
6. Ｘ線撮像システムであって、
   陽極と対向する陰極と、前記陽極と前記陰極を支持し、真空に保つための外囲器とから構成されたＸ線管と、
   前記陽極と前記陰極に高電圧を印加するための高電圧接続部と、
   前記Ｘ線管と前記高電圧接続部を絶縁するための液体を抱合する筐体と、
   前記Ｘ線管と前記筐体の間に設置され、所定電位が印加される電極板とを備え、
   前記電極板の位置を調整して前記Ｘ線管の焦点寸法を調整可能なＸ線管装置と、
   前記Ｘ線管装置に対向配置され、被検体を透過する透過Ｘ線量を検出するＸ線検出器と、
   前記Ｘ線管装置と前記Ｘ線検出器を制御する制御装置と、を有する、
   ことを特徴とするＸ線撮像システム。
7. 請求項６記載のＸ線撮像システムであって、
   前記Ｘ線管装置は、
   前記電極板を用いて散乱するＸ線を遮蔽する、
   ことを特徴とするＸ線撮像システム。
8. 請求項６記載のＸ線撮像システムであって、
   前記Ｘ線管装置は、
   前記電極板の位置を調整する電極板位置調整板を備え、
   前記電極板、或いは前記電極板位置調整板にバイメタルを用いる、
   ことを特徴とするＸ線撮像システム。
9. 請求項６記載のＸ線撮像システムであって、
   前記Ｘ線管装置は、
   前記電極板の位置を調整する電極板位置調整板を備え、
   前記Ｘ線管の管電圧及び管電流に合わせ前記電極板位置調整板を調整する、
   ことを特徴としたＸ線撮像システム。
10. 請求項９記載のＸ線撮像システムであって、
    前記Ｘ線管装置は、
    前記電極板位置調整板に受動部品を用いる、
    ことを特徴としたＸ線撮像システム。

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