JP2024048646A - Ｘ線管装置及びｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化されたＸ線管装置とそれを備えるＸ線ＣＴ装置を提供する。【解決手段】電子線を発生する陰極と、前記電子線が衝突することによってＸ線を放射する陽極と、前記陰極と前記陽極とを真空雰囲気中に保持する外囲器と、前記陽極から放射されるＸ線の一部を被検体に向けて照射するために前記外囲器に設けられるＸ線窓と、を有するＸ線管と、前記Ｘ線管を絶縁油とともに封入する管容器とを備えるＸ線管装置であって、前記外囲器の外壁の少なくとも前記放射窓の周りに設けられ、前記Ｘ線を遮蔽する防護部材をさらに備えることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線管装置及びＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置に係り、特にＸ線管装置に備えられる防護鉛に関する。

Ｘ線ＣＴ装置は、被検体にＸ線を照射するＸ線管装置と被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを被検体の周囲で回転させることで多方向から得られる投影データを用いて、被検体の断層画像を生成する。生成された断層画像は、被検体の中の臓器形状を描写し、画像診断に使用される。

Ｘ線管装置は、真空中に陰極と陽極を保持するＸ線管と、Ｘ線管を絶縁油とともに封入する管容器とを備え、陰極から放出され、陰極と陽極の間に印加される高電圧で加速された電子線を陽極上のＸ線焦点に衝突させることにより、Ｘ線焦点からＸ線を放射させる。Ｘ線焦点から放射されるＸ線のうち、被検体に照射されるＸ線以外のＸ線は無効被ばくをもたらすので、そのようなＸ線の漏洩を防ぐ必要がある。

特許文献1には、Ｘ線の漏洩を防ぐための防護鉛が管容器の内壁に張り付けられたＸ線管装置が開示されている。

特開２００２－３１３２６８号公報

しかしながら特許文献1では、Ｘ線管装置の軽量化に対する配慮が不十分である。すなわち、管容器の内壁の面積は比較的大きいため、多量の防護鉛が内壁に貼り付けられる。また近年では、Ｘ線ＣＴ装置で必要とされるＸ線量の増大にともなって陽極の重量化が進んでいるので、陽極以外の部材を軽量化する必要がある。

そこで本発明は、軽量化されたＸ線管装置とそれを備えるＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、電子線を発生する陰極と、前記電子線が衝突することでＸ線を放射する陽極と、前記陰極と前記陽極を真空中で保持する外囲器と、前記外囲器に設けられ、被検体に向けて前記Ｘ線を放射する放射窓を有するＸ線管と、前記Ｘ線管を絶縁油とともに封入する管容器を備えるＸ線管装置であって、前記外囲器の外壁の少なくとも前記放射窓の周りに設けられ、前記Ｘ線を遮蔽する防護部材をさらに備えることを特徴とする。

また本発明は、被検体の断層画像を生成するＸ線ＣＴ装置であって、前記Ｘ線管装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、軽量化されたＸ線管装置とそれを備えるＸ線ＣＴ装置を提供することができる。

Ｘ線ＣＴ装置の全体構成を示す図である。 Ｘ線管装置の全体構成の一例を示す図である。 防護部材の構成の一例を示す図である。 防護部材の構成の一例を示す図である。 防護部材の構成の一例を示す図である。 防護部材の構成の一例を示す図である。 Ｘ線窓の周辺の構成の一例を示す図である。 Ｘ線窓の周辺の構成の一例を示す図である。

以下、添付図面に従って本発明に係るＸ線管装置及びＸ線ＣＴ装置の好ましい実施形態について説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。

図１を用いてＸ線ＣＴ装置１の全体構成の一例について説明する。Ｘ線ＣＴ装置１は、スキャンガントリ部１００と操作ユニット１２０を備える。
スキャンガントリ部１００は、Ｘ線管装置１０１、回転円盤１０２、コリメータ１０３、X線検出器１０６、データ収集装置１０７、寝台装置１０５、ガントリ制御装置１０８、寝台制御装置１０９、Ｘ線制御装置１１０を備える。Ｘ線管装置１０１は寝台装置１０５に載置された被検体１０にＸ線を照射する装置である。コリメータ１０３はＸ線の照射範囲を制限する装置である。回転円盤１０２は、寝台装置１０５に載置された被検体１０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、Ｘ線管装置１０１とＸ線検出器１０６を被検体１０の周囲で回転させる。

Ｘ線検出器１０６は、Ｘ線管装置１０１と対向配置され、被検体１０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る。Ｘ線検出器１０６の検出素子は、回転円盤１０２の回転方向と回転軸方向との２次元に配列される。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の回転及び傾斜を制御する装置である。

寝台制御装置１０９は、寝台装置１０５の上下前後左右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。

操作ユニット１２０は、入力装置１２１、画像処理装置１２２、表示装置１２５、記憶装置１２３、システム制御装置１２４を備える。入力装置１２１は、被検体１０の氏名、検査日時、撮影条件等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、タッチパネル等である。画像処理装置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画像を再構成したり、ＣＴ画像に様々な画像処理をしたりする装置である。表示装置１２５は、画像処理装置１２２で生成されたＣＴ画像等を表示する装置であり、具体的には液晶ディスプレイやタッチパネル等である。記憶装置１２３は、データ収集装置１０７で収集されたデータや画像処理装置１２２で生成されたＣＴ画像等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、各部を制御する装置である。

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１０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１０を透過したＸ線を、二次元配列された検出素子で検出し、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、特に回転速度等に基づいて回転する。寝台装置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、特にらせんピッチ等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Ｘ線計測が回転円盤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、取得された投影データは画像処理装置１２２に送信される。画像処理装置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。再構成されたＣＴ画像は表示装置１２５に表示される。

図２を用いて、Ｘ線管装置１０１の全体構成の一例について説明する。Ｘ線管装置１０１は、Ｘ線を発生するＸ線管２１０と、Ｘ線管２１０を絶縁油とともに封入する管容器２２０を備える。

Ｘ線管２１０は、陰極２１１と陽極２１２と外囲器２１３とＸ線窓２１８を有する。

陰極２１１は電子線２１６を発生するものであり、例えばフィラメントもしくは冷陰極と、集束電極を備える。フィラメントはタングステンなどの高融点材料をコイル状に巻いたものであり、電流が流されることにより加熱され、電子を放出する。冷陰極はニッケルやモリブデンなどの金属材料を鋭利に尖らせたもので、陰極表面に電界が集中することで電界放出により電子を放出する。集束電極は、放出された電子を陽極２１２上のＸ線焦点へ向けて集束させるための集束電界を形成する。フィラメントもしくは冷陰極と、集束電極とは同電位である。

陽極２１２は陰極２１１に対し正の電位が印加されるものであり、例えば円板形状であって、ターゲットと陽極母材とを備える。ターゲットはタングステンなどの高融点で原子番号の大きい材質で構成される。ターゲット上のＸ線焦点に陰極２１１から放出された電子が衝突することにより、Ｘ線焦点からＸ線が放射される。陽極母材は、銅などの熱伝導率の高い材質からなり、ターゲットを保持する。ターゲットと陽極母材とは同電位である。

外囲器２１３は陰極２１１と陽極２１２の間を電気的に絶縁するために、陰極２１１と陽極２１２を真空雰囲気中に保持するものである。外囲器２１３の電位は接地電位である。

Ｘ線窓２１８は、Ｘ線焦点から放射されるＸ線の一部であるＸ線２１７を被検体１０に向けて照射するために外囲器２１３に設けられるものであり、例えばベリリウムなどの原子番号の小さい材質で構成される。なお、Ｘ線窓２１８には陽極２１２から放出される電子が衝突するので、Ｘ線窓２１８とその周辺は高温になりやすい。

陰極２１１から放出された電子は、陰極２１１と陽極２１２との間に印加される電圧により加速され電子線２１６となる。電子線２１６が集束電界により集束されてターゲット上のＸ線焦点に衝突すると、Ｘ線焦点からＸ線が放射される。放射されるＸ線のエネルギーは、陰極と陽極との間に印加される電圧、いわゆる管電圧によって決まり、Ｘ線の線量は、陰極から放出される電子の量いわゆる管電流と、管電圧によって決まる。

電子線２１６のエネルギーの内、Ｘ線に変換される割合は１％程度に過ぎず、残りのほとんどのエネルギーは熱となる。医療用のＸ線ＣＴ装置１に搭載されるＸ線管装置１０１では、管電圧は百数十ｋＶ、管電流は数百ｍＡであるので、陽極２１２は数十ｋＷの熱量で加熱される。このような加熱による過熱溶融を防止するため、陽極２１２は回転可能であっても良い。例えば、陽極２１２は回転軸受２１５によって回転可能に支持され、励磁コイル２１４が発生した磁界を回転駆動力として回転する。すなわち、陽極２１２が回転することにより、電子線２１６が衝突する箇所であるＸ線焦点が常に移動するので、Ｘ線焦点の温度をターゲットの融点より低く保つことができ、陽極２１２が過熱溶融することを防止できる。

管容器２２０は、Ｘ線管２１０と励磁コイル２１４を、Ｘ線管２１０を電気的に絶縁するとともに冷却媒体となる絶縁油とともに封入する。絶縁油は、管容器２２０に接続された配管を通じて冷却器に導かれ、冷却器にて熱を放散した後、配管を通じて管容器２２０内に戻される。すなわち絶縁油は管容器２２０の一端から他端へ向かって流れる。

また管容器２２０には、Ｘ線２１７を放射する放射窓２２１が設けられる。放射窓２２１は、Ｘ線窓２１８と同様に、例えばベリリウムなどの原子番号の小さい材質で構成される。

被検体１０に向けて照射されるＸ線２１７以外のＸ線は無効被ばくをもたらすので、そのようなＸ線を遮蔽するために、外囲器２１３の外壁の少なくともＸ線窓２１８の周りに防護部材２１９がさらに設けられる。防護部材２１９は例えば鉛などによって構成される。

図３を用いて、防護部材２１９の構成の一例について説明する。図３に例示される防護部材２１９は円環形状を有する鉛であり、Ｘ線窓２１８の周りに配置される。鉛は比較的柔らかい材質であるので、保持部材３００によって保持される。保持部材３００は、段付きの円環形状を有するＳＵＳ製部材であり、ネジ３０１によって外囲器２１３に固定される。

図３に例示されるように、防護部材２１９が外囲器２１３の外壁の少なくともＸ線窓２１８の周りに設けられることにより、管容器２２０の内壁に設けられる場合に比べて、防護部材２１９の量を低減できるので、Ｘ線管装置の軽量化が可能となる。なお、高温になりやすいＸ線窓２１８とその周辺では、絶縁油の流れが阻害されないことが望ましい。

図４を用いて、絶縁油が流れる流路が設けられる防護部材２１９の構成の一例について説明する。図４に例示される防護部材２１９は、図３と同様に、Ｘ線窓２１８の周りに配置さる円環形状を有する鉛であり、ネジ３０１によって外囲器２１３に固定されるＳＵＳ製の保持部材３００によって保持される。また図４の防護部材２１９には、外囲器２１３の外壁との間に絶縁油が流れる流路として機能する複数本の溝４００が設けられる。絶縁油は図４に示される矢印のように溝４００の中を流れる。なおＸ線窓２１８に突き当たる絶縁油の流れを阻害しないように、防護部材２１９とＸ線窓２１８との間には隙間が設けられる。また鉛製の防護部材２１９は絶縁油との反応により、油中放電の原因となるスラッジを生成することがあるので、スラッジの生成を抑制するために防護部材２１９の表面にワニスが塗布されても良い。

図４に例示されるように、防護部材２１９に絶縁油の流路として機能する溝４００が設けられることにより、絶縁油の流れは阻害されず、Ｘ線窓２１８とその周辺を冷却することができる。なお、絶縁油の流路は溝４００に限定されない。

図５を用いて、絶縁油の流路が設けられる防護部材２１９の構成の他の例について説明する。図５に例示される防護部材２１９は縁付き円筒形状を有する鉛であり、Ｘ線窓２１８の周りに配置され、保持部材３００によって保持される。図５の保持部材３００は、防護部材２１９の外壁を覆う形状を有するＳＵＳ製部材であり、ネジ３０１によって外囲器２１３に固定される。防護部材２１９と保持部材３００の側面には、絶縁油が流れる流路として機能する一対の穴５００が、管容器２２０の一端から他端へ向かって流れる絶縁油の流れと平行に設けられる。絶縁油は図５に示される矢印のように一方の穴５００から流入してＸ線窓２１８の表面で吸熱したのち他方の穴５００から流出する。なお絶縁油がＸ線窓２１８の表面を円滑に流れるように、保持部材３００の下端にベリリウム板５０１が設けられても良い。

図５に例示されるように、防護部材２１９と保持部材３００の側面に絶縁油の流路として機能する穴５００が設けられることにより、絶縁油の流れは阻害されず、Ｘ線窓２１８とその周辺を冷却することができる。なお、穴５００の形態は図５に限定されない。

図６を用いて、絶縁油の流路が設けられる防護部材２１９の構成の他の例について説明する。図６に例示される防護部材２１９は、図５と同様に、Ｘ線窓２１８の周りに配置される縁付き円筒形状を有する鉛であり、ネジ３０１によって外囲器２１３に固定されるＳＵＳ製の保持部材３００によって保持される。図６の防護部材２１９と保持部材３００の側面には、絶縁油が流れる流路として機能する一対の穴５００が設けられる。ただし、穴５００は、陽極２１２から放出される電子がＸ線窓２１８に衝突する領域である電子衝突領域６００の対向面に、穴５００から流入する絶縁油を導くように、Ｘ線窓２１８の表面に対して傾斜する。より具体的には、穴５００の中心軸の延長線と電子衝突領域６００の対向面とが交差するように、穴５００は傾斜させられる。

図６に例示されるように、防護部材２１９と保持部材３００の側面に設けられる穴５００が、Ｘ線窓２１８の表面に対して傾斜させられることにより、絶縁油は電子衝突領域６００の対向面に導かれ、Ｘ線窓２１８をより冷却することができる。

なお、鉛製の防護部材２１９の表面にワニスが塗布される場合であっても、少量のスラッジが生成され、Ｘ線窓２１８の表面に付着することがある。Ｘ線窓２１８の表面に付着したスラッジはＸ線窓２１８の冷却を阻害するとともに、Ｘ線像のノイズ要因となるので、Ｘ線窓２１８の表面へのスラッジの付着は抑制されることが好ましい。

図６のＥ－Ｅ断面図を用いて、Ｘ線窓２１８の表面へのスラッジの付着を抑制する防護部材２１９について説明する。Ｅ－Ｅ断面図に例示される穴５００は、円筒形状を有する防護部材２１９の内側面に沿って絶縁油を旋回させるように設けられる。より具体的には、穴５００は、管容器２２０の一端から他端へ向かって流れる絶縁油の流れと平行であるとともに、絶縁油が防護部材２１９の中に流入する点において防護部材２１９の内側面に接するように設けられる。

図６のＥ－Ｅ断面図に例示されるように、円筒形状を有する防護部材２１９の内側面に沿って絶縁油を旋回させるように穴５００が設けられることにより、絶縁油の旋回で生じる遠心力によってスラッジ６０１は防護部材２１９の内側面に付着させられる。その結果、Ｘ線窓２１８の表面にスラッジ６０１を付着させずに済む。

なお防護部材２１９の内側面には、スラッジ６０１の平均粒径５μｍと同程度の幅及び深さを有する凹凸部６０２が設けられても良い。防護部材２１９の内側面に凹凸部６０２が設けられることにより、遠心力によって防護部材２１９の内側面に付着したスラッジ６０１は、凹凸部６０２に嵌まり込み、絶縁油の中に再び流れ込まずに済む。

図７を用いて、Ｘ線窓２１８の周辺の構成の他の例について説明する。図７に例示されるＸ線窓２１８の周りには、図６と同様に、Ｘ線窓２１８の表面に対して傾斜する穴５００が設けられた防護部材２１９が設けられる。さらに、穴５００に向けて絶縁油を導くスロープ７００が管容器２２０の内壁に設けられる。より具体的には、穴５００の中心軸の延長線に沿う傾斜面を有するスロープ７００が設けられる。

図７に例示されるスロープ７００が設けられることにより、Ｘ線窓２１８の表面に対して傾斜する穴５００に絶縁油が円滑に導かれるため、Ｘ線窓２１８をより冷却することができる。

図８を用いて、Ｘ線窓２１８の周辺の構成の他の例について説明する。図８に例示されるＸ線窓２１８は、外側面にディンプルが形成される。Ｘ線窓２１８の外側面にディンプルが無い場合、Ｘ線窓２１８の外側面から絶縁油が剥離する点である剥離点８００は、絶縁油の流れとＸ線窓２１８の外側面とが平行な点であり、絶縁油の流れが淀む領域である淀み領域８０１が比較的大きい。それに対し、Ｘ線窓２１８の外側面にディンプルが有る場合には、剥離点８００はディンプルが無いときよりも下流に移動し、剥離点８００の移動にともなって淀み領域８０１が小さくなり、Ｘ線窓２１８とその周辺をより冷却することができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。なお本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせても良い。例えば図５や図６に例示される防護部材２１９に図４の溝４００が設けられても良い。さらに、上記実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除しても良い。

１：Ｘ線ＣＴ装置、１０：被検体、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：寝台装置、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：操作ユニット、１２１：入力装置、１２２：画像処理装置、１２３：記憶装置、１２４：システム制御装置、１２５：表示装置、２１０：Ｘ線管、２１１：陰極、２１２：陽極、２１３：外囲器、２１４：励磁コイル、２１５：回転軸受、２１６：電子線、２１７：Ｘ線、２１８：Ｘ線窓、２１９：防護部材、２２０：管容器、２２１：放射窓、３００：保持部材、３０１：ネジ、４００：溝、５００：穴、５０１：ベリリウム板、６００：電子衝突領域、６０１：スラッジ、６０２：凹凸部、７００：スロープ、８００：剥離点、、８０１：淀み領域

Claims (10)

1. 電子線を発生する陰極と、前記電子線が衝突することによってＸ線を放射する陽極と、前記陰極と前記陽極とを真空雰囲気中に保持する外囲器と、前記陽極から放射されるＸ線の一部を被検体に向けて照射するために前記外囲器に設けられるＸ線窓と、を有するＸ線管と、
   前記Ｘ線管を絶縁油とともに封入する管容器とを備えるＸ線管装置であって、
   前記外囲器の外壁の少なくとも前記Ｘ線窓の周りに設けられ、前記Ｘ線を遮蔽する防護部材をさらに備えることを特徴とするＸ線管装置。
2. 請求項１に記載のＸ線管装置であって、
   前記防護部材には、前記絶縁油が流れる流路が設けられることを特徴とするＸ線管装置。
3. 請求項２に記載のＸ線管装置であって、
   前記流路は、前記Ｘ線窓の表面に前記絶縁油を導く穴であることを特徴とするＸ線管装置。
4. 請求項３に記載のＸ線管装置であって、
   前記穴は、前記陽極から放出される電子が前記Ｘ線窓に衝突する領域の対向面に前記絶縁油を導くように、前記Ｘ線窓に対して傾斜することを特徴とするＸ線管装置。
5. 請求項４に記載のＸ線管装置であって、
   前記穴に向けて前記絶縁油を導くスロープをさらに備えることを特徴とするＸ線管装置。
6. 請求項３に記載のＸ線管装置であって、
   前記防護部材は、前記Ｘ線窓の周囲を覆う円筒形状を有し、
   前記穴は、前記防護部材の内側面に沿って前記絶縁油を旋回させるように設けられることを特徴とするＸ線管装置。
7. 請求項６に記載のＸ線管装置であって、
   前記防護部材の内側面には、微小な凹凸が形成されることを特徴とするＸ線管装置。
8. 請求項２に記載のＸ線管装置であって、
   前記流路は、前記外囲器の外壁と前記防護部材との間に前記絶縁油を流す溝であることを特徴とするＸ線管装置。
9. 請求項１に記載のＸ線管装置であって、
   前記Ｘ線窓の外側面には、ディンプルが形成されることを特徴とするＸ線管装置。
10. 被検体の断層画像を生成するＸ線ＣＴ装置であって、
    請求項１に記載のＸ線管装置を備えることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。

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