JP2948163B2

JP2948163B2 - Ｘ線装置

Info

Publication number: JP2948163B2
Application number: JP9023372A
Authority: JP
Inventors: 康一北出; 勝弘小野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 1999-09-13
Anticipated expiration: 2017-02-06
Also published as: EP0793404A2; DE69730066T2; JPH09293598A; US5809106A; EP0793404B1; DE69730066D1; EP0793404A3; CN1119121C; CN1162242A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、Ｘ線断層像撮影
装置のようなＸ線装置に係わり、とくに回転陽極型Ｘ線
管から安全に且つ効率よくＸ線を放射してＸ線撮影をす
るのに適切な条件を自動的に設定、制御する手段を備え
たＸ線装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ＣＴスキャナとして普及してい
るＸ線撮影装置や、一般の医療用又は工業用Ｘ線撮影装
置、或いはＸ線露光装置等のＸ線装置には、多くの場
合、Ｘ線放射源として回転陽極型Ｘ線管が組み込まれて
いる。この回転陽極型Ｘ線管は、周知のように、円盤状
の回転陽極を、相互間に軸受を有する回転体及び固定体
で機械的に支え、回転体の位置に対応する真空容器外に
配置したステータ電磁コイルに回転駆動電力を供給して
高速回転させながら、陰極から電子ビームを放出させて
陽極のターゲット部に当て、Ｘ線を放射する。

【０００３】回転陽極型Ｘ線管の軸受部は、玉軸受のよ
うなころがり軸受や、軸受面にらせん溝を形成するとと
もにガリウム（Ｇａ）、又はガリウム−インジウム−錫
（Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ）合金のような、少なくとも動作中
は液状となる液体金属潤滑剤を用いた動圧式すべり軸受
で構成される。

【０００４】後者の動圧式すべり軸受を用いた回転陽極
型Ｘ線管の例は、たとえば特公昭６０−２１４６３号
（ＵＳＰ４２１０３７１）、特開昭６０−９７５３６号
（ＵＳＰ４５６２５８７）、特開昭６０−１１７５３１
号（ＵＳＰ４６４１３３２）、特開昭６０−１６０５５
２号（ＵＳＰ４４６４４５７７）、特開昭６２−２８７
５５５号（ＵＳＰ４８５６０３９）、特開平２−２２７
９４７号（ＵＳＰ５０６８８８５）、或いは特開平２−
２２７９４８号（ＵＳＰ５０７７７７５）等の各公報に
開示されている。

【０００５】ところで、従来広く実用になっている玉軸
受を使用した回転陽極型Ｘ線管は、その要部が図１０に
示すようになっている。すなわち、円盤状の回転陽極１
１は、シャフト１２に固定されている。このシャフト１
２は、密に嵌合された鉄及び銅円筒からなる円筒状回転
体１３に固定されている。この回転体１３は、内側に配
置された回転軸１４に固定されている。この回転軸１４
のまわりには、円筒状の固定体１５が配置されている。
そして、これら回転軸１４と固定体１５との間に、玉軸
受１６が配置されている。

【０００６】円盤状の回転陽極１１は、蓄熱容量を増加
するとともに軽量化をはかるため、比較的薄肉のモリブ
デン（Ｍｏ）製円板１１ａの裏面に、厚肉のグラファイ
トリング１１ｂがろう材層１１ｃによって接合された構
成である。Ｍｏ円板１１ａのテーパ状の表面には、レニ
ウム（Ｒｅ）を少し含むタングステン（Ｗ）合金からな
る薄いターゲット層１１ｄが形成されている。

【０００７】このような回転陽極型Ｘ線管を搭載したＸ
線装置でＸ線撮影を行う際には、玉軸受で支持された陽
極１１を例えば１５０ｒｐｓ（毎秒の回転数）又はそれ
以上で高速回転させながら、陰極１７から放出させた電
子ビームｅをターゲット層１１ｄの焦点軌道面に当てて
Ｘ線（Ｘ）を放出させる。ターゲット層の部分で発生し
た熱は、Ｍｏ円板に伝導拡散するとともにろう材層１１
ｃを経てグラファイト円板１１ｂに蓄積される一方、輻
射及び伝導により徐々に放散される。

【０００８】このような玉軸受により陽極を支持した回
転陽極型Ｘ線管では、図１１に一点鎖線Ｎで示すよう
に、陽極の回転は比較的小さい回転駆動トルクで到達可
能最大回転速度Ｒｓに近い回転速度まで到達できる。そ
の理由は、玉軸受の回転抵抗が比較的小さいからであ
る。その一方で、玉軸受を備えるＸ線管では、軸受の潤
滑剤等の損耗が起こりやすいので、非撮影時は陽極の回
転を停止しておき、撮影を行う直前に回転を開始し、短
時間に上記のような高い回転速度まで到達させてＸ線放
射し、撮影終了後は、電気的にブレーキをかける等によ
り陽極の回転を早期に減少、停止させるようにしてい
る。

【０００９】それに対して、動圧式すべり軸受により陽
極を支持した回転陽極型Ｘ線管は、より重い陽極ターゲ
ットを安定して支持する特長を有するが故に軸受抵抗が
大きく、図１１に実線Ｍで示すように、到達可能最大回
転速度Ｒｓまで到達させるには相当に大きい回転駆動ト
ルクが必要である。そのため、動圧式すべり軸受を備え
る回転陽極型Ｘ線管を搭載したＸ線装置では、回転駆動
電力をむやみに大きくしない設計にする必要性から、短
時間の回転始動、回転速度の急上昇のモードにせず、常
時、例えば５０〜６０ｒｐｓ程度の陽極回転速度で回転
を継続し、この回転速度のままでいつでもＸ線撮影がで
きるように動作制御するのが、実用的である。

【００１０】さて近来は、例えばＣＴスキャナにおい
て、被撮影場所を数十秒間にわたって間欠モード或いは
ヘリカルスキャンモードで連続的に断層像を撮影する動
作が普通になっている。このように回転陽極型Ｘ線管か
ら長時間にわたってＸ線を放射する場合は、とくに、Ｘ
線管の陽極の温度上昇によるＸ線放射継続への制限がし
ばしば生じる。

【００１１】すなわち、Ｘ線管の回転陽極１１の温度
は、図１２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、点線で示
す焦点軌道領域（Ｆ）の、ある時点での温度（Ｔｆ）
は、Ｘ線放射の継続時間とともに上昇する。また、その
時点での電子ビーム入射点（Ｐ）すなわちＸ線焦点の温
度（Ｔｐ）は、当然、焦点軌道領域の温度（Ｔｆ）より
もさらに高い温度に到達する。

【００１２】なお、焦点軌道領域の温度（Ｔｆ）は、電
子ビーム入射点（Ｐ）を除いた焦点軌道領域のある時点
での平均温度をあらわし、電子ビーム入射点の温度（Ｔ
ｐ）はある電子ビーム入射点のその瞬間での到達最高温
度をあらわしている。そして、焦点軌道領域の温度（Ｔ
ｆ）は、陽極への電子ビーム入射による入力熱量と放熱
等による放散熱量との差に基づいて、蓄熱されることに
よって上昇し、又は放熱によって低下する。なお、陽極
の基板としてのＭｏ円板１１ａとＲｅ入りＷ合金のター
ゲット層１１ｄとは鍛造等で金属的に密で且つ安定な接
合状態になっていることと、両金属は比較的大きい熱伝
導率を有するため、ターゲット部で発生した熱は直ちに
Ｍｏ円板に伝導、拡散する。そのため、焦点軌道領域及
びその近傍のＭｏ円板の平均温度はほぼ同等の平均温度
になる。

【００１３】それに対して、電子ビーム入射点の温度
（Ｔｐ）は、電子ビーム入射時のみ、前記の焦点軌道領
域温度（Ｔｆ）に加えて電子ビーム入射による瞬時入力
熱量によってピーク温度になる。また、この電子ビーム
入射点の温度（Ｔｐ）は、陽極の回転速度によって電子
ビーム入射点での瞬時的な蓄熱作用が異なるため、回転
速度に比較的大きく影響される。すなわち、同じ焦点軌
道領域温度（Ｔｆ）の時で比較した場合、陽極の回転速
度が低ければ電子ビーム入射点の温度（Ｔｐ）は高い温
度に達し、陽極の回転速度が高ければ電子ビーム入射点
の温度（Ｔｐ）は相対的に低い温度になる。

【００１４】焦点軌道領域の温度（Ｔｆ）に相当する陽
極基体平均温度の変化を予測して許可入力条件を定めた
り、Ｘ線放射ができないようにロックをかける方式、或
いはそれに類似した制御手段を持つＸ線装置は、次のよ
うな文献で知られている。すなわちそれは、特開昭５７
−５２９８号、特開昭５８−２３１９９号、特開昭５９
−２１７９９５号、特開昭５９−２１７９９６号、特開
昭６２−６９４９５号、特開平６−１９６１１３号、Ｕ
ＳＰ４２２５７８７、ＵＳＰ４４２６７２０、ＵＳＰ５
１４０２４６の各特許公報又は明細書である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えばヘリ
カルスキャンモードで連続的にＸ線を放射して断層像を
撮影した場合のＸ線管の陽極温度は、図１３の（ａ）及
び（ｂ）に示すような経時変化をする。同図の横軸は時
間（ｔ）、縦軸は陽極の温度をあらわし、この縦軸のＴ
ｒはほぼ室温に相当する動作初期の陽極温度、Ｔｓは陽
極の許容限界温度である。

【００１６】この許容限界温度Ｔｓは、回転陽極が局部
的にも溶融を生じない安全な動作を保証する上限温度で
あり、例えばＷ又はＷ合金のターゲット層を有する陽極
の場合は、通常、その融点未満で且つ余裕を見越して例
えば２８００℃に設定される。

【００１７】一例として、Ｘ線管の電子ビーム加速電圧
すなわち陽極電圧を１２０ｋＶ、電子ビーム電流を０．
２Ａ、Ｘ線放射継続時間を２０秒間に設定してＸ線撮影
した場合の回転陽極の温度上昇を、同図の（ａ）に時間
軸のａ時点からｂ時点までの曲線であらわしている。焦
点軌道領域の平均温度Ｔｆは、ほぼ室温Ｔｒから次第に
上昇する。電子ビーム入射点の温度（Ｔｐ）は、理解を
容易にするため、陽極のターゲット層上のある一点の温
度で示してある。すなわち、陽極はある一定の回転速度
で回転しており、焦点軌道上のある一点は回転により電
子ビーム入射点への通過を繰り返すので、その都度瞬間
的に温度上昇する。同図はその状態を模式的に示してい
る。

【００１８】上記の入力条件でのＸ線放射が終了する
と、陽極に蓄積された熱は、輻射や伝導により放熱され
るので、焦点軌道領域の平均温度Ｔｆは徐々に低下す
る。この陽極の放熱による温度低下曲線をＴｕであらわ
している。そして、その後のある時点ｃから上述と同様
の入力条件で再びＸ線放射を開始し、例えば３０秒間継
続すると、陽極の温度はこの開始時点ｃでの焦点軌道領
域の平均温度から上昇を始める。また、Ｘ線放射を終了
した時点ｄからは、焦点軌道領域の平均温度はその到達
温度から低下する。

【００１９】他の例として、Ｘ線管の陽極加速電圧及び
Ｘ線放射継続時間は上記の例と同じで、電子ビーム電流
を０．３Ａに高めた入力条件に設定してＸ線放射した場
合を、同図の（ｂ）にあらわしている。当然のことなが
ら、焦点軌道領域の平均温度（Ｔｆ）、及び電子ビーム
入射点の温度（Ｔｐ）は、同図の（ａ）の場合よりも急
激に上昇し且つ高い温度に到達する。

【００２０】このように、陽極への入力熱量が大きい図
１３の（ｂ）の動作条件では、２回目のＸ線放射を継続
している途中の時点ｇで、電子ビーム入射点の温度（Ｔ
ｐ）が許容限界最高温度Ｔｓを超えてしまう。そして、
そのまま継続すると焦点軌道領域が溶融してしまうの
で、この時点ｇで陽極への電子ビーム入射すなわちＸ線
放射は停止しなければならないことになる。なお、電子
ビーム入射点のピーク温度を正確に計測して陽極への入
力を制御することは実際には不可能に近いが、陽極の各
部の熱伝導率や、蓄熱特性、放熱特性、回転速度、電子
ビーム入力条件即ち陽極電圧や電子ビーム電流、入力時
間等から計算によりほぼ正確に温度変化を予測する事が
可能である。

【００２１】ところが従来は、陽極の上記のような熱特
性を考慮に入れるとは言え、陽極の基板部の平均温度の
予測から以後の入力条件を予測して制御する方式が採用
されている。とくに、図１０に示したような、グラファ
イト円板とＭｏ円板とをろう材で接合した陽極や、或い
はグラファイト円板の表面にターゲット層をろう材で接
合した陽極の場合は、このグラファイト円板とＭｏ又は
Ｗ部とろう接部の不安定化によって許容入力が非常に低
く制限される。

【００２２】すなわち、上記従来の陽極の各構成材料の
融点は、それぞれ、Ｗが３４１０℃、Ｍｏが２６２５
℃、グラファイトが３７００℃、例えばＺｒ，Ｗ，Ｎｉ
の組み合わせからなるろう材が約１７００℃である。ま
た、熱伝導率はそれぞれ、Ｗが約１３０（Ｗ／ｍ・Ｋ、
以下同じ）、Ｍｏが約１４０、グラファイトが約５０で
ある。さらに、熱膨張率は、Ｗが約７×１０^-6、Ｍｏが
約５×１０^-6、グラファイトが約３×１０^-6である。

【００２３】このような関係から、上記のような従来の
グラファイト接合型回転陽極は、ＷやＭｏに比べてろう
材の融点が非常に低く、且つ熱伝導率や熱膨張率が違う
ので、ろう接部分でのクラックや溶融等の損傷の発生
が、陽極への入力を低く制限する主たる要因になってい
る。

【００２４】こうして、従来の制御は、以後の撮影のた
めに相当高い入力が可能であるにもかかわらず低い入力
しか許容されず、低い動作効率にならざるを得ない。と
くに前述のように、動圧式すべり軸受により回転陽極を
支持するＸ線管では、陽極の回転速度を１５０ｒｐｓと
いうように高速回転させることが事実上困難であるた
め、上記のような制約が一層顕著になる。

【００２５】この発明は、以上のような事情に鑑みてな
されたもので、動圧式すべり軸受を持つＸ線管の回転陽
極に損傷を起こすことなく所要条件でのＸ線放射が可能
か否かを時々刻々と演算処理して表示又は告知し、安全
で効率のよい撮影動作制御ができるＸ線装置を提供する
ことを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】この発明は、動圧式すべ
り軸受を持つＸ線管の回転陽極の焦点軌道領域に電子ビ
ームを入射させてＸ線を放射させる条件を設定するＸ線
放射制御装置が、回転陽極の焦点軌道面に電子ビームを
入射させた場合の陽極電圧又は電子ビーム電流並びに電
子ビーム入射継続時間に対する焦点軌道面上の電子ビー
ム入射点温度及び電子ビーム入射点以外の部分の平均温
度の経時上昇値を予め演算又は記憶させておく回転陽極
温度経時上昇予測手段と、電子ビーム入射を停止した場
合の到達軌道面温度からの放熱による軌道面温度の経時
低下を予め演算又は記憶させておく回転陽極温度経時低
下予測手段と、回転陽極温度経時上昇予測及び回転陽極
温度経時低下予測から、時々刻々のＸ線管への陽極電圧
又は電子ビーム電流並びに電子ビーム入射継続時間の入
力許可条件又は入力禁止条件を演算処理して告知する入
力条件告知手段とを備えているＸ線装置である。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下その実施例を図面を参照して
説明する。なお同一部分は同一符号であらわす。概略構
成を示す図１のＣＴスキャナすなわちＸ線断層像撮影装
置は、架台２１にリング状の回転フレーム２２が回転可
能に設置されている。この回転フレーム２２の中央部に
形成されたドーム２２ａの内側に、進退移動可能なベッ
ド２３及びその上に載せられた被撮影物Ｏｂが入る構造
になっている。回転フレーム２２は、主電源・制御装置
２４からの制御で動作する回転駆動装置２１ａにより、
撮影時に被撮影物Ｏｂのまわりを矢印Ｓのように回転す
るようになっている。

【００２８】回転フレーム２２の所定位置には、点線で
示すファンビーム状のＸ線（Ｘ）を被撮影物の方向に放
射するＸ線管装置２０が取り付けられており、またこれ
と反対側にＸ線検出器Ｄｔが配置されており、Ｘ線撮影
時に被撮影物Ｏｂのまわりをこれらの位置関係を保って
回転する。Ｘ線検出器Ｄｔから得られるＸ線画像信号
は、コンピュータ画像信号処理装置２５に供給されて演
算処理され、その画像出力信号がＣＲＴモニタ２６に送
られて被撮影物の断層画像が表示されるようになってい
る。

【００２９】Ｘ線管装置２０は、その内部に固定された
回転陽極型Ｘ線管３１を有し、Ｘ線管用電源装置２７、
及び回転駆動電源装置２８からＸ線管３１に回転及び動
作電力が供給されるようになっている。

【００３０】さらに、このＣＴスキャナは、Ｘ線放射制
御装置２９によりＸ線管の回転及びＸ線放射を制御する
ようになっている。このＸ線放射制御装置２９は、後述
する制御パネル６１を備えている。

【００３１】Ｘ線管装置２０、及び動圧式すべり軸受を
備える回転陽極型Ｘ線管３１は、図２〜図５に示す構成
を有する。すなわち、Ｘ線管装置２０は、図２に示すよ
うに、Ｘ線管収容容器３０の内部に絶縁支持体３２，３
３で固定された回転陽極型Ｘ線管３１を有し、且つ容器
３０の内部空間に絶縁油３４が詰められている。またこ
のＸ線管装置２０は、Ｘ線管の回転体３５及びＸ線放出
用回転陽極４０を回転させるためのステータ４１を備え
ている。なお、同図の符号３６はＸ線管の真空容器、３
７は陰極、３８はＸ線放射ゲート、３９ａは陽極側接続
ケーブル受、３９ｂは陰極側接続ケーブル受をあらわし
ている。そして、図１に示すＣＴスキャナの回転フレー
ムの回転中心軸の方向とＸ線管の中心軸Ｃの方向とは、
平行又はほぼ平行になるように設置されている。

【００３２】回転陽極型Ｘ線管３１は、その要部を図３
乃至図５に示すように、真空容器３６の内部に重金属か
らなる円盤状の回転陽極４０が円筒状回転体３５の一端
に突設されたシャフト３５ａに一体的に固着されてい
る。また、回転陽極４０のテーパ状の焦点軌道面に対向
して、電子ビームｅを放出する陰極３７が配置されてい
る。

【００３３】円筒状回転体３５の内側には、円柱状の固
定体４２が同軸状に嵌合されており、回転体の開口部に
スラストリング４３が固着されている。固定体４２の端
部は、陽極端子４２ａになっており、その一部は真空容
器のガラス円筒容器部３６ａに気密接合されている。回
転体３５と固定体４２との嵌合部分には、前述の各公報
に示されるような各一対のラジアル方向動圧軸受４４，
４５、及びスラスト方向動圧軸受４６，４７が設けられ
ている。

【００３４】ラジアル方向動圧軸受４４，４５は、図４
にその一部を示すように、固定体４２の外周軸受面に形
成された２組のヘリンボンパターンのらせん溝４４ａ，
４５ａと、回転体の内周軸受面とで構成される。また、
一方のスラスト方向動圧軸受４６は、固定体４２の先端
軸受面４２ａ面に形成された図５の（ａ）に示すような
サークル状のヘリンボンパターンらせん溝４２ｂと回転
体の底面とで構成される。なお、図５の（ａ）は図４の
５ａ−５ａにおける平面図である。他方のスラスト方向
動圧軸受４７は、回転体の一部となるスラストリング４
３の軸受面４３ａに形成された図５の（ｂ）のようなサ
ークル状のヘリンボンパターンらせん溝４３ｂと、固定
体の肩部の軸受面４２ｃで構成される。なお、図５の
（ｂ）は図４の５ｂ−５ｂにおける平面図である。各軸
受を構成する軸受面に形成されているらせん溝は、およ
そ２０μｍの深さを有している。

【００３５】これら回転体及び固定体の各軸受の軸受面
は、動作中、およそ２０μｍの軸受間隙を保つようにな
っている。回転中心軸Ｃ上にある固定体４２には、その
中心部分が軸方向にくり抜かれた穴からなる潤滑剤収容
室５１が形成されている。また、この固定体４２の中間
部の外周壁がわずかにテーパ状に削られて径小部５２が
形成され、それによって構成される円筒状の空間に潤滑
剤の一部が溜まるようになっている。

【００３６】また、中心部分の潤滑剤収容室５１から径
小部５２の空間に通じる４つの放射方向通路５３が、等
角度で対称的に形成されている。そして、回転体と固定
体との間の隙間や、各軸受のらせん溝、潤滑剤収容室５
１、径小部５２の空間、及び放射方向通路５３を含む内
部空間には、Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ合金からなる液体金属潤
滑剤が供給されている。

【００３７】回転体３５の主要部は、３重の円筒からな
り、内側が鉄合金製の軸受円筒で、その外側が鉄からな
る強磁性体円筒、外側が銅円筒であり、これらが一体的
に嵌合され結合されている。これらは、回転体３５を取
り巻くガラス円筒容器部３６ａの外周に配置されたステ
ータ４１の電磁コイルと協動して電磁誘導モータの回転
子として動作する。ステータ４１は、円筒状の鉄芯４１
ａと、それに巻かれたステータコイル４１ｂとを備えて
いる。このステータコイル４１ｂに、前述のようにステ
ータ駆動電源装置２８から回転駆動電力が供給され、Ｘ
線管内の回転体に回転トルクが生起される。

【００３８】Ｘ線管の回転陽極４０は、一部にグラファ
イトを接合したものではなく、例えば直径が１５０ｍ
ｍ、厚さの最大部が３０ｍｍのＭｏ又はＭｏ合金のよう
な高融点金属からなる基体４０ａ、及びそのテーパ状の
表面部に一体的に形成された１．５ｍｍの厚さのＷ又は
Ｒｅ入りＷ合金のようなＸ線放射用の重金属ターゲット
層４０ｂを有している。なお前述のように、陽極の焦点
軌道領域Ｆに対向して、電子ビームｅを放出する陰極３
７が配置されている。そして、焦点軌道領域上の電子ビ
ーム入射点から発生されたＸ線（Ｘ）は、真空容器の一
部をなすＸ線放射窓３８から外部に放射されるようにな
っている。

【００３９】なお、回転陽極は、基体部分とターゲット
部分とを別々の金属で構成したものに限らず、例えばマ
ンモグフィ装置用の回転陽極型Ｘ線管のように、単一の
Ｍｏ又はＭｏ合金で基体部分及びターゲット部分を構成
したものであってもよい。

【００４０】さらにこの実施例では、真空容器のガラス
製容器部分３６ａを通して管外から見通せる位置の回転
体下端部を構成しているスラストリング４３の外周面の
一部に、黒色のマーク５４が付着されている。そして、
これに対応するガラス製容器部分の外側に、回転速度検
出器５５が配置されている。この回転速度検出器５５
は、Ｘ線遮蔽材からなるケース５６の内部にレーザ光の
発振素子５７及び回転体の表面で反射するレーザ光を受
ける受光素子５８が配置されている。そして、両素子の
動作を制御するとともに受光信号の増幅や演算処理をす
る信号処理部５９を内蔵している。これらは、回転駆動
電源装置２８、及びＸ線放射制御装置２９に電気的又は
光学的に接続され、回転速度に対応する信号の授受が行
われるようになっている。

【００４１】動作においては、ケース５６に設けられた
レーザ光用ゲートを通して回転スラストリングの表面に
レーザ光を照射するとともにそこで反射するレーザ光を
受光し、黒色マーク５４での低反射強度から回転体の回
転速度を演算して検出することができるようになってい
る。

【００４２】このＣＴスキャナは、上述のように、Ｘ線
放射制御装置２９によりＸ線管からのＸ線放射を制御す
るようになっている。このＸ線放射制御装置２９の制御
パネル６１は、例えば図６に示すようなタッチセンサ・
スイッチ式のＣＲＴ表示・操作画面である。なお、同図
はヘリカルスキャンモードでＸ線断層像を撮影する場合
の例である。この制御パネル６１は、Ｘ線管に印加する
陽極電圧を選択して設定する陽極電圧選択部６２、及び
Ｘ線管の回転陽極に入射する電子ビーム電流とＸ線撮影
継続時間すなわちＸ線放射継続時間を選択して設定する
電子ビーム電流・撮影時間選択部６３を備えている。

【００４３】陽極電圧選択部６２は、陽極電圧を１００
ｋＶ乃至１４０ｋＶの範囲を１０ｋＶ刻みで選択できる
ようになっており、選択した陽極電圧でＸ線管が動作制
御されるようになっている。電子ビーム電流・撮影時間
選択部６３は、電子ビーム電流が０．１Ａ乃至０．４Ａ
の範囲を０．０５Ａ刻みで、また、Ｘ線撮影継続時間は
１０秒乃至６０秒の範囲を１０秒刻みで選択できるよう
になっており、選択した電子ビーム電流及び撮影時間で
動作制御されるようになっている。

【００４４】そして、操作者が被撮影物の状態に応じて
適切であると判断した陽極電圧に対応する陽極電圧選択
部６２の該当位置に指タッチして選択すると、動作時に
その陽極加速電圧がＸ線管に印加されるようになってい
る。また同様に、操作者が適切であると判断した電子ビ
ーム電流及び撮影時間に対応する電子ビーム電流・撮影
時間選択部６３の該当位置に指タッチして選択すると、
動作時にその入力条件でＸ線撮影が行われるようになっ
ている。

【００４５】そして、電子ビーム電流・撮影時間選択部
６３は、このＸ線装置の始動後の任意の時点で、Ｘ線管
の回転陽極に溶融等の損傷を生じさせることなく入力可
能な電子ビーム電流及びＸ線撮影継続時間が表示されて
おり、操作者に告知されるようになっている。同図に示
した表示例は、１２０ｋＶの陽極電圧において、電子ビ
ーム電流とＸ線撮影時間との各交点領域が、網かけで図
示（実際には、例えば赤色表示）したところの撮影入力
条件では、Ｘ線管の回転陽極の電子ビーム入射点又はそ
の付近の最高温度が許容限界値を超えるため禁止される
ことをあらわしている。

【００４６】一方、無地で図示（実際には、例えば緑色
表示）したところの撮影入力条件では、回転陽極の電子
ビーム入射点又はその付近の最高温度が許容限界値未満
でありその条件で撮影を終了できることをあらわしてい
る。そして、これらの撮影が禁止又は許可される入力条
件を示す選択場所は、装置の始動後、時々刻々とコンピ
ュータにより比較演算処理されて、表示が更新されるよ
うになっている。

【００４７】このような、さまざまなＸ線撮影条件での
操作が禁止又は許可される入力条件の表示又は告知手段
は、次のようにして構成することが可能である。すなわ
ち、図１３に基づく説明からも明かなように、Ｘ線放射
時の回転陽極の温度上昇特性、及び放熱時の温度低下特
性は、Ｘ線管の回転陽極の熱容量や支持構造、或いは陽
極回転速度、入力条件等でほぼ定まるので、予め入力条
件毎の経時変化の予測を定量的に演算し、又はこの演算
式や予測値をコンピュータに記憶させておき、撮影開始
時に自動的に演算処理させるように構成することができ
る。

【００４８】なおこれは、東芝レビュー第３７巻第９号
第７７７〜７８０頁に掲載された論文に示されている次
のような近似式に基づき、コンピュータにより演算、記
憶、或いはそれに基づく自動制御が可能である。

【００４９】即ち、電子ビーム入射点の温度をＴｐ、焦
点軌道領域の平均温度をＴｆとすれば、Ｔｐ＝Ｔｆ＋
（２・Ｐ・ｗ^-1/2）／［Ｓ（π・ρ・Ｃ・λ・
ｖ）^-1/2］で表わされる。ここで、Ｐは電子ビームの入
射電力、ｗは陽極回転方向の電子ビーム幅、Ｓは電子入
射面の面積、ρは陽極表面部材質の密度、Ｃはその比
熱、λはその熱伝導率、ｖは電子ビーム入射点の周速度
をあらわしている。なお、回転陽極や回転体、固定体か
らの熱輻射や熱伝導による放熱量は、焦点軌道領域の平
均温度Ｔｆの計算式に含まれている。

【００５０】こうして、搭載しているＸ線管について、
陽極回転速度、陽極電圧、電子ビーム電流、及びＸ線放
射継続時間をパラメータとして回転陽極の焦点軌道領域
の平均温度（Ｔｆ）及び電子ビーム入射点の温度（Ｔ
ｐ）の上昇変化並びに低下変化をコンピュータで演算及
び記憶させておくことができる。したがって、ある時点
での入力条件が定まれば、それによって、回転陽極に溶
融等の損傷を起こさない時々刻々の許可撮影条件をコン
ピュータで自動計算させて表示し、操作者に告知するよ
うに構成することができる。

【００５１】そしていま、例えばＸ線装置の始動後最初
にＸ線撮影をする場合のように、回転陽極の温度がほぼ
室温（Ｔｒ）状態である場合に、操作者がこの最初のＸ
線断層撮影で１２０ｋＶの陽極加速電圧を選択したとこ
ろ、電流・撮影時間選択部６３の表示が図６に示した通
りであるとする。そして、同図のパネル表示の中から、
被撮影物の撮影に適する撮影条件として、０．３Ａの電
子ビーム電流で、３０秒間の撮影継続時間を選択して設
定したとする。

【００５２】すると、Ｘ線管へのこの入力条件に基づい
てＸ線放射制御装置から制御信号がＸ線管用電源装置等
に送られてＸ線管装置が動作される。なお、この例の場
合、説明の都合上、陽極の回転速度は例えば５０ｒｐｓ
で一定であると仮定する。

【００５３】上記の入力条件でＸ線撮影が開始される
と、それによってＸ線管の回転陽極の温度は、図７に示
すように、Ｘ線放射開始時点ａからこの撮影終了時点ｂ
までこの入力条件にしたがった上昇カーブ（Ｔｆ，Ｔ
ｐ）で温度上昇し、その後は焦点軌道領域の温度はその
到達温度から放熱による所定の低下カーブ（Ｔｕ）で温
度低下する。このような温度変化は、既に述べたように
予めＸ線放射制御装置内のコンピュータに記憶されてい
る計算式又は予測値に基づいて、時々刻々と、比較演算
処理される。

【００５４】上記第１回目の撮影が終了した時点ｂか
ら、次のＸ線撮影が回転陽極の損傷なしで許可及び禁止
される入力条件が、焦点軌道領域の温度低下カーブ（Ｔ
ｕ）にしたがって時々刻々演算処理され、それが図６の
パネル上に時々刻々更新表示される。すなわち、焦点軌
道領域の平均温度が比較的高い時点では、次の撮影で許
可される入力条件は、比較的小さい電子ビーム電流で且
つ比較的短い撮影継続時間だけが許可されるので、それ
にしたがった表示状態である。そして、焦点軌道領域の
温度がカーブＴｕで示すように次第に下がるので、それ
につれて以後に入力可能な電子ビーム電流や撮影時間は
増加するため、順次更新されて許可表示範囲は大きい入
力条件の方に次第に拡大して行く。

【００５５】操作者が定めた次の撮影条件が、例えば
０．３Ａの電子ビーム電流で、４０秒の撮影継続時間で
あるとする。図７に示した第１回目の撮影終了時点ｂか
ら間もない時点では、上記の撮影条件では比較的短時間
の撮影で電子ビーム入射点の温度（Ｔｐ）が許容限界値
（Ｔｓ）を超えてしまい、回転陽極が局部的に溶融して
しまうことがコンビュータの演算処理によって予測でき
ている。したがって、上記の撮影条件に対応する表示パ
ネル位置は、撮影禁止表示が続くことになる。

【００５６】そして、上記の撮影条件で電子ビーム入射
点の温度（Ｔｐ）が許容限界値（Ｔｓ）を超えないこと
が予測される時点ｃに到ると、この時点で上記撮影条件
に対応する表示パネル位置が、撮影許可表示に自動的に
切り替わる。したがって、これに対応する表示パネル位
置に指タッチすれば、その撮影条件でのＸ線撮影に移る
ように制御が開始され、電子ビーム入射点の温度（Ｔ
ｐ）は許容限界値（Ｔｓ）に到達しないで上記設定の撮
影完了時点ｄでＸ線放射が終了する。以後、同様な処理
によって、Ｘ線撮影の許可又は禁止条件が表示され、そ
れにしたがった制御がされるようになっている。

【００５７】なお、陽極電圧の選択パネル部の電圧値の
選択を変更すれば、それに応じて電子ビーム電流値及び
撮影時間の許可又は禁止条件も自動的に演算処理され、
それが時々刻々と更新表示されるようになっている。

【００５８】また上述のように、電子ビーム入射点の温
度（Ｔｐ）は陽極の回転速度の平方根にほぼ逆比例して
変化する。すなわち、陽極電圧及び電子ビーム電流が一
定でも、陽極の回転速度が低くなると電子ビーム入射点
の温度（Ｔｐ）は高くなる。このことを考慮して、陽極
の回転速度を例えば回転速度検出装置５５によって検出
し、それに対応する値を撮影許可又は禁止条件の演算式
に加味して演算処理し、表示及び制御するように構成す
れば、さらに高精度の表示、制御が得られる。

【００５９】そこで、このＸ線装置で設定可能な入力条
件の中で、相対的に高い入力条件すなわち高い陽極電
圧、又は大きい電子ビーム電流を選択して撮影する場合
は、小さい入力条件の場合よりも陽極の回転速度を高め
るような自動制御手段を備える構成にすることができ
る。例えば図８に示すように、最初の撮影時点ａ−ｂ
は、陽極の回転速度を５０ｒｐｓとし、電子ビーム電流
を０．２Ａ、撮影時間を５０秒間に設定して撮影した場
合である。焦点軌道領域の平均温度（Ｔｆ）は比較的ゆ
っくり上昇するが、この焦点軌道領域からみた電子ビー
ム入射点温度（Ｔｐ）は極めて高くなっている。

【００６０】それに対して、０．３Ａの電子ビーム電流
で３０秒間の撮影時間を選択し設定した次の撮影時点ｃ
−ｄでは、陽極の回転速度を例えば８０ｒｐｓに自動的
に高くして動作するようにすれば、焦点軌道領域からみ
た電子ビーム入射点温度（Ｔｐ）は比較的低い値に止ま
る。

【００６１】したがって、動圧式すべり軸受を備えるＸ
線管装置では、回転陽極の回転駆動トルクがやや増加す
るが、この程度の回転速度の上昇制御なら十分可能であ
る。これによって、電子ビーム入射点温度が許容限界値
を超えるまでの所要時間は長くなるので、前と同じ５０
ｒｐｓの回転速度のままで撮影する場合（点線で示す温
度上昇曲線Ｙ）の撮影開始許可時点ｈよりも早い時点ｃ
から撮影を開始し且つ長い撮影時間の撮影が可能にな
る。あるいは、さらに高い入力条件での撮影が可能にな
る。

【００６２】このように、入力条件の大小によって陽極
の回転速度が自動的に制御され、それを加味した許可又
は禁止条件を表示又は告知するようにＸ線装置を構成す
ることができる。

【００６３】なお、Ｘ線撮影時、すなわちＸ線放射時の
Ｘ線管の陽極回転速度は、４０乃至１００ｒｐｓの範囲
になるように制御すれば、回転駆動電力を極端に増加さ
せることなく、且つ回転陽極に損傷を起こすことなく動
作させることができる。

【００６４】図９に示す実施例は、短時間の間欠的撮影
により数十スライスすなわち数十枚のＸ線断層像を撮影
する場合をあらわしている。同図には、２．５秒間隔で
合計９スライスのＸ線断層像を撮影する場合を示してい
る。すなわち、最初の撮影開始時点ａから１秒間で、Ｘ
線管及びＸ線検出器等を搭載した架台回転部が被撮影物
のまわりを１回転して１スライスのＸ線断層像を撮影す
る。このａ時点からｂ時点までの１秒間のＸ線放射によ
り、回転陽極の焦点軌道領域の平均温度Ｔｆ及び電子ビ
ーム入射点の温度Ｔｐが上昇する。そして、この最初の
１スライス分の撮影終了時点ｂから１．５秒後の時点ｃ
までの間に、寝台が所定距離移動し、次の隣の撮影部位
をこのｃ時点から撮影開始する。したがって、この１．
５秒間はＸ線放射が休止されているので、回転陽極の温
度は低下する。このように９スライス分の断層撮影を繰
り返し、一連の撮影終了時点ｄから、回転陽極の温度は
その到達平均温度から所定の低減曲線にならって漸減す
る。

【００６５】このような一定時間間隔で所要回のＸ線撮
影を繰り返す撮影モードの場合も、既に述べたことから
明かなように、回転陽極の予測温度上昇及び温度低下を
演算処理し、その演算式又は予測値に基づいて比較演算
処理し、時々刻々の撮影許可又は禁止条件を操作者に表
示又は告知するように装置を構成することができる。

【００６６】なお、時々刻々の撮影許可又は禁止条件の
表示又は告知手段は、図６のような例に限らず、従来か
らＣＴスキャナに採用されているような手段によること
もできる。すなわち例えば、回転陽極の最大入力熱量に
対する時々刻々の蓄積熱量の比率や、次の撮影条件とそ
の条件でのＸ線撮影が許可される待機時間等を、時々刻
々演算処理して更新し表示するようにしてもよい。

【００６７】なおまた、上述の実施例では回転陽極の電
子ビーム入射点以外の部分の温度を、電子ビーム入射点
以外の焦点軌道領域の平均温度で示したが、これは例え
ば回転陽極の焦点軌道領域に近い特定の位置の温度で置
き換えてもよい。或いはまた、回転陽極の基体全体の平
均温度で置き換えてもよい。さらにまた、回転陽極の特
定の位置の温度を温度検出器で実際に測定し、その信号
又は数値を演算処理に使用してもよく、それによれば一
層高精度の予測演算処理ができる。

【００６８】なお、この発明は、比較的長時間のＸ線放
射による断層撮影に限らず、通常の循環器撮影の用途や
他の比較的短時間のＸ線放射によるＸ線撮影、Ｘ線露光
用、或いはその他の工業用Ｘ線装置等にも広く適用でき
る。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
Ｘ線管の回転陽極の局部的溶融等の損傷を生じないＸ線
撮影条件を時々刻々表示又は告知するので、たえず安全
で且つ高精度、高効率、最良の撮影条件でＸ線撮影がで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す概略構成図。

【図２】図１のＸ線管装置を示す概略縦断面図。

【図３】図２のＸ線管の一部を示す縦断面図。

【図４】図３の一部を示す側面図。

【図５】図４の要部の上面図。

【図６】図１要部を示す正面図。

【図７】この発明の構成を説明するための回転陽極の温
度の経時変化を示す特性図。

【図８】この発明の他の実施例の回転陽極の温度の経時
変化を示す特性図。

【図９】この発明のさらに他の実施例の回転陽極の温度
の経時変化を示す特性図。

【図１０】従来の回転陽極型Ｘ線管の陽極部を示す縦断
面図。

【図１１】回転駆動トルクと陽極回転速度の関係を比較
して示す特性図。

【図１２】一般的なＸ線管の回転陽極の一部の平面図及
びその温度分布を示す図。

【図１３】図１２の陽極温度の経時変化を示す特性図。

【符号の説明】

２９…Ｘ線放射制御装置２０…Ｘ線管装置２７…Ｘ線管用電源装置３１…回転陽極型Ｘ線管３６…真空容器４０…回転陽極４０ａ…回転陽極の基体４０ｂ…回転陽極のターゲット部３５…回転体４２…固定体３７…陰極４４，４５，４６，４７…動圧式すべり軸受６１…撮影条件表示パネルＦ…焦点軌道領域Ｐ…電子ビーム入射点Ｔｆ…焦点軌道領域の平均温度Ｔｐ…電子ビーム入射点の温度Ｔｓ…許容最高限界温度

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05G 1/30 - 1/54

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線放射用ターゲット部を有する回転陽
極、この回転陽極の前記ターゲット部に向けて電子ビー
ムを放出する陰極、上記陽極が固定された回転体、この
回転体に同軸状に嵌合する固定体、これら回転体及び固
定体の嵌合部にらせん溝を有するとともに所定の融点を
もつ液体金属潤滑剤が供給された動圧式すべり軸受を有
するＸ線管と、このＸ線管の外周に配置されたステータ
コイルと、このステータコイルに回転駆動電力を供給す
るように接続されたステータ駆動電源装置と、上記Ｘ線
管の回転陽極上の焦点軌道領域に電子ビームを入射させ
てＸ線を放射させるＸ線管用電源装置と、このＸ線管用
電源装置の動作を制御して上記Ｘ線放射の条件を設定す
るＸ線放射制御装置とを具備するＸ線装置において、上記Ｘ線放射制御装置は、上記Ｘ線管の回転陽極の焦点
軌道面に電子ビームを入射させた場合の陽極電圧又は電
子ビーム電流並びに電子ビーム入射継続時間に対する前
記焦点軌道面上の電子ビーム入射点温度及び電子ビーム
入射点以外の部分の焦点軌道面平均温度の経時上昇をそ
れぞれ予測する回転陽極温度経時上昇予測手段と、上記電子ビーム入射を停止した場合の到達焦点軌道面平
均温度からの放熱による焦点軌道面平均温度の経時低下
を予測する回転陽極温度経時低下予測手段と、上記回転陽極温度経時上昇予測及び陽極温度経時低下予
測に基づいて、時々刻々の上記Ｘ線管への陽極電圧又は
電子ビーム電流並びに電子ビーム入射継続時間の入力許
可条件又は入力禁止条件を告知する入力条件告知手段と
を備えていることを特徴とするＸ線装置。
【請求項２】上記Ｘ線管の回転陽極は、高融点金属か
らなる基体と、該基体表面部の重金属ターゲット部とか
らなる請求項１記載のＸ線装置。
【請求項３】入力条件告知手段は、入力許可条件又は
入力禁止条件を表示するボタン又は表示パネルを有し、
前記ボタン又は表示パネル上の前記入力許可条件を示す
箇所が選択されるとその該当入力条件に基づいて上記Ｘ
線管からＸ線が放射されるように上記Ｘ線放射制御装置
又は上記Ｘ線管用電源装置が駆動制御される構成の請求
項１記載のＸ線装置。
【請求項４】上記装置はさらに上記陽極の回転速度を
検出する回転速度検出装置を備え、上記Ｘ線放射制御装
置は前記回転速度検出装置で検出される上記陽極の回転
速度に対応するデータを加味して上記入力許可条件又は
入力禁止条演算処理する手段を有している請求項１記載
のＸ線装置。
【請求項５】上記入力許可条件値が小さい場合に比べ
て大きい場合には、上記陽極の回転速度を高くして回転
駆動する制御手段を有する請求項１記載のＸ線装置。
【請求項６】Ｘ線放射時の上記Ｘ線管の陽極の回転速
度は、毎秒４０乃至１００回転の範囲に設定されている
請求項１記載のＸ線装置。
【請求項７】被撮影物の配置位置のまわりに配置され
た架台回転部にＸ線管及びＸ線検出器が搭載されてお
り、Ｘ線撮影時に上記架台回転部が被撮影物のまわりを
間欠的又は連続的に回転してＸ線断層像を撮影する構成
の請求項１，請求項２，請求項３，請求項４，請求項５
又は請求項６記載のＸ線装置。