JP3033608B2 - 回転陰極ｘ線管装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被検体の全周からＸ
線を照射できるように構成したＸ線ＣＴ用の回転陰極Ｘ
線管装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の回転陰極Ｘ線管装置としては、例
えば特開昭56-22037号公報に示されるように、コニカル
・フラスコ状の真空容器の頂部に電子発生源を備え、こ
の電子発生源の周囲に円筒状の回転遮蔽体を配置し、回
転遮蔽体に電子放出方向を規定するための小孔を設けた
もので、回転遮蔽体を回転駆動させて、小孔から放出さ
れる電子をターゲットの全周に照射し、ターゲットから
発生したＸ線を、真空容器中央に形成された凹部に位置
する被検体の全周に照射するように構成したものや、特
開昭63-103392 号公報に示されるように、中空リング状
の真空容器の内に、多数のフィラメント、各フィラメン
トに対する電子線制御用のグリッドおよびグリッドを通
過した電子線を受ける陽極ターゲットを環状に配備し、
作動するフィラメントとこれに対するグリッドとをリー
ドスイッチ等を用いて電気的に回転させて、陽極ターゲ
ットから周方向に回転させながらＸ線を照射するように
構成したものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
従来装置では、真空容器の中央凹部の深さが大きくとれ
ないため、被検体の撮影長さに制限があるとともに、被
検体が凹部に挿入された際に精神的に圧迫を受けるとい
う問題がある。また、電子発生源とターゲットとの距離
が長いため、Ｘ線照射効率が低くなるばかりでなく、以
下のような欠点があった。

【０００４】ａ電子発生源から放出された電子は、反発
しながらターゲットに向かうので、前記距離が長いほど
電子線の広がり角は大きなものとなり、ターゲット上に
所定寸法の焦点を形成するための小孔の形状設定が困難
になる。ｂ電子発生源であるフィラメントへの加熱電流
値によって熱電子の量は定まり、その熱電子の量によっ
て管電流値は制限されるというＸ線管の一般的な性質は
周知であるが、これに加え、電子線発生源とターゲット
間の距離が比較的長い場合と、短い場合とで同じ管電流
値を得ようとするならば、距離の長い場合ほど、熱電子
の量、すなわち、フィラメントへの加熱電流を上げなけ
ればならないという性質がある。しかし、フィラメント
には温度許容値があり、その許容値を越えるまでフィラ
メントを加熱し、管電流の制限値を上げることはできな
い（この管電流の制限値をエミッションの打ち切り値と
称する）。したがって、前記距離が長いほど、フィラメ
ントの温度許容値によって決まるエミッションの打ち切
り値は低くなり、Ｘ線条件の設定範囲が狭められる。

【０００５】また、後者の従来装置では、独立した多数
のフィラメントが順次作動されるためにＸ線がパルス状
に発生することになり、断層像の解像度に限界があっ
た。また、パルス状にＸ線を発生させるものは、連続的
にＸ線を発生させるものよりもフィラメント温度を上げ
て、管電流を増大する必要があるために、フィラメント
の寿命が短くなる欠点もあった。

【０００６】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、請求項１項に係る発明は、真空容器
に改良を加え、陰極フィラメントと陽極ターゲットとの
距離を小さくしてＸ線の発生効率を向上するとともに、
被検体の長さの制約を受けずに、かつ、使用可能な真空
度を早期に得られるようにして、手間少なく迅速に撮影
できるようにすることを目的とし、また、請求項２項に
係る発明は、跳ね返り電子による二次Ｘ線に起因する画
質の低下を回避できるようにすることを目的とし、更
に、請求項３項に係る発明は、検出器に入射されるＸ線
量を均一化して撮影された被検体の全周断層像の精度を
向上できるようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１項に係る発明
は、前述のような目的を達成するために、中心に被検体
挿通孔が形成された中空リング状の真空容器と、前記真
空容器内に設置固定されたリング状の陽極ターゲット
と、前記真空容器内において前記陽極ターゲットに対向
して配置固定されたリング状の陰極フィラメントと、前
記真空容器内において前記陽極ターゲットと陰極フィラ
メントとの間に配備され、前記被検体挿通孔の軸心周り
に回転可能に支持されるとともに、周方向の少なくとも
１箇所に電子線通過用の小孔を備えたリング状の回転体
と、前記回転体を被検体挿通孔の軸心周りに回転させる
駆動手段とを備えて構成する。

【０００８】また、請求項２項に係る発明は、前述のよ
うな目的を達成するために、上述した請求項１項の回転
体に、陽極ターゲットよりも被検体挿通孔の軸心側に位
置させて、跳ね返り電子による二次Ｘ線を遮蔽する遮蔽
部材を一体回転するように設け、その遮蔽部材に陽極タ
ーゲットの焦点から被検体挿通孔の軸心側に向かうＸ線
を通す開口を設けて構成する。

【０００９】また、請求項３項に係る発明は、前述のよ
うな目的を達成するために、上述した請求項２項の遮蔽
部材の開口を覆って、その開口の中心から回転体の周方
向両側程透過長さが大になるように厚みを異ならせたＸ
線照射量調整部材を設けて構成する。

【００１０】

【作用】請求項１項に係る発明の回転陰極Ｘ線管装置の
構成によれば、リング状に配置したフィラメントは常に
通電作動されてその全周から電子線を出しているが、回
転体の小孔を通過した電子線のみを陽極ターゲットに照
射して周方向の一部からＸ線を発生する。そして、回転
体を回転することでＸ線の発生部位が周方向に移動し
て、真空容器中央に位置する被検体の全周に照射するこ
とができる。

【００１１】請求項２項に係る発明の回転陰極Ｘ線管装
置の構成によれば、陽極ターゲットへの照射に伴い、一
部の電子が陽極ターゲットから跳ね返った後に陽極ター
ゲットの焦点の周囲に照射され、その跳ね返り電子によ
って焦点の周囲から発生した二次Ｘ線がＸ線検出器に入
射されることを遮蔽部材によって抑制できる。

【００１２】請求項３項に係る発明の回転陰極Ｘ線管装
置の構成によれば、陽極ターゲットの焦点から発生した
Ｘ線がＸ線検出器に入射されるときに、被検体挿通孔の
軸心を通る仮想直線で結んだ焦点とＸ線検出器との距離
よりも、その入射範囲中央のＸ線検出器に周方向で隣合
うＸ線検出器と焦点との距離が短くなるために、入射範
囲中央側のＸ線検出器程、そこに入射されるＸ線量が減
少するが、陽極ターゲットの焦点から発生したＸ線をＸ
線照射量調整部材を通して減衰することにより、各Ｘ線
検出器に入射されるＸ線量を均一化することができる。

【００１３】

【実施例】次に、この発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。

【００１４】図７は、この発明に係る回転陰極Ｘ線管装
置を利用した高速Ｘ線ＣＴの全体概略斜視図であり、こ
の図において、１はガントリを示し、このガントリ１
に、被検体挿通孔２が前後に貫通形成されるとともに、
後述する回転陰極Ｘ線管装置Ａが被検体挿通孔２を囲む
ように組み込まれている。３は被検体Ｍを載せる上下動
可能なベッドであり，その天板４が前後に水平スライド
して被検体挿通孔２に進出するようになっている。

【００１５】次に、回転陰極Ｘ線管装置Ａの第１実施例
を図１の縦断側面図、図２の要部の拡大断面図、およ
び、図３の断面図に基づいて説明する。

【００１６】これらの図において、５は中心に前記被検
体挿通孔２が形成された中空リング状の真空容器であ
り、真空ポンプ６によって減圧されるようになってい
る。この真空容器５はガラス等の非磁性材からなる前部
容器部分５ａと後部容器部分５ｂとを内外２個のＯ−リ
ング７を介して気密状に接合連結して構成されるととも
に、後部容器部分５ｂの後壁５ｃ、フィラメント端子15
の周囲部、および、摺接端子19の周囲部のみが絶縁材で
形成されている。

【００１７】８は、前記後部容器部分５ｂの後壁５ｃ内
面に固定装備されたリング状の陽極ターゲットであり、
その表面が被検体挿通孔２の軸心Ｘ側に向けてやや傾斜
されている。

【００１８】９は、前記前部容器部分５ａ内に回転自在
に組み込まれたリング状の回転体であり、多数のフェラ
イト磁石片を周方向に接続してリング状に構成され、そ
の前端部（図では左端部）に各磁石片のＮ極とＳ極とが
交互に配列されている。

【００１９】10は、前部容器部分５ａの前面に近接して
配備された駆動手段としてのリング状のステータであ
り、このステータ10への通電制御によって回転体９が10
〜100Hz で回転駆動される。

【００２０】11は、回転体９を回転自在に浮上支持する
磁気軸受用コイルであり、前部容器部分５ａの外周面お
よび外周近くに形成した段差部の前後外面の周方向複数
箇所に装備されている。なお、回転体９の半径方向位置
および軸心方向位置がそれぞれ近接スイッチ等からなる
軸受センサ12、13で検知され、回転体９が容器中心と同
心状に浮上支持されるよう各磁気軸受用コイル11が通電
制御されるようになっている。

【００２１】14は、前部容器部分５ａの内部に前記陽極
ターゲット８に対向するようにリング状に配備固定され
た電子銃としての陰極フィラメントであり、前壁部に備
えた一対のフィラメント端子15を介して交流電源16に接
続されている。

【００２２】17は陽極ターゲット８と陰極フィラメント
14との間を遮断するように前記回転体９の後部から一体
的に連設したリングプレート状のグリッド部であり、こ
れには周方向120 °ピッチで電子線通過用の小孔18が形
成されている。また、このグリッド17の内周縁が前部容
器部分５ａの内周壁に設けた摺接端子19を介してグリッ
ド電源20のマイナス側に導通接続され、小孔18を通過す
る電子線（ａ）を集束制御して陽極ターゲット８に照射
するように構成されている。

【００２３】21は直流高圧電源であり、そのプラス側が
陽極ターゲット８に、また、マイナス側が陰極フィラメ
ント14にそれぞれ接続され、陰極フィラメント14の全周
から出た電子線（ａ）のうち、小孔18を通過したものだ
けがターゲット８に照射されてＸ線（ｂ）が発生し、被
検体挿通孔２内に居る被検体Ｍに３方向からＸ線が照射
されるようになっている。

【００２４】22は、真空容器２の後側に近接して配備し
たリング状のＸ線検出器であり、被検体Ｍを透過したＸ
線量を検知して図外の解析装置に送信する。

【００２５】この回転陰極Ｘ線管装置Ａは以上のように
構成されたものであり、回転体９をグリッド部17と共に
120 °回転させることで被検体Ｍの全周断層像を撮影す
ることができる。因みに、３個の小孔18を備えたグリッ
ド部17を20 で駆動回転すると、17msで全周撮影が行え
ることになる。

【００２６】図４は、回転陰極Ｘ線管装置の第２実施例
を示す縦断側面図、図２は要部の拡大断面図、および、
図６は図４のＺ−Ｚ線断面図である。この第２実施例に
よれば、前部容器部分５ａに組み込まれた回転体９は、
固定外輪23にボール24を介して回動自在に支持された外
側リング９ａと、固定内輪25にボール26を介して回動自
在に支持された内側リング９ｂとをグリッド部17で連結
したものとして構成され、この回転体９もステータ10に
よって回転駆動される。また、グリッグ部17は、固定外
輪23、ボール24及び外側リング９ａを介してグリッド電
源20に接続されている。

【００２７】図８は、回転陰極Ｘ線管装置の第３実施例
を示す要部の断面図であり、回転体９に、陽極ターゲッ
ト８よりも被検体挿通孔２の軸心Ｘ側に位置させて、跳
ね返り電子による二次Ｘ線を遮蔽する遮蔽部材27が一体
回転可能に連接され、その遮蔽部材27に、陽極ターゲッ
ト８の焦点28から被検体挿通孔２の軸心Ｘ側に向かうＸ
線を通す開口29が形成されている。図中、30は、被検体
Ｍに対して照射するＸ線の幅、すなわち、被検体Ｍの全
周断層像を撮影するスライス幅を調整するコリメータを
示している。

【００２８】次に、上記遮蔽部材27による作用を図９の
概略正面図に基づいて説明する。回転体９の周方向にお
ける開口29の幅は、焦点28で発生したＸ線を所定範囲内
のＸ線検出器22に入射するように設定されている。そし
て、陽極ターゲット８への照射に伴い、一部の電子が陽
極ターゲット８から跳ね返った後に陽極ターゲット８の
焦点28の周囲に照射され、その跳ね返り電子によって焦
点28の周囲から二次Ｘ線が発生したときに、領域Ｓ１を
越える箇所からの二次Ｘ線を遮蔽部材27で遮蔽し、Ｘ線
検出器22に入射する二次Ｘ線の量を減少して画質の低下
を回避できる。

【００２９】上記遮蔽部材27を設ける位置としては、図
９に二点鎖線27ａで示すように、Ｘ線検出器22に入射す
る範囲が設定されることから、焦点28から離れる程、そ
の開口29ａの幅が大きくならざるを得ず、それに伴い、
遮蔽部材27で遮蔽できない領域Ｓ２が大きくなるため、
焦点28に近い位置の方が望ましい。

【００３０】また、図１０の概略正面図に示すように、
遮蔽部材27には、その開口29を覆って、開口29の中心か
ら回転体９の周方向両側程透過長さが大になるように厚
みを異ならせた、アルミニウムなどを材料にしたＸ線照
射量調整部材31が設けられ、Ｘ線検出器22に入射される
Ｘ線量を均一化するように構成されている。

【００３１】すなわち、陽極ターゲット８の焦点28から
発生したＸ線がＸ線検出器22に入射されるときに、被検
体挿通孔２の軸心Ｘを通る仮想直線Ｌ１で結んだ焦点28
とＸ線検出器22との距離よりも、その入射範囲中央のＸ
線検出器22に周方向で隣合うＸ線検出器22と焦点28との
距離（入射範囲両端のＸ線検出器22と焦点28とを結んだ
仮想直線をＬ２で示す）が短くなる（Ｌ１＞Ｌ２）ため
に、入射範囲中央側のＸ線検出器22程、そこに入射され
るＸ線量が減少するが、陽極ターゲット８の焦点28から
発生したＸ線をＸ線照射量調整部材31を通し、開口29の
中央から離れる程Ｘ線の減衰量を多くし、各Ｘ線検出器
22に到達した時点でのＸ線量が互いに等しくなるように
するのである。

【００３２】上述した実施例では、回転体９を外部から
ステータ10によって回転駆動しているが、ブラシレスモ
ータによって駆動することもできる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１項に係る
発明の回転陰極Ｘ線管装置によれば、次のような効果が
得られる。 陰極フィラメントと陽極ターゲットとの
距離を小さくできたので効率よくＸ線を発生することが
でき、陽極ターゲット上に所定寸法の焦点を形成するた
めの小孔の形状設定が容易にできる。また、陰極フィ
ラメントと陽極ターゲットとの距離を小さくできるため
に、従来装置にくらべ、管電流の限界値（エミッション
の打ち切り値）を上げることができ、Ｘ線条件の設定範
囲を広げることができる。 陰極フィラメントは連続
作動するので、間欠作動させる場合のように、フィラメ
ント温度を上げて管電流を増大させる必要がなく、陰極
フィラメントの寿命を長くすることができる。 真空
容器が、中心に被検体挿通孔を貫通形成したリング状で
あるために、被検体の長さに制約がなく、一度の挿入で
被検体の任意の部位を能率よく撮像できる。 被検体
挿通孔が軸心方向に短い貫通孔であるために、頭から挿
入されても圧迫管がなく、安心して撮影を受けることが
できる。 リング状の真空容器は容積が小さく、真空
度を下げても、使用できる真空度を得るまでの時間が短
くて済み、運転開始時やメンテナンス後の運転再開後等
における撮影開始を迅速に行えるようになった。

【００３４】請求項２項に係る発明の回転陰極Ｘ線管装
置によれば、跳ね返り電子によって焦点の周囲から発生
した二次Ｘ線がＸ線検出器に入射されることを遮蔽部材
によって抑制できるから、撮影した被検体の全周断層像
の画質が跳ね返り電子による二次Ｘ線に起因して低下す
ることを回避できる。

【００３５】請求項３項に係る発明の回転陰極Ｘ線管装
置によれば、陽極ターゲットの焦点から各Ｘ線検出器に
入射されるＸ線量を均一化するから、隣合うＸ線検出器
間での濃淡の違いを無くし、撮影された被検体の全周断
層像の精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】回転陰極Ｘ線管装置の第１実施例を示す縦断側
面図である。

【図２】図１の要部の拡大断面図である。

【図３】図１におけるＹ−Ｙ線断面図である。

【図４】回転陰極Ｘ線管装置の第２実施例を示す縦断側
面図である。

【図５】図４の要部の拡大断面図である。

【図６】図４におけるＺ−Ｚ線断面図である。

【図７】この発明の回転陰極Ｘ線管装置を使用したＸ線
ＣＴの外観斜視図である。

【図８】回転陰極Ｘ線管装置の第３実施例を示す縦断側
面図である。

【図９】遮蔽部材の作用を説明する概略正面図である。

【図１０】Ｘ線照射量調整部材の作用を説明する概略正
面図である。

【符号の説明】

２…被検体挿通孔 ５…真空容器 ８…陽極ターゲット ９…回転体 10…駆動手段としてのステータ 14…電子銃としての陰極フィラメント 18…小孔 27…遮蔽部材 28…焦点 29…開口 31…Ｘ線照射量調整部材 ｂ…電子線 Ｘ…被検体挿通孔の軸心

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−129043（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−24050（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 6/03

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心に被検体挿通孔が形成された中空リ
   ング状の真空容器と、前記真空容器内に設置固定された
   リング状の陽極ターゲットと、前記真空容器内において
   前記陽極ターゲットに対向して配置固定されたリング状
   の陰極フィラメントと、前記真空容器内において前記陽
   極ターゲットと陰極フィラメントとの間に配備され、前
   記被検体挿通孔の軸心周りに回転可能に支持されるとと
   もに、周方向の少なくとも１箇所に電子線通過用の小孔
   を備えたリング状の回転体と、前記回転体を被検体挿通
   孔の軸心周りに回転させる駆動手段とを備えたことを特
   徴とする回転陰極Ｘ線管装置。
2. 【請求項２】 請求項１の回転体に、陽極ターゲットよ
   りも被検体挿通孔の軸心側に位置させて、跳ね返り電子
   による二次Ｘ線を遮蔽する遮蔽部材を一体回転するよう
   に設け、その遮蔽部材に前記陽極ターゲットの焦点から
   被検体挿通孔の軸心側に向かうＸ線を通す開口を設けて
   ある回転陰極Ｘ線管装置。
3. 【請求項３】 請求項２の遮蔽部材の開口を覆って、そ
   の開口の中心から回転体の周方向両側程透過長さが大に
   なるように厚みを異ならせたＸ線照射量調整部材を設け
   てある回転陰極Ｘ線管装置。