JP3560681B2 - Ｘ線装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、Ｘ線管と、フィラメント電流によって加熱され得るカソードからなるＸ線管を作動させるＸ線発生器と、上記フィラメント電流をブースト値にブーストするよう照射モードで作動する手段と、上記フィラメント電流を減少させ、上記管電圧をスイッチオンさせるよう上記照射モードで作動する手段とからなるＸ線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のＸ線装置が、例えば、先行する蛍光透視の後にＸ線画像を形成するため使用される場合に、Ｘ線照射はできる限り迅速に行うことが望ましい。加熱可能なカソードよりなるＸ線管である場合には、最初に、Ｘ線照射に必要とされる管電流を放出し得る温度までカソード（又は、そこに含まれているフィラメント）を加熱する必要がある。
【０００３】
照射の開始までの経過時間を短縮するため、管電圧がまだスイッチオフされている間に、次のＸ線照射（管電圧がスイッチオンされる）に必要なフィラメント電流よりも大きいフィラメント電流をカソードに供給する方法が知られている。ブースト時間は次の照射の間に流れることが必要な管電流によって制御される。かかる管電流が大きくなるに従って、ブースト時間は長くなる。
【０００４】
Ｘ線発生器の所定の形の管に必要とされるブースト時間をメモリに記憶し、Ｘ線照射の間にかかるブースト時間を取り出す方法は既に知られている。かかるメモリ内のブースト時間テーブルは、Ｘ線管の製造者によってＸ線管の形毎に別個に行われる複雑な測定処理を用いて作成される。かくして定められたブースト時間は典型的な値であり、即ち、ブースト時間の最後でカソードの温度は、当該管電流に必要とされる温度より高い場合も低い場合もある。従って、ブースト時間の後、フィラメント電流はＸ線照射に必要とされる値に減少する。管電圧が２００乃至３００ｍｓの更なる時間間隔後にスイッチオンされるとき、カソード温度は照射に必要とされる値に対応する定常値に達する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、準備時間、即ち、Ｘ線照射の開始までに経過する時間間隔を大幅に減少させ得るＸ線装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の種類のＸ線装置を使用する場合、上記目的は、Ｘ線発生器が管電圧がスイッチオンされている間にフィラメント電流がブースト値までブーストされる特別モードを有し、上記特別モードで流れる管電流を測定する手段と、測定された管電流又はそれから得られた値の時間的な変化を記憶する手段と、上記メモリに記憶された時間的な変化からブースト時間を得る手段とが設けられることによって達成される。
【０００７】
ブースト時間は管電圧がスイッチオンされフィラメント電流がそのブースト値にブーストされているＸ線発生器の特別モードで定められることは、本発明の本質的な面である。かかるモードにおいて、管電流は最大値に達するまで連続的に上昇し、その後、管電圧はスイッチオフされ、フィラメント電流は減少させられ、或いは、スイッチオフされる。スイッチングオフの時点までに生じる時間的な変化は測定、記憶される。照射モードで行われる次のＸ線照射のために所定の管電流が事前に設定されるとき、フィラメント電流がブースト値までブーストされている場合にちょうどカソードの温度が所望の管電流が放出される温度に達するまでの所要時間は、記憶された時間的変化から導き出すことが可能である。かかる時間間隔は、その間に当該管電流の値が記憶された管電流の変化に達する時間間隔に対応し；照射モードのブースト時間として事前に設定される。
【０００８】
本発明によれば、必要とされるブースト時間を簡単かつ正確、即ち、当該Ｘ線管に対し個別に定めることが可能である。かかるブースト時間は、必要な限り正確にブースト時間の最後で所望の管電流の放出に必要とされる温度に正確に達していることを確実にする。従って、フィラメント電流が当該管電流に必要とされる値に低下する第２の間隔をブースト時間に続ける必要はない。かくして、準備時間は実質的に短縮される。Ｘ線発生器の特別モードは、長時間の間隔で繰り返され得る更なる利点がある。当該Ｘ線管の特性に影響を与えるエージング現象が考慮される。Ｘ線管を交換するとき、ブースト時間メモリを交換する必要はなく、温度的挙動が分かっていないＸ線管を使用することが可能である。
【０００９】
一般的に言うと、管電流はフィラメント電流だけではなく、Ｘ線管に印加された管電圧に依存する。所定の管電流と管電圧の組合せに関連するブースト時間を定め得る方法は多数ある。一つの方法として、管電圧をパラメータとして管電流の時間的変化を表わす曲線の集合が得られるよう、複数の管電圧に対し特別モードの管電流の時間的変化を繰り返すことができる。通常の動作モードにおいて所定の管電圧が事前に設定されているならば、同一の管電圧に対し特別モードで測定された管電流の時間的変化は、管電圧を定めるため使用される必要がある。この方法は、特別動作モードにおいて複数の時間的な管電流の変化を測定し記憶することが必要であるため、かなり複雑である。
【００１０】
しかし、本発明の好ましい一実施例によれば、種々の管電圧及び管電流に対し定常フィラメント電流値が記憶された第２のメモリが設けられ、ブースト時間を得る手段は第１のメモリ及び第２のメモリにアクセスするので、ただ一つの管電圧に対し管電流の時間的変化を定めるだけ十分である。
【００１１】
【実施例】
以下に、添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
図１に示す如く、Ｘ線管１に電源を供給するＸ線発生器は、Ｘ線管のアノードに正の高電圧を発生する第１の高圧発生部材２と、Ｘ線管のカソードに負の高電圧を発生する第２の高圧発生部材３とからなる。二つの高圧発生部材２及び３は、一端が接地された抵抗４を介して直列接続されている。抵抗４はＸ線管１のアノードを流れる管電流を測定するよう機能する。
【００１２】
管電圧Ｕの時間的変化を発生させる高圧発生部材２及び３は、適当にプログラムされたマイクロプロセッサからなる制御ユニット５によって制御することができる。制御ユニットは、アナログ−ディジタル変換器６を介して、抵抗４の両端間の電圧降下に比例する値、即ち、管電流に比例する値を受ける。その上、制御ユニットは、フィラメント電流制御回路７によって発生されるＸ線管１のカソードのフィラメント電流を定める。上記制御ユニットは、動的データを記憶する第１のメモリ８及び、静的又は定常データが記憶された第２のメモリ９と協働し、以下に説明する方法でこれらのデータをＸ線照射に対し与えられた管電流Ｉ_ｒ 及び管電圧Ｕの値に組み合わせる。
【００１３】
図２の（Ａ）は照射モードのフィラメント電流Ｉ_ｈ の時間的変化を示し、管電圧Ｕの時間的変化は破線で表わされている。時点ｔ＝０の前にフィラメント電流は一定の静止電流値に調節されているが、一方、管電圧Ｕはまだ現われていないことが分かる。かかる静止電流値は、管電圧がスイッチオンされてもかなりの管電流が流れることのないよう選ばれる。典型的な静止電流値は２Ａである。
【００１４】
時点ｔ＝０で、フィラメント電流Ｉ_ｈ はブースト値にブーストされる。かかるブースト値は、習慣的に、Ｘ線照射時に流れる管電流よりも実質的に高く、好ましくは、最大許容値、例えば、１１Ａに一致する。フィラメント電流は、ブースト時間が経過するまで、即ち、時点ｔ＝ｔ_Ｂ までこの値に維持される。時点ｔ＝ｔ_Ｂ でＸ線照射の管電圧Ｕはスイッチオンされる。その上、時点ｔ＝ｔ_Ｂ でフィラメント電流は、３Ａから７Ａの値、即ち、静止電流よりも大きく、ブースト値よりも小さい値に低下される。時点ｔ＝ｔ_Ｂ 以前に、管電流がＸ線管の中を流れ始め、従って、Ｘ線を発生することはなく；即ち、実際のＸ線照射は時点ｔ＝ｔ_Ｂ まで開始しない。所定の照射間隔、又は、自動照射装置により指令される照射間隔の後、管電圧及び管電流はスイッチオフされ、即ち、Ｘ線照射は終了される。
【００１５】
所望の管電流が既に時点ｔ＝ｔ_Ｂ で流れ、Ｘ線照射時を通して一定の状態を保つことを保証するため、以下の二つの条件が満たされる必要がある。
１． ブースト時間の最後（ｔ＝ｔ_Ｂ ）で、フィラメント電流は、管電圧Ｕのスイッチオン後に所望の管電流Ｉ_ｒ が発生する温度にカソードを加熱していることが必要である。
２． Ｘ線照射時に流れるフィラメント電流は、時点ｔ＝ｔ_Ｂ で到達した温度レベルがＸ線照射の全体に亘って維持され、管電流が一定、静的、又は、定常の状態を保つよう、正確に大きくすることが必要である。
【００１６】
図３の（Ａ）は、特定の静的又は定常フィラメント電流の場合に発生する管電流の値Ｉ_ｒ を種々の電圧Ｕ_１ ．．．Ｕ_４ に対し表わす定常的特性の集合のグラフである。かかるグラフから、特定の管電流Ｉ_ｒ と管電圧Ｕの組合せに対し定常状態でフィラメント電流Ｉ_ｈ をどのように調節する必要があるかが容易に分かる。かかる曲線の集合、即ち、管電流又は管電圧の関数としてのフィラメント電流が第２のメモリ９に記憶される。当該Ｘ線管に対し上記の特性の集合を個別に定めることは、ドイツ国特許第２７ ０３ ４２０ 号明細書に本質的に記載されている。
【００１７】
Ｉ_ｒ 、Ｕの上記及び他の組合せに必要とされるブースト時間の簡単かつ正確な決定法を以下に詳細に説明する。このため、Ｘ線発生器は特別モードで作動される。図２の（Ｂ）は、特別モードにおけるフィラメント電流Ｉ_ｒ 及び管電圧Ｕの時間的変化を示す。フィラメント電流は、時点ｔ＝０までその静止電流で維持され、時点ｔ＝０で照射モードにおけるのと全く同一のブースト値にブーストされる。しかし、照射モードとは異なり、時点ｔ＝０で電圧Ｕ_ｒｅｆ は既にＸ線管に印加されているので、Ｘ線電流はカソードが十分加熱されると即座に流れ始める。図３の（Ｂ）には、（図２の（Ｂ）で使用されたスケールとは別の時間的スケールを用いて）管電流Ｉ_ｒ の時間的変化が実線で示されている。カソードの抵抗、或いは、そこに含まれているフィラメントはカソードが高温になるに従って大きくなり、供給されるカソード電源が連続的に増加するので、管電流は最初徐々に増加し、次いで、かなり速く増加することが分かる。管電流が最大の値に達するとき、管電圧Ｕ＝Ｕ_ｒｅｆ はスイッチオフされ、さらにフィラメント電流Ｉ_ｈ はスイッチオフされ、或いは、下げられる。
【００１８】
管電流Ｉ_ｒ の時間的変化から、当該ブースト時間の経過時に管電圧Ｕ＝Ｕ_ｒｅｆ がスイッチオンされたときに所望の管電流が正確に流れることを可能にさせる温度に達するため次の管電圧Ｕ＝Ｕ_ｒｅｆ のＸ線照射時に必要とされるブースト時間を直接導き出すことが可能である。従って、特別モードにおける管電流の時間的変化は、アナログ−ディジタル変換器６を用いて抵抗４の両端の電圧をディジタル化することにより測定、ディジタル化され、例えば、３ｍｓの測定時間間隔に対し管電流の夫々の測定値が得られる。かくして測定された変化は第１のメモリ８に記憶される。
【００１９】
図４は特別モードにおいて制御ユニットによって実行されるステップの時間的シーケンスを説明するフローチャートである。ブロック５０に従って、フィラメント電流は、最初、静止電流値又はスタンバイ値Ｉ_ｓｔｂ に調節される。管の両端の電圧はスイッチオフされている。次いで（ブロック５１）、フィラメント電流はブースト値Ｉ_ｂ に調節され、管電圧は値Ｕ＝Ｕ_ｆｅｆ に調節される。この時点で管電流は図３の（Ｂ）に示す如く流れ始める。上記管電流は３ｍｓ毎に測定、ディジタル化され、第１のメモリ８に記憶される（ブロック５２）。次のステップ（ブロック５３）の間に、測定された管電流は、Ｘ線管が未だ熱的に過負荷ではない最大値Ｉ_ｍａｘ よりも小さいかどうかが検査される。電流Ｉ_ｒ の方が依然として小さいとき、新たな測定と検査等が最大値に達するまで行われる。これは、通常の場合、２００乃至３００ｍｓの経過後である。次いで、フィラメント電流は静止電流Ｉ_ｓｔｂ まで再び減少させられ、管電圧はスイッチオフされる（ブロック５４）。
【００２０】
前述の如く、管電流Ｉ_ｒ はフィラメント電流Ｉ_ｈ だけではなく、管電圧にも依存する。従って、照射モードにおいて次のＸ線照射時に、特別モードに現われる電圧Ｕ＝Ｕ_ｒｅｆ から逸れた管電圧がスイッチオンされるならば、ブースト時間はＵ＝Ｕ_ｒｅｆ に対し記憶された変化から直接的に得ることはできない。かかる管電流の付加的な時間的依存性を考慮する多数の方法があり得る。
ａ） 特別モードにおいて、管電流の時間的変化は、一つの管電圧だけではなく、多数の電圧に対し測定される。かかる電圧の中の一つが次のＸ線照射時に調節れるならば、ブースト時間は当該電圧に関連する時間的変化から得ることが可能である。しかし、特別モードにおける測定及び記憶処理は数回に亘り繰り返すことが必要である。
【００２１】
しかし、一つの電圧Ｕ＝Ｕ_ｒｅｆ に対する管電流の時間的変化だけでも十分である。Ｕ_ｒｅｆ は、好ましくは、最大の管電流（Ｉ_ｒ ＝Ｉ_ｍａｘ ）がＸ線管の熱的な過負荷を伴うことなく実現されるよう選ばれる必要がある。適当な値は、例えば、７０ｋＶである。
ｂ） 一つの管電圧に対し管電流を測定することを十分にさせる可能性のある第１の方法は、図３の（Ａ）及び（Ｂ）に図的に示されている。同図において、次のＸ線照射時に、管電圧Ｕ_４ が現われ、管電流Ｉ_ｒ２が流れることが想定されている。最初の段階で、フィラメント電流Ｉ_ｈ２（同図の（Ａ）の破線を参照のこと）は所定の組合せＵ_４ と関係付けられ、Ｉ_ｒ２はメモリ９から取り出される。第２の段階で、フィラメント電流Ｉ_ｈ２の代わりに流れる管電流Ｉ_ｒ は、電圧Ｕ_ｒｅｆ ＝Ｕ_３ がＸ線管の両端に存在する場合にメモリ９から取り出される。第３の段階として、かかる管電流の値に関連するブースト時間ｔ_Ｂ が第１のメモリ８から取り出される。
ｃ） しかし、例えば、管電流Ｉ_ｒ の測定値の書込み中、又は、書込み後に、図３の（Ｂ）に実線で示され、管電流の時間的変化を表わす曲線が、等価的な定常フィラメント電流の値に対する曲線に一旦変換されるならば（定常状態の場合、等価的な定常フィラメント電流は、Ｕ＝Ｕ_ｒｅｆ の場合にちょうど当該管電流を流す）、二つの段階でも十分である。この曲線は図３の（Ｂ）に破線で、Ｉ_ｃｏｒ として示されている。同図の（Ａ）において、値Ｉ_ｒ１に対し関連する値Ｉ_ｈ１がＵ_３ （＝Ｕ_ｒｅｆ ）の場合の実線の曲線から定められる方法が示されている。このため、Ｉ_ｒ１の測定された値と電圧Ｕ_ｒｅｆ とに関連するフィラメント電流の値Ｉ_ｈ１（同図の（Ａ）を参照のこと）だけがメモリ９から取り出され、値Ｌ_ｒ１の測定時間と関連付けられる。上記の処理がＩ_ｒ の全ての測定値に対し繰り返されると、曲線Ｉ_ｃｏｒ が得られる（図面の簡単化のため、曲線Ｉ_ｈ とＩ_ｒ に対し横軸のスケールは異なる）。
【００２２】
各特別モードの間、又は、その後に曲線Ｉ_ｃｏｒ （図３の（Ｂ）を参照のこと）が上記の如く定められた後、次のＸ線照射に対し、事前に設定された管電流Ｉ_ｒ 及び管電圧Ｕに関連する定常フィラメント電流値Ｉ_ｈ だけが（メモリ９又は図３の（Ａ）の曲線の一つから）定められ、第２の段階中に、曲線Ｉ_ｃｏｒ 上の当該値Ｉ_ｈ に関連するブースト時間の値が（メモリ８又は図３の（Ｂ）から）定められる。
【００２３】
図３の（Ａ）に示す定常特性と同様に、上記過程は種々の管電流Ｉ_ｒ 及び管電圧に対し繰り返してもよく、その後、同図の（Ｂ）に示す如く、管電流Ｉ_ｒ と管電圧Ｕの種々の組合せに関連するブースト時間を表わす曲線の集合が得られる。上記曲線が記憶された場合、ブースト時間は照射モードにおいてそこから直接的に、即ち、曲線Ｉ_ｃｏｒ を利用する中間段階を介することなく得ることができるが、方法は簡単化されることなく記憶容量だけが増加する。その理由は、各Ｘ線照射に先立って、管電流Ｉ_ｒ を発生するため次の照射時に流れるべきフィラメンント電流の値は、いずれにしても図３の（Ａ）、又は、メモリ９の定常特性から定められる必要があるからである。従って、あるＸ線照射から別のＸ線照射までの必要とされるブースト時間をメモリ８及び９に記憶された特性から得ることがより効果的である。
【００２４】
図５のブロック図によれば、Ｘ線照射中の処理は以下の通りである：Ｘ線照射に必要とされる管電流及び管電圧の値は事前に設定される（ブロック５５）。Ｘ線照射に必要とされる定常フィラメント電流が、かかる値から、即ち、メモリ９に記憶された値を用いて定められる（ブロック５６）。次いで、図３の（Ｂ）の曲線Ｉ_ｃｏｒ 、又は、メモリ８から上記フィラメント電流の値に関連するブースト時間ｔ_Ｂ が得られる。次いで、フィラメント電流は、Ｘ線管に電圧が印加されない間隔ｔ_Ｂ の間にブースト値にブーストされる（ブロック５７）。ブースト時間ｔ_Ｂ の終了後、フィラメント電流はブロック５６で定められた値に下げられ、所望の管電圧Ｕがスイッチオンされる（ブロック５８）。かくして、所望の管電流Ｉ_ｒ が流れる。
【００２５】
【発明の効果】
ある種の診断方法において、Ｘ線照射の前に蛍光透視が行われ、その間管電流Ｉ_ｒ は小さいけれども無視し得ない値を有する。照射モードにおいて、上記の方法で定められた全ブースト時間に亘りフィラメントが引続き加熱された場合、温度は僅かに高くなり過ぎることがある。これは、蛍光透視モードで流れるフィラメント電流Ｉ_ｈ に関連するブースト時間の値で上記ブースト時間を短縮することにより防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＸ線装置のＸ線発生器のブロック図である。
【図２】（Ａ）は照射モードにおけるフィラメント電流及び管電圧の時間的変化を示し、（Ｂ）は特別モードにおけるフィラメント電流及び管電圧の時間的変化を示すグラフである。
【図３】（Ａ）は安定状態において管電圧をパラメータとしてフィラメント電流に対する管電流の依存性を表わす特性を示し、（Ｂ）は特別モードにおける管電流の時間的変化とそこから得られるフィラメント電流値を示すグラフである。
【図４】特別モードの動作を示すフローチャートである。
【図５】照射モードの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ Ｘ線管
２，３ 高圧発生部材
４ 抵抗
５ 制御ユニット
６ アナログ−ディジタル変換器
７ フィラメント電流制御回路
８ 第１のメモリ
９ 第２のメモリ

Claims (2)

1. フィラメント電流によって加熱され得るカソードと、アノードとを有するＸ線管と、
   上記Ｘ線管を作動させるＸ線発生器と、
   上記フィラメント電流をブースト値にブーストするよう照射モードで作動する手段と、
   上記フィラメント電流を減少させ上記管電圧をスイッチオンさせるよう上記照射モードで作動する手段とからなるＸ線装置であって、
   上記Ｘ線発生器は、上記管電圧がスイッチオンされているときに上記フィラメント電流が上記ブースト値にブーストされる特別モードを有し、
   上記Ｘ線装置は、上記特別モードで上記アノードを通って流れる管電流を測定する手段と、上記測定された管電流、又は、上記測定された管電流から得られる値の時間的な変化を記憶する手段と、ブースト時間の最後において上記フィラメント電流が上記カソードを上記管電圧のスイッチオン後に所望の管電流が発生する温度に加熱しているよう、上記記憶する手段に記憶された上記時間的な変化からブースト時間を得る手段とを有することを特徴とする、Ｘ線装置。
2. 上記記憶する手段は、上記時間的な変化が記憶される第１のメモリと、種々の管電圧及び管電流に対する定常フィラメント電流の値が記憶される第２のメモリとを有し、上記ブースト時間を得る手段は、上記第１のメモリ及び上記第２のメモリにアクセスすることを特徴とする、請求項１記載のＸ線装置

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