JP4028601B2

JP4028601B2 - Ｘ線管

Info

Publication number: JP4028601B2
Application number: JP32153294A
Authority: JP
Inventors: イー．バークジェイムズ; ミラーレスター
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1993-12-06
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: EP0657915A1; US5438605A; DE69411520D1; EP0657915B1; DE69411520T2; JPH07201489A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、Ｘ線又はガンマ線の創生に関し、特に、ＣＴスキャナのためのＸ線管に適用するのに適しており、以下にそれに関連したものとして説明する。ただし、他の用途のための放射線の創生にも適用することができることを理解されたい。
【０００２】
【従来の技術】
通常、患者は、ＣＴスキャナの中心孔に配置された水平な寝椅子の上に載せられる。Ｘ線管は、回転自在のガントリー部分に取り付けられ、患者の周りに高速度で回転される。走査速度を高めるには、Ｘ線管の回転速度を高くするが、Ｘ線管の回転速度を高くすると、画像当りの放射線量が減少する。ＣＴスキャナの回転速度が高速化されるにつれて、単位時間当りの発生放射線量の高いより大型のＸ線管が必要とされるようになってきている。もちろん、Ｘ線管が大型であるほど、慣性力が大きい。
【０００３】
ＣＴスキャナ等のための高性能のＸ線管は、一般に、いずれも排気された（真空）ハウジング内に密閉された静止陰極と、回転陽極ディスクを備えている。創生されるＸ線ビームが強くなればなるほど、陽極ディスクが強く加熱される。陽極ディスクが真空空間を通して周囲流体へ熱を放出することによって冷却するのに十分な時間を与えるために、より大きな陽極ディスクを備えたＸ線管が作られるようになっている。
【０００４】
しかしながら、陽極ディスクを大きくすれば、それだけＸ線管を大きくしなければならず、従って、Ｘ線管が、既存のＣＴスキャナのガントリーの狭いスペースに嵌合させにくくなってきている。特に、大型のＸ線管と、大型の支持構造体を組み入れた第４世代のスキャナは、放射線検出器の移動直径を大きくする必要がある。その結果、同じ解像度を得るのにより多数の検出器が必要とされ、Ｘ線管と検出器との間の放射線経路の長さを長くしなければならない。放射線経路の長さを長くすると、発散量が多くなり、画像データのその他の点での劣化を増大する。より多量の発生熱量を除去するためには、Ｘ線管を大きくしなければならないだけでなく、熱交換構造体も大きくしなければならない。
【０００５】
検体の周りに単一のＸ線管を回転させる方式に代えて、検体の周りにリング状に配列された、例えば５、６本の切換可能なＸ線管の配列体を用いる方式が、例えば米国特許第４，２７４，００５号等によって提案されている。しかしながら、それらの管を回転させない限り、限られたデータしか創生されず、限られた画像解像度しか得られない。多数のＸ線管を回転させる場合、すべての管を迅速に回転させ、発生する熱をすべて除去しようとすると、やはり上述したのと同じ機械的な問題に遭遇する。
【０００６】
更に、患者をＸ線管の凹部内に深く受け入れないように十分な大きさとした口を備えた、実質的にベル（釣り鐘）形の排気Ｘ線管が、例えば、米国特許第４，１２２，３４６号及び４，１３５，０９５号等によって提案されている。Ｘ線ビーム源は、ベルの頂部に配置されており、ベルへの口のところで陽極リングに衝突する電子ビームを発生する。Ｘ線ビームを排気されたベル形外囲器の周りに走査させるための電子装置が設けられている。この構成の問題の１つは、約２７０度しか走査することができないことである。もう１つの問題は、走査する電子ビームを収容するためのに必要な大きなスペースを排気（真空）状態に維持することが難しいことである。そのために面倒で複雑な真空ポンプ装置を必要とする。更に別の問題は、焦点の外れた放射線を処理する手段を講ずることができないことである。又、装置全体の物理的な大きさが大きいことも問題である。
【０００７】
更に別のタイプのＸ線管として、例えば米国特許第５，１２５，０１２号、５，１７９，５８３号等によって開放孔形Ｘ線管が提案されている。これらの大径Ｘ線管は、ガラス製ハウジングと密閉された真空チャンバーを有する従来のＸ線管に類似した構造である。このタイプのＸ線管は、製造費が高く、管が破損した場合、修理に細心の注意を必要とする。更に、Ｘ線管内に真空を損なう軸受等の部品が存在するだけでなく、真空内へ汚染ガスを放出する可能性のある真空領域内の表面積が大きいので、管内の真空維持が完全ではない。
【０００８】
例えば米国特許第４，２２７，０８８号、４，３００，０５１号等は、排気領域が大きい場合、能動真空ポンプを使用することを提案しているが、これらの構造には、患者を受け入れるための軸方向の長さに制限があること、真空空間内に機械的軸受や機械的構造物が存在する等の幾つかの欠点がある。Ｘ線管を高速回転させるためには、機械的軸受に潤滑剤を施さなければならない。この構成が十分に対処することができない１つの問題は、潤滑剤又はエポキシを収容したチャンバー内に１０^-6Torrもの高い真空を維持することが困難であることである。反対に、高度の真空空間内に配置された軸受に十分な潤滑を維持することは困難であるという問題もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したいろいろな問題を克服するＸ線管を提供することを課題とし、特に、Ｘ線管においてそのいろいろな異なる構成部品が高真空領域（真空度の高い領域）内へ汚染ガスを放出して真空度を低下させるような環境においては高真空領域を維持することが困難であるという問題を解決することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述したように、Ｘ線管の構成部品の中には真空度の高い高真空領域内へ汚染ガスを放出する部品がある。しかしながら、そのような部品であっても、それを真空度の低い低真空領域内に配置すれば、悪影響を及ぼさない（汚染ガスを放出しない）。本発明は、このことに着目し、Ｘ線管のドーナツ形ハウジングの内部を比較的高い真空度を有する高真空領域と比較的低い真空度を有する低真空領域とに分割し、高真空領域においても汚染ガスを放出することがない陽極及び陰極組立体は、高真空領域内に配置し、電子放出手段を担持した回転自在のロータの少くとも一部分（例えば、高真空領域では汚染ガスを放出する潤滑剤を用いる軸受や、高真空領域ではやはり汚染ガスを放出するエポキシ又はその他のポリマー材を用いる電磁コイルを備えた浮揚式軸受を含む部分）は、低真空領域内に配置することによって上記課題を解決する。
従って、本発明によれば、上記課題を解決するために、真空領域を画定する排気された内部を有するほぼドーナツ形ハウジング（Ａ）と、
該ドーナツ形ハウジング（Ａ）の内部に取り付けられており、冷却流体によって熱を除去されるように冷却流体流路の内側流路部分（１２）に対して熱伝達関係をなす環状の陽極面（１０）を有する陽極（Ｂ）と、
前記ドーナツ形ハウジング（Ａ）の内部に回転自在に設けられたロータ（３０）と、
該ロータにそれと共に回転するように取り付けられており、前記陽極面（１０）に衝突してＸ線ビームを創生するための電子ビームを発生する電子を放出する陰極カップ（３２）を有する少くとも１つの陰極組立体（Ｃ）と、
電子ビームが前記陽極面（１０）の周りに回転されるように前記ロータ（３０）を回転するための回転手段（６０）と、
前記ハウジングの内部に積極的に真空を維持するために該ハウジングの内部に接続された能動真空ポンプ手段（１１０）と、
から成り、
前記ロータ（３０）は、前記陽極（Ｂ）に近接する第１部分と、前記回転手段に近接する第２部分を有し、前記ドーナツ形ハウジング（Ａ）の内部を少くとも比較的高い真空度を有する高真空領域（１３２）と比較的低い真空度を有する低真空領域（１３４）とに分割するための、低真空領域（１３４）と高真空領域（１３２）との間の真空連通を制限する分子移動抵抗手段を有する仕切手段（１３０）が設けられており、前記陽極（Ｂ）及び陰極組立体（Ｃ）は、該高真空領域（１３２）内に配置されており、前記ロータ（３０）の前記第２部分を含む少くとも一部分は、該低真空領域（１３４）内に配置されており、前記能動真空ポンプ手段（１１０）は、前記高真空領域（１３２）側に配置されていることを特徴とするＸ線管が提供される。
【００１１】
前記ロータは、少くとも１つの磁気浮揚式軸受上に支持し、該磁気浮揚式軸受は、前記真空領域内で該ロータの内周面に沿ってロータに取り付けられた鉄材のリングと、該鉄材のリングの半径方向内側に該リングに近接して配置された永久磁石と電磁石のリングと、該電磁石を該真空領域から密封するが、該電磁石からの磁界が前記鉄材のリングと相互作用するように該磁界を通す磁気窓を含む構成とすることが好ましい。
【００１２】
本発明の一実施例においては、前記ドーナツ形ハウジングの内部を少くとも比較的高い真空度を有する高真空領域と比較的低い真空度を有する低真空領域に分割するための分割手段が設けられる。
【００１３】
上記分割手段は、一連の互いに噛合した状態に配列された羽根を含み、それらの羽根がそれらの羽根を境として真空差が維持されるのに十分に蛇行した経路を画定するように一方の羽根が前記ロータに取り付けられ、他方の羽根が前記ハウジングに取り付けられている。
【００１４】
図１を参照すると、本発明が改善しようとする従来のＸ線管の基本的構造が示されている。このＸ線管は、大きいほぼドーナツ形の内部空間を画定するドーナツ形ハウジングＡを有する。ドーナツ形ハウジングＡの内部空間に、その円周方向に延長する陽極組立体（単に「陽極」とも称する）Ｂが取り付けられている。又、電子の少くとも１つのビームを創出するための陰極組立体（以下、単に「陰極」とも称する）Ｃがドーナツ形ハウジングＡの内部空間に配設されている。電子ビームは、回転手段Ｄによって陽極Ｂの周りに回転される。
【００１５】
詳述すれば、陽極Ｂは、電子ビームが衝突するタングステン面（陽極面）１０を有するタングステンディスクである。陽極組立体は、陽極の反対側の表面に沿って、陽極面１０に対して緊密な熱伝達関係をなす内側流路部分を有する環状の陽極冷却流体流路又はチャンネルを画定する。随意選択として、陽極には、冷却流体との熱伝達を促進するための追加の内部通路やフィン等を設けることができる。冷却流体は、冷却流体循環手段により環状の冷却流体流路の外側流路部分１４を通してほぼ３６０°循環され、次いで、冷却流体流路の内側流路部分１２を通して反対方向にほぼ３６０°循環される。この互いに反対向きの内外二重流路部分１２，１４は、陽極の温度をより均一に維持する働きをする。冷却流体循環手段は、内側流路部分１２に近接した陽極からの高温流体を熱交換器を通して循環し、冷却された流体を外側流路部分１４へ戻す。
【００１６】
ハウジングＡには、電子ビームを衝突させるターゲットである陽極のタングステン面１０に対して半径方向に整列した窓手段即ちＸ線窓２０が取り付けられている。この窓は、電子ビームとタングステン製のターゲット陽極との相互作用によって創生されたＸ線が、ドーナツ形ハウジングの孔２４の中心軸線２２に対して横断方向に向けられている。窓２０に向かう方向以外の方向への放射線の散乱を制限するために、陽極面１０の半径方向外周縁の周りに環状のＸ線散乱防止外周壁２６が配置されている。陽極の内周縁の周りには環状の内周壁又はフィルタ２８が配置されている。フィルタ２８は、窓２０へ透過されるＸ線のエネルギー分布を張設するための酸化ベリリウム又はその他の周知の物質を含有したものとすることができる。
【００１７】
ドーナツ形ハウジングＡの内部にその円周方向に延長する環状リング又はロータ３０が配置されている。ロータ３０は、複数の、例えば６個の陰極組立体Ｃを受容するための対応する数の孔を有している。各陰極組立体Ｃは、陰極フィラメント又はその他の電子源３４を収容する陰極カップ３２を備えている。陰極フィラメント３４と陽極は、互いに例えば２００ＫｅＶの高い電圧に維持される。ハウジングＡとロータ３０は、同じ電位、好ましくは接地電位に維持される。好ましくは、陽極も、接地電位に維持され、陰極カップ３２は、ロータ３０から絶縁され、約−２００ＫｅＶに維持される。別法として、流体流路１２，１４を電気絶縁材で形成し、陽極をほぼ＋１００ＫｅＶに維持し、陰極を接地に対してほぼ−１００ＫｅＶに維持することもできる。
【００１８】
ロータ３０は、ハウジングＡ内に軸受４０、図１の従来例では磁気浮揚式軸受によって回転自在に支持されている。磁気浮揚式軸受（単に「磁気軸受」又は「軸受」とも称する）４０は、ロータ３０の内径に沿って取り付けられた、真空内で安定な珪素鋼等の鉄材４２のリングを含む。永久磁石（即ち受動素子）４４と電磁石（即ち能動素子）４６のリングが、珪素鋼のリング４２に近接して、しかし、真空領域の外側に配置されている。ハウジングＡは、真空領域を電磁石４６から分離する磁気窓４８を有する。この磁気窓４８は、磁束を通すことができるが、コイルに通常用いられているエポキシ又はその他のポリマー材が真空領域内へガスを放出するのを防止する。
【００１９】
ロータ３０の心合を維持するために、１対の対向した磁気浮揚式軸受（単に「磁気軸受」又は「軸受」とも称する）５０が、ロータ３０の両側に配置されている。各軸受５０は、ロータ３０に対して互いに対抗する力を与える珪素鋼のリング５２と永久磁石５４（受動素子）を有する。ロータの一方の側の磁気浮揚式軸受５０は、又、前記対抗する力を調節するための電磁コイル５６（能動素子）を有する。ロータ３０の位置を正確に維持するように電磁コイル５６を制御するための斯界において周知の位置センサ（図示せず）が設けられている。電磁コイル５６もやはり、磁気窓５８によってハウジングの真空領域から分離されている。
【００２０】
真空領域内でロータ３０に取り付けられた好ましくは永久磁石のロータ６２を含む大直径のブラシなし誘導モータ６０が設けられている。誘導モータ６０の電磁巻線を含むステータ６４は、ロータ６２に対向して位置しているが、磁気窓４８を挟んで真空領域の外側に配置されている。磁気浮揚式軸受系４０，５０が損傷した場合にロータ３０を支持するための機械的ころ軸受６６が、常態ではロータに接触しないようにして設けられている。これらの機械的ころ軸受６６は、ロータ３０が静止ハウジングＡ及びそれに連結したその他の構造体と相互作用するのを防止する。角度位置モニター６８は、ロータ３０の回転角度位置をモニターし、従って、陰極組立体Ｃの角度位置及びＸ線ビームの頂部を正確にモニターする。
【００２１】
各陰極組立体の陰極カップ３２は、陰極組立体をロータ３０から絶縁するための絶縁材７０を有している。フィラメント３４の一端から絶縁材７０を貫通してドーナツ形リング又はチャンネル７４にまで導体７２が延長している。ドーナツ形リング７４は、一連の取り付けブラケット７６を介してロータ３０によって支持され柄いるがロータから絶縁されている。高圧電源装置（単に「高圧電源」又は「電源」とも称する）８０に熱陰極フィラメント（環状電極）７８に接続されている。高圧電源８０は、高圧ケーブル及び高圧端子の問題を回避するために熱陰極フィラメント７８に直接取り付けられたコンパクトな高周波型であることが好ましい。熱陰極フィラメント７８は、低機能型であることが好ましい。ドーナツ形チャンネル７４は、熱陰極フィラメント７８を部分的に囲繞しており、熱陰極フィラメント７８との間の電子の移転によって熱陰極フィラメントの電位に維持される。熱陰極フィラメント７８の周りには、グリッド制御、電流調整及び能動フィルタ作用のためのグリッド（熱電流フィラメント）８２を配置することが好ましい。
【００２２】
フィラメント３４の他端は、絶縁材７０上に支持された隔離変成器８６の二次コイル８４に接続されている。隔離変成器８６の一次コイル８８は、絶縁材７０によって二次コイル８４から分離されている。フィラメント３４は、二次コイル８４の一端に接続され、二次コイル８４の他端は導線７２によってフィラメントコイル３４の他端に接続されている。一次コイル８８の一端は、ロータ３０、即ち接地に接続され、他端はフィラメントの電流源９０に接続されている。好ましい実施例においては、フィラメントの電流源９０は、ロータ３０に取り付けられて一次巻線８８に接続された変成器の二次巻線９２を含む。変成器の一次巻線９４は、磁気窓４８を挟んで二次巻線９２に対置されている。陰極組立体ＣのうちのどれにＸ線を発生させるかを制御するために、二次コイル９２は、一連のリードスイッチ９６に接続されている。それらのリードスイッチは、ハウジングＡに配設された複数の電磁石９８によって制御される。電流を選択的に電磁石９８に印加することによって、リードスイッチ９６が、どの陰極組立体にフィラメント電流を供給するかを制御するために選択的に開閉される。
【００２３】
ロータ３０を確実に接地電位に維持するために、変成器の二次巻線９２がフィラメント１００にも接続されている。フィラメント１００は、加熱されて電子を放出し、ハウジングＡに取り付けられたスリップリング（集電リング）１０２への電流路を創生する。
【００２４】
ロータ３０には、又、Ｘ線ビームコリメーター手段、好ましくはボックス形コリメーター（「コリメーターボックス」とも称する）１０４が取り付けられている。コリメーターボックス１０４の、中心軸線に平行な互いに対向した両側壁は、Ｘ線ビームの幅即ち厚みを制御する。一方、コリメーターボックス１０４の、中心軸線に対して横断方向の互いに対向した両側壁は、Ｘ線ビームの扇形拡開角度を制御する。コリメーター手段は、又、散乱したＸ線がＸ線ビームと合流するのを防止する。
【００２５】
ハウジングＡの真空領域内に真空を維持するために、能動真空ポンプ手段１１０が設けられている。図示の従来例では、能動真空ポンプ手段１１０は、ハウジングの真空領域内に取り付けられ密封されたイオンポンプ１１２を備えている。イオンポンプは高い電位を用いて真空領域からの分子をコレクター（イオン捕集）プレートに封入するので、電気的接続以外には、外部接続は必要とされない。ハウジングＡの内部には又、ゲッタ１１４、即ち真空領域からイオンを吸収する物質が取り付けられている。
【００２６】
別法として、約１０^-6Torr以下の真空度を維持する他のタイプの真空ポンプを用いることもできる。例えば、極低温真空ポンプを利用することができる。極低温真空ポンプを設ける場合は、極低温真空ポンプの作動を維持するための無停電電源を設けることが好ましい。無停電電源が設けられていないと、瞬間的な停電の発生後、極低温ポンプを平常作動温度に戻すのに相当な時間を必要とする場合がある。
ターボ分子ポンプを使用することも考えられるが、ターボ分子ポンプを使用する場合もやはり、停電後の休止時間を排除するために無停電電源を設けるのが非常に有利である。
作動音が静穏で、費用効率の高い拡散ポンプを使用することも考えられる。拡散ポンプを使用する場合は、機械的支援ポンプも設ける。機械的支援ポンプは、特にそれが油ポンプである場合は、外部へ通気するようにすることができる。油蒸気の問題を回避するために、ルーツブロアのような単純な圧縮乾燥段を利用することができる。これと同じ組み合わせをターボ分子ポンプの場合にも用いることができる。
【００２７】
ハウジングＡは、イオンポンプ１１２及びゲッタ１１４を周期的に交換するためにイオンポンプ１１２及びゲッタ１１４へアクセスすることができるように着脱自在のパネル部分１２０を有している。迅速に真空を引き直すためにハウジングＡを開放した後、別のハウジングポート１２２にポータブル真空ポンプを一時的に接続することが好ましい。ハウジングＡは、単純なボルト又は締め付け具１２６によって相互に連結された複数のハウジングセクション１２４を有している。真空領域を外部から密封するために弾性ガスケットが設けられている。上述した能動ポンプ操作により、弾性シール（密封部材）、溶接部等からの放出ガスを容易に処理することができる。
【００２８】
【実施例】
図２は、本発明の第１実施例を示す。図１の従来例の構成部品と同様な部品は同じ参照符号で示されている。図１の従来例と図２の本発明との主要な相違は、本発明においては磁気軸受４０及び５０の能動素子４６及び５６と、駆動モータ６０のステータ６４を真空領域内に配置したことである。電気巻線に通常用いられるエポキシ注封材やその他のポリマー材に随伴するガス放出の問題を軽減するために、ハウジングの真空領域を高真空領域１３２と低真空領域１３４に分割するための仕切手段即ち真空差維持手段１３０が設けられている。詳述すれば、仕切手段１３０は、低真空領域１３４内の炭化水素の部分圧が高くなるように、軽質ガスの通過を許すが、炭化水素の通過を阻止するか、少くともその流れに抵抗する性質を有する。好ましい実施例では、仕切手段１３０は、磁気軸受４０，５０及び駆動モータ６０の周りの低真空領域１３４と、真空領域の、陰極Ｃ及び陽極Ｂに近接した部分との間の真空連通を制限する分子移動抵抗手段とする。
【００２９】
好ましい例では、分割手段１３０として、低真空領域１３４内でロータ３０に一連の羽根１３６に取り付けられ、それらの羽根と噛合するようにハウジングＡに別の一連の羽根１３８が取り付けられる。低真空領域１３４内の、この第１組の羽根１３６，１３８のある側とは反対側の末端部に、第２組の羽根１３６，１３８が取り付けられる。低真空領域１３４内において炭化水素及びポリマー材から放出されたガスをこれらの第１組及び第２組の羽根１３６，１３８に付着させるのに十分なだけそれらの羽根を冷却するために、冷却通路１４０がそれらの羽根に近接したところでハウジングＡの壁に設けられる。炭化水素の蒸気を凝縮させるには、通常、氷水による冷却で十分である。これらの２組の羽根１３６，１３８が、真空領域を高真空領域１３２と低真空領域１３４とに分割するための分割手段１３０を構成する。緊密に噛合したこれらの遮蔽羽根１３６，１３８は、高真空領域１３２が少くとも１０^−６Torrに維持され、低真空領域１３４が約１０^−４Torrに維持されるように、それらの羽根を境として圧力差（真空差）を創生することができる。酸素等の軽質ガスの部分圧は、低真空領域１３２においても、高真空領域１３４においても同じであるが、炭化水素、グリース等の重質蒸気の蒸気圧は、低真空領域１３４の方が高い。低真空領域は、炭化水素蒸気を真空引きする度合が少ない。
【００３０】
図２の第１実施例においては、フィラメント電流源９０は、誘導又は容量性電位切換リングを備えている。切り換えられた電位は、スイッチ回路１４２のために例えば高圧パルス又は低圧パルスで符号化される。スイッチ回路１４２は、その信号を復号化し、それに従って陰極組立体Ｃを制御する。
【００３１】
図３は、本発明の第２実施例を示す。図１及び図２の構成部品と同様な部品は同じ参照符号で示されている。図３の第２実施例では、多数の真空レベルを設定するので、より多くの慣用の機械的構成部品を利用することができる。詳述すれば、ロータ３０を機械的ころ軸受１５０，１５２によって支承する。この実施例では、真空差維持手段１３０が１０^−４Torr以下の真空を維持するので、１０^−６Torrの真空内で使用するのには適さない潤滑剤、エポキシ及びその他の物質を使用することができ、実際に使用されている。図には機械的ころ軸受１５０，１５２が例示されているが、ジャーナル軸受、箔軸受、水力軸受等も使用することが考えられる。慣用のモータ６０のロータ１５４とステータ１５６の両方が低真空領域１３４内に配置され、一方がロータ３０に、他方がハウジングＡに取り付けられている。
【００３２】
図４、５及び６に示された本発明の第３実施例においても、ハウジングＡは、やはりドーナツ形であり、陽極Ｂは、やはり環状でハウジングＡの一部分と協同して冷却流体流路１２を画定する。陰極組立体Ｃからの電子ビームによって励起されたとき電子ビームを創生するためにタングステン陽極面１０が陰極組立体Ｃの方に向けて配置されている。陰極組立体Ｃは、ハウジングＡの周りにリング状に互いに近接して配列された多数の陰極カップ１６０を有する。各陰極カップ１６０は、励起電流によって加熱されて熱電子放出を起す陰極フィラメント１６２を有し、発生した電子ビームを陽極に対して円周方向に集束（焦点合わせ）するための１対のグリッド１６４と、その電子ビームを半径方向に集束するための１対のグリッド１６６を含むグリッド組立体を有する。ゲート電極又はゲートグリッド１６８は、選択的に、電子ビームを陽極に差向け、あるいは、電子ビームが陽極に達するのを阻止する。電子を通すために各ゲートグリッド１６８を順次に切り換えるスイッチ手段１７０を設ける。かくして、電子ビームは、陽極の周りに段階的に放射され、あるいは、異なる選択されたパターンで放射される。
【００３３】
電子ビームを選択されたビーム寸法で陰極カップに対して陽極上の選択された点に集束（焦点合わせ）するために適正なバイアス電圧をグリッド対１６４，１６６に印加するためのバイアス及び集束制御回路１７２が設けられている。随意選択として、バイアス及び集束制御回路１７２は、電子ビームを陰極カップ１６０の円周に沿って連続的に、又は、陰極カップ１６０の円周の長さに比例する陽極の円弧に沿って複数の位置へ複数の段階で掃引又は走査するためにバイアス電圧をグリッド１６４と１６６の間で漸次に又は段階的にシフトするためのビーム走査手段１７４を含むものとすることができる。その場合、スイッチ手段１７０が次の陰極カップへ切り換えられるたびに、ビーム走査手段１７４により電子ビームをその予め選択された円周方向の複数のビーム位置の各々に沿って掃引させる。
【００３４】
陰極組立体ＣをハウジングＡに対して高電圧にバイアスするための高電圧源１８０が設けられている。陰極カップ１６０をハウジングＡに対して相対的に−１００ＫｅＶのレベルの電位に維持することができるように、陰極組立体ＣをハウジングＡから絶縁するためのセラミック製絶縁層１８２が設けられている。操作者の安全のために、ハウジングＡの方を接地し、陰極カップをハウジング及び陽極に対して相対的に−１００ＫｅＶのレベルにバイアスすることが好ましい。あるいは別法として、陽極をハウジングＡから電気的に絶縁し、ハウジングに対して正電圧にバイアスするようにしてもよい。その場合は、冷却流体が陽極をハウジングに短絡させないように冷却流体は誘電体とするように留意しなければならない。
【００３５】
すべての陰極カップ１６０のフィラメントを同時に駆動することが好ましい。スイッチ手段１７０は、高電圧源１８０を各陰極カップ１６０へ順次に切り換える。かくして、１回に陰極カップ１６０の１つだけ、又は、少数の群を、Ｘ線ビームを発生させるのに十分に高い電圧を陽極に対して維持する。もちろん、電子及びＸ線ビームを制御するためにグリッド１６８又は個々の陰極カップバイアスのどちらかを用いることができる。
【００３６】
各個々の陰極セグメント又はカップには、複数の半径方向のスロットを形成し、各スロット内のフィラメントを直列又は並列に接続することが好ましい。そのようなスロットとフィラメント部分は、グリッド電圧が所望の陰極セグメントから除去されたとき、ターゲットに負荷を与えるのに望ましい線焦点電子ビームを提供する。焦点スポットを陽極軌道を横切って掃引させるのを容易にするためににこの半径方向のスロット付き部分を半分に分割し、適当に絶縁処理することができる。これらの半分体は、又、焦点スポットのサイズを変更するのにも用いることができる。
【００３７】
フィラメントを、より一般的には電子エミッタを加熱することによって一層の改善を達成することができる。フィラメント又は電子エミッタの加熱は、電子エミッタの後に第２の陰極を配置し、第２の陰極を中庸の電位により、そして局部的に制御されるグリッドにより主陰極（第１陰極）と同様の態様で加速することによって行うことができる。この構成の利点の１つは、低温の、仕事関数の低いフィラメントを使用することができることである。それによって電子エミッタの電流所要量を相当に減少することができる。電子エミッタは、極めて均一の焦点スポットを得るために非常に均一に加熱することができる。電子エミッタは、更に、それを作動温度に極めて迅速に昇温させることができるようにタングステンリボン又はその他の適当な低熱質量の物質で構成することができ、それによって単に第２フィラメントのグリッド制御を行うだけで、電子エミッタへの加熱エネルギーを著しく減少させ、信頼性を高めることができる。
【００３８】
図７を参照すると、各々対応する窓２０，２０' ，２０''に近接して階段状に配置された多陽極１０，１０' ，１０''を有する本発明の変型実施例が示されている。陰極カップ３２，３２' ，３２''も環状リング３０にやはり階段状に取り付けられている。環状リング３０は、先の実施例に関連して説明したように磁気軸受に回転自在に装着することが好ましい。別法として、多陰極を環状リング３０の周りに図３〜５に関連して説明した態様に配置することもできる。各陰極カップは、操作者が複数の作動モードの中から選択することができるように磁気スイッチ制御器によって制御される。例えば、多重輪切り撮像のために３つの陰極カップのすべてを同時に作動させることができる。
更に他の別法として、Ｘ線ビームコリメーター１０４，１０４' ，１０４''を陽極／陰極カップ組合せ体の各々に関連させることができる。異なるサイズ又は形状のＸ線ビームを創生するために各コリメーターの開口のサイズを異なるものとすることができる。
更に他の別法として、各陽極／陰極カップ組合せ体にそれぞれ異なるフィルタ又は補償器２６，２６' ，２６''を組合せることができる。
【００３９】
図８を参照すると、電子源３２に対して相対的に移動自在の面１０を有する陽極組立体が示されている。この変型実施例においては、陽極面１０は、冷却チャンネル１２を画定する周囲構造体と共に、図に仮想線で誇張して示されるように選択的に回転又は傾動自在とする。陽極面１０は、回転させずに、撓曲させるようにしてもよい。又、陽極面１０は、その位置を変位させることにより、電子ビームを受け取る陽極面１０の特性を変更するように単一平面以外の形状の表面とすることもできる。
【００４０】
以上、本発明を実施例に関連して説明したが、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろな変更及び改変を加えることができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明が改善しようとしたＸ線管の従来例の断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施例によるＸ線管の断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施例によるＸ線管の断面図である。
【図４】図４は、本発明の第３実施例によるＸ線管の断面図である。
【図５】図５は、図４のＸ線管の部分断面図で示す正面図ある。
【図６】図６は、図４及び５の陰極カップの１つの透視図である。
【図７】図７は、本発明による多陽極の陽極／陰極カップ組合せ体の断面図である。
【図８】図８は、移動自在の陽極管を用いた本発明によるＸ線管の陽極／陰極カップ組合せ体の断面図である。
【符号の説明】
Ａ：ドーナツ形ハウジング
Ｂ：陽極（陽極組立体）
Ｃ：陰極（陰極組立体）
１０：陽極面
１２：冷却流体流路の内側流路部分
１４：冷却流体流路の外側流路部分
２０：Ｘ線窓
２６：環状のＸ線散乱防止外周壁
２８：内周壁（フィルタ）
３０：ロータ
３２：陰極カップ
３４：電子源（陰極フィラメント）
４０：磁気浮揚式軸受
４２：珪素鋼（鉄材）のリング
４４：永久磁石（受動素子）
４６：電磁石（能動素子）
４８：磁気窓
５０：磁気浮揚式軸受
５２：珪素鋼（鉄材）のリング
５４：永久磁石（受動素子）
５６：電磁石（能動素子）
５８：磁気窓
６０：モータ（回転手段）
６６：機械的ころ軸受
７０：絶縁材
７８：熱陰極フィラメント（環状電極）
８０：高圧電源装置
８２：グリッド（熱電流フィラメント）
８６：隔離変成器
９０：フィラメントの電流源
１０４：コリメーター
１１０：能動真空ポンプ手段
１１２：イオンポンプ
１１４：ゲッタ
１２０：着脱自在のパネル部分（アクセスポート）
１２４：ハウジングセクション
１２８：弾性ガスケット
１３０：仕切手段
１３２：高真空領域
１３４：低真空領域
１３６，１３８：羽根
１４０：冷却用通路

Claims

真空領域を画定する排気された内部を有するほぼドーナツ形ハウジング（Ａ）と、
該ドーナツ形ハウジング（Ａ）の内部に取り付けられており、冷却流体によって熱を除去されるように冷却流体流路の内側流路部分（１２）に対して熱伝達関係をなす環状の陽極面（１０）を有する陽極（Ｂ）と、
前記ドーナツ形ハウジング（Ａ）の内部に回転自在に設けられたロータ（３０）と、
該ロータにそれと共に回転するように取り付けられており、前記陽極面（１０）に衝突してＸ線ビームを創生するための電子ビームを発生する電子を放出する陰極カップ（３２）を有する少くとも１つの陰極組立体（Ｃ）と、
電子ビームが前記陽極面（１０）の周りに回転されるように前記ロータ（３０）を回転するための回転手段（６０）と、
前記ハウジングの内部に積極的に真空を維持するために該ハウジングの内部に接続された能動真空ポンプ手段（１１０）と、
から成り、
前記ロータ（３０）は、前記陽極（Ｂ）に近接する第１部分と、前記回転手段に近接する第２部分を有し、前記ドーナツ形ハウジング（Ａ）の内部を少くとも比較的高い真空度を有する高真空領域（１３２）と比較的低い真空度を有する低真空領域（１３４）とに分割するための、低真空領域（１３４）と高真空領域（１３２）との間の真空連通を制限する分子移動抵抗手段を有する仕切手段（１３０）が設けられており、前記陽極（Ｂ）及び陰極組立体（Ｃ）は、該高真空領域（１３２）内に配置されており、前記ロータ（３０）の前記第２部分を含む少くとも一部分は、該低真空領域（１３４）内に配置されており、前記能動真空ポンプ手段（１１０）は、前記高真空領域（１３２）側に配置されていることを特徴とするＸ線管。
前記能動真空ポンプ手段（１１０）は、前記ハウジング（Ａ）内に気密に密封されている請求項１に記載のＸ線管。
前記能動真空ポンプ手段（１１０）は、前記真空領域において発生した蒸気の原子を該真空領域から排出するための排出手段を設ける必要がないように、該真空領域において発生した原子をコレクタ内へ封入させるイオンポンプ（１１２）を含む請求項２に記載のＸ線管。
前記真空領域において発生した原子を化学的に吸着するゲッタ（１１４）が前記ドーナツ形ハウジング（Ａ）の内部に配設されている請求項２又は３に記載のＸ線管。
前記真空領域内に少くとも１０^−６Torrの真空が維持されている請求項１〜４のいずれかに記載のＸ線管。
前記ロータ（３０）を回転するための前記回転手段は、前記低真空領域（１３４）内に配置されたモータ（６０）を含む請求項１〜５のいずれかに記載のＸ線管。
前記ロータ（３０）を支持するための機械的ころ軸受（６６）が前記低真空領域（１３４）内に配置されている請求項１〜６のいずれかに記載のＸ線管。
前記機械的ころ軸受（６６）に潤滑剤が施されている請求項７に記載のＸ線管。
炭化水素又はグリースの蒸気が前記高真空領域（１３２）に浸入しないように炭化水素又はグリースの蒸気を凝縮するための炭化水素又はグリースの蒸気凝縮手段が設けられている請求項８記載のＸ線管。
前記ドーナツ形ハウジング（Ａ）の内部を少くとも比較的高い真空度を有する高真空領域（１３２）と比較的低い真空度を有する低真空領域（１３４）に分割するための前記仕切手段（１３０）は、一連の互いに噛合した状態に配列された羽根（１３６，１３８）を含み、それらの羽根（１３６，１３８）がそれらの羽根を境として真空差が維持されるのに十分に蛇行した経路を画定するように一方の羽根（１３６）が前記ロータ（３０）に取り付けられ、他方の羽根（１３８）が前記ハウジング（Ａ）に取り付けられている請求項１〜９のいずれかに記載のＸ線管。
前記羽根（１３６，１３８）を冷却するための冷却用通路（１４０）が設けられている請求項１０に記載のＸ線管。
前記低真空領域（１３４）内にポリマー材を含有した部品が並置されており、前記羽根（１３６，１３８）は、ポリマー材の蒸気を凝縮させるのに十分に冷却される請求項１１に記載のＸ線管。
前記高真空領域（１３２）は、少くとも１０^−６Torrに維持され、前記低真空領域（１３４）は、１０^−４Torrに維持されている請求項１〜１２のいずれかに記載のＸ線管。
前記ハウジング（Ａ）は、該ハウジング内に真空を維持するために、弾性ガスケット（１２８）を挟んで互いに締着された複数のハウジングセクション（１２４）を有し、前記能動真空ポンプ手段（１１０）は、該弾性ガスケット（１２８）から放出された蒸気を除去する働きをする請求項１〜１３のいずれかに記載のＸ線管。
前記能動真空ポンプ手段（１１０）は、前記ハウジング（Ａ）内に配置されており、前記ハウジングセクション（１２４）は、該能動真空ポンプ手段へアクセスすることができるようにするための着脱自在のアクセスポート（１２０）を有している請求項１４に記載のＸ線管。