JP4707781B2

JP4707781B2 - Ｘ線管

Info

Publication number: JP4707781B2
Application number: JP36174598A
Authority: JP
Inventors: ピーハリスジェイソン; ジェイカールソンジェラルド; ディーミラーレスター
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2018-12-21
Also published as: EP0924742B1; DE69814574D1; JPH11273597A; DE69814574T2; EP0924742A3; EP0924742A2; US6005918A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＸ線管に関する。より詳しくは、本発明はＸ線管の過度の加熱を防止することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＸ線の診断の使用には、患者の静止陰影像をＸ線フィルム上に生じるＸ線撮影法、患者を通過した後蛍光スクリーンに当たる低強度のＸ線により生じる見える陰影の光像を実時間で生じる蛍光透視法、患者の体の周りを回転する高出力のＸ線管により生じるＸ線から患者の全体の像を電気的に再現するコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）等がある。
典型的には、高出力Ｘ線管は金属又はガラス製の真空にした管球容器を備え、該管球容器が、加熱するための電流が通過するカソードフィラメントを保持する。この電流が、フィラメントを十分に加熱し、電子の雲が放出される即ち熱電子放出が起こるようにする。カソードと、真空の管球容器内にあるアノードとの間に、およそ100〜200kVの高電位を加える。この電位により、電子が真空の管球容器内の真空領域を通ってカソードからアノードへ流れる。カソードの焦点カップハウジングが、カソードフィラメントからの電子をアノードの小さい領域即ち焦点に集める。電子ビームは、Ｘ線が発生するのに十分なエネルギーでアノードに当たる。発生したＸ線の一部は、管球容器のＸ線透過窓を通って、Ｘ線管のハウジングに取り付けられたビーム制限デバイス即ちコリメーターへ行く。ビーム制限デバイスは、検査する患者又は対象に向けられるＸ線ビームの大きさと形状を調整し、患者又は対象の像を再現できるようにする。
【０００３】
Ｘ線の発生中、アノードに当たる電子ビームからの多くの電子は、アノードから反射され、Ｘ線管の他の領域に落ちる。反射した電子は、しばしば二次電子といわれ、Ｘ線管の他の領域に落ちるこのような反射した電子の挙動はしばしば二次電子ボンバートといわれる。二次電子ボンバートは、二次電子が落ちる領域の実質的な加熱を起こす。
金属の管球容器を有するＸ線管では、二次電子はしばしば接地電位にある金属の管球容器に引き付けられる。従って、Ｘ線が生じる場所に最も近い金属管球容器の部分は、Ｘ線管の作動中、二次電子ボンバートによりしばしば実質的に加熱される。Ｘ線が生じる場所に最も近い金属管球容器の領域は、また窓が金属管球容器に結合する領域でもある。それゆえ、窓と金属管球容器の間の気密接合は、故障せずに高温に耐えるように作られている。高出力照射を生じ像生成時間の短いＸ線管を提供するという要望が進んでいるので、アノードに衝突する電子ビームの強度は増加している。残念なことに、このため次に二次電子ボンバートの量が比例して増加し、そのため窓と金属管球容器の間の信頼性ある気密接合を与えるのがますます困難になってきている。
【０００４】
窓と金属フレームの間の接合部で起こる二次電子ボンバートの量をへらす1つの公知の方法が、シーメンスアキティエンゲゼルシャフトに譲渡された米国特許第5,511,104号に記載されている。この特許では、アノードの電位の第1電極と、カソードの電位の第2電極とを備え、これらの電極はアノードから放射される二次電子が、窓に到達するためには第1、第2電極の間の空間を通過しなければならないように配置される。空間を通過する二次電子は、アノードの電位の電極に引き付けられるので、窓に到達する電子はより少なく、窓と管球容器の間の接合部が過度に加熱されない。この配置の主な欠点は、この設計で構成されたＸ線管は、例えばアノードが接地電位で、カソードが−150,000ボルトのシングルエンド形の設計に制限されることである。シーメンスの特許に記載された設計にバイポーラ配置であるアノードが正電位（例えば、＋75,000ボルト）、カソードが負電位（例えば、−75,000ボルト）であるものを使用すると、電極間とアノード又はカソードの間でアークが起こらないように電極を配置することは非常に難しい。アノードとカソードの間に電極を配置すると、これらの要素間の電界の集中が変わり、アークが起こるようになりやすいからである。残念なことに、殆どのＸ線管は、バイポーラ配置のみを取り扱うように構成された発生器を有するので、このようなＸ線管を改装して使用することが難しい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題の1つ又はそれ以上を解決することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、Ｘ線管が提供される。Ｘ線管は、電子のビームを遮蔽するターゲットを形成するアノードを備え、電子とアノードの衝突によりアノードの焦点からＸ線を発生するようになっている。Ｘ線管はまた、加熱されたとき電子を放射するフィラメントを有するカソードを備える。Ｘ線管の管球容器は、アノードとカソードを真空中に囲む。Ｘ線管の管球容器は、アノードにより発生したＸ線が通るＸ線透過窓を備え、Ｘ線管は、アノードから反射した二次電子がＸ線透過窓に衝突する前に、アノードから反射した二次電子を遮蔽する手段を備える。
本発明の他の態様によれば、Ｘ線管が提供される。Ｘ線管は、Ｘ線透過窓を有する管球容器を備える。管球容器は、真空室を形成し、その中でアノード組立体とカソード組立体の作動により、Ｘ線と二次電子が生じる。Ｘ線管はまた管球容器内に、Ｘ線透過窓を二次電子の加熱効果から断熱するためのシールドが、配置される。
【０００７】
本発明のさらに他の態様によれば、Ｘ線管が提供される。Ｘ線管は、電子のビームを遮蔽するターゲットを形成するアノードを備え、電子とアノードの衝突によりアノードの焦点からＸ線を発生するようになっている。Ｘ線管はまた、加熱されたとき電子を放射するフィラメントを有するカソードを備える。Ｘ線管の管球容器は、アノードとカソードを真空中に囲む。Ｘ線管の管球容器は、アノードにより発生したＸ線が通るＸ線透過窓を備え、Ｘ線管は、アノードから反射した二次電子の一部が、Ｘ線透過窓に到達するのを防止する手段を備える。該手段は、管球容器の一部により形成される。
本発明のさらに他の態様によれば、Ｘ線管が提供される。Ｘ線管は、Ｘ線透過窓を有する真空にした管球容器と、真空の管球容器内に取り付けら、回転させるためローターと接続されたアノードと、Ｘ線ビームを発生するため回転するアノードの焦点に当たる電子ビームを発生するカソードとを備える。Ｘ線管の改善は、アノードで反射する二次電子の一部がＸ線透過窓に衝突するのをブロックする手段を備える。
【０００８】
本発明を実施する方法について、例を挙げ図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
【発明の実施の形態及び実施例】
本発明について図面を参照して説明する。同じ要素を指すのに、同じ参照番号を使用する。図１を見ると、Ｘ線管10がＸ線管ハウジング12内に取り付けられている。Ｘ線管10は、真空にした室即ち真空室13aを形成する管球容器13を備える。好適な実施例では、管球容器13は銅でできているが、他の好適な金属を使用することもできる。管球容器13内に、アノード組立体14とカソード組立体16が配置される。アノード組立体14は、固定ナット17を使用してローター20に取り付けられ、公知のように回転軸34の周りを回転する。アノード組立体14は、アノード組立体14の周縁に沿って、タングステン合金又はＸ線を発生することができる他の好適な材料でできたターゲット領域15を備える。カソード組立体16は、静止していて、ターゲット領域15と間隔を置いた関係でカソード焦点カップ18が配置され、電子をターゲット領域15の焦点に集中させるようになっている。カソード焦点カップ18に取り付けられたカソードフィラメント19に電圧をかけ、電子22を放射し、電子はアノード組立体14のターゲット領域15に加速され、Ｘ線23を生じる。ターゲット領域15に接触すると、電子22の一部はターゲット領域15から反射し、管球容器13の真空室13a内で散乱する。反射した電子は、二次電子として知られている。アノード組立体14に反射されずに吸収された電子は、Ｘ線23を生じさせ、Ｘ線の一部は、管球容器13に結合したＸ線透過窓組立体25を通過して、検査する患者又は対象へ向かう。本発明の窓組立体25は、図２〜４により後述する。本実施例では、アノード組立体14とカソード組立体16は、バイポーラの関係で構成され、アノード組立体14は正電位（例えば、＋75,000ボルト）、カソード組立体16は負電位（例えば、−75,000ボルト）である。アノード組立体14とカソード組立体16は、他の好適なバイポーラの電位で構成することもでき、アノード組立体14が接地電位である相互にシングルエンド形の関係で構成することもできる。
【００１０】
図２と３を参照すると、本実施例の窓組立体25が詳細に示される。窓組立体25は、管球容器13の開口部33内には、メイン窓30とシールド32が、相互に間隔をおいて配置される。メイン窓30とシールド32は、ベリリウム等のＸ線を透過する材料でできている。しかし、グラファイト、ベリリア、銅、又はＸ線を最小限濾波するよう十分薄い他の材料を使用することもできる。メイン窓30は、管球容器13の第１段35に沿って位置し、メイン窓30の上面30aが管球容器13の上面13 aと同一平面になる。メイン窓30の下面30bの一部は、接合部37に沿って管球容器13にロー付けされ、気密シールを形成する。メイン窓30と管球容器13の間の気密結合を形成するのに、拡散接合、溶接等他の他の公知の方法を使用することもできる。
【００１１】
シールド32は、管球容器13の第２段40上にある。シールド32は、メイン窓30の下面30bとシールド32の上面32aの間にある保持バネ42により、適所に機械的に保持される。保持バネ42により、シールド32の温度変化により起こるシールド32の少しの移動が許容されれる。シールド32を適所に保持するため、保持バネ42の代りにバネワッシャー又は他の好適な機械デバイスを使用することができる。さらに、シールド32は、管球容器13に摩擦で係合する大きさとし、保持バネ42又は他の機械的デバイスを必要としないようにすることもできる。さらに、シールド32は、ネジ止め、折り曲げ、又は他の方法で適所に固定することができる。
図２と３を続けて参照すると、図３に破線で示す通気孔45が、メイン窓30の下面30bとシールド32の上面32aの間に形成される領域R1から、管球容器13により形成される真空室13aへの通路を形成する。後述するように、一対の通気孔45により、組立中にメイン窓30とシールド32の間に不所望の空気又はガス分子が偶然に捕らえられないようにする。
【００１２】
動作において、窓組立体25を有するＸ線管10の組立は、まず管球容器13内へ通気孔45をあける。次に、シールド32を管球容器13の第２段40に置き、保持バネ42をシールド32の上面32a上に置き、シールド32を機械的に適所に固定できるようにする。次に、メイン窓30を管球容器13の第１段35に沿ってロー付け又は他の方法で固定し、接合部37で気密シールが形成されるようにし、メイン窓30が保持バネ42と係合し、シールド32を適所に保持するためシールド32に十分な圧力をかけるようにする。通気孔45は、空気が領域R1で捕らえられないようにするのを助ける。より詳しくは、メイン窓30とシールド32の組立に続いて、管球容器13から公知の技術により、ガスと空気が排気される。通気孔45により、領域R1に捕らえられ得る空気は、管球容器13から容易に排気することができる。シールド32と管球容器13の間は気密シールされていないので、もし通気孔45がなければ、Ｘ線管の作動中に、領域R1に捕らえられた空気が管球容器13の真空室13a内にゆっくり漏れ出す恐れがある。
【００１３】
Ｘ線管10の作動中に、メイン窓30に向かって散乱された二次電子の大部分は、シールド32により遮蔽され即ちブロックされ、従ってメイン窓30に到達しないようにされる。従って、シールド32は、メイン窓30を二次電子の加熱効果から断熱する役割を果たす。二次電子により放散した熱は、シールド32に吸収され、第２段40に沿ったシールド32と管球容器13の間の接合部で、管球容器13に伝導される。シールド32と衝突する二次電子により放散した熱は、管球容器13の真空状態の完全さに実質的に影響しない。シールド32と管球容器13の間の接続は、管球容器13の真空状態を保持する役割を果たさないからである。ほぼ全ての二次電子が、メイン窓30に到達しないようにされるので、メイン窓と管球容器13の間の気密接合に悪影響を与えるようなメイン窓30の過度の加熱はなくなる。シールド32により管球容器13に伝導される熱又は直接管球容器13に吸収された熱は、メイン窓30と管球容器13の間の気密接合の信頼性を減らす役割を実質的に果たさない。このような熱は、容易に管球容器13の全体を横切って容易に放散するからである。さらに、シールド32は薄いＸ線透過材料でできているので、シールド32は管球容器13を透過して検査する患者又は対象に向かうＸ線の量に殆ど影響を与えない。
【００１４】
シールド32は接地電位で、アノード組立体14及びカソード組立体16と十分な間隔をおき、アークはシールド32に引き付けられないようになっているので、本発明ではＸ線管をバイポーラ配置で構成することができる。
図4を参照すると、本発明の他の実施例が示される。この実施例では、管球容器13の一部が、電極50を形成するような形状になっている。より詳しくは、電極50は管球容器13の開口部33を囲む部分により形成され、従ってメイン窓30に近接している。電極50の形状は、ドーナツに似ている。より詳しくは、電極50は、彎曲したチューブ状表面50aを備え、電極50により生じる電界が二次電子を電極50に引き付けるような形状である。このため、開口部33に近づく二次電子のうち窓組立体54と接触する数を減らす。
【００１５】
図４に示す窓組立体54は、図２と３を参照して上述したように管球容器13に気密に固定されたメイン窓30を備える。又、シールド55も窓組立体54の一部として含まれ、さらにメイン窓30を二次電子からシールドするのを助ける。シールド55は、窓部分57と側壁59を含む。シールド55は、管球容器13の開口部33内に摩擦でプレス嵌めできるような形状と大きさである。シールド55の側壁59は十分薄く、シールド55の窓部分57からメイン窓30に熱が殆ど伝導しないようになっている。シールド55の窓部分57は、一対の真空孔60を備え、メイン窓30とシールド55の間の領域R2から空気を排気するのを助ける。本実施例のメイン窓30とシールド55の材料は、図２の窓組立体25について上述したどれでもよい。
動作において、窓組立体54の組立は、図２と３を参照して上述したように、シールド55を管球容器13にプレス嵌めし、メイン窓30を管球容器13に気密に固定することを含む。シールド55を管球容器13にプレス嵌めするので、バネ又はワッシャーを保持する必要がなく、窓組立体54に必要な部品の数を減らすことができる。さらに、シールド55の窓部分57の真空孔60により、Ｘ線管10の動作前及び動作中に領域R2から空気を容易に排気することができる。
【００１６】
続けて図4を参照すると、開口部33に近づく二次電子は、初めに開口部33を囲む電極50に引き付けられる。それゆえ、電極50は窓組立体54に到達する二次電子の数を実質的に減らすのに役立つ。電極50は管球容器13により形成されその一部なので、二次電子により電極50に伝導される熱は、管球容器13全体を横切って容易に放散する。従って、メイン窓30と管球容器13の間の気密接合37は、電極50と衝突する二次電子による影響を殆ど受けない。シールド55は、電極50のバックアップとして作用し、あらゆる二次電子がメイン窓30に向かって近づくのを制限する。シールド55の窓部分57と衝突する二次電子により放散する熱は、主に窓部分57により管球容器13に伝導する。上述したように、側壁59の断面積は小さいので、シールド55の側壁59からメイン窓30へは非常に少ない熱しか伝導しない。本実施例では、メイン窓30を二次電子から保護するのに電極50とシールド55の組合せを使用するが、メイン窓30を二次電子から保護するのに電極50又はシールド55を個別に使用することもできる。さらに、図２と３を参照して上述した窓組立体25等の他の窓組立体と電極50を組合せて使用することもできる。
【００１７】
ここに記載した実施例の１つの利点は、Ｘ線管管球容器と気密シールを保持するＸ線透過窓に二次電子の大部分が到達しないようにし、過度に加熱しないようにすることである。他の利点は、Ｘ線管をバイポーラ配置に構成して、Ｘ線管管球容器と気密シールを保持するＸ線透過窓が過度に加熱されないようにすることである。
本発明の好適な実施例を記載した。明らかに、前述の発明の詳細な説明を読めば、改変と変形を行うことができる。特許請求の範囲とその均等の範囲に入る限り、本発明はこのような改変と変形を含むことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＸ線管の一部の断面図。
【図２】図１のＸ線管の管球容器と窓組立体の拡大断面図。
【図３】図２の窓組立体の上面図。
【図４】本発明の他の実施例の管球容器と窓組立体の拡大断面図。
【符号の説明】
10 Ｘ線管
12 ハウジング
13 管球容器
14 アノード組立体
15 ターゲット領域
16 カソード組立体
17 固定ナット
18 焦点カップ
19 カソードフィラメント
20 ローター
22 電子
23 Ｘ線
25 窓組立体
30 メイン窓
32 シールド
33 開口部
35 第１段
37 接合部
40 第２段
42 保持バネ
45 通気孔
50 電極
54 窓組立体
55 シールド
57 窓部分
59 側壁
60 真空孔

Claims

Ｘ線管において、
電子とアノードの衝突によりアノードの焦点からＸ線を発生するように、電子ビームを遮蔽するターゲットを形成するアノード(14)、
電子を生じ、加熱されたとき電子を放射するフィラメント(19)を有するカソード(16)、及び、
前記アノードと前記カソードを真空中(13a)に囲み、前記アノードにより発生したＸ線が通るＸ線透過窓(30)を含む管球容器(13)、を備え、前記Ｘ線透過窓(30)は前記管球容器(13)に気密シールで結合し、
更に、前記アノードから反射した二次電子が前記Ｘ線透過窓に衝突する前に、前記アノードから反射した二次電子を遮蔽する手段(32)を備え、
前記遮蔽する手段は、前記管球容器(13)内に、前記Ｘ線透過窓(30)から間隔をおいて、前記管球容器(13)のＸ線が通る窓部分の段(40)上に配置されたシールド(32)であり、前記遮蔽する手段(32)は前記管球容器(13)に固定され、
前記管球容器(13)は、前記シールドと前記Ｘ線透過窓の間の領域から真空への通路を形成する通気孔(45)を備え、前記通気孔(45)は、前記段(40)の前記シールド(32)の縁部とその外側の部分を、前記管球容器(13)の面に直角方向に延びることを特徴とするＸ線管。
前記シールド(32)は、Ｘ線透過材料でできている請求項１に記載したＸ線管。
前記シールド(32)は、前記管球容器(13)に接続する請求項２に記載したＸ線管。
前記Ｘ線透過窓(30)と前記シールド(32)の間に配置されたバネ荷重デバイス(42)が、前記シールドを前記管球容器に固定する請求項３に記載したＸ線管。
前記シールド(32)は、前記管球容器(13)に摩擦係合される請求項３に記載したＸ線管。
前記遮蔽する手段(32)は、Ｘ線を透過する請求項１乃至５の何れか一項に記載したＸ線管。