JP4777130B2 - 固定陽極型のｘ線管における実効焦点を見かけ上小さくする方法 - Google Patents

Description

本発明はＸ線撮影像の解像力を向上させる固定陽極型のＸ線管における実効焦点を見かけ上小さくする方法に関するものである。

一般に、診断用Ｘ線発生装置のＸ線管は、電子流発生用フィラメントを有する陰極と、Ｘ線発生用ターゲットを有する陽極とを所定の空間を介し対向して配置し、全体を真空密閉するとともに、発生するＸ線束を鉛等で遮蔽し、Ｘ線の照射口に絞りを設けて、必要な量のＸ線量を照射するようにしている。

ターゲットの中で、電子流が衝突して、Ｘ線が発生する部分を焦点と称し、この焦点は小さいほど半影が小さくなり、Ｘ線撮影像の解像力が高くなる。しかし、焦点が小さくなるほどＸ線の発生に伴い、焦点の単位面積当たりの発熱量が多くなるので、焦点は適切な大きさに維持する必要がある。

一般に、Ｘ線管には、大別して、以下に示すような２種類のＸ線管がある。即ち、入射する電子流に対して陽極をほぼ１２〜２０度傾斜させ、これにより実際に電子流の衝突する部分である実効焦点の大きさをある程度の大きさに保ちながら、画像に対して有効な実効焦点の大きさを小さく抑えるようにした固定陽極型のＸ線管と、陽極を回転させて実効焦点を円周上に設定し、発熱量を大きな実焦点に分散し、単位面積当たりの発熱量を小さくした回転陽極型Ｘ線管とがある。

何れのＸ線管を用いたＸ線撮影装置においても、解像力を決定する要素としては、Ｘ線管の実効焦点サイズに基因する半影の影響による解像力の低下がある。この解像力を向上させるためには、Ｘ線管の焦点サイズを小さくしたり、幾何学的配置を変えなければならない。

従来のＸ線撮影装置において、解像力を向上させる手段として、Ｘ線管の実効焦点サイズを小さくすること（焦点サイズは小さいほど良い）、記録系の解像力を向上させること（画素サイズは小さいほどよい）、および撮影の幾何学的配置を変更して拡大撮影を行う（実効焦点サイズの小さい場合に有効）等の手段が考えられるが、何れも高価であったり、設置スペースを広くする必要があるという問題がある。

解像力を決定する焦点サイズを小さくするには、２通りの方法がある。１つは、電子流が陽極に衝突するサイズそのもの（実焦点サイズ）を小さくすることである。しかし、実焦点サイズを小さくすると前述したように、単位面積当たりの発熱量が大きくなり、焦点が溶けたり、フィラメントの破壊につながる。そこで、回転陽極型Ｘ線管があるが、医療に用いられている微少焦点サイズとして０．１ｍｍ×０．１ｍｍまで小さいものがある。固定陽極型のＸ線管の焦点サイズは歯科用に利用されているものでは０．４ｍｍ〜１．０ｍｍサイズである。焦点サイズを小さくする方法の他の１つは陽極の角度である。例えば、実焦点サイズが０．７ｍｍ×２．１ｍｍであっても、陽極の角度を１９度とすると、実焦点の２．１ｍｍの中心Ｘ線方向からみた見かけの長さは２．１ｍｍ×ｓｉｎ１９°＝０．７ｍｍとなり、撮影に当たり実効焦点サイズは０．７ｍｍ×０．７ｍｍの焦点サイズとなる。
従って、陽極の角度が小さくなればなるほど実効焦点サイズの１辺を小さくすることができる。しかし、ここで、陽極の角度が小さくなればなるほど撮影に必要とされる照射野内での線量の不均一が発生する。これはヒールエフェクトと称され、増感紙フイルム系を用いて撮影が行なわれる場合には問題となる。

Ｘ線撮影装置のＸ線管としては米国特許第2,671,867号（特許文献１）の第１図乃至第１２図に記載されているものがある。この特許文献１には、入射する電子流に対して陽極をほぼ２０度傾斜させた上述した種類のＸ線管が記載されており、その目的とするところは、陰極フィラメントから陽極ターゲットに照射された電子ビームによって陽極ターゲットからＸ線だけでなく逆放射ビームを陰極フィラメントに向けて反射させてフィラメントを破壊したり、フィラメントからさらに強力な電子ビームが発生されるのを防止するようにしたものであり、撮影画像の解像力を向上させるものではない。
米国特許第2,671,867号

本発明方法の目的はＸ線管の構成自体を変更することなく、既存のＸ線管をそのまま用い、Ｘ線管の配置自体を変更するだけで、既存の撮影系における解像力を向上させることができ、しかも低コスト、且つ後付け可能にせんとするものである。

本発明方法は、Ｘ線管（１０）に固定された陰極のフィラメント（１）に対して、これから或る距離離間して陽極（２）を配置し、そのフィラメント（１）との対向面（３）を前記フィラメント（１）のコイル接線に対して所定角度αに設定し、この対向面（３）にターゲット（４）を設け、前記陰極のフィラメント（１）から放出された電子ビームｅを、前記陽極（２）のターゲット（４）に衝突してＸ線を放出する固定陽極型のＸ線管において、Ｘ線ヘッドに固定されている固定陽極型のＸ線管（１０）の幾何学的配置を変えるに当たり、Ｘ線管（１０）の陰極のフィラメント（１）と陽極（２）とを結ぶ線を管軸（５）とすると、焦点の中央を回転中心とし、Ｘ線管（１０）を中心Ｘ線（６）方向から焦点方向を見た時、陰極部を奥に、陽極部を手前方向に一定角度だけ回転させ、回転後の中心Ｘ線（６）の照射する方向から見たときのＸ線管ターゲット（４）の角度を見かけ上小さくすることで、実効焦点サイズを見かけ上小さくし、さらにＸ線撮影に当たり、照射野内におけるＸ線強度分布が不均一な場合は、受光装置またはＸ線発生装置にＸ線強度分布補正手段を設けるようにしたことを特徴とする。

前記方法によって、横又は縦方向の半影を小さくして、焦点によるボケ成分を低減し、解像力を向上させることができる。

尚、前記照射野内のＸ線強度分布が不均一な場合の手段として、Ｘ線発生装置側に補正フィルタを設けることによって、強度分布の不均一を解決することができる。このフィルタにはアルミニウム、銅等の金属やプラスチックなどの合成樹脂等がある。

本発明方法によるパノラマ撮影装置においては、スリットビームなので、横方向の解像力が向上し、診断上今までの装置で抽出できなかった組織や病巣等の画像情報を抽出して提供することができる。

図１に示すように、従来のＸ線管（１０）は、陰極のフィラメント（１）に対して、これから或る距離離間して陽極（２）を配置し、そのフィラメント（１）との対向面（３）をフィラメント（１）のコイル接線に対して所定角度α（例えば２０度）に設定し、この対向面（３）にターゲット（４）を設ける。

従って、陰極のフィラメント（１）から放出された電子ビームｅは陽極（２）のターゲット（４）に衝突してＸ線を放出する。斯様に放出されたＸ線束のうち実際に照射されるＸ線の照射野内の中心Ｘ線方向から見たときの見かけ上の実効焦点サイズをbで表わす。

本発明方法によれば、図２に示すように、焦点サイズを見かけ上、２分の１にするためには、今、ターゲット角度をα、実効焦点サイズをｂ、Ｘ線管（１０）を傾ける角度をθ=α−α′、見かけのターゲット角度をα′、見かけの焦点サイズをｂ′=（１／２）b、とすると、次式が成立し、この式からＸ線管（１０）を傾ける角度θを導出することができる。

上式から明らかなように、Ｘ線管（１０）を傾ける角度θを計算することができ、実際に、この角度θだけＸ線管（１０）を傾斜させることによって、見かけの焦点サイズｂ′を、これまでの実効焦点サイズｂ の１／２とすることができ、従って、撮影画像の解像力を記録系の解像力が十分大きな場合は、２倍に向上させることができる。

また、本発明方法において、中心Ｘ線方向からずれた面におけるＸ線強度が不均一な場合には、Ｘ線の受光装置やＸ線発生装置部において、Ｘ線強度分布補正手段を設けるようにする。

上述したように、本発明方法によれば、Ｘ線撮影装置において、Ｘ線管（１０）を焦点の中央を回転中心とし、Ｘ線管（１０）をＸ線管ターゲット面から中心Ｘ線方向に向かう向きに一定角度だけ傾けることにより、中心Ｘ線（６）の照射する方向から見たときのＸ線管ターゲット角度が見かけ上小さくなり、実効焦点サイズｂが小さくなる。

Ｘ線管（１０）をＸ線発生装置内で横又は縦方向に配置することにより受光面では横又は縦方向の半影が小さくなり、焦点によるボケ成分が低減し、Ｘ線管焦点による半影の影響を低減し、解像力を向上させることができる。斯様に解像力が上がれば、今までの装置で抽出できなかった組織や病巣が抽出でき、診断能を向上させることが可能となる。

さらに本発明方法を用いたＸ線管配置によれば、Ｘ線管（１０）自体は既存のものをそのまま使用することができるため、極めて低廉価に構成することができ、極めて経済的である。

本例では、Ｘ線装置に使用するＸ線管を例にとって説明したが、本発明方法はこれに限定されるものではなく、非破壊検査装置やＸ線CT装置のＸ線管にも適用し得ることは勿論である。

ターゲットを有する陽極とフィラメントを有する陰極より成る従来のＸ線管の配置を示す説明図である。 本発明方法によるＸ線管の配置を示す説明図である。

符号の説明

１ 陰極のフィラメント
２ 陽極
３ 陽極の陰極のフィラメントとの対向面
４ ターゲット
５ 管軸
６ 中心Ｘ線
１０ Ｘ線管

Claims (1)

1. Ｘ線管（１０）に固定された陰極のフィラメント（１）に対して、これから或る距離離間して陽極（２）を配置し、そのフィラメント（１）との対向面（３）を前記フィラメント（１）のコイル接線に対して所定角度αに設定し、この対向面（３）にターゲット（４）を設け、前記陰極のフィラメント（１）から放出された電子ビームｅを、前記陽極（２）のターゲット（４）に衝突してＸ線を放出する固定陽極型のＸ線管において、Ｘ線ヘッドに固定されている固定陽極型のＸ線管（１０）の幾何学的配置を変えるに当たり、Ｘ線管（１０）の陰極のフィラメント（１）と陽極（２）とを結ぶ線を管軸（５）とすると、焦点の中央を回転中心とし、Ｘ線管（１０）を中心Ｘ線（６）方向から焦点方向を見た時、陰極部を奥に、陽極部を手前方向に一定角度だけ回転させ、回転後の中心Ｘ線（６）の照射する方向から見たときのＸ線管ターゲット（４）の角度を見かけ上小さくすることで、実効焦点サイズを見かけ上小さくし、さらにＸ線撮影に当たり、照射野内におけるＸ線強度分布が不均一な場合は、受光装置またはＸ線発生装置にＸ線強度分布補正手段を設けるようにしたことを特徴とする固定陽極型のＸ線管における実効焦点を見かけ上小さくする方法。

Images