JP4832285B2 - Ｘ線源 - Google Patents

Description

本発明はＸ線源に関し、特にＸ線源用の陽極の構造に関する。

多焦点Ｘ線源（multifocus X-ray sources）は一般に、通常、直線又は弧状幾何形状の単一陽極を備え、単一陽極は、多要素電子源からの高エネルギー電子ビームによって単一陽極の長さに沿った離散的なポイントにおいて照射することができる。

こうした多焦点Ｘ線源は、Ｘ線ビームを移動させる必要がある、断層撮影イメージングシステム又は投影Ｘ線イメージングシステムにおいて使用することができる。

本発明は、電子が入射するとＸ線を生成するように構成されるターゲットを備えるＸ線管用の陽極を提供し、陽極は、ターゲットからのＸ線が、通過し、それによって、少なくとも部分的に陽極によってコリメーションされるように構成されるＸ線開口を画定する。

陽極は、２つの部分で形成することができ、Ｘ線開口は、好都合には、この２つの部分の間に画定することができる。これによって、陽極を簡単に製造することが可能になる。２つの部分は、好ましくは、共通電位に保持されるように構成される。

好ましくは、複数のターゲット領域が画定され、それによって、電子がターゲット領域のそれぞれに入射されるようにすることによって、Ｘ線をターゲット領域のそれぞれから独立に生成することができる。これによって、陽極は、たとえば、Ｘ線断層撮影走査で使用するのに適するようになる。この場合、Ｘ線開口は、複数のＸ線開口のうちの１つである場合があり、それぞれのＸ線開口は、ターゲット領域のそれぞれの１つからのＸ線が通過することができるように構成される。

好ましくは、陽極は、電子が通過してターゲットに到達することができる電子開口をさらに画定する。実際に、本発明は、電子が入射するとＸ線を生成するように構成されるターゲットを備えるＸ線管用の陽極をさらに提供し、陽極は、電子が通過してターゲットに到達することができる電子開口を画定する。

好ましくは、電子開口を画定する陽極の部分は、ほぼ等しい電位であるように構成される。これによって、電子が電子開口を通過する時に、電子が横方向の力によって偏向しないように、電子開口内の電界をゼロにすることができる。好ましくは、陽極は、電子が陽極に近づく時に、電子の進行方向に垂直に存在する電界成分がほぼゼロであるように形作られる。いくつかの実施形態では、陽極は、到来する電子の方向に面し、且つ電子開口が形成される表面を有し、当該表面は、上記方向に垂直になるように構成される。

好ましくは、電子開口は、陽極に近づく電子の進行方向にほぼ平行であるように構成される側面を有する。好ましくは、電子開口は、電子ビームが進行してターゲットに到達することができる電子ビーム方向を画定し、ターゲットは、ビーム内の電子によって衝当されるように構成されるターゲット表面を有し、電子ビーム方向は、ターゲット表面に対して１０°以下、より好ましくは、５°以下の角度である。

好ましくは、陽極の請求項は、陽極を冷却するように構成される冷却手段をさらに備える。たとえば、冷却手段は、陽極を通して冷却液を運ぶように構成される冷却液導管を備えてもよい。好ましくは、陽極は、２つの部分を備え、冷却液導管は、２つの部分の間に画定されるチャネル内に設けられる。

本発明は、本発明による陽極を含むＸ線管をさらに提供する。

本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１を参照すると、本発明によるＸ線管は、それぞれが各電子ビームを生成するように構成される、いくつかの要素１２を備える多要素電子源１０及び直線陽極１４を備え、共に管外囲器１６内に閉囲される。電子源要素１２は、陽極に対して高電圧負電位に保持される。

図２を参照すると、陽極１４は、２つの部分、すなわち、ターゲット領域２０が形成された主要部分１８及びコリメーション用部分２２で形成され、２つの部分は共に、同じ正電位に保持され、互いに電気的に接続される。主要部分１８は、全体が凹形で、ターゲット領域２０で構成される内部側面２４、Ｘ線コリメーション用表面２８、及び電子開口表面３０を有する細長いブロックを備える。コリメーション用部分２２は、主要部分１８に対して平行に延びる。陽極のコリメーション用部分２２は、その内部側面３１が、主要部分１８の内部側面２４に対して嵌まるように形作られ、一連の平行チャネル５０が形成されているため、陽極の２つの部分１８、２２が互いに接触して配置されると、２つの部分がそれぞれの電子開口３６及びＸ線開口３８を画定する。各電子開口３６は、電子源に面する陽極１４の表面４２からターゲット２０まで延び、各Ｘ線開口は、ターゲット２０からＸ線ビームが誘導される方向に面する陽極１４の表面４３まで延びる。ターゲット表面２０の領域２０ａは、電子開口３６のそれぞれを通って陽極１４に入る電子にさらされ、これらの領域２０ａは、いくつかの離散的なターゲットを形成するように処理される。

この実施形態では、それぞれを、各電子源要素と位置合わせすることができる、陽極１４を貫通するいくつかの別個の開口を設けることによって、ターゲット領域２０ａのそれぞれから生成されたＸ線ビームを良好に制御することが可能になる。これは、陽極が、２つの垂直方向においてＸ線ビームのコリメーションを実現することができるからである。ターゲット領域２０は、電子開口３６に沿って通過する電子が、ターゲット領域２０に衝当するように、電子開口３６と位置合わせされる。２つのＸ線コリメーション用表面２８、３２は、ターゲット領域２０から離れてＸ線が進行する方向にわずかに幅広になるＸ線開口３８を２つの表面の間に画定するように、互いにわずかに角度が付けられる。したがって、主要陽極部分１８の電子開口表面３０とＸ線コリメーション用表面２８の間にあるターゲット領域２０は、コリメーション用部分２２の電子開口表面３４とＸ線コリメーション用表面３２が接するコリメーション用部分２２の領域４０に対向する。

電子開口３６の外部端３６ａに隣接して、到来する電子に面し、且つ電子開口３６の一方の面を主要部分１８によって構成され、他方の面をコリメーション用部分２２によって構成される陽極１４の表面４２は、ほぼ平坦で、且つ電子開口表面３０、３４及び到来する電子の進行方向に対して垂直である。これが意味することは、電子源要素１２とターゲット２０の間の電子の経路の電界は、電子源要素１２と電子源要素１２に面する陽極の表面４２の間の電子の進行方向に対して平行である、ということである。そのため、陽極１４の２つの部分１８、２２の間の電子開口３６内に、実質的に電界が存在せず、その空間内の電位は、ほぼ一定で、且つ陽極電位に等しい。

使用時、電子源要素１２のそれぞれは、交互に作動して、電子ビーム４４をターゲット領域２０のそれぞれのエリアに入射する。連続する電子源要素１２及びターゲット領域の連続するエリアの使用によって、Ｘ線源の位置が、到来する電子ビーム及びＸ線ビームの方向に垂直な長手方向に、陽極１４に沿って走査されることが可能になる。電子が電子源１２と陽極１４の間の領域で移動する時に、要求される電子の進行方向にほぼ真っ直ぐで且つ平行である電界によって電子が直線で加速される。その後、電子が電子開口３６に入ると、電子はゼロ電界の領域に入り、その領域は、ターゲット２０との衝当がある場合にはそのポイントまでの、陽極１４内部の電子の経路全体を含む。したがって、電子の経路の長さにわたって、電子がその進行方向に垂直な成分を有する電界を受ける時は実質的に存在しない。これに対する唯一の例外は、電子ビームを収束させるために設けられる任意の電界である。この利点は、電子がターゲット２０に近づく時の電子の経路が、ほぼ真っ直ぐであり、たとえば、陽極１４及び電子源１２の電位及び電子軌跡に対するターゲット２０の角度によって影響を受けない、ということである。

電子ビーム４４はターゲット２０に衝当すると、電子の一部は、Ｘ線エネルギーの蛍光放射を生成する。このＸ線放射は、広い範囲の角度にわたってターゲット２０から放射される。しかしながら、金属材料でできた陽極１４は、コリメーション用開口３８の方向にターゲットを出るＸ線のみが陽極１４内で吸収されないようにするため、Ｘ線を大きく減衰させる。したがって、陽極は、コリメーションされたＸ線ビームを生成し、その形状は、コリメーション用開口３８の形状によって画定される。Ｘ線ビームのさらなるコリメーションが、従来の方法で、陽極１４の外部で行われてもよい。

ビーム４４内の電子の一部は、ターゲット２０から後方散乱する。後方散乱した電子は、通常、管外囲器の方に進行し、そこで、電子は、管外囲器の局所加熱を生じるか、又は、管の放電をもたらす可能性がある表面電荷を蓄積する可能性がある。これらの作用は共に、管の寿命を減少させる可能性がある。この実施形態では、ターゲット２０から後方散乱した電子は、陽極１４のコリメーション用部分２２、又はおそらく、主要部分１８と相互作用する可能性がある。この場合、エネルギーを有する電子は、陽極１４に再び吸収されるため、管外囲器１６の過熱又は表面の帯電が回避される。これらの後方散乱した電子は通常、入射する（フルエネルギーの）電子より低いエネルギーを有し、したがって、蛍光放射より低いエネルギーの制動放射を生じる可能性が高い。この余分な焦点ずれ放射線（off-focal radiation）は、陽極１４内で吸収されることになる可能性が高く、したがって、この陽極設計からの焦点ずれ放射線の影響はほとんど存在しない。

図２に示すこの特定の実施形態では、ターゲット２０は、電子が視射角でターゲット２０に衝当するように、到来する電子ビーム４４の方向に対して好ましくは１０°未満、この場合、約５°の小さい角度である。したがって、Ｘ線開口３８はまた、電子開口３６に対して小さい角度、この場合、約１０°である。従来の陽極の場合、特に、このタイプのターゲット幾何形状では、到来する電子は、電子の進行方向を横切る方向の高い電界成分により、ターゲットに衝当する前に電界によってターゲットから偏向する傾向がある。これにより、陽極に対する電子の視射角入射を達成するのが非常に難しくなる。しかしながら、この実施形態では、電子開口３６及びＸ線開口３８の内部の領域は、ほぼ一定電位であり、したがって、電界は実質的にゼロである。したがって、電子は、電子がターゲット２０に衝当するまで直線で進行する。これにより、陽極の設計が簡略化され、陽極２０に対する電子の視射角衝当が実用的な設計オプションになる。視射角幾何形状の利点の１つは、入射電子ビームよりずっと広いターゲット２０の比較的広いエリアが使用されることである。これにより、ターゲット２０の熱負荷を拡散し、ターゲットの効率及び寿命を改善することができる。

図３及び図４を参照すると、本発明の第２の実施形態の陽極は、第１の実施形態と同じであり、対応する部分は、２００だけ増えた同じ参照符号によって示される。この第２の実施形態では、陽極の主要部分２１８は、第１の実施形態の主要部分と同様に形作られ、ターゲット表面２２０で構成される内部側面２２４、Ｘ線コリメーション用表面２２８、及びコリメーション用表面２２８に対して、この場合、約１１°の角度の電子開口表面２３０を有する。陽極のコリメーション用部分２２２にもまた、一連の平行チャンネル２５０が形成されており、それぞれは、陽極の２つの部分２１８、２２２が互いに接触して配置されると、２つの部分がそれぞれの電子開口２３６及びＸ線開口２３８を画定するように、電子開口部分２５０ａ及びＸ線コリメーション用部分２５０ｂを含む。２つのＸ線コリメーション用表面２２８、２３２は、電子開口表面２３０、２３４に対して約９０°で角度を付けられるが、表面２２８、２３２は、電子開口２３６に対して約９０°であるＸ線開口２３８を表面の間に画定するように互いにわずかに角度を付けられる。

図２の実施形態と同様に、図３及び図４の実施形態は、コリメーション用開口２３８は、平行方向に広がるが、ほぼ一定の高さであることを示す。これは、断層撮影イメージングで使用するのに適したＸ線の扇形状ビームを生成する。しかしながら、ビームは、特定の用途に応じて、ほぼ平行か、又は、水平方向と垂直方向の両方に外へ拡散するようにされてもよいことが理解されるであろう。

図５を参照すると、本発明の第３の実施形態では、陽極は、第１の実施形態と全体の形状が同じ主要部分３１８及びコリメーション用部分３２２を含む。図２に示す部分に対応する他の部分は、３００だけ増えた同じ参照符号で示される。この実施形態では、主要部分３１８は、２つの区画３１８ａ、３１８ｂに分割され、一方の３１８ａは、電子開口表面３３０を含み、他方は、ターゲット領域３２０及びＸ線コリメーション用表面３２８を含む。区画の一方３１８ａは、ターゲット領域３２０に平行な区画に沿って、すなわち、入射電子ビームの方向及びＸ線ビームの方向に垂直にチャネル３１９が形成されている。このチャネル３１９は、区画の他方３１８ｂによって閉じられ、延性のあるアニーリングされた銅パイプ３２１の形態の冷却液導管を内部に有し、冷却液導管は、陽極の主要部分３１８の２つの区画３１８ａ、３１８ｂと極めて密接に熱接触するように形作られる。パイプ３２１は、変圧器油又は過フッ化炭化水素等の冷却流体を循環させことができるように冷却回路の一部を形成して陽極３１４を冷却する。必要に応じて、陽極のコリメーション用部分３２２に、同様の冷却（cooling）が設けられてもよい。

本発明の第１の実施形態によるＸ線管の略図である。 本発明の第２の実施形態による陽極の部分斜視図である。 本発明の第３の実施形態による陽極の部分の部分斜視図である。 図４の陽極の部分斜視図である。 本発明の第４の実施形態による陽極の部分斜視図である。

Claims (13)

1. 電子が入射するとＸ線を生成するように構成される複数のターゲット領域を備えるＸ線管用の陽極であって、該陽極は、前記複数のターゲット領域からの前記Ｘ線が通過することによって少なくとも部分的に該陽極によってコリメーションされるように構成される複数のＸ線開口を画成し、それぞれの該Ｘ線開口は、前記複数のターゲット領域のそれぞれからのＸ線が通過することができるように構成され、該陽極は２つの部分で形成され、前記複数のＸ線開口は前記２つの部分の間に画成されることを特徴とするＸ線管用の陽極。
2. 前記２つの部分は、共通電位に保持されるように構成される、請求項１に記載のＸ線管用の陽極。
3. 電子が前記複数のターゲット領域のそれぞれに入射されるようにすることによって、Ｘ線を前記ターゲット領域のそれぞれから独立に生成することができる、請求項１乃至２のいずれかに記載のＸ線管用の陽極。
4. 複数の電子開口がさらに画定され、それぞれの電子開口は電子が通過して複数のターゲット領域のそれぞれに電子が到達することができるように構成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＸ線管用の陽極。
5. 前記電子が該陽極に近づく時に、前記電子の進行方向に垂直に存在する電界成分がほぼゼロであるように形作られる、請求項４に記載のＸ線管用の陽極。
6. 前記陽極に向かう電子に面し且つ前記複数の電子開口が形成される表面を有し、前記表面は、前記電子の進行方向に垂直になるように構成される、請求項５に記載のＸ線管用の陽極。
7. それぞれの前記電子開口は、該陽極に近づく前記電子の進行方向にほぼ平行であるように構成される側面を有する、請求項４乃至６のいずれか１項に記載のＸ線管用の陽極。
8. 前記複数のターゲット領域のそれぞれは前記電子が衝突するターゲット面を有し、
   前記複数の電子開口のそれぞれは、前記電子が通過して前記ターゲット面のそれぞれに到達することができる電子ビーム方向を画定し、前記電子ビーム方向は、前記ターゲット表面に対して１０°以下の角度である、請求項５乃至７のいずれか１項に記載のＸ線管用の陽極。
9. 前記電子ビーム方向は、前記ターゲット表面に対して５°以下の角度である、請求項８に記載のＸ線管用の陽極。
10. 前記陽極を冷却するように構成される冷却手段をさらに備える、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のＸ線管用の陽極。
11. 前記冷却手段は、該陽極を通して冷却液を運ぶように構成される冷却液導管を備える、請求項１０に記載のＸ線管用の陽極。
12. 前記冷却液導管は、前記２つの部分の間に画定されるチャネル内に設けられる、請求項１１に記載のＸ線管用の陽極。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の陽極を含むＸ線管。

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