JP5200259B2 - X-ray tube - Google Patents
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Description
本発明は、焦点外X線を低減させたX線管に関する。 The present invention relates to an X-ray tube with reduced out-of-focus X-rays.
従来X線を使用して被検体を透視し、被検体を診断する医療用X線装置や、物品等の被検体をX線により検査する工業用X線装置には、X線発生源として通常X線管が使用されている。
このX線管は、真空容器内に陰極と陽極が対向配置されていて、陰極側に設けられたフィラメントより発生した熱電子が陽極側に設けられたターゲットに衝突することにより、陽極よりX線が発生されるように構成されている。
すなわち陰極と陽極の間に高電圧を印加して、陽極よりX線を発生させるように構成されているが、印加した電力に対しX線の変換率は1%程度であり、残りの電力は熱となってX線管より放出される。
このため陽極には、放熱効果を高める目的で熱伝導率の高い例えば銅等の金属が使用されており、またターゲットには、X線変換率の高い例えばタングステン等の金属が使用されている。
Conventionally, X-ray generation sources are usually used in medical X-ray devices that use X-rays to see through a subject and diagnose the subject, and industrial X-ray devices that inspect a subject such as an article with X-rays. X-ray tubes are used.
In this X-ray tube, a cathode and an anode are arranged opposite to each other in a vacuum vessel, and thermoelectrons generated from a filament provided on the cathode side collide with a target provided on the anode side. Is configured to be generated.
That is, a high voltage is applied between the cathode and the anode to generate X-rays from the anode, but the conversion rate of X-rays is about 1% with respect to the applied power, and the remaining power is Heat is emitted from the X-ray tube.
For this reason, a metal such as copper having a high thermal conductivity is used for the anode for the purpose of enhancing the heat dissipation effect, and a metal such as tungsten having a high X-ray conversion rate is used for the target.
一方、ターゲットに衝突した熱電子の一部は、2次電子として散乱し、この2次電子の全ては陽極の外表面等に再衝突する。
その結果陽極の外表面からは材料固有の特性X線が発生し、これが焦点外X線としてX線に混入するため、X線画像の画質を低下させる原因となっている。
かかる問題を改善するため、例えば特許文献1で、焦点外X線を低減することができる陽極ターゲットが提案されている。
On the other hand, some of the thermoelectrons that have collided with the target are scattered as secondary electrons, and all of these secondary electrons re-impact on the outer surface of the anode.
As a result, characteristic X-rays specific to the material are generated from the outer surface of the anode, and these are mixed into the X-rays as out-of-focus X-rays, which causes the image quality of the X-ray image to deteriorate.
In order to improve such a problem, for example,
前記特許文献1に記載の陽極ターゲットは、回転する陽極ターゲットの表面に、複数の焦点部を回転方向に沿って間隔をあけて設けると共に、これら焦点部の周囲に環状の溝を形成したもので、焦点部より散乱した2次電子は溝部内に再衝突し、溝部内から焦点外X線として再放出される際、溝部が焦点外X線を遮断するため、X線に焦点外X線が混入するのを低減することができる効果を有する。
従来のX線管のように、30kV以上の管電圧を印加して使用するX線管の場合、陽極 より発生した焦点外X線がX線に混入しても、X線画像への影響は少ない。
その理由は、陽極に使用されている銅のK列の特性X線エネルギーが8〜9keVであるのに対し、X線のエネルギーが十分に大きいことから、X線に焦点外X線が混入しても、X線画像にノイズとして現れることが少ないためである。
しかし近年では、サブトラクション等低管電圧でのX線管の使用が注目されているが、従来のX線管を低管電圧で使用した場合、次のような問題が発生する。
As in conventional X-ray tube, when the X-ray tube to be used by applying a
The reason is that the characteristic X-ray energy of the K columns of the copper used in the anode whereas a 8~9KeV, since the energy of X-rays is large enough, the out-of-focus X-ray to X-rays is mixed However, this is because it rarely appears as noise in the X-ray image.
However, in recent years, the use of an X-ray tube at a low tube voltage such as subtraction has attracted attention. However, when a conventional X-ray tube is used at a low tube voltage, the following problems occur.
白色X線のエネルギースペクトルは、図4に示すように一般に管電圧の1/2〜2/3のエネルギーをピークとしたガウス分布状となる(なお図中Aは透過物がないもの、Bは0.1mmの鉄を透過したもの、Cは0.3mmの鉄を透過したもののエネルギースペクトルを示す)。
例えばX線管を20kVの低管電圧で使用する場合、X線の最大エネルギースペクトルは、10〜15keVとなる。
このため陽極に銅を使用していると、X線のエネルギーと焦点外X線のエネルギー、すなわち銅のK列の特性X線エネルギーは同等であるため、X線に焦点外X線が混入した場合X線画像にノイズとなって現れ、画質を低下させる原因となる。
また陽極より散乱された2次電子は全て陽極の外表面等に衝突して焦点外X線を発生させるため、焦点外X線の線量も多くなってX線画像の画質を低下させる原因となる。
これを防止するため、陽極に熱伝導率の高いモリブデンを使用することも考えられるが、モリブデンのK列の特性X線エネルギーは20keV程度であるため、50kV以下の管電圧で使用した場合には、同様な問題が発生する。
As shown in FIG. 4, the energy spectrum of white X-rays generally has a Gaussian distribution with a peak energy of 1/2 to 2/3 of the tube voltage (in the figure, A indicates that there is no permeate, and B indicates that An energy spectrum of 0.1 mm iron is permeated, and C is an energy spectrum of 0.3 mm iron permeated).
For example, when an X-ray tube is used at a low tube voltage of 20 kV, the maximum energy spectrum of X-rays is 10 to 15 keV.
For this reason, when copper is used for the anode, the X-ray energy and the out-of-focus X-ray energy, that is, the characteristic X-ray energy of the copper K row are equivalent, so that the out-of-focus X-ray is mixed into the X-ray. In this case, it appears as noise in the X-ray image, which causes the image quality to deteriorate.
Further, since all secondary electrons scattered from the anode collide with the outer surface of the anode and generate out-of-focus X-rays, the dose of out-of-focus X-rays increases and causes the quality of the X-ray image to deteriorate. .
In order to prevent this, it is conceivable to use molybdenum having high thermal conductivity for the anode. However, since the characteristic X-ray energy of the K row of molybdenum is about 20 keV, when it is used at a tube voltage of 50 kV or less. A similar problem occurs.
特許文献1に記載の陽極ターゲットのように焦点部の周囲に溝部を設けて、この溝部により焦点外X線を遮蔽するようにしたものでは、回転陽極のように焦点部から散乱する熱電子が比較的狭い範囲で拡散されるものに対しては相応の遮蔽効果が期待できる。
しかし固定陽極のように、ターゲットから散乱した熱電子が固定陽極の外表面等の広い範囲に拡散するものに対しては、焦点部の周囲に溝部を設けただけでは焦点外X線の遮蔽効果がほとんど得られないことから、焦点外X線を低減できない可能性がある。
本発明はかかる問題を改善するためになされたもので、陽極より発生する焦点外X線を低減させることができるX線管を提供することを目的とするものである。
In the case where a groove portion is provided around the focal portion as in the anode target described in
However, for those in which thermionic electrons scattered from the target diffuse over a wide area such as the outer surface of the fixed anode, such as a fixed anode, the shielding effect of out-of-focus X-rays can be achieved by simply providing a groove around the focus. Is hardly obtained, and there is a possibility that out-of-focus X-rays cannot be reduced.
The present invention has been made to remedy such problems, and an object of the present invention is to provide an X-ray tube capable of reducing out-of-focus X-rays generated from an anode.
本発明のX線管は、真空容器内に対向配置された陰極と陽極との間に管電圧を印加して、陰極に設けたフィラメントより発生した熱電子を陽極に設けたターゲットへ衝突させることによりX線を発生させるX線管であって、X線発生時に発生した2次電子が陽極に再衝突することにより発生する焦点外X線の線量を低減する焦点外X線低減層を、ターゲットを除く陽極の外表面に形成したものである。 In the X-ray tube of the present invention, a tube voltage is applied between a cathode and an anode arranged opposite to each other in a vacuum vessel so that thermoelectrons generated from a filament provided on the cathode collide with a target provided on the anode. An X-ray tube that generates X-rays by using an out-of-focus X-ray reduction layer that reduces the dose of out-of-focus X-rays generated when secondary electrons generated when X-rays are generated collide with the anode. Formed on the outer surface of the anode excluding.
本発明のX線管によれば、2次電子が陽極の外表面に衝突することにより発生する焦点外X線の線量が低減されるため、焦点外X線がX線に混入してもX線画像に焦点外X線がノイズとなって現れることが少なくなり、低管電圧で使用するX線管の場合でも、X線画像の画質低下を未然に防止することができる。 According to the X-ray tube of the present invention, since the dose of out-of-focus X-rays generated when secondary electrons collide with the outer surface of the anode is reduced, The out-of-focus X-rays are less likely to appear as noise in the line image, and even in the case of an X-ray tube used at a low tube voltage, it is possible to prevent deterioration in the image quality of the X-ray image.
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳述する。
図1はX線管の一部切欠側面図、図2はX線管の作用説明図、図3は図2のD円内の拡大図である。
図1に示すX線管は、管電圧が例えば20kVの低電圧で使用する反射型のX線管であって、真空容器1内に陰極2と陽極3が間隔をおいて同一中心線上に対向配置されている。
陰極2は、全体が熱伝導率の高い例えば銅等の金属により丸棒状に形成されており、陽極3と対向する端面のほぼ中心にフィラメント2aが設けられている。
フィラメント2aには、図示しないフィラメント加熱回路より電圧が印加されていて、フィラメント2aより熱電子(1次電子)が発生されるようになっている。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partially cutaway side view of an X-ray tube, FIG. 2 is an explanatory view of the operation of the X-ray tube, and FIG. 3 is an enlarged view in a circle D of FIG.
The X-ray tube shown in FIG. 1 is a reflection type X-ray tube used at a low tube voltage of, for example, 20 kV, and the
The
A voltage is applied to the
陰極2と対向配置された陽極3も、熱伝導率の高い銅等の金属により陰極2とほぼ同径の丸棒状に形成されており、陰極2と対向する端面は、真空容器1の外表面に形成されたX線照射口1a方向に傾斜面3aが向くよう傾斜されていて、傾斜面3aのほぼ中心に、X線変換効率の高い例えばタングステン等の金属により形成されたターゲット3bがフィラメント2aと対向するように設けられている。
陽極3には図示しない高圧発生回路より例えば20kV程度の低管電圧が印加されていて、陰極2のフィラメント2aより発生した熱電子が陽極3のターゲット3bに衝突するようになっており、これによってターゲット3bよりX線照射口1aへ向けてX線4が発生されるようになっている。
The
A low tube voltage of about 20 kV, for example, is applied to the
また陰極2のフィラメント2aより発生した熱電子が陽極3のターゲット3bに衝突した際熱電子の一部が散乱して図2に示すように2次電子5が発生し、この2次電子5が陽極3の外表面等に再衝突した際に陽極3の材料(銅)固有の特性X線が発生して、これが焦点外X線となる。
この焦点外X線がターゲット3bより発生されたX線4に混入すると、特に低管電圧で使用するX線管の場合、X線画像にノイズとなって現れ、X線画像の画質低下の原因となる。
これを防止するため本実施の形態では、ターゲット3b部分を除く陽極3の外表面全体に焦点外X線低減層6を形成している。
Further, when the thermoelectrons generated from the
When this out-of-focus X-ray is mixed into the X-ray 4 generated from the
In order to prevent this, in this embodiment, the out-of-focus
焦点外X線低減層6としては、図3に示すように陽極3の外表面に不規則な凹凸6aを形成して、陽極3の外表面に衝突する2次電子5を拡散させ、これによって2次電子5のエネルギーを分散することにより、焦点外X線の線量を低減させている。
陽極3の外表面に凹凸6aよりなる焦点外X線低減層6を形成する方法としては、例えばサンドブラストを採用している。
すなわち微細な砂粒を陽極3の外表面に高圧の気体で吹き付けて、外表面に不規則な凹凸6aを形成しており、凹凸6aの表面粗さは、例えばRmax:200程度となっている。
次に前記構成されたX線管の作用を説明する。
As the out-of-focus
As a method of forming the out-of-focus
That is, fine sand particles are sprayed on the outer surface of the
Next, the operation of the X-ray tube constructed as described above will be described.
本発明の低管電圧で使用するX線管は、医療用X線装置や工業用X線装置に使用するが、勿論その他のX線装置に使用することもできる。
これらX線装置に装着し、フィラメント加熱回路により陰極2のフィラメント2aを加熱した状態で、陰極2と陽極3の間に例えば20kV程度の低管電圧を印加すると、陰極2のフィラメント2aより発生した熱電子が陽極3に設けたターゲット3bに衝突してX線4が発生し、このX線4はX線照射口1aより出た後コリメータでコリメートされて、被検体(ともに図示せず)へ照射され、被検体の診療や検査に供される。
The X-ray tube used at the low tube voltage of the present invention is used for a medical X-ray apparatus or an industrial X-ray apparatus, but can be used for other X-ray apparatuses.
When a low tube voltage of about 20 kV, for example, is applied between the
一方フィラメント2aより発生された熱電子がターゲット3bに衝突した際、一部が散乱して2次電子5がX線4と別に発生する。
この2次電子5は、直接陽極3の外表面に衝突したり、真空容器1の内面に反射して、ほぼ全てが陽極3の外表面に再衝突する。
しかし陽極3の外表面には不規則な微細の凹凸6aが形成されていて、これら凹凸6aにより図3に示すように衝突した2次電子5を拡散させるため、2次電子5が持つエネルギーが分散される。
これによって2次電子5が陽極3の外表面に衝突することにより発生する焦点外X線の線量が低減されるため、焦点外X線がX線4に混入してもX線画像に焦点外X線がノイズとなって現れることが少なくなり、低管電圧で使用するX線管の場合でも、X線画像の画質低下を未然に防止することができるようになる。
On the other hand, when the thermoelectrons generated from the
The
However,
As a result, the dose of out-of-focus X-rays generated when the
なお前記実施の形態では、焦点外X線低減層6を不規則な凹凸6aにより形成したが、陽極3の外表面に、陽極3に使用する材料の特性X線が管電圧以上である物質、例えばタングステンやタルタル等の原子番号の大きい金属を銅またはモリブデン等からなる陽極3の外表面に真空蒸着することにより、焦点外X線低減層6を形成するようにしてもよい。
すなわちX線発生時に散乱する2次電子5は、管電圧以上のエネルギーを持つことがないため、ある物質に管電圧以上の吸収端があったとしても、その吸収端以下のエネルギーがあったところで、その吸収端では励起が発生することがないため特性X線が発生されることはなく、これによってX線画像に焦点外X線の影響をほとんど受けることがない。
In the above-described embodiment, the out-of-focus
That is, since the
1 真空容器
1a X線照射口
2 陰極
2a フィラメント
3 陽極
3b ターゲット
4 X線
5 2次電子
6 焦点外X線低減層
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記焦点外X線低減層は、特性X線が前記管電圧以上である物質を、前記ターゲットを除く前記陽極の外表面に被覆することにより形成することを特徴とするX線管。 X-rays are generated by applying a tube voltage between a cathode and an anode disposed opposite to each other in a vacuum vessel and causing thermoelectrons generated from a filament provided on the cathode to collide with a target provided on the anode. An X-ray tube, wherein an out-of-focus X-ray reduction layer that reduces a dose of out-of-focus X-rays generated by secondary collision of secondary electrons generated when X-rays are generated collides with the anode, the anode excluding the target Formed on the outer surface of the
The out-of-focus X-ray reduction layer is formed by coating a material having a characteristic X-ray higher than the tube voltage on the outer surface of the anode excluding the target.
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