JP5212162B2 - X線撮像装置 - Google Patents

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Description

この発明は、医用診断用のX線管装置を備えたX線撮像装置に係り、特に、陽極が外囲器と一体となって回転する技術に関する。
外囲器が回転しないタイプの通常のX線管装置では、焦点位置に対して陽極(アノード)側、陰極(カソード)側の寸法は構造上ほぼ均等になるように設計される。なお、焦点位置は、電子ビームが陽極のターゲットに衝突する位置にほぼ一致する。また、外囲器が回転するタイプの外囲器回転型のX線管装置においても、焦点位置に対してアノード側、カソード側の寸法が構造上ほぼ均等になるようにアノード側である陽極側に、外囲器を回転させるモータを配設している。したがって、モータ,陽極および陰極の順に配設されることになる。
X線管装置をX線撮像装置に用いる場合には、X線管装置とともに、X線管装置から発生したX線を検出するX線検出器(例えばイメージインテンシファイア(I.I.)やフラットパネル型X線検出器(FPD: Flat Panel Detector))を備え、X線を検出することでX線撮像を行う。X線撮像装置として、X線管装置を一端で支持するとともに、X線検出器を他端で支持するCの字形状で形成されたC型アームを備えた装置を例に採って説明する。この種の装置の場合には、臨床中において被検体(患者)の関心領域を透視・撮影する目的でC型アームを駆動させることで被検体の周りの様々な位置にX線管装置およびX線検出器を移動させ、透視・撮影を繰り返す。
例えば、C型アームが延びた方向に沿ってX線管装置およびX線検出器を回転移動させて透視・撮影のようなX線撮像を行う場合には、X線管装置とX線検出器とを結ぶ軸上にある位置を中心にしてC型アームを回転駆動させる。この種の装置では、C型アームが延びた方向の接線にX線管装置の管軸が平行になるようにX線管装置を配設している(例えば、特許文献1参照)。
特開平9−154836号公報
X線管装置の焦点とFPDの中心とは、C型アームの回転中心を通るように設計されているが、X線管装置やX線撮像装置が大きい場合、被検体を載置した天板(ベッド)とX線管装置側のC型アームとの干渉が起こり、X線管装置やX線撮像装置の位置が制限を受ける。また、術者とX線管装置側のC型アームとの干渉が起こり、術者の立つ位置が制限を受ける。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、装置内の干渉を低減させ、術者の立つ位置の自由度を増やすことができるX線撮像装置を提供することを目的とする。
すなわち、請求項1に記載の発明は、電子ビームを発生させる陰極と、前記陰極からの電子ビームを受けてX線を発生させる陽極を収容する外囲器が前記陽極と一体となって回転する構造の外囲器回転型のX線管装置と、そのX線管装置から発生したX線を検出するX線検出器と、前記X線管装置を端部で支持するとともに移動可能な支持手段を備え、前記X線管装置は、前記外囲器の陰極側に回転駆動モータを備えており、前記X線管装置を支持する前記支持手段の端部側を前記陽極側として前記支持手段に支持されており、
前記支持手段は、前記X線管装置を一端で支持するとともに、前記X線検出器を他端で支持し、互いに直交する2軸の軸心周りにそれぞれ回転するC型アームであり、
前記陽極が前記C型アームの端部に向くように配設することを特徴とするものである。
[作用・効果]請求項1に記載の発明によれば、陽極を収容する外囲器が陽極と一体となって回転する構造の外囲器回転型のX線管装置では、X線管装置は、外囲器の陰極側に回転駆動モータを備えており、X線管装置を支持する支持手段の端部側を陽極側として支持手段に支持されている。したがって、回転駆動モータ,陰極および陽極の順に配設することが可能となる。このように(回転駆動)モータ,陰極および陽極の順に配設することで、従来の外囲器回転型のX線管装置においてモータ,陽極および陰極の順に配設した場合と比較すると、焦点位置から陰極側の管端面までの距離はモータの分だけ長くなるが、焦点位置から陽極側の管端面までの距離はモータがなくなった分だけ短くなる。一方、X線管装置を支持する支持手段の端部側を陽極側としてX線管装置は支持手段に支持されているので、焦点位置から支持手段の端部までの距離もモータがなくなった分だけ短くなり、装置内の干渉を低減させ、術者の立つ位置の自由度を増やすことができる。
上述した支持手段を、C型アーム適用した場合には以下のようになる。すなわち、上述した支持手段は、X線管装置を一端で支持するとともに、X線検出器を他端で支持し、互いに直交する2軸の軸心周りにそれぞれ回転するC型アームであり、陽極がC型アームの端部に向くように配設する
陽極がC型アームの端部に向くように配設し、互いに直交する2軸の軸心周りでのC型アームの回転移動とともにX線管装置およびX線検出器を回転移動させる場合には、(回転駆動)モータ,陰極および陽極の順に配設されるので、焦点位置からC型アームの一端側までの距離はモータがなくなった分だけ短くなり、装置内の干渉を低減させ、術者の立つ位置の自由度を増やすことができる。特に、C型アーム内にX線管装置を収容することでX線管装置を支持する場合には、焦点位置から陽極側の管端面までの距離の分だけC型アームに出っ張りができるが、モータがなくなった分だけ出っ張りが短くなり、装置内の干渉を低減させ、術者の立つ位置の自由度を増やすことができる。
この発明に係るX線撮像装置によれば、X線管装置は、外囲器の陰極側に回転駆動モータを備えており、X線管装置を支持する支持手段の端部側を陽極側として支持手段に支持されているので、焦点位置から陽極側の管端面までの距離は(回転駆動)モータがなくなった分だけ短くなり、焦点位置から支持手段の端部までの距離もモータがなくなった分だけ短くなり、装置内の干渉を低減させ、術者の立つ位置の自由度を増やすことができる。
また、支持手段は、X線管装置を一端で支持するとともに、X線検出器を他端で支持し、互いに直交する2軸の軸心周りにそれぞれ回転するC型アームであり、陽極がC型アームの端部に向くように配設するので、(回転駆動)モータ,陰極および陽極の順に配設され、焦点位置からC型アームの一端側までの距離はモータがなくなった分だけ短くなり、装置内の干渉を低減させ、術者の立つ位置の自由度を増やすことができる。
実施例1に係るX線撮像装置の概略図である。 実施例1に係るX線管装置の概略断面図である。 従来の外囲器回転型のX線管装置においてモータを陽極側に配設した場合のX線撮像装置の概略図である。 水平姿勢(臥位姿勢)での実施例2に係るX線撮像装置の概略図である。 水平姿勢(臥位姿勢)での実施例2に係るX線管装置の概略断面図である。 起立姿勢での実施例2に係るX線撮像装置の概略図である。
以下、図面を参照してこの発明の実施例1を説明する。
図1は、実施例1に係るX線撮像装置の概略図であり、図2は、実施例1に係るX線管装置の概略断面図であり、図3は、従来の外囲器回転型のX線管装置においてモータを陽極側に配設した場合のX線撮像装置の概略図である。本実施例1では、X線撮像装置として、X線管装置を一端で支持するとともに、フラットパネル型X線検出器(FPD)を他端で支持し、回転移動方向に沿ってCの字形状で形成されたC型アームを備えた装置を例に採って説明する。
本実施例1に係るX線撮像装置では、図1に示すように、外囲器回転型のX線管装置1と、被検体Mを載置する天板2と、X線管装置1から発生して被検体Mを透過したX線を検出するフラットパネル型X線検出器(FPD)3と、X線管装置1およびFPD3を支持するC型アーム4と、X線管装置1から発生したX線の照視野を制御するコリメータ5とを備えている。X線管装置1の具体的な構造については図2で後述する。また、イメージインテンシファイア(I.I.)などのようにX線検出器であれば、特に、上述したFPDに限定されない。X線管装置1は、この発明におけるX線管装置に相当し、フラットパネル型X線検出器(FPD)3は、この発明におけるX線検出器に相当し、C型アーム4は、この発明における支持手段に相当し、この発明におけるC型アームにも相当する。
C型アーム4はCの字形状で形成されており、その一端がX線管装置1およびコリメータ5を支持するとともに、他端がFPD3を支持している。図1では、C型アーム4内にX線管装置1を収容することでC型アーム4はX線管装置1を支持している。また、X線管装置1の照射側(X線の発生側)にコリメータ5を配設して、C型アーム4はコリメータ5を支持する。C型アーム4が延びた方向をRAとする。
その他に、本実施例1に係るX線撮像装置では、床面に設置された基台部6と、基台部6に支持されたC型アーム支持部7とを備えている。C型アーム支持部7は、C型アーム4を支持している。図示を省略するモータの駆動によって床面に対して基台部6が鉛直軸心周りに回転するように構成されており、図示を省略する別のモータの駆動によって基台部6に対してC型アーム支持部7が被検体Mの体軸心周りに回転するようにそれぞれが構成されている。また、図示を省略する別のモータの駆動によってC型アーム4が体軸に対して水平面で直交する軸心周りに回転するように構成されている。
床面に対して基台部6が鉛直軸心周りに回転することで、基台部6は矢印R1の方向に回転して、C型アーム支持部7やC型アーム4とともに、X線管装置1やFPD3も矢印R1の方向に回転する。基台部6に対してC型アーム支持部7が被検体Mの体軸心周りに回転することで、C型アーム支持部7は矢印R2の方向に回転して、C型アーム4とともに、X線管装置1やFPD3も矢印R2の方向に回転する。C型アーム4が体軸に対して水平面で直交する軸心周りに回転(すなわちX線管装置1とFPD3とを結ぶ軸AX上にある位置を中心にして回転)することで、C型アーム4が矢印R3の方向に移動する。この矢印R3は、C型アーム4が延びた方向RAに平行である。したがって、C型アーム4が延びた方向RAに沿ってC型アーム4自身が移動して、そのC型アーム4自身の移動によって、C型アーム4が延びた方向RAに沿ってX線管装置1およびFPD3が移動する。
なお、X線管装置1の焦点とFPD3の中心とは、矢印R3の方向に関するC型アームの回転中心を通るように設計されており、X線管装置1とFPD3とを結ぶ軸AXと、X線管装置1の焦点とFPD3の中心とを結ぶ軸とが一致する。また、軸AXはX線管装置1から発生したX線の照射中心軸にも一致する。軸AX上に被検体Mの関心領域(図中の「×」を参照)が位置するように、天板2を水平方向に水平移動および鉛直方向に昇降移動させて天板2に載置された被検体Mを撮像位置に設定する。
次に、X線管装置1の具体的な構造について説明すると、図2に示すように、管容器11と、それに収容された外囲器12とを備えている。管容器11と外囲器12との間には図示を省略する冷却用の絶縁油が充填されている。外囲器12は真空排気されており、外囲器12内に、電子ビームBを発生させる陰極13と、その陰極13からの電子ビームBを偏向させる偏向コイル14と、その偏向コイル14によって偏向した電子ビームBの衝突によりX線(図2中では「X-ray」で表記)を発生させるターゲットディスクからなる陽極15とを収容して備えている。外囲器12は、この発明における外囲器に相当し、陰極13は、この発明における陰極に相当し、陽極15は、この発明における陽極に相当する。
外囲器12を、後端部分を除いてステンレス鋼などの金属で形成する。後端部分については無機物質を原料として焼結された焼結物(例えば、アルミナや炭素ケイ素や窒化ケイ素)などの絶縁体によって形成している。このように形成することで外囲器12の陰極13側(すなわち後端部分)および陽極15側(すなわち前端部分)を互いに絶縁して構成する。また、陽極15のターゲットディスクへの電子ビームBの衝突によって発生したX線を外部に取り出すために、外囲器12にはX線窓12aを設けている。X線窓12aを、アルミニウム、チタンなどのX線透過性のよい金属で形成する。陰極13をフィラメントで構成する。フィラメントとして、線状のタングステンコイルやタングステン板等のフィラメントを用いる。
外囲器12の陰極13側には回転軸16を挿入し、陽極15側にも回転軸17を装着している。ベアリング18を介して各回転軸16,17を回転自在に支持する。陰極13側の回転軸16は外囲器用のモータ19に連結されて回転し、これに伴い外囲器12も回転する。つまり、外囲器用のモータ19を陰極13側に配設することで、外囲器用のモータ19,陰極13および陽極15の順に配設している。外囲器用のモータ19は、この発明における回転駆動モータに相当する。
X線管装置1の管軸をraとする。管軸raは、各回転軸16,17に一致する。このX線管装置1の管軸raが、C型アーム4が延びた方向RA(図1を参照)の接線に平行になるようにX線管装置1を配設している。また、陽極15がC型アーム4の一端側に位置するようにX線管装置1を構成している。焦点位置から陽極15側の管端面までの距離をaとするとともに、焦点位置から陰極13側の管端面までの距離をbとする。また、焦点位置からC型アーム4の先端までの出っ張りの寸法をc(図1および図2を参照)とする。なお、従来の外囲器回転型のX線管装置において(外囲器用の)モータを陽極側に配設した場合には、図3に示すように、焦点位置からC型アーム4の先端までの出っ張りの寸法はdとなる(d>c)。
本実施例1に係るX線撮像装置によれば、陽極15を収容する外囲器12が陽極15と一体となって回転する構造の外囲器回転型のX線管装置1では、X線管装置1は、外囲器12の陰極13側に(外囲器用の)モータ19を備えており、X線管装置1を支持するC型アーム4の端部側を陽極15側としてC型アーム4に支持されている。したがって、外囲器12を回転させる(外囲器用の)モータ19,陰極13および陽極15の順に配設することが可能となる。このようにモータ19,陰極13および陽極15の順に配設することで、従来の外囲器回転型のX線管装置においてモータ,陽極および陰極の順に配設した場合と比較すると、焦点位置から陰極13側の管端面までの距離bはモータ19の分だけ長くなるが、焦点位置から陽極側の管端面までの距離aはモータがなくなった分だけ短くなる。一方、X線管装置1を支持するC型アーム4の端部側を陽極15側としてC型アーム4に支持されているので、焦点位置からC型アーム4の端部(一端)までの距離cもモータがなくなった分だけ短くなり、装置内の干渉を低減させ、術者の立つ位置の自由度を増やすことができる。
本実施例1では、C型アーム4を備えた装置に適用している。この発明における支持手段は、X線管装置1を一端で支持するとともに、フラットパネル型X線検出器(FPD)3を他端で支持し、X線管装置1およびFPD3の回転移動方向に沿ってCの字形状で形成されたC型アーム4である。
C型アーム4の回転移動(C型アーム4が延びた方向RAを参照)とともにX線管装置1およびFPD3を回転移動させる場合には、モータ19,陰極13および陽極15の順に配設されるので、焦点位置からC型アーム4の一端側までの距離c(すなわち焦点位置からC型アーム4の先端までの出っ張りc)はモータがなくなった分だけ短くなり、装置内の干渉を低減させ、術者の立つ位置の自由度を増やすことができる。特に、図1に示すようにC型アーム4内にX線管装置1を収容することでX線管装置1を支持する場合には、焦点位置から陽極15側の管端面までの距離aの分だけC型アーム4に出っ張りができるが、モータがなくなった分だけ出っ張りが短くなり(寸法がdからcへと短くなり)、装置内の干渉を低減させ、術者の立つ位置の自由度を増やすことができる。
次に、図面を参照してこの発明の実施例2を説明する。
図4は、水平姿勢(臥位姿勢)での実施例2に係るX線撮像装置の概略図であり、図5は、水平姿勢(臥位姿勢)での実施例2に係るX線管装置の概略断面図であり、図6は、起立姿勢での実施例2に係るX線撮像装置の概略図である。本実施例2では、X線撮像装置として、天板が起倒(傾斜)可能な装置を例に採って説明する。なお、上述した実施例1と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。また、図4では、天板保持部内の扇形ラックを図示するために、天板保持部については2点鎖線で図示する。また、図6では、天板保持部の図示を省略する。
本実施例2に係るX線撮像装置では、図4に示すように、上述した実施例1と同様に、外囲器回転型のX線管装置1と天板2とフラットパネル型X線検出器(FPD)3とコリメータ5とを備えている。本実施例2では、FPD3は天板2内に収容されている。
その他に、本実施例2に係るX線撮像装置では、X線管装置1およびFPD3を支持する支柱8と、天板2を支持する主支柱9とを備えている。支柱8の一端がX線管装置1およびコリメータ5を支持するとともに、他端がFPD3を支持することで、X線管装置1およびFPD3が被検体Mの体軸方向に沿って互いに同方向に天板2に対して平行移動する。
主支柱9は、床面に設置された基台部91に立設されており、天板2を起倒(傾斜)可能に保持する天板保持部92を配設している。床面に設置された基台部91に主支柱9を立設し、天板2を保持する天板保持部92を配設することで、天板2が保持された状態で、天板2内に収容されたFPD3、FPD3を他端で支持した支柱8、その支柱8の一端に支持されたX線管装置1およびコリメータ5も支持される。
天板保持部92内には、天板2を水平軸心周りに回転させて傾斜させる扇形ラック93を収容して備えている。図示を省略する支軸を扇形ラック93および主支柱9に挿入して主支柱9は扇形ラック93を支持する。その他に、扇形ラック93に嵌合されるピニオン94を、回転軸95を介して主支柱9は支持している。図示を省略するモータの回転によって回転軸95が水平軸心周りに回転することで、ピニオン94も水平軸心周りに回転し、それに嵌合された扇形ラック93が支軸を支点として支軸周りに矢印R4の方向に回転する。
このように、天板2が水平軸心周りに矢印R4の方向に回転して傾斜すると、天板2を起立姿勢・傾斜姿勢・水平姿勢(臥位姿勢)に起倒させることが可能になる。また、天板2の傾斜に連動して、X線管装置1およびFPD3が傾斜するとともに、X線管装置1を支持する支柱8も傾斜する。
次に、X線管装置1の具体的な構造について説明すると、図5に示すように、上述した実施例1と同様に、管容器11と外囲器12と陰極13と偏向コイル14と陽極15と各回転軸16,17とベアリング18と外囲器用のモータ19とを備えている。本実施例2では、X線管装置1の管軸raが、X線管装置1の移動方向の接線に平行になるようにX線管装置1を配設している。図5では水平姿勢なので、X線管装置1の移動方向は水平方向となるが、図6のように起立姿勢の場合には、X線管装置1の移動方向は鉛直方向となり、X線管装置1を鉛直方向に昇降移動させることになる。したがって、図6のような起立姿勢の場合には、支柱8はX線管装置1とともに鉛直方向に昇降移動する。外囲器用のモータ19,陰極13および陽極15の順に配設してX線管装置1を構成することで、鉛直方向にX線管装置1の管軸raが平行になるようにX線管装置1を配設し、陽極15側とした支柱8の端部側を床面側とする。距離a,bや出っ張りの寸法cについては、上述した実施例1と同じである。本実施例2では、支柱8は、この発明における支持手段に相当する。
図6に示すように、起立姿勢に天板2を傾斜させると、上述したようにX線管装置1の移動方向は鉛直方向となり、X線管装置1を鉛直方向に昇降移動させることになる。図4および図6の装置では、X線管装置1およびFPD3が被検体Mの体軸方向に沿って互いに同方向に天板2に対して平行移動するので、図6のような起立姿勢の場合には、起立姿勢の被検体Mの体軸は鉛直軸となり、X線管装置1の鉛直方向の昇降移動に連動してFPD3も鉛直方向に昇降移動する。したがって、X線管装置1およびFPD3を天井面に上昇移動させることも可能であるし、図6のように床面に下降移動させることも可能である。
本実施例2に係るX線撮像装置によれば、X線管装置1は、外囲器12の陰極13側に(外囲器用の)モータ19を備えており、X線管装置1を支持する支柱8の端部側を陽極15側として支柱8に支持されているので、焦点位置から陽極側の管端面までの距離aはモータがなくなった分だけ短くなり、焦点位置から支柱8の端部までの距離cもモータがなくなった分だけ短くなり、装置内や床との干渉を低減させることができる。
また、図6に示すように、支柱8がX線管装置1とともに鉛直方向に昇降移動する場合には、陽極15側とした支柱8の端部側を床面側とすることで、焦点位置から支柱8の端部、ひいては焦点位置から床面までの距離もモータがなくなった分だけ短くなり、床面に対して装置内の干渉を低減させることができる。
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
(1)非破壊検査機器などの工業用装置やX線診断装置などの医用装置にも適用することができる。
(2)上述した各実施例では、陰極13としてタングステンコイル等のフィラメントのように熱電子放出型を例に採って説明したが、電界によるトンネル効果によって電子ビームを放出させる電界放出型にも適用することができる。
(3)上述した実施例1では、C型アーム4を備えた装置に適用し、上述した実施例2では、C型アーム4以外の装置に適用したが、特に限定されない。外囲器回転型のX線管装置と、X線検出器と、X線管装置を端部で支持するとともに移動可能な支持手段を備え、X線管装置は、外囲器の陰極側に回転駆動モータを備えており、X線管装置を支持する支持手段の端部側を陽極側として支持手段に支持されているX線撮像装置であればよい。
1 … X線管装置
3 … フラットパネル型X線検出器(FPD)
4 … C型アーム
8 … 支柱
12 … 外囲器
13 … 陰極
15 … 陽極
19 … (外囲器用の)モータ
RA … C型アームが延びた方向
ra … X線管装置の管軸

Claims (1)

  1. 電子ビームを発生させる陰極と、前記陰極からの電子ビームを受けてX線を発生させる陽極を収容する外囲器が前記陽極と一体となって回転する構造の外囲器回転型のX線管装置と、そのX線管装置から発生したX線を検出するX線検出器と、前記X線管装置を端部で支持するとともに移動可能な支持手段を備え、前記X線管装置は、前記外囲器の陰極側に回転駆動モータを備えており、前記X線管装置を支持する前記支持手段の端部側を前記陽極側として前記支持手段に支持されており、
    前記支持手段は、前記X線管装置を一端で支持するとともに、前記X線検出器を他端で支持し、互いに直交する2軸の軸心周りにそれぞれ回転するC型アームであり、
    前記陽極が前記C型アームの端部に向くように配設することを特徴とするX線撮影装置。
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