JP6234220B2 - Ｘ線発生装置及びそれを用いたｘ線撮影システム - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線発生管より放射された、Ｘ線を被検体に放射するＸ線発生装置と、被検体を通過したＸ線を、Ｘ線検出器で検知するＸ線撮影システムに関する。

電子源から放出された電子線束をターゲットに照射することによりＸ線を発生させるＸ線発生装置として、Ｘ線発生管を備えるＸ線発生装置が知られている。

Ｘ線発生管は、陽極と陰極との間に３０ｋＶ以上１５０ｋＶの管電圧が印加されて動作する。また、電子の照射によりＸ線を発生させるターゲットのＸ線発生効率は１％以下と低く、電子の運動エネルギーの大半は熱エネルギーに変換され、Ｘ線発生管の温度上昇を招く。

動作時に管電圧が印加されるＸ線発生管は、操作者の保護、漏洩Ｘ線の遮蔽の観点から金属製の収納容器に収容される。収納容器には、Ｘ線発生管と収納容器との間の放電を抑制し、さらに、Ｘ線発生管を冷却する目的により、絶縁油が充填される。絶縁油は、収納容器の内面およびＸ線発生管の外表面に接触するように、Ｘ線発生管とともに収納容器に収納されて、対流によりＸ線発生管の高温部の熱を収納容器の外部へ伝熱する。

Ｘ線発生装置は、動作に伴うＸ線発生管の発熱に伴い、絶縁油中に溶解しているガス、絶縁油が加熱分解されたガス、収納容器の密閉時のパージしきれなかった残留ガス等を原因とする気泡が発生する場合がある。

Ｘ線発生装置は、発生した気泡と接触する部分において伝熱が制限される。また、発生した気泡は、絶縁油の対流、放射線発生装置の姿勢等により、収納容器内において静止せず移動するため、放電の抑制、冷却性能の低下の観点から問題とされていた。

Ｘ線発生装置において、所定の領域に気泡を導入させ留まらせる気泡室を設けることが知られている。特許文献１には、Ｘ線発生装置の絶縁油中に発生した気泡を捕捉する構造として、収納容器に気泡室を設けることが開示されている。特許文献１には、さらに、気泡室の開口部に突出部を設けることにより、Ｘ線発生装置の姿勢変化が生じた場合にも、捕捉した気泡が気泡室から脱出し難くすることが開示されている。

特開２０１３−１４９３６８

特許文献１のように気泡室を備えたＸ線発生装置においても、捕捉した気泡を安定的に留めることができない場合があった。

本発明は、気泡室に捕捉させた気泡を脱出し難くし、絶縁油の冷却作用と放電抑制作用とを安定化させ、信頼性の高いＸ線発生装置を提供することを目的とする。また、ＳＮ比の高いＸ線撮影画像を安定して撮影することができるＸ線撮影システムを提供することを目的とする。

本発明の第一は、Ｘ線発生管と、絶縁油と、前記Ｘ線発生管と前記絶縁油とを収納する収納容器と、を有するＸ線発生装置であって、
前記収納容器は、前記絶縁油を介して前記Ｘ線発生管を収納する主室と、前記主室と連通するとともに前記Ｘ線発生管を収納しない気泡室と、を有し、
前記絶縁油との接触角において、前記気泡室は前記主室より大きい接触角を呈する内面を有することを特徴とする。
また、本発明の第二は、Ｘ線発生管と、絶縁油と、前記Ｘ線発生管と前記絶縁油とを収納する収納容器と、を有するＸ線発生装置であって、
前記収納容器は、前記Ｘ線発生管を収納する主室と、前記主室の内部と開口を介して連通する内部を有する気泡室と、を有し、
前記絶縁油との接触角において、前記気泡室は前記主室より大きい接触角を呈する内面を有するとともに、前記主室は前記気泡室の外に位置することを特徴とする。

本発明によれば、気泡室が絶縁油に対して高い接触角を呈する領域を内面に有することにより、捕捉した気泡の気泡室の内面に対する密着性を向上させ、気泡室に捕捉した気泡の脱出を抑制することが可能となる。これにより、絶縁油の冷却作用と放電抑制作用とを安定化させ、信頼性の高いＸ線発生装置を提供することが可能となる。

本発明のＸ線発生装置の実施形態（ａ）と動作状態（ｂ）を示す断面模式図である。 本発明のＸ線発生装置が適用されるＸ線撮影システムの実施形態を示す概略構成図である。 本発明のＸ線発生装置を回転する機構を有するＸ線撮影システムの実施形態を示す概略構成図。 本発明のＸ線撮影システムで断層撮影におけるフローチャートである。 本発明のＸ線発生装置の作用効果を説明する模式図である。 本発明のＸ線発生装置の姿勢変化に伴う気泡室と気泡との関係を示す断面模式図である。 本発明のＸ線発生装置の他の実施形態（ａ）、（ｂ）を示す断面模式図である。

以下、本発明のＸ線発生装置及びＸ線撮影システムを具体的な実施形態により説明する。

図１（ａ）、（ｂ）には、本発明のＸ線発生装置の実施形態と、Ｘ線発生装置に適用されるＸ線発生管の実施形態とが示されている。

＜Ｘ線発生管＞
図１（ｂ）に示すＸ線発生管２は、電子放出源を備えた陰極３と透過型のターゲット３２を有する陽極４とを備えている。本実施形態では、電子放出源から放出された電子線束５をターゲット３２に照射することによりＸ線を発生させる。このため、電子放出源はターゲット３２に対向して配置されている。本実施形態においては、ターゲット３２はＸ線発生管２のＸ線取り出し窓を兼ねている。

なお、電子線束５に含まれる電子は、陰極３と陽極４に挟まれたＸ線発生管２の内部空間に形成された加速電界により、ターゲット３２でＸ線を発生させる為に必要な入射エネルギーとなるまで加速される。

Ｘ線発生管２の内部空間は、電子線束５の平均自由行程を確保することを目的として、真空となっている。Ｘ線発生管２の内部の真空度は、１Ｅ−８Ｐａ以上１Ｅ−４Ｐａ以下であることが好ましく、電子放出源の寿命の観点からは、１Ｅ−８Ｐａ以上１Ｅ−６Ｐａ以下であることがより一層好ましい。

Ｘ線発生管２の内部空間は、不図示の排気管および真空ポンプを用いて真空排気した後、かかる排気管を封止することにより真空とすることが可能である。また、Ｘ線発生管２の内部空間には、真空度の維持を目的として、不図示のゲッターを配置しても良い。

Ｘ線発生管２は、陰極電位に規定される電子放出源と、陽極電位に規定されるターゲット３２との間の電気的絶縁を図る目的において、胴部に絶縁管１９を備えている。絶縁管１９は、ガラス材料やセラミックス材料等の絶縁性材料で構成される。本実施形態においては、陰極３と絶縁管１９と陽極４とにより外囲器１１１を構成している。

外囲器１１１は、真空度を維持するための気密性と耐大気圧性有する堅牢性とを備える部材から構成されることが好ましい。

なお、陰極３が備える電子放出源は、例えばタングステンフィラメント、含浸型カソードのような熱陰極や、カーボンナノチューブ等の冷陰極を用いることができる。電子放出源は、電子線束５のビーム径および電子電流密度、オン・オフタイミング等の制御を目的として、不図示のグリッド電極、静電レンズ電極を備えた形態とすることできる。

＜Ｘ線発生装置＞
Ｘ線発生装置１は、透過型のターゲット３２を備えるＸ線発生管２と絶縁油８と、Ｘ線発生管２と絶縁油８とを収納する収納容器６と、を備えている。本実施形態のＸ線発生管２は、絶縁油８の流動を妨げないように配置された不図示の支持体を用いて収納容器６の内部に固定されている。

収納容器６は、Ｘ線発生管２に電気的に接続され管電圧を出力する管電圧回路を内部に収納する形態とすることも可能である。管電圧回路は、収納容器６の内部に配置される必要はなく、収納容器６の外部に配置されても良い。

収納容器６の内部に管電圧回路を収納することにより、絶縁油８の対流による冷却作用を受けて管電圧出力を安定化することや、高電圧の給電線の取り回しを短距離とすることにより放電耐圧を増大することが可能となり、Ｘ線発生装置の信頼性が向上する。

絶縁油８は、Ｘ線発生管２の外面と収納容器６の内面とに接触し、Ｘ線発生管２の高温部から収納容器６の低温部の間の温度差を小さくするように、収納容器６の内部において対流する。絶縁油８は、Ｘ線発生管２の冷却および、電気絶縁を行うため、冷却能力が高く、電気絶縁性の高いものが良い。また、ターゲット４が発熱により高温になり、その熱が絶縁油８に伝わるため、熱による変質の少ないものが好ましい。よって絶縁油８としては、電気絶縁油、フッ素系の絶縁油等が使用可能である。

収納容器６のターゲット３２に対向した位置には、Ｘ線取り出し窓７が配置されている。Ｘ線取り出し窓７の材料としてはベリリウム、アルミニウム等のＸ線減衰量の少ない材料が適用される。

＜Ｘ線撮影システム＞
次に、図２を用いて、本発明のＸ線発生装置１が適用されるＸ線撮影システム６０の構成例について説明する。図２には、被検体２０４に対して所定の曝射角度で撮影されたＸ線透過像を取得するＸ線撮影システム６０の基本的な構成例が示されている。

システム制御ユニット２０２は、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２０６とを統合制御する。駆動回路１０３は、システム制御ユニット２０２による制御の下に、Ｘ線発生管２に各種の制御信号を出力する。駆動回路１０３は、少なくとも、管電圧回路を備え、必要に応じて、電子放出源に接続され管電流を制御する管電流回路を備える。駆動回路１０３は、本実施形態においては、収納容器６の外部にＸ線発生管２とともに収納されているが、収納容器６の内部に配置しても良い。駆動回路１０３が出力する制御信号により、Ｘ線発生装置１から放出されるＸ線束３４の放出状態が制御される。

Ｘ線発生装置１から放出されたＸ線束３４は、不図示のコリメータにより照射範囲が調整されてＸ線発生装置１の外部に放出され、被検体２０４を透過してＸ線検出器２０６で検出される。Ｘ線検出器２０６は、検出したＸ線を画像信号に変換して信号処理部２０５に出力する。信号処理部２０５は、画像信号に所定の信号処理を施し、処理された画像信号をシステム制御ユニット２０２に出力する。

システム制御ユニット２０２は、処理された画像信号に基づいて、表示装置２０３に画像を表示させるための表示信号を表示装置２０３に出力する。表示装置２０３は、表示信号に基づく画像を、被検体２０４の撮影画像としてスクリーンに表示する。

次に、図３を用いて、本発明のＸ線発生装置１が適用されるＸ線撮影システム６０の他の構成例について説明する。図３には、被検体２０４に対して回転軸Ａｃ周りに複数の曝射角度で撮影することによりＸ線断層像を取得するＸ線撮影システム６０の基本的な構成例が示されている。

本実施形態のＸ線発生装置１の出射側には、被検体２０４を介してＸ線検出器２０６が配置されている。被検体２０４は、被験者の全身または特定部位が含まれる。

Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２０６は、回転駆動装置５４に対して、それぞれ、線源支持部５５、検出器支持部５６を介して機械的に接続されており、共通の回転軸Ａｃの周りを同じ方向に同期して回転するように構成されている。従って、回転駆動装置５４は、鉛直方向に対する収納容器６の姿勢を変更する機構とも言える。

被検体２０４は、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２０６との間において、回転軸Ａｃと重なるように配置されている。

Ｘ線検出器２０６の出力にはＸ線透過像データが含まれ、データ処理回路５７、画像処理回路５８、システム制御ユニット２０２、再構成部５９を経て表示パネル６０に接続されている。なお、データ処理回路５７、画像処理回路５８は、図２の実施形態の信号処理部２０５に相当する。

また、システム制御ユニット２０２の出力は、駆動回路１０３、Ｘ線発生装置１、回転駆動装置５４、データ処理回路５７、画像処理回路５８に接続され、システム制御ユニット２０２には操作パネル６２の出力が接続されている。

本実施形態においては、被検体２０４が静止しＸ線発生装置１とＸ線検出器２０６が回転するが、撮影系（Ｘ線発生装置１，Ｘ線検出器２０６）と被検体２０４とが回転軸周りに相対的に角速度を有して回転すれば良い。従って、被検体２０４が回転軸Ａｃ周りに回転し、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２０６とが静止していても良い。

本実施形態のＸ線撮影システムは、Ｘ線発生装置１及びＸ線検出器２０６は互いに対向して配置され、回転軸Ａｃを中心として同期して回転することにより、被検体２０４に対して異なる撮影角度毎に透過画像を取得することが可能となっている。

次に、図３に示されたＸ線撮影システム６０における、線発生装置１の回転走査を伴う断層撮影のシーケンスについて図４を用いて説明する。

図４は、Ｘ線撮影システム６０の撮影動作のフローチャート図である。撮影開始（ステップＳ１０１）の指令が操作パネル６２から入力されると、システム制御ユニット２０２を介して回転駆動装置５４に接続されたＸ線発生装置１とＸ線検出器２０６は、所定の回転速度で回転を始める（ステップＳ１０２）。ここで、システム制御ユニット２０２は回転駆動装置５４から発生される図示しないエンコーダ信号を監視し、所定の一定速度及び角度に到達したかを確認する。

所定の速度及び角度に到達した時点で、システム制御ユニット２０２は、駆動回路１０５を介してＸ線発生装置１に信号を送りＸ線曝射を開始し（ステップＳ１０３）、Ｘ線は被検体２０４に曝射される。同時に、Ｘ線検出器２０６による画像データの収集をデータ処理回路５７を介して行う（ステップＳ１０４）。

Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２０６とが所定の回転角度で同期回転し、所定数の画像データが収集されるまで撮像が継続される。所定角度毎に撮像された画像データの収集が完了すると、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２０６との同期回転を終了する（ステップＳ１０５）。

次に、再構成部５９で画像データの再構成を行い、２系統の再構成画像データを構成する。ここで、再構成はＸ線検出器２０６の例えば高解像度である領域から出力した電気信号に基づいて第１の再構成画像データを構成し、低解像度である領域から出力した電気信号に基づいて、第２の再構成画像データを構成する（ステップＳ１０６）。

次に、対応する第１の再構成画像データと第２の再構成画像データを一定の比率で合成する。具体的には、第１の再構成画像データに係数ｋ１を乗算し、第２の再構成画像データにｋ２に乗算する。そして、乗算した画像データを加算する（ステップＳ１０７）。

このようにして、被検体２０４の複数の透過Ｘ線像と角度情報とから断層画像を取得する。Ｘ線撮影システム６０は、工業製品の非破壊検査や人体や動物の病理診断に用いることができる。

＜気泡室＞
次に、本願発明の特徴である気泡室について図１、図２を用いて説明する。

本実施形態のＸ線発生装置１は、図１（ａ）に示すように、絶縁油８の中に発生した気泡を捕獲する気泡室１３を備えている。

収納容器６の内部に発生した気泡は、Ｘ線発生管２の動作時の温度上昇に伴い、体積が増大した気泡は浮力の影響を強く受け、絶縁油の粘度が低下するため浮遊しやすくなる。

気泡室１３は、収納容器６の内部を移動する気泡を捕獲するために、Ｘ線発生管２を収納する主室１４の内部と、開口を介して連通する内部を有している。この為、本実施形態の気泡室１３は、Ｘ線発生管２の付近で発生した気泡を、絶縁油８の対流および気泡が受ける浮力によって流入するようになっている。

本実施形態の気泡室１３の内部は、開口以外の部分に配置された壁により囲まれている。気泡室１３の壁は、収納容器６の外周壁の一部と仕切板１５とで構成されている。本願明細書においては、これ以降、気泡室１３を構成する壁の内側を、気泡室の内面と称する。

本実施形態の気泡室１３の内面は、気泡室１３の外部の収納容器６の内面よりも、絶縁油８との接触角が大きくなるようにしている。

本実施形態においては、主室１４は、気泡室１３との間の開口とＸ線取出し窓７を除いた領域に、ガラス樹脂布とエポキシ樹脂との積層体からなるガラスエポキシ樹脂板１８が配置され、主室１４の内面に露出している。本実施形態のガラスエポキシ板は、表面自由エネルギーが４３ｍＮ／ｍであり、表面は親油性を呈する。

一方で、気泡室１３は、との間の開口除いて、真鍮製の仕切板１５と収納容器６が内面に露出している。本実施形態の真鍮は、表面自由エネルギーが１０００ｍＮ／ｍであり、表面は親水性、即ち、撥油性を呈する。

気泡室１３の内面を、主室１４の内面よりも、絶縁油８との接触角θｃにおいて、大きくすることの作用効果を、図５（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。

図５（ａ）には、絶縁油８より表面自由エネルギーが高い内面を有した固体２８と絶縁油８と気泡２７との固液界面が示されている。同様にして、図５（ｂ）には、絶縁油８と表面自由エネルギーが等しい内面を有した固体２９と絶縁油８と気泡２７との固液界面が示されている。さらに、同様にして、図５（ｃ）には、絶縁油８より表面自由エネルギーが低い内面を有した固体２９と絶縁油８と気泡２７との固液界面が示されている。

図５（ｃ）において、固体３０は絶縁油８に対する親和性が低く親油性表面であるため、絶縁油８は固体３０に濡れ易く、気泡２７と固体３０との接触角θｃは大きくなる。図５（ｃ）に示す固液界面の気泡２７は、固体３０に対して密着性が弱く浮遊しやすい。

一方で、図５（ａ）において、固体２８は絶縁油８に対する親和性が低い親水性表面を呈するため、絶縁油８は固体２８に濡れ難く、気泡２７と固体２８との接触角θｃが小さくなる。図５（ａ）に示す固液界面の気泡２７は、固体２８に対して密着性が強く移動し難い。

なお、図５（ａ）〜（ｃ）は、各図の下方を鉛直方向下向きの場合を例示しているが、必ずしも、気泡の密着性の接触角との関係は、図５に示された配置に限定されない。固体２８〜３０のそれぞれが形成する固液界面は、鉛直直方向に対して任意の角度を成してよい。

従って、気泡室１３の内面が、主室１４の内面よりも、高い表面自由エネルギーの領域を有することにより、気泡室１３内に流入した気泡１２は気泡室１３から脱出し難くなる。この結果、Ｘ線発生装置１で発生した気泡は、安定して気泡室に捕獲し続けられて、Ｘ線発生管２の冷却性能と耐放電性能を安定して維持することが可能となる。

気泡室１３の内面を構成する部材は、主室１４に対して相対的に絶縁油８に対する接触角が大きな材料で構成すれば良い。気泡室１３の内面は親水性を呈する材料を有することが好ましく、気泡室１３外の収納容器６の内面は親油性を呈する材料を有することが好ましい。

親水性を呈する材料としては、１００ｍＮ／ｍ以上の表面自由エネルギーを呈する材料が選択される。親水性を呈する材料の具体例としては、銅、アルミニウム、亜鉛、錫等の純金属、及び、ステンレス、真鍮等の合金が適用される。前述の金属群は、５００〜１２００ｍＮ／ｍの表面自由エネルギーを呈する。

また、親油性を呈する材料としては、１００ｍＮ／ｍ未満の表面自由エネルギーを呈する材料が選択される。親油性を呈する材料の具体例としては、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリイミダゾール樹脂等が適用される。前述の樹脂群は、１０〜８０ｍＮ／ｍの表面自由エネルギーを呈する。

主室１４の内面と絶縁油８との接触角よりも、絶縁油８との間で高い接触角を呈する内面を有する気泡室１３とすることにより、捕獲した気泡を留めた状態を維持することが可能となる。この結果、本願発明のＸ線発生装置１は、収納容器６と絶縁油８との接触面積を主室１４において確保することが可能となり、絶縁油８の冷却性能と耐放電性能の低下が生じ難く、高い信頼性の有するものとなる。

例えば、図３に示すＸ線撮影システム６０のように、気泡室を備えたＸ線発生装置をＸ線源としてＸ線ＣＴ装置に適用した場合に、Ｘ線源のガントリ内の反転動作や静止位置に依存し、気泡が気泡室から脱出する場合があった。図６には、図面の垂直方向に示された回転軸Ａｃの周りに０〜３６０度の角度範囲において回転走査されるＸ線発生装置１を備えたＸ線撮影システム６０が示されている。

なお、図３、図６は、図５と同様にして、各図の下方を鉛直方向下向きとして図示されている。図６においては、主室１４と気泡室１３との間の仕切板１５と鉛直方向とのなす角度を基準にＸ線発生装置１の姿勢を定義し、図６中に、０度、９０度、１８０度、２７０度を代表させて示している。

図６に示すＸ線撮影システム６０においては、回転軸Ａｃが鉛直方向に対して非平行であるため、Ｘ線撮影装置１の回転に伴い、収納容器６および気泡室１３は、鉛直方向に対して異なる姿勢をとる。しかしながら、本実施形態の気泡室１３の内面は、主室１４よりも、気泡１２との接触角が小さい表面を有するため、Ｘ線発生装置１が回転軸Ａｃの周りに異なる姿勢をとった場合にも、気泡１２の気泡室１３内の浮遊が抑制される。この結果、本実施形態の気泡室１３を備えたＸ線発生装置１は、捕獲した気泡１２の気泡室１３からの脱出が低減される。本願発明の気泡室１３と主室１４との間の表面自由エネルギーの差異に関する特徴は、気泡室１３が、図６のように、回転軸Ａｃから離間して収納容器６に配置されている形態において、特に効果を発現する。

また、Ｘ線発生装置の周囲温度、Ｘ線発生管の稼働時間等の変動するパラメータによっても、絶縁油の対流挙動が変化する場合があり、捕獲した気泡が気泡室から脱出する場合があった。すなわち、本願発明の気泡室を備えたＸ線発生装置は、図２に示す実施形態のように回転軸Ａｃを備えていないＸ線撮影装置、または、回転軸Ａｃが鉛直方向と平行であるＸ線撮影装置においても、気泡室からの気泡の脱出を抑制する効果が発現される。

次に、図１（ａ）に示すＸ線発生装置１の実施形態の変形例を、図７（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

図７（ａ）に示すＸ線発生装置１は、ガラスエポキシ板１８を収納容器６の内面と仕切板１５に用いた点と、気泡室１３の内面には、銅箔が一方の面に形成されたガラスエポキシ板を用いた点において、図１（ａ）に示すＸ線発生装置１と相違する。

本実施形態においては、主室１４の内面がガラスエポキシ板１８で構成され、気泡室１３の内面が銅で構成された領域１７を有するので、気泡室１３に捕獲された気泡１２は、表面自由エネルギー差（４３＜１１００ ｍＮ／ｍ）に基き安定して捕獲され続ける。

一方、図７（ｂ）に示すＸ線発生装置１は、ガラスエポキシ板上に銅箔が形成された領域１７が気泡室１３の内面の一部に設けられて点が、図７（ａ）に示す実施形態と相違する。本実施形態においても、主室１４の内面がガラスエポキシ板１８で構成され、気泡室１３の内面が銅で構成された領域１７を有するので、気泡室１３に捕獲された気泡１２は、表面自由エネルギー差（４３＜１１００ ｍＮ／ｍ）に基き安定して捕獲され続ける。

＜接触角測定＞
本願発明のＸ線発生装置１が備える気泡室１３の内面は、Ｘ線発生管２を収納する主室１４の内面よりも、絶縁油８との接触角が大きい領域１７を有することを特徴とするように構成される。従って、収納室６の内面を構成する部材は、絶縁油８の液滴との接触角を同定することにより、表面自由エネルギーが既知では無い部材に対しても決定することができる。

接触角測定時の液滴のサイズは、小さすぎると液滴の表面から測定雰囲気への蒸発の影響により接触角が小さくなる方向に誤差を生じ、大きすぎると液滴の重力変形により接触角が大きくなる方向に誤差を生じる。収納室を構成する部材に対して、複数の液滴サイズと接触角との相関データを予め取得しておくことにより、かかる相関データで接触角が極大となる液滴サイズを決定しておくことが、接触角同定の誤差を少なくする為に好ましい。

絶縁油は、通常、測定雰囲気に対して、通常十分低い蒸気圧を呈するため、重力変形の影響の緩和を優先して、液滴サイズを設定することが可能であり、０．０１〜数ｍｌとすることが好ましい。

また、検体となる固体表面は、金属イオン、有機物等が除去された洗浄表面としておくことが好ましい。

＜表面自由エネルギー測定＞
次に、収納容器の内面を構成する部材の表面自由エネルギーの測定方法を説明する。部材の表面自由エネルギーを測定する方法は、＜試薬の液滴を用いて行う固液界面の接触角測定＞と、固液界面の接触角と表面自由エネルギーとの関係を取り扱う＜Ｄｕｐｒｅ−Ｙｏｕｎｇ式＞と、接着仕事量を扱う＜Ｆｏｗｋｅｓ式＞とにより導出される。

試薬は、互いに異なる表面自由エネルギーの成分を有する複数の試薬からなる試薬セットが用いられる。表面自由エネルギーの成分は、分散項γ_Ｌｉｄと極性項γ_Ｌｉｐと水素結合項γ_Ｌｉｈの各成分を意味する。試薬セットの具体例としては、αブロモナフタレン、沃化メチレン、純水の３液が用いられる。試薬セットは、前述の３液に限定されず、表面自由エネルギーの成分を互いに異にする他の試薬の組合せが適用される。

ここで、試薬Ｌｉは、後述する検体となる固体表面と同様にして、表面自由エネルギーγ_Ｌｉ（ｍＮ／ｍ）を有しているものとする。但し、ｉは試薬の種類を示す番号。試薬Ｌｉの表面自由エネルギーγ_Ｌｉは、分散項γ_Ｌｉｄと極性項γ_Ｌｉｐと水素結合項γ_Ｌｉｈの成分を有している。試薬番号ｉが１から３の３液からなる試薬セットは、３×３＝９個のパラメータを有した正方行列を行列Ｇとして規定することができる。また、正方行列Ｇの各要素の０．５乗に一致する９要素を備える正方行列を行列Ａとして規定する。

検体となる固体表面は、未知の表面自由エネルギーγｓとして分散項γｓｄと極性項γｓｐと水素結合項γｓｈの３成分の合計値で規定される。固定の表面自由エネルギーγｓの測定精度を担保する点においては、試薬セットの行列Ａの行列式がより大きくなるように試薬を組合せることが望ましい。

なお、αブロモナフタレン、沃化メチレン、純水からなる試薬セットＹに対応する行列Ｇ、行列Ａ、行列Ａの逆行列Ａ^−１、表面自由エネルギーγ_Ｌは、表１乃至４のそれぞれに示す通りである。従って、試薬セットＹの行列Ａの行列式は、５５．９（ｍＮ／ｍ）^１．５である。行列Ａの行列式の値としては、２０（ｍＮ／ｍ）^１．５以上であることが好ましい。

ここで、固体検体Ｓの表面自由エネルギーγｓは、分散項γ_Ｓｉｄと極性項γ_Ｓｉｐと水素結合項γ_Ｓｉｈを有し、試薬セットの試薬番号１〜３に対して、θ_ＳＬ１、θ_ＳＬ２、θ_ＳＬ３の固液界面の接触角が、接触角測定により得られた場合を考える。このとき、下記一般式１〜４により、固体Ｓの表面自由エネルギーγｓは一意に同定される。

なお、上記一般式２乃至４の各右辺に含まれるＡ^−１（ｐ，ｑ）は、逆行列Ａ^−１の（ｐ行、ｑ列）の要素を意味している。また、上記一般式２乃至４の各右辺が、固液界面の接触角と表面自由エネルギーとの関係を取り扱う＜Ｄｕｐｒｅ−Ｙｏｕｎｇ式＞と、接着仕事量を扱う＜Ｆｏｗｋｅｓ式＞とにより規定されている。表面自由エネルギーを測定する手法は、Ｆｏｗｋｅｓ式を、Ｚｉｓｍａｎ法、Ｏｗｅｎｓ ａｎｄ Ｗｅｎｄｔ法、Ｖａｎ Ｏｓｓ法等に適宜置換しても良い。

１ Ｘ線発生装置
２ Ｘ線発生管
３ 電子放出源
５ 電子束
６ 収納容器
７ Ｘ線取り出し窓
８ 絶縁油
１２ 捕獲された気泡
１３ 気泡室
１４ 主室
１７ 絶縁油８との接触角が大きい領域
３２ ターゲット

Claims (16)

1. Ｘ線発生管と、絶縁油と、前記Ｘ線発生管と前記絶縁油とを収納する収納容器と、
   を有するＸ線発生装置であって、
   前記収納容器は、前記絶縁油を介して前記Ｘ線発生管を収納する主室と、前記主室と連通するとともに前記Ｘ線発生管を収納しない気泡室と、を有し、
   前記絶縁油との接触角において、前記気泡室は前記主室より大きい接触角を呈する内面を有することを特徴とするＸ線発生装置。
2. Ｘ線発生管と、絶縁油と、前記Ｘ線発生管と前記絶縁油とを収納する収納容器と、
   を有するＸ線発生装置であって、
   前記収納容器は、前記Ｘ線発生管を収納する主室と、前記主室の内部と開口を介して連通する内部を有する気泡室と、を有し、
   前記絶縁油との接触角において、前記気泡室は前記主室より大きい接触角を呈する内面を有するとともに、前記主室は前記気泡室の外に位置することを特徴とするＸ線発生装置。
3. 前記主室は、前記気泡室の外部に位置することを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
4. 前記絶縁油が流動可能なように前記主室と前記気泡室との間に開口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
5. 前記気泡室は、前記内面において、前記主室より大きい表面自由エネルギーを呈することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
6. 前記気泡室は、前記内面において、１００ｍＮ／ｍ以上の表面自由エネルギーを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
7. 前記気泡室は、前記内面に金属を有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
8. 前記主室は、樹脂を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
9. 前記樹脂は、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリイミダゾール樹脂の少なくともいずれかから選ばれたものであることを特徴とする請求項８に記載のＸ線発生装置。
10. 前記気泡室の前記内面は、前記主室より前記絶縁油内に存在する気泡との密着性が強く前記気泡が移動し難くなるように、前記絶縁油に対する固液界面の接触角において前記主室より大きい接触角を呈することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
11. 前記気泡室の前記内面は、前記主室より前記絶縁油内に存在する気泡との密着性が強く前記気泡が移動し難くなるように、前記絶縁油に対する親和性において前記主室より低いことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
12. 前記気泡室の前記内面は、前記絶縁油内に存在する気泡に対する固気界面の接触角において前記主室より小さくなるように、前記絶縁油に対する固液界面の接触角において前記気泡室の前記内面は前記主室より大きい接触角を呈することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のＸ線発生装置と、前記Ｘ線発生装置から放出され被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、を有することを特徴とするＸ線撮影システム。
14. 前記収納容器に接続され、前記収納容器の鉛直方向に対する姿勢を変更する回転駆動装置と、
    前記回転駆動装置により変更された前記収納容器の異なる角度毎に、前記Ｘ線発生装置はＸ線を発生させ、前記Ｘ線検出器は被検体を透過したＸ線を検出するように、前記Ｘ線発生装置と前記Ｘ線検出器とを統合して制御するシステム制御ユニットと、
    を備えることを特徴とする請求項１３に記載のＸ線撮影システム。
15. 前記Ｘ線発生装置は、回転軸の周りを回転することにより、鉛直方向に対して前記異なる角度をなすように配置され、
    前記気泡室は、前記回転軸から離間して前記収納容器に配置されていることを特徴とする請求項１４に記載のＸ線撮影システム。
16. 前記Ｘ線検出器に接続され、前記Ｘ線検出器が出力する画像信号を取得する信号処理部と、前記取得した複数の画像と角度情報とにより、被検体の断層画像を再構成する再構成部と、をさらに備えた請求項１４または１５に記載のＸ線撮影システム。