JP7040377B2 - Ｘ線撮影装置およびｘ線源の消耗度推定方法 - Google Patents

Description

この発明は、カソードとターゲットとの間に高電圧を付与するとともに、カソードとターゲットとの間に配設されたグリッドに付与するグリッド電圧をフィードバック制御することにより管電流値を設定値に維持するＸ線源を備えたＸ線撮影装置、および、このＸ線源の消耗度推定方法に関する。

Ｘ線撮影装置を使用して画像撮影を行う場合においては、Ｘ線源に対して被写体の撮影に適合した管電圧と管電流を付与している。このようなＸ線源においては、所定の管電圧をカソードとターゲットとの間に印加した状態で、管電流値が一定となるように、カソードとターゲットの間におけるカソードの近傍に配置したグリッド電極に印加するグリッド電圧を調整することによって、管電流値を設定値に一致させるフィードバック制御を行っている。

このようなＸ線源においては、管電流値を設定値に制御するときのグリッド電圧の値からカソードの消耗度を判定することができることが知られている（特許文献１参照）。すなわち、グリッド電圧とカソードとの電位差が大きくても管電流を検出できるときはカソードの消耗度は低く、グリッド電圧とカソードとの電位差を小さくしないと管電流を検出できないときはカソードの消耗が進行していると判断することができる。

国際公開ＷＯ２００３／０９２３３６

上述した従来の手法によりカソードの消耗度を測定するためには、グリッド電圧を測定する必要がある。ここで、グリッド電極はＸ線管内に配置されているため、Ｘ線管の外部からグリッド電圧の電圧値を測定することは困難である。このため、予めＸ線源の制御回路等を介してグリッド電圧を取り出せるように設計を行う必要がある。従って、グリッド電圧を外部から測定することが不可能なＸ線源においては、カソードの消耗度を測定することができないという問題がある。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、グリッド電圧を測定することなくＸ線源の消耗度を推定することが可能なＸ線撮影装置およびＸ線源の消耗度推定方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、カソードとターゲットとの間に高電圧を付与するとともに、前記カソードと前記ターゲットとの間に配設されたグリッドに付与するグリッド電圧をフィードバック制御することにより管電流値を設定値に維持するＸ線源と、前記管電流値を設定する管電流値設定部と、前記管電流値が設定された時刻と、前記管電流値が設定値となった時刻とを測定する時刻測定部と、を備えたことを特徴とする。

第２の発明は、前記管電流値が設定された後、前記管電流値が設定値になるまでの時間に基づいて前記Ｘ線源の消耗度を推定する消耗度推定部を備える。

第３の発明は、前記管電流値が設定された後、前記管電流値が設定値になるまでの時間が予め設定された設定時間を越えたときに警告を表示する警告表示部を備える。

第４の発明は、前記Ｘ線源に対してエージングを実行するときに、前記管電流値が設定された後、前記管電流値が設定値になるまでの時間の測定を実行する制御部を備える。

第５の発明は、カソードとターゲットとの間に高電圧を付与するとともに、前記カソードと前記ターゲットとの間に配設されたグリッドに付与するグリッド電圧をフィードバック制御することにより管電流値を設定値に維持するＸ線源における消耗度推定方法であって、管電流値が設定された後、管電流値が設定値になるまでの時間に基づいてＸ線源の消耗度を推定することを特徴とする。

第１および第５の発明によれば、管電流値が設定された時刻と管電流値が設定値となった時刻とを利用することにより、Ｘ線源の消耗度を推定することができる。このため、グリッド電圧を測定することなくＸ線源の消耗度を推定することが可能となる。

第２の発明によれば、管電流値が設定された後、管電流値が設定値になるまでの時間に基づいてＸ線源の消耗度を推定することから、グリッド電圧を測定することなくＸ線源の消耗度を推定することが可能となる。

第３の発明によれば、管電流値が設定された後、管電流値が設定値になるまでの時間が予め設定された設定時間を越えたときに警告を表示する警告表示部を備えることから、グリッド電圧を測定することなく、Ｘ線源の消耗度に基づいてその警告を行うことが可能となる。

第４の発明によれば、エージングを実行するときに管電流値が設定された後、前記管電流値が設定値になるまでの時間の測定を実行することから、同一条件のもとで管電流値が設定値になるまでの時間を測定することができ、Ｘ線源の消耗度をより正確に推定することが可能となる。

この発明に係るＸ線撮影装置をその主要な制御系とともに示す概要図である。 Ｘ線源４１の概要図である。 制御部３０におけるＸ線制御部３３の機能ブロック図である。 Ｘ線源４１におけるカソード１２の消耗度を推定する消耗度の推定動作のひとつの実施形態を示すフローチャートである。 管電流値が設定値に到達するまでの時間を示すグラフである。 管電流値が設定値に到達するまでの時間を示すグラフである。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係るＸ線撮影装置をその主要な制御系とともに示す概要図である。

この発明に係るＸ線撮影装置は、被検査物であるワークＷにＸ線を照射するＸ線源４１と、このＸ線源４１から照射された後、ワークＷを透過したＸ線を検出するフラットパネルディテクタやイメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ．）等のＸ線検出器４２と、これらのＸ線源４１およびＸ線検出器４２の間に配設されたワークＷを載置するためのステージ４３とを備える。ステージ４３は、図示しないモータを備えたステージ移動機構４４の作用により、互いに直交する２方向に水平移動可能となっている。これらのＸ線源４１、Ｘ線検出器４２、ステージ４３およびステージ移動機構４４は、Ｘ線遮蔽部材より構成されるケーシング４０の内部に配設されている。ステージ移動機構４４は、垂直方向に移動する構成を備えていてもよい。

この発明に係るＸ線撮影装置は、プロセッサーとしての論理演算を実行するＣＰＵ、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭ、制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭ等を備え、装置全体を制御する制御部３０を備える。この制御部３０は、ソフトウエアがインストールされたコンピュータから構成される。この制御部３０に含まれる各部の機能は、コンピュータにインストールされているソフトウエアを実行することで実現される。この制御部３０は、Ｘ線検出器４２により検出したＸ線画像等を表示する液晶表示パネル等の表示部４５と、各種の操作を実行するためのマウスやキーボード等を備えた操作部４６とに接続されている。

また、この制御部３０は、Ｘ線検出器４２により検出されたＸ線画像を画像処理して表示部４５に表示するための画像処理部３１と、ステージ移動機構４４を制御するための移動制御部３２と、Ｘ線源４１を制御するためのＸ線制御部３３と、後述する警告表示を実行するための警告表示部３４とを備える。

図２は、Ｘ線源４１の概要図である。

このＸ線源４１は、傍熱型の電子線発生部を備えたものであり、カソード１２と、このカソード１２を加熱するためのカソードヒータ１１と、グリッド電極１３と、ターゲット１４とを備える。カソードヒータ１１により加熱されたカソード１２から発生する電子ビーム１０１は、カソード１２とターゲット１４間の管電圧により、カソード１２からターゲット１４に向かって飛び出し、グリッド電極１３を通過してターゲット１４に衝突することにより、Ｘ線１０２を発生させる。このときには、ターゲット１４に到達した電子により生ずるターゲット電流Ａがターゲット１４方向に流れ、カソード１２から出射された電子により生ずるカソード電流（エミッション電流）Ｂがカソード１２から流れる。

カソード電流Ｂは、Ｘ線源４１を流れる管電流として、カソード電流検出器１５により検出される。なお、ターゲット電流Ａとカソード電流Ｂとは、通常、一致しており、これらが管電流に相当する。このため、カソード電流検出器１５により管電流としてのカソード電流Ｂを検出する代わりに、ターゲット電流Ａの検出器を配設し、これにより管電流値を測定してもよい。

図３は、制御部３０におけるＸ線制御部３３の機能ブロック図である。

このＸ線制御部３３は、Ｘ線源４１に供給する管電流の設定値を設定するための管電流値設定部５１と、図２に示すカソード電流検出器１５により管電流値としてのカソード電流値を測定する管電流値測定部５２と、管電流値設定部５１により管電流の設定値が設定された時刻と管電流値測定部５２により測定した管電流値が設定値となった時刻とを測定する時刻測定部５３と、管電流の設定値が設定された後、管電流値が設定値になるまでの時間に基づいてＸ線源４１におけるカソード１２の消耗度を推定する消耗度推定部５４と、を備える。

以上のような構成を有するＸ線撮影装置においてＸ線源４１におけるカソード１２の消耗度を推定する消耗度の推定動作について説明する。図４は、Ｘ線源４１におけるカソード１２の消耗度を推定する消耗度の推定動作のひとつの実施形態を示すフローチャートである。

なお、以下の実施形態においては、Ｘ線源４１のエージング（シーズニング、ウォームアップ）の実施時に、Ｘ線源４１におけるカソード１２の消耗度を推定している。Ｘ線源４１のエージングは、例えば、一日の始業時に必ず実行されるものであり、また、その時の管電圧、管電流等のＸ線条件は一定のものとなる。このため、同一条件のもとで消耗度を推定することができ、Ｘ線源４１の消耗度をより正確に推定することが可能となる。但し、エージング時以外のタイミングでＸ線源４１におけるカソード１２の消耗度を推定してもよい。

Ｘ線源４１におけるカソード１２の消耗度を推定するときには、エージングを実行するか否かを判断する（ステップＳ１）。そして、エージングを行う場合は、管電流の設定値を設定する（ステップＳ２）。この管電流の設定値の設定は、Ｘ線制御部３３における管電流値設定部５１により実行される。なお、この管電流の設定値の設定は、オペレータが手動で行ってもよく、予め設定された値を読み出すことにより行ってもよい。そして、実際に管電流の設定値が設定された時刻Ｔ１を記憶する（ステップＳ３）。

この状態で、Ｘ線制御部３３における管電流値測定部５２がカソード電流検出器１５を使用して管電流値を測定する。そして、実際の管電流値が管電流の設定値に到達するのを待つ（ステップＳ４）。管電流の測定値が設定値に到達すれば、その到達時刻Ｔ２を記憶する（ステップＳ５）。

しかる後、Ｘ線制御部３３における時刻測定部５３が、管電流の設定値が設定された後、実際の管電流値が設定値になるまでの時間（Ｔ２－Ｔ１）を測定する。そして、Ｘ線制御部３３における消耗度推定部５４が、この時間（Ｔ２－Ｔ１）が予め設定された設定時間Ｔ３より大きいか否かにより、Ｘ線源４１におけるカソード１２の消耗度を推定する。

図５および図６は、管電流値が設定値に到達するまでの時間を示すグラフである。なお、これらの図において横軸は時間（秒）を示している。また、縦軸は、目標となる管電流の設定値を１として正規化して表現している。

Ｘ線源４１におけるカソード１２の消耗度が低い場合には、図５に示すように、図５において横軸が０の管電流の設定値が設定された時刻から管電流値が設定値となった時刻までの時間は、約０．２秒となっている。一方、Ｘ線源４１におけるカソード１２の消耗度が高い場合には、図６に示すように、図６において横軸が０の管電流の設定値が設定された時刻から管電流値が設定値となった時刻までの時間は、約４．５秒となっている。

Ｘ線源４１におけるカソード１２が消耗した場合においては、管電流値が設定値に一致するようにフィードバック制御を行う場合に、管電流値が設定値に到達するまでに時間を要する。このため、管電流の設定値が設定された時刻から管電流値が設定値となった時刻までの時間を測定することにより、カソード１２の消耗度を推定することが可能となる。

再度、図４を参照して、管電流の設定値が設定された後、実際の管電流値が設定値になるまでの時間（Ｔ２－Ｔ１）が予め設定された設定時間Ｔ３を越えたときには（ステップＳ６）、Ｘ線制御部３３における消耗度推定部５４が制御部３０に信号を送信する。そして、この警告信号を受け取った制御部３０は、図１に示す警告表示部３４の作用により、表示部４５に対して警告表示を表示させる（ステップＳ７）。また、必要に応じ、音声等による警告表示も実行する。これにより、カソード１２の消耗を予め認識することが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、Ｘ線源４１として、カソード１２を加熱するためのカソードヒータ１１を備えた傍熱型のものを使用しているが、フィラメントタイプのカソードを有するＸ線源にこの発明を適用してもよい。

また、上述した実施形態においては、管電流値が設定値になるまでの時間が予め設定された設定時間Ｔ３を越えたときに警告を表示する構成を採用しているが、管電流の設定値が設定された時刻と管電流値が設定値となった時刻とを表示部４５等に表示し、オペレータがこれを確認する構成を採用してもよい。

また、管電流の設定値が設定された後、実際の管電流値が設定値になるまでの時間（Ｔ２－Ｔ１）と、カソード１２の消耗度（例えば％）との関係を予め記憶しておいて、計測された（Ｔ２－Ｔ１）に対応付けられた消耗度（％）を取得して表示するようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態については、Ｘ線撮影装置にこの発明を適用しているが、Ｘ線源４１自体に管電流の設定値を設定する管電流値設定部と、管電流の設定値が設定された時刻と管電流値が設定値となった時刻とを測定する時刻測定部とを配設してもよい。

１１ カソードヒータ
１２ カソード
１３ グリッド電極
１４ ターゲット
１５ カソード電流検出器
３０ 制御部
３１ 画像処理部
３２ 移動制御部
３３ Ｘ線制御部
３４ 警告表示部
４０ ケーシング
４１ Ｘ線源
４２ Ｘ線検出器
４３ ステージ
４４ ステージ移動機構
４５ 表示部
４６ 操作部
１０１ 電子ビーム
１０２ Ｘ線
Ａ ターゲット電流
Ｂ カソード電流
Ｗ ワーク

Claims (5)

1. カソードとターゲットとの間に高電圧を付与するとともに、前記カソードと前記ターゲットとの間に配設されたグリッドに付与するグリッド電圧をフィードバック制御することにより管電流値を設定値に維持するＸ線源と、
   管電流の設定値を設定する管電流値設定部と、
   前記設定値が設定された時刻と、前記管電流値が前記設定値となった時刻とを測定して、前記設定値が設定された後、前記管電流値が前記設定値になるまでの第１の時間を測定する時刻測定部と、
   前記第１の時間に基づいて前記Ｘ線源の消耗度を推定する消耗度推定部と、
   を備えたことを特徴とするＸ線撮影装置。
2. 請求項１に記載のＸ線撮影装置において、
   前記第１の時間が予め設定された、前記消耗度と対応する第２の時間を越えたときに前記消耗度に関する警告を表示する警告表示部を備えるＸ線撮影装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のＸ線撮影装置において、
   前記Ｘ線源に対してエージングを実行するときに、前記第１の時間の測定を実行する制御部を備えるＸ線撮影装置。
4. カソードとターゲットとの間に高電圧を付与するとともに、前記カソードと前記ターゲットとの間に配設されたグリッドに付与するグリッド電圧をフィードバック制御することにより管電流値を設定値に維持するＸ線源と、
   管電流の設定値を設定する管電流値設定部と、
   前記設定値が設定された時刻と、前記管電流値が前記設定値となった時刻とを測定する時刻測定部と、
   前記設定値が設定された時刻と前記管電流値が前記設定値となった時刻とを表示する表示部と、
   を備えたことを特徴とするＸ線撮影装置。
5. カソードとターゲットとの間に高電圧を付与するとともに、前記カソードと前記ターゲットとの間に配設されたグリッドに付与するグリッド電圧をフィードバック制御することにより管電流値を設定値に維持するＸ線源における消耗度推定方法であって、
   管電流の設定値が設定された後、管電流値が前記設定値になるまでの時間に基づいてＸ線源の消耗度を推定することを特徴とするＸ線源の消耗度推定方法。

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