JP7086611B2 - Ｘ線診断装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線診断装置に関する。

Ｘ線診断装置には、Ｘ線管にグリッド電極を備え、Ｘ線の照射前に焦点サイズを設定し、当該焦点サイズに対応するグリッドバイアスをグリッド電極に印加することによって、焦点サイズを変更するものがある。この種のＸ線診断装置は、焦点サイズを細かく設定することが可能である。また、この種のＸ線診断装置は、複数のフィラメントを切り替える必要がないため、フィラメントの熱慣性に依存せずに高速に焦点サイズを変更することが可能である。

ところで、Ｘ線管への入力（管電圧および管電流）が同じ場合、焦点サイズが小さいほど、Ｘ線画像の画質（鮮鋭度）が向上する。但し、焦点サイズが小さいほど、Ｘ線管のターゲット上の焦点の温度が高くなるため、ターゲットが溶解しない範囲に、Ｘ線管への入力は制限される。

通常、使用する焦点サイズは、検査に応じて予め決定される。具体的には、検査に必要な線量を確保できる管電流が決定されると、その管電流を流すことができる焦点サイズが決定される。仮に検査中に線量が不足すると、診断に適したＸ線画像を生成できなくなるため、焦点サイズは線量を優先して大きめに設定される。

しかしながら、検査中において、検査部位の変化による被写体厚みの変化や、要求される画質の変更がある場合、検査前に設定した焦点サイズは適切な値にならない可能性がある。なお、焦点サイズが適切な値にならない場合、検査に必要な線量を確保できず、画質が劣化してしまう場合と、焦点サイズが大きすぎることによって鮮鋭度が劣化してしまう場合とのどちらかが発生する。これに対し、検査に必要な線量を確保しつつ画質劣化を最小限に留めるように焦点サイズを変更したい場合には、陽極蓄積熱量と過負荷保護との関係を鑑みながら検査途中に焦点サイズを含むＸ線管への入力条件を設定し直す必要があるため、操作者の操作が煩雑になる可能性がある。換言すると、検査中に焦点サイズを変更したい場合に、操作者の操作によって適切に設定をし直す必要があり、焦点サイズの変更に関するＸ線診断装置の取扱いが困難であった。

特開昭６１－２１８１００号公報

本発明が解決しようとする課題は、焦点サイズの変更に関するＸ線診断装置の取扱いを容易にすることにある。

実施形態によれば、Ｘ線診断装置は、Ｘ線管と、グリッドバイアス電源回路と、フィラメント加熱回路と、信号切替部と、焦点サイズ変更部と、フィラメント電流設定部とを備える。Ｘ線管は、ターゲットを有する陽極と、フィラメントを有する陰極と、フィラメントからの電子を制限するグリッド電極とを備え、Ｘ線を発生する。グリッドバイアス電源回路は、グリッド電極にグリッドバイアスを印加する。フィラメント加熱回路は、フィラメントにフィラメント電流を供給することによって、フィラメントを加熱する。信号切替部は、診断時の使用状況に連動して、ターゲットに形成される焦点の焦点サイズの変更を示す焦点サイズ変更信号を切り替える。焦点サイズ変更部は、焦点サイズ変更信号の切り替えに応じて、グリッドバイアスを変化させることによって、焦点サイズを変更する。フィラメント電流設定部は、焦点サイズ変更信号の切り替え時に、グリッドバイアスの所望の目標値に対応するフィラメント電流を設定する。

図１は、第１の実施形態に係るＸ線診断装置の構成を示す模式図である。 図２は、同実施形態におけるＸ線高電圧発生器およびＸ線管の構成を示す模式図である。 図３は、同実施形態における動作を説明するためのフローチャートである。 図４は、同実施形態における動作を説明するためのタイミングチャートである。 図５は、第２の実施形態に係るＸ線診断装置の構成を示す模式図である。 図６は、同実施形態における動作を説明するためのタイミングチャートである。

以下、図面を参照しながら各実施形態について説明する。各実施形態では、解説済みの要素と同一または類似の要素には同一または類似の符号を付して重複する説明を省略し、主に未解説の要素について述べる。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１の構成例を示すブロック図である。Ｘ線診断装置１は、Ｘ線高電圧発生器１０と、Ｘ線発生器２０、Ｘ線検出器３０、サポートフレーム３１、および天板３２を有する寝台と、画像発生回路４１と、ディスプレイ４２と、入力インタフェース４３と、制御回路４４と、記憶回路４５と、通信インタフェース４６とを備える。また、Ｘ線発生器２０は、Ｘ線管２１と、Ｘ線可動絞り２２とを備える。

Ｘ線高電圧発生器１０は、Ｘ線管２１に印加する直流高電圧を発生し、当該直流高電圧の大きさ、印加時間、および流れる電流量などを制御する。具体的には、Ｘ線高電圧発生器１０は、図２に例示するように、Ｘ線制御回路１１と、高電圧発生回路１２と、グリッドバイアス電源回路１３と、第１フィラメント加熱回路１４と、第２フィラメント加熱回路１５とを備える。また、Ｘ線管２１は、第１フィラメント２１ａ、第２フィラメント２１ｂ、およびグリッド電極２１ｃを有する陰極と、ターゲット２１ｄを有する陽極とを備える。尚、Ｘ線管２１は、少なくとも一つのフィラメントを備えればよい。

Ｘ線制御回路１１は、高電圧発生回路１２、グリッドバイアス電源回路１３、第１フィラメント加熱回路１４、および第２フィラメント加熱回路１５を制御するプロセッサである。Ｘ線制御回路１１は、制御回路４４からＸ線条件（管電圧の値、管電流の値、照射時間、および焦点サイズなど）を受け取る。Ｘ線制御回路１１は、Ｘ線条件に基づいて、高電圧発生回路１２、グリッドバイアス電源回路１３、第１フィラメント加熱回路１４、および第２フィラメント加熱回路１５を制御する。

高電圧発生回路１２は、Ｘ線制御回路１１の制御のもとで、Ｘ線撮影およびＸ線透視にそれぞれ適した高電圧（管電圧）をＸ線管２１に印加する。管電圧がＸ線管２１に印加されると、第１フィラメント２１ａまたは第２フィラメント２１ｂの加熱状態に応じた管電流がＸ線管２１に供給される。

グリッドバイアス電源回路１３は、Ｘ線制御回路１１の制御のもとで、グリッド電極２１ｃにグリッドバイアスを印加する。グリッドバイアスとして、例えば第１フィラメント２１ａと第２フィラメント２１ｂとの片側を共通とした陰極端子に対してマイナスの電圧が用いられる。グリッド電極２１ｃにグリッドバイアスとしてマイナスの電圧を印加することにより、フィラメントから放出する電子（管電流）を制限またはカットオフすることができる。本明細書では、特に記載の無い限り、グリッドバイアスとしてマイナスの電圧を印加することとする。

第１フィラメント加熱回路１４は、Ｘ線制御回路１１の制御のもとで、第１フィラメント２１ａにフィラメント電流を供給することによって、第１フィラメント２１ａを加熱する。Ｘ線撮影およびＸ線透視にそれぞれ適した管電流を得るために、第１フィラメント２１ａの加熱量が制御される。

第２フィラメント加熱回路１５は、Ｘ線制御回路１１の制御のもとで、第２フィラメント２１ｂにフィラメント電流を供給することによって、第２フィラメント２１ｂを加熱する。Ｘ線撮影およびＸ線透視にそれぞれ適した管電流を得るために、第２フィラメント２１ｂの加熱量が制御される。

Ｘ線管２１は、高電圧発生回路１２により印加された管電圧と、高電圧発生回路１２から供給された管電流とに基づいてＸ線を発生する。Ｘ線管２１から発生されたＸ線は、被検体Ｐに照射される。なお、Ｘ線管２１は、パルス透視などＸ線照射中に焦点サイズを変更可能な機構を有する。

第１フィラメント２１ａは、例えば、焦点サイズが小さいフィラメント（小焦点フィラメント）である。第１フィラメント２１ａは、第１フィラメント加熱回路１４から供給されたフィラメント電流によって加熱される。第１フィラメント２１ａは、加熱されることによって管電圧が印加されたときに電子を放出する。

第２フィラメント２１ｂは、例えば、焦点サイズが大きいフィラメント（大焦点フィラメント）である。第２フィラメント２１ｂは、第２フィラメント加熱回路１５から供給されたフィラメント電流によって加熱される。第２フィラメント２１ｂは、加熱されることによって管電圧が印加されたときに電子を放出する。

第１フィラメント２１ａ（或いは、第２フィラメント２１ｂ）から放出された電子は、ターゲット２１ｄで焦点を形成する。

グリッド電極２１ｃは、グリッドバイアス電源回路１３により印加されたグリッドバイアスによって、第１フィラメント２１ａ（或いは、第２フィラメント２１ｂ）から放出される電子を制限する。具体的には、グリッド電極２１ｃは、マイナスの電圧を印加することによって、第１フィラメント２１ａ（或いは、第２フィラメント２１ｂ）から放出されようとする電子を押さえ込み、ターゲット２１ｄに衝突する電子の量を減らすことができる。

また、グリッド電極２１ｃは、第１フィラメント２１ａ（或いは、第２フィラメント２１ｂ）から放出される電子の方向（電子流の方向）を制限する構造を有する。フィラメントから放出される電子は、電界のレンズ作用によって収束され、ターゲット２１ｄでＸ線発生点である焦点を形成する。

即ち、グリッド電極２１ｃは、フィラメントから放出される電子の方向をグリッドバイアスにより制限することによって、焦点サイズを制御することができる。

ターゲット２１ｄは、第１フィラメント２１ａ（或いは、第２フィラメント２１ｂ）から放出された電子が衝突することによって、Ｘ線を発生させる。

Ｘ線可動絞り器２２は、Ｘ線管２１によって発生されたＸ線の照射野を限定する。Ｘ線可動絞り器２２は、Ｘ線の照射野を限定することによって、操作者の所望する撮影部位（或いは、撮影範囲）にだけＸ線を照射することができる。即ち、Ｘ線可動絞り器２２は、撮影部位（或いは、撮影範囲）とは異なる部位（或いは、範囲）に対して、不要な被曝をさせないようにすることができる。また、Ｘ線可動絞り器２２は、散乱Ｘ線の低減および焦点外Ｘ線の除去ができる。

Ｘ線検出器３０は、Ｘ線管２１から発生され、被検体Ｐを透過したＸ線を検出する。Ｘ線検出器３０は、例えば、Ｘ線を検出することができるフラットパネルディテクタ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＦＰＤ）を備える。ＦＰＤは、複数の半導体検出素子を有する。半導体検出素子には、間接変換形と直接変換形とがある。間接変換形とは、入射Ｘ線を蛍光体などのシンチレータによって光に変換し、変換された光を電気信号に変換する形式である。直接変換形とは、入射Ｘ線を直接的に電気信号に変換する形式である。

Ｘ線の入射に伴って複数の半導体検出素子で発生された電気信号は、図示しないアナログディジタル変換器（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：Ａ／Ｄ変換器）に出力される。Ａ／Ｄ変換器は、電気信号をディジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換器は、ディジタルデータを、画像発生回路４１に出力する。

サポートフレーム３１は、互いに対向配置されたＸ線発生器２０およびＸ線検出器３０を移動可能に支持する。具体的には、サポートフレーム３１は、天板３２の面に対して上方にＸ線発生器２０が設置されるオーバーチューブ方式のフレームに相当する。尚、サポートフレーム３１は、天板３２の面に対して下方にＸ線発生器２０が設置されるアンダーチューブ方式のフレームが用いられてもよい。また、サポートフレーム３１は、ＣアームおよびΩアームによる構造が用いられてもよい。さらに、サポートフレーム３１は、Ｘ線発生器２０およびＸ線検出器３０をそれぞれ独立に支持する２つのアーム（例えばロボットアームなど）による構造が用いられてもよい。

図示しない寝台は、被検体Ｐが載置される天板３２（臥位テーブルとも言う）を有する。天板３２には、被検体Ｐが載置される。

図示しない駆動装置は、例えば、制御回路４４の制御によって、サポートフレーム３１と寝台とをそれぞれ駆動する。Ｘ線透視時およびＸ線撮影時においては、Ｘ線発生器２０とＸ線検出器３０との間に、天板３２に載置された被検体Ｐが配置される。また、駆動装置は、例えば、制御回路４４の制御によって、Ｘ線可動絞り器２２を駆動する。尚、駆動装置は、制御回路４４の制御のもとで、Ｘ線発生器２０に対してＸ線検出器３０を回転させてもよい。

画像発生回路４１は、Ｘ線検出器３０からＡ／Ｄ変換器を介して出力されたディジタルデータに基づいてＸ線画像を発生する。画像発生回路４１は、発生したＸ線画像を記憶回路４５および外部記憶装置（図示せず）などに出力する。

ディスプレイ４２は、画像発生回路４１によって発生されたＸ線画像（或いは、透視画像）を表示する。ディスプレイは、ディスプレイの全面または一部を、Ｘ線画像（或いは、透視画像）を表示するための表示ウィンドウとしてもよいし、全面または一部を切り替えられるようにしてもよい。尚、ディスプレイは、透視・撮影位置、Ｘ線照射条件などの入力に関する入力画面を表示してもよい。

入力インタフェース４３は、操作者が所望するＸ線撮影の撮影条件およびＸ線透視の透視条件などのＸ線条件、透視・撮影位置、照射野、およびＸ線画像における関心領域（Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ：ＲＯＩ）などを、操作者の指示により入力する。入力インタフェース４３は、操作者からの各種指示、命令、情報、選択、および設定を、Ｘ線診断装置１に取り込む。

入力インタフェース４３は、関心領域の設定などを行うためのジョイスティック、トラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチパネルディスプレイ、撮影用のフットスイッチ、および音声認識用のマイクなどにより実現される。入力インタフェース４３は、制御回路４４に接続されており、操作者から受け取った入力操作を電気信号へ変換し制御回路４４へと出力する。

本明細書において、入力インタフェース４３は、前述したマウスおよびキーボードなどの物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を制御回路４４へ出力する電気信号の処理回路も入力インタフェース４３の例に含まれる。

制御回路４４は、Ｘ線診断装置１における各回路および駆動装置などを制御するプロセッサである。制御回路４４は、入力インタフェース４３から入力された操作者の指示などの情報（例えば、Ｘ線条件）を、図示しないメモリに一時的に記憶する。制御回路４４は、メモリに記憶された操作者の指示などに従って、Ｘ線撮影およびＸ線透視を実行するために、Ｘ線高電圧発生器１０、Ｘ線管２１、および駆動装置などを制御する。また、制御回路４４は、画像発生回路４１におけるＸ線画像発生処理などを制御する。

さらに、制御回路４４は、メモリに記憶された操作者の指示などに従って、線量を一定にしつつ焦点サイズを変更する制御に関する各機能を実行する。上記各機能は、例えば、信号切替機能４４ａ（信号切替部）、焦点サイズ変更機能４４ｂ（焦点サイズ変更部）、フィラメント電流設定機能４４ｃ（フィラメント電流設定部）、および使用限界指示機能４４ｄ（使用限界指示部）などがある。

信号切替機能４４ａは、診断時の使用状況に連動して、ターゲット２１ｄに形成される焦点の焦点サイズの変更を示す焦点サイズ変更信号を切り替える。焦点サイズ変更信号の切り替えは、使用状況に応じて任意に設定される。例えば、信号切替機能４４ａは、焦点サイズ変更信号がオンになった場合に、焦点サイズを小さくするような焦点サイズ変更信号の切り替えをしてもよいし、或いは焦点サイズを大きくするような焦点サイズ変更信号の切り替えをしてもよい。

使用状況とは、例えば、操作者による、視野の拡大に関する操作、高精細検出器の使用に関する操作、および高線量率制御（Ｈｉｇｈ Ｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＨＬＣ）透視に関する操作などである。上記の操作は、例えば、操作者によって、入力インタフェース４３を介して行われる操作や、操作者が何らかの装置（例えば、高精細検出器）を動かす操作などが含まれる。尚、使用状況には、上記の操作を終了させて、操作前の状態に戻すことも含まれる。

視野の拡大に関する操作は、例えば、操作者によって、Ｘ線画像を拡大して観察したい場合に行われる。視野の拡大を行った場合は、例えば、Ｘ線画像の鮮鋭さを優先するために焦点サイズを小さくする必要がある。

高精細検出器は、例えば、マイクロアンギオ検出器に相当する。高精細検出器は、通常のＦＰＤよりも画素サイズを小さくすることにより、微細な部分を確認することができる検出器である。高精細検出器には、通常のＦＰＤとは別体となっているものや、通常のＦＰＤの一部に埋め込まれた（一体化した）ものなどがある。そのため、高精細検出器の使用に関する操作は、通常のＦＰＤと高精細検出器との切り替えに関する操作と読み替えてもよい。高精細検出器の使用中には、例えば、Ｘ線画像の鮮鋭さを優先するために焦点サイズを小さくする必要がある。

高線量率制御透視とは、通常のＸ線透視よりも多くの線量を必要とするＸ線透視の方法である。高線量率制御透視中は、例えば、線量を優先するために焦点サイズを大きくする必要がある。

より具体的には、信号切替機能４４ａは、視野の拡大に関する操作に連動して、焦点サイズを小さくするように焦点サイズ変更信号を切り替える。また、信号切替機能４４ａは、高精細検出器の使用に関する操作に連動して、焦点サイズを小さくするように焦点サイズ変更信号を切り替える。また、信号切替機能４４ａは、高線量率制御透視に関する操作に連動して、焦点サイズを大きくするように焦点サイズ変更信号を切り替える。

なお、信号切替機能４４ａは、予め決められた撮影プロトコルと、支持器（サポートフレーム３１など）の角度などの機構部のジオメトリー変化とに連動して、ターゲット２１ｄに形成される焦点の焦点サイズの変更を示す焦点サイズ変更信号を切り替えてもよい。例えば、信号切替機能４４ａは、撮影プロトコルに含まれる撮影部位が固定されたままで、Ｃアーム角度が変わった場合に、Ｘ線撮影する断面の厚みに対応するように焦点サイズ変更信号を切り替えるようにしてよい。

焦点サイズ変更機能４４ｂは、焦点サイズ変更信号の切り替えに応じてグリッドバイアスの値またはバイアスパルスの時間幅を所望の目標値に向けて段階的に変化させることによって、焦点サイズを変更する。焦点サイズ変更機能４４ｂは、例えば、グリッドバイアスのバイアスパルスの時間幅を一定にして、グリッドバイアスの値を段階的に変化させてもよい。また、焦点サイズ変更機能４４ｂは、例えば、グリッドバイアスの値を瞬時に変更してから一定にして、グリッドバイアスのバイアスパルスの時間幅を段階的に変化させてもよい。所望の目標値とは、焦点サイズの目標値に対応するグリッドバイアスの値および高電圧の印加時間に対応するグリッドバイアスのバイアスパルス時間幅である。ここで、焦点サイズの目標値は、前述の使用状況に応じて事前に設定される。

また、焦点サイズ変更機能４４ｂは、グリッドバイアス（或いは、グリッドバイアスの値）を所望の目標値に向けて第１フィラメント２１ａ（或いは、第２フィラメント２１ｂ）の熱慣性に対応するように段階的に変化させることによって、焦点サイズを変更してもよい。ここで熱慣性とは、フィラメント電流の増減に対するフィラメント温度の応答の度合いを意味する。フィラメント温度の応答は、例えば、フィラメント電流をある値に設定した場合に、フィラメント温度が当該ある値に対応する温度になるまでにかかる時間であり、通常、数百ｍｓ程度の時間がかかる。

より具体的には、焦点サイズ変更機能４４ｂは、グリッド電極２１ｃに印加するグリッドバイアスを所望の目標値に向けて大きくすることによって、焦点サイズを小さくする。ここで「グリッドバイアスを所望の目標値に向けて大きくする」とは、「マイナスの電圧を所望の目標値に向けて大きくする」ことと同義である。よって、フィラメントから放出する電子を減少させることができる。

また、焦点サイズ変更機能４４ｂは、グリッド電極２１ｃに印加するグリッドバイアスを所望の目標値に向けて小さくすることによって、焦点サイズを大きくしてもよい（或いは、焦点サイズをもとの大きさに戻してもよい）。ここで「グリッドバイアスを所望の目標値に向けて小さくする」とは、「マイナスの電圧を所望の目標値に向けて小さく（或いは、ゼロに）する」ことと同義である。

なお、通常よりも焦点サイズを大きくしたい場合には、グリッドバイアスとしてプラスの電圧を用いることが考えられる。グリッド電極２１ｃにグリッドバイアスとしてプラスの電圧を印加することにより、フィラメントから放出する電子を増大させることができる。但し、グリッドバイアスのプラスの電圧は、管電圧よりも低い値である。

フィラメント電流設定機能４４ｃは、焦点サイズ変更信号の切り替え時に、グリッドバイアスの所望の目標値に対応するフィラメント電流を設定する。また、フィラメント電流設定機能４４ｃは、グリッドバイアスの所望の目標値に対応するフィラメント電流を、Ｘ線管２１に供給する管電流の値が一定となるように設定してもよい。

例えば、焦点サイズを小さくするために、グリッドバイアスを大きくすると、フィラメントからの電子の放出が制限される。グリッドバイアスを大きくしているにもかかわらずフィラメント電流が一定の場合には、フィラメントからの電子の放出が制限されるため、管電流が低下する。管電流が低下することによって、線量が低下し、所望のＸ線画像を生成することができなくなる恐れがある。よって、フィラメント電流設定機能４４ｃは、線量の低下を防ぐために、グリッドバイアスを大きくした場合には、フィラメント電流も大きくする必要がある。

使用限界指示機能４４ｄは、焦点サイズの変更によるＸ線管２１の焦点の使用限界の通知を指示する。また、使用限界指示機能４４ｄは、焦点サイズが小さい状態において当該焦点の使用限界の通知を指示した場合に、焦点サイズ変更機能４４ｂに対して焦点サイズを大きくする指示をしてもよい。使用限界は、例えば、Ｘ線管の使用条件に基づいて決定されてもよいし、Ｘ線管の陽極への入力を計算することによって決定されてもよい。尚、通知の指示については、使用限界に達する前に、ディスプレイ４２に警告表示を表示してもよいし、スピーカー（図示せず）からアラームを鳴らしてもよい。

記憶回路４５は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの電気的情報を記録するメモリと、それらメモリに付随するメモリコントローラやメモリインタフェースなどの周辺回路から構成される。メモリとしては、ＨＤＤに限らず、ＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）など）、および半導体メモリなどが適宜、使用可能となっている。

また、記憶回路４５は、画像発生回路４１で発生された種々のＸ線画像、Ｘ線診断装置１のシステム制御プログラム、制御回路４４において実行される診断プロトコル、入力インタフェース４３から送られてくる操作者の指示、Ｘ線撮影に関する撮影条件およびＸ線透視に関する透視条件などの各種データ群、エラー情報、およびネットワークを介して送られてくる種々のデータなどを記憶する。また、記憶回路４５は、診断時の使用状況に対応付けられた焦点サイズの目標値およびグリッドバイアスの目標値を持ったテーブルや、Ｘ線管の使用限界を示す各値を持ったテーブルを記憶してもよい。

通信インタフェース４６は、例えば、ネットワークおよび図示しない外部記憶装置に関する回路を有する。Ｘ線診断装置１によって得られたＸ線画像などは、通信インタフェース４６およびネットワークを介して他の装置に転送可能である。

次に、以上のように構成されたＸ線診断装置１の動作について、図３のフローチャートおよび図４のタイミングチャートなどを用いて説明する。以下の説明は、主に、制御回路４４による制御について述べ、特に、線量を一定にしつつ焦点サイズを変更する制御について詳しく述べる。

なお、図４（ａ）はＸ線透視の切り替えを示す透視信号の波形、図４（ｂ）はＸ線管２１への高電圧パルスの出力を示す高電圧出力のオン／オフを示す波形、図４（ｃ）は焦点サイズ変更信号の波形、図４（ｄ）は焦点サイズの大きさをプロットした図、図４（ｅ）はフィラメント電流の設定値を示す波形、図４（ｆ）はフィラメントの温度（フィラメント温度）の推定値を示す図、図４（ｇ）はグリッドバイアスの値を示す波形、図４（ｈ）はＸ線管２１に供給する管電流の波形、図４（ｉ）はＸ線管２１に印加する管電圧の波形である。

始めに、寝台の天板３２の上に被検体Ｐが載置される。Ｘ線診断装置１では、操作者の操作により、Ｘ線条件が設定される。本実施形態では、Ｘ線診断装置１は、例えば、Ｘ線透視を行うように設定される。そして、Ｘ線透視を行う前（時刻ｔ０より前）のスタンバイ状態において、フィラメントには、予備加熱電流５０が供給されている。予備加熱電流５０は、例えば、管電圧を印加してもフィラメントから電子が放出しない程度の値に設定される。

（ステップＳ１）
時刻ｔ０において、操作者の指示により透視信号がオンに切り替えられる。透視信号がオンになったことを契機に、フィラメント電流の値が第１透視加熱電流５１に設定され、グリッドバイアスがカットオフのバイアス状態になり、Ｘ線照射の準備がなされる。

（ステップＳ２）
時刻ｔ１にてフィラメント温度が適した値に達したことを契機に、高電圧発生回路１２による高電圧出力を開始し、Ｘ線管２１に高電圧パルスが印加される。高電圧パルスが印加されている期間において、Ｘ線管２１はパルス状のＸ線を出力する。

（ステップＳ３）
パルス状のＸ線が出力される瞬間において、グリッドバイアスの値は、ゼロに設定される。また、グリッドバイアスの値は、管電流を流すことができる値でもよい。即ち、グリッドバイアスの値は、所望の線量を確保できる管電流の値が維持可能であればよい。尚、グリッドバイアスの値は、焦点サイズ変更信号がオンになっている期間は、これに限らない。

（ステップＳ４）
時刻ｔ２において、診断時の使用状況により、焦点サイズを変更する（例えば、焦点サイズを小さくする）要求が発生する。信号切替機能４４ａは、診断時の使用状況に連動して、ターゲット２１ｄに形成される焦点の焦点サイズの変更を示す焦点サイズ変更信号を切り替える。焦点サイズ変更信号の切り替えと同時に、制御回路４４は、診断時の使用状況に対応付けられた焦点サイズの目標値（焦点サイズ５２）およびグリッドバイアスの目標値（グリッドバイアス５３）を記憶回路４５に記憶したテーブルから読み出す。

（ステップＳ５）
時刻ｔ２から、フィラメント温度が適した値に達する時刻ｔ３までの間において、焦点サイズ変更機能４４ｂは、現在のグリッドバイアスの値から、グリッドバイアス５３にかけて段階的に変化させることによって、焦点サイズを変更する。具体的には、焦点サイズ変更機能４４ｂは、グリッドバイアス５３にかけて第１フィラメント２１ａ（或いは、第２フィラメント２１ｂ）の熱慣性に対応するように段階的に変化させることによって、焦点サイズを変更する。

換言すると、焦点サイズ変更機能４４ｂは、グリッドバイアスを、０Ｖから、焦点サイズ５２に対応するグリッドバイアス５３まで、フィラメント温度の上昇期間に合わせて段階的に変化させる。

（ステップＳ６）
フィラメント電流設定機能４４ｃは、時刻ｔ２において（即ち、焦点サイズ変更信号の切り替え時に）、グリッドバイアスの所望の目標値に対応するフィラメント電流を設定する。図４においては、焦点サイズ変更信号がオンになったことを契機に、フィラメント電流の値が第２透視加熱電流５４に設定される。

（ステップＳ７）
時刻ｔ４において、診断時の使用状況により、焦点サイズを変更する（例えば、焦点サイズを大きくする）要求が発生する。信号切替機能４４ａは、診断時の使用状況に連動して、焦点サイズ変更信号を切り替える。焦点サイズ変更信号の切り替えと同時に、制御回路４４は、焦点サイズ変更前（例えば、時刻ｔ１時点）における、焦点サイズの目標値（焦点サイズ５５）およびグリッドバイアスの目標値（グリッドバイアス５６）を記憶回路４５から読み出す。

（ステップＳ８）
時刻ｔ４から、フィラメント温度が適した値に達する時刻ｔ５までの間において、焦点サイズ変更機能４４ｂは、グリッドバイアス５６にかけて段階的に変化させることによって、焦点サイズを変更する。具体的には、焦点サイズ変更機能４４ｂは、グリッドバイアス５６にかけて第１フィラメント２１ａ（或いは、第２フィラメント２１ｂ）の熱慣性に対応するように段階的に変化させることによって、焦点サイズを変更する。

換言すると、焦点サイズ変更機能４４ｂは、グリッドバイアスを、グリッドバイアス５３から、焦点サイズ５５に対応するグリッドバイアス５６まで、フィラメント温度の下降期間に合わせて変化させる。

（ステップＳ９）
フィラメント電流設定機能４４ｃは、時刻ｔ４において（即ち、焦点サイズ変更信号の切り替え時に）、グリッドバイアスの所望の目標値に対応するフィラメント電流を設定する。図４においては、焦点サイズ変更信号がオフになったことを契機に、フィラメント電流の値が第１透視加熱電流５７に設定される。

（ステップＳ１０）
時刻ｔ６において、操作者の指示により透視信号がオフに切り替えられる。透視信号がオフになったことを契機に、フィラメント電流の値が予備加熱電流５８に設定される。また、透視信号がオフになったことを契機に、高電圧発生回路１２による高電圧出力を終了する。

（ステップＳ１１）
時刻ｔ６から、管電圧の残留電圧がゼロになる時刻ｔ７までの間において、グリッドバイアスの値は、カットオフに設定される。グリッドバイアスをカットオフに設定することによって、電子の放出を抑え、不要なＸ線を発生させないようにする。

（ステップＳ１２）
時刻ｔ７において、管電圧の残留電圧がゼロになったことを契機に、グリッドバイアスをゼロに設定する。

上述したように第１の実施形態によれば、Ｘ線診断装置は、診断時の使用状況に連動して、ターゲットに形成される焦点の焦点サイズの変更を示す焦点サイズ変更信号を切り替え、焦点サイズ変更信号の切り替えに応じて、グリッドバイアスを変化させることによって、焦点サイズを変更し、焦点サイズ変更信号の切り替え時に、所望の目標値に対応するフィラメント電流を設定する。このように、診断時の使用状況に連動して焦点サイズ変更信号を切り替えることにより、焦点サイズを変更するので、焦点サイズの変更に関する操作者の操作を必要としない。また、グリッドバイアスを変化させることによって、焦点サイズを変更するので、焦点サイズを適切な値にすることができる。従って、このＸ線診断装置は、焦点サイズの変更に関する取扱いを容易にすることができる。

また、使用状況が視野の拡大に関する操作である場合には、Ｘ線診断装置は、視野の拡大に関する操作に連動して、焦点サイズを小さくするように焦点サイズ変更信号を切り替え、グリッドバイアスを大きくすることによって、焦点サイズを小さくする。従って、Ｘ線診断装置は、視野の拡大に関する操作を行うだけで、自動的に、検査に必要な線量を確保しつつ画質劣化を最小限に留めるように焦点サイズを変更することができる。

また、使用状況が高精細検出器の使用に関する操作である場合には、Ｘ線診断装置は、高精細検出器の使用に関する操作に連動して、焦点サイズを小さくするように焦点サイズ
変更信号を切り替え、グリッドバイアスを大きくすることによって、焦点サイズを小さくする。従って、Ｘ線診断装置は、高精細検出器の使用に関する操作を行うだけで、自動的に、検査に必要な線量を確保しつつ画質劣化を最小限に留めるように焦点サイズを変更することができる。

また、使用状況が高線量率制御透視に関する操作である場合には、Ｘ線診断装置は、高線量率制御透視に関する操作に連動して、焦点サイズを大きくするように焦点サイズ変更信号を切り替え、グリッドバイアスを小さくすることによって、焦点サイズを大きくする。従って、Ｘ線診断装置は、高線量率制御透視に関する操作を行うだけで、自動的に、検査に必要な線量を確保しつつ画質劣化を最小限に留めるように焦点サイズを変更することができる。

また、Ｘ線診断装置は、所望の目標値に対応するフィラメント電流を、Ｘ線管に供給する管電流の値が一定となるように設定する。従って、Ｘ線診断装置は、グリッドバイアスの印加に起因する管電流の変化を低減させることができる。

また、Ｘ線診断装置は、グリッドバイアスの値をフィラメントの熱慣性に対応するように段階的に変化させることによって、焦点サイズを変更する。従って、Ｘ線診断装置は、グリッドバイアスの印加に起因する管電流の変化をより低減させることができる。

また、Ｘ線診断装置は、焦点サイズの変更による焦点の使用限界を通知することができる。従って、Ｘ線診断装置は、焦点の使用限界で使用し続けることを防ぐことができる。

また、Ｘ線診断装置は、焦点サイズが小さい状態において焦点の使用限界を通知した場合に、焦点サイズを大きくする指示をすることができる。従って、Ｘ線診断装置は、焦点の使用限界で使用し続けることを防ぐことができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、グリッドバイアスの値を段階的に変化させることによって、管電流を一定にしたまま焦点サイズを変更する場合について述べた。第２の実施形態では、グリッドバイアスの値を変更する際に、Ｘ線の１パルスあたりの線量を一定にする場合について述べる。

図５は、第２の実施形態に係るＸ線診断装置１の構成例を示すブロック図である。図５のＸ線診断装置１は、制御回路４４にパルス幅制御機能４４ｅ（パルス幅制御部）を備える点において、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１と異なる。

パルス幅制御機能４４ｅは、Ｘ線管２１に供給する管電流の時間積（管電流時間積）が一定となるように、Ｘ線管２１に印加する高電圧パルス（高電圧出力）のパルス幅を制御する。管電流時間積とは、管電流の値（ｍＡ）とパルス幅（ｓ）との積である。尚、Ｘ線管２１への高電圧パルスのパルス幅が制御される場合において、フィラメント電流設定機能４４ｃは、グリッドバイアスの所望の目標値に対応するフィラメント電流を設定する。

次に、第２の実施形態に係るＸ線診断装置１の動作について、図３のフローチャートおよび図６のタイミングチャートを用いて説明する。以下の説明は、主に、制御回路４４による制御について述べ、特に、線量を一定にしつつ焦点サイズを変更する制御について詳しく述べる。

なお、図６（ａ）はＸ線透視の切り替えを示す透視信号の波形、図６（ｂ）はＸ線管２１への高電圧パルスの出力を示す高電圧出力のオン／オフを示す波形、図６（ｃ）は焦点サイズ変更信号の波形、図６（ｄ）は焦点サイズの大きさをプロットした図、図６（ｅ）はフィラメント電流の設定値を示す波形、図６（ｆ）はフィラメントの温度（フィラメント温度）の推定値を示す図、図６（ｇ）はグリッドバイアスの値を示す波形、図６（ｈ）はＸ線管２１に供給する管電流の波形、図６（ｉ）はＸ線管２１に印加する管電圧の波形である。

始めに、寝台の天板３２の上に被検体Ｐが載置される。Ｘ線診断装置１では、操作者の操作により、Ｘ線条件が設定される。本実施形態では、Ｘ線診断装置１は、例えば、Ｘ線透視を行うように設定される。そして、Ｘ線透視を行う前（時刻ｔ１０より前）のスタンバイ状態において、フィラメントには、予備加熱電流６０が供給されている。予備加熱電流６０は、例えば、管電圧を印加してもフィラメントから電子が放出しない程度の値に設定される。

（ステップＳ１）
時刻ｔ１０において、操作者の指示により透視信号がオンに切り替えられる。透視信号がオンになったことを契機に、フィラメント電流の値が第１透視加熱電流６１に設定され、グリッドバイアスがカットオフのバイアス状態になり、Ｘ線照射の準備がなされる。

（ステップＳ２）
時刻ｔ１１にてフィラメント温度が適した値に達したことを契機に、高電圧発生回路１２による高電圧出力を開始し、Ｘ線管２１に高電圧パルスが印加される。高電圧パルスが印加されている期間において、Ｘ線管２１はパルス状のＸ線を出力する。

（ステップＳ３）
パルス状のＸ線が出力される瞬間において、グリッドバイアスの値は、ゼロに設定される。また、グリッドバイアスの値は、管電流を流すことができる値でもよい。即ち、グリッドバイアスの値は、所望の線量を確保できる管電流の値が維持可能であればよい。尚、グリッドバイアスの値は、焦点サイズ変更信号がオンになっている期間は、これに限らない。

（ステップＳ４）
時刻ｔ１２において、診断時の使用状況により、焦点サイズを変更する（例えば、焦点サイズを小さくする）要求が発生する。信号切替機能４４ａは、診断時の使用状況に連動して、ターゲット２１ｄに形成される焦点の焦点サイズの変更を示す焦点サイズ変更信号を切り替える。焦点サイズ変更信号の切り替えと同時に、制御回路４４は、診断時の使用状況に対応付けられた焦点サイズの目標値（焦点サイズ６２）およびグリッドバイアスの目標値（グリッドバイアス６３）を記憶回路４５に記憶したテーブルから読み出す。

（ステップＳ５）
時刻ｔ１２から、フィラメント温度が適した値に達する時刻ｔ１３までの間において、焦点サイズ変更機能４４ｂは、現在のグリッドバイアスの値をグリッドバイアス６３の値に瞬時に切り替える（変化させる）ことによって、焦点サイズを変更する。また、パルス幅制御機能４４ｅは、Ｘ線管２１に供給する管電流の時間積が一定となるように、Ｘ線管２１への高電圧出力のパルス幅を制御する。焦点サイズ変更機能４４ｂは、グリッドバイアスのパルス幅を当該高電圧出力のパルス幅に応じて段階的に変化させる。

本実施形態では、焦点サイズ（或いは、グリッドバイアス）を瞬時に変化させ、管電流が追随して変化することによりパルスあたりの線量が変化することを低減するために、管電流時間積が一定になるようにＸ線管２１への高電圧パルスを制御する方法が用いられる。このような制御方法を行うことで、所望の線量を確保することができ、Ｘ線画像の画質を一定にすることができる。換言すると、パルス幅制御機能４４ｅは、Ｘ線管２１に供給する管電流の時間積が一定となるように、Ｘ線管２１への高電圧出力のパルス幅を制御する。

しかし、上述の制御方法は、焦点サイズを瞬時に変更できるものの、Ｘ線管２１への高電圧出力のパルス幅が広がる可能性がある。Ｘ線管２１への高電圧出力のパルス幅が広がると、時間分解能が悪くなるため、上述の制御方法は、被検体の動きの少ない部位に適用することが望ましい。

（ステップＳ６）
フィラメント電流設定機能４４ｃは、時刻ｔ１２において（即ち、焦点サイズ変更信号の切り替え時に）、グリッドバイアスの所望の目標値に対応するフィラメント電流を設定する。具体的には、フィラメント電流設定機能４４ｃは、グリッドバイアスの所望の目標値に対応するフィラメント電流を設定する。図６においては、焦点サイズ変更信号がオンになったことを契機に、フィラメント電流の値が第２透視加熱電流６４に設定される。

（ステップＳ７）
時刻ｔ１４において、診断時の使用状況により、焦点サイズを変更する（例えば、焦点サイズを大きくする）要求が発生する。信号切替機能４４ａは、診断時の使用状況に連動して、焦点サイズ変更信号を切り替える。焦点サイズ変更信号の切り替えと同時に、制御回路４４は、焦点サイズ変更前（例えば、時刻ｔ１１時点）における、焦点サイズの目標値（焦点サイズ６５）およびグリッドバイアスの目標値（グリッドバイアス６６）を記憶回路４５から読み出す。

（ステップＳ８）
時刻ｔ１４から、フィラメント温度が適した値に達する時刻ｔ１５までの間において、焦点サイズ変更機能４４ｂは、現在のグリッドバイアスの値をグリッドバイアス６６の値に瞬時に切り替える（変化させる）ことによって、焦点サイズを変更する。また、パルス幅制御機能４４ｅは、Ｘ線管２１に供給する管電流の時間積が一定となるように、Ｘ線管２１への高電圧出力のパルス幅を制御する。

（ステップＳ９）
フィラメント電流設定機能４４ｃは、時刻ｔ１４において（即ち、焦点サイズ変更信号の切り替え時に）、グリッドバイアスの所望の目標値に対応するフィラメント電流を設定する。図６においては、焦点サイズ変更信号がオフになったことを契機に、フィラメント電流の値が第１透視加熱電流６７に設定される。

（ステップＳ１０）
時刻ｔ１６において、操作者の指示により透視信号がオフに切り替えられる。透視信号がオフになったことを契機に、フィラメント電流の値が予備加熱電流６８に設定される。また、透視信号がオフになったことを契機に、高電圧発生回路１２によるＸ線管２１への高電圧出力を終了する。

（ステップＳ１１）
時刻ｔ１６から、管電圧の残留電圧がゼロになる時刻ｔ１７までの間において、グリッドバイアスの値は、カットオフに設定される。グリッドバイアスをカットオフに設定することによって、電子の放出を抑え、不要なＸ線を発生させないようにする。

（ステップＳ１２）
時刻ｔ１７において、管電圧の残留電圧がゼロになったことを契機に、グリッドバイアスをゼロに設定する。

上述したように第２の実施形態によれば、Ｘ線診断装置は、第１の実施形態に係るＸ線診断装置と同様の効果を得ることができる。

これに加え、Ｘ線診断装置は、Ｘ線管に供給する管電流の時間積が一定となるように、Ｘ線管に印加される高電圧パルスのパルス幅を制御する。従って、このＸ線診断装置は、グリッドバイアスの値を段階的に変更する必要がないため、焦点サイズを瞬時に変更することが可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…Ｘ線診断装置、１０…Ｘ線高電圧発生器、１１…Ｘ線制御回路、１２…高電圧発生回路、１３…グリッドバイアス電源回路、１４…第１フィラメント加熱回路、１５…第２フィラメント加熱回路、２０…Ｘ線発生器、２１…Ｘ線管、２１ａ…第１フィラメント、２１ｂ…第２フィラメント、２１ｃ…グリッド電極、２１ｄ…ターゲット、２２…Ｘ線可動絞り器、３０…Ｘ線検出器、３１…サポートフレーム、３２…天板、４１…画像発生回路、４２…ディスプレイ、４３…入力インタフェース、４４…制御回路、４４ａ…信号切替機能、４４ｂ…焦点サイズ変更機能、４４ｃ…フィラメント電流設定機能、４４ｄ…使用限界指示機能、４４ｅ…パルス幅制御機能、４５…記憶回路、４６…通信インタフェース、５０，５８，６０，６８…予備加熱電流、５１，５７，６１，６７…第１透視加熱電流、５２，５５，６２，６５…焦点サイズ、５３，５６，６３，６６…グリッドバイアス、５４，６４…第２透視加熱電流、Ｐ…被検体。

Claims (10)

1. ターゲットを有する陽極と、フィラメントを有する陰極と、前記フィラメントからの電子を制限するグリッド電極とを備え、Ｘ線を発生するＸ線管と、
   前記グリッド電極にグリッドバイアスを印加するグリッドバイアス電源回路と、
   前記フィラメントにフィラメント電流を供給することによって、前記フィラメントを加熱するフィラメント加熱回路と、
   診断時の使用状況に連動して、前記ターゲットに形成される焦点の焦点サイズの変更を示す焦点サイズ変更信号を切り替える信号切替部と、
   前記診断時の使用状況に対応付けられた焦点サイズの目標値およびグリッドバイアスの目標値を持ったテーブルを記憶する記憶部と、
   前記焦点サイズ変更信号の切り替えに応じて、前記テーブルから読み出した前記焦点サイズの目標値となるように、前記グリッドバイアスを変化させることによって、前記焦点サイズを変更する焦点サイズ変更部と、
   前記焦点サイズ変更信号の切り替え時に、前記テーブルから読み出した前記グリッドバイアスの目標値に対応する前記フィラメント電流を設定するフィラメント電流設定部と、
   を具備する、Ｘ線診断装置。
2. 前記使用状況は、視野の拡大に関する操作を含み、
   前記信号切替部は、前記視野の拡大に関する操作に連動して、前記焦点サイズを小さくするように前記焦点サイズ変更信号を切り替え、
   前記焦点サイズ変更部は、前記グリッドバイアスを大きくすることによって、前記焦点サイズを小さくする、請求項１に記載のＸ線診断装置。
3. 前記使用状況は、高精細検出器の使用に関する操作を含み、
   前記信号切替部は、前記高精細検出器の使用に関する操作に連動して、前記焦点サイズを小さくするように前記焦点サイズ変更信号を切り替え、
   前記焦点サイズ変更部は、前記グリッドバイアスを大きくすることによって、前記焦点サイズを小さくする、請求項１に記載のＸ線診断装置。
4. 前記使用状況は、高線量率制御透視に関する操作を含み、
   前記信号切替部は、前記高線量率制御透視に関する操作に連動して、前記焦点サイズを大きくするように前記焦点サイズ変更信号を切り替え、
   前記焦点サイズ変更部は、前記グリッドバイアスを小さくすることによって、前記焦点サイズを大きくする、請求項１に記載のＸ線診断装置。
5. 前記フィラメント電流設定部は、前記グリッドバイアスの目標値に対応する前記フィラメント電流を、前記Ｘ線管に供給する管電流の値が一定となるように設定する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＸ線診断装置。
6. 前記焦点サイズ変更部は、前記グリッドバイアスの値を前記フィラメントの熱慣性に対応するように段階的に変化させることによって、前記焦点サイズを変更する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＸ線診断装置。
7. 前記Ｘ線管に供給する管電流の時間積が一定となるように、前記Ｘ線管に印加される高電圧パルスのパルス幅を制御するパルス幅制御部を更に具備する、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＸ線診断装置。
8. 前記焦点サイズ変更部は、前記グリッドバイアスのパルス幅を前記高電圧パルスのパルス幅に応じて段階的に変化させることによって、前記焦点サイズを変更する、請求項７に記載のＸ線診断装置。
9. 前記焦点サイズの変更による前記焦点の使用限界の通知を指示する使用限界指示部を更に具備する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のＸ線診断装置。
10. 前記使用限界指示部は、前記焦点サイズが小さい状態において前記焦点の使用限界の通知を指示した場合に、前記焦点サイズ変更部に対して前記焦点サイズを大きくする指示をする、請求項９に記載のＸ線診断装置。
    

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