JPH08273567A - 回転陽極ｘ線管及び同装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】陽極部材の熱膨張によるＸ線源の移動を補償
し、Ｘ線管動作中のＸ線源を常に一定した位置に維持
し、鮮明なＸ線断層像を得るＸ線管装置を提供する。 【構成】集束体１５に複数のほぼ平行な集束溝を穿ち、
この集束溝に同数のフィラメント１６を、各フィラメン
トがそのコイル部の長手方向に沿って順次予め決められ
た間隔ずらして取り付けられるように配設し、その複数
のフィラメントをＸ線負荷印加中にＸ線源の移動量に対
応して順次切換え点灯して行く回転陽極Ｘ線管。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転陽極Ｘ線管の陽極
部材の熱膨張で生ずるＸ線源の管軸方向での移動を補償
することができる回転陽極Ｘ線管及び同装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来の回転陽極Ｘ線管装置の断
面図を示したものである。回転陽極Ｘ線管装置は、負電
位をもつ陰極部材１と、この陰極部材１に対向して配置
した正電位をもつ陽極ターゲット２Ａと、この陽極ター
ゲット２Ａに結合された筒状のロータ２Ｂと，このロー
タ２Ｂの内部に同軸に配置された回転軸２Ｃと，回転軸
２Ｃとロータ２Ｂの間に配設された筒状の固定部２Ｄ
と，この固定部２Ｄと回転軸２Ｃの間に回転軸２Ｃを固
定部２Ｄに対して回転自在に支持する軸受２Ｅとから成
る陽極部材２と，陰極部材１と陽極部材２とを真空気密
に封ずる外囲器３とを有する回転陽極Ｘ線管４と，この
回転陽極Ｘ線管４の外側を覆うように配設された管容器
５と，ロータ２Ｂに回転力を与えるステータコイル６と
から構成されている。また、管容器５に対する回転陽極
Ｘ線管４の支持は、陰極側では外囲器３の外径部に絶縁
材からなる陰極支持体７で行われ、陽極側では弾性体或
いは剛性体からなる支持体８を介して陽極支持部９で行
われている。また、管容器５内は回転陽極Ｘ線管４を絶
縁及び冷却するために絶縁油１０が充填されている。

【０００３】回転陽極Ｘ線管４では、使用中陰極部材１
と陽極部材２との間に百数十ｋＶの高電圧が印加され、
陰極部材１に含まれるフィラメントから放出された熱電
子１１が陽極ターゲット２Ａに衝突することによって、
Ｘ線が発生されると共に、陽極ターゲット２Ａが約１,
０００℃ に加熱され、同時に陽極部材２の各部も温度
上昇し、数１００℃に達する。この温度上昇により陽極
部材２の各部は熱膨張し、Ｘ線源１２が管軸方向に移動
する。このＸ線源１２の移動は、負荷印加の前後におい
て、大きいものでは５００μｍ以上にもなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】回転陽極Ｘ線管４の陰
極部材１から放出された熱電子１１が陽極ターゲット２
Ａに衝突することによって生ずる熱エネルギーは陽極タ
ーゲット２Ａに蓄積される。この熱の一部は軸射により
陽極ターゲット２Ａから外囲器５に放射され、更に外囲
器５から絶縁油１０に伝達され冷却される。他の一部
は、陽極ターゲット２Ａからロータ２Ｂへ輻射又は伝導
で放熱され、ロータ２Ｂからは熱輻射で外囲器５経由絶
縁油１０へ、又は熱伝導で回転軸２Ｃ，軸受２Ｅ，固定
部２Ｄ経由絶縁油１０へと伝熱され冷却される。この
時、陽極部材２を構成するロータ２Ｂ，回転軸２Ｃ，軸
受２Ｅ，固定部２Ｄは加熱され、熱膨張し、陽極支持部
９を基準にしたとき陽極部材２の全長が陰極側に向って
伸びる。この結果として、陽極ターゲット２Ａ上のＸ線
源１２が陰極側に移動する。Ｘ線源１２は本来管容器５
のＸ線放射中心にあるべきであるが、上記によりＸ線源
１２がＸ線放射中心に対し陰極側に移動することになる
ため、その結果としてＸ線量分布が変動し、Ｘ線画像に
多大な悪影響を与える。この影響はＸ線ＣＴ装置におい
て小さなスライス幅で使用する場合は特に大きくなる。

【０００５】本発明は、上記の問題点に対し、Ｘ線管の
陽極部材の熱膨張によるＸ線源の移動を補償し、動作中
にＸ線源を常に一定の位置に維持できる回転陽極Ｘ線管
装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、熱電子を放出するコイル部をもつフィ
ラメントと，該フィラメントからの熱電子を集束するた
めの集束溝をもつ集束体とを有する陰極部材と，該陽極
部材と対向して配置された陽極ターゲットと，該陽極タ
ーゲットを回転自在に支持する回転機構部とを有する陽
極部材と，前記陰極部材と前記陽極部材とを真空気密に
封入する外囲器とを具備する回転陽極Ｘ線管において、
前記集束体に複数のほぼ平行な集束溝を穿ち、該集束溝
に同数のフィラメントを、各フィラメントがそのコイル
部の長手方向に沿って順次予め決められた間隔ずらして
取り付けられるように配設し、前記複数のフィラメント
をＸ線負荷印加中に順次切換え点灯して行くことにした
ものである。（請求項１）

【０００７】さらに、本発明では前記フィラメントの点
灯切換えを、Ｘ線源移動量に関する情報に基づき行うこ
とにしたものである。（請求項２）

【０００８】

【作用】本発明の回転陽極Ｘ線管及び同装置では、陰極
部材の集束体に複数のフィラメントを予め決められた間
隔ずらして平行に配置して、各フィラメントを、ずらし
た位置が管軸中心に寄ったものから順次点灯を切換えて
行くものであるから、このフィラメントの点灯切換えに
より、陽極ターゲットに形成されるＸ線源(焦点)の位置
は、陽極ターゲットの中心から外周に向け移動して行く
(図１(ａ)参照)。また、Ｘ線管に負荷を印加すると陽極
部材は温度上昇し熱膨張するため、陽極ターゲットの位
置は陰極部材側に伸びて行く。このとき、陰極からの熱
電子ビームが同一のフィラメントから放出されたままで
あれば、Ｘ線源（焦点）は陽極ターゲットの中心から同
一の距離の位置に形成されるため、Ｘ線源（焦点）は陰
極側に移動することになる。これに対し、本発明では、
集束体に取り付けたフィラメントを管軸中心から少し外
側にずらした次のフィラメントに点灯を切換えているの
で、陰極から放出される熱電子ビームは陽極ターゲット
の前より外周の位置に衝突してＸ線源(焦点)を形成する
ことになる。このことは、実効的にＸ線源（焦点）の位
置を陽極側にずらす効果があり、陽極部材の熱膨張によ
るＸ線源（焦点）の移動を補償することになる。従っ
て、本発明ではＸ線源の移動量を検知して、その移動量
に見合ったフィラメントの移動を行うように、複数のフ
ィラメントの点灯切換えを順次行って、Ｘ線検出器側か
ら見たＸ線源の移動量が極小になるようにしているもの
である。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１を用いて説明
する。図１（ａ）は本発明の要部である陰極部材１の一
部（集束体１５）と、陰極ターゲット２Ａと、Ｘ線検出
器１８とを示している。図１（ｂ），（ｃ）は集束体１
５に複数のフィラメント１６を配設した図で、前者は集
束体１５を陽極ターゲット２Ａ側から見た図、後者は集
束体１５をフィラメント１６のコイルの長手方向から見
た図である。図１（ａ）において、陽極ターゲット２Ａ
の位置として、熱膨張前の位置を実線２Ａａにて、熱膨
張後の位置を２点鎖線２Ａｂにて示してある。また、集
束体１５には、図１（ｂ）に示す如く、複数の集束溝、
本実施例の場合は５個の集束溝１７ａ〜ｅが平行に穿か
れ、各々の集束溝に同じ形状のフィラメント１６ａ〜ｅ
が配設されている。これらの５個のフィラメント１６ａ
〜ｅは、そのコイル長さ方向に平行に、かつ少しずつず
らして配列されている。フィラメント１６は公知のもの
と同じで、コイル部分（熱電子放出部）と、２本の支持
体とからなる。フィラメント１６の集束体１５への取り
付けは、前記の２本の支持体を共に絶縁するか、または
１本を絶縁し他の１本を直結することによって行う。

【００１０】また、図１（ａ）において、Ｘ線管が冷た
い状態で負荷印加するときには、フィラメント１６ａが
使用され、そのときの陽極ターゲットの位置は実線２Ａ
ａとなる。従って、フィラメント１６ａから放出された
熱電子は陽極ターゲット2AaのＸ線源（焦点）１７ａに
衝突する。この結果、Ｘ線源としての中心位置は12ａと
なる。このＸ線源の中心位置１２ａを管軸に直角方向に
配設したＸ線検出器１８から見た場合、対応する位置は
１８ａとなるので、Ｘ線検出器１８は通常その中心位置
が１８ａの位置に一致するように配設される。

【００１１】ここで、Ｘ線管に負荷を印加すると、陽極
ターゲット２Ａは温度上昇し約１,０００℃ まで加熱さ
れる。この熱の一部は陽極ターゲット２Ａから伝導によ
りロータ２Ｂ，回転軸２Ｃ，軸受２Ｅ，固定部２Ｄを介
して絶縁油１０へと伝熱され冷却される。このとき、陽
極部材２を構成するロータ２Ｂ，回転軸２Ｃ，軸受２
Ｅ，固定部２Ｄは、約１００〜８００℃に加熱され、各
々が熱膨張し、その結果陽極部材２全体として管軸方向
に熱膨張し、陽極ターゲット２Ａの位置がＸ線検出器１
８から見て２Ａａの実線の位置から２Ａｂの２点鎖線の
位置に移動する。これに従って、Ｘ線源としての中心位
置１２ａは１２ａ′に移動し、Ｘ線検出器１８から見た
場合の対応位置は１８ａから１８ｂに、ΔＳ（陽極ター
ゲット移動量）だけ移動することになる。この陽極ター
ゲット移動量ΔＳは大きいものでは５００μｍ以上に達
する。

【００１２】本発明では、上記のＸ線源の移動を、熱電
子源となる複数のフィラメントを切換えて補償するもの
である。Ｘ線源の位置は負荷時間の経過と共に移動する
ので、複数のフィラメントを用いて逐次補償して行くも
のである。図１（ａ）において、集束体１５に取り付け
られたフィラメント１６ａと１６ｅが示されているが、
フィラメント１６ａは負荷印加当初に加熱されているも
ので、フィラメント１６ｅは負荷印加の終期（陽極部材
が十分加熱された状態）に加熱されているものである。
フィラメント１６ｅはフィラメント１６ａに対し管軸と
直角方向に適当な距離だけ平行移動して配置されてい
る。フィラメント１６ｅから放出された熱電子は陽極タ
ーゲット２Ａｂ（２点鎖線で示す）のＸ線源（焦点）１
７ｂに衝突する。この結果、Ｘ線源としての中心位置は
１２ｂとなる。この中心位置12ｂをＸ線検出器１８から
見た場合、対応する位置は１８ａとほぼ同じであり、Ｘ
線源の移動は補償されている。

【００１３】本実施例では図１（ｂ），（ｃ）に示した
如く５本のフィラメントを使用し、負荷印加の初期には
フィラメント１６ａを加熱し、陽極ターゲット２Ａの移
動につれて、フィラメント１６ｂ，１６ｃ，１６ｄと順
次切換えて、負荷印加の泳期にはフィラメント１６ｅを
加熱する。この操作により、Ｘ線検出器１８から見たＸ
線源１２の位置は逐次補償され、ほぼ１８ａの位置に置
くことができる。Ｘ線管として、例えばターゲット角度
（Ｘ線検出器１８側から見た陽極ターゲット２Ａの焦点
面の傾斜角度）７°のものを使用した場合、陽極ターゲ
ット２Ａの移動量を最大５００μｍとすると、管軸方向
から見たＸ線源１２の中心位置の移動量（１２ａ点と１
２ｂ点との間の距離）は約４mmとなる。Ｘ線源の移動許
容量を１００μｍとすると、５本のフィラメントを、図
１（ｂ）に示す如くフィラメントに平行な方向に１mmず
つずらして配置して、これらを順次切換えて行けばＸ線
源の移動を補償することができる。すなわち、Ｘ線源の
移動量０〜１００μｍに対しては第１のフィラメント１
６ａが対応し、１００〜２００μｍに対しては第２のフ
ィラメント１６ｂが対応し、…，４００〜５００μｍに
対しては第５のフィラメント１６ｅが対応する。以上の
如く、５本のフィラメントを順次切換えて加熱すること
により、Ｘ線検出器１８側から見てＸ線源１２を常にほ
ぼ一定の位置に維持することができる。

【００１４】図１（ｃ）には、フィラメント１６を集束
体１５に取り付けるときの配置で、フィラメントコイル
の長手方向から見た図を示しているが、この図の例では
フィラメントの支持体は集束溝の深さ方向に平行に設け
た支持穴に取り付けられている。フィラメントの支持体
の支持の仕方は、これに限定されず、管軸に平行に設け
た支持穴に取り付けても良い。

【００１５】複数のフィラメントの加熱は公知の方法
で、例えばＸ線管装置の陰極側高電圧レセプクタル（図
示せず）に導入したフィラメント加熱電圧により加熱を
行うことになるが、本発明ではフィラメントが複数個あ
るため、それらのフィラメント個々の加熱は電源電圧を
切換えて印加することになる。このフィラメント加熱電
圧の印加切換は、Ｘ線管装置の外部にあるフィラメント
加熱制御部（図示せず）で行うことができる。このと
き、フィラメント加熱制御部で、複数のフィラメントに
対応する加熱電圧を作り、それらを陰極側高電圧ケーブ
ルを経由してＸ線管の陰極に導入される。Ｘ線管の陰極
の複数のフィラメントからは一端を共通端子とし、他端
をフィラメント個々に対応する独立端子が引き出される
ので、引出し端子数としては、（フィラメント数）＋１
の数となる。従って、高電圧ケーブルの芯線数は上記同
一数だけ必要となる。このときのフィラメント加熱電圧
の切換えはフィラメント加熱制御部で行うことができ
る。

【００１６】Ｘ線源の移動量を検知するためには、例え
ばＸ線検出器によるＸ線源移動量検知法や、陽極の熱蓄
積状態に対応するＸ線源移動量を予め把握しておく方法
がある。Ｘ線検出器によるＸ線源移動量検知法の一例を
図３（ａ），（ｂ）により説明する。図３（ａ），
（ｂ）はＸ線ＣＴ装置の構成の要部を示したものであ
る。Ｘ線管装置１９のＸ線源１２ａからＸ線２０が放射
状に放射され、このＸ線２０はコリメータ２１でＸ線の
幅（スライス幅に相当）を絞られた後被検体２２に照射
される。被検体２２を透過したＸ線２０はＸ線検出器１
８によって計測され、その計測データに基づいて断層画
像が再構成される。Ｘ線検出器１８の一部にＸ線源移動
量検出器２３を設け、その前面に、Ｘ線のビーム幅（ス
ライス幅に相当）より狭いスリット２４ａを設けたＸ線
を透過しない材料（例えば鉛）からなるスリット板２４
を取り付ける。通常、Ｘ線管装置のＸ線源１２ａから放
射されたＸ線は経路２０ａを通って検出器２３に入射さ
れるが、そのうちの一部がスリット２４ａを通過して検
出器２３により計測される。また、Ｘ線源が１２ａ′に
移動すると、Ｘ線は経路２０ｂを通って検出器２３に入
射されることになるが、スリット２４ａを通過して検出
器２３に取り入れられる線量は変化する。従って、Ｘ線
源の位置と検出器２３のＸ線計測値との関係を把握して
おけば、検出器２３の計測データからＸ線源の位置情報
を供給することができる。

【００１７】次に、陽極の熱蓄積状態からＸ線源移動量
を知る方法について説明する。図４は、Ｘ線管に負荷印
加したときの経過時間と陽極蓄積熱量及びＸ線源移動量
の関係を示したものである。横軸は経過時間を示すもの
であるが、Ｘ線管の負荷は、陽極蓄積熱量がほぼ１００
％になるまで印加され、その後Ｘ線管は冷却される。Ｘ
線管に負荷が入力されるとともに、陽極が温度上昇しＸ
線源も移動をはじめ、陽極の蓄積熱量が平衝状態に達す
ると、Ｘ線源移動量も平衝状態となる。冷却時には、高
温になった陽極は輻射伝熱により急激に温度が下がり、
熱膨張量も同様に小さくなり、Ｘ線源移動量も小さくな
る。陽極の温度が低くなると、冷却は熱伝導が支配的に
なり、冷却速度が遅くなり、陽極蓄積熱量もＸ線源移動
量も徐々に小さくなる。このようなＸ線管負荷入力と陽
極蓄積熱量，Ｘ線源移動量との関係を把握しておくこと
により、陽極蓄積熱量とＸ線源移動量の関係を計算又は
グラフ等で求めることができる。従って、本実施例では
上記の関係を利用して、陽極蓄積熱量からＸ線源移動量
を求め、これをＸ線源の位置情報として供給するもので
ある。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、Ｘ線管
の陽極部材の熱膨張に起因するＸ線源の移動を補償し、
Ｘ線管動作中のＸ線源の位置を常に一定位置に維持でき
るため、鮮明なＸ線断層像を得る効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である回転陽極Ｘ線管の要部
を示す図で、本発明のＸ線源移動量補償の概念を説明す
るための図である。

【図２】従来の回転陽極Ｘ線管装置の側断面図である。

【図３】Ｘ線検出器によるＸ線源移動量検知法の一実施
例を示す図である。

【図４】Ｘ線源移動量と陽極蓄積熱量との関係を示す図
である。

【符号の説明】

１ 陰極部材 ２ 陽極部材 ２Ａ 陽極ターゲット ３ 外囲器 ４ 回転陽極Ｘ線管 １０ 絶縁油 １１ 熱電子 １２ Ｘ線源 １２ａ，１２ａ′，１２ｂ Ｘ線源中心 １５ 集束体 １６ フィラメント １７ａ，１７ｂ Ｘ線源 １８ Ｘ線検出器 １８ａ Ｘ線検出器中心 １９ Ｘ線管装置 ２０ａ，２０ｂ Ｘ線 ２１ コリメータ ２３ Ｘ線源移動量検出器 ２４ スリット板 ２４ａ スリット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱電子を放出するコイル部をもつフィラメ
   ントと，該フィラメントからの熱電子を集束するための
   集束溝をもつ集束体とを有する陰極部材と，該陽極部材
   と対向して配置された陽極ターゲットと，該陽極ターゲ
   ットを回転自在に支持する回転機構部とを有する陽極部
   材と，前記陰極部材と前記陽極部材とを真空気密に封入
   する外囲器とを具備する回転陽極Ｘ線管において、前記
   集束体に複数のほぼ平行な集束溝を穿ち、該集束溝に同
   数のフィラメントを、各フィラメントがそのコイル部の
   長手方向に沿って順次予め決められた間隔ずらして取り
   付けられるように配設し、前記複数のフィラメントをＸ
   線負荷印加中に順次切換え点灯して行くことを特徴とす
   る回転陽極Ｘ線管。
2. 【請求項２】請求項１の回転陽極Ｘ線管を具備し、前記
   フィラメントの点灯切換えを、Ｘ線源移動量に関する情
   報に基づき行うことを特徴とする回転陽極Ｘ線管装置。