JPH09120787A

JPH09120787A - 回転陽極ｘ線管及びそれを用いたｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JPH09120787A
Application number: JP30046895A
Authority: JP
Inventors: Keiji Koyanagi; 慶二小柳; Mototatsu Doi; 元達土肥; Munetomo Kotabe; 宗倫小田部; Hideki Kono; 秀樹河野
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1995-10-26
Filing date: 1995-10-26
Publication date: 1997-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｘ線管のＸ線源の移動量情報をもとに、陰極か
らの電子流の軌道を偏向してＸ線源の位置を移動し、陽
極ターゲットの熱膨張等によるＸ線源の変位を補償する
ことを目的とする。【解決手段】Ｘ線管の陰極の集束体に取り付けられたフ
ィラメントの長手方向の両端に、集束板を絶縁して配置
し、該集束板にバイアス電圧を印加することによりフィ
ラメントからの電子流を偏向する。別に、Ｘ線検出器を
用いて陽極ターゲットの熱膨張によるＸ線源の移動量を
検出し、この検出された移動量に基づき集束板のバイア
ス電圧を制御することにより、前記電子流の偏向量を調
整し、Ｘ線源の変位を補償する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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線管及びこれを用いた
Ｘ線ＣＴ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６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の外部も温度
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。この熱の一部は輻射により
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、本発明の回転陽極Ｘ線管では、熱電子を放出するフ
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、前記フィラメントの長手
方向の両端部に近接して前記集束体に支持されて、前記
フィラメントの長手方向の電子を集束する集束板とを有
する陰極部材と、該陰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、前記フィラメントから放出され
る電子の焦点長さ方向の電子軌道を偏向するために、前
記フィラメントの両端部に配した集束板に偏向電圧を印
加する手段を具備させたものである。（請求項１）

【０００７】さらに、本発明の回転陽極Ｘ線管では、前
記集束板は前記集束体に対し絶縁支持され、かつ前記集
束板の各々に異なる電位を与える偏向電圧印加手段を具
備するようにしたものである。（請求項２）

【０００８】また、本発明のＸ線ＣＴ装置では、前記回
転陽極Ｘ線管と、Ｘ線源の移動量検出手段とを具備し、
更に、前記Ｘ線源の移動量検出手段が検出したＸ線源の
移動量に対応して、前記集束板の各々に与える電位を変
化させるように前記偏向電圧印加手段を制御する手段を
具備するようにしたものである。（請求項３）

【０００９】本発明によれば、Ｘ線源の移動量検出手段
で検出したＸ線源の移動量に基づいて、回転陽極Ｘ線管
の陰極のフィラメントの両端部に配置した２個の集束板
にそれぞれプラス又はマイナスのバイアス電圧を印加す
ることにより、フィラメントからの電子流を偏向するこ
とができ、それによってＸ線源の位置を移動させて、前
記の移動量検出手段で検出したＸ線源の移動量を補償す
ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を添付図
を用いて説明する。図１は本発明の一実施例である回転
陽極Ｘ線管の要部を示したもので、図１（ａ）は回転陽
極Ｘ線管の陰極部材の一部と陽極ターゲットの一部とＸ
線検出器の組合せを、図１（ｂ）は陰極部材のうちの集
束電極を陽極ターゲット側から見た図（図１（ａ）のＡ
視図）を示したものである。

【００１１】図１（ａ）においては、陽極ターゲット２
Ａの位置に関し、熱膨張前の位置を実線２Ａａにて、熱
膨張後の位置を二点鎖線２Ａｂにて示してある。陽極タ
ーゲット２Ａに対向して陰極部材１の集束体１４が配さ
れている。集束体１４には図１（ｂ）に示す如く、集束
溝１３が穿かれ、その集束溝１３にフィラメント１５及
び集束板１６が取り付けられている。フィラメント１５
はタングステンなどの高融点材料で作られた細線をコイ
ル状に巻いたもので、両端がモリブデンなどで作られた
支持棒で支持されて集束体１４に取り付けられる。フィ
ラメント１５の集束体１４への取付は、フィラメント加
熱電力を供給するために、２本の支持棒の片方又は両方
を絶縁して行われる。この絶縁は、フィラメント１５と
集束体１４の間にセラミックス等の耐熱性絶縁物を挿入
して行われる。また、通常の使い方では、フィラメント
１５のリードのうちの一方は集束体１４と同電位にして
おく（陰極電源の端子数をできるだけ少なくするためで
ある）。集束板１６は、モリブデン等の高融点金属材料
からなる板状のもので、フィラメント１５のコイルの長
手方向の両端部に近接して配置される。２個の集束板１
６ａ，１６ｂはいずれも集束体１４及びフィラメント１
５に対し絶縁して、集束体１４に支持されている。集束
体１４との絶縁にはフィラメント１５の場合と同様セラ
ミックス等を用いる。集束板１６には、フィラメント１
５に対して正又は負のバイアス電圧を与えて、フィラメ
ント１５から放出される電子流のうちコイルの長手方向
の電子を偏向するようにしている。

【００１２】集束板１６ａ，１６ｂにバイアス電圧を与
えることにより、フィラメント１５から放射される電子
流は陽極ターゲット２Ａ上で半径方向に移動する。集束
体１４の電位を基準にして集束板１６ａにプラス電圧、
集束板１６ｂにマイナス電圧与えた場合には、フィラメ
ント１５からの電子流は陽極ターゲット２Ａの内周側
へ、集束板１６ａにマイナス電圧、集束板１６ｂにプラ
ス電圧を与えた場合には、フィラメント１５からの電子
流は陽極ターゲット２Ａの外周側へ移動する。図１
（ａ）にはフィラメントからの両者の電子流を実線及び
二点鎖線で示してあるが、前者の場合は実線、後者の場
合は二点鎖線で示してある。

【００１３】図１（ａ）において、回転陽極Ｘ線管の陽
極ターゲット２Ａが加熱されて、陽極部材２が熱膨張す
ると、陽極ターゲット２Ａは２Ａａの位置から２Ａｂの
位置に移動し、陰極部材１側へ接近する。この陽極ター
ゲット２Ａの移動量ΔＳは前述の如く最大で５００μｍ
程度になる。この結果従来のＸ線管ではＸ線源１２の位
置は１２ａの点から１２ａ′の点に移動する。この移動
量をＸ線検出器１８側で見ると、１８ａの位置から１８
ｂの位置に移動したことになる。

【００１４】本実施例では、上記の陽極ターゲットの移
動量に対応して、集束板１６ａ，１６ｂに印加するバイ
アス電圧を変化させて、フィラメント１５からの電子流
を偏向させて、Ｘ線源１２の位置を移動させることによ
り、全体としてＸ線源１２の位置ずれを補償するもので
ある。図１（ａ）において、集束板１６ａ，１６ｂのバ
イアス電圧を変化させたことにより、電子流が実線から
二点鎖線に移動した結果、Ｘ線源は１７ａから１７ｂに
移動し、即ちその中心点は１２ａから１２ｂに移動す
る。このため、Ｘ線検出器１８から見たＸ線源の位置は
１８ａに留まり変化しない。

【００１５】図２には、陽極ターゲット２Ａの移動量に
対応して集束板１６ａにどれだけのバイアス電圧をかけ
たらよいかの一例を示したものである。本実施例は陽極
ターゲット２Ａのターゲット角度は７°の場合で、陽極
ターゲット２Ａの移動量を５００μｍ(０.５mm）とした
とき、これを補償するための電子流の移動量は約４mmと
なる。先ず、陽極ターゲット２Ａが冷たい状態では、集
束板１６ａには＋５,０００Ｖ、集束板１６ｂには−
５,０００Ｖを印加することにより、図１（ａ）に実線
で示した電子流を流し、Ｘ線源を１７ａに形成する。陽
極ターゲット２Ａが温度上昇し、約５００μｍ移動した
時点では、集束板１６ａのバイアス電圧は−５,０００
Ｖまで低下させ、集束板１６ｂのバイアス電圧は逆に
＋５,０００Ｖまで上昇させる。この結果、電子流は図
１（ａ）の実線の位置から二点鎖線の位置に約４mm移動
し、Ｘ線源は１７ｂに形成され、Ｘ線検出器１８側から
見たＸ線源の位置ずれは補償される。図２に示したグラ
フは集束体の形状・寸法，集束板の形状・寸法，フィラ
メントと集束板の間隔，集束体と陽極ターゲットの間隔
などによって変化するものである。

【００１６】図３は、集束板１６ａ，１６ｂにバイアス
電圧を供給するための構成図である。陰極部材１のフィ
ラメント１５にはＸ線高電圧発生装置２０のフィラメン
ト電源２１から１０Ｖ程度の電圧が高電圧ケーブル２３
のフィラメント用芯線２４ａ，２４ｂを経由して給電さ
れる。フィラメント１５の端子のうちの一方は集束体１
４と同電位になるよう接続される。Ｘ線高電圧発生装置
２０には集束板バイアス電源２２が設けられる。この集
束板バイアス電源２２からの集束板バイアス電圧は高電
圧ケーブル２３の集束板バイアス電圧用芯線２５ａ，２
５ｂを経由して集束板１６ａ，１６ｂに給電される。集
束板バイアス電圧は−５,０００Ｖから＋５,０００Ｖ
の範囲で変化するものであり、かつ一方の集束板の電位
が−５,０００Ｖから＋５,０００Ｖに上昇するときに
他方の集束板の電位は＋５,０００Ｖから−５,０００
Ｖに降下するものである。さらに、この集束板の電位
は陽極ターゲット２Ａの位置に応じて変化すべきもので
ある。従って、集束板バイアス電源２２としてはバイア
ス電圧を発生させるための直流電源回路（絶縁トランス
と整流回路が必要）と、バイアス電圧を陽極ターゲット
２Ａの移動量に応じて変化させる制御回路とから成る。

【００１７】バイアス電圧はマイナス電圧からプラス電
圧まで変化するので、集束板の端子と集束板バイアス電
源の端子との間に切換スイッチを設け、かつ集束板バイ
アス電源の電圧変化範囲は一方はプラス電圧のみ、他方
はマイナス電圧のみとし、集束板の必要なバイアス電圧
に応じて、前記切換スイッチを切り換えることにより、
集束板バイアス電源の電圧変化領域は半分にすることが
できる。

【００１８】次に、陽極ターゲット２Ａの移動量ΔＳを
Ｘ線検出器１８側で検知して、Ｘ線源１２の位置を移動
するために集束板１６のバイアス電圧を変化することに
なるが、実際には陽極ターゲット２Ａの移動量を検知す
ると、逐次集束板１６のバイアス電圧を変えてＸ線源１
２の位置を補正しているので、Ｘ線検出器１８側から見
たＸ線源１２の位置の移動量は小さいはずである。従っ
て、Ｘ線検出器１８側で検知したＸ線源１２の移動量
（ここではΔＴとする）に応じて、集束板のバイアス電
圧を制御することになる。例えば、Ｘ線源１２が＋５０
μｍ移動したとすると、陽極ターゲット２Ａが＋５０μ
ｍ移動したのであるから、図２においてこれに対応する
集束板１６ａのバイアス電圧の変化量は−１,０００Ｖ
である。このことから、Ｘ線源１２が＋５０μｍ移動し
たときには、集束板１６ａのバイアス電圧を−１,００
０Ｖだけ変化させればよいことが判る。同様にして、
Ｘ線源１２が＋１００μｍ，−１００μｍ移動したとき
には、集束板１６ａのバイアス電圧はそれぞれ−２,０
００Ｖ，＋２,０００Ｖ変化させればよい。これを比
率で表わすと−２０Ｖ／μｍとなるので、Ｘ線源１２の
移動量を検知したしたときにはその移動量に応じて−２
０Ｖ／μｍの比率で集束板１６ａのバイアス電圧を変化
すればよいことになる（集束板１６ｂのバイアス電圧に
ついてはこの逆の電圧値だけ変化させればよい）。

【００１９】以上のことから、Ｘ線源１２の移動量検知
手段の出力に基づいて、集束板16ａ，１６ｂのバイアス
電圧を変更する手段を制御手段としてＸ線高電圧発生装
置に設けることにより、Ｘ線源１２の位置を一定の位置
に保持することができる。

【００２０】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４（ａ),（ｂ）により説明する。図４（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２６のＸ線源１２ａからＸ線２７がファンビーム状
に放射され、このＸ線２７はコリメータ２８でＸ線の幅
（スライス幅に相当）を絞られた後被検体２９に照射さ
れる。被検体２９を透過したＸ線２７はＸ線検出器１８
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３０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３１ａ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３１を
取り付ける。通常、Ｘ線管装置２６のＸ線源１２ａから
放射されたＸ線は経路２７ａを通って検出器３０に入射
されるが、そのうちの一部がスリット３１ａを通過して
検出器３０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２７ｂを通って検出器３０に
入射されることになるが、スリット３１ａを通過して検
出器３０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３０のＸ線計測値との関係を把握し
ておけば、検出器３０の計測データからＸ線源の位置を
検知することができ、その位置情報を供給することがで
きる。

【００２１】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５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。横軸は経路時間を示すもの
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衡状態に達す
ると、Ｘ線源移動量も平衡状態となる。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。

【００２２】

【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。

【図２】陽極ターゲットの移動量と集束板のバイアス電
圧との関係を示す図。

【図３】集束板にバイアス電圧を供給するための構成
図。

【図４】Ｘ線検出器によるＸ線源移動量検知法の一例を
説明するための図。

【図５】陽極の熱蓄積状態からＸ線源移動量を知る方法
を説明するための図。

【図６】従来の回転陽極Ｘ線管装置の側断面図。

【符号の説明】

１陰極部材２陽極部材２Ａ陽極ターゲット４回転陽極Ｘ線管１１熱電子１２Ｘ線源１２ａ，１２ａ′，１２ｂＸ線源１４集束体１５フィラメント１６，１６ａ，１６ｂ集束板１７ａ，１７ｂＸ線源１８Ｘ線検出器２０Ｘ線高電圧発生装置２１フィラメント電源２２集束板バイアス電源２３高電圧ケーブル２５ａ，２５ｂ集束板バイアス電圧用芯線２６Ｘ線管装置２８コリメータ３０Ｘ線源移動量検出器３１スリット板３１ａスリット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河野秀樹東京都千代田区内神田一丁目１番14号株式会社日立メディコ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱電子を放出するフィラメントと、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、前記フィラメントの長手方向の両端部に近接し
て前記集束体に支持されて、前記フィラメントの長手方
向の電子を集束する集束板とを有する陰極部材と、該陰
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、前記フィラメントから放出される電子の焦点長さ方
向の電子軌道を偏向するために、前記フィラメントの両
端部に配した集束板に偏向電圧を印加する手段を具備す
ることを特徴とする回転陽極Ｘ線管。
【請求項２】請求項１記載の回転陽極Ｘ線管において、
前記集束板は前記集束体に対し絶縁支持され、かつ前記
集束板の各々に異なる電位を与える偏向電圧印加手段を
具備したことを特徴とする回転陽極Ｘ線管。
【請求項３】請求項２記載の回転陽極Ｘ線管と、Ｘ線源
の移動量検出手段とを具備し、更に、前記Ｘ線源の移動
量検出手段が検出したＸ線源の移動量に対応して、前記
集束板の各々に与える電位を変化させるように前記偏向
電圧印加手段を制御する手段を具備したことを特徴とす
るＸ線ＣＴ装置。