JPH10334839A

JPH10334839A - Ｘ線管

Info

Publication number: JPH10334839A
Application number: JP15428597A
Authority: JP
Inventors: Keiji Koyanagi; 慶二小柳; Yoshiaki Tsuburaya; 喜明円谷
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】陽極ターゲット上の焦点のＸ線強度分布の形
状を改善し、その双峰性を低減させたＸ線管を提供す
る。【解決手段】陰極の集束電極３の集束溝１４に取り付
けられたフィラメントは、外径の大きい主フィラメント
１１と外径の小さい補助フィラメント１２とから成り、
コイル状で、主フィラメントの内側に補助フィラメント
を配列し、同じコイルピッチで半ピッチずらして配列す
る。補助フィラメントのコイル頂部１２Ａは、主フィラ
メントの隣接するコイル頂部１１Ａの中間に位置する。
Ｘ線管電圧を印加すると、補助フィラメントのコイル頂
部の周辺部に加速電界が生じ、同頂部からの電子ビーム
も焦点形成に寄与し、ビームは小さな単峰性の強度分布
を有するため、両フィラメントの電子ビームを合成すれ
ば主フィラメントの電子ビームによる双峰性の強度分布
の中央部の谷が浅くなり、単峰性の強度分布に近付く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線管の陰極構造
の改良に係わるもので、特に高解像度の得られるＸ線発
生源（焦点）をもつＸ線管の構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＸ線管は、熱電子を放出するフィ
ラメントと、熱電子を集束する集束溝をもつ集束電極と
を含み、負電位を印加される陰極と、この陰極に対向し
て配置され、正電位を印加される陽極ターゲットと、陰
極と陽極ターゲットとを真空気密に封入する真空外囲器
とから構成されている。陰極のフィラメントは、集束電
極の集束溝に取り付けられていて、Ｘ線装置のフィラメ
ント加熱電源により加熱されて熱電子を放出する。Ｘ線
管では、使用中、Ｘ線装置の高電圧発生装置により、陰
極と陽極ターゲットとの間に百数十ＫＶの高電圧が印加
され、フィラメントから放出された熱電子は、陽極ター
ゲットに向けて高電圧で加速され、陽極ターゲットに衝
突して、Ｘ線が発生される。このとき、フィラメントか
らの熱電子は集束電極の集束溝により集束されて、陽極
ターゲット上に小さなＸ線発生源（焦点）を形成する。

【０００３】フィラメントは、タングステンなどの電子
放射材料の線材をコイル状に巻いた構造になっており、
フィラメント加熱電流を流すことにより加熱される。高
温に加熱されたフィラメントからは、その温度に応じた
量の熱電子が放出され、この熱電子によって形成される
電子ビームは、陰極と陽極の間に印加された高電圧が作
る電界によって加速される。この時、電子ビームは集束
電極の集束溝によって作られる電界によって、陽極ター
ゲット上において所望の寸法の焦点となるように集束さ
れる。この電子ビームの量及び陰極と陽極の間に印加さ
れる高電圧は、それぞれＸ線管電流及びＸ線管電圧に相
当し、焦点で発生するＸ線量は、Ｘ線管電流、Ｘ線管電
圧が大きい程大きくなる。

【０００４】上記によって陽極ターゲット上に形成され
る焦点の形状はほぼ長方形状で、Ｘ線管軸を基準とし
て、半径方向（焦点長さ方向という）が長く、円周方向
（焦点幅方向という）が短くなっている。通常、陽極タ
ーゲット面に傾斜をもたせて、焦点長さ方向（この方向
にＸ線放射窓が取り付けられている）から見た焦点（実
効焦点という）の形状はほぼ正方形に近くなっている。

【０００５】この焦点における電子ビームの強度分布
は、従来のＸ線管では、焦点長さ方向と焦点幅方向とで
は異なる分布をしており、前者がピークが１つの分布
（以下、単峰性分布という）であるのに対し、後者はピ
ークが２つの分布（以下、双峰性分布という）である。
従って、発生するＸ線の強度分布も、焦点幅方向では双
峰性分布となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】Ｘ線を利用した画像診
断装置等で得られる画像の画質、特に解像度は、焦点寸
法，Ｘ線強度，Ｘ線強度分布等に依存する。このうち、
Ｘ線強度分布と解像度との関係については、Ｘ線強度分
布形状をフーリェ変換して得られるレスポンス関数によ
って評価できる。このレスポンス関数によれば、解像度
はＸ線強度分布がガウス分布のときに最も優れており、
ピークが２つに分離した双峰性分布になるにつれて劣化
することが知られている。これは２つの光源で物体を照
らしたとき、その物体の影にぼけが生じるという現象と
類似である。換言すれば、双峰性分布の谷の深さを浅く
して（双峰性を低減して）、よりガウス分布に近づけれ
ば、解像度が向上することになる。

【０００７】このようなことから、従来のＸ線管焦点の
焦点幅方向のＸ線強度分布の双峰性は画質、特に解像度
を劣化させる要因になっている。この双峰性は、コイル
状フィラメントの側面から出射する熱電子が焦点幅の両
端部に到達するように集束するために発生すると考えら
れている（内田、金森著、放射線画像情報工学Ｉ、診療
放射線技術学大系４、通商産業研究社、昭和５５年４月
発行）。このため、本発明では、上記問題点に対し、陽
極ターゲット上の焦点のＸ線強度分布の形状を改善し、
その双峰性を低減させたＸ線管を提供することを目的と
する。

【０００８】

【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Ｘ線管は、熱電子を放出するコイル状フィ
ラメント（以下、第１のフィラメントという）と、該第
１のフィラメントからの熱電子を集束するための集束溝
をもつ集束電極とを有する陰極と、該陰極と対向して配
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と、前記陰極と
前記陽極とを絶縁支持し、真空気密に封入する真空外囲
器とで構成されるＸ線管において、前記第１のフィラメ
ントの内側で、かつ、第１のフィラメントの長手方向と
平行に、熱電子を放出する補助電子放射源を配設し、前
記第１のフィラメント及び補助電子放射源からの電子ビ
ームを重ね合わせて、陽極ターゲット上に焦点を形成す
るものである（請求項１）。

【０００９】この構成では、上記第１のフィラメントか
らの電子ビームの焦点幅方向の強度分布は双峰性の分布
となるのに対し、補助電子放射源からの電子ビームの焦
点幅方向の強度分布は強度的には上記第１のフィラメン
トからのものより小さいが、単峰性の分布と成る。これ
は補助電子放射源が上記第１のフィラメントより内側に
配置したことに起因する。２つの電子放射源からの電子
ビームの強度分布特性は異なるが、両者が合成されて焦
点幅方向の強度分布が形成されるので、結果的には、第
１のフィラメントの場合の双峰性分布の谷の部分が補助
電子放射源の単峰性分布に補償されて、双峰性が低減さ
れ、単峰性の分布に近付く。

【００１０】本発明のＸ線管では更に、前記補助電子放
射源が前記第１のフィラメントより外径の小さい第２の
コイル状フィラメントである（請求項２）。この構成で
は、補助電子放射源がコイル状フィラメントであるの
で、加工も容易であり、集束電極への取付や加熱電流の
制御も簡単になる。

【００１１】本発明のＸ線管では更に、前記第１のフィ
ラメントの隣接するコイルの頂部のほぼ中間に、前記第
２のコイル状フィラメントのコイルの頂部が存在するよ
うに、両コイルが配列されている（請求項３）。

【００１２】この構成では、第１のフィラメントと第２
のフィラメントとがコイル頂部をずらして配列してある
ので、第２のフィラメントの外径を第１のフィラメント
の内径より大きくすることができるので、第２のフィラ
メントのコイル頂部の周辺の電界を強くすることがで
き、その結果第２のフィラメントからの電子ビームの強
度を増加させることができる。

【００１３】本発明のＸ線管では更に、前記補助電子放
射源が、高融点耐熱金属材料から成る薄肉円筒である
（請求項４）。この構成では、補助電子放射源が円筒状
であるので、第２のコイル状フィラメントの場合のよう
にコイルピッチについての配慮が不要となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に基づいて説明する。図１は、本発明のＸ線管の第１の
実施例の陰極構造の要部を示す図、図２は本発明のＸ線
管の全体構成を示す図、図３は本発明のＸ線管の動作の
説明図、図４は本発明のＸ線管のフィラメントの配置例
を示す拡大図、図５は本発明のＸ線管のフィラメントの
周辺の電位分布例を示す図である。

【００１５】図１及び図２により、本発明の第１の実施
例であるＸ線管の構成について説明する。図２におい
て、Ｘ線管は、熱電子を放出するコイル状フィラメント
をもつ陰極１と、陰極１からの熱電子が衝突してＸ線を
発生させる陽極ターゲット４をもつ陽極２と、陰極１と
陽極２を絶縁支持して、真空気密に封入する真空外囲器
５とから構成される。フィラメントは、陰極１の集束電
極３に支持され、導通線を介して、外部のフィラメント
加熱電源９に接続されている。集束電極３にはフィラメ
ントから放出された熱電子を集束するための集束溝が設
けられている。陽極ターゲット４は集束電極３と対向し
て配置されており、フィラメントからの熱電子は陽極タ
ーゲット４の傾斜面に衝突しＸ線を発生する。このＸ線
発生部７は焦点と呼ばれている。フィラメントから放出
された熱電子は集束電極３で集束されて、ほぼ長方形状
の焦点７を形成する。また、発生したＸ線は、真空外囲
器３に設けられたＸ線放射窓６から取り出して利用され
る。

【００１６】本実施例の陽極２は回転陽極で、陽極ター
ゲット４は、ロータ２Ａに接続され、ロータ２Ａは回転
軸２Ｂに接続され、回転軸２Ｂは軸受２Ｃを介して、軸
受固定部２Ｄに回転自在に支持されている。Ｘ線管外
の、ロータ２Ａの外周部に、ロータ２Ａに回転駆動力を
与えるステータ８が配置されており、このステータ８を
付勢することにより、ロータ２Ａ及び陽極ターゲット４
が回転する。

【００１７】本発明の要部は陰極１の構造である。図１
はこの陰極構造の要部の拡大図である。図１（ａ）にお
いて、集束電極３内に２個のコイル状フィラメント１
１，１２が取り付けられている。大径のフィラメントは
主フィラメント１１で、小径のフィラメントは補助フィ
ラメント１２である。補助フィラメント１２は、主フィ
ラメント１１のコイルの内径側にコイルの長手方向を合
わせて配置されている。両フィラメントのコイルは、主
フィラメント１１のコイルの２つの頂部１１Ａの間に、
補助フィラメント１２のコイルの頂部１２Ａが来るよう
に配列されている。このような配列例としては、主フィ
ラメント１１と補助フィラメント１２とのコイルピッチ
を同じにし、両フィラメントをその長手方向に半ピッチ
ずらして配列するとか（例１）、補助フィラメント１２
のコイルピッチを主フィラメント１１のコイルピッチの
半分とし、両フィラメントの長手方向において、主フィ
ラメント１１のコイルの頂部１１Ａと補助フィラメント
１２の１ピッチおきのコイルの頂部１２Ａの位置が一致
するように配列するとか（例２）すればよい。

【００１８】両フィラメントのコイルの中心軸は、組立
上は一致していた方が加工しやすいが、機能上は一致す
る必要はなくずれていてもよい。補助フィラメント１２
のコイルの外径は通常主フィラメント１１のコイルの内
径より小さく作られるが、上記の例１の場合のように、
両フィラメントのコイルピッチを合わせたときには、補
助フィラメント１２のコイル外径を主フィラメント１１
のコイル内径よりも大きくすることができ、補助フィラ
メント１２のコイルの頂部１２Ａは、主フィラメント１
１のコイルの頂部１１Ａの間に配置される。上記の例２
の場合は、補助フィラメント１２の外径を主フィラメン
ト１２の内径より大きくできないが、フィラメントの抵
抗値を大きくする場合に有効である。

【００１９】本実施例では、主フィラメント１１と補助
フィラメント１２とは、従来のフィラメントと同様タン
グステンで作られている。また、主フィラメント１１及
び補助フィラメント１２の端部は同一のフィラメント支
持棒１３に支持されている。このフィラメント支持棒１
３は、モリブデン等の高融点金属材料から成る。フィラ
メントとフィラメント支持棒１３との接続は、フィラメ
ントの端部がフィラメント支持棒１３の端部に設けられ
た溝に挿入し、溶接などで固着することにより行われ
る。図１の例では、両フィラメントが１本のフィラメン
ト支持棒１３に接続されているが、機能的には両フィラ
メントは別々のフィラメント支持棒に接続してもよい。
両フィラメントを同一のフィラメント支持棒１３に接続
した場合には、陰極部の構造が簡単になるので、部品の
加工及び陰極組立が容易になるという利点がある。これ
に対し、両フィラメントを別々のフィラメント支持棒１
３に接続した場合には、陰極部の構造が複雑になり加工
が少し困難になるが、両フィラメントの加熱条件を別々
に制御できるので、フィラメント加熱条件の制御がしや
すくなるという利点がある。

【００２０】図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ視図で、フィ
ラメントの集束電極３への取付構造を示している。図１
（ｂ）において、主フィラメント１１と補助フィラメン
ト１２とは、集束電極３の集束溝１４内に配置されてい
る。集束溝１４の形状は従来のＸ線管のものと同様角形
の段付き溝や丸形の溝である。両フィラメント１１，１
２を支持するフィラメント支持棒１３は、セラミック等
の耐熱性絶縁物１５を介して、集束電極３の穴に固定さ
れている。

【００２１】次に、図３，図４，図５を用いて、本発明
のＸ線管の動作について説明する。図４は、フィラメン
トの長さ方向の配置例を示した部分拡大断面図である。
図４において、主フィラメント１１と補助フィラメント
１２とは同一素線径（０．２ｍｍ）のタングステンで作
られ、同一コイルピッチ（０．８ｍｍ）で各々半ピッチ
ずらして配列されている。主フィラメント１１の外径は
１．４ｍｍ、補助フィラメント１２の外径は０．６ｍｍ
である。

【００２２】図５は、図４のフィラメント配列の場合
の、フィラメント長さ方向におけるフィラメント前面
（陽極ターゲットと対向する側）周辺の電位分布の計算
例を示したものである。図５ではフィラメントコイルの
１ピッチ分の電位分布が示されている。この計算例で
は、陰極と陽極の間の距離は１５ｍｍで、Ｘ線管電圧は
７５ｋＶとしている。図５には、主フィラメント１１か
らの電子ビームの軌道２１と補助フィラメント１２から
の電子ビームの軌道２２も示してある（両フィラメント
の温度を同一にした場合のものである）。この図から、
図４の如くフィラメントを配列した場合、、補助フィラ
メント１２からも陽極ターゲット４への電子ビームが得
られ、Ｘ線管の焦点の電子ビーム強度分布に寄与するこ
とがわかる。

【００２３】図３には、フィラメントから放射された電
子ビームが陽極ターゲット上に焦点を形成する状況を示
す。図３（ａ）は、フィラメントから放射された電子ビ
ームの軌道例を示す。図３（ｂ）は、陽極ターゲット上
の焦点における電子ビームの強度分布例を示す。図３
（ａ）、（ｂ）はいずれも焦点幅方向に関するものであ
る。図３（ａ）において、主フィラメント１１から放射
された電子ビーム２１は、集束電極３の集束溝１４にお
ける電界で集束されて、陽極ターゲット４上に焦点７の
大部分を形成する。電子ビーム２１の軌道は、従来のＸ
線管とほぼ同様のものであるので、焦点７において双峰
性の電子ビーム強度分布が得られる。これに対し、補助
フィラメント１２から放射された電子ビーム２２は、補
助フィラメント１２の前面の電界が弱く、集束性の電界
であるため、発散することなく、強度の弱い単峰性の小
さい焦点を形成する。図３（ｂ）の合成前の電子ビーム
の強度分布図において、双峰性の強度分布３１が主フィ
ラメント１１により形成された焦点のもので、単峰性の
強度分布３２が補助フィラメント１２により形成された
焦点のものである。図３（ｂ）の合成後の電子ビームの
強度分布図に示す合成電子ビームの強度分布３３は、両
フィラメントによる電子ビームの強度分布を合成したも
のである。図から判るように、合成電子ビームの強度分
布３３はほぼ単峰性となり、理想とするガウス分布に近
いものとなる。

【００２４】図３（ｂ）の合成電子ビームの強度分布３
３の形状については、補助フィラメント１２から放射さ
れる電子ビーム２２の量によって変化する。すなわち、
電子ビーム２２の量が多ければ、単峰性強度分布の山が
高くなりガウス分布に近付くが、電子ビーム２２の量が
少なければ双峰性強度分布のままで、中央部の谷がいく
らか浅くなるのみである。

【００２５】補助フィラメント１２から放射される電子
ビーム２２の量を多くするためには、補助フィラメント
１２のコイルの頂部１２Ａの周辺の電界を強くすればよ
く、本実施例の場合、補助フィラメント１２のコイル頂
部１２Ａの位置を主フィラメント１１の外径にできるだ
け近付けることが最も効果がある。また、主フィラメン
ト１１のコイルピッチを大きくして、補助フィラメント
１２のコイル頂部１２Ａの周辺に電子ビーム２２の加速
電界ができ易くすることも有効である。

【００２６】図６に、本発明のＸ線管の第２の実施例の
要部である陰極構造を示す。図６（ａ）において、主フ
ィラメント１１は第１の実施例と同様にコイル状フィラ
メントである。主フィラメント１１のコイルの内周側
に、補助の熱電子放射源となる薄肉円筒１６が、主フィ
ラメント１１の長手方向と平行に配列されている。この
薄肉円筒１６は、主フィラメント１１と同様熱電子放射
材料、例えばタングステンなどの高融点金属材料で作ら
れている。主フィラメント１１の寸法例としては、第１
の実施例と同様、コイル外径を１．４ｍｍ、素線径を
０．２ｍｍとし、薄肉円筒１６の寸法例としては、外径
を０．６ｍｍ、肉厚を０．０１５ｍｍとすると、第１の
実施例とほぼ同等の特性が得られる。

【００２７】本実施例においては、薄肉円筒１６は主フ
ィラメント１１とは別の支持棒１３Ａで支持されてい
る。薄肉円筒１６と支持棒１３Ａとの間には、導通線１
７を配し、導通線１７と薄肉円筒１６，支持棒１３Ａと
の接続は溶接などにより行っている。導通線１７は、タ
ングステンやタンタルなどの高融点金属材料の線材又は
リボン材から成り、その断面積は薄肉円筒の断面積より
大きくする。また、主フィラメント１１と薄肉円筒１６
とは、図６（ｂ）に示すＡ視図の如く同軸にすると、加
工が容易になる。しかし、機能上薄肉円筒１６の上面の
電界を強くするために、薄肉円筒１６は、主コイル１１
のコイル頂部にできるだけ近接させた方がよいので、主
フィラメント１１と薄肉円筒１６とは偏心させてもよ
い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、Ｘ
線管の焦点における電子ビームの強度分布の双峰性を低
減させて、ガウス分布に近付けることができるので、本
発明のＸ線管を使用することにより、Ｘ線画像診断装置
で得られる画像の解像度を向上させることができ、高精
度の診断が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＸ線管の第１の実施例の陰極構造の要
部を示す図。

【図２】本発明のＸ線管の全体構成を示す図。

【図３】本発明のＸ線管の動作の説明図。

【図４】本発明のＸ線管のフィラメントの配置を示す拡
大図。

【図５】本発明のＸ線管のフィラメントの周辺の電位分
布例を示す図。

【図６】本発明のＸ線管の第２の実施例の要部である陰
極構造を示す図。

【符号の説明】

１陰極２陽極２Ａロータ２Ｂ回転軸２Ｃ軸受２Ｄ軸受固定部３集束電極４陽極ターゲット５真空外囲器６Ｘ線放射窓７Ｘ線発生部（焦点）８ステータ９フィラメント加熱電源１１主フィラメント１１Ａ主フィラメントのコイル頂部１２補助フィラメント１２Ａ補助フィラメントのコイル頂部１３フィラメント支持棒１３Ａ支持棒１４集束溝１５耐熱性絶縁物１６薄肉円筒１７導通線２１主フィラメントからの電子ビーム２２補助フィラメントからの電子ビーム３１主フィラメントの電子ビーム強度分布３２補助フィラメントの電子ビーム強度分布３３合成電子ビームの強度分布

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱電子を放出するコイル状フィラメント
と、該フィラメントからの熱電子を集束するための集束
溝をもつ集束電極とを有する陰極と、該陰極と対向して
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と、前記陰極
と前記陽極とを絶縁支持し、真空気密に封入する真空外
囲器とで構成されるＸ線管において、前記フィラメント
の内側で、かつ、フィラメントの長手方向と平行に、熱
電子を放出する補助電子放射源を配設し、前記フィラメ
ント及び補助電子放射源からの電子ビームを重ね合わせ
て、陽極ターゲット上にＸ線発生源を形成することを特
徴とするＸ線管。
【請求項２】請求項１記載のＸ線管において、前記補
助電子放射源が前記フィラメントより外径の小さい第２
のコイル状フィラメントであることを特徴とするＸ線
管。
【請求項３】請求項２記載のＸ線管において、前記フ
ィラメントの隣接するコイルの頂部のほぼ中間に、前記
第２のコイル状フィラメントのコイルの頂部が存在する
ように、両コイルが配列されていることを特徴とするＸ
線管。
【請求項４】請求項１記載のＸ線管において、前記補
助電子放射源が、高融点耐熱金属材料から成る薄肉円筒
であることを特徴とするＸ線管。