TWI748296B

TWI748296B - X射線產生裝置及其診斷裝置與診斷方法

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Publication number: TWI748296B
Application number: TW108143780A
Authority: TW
Inventors: 秋山剛志; 大橋恒久; 中村健一郎; 齋藤佑多
Original assignee: 日商島津製作所股份有限公司
Priority date: 2019-03-01
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2021-12-01
Also published as: CN113508644A; EP3934388A4; US20220132645A1; EP3934388A1; JPWO2020178898A1; JP7306447B2; TW202034743A; US11751317B2; WO2020178898A1

Abstract

本發明的X射線管（120）包括：陰極（140）及陽極（150），密閉於真空外圍器（121）的內部；以及集離子導體（130），以與真空外圍器的內部空間接觸的方式安裝於真空外圍器。第一電流感測器（210）測定在集離子導體（130）與節點（Ng）之間流動的第一電流值（Ii），所述節點（Ng）供給抽吸真空外圍器（121）內的陽離子的電位。第二電流感測器（180）測定在陽極（150）與陰極（140）之間流動的第二電流值（Ie）。控制電路（190）基於電流比（Ii/Ie），生成與X射線管（120）的真空度相關的診斷資訊，所述電流比（Ii/Ie）是藉由第二電流感測器（180）而測定的第二電流值（Ie）與藉由第一電流感測器（210）而測定的第一電流值（Ii）的比。

Description

X射線產生裝置及其診斷裝置與診斷方法

本發明是有關於一種X射線產生裝置及其診斷裝置與診斷方法。

X射線產生裝置廣泛應用於分析裝置或醫療設備等。通常，X射線產生裝置構成為在真空密閉結構的X射線管內，藉由施加至陽極與陰極之間的高電壓而使自陰極釋放的電子加速，與形成於陽極表面的靶材相碰撞，而產生X射線。

當因經年劣化，而使得X射線管內的真空度劣化，即，壓力上升時，必需藉由放電的產生而更換。因此，作為以非破壞方式檢測真空度的劣化，預測壽命的方法，已提出日本專利特開2006-100174號公報（專利文獻1）及日本專利特開2016-146288號公報（專利文獻2）所述的技術。

在專利文獻1中，已揭示如下的構成：藉由在X射線管的真空外圍器，安裝內置有電離真空計用的離子規球（ion gauge ball）的真空測定部，來測定真空外圍器的內部的真空度。

在專利文獻2中，已揭示如下的技術：將陽極與陰極之間的電場設為與X射線產生時為相反的方向，基於將X射線管內的被離子化的氣體分子抽吸至陽極時在陽極與陰極之間流動的測定電流，利用所述測定電流與真空度的相關關係，測定X射線管的真空度。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2006-100174號公報 [專利文獻2]日本專利特開2016-146288號公報

[發明所欲解決之課題]

但是，在專利文獻1的構成中，藉由在真空外圍器安裝真空測定部，而有可能導致自所述安裝部位的真空度的劣化、及新結構的追加所引起的成本上升。另一方面，在專利文獻2中，無需變更包含真空外圍器的X射線管的結構，但在真空度測定時，需要用以對集束體及燈絲（filament）（電子源）之間施加電壓的機構、以及用以在陽極與陰極之間產生與X射線產生時為相反方向的電場的機構。

專利文獻2是利用與電離真空計同樣的原理，測量藉由自陰極釋放的電子與氣體分子相碰撞而產生的離子量所對應的電流，藉此對氣體分子進行定量測定。因此，測定電流不僅取決於X射線管內所存在的氣體分子量，而且取決於釋放電子量而發生變化。另一方面，在專利文獻2中，自測定電流與真空度的預先求出的相關關係，預測X射線管的壽命，因此當根據裝置的經年變化、電源電壓的變動、及X射線管的個體差等，測定真空度時自陰極釋放的電子量與求出所述相關關係時的釋放電子量不同時，有可能在真空度的測定，即，X射線管的壽命診斷中產生誤差。

本發明為了解決如上所述的問題而完成，本發明的目的在於藉由簡單的構成而以高精度執行X射線管的劣化診斷。 [解決課題之手段]

本發明的第一形態是有關於一種X射線產生裝置。X射線產生裝置包括X射線管、第一直流電源及第二直流電源、第一電流感測器及第二電流感測器、以及控制電路。X射線管包括：陰極及陽極，密閉於真空外圍器的內部；以及集離子導體，以與真空外圍器的內部空間接觸的方式安裝於真空外圍器。陰極包括釋放電子的電子源。陽極與陰極相向而配置，構成為藉由自電子源釋放的電子入射而放射X射線。第一直流電源對電子源施加成為電子的釋放能量的第一直流電壓。第二直流電源對陰極與陽極之間施加第二直流電壓，所述第二直流電壓用以產生以陽極為高電位側的電場。第一電流感測器測定在集離子導體與節點（node）之間流動的第一電流值，所述節點測定供給抽吸真空外圍器內的陽離子的電位。第二電流感測器測定在陽極與陰極之間流動的第二電流值。控制電路基於第二電流值與第一電流值的電流比，生成與X射線管的真空度相關的診斷資訊，所述第二電流值是施加有第一直流電壓及第二直流電壓的狀態下的由第二電流感測器所測定的電流值，所述第一電流值是施加有第一直流電壓及第二直流電壓的狀態下的由第一電流感測器所測定的電流值。

本發明的第二形態是有關於一種X射線產生裝置的診斷裝置，所述X射線產生裝置包括X射線管，所述X射線管包括：陽極及陰極，密閉於真空外圍器的內部，所述陰極包括電子源；以及集離子導體，以與真空外圍器的內部空間接觸的方式，安裝於真空外圍器。診斷裝置包括電流感測器及控制電路。電流感測器測定在集離子導體與節點之間流動的第一電流值，所述節點供給抽吸真空外圍器內的陽離子的電位。控制電路在X射線產生裝置中，在如下的狀態下，即，在對電子源施加有成為電子的釋放能量的第一直流電壓，並且對陰極與陽極之間施加有第二直流電壓的狀態下，自X射線產生裝置獲取在X射線管的陽極與陰極之間流動的第二電流值的測定值，並且基於所獲取的所述第二電流值與由電流感測器所測定的第一電流值的電流比，生成與X射線管的真空度相關的診斷資訊，所述第二直流電壓用以產生以陽極為高電位側的電場的第二直流電壓。

本發明的第三形態是一種X射線產生裝置的診斷方法，所述X射線產生裝置包括X射線管，所述X射線管包括：陽極及陰極，密閉於真空外圍器的內部，所述陰極包括電子源；以及集離子導體，以與真空外圍器的內部空間接觸的方式安裝於真空外圍器，所述X射線產生裝置的診斷方法包括如下的步驟：對電子源施加成為電子的釋放能量的第一直流電壓，並且對陰極與陽極之間施加第二直流電壓，所述第二直流電壓用以產生以陽極為高電位側的電場；測定第一電流值，所述第一電流值是在施加有第一直流電壓及第二直流電壓的狀態下的在集離子導體與節點之間流動的電流值，所述節點供給抽吸真空外圍器內的陽離子的電位；測定第二電流值，所述第二電流值是在施加有第一直流電壓及第二直流電壓的狀態下的在X射線管的陽極與陰極之間流動的電流值；以及基於所測定的第二電流值、與所測定的第一電流值的電流比，生成與X射線管的真空度相關的診斷資訊。 [發明的效果]

根據本發明，可藉由簡單的構成，而以高精度執行X射線管的劣化診斷。

以下，參照圖式，對本發明的實施形態進行詳細說明。另外，以下，對圖中的相同或相當部分標註相同符號，並且在原則上不重覆其說明。

圖1是說明作為比較例而表示的一般的X射線產生裝置的構成的方塊圖。

參照圖1，比較例的X射線產生裝置100＃包括框體110、X射線管120、直流電源160及直流電源170。X射線管120藉由利用真空外圍器121加以密閉，而使內部保持為真空。

X射線管120包括密閉於真空外圍器121的內部的陰極140及陽極150。在陰極140的表面，安裝燈絲145。在陽極150的表面，在與燈絲145相向的位置，形成靶材155。

在燈絲145，連接著直流電源160。直流電源160的輸出電壓Vf一般為10（V）左右。藉由利用直流電源160對燈絲145進行通電，而自燈絲145釋放經熱激勵的電子5。即，藉由直流電源160的輸出電壓Vf，而將電子5的釋放能量供給至燈絲145。

直流電源170的輸出電壓Vdc一般為數十（kV）～數百（kV）。藉由直流電源170，對陰極140與陽極150之間施加高電壓。藉此，在陰極140與陽極150之間，形成陽極150側成為高電位的電場。陽極150藉由自燈絲145釋放的電子5因所述電場而加速，與靶材155相碰撞，而產生X射線。

X射線經由配置於真空外圍器121的開口部123的X射線照射窗135，輸出至X射線管120的外部。X射線照射窗135是利用具有氣密性，且X射線透過力高的構件（例如，薄膜狀的鈹）而形成。X射線照射窗135經由凸緣形狀的固定構件130，固定於X射線管120（真空外圍器121）。固定構件130具有與真空外圍器121的內部空間的接觸區域，且構成為維持真空外圍器121的密封性，將X射線照射窗135固定保持於真空外圍器121。進而，固定構件130與框體110電性連接。

在固定構件130，藉由螺固等而安裝成為X射線的供給對象的外部設備500。外部設備500具有代表性的是分析設備或醫療設備。通常，藉由在固定構件130安裝固定外部設備500，而使得框體110及固定構件130藉由與外部設備500共同的地線（earth）而接地。

X射線管120儲存於填充有絕緣油115的框體110的內部。絕緣油115使被施加高電壓的X射線管120與框體110電性絕緣，並且亦具有X射線管120的冷卻功能。

藉由將直流電源160及直流電源170的輸出電壓Vf、輸出電壓Vdc施加至X射線管120，而自X射線管120的X射線照射窗135輸出X射線。X射線的照射量因直流電源160及直流電源170的輸出電壓而發生變化。具體而言，藉由直流電源160的輸出電壓Vf，自燈絲145釋放的電子量發生變化，從而X射線照射量發生變化。藉由在陰極140或陽極150與直流電源170之間配置電流感測器180，可檢測取決於所述電子量的電流值Ie（以下亦稱為「射極電流（emitter current）Ie」）。又，藉由使直流電源170的輸出電壓Vdc發生變化，使對電子5進行加速的電場的強度發生變化，亦可使X射線照射量發生變化。

在本實施形態中，針對圖1所示的比較例的X射線產生裝置100＃，說明具備以非破壞方式診斷X射線管120內部的真空度的功能的構成。

圖2是說明本實施形態的X射線產生裝置的構成的方塊圖。參照圖2，本實施形態的X射線產生裝置100與圖1所示的比較例的X射線產生裝置100＃相比較，不同點在於進而包括控制電路190及電流感測器210。

電流感測器210電性連接於固定構件130與接地節點Ng之間。另外，由於固定構件130與框體110電性連接，因此即使將電流感測器210與框體110連接，亦可將電流感測器210電性連接於固定構件130與接地節點Ng之間。如以下說明，電流感測器210在診斷模式下，檢測電流值Ii。

控制電路190包括中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）191、記憶體192、輸入輸出（input/output，I/O）電路193及電子電路194。CPU 191、記憶體192及I/O電路193可經由匯流排195，相互進行訊號的收發。電子電路194構成為藉由專用的硬體來執行規定的運算處理。電子電路194可在CPU 191與I/O電路193之間進行訊號的收發。

控制電路190接受模式輸入、以及電流感測器180、電流感測器210所獲得的電流Ie、電流Ii的檢測值，並且輸出表示診斷模式下的真空度的診斷結果的診斷資訊。控制電路190具有代表性的是包括微電腦（micro computer）。另外，以下，主要說明利用控制電路190在診斷模式下進行的處理，但是圖2所示的訊號例並非意味著必須配置診斷模式專用的微電腦。例如，在比較例的X射線產生裝置100＃中，亦可藉由在為了控制X射線的產生而配置的微電腦（未圖示），藉由追加軟體等而追加後述診斷模式功能，來構成控制電路190。因此，本實施形態的X射線產生裝置100相對於比較例的X射線產生裝置100＃，僅藉由在硬體方面追加配置電流感測器210即可實現。

X射線產生裝置100具有用以照射X射線的X射線產生模式、以及診斷模式。X射線產生模式及診斷模式可藉由響應於使用者的按鈕操作等的對控制電路190的模式輸入來選擇。

X射線產生模式下的X射線產生裝置100的運作與圖1的X射線產生裝置100＃相同，因此不重覆進行詳細說明。此外，在X射線產生裝置100中，在診斷模式下，直流電源160與陰極140的連接關係亦與X射線產生模式相同。同樣地，在陰極140與陽極150之間，亦以與X射線產生模式相同的極性，施加直流電源170的輸出電壓Vdc。即，直流電源160對應於「第一直流電源」的一個實施例，輸出電壓Vf對應於「第一直流電壓」的一個實施例。同樣地，直流電源170對應於「第二直流電源」的一個實施例，輸出電壓Vdc對應於「第二直流電壓」的一個實施例。

藉由自X射線管120的零件出來的吸藏氣體或由於因電子碰撞所引起的熱而產生的氣體等，而使得存在於X射線管120的內部空間的氣體分子7增加，藉此X射線管120的真空度劣化。氣體分子7在藉由電子5碰撞而離子化後，變為陽離子9。

固定構件130藉由包括電流感測器210的路徑200，而與供給接地電位GND的接地節點Ng電性連接，因此產生於X射線管120的內部空間的陽離子9被抽吸至固定構件130。藉此，在路徑200，產生取決於在真空外圍器121的內部產生的陽離子量的電流值Ii（以下亦稱為「離子電流Ii」）。藉由電流感測器210，可測定所述離子電流Ii。同時，在電流感測器180中，與X射線產生時同樣地，可測定取決於自燈絲145的電子釋放量的射極電流Ie。射極電流Ie的值對應於「第二電流值」，電流感測器180對應於「第二電流感測器」的一個實施例。又，離子電流Ii的值對應於「第一電流值」，電流感測器210對應於「第一電流感測器」或「電流感測器」的一個實施例。

又，在圖2的構成中，當如圖1所示，固定構件130或框體110藉由外部設備500等，藉由不含電流感測器210的路徑而接地時，由於電流感測器210的兩端為相同電位，因此無法藉由電流感測器210而測定離子電流Ii。因此，藉由自固定構件130拆下外部設備500，使固定構件130及框體110藉由包含電流感測器210的路徑200而接地，可藉由電流感測器210來檢測離子電流Ii。進而，拆下外部設備500之後，相對於X射線照射窗135安裝用以屏蔽X射線的構件。

即，在圖2中，固定構件130對應於「集離子導體」的一個實施例，接地節點Ng對應於「供給抽吸陽離子的電位的節點」的一個實施例。藉此，可相對於比較例的X射線產生裝置100＃，不追加新的構件（硬體），而構成真空度診斷用的「集離子導體」。另外，只要是可抽吸陽離子9的電位，亦可在供給接地電位GND以外的所述電位的節點與固定構件130之間，電性連接電流感測器210。

通常，密閉空間的真空度是藉由所述空間的內部壓力而定量評估。特別是在X射線產生裝置中，因X射線管120的內部的真空度的劣化而導致的放電的產生成為劣化診斷的要點，在此種水準為止的真空度劣化（壓力上升）之前，以非破壞方式診斷真空度的劣化很重要。

在圖3中，示出表示放電特性的帕申曲線的一例。在圖3的橫軸，表示壓力（Pa），在縱軸表示放電電壓（V）。另外，圖3的縱軸及橫軸兩者為對數標尺，在圖中的每個格子中，壓力及放電電壓為十倍。

如眾所周知，帕申曲線是由帕申法則而求出，所述帕申法則表示放電電壓與真空度、電極間距離及每種氣體的常數的關係。如後所述，為了驗證本實施形態的真空度診斷，發明者等人包括實際產生有放電的劣化品在內，實際進行了以X射線管為對象的測定實驗。在圖3中，表示關於四種氣體（氦氣、氮氣、水蒸氣及大氣）的帕申曲線301～帕申曲線304，所述帕申曲線301～帕申曲線304是藉由對成為測定實驗的對象的X射線管的實際的內部氣體進行分析而獲得。

參照圖3，由帕申曲線301～帕申曲線304，可理解在取決於氣體的種類而不同的電壓下產生放電。由帕申曲線301～帕申曲線303可理解，在壓力為Px（以下亦稱為「放電壓力Px」）以上的區域內產生放電，由帕申曲線304可理解，在壓力為Py以上的區域內產生放電。因此，在以該些X射線管為對象的真空度的診斷中，需要在較放電壓力Px更靠低壓側的範圍內，定量地評估相對於放電壓力Px的餘裕度的資訊。

在圖4中，示出藉由本實施形態的X射線產生裝置100的真空度診斷而獲得的X射線管的實測資料。在圖4中，表示如下的實驗結果：作為將用於氣體分析的經開口的測定對象的X射線管設置於真空腔內的狀態，使真空腔內的壓力發生變化，測定所述離子電流Ii及射極電流Ie。

在圖4的橫軸，以對數軸表示經測定的射極電流Ie與離子電流Ii的電流比（Ii/Ie）。另一方面，在縱軸，以對數軸表示真空腔內的壓力P（Pa）的測定值。實驗是將同一機種的多個X射線管作為測定對象而執行，在圖4中，針對每個X射線管，以不同的標記，標繪電流比（Ii/Ie）及壓力P的實測值的組合。

自圖4可理解，在（Ii/Ie）小的區域內，相對於同一壓力值的（Ii/Ie）的值在X射線管的每個個體中有偏差。另一方面可理解，若（Ii/Ie）不斷上升，則個體差消除，從而存在相對於同一壓力值的（Ii/Ie）為大致相等的區域300。在所述區域300內，對數曲線圖上的相對於（Ii/Ie）的變化的壓力P的變化的傾斜度為大致固定。

以下，不論X射線管的個體差如何，將如下的所述區域300亦稱為「診斷區域300」，所述區域300是將相對於（Ii/Ie）的P的特性在對數曲線圖上標繪於大致相同的直線上的區域。可理解在診斷區域300內，不論X射線管的個體差如何，均可使用（Ii/Ie）來定量地推斷X射線管120的內部壓力。又，由所述診斷區域300覆蓋的壓力範圍的下限值Pmin是圖3所示的放電壓力Px的1/10⁴ 倍的級別。

因此，根據本實施形態，可理解能夠基於電流比（Ii/Ie），在Px・（1/10⁴ ）以上的壓力範圍內，以非破壞方式診斷朝向放電壓力Px的壓力的上升，即，真空度的劣化。

在圖5中，表示圖4的散佈圖之中的診斷區域300的放大圖。在圖5中，以同一標記標繪有圖4所示的多個X射線管中的測定資料，且一併標明有特性線310，所述特性線310是作為藉由統計處理而獲得的回歸直線而獲得。即，在診斷區域300中，藉由表示特性線310的下述式（1），可推斷與電流比（Ii/Ie）的k乘方成比例的壓力P（Pa）。

P＝C・（Ii/Ie）^k ……（1）另外，式（1）中的常數C及常數k是X射線管120的每個機種的固定值，在同一機種的X射線管中可作為同一值來處理。因此，藉由針對組裝至X射線產生裝置100的機種的X射線管120預先進行測定實驗，可預先規定常數C及常數k。即，特性線310或式（1）相當於「預定的電流比與真空外圍器121的內部的壓力的對應關係」的一個實施例。表示特性線310或式（1）的資訊預先記憶於記憶體192。

控制電路190可使用預先記憶於記憶體192的表示特性線310或式（1）的資訊、與自電流感測器180、電流感測器210的測定值算出的電流比（Ii/Ie），而算出X射線管120（真空外圍器121）的內部的壓力推斷值。

例如，藉由針對如上所述而算出的壓力推斷值P，預先規定低於放電壓力Px的臨限值Pth，可顯示表示是否P＞Px的真空度的診斷資訊。另外，亦可將臨限值Pth設定為多個階段，以由多個級別表示真空度的劣化度（壓力的上升度）的方式，生成真空度的診斷資訊。或者，作為定量的真空度的診斷資訊，亦可算出壓力推斷值P與臨限值Pth或放電壓力Px的壓力差。藉由換算成與X射線管120內的放電產生直接關聯的物理量即壓力，提供容易形成真空度劣化的影像的診斷資訊，可令使用者的方便性提高。

又，可按照特性線310，與所述壓力的臨限值Pth相對應，而預先規定電流比（Ii/Ie）的臨限值Jth。藉此，可基於單個階段或多個階段的臨限值Jth、與電流比（Ii/Ie）的測定值的比較生成真空度的診斷資訊。或者，作為定量的真空度的診斷資訊，亦可算出電流比（Ii/Ie）的測定值與臨限值Jth的差。

圖6是說明本實施形態的X射線產生裝置的診斷模式下的控制處理的流程圖。圖6的控制處理例如可藉由控制電路190而執行。

參照圖6，控制電路190藉由步驟510，藉由對控制電路190的模式輸入，而判定診斷模式是否導通。當診斷模式導通時（步驟510的是（YES）判定時），開始步驟520以後的診斷模式的處理。另一方面，當診斷模式斷開時，即，在X射線產生模式下（步驟510的否（NO）判定時），不啟動步驟520以後的處理。

在步驟520中，控制電路190將固定構件130設為「集離子導體」，使直流電源160及直流電源170工作。藉此，如圖2中所說明，藉由直流電源170的輸出電壓Vdc所形成的電場而對電子5進行加速，所述電子5是藉由直流電源160對燈絲145的通電而釋放。而且，藉由將陽離子9抽吸至所述集離子導體，而產生離子電流Ii，所述陽離子9是藉由電子5與氣體分子7相碰撞而產生。

在步驟520的狀態下，控制電路190藉由步驟530而自電流感測器180的檢測值測定射極電流Ie，且藉由步驟540，而自電流感測器210的檢測值測定離子電流Ii。另外，步驟530及步驟540既可以相反的順序執行，亦可同時執行。

如上所述，當成為集離子導體的固定構件130、或與固定構件130電性連接的框體110，藉由不含電流感測器210的路徑而接地時，在步驟540中，離子電流Ii的測定值成為0。因此，與步驟540一併，進而執行步驟541，即，將步驟540中的離子電流Ii的測定值與判定值ε進行比較。

當判定為Ii＜ε即，Ii＝0時（步驟541的是判定時），較佳為藉由步驟542，而輸出促使確認框體110及固定構件130的狀態的訊息，具體而言，輸出促使確認框體110或固定構件130（集離子導體）未與電流感測器210以外的構件電性連接的訊息，而使診斷模式的處理暫時結束。

另一方面，控制電路190在藉由步驟540而可測定離子電流Ii的情況下（步驟541的是判定時），藉由步驟550，而基於電流比（Ii/Ie）生成診斷資訊。如上所述，診斷資訊可使用基於來自電流比（Ii/Ie）的壓力推斷值與臨限值Pth（圖5）的關係的資訊、或基於電流比（Ii/Ie）與臨限值Jth（圖5）的關係的資訊。

控制電路190藉由步驟560，而輸出在步驟550中生成的診斷資訊，並且藉由步驟570，而使診斷模式正常結束。步驟560的輸出形態並無特別限定。例如，診斷資訊既可以使用在特定的顯示畫面（未圖示）可辨認的文字、數字、插圖等的形態輸出，亦可藉由發光二極體（light-emitting diode，LED）等燈的點燈及非點燈而輸出。或者，診斷資訊亦可以經由網際網路等，發送至服務中心的伺服器的形態而輸出。

根據如上所述本實施形態的X射線產生裝置，可基於離子電流Ii與射極電流Ie的電流比（Ii/Ie），診斷真空度的劣化。此處，X射線管120的真空度取決於存在於X射線管120的內部空間的氣體分子7的數量。藉由離子電流Ii，與專利文獻2的測定電流同樣地，陽離子9可定量地檢測陽離子量，所述陽離子量是藉由氣體分子7與電子5相碰撞而產生，但是陽離子量不僅受到存在於X射線管120的內部空間的氣體分子7的數量影響，而且受到來自燈絲145的電子釋放量影響。

因此，藉由使用取決於來自燈絲145的電子釋放量的射極電流Ie與離子電流Ii的電流比（Ii/Ie），可與利用單獨的離子電流Ii的診斷相比，以更高精度診斷存在於X射線管120的內部空間的氣體分子7的數量，即，真空度。

又，在X射線產生裝置100中，可不使直流電源160及直流電源170、和陰極140與陽極150之間的連接關係，自X射線產生模式發生變化，而使框體110及固定構件130作為「集離子導體」而起作用。即，無需配置如下的機構，亦即，在X射線產生模式與診斷模式之間切換對陰極140及陽極150的施加電壓的機構，因此能夠以較專利文獻2更簡單的構成進行真空度的診斷。

進而，在本實施形態1的X射線產生裝置100中，關於直流電源170的輸出電壓Vdc，較佳為在X射線產生模式與診斷模式之間切換。

圖7是說明本實施形態的X射線產生裝置100中的直流電源170的控制處理的流程圖。圖7所示的控制處理可藉由控制電路190而執行。

參照圖7，控制電路190藉由步驟610，而判斷是否為診斷模式。在並非診斷模式的情況下，即，在X射線產生模式的情況下（步驟610的否判定時），藉由步驟630，而設定為直流電源170的輸出電壓Vdc＝Vh。Vh與比較例的X射線產生裝置100＃中的輸出電壓Vdc相等，為數十（kV）～數百（kV）左右。

另一方面，控制電路190在診斷模式的情況下（步驟610的是判定時），藉由步驟620，而設定為直流電源170的輸出電壓Vdc＝Vm。Vm是低於X射線產生模式下的Vh的電壓，例如，可設為100（V）左右。在X射線管120的內部的放電易於藉由施加高電壓而產生，因此可藉由降低輸出電壓Vdc，而防止診斷時的放電的產生，從而穩定地執行診斷模式。又，亦可抑制多餘的X射線的產生。

圖7所示的輸出電壓Vdc的控制可藉由如下的方式而實現：藉由利用具有輸出電壓的變更功能的電力轉換器構成直流電源170，而自控制電路190對直流電源170，發出切換輸出電壓Vdc的指令值的訊號、或輸出電壓Vdc的指令值。

另外，在本實施形態中，X射線管120的內部結構為一例，只要包括陰極及陽極，所述陰極包括釋放電子的燈絲、所述陽極藉由電子的照射而產生X射線，便可對任意結構的X射線管，應用基於射極電流Ie及離子電流Ii的電流比的測定值而進行的本實施形態的真空度的診斷。

又，在本實施形態中，已說明內置有真空度的診斷功能的X射線產生裝置100的構成，但亦可構成將電流感測器210及控制電路190形成為一個單元的「診斷裝置」。例如，可構成為：藉由將診斷裝置安裝於已拆下外部設備500的固定構件130、或與固定構件電性連接的框體110，可相對於固定構件130形成圖2所示的路徑200，所述診斷裝置在框體內一體地儲存有電流感測器210及控制電路190。此時，控制電路190可在診斷模式下，獲取X射線產生裝置100的電流感測器180的射極電流Ie的測定值，算出與診斷裝置側的電流感測器210的離子電流Ii的測定值的電流比（Ii/Ie）而生成診斷資訊。

最後，對本實施形態中所揭示的X射線產生裝置、以及其診斷裝置與診斷方法進行總括。

本揭示的第一形態是有關於一種X射線產生裝置（100）。X射線產生裝置包括X射線管（120）、第一直流電源（160）及第二直流電源（170）、第一電流感測器（210）及第二電流感測器（180）、以及控制電路（190）。X射線管包括：陰極（140）及陽極（150），密閉於真空外圍器（121）的內部；以及集離子導體（130），以與真空外圍器的內部空間接觸的方式安裝於真空外圍器。陰極包括釋放電子的電子源（145）。陽極與陰極相向而配置，構成為藉由自電子源釋放的電子入射而放射X射線。第一直流電源對電子源施加成為電子的釋放能量的第一直流電壓(Vf)。第二直流電源對陰極與陽極之間施加第二直流電壓(Vdc)，所述第二直流電壓(Vdc)用以產生以陽極為高電位側的電場。第一電流感測器測定在集離子導體(130)與節點(Ng)之間流動的第一電流值(Ii)，所述節點(Ng)供給抽吸真空外圍器內的陽離子的電位。第二電流感測器測定在陽極與陰極之間流動的第二電流值(Ie)。控制電路基於第二電流值與第一電流值的電流比(Ii/Ie)，生成與X射線管的真空度相關的診斷資訊，所述第二電流值是在施加有第一直流電壓及第二直流電壓的狀態下的由第二電流感測器所測定的電流值，所述第一電流值是在施加有第一直流電壓及第二直流電壓的狀態下的由第一電流感測器所測定的電流值。

根據所述第一形態，藉由使用第一電流值與第二電流值的電流比，可在X射線產生裝置中具備如下的功能，即，與利用單獨的第一電流值的診斷相比，以更高精度診斷存在於X射線管的內部空間的氣體分子的數量，即，真空度，所述第一電流值取決於藉由在X射線管(真空外圍器)的內部氣體分子與電子相碰撞而產生的陽離子量，所述第二電流值取決於來自電子源的釋放電子量。

在本揭示的第一形態的實施形態中，控制電路(190)包括記憶部(192)。在記憶部，儲存預定的表示X射線管(120)的電流比(Ii/Ie)與真空外圍器的內部的壓力的對應關係(特性線 310)的資訊。診斷資訊利用壓力推斷值而生成，所述壓力推斷值是使用第一電流感測器及第二電流感測器(180、210)的測定值的電流比及對應關係而算出。

藉由設為如上所述的構成，換算成與X射線管內的放電產生直接關聯的物理量即壓力，提供容易形成真空度劣化的影像的診斷資訊，可令使用者的方便性提高。

或者，在本揭示的第一形態的實施形態中，X射線管(120)進而包括X射線照射窗(135)及固定構件(130)。X射線照射窗配置於真空外圍器(121)的開口部，並且由具有氣密性且使X射線透過的材料形成。固定構件維持真空外圍器的密封性，將X射線照射窗固定保持於真空外圍器。集離子導體包括固定構件。

藉由設為如上所述的構成，可不追加新的構件(硬體)，而構成真空度診斷用的「集離子導體」。

又，在本揭示的第一形態的實施形態中，X射線產生裝置(100)的運作模式包括：第一模式，輸出X射線；以及第二模式，藉由診斷資訊的生成而進行與真空度相關的診斷。第二模式下的第二直流電壓(Vdc)被控制成低於第一模式下的第二直流電壓的電壓。

藉由設為如上所述的構成，可防止放電的產生，從而穩定地執行真空度的診斷，並且可抑制多餘的X射線的產生。

本發明的第二形態是有關於一種包括X射線管(120)的X射線產生裝置（100）的診斷裝置。X射線管（120）包括：陽極（150）及陰極（140），密閉於真空外圍器（121）的內部，所述陰極（140）包括電子源（145）；以及集離子導體（130），以與真空外圍器的內部空間接觸的方式安裝於真空外圍器。診斷裝置包括電流感測器（210）及控制電路（190）。電流感測器測定在集離子導體（130）與節點（Ng）之間流動的第一電流值（Ii），所述節點（Ng）供給抽吸真空外圍器內的陽離子的電位。控制電路（190）在X射線產生裝置（100）中，在對電子源施加有成為電子的釋放能量的第一直流電壓（Vf），並且對陰極與陽極之間施加有第二直流電壓（Vdc）的狀態下，自X射線產生裝置獲取在X射線管的陽極與陰極之間流動的第二電流值（Ie）的測定值，並且基於所獲取的所述第二電流值與由電流感測器所測定的第一電流值的電流比（Ii/Ie），生成與X射線管的真空度相關的診斷資訊，所述第二直流電壓（Vdc）用以產生以陽極為高電位側的電場。

根據所述第二形態，藉由安裝於X射線產生裝置的診斷裝置，藉由使用第一電流值與第二電流值的電流比，可與利用單獨的第一電流值的診斷相比，以更高精度診斷存在於X射線管的內部空間的氣體分子的數量，即，真空度，所述第一電流值取決於在X射線管（真空外圍器）的內部氣體分子與電子相碰撞而產生的陽離子量，所述第二電流值取決於來自電子源的釋放電子量。

本發明的第三形態是有關於一種包括X射線管（120）的X射線產生裝置（100）的診斷方法。X射線管（120）包括：陽極（150）及陰極（140），密閉於真空外圍器（121）的內部，所述陰極（140）包括電子源（145）；以及集離子導體（130），以與真空外圍器的內部空間接觸的方式安裝於真空外圍器。診斷方法包括：步驟（520），對電子源施加成為電子的釋放能量的第一直流電壓（Vf），並且對陰極與陽極之間施加第二直流電壓（Vdc），所述第二直流電壓（Vdc）用以產生以陽極為高電位側的電場；步驟（540），測定在施加有第一直流電壓及第二直流電壓的狀態下的集離子導體（130）與節點（Ng）之間流動的第一電流值（Ii），所述節點（Ng）供給抽吸真空外圍器內的陽離子的電位；步驟（530），測定在施加有第一直流電壓及第二直流電壓的狀態下的X射線管的陽極與陰極之間流動的第二電流值（Ie）；以及步驟（550），基於所測定的第二電流值與所測定的第一電流值的電流比，生成與X射線管的真空度相關的診斷資訊。

根據所述第三形態，在X射線產生裝置中，藉由使用第一電流值與第二電流值的電流比，可與利用單獨的第一電流值的診斷相比，以更高精度診斷存在於X射線管的內部空間的氣體分子的數量，即，真空度，所述第一電流值取決於在X射線管（真空外圍器）的內部氣體分子與電子相碰撞而產生的陽離子量，所述第二電流值取決於來自電子源的釋放電子量。

應認為，此次所揭示的實施形態在所有方面均為例示，而非限制性。本發明的範圍是藉由申請專利範圍而非所述說明來揭示，且意圖包括與申請專利範圍同等的含義及範圍內的所有變更。

5:電子 7:氣體分子 9:陽離子 100、100＃:X射線產生裝置 110:框體 115:絕緣油 120:X射線管 121:真空外圍器 123:開口部 130:固定構件（集離子導體） 135:X射線照射窗 140:陰極 145:燈絲（電子源） 150:陽極 155:靶材 160:直流電源（第一直流電源） 170:直流電源（第二直流電源） 180:電流感測器（射極電流、第二電流感測器） 190:控制電路 191:CPU 192:記憶體（記憶部） 193:I/O電路 194:電子電路 195:匯流排 200:路徑 210:電流感測器（離子電流、第一電流感測器） 300:診斷區域 301～304:帕申曲線 310:特性線（電流比-壓力） 500:外部設備 510、520、530、540、541、542、550、560、570、610、620、630:步驟 C、k:常數 GND:接地電位 Ie:射極電流（第二電流值） Ii:離子電流（第一電流值） Ii/Ie:電流比 Jth、Pth:臨限值 Ng:節點（接地節點） P:壓力（壓力推斷值） Pmin:下限值 Px:放電壓力（壓力） Py:壓力 Vdc:輸出電壓（第二直流電壓） Vf:輸出電壓（第一直流電壓）

圖1是說明作為比較例而表示的一般的X射線產生裝置的構成的方塊圖。圖2是說明本實施形態的X射線產生裝置的構成的方塊圖。圖3是表示帕申（Paschen）曲線的一例的對數曲線圖。圖4是表示藉由本實施形態的X射線產生裝置100的真空度診斷而獲得的X射線管的實測資料的散佈圖。圖5是圖4的曲線圖的局部區域的放大圖。圖6是說明本實施形態的X射線產生裝置的診斷模式下的控制處理的流程圖。圖7是說明本實施形態的X射線產生裝置的直流電源的控制處理的流程圖。

5:電子

7:氣體分子

9:陽離子

100:X射線產生裝置

110:框體

115:絕緣油

120:X射線管

121:真空外圍器

123:開口部

130:固定構件(集離子導體)

135:X射線照射窗

140:陰極

145:燈絲(電子源)

150:陽極

155:靶材

160:直流電源(第一直流電源)

170:直流電源(第二直流電源)

180:電流感測器(射極電流、第二電流感測器)

190:控制電路

191:CPU

192:記憶體(記憶部)

193:I/O電路

194:電子電路

195:匯流排

200:路徑

210:電流感測器(離子電流、第一電流感測器)

GND:接地電位

Ie:射極電流(第二電流值)

Ii:離子電流(第一電流值)

Ng:節點(接地節點)

Vdc:輸出電壓(第二直流電壓)

Vf:輸出電壓(第一直流電壓)

Claims

一種X射線產生裝置，包括：X射線管，其包括：陰極及陽極，密閉於真空外圍器的內部；以及集離子導體，以與所述真空外圍器的內部空間接觸的方式安裝於所述真空外圍器；所述陰極包括釋放電子的電子源，所述陽極與所述陰極相向而配置，構成為藉由自所述電子源釋放的電子入射，而放射X射線，所述X射線產生裝置進而包括：第一直流電源，對所述電子源施加成為所述電子的釋放能量的第一直流電壓；第二直流電源，對所述陰極與所述陽極之間施加第二直流電壓，所述第二直流電壓用以產生以所述陽極為高電位側的電場；第一電流感測器，測定在所述集離子導體與節點之間流動的第一電流值，所述節點供給抽吸所述真空外圍器內的陽離子的電位；第二電流感測器，測定在所述陽極與所述陰極之間流動的第二電流值；以及控制電路，基於所述第二電流值與所述第一電流值的電流比，生成與所述X射線管的真空度相關的診斷資訊，所述第二電流值是施加有所述第一直流電壓及所述第二直流電壓的狀態下的由所述第二電流感測器所測定的電流值，所述第一電流值是施加有所述第一直流電壓及所述第二直流電壓的狀態下的由所述第一電流感測器所測定的電流值。
如請求項1所述的X射線產生裝置，其中所述控制電路包括記憶部，所述記憶部儲存預定的表示所述X射線管的所述電流比與所述真空外圍器的內部壓力的對應關係的資訊，所述診斷資訊是利用壓力推斷值而生成，所述壓力推斷值是使用所述第一電流感測器及所述第二電流感測器的測定值的所述電流比與所述對應關係而算出。
如請求項1所述的X射線產生裝置，其中所述X射線管進而包括：X射線照射窗，配置於所述真空外圍器的開口部，由具有氣密性並且使所述X射線透過的材料形成；以及固定構件，維持所述真空外圍器的密封性，將所述X射線照射窗固定保持於所述真空外圍器；且所述集離子導體包括所述固定構件。
如請求項1所述的X射線產生裝置，其中所述X射線產生裝置的運作模式包括：第一模式，輸出所述X射線；以及第二模式，藉由所述診斷資訊的生成而進行與所述真空度相關的診斷；所述第二模式下的所述第二直流電壓被控制成低於所述第一模式下的所述第二直流電壓的電壓。
一種X射線產生裝置的診斷裝置，所述X射線產生裝置包括X射線管，所述X射線管包括：陽極及陰極，密閉於真空外圍器的內部，所述陰極包括電子源；以及集離子導體，以與所述真空外圍器的內部空間接觸的方式安裝於所述真空外圍器，且所述診斷裝置包括：電流感測器，測定在所述集離子導體與節點之間流動的第一電流值，所述節點供給抽吸所述真空外圍器內的陽離子的電位；以及控制電路，在所述X射線產生裝置中，在如下的狀態下，即，在對所述電子源施加有成為電子的釋放能量的第一直流電壓，並且對所述陰極與所述陽極之間施加有第二直流電壓的狀態下，自所述X射線產生裝置獲取在所述X射線管的所述陽極與所述陰極之間流動的第二電流值的測定值，並且基於所獲取的所述第二電流值、與由所述電流感測器所測定的所述第一電流值的電流比，生成與所述X射線管的真空度相關的診斷資訊，所述第二直流電壓用以產生以所述陽極為高電位側的電場。
一種X射線產生裝置的診斷方法，所述X射線產生裝置包括X射線管，所述X射線管包括：陽極及陰極，密閉於真空外圍器的內部，所述陰極包括電子源；以及集離子導體，以與所述真空外圍器的內部空間接觸的方式安裝於所述真空外圍器，且所述X射線產生裝置的診斷方法包括如下的步驟：對所述電子源施加成為電子的釋放能量的第一直流電壓，並且對所述陰極與所述陽極之間施加第二直流電壓，所述第二直流電壓用以產生以所述陽極為高電位側的電場；測定第一電流值，所述第一電流值是在施加有所述第一直流電壓及第二直流電壓的狀態下的所述集離子導體與節點之間流動的電流值，所述節點供給抽吸所述真空外圍器內的陽離子的電位；測定第二電流值，所述第二電流值是在施加有所述第一直流電壓及所述第二直流電壓的狀態下的所述X射線管的所述陽極與所述陰極之間流動的電流值；以及基於所測定的所述第二電流值、及所測定的所述第一電流值的電流比，生成與所述X射線管的真空度相關的診斷資訊。