WO2004066344A1 - Ｘ線管装置 - Google Patents

Abstract

この発明は、透視撮影に適した線量のＸ線を長時間に亘って出力できるＸ線管装置を提供するもので、小焦点用フィラメント７２，７３を、大焦点用フィラメント７１の両側に、大焦点用フィラメント７１の中心からの距離が概ね等しくなるように、かつ個々の小焦点用フィラメントの周囲を囲む収束電極７０ｂ，７０ｃの陰極本体７ａとの傾斜角を２０～４０°の範囲で概ね等しい角度に設置している。

Description

明 細 書

X線管装置

技術分野

こ の発明は、 透視撮影に適した線量の X線を長時間に亘っ て出力可能な X線管装置に関する。

背景技術

医療用診断装置や非破壊検査装置の分野では、 検査対象す なわち被写体の撮影に、 X線が広く利用されている。 なお、 例えば被写体の X線画像を静止画を撮像する場合は、 主と し て增感紙やフ ィ ルムが利用され、 例えば動画情報を得るため には、 X線イ メージ管 （ X線検出器） が利用されている。

今 日 、 X線ィ メ ージ管を用いた被写体の撮像方法において 焦点の異なる 2つのフィ ラメ ン ト を用い、 透視線量で小焦点 の X線を照射して動画情報を得る一方で、 特定の条件または 撮像対象画面において、 静止画用の大焦点で大きな線量の X 線を照射して静止画を得る方法が広く 利用されている。

なお、 大きな焦点のフ ィ ラ メ ン ト 2 1 a と小さい焦点のフ ィ ラメ ン ト 2 1 b を有する回転陽極型 X線管が、 例えば特開 2 0 0 2 - 8 3 5 6 0号公報に、 既に提案されている。

また、 2個の集束溝 7 のそれぞれに、 ア ンカー 4 を介して 2 つの フ ィ ラメ ン ト 3 が設けられている回転陽極 X線管が、 特開平 6 — 2 9 0 7 2 1 号公報に、 既に提案されている。

上述した X線イ メージ管を用いて透視線量で小焦点の X線 を照射して被写体の動画を得るに際して、 今日、 動画であつ てもできるだけ解像度の高い画像が得られる こ とが望まれて いる。

しかしながら、 透視線量を提供するために小焦点のフィ ラ メ ン トに供給される電流を増大する と、 フ ィ ラ メ ン トの動作 温度が上昇して、 フィ ラメ ン トの寿命が加速度的に短く なる 問題がある。

このこ とは、 静止画用の大焦点のフィ ラメ ン トが寿命に達 する以前に X線管の交換を必要とするこ とから、 X線管が組 み込まれる医療用診断装置や非破壌検査装置のラ ンニングコ ス ト を増大させる こ と と なる。 なお、 特に医療用診断装置に おいては、 検査を中断した り 、 待ち時間を取る こ とができな い場合もあ り 、 単純にフ ィ ラメ ン ト （または X線管装置） を 交換すればよいという ものでもない。

発明の開示

この発明は、 透視線量で小焦点の X線を照射して被写体の 動画を得る に際し、 透視撮影に適 した線量の X線を長時間に 亘つて出力可能な X線管装置を提供する こ と を目的とする。

この発明は、 上述した問題点に基づきなされたもので、 X 線を発生する陽極と、 前記陽極に衝突可能に熱電子を発生す るフ ィ ラ メ ン トおよびフ ィ ラ メ ン ト によ り発生された熱電子 を収束させて前記陽極の所定の位置に焦点を形成する収束電 極とからなる電子銃と、 を有する X線管装置において、 前記 フィ ラ メ ン トは、 少なく と も 2つあ り 、 少なく と も 2つの前 記フ ィ ラ メ ン トは、 前記電子銃を構成する陰極本体に設けら れた凹部の奥行き方向の最も奥まった位置から各々対角の位 置に配置されている こ と を特徴とする X線管装置である。 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の実施の形態が適用可能な X線管装置の一 例を説明する概略図。

図 2 は、 図 1 に示した X線管装置の陰極電子銃のフィ ラメ ン トおよび収束電極と陽極の焦点位置との関係の一例を説明 する概略図。

図 3 は、 図 2 に示した陰極電子銃のフィ ラメ ン トおよび収 束電極の平面図。

図 4は、 図 1 に示した X線管装置の陰極電子銃のフィ ラ メ ン トおよび収束電極に適用可能な変形例の一例を説明する概 略図。

図 5 は、 図 4 に示した陰極電子銃のフィ ラメ ン トおよび収 束電極の平面図。

発明を実施するための最良の形態

以下、 図面を参照してこの発明の実施の形態について説明 する。

図 1 に示される通 り 、 例えば X線画像を検出する X線ィメ ージ管に X線透視像を投影可能に設け られる X線管装置 1 は 所定波長および所定強度の X線を所定の方向に向けて放射可 能な X線管本体 2 を有 している。 なお、 X線管装置 1 内には X線管本体 2 を気密支持する絶縁油 3 が満たされている。 ま た、 X線管装置 1 の所定の位置には、 X線管本体 2内部に設 けられる回転機構 4 に推力 （磁界） を与えるためのステータ 5 が設けられている。

X線管本体 2の外囲器 6 内の所定位置には、 熱電子を放出 する陰極電子銃 7 と （陰極電子銃 7からの） 熱電子が衝突さ れる こ と によ り X線を放射する陽極 8 が設けられている。 な お、 陰極電子銃 7 と陽極 8 と は、 絶縁材 9 を介して、 相互に 絶縁されている。 また、 陽極 8 は、 回転機構 （ローター） 4 の回転軸 4 a に固定されてお り 、 ローター 4 が回転される こ と によ り所定の速度で回転される。

陰極電子銃 7は、 図 2および図 3 に示すよ う に、 陽極 8 の 所定の位置すなわち焦点位置 8 0 に、 大きな焦点 （以下、 大 焦点と略称する） 1 0 a で熱電子を衝突可能な第 1 のフ ィ ラ メ ン ト 7 1 ならびに同焦点位置 8 ◦ に、 小さい焦点 （以下、 小焦点と略称する） 1 0 b で熱電子を衝突可能な第 2および 第 3 のフィ ラメ ン ト 7 2および 7 3 力、らなる。 なお、 陰極本 体 7 a は、 第 1 ない し第 3 のフィ ラ メ ン トが設けられる領域 の全域が凹状に形成され、 第 1 のフ ィ ラ メ ン ト 7 1 と第 1 の 収束電極 7 0 a とが最も奥まった位置に収容された構造であ る。 なお、 第 1 のフィ ラ メ ン ト 7 1 には、 第 1 の焦点位置 1 0 a によ り 、 第 2 , 第 3 のフィ ラ メ ン ト 7 2 , 7 3 には、 第 2 の焦点位置 1 0 b によ り 、 所定の大き さの陰極電流が入力 される。

第 1 ない し第 3 のフ ィ ラ メ ン ト 7 1 〜 7 3 は、 それぞれの フ ィ ラメ ン ト の回 り を覆う第 1 ない し第 3 の収束電極 7 0 a 〜 7 0 c の概ね中央に位置されている。

それぞれの収束電極 7 0 a 〜 7 0 c は、 陰極電子銃 7 の主 要な部分、 すなわち陰極本体 7 a の一部が、 例えば溝状凹部 (フ ィ ラ メ ン トおよび収束電極収容部） 7 — 1 ， 7 - 2 , 7 一 3 内に、 各フ ィ ラ メ ン ト を囲むよ う に、 例えば矩形に形成 されている。 また、 第 2 , 第 3 のフィ ラ メ ン ト 7 2 ， 7 3 を 覆う 第 2およぴ第 3 の収束電極 7 0 b , 7 0 c は、 第 1 の収 束電極 7 0 a の両側に、 第 1 の収束電極 7 0 a (フ イ ラ メ ン ト 7 1 ) の中心から各々対角の位置に設け られている （溝状 凹部 7 — 2 および 7 — 3 によ り 定義される位置に、 それぞれ 設け られている） 。

なお、 第 2 の収束電極 7 0 b の開放端すなわち収束電極 7 0 b の凹部と陰極本体 7 a の表面と によ り 定義される稜線を 含む面と陰極本体 7 a の表面の う ちで全ての収束電極よ り も 突出 している部分を含む面とのなす角 ]3 i (以下、 第 1 の小焦 点フ ィ ラ メ ン ト用収束電極 7 0 b の傾斜角 と呼称する） は、. 2 0 〜 4 0 ° の範囲に設定されている。 これは、 フイ ラメ ン トからの放出熱電子が収束電極から陽極へと 円弧を描きなが ら走行するため、 収束電極と陽極のとの距離が遠い場合は傾 斜面の角度を浅く 、 逆に近い場合は、 その角度は深く 設定し ないと陽極上での焦点が重ならなく なる。

一方、 収束電極と陽極との距離は、 X線管への印加電圧に よる高圧絶縁破壊を回避するために最低限必要な距離が設定 され、 例えば医療診断用 X線管の場合は、 通常 1 3〜 1 8 m m程度に設定されている。 高圧絶縁破壊を回避する とい う 点 からは、 この距離は遠い方が有利であるが、 距離が遠い場合 は、 フィ ラメ ン トからの熱電子の陽極への到達率が低下し、 管電流特性低下 （フ ィ ラ メ ン ト電流を余分に上げないと規定 の管電流が得られなく な り 、 フィ ラメ ン ト寿命を短縮させて しま う ） と レヽ ぅ欠点を生 じる こ と になる。

従って、 収束電極と 陽極と の間の距離は、 高圧絶縁特性と 管電流特性とい う相反する特性を満足させなが ら、 適正な距 離に設定されているのが一般的である。 この距離が前述の 1 3 〜 1 8 m mの場合、 傾斜面に配置 した 2つの収束電極から 形成される小焦点同士を陽極上で重ね合わせるには、 本発明 で規定する 2 0 〜 4 0 ° が必要と なる。 この傾斜角は、 収束 電極と 陽極と の設定距離や小焦点用収束電極寸法によって、 適宜変更される ものである。 なお、 この傾斜角は浅い方が管 電流特性の点で有利と なるため、 でき るだけ浅く 設定する こ と が好ま しい。

同様に、 第 3 の収束電極 7 0 c の凹部と陰極本体 7 a の表 面と によ り 定義される稜線を含む面と陰極本体 7 a の表面の う ちで全ての収束電極よ り も突出 している部分を含む面と の なす角 ] 3 ₂ (以下、 第 2 の小焦点フ ィ ラ メ ン ト用収束電極 7 0 c の傾斜角 と呼称する） は、 2 0 〜 4 0 ° の範囲に設定され ている。 また、 好ま し く は、 傾斜角 と傾斜角 ₂は、 実質 的に等 し く 形成される こ と はい う までもない。

このよ う に、 本発明の X線管装置においては、 小焦点用の 2 つのフ ィ ラ メ ン ト 7 2 , 7 3 を、 大焦点用フィ ラ メ ン ト 7 1 の両側に、 大焦点用フ ィ ラ メ ン ト 7 1 の中心から各々 対角 の位置に、 かつ個々 の小焦点用フィ ラ メ ン トの周囲を囲む収 束電極 7 0 b ， 7 0 c の陰極本体 7 a と の傾斜角を 2 0 〜 4 0 ° の範囲で等しい角度に設置している。

これによ り 、 2つの小焦点用フ ィ ラ メ ン ト 7 2 , 7 3 に同 時に通電された場合に、 各小焦点用フ ィ ラ メ ン トから発生さ れた熱電子は、 陽極 8 の焦点位置 8 0 上で完全に重な り あ う すなわち、 2 つの小焦点用フィ ラ メ ン トからの熱電子は、 焦 点位置 8 0 上で実効焦点寸法が肥大化される こ と な く 、 陽極 8 の焦点位置 8 0 に、 正確に衝突される。

また、 2つの小焦点用フィ ラ メ ン ト 7 2 ， 7 3 に同時に通 電する こ と によ り 、 大きな透視電流を得られる にもかかわ ら ず個々 のフ ィ ラ メ ン ト に流れる加熱電流の大き さ は、 定格値 未満に低下され、 フィ ラ メ ン ト 7 2 , 7 3 の寿命は、 単独の 小焦点用フ ィ ラ メ ン ト に、 定格値を越える加熱電流を供給す る場合に比較 して、 約 1 0倍にまで向上でき る こ とが確認さ れている。

なお、 大焦点用フィ ラ メ ン ト 7 1 と 2つの小焦点用フイ ラ メ ン ト 7 2 ， 7 3 を設ける場合、 大焦点用フ ィ ラ メ ン ト 7 1 および対応する収束電極 7 0 a を陰極 7 の陰極本体 7 a の中 央-部かつ最も囬部の深さ方向の深い位置に設ける こ とが重要 である。

すなわち、 上述の大焦点用フィ ラ メ ン ト 7 1 と小焦点用フ イ ラ メ ン ト 7 2 , 7 3 を単一の陰極本体 7 a に設ける場合、 大焦点用フ ィ ラ メ ン ト 7 1 を 2 つの小焦点用フ イ ラ メ ン ト 7 2 , 7 3相互間に設けない場合には、 2つの小焦点用フ ィ ラ メ ン トから放射された熱電子が、 大焦点用フ ィ ラ メ ン ト 7 1 · の回 り を覆 う 収束電極 7 0 a と残り の （小焦点用フイ ラ メ ン ト を覆 う ） 収束電極 7 0 b , 7 0 c か らの電界に影響されて 陽極 8 の焦点位置 8 0上で、 確実に重な らないこ とが実験に よ り確認されている。

また、 上述した X線管装置では、 大焦点用フ ィ ラ メ ン ト の 両側に 2つの小焦点用フィ ラメ ン トを設け、 小焦点用フィ ラ メ ン トに、 同時に通電する場合について説明 したが、 同時に 通電する必要がない場合には、 第 2 の電極 1 1 b に、 例えば 切 り 替えスィ ツチを設ける こ と によ り 、 いずれか一方の小焦 点用フィ ラメ ン トに交互に加熱電流を供給する こ とができ、 単独のフ ィ ラメ ン ト を用いる場合に比較して、 フ ィ ラメ ン ト の寿命を少なく と も 2倍程度に、 向上できる。

図 4および図 5 は、 図 2および図 3 に示した X線管装置を 変形した実施の形態の一例を説明 している。

図 4および図 5 に示される よ う に、 例えば陰極 7 の陰極本 体 7 a に、 概ね等しい加熱電流が供給可能な、 すなわち出力 X線量が概ね等しい 2つの小焦点用フィ ラメ ン ト 7 2 , 7 3 を、 陰極本体 7 a の凹部の中心から所定の距離に、 陽極 8 の 焦点位置 8 0 に対して各々対角の位置となる よ う に設けても よい。

なお、 個々の フ ィ ラ メ ン ト 7 2 , 7 3 の回り を囲む収束電 極 7 0 b ， 7 0 c の傾斜角は、 図 2および図 3 を用いて前に 説明 したと同様に、 2 0〜 4 0。 の範囲に設定可能である。 この場合、 前に説明 した通 り 、 2つの小焦点用フ ィ ラ メ ン ト 7 2 , 7 3 から陽極 8 の焦点位置 8 0 に向けて放射 （陽極に 衝突） される熱電子の焦点は、 上述した傾斜角を 2 0〜 4 0 ° の範囲に設定する こ と によ り 肥大化されるこ となく 、 正 確に重ね合わせる こ とができ る。 従って、 それぞれのフィ ラ メ ン ト 7 2 , 7 3 に供給される 加熱電流の大き さ、 すなわちそれぞれのフィ ラ メ ン ト 7 2 , 7 3 が放射する熱電子の量を最適化する こ とで、 個々のフィ ラメ ン トに同時に加熱電流が供給される際に両フィ ラメ ン ト から放射される熱電子の量を、 周知の大焦点フィ ラメ ン ト力 ら放射される熱電子と概ね等しい量の熱電子の量とする こ と ができ、 周知の大焦点用フィ ラメ ン トを兼用する こ と もでき る。

なお、 この発明は、 上記各実施の形態に限定される もので はなく 、 その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で 種々 な変形、 変更が可能である。 また、 各実施の形態は、 可 能な限り適宜組み合わせて実施されてもよ く 、 その場合、 組 み合わせによ る効果が得られる。

以上説明 した通り この発明によれば、 X線管装置において 透視撮影に適した線量の X線を、 長時間に亘つて出力でき る この場合、 透視撮影に適した線量の X線は、 対応するフイ ラ メ ン トに、 定格未満の加熱電流が供給される こ とで容易に得 られる。 従って、 フ ィ ラメ ン ト の寿命が増大され、 検査が中 断される こ とが抑止される。

産業上の利用可能性

本発明によれば、 透視線量で小焦点の X線を照射して被写 体の動画を得るに際し、 透視撮影に適した線量の X線を長時 間に亘つて出力可能な X線管装置を得るこ とができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . X線を発生する陽極と、 前記陽極に衝突可能に熱電子 を発生する フ ィ ラ メ ン トおよびフ ィ ラ メ ン ト によ り発生され た熱電子を収束させて前記陽極の所定の位置に焦点を形成す る収束電極とからなる電子銃と、 を有する X線管装置におい て、

前記フィ ラ メ ン トは、 少なく と も 2つあ り 、 少なく と も 2 つの前記フ ィ ラ メ ン トは、 前記電子銃を構成する陰極本体に 設けられた凹部の奥行き方向の最も奥まった位置から各々対 角の位置に配置されているこ と を特徴とする X線管装置。

2 . 上記収束電極は少なく と も 2つであ り 、 前記電子銃の 上記陰極本体の凹部に向かう傾斜面に互いに等しい角度で設 けられる こ と を特徴とする請求項 1 記載の X線管装置。

3 . 上記収束電極の開放端すなわち上記収束電極の凹部と 上記陰極本体の表面とによ り 定義される稜線を含む面と上記 陰極本体の表面の う ちで全ての収束電極よ り も突出している 部分を含む面とのなす角は、 2 0 〜 4 0 ° の範囲に設定され る こ と を特徴とする請求項 1記載の X線管装置。

4 . 上記フ ィ ラ メ ン トおよび上記収束電極は少なく と も 3 つであ り 、 前記電子銃の上記陰極本体の凹部の奥行き方向の 最も奥まった位置に、 大焦点用フ ィ ラ メ ン トおよび対応する 第 1 の収束電極が設けられ、 この第 1 の収束電極の両側に小 焦点用フィ ラメ ン トおよび対応する第 2および第 3の収束電 極が設けられているこ と を特徴とする請求項 1 ないし 3 のい ずれかに記載の X線管装置。

5 . 上記小焦点用フィ ラメ ン ト に対応される上記第 2およ び第 3 の収束電極の開放端すなわちである上記それぞれの収 束電極の凹部と上記陰極本体の表面と によ り 定義される稜線 を含む面と上記陰極本体の表面の う ちで全ての収束電極よ り も突出 している部分を含む面とのなす角は、 2 0 〜 4 0 ° の 範囲に設定される こ と を特徴とする請求項 4記載の X線管装 置。

6 . 上記フィ ラ メ ン トは、 同時に通電可能であるこ と を特 徴とする請求項 1 または 2記載の X線管装置。

7 . 上記小焦点用フィ ラメ ン トは、 同時に通電可能である こ と を特徴とする請求項 4記載の X線管装置。

8 . 上記小焦点用フィ ラ メ ン ト は、 同時に通電可能である こ と を特徴とする請求項 5記載の X線管装置。

9 . 上記小焦点用フィ ラメ ン トおよび対応する上記収束電 極は、 前記電子銃の上記陰極本体の凹部に向かう傾斜面に互 いに等しい角度で設けられる こ と を特徴とする請求項 4記載 の X線管装置。

1 0 . 上記小焦点用フィ ラ メ ン トおよび対応する上記収束 電極は、 前記電子銃の上記陰極本体の凹部に向かう傾斜面に 互いに等しい角度で設け られる こ と を特徴とする請求項 5記 載の X線管装置。

1 1 . 上記小焦点用フィ ラ メ ン トおよび対応する上記収束 電極は、 前記電子銃の上記陰極本体の凹部に向かう傾斜面に 互いに等しい角度で設け られる こ と を特徴とする請求項 7記 載の X線管装置。

1 2 . 所定の速度で回転される回転陽極と、 この陽極に衝 突可能に熱電子を発生する大焦点用の第 1 のフィ ラ メ ン ト と 小焦点用の第 2のフィ ラメ ン ト と、 同 じく 小焦点用の第 3 の フィ ラ メ ン ト と、 個々 のフィ ラメ ン ト の回り を覆う と と も に 各フィ ラメ ン トで発生された熱電子を収束させて前記回転陽 極の所定の位置に焦点を形成する収束電極と、 それぞれの収 束電極および対応する フ ィ ラ メ ン トを収容する第 1 ない し第 3 の溝状凹部と、 からなる陰極本体からなる電子銃と、 こ の 電子銃の個々のフィ ラメ ン トに加熱電流を供給するための電 源接続部と、 を有する X線管装置において、

上記第 1 のフ ィ ラメ ン トおよび上記第 1 の収束電極を収容 する上記第 1 の溝状凹部は、 上記陰極本体の凹部の奥行き方 向の最も奥まった位置に形成され、

上記第 2 のフ ィ ラ メ ン トおよび上記第 2 の収束電極を収容 する上記第 2 の溝状四部および上記第 3 のフ ィ ヲメ ン トおよ び上記第 3 の収束電極を収容する上記第 3 の溝状凹部は、 上 記第 1 の溝状凹部の両側に、 上記第 1 の溝状 Μ部から等しい 角度に配置されている こ と を特徴とする X線管装置。

1 3 . 上記第 2および第 3 の フ ィ ラ メ ン トは、 定格電流未 満の加熱電流で動作される こ と を特徴とする請求項 1 2記載 の X線管装置。

1 4 . 上記第 2および第 3 の収束電極を収容する上記第 2 および第 3 の溝状凹部と上記陰極本体の表面と によ り 定義さ れる稜線を含む面と上記陰極本体の表面の う ちで全ての溝状 凹部よ り も突出している部分を含む面とのなす角は、 2 0 〜 4 0 ° の範囲に設定される こ と を特徴とする請求項 1 2記載 の X線管装置。

1 5 . 上記第 2および第 3のフィ ラメ ン トは、 定格電流未 満の加熱電流で動作される こ と を特徴とする請求項 1 4記载 の X線管装置。

1 6 . 上記第 2 のフ ィ ラ メ ン トおよび第 2 の収束電極と 上 記第 3 のフ ィ ラ メ ン トおよび上記第 3 の収束電極は、 上記陰 極本体の上記第 1 の溝状凹部に向かう傾斜面に互いに等 しい 角度で設け られる こ と を特徴とする請求項 1 2 なレヽ し 1 5 の いずれかに記載の X線管装置。

1 7 . 上記第 2および第 3 のフ ィ ラ メ ン トは、 同時に通電 可能である こ と を特徴とする請求項 1 6記載の X線管装置。