JP5111788B2 - Ｘ線発生用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、X線発生用電源装置に係り、特にX線ビームを偏向する偏向電極を備えたX線管からX線を発生させるためのX線発生用電源装置に関する。

近年のX線管においは、許容負荷を大幅に増大させるために傘状の陽極を回転させる回転陽極型が一般的であり、加熱されたフィラメントから放出される熱電子は集束体で集束され、この集束された熱電子は陽極と陰極(フィラメント)との間に印加される高電圧により加速されて前記回転陽極のターゲットに衝突してX線を発生する。

このようにしてX線を発生するX線管において、以下のような問題点や要求があり、種々の対応策が提案されている。
(1)陽極の熱膨張による焦点位置の移動
前記X線管のエネルギーの変換効率は、非常に低く、エネルギーのほとんどが熱に変換され、そのため陽極の熱膨張に伴って該陽極の全長が陰極側に向かって延びるため前記陽極ターゲット上の焦点がX線管の管軸方向に移動し、この結果として陽極ターゲット上のX線発生源である焦点が陰極側に移動する。

前記焦点は、本来陽極と陰極を収容する外囲器のX線放射窓の中央部にあるべきであるが、上記のように、焦点がX線放射窓の中央部に対し、陰極側に移動することになり、この焦点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。
その結果、X線線量分布が変動し、X線画像に多大な影響を与える。
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、特に大きな問題となる。

(2)3以上のフィラメントへの対応
X線管には大小2つの焦点を備えたデュアルフォ―カス型X線管がある。
前記小焦点は高分解能用に、そして大焦点は大出力用として使い分けているが、さらに焦点サイズを細分化して各種の用途に対応して使い分けて画質向上を図るために、焦点サイズを増やし、該焦点サイズの選択肢を増やすためにフィラメント数を増やすことが要求される。
しかし、フィラメント数を3以上に増やすことは構造上現実的ではない。

(3)X線の曝射と停止の高速切り替え
X線の曝射と停止の切り替え時間は、被曝低減の点やX線透視をパルスX線で行う際の画像の鮮明化等のために、できるだけ短いことが望ましいが、現在のインバータ式X線高電圧装置を用いて、フィラメントを加熱した状態で、陽極と陰極間に印加する高電圧のON/OFFによる制御では、高電圧変圧器や高電圧ケーブル等の回路インピーダンスの存在によりμ秒という極短時間のオーダでの切り替えは、実際上、不可能である。

(4)X線CT画像の空間分解能の向上
一つの焦点位置からX線を被検体に照射し、この被検体を透過したX線をX線検出器で検出する方式では、さらなる空間分解能の向上は望めない。
すなわち、上記方式の空間分解能は、X線検出器のX線検出素子間の間隔によって決まり、前記空間分解能の向上を図るためには前記X線検出素子間の間隔を小さくしなければならないが、これはX線検出素子の大きさによって決まり、物理的に限界がある。

そこで、被検体の周囲を回転するX線管とX線検出器の1回転あたりの離散的なX線管の位置(「ビュー」と呼ぶ)において、例えば二つの焦点位置を交互に高速に移動させ、この移動させたそれぞれの焦点位置に対応する投影データを検出することにより前記X線検出器で検出する投影データを2倍に増やすことができる。

このように、同一のビュー内でX線ビームを半分ずらして投影データを増加すことによって、前記X線検出素子間の間隔を1/2にした場合と等価になり、このようにして検出した投影データを再構成することによりCT画像の空間分解能の向上を図ることが可能となる。すなわち、実際のX線検出素子の1/2ピッチ毎に投影データを検出して画像再構成することにより空間分解能の向上を図ることができる。

以上の課題において、上記(1)に対しては特許文献1、2に開示されている技術がある。これは、フィラメントの集束体に集束電極を設け、この集束電極に印加する電圧を可変してフィラメント・陽極ターゲット間の電界分布を制御することによってフィラメントから発生する電子軌道を偏向して上記問題を解決するものである。
すなわち、上記(1)に対しては、集束電極に印加する電圧を回転陽極X線管の陽極部材の熱膨張によるX線発生源である焦点が常に一定の位置になるように制御する(特許文献1、2)。

上記(2)と(3)に対しては、電気的に絶縁された複数の集束電極要素を設け、これらの集束電極要素それぞれに印加する電圧を同じ又は相互に相違させるように制御することにより、前記集束電極が形成する電界分布を調整し、ターゲット状のX線焦点の位置を期待位置から動かしたり、移動したX線焦点を期待位置に戻したり、さらに集束電極要素それぞれに印加する電圧を基準電圧より低く/高く設定することにより、焦点サイズを基準サイズより小さく/大きく変更することができ、これによりX線の曝射と停止の高速切り替えと焦点サイズを増やすことができる(特許文献2)。

上記(4)に対しては、特許文献3に開示されており、集束電極が形成する電界分布を制御して、X線焦点を高速で交互に移動させて撮影するものである。
特開平10-116579号公報 特開2004-95196号公報 特開2000-287960号公報

X線管のフィラメントは−70kV、または−140kVとアースに対して非常に大きな電位差を持つ。
したがって、フィラメントに隣接している電子偏向用集束電極に印加する電圧もまたアースに対して大きな電位差を持つので、この大きな電位差に対してどのように対応するかが上記(1)〜(4)を実用化する上で大きな課題となる。
しかしながら、上記特許文献1、2及び3のいずれにおいても前記大きな電位差に対する問題の提起及びその対応策が言及されていない。
すなわち、前記アースに対する大きな電位差に対応するための集束電極に印加する電圧を発生させる手段については何等考慮されていない。
このため、集束電極に印加する電源手段が明確でないと、集束電極を備えたX線管を用いて上記各種の課題を実現することができない。

また、X線CT装置においては、X線を照射する角度によって被検体の検査部位の厚み、すなわちX線吸収率が異なるために、前記検査部位や検査角度に応じて必要とされるX線照射量も異なるので、該X線照射量を適正に制御することによって上記被曝X線量の低減が可能になる。
そこで、被検体に過剰なX線を照射しないようにするために、被検体の体厚に応じてスキャン中にX線管の陽極と陰極間に流れる電流(以下、管電流と記す)を制御する。

しかし、最近のX線CT装置は高速化が進み、前記管電流も高速に制御する必要があるが、この管電流制御はフィラメントの加熱制御により行われるので、フィラメントの熱慣性の存在により、制御応答速度の高速化には限界があり、前記X線CT装置の高速化が進んでも、これに対応した被曝低減用管電流制御は困難である。
このような、高速CTに対応した管電流制御にも上記集束電極を備えたX線管を用い、このX線管の集束電極に印加する電圧を制御して被曝低減を図ることも考えられる。

そこで本発明の目的は、上記課題に鑑みてなされたものであって、回路構成を複雑にすることなく、集束電極を備えたX線管の前記集束電極に印加する電源装置及びこの電源の出力電圧を可変可能に構成して、X線焦点位置の変動補正、焦点サイズの多様化、X線の曝射と停止の高速化、積極的な焦点移動及び管電流制御の高速化が可能なX線発生用電源装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のX線発生用電源装置は以下のように構成される。すなわち、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のビーム方向を偏向する少なくとも二つの絶縁された集束電極を有する陰極部と、該陰極部に対向して配置された陽極ターゲットを有する陽極部とを有するX線管に、前記陽極部と前記陰極部間に直流の高電圧を印加する高電圧発生手段と、前記フィラメントを加熱するフィラメント加熱手段と、前記集束電極間に電圧を印加して熱電子のビーム方向を偏向する電子ビーム偏向電圧発生手段とを備えたX線発生用電源装置であって、前記高電圧発生手段と前記フィラメント加熱手段とで構成されるX線高電圧装置に前記電子ビーム偏向電圧発生手段を含んでX線発生用電源装置を構成する。

前記X線高電圧装置に前記電子ビーム偏向電圧発生手段を含んで構成するX線発生用電源装置は、前記フィラメント加熱手段の出力端の一端と前記電子ビーム偏向電圧発生手段の出力端の一端とを前記高電圧発生手段のマイナス電位に接続する第1の接続手段と、前記フィラメント加熱手段の出力電圧を前記フィラメントに印加する端子及び前記電子ビーム偏向電圧発生手段の出力電圧を前記集束電極間に印加する端子とを有する前記X線管側に設けた第1の高電圧コネクタと、前記フィラメント加熱手段の出力端子及び前記電子ビーム偏向電圧発生手段の出力端子とを有する前記フィラメント加熱手段及び前記電子ビーム偏向電圧発生手段側に設けた第2の高電圧コネクタと、前記第1の高電圧コネクタと前記第2の高電圧コネクタとを接続する第2の接続手段とを備え、前記第1の接続手段と第2の接続手段に高電圧ケーブルを用いる。

前記電子ビーム偏向電圧発生手段の出力電圧は交流電圧であって、この交流電圧を前記集束電極間に印加して前記フィラメントから発生した熱電子のビーム方向を偏向する。
前記電子ビーム偏向電圧発生手段は、第1の直流電源と、この直流電源の直流電圧を高周波の交流電圧に変換する第1の直流/交流変換手段と、この変換手段で高周波の交流電圧に変換された電圧を絶縁して昇圧する第1の変圧器とで構成し、さらに前記第1の直流電源と第1の直流/交流変換手段は、前記第1の直流電源の直流電圧及び/又は前記第1の直流/交流変換手段の出力交流電圧を可変可能に構成する。

また、前記第1の変圧器の2次巻線を中性点付き2次巻線とし、前記中性点を前記フィラメント加熱手段の出力端の一端と前記高電圧発生手段のマイナス電位に接続する構成でも良い。

また、前記電子ビーム偏向電圧発生手段は、第1の直流電圧を発生する第1の電子ビーム偏向電圧発生手段と、第2の直流電圧を発生する第2の電子ビーム偏向電圧発生手段とを備え、前記第1及び第2の電子ビーム偏向電圧発生手段はそれぞれの出力直流電圧を可変する手段と前記第1及び第2の直流電圧の発生と停止を制御するスイッチング制御手段とを有し、かつ前記第1の直流電圧及び第2の直流電圧のそれぞれのマイナス電位を前記フィラメント加熱手段の出力端の一端と前記高電圧発生手段のマイナス電位に接続し、前記スイッチング制御手段により前記第1の電子ビーム偏向電圧発生手段と前記第2電子ビーム偏向電圧発生手段とを交互にスイッチング制御して前記電子ビーム偏向電圧発生手段の出力電圧を交流電圧とする。

さらに、第2の直流電源と、この直流電源の直流電圧を高周波の交流電圧に変換する第2の直流/交流変換手段と、この変換手段で高周波の交流電圧に変換された電圧を絶縁して昇圧する第2の変圧器とで構成する前記第1の変圧器2次巻線の中性点電位を制御する電位調整用電圧発生手段を設け、前記第2の直流電源と第2の直流/交流変換手段は、前記第2の直流電源の直流電圧及び/又は前記第2の直流/交流変換手段の出力交流電圧を可変可能に構成する。

また、少なくとも二つ以上のフィラメントを加熱するフィラメント加熱手段と、これらのフィラメントから発生する熱電子のビーム方向を偏向するための集束電極に印加する電子ビーム偏向電圧発生手段とを備えて、二つ以上のフィラメントを有するX線管にも対応できるようにする。

また、前記集束電極と前記フィラメント間に電位差を与える手段を備えてグリッド機能を有する三極X線管としての動作も可能とする。

本発明によれば、フィラメント加熱手段の出力端の一端と電子ビーム偏向電圧発生手段の出力端の一端とを高電圧発生手段のマイナス電位に接続する第1の接続手段と、前記フィラメント加熱手段の出力電圧をフィラメントに印加する端子及び前記電子ビーム偏向電圧発生手段の出力電圧を集束電極間に印加する端子とを有するX線管側の第1の高電圧コネクタと、前記フィラメント加熱手段の出力端子及び前記電子ビーム偏向電圧発生手段の出力端子とを有するX線発生用電源装置側の第2の高電圧コネクタと、前記第1の高電圧コネクタと前記第2の高電圧コネクタとを接続する第2の接続手段とを備え、前記第1の接続手段と第2の接続手段に高電圧ケーブルを用いてX線高電圧装置に電子ビーム偏向電圧発生手段を含む構成のX線発生用電源装置としたので、回路構成を複雑にすることなく、集束電極を備えたX線管の前記集束電極に印加する電源装置及びこの電源の出力電圧を可変可能に構成して、X線焦点位置の変動補正、焦点サイズの多様化、X線の曝射と停止の高速化、積極的な焦点移動及び管電流制御の高速化が可能なX線発生用電源装置を提供することができる。

以下、添付図面に従って本発明のX線発生用電源装置の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
先ず、X線発生用電源装置の実施形態を説明する前に、本発明のX線発生用電源装置を適用する集束電極を備えたX線管について説明する。

図5は、本発明のX線発生用電源装置が適用される集束電極を備えたX線管の陽極と陰極の構造概要図である。
このX線管6は、高真空に維持されたガラスバルブ内に陽極部61と陰極部62が収容され、前記陽極部61は、例えばタングステンとモリブデンの張り合わせにより衝突面(ターゲット)が形成され、裏面が熱容量の大きな傘状の回転陽極が図示省略の回転機構を備えて高速回転可能に保持されている。

前記陰極部62は、熱電子を放出するコイル状のフィラメント62aと、このフィラメント62aからの熱電子を集束するための集束体とを有し、前記集束体は集束電極62bと集束電極62cとを備えている。
この集束電極62bと集束電極62cは、前記フィラメント62aとは電気的に絶縁されており、前記集束電極62bと集束電極62cに印加する電圧を可変することにより前記フィラメント62aから前記陽極ターゲットに向う熱電子の方向を偏向することができる。
すなわち、前記集束電極62b、集束電極62cとこれらの電極に印加する後述の電圧印加手段(電子ビーム偏向電圧発生回路)及びこの電圧を制御する手段とにより、前記フィラメト・陽極ターゲット間の電界分布を制御して前記フィラメント62aから放出される熱電子の軌道を偏向する電子軌道偏向手段を構成している。

前記フィラメント62aには、該フィラメントを加熱するための電圧を印加するフィラメント端子81と82とが設けられており、前記集束電極62bと62cには前記フィラメント62aから発生した熱電子のビーム方向を偏向するための電圧を印加する集束電極端子83と84とが設けられている。
そして、前記陽極61と陰極62であるフィラメント62aに直流高電圧を印加するための高電圧発生回路(高電圧発生手段)と、前記フィラメント62aの端子81と82との間に交流電圧を印加してフィラメント62aを加熱するフィラメント加熱回路(フィラメント加熱手段)と、前記フィラメント62aから発生した熱電子のビーム方向を偏向するための集束電極端子83と84との間に電圧を印加する電子ビーム偏向電圧発生回路(電子ビーム偏向電圧発生手段)とを備えて構成される。

このように構成されたX線管は、前記フィラメント加熱回路でフィラメントを所定の温度に加熱しておき、この状態で前記高電圧発生回路から前記陽極61と陰極62間に直流の高電圧を印加することにより前記フィラメントから熱電子が発生し、この熱電子が前記陽極ターゲットに衝突することによってX線を発生する。

前記陽極ターゲットに衝突する熱電子の衝突位置の変更は、前記電子ビーム偏向電圧発生回路からの任意の電圧を前記集束電極62bと62c間に印加して前記フィラメト・陽極ターゲット間の電界強度分布を制御して前記フィラメント62aから放出される熱電子の軌道を偏向することにより成される。
なお、前記高電圧発生回路と前記フィラメント加熱回路は、前記X線管の陽極と陰極間に印加する電圧(以下、管電圧と記す)と前記陽極と陰極間に流れる電流(以下、管電流と記す)を制御するもので、これらを含めてX線高電圧装置と呼んでいる。
すなわち、前記X線高電圧装置は、高電圧発生機能とX線管から発生するX線を制御する機能を有しており、本発明は、さらに前記X線高電圧装置にフィラメント62aから放出される熱電子の軌道を偏向する機能を付加するための具体的手段を提示するものである。

なお、上記図5のX線管において、前記集束電極に印加する電圧分布を制御することで、集束電極が形成する電界分布を調整し、ターゲット上のX線焦点の位置を目標位置から動かしたり、移動したX線焦点を目標位置に戻したり、さらにX線焦点のサイズを変更することが可能となる。
例えば、集束電極62bの電位を集束電極62cの電位よりも低く制御することにより、集束電極62bと反対側に電子流を偏向することができ、集束電極62bの電位を集束電極62cの電位よりも高く制御することにより、集束電極62b側に電子流を偏向することができる。
さらに、集束電極62b，62cに印加する電圧を任意に相違させることで、電子流を任意の向きに偏向させることができる。
また、集束電極62b，62cに印加する電圧を基準電圧より低く/高く設定することにより、焦点サイズを基準サイズより小さく/大きく変更することができる。

《第１の実施形態》
図1は、本発明の第1の実施形態によるX線発生用電源装置を示すブロック構成図である。
このX線発生用電源装置は、前記X線管6の陽極部61と陰極部62に印加する直流の高電圧(管電圧)を発生する高電圧発生回路10と、前記X線管6のフィラメント62aを加熱して陽極部61と陰極部62の間に流れる電流(管電流)を制御するためのフィラメント加熱回路20と、前記フィラメント62aから発生した熱電子のビーム方向を偏向するための集束電極端子83と84との間に電圧を印加する電子ビーム偏向電圧発生回路30と、前記フィラメント加熱回路20の出力端子91，92及び前記電子ビーム偏向電圧発生回路30の出力端子93，94の端子群9とを備えて構成される。

前記高電圧発生回路10は、直流電源11と、この直流電源11の直流電圧を高い周波数(以下、高周波と略記)の交流電圧に変換するインバータ回路21と、このインバータ回路21で高周波の交流電圧に変換された電圧を昇圧する高電圧変圧器31と、この高電圧変圧器31の二次側に接続され昇圧された交流電圧を整流する高電圧整流器41と、この高電圧整流器41に接続されその出力電圧を平滑する第1の平滑コンデンサ51とで構成され、この第1の平滑コンデンサ51で平滑された直流の高電圧を前記X線管6の陽極端子61aと陰極端子(フィラメント62aの端子)81間に印加する。

前記フィラメント加熱回路20は、直流電源12と、この直流電源12の直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ回路22と、このインバータ回路22で高周波の交流電圧に変換された電圧を絶縁するフィラメント加熱用変圧器32とで構成され、この変圧器32の出力交流電圧をフィラメント端子81と82間に印加してフィラメント62aを所定の温度に加熱する。

前記構成の高電圧発生回路10とフィラメント加熱回路20は、公知のインバータ式X線高電圧装置で、前記X線管6の管電圧は、前記高電圧発生回路10の直流電源11の直流電圧及び/又は前記インバータ回路21の出力交流電圧を可変可能に構成し、該管電圧可変手段により所定値に制御する。
前記X線管6の管電流は、前記フィラメント加熱回路20の直流電源12の直流電圧及び/又は前記インバータ回路22の出力交流電圧を可変可能に構成し、該管電流可変手段により所定値に制御する。
このようにして前記X線管の管電圧と管電流を制御して撮影条件に応じて被検者に照射するX線量を制御する。

本発明のX線発生用電源装置は、前記管電圧と管電流を制御するX線高電圧装置に、前記フィラメント62aから発生した熱電子のビーム方向を偏向するための集束電極端子83と84との間に電圧を印加する電子ビーム偏向電圧発生回路30を付加したもので、この電子ビーム偏向電圧発生回路30は、直流電源13(第1の直流電源)と、この直流電源13の直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ回路23(第1の直流/交流変換手段)と、このインバータ回路23で高周波の交流電圧に変換された電圧を絶縁して昇圧する電子ビーム偏向用変圧器33(第1の変圧器)とで構成され、この変圧器33の出力交流電圧である2次巻線331の電圧を前記集束電極端子83と84との間に印加して前記フィラメント62aからの熱電子の方向を偏向する。
そして、前記直流電源13の直流電圧及び/又は前記インバータ回路23の出力交流電圧を可変可能に構成し、該偏向電圧可変手段により前記熱電子の偏向方向を目標の方向に偏向制御する。

このように構成された回路において、前記集束電極62cの電位はフィラメント62aと同電位で、前記集束電極62bの電位は集束電極62cに対してプラスとマイナスに変化する電位となり、その周波数はインバータ回路23の動作周波数と同じ周波数となる。
そこで、前記集束電極62b，62cが共にフィラメント62aの電位と同一の場合における前記陽極ターゲット61上の焦点位置を基準位置とすると、この陽極ターゲット61上の焦点位置は、集束電極62bの電位が集束電極62cに対してプラスの場合には図5の右側に移動し、逆にマイナスの場合には図5の左側に移動する。このように、集束電極62b，62cに印加する電圧の可変によりフィラメント62aから発生する熱電子のビーム方向を偏向させることができる。

上記のように、フィラメントの集束電極に印加する電圧を可変制御することによって、陽極ターゲット61上の焦点位置を基準位置から所定の位置に移動させること及びこの移動した所定の位置から基準位置に戻すことができる。
したがって、この技術をX線CT装置に適用した場合、陽極ターゲットの熱膨張による焦点位置の移動を常に基準位置になるように前記集束電極に印加する電圧を制御することにより、焦点移動によるアーチファクトの発生を防止して高画質の断層像とすることができる。

また、前記集束電極に印加する電圧を制御して焦点位置を高速に基準位置と所定位置とを交互に移動させることにより、同一のビュー内でのX線ビームを半分ずらして、実際の1/2ピッチのX線検出器で投影データを検出することと等価とし、これによって投影データを増加することができる。
したがって、このようにして検出した多数の投影データを再構成することによりCT画像の空間分解能の向上を図ることが可能となる。

また、フィラメント電流の制御のみで実施している従来の管電流制御に比べて該管電流制御の応答性を高めることができ、従来より高速で管電流を制御することができるので、高速回転に応じた管電流制御か可能となり，低被曝の高速X線CT装置を実現することができる。

さらに、集束電極とフィラメント間に電位差を与えることによって、集束電極がグリッドの役割を果たす三極X線管として利用することもできる。
具体的には、フィラメント電位に対し、前記集束電極に負の電位を加えることにより管電流を遮断することができる。
すなわち、前記集束電極に印加する電圧を制御することによりX線の開閉を行うことができ、このような機能を、例えば、X線透視撮影装置の透視時の電流をパルス状に制御して透視画像を鮮明にするX線パルス透視に用いることにより、高電圧ケーブルに存在する浮遊静電容量による管電圧の立下り時の波尾を無くすることができ、透視画像の画質向上やX線管の熱容量の低減及び管電圧の立ち上がり、立下り時の軟X線による被曝低減に寄与するものとなる。

さらにまた、前記焦点移動技術によりフィラメントを増やすことなく多数の焦点サイズが得られるので、X線管を大型にすることなく焦点サイズを増やして、各種の用途に応じて適切な焦点サイズを選択することができ、診断用途に応じた高画質の画像を得ることができる。

以上のように構成された本発明のX線発生用電源装置において、図1に示すように、X線管6の集束電極62cはフィラメント62aに接続されており、また、X線高電圧装置(10，20)とX線管6の陰極62とは高電圧ケーブル7で接続し、この高電圧ケーブル7には、フィラメント加熱回路20の出力電圧をフィラメント62aに印加するための導体に加えて、電子ビーム偏向電圧発生回路30の出力電圧を集束電極62b，62cに印加する電圧印加用導体を含む構成とした。

このようにフィラメント加熱回路20の出力電圧をフィラメント62aに印加するための端子81，82及び電子ビーム偏向電圧発生回路30の出力電圧を集束電極62b，62cに印加するための端子83，84とを有するフィラメント及び集束電極用高電圧コネクタ8(第1の高電圧コネクタ)と、フィラメント加熱回路20の出力端子91，92及び電子ビーム偏向電圧発生回路30の出力端子93，94とを有する高電圧コネクタ9(第2の高電圧コネクタ)とを用いて前記高電圧ケーブル7と前記X線高電圧装置及び前記高電圧ケーブル7と前記X線管6とを接続する(第1の接続手段、第2の接続手段)。

また、電子ビーム偏向用変圧器33によって該変圧器33の一次側と絶縁されているので、フィラメント電位(例えば、−70kV〜−140kV)に接続することができ、上記のように高電圧ケーブル7はフィラメント加熱のための電力供給用導体に加えて集束電極の電圧供給用導体を含んでいるので，従来と同様にX線高電圧装置(10，20)とX線管6の陰極側を一本のケーブルで接続することが可能であり，集束電極に電圧を印加する手段が追加されているにも拘わらずケーブルの布線などが複雑にならない。

このように構成することにより、例えば、前記高電圧コネクタ8のフィラメント加熱のための電圧印加端子81，82に対して集束電極の電圧印加端子83，84の電位は数kV(例えば2kV)となり、前記電圧印加端子81，82と電圧印加端子83，84との間の絶縁について十分考慮されるべきであるが，フィラメント62a自身の電位(例えば−70kVまたは−140kV)に比べて十分に小さい電圧であるので絶縁実装が簡素なものにすることができる。

《第２の実施形態》
図2は、本発明の第2の実施形態によるX線発生用電源装置を示すブロック構成図である。
この図2のX線発生用電源装置は、上記第1の実施形態おける電子ビーム偏向電圧発生回路30の電子ビーム偏向用変圧器33に替えて中性点付きの2次巻線331’を設けた電子ビーム偏向用変圧器33’を備えて電子ビーム偏向電圧発生回路30’を構成したもので、前記電子ビーム偏向用変圧器33’の二次巻線331’の中性点をフィラメント62aに接続したものである。

このように構成された電子ビーム偏向電圧発生回路30’において、前記集束電極62b，62cの電位はフィラメント62aの電位を中心にしてプラスとマイナスに交互に変化する交流電位となる。
そこで、第1の実施形態における電子ビーム偏向電圧発生回路30の出力電圧(二次巻線331の電圧)と第2の実施形態における電子ビーム偏向電圧発生回路30’の出力電圧(二次巻線331’の電圧)が同じ場合、集束電極62bと62c間の電圧は第1の実施形態と第2の実施形態では同一であるが、フィラメント62aと集束電極62b，62cとの間の電圧が第2の実施形態の方が第1の実施形態の半分となり、絶縁設計が容易となる。
すなわち、同じ偏向効果を得ながら絶縁距離を小さくできるので実装を簡素にすることができる。

《第３の実施形態》
図3は、本発明の第3の実施形態によるX線発生用電源装置を示すブロック構成図である。
この図3のX線発生用電源装置は、図1及び図2の電子ビーム偏向電圧発生回路30，30’が二つの電源回路100b(第1の電子ビーム偏向電圧発生手段)と100c(第2の電子ビーム偏向電圧発生手段)とから成る電子ビーム偏向電圧発生回路100で構成され、該電源回路100bと100cの出力電圧を直流電圧とし、これらの直流電圧のマイナス電位同士を接続してこれをフィラメント端子81に接続し、前記電源回路100bと100cの出力直流電圧のプラス電位端子をそれぞれ集束電極62bと62cに接続したものである。

前記電子ビーム偏向電圧発生回路100のうちの電源回路100bは、直流電源100b1と、この直流電源100b1の直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ回路100b2と、このインバータ回路100b2で高周波の交流電圧に変換された電圧を絶縁して昇圧する電子ビーム偏向用変圧器100b3と、この電子ビーム偏向用変圧器100b3の出力交流電圧を直流電圧に変換する第1の整流器100b4と、この整流器100b4で整流された直流電圧を平滑する第2の平滑コンデンサ100b5とで構成され、同様に前記電源回路100cは、直流電源100c1と、この直流電源100c1の直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ回路100c2と、このインバータ回路100c2で高周波の交流電圧に変換された電圧を絶縁して昇圧する電子ビーム偏向用変圧器100c3と、この電子ビーム偏向用変圧器100c3の出力交流電圧を直流電圧に変換する第2の整流器100c4と、この整流器100c4で整流された直流電圧を平滑する第3の平滑コンデンサ100c5とで構成され、前記電源回路100bの出力直流電圧(第2の平滑コンデンサ100b5の電圧)のマイナス電位と前記電源回路100cの出力直流電圧(第3の平滑コンデンサ100c5の電圧)のマイナス電位とを接続し、この接続点をフィラメント加熱回路20の出力端子91に接続してフィラメント62a(端子81)に接続し、前記電源回路100bの出力直流電圧のプラス電位(端子94)を集束電極62bの端子84に接続し、前記電源回路100cの出力直流電圧のプラス電位(端子93)を集束電極62cの端子83に接続する。

前記電源回路100bと100cとから成る電子ビーム偏向電圧発生回路100の出力電圧は、前記直流電源100b1と100c1の直流電圧及び/又は前記インバータ回路100b2と100c2の出力交流電圧を可変可能に構成し、これらの偏向電圧可変手段により前記熱電子の偏向方向を目標の方向に偏向制御する。
前記電源回路100bは、フィラメント62aに対して集束電極62bの電位を高くする回路であり、前記電源回路100cは、フィラメント62aに対して集束電極62cの電位を高くする回路である。

このように構成することによって、前記インバータ回路を間欠的に動作させて集束電極62bと62c間にパルス電圧を印加し、このパルス電圧の印加タイミングを前記インバータ回路100b2と100c2で交互にON/OFFすることによって焦点を所定の位置間で交互に移動させることができ、これによって前記焦点移動によるCT画像のアーチファクトの防止及び投影データの増加によるCT画像の空間分解能の向上を図ることが可能となる。

さらに，前記直流電源100b1と100c1の直流電圧及び/又は前記インバータ回路100b2と100c2の出力交流電圧の可変手段で集束電極62b，62cに印加する電圧の絶対値を独立して変えることができ、これによって、例えば集束電極62bに印加するパルス電圧を高く、集束電極62cに印加するパルス電圧を低くして電子ビームの偏向の中心位置を図5の右側に移動し、その点を中心に左右交互に電子ビームを偏向することができる。

また、本第3の実施形態によれば、例えば62aにパルス電圧ではなく一定の電圧を印加し、62cには電圧を印加しないように制御することによって電子ビームを図5の右側の位置に固定して偏向することができる。
すなわち、前記撮影画像の分解能の向上及び焦点位置補正の二つの機能を得るために、図5において電子ビームの偏向の中心位置を制御しながらその点を中心に左右交互に電子ビームを偏向することを実現するための電圧を発生することが可能となる。

なお、前記インバータ回路100b2と100c2のインバータ動作周波数を高周波化することによって変圧器103b3，103c3を小型化することができる。

《第４の実施形態》
図4は、本発明の第4の実施形態によるX線発生用電源装置を示すブロック構成図である。
この図4のX線発生用電源装置は、図2に示した第2の実施形態における電子ビーム偏向電圧発生回路30’用電子ビーム偏向用変圧器33’の二次巻線331’の中点の電位を制御するために電圧発生回路200(電位調整用電圧発生手段)を付加したものである。

前記電圧発生回路200は、直流電源111(第2の直流電源)と、この直流電源111の直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ回路211(第2の直流/交流変換手段)と、このインバータ回路211で高周波の交流電圧に変換された電圧を絶縁する絶縁変圧器311(第2の変圧器)と、この絶縁変圧器311の出力交流電圧を直流電圧に変換する第3の整流器411と、この整流器411で整流された直流電圧を平滑する第4の平滑コンデンサ511とで構成され、前記第4の平滑コンデンサ511のプラス電位を上記高電圧発生回路10のプラス出力端(X線管6の陽極端子61a)に、前記第4の平滑コンデンサ511のマイナス電位を前記電ビーム偏向電圧発生回路30’用電子ビーム偏向用変圧器33’の二次巻線331’の中性点に接続する。
そして、前記電圧発生回路200の直流電源111の直流電圧及び/又は前記インバータ回路211の出力交流電圧を可変可能に構成し、この電圧可変手段により電圧発生回路200の出力電圧、すなわち電ビーム偏向電圧発生回路30’用電子ビーム偏向用変圧器33’の二次巻線331’の中性点電位を任意の電位に制御する。

このように構成されたX線発生用電源装置は、電子ビーム偏向用変圧器33’の二次巻線331’の中性点電位を制御するために設けた電圧発生回路200の高電圧部品(第3の整流器411と第4の平滑コンデンサ511)を前記第3の実施形態(図3)における電ビーム偏向電圧発生回路100の高電圧部品(第1の整流器100b4、第2の平滑コンデンサ100b5、第2の整流器100c4、第3の平滑コンデンサ100c5)の半分となって大型で高価な高電圧部品が少なくて済むのにも拘わらず第3の実施形態と同様の効果が得られ、電ビーム偏向電圧発生回路を小形で経済的なものとすることができる。

《第５の実施形態》
上記第1の実施形態から第4の実施形態までは、一つのフィラメントを備えたX線管に本発明のX線発生用電源装置を適用した例であるが、本発明は小焦点用フィラメントと大焦点用フィラメントの2種類のフィラメントを備えたX線管についても上記各実施形態と同様に適用可能である。
図6は、前記第1の実施形態のX線発生用電源装置を2種類のフィラメントを有するX線管に本発明を適用した第5の実施形態によるX線発生用電源装置を示すブロック構成図である。

図6において、第1のフィラメント62a1(例えば、小焦点用)と第2のフィラメント62a2(例えば、大焦点用)の二つのフィラメントを有するX線管6’(陽極部61’、陽極端子61a’、陰極部62’)の集束電極は、前記二つのフィラメントのそれぞれの外側に設けた第1の集束電極62b及び第2の集束電極62cと前記二つのフィラメントの間に設けた第3の集束電極62dとに3分割され、前記第1の集束電極62bと第2の集束電極62cを接続して同電位とし、この接続点と前記第3の集束電極62dとの間に電子ビーム偏向用電圧を印加する。

このような構成のX線管に電圧を印加してX線を発生させるための図6のX線発生用電源装置は、図1に示したX線発生用電源装置に、第1のフィラメント62a1を加熱するための第1のフィラメント加熱回路20に加えて、第2のフィラメント62a2を加熱するための第2のフィラメント加熱回路20’を設けたもので、高電圧発生回路10と、第1のフィラメント加熱回路20と、電子ビーム偏向電圧発生回路30は図1と同じであるので、その構成及び動作の説明は省略する。

前記第2のフィラメント加熱回路20’は、第1のフィラメント加熱回路20と同様の構成であって、直流電源121と、この直流電源121の直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ回路221と、このインバータ回路221で高周波の交流電圧に変換された電圧を絶縁するフィラメント加熱用変圧器321とで構成され、前記直流電源121の直流電圧及び/又は前記インバータ回路221の出力交流電圧を可変可能に構成し、この可変手段により第2のフィラメント62a2を加熱制御して管電流を所定値に制御する。

前記構成のX線発生用電源装置において、前記第1のフィラメント62a1と第2のフィラメント62a2の一端同士を接続し(接続端子81)、第1のフィラメント加熱回路20の出力交流電圧を前記接続端子81と第1のフィラメント62a1のもう一方の端子82との間に印加して第1のフィラメント62a1を所定の温度に加熱し、第2のフィラメント加熱回路20’の出力交流電圧を前記接続端子81と第2のフィラメント62a2のもう一方の端子85との間に印加して第2のフィラメント62a2を所定の温度に加熱する。

前記電子ビーム偏向電圧発生回路30の出力電圧は、第1の集束電極62bと第2の集束電極62cの接続点(接続端子83)と第3の集束電極62d(端子84)との間に印加して前記第1のフィラメント62a1又は第2のフィラメント62a2から発生する熱電子のビーム方向を偏向制御する。
すなわち、前記第1のフィラメント62a1から発生する熱電子のビーム方向を偏向する場合は、前記第2のフィラメント加熱回路20’のインバータ回路221の動作を停止して第2のフィラメント加熱回路20’の出力電圧を零とし、前記第2のフィラメント62a2から発生する熱電子のビーム方向を偏向する場合は、前記第1のフィラメント加熱回路20のインバータ回路22の動作を停止して第1のフィラメント加熱回路20の出力電圧を零とすることによって前記第1のフィラメント62a1及び第2のフィラメント62a2から発生する熱電子の方向をそれぞれの所望の方向に偏向することが可能となり、これによって図1の第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上のように構成された本発明の第5の実施形態のX線発生用電源装置において、図6に示すように、X線管6の第1の集束電極62b及び第2の集束電極62cはフィラメント62a1及び62a2に接続されており、また、X線高電圧装置(10，20，20’)とX線管6の陰極62とは高電圧ケーブル7’で接続し、この高電圧ケーブル7’には、フィラメント加熱回路20，20’の出力電圧を第1のフィラメント62a1及び第2のフィラメント62a2に印加するための導体に加えて、電子ビーム偏向電圧発生回路30の出力電圧を第1の集束電極62b、第2の集束電極62c及び第3の集束電極62dに印加する電圧印加用導体を含む構成とした。

このようにフィラメント加熱回路20、20’の出力電圧をフィラメント62a1及び62a2に印加するための端子81，82、85及び電子ビーム偏向電圧発生回路30の出力電圧を集束電極62b，62c，62dに印加するための端子83，84とを有する高電圧コネクタ8’と、フィラメント加熱回路20，20’の出力端子91，92a，92b及び電子ビーム偏向電圧発生回路30の出力端子93，94とを有する高電圧コネクタ9’とを用いて前記高電圧ケーブル7’と前記X線高電圧装置及び前記高電圧ケーブル7’と前記X線管6’とを接続する。

また、電子ビーム偏向用変圧器33によって該変圧器33の一次側と絶縁されているので、フィラメント電位(例えば、−70kV〜−140kV)に接続することができ、上記のように高電圧ケーブル7’はフィラメント加熱のための電力供給用導体に加えて集束電極の電圧供給用導体を含んでいるので，従来と同様にX線高電圧装置(10，20，20’)とX線管6の陰極側を一本のケーブルで接続することが可能となり、集束電極に電圧を印加する手段が追加されているにも拘わらずケーブルの布線などが複雑にならない。

このように構成することにより、例えば、前記高電圧コネクタ8’のフィラメント加熱のための電圧印加端子81，82，85に対して集束電極の電圧印加端子83，84の電位は数kV(例えば2kV)となり、前記電圧印加端子81，82，85と電圧印加端子83，84との間の絶縁について十分考慮されるべきであるが、フィラメント62a1，62a2自身の電位(例えば−70kVまたは−140kV)に比べて十分に小さい電圧であるので絶縁実装が簡素なものにすることができる。

以上、実施形態例を参照して本発明について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
例えば、図2の第2の実施形態、図3の第3の実施形態及び図4の第4の実施形態を複数のフィラメントと集束電極を備えたX線管に適用することもできる。

なお、第1から第5の実施形態において、直流電源11，12，13，100c1，100b1，111，121はそれぞれの電圧発生回路用に備える構成としたが、これらの直流電源を共用してそれぞれの回路の出力電圧をそれぞれの電圧可変手段で適宜調整して出力する構成にしても良い。このようにX線発生用電源装置を構成することにより装置の小型化が可能となる。

本発明の第1の実施形態によるX線発生用電源装置を示すブロック構成図。 本発明の第2の実施形態によるX線発生用電源装置を示すブロック構成図。 本発明の第3の実施形態によるX線発生用電源装置を示すブロック構成図。 本発明の第3の実施形態によるX線発生用電源装置を示すブロック構成図。 本発明のX線発生用電源装置が適用される集束電極を備えたX線管の陽極と陰極の構造の概要を示す図。 本発明の第5の実施形態によるX線発生用電源装置を示すブロック構成図。

符号の説明

6 X線管、7 高電圧ケーブル、8 フィラメント及び集束電極用高電圧コネクタ、9 X線発生用電源装置側の高電圧コネクタ、10 高電圧発生回路、20 フィラメント加熱回路、30 電子ビーム偏向電圧発生回路、32 フィラメント加熱用変圧器、33 電子ビーム偏向用変圧器、61 陽極部、61a 陽極端子、62 陰極部、62a フィラメント、62b，62c 集束電極、81，82 フィラメント端子、83，84 集束電極端子、91，92 フィラメント加熱回路の出力端子、93，94 電子ビーム偏向電圧発生回路の出力端子

Claims (4)

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絶縁された少なくとも二つの集束電極を有する陰極部と、該陰極部に対向して配置された陽極ターゲットを有する陽極部とを有するＸ線管に、前記陽極部と前記陰極部間に直流の高電圧を印加する高電圧発生手段と、前記フィラメントを加熱するフィラメント加熱手段と、前記集束電極間に電圧を印加して熱電子のビーム方向を偏向する電子ビーム偏向電圧発生手段とを備えたＸ線発生用電源装置であって、
   前記電子ビーム偏向電圧発生手段は、第１の直流電源と、前記第１の直流電源の直流電圧を交流電圧に変換する第１の直流／交流変換手段と、前記第１の直流／交流変換手段で交流電圧に変換された電圧を昇圧する第１の変圧器とを備え、
   前記第１の変圧器の２次巻線が中性点付き２次巻線であり、前記中性点を前記フィラメント加熱手段の出力端の一端と前記高電圧発生手段のマイナス電位に接続する構成であることを特徴とするＸ線発生用電源装置。
2. 前記中性点の電位を制御する電位調整用電圧発生手段を備えた構成である請求項１に記載のＸ線発生用電源装置。
3. 前記電位調整用電圧発生手段は、第２の直流電源と、前記第２の直流電源の直流電圧を交流電圧に変換する第２の直流／交流変換手段と、前記第２の直流／交流変換手段で交流電圧に変換された電圧を絶縁する絶縁変圧器と、前記絶縁変圧器の出力交流電圧を直流電圧に変換する整流器と、前記整流器で整流された直流電圧を平滑する平滑コンデンサとを備え、
   前記平滑コンデンサのプラス電位を前記高電圧発生手段のプラス電位に、
   前記平滑コンデンサのマイナス電位を前記中性点に接続する構成であることを特徴とする請求項2に記載のＸ線発生用電源装置。
4. 前記電子ビーム偏向電圧発生手段の出力電圧は交流電圧であって、この交流電圧を前記集束電極間に印加して成る請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＸ線発生用電源装置。

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