JPH04227237A - Ｃｔ装置用ｘ線管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、Ｘ線発射位置を被検
者の周囲の円周上で高速に走査することのできるＣＴ（
Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ　ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）　
装置用Ｘ線管に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線ＣＴ装置は、被検者周囲の３６０°
（または１８０°）の種々の方向からＸ線を照射するこ
とによって収集した多方向のＸ線透過データを画像再構
成処理して被検者を横切る断面におけるＸ線吸収率分布
画像を得るものである。このＸ線ＣＴ装置では多方向の
Ｘ線透過データを収集するために、従来では、通常、Ｘ
線管自体を回転機構により回転させて被検者周囲の種々
の方向からＸ線を照射するようにしている。

【０００３】ところで、このようにＸ線管自体を回転さ
せる場合には、１枚の断層像を得るためにＸ線管を１回
転または半回転させるのに１秒程度の時間を要するため
、高速にデータを収集することができない。そのため、
心臓のように１秒間に３０フレーム程度の高速度な画像
でしか、その動きを捉えられない臓器に対しては、上記
の撮影手法を適用することができなかった。

【０００４】そこで、近年、Ｘ線発生位置を円周上で非
常に高速に走査させることのできるＣＴ装置用Ｘ線管が
提案されている。以下、図８を参照して、従来のＣＴ装
置用Ｘ線管の構成を説明する。このＣＴ装置用Ｘ線管は
、釣鐘状の真空管１を備え、この真空管１の基端部に電
子銃２が連結されている。真空管１の中には、偏向コイ
ル３、偏向電極４およびリング型ターゲット５が配備さ
れている。電子銃２から照射された電子ビーム６は、偏
向コイル３および偏向電極４で偏向されることによって
ターゲット５に衝突し、このターゲット５から真空管１
の中心部へ向けてＸ線７が照射される。そして、偏向コ
イル３および偏向電極４を制御することによって、Ｘ線
発射位置（焦点）８をターゲット５の円周面に沿って高
速に走査することにより、真空管１の中心部に挿通され
た被検者Ｍの周囲の種々の方向からＸ線７が照射され、
例えば１フレームの画像の撮像時間を５０ｍｓｅｃ　程
度にすることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。すなわち、従来のＣＴ装置用Ｘ線管は、リング型
ターゲット５つまりＸ線発生位置８が移動する円周がつ
くる平面に対して直角な方向に電子ビーム６を走行させ
て、その走行途中で電子ビームを偏向するという構成に
なっているため、Ｘ線発生装置が、リング型ターゲット
５のつくる平面に直角な方向（すなわち、被検者Ｍの体
軸方向）に約４ｍと非常に大きな形状となってしまう。 そのため、このようなＸ線発生装置を用いたＸ線ＣＴ装
置を設置するためには、大きなスペースが必要になると
いう問題点がある。

【０００６】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、Ｘ線発射位置を被検者の周囲の円周
上で高速に走査することができ、しかも被検者の体軸方
向の長さが短いコンパクトなＣＴ装置用Ｘ線管を提供す
ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、このような
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、この発明は、Ｘ線発射位置を被検者の周囲の円周上
で高速に走査するＣＴ装置用Ｘ線管であって、（ａ）リ
ング型の真空管と、 （ｂ）前記真空管内に配置された、第１の熱電子放出面
を有する固定陰極と、 （ｃ）前記真空管内に配置されたリング型の固定陽極と
、 （ｄ）前記第１の熱電子放出面に対向する第１の熱電子
受容面および前記固定陽極に対向する熱電子放出部を有
するリング型の回転陰極と、 （ｅ）前記リング型回転陰極を非接触状態で浮上させる
浮上手段と、 （ｆ）前記リング型回転陰極を回転移動させる駆動手段
と、を備えたものである。

【０００８】具体的には、前記固定陰極にフィラメント
を配設することにより、第１の熱電子放出面が形成され
る。固定陰極は必ずしもリング型である必要はなく、前
記リング型回転陰極に形成された第１の熱電子受容面と
対向するような第１の熱電子放出面を備えていればよい
。固定陰極の第１の熱電子放出面から照射された熱電子
は、リング型回転陰極に形成された第１の熱電子受容面
に入射する。固定陰極と回転陰極間の電位差を小さくす
るために、対向する第１の熱電子放出面および第１の熱
電子受容面の各面積はできるだけ大きく設定し、また両
面の間隔はできるだけ小さく設定するのが好ましい。

【０００９】回転陰極に入射した熱電子は、電流的には
回転陰極の熱電子放出部から固定陽極へ向けて照射され
る。このとき、回転陰極の熱電子放出部が適宜な手段に
よって加熱される。具体的には、熱電子放出部にはフィ
ラメントが配設される。このフィラメントに給電する手
段としては、次の２つが例示される。

【００１０】第１には、回転陰極に対向して、真空管内
の内壁に沿って磁極が交互に反転するように第１のマグ
ネット群を周設し、このマグネット群に対向して、回転
陰極に第１のコイル群を周設し、回転陰極が高速回転さ
れたときに前記コイル群に生じる誘導起電力を熱電子放
出部に設けられたフィラメントに与える。

【００１１】第２には、前記熱電子放出部に設けられた
フィラメントの一端に接続する第２の熱電子放出面を回
転陰極に周設し、この第２の熱電子放出面に対向する第
２の熱電子受容面を真空管内に固設し、この第２の熱電
子受容面と固定陰極間に直流高電圧源を接続するととも
に、フィラメントの他端を回転陰極に形成されている第
１の熱電子受容面に電気的に接続し、真空管の外部から
前記第２の熱電子放出面にレーザ光線を照射する。これ
により、直流高電圧源からの電流が第２の熱電子受容面
および第２の熱電子放出面を通ってフィラメントに供給
される。なお、第２の熱電子放出面と第２の熱電子受容
面との電位差をできるだけ小さくするために、各面の面
積はできるだけ大きく設定し、また両面の間隔はできる
だけ小さく設定するのが好ましい。

【００１２】なお、回転陰極の熱電子放出部を加熱する
手段としては、上述のフィラメントによるものに限らず
、例えば、前記熱電子放出部にレーザ光線を直接に照射
して加熱するようにしてもよい。

【００１３】熱電子放出部から放出された熱電子は固定
陽極と回転陰極間の高電圧電界によって加速され固定陽
極に衝突することにより、固定陽極からリング型真空管
の中心部へ向けてＸ線が照射される。

【００１４】後述する駆動手段によってリング型回転陰
極が高速回転駆動されているとき、リング型回転陰極は
非接触状態で浮上する。この浮上手段は、例えば、交互
に磁極が反転するように回転陰極に周設された第２のマ
グネット群と、このマグネット群と対向するように真空
管内に固設された第２のコイル群とで構成される。

【００１５】リング型回転陰極は、駆動手段によって回
転移動される。この駆動手段は、例えば、交互に磁極が
反転するように前記回転陰極に周設された第３のマグネ
ット群と、このマグネット群と対向するように真空管の
外側に設けられ、磁極が順に切り換えられる少なくとも
１つの電磁マグネットとから構成される。

【００１６】回転陰極から放出された熱電子が加速され
固定陽極に衝突する位置は、回転陰極の高速回転に伴っ
て、リング型固定陽極の周面を高速に移動する。その結
果、Ｘ線発射位置をリング型真空管の中空部に挿入され
た被検者の体軸周りで高速に走査することができる。

【００１７】なお、Ｘ線を照射しない間は、回転陰極に
蓄積された熱や電荷を外部に放散するように構成するの
が好ましい。例えば、回転陰極と対向する固定陰極や真
空管の適当な個所にベアリングを設け、Ｘ線を照射しな
い間は、回転陰極を低速回転駆動することによって磁気
浮上を解除し、回転陰極を前記ベアリングに熱的および
電気的に接触させることにより、回転陰極に蓄えられた
熱や電荷をベアリングを介して外部に放散する。

【００１８】

【作用】以上のように、この発明に係るＣＴ装置用Ｘ線
管によれば、固定陰極の第１の熱電子放出面から放出さ
れた熱電子が、リング型回転陰極に形成された第１の熱
電子受容面に入射し、この回転陰極の熱電子放出部から
固定陽極に向けて熱電子が放出される。このとき回転陰
極は、リング型真空管内で非接触状態に浮上して高速回
転されるので、固定陽極における熱電子衝突位置、すな
わち、Ｘ線発射位置が被検者の周囲の円周上で高速に走
査される。

【００１９】

【実施例】以下、この発明の好適な実施例を図面に基づ
いて詳細に説明する。 ＜第１実施例＞図１に示すように、本実施例にかかるＣ
Ｔ装置用Ｘ線管１１は、リング型の真空管１２を備え、
その内部に各々リング型の固定陰極１３と固定陽極１５
とが配置されている。そしてこの固定陰極１３と固定陽
極１５との間にリング型の回転陰極１４が周方向に移動
可能なように配置されている。Ｘ線管１１の内側には、
リング型のＸ線検出部１７が配置され、これらＸ線管１
１及び検出部１７はリング型のガントリ１６で覆われる
。このガントリ１６の中央の中空部に被検者Ｍが、その
体軸がリング型ガントリ１６のなす平面に略直角となる
ようにして挿入される。

【００２０】上述した真空管１２、その内部の固定陰極
１３、回転陰極１４、固定陽極１５につきさらに詳しく
説明する。図２は真空管１２の半径方向の断面図である
。図２に示すように、リング型の固定陰極１３は、その
内周面の広い範囲にわたって熱電子放出用フィラメント
３１を備えている。

【００２１】回転陰極１４に設けられた永久マグネット
群４３，４４と、これらに対向して真空管１２の内壁や
固定陰極１３に設けられたコイル群４５，４６は、回転
陰極１４を高速回転時に磁気浮上させるための手段を構
成している。永久マグネット群４３，４４は、回転陰極
１４の周方向に各マグネットの磁極が交互に反転するよ
うに配列されている。コイル群４５，４６は、永久マグ
ネット群４３，４４に対向するように複数個の小径コイ
ルを真空管１２の内壁や固定陰極１３に周設したもので
ある。回転陰極１４が高速回転すると、電磁誘導の作用
でコイル群４５，４６に前記マグネット群４３，４４と
反発するような磁束が生じることにより、回転陰極１４
が磁気浮上する。また低速回転時には、前記した磁気浮
上力が弱まり、回転陰極１４は固定側の真空管１２や固
定陰極１３に設けられたベアリング４８に電気的、熱的
に接触して支持される。

【００２２】回転陰極１４に周設された永久マグネット
群４２と、これらのマグネット群４２と対向して真空管
１２の外側に設けられた複数個の電磁マグネット４７は
、回転陰極１４を回転駆動させるための手段を構成して
いる。マグネット群４２は、回転陰極１４の周方向に各
マグネットの磁極が交互に反転するように配列されてい
る。前記各電磁マグネット４７の磁極を順に切り換えて
いくことにより、各電磁マグネット４７とマグネット群
４２の間に作用する磁気力により回転陰極１４が回転駆
動される。

【００２３】この回転陰極１４は、固定陰極１３におい
てフィラメント３１が配設された広範囲の熱電子放出面
３２と対向する熱電子受容面４９を有しており、それら
の間隔は非常に狭く設定されている。

【００２４】また、固定陽極１５に対向する回転陰極１
４の端面には、固定陽極１５と近接するように突出した
熱電子放出突起部４１が設けられている。熱電子放出突
起部４１は、熱電子放出面３２および熱電子受容面４９
を介して固定陰極１３から供給された電子流を固定陽極
１５へ向けて放出するためのものである。熱電子放出突
起部４１にはフィラメント５０が設けられている。

【００２５】真空管１２の内壁に磁極が交互に反転する
ように周設された永久マグネット群５１と、このマグネ
ット群５１に対向して回転陰極１４に周設されたコイル
群５２は、前記フィラメント５０に給電するための手段
を構成している。回転陰極１４が高速回転駆動されるこ
とにより、電磁誘導の作用でコイル群５２に起電力が生
じ、これが熱電子放出突起部４１にあるフィラメント５
０を加熱する。なお、上述の永久マグネット群５１に代
えて、磁極が交互に反転するような電磁マグネット群を
周設するようにしてもよい。このような電磁マグネット
群を配設すれば、各電磁マグネットに流す電流を制御す
ることにより磁場強度を変えることができるので、フィ
ラメント５０に流す電流を回転陰極１４の回転速度に依
存しないようにすることができる。

【００２６】熱電子放出突起部４１から放出された熱電
子が固定陰極１３とほぼ同電位に保たれている回転陰極
１４から高電圧の固定陽極１５に向かって加速され衝突
することにより、その衝突位置から被検者Ｍへ向けてＸ
線が発生する。この固定陽極１５は冷却油の循環により
冷却される。

【００２７】回転陰極１４が高速回転しているときに、
フィラメント３１へ通電するとともに、固定陰極１３と
固定陽極１５との間に高電圧を印加する。このときの等
価回路は図３のようになり、固定陰極１３のフィラメン
ト３１から発生した熱電子は熱電子放出面３２から放出
され、それに対向した回転陰極１４の熱電子受容面４９
により受け取られる。この電子流はその後、加熱された
フィラメント５０から固定陽極１５に向けて放出される
。この場合、固定陰極１３は広い熱電子放出面３２を有
しているため熱電子放出能は大きい。またこの熱電子放
出面３２に狭い間隔で回転陰極１４の広い面積の熱電子
受容面４９が対面しているため、この間の熱電子の移動
は容易であり、固定陰極１３に対して回転陰極１４はわ
ずかに負電位の状態に安定する。

【００２８】回転陰極１４は、永久マグネット群４３，
４４とコイル群４５，４６とにより磁気的に浮上し、非
接触の状態で高速に回転させらるので、Ｘ線発射位置を
リング型固定陽極１５の周面に沿って高速に移動させる
ことができる。

【００２９】フィラメント３１への通電を遮断するとと
もに固定陰極１３、固定陽極１５間の印加電圧を遮断し
てＸ線発生を停止させたとき、回転陰極１４は低速回転
駆動される。これにより回転陰極１４を磁気浮上させる
力が弱まり、回転陰極１４はベアリング４８に接触して
支持される。このときの等価回路は図４に示すようにな
る。回転陰極１４とベアリング４８との接触により、Ｘ
線発生中に回転陰極１４に蓄積された熱や電荷が外部に
放散される。

【００３０】このＸ線管１１は、リング型真空管１２の
中に、各々リング型の固定陰極１３と固定陽極１５とを
配置し、その間でリング回転陰極１４を高速回転させる
ようにしているため、披検者Ｍの体軸方向に平らなコン
パクトなものとなる。検出部１７とともにガントリ１６
に納めたときのガントリ１６の全体の大きさもコンパク
トなものとなる。すなわち、従来の普及型ＣＴ装置では
重い（２０ｋｇ程度）Ｘ線管を回転させる機構が必要な
ため、ガントリが大きくなりがちである（図１の点線１
８で示す）が、このように回転陰極１４のみを回転させ
るようにしていることからコンパクト化が可能となる。 また、被検者Ｍが配置される撮像中心の高さも従来の普
及型ＣＴ装置の約９５ｃｍから約８０ｃｍへと低くする
ことができる。

【００３１】＜第２実施例＞図５を参照してこの発明の
第２実施例を説明する。なお、図５において、図２に示
した各符号と同一符号で示した各要素は、第１実施例に
係るＸ線管の各要素と同一、あるいは相当する要素であ
るので、ここでの説明は省略する。

【００３２】本実施例の特徴は、回転陰極１４の熱電子
放出突起部４１に設けられたフィラメント５０への給電
手段にある。すなわち、熱電子放出突起部４１に設けら
れたフィラメント５０の一端に接続する熱電子放出面６
１を回転陰極１４に形成し、この熱電子放出面６１に対
向する熱電子受容面６２を真空管１２内に固設する。前
記熱電子受容面６２は透明電極で形成されている。この
熱電子受容面６２と固定陰極１３の間に直流高電圧源Ｅ
１を接続するとともに、フィラメント５０の他端を回転
陰極１３に形成されている熱電子受容面４９に電気的に
接続する。なお、図５中の符号Ｅ２は、固定陰極１３の
フィラメント３１に通電するための交流電源である。

【００３３】以上のように構成されたＣＴ装置用Ｘ線管
において、回転陰極１４を非接触状態で高速回転駆動さ
せながら、固定陰極１３と固定陽極１５との間に高電圧
を印加するとともに、固定陰極１３のフィラメント３１
に通電し、かつ、真空管１２の外部から、真空管１２お
よび熱電子受容面６２を通って熱電子放出面６１にレー
ザ光線を照射する。熱電子放出面６１は回転陰極１４に
周設されているので、回転陰極１４の回転中、レーザ光
線は常に熱電子放出面に入射する。これにより、固定陰
極１３の熱電子放出面３２から回転陰極１４の熱電子受
容面４９に熱電子が放出されるととともに、回転陰極１
４の熱電子放出面６１から熱電子受容面６２に熱電子が
放出される。その結果、直流高電圧源Ｅ１から熱電子受
容面６２、熱電子放出面６１、フィラメント５０、熱電
子受容面４９、熱電子放出面３２、そして直流高電圧源
Ｅ１に至る回路が形成され、フィラメント５０に通電さ
れる。このときの等価回路を図６に示す。なお、図中の
Ｅ３は、固定陰極１３と固定陽極１５との間に接続され
た直流高電圧源、ＳＷは回転陰極１４が低速回転駆動さ
れたときにベアリング４８と接触することによって、回
転陰極１４と固定陰極１３とが導通するスイッチ作用を
模式的に示したものである。

【００３４】フィラメント５０が通電されることにより
、熱電子放出突起部４１から固定陽極１５へ向けて熱電
子が放出される。熱電子が固定陽極１５に衝突すること
により、真空管１２の中心側へ向けてＸ線が発生し、回
転陰極１４の高速回転移動に伴ってＸ線発射位置が周方
向に高速走査されることは、第１実施例の場合と同様で
ある。

【００３５】＜第３実施例＞図７を参照してこの発明の
第３実施例を説明する。本実施例の特徴は、回転陰極１
４の熱電子放出部４１を直接的に加熱する手段として、
レーザ光線を用いたことにある。すなわち、回転陰極１
４の回転移動に同期してレーザ光線を走査し、真空管１
２の外部からレーザ光線を熱電子放出部４１に照射して
、熱電子放出部４１を加熱することにより、熱電子放出
部４１から固定陽極１５に向けて熱電子を放出させるこ
とも可能である。本実施例によれば、第１および第２実
施例のように、回転陰極１４にフィラメント５０や、こ
れに給電するための機構を設ける必要がない点で真空管
１２の構成は簡単になるが、レーザ光線を走査するため
の機構を真空管１２の周囲に別途設ける必要がある。

【００３６】レーザ光線を走査するための機構は特に図
示しないが、例えば、単一のレーザ光源から照射された
レーザ光線を、真空管１２の周囲に配設された複数個の
揺動ミラーで順に反射させることによって回転陰極１４
の熱電子放出部４１を照射してもよいし、あるいは、真
空管１２の周囲に複数個のレーザ光源を配設し、これら
のレーザ光源を順に使って熱電子放出部４１にレーザ光
線を照射するようにしてもよい。なお、その他の構成は
、第１実施例と同様であるので、ここでの説明は省略す
る。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、この発明に係るＣＴ装置
用Ｘ線管は、リング型真空管内で非接触状態に浮上した
回転陰極を高速回転させているので、Ｘ線発射位置を被
検者の周囲の円周上で高速に走査することができる。し
かも、リング型真空管は被検者の体軸方向の長さが短い
コンパクトなものであるので、この真空管を備えたＣＴ
装置自体も小型化することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例に係るＸ線管が用いられ
るＣＴ装置の概略構成を示した縦断面図である。

【図２】図１に示したＸ線管の詳細な構成を示した半径
方向の断面図である。

【図３】第１実施例装置がＸ線を発生しているときの等
価回路図である。

【図４】第１実施例装置がＸ線を発生していないときの
等価回路図である。

【図５】この発明の第２実施例に係るＸ線管の詳細な構
成を示した半径方向の断面図である。

【図６】第２実施例装置がＸ線を発生しているときの等
価回路図である。

【図７】この発明の第３実施例に係るＸ線管の詳細な構
成を示した半径方向の断面図である。

【図８】従来のＣＴ装置用Ｘ線管の概略構成を示した縦
断面図である。

【符号の説明】

１１…ＣＴ装置用Ｘ線管 １２…真空管 １３…固定陰極 １４…回転陰極 １５…固定陽極 ３２…（第１の）熱電子放出面 ４１…熱電子放出部 ４２…永久マグネット群（駆動手段） ４３，４４…永久マグネット群（浮上手段）４５，４６
…コイル群（浮上手段） ４７…電磁マグネット（駆動手段） ４９…（第１の）熱電子受容面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｘ線発射位置を被検者の周囲の円周上
   で高速に走査するＣＴ装置用Ｘ線管であって、リング型
   の真空管と、前記真空管内に配置された、第１の熱電子
   放出面を有する固定陰極と、前記真空管内に配置された
   リング型の固定陽極と、前記第１の熱電子放出面に対向
   する第１の熱電子受容面および前記固定陽極に対向する
   熱電子放出部を有するリング型の回転陰極と、前記リン
   グ型回転陰極を非接触状態で浮上させる浮上手段と、前
   記リング型回転陰極を回転移動させる駆動手段とを備え
   たことを特徴とするＣＴ装置用Ｘ線管。