JPH07201489A - X線管 - Google Patents

X線管

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JPH07201489A
JPH07201489A JP6321532A JP32153294A JPH07201489A JP H07201489 A JPH07201489 A JP H07201489A JP 6321532 A JP6321532 A JP 6321532A JP 32153294 A JP32153294 A JP 32153294A JP H07201489 A JPH07201489 A JP H07201489A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】CTスキャナのための改良されたX線管を提供
すること。 【構成】互いに締着された多数のハウジングセクション
で構成されたドーナツ形ハウジング(A)から成るX線
管。ハウジング内に環状の陽極(B)が取り付けられ、
それに近接して冷却流体流路(12,14)が設けられ
ている。ドーナツ形ハウジング(A)内でたロータ(3
0)がモータ(60)によって回転され、少くとも1つ
の陰極組立体(C)が陽極に近接してロータに取り付け
られている。ロータは磁気軸受(40)によって支持さ
れ、該軸受の能動コイル(46)は磁気窓(48)によ
ってX線管の真空領域から分離されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、X線又はガンマ線の創
生に関し、特に、CTスキャナのためのX線管に適用す
るのに適しており、以下にそれに関連したものとして説
明する。ただし、他の用途のための放射線の創生にも適
用することができることを理解されたい。
【0002】
【従来の技術】通常、患者は、CTスキャナの中心孔に
配置された水平な寝椅子の上に載せられる。X線管は、
回転自在のガントリー部分に取り付けられ、患者の周り
に高速度で回転される。走査速度を高めるには、X線管
の回転速度を高くするが、X線管の回転速度を高くする
と、画像当りの放射線量が減少する。CTスキャナの回
転速度が高速化されるにつれて、単位時間当りの発生放
射線量の高いより大型のX線管が必要とされるようにな
ってきている。もちろん、X線管が大型であるほど、慣
性力が大きい。
【0003】CTスキャナ等のための高性能のX線管
は、一般に、いずれも排気された(真空)ハウジング内
に密閉された静止陰極と、回転陽極ディスクを備えてい
る。創生されるX線ビームが強くなればなるほど、陽極
ディスクが強く加熱される。陽極ディスクが真空空間を
通して周囲流体へ熱を放出することによって冷却するの
に十分な時間を与えるために、より大きな陽極ディスク
を備えたX線管が作られるようになっている。
【0004】しかしながら、陽極ディスクを大きくすれ
ば、それだけX線管を大きくしなければならず、従っ
て、X線管が、既存のCTスキャナのガントリーの狭い
スペースに嵌合させにくくなってきている。特に、大型
のX線管と、大型の支持構造体を組み入れた第4世代の
スキャナは、放射線検出器の移動直径を大きくする必要
がある。その結果、同じ解像度を得るのにより多数の検
出器が必要とされ、X線管と検出器との間の放射線経路
の長さを長くしなければならない。放射線経路の長さを
長くすると、発散量が多くなり、画像データのその他の
点での劣化を増大する。より多量の発生熱量を除去する
ためには、X線管を大きくしなければならないだけでな
く、熱交換構造体も大きくしなければならない。
【0005】検体の周りに単一のX線管を回転させる方
式に代えて、検体の周りにリング状に配列された、例え
ば5、6本の切換可能なX線管の配列体を用いる方式
が、例えば米国特許第4,274,005号等によって
提案されている。しかしながら、それらの管を回転させ
ない限り、限られたデータしか創生されず、限られた画
像解像度しか得られない。多数のX線管を回転させる場
合、すべての管を迅速に回転させ、発生する熱をすべて
除去しようとすると、やはり上述したのと同じ機械的な
問題に遭遇する。
【0006】更に、患者をX線管の凹部内に深く受け入
れないように十分な大きさとした口を備えた、実質的に
ベル(釣り鐘)形の排気X線管が、例えば、米国特許第
4,122,346号及び4,135,095号等によ
って提案されている。X線ビーム源は、ベルの頂部に配
置されており、ベルへの口のところで陽極リングに衝突
する電子ビームを発生する。X線ビームを排気されたベ
ル形外囲器の周りに走査させるための電子装置が設けら
れている。この構成の問題の1つは、約270度しか走
査することができないことである。もう1つの問題は、
走査する電子ビームを収容するためのに必要な大きなス
ペースを排気(真空)状態に維持することが難しいこと
である。そのために面倒で複雑な真空ポンプ装置を必要
とする。更に別の問題は、焦点の外れた放射線を処理す
る手段を講ずることができないことである。又、装置全
体の物理的な大きさが大きいことも問題である。
【0007】更に別のタイプのX線管として、例えば米
国特許第5,125,012号、5,179,583号
等によって開放孔形X線管が提案されている。これらの
大径X線管は、ガラス製ハウジングと密閉された真空チ
ャンバーを有する従来のX線管に類似した構造である。
このタイプのX線管は、製造費が高く、管が破損した場
合、修理に細心の注意を必要とする。更に、X線管内に
真空を損なう軸受等の部品が存在するだけでなく、真空
内へ汚染ガスを放出可能性のある、真空領域内の表面積
が大きいので、管内の真空維持が完全ではない。
【0008】例えば米国特許第4,227,088号、
4,300,051号等は、排気領域が大きい場合、能
動真空ポンプを使用することを提案しているが、これら
の構造には、患者を受け入れるための軸方向の長さに制
限があること、真空空間内に機械的軸受や機械的構造物
が存在する等の幾つかの欠点がある。X線管を高速回転
させるためには、機械的軸受に潤滑剤を施さなければな
らない。この構成が十分に対処することができない1つ
の問題は、潤滑剤又はエポキシを収容したチャンバー内
に10-6Torrもの高い真空を維持することが困難である
ことである。反対に、高度の真空空間内に配置された軸
受に十分な潤滑を維持することは困難であるという問題
もある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したい
ろいろな問題を克服するX線管を提供することを課題と
する。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の一側面によれば
は、上記課題を解決するために、真空領域を画定する排
気された内部を有するほぼドーナツ形ハウジングと、該
ドーナツ形ハウジングの内部に取り付けられており、冷
却流体によって熱を除去されるように循環冷却流体流路
に対して熱伝達関係をなす環状の陽極面を有する陽極
と、前記ドーナツ形ハウジングの内部に回転自在に設け
られたロータと、該ロータにそれと共に回転するように
取り付けられており、前記陽極面に衝突してX線ビーム
を創生するための電子ビームを発生する電子を放出する
電子放出手段を含む少くとも1つの陰極組立体と、電子
ビームが前記陽極面の周りに回転されるように前記ロー
タを回転するための回転手段と、前記ハウジングの内部
に積極的に真空を維持するために該ハウジングの内部に
接続された能動真空ポンプ手段と、から成るX線管が提
供される。
【0011】前記ロータは、少くとも1つの磁気浮揚式
軸受上に支持し、該磁気浮揚式軸受は、前記真空領域内
で該ロータの内周面に沿ってロータに取り付けられた鉄
材のリングと、該鉄材のリングの半径方向内側に該リン
グに近接して配置された永久磁石と電磁石のリングと、
該電磁石を該真空領域から密封するが、該電磁石からの
磁界が前記鉄材のリングと相互作用するように該磁界を
通す磁気窓を含む構成とすることが好ましい。
【0012】本発明の一実施例においては、前記ドーナ
ツ形ハウジングの内部を少くとも比較的高い真空度を有
する高真空領域と比較的低い真空度を有する低真空領域
に分割するための仕切手段が設けられる。
【0013】上記仕切手段は、一連の互いに噛合した状
態に配列された羽根を含み、それらの羽根がそれらの羽
根を境として真空差が維持されるのに十分に蛇行した経
路を画定するように一方の羽根が前記ロータの取り付け
られ、他方の羽根が前記ハウジングに取り付けられてい
る。
【0014】
【実施例】図1を参照すると、本発明の第1実施例によ
るX線管が示されている。このX線管は、大きいほぼド
ーナツ形の内部空間を画定するドーナツ形ハウジングA
を有する。ドーナツ形ハウジングAの内部空間に、その
円周方向に延長する陽極組立体(単に「陽極」とも称す
る)Bが取り付けられている。又、電子の少くとも1つ
のビームを創出するための陰極組立体(以下、単に「陰
極」とも称する)Cがドーナツ形ハウジングAの内部空
間に配設されている。電子ビームは、回転手段Dによっ
て陽極Bの周りに回転される。
【0015】詳述すれば、陽極Bは、電子ビームが衝突
するタングステン面(陽極面)10を有するタングステ
ンディスクである。陽極組立体は、陽極の反対側の表面
に沿って、陽極面10に対して緊密な熱伝達関係をなす
内側流路部分を有する環状の陽極冷却流体流路又はチャ
ンネルを画定する。随意選択として、陽極には、冷却流
体との熱伝達を促進するための追加の内部通路やフィン
等を設けることができる。冷却流体は、冷却流体循環手
段により環状の冷却流体流路の外側流路部分14を通し
てほぼ360°循環され、次いで、冷却流体流路の内側
流路部分12を通して反対方向にほぼ360°循環され
る。この互いに反対向きの内外二重流路部分12,14
は、陽極の温度をより均一に維持する働きをする。冷却
流体循環手段は、内側流路部分12に近接した陽極から
の高温流体を熱交換器を通して循環し、冷却された流体
を外側流路部分14へ戻す。
【0016】ハウジングAには、電子ビームを衝突させ
るターゲットである陽極のタングステン面10に対して
半径方向に整列した窓手段即ちX線窓20が取り付けら
れている。この窓は、電子ビームとタングステン製のタ
ーゲット陽極との相互作用によって創生されたX線が、
ドーナツ形ハウジングの孔24の中心軸線22に対して
横断方向に向けられている。窓20に向かう方向以外の
方向への放射線の散乱を制限するために、陽極面10の
半径方向外周縁の周りに環状のX線散乱防止外周壁26
が配置されている。陽極の内周縁の周りには環状の内周
壁又はフィルタ28が配置されている。フィルタ28
は、窓20へ透過されるX線のエネルギー分布を張設す
るための酸化ベリリウム又はその他の周知の物質を含有
したものとすることができる。
【0017】ドーナツ形ハウジングAの内部にその円周
方向に延長する環状リング又はロータ30が配置されて
いる。ロータ30は、複数の、例えば6個の陰極組立体
Cを受容するための対応する数の孔を有している。各陰
極組立体Cは、陰極フィラメント又はその他の電子源3
4を収容する陰極カップ32を備えている。陰極フィラ
メント34と陽極は、互いに例えば200KeVの高い
電圧に維持される。ハウジングAとロータ30は、同じ
電位、好ましくは接地電位に維持される。好ましい実施
例では、陽極も、接地電位に維持され、陰極カップ32
は、ロータ30から絶縁され、約−200KeVに維持
される。別法として、流体流路12,14を電気絶縁材
で形成し、陽極をほぼ+100KeVに維持し、陰極を
接地に対してほぼ−100KeVに維持するようにして
もよい。
【0018】ロータ30は、ハウジングA内に軸受4
0、図1の実施例では磁気浮揚式軸受によって回転自在
に支持されている。磁気浮揚式軸受(単に「磁気軸受」
又は「軸受」とも称する)40は、ロータ30の内径に
沿って取り付けられた、真空内で安定な珪素鋼等の鉄材
42のリングを含む。永久磁石(即ち受動素子)44と
電磁石(即ち能動素子)46のリングが、珪素鋼のリン
グ42に近接して、しかし、真空領域の外側に配置され
ている。ハウジングAは、真空領域を電磁石46から分
離する磁気窓48を有する。この磁気窓48は、磁束を
通すことができるが、コイルに通常用いられているエポ
キシ又はその他のポリマー材が真空領域内へガスを放出
するのを防止する。
【0019】ロータ30の心合を維持するために、1対
の対向した磁気浮揚式軸受(単に「磁気軸受」又は「軸
受」とも称する)50が、ロータ30の両側に配置され
ている。各軸受50は、ロータ30に対して互いに対抗
する力を与える珪素鋼のリング52と永久磁石54(受
動素子)を有する。ロータの一方の側の磁気浮揚式軸受
50は、又、前記対抗する力を調節するための電磁コイ
ル56(能動素子)を有する。ロータ30の位置を正確
に維持するように電磁コイル56を制御するための斯界
において周知の位置センサ(図示せず)が設けられてい
る。電磁コイル56もやはり、磁気窓58によってハウ
ジングの真空領域から分離されている。
【0020】真空領域内でロータ30に取り付けられた
好ましくは永久磁石のロータ62を含む大直径のブラシ
なし誘導モータ60が設けられている。誘導モータ60
の電磁巻線から成るステータ64は、ロータ62に対向
し磁気窓48を挟んで真空領域の外側に配置されてい
る。磁気浮揚式軸受系40,50が損傷した場合にロー
タ30を支持するためのが、常態ではロータに接触しな
いようにして設けられている。これらの機械的ころ軸受
66は、ロータ30が静止ハウジングA及びそれに連結
したその他の構造体と相互作用するのを防止する。角度
位置モニター68は、ロータ30の回転角度位置をモニ
ターし、従って、陰極組立体Cの角度位置及びX線ビー
ムの頂部を正確にモニターする。
【0021】各陰極組立体の陰極カップ32は、陰極組
立体をロータ30から絶縁するための絶縁材70を有し
ている。フィラメント34の一端から絶縁材70を貫通
してドーナツ形リング又はチャンネル74にまで導体7
2が延長している。ドーナツ形リング74は、一連の取
り付けブラケット76を介してロータ30によって支持
され柄いるがロータから絶縁されている。高圧電源装置
(単に「高圧電源」又は「電源」とも称する)80に熱
陰極フィラメント(環状電極)78に接続されている。
高圧電源80は、高圧ケーブル及び高圧端子の問題を回
避するために熱陰極フィラメント78に直接取り付けら
れたコンパクトな高周波型であることが好ましい。熱陰
極フィラメント78は、低機能型であることが好まし
い。ドーナツ形チャンネル74は、熱陰極フィラメント
78を部分的に囲繞しており、熱陰極フィラメント78
との間の電子の移転によって熱陰極フィラメントの電位
に維持される。熱陰極フィラメント78の周りには、グ
リッド制御、電流調整及び能動フィルタ作用のためのグ
リッド(熱電流フィラメント)82を配置することが好
ましい。
【0022】フィラメント34の他端は、絶縁材70上
に支持された隔離変成器86の二次コイル84に接続さ
れている。隔離変成器86の一次コイル88は、絶縁材
70によって二次コイル84から分離されている。フィ
ラメント34は、二次コイル84の一端に接続され、二
次コイル84の他端は導線72によってフィラメントコ
イル34の他端に接続されている。一次コイル88の一
端は、ロータ30、即ち接地に接続され、他端はフィラ
メントの電流源90に接続されている。好ましい実施例
においては、フィラメントの電流源90は、ロータ30
に取り付けられて一次巻線88に接続された変成器の二
次巻線92を含む。変成器の一次巻線94は、磁気窓4
8を挟んで二次巻線92に対置されている。陰極組立体
CのうちのどれにX線を発生させるかを制御するため
に、二次コイル92は、一連のリードスイッチ96に接
続されている。それらのリードスイッチは、ハウジング
Aに配設された複数の電磁石98によって制御される。
電流を選択的に電磁石98に印加することによって、リ
ードスイッチ96が、どの陰極組立体にフィラメント電
流を供給するかを制御するために選択的に開閉される。
【0023】ロータ30を確実に接地電位に維持するた
めに、変成器の二次巻線92がフィラメント100にも
接続されている。フィラメント100は、加熱されて電
子を放出し、ハウジングAに取り付けられたスリップリ
ング(集電リング)102への電流路を創生する。
【0024】ロータ30には、又、X線ビームコリメー
ター手段、好ましくはボックス形コリメーター(「コリ
メーターボックス」とも称する)104が取り付けられ
ている。コリメーターボックス104の、中心軸線に平
行な互いに対向した両側壁は、X線ビームの幅即ち厚み
を制御する。一方、コリメーターボックス104の、中
心軸線に対して横断方向の互いに対向した両側壁は、X
線ビームの扇形拡開角度を制御する。コリメーター手段
は、又、散乱したX線がX線ビームと合流するのを防止
する。
【0025】ハウジングAの真空領域内に真空を維持す
るために、能動真空ポンプ手段110が設けられてい
る。図示の好ましい実施例では、能動真空ポンプ手段1
10は、ハウジングの真空領域内に取り付けられ密封さ
れたイオンポンプ112を備えている。イオンポンプは
高い電位を用いて真空領域からの分子をコレクター(イ
オン捕集)プレートに封入するので、電気的接続以外に
は、外部接続は必要とされない。ハウジングAの内部に
は又、ゲッタ114、即ち真空領域からイオンを吸収す
る物質が取り付けられている。
【0026】別法として、約10-6Torr以下の真空度を
維持する他のタイプの真空ポンプを用いることもでき
る。例えば、極低温真空ポンプを利用することができ
る。極低温真空ポンプを設ける場合は、極低温真空ポン
プの作動を維持するための無停電電源を設けることが好
ましい。無停電電源が設けられていないと、瞬間的な停
電の発生後、極低温ポンプを平常作動温度に戻すのに相
当な時間を必要とする場合がある。ターボ分子ポンプを
使用することも考えられるが、ターボ分子ポンプを使用
する場合もやはり、停電後の休止時間を排除するために
無停電電源を設けるのが非常に有利である。作動音が静
穏で、費用効率の高い拡散ポンプを使用することも考え
られる。拡散ポンプを使用する場合は、機械的支援ポン
プも設ける。機械的支援ポンプは、特にそれが油ポンプ
である場合は、外部へ通気するようにすることができ
る。油蒸気の問題を回避するために、ルーツブロアのよ
うな単純な圧縮乾燥段を利用することができる。これと
同じ組み合わせをターボ分子ポンプの場合にも用いるこ
とができる。
【0027】ハウジングAは、イオンポンプ112及び
ゲッタ114を周期的に交換するためにイオンポンプ1
12及びゲッタ114へアクセスすることができるよう
に着脱自在のパネル部分120を有している。迅速に真
空を引き直すためにハウジングAを開放した後、別のハ
ウジングポート122にポータブル真空ポンプを一時的
に接続することが好ましい。ハウジングAは、単純なボ
ルト又は締め付け具126によって相互に連結された複
数のハウジングセクション124を有している。真空領
域を外部から密封するために弾性ガスケットが設けられ
ている。上述した能動ポンプ操作により、弾性シール
(密封部材)、溶接部等からの放出ガスを容易に処理す
ることができる。
【0028】図2は、本発明の第2実施例を示す。図1
の第1実施例の構成部品と同様な部品は同じ参照符号で
示されている。図1の第1実施例と図2の第2実施例と
の主要な相違は、図2の実施例においては磁気軸受40
及び50の能動素子46及び56と、駆動モータ60の
ステータ64を真空領域内に配置したことである。電気
巻線に通常用いられるエポキシ注封材やその他のポリマ
ー材に随伴するガス放出の問題を軽減するために、ハウ
ジングの真空領域を高真空領域132と低真空領域13
4に分割するための仕切手段即ち真空差維持手段130
が設けられている。詳述すれば、仕切手段130は、低
真空領域134内の炭化水素の部分圧が高くなるよう
に、軽質ガスの通過を許すが、炭化水素の通過を阻止す
るか、少くともその流れに抵抗する性質を有する。好ま
しい実施例では、仕切手段130は、磁気軸受40,5
0及び駆動モータ60の周りの低真空領域134と、真
空領域の、陰極C及び陽極Bに近接した部分との間の真
空連通を制限する分子移動抵抗手段とする。
【0029】又、好ましい実施例では、低真空領域13
4内でロータ30に一連の羽根136に取り付けられ、
それらのはねと噛合するようにハウジングAに別の一連
の羽根138が取り付けられる。低真空領域134内
の、この第1組の羽根136,138のある側とは反対
側の末端部に、第2組の羽根136,138が取り付け
られる。低真空領域134内において炭化水素及びポリ
マー材から放出されたガスをこれらの第1組及び第2組
の羽根136,138に付着させるのに十分なだけそれ
らのはねを冷却するために、冷却通路140がそれらの
羽根に近接したところでハウジングAの壁に設けられ
る。炭化水素の蒸気を凝縮させるには、通常、氷水によ
る冷却で十分である。高真空領域132が少くとも10
-6Torrに維持され、低真空領域134が約10-4Torrに
維持されるように、緊密に噛合した遮蔽羽根によってそ
れらの羽根を境として圧力差(真空差)を創生すること
ができる。酸素等の軽質ガスの部分圧は、低真空領域1
32においても、高真空領域134においても同じであ
るが、炭化水素、グリース等の重質蒸気の蒸気圧は、低
真空領域134の方が高い。低真空領域は、炭化水素蒸
気を真空引きする度合が少ない。
【0030】図2の実施例においては、フィラメント電
流源90は、誘導又は容量性電位切換リングを備えてい
る。切り換えられた電位は、スイッチ回路142のため
に例えば高圧パルス又は低圧パルスで符号化される。ス
イッチ回路142は、その信号を復号化し、それに従っ
て陰極組立体Cを制御する。
【0031】図3は、本発明の第3実施例を示す。図1
及び図2の実施例の構成部品と同様な部品は同じ参照符
号で示されている。図3の第3実施例では、多数の真空
レベルを設定するので、より多くの慣用の機械的構成部
品を利用することができる。詳述すれば、ロータ30を
機械的ころ軸受150,152によって支承する。この
実施例では、真空差維持手段130が10-4Torr以下の
真空を維持するので、10-6Torrの真空内で使用するの
には適さない潤滑剤、エポキシ及びその他の物質を使用
することができ、実際に使用されている。図には機械的
ころ軸受150,152が例示されているが、ジャーナ
ル軸受、箔軸受、水力軸受等も使用することが考えられ
る。慣用のモータ60のロータ154とステータ156
の両方が低真空領域134内に配置され、一方がロータ
30に、他方がハウジングAに取り付けられている。
【0032】図4、5及び6に示された本発明の第4実
施例においても、ハウジングAは、やはりドーナツ形で
あり、陽極Bは、やはり環状でハウジングAの一部分と
協同して冷却流体流路12を画定する。陰極組立体Cか
らの電子ビームによって励起されたとき電子ビームを創
生するためにタングステン陽極面10が陰極組立体Cの
方に向けて配置されている。陰極組立体Cは、ハウジン
グAの周りにリング状に互いに近接して配列された多数
の陰極カップ160を有する。各陰極カップ160は、
励起電流によって加熱されて熱電子放出を起す陰極フィ
ラメント162を有し、発生した電子ビームを陽極に対
して円周方向に集束(焦点合わせ)するための1対のグ
リッド164と、その電子ビームを半径方向に集束する
ための1対のグリッド166を含むグリッド組立体を有
する。ゲート電極又はゲートグリッド168は、選択的
に、電子ビームを陽極に差向け、あるいは、電子ビーム
が陽極に達するのを阻止する。電子を通すために各ゲー
トグリッド168を順次に切り換えるスイッチ手段17
0を設ける。かくして、電子ビームは、陽極の周りに段
階的に放射され、あるいは、異なる選択されたパターン
で放射される。
【0033】電子ビームを選択されたビーム寸法で陰極
カップに対して陽極上の選択された点に集束(焦点合わ
せ)するために適正なバイアス電圧をグリッド対16
4,166に印加するためのバイアス及び集束制御回路
172が設けられている。随意選択として、バイアス及
び集束制御回路172は、電子ビームを陰極カップ16
0の円周に沿って連続的に、又は、陰極カップ160の
円周の長さに比例する陽極の円弧に沿って複数の位置へ
複数の段階で掃引又は走査するためにバイアス電圧をグ
リッド164と166の間で漸次に又は段階的にシフト
するためのビーム走査手段174を含むものとすること
ができる。その場合、スイッチ手段170が次の陰極カ
ップへ切り換えられるたびに、ビーム走査手段174に
より電子ビームをその予め選択された円周方向の複数の
ビーム位置の各々に沿って掃引させる。
【0034】陰極組立体CをハウジングAに対して高電
圧にバイアスするための高電圧源180が設けられてい
る。陰極カップ160をハウジングAに対して相対的に
−100KeVのレベルの電位に維持することができる
ように、陰極組立体CをハウジングAから絶縁するため
のセラミック製絶縁層182が設けられている。操作者
の安全のために、ハウジングAの方を接地し、陰極カッ
プをハウジング及び陽極に対して相対的に−100Ke
Vのレベルにバイアスすることが好ましい。あるいは別
法として、陽極をハウジングAから電気的に絶縁し、ハ
ウジングに対して正電圧にバイアスするようにしてもよ
い。その場合は、冷却流体が陽極をハウジングに短絡さ
せないように冷却流体は誘電体とするように留意しなけ
ればならない。
【0035】すべての陰極カップ160のフィラメント
を同時に駆動することが好ましい。スイッチ手段170
は、高電圧源180を各陰極カップ160へ順次に切り
換える。かくして、1回に陰極カップ160の1つだ
け、又は、少数の群を、X線ビームを発生させるのに十
分に高い電圧を陽極に対して維持する。もちろん、電子
及びX線ビームを制御するためにグリッド168又は個
々の陰極カップバイアスのどちらかを用いることができ
る。
【0036】各個々の陰極セグメント又はカップには、
複数の半径方向のスロットを形成し、各スロット内のフ
ィラメントを直列又は並列に接続することが好ましい。
そのようなスロットとフィラメント部分は、グリッド電
圧が所望の陰極セグメントから除去されたとき、ターゲ
ットに負荷を与えるのに望ましい線焦点電子ビームを提
供する。焦点スポットを陽極軌道を横切って掃引させる
のを容易にするためににこの半径方向のスロット付き部
分を半分に分割し、適当に絶縁処理することができる。
これらの半分体は、又、焦点スポットのサイズを変更す
るのにも用いることができる。
【0037】フィラメントを、より一般的には電子エミ
ッタを加熱することによって一層の改善を達成すること
ができる。フィラメント又は電子エミッタの加熱は、電
子エミッタの後に第2の陰極を配置し、第2の陰極を中
庸の電位により、そして局部的に制御されるグリッドに
より主陰極(第1陰極)と同様の態様で加速することに
よって行うことができる。この構成の利点の1つは、低
温の、仕事関数の低いフィラメントを使用することがで
きることである。それによって電子エミッタの電流所要
量を相当に減少することができる。電子エミッタは、極
めて均一の焦点スポットを得るために非常に均一に加熱
することができる。電子エミッタは、更に、それを作動
温度に極めて迅速に昇温させることができるようにタン
グステンリボン又はその他の適当な低熱質量の物質で構
成することができ、それによって単に第2フィラメント
のグリッド制御を行うだけで、電子エミッタへの加熱エ
ネルギーを著しく減少させ、信頼性を高めることができ
る。
【0038】図7を参照すると、各々対応する窓20,
20' ,20''に近接して階段状に配置された多陽極1
0,10' ,10''を有する本発明の変型実施例が示さ
れている。陰極カップ32,32' ,32''も環状リン
グ30にやはり階段状に取り付けられている。環状リン
グ30は、先の実施例に関連して説明したように磁気軸
受に回転自在に装着することが好ましい。別法として、
多陰極を環状リング30の周りに図3〜5に関連して説
明した態様に配置することもできる。各陰極カップは、
操作者が複数の作動モードの中から選択することができ
るように磁気スイッチ制御器によって制御される。例え
ば、多重輪切り撮像のために3つの陰極カップのすべて
を同時に作動させることができる。更に他の別法とし
て、X線ビームコリメーター104,104' ,10
4''を陽極/陰極カップ組合せ体の各々に関連させるこ
とができる。異なるサイズ又は形状のX線ビームを創生
するために各コリメーターの開口のサイズを異なるもの
とすることができる。更に他の別法として、各陽極/陰
極カップ組合せ体にそれぞれ異なるフィルタ又は補償器
26,26' ,26''を組合せることができる。
【0039】図8を参照すると、電子源32に対して相
対的に移動自在の面10を有する陽極組立体が示されて
いる。この変型実施例においては、陽極面10は、冷却
チャンネル12を画定する周囲構造体と共に、図に仮想
線で誇張して示されるように選択的に回転又は傾動自在
とする。陽極面10は、回転させずに、撓曲させるよう
にしてもよい。又、陽極面10は、その位置を変位させ
ることにより、電子ビームを受け取る陽極面10の特性
を変更するように単一平面以外の形状の表面とすること
もできる。
【0040】以上、本発明を実施例に関連して説明した
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の第1実施例によるX線管の断
面図である。
【図2】図2は、本発明の第2実施例によるX線管の断
面図である。
【図3】図3は、本発明の第3実施例によるX線管の断
面図である。
【図4】図4は、本発明の第4実施例によるX線管の断
面図である。
【図5】図5は、図4のX線管の部分断面図で示す正面
図ある。
【図6】図6は、図4及び5の陰極カップの1つの透視
図である。
【図7】図7は、本発明による多陽極の陽極/陰極カッ
プ組合せ体の断面図である。
【図8】図8は、移動自在の陽極管を用いた本発明によ
るX線管の陽極/陰極カップ組合せ体の断面図である。
【符号の説明】
A:ドーナツ形ハウジング B:陽極(陽極組立体) C:陰極(陰極組立体) 10:陽極面 12:冷却流体流路の内側流路部分 14:冷却流体流路の外側流路部分 20:X線窓 26:環状のX線散乱防止外周壁 28:内周壁(フィルタ) 30:ロータ 32:陰極カップ 34:電子源(陰極フィラメント) 40:磁気浮揚式軸受 42:珪素鋼(鉄材)のリング 44:永久磁石(受動素子) 46:電磁石(能動素子) 48:磁気窓 50:磁気浮揚式軸受 52:珪素鋼(鉄材)のリング 54:永久磁石(受動素子) 56:電磁石(能動素子) 58:磁気窓 60:モータ(回転手段) 66:機械的ころ軸受 70:絶縁材 78:熱陰極フィラメント(環状電極) 80:高圧電源装置 82:グリッド(熱電流フィラメント) 86:隔離変成器 90:フィラメントの電流源 104:コリメーター 110:能動真空ポンプ手段 112:イオンポンプ 114:ゲッタ 120:着脱自在のパネル部分(アクセスポート) 124:ハウジングセクション 128:弾性ガスケット 130:仕切手段 132:高真空領域 134:低真空領域 136,138:羽根 140:冷却用通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レスター ミラー アメリカ合衆国 イリノイ州 60130,フ ォリスト パーク,ディスプレインズ ア ヴェニュ 228

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空領域を画定する排気された内部を有
    するほぼドーナツ形ハウジング(A)と、 該ドーナツ形ハウジング(A)の内部に取り付けられて
    おり、冷却流体によって熱を除去されるように循環冷却
    流体流路(12)に対して熱伝達関係をなす環状の陽極
    面(10)を有する陽極(B)と、 前記ドーナツ形ハウジング(A)の内部に回転自在に設
    けられたロータ(30)と、 該ロータにそれと共に回転するように取り付けられてお
    り、前記陽極面(10)に衝突してX線ビームを創生す
    るための電子ビームを発生する電子を放出する電子放出
    手段(32)を含む少くとも1つの陰極組立体(C)
    と、 電子ビームが前記陽極面(10)の周りに回転されるよ
    うに前記ロータ(10)を回転するための回転手段(6
    0)と、 前記ハウジングの内部に積極的に真空を維持するために
    該ハウジングの内部に接続された能動真空ポンプ手段
    (110)と、から成るX線管。
  2. 【請求項2】 前記能動真空ポンプ手段(110)は、
    前記ハウジング(A)内に気密に密封されていることを
    特徴とする請求項1に記載のX線管。
  3. 【請求項3】 前記能動真空ポンプ手段(110)は、
    前記真空領域において発生した蒸気の原子を該真空領域
    から排出するための排出手段を設ける必要がないよう
    に、該真空領域において発生した原子をコレクタ内へ封
    入させるイオンポンプ(112)を含むことを特徴とす
    る請求項2に記載のX線管。
  4. 【請求項4】 前記真空領域において発生した原子を化
    学的に吸着するゲッタ(114)が前記ドーナツ形ハウ
    ジング(A)の内部に配設されていることを特徴とする
    請求項2又は3に記載のX線管。
  5. 【請求項5】 前記ロータ(30)は、少くとも1つの
    磁気浮揚式軸受(40)上に支持されており、該磁気浮
    揚式軸受は、前記真空領域内で該ロータの内周面に沿っ
    て該ロータに取り付けられた鉄材(42)のリングと、
    該鉄材のリングの半径方向内側に該リングに近接して配
    置された永久磁石と電磁石(44,46)のリングと、
    該電磁石(46)を該真空領域から密封するが、該電磁
    石からの磁界が前記鉄材のリングと相互作用するように
    該磁界を通す磁気窓(48)を含むことを特徴とする請
    求項1〜4のいずれかに記載のX線管。
  6. 【請求項6】 前記真空領域内に少くとも10-6Torrの
    真空が維持されていることを特徴とする請求項1〜5の
    いずれかに記載のX線管。
  7. 【請求項7】 前記ドーナツ形ハウジング(A)の内部
    を少くとも比較的高い真空度を有する高真空領域(13
    2)と比較的低い真空度を有する低真空領域(134)
    に分割するための仕切手段(130)が設けられている
    ことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のX線
    管。
  8. 【請求項8】 前記陽極(B)及び陰極組立体(C)
    は、前記高真空領域(132)内に配置され、前記ロー
    タ(30)の少くとも一部分は、前記低真空領域(13
    4)内に配置されていることを特徴とする請求項7に記
    載のX線管。
  9. 【請求項9】 前記ロータ(30)を回転するための前
    記回転手段は、前記低真空領域(134)内に配置され
    たモータ(60)を含むことを特徴とする請求項8に記
    載のX線管。
  10. 【請求項10】 前記ロータ(30)を支持するための
    機械的軸手段(66)が前記低真空領域(134)内に
    配置されていることを特徴とする請求項8又は9に記載
    のX線管。
  11. 【請求項11】 前記機械的軸手段(66)に潤滑剤が
    施されていることを特徴とする請求項10に記載のX線
    管。
  12. 【請求項12】 前記潤滑剤の蒸気が前記高真空領域
    (132)に侵入しないように潤滑剤の蒸気を凝縮する
    ための潤滑剤蒸気凝縮手段が設けられていることを特徴
    とする請求項11に記載のX線管。
  13. 【請求項13】 前記ドーナツ形ハウジング(A)の内
    部を少くとも比較的高い真空度を有する高真空領域(1
    32)と比較的低い真空度を有する低真空領域(13
    4)に分割するための前記仕切手段(130)は、一連
    の互いに噛合した状態に配列された羽根(136,13
    8)を含み、それらの羽根(136,138)がそれら
    の羽根を境として真空差が維持されるのに十分に蛇行し
    た経路を画定するように一方の羽根(136)が前記ロ
    ータ(30)の取り付けられ、他方の羽根(138)が
    前記ハウジング(A)に取り付けられていることを特徴
    とする請求項7〜12のいずれかに記載のX線管。
  14. 【請求項14】 前記羽根(136,138)を冷却す
    るための冷却手段が設けられていることを特徴とする請
    求項13に記載のX線管。
  15. 【請求項15】 前記低真空領域(134)内にポリマ
    ー材を含有した部品が並置されており、前記羽根(13
    6,138)は、ポリマー材の蒸気を凝縮させるのに十
    分に冷却されることを特徴とする請求項14に記載のX
    線管。
  16. 【請求項16】 前記高真空領域(132)は、少くと
    も10-6Torrに維持され、前記低真空領域(134)
    は、10-4Torrに維持されていることを特徴とする請求
    項7〜15のいずれかに記載のX線管。
  17. 【請求項17】 前記陰極組立体(C)を前記ロータ
    (30)から電気的に絶縁するための絶縁手段(70)
    と、該陰極組立体(C)を該ロータ(30)に対して少
    くとも−100KeVの高い負電位に維持するための手
    段(80)が設けられていることを特徴とする請求項1
    〜16のいずれかに記載のX線管。
  18. 【請求項18】 前記ハウジング(A)とロータ(3
    0)を実質的に共通の電位に維持するために該ハウジン
    グ(A)とロータ(30)の間に電気的接続が設定され
    ていることを特徴とする請求項17に記載のX線管。
  19. 【請求項19】 前記陰極組立体(C)は、陰極フィラ
    メント(34)を有しており、フィラメント電流を前記
    真空領域を通して前記ロータ(30)に移送するための
    フィラメント電流移送手段(90)が設けられ、前記陰
    極フィラメント(34)を前記フィラメント電流移送手
    段(90)に対して前記高い負電位に維持するために該
    フィラメント電流移送手段と陰極フィラメントの間に隔
    離変成器(86)が接続されていることを特徴とする請
    求項17又は18に記載のX線管。
  20. 【請求項20】 各々隔離変成器(86)によってフィ
    ラメント電流移送手段(90)から隔離された複数の陰
    極組立体(C)が設けられており、該陰極組立体(C)
    を前記ロータ(30)に対して前記高い負電位に維持す
    るための前記手段は、該各陰極組立体(C)に接続さ
    れ、ロータ(30)の周りに該ロータから電気的に絶縁
    されて環状に延長した環状電極(78)を含み、該環状
    電極は、前記ハウジング(A)に取り付けられた熱電流
    フィラメント(82)に密に近接して配置され、該熱電
    流フィラメントは、該フィラメントを前記高い負電位に
    まで駆動するための高圧電源(80)に接続されてお
    り、熱電流フィラメント(82)と前記環状電極(7
    8)との間の電子移動によって該環状電極と陰極フィラ
    メント(34)が前記ハウジング(A)に対して前記高
    い負電位にもたらされるようになされていることを特徴
    とする請求項19に記載のX線管。
  21. 【請求項21】 X線ビームコリメーター(104)
    が、前記ロータ(30)と共に回転するように前記陰極
    組立体(C)に近接して該ロータに取り付けられてお
    り、該コリメーター(104)は、X線ビームの厚みを
    画定するための第1対のコリメーター壁と、X線ビーム
    の扇形拡開角を画定するための第2対のコリメーター壁
    を有することを特徴とする請求項1〜20のいずれかに
    記載のX線管。
  22. 【請求項22】 前記冷却流体流路(12)は、該X線
    管の周りに実質的に360°延長する導入側流体流路
    (14)に分割されており、該導入側流体流路(14)
    は、該導入側流体流路よりも前記陽極面(10)に近接
    して配置された陽極近接流体流路(12)に連結されて
    おり、該陽極近接流体流路(12)は、該導入側流体流
    路(14)と陽極面(10)との間に配置され、該X線
    管の周りに実質的に360°延長して出口に至り、該導
    入側流体流路(14)と陽極近接流体流路(12)との
    熱伝達によって該陽極面(10)に沿っての冷却作用の
    均一性が向上されるようになされていることを特徴とす
    る請求項1〜21のいずれかに記載のX線管。
  23. 【請求項23】 前記ハウジング(A)内に真空を維持
    するための該ハウジングは、弾性ガスケット(128)
    を挟んで互いに締着された複数のハウジングセクション
    (124)を有し、前記能動真空ポンプ手段(110)
    は、該弾性ガスケット(128)から放出された蒸気を
    除去する働きをすることを特徴とする請求項1〜22の
    いずれかに記載のX線管。
  24. 【請求項24】 前記能動真空ポンプ手段(110)
    は、前記ハウジング(A)内に配置されており、前記ハ
    ウジングセクション(124)は、該能動真空ポンプ手
    段へアクセスすることができるようにするための着脱自
    在のアクセスポート(120)を有していることを特徴
    とする請求項23に記載のX線管。
  25. 【請求項25】 前記ハウジング(A)は、前記陽極面
    (10)の内周縁から半径方向内方に配置された環状の
    X線窓(20)を有し、該陽極面の外周縁を囲繞する環
    状の外周壁(26)を有しており、該外周壁は、該X線
    窓から散乱したX線を吸収するためのX線吸収物質を含
    有していることを特徴とする請求項1〜24のいずれか
    に記載のX線管。
  26. 【請求項26】 前記陽極面(10)の内周縁の内側に
    該陽極面と前記X線窓(20)との間に環状の内周壁
    (28)が配置されており、該内周壁は、前記X線ビー
    ムのエネルギー分布を調節するためのX線フィルタ材を
    含有していることを特徴とする請求項1〜25のいずれ
    かに記載のX線管。
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