JPH09106776A - 自動バイアスデッキを有するｘ線管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】解像度を高め、焦点スポットにおけるパワー密
度を増加するために、焦点スポットの計画された何学の
最適化を可能にする焦点スポット自己バイアスＸ線管を
提供することである。 【構成】自己バイアス集束Ｘ線発生管がカソード組立体
を有し、その組立体はその挿入端部により、真空エンベ
ロープの外側からマルティプライアに連結される。マル
ティプライアはDC電圧を与えるためにフィラメント駆動
のAC電源を修正し、増加させる。そのDC電圧はＸ線管の
カソード組立体とアノードターゲットとの間で進行する
電子ビームを締め付けるためにカソード組立体に印加さ
れ、その結果焦点スポットの質を改良する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】】本発明は、Ｘ線管に関し、
特にＸ線管のアノードに衝突する電子の焦点スポットの
放射性性質を改良するバイアス電源に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】医療
の分野に使用するＸ線発生管（Ｘ線管）において、排気
されたエンベロープ内でカソードから放出され、そして
高エネルギーに加速された電子流がアノードターゲット
に衝突し、電磁気エネルギーがＸ線となって放射され
る。管のエンベロープはＸ線に対して透明な窓を有し、
放射がその窓を通り検査または処理を受ける患者へと進
む。

【０００３】多くの応用例において、アノードターゲッ
トの小さな領域に、「焦点スポット」として知られてい
るように、電子流を細く集束させることが望ましい。電
子エネルギーの僅かな部分のみがＸ線に変換され、電子
エネルギーの大半が直接熱に変換される。電子は、アノ
ードターゲットから離れるのに十分な運動エネルギーを
もち、ランダムな方向に飛び去る。高電場を受ける電子
は、アノードターゲットまたは経路内にある他の表面に
戻って吸収される傾向にある。その電子は、カソードか
らの主要な流れの電子とは異なった、「二次のまたは迷
走」電子として知られている。

【０００４】二次電子は焦点スポット領域の近くの管エ
ンベロープを不所望に加熱するばかりか、いわゆる「オ
フフォーカス放射」を生成する。二次電子により生成さ
れた、オフフォーカス放射は、Ｘ線管の焦点スポットの
大きさを増大させることによりＸ線の影像の質を損わ
せ、幾何学的なぶれに至らしめるバックグラウンド放射
パターンを生成する。

【０００５】アノードターゲット上の電子流の焦点スポ
ットの大きさを制御する一つのアプローチが、集束支持
部材にカソードフィラメントを取り付けることである。
在来の管の設計において、通常カソードが一つまたはい
くつかの電気的に付勢されるフィラメントから成る。フ
ィラメントは、アノードターゲットに面する側とは反対
側においてフィラメントを取り囲むカップ形電極内に取
り付けられている。アノードターゲット上に電子ビーム
により形成される焦点スポットの大きさを制御するため
に、電気的バイアス電圧がカップ形電極とフィラメント
との間に適用される。カップ電極はカソード電位で動作
し、電子ビームカットオフが要求されるときに、逆にバ
イアスされる。

【０００６】高い分解能の影像を得るために、焦点スポ
ットの大きさを最小化するこの設計および試みの結果、
システムがカップ形電極とアノードターゲットとの間に
配置される第2の電極をもつようになった。第2の電極は
カソードから独立した可変電源に接続された。これらシ
ステムは焦点スポットの調節に改良点をもたらしたが、
電極バイアス電源のための独立したソースを使用するこ
とは、Ｘ線露出の間、電力ラインの変動および過渡電流
と結びついた、集束調整に不所望で、予知できない変化
をもたらす。

【０００７】カソード電源の変化が同じ割合でバイアス
電源を変化させるように、カソードとアースの間に集束
電極のためのバイアス電圧回路を設計することによりこ
の問題を解消する一つこの試みは焦点スポットの大きさ
を最小化することに著しい改良をもたらさず、さらに高
い過渡電圧により管の感度が悪くなる。

【０００８】この問題に対する異なるアプローチが、
「低電圧バイアスによるＸ線管アノードの集束化」と題
する米国特許第5,007,074号においてフュービーらによ
りなされた。この発明にしたがって、カソードカップ
は、アノードターゲットの焦点スポット上にウイングを
生じさせる電子ビームの分散を減少させるために低電圧
でバッテリーバイアスされる。小さな内蔵バッテリーが
管において、Ｘ線管エンベロープとハウジングとの間に
導入される。このシステムは、ある態様において満足す
る点があるが、欠点もある。バッテリーは時間とともに
減少し、管ハウジングのそった温度範囲にわたってその
出力値を変化させる。この変化は、望ましい最適な値に
逆比例するが、バッテリーバイアスは管のパワーの変化
に関わらず、変化しない。

【０００９】したがって、本発明の目的は、解像度を高
め、焦点スポットにおけるパワー密度を増加するため
に、焦点スポットの計画された幾何学の最適化を可能に
する焦点スポット自己バイアスＸ線管を提供することで
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、フィラメント
信号からパワー（電力）を導出することによりＸ線管カ
ソードキャップをバイアスする電気的手段により問題を
解決することに関する。

【００１１】本発明にしたがって、Ｘ線管が、ハウジン
グと、ハウジング内に配置され、回転アノード電極およ
びカソード組立体を中に有する真空エンベロープとを含
む。カソード組立体は、カソード組立体により生成さ
れ、アノードターゲットカソード組立体との間に印加さ
れる高電圧により加速される電子ビームを集束するため
の、カップ形電極内に少なくとも一つのフィラメントを
有する。ＡＣ源が熱放出するために必要な温度にフィラ
メントを加熱するために含まれる。自己バイアスデッキ
がカソード組立体の近傍で、真空エンベロープの外側に
取り付けられる。自己バイアスデッキはDCバイアス電圧
を印加するための、AC電源とカソード組立体のカップ形
電極との間に電気的に接続された電圧マルティプライア
を含む。このような配列により、アノードターゲットの
表面上の焦点スポットの幾何学が制御される。

【００１２】本発明の上記およびさらなる目的、特徴な
らびに利点は添付の図面とともに、以下で行う特定の実
施例の詳細な説明を考慮することにより明らかになろ
う。

【００１３】

【発明の実施の形態】図1および図2は本発明を実施する
Ｘ線発生管を略示する。真空エンベロープは10は管の内
部構造を取り囲む。電子流を放出する固定カソード組立
体12が、回転アノードターゲット14の近傍に取り付けら
れる。カソード組立体12から放出される電子はアノード
ターゲットの表面に向けられる。電子は、図4のグラフ
から分かるように、カソード組立体12の焦点カップによ
り細く、一様な電子流に集束される。電子流はアノード
ターゲットとカソード組立体の間の電圧差により高エネ
ルギーに加速される。カソード組立体とアノードターゲ
ットとの間に印加される高電圧は電源コネクタによりDC
電源から導出される。Ｘ線の照射の間、アノードターゲ
ットはアース電圧に、またはアース電圧以上に保持され
る一方で、カソード組立体はアース電圧以下に保持され
る。図3において、カソード組立体12は一対のフィラメ
ントを有し、それぞれは、セラミック製絶縁体26および
28のそれぞれを介して、焦点カップ22および24のそれぞ
れに取り付けられている。AC電源（図示せず）が、熱放
出に必要な温度まで、フィラメントコイルを加熱するた
めに、約4-10ボルトをフィラメントに与えるべく、フィ
ラメント18および20に在来の方法で連結されている。フ
ィラメントは、アース電圧以下の75ｋＶのフィラメント
電源を与えるフィラメント電源トランスより加熱され
る。自己バイアス回路30がフィラメント電源とカソード
組立体の焦点カップとの間に接続され、図2に平面図と
して示されたデッキ32上に配置されている。デッキ32は
図1に示された真空エンベロープ10の外側で、Ｘ線管の
内部に直接に取り付けられている。バイアス回路30を導
出するための入力信号はフィラメント電源トランスから
得られる。入力パワーは0.05ミリワットのオーダーであ
る。この入力AC電源はバイアス回路30の電圧マルティプ
ライアに印加される。電圧マルティプライアはダイオー
ドとコンデンサを含み、交流電源から約20-40ボルトの
範囲の低DC電圧を生成するために、コッククロフ-ウォ
ルトン型として知られているタイプのものを使用してい
る。図3において、8段階マルティプライアが示されてい
る。マルティプライアはフィラメント信号の電圧より約
八倍高い電圧を発生する。好適実施例において、10μＦ
のコンデンサが8個、IN914タイプのダイオードが8個使
用されている。

【００１４】バイアス回路30は、フィラメントの振幅に
比例したバイアスレベルを発生する。アノードターゲッ
ト電流が更に要求されると、より高いターゲット電流が
フィラメント電圧の増加を要求するので、より高いレベ
ルのバイアスが発生される。フィラメントの共通脚に関
して負の電荷を電気的に絶縁された焦点カップに印加す
ると、このバイアス電荷は焦点スポットの幅に陰をつ
け、またはウイングをつけて、像の質を低下する迷走ま
たは二次電子をビームの中央にじき返して戻す。バイア
スのレベルを正しく選択することにより、ウイングは、
フィラメントがよりハードに駆動される必要のある点へ
と電子ビームをずらすことなく除去できる。Ｘ線管に焦
点スポット自己バイアスデッキを組み込むことにより、
焦点スポットの幾何学および密度を補正でき、その補正
は、フィラメント電源、または管の高電圧源における潜
在的な問題を呈するときにおける電力条件を増加するこ
となく、管の外部でなし得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図1は本発明を組み込んだＸ線発生管の断面
図である。

【図２】 図2はAC電源からＸ線管の内部にバイアス電
圧を供給する自己バイアスデッキの断面図である。

【図３】 図3は本発明を組み込んだＸ線管のカソード
組立体である。

【図４】 図4は本発明を組み込んだＸ線管から得られ
た焦点スポットのグラフである。

【符号の説明】

10 真空エンベロープ 12 カソード組立体 14 アノードターゲット 18 フィラメント 20 フィラメント 22 焦点カップ 24 焦点カップ 26 絶縁体 28 絶縁体 30 自己バイアス回路 32 デッキ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ線管であって、 真空エンベロープと、 該エンベロープ内に配置される回転アノードターゲット
   と、 前記エンベロープ内に配置されるカソード組立体であっ
   て、該カソード組立体に面する前記アノードターゲット
   の表面に衝突する電子ビームを生成し、前記アノードタ
   ーゲットの表面上に電子ビームを集束し、焦点スポット
   を形成するために、カップ型電極に取り付けられる少な
   くとも一つのフィラメントを有する、ところのカソード
   組立体と、 前記電子ビームが、Ｘ線を発生させるのに十分なエネル
   ギーをもって前記アノードターゲットに衝突するよう
   に、前記アノードターゲットと前記カソード組立体との
   間に電位を維持するための高電圧源と、 熱放出に必要な温度に前記フィラメントを加熱するため
   に前記フィラメントに連結されるAC電源と、 電圧マルティプライアを有し、前記カソード組立体の近
   傍で、前記真空エンベロープの外側に取り付けられる自
   己バイアスデッキと、を有し、前記電圧マルティプライ
   アがAC電源と前記カップ型電極の間に電気的に接続さ
   れ、前記アノードターゲットの表面の前記焦点スポット
   の幾何学を制御するために、DCバイアス電圧を印加す
   る、ところのＸ線管
2. 【請求項２】 AC電源がフィラメント絶縁トランスであ
   り、該トランスはアース電圧以下の約75ｋＶの電圧を与
   える、ところの請求項1に記載のＸ線管。
3. 【請求項３】 前記電圧マルティプライアがコックロフ
   -ウォルトン型である、ところの請求項2に記載のＸ線
   管。
4. 【請求項４】 前記電圧マルティプライアが好適には八
   段階からなる、ところの請求項3に記載のＸ線管。
5. 【請求項５】 前記電圧マルティプライアがバイアスデ
   ッキに配置される、ところの請求項4に記載のＸ線管。
6. 【請求項６】 自己バイアス集束Ｘ線発生管であって、 ハウジングと、 該ハウジング内に取り付けられ、電子を放出し、電子ビ
   ームを形成するための、カップ型電極内に配置されるフ
   ィラメントを有するカソード組立体、および前記電子ビ
   ームを受け、前記カソード組立体に面した表面上に焦点
   スポットを形成し、そこからＸ線ビームを放出するため
   のアノードターゲットを有する真空エンベロープと、 加熱電流を前記フィラメントに印加するためのAC電源
   と、 前記ハウジングと前記エンベロープとの間に配置され、
   かつ前記カソード組立体の近傍で、前記エンベロープの
   内部に取り付けられる、低DCバイアス電圧を前記AC電源
   から前記カップ型電極に供給するためのバイアス源と、
   から成り、 前記バイアス源はコックロフーウォルトン型電圧マルテ
   ィプライアを含む、ところのＸ線管。
7. 【請求項７】 前記低DCバイアス電圧は約24-40ボルト
   のオーダーである、ところの請求項6に記載の自己バイ
   アス集束Ｘ線発生管。
8. 【請求項８】 前記電圧マルティプライアが好適には八
   個のコンデンサと八個のダイオードを含む、ところの請
   求項6に記載の自己バイアス集束Ｘ線発生管。