JPS5811079B2 - Ｘ線源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＸ線源装置に関する。

この発明でいうＸ線源装置は、Ｘ線管又はＸ線管を収容
した容器（モノタンクを含む）に、Ｘ線照射野を限定し
て絞り調整する装置を組み合わせて、Ｘ線をとり出すよ
うにしたものを指す。

周知のように一般にＸ線源装置は、Ｘ線管と、このＸ線
管の陽極ターゲットから発するＸ線を所望の方向と、所
望の照射野でとり出すために、コリメータと称するＸ線
絞り即ちＸ線の不所望な方向と範囲への放射を遮蔽して
照射野を限定する装置とを結合して使用される。

第１図に回転陽極型Ｘ線管を用いた装置の場合を例示す
る。

図において、符号２１はＸ線管、２２ａは陽極ターゲッ
ト、２２ｂは電子ビーム発生用陰極、２３はＸ線管を収
容する容器、２４は容器に形成されたＸ線放射窓、２５
はコリメータ、２６はＸ線絞り片をあられしている。

このコリメータ２５は容器２３の放射窓の部分のフラン
ジ２７に強固に固定されている。

このようなＸ線源装置からは、Ｘ線放射窓、コリメータ
によって定まる方向と照射野をもつＸ線が外部にとり出
される。

Ｘ線管の管軸０に対してコリメータの中心軸Ｘは通常直
角に交差するように組み合わされ、これは固定されて使
われる。

Ｘ線照射野は必要に応じてコリメータのＸ線絞りを調整
して定める。

ところでこのようなＸ線源装置では、第２図に示すよう
に陽極ターゲット上に形成される電子ビーム焦点即ち実
焦点（以下単に実焦点と記し、その形状はターゲツト面
に垂直な上面からみた形状をとり扱う）Ｓ０に対して、
Ｘ線中心放射線方向即ちとり出すＸ線照射野の中心線Ｘ
方向からみた実効焦点（以下単に実効焦点と記す）は、
電子ビーム幅の変化に対応して著しく形状が変化してし
まう。

例えば大入力で大焦点のときに実効焦点Ｓ１が正方形で
あっても、入力を減少させて同じ陰極からの電子ビーム
を細くしぼり小焦点を得る場合は通常細長い実効焦点Ｓ
２となってしまう。

これは実効焦点の形状が著しく歪んでしまい、最近の０
．１ｍｍから１．２ｍｍないしは２．０ｍｍまでの可変
焦点Ｘ線管の特性としては不向きである。

このため必要とする実効焦点ことにＸ線管をとりそろえ
たり、交換するようにしているのが実状である。

なお、第２図で実効焦点Ｓ１、Ｓ２の形状は、放射方向
Ｘから陽極ターゲット上の実焦点をみた場合の形状を紙
面に対して正面に模写して示したものである。

ところで、このような不都合を解決しようとする提案は
、例えばＵＳＰ２９４２１２６号明細書に示されるよう
な２以上の角度を組み合せた陽極ターゲットを有するＸ
線管を用い、各傾斜面に選択的に電子ビームをあてるよ
うにするものがある。

しかしながらこれは陽極ターゲットの製作が困難であり
、また傾斜角ターゲツト面の数に対応した選択数しかな
く、さらにまた各傾斜面ごとに場所を違えて電子ビーム
をあてるので焦点の位置が異なり照射野が個々にずれる
重大な欠点がある。

本発明は以上の実状に鑑みてなされたもので、従来の構
造とは根本的に異なる構成で、実効焦点形状、入力（電
子ビームによるターゲットへの入力電力）をある程度任
意に組み合わせてＸ線をとり出すことの可能なＸ線源装
置を提供するものである。

即ちその特徴とするところは、Ｘ線管の陽極ターゲツト
面と、Ｘ線照射野を限定するコリメータのような装置と
の交差角度を調整可能にしたものである。

以下図面を参照してその実施例を説明する。

なお同一部分は同一符号であられす。

第３図に示す実施例のＸ線源装置は、次のような構造を
なしている。

一般にハウベと称される収納容器１１の内部に、Ｘ線管
３２が収納固定されており、容器３１にはＸ線管３２の
傘形回転陽極ターゲット３３の実焦点Ｓ０に対応した位
置にＸ線放射窓３４が形成されている。

この放射窓３４を構成する周囲のフランジ３５の外面は
円柱曲面状に形成されている。

そしてＸ線照射方向及び照射野を限定するための装置即
ちコリメータ３６はフランジ３５の円柱曲面に沿って回
動しうるようにとりつけられている。

このコリメータ３６は所望に応じてＸ線照射野を定める
Ｘ線絞り（図示せず）を内蔵しており、その中心軸Ｘ１
はＸ線管の陽極ターゲット上に形成される実焦点Ｓ０を
中心にしてＸ線管管軸０と交差しながら実焦点と管軸を
含む平面に沿い図の左右に円弧をえがくようにして動き
うるようになっている。

なお図において符号３７はターゲットにむかって電子ビ
ームを放出するための陰極で、これは管軸に対し半径方
向に細長い電子放射部をもつ。

θはターゲットの傾斜面の接線をあられしている。

実焦点から発生するＸ線はＸ線放射窓、コリメータを径
て外部へ取り出される。

この場合、Ｘ線は傾斜ターゲツト面の接線θより外方へ
は放射されないこと当然であり、従ってコリメータの照
射野もこの領域以内に限られる。

この装置は、Ｘ線管の陽極ターゲットの面と、コリメー
タとの相対角度を可変とすることが本質であり、説明で
は便宜的にＸ線管収納容器に対してコリメータの方が移
動するかたちで説明をすすめている。

しかし実際に医療用などに使用する場合は、コリメータ
をＸ線装置の基台などに固定するようにし、これに対し
てＸ線管又はＸ線管収納容器の方を回動するように組み
立てることが実用的である。

さて以上のような構造の本発明Ｘ線源装置は次のような
すぐれた作用・効果を奏する。

まず、本発明の装置は、焦点形状を最適に保ちながら入
力即ちターゲットへの電子ビーム入力電力を増加し、と
り出すＸ線量を相対的に増大させることができる。

この点についてさらに説明する。いま陽極ターゲットが
単一の傾斜角で構成され、陰極がターゲットの半径方向
に対応して細長い電子ビームを発するもので構成されて
いるとすれば、コリメータが第３図に実線３６ａで示す
位置において小焦点を得ることができる。

このとき実焦点Ｓ０は幅ｔが狭く長さｌは長くなるよう
に電子ビームがあてられて形成される。

なお実焦点の長さｌは、とり出すＸ線の中心放射線（コ
リメータの中心軸線に対応する）Ｘ１の方向からみた垂
直方向の長さ、また幅ｔは水平方向の長さをあられして
いる。

この際、コリメータの中心軸Ｘ１はターゲット傾斜面接
線θに対して小さい角度θ１をもって位置されている。

こうしてコリメータの中心軸Ｘ１ の方向からみた実効
焦点Ｓａは正方形の小焦点となる。

なおこのときのＸ線照射野を符号Ｘａで示しである。

次に大焦点を得る場合は、電子ビームの幅を増大させて
入力を増加するとともに、コリメータの位置を接線θか
ら大きい角度θ２まで移動し、点線３６ｂの位置に移す
。

これによって得られる実効焦点ｓｂは長方形でなく正方
形となる。

このときのＸ線照射野を符号ｘｂで示しである。

換言すれば、コリメータを点線で示す位置３６ｂに置い
たままで従来の如く小焦点を得ようとして電子ビームを
更に電気的に集束させると、一般に半径方向に細長い電
子放射フィラメントをもつ陰極では電子ビームの長手方
向（半径方向）寸法ｌが幅寸法ｔにくらべてほとんど変
化しないので、小焦点を得るためにフィラメントの長手
方向寸法の小さい別の陰極を用意しておいてこれに切り
換えるなどしなければならない。

このことは結局入力そのものを、幅寸法の変化分のほか
長手方向の変化分までも減らさざるを得ないことである
。

ところが本発明の装置では、同一の陰極を使用したまま
で、電子ビーム幅を狭くし、同時にターゲツト面接線と
コリメータとの交差角を小さい方に移動することにより
、電子ビームによる実焦点は幅寸法の変化分だけ減るだ
けで長手方向分はほとんと変化がないので、入力をほと
んど減することなく適正な正方形状の実効焦点を得るこ
とができるわけである。

つまり実効焦点形状を最適の形状にしながら、相対的に
入力を増すことができるわけである。

従って小焦点と大焦点との交互使用に際、しても、あら
かじめ入力とコリメータ角度とをプログラムとして設定
しておけば、１つのＸ線源装置で所望に応じた可変焦点
としての選択使用ができることとなる。

これは従来、焦点の大きさごとに幾種類ものＸ線源装置
を用意したりしていたＸ線システムとはまったく異なり
、用途も広く、きわめて経済的でもある。

勿論、コリメータの角度は連続的、あるいは段階的に変
えるように構成すれば、それに応じて実効焦点を連続的
あるいは段階的に変えられる。

しかも陰極の電子ビーム幅の制御と組み合わせれば、ま
ったく任意の形状の焦点を１つのＸ線管で制御し、実現
できるのである。

これは第５図によってさらに理解されるであろう。

即ち電子ビーム制御電極のバイアス電圧Ｖ１〜Ｖ４を調
整し入力を変えて実焦点形状、寸法を種々変えるととも
に、コリメータ中心軸の角度θｉをθ１．θ２．θ３．
θ４の如く順次大きく変えれば、これらの組み合わせに
よって種々異なる実効焦点が得られる。

実焦点の長さｌは、バイアス電圧（絶対値）にかかわり
なくほぼ一定で、幅だけが変化した場合バイアス電圧が
高いほど細長くなる。

従って正方形をＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４それぞれのとき
適正放射方向はθ１．θ２．θ３．θ４となる。

その他の方向では矩形となる。

この焦点形状が少し不適正でも広い照射野をとりたいと
きは角度θｉを大きくとれば容易に、所望通りの大きさ
の撮影ができる。

なおこのなかで、正方形状の実効焦点は、同図において
斜線を施しである。

この装置で、実効焦点の大きさに対比して相対的に入力
を増加させうるということの理由は次の事実にもとずい
ている。

これを第６図を用いて説明する。

いま実効焦点の幅と長さ寸法が０．１ｍｍ×０．１ｍｍ
の小焦点を得る場合に、Ｘ線管入力が２．４ｋＷである
とする。

これに対して実効焦点の幅寸法ｔを増加した場合は、５
０％増加しても入力はせいぜい２０％しか増加させるこ
とができない。

これは回転する陽極ターゲット上の電子ビーム衝撃軌道
に沿って電子ビームの幅が増すわけであるから、ターゲ
ットが溶融しない入力の限度をそれほど高めることがで
きないことからも容易に理解されよう。

ところで、実焦点の長さ寸法ｌを増加した場合は、これ
にほぼ比例して入力を増すことができる。

即ち長さｌを５０％増加すれば、入力も約５０％増すこ
とができることを確認している。

すでにのべたように、長さ寸法ｌを増しても、コリメー
タの角度θｉを減少すれば、実効焦点は適正な小さい焦
点形状、寸法として得られるので、実質的に実効焦点形
状及び寸法を増すことなく入力を相対的に増すことがで
きるわけである。

また本発明は従来のＸ線源装置のような、ターゲット角
度で規定された照射野しか最大撮影できないといった固
定した制限がない。

中心放射角がターゲット角度より大きくなる点にコリメ
ータの中心軸即ち中心放射線Ｘ１・・・を移動させれば
、入力はもとのままで広い照射野の写真が撮れる。

この中心放射線の移動角度は、その線上での実際の実効
焦点の長さが、幅寸法に比べて長くなり、長さ、幅の不
均衡な形状の実効焦点となっても、長さ、幅が公称寸法
に対して許容範囲内にあるようにとどめれば、それをふ
まえた読影をしてむしろ照射野を広く活かすという臨機
応変な使い方も可能である。

本発明で意図する放射方向の可変は、管軸にほぼ平行で
焦点を含む平面内で十分目的を果せるが、これに加えて
、焦点を含み、管軸と交わる平面内で放射方向を任意に
変化できるようにすることも自由である。

焦点を中心として、中心放射角を自由に変える方法とし
ては、前述の如くＸ線管装置とコリメータとの接合面を
、焦点を中心とし、管軸に垂直な円筒曲面として、互い
にスライド可能にする構造のほか、焦点を中心とする球
曲面としてスライド式に可変としてもよい。

具体的には、Ｘ線管容器放射窓とコリメータの放射口取
付部との両方を曲面状にした場合、そしてアダプタを介
してコリメータをつけるときは、アダプタの放射口取付
部と管容器放射窓とを曲面状にする。

あるいは、Ｘ線管容器は従来の形状のままとし、コリメ
ータ自体が、焦点に近い部分で放射方向転換できるよう
にするか、又はコリメータとアダプタとの接合面で方向
が変えられるように構成する。

さらにまた、上記の組み合わせにしてアダプタ自身がコ
リメータの方向転換を可能にする構造としてもよい。

Ｘ線源装置のＸ線放射方向を焦点位置を中心に、任意の
方向に選択自在とする手段には、前述で挙げた構造のほ
か必ずしも、放射口部分を支えとぜずに、管容器本体、
管容器支持器、Ｘ線寝台等、Ｘ線装置に組込んだとき、
コリメータに接近した各種構造体を支えにＸ線管装置を
、焦点位置中心に転回可能とした構造でもよく、個々に
使用目的に最適な構造にすればよい。

ところで大小２つの焦点を、放射方向を切換える時間的
余裕なく、数秒間あるいは１秒以内に、はとんど連続し
て使う用途例えば小焦点で透視を行ない、その途中、途
中で瞬時に大焦点で撮影ををするスポットフィルム法な
どでは、これら２焦点が別々の放射方向にあるのは不具
合である。

しかし、この場合の小焦点は専ら透視用であり、従って
撮影入力を大きくするような低角度ターゲツト面に設け
る必要はなく、大焦点と同じ位置に、従来のＸ線管同様
に重ねるように小焦点をターゲット上に形成すればよい
。

大、小焦点を短時間に切換えて、ともに撮影に使う例は
通常ないので、本発明の効果は何ら損われない。

本発明のＸ線源装置の内挿Ｘ線管には、本発明の効果を
最大限に発揮させるため公称寸法の小さい焦点はど、中
心放射角θｉを小さくしたような中心放射線の異なる複
数焦点を基本組合わせとしてもったものが最適であるが
、変形例としては単焦点Ｘ線管でも２重焦点Ｘ線管でも
、また２以上の傾斜角をもつターゲット管でも使用しう
る。

次に電子ビームの大きさを可変とした構造のＸ線管を用
いる場合について説明を付加する。

１例としてコイルフィラメントと、そのまわりにウェネ
ルト電極、あるいはフィラメントの両端部付近で密に、
中央部で粗にグリッドワイヤをはった格子電極などの電
子ビーム制御電極を配置して電子ビーム形状、大きさを
可変としうる。

上述の如く本発明はこのような焦点形状の変化特性をも
ったＸ線管を、管軸に平行な平面内で、実焦点位置を中
心に、放射方向を任意の角度変化させうることのできる
管容器とコリメータ等の組合わせに組込み、実焦点幅方
向の集束寸法に応じて中心放射線の方向を変えることに
より、それぞれの方向で実効焦点の長さが適正化され、
本来の可変焦点が達成される。

このような内容の可変焦点Ｘ線源装置では、小焦点はど
、幅に比して長さの割合が大きくなるので、実焦点への
人力は、電子ビーム制御電極のバイアスで集束させた焦
点より大きく、陰極のエミッションも良好にできるとい
う効果が重なる。

しかも、小焦点の実効寸法許容値は公称値に対して大き
いので、中心放射線上で許容値の上限になるよう、放射
方向を選べば、照射野は最大限有効に活かされる。

従って放射方向固定式の従来の低角度ターゲット管で、
調整できない照射野不足の不具合が改善される。

焦点寸法の可変範囲を広くとる必要がある場合は複数個
のフィラメント焦点電極組合わせを使い、１つのフィラ
メントの可変範囲を狭くとれば、陰極のエミッション特
性も良く安定動作に有効である。

なお使用するＸ線管の陽極ターゲットは、第７図に示す
ような皿形の回転ターゲットで、内側の傾斜面に実焦点
を結ぶ構造のものをも使用しうる。

また固定陽極形Ｘ線管でもよく、ターゲツト面はＸ線管
の管軸に対して傾斜していても、あるいは管軸に対して
垂直な平面をもつものであってもよい。

要するに電子ビームがあたるターゲツト面の接線に対し
てコリメータのようなＸ線照射野限定装置の中心軸即ち
利用するＸ線放射中心線が、実焦点の位置あるいはこの
位置付近を中心にして回転可能に構成すればよいわけで
ある。

以上説明したようにこの発明によれば、実用的価値大な
るＸ線源装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は一般のＸ線源装置を示す要部断面図、第２図は
第１図のものの動作態様を示す概略図、第３図は本発明
の一実施例を示す要部断面図、第４図は第３図のものの
動作態様を示す概略図、第５図は同じく動作態様を示す
概略図、第６図は実焦点と入力との関係を示す特性図、
第７図は本発明の他の実施例を示す要部断面図である。 ３２・・・・・・Ｘ線管、３３・・・・・・ターゲット
、３６・・・・・・コリメータ（Ｘ線照射野限定装置）
、θ・・・・・・ターゲツト面接線、Ｘｌ、Ｘ２・・・
・・・コリメータ中心軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管軸に対し所定の接線角度をもって設けられた陽極
   ターゲット、およびこのターゲット上に管軸に対し半径
   方向に細長い電子ビーム焦点をつくるとともにこの電子
   ビーム焦点の寸法を可変できる電子放射部をもつ陰極を
   内蔵してなるＸ線管と、このＸ線管と、このＸ線管を収
   容しＸ線の放射窓を有するＸ線管収容容器と、このＸ線
   管収容容器の前記Ｘ線放射窓の外側にとりつけられたＸ
   線照射野限定装置とを具備するＸ線源装置において、上
   記Ｘ線管収容容器に対してＸ線照射野限定装置をその中
   心軸の向きが変えられるようにとりつけて上記ターゲツ
   ト面接線とＸ線照射野限定装置の中心軸との交差角を可
   変に構成してなることを特徴とするＸ線源装置。 ２ 上記Ｘ線管のターゲット上に形成されるＸ線焦点位
   置を中心にして交差角を変えるように構成された特許請
   求の範囲第１項記載のＸ線源装置。 ３ 上記Ｘ線照射野限定装置を固定的に組み立て、Ｘ線
   管又はＸ線管を収納する容器を可動して交差角を変えう
   るようにしてなる特許請求の範囲第１項記載のＸ線源装
   置。 ４ 上記Ｘ線管はターゲット上の電子ビーム幅の変化に
   対応して上記交差角を変えうるようにしてなる特許請求
   の範囲第１項記載のＸ線源装置。 ５ 上記ターゲット上の電子ビーム幅を小さく変化させ
   た場合に、ターゲツト面の接線とＸ線照射野限定装置の
   中心軸との角度を小さくする関係に前記交差角を変化さ
   せうるようにしてなる特許請求の範囲第４項記載のＸ線
   源装置。