JPS6086741A - 高真空回転陽極型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】 本発明は回転陽極型Ｘ線管に関するもので、更に詳細Ｖ
Ｃは磁性流体によってシールされた高真空を有し、回転
型ＣＴスキャナーにおけるような、管の可動性を必要と
する適用を対象にして特に設計しであるＸ線管およびそ
の冷却モードに関するものである。

ＣＴスキャナーの有用性の王たる因子は速度及びＣＴス
キャナーがその走査機能を実行する迅速性である。現在
では患者の体内器官の単一軸方向横断面を２秒以下で走
査することが普通になっているが、２０回程度の高エネ
ルギー走査を含む対象容積を完全に調べるには８０分以
上かかる。この時間の大部分はＸ線管の損傷を回避する
ために走査と走査の間でＸ線管を冷却出来ろようにする
遊び時間である。しかしながら、通常の注′Ｎを払って
いる場合でもＸ線管は過酷な使用で頻繁に故障し、その
結果、スキャナーが一時的に機能停止する。

良く知られている如く、Ｘ線は陽極と一般に電子銃と称
する陰極から成る真空管内で発生出来、電子銃には逆に
加速電子の高エネルギー・ビームな放出するのに適合し
た高電圧源に接続された加熱可能なタングステン・フィ
ラメントが含１れている。陽極は加速電子ビームン停止
させるため陰極から短かい距離で変位された金属製ター
ゲットの形態になっている。この衝撃が、比較的効率的
でない過程２通じてＸ線を発生する。制動放射としても
仰られているＸ線は、電子がタングステン核の近辺を通
過する際、電子の減速にょシ発生される。典型的には加
速電子の総エネルギーの１％以下が電磁放射に転換され
るので、高電圧源によって陰極上に発生されるエネルギ
ー量はターゲット領域で温度エネルギーに転換される〇
通常固定式陽極Ｘ線管では、この結果的に生ずる熱的効
果の減衰作用な最低にするため、陽極には一般に熱の放
散を助ける冷却流体の貫流が提供される。それにも拘わ
らず、相当の熱が固定焦点に発生することで作動続行性
の限度と同様、管のエネルギー出力容量に全体的な限度
な生ぜしめる。

ターゲット上の焦点を点から円へ拡張させる回転陽極型
Ｘ線管によって著しい改善がなされた。

第一に、こうした回転型陽極管は熱の発散を輻射に依存
しているが、これが又、制限となることが証明された。

貫流による冷却を提供する努力が例えばフエツター（Ｆ
ｅｔｔｅｒ　）の米国％許第動３　Ｃ１９゜６３７号に
よって提案されたが１回転型の管は新たに問題を生ぜし
めた。フエツターの特許で説明しである如く、管の排気
領域は必要なＸ空を維持するため密閉しなければならな
い。陽極の軸ｖｃは回転のための機械的装置が備えら汎
なければならないので、通常の潤滑がない比較的小さい
帖受けを使用する必要性があるシールされた領域内に軸
受けを設けなけ扛ばならない。これがこうした管に対し
て新たな欠陥モードとなった。

これらの問題点は、高真空領域の連続的な維持に対して
機械的ポンプ暑利用することが笑際的でない回転型ＣＴ
スキャナー内における如き可動Ｘ線源として管が予定畑
れでいる場合には特に悪化される。本発明は特に回転型
ＣＴスキャナーの適用例に関連して説明されるが、Ｘ線
ｇは例えばＸ線回折の適用例とディジタル式Ｘ緋画像形
成といった各種Ｘ線整定で有用であることが理解されよ
う０ 本発明者等は陽極の回転軸の周わジの磁性流体真空シー
ルを設け、これによって排気領域内の玉軸受けの必要性
を回避するような高真空回転型陽極可動Ｘ線管を発明し
た。ここに開示したＸ線管は。

回転型ＣＴスキャナー上に設置した際に、患者の高出力
を可能にする液体冷却通路を通る８つの別々の連続した
流れを有する。

好ましい実施態様において、本発明者等のＸ線管は貫通
する軸線の周わ９で回転するよう設けられ、片側の環状
ターゲット領域と他方の側から延びろ回転自在製軸を含
む側部が２つある円板型ローターを有する水冷式陽極と
；ロークーを包囲し、長時間に亘９１０　トール附近に
維持される高真空領域を内部に形成するハウジングと；
高真空領域内のロークー内に配設さｎる環状の圧縮され
た一時的な静的シールと：ハウジング内に固定的に設置
され、入射される電子のビームをローグーのターゲット
上に放出させるような形状で設けられた電子銃と；ハウ
ジング内に設置された電子銃の周わりの静的真空シール
と；排気領域内に高真空が維持されている間、軸の回転
を可能にする様式で陽極の軸線の周わジに配設でｎた回
転真空シールと；軸の回転運動を液体真空シールを介し
て伝えるために排気領域の外側の軸の周わり（（配設さ
れ、更に排気領域内には存在しない通常に潤滑さｆｌル
玉玉軸サケ；高エネルギー電子がローグーのターゲット
領域に入射することにより発生きれるＸ線を排気領域か
ら放出可能ならしめる〕・ウジフグ上に形成された窓と
から成っている。

シール手段は複数個の磁石によって分離された一対の環
状電極部片を含み、各電極部片は複数個の平行な内ｍ溝
を含み、隣接する対の溝の間の領域は電極部片と軸の間
の円形間隙を形成し、磁性流体が真空シールの作成のた
め焦点合せされろＯ管は又、前記領域における圧力を大
略１００　ミＩＪ・バール以下に維持するため［２つの
′…、極部片の中間の領域に接続された手段〉含む０ 最初に第８図を参照すると、全体的に１００で示した駆
動モーター・アセンブリーと共に、全体的に１０で示し
た回転製陽極Ｘ線発生真空管が示されている。駆動モー
ター・アセンブリーは、以後詳細に説明する如く、管の
必要な回転を提供する。回転陽極型Ｘ線発生真空管１ｏ
と駆動モーター・アセンブリー１０（ｌｊ、回転型ＣＴ
スキャナーのガントリー【図示せず］上に設置するのに
適合している。回転陽極ｍＸ線発生真空管１ｏは真空管
の陰極として作用する高電圧源（図示せず）と、第１図
を参照し乍ら以後説明する回転陽極型アセンブリー４０
から成っている。

第１図に示す如く、回転陽極型アセンブリー４０［ｆｉ
回転自在で全体的に円板形のステンレス鋼製ロークー４
２とステンレス鋼製軸４４が含まれている。ステンレス
鋼製ローター４２はターゲットとして機能する好適には
プラズマ噴射タングステンの環状硬化部分４６を含む傾
斜前端部分が含まれている。ターゲットたる環状硬化部
分４６の機能は、電子銃２０によって放出されろ高エネ
ルギー電子を減速させてＸ線を発生させることにある。

ステンレス鋼製ローター４２からはステンレス鋼製軸４
４が延びており、この軸の遠方端部ｉ１’；ｊ：駆動モ
ーター会アセンブリー１００に接続するためｌｃ［動プ
ーリ−４６により包囲されている。ステンレス鋼製軸４
４には、第２図に最も良く図解される如く、同心的に配
設された中空内側軸４８が含まれている。中空内側軸４
８の外部とステンレス鋼製軸４４の内部の間の領域は水
の如き冷却剤を回転陽極型アセンブリー４０内に導入す
る環状通路４７の如き流入装置を定める。環状通路４７
はステンレス鋼製軸４４の長さに亘りステンレス表口−
ター４２の内部迄延びている。冷却水は第１図及び第１
Ａ図に示す如くローターと軸の境界部からステンレス鋼
製ローター４２の内部で半径方向外方に向けられ、回転
ターゲットたる環状硬化部分４６の内側部分の周わりに
流されろ。ターゲット部分に相当量の熱が発生する結果
、水はターゲット部分を通過して流れろ際加熱される。

その加熱された水は次にその加熱された流体の排出のた
めの円筒出口通路４９の如き排出装置を形成する内側軸
たる中空内側軸４８の内部を流れろ。

２つの軸の遠方端部はステンレス鋼製軸４４の内側で同
心関係的に中空内側軸４８を確実に保持するよう螺合す
る。

良く知られている如く、陽極のターゲットとＸ線管の電
子銃又は陰極の間の領域はベース・プレート１２、スリ
ーブ５１、主要フランジ５２を含むステンレス鋼製ハウ
ジング５ｏにより定められる高真空状態に維持されなけ
ればならない。第８図に示される如く、電子銃２０はス
テンレス鋼製のペース・プレート１２内の開口部ｙｔ通
じて設置される。主フランジ５２によってベース・グレ
ート１２ＶＣ固着されるスリーブ５１はステンレス鋼製
ロークー４２用の包囲体として機能し、ベース・１７Ｌ
’−ト１２と共に高真空即ち１ｏ　トールの値の領域６
０７定める。ペース拳プレート１２内にはパリアン・ア
ソシェーツ社製の小型イオン会ポンプが設置され当該イ
オン・ポンプは高真空維持を助ける装置として機能する
。電子銃２０はペース・プレート１２内に固定関係的に
設置されるので、環状静的シール１４は電子銃２ｏとペ
ース・プレート１２の間の必要なシール作用を提供する
。然し乍ら、回転陽極型アセンブＩＪ−６０は回転を要
するところから、それ以上に困難な真空シール問題を生
ずる。排気される領域６ｏと陽極アセンブリーのステン
レス鋼製軸４４の間の適当なシールはステンレス鋼製軸
４４の周わりに同軸的な液体シール乞提供する磁気的す
なわち、磁性体シールを利用する磁気シール・アセンブ
リー６２によって提供されも磁気シール・アセンブリー
と同様、磁性流体はニュー・ハンプシャー州ナシュアの
フエロフルイデクス・コーポレーションかう入手可能で
ある。

磁性の磁気シール・アセンブリー６２は第２図の詳細な
断面図でステンレス鋼製軸４４０周わりに配設された状
態で示しである。磁気シール・アセンブリー６２にはス
テンレス鋼製軸４４の周ゎシに配設され、複数個の磁石
６６によって相互に分離された一対の環状ポールピース
６４，６４“が含まれ、この磁石はその間に挾持さｎそ
の周わりに円形状に配列されている。磁石６６は軸方向
に磁化されている。磁性流体は固定ポールピースたる環
状ポールピース６４，６４’の内側面と回転軸たろステ
ンレス鋼製軸４４の外側面の間の間隙内に設定されろ。

磁場の存在下において磁性流体はその間隙を完全に充填
するため液体ｏリングの形状７呈する。２つの電極部片
の外側部分とステンレス鋼製ハウジング５０の内側の間
の静的シールは各ポールピース内に２つ埋設されたエラ
ストマー〇リング６８により提供されろ。

磁気シール・アセンブリー６２の冷却はボート７０内の
冷却部から当該アセンブリー内に導入される水の如き冷
媒により提供される。ボー）７０は各ポールピース内に
１個づつある横断面がダイアモンド型の一対の環状開口
部と第１チヤンネル７１により流体連通関係になってい
る。加熱された冷媒の排出を可能にするため第１チヤン
ネル７１に対し直径方向に対抗する別のチャンネル７３
が提供され、チャンネル７６は冷却出口ポート７４を介
して排出するようその加熱きれた液体を集めろ。

各ポールピースの内部には複数個の平行な環状ｆｌｌＡ
　７５が備えてあり、前記溝に隣接する高い領域７５１
は軸とポールピースの間の最近接距離を表わし、従って
磁性流体が焦点合せてれる領域を定める。磁性流体のこ
うした各環状リングはシステム内において独立したシー
ルとして作用する。好適実施態様によれば、排気はれる
領域６ｏに隣接する環状ポールピース６４゛内の各隣接
する対の環状磁気シールの間の圧力は約０ｐｓｉであり
、一方他方の環状ポールピース６４での圧力勾配は、２
つの環状ポールピース６４．６４’の中間におけるＯ　
ｐｓｉから他方の側における１、　０５　ＫＰｌＣｒ！
　（１５ｐｓｉ　）すなわち大気圧（約７６０トール〕
に増加する。第２図は又、ローター内に配設されステン
レス鋼製ハウジング５０のスリーブ５１から隔置された
環状の一時的な静的シール７６も図解している。一時的
な静的シール７６Ｕ２５０’Ｃ乞越える温度に耐え得る
中空の金属製０リングである。

このシールはＸ線管の作動上の目的乞゛有していないが
、高真空を確保するため固着処理中にその排気領域をシ
ールする目的で使用される。こ九は磁場Ｚ含む磁気シー
ル・アセンブリーが据付けられる前に達成される。

研性＋）ｔｌ、体の助けにより陽極は高真空の内側に軸
受けを必要とせずに排気領域６０内に高真空を維持出来
るような様式で回転出来る。従って、第８１／］から理
解ａｎる如く、その排気された領域６０内には軸受けは
存在しない。スペーサー８０によって分離てれた一対の
耐久性の高い軸受け７８が排気領域の外側でステンレス
鋼製軸４４０周わりに配設され、この領域において軸受
けには長寿命を保証する慣用的な潤滑剤が提供されろ。

軸受け７８には駆動プーリー４６が隣接している。克動
グーリーはモーター・プーリー８４に接続されろベルト
７２によって回転され、当該モータープーリーは逆に駆
動モーター・アセンブリー１００の可変速度モーター８
６によって駆動されろ。駆動モーター・アセンブリーは
設置＠８８上に設置され、この設置板は又、回転型ＣＴ
スキャナーのガントリー（図示せず）上で回転するよう
回転陽極型Ｘ線発生真空管１０乞支持する。

ベルト８２は第４Ａ図にも示されている。この図は又、
ステンレス鋼製軸４４と中空内側軸４８の螺合係合につ
いても図解している。ステンレス鋼製軸４４と中空内側
軸４８の間の環状空間は陽極たる回転陽極型アセンブＩ
Ｊ　−４０ｙｘ耐冷却るよう作用する冷水入口通路たる
環状通路４７を定めろ。温水用の円筒出口通路４９も図
示しである。

ステンレス鋼製軸４４と中空内側軸４８の保合状態につ
いては第４図に更に詳細に図解しである。

冷媒は入口ポート４７１を介して入口通路たる環状通路
６７内に導入され、一方、加熱された液体は出口ボート
４８１乞介して陽極から円筒出口通路４９よシ流出する
。出口ポート４９１は第４図の面外にあるので第４図で
は想像線で示されている。回転陽極型アセンブリー４０
は端部板８０にボルト止めされる端部部片８７に終端し
ている。

端部部片８７と端部板９０の間の密封は０１Ｊング９２
により与えられる。ステンレス鋼製軸４４と中空内側軸
４８の間の所望の同心的関係乞維持するため中空内側軸
４８はステンレス鋼製軸４４の円筒開口部の内側で螺合
し、内側でばね負荷アセンフリー９４により固定さｎる
。同様にして、ステンレス鋼製軸４４には端部板９０に
対して偏寄されろその遠方端部にばね負荷アセンブリー
９６が備えである。環状水シール９８．９９はステンレ
ス鋼製軸４４と中空内側軸４８のためにそれぞれ設けら
れている。

第８図及び第５図を参照し乍ら以下に詳細に説明きれる
陰極たる電子銃２０に関連して第３の冷奴回路が提供さ
れている。陰極たる電子銃２０にはステンレス鋼製ロー
ター４２のターゲットたる環状硬化部分４６に向かう途
中で径路２４に沿って加速する電子を慣用的な様式で放
出するフィラメント２２が含まれている。先に説明した
如く、ターゲットにより減速される電子の少割合のみが
Ｘ線Ｚ発生する。これらの電子は径路２８に沿って窓２
５を通じて管から出ろ。窓２６は単にステンレス鋼製ハ
ウジング５０又は更に好適にはベリリウム製の薄くした
部分である。米国特許第４，８０９．６８７号に説明さ
れているように、電子ビームの入射領域から放出でれる
２次電子が成る程度放散でれよう。この放散の衝撃乞最
低にするためフード２１０がターゲット領域の周わりに
設けられ、その放散された電子を集めろ。フード２１０
は高温度に迅速に加熱されることが判明しており、この
理由から第５図に示す如く別の冷却回路が設けである。

通路２１４によってフード２１０に接続されるベース・
プレート１２内に冷水人口２１２が設置される。流入す
る水ｌ−ｊ：環状開口部２１６を逼ってフードの周わり
に流され、力ｌ熱された水は通路２１８乞通夛、ベース
・プレート１２を通り。

最終的には出口ボート２２０から流出する。従って、本
明細書で説明したＸ線管には８つの別々の水回路即ち磁
気シール・アセンブリー６２に対する回路、回転陽極型
アセンブリー４０に対する回路及び最後にフード２１０
に対する第８の回路が提供される。

全体ツユニットはＣＴスキャナーのガントリー上に設置
されるので、Ｘ線管は最低の使用状態を必要とすること
が重要である。ＸｒＭ管から長期使用を維持するため排
気された領域６０は所定の高い真空に維持されることが
必須要件である。試験にあたり、圧力が各真空シールに
形成されることが判明したが、２つの電極部片の間の領
域は１００ミリバールを下回わる圧力（大略６５ｕＨｇ
すなわち約７５トール）に維持しなけ扛ばならない。相
当の期間に亘りその状態が維持されることを確実にする
ため、軸受け７８と同心関係にあるステンレス鋼製軸４
４０周わりにドーナツ型バラスト容積６１０が取付けら
れる。このバラスト容積は接続管６１２を介して磁気シ
ール・アセンブリー６２と圧力連通関係にある。バラス
ト容積には又、Ｔ取付は部６１４が備えられ、Ｔ取付は
部の一方の肢はその容積内の内部圧力を読取るゲージ（
図示せず）に接続され、−万、他方の肢は容積の内側に
形成される圧力を周期的に解放する抽気弁（図示せず）
に接続しである。ドーナツ型パラスト容積６１０により
提供される増加した容積のため、２つの電極部片６４．
６４’の中間における圧力はそのバラスト容積に弁を開
く必要が生じる前の約１ケ月間、１００ミリバールのレ
ベル以下にされる。Ｔ取付は部６１４が第８図に図解し
であるが、この取付は部は実際第８図の面から９０°ず
らしである。Ｔ取付は部６１４の過当な配置については
第６図に図解しである。ドーナツ型パラスト容積６１０
はその容積の環状形状により定められる円の周わりに配
設された一連のポルト６１６によって設置板８８に接続
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は部分的に断面で表わした本発明のＸ線管の部分
の斜視図。 第２図は磁気シール・アセンブリーを更に詳細に図解し
ている第１図のＸ線管の一部紛の拡大断面図。 第８図は第１図のＸ線管の設置アセンブリーを含むその
部分断面で表わした組立て図。 第４図は第８図の４−４線における断面図。 第４Ａ図は第４図の４Ａ−４Ａ線におけろ断面図０ 第５図は第８図の５−５線における断面図。 第６図は第８図の６−６線における断面図。 １０・・・回転陽極型Ｘ線発生真空管、４０・・・回転
陽極型アセンブリー、４２・・・ステンレス鋼製ローク
ー、４６・・・環状硬化部分、４４・・・ステンレス鋼
製軸、４２６・・・ジェット・アセンブリー、４７４、
・・シェツト噴霧ノズル。 特許出願人　テクニケア・コーポレイション手　続　補
　正　書（自発） 昭和５９年１０月１６日 持許庁長宮殿 １　事件の表示　特願昭５９−１９４０７５号２、発明
の名称 高真空回転陽極型Ｘ線管 ３　補正をする者

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）高真空回転陽極型Ｘ線管であって、（ａ）貫通す
   る軸線の周わりで回転するように設けられ、ロークー及
   び当該ロークーから延びる軸を備えた陽極と； （ｂｌ前記ローターの部分を包囲しその内部に高真空の
   排気領域乞形成するハウジングと；（ｃｌ前記ハウジン
   グを通じて固定的に設置され。 Ｘ線を発生させるため前記陽極のロークーの前記領域に
   入射される電子のビーム乞発生するように構成された電
   子銃と； （ｄｌ前記領域内の高真空を流体的にシールする一方、
   前記陽極の回転乞可能にするため前記陽極の軸の周わり
   に配設された流体磁気シール装置と； （ｅ１回転運運動前記シー、／ｌ／装置を通じて伝える
   ため前記高真空領域の外側で前記軸の周わりに配設さ庇
   た軸受は装置と； ｆｆ１Ｘ線を前記ハウジング上介して伝達可能ならしめ
   ろため前記ハウジング上に形成さ汎た窓装置 から成る高真空回転陽極型Ｘ線管。 （２）高真空領域内で前記ロークー上に配設された環状
   静的シール乞はらに備えた特許請求の範囲第１項に記載
   の高真空回転陽極型Ｘ線管。 （３）前記磁気密閉装置が複数個の磁石により分離され
   た一対の環状ポールピースから成り、前記ポールピース
   が前記陽極の軸の周わりに配設され、前記ポールピース
   と軸の間の真空シール作用が磁性流体によって提供さ庇
   、更に２つのポールピースの中間の圧力Ｚ大略１００　
   ミＩＪバール以下の比較的低い圧力に維持する装置を含
   む特許請求の範囲第２項に記載の高真空回転陽極型Ｘ線
   管。 （４１２個のポールピースの中間に低い圧力を維持する
   前記装置が、前記軸の少なくとも一部分の周わりに配設
   され、磁気シール・アセンブリーの２つのポールピース
   の間の前記領域ｉ７Ｉ：接続さ肛たバラスト容積から成
   る特許請求の範囲第３項に記載の高真空回転陽極型Ｘ線
   管。 （５）シールを除く全ての部分が金属製とセラミックス
   製である特許請求の範囲第１項に記載の高真空同転１り
   ｈ５極型Ｘ線管。 （６）前記陽極の前記ローターがプラズマ噴霧タングス
   テン製の環状ターゲット領域を含み、更に、前記陽極の
   残ｐの部分がステンレス鋼である特許請求の範囲第１項
   に記載の高真空回転陽極型Ｘ線管０ （７）前記陽極が液体で冷却される特許請求の範囲第２
   項に記載の高真空回転陽極型Ｘ線管。 （８）高真空回転陽極型Ｘ線管であって、（ａ）貫通す
   る軸線の周わ９にて回転するように設けられ、一方の側
   で環状ターゲット領域を含み、他方の側から延びる回転
   自在型軸を含む側部が２つある円板型ローターを有する
   水冷型陽極と； （ｂｌ前記ローターを包囲し内部に高真空の排気された
   領域を形成するハウジングと、 （ｃｌ高真空領域内の前記ローター内に埋設された環状
   の圧縮された一時的に静的なシールと；［ｄｌ前記ハウ
   ジング内に固定的に設置さ九、前記ローターのターゲッ
   ト上の前記領域内に入射きれる電子のビームを発射する
   よう構成された電子銃と、 （ｅｌ前記電子銃が前記ハウジング内に設置される前記
   電子銃の周わシの静的真空シールと、（ｆｌ前記軸の回
   転を可能にすると共に排気された領域内に高真空を維持
   するような様式で前記陽極の軸の周わシに配設された回
   転真空シールと： １ｇ）前記軸の回転運動を前記液体真空シールを通じて
   伝達するため前記排気された領域の外側にあシ前記軸の
   周わりに配設された慣用的に潤滑されるボール軸受けと
   ； （ｈｌローターの前記ターゲラ）％成上で前記電子が入
   射されることにより発生嘔れるＸ線の前記排気される領
   域からの放出乞可能にするため前記ハウジング上に形成
   された窓装置から成る高真空回転陽極型Ｘ線管。 （９）前記シール手段が複数個の磁石によｐ分離された
   一対の環状ポールピースを含み、各ポールピースが複数
   個の平行な内側溝を含み、溝の隣接する対の間の領域が
   ポールピースと軸の間に円形間隙を形成し、磁性流体が
   真空シールの発生のため焦点合せされ、更に前記領域に
   おける圧力を大略１００ミリバール以下の圧力に維持す
   るため２つのポールピースの中間の領域に接続さｎｆｃ
   手段を含むようにした特許請求の範囲第８項に記載の高
   真空回転陽極型Ｘ線管。 ＧＯ）前記ハウジングがステンレス鋼製であり、前記窓
   がべＩＪ　ＩＪウム製でおる特許請求の範囲第８項に記
   載の、回転型ＣＴスキャナー上に設置さ扛る高真空回転
   陽極型Ｘ線管。