JPS6331894B2 - - Google Patents

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JPS6331894B2
JPS6331894B2 JP53119205A JP11920578A JPS6331894B2 JP S6331894 B2 JPS6331894 B2 JP S6331894B2 JP 53119205 A JP53119205 A JP 53119205A JP 11920578 A JP11920578 A JP 11920578A JP S6331894 B2 JPS6331894 B2 JP S6331894B2
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JP
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ray
electron beam
target
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ray tube
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JP53119205A
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Takeshi Muraki
Toshio Yamamura
Heihachi Miura
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to DE2933831A priority patent/DE2933831C2/de
Priority to GB7929248A priority patent/GB2034149B/en
Publication of JPS5546408A publication Critical patent/JPS5546408A/ja
Publication of JPS6331894B2 publication Critical patent/JPS6331894B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＸ線装置に係わり、とくにコンピユー
タと組み合わせて被検物体のＸ線断層像を再現す
るのに使用しうるＸ線装置に関する。 この種断層像再現装置においては、被検物体を
とりまく180゜、あるいは360゜の各方向からＸ線ビ
ームを放射し、反対がわに配置したＸ線検出器に
よりＸ線ビームに対応する信号を得てコンピユー
タにより数値計算する。従来は固定陽極形あるい
は回転陽極形Ｘ線管を含むＸ線発生器を被検物体
のまわりを回転させる形式のものが実用になつて
いる。しかしながらこれは１断層の像再現のため
に数秒以上かかり、人体の心臓部のように常に動
く被検物体の撮影には実用に乏しい。そこで、被
検物体のまわりに細長いターゲツトを有するドー
ナツ状のＸ線管を配置し、電子ビーム放出点を機
械的又は電気的に移動させるように構成した装置
の提案が特開昭52−50186号公報に開示されてい
る。これは確かに高速で断層像を再現するうえで
有効性を増したものといえるが、しかしながら次
のような理由で実現性が少ないと思われる。すな
わちＸ線管の真空容器を例えば直径約２ｍのドー
ナツ状につくらなければならず、製作がきわめて
困難である。またドーナツ状をなしたＸ線管であ
るために撮影装置に組み込んだり、交換する場合
にきわめて複雑な機構と作業をともなう。さらに
またＸ線管内の極く一部分に不良を生じてもＸ線
管全体を交換しなければならず、きわめて不経済
である。 本発明は製作、組立て、及び交換がきわめて容
易で、しかも瞬時のＸ線断層像再現が可能なＸ線
装置を提供するものである。すなわちその特徴と
するところは、被検物体が置かれる位置付近の１
つの軸線のまわりに配置されたＸ線発生器と、こ
のＸ線発生器から放射されるＸ線を検知するＸ線
検出器とを具備してなるＸ線装置において、上記
Ｘ線発生器は軸線のまわりにＸ線放出ターゲツト
が実質的に連接するように並べられた複数個のＸ
線管を有してなり、各々のＸ線管は真空容器の内
部に相対向して配置された上記Ｘ線放出ターゲツ
ト及び電子ビーム発生器、並びに上記ターゲツト
上の電子ビーム射突位置を移動させるための電子
ビーム制御手段を備えてなるものである。 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わす。 第１図ないし第８図に示す実施例は次の構成を
有するものである。すなわち軸線Ｏの位置に置か
れた被検物体３１のまわりに本発明のＸ線装置３
２が装着され、被検物体３１をとりまく全周から
所定の間隔をおいて扇状のＸ線ビームＸが放出さ
れるようになつている。被検物体３１を透過した
Ｘ線は複数個のＸ線信号検出素子３３によつて検
出され電気信号として増幅器３４に伝送され、さ
らにコンピユータ３５に加えられる。そこでＸ線
装置３２は、この実施例において６個のＸ線管３
６ａ，３６ｂ，……が互いに連接して実質的に被
検物体をとりまくドーナツ状のＸ線発生器を完成
している。各々のＸ線管はドーナツの一部分即ち
円弧状に彎曲した真空容器３７と、その内側に設
けられたＸ線放出ターゲツト３８、及びカソード
３９、複数個の制御グリツド４０を有してなる電
子ビーム発生器４１を備えている。各Ｘ線管が連
接してつくるドーナツ状のＸ線発生器の内側全周
には、ターゲツトから放出されるＸ線量を直接検
出するための複数個の照合Ｘ線検出素子４２と、
上記Ｘ線信号検出素子３３とを有するＸ線検出器
４３が配列されている。各Ｘ線管のカソードは、
撮影に先だつてコンピユータからの制御で加熱電
源４４から電力が供給されて点火されるようにな
つており、すべてのＸ線管のカソードは同時に加
熱される。この場合、各ターゲツト３８は接地電
位とされ、カソードが負の高電位に保持され、ま
た撮影準備中は各制御グリツドはカソードに対し
て負のカツトオフ電位に保たれる。そして撮影に
おいてまず第１番目のＸ線管３６ａの端からコン
ピユータに連動した制御器４５に駆動されて制御
グリツドのカツトオフ状態が順次解除されまたカ
ツトオフに復帰されてゆく。これによつて電子ビ
ームがターゲツトに射突し、それに対応する位置
から扇状Ｘ線ビームが放射されてゆく。第１番目
のＸ線管３６ａの制御グリツドが一端から他端ま
ですべて駆動されると、すぐその隣りのＸ線管３
６ｂが同様に駆動され、このようにして次々に動
作させられる。Ｘ線は照合Ｘ線検出素子４２によ
り各放出点におけるＸ線量が検出され電気信号と
して増幅器４６を介してコンピユータ３５に加え
られる。これは各Ｘ線放出点でのＸ線量の不揃い
がある場合に電気的に補正するために利用され
る。そして被検物体を透過したＸ線は反対側に並
んでいる多数のＸ線信号検出素子３３で検出さ
れ、上述の通り電気信号としてコンピユータに加
えられる。こうして電気的な制御によつて実質的
な電子ビームの走査がおこなわれ、被検物体のま
わりを全周にわたり所定間隔をおいてＸ線が次々
に放出され、その都度Ｘ線量とＸ線信号とが検出
される。これをコンピユータにより数値演算し、
Ｘ線断層像を例えばブラウン管表示器４７上に再
構成しうるようになつている。 例えば人体の胴体部の断層像を撮影する用途の
装置としては、複数個のＸ線管を並べてできるド
ーナツ状のＸ線発生器の輪郭の大きさは、外径を
1.8ｍ、内径を1.5ｍ（いずれも直径）で構成でき
る。そして各Ｘ線管の電子ビーム発生器は、制御
グリツドの数を50個として等間隔に並らべ、これ
によつて全周ではターゲツト上の300個所からＸ
線を順次放出させる。従つて照合Ｘ線検出素子は
全周で300個配置する。またＸ線信号検出素子は
全周で500〜1000個の任意数を等間隔で配列する。
制御グリツドのバイアス電位は、１個当り例えば
200μsec間隔で制御することにより、１つの断層
像の撮影を60ｍsecで完了することができる。こ
れは勿論一例であつて、これよりも時間を短縮で
きることはいうまでもない。 なお、ターゲツトとカソードとの間の陽極電圧
を例えば100kvとし、陽極電流を1A（パルス幅
100μsec）とした場合、１個のＸ線管のターゲツ
トに加わる熱量は約500ジユール(J)であり、これ
による熱は固定陽極形をなすターゲツトを保持す
る金属基体と、この基体を直接液冷することによ
り十分な放熱を実現することができる。 次に各Ｘ線管の構造の詳細を説明する。各Ｘ線
管はすでに述べた通り、ドーナツ形状を放射方向
に例えば６等分した１つの形状すなわち円弧状を
している。そして真空容器３７はガラス、あるい
はセラミツクスのようなＸ線透過性のよい材料で
形成され、開口端部にコバール（商品名）のよう
な封着金属５１を介して銅のような熱伝導性のよ
い陽極基体金属５２が気密に封着されている。真
空容器３７の他端部には電子ビーム発生器４１が
支持体５３により保持され、また一箇所に径小な
ネツク部５４、及び排気管５５が一体成形され突
設されている。ネツク部５４には一対のカソード
リード線５６、及び複数本の制御グリツド用リー
ド線５７が気密に貫通して設けられている。電子
ビーム発生器４１は、細長い集束溝５８を有する
集束電極５９と、その内側に張られた螺旋状のタ
ングステンフイラメントからなるカソード３９
と、このカソードからの電子ビームの放出を制御
しうるように前方に張られた複数のワイヤーから
なる制御グリツド４０とを有し、これらが互いに
セラミツクスのような絶縁物６０を介して円弧状
のターゲツト３８に対向して50個等間隔で並べら
れている。制御グリツド４０は集束電極５９に直
接溶接されて電気的に同電位になされ、各々独立
に制御グリツド用リード線５７に接続されてい
る。しかしこれらグリツドと集束電極とは互いに
絶縁して別々の電位を与えうるようにしてもよ
い。集束電極５９に対して各カソード３９は絶縁
パイプ６１により絶縁的に支持され、両端が支持
棒６２を介して並列にリード線５６に接続されて
いる。こうして制御グリツド４０の各々に対応し
て熱電子放出カソード３９が設けられ、各制御グ
リツドは独立に制御電圧が与えられるようになつ
ているが、カソードはすべて並列接続されて同時
に点火されるようになつている。 陽極基体金属５２のカソードに対向する面には
タングステンのような重金属からなるＸ線放出タ
ーゲツト３８が埋め込まれており、このターゲツ
ト面は軸線Ｏに対して非平行をなし、ある角度を
もつて配置されている。これによつてカソードか
ら放出される電子ビームｅが軸線Ｏに平行に入射
され、そのときターゲツト上の電子ビーム射突領
域すなわちＸ線焦点Ｆが軸線から放射方向に細長
い形状の場合でもコリメータ６３を通して軸線に
垂直にとり出されるＸ線ビームＸは見かけ上小さ
な焦点形状となる。基体金属５２のターゲツト面
の両端部には封着金属５１と容器３７との接合部
を電子衝撃から保護するためのフランジ６４が設
けられており、また背面は大気に露出されており
円弧状の放熱フイン６５が設けられている。基体
金属５２の背面の両端には外方に突出したフラン
ジ６６が設けられ、このフランジ６６にゴムのよ
うなパツキング６７を介して液冷ジヤケツト６８
がねじ止めされる。液冷ジヤケツト６８は６個の
Ｘ線管のすべてに対して１個だけかぶせられるも
ので、環状をなしており、所定位置に冷却水を流
入、排出するためのパイプ６９，７０がとりつけ
られている。隣り合うＸ線管は、基体金属間に薄
いゴムパツキング７１を介在されて、液密に連結
される。これによべてすってのＸ線管の基体金属
背面には全周にわたつて冷媒を循環させることが
できる。そして冷媒の循環方向は、電子ビームの
走査方向と反対向きに流すようにする。従つてパ
イプ６９，７０のとりつけ位置は、このＸ線装置
の動作にあたつてＸ線の放出開始、終了位置にと
りつける。つまり、時計の短針と対応させた位置
であらわした場合、１時のところからＸ線ビーム
の放出を開始し、時計の針のまわる方向に順次Ｘ
線ビーム放出位置を移動させ（走査）るものとす
れば、冷媒は１時の位置から針のまわる方向と反
対方向に流動させるようにする。このため流入用
パイプ６９は１時の位置より少し手前に、排出パ
イプ７０は１時の位置を少し過ぎたところにとり
つけ、ジヤケツトの内側には仕切りを設けてお
く。このようにすれば電子ビームにより衝撃され
て発熱する位置は、常に最も低温の冷媒により冷
却されることとなり有効である。 コリメータ６３は鉛のようなＸ線遮蔽金属板で
形成され、Ｘ線ビームＸの通るスリツト７２が設
けられている。このスリツト７２の近傍にはター
ゲツト３８の方にＸ線入力面が向けられた多数の
照合Ｘ線検出素子４２が並べられ、また軸線Ｏの
方にＸ線入力面が向けられた多数のＸ線信号検出
素子３３が並べられている。照合Ｘ線検出素子４
２はターゲツトから発するＸ線X1を直接検出し
て基準信号として利用するもので、各カソードか
ら発する電子ビームがターゲツト上に形成するＸ
線焦点の位置に対応して各Ｘ線管ごとに50個づつ
配列される。そして各々の素子からリード線４２
ａにより信号がとり出される。Ｘ線信号検出素子
３３は反対側のＸ線管のターゲツトから発生さ
れ、軸線位置に置かれる被検物体等を透過したＸ
線X2を受入れるもので、各Ｘ線管の範囲に等間
隔で150個設けられる。これによつて全周で900個
配置される。２種のＸ線検出素子群４２，３３は
コリメータ６３の一部を形成するＸ線遮蔽金属板
により隔てられている。そしてこれらコリメー
タ、Ｘ線検出素子群は一体的に組み立てられてお
り、各々のＸ線管の基体金属の内側フランジ６６
に固定され、正確に位置決めされている。勿論Ｘ
線管に固定せずに別個に配置してもよい。この出
願においては、照合Ｘ線検出素子、Ｘ線信号検出
素子の両方、またはいずれか一方をＸ線管ターゲ
ツトの近傍に配置する場合も、検出素子群をＸ線
検出器と定義する。 各Ｘ線管は適当な固定手段によりドーナツ状に
連結される。これらは絶縁油が充填された適当な
筐体内に収容されてもよく、いずれにしても各々
のＸ線管は個別に着脱可能に固定される。そして
これによつて、万一どれか１つのＸ線管でも不良
となつた場合、それだけを交換しうるようになつ
ている。なお隣り合うＸ線管の連結部には、Ｘ線
放出点のない不連続が生じるが、それはせいぜい
１個のＸ線放出点分にとどめることが可能であ
り、これはＸ線断層像の画質にほとんど悪影響を
与えない。 このような本発明のＸ線装置は、各々のＸ線管
が最大寸法を約80cm程度にとどめることができる
ので工業的に大量の製作が可能であり、また個々
に着脱容易なため、装置の組立及び取扱いもきわ
めて容易であり、また不良が生じた場合でも該当
するＸ線管のみを交換すればよく、経済性にも富
む。さらにまたコリメータ及びＸ線検出器を各々
のＸ線管に固定すれば、正確な位置決めができ、
また位置の変動も発生しにくく好都合である。 第９図に示す実施例は、Ｘ線検出器をＸ線ビー
ムの通路の両側に近接配置したものである。すな
わちコリメータ６３のスリツト７２の両側にそれ
ぞれ照合Ｘ線検出素子４２，４２、Ｘ線信号検出
素子３３，３３を配列してある。これは１本のＸ
線ビームにより１回の走査で近接した２断層の像
を再現することも可能である。勿論Ｘ線ビームの
通るスリツトを２個形成し、相近接する２本のＸ
線ビームを放射しながら各々対応するＸ線検出器
により２断層のＸ線信号をそれぞれとり出すよう
にすることもできる。 第１０図及び第１１図に示す電子ビーム発生器
の実施例は、細長い平板状のカソード３９、及び
多数の集束溝５８を穿設した同様に細長い集束電
極５９を、１つのＸ線管の真空容器内において一
端から他端まで配置してあり、これらは同電位に
接続されている。各集束溝５８の内側には絶縁物
４８上に固定された制御グリツド４０が設けら
れ、各々独立にリード線によつて引き出されてい
る。平板状のカソード３９は、純タングステン、
あるいはトリウム・タングステンのような直熱形
のものでもよいし、あるいは傍熱形であつてもよ
い。この電子ビーム発生器は制御グリツド以外の
電極を１体にしているので、組立てが一層容易で
ある。 第１２図ないし第１４図に示す実施例は、個々
の電子ビーム発生器を交換可能に、かつまた電子
ビームの方向を微調整可能にした構造のものであ
る。そして真空容器の一部を分離可能な構造にし
てある。すなわち、セラミツクスのような絶縁物
の真空容器３７の一端を分離して蓋状部８１を設
け、それぞれにフランジ８２，８３を封着してあ
る。蓋状部８１には絶縁基板８４が支持金具８５
によつて固定され、絶縁基板８４にはカソード及
び制御グリツド用接続端子ピン８６，８７が設け
られ、また蓋状部にはリード線５６，５７が設け
られている。制御グリツド用の端子ピン８７とリ
ード線５７との間はストリツプ線路８８により接
続されている。そして絶縁基板８４上には各々独
立に構成された電子ビーム発生器４１を50個等間
隔で着脱可能に固定されている。すなわち端子ピ
ン８６，８７にカソード支持棒６２及び制御グリ
ツド、集束電極のリード４９が夫々差し込まれ、
支持金具８９が基板８４に回動可能に固定された
ねじ９０に螺合され最終的には固定用ナツト９０
ａにより強固に固定できるようになつている。ね
じ９０は１個の電子ビーム発生器について４隅に
ねじ込まれるようになつており、これによつて基
板８４に対して各々の電子ビーム発生器は傾きを
自由に調整できるようになつている。真空容器の
一部に固着されたフランジ８２，８３は、リング
状の真空用パツキング９１を介してねじ９２によ
つて締めつけ固定される。陽極基体金属５２の一
部には排気管９３が設けられ、真空ポンプ９４に
よつて真空容器の内部が真空に保たれる。このよ
うにしてＸ線撮影に供される。なお同図において
他のＸ線管や冷却装置等は記載しておらず、また
コリメータやＸ線検出器は略記してある。これに
よつて、万一Ｘ線ビームの焦点位置に不揃いが生
じた場合には、真空ポンプを停止したうえでフラ
ンジを解き、電子ビーム発生器の該当するものを
ねじ９０により微調整してＸ線ビーム焦点を正確
な位置になるようにする。またこの実施例のＸ線
管は、あるカソードの断線や電子放出不良などが
起つた場合にも、それだけを交換して再び動作さ
せることもできる。さらにまた、Ｘ線ビーム焦点
の位置を正確に設定しえたならば、真空容器のフ
ランジを気密に溶接し、さらに排気管も封止切り
して完成品としてもよい。 第１５図ないし第１７図に示す実施例は、各Ｘ
線管３６ａ，３６ｂ……を、１本の電子ビームが
ターゲツト上を偏向走査することによつてＸ線ビ
ームを全周から走査し放出するように構成したも
のである。各Ｘ線管は、傾斜して配置された陽極
基体金属５２及び細長いターゲツト３８を有す
る。真空容器３７はターゲツト３８を収容する彎
曲した径大部３７ａ、及び径小なネツク部３７ｂ
を有し、このネツク部内に電子ビームｅを発する
１個の電子銃９５が設けられている。この電子銃
９５の前方に電子ビーム偏向走査制御用の電磁偏
向コイル９６が設けられてなる。電子銃は制御グ
リツドを有しているものを使用する。なお偏向走
査は静電的におこなつてもよい。コリメータ６３
にとりつける照合Ｘ線検出素子４２には、その素
子４２と軸線とターゲツト上の電子ビーム射突位
置とが一直線上に並ぶ関係にある場合の電子ビー
ム射突位置から放出されるＸ線のみがこの素子に
だけ入射するようにＸ線入射窓９７が設けられて
いる。これによつてＸ線ビームの焦点位置及びそ
のＸ線量の情報を正確に得ることができる。電子
ビームはパルス状に発生してもよいし、あるいは
連続して発生し、ターゲツト上の全周からＸ線を
放出するようにしてもよい。 なお本発明の装置において、Ｘ線管は軸線のま
わりの全周にわたつて配置する必要はなく、例え
ば第１８図に示すように軸線Ｏをとりまく円周の
うちの180゜あるいはそれ以上の角度にわたつてＸ
線管を連接して配置すればよい。そしてＸ線検出
器４３のうちのＸ線信号検出素子３３はＸ線管の
反対側にも配置する。 また複数個のＸ線管の形状は、第１９図に示す
ように、多角形状の一辺に相似する形状にして実
質的にドーナツ状のＸ線発生器を形づくるように
してもよい。この場合ターゲツトや電子ビーム発
生器、真空容器は各辺が直線状のものを用いるこ
とができるので、一層製作が容易となる。そして
Ｘ線検出器４３は環状に配置し、ターゲツトの中
央と両端との軸線Ｏまでの距離の差によるＸ線量
及び角度の偏差を電気的に補正して使用する。 以上のように本発明のＸ線装置は、製作、組立
て、取扱い容易で、経済性に富むものであり、１
断層像の撮影に要する時間をきわめて短かくでき
るという、実用上の効果は著しいものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、
第２図は本発明装置の一部横断面図、第３図はそ
の縦断面図、第４図は電子ビーム発生器の一部平
面図、第５図は同じくその断面図、第６図は同じ
くその結線略図、第７図はターゲツト、コリメー
タ及びＸ線検出器の関係を示す断面略図、第８図
は同じくその90゜異なつた方角からみた断面略図、
第９図は本発明の他の実施例を示す要部断面図、
第１０図はさらに他の実施例の電子ビーム発生器
の断面図、第１１図はそのカソードの一部を示す
斜視図、第１２図はさらに他の実施例を示す横断
面図、第１３図はその電子ビーム発生器の１つを
示す断面図、第１４図は同じくその平面図、第１
５図はさらに他の実施例のＸ線管を示す横断面
図、第１６図はそのＸ線発生器の概略斜視図、第
１７図はそのターゲツト、コリメータ及びＸ線検
出器の関係を示す断面略図、第１８図はさらに他
の実施例を示す概略構成図、第１９図はさらに他
の実施例を示す概略構成図である。 Ｏ……軸線、３２……Ｘ線発生器、４３……Ｘ
線検出器、３８……ターゲツト、３６ａ，３６ｂ
……Ｘ線管、３７……真空容器、４１……電子ビ
ーム発生器、６３……コリメータ、６８……液冷
ジヤケツト。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ １つの軸線のまわりに各Ｘ線放出ターゲツト
    が実質的に連接するように複数個のＸ線管が並べ
    られてなるＸ線発生器と、このＸ線発生器から放
    射されるＸ線を検知するＸ線検出器とを具備して
    なるＸ線装置において、上記Ｘ線発生器は、各Ｘ
    線管の真空容器の内部に上記Ｘ線放出ターゲツ
    ト、これに対向する電子ビーム発生器が設けら
    れ、且つ上記ターゲツト上の電子ビーム射突位置
    を移動させるための電子ビーム制御部材を備え、
    上記各ターゲツトが固着された熱伝導性のよい基
    体金属の一部がそれぞれ大気に露出され、該露出
    面部分に液冷ジヤケツトがとりつけられ冷却され
    る構成を有してなるＸ線装置。
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