JP2004139790A - X線管装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の目的は、X線管装置において、設定値への管電流の即応性を向上することにある。
【解決手段】X線管装置は、高真空を保持する容器11と、容器内に収容された陽極12と、容器内に収容されたフィラメントを含む陰極13と、陽極と陰極との間に高電圧を印加する高電圧電源21と、フィラメントに加熱用電流を供給するフィラメント加熱電源23と、陰極と陽極との間に配置されたグリッド14と、フィラメントから放出する熱電子を阻止するために陰極に対してグリッドに負のバイアス電圧を印加するグリッド制御用電源23と、X線照射開始時から短期間、所定の管電流に対応するフィラメント電流よりも高い電流をフィラメントに流すためにフィラメント加熱電源を制御する制御回路31とを具備する。
【選択図】  図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、X線診断装置等に装備されるX線管装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
X線管装置では、陰極フィラメントに電流を流して加熱し、それにより放出された熱電子を高電圧により陽極のターゲットに衝突させることによりX線を発生させる。陰極から陽極への電子ビームにより流れる管電流の制御は、陰極フィラメントに流す電流を増減することにより行われるのが一般的である。フィラメント電流を増減させることによりフィラメントの温度が変化して、フィラメントから放出される熱電子の量が変化する。それに応じて管電流も変化する。
【0003】
X線管のフィラメント温度を加減するにはフィラメント電流を増減するが、フィラメントには熱慣性があるので、フィラメント電流の変動に対して温度が追随するのにはある程度(約1秒)の遅延が生じる。透視トリガが押された時、管電圧印加とともに、フィラメント電流の供給を開始する。上記熱慣性により、フィラメント温度が設定温度で安定するまでの約1秒程度の期間は、実際の管電流は設定値に達していない。
【0004】
従って、透視トリガから、フィラメント温度が設定温度に達するまでの約1秒程度の期間は、実際の管電流は設定値に達していない。それによりこの期間の透視画像は、濃度不足を起こしており、診断を行う術者にとって最適とはなり得ない。
【0005】
また、透視期間中に自動輝度補正を行う、つまり輝度レベルを安定させるように透視中に管電流をダイナミックに変更する場合にも、実際に管電流が設定値に変化するまでには遅れが生じることになり、被写体厚が急激に変わった場合などには透視像の輝度が安定するまでにある程度の時間を要する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、X線管装置において、設定値への管電流の即応性を向上することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1局面によるX線管装置は、高真空を保持する容器と、前記容器内に収容された陽極と、前記容器内に収容されたフィラメントを含む陰極と、前記陽極と陰極との間に高電圧を印加する高電圧電源と、前記フィラメントに加熱用電流を供給するフィラメント加熱電源と、前記陰極と前記陽極との間に配置されたグリッドと、前記フィラメントから放出する熱電子を阻止するために前記陰極に対して前記グリッドに負のバイアス電圧を印加するグリッド制御用電源と、X線照射開始時から所定期間、所定の管電流に対応するフィラメント電流よりも高い電流を前記フィラメントに流すために、前記フィラメント加熱電源を制御する制御回路とを具備する。
本発明の第2局面によるX線管装置は、高真空を保持する容器と、前記容器内に収容された陽極と、前記容器内に収容されたフィラメントを含む陰極と、前記陽極と陰極との間に高電圧を印加する高電圧電源と、前記フィラメントに加熱用電流を供給するフィラメント加熱電源と、前記陰極と前記陽極との間に配置されたグリッドと、前記陰極に対して前記グリッドに負のバイアス電圧を印加するグリッド制御用電源と、X線照射開始時に前記フィラメントから放出する熱電子を阻止するカットオフ電位から、前記陰極の電位と前記カットオフ電位との間の能動領域内の電位に、前記バイアス電圧を変化させるとともに、X線照射期間中において管電流の制御された変動に応じて前記能動領域内で前記バイアス電圧を変動させるために、前記グリッド制御用電源を制御する制御回路とを具備する。 本発明の第3局面によるX線管装置は、高真空を保持する容器と、前記容器内に収容された陽極と、前記容器内に収容されたフィラメントを含む陰極と、前記陽極と陰極との間に高電圧を印加する高電圧電源と、前記フィラメントに加熱用電流を供給するフィラメント加熱電源と、前記陰極と前記陽極との間に配置されたグリッドと、前記陰極に対して前記グリッドに負のバイアス電圧を印加するグリッド制御用電源と、X線照射開始時から所定期間、所定の管電流に対応するフィラメント電流よりも高い電流を前記フィラメントに流すために前記フィラメント加熱電源を制御するとともに、X線照射開始時に前記フィラメントから放出する熱電子を阻止するカットオフ電位から前記陰極の電位と前記カットオフ電位との間の能動領域内の電位に前記バイアス電圧を変化させ、X線照射期間中において管電流の制御された変動に応じて前記能動領域内で前記バイアス電圧を変動させるために前記グリッド制御用電源を制御する制御回路とを具備する。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明によるX線管装置を好ましい実施形態により説明する。X線管装置は、医用分野、非破壊検査分野等の様々な分野で適用されている。ここでは、医用分野を例に説明する。さらに、X線管装置は、医用分野の中でも、X線診断装置やX線CT等様々な装置に装備される。管電流の制御機会の多いX線診断装置への適用を例に説明する。
【0009】
X線診断装置について簡単に説明すると、X線診断装置では、X線管装置のX線管が、フラットパネル又はイメージインテンシファイアとTVカメラとの組み合わせで構成されたX線検出器に対して被検体を挟んでアーム又はスタンドにより保持されている。X線検出器で検出されたX線信号に基づいて画像データが生成され、表示される。
【0010】
図1は本実施形態に係るX線管装置の主要部の構成を示す図である。X線管装置は、グリッド制御X線管10とX線高電圧装置20と制御装置30とから構成される。X線管10は、内部が高真空に保持されているガラスバルブ11を有する。ガラスバルブ11には、一般的には回転式の陽極12と、陰極とが収容される。陰極は、フィラメント13と、図示しない集束電極とから構成される。陰極と陽極11との間には、グリッド14が配置される。
【0011】
X線高電圧装置20は、陽極12と陰極との間に高電圧を印加するための高電圧電源21と、高電圧電源21の出力を制御する高電圧制御回路22と、フィラメント13にフィラメント制御電流を供給するフィラメント加熱電源23と、陰極13に対してグリッド14に負のバイアス電圧(グリッド制御電圧)を印加するグリッド制御用電源24と、フィラメント加熱電源23とグリッド制御用電源24を制御する陰極制御回路25とを有する。
【0012】
制御装置30は、X線制御回路31を有する。X線制御回路31は、管電圧制御信号を高電圧制御回路22に供給する。管電圧制御信号に応じた電圧が陽極12と陰極との間に印加される。X線制御回路31は、フィラメント電流制御信号及びグリッド電圧制御信号を陰極制御回路25に供給する。フィラメント電流制御信号に応じたフィラメント制御電流がフィラメント加熱電源23から発生される。実際にフィラメント13に流れる電流は、管電流が流れていないとき、フィラメント制御電流に一致し、また管電流が流れているとき、フィラメント制御電流と管電流との和又は差に一致する。グリッド制御用電源24は、グリッド電圧を、グリッド電圧制御信号に応じた電圧だけ、陰極電位から低下する。陰極電位に対するグリッド電位を調整することにより、電子の放出を制御することができる。なお、陰極から陽極12への電子の放出を阻止する電位をカットオフ電位と称する。このカットオフ電位よりも低い領域をカットオフ領域と称する。カットオフ電位から陰極電位までの電圧範囲は、陰極から陽極12への電子の放出が許可され、その範囲を能動領域と称する。
【0013】
X線制御回路31には、管電圧設定部、管電流操作部、透視トリガボタンを有する操作部32が接続される。X線制御回路31は、管電圧設定部を介して設定された管電圧(管電圧設定値)、管電流設定部を介して設定された管電流(管電流設定値)に応じた管電圧制御信号、フィラメント電流制御信号及びグリッド制御信号を透視トリガ時に発生する。このX線制御回路31には自動輝度制御回路33を有している。自動輝度制御機能は、透視期間中に、被検体の厚さ等の変化による輝度レベルの変動を抑えるための機能であり、自動輝度制御回路33は、リファレンス検出器34の出力又はX線画像の参照値を略一定に維持するように管電流の値を動的に決定する。X線制御回路31は、自動輝度制御回路33で決定された管電流に応じてフィラメント電流制御信号及び/又はグリッド制御信号を変化させる。
【0014】
図2には、X線制御回路31により制御されたフィラメント電流制御信号とグリッド電圧制御信号の時間変化を示している。操作者により透視トリガボタンが押されると、操作部32からX線制御回路31に透視信号がオフレベルからオンレベルに変位し、その状態が透視トリガボタンが再度、押されるまで、継続する。透視信号がオンレベルに維持される期間、透視が行われる。
【0015】
透視トリガボタンが押されるより以前から、フィラメント電流制御信号は、X線制御回路31により、比較的低い予備加熱電流IPHに応じた値に設定される。それによりフィラメント13には予備加熱電流IPHが流れ、フィラメント13は予備的に加熱される。
【0016】
また、透視トリガボタンが押されるより以前から、グリッド制御信号は、陰極電位よりも低く且つ能動領域よりも低いカットオフ領域内の電位に対応した値に設定される。カットオフ電位は、陰極から陽極12への電子放出を完全に阻止するのに十分低い電位に設定されている。
【0017】
透視トリガボタンが押された時、フィラメント電流制御信号は、X線制御回路31により、予備加熱電流IPHに応じた値から、管電流の設定値I11に対応するフィラメント電流値I21よりも所定値ΔIだけ高いフィラメント電流値(プレフラッシュ電流値)IP1に対応する値に急峻に上昇される。フィラメント電流制御信号は、極短い所定時間の間、プレフラッシュ電流値IP1に対応する値に維持され、その後、フィラメント電流値I21に対応する値に変化される。
【0018】
このように透視トリガから極短時間の期間、フィラメント電流が、管電流の設定値I11に対応するフィラメント電流値I21よりも高い値で流されることにより、透視トリガの当初からフィラメント電流が、管電流の設定値I11に対応するフィラメント電流値I21で流されるよりも、フィラメントが、予熱温度から、管電流の設定値I11に対応する温度まで上昇するのに要する時間は、短縮される。
【0019】
また、透視トリガボタンが押された時、グリッド電圧制御信号は、X線制御回路31により、カットオフ領域内の電位に対応する値から、能動領域内の電位に対応する値に急峻に変位される。それにより、グリッド電圧は、カットオフ領域内の電位から、能動領域内の電位に急激に上昇し、陰極から陽極12への電子の放出が許可される。
【0020】
このように、透視トリガ時に、プレフラッシュ制御とグリッド電圧制御とをかけることにより、図3に示すように、プレフラッシュ制御とグリッド電圧制御とを共にかけないよりも、管電流は急速に設定値まで立ち上がる。それにより従来の問題であった濃度不足を起こす期間を短縮させることが実現される。
【0021】
なお、図3に示すように、トリガ時に、プレフラッシュ制御をかけるが、グリッド電圧制御はかけない場合であっても、これらを共にかけないよりも、管電流の設定値までの立ち上がり時間は短縮される。従って、X線制御回路31としては、プレフラッシュ制御とグリッド電圧制御とを共にかけるモードだけでなく、プレフラッシュ制御をかけ、グリッド電圧制御はかけないモードを装備して、選択的に使用可能とするようにしても良い。
【0022】
次に、透視期間中、自動輝度制御機能により、管電流の値が変動される。この管電流の変動のために、フィラメント電流制御信号は、X線制御回路31により、管電流の初期設定値I11に対応するフィラメント電流値I21に対応する値から、変動された管電流の値I12に対応するフィラメント電流値I22に対応する値に変位される。それによりフィラメント電流は、初期設定値I11に対応するフィラメント電流値I21から、変動された管電流の値I12に対応するフィラメント電流値I22に変化する。しかし、フィラメント13の熱慣性により、フィラメント温度は、フィラメント電流の変位に対して即時的に変化しない。そのため管電流はフィラメント電流の変位に対して遅延して変位する。
【0023】
この遅延時間を短縮するために、フィラメント電流制御とともに、グリッド電圧の変位がフィラメント電流の変位に併用される。つまり、例えば管電流をI11からI12に下げるとき、グリッド電圧制御信号は、X線制御回路31により、能動領域内において、陰極電位に近い値V11から、電子放出率の低いV12に低下され、逆に、管電流をI12からI13に上げるとき、グリッド電圧制御信号は、X線制御回路31により、能動領域内において、値V12から、電子放出率の高いV13に高位に変化される。
【0024】
また、透視期間中に、管電流を上昇させるときには、トリガ時と同様に、プレフラッシュ制御がかけられる。つまり、フィラメント電流制御信号は、X線制御回路31により、管電流上昇時から極短い所定時間の間、管電流の輝度制御値I13に対応するフィラメント電流値I23よりも所定値ΔIだけ高いプレフラッシュ電流値IP2に対応する値に急峻に上昇される。このように管電流上昇時には、それから極短時間の期間、フィラメント電流が、管電流の輝度制御値I13に対応するフィラメント電流値I23よりも高い値IP2で流されることにより、フィラメント温度は、管電流の輝度制御値I13に対応する温度まで短時間で上昇する。
【0025】
このようにトリガ時及び透視期間中に、プレフラッシュ制御とグリッド電圧制御を併用することにより、管電流の即応性を向上させることができる。
【0026】
なお、図4に示すように、透視期間中に、輝度制御のための管電流制御は、フィラメント電流を、透視時の最大管電流に対応する一定値に維持し、グリッド電圧制御単独で実現するようにしても良い。
【0027】
また、透視トリガ時のプレフラッシュ制御に代えて、図5に示すように、システムの電源投入後、透視トリガ前であって、X線診断装置の動作が可能となった段階で、フィラメント電流を透視の最大管電流に対応する一定値に維持するとともに、グリッド電圧をカットオフ領域内の電圧に維持して、電子放出を阻止し、透視トリガとともに、グリッド電圧をカットオフ領域内の電圧から能動領域内の電圧に急峻に上昇させるようにしても良い。透視トリガ時には既にフィラメント13の温度は透視の最大管電流が出力可能な温度となっているため、管電流が安定するまでの時間遅れはグリッド制御のみに依存する。よって、透視トリガ時に透視像が安定するまでの時間を短縮できる。
【0028】
本実施形態により透視のトリガ指示から安定した透視像を得るまでの時間が短縮される。また、透視中に被検体厚の変化等による輝度変動が生じる場合には、迅速に管電流を変位させることができる。
【0029】
(変形例)
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。
【0030】
【発明の効果】
本発明によれば、管電流の即応性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態によるX線管装置の構成を示す図。
【図2】図1のX線制御回路により制御されたフィラメント電流とグリッド電圧の時間変化を示す図。
【図3】図2の制御による管電流の時間変化を示す図。
【図4】図1のX線制御回路の他の制御によるフィラメント電流とグリッド電圧の時間変化を示す図。
【図5】図1のX線制御回路のさらに他の制御によるフィラメント電流とグリッド電圧の時間変化を示す図。
【符号の説明】
10…グリッド制御X線管、
11…ガラスバルブ、
12…陽極、
13…フィラメント、
14…グリッド、
20…X線高電圧装置、
21…高電圧電源、
22…高電圧制御回路、
23…フィラメント加熱電源、
24…グリッド制御用電源、
25…陰極制御回路、
30…制御装置、
31…X線制御回路、
32…操作部、
33…自動輝度制御回路、
34…リファレンス検出器。

Claims (3)

  1. 高真空を保持する容器と、
    前記容器内に収容された陽極と、
    前記容器内に収容されたフィラメントを含む陰極と、
    前記陽極と陰極との間に高電圧を印加する高電圧電源と、
    前記フィラメントに加熱用電流を供給するフィラメント加熱電源と、
    前記陰極と前記陽極との間に配置されたグリッドと、
    前記フィラメントから放出する熱電子を阻止するために前記陰極に対して前記グリッドに負のバイアス電圧を印加するグリッド制御用電源と、
    X線照射開始時から所定期間、所定の管電流に対応するフィラメント電流よりも高い電流を前記フィラメントに流すために、前記フィラメント加熱電源を制御する制御回路とを具備することを特徴とするX線管装置。
  2. 高真空を保持する容器と、
    前記容器内に収容された陽極と、
    前記容器内に収容されたフィラメントを含む陰極と、
    前記陽極と陰極との間に高電圧を印加する高電圧電源と、
    前記フィラメントに加熱用電流を供給するフィラメント加熱電源と、
    前記陰極と前記陽極との間に配置されたグリッドと、
    前記陰極に対して前記グリッドに負のバイアス電圧を印加するグリッド制御用電源と、
    X線照射開始時に前記フィラメントから放出する熱電子を阻止するカットオフ電位から、前記陰極の電位と前記カットオフ電位との間の能動領域内の電位に、前記バイアス電圧を変化させるとともに、X線照射期間中において管電流の制御された変動に応じて前記能動領域内で前記バイアス電圧を変動させるために、前記グリッド制御用電源を制御する制御回路とを具備することを特徴とするX線管装置。
  3. 高真空を保持する容器と、
    前記容器内に収容された陽極と、
    前記容器内に収容されたフィラメントを含む陰極と、
    前記陽極と陰極との間に高電圧を印加する高電圧電源と、
    前記フィラメントに加熱用電流を供給するフィラメント加熱電源と、
    前記陰極と前記陽極との間に配置されたグリッドと、
    前記陰極に対して前記グリッドに負のバイアス電圧を印加するグリッド制御用電源と、
    X線照射開始時から所定期間、所定の管電流に対応するフィラメント電流よりも高い電流を前記フィラメントに流すために前記フィラメント加熱電源を制御するとともに、X線照射開始時に前記フィラメントから放出する熱電子を阻止するカットオフ電位から前記陰極の電位と前記カットオフ電位との間の能動領域内の電位に前記バイアス電圧を変化させ、X線照射期間中において管電流の制御された変動に応じて前記能動領域内で前記バイアス電圧を変動させるために前記グリッド制御用電源を制御する制御回路とを具備することを特徴とするX線管装置。
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