JP2017027832A - X-ray generation device - Google Patents

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宮下　隆志
Takashi Miyashita
隆志 宮下
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an X-ray generation device capable of reducing a time lag between pressing of an X-ray photographing switch and outputting of an X-ray, without affecting a filament life.SOLUTION: An X-ray generation device includes a cathode 11, an anode 15, a high voltage generating circuit 20, a filament heating circuit 30, and a filament current control section 43. The filament current control section 43 determines an electrical resistance of a filament 12 on the basis of a current value and a voltage value of the filament 12, and, when the electrical resistance reaches a target electrical resistance of the filament 12, generates a tube voltage between the cathode 11 and the anode 15.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、Ｘ線発生装置に係り、特にＸ線発生のためのフィラメントの電流制御を行うＸ線発生装置に関する。   The present invention relates to an X-ray generator, and more particularly to an X-ray generator that controls filament current for X-ray generation.

Ｘ線を使用して被検体を撮影する医療用Ｘ線装置などに使用されるＸ線発生装置は、陰極と陽極とを真空外囲器内に封入し、さらに、真空外囲器を絶縁油が封入されたＸ線管と、Ｘ線管内の制御を行う制御回路から構成される。   An X-ray generator used in a medical X-ray apparatus for imaging a subject using X-rays encloses a cathode and an anode in a vacuum envelope, and further insulates the vacuum envelope with insulating oil. Is comprised of an X-ray tube in which is sealed, and a control circuit for controlling the inside of the X-ray tube.

このようなＸ線発生装置にて透視画像を見ながらＸ線写真を撮影する場合、Ｘ線撮影スイッチを押した後にフィラメントの加熱が開始される。フィラメントが所定温度に上がると、フィラメント表面より熱電子が出射される。   When taking an X-ray picture while viewing a fluoroscopic image with such an X-ray generator, heating of the filament is started after the X-ray photography switch is pressed. When the filament rises to a predetermined temperature, thermoelectrons are emitted from the filament surface.

フィラメント温度が所定温度以上に上昇してから、陰極と陽極間に高電圧（管電圧）を印加すると、陰極で発生した前記熱電子が陽極に向かって加速され、陰極と陽極との間に管電流が流れる。管電流をセンシングし、管電流が一定となるようフィラメントへの加熱量を制御することで、安定したＸ線量を出力することができ、安定したＸ線撮影をすることができる。   When a high voltage (tube voltage) is applied between the cathode and the anode after the filament temperature rises above a predetermined temperature, the thermoelectrons generated at the cathode are accelerated toward the anode, and the tube is placed between the cathode and the anode. Current flows. By sensing the tube current and controlling the heating amount to the filament so that the tube current becomes constant, a stable X-ray dose can be output, and stable X-ray imaging can be performed.

Ｘ線撮影スイッチを押してからＸ線が出力するまでの時間は、フィラメントが所定温度以上に上昇するになるまでにかかる時間が支配的である。このため、所定温度になるまでの時間が長いと、Ｘ線撮影スイッチを押してからＸ線の出力までにタイムラグが発生することとなり、意図した瞬間の写真を撮影することが困難となる。   The time from when the X-ray imaging switch is pressed until the X-ray is output is dominant in the time it takes for the filament to rise above a predetermined temperature. For this reason, if the time until the predetermined temperature is reached is long, a time lag occurs between the time when the X-ray imaging switch is pressed and the time when the X-ray is output, and it becomes difficult to take a photograph at the intended moment.

そこで従来、フィラメントが所定温度になるまでの時間を短縮するため、Ｘ線撮影スイッチを押した直後のフィラメント加熱量を過剰にするものがあった。例えば特許文献１では、デジタル回路部に、曝射準備期間中にオーバーシュート電圧を発生させるためのオーバーシュート生成部をもたせている。これにより、曝射準備期間中に十分なフィラメント加熱を行うことができるようになり、曝射準備時間の短縮を図っている。   Therefore, conventionally, in order to shorten the time until the filament reaches a predetermined temperature, there has been an excessive heating amount of the filament immediately after the X-ray imaging switch is pressed. For example, in Patent Document 1, the digital circuit unit is provided with an overshoot generation unit for generating an overshoot voltage during the exposure preparation period. Thus, sufficient filament heating can be performed during the exposure preparation period, and the exposure preparation time is shortened.

特開平８−１９５２９４号公報JP-A-8-195294

しかしながら、特許文献１のように、オーバーシュート生成部により過剰な電圧にてフィラメントにフィラメント電流を流す場合、管電流が流れフィラメント加熱量の制御が始まるまでは、フィラメントが必要以上の温度となる可能性がある。フィラメントを高温状態に保つと劣化するため、フィラメントを短寿命化するおそれがあった。一方、これを避けるために、Ｘ線撮影スイッチを押した直後のフィラメント加熱量を抑えると、Ｘ線撮影スイッチを押してからＸ線が出力するまでの時間が長くなってしまう。   However, as in Patent Document 1, when the filament current is caused to flow through the filament with an excessive voltage by the overshoot generator, the filament can reach an unnecessarily high temperature until the tube current flows and control of the filament heating amount starts. There is sex. If the filament is kept at a high temperature, the filament deteriorates, which may shorten the life of the filament. On the other hand, in order to avoid this, if the heating amount of the filament immediately after pressing the X-ray imaging switch is suppressed, the time from when the X-ray imaging switch is pressed until the X-ray is output becomes longer.

本発明の目的は、フィラメント寿命に影響を与えることなく、Ｘ線撮影スイッチを押してからＸ線出力までのタイムラグを短縮することが可能なＸ線発生装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide an X-ray generator capable of shortening the time lag from pressing an X-ray imaging switch to X-ray output without affecting the filament life.

上記目的を達成するために本発明のＸ線発生装置は、陰極と陽極と前記陰極及び前記陽極を気密に収容する外容器とを有するＸ線管と、前記陰極と前記陽極との間に管電圧を印加する高電圧発生回路と、前記陰極が具備するフィラメントに対して電流を供給することでフィラメントを加熱するフィラメント加熱回路と、前記フィラメント加熱回路を制御するフィラメント電流制御部と、を有し、前記フィラメント電流制御部は、前記フィラメントの電流値及び電圧値に基づいて、前記フィラメントの電気抵抗を求め、前記電気抵抗が前記フィラメントの目標電気抵抗に到達した場合に前記陰極と前記陽極との間に前記管電圧を印加することを特徴とする。   In order to achieve the above object, an X-ray generator of the present invention includes an X-ray tube having a cathode, an anode, and an outer container that hermetically accommodates the cathode and the anode, and a tube between the cathode and the anode. A high voltage generating circuit for applying a voltage; a filament heating circuit for heating the filament by supplying current to the filament included in the cathode; and a filament current control unit for controlling the filament heating circuit. The filament current control unit obtains an electrical resistance of the filament based on a current value and a voltage value of the filament, and when the electrical resistance reaches a target electrical resistance of the filament, the cathode and the anode The tube voltage is applied between them.

本発明によれば、フィラメント寿命に影響を与えることなく、Ｘ線撮影スイッチを押してからＸ線出力までのタイムラグを短縮することができる。   According to the present invention, the time lag from the pressing of the X-ray imaging switch to the X-ray output can be shortened without affecting the filament life.

本実施形態のＸ線発生装置の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the X-ray generator of this embodiment. （ａ）本実施形態の陰極の詳細構成を示す説明図、（ｂ）陰極の組み立て方法を示す説明図。(A) Explanatory drawing which shows the detailed structure of the cathode of this embodiment, (b) Explanatory drawing which shows the assembly method of a cathode. 本実施形態のフィラメント電流制御部の詳細構成を示すブロック図。The block diagram which shows the detailed structure of the filament current control part of this embodiment. 本実施形態のフィラメント電流制御の動作を示すフローチャート。The flowchart which shows the operation | movement of the filament current control of this embodiment. （ａ）および（ｂ）Ｘ線発生装置をＸ線撮影装置に適用した場合における本実施形態と比較例の動作を示すグラフ。(A) And (b) The graph which shows operation | movement of this embodiment and a comparative example at the time of applying an X-ray generator to an X-ray imaging apparatus.

以下、本実施形態のＸ線発生装置１について図面を参照して説明する。
まず、Ｘ線発生装置１の概略構成を説明する。図１は、本実施形態のＸ線発生装置１の概略構成を示すブロック図である。 Hereinafter, the X-ray generator 1 of this embodiment will be described with reference to the drawings.
First, a schematic configuration of the X-ray generator 1 will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the X-ray generator 1 of the present embodiment.

図１に示すように、Ｘ線発生装置１は、陰極１１及び陽極１５を具備するＸ線管１０と、陰極１１と陽極１５との間に管電圧を発生させ管電流を供給する高電圧発生回路２０と、陰極１１が具備するフィラメント１２に対して電流を供給することでフィラメントを加熱するフィラメント加熱回路３０と、高電圧発生回路２０及びフィラメント加熱回路３０を制御する制御部４０と、を有する。制御部４０には、操作者が各種の設定値を入力し又はＸ線の発生指令を出すなどの操作をする操作部５０に接続されている。高電圧発生回路２０及びフィラメント加熱回路３０には、外部電源６０から電流が供給される。また、フィラメント電流を制御する制御主体を切り替える制御切替回路７０を有する。次に、各部の詳細構成について述べる。   As shown in FIG. 1, the X-ray generator 1 generates an X-ray tube 10 having a cathode 11 and an anode 15, and generates a high voltage for generating a tube voltage between the cathode 11 and the anode 15 and supplying a tube current. A circuit 20; a filament heating circuit 30 that heats the filament by supplying current to the filament 12 included in the cathode 11; and a control unit 40 that controls the high voltage generation circuit 20 and the filament heating circuit 30. . The control unit 40 is connected to an operation unit 50 that performs operations such as an operator inputting various set values or issuing an X-ray generation command. The high voltage generation circuit 20 and the filament heating circuit 30 are supplied with current from an external power source 60. Moreover, it has the control switching circuit 70 which switches the control main body which controls a filament current. Next, the detailed configuration of each part will be described.

Ｘ線管１０は、中点接地型であって、陰極１１と陽極１５を具備し、陰極１１及び陽極１５は気密に満たされた外容器１８に収容される。外容器１８は、金属で形成された金属部を有し、この金属部は、接地されている。外容器１８内は、絶縁油で満たされる。Ｘ線管１０内において、陰極１１のフィラメント１２から発生した熱電子が陽極１５に設けたターゲットへ衝突することによりＸ線が発生する。   The X-ray tube 10 is a midpoint grounding type, and includes a cathode 11 and an anode 15, and the cathode 11 and the anode 15 are accommodated in an outer container 18 that is hermetically filled. The outer container 18 has a metal part made of metal, and this metal part is grounded. The outer container 18 is filled with insulating oil. In the X-ray tube 10, thermoelectrons generated from the filament 12 of the cathode 11 collide with a target provided on the anode 15 to generate X-rays.

高電圧発生回路２０は、Ｘ線管１０の陰極１１と陽極１５との間に管電圧を印加する回路である。本実施形態では高電圧発生回路２０として中点接地型の回路を例示して説明する。   The high voltage generation circuit 20 is a circuit that applies a tube voltage between the cathode 11 and the anode 15 of the X-ray tube 10. In the present embodiment, a high-voltage generating circuit 20 will be described by exemplifying a midpoint grounding type circuit.

高電圧発生回路２０は、整流回路２１と、インバータ回路２２とを有する。また、陰極１１と接地された金属部との間に電圧を印加するための回路として、陰極側変圧器２３ａ、陰極側高電圧整流回路２４ａ、陰極側コンデンサ２５ａを有し、陽極１５と接地された金属部との間に電圧を印加するための回路として、陽極側変圧器２３ｂ、陽極側高電圧整流回路２４ｂ、陽極側コンデンサ２５ｂを有する。   The high voltage generation circuit 20 includes a rectifier circuit 21 and an inverter circuit 22. Further, as a circuit for applying a voltage between the cathode 11 and the grounded metal part, the cathode 11 includes a cathode-side transformer 23a, a cathode-side high-voltage rectifier circuit 24a, and a cathode-side capacitor 25a. As a circuit for applying a voltage to the metal part, an anode side transformer 23b, an anode side high voltage rectifier circuit 24b, and an anode side capacitor 25b are provided.

この構成により、管電圧制御部４１の指令に応じて管電圧を印加する際には、商用の外部電源６０の交流を整流回路２１で一旦直流に変換し、当該直流の電流をインバータ回路２２によって、商用電源よりも高い周波数の交流電流に変換する。その後は陰極側と陽極側に分岐し、陰極側変圧器２３ａ及び陽極側変圧器２３ｂによって所定の管電圧が得られる電圧に昇圧して、これを陰極側高電圧整流回路２４ａ及び陽極側高電圧整流回路２４ｂによって直流の高電圧の管電圧に変換し、これを陰極側コンデンサ２５ａ及び陽極側コンデンサ２５ｂにて平滑させてから、陰極１１と金属部との間、及び、陽極１５と金属部との間に管電圧を印加する。   With this configuration, when a tube voltage is applied in accordance with a command from the tube voltage control unit 41, the AC of the commercial external power supply 60 is temporarily converted into a DC by the rectifier circuit 21, and the DC current is converted by the inverter circuit 22. Convert to AC current with higher frequency than commercial power. Thereafter, the cathode side and the anode side branch, and the cathode side transformer 23a and the anode side transformer 23b boost the voltage to obtain a predetermined tube voltage, which is then increased to the cathode side high voltage rectifier circuit 24a and the anode side high voltage. The rectifier circuit 24b converts it into a DC high voltage tube voltage, which is smoothed by the cathode side capacitor 25a and the anode side capacitor 25b, and then between the cathode 11 and the metal part and between the anode 15 and the metal part. A tube voltage is applied during

また、高電圧発生回路２０は、陽極１５に接続された抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ１と接地点との間に接続された抵抗Ｒ２を有する電位検出回路２６を有する。電位検出回路２６には、管電圧制御部４１と、管電流制御部４２とが接続される。管電圧制御部４１は、インバータ回路２２を制御して管電圧の制御を行い、管電流制御部４２は制御切替回路７０を介して後述のインバータ３２を制御してフィラメント１２に流れる管電流を制御する。   Further, the high voltage generation circuit 20 includes a potential detection circuit 26 having a resistance R1 connected to the anode 15 and a resistance R2 connected between the resistance R1 and the ground point. A tube voltage control unit 41 and a tube current control unit 42 are connected to the potential detection circuit 26. The tube voltage control unit 41 controls the tube voltage by controlling the inverter circuit 22, and the tube current control unit 42 controls the later-described inverter 32 via the control switching circuit 70 to control the tube current flowing through the filament 12. To do.

この構成により、管電圧が印加された後、電位検出回路２６が陽極１５の電位および管電流を検出し、この検出結果を管電圧制御部４１及び管電流制御部４２に伝達する。これにより、高電圧発生回路２０における管電圧及び管電流の制御がなされる。   With this configuration, after the tube voltage is applied, the potential detection circuit 26 detects the potential of the anode 15 and the tube current, and transmits the detection result to the tube voltage control unit 41 and the tube current control unit 42. Thereby, the tube voltage and tube current in the high voltage generation circuit 20 are controlled.

フィラメント加熱回路３０は、陰極１１のフィラメント１２を加熱するための電流を供給するための回路として、整流回路３１、インバータ３２、変圧器３３を有する。この構成により、外部電源６０の交流を整流回路３１にて直流に変換し、これをインバータ３２で高周波の交流に変換する。この交流を変圧器３３に入力し、変圧器３３からの出力をフィラメント１２に供給することでフィラメント１２に電流を供給してを加熱する。   The filament heating circuit 30 includes a rectifier circuit 31, an inverter 32, and a transformer 33 as a circuit for supplying a current for heating the filament 12 of the cathode 11. With this configuration, the alternating current of the external power supply 60 is converted into direct current by the rectifier circuit 31, and this is converted into high frequency alternating current by the inverter 32. This alternating current is input to the transformer 33, and the output from the transformer 33 is supplied to the filament 12 to supply current to the filament 12 to heat it.

また、フィラメント加熱回路３０は、陰極１１のフィラメント電流を検出するフィラメント電流検出回路３４と、フィラメント電圧を検出するフィラメント電圧検出回路３５を有する。フィラメント電圧検出回路３５は、陰極１１の一方の端子に接続される抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ３と接地点との間に接続される抵抗Ｒ４、陰極１１の他方の端子に接続される抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ５と接地点との間に接続される抵抗Ｒ６を有する。ここで、本実施形態のフィラメント電流検出回路３４は、変圧器３３よりもフィラメント１２の側に設けられている。ただし、必ずしもフィラメント電流検出回路３４の設置位置はこの位置に限らず、フィラメント電流検出回路３４を変圧器３３よりもインバータ３２側に設置する構成にすることも可能である。   The filament heating circuit 30 includes a filament current detection circuit 34 that detects the filament current of the cathode 11 and a filament voltage detection circuit 35 that detects the filament voltage. The filament voltage detection circuit 35 includes a resistor R3 connected to one terminal of the cathode 11, a resistor R4 connected between the resistor R3 and the ground point, a resistor R5 connected to the other terminal of the cathode 11, and a resistor R5. And a resistor R6 connected between the ground and the ground point. Here, the filament current detection circuit 34 of the present embodiment is provided closer to the filament 12 than the transformer 33. However, the installation position of the filament current detection circuit 34 is not necessarily limited to this position, and the filament current detection circuit 34 may be installed on the inverter 32 side of the transformer 33.

また、フィラメント加熱回路３０は、フィラメント電流を制御しフィラメント１２を加熱するフィラメント電流制御部４３を有する。この構成により、フィラメント電流制御部４３は、フィラメント電流検出回路３４及びフィラメント電圧検出回路３５から検出した陰極１１側の電流値及び電圧値に基づいて、フィラメント電流を制御し、フィラメント１２の加熱を行う。   The filament heating circuit 30 has a filament current control unit 43 that controls the filament current and heats the filament 12. With this configuration, the filament current control unit 43 controls the filament current and heats the filament 12 based on the current value and voltage value on the cathode 11 side detected from the filament current detection circuit 34 and the filament voltage detection circuit 35. .

制御部４０は、操作部５０によって操作者が設定した値を読み込み、管電圧制御部４１、管電流制御部４２、フィラメント電流制御部４３及び制御切替回路７０の動作制御を行う。制御部４０、管電圧制御部４１、管電流制御部４２、フィラメント電流制御部４３は、いずれもＣＰＵとメモリを有し、予めメモリに格納されたプログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、ソフトウエアによりその動作を実現することも可能であるし、アナログ回路やＡＳＩＣ等のハードウエア構成により実現することも可能である。   The control unit 40 reads the value set by the operator through the operation unit 50 and controls the operation of the tube voltage control unit 41, the tube current control unit 42, the filament current control unit 43, and the control switching circuit 70. The control unit 40, the tube voltage control unit 41, the tube current control unit 42, and the filament current control unit 43 all have a CPU and a memory. When the CPU reads and executes a program stored in the memory in advance, The operation can be realized by hardware, or can be realized by a hardware configuration such as an analog circuit or an ASIC.

操作部５０は、操作者がＸ線発生に必要な情報、例えば、検査日時、Ｘ線発生条件などの入力、および、Ｘ線撮影開始の指示をするための装置である。Ｘ線発生装置が、Ｘ線透視撮影装置に搭載される場合、操作部５０は、具体的にはキーボードやポインティングデバイスや、透視開始を指示するスイッチや、撮影開示を指示する曝射スイッチを含む。操作部５０に入力された情報は、制御部４０のメモリのみならず、必要に応じて、管電圧制御部４１、管電流制御部４２又はフィラメント電流制御部４３のメモリにも伝達される。   The operation unit 50 is an apparatus for an operator to input information necessary for X-ray generation, for example, an inspection date and time, an X-ray generation condition, and an instruction to start X-ray imaging. When the X-ray generator is mounted on the X-ray fluoroscopic apparatus, the operation unit 50 specifically includes a keyboard, a pointing device, a switch for instructing the start of fluoroscopy, and an exposure switch for instructing to disclose imaging. . Information input to the operation unit 50 is transmitted not only to the memory of the control unit 40 but also to the memory of the tube voltage control unit 41, the tube current control unit 42, or the filament current control unit 43 as necessary.

例えば、フィラメント１２の目標温度ＴＡを操作者が操作部５０に入力すると、制御部４０は目標温度ＴＡの情報をフィラメント電流制御部４３のメモリに格納する。このため、操作部５０は目標温度受付部として機能する。   For example, when the operator inputs the target temperature TA of the filament 12 to the operation unit 50, the control unit 40 stores information on the target temperature TA in the memory of the filament current control unit 43. For this reason, the operation unit 50 functions as a target temperature receiving unit.

制御切替回路７０は、２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２を有し、選択的に切替可能な回路である。スイッチＳＷ１を選択した場合には、フィラメント電流制御部４３からの制御信号がインバータ３２に伝達され、スイッチＳＷ２を選択した場合には、フィラメント電流制御部４３からの制御信号がインバータ３２に伝達される。   The control switching circuit 70 has two switches SW1 and SW2 and is a circuit that can be selectively switched. When the switch SW1 is selected, the control signal from the filament current control unit 43 is transmitted to the inverter 32, and when the switch SW2 is selected, the control signal from the filament current control unit 43 is transmitted to the inverter 32. .

次に、本実施形態の特徴的な構成及び動作を説明する。まず、陰極１１が具備するフィラメント１２の具体的な支持構造を図２を用いて説明する。図２は、本実施形態の陰極１１の詳細構成を示す説明図であり、（ａ）が陰極１１の概略構成図、（ｂ）が図２（ａ）におけるＡ部の組立時の拡大斜視図である。図２（ａ）に示すように、陰極１１は、タングステンにより構成され熱電子を発生させるコイル状に巻いたフィラメント１２の線状の両端部をフィラメント支持部１３に対して固定することで構成される。   Next, a characteristic configuration and operation of the present embodiment will be described. First, a specific support structure of the filament 12 included in the cathode 11 will be described with reference to FIG. 2A and 2B are explanatory views showing a detailed configuration of the cathode 11 of the present embodiment, in which FIG. 2A is a schematic configuration diagram of the cathode 11, and FIG. 2B is an enlarged perspective view of the portion A in FIG. It is. As shown in FIG. 2 (a), the cathode 11 is configured by fixing both ends of a filament 12 made of tungsten and wound in a coil shape that generates thermoelectrons to the filament support portion 13. The

フィラメント１２の両端部をフィラメント支持部１３に対して組み付ける場合、図２（ｂ）に示すように、フィラメント１２とフィラメント支持部１３との間に、タングステンより融点の低い溶融しやすい金属により構成される中間部材１４を介挿する。そして、中間部材１４を高温で溶融させることにより、中間部材１４がフィラメント１２及びフィラメント支持部１３に対して一体となる。こうして、フィラメント１２とフィラメント支持部１３が導通状態で固定される。   When assembling both ends of the filament 12 to the filament support portion 13, as shown in FIG. 2 (b), the filament 12 and the filament support portion 13 are made of a metal having a melting point lower than that of tungsten and easily melted. The intermediate member 14 is inserted. And the intermediate member 14 is united with the filament 12 and the filament support part 13 by fuse | melting the intermediate member 14 at high temperature. Thus, the filament 12 and the filament support portion 13 are fixed in a conductive state.

次に、フィラメント電流制御部４３の詳細構成を説明する。図３は、本実施形態のフィラメント電流制御部４３の詳細構成を示すブロック図である。ここでは、フィラメント電流制御部４３は、ソフトウエアにより動作を実現するため、ＣＰＵ４３ａと、メモリ４３ｂとを有する。   Next, a detailed configuration of the filament current control unit 43 will be described. FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration of the filament current control unit 43 of the present embodiment. Here, the filament current control unit 43 includes a CPU 43a and a memory 43b in order to realize an operation by software.

また、フィラメント電流制御部４３は、フィラメント電流検出回路３４からの電流を検出する電流計４３ｃと、電流計４３ｃからのアナログ信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器４３ｄとを有し、フィラメント電流検出回路３４からの電流値をＣＰＵ４３ａに伝達する。また、フィラメント電圧検出回路３５からの電圧を検出する電圧計４３ｅと、電圧計４３ｅからのアナログ信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器４３ｆとを有し、フィラメント電圧検出回路３５からの電圧値をＣＰＵ４３ａに伝達する。ＣＰＵ４３ａは、Ａ／Ｄ変換器４３ｄ及びＡ／Ｄ変換器４３ｆによりデジタル変換された電流信号及び電圧信号に基づいて制御信号を発生し、Ｄ／Ａ変換器４３ｇによってアナログ信号に変換してから制御切替回路７０へ信号を伝達する。   The filament current control unit 43 includes an ammeter 43c that detects a current from the filament current detection circuit 34 and an A / D converter 43d that converts an analog signal from the ammeter 43c into a digital signal, and detects a filament current. The current value from the circuit 34 is transmitted to the CPU 43a. The voltmeter 43e for detecting the voltage from the filament voltage detection circuit 35 and the A / D converter 43f for digitally converting the analog signal from the voltmeter 43e have a voltage value from the filament voltage detection circuit 35. This is transmitted to the CPU 43a. The CPU 43a generates a control signal based on the current signal and the voltage signal digitally converted by the A / D converter 43d and the A / D converter 43f, converts the analog signal into an analog signal by the D / A converter 43g, and then performs control. A signal is transmitted to the switching circuit 70.

本実施形態のフィラメント電流制御部４３による制御は、操作者が操作部５０により設定したフィラメント１２の目標温度ＴＡに、短時間で且つ過剰な昇温がないように達するようにフィードバック制御する。具体的には、操作者が設定したフィラメント１２の目標温度ＴＡがメモリ４３ｂに格納されると、ＣＰＵ４３ａは、目標温度ＴＡに対応するフィラメント１２の電気抵抗ＲＴを、下記の式１を用いて求め、メモリ４３ｂに格納する。なお、目標温度ＴＡは、少なくとも、フィラメント１２から熱電子が出射される温度であることが必要である。 The control by the filament current control unit 43 of the present embodiment performs feedback control so that the target temperature TA of the filament 12 set by the operator using the operation unit 50 is reached in a short time without excessive temperature rise. Specifically, when the target temperature TA of the filament 12 set by the operator is stored in the memory 43b, the CPU 43a determines the electrical resistance RT of the filament 12 corresponding to the target temperature TA using the following formula 1. It is obtained and stored in the memory 43b. The target temperature TA needs to be at least a temperature at which thermoelectrons are emitted from the filament 12.

ρ＝１．７７（Ｔ／１０００）２＋２６．５２（Ｔ／１０００）−３．４４ ［×１０−８Ωｍ］
ＲＴ＝ρ・Ｌ／Ｓ …（式１）
なお、式１において、ρは、フィラメント１２の材質であるタングステンの比抵抗、Ｌは、フィラメントの長さ、Ｓは、フィラメント１２の断面積である。 ρ = 1.77 (T / 1000) 2 +26.52 (T / 1000) −3.44 [× 10 −8 Ωm]
R T = ρ · L / S (Formula 1)
In Equation 1, ρ is the specific resistance of tungsten, which is the material of the filament 12, L is the length of the filament, and S is the cross-sectional area of the filament 12.

また、設定可能な目標温度ＴＡごとに、対応する電気抵抗ＲＴを予め求めてテーブル等としてメモリ４３ｂに予め格納しておき、ＣＰＵ４３ａが操作者が設定したフィラメント１２の目標温度ＴＡに対応する電気抵抗ＲＴをテーブルから選択する構成にすることも可能である。 Further, for each target temperature TA that can be set, the corresponding electrical resistance RT is obtained in advance and stored in the memory 43b as a table or the like, and the CPU 43a sets the electrical power corresponding to the target temperature TA of the filament 12 set by the operator. A configuration in which the resistor RT is selected from a table is also possible.

本実施形態のＣＰＵ４３ａは、フィラメント電流検出回路３４から得られた電流値と、フィラメント電圧検出回路３５から得られた電圧値からフィラメント１２の電気抵抗Ｒを求める。そして、測定した電気抵抗Ｒが目標電気抵抗ＲＴに到達したか否かで、フィラメント１２が目標温度ＴＡに達したか否かを判定する。 The CPU 43a of the present embodiment obtains the electrical resistance R of the filament 12 from the current value obtained from the filament current detection circuit 34 and the voltage value obtained from the filament voltage detection circuit 35. Then, whether or not the filament 12 has reached the target temperature TA is determined based on whether or not the measured electric resistance R has reached the target electric resistance RT .

以下、図４を用いて、本実施形態のフィラメント電流制御の動作を具体的に説明する。   Hereinafter, the filament current control operation of the present embodiment will be specifically described with reference to FIG.

操作部５０の曝射スイッチが操作者によってＯＮにされ、Ｘ線発生が指示されると、制御部４０からフィラメント電流制御部４３に制御信号が伝達され、フィラメント電流制御部４３がフィラメント電流の供給を開始する（ステップＳ１）。フィラメント１２に電流が流れることにより、フィラメント１２の加熱が開始する。   When the exposure switch of the operation unit 50 is turned ON by the operator and an X-ray generation is instructed, a control signal is transmitted from the control unit 40 to the filament current control unit 43, and the filament current control unit 43 supplies the filament current. Is started (step S1). When a current flows through the filament 12, heating of the filament 12 is started.

フィラメント１２を通過したフィラメント電流は、フィラメント電流検出回路３４および電流系４３ｃによって検出される。また、フィラメント電圧検出回路３５および電圧計４３ｅは、フィラメント１２の電圧値を検出する。これらの電流値及び電圧値は、フィラメント電流制御部４３のメモリ４３ｂに格納される。フィラメント電流制御部４３は、前記電流値及び当該電圧値からフィラメント抵抗値Ｒを算出する（ステップＳ２）。   The filament current that has passed through the filament 12 is detected by the filament current detection circuit 34 and the current system 43c. Further, the filament voltage detection circuit 35 and the voltmeter 43e detect the voltage value of the filament 12. These current values and voltage values are stored in the memory 43 b of the filament current control unit 43. The filament current control unit 43 calculates a filament resistance value R from the current value and the voltage value (step S2).

次に、フィラメント電流制御部４３は、測定した電気抵抗Ｒと目標電気抵抗ＲＴとを比較する。そして、電気抵抗Ｒが目標電気抵抗ＲＴに到達しているか否かを判定する（ステップＳ４）。 Next, the filament current control unit 43 compares the measured electric resistance R with the target electric resistance RT . Then, it is determined whether or not the electric resistance R has reached the target electric resistance RT (step S4).

電気抵抗Ｒが目標電気抵抗ＲＴに到達していない場合、フィラメント電流制御部４３は、目標電気抵抗ＲＴに到達するまでフィードバック制御を行う（ステップＳ５）。なお、フィードバック制御は、比例制御であっても、または比例制御に積分制御を加えたものであってもよい。 When the electrical resistance R has not reached the target electrical resistance RT , the filament current control unit 43 performs feedback control until it reaches the target electrical resistance RT (step S5). The feedback control may be proportional control or may be proportional control plus integral control.

電気抵抗Ｒが目標電気抵抗ＲＴに到達した場合、フィラメント電流制御部４３は、制御部４０にその旨を出力する。この旨を受けた制御部４０は、管電圧制御部４１に対して管電圧を印加するように指令を出す（ステップＳ６）。同時に、制御部４０は、制御切替回路７０をスイッチＳＷ１からスイッチＳＷ２に切替える。これにより、フィラメント電流制御部４３によるフィラメント電流制御が、管電流制御部４２による管電流制御に切り替わる（ステップＳ７）。 When the electrical resistance R reaches the target electrical resistance RT , the filament current control unit 43 outputs a message to that effect to the control unit 40. Receiving this, the control unit 40 issues a command to the tube voltage control unit 41 to apply the tube voltage (step S6). At the same time, the control unit 40 switches the control switching circuit 70 from the switch SW1 to the switch SW2. Thereby, the filament current control by the filament current control unit 43 is switched to the tube current control by the tube current control unit 42 (step S7).

その後、管電圧制御部４１による管電圧制御及び管電流制御部４２による管電流制御が行われる（ステップＳ８）。すなわち、フィラメント１２への電流制御は、フィラメント電流制御部４３で行わず、管電流制御部４２により行われる。これは、管電圧制御部４１が制御部４０から電圧の印加を終了する指令を受取るまで行われる（ステップＳ９）。管電圧の印加を終了する指令を管電圧制御部４１が制御部４０から受取ると、Ｘ線発生の制御は終了する。   Thereafter, tube voltage control by the tube voltage control unit 41 and tube current control by the tube current control unit 42 are performed (step S8). That is, the current control to the filament 12 is performed not by the filament current control unit 43 but by the tube current control unit 42. This is performed until the tube voltage control unit 41 receives a command to end the voltage application from the control unit 40 (step S9). When the tube voltage control unit 41 receives a command to end the application of the tube voltage from the control unit 40, the X-ray generation control ends.

以上のような構成、及び動作により、本実施形態のＸ線発生装置１には、以下の効果が認められる。まず、フィラメント電流制御部４３は、フィラメント１２の電流値及び電圧値に基づいてフィラメント１２の電気抵抗Ｒを求め、求められた電気抵抗Ｒが、フィラメント１２の目標電気抵抗ＲＴに到達した場合に陰極１１と陽極１５との間に管電圧を発生させる制御を行っている。ここで、目標電気抵抗ＲＴは、フィラメント１２の目標温度ＴＡに対応しているため、実質的に目標温度ＴＡに達しているか否かを判断することができる。 With the configuration and operation as described above, the following effects are recognized in the X-ray generator 1 of the present embodiment. First, the filament current control unit 43 obtains the electrical resistance R of the filament 12 based on the current value and the voltage value of the filament 12, and when the obtained electrical resistance R reaches the target electrical resistance RT of the filament 12. Control for generating a tube voltage between the cathode 11 and the anode 15 is performed. Here, since the target electrical resistance RT corresponds to the target temperature TA of the filament 12, it can be determined whether or not the target temperature TA has substantially been reached.

これによって制御された場合の管電圧、管電流、フィラメント温度、フィラメント電流の相関関係について具体的にグラフを用いて説明する。図５は、Ｘ線発生装置をＸ線撮影装置に適用した場合における本実施形態と比較例の比較結果を示すグラフである。（ａ）が本実施形態の結果を示すグラフ、（ｂ）が比較例の結果を示すグラフである。図において、上図は管電圧と管電流との関係を示す図であり、下図はフィラメント電流とフィラメント温度との関係を示している。上図と下図とは時間的に相関関係がある。   A correlation between the tube voltage, the tube current, the filament temperature, and the filament current when controlled by this will be specifically described using a graph. FIG. 5 is a graph showing a comparison result between this embodiment and a comparative example when the X-ray generator is applied to an X-ray imaging apparatus. (A) is a graph which shows the result of this embodiment, (b) is a graph which shows the result of a comparative example. In the figure, the upper diagram shows the relationship between tube voltage and tube current, and the lower diagram shows the relationship between filament current and filament temperature. The upper diagram and the lower diagram have a temporal correlation.

図５（ａ）に示すように、本実施形態のフィラメント電流制御部４３は、フィラメント１２の温度が目標温度ＴＡに達したことを電気抵抗Ｒにより検出した直後に管電圧を印加し、管電流を流すことができる。このため、フィラメントが充分な熱電子を出射する所定温度に操作者が目標温度ＴＡを設定していれば、所定温度に到達した直後に管電流が流れ、フィラメントの負担が少ない。よって、フィラメントの高温状態が継続することを防止でき、フィラメントを長寿命化することができる。一方、比較例は、管電圧をかける前に、フィラメントが目標温度以上に十分に加熱されるように過剰な電流を供給する。このため、図５（ｂ）に示すように、管電流が流れる前に、フィラメント温度が過剰に昇温し、フィラメントに負担がかかる。   As shown in FIG. 5 (a), the filament current control unit 43 of the present embodiment applies a tube voltage immediately after detecting that the temperature of the filament 12 has reached the target temperature TA by the electric resistance R. Can flow. For this reason, if the operator sets the target temperature TA to a predetermined temperature at which the filament emits sufficient thermoelectrons, the tube current flows immediately after reaching the predetermined temperature, and the load on the filament is small. Therefore, it can prevent that the high temperature state of a filament continues, and can prolong the lifetime of a filament. On the other hand, before applying a tube voltage, a comparative example supplies an excessive electric current so that a filament may be fully heated more than target temperature. For this reason, as shown in FIG.5 (b), before a tube current flows, a filament temperature rises excessively and a burden is applied to a filament.

また、本実施形態では、目標電気抵抗ＲＴに達した直後に、管電圧を発生させるように制御を行うことができるため、所定温度に達してから管電圧を印加するまでの時間のロスがなく、Ｘ線撮影スイッチを押してからＸ線出力までのタイムラグを短縮することができる。 Further, in the present embodiment, control can be performed so as to generate a tube voltage immediately after reaching the target electric resistance RT , so there is a loss of time until the tube voltage is applied after reaching a predetermined temperature. In addition, the time lag from the pressing of the X-ray imaging switch to the X-ray output can be shortened.

また、目標温度ＴＡを操作者から受け付ける操作部５０を有することで、所望の目標温度ＴＡを操作者が自由に設定することができ、フィラメント１２を所望の温度にまで加熱できる。   In addition, since the operation unit 50 that receives the target temperature TA from the operator is provided, the operator can freely set the desired target temperature TA, and the filament 12 can be heated to a desired temperature.

また、フィラメント加熱回路３０は、整流回路３１と、インバータ３２と、変圧器３３と、フィラメント１２の電流値を検出するフィラメント電流検出回路３４と、フィラメント１２の電圧値を検出するフィラメント電圧検出回路３５と、を有する。このように、フィラメント電流検出回路３４とフィラメント電圧検出回路３５があることで、フィラメント１２の抵抗値を求め、当該抵抗値からフィラメント１２の材質であるタングステンの電気抵抗値特性から、フィラメント１２の温度を求めることができる。   The filament heating circuit 30 includes a rectifier circuit 31, an inverter 32, a transformer 33, a filament current detection circuit 34 that detects the current value of the filament 12, and a filament voltage detection circuit 35 that detects the voltage value of the filament 12. And having. Thus, the presence of the filament current detection circuit 34 and the filament voltage detection circuit 35 determines the resistance value of the filament 12, and determines the temperature of the filament 12 from the electrical resistance characteristic of tungsten, which is the material of the filament 12, from the resistance value. Can be requested.

また、フィラメント電流検出回路３４は、変圧器３３よりもフィラメント１２の側に設けられている。変圧器３３よりもフィラメント１２側にフィラメント電流検出回路３４があることで、フィラメント１２の電流値を直接計測することができ、正確な電流値を測ることができる。   The filament current detection circuit 34 is provided on the filament 12 side with respect to the transformer 33. By providing the filament current detection circuit 34 on the filament 12 side of the transformer 33, the current value of the filament 12 can be directly measured, and an accurate current value can be measured.

また、フィラメント１２は、フィラメント１２の端部を支持するフィラメント支持部１３に対して、フィラメント１２とフィラメント支持部１３との間に介挿した中間部材１４を溶融することで固定される。このように、中間部材１４を介挿してこれを高温で溶融させることにより、中間部材１４をフィラメント１２及びフィラメント支持部１３に対して一体とすると、フィラメント１２とフィラメント支持部１３との導通が確実になるため、組立時の抵抗値のばらつきを抑制することができる。このため、フィラメント温度を正確にフィラメント加熱回路３０に伝達することができる。   The filament 12 is fixed to the filament support portion 13 that supports the end portion of the filament 12 by melting the intermediate member 14 interposed between the filament 12 and the filament support portion 13. As described above, when the intermediate member 14 is integrated with the filament 12 and the filament support portion 13 by inserting the intermediate member 14 and melting it at a high temperature, conduction between the filament 12 and the filament support portion 13 is ensured. Therefore, variation in resistance value during assembly can be suppressed. For this reason, the filament temperature can be accurately transmitted to the filament heating circuit 30.

なお、本実施形態のＸ線発生装置１は、Ｘ線透視撮影装置に限らず、Ｘ線を用いる他の装置、例えば、Ｘ線ＣＴ装置やＸ線撮影装置等に用いることももちろん可能である。   Note that the X-ray generation apparatus 1 of the present embodiment is not limited to the X-ray fluoroscopic apparatus, but can of course be used for other apparatuses using X-rays, such as an X-ray CT apparatus and an X-ray imaging apparatus. .

１…Ｘ線発生装置、１０…Ｘ線管、１１…陰極、１２…フィラメント、１３…フィラメント支持部、１４…中間部材、１５…陽極、２０…高電圧発生回路、３０…フィラメント加熱回路、３１…整流回路、３２…インバータ、３３…変圧器、３４…フィラメント電流検出回路、３５…フィラメント電圧検出回路、４０…制御部、４１…管電圧制御部、４２…管電流制御部、４３…フィラメント電流制御部、７０…制御切替回路   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... X-ray generator, 10 ... X-ray tube, 11 ... Cathode, 12 ... Filament, 13 ... Filament support part, 14 ... Intermediate member, 15 ... Anode, 20 ... High voltage generation circuit, 30 ... Filament heating circuit, 31 Rectifier circuit, 32 inverter, 33 transformer, 34 filament current detection circuit, 35 filament voltage detection circuit, 40 control unit, 41 tube voltage control unit, 42 tube current control unit, 43 filament current Control unit, 70 ... control switching circuit

Claims (7)

陰極と陽極と前記陰極及び前記陽極を気密に収容する外容器とを有するＸ線管と、
前記陰極と前記陽極との間に管電圧を印加する高電圧発生回路と、
前記陰極が具備するフィラメントに対して電流を供給することでフィラメントを加熱するフィラメント加熱回路と、
前記フィラメント加熱回路を制御するフィラメント電流制御部と、
を有し、
前記フィラメント電流制御部は、前記フィラメントの電流値及び電圧値に基づいて、前記フィラメントの電気抵抗を求め、前記電気抵抗が前記フィラメントの目標電気抵抗に到達した場合に前記陰極と前記陽極との間に前記管電圧を発生させることを特徴とするＸ線発生装置。 An X-ray tube having a cathode, an anode, and an outer container that hermetically accommodates the cathode and the anode;
A high voltage generating circuit for applying a tube voltage between the cathode and the anode;
A filament heating circuit for heating the filament by supplying current to the filament of the cathode;
A filament current controller for controlling the filament heating circuit;
Have
The filament current control unit obtains an electrical resistance of the filament based on a current value and a voltage value of the filament, and when the electrical resistance reaches a target electrical resistance of the filament, between the cathode and the anode An X-ray generator that generates the tube voltage. 請求項１に記載のＸ線発生装置において、
前記目標電気抵抗は、前記フィラメントの目標温度と前記フィラメントを構成する材質の比抵抗とに基づいて設定されることを特徴とするＸ線発生装置。 The X-ray generator according to claim 1,
The X-ray generator according to claim 1, wherein the target electric resistance is set based on a target temperature of the filament and a specific resistance of a material constituting the filament. 請求項２に記載のＸ線発生装置において、
前記フィラメント電流制御部は、前記電気抵抗が前記目標電気抵抗を超えないようにフィードバック制御を行うことを特徴とするＸ線発生装置。 The X-ray generator according to claim 2,
The filament current control unit performs feedback control so that the electrical resistance does not exceed the target electrical resistance. 請求項３に記載のＸ線発生装置において、
前記目標電気抵抗に対応する目標温度を操作者から受け付ける目標温度受付部を有することを特徴とするＸ線発生装置。 The X-ray generator according to claim 3,
An X-ray generator, comprising: a target temperature receiving unit that receives a target temperature corresponding to the target electric resistance from an operator. 請求項１に記載のＸ線発生装置において、
前記フィラメント加熱回路は、
外部電源の交流を直流に変換する整流回路と、当該直流を高周波の交流に変換するインバータと、当該高周波の交流を変圧する変圧器と、前記フィラメントの電流値を検出するフィラメント電流検出回路と、前記フィラメントの電圧値を検出するフィラメント電圧検出回路と、を有することを特徴とするＸ線発生装置。 The X-ray generator according to claim 1,
The filament heating circuit
A rectifier circuit that converts alternating current of the external power source into direct current, an inverter that converts the direct current into high frequency alternating current, a transformer that transforms the high frequency alternating current, a filament current detection circuit that detects a current value of the filament, An X-ray generator comprising: a filament voltage detection circuit that detects a voltage value of the filament. 請求項５に記載のＸ線発生装置において、
前記フィラメント電流検出回路は、前記変圧器よりも前記フィラメントの側に設けられていることを特徴とするＸ線発生装置。 In the X-ray generator according to claim 5,
The X-ray generator according to claim 1, wherein the filament current detection circuit is provided closer to the filament than the transformer. 請求項１に記載のＸ線発生装置において、
前記フィラメントは、前記フィラメントの端部を支持するフィラメント支持部に対して、前記フィラメントと前記フィラメント支持部との間に介挿した中間部材を溶融することで固定されている
ことを特徴とするＸ線発生装置。 The X-ray generator according to claim 1,
The filament is fixed by melting an intermediate member interposed between the filament and the filament support portion with respect to a filament support portion that supports an end portion of the filament X Line generator.
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