JP3206274B2 - 固定陽極x線管装置 - Google Patents
固定陽極x線管装置Info
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Description
X線CT装置等の医用X線診断装置に備えられる固定陽
極X線管装置に関する。
ガラスで形成された外囲器に、陰極と固定陽極とが対向
した状態で収納されている。陰極の先端部(固定陽極と
対向する端部)には、凹状の集束電極が設けられ、その
集束電極の凹部内にはコイル状に巻かれたフィラメント
が設けられている。一方、固定陽極の先端面(陰極と対
向する端面)には、表面形状が平面であるターゲットが
設けられている。このターゲットはタングステンで構成
され、例えば、タングステン板を陽極先端面に埋め込ん
だり、陽極先端面にタングステンを化学蒸着させる等し
て、陽極先端面にターゲットが形成されている。
高電圧(管電圧)を印加し、また、フィラメントにフィ
ラメント電流を供給してフィラメントから熱電子を放出
させ、放出された熱電子を集束電極で集束してターゲッ
ト上の焦点に衝突させX線を発生させ、所定方向に向け
てX線が、固定陽極X線管装置から照射される。
せるためには焦点を小さくする必要がある。しかし、焦
点を小さくすると、フィラメントからの熱電子がターゲ
ットに衝突する際の発熱による影響が増大するので、管
電圧、管電流の積算値を制限(負荷を小さく)しなけれ
ばならない。そこで、従来装置では、ターゲットを管軸
垂直方向に対して傾斜させて、熱電子が実際に衝突する
実焦点を大きくするとともに、X線が照射される側から
見た実効焦点を小さくし、X線像の幾何学的ぼけを減少
させるとともに負荷の減少を抑制している。
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。すなわち、X線像の幾何学的ぼけを増大させず、
負荷を大きくするためには、同じ大きさの実効焦点に対
して、実焦点を大きくしてやる必要があるが、従来装置
のように、ターゲットを管軸垂直方向に対して傾斜させ
るだけでは、実焦点を大きくするのに限界がある。
次のような特性があることが知られている。すなわち、
フィラメントから熱電子を放出させるためにフィラメン
トにフィラメント電流を供給してフィラメントを加熱す
ると、フィラメントから導電性の物質が蒸発して放出さ
れ、その導電性物質が、外囲器の内周面に付着して導電
性の蒸着膜が形成されていく。そして、最後には、陰極
と固定陽極に印加する管電圧により、外囲器内周面に形
成された導電性蒸着膜への放電現象が起こるに到る。こ
の放電現象が起こると、管電圧を印加できなくなり、X
線を発生させることができなくなる。これが、耐電圧寿
命と呼ばれるものであるが、固定陽極X線管装置を長期
間に渡って使用するためには、この帯電圧寿命を延ばす
ことが望まれる。しかしながら、従来、この耐電圧寿命
を延ばすための有効な考案はなされていない。
れたものであって、負荷の向上と、耐電圧寿命を延ばす
という別意の目的を同時に満たす固定陽極X線管装置を
提供することを目的とする。
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、この発明は、フィラメントと集束電極とを先端部に
備えた陰極と、前記陰極先端部のフィラメントに対向さ
せてターゲットを先端面に備えた固定陽極とが外囲器に
収納され、前記陰極と前記固定陽極との間に高電圧を印
可して、所定方向にX線を照射させる固定陽極X線管装
置において、前記ターゲットの表面形状を、X線照射方
向に平行であって、かつ管軸に交差する軸線を前記陽極
先端面に投影した陽極投影軸を稜線とした楔形に形成し
たことを特徴とするものである。
ち、ターゲットの表面形状を、X線照射方向に平行であ
って、かつ管軸に交差する軸線を陽極先端面に投影した
陽極投影軸を稜線とした楔形に形成したことにより、タ
ーゲットの表面に傾斜が付けられるので、傾斜が付けら
れた方向において、同じ大きさの実効焦点に対して実焦
点を大きくすることができる。従って、X線像の幾何学
的ぼけを増大させることなく、負荷を大きくすることが
可能となる。
ことにより、フィラメントとターゲット間の等電位線も
楔形になることから、熱電子は楔形のターゲットの稜線
付近に集束し易くなる。従って、予め決められた実焦点
に熱電子を集束させるためには、集束電極による熱電子
の集束性を弱めてやる必要がある。これにより、集束電
極による熱電子の拘束を緩和させることがき、フィラメ
ントから放出された熱電子が、効率良くターゲット側に
流れるので、エミッション特性が向上する。すなわち、
フィラメント電流を小さくすることができるので、フィ
ラメントから蒸発する導電性物質の量を減少させること
ができ、外囲器内周面の導電性物質蒸着膜への放電現象
が起きるまでに要する時間(耐電圧寿命)が長くなる。
説明する。図1は、この発明の一実施例に係る固定陽極
X線管装置の概略構成を示す図であり、図2(a)は、
実施例装置の固定陽極の先端面付近を拡大した図、図2
(b)は、図2(a)のA−A矢視断面図、図2(c)
は、図2(a)のB−B矢視断面図である。
ラスで形成された外囲器1に、陰極2と固定陽極3とが
対向した状態で収納されている。陰極2の先端部には、
凹状の集束電極4が設けられ、その集束電極4の凹部内
にはコイル状に巻かれたフィラメント5が設けられてい
る。一方、銅で形成されている固定陽極3の先端面に
は、後で説明するターゲット6が設けられている。
間に高電圧(管電圧)を印加し、また、フィランメント
5にフィラメント電流を供給してフィラメント5から熱
電子を放出させ、放出された熱電子を集束電極4で集束
してターゲット6に衝突させてX線を発生させ、Y方向
に向けてX線を照射させる。
Yは、実施例装置からのX線照射方向を示し、J1はX
線照射方向Yに平行な軸線、J2は管軸、Hは管軸垂直
方向をそれぞれ示す。また、この実施例では、X線照射
方向Yに平行な軸線J1と管軸垂直方向Hとは平行であ
る。
ーゲットの構成を図2を参照して説明する。この実施例
では、タングステン板で形成されたターゲット6が固定
陽極3の先端面に埋め込んである。また、ターゲット6
は、図2(a)、(b)に示すように、従来装置と同
様、管軸垂直方向Hに対して角度θで傾斜されており、
ターゲット6の表面形状は、図2(a)、(c)に示す
ように、X線照射方向Yに平行であって、かつ管軸J2
に交差する軸線J1を陽極先端面に投影した陽極投影軸
J3を稜線とした、傾斜角αの楔形に形成されている。
作用効果を説明する。まず、同じ面積の実効焦点に対す
る、この実施例装置の実焦点の面積と、従来装置の実焦
点の面積とを比較してみる。
成を図3に示す。なお、図3(a)は、従来装置の固定
陽極の先端面付近の構成を示す図であり、図3(b)
は、図3(a)のC−C矢視断面図、図3(c)は、図
3(a)のD−D矢視断面図である。図3(a)、
(b)に示すように、従来装置の固定陽極13の先端面
に設けられたターゲット16は、管軸垂直方向Hに対し
て角度θで傾斜されており、また、その表面形状は、図
3(a)、(c)に示すように平面である。
係を図4(a)に示す。すなわち、面積(L1×W1)
の実効焦点ESに対する実焦点RS1の面積は(L2×
W1)となる。図からも明らかなように、ターゲット1
6の表面形状は平面であるので、実焦点RS1の幅方向
の寸法は、実効焦点ESの幅方向の寸法と同じW1であ
る。一方、ターゲット16は、管軸垂直方向Hに対して
角度θで傾斜されているので、実焦点RS1の長さL2
は、実効焦点ESの長さL1よりも長く(L2>L1)
になる。L1とL2とは、図4(b)に示すように、以
下の関係式で表せる。 L1/L2=sinθ ……… (1)
効焦点との関係を図5(a)に示す。すなわち、上記の
従来装置の場合と同じ面積(L1×W1)の実効焦点E
Sに対する実焦点RS2の面積は、(L2×(W2+W
3))となる。
で、管軸垂直方向Hに対して傾斜されているので、実効
焦点ESの長さ(L1)と実焦点の長さ(L2)との関
係は、従来装置の場合と同じになる。つまり、上式
(1)の関係式で定義できる。
ト6の表面形状は、X線照射方向Yに平行な軸線J1を
陽極先端面に投影した陽極投影軸J3を稜線とした、傾
斜角αの楔形に形成されているので、実焦点RS2の幅
方向の寸法(W2+W3)は、実効焦点ESの幅方向の
寸法W1よりも長く((W2+W3)>W1)になる。
W1と(W2+W3)とは、図5(b)に示すように、
以下の関係式で表せる。 W2/(W1/2)=cosα ……… (2) W3/(W1/2)=cosα ……… (3)
ための実効焦点ESの面積を、この実施例装置と従来装
置とで比較してみると、実効焦点RS1、RS2の長さ
はL2で同じであるが、幅方向の寸法については、従来
装置ではW1であるのに対して、この実施例装置では
(W2+W3)となり、この実施例装置の方が長くなる
ので、実効焦点の面積は、この実施例装置の方が従来装
置よりも大きくなる。
実焦点RS2と、従来装置の実焦点RS1とを、それぞ
れ平面視でまたは平面に展開して示すと図6のようにな
る。図6(a)は、従来装置の実効焦点を平面視で示し
た図、図6(b)は、この実施例装置の実効焦点を平面
視で示した図、図6(c)は、従来装置の実焦点を平面
視で示した図、図6(d)は、この実施例装置の実焦点
を平面に展開した図である。なお、この実施例装置の実
効焦点ESは従来装置の実効焦点ESのように四角形で
はないが、面積は従来装置の実効焦点ESと同じであ
る。
θ=10°、α=30°とした場合には、上式(1)よ
り、L2は約5.8mmになり、上式(2)、(3)よ
り、(W2+W3)は約1.2mmになり、この場合に
は、従来装置の実焦点RS1とこの実施例装置の実焦点
RS2の面積比は、1:1.2となる。
面積の実効焦点に対して実焦点の面積が大きくなった分
だけ、従来装置に比べて、X線像の幾何学的ぼけを増大
させることなく負荷を大きくすることができる。例え
ば、上記したように実効焦点RS1、RS2の面積比
が、1:1.2であれば、従来装置に比べて負荷を1.
2倍にすることができることになる。
の軌道を、この実施例装置の場合と従来装置の場合とを
比較してみる。従来装置の場合の熱電子の軌道を図7
(a)に、この実施例装置の場合の熱電子の軌道を図7
(b)に示す。
状は平面であるので、フィラメント5とターゲット16
との間の等電位線DL(点線で示す)は、図7(a)に
示すように平行である。また、フィラメント5からの熱
電子を、集束電極4でターゲット16の所定領域(予め
決められた実焦点、幅方向の寸法W)内に集束させるた
め、フィラメント5は、集束電極4の凹部内に取り付け
られている。なお、この集束電極4の表面とフィラメン
ト5の取り付け位置との間の長さDをフィラメント深さ
という。
6の表面形状は楔形であるので、フィラメント5とター
ゲット6との間の等電位線DL(点線で示す)は、図7
(b)に示すようにターゲット6に近づくに従って楔形
に変化していく。従って、フィラメント5からターゲッ
ト6に流れる熱電子は、楔形のターゲットの稜線付近に
集束し易くなるので、実焦点の幅方向の寸法が小さくな
る傾向がある。一方、従来装置と同じ実効焦点を得るた
めには、図7(b)に示すW(Wは図7(a)に示した
寸法と同じ)内に熱電子を集束させてやる必要がある。
従って、この実施例では、集束電極4による集束性を緩
和してやるために、従来装置に比べて、フィラメント深
さDを浅くした位置にフィラメント5を取り付けてやる
必要がある。フィラメント深さDを浅くしてフィラメン
ト5を取り付けると、集束電極4による熱電子の拘束が
緩和され、フィラメント5から放出された熱電子が、効
率良くターゲット6側に流れる。つまり、フィラメント
5から放出され、フィラメント5の近辺に分布する熱電
子の数は、フィラメント深さDが浅くなるに従って減少
し、フィラメント5近辺に分布しなくなった熱電子はタ
ーゲット6側に流れるので、フィラメント5をフィラメ
ント深さDを浅くして取り付けるに従って、フィラメン
ト5から放出された熱電子が、効率良くターゲット6側
に流れる。
管電圧を従来装置と同じにし、フィラメント5からター
ゲット6に流れる熱電子の数に比例する管電流を従来装
置と同じにする際、この実施例装置では、フィラメント
5から放出させる熱電子の数は少なくて済むので、フィ
ラメント5に供給するフィラメント電流を従来装置より
も小さくすることができる。つまり、エミッション特性
が向上する。フィラメント電流を小さくすると、フィラ
メント5の加熱を小さくすることができるので、フィラ
メント5から蒸発する導電性物質の量を減少させること
ができ、外囲器内周面の導電性物質蒸着膜への放電現象
が起きるまでに要する時間(耐電圧寿命)を長くするこ
とができる。
点の面積を同じにしつつ実焦点の面積を大きくすること
ができるので、X線像の幾何学的ぼけを増大させること
なく負荷を大きくすることができ、同時に、耐電圧寿命
を長くすることができる。
にする際の傾斜角αを大きくとると、ヒール効果により
固定陽極X線管装置から照射されるX線量が減少すると
ともに、熱電子がターゲット6に衝突して発生する熱が
陽極先端面付近に溜まり易くなるので好ましくない。従
って、上記傾斜角αとしては、10°程度〜30°程度
の範囲に設定するのが好ましい。
ける角度θは、従来装置と同様に、0°〜20°程度に
設定される。ただし、角度θを0°に設定した場合に
は、図8に示すように、X線照射方向Yに対して、管軸
J2を傾けた状態で、固定陽極X線管装置をX線診断装
置(X線透視撮影装置やX線CT装置等)に取り付ける
ことになる。このときには、X線照射方向Yに平行な軸
線J2と管軸垂直方向Hとは平行ではない。
のタングステン板を陽極先端面に埋め込んでターゲット
6を形成したが、表面形状が楔形である陽極先端面に、
タングステンを化学蒸着してターゲット6を形成しても
よい。
ーゲット6に従って楔形にしているが、ターゲット6の
みを楔形に、すなわち、表面形状が平面である陽極先端
面に表面形状が楔形であるターゲット6を設けてもよ
い。
明によれば、ターゲットの表面形状を、X線照射方向に
平行であって、かつ管軸に交差する軸線を陽極先端面に
投影した陽極投影軸を稜線とした楔形に形成したことに
より、ターゲットの表面に傾斜が付けられるので、傾斜
が付けられた方向において、同じ大きさの実効焦点に対
して実焦点を大きくすることができる。従って、X線像
の幾何学的ぼけを増大させることなく、負荷を大きくす
ることができる。
ことにより、集束電極による熱電子の拘束を緩和させて
やることができ、フィラメントから放出された熱電子
が、効率良くターゲット側に流れるので、エミッション
特性が向上する。従って、フィラメント電流を小さくす
ることができ、フィラメントから蒸発する導電性物質の
量を減少させることができるので、外囲器内周面の導電
性物質蒸着膜への放電現象が起きるまでに要する時間
(耐電圧寿命)を長くすることができる。
の概略構成を示す図である。
拡大した図である。 (b):図2(a)のA−A矢視断面図である。 (c):図2(a)のB−B矢視断面図である。
成を示す図である。 (b):図3(a)のC−C矢視断面図である。 (c):図3(a)のD−D矢視断面図である。
示す図である。
関係を示す図である。
を平面視でまたは平面に展開して示した図である。
図である。 (b):この実施例装置の場合の熱電子の軌道を示す図
である。
度を0°にした場合の、固定陽極X線管装置のX線診断
装置への取り付け状態を示す図である。
影した陽極投影軸
Claims (1)
- 【請求項1】 フィラメントと集束電極とを先端部に備
えた陰極と、前記陰極先端部のフィラメントに対向させ
てターゲットを先端面に備えた固定陽極とが外囲器に収
納され、前記陰極と前記固定陽極との間に高電圧を印可
して、所定方向にX線を照射させる固定陽極X線管装置
において、前記ターゲットの表面形状を、X線照射方向
に平行であって、かつ管軸に交差する軸線を前記陽極先
端面に投影した陽極投影軸を稜線とした楔形に形成した
ことを特徴とする固定陽極X線管装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02317394A JP3206274B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 固定陽極x線管装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02317394A JP3206274B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 固定陽極x線管装置 |
Publications (2)
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JPH07211274A JPH07211274A (ja) | 1995-08-11 |
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ID=12103246
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP02317394A Expired - Fee Related JP3206274B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 固定陽極x線管装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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CN104470179B (zh) * | 2013-09-23 | 2017-10-24 | 清华大学 | 一种产生均整x射线辐射场的装置以及方法 |
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EP3312868A1 (en) * | 2016-10-21 | 2018-04-25 | Excillum AB | Structured x-ray target |
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1994
- 1994-01-24 JP JP02317394A patent/JP3206274B2/ja not_active Expired - Fee Related
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