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JP2004154277A - Method for power feeding to multiple radiation source x-ray ct apparatus - Google Patents

Method for power feeding to multiple radiation source x-ray ct apparatus Download PDF

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JP2004154277A
JP2004154277A JP2002321701A JP2002321701A JP2004154277A JP 2004154277 A JP2004154277 A JP 2004154277A JP 2002321701 A JP2002321701 A JP 2002321701A JP 2002321701 A JP2002321701 A JP 2002321701A JP 2004154277 A JP2004154277 A JP 2004154277A
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JP
Japan
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ray
anode
cathode
grid
potential
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002321701A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazumasa Mihara
一正 三原
Keiichi Hori
慶一 堀
Kenji Hara
謙治 原
Akira Ishibashi
明 石橋
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for power feeding for securely and stably feeding power, in a small-sized multiple radiation source X-ray CT apparatus serving both as a target and an anode. <P>SOLUTION: A combination of a cathode, a grid and an anode corresponding to a target part of a subject to be photographed is selected, and power is fed to the selected cathode to generate electronic beams. At this time, the negative limited potential of the selected grid is released, and a positive potential is applied to the specific anode selected as the target to be the equal potential in the circumferential direction via a plurality of feeding points. Then, by forming a bias potential from the cathode to the specific anode, radiation of the electronic beams passing the grid from the cathode to the specific anode is permitted. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元画像診断に用いられる多線源型X線CT装置の給電方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
多線源型の高速X線CTスキャナは、X線の発生を電気的にON/OFFさせる電子ビーム制御方式の採用により、従来からあるX線CTスキャナのスキャン時間を大幅に高速化(1/60〜1/2000秒)させ、測定対象物の断層撮影を行うものである。このような高速X線CTスキャナは、例えば特開平10−295682号公報および特開平10−075944号公報などに提案されている。
【0003】
従来の多線源型X線CTスキャナは、撮像領域を取り囲む同心円上に等ピッチ間隔に並べて固定配置された複数の検出器と、これら検出器の群を取り囲むようにさらに外側に設けられた真空槽と、診断用スペースを取り囲む同心円上に等ピッチ間隔に並ぶように真空槽のなかに固定配置された複数のX線発生器と、このX線発生器を制御する制御装置とを備えている。X線発生器は、同心円上に稠密配置された32個の3極真空管からなり、各々が扇状X線(ファンビーム)を撮像領域に置かれた被検体に向けて照射するようになっている。X線発生制御装置は、X線発生器ごとに設けられたパルス発生器と一対一に対応する32個のパルス発生制御ポートを有し、所定の入力データに基づき撮影に最適なX線発生器を選択し、選択したX線発生器のみからX線が射出されるように給電回路を高速でON/OFF制御する。
【0004】
X線発生器から照射されたX線は被検体を透過して検出器によって検出される。検出信号はデータ収録装置に集積され、さらにデータ処理装置により信号処理されてX線断層撮影画像としてディスプレイ上に再生される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の装置においては、円筒の内径およびX線発生ユニットの寸法などの被検体との空間的な配置関係から設置スペースが制限を受けるために、配置可能なX線発生ユニットの数に限界がある。このため、X線発生ユニットの数を無制限に増加させて装置の空間分解能を向上させることができないという問題点がある。
【0006】
また、従来装置の各X線発生ユニットではカソード、アノード、ゲート(グリッド)毎にそれぞれ給電回路が必要になるので、その電源容量が甚大なものとなる。とくに、空間分解能を高めようとする場合には、給電回路の総数が膨大な数にのぼるために、給電回路の製造コストが増大するばかりでなく、運転コストも増大するという問題点がある。
【0007】
さらに、1ショット当りの撮影領域を細分化するために多数のX線発生器を全周にわたって稠密に配置すると、標的となるX線ターゲットに電子線を正確に導くことが難しくなる。
【0008】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ターゲットとアノードを兼ねた小型の多線源型X線CT装置において確実かつ安定に給電することができる給電方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る多線源型X線CT装置の給電方法は、 環状の真空容器内に該真空容器から電気絶縁された状態で設けられ、かつ軸心に沿って配置された被検体を取り囲むように該軸心を中心とする円周に沿って360°全周にわたり稠密に固定配列された多数のカソード/グリッド/アノードを有するX線発生器と、被検体を間に挟んで前記X線発生器に対応するように前記軸心を中心とする円周に沿って360°全周にわたり稠密に固定配列された複数のX線検出器と、前記アノードおよび電源に導通する複数の給電点と、を具備する多線源型X線CT装置に給電する方法において、
被検体の撮影部位に対応するカソード/グリッド/アノードの組合せを選択し、選択したカソードに給電して電子線を生じさせる一方で、選択したグリッドのマイナスの規制電位を解除するとともに、ターゲットとして選択した特定のアノードに対して前記複数の給電点を介して円周方向に等電位となるように前記アノードにプラスの電位を印加し、前記カソードから前記特定のアノードに向かうバイアス電位を形成することにより、前記カソードから前記グリッドを通過して前記特定のアノードに向かう電子線の放射を許容させることを特徴とする。
【0010】
なお、複数の給電点を介してカソードの電位よりも150±5kV高い電圧の直流をアノードに給電することが好ましい。
【0011】
また、複数の給電点は、アノードに対して方位0°,90°,180°,270°の4箇所に振り分け配置されていることが好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【0013】
図1及び図2に示すように、150kV用多線源型X線CT装置としての医療用X線CT装置10はX線発生器30および放射線検出器60を内蔵したドーナツ状のガントリ11を備えており、被検体としての患者5が移動ベッド2とともに真空槽中央の診断用スペース11aに出し入れされるように設けられている。すなわち、スライダ機構3により移動ベッド2はガイドレール4に沿ってX軸方向に移動可能に支持されている。
【0014】
ガントリ11内にはX線発生器30、ビームリミッタ(図示せず)、放射線検出器60、画像信号ディジタイザ(図示せず)、電子銃駆動回路(図示せず)などが設けられている。X線発生器30は環状又はチューブ状の真空容器20のなかに収容されている。真空容器20の内部は図示しない排気ポートを介して真空ポンプにより真空排気されている。X線発生器30から出射された扇状のX線6は、図示しないコリメータにより絞られ、さらに図示しないビームリミッタにより照射位置で所定の径に規定され、診断用スペース11aに置かれた被検体5を透過した後に放射線検出器60により検出されるようになっている。
【0015】
放射線検出器60は、被検体5が配置される診断用スペース11aを取り囲む同心円周上に稠密に固定して配置され、4086個の超高感度のCdTe単結晶光電変換素子72を備え、0.5mmの分解能を有するものである。ちなみに、1ショットの撮像幅は約2mmである。また、ガントリ11は、外径が約2000mm、内径が約800〜1000mmである。
【0016】
X線発生器30は、図2に示すように、複数の放射線検出器60が配列された円周よりも外側の同心円上に配列され、放射線検出器60に対応して設けられている。これらのX線発生器30と放射線検出器60とはX軸方向に僅かにシフトして配置され、図3に示すようにX線6はガントリ11の半径(Z軸)に対して少し前傾する方向に照射されるようになっている。このため、X線6は、図1〜図3に示すように、X線射出側(上方)の放射線検出器60に遮られることなく、診断用スペース11aに置かれた被検体5を透過して反対側(下方)の放射線検出器60により検出される。
【0017】
デジタル演算回路を備えた制御装置17の入力側にはデータ収録装置18が接続されている。放射線検出器60で検出されたX線透過情報は、透過X線量に比例した電流信号に光電変換され、プリアンプ15、メインアンプ16を介してデータ収録装置18および画像信号ディジタイザ(図示せず)に送られ、収録されるようになっている。
【0018】
収録されたデータは、さらにデータ収録装置18からデータ処理装置19に出力され、データ処理装置19でデータ処理される。処理されたデータは、被検体5のX線CT画像情報として図示しないディスプレイ上に再生表示されるようになっている。
【0019】
制御装置17の出力側には電源14およびX線発生器30内のアノード(ターゲット)33、放電電極44、ゲートアレイのグリッド電極45がそれぞれ接続されている。データ収録装置18からX線発生指令信号が制御装置17に向けて出されると、その指令に基づいて制御装置17は電源14から電子銃駆動回路への給電動作を制御するとともに、複数のグリッド電極45のなかから撮影部位に適した位置にあるものを選択するようになっている。これに応じてX線発生器30内のいずれかの放電電極44から電子線が出射され、選択したグリッド電極45に印加したマイナスのバイアス電圧が解除されてゼロ電位となり、電子線6aがグリッド電極45の孔を通過してターゲット33に入射する。ターゲット33に電子線6aが入射すると、ターゲット33からX線6が発生し、窓に取り付けたコリメータ(図示せず)を介して扇状のX線6が被検体5に向けて出射されるようになっている。
【0020】
図9に示すように、排気機構80の管81がガントリ側壁開口83からガントリ11内に導入され、真空チューブ20の排気ポート82に連通している。管81はバルブ85を介して大径管84に連通し、さらに大径管84は図示しない真空ポンプの吸込み口に連通している。このポンプ(図示せず)は真空チューブ20の内圧が1×10−7〜1×10−9Torrになるまでチューブ20内を排気する能力を備えている。
【0021】
端子27がガントリ11の側壁を貫通して内部に導入され、X線発生器30の電子銃駆動回路、ゲートアレイ(グリッド)駆動回路およびアノード(ターゲット)駆動回路のそれぞれに導通している。この端子27は制御装置17により動作を制御される外部電源14に接続されている。
【0022】
端子27には複数本のCu電極棒28がそれぞれ導通し、各Cu電極棒28の先端はアノードブロック34の給電点34aに押し付けられている。
【0023】
端子27およびCu電極棒28は、碍子25により周囲部材から絶縁されている。碍子25は高耐圧特性を有する高純度アルミナ(Al)からなり、その耐圧性能が150〜200kVである。
【0024】
図8に示すように、給電点34aはアノードブロック34の方位0°,90°,180°,270°の4箇所に振り分け配置されている。これら4つの給電点34aを介して電源14からアノード(ターゲット)33およびカソード44間に150kVの高圧直流が給電されるようになっている。このような多点給電方式を採用することにより、いずれのX線発生器30からも実質的に同じタイミングで実質的に同じ出力のX線6が出射されるようになっている。
【0025】
次に、図3〜図6を用いてX線発生器30について説明する。
【0026】
図3に示すように、X線発生器30は、厚さt4が3〜5mmの鉛板からなる遮蔽材24で実質的に全面を覆われた真空容器20内に収納されている。真空容器20は厚さ3mmの非磁性ステンレス鋼でつくられた環状の中空チューブからなるものである。遮蔽材24は、X線射出口となる窓20aの部分を除いて真空容器20の外面の大部分を被覆し、X線6が診断用スペース11a以外の方位へ漏れ出ないようにしている。
【0027】
真空容器の窓20aにはX線射出部50が取り付けられている。このX線射出部50にも鉛板からなる遮蔽材53およびコリメータ(図示せず)が取り付けられている。本実施形態ではX線射出部50の遮蔽材53の板厚を5mmとした。
【0028】
高電圧導入端子27がガントリ11の側壁を貫通して内部に導入され、X線発生器30の電子銃駆動回路、ゲートアレイ(グリッド)駆動回路およびアノード(ターゲット)駆動回路にそれぞれ導通している。高電圧導入端子27は制御装置17で動作を制御される電源14に接続され、150kVの直流を図6に示すCu電極棒28に給電するものである。
【0029】
Cu電極棒28は高耐圧特性を有するセラミックからなるターゲット電流導入碍子25により周囲部材から絶縁保護されている。このCu電極棒28の先端部はX線発生器30のアノードブロック34の給電点34aに押し付けられている。碍子25はアルミナ等のセラミックからなるものであり、耐圧性能が200kVである。
【0030】
図4〜図6を参照してX線発生器30についてさらに詳しく説明する。なお、これらの図では真空容器およびその付属品の形状を模式的に表わしている。
【0031】
X線発生器30は、真空雰囲気下で電子線6aを電子銃40からアノードハウジング31内のタングステンターゲット(アノード)33に打ち込み、ターゲット33から二次X線6を発生させるものである。真空容器20の開口部、例えば窓20aにはOリングを介してX線射出部50の窓部材51が被せられ、内部が気密に保たれている。図示しない排気管が真空容器20に連通し、図示しない真空ポンプにより真空容器20内が所定の真空度(例えば、1×10−6〜1×10−7Torr)に排気されるようになっている。
【0032】
カソード(電子銃)40は絶縁支持板41により真空容器20内の周囲部材から絶縁された状態で支持されている。カソード40はCeB単結晶又はSeB単結晶又はLaB単結晶からなる放電電極44およびグリッド電極45を備えている。グリッド電極45にはマイナスのバイアス電圧(例えば、−700V)が常に印加された状態にあり、これをゼロ電位としたときにカソード電極44からグリッド電極45のビーム通過孔45bを通ってアノード33に向けて電子線6aが出射されるようになっている。グリッド電極の電子ビーム通過孔45bの径は5mmである。
【0033】
グリッド電極45は、窒化珪素(Si)、酸化珪素(SiO)、炭化珪素(SiC)、アルミナ(Al)、サイアロン(SiAlON)等のセラミックリング基板上にタングステン、モリブデン、タンタル等の高融点金属又は合金からなる導電性薄膜を積層した後に、該導電性薄膜を所定パターンにエッチングすることにより絶縁部を形成したものである。なお、グリッド電極45の電子ビーム通過孔45bは、パターンエッチング後にドリル穿孔などの機械加工により形成されたものである。
【0034】
図4に示すように、碍子42a,42cで周囲から絶縁保護された正負一対のフィラメント電流導入用端子がケーブル42bを介して放電電極44に接続され、例えばプラス150kVの放電電圧が放電電極44に印加されるようになっている。
【0035】
放電電極44は、所謂ケンブリッジ型と称するタイプであり、直径が1〜3mmのSeB又はCeB又はLaBの非金属化合物の単結晶からなるものである。放電電極44の先端には高電圧電界が集中して欠落(チッピング)を生じ易いので、そのコーナーエッジ部分は削り取られて丸みがつけられている。放電電極44の下半部は両側から削り取られて平坦な面が形成され、各平坦面に正負一対のモリブデン線がグラファイトチップを押し付けるようにして結線されている。これら正負一対のモリブデン線の基端側は碍子に埋め込まれた正負端子にそれぞれ接続され、ケーブル42bを介して図示しない電源から高電圧が印加されるようになっている。
【0036】
ターゲット33はX線を生成するアノード電極として機能するものであり、カソード(電子銃)40から出射された電子線6aが衝突する面が焦点となるところに配置されている。高速度の電子がそのターゲット原子内部に突入して運動を阻止されることによりその運動エネルギの一部がX線6として放出される所謂制動X線である。すなわち、放電電極44からターゲット33に電子線6aが入射すると、ターゲット33からその表面の角度に応じて反射する方向にX線6が扇状に出射されるようになっている。なお、ターゲット33は、タングステン又はタングステン合金の矩形板からなり、その厚さは0.5〜7.0mm、幅は8〜12mm、長さは30〜50mmの範囲とすることが望ましい。本実施例ではターゲット33の厚みを1.0mmとした。また、ターゲット33の照射面は電子線6aの光軸に対して約20°傾斜している。
【0037】
理論的には数ミクロンオーダーの厚みをもつターゲットに電子線を打ち込むことによって二次X線は生成されるが、ターゲットの厚みを過度に薄くしすぎると、溶損、割れ、欠落等の致命的な損傷を受けやすくなるので、ターゲットの厚みは1.0mm程度とすることが最も好ましい。なお、ターゲット33の肉厚を厚くしすぎると発熱量が増大して冷却が困難になるので、ターゲット33は許される範囲で薄くするほうが好ましい。
【0038】
冷却ブロック32は銅またはアルミニウム等の熱伝導性に優れた良導体でつくられ、その傾斜面にターゲット33を保持し、熱損傷からターゲット33を保護している。冷却ブロック32は、真空容器から絶縁するために絶縁支持部材25により支持されている。
【0039】
冷媒供給管26が蓋23を貫通して内部に導入され、アノードハウジング31内の冷却ブロック32の内部流路32aに連通している。冷媒供給管26は図示しない油供給源に連通し、冷媒としての冷却油がブロックの内部流路32aに循環供給されるようになっている。高エネルギ電子線6aの打ち込みによりターゲット33は高温に過熱されるが、冷却ブロック32により裏面側から冷却されているので短時間で費消されることはない。なお、放電電極44も図示しない冷却機構により冷却されるようになっている。
【0040】
ゲートアレイ制御回路の概要について説明する。
【0041】
X線発生器30内のアノード33、放電電極44およびゲートアレイのグリッド電極45は、それぞれ制御装置17に内蔵されたn個のパルス発生器を介してn個のパルス発生制御ポートに接続されている。制御装置17のCPUは、図示しないモード設定指示器から設定モード信号が入力されると、設定モードに従ってX線発生指令信号をパルス発生制御ポートに送り出し、指令信号を受けたパルス発生制御ポートに対応するパルス発生器に信号が送信され、該当するグリッド電極45にマイナスのバイアス電圧を解除してゼロ電位とする。これにより該当するグリッド電極45のビーム通過孔のみを電子線6aが通過してアノード33に入射し、アノード33からX線6が出射される。
【0042】
次に、アノード電位の制御について説明する。
【0043】
ターゲットとしてのアノード33にカソード40(図示せず)から電子線6aが入射するときは、カソード40からアノード33に向かって図10の(a)に示す等電位線90aが形成されるように電源14の給電動作を制御する。すなわち、制御装置17は、撮影に適したカソード/グリッド/アノードの組合せを選択し、選択したカソード40に給電して電子線を生じさせる一方で、選択したグリッド45のマイナスの規制電位を解除するとともに、ターゲットとして選択した特定のアノード33に対して複数の給電点を介して円周方向に等電位となるようにアノード33にプラスの電位を印加し、カソード40から特定のアノード33に向かうバイアス電位を形成することにより、カソード40からグリッド45を通過して特定のアノード33に向かう電子線の放射を許容させる。これにより図示したように円周方向に等電位となるアノード33への給電制御がなされる。
【0044】
一方、X線を発生させない待機状態のときは、制御装置17は、グリッド45の規制電位をそのまま維持させるので、図10の(b)に示す等電位線90bが形成される。
【0045】
次に、X線射出部50について説明する。
【0046】
図7に示すように、X線射出部50は、環状真空容器20の窓20aの外側に360°全周にわたって取り付けられている。X線射出部50の窓部材51は、アルミニウムやベリリウム又はこれらの合金あるいはステンレス鋼などのようにX線を透過しやすく、X線の減衰率が小さい材料でつくられている。窓部材51のX線通過部分には切欠溝52が設けられ、これにより薄肉部51aが形成されている。切欠溝52は360°全周にわたってフライス盤などを用いて窓部材51の肉厚のほぼ半分までを切削加工して形成される。薄肉部51aの厚みt2は、窓部材51の材質に応じて種々変わるが、少なくとも真空容器20の負圧に耐えられる耐圧強度を確保する必要がある。例えば窓部材51が板厚t1(=5mm)のアルミニウム板からなる場合は、薄肉部51aの厚みt2を少なくとも2.5mmとする必要がある。
【0047】
なお、窓部材51によるX線の減衰率は10%以下に抑えることが望ましく、5%とすることが最も好ましい。
【0048】
さらに、窓部材51は鉛板からなる遮蔽材53で大部分が覆われている。遮蔽材53にはX線6の通過を許容するビーム通路53aが開口している。本実施例では遮蔽材53の厚みt3を5mmとし、ビーム通路53aの径d2を0.5mm〜3.0mmとした。X線6は、遮蔽材53のビーム通路53aのみを通過して、図示しないコリメータにより絞られ、射出される。射出されたX線6は、診断用スペース11aの被検体5を透過した後に、反対側の放射線検出器60により検出されるようになっている。
【0049】
図7に示すように、本実施形態では真空容器の窓20aの径W1を20〜30mmとし、窓部材の薄肉部51aの幅を窓20aの径W1とほぼ同等とした。また、X線6の光軸がZ軸59(鉛直軸)となすビーム傾斜角θ1を0.1°〜2.5°とした。また、窓部材51がZ軸59(鉛直軸)となす取付角θ2を95°〜105°とした。
【0050】
なお、X線出射部の遮蔽材53において、X線射出孔53aの断面形状は、円形、長円形又は楕円形としてもよいし、スリット形状としてもよい。射出孔をスリット形状とする場合は、スリットの間隔を一定に保つために、X線ビームが通らない箇所を選んでスペーサを設けるようにすることが好ましい。
【0051】
次に、放射線検出器60について説明する。
【0052】
図7及び図3に示すように、放射線検出器60はリングフレーム62を介して真空容器20の内周面に支持されている。放射線検出器60はX線検出器30に1対1に対応してX線検出器30の数と同数(例えば4086個)が設けられている。これらの放射線検出器60とX線発生器30とはX軸方向に僅かにシフトして配置され、図3に示すようにX線6はガントリ11の半径(Z軸)に対して少し前傾する方向に照射されるようになっている。このため、X線6は、X線射出側(上方)の放射線検出器60に遮られることなく、診断用スペース11aに置かれた被検体5を透過して反対側(下方)の放射線検出器60により検出される。
【0053】
放射線検出器60のハウジング61は、リングフレーム62の内周面にボルト等により締結され、内部にCdTe光電変換素子72を有するセンサアッセンブリ(検出部)70が収容されている。遮蔽材63がハウジング61の内周面には遮蔽材63が張り付けられている。遮蔽材63には入射口63aが形成され、この入射口63aとハウジングの開口61aとを通ってX線6がCdTe光電変換素子72により検出されるようになっている。
【0054】
センサアッセンブリ(検出部)70はCdTe光電変換素子72とプリント回路基板75とで構成されている。CdTe光電変換素子72は、横断面が正方形の柱状直方体をなすテルル化カドミウムの単結晶からなるものである。
【0055】
センサアレイを構成する4086個のCdTe光電変換素子72は、受光面が同一の高さレベルに揃うようにプリント回路基板75の上に等ピッチ間隔に配列されている。プリント回路基板75は、図7に示すように絶縁支持材64を介してリングフレーム62に支持され、図示しない金ワイヤボンディングによりCdTe光電変換素子72の他の端面(受光面の反対面)に接続され、さらに樹脂で封止されている。
【0056】
次に、カソード40について説明する。
【0057】
図4及び図5に示すように、カソード40は、周囲の部材からそれぞれ絶縁された放電電極44およびグリッド電極45を備えている。放電電極44はセラミックからなる絶縁基板41により周囲から絶縁された状態でフレーム47に支持されている。一方、グリッド電極45はセラミックからなる絶縁リング48により周囲から絶縁された状態でフレーム47に支持されている。なお、図中にて符合46a,46bはボルトを、符合49は押え板を示す。この押え板49は、放電電極44を備えたアッセンブリがフレーム47から脱落しないように、絶縁基板41の周縁部分をフレーム47の凹所に押え付けるものである。
【0058】
放電電極44は、所謂ケンブリッジ型と称するタイプであり、直径が1〜3mmのSeB又はLaBの非金属化合物の単結晶からなるものである。放電電極44の下半部は両側から削り取られて平坦な面が形成され、各平坦面に正負一対のモリブデン線がグラファイトチップを押し付けるようにして結線されている。これら正負一対のモリブデン線の基端側は碍子に埋め込まれた正負端子にそれぞれ接続され、ケーブル42bを介して図示しない電源から例えばプラス150kVの放電電圧が印加されるようになっている。
【0059】
グリッド電極45は、図示しないケーブルを介して直流電源に接続されている。この電源からはグリッド電極45にマイナス700Vのゲート電圧が印加されている。電子線6aを放電電極44からアノード33に向けて出射させるときは、グリッド電極45に印加されているバイアスを解除してグリッド電極45をゼロ電位にする。これにより電子線6aは放電電極44からグリッド電極の孔45bを通ってアノード33に向けて出射され、アノード33でX線6が発生するようになっている。
【0060】
グリッド電極45はCT装置の軸心を中心とする半径800mmの円周上に等ピッチ間隔に配列されている。X線発生器30(ターゲット33)の数を360個とする場合は、グリッド電極45のピッチ間隔を14mm、幅を12mm、長さを100mmとする。また、X線発生器30(ターゲット33)の数を240個とする場合は、グリッド電極45のピッチ間隔を20.9mm、幅を19mm、長さを100mmとする。ビーム通過孔45bはグリッド電極45の長手中央に開口形成する。なお、座ぐり45aの径はグリッド電極45の幅と同等とし、ビーム通過孔45bの径は座ぐり45aの径の三分の一から二分の一(30〜50%)の範囲とすることが望ましい。
【0061】
次に、上記装置の動作の概要について説明する。
装置10のメインスイッチをONすると、カソード電極44には有意電子量を放出するに十分な温度に当該カソード電極44を加熱するに十分な電圧としてマイナス150kV(これを−20Vとすることも可能)のバイアス電圧が印加され、グリッド電極45には例えばマイナス50kV(これを−1kVとすることも可能)のバイアス電圧が印加され、アノード電極33にはプラス150kVのバイアス電圧が印加される。所定時間になると、データ収録装置18から第1のX線発生の指令信号が制御装置17に出力される。
【0062】
この第1の指令に基づき、X線発生制御装置17内のパルス発生制御ポートに第1のX線発生の指令が入力される。この入力信号を受けて2つのパルス発生器が同時にパルス波を発生させ、これらパルス信号がパルス発生器に対応するグリッド電極45に与えられる。このパルス発生信号を受けてグリッド電極45のマイナスのバイアス電圧が解除されてゼロ電位となり、電子線6aがグリッド電極45の孔を通過してアノード電極33に入射する。
【0063】
所定時間になると、第1のX線発生の指令が終了してグリッド電極45のマイナスのバイアス電圧が回復され、電子線6aはグリッド電極45により再び遮断される。この間にアノード電極33からX線6が出射される。このようにしてX線6の出射箇所が次々に切り替えられる動作が繰り返される。
【0064】
ちなみにゲート切替時間は2.1〜20.8マイクロ秒(48万分の1秒〜4.8万分の1秒)の範囲に制御される。また、X線発生時間はゲート切替時間の3分の2にあたる1.4〜13.9マイクロ秒(72万分の1秒〜7.2万分の1秒)の範囲に制御される。
【0065】
発生したX線6は診断用スペース11aの被検体5に向けて照射される。照射されたX線6は、被検体5の透過率に応じた吸収がなされ、対向する放射線検出器60により検出される。
【0066】
放射線検出器60で検出したX線透過情報は、透過X線量に比例した電流信号に変換された後、プリアンプ15、メインアンプ16で増幅され、電圧信号としてデータ収録装置18に送られる。
【0067】
放射線検出器60による検出動作が終了すると、次に、第二のX線発生の指令が制御装置17内のパルス発生制御ポートに入力され、上記と同様の検出動作がなされる。そして、順次行われた全ての検出動作から得られるX線透過情報が放射線検出器60で検出されると、透過X線量に比例し電流信号に変換されてプリアンプ15、メインアンプ16、データ収録装置18を介してデータ処理装置19において信号処理される。この信号処理されたデータより、被検体5のX線CT画像情報が得られる。
【0068】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ターゲットとアノードを兼ねた小型の多線源型X線CT装置において確実かつ安定に給電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】多線源型X線CT装置の全体概要を示す構成ブロック図。
【図2】多線源型X線CT装置をX軸方向から見て示す概略構成図。
【図3】本発明の実施形態に係る多線源型X線CT装置を示す内部透視断面図。
【図4】本発明の実施形態に係る多線源型X線CT装置の要部断面図。
【図5】図4中の矢視V−Vのほうから見て示す多線源型X線CT装置の要部断面図。
【図6】X線発生部を示す拡大断面図。
【図7】X線出射部および検出部を示す拡大断面図。
【図8】給電点および真空排気ポートの取り付け箇所をそれぞれ示す正面模式図。
【図9】真空チューブに連通する排気流路を示す内部透視断面図。
【図10】(a)はX線射出時のアノードの等電位線図、(b)は待機状態のアノードの等電位線図。
【図11】本発明の他の実施形態に係る多線源型X線CT装置を示す内部透視断面図。
【符号の説明】
5…被検体、
6…X線、
6a…電子線、
10…X線画像診断装置、
11…真空槽、11a…診断用スペース、
14…電源、
15…検出回路(プリアンプユニット)、
15a…オペアンプ、15b…バッファーアンプ、
15c…コンデンサ、15d…リセットスイッチ、
16…メインアンプユニット、
17…制御装置、
18…データ収録装置、
19…データ処理装置、
20…真空容器(環状チューブ)、
20a…窓(放射線射出口)、
21…チャンバ壁、
22…絶縁支持材、
23…蓋、
24…遮蔽材(鉛板)、
25…ターゲット電流導入碍子(セラミック)、
26…冷媒供給管、
27…高電圧導入端子、
28…電極棒(Cu)、
29…排気管、
30…X線発生器、
31…アノードハウジング(Al又はCu)、
32…冷却ブロック、32a…冷媒流路(内部流路)、
33…アノード(ターゲット、アノード電極)、
34…アノードブロック、
34a…給電点、
35…冷媒流路、
36…冷媒供給路、
37…照射窓、
38…保持部、
40…カソード(電子銃)、
42…フィラメント電流導入碍子、
44…放電電極(カソード電極;CeB,LaB)、
45…グリッド電極、
50…X線射出部、
51…窓部材(Al)、
53…遮蔽材(鉛板)、
60…放射線検出器、
61…ハウジング、62…リングフレーム、
63…遮蔽板(鉛板)、63a…入射口、64…絶縁支持材、
70…センサアッセンブリ(検出部)、
80…真空排気部、
81,84…排気流路、
82…排気ポート、
83…開口、
90a,90b…等電位線。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply method for a multi-source X-ray CT apparatus used for three-dimensional image diagnosis.
[0002]
[Prior art]
The multi-source high-speed X-ray CT scanner employs an electron beam control method of electrically turning on / off the generation of X-rays, thereby greatly shortening the scan time of a conventional X-ray CT scanner (1/1). (60 to 1/2000 seconds) to perform tomography of the object to be measured. Such a high-speed X-ray CT scanner is proposed in, for example, JP-A-10-295682 and JP-A-10-075944.
[0003]
A conventional multi-source X-ray CT scanner includes a plurality of detectors fixedly arranged at equal pitch intervals on a concentric circle surrounding an imaging region, and a vacuum provided further outside to surround a group of these detectors. A vessel, a plurality of X-ray generators fixedly arranged in a vacuum vessel so as to be arranged at equal pitches on concentric circles surrounding a diagnostic space, and a control device for controlling the X-ray generator . The X-ray generator is composed of 32 triode vacuum tubes densely arranged on concentric circles, each of which irradiates a fan-shaped X-ray (fan beam) toward a subject placed in an imaging region. . The X-ray generation control device has 32 pulse generation control ports corresponding to the pulse generators provided for each X-ray generator in a one-to-one correspondence, and an X-ray generator optimal for imaging based on predetermined input data. Is selected, and ON / OFF control of the power supply circuit is performed at high speed so that X-rays are emitted only from the selected X-ray generator.
[0004]
X-rays emitted from the X-ray generator pass through the subject and are detected by the detector. The detection signal is integrated in a data recording device, further processed by a data processing device, and reproduced on a display as an X-ray tomographic image.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional apparatus, since the installation space is limited by the spatial arrangement relationship with the subject such as the inner diameter of the cylinder and the dimensions of the X-ray generation unit, the number of X-ray generation units that can be arranged is limited. There is. For this reason, there is a problem that the spatial resolution of the apparatus cannot be improved by increasing the number of the X-ray generation units without limit.
[0006]
Further, in each X-ray generation unit of the conventional apparatus, a power supply circuit is required for each of the cathode, anode, and gate (grid), so that the power supply capacity becomes enormous. In particular, when trying to increase the spatial resolution, there is a problem that not only the manufacturing cost of the power supply circuit increases but also the operation cost increases because the total number of power supply circuits is enormous.
[0007]
Further, if a large number of X-ray generators are densely arranged over the entire circumference in order to subdivide an imaging area per shot, it becomes difficult to accurately guide an electron beam to a target X-ray target.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a power supply method capable of supplying power reliably and stably in a small multi-source X-ray CT apparatus serving as a target and an anode. Aim.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A power supply method for a multi-source X-ray CT apparatus according to the present invention is provided in an annular vacuum vessel so as to be electrically insulated from the vacuum vessel and surround an object arranged along an axis. An X-ray generator having a large number of cathodes / grids / anodes densely fixedly arranged over a 360-degree circumference along a circumference centered on the axis; A plurality of X-ray detectors that are densely fixedly arranged over a 360-degree circumference along a circumference centered on the axis so as to correspond to the detector, and a plurality of feeding points that conduct to the anode and a power supply; A method for feeding a multi-source X-ray CT apparatus comprising:
A combination of a cathode / grid / anode corresponding to the imaging region of the subject is selected and an electron beam is generated by supplying power to the selected cathode, while releasing the negative regulated potential of the selected grid and selecting as a target. Applying a positive potential to the specific anode via the plurality of feeding points so as to be equal in the circumferential direction with respect to the specific anode to form a bias potential from the cathode toward the specific anode. Accordingly, emission of an electron beam from the cathode toward the specific anode through the grid is allowed.
[0010]
Note that it is preferable to supply a direct current having a voltage higher than the potential of the cathode by 150 ± 5 kV to the anode through a plurality of feeding points.
[0011]
Further, it is preferable that the plurality of feeding points are distributed and arranged at four positions of azimuths 0 °, 90 °, 180 °, and 270 ° with respect to the anode.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0013]
As shown in FIGS. 1 and 2, a medical X-ray CT apparatus 10 as a 150 kV multi-source X-ray CT apparatus includes a donut-shaped gantry 11 in which an X-ray generator 30 and a radiation detector 60 are built. The patient 5 as a subject is provided so as to be taken in and out of the diagnostic space 11a in the center of the vacuum chamber together with the moving bed 2. That is, the movable bed 2 is supported by the slider mechanism 3 so as to be movable in the X-axis direction along the guide rail 4.
[0014]
The gantry 11 is provided with an X-ray generator 30, a beam limiter (not shown), a radiation detector 60, an image signal digitizer (not shown), an electron gun driving circuit (not shown), and the like. The X-ray generator 30 is housed in an annular or tubular vacuum container 20. The inside of the vacuum vessel 20 is evacuated by a vacuum pump through an exhaust port (not shown). The fan-shaped X-rays 6 emitted from the X-ray generator 30 are narrowed down by a collimator (not shown), further defined by an unillustrated beam limiter to a predetermined diameter at an irradiation position, and placed in the diagnostic space 11a. After being transmitted by the radiation detector 60.
[0015]
The radiation detector 60 is densely fixed and arranged on a concentric circle surrounding the diagnostic space 11a in which the subject 5 is arranged, and includes 4086 ultra-sensitive CdTe single-crystal photoelectric conversion elements 72. It has a resolution of 5 mm. Incidentally, the imaging width of one shot is about 2 mm. The gantry 11 has an outer diameter of about 2000 mm and an inner diameter of about 800 to 1000 mm.
[0016]
As shown in FIG. 2, the X-ray generators 30 are arranged on a concentric circle outside the circumference on which the plurality of radiation detectors 60 are arranged, and are provided corresponding to the radiation detectors 60. The X-ray generator 30 and the radiation detector 60 are slightly shifted in the X-axis direction, and the X-ray 6 is inclined slightly forward with respect to the radius (Z-axis) of the gantry 11 as shown in FIG. In the direction of the light. Therefore, as shown in FIGS. 1 to 3, the X-rays 6 pass through the subject 5 placed in the diagnostic space 11 a without being blocked by the radiation detector 60 on the X-ray emission side (upper side). And is detected by the radiation detector 60 on the opposite side (downward).
[0017]
A data recording device 18 is connected to an input side of a control device 17 having a digital operation circuit. The X-ray transmission information detected by the radiation detector 60 is photoelectrically converted into a current signal proportional to the transmitted X-ray amount, and transmitted to a data recording device 18 and an image signal digitizer (not shown) via a preamplifier 15 and a main amplifier 16. Sent and recorded.
[0018]
The recorded data is further output from the data recording device 18 to the data processing device 19 and processed by the data processing device 19. The processed data is reproduced and displayed on a display (not shown) as X-ray CT image information of the subject 5.
[0019]
The output side of the control device 17 is connected to the power source 14, the anode (target) 33 in the X-ray generator 30, the discharge electrode 44, and the grid electrode 45 of the gate array. When an X-ray generation command signal is sent from the data recording device 18 to the control device 17, the control device 17 controls the power supply operation from the power supply 14 to the electron gun driving circuit based on the command, and controls a plurality of grid electrodes. An object at a position suitable for a part to be imaged is selected from among 45. In response to this, an electron beam is emitted from one of the discharge electrodes 44 in the X-ray generator 30, the negative bias voltage applied to the selected grid electrode 45 is released, and the potential becomes zero, and the electron beam 6 a is changed to the grid electrode. The light passes through the hole 45 and enters the target 33. When the electron beam 6a is incident on the target 33, X-ray 6 is generated from the target 33, and the fan-shaped X-ray 6 is emitted toward the subject 5 via a collimator (not shown) attached to a window. Has become.
[0020]
As shown in FIG. 9, a pipe 81 of the exhaust mechanism 80 is introduced into the gantry 11 from the gantry side wall opening 83 and communicates with the exhaust port 82 of the vacuum tube 20. The pipe 81 communicates with a large-diameter pipe 84 via a valve 85, and the large-diameter pipe 84 communicates with a suction port of a vacuum pump (not shown). This pump (not shown) has the ability to exhaust the inside of the vacuum tube 20 until the internal pressure of the tube 20 becomes 1 × 10 −7 to 1 × 10 −9 Torr.
[0021]
The terminal 27 penetrates through the side wall of the gantry 11 and is introduced inside, and is electrically connected to each of the electron gun driving circuit, the gate array (grid) driving circuit, and the anode (target) driving circuit of the X-ray generator 30. This terminal 27 is connected to an external power supply 14 whose operation is controlled by the control device 17.
[0022]
A plurality of Cu electrode rods 28 are electrically connected to the terminals 27, and the tips of the Cu electrode rods 28 are pressed against the power supply points 34 a of the anode block 34.
[0023]
The terminal 27 and the Cu electrode rod 28 are insulated from surrounding members by the insulator 25. The insulator 25 is made of high-purity alumina (Al 2 O 3 ) having high withstand voltage characteristics, and has a withstand voltage of 150 to 200 kV.
[0024]
As shown in FIG. 8, the power supply points 34a are distributed to four positions of the anode block 34 at directions of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 °. A high-voltage DC of 150 kV is supplied from the power supply 14 between the anode (target) 33 and the cathode 44 via these four power supply points 34a. By employing such a multi-point power supply system, the X-rays 6 having substantially the same output are emitted from each of the X-ray generators 30 at substantially the same timing.
[0025]
Next, the X-ray generator 30 will be described with reference to FIGS.
[0026]
As shown in FIG. 3, the X-ray generator 30 is housed in a vacuum vessel 20 whose entire surface is substantially covered with a shielding member 24 made of a lead plate having a thickness t4 of 3 to 5 mm. The vacuum vessel 20 is formed of an annular hollow tube made of non-magnetic stainless steel having a thickness of 3 mm. The shielding member 24 covers most of the outer surface of the vacuum vessel 20 except for the window 20a serving as an X-ray emission port, so that the X-rays 6 do not leak to directions other than the diagnostic space 11a.
[0027]
An X-ray emitting unit 50 is attached to the window 20a of the vacuum container. The X-ray emitting section 50 is also provided with a shielding member 53 made of a lead plate and a collimator (not shown). In the present embodiment, the thickness of the shielding member 53 of the X-ray emission unit 50 is set to 5 mm.
[0028]
A high-voltage introduction terminal 27 penetrates through the side wall of the gantry 11 and is introduced inside, and is electrically connected to the electron gun driving circuit, the gate array (grid) driving circuit, and the anode (target) driving circuit of the X-ray generator 30. . The high-voltage introduction terminal 27 is connected to the power supply 14 whose operation is controlled by the control device 17, and supplies a direct current of 150 kV to the Cu electrode rod 28 shown in FIG.
[0029]
The Cu electrode rod 28 is insulated and protected from surrounding members by a target current introducing insulator 25 made of ceramic having high withstand voltage characteristics. The tip of the Cu electrode rod 28 is pressed against a feed point 34 a of an anode block 34 of the X-ray generator 30. The insulator 25 is made of a ceramic such as alumina, and has a pressure resistance of 200 kV.
[0030]
The X-ray generator 30 will be described in more detail with reference to FIGS. In these figures, the shapes of the vacuum vessel and its accessories are schematically shown.
[0031]
The X-ray generator 30 emits an electron beam 6 a from an electron gun 40 into a tungsten target (anode) 33 in an anode housing 31 in a vacuum atmosphere, and generates a secondary X-ray 6 from the target 33. An opening of the vacuum vessel 20, for example, the window 20a is covered with a window member 51 of the X-ray emission unit 50 via an O-ring, and the inside is kept airtight. An exhaust pipe (not shown) communicates with the vacuum vessel 20, and the inside of the vacuum vessel 20 is evacuated to a predetermined degree of vacuum (for example, 1 × 10 −6 to 1 × 10 −7 Torr) by a vacuum pump (not shown). I have.
[0032]
The cathode (electron gun) 40 is supported by an insulating support plate 41 while being insulated from peripheral members in the vacuum vessel 20. The cathode 40 is provided with a discharge electrode 44 and the grid electrode 45 made of CeB 6 single crystal or SEB 6 single crystal or LaB 6 single crystal. A negative bias voltage (for example, -700 V) is always applied to the grid electrode 45. When this voltage is set to zero potential, the cathode electrode 44 passes through the beam passage hole 45b of the grid electrode 45 to the anode 33. The electron beam 6a is emitted toward the device. The diameter of the electron beam passage hole 45b of the grid electrode is 5 mm.
[0033]
The grid electrode 45 is made of tungsten, molybdenum, or the like on a ceramic ring substrate of silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon oxide (SiO 2 ), silicon carbide (SiC), alumina (Al 2 O 3 ), sialon (SiAlON), or the like. After laminating a conductive thin film made of a high melting point metal or alloy such as tantalum, an insulating portion is formed by etching the conductive thin film into a predetermined pattern. The electron beam passage holes 45b of the grid electrode 45 are formed by machining such as drilling after pattern etching.
[0034]
As shown in FIG. 4, a pair of positive and negative filament current introduction terminals that are insulated and protected from the surroundings by insulators 42a and 42c are connected to a discharge electrode 44 via a cable 42b, and a discharge voltage of, for example, +150 kV is applied to the discharge electrode 44. Is applied.
[0035]
The discharge electrode 44 is of a so-called Cambridge type, and is made of a single crystal of a non-metallic compound of SeB 6 or CeB 6 or LaB 6 having a diameter of 1 to 3 mm. Since the high-voltage electric field concentrates on the tip of the discharge electrode 44 to easily cause chipping, the corner edge portion is cut off and rounded. The lower half of the discharge electrode 44 is cut off from both sides to form flat surfaces, and a pair of positive and negative molybdenum wires are connected to each flat surface so as to press a graphite chip. The base ends of the pair of positive and negative molybdenum wires are respectively connected to positive and negative terminals embedded in the insulator, and a high voltage is applied from a power supply (not shown) via a cable 42b.
[0036]
The target 33 functions as an anode electrode for generating X-rays, and is disposed at a position where a surface on which the electron beam 6a emitted from the cathode (electron gun) 40 collides becomes a focus. This is a so-called braking X-ray in which a part of the kinetic energy is emitted as X-rays 6 when high-speed electrons enter the target atom and are blocked from moving. That is, when the electron beam 6a is incident on the target 33 from the discharge electrode 44, the X-ray 6 is emitted from the target 33 in a fan-like direction in a direction of reflection according to the angle of the surface. The target 33 is preferably formed of a rectangular plate of tungsten or a tungsten alloy, and has a thickness of 0.5 to 7.0 mm, a width of 8 to 12 mm, and a length of 30 to 50 mm. In this embodiment, the thickness of the target 33 is set to 1.0 mm. The irradiation surface of the target 33 is inclined by about 20 ° with respect to the optical axis of the electron beam 6a.
[0037]
Theoretically, secondary X-rays are generated by hitting an electron beam on a target having a thickness of several microns, but if the thickness of the target is too thin, mortality, cracking, chipping, etc. It is most preferable that the thickness of the target is about 1.0 mm because the target is easily damaged. Note that if the thickness of the target 33 is too large, the amount of heat generation increases and cooling becomes difficult. Therefore, it is preferable to make the target 33 as thin as possible.
[0038]
The cooling block 32 is made of a good conductor having excellent thermal conductivity such as copper or aluminum, holds the target 33 on its inclined surface, and protects the target 33 from thermal damage. The cooling block 32 is supported by an insulating support member 25 for insulation from the vacuum vessel.
[0039]
The coolant supply pipe 26 penetrates through the lid 23 and is introduced therein, and communicates with the internal flow path 32 a of the cooling block 32 in the anode housing 31. The refrigerant supply pipe 26 communicates with an oil supply source (not shown) so that cooling oil as a refrigerant is circulated and supplied to the internal flow path 32a of the block. Although the target 33 is heated to a high temperature by the injection of the high energy electron beam 6a, it is not consumed in a short time because it is cooled from the back side by the cooling block 32. The discharge electrode 44 is also cooled by a cooling mechanism (not shown).
[0040]
An outline of the gate array control circuit will be described.
[0041]
The anode 33, the discharge electrode 44, and the grid electrode 45 of the gate array in the X-ray generator 30 are connected to n pulse generation control ports via n pulse generators built in the control device 17, respectively. I have. When a setting mode signal is input from a mode setting indicator (not shown), the CPU of the control device 17 sends an X-ray generation command signal to the pulse generation control port according to the setting mode, and responds to the pulse generation control port receiving the command signal. A signal is transmitted to the corresponding pulse generator, and a negative bias voltage is released to the corresponding grid electrode 45 to make it a zero potential. As a result, the electron beam 6 a passes through only the beam passage hole of the corresponding grid electrode 45 and enters the anode 33, and the X-ray 6 is emitted from the anode 33.
[0042]
Next, control of the anode potential will be described.
[0043]
When the electron beam 6a is incident on the anode 33 as a target from the cathode 40 (not shown), the power source is set so that an equipotential line 90a shown in FIG. 14 is controlled. That is, the control device 17 selects a cathode / grid / anode combination suitable for photographing, supplies power to the selected cathode 40 to generate an electron beam, and releases the negative regulated potential of the selected grid 45. At the same time, a positive potential is applied to the specific anode 33 selected as the target via the plurality of feeding points so as to have the same potential in the circumferential direction through a plurality of feeding points, and a bias from the cathode 40 toward the specific anode 33 is applied. The formation of the potential allows the emission of electron beams from the cathode 40 to the specific anode 33 through the grid 45. As a result, as shown in the figure, the power supply control to the anode 33 having the same potential in the circumferential direction is performed.
[0044]
On the other hand, in a standby state in which no X-rays are generated, the control device 17 maintains the regulated potential of the grid 45 as it is, so that an equipotential line 90b shown in FIG. 10B is formed.
[0045]
Next, the X-ray emission unit 50 will be described.
[0046]
As shown in FIG. 7, the X-ray emitting unit 50 is attached to the outside of the window 20 a of the annular vacuum vessel 20 over the entire 360 °. The window member 51 of the X-ray emitting unit 50 is made of a material that easily transmits X-rays and has a small X-ray attenuation rate, such as aluminum, beryllium, an alloy thereof, or stainless steel. A notch groove 52 is provided in the X-ray passing portion of the window member 51, thereby forming a thin portion 51a. The notch groove 52 is formed by cutting approximately half the thickness of the window member 51 using a milling machine or the like over the entire 360 ° circumference. Although the thickness t2 of the thin portion 51a varies depending on the material of the window member 51, it is necessary to ensure a pressure resistance that can withstand at least the negative pressure of the vacuum vessel 20. For example, when the window member 51 is made of an aluminum plate having a thickness t1 (= 5 mm), the thickness t2 of the thin portion 51a needs to be at least 2.5 mm.
[0047]
The X-ray attenuation rate by the window member 51 is desirably suppressed to 10% or less, and most desirably 5%.
[0048]
Further, the window member 51 is mostly covered with a shielding member 53 made of a lead plate. The shielding member 53 has a beam passage 53a that allows the X-ray 6 to pass therethrough. In this embodiment, the thickness t3 of the shielding member 53 is 5 mm, and the diameter d2 of the beam passage 53a is 0.5 mm to 3.0 mm. The X-ray 6 passes through only the beam path 53a of the shielding member 53, is narrowed by a collimator (not shown), and is emitted. The emitted X-rays 6 are detected by the radiation detector 60 on the opposite side after passing through the subject 5 in the diagnostic space 11a.
[0049]
As shown in FIG. 7, in this embodiment, the diameter W1 of the window 20a of the vacuum vessel is set to 20 to 30 mm, and the width of the thin portion 51a of the window member is made substantially equal to the diameter W1 of the window 20a. The beam tilt angle θ1 between the optical axis of the X-ray 6 and the Z axis 59 (vertical axis) was set to 0.1 ° to 2.5 °. The mounting angle θ2 between the window member 51 and the Z axis 59 (vertical axis) was set to 95 ° to 105 °.
[0050]
In the shielding member 53 of the X-ray emission part, the cross-sectional shape of the X-ray emission hole 53a may be a circle, an ellipse, an ellipse, or a slit. When the exit hole is formed in a slit shape, it is preferable to select a portion through which the X-ray beam does not pass and provide a spacer in order to keep the interval between the slits constant.
[0051]
Next, the radiation detector 60 will be described.
[0052]
As shown in FIGS. 7 and 3, the radiation detector 60 is supported on the inner peripheral surface of the vacuum container 20 via a ring frame 62. The radiation detectors 60 are provided in the same number (for example, 4086) as the number of the X-ray detectors 30 in one-to-one correspondence with the X-ray detectors 30. The radiation detector 60 and the X-ray generator 30 are arranged with a slight shift in the X-axis direction, and the X-ray 6 is slightly inclined forward with respect to the radius (Z-axis) of the gantry 11 as shown in FIG. In the direction of the light. Therefore, the X-rays 6 pass through the subject 5 placed in the diagnostic space 11a without being blocked by the radiation detectors 60 on the X-ray emission side (upper side) and are on the opposite side (lower side). 60.
[0053]
The housing 61 of the radiation detector 60 is fastened to the inner peripheral surface of the ring frame 62 with bolts or the like, and houses a sensor assembly (detection unit) 70 having a CdTe photoelectric conversion element 72 inside. The shielding member 63 is attached to the inner peripheral surface of the housing 61. An entrance 63 a is formed in the shielding member 63, and the X-ray 6 is detected by the CdTe photoelectric conversion element 72 through the entrance 63 a and the opening 61 a of the housing.
[0054]
The sensor assembly (detection unit) 70 includes a CdTe photoelectric conversion element 72 and a printed circuit board 75. The CdTe photoelectric conversion element 72 is made of a single crystal of cadmium telluride having a columnar rectangular parallelepiped with a square cross section.
[0055]
The 4086 CdTe photoelectric conversion elements 72 constituting the sensor array are arranged at equal pitch intervals on the printed circuit board 75 such that the light receiving surfaces are aligned at the same height level. The printed circuit board 75 is supported by the ring frame 62 via an insulating support member 64 as shown in FIG. 7, and is connected to the other end face (opposite to the light receiving face) of the CdTe photoelectric conversion element 72 by gold wire bonding (not shown). And sealed with resin.
[0056]
Next, the cathode 40 will be described.
[0057]
As shown in FIGS. 4 and 5, the cathode 40 includes a discharge electrode 44 and a grid electrode 45 that are insulated from surrounding members. The discharge electrodes 44 are supported by the frame 47 in a state insulated from the surroundings by an insulating substrate 41 made of ceramic. On the other hand, the grid electrode 45 is supported by the frame 47 while being insulated from the surroundings by an insulating ring 48 made of ceramic. In the drawings, reference numerals 46a and 46b indicate bolts, and reference numeral 49 indicates a holding plate. The pressing plate 49 presses the peripheral portion of the insulating substrate 41 into the recess of the frame 47 so that the assembly including the discharge electrode 44 does not fall off the frame 47.
[0058]
The discharge electrode 44 is of a so-called Cambridge type, and is made of a single crystal of a non-metallic compound of SeB 6 or LaB 6 having a diameter of 1 to 3 mm. The lower half of the discharge electrode 44 is cut off from both sides to form flat surfaces, and a pair of positive and negative molybdenum wires are connected to each flat surface so as to press a graphite chip. The base ends of the pair of positive and negative molybdenum wires are respectively connected to positive and negative terminals embedded in the insulator, and a discharge voltage of, for example, plus 150 kV is applied from a power supply (not shown) via a cable 42b.
[0059]
The grid electrode 45 is connected to a DC power supply via a cable (not shown). A gate voltage of minus 700 V is applied to the grid electrode 45 from this power supply. When the electron beam 6a is emitted from the discharge electrode 44 toward the anode 33, the bias applied to the grid electrode 45 is released to make the grid electrode 45 zero potential. Thus, the electron beam 6a is emitted from the discharge electrode 44 to the anode 33 through the hole 45b of the grid electrode, and the X-ray 6 is generated at the anode 33.
[0060]
The grid electrodes 45 are arranged at equal pitch intervals on a circumference with a radius of 800 mm centered on the axis of the CT apparatus. When the number of X-ray generators 30 (targets 33) is 360, the grid electrode 45 has a pitch interval of 14 mm, a width of 12 mm, and a length of 100 mm. When the number of X-ray generators 30 (targets 33) is 240, the grid electrode 45 has a pitch interval of 20.9 mm, a width of 19 mm, and a length of 100 mm. The beam passage hole 45b is formed at the longitudinal center of the grid electrode 45. The diameter of the counterbore 45a is equal to the width of the grid electrode 45, and the diameter of the beam passage hole 45b is in the range of one third to one half (30 to 50%) of the diameter of the counterbore 45a. desirable.
[0061]
Next, an outline of the operation of the above device will be described.
When the main switch of the device 10 is turned on, the cathode electrode 44 has a voltage enough to heat the cathode electrode 44 to a temperature sufficient to emit a significant amount of electrons, minus 150 kV (this can be -20 V). , A bias voltage of, for example, −50 kV (which can be −1 kV) can be applied to the grid electrode 45, and a bias voltage of +150 kV can be applied to the anode electrode 33. At the predetermined time, the data recording device 18 outputs a first X-ray generation command signal to the control device 17.
[0062]
Based on this first command, a first X-ray generation command is input to a pulse generation control port in the X-ray generation controller 17. Upon receiving this input signal, the two pulse generators simultaneously generate pulse waves, and these pulse signals are applied to the grid electrode 45 corresponding to the pulse generator. In response to the pulse generation signal, the negative bias voltage of the grid electrode 45 is released to zero potential, and the electron beam 6 a passes through the hole of the grid electrode 45 and enters the anode electrode 33.
[0063]
At the predetermined time, the command to generate the first X-ray is finished, the negative bias voltage of the grid electrode 45 is restored, and the electron beam 6a is cut off again by the grid electrode 45. During this time, the X-ray 6 is emitted from the anode electrode 33. In this manner, the operation of sequentially switching the emission positions of the X-rays 6 is repeated.
[0064]
Incidentally, the gate switching time is controlled in the range of 2.1 to 20.8 microseconds (1 / 480,000 seconds to 1 / 480,000 seconds). Further, the X-ray generation time is controlled in a range of 1.4 to 13.9 microseconds (1 / 720,000 to 1 / 72,000 second), which is two-thirds of the gate switching time.
[0065]
The generated X-ray 6 is irradiated toward the subject 5 in the diagnostic space 11a. The irradiated X-ray 6 is absorbed in accordance with the transmittance of the subject 5 and detected by the radiation detector 60 facing the X-ray.
[0066]
The X-ray transmission information detected by the radiation detector 60 is converted into a current signal proportional to the transmitted X-ray dose, then amplified by the preamplifier 15 and the main amplifier 16, and sent to the data recording device 18 as a voltage signal.
[0067]
When the detection operation by the radiation detector 60 is completed, a second X-ray generation command is input to the pulse generation control port in the control device 17, and the same detection operation as described above is performed. Then, when the X-ray transmission information obtained from all the detection operations performed sequentially is detected by the radiation detector 60, it is converted into a current signal in proportion to the transmitted X-ray dose, and is converted into a preamplifier 15, a main amplifier 16, a data recording device. The signal processing is performed in the data processing device 19 via. From the signal-processed data, X-ray CT image information of the subject 5 can be obtained.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to reliably and stably supply power to a small multi-source X-ray CT apparatus serving both as a target and an anode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration block diagram showing an overall outline of a multi-source X-ray CT apparatus.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a multi-source X-ray CT apparatus as viewed from an X-axis direction.
FIG. 3 is an internal perspective sectional view showing a multi-source X-ray CT apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view of a main part of a multi-source X-ray CT apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of the multi-source X-ray CT apparatus shown in the direction of arrow VV in FIG. 4;
FIG. 6 is an enlarged sectional view showing an X-ray generation unit.
FIG. 7 is an enlarged sectional view showing an X-ray emitting unit and a detecting unit.
FIG. 8 is a schematic front view showing a power supply point and a mounting position of a vacuum exhaust port.
FIG. 9 is an internal perspective cross-sectional view showing an exhaust passage communicating with a vacuum tube.
10A is an equipotential diagram of the anode at the time of X-ray emission, and FIG. 10B is an equipotential diagram of the anode in a standby state.
FIG. 11 is an internal perspective sectional view showing a multi-source X-ray CT apparatus according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
5 ... subject,
6 ... X-ray,
6a ... electron beam,
10 X-ray diagnostic imaging device,
11: vacuum chamber, 11a: diagnostic space,
14. Power supply,
15 detection circuit (preamplifier unit)
15a: operational amplifier, 15b: buffer amplifier,
15c: capacitor, 15d: reset switch,
16: Main amplifier unit
17 ... Control device,
18. Data recording device,
19 ... data processing device,
20: vacuum vessel (annular tube),
20a ... window (radiation exit),
21 ... chamber wall,
22 ... insulating support material,
23 ... lid,
24 ... Shielding material (lead plate),
25 ... Target current introduction insulator (ceramic),
26 ... refrigerant supply pipe,
27 ... High voltage introduction terminal,
28 ... electrode rod (Cu),
29 ... exhaust pipe,
30 X-ray generator,
31 ... Anode housing (Al or Cu)
32: cooling block, 32a: refrigerant channel (internal channel),
33 ... Anode (target, anode electrode)
34 ... Anode block,
34a ... feed point,
35 ... refrigerant channel,
36 ... refrigerant supply path,
37 ... irradiation window,
38 ... holding part,
40 ... cathode (electron gun),
42 ... filament current introduction insulator,
44 ... discharge electrode (cathode electrode; CeB 6 , LaB 6 ),
45 ... Grid electrode,
50 ... X-ray emission unit,
51 ... window member (Al),
53 ... Shielding material (lead plate),
60 ... radiation detector,
61 ... housing, 62 ... ring frame,
63: shielding plate (lead plate), 63a: entrance, 64: insulating support,
70: Sensor assembly (detection unit)
80 ... Vacuum exhaust unit,
81, 84 ... exhaust passage,
82 ... exhaust port,
83 ... opening,
90a, 90b ... equipotential lines.

Claims (3)

環状の真空容器内に該真空容器から電気絶縁された状態で設けられ、かつ軸心に沿って配置された被検体を取り囲むように該軸心を中心とする円周に沿って360°全周にわたり稠密に固定配列された多数のカソード/グリッド/アノードを有するX線発生器と、被検体を間に挟んで前記X線発生器に対応するように前記軸心を中心とする円周に沿って360°全周にわたり稠密に固定配列された複数のX線検出器と、前記アノードおよび電源に導通する複数の給電点と、を具備する多線源型X線CT装置に給電する方法において、
被検体の撮影部位に対応するカソード/グリッド/アノードの組合せを選択し、
選択したカソードに給電して電子線を生じさせる一方で、
選択したグリッドのマイナスの規制電位を解除するとともに、ターゲットとして選択した特定のアノードに対して前記複数の給電点を介して円周方向に等電位となるように前記アノードにプラスの電位を印加し、前記カソードから前記特定のアノードに向かうバイアス電位を形成することにより、前記カソードから前記グリッドを通過して前記特定のアノードに向かう電子線の放射を許容させることを特徴とする多線源型X線CT装置の給電方法。
An annular vacuum vessel is provided in a state of being electrically insulated from the vacuum vessel, and surrounds a subject arranged along the axis 360 degrees around a circumference centered on the axis so as to surround the subject. An X-ray generator having a large number of cathodes / grids / anodes arranged in a densely fixed manner over an object, and a circumference around the axis center corresponding to the X-ray generator with a subject interposed therebetween. A plurality of X-ray detectors arranged densely and fixedly over an entire circumference of 360 °, and a plurality of feeding points electrically connected to the anode and a power source.
Select a cathode / grid / anode combination corresponding to the imaging region of the subject,
While powering the selected cathode to produce an electron beam,
Along with releasing the negative regulated potential of the selected grid, a positive potential is applied to the specific anode selected as the target so that the potential becomes equal in the circumferential direction through the plurality of feeding points to the specific anode. Forming a bias potential from the cathode toward the specific anode to allow the electron beam to pass from the cathode through the grid and toward the specific anode. Power supply method for X-ray CT apparatus.
前記複数の給電点を介して前記カソードの電位よりも150±5kV高い電圧の直流を前記アノードに給電することを特徴とする請求項1記載の方法。The method according to claim 1, wherein a direct current having a voltage higher than a potential of the cathode by 150 ± 5 kV is supplied to the anode through the plurality of feeding points. 前記複数の給電点は、前記アノードに対して方位0°,90°,180°,270°の4箇所に振り分け配置されていることを特徴とする請求項1又は2のいずれか一方に記載の方法。3. The device according to claim 1, wherein the plurality of power supply points are arranged at four positions of directions of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 ° with respect to the anode. 4. Method.
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