JPS5928939B2 - Ｘ線発生器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 レントゲン装置では強力なＸ線を例えば循環器像影の場
合には人間の血管の動きによる像のぼやけを防止するた
めに例えば１０分の１秒以下の比較的短い時間照射する
ことがしばしば必要である。

人間の骨格の撮影では患者が静止していればこれより長
い時間を用いることが出来る。

乾板上に像をつくるに必要な総合入射エネルギーは短い
照射でも長い照射でもほぼ同じであるから乾板上に高品
質の像をつくるには時間が短かければそれ程強い照射が
必要である。

ここでターゲット上の電子ビームの当る点のオーバヒー
トのためにＸ線管の一般的な回転アノードターゲットで
与えることの出来る照射強度には限りがあるという問題
が生じる。

この問題は、高分解能をもつ写真をとるにはターゲット
が一般に１０ｍ４以下の比較的小さいスポットからＸ線
を放出しなければならず、ターゲットの温度が上昇する
という事により倍加される。

これらの問題は高エネルギー電子源と一方の側て電子照
射を受けてそれとは反対の側の表面からＸ線を放出する
比較的薄い透過性のターゲットとからなるＸ線管を有す
る本発明によるＸ線源すなわちＸ線発生器により解決さ
れると共に他の特徴が与えられる。

本発明の一実施例ではターゲットの表面はそのターゲッ
トにより放出されるＸ線の総合スペクトルに対するター
ゲットにより発生する螢光Ｘ線のパーセンテージを増加
するためＸ線の出口窓に対して傾斜している。

これによりこの窓を通って出るＸ線に対する単色性が促
進される。

ターゲットの冷却は熱的に導体でありＸａに対して透明
な基体により与えられる。

−ｆ！Ｊとしてレントゲン撮影用にこの発生器を使用す
る場合に、ターゲットにより放出される輻射の空間的周
波数特性に対し大きなスペクトル幅を与えることが最も
望ましい。

これば米国特許第３７４８４７０号に示されるようなチ
ェッカーボードパターンをもつゾーンプレートまたは軸
のずれたフレネルパターンの形のゾーンプレートを用い
て放出されたＸ線を空間的に変調することにより達成さ
れる。

このＸ線管はＸ線を変調または沢波するためにゾーンプ
レー）または他の空間フィルタをそこに装着するための
装置を含んでいる。

ゾーンプレートを有するＸ線管はレントゲンで通常使用
される標準的乾板を背後にした患者にＸ線を向けるよう
に位置づけられる。

目的物の内部構造のコード化された写真はゾーンプレー
トにより与えられるコーティングの観点で得られる。

Ｘ線プレート上の写真はまずその内部構造を見るため技
師が見ることの出来る情報を含んだ像を与えるべく復号
される。

軸ずれフレネルパターンゾーンプレートの場合には写真
の復号化すなわち像の再生は軸ずれ絞りとテレスコープ
を使用する比較的簡単々光学系により容易に行われる。

ランダムパターンゾーンプレートも使用出来る。

また入射線に当る目的物を空間的に変調して目的物をこ
のゾーンプレート系内により正しく撮影された高い空間
周波目的物として表わすためにゾーンプレートと目的物
との間に置かれるハーフトーンスクリーンも設けられる
。

第１，２図は本発明の詳細な説明するだめのＸ線の発生
器２２を含む装置２０を示す。

第２図だ示すように発生器２２はハウジング２６に囲ま
れて油２８に浸けられているＸ線管２４を含み、この油
は電源３０により与えられる高圧電力からの絶縁物とし
て作用する。

Ｘ線管２４はそれの中に気密領域をつくるための基体３
６を含む金属ベース３４＆ｌして密閉されるガラスのエ
ンベロープ３２を有する。

薄いターゲット３８が管２４の全幅にまたがって伸びそ
してそれ故こればその深さよりかなり大きい幅を有する
。

ターゲット３８はタングステンまたは金のようなＸ線を
放出する重い元素からなる薄い箔またはフィルムの形あ
るいはセリウムまたはモリブデンのようなＸ線を放出す
るもつと軽い元素からなるそのよう彦フィルムの形をも
ちＸ線管２４の真空領域内で基体３６上に付着される。

ターゲット３８はその一方の表面で発生したＸ線が反対
側の表面に通りうるようにするに充分に薄いものである
から透過形ターゲットとして知られる。

基体３６／／ｉターゲツト３８を支持するために利用さ
れるが、本発明はターゲット３８が箔であるときにその
周辺に取付けられるフレーム（図示せず）のような他の
支持手段を意図する。

この基体３６の使用はターゲット３８の冷却をたすける
点で好ましい。

カソード４０はフィラメント４２で加熱されるようにな
っており、そしてターゲット３８の全面を照射するに充
分な大きい面積を有する。

カソード４０（／′ｉワイヤ４４と４６によりそこに接
続された電源３０によりカソード４０とターゲット３８
の間につくられる電位差によってほぼ平行路を通り運動
する電子を放出する。

ノブ４７が電源３０に接続してＸ線のエネルギーを選ぶ
ためワイヤ４４と４６の間の電圧を調整する。

シールド４８はカソード４０からの電子に対しシール５
０を保護するためエンベロープ３２と金属ベース３４の
間のシール５０に隣接して配置される。

基体３６はターゲット３８を保持しそしてＸ線管２４内
の真空に対して作用する大気圧に耐えるに適した剛性を
持つ一方、ターゲット３８により放出されるＸ線に対し
て本質的に透明であるアルミニウムあるいはベリリウム
のような軽金属で構成するとよい。

フィラメント４２はフィラメント電源５２からの電流で
附勢されるのであってその附勢は電源３０からのパルス
エネルギーの印加前にカソード４０を加熱するため、発
生器２２の動作前に行われる。

このエネルギーパルスは電源３０の電圧、装置２０によ
り撮影されるべき第１図では目的物５４の厚さと組成と
によりきまる時間幅を有する。

ターゲット３８はその上面から出るＸ線がターゲット３
８を通り目的物５４に通りうるようにするに充分な１／
２ミル程度の薄いものであり、しかも入射電子を停止す
るに充分な厚さとされる。

アルミニウムのような原子番号の小さく・材料からなる
Ｘ線に対して透明な窓６８がＸ線管２４から目的物５４
への輻射線の伝播を許すと共に・・ウジフグ２６内に油
２８を保持するためハウジング２６の一端に装着される
。

ターゲット３８と基体３６の使用は周知の回転アノード
が不必要となるから機械的な設計が簡略になる。

さらに、基体３６の良好な熱伝導性と組合されてこのタ
ーゲット３８の薄さがターゲット３８の冷却効果の増大
と他の形式のＸ線管に対しより高い電力処理能力が与え
られる。

基体３６の冷却能力は第２，３図のように基体３６内の
導管５６に沿って油のよう々流体を循環させることによ
り増大出来る。

第３図は導管５６を示すため第２図の３−３から見た基
体３６の断面図である。

基体３６は一方が第３図の導管５６を形成するように機
械加工された二つのディスクをつくりこれらを接着、溶
接あるいはボルト止めして接合することにより従来技術
を用いてつくられる。

導管５６の両端はそれらと合う一対のニップル６２をも
つプラグ６０により一対の通路を有し基体３６に溜め６
６から油をポンプするポンプ６４に接続したケーブル５
８に接続される。

第１図に示すように、第４，５図に詳細を示しているゾ
ーンプレート６９とハーフトーンスクリーン７０が発生
器２２の軸に沿いその外側に配置される。

スクリーン７０はゾーンプレート６９と目的物５４の間
に配置される。

比較的高い空間周波数スペクトルを有するモザイクに相
似の小さい領域に見かけ上分割されるように見える目的
物５４の変更された形を入射輻射線に与えるため、スク
リーン７０の位置はゾーンプレート６９に対してよりも
目的物５４に近い。

そのようなスペクトルは目的物５４に関連した低い空間
周波スペクトルが与えるよりも秀れた像を与えるためゾ
ーンプレート６９と有効に協力する。

ゾーンプレート６９、スクリーン７０および目的物５４
により変調されたＸ線は写真板７２に当りその上のホロ
グラムと同様のコード化された像を与える。

装置２０の使用例として血管造影が人間の部分の検査の
ために利用される場合を考えると便利であり、その場合
には目的物５４（／″ｉその人の検査される部分となる
。

血管造影ではヨウ素のような造影剤がｄ投にＸ線ｒ対し
て異った吸収性をもつ他の人体組織の影と比較して組織
または血管によりつくられる影をより良く限定するため
Ｘ線を吸収させる目的で患者に供給される。

この場合にはセリウムまたはその酸化物であるセリアが
そのＸ線放出スペクトルがヨウ素の吸収スペクトルと合
うためにターゲット３８に使用される。

セリウムの螢光放出ライン（カソード４０からの電子に
よる衝撃によって生じる内殻内の空孔に、セリウム原子
の外殻の電子が落込むことによって生じる）は吸収され
るべき輻射線のエネルギー（ｅＶ）の関数としてヨウ素
のＸ線吸収の周知の形をもつヨウ素のＸ線吸収曲線のほ
ぼピークにおいて生じる。

このようにターゲット３８にセリウムを目的物にヨウ素
を用いることによシ患者の良好に解像された像が与えら
れ、その限界は患者に入射する輻射線の単色性と患者に
入れられる造影剤の吸収スペクトルのピークにおけるエ
ネルギーまたは周波数に等しく入射輻射線のエネルギー
または周波数の選択とによりきまる。

第６図はこの発明の一実施例を示し、この実施例ではＸ
線管ば２４Ａで示しである。

Ｘ線管２４Ａばその管軸と一致する軸をもつ環またはシ
リンダの形をした非接触グリッド７４を有する。

第２図のカソード４０はここでは基体３６Ａ上に付着さ
れるターゲラ）３８Ａを均一に照射するためグリッド７
４によりさらに容易に方向づけされる電子放出路を与え
るためにカソード４０Ａのごとくに変更されている。

グリッド７４の直径はそれとカソード４０Ａとのスペー
スにほぼ等しい。

電源３０がカソード４０Ａとターゲット３８Ａの間の高
電圧をパルス的にオン−オフする必要がもはやないから
、グリッド７４の使用はビームの変調を良好に制御して
より鋭いパルスを与える。

グリッド・パルサー７６で示す周知の回路が電子ビーム
の変調のためカソード４０Ａとグリッド７４に電位差を
加えるために利用される。

Ｘ線管２４ＡはＸ線を限定するため一般には鉛の・・ウ
ジフグ９４内に置かれ、ハウジング９４とｆｌｉ管２４
Ａのガラスのエンベロープ９８との間に油の絶縁層９
６が置かれる。

このハウジングはゾーンプレート６９の方向に放出され
た輻射線を限定するために基体３６Ａのベースへと伸び
る。

基体３６Ａはエンベロープ９８に対してシールされそし
てＸ線管２４Ａのベース１００の一部全形成する。

ベース１００は油室９６をシールするために利用され、
そこでフランジ１０２はハウジング９４に対して外方に
設けられてゾーンプレート６９を囲むベゼル（ｂｅｚｅ
ｌ） １０８をベース１０θに向けて押しつけるナツト
１０４とボルト１０６の助けによってゾーンプレート６
９の装着を可能とする。

ワイヤ４４と４６（ｒｉ第２図の電源３０の接続に利用
されたと同様に電源３０をカソード４０Ａとベース１０
０に夫々接続する。

第６図において、ワイヤ４６はベース１００とターゲッ
ト３８Ａが接地位置になるように接地される。

これにより患者の種々の部位の検査に必要であるようだ
オペレータが必要とするときゾーンプレート６９の脱着
が可能になる。

電源３０により与えられる電位差は１５０ＫＶ程度とな
るから一次巻線と二次巻線の間が１５０ＫＶに耐えられ
るように充分絶縁された特殊な設計の変圧器１１０がフ
ライメント電源５２Ａをフライメント４２Ａに接続する
ため利用される。

変圧器１１０の一次巻線の中間タップは接地され、二次
巻線の中間タップはワイヤ４４上の高圧に接続する。

ターゲラ）３８Ａと基体３６Ａの表面は管２４Ａの軸に
対し傾斜している。

管２４Ａから外向きに出る輻射線はターゲラ）３８Ａの
表面からある角度をもって放出されるのであり、その角
度は表面の法線に対し８０〜８５°程度であるとよい。

ターゲラ）３８Ａのだんだん大きくなる直径のその直径
端部ば、ハウジング９４によって画定され、ターゲラ）
３８Ａの表面から出る輻射線を通過する窓部を構成して
いる。

第８，９図に示すように、ターゲラ）３８Ａの表面から
出る輻射線のスペクトルは輻射線の出る面に対するその
輻射線の観測角により変化する。

図示のごとく、ターゲット３８Ａの表面の法線π対し約
８０〜８５°の角度で出るＸ線は他の角度から見た輻射
線の場合よりもその全スペクトルに対し高い螢光Ｘ線ラ
インの割合を有する。

またターゲラ）３８Ａ内で発生する制動輻射は管の軸に
沿ったターゲット物質の深さが大きく々るため軸方向で
減衰される。

これによりさらにゾーンプレート６９に達する制動輻射
の量が減少する。

従って管２４Ａの軸にほぼ平行の方向で見た観測される
輻射線は前述のようにレントゲン撮影に最も有利な増進
された単色性のものとなる。

ターゲット３８Ａはタングステンのような原子番号の多
い元素よりもよりはつきりしたに放出ラインをつくるセ
リウムまたはモリブデンのような原子番号の低い元素か
らなる材料で出来た２０〜４０ミクロンの厚さの層であ
る。

これにより第２図のターゲット３８で得られるものより
も軟いＸ線でそれより高い強度をもつもの、例えば一般
に血管造影で用いられる３４ＫｅＶのものがターゲット
３８Ａの電子衝撃に応じて直接に発生される。

例えばモリブデンの厚さが２０ミクロンの場合にばに放
出ラインは１７．５ ＫｅＶである。

３５〜４０ＫｅＶの電子による照射では全輻射の９５係
以上が１４〜２０ＫｅＶの光子エネルギー範囲に集中す
る。

７０ＫｅＶの電子で４０ミクロンのセリウム層を照射す
るとセリウム層の表面の法線に対し８０°の角度でみた
場合にその３３〜４０ＫｅＶの範囲にエネルギーの７０
係を含むスペクトルを発生する。

このセリウムの放出スペクトルはヨウ素の最大吸収領域
に対応し、かくしてヨウ素をセリウムＸ線源と共に使用
するに理想的な造影剤とする。

この表面の傾斜は基体３６Ａとターゲラ）３８Ａを円錐
形とすることにより与えられる。

ターゲット３８Ａのこの傾斜した表面はカソード４０Ａ
からの電子で照射される面積を増加させるという利点を
有し、そのためＸ線の強度がさらに大きくなる。

第１図にもどると、装置２０はフィルム７２上のコード
化された写真またはホログラムからスクリーン（または
フィルム）１１８上に像を再生するに利用される光学系
１１６を含んでいる。

光学系１１６はコヒーレント光を出すようなレーザであ
るとよい光源１２０と集光レンズ１２２を有し、レンズ
１２２はこの光を絞り１２４を通して集めそれが第二の
レンズ１２６に入り、レンズ１２６がこの光を焦点１２
８に集める。

写真板７２は現像され、そしてレンズ１２６を出た光線
が焦点１２８へと写真板７２を通り到達するようにレン
ズ１２６の後に置かれる。

片口レンズ１３２とレンズ１３４からなる望遠鏡１３０
がレンズ１２６の軸に対し角度をもつ軸１３６に沿って
配置される。

望遠鏡１３０は軸１３６の方向知絞り１３８を通り屈折
した光を見てこの光をスクリーン１１８ニ結像させる。

光学系１１６は軸のずれたフレネルパターンの形のゾー
ンプレート６９で形成される像を復号化するために利用
される。

他の変調パターンを利用するゾーンプレートが装置２０
で用いられるならば前記した米国特許の復号化またはフ
ィルタリングを利用出来る。

角度のついた軸１３６に沿った望遠鏡１３０の向きは軸
ずれフレネルプレートの軸ずれ焦点と一致する。

焦点１２８に焦点をむすぶ光は紋り１３８の不透明部分
で阻止されてスクリーン１１８上の再生像には何も形成
しない。

第１図から明らかなように、軸ずれフレネルパターンゾ
ーンプレートの使用は写真板７２上にコード化された像
を与え、これは簡単な光学要素で復号化出来る。

第４，５図に示すように、ゾーンプレート６９とハーフ
トーンスクリーン７０は基部に鉛を含む材料を付着させ
ることで形成出来る。

第４図では付着された材料１４０はゾーンプレート６９
の基体１４２で支持され、第５図では付着された材料１
４４は基体１４６で支持される。

第１図において、写真板７２ばそれを現像すると共に分
解能を上げるため板７２の寸法を縮少する周知の装置を
有する現像室１５２を通りロープ１５０を通るチェーン
１４８で運ばれる。

第７図には第６図のターゲット３８Ａの他の実施例が示
されてセリ、ここでは軸方向の円錐の長さが軸に沿って
その頂部を内向きに折り曲げることにより短くなってお
り、そして基体とターゲットは夫々３６Ｂ、３８Ｂで示
している。

この実施例ではターゲラ）３８Ｂの表面ば第６図と同様
にターゲラ）３８Ｂの軸に対し傾斜している。

従って単色性についての利点は同じである。

この傾斜はターゲット３８Ｂの材料が金とかタングステ
ンのような重い元素であるかどうかあるいはこれらがセ
リウムやモリブデンのような軽い元素であるかに無関係
に改善された単色性を与える。

モリブデンおよびセリウムのスペクトル中の強い螢光ラ
インにより、これら原子番号の小さい元素を第６図のカ
ソード４０Ａからの電子で衝撃すると金やタングステン
のターゲットで得られるものよりもはるかに大きい単色
性が得られる。

Ｘ線エネルギーの主部分はモリブデンとセリウムのター
ゲットのに放出ラインで発生されることがわかった。

従って第６図のＸ線管２４Ａまたは第７図のそれを短く
したものは人体においてヨウ素のよう々トレーサと共に
使用するて最も適したＸ線源を与える。

発生器２２のＸ線でゾーンプレート６９を均一に照射す
ることにより第１図の装置２０で良好な品質の像が得ら
れる。

そのような均一照射を行う一つの方法はグリッド７４に
ついて第６図で説明した。

他の方法としてはグリッド７４と共にあるいは単独に磁
場集束を用いるものがある。

そのための装置の一例を第２図に示してあり、ハウジン
グ２６の軸の方向の磁場を発生する磁石１５４が利用さ
れる。

磁石１５４はタイマ１５８で駆動されるコイル電源１５
６からの電流により附勢されるコイルを含む。

タイマ１５８はライン１６０に沿って信号を供給し、こ
れら信号がコイル電流をタイマ１５８がＸ線管２４を励
起するため電源３０に信号を出している時間中周期的に
変化させる。

磁石１５４のコイルにおける電流のこの周期的変化はタ
ーゲット３８に入射する電子束の周期的拡大と縮少を生
じさせ、これがＸ線管２４内の静電界による電子束の不
充分な制御またはカソードからの不均一な放出で生じる
電子束の不規則性を平衡または中和する傾向をもつ。

ターゲットの電子照射の制御装置の他の例は第６図の磁
石１６２と１６４である。

磁石１６２と１６４はそれらの磁場を互いに直交するよ
うにそしてＸ線管２４Ａの軸に垂直な面内にするように
方向づけるよう配置される。

これら磁石用の電流はタイマー１５８Ａ（Ｉｉそれがグ
リッドパルサ７６に管２４Ａ内の電子ビームをオンにさ
せるよう信号を出している時間中磁場を周期的に変える
よってコイル電源１５６Ａに信号を与える。

コイル電源１５６Ａは磁石１６２と１６４に変化する電
流をそれらの間にラスク走査またはらせん状走査で電子
ビームを磁気的に偏向させるに適した位相関係をもって
与える。

電子ビームのこの周期的偏向は電子束の不規則性を平滑
化しそしてそれによりゾーンプレート６９への均一なＸ
線照射を与えるターゲラ）３８Ａの均一照射を与える。

第８，９図は第２図のターゲット３８あるいは第６図の
ターゲット３８ＡのようなＸ線ターゲットからその表面
に垂直な線から傾斜して見た輻射線のその角度の関数と
して得られるＸ線スペクトルの純度を示すグラフである
。

第８図はモリブデンの２０ミクロン厚の層のターゲット
で得られたデータ、第９図はセリウム４０ミクロンのタ
ーゲットで得られたデータである。

さらに両図に示しているのばにαラインの輻射と制動輻
射の収量である。

純度を表わす曲線ばにαラインで測定される収量を制動
輻射とにαライン輻射を加えた総収量で割ったものであ
り、チ単位で示される。

そして、両図中に記載されているＸ線収量はターゲット
上に１電子の衝突（第８，９図下方左側隅部の小回に記
載されたエネルギーで）の結果として１ステラジアンの
立体角へ放射される（与えられる出力角で）１０”−４
ＫｅＶの単位のＸ線エネルギーを示す。

そして、Ｋα収量と制動輻射収量ば１Ｏ−４Ｋｅ■／ス
テラジアン・電子の単位で示される。

純度曲線は約８０〜８５°の範囲でピークをもち、そし
て第６，７図で述べたようにこのピーク効果はターゲッ
ト３８の表面をＸ線管の軸に対し傾斜させた理由の一つ
である。

かくしてこの純度曲線は放出された輻射線の単色性の目
安になる。

軸ずれフレネルパターンを有する第１図のゾーンプレー
ト６９は平均して１インチ当り約５０本のラインスペー
スを利用する。

第１図のハーフトーンスクリーン１０がゾーンプレート
６９と写真板７２の中間に置かれた場合にはこのスクリ
ーンは１インチ当り１０本のライン密度を有する。

高品質の像に適したラインスペース密度を・・−フトー
ンスクリーンに与えるためにこのスクリーンのライン密
度はゾーンプレートの平均スペース密度にゾーンプレー
ト６９、スクリーン７０および写真板γ２の間の相対的
スペースに関連した因子を乗算することにより得られる
のであり、この因子はゾーンプレート６９からプレート
７２までの距離をゾーンプレート６９とスクリーン７０
の間の距離で割ったものである。

【図面の簡単な説明】

第、１図は本発明の広口発生器に使用するに適したＸ線
結像装置、第２図はこの発明の詳細な説明する参考図、
第３図は第２図のターゲット用の流体冷却される基体、
第４図は第２図の発生器に使用するフレネルゾーンプレ
ート、第５図は第２図の発生器に使用するためのハーフ
トーンスクリーン、第６図は本発明の一実施例を示す図
、第７図は他の実施例を示す図、第８，９図はモリブデ
ンとセリウムからなるターゲットの輻射収量と純度の角
度依存性を示す図、である。 ２２・・・・・・Ｘ線発生器、２４・・・・・・Ｘ線管
、２６・・・・・・ハウジング、２８・・・・・・油、
３０・・・・・・電源、３２・・・・・・エンベロープ
、３８・・・・・・ターゲット、４０・・・・・・カソ
ード、４２・・・・・・フィラメント、５２・・・・・
・フィラメント電源、６８・・・・・・窓、６９・・・
・・・ゾーンプレート、ＴＯ・・・・・・ハーフトーン
スクリーン、７２・・・・・・写真板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 厚みよりも十分大きな幅を有する透過形ターゲット
   と、少なくとも一部が前記ターゲットの第１の表面とは
   反対側の第２の表面から生じる前記ターゲットからのＸ
   線輻射を励起するのに充分なエネルギーを有する電子で
   前記ターゲットの第１の表面を均一に照射するように構
   成された第１の表面を照射するための装置と、前記ター
   ゲットの第２の表面に隣接して配置されて該ターゲット
   を前記照射装置に対し離隔した関係に支持するＸ線に対
   して透明な基体と、およびＸ線に対して不透明なハウジ
   ングの端部により画定されたＸ線に対して透明な窓部と
   から成り、該窓部の面と前記ターゲットの第２の表面は
   約８０度乃至８５度の角度となる関係に配置されること
   により、前記ターゲットの第２の表面の法線に対して約
   ８０度乃至８５度の範囲外の輻射Ｘ線を前記ハウジング
   によって遮蔽し、該範囲外の輻射Ｘ線を前記窓部より通
   過させ、輻射されるＸ線の全スペクトルに関し螢光Ｘ線
   の割合を高めることを特徴とするＸ線発生器。