Ｘ線管及びそれを用いたＸ線ＣＴ装置
【課題】電子ビームの焦点のサイズ及び焦点の位置を制御でき、電子ビームの照射におけるボケを防ぎ且つコンパクトなサイズのＸ線管を提供する。
【解決手段】コイルフィラメント１１１と、アノード１０２と、電子ビームの経路上に孔を備えたコイルフィラメント１１１を収納するウエネルト１１２と、ウエネルト１１２の開口に設けられたアパーチャ１１３と、電子ビームの経路を挟んで所定方向に相互に対向して溝の開口の近傍に配置された１対のＸエレクトロード１１４と、所定方向に直交する方向に相互に対向し且つＸエレクトロード１１４と同一面上に配置された１対のＹエレクトロード１１５と、を備え、Ｘエレクトロード１１４の電圧及びＹエレクトロード１１５の電圧を制御することにより、照射領域のサイズの変更、及び電子ビームの経路の移動を制御する。
【解決手段】コイルフィラメント１１１と、アノード１０２と、電子ビームの経路上に孔を備えたコイルフィラメント１１１を収納するウエネルト１１２と、ウエネルト１１２の開口に設けられたアパーチャ１１３と、電子ビームの経路を挟んで所定方向に相互に対向して溝の開口の近傍に配置された１対のＸエレクトロード１１４と、所定方向に直交する方向に相互に対向し且つＸエレクトロード１１４と同一面上に配置された１対のＹエレクトロード１１５と、を備え、Ｘエレクトロード１１４の電圧及びＹエレクトロード１１５の電圧を制御することにより、照射領域のサイズの変更、及び電子ビームの経路の移動を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医用機器、工業機器で使用されるＸ線ＣＴ装置（ＣＴ：Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ コンピュータ断層撮影）で用いられるＸ線管及びそのＸ線ＣＴ装置に関する。さらに詳しくは、ＣＴスキャナーにおける電子ビームの照射範囲のサイズの変更及び電子ビームの経路の移動の機能を有するＸ線管及びそれを用いたＸ線ＣＴ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線を主とする放射線を曝射して被写体の透過を検出し、検出した放射線の強度を示す投影データから被写体内の画像を再構成する画像診断装置である。このＸ線ＣＴ装置は、医療の最先端で急速に普及し、医療現場ではなくてはならない診断装置として、疾病の診断、治療や手術計画等を初めとする多くの医療行為において重要な役割を果たしている。また、工業用のＸ線検査装置においても、同様の原理でＣＴが製品化されている。Ｘ線ＣＴ装置の原理は、Ｘ線が被写体を透過する性質を利用し、多方向から被写体に向けてＸ線を照射し、被写体の反対側に対向させた検出器で投影データを測定し、断面像として画像を再構成するものである。
【０００３】
具体的には、医用のＸ線ＣＴ装置は、患者をスライド移動させながら、Ｘ線発生源であるＸ線管と被写体の反対側に対向させた検出器を高速で回転させてスライス投影し、Ｘ線投影データを測定して断面像を合成する。この医用のＸ線ＣＴ装置では、患者へのＸ線被曝量を抑えることや、撮影の高速化、高分解能化が要求される。そのため、医用のＸ線ＣＴ装置では、マルチスライス技術や、超高速画像処理などの技術により、高速かつ分解能の高い診断技術が提供されている。また、工業用のＸ線ＣＴ装置では、一般にＸ線発生部と被写体の反対側に対向させた検出器を固定し、被写体を回転させて投影データを測定し、断面像を合成する方法が用いられている。
【０００４】
Ｘ線ＣＴ装置のＸ線発生源であるＸ線管は、電子ビームを発生する電子光学系を有し、この電子光学系から照射される電子ビームを高速回転するアノードに衝突させ、アノード衝突でＸ線を発生する構成を備えている。Ｘ線ＣＴ装置におけるＸ線発生部は、上述した構成によりＸ線を発生するＸ線管で構成されている。ここで、以下の説明では、電子光学系としてコイルフィラメントを用いた場合に、フィラメントの長手方向（コイルの円の法線方向）をＸ方向、Ｘ線管の電子光学系から照射される電子ビームが進む方向がＺ方向、ＸとＺと直交する方向をＹ方向として説明する。
【０００５】
近年、この様なＸ線ＣＴ装置における高度化に伴い、固定焦点で使用されているＸ線発生源（Ｘ線管）に焦点可変、焦点移動の機能を付加することで、分解能向上、疑似欠陥低減、又は診断機能向上に対応した次世代ＣＴスキャナーの開発が要望されている。ここで、Ｘ線ＣＴ装置における実焦点とは電子がアノードに衝突してＸ線を発生した場所を指し、アノード上の電子ビームの照射範囲にあたる。
【０００６】
Ｘ線ＣＴ装置におけるＸ線管の焦点は、一般に固定焦点で使用されているが、アノードに着弾する電子ビーム（Ｘ線光源）を検出系に対して載置されている被検体の体軸と直交する方向（ＸＹ方向）への微小移動を行うことで、照射したＸ線を検出することで得られる投影データの空間分解能を増やすことができる。この様なＸＹ方向への移動による、高解像度のＸ線ＣＴ装置の技術（例えば、特許文献１参照。）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１５８１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような、Ｘ線ＣＴ装置において電子ビームの軌道はコイルフィラメントの断面の中央部とコイルフィラメントの断面の周辺部とでは違いが生じるので、コイルフィラメントの断面の周辺部からの電子は、コイルフィラメントの断面の中心部からの電子とは異なる位置でクロスオーバを形成し、アノードに照射された電子ビームにおいてボケが発生してしまう。特に前述した電子ビームの経路の移動を行った場合にボケの発生が顕著に表れてしまう。
【０００９】
また、検出系のＸＹ方向に電子ビームを移動するには、Ｘ線源が焦点可変（言い換えると、アノードに対する照射範囲の変更）や焦点移動（言い換えると、電子ビームの経路の移動）の機能を有する必要がある。この点、Ｘ線管のフィラメントは、大きなビーム電流が確保可能である反面、コイル状になっているため、電子ビームの発生軌道が複雑であり、電子ビームの経路の移動や照射範囲のサイズの変更により軌道を制御することが困難である。そして、電子ビームの経路の移動や照射範囲のサイズの変更を行う機構を備えた場合、Ｘ線源の大きさが大きくなってしまうおそれがある。また、電子ビームの経路の移動や照射範囲のサイズの変更を行うには大きな電圧が必要となってしまう。さらに大きな電圧を供給する場合、電源を小型化することが困難である。電源が大きくなってしまうと、当然Ｘ線源全体のサイズも大きくなってしまう。
【００１０】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、電子ビームのアノードに対する照射範囲の変更及び電子ビームの経路の移動を制御でき、アノードに照射された電子ビームの照射におけるボケを防止し、且つＸ線源をコンパクトなサイズにするＸ線管及びそれを使用したＸ線ＣＴ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のＸ線管は、通電によって電子ビームを放出するフィラメントと、前記電子ビームが入射することによりＸ線を出射するアノードと、前記フィラメントを収容する溝を有し、該溝の前記アノード側に面する開口から前記電子ビーム通過させる収納部材と、前記電子ビームの経路を挟んで所定方向に相互に対向して前記溝の前記開口の前記アノード側の近傍に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第１電極部材と、前記所定方向に直交する方向に相互に対向し且つ前記１対の第１電極部材を含む面と同一面上に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第２電極部材と、前記第１電極部材及び前記第２電極部材に印加する電圧を制御する電圧制御手段と、を備え、前記収納部材の前記溝の前記開口の前記所定方向と直交する方向の幅は、前記フィラメントが収容されている部分の前記所定方向と直交する方向の幅よりも狭く、前記電圧制御手段は、前記第１電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向のサイズの変更、及び前記電子ビームの前記所定方向への移動を制御し、前記第２電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向と直交する方向のサイズの変更、及び前記電子ビームの前記所定方向と直交する方向への移動を制御する、ことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６に記載のＸ線管は、通電によって電子ビームを放出するフィラメントと、前記電子ビームが入射することによりＸ線を出射するアノードと、前記フィラメントを収容する溝を有し、該溝の前記アノード側に面する開口から前記電子ビーム通過させる収納部材と、前記電子ビームの経路を挟んで所定方向に相互に対向して前記溝の前記開口の前記アノード側の近傍に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第１電極部材と、前記所定方向に直交する方向に相互に対向し且つ前記１対の第１電極部材を含む面と同一面上に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第２電極部材と、前記第１電極部材及び前記第２電極部材に印加する電圧を制御する電圧制御手段と、前記電子ビームの経路上で前記第１電極部材及び前記第２電極部材と前記アノードとの間に、前記電子ビームの経路を囲うように配置された前記電子ビームの経路を偏向する電磁偏向器と、を備え、前記収納部材の前記溝の前記開口の前記所定方向と直交する方向の幅は、前記フィラメントが収容されている部分の前記所定方向と直交する方向の幅よりも狭く、前記電圧制御手段は、前記第１電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向のサイズの変更を制御し、前記第２電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向と直交する方向のサイズの変更を制御する、ことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７に記載のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線を曝射するＸ線管と、前記Ｘ線管から曝射されたＸ線を検出する検出器と、前記検出器の検出に基づく前記投影データから画像を再構成する再構成手段と、前記Ｘ線管の制御を含む前記Ｘ線の検出によるスキャンの制御を行う制御手段と、を備えるＸ線ＣＴ装置であって、前記Ｘ線管は、通電によって電子ビームを放出するフィラメントと、前記電子ビームが入射することによりＸ線を出射するアノードと、前記フィラメントを収容する溝を有し、該溝の前記アノード側に面する開口から前記電子ビーム通過させる収納部材と、前記電子ビームの経路を挟んで所定方向に相互に対向して前記溝の前記開口の前記アノード側の近傍に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第１電極部材と、前記所定方向に直交する方向に相互に対向し且つ前記１対の第１電極部材を含む面と同一面上に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第２電極部材と、を備え、前記収納部材の前記溝の前記開口の前記所定方向と直交する方向の幅は、前記フィラメントが収容されている部分の前記所定方向と直交する方向の幅よりも狭く、前記制御手段は、前記第１電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向のサイズの変更、及び前記電子ビームの前記所定方向への移動を制御し、前記第２電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向と直交する方向のサイズの変更、及び前記電子ビームの前記所定方向と直交する方向への移動を制御する電圧制御手段を備える、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載のＸ線管及び請求項７に記載のＸ線ＣＴ装置は、電子が出射される溝の開口部に突出部を設け、さらにフィラメントの近傍の同一平面内に、所定方向へのアノードに対する電子ビームの照射範囲の変更及び移動を行う第１電極部材と、所定方向と直交する方向へのアノードに対する電子ビームの照射範囲の変更及び移動を行う第２電極部材とを配置した構成である。これにより、突出部によりフィラメントの断面の周辺部から出射された電子を遮蔽することができ、アノードに照射された電子ビームにおけるボケの発生を抑えることができる。また、第１電極部材と第２電極部材とを電子ビームの経路上の異なる位置に配置した場合に比べてＸ線管を小型化できる。また、フィラメントの近傍に電極を配置したことで、電子ビームの照射範囲のサイズの変更や移動のために電極に印加する電圧を抑えることができる。さらに、電極に印加する電圧を抑えることにより、電極に電気を供給する電源を小型化できるので、Ｘ線管をより小型化することが可能となる。
【００１５】
請求項６に記載のＸ線管は、電子が出射される溝の開口部に突出部を設け、フィラメントの近傍の同一平面内に、所定方向へのアノードに対する電子ビームの照射範囲の変更を行う第１電極部材と、所定方向と直交する方向へのアノードに対する電子ビームの照射範囲の変更を行う第２電極部材とを配置し、さらに第１電極部材及び第２電極部材とアノードとの間に電子ビームを移動させる電磁偏向器を配置した構成である。これにより、突出部によりフィラメントの断面の周辺部から出射された電子を遮蔽することができ、アノードに照射された電子ビームにおけるボケの発生を抑えることができるとともに、第１電極部材及び第２電極部材によって電子ビームの経路の移動を行う場合に比べ、制御が容易となり、安定した電子ビームの経路の移動が行える。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係るＸ線管のＸ線を照射している状態のＸＺ方向の断面図
【図２】第１の実施形態に係るＸ線管のＸ線を照射している状態のＹＺ方向の断面図
【図３】アノード側から見たウェルネルトの平面図
【図４】アノード側からフィラメント側へ見たＸエレクトロード及びＹエレクトロードの平面図
【図５】アパーチャによる電子ビームの遮蔽を説明するためのＸ線を照射している状態のフィラメント及びその近傍のＹＺ方向の拡大断面図
【図６】（Ａ）大きな照射範囲のサイズの状態のＸＺ方向の断面図、（Ｂ）大きな照射範囲のサイズの状態のＹＺ方向の断面図
【図７】（Ａ）小さな照射範囲のサイズの状態のＹＺ方向の断面図、（Ｂ）小さな照射範囲のサイズの状態のＹＺ方向の断面図
【図８】ＸＹエレクトロードに基準電圧に重畳された電圧とその時の照射範囲のサイズとの関係を表すグラフ
【図９】（Ａ）Ｘ方向の電子ビームの経路の移動を説明するためのＸＺ方向の模式的な断面図、（Ｂ）Ｙ方向の電子ビームの経路の移動を説明するためのＹＺ方向の模式的な断面図
【図１０】ＸＹエレクトロードに基準の電位に重畳された電圧とその時の電子ビームの経路の移動距離との関係を表すグラフ
【図１１】本発明に係るＸ線管を搭載したＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図
【図１２】電流のカットオフのためのウエネルト及びアパーチャへの高電圧の印加のタイミングを説明するための図
【図１３】ウエネルト及びアパーチャへ印加した電圧とアパーチャに到達する管電流の割合の関係を表すグラフ
【図１４】第２の実施形態に係るＸ線管のＸ線を照射している状態のＸＺ方向の断面図
【図１５】第２の実施形態に係るＸ線管のＸ線を照射している状態のＹＺ方向の断面図
【図１６】電磁偏向器の一例であるトロイダルコイルの模式図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
〔第１の実施形態〕
以下、この発明の第１の実施形態に係るＸ線管及びそのＸ線管を用いたＸ線ＣＴ装置について説明する。以下では、まずＸ線管の構成を説明し、その後Ｘ線ＣＴ装置全体の説明をする。以下の説明では、後述するコイルフィラメントの長手方向（コイルの円の法線方向）、すなわち図１の紙面に向かって上下方向をＸ方向、Ｘ線管の電子工学系から出射される電子ビームが進む方向、すなわち図１の紙面に向かって左右方向をＺ方向、ＸとＺと直交する方向、すなわち図１の紙面の法線方向をＹ方向として説明する。
【００１８】
また、以下の説明ではアノードに電子が照射される照射範囲のサイズの変更及びアノードに照射される電子ビームの経路の移動（電子ビームの移動ともいう）として説明するが、上述したように一般的にＸ線ＣＴ装置における実焦点といわれるものは電子がアノードに衝突してＸ線を発生した場所を指すので、言い換えれば、照射範囲のサイズの変更は実焦点のサイズの変更と言え、電子ビームの経路の移動は実焦点の移動と言える。
【００１９】
（Ｘ線管）
図１は、本実施形態に係るＸ線管のＸ線を照射している状態のＸＺ方向の断面図である。また、図２は、本実施形態に係るＸ線管のＸ線を照射している状態のＹＺ方向の断面図である。
【００２０】
Ｘ線管１００は、フィラメント加熱電流の供給及び高電圧の印加を受けてＸ線を発生させる。このＸ線管１００は、図１に示すように、通電により熱電子を放出するコイルフィラメント１１１を有する電子銃（コイルフィラメント式電子銃）１１０と、コイルフィラメント１１１から放出された電子が照射されることによりＸ線を出射するアノード１０２とが設けられている。電子銃１１０及びアノード１０２は、シールド１２０内に密閉されている。
【００２１】
電子銃１１０は、コイルフィラメント１１１、ウエネルト１１２、アパーチャ１１３、一対のＸエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂ（以下、総称して「Ｘエレクトロード１１４」ともいう）、並びに一対のＹエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂ（以下、総称して「Ｙエレクトロード１１５」ともいう）で構成されている。ここで、このＸエレクトロード１１４が本発明における「第１電極部材」であり、Ｙエレクトロード１１５が本発明における「第２電極部材」にあたる。以下では、Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５を合わせて「ＸＹエレクトロード」と呼ぶことがある。そして、電子銃１１０は、後述するＸエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５が形成する開口から−Ｚ軸方向に降ろした垂線上にコイルフィラメント１１１を配している。電子銃１１０は、このコイルフィラメント１１１に対するフィラメント加熱電流の供給及び高電圧の印加を受け、電子を開口から＋Ｚ軸方向へ経路Ｌ上に出射する。経路Ｌは図１の一点鎖線で示される直線である。
【００２２】
アノード１０２は、Ｚ軸方向に延びる回転部材１０３と一体化されており、コイルフィラメント１１１と開口とを結ぶ経路Ｌ上に配置されている。このアノード１０２の経路Ｌ上の表面に、電子銃１１０から出射した電子ビームが照射される。そして、電子ビームの表面への照射を受けて、アノード１０２は、経路Ｌと直交する方向（回転部材１０３と直交する方向）にＸ線を出射する。
【００２３】
従って、アノード１０２の形状は、その頂面が−Ｚ軸方向に向いた円錐台形状であり、その円錐表面に相当する側面１０２ａの法線は、例えば経路Ｌに対して数度程度傾斜している。また、回転部材１０３は、シールド１２０の外部に引き出されており、モータ（不図示）によって回転する。シールド１２０と回転部材１０３との間にはシーリングユニット１０４が設けられている。回転部材１０３の中心軸は、コイルフィラメント１１１と電子銃１１０の開口とを結ぶ電子ビームの経路ＬからＸ軸方向にシフトしている。従って、電子ビームは、アノード１０２の傾斜面である側面１０２ａに照射される。アノード１０２の少なくとも電子ビームが照射される当該側面１０２ａ部分は、例えばタングステンにより形成されている。尚、このシフトの方向は、後述するコイルフィラメント１１１の長手方向に一致する。
【００２４】
シールド１２０のアノード１０２から出射したＸ線が通過する位置には、ベリリウム膜からなる窓１０５が設けられている。Ｘ線は、この窓１０５を介して、Ｘ線管１００の外部に照射される。
【００２５】
このようなＸ線管１００において、電子銃１１０は、図１及び図２に示すように、電子ビームの出射方向に向かって、ウエネルト１１２、コイルフィラメント１１１、アパーチャ１１３、ＸＹエレクトロードが、この順に配列されている。
【００２６】
ウエネルト１１２は、図３に示すようなステンレス等の非磁性金属からなる円板状の部材である。図３はアノード１０２側から見たウエネルト１１２の平面図である。そして、ウエネルト１１２は、アノード１０２側の面に溝１１２ａを有している。本実施形態では、溝１１２ａは図３に示すように長方形の両端が膨らんだ形状を有している。溝１１２ａの長手方向（Ｘ軸方向）の中心軸はコイルフィラメント１１１の長手方向の中心軸と一致している。さらにウエネルト１１２の中心は、経路Ｌと一致している。
【００２７】
ウエネルト１１２の溝１１２ａのアノード１０２側には、アパーチャ１１３が設けられている。アパーチャ１１３は、開口１１３ａを有する板状（本実施形態では円板状）の部材である。このアパーチャ１１３は、出射された電子ビームの範囲を制限する部材である。開口１１３ａは、図１に示すようにＸ軸方向には溝１１２ａより大きな幅を有している。そして、開口１１３ａは、図２に示すようにＹ軸方向には溝１１２ａより小さな幅を有している。本実施形態では、開口１１３ａは図３に示す溝１１２ａのように長手方向の両側端部が膨らんだ長方形の形状を有している。そして、開口１１３ａの長手方向（Ｘ軸方向）の中心軸は溝１１２ａの長手方向の中心軸に一致している。このウエネルト１１２及びアパーチャ１１３が本発明における「収納部材」にあたる。そして、溝１１２ａ及び開口１１３ａが本発明における「溝」にあたり、アパーチャ１１３は本発明における「収納部材の突出」した部分にあたる。
【００２８】
コイルフィラメント１１１は、螺旋状に巻回しつつ溝１１２ａと同じ方向に延びる、すなわち、溝１１２ａの伸びる方向（Ｘ軸方向）に長手方向を有するフィラメントである。コイルフィラメント１１１は、例えばタングステンによって形成されており、通電されることによって熱電子を放出する。コイルフィラメント１１１は、溝１１２ａ内に半ば収納されているが、ウエネルト１１２に接触はしていない。
【００２９】
一対のＸエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂは、経路Ｌを挟んで相互に対向するように設けられており、Ｘ軸方向に配列されている。Ｘエレクトロード１１４ａと１１４ｂとの間の距離は、コイルフィラメント１１１の長手方向の長さよりも長くなるように配置されている。また、一対のＹエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂも、経路Ｌを挟んで相互に対向するように設けられており、Ｙ軸方向に配列されている。そして、Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５は、同一平面（ＸＹ平面）上に配置されている（図４参照）。このＸエレクトロード１１４、後述するようにそれぞれに同じ電位がかけられ印加される電圧が変更された場合にはアノード１０２に対する電子ビームの照射範囲ＦＥＢを変更し、一方が所定電圧上げられ他方が所定電圧下げられた場合には電子ビームの経路を移動するものである。また、Ｙエレクトロード１１５も同様に、それぞれに同じ電位がかけられ印加される電圧が変更された場合にはアノード１０２に対する電子ビームの照射範囲ＦＥＢを変更し、一方が所定電圧上げられ他方が所定電圧下げられた場合には電子ビームの経路を移動するものである。
【００３０】
Ｘエレクトロード１１４は、電圧が印加されて、Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂの１対の電極間に電界を発生させる。このＸエレクトロード１１４は、ステンレス等の非磁性金属により形成されている。また、一対のＸエレクトロード１１４の形状は相互に同一である。各Ｘエレクトロード１１４の形状は、経路Ｌ上の１点を中心とする円板の一部であり、その弦はＹ方向に延びている。
【００３１】
Ｙエレクトロード１１５は、電圧が印加されて、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂの１対の電極間に電界を発生させる。このＹエレクトロード１１５は、ステンレス等の非磁性金属により形成されている。一対のＹエレクトロード１１５の形状は相互に同一であり、長方形の形状をしている。
【００３２】
そして、対向するＸエレクトロード１１４ａ及びＸエレクトロード１１４ｂの間に挟まれるようにＹエレクトロード１１５が配置されている。具体的には、のＸエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５の配置は図４に示すように配置されている。図４はアノード１０２側からコイルフィラメント１１１側へ見たＸエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５の平面図である。各Ｘエレクトロード１１４と各Ｙエレクトロード１１５との間には隙間があいている。そして、対向するＸエレクトロード１１４と対向するＹエレクトロード１１５とによって電子ビームが通過するための隙間が形成される。図４では、ＸＹエレクトロードによって形成された隙間の向こうにコイルフィラメント１１１が見えている。
【００３３】
ウエネルト１１２、Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂ、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂには、Ｘ線管１００の外部から電位が印加される。また、コイルフィラメント１１１には、Ｘ線管１００の外部から電力が供給される。このＸエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂ並びにＹエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂは相互に絶縁されており、これらの電位は相互に独立して制御可能となっている。すなわち、Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂにはそれぞれ異なる電圧を印加することができ、また、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂにはそれぞれ異なる電圧を印加することができる。
【００３４】
次に、上述の如く構成されたＸ線管１００の動作について説明する。まず、シールド１２０内を真空とする。次に、アノード１０２とウエネルト１１２との間に、ウエネルト１１２にはアノード１０２に比べて低い電圧を印加する。例えば、アノード１０２に接地電位を印加し、ウエネルト１１２に−数十ｋＶの電位を印加する。また、シールド１２０に接地電位を印加する。これにより、シールド１２０内に、ウエネルト１１２からアノード１０２に向かう電界が形成される。このウエネルト１１２への電圧の印加は後述する高電圧発生装置０１３によって行われる。また、ウエネルト１１２へ印加する電圧値の制御はスキャン制御部０３１によって行われる。
【００３５】
また、コイルフィラメント１１１の電位は、ウエネルト１１２の電位よりもやや正極側の電位とする。
【００３６】
この状態で、コイルフィラメント１１１に、Ｘ線管１００の外部から電力を供給して通電させる。これにより、コイルフィラメント１１１が加熱され、熱電子を放出する。放出された電子のうち図５に示す点線２０１と一点鎖線２０２との間に放出される電子はアパーチャ１１３によって遮蔽されるため、実際には点線５０１と一点鎖線５０２との間の電子ビームはアノード１０２に照射されない。実際に照射されるのは一点鎖線５０２で挟まれた領域の電子ビームである。放出された電子は、ウエネルト１１２によるレンズ効果によって収縮し、経路Ｌに沿って電子ビームＥＢを形成し、アノード１０２の側面１０２ａに対して照射される。
【００３７】
電子ビームの軌道はコイルフィラメント１１１の断面の中央部（一点鎖線５０２で挟まれる領域）とコイルフィラメント１１１の断面の周辺部（点線５０１と一点鎖線５０２との間の領域）では違いが生じるので、点線５０１と一点鎖線５０２との間の電子は点線５０１で示すように一点鎖線５０２で挟まれる領域の電子とは異なる位置でクロスオーバを形成し、アノード１０２での焦点におけるボケが発生してしまう。特に後述する電子ビームの経路の移動を行った場合にボケの発生が顕著に表れてしまう。
【００３８】
そこで、アパーチャ１１３によりボケを発生させる原因となる点線５０１と一点鎖線５０２との間の電子を遮蔽することで、ボケのない正確な焦点を形成することが可能となる。コイルフィラメント１１１から放出された一点鎖線５０２で挟まれる領域の電子ビームは、ＹＺ断面で見た場合ウエネルト１１２からＸＹエレクトロードの間にかけてクロスオーバし、後述するＸＹエレクトロードレンズ効果で電子ビームはほぼ平行ビームとなりアノード１０２に向かう。
【００３９】
ここで、上述したようにコイルフィラメント１１１から発生する電子ビームをアパーチャ１１３によって制限しているので、アパーチャ１１３を設けない状態に比べて電流が減ってしまうことも考えられる。そこで、アパーチャ１１３によって制限された不足分の電流を、コイルフィラメント１１１の径及び長さをアパーチャ１１３を設けない場合に比べて大きくすることで補う構成にしてもよい。
【００４０】
アノード１０２の側面１０２ａにおける電子ビームＥＢが照射される領域を照射範囲ＦＥＢとする（これは、一般的には実焦点ＦＥＢともいわれる。以下ではすべて照射範囲ＦＥＢという）。照射範囲ＦＥＢの形状は、コイルフィラメント１１１の形状が縮小された形状である。
【００４１】
これにより、アノード１０２の照射範囲ＦＥＢに相当する部分がＸ線を出射する。Ｘ線は窓１０５に到達し、窓１０５を透過してＸ線管１００の外部に出射する。このようにして、Ｘ線管１００は、Ｘ線ＣＴ装置のＸ線源として使用される。
【００４２】
このＸ線管１００は、Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂ、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂにそれぞれ電位を印加することにより、静電場を形成し、照射範囲ＦＥＢの大きさを制御するとともに、電子ビームＥＢの軌道を制御することができる。具体的には、ウエネルト１１２の電位を基準電位として、Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５のそれぞれに基準電位に数ｋＶ程度以内の電位を加えた電圧を印加する。このＸエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂ、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂへの電圧の印加は後述する高電圧発生装置０１３によって行われる。また、Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂ、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂへ印加する電圧の制御はスキャン制御部０３１によって行われる。
【００４３】
そこで、まず照射範囲ＦＥＢのサイズの変更を具体的に説明する。図６（Ａ）は大きな照射範囲ＦＥＢのサイズの状態のＸＺ方向の断面図であり、図６（Ｂ）は大きな照射範囲ＦＥＢのサイズの状態のＹＺ方向の断面図である。また、図７（Ａ）は小さな照射範囲ＦＥＢのサイズの状態のＸＺ方向の断面図であり、図７（Ｂ）小さな照射範囲ＦＥＢのサイズの状態のＹＺ方向の断面図である。
【００４４】
Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂの電位をいずれもウエネルト１１２の電位と等しくした場合を基準（図６（Ａ）の点線で示される経路）にし、例えば、Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂの双方に対して、いずれもウエネルト１１２の電位に対して＋２ｋＶとするように、同じ量の電位を加えた電圧を印加する。そうすると、図６（Ａ）に示すように、電子ビームＥＢのビーム径をＸ方向において拡大することができ、照射範囲ＦＥＢのＸ方向におけるサイズを大きくすることができる。
【００４５】
同様にＹ方向についても、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂの電位をいずれもウエネルト１１２の電位と等しくした場合を基準（不図示）にし、例えば、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂの双方に対して、いずれもウエネルト１１２の電位に対して＋２ｋＶとするように、同じ量の電位を加えた電圧を印加する。そうすると、図６（Ｂ）に示すように、電子ビームＥＢのビーム径をＹ方向において拡大することができ、照射範囲ＦＥＢのＹ方向におけるサイズを大きくすることができる。
【００４６】
逆に、Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂの双方に対して、いずれもウエネルト１１２の電位に対して、同じ量の電位を引いた電圧を印加する。そうすると、図７（Ａ）に示すように、電子ビームＥＢのビーム径をＸ方向に縮小することができ、照射範囲ＦＥＢのＸ方向における大きさを小さくすることができる。
【００４７】
同様にＹ方向についても、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂの双方に対して、いずれもウエネルト１１２の電位に対して、同じ量の電位を引いた電圧を印加する。そうすると、図７（Ｂ）に示すように、電子ビームＥＢのビーム径をＹ方向に縮小することができ、照射範囲ＦＥＢのＹ方向における大きさを小さくすることができる。
【００４８】
ここで、ＸＹエレクトロードそれぞれに印加する電圧と照射範囲ＦＥＢのサイズの大きさとの関係を説明する。図８は、ＸＹエレクトロードに基準電圧に重畳された電圧とその時の照射範囲ＦＥＢのサイズとの関係を表すグラフである。図８は、縦軸にＹエレクトロード１１５に印加した電圧（ｋＶ）を採り、横軸にＸエレクトロード１１４に印加した電圧を採ったグラフである。ここで、図８における０はウエネルト１１２に印加されている電圧がＸＹエレクトロードに印加されている状態からどのくらい電圧が上げられたか又は下げられたかを示している。さらに、図８はＸＹエレクトロードへの特定の印加電圧に対する照射範囲のサイズ（照射範囲ＦＸＢで表わしている。）をグラフ中に表している。図８では各Ｘエレクトロード１１４に同じ量だけ電圧を上げ又は下げ、各Ｙエレクトロード１１５に同じ量だけ電圧を上げ又は下げたものとする。
【００４９】
Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５にそれぞれＶＸ１１（ｋＶ）、ＶＹ１１（ｋＶ）を加えると、照射範囲ＦＸＢのサイズは１辺Ｌ１１ｍｍの正方形となる。また、Ｘエレクトロード１１４にＶＸ１２（ｋＶ）をＹエレクトロード１１５にＶＹ１２（ｋＶ）を加えると、照射範囲ＦＸＢのサイズは１辺Ｌ１１ｍｍの正方形よりも小さい１辺Ｌ１２（ｍｍ）の正方形（Ｌ１２＜Ｌ１１）となる。ＸＹエレクトロードに印加する電圧を下げていくと照射範囲ＦＸＢのサイズは小さくなり、ＸＹエレクトロードに印加する電圧を上げていくと照射範囲ＦＸＢのサイズは大きくなる。
【００５０】
次に照射範囲ＦＥＢの移動について具体的に説明する。図９（Ａ）はＸ方向の照射範囲ＦＥＢの移動を説明するためのＸＺ方向の模式的な断面図である。また、図９（Ｂ）はＹ方向の照射範囲ＦＥＢの移動を説明するためのＹＺ方向の模式的な断面図である。
【００５１】
Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂの電位をいずれも等しい電位とした場合を基準（図９（Ａ）の点線９０１で示される経路）にする。ここで、いずれも等しい電位とはウエネルト１１２とおなじ電位でもよいし、ウエネルト１１２と同じ電位であるＸエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂに対して何れも等しい電圧を印加した電位でもよい。そして、この基準の状態から、例えば、Ｘエレクトロード１１４ａに正の電位を加え（電圧を上げて）、Ｘエレクトロード１１４ｂに対して負の電位を加える（電圧を下げる）。そうすると、図９（Ａ）に示すように、電子ビームＥＢの経路を＋Ｘ方向に移動することができ、照射範囲ＦＥＢを＋Ｘ方向に移動することができる。
【００５２】
逆に、基準の電位に対して、Ｘエレクトロード１１４ａに負の電位を加え（電圧を下げ）、Ｘエレクトロード１１４ｂに正の電位を加える（電圧を上げる）ことで、図９（Ａ）とは逆の方向、すなわち−Ｘの方向に電子ビームＥＢの経路を移動することができ、照射範囲ＦＥＢを−Ｘ方向に移動することができる。
【００５３】
同様にＹ方向についても、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂの電位をいずれも等しい電位とした場合を基準（図９（Ｂ）の点線５０３で示される経路）にする。ここで、いずれも等しい電位とはウエネルト１１２とおなじ電位でもよいし、ウエネルト１１２と同じ電位であるＹエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂに対して何れも等しい電圧を印加した電位でもよい。そして、この基準の状態から、Ｙエレクトロード１１５ａに正の電位を加え（電圧を上げて）、Ｙエレクトロード１１５ｂに対して負の電位を加える（電圧を下げる）。そうすると、図９（Ｂ）に示すように、電子ビームＥＢの経路を＋Ｙ方向に移動することができ、照射範囲ＦＥＢを＋Ｙ方向に移動することができる。
【００５４】
逆に、基準の電位に対して、Ｙエレクトロード１１５ａに負の電位を加え（電圧を下げ）、Ｙエレクトロード１１５ｂに正の電位を加える（電圧を上げる）ことで、図９（Ｂ）とは逆の方向、すなわち−Ｙの方向に電子ビームＥＢの経路を移動することができ、照射範囲ＦＥＢを−Ｙ方向に移動することができる。
【００５５】
ここで、ＸＹエレクトロードそれぞれに印加する電圧と電子ビームの経路の移動による照射範囲の移動距離との関係を説明する。図１０は、ＸＹエレクトロードに基準の電位に加えた電圧とその時の照射範囲の移動距離との関係を表すグラフである。図１０は、横軸にＸエレクトロード１１４ａ又はＹエレクトロード１１５ａに印加した電圧（ｋＶ）を採り、縦軸にＸＹ方向それぞれの方向への電子ビームの経路の移動距離（ｍｍ）を採ったグラフである。ここで、図１０における０は同じ電位の電圧がＸＹエレクトロードに印加されている状態を示し、そこからどのくらい電圧が上げられたか又は下げられたかを示している。図１０はＸエレクトロード１１４ａの電圧を上げた場合にはＸエレクトロード１１４ｂの電圧を下げ、Ｘエレクトロード１１４ａの電圧を下げた場合にはＸエレクトロード１１４ｂの電圧を上げている。同様に、Ｙエレクトロード１１５ａの電圧を上げた場合にはＹエレクトロード１１５ｂの電圧を下げ、Ｙエレクトロード１１５ａの電圧を下げた場合にはＹエレクトロード１１５ｂの電圧を上げている。そして、実線６０１がＸエレクトロード１１４に電圧を重畳させた場合のＸ方向の照射範囲ＦＥＢの移動距離を表し、一点鎖線６０２がＹエレクトロード１１５に電圧を重畳させた場合のＹ方向の照射範囲ＦＥＢの移動距離を表している。
【００５６】
Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５に基準の電位に対して印加する電圧を変更していない状態では照射範囲ＦＥＢの移動はなく移動距離は０（ｍｍ）である。また、Ｘエレクトロード１１４ａに−ＶＸ２１（ｋＶ）をＸエレクトロード１１４ｂに＋ＶＸ２１（ｋＶ）を加えると、照射範囲ＦＥＢは−Ｘ方向にＬ２１（ｍｍ）移動する。また、Ｘエレクトロード１１４ａに＋ＶＸ２１（ｋＶ）をＸエレクトロード１１４ｂに−ＶＸ２１（ｋＶ）を加えると、照射範囲ＦＥＢは＋Ｘ方向にＬ２１ｍｍ移動する。また、Ｙエレクトロード１１５ａに−ＶＹ２１（ｋＶ）をＹエレクトロード１１５ｂに＋ＶＹ２１（ｋＶ）を加えると、照射範囲ＦＥＢは−Ｘ方向にＬ２２（ｍｍ）移動する。また、Ｙエレクトロード１１５ａに＋ＶＹ２１（ｋＶ）をＹエレクトロード１１５ｂに−ＶＹ２１（ｋＶ）を加えると、照射範囲ＦＥＢは＋Ｙ方向にＬ２２（ｍｍ）移動する。
【００５７】
このように、Ｘエレクトロード１１４ａに印加する電圧を上げ、Ｘエレクトロード１１４ｂに印加する電圧を下げていくと照射範囲ＦＥＢは＋Ｘ方向に移動し、Ｘエレクトロード１１４ａに印加する電圧を下げ、Ｘエレクトロード１１４ｂに印加する電圧を上げていくと照射範囲ＦＥＢは−Ｘ方向に移動する。また、Ｙエレクトロード１１５ａに印加する電圧を上げ、Ｙエレクトロード１１５ｂに印加する電圧を下げていくと照射範囲ＦＥＢは＋Ｘ方向に移動し、Ｙエレクトロード１１５ａに印加する電圧を下げ、Ｙエレクトロード１１５ｂに印加する電圧を上げていくと照射範囲ＦＥＢは−Ｘ方向に移動する。
【００５８】
以上で説明したように、Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５に印加する電圧を変更することで、照射範囲ＦＥＢのサイズの変更及び電子ビームの経路の移動を行うことができる。ここで、コイルフィラメント１１１からの距離が離れるにつれ、コイルフィラメント１１１から射出された電子ビームは照射中心から広がるなどして調整するための照射範囲ＦＥＢのサイズや電子ビームの経路の位置から電子ビームの経路がよりずれてしまう。そのため、コイルフィラメント１１１から離れた場所ほど所望の照射範囲ＦＥＢのサイズへの変更や電子ビームの経路の移動を行うにあたり、大きな電圧を印加する必要がある。この点、本実発明では、Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５を同一平面に配置することにより、Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５いずれもコイルフィラメント１１１に近接して配置することができる。そのめ、本発明によれば、Ｘエレクトロード１１４又はＹエレクトロード１１５のいずれかをコイルフィラメント１１１から離して配置した場合と比較して、Ｘ方向及びＹ方向のいずれの方向に対しても照射範囲ＦＥＢの変更や電子ビームの経路の移動を行うために必要とする電圧を小さく抑えることが可能となる。
【００５９】
さらに、上述したように低い電圧で照射範囲ＦＥＢのサイズの変更及び電子ビームの経路の移動を所望のサイズ及び位置に調整することが可能なため、Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５のそれぞれに電気を供給するための電源自体を小さくすることが可能となる。それにより、その供給電源を含むＸ線ＣＴ装置の全体のサイズを小さくすることが可能となる。
【００６０】
また、上述したように、Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５をコイルフィラメント１１１の近傍の同一平面に配置され、これらとコイルフィラメント１１１が近傍に配置されているため、コイルフィラメント１１１からアノード１０２までの距離を短くすることができる。これにより、コイルフィラメント１１１及びアノード１０２を含んで構成されるＸ線管１００の全体の大きさを小さくすることが可能となる。
【００６１】
図１１は、このようなＸ線管１００を搭載したＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図である。
【００６２】
Ｘ線ＣＴ装置は、架台装置０１０、寝台装置０２０、及び処理ユニット０３０を備えて構成されている。架台装置０１０と寝台装置０２０は、処理ユニット０３０により制御可能に信号線で接続されている。
【００６３】
架台装置０１０は、Ｘ線を主とする放射線を曝射し、被検体を透過した放射線を検出する装置であり、開口を有する。この架台装置０１０の内部には、ガントリと呼ばれる回転架台０１１が収容されている。Ｘ線管１００は、この回転架台０１１に検出器０１２と対になって設置される。Ｘ線管１００と検出器０１２とは、回転架台０１１の開口を挟んで対向して設置される。また、架台装置０１０の内部には、Ｘ線管１００と対になって高電圧発生装置０１３と絞り駆動装置０１４が配置され、回転架台０１１と対になって回転駆動装置０１５が配置され、検出器０１２と対になってデータ収集装置０１６が配置される。
【００６４】
回転架台０１１は、回転駆動装置０１５の駆動に従動して開口を中心に回転する。高電圧発生装置０１３は、Ｘ線管１００のコイルフィラメント１１１に対する加熱電流の供給及び高電圧の印加、Ｘエレクトロード１１４、Ｙエレクトロード１１５、及びウエネルト１１２に対する電圧の印加をそれぞれ独立して行う。
【００６５】
絞り駆動装置０１４は、Ｘ線管１００と検出器０１２との間に介在するコリメータ０１７の照視野形状を可変させることで、発生した放射線をファンビーム形状やコーンビーム形状に絞る。
【００６６】
検出器０１２は、多列多チャンネルの放射線検出素子を配し、被検体Ｐを透過した放射線を検出して、その検出データ（純生データ）を電流信号として出力する。放射線検出素子は、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形や、Ｘ線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形が主流である。
【００６７】
データ収集装置０１６は、放射線検出素子毎にＩ−Ｖ変換器と積分器とプリアンプとＡ／Ｄ変換器を備え、各放射線検出素子からの電流信号を電圧信号に変換し、電圧信号を放射線の曝射周期に同期して周期的に積分して増幅し、ディジタル信号に変換している。データ収集装置０１６は、ディジタル信号に変換した検出データを信号線を介して処理ユニット０３０に出力する。
【００６８】
寝台装置０２０は、基台の上面に寝台天板０２１を載置する。寝台天板０２１には、被検体Ｐが載置される。寝台天板０２１は、寝台駆動装置０２２の駆動に従動して所定の速度で開口軸方向に移動可能となっている。
【００６９】
回転架台０１１の回転と寝台天板０２１の移動が同時に行われることで、Ｘ線管１００及び検出器０１２と寝台天板０２１との相対移動がヘリカル形状となり、ヘリカルスキャンが実施される。また寝台天板０２１の停止中に回転架台０１１の回転が行われることで、コンベンショナルスキャン又はダイナミックスキャンが実施される。
【００７０】
処理ユニット０３０は、スキャン制御部０３１と、前処理部０３２と、投影データ記憶部０３３と、再構成処理部０３４と、画像記憶部０３５と、画像処理部０３６と、表示装置０３７と、入力装置０３８とを備える。
【００７１】
表示装置０３７は、ＣＲＴや液晶ディスプレイ等のモニタであり、再構成された被検体Ｐ内の画像を表示する。入力装置０３８は、キーボード、マウス、トラックボール等の入力インターフェースであり、操作者により撮影条件が入力され、また配置されている開始ボタンの押下等が入力される。
【００７２】
スキャン制御部０３１は、入力装置０３８を用いて入力された撮影条件に従って、スキャンを制御する。撮影条件には、被検体の総撮影範囲、総撮影範囲内で区分けされた各区域の範囲、ヘリカルピッチ（ＨＰ）、回転速度、管電圧（ｋＶ）、管電流（ｍＡ）、及び照射範囲ＦＥＢのサイズ等が含まれる。
【００７３】
スキャンの制御としては、高電圧発生装置０１３、回転駆動装置０１５、データ収集装置０１６、絞り駆動装置０１４、及び寝台駆動装置０２２、前処理部０３２、再構成処理部０３４に対して、所定のタイミングで各種の制御信号を出力することで、回転架台０１１の回転、寝台の移動、Ｘ線管１００が曝射するＸ線の線量、Ｘ線管１００内で出射される照射範囲ＦＥＢのサイズ、投影データの前処理、及び画像の再構成を制御する。
【００７４】
特に、Ｘ線管１００のアノード１０２に照射される電子の照射範囲ＦＥＢのサイズにおける制御では、スキャン制御部０３１は、照射範囲ＦＥＢを大サイズにするときにＸエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂの双方に対して同じ量だけ電圧を上げるよう高電圧発生装置０１３を制御する。Ｙエレクトロード１１５に対しても同様である。
【００７５】
一方、照射範囲ＦＥＢを小サイズにするときは、スキャン制御部０３１は、Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂの双方に対して同じ量だけ電圧を下げるよう高電圧発生装置０１３を制御する。Ｙエレクトロード１１５に対しても同様である。
【００７６】
また、照射範囲ＦＥＢをＸ方向に移動するときには、スキャン制御部０３１は、Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂのそれぞれに同じ電位でかつ正負が逆の電圧を加えるよう高電圧発生装置０１３を制御する。
【００７７】
また、電子ビームの経路をＹ方向に移動するときには、スキャン制御部０３１は、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂのそれぞれに同じ電位でかつ正負が逆の電圧を加えるよう高電圧発生装置０１３を制御する。
【００７８】
Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５に対する電圧の制御では、スキャン制御部０３１は、高電圧発生装置０１３に対して電位を制御する制御信号を出力し、高電圧発生装置０１３が制御信号に従った電位を付与する。このスキャン制御部０３１が本発明における「電圧制御手段」にあたる。
【００７９】
前処理部０３２は、純生データに対してＸ線の強度を補正する感度補正を施し、投影データＰＤを投影データ記憶部０３３に出力する。投影データ記憶部０３３には、前処理部０３２から出力された投影データが記憶される。各投影データには、ビュー番号が付される。ビュー番号は、Ｘ線を曝射した角度を示す。例えば、Ｘ線ＣＴ装置では、回転架台０１１が１周する間にＸ線管１００がＸ線をｎ回曝射すると、３６０／ｎにＸ線の曝射角度が区分けされ、その区分けに対応してビュー番号が付される。
【００８０】
再構成処理部１３４は、投影データを逆投影することで被検体Ｐ内の画像を再構成する。この再構成処理部１３４は、Ｆｅｌｄｋａｍｐ法に代表される画像再構成アルゴリズムによる再構成処理により、投影データ記憶部１３３から読み出した投影データを逆投影し、被検体Ｐ内を画像データとして再構成する。再構成された画像データは、画像記憶部０３５に入力されて格納される。
【００８１】
画像処理部０３６は、画像記憶部０３５に記憶されている画像データに対して、直交座標系のビデオフォーマットに変換するスキャンコンバージョン処理等の各種の画像処理を施して表示画像を生成する。表示装置０３７は、この画像処理部０３６で生成された表示画像を表示する。
【００８２】
以上に説明したように、本実施形態に係るＸ線管は、ウエネルとの電子ビームの出口付近に余分な電子ビームを遮蔽するアパーチャを配置するとともに、ＸＹエレクトロードを電子ビームを出射するフィラメントの近傍の同一平面内に配置した構成である。
【００８３】
この様な構成にすることにより、アパーチャにより出射される電子ビームの外側の部分を遮蔽することができるため、焦点のボケを発生させる原因となる電子ビームを抑えることができ、ボケを抑えたより正確な焦点を形成することが可能となる。
【００８４】
また、ＸＹエレクトロードそれぞれを配置するために必要なフィラメントとアノードとの間の距離を短くでき、Ｘ線管を小型化することが可能となる。
【００８５】
さらに、ＸＹエレクトロードのいずれもフィラメントの近傍に配置しているため、フィラメントから出射された電子ビームに対して照射範囲のサイズの変更や電子ビームの経路の移動を行うためにＸＹエレクトロードに印加する電圧を小さく抑えることが可能となる。さらに、これにより、ＸＹエレクトロードへ電源を供給する電源供給源を小型化することができ、Ｘ線ＣＴ装置全体を小型化することが可能となる。
【００８６】
〔第２の実施形態〕
以下、この発明の第２の実施形態に係るＸ線管について説明する。本実施形態に係るＸ線管はウエネルト及びアパーチャに対しコイルフィラメントの電圧よりも高い電圧を印加することが可能な構成であることが第１の実施形態と異なるものである。そこで、以下ではアパーチャに対する高電圧の印加及びその効果について主に説明する。以下の説明では、第１の実施形態と同一の符号を付された機能部は特に説明のない限り同じ機能を有するものとする。
【００８７】
本実施形態に係るアパーチャ１１３及びウエネルト１１２は電圧供給源である高電圧発生装置０１３からの電圧を受けることができるように構成されている。ここで、アパーチャ１１３及びウエネルト１１２は、コイルフィラメント１１１及びＸＹエレクトロードとは独立して電圧を受けることができる構成である。そして、アパーチャ１１３及びウエネルト１１２は、コイルフィラメント１１１と比較して非常に大きい電圧の供給を受けることができる。ここで、本実施形態ではウエネルト１１２とアパーチャ１１３には同じ電圧をかける構成にしているが、これは独立した異なる電圧をかける構成にすることも可能である。
【００８８】
ここで、電子ビームの経路の移動といった電子ビームの制御を行う場合、コイルフィラメント１１１から出射された電子ビームが常にアパーチャ１１２に照射されている状態では、被検体に対して電子ビームが連続的に移動してしまう。この様に電子ビームが連続的に移動すると画像に白い線が現れるいわゆる尾引き現象が発生する。この様な尾引き現象が画像に発生すると、正確な診断を行うことが困難になる。そこで、Ｘ線ＣＴ装置では電子ビームの経路の移動が完了した時点でアノード１０２上に電子ビームが照射されることが望ましい
【００８９】
本実施形態においても、通常の電子ビームの出射状態では、スキャン制御部０３１はコイルフィラメント１１１に対しては−数十Ｖ程度の電圧が、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３に対してはコイルフィラメント１１１と比べて数ｋＶ負側に高い電圧が印加されるよう高電圧発生装置０１３を制御する。
【００９０】
そして、スキャン制御部０３１は、電子ビームの経路の移動を行う制御信号、すなわちＸＹエレクトロードに電子ビームの経路の移動を行うための電圧の変更を行う制御信号を高電圧発生装置０１３に送信するタイミング（電子ビームの移動開始のタイミング）で、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３に対して電圧を印加する制御信号を高電圧発生装置０１３に送信する。このウエネルト１１２及びアパーチャ１１３を制御する信号は、ＸＹエレクトロードを制御する信号よりも早く送信される構成にしてもよい。
【００９１】
そして、スキャン制御部０３１は、電子ビームの経路の移動が完了したタイミングで、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３に対しての電圧を印加する制御信号を高電圧発生装置０１３に送信する。ここで、電子ビームの経路の移動が完了するタイミングは、統計的に算出された時間をスキャン制御部０３１が予め記憶しておく構成でもよいし、照射範囲ＦＥＢの位置を計測し、照射範囲ＦＥＢの位置の移動が停止した情報を受けて、スキャン制御部０３１が電子ビームの経路の移動が完了したと判断する構成にしてもよい。
【００９２】
通常の電子ビームの出射状態では、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３は−数十ｋＶ程度の電圧が印加されている。
【００９３】
そして、電子ビームの経路の移動開始時にスキャン制御部０３１からの制御を受けて、電子ビームの経路の移動が開始されるタイミングで、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３に電圧が印加される。これにより、本実施形態に係るＸ線管１００では、アパーチャ１１３は出射された電子ビームの外側部分を遮蔽する程度に突出しているため、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３の間にはほぼ隙間なく高い電圧がかかる。そして、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３に印加された電圧により、コイルフィラメント１１１から出射された−数十ｋＶの電子はコイルフィラメント１１１側に反発され、コイルフィラメント１１１から射出された電子は抑制され、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３で覆われた内部から外に射出されなくなる。これによって、Ｘ線管１００はコイルフィラメント１１１からアノード１０２に向けて射出された電子ビームをカットオフすることができる。
【００９４】
そして、電子ビームの経路の移動終了後のスキャン制御部０３１からの制御を受けて、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３は−数十ｋＶの電圧が印加される。これにより、高電圧によるコイルフィラメント１１１から出射された電子の抑制（カットオフ）が解除され、電子ビームがアノード１０２に照射される。
【００９５】
図１２は電流のカットオフのためのウエネルト１１２及びアパーチャ１１３への高電圧の印加のタイミングを説明するための図である。図１２はＸＹエレクトロードにＸＹの正の方向に電子ビームを偏向させる電圧をかけている状態からＸＹの負の方向に電子ビームを偏向させる電圧をかけている状態へ変化している。図１２の上段は電子ビームの経路の移動前及び移動後のＸＹエレクトロードに掛っている電圧の状態を表し、中段はウエネルト１１２及びアパーチャ１１３にカットオフ用の電圧が掛けられている状態を示しており、下段は時間の推移を表している。図１２に示すように、特定の状態のＸＹエレクトロードに対して電子ビームの経路を移動するために電圧の変更が開始されるタイミングで、カットオフ用の電圧の印加がウエネルト１１２及びアパーチャ１１３になされ、電子ビームの経路の移動が完了しＸＹエレクトロードへ電子ビームの経路を移動するための電圧の変更が終了するタイミングで、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３へのカットオフ用の電圧の印加が終了する。
【００９６】
ここで、図１３を参照して、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３への電圧の印加と管電流との関係を説明する。図１３はウエネルト１１２及びアパーチャ１１３へ印加した電圧とアノード１０２へ到達する管電流の割合の関係を表すグラフである。図１３のグラフは縦軸をコイルフィラメント１１１から照射された管電流に対するアノード１０２へ到達する管電流の割合（％）に採り、横軸をウエネルト１１２及びアパーチャ１１３へ印加した電圧（ｋＶ）に採っている。
【００９７】
図１３に示すように、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３への電圧を−Ｖ１ｋＶとした時には、４５％程度の管電流がアノード１０２に到達している。そして、ウエネルと１１２及びアパーチャ１１３への電圧を−Ｖ１ｋＶと比較して以上に低い電圧である−Ｖ２ｋＶ以上とすると、アノード１０２に到達する管電流はほぼなくなる。この様に、本実施形態では、−Ｖ２ｋＶの電圧をウエネルト１１２及びアパーチャ１１３に印加すると、電子ビームをほぼカットオフすることができる。ここで、本実施形態では、図１３に示すように−Ｖ２ｋＶにおいてほぼ管電流がなくなるため電子ビームの経路の移動中にウエネルト１１２及びアパーチャ１１３へ印加する電圧を−Ｖ２ｋＶとしたが、これは管電流をほぼなくすことができる電圧であれば他の電圧でもよく、例えば、コイルフィラメント１１１の電圧が低い場合にはより低い電圧を用いることも可能である。
【００９８】
そして、以上に説明したＸ線管１００を用いたＸ線ＣＴ装置において、第１の実施形態と同様に、架台装置０１０、寝台装置０２０、及び処理ユニット０３０によってＸ線ＣＴ画像が生成される。
【００９９】
以上で説明したように、本実施形態に係るＸ線管は、電子ビームの経路の移動を行うタイミングでウエネルト及びアパーチャにコイルフィラメントから出射される電子と比べて高い電圧を印加することが可能な構成である。これにより、コイルフィラメントから出射された電子は抑制され、電子ビームの経路の移動の間はアノードに電子ビームの照射が行われず、Ｘ線管の外にＸ線が照射されないため電子ビームの経路の移動の間に出射される電子による画像形成への影響を軽減することができ、尾引き現象を抑制し良好な画像を生成することが可能となる。
【０１００】
〔第３の実施形態〕
以下、この発明の第３の実施形態に係るＸ線管について説明する。本実施形態に係るＸ線管は電子ビームの経路の移動用の電磁偏向器を設けた構成であることが第１の実施形態と異なるものである。そこで、以下では電子ビームの経路の移動用の電磁偏向器の構成及び作用について主に説明する。図１４は本実施形態に係るＸ線管のＸ線を照射している状態のＸＺ方向の断面図であり、図１５は本実施形態に係るＸ線管のＸ線を照射している状態のＹＺ方向の断面図である。以下の説明では、第１の実施形態と同一の符号を付された機能部は特に説明のない限り同じ機能を有するものとする。
【０１０１】
本実施形態に係るＸ線管１００は、第１の実施形態と同様にコイルフィラメント１１１とアノード１０２との間のコイルフィラメント１１１の近傍の同一平面内にＸエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５を有している。さらに、本実施形態に係るＸ線管１００は、ＸＹエレクトロードとアノード１０２との間に電磁偏向器７００を配置している。本実施形態では電磁偏向器７００として図１６に示すトロイダルコイル７００ａを用いているが、これは他の構造を有する電磁偏向器でもよく、例えばサドルコイルの構造を有する電磁偏向器でもよい。ここで、図１６は電磁偏向器７００の一例であるトロイダルコイル７００ａの模式図である。
【０１０２】
本実施形態では、ＸＹエレクトロードによって照射範囲のサイズの変更を行い、電磁偏向器７００によって電子ビームの経路の移動を行う。すなわち、ＸＹエレクトロードに対して照射範囲のサイズ変更を行う電圧の変更を行い、その後の電子ビームの経路の移動を行う電圧の変更は行わず、電磁偏向器７００に電圧をかけることで電子ビームの経路の移動を行う。以下で、電磁偏向器７００及びＸＹエレクトロードの動作を具体的に説明する。
【０１０３】
電磁偏向器７００は、経路Ｌを囲むように設けられたトロイダルコイル７００ａをその中心軸が経路Ｌと一致するように設けている。この電磁偏向器７００は外部の電源発生源から電圧を受けることにより大きな電磁場を発生させる。そして、電磁偏向器７００は、発生させた電磁場により、磁界を介して電子ビームＥＢの経路を移動させる。この電子ビームＥＢの経路の移動が電子ビームの偏向である。
【０１０４】
また、本実施形態に係るＸエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５は照射範囲ＦＥＢのサイズの変更にのみ用いられる。これはスキャン制御部０３１が、サイズ変更のときのみＸエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５に対し電圧を変更させる制御を行い、電子ビームの移動の制御にはＸエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５に対し電圧の変更は行わないことでなされる。すなわち、ウエネルト１１２に印加されている電圧を基準としてその基準の電圧に対し照射範囲ＦＥＢのサイズ変更のための電圧の変更のみが行われる。
【０１０５】
そして、以上に説明したＸ線管１００を用いたＸ線ＣＴ装置において、第１の実施形態と同様に、架台装置０１０、寝台装置０２０、及び処理ユニット０３０によってＸ線ＣＴ画像が生成される。
【０１０６】
以上で説明したように本実施形態に係るＸ線管は、ＸＹエレクトロードによって照射範囲のサイズを調整し、電磁偏向器によって電子ビームの経路の移動を行う構成である。これにより、電磁偏向器を用いるため構造的には第１の実施形態に比べ大きな構造となるが、ＸＹエレクトロードに電子ビームの偏向を行うための電圧の変更の制御を行う必要がなくなるため、コイルフィラメントに対する電圧の変動を抑えることができ、コイルフィラメントから発生する電流を安定させる、すなわち電子ビームの制御を容易にすることができ、安定した電子ビームの移動が可能となる。
【０１０７】
また、以上では第１の実施形態を基に本実施形態を説明したが、第２の実施形態に対して本実施形態の機能を付加しても動作可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
０１０ 架台装置
０１１ 回転架台
０１２ 検出器
０１３ 高電圧発生装置
０１４ 駆動装置
０１５ 回転駆動装置
０１６ データ収集装置
０１７ コリメータ
０２０ 寝台装置
０２１ 寝台天板
０２２ 寝台駆動装置
０３０ 処理ユニット
０３１ スキャン制御部
０３２ 前処理部
０３３ 投影データ記憶部
０３４ 再構成処理部
０３５ 画像記憶部
０３６ 画像処理部
０３７ 表示装置
０３８ 入力装置
１００ Ｘ線管
１０２ アノード
１０３ 回転部材
１０４ シーリングユニット
１０５ 窓
１１０ 電子銃（コイルフィラメント式電子銃）
１１１ コイルフィラメント
１１２ ウエネルト
１１３ アパーチャ
１１４ａ、１１４ｂ Ｘエレクトロード
１１５ａ，１１５ｂ Ｙエレクトロード
７００ 電磁偏向器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医用機器、工業機器で使用されるＸ線ＣＴ装置（ＣＴ：Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ コンピュータ断層撮影）で用いられるＸ線管及びそのＸ線ＣＴ装置に関する。さらに詳しくは、ＣＴスキャナーにおける電子ビームの照射範囲のサイズの変更及び電子ビームの経路の移動の機能を有するＸ線管及びそれを用いたＸ線ＣＴ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線を主とする放射線を曝射して被写体の透過を検出し、検出した放射線の強度を示す投影データから被写体内の画像を再構成する画像診断装置である。このＸ線ＣＴ装置は、医療の最先端で急速に普及し、医療現場ではなくてはならない診断装置として、疾病の診断、治療や手術計画等を初めとする多くの医療行為において重要な役割を果たしている。また、工業用のＸ線検査装置においても、同様の原理でＣＴが製品化されている。Ｘ線ＣＴ装置の原理は、Ｘ線が被写体を透過する性質を利用し、多方向から被写体に向けてＸ線を照射し、被写体の反対側に対向させた検出器で投影データを測定し、断面像として画像を再構成するものである。
【０００３】
具体的には、医用のＸ線ＣＴ装置は、患者をスライド移動させながら、Ｘ線発生源であるＸ線管と被写体の反対側に対向させた検出器を高速で回転させてスライス投影し、Ｘ線投影データを測定して断面像を合成する。この医用のＸ線ＣＴ装置では、患者へのＸ線被曝量を抑えることや、撮影の高速化、高分解能化が要求される。そのため、医用のＸ線ＣＴ装置では、マルチスライス技術や、超高速画像処理などの技術により、高速かつ分解能の高い診断技術が提供されている。また、工業用のＸ線ＣＴ装置では、一般にＸ線発生部と被写体の反対側に対向させた検出器を固定し、被写体を回転させて投影データを測定し、断面像を合成する方法が用いられている。
【０００４】
Ｘ線ＣＴ装置のＸ線発生源であるＸ線管は、電子ビームを発生する電子光学系を有し、この電子光学系から照射される電子ビームを高速回転するアノードに衝突させ、アノード衝突でＸ線を発生する構成を備えている。Ｘ線ＣＴ装置におけるＸ線発生部は、上述した構成によりＸ線を発生するＸ線管で構成されている。ここで、以下の説明では、電子光学系としてコイルフィラメントを用いた場合に、フィラメントの長手方向（コイルの円の法線方向）をＸ方向、Ｘ線管の電子光学系から照射される電子ビームが進む方向がＺ方向、ＸとＺと直交する方向をＹ方向として説明する。
【０００５】
近年、この様なＸ線ＣＴ装置における高度化に伴い、固定焦点で使用されているＸ線発生源（Ｘ線管）に焦点可変、焦点移動の機能を付加することで、分解能向上、疑似欠陥低減、又は診断機能向上に対応した次世代ＣＴスキャナーの開発が要望されている。ここで、Ｘ線ＣＴ装置における実焦点とは電子がアノードに衝突してＸ線を発生した場所を指し、アノード上の電子ビームの照射範囲にあたる。
【０００６】
Ｘ線ＣＴ装置におけるＸ線管の焦点は、一般に固定焦点で使用されているが、アノードに着弾する電子ビーム（Ｘ線光源）を検出系に対して載置されている被検体の体軸と直交する方向（ＸＹ方向）への微小移動を行うことで、照射したＸ線を検出することで得られる投影データの空間分解能を増やすことができる。この様なＸＹ方向への移動による、高解像度のＸ線ＣＴ装置の技術（例えば、特許文献１参照。）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１５８１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような、Ｘ線ＣＴ装置において電子ビームの軌道はコイルフィラメントの断面の中央部とコイルフィラメントの断面の周辺部とでは違いが生じるので、コイルフィラメントの断面の周辺部からの電子は、コイルフィラメントの断面の中心部からの電子とは異なる位置でクロスオーバを形成し、アノードに照射された電子ビームにおいてボケが発生してしまう。特に前述した電子ビームの経路の移動を行った場合にボケの発生が顕著に表れてしまう。
【０００９】
また、検出系のＸＹ方向に電子ビームを移動するには、Ｘ線源が焦点可変（言い換えると、アノードに対する照射範囲の変更）や焦点移動（言い換えると、電子ビームの経路の移動）の機能を有する必要がある。この点、Ｘ線管のフィラメントは、大きなビーム電流が確保可能である反面、コイル状になっているため、電子ビームの発生軌道が複雑であり、電子ビームの経路の移動や照射範囲のサイズの変更により軌道を制御することが困難である。そして、電子ビームの経路の移動や照射範囲のサイズの変更を行う機構を備えた場合、Ｘ線源の大きさが大きくなってしまうおそれがある。また、電子ビームの経路の移動や照射範囲のサイズの変更を行うには大きな電圧が必要となってしまう。さらに大きな電圧を供給する場合、電源を小型化することが困難である。電源が大きくなってしまうと、当然Ｘ線源全体のサイズも大きくなってしまう。
【００１０】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、電子ビームのアノードに対する照射範囲の変更及び電子ビームの経路の移動を制御でき、アノードに照射された電子ビームの照射におけるボケを防止し、且つＸ線源をコンパクトなサイズにするＸ線管及びそれを使用したＸ線ＣＴ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のＸ線管は、通電によって電子ビームを放出するフィラメントと、前記電子ビームが入射することによりＸ線を出射するアノードと、前記フィラメントを収容する溝を有し、該溝の前記アノード側に面する開口から前記電子ビーム通過させる収納部材と、前記電子ビームの経路を挟んで所定方向に相互に対向して前記溝の前記開口の前記アノード側の近傍に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第１電極部材と、前記所定方向に直交する方向に相互に対向し且つ前記１対の第１電極部材を含む面と同一面上に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第２電極部材と、前記第１電極部材及び前記第２電極部材に印加する電圧を制御する電圧制御手段と、を備え、前記収納部材の前記溝の前記開口の前記所定方向と直交する方向の幅は、前記フィラメントが収容されている部分の前記所定方向と直交する方向の幅よりも狭く、前記電圧制御手段は、前記第１電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向のサイズの変更、及び前記電子ビームの前記所定方向への移動を制御し、前記第２電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向と直交する方向のサイズの変更、及び前記電子ビームの前記所定方向と直交する方向への移動を制御する、ことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６に記載のＸ線管は、通電によって電子ビームを放出するフィラメントと、前記電子ビームが入射することによりＸ線を出射するアノードと、前記フィラメントを収容する溝を有し、該溝の前記アノード側に面する開口から前記電子ビーム通過させる収納部材と、前記電子ビームの経路を挟んで所定方向に相互に対向して前記溝の前記開口の前記アノード側の近傍に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第１電極部材と、前記所定方向に直交する方向に相互に対向し且つ前記１対の第１電極部材を含む面と同一面上に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第２電極部材と、前記第１電極部材及び前記第２電極部材に印加する電圧を制御する電圧制御手段と、前記電子ビームの経路上で前記第１電極部材及び前記第２電極部材と前記アノードとの間に、前記電子ビームの経路を囲うように配置された前記電子ビームの経路を偏向する電磁偏向器と、を備え、前記収納部材の前記溝の前記開口の前記所定方向と直交する方向の幅は、前記フィラメントが収容されている部分の前記所定方向と直交する方向の幅よりも狭く、前記電圧制御手段は、前記第１電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向のサイズの変更を制御し、前記第２電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向と直交する方向のサイズの変更を制御する、ことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７に記載のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線を曝射するＸ線管と、前記Ｘ線管から曝射されたＸ線を検出する検出器と、前記検出器の検出に基づく前記投影データから画像を再構成する再構成手段と、前記Ｘ線管の制御を含む前記Ｘ線の検出によるスキャンの制御を行う制御手段と、を備えるＸ線ＣＴ装置であって、前記Ｘ線管は、通電によって電子ビームを放出するフィラメントと、前記電子ビームが入射することによりＸ線を出射するアノードと、前記フィラメントを収容する溝を有し、該溝の前記アノード側に面する開口から前記電子ビーム通過させる収納部材と、前記電子ビームの経路を挟んで所定方向に相互に対向して前記溝の前記開口の前記アノード側の近傍に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第１電極部材と、前記所定方向に直交する方向に相互に対向し且つ前記１対の第１電極部材を含む面と同一面上に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第２電極部材と、を備え、前記収納部材の前記溝の前記開口の前記所定方向と直交する方向の幅は、前記フィラメントが収容されている部分の前記所定方向と直交する方向の幅よりも狭く、前記制御手段は、前記第１電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向のサイズの変更、及び前記電子ビームの前記所定方向への移動を制御し、前記第２電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向と直交する方向のサイズの変更、及び前記電子ビームの前記所定方向と直交する方向への移動を制御する電圧制御手段を備える、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載のＸ線管及び請求項７に記載のＸ線ＣＴ装置は、電子が出射される溝の開口部に突出部を設け、さらにフィラメントの近傍の同一平面内に、所定方向へのアノードに対する電子ビームの照射範囲の変更及び移動を行う第１電極部材と、所定方向と直交する方向へのアノードに対する電子ビームの照射範囲の変更及び移動を行う第２電極部材とを配置した構成である。これにより、突出部によりフィラメントの断面の周辺部から出射された電子を遮蔽することができ、アノードに照射された電子ビームにおけるボケの発生を抑えることができる。また、第１電極部材と第２電極部材とを電子ビームの経路上の異なる位置に配置した場合に比べてＸ線管を小型化できる。また、フィラメントの近傍に電極を配置したことで、電子ビームの照射範囲のサイズの変更や移動のために電極に印加する電圧を抑えることができる。さらに、電極に印加する電圧を抑えることにより、電極に電気を供給する電源を小型化できるので、Ｘ線管をより小型化することが可能となる。
【００１５】
請求項６に記載のＸ線管は、電子が出射される溝の開口部に突出部を設け、フィラメントの近傍の同一平面内に、所定方向へのアノードに対する電子ビームの照射範囲の変更を行う第１電極部材と、所定方向と直交する方向へのアノードに対する電子ビームの照射範囲の変更を行う第２電極部材とを配置し、さらに第１電極部材及び第２電極部材とアノードとの間に電子ビームを移動させる電磁偏向器を配置した構成である。これにより、突出部によりフィラメントの断面の周辺部から出射された電子を遮蔽することができ、アノードに照射された電子ビームにおけるボケの発生を抑えることができるとともに、第１電極部材及び第２電極部材によって電子ビームの経路の移動を行う場合に比べ、制御が容易となり、安定した電子ビームの経路の移動が行える。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係るＸ線管のＸ線を照射している状態のＸＺ方向の断面図
【図２】第１の実施形態に係るＸ線管のＸ線を照射している状態のＹＺ方向の断面図
【図３】アノード側から見たウェルネルトの平面図
【図４】アノード側からフィラメント側へ見たＸエレクトロード及びＹエレクトロードの平面図
【図５】アパーチャによる電子ビームの遮蔽を説明するためのＸ線を照射している状態のフィラメント及びその近傍のＹＺ方向の拡大断面図
【図６】（Ａ）大きな照射範囲のサイズの状態のＸＺ方向の断面図、（Ｂ）大きな照射範囲のサイズの状態のＹＺ方向の断面図
【図７】（Ａ）小さな照射範囲のサイズの状態のＹＺ方向の断面図、（Ｂ）小さな照射範囲のサイズの状態のＹＺ方向の断面図
【図８】ＸＹエレクトロードに基準電圧に重畳された電圧とその時の照射範囲のサイズとの関係を表すグラフ
【図９】（Ａ）Ｘ方向の電子ビームの経路の移動を説明するためのＸＺ方向の模式的な断面図、（Ｂ）Ｙ方向の電子ビームの経路の移動を説明するためのＹＺ方向の模式的な断面図
【図１０】ＸＹエレクトロードに基準の電位に重畳された電圧とその時の電子ビームの経路の移動距離との関係を表すグラフ
【図１１】本発明に係るＸ線管を搭載したＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図
【図１２】電流のカットオフのためのウエネルト及びアパーチャへの高電圧の印加のタイミングを説明するための図
【図１３】ウエネルト及びアパーチャへ印加した電圧とアパーチャに到達する管電流の割合の関係を表すグラフ
【図１４】第２の実施形態に係るＸ線管のＸ線を照射している状態のＸＺ方向の断面図
【図１５】第２の実施形態に係るＸ線管のＸ線を照射している状態のＹＺ方向の断面図
【図１６】電磁偏向器の一例であるトロイダルコイルの模式図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
〔第１の実施形態〕
以下、この発明の第１の実施形態に係るＸ線管及びそのＸ線管を用いたＸ線ＣＴ装置について説明する。以下では、まずＸ線管の構成を説明し、その後Ｘ線ＣＴ装置全体の説明をする。以下の説明では、後述するコイルフィラメントの長手方向（コイルの円の法線方向）、すなわち図１の紙面に向かって上下方向をＸ方向、Ｘ線管の電子工学系から出射される電子ビームが進む方向、すなわち図１の紙面に向かって左右方向をＺ方向、ＸとＺと直交する方向、すなわち図１の紙面の法線方向をＹ方向として説明する。
【００１８】
また、以下の説明ではアノードに電子が照射される照射範囲のサイズの変更及びアノードに照射される電子ビームの経路の移動（電子ビームの移動ともいう）として説明するが、上述したように一般的にＸ線ＣＴ装置における実焦点といわれるものは電子がアノードに衝突してＸ線を発生した場所を指すので、言い換えれば、照射範囲のサイズの変更は実焦点のサイズの変更と言え、電子ビームの経路の移動は実焦点の移動と言える。
【００１９】
（Ｘ線管）
図１は、本実施形態に係るＸ線管のＸ線を照射している状態のＸＺ方向の断面図である。また、図２は、本実施形態に係るＸ線管のＸ線を照射している状態のＹＺ方向の断面図である。
【００２０】
Ｘ線管１００は、フィラメント加熱電流の供給及び高電圧の印加を受けてＸ線を発生させる。このＸ線管１００は、図１に示すように、通電により熱電子を放出するコイルフィラメント１１１を有する電子銃（コイルフィラメント式電子銃）１１０と、コイルフィラメント１１１から放出された電子が照射されることによりＸ線を出射するアノード１０２とが設けられている。電子銃１１０及びアノード１０２は、シールド１２０内に密閉されている。
【００２１】
電子銃１１０は、コイルフィラメント１１１、ウエネルト１１２、アパーチャ１１３、一対のＸエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂ（以下、総称して「Ｘエレクトロード１１４」ともいう）、並びに一対のＹエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂ（以下、総称して「Ｙエレクトロード１１５」ともいう）で構成されている。ここで、このＸエレクトロード１１４が本発明における「第１電極部材」であり、Ｙエレクトロード１１５が本発明における「第２電極部材」にあたる。以下では、Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５を合わせて「ＸＹエレクトロード」と呼ぶことがある。そして、電子銃１１０は、後述するＸエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５が形成する開口から−Ｚ軸方向に降ろした垂線上にコイルフィラメント１１１を配している。電子銃１１０は、このコイルフィラメント１１１に対するフィラメント加熱電流の供給及び高電圧の印加を受け、電子を開口から＋Ｚ軸方向へ経路Ｌ上に出射する。経路Ｌは図１の一点鎖線で示される直線である。
【００２２】
アノード１０２は、Ｚ軸方向に延びる回転部材１０３と一体化されており、コイルフィラメント１１１と開口とを結ぶ経路Ｌ上に配置されている。このアノード１０２の経路Ｌ上の表面に、電子銃１１０から出射した電子ビームが照射される。そして、電子ビームの表面への照射を受けて、アノード１０２は、経路Ｌと直交する方向（回転部材１０３と直交する方向）にＸ線を出射する。
【００２３】
従って、アノード１０２の形状は、その頂面が−Ｚ軸方向に向いた円錐台形状であり、その円錐表面に相当する側面１０２ａの法線は、例えば経路Ｌに対して数度程度傾斜している。また、回転部材１０３は、シールド１２０の外部に引き出されており、モータ（不図示）によって回転する。シールド１２０と回転部材１０３との間にはシーリングユニット１０４が設けられている。回転部材１０３の中心軸は、コイルフィラメント１１１と電子銃１１０の開口とを結ぶ電子ビームの経路ＬからＸ軸方向にシフトしている。従って、電子ビームは、アノード１０２の傾斜面である側面１０２ａに照射される。アノード１０２の少なくとも電子ビームが照射される当該側面１０２ａ部分は、例えばタングステンにより形成されている。尚、このシフトの方向は、後述するコイルフィラメント１１１の長手方向に一致する。
【００２４】
シールド１２０のアノード１０２から出射したＸ線が通過する位置には、ベリリウム膜からなる窓１０５が設けられている。Ｘ線は、この窓１０５を介して、Ｘ線管１００の外部に照射される。
【００２５】
このようなＸ線管１００において、電子銃１１０は、図１及び図２に示すように、電子ビームの出射方向に向かって、ウエネルト１１２、コイルフィラメント１１１、アパーチャ１１３、ＸＹエレクトロードが、この順に配列されている。
【００２６】
ウエネルト１１２は、図３に示すようなステンレス等の非磁性金属からなる円板状の部材である。図３はアノード１０２側から見たウエネルト１１２の平面図である。そして、ウエネルト１１２は、アノード１０２側の面に溝１１２ａを有している。本実施形態では、溝１１２ａは図３に示すように長方形の両端が膨らんだ形状を有している。溝１１２ａの長手方向（Ｘ軸方向）の中心軸はコイルフィラメント１１１の長手方向の中心軸と一致している。さらにウエネルト１１２の中心は、経路Ｌと一致している。
【００２７】
ウエネルト１１２の溝１１２ａのアノード１０２側には、アパーチャ１１３が設けられている。アパーチャ１１３は、開口１１３ａを有する板状（本実施形態では円板状）の部材である。このアパーチャ１１３は、出射された電子ビームの範囲を制限する部材である。開口１１３ａは、図１に示すようにＸ軸方向には溝１１２ａより大きな幅を有している。そして、開口１１３ａは、図２に示すようにＹ軸方向には溝１１２ａより小さな幅を有している。本実施形態では、開口１１３ａは図３に示す溝１１２ａのように長手方向の両側端部が膨らんだ長方形の形状を有している。そして、開口１１３ａの長手方向（Ｘ軸方向）の中心軸は溝１１２ａの長手方向の中心軸に一致している。このウエネルト１１２及びアパーチャ１１３が本発明における「収納部材」にあたる。そして、溝１１２ａ及び開口１１３ａが本発明における「溝」にあたり、アパーチャ１１３は本発明における「収納部材の突出」した部分にあたる。
【００２８】
コイルフィラメント１１１は、螺旋状に巻回しつつ溝１１２ａと同じ方向に延びる、すなわち、溝１１２ａの伸びる方向（Ｘ軸方向）に長手方向を有するフィラメントである。コイルフィラメント１１１は、例えばタングステンによって形成されており、通電されることによって熱電子を放出する。コイルフィラメント１１１は、溝１１２ａ内に半ば収納されているが、ウエネルト１１２に接触はしていない。
【００２９】
一対のＸエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂは、経路Ｌを挟んで相互に対向するように設けられており、Ｘ軸方向に配列されている。Ｘエレクトロード１１４ａと１１４ｂとの間の距離は、コイルフィラメント１１１の長手方向の長さよりも長くなるように配置されている。また、一対のＹエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂも、経路Ｌを挟んで相互に対向するように設けられており、Ｙ軸方向に配列されている。そして、Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５は、同一平面（ＸＹ平面）上に配置されている（図４参照）。このＸエレクトロード１１４、後述するようにそれぞれに同じ電位がかけられ印加される電圧が変更された場合にはアノード１０２に対する電子ビームの照射範囲ＦＥＢを変更し、一方が所定電圧上げられ他方が所定電圧下げられた場合には電子ビームの経路を移動するものである。また、Ｙエレクトロード１１５も同様に、それぞれに同じ電位がかけられ印加される電圧が変更された場合にはアノード１０２に対する電子ビームの照射範囲ＦＥＢを変更し、一方が所定電圧上げられ他方が所定電圧下げられた場合には電子ビームの経路を移動するものである。
【００３０】
Ｘエレクトロード１１４は、電圧が印加されて、Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂの１対の電極間に電界を発生させる。このＸエレクトロード１１４は、ステンレス等の非磁性金属により形成されている。また、一対のＸエレクトロード１１４の形状は相互に同一である。各Ｘエレクトロード１１４の形状は、経路Ｌ上の１点を中心とする円板の一部であり、その弦はＹ方向に延びている。
【００３１】
Ｙエレクトロード１１５は、電圧が印加されて、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂの１対の電極間に電界を発生させる。このＹエレクトロード１１５は、ステンレス等の非磁性金属により形成されている。一対のＹエレクトロード１１５の形状は相互に同一であり、長方形の形状をしている。
【００３２】
そして、対向するＸエレクトロード１１４ａ及びＸエレクトロード１１４ｂの間に挟まれるようにＹエレクトロード１１５が配置されている。具体的には、のＸエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５の配置は図４に示すように配置されている。図４はアノード１０２側からコイルフィラメント１１１側へ見たＸエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５の平面図である。各Ｘエレクトロード１１４と各Ｙエレクトロード１１５との間には隙間があいている。そして、対向するＸエレクトロード１１４と対向するＹエレクトロード１１５とによって電子ビームが通過するための隙間が形成される。図４では、ＸＹエレクトロードによって形成された隙間の向こうにコイルフィラメント１１１が見えている。
【００３３】
ウエネルト１１２、Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂ、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂには、Ｘ線管１００の外部から電位が印加される。また、コイルフィラメント１１１には、Ｘ線管１００の外部から電力が供給される。このＸエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂ並びにＹエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂは相互に絶縁されており、これらの電位は相互に独立して制御可能となっている。すなわち、Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂにはそれぞれ異なる電圧を印加することができ、また、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂにはそれぞれ異なる電圧を印加することができる。
【００３４】
次に、上述の如く構成されたＸ線管１００の動作について説明する。まず、シールド１２０内を真空とする。次に、アノード１０２とウエネルト１１２との間に、ウエネルト１１２にはアノード１０２に比べて低い電圧を印加する。例えば、アノード１０２に接地電位を印加し、ウエネルト１１２に−数十ｋＶの電位を印加する。また、シールド１２０に接地電位を印加する。これにより、シールド１２０内に、ウエネルト１１２からアノード１０２に向かう電界が形成される。このウエネルト１１２への電圧の印加は後述する高電圧発生装置０１３によって行われる。また、ウエネルト１１２へ印加する電圧値の制御はスキャン制御部０３１によって行われる。
【００３５】
また、コイルフィラメント１１１の電位は、ウエネルト１１２の電位よりもやや正極側の電位とする。
【００３６】
この状態で、コイルフィラメント１１１に、Ｘ線管１００の外部から電力を供給して通電させる。これにより、コイルフィラメント１１１が加熱され、熱電子を放出する。放出された電子のうち図５に示す点線２０１と一点鎖線２０２との間に放出される電子はアパーチャ１１３によって遮蔽されるため、実際には点線５０１と一点鎖線５０２との間の電子ビームはアノード１０２に照射されない。実際に照射されるのは一点鎖線５０２で挟まれた領域の電子ビームである。放出された電子は、ウエネルト１１２によるレンズ効果によって収縮し、経路Ｌに沿って電子ビームＥＢを形成し、アノード１０２の側面１０２ａに対して照射される。
【００３７】
電子ビームの軌道はコイルフィラメント１１１の断面の中央部（一点鎖線５０２で挟まれる領域）とコイルフィラメント１１１の断面の周辺部（点線５０１と一点鎖線５０２との間の領域）では違いが生じるので、点線５０１と一点鎖線５０２との間の電子は点線５０１で示すように一点鎖線５０２で挟まれる領域の電子とは異なる位置でクロスオーバを形成し、アノード１０２での焦点におけるボケが発生してしまう。特に後述する電子ビームの経路の移動を行った場合にボケの発生が顕著に表れてしまう。
【００３８】
そこで、アパーチャ１１３によりボケを発生させる原因となる点線５０１と一点鎖線５０２との間の電子を遮蔽することで、ボケのない正確な焦点を形成することが可能となる。コイルフィラメント１１１から放出された一点鎖線５０２で挟まれる領域の電子ビームは、ＹＺ断面で見た場合ウエネルト１１２からＸＹエレクトロードの間にかけてクロスオーバし、後述するＸＹエレクトロードレンズ効果で電子ビームはほぼ平行ビームとなりアノード１０２に向かう。
【００３９】
ここで、上述したようにコイルフィラメント１１１から発生する電子ビームをアパーチャ１１３によって制限しているので、アパーチャ１１３を設けない状態に比べて電流が減ってしまうことも考えられる。そこで、アパーチャ１１３によって制限された不足分の電流を、コイルフィラメント１１１の径及び長さをアパーチャ１１３を設けない場合に比べて大きくすることで補う構成にしてもよい。
【００４０】
アノード１０２の側面１０２ａにおける電子ビームＥＢが照射される領域を照射範囲ＦＥＢとする（これは、一般的には実焦点ＦＥＢともいわれる。以下ではすべて照射範囲ＦＥＢという）。照射範囲ＦＥＢの形状は、コイルフィラメント１１１の形状が縮小された形状である。
【００４１】
これにより、アノード１０２の照射範囲ＦＥＢに相当する部分がＸ線を出射する。Ｘ線は窓１０５に到達し、窓１０５を透過してＸ線管１００の外部に出射する。このようにして、Ｘ線管１００は、Ｘ線ＣＴ装置のＸ線源として使用される。
【００４２】
このＸ線管１００は、Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂ、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂにそれぞれ電位を印加することにより、静電場を形成し、照射範囲ＦＥＢの大きさを制御するとともに、電子ビームＥＢの軌道を制御することができる。具体的には、ウエネルト１１２の電位を基準電位として、Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５のそれぞれに基準電位に数ｋＶ程度以内の電位を加えた電圧を印加する。このＸエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂ、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂへの電圧の印加は後述する高電圧発生装置０１３によって行われる。また、Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂ、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂへ印加する電圧の制御はスキャン制御部０３１によって行われる。
【００４３】
そこで、まず照射範囲ＦＥＢのサイズの変更を具体的に説明する。図６（Ａ）は大きな照射範囲ＦＥＢのサイズの状態のＸＺ方向の断面図であり、図６（Ｂ）は大きな照射範囲ＦＥＢのサイズの状態のＹＺ方向の断面図である。また、図７（Ａ）は小さな照射範囲ＦＥＢのサイズの状態のＸＺ方向の断面図であり、図７（Ｂ）小さな照射範囲ＦＥＢのサイズの状態のＹＺ方向の断面図である。
【００４４】
Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂの電位をいずれもウエネルト１１２の電位と等しくした場合を基準（図６（Ａ）の点線で示される経路）にし、例えば、Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂの双方に対して、いずれもウエネルト１１２の電位に対して＋２ｋＶとするように、同じ量の電位を加えた電圧を印加する。そうすると、図６（Ａ）に示すように、電子ビームＥＢのビーム径をＸ方向において拡大することができ、照射範囲ＦＥＢのＸ方向におけるサイズを大きくすることができる。
【００４５】
同様にＹ方向についても、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂの電位をいずれもウエネルト１１２の電位と等しくした場合を基準（不図示）にし、例えば、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂの双方に対して、いずれもウエネルト１１２の電位に対して＋２ｋＶとするように、同じ量の電位を加えた電圧を印加する。そうすると、図６（Ｂ）に示すように、電子ビームＥＢのビーム径をＹ方向において拡大することができ、照射範囲ＦＥＢのＹ方向におけるサイズを大きくすることができる。
【００４６】
逆に、Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂの双方に対して、いずれもウエネルト１１２の電位に対して、同じ量の電位を引いた電圧を印加する。そうすると、図７（Ａ）に示すように、電子ビームＥＢのビーム径をＸ方向に縮小することができ、照射範囲ＦＥＢのＸ方向における大きさを小さくすることができる。
【００４７】
同様にＹ方向についても、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂの双方に対して、いずれもウエネルト１１２の電位に対して、同じ量の電位を引いた電圧を印加する。そうすると、図７（Ｂ）に示すように、電子ビームＥＢのビーム径をＹ方向に縮小することができ、照射範囲ＦＥＢのＹ方向における大きさを小さくすることができる。
【００４８】
ここで、ＸＹエレクトロードそれぞれに印加する電圧と照射範囲ＦＥＢのサイズの大きさとの関係を説明する。図８は、ＸＹエレクトロードに基準電圧に重畳された電圧とその時の照射範囲ＦＥＢのサイズとの関係を表すグラフである。図８は、縦軸にＹエレクトロード１１５に印加した電圧（ｋＶ）を採り、横軸にＸエレクトロード１１４に印加した電圧を採ったグラフである。ここで、図８における０はウエネルト１１２に印加されている電圧がＸＹエレクトロードに印加されている状態からどのくらい電圧が上げられたか又は下げられたかを示している。さらに、図８はＸＹエレクトロードへの特定の印加電圧に対する照射範囲のサイズ（照射範囲ＦＸＢで表わしている。）をグラフ中に表している。図８では各Ｘエレクトロード１１４に同じ量だけ電圧を上げ又は下げ、各Ｙエレクトロード１１５に同じ量だけ電圧を上げ又は下げたものとする。
【００４９】
Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５にそれぞれＶＸ１１（ｋＶ）、ＶＹ１１（ｋＶ）を加えると、照射範囲ＦＸＢのサイズは１辺Ｌ１１ｍｍの正方形となる。また、Ｘエレクトロード１１４にＶＸ１２（ｋＶ）をＹエレクトロード１１５にＶＹ１２（ｋＶ）を加えると、照射範囲ＦＸＢのサイズは１辺Ｌ１１ｍｍの正方形よりも小さい１辺Ｌ１２（ｍｍ）の正方形（Ｌ１２＜Ｌ１１）となる。ＸＹエレクトロードに印加する電圧を下げていくと照射範囲ＦＸＢのサイズは小さくなり、ＸＹエレクトロードに印加する電圧を上げていくと照射範囲ＦＸＢのサイズは大きくなる。
【００５０】
次に照射範囲ＦＥＢの移動について具体的に説明する。図９（Ａ）はＸ方向の照射範囲ＦＥＢの移動を説明するためのＸＺ方向の模式的な断面図である。また、図９（Ｂ）はＹ方向の照射範囲ＦＥＢの移動を説明するためのＹＺ方向の模式的な断面図である。
【００５１】
Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂの電位をいずれも等しい電位とした場合を基準（図９（Ａ）の点線９０１で示される経路）にする。ここで、いずれも等しい電位とはウエネルト１１２とおなじ電位でもよいし、ウエネルト１１２と同じ電位であるＸエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂに対して何れも等しい電圧を印加した電位でもよい。そして、この基準の状態から、例えば、Ｘエレクトロード１１４ａに正の電位を加え（電圧を上げて）、Ｘエレクトロード１１４ｂに対して負の電位を加える（電圧を下げる）。そうすると、図９（Ａ）に示すように、電子ビームＥＢの経路を＋Ｘ方向に移動することができ、照射範囲ＦＥＢを＋Ｘ方向に移動することができる。
【００５２】
逆に、基準の電位に対して、Ｘエレクトロード１１４ａに負の電位を加え（電圧を下げ）、Ｘエレクトロード１１４ｂに正の電位を加える（電圧を上げる）ことで、図９（Ａ）とは逆の方向、すなわち−Ｘの方向に電子ビームＥＢの経路を移動することができ、照射範囲ＦＥＢを−Ｘ方向に移動することができる。
【００５３】
同様にＹ方向についても、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂの電位をいずれも等しい電位とした場合を基準（図９（Ｂ）の点線５０３で示される経路）にする。ここで、いずれも等しい電位とはウエネルト１１２とおなじ電位でもよいし、ウエネルト１１２と同じ電位であるＹエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂに対して何れも等しい電圧を印加した電位でもよい。そして、この基準の状態から、Ｙエレクトロード１１５ａに正の電位を加え（電圧を上げて）、Ｙエレクトロード１１５ｂに対して負の電位を加える（電圧を下げる）。そうすると、図９（Ｂ）に示すように、電子ビームＥＢの経路を＋Ｙ方向に移動することができ、照射範囲ＦＥＢを＋Ｙ方向に移動することができる。
【００５４】
逆に、基準の電位に対して、Ｙエレクトロード１１５ａに負の電位を加え（電圧を下げ）、Ｙエレクトロード１１５ｂに正の電位を加える（電圧を上げる）ことで、図９（Ｂ）とは逆の方向、すなわち−Ｙの方向に電子ビームＥＢの経路を移動することができ、照射範囲ＦＥＢを−Ｙ方向に移動することができる。
【００５５】
ここで、ＸＹエレクトロードそれぞれに印加する電圧と電子ビームの経路の移動による照射範囲の移動距離との関係を説明する。図１０は、ＸＹエレクトロードに基準の電位に加えた電圧とその時の照射範囲の移動距離との関係を表すグラフである。図１０は、横軸にＸエレクトロード１１４ａ又はＹエレクトロード１１５ａに印加した電圧（ｋＶ）を採り、縦軸にＸＹ方向それぞれの方向への電子ビームの経路の移動距離（ｍｍ）を採ったグラフである。ここで、図１０における０は同じ電位の電圧がＸＹエレクトロードに印加されている状態を示し、そこからどのくらい電圧が上げられたか又は下げられたかを示している。図１０はＸエレクトロード１１４ａの電圧を上げた場合にはＸエレクトロード１１４ｂの電圧を下げ、Ｘエレクトロード１１４ａの電圧を下げた場合にはＸエレクトロード１１４ｂの電圧を上げている。同様に、Ｙエレクトロード１１５ａの電圧を上げた場合にはＹエレクトロード１１５ｂの電圧を下げ、Ｙエレクトロード１１５ａの電圧を下げた場合にはＹエレクトロード１１５ｂの電圧を上げている。そして、実線６０１がＸエレクトロード１１４に電圧を重畳させた場合のＸ方向の照射範囲ＦＥＢの移動距離を表し、一点鎖線６０２がＹエレクトロード１１５に電圧を重畳させた場合のＹ方向の照射範囲ＦＥＢの移動距離を表している。
【００５６】
Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５に基準の電位に対して印加する電圧を変更していない状態では照射範囲ＦＥＢの移動はなく移動距離は０（ｍｍ）である。また、Ｘエレクトロード１１４ａに−ＶＸ２１（ｋＶ）をＸエレクトロード１１４ｂに＋ＶＸ２１（ｋＶ）を加えると、照射範囲ＦＥＢは−Ｘ方向にＬ２１（ｍｍ）移動する。また、Ｘエレクトロード１１４ａに＋ＶＸ２１（ｋＶ）をＸエレクトロード１１４ｂに−ＶＸ２１（ｋＶ）を加えると、照射範囲ＦＥＢは＋Ｘ方向にＬ２１ｍｍ移動する。また、Ｙエレクトロード１１５ａに−ＶＹ２１（ｋＶ）をＹエレクトロード１１５ｂに＋ＶＹ２１（ｋＶ）を加えると、照射範囲ＦＥＢは−Ｘ方向にＬ２２（ｍｍ）移動する。また、Ｙエレクトロード１１５ａに＋ＶＹ２１（ｋＶ）をＹエレクトロード１１５ｂに−ＶＹ２１（ｋＶ）を加えると、照射範囲ＦＥＢは＋Ｙ方向にＬ２２（ｍｍ）移動する。
【００５７】
このように、Ｘエレクトロード１１４ａに印加する電圧を上げ、Ｘエレクトロード１１４ｂに印加する電圧を下げていくと照射範囲ＦＥＢは＋Ｘ方向に移動し、Ｘエレクトロード１１４ａに印加する電圧を下げ、Ｘエレクトロード１１４ｂに印加する電圧を上げていくと照射範囲ＦＥＢは−Ｘ方向に移動する。また、Ｙエレクトロード１１５ａに印加する電圧を上げ、Ｙエレクトロード１１５ｂに印加する電圧を下げていくと照射範囲ＦＥＢは＋Ｘ方向に移動し、Ｙエレクトロード１１５ａに印加する電圧を下げ、Ｙエレクトロード１１５ｂに印加する電圧を上げていくと照射範囲ＦＥＢは−Ｘ方向に移動する。
【００５８】
以上で説明したように、Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５に印加する電圧を変更することで、照射範囲ＦＥＢのサイズの変更及び電子ビームの経路の移動を行うことができる。ここで、コイルフィラメント１１１からの距離が離れるにつれ、コイルフィラメント１１１から射出された電子ビームは照射中心から広がるなどして調整するための照射範囲ＦＥＢのサイズや電子ビームの経路の位置から電子ビームの経路がよりずれてしまう。そのため、コイルフィラメント１１１から離れた場所ほど所望の照射範囲ＦＥＢのサイズへの変更や電子ビームの経路の移動を行うにあたり、大きな電圧を印加する必要がある。この点、本実発明では、Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５を同一平面に配置することにより、Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５いずれもコイルフィラメント１１１に近接して配置することができる。そのめ、本発明によれば、Ｘエレクトロード１１４又はＹエレクトロード１１５のいずれかをコイルフィラメント１１１から離して配置した場合と比較して、Ｘ方向及びＹ方向のいずれの方向に対しても照射範囲ＦＥＢの変更や電子ビームの経路の移動を行うために必要とする電圧を小さく抑えることが可能となる。
【００５９】
さらに、上述したように低い電圧で照射範囲ＦＥＢのサイズの変更及び電子ビームの経路の移動を所望のサイズ及び位置に調整することが可能なため、Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５のそれぞれに電気を供給するための電源自体を小さくすることが可能となる。それにより、その供給電源を含むＸ線ＣＴ装置の全体のサイズを小さくすることが可能となる。
【００６０】
また、上述したように、Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５をコイルフィラメント１１１の近傍の同一平面に配置され、これらとコイルフィラメント１１１が近傍に配置されているため、コイルフィラメント１１１からアノード１０２までの距離を短くすることができる。これにより、コイルフィラメント１１１及びアノード１０２を含んで構成されるＸ線管１００の全体の大きさを小さくすることが可能となる。
【００６１】
図１１は、このようなＸ線管１００を搭載したＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図である。
【００６２】
Ｘ線ＣＴ装置は、架台装置０１０、寝台装置０２０、及び処理ユニット０３０を備えて構成されている。架台装置０１０と寝台装置０２０は、処理ユニット０３０により制御可能に信号線で接続されている。
【００６３】
架台装置０１０は、Ｘ線を主とする放射線を曝射し、被検体を透過した放射線を検出する装置であり、開口を有する。この架台装置０１０の内部には、ガントリと呼ばれる回転架台０１１が収容されている。Ｘ線管１００は、この回転架台０１１に検出器０１２と対になって設置される。Ｘ線管１００と検出器０１２とは、回転架台０１１の開口を挟んで対向して設置される。また、架台装置０１０の内部には、Ｘ線管１００と対になって高電圧発生装置０１３と絞り駆動装置０１４が配置され、回転架台０１１と対になって回転駆動装置０１５が配置され、検出器０１２と対になってデータ収集装置０１６が配置される。
【００６４】
回転架台０１１は、回転駆動装置０１５の駆動に従動して開口を中心に回転する。高電圧発生装置０１３は、Ｘ線管１００のコイルフィラメント１１１に対する加熱電流の供給及び高電圧の印加、Ｘエレクトロード１１４、Ｙエレクトロード１１５、及びウエネルト１１２に対する電圧の印加をそれぞれ独立して行う。
【００６５】
絞り駆動装置０１４は、Ｘ線管１００と検出器０１２との間に介在するコリメータ０１７の照視野形状を可変させることで、発生した放射線をファンビーム形状やコーンビーム形状に絞る。
【００６６】
検出器０１２は、多列多チャンネルの放射線検出素子を配し、被検体Ｐを透過した放射線を検出して、その検出データ（純生データ）を電流信号として出力する。放射線検出素子は、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形や、Ｘ線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形が主流である。
【００６７】
データ収集装置０１６は、放射線検出素子毎にＩ−Ｖ変換器と積分器とプリアンプとＡ／Ｄ変換器を備え、各放射線検出素子からの電流信号を電圧信号に変換し、電圧信号を放射線の曝射周期に同期して周期的に積分して増幅し、ディジタル信号に変換している。データ収集装置０１６は、ディジタル信号に変換した検出データを信号線を介して処理ユニット０３０に出力する。
【００６８】
寝台装置０２０は、基台の上面に寝台天板０２１を載置する。寝台天板０２１には、被検体Ｐが載置される。寝台天板０２１は、寝台駆動装置０２２の駆動に従動して所定の速度で開口軸方向に移動可能となっている。
【００６９】
回転架台０１１の回転と寝台天板０２１の移動が同時に行われることで、Ｘ線管１００及び検出器０１２と寝台天板０２１との相対移動がヘリカル形状となり、ヘリカルスキャンが実施される。また寝台天板０２１の停止中に回転架台０１１の回転が行われることで、コンベンショナルスキャン又はダイナミックスキャンが実施される。
【００７０】
処理ユニット０３０は、スキャン制御部０３１と、前処理部０３２と、投影データ記憶部０３３と、再構成処理部０３４と、画像記憶部０３５と、画像処理部０３６と、表示装置０３７と、入力装置０３８とを備える。
【００７１】
表示装置０３７は、ＣＲＴや液晶ディスプレイ等のモニタであり、再構成された被検体Ｐ内の画像を表示する。入力装置０３８は、キーボード、マウス、トラックボール等の入力インターフェースであり、操作者により撮影条件が入力され、また配置されている開始ボタンの押下等が入力される。
【００７２】
スキャン制御部０３１は、入力装置０３８を用いて入力された撮影条件に従って、スキャンを制御する。撮影条件には、被検体の総撮影範囲、総撮影範囲内で区分けされた各区域の範囲、ヘリカルピッチ（ＨＰ）、回転速度、管電圧（ｋＶ）、管電流（ｍＡ）、及び照射範囲ＦＥＢのサイズ等が含まれる。
【００７３】
スキャンの制御としては、高電圧発生装置０１３、回転駆動装置０１５、データ収集装置０１６、絞り駆動装置０１４、及び寝台駆動装置０２２、前処理部０３２、再構成処理部０３４に対して、所定のタイミングで各種の制御信号を出力することで、回転架台０１１の回転、寝台の移動、Ｘ線管１００が曝射するＸ線の線量、Ｘ線管１００内で出射される照射範囲ＦＥＢのサイズ、投影データの前処理、及び画像の再構成を制御する。
【００７４】
特に、Ｘ線管１００のアノード１０２に照射される電子の照射範囲ＦＥＢのサイズにおける制御では、スキャン制御部０３１は、照射範囲ＦＥＢを大サイズにするときにＸエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂの双方に対して同じ量だけ電圧を上げるよう高電圧発生装置０１３を制御する。Ｙエレクトロード１１５に対しても同様である。
【００７５】
一方、照射範囲ＦＥＢを小サイズにするときは、スキャン制御部０３１は、Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂの双方に対して同じ量だけ電圧を下げるよう高電圧発生装置０１３を制御する。Ｙエレクトロード１１５に対しても同様である。
【００７６】
また、照射範囲ＦＥＢをＸ方向に移動するときには、スキャン制御部０３１は、Ｘエレクトロード１１４ａ及び１１４ｂのそれぞれに同じ電位でかつ正負が逆の電圧を加えるよう高電圧発生装置０１３を制御する。
【００７７】
また、電子ビームの経路をＹ方向に移動するときには、スキャン制御部０３１は、Ｙエレクトロード１１５ａ及び１１５ｂのそれぞれに同じ電位でかつ正負が逆の電圧を加えるよう高電圧発生装置０１３を制御する。
【００７８】
Ｘエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５に対する電圧の制御では、スキャン制御部０３１は、高電圧発生装置０１３に対して電位を制御する制御信号を出力し、高電圧発生装置０１３が制御信号に従った電位を付与する。このスキャン制御部０３１が本発明における「電圧制御手段」にあたる。
【００７９】
前処理部０３２は、純生データに対してＸ線の強度を補正する感度補正を施し、投影データＰＤを投影データ記憶部０３３に出力する。投影データ記憶部０３３には、前処理部０３２から出力された投影データが記憶される。各投影データには、ビュー番号が付される。ビュー番号は、Ｘ線を曝射した角度を示す。例えば、Ｘ線ＣＴ装置では、回転架台０１１が１周する間にＸ線管１００がＸ線をｎ回曝射すると、３６０／ｎにＸ線の曝射角度が区分けされ、その区分けに対応してビュー番号が付される。
【００８０】
再構成処理部１３４は、投影データを逆投影することで被検体Ｐ内の画像を再構成する。この再構成処理部１３４は、Ｆｅｌｄｋａｍｐ法に代表される画像再構成アルゴリズムによる再構成処理により、投影データ記憶部１３３から読み出した投影データを逆投影し、被検体Ｐ内を画像データとして再構成する。再構成された画像データは、画像記憶部０３５に入力されて格納される。
【００８１】
画像処理部０３６は、画像記憶部０３５に記憶されている画像データに対して、直交座標系のビデオフォーマットに変換するスキャンコンバージョン処理等の各種の画像処理を施して表示画像を生成する。表示装置０３７は、この画像処理部０３６で生成された表示画像を表示する。
【００８２】
以上に説明したように、本実施形態に係るＸ線管は、ウエネルとの電子ビームの出口付近に余分な電子ビームを遮蔽するアパーチャを配置するとともに、ＸＹエレクトロードを電子ビームを出射するフィラメントの近傍の同一平面内に配置した構成である。
【００８３】
この様な構成にすることにより、アパーチャにより出射される電子ビームの外側の部分を遮蔽することができるため、焦点のボケを発生させる原因となる電子ビームを抑えることができ、ボケを抑えたより正確な焦点を形成することが可能となる。
【００８４】
また、ＸＹエレクトロードそれぞれを配置するために必要なフィラメントとアノードとの間の距離を短くでき、Ｘ線管を小型化することが可能となる。
【００８５】
さらに、ＸＹエレクトロードのいずれもフィラメントの近傍に配置しているため、フィラメントから出射された電子ビームに対して照射範囲のサイズの変更や電子ビームの経路の移動を行うためにＸＹエレクトロードに印加する電圧を小さく抑えることが可能となる。さらに、これにより、ＸＹエレクトロードへ電源を供給する電源供給源を小型化することができ、Ｘ線ＣＴ装置全体を小型化することが可能となる。
【００８６】
〔第２の実施形態〕
以下、この発明の第２の実施形態に係るＸ線管について説明する。本実施形態に係るＸ線管はウエネルト及びアパーチャに対しコイルフィラメントの電圧よりも高い電圧を印加することが可能な構成であることが第１の実施形態と異なるものである。そこで、以下ではアパーチャに対する高電圧の印加及びその効果について主に説明する。以下の説明では、第１の実施形態と同一の符号を付された機能部は特に説明のない限り同じ機能を有するものとする。
【００８７】
本実施形態に係るアパーチャ１１３及びウエネルト１１２は電圧供給源である高電圧発生装置０１３からの電圧を受けることができるように構成されている。ここで、アパーチャ１１３及びウエネルト１１２は、コイルフィラメント１１１及びＸＹエレクトロードとは独立して電圧を受けることができる構成である。そして、アパーチャ１１３及びウエネルト１１２は、コイルフィラメント１１１と比較して非常に大きい電圧の供給を受けることができる。ここで、本実施形態ではウエネルト１１２とアパーチャ１１３には同じ電圧をかける構成にしているが、これは独立した異なる電圧をかける構成にすることも可能である。
【００８８】
ここで、電子ビームの経路の移動といった電子ビームの制御を行う場合、コイルフィラメント１１１から出射された電子ビームが常にアパーチャ１１２に照射されている状態では、被検体に対して電子ビームが連続的に移動してしまう。この様に電子ビームが連続的に移動すると画像に白い線が現れるいわゆる尾引き現象が発生する。この様な尾引き現象が画像に発生すると、正確な診断を行うことが困難になる。そこで、Ｘ線ＣＴ装置では電子ビームの経路の移動が完了した時点でアノード１０２上に電子ビームが照射されることが望ましい
【００８９】
本実施形態においても、通常の電子ビームの出射状態では、スキャン制御部０３１はコイルフィラメント１１１に対しては−数十Ｖ程度の電圧が、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３に対してはコイルフィラメント１１１と比べて数ｋＶ負側に高い電圧が印加されるよう高電圧発生装置０１３を制御する。
【００９０】
そして、スキャン制御部０３１は、電子ビームの経路の移動を行う制御信号、すなわちＸＹエレクトロードに電子ビームの経路の移動を行うための電圧の変更を行う制御信号を高電圧発生装置０１３に送信するタイミング（電子ビームの移動開始のタイミング）で、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３に対して電圧を印加する制御信号を高電圧発生装置０１３に送信する。このウエネルト１１２及びアパーチャ１１３を制御する信号は、ＸＹエレクトロードを制御する信号よりも早く送信される構成にしてもよい。
【００９１】
そして、スキャン制御部０３１は、電子ビームの経路の移動が完了したタイミングで、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３に対しての電圧を印加する制御信号を高電圧発生装置０１３に送信する。ここで、電子ビームの経路の移動が完了するタイミングは、統計的に算出された時間をスキャン制御部０３１が予め記憶しておく構成でもよいし、照射範囲ＦＥＢの位置を計測し、照射範囲ＦＥＢの位置の移動が停止した情報を受けて、スキャン制御部０３１が電子ビームの経路の移動が完了したと判断する構成にしてもよい。
【００９２】
通常の電子ビームの出射状態では、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３は−数十ｋＶ程度の電圧が印加されている。
【００９３】
そして、電子ビームの経路の移動開始時にスキャン制御部０３１からの制御を受けて、電子ビームの経路の移動が開始されるタイミングで、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３に電圧が印加される。これにより、本実施形態に係るＸ線管１００では、アパーチャ１１３は出射された電子ビームの外側部分を遮蔽する程度に突出しているため、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３の間にはほぼ隙間なく高い電圧がかかる。そして、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３に印加された電圧により、コイルフィラメント１１１から出射された−数十ｋＶの電子はコイルフィラメント１１１側に反発され、コイルフィラメント１１１から射出された電子は抑制され、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３で覆われた内部から外に射出されなくなる。これによって、Ｘ線管１００はコイルフィラメント１１１からアノード１０２に向けて射出された電子ビームをカットオフすることができる。
【００９４】
そして、電子ビームの経路の移動終了後のスキャン制御部０３１からの制御を受けて、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３は−数十ｋＶの電圧が印加される。これにより、高電圧によるコイルフィラメント１１１から出射された電子の抑制（カットオフ）が解除され、電子ビームがアノード１０２に照射される。
【００９５】
図１２は電流のカットオフのためのウエネルト１１２及びアパーチャ１１３への高電圧の印加のタイミングを説明するための図である。図１２はＸＹエレクトロードにＸＹの正の方向に電子ビームを偏向させる電圧をかけている状態からＸＹの負の方向に電子ビームを偏向させる電圧をかけている状態へ変化している。図１２の上段は電子ビームの経路の移動前及び移動後のＸＹエレクトロードに掛っている電圧の状態を表し、中段はウエネルト１１２及びアパーチャ１１３にカットオフ用の電圧が掛けられている状態を示しており、下段は時間の推移を表している。図１２に示すように、特定の状態のＸＹエレクトロードに対して電子ビームの経路を移動するために電圧の変更が開始されるタイミングで、カットオフ用の電圧の印加がウエネルト１１２及びアパーチャ１１３になされ、電子ビームの経路の移動が完了しＸＹエレクトロードへ電子ビームの経路を移動するための電圧の変更が終了するタイミングで、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３へのカットオフ用の電圧の印加が終了する。
【００９６】
ここで、図１３を参照して、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３への電圧の印加と管電流との関係を説明する。図１３はウエネルト１１２及びアパーチャ１１３へ印加した電圧とアノード１０２へ到達する管電流の割合の関係を表すグラフである。図１３のグラフは縦軸をコイルフィラメント１１１から照射された管電流に対するアノード１０２へ到達する管電流の割合（％）に採り、横軸をウエネルト１１２及びアパーチャ１１３へ印加した電圧（ｋＶ）に採っている。
【００９７】
図１３に示すように、ウエネルト１１２及びアパーチャ１１３への電圧を−Ｖ１ｋＶとした時には、４５％程度の管電流がアノード１０２に到達している。そして、ウエネルと１１２及びアパーチャ１１３への電圧を−Ｖ１ｋＶと比較して以上に低い電圧である−Ｖ２ｋＶ以上とすると、アノード１０２に到達する管電流はほぼなくなる。この様に、本実施形態では、−Ｖ２ｋＶの電圧をウエネルト１１２及びアパーチャ１１３に印加すると、電子ビームをほぼカットオフすることができる。ここで、本実施形態では、図１３に示すように−Ｖ２ｋＶにおいてほぼ管電流がなくなるため電子ビームの経路の移動中にウエネルト１１２及びアパーチャ１１３へ印加する電圧を−Ｖ２ｋＶとしたが、これは管電流をほぼなくすことができる電圧であれば他の電圧でもよく、例えば、コイルフィラメント１１１の電圧が低い場合にはより低い電圧を用いることも可能である。
【００９８】
そして、以上に説明したＸ線管１００を用いたＸ線ＣＴ装置において、第１の実施形態と同様に、架台装置０１０、寝台装置０２０、及び処理ユニット０３０によってＸ線ＣＴ画像が生成される。
【００９９】
以上で説明したように、本実施形態に係るＸ線管は、電子ビームの経路の移動を行うタイミングでウエネルト及びアパーチャにコイルフィラメントから出射される電子と比べて高い電圧を印加することが可能な構成である。これにより、コイルフィラメントから出射された電子は抑制され、電子ビームの経路の移動の間はアノードに電子ビームの照射が行われず、Ｘ線管の外にＸ線が照射されないため電子ビームの経路の移動の間に出射される電子による画像形成への影響を軽減することができ、尾引き現象を抑制し良好な画像を生成することが可能となる。
【０１００】
〔第３の実施形態〕
以下、この発明の第３の実施形態に係るＸ線管について説明する。本実施形態に係るＸ線管は電子ビームの経路の移動用の電磁偏向器を設けた構成であることが第１の実施形態と異なるものである。そこで、以下では電子ビームの経路の移動用の電磁偏向器の構成及び作用について主に説明する。図１４は本実施形態に係るＸ線管のＸ線を照射している状態のＸＺ方向の断面図であり、図１５は本実施形態に係るＸ線管のＸ線を照射している状態のＹＺ方向の断面図である。以下の説明では、第１の実施形態と同一の符号を付された機能部は特に説明のない限り同じ機能を有するものとする。
【０１０１】
本実施形態に係るＸ線管１００は、第１の実施形態と同様にコイルフィラメント１１１とアノード１０２との間のコイルフィラメント１１１の近傍の同一平面内にＸエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５を有している。さらに、本実施形態に係るＸ線管１００は、ＸＹエレクトロードとアノード１０２との間に電磁偏向器７００を配置している。本実施形態では電磁偏向器７００として図１６に示すトロイダルコイル７００ａを用いているが、これは他の構造を有する電磁偏向器でもよく、例えばサドルコイルの構造を有する電磁偏向器でもよい。ここで、図１６は電磁偏向器７００の一例であるトロイダルコイル７００ａの模式図である。
【０１０２】
本実施形態では、ＸＹエレクトロードによって照射範囲のサイズの変更を行い、電磁偏向器７００によって電子ビームの経路の移動を行う。すなわち、ＸＹエレクトロードに対して照射範囲のサイズ変更を行う電圧の変更を行い、その後の電子ビームの経路の移動を行う電圧の変更は行わず、電磁偏向器７００に電圧をかけることで電子ビームの経路の移動を行う。以下で、電磁偏向器７００及びＸＹエレクトロードの動作を具体的に説明する。
【０１０３】
電磁偏向器７００は、経路Ｌを囲むように設けられたトロイダルコイル７００ａをその中心軸が経路Ｌと一致するように設けている。この電磁偏向器７００は外部の電源発生源から電圧を受けることにより大きな電磁場を発生させる。そして、電磁偏向器７００は、発生させた電磁場により、磁界を介して電子ビームＥＢの経路を移動させる。この電子ビームＥＢの経路の移動が電子ビームの偏向である。
【０１０４】
また、本実施形態に係るＸエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５は照射範囲ＦＥＢのサイズの変更にのみ用いられる。これはスキャン制御部０３１が、サイズ変更のときのみＸエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５に対し電圧を変更させる制御を行い、電子ビームの移動の制御にはＸエレクトロード１１４及びＹエレクトロード１１５に対し電圧の変更は行わないことでなされる。すなわち、ウエネルト１１２に印加されている電圧を基準としてその基準の電圧に対し照射範囲ＦＥＢのサイズ変更のための電圧の変更のみが行われる。
【０１０５】
そして、以上に説明したＸ線管１００を用いたＸ線ＣＴ装置において、第１の実施形態と同様に、架台装置０１０、寝台装置０２０、及び処理ユニット０３０によってＸ線ＣＴ画像が生成される。
【０１０６】
以上で説明したように本実施形態に係るＸ線管は、ＸＹエレクトロードによって照射範囲のサイズを調整し、電磁偏向器によって電子ビームの経路の移動を行う構成である。これにより、電磁偏向器を用いるため構造的には第１の実施形態に比べ大きな構造となるが、ＸＹエレクトロードに電子ビームの偏向を行うための電圧の変更の制御を行う必要がなくなるため、コイルフィラメントに対する電圧の変動を抑えることができ、コイルフィラメントから発生する電流を安定させる、すなわち電子ビームの制御を容易にすることができ、安定した電子ビームの移動が可能となる。
【０１０７】
また、以上では第１の実施形態を基に本実施形態を説明したが、第２の実施形態に対して本実施形態の機能を付加しても動作可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
０１０ 架台装置
０１１ 回転架台
０１２ 検出器
０１３ 高電圧発生装置
０１４ 駆動装置
０１５ 回転駆動装置
０１６ データ収集装置
０１７ コリメータ
０２０ 寝台装置
０２１ 寝台天板
０２２ 寝台駆動装置
０３０ 処理ユニット
０３１ スキャン制御部
０３２ 前処理部
０３３ 投影データ記憶部
０３４ 再構成処理部
０３５ 画像記憶部
０３６ 画像処理部
０３７ 表示装置
０３８ 入力装置
１００ Ｘ線管
１０２ アノード
１０３ 回転部材
１０４ シーリングユニット
１０５ 窓
１１０ 電子銃（コイルフィラメント式電子銃）
１１１ コイルフィラメント
１１２ ウエネルト
１１３ アパーチャ
１１４ａ、１１４ｂ Ｘエレクトロード
１１５ａ，１１５ｂ Ｙエレクトロード
７００ 電磁偏向器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電によって電子ビームを放出するフィラメントと、
前記電子ビームが入射することによりＸ線を出射するアノードと、
前記フィラメントを収容する溝を有し、該溝の前記アノード側に面する開口から前記電子ビーム通過させる収納部材と、
前記電子ビームの経路を挟んで所定方向に相互に対向して前記溝の前記開口の前記アノード側の近傍に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第１電極部材と、
前記所定方向に直交する方向に相互に対向し且つ前記１対の第１電極部材を含む面と同一面上に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第２電極部材と、
前記第１電極部材及び前記第２電極部材に印加する電圧を制御する電圧制御手段と、
を備え、
前記収納部材の前記溝の前記開口の前記所定方向と直交する方向の幅は、
前記フィラメントが収容されている部分の前記所定方向と直交する方向の幅よりも狭く、
前記電圧制御手段は、
前記第１電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向のサイズの変更、及び前記電子ビームの前記所定方向への移動を制御し、
前記第２電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向と直交する方向のサイズの変更、及び前記電子ビームの前記所定方向と直交する方向への移動を制御する、
ことを特徴とするＸ線管。
【請求項２】
前記フィラメントは、コイルフィラメントであり、コイルの直径方向を含む面が前記所定方向と直交する方向を含むように配置され、前記コイルの前記所定方向の長さが前記コイルの直径と比べて長く構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
【請求項３】
前記電圧制御手段は、
既に前記第１電極部材及び前記第２電極部材に電圧を印加している状態で、
前記第１電極部材のそれぞれに同電位状態で印加する電圧を変更することで前記所定方向の前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲のサイズを変更し、
前記第２電極部材のそれぞれに同電位状態で印加する電圧を変更することで前記所定方向と直交する方向の前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲のサイズを変更する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＸ線管。
【請求項４】
前記電圧制御手段は、
既に前記第１電極部材及び前記第２電極部材に電圧を印加している状態で、
前記第１電極部材の一方の現在印加している電圧から所定電圧上げて、他方に現在印加している電圧から前記所定電圧下げることで、前記第１電極部材の一方又は他方のいずれかの方向に電子ビームを移動させ、
前記第２電極部材の一方の現在印加している電圧から所定電圧上げて、他方に現在印加している電圧から前記所定電圧下げることで、前記第２電極部材の一方又は他方のいずれかの方向に電子ビームの焦点を移動させる、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載のＸ線管。
【請求項５】
前記収納部材の前記溝を形成する部材は電圧を印加可能に構成されており、
前記電圧制御手段は、前記溝を形成する部材に対し、前記フィラメントに印加されている電圧と比較して低い電圧を印加し、前記フィラメントから放出された前記電子ビームの前記アノードへの入射をカットオフする、
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のＸ線管。
【請求項６】
通電によって電子ビームを放出するフィラメントと、
前記電子ビームが入射することによりＸ線を出射するアノードと、
前記フィラメントを収容する溝を有し、該溝の前記アノード側に面する開口から前記電子ビーム通過させる収納部材と、
前記電子ビームの経路を挟んで所定方向に相互に対向して前記溝の前記開口の前記アノード側の近傍に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第１電極部材と、
前記所定方向に直交する方向に相互に対向し且つ前記１対の第１電極部材を含む面と同一面上に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第２電極部材と、
前記第１電極部材及び前記第２電極部材に印加する電圧を制御する電圧制御手段と、
前記電子ビームの経路上で前記第１電極部材及び前記第２電極部材と前記アノードとの間に、前記電子ビームの経路を囲うように配置された前記電子ビームの経路を偏向する電磁偏向器と、
を備え、
前記収納部材の前記溝の前記開口の前記所定方向と直交する方向の幅は、
前記フィラメントが収容されている部分の前記所定方向と直交する方向の幅よりも狭く、
前記電圧制御手段は、
前記第１電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向のサイズの変更を制御し、
前記第２電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向と直交する方向のサイズの変更を制御する、
ことを特徴とするＸ線管。
【請求項７】
Ｘ線を曝射するＸ線管と、前記Ｘ線管から曝射されたＸ線を検出する検出器と、前記検出器の検出に基づく前記投影データから画像を再構成する再構成手段と、前記Ｘ線管の制御を含む前記Ｘ線の検出によるスキャンの制御を行う制御手段と、を備えるＸ線ＣＴ装置であって、
前記Ｘ線管は、
通電によって電子ビームを放出するフィラメントと、
前記電子ビームが入射することによりＸ線を出射するアノードと、
前記フィラメントを収容する溝を有し、該溝の前記アノード側に面する開口から前記電子ビーム通過させる収納部材と、
前記電子ビームの経路を挟んで所定方向に相互に対向して前記溝の前記開口の前記アノード側の近傍に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第１電極部材と、
前記所定方向に直交する方向に相互に対向し且つ前記１対の第１電極部材を含む面と同一面上に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第２電極部材と、
を備え、
前記収納部材の前記溝の前記開口の前記所定方向と直交する方向の幅は、
前記フィラメントが収容されている部分の前記所定方向と直交する方向の幅よりも狭く、
前記制御手段は、
前記第１電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向のサイズの変更、及び前記電子ビームの前記所定方向への移動を制御し、前記第２電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向と直交する方向のサイズの変更、及び前記電子ビームの前記所定方向と直交する方向への移動を制御する電圧制御手段を備える、
ことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項１】
通電によって電子ビームを放出するフィラメントと、
前記電子ビームが入射することによりＸ線を出射するアノードと、
前記フィラメントを収容する溝を有し、該溝の前記アノード側に面する開口から前記電子ビーム通過させる収納部材と、
前記電子ビームの経路を挟んで所定方向に相互に対向して前記溝の前記開口の前記アノード側の近傍に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第１電極部材と、
前記所定方向に直交する方向に相互に対向し且つ前記１対の第１電極部材を含む面と同一面上に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第２電極部材と、
前記第１電極部材及び前記第２電極部材に印加する電圧を制御する電圧制御手段と、
を備え、
前記収納部材の前記溝の前記開口の前記所定方向と直交する方向の幅は、
前記フィラメントが収容されている部分の前記所定方向と直交する方向の幅よりも狭く、
前記電圧制御手段は、
前記第１電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向のサイズの変更、及び前記電子ビームの前記所定方向への移動を制御し、
前記第２電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向と直交する方向のサイズの変更、及び前記電子ビームの前記所定方向と直交する方向への移動を制御する、
ことを特徴とするＸ線管。
【請求項２】
前記フィラメントは、コイルフィラメントであり、コイルの直径方向を含む面が前記所定方向と直交する方向を含むように配置され、前記コイルの前記所定方向の長さが前記コイルの直径と比べて長く構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
【請求項３】
前記電圧制御手段は、
既に前記第１電極部材及び前記第２電極部材に電圧を印加している状態で、
前記第１電極部材のそれぞれに同電位状態で印加する電圧を変更することで前記所定方向の前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲のサイズを変更し、
前記第２電極部材のそれぞれに同電位状態で印加する電圧を変更することで前記所定方向と直交する方向の前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲のサイズを変更する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＸ線管。
【請求項４】
前記電圧制御手段は、
既に前記第１電極部材及び前記第２電極部材に電圧を印加している状態で、
前記第１電極部材の一方の現在印加している電圧から所定電圧上げて、他方に現在印加している電圧から前記所定電圧下げることで、前記第１電極部材の一方又は他方のいずれかの方向に電子ビームを移動させ、
前記第２電極部材の一方の現在印加している電圧から所定電圧上げて、他方に現在印加している電圧から前記所定電圧下げることで、前記第２電極部材の一方又は他方のいずれかの方向に電子ビームの焦点を移動させる、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載のＸ線管。
【請求項５】
前記収納部材の前記溝を形成する部材は電圧を印加可能に構成されており、
前記電圧制御手段は、前記溝を形成する部材に対し、前記フィラメントに印加されている電圧と比較して低い電圧を印加し、前記フィラメントから放出された前記電子ビームの前記アノードへの入射をカットオフする、
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のＸ線管。
【請求項６】
通電によって電子ビームを放出するフィラメントと、
前記電子ビームが入射することによりＸ線を出射するアノードと、
前記フィラメントを収容する溝を有し、該溝の前記アノード側に面する開口から前記電子ビーム通過させる収納部材と、
前記電子ビームの経路を挟んで所定方向に相互に対向して前記溝の前記開口の前記アノード側の近傍に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第１電極部材と、
前記所定方向に直交する方向に相互に対向し且つ前記１対の第１電極部材を含む面と同一面上に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第２電極部材と、
前記第１電極部材及び前記第２電極部材に印加する電圧を制御する電圧制御手段と、
前記電子ビームの経路上で前記第１電極部材及び前記第２電極部材と前記アノードとの間に、前記電子ビームの経路を囲うように配置された前記電子ビームの経路を偏向する電磁偏向器と、
を備え、
前記収納部材の前記溝の前記開口の前記所定方向と直交する方向の幅は、
前記フィラメントが収容されている部分の前記所定方向と直交する方向の幅よりも狭く、
前記電圧制御手段は、
前記第１電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向のサイズの変更を制御し、
前記第２電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向と直交する方向のサイズの変更を制御する、
ことを特徴とするＸ線管。
【請求項７】
Ｘ線を曝射するＸ線管と、前記Ｘ線管から曝射されたＸ線を検出する検出器と、前記検出器の検出に基づく前記投影データから画像を再構成する再構成手段と、前記Ｘ線管の制御を含む前記Ｘ線の検出によるスキャンの制御を行う制御手段と、を備えるＸ線ＣＴ装置であって、
前記Ｘ線管は、
通電によって電子ビームを放出するフィラメントと、
前記電子ビームが入射することによりＸ線を出射するアノードと、
前記フィラメントを収容する溝を有し、該溝の前記アノード側に面する開口から前記電子ビーム通過させる収納部材と、
前記電子ビームの経路を挟んで所定方向に相互に対向して前記溝の前記開口の前記アノード側の近傍に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第１電極部材と、
前記所定方向に直交する方向に相互に対向し且つ前記１対の第１電極部材を含む面と同一面上に配置され、それぞれに電圧が印加される１対の第２電極部材と、
を備え、
前記収納部材の前記溝の前記開口の前記所定方向と直交する方向の幅は、
前記フィラメントが収容されている部分の前記所定方向と直交する方向の幅よりも狭く、
前記制御手段は、
前記第１電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向のサイズの変更、及び前記電子ビームの前記所定方向への移動を制御し、前記第２電極部材の前記電圧を制御することにより、前記電子ビームの前記アノードに対する照射範囲の前記所定方向と直交する方向のサイズの変更、及び前記電子ビームの前記所定方向と直交する方向への移動を制御する電圧制御手段を備える、
ことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−４９１０８（Ｐ２０１１−４９１０８Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９８５６３（Ｐ２００９−１９８５６３）
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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