X線管装置及びX線CT装置

【課題】 回転軸方向に複数のX線発生点が配置されたX線管装置の冷却効率を向上させ、X線管内の過熱を防止できる構造のX線管装置を提供すること、及びそのX線管装置を搭載するX線CT装置を提供することである。
【解決手段】 電子線を発生する陰極と、前記電子線が照射された点であるX線発生点からX線を放射する陽極と、前記陰極と前記陽極を真空雰囲気内に保持する外囲器と、を備えたX線管装置であって、前記陰極と前記陽極からなる対を2つ有し、2つの陽極はX線発生点を有する面の裏側が対向するように配置されており、2つの陽極の間に冷却媒体を流すための冷媒流路をさらに備えたことを特徴とするX線管装置である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はX線管装置及びX線CT(Computed Tomography)装置に関する。
【背景技術】
【0002】
X線CT装置とは、被検体にX線を照射するX線管装置と、被検体を透過したX線量を投影データとして検出するX線検出器と、を被検体の周囲で回転させることにより取得される複数角度からの投影データを用いて被検体の断層画像を再構成し、再構成された断層画像を表示するものである。X線CT装置で表示される画像は、被検体の中の臓器の形状を描写するものであり、画像診断に使用される。
【0003】
近年のX線CT装置の開発では、1回転あたりの投影データ取得範囲を回転軸方向へ拡大するために、回転軸方向へのX線検出器の多列化が図られている。X線検出器の多列化にともない投影データ取得範囲は拡大されるものの、回転軸方向の端部のX線検出器列に近づくにつれて断層画像の面に対し傾いた投影データが取得されることとなる。断層画像の再構成に使用される投影データは、断層画像と同一の面上で取得されることが好ましく、断層画像の面に対して傾いた投影データは、いわゆるコーンビームアーチファクトの原因となり、画質劣化をもたらす。
【0004】
そこで、特許文献1には、取得される投影データの傾きを極力小さくするために、X線検出器が多列化されたX線CT装置において、回転軸方向に複数のX線発生点を配置することが開示されている。特に特許文献1の図2には、X線発生点を表面に有する2枚の陽極が、X線発生点を有する面の裏側が対向するように配置されたX線管装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2001-346791号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、特許文献1の図2に開示されたX線管装置では、X線発生点からの発熱により2枚の陽極の間が高温となりやすい。X線管装置内の過熱はX線管装置に様々な弊害、例えば、陽極の回転軸の熱膨張によるX線発生点の位置ずれや、陽極の回転軸受に使用される固体潤滑材の過熱にともなう回転不良、をもたらす。
【0007】
しかしながら、特許文献1ではX線管装置の冷却に関して配慮はなされていない。
【0008】
そこで本発明の目的は、回転軸方向に複数のX線発生点が配置されたX線管装置の冷却効率を向上させ、X線管内の過熱を防止できる構造のX線管装置を提供すること、及びそのX線管装置を搭載するX線CT装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために本発明は、X線発生点を表面に有する2枚の陽極が、X線発生点を有する面の裏側が対向するように配置されたX線管装置であって、2枚の陽極の間に冷却媒体を流すための冷媒流路が設けられている。
【0010】
具体的には、電子線を発生する陰極と、前記電子線が照射された点であるX線発生点からX線を放射する陽極と、前記陰極と前記陽極を真空雰囲気内に保持する外囲器と、を備えたX線管装置であって、前記陰極と前記陽極からなる対を2つ有し、2つの陽極はX線発生点を有する面の裏側が対向するように配置されており、2つの陽極の間に冷却媒体を流すための冷媒流路をさらに備えたことを特徴とするX線管装置である。
【0011】
また、前記X線管装置と、前記X線管装置に対向配置され被検体を透過したX線を検出する多列型のX線検出器と、前記X線管装置と前記X線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転する回転円盤と、前記X線検出器により検出された複数角度からの透過X線量に基づき前記被検体の断層画像を再構成する画像再構成装置と、前記画像再構成装置により再構成された断層画像を表示する画像表示装置と、を備えたX線CT装置であって、前記X線管装置は2つのX線発生点が前記回転円盤の回転軸方向に並ぶように配置されたことを特徴とするX線CT装置である。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、回転軸方向に複数のX線発生点が配置されたX線管装置の冷却効率を向上させ、X線管内の過熱を防止できる構造のX線管装置を提供すること、及びそのX線管装置を搭載するX線CT装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明のX線CT装置の全体構成を示すブロック図
【図2】第一の実施形態のX線管装置の全体構成を示すブロック図
【図3】第一の実施形態の冷媒流路の構成を示す断面図
【図4】第二の実施形態のX線管装置の全体構成を示すブロック図
【図5】第三の実施形態のX線管装置の全体構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、添付図面に従って本発明に係るX線CT装置の好ましい実施形態について説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。
【0015】
図1を用いて本発明を適用したX線CT装置1の全体構成を説明する。X線CT装置1はスキャンガントリ部100と操作卓120とを備える。
【0016】
スキャンガントリ部100は、X線管装置101と、回転円盤102と、コリメータ103と、X線検出器106と、データ収集装置107と、寝台105と、ガントリ制御装置108と、寝台制御装置109と、X線制御装置110と、を備えている。X線管装置101は寝台105上に載置された被検体にX線を照射する装置である。なお、X線管装置の詳細構成については図2を用いて後述する。コリメータ103はX線管装置101から照射されるX線の放射範囲を制限する装置である。
【0017】
回転円盤102は、寝台105上に載置された被検体が入る開口部104を備えるとともに、X線管装置101とX線検出器106を搭載し、被検体の周囲を回転するものである。X線検出器106は、X線管装置101と対向配置され被検体を透過したX線を検出することにより透過X線の空間的な分布を計測する装置であり、多数のX線検出素子を回転円盤102の回転方向と回転軸方向との2次元に配列したものである。データ収集装置107は、X線検出器106で検出されたX線量をデジタルデータとして収集する装置である。ガントリ制御装置108は回転円盤102の回転を制御する装置である。寝台制御装置109は、寝台105の上下前後左右動を制御する装置である。X線制御装置110はX線管装置101に入力される電力を制御する装置である。
【0018】
操作卓120は、入力装置121と、画像演算装置122と、表示装置125と、記憶装置123と、システム制御装置124とを備えている。入力装置121は、被検体氏名、検査日時、撮影条件などを入力するための装置であり、具体的にはキーボードやポインティングデバイスである。画像演算装置122は、データ収集装置107から送出される計測データを演算処理してCT画像再構成を行う装置である。表示装置125は、画像演算装置122で作成されたCT画像を表示する装置であり、具体的にはCRT(Cathode-Ray Tube)や液晶ディスプレイ等である。記憶装置123は、データ収集装置107で収集したデータ及び画像演算装置122で作成されたCT画像の画像データを記憶する装置であり、具体的にはHDD(Hard Disk Drive)等である。システム制御装置124は、これらの装置及びガントリ制御装置108と寝台制御装置109とX線制御装置110を制御する装置である。
【0019】
入力装置121から入力された撮影条件、特にX線管電圧やX線管電流などに基づきX線制御装置110がX線管装置101に入力される電力を制御することにより、X線管装置101は撮影条件に応じたX線を被検体に照射する。X線検出器106は、X線管装置101から照射され被検体を透過したX線を多数のX線検出素子で検出し、透過X線の分布を計測する。回転円盤102はガントリ制御装置108により制御され、入力装置121から入力された撮影条件、特に回転速度などに基づいて回転する。寝台105は寝台制御装置109によって制御され、入力装置121から入力された撮影条件、特にらせんピッチなどに基づいて動作する。
【0020】
X線管装置101からのX線照射とX線検出器106による透過X線分布の計測が回転円盤102の回転とともに繰り返されることにより、様々な角度からの投影データが取得される。取得された様々な角度からの投影データは画像演算装置122に送信される。画像演算装置122は送信された様々な角度からの投影データを逆投影処理することによりCT画像を再構成する。再構成して得られたCT画像は表示装置125に表示される。
【0021】
(第一の実施形態)
図2を用いて、第一の実施形態のX線管装置101の構成について説明する。なお、図2は回転円盤102の回転軸が左右方向になるように描かれている。X線管装置101は、X線を発生するX線管2a、2bと、X線管2a、2bを収納する容器3とを備える。
【0022】
X線管2aとX線管2bとは、同じ構造であるので、以下、X線管2aの構造について説明し、X線管2bの説明については省略する。X線管2aは、電子線を発生する陰極8aと、陰極8aに対し正の電位が印加される陽極6aと、陰極8aと陽極6aを真空雰囲気中に保持する外囲器4aとを備える。
【0023】
陰極8aはフィラメントもしくは冷陰極と、集束電極とを備える。フィラメントはタングステンなどの高融点材料をコイル状に巻いたものであり、電流が流されることにより加熱され、熱電子を放出する。冷陰極はニッケルやモリブデンなどの金属材料を鋭利に尖らせてなるもので、陰極表面に電界が集中することで電界放出により電子を放出する。集束電極は、放出された電子を陽極6a上のX線発生点へ向けて集束させるための集束電界を形成する。フィラメントもしくは冷陰極と、集束電極とは同電位である。
【0024】
陽極6aはターゲットと陽極母材とを備える。ターゲットはタングステンなどの高融点で原子番号の大きい材質で構成される。ターゲット上のX線発生点に陰極8aから放出された電子が衝突することにより、X線発生点からX線11aが放射される。陽極母材はターゲットを保持し、銅などの熱伝導率の高い材質からなる。ターゲットと陽極母材とは同電位である。
【0025】
外囲器4aは陰極8aと陽極6aの間を電気的に絶縁するために、陰極8aと陽極6aを真空雰囲気中に保持する。外囲器4aにはX線11aをX線管2a外へ放射するための放射窓が備えられる。放射窓218は、X線透過率が高いベリリウムなどの原子番号の小さい材質で構成される。外囲器4aの電位は接地電位である。
【0026】
陰極8aから放出された電子は、陰極と陽極との間に印加される100kV前後の電圧により加速され電子線となる。電子線が集束電界により集束されてターゲット上のX線発生点に衝突すると、X線発生点からX線11aが発生する。発生するX線のエネルギーは、陰極と陽極との間に印加される高電圧、いわゆる管電圧によって決まる。発生するX線の線量は、陰極から放出される電子の量、いわゆる管電流と、管電圧によって決まる。
【0027】
電子線のエネルギーの内、X線に変換される割合は1%程度に過ぎず、残りのほとんどのエネルギーは熱となる。X線CT装置1に用いられるX線管装置101では、管電圧は百数十kV、管電流は数百mAであるので、陽極6aは数十kWの熱量で加熱される。このような加熱により陽極6aが過熱溶融することを防止するため、陽極6aはステータコイル5aが発生する磁界により回転させられる。陽極6aを回転させることで、電子線が衝突する部分であるX線発生点が常に移動するので、X線発生点の温度をターゲットの融点より低く保つことができ、陽極6aが過熱溶融することを防止できる。
【0028】
以上、説明したX線管2aと、X線管2aと同じ構造であるX線管2bとが、陽極6a、6bのX線発生点を有する面の裏側が対向するように並べられて配置され、容器3の中に収納される。X線管2a、2bが収納される容器3の中には、X線管2a、2bを電気的に絶縁するとともに冷却媒体となる絶縁油10が充填される。
【0029】
前述したように、陽極6a及び陽極6bは数十kWの熱量で加熱されるので、陽極6aと陽極6bとの間は高温となりやすい。そこで本実施形態では、X線管2aとX線管2bとの間に冷却媒体を流すための冷媒流路7を設け、陽極6aと陽極6bとの間を効率良く冷却する。冷媒流路7には、X線管装置101の容器3外に備えられた冷却器で冷やされた冷却媒体、例えば冷却水や冷却油が流入口3a及び配管9aを通じて流入させられる。冷媒流路7に流入した冷却媒体は、X線管2aとX線管2bとの間で吸熱した後、配管9b及び流出口3bを通じて冷却器に戻される。なお、図2では、X線11aと配管9aが重なって描かれているが、配管9aはX線11aの放射経路と重ならないように配置されることが好ましい。
【0030】
流入口3a、配管9a、冷媒流路7、配管9b、流出口3bとからなる経路と、容器3とは別経路として仕切られているので、容器3内に充填する絶縁油と、冷媒流路7内を流れる冷却媒体とを異なる種類にすることができる。例えば、容器3内には電気絶縁に適した絶縁油を充填し、冷媒流路7内には冷却に適した冷却媒体を流すようにすることができる。
【0031】
図3を用いて、冷媒流路7の構造について説明する。なお、図3は図2中のA-A断面である。冷媒流路7は冷却媒体が流入する流入口7aと冷却媒体が流出する流出口7bとを有する。冷媒流路7の内部は、陽極6a、6bの回転軸を中心とした同心円状の複数の円環で形成された壁で仕切られており、さらに流入口7aから流出口7bに向かう直線上に循環口が設けられている。循環口の大きさは、流入口7aから冷媒流路7の中心に向かうにつれて小さくなっている。このような形状にすることで、流入口7aから流入した冷却媒体の一部は冷媒流路7の中心に向かい、冷媒流路7の中心に向かわない冷却媒体は円環に沿って循環することになり、陽極6aと陽極6bとの間を全体的に冷却することが可能となる。
【0032】
冷媒流路7の材質は、熱伝導率の高いものが好ましく、外囲器4a、4bに応じて適宜選択される。例えば、外囲器4a、4bがガラス製であれば冷媒流路7を窒化アルミニウムで構成し、外囲器4a、4bが金属製であれば冷媒流路7を銅やアルミニウムで構成する。
【0033】
また、陽極6a、6bのX線発生点が最も高温になることから、流入口7aをX線発生点の近傍に配置することが好ましい。具体的には、陽極2a、2bの回転中心とX線発生点を結んだ直線の方向に冷却媒体が流入するように流入口7aが配置される。
【0034】
さらに、陽極6aと陽極6bとを逆方向に回転させることにより、陽極6aと陽極6bとの間の温度分布を、流入口7aと流出口7bとを結ぶ直線に対し左右対称にできるので、部分的に高温になることを防止できる。なお、陽極6aと陽極6bとの逆方向への回転とは、陽極6a上のX線発生点が図2の紙面奥方向に向かうように回転するときには、陽極6b上のX線発生点が図2の紙面手前方向に向かうように回転させることである。
【0035】
(第二の実施形態)
図4を用いて、第二の実施形態のX線管装置101の構成について説明する。第一の実施形態と異なる点は、冷媒流路から流出した冷却媒体の経路である。以下、各構成について説明する。なお、第一の実施形態と同じ構成については、同じ符号とし、説明を省略する。
【0036】
本実施形態では、冷媒流路7から流出した冷却媒体は、容器3内に放出され、容器3内を循環した後、流出口3bを通じて冷却器に戻される。すなわち本実施形態では、容器3内に充填される絶縁油10と、冷媒流路7内を流れる冷却媒体とを共通にすることができる。また、容器3内の絶縁油10も循環され、冷却器により冷却されるので、容器3内の冷却効率の向上を図ることができる。
【0037】
(第三の実施形態)
図5を用いて、第三の実施形態のX線管装置101の構成について説明する。第一の実施形態と異なる点は、X線管の構造である。以下、各構成について説明する。なお、第一の実施形態と同じ構成については、同じ符号とし、説明を省略する。
【0038】
本実施形態では、陰極8aと陽極6aとの対と、陰極8bと陽極6bとの対とが、一つの外囲器4内に保持される。すなわち、本実施形態のX線管装置101は、二つのX線発生点を有するX線管2を一つ備えることとなる。なお、冷媒流路7は外囲器4の一部を構成しても良いし、外囲器4の外側に配置されるようにしても良い。なお、図5では冷媒流路7と配管9bとが接続されていないように描かれているが、配管9bは外囲器4を避けるように冷媒流路7と接続される。
【0039】
冷媒流路7が外囲器4の一部を構成する場合、あるいは外囲器4が透明な材質、例えばガラスであって、冷媒流路7が外囲器4の外側に配置される場合、冷媒流路7が陽極6a、6bと対向する面を黒化処理しておくことが好ましい。陽極6a、6bと対向する面を黒化処理することにより、冷媒流路7は陽極6a、6bからの輻射熱を効率良く吸熱することができ、冷却率を向上させることができる。
【0040】
なお、本発明は実施形態で説明した形態に限定されない。例えば第一の実施形態乃至第三の実施形態のX線管装置を回転円盤の回転軸方向に複数並べて配置することにより、X線発生点を偶数個備えたX線CT装置としても良い。
【0041】
また、実施形態で開示した複数の構成要素を適宜に組み合わせて実施しても良い。例えば、第三の実施形態のX線管に対し、第二の実施形態で説明したように冷却媒体を循環させても良い。
【符号の説明】
【0042】
1 X線CT装置、100 スキャンガントリ部、101 X線管装置、102 回転円盤、103 コリメータ、104 開口部、105 寝台、106 X線検出器、107 データ収集装置、108 ガントリ制御装置、109 寝台制御装置、110 X線制御装置、120 操作卓、121 入力装置、122 画像演算装置、123 記憶装置、124 システム制御装置、125 表示装置、2、2a、2b X線管、3、容器、4、4a、4b 外囲器、5a、5b ステータコイル、6a、6b 陽極、7 冷媒流路、7a 流入口、7b 流出口、8a、8b 陰極、9a、9b 配管、10 絶縁油、11a、11b X線

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子線を発生する陰極と、前記電子線が照射された点であるX線発生点からX線を放射する陽極と、前記陰極と前記陽極を真空雰囲気内に保持する外囲器と、を備えたX線管装置であって、
前記陰極と前記陽極からなる対を2つ有し、2つの陽極はX線発生点を有する面の裏側が対向するように配置されており、
2つの陽極の間に冷却媒体を流すための冷媒流路をさらに備えたことを特徴とするX線管装置。
【請求項2】
請求項1に記載のX線管装置において、
前記陽極は円板形状であり、
前記冷媒流路の内部は、前記陽極の円板の中心を中心とする同心円状の複数の円環で形成された壁で仕切られており、前記冷却媒体が流入する流入口から前記冷却媒体が流出する流出口に向かう直線上に循環口が設けられていることを特徴とするX線管装置。
【請求項3】
請求項2に記載のX線管装置において、
前記循環口の大きさは前記流入口から前記冷媒流路の中心に向かうにつれて小さくなっていることを特徴とするX線管装置。
【請求項4】
請求項2に記載のX線管装置において、
前記冷媒流路は前記流入口を前記X線発生点の近傍に備えたことを特徴とするX線管装置。
【請求項5】
請求項2に記載のX線管装置において、
前記陽極は回転陽極であり、2つの陽極を逆方向に回転させることを特徴とするX線管装置。
【請求項6】
請求項1乃至5のいずれか一項に記載のX線管装置と、前記X線管装置に対向配置され被検体を透過したX線を検出する多列型のX線検出器と、前記X線管装置と前記X線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転する回転円盤と、前記X線検出器により検出された複数角度からの透過X線量に基づき前記被検体の断層画像を再構成する画像再構成装置と、前記画像再構成装置により再構成された断層画像を表示する画像表示装置と、を備えたX線CT装置であって、
前記X線管装置は2つのX線発生点が前記回転円盤の回転軸方向に並ぶように配置されたことを特徴とするX線CT装置。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate


【公開番号】特開2012−104392(P2012−104392A)
【公開日】平成24年5月31日(2012.5.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−252416(P2010−252416)
【出願日】平成22年11月11日(2010.11.11)
【出願人】(000153498)株式会社日立メディコ (1,597)
【Fターム(参考)】