【手続補正書】
【提出日】平成16年5月14日(2004.5.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  Ｘ線発生装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  
レーザビームの照射によりＸ線を放出する材料で形成されているＸ線発生用ターゲットと、少なくとも前記Ｘ線発生用ターゲットが内側に配設されている真空容器と、真空容器内のターゲットにレーザビームを照射するレーザビーム照射手段とを備え、前記Ｘ線発生用ターゲットが予め設定されているＸ線照射中心を巡る環状経路に沿ってＸ線照射中心に向けてＸ線を放出できる位置にあるよう構成されているとともに、前記レーザビーム照射手段が、前記環状経路に沿って位置するＸ線発生用ターゲットに順にレーザビームを照射してゆくレーザビーム走査を行うよう構成されていることを特徴とするＸ線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、医療用のＸ線機器や工業用の非破壊Ｘ線検査機器などに用いられるＸ線発生装置に係り、特にＸ線発生の際の変換効率をアップするための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療用のＸ線透視撮影装置やＸ線ＣＴ装置は、撮影に必要なＸ線を発生させるためのＸ線管を備えている。このＸ線管は、真空容器内に陽極であるターゲットと陰極が配設されていて、陰極からの電子ビームがターゲットに照射されることによりＸ線が発生するものである。Ｘ線撮影を行う場合は、Ｘ線管から被検体（患者）へＸ線を照射するとともに、被検体からの透過Ｘ線をイメージインテンシファイアやＸ線検出アレイで検出した後、必要な信号処理を行ってＸ線透視像やＸ線ＣＴ像（Ｘ線断層像）を得ている。得られたＸ線透視像やＸ線ＣＴ像は医師に供され、医師が的確な診断を下すのに大いに貢献している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＸ線透視撮影装置やＸ線ＣＴ装置の場合、短時間での繰り返し撮影が難しくて撮影効率が良くないという問題がある。撮影に必要なＸ線を発生するＸ線管では、Ｘ線発生の際の変換効率が１％以下と非常に悪く、Ｘ線を連続発生させるとターゲットの温度上昇が激しいので、ターゲット冷却用のＸ線管休止期間を挟みながら、Ｘ線を断続的に発生させており、短時間での繰り返し撮影は難しいのである。
【０００４】
ターゲットの温度上昇を防ぐために、陽極であるターゲットを回転させたり、絶縁油によりターゲットを冷却したりするといった工夫もされてはいるけれども、ターゲットへ供給されるエネルギーの９９％以上が熱に変換されることから、ターゲットの温度上昇をうまく回避するには至っていない。
【０００５】
この発明は、上記事情に鑑み、Ｘ線発生の際の変換効率が良好でＸ線の連続発生が可能なＸ線発生装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明に係るＸ線発生装置は、レーザビームの照射によりＸ線を放出する材料で形成されているＸ線発生用ターゲットと、少なくとも前記Ｘ線発生用ターゲットが内側に配設されている真空容器と、真空容器内のターゲットにレーザビームを照射するレーザビーム照射手段とを備え、前記Ｘ線発生用ターゲットが予め設定されているＸ線照射中心を巡る環状経路に沿ってＸ線照射中心に向けてＸ線を放出できる位置にあるよう構成されているとともに、前記レーザビーム照射手段が、前記環状経路に沿って位置するＸ線発生用ターゲットに順にレーザビームを照射してゆくレーザビーム走査を行うよう構成されている。
【０００７】
〔作用〕
次に、この発明のＸ線発生装置によりＸ線を発生させる際の作用について説明する。
請求項１の発明のＸ線発生装置において、レーザビーム照射手段からのレーザビームが、真空容器内のＸ線発生用ターゲットに照射されると、Ｘ線発生用ターゲットからＸ線が放出される。Ｘ線発生用ターゲットのレーザビーム照射エリアのところでプラズマが生じてＸ線（レーザプラズマＸ線）が放出されるのである。レーザビーム照射によりＸ線を発生させる場合、Ｘ線発生の際の変換効率は非常に高くて５０％を越すほどである。逆に言えば、ターゲットへの供給エネルギーのせいぜい５０％が熱に変換されるだけであり、供給エネルギーの９９％が熱に変換される従来のＸ線管と比べると、ターゲットに加わる熱量は一挙に半減してターゲットの温度上昇が抑えられるようになる結果、Ｘ線を連続発生させられるようになる。
【０００８】
さらに、予め設定されているＸ線照射中心を巡る環状経路に沿ってＸ線照射中心に向けてＸ線を放出できるようＸ線発生用ターゲットがＸ線を放出できる位置にあって、レーザビーム照射手段によるレーザビーム走査で、環状経路に沿って位置するＸ線発生用ターゲットに順にレーザビームが照射される。したがって、Ｘ線照射中心に対しては照射角度の異なるＸ線照射が周りから順に行われる。したがって、Ｘ線照射中心に被検体をセットするとともに、各Ｘ線照射に伴って被検体から出る透過Ｘ線を検出するようＸ線検出器を配しておけば、異なる照射角度のＸ線照射によるＸ線投影データが得られるから、これを画像再構成処理して、被検体の断層像を得ることができる。つまり、請求項１のＸ線発生装置は、Ｘ線断層像用の装置として用いることが出来るのである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明のＸ線発生装置の実施例を図面を参照しながら説明する。
【００１０】
請求項１の発明の実施例である第１実施例のＸ線発生装置を説明する。図１は第１実施例のＸ線発生装置の要部構成を示す概略図であり、第１実施例のＸ線発生装置は、Ｘ線ＣＴ装置の撮像系に用いられている。
【００１１】
第１実施例のＸ線発生装置は、図１に示すように、真空容器２の内側におのおの設けられている複数個のＸ線発生用ターゲット１と、真空容器２の中のＸ線発生用ターゲット１にレーザビームＬＢを照射するレーザビーム照射部９を備えている。
【００１２】
Ｘ線発生用ターゲット１の材質としては、タングステンや金などの重元素が好適である。タングステンや金などの重元素のものは、Ｘ線発生の際の変換効率、すなわちレーザビームＬＢの照射でＸ線発生用ターゲット１に供給されるエネルギーのうちＸ線に変換される割合が、非常に高いからであり、５０％を越える変換効率が得られる。
Ｘ線発生用ターゲット１は、このような、レーザビームの照射によりＸ線を放出する材料で形成されており、複数個のＸ線発生用ターゲット１が、図１に示すように、予め設定されているＸ線照射中心ＣＰを巡る環状経路ＲＰに沿ってＸ線照射中心に向けてＸ線を放出できる位置へそれぞれ設置されている。つまり、Ｘ線照射中心ＣＰを中心とする真円の環状経路ＲＰに沿って等しい間隔で各Ｘ線発生用ターゲット１が並んでいるのである。
【００１３】
なお、図１の場合、Ｘ線発生用ターゲット１の個数を、便宜上、５個として図示しているが、Ｘ線発生用ターゲット１の数は５個に限られるものではなく、もっと多くてもよい。
【００１４】
また、第１実施例では、レーザビーム照射部９が、レーザ光源４と収束レンズ５に加えて、レーザビーム走査のための４個の揺動ミラー１０および５個の固定ミラー１１を具備している。各揺動ミラー１０は、レーザビームＬＢを、至近のＸ線発生用ターゲット１に照射する位置か、反時計方向に位置する次の固定ミラー１１へ送る位置に切り換えセットできるよう構成されている。揺動ミラー１０が実線で示す位置にあれば、Ｘ線発生用ターゲット１へレーザビームＬＢが照射され、揺動ミラー１０が点線で示す位置にあれば、次の固定ミラー１１へレーザビームＬＢが送られる。すなわち、レーザビーム照射部９は、環状経路ＲＰに沿って設置されたＸ線発生用ターゲット１へレーザビームＬＢを順に照射してゆくレーザビーム走査を行う構成となっているのであるが、このレーザビーム走査が、揺動ミラー１０の実線で示す位置と点線で示す位置の間での切替えにより行われるのである。なお、揺動ミラー１０の位置の切替え機構は、通常のミラー切替え機構で容易に実現できる。
【００１５】
また、レーザビームＬＢが照射されるＸ線発生用ターゲット１が、どれであるかによって、レーザ光源４とＸ線発生用ターゲット１の間の距離が異なり、そのままではレーザビームＬＢの収束状態が変化してＸ線の発生量が変動することになるので、レーザ光源４とＸ線発生用ターゲット１の間の距離に合わせて、収束レンズ５の位置を前後させるなどして、レーザビームＬＢの収束状態を安定させる構成となっている。
【００１６】
レーザビームＬＢが順番に照射された各Ｘ線発生用ターゲット１からは、Ｘ線照射中心ＣＰに向け扇形のＸ線が次々放出される。第１実施例の場合は、Ｘ線ＣＴ装置であるから、Ｘ線が扇形となるようコリメータ（図示省略）などをＸ線発生用ターゲット１の前方に配しておくとともに、被検体Ｍを挟んでＸ線検出アレイ１２がＸ線発生用ターゲット１に対して対抗配置しておく。そして、各Ｘ線発生用ターゲット１からのＸ線照射に従って、対応するＸ線検出アレイ１２からはＸ線投影データとしての検出信号が得られることになる。なお、Ｘ線検出アレイ１２の後段のＸ線ＣＴ像を得るための画像再構成部（図示省略）は、従来のＸ線ＣＴ装置と全く同様のもので十分である。
【００１７】
続いて、上述の構成を有する第１実施例のＸ線発生装置のＸ線発生動作を説明する。先ずＸ線照射中心ＣＰに被検体Ｍの関心部位をセットするとともに、揺動ミラー１０を全て実線の位置にセットしておいて、レーザ光源４を発光させる。収束レンズ５を出たレーザビームＬＢは先頭の揺動ミラー１０で反射されて、至近にある最初のＸ線発生用ターゲット１へ所定時間照射されてターゲット１からＸ線を放射させると同時に、対応するＸ線検出アレイ１２からはＸ線投影データとしての検出信号が得られる。
【００１８】
次に、最初の揺動ミラー１０が点線の位置に切替えセットされ、次のＸ線発生用ターゲット１にレーザビームＬＢが照射されると、対応するＸ線検出アレイ１２からＸ線投影データとしての検出信号が得られる。その後、第２番目の揺動ミラー１０を点線の位置に切替えセットし、先と同様、Ｘ線照射とＸ線投影データとしての検出信号の収集を行う。以下、同様、最後のＸ線発生用ターゲット１まで順にレーザビームＬＢが照射されるとともに、Ｘ線投影データとしての検出信号が得られる。こうして得らたＸ線投影データを、画像再構成部で処理することにより、Ｘ線ＣＴ像を得て、ＴＶモニタ（図示省略）などに表示する。
【００１９】
このように、第１実施例のＸ線発生装置では、Ｘ線を発生する際の変換効率がすこぶる良くてＸ線発生用ターゲット１の温度上昇が抑えられるので、Ｘ線の連続発生が可能となり、短時間での繰り返し撮影が行えることから、撮影効率が改善される。それだけでなく、Ｘ線発生用ターゲット１の方は真空容器２の内側に設ける必要があるけれども、レーザビーム照射部９の方は、真空容器２の外側に設けられている構成であることから、Ｘ線発生装置の製造が容易であるという利点もある。これに加え、Ｘ線ＣＴ像を得ることが出来る。
【００２０】
続いて、請求項１の発明の実施例である第２実施例のＸ線発生装置を説明する。図２および図３は第２実施例のＸ線発生装置の要部構成を示す概略図であり、第２実施例のＸ線発生装置も、Ｘ線ＣＴ装置の撮像系に用いられている。第２実施例は、基本的には第１実施例と同じ構成であるが、以下の点が相違する。Ｘ線発生用ターゲット１およびＸ線検出アレイ１２がそれぞれ１個だけであるため、図３に示すように、Ｘ線照射中心ＣＰを巡る環状経路ＲＰに沿ってＸ線発生用ターゲット１が位置Ａ→位置Ｂ→位置Ｃと順に移動させられるとともに、Ｘ線検出アレイ１２も対応する位置ａ→位置ｂ→位置ｃへ順に移動させられる構成となっている。
【００２１】
また、レーザビーム照射部１３が、レーザ光源４と収束レンズ５に加えて、回転ミラー１４および反射ミラー１５を具備している。Ｘ線発生用ターゲット１の移動と合わせて、回転ミラー１４が回転軸Ｘｂの回りに回転するとともに反射ミラー１５がＸ線発生用ターゲット１に対面する位置となるよう移動し、レーザビーム照射部１３からのレーザビームＬＢがＸ線発生用ターゲット１へちょうど当たるよう構成されている。
【００２２】
第２実施例のＸ線発生装置の場合、レーザビーム照射部１３からのレーザビームＬＢがＸ線発生用ターゲット１に連続照射されるようにすることも出来るし、レーザビーム照射部１３からのレーザビームＬＢがＸ線発生用ターゲット１に一定間隔移動するごとに照射されるようにすることも出来る。前者の場合は、Ｘ線が連続的に放出され、後者の場合はＸ線が間歇的に放出されることになる。このように、第２実施例のＸ線発生装置は、Ｘ線発生用ターゲット１およびＸ線検出アレイ１２やレーザビーム照射部１３の回転ミラー１４および反射ミラー１５が移動する他は、第１実施例と同じようにしてＸ線を発生し、Ｘ線投影データとしての検出信号が得られることになる。
【００２３】
なお、第２実施例は、Ｘ線発生用ターゲット１を回転させるように構成したが、Ｘ線発生用ターゲットをリング状に構成してもよい。このように構成すれば、レーザビームＬＢの走査に合わせてＸ線検出アレイ１２だけを回転させればよい。
【００２４】
最後に、請求項１の発明の実施例である第３実施例のＸ線発生装置を説明する。図４および図５は第３実施例のＸ線発生装置の要部構成を示す概略図であり、第３実施例のＸ線発生装置も、やはりＸ線ＣＴ装置の撮像系に用いられている。第３実施例は、基本的には第２実施例と同じ構成であるが、レーザビーム照射部１６の構成が以下のように異なる。レーザビーム照射部１６は、レーザ光源４の他に、内面に鏡面反射加工が施された断面真円形のリング１７およびリング１７の内側を周方向へ移動してゆく集光ミラー１８を具備している。そして、図４に示すように、レーザ光源４からのレーザ光は未収束の状態でリング１７の内に導入されるとともに、リング１７の周面に沿って一定間隔で多数の開口１９が設けられている。リング１７の内に導入されたレーザ光は反時計方向に沿って進行してゆくが、集光ミラー１８に当たると収束されながら開口１９の方向へ反射する。反射したところに開口１９があればレーザビームＬＢがリング１７の外に出ることになる。なお、図４では多数の開口１９を配置したが、開口１９の配置位置に沿うようにリング状のスリットを設けてよい。
【００２５】
一方、Ｘ線発生用ターゲット１の方は、図４および図５に示すように、リング１７から少し離れてリング１７と平行に設定されるとともにＸ線照射中心ＣＰを中心とする真円の環状経路ＲＰに沿って真空容器２ごと移動するよう構成されている。又、Ｘ線発生用ターゲット１と集光ミラー１８は常に対面するように同期して移動させられるようにも構成されている。そして、図５に示すように、Ｘ線発生用ターゲット１が各開口１９の位置に来る度に、集光ミラー１８によりレーザ光が収束されながら、レーザビームＬＢとして開口１９を通してＸ線発生用ターゲット１へ照射される。勿論、レーザビームＬＢが照射されたＸ線発生用ターゲット１からは、Ｘ線がＸ線照射中心ＣＰへ向けて放出されることになる。したがって、第３実施例のＸ線発生装置も、Ｘ線発生用ターゲット１およびＸ線検出アレイ１２やレーザビーム照射部１６の集光ミラー１８が移動しながら、第２実施例と同様にＸ線を発生して、Ｘ線投影データとしての検出信号がＸ線検出アレイ１２から得られることになる。
【００２６】
なお、第１〜３実施例において明らかなように、請求項１の発明において、Ｘ線発生用ターゲット１が予め設定されているＸ線照射中心ＣＰを巡る環状経路ＲＰに沿ってＸ線照射中心ＣＰに向けてＸ線を放出できる位置にあるという場合、複数個のターゲット１を環状経路ＲＰに沿って順に設置しておく形態や、１個のターゲット１を環状経路ＲＰに沿って順に移動させる形態があることになる。
【００２７】
この発明は、上記の実施例に限られるものではなく、以下のように変形実施することもできる。
（１）第１実施例では、Ｘ線発生用ターゲット１およびＸ線検出アレイ１２が複数個設けられていたが、第１実施例において、Ｘ線発生用ターゲット１とＸ線検出アレイ１２が、それぞれ１個だけで順に次のターゲットと検出アレイのある位置へ移動してゆく構成のものが、変形例として挙げられる。
【００２８】
（２）第２、３実施例では、Ｘ線発生用ターゲット１が１個であったが、第１実施例の如くＸ線発生用ターゲット１を複数個設けることにより、あるいは、リング状のＸ線発生用ターゲット１を設けることにより、Ｘ線発生用ターゲット１の移動を不要とした構成のものが、それぞれ変形例として挙げられる。
【００２９】
（３）第１〜３実施例は、Ｘ線発生装置が医療用装置に用いられる形態であったが、この発明のＸ線発生装置は、医療用に限られず、工業用の非破壊Ｘ線検査機器などに用いることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１の発明のＸ線発生装置によれば、レーザビームの照射によりＸ線を発生させる構成であるので、Ｘ線発生の際の変換効率が非常に良く、ターゲットで熱に変換される供給エネルギーの割合が著しく低減することから、ターゲットの温度上昇を十分に抑えられるようになる結果、Ｘ線の連続発生が可能となり、撮影効率が改善される。また、レーザビームの照射によりＸ線を発生させる構成の場合、事実上、Ｘ線発生用ターゲットだけを真空雰囲気に置けばよいことから、Ｘ線発生装置の製造が容易となる。
【００３１】
さらに、Ｘ線照射中心に対して照射角度の異なるＸ線照射が周りから順に行われる構成であるので、Ｘ線照射中心にセットした被検体のＸ線断層像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
第１実施例のＸ線発生装置の要部構成を示す概略図である。
【図２】
第２実施例のＸ線発生装置の要部構成を側面方向から見た概略図である。
【図３】
第２実施例のＸ線発生装置の要部構成を正面方向から見た概略図である。
【図４】
第３実施例のＸ線発生装置の要部構成を正面方向から見た概略図である。
【図５】
第３実施例のＸ線発生装置の要部構成を側面方向から見た概略図である。
【符号の説明】
１…Ｘ線発生用ターゲット
２…真空容器
９…レーザビーム照射部
４…レーザ光源
５…収束レンズ
１３，１６…レーザビーム照射部
ＣＰ…Ｘ線照射中心
ＲＰ…環状経路
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
1999040393.tif 000002
【図３】
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【図４】
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【図５】
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