(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グリッド、アノードおよびカソードの各電極を有し、Ｘ線を曝射するＸ線管と、
このＸ線管のアノードとカソードの間に高電圧を印加する直流高電圧電源と、
前記Ｘ線管のグリッドとカソードの間に接続される第１のコンデンサと、
前記Ｘ線管のグリッドとカソードの間に、陽極側を前記Ｘ線管のグリッド側にして前記第１のコンデンサと並列に接続されるダイオードと、
前記Ｘ線管のアノードとグリッドの間に、前記第１のコンデンサと直列に接続される第２のコンデンサとを有し、
Ｘ線の曝射および停止を前記直流高電圧電源のＯＮ／ＯＦＦで制御すると共に、
前記ダイオードは、ツェナーダイオードとし、そのツェナー電圧を前記Ｘ線管のカソードとグリッドの間の許容電圧よりも小さくすることを特徴とするパルスＸ線装置。
【請求項２】
前記Ｘ線管のグリッドとカソードの間に前記第１のコンデンサと並列に接続される第１の抵抗器と、前記Ｘ線管のアノードとグリッド間に前記第２のコンデンサと並列に接続される第２の抵抗器とをさらに有し、前記第１のコンデンサの容量と前記第１の抵抗器の抵抗値の積が、前記第２のコンデンサの容量と前記第２の抵抗器の抵抗値の積よりも小さいことを特徴とする請求項１記載のパルスＸ線装置。
【請求項３】
前記第２のコンデンサは、前記Ｘ線管のアノードとアースの間と、アースと前記Ｘ線管のグリッドの間に接続される２つのコンデンサの直列回路であることを特徴とする請求項２に記載のパルスＸ線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線管の制御グリッド電圧を制御してパルスＸ線を発生させるパルスＸ線装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、Ｘ線透視像を取得するために連続的にＸ線を曝射するＸ線装置が知られている。しかし、このＸ線装置では、画像を鮮明にするためにＸ線管電流を増加させると被検体の被曝線量が増加するという問題がある。この問題を解決するためにＸ線を間欠的に曝射するパルスＸ線装置が種々提案されている。このようなパルスＸ線装置を図６に示す。
【０００３】
図６に示すようにパルスＸ線装置１００は、高電圧を発生する高電圧装置１０１と、高電圧装置１０１により発生される高電圧によりＸ線を曝射するＸ線管１０３と、高電圧装置１０１により発生される電圧をＯＮ／ＯＦＦしてパルス電圧にするスイッチ手段１０５とを有する。また、高電圧装置１０１とＸ線管１０３とは、高電圧ケーブル１０７によって接続されている。
【０００４】
このパルスＸ線装置１００では、高電圧装置１０１により発生される高電圧をスイッチ手段１０５のＯＮ／ＯＦＦ動作によってパルス電圧にし、このパルス電圧によってＸ線管１０３からＸ線が間欠的に曝射される。
【０００５】
しかしながら、従来のパルスＸ線装置１００では、高電圧ケーブル１０７の静電容量（導体間浮遊容量）１０９のため、スイッチ手段１０５をＯＮからＯＦＦにした時、Ｘ線管電圧が急峻に変化せず、図７に示すような波尾が生じる。この波尾によるＸ線は透過力が弱いために被検体にとっては有害なものである。このような問題を解決したものとして特開昭６１−１２６７９９号公報に記載の三極Ｘ線管の制御回路がある。
【０００６】
この三極Ｘ線管の制御回路では、三極Ｘ線管のグリッド端子とＸ線管フィラメント端子間に複数個の半導体スイッチ素子の直列接続体である第１の半導体スイッチングユニットを接続し、グリッド端子とバイアス電源の陰極出力端子間に第２の半導体スイッチングユニットを接続している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置では、Ｘ線管のグリッド制御回路が複雑で、信頼性に欠けるという問題がある。また、Ｘ線管のグリッド制御回路では、Ｘ線管の動作時に負の高電圧が印加されるため、絶縁油中に配置する等の配慮が必要であるが、回路が故障した場合の修理を困難なものにする。
【０００８】
一方、Ｘ線管は、その目的から被検体の近くに配置しなければならない。そしてＸ線診断をする上では、被検体の周辺をできるだけ広く取ることが望ましい。しかし、高電圧ケーブルの導体間浮遊容量がグリッド電圧を高速でスイッチングする際の妨げになるため、高電圧ケーブルをあまり長くすることができなかったり、高電圧ケーブルが長い場合、グリッド制御回路を動作させるために大きな電力を必要とし、回路が益々大掛かりなものになるという問題がある。
【０００９】
このため、従来の装置は、被検体の被爆線量を低減することはできるが、回路が複雑で大掛かりなため、高価なものとなり、普及型のＸ線診断装置には採用されなかった。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、信頼性の高い良好なパルスＸ線を簡単な回路構成かつ低価格で得ることができるパルスＸ線装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、グリッド、アノードおよびカソードの各電極を有し、Ｘ線を曝射するＸ線管と、このＸ線管のアノードとカソードの間に高電圧を印加する直流高電圧電源と、前記Ｘ線管のグリッドとカソードの間に接続される第１のコンデンサと、前記Ｘ線管のグリッドとカソードの間に、陽極側を前記Ｘ線管のグリッド側にして前記第１のコンデンサと並列に接続されるダイオードと、前記Ｘ線管のアノードとグリッドの間に、前記第１のコンデンサと直列に接続される第２のコンデンサとを有し、Ｘ線の曝射および停止を前記直流高電圧電源のＯＮ／ＯＦＦで制御すると共に、前記ダイオードは、ツェナーダイオードとし、そのツェナー電圧を前記Ｘ線管のカソードとグリッドの間の許容電圧よりも小さくすることことを要旨とする。
【００１２】
請求項１記載の発明のパルスＸ線装置にあっては、直流高電圧電源により、Ｘ線管に直流高電圧を印加されたとき、Ｘ線管のグリッドバイアス電圧は約０（Ｖ）となり、Ｘ線管に電圧が流れＸ線管からＸ線が曝射される。一方、Ｘ線管への直流高電圧印加が停止されたとき、第２のコンデンサに充電された電荷が放電され、第１のコンデンサを充電することによってＸ線管のグリッドにカットオフ電圧を発生させるのでＸ線の曝射は急峻に停止する。このため、信頼性の高い良好なパルスＸ線を簡単な回路構成かつ低価格で得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明に係るパルスＸ線装置の一実施形態を示した回路図である。
図１に示すように第１実施形態のパルスＸ線装置１は、交流電源３、交流電圧を直流電圧に整流する整流平滑回路５、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路７、交流電圧を所定の高電圧に変圧する高電圧トランス９および交流の高電圧を直流の高電圧に整流する高圧整流器１１とから成る直流高電圧電源と、Ｘ線管１３と、第１のコンデンサとしてのコンデンサ１５と、第２のコンデンサとしてのコンデンサ１７およびコンデンサ１９と、ダイオード２１と、第１の抵抗器としての抵抗器２３と、第２の抵抗器としてのブリーダ抵抗器２５およびブリーダ抵抗器２７とを有する。
【００１４】
本実施形態のパルスＸ線装置１は、高圧整流器１１とＸ線管１３の間を接続する高電圧ケーブル３０ａ，３０ｂの導体間浮遊容量を、高電圧トランス９の２次巻き線に発生された高電圧を平滑化する回路素子（コンデンサ）として用いることにより、回路構成を簡略化したものである。
【００１５】
Ｘ線管１３は、グリッド、アノードおよびカソードの各電極を有する３極Ｘ線管であり、前記直流高電圧電源から供給される高電圧によってＸ線を曝射する。尚、ここではＸ線管１３として３極Ｘ線管を用いているが、制御グリッドＧを有していれば他の種類のＸ線管を用いても良い。
【００１６】
コンデンサ１５は、Ｘ線管１３のグリッドＧとカソードＫの間に接続され、Ｘ線を遮断するためのグリッドバイアス電圧を発生する。特に本実施形態では、コンデンサ１５としては高圧整流器１１とＸ線管１３のカソードＫ側間を接続する高電圧ケーブル３０ａの導体間浮遊容量を使用する。
【００１７】
コンデンサ１７は、アースとＸ線管１３のグリッドＧの間に接続され、高圧整流器１１により整流された高電圧を平滑化する。特に本実施形態では、コンデンサ１７として高圧整流器１１とＸ線管１３のカソードＫ側を接続する高電圧ケーブル３０ａの導体間浮遊容量を使用する。
【００１８】
コンデンサ１９は、Ｘ線管１３のアノードＡとアースの間に接続され、高圧整流器１１により整流された高電圧を平滑化する。特に本実施形態では、コンデンサ１９としては高圧整流器１１とＸ線管１３のアノードＡ側を接続する高電圧ケーブル３０ｂの導体間浮遊容量を使用する。また、コンデンサ１７とコンデンサ１９とは、直列に接続される。
【００１９】
ダイオード２１は、グリッドバイアス用であり、Ｘ線管１３のグリッドＧとカソードＫの間に陽極側をグリッドＧ側にしてコンデンサ１５と並列に接続される。
【００２０】
抵抗器２３は、グリッドバイアス用であり、Ｘ線管１３のグリッドＧとカソードＫの間にコンデンサ１５と並列に接続され、コンデンサ１５の電荷を放電させる。
【００２１】
ブリーダ抵抗器２５は、アースとＸ線管１３のカソードＫの間に接続され、ブリーダ抵抗器２７は、Ｘ線管１３のアノードＡとアースの間に接続される。これらブリーダ抵抗器２５，２７は、それぞれ複数の抵抗器を直列に接続した構造をしている。このようなブリーダ抵抗器２５，２７により分圧された電圧は、Ｘ線管電圧を所定の値に安定させるためのフィードバック信号として用いる。また、コンデンサ１７，１９の電荷を放電させる作用を持つ。
尚、ブリーダ抵抗器２５は、Ｘ線管１３のカソードＫとアースとの間に接続されが、これに限らず、ブリーダ抵抗器２５をＸ線管１３のグリッドＧとアースとの間に接続するようにしても良い。
【００２２】
また、高圧整流器１１とＸ線管１３の間は２つの高電圧ケーブル３０ａ，３０ｂによって接続されるが、高圧整流器１１とＸ線管１３のカソードＫ側の間を接続する高電圧ケーブル３０ａは、Ｘ線管１３のグリッドＧの配線が必要であるためと、通常、Ｘ線管１３に小焦点用のフィラメントと大焦点用のフィラメントの２つのフィラメントとを有するため、一般に図２の断面図に示すような４心のケーブルが使用される。
【００２３】
図２に示すように、高電圧ケーブル３０ａは、３つの心線３１Ｌ，３１Ｓ，３１Ｃと、これら３つの心線３１Ｌ，３１Ｓ，３１Ｃを絶縁体を介して覆う同軸導体３３と、同軸導体３３の外周に設けられる絶縁体３５と、絶縁体３５を覆い、接地される編組３７と、編組３７の外周に設けられる被覆３９とから成る。
【００２４】
心線３１ＬはＸ線管１３のカソード側の大焦点フィラメント用端子Ｌに接続され、心線３１ＳはＸ線管１３のカソード側の小焦点フィラメント用端子Ｓに接続され、心線３１ＣはＸ線管１３の大、小フィラメント共通端子Ｃに接続される。また、同軸導体３３はＸ線管１３のグリッドＧに接続される。
【００２５】
一般的には、同軸導体３３をＸ線管１３の大、小フィラメント共通端子Ｃに接続するが、本実施形態では、同軸導体３３をＸ線管１３のグリッドＧに接続するようにする。これは、同軸導体３３をＸ線管１３のグリッドＧに接続することでコンデンサ１５とコンデンサ１７の直列回路が形成され、Ｘ線管１３のグリッドバイアス回路が機能するからである。
【００２６】
また、図３は、大焦点用のフィラメントＬＦと小焦点用のフィラメントＳＦの２つのフィラメントを有するＸ線管１３を用いた場合の配線例（高圧整流器１１よりＸ線管１３側の配線例）を示している。尚、図３中、図１で示したものと同一のものは同一の記号を付して詳細な説明を省略した。
【００２７】
図３に示すように大焦点用のフィラメントＬＦと小焦点用のフィラメントＳＦの２つのフィラメントを有するＸ線管１３を用いた場合、Ｘ線管１３のカソード側は、大焦点用フィラメント端子Ｌと小焦点用フィラメント端子Ｓと、共通端子Ｃとを有する。
【００２８】
また、大焦点用フィラメント端子Ｌには、高電圧ケーブル３０ａの心線３１Ｌの一方の端部が接続され、小焦点用フィラメント端子Ｓには、高電圧ケーブル３０ａの心線３１Ｓの一方の端部が接続され、大、小フィラメント共通端子Ｃには、高電圧ケーブル３０ａの心線３１Ｃの一方の端部が接続される。この心線３１Ｌの他方の端部と心線３１の他方の端部には、フィラメントトランス４１の２次側が接続される。また、心線３１Ｓの他方の端部と心線３１Ｃの他方の端部には、フィラメントトランス４３の２次側が接続される。
【００２９】
尚、図１においてはＸ線管１３のグリッドＧとカソードＫの間にコンデンサ１５とダイオード２１と抵抗器２３とが接続されているが、図３においてはＸ線管１３のグリッドＧと大、小フィラメント共通端子Ｃの間に接続される。また、図１においては高圧整流器１１の陰極側はＸ線管１３のカソードＫと接続されるが、図３においてはＸ線管１３の大、小フィラメント共通端子Ｃと接続される。
【００３０】
トランス４１，４３の１次側には、図４（ａ）に示すようにフィラメント加熱回路４５が設けられ、スイッチ手段４７によってトランス４１またはトランス４３のいずれかにフィラメント加熱電圧を印加して大焦点用フィラメントＬＦと小焦点用フィラメントＳＦのいずれかに切り替える。また、トランス４１，４３の１次側に図４（ｂ）に示すように、それぞれフィラメント加熱回路４５ａ，４５ｂを設け、フィラメント加熱回路４５ａ，４５ｂから出力されるフィラメント加熱電流を制御することによってＸ線管の焦点サイズを切り換えるようにしても良い。
【００３１】
尚、フィラメント加熱電圧は、グリッドＧの電圧（グリッド電圧）に比べ十分小さいので、Ｘ線管１３の遮断動作を考える場合、大焦点用フィラメント端子Ｌ、小焦点用フィラメント端子Ｓ、共通端子Ｃは同電位であると見なすことができる。
【００３２】
次に、本実施形態のパルスＸ線装置１の動作を図５に示すタイミングチャートを参照して説明する。
まず、Ｘ線を曝射する場合、図示しない制御回路によりインバータ回路７を作動させ（図５、インバータ回路ＯＮ）、高電圧トランス９の１次巻線に交流電圧を印加させ、高電圧トランス９の２次巻き線に高電圧を発生させる。高電圧トランス９の２次巻線に発生された高電圧は、高圧整流器１１により整流され、高電圧ケーブル３０ａ，３０ｂの導体間浮遊容量であるコンデンサ１７，１９で平滑化されてＸ線管１３のアノードＡとカソードＫ間に印加される。
【００３３】
Ｘ線管１３のアノードＡとカソードＫ間に直流の高電圧が印加され、コンデンサ１７が充電されるとき、ダイオード２１は順バイアスとなるため、Ｘ線管１３のカソードＫに対するグリッド電圧は約０（Ｖ）となり（図５のインバータ回路ＯＮ状態でのグリッド電圧ＶG 参照）、Ｘ線管１３に電流が流れる。このため、Ｘ線管１３はＸ線を急峻に曝射する（図５のインバータ回路ＯＮ状態でのＸ線出力参照）。
【００３４】
次に、Ｘ線の曝射を停止する場合、図示しない制御回路によってインバータ回路７の動作を停止させる（図５、インバータ回路ＯＦＦ）。インバータ回路７の動作が停止されるとコンデンサ１７，１９に蓄えられた電荷は、Ｘ線管１３とブリーダ抵抗２５，２７を介して放電される。このとき、ダイオード８は逆バイアスになるため、コンデンサ１５が急速に充電され、グリッド電圧は負の方向に向かう（図５のインバータ回路ＯＦＦ状態でのグリッド電圧ＶG 参照）。そしてグリッド電圧がカットオフ電圧に達するとＸ線管１３はカットオフ状態となりＸ線の曝射を急峻に停止する（図５のインバータ回路ＯＦＦ状態でのＸ線出力参照）。
【００３５】
ここで、Ｘ線管１３のアノードＡとカソードＫに高電圧を供給する高電圧ケーブル３１ａと高電圧ケーブル３１ｂとは同一長のものを使用するため、コンデンサ１７とコンデンサ１９の静電容量は同一である。また、ブリーダ抵抗器２５とブリーダ抵抗器２７の抵抗値は同一である。
【００３６】
Ｘ線管１３がカットオフするとコンデンサ１５の充電は停止するので、グリッド電圧が過大になることはない。また、ダイオード２１をツェナーダイオードに替え、そのツェナー電圧をＸ線管１３のグリッドＧとカソードＫの間の許容電圧よりも小さくすれば、回路の故障等があっても、グリッド電圧の過大によるＸ線管１３の破損、あるいは高電圧ケーブルの破損を防止することができる。
このＸ線曝射動作とＸ線停止動作を繰り返すことにより、Ｘ線が間欠的に曝射される。
【００３７】
このように、本実施形態のパルスＸ線装置１では、高圧整流器１１とＸ線管１３の間を接続する高電圧ケーブル３０ａ，３０ｂの導体間浮遊容量を、高電圧トランス９の２次巻き線に発生された高電圧を平滑化する回路素子（コンデンサ）、およびグリッドバイアスを発生させる回路素子（コンデンサ）として用い、高電圧ケーブルの浮遊容量に蓄えられた電荷の移動でグリッドバイアス電圧を発生させるので、例えばインバータ回路７のＯＮ／ＯＦＦを制御するのみで信頼性の高い良好なパルスＸ線を簡単な回路構成かつ低価格で得ることができる。
【００３８】
また、高圧整流器１１とＸ線管１３の間を接続する高電圧ケーブル３０ａ，３０ｂの導体間浮遊容量を回路素子として用いるので、高電圧ケーブル３０ａ，３０ｂが長くても良好なパルスＸ線を得ることができる。
さらに、直流高電圧電源の一部を構成するインバータ回路７のＯＮ／ＯＦＦを制御するのみでパルスＸ線が得られ、従来必要としていたグリッド制御回路用の電源は不要となるので回路の小形化が可能となる。
【００３９】
尚、本実施形態では、高電圧ケーブル３０ａ，３０ｂの導体間浮遊容量を、回路素子として用いているが、本発明はこれに限定されること無く、例えば高電圧トランス、整流器、コンデンサ等を一体化したものを用いても良い。
【００４０】
また、本実施形態では、交流電源３、整流平滑回路５、インバータ回路７、高電圧トランス９および高圧整流器１１とから直流高電圧電源を構成しているが、本発明は、これに限定されること無く、他の構成の直流高電圧電源を用いても良い。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、信頼性の高い良好なパルスＸ線を簡単な回路構成かつ低価格で得ることができる。またこのため、比較的高価な機種にしか採用できなかったパルスＸ線装置が低価格で実現できるので、普及型装置にも適用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るパルスＸ線装置の一実施形態を示した回路図である。
【図２】高圧整流器とＸ線管のカソード側の間を接続する高電圧ケーブルを示した断面図である。
【図３】大焦点用のフィラメントと小焦点用のフィラメントの２つのフィラメントを有するＸ線管を用いた場合の配線例を示した回路図である。
【図４】大焦点用のフィラメントと小焦点用のフィラメントの切り替えを行うための回路を示した図である。
【図５】図１に示したパルスＸ線装置によるインバータ回路とグリッド電圧とＸ線出力の関係を示すタイミングチャートである。
【図６】従来のパルスＸ線装置を示す回路図である。
【図７】図６に示したパルスＸ線装置によるＸ線管電圧の波尾を示す図である。
【符号の説明】
１  パルスＸ線装置
３  交流電源
５  整流平滑回路
７  インバータ回路
９  高電圧トランス
１１  高圧整流器
１３  Ｘ線管
１５，１７，１９  コンデンサ
２１  ダイオード
２３  抵抗器
２５，２７  ブリーダ抵抗器
３０ａ，３０ｂ  高電圧ケーブル
３１Ｌ，３１Ｓ，３１Ｃ  心線
３３  同軸導体
３５  絶縁体
３７  編組
３９  被覆
４１，４３  トランス
４５，４５ａ，４５ｂ  フィラメント加熱回路
【図１】
0003712474.tif 000002
【図２】
0003712474.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003712474.tif 000007
【図７】
0003712474.tif 000008