(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空にされた内部を有する全体がトロイダル状のハウジングと、
前記トロイダル状ハウジング内に配置した固定の環状アノードであって、前記環状アノードの表面を冷却する冷却媒体の循環流体通路と熱伝達する前記環状アノードと、
前記トロイダル状ハウジング内に配置し、前記ハウジングと同電位の回転する環状カソードリングであって、前記アノード表面に衝突させる電子ビームを形成する電子放出手段を保持する前記環状カソードリングから成るカソードアセンブリと、
前記環状カソードリングを前記ハウジングの内周に沿って回転する手段と、
前記ハウジングの電位と比較して負極の高電圧を電子放出手段に印加する高電圧バイアス手段であって、前記高電圧バイアス手段が前記ハウジングに固定された少なくとも一つの高電圧カソードと前記環状カソードリングに支持されたトロイダル状の電子受けプレートを有し、前記電子受けプレートが前記電子放出手段と電気的接続を成し、前記環状カソードリングが回転する際に、前記電子受けプレートが少なくとも部分的に前記高電圧カソードを近接して囲む構成を成す高電圧バイアス手段と、
を具備することを特徴とするＸ線管。
【請求項２】
前記環状カソードリングはベアリングに取り付けられ、
モータ手段が、前記ハウジングに固定的に取り付けられたステータ部と、前記環状カソードリングに取り付けられたロータ部から成る請求項１に記載のＸ線管。
【請求項３】
前記ハウジング内で前記環状カソードリングを回転自在に支持するための磁気浮揚ベアリング手段を更に含む請求項１に記載のＸ線管。
【請求項４】
前記磁気浮揚ベアリング手段が故障したとき、前記環状カソードリングを支持するための機械式ベアリング手段を更に含む請求項３に記載のＸ線管。
【請求項５】
前記ハウジングに取り付けられた固定コンデンサプレートに容量結合するよう、前記環状カソードリングに取り付けられた回転コンデンサプレートを更に含み、この回転コンデンサプレートが、前記環状カソードリングに取り付けた複数の前記電子放出手段を選択する制御手段に電気的に接続され、
一方前記固定コンデンサプレートがＡＣ電源に電気的に接続されている請求項１に記載のＸ線管。
【請求項６】
前記ハウジングに取り付けられた固定インダクタに誘導結合されるよう前記環状カソードリングに取り付けられた回転環状インダクタを更に含み、
この回転環状インダクタが、前記環状カソードリングに取り付けた複数の前記電子放出手段を選択する制御手段に電気的に接続されている請求項１に記載のＸ線管。
【請求項７】
前記電子放出手段を保持する前記環状カソードリングに取り付けられた支持手段を更に含み、この支持手段が焦点ずれ放射線コリメータ手段およびＸ線ビームをフィルタ処理するためのフィルタ手段の少なくとも一方を支持し、
このフィルタ手段およびコリメータ手段が前記電子ビームと共に回転する際、前記フィルタ手段およびコリメータ手段を前記アノードに近接して配置する前記支持手段を有する請求項１に記載のＸ線管。
【請求項８】
前記カソードアセンブリで、前記高電圧バイアス手段を電気的絶縁するアイソレーショントランスを更に含む請求項１に記載のＸ線管。
【請求項９】
前記環状カソードリングにより支持された複数の前記電子放出手段と、
前記電子放出手段と外部電流源とを電気的に結合するための結合手段と、
前記電子放出手段に供給する電流を選択するための前記環状カソードリングに支持されたスイッチング手段を有す請求項１に記載のＸ線管。
【請求項１０】
前記環状カソードリングと共に回転できるよう取り付けられた複数の磁気制御スイッチである前記スイッチング手段と、
前記ハウジングに取り付けられた複数の環状電磁石を含み、各環状電磁石は制御磁界を選択的に供給するための磁気制御スイッチであり、前記環状電磁石の成すそれぞれの円状の面を近接して積層した請求項９に記載のＸ線管。
【請求項１１】
前記ハウジングの電位に対して負極の高電圧のバイアスを前記カソードアセンブリにかけるための高電圧源を更に含む請求項１に記載のＸ線管。
【請求項１２】
前記高電圧バイアス手段の前記高電圧カソードと、前記電子受けプレートとの間に、電流制御グリッドを設けた請求項８に記載のＸ線管。
【請求項１３】
前記環状カソードリングの前記高電圧バイアス手段と前記電子放出手段の間の電気接続部を、前記環状カソードリングの他の部分から絶縁するための電気絶縁手段内に更に含む請求項１１に記載のＸ線管。
【請求項１４】
前記環状カソードリングの前記高電圧バイアス手段と前記電子放出手段の間の電気接続部を、電気的かつ機械的に接続するための接続端子を有す請求項１３に記載のＸ線管。
【請求項１５】
前記電気絶縁手段を第１の電気絶縁手段として、この第１の電気絶縁手段の周囲の、少なくとも一部に２次巻線を巻回すると共に、
前記２次巻線の一端を前記電子放出手段に接続して、他端を前記高電圧バイアス手段に接続してあり、
更に、前記２次巻線を囲む位置に第２の電気絶縁手段を配して、前記第２の電気絶縁手段を巻回する１次巻線を更に含む請求項１３記載のＸ線管。
【請求項１６】
前記１次巻線が、前記電子放出手段に供給する電流を選択するためのスイッチング手段に接続された請求項１５に記載のＸ線管。
【請求項１７】
前記ハウジングに対する前記環状カソードリングの角度位置を表示するエンコードされた信号を発生するための位置エンコーダを更に含む請求項１に記載のＸ線管。
【請求項１８】
前記電子放出手段に隣接して前記環状カソードリングに取り付けられたコリメータおよびフィルタの少なくとも一方を支持するための支持手段を有し、この支持手段が前記電子放出手段と共に回転する請求項１に記載のＸ線管。
【請求項１９】
第２冷却流体通路と熱伝達する前記ハウジングの内部に取り付けられた第２アノード表面と、
第２アノード表面に衝突する第２電子ビームを選択的に形成するよう前記カソードアセンブリに取り付けられた第２電子放出手段とを更に含む請求項１に記載のＸ線管。
【請求項２０】
第１および第２アノード表面は異なる径の同心状円形環状体である請求項１９に記載のＸ線管。
【請求項２１】
前記カソードアセンブリに取り付けられ、前記第１アノード表面に隣接して配置された第１フィルタおよびコリメータアセンブリと、
前記第２アノード表面に隣接してカソードアセンブリに取り付けられた第２フィルタおよびコリメータアセンブリとを更に含む請求項１９に記載のＸ線管。
【請求項２２】
前記カソードアセンブリは前記環状アノードの表面に対向して前記ハウジング内の前記環状カソードリングに配置された複数の電子放出手段を有し、この回転する環状カソードリングに、前記電子放出手段の電子放出をするように選択的にさせるためのスイッチング手段を更に保持する請求項１に記載のＸ線管。
【請求項２３】
前記電子放出手段の各々がゲートグリッドを含み、前記スイッチング手段が電子ビームを前記アノードへの放射を制限するゲートグリッドに選択的にバイアスをかける請求項２２に記載のＸ線管。
【請求項２４】
前記電子放出手段の各々によって発生された電子ビームをアノード表面の円弧セグメントに沿って選択的に走査するためのバイアス手段を更に含む請求項２３に記載のＸ線管。
【請求項２５】
前記電子放出手段の各々は前記ハウジングから、かつ互いに絶縁されており、前記スイッチング手段は少なくとも一つの選択された前記電子放出手段と前記アノード表面との間のバイアス電圧を選択的にスイッチする請求項２２に記載のＸ線管。
【請求項２６】
前記カソードアセンブリは電子ビームを放出するよう通過する電流により加熱されるカソードフィラメントを保持するカソードカップを含み、前記カソードカップが第１電気絶縁体に取り付けられて、
前記電子ビームを移動するための手段が第１絶縁体を支持する前記環状カソードリングと、前記環状カソードリングを回転させるためのモータ手段を含み、
前記環状カソードリングがトロイダル状の前記ハウジング内で磁気的に浮揚されて、
前記カソードフィラメントの一端が前記カソードカップに接続され、前記カソードフィラメントの他端が前記第１絶縁手段の一部のまわりに延びる２次巻線に接続して、
前記環状カソードリングから絶縁された第１絶縁手段を貫通し、前記カソードカップから高電圧バイアス手段に延びる電気的導通部であって、前記２次巻線が前記電気的導通部に接続して
前記２次巻線から絶縁される前記第２電気絶縁手段のまわりに巻かれた１次巻線とから成り、前記１次巻線は前記カソードフィラメントを流れる電流を制御するための手段に接続され、よって前記カソードフィラメントを通る電流を制御するための手段が前記カソードフィラメントより絶縁される請求項１に記載のＸ線管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はＸ線またはガンマ線発生技術に関する。本発明は、ＣＴスキャナ用のＸ線管と共に用いる特定の用途があるので、特にこれを参照して説明する。しかしながら本発明は、他の用途用のＸ線発生に関連した用途も有すると解すべきである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、患者はＣＴスキャナの中心ボア内の水平コーチ上にうつ伏せ状態に位置しており、Ｘ線管は回転自在なガントリー部分に取り付けられた高速で患者の回りを回転する。より高速のスキャンをするには、Ｘ線管をより高速で回転させなければならない。しかしながら、Ｘ線管をより速く回転すると、Ｘ線管の出力を上げない限り像ごとの純放射線量が減少してしまう。ＣＴスキャナが高速になるにつれて、単位時間当たり、より多くの放射線を発生するより大きなＸ線管が必要であった。当然ながら慣性力も大きくなる。
【０００３】
ＣＴスキャナ等用の高性能Ｘ線管は、固定カソードと、回転するアノードディスクを一般に含み、いずれも真空ハウジング内に収納される。強度のより強いＸ線ビームを発生すると、アノードディスクの加熱が強くなる。真空を介して周辺の流体に熱を放射することにより充分な時間をかけてアノードディスクを冷却するには、しだいに大きなアノードディスクを備えたＸ線管を製造しなければならない。
【０００４】
アノードディスクが大きくなればなる程、大きいＸ線管が必要となり、Ｘ線管は現在のＣＴスキャナのガントリーの小さい閉空間に容易に嵌合できない。第４世代のスキャナでは、より大きなＸ線管と頑丈な支持構造体を組み込むには放射線検出器を大きな径で移動させなければならない。これにより、同じ解像度を得るには、より多くの検出器が必要となり、Ｘ線管と検出器の間の通路長さも長くなる。通路長さが長くなると、放射線の発散も大きくなったり、像データも劣化することもある。取り大きなＸ線管が必要となるだけでなく、発生する多量の熱を除去するのにより大きな熱交換構造体が必要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一本のＸ線管を被検体のまわりに回転する代わりに、被検体のまわりにリング状に配置したＸ線管のスイッチング可能なアレイ、例えば５つまたは６つのＸ線管を使用することが提案されている。しかしながら、管が回転しなければ限られたデータしか発生せず、限られた解像度しか得られない。Ｘ線管が回転すれば、管のすべてを移動させる上で同様な機械上の問題が生じる。
【０００６】
更にＸ線管のウェル部内に患者を収容できるよう充分大きなマウス部を備えたほぼベル状の真空Ｘ線管エンベロープを製造することも提案されている。ベルの頂点にＸ線ビーム源が配置され、マウスのアノードリングに衝突する電子ビームをベルまで発生させるようになっている。真空ベル状のエンベロープのまわりにＸ線ビームをスキャンするための電子回路が設けられる。この設計の問題は、約２７０°のスキャニングしかできないことである。別の問題点は、走査電子ビームを収容するのに極めて大きな真空スペースは、真空状態を維持することが困難であることである。手間がかかり、複雑な真空ポンプが必要である。別の問題は、焦点からずれた放射線に対する対策がないことである。
【０００７】
核科学に関するＩＥＥＥトランザクション「高速コンピュータ断層撮像のための新設計」１９７９年４月、ＮＳ−２６巻、第２号において、マイデン・シェップおよびチョー氏は、カソードを大径アノードリングのまわりに回転させることにより円錐の、すなわちベル形状の上記管の寸法を小さくすることを提案している。しかしながら、これらの設計はいくつかの工学上の欠陥を有しているので、商業的に製造されていない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題を解決した新規でかつ改良されたＣＴスキャナを提供するものである。
【０００９】
本発明の一つの特徴によれば、大径の環状の真空にされたトロイダル状ハウジングが提供される。Ｘ線をトロイダル状ハウジングの中心軸に向けるよう環状ウィンドに隣接してハウジング内に環状のアノードターゲットが配置される。電子源からこの環状アノードまでの短距離を走行する電子ビームを発生するよう、アノードに近接して電子放出手段が配置される。そして、アノードの円周に沿って電子ビームを回転するための手段が設けられ、また、冷却流体を受けるための通路がアノードに沿ってかつアノードと密な熱伝達をするよう設定される。
【００１０】
一つの実施例では、電子ビーム回転手段ではハウジングの内周に沿い回転できるよう、機械的または磁気的ベアリングに取り付けられた環状のカソードアセンブリを含む。
別の実施例では、Ｘ線ビームは調節自在である。ある実施例では各々径の異なる複数のアノードが設けられる。各アノードには少なくとも一つのカソードフィラメントまたは他の制御可能な電子源が関連する。別の実施例ではウィンドアセンブリがカソードアセンブリと共に回転できる。寸法の異なる複数のウィンドのそれぞれに電子源が関連しており、別の実施例ではアノード面が移動自在となっている。
【００１１】
別の実施例では前記アノードと実質的に同じ径の環状カソードリングに固定するカソードが設けられ、電子ビームをアノードに衝突させるようカソードの一部分だけを選択的にゲート制御するための複数のゲート制御グリッドが設けられた電子放出手段を成す。
回転するカソードの実施例のより限定された特徴によれば、このカソードアセンブリはハウジング内で磁気的に浮揚される環状カソードリングを含む。
【００１２】
本発明の別の特徴によれば、環状カソードリングは、このハウジングの外部の環状ステータとハウジングの内部に配置された環状ロータを有するブラッシュレス誘導モータによって駆動される。
本発明の別の特徴によれば、電子放出手段である多数のカソードカップが設けられる。各カソードカップはカソードフィラメントまたは他の電子エミッタと発生した電子ビームを合焦するための適当なグリッドを含む。これら多数のカソードカップは種々の所定ビーム焦点およびその他の特性を有する。
【００１３】
本発明の別の特徴によれば、ハウジング内のロータの環状カソードリングとなる金属部品はカソードカップから絶縁され、ハウジングの電位近くに保持される。
本発明の更に限定された特徴によれば、カソードカップは、アイソレーショントランスによりロータの環状カソードリングとフィラメント電流制御回路から電気的絶縁される。そこで、このアイソレーショントランスがフィラメント電流制御回路のスイッチおよびその他部品をより低い電流および電圧で作動できるようにする。
【００１４】
本発明の別の特徴によれば、トロイダル状ハウジングは焼き付いたカソードカップの修理および交換を容易とするためのアクセスパネルを含む。
本発明の別の特徴によれば、電子を放出する固定高電圧カソードに接続された高電圧部分によりカソードアセンブリの高電圧バイアス手段に高電圧が加えられる。この高電圧バイアス手段は高電圧カソードに近接し、好ましくはこれを部分的に囲むトロイダル状の電子受けプレートを含む。グリッド制御、ミリアンペア安定化および能動的フィルタリングのため一つ以上のグリッドがフィラメントを囲むことが好ましい。高電圧カソードと電子受けプレートとの間の電子の移動により、カソードアセンブリの高電圧バイアス手段は、ほぼ１００ｋＶの大きさのＸ線管作動電圧までカソードアセンブリがドライブされる。カソードカップをグリッド制御してオン、オフするのに他の高温フィラメント、グリッドおよびプレートアセンブリを用いてもよい。
【００１５】
本発明の別の特徴によれば、焦点ずれ放射線低減器すなわちフィルタが回転カソードアセンブリと共に回転できるようこの回転カソードアセンブリに取り付けられる。
本発明の別の更に限定された特徴によれば、外部からエンベロープへのカソード電流を回転カソードアセンブリに流すための電流カプリング手段が設けられる。受けた電流をカソードまたはカソードグリッドの選択可能な一つに選択的に向けるのをカソードアセンブリに複数の磁気制御されるスイッチが取り付けられる。カソードが回転する際、磁気制御スイッチが通る通路に隣接するハウジングに隣接して、環状電磁石が固定的に配置される。これら電磁石のリングはスイッチを開閉して電流を選択したカソードまたはグリッドに向けるよう、選択的に付勢される。
【００１６】
固定カソード実施例のより限定された特徴によれば、環状カソードは多数のカソードセグメントを含む。各カソードセグメントは電子ビームをアノードに向けるよう選択的にゲート処理される。
本発明の別の特徴によれば、ビームをゲート制御し、ビームを合焦し、ビームをアノードのセグメントのまわりの円周に沿ってスイープするよう、各カソードセグメントに隣接してグリッドが設けられる。
【００１７】
当業者であれば下記の好ましい実施例の詳細な説明を読めば、本発明の更に別の特徴が明らかとなろう。
本発明は、種々の部品およびそれらの配列を変えることもできるし、種々の工程およびそれらの順序をかえることもできる。添付図面は単に実施例の例示のためのものであり、本発明を限定するものではない。
【００１８】
【実施例】
図１を参照すると、トロイダル状ハウジングＡは、大きい、全体がドーナツ形状の内部空間を設定し、トロイダル状ハウジングの内部空間内にアノードＢが取り付けられ、このアノードはその空間の円周方向に伸びている。電子の少なくとも一つのビームを発生するようトロイダル状ハウジングの内部空間内に回転手段Ｃを配置して、駆動手段Ｄが電子ビームをアノードＢに沿って特定の回転を与える。
【００１９】
より詳細に述べれば、アノードＢは、電子ビームが衝突するようになっているタングステン面１０を有するタングステンのディスクである。ハウジングおよびアノードは、環状の冷却流体路すなわちチャンネル１２を画定し、このチャンネルはアノード面、特にアノードの裏面に沿って密に熱連通する。このアノードは、大きな連続した部材すなわち組み立てられた形態の多数の部分で構成できる。またこのアノードは、冷却流体との熱連通を促進するため、任意に内部通路、フィン等を有してもよい。流体循環手段１４は、固定されたアノードおよびハウジングを通して熱交換機１６に流体を循環させ、ターゲットアノードを低温に保持する。
【００２０】
ハウジング内には、ターゲットアノードＢに近接してウィンド２０を設けてある。このウィンド２０は、電子ビームとタングステンターゲットアノードとの相互作用により発生されるＸ線ビーム２２が中心ボア２６とトロイダル管の中心軸心２４に向けて進むよう位置に配置してある。ハウジングAには真空手段、好ましくは一つ以上のイオンポンプ２８が相互に接続され、ハウジングA内の真空を維持するようになっている。
【００２１】
図１および図２の実施例では、前記回転手段Cであるカソードアセンブリは、トロイダル状ハウジングAの内部の内周の沿って延びる環状カソードリング３０を含む。この環状カソードリング３０にはカソードカップ３２ａ、３２ｂを含む複数のカソードカップ３２が取り付けられている。カソードカップ３２の各々はカソードフィラメント３４およびグリッドアセンブリ３６を含む。グリッドは、電子ビームをオン、オフするようゲート制御するためのグリッドと、ラジアル方向の電子ビームの幅を合焦するためのグリッドアセンブリと、円周方向の電子ビームの大きさを合焦するためのグリッドアセンブリを含むことが好ましい。
【００２２】
好ましい実施例では、カソードカップ３２の各々は、種々の所定のフォーカス特性の一つを備えたグリッドアセンブリを有する。このようにカソードカップ３２を選択することによりＸ線ビームの焦点スポットの異なる大きさを選択できる。また第１のカソードが焼損した場合にバックアップカソードカップとなるように最も一般的に使用される寸法で合焦されるカソードカップを多数設けてもよい。
【００２３】
ハウジングA内にはベアリング手段４０により環状カソードリング３０が回転自在に支持されている。好ましい実施例では、ベアリング手段は磁気浮揚ベアリングである。真空中で絶縁状態となるよう適当に調製されたケイ素鉄または他の材料の薄いリング４２は、ベアリングのラジアル方向に対向するように円筒状であり、長手方向に重ねて形成している。更に、ベアリングの軸方向部分は、真空中で使用するよう適当に調製したケイ素鉄または他の材料の薄いフープ体を円筒形に挟み込んで形成するよう組み立てられている。そして、吸引力を調整して、環状カソードリング３０をトロイダル真空空間の中心に正確に吊り下げ、更に、この環状カソードリングを軸方向の中心に位置させるよう近接センサとフィードバック回路により受動機素および能動機素、例えば永久磁石４４および電磁石４６が制御される。セラミック製の絶縁体４８は、カソードの電位になる環状カソードリング３０のカソードとその他の部分から、薄いリング４２を電気的絶縁する。この電気的絶縁により、薄いリングはハウジングAの電位に保持されるので、薄いリング４２と磁石４４、４６とハウジングとの間でのアークの発生を防止できる。
【００２４】
ブラシレスの大径の誘導モータ５０は、ハウジングに固定的に取り付けられたステータ５２とカソードリングに接続されたロータ５４から成る。このモータは、ハウジングのトロイダル状真空内でカソードアセンブリＣを所定速度で回転させる。磁気浮揚システムが故障した場合、カソードリングを支持するための機械式ローラベアリング５６が設けられている。この機械式ローラベアリングは環状カソードリング３０が固定ハウジングAおよび他の構造物と相互干渉するのを防止する。角度位置モニタ手段５８は、カソードアセンブリの角度位置すなわちアノード表面上のＸ線ビームのアペックス（頂点）位置をモニタする。セラミック製絶縁体４８は、カソード電位からロータ５４と角度位置モニタも電気的絶縁をする。
【００２５】
カソードカップ３２と共に回転する支持体６０が各カソードカップ３２の各々に隣接して設けられている。この支持体６０は、焦点ずれ放射線制限手段すなわちコリメータ６２、例えばＸ線ビームの長さおよび幅を制限する鉛プレートの対を担持する。これとは異なり、焦点ずれ放射線制限手段は、１つ以上の穴開き鉛またはタングステン−タンタルプレートを含んでもよい。ウィンド２０に近接して支持体６０にフィルタまたはコンペンセータ６４が取り付けられ、発生したＸ線ビームをフィルタリングし、ビームの硬度補正等を行う。コンペンセータ６４の材料としては酸化ベリリウムが好ましい。
【００２６】
電流源７０は、所定のカソードカップ３２を作動するためのＡＣ電流を発生する。このＡＣ電流は、ハウジング内部に取り付けられた固定された環状のコンデンサプレートまたは誘導コイル７２に送られる。そして、環状カソードリング３０により支持された対応する回転コンデンサプレートまたは誘導コイル７４が、固定コンデンサプレート７２に近接して取り付けられている。この回転コンデンサプレートは、一連の磁気制御スイッチ７６に電気的に接続されている。磁気制御スイッチ７６の各々は、カソードカップ３２のうちの一つに接続されている。ハウジングAに沿って複数の環状電磁石７８が固定的に取り付けられている。電気制御手段８０は、一つ以上の電磁石を作動させ、磁気制御スイッチ７６を開閉し、カソードカップ３２のうちのいずれかを選択させる。
【００２７】
これとは異なり、外部スイッチ（図示せず）が、複数の固定コンデンサリングのうちの一つに電力を与える方法の場合は、複数の対応する回転リングの各々は、異なるカソードカップに接続されている。また更に別案として、容量性カップリングを誘導性カップリング、例えば回転環状２次巻線上に空隙を介して密に隣接し、空隙を横断するように取り付けた固定環状１次巻線と置換してもよい。
【００２８】
アノードおよびカソードは、相対的に高い電圧差、代表的には１００ｋＶの大きさの電圧差に維持される。図１の実施例では、固定ハウジングAおよびアノードBはユーザーの安全のためアース電位に保持される。回転する環状カソードリング３０は、ハウジングに対して−１００〜−２００ｋＶの大きさのバイアスがかけられる。この目的のため、高電圧源９０は、真空ダイオードアセンブリの高電圧カソード９２に印加される高電圧を発生する。この高電圧源９０は、高圧ケーブルおよび終端の問題を防止するよう高電圧カソード９２に直接取り付けられるコンパクトで高周波タイプのものであることが好ましい。高電圧カソード９２は、仕事関数の低いタイプのものであることが好ましい。ドーナツ形状すなわちトロイダル状の電子受けプレート９４の円形チャンネルは、高電圧カソード９２を部分的に囲む。この電子受けプレート９４は、カソードアセンブリと共に回転できるようカソードカップ３２と一体に取り付けられる。セラミック製または他の材料製の熱絶縁プレートまたは手段９６は、好ましくは電子受けプレート９４を回転する環状カソードリング３０から断熱する。電子受けプレート９４の電流は、熱伝達を制限するために、回転カソードアセンブリの他の部分に薄いワイヤすなわちメタルフィルム９８により流す。そして、一つ以上のグリッド９９が、グリッド制御や電流のｍＡ調節および能動的フィルタリングのため高電圧カソード９２を囲む。
【００２９】
図３の実施例ではハウジングＡに対し−１００から−２００ｋＶに保持されているカソードカップ３２はハウジングと同じ電位の好ましくはアース電位に保持されている回転環状カソードリング３０の高電圧でない残りの部分から完全に電気的絶縁される。より詳細に述べれば、トロイダル状の電子受けプレート９４は、金属ストラップ１００と接続端子であるバヨネットまたは他のクイックコネクタ１０２で接続されている。カソードアセンブリはコネクタ１０２に受け入れられる嵌合コネクタである電気接続部を有する。このようにしてカソードカップ３２はトロイダル状の電子受けプレート９４と同じ電位に保持される。カソードフィラメント３４は一端がカソードカップ３２に接続され、他端が２次巻線１０４の巻線に接続される。導電性ストラップ１００、カソードカップ３２およびトロイダル状の電子受けプレート９４を環状カソードリング３０の残りの部分から絶縁する電気絶縁手段であるセラミック製絶縁管１０６の管状部分のまわりに２次巻線１０４が巻かれている。電圧アイソレーショントランス内のセラミック製絶縁管１０６はその良好な磁束伝達特性および電気絶縁特性によりフェライト材料であることが好ましい。
【００３０】
管状絶縁部材１１０は２次巻線１０４を囲み、１次巻線１１２を支持する。このようにカソードフィラメント３４の電圧をフィラメント電流コントロールから絶縁する電圧アイソレーショントランスが構成されている。１次巻線の一端は回転手段Ｃであるカソードアセンブリのトロイダル状導電性部分１１４に接続され、他端は磁気制御スイッチ７６の一つに接続されている。磁気制御スイッチ７６を選択的に開閉することにより導電性または容量性パワー伝達手段７２、７４からのパワーが１次巻線に選択的に送られる。これら１次巻線と２次巻線はアイソレーショントランスにより電流が大きくなるように異なる巻線比を有することが好ましい。
【００３１】
アイソレーショントランスは２次巻線１０４およびカソードフィラメント３４により誘導される４〜５アンペアおよび高くても１０アンペアよりも低いアンペアで磁気制御スイッチ７６が作動できるようにするものである。更にアイソレーショントランスは磁気制御スイッチ７６が２次巻線１０４の−１００〜−２００ｋＶよりもかなり低いわずか数百ボルトのＡＣで作動できるようにする。
【００３２】
カソードアセンブリの導電性部分１１４はセラミック製絶縁管１０６および１１０を用いていても帯電する傾向があり、最終的にはカソードの電位に達すると解すべきである。これは一部はセラミック製絶縁体の有限の抵抗によるものである。ハウジングＡと導電性ロータ部分１１４との間で電位を平衡させるため、回転及び固定コンデンサプレートから成るパワー伝達手段７２、７４と導電性部分１１４すなわちアースとの間にフィラメント１１６が接続される。これによりフィラメント１１６に電流が流れ、電子が加熱されて除かれ、環状カソードリング３０上の余分な電荷がハウジングに運ばれる。このようにして回転部分の電位がアース電位に保持される。
【００３３】
磁束シールド１１８、好ましくはフェライト材料はカソードカップ３２とトロイダルプレート９４を囲み、磁束の遮断を行う。これとは異なり、磁束シールド１１８は金属製の導電性材料から製造してもよい。
【００３４】
図３、４および５の実施例において、ハウジングＡもトロイダル状である。アノードＢも環状であり、ハウジングの一部と共に冷却路１２を画定している。タングステンのアノード表面１０は、カソードからの電子ビームにより励起されると、Ｘ線ビームを発生するようカソードアセンブリ（回転手段）Ｃに向けて配置されている。カソードアセンブリは、ハウジングAの内部でリング状に互いに密に隣接して配置された多数のカソードカップ３２を含む。各カソードカップは、カソードフィラメント１２２を含み、このフィラメントは、励起流により加熱されて熱電子放出を行う。グリッドアセンブリは発生された電子ビームをアノードに対して円周方向に合焦する一対のグリッド１２４と、電子ビームを径方向に合焦するための一対のグリッド１２６から成る。ゲート電極１２８は、電子ビームがアノードに到達するのを選択的に可能としたり、阻止したりする。好ましい実施例では、スイッチング手段１３０は、ゲートグリッド１２８の各々電子ビームを通過できるように逐次スイッチングする。このように電子ビームは、アノードのまわりでステップ操作または他の所定パターンで移動される。
【００３５】
バイアス合焦制御回路１３２は、グリッドペア１２４、１２６に適当なバイアス電圧をかけて、カソードカップにたいするアノード上の所定の点で所定のビーム寸法に電子ビームを合焦する。バイアス合焦制御回路１３２は、グリッド１２４、１２６間のバイアス電圧を徐々にまたは増分的にシフトし、カソードカップの円周長さに一致するアノードの円弧セグメントに沿って電子ビームを連続的にまたは複数の位置に複数のステップで電子ビームをスウィープすなわちスキャンする。スイッチング手段１３０が次のカソードカップをスイッチングするごとにビームスキャニング手段１３４が所定の円周ビーム位置の各々に沿って電子ビームをスウィープするようにさせる。
【００３６】
高電圧手段１４０は、ハウジングに対する高電圧のバイアスをカソードアセンブリＣにかける。セラミック絶縁層１４２は、カソードカップをハウジングに対して−１００ｋＶの大きさの電位に維持できるようハウジングからカソードカップを絶縁する。オペレータの安全のため、ハウジングはアース電位に保持し、カソードカップはハウジングおよびアノードに対し−１００ｋＶの大きさのバイアスをかけることが好ましい。これとは異なり、アノードをハウジングから電気的に絶縁し、ハウジングに対し正の電圧のバイアスをかけてもよい。かかる実施例では、冷却流体がアノードとハウジングをショートさせないように冷却流体を誘電体にすることが必要である。
【００３７】
カソードカップのすべてのフィラメントは、同時にドライブすることが好ましい。更にスイッチング手段１３０は、高圧電源１４０をカソードカップ１２０の各々に逐次スイッチングする。このように一時期には、カソードカップのうちの一つまたは小グループしかＸ線ビームおよびＸ線を発生するのに充分な高電圧にアノードに対し維持されない。当然ながら、グリッド１２８または個々のカソードカップ（またはその双方）にバイアスをかけることにより電子ビームおよびＸ線ビームを制御してもよい。
【００３８】
各々のカソードセグメントまたはカップは、スロットごとにフィラメントが直列または並列接続されたラジアルスロットをもうけることが好ましい。かかるスロットおよびフィラメント部分は所望のセグメントからグリッド電圧を除いた時ターゲットローディングに好ましいラインフォーカス電子ビームを自然に発生する。このラジアル方向にスロットの設けられた部分は、アノードトラックを横断させる焦点スポットのスイープを容易にするよう半分に分割され、適当に絶縁される。これらの半分割体は、焦点スポットの大きさを変えるのにも使用できる。
【００３９】
主カソード構造体と同じようにエミッタの後方にあり、よりゆるやかな電位および局部的に制御されるグリッドにより加速される第２カソード構造体により、フィラメント、より一般的には電子エミッタを加熱するよう更に変更することも可能である。このような構造体により得られる利点の一つは、低温の、仕事関数の低いフィラメントを使用できる点にある。これにより加熱電流の要件がかなり低くなる。電子エミッタは極めて均一に加熱できるので、極めて均一な焦点スポッとが得られる。これらエミッタは、タングステンリボンまたは低い有効熱質量の他の適当な形状と材料から製造できるので、エミッタは極めて短時間に作動温度まで昇温でき、第２フィラメントのグリッド制御だけでよいので、電子エミッタへの加熱エネルギーは著しく低くなり、信頼性も高まる。
【００４０】
図７を参照すると、複数のアノード１０、１０'および１０''の各々は対応するウィンド２０、２０'および２０''に隣接してステップ状に取り付けられている。環状カソードリング３０にはカソードカップ３２、３２'および３２''が取り付けられている。環状カソードリング３０は上記のように磁気ベアリングに回転自在に取り付けられることが好ましい。これとは別に、図３〜５を参照して説明したように、環状カソードリング３０のまわりに多数のカソードカップを配置してもよい。オペレータが複数の作動モードを選択できるよう各カソードカップは磁気スイッチ制御装置８０により制御される。例えば、マルチスライス撮像のために３つのカソードカップのすべてを同時に作動できる。各コリメータは異なる寸法または形状のＸ線ビームを発生するよう異なる開口の大きさを有することができる。別例としては、各アノードカソードカップの組み合わせはこれに連動する異なるフィルタまたはコンペンセータ６４'、６４''を有してもよい。
【００４１】
図８を参照すると、アノードアセンブリは電子源に対して移動できる面１０を有する。図８に示した実施例では冷却流体チャンネル１２を画定する周辺構造体に沿うアノード表面１０は仮想線で示した誇張した程度まで選択的に回転自在または傾斜自在である。この表面は回転するかわりに曲がってもよい。またアノード表面はその位置を変えると電子ビームを受けているアノード表面の特性が代わるように単一平面以外の面にしてもよい。
【００４２】
【効果】
本発明の利点の一つは従来使用されている１２５ｍｍおよび１７５ｍｍのアノードＸ線管よりもパワーが大きいことである。
本発明の別の利点はアノードを効率的に冷却する工夫がされていることである。
本発明の別の利点は容易に高速でスキャンできることである。
本発明の別の利点はベアリングの摩耗が少なく、管の寿命が長いことである。
本発明の別の利点は管を現場で修理できることである。
以上で好ましい実施例を参照して本発明について説明したが、上記の詳細な説明を読めば変形例および変更例は明らかとなろう。本発明は添付した特許請求の範囲またはその均等物の範囲内でこれら変形例、変更例のすべてを含むものと解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるトロイダル状の回転カソードＸ線管の横断面図である。
【図２】図１のＸ線管の正面図である。
【図３】回転構造体からカソードがアイソレートされている実施例詳細図である。
【図４】図１のトロイダルＸ線管の別の実施例の横方向断面図である。
【図５】図４の管の一部を断面図にした正面図である。
【図６】図４及び図５のカソードカップの一方の斜視図である。
【図７】多数のアノード管のアノード／カソードカップ部分の断面図である。
【図８】移動自在なアノード管のアノード／カソードカップ部分の断面図である。
【符号の説明】
Ａ      トロイダル状のハウジング
Ｂ      アノード
Ｃ      カソードアセンブリ
１２    冷却流体通路
２２    電子ビーム
３０    環状カソードリング
３２    カソードカップ
５０    モータ
６２    コリメータ
６４    フィルタ
７６    磁気制御スイッチ
１０４、１１２    トランス
１２４、１２６    グリッド
【図１】
0003559974.tif 000002
【図２】
0003559974.tif 000003
【図３】
0003559974.tif 000004
【図４】
0003559974.tif 000005
【図５】
0003559974.tif 000006
【図６】
0003559974.tif 000007
【図７】
0003559974.tif 000008
【図８】
0003559974.tif 000009