(57)【要約】  【課題】Ｘ線管の寿命を効率良く管理できるＸ線ＣＴ装置を提供する。  【解決手段】外部遠隔操作装置でエミッタ32の電流値とＸ線曝射時間データとからエミッタ32の残寿命を計算する。エミッタ32の残寿命が残り少ない場合はエミッタ残寿命表示部にエミッタ寿命警告信号を表示する。外部遠隔操作装置で真空外囲器22内の真空度の測定データを収集する。真空外囲器22内の真空度が放電多発レベルの場合は真空度低下警告信号を真空度関連表示部に表示する。外部遠隔操作装置でＸ線曝射条件から陽極ターゲット34の温度を計算してＸ線量低下予測を計算する。Ｘ線量低下予測がＸ線強度低下不良レベルと判断した場合はＸ線量低下注意信号を線量低下関連表示部に表示する。Ｘ線管３の効率のよい寿命管理ができる。  【選択図】図１
2006100174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に収容可能な容器、電子を放出するエミッタを備えた陰極、およびこの陰極に離間対向して前記容器内に設けられ前記陰極のエミッタから放出された電子の入射によってＸ線を放出する陽極を備えたＸ線管と、
このＸ線管のエミッタから電子を放出させて前記陽極からＸ線を放出させている際の前記エミッタに流れる電流値を測定する測定手段と
を具備したことを特徴としたＸ線装置。
【請求項２】
測定手段は、測定した電流値からエミッタの寿命を算出する
ことを特徴とした請求項１記載のＸ線装置。
【請求項３】
測定手段にて測定した電流値に基づいてエミッタの寿命を通知する通知手段を具備した
ことを特徴とした請求項１または２記載のＸ線装置。
【請求項４】
内部に収容可能な容器、電子を放出する陰極、およびこの陰極に離間対向して前記容器内に設けられ前記陰極から放出された電子の入射によってＸ線を放出する陽極を備えたＸ線管と、
このＸ線管のＸ線放出時の前記陽極の温度と、この陽極からのＸ線の放出時間とのそれぞれ測定して、この陽極から放出されるＸ線の強度低下率を算出する測定手段と
を具備したことを特徴としたＸ線装置。
【請求項５】
測定手段は、算出したＸ線の強度低下率から、Ｘ線管の寿命を算出する
ことを特徴とした請求項４記載のＸ線装置。
【請求項６】
測定手段にて算出したＸ線の強度低下率に基づいてＸ線管の寿命を通知する通知手段を具備した
ことを特徴とした請求項４または５記載のＸ線装置。
【請求項７】
内部を真空保持する容器、電子を放出する陰極、およびこの陰極に離間対向して前記容器内に設けられ前記陰極から放出された電子の入射によってＸ線を放出する陽極を備えたＸ線管と、
このＸ線管の容器内の真空度を測定する測定手段と
を具備したことを特徴としたＸ線装置。
【請求項８】
測定手段は、測定した真空度からＸ線管の寿命を算出する
ことを特徴とした請求項７記載のＸ線装置。
【請求項９】
測定手段は、Ｘ線管の容器内に設けられこの容器内に発生したガスを吸着するガス吸着体を備え、測定した真空度に応じて前記ガス吸着体を動作させる
ことを特徴とした請求項７または８記載のＸ線装置。
【請求項１０】
測定手段にて測定した容器内の真空度に基づいてＸ線管の寿命を通知する通知手段を具備した
ことを特徴とした請求項７ないし９いずれか記載のＸ線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陰極からの電子の入射にて陽極からＸ線が放出されるＸ線管を備えたＸ線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、この種のＸ線装置は、固体検出器の感度やコンピュータの処理スピードの向上などによって、ＣＴ(Computed Tomography)装置の使用率が高まっている。このため。このＣＴ装置の使用頻度の多さに応じたＸ線管の消耗率も激しい。一方、いざＸ線管が寿命となった場合の交換時間などによる使用時間の損失が非常に大きな問題となっている。したがって、予め寿命に備えたバックアップ用のＸ線管を準備すればよいが、一般的にＸ線管が高価であるため、バックアップ用のＸ線管を準備して対応することは容易ではない。このため、使用しているＸ線管がいつ寿命となるかを知りたいという市場要求が多いが、ＣＴ装置などでは使用条件が様々であるため、Ｘ線管の寿命の予想は容易ではない。
【０００３】
また、近年のＸ線ＣＴ装置は、被検体の体軸方向へ固体検出器を数列並べて、ガントリのＸ線源１回転(１スキャン)で従来の数回転分に相当する情報量を得ることが可能なマルチスライス方式が知られている(例えば、特許文献１参照。)。
【特許文献１】特開２０００−６０８３９号公報（第４−７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、上記Ｘ線ＣＴ装置では、Ｘ線源として、線束の細い、すなわち小焦点化および高出力化が要求されている。ここで、これらＸ線源の小焦点化および高出力化は、次のような問題点がある。
【０００５】
第１に、エミッタの短寿命の問題である。すなわち、小さい焦点を形成するためにはどうしてもエミッタ源自体が小さく細くならざるを得ない。フィラメントを例にとると線径またはスパイラル状のコイル巻径も細く小さいものを使用することになる。さらに高出力とするために、エミッション量をとるためには、高温にせざるを得なく、寿命が短くなってしまう。一般的に大焦点と呼ばれる全身撮影などで使用される大きい焦点と併用して、各エミッタの寿命管理なしに使用する場合には、大焦点のエミッタ寿命が十分残っているにも関わらず、この小さい焦点側のエミッタがすぐに寿命となってしまう。
【０００６】
このため、公称焦点(幅×長さ)が０．５ｍｍ×０．５ｍｍ以下レベルの極小焦点管などは、特別仕様として個別に使用したり、大焦点と併用したりして、そこそこの寿命を有する程度まで寸法を大きくした小焦点寸法として商品化している場合が多い。ところが、市場では使用頻度が低いが、極小の小焦点のエミッタを使用したいとの要求もあるが、いったん市場で使用されると寿命管理ができないため、製品保証の点から採用できないという状況がある。
【０００７】
第２に、小焦点高出力による陽極ターゲットの温度の局部上昇に関するＸ線量低下および真空度劣化によるＸ線管の短寿命化の問題がある。実際のＸ線曝射中の陽極ターゲットの温度は、この陽極ターゲットの焦点面ほど高温となり、全体的な平均温度と温度差が生じている。そして、Ｘ線曝射休止時には、陽極ターゲットの熱が伝わって平均化される。この温度差は、焦点寸法が小さくかつ高入力であるほど大きくなる。また、陽極ターゲットの回転スピードによっても異なってくる。このため、小焦点高出力になるほど、陽極ターゲットの軌道面が荒れる可能性が大きくなる。
【０００８】
さらに、この陽極ターゲットの軌道面の荒れは、ガス放出も伴うため真空度の劣化も促進されてしまう。ただし、市場にて常に小焦点高出力での検査がされるわけではなく、診断部位などによって複数の焦点を備えたＸ線管にて、大きな焦点寸法である大焦点を使用したり、低いＸ線出力で使用したりする場合もある。このため、Ｘ線量低下に対するキャリブレーション(校正)や真空度劣化に対するゲッタの活性化時期などは、一律定期的にせざるを得ず、ましてや寿命に関する予測もできない。したがって、本来Ｘ線管が有する最大性能を発揮させて使い切るための管理がＸ線ＣＴ装置側でなされていないので、このＸ線管の寿命を効率良く管理することが容易でないという問題を有している。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、Ｘ線管の寿命を効率良く管理できるＸ線装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、容器、電子を放出するエミッタを備えた陰極、およびこの陰極に離間対向して前記容器内に設けられ前記陰極のエミッタから放出された電子の入射によってＸ線を放出する陽極を備えたＸ線管と、測定手段とを具備し、この測定手段が、Ｘ線管のエミッタから電子を放出させて前記陽極からＸ線を放出させている際の前記エミッタに流れる電流値を測定したり、このＸ線管のＸ線放出時の前記陽極の温度と、この陽極からのＸ線の放出時間とのそれぞれ測定して、この陽極から放出されるＸ線の強度低下率を算出したり、Ｘ線管の容器内の真空度を測定したりするものである。
【００１１】
そして、Ｘ線放出時のエミッタに流れる電流値からエミッタの寿命を算出できる。また、Ｘ線管のＸ線放出時の陽極の温度と、このＸ線管のＸ線の放出時間とからＸ線の強度低下率を算出でき、このＸ線の強度低下率からＸ線管の寿命を算出できる。さらに、Ｘ線管の容器内の真空度からＸ線管の寿命を算出できる。したがって、Ｘ線放出時のエミッタに流れる電流値、Ｘ線放出時の陽極の温度およびＸ線の放出時間、あるいは容器内の真空度のいずれかを測定手段にて測定することにより、Ｘ線管の寿命を算出できるので、このＸ線管の寿命を効率良く管理できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Ｘ線放出時のエミッタに流れる電流値、Ｘ線放出時の陽極の温度およびＸ線の放出時間、あるいは容器内の真空度のいずれかを測定手段にて測定することにより、Ｘ線管の寿命を算出できるので、このＸ線管の寿命を効率良く管理できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明のＸ線装置の第１の実施の形態の構成を図１ないし図４を参照して説明する。
【００１４】
図３および図４において、１はＸ線装置としてのＸ線ＣＴ(Computed Tomography)装置で、このＸ線ＣＴ装置１は円筒状のガントリ２を備えている。このガントリ２は、軸方向を水平方向に向けた状態で設置されている。そして、このガントリ２の上側の内周面には、Ｘ線Ｌを放出するＸ線管３が搭載されている。そして、このＸ線管３が対向するガントリ２の下側の内側部には、検出器４が設置されている。この検出器４は、ガントリ２の対面に設置されている。また、この検出器４とＸ線管３との間のガントリ２の内周部には、これら検出器４とＸ線管３との間に高電圧を印加する高電圧発生電源としての高圧発生器５が取り付けられている。この高圧発生器５は、ガントリ２の水平位置よりもＸ線管３寄りの位置に取り付けられている。
【００１５】
さらに、このガントリ２内には、Ｘ線撮影される人体などの被検体６が設置される撮影台７が長手方向を、ガントリ２の軸方向に沿わせた状態で、このガントリ２の軸方向に沿って移動可能に取り付けられている。すなわち、この撮影台７は、ガントリ２内に進退可能に挿入できるように取り付けられている。さらに、このガントリ２には、このガントリ２にて撮影したＸ線画像を表示させる外部遠隔操作装置11が取り付けられている。この外部遠隔操作装置11は、遠隔操作用の測定手段であるとともに制御装置である。そして、この外部遠隔操作装置11は、Ｘ線管３からのＸ線曝射条件、例えば電圧、電流、時間、スキャンスピード、複数の異なる大きさの焦点を有するＸ線管３の場合には使用される焦点、被検体６の厚み、検査部位、範囲、Ｘ線管３の定格などを選択して制御する。
【００１６】
また、この外部遠隔操作装置11には、ガントリ２の回転、Ｘ線管３および高圧発生器５を制御して、これらガントリ２、Ｘ線管３および高圧発生器４それぞれの状態表示が可能な通知手段としての表示手段であるモニタ12が設けられている。このとき、この外部遠隔操作装置11は、撮影台７上に被検体６を設置させた状態で、この撮影台７をガントリ２内に挿入させてから、このガントリ２を回転させて、被検体６の周りをＸ線Ｌを照射させながらＸ線管３を回転させ、被検体６を透過したＸ線Ｌを検出器４に取り込ませて、コンピュータにて画像構成させて断面像としてモニタ12に表示させる。
【００１７】
ここで、外部遠隔操作装置11には、Ｘ線ＣＴ装置１と連携させてＸ線管３の寿命予測や異常警告表示などの警告手段としての管理機能が付加されている。すなわち、この外部遠隔操作装置11は、Ｘ線管11のエミッタ寿命と、真空度劣化に関するＸ線管３の寿命と、Ｘ線量低下に関する補正および寿命とのそれぞれを管理できるように構成されている。したがって、この外部遠隔操作装置11のモニタ12には、エミッタ残寿命表示部13と、真空度関連表示部14と、線量低下関連表示部15とのそれぞれが設けられている。
【００１８】
また、この外部遠隔操作装置11は、Ｘ線管３のＸ線曝射時の陽極ターゲット34の温度と、Ｘ線曝射ののべ時間とのそれぞれを測定して、Ｘ線管３から出射されるＸ線Ｌの強度低下率を算出する。具体的に、この外部遠隔操作装置11は、被検体６なしでのＸ線曝射条件におけるＸ線量強度を定期的に測定および記録しておく機能を有しており、この機能によって実際のＸ線強度の低下現象が判るように構成されている。すなわち、この外部遠隔操作装置11は、前回測定したＸ線強度よりある規定値以上低下していた場合に検出器４とのキャリブレーション(校正)する警告表示を線量低下関連表示部15に表示させたり、自動的にキャリブレーションを開始させたりする機能を有している。さらに、この外部遠隔操作装置11には、Ｘ線管３への入力をプロテクトする目的で、Ｘ線曝射条件から温度を演算して推定する機能が付加されている。
【００１９】
一方、Ｘ線管３は、図１に示すように、すべり軸受構造を有する回転陽極型Ｘ線管であり、このＸ線管３は、内部が中空で絶縁油などで満たされている球管としてのハウジング21を備えている。このハウジング21は、不要なＸ線Ｌをカットして遮蔽するＸ線遮蔽用として設けられている。そして、このハウジング21内には、内部を真空保持する真空管としての真空容器である真空外囲器22が収容されて設置されている。この真空外囲器22は、管球であって、拡径された円筒状の拡径部23を備えている。この拡径部23の外周部には、真空外囲器22内で発生されたＸ線Ｌを外部へと放出させる窓部としてのＸ線出力窓24が設けられている。
【００２０】
ここで、この真空外囲器22の拡径部23の軸方向の一端側および他端側のそれぞれには、細長円筒状の縮径部25,26が同心状に一体的に設けられている。これら縮径部25,26は、拡径部23の外径寸法よりも小さな外径寸法を有しているとともに、この拡径部23の内径寸法より小さな内径寸法を有している。ここで、一端側の縮径部25の軸方向の一端面と、他端側の縮径部26の軸方向の他端面とのそれぞれが閉塞されている。さらに、これら一端側の縮径部25の軸方向の他端側と、他端側の縮径部26の軸方向の一端側とのそれぞれが、拡径部23に対して同心状に貫通して連続されている。
【００２１】
また、この拡径部23の一端側の外側面には、真空外囲器22内の真空度を測定する真空度測定構造体としての真空測定手段である真空測定部27が取り付けられている。この真空測定部27は、小型の熱陰極型電離真空計用のイオンゲージ球28が真空外囲器22内に封止されて構成されている。さらに、この真空測定部27は、外部から電力供給および出力ができるように構成されている。そして、イオンゲージ球28には、ガントリ２上から電力が供給されて、流れるイオン電流量が真空度換算されからデータとして外部遠隔操作装置11に入力されて、この外部遠隔操作装置11のモニタ12の管球内真空度関連表示部14に表示される。
【００２２】
なお、この真空測定部27としては、Ｘ線管３の構造や製造工程に適応でき、かつ測定する圧力レベルを考慮に入れて選択すれば、例えば熱伝導型真空計(ピラニ、熱電対など)や、電離イオン型(熱陰極、冷陰極、ガイスラ)などの様々な一般的に使用される構成体を用いることができる。
【００２３】
さらに、真空外囲器22内には、この真空外囲器22内で発生したガスを吸着させるガス吸着体としての図示しない通電式のゲッタが取り付けられている。このゲッタは、真空測定部27のイオンゲージ球28にて測定した真空外囲器22内の真空度に応じて外部遠隔操作装置11にて供給する電力量が制御されて、真空外囲器22内のゲッタ活性化が自動的にできるように構成されている。すなわち、この外部遠隔操作装置11は、真空測定部27にて測定した真空度データから、真空外囲器22内のゲッタを動作および制御する機能を有している。
【００２４】
言い換えると、この外部遠隔操作装置11は、Ｘ線ＣＴ装置１に搭載されているＸ線管３の真空外囲器22内の真空度を真空測定部27を介して測定および記録し、この測定した真空度からＸ線管３の寿命を算出測定して真空度関連表示部14に表示させる。さらに、この外部遠隔操作装置11は、測定した真空度データからＸ線管３の真空外囲器22内のゲッタを動作および制御する機能を有している。
【００２５】
そして、真空外囲器22の一端側の縮径部25には、先端部が拡径部23内へと突出している絶縁体31が取り付けられている。この絶縁体31の先端部は、拡径部23の径方向に沿って、この拡径部23内の周縁へと突出している。そして、この絶縁体31の先端部の他端側には、熱電子を放出する電極部としての焦点であるエミッタ32を備えた陰極アッセンブリ体としての電子銃33が取り付けられている。ここで、この絶縁体31は、真空外囲器22に対して電子銃33を支持して、この電子銃33を電気的に絶縁させる陰極支持体である。また、エミッタ32は、タングステンを主成分としたコイル状のフィラメントが使用されている。このエミッタ32は、使用時間によって消耗して最終的には寿命となる。
【００２６】
なお、このエミッタ32がタングステンコイルの場合には、使用時間によって断線して寿命となる。このとき、このエミッタ32に流されて、このエミッタを点灯させる電流値は、このエミッタ32に電気的に接続されている図示しない測定手段としての電源にてその都度測定されて、外部遠隔操作装置11のモニタ12のエミッタ残寿命表示部13に表示される。ここで、電子銃33には、少なくとも１つ以上のエミッタ32が設けられている。そして、これらエミッタ32のうちの少なくとも１つ以上は、実効焦点寸法が０．５ｍｍ×０．５ｍｍ以下とされている。
【００２７】
このとき、外部遠隔操作装置11によって、Ｘ線曝射時にＸ線管３のエミッタ32に供給される電流値あるいは電圧値が測定されてモニタリングされ、このエミッタ32の寿命が算出推定される。また、この算出して推定したエミッタ32の残寿命から外部遠隔操作装置11によってＸ線ＣＴ装置１に搭載されているＸ線管３の取り換え予告がエミッタ残寿命表示部13に表示される。そして、推定されたエミッタ32の残寿命に基づいてＸ線管３が有する複数のエミッタ32の中から、使用するエミッタ32が外部遠隔操作装置11によって自動あるいは半自動的に選択される。
【００２８】
さらに、真空外囲器22の拡径部23には、回転陽極構体としての円盤状である回転台形状の陽極ターゲット34が回転可能に配設されている。この陽極ターゲット34は、電子銃33に対して離間対向した状態で、この電子銃33から絶縁体31を介して電気的に絶縁されている。また、この陽極ターゲット34は、真空外囲器22の周方向に向けて回転可能に設置されている。すなわち、この真空外囲器22は、陽極ターゲット34と電子銃33とを電気的に絶縁させているとともに、これら陽極ターゲット34および電子銃33それぞれの真空気密を保持させている。
【００２９】
ここで、この陽極ターゲット34の電子銃33に対向した側である他端側の外周縁には、この陽極ターゲット34の径方向に向けて一端側にテーパ状に傾斜した表面である円環状の傾斜面部35が形成されている。図２に示すように、この傾斜面部35の幅方向の中央部には、熱電子の照射によってＸ線Ｌを放出する軌道面としてのターゲット層36が形成されている。このターゲット層36は、陽極ターゲット34の周方向に沿って形成された円環状の電子衝撃面としての電子衝突エリアである。さらに、このターゲット層36の熱電子が照射される焦点が焦点面37とされている。
【００３０】
具体的に、ターゲット層36は、電子銃33から放出された熱電子の衝撃による制動輻射にて発生するＸ線Ｌが、真空外囲器22の拡径部23のＸ線出力窓24から外部へと放出されるように構成されている。ここで、これら電子銃33および陽極ターゲット34は、これら電子銃33と陽極ターゲット34のターゲット層36との間に高電圧が印加されて、この電子銃33から放出された熱電子を加速し、回転している陽極ターゲット34のターゲット層36の焦点面37に熱電子を衝撃させてＸ線Ｌが発生するように構成されている。
【００３１】
ここで、これら陽極ターゲット34のターゲット層36および焦点面37のそれぞれは、Ｘ線ＣＴ装置１にて被検体６の断面像を診断している際に外部遠隔操作装置11にて温度が測定されて算出推定される。また、この算出された温度データおよび検出器４によるＸ線強度データによってＸ線強度低下率に関する演算処理が外部遠隔操作装置11にてなされる。さらに、この算出推定したＸ線強度低下データからＸ線管３の寿命が外部遠隔操作装置11にて推定されて、この外部遠隔操作装置11のモニタ12の線量低下関連表示部15に表示されるように構成されている。
【００３２】
さらに、陽極ターゲット34は、固定用ナット41によって細長円筒状の回転体としての回転部材42の長手方向の他端側に同軸状に固定されて支持されている。この回転部材42は、固定体としての固定部材である細長円柱状の固定軸43の長手方向の一端側が回転可能に挿入されて、回転可能に支持されている。この固定軸43の他端部は、真空外囲器22の他端側の縮径部25の他端面から外側へと突出して、この真空外囲器22に固定されている。
【００３３】
そして、この回転部材42の内周面と固定軸43の外周面とのそれぞれには、すべり軸受を構成するためのラジアル軸受面が形成されている。さらに、これら回転部材22と固定軸43との間には間隙が形成され、この間隙には金属潤滑剤としての活性な液体金属44が介在されている。このとき、これら固定軸43と回転部材42とによって軸受機構としての回転機構45が構成されている。この回転機構45は、回転部材42を介して陽極ターゲット34を回転可能にする液体金属潤滑を用いた滑り軸受構体である。
【００３４】
さらに、真空外囲器22の他端側の縮径部26の外側には、駆動手段としての誘導電磁コイルである円筒状のステータ45が設置されている。このステータ45は、このステータ45への電圧の印加によって誘導電磁界を形成させて、この誘導電磁界を回転磁界として回転部材42を回転駆動させる磁界形成手段としての誘導電動機である。なお、このステータ45は、ハウジング21内に収容されている。
【００３５】
次に、上記第１の実施の形態のＸ線装置の作用について説明する。
【００３６】
まず、撮影台７に被検体６を設置させた状態で、ガントリ２を回転させて、このガントリ２に搭載されているＸ線管３を被検体６のまわりを回転させる。このとき、このＸ線管３からＸ線Ｌを照射させながらガントリ２が回転し、この被検体６を透過したＸ線Ｌが検出器４に取り込まれて外部遠隔操作装置11へと送られて、この外部遠隔操作装置11にて画像構成されて、モニタ12に断面像として表示される。
【００３７】
このときのＸ線曝射条件は、被検体６の厚み、検査する部位、範囲、あるいはＸ線管３の定格などによって選択され、それぞれが外部遠隔操作装置11によって制御される。
【００３８】
次に、上記第１の実施の形態のＸ線管の作用について説明する。
【００３９】
まず、Ｘ線管３の動作時は、電子銃33から放出された熱電子が、この電子銃33と陽極ターゲット34との間に印加された高電圧にて加速され、この陽極ターゲット34のターゲット層36の焦点面37に衝突して、このターゲット層36の焦点面37からＸ線Ｌが発生する。
【００４０】
このとき、この熱電子のターゲット層36への衝突時の衝突エネルギによる、このターゲット層36での局部的な発熱を緩和させるために、ステータ45から回転磁界を回転部材42に作用させて、この回転部材42を回転させて陽極ターゲット34を、例えば毎秒１００回転前後の速さで回転させる。
【００４１】
この後、陽極ターゲット34のターゲット層36から放出されたＸ線Ｌは、真空外囲器22の拡径部23のＸ線出力窓24から外部へと照射され被検体６を透過して検出器４に取り出される。
【００４２】
次に、上記第１の実施の形態のＸ線装置の寿命について説明する。
【００４３】
まず、エミッタ32の寿命管理について説明する。
【００４４】
このエミッタ32は、Ｘ線ＣＴ装置１の使用時間に応じて消耗し最終的には寿命となる。特に、このエミッタ32がタングステンコイルの場合には断線して寿命となる。すなわち、このエミッタ32の消耗がＸ線管３の寿命を決定する要因の一つとなっている。
【００４５】
そして、一般的なエミッタ32の寿命は、形状を同一とした場合、温度と真空度との関数となる。真空度の変動が著しくない領域では使用温度でほぼ決定される。ただし、実際は真空外囲器22の開発の際に、使用するエミッタ32の電流と寿命との関係が調査されて実験式よって補正される。
【００４６】
例えば、このエミッタ32としてタングステンフィラメントを使用した場合には、タングステンの蒸発量の式をベースとした実験式、Ｔ１：Ｔ２＝（１／Ｉ１）n：（１／Ｉ２）ｎなる関係式が利用される。すなわち、ある電流フィラメント電流Ｉ１の時の断線時間Ｔ１がわかれば、すべてのフィラメント電流Ｔ２での断線時間Ｔ２が予測可能となる。このとき、ｎ乗の値は真空度や使用しているフィラメントの形状などできまる実験定数であるが、大体２０乗以上となる場合が多い。
【００４７】
そして、この関係式は、フィラメントの製造条件によっても変化するため、すべてに適用できる物理法則とすることは容易ではない。
【００４８】
そこで、上述したように、Ｘ線管３の設計で使用されていたエミッタ32に供給される電流値と寿命との関係を、実際のＸ線ＣＴ装置１に組み込んだ外部遠隔操作装置11にて、使用時に検出したフィラメント電流と曝射時間とからエミッタ32の寿命を演算し、あとどの程度エミッタ32が使用可能であるかを、この外部遠隔操作装置11のエミッタ残寿命表示部13に表示させる構成とした。
【００４９】
ここで、このエミッタ32の残寿命の表示方法は様々であるが、外部遠隔操作装置11によって、フィラメント電流と時間とから、このフィラメント電流で一定時間使用された場合の断線までの全体の何％が消費されたかがわかるため、エミッタ残寿命表示部13に残量として％表示される。さらに、このエミッタ残寿命表示部13には、残量１０％を切った時点でＸ線管３の交換のための警告信号が表示される。
【００５０】
また、このエミッタ32は、被検体６の厚み、測定部位、あるいは入力条件によって選択されるが、どのエミッタ32を使用しても測定に影響のないようなＸ線曝射条件も存在する。したがって、演算の結果、残寿命の多いエミッタ32が自動的に選択される機能を、外部遠隔操作装置11に設けることもできる。この場合、高価なＸ線管３の寿命を意識して、上述の表示された残寿命を見ながら手動でエミッタ32を選択することもできる。
【００５１】
具体的に、図９に示すように、外部遠隔操作装置11にてエミッタに流れる電流値あるいは電圧値およびＸ線曝射時間データから、エミッタ32の残寿命が計算された場合に(ステップ１)、このエミッタ32の残寿命が残り少ないと判断された場合には(ステップ２)、エミッタ残寿命表示部13にて、エミッタ寿命警告信号が表示されたり、バックアップ用のエミッタ32に切替させる切替信号が表示される(ステップ３)。
【００５２】
さらに、ステップ２にてエミッタ32の残寿命が残り少ないと判断されない場合には、エミッタ残寿命表示部13にエミッタ32のＯＫ表示がなされるとともに、このエミッタ32の残寿命が％表示され(ステップ４)、次のＸ線曝射が可能な状態とされる(ステップ５)。
【００５３】
次いで、真空度劣化寿命に関する機能について説明する。
【００５４】
Ｘ線管３の寿命を決定する要因に関しては、真空外囲器22内の真空度劣化によって必要とされる高電圧の絶縁を保てなくなる現象がある。
【００５５】
通常、Ｘ線管３は、製造時に真空外囲器22内の部品を実使用時よりも高温に保ち、吸蔵ガスを放出させ、この真空外囲器22の外部へ図示しないポンプによって排出させるガス出し工程を得てから封着させて製造される。このため、実使用時の真空外囲器22内部品の高温化に伴うガス放出量が少なく、急激な真空度劣化が生じないように構成されている。
【００５６】
ところが、図５に示すように、使用時間とともに、真空外囲器22内の部品からの放出ガスの積み重ねや、真空外囲器22を拡散して内部に入り込む気体などによって、徐々に真空外囲器22内の真空度が劣化し、高電圧の絶縁が保てなくなって放電を発生する回数が増加し、最終的には寿命となる。
【００５７】
そこで、この真空度の劣化を改善するため、Ｘ線管３の真空外囲器22内に発生したガスを吸着して閉じ込めるガス吸着体としてのゲッタが配置されている場合がある。このゲッタは、いろいろな種類が存在し用途に合わせて使用されるが、真空外囲器22外部より電力を供給することによって、常に数百℃の状態を保ち効率よくガス吸着を行う通電式のゲッタが、Ｘ線ＣＴ装置１用のような大型のＸ線管３に採用される場合が多い。この通電式のゲッタは、定期的に常時点灯している温度より高い温度で短時間点灯を行う活性化工程を加えることによって吸着能力を長期維持している。
【００５８】
このとき、図６に示すように、繰り返してＸ線Ｌを放出させる場合は、真空外囲器22内の温度上昇にともなうガス放出によって、一時的な真空外囲器22内圧力の上昇が見られる。そして、Ｘ線管３からのＸ線放出の休止が続き、真空外囲器22内の各部品が冷えるとガスが部品に吸着されるゲッタ効果などによって、真空外囲器22内の圧力がもとに戻る。すなわち、この繰返しによって、長期的には、徐々に真空外囲器22内の真空度が劣化していってしまう。
【００５９】
そして、真空外囲器22に設けた真空測定部27では、連続的に真空度をモニタリングせず、Ｘ線Ｌの曝射中を避けて定期的にすることが望ましい。すなわち、上述のように、外部遠隔操作装置11は、長期的な真空度の劣化現象に対して、真空外囲器22内に設置されている通電式のゲッタに供給する電力量を増加させて、自動的にゲッタ活性化させる。
【００６０】
この結果、真空度の良し悪しに関わらず定期的に行っていた活性化作業をより効率良くできる。また、外部遠隔操作装置11にて真空外囲器22内の真空度データの定期変化を推定して延長することによって、最終的に放電が多発するレベル(設計および評価の結果として多発すると判断したレベル)に到達するまでの時間が演算されて、Ｘ線管３の寿命の警告として表示される機能や、急激に真空度低下率が悪化した場合の注意表示機能などを有している。すなわち、Ｘ線ＣＴ装置１と外部遠隔操作装置11を連携させてＸ線管３の寿命予測や異常警告表示などの管理機能を持たせることができる。
【００６１】
具体的に、図９に示すように、外部遠隔操作装置11にて真空外囲器22内の真空度の測定データが収集され(ステップ６)、この測定データに基づいて、真空外囲器22内の真空度が真空度不良になってくるレベルである放電多発レベルと判断された場合には(ステップ７)、真空度低下警告信号が真空度関連表示部14に表示される(ステップ８)。
【００６２】
さらに、ステップ７にて真空外囲器22内の真空度が放電多発レベルとなっていないと判断された場合には、真空度のＯＫ表示が真空度関連表示部14に表示され(ステップ９)、次のＸ線曝射が可能な状態とされる(ステップ５)。
【００６３】
次いで、Ｘ線の強度低下に関する機能について説明する。
【００６４】
さらに、Ｘ線管３の寿命を決定する要因としては、Ｘ線管３から出力されるＸ線強度低下による寿命が考えられる。
【００６５】
Ｘ線ＣＴ装置１動作時の陽極ターゲット34は、熱電子の衝突エネルギによって高温となる。特に、この陽極ターゲット34のターゲット層36や焦点面37については急激な温度上昇と、この温度上昇に伴う熱応力が発生する。このとき、Ｘ線ＣＴ装置１用として通常使用されるＸ線管３の陽極ターゲット34の表面は、タングステンを主成分とした金属で構成される。そして、このタングステンは融点が３３００℃強の高い融点をもつ金属材料であるが、陽極ターゲット34のターゲット層36や焦点面37のような局部的に高温となる部分では２０００℃以下でも熱ひずみなどの影響で再結晶化が進行することがある。
【００６６】
そして、この再結晶化が進行し結晶が粗大化すると、熱ひずみに耐えられず粒界または粒内すべり現象が生じて、陽極ターゲット34の表面がひび割れたような凹凸状になってくる。この現象を通常、陽極ターゲット34の表面荒れといい、この凹凸にて発生したＸ線Ｌが吸収または散乱され、出力されるＸ線Ｌの強度および線質が変化してくる。同時に、陽極ターゲット34の凹凸状の表面は、十分に熱伝導できないため溶解する部分も発生し、この場合、蒸発してＸ線出力窓24などにスパッタされたりしてＸ線強度が低下してしまう。
【００６７】
そこで、最も簡単な機能としては、被検体６なしで、あるＸ線曝射条件におけるＸ線量強度を定期的に測定および記録する機能によって、実際のＸ線強度の低下現象がわかる。このとき、前回測定したＸ線強度よりある規定値以上低下していた場合に、検出器４とキャリブレーション(校正)する警告を外部遠隔操作装置11の線量低下関連表示部15に表示させたり、自動にキャリブレーションを開始させたりする機能を有している。
【００６８】
さらに、Ｘ線量低下の寿命予測については、上述のようにＸ線管３の線量低下が、陽極ターゲット34の傾斜面部35の温度上昇に伴う、この陽極ターゲット34の傾斜面部35の再結晶化(荒れ現象)に起因している。そして、この荒れ現象を大きく左右する要因は、温度、時間あるいは熱応力の繰返し回数とされているが、その他に陽極ターゲット34の材質の初期結晶状態や、残留応力、使用雰囲気などによっても様々な要因が関与してくるため、正確に関数化することは容易ではない。
【００６９】
ところが、同一構造のＸ線管３において陽極ターゲット34の傾斜面部35の温度が違う条件でＸ線曝射を繰り返して、Ｘ線Ｌの強度を測定すると、図７に示すように、強度低下と時間あるいは曝射回数にある程度の関係がある。なお、Ｘ線Ｌの構造や入力条件が異なると違ったプロファイルとなる。このとき、陽極ターゲット34の焦点面37の温度が２８００℃ラインの場合には、Ｘ線Ｌの対初期線量が約６ヶ月程度の曝射のべ時間でＸ線強度低下不良レベルとなる。また、陽極ターゲット34の焦点面37の温度が２４００℃ラインの場合には、Ｘ線Ｌの対初期線量が約１年程度の曝射のべ時間でＸ線強度低下不良レベルとなる。さらに、陽極ターゲット34の焦点面37の温度が２０００℃ラインの場合には、Ｘ線Ｌの対初期線量が１年以上の曝射のべ時間であってもＸ線強度低下不良レベルとならない。
【００７０】
この場合、Ｘ線ＣＴ装置１に搭載するＸ線管３の陽極ターゲット34の焦点面37の温度、および時間に関するＸ線量低下のデータを予め開発段階で測定しておき、この測定データをＸ線管３の基本データとして外部遠隔操作装置11にインプットして入力しておく。
【００７１】
そして、この外部遠隔操作装置11は、Ｘ線管３のＸ線量低下に関する基本データと、実際に測定されたＸ線量強度データとを比較するとともに、この測定期間の陽極ターゲット34の焦点面37の温度の履歴から補正し、Ｘ線管３の寿命の予測を行う機能を有している。このとき、この陽極のターゲット34の焦点面37の温度については、Ｘ線管３への入力をプロテクトする目的で、Ｘ線曝射条件から温度を演算して推定する機能が外部遠隔操作装置11に設けられている。
【００７２】
ここで、この外部遠隔操作装置11による温度推定方法は、予め有限要素法などによってＸ線管３のモデルを計算してデータ群を作成し、このデータ群からＸ線曝射条件にあった解を抜き出す方法や、Ｘ線管３自体に非接触型の図示しない温度計を取り付けて、この温度計で陽極ターゲット34の焦点面37の温度を測定および記録する方法など様々な方法が考えられる。
【００７３】
すなわち、図８に示すように、ある一定期間で定期的にＸ線量を測定することで、まず使用しているＸ線管３の線量低下状態が、どのようなプロファイルになるか分かる。そして、この輪郭にＸ線管３の開発段階での基礎のプロファイルを照合することによって、Ｘ線管３が初期劣化、連続劣化あるいは終期飽和など、どの段階であるかを推定できる。
【００７４】
このとき、図８中の使用条件平均温度が２１００℃でＸ線曝射のべ時間が約６ヶ月程度のａ点では未だ初期劣化段階と予測できる。これに対し、この図８中の使用条件平均温度が２７００℃でＸ線曝射のべ時間が約６ヶ月程度のｂ点では、連続劣化段階と予想できる。すなわち、それまで使用したＸ線曝射条件からわかる陽極ターゲット34の温度のデータ群から、温度と時間とによるＸ線管３の劣化率が演算される。ここで、この演算の精度は、Ｘ線管３のＸ線量低下に関する基礎データがいかに精度よく豊富にあるかによって信頼性が違ってくる。
【００７５】
この結果、従来と同様のレベルでの使用条件で継続して使用した場合のＸ線量不足になる寿命期間を外部遠隔操作装置11にて推測でき、この推測結果が外部遠隔操作装置11の線量低下関連表示部15に目安として表示される。また、この外部遠隔操作装置11には、Ｘ線管３の使用入力を上げた場合や下げた場合の簡単な寿命推移などを予想して、この予想が線量低下関連表示部15に表示する機能を有している。この機構は、Ｘ線管３の寿命を完全に予測するというよりは、使用している放射線技師などにとって現在のＸ線管３の使用状態が把握でき、どのようなＸ線曝射条件を選択していくかなどの判断材料になる。
【００７６】
このとき、外部遠隔操作装置11にて、Ｘ線ＣＴ装置１の使用時のＸ線曝射条件および冷却時間から、このＸ線ＣＴ装置１に搭載されているＸ線管３の陽極ターゲット34のターゲット層36の温度および焦点面37の温度のそれぞれを算出推定して、Ｘ線管３の寿命を予測する構成とすることもできる。
【００７７】
具体的に、図９に示すように、外部遠隔操作装置11にてＸ線曝射条件から陽極ターゲット34の温度を計算し(ステップ10)、この計算した温度と定期Ｘ線量データとからＸ線量低下予測を計算する(ステップ11)。
【００７８】
このとき、このＸ線量低下予測がＸ線ＣＴ装置１での撮影に影響するＸ線強度低下不良レベルであると外部遠隔操作装置11にて判断された場合には(ステップ12)、このＸ線量低下注意信号や、Ｘ線量補正作業推奨信号が線量低下関連表示部15に表示される(ステップ13)。
【００７９】
さらに、ステップ12にて線量低下予測がＸ線強度低下不良レベルではないと外部遠隔操作装置11にて判断された場合には、線量低下関連表示部15に線量のＯＫ表示がなされ(ステップ14)、次のＸ線曝射が可能な状態とされる(ステップ５)。
【００８０】
上述したように、上記第１の実施の形態では、外部遠隔操作装置11にてＸ線管３のエミッタ32の寿命予測や、Ｘ線強度低下予測、真空度劣化寿命予測などができるので、このＸ線管３の性能を十分に引き出すことのでき、このＸ線管３の効率のよい寿命管理が可能である。この結果、Ｘ線管３を使用するユーザのＸ線管３の取り換えに関する時間的および価格的な負担を少なくできる。
【００８１】
なお、図１０に示す第２の実施の形態ように、上述のエミッタ32の寿命予測機能と、実効焦点が０．５ｍｍ×０．５ｍｍ以下の極小の焦点を有するＸ線管３との組み合わせることもできる。この場合、このＸ線管３の電子銃33には、実効焦点が異なる複数、例えば３対のエミッタ32a,32b,32cが設けられている。ここで、これら３対のエミッタ32a,32b,32cのうちの１対のエミッタ32aは、比較的大きな焦点サイズである。また、残りの２対のエミッタ32b,32cのうちの１対のエミッタ32bが一般的な中程度の焦点サイズである。さらに、残りの１対のエミッタ32cは、実効焦点が０．５ｍｍ×０．５ｍｍ以下の極小の焦点サイズである。
【００８２】
ここで、Ｘ線ＣＴ装置１用のＸ線管３は、大電流を比較的長い時間使用するため、焦点サイズが小さいエミッタ32cは極端に短寿命となる。このため、このＸ線管３では、焦点サイズが小さいエミッタ32cが先に寿命となってしまい、他のエミッタ32a,32bの寿命を大きく残したまま高価なＸ線管３を交換しなければならない。そこで、このＸ線管３と、エミッタ32a,32b,32cの寿命を予想できる機能を有する外部遠隔操作装置11とを組み合わせることによって、エミッタ32a,32b,32cに流れる電流から残寿命を外部遠隔操作装置11のエミッタ残寿命表示部13に表示でき、極小の焦点サイズのエミッタ32cの残寿命が一目で分かるようになる。
【００８３】
このため、どうしても高い解像度が必要な場合の検査時にのみ極小の焦点サイズのエミッタ32cを使用し、このエミッタ32cの残寿命の表示を見ながら、他の一般的な焦点サイズのエミッタ32bや、比較的大きな焦点サイズのエミッタ32aと使い分けることで、Ｘ線管３が有する性能を最大限に使用できる。この結果、寿命が極端に異なる種々のエミッタ32a,32b,32cを有するＸ線管３に、特に有効である。
【００８４】
さらに、外部遠隔操作装置11の機能を利用して、各焦点サイズのエミッタ32a,32b,32cの残寿命を表示させて、各焦点サイズそれぞれの一方のエミッタ32a,32b,32cを通常使用するエミッタ32a,32b,32cとし、これら以外の通常使用されない各焦点サイズの他方のエミッタ32a,32b,32cをスペア用とする。そして、これら通常使用されている各焦点サイズのいずれかのエミッタ32a,32b,32cが寿命となる前に、このエミッタ32a,32b,32cと同じ焦点サイズの他方のスペヤ用のエミッタ32a,32b,32cに切り替えてバックアップして使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明のＸ線装置の第１の実施の形態中のＸ線管を示す説明図である。
【図２】同上Ｘ線管中の陽極を示す説明斜視図である。
【図３】同上Ｘ線管を備えたＸ線装置を示す説明斜視図である。
【図４】同上Ｘ線装置を示す説明側面図である。
【図５】同上Ｘ線装置中のＸ線管の使用時間と容器内圧力との関係を示すグラフである。
【図６】同上Ｘ線管の使用時間と容器内圧力との関係を示す部分拡大図である。
【図７】同上Ｘ線管の曝射のべ時間とＸ線量との関係を示すグラフである。
【図８】同上Ｘ線管の曝射のべ時間とＸ線量との関係を示すグラフである。
【図９】同上Ｘ線管を備えたＸ線装置の制御を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施の形態のＸ線装置中の陰極を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８６】
１    Ｘ線装置としてのＸ線ＣＴ装置
３    Ｘ線管
11    測定手段としての外部遠隔操作装置
12    通知手段としてのモニタ
22    容器としての真空外囲器
32    エミッタ
33    陰極としての電子銃
34    陽極としての陽極ターゲット
【図１】
2006100174.tif 000003
【図２】
2006100174.tif 000004
【図３】
2006100174.tif 000005
【図４】
2006100174.tif 000006
【図５】
2006100174.tif 000007
【図６】
2006100174.tif 000008
【図７】
2006100174.tif 000009
【図８】
2006100174.tif 000010
【図９】
2006100174.tif 000011
【図１０】
2006100174.tif 000012