(57)【要約】【課題】本発明の目的は、Ｘ線管装置において、設定値への管電流の即応性を向上することにある。【解決手段】Ｘ線管装置は、高真空を保持する容器１１と、容器内に収容された陽極１２と、容器内に収容されたフィラメントを含む陰極１３と、陽極と陰極との間に高電圧を印加する高電圧電源２１と、フィラメントに加熱用電流を供給するフィラメント加熱電源２３と、陰極と陽極との間に配置されたグリッド１４と、フィラメントから放出する熱電子を阻止するために陰極に対してグリッドに負のバイアス電圧を印加するグリッド制御用電源２３と、Ｘ線照射開始時から短期間、所定の管電流に対応するフィラメント電流よりも高い電流をフィラメントに流すためにフィラメント加熱電源を制御する制御回路３１とを具備する。【選択図】　　図１
2004139790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高真空を保持する容器と、
前記容器内に収容された陽極と、
前記容器内に収容されたフィラメントを含む陰極と、
前記陽極と陰極との間に高電圧を印加する高電圧電源と、
前記フィラメントに加熱用電流を供給するフィラメント加熱電源と、
前記陰極と前記陽極との間に配置されたグリッドと、
前記フィラメントから放出する熱電子を阻止するために前記陰極に対して前記グリッドに負のバイアス電圧を印加するグリッド制御用電源と、
Ｘ線照射開始時から所定期間、所定の管電流に対応するフィラメント電流よりも高い電流を前記フィラメントに流すために、前記フィラメント加熱電源を制御する制御回路とを具備することを特徴とするＸ線管装置。
【請求項２】
高真空を保持する容器と、
前記容器内に収容された陽極と、
前記容器内に収容されたフィラメントを含む陰極と、
前記陽極と陰極との間に高電圧を印加する高電圧電源と、
前記フィラメントに加熱用電流を供給するフィラメント加熱電源と、
前記陰極と前記陽極との間に配置されたグリッドと、
前記陰極に対して前記グリッドに負のバイアス電圧を印加するグリッド制御用電源と、
Ｘ線照射開始時に前記フィラメントから放出する熱電子を阻止するカットオフ電位から、前記陰極の電位と前記カットオフ電位との間の能動領域内の電位に、前記バイアス電圧を変化させるとともに、Ｘ線照射期間中において管電流の制御された変動に応じて前記能動領域内で前記バイアス電圧を変動させるために、前記グリッド制御用電源を制御する制御回路とを具備することを特徴とするＸ線管装置。
【請求項３】
高真空を保持する容器と、
前記容器内に収容された陽極と、
前記容器内に収容されたフィラメントを含む陰極と、
前記陽極と陰極との間に高電圧を印加する高電圧電源と、
前記フィラメントに加熱用電流を供給するフィラメント加熱電源と、
前記陰極と前記陽極との間に配置されたグリッドと、
前記陰極に対して前記グリッドに負のバイアス電圧を印加するグリッド制御用電源と、
Ｘ線照射開始時から所定期間、所定の管電流に対応するフィラメント電流よりも高い電流を前記フィラメントに流すために前記フィラメント加熱電源を制御するとともに、Ｘ線照射開始時に前記フィラメントから放出する熱電子を阻止するカットオフ電位から前記陰極の電位と前記カットオフ電位との間の能動領域内の電位に前記バイアス電圧を変化させ、Ｘ線照射期間中において管電流の制御された変動に応じて前記能動領域内で前記バイアス電圧を変動させるために前記グリッド制御用電源を制御する制御回路とを具備することを特徴とするＸ線管装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線診断装置等に装備されるＸ線管装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線管装置では、陰極フィラメントに電流を流して加熱し、それにより放出された熱電子を高電圧により陽極のターゲットに衝突させることによりＸ線を発生させる。陰極から陽極への電子ビームにより流れる管電流の制御は、陰極フィラメントに流す電流を増減することにより行われるのが一般的である。フィラメント電流を増減させることによりフィラメントの温度が変化して、フィラメントから放出される熱電子の量が変化する。それに応じて管電流も変化する。
【０００３】
Ｘ線管のフィラメント温度を加減するにはフィラメント電流を増減するが、フィラメントには熱慣性があるので、フィラメント電流の変動に対して温度が追随するのにはある程度（約１秒）の遅延が生じる。透視トリガが押された時、管電圧印加とともに、フィラメント電流の供給を開始する。上記熱慣性により、フィラメント温度が設定温度で安定するまでの約１秒程度の期間は、実際の管電流は設定値に達していない。
【０００４】
従って、透視トリガから、フィラメント温度が設定温度に達するまでの約１秒程度の期間は、実際の管電流は設定値に達していない。それによりこの期間の透視画像は、濃度不足を起こしており、診断を行う術者にとって最適とはなり得ない。
【０００５】
また、透視期間中に自動輝度補正を行う、つまり輝度レベルを安定させるように透視中に管電流をダイナミックに変更する場合にも、実際に管電流が設定値に変化するまでには遅れが生じることになり、被写体厚が急激に変わった場合などには透視像の輝度が安定するまでにある程度の時間を要する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、Ｘ線管装置において、設定値への管電流の即応性を向上することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１局面によるＸ線管装置は、高真空を保持する容器と、前記容器内に収容された陽極と、前記容器内に収容されたフィラメントを含む陰極と、前記陽極と陰極との間に高電圧を印加する高電圧電源と、前記フィラメントに加熱用電流を供給するフィラメント加熱電源と、前記陰極と前記陽極との間に配置されたグリッドと、前記フィラメントから放出する熱電子を阻止するために前記陰極に対して前記グリッドに負のバイアス電圧を印加するグリッド制御用電源と、Ｘ線照射開始時から所定期間、所定の管電流に対応するフィラメント電流よりも高い電流を前記フィラメントに流すために、前記フィラメント加熱電源を制御する制御回路とを具備する。
本発明の第２局面によるＸ線管装置は、高真空を保持する容器と、前記容器内に収容された陽極と、前記容器内に収容されたフィラメントを含む陰極と、前記陽極と陰極との間に高電圧を印加する高電圧電源と、前記フィラメントに加熱用電流を供給するフィラメント加熱電源と、前記陰極と前記陽極との間に配置されたグリッドと、前記陰極に対して前記グリッドに負のバイアス電圧を印加するグリッド制御用電源と、Ｘ線照射開始時に前記フィラメントから放出する熱電子を阻止するカットオフ電位から、前記陰極の電位と前記カットオフ電位との間の能動領域内の電位に、前記バイアス電圧を変化させるとともに、Ｘ線照射期間中において管電流の制御された変動に応じて前記能動領域内で前記バイアス電圧を変動させるために、前記グリッド制御用電源を制御する制御回路とを具備する。　本発明の第３局面によるＸ線管装置は、高真空を保持する容器と、前記容器内に収容された陽極と、前記容器内に収容されたフィラメントを含む陰極と、前記陽極と陰極との間に高電圧を印加する高電圧電源と、前記フィラメントに加熱用電流を供給するフィラメント加熱電源と、前記陰極と前記陽極との間に配置されたグリッドと、前記陰極に対して前記グリッドに負のバイアス電圧を印加するグリッド制御用電源と、Ｘ線照射開始時から所定期間、所定の管電流に対応するフィラメント電流よりも高い電流を前記フィラメントに流すために前記フィラメント加熱電源を制御するとともに、Ｘ線照射開始時に前記フィラメントから放出する熱電子を阻止するカットオフ電位から前記陰極の電位と前記カットオフ電位との間の能動領域内の電位に前記バイアス電圧を変化させ、Ｘ線照射期間中において管電流の制御された変動に応じて前記能動領域内で前記バイアス電圧を変動させるために前記グリッド制御用電源を制御する制御回路とを具備する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明によるＸ線管装置を好ましい実施形態により説明する。Ｘ線管装置は、医用分野、非破壊検査分野等の様々な分野で適用されている。ここでは、医用分野を例に説明する。さらに、Ｘ線管装置は、医用分野の中でも、Ｘ線診断装置やＸ線ＣＴ等様々な装置に装備される。管電流の制御機会の多いＸ線診断装置への適用を例に説明する。
【０００９】
Ｘ線診断装置について簡単に説明すると、Ｘ線診断装置では、Ｘ線管装置のＸ線管が、フラットパネル又はイメージインテンシファイアとＴＶカメラとの組み合わせで構成されたＸ線検出器に対して被検体を挟んでアーム又はスタンドにより保持されている。Ｘ線検出器で検出されたＸ線信号に基づいて画像データが生成され、表示される。
【００１０】
図１は本実施形態に係るＸ線管装置の主要部の構成を示す図である。Ｘ線管装置は、グリッド制御Ｘ線管１０とＸ線高電圧装置２０と制御装置３０とから構成される。Ｘ線管１０は、内部が高真空に保持されているガラスバルブ１１を有する。ガラスバルブ１１には、一般的には回転式の陽極１２と、陰極とが収容される。陰極は、フィラメント１３と、図示しない集束電極とから構成される。陰極と陽極１１との間には、グリッド１４が配置される。
【００１１】
Ｘ線高電圧装置２０は、陽極１２と陰極との間に高電圧を印加するための高電圧電源２１と、高電圧電源２１の出力を制御する高電圧制御回路２２と、フィラメント１３にフィラメント制御電流を供給するフィラメント加熱電源２３と、陰極１３に対してグリッド１４に負のバイアス電圧（グリッド制御電圧）を印加するグリッド制御用電源２４と、フィラメント加熱電源２３とグリッド制御用電源２４を制御する陰極制御回路２５とを有する。
【００１２】
制御装置３０は、Ｘ線制御回路３１を有する。Ｘ線制御回路３１は、管電圧制御信号を高電圧制御回路２２に供給する。管電圧制御信号に応じた電圧が陽極１２と陰極との間に印加される。Ｘ線制御回路３１は、フィラメント電流制御信号及びグリッド電圧制御信号を陰極制御回路２５に供給する。フィラメント電流制御信号に応じたフィラメント制御電流がフィラメント加熱電源２３から発生される。実際にフィラメント１３に流れる電流は、管電流が流れていないとき、フィラメント制御電流に一致し、また管電流が流れているとき、フィラメント制御電流と管電流との和又は差に一致する。グリッド制御用電源２４は、グリッド電圧を、グリッド電圧制御信号に応じた電圧だけ、陰極電位から低下する。陰極電位に対するグリッド電位を調整することにより、電子の放出を制御することができる。なお、陰極から陽極１２への電子の放出を阻止する電位をカットオフ電位と称する。このカットオフ電位よりも低い領域をカットオフ領域と称する。カットオフ電位から陰極電位までの電圧範囲は、陰極から陽極１２への電子の放出が許可され、その範囲を能動領域と称する。
【００１３】
Ｘ線制御回路３１には、管電圧設定部、管電流操作部、透視トリガボタンを有する操作部３２が接続される。Ｘ線制御回路３１は、管電圧設定部を介して設定された管電圧（管電圧設定値）、管電流設定部を介して設定された管電流（管電流設定値）に応じた管電圧制御信号、フィラメント電流制御信号及びグリッド制御信号を透視トリガ時に発生する。このＸ線制御回路３１には自動輝度制御回路３３を有している。自動輝度制御機能は、透視期間中に、被検体の厚さ等の変化による輝度レベルの変動を抑えるための機能であり、自動輝度制御回路３３は、リファレンス検出器３４の出力又はＸ線画像の参照値を略一定に維持するように管電流の値を動的に決定する。Ｘ線制御回路３１は、自動輝度制御回路３３で決定された管電流に応じてフィラメント電流制御信号及び／又はグリッド制御信号を変化させる。
【００１４】
図２には、Ｘ線制御回路３１により制御されたフィラメント電流制御信号とグリッド電圧制御信号の時間変化を示している。操作者により透視トリガボタンが押されると、操作部３２からＸ線制御回路３１に透視信号がオフレベルからオンレベルに変位し、その状態が透視トリガボタンが再度、押されるまで、継続する。透視信号がオンレベルに維持される期間、透視が行われる。
【００１５】
透視トリガボタンが押されるより以前から、フィラメント電流制御信号は、Ｘ線制御回路３１により、比較的低い予備加熱電流ＩＰＨに応じた値に設定される。それによりフィラメント１３には予備加熱電流ＩＰＨが流れ、フィラメント１３は予備的に加熱される。
【００１６】
また、透視トリガボタンが押されるより以前から、グリッド制御信号は、陰極電位よりも低く且つ能動領域よりも低いカットオフ領域内の電位に対応した値に設定される。カットオフ電位は、陰極から陽極１２への電子放出を完全に阻止するのに十分低い電位に設定されている。
【００１７】
透視トリガボタンが押された時、フィラメント電流制御信号は、Ｘ線制御回路３１により、予備加熱電流ＩＰＨに応じた値から、管電流の設定値Ｉ１１に対応するフィラメント電流値Ｉ２１よりも所定値ΔＩだけ高いフィラメント電流値（プレフラッシュ電流値）ＩＰ１に対応する値に急峻に上昇される。フィラメント電流制御信号は、極短い所定時間の間、プレフラッシュ電流値ＩＰ１に対応する値に維持され、その後、フィラメント電流値Ｉ２１に対応する値に変化される。
【００１８】
このように透視トリガから極短時間の期間、フィラメント電流が、管電流の設定値Ｉ１１に対応するフィラメント電流値Ｉ２１よりも高い値で流されることにより、透視トリガの当初からフィラメント電流が、管電流の設定値Ｉ１１に対応するフィラメント電流値Ｉ２１で流されるよりも、フィラメントが、予熱温度から、管電流の設定値Ｉ１１に対応する温度まで上昇するのに要する時間は、短縮される。
【００１９】
また、透視トリガボタンが押された時、グリッド電圧制御信号は、Ｘ線制御回路３１により、カットオフ領域内の電位に対応する値から、能動領域内の電位に対応する値に急峻に変位される。それにより、グリッド電圧は、カットオフ領域内の電位から、能動領域内の電位に急激に上昇し、陰極から陽極１２への電子の放出が許可される。
【００２０】
このように、透視トリガ時に、プレフラッシュ制御とグリッド電圧制御とをかけることにより、図３に示すように、プレフラッシュ制御とグリッド電圧制御とを共にかけないよりも、管電流は急速に設定値まで立ち上がる。それにより従来の問題であった濃度不足を起こす期間を短縮させることが実現される。
【００２１】
なお、図３に示すように、トリガ時に、プレフラッシュ制御をかけるが、グリッド電圧制御はかけない場合であっても、これらを共にかけないよりも、管電流の設定値までの立ち上がり時間は短縮される。従って、Ｘ線制御回路３１としては、プレフラッシュ制御とグリッド電圧制御とを共にかけるモードだけでなく、プレフラッシュ制御をかけ、グリッド電圧制御はかけないモードを装備して、選択的に使用可能とするようにしても良い。
【００２２】
次に、透視期間中、自動輝度制御機能により、管電流の値が変動される。この管電流の変動のために、フィラメント電流制御信号は、Ｘ線制御回路３１により、管電流の初期設定値Ｉ１１に対応するフィラメント電流値Ｉ２１に対応する値から、変動された管電流の値Ｉ１２に対応するフィラメント電流値Ｉ２２に対応する値に変位される。それによりフィラメント電流は、初期設定値Ｉ１１に対応するフィラメント電流値Ｉ２１から、変動された管電流の値Ｉ１２に対応するフィラメント電流値Ｉ２２に変化する。しかし、フィラメント１３の熱慣性により、フィラメント温度は、フィラメント電流の変位に対して即時的に変化しない。そのため管電流はフィラメント電流の変位に対して遅延して変位する。
【００２３】
この遅延時間を短縮するために、フィラメント電流制御とともに、グリッド電圧の変位がフィラメント電流の変位に併用される。つまり、例えば管電流をＩ１１からＩ１２に下げるとき、グリッド電圧制御信号は、Ｘ線制御回路３１により、能動領域内において、陰極電位に近い値Ｖ１１から、電子放出率の低いＶ１２に低下され、逆に、管電流をＩ１２からＩ１３に上げるとき、グリッド電圧制御信号は、Ｘ線制御回路３１により、能動領域内において、値Ｖ１２から、電子放出率の高いＶ１３に高位に変化される。
【００２４】
また、透視期間中に、管電流を上昇させるときには、トリガ時と同様に、プレフラッシュ制御がかけられる。つまり、フィラメント電流制御信号は、Ｘ線制御回路３１により、管電流上昇時から極短い所定時間の間、管電流の輝度制御値Ｉ１３に対応するフィラメント電流値Ｉ２３よりも所定値ΔＩだけ高いプレフラッシュ電流値ＩＰ２に対応する値に急峻に上昇される。このように管電流上昇時には、それから極短時間の期間、フィラメント電流が、管電流の輝度制御値Ｉ１３に対応するフィラメント電流値Ｉ２３よりも高い値ＩＰ２で流されることにより、フィラメント温度は、管電流の輝度制御値Ｉ１３に対応する温度まで短時間で上昇する。
【００２５】
このようにトリガ時及び透視期間中に、プレフラッシュ制御とグリッド電圧制御を併用することにより、管電流の即応性を向上させることができる。
【００２６】
なお、図４に示すように、透視期間中に、輝度制御のための管電流制御は、フィラメント電流を、透視時の最大管電流に対応する一定値に維持し、グリッド電圧制御単独で実現するようにしても良い。
【００２７】
また、透視トリガ時のプレフラッシュ制御に代えて、図５に示すように、システムの電源投入後、透視トリガ前であって、Ｘ線診断装置の動作が可能となった段階で、フィラメント電流を透視の最大管電流に対応する一定値に維持するとともに、グリッド電圧をカットオフ領域内の電圧に維持して、電子放出を阻止し、透視トリガとともに、グリッド電圧をカットオフ領域内の電圧から能動領域内の電圧に急峻に上昇させるようにしても良い。透視トリガ時には既にフィラメント１３の温度は透視の最大管電流が出力可能な温度となっているため、管電流が安定するまでの時間遅れはグリッド制御のみに依存する。よって、透視トリガ時に透視像が安定するまでの時間を短縮できる。
【００２８】
本実施形態により透視のトリガ指示から安定した透視像を得るまでの時間が短縮される。また、透視中に被検体厚の変化等による輝度変動が生じる場合には、迅速に管電流を変位させることができる。
【００２９】
（変形例）
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、管電流の即応性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるＸ線管装置の構成を示す図。
【図２】図１のＸ線制御回路により制御されたフィラメント電流とグリッド電圧の時間変化を示す図。
【図３】図２の制御による管電流の時間変化を示す図。
【図４】図１のＸ線制御回路の他の制御によるフィラメント電流とグリッド電圧の時間変化を示す図。
【図５】図１のＸ線制御回路のさらに他の制御によるフィラメント電流とグリッド電圧の時間変化を示す図。
【符号の説明】
１０…グリッド制御Ｘ線管、
１１…ガラスバルブ、
１２…陽極、
１３…フィラメント、
１４…グリッド、
２０…Ｘ線高電圧装置、
２１…高電圧電源、
２２…高電圧制御回路、
２３…フィラメント加熱電源、
２４…グリッド制御用電源、
２５…陰極制御回路、
３０…制御装置、
３１…Ｘ線制御回路、
３２…操作部、
３３…自動輝度制御回路、
３４…リファレンス検出器。
【図１】
2004139790.tif 000003
【図２】
2004139790.tif 000004
【図３】
2004139790.tif 000005
【図４】
2004139790.tif 000006
【図５】
2004139790.tif 000007