(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管と、このＸ線管に電力を供給してＸ線曝射をさせるＸ線管電源と、このＸ線管電源の動作を制御する制御部と、前記Ｘ線管から曝射されたＸ線量を検出する検出手段と、前記Ｘ線管の負荷入力の制限値を設定する負荷入力設定手段とを備えるＸ線装置であって、さらに
入力負荷毎の、出力線量と累積曝射量との関係を表す線量減衰データを格納する格納部と、前記Ｘ線管の寿命を予測する寿命予測手段とを備え、
前記寿命予測手段は、前記Ｘ線の累積曝射量と前記検出された出力線量を入力し、前記入力負荷毎の線量減衰データから、前記入力された累積曝射量と出力線量に該当する線量減衰データを選択し、選択された線量減衰データを用いて前記Ｘ線管の寿命を予測し、
前記負荷入力設定手段は、前記寿命予測手段で予測された前記Ｘ線管の寿命に応じて前記制限値を変更することを特徴とするＸ線装置。
【請求項２】
前記負荷入力設定手段は、前記寿命予測手段が選択した線量減衰データの入力負荷が前記制限値よりも小さいときは、前記制限値を増大させる変更を行い、前記寿命予測手段が選択した線量減衰データの入力負荷が前記制限値よりも大きいときは、前記制限値を抑制する変更を行うことを特徴とする請求項１に記載のＸ線装置。
【請求項３】
前記寿命予測手段は、前記Ｘ線管の履歴情報から最頻入力負荷を求め、
前記負荷入力設定手段は、前記最頻入力負荷を用いて、最適な負荷入力の制限値を演算することを特徴とする請求項１記載のＸ線装置。
【請求項４】
前記予測された寿命を表示する手段を有することを特徴とする請求項１ないし３いずれか1項記載の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線透視撮影装置のようなＸ線装置に係わり、特にＸ線管の寿命を制御するＸ線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般の医療用あるいは工業用Ｘ線透視撮影装置あるいはＸ線露光装置等のＸ線装置には、多くの場合Ｘ線放射源としてＸ線管が搭載されている。
【０００３】
このＸ線管は周知のように陽極を固定体で機械的に支え、陰極から電子ビームを放出させて陽極表面のターゲット層に当て、Ｘ線を放射するものである。この際、ターゲット層の焦点面は電子衝撃を受けるため、局部的に温度が上昇する。
【０００４】
このターゲット部分で発生した熱は、モリブデン製の基体に電動されて陽極に蓄積される一方、主として放射により徐々に拡散されるが、Ｘ線曝射を繰り返すと焦点面は急激な温度上昇と熱伝導による冷却作用が繰り返されることになる。このとき、局部的な熱膨張により発生する繰り返し熱応力によって焦点面は疲労破壊し、焦点面表面は凸凹になる。そのため発生したＸ線が散乱、吸収を受け、Ｘ線管からのＸ線出力は減衰する。この線量の減衰量は、電子ビームのターゲットヘの入力負荷の大きさと曝射回数に応じて大きくなる。そして出力線量が必要量を下回ると透視画像の画質劣化につながるため、この時がＸ線管の寿命であり交換することになる。
【０００５】
従来のＸ線装置では、Ｘ線管のこのような特性を考慮して、ターゲットヘの入力負荷量を、製造者もしくは供給者が意図する寿命を全うするレベルに制限している。このような入力負荷量の制限は、多くの場合、Ｘ線装置に搭載される制御機能により行われており、Ｘ線管製造者もしくは供給者が定めるそのＸ線管の定格（以下、許容負荷と記述する）に基づき、これを超えないようにしているのが一般的である。例えば、Ｘ線管の寿命を10万曝射、線量減衰量20％と設定し、これに対応して許容負荷を曝射時間0.1秒の時、50kWと制限した時、Ｘ線装置の制御機能としては、常に50kWを超えないように制御する。
【０００６】
Ｘ線管の制御に関連する発明は例えば特開昭57−5298号、特開昭58−23199号、特開昭59−217995号、特開昭59−217996号、特開昭62−69495号の各特許公開公報に開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら近年、医療現場における診断手技の進歩や産業分野における非破壊検査の対象物の多様化に伴い、Ｘ線管への入力負荷も多様化してきている。従来の考え方ではこのような多様化している現状にフレキシブルに対応できない。例えば前述の例で説明すると、50kWを超えないように制御しているが、使用方法によっては、60kW、あるいは70kWというより大きな負荷を入力して高画質の画像を得たいという要請があるが、従来の方法ではこれに対応できない。このような場合、従来はＸ線管そのものをもっと大きい入力ができるものに交換するしか手段がなく、時間的にも費用的にも非効率であった。
【０００８】
一方、Ｘ線管の制限をなくし、例えば従来50kWで制限していたＸ線管を70kWの負荷で使用した場合には、寿命がどの程度短縮されるかが予測できないので、撮影の途中で使用できなくなるというリスクを負うことになる。
【０００９】
そこで本発明は、Ｘ線管の寿命の予測が可能であるＸ線装置を提供することを目的とする。また本発明は、予測された寿命を考慮した適切な入力負荷で使用者が使用できるＸ線装置を提供することを目的とする。さらに本発明は、予測寿命に加えて使用履歴を考慮して最適な入力負荷でＸ線装置を動作させることが可能なＸ線装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明のＸ線装置は、Ｘ線管と、このＸ線管に電力を供給してＸ線曝射をさせるＸ線管電源と、このＸ線管電源の動作を制御する制御部と、前記Ｘ線管から曝射されたＸ線量を検出する検出手段とを備えるＸ線装置において、前記制御部は、前記Ｘ線管の累積曝射量と前記検出された出力線量から前記Ｘ線管の寿命を予測する寿命予測手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明のＸ線装置によれば、Ｘ線管の累積曝射量とＸ線管の使用に伴う出力線量（減衰量）からＸ線管の寿命を予測するようにしたので、例えば予測した寿命が十分長ければ、定められた負荷入力の制限値よりも大きな値でＸ線曝射可能にし、予測寿命が短ければ定められた負荷入力の制限値よりも小さな値でＸ線曝射可能にするなど、負荷入力を適宜、制御することができる。
【００１２】
また本発明のＸ線装置は、制御部が、Ｘ線管の負荷入力の制限値を設定する設定手段と、予測された寿命に応じて設定手段に設定された負荷入力の制限値を制御する負荷入力制御手段とを備えたものである。この場合、負荷入力制御手段を動作させるのは、自動でもよく、手動でもよい。手動の場合には、予測された寿命に応じて設定手段に所定の制限値を設定することにより、制限値を制御する。
【００１３】
これによって必要に応じて定められた負荷入力よりも大きな負荷入力でのＸ線曝射を可能にする。あるいは寿命に近いＸ線管でも負荷入力を下げることにより、予測された寿命よりも長い期間使用可能にすることができ、Ｘ線管交換の頻度を少なくすることができる。
【００１４】
また本発明のＸ線装置の好適な態様によれば、寿命予測手段は、Ｘ線管の履歴情報から最頻入力負荷を求め、この最頻入力負荷を用いて、前記負荷入力の制限値を変更することを特徴とする。
【００１５】
ここで最頻入力負荷とは、使用者が最も高い頻度で使用している入力負荷値を意味し、この最頻入力負荷によって制限値を決めることにより、使用者に適した制御を自動的に行うことができる。
【００１６】
さらに本発明のＸ線装置の好適な態様によれば、予測された寿命を表示する手段を有する。これによって使用者は、Ｘ線管交換の時期を知ることができ、また例えば制限値よりも低い負荷入力でＸ線装置を動作させて、計測中の線量低下とそれによる画像劣化を未然に防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明が適用されるＸ線透視撮像装置の全体構成を示す斜視図である。
このＸ線透視撮影装置は、被検体が載るベッド1と、Ｘ線管装置を内蔵したＸ線発生部２と、被検体を通過したＸ線を検出する検出部３と、これらＸ線発生部２と検出部３を対向配置するように支持するアーム４、Ｘ線管装置に電力を供給する電源装置５と、この電源装置５に付属し、Ｘ線管装置にＸ線曝射信号を与えるＸ線曝射制御装置１０と、Ｘ線曝射条件の設定や曝射命令を入力する操作パネル６とを備えている。検出部３は、Ｘ線管の使用に伴う出力線量の減衰を計測するための検出手段としても機能する。
【００１８】
また操作パネル６は、Ｘ線曝射条件の設定や曝射命令を入力するのに必要なユーザーインターフェイスとしての画像や、後述するようにＸ線曝射制御装置１０において演算されたＸ線管の予測寿命を表示する表示部が備えられている。
【００１９】
Ｘ線曝射制御装置１０の詳細ブロック図を図２に示す。図示するように、Ｘ線曝射制御装置１０は、電源装置５にＸ線曝射に必要な信号を送るＸ線曝射制御部１１と、Ｘ線曝射回数を記録する曝射回数カウンタ１２と、あらかじめＸ線管に入力される負荷(負荷入力)の制限値を格納する負荷制限値データ格納部１３と、予め求められた曝射回数と出力線量との関係をテーブルとしてあるいは関数として格納する線量減衰データ格納部１４と、曝射回数および線量減衰データと検出部３が検出したＸ線管の出力線量からＸ線管の寿命を予測する寿命予測演算部１５とを備えている。
【００２０】
負荷制限値データ格納部１３に格納される負荷入力の制限値は、操作パネル６を介して使用者が設定することができ、初期状態では、例えばＸ線管の定格(許容負荷)を超えない所定の値、例えばＰ0に設定されている。この制限値は、後述するように、寿命予測演算部１５の演算結果に基づき、適宜変更される。また負荷制限値データ格納部１３には、入力負荷の制限値のほかに、Ｘ線管の交換寿命（例えば曝射回数10万回または線量減衰量20％）が設定されている。
【００２１】
線量減衰データ格納部１４に格納される線量減衰データは、所定の曝射条件における曝射回数と出力線量との関係を求めたものである。
一般に線量減衰現象は、焦点面の凹凸発生によるＸ線の吸収によるものであるため、凹凸の大きさに応じて指数関数的に減少する。すなわち、図３に示すような焦点面２０の凹凸によるＸ線減衰経路ｔの合計をＴ、初期線量をＤ0とするとき、線量Ｄは次式で表される。
【００２２】
【数１】
0004748869.tif 000002
式中、μは減衰係数である。
【００２３】
一方、表面の凹凸の発生は繰り返し応力負荷による疲労破壊であり、この発生確率もまた指数関数的な現象であることが知られている（金属便覧）。すなわち、減衰経路Ｔ(表面凹凸の指標)と曝射回数Ｎとの関係は、次式で与えられる。
【００２４】
【数２】
0004748869.tif 000003
式中、aは１曝射当たりに破壊の生じる確率、bは1破壊当たりのＸ線減衰経路の増分、cは初期値である。
【００２５】
上記式（１）および（２）より、線量Ｄと曝射回数Ｎは次式で与えられる。
【００２６】
【数３】
0004748869.tif 000004
式（３）中、Ａ＝-a、Ｂ＝μbn、Ｃ＝μ(bn+c)であり、それぞれ焦点面の応力（温度）に比例し、入力負荷の大きさが一定であればほぼ一義的に決まることが本発明者らの研究でわかっている。そこで、入力負荷Ｐの大きさを種々に変更して、それぞれについて曝射回数と出力線量(あるいは出力線量を初期値で割った値)との関係を線量減衰データとして求めておき、線量減衰データ格納部１４に格納しておく。図４にこのような線量減衰データの一例を示す。ここでは、入力負荷をＰ1、Ｐ2、Ｐ3とした場合の線量減衰データが格納されている。これらは式（３）で表す関数として格納してもよいし、テーブルとして格納してもよい。
【００２７】
寿命予測演算部１５は、上述した曝射カウンタ７のカウント数と、Ｘ線検出部３が検出した出力線量に対応する電気信号（デジタル信号）とを入力し、これらカウント数および出力線量並びに上述した線量減衰データ格納部１０に格納された線量減衰データに基づきＸ線管の寿命を予測する。
【００２８】
次にこのＸ線曝射制御装置１０の動作を図５を参照して説明する。
【００２９】
まず操作パネル６からＸ線撮影、即ちＸ線曝射の要求があると（ステップ501）、その要求において設定された負荷値(要求値)と、負荷制限値データ格納部１３に格納された制限値とを比較し(ステップ502)、要求値が制限値以下であれば、Ｘ線曝射信号を電源装置５に送り、Ｘ線撮影を行う（ステップ503）。
【００３０】
要求値が制限値を超えている場合には、その旨の表示を操作パネル６の表示部に表示し、新たな要求を促す。
【００３１】
ステップ503においてＸ線撮影が開始され、曝射が行われると、Ｘ線検出部３が検出したＸ線量をＸ線管の出力線量としてモニターするとともに、曝射回数カウウタ１２が曝射回数をカウントする（ステップ504）。その撮影における出力線量は検出部３の出力電圧として寿命予測演算部１５に入力される。曝射回数は、初期からの累積値としてカウントされ、その値に対応する信号が寿命予測演算部１５に入力される。
【００３２】
寿命予測演算部１５は、入力された出力線量Ｄを用いて、まずＸ線管の線量の減衰量Ａを求める。減衰量は、線量の初期値をＤ0とするときＡ＝Ｄ／Ｄ0である。次に寿命予測演算部１５は予め線量減衰データ格納部１４に格納された線量減衰データ(図４)を参照し、入力された曝射回数Ｎにおいて曝射減衰量がＡとなる線量減衰曲線を求める。すでに述べたように線量減衰データ格納部１４には、図４に示すように負荷入力Ｐ1、Ｐ2、・・・に対応する線量減衰曲線が格納されているので、これらを参照することにより該当する減衰曲線を選択することができる。この選択された減衰曲線について、設定された減衰量、例えば20％（0.8）になる曝射回数を寿命として求める（ステップ505）。この曝射回数は、選択された減衰曲線の負荷入力で曝射を続けたときに、減衰量が20％となる曝射回数を表すものである。こうして求めたＸ線管の寿命は、操作パネル６の表示部に表示される。表示は、曝射回数を数値として示してもよいし、図４に示す減衰曲線のうち選択された減衰曲線を、その時点の減衰量の表示とともに表示してもよい。
【００３３】
次にこのように予測された寿命をもとに負荷制限値の制御を行う。即ち、上述した寿命予測において、負荷入力(例えば図４のＰ２であるとする)は、予め設定された負荷制限値Ｐ0以下の値であり、予測された寿命は、この曝射条件(負荷入力Ｐ２)を続けた場合の寿命である。この予測寿命が、使用者が要求する寿命あるいは設定した交換寿命よりも長いときには（ステップ506）、制限値Ｐ0を増大することが可能である。そこで負荷制限値データ格納部１４に格納された制限値を増大する変更を行う（ステップ507）。これによって、より高画質が得られる高出力Ｘ線曝射を実現させることができる。
【００３４】
一方、予測された寿命が、使用者が要求する寿命よりも短い場合には（ステップ506）、負荷制限値データ格納部１４に格納された制限値を抑制する変更を行い（ステップ508）、交換寿命の短縮を防止することができる。あるいは制限値はそのままとし、短縮された交換寿命に基づきＸ線管交換の準備等の対策を講じることも可能である。
【００３５】
このような制限値の制御は、予測寿命をもとに、自動的に行うことも可能であるが、操作パネル６の表示部に表示された予測寿命に基づき、操作パネル６を介して使用者が任意に設定することも可能である。
【００３６】
自動的に入力負荷制限値を設定する場合には、寿命予測演算部１５は、その機能として使用者の使用状況を記憶、学習する機能を有することが好ましい。この機能を用いて、使用者が最も高い頻度で使用する入力負荷（最頻入力負荷値）を演算する。この最頻入力負荷値を用いることにより、その使用者にとって最適な入力負荷制限値を自動演算することができる。
【００３７】
このように寿命の予測値が使用者の要求に対して余裕があるかないかに応じて、搭載Ｘ線管の寿命をコントロールすることができるので、従来にはないフレキシブルなＸ線管の使用方法が実現できるとともに、使用状況に応じたより効率的な使い方ができる。例えば、寿命に十分余裕がある場合には、そのＸ線透視撮影装置を、管電流として大電流を必要とするＸ線撮影用として用い、寿命が少なくなってきた場合には、比較的弱電流を必要とするＸ線透視に用いるなどの使い方も可能であり、これによりＸ線交換の頻度を減らすことが可能となる。
【００３８】
以上、本発明のＸ線装置の一実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、Ｘ線管の寿命を予測するために用いる累積曝射量としてＸ線曝射回数を用いた例を説明したが、Ｘ線管に供給された累積ヒートユニット値（電圧×電流×時間）を計測してもよい。この場合、線量減衰データとしては、ヒートユニット値を横軸とする減衰曲線を求めておき、寿命を残ヒートユニット量として求める。この残ヒートユニット量から、所定の入力負荷にした場合の曝射回数を推定するようにしてもよい。
【００３９】
また上記実施形態では、本発明をＸ線透視撮影装置に適用した例を説明したが、本発明はＸ線管によるＸ線曝射を伴う装置であれば、あらゆるＸ線装置に適用可能であり、例えば医療用のみならず工業用のＸ線透視撮影装置やＸ線露光装置、さらにはＸ線ＣＴ装置等にも適用可能である。
【００４０】
なおＸ線ＣＴ装置の場合には、累積曝射量を計測する手段として、従来のＸ線ＣＴ装置に搭載されたスキャン数カウンタをそのまま利用することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、搭載Ｘ線管の寿命を予測してその予測値に応じて負荷入力の制限値を増減させることで、Ｘ線管の寿命をコントロールし、使用状況に応じたより効率的な使い方を実現するＸ線装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるＸ線透視撮影装置の概観を示す図。
【図２】Ｘ線曝射制御装置の全体を示すブロック図。
【図３】Ｘ線減衰経路を概念的に説明する図。
【図４】線量減衰曲線を示す図。
【図５】Ｘ線曝射制御装置の制御フローを示す図。
【符号の簡単な説明】
２・・・Ｘ線管
３・・・Ｘ線検出部
５・・・電源装置
６・・・操作パネル
１０・・Ｘ線曝射制御装置
１２・・曝射回数カウンタ
１３・・線量減衰データ格納部
１４・・負荷制限値データ格納部
１５・・寿命予測演算部
【図１】
0004748869.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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