JP2015058180A - 透過型放射線管、放射線発生装置及び放射線撮影システム - Google Patents

Abstract

【課題】透過型のターゲット４を備え、焦点が微小化された透過型放射線管１を提供すること。
【解決手段】透過型放射線管であって、電子放出源３が、電子線束２３の束中心である電子線軸１２がターゲット４の電子照射面７の法線１３に対して傾斜するようにターゲット４の後方に位置し、遮蔽体９ｂは、開口２５の中心と主焦点１４の中心とを結ぶ取出し軸である放射線軸１５が、法線１３に対して傾斜するように位置し、開口２５は、電子線束２３の電子照射面７への正射影像が、放射線束１９の電子照射面７への正射影像に重なるように、前方遮蔽体９ｂに配置されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば医療分野における診断や、産業分野における非破壊検査等のための各種撮影に用いられる透過型放射線管、この透過型放射線管を用いた放射線発生装置及びこの放射線発生装置を備えた放射線撮影システムに関する。

放射線発生装置を備えた放射線撮影装置において、撮影分解能を高め、取得画像の高精細化が図られることにより、病巣の前駆段階である石灰化等の生体組織が変化した微小領域を早期に発見することが求められている。

放射線発生装置の撮影分解能を決定する主たる要因の一つとして、放射線の発生源となるターゲットの焦点サイズが挙げられる。

一方で、電子線をターゲットに照射して放射線を発生させる放射線発生装置において、ターゲットにおける「放射線発生効率」は１％未満であるため、ターゲットに投入されたエネルギーのほとんどが熱に変換される。このため、ターゲット上の焦点径の下限は、実効的には、焦点における「陽極電流密度」と「ターゲットの耐熱性」、「ターゲットの放熱性」、「放射線発生効率」により制限される。

「放射線発生効率」を高効率化する方法として、ターゲットを、重金属を含有する薄膜形態としたターゲット層と、放射線を透過するとともにターゲット層を支持する基材とから構成された透過型のターゲットとすることが公知である。特許文献１には、従来の回転陽極型の反射型ターゲットに対して、「放射線発生効率」を１．５倍以上増大させた回転陽極型の透過型のターゲットが開示されている。透過型放射線管は、電子放出源からターゲットの電子照射面への電子線の照射により放射線を発生させ、発生した放射線を電子照射面とは反対側の放出面側へ透過させて放出する透過型のターゲットを用いたものとなっている。

透過型のターゲットの「放熱性」と「耐熱性」とを促進する方法として、透過型のターゲットのターゲット層を支持する基材に、ダイアモンドを適用することが公知である。特許文献２には、タングステンからなるターゲット層を支持する基材としてダイアモンドを使用することにより、放熱性を高め、微小焦点化を実現することが開示されている。ダイアモンドは、高い耐熱性と、高い熱伝導性を備えているとともに、高い放射線透過性を備えているため、透過型のターゲットの支持基材としては、好適な材料である。

透過型のターゲットの「放熱性」を促進する他の方法としては、ターゲットと陽極部材との接続部の熱抵抗を低減するようにターゲットを陽極部材に保持する方法が知られている。特許文献３には、管状の陽極部材と、該管状の陽極部材の開孔部の途中において、該開孔部の長手方向に対して斜めにターゲットを設けることで伝熱面積を増加させ、ターゲットと陽極部材との接続部の熱抵抗を減少させた透過型放射線管が開示されている。

特表２００９−５４５８４０号公報 特表２００３−５０５８４５号公報 特開２０１２−１２４０９８号公報

特許文献３に記載の管状の陽極部材は、ターゲットで発生した放射線の一部を遮蔽し、開孔の一端から所定の放射角を有した放射線束として取出す遮蔽体を兼ねている。また、特許文献３に記載された透過型放射線管は、ターゲットを保持する筒状の遮蔽体を備えている。この筒状の遮蔽体は、ターゲットの電子照射面を基準に、電子通過路を残して電子放出源側に延びている後方遮蔽体と、放射線通過路を残して電子放出源に延びている前方遮蔽体とを備えている。

しかしながら、特許文献３に記載のような後方遮蔽体と前方遮蔽体とを備えた透過型放射線管においては、電子線束により電子照射面に形成された主焦点に比較して、放射線照射領域から見た焦点の形状が変化し焦点サイズが増大する問題が生じる場合があった。

本願発明は、前方遮蔽体と後方遮蔽体とを有し、ターゲットが、電子線軸に対して電子照射面を傾斜させて設けられた透過型放射線管において、焦点の微小化を阻害する、放射線強度分布の変形および焦点径の増大を抑制することを目的とする。また、本発明は、放射線照射領域における放射線強度分布の変形および焦点径の拡大が抑制された放射線発生装置及び放射線撮影システムを提供することを目的とする。

上記目的のために、本発明の透過型放射線管は、電子線束を放出する電子放出源と、前記電子線束の照射により主焦点が形成される電子照射面を有し、前記主焦点において放射線を発生させ、前記放射線の一部を前記電子照射面と対向する放出面から放出する透過型のターゲットと、前記ターゲットの前記電子照射面の側に位置し、前記電子線束に沿って前記電子線束を囲む電子線通路を有する後方遮蔽体と、前記ターゲットの前記放出面の側に位置し、前記放射線が放出される放出方向を規定する開口を有する前方遮蔽体と、を備える透過型放射線管であって、前記電子放出源は、前記電子線束の束中心である電子線軸が前記ターゲットの前記電子照射面の法線に対して傾斜するように、前記ターゲットの後方に位置し、前記開口は、前記電子線束の前記電子照射面への正射影像が、主焦点の外において、前記放射線束の前記電子照射面への正射影像に重なるように、前記前方遮蔽体に配置されていることを特徴とするものである。

また、本発明の放射線発生装置は、上記本発明に係る透過型放射線管と、絶縁性流体と、前記透過型放射線管と前記絶縁性流体とを収納する収納容器と、前記透過型放射線管に電気的に接続され、前記放射線管に電圧信号を印加して、放射線の発生を制御する駆動回路とを備え、前記絶縁性流体は前記放射線管と前記収納容器とに接触していることを特徴とするものである。

さらに、本発明の放射線撮影システムは、上記本発明に係る放射線発生装置と、前記放射線発生装置から放出され、被検体を透過した放射線を検出する放射線検出装置と、前記放射線発生装置と前記放射線検出装置とを連携制御する制御装置とを備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、特に透過型のターゲットに対する電子線の入射軸と、放射線を取出す放出軸との配置を特定の幾何学的関係を満たすものとすることにより、放射線照射領域から見た主焦点中心と副焦点中心の位置を重ねることができる。そして、これによって、副焦点による焦点の粗大化を低減させることができる。

本発明に関わる放射線管の実施形態を示す断面図である。 本発明に関わる（ａ）放射線発生装置、（ｂ）放射線発生装置の他の例、（ｃ）撮影装置・撮影システムを示す構成図である。 本発明に関わる（ａ）マンモ撮影装置、（ｂ）マンモ断層撮影装置の例である。 本発明に関わる実施形態の（ａ）陽極断面図、（ｂ）電子照射面正射影像、（ｃ）合成放射線強度分布を示す図である。 本発明の第一の特徴に関わる（ａ），（ｂ）ターゲットと遮蔽体との接続関係を示す断面図、（ｃ），（ｄ）陽極の断面斜視図、（ｅ）主焦点面積の電子線軸の入射角θ依存性図である。 本発明の第２の技術的特徴に関わる（ａ）陽極断面図、（ｂ）検出面上での主焦点サイズＳｆｓｅ（φ）の放射軸の取出し角度Φ依存性を示す図である。 本発明の第３の技術的特徴に関わる実施形態の（ａ）電子照射面射影図、（ｂ）検出器から見た主焦点のアスペクト比の方位角Ψ依存性グラフである。 第３の技術的特徴を備えない参考例の（ａ）陽極断面図、（ｂ）電子照射面射影図、（ｃ）合成放射線強度分布を示す図である。 本発明に関わる実施形態（ａ）前方遮蔽体の断面図、（ａ）他の前方遮蔽体の断面図である。

まず、図１〜図３に基づいて本発明に係る透過型放射線管および、本発明の透過型放射線管の適用例として、放射線発生装置、放射線撮影装置、マンモ撮影装置、および、マンモ断層撮影装置について説明する。

図１に示すように、透過型放射線管１は、真空容器２内に、電子放出源３を有している。電子放出源３は、通常、電子放出部２７と、グリッド電極と、レンズ電極とを有している。また、電子放出部２７と相対向する位置にターゲット４が設けられている。ターゲット４は、放射線を発生する機能と、発生させた放射線を電子放出源３とは反対側に取り出すために放射線透過性とを備えることにより透過型のターゲット４として動作する。またターゲット４は、真空容器２の外へ放射線を出射させる透過窓として真空容器２の部分を構成した形態とする事も可能である。

なお、真空容器２は、筒状の絶縁管と後述する陽極３２、陰極３３とから構成され、内部空間が真空に減圧された気密容器である。陽極３２と陰極３３の少なくともいずれか一方と絶縁管とは、環状の接続部を介して互いに気密接合されている。絶縁管と、陽極３２または陰極３２とは、ろう付けにより接合される。絶縁管は、アルミナ、ジルコニア等のセラミック材料、高歪点ガラス等のガラス材料を用いることができる。

電子放出源３は、ＫＯＶＡＲ（登録商標 鉄ニッケルコバルト合金）、Ｍｏｎｅｌ（登録商標 ニッケル銅合金）等の耐熱性金属から構成される陰極部材２２とともに、陰極３３を構成する。陰極３３は、後述の陽極３２と対向して配置される放射線管１の電位規定部材であり、真空容器２の内部の空間電場を規定する。電子放出源３と陰極部材２２とは、ろう付け、溶接等により電気的かつ気密的に接合されている。また、陰極３３は、放射線管１の外部に設けられた陰極電位規定ノードと間の電気的接続を確立する電極端子を兼ねる形態とすることも可能である。

透過型のターゲット４は、電子の照射により放射線を発生するターゲット材料を備えたターゲット層６と、ターゲット６を支持しターゲット層６で発生した放射線を透過する透過基材５とからなる積層体として構成される。さらに、透過型のターゲット４は、電子放出部２７を備えた電子放出源３と対向するように配置され、電子放出源と対向する側にターゲット層６を有する。本願明細書においては、透過型のターゲット４は、電子照射面と対向する側の面を電子照射面７、電子照射面と反対側に位置する面を放出面８と称する。

支持基材５は、放射線の透過性および熱伝導性が高い材料で構成されている。支持基材５としては、例えば、ベリリウム、ダイアモンド、シリコンカーバイドを用いることができる。

また、ターゲット層６は、電子の照射によって放射線を放出する材料で構成されている。ターゲット層６は、放射線を効率よく発生させることができるよう、原子番号が４２以上のターゲット金属を含有する層として構成される。ターゲット層６を構成する金属含有材料としては、純金属、合金、固溶体、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、等が適用される。ターゲット金属としては、具体的には、例えばタングステン、タンタル、モリブデン等を用いることができる。

なお、透過型のターゲット４は、陽極部材２１、および、遮蔽体９とともに、陽極３２を構成する。陽極３２は、前述の陰極３３と対向して配置される放射線管１の電位規定部材であり、真空容器２の内部の空間電場を規定する。また、本実施形態の陽極３２は、放射線管１の外部に設けられた陽極電位規定ノードとの間の電気的接続を確立する電極端子を兼ねている。

陽極部材２１は、電極としての機能と、気密容器２を構成する構造材料としの機能を有する。陽極部材２１は、製造プロセス及び放射線管動作における耐熱性、絶縁管との線膨張係数の整合等を考慮して、ＫＯＶＡＲ、Ｍｏｎｅｌ、ステンレス等の金属から構成される。

遮蔽体９は、ターゲット４で発生した放射線のうち、不要な放射線の一部を遮蔽する目的により、ターゲット４に近接させて配置される部材である。遮蔽体９は、タングステン、タンタル、モリブデン、金、銅、銀等の重金属元素から構成される。

さらに、遮蔽体９は、ターゲット４の電子照射面７との位置毎に区別される後方遮蔽体９ａと前方遮蔽体９ｂとから構成される。

後方遮蔽体９ａは、電子放出源に近づく方向（以降、本願明細書では「ターゲットの後方」と称する。）に向かって、電子照射面７と交差する位置から延在する遮蔽体９の部分であって、電子線の通過を許容する電子線通路１０を残して電子照射面７の周囲を囲んで設けられている。

前方遮蔽体９ｂは、電子放出源から遠ざかる方向（以降、本願明細書では「ターゲットの前方」と称する。）に向かって、電子照射面７と交差する位置から延在する遮蔽体９の部分であって、放射線の通過を許容する放射線通路１１を残して放出面８の周囲を囲んで設けられている。

本実施形態において、後方遮蔽体９ａは、陽極部材２２に設けられた開口において、陽極部材２２に外周を囲まれて接続されて、陽極３２の部分を構成している。かかる後方遮蔽体９ａと陽極部材２２との接続は、ろう材、溶接等により、気密的、かつ、電気的な接続が確立されている。

なお、後方遮蔽体９ａは、電子照射面７への電子線束２３の照射に伴い放射状に発生する放射線のうち、ターゲットの後方に放出される成分の一部を遮蔽する機能を有する。後方遮蔽体９ａは、また、後方遮蔽体９ａは、ターゲット４に近接して設けられることにより、電子照射面７で発生した後方散乱電子の散乱する範囲を制限する機能を有する。

前方遮蔽体９ｂは、ターゲット４で発生した放射線の放出方向と放出領域を規定する開口２５を有している。このような構成をとることにより、前方遮蔽体９ｂを通過した放射線は、放射線束１９として、ターゲット４の前方に取出される。

なお、図１に示される実施形態においては、後方遮蔽体９ａと前方遮蔽体９ｂは別体のものとして接続されているが、両者を一体物としたり、それぞれの少なくとも一方を複数の部材からなる複合材とすることもできる。

図１に示す様に、後方遮蔽体９ａと前方遮蔽体９ｂとを、電子通路１０と放射線通路１１とが透過型のターゲット４を介して位置するように一体的に構成した形態においては、ターゲット４で発生した放射線の不要な放射方向への放出を効果的に遮蔽することが可能となる。この結果、本実施形態によれば、不要な放射線の漏洩を抑制した放射線管や、小型化・軽量化された放射線発生装置を提供することが可能となる。

次に、図２（ａ）に基づいて本発明に係る放射線発生装置１０１について説明する。

本発明に係る放射線発生装置１０１は、透過型放射線管１と、透過型放射線管に接触する絶縁性流体１０７と、それらを収納する収納容器１０５とから構成されている。また、放射線発生装置１０１は、必要に応じて可動絞りユニット１０３を備える形態とすることも可能である。

まず、放射線発生装置１０１について説明する。図２（ａ）に示す放射線発生装置１０１は、さらに、透過型放射線管１を、電圧信号を印加して駆動する駆動回路１０４を収納した形態となっている。収納容器１０５は真鍮、ステンレス等の金属材料からなる容器であり、後述する絶縁性流体１０７を介して放射線管１で発生した熱の容器外部への放熱構造を構成する。また、収納容器１０５は、所定の電位規定ノードと接続させることにより、周辺に配置された各種部材との間の放電を抑制する作用を発現させても良い。

なお、収納容器１０５は、図２（ａ）に示すように、放射線管１から出射される放射線を外部に取り出すための放出窓１０６が設けられた形態とすることも可能である。また、放射線管１の冷却媒体として、収納容器１０５の内部の余剰空間には絶縁性流体１０７が充填されている。絶縁性流体１０７は、放射線管１と収納容器１０５の容器内面のいずれとも接触している。

絶縁性流体１０７としては、電気的な絶縁性を有した流体であれば熱力学的な相は問わず、気体、液体が含まれる。絶縁性流体の絶縁性は、収納容器１０５および、駆動回路１０４、不図示の配線等の相互の電気的絶縁の作用を発現する。絶縁性の気体としては、空気、窒素、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）等が適用される。絶縁性の液体としては、電気絶縁油が好ましく、具体的には鉱油、シリコーン油、パーフロオロ系高分子油を用いることもできる。

駆動回路１０４は、透過型放射線管１の電子放出源３とターゲット４のターゲット層６に電気的に接続されており、それぞれに電圧を印加して放射線の発生を制御するものとなっている。駆動回路１０４によって電子放出源３からターゲット４に電子線が照射されることで発生した放射線は、ターゲット４の支持基材５を透過して透過型放射線管１から放出される。 駆動回路１０４は、本実施形態においては、収納容器１０５の内部に収納されているが、収納容器１０５に駆動配線を透過する開孔または駆動配線と接続する接続端子を設けることにより外部に配置しても良い。

図２（ｂ）には、図２（ａ）に図示された放射線発生装置１０１の変形例が図示されている。本実施形態においては、陽極部材３２は、ターゲット４および、前方遮蔽体９ｂを除いた後方遮蔽体９ａの一部が、収納容器１０５の内部に収納されている。本実施形態においては、収納容器１０５の容器壁を構成する金属部材と、後方遮蔽体９ａの外周とが伝熱的に接続されている。これにより、ターゲット４の発熱を効果的に収納容器１０５に出熱させ、さらには、放射線発生装置１０１の外部に放熱することが可能となる。伝熱的な接続とは、金属から構成され部材間の熱伝導を大きく阻害しない接合方法により実現され、ろう付け、溶接、熱融着等が含まれる。

前方遮蔽体９ｂの開口２５を介して透過型放射線管１から放出される放射線束は、所定の放射線照射領域へ照射される。

上記のような本発明に係る放射線管を備えた放射線発生装置とすることにより、微小焦点化された放射線束が得られる。

次に、図２（ｃ）に基づいて本発明に係る放射線撮影システムについて説明する。本発明に係る放射線撮影システムは、既に説明した放射線発生装置１０１と、被検体２０４を透過した放射線を検出する放射線検出装置２０１と、システム制御装置２０２と、表示装置２０３とを備えている。

システム制御装置２０２は、放射線発生装置１０１と放射線検出装置２０１とを連携制御する。駆動回路１０４は、システム制御装置２０２による制御の下に、透過型放射線管１に各種の制御信号を出力する。この制御信号により、放射線発生装置１０１から放出される放射線の放出状態が制御される。放射線発生装置１０１から放出された放射線は、被検体２０４を透過して検出器２０６で検出される。検出器２０６は、検出した放射線を画像信号に変換して信号処理部２０５に出力する。信号処理部２０５は、システム制御装置２０２による制御の下に、画像信号に所定の信号処理を施し、処理された画像信号をシステム制御装置２０２に出力する。システム制御装置２０２は、処理された画像信号に基づいて、表示装置２０３に画像を表示させるための表示信号を表示装置２０３に出力する。表示装置２０３は、表示信号に基づく画像を、被検体２０４の撮影画像としてスクリーンに表示する。放射線の代表例はＸ線であり、本発明の放射線撮影システムは、Ｘ線撮影システムとして利用することができる。Ｘ線撮影システムは、工業製品の非破壊検査や人体や動物の病理診断に用いることができる。

本発明に係る放射線撮影システムを更に具体的に説明すると、例えば図３（ａ）に示されるようなマンモグラフィー撮影装置とすることができる。図３（ａ）において、支持台３０１の上部に本発明に係る放射線発生装置１０１が放射線の照射方向を下側にして取り付けられている。放射線発生装置１０１は、内蔵する透過型放射線管１のターゲット４側が被験者側となり、電子放出源３側がその反対側となるように設けられている。放射線発生装置１０１の下方には押え板３０２が支持台３０１に上下に移動可能に取り付けられており、更にその下方に検出器２０６が設けられている。検出器２０６としては、フラットパネルディテクター（ＦＰＤ）を好ましく用いることができる。被写体である乳房を検出器２０６と押え板３０２の間に挟んで放射線発生装置１０１から放射線を照射することで、被写体の二次元画像を得ることができる。

本実施形態のように、本発明の放射線管１を備えたマンモ放射線撮影装置とすることにより、乳がんの初期段階の微小な石灰化の検出精度を向上することが可能となる。

また、図３（ｂ）は、図２（ｂ）に図示した放射線発生装置１０１を、三次元画像を取得可能なコーンビーム断層撮影装置（Ｃｏｎｅ Ｂｅａｍ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｙ 装置：これ以降ＣＢＣＴ装置）に適用した実施形態である。

本実施形態においては、図３（ｂ）に示すように、乳房の断層画像を取得するマンモ断層撮影装置を構成している。本実施形態のマンモ断層撮影装置は、回転軸４０４を中心として回転可能な回転台４０１の上に、放射線発生装置１０１と放射線検出装置２０１とが回転中心を間に挟んで相対向して設けられている。放射線発生装置１０１は、放射線の照射方向を放射線検出装置２０１に向けて設けられている。放射線発生装置１０１及び放射線検出装置２０１の上方には、被験者が俯せに横になることができる検診台４０２が設けられている。放射線発生装置１０１は、内蔵する透過型放射線管１のターゲット４側が検診台４０２側（被験者側）となり、電子放出源３側がその反対側となるように設けられている。検診台４０２には検査孔４０３が設けられており、被験者が乳房をこの検査孔４０３に入れて横たわった状態で撮影できるようになっている。検査孔４０３は、放射線発生装置１０１と放射線検出装置２０１の間に位置している。このようなＣＢＣＴ装置で、回転台４０１を回転させながら３６０度の方向から撮影を行い、画像情報をコンピューター処理することで、被写体の三次元画像を得ることができる。

なお、図３（ｂ）に図示した実施形態では、図２（ｂ）に記載の放射線発生装置１０１を備えており、ターゲット４及び遮蔽体９が、放射線管を構成する真空容器２のみならず、放射線発生装置を構成する収納容器１０８の外側に位置している。このため、本実施形態においては、前述の収納容器１０５との伝熱的な接続部を介したターゲット４の放熱作用に加えて、放射線発生装置１０１の回転動作に伴い遮蔽体９を介した雰囲気との熱交換作用を発現することが可能である。これにより、ターゲット４の熱負荷が軽減され、電子照射面に形成する主焦点ビーム径をより一層微小化させることが可能となっている。このため、本実施形態のマンモ断層撮影装置によれば、乳がんの初期の石灰化領域の３次元的な位置同定が行いやすくなる利点がある。

また、本実施形態は、ターゲット４および遮蔽体９は、収納容器１０８と検診台４０２との間に位置している。そして、ターゲット４の焦点から放出された放射線束が被験者の胸骨に被曝することなく、乳房の付け根付近のブラインドエリアが低減されたマンモ断層撮影装置となっている。

次に、図４乃至図７を用いて、本発明の透過型放射線管の特徴である透過型のターゲットを備えた陽極構造について説明する。本発明の透過型放射線管の陽極構造は、電子線束の入射軸である電子線軸と、ターゲットから放出され放射線束として取出される放射線軸との幾何学的な関係を特徴として備える。

まず、図４（ａ）は、図１（ａ）に示した透過型放射線管の陽極構造を拡大した断面図である。図４（ａ）に記載の断面Ａ−Ａ’は、電子照射面７の面内に位置し、ターゲット４の後方からターゲット４を観察する仮想断面を示している。図４（ｂ）には、仮想断面Ａ−Ａ‘において、電子線束の中心軸である電子線軸１２と、放射線束の中心軸である放射線軸１５とが正射影されている。 仮想断面Ａ−Ａ‘には、さらに、主焦点１４と、主焦点１４の中心を起点とした焦点１４の法線１３と、法線１３を含む仮想平面のうち、かかる仮想平面に電子線軸１２を正射影した射影軸が法線１３と一致する仮想垂直面２０とが図示されている。図４（ａ）および図４（ｂ）により電子線軸１２と放射線軸１５との幾何学的な関係が示されている。図４（ｂ）は、第３の技術的特徴により発現する、本発明の効果を説明する図である。第３の技術的特徴に係る効果については、後述する。

なお、主焦点１４の中心は、主焦点１４を面積積分した重心に一致する様に決定され、電子線軸１２、放射線軸１５に接続されている。また、放射線束１９は、主焦点１４と開口２５とで規定される仮想錐体に内接する部分を有する錐体であると捉えられる。

本実施形態の陽極構造は、第１乃至第３の技術的特徴を備えている。
第１の特徴は、「前記電子放出源は、前記電子線束の束中心である電子線軸が前記ターゲットの前記電子照射面の法線に対して傾斜するように、前記ターゲットの後方に位置する」ことである。第１の技術的特徴は、図４（ａ）において、法線１３に対して入射角θをなして電子線軸１２がなして、電子線束２３がターゲット４に入射していることに対応する。図４（ａ）においては、陽極を部分拡大した図であるため、図１に示された電子放出源３は省略されている。

第２の技術的特徴は、「前記前方遮蔽体は、前記開口の中心と前記主焦点の中心とを結ぶ取出し軸である放射線軸が、前記法線に対して傾斜するように位置する」ことである。
第２の技術的特徴は、図４（ａ）において、法線１３に対して出射角Φをなすように、放射線束１９を取り出す位置に開口２５を備えた前方遮蔽体９ｂが設けられていることに対応する。

第３の技術的特徴は、「前記開口は、前記電子線束の前記電子照射面への正射影像が、主焦点の外において、前記放射線束の前記電子照射面への正射影像に重なるように、前記前方遮蔽体に配置されている」ことである。第４の技術的特徴は、図４（ａ）、（ｂ）において電子線束２３がターゲット層６に照射された後、前方遮蔽体９ｂの開口２５により、折り返すように電子放出源３に近づく方向に放射線束１９として取出されることに対応する。

次に、第１の技術的特徴について、図５の各図を用いて説明する。

図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、電子線軸がターゲットの電子照射面に対して垂直入射、または、斜め入射となるように後方遮蔽体９ａに透過型のターゲット４が接続された実施形態の断面図を示している。即ち、図５（ａ）、（ｂ）のそれぞれに記載の実施形態の電子線軸の入射角は、０度、θ度となっている。なお、図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ｘ軸を電子照射面７の法線に平行に、ｙ軸の電子照射面７に平行にとっている。一方、図５（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、図５（ａ）、（ｂ）の実施形態を斜視図で示したものであり、不図示の電子線束の入射により形成された主焦点１４と主焦点の面積Ｓｆｓを記号的に示している。図５（ｅ）は、図５（ｃ）、（ｄ）に示された主焦点の面積、電子線束のビーム径Ｒと入射角θの関係で対比する意図で図示された説明図である。

図５（ｅ）により、透過型のターゲットに対する電子線軸および電子線束の入射角θにより、電子線軸と法線とを含む平面と電子入射面とが交差する交差線上において、焦点が１／ｃｏｓθ倍増大し、焦点の面積が１／ｃｏｓθ倍に増大することが示されている。
この結果、本発明の第１の技術的特徴により、電子放出源３の放出する電流密度を減少させることなく、主焦点１４における電流密度を低減することが可能となり、ターゲットの熱負荷を軽減することが可能となる。

なお、図５においては、電子線ビームのビーム形状、および、入射角θが０度の主焦点１４の焦点形状は、円形であるが、上記の電子線軸の斜め入射による電流密度低減効果は、任意のビーム形状／焦点形状において成立する。

この結果、本発明の第１の技術的特徴により、電子線束のビーム幅Ｒを絞ることが可能となる技術的意義を発現する。

次に、第２の技術的特徴について、図６の各図を用いて説明する。

図６（ａ）は、透過型のターゲット４の法線１３に対する出射角Φの位置に、主焦点の放射線束形状を観測するビームプロファイル計測器６０を備えた概略構成図である。また、図６（ｂ）は、検出器から見た主焦点面積Ｓｐｔｅの出射角Φ依存性を示すグラフである。

図６（ａ）に示されたビームプロファイル計測器６０は、焦点径より十分に小さい径のピンホールを備えたピンホール部材と複数の放射線検出素子をアレイ状に備えた放射線検出器６２である。このビームプロファイル計測器６０を用いることにより、放射線束のビーム形状として、ビーム径、ビーム内の放射線強度分布を同定することが可能となり、放射線検出器６２からみた見掛け上の焦点サイズＳｐｔｅが得られる。またビームプロファイル計測器６０のピンホールと主焦点の中心との出射角Φを変えることにより、図６（ｂ）のように、検出器から見た焦点サイズＳｐｔｅ（φ）の出射角φ依存性が得られる。

図６（ｂ）において、横軸は出射角Φを示し、二本の縦軸のうち、左側の縦軸には、入射角θの電子線束により電子照射面７上に形成された主焦点面積Ｓｐｔ（θ）で規格化した検出器から見た焦点サイズＳｐｔｅ（φ）が示されている。また、右側の縦軸には、入射角θ＝０度の電子線束により電子照射面７上に形成された主焦点面積Ｓｐｔ（０）で規格化した検出器から見た焦点サイズＳｐｔｅ（φ）が示されている。

図６（ｂ）に示されるように、放射線軸１５が法線１３となす出射角Φを、電子線軸１９が法線１３となす入射角θより大きくなるように、開口２５とターゲット４と電子放出源３とを配置することにより、Ｓｐｔ（０）よりもＳｐｔｅ（Φ）を小さくできる。つまり、上記開口２５とターゲット４と電子放出源３の配置により、入射角θが０度の電子線束２３に形成される主焦点の面積Ｓｐｔ（０）よりも、検出器からみた見掛け上の主焦点の面積Ｓｐｔｅ（Φ）を小さくする事が可能となる。そして、これによって電子レンズ設計により得られる焦点径に対して微小化がなされる。

図６（ｂ）に示すように、検出器から見た焦点サイズＳｐｔｅ（φ）は、出射角Φの増加に対して単調減少し、出射角φがπ／２で０の値となる。出射角Φを入射角θと一致させた条件において、規格化されたＳｐｔｅ（φ）／Ｓｐｔ（０）は１となり、電子照射面７の上に形成され入射角θにより拡大された焦点サイズが、電子線束を斜め入射しない条件に復元することが可能となる。

すなわち、第１の技術的特徴と第２の技術的特徴とにより、焦点の電流密度を低減せずに、また、検出器から見た焦点サイズを拡大せずに、ターゲット上の熱負荷を低減するので、電子線束を細ビーム化させて微小焦点化を実現することが可能となる。

次に、第３の技術的特徴について、図７（ａ）、（ｂ）と図４（ｂ）とを用いて説明する。第３の技術的特徴は、主焦点形状の品質に関する第１の技術的意義と、主焦点の外に生じる副焦点（オフフォーカルスポット）に関する第２の技術的意義と、を本発明の放射線発生管にもたらす。

まず、図７（ａ）、（ｂ）を用いて、第１の技術的意義をもたらす第３の技術的特徴について説明する。 図７（ａ）は、図４（ｂ）において断面Ａ−Ａ’で示された電子照射面７に電子線束２３と放射線束１９とを正射影した仮想断面図である。図７（ｂ）は、検出器から見た主焦点１４のアスペクト比ＡＲの方位角Ψ依存性を示すグラフである。

図７（ａ）において、電子線軸１２、放射線軸１５、前方遮蔽体９ｂ及び開口２５の正射影像と主焦点１４が示されている。図７（ａ）には、法線１３を含む仮想平面に対して電子線軸１２を正射影した正射影像が、法線１３に一致する仮想平面である仮想垂直面２０が、さらに、図示されている。また、理解の為に、図７（ａ）に図示された電子線軸１２を構成する電子線束２３のビーム形状は、円形である場合を考える。また、主焦点１４を内包する範囲に形成されている主焦点１４は、理解のために、図７（ａ）では省略されている。

図７（ａ）には、電子線束２３が入射角θで入射することによって電子照射面７に形成された主焦点１４が図示されている。図７（ａ）に記載の主焦点１４は、ｙ軸方向に延びた楕円形状となっている。

電子線軸１２に対する放射線軸１５の法線１３周りのずれ角を方位角Ψと定義する。方位角Ψは、ターゲットと電子放出源と前方遮蔽体の開口との位置関係によって規定される。方位角Ψと出射角Φとに依存して主焦点１４は、検出器から見た見掛けの主焦点７１の形状として、図７（ｂ）の右側に列記したような形状を示し。検出器から見た主焦点７１のアスペクト比は、方位角Ψに依存して互いに異なることが、図７（ｂ）から読み取れる。

検出器から見た主焦点７１のアスペクト比は、焦点放射線撮影装置における撮影画像の品質に影響を及ぼし、１が好ましい。検出器から見た主焦点７１のアスペクト比を１とする方位角Ψの条件は、０、π（ｒａｄ）である。

従って、第３の技術的特徴による第１の技術的意義は、電子線束２３と放射線束１９とを、互いに平行ベクトル（Ψ＝π）または逆平行ベクトル（Ψ＝０）の関係を満たして重なるようにすることで得られる。電子線束２３と放射線束１９が上記関係を満たして重なるよう、ターゲットと電子放出源と前方遮蔽体の開口との位置関係を規定することにより、検出器から見た主焦点の形状に関わる品質を好適な範囲とすることができる。

次に、図４（ａ）−（ｃ）、図８（ａ）−（ｃ）を用いて、第２の技術的意義をもたらす第３の技術的特徴を説明する。

第２の技術的意義をもたらす第３の技術的特徴は、方位角Ψを０ ｒａｄとすることである。すなわち、第２の技術的意義をもたらす第３の技術的特徴は、図７（ａ）において、電子線束２３と放射線束１９それぞれの、電子照射面に対する正射影像が互いに反平行ベクトルの関係で重なるように、ターゲット、電子放出源、開口とを配置することである。

図４（ｂ）において、放射線束１９と電子線束２３とは、電子照射面７に対する正射影像として重なっている。図４（ａ）に示された実施形態の陽極構造は、図４（ｂ）に図示された光学的ジオメトリを満たすように、前方遮蔽体９ｂの開口２５がターゲット４、電子線束２３に対して配置されている。

このような光学的なジオメトリを満たした本実施形態の陽極構造の主焦点１４の中心１６付近の放射線強度分布が、図４（ｃ）の実線で示されている。図４（ｃ）の横軸Ｘは、法線１３と放射軸１５とを含む仮想平面に含まれ、放射線軸１５に垂直な方向である。
横軸Ｘの材料Ｘｃは、放射線軸１５と放射線検出器６２とが重なる位置に相当する。

図４（ｂ）記載の実線（下から１番目）のプロファイルは、放射線軸１５の延長上に配置したビームプロファイル計測器６０によって得られる。ビームプロファイル計測器６０は、主焦点のサイズより十分小さい口径のピンホールを備えたピンホール部材６１と、アレイ状に配列された複数の放射線検出素子を備える放射線検出器６２とから構成されている。本願明細書においては、後方遮蔽体９ａと透過型のターゲット９ｂと前方遮蔽体９ｂとを備えた透過型の放射線管１の放射線軸１５上に配置したビームプロファイル計測器６０で計測したビームプロファイルを「合成放射線強度分布」と称する。

破線のプロファイル（上から１番目）は、主焦点１４から放出された放射線のビームプロファイルであり、後方遮蔽体９ａを除去した不図示の陽極構造に電子線束２３を照射することにより得られる。破線のプロファイルは、後方遮蔽体９ａの影響を受けず、電子照射面７に由来するので「電子照射面の放射線強度分布」と称する。

本願発明者等の鋭意なる検討により、「合成放射線強度分布」と「電子照射面の放射線強度分布」とは、ビームプロファイルにおいて一致せず、前者が後者に対して大きい強度を示すことが判った。また、「合成放射線強度分布」と「電子照射面の放射線強度分布」の差分は点線のプロファイル（上から２番目）となり、所定のＸ座標に対応した位置に極大成分を有していた。この点線のプロファイルの極大を示すＸ座標は、透過型のターゲット４、開口２５に対する後方遮蔽体９ａの相対的な位置関係に依存して変化することが判った。

従って、上記点線のプロファイルは、後方遮蔽体に起因することが確認された。この点線のプロファイルを本願明細書においては、「後方遮蔽体の放射線強度分布」と称する。「後方遮蔽体の放射線強度分布」は、「電子照射面の放射線強度分布」に対する平均強度は、数％以下の範囲である。しかし、後方遮蔽体の位置によっては、ビームプロファイル計測器６０から見た「合成放射線強度分布」のビーム形状を、図８（ｃ）中に図示した実線のように主焦点中心に対して歪んだ形状に変形させることが確認された。

本願発明者等の鋭意なる検討の結果、「合成放射線強度分布」に歪みをもたらす「後方遮蔽体の放射線強度分布」について推定されたメカニズムを、図８（ａ）−（ｃ）を用いて説明する。

図８（ａ）において、電子照射面９０２に照射された電子線束９１３の一部は、ターゲット９００の後方に後方散乱電子として散乱する。後方散乱電子は、入射角θを法線９０３に対して折り返した反射角θ‘（＝θ）を中心とし、余弦則ｐ（θ’）∝ｃｏｓ（θ‘）に従った散乱角分布で散乱する。金属からなる遮蔽体により電子線通路は無電界領域となっているので、弾性散乱された後方散乱電子が減速することなく飛行し後方散乱電子に衝突する。

この結果、所定の検出位置に極大を有する「後方遮蔽体の放射線強度分布」が発生する。後方遮蔽体９１７ａに副焦点の中心９０８が発生する。

副焦点の中心９０８と主焦点の中心９０７との延長線が、前方遮蔽体の９１７ｂの開口を通り、前方遮蔽体の９１７ｂの開口中心９１０を通らない、図８（ａ）に示す実施形態の場合は、図８（ｃ）に示すような「合成放射線強度分布」となるものと考えられる。

図８（ｃ）においては、「後方遮蔽体の放射線強度分布」と「電子照射面の放射線強度分布」のそれぞれの強度中心である副焦点中心と主焦点中心とのＸ座標が一致せず、「合成放射線強度分布」に歪みをもたらす
従って、第２の技術的意義をもたらす第３の技術的特徴を得るためには、図４（ａ）、（ｂ）、図１に示されるように、ターゲット４の法線１３と主焦点１４の中心１７と含む仮想平面のうち、電子線束２３の仮想平面に対する正射影が法線１３と一致する仮想垂直面２０を仮定したときに、開口２５は、仮想垂直面２０に対して電子放出源３と同じ側に位置するように透過型放射線管１を構成すれば良い。

また、第２の技術的意義をもたらす第３の技術的特徴をより一層確実に得るためには、図４（ａ）に示されるように、電子線束２３の照射により主焦点１４から後方に散乱した後方散乱電子が後方遮蔽体９ａに入射することにより後方遮蔽体９ａに形成される副焦点の中心１７と、主焦点１４の中心１６と、を結んだ直線が、開口２５を通るように透過型放射線管１を構成すれば良い。

なお、図４（ａ）に図示された陽極構造を備えた透過型放射線管を、図３（ａ）、（ｂ）に記載のマンモ撮影層、マンモ断層撮影装置に適用した場合において、好適な後方遮蔽体９ｂの開口形状について、図９（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

図４（ａ）に図示された実施形態においては、放射線通路１１は、先端側に向かって徐々に拡径した形状となっており、放射線通路を構成する開口２５の内壁面は４つの平面から構成されている。図４（ａ）に示した実施形態の仮想断面Ｂ−Ｂ’における横断面を図９（ａ）に示す。

図９（ａ）には、頂点ＯＰＱＲから構成される矩形の開口形状を有した後方遮蔽体９ａと、断面Ｂ−Ｂ‘に正射影された法線１３が図示されている。本実施形態においては、開口２５を規定する対向する２辺である辺ＰＲ及び辺ＯＱは、遮蔽法線２４と垂直な関係になっており、一般に矩形な不図示の放射線検出器の検出範囲と、放射線発生装置が形成する曝射範囲とを高精度に位置合わせすることが可能となっている。

また、図９（ｂ）には、図９（ａ）に記載の実施形態の変形例が示されており、本実施形態の前方遮蔽体９ｂには、頂点ＳＴＵＶから構成される台形形状の開口２５が設けられている。開口２５を構成する辺ＴＵと辺ＳＶの２辺は、それぞれ、射影法線２６と垂直な関係となっている。辺ＴＵと辺ＳＶの長さ比を調整することにより、不図示の放射線検出器の検出面と放射線中心軸１５とが垂直な関係に無い際に、焦点から遠い側において放射線束が拡大することにより台形状となる曝射範囲を、台形補正することが可能となる。

また、図１、図４（ａ）に図示された実施形態では、電子線束２３によりターゲット層上に形成される主焦点１４は、後方遮蔽体９ａから離間している。

本実施形態とは異なり、電子線束２３をターゲット層６と後方遮蔽体９ａとに同時に照射する放射線管１とすると、ターゲット層６と後方遮蔽体９ａとがそれぞれ有する密度、構成元素、組成、密度、電子線束２３に対する角度等のパラメータにおいて相違する。このため、ターゲット層６と後方遮蔽体９ａのそれぞれの媒質中における電子散乱の素過程が相違する。この結果、ターゲット層６と後方遮蔽体９ａのそれぞれの線質が一致しないため、オフフォーカルスポットを発生させることになり、焦点サイズが実効的に増大する。

このため、図１、図４（ａ）に図示された実施形態のように、主焦点１４は、後方遮蔽体９ａから離間した透過型放射線管とすることが、微小焦点化の点で好ましい。

１：透過型放射線管、２：真空容器、３：電子放出源、４：ターゲット、５：支持基材、６：ターゲット層、７：電子照射面、８：放出面、９ａ：後方遮蔽体９ａ：前方遮蔽体、１０：電子線通路、１１：放射線通路、１２：電子線軸、１３：法線、１４：主焦点、１５：放射線軸、１６：主焦点中心、１７：副焦点の中心、１８：開口中心、１９：放射線束、２０：仮想垂直面、２１：陽極部材、２２：陰極部材、２３：電子線束、２４：放射角、２５：開口、２６：射影法線、２７：電子線束放出部、２８：電子線通路の中心軸、３１：陽極、３２：陰極、射影電子線軸４０、射影放射線軸４１、射影電子線束４２、射影放射線束４３、１０１：放射線発生装置、１０３：可動絞りユニット、１０４：駆動回路、１０５：収納容器、１０６：放出窓、１０７：絶縁性流体１０７、１０８：収納容器、１０９：制限羽根、２０１：放射線検出装置、２０２：システム制御装置、２０３：表示装置、２０４：被検体、２０５：信号処理部、２０６：検出器、３０１：支持台、３０２：押え板、４０１：回転台、４０２：検診台、４０３：検査孔、４０４：回転軸

Claims (15)

1. 電子線束を放出する電子放出源と、
   前記電子線束の照射により主焦点が形成される電子照射面を有し、前記主焦点において放射線を発生させ、前記放射線の一部を前記電子照射面と対向する放出面から放出する透過型のターゲットと、
   前記ターゲットの前記電子照射面の側に位置し、前記電子線束に沿って前記電子線束を囲む電子線通路を有する後方遮蔽体と、
   前記ターゲットの前記放出面の側に位置し、前記放射線が放出される放出方向を規定する開口を有する前方遮蔽体と、を備える透過型放射線管であって、
   前記電子放出源は、前記電子線束の束中心である電子線軸が前記ターゲットの前記電子照射面の法線に対して傾斜するように、前記ターゲットの後方に位置し、
   前記前方遮蔽体は、前記開口の中心と前記主焦点の中心とを結ぶ取出し軸である放射線軸が、前記法線に対して傾斜するように位置し、
   前記開口は、前記電子線束の前記電子照射面への正射影像が、主焦点の外において、前記放射線束の前記電子照射面への正射影像に重なるように、前記前方遮蔽体に配置されていることを特徴とする透過型放射線管。
2. 前記法線と前記主焦点と含む仮想平面のうち前記電子線軸の前記仮想平面に対する正射影が前記法線と一致する仮想垂直面を仮定したときに、前記開口は、前記仮想垂直面に対して前記電子放出源と同じ側に位置することを特徴とする請求項１に記載の透過型放射線管。
3. 前記放射線束は、前記主焦点と前記開口とで規定される仮想錐体に内接する部分を有する錐体であることを特徴とする請求項１または２に記載の透過型放射線管。
4. 前記電子線束の照射により前記主焦点で後方に散乱した後方散乱電子が前記後方遮蔽体に入射することにより前記後方遮蔽体に形成される副焦点の中心と、前記主焦点の中心と、を結んだ直線が、前記開口を通ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の透過型放射線管。
5. 前記放射線軸が前記法線となす出射角Φは、前記電子線軸が前記法線となす入射角θより大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の透過型放射線管。
6. 前記後方遮蔽体と前記前方遮蔽体とは、前記電子通路と前記放射線通路とが前記透過型のターゲットを介して位置するように一体的に構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の透過型放射線管。
7. 前記前方遮蔽体の前記開口は、台形または矩形であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の透過型放射線管。
8. 前記開口を規定し互いに対向する２辺は、前記法線に対して垂直に配置していることを特徴とする請求項７に記載の透過型放射線管。
9. 前記主焦点は、前記後方遮蔽体から離間していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の透過型放射線管。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の透過型放射線管と、
    絶縁性流体と、
    前記透過型放射線管と前記絶縁性流体とを収納する収納容器と、
    前記透過型放射線管に電気的に接続され、前記放射線管に電圧信号を印加して、放射線の発生を制御する駆動回路とを備え、
    前記絶縁性流体は前記放射線管と前記収納容器とに接触していることを特徴とする放射線発生装置。
11. 前記収納容器は開口を有し、前記後方遮蔽体は、外周において、前記収納容器の前記開口と伝熱的に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の放射線発生装置。
12. 前記収納容器は、前記駆動回路を収納していることを特徴とする請求項１０または１１に記載の放射線発生装置。
13. 請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の放射線発生装置と、
    前記放射線発生装置から放出され、被検体を透過した放射線を検出する放射線検出装置と、
    前記放射線発生装置と前記放射線検出装置とを連携制御する制御装置と
    を備えていることを特徴とする放射線撮影システム。
14. 被検体が乳房であることを特徴とする請求項１３に記載の放射線撮影システム。
15. 前記放射線発生装置が乳房の周囲を回転可能に設けられおり、前記乳房の断層画像を取得可能であることを特徴とする請求項１３または１４に記載の放射線撮影システム。

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