焦点をスイッチングするＸ線管の高速変調方法及び装置
照射量変調照射システムは電子ビームを方向付けるためのグリッド電極（１１０、１１２）を有する静電グリッドを有するＸ線管（２０）を有する。グリッドバイアスは、電子ビーム（９４）の第１時間変化強度変調を生成するグリッド電極（１１０、１１２）に時間変化電気バイアスを加えるために備えられている。フィラメントの電流（８０）は、電子ビーム（９４）の第２時間変化強度変調を生成するように変調される。制御器（５２）は、結合された時間変化強度変調を生成するように第１及び第２時間変化強度変調の強調的な結合を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像診断技術に関する。本発明は、特に、コンピュータ断層撮影のためのグリッド電圧及びＸ線管フィラメント電流の周波数応答をカスケードすることにより照射量変調に関連する特定のアプリケーションを見出し、そのアプリケーションに関連して説明する。しかしながら、以下の内容は、より一般的には、照射量変調された他の種類のコンピュータ断層撮影及び他のアプリケーションにおいて用いられるＸ線管に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的なコンピュータ断層撮影用装置において、Ｘ線管は、撮影用被検者が位置している検査領域内部を規定する回転ガントリに備えられている。Ｘ線管は、回転ガントリにおける被検者に関して回転され、検査領域を透過する楔形状、扇形状、円錐状又は他の形状のＸ線ビームを投射する。Ｘ線管による検査領域を横断する回転ガントリに備えられた二次元Ｘ線検出器は、検査領域を透過した後に、Ｘ線ビームを受ける。適切なエレクトロニクスは、検出されたＸ線強度に基づいてＸ線吸収データを評価し、画像再構成処理器はその吸収データに基づいて画像表示を再構成する。
【０００３】
上記のような構成におけるＸ線管は、典型的には、電子を生成するフィラメントを有する。陰極カップは、特に、そのフィラメントを囲み、電子を電子ビームにフォーカシングするように負にバイアスされている。陰極カップと回転陽極との間のキロボルト領域のバイアスは陽極に電子ビームを加速し、その結果、Ｘ線が放出される。
【０００４】
撮影データが回転方向においてアンダーサンプリングされる点で、問題点が生じる。サンプリングは検出器間隔に関連する空間周波数において起こる一方、サンプリング理論は、エイリアジング及び他のサンプリング関連アーチファクトを回避するように、倍化された空間周波数を必要とする。アンダーサンプリングの影響を弱めるために、サンプルを空間的にインターリーブするために測定間の回転方向において２つの離散位置間で焦点が変動される又は振動される、Ｘ線管が採用されている。代替として、１８０°反対の投射ビューからのＸ線が空間的にインターリーブされる、１／４波長のＸ線のオフセットを用いることができる。
【０００５】
ビームの振動をもたらすために、Ｘ線管は、フィラメントの反対側に配列されたグリッド電極を有する。グリッド電極は、振動についての２つの焦点に対応する２つの経路間で電子ビームをシフトさせる、電子ビームに対して直交するスイッチングされる静電気力を発生するように交互に極性を変えてバイアスされる。代替として、電子ビームをスイッチング可能であるように操作するように、直交する電磁気力を用いることができる。
【０００６】
コンピュータ断層撮影の他の関心は、被検者のＸ線被爆を制限することである。医療用の撮影のアプリケーションにおいては、患者に供給されるＸ線照射量は規制された安全性パラメータである。空港のセキュリティスキャンにおいては、異なる種類の手荷物の異なるＸ線吸収特性を捉えるために有利に適合される。種々の吸収量変調コンピュータ断層撮影技術が開発されてきた。しかしながら、それらの過去の方法には特定の不利点がある。
【０００７】
Ｐｏｐｅｓｃｕ等により出願された米国特許第５，８６７，５５５号明細書に記載されている一方法においては、角度位置の関数としての照射量変調が、Ｘ線管フィラメントの温度を同期して変調することにより得られる。その参考文献に特記されているように、フィラメント電流制御により得られる変調指数は、特に高い回転速度においては、フィラメントの冷却速度（熱式質量）により制限される。Ｐｏｐｅｓｃｕ技術は、０．７５乃至２．０秒毎に１回回転するスキャナにおいて１８０°毎に１回照射量が変化し、フィラメントの能力の限界が対応できるようにしている。熱式質量の限界は又、フィラメントの実質的冷却をもたらすより大きい動的変調領域のために行き過ぎてしまう。冷却速度は、温度が低下するにつれて減少する。
【０００８】
現代のスキャナは１秒当たり２回回転し、製品において更に速い速度が現れ始めている。更に、回転当たりのより大きい照射量の変化は有利であるが、Ｐｏｐｅｓｃｕ技術の物理的限界を超える変調速度に設定する必要がある。
【０００９】
他の既知の方法においては、Ｘ線管に組み込まれたＷｅｈｎｅｌｔシリンダは、ビームのオン、オフを切り換えるためにビームをつまみとる。ビームの切り換えは、Ｘ線ビーム
のデューティサイクルを制御することにより照射量変調するようにＣＩＮＥフレームシーケンスと同期される。しかしながら、この照射量変調方法は、収集された角度データの量を減少させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の制限及び他の制限を克服する、改善された装置及び方法について検討を加えたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一特徴に従って、Ｘ線管のための照射量変調照射システムについて開示している。Ｘ線管は、ビームにフォーカシングされる電子を生成するフィラメントを有する陰極と、電子ビームに応じてＸ線を生成する陽極とを有する。少なくとも１つの静電制御電極は、電子ビームの強度を静電気的に減少させるように備えられている。バイアス手段は、電子ビームの強度を変えるために静電制御電極に経時変化する電気バイアスを加えるために備えられている。
【００１２】
他の特徴に従って、Ｘ線管の出力を照射量変調するための方法を提供する。Ｘ線管は、ビームにフォーカシングされる電子を生成するフィラメントを有する陰極と、電子ビームに応じてＸ線を生成する陽極と、電子ビームの強度を静電気的に調節する静電制御電極とを有する。経時変化する電気バイアスが、電子ビームの第１の経時変化する強度変調を生成するように、静電制御電極に加えられる。
【００１３】
一有利点は、高変調周波数において照射量変調の大きいダイナミックレンジを提供することである。これは、１２０ｒｐｍ又はそれ以上の速度で回転する、現在の及び次世代の
コンピュータ断層撮影用スキャナを使用する照射量変調を容易にする。
【００１４】
他の有利点は、Ｘ線管のデザインを変更することなく、そのような照射量変調を提供することである。
【００１５】
他の有利点は、付加的な高速度エレクトロニクスを用いることなく、そのような照射量変調を提供することである。
【００１６】
多くの付加的な有利点及び優位性が、以下の好適な実施形態の詳細説明を読むことにより、当業者には明快になるであろう。
【００１７】
本発明は、種々の構成要素及び構成要素の構成に、種々のプロセス操作及びプロセス操作の構成において具体化することが可能である。添付図面については、好適な実施形態を例示することのみを目的とするものであり、本発明を制限することを意図するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１を参照するに、コンピュータ断層撮影用イメージングスキャナ１０は、医療患者のような被検者、セキュリティスキャンのための手荷物アイテム又は回転ガントリ１６により基底される検査領域１４内又はその中に向かっている対象物を移動させるための対象物支持部１２を有する。回転ガントリ上に配置されたＸ線管２０は、扇形状、楔形状、円錐状又は他の形状のＸ線ビームを検査領域１４に送る。Ｘ線管２０から検査領域１４を横断する回転ガントリ１６に配置された二次元Ｘ線検出器２２は、Ｘ線ビームが検査領域１４を通過した後に、空間的に変化するＸ線ビームの強度を測定する。典型的には、Ｘ線検出器２２は回転ガントリ１６に取り付けられている。他の適切な構成においては、検出器は、回転ガントリを取り囲んでいる定位ガントリ上であって、周囲に配置される。ガントリの回転は、ガントリ回転制御器２４により制御される。
【００１９】
螺旋状コンピュータ断層撮影用イメージングにおいては、ガントリ１６は、検査領域１４についてＸ線管２０の螺旋状軌道をもたらすように対象物支持部１２の線形の動きと同期して回転する。軸上コンピュータ断層撮影用イメージングにおいては、回転ガントリ１６は回転する一方、対象物支持部１２は、検査領域１４についてＸ線管２０の円形軌道をもたらすように定位を維持する。ボリュメトリック軸上断層撮影用イメージングにおいては、対象物支持部１２は、軸方向に沿って複数の画像スライスを取得するように各々のステップに対して実行される軸上スキャンにより、線形的に繰り返してステッピングされる。
【００２０】
扇形又は円錐形の頂点の又は扇形又は円錐形における軌道の指数を有する、取得されたイメージング投射データが、ガントリ１６から送られ、ディジタルデータメモリ３０に記憶される。再構成処理器３２は、対象物の又は選択された対象物の一部の三次元画像表示を生成するために、フィルタリングされた逆投射又は他の再構成方法を用いて、取得された投射データを再構成し、それらは画像メモリ３４に記憶される。画像表示は、グラフィックユーザインタフェース３８又は他の表示装置、プリンティング装置、又はオペレータにより見えるようにされる装置等に表示される、人間が見ることができる画像を生成するように映像処理器３６によりレンダリング又は操作される。好適には、グラフィックユーザインタフェース３８が、放射線技師がコンピュータ断層撮影用イメージングセッションを実行且つ制御することが可能であるようにコンピュータ断層撮影用スキャナ１０と放射線技師とのインタフェースをとるようにプログラムされている。
【００２１】
イメージング中、対象物が受けたＸ線放射量を変調することは有利である。非円筒形対象物に対して、長軸に沿って大きいＸ線ビーム強度と、短軸に沿って小さいＸ線ビーム強度とを有することは有利である。例えば、迅速な空港の手荷物のセキュリティスキャニングにおいて、Ｘ線ビームの強度は、スキャンされる手荷物のＸ線吸収特性に依存して、好適に調節される。医療用イメージングアプリケーションにおいては、その強度は、異なるＸ線吸収密度を有するものの領域をイメージングスキャンが通過するとき、各々の軸上スライス又は各々の螺旋状回転に対する一定の放射線照射量を維持するように好適に調節される。本発明のコンピュータ断層撮影用スキャナは、約１２０乃至１５０ｒｐｍの回転速度を与え、１８０乃至２４０ｒｐｍ及びそれ以上の高速の回転速度については予測可能な将来において検討することとする。
【００２２】
１２０ｒｐｍの回転速度は、データの１８０°の角度範囲に対して０．２５秒の取得時間に相当する一方、１８０ｒｐｍの回転速度は、データの１８０°の角度範囲に対して０．１６７秒の取得時間に相当する。それ故、照射量変調は、ガントリの回転を追跡する照射量変調を与えるために、１２０ｒｐｍのガントリ回転速度に対して約４Ｈｚ又はそれ以上の周波数応答を有する必要があり、１８０ｒｐｍのガントリ回転速度に対して約６Ｈｚ又はそれ以上の周波数応答を有する必要がある。医療用イメージングアプリケーションに対しては、少なくとも約８：１乃至１０：１の放射線変調のダイナミックレンジが望ましい。即ち、回転速度全てにおける変調中の最小のＸ線ビーム強度に対する最大のＸ線ビーム強度の比は、好適には、８：１乃至１０：１である必要がある。
【００２３】
それらの仕様に一致する照射量変調をもたらすために、照射量供給速度処理器５０は、Ｘ線検出器２２の領域に対してＸ線吸収データを積分し、照射量変調制御器５２に、連続的に更新される照射量供給速度を入力する。ガントリ回転制御器２４は又、Ｘ線源２０の角度位置との照射量変調の光学的同期に対して照射量変調制御器にガントリの角度位置を入力する。
【００２４】
図１を継続して参照するに、照射量変調制御器５２は、２つの同期された、協働する小車両変調制御信号であって、Ｘ線管フィラメント電源６２の方に方向付けられたフィラメント変調信号６０と、グリッド電源６６の方に方向付けられたグリッド変調信号６４とを
を出力する。グリッド電源６６は、放射方向におけるエイリアジング及びアンダーサンプリングの影響を弱めるためにＸ線管２０の焦点をウォッブル又は変化させるビームウォッブル入力信号７０を付加的に受ける。Ｘ線管２０は、フィラメント電源６２、グリッド電源６６、及び陰極と陽極との間の電位を設定するＸ線管電源７２の出力により駆動且つ制御される。
【００２５】
図１を継続して参照するに、そして、Ｘ線管２０の構成要素を関連電子構成要素と共に模式的に示す図２を更に参照するに、好適には、従来のコイル状ワイヤフィラメントに対して８乃至１０ｍｉｌのワイヤ直径を有する細長いフィラメント８０が、陰極８４の陰極カップ８２内に備えられている。フィラメント８０は、フィラメント電源６２により供給されるフィラメント電流入力に応じて、熱電子放出、電界放出又は他の機構により電子を生成する。好適には、絶縁トランス８６及び絶縁性スタンドオフ（図示せず）は、フィラメント８０をＸ線管２０の他の要素から電気的に分離している。典型的には、フィラメント電流は、数百ｍＡ乃至数Ａの範囲内の振幅と約５ｋＨｚ乃至３０ｋＨｚの周波数とを有するパルス幅変調電流である。
【００２６】
電気的共通部９０を参照して、典型的には、陰極８４は、バイポーラバイアス管に対して、約４０ｋＶから−７０ｋＶのバイアスに負にバイアスされ、陽極は、約４０ｋＶから＋７０ｋＶのバイアスにバイアスされる。陰極カップ８２は、負の電荷がフィラメント８０により生成される電子を平行にする静電場を規定するように形作られている。電子ビームの電子は、典型的には約２ｃｍである陰極と陽極とのギャップにおいて加速される。
【００２７】
陽極９２に衝突する加速された電子ビーム９４に応じて、陽極は、フィラメント８０、陰極８４及び陽極９２を有する真空体積（図示せず）の範囲外を通るＸ線ビーム９６を放射する。陽極９２は、軸１００に関して回転し、陽極９２が回転するにつれて、電子ビーム９４と相互作用する、角度のついた周辺のＸ線生成表面１０２を有する。
【００２８】
図１及び２を継続して参照するに、Ｘ線管２０の陰極カップは、電子ビーム９４がグリッド電極１１０、１１２間を通るように、フィラメント８０の反対側に備えられた第１及び第２グリッド電極１１０、１１２を更に有する。グリッド電極１１０、１１２は、電子ビーム９４を静電気的に修正するために用いられる。
【００２９】
具体的には、両方の電極１１０、１１２を更に負にバイアスすることにより、陽極のフォーカスに影響を及ぼす静電気的制限又はアパーチャリングにより電子ビーム９４の幅を狭くする。両方の電極１１０、１１２に加えられる比較的大きい負の合計電圧は、電子ビーム９４の一部の静電気的ピンチオフ（ｐｉｎｃｈｏｆｆ）により陽極９２において電子ビーム９４の強度を更に減少させる、即ち、管電流を減少させる。両方の電極１１０、１１２に加えられる十分大きい負バイアス電圧に対して、電子ビーム９４は、完全にピンチオフされることとなる。
【００３０】
更に、電圧合計において及びグリッド電極１１０、１１２間に課せられる、加えられる電圧差は、ビーム偏向に影響する。
【００３１】
他の実施形態においては、各々のグリッドに対する電圧は、制限及び偏向に対する個々の電圧の合計として生成されることが可能であり、それ故、焦点は、正確にスポット間変位及び幅を維持しながら、回転する陽極表面に対して本質的にタンジェンシャルに一緒に移動されることが可能である。
【００３２】
例えば、冗長性又は異なる電子ビーム特性等を実現するための１つ又はそれ以上の付加フィラメント等の付加要素が又、陰極アセンブリに付加的に含まれる。
【００３３】
図１及び２を継続して参照するに、フィラメント電源６２は、照射量変調制御器５２により生成されるフィラメント変調信号６０により制御される。フィラメント電流の変調は、フィラメント温度の変調及び対応する電子生成速度の変調をもたらす。これは、又、照射量変調に対する電子ビーム９４の強度を変調する。フィラメント電流の変化は、電子の軌道を著しく変更することはなく、従って、一般に、電子ビームの焦点を変化させず、又は、焦点スポットのサイズを変化させる。しかしながら、フィラメント８０は、この変調制御の周波数応答を制限する熱式質量を有する。２００μｍ（８ｍｉｌ）の直径を有する好適なフィラメントに対して、４Ｈｚにおけるフィラメント電流の変調は、対応する約２：１乃至３：１のダイナミックレンジを有する４Ｈｚの照射量変調の周波数応答を達成する。大きい直径のフィラメント程、大きい熱式質量を有し、典型的には、より遅い周波数応答を示し、ダイナミックレンジを減少させる。
【００３４】
フィラメント制御のみを用いて達成される場合より良好な周波数応答を有する照射量変調を得るために、照射量変調制御器５２は、グリッド電源６６の方に方向付けられたグリッド変調信号６４を付加的に出力する。グリッド変調信号６４は、結合されたグリッド電極バイアス電位を生成するようにＸ線管２０の焦点をウォッブル又は変更するビームウォッブル入力信号７０と結合される。
【００３５】
具体的には、第１加算器１２０は、第１グリッド電極１１０に加えられる静電電位を制御する第１制御信号を生成するように、ビームウォッブル入力信号７０とグリッド変調信号６４とを付加的に結合させる。第２加算器１２２は、第２グリッド電極１１２に加えられる静電電位を制御する第２制御信号を生成するように、ビームウォッブル入力信号７０とグリッド変調信号６４とを付加的に結合させる。グリッド電極は、それ故、ビームウォッブルを制御するビームウォッブル入力信号７０により制御される電位差と、グリッド変調信号６４により制御される重畳された合計電位とを受ける。
【００３６】
合計グリッド電位を変調することにより実行されるアナログ照射量変調の周波数応答は、グリッド電源６６の周波数応答により制限される。静電ビームウォッブルに対して用いられる既存のグリッド電源は、グリッド電極１１０、１１２に加えられる電位差を用いて、２つの厳密に制御された位置の間で焦点を交互に位置付ける。ビームは、１２０ｒｐｍのガントリ回転に対する約２乃至４ｋＨｚと回転当たり２０００投射ビューにおいて、方形状の電圧パルスビームウォッブル入力信号７０に応じてそれらの焦点間でステッピングされる。
【００３７】
方形波ビームウォッブル入力信号７０の高調波成分は、グリッド電源６６に対する高帯域幅の要求に繋がる。そのグリッド電源は、通常はスイッチング電源である。そのような電源は、今日、典型的には、制限されたアナログ周波数応答（非常に高い帯域幅を有するが又、コストが非常に掛かる電力増幅器とは反対の）を示し、それ故、グリッド電位のみの変調は、約８：１乃至１０：１の照射量変調ダイナミックレンジを有する、約４Ｈｚ乃至６Ｈｚ又はそれ以上の好ましい周波数応答における照射量変調を達成しない。
【００３８】
好ましい照射量変調周波数応答及びダイナミックレンジを達成するために、照射量変調制御器５２は、フィラメント電流照射量変調及びグリッド電極照射量変調をカスケードするように、フィラメント変調信号６０及びグリッド変調信号６４を協調的に制御する。４乃至６Ｈｚの変調周波数に対して、カスケードされたグリッド照射量変調とフィラメント照射量変調との積は、好ましい８：１乃至１０：１の変調ダイナミックレンジを与える。
【００３９】
結合されたグリッド及びフィラメント照射量変調の更なる有利点は、変調ダイナミックレンジの全体に亘って電子ビーム９４の焦点を修正することである。Ｘ線管２０は、比較的大きい出力パワーにおいて小さいスポットサイズで操作されるようにデザインされる。結合されたグリッド及びフィラメント照射量変調は、強調的に、フィラメント電流を減少させ且つグリッド電極１１０、１１２における合計電位を増加させることにより、出力パワーを減少させる。
【００４０】
より高い合計グリッド電位によるビームの絞り込みは、照射量変調中の陽極９２における改善された電子ビーム、及びそれ故に変調ダイナミックレンジの全体に亘って改善されたＸ線ビーム９６の及び空間解像度をもたらす。
【００４１】
図２においては、第１加算器１２０及び第２加算器１２２はグリッド電源６６に統合されている。しかしながら、グリッド電源の外部にそれらの要素を備え、グリッド電源への入力として加算器出力を供給することを又、検討することができる。この代替としての構成は、カスケードされたフィラメント電流変調及びグリッド合計電位変調を用いる照射量変調能力を有するビームウォッブルのためのグリッド電源を有するコンピュータ断層撮影用イメージングシステムを改良することを容易にする。
【００４２】
更に、同時の焦点切り替えを伴う又は伴わないに拘らず、カスケードされた照射量変調を実行することができることが認識できるであろう。即ち、ビームウォッブル入力信号７０はオフにされるか又は、カスケードされた照射量変調特徴を維持しつつ、コンピュータ断層撮影用イメージングシステムから完全に除外される。
【００４３】
図１を参照するに、上記のビーム変調を、種々の方法で用いることができる。適切な一照射量変調イメージングプロセスにおいては、照射量変調制御器５２は、螺旋状軌道の一回旋又は軸上スライスに対応するガントリ１６の３６０°回転に亘る照射量供給速度処理器５０から受ける照射量供給速度を統合する。３６０°に亘って対象物に供給される統合された照射量に基づいて、照射量変調制御器５２は、各々のスライス又は螺旋状回転に対して供給される一般に一定の放射線照射量を維持するように、次の３６０°回転に対してフィラメント８０による電流を、及びグリッド電極１１０、１１２における合計電位を調節する。異なる吸収特性を有する対象物の領域間で軸方向にイメージングが処理されるにつれ、Ｘ線ビームは、対象物において一般に一定のＸ線吸収速度を維持するように変調される。
【００４４】
他の適切な照射量変調イメージング処理においては、照射量変調制御器５２は、照射量供給速度処理器５０により報告される一般に一定の照射量供給速度を維持するように、フィラメント８０による電流及びグリッド電極１１０、１１２における合計電位を連続的に調節する。この処理は、単一のスライスに対する投射データの取得中に放射線供給速度を調節することができ、各々の３６０°のガントリ回転中に実質的な軸上距離がサンプリングされる、大きいピッチの螺旋状スキャンに対して特に適切である。
【００４５】
Ｘ線管２０は、ビームウォッブルを実行するために静電ビーム偏向を用いる。それ故、グリッド電極１１０、１１２は、静電ビームウォッブルのために用いられ、加えられる合計電位により静電気的に照射量変調するために付加的に用いられる。しかしながら、一部の既存のＸ線管においては、静電グリッドは用いられない。そうではなく、静電グリッドは静電ビーム偏向器で置き換えられる。
【００４６】
図３を参照するに、Ｘ線管２０´は、照射量変調のための静電電子ビームの制限又はアパーチャリング、及びウォッブルのための個別の静電ビーム偏向を用いる。図３は、関連電気構成要素と共に断面図の状態のＸ線管２０´の構成要素を模式的に示している。図２の構成要素と一般に対応する図３における構成要素は、対応する参照番号で示している。
【００４７】
具体的には、Ｘ線管２０´は、フィラメント８０´、陰極カップ８２´を有する陰極８４´、並びに回転可能軸１００´及び角度のついた周辺のＸ線生成表面１０２´を有する。それらの構成要素は、一般に、フィラメント８０、陰極８４、陰極カップ８２、陽極９２、回転軸１００、並びにＸ線管２０の表面１０２に対応する。更に、絶縁トランス８６´及びＸ線管電源７２´を有するフィラメント電源６２´を有するＸ線管制御ハードウェアは、Ｘ線ビーム９６´と電子ビーム９４´とを生成し且つ共通部９０´に対してバイアス電位を加えるようになっている、図２の対応する要素６２、８６、７２に類似して動作する。ビームウォッブル入力信号７０´及びフィラメント電流変調制御信号６０´は、図１及び２のアナログ入力信号７０、６０に対応している。
【００４８】
Ｘ線管２０´は、Ｘ線管２０により用いられる静電ビーム偏向ではなく、電磁ビーム偏向を用いている。具体的には、ビームウォッブル入力信号７０´は偏向器電源１２０に入力される。反転経路１２２及び非反転経路１２４は、２つのウォッブル位置の焦点スポットの間で電子ビーム９４´を操作するために入力信号７０´に基づいて電磁石１２６、１２８を駆動するための電力を生成する。２つの電磁石１２６、１２８を示している。しかしながら、単一のソレノイド電磁石を用いることが又、できる。
【００４９】
Ｘ線管２０の静電グリッド電極１１０、１１２とは異なり、Ｘ線管２０´の電磁石１２６、１２８は、照射量変調に影響するように電子ビームを制限することはできない。そうではなく、個々の静電ビーム制限要素はＸ線管２０´に含まれる。
【００５０】
Ｗｅｈｎｅｌｔシリンダ１４０はＷｅｈｎｅｌｔ電源１４２により駆動される。図１及び２のグリッド変調入力信号６４は、Ｗｅｈｎｅｌｔ電源１４２に入力されるアナログ静電変調信号６４´で置き換えられる。Ｗｅｈｎｅｌｔシリンダ１４０に加えられる負電位は、電子ビーム９４´の一部の静電ピンチオフにより陽極９２´における電子ビーム９４´の強度の減少に影響する。Ｗｅｈｎｅｌｔシリンダ１４０に加えられる十分大きい負電位に対して、電子ビーム９４´は完全にピンチオフされることができる。Ｗｅｈｎｅｌｔシリンダ１４０は、典型的には、０Ｖの範囲において陰極８４´より約３ｋＶ負であって、陰極８４´に対して負にバイアスされる。
【００５１】
Ｗｅｈｎｅｌｔシリンダ１４０は、合計静電電位６４に基づいて、Ｘ線管２０のグリッド電極１１０、１１２が静電ビーム変調を実行する実質的に同じ方式で、静電変調信号６４´に基づいて静電ビーム変調を実行する。Ｗｅｈｎｅｌｔシリンダ１４０による静電照射量変調は、カスケードされた静電気且つフィラメント電流制御照射量変調を与えるために、フィラメント８０´における電流の変調と適切に結合される。Ｘ線管２０に関して上で述べたこのカスケードされた照射量変調の有利点は、例えば、動的変調領域に対してＸ線ビームの空間的解像度を改善され、放射線変調の動的範囲を改善されたＸ線管２０´に又、適用される。更に、Ｘ線管２０´は、能動的冷却のための流体流路、異なる電子ビーム特性を達成するため又は冗長性のための１つ又はそれ以上の付加フィラメント等の付加要素（要素については、図示していない）を任意に有する。
【００５２】
本発明にてついて、好適な実施形態に関して説明した。上記の詳細説明を読み、理解することにより、当業者が修正及び変更を実行できることは明らかである。本発明は、同時提出の特許請求の範囲又はそれと同等な内容の範囲内にあるそのような修正及び変更全てを網羅するように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】照射線変調されたコンピュータ断層撮影用イメージング装置を示す図である。
【図２】静電ビームウォッブリングを用いる適切な照射量変調照射システムの模式図である。
【図３】電磁偏向ビームウェッブリングを用いる適切な照射量変調照射システムの模式図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像診断技術に関する。本発明は、特に、コンピュータ断層撮影のためのグリッド電圧及びＸ線管フィラメント電流の周波数応答をカスケードすることにより照射量変調に関連する特定のアプリケーションを見出し、そのアプリケーションに関連して説明する。しかしながら、以下の内容は、より一般的には、照射量変調された他の種類のコンピュータ断層撮影及び他のアプリケーションにおいて用いられるＸ線管に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的なコンピュータ断層撮影用装置において、Ｘ線管は、撮影用被検者が位置している検査領域内部を規定する回転ガントリに備えられている。Ｘ線管は、回転ガントリにおける被検者に関して回転され、検査領域を透過する楔形状、扇形状、円錐状又は他の形状のＸ線ビームを投射する。Ｘ線管による検査領域を横断する回転ガントリに備えられた二次元Ｘ線検出器は、検査領域を透過した後に、Ｘ線ビームを受ける。適切なエレクトロニクスは、検出されたＸ線強度に基づいてＸ線吸収データを評価し、画像再構成処理器はその吸収データに基づいて画像表示を再構成する。
【０００３】
上記のような構成におけるＸ線管は、典型的には、電子を生成するフィラメントを有する。陰極カップは、特に、そのフィラメントを囲み、電子を電子ビームにフォーカシングするように負にバイアスされている。陰極カップと回転陽極との間のキロボルト領域のバイアスは陽極に電子ビームを加速し、その結果、Ｘ線が放出される。
【０００４】
撮影データが回転方向においてアンダーサンプリングされる点で、問題点が生じる。サンプリングは検出器間隔に関連する空間周波数において起こる一方、サンプリング理論は、エイリアジング及び他のサンプリング関連アーチファクトを回避するように、倍化された空間周波数を必要とする。アンダーサンプリングの影響を弱めるために、サンプルを空間的にインターリーブするために測定間の回転方向において２つの離散位置間で焦点が変動される又は振動される、Ｘ線管が採用されている。代替として、１８０°反対の投射ビューからのＸ線が空間的にインターリーブされる、１／４波長のＸ線のオフセットを用いることができる。
【０００５】
ビームの振動をもたらすために、Ｘ線管は、フィラメントの反対側に配列されたグリッド電極を有する。グリッド電極は、振動についての２つの焦点に対応する２つの経路間で電子ビームをシフトさせる、電子ビームに対して直交するスイッチングされる静電気力を発生するように交互に極性を変えてバイアスされる。代替として、電子ビームをスイッチング可能であるように操作するように、直交する電磁気力を用いることができる。
【０００６】
コンピュータ断層撮影の他の関心は、被検者のＸ線被爆を制限することである。医療用の撮影のアプリケーションにおいては、患者に供給されるＸ線照射量は規制された安全性パラメータである。空港のセキュリティスキャンにおいては、異なる種類の手荷物の異なるＸ線吸収特性を捉えるために有利に適合される。種々の吸収量変調コンピュータ断層撮影技術が開発されてきた。しかしながら、それらの過去の方法には特定の不利点がある。
【０００７】
Ｐｏｐｅｓｃｕ等により出願された米国特許第５，８６７，５５５号明細書に記載されている一方法においては、角度位置の関数としての照射量変調が、Ｘ線管フィラメントの温度を同期して変調することにより得られる。その参考文献に特記されているように、フィラメント電流制御により得られる変調指数は、特に高い回転速度においては、フィラメントの冷却速度（熱式質量）により制限される。Ｐｏｐｅｓｃｕ技術は、０．７５乃至２．０秒毎に１回回転するスキャナにおいて１８０°毎に１回照射量が変化し、フィラメントの能力の限界が対応できるようにしている。熱式質量の限界は又、フィラメントの実質的冷却をもたらすより大きい動的変調領域のために行き過ぎてしまう。冷却速度は、温度が低下するにつれて減少する。
【０００８】
現代のスキャナは１秒当たり２回回転し、製品において更に速い速度が現れ始めている。更に、回転当たりのより大きい照射量の変化は有利であるが、Ｐｏｐｅｓｃｕ技術の物理的限界を超える変調速度に設定する必要がある。
【０００９】
他の既知の方法においては、Ｘ線管に組み込まれたＷｅｈｎｅｌｔシリンダは、ビームのオン、オフを切り換えるためにビームをつまみとる。ビームの切り換えは、Ｘ線ビーム
のデューティサイクルを制御することにより照射量変調するようにＣＩＮＥフレームシーケンスと同期される。しかしながら、この照射量変調方法は、収集された角度データの量を減少させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の制限及び他の制限を克服する、改善された装置及び方法について検討を加えたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一特徴に従って、Ｘ線管のための照射量変調照射システムについて開示している。Ｘ線管は、ビームにフォーカシングされる電子を生成するフィラメントを有する陰極と、電子ビームに応じてＸ線を生成する陽極とを有する。少なくとも１つの静電制御電極は、電子ビームの強度を静電気的に減少させるように備えられている。バイアス手段は、電子ビームの強度を変えるために静電制御電極に経時変化する電気バイアスを加えるために備えられている。
【００１２】
他の特徴に従って、Ｘ線管の出力を照射量変調するための方法を提供する。Ｘ線管は、ビームにフォーカシングされる電子を生成するフィラメントを有する陰極と、電子ビームに応じてＸ線を生成する陽極と、電子ビームの強度を静電気的に調節する静電制御電極とを有する。経時変化する電気バイアスが、電子ビームの第１の経時変化する強度変調を生成するように、静電制御電極に加えられる。
【００１３】
一有利点は、高変調周波数において照射量変調の大きいダイナミックレンジを提供することである。これは、１２０ｒｐｍ又はそれ以上の速度で回転する、現在の及び次世代の
コンピュータ断層撮影用スキャナを使用する照射量変調を容易にする。
【００１４】
他の有利点は、Ｘ線管のデザインを変更することなく、そのような照射量変調を提供することである。
【００１５】
他の有利点は、付加的な高速度エレクトロニクスを用いることなく、そのような照射量変調を提供することである。
【００１６】
多くの付加的な有利点及び優位性が、以下の好適な実施形態の詳細説明を読むことにより、当業者には明快になるであろう。
【００１７】
本発明は、種々の構成要素及び構成要素の構成に、種々のプロセス操作及びプロセス操作の構成において具体化することが可能である。添付図面については、好適な実施形態を例示することのみを目的とするものであり、本発明を制限することを意図するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１を参照するに、コンピュータ断層撮影用イメージングスキャナ１０は、医療患者のような被検者、セキュリティスキャンのための手荷物アイテム又は回転ガントリ１６により基底される検査領域１４内又はその中に向かっている対象物を移動させるための対象物支持部１２を有する。回転ガントリ上に配置されたＸ線管２０は、扇形状、楔形状、円錐状又は他の形状のＸ線ビームを検査領域１４に送る。Ｘ線管２０から検査領域１４を横断する回転ガントリ１６に配置された二次元Ｘ線検出器２２は、Ｘ線ビームが検査領域１４を通過した後に、空間的に変化するＸ線ビームの強度を測定する。典型的には、Ｘ線検出器２２は回転ガントリ１６に取り付けられている。他の適切な構成においては、検出器は、回転ガントリを取り囲んでいる定位ガントリ上であって、周囲に配置される。ガントリの回転は、ガントリ回転制御器２４により制御される。
【００１９】
螺旋状コンピュータ断層撮影用イメージングにおいては、ガントリ１６は、検査領域１４についてＸ線管２０の螺旋状軌道をもたらすように対象物支持部１２の線形の動きと同期して回転する。軸上コンピュータ断層撮影用イメージングにおいては、回転ガントリ１６は回転する一方、対象物支持部１２は、検査領域１４についてＸ線管２０の円形軌道をもたらすように定位を維持する。ボリュメトリック軸上断層撮影用イメージングにおいては、対象物支持部１２は、軸方向に沿って複数の画像スライスを取得するように各々のステップに対して実行される軸上スキャンにより、線形的に繰り返してステッピングされる。
【００２０】
扇形又は円錐形の頂点の又は扇形又は円錐形における軌道の指数を有する、取得されたイメージング投射データが、ガントリ１６から送られ、ディジタルデータメモリ３０に記憶される。再構成処理器３２は、対象物の又は選択された対象物の一部の三次元画像表示を生成するために、フィルタリングされた逆投射又は他の再構成方法を用いて、取得された投射データを再構成し、それらは画像メモリ３４に記憶される。画像表示は、グラフィックユーザインタフェース３８又は他の表示装置、プリンティング装置、又はオペレータにより見えるようにされる装置等に表示される、人間が見ることができる画像を生成するように映像処理器３６によりレンダリング又は操作される。好適には、グラフィックユーザインタフェース３８が、放射線技師がコンピュータ断層撮影用イメージングセッションを実行且つ制御することが可能であるようにコンピュータ断層撮影用スキャナ１０と放射線技師とのインタフェースをとるようにプログラムされている。
【００２１】
イメージング中、対象物が受けたＸ線放射量を変調することは有利である。非円筒形対象物に対して、長軸に沿って大きいＸ線ビーム強度と、短軸に沿って小さいＸ線ビーム強度とを有することは有利である。例えば、迅速な空港の手荷物のセキュリティスキャニングにおいて、Ｘ線ビームの強度は、スキャンされる手荷物のＸ線吸収特性に依存して、好適に調節される。医療用イメージングアプリケーションにおいては、その強度は、異なるＸ線吸収密度を有するものの領域をイメージングスキャンが通過するとき、各々の軸上スライス又は各々の螺旋状回転に対する一定の放射線照射量を維持するように好適に調節される。本発明のコンピュータ断層撮影用スキャナは、約１２０乃至１５０ｒｐｍの回転速度を与え、１８０乃至２４０ｒｐｍ及びそれ以上の高速の回転速度については予測可能な将来において検討することとする。
【００２２】
１２０ｒｐｍの回転速度は、データの１８０°の角度範囲に対して０．２５秒の取得時間に相当する一方、１８０ｒｐｍの回転速度は、データの１８０°の角度範囲に対して０．１６７秒の取得時間に相当する。それ故、照射量変調は、ガントリの回転を追跡する照射量変調を与えるために、１２０ｒｐｍのガントリ回転速度に対して約４Ｈｚ又はそれ以上の周波数応答を有する必要があり、１８０ｒｐｍのガントリ回転速度に対して約６Ｈｚ又はそれ以上の周波数応答を有する必要がある。医療用イメージングアプリケーションに対しては、少なくとも約８：１乃至１０：１の放射線変調のダイナミックレンジが望ましい。即ち、回転速度全てにおける変調中の最小のＸ線ビーム強度に対する最大のＸ線ビーム強度の比は、好適には、８：１乃至１０：１である必要がある。
【００２３】
それらの仕様に一致する照射量変調をもたらすために、照射量供給速度処理器５０は、Ｘ線検出器２２の領域に対してＸ線吸収データを積分し、照射量変調制御器５２に、連続的に更新される照射量供給速度を入力する。ガントリ回転制御器２４は又、Ｘ線源２０の角度位置との照射量変調の光学的同期に対して照射量変調制御器にガントリの角度位置を入力する。
【００２４】
図１を継続して参照するに、照射量変調制御器５２は、２つの同期された、協働する小車両変調制御信号であって、Ｘ線管フィラメント電源６２の方に方向付けられたフィラメント変調信号６０と、グリッド電源６６の方に方向付けられたグリッド変調信号６４とを
を出力する。グリッド電源６６は、放射方向におけるエイリアジング及びアンダーサンプリングの影響を弱めるためにＸ線管２０の焦点をウォッブル又は変化させるビームウォッブル入力信号７０を付加的に受ける。Ｘ線管２０は、フィラメント電源６２、グリッド電源６６、及び陰極と陽極との間の電位を設定するＸ線管電源７２の出力により駆動且つ制御される。
【００２５】
図１を継続して参照するに、そして、Ｘ線管２０の構成要素を関連電子構成要素と共に模式的に示す図２を更に参照するに、好適には、従来のコイル状ワイヤフィラメントに対して８乃至１０ｍｉｌのワイヤ直径を有する細長いフィラメント８０が、陰極８４の陰極カップ８２内に備えられている。フィラメント８０は、フィラメント電源６２により供給されるフィラメント電流入力に応じて、熱電子放出、電界放出又は他の機構により電子を生成する。好適には、絶縁トランス８６及び絶縁性スタンドオフ（図示せず）は、フィラメント８０をＸ線管２０の他の要素から電気的に分離している。典型的には、フィラメント電流は、数百ｍＡ乃至数Ａの範囲内の振幅と約５ｋＨｚ乃至３０ｋＨｚの周波数とを有するパルス幅変調電流である。
【００２６】
電気的共通部９０を参照して、典型的には、陰極８４は、バイポーラバイアス管に対して、約４０ｋＶから−７０ｋＶのバイアスに負にバイアスされ、陽極は、約４０ｋＶから＋７０ｋＶのバイアスにバイアスされる。陰極カップ８２は、負の電荷がフィラメント８０により生成される電子を平行にする静電場を規定するように形作られている。電子ビームの電子は、典型的には約２ｃｍである陰極と陽極とのギャップにおいて加速される。
【００２７】
陽極９２に衝突する加速された電子ビーム９４に応じて、陽極は、フィラメント８０、陰極８４及び陽極９２を有する真空体積（図示せず）の範囲外を通るＸ線ビーム９６を放射する。陽極９２は、軸１００に関して回転し、陽極９２が回転するにつれて、電子ビーム９４と相互作用する、角度のついた周辺のＸ線生成表面１０２を有する。
【００２８】
図１及び２を継続して参照するに、Ｘ線管２０の陰極カップは、電子ビーム９４がグリッド電極１１０、１１２間を通るように、フィラメント８０の反対側に備えられた第１及び第２グリッド電極１１０、１１２を更に有する。グリッド電極１１０、１１２は、電子ビーム９４を静電気的に修正するために用いられる。
【００２９】
具体的には、両方の電極１１０、１１２を更に負にバイアスすることにより、陽極のフォーカスに影響を及ぼす静電気的制限又はアパーチャリングにより電子ビーム９４の幅を狭くする。両方の電極１１０、１１２に加えられる比較的大きい負の合計電圧は、電子ビーム９４の一部の静電気的ピンチオフ（ｐｉｎｃｈｏｆｆ）により陽極９２において電子ビーム９４の強度を更に減少させる、即ち、管電流を減少させる。両方の電極１１０、１１２に加えられる十分大きい負バイアス電圧に対して、電子ビーム９４は、完全にピンチオフされることとなる。
【００３０】
更に、電圧合計において及びグリッド電極１１０、１１２間に課せられる、加えられる電圧差は、ビーム偏向に影響する。
【００３１】
他の実施形態においては、各々のグリッドに対する電圧は、制限及び偏向に対する個々の電圧の合計として生成されることが可能であり、それ故、焦点は、正確にスポット間変位及び幅を維持しながら、回転する陽極表面に対して本質的にタンジェンシャルに一緒に移動されることが可能である。
【００３２】
例えば、冗長性又は異なる電子ビーム特性等を実現するための１つ又はそれ以上の付加フィラメント等の付加要素が又、陰極アセンブリに付加的に含まれる。
【００３３】
図１及び２を継続して参照するに、フィラメント電源６２は、照射量変調制御器５２により生成されるフィラメント変調信号６０により制御される。フィラメント電流の変調は、フィラメント温度の変調及び対応する電子生成速度の変調をもたらす。これは、又、照射量変調に対する電子ビーム９４の強度を変調する。フィラメント電流の変化は、電子の軌道を著しく変更することはなく、従って、一般に、電子ビームの焦点を変化させず、又は、焦点スポットのサイズを変化させる。しかしながら、フィラメント８０は、この変調制御の周波数応答を制限する熱式質量を有する。２００μｍ（８ｍｉｌ）の直径を有する好適なフィラメントに対して、４Ｈｚにおけるフィラメント電流の変調は、対応する約２：１乃至３：１のダイナミックレンジを有する４Ｈｚの照射量変調の周波数応答を達成する。大きい直径のフィラメント程、大きい熱式質量を有し、典型的には、より遅い周波数応答を示し、ダイナミックレンジを減少させる。
【００３４】
フィラメント制御のみを用いて達成される場合より良好な周波数応答を有する照射量変調を得るために、照射量変調制御器５２は、グリッド電源６６の方に方向付けられたグリッド変調信号６４を付加的に出力する。グリッド変調信号６４は、結合されたグリッド電極バイアス電位を生成するようにＸ線管２０の焦点をウォッブル又は変更するビームウォッブル入力信号７０と結合される。
【００３５】
具体的には、第１加算器１２０は、第１グリッド電極１１０に加えられる静電電位を制御する第１制御信号を生成するように、ビームウォッブル入力信号７０とグリッド変調信号６４とを付加的に結合させる。第２加算器１２２は、第２グリッド電極１１２に加えられる静電電位を制御する第２制御信号を生成するように、ビームウォッブル入力信号７０とグリッド変調信号６４とを付加的に結合させる。グリッド電極は、それ故、ビームウォッブルを制御するビームウォッブル入力信号７０により制御される電位差と、グリッド変調信号６４により制御される重畳された合計電位とを受ける。
【００３６】
合計グリッド電位を変調することにより実行されるアナログ照射量変調の周波数応答は、グリッド電源６６の周波数応答により制限される。静電ビームウォッブルに対して用いられる既存のグリッド電源は、グリッド電極１１０、１１２に加えられる電位差を用いて、２つの厳密に制御された位置の間で焦点を交互に位置付ける。ビームは、１２０ｒｐｍのガントリ回転に対する約２乃至４ｋＨｚと回転当たり２０００投射ビューにおいて、方形状の電圧パルスビームウォッブル入力信号７０に応じてそれらの焦点間でステッピングされる。
【００３７】
方形波ビームウォッブル入力信号７０の高調波成分は、グリッド電源６６に対する高帯域幅の要求に繋がる。そのグリッド電源は、通常はスイッチング電源である。そのような電源は、今日、典型的には、制限されたアナログ周波数応答（非常に高い帯域幅を有するが又、コストが非常に掛かる電力増幅器とは反対の）を示し、それ故、グリッド電位のみの変調は、約８：１乃至１０：１の照射量変調ダイナミックレンジを有する、約４Ｈｚ乃至６Ｈｚ又はそれ以上の好ましい周波数応答における照射量変調を達成しない。
【００３８】
好ましい照射量変調周波数応答及びダイナミックレンジを達成するために、照射量変調制御器５２は、フィラメント電流照射量変調及びグリッド電極照射量変調をカスケードするように、フィラメント変調信号６０及びグリッド変調信号６４を協調的に制御する。４乃至６Ｈｚの変調周波数に対して、カスケードされたグリッド照射量変調とフィラメント照射量変調との積は、好ましい８：１乃至１０：１の変調ダイナミックレンジを与える。
【００３９】
結合されたグリッド及びフィラメント照射量変調の更なる有利点は、変調ダイナミックレンジの全体に亘って電子ビーム９４の焦点を修正することである。Ｘ線管２０は、比較的大きい出力パワーにおいて小さいスポットサイズで操作されるようにデザインされる。結合されたグリッド及びフィラメント照射量変調は、強調的に、フィラメント電流を減少させ且つグリッド電極１１０、１１２における合計電位を増加させることにより、出力パワーを減少させる。
【００４０】
より高い合計グリッド電位によるビームの絞り込みは、照射量変調中の陽極９２における改善された電子ビーム、及びそれ故に変調ダイナミックレンジの全体に亘って改善されたＸ線ビーム９６の及び空間解像度をもたらす。
【００４１】
図２においては、第１加算器１２０及び第２加算器１２２はグリッド電源６６に統合されている。しかしながら、グリッド電源の外部にそれらの要素を備え、グリッド電源への入力として加算器出力を供給することを又、検討することができる。この代替としての構成は、カスケードされたフィラメント電流変調及びグリッド合計電位変調を用いる照射量変調能力を有するビームウォッブルのためのグリッド電源を有するコンピュータ断層撮影用イメージングシステムを改良することを容易にする。
【００４２】
更に、同時の焦点切り替えを伴う又は伴わないに拘らず、カスケードされた照射量変調を実行することができることが認識できるであろう。即ち、ビームウォッブル入力信号７０はオフにされるか又は、カスケードされた照射量変調特徴を維持しつつ、コンピュータ断層撮影用イメージングシステムから完全に除外される。
【００４３】
図１を参照するに、上記のビーム変調を、種々の方法で用いることができる。適切な一照射量変調イメージングプロセスにおいては、照射量変調制御器５２は、螺旋状軌道の一回旋又は軸上スライスに対応するガントリ１６の３６０°回転に亘る照射量供給速度処理器５０から受ける照射量供給速度を統合する。３６０°に亘って対象物に供給される統合された照射量に基づいて、照射量変調制御器５２は、各々のスライス又は螺旋状回転に対して供給される一般に一定の放射線照射量を維持するように、次の３６０°回転に対してフィラメント８０による電流を、及びグリッド電極１１０、１１２における合計電位を調節する。異なる吸収特性を有する対象物の領域間で軸方向にイメージングが処理されるにつれ、Ｘ線ビームは、対象物において一般に一定のＸ線吸収速度を維持するように変調される。
【００４４】
他の適切な照射量変調イメージング処理においては、照射量変調制御器５２は、照射量供給速度処理器５０により報告される一般に一定の照射量供給速度を維持するように、フィラメント８０による電流及びグリッド電極１１０、１１２における合計電位を連続的に調節する。この処理は、単一のスライスに対する投射データの取得中に放射線供給速度を調節することができ、各々の３６０°のガントリ回転中に実質的な軸上距離がサンプリングされる、大きいピッチの螺旋状スキャンに対して特に適切である。
【００４５】
Ｘ線管２０は、ビームウォッブルを実行するために静電ビーム偏向を用いる。それ故、グリッド電極１１０、１１２は、静電ビームウォッブルのために用いられ、加えられる合計電位により静電気的に照射量変調するために付加的に用いられる。しかしながら、一部の既存のＸ線管においては、静電グリッドは用いられない。そうではなく、静電グリッドは静電ビーム偏向器で置き換えられる。
【００４６】
図３を参照するに、Ｘ線管２０´は、照射量変調のための静電電子ビームの制限又はアパーチャリング、及びウォッブルのための個別の静電ビーム偏向を用いる。図３は、関連電気構成要素と共に断面図の状態のＸ線管２０´の構成要素を模式的に示している。図２の構成要素と一般に対応する図３における構成要素は、対応する参照番号で示している。
【００４７】
具体的には、Ｘ線管２０´は、フィラメント８０´、陰極カップ８２´を有する陰極８４´、並びに回転可能軸１００´及び角度のついた周辺のＸ線生成表面１０２´を有する。それらの構成要素は、一般に、フィラメント８０、陰極８４、陰極カップ８２、陽極９２、回転軸１００、並びにＸ線管２０の表面１０２に対応する。更に、絶縁トランス８６´及びＸ線管電源７２´を有するフィラメント電源６２´を有するＸ線管制御ハードウェアは、Ｘ線ビーム９６´と電子ビーム９４´とを生成し且つ共通部９０´に対してバイアス電位を加えるようになっている、図２の対応する要素６２、８６、７２に類似して動作する。ビームウォッブル入力信号７０´及びフィラメント電流変調制御信号６０´は、図１及び２のアナログ入力信号７０、６０に対応している。
【００４８】
Ｘ線管２０´は、Ｘ線管２０により用いられる静電ビーム偏向ではなく、電磁ビーム偏向を用いている。具体的には、ビームウォッブル入力信号７０´は偏向器電源１２０に入力される。反転経路１２２及び非反転経路１２４は、２つのウォッブル位置の焦点スポットの間で電子ビーム９４´を操作するために入力信号７０´に基づいて電磁石１２６、１２８を駆動するための電力を生成する。２つの電磁石１２６、１２８を示している。しかしながら、単一のソレノイド電磁石を用いることが又、できる。
【００４９】
Ｘ線管２０の静電グリッド電極１１０、１１２とは異なり、Ｘ線管２０´の電磁石１２６、１２８は、照射量変調に影響するように電子ビームを制限することはできない。そうではなく、個々の静電ビーム制限要素はＸ線管２０´に含まれる。
【００５０】
Ｗｅｈｎｅｌｔシリンダ１４０はＷｅｈｎｅｌｔ電源１４２により駆動される。図１及び２のグリッド変調入力信号６４は、Ｗｅｈｎｅｌｔ電源１４２に入力されるアナログ静電変調信号６４´で置き換えられる。Ｗｅｈｎｅｌｔシリンダ１４０に加えられる負電位は、電子ビーム９４´の一部の静電ピンチオフにより陽極９２´における電子ビーム９４´の強度の減少に影響する。Ｗｅｈｎｅｌｔシリンダ１４０に加えられる十分大きい負電位に対して、電子ビーム９４´は完全にピンチオフされることができる。Ｗｅｈｎｅｌｔシリンダ１４０は、典型的には、０Ｖの範囲において陰極８４´より約３ｋＶ負であって、陰極８４´に対して負にバイアスされる。
【００５１】
Ｗｅｈｎｅｌｔシリンダ１４０は、合計静電電位６４に基づいて、Ｘ線管２０のグリッド電極１１０、１１２が静電ビーム変調を実行する実質的に同じ方式で、静電変調信号６４´に基づいて静電ビーム変調を実行する。Ｗｅｈｎｅｌｔシリンダ１４０による静電照射量変調は、カスケードされた静電気且つフィラメント電流制御照射量変調を与えるために、フィラメント８０´における電流の変調と適切に結合される。Ｘ線管２０に関して上で述べたこのカスケードされた照射量変調の有利点は、例えば、動的変調領域に対してＸ線ビームの空間的解像度を改善され、放射線変調の動的範囲を改善されたＸ線管２０´に又、適用される。更に、Ｘ線管２０´は、能動的冷却のための流体流路、異なる電子ビーム特性を達成するため又は冗長性のための１つ又はそれ以上の付加フィラメント等の付加要素（要素については、図示していない）を任意に有する。
【００５２】
本発明にてついて、好適な実施形態に関して説明した。上記の詳細説明を読み、理解することにより、当業者が修正及び変更を実行できることは明らかである。本発明は、同時提出の特許請求の範囲又はそれと同等な内容の範囲内にあるそのような修正及び変更全てを網羅するように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】照射線変調されたコンピュータ断層撮影用イメージング装置を示す図である。
【図２】静電ビームウォッブリングを用いる適切な照射量変調照射システムの模式図である。
【図３】電磁偏向ビームウェッブリングを用いる適切な照射量変調照射システムの模式図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームにフォーカスされる電子を生成するフィラメントを有する陰極と電子ビームに応じてＸ線を生成する陽極とを有するＸ線管のための照射量変調照射システムであって：
前記電子ビームの強度を静電気的に減少させるように備えられた少なくとも１つの静電制御電極；及び
前記電子ビームの強度を変えるように前記静電制御電極に時間変化電気バイアスを加えるバイアス手段；
を更に有することを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項２】
請求項１に記載の照射量変調照射システムであって、前記静電制御電極は、加えられる電位差に応じて前記電子ビームを方向付けるように備えられたグリッド電極を有する静電グリッドを有する、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項３】
請求項１に記載の照射量変調照射システムであって：
前記フィラメントにより時間変化フィラメント電流を加えるための電流変調手段；及び
前記電子ビームの選択された時間変化強度を与えるように前記電流変調手段と前記バイアス手段とを制御するための制御手段；
を更に有する、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項４】
請求項３に記載の照射量変調照射システムであって、前記制御手段は、前記電子ビームの前記の選択された時間変化強度を強調的に生成する前記静電制御電極における前記時間変化電気バイアスと同時に前記フィラメント電流を変化させるように前記電流変調手段と前記バイアス手段とを同時に実行させる、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項５】
請求項１に記載の照射量変調照射システムであって：
前記Ｘ線管が備えられている回転ガントリであって、Ｘ線管がＸ線ビームを出射する検査領域を規定する、回転ガントリ；
Ｘ線ビームが前記検査領域を通過した後に前記Ｘ線ビームの空間変化強度を測定する、Ｘ線管から前記検査領域を横切るように配置されている二次元Ｘ線検出器；並びに
複数のＸ線源の位置においてＸ線検出器により測定されるＸ線ビームの空間変化強度に基づいて前記検査領域に備えられているイメージング対象物のコンピュータ断層撮影画像を再構成する処理器；
を更に有する、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項６】
請求項５に記載の照射量変調照射システムであって、前記静電制御電極は前記フィラメントの周りに配置されたグリッド電極を有する静電グリッドを有する、照射量変調照射システムであり：
第２バイアス手段は、交互の焦点間で前記電子ビームをウォッブルするように前記グリッド電極にスイッチング差動電気バイアスを加えるためのものである；
ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項７】
請求項５に記載の照射量変調照射システムであって：
前記フィラメントにより時間変化フィラメント電流を加えるフィラメント電流制御器；及び
前記イメージング対象物に加えられる選択された時間変化放射線照射量を生成するために前記フィラメント電流制御器と前記バイアス手段とを制御する制御器；
を更に有する、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項８】
請求項５に記載の照射量変調照射システムであって：
前記フィラメントにより時間変化フィラメント電流を加えるフィラメント電流制御器； 前記Ｘ線検出器により測定される前記Ｘ線ビームの前記空間変化強度に基づいて前記イメージング対象物に供給される放射線の速度に対応する制御信号を計算するフィードバック要素；並びに
実質的に一定の制御信号を生成する前記フィラメント電流制御器と前記バイアス手段とを制御する制御器；
を更に有する、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項９】
請求項１に記載の照射量変調照射システムであって、前記静電制御電極は、フィラメントの反対側に備えられた対を成すグリッド電極を有し、前記静電制御変調器は、前記電子ビームのウォッブリングをもたらす前記グリッド電極に加えられるスイッチング差動電気バイアス成分を付加的に加える、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の照射量変調照射システムであって、前記静電制御電極はＷｅｈｎｅｌｔシリンダを有する、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の照射量変調照射システムであって：
前記電子ビームを選択的に偏向する電磁偏向器；
を更に有する、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項１２】
請求項１に記載の照射量変調照射システムであって：
前記陰極、前記陽極及び前記静電制御電極は単一Ｘ線管ユニットとして備えられている
コンピュータ断層撮影用スキャナ；
を更に有する、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項１３】
ビームにフォーカスされる電子を生成するフィラメントを有する陰極と、電子ビームに応じてＸ線を生成する陽極と、前記電子ビームの強度を静電気的に調節する静電制御電極とを有するＸ線管の出力を照射量変調するための方法であって：
前記電子ビームの第１時間変化強度変調を生成するように前記静電制御電極に時間変化静電バイアスを加える段階；
を有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって：
時間変化電気バイアスを加えるのと同時に、前記電子ビームの第２時間変化強度変調を生成するように時間変化フィラメント電流を加える段階であって、前記第１及び第２時間変化強度変調は、前記電子ビームの前記強度が変調されるダイナミックレンジをエンハンスするようにカスケードされる、段階；
を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記時間変化強度変調の間の最大Ｘ線ビーム強度の最小Ｘ線ビーム強度に対する比が少なくとも８：１である、ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の方法であって：
前記Ｘ線管が備えられているコンピュータ断層撮影装置の回転ガントリの回転と前記時間変化電気バイアスの印加を同期させる段階；
を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法であって、前記Ｘ線管はコンピュータ断層撮影用イメージングスキャナの放射線源構成要素である、方法であり：
前記コンピュータ断層撮影用イメージングスキャナを用いてイメージング対象物をイメージングする段階；
前記イメージング中に、前記コンピュータ断層撮影用イメージングスキャナのＸ線検出器構成要素を用いてＸ線強度を測定する段階；
前記測定されたＸ線強度に基づいて前記イメージング中に前記イメージング対象物に供給される時間的に変化されるＸ線放射の放射線照射量供給速度を評価する段階；並びに
前記の評価された時間的に変化されるＸ線放射の放射線照射量供給速度に基づいて、前記イメージング中に前記時間変化電気バイアスの印加を制御する段階；
を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記の制御する段階は、選択された一般に一定の放射線照射量供給速度を維持するように前記時間変化電気バイアスの印加を制御する、ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の方法であって、前記Ｘ線管はコンピュータ断層撮影用イメージングスキャナの放射線源構成要素である、方法であり：
前記コンピュータ断層撮影用イメージングスキャナを用いてイメージング対象物をイメージングする段階であって、前記静電制御電極への前記時間変化電気バイアスの前記印加は放射線供給速度の変調を与えるように前記イメージング中に実行される、段階；
を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって：
前記電子ビームの第２時間変化強度変調を生成するように前記陰極のフィラメント電流を制御する段階であって、前記電子ビームの前記第１及び第２時間変化強度変調は前記放射線供給速度の前記変調を与えるように時間的に協調されている、段階；
を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、前記静電制御電極は前記フィラメントの周りに備えられたグリッド電極を有する静電グリッドを有する、方法であり：
前記電子ビームをウォッブルするように前記時間変化電気バイアスの印加を同時に前記グリッド電極にスイッチング差動電気バイアスを加える段階；
を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１３に記載の方法であって、前記静電制御電極に加えられる前記時間変化電気バイアスはアナログ時間変化電気バイアスである、ことを特徴とする方法。
【請求項１】
ビームにフォーカスされる電子を生成するフィラメントを有する陰極と電子ビームに応じてＸ線を生成する陽極とを有するＸ線管のための照射量変調照射システムであって：
前記電子ビームの強度を静電気的に減少させるように備えられた少なくとも１つの静電制御電極；及び
前記電子ビームの強度を変えるように前記静電制御電極に時間変化電気バイアスを加えるバイアス手段；
を更に有することを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項２】
請求項１に記載の照射量変調照射システムであって、前記静電制御電極は、加えられる電位差に応じて前記電子ビームを方向付けるように備えられたグリッド電極を有する静電グリッドを有する、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項３】
請求項１に記載の照射量変調照射システムであって：
前記フィラメントにより時間変化フィラメント電流を加えるための電流変調手段；及び
前記電子ビームの選択された時間変化強度を与えるように前記電流変調手段と前記バイアス手段とを制御するための制御手段；
を更に有する、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項４】
請求項３に記載の照射量変調照射システムであって、前記制御手段は、前記電子ビームの前記の選択された時間変化強度を強調的に生成する前記静電制御電極における前記時間変化電気バイアスと同時に前記フィラメント電流を変化させるように前記電流変調手段と前記バイアス手段とを同時に実行させる、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項５】
請求項１に記載の照射量変調照射システムであって：
前記Ｘ線管が備えられている回転ガントリであって、Ｘ線管がＸ線ビームを出射する検査領域を規定する、回転ガントリ；
Ｘ線ビームが前記検査領域を通過した後に前記Ｘ線ビームの空間変化強度を測定する、Ｘ線管から前記検査領域を横切るように配置されている二次元Ｘ線検出器；並びに
複数のＸ線源の位置においてＸ線検出器により測定されるＸ線ビームの空間変化強度に基づいて前記検査領域に備えられているイメージング対象物のコンピュータ断層撮影画像を再構成する処理器；
を更に有する、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項６】
請求項５に記載の照射量変調照射システムであって、前記静電制御電極は前記フィラメントの周りに配置されたグリッド電極を有する静電グリッドを有する、照射量変調照射システムであり：
第２バイアス手段は、交互の焦点間で前記電子ビームをウォッブルするように前記グリッド電極にスイッチング差動電気バイアスを加えるためのものである；
ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項７】
請求項５に記載の照射量変調照射システムであって：
前記フィラメントにより時間変化フィラメント電流を加えるフィラメント電流制御器；及び
前記イメージング対象物に加えられる選択された時間変化放射線照射量を生成するために前記フィラメント電流制御器と前記バイアス手段とを制御する制御器；
を更に有する、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項８】
請求項５に記載の照射量変調照射システムであって：
前記フィラメントにより時間変化フィラメント電流を加えるフィラメント電流制御器； 前記Ｘ線検出器により測定される前記Ｘ線ビームの前記空間変化強度に基づいて前記イメージング対象物に供給される放射線の速度に対応する制御信号を計算するフィードバック要素；並びに
実質的に一定の制御信号を生成する前記フィラメント電流制御器と前記バイアス手段とを制御する制御器；
を更に有する、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項９】
請求項１に記載の照射量変調照射システムであって、前記静電制御電極は、フィラメントの反対側に備えられた対を成すグリッド電極を有し、前記静電制御変調器は、前記電子ビームのウォッブリングをもたらす前記グリッド電極に加えられるスイッチング差動電気バイアス成分を付加的に加える、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の照射量変調照射システムであって、前記静電制御電極はＷｅｈｎｅｌｔシリンダを有する、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の照射量変調照射システムであって：
前記電子ビームを選択的に偏向する電磁偏向器；
を更に有する、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項１２】
請求項１に記載の照射量変調照射システムであって：
前記陰極、前記陽極及び前記静電制御電極は単一Ｘ線管ユニットとして備えられている
コンピュータ断層撮影用スキャナ；
を更に有する、ことを特徴とする照射量変調照射システム。
【請求項１３】
ビームにフォーカスされる電子を生成するフィラメントを有する陰極と、電子ビームに応じてＸ線を生成する陽極と、前記電子ビームの強度を静電気的に調節する静電制御電極とを有するＸ線管の出力を照射量変調するための方法であって：
前記電子ビームの第１時間変化強度変調を生成するように前記静電制御電極に時間変化静電バイアスを加える段階；
を有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって：
時間変化電気バイアスを加えるのと同時に、前記電子ビームの第２時間変化強度変調を生成するように時間変化フィラメント電流を加える段階であって、前記第１及び第２時間変化強度変調は、前記電子ビームの前記強度が変調されるダイナミックレンジをエンハンスするようにカスケードされる、段階；
を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記時間変化強度変調の間の最大Ｘ線ビーム強度の最小Ｘ線ビーム強度に対する比が少なくとも８：１である、ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の方法であって：
前記Ｘ線管が備えられているコンピュータ断層撮影装置の回転ガントリの回転と前記時間変化電気バイアスの印加を同期させる段階；
を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法であって、前記Ｘ線管はコンピュータ断層撮影用イメージングスキャナの放射線源構成要素である、方法であり：
前記コンピュータ断層撮影用イメージングスキャナを用いてイメージング対象物をイメージングする段階；
前記イメージング中に、前記コンピュータ断層撮影用イメージングスキャナのＸ線検出器構成要素を用いてＸ線強度を測定する段階；
前記測定されたＸ線強度に基づいて前記イメージング中に前記イメージング対象物に供給される時間的に変化されるＸ線放射の放射線照射量供給速度を評価する段階；並びに
前記の評価された時間的に変化されるＸ線放射の放射線照射量供給速度に基づいて、前記イメージング中に前記時間変化電気バイアスの印加を制御する段階；
を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記の制御する段階は、選択された一般に一定の放射線照射量供給速度を維持するように前記時間変化電気バイアスの印加を制御する、ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の方法であって、前記Ｘ線管はコンピュータ断層撮影用イメージングスキャナの放射線源構成要素である、方法であり：
前記コンピュータ断層撮影用イメージングスキャナを用いてイメージング対象物をイメージングする段階であって、前記静電制御電極への前記時間変化電気バイアスの前記印加は放射線供給速度の変調を与えるように前記イメージング中に実行される、段階；
を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって：
前記電子ビームの第２時間変化強度変調を生成するように前記陰極のフィラメント電流を制御する段階であって、前記電子ビームの前記第１及び第２時間変化強度変調は前記放射線供給速度の前記変調を与えるように時間的に協調されている、段階；
を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、前記静電制御電極は前記フィラメントの周りに備えられたグリッド電極を有する静電グリッドを有する、方法であり：
前記電子ビームをウォッブルするように前記時間変化電気バイアスの印加を同時に前記グリッド電極にスイッチング差動電気バイアスを加える段階；
を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１３に記載の方法であって、前記静電制御電極に加えられる前記時間変化電気バイアスはアナログ時間変化電気バイアスである、ことを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００６−５１６２０６（Ｐ２００６−５１６２０６Ａ）
【公表日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５００２７０（Ｐ２００６−５００２７０）
【出願日】平成１６年１月５日（２００４．１．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００４／０００００７
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０６１８６４
【国際公開日】平成１６年７月２２日（２００４．７．２２）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【氏名又は名称原語表記】Ｋｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｎ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １，５６２１ ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１月５日（２００４．１．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００４／０００００７
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０６１８６４
【国際公開日】平成１６年７月２２日（２００４．７．２２）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【氏名又は名称原語表記】Ｋｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｎ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １，５６２１ ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【Ｆターム（参考）】
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