電子ビームが回転性陽極運動と同時に処理されるＸ線管
プル電極（１４０）を備える回転する陽極（１３０）を含むＸ線管（１００）が記載される。プル電極（１４０）は、変調電子ビーム（１２０ａ，１２０ｂ）を生成するために、固定の電子源（１１０）と相互作用する。ビーム変調は、強度変動及び／又は空間偏向であり得る。プル電極（１４０）は、陽極（１３０）に対して固定的な位置に取り付けられ、それと共に回転する。プル電極（１４０）は、電子ビーム（１２０ａ）を通すための孔（１４１）を有し得る。電子源（１１０）の前にあるとき、プル電極（１４０）は、強い電子ビーム（１２０ａ）が生成されるよう高い電場（１４２ａ）を引き起こす。電子源（１１０）の前にないとき、低電流又は零電流の電子ビーム（１２０ｂ）のみが生成される。しかしながら、プル電極（７４０）は、陽極（７３０）の角度位置に依存して、電子ビーム（７２０）の焦点（７２１ａ，７２１ｂ）の位置が変更されるよう、径方向ビーム偏向も引き起こし得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線管を用いてＸ線を生成する分野に関する。具体的には、本発明は、Ｘ線管の陽極上に衝突する電子ビームが周期的に操作されるＸ線管に関する。そのために、操作は、生成されるＸ線の強度が時間内に変調され得るようなビーム電流の変化を含む。操作は、陽極上に衝突する電子の焦点が空間的に変更され得るような空間変動も含む。
【０００２】
本発明は、さらに、Ｘ線システム、具体的には、Ｘ線システムが上述のようなＸ線管を含む医療Ｘ線撮像システムに関する。
【０００３】
さらに、本発明は、具体的には、上述のようなＸ線管が使用される医療Ｘ線撮像のために使用されるＸ線を生成するための方法にも関する。
【背景技術】
【０００４】
コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）は、放射線診断のための標準的な撮像技法である。一部の環境では、ＣＴシステムは、放射されるＸ線の強度が時間内に変調されるパルス化Ｘ線源を備えることが望ましい。例えば、人体の速く動作する器官、例えば、心臓領域のＸ線撮像は、電子ビームの時限切換えをもたらすＸ線源を必要とする。しかしながら、パルス化Ｘ線源は、移動する物体の二次元Ｘ線透視法又は治療放射線法のような他の用途のためにも使用され得る。
【０００５】
Ｘ線管のＸ線出力投与量を制御するために、Ｘ線管の陽極上に衝突する電子ビームの電流を制御することが必要である。Ｘ線管内の電子ビーム電流を変調するための既知の異なる手段がある。
【０００６】
第一の既知の手段は、熱陰極のような電子エミッタの温度を変化することである。そのために、ある時間間隔内に電子エミッタから解放される電子の数を制御することが可能である。
【０００７】
第二の既知の手段は、Ｘ線管の電子源と陽極との間の磁場が時間内に変動されるよう、Ｘ線管にパルス化された高電圧を電力供給することである。そのために、電子エミッタを取り囲む電子雲内に存在する電子がパルス化された方法で雲から取り除かれるよう、電子エミッタから解放される電子に作用する静電力が時間内で変動される。
【０００８】
第三の既知の手段は、電子エミッタの前で直接的に電場を変動することである。これはパルス化電圧を電子エミッタに近接近して配置される電極に印可することによって実現され得る。電極は、例えば、電子ビームが電極を貫通することを可能にする格子（グリッド）であり得る。
【０００９】
全てのこれらの手段は、パルス化電子ビームが、比較的高い交流電圧又は電流をＸ線管の様々な構成部品に適用することに基づくことである。しかしながら、全てのこれらの構成部品や、これらの構成部品のための対応する供給線も、対応する電圧又は電流信号がスミヤされるよう、寄生キャパシタンス及びインピーダンスを有する。従って、Ｘ線強度の段階的切換は、高価な電圧又は電流源が電子ビームの変調のために用いられる場合にのみ可能である。
【００１０】
その上、焦点放射Ｘ線を検査される患者に対して１つの場所から他の場所へ急激に移動し得るＸ線源を備えるＣＴシステムを提供することが望ましいＸ線撮像用途もある。Ｘ線管の陽極の表面上に衝突する電子の電気的及び／又は磁気的な偏向によってそのような移動をもたらすことが提案されている。
【００１１】
陽極の表面を移動することによって空間焦点移動を提供することも提案されている。そのために、電子ビームは、対応する電子源に対して異なる距離で陽極表面に衝突し得る。
【００１２】
ＵＳ４，１０７，５６３は、ＣＴ装置において使用されるのに特に適したＸ線生成管を開示している。Ｘ線生成管は、振動的に陽極の回転軸に沿って線形に移動され得る回転陽極を含む。陽極振動は、回転陽極のシャフトに形成され且つ回転シャフトの軸受に設けられるペグと機械的に相互作用する所謂８字形溝を用いて実現される。陽極がＸ線管の外被に対して移動されるとき、生成されるＸ線の起源を表す焦点も外被に対して移動される。
【００１３】
ＪＰ５８−１１７６２９は、電子ビームの走行距離が標的の回転に応答して変化し得るようＸ線管の標的の形状を変形し且つ処理することによってＸ線マイクロビームを生成するための小型で低価格なＸ線管を開示している。
【００１４】
ＵＳ５，９０７，５９２は、検査下の物体の投射測定値の組を生成するためのＣＴ装置を開示している。ＣＴ装置は、陽極の回転中に生成されるＸ線ビームが２つの焦点場所の間で順次的に変調されるよう成形される陽極表面を有するＸ線源を含む。そのために、陽極の各回転中、二組の投射データが取得され、その場合には、これらの投射データは、物体の２つの異なるスライスを表している。投射データは、物体の画像を再構築するためにインターレース状に使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
生成されるＸ線が時間内に変調されるよう電子ビームの容易で速い操作を可能にするＸ線管を提供する必要があり得る。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この必要は、従属項に従った主題によって満足され得る。本発明の有利な実施態様は、従属項によって記載されている。
【００１７】
本発明の第一の特徴によれば、（ａ）ビーム軸に沿って投射する電子ビームを生成するために適合される電子源を含み、（ｂ）ビーム軸内に配置される陽極を含み、陽極は電子ビームがその表面の焦点の上に衝突するよう配置され、陽極はｚ軸の周りで回転可能であり、（ｃ）回転可能な陽極に取り付けられる電子ビーム操作装置を含む、Ｘ線管が提供される。
【００１８】
本発明のこの特徴は、陽極の回転が、陽極運動に対して同期的に電子ビームを操作するために有利に利用され得るという着想に基づく。そのために、陽極と共に回転する部分は、陽極表面上に衝突する電子ビームを変調するよう構成される。勿論、ビーム操作の期間は、陽極回転の周期よりも短い。典型的には、陽極は、約１０Ｈｚと１ｋＨｚとの間の回転速度で回転する。好ましくは、陽極は、約５０Ｈｚと２００Ｈｚとの間の回転速度で回転する。
【００１９】
記載されるＸ線管は、既知のＸ線管に対して幾分簡単な変更を行うことによって実現され得る。必要な唯一の変更は、電子ビーム操作装置が回転可能な陽極に剛的に固定されるよう、電子ビーム操作装置のための保持構成を提供することである。
【００２０】
典型的には、電子源は、熱陰極である。これは電子電流が熱陰極材料の温度を十分に制御することによって精密に調節され得るという利点を有する。
【００２１】
本発明の実施態様によれば、電子ビーム操作装置は、電子ビームの電子に電磁力を加えるよう構成される磁力生成装置である。典型的にはＸ線館内の空間的に固定された位置に配置される既知の動的に動作される電磁力生成装置と対称的に、回転する電磁力生成装置は、多かれ少なかれ一定のアンペア数を含む静電荷及び／又は静電流で動作され得る。従って、所望のＸ線管は、高い交流電圧レベル又は交流電流を回転可能な電磁力生成装置に適用する必要がないという利点を有する。従って、寄生キャパシタンス及び／又はインピーダンスは、極めて良好な近似において電子ビームの段階的変調が実現され得るよう、適用される電圧及び／又は電流信号の平坦化に余り寄与しないか或いは全く寄与しない。
【００２２】
本発明の実施態様によれば、磁力生成装置は、電子ビームを電子的に操作するための電極を含み、電極は所定の電圧レベルに接続可能である。これは、電子ビーム強度の変調が、陽極と共に回転可能な電極に印可される静電圧レベルを制御することによって実現され得るという利点をもたらす。
【００２３】
電極と電磁力生成装置との間の磁性相互作用に基づくビーム変調と対称的に、ビームの精密な制御がより容易に実現され得る。何故ならば、電磁力生成装置のために電流が生成される必要がないからである。しかしながら、磁性相互作用に基づくビーム変調は、回転可能な陽極に空間的に固定される永久磁石によっても実現され得ることが述べられなければならない。
【００２４】
電子ビームの強度を変調するために、磁性相互作用に基づく電磁力生成装置が利用される場合には、電子ビーム経路から電子を取り除くために、電子トラップのような電子ビームダンプを使用することが有用であり得る。
【００２５】
電磁力生成装置は、互いに異なる電圧レベルにあり得る１つよりも多くの電極又は１つよりも多くの電極部分も含み得ることが指摘されなければならない。そのために、２つのみならず、２つよりも多くの異なる電子ビーム状態を含む、変調された電子ビームが提供され得る。
【００２６】
本発明のさらなる実施態様によれば、電極は陽極と同一の電圧レベルにある。これは、移動する電極と典型的には固定的な電圧源との間に追加的な電気接続が提供される必要がないという利点を有する。
【００２７】
本発明のさらなる実施態様によれば、（ａ）陽極は、ｚ軸に対する回転対称性を含むディスクであり、（ｂ）陽極の上面図において、電極は、陽極の少なくとも１つのセクタを覆う。好ましくは、ディスクは、その外側環領域内で平坦化されるか或いは先細り状にされる。これは、平坦化角度に依存して、生成されるＸ線が、ｚ軸に対して本質的に垂直な方向に放射され得るという利点を有する。
【００２８】
本発明のさらなる実施態様によれば、Ｘ線管は、陽極の角度位置が所定の角度範囲内にあるときに電子源と電磁力生成装置との間に配置される電子集束装置をさらに含む。これは、Ｘ線管から生成されるＸ線が陽極表面の空間的に精密に定められる領域から由来するよう、焦点の長さ及び幅が正確に制御され得るという利点をもたらし得る。
【００２９】
電子集束装置は、例えば、ウェーネルト円筒である。これは、反対の電位を備えるＸ線管の陰極を含んで、電子ビームを集束し且つ空間的に制御するよう設計された、円筒的に成形された電極である。
【００３０】
本発明のさらなる実施態様によれば、電極は開口を含む。これは、電極が電子源の直ぐ隣に配置されるとき、主に均一な電場が電子源と電極との間に生成され得るという利点を有する。電極が電子源に比べより正である電圧レベルにある場合、電気プル場が生成され得るか、或いは、既存のプル場が増大され得る。それは電子源の陰極を取り囲む電子をこの雲（空間電荷）から引き出させることで、それによる限定的な空間電荷の故に、電子ビームの強度が著しく増大され得る。そのために、電気プル場は、電子源と陽極との間に生成される電気加速場よりも強くなければならない。勿論、電気プル場の強さは、電子源と電極との間の電圧差に依存しないのみならず、電気プル場の強社、電子源と電極との間の距離にも依存しない。
【００３１】
電極内に開口を設けることは、電子ビームの高い貫通要因が達成され得るというさらなる利点を有する。これは、具体的には、開口が、電子ビームが、電極又は電極の部分の縁部又は隅部に対して当接せずに、電極を横断し得るようなサイズを含む場合である。
【００３２】
好ましくは、電磁力生成装置は、電子源に対する陽極の角度位置に依存して電子ビームが最大強度で陽極表面上に衝突し得るよう、或いは、Ｘ線が生成されないように電子ビームが完全にスイッチオフされ得るよう、ビーム強度を操作するよう構成される。そのために、パルス化Ｘ線源が提供される。
【００３３】
本発明のさらなる実施態様によれば、電極は、ホルダを用いて互いに機械的に接続される少なくとも２つの部分を含む。好ましくは、ホルダは、２つの部分を互いに電気的に接続するためにも使用され得る。
【００３４】
本発明のさらなる実施態様によれば、ホルダは、バー又はロッドを含む。これらの素子は、明らかに細長い形状を有することによって特徴付けられる。これは、電子ビームの伝搬が殆ど妨害されないよう、ホルダが電子ビームのために極めて小さなシャドウイング効果のみを生成するという利点をもたらし得る。
【００３５】
好ましくは、ホルダは、バー又はロッドの構成を含むことで、それらの素子から成る機械的に安定なフレームが実現され得る。そのために、フレームは、２つの電極部分の間に安定的で狂い抵抗性のある機械的接続がもたらされ得るよう、２つの空間的に分離された接続部を用いて２つの電極部分を機械的に接続し得る。
【００３６】
本発明のさらなる実施態様によれば、ホルダは、電極の存在の故に、電子源と陽極との間の磁場が減少される領域内に配置される。これは電子源と陽極との間の電子加速場の極めて小さな歪みのみが生成され、少ない数の電子のみがホルダに衝突し得るか或いは全く衝突し得ないという利点を有する。
【００３７】
本発明のさらなる実施態様によれば、磁力生成装置は、磁力生成装置が電子源と陽極との間に見い出されるとき、小さな間隙のみが電子源と電極との間に残るように陽極から突出する。これは極めて強い電場が電子源と陽極との間にもたらされ得るという利点を有する。従って、電子源から解放される電子は、電子ビーム中に効果的に入れられ得る。しかしながら、間隙は、記載されるＸ線管が滑らかに取り扱われないときでさえ、電子が電子源と機械的に衝突しないことを保証するために十分に広くなければならないことが考慮されなければならない。さらに、異なる電位にある異なる構成部品部分の間に如何なる真空排気も起こらないことが考慮されなければならない。
【００３８】
好ましくは、小さな間隙は、電子源と陽極との間の距離の約１０％よりも小さい幅を有する。より好ましくは、小さな間隙は、電子源と陽極表面との間に延在する全電子ビーム経路の長さの約５％よりも小さい幅を有する。小さな間隙のみを設けることは、電子源を取り囲む電子雲から電子を効果的に引き出すよう構成される極めて高い電気プル場が生成されるという利点を有する。
【００３９】
本発明のさらなる実施態様によれば、電磁力生成装置は、少なくとも２つの電極を含む。好ましくは、電極は、一定の繰返し率を有するＸ線パルスが生成され得るよう、陽極の周縁に沿って対称的に分配される。
【００４０】
本発明のさらなる実施態様によれば、Ｘ線管は、電極が電子源から逸れた角度位置にあるとき、少なくとも部分的に電子ビーム電流を抑制するよう構成される電子反発装置をさらに含む。これは、変調指数、即ち、プル電極の存在の故に増大される電子ビーム強度と電子反発装置の存在の故に増大される電子ビーム強度との間の比が著しく増大され得るという利点をもたらし得る。高い変調指数は、切り換えられるパルス化Ｘ線源が、既知のＸ線管の幾分簡単な変更を備え得るという利点を有する。勿論、Ｘ線パルスの時間効率性は、陽極回転に依存する。
【００４１】
本発明のさらなる実施態様によれば、電子反発装置は、電子源に対して空間的に固定された位置に配置される。これは、電子反発装置の提供がＸ線管の組立てをより複雑にしないよう、並びに、電子反発装置電位が比較的に小さくあり得るし、絶縁手段が簡単であるが効果的に実現され得るよう、電子反発装置が如何なる可動部分を使用せずに実現され得るという利点を有する。固定的な電子反発装置は、好ましくは、電子源に取り付けられる。
【００４２】
勿論、固定的な電子反発装置は、電子ビームの電子に加えられる反発力をもたらし、その場合には、反発力は、陽極の実際の角度位置と無関係である。しかしながら、プル電極と電子源から解放される電子との間の電磁的相互作用は、電子反発装置と解放される電子との間の相互作用よりも一層強くあり得る。換言すれば、プル電極の存在は、電子反発装置の効果を過補償する。
【００４３】
しかしながら、陽極運動と同期的な交流電圧を電気的に動作される電子反発装置に印可することも勿論可能であることが述べられなければならない。
【００４４】
本発明のさらなる実施態様によれば、電子反発装置は、電子源に対して負圧で荷電可能な格子である。これは、電子反発装置、結果的に、Ｘ線管全体が、Ｘ線管を設計し且つ製造する分野において周知の構成部品部分で実現され得るという利点を有する。
【００４５】
本発明のさらなる実施態様によれば、電子反発装置は、陽極に取り付けられる。好ましくは、電子反発装置は、陽極のセクタ内に配置され、セクタは、電極に割り当てられる陽極セクタの横又は下に配置される。
【００４６】
最大変調指数をもたらすために、陽極表面は、電極に割り当てられる少なくとも第一セクタと、電子反発装置に割り当てられる少なくとも１つの第二セクタとにセグメント化され得る。これは、電子ビームが、電子ビームを促進する電子引張り反発装置又は電子ビームの伝搬を妨げる電子反発装置のいずれかに晒されるという利点を有する。
【００４７】
本発明のさらなる実施態様によれば、電子反発装置は、電気絶縁材料を含む。これは、絶縁材料が、電子ビームの自己抑制をもたらすという利点を有する。何故ならば、電子が絶縁材料上に衝突するとき、電子は、さらなる電子が、荷電電子反発装置によって生成される電場の故に拒絶されるよう自動的に荷電されるからである。これは、電子反発装置が、電子ビームの効果的な抑制をもたらす所謂電子反射鏡を表すことを意味する。
【００４８】
本発明のさらなる実施態様によれば、電磁力生成装置は、電子ビームを空間的に操作するための電子偏向装置である。電子ビームの操作は、記載されるX線管の動作中に、陽極表面上の焦点の位置が、陽極回転と同期して空間的に変化するという効果を有する。そのような変化は、例えば、空間的に異なる焦点に由来する検査下の物体が２つの僅かに異なる組のX線で貫通される、二重焦点X線システムのために使用され得る。
【００４９】
本発明のさらなる実施態様によれば、電子偏向装置は、ｚ軸に対して電子ビームを径方向に偏向するよう構成される。これは、電子ビームが、焦点位置の精密な制御が達成され得るよう、陽極表面部分の円運動に対して垂直に移動されるという利点を有する。
【００５０】
本発明のさらなる実施態様によれば、Ｘ線管は、さらなる電極を含み、さらなる電極は、さらなる電圧レベルに接続可能である。具体的には、所定電圧レベル及びさらなる電圧レベルが、異なる代数記号を有するとき、１つの電極は、プル電極として作用し得るのに対し、他の電極は、プッシュ電極(push electrode)を示し得る。そのために、電子ビーム偏向は、焦点が陽極表面上の比較的広い領域内で変更され得るよう増大され得る。
【００５１】
本発明のさらなる実施態様によれば、さらなる電極は、電子源に対して空間的に固定された位置に配置される。これはさらなる電極が極めて容易に接触され得るという利点を有する。何故ならば、電圧源と移動する部材との間に電気接続が提供される必要がないからである。
【００５２】
本発明のさらなる実施態様によれば、さらなる電極は、電子源と同一の電圧レベルにある。これは、さらなる電極に電力供給するために、余分の電圧源が提供される必要がないという利点を有する。第一電極が陽極と同一電圧にあるとき、Ｘ線管を動作するためにいずれにしても提供される電圧レベルと比較して、記載されるＸ線管を実現するために、追加的な電圧レベルが提供される必要はない。従って、既知のＸ線管から始まって、記載されるＸ線管は、比較的簡単な機械的構成のみで実現され得る。
【００５３】
本発明のさらなる実施態様によれば、電子偏向装置は、電子ビームが、基本的に電子源と陽極との間で全電子経路長に沿って操作され得るよう陽極から突出する。換言すれば、電子源と電子偏向装置との間に極めて狭い間隙だけがある。従って、電子源から放射される電子は、可能な限り長い相互作用長さ内で電子偏向装置と相互作用し得る。しかしながら、間隙は、記載されるＸ線管が滑らかに取り扱われないときでされ、電子偏向装置が電子源及び／又は電子偏向装置と機械的に衝突しないことを保証するために十分に広くなければならないことが考慮されなければならない。さらに、真空排気が起こらないことも保証されなければならない。
【００５４】
好ましくは、相互作用長さは、電子源と陽極との間の全電子ビーム経路の長さの少なくとも９０％である。より好ましくは、相互作用長さは、全電子ビーム経路の長さの少なくとも９５％である。
【００５５】
本発明のさらなる実施態様によれば、電子偏向装置は、（ａ）陽極の角度位置が第一角度範囲内にあるときに第一焦点が生成され、（ｂ）陽極の角度位置が第二角度範囲内にあるときに第二焦点が生成されるよう、電子ビームを別々に偏向するよう構成される。これは二重焦点Ｘ線管が、簡単な機械的構成を用いて実現され得るという利点を有する。
【００５６】
電子偏向装置は、陽極の１回の回転中、３つ或いはそれよりも多くの異なる焦点が順次的に生成されるようにも構成され得る。この場合には、電子偏向装置は、各セグメントが回転可能な陽極の特定の角度範囲に割り当てられるよう、３つ或いはそれよりも多くのセグメントを含まなければならない。
【００５７】
さらに、電子偏向装置は、回転可能な陽極の１回の回転中、焦点が、２つ或いはより一層空間的に異なる焦点の間で２回或いはより一層頻繁に往復して切り換えられるようにも形成され得ることが述べられなければならない。これは、陽極運動の周期性に比べて、焦点がより高い調和周期性で変更されることを意味する。
【００５８】
本発明のさらなる実施態様によれば、Ｘ線システム、具体的には、コンピュータ断層撮影システムのようなＸ線撮像システムが提供される。提要されるＸ線システムは、Ｘ線管の上述の実施態様のいずれか１つに従うＸ線管を含む。
【００５９】
本発明のこの特徴は、上記のＸ線管が、様々なＸ線システムのために、具体的には、医療診断のために使用され得るという着想に基づいている。
【００６０】
例えば、移動する物体の鮮明なＸ線画像を取得することを可能にするために検査下にある物体のパルス化照明から利益を受け得る。
【００６１】
さらに、２つのＸ線組が異なる照明角度下にある物体を貫通するよう、２つの異なる組のＸ線を用いて検査下にある物体を照明することから利益を受け得る。物体を横断させられるＸ線を感知するために検出器配列を使用するとき、所謂インターリーブ(interleaving)技法が適用されるようＸ線システムを設計し得る。そのために、１つの焦点のみが使用される場合には、異なる焦点に由来する隣接するＸ線が、隣接するＸ線の間の距離の半分である距離によって互いに分離される。これは、２つの焦点に割り当てられる２つのＸ線取得が適切な方法で組み合わせられるときに、Ｘ線システムの空間解像度が増大され得るという利点を有する。最適な条件下で、空間解像度は倍加され得る。
【００６２】
さらに、生成される２つのＸ線ビームが、より異なる照明角度の下で、例えば、ＣＴシステムのロータの９０度偏心(offset)の下で物体を貫通するよう２つの異なるＸ線管を用いた検査下で物体を照明することから利益を受け得る。そのために、両方のＸ線管の間で往復して切り換えるために、電流変調能力が使用される。
【００６３】
記載されるＸ線管は、医療撮像以外の他の目的のためにも使用され得ることが述べられなければならない。例えば、記載されるＸ線システムは、例えば、荷物検査装置のような安全システムのためにも利用され得る。そのために、パルス化Ｘ線源が、比較的速く移動するコンベヤベルト上に提供される荷物品目の検査を可能にする。
【００６４】
本発明のさらなる実施態様によれば、Ｘ線を生成するための、具体的には、コンピュータ断層撮影のような医療Ｘ線撮像のために使用されるＸ線を生成するための方法が提供される。提供される方法は、上述のＸ線管の実施態様のいずれか１つに従うＸ線管を使用するステップを含む。
【００６５】
本発明の実施態様は、異なる主題を参照して記載されたことが付記されなければならない。具体的には、一部の実施態様は、装置型の請求項を参照して記載されたのに対し、他の実施態様は方法型の請求項を参照して記載された。しかしながら、当業者は、別に通知されない限り、主題の１つの型に属する機能の如何なる組み合わせに加えて、異なる手段に関する機能の間の、具体的には、装置型の請求項の機能と方法型の請求項の機能との間の如何なる組み合わせも、この出願で開示されるべきであると考えられることを、上記の記載及び以下の記載から得るであろう。
【００６６】
本発明の上記に定められる特徴並びにさらなる特徴は、以下に記載されるべき実施態様の例から明らかであり、実施態様の例を参照して説明される。本発明は、実施態様の例を参照して以下により詳細に記載されるが、本発明はそれらに限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
図面中の例証は概略的である。異なる図面において、類似又は同一の素子は、同一の参照記号又は対応する参照記号と第一ディジット内でのみ異なる参照記号を備えることが付記される。
【００６８】
以下において、本発明の好適実施態様を表すＸ線管１００の構造は、図１ａ及び図１ｂを参照して説明される。そのために、図１ａは、時間内の第一地点でのＸ線管１００の断面図を示しているのに対し、図１ｂは、時間内の第二地点でのＸ線管１００の断面図を示している。
【００６９】
Ｘ線管１００は、電子源１１０を含む。電子源１１０は、熱陰極１１１と、所謂ウェーネルト円筒を用いて実現される電子集束装置１１５とを含む。適切に動作されるとき、電子源１１０は、電子ビーム１２０ａを放射する。
【００７０】
Ｘ線管１００は、さらに、回転対称形状を有する回転可能な陽極１３０を含む。陽極１３０は、その外部環形状領域内で平坦化されたディスクの形状を有する。陽極１３０は、旋回軸受（図示せず）によって支持される。さらに、陽極１３０は、回転駆動装置（図示せず）に結合され、回転駆動装置は、動作中、陽極１３０を回転軸１３５の周りで回転する。回転運動の方向は、矢印１３６で表示されている。
【００７１】
電子ビーム１２０ａは、陽極１３０の上方表面の焦点１２１上に衝突する。
【００７２】
電子ビーム１２０ａの強度を制御するために、陽極１３０は、電磁力生成装置を備え、電磁力生成装置は、ここに記載される本発明によれば、プル電極１４０である。プル電極１４０は、陽極１３０の上方表面から上向きに突出するホルダ１４５を用いて、回転可能な陽極１３０に取り付けられる。
【００７３】
ホルダ１４５は、プル電極１４０を機械的に支持するために使用されるだけではない。ホルダ１４５は、電極１４０と陽極１３０との間の電気コネクタとしても作用する。これはプル電極１４０が常に陽極１３０と同一の電圧レベルにあることを意味する。典型的には、電子源１１０は、接地レベルにあるのに対し、陽極１３０及びプル電極１４０は、約＋４０ｋＶ〜＋２２５ｋＶの電圧レベルにある。そのために、関連するエネルギ範囲内のＸ線光子が生成され得る。
【００７４】
プル電極１４０は、陽極１３０の第一セクタの上で、電極１４０が、回転対称的に回転軸１３５の周りに延在するよう成形される。換言すれば、電極１４０は環の形状を有するが、それは陽極１３０の第一セクタに限定される。
【００７５】
電極１４０内には、開口１４１が形成されている。開口１４１は、電子ビーム１２０ａがプル電極１４０を貫通し得るように成形される。ここに記載される実施態様によれば、開口は、限定的な円弧の形状を有するスリット１４１である。従って、電極１４０は、効果的に、スポークから作成されるフレーム１４６を用いて機械的且つ電気的に接続される２つの部分から成る。図１ａ及び図１ｂ中にそれぞれ描写される回転位相において、スポーク１４６は、図示の断面平面の上及び下に位置する。この状況はスポーク１４６を示す破線によって例証されている。
【００７６】
プル電極１４０が電子源１１０の下に見い出されるとき（図１ａを参照）、電極１４０がない場合の電子源１１０と陽極１３０との間の電場よりも一層大きい電気プル場(electric pull field)１４２ａが生成される。電子源１１０の直ぐ下の電場の増大は、電子源１１０とプル電極１４０との間の距離が、電子源１１０と陽極１３０の上方表面との間の距離よりも一層小さいという事実に基づく。増大されたプル場１４２ａは、増大された数の電子が熱陰極１１１を取り囲む電子雲から引き出されるという効果を有する。換言すれば、電子ビーム電流は、熱陰極１１１の温度に依存するのみならず、電子ビーム電流は、電気プル場１４２ａの大きさにも強く依存する。従って、陽極１３０と同一電極レベルにあり且つ電子源１１０の直ぐ下に配置されるプル電極１４０の存在は、電子ビーム１２０ａの電流を著しく増大する。この状況は、図１ａに描写されている。
【００７７】
プル電極１４０が、電子源１１０の横に見い出されるとき（図１ｂを参照）、電気プル場１４２ｂは、熱陰極１１１に存在する。電気プル場１４２ｂは、電子源１１０と陽極１４０との間の電圧差によって生成される電場に対応する。勿論、この電場は、電子源１１０と陽極１４０との間の距離に強く依存する。図１ａに示される強い電気プル場１４２ａとは対称的に、弱い場１４２ｂは、陰極１１１を取り囲む電子雲からより少ない電子を取り除く。これは電子ビーム１２０ｂがより一層少ない電流アンペア数をそれぞれ含むという効果を有する。この状況は点線矢印１２０ｂによって例証されている。
【００７８】
Ｘ線管１００の幾何、並びに、電子源１１０、陽極１３０、及び、プル電極１４０のそれぞれの電圧レベルは、ビーム切換えが達成され得るよう調節され得ることが述べられなければならない。そのために、電子ビーム１２０ａは、所定アンペア数を含むのに対し、電子ビーム１２０ｂは、完全にスイッチオフされる、即ち、電子は陽極表面に達しない。
【００７９】
さらに、プル電極１４０が、電子源１１０及び電子集束装置１１５の直ぐ下に配置されるという事実の故に、電子ビーム１２０ａの電子は、電子源１１０とプル電極１４０との間に延在する電場内で主に加速される。換言すれば、プル電極１４０と陽極１３０の上方表面との間の空間は、極めて弱い電場のみを含む。これは、この空間内での電子ビーム１２０ａの強い集束ずれを許容しないために、電子集束装置１１５は適切に調節されなければならないことを意味する。
【００８０】
好ましくは、プル電極１４０の内側部分と外側部分とを接続するスポーク１４６は、低い電場のみを含む領域内に位置付けられる。これは、スポークの存在に起因する電場歪みが、電子ビーム１２０ａの集束ずれが良好な近似において無視され得るよう最小限化され得るという利点を有する。
【００８１】
陽極１３０が回転軸１３５の周りで回転するとき、電子ビーム１２０の強度は２つの異なる強度の間で切り換わることが明らかなはずである。プル電極１４０が電子源１１０の下に見い出されるとき、高いビーム電流を有する電子ビーム１２０ａが生成される（図１ａを参照）。プル電極１４０が電子源１１０の下に見い出されないとき、低いビーム電流を有する電子ビーム１２０ｂが生成される（図１ｂを参照）。そのために、電子ビーム１２０ａ，１２０ｂの強度は、陽極運動に対して同期的に自動的に変調される。勿論、パルス幅は、常に、陽極回転の周期よりも短い。
【００８２】
この時点で、勿論、プル電極１４０の存在が電子源１１０と陽極１３０との間の磁束線に対する影響を有することが述べられなければならない。電子ビーム１２０ａの集束ずれを回避し、その結果として、拡大された焦点１２１を回避するために、電子集束装置１１５は、電子ビーム１２０ａ及び１２０ｂの両方がほぼ同程度の集束で陽極表面上に衝突するよう、陽極運動と同期して動的に動作され得る。
【００８３】
図２は、今や参照番号２３０で示される陽極１３０の上面図を示している。陽極２３０は、矢印２３６によって示されるように、回転軸２３５の周りで時計回りに回転する。陽極２３０は、２部プル電極２４０を備える。プル電極２４０の２つの部分は、間隙を表す開口２４１を介して互いに分離されている。開口２４１は、電子ビームが空間的に妨げられずに電極２４０を貫通し得るよう形成され且つ配置されている。
【００８４】
電極２４０の２つの部分は、様々なスポークから組み立てられたフレーム２４６を用いて電気的に且つ機械的に接続されている。さらに、電極２４０は、陽極２３０に電気的に接続されている。
【００８５】
陽極２３０及び電極２４０が、回転軸２３５の周りで普通に回転されるとき、電子源（図２中には示されていない）と陽極２３０との間の荷電された電極２４０の存在は、電子ビーム強度が時間内に変調されるよう、電気プル場の強い影響を有する。そのために、陽極２３０の環が、第一焦点トラック２２２ａ及び第二焦点トラック２２２ｂ内にセグメント化され得る。第一焦点トラック２２２ａは、高い強度の電子ビーム１２０ａが陽極２３０上に衝突する領域を表している。第二焦点トラック２２２ｂは、低い又は零の強度の電子ビーム１２０ｂが陽極表面上に衝突する領域を表している。
【００８６】
図３ａは、今や参照番号３３０で示される陽極２３０の上面図を示している。陽極３３０は、矢印３３６によって示されるように、回転軸３３５の周りを回転する。陽極３３０は、空間的に固定された電子源（図示せず）から放射される電子ビームによって衝突される。そのために、空間的に固定された焦点３２１が生成される。焦点３２１は、細長い矩形の形状を有する。焦点３２１内で生成されるＸ線は、回転軸３３５から外向きに径方向に放射されるので、放射されるＸ線の方向に対して垂直な焦点３２１の投射はより一層小さい。好ましくは、この投射において、焦点３２１は、正方形の形状を有する。
【００８７】
既に上記に説明されたように、回転する電極２４０は、第一焦点トラック３２２ａが識別され得るよう電子ビーム強度を変調する。その場合には、高い強度の電子ビーム１２０ａは、陽極３３０上に衝突する。従って、低い又は零の強度の電子ビーム１２０ｂが陽極表面上に衝突する第二焦点トラック３２２ｂが識別され得る。
【００８８】
ここに記載される実施態様によれば、プル電極２４０は、陽極３３０の角度的周縁の約１２．５％を覆う。従って、陽極３３０の１回の回転内で、高い強度のビームパルスは、陽極の回転の周期の約１／８持続する。小さな電流にのみ晒され得るに過ぎない陽極の部分は、省略さえされ得るし、或いは、高い電流に晒される、即ち、焦点トラック３２２ａを支持する部分ほど熱機械的に安定しない材料で作成さえされ得る。
【００８９】
図３ｂは、陽極回転の位相φの関数としてのビーム電流ｂｃの一時的挙動を例証するグラフを示している。ビーム変調は１００％であること、即ち、ビーム電流の強度は零電流と最大電流との間で切り換えられることが推定される。陽極３３０は、典型的には、位相φが時間ｔと正比例するような定角速度で回転する。
【００９０】
ビーム電流ｂｃは、焦点位置２１９に対する陽極運動の位相で描写され、その位相は、図３ａ中に示されるような任意の位相地点０°及び１８０°に対応する。そのために、０°〜４５°に及ぶ位相間隔の間で、電子ビームは、最大強度で陽極上に衝突する。位相地点４５°と３６０°との間で、電子ビームは抑制される。矢印３５０は、図３ａ中に描写されている陽極運動の位相を示している。勿論、陽極運動の周期性の故に、ビーム電流ｂｃの変調も、３６０°の周期で周期である。
【００９１】
図４は、本発明のさらなる実施態様に従ったＸ線管内に収容された陽極４３０の上面図を示している。陽極４３０は、陽極４３０とそれぞれ電気的に接続された４つのプル電極４４０を含む電磁力生成装置を備える。プル電極４４０は、陽極周縁に沿って均等に分配されている。各電極４４０は、スポークから成るフレーム４４６を用いて電気的且つ機械的に接続された２つの部分を含む。
【００９２】
陽極４３０が、矢印４３６によって示されるように、回転軸４３５の周りで回転するとき、空間的に固定された焦点４２１は、陽極表面の上を進行する。そのために、各焦点トラックが、高い強度の電子ビーム１２０ａが陽極４３０上に衝突する領域を表す、４つの焦点トラック４２２ａが特定され得る。従って、各焦点トラックが、低い又は零の強度の電子ビーム１２０ｂが陽極表面上に衝突する領域を表す、４つの焦点トラック４２２ｂが識別され得る。
【００９３】
図４ｂは、陽極４３０の回転位相φの関数としてのビーム電流ｂｃの一時的挙動を例証するグラフを示している。ビーム変調が１００％であること、即ち、ビーム電流の強度が、零電流と最大電流との間で切り換えられることが再び推定される。４つの均一に分配されたプル電極４４０を含む電磁力生成装置から予期され得るように、０°と３６０°との間の位相間隔内で、４つの電子ビームパルスが生成される。再び、矢印４５０は、図４ａ中に描写される陽極運動の位相を示している。
【００９４】
図５は、本発明のさらなる実施態様に従うＸ線管内に収容される回転可能な陽極５３０の上面図を示している。４つの電子反射鏡の提供を別にすれば、回転可能な陽極５３０は、図４に描写された陽極４３０と同一である。従って、陽極５３０の設計は、再び詳細には記載されない。図４中に描写された陽極４３０の記載を参照されたい。
【００９５】
電子反射鏡５６０は、４つのプル電極５４０の間に配置され、陽極が矢印５３６によって示されるように回転されるときに、回転軸５３５の周りでプル電極と共に普通に回転する。ビーム反射鏡５６０は、電気絶縁材料を含む。ビーム反射鏡５６０が、電子ビームによって衝突されるとき、絶縁材料は、負に荷電される。これは電子源の前の空間電荷を増大し、電子ビームを遮断する。
【００９６】
電子反射鏡５６０とプル電極５４０とを備えるＸ線管は、電子ビーム強度のより高い変調を可能にする。これは、プル電極５４０が電子源の前に見い出されるとき、電子が電子源から静電的に引き出され、ビーム強度が増大されるという事実に基づく。電子反射鏡５６０が電子源の前に見い出されるとき、電子は、電子ビームが抑制されるよう、陽極から静電的に反発される。
【００９７】
図６は、本発明のさらなる実施態様に従ったＸ線管６００の断面図を示している。Ｘ線管６００は、図１ａ及び図１ｂに描写されたＸ線管１００に主に対応している。同一の記載を反復しないために、Ｘ線管１００の上記に与えられた記載を参照されたし。
【００９８】
図１ａ及び図１ｂに示されるＸ線管１００と対称的に、Ｘ線管６００は、ホルダ（図示せず）を用いて電子源６１０に取り付けられた荷電可能な格子（グリッド）６００を追加的に備える。荷電可能な格子６００は、電圧源６６１と電気的に接続されている。
【００９９】
固定された荷電可能な格子６６０は、反発力が電子ビーム６２０ｃの電子に作用するよう、反発電場６４２ｃをもたらす。従って、電子源６１０の下にプル電極６４０が存在しない場合には、電子ビーム６２０ｃは遮断される。
【０１００】
勿論、反発機能は、陽極６３０の実際の角位置と無関係である。しかしながら、プル電極６４０が電子源６１０の下に存在するとき、プル電極６４０と電子源６１０から解放される電子との間の電磁的な相互作用は、格子６６０と解放された電子との間の相互作用よりも一層強い。換言すれば、プル電極６４０の存在は、電子反発装置の効果を過補償する。勿論、この過補償は、プル電極６４０及び陽極６３０が電子源６１０に対して正の高圧にあり且つ格子６６０が電子源６１０に対して負の低圧にあり、実現される幾何内の位置が適切に定められるときに可能であるに過ぎない。
【０１０１】
格子６６０に交流電圧を印可することも勿論可能であり、交流電圧は陽極６３０の運動と同期されることが述べられなければならない。このために、プル電極が電子源６１０の下に見い出されるとき、格子６６０は、浮動電圧レベルに切り換えられ得る。これは焦点サイズを変調するためにも使用され得る。何故ならば、変調される格子電位は、一般的には、電場線に影響を及ぼし、それと共に、電子ビームの集束に影響を及ぼすからである。
【０１０２】
以下では、本発明のさらなる実施態様を示すＸ線管７００の構造が、図７ａ及び図７ｂを参照して説明される。このために、図７ａは、時間内の第一地点でのＸ線管７００の断面スナップショットを示しているのに対し、図７ｂは、時間内の第二地点でのＸ線管７００の断面スナップショットを示している。
【０１０３】
図７ａ及び図７ｂから見られ得るように、Ｘ線管７００は、電子源７１０を含む。電子源７１０は、熱陰極７１１と、所謂ウェーネルト円筒を用いて実現される電子集束装置７１５とを含む。適切に動作されるとき、電子源７１０は、電子ビーム７２０を放射する。そのために、電子ビーム７２０の電流は、熱陰極７１１の実際の温度に強く依存する。温度が高ければ高いほど、より多くの電子が陰極材料から解放される。
【０１０４】
Ｘ線管７００は、さらに、回転対称な形状を有する回転可能な陽極７３０を含む。図７ａ及び７ｂから見られ得るように、陽極７３０は、その外側環形状領域内で平坦化されたディスクの形状を有する。陽極７３０は、旋回軸受（図示せず）内に収容されるシャフト７３１を用いて支持されている。シャフト７３１は、動作中に陽極７３０を回転軸７３５の周りで回転する回転駆動装置（図示せず）に結合されている。回転運動の方向は、矢印７３６で示されている。
【０１０５】
電子ビーム７２０は、陽極７３０の上方表面の焦点７２１ａ，７２１ｂ上に衝突する。図７ａ及び図７ｂから見られ得るように、電子ビーム７２０の経路が空間的に一定でないので、焦点７２１ａ，７２１ｂの位置は互いに分離されている。
【０１０６】
電子ビーム７２０を空間的に制御するために、陽極７３０は、電子偏向組立体を備える。電子偏向組立体は、陽極７３０の上方表面から突出するホルダ７４５を含む。電子偏向組立体は、さらに、ホルダ７４５に取り付けられた第一電極７４０を含む。陽極７３０の第一セクタの上で、第一電極７４０は、回転対称に回転軸７３５の周りに延在している。換言すれば、第一電極７４０は、環の形状を有するが、それは陽極７３０の所定セクタに限定される。電極７４０を側面で示す破線から推論されるように、ここに記載される実施態様によれば、所定セクタは、半円である。
【０１０７】
ホルダ７４５は、第一電極７４０を機械的に支持するために使用されるだけではない。ホルダ７４５は、第一電極７４０と陽極７３０との間の電気コネクタとしても作用する。これは第一電極７４０が常に陽極７３０と同一の電圧レベルにあることを意味する。典型的には、電子源７１０は接地レベルにあるのに対し、陽極７３０及び第一電極７４０は、約＋６０ｋｅＶ〜＋１４０ｋｅＶの電圧レベルにある。そのために、診断関連エネルギ範囲内のＸ線光子が生成され得る。
【０１０８】
Ｘ線管７００は、さらに、ホルダ７７１を用いて電子源１１０に機械的及び電気的に結合される第二電極７７０を含む。電子源７１０は空間固定位置においてＸ線管７００内に配置されるので、第二電極７７０もＸ線管７００内に固定される。
【０１０９】
第一電極７４０が電子源７１０の横方向に下に位置するとき、電子ビーム７２０は、電子ビーム７２０が第一焦点７２１ａ内で陽極７３０上に衝突するよう、回転軸７３５に向かって径方向に偏向される。この状況は、図１ａに描写されている。そのために、第一電極７４０は、電子ビーム７２０内の全ての電子のためにプル電極のように作用する。
【０１１０】
プル電極７４０が、電子源７１０及び電子集束装置７１５の直ぐ下に配置されているという事実の故に、電子ビーム７２０の電子は、電子源７１０と第一電極７４０との間に延在する電場内で主に加速される。換言すれば、第一電極７４０と陽極７３０の上方表面との間の空間は、極めて弱い電場のみを含む。これは、この空間内の電子ビーム７２０の強い集束ずれを許容しないよう、電子集束装置７１５が適切に調節されなければならないことを意味する。
【０１１１】
第一電極７４０が電子源７１０の反対側に配置されるとき、電子源７１０と陽極７３０との間の電場は、第一電極７４０によって影響されないか、或いは、極めて弱くだけ影響される。従って、電子ビーム７２０は、電子ビーム７２０が第二焦点７２１ｂ内で陽極７３０上に衝突するよう、主に直線内で陽極７３０に投射する。この状況は、図７ｂに描写されている。
【０１１２】
陽極７３０が回転軸７３５の周りで回転するとき、電子ビーム７２０の焦点７２１ａ，７２１ｂは、２つの空間的に異なる位置の間で切り替わる。第一電極７４０が電子源７１０の横方向に下に見い出されるとき、電子ビーム７２０は偏向され、第一焦点７２１ａは、ホルダ７４５の基部に近接して配置される（図７ａを参照）。第一電極７４０が電子源７１０の下に近接近して見い出されないとき、電子ビーム７２０は主に直線で投射し、焦点７２１ｂは、ホルダ７４５の基部から所定距離に配置される（図７ｂを参照）。勿論、偏向の周期は、陽極回転の周期よりも常に短い。
【０１１３】
この時点で、第一電極７４０の存在が、勿論、電子源７１０と陽極７３０との間の磁束線に対する影響を有することが述べられなければならない。電子ビーム７２０の偏向、さらに、その結果として、拡大された焦点７２１ａ，７２１ｂを回避するために、電子集束装置７１５は、偏向電子ビーム及び非偏向電子ビーム７２０の両方が、ほぼ同程度の集束で陽極表面上に衝突するよう、陽極運動と同期して動的に動作され得る。
【０１１４】
図８ａは、今や参照番号８３０で示される陽極７３０の上面図を示している。シャフト８３１によって支持される陽極８３０は、矢印８３６によって示されるように時計回りに回転する。陽極表面上に生成される焦点は、参照番号８２１ａで示されている。焦点８２１ａは、細長い矩形の形状を有する。しかしながら、焦点８２１ａ内に生成されるＸ線は、回転軸８３５から外向きに径方向に放射されるので、放射されるＸ線の方向に対して垂直な焦点８２１ａの投射はより一層小さい。好ましくは、この投射において、焦点８２１ａは、正方形の形状を有する。
【０１１５】
ここに記載される実施態様によれば、プル電極７４０は、陽極８３０の半分を覆う。従って、陽極８３０の１回転中に、２つの焦点トラックが陽極８３０上に生成される。第一焦点トラック８２２ａは、電子ビーム７２０が図７ａに示されるように偏向されるとき、陽極８３０上の焦点７２１ａの相対運動によって定められる。第二焦点トラック８２２ｂは、電子ビーム７２０が図７ｂに示されるように偏向されるとき、陽極表面上の焦点７２１ｂの相対運動によって定められる。
【０１１６】
図８ｂは、陽極８３０の回転の位相φの関数としてのビーム偏向ｂｄの一時的挙動を例証するグラフである。陽極８３０は、典型的には、位相φが時間ｔと正比例するよう、定角速度で回転する。
【０１１７】
ビーム偏向ｂｄは、焦点位置８２１ａに対する陽極運動の位相で描写されており、その位相は、図８ａに示されるような任意の位相地点０°及び１８０°に対応している。そのために、０°〜１８０°に亘る位相間隔の間で、電子ビームは偏向され、焦点トラック８２２ａをもたらす。位相地点１８０°と３６０°との間で、電子ビームは偏向されず、焦点トラック８２２ｂをもたらす。矢印８５０は、図８ａに描写されている陽極運動の位相を示している。勿論、陽極運動の周期性の故に、ビーム偏向ｂｄも、３６０°の周期で周期的である。
【０１１８】
勿論、電子偏向装置７４０の他のセグメント化も可能であることが述べられなければならない。例えば、電子偏向装置７４０は、偏向電子ビームと非偏向電子ビームとの間の一時的な分布が非均一であるよう、非対称に形成され得る。さらに、電子偏向装置は、陽極７４０の１回の回転中に、焦点７２１ａ，７２１ｂが、２回或いはより一層頻繁に２つの空間的に異なる焦点の間を往復して切り換えられるよう、１つよりも多くのセグメントで形成され得る。
【０１１９】
さらに、電子偏向装置７４０は、陽極７３０の１回の回転中に、３つ又はより一層多くの空間的に異なる焦点が順次的に生成されるようにも構成され得ることが指摘されなければならない。この場合には、電子偏向装置７４０は、３つ又はそれよりも多くのセグメントを含まなければならず、各セグメントは、回転可能な陽極７３０の一定の角度範囲に割り当てられる。
【０１２０】
「含む」という用語は、他の素子又はステップを排除せず、不定冠詞は、複数を排除しないことが付記されなければならない。また、異なる実施態様において記載された素子は、組み合わせられ得る。請求項中の参照記号は、請求項の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【０１２１】
本発明の上述の実施態様を概括するために、以下のように述べ得る。
【０１２２】
プル電極１４０を備える回転陽極１３０を含むＸ線管１００が記載される。プル電極１４０は、変調電子ビーム１２０ａ，１２０ｂを生成するために、固定電子源１１０と相互作用する。ビーム変調は、強度変動及び／又は空間偏向であり得る。プル電極１４０は、陽極１３０に対して固定位置に取り付けられ、それと共に回転する。プル電極１４０は、電子ビーム１２０ａを通すための孔１４１を有し得る。電子源１１０の前にあるとき、プル電極１４０は、強い電子ビーム１２０ａが生成されるよう高い電場１４２ａを引き起こす。電子源１１０の前にないとき、低電流又は零電流の電子ビーム１２０ｂのみが生成される。しかしながら、プル電極７４０は、陽極７３０の角度位置に依存して、電子ビーム７２０の焦点７２１ａ，７２１ｂの位置が変更されるよう、径方向ビーム偏向も引き起こし得る。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１ａ】回転陽極が第一角度位置にある本発明の好適実施態様に従ったＸ線管を示す断面図である。
【図１ｂ】回転陽極が第一角度位置にある図１ａに示されるＸ線管を示す断面図である。
【図２】図１ａ及び図１ｂに示されるＸ線管を示す上面図である。
【図３ａ】異なるビーム電流に割り当てられた異なる焦点トラックが表示された図１ａ及び図１ｂに示される陽極を示す上面図である。
【図３ｂ】陽極の回転位相の関数としてビーム電流を示すグラフである。
【図４ａ】陽極周縁に沿って均等に分配された４つのプル電極を含む陽極を示す上面図である。
【図４ｂ】図３ａに示される陽極の回転位相の関数としてビーム電流を示すグラフである。
【図５】４つのプル電極と４つの静電電子反射鏡とを含む陽極を示す上面図である。
【図６】Ｘ線管の電子源に取り付けられる荷電可能な格子を含み、荷電可能な格子が静止電子反発装置として作用するＸ線管を示す断面図である。
【図７ａ】回転可能な陽極が第一角度位置にある本発明のさらなる実施態様に従ったＸ線管を示す断面図である。
【図７ｂ】回転可能な陽極が第二角度位置にある図７ａに示されるＸ線管を示す断面図である。
【図８ａ】図７ａに示されるＸ線管の陽極を示す上面図である。
【図８ｂ】焦点に対する図８ａに示される陽極の回転位相の関数としてビーム偏向を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２４】
１００ Ｘ線管 (X-ray tube)
１１０ 電子源 (electron source)
１１１ 熱陰極 (hot cathode)
１１５ 電子集束装置／ウェーネルト円筒 (electron focusing device/wehnelt cylinder)
１２０ａ 電子ビーム（高電流） (electron beam (high current))
１２０ｂ 電子ビーム（低電流） (electron beam (low current))
１２１ 焦点 (focal point)
１３０ 陽極 (anode)
１３５ 回転軸／ｚ軸 (rotational axis/z-axis)
１３６ 回転方向 (rotational direction)
１４０ 電磁力生成装置／プル電極 (electromagnetic force generation device/pull electrode)
１４１ 開口／間隙 (opening/gap)
１４２ａ 電気プル場（強い） (electric pull field (strong))
１４２ｂ 電気プル場（弱い） (electric pull field (weak))
１４５ ホルダ
１４６ フレーム／スポーク (frame/spoke)
２２２ａ 第一焦点トラック（高電子ビーム電流） (first focal spot track (high electron beam current))
２２２ｂ 第二焦点トラック（低電子ビーム電流） (second focal spot track (low electron beam current))
２３０ 陽極 (anode)
２３５ 回転軸／ｚ軸 (rotational axis/z-axis)
回転軸／ｚ軸 (rotational axis/z-axis)
２４０ 電磁力生成装置／プル電極 (electromagnetic force generation device/pull electrode)
２４１ 開口 (opening)
２４６ フレーム／スポーク (frame/spoke)
３２１ 焦点 (focal spot)
３２２ａ 焦点トラック（高電子ビーム電流） (focal spot track (high electron beam current))
３２２ｂ 焦点トラック（低／零電子ビーム電流） (focal spot track (low/zero electron beam current))
３３０ 陽極 (anode)
３３５ 回転軸／ｚ軸 (rotational axis/z-axis)
３３６ 回転方向 (rotational direction)
３５０ 描写時間を示す矢印 (arrow indicating depicted time)
ｂｃ ビーム電流 (beam current)
φ 回転の位相 (phase of rotation)
４２１ 焦点(focal spot)
４２２ａ 焦点トラック（高電子ビーム電流） (focal spot track (high electron beam current))
４２２ｂ 焦点トラック（低／零電子ビーム電流） (focal spot track (low/zero electron beam current))
４３０ 陽極 (anode)
４３５ 回転軸／ｚ軸 (rotational axis/z-axis)
４３６ 回転方向 (rotational direction)
４４０ 電磁力生成装置／プル電極 (electromagnetic force generation device/pull electrode)
４４６ フレーム／スポーク (frame/spoke)
４５０ 描写時間を示す矢印 (arrow indicating depicted time)
ｂｃ ビーム電流 (beam current)
φ 回転の位相 (phase of rotation)
５２１ 焦点(focal spot)
５３０ 陽極 (anode)
５３５ 回転軸／ｚ軸 (rotational axis/z-axis)
５３６ 回転方向 (rotational direction)
５４０ 電磁力生成装置／プル電極 (electromagnetic force generation device/pull electrode)
５４６ ホルダ／スポーク (holder/spoke)
５６０ 電子反発装置／電気絶縁材料／電子反射鏡 (electron-repelling device/electrically isolating material/electron mirror)
６００ Ｘ線管 (X-ray tube)
６１０ 電子源 (electron source)
６１１ 熱陰極 (hot cathode)
６１５ 電子集束装置／ウェーネルト円筒 (electron focusing device/wehnelt cylinder)
６２０ｃ 遮断電子ビーム (blocked electron beam)
６３０ 陽極 (anode)
６３５ 回転軸／ｚ軸 (rotational axis/z-axis)
６３６ 回転方向 (rotational direction)
６４０ 電磁力生成装置／プル電極 (electromagnetic force generation device/pull electrode)
６４１ 開口 (opening)
６４２ｃ 電気反発場 (electric repelling field)
６４５ ホルダ (holder)
６４６ フレーム／スポーク (frame/spokes)
６６０ 電子反発装置／荷電可能な格子 (electron-repelling device/chargeable grid)
６６１ 電圧源 (voltage source)
７００ Ｘ線管 (X-ray tube)
７１０ 電子源 (electron source)
７１１ 熱陰極 (hot cathode)
７１５ 電子集束装置／ウェーネルト円筒 (electron focusing device/wehnelt cylinder)
７２０ 電子ビーム (electron beam)
７２１ａ 第一焦点 (first focal spot)
７２１ｂ 第二焦点 (second focal spot)
７３０ 陽極 (anode)
７３１ シャフト (shaft)
７３５ 回転軸／ｚ軸 (rotational axis/z-axis)
７３６ 回転方向 (rotational direction)
７４０ 電子偏向装置／第一電極／プル電極 (electron deflection device/first electrode/pull electrode)
７４５ ホルダ (holder)
７７０ 第二電極 (second electrode)
７７１ 第二電極用ホルダ (holder for second electrode)
８２１ａ 第一焦点 (first focal spot)
８２２ａ 第一焦点トラック (first focal spot track)
８２２ｂ 第二焦点トラック (second focal spot track)
８３０ 陽極 (anode)
８３１ シャフト (shaft)
８３５ 回転軸／ｚ軸 (rotational axis/z-axis)
８３６ 回転方向 (rotational direction)
８５０ 描写時間を示す矢印 (arrow indicating depicted time)
ｂｄ 電子偏向
φ 回転の位相 (phase of rotation)
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線管を用いてＸ線を生成する分野に関する。具体的には、本発明は、Ｘ線管の陽極上に衝突する電子ビームが周期的に操作されるＸ線管に関する。そのために、操作は、生成されるＸ線の強度が時間内に変調され得るようなビーム電流の変化を含む。操作は、陽極上に衝突する電子の焦点が空間的に変更され得るような空間変動も含む。
【０００２】
本発明は、さらに、Ｘ線システム、具体的には、Ｘ線システムが上述のようなＸ線管を含む医療Ｘ線撮像システムに関する。
【０００３】
さらに、本発明は、具体的には、上述のようなＸ線管が使用される医療Ｘ線撮像のために使用されるＸ線を生成するための方法にも関する。
【背景技術】
【０００４】
コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）は、放射線診断のための標準的な撮像技法である。一部の環境では、ＣＴシステムは、放射されるＸ線の強度が時間内に変調されるパルス化Ｘ線源を備えることが望ましい。例えば、人体の速く動作する器官、例えば、心臓領域のＸ線撮像は、電子ビームの時限切換えをもたらすＸ線源を必要とする。しかしながら、パルス化Ｘ線源は、移動する物体の二次元Ｘ線透視法又は治療放射線法のような他の用途のためにも使用され得る。
【０００５】
Ｘ線管のＸ線出力投与量を制御するために、Ｘ線管の陽極上に衝突する電子ビームの電流を制御することが必要である。Ｘ線管内の電子ビーム電流を変調するための既知の異なる手段がある。
【０００６】
第一の既知の手段は、熱陰極のような電子エミッタの温度を変化することである。そのために、ある時間間隔内に電子エミッタから解放される電子の数を制御することが可能である。
【０００７】
第二の既知の手段は、Ｘ線管の電子源と陽極との間の磁場が時間内に変動されるよう、Ｘ線管にパルス化された高電圧を電力供給することである。そのために、電子エミッタを取り囲む電子雲内に存在する電子がパルス化された方法で雲から取り除かれるよう、電子エミッタから解放される電子に作用する静電力が時間内で変動される。
【０００８】
第三の既知の手段は、電子エミッタの前で直接的に電場を変動することである。これはパルス化電圧を電子エミッタに近接近して配置される電極に印可することによって実現され得る。電極は、例えば、電子ビームが電極を貫通することを可能にする格子（グリッド）であり得る。
【０００９】
全てのこれらの手段は、パルス化電子ビームが、比較的高い交流電圧又は電流をＸ線管の様々な構成部品に適用することに基づくことである。しかしながら、全てのこれらの構成部品や、これらの構成部品のための対応する供給線も、対応する電圧又は電流信号がスミヤされるよう、寄生キャパシタンス及びインピーダンスを有する。従って、Ｘ線強度の段階的切換は、高価な電圧又は電流源が電子ビームの変調のために用いられる場合にのみ可能である。
【００１０】
その上、焦点放射Ｘ線を検査される患者に対して１つの場所から他の場所へ急激に移動し得るＸ線源を備えるＣＴシステムを提供することが望ましいＸ線撮像用途もある。Ｘ線管の陽極の表面上に衝突する電子の電気的及び／又は磁気的な偏向によってそのような移動をもたらすことが提案されている。
【００１１】
陽極の表面を移動することによって空間焦点移動を提供することも提案されている。そのために、電子ビームは、対応する電子源に対して異なる距離で陽極表面に衝突し得る。
【００１２】
ＵＳ４，１０７，５６３は、ＣＴ装置において使用されるのに特に適したＸ線生成管を開示している。Ｘ線生成管は、振動的に陽極の回転軸に沿って線形に移動され得る回転陽極を含む。陽極振動は、回転陽極のシャフトに形成され且つ回転シャフトの軸受に設けられるペグと機械的に相互作用する所謂８字形溝を用いて実現される。陽極がＸ線管の外被に対して移動されるとき、生成されるＸ線の起源を表す焦点も外被に対して移動される。
【００１３】
ＪＰ５８−１１７６２９は、電子ビームの走行距離が標的の回転に応答して変化し得るようＸ線管の標的の形状を変形し且つ処理することによってＸ線マイクロビームを生成するための小型で低価格なＸ線管を開示している。
【００１４】
ＵＳ５，９０７，５９２は、検査下の物体の投射測定値の組を生成するためのＣＴ装置を開示している。ＣＴ装置は、陽極の回転中に生成されるＸ線ビームが２つの焦点場所の間で順次的に変調されるよう成形される陽極表面を有するＸ線源を含む。そのために、陽極の各回転中、二組の投射データが取得され、その場合には、これらの投射データは、物体の２つの異なるスライスを表している。投射データは、物体の画像を再構築するためにインターレース状に使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
生成されるＸ線が時間内に変調されるよう電子ビームの容易で速い操作を可能にするＸ線管を提供する必要があり得る。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この必要は、従属項に従った主題によって満足され得る。本発明の有利な実施態様は、従属項によって記載されている。
【００１７】
本発明の第一の特徴によれば、（ａ）ビーム軸に沿って投射する電子ビームを生成するために適合される電子源を含み、（ｂ）ビーム軸内に配置される陽極を含み、陽極は電子ビームがその表面の焦点の上に衝突するよう配置され、陽極はｚ軸の周りで回転可能であり、（ｃ）回転可能な陽極に取り付けられる電子ビーム操作装置を含む、Ｘ線管が提供される。
【００１８】
本発明のこの特徴は、陽極の回転が、陽極運動に対して同期的に電子ビームを操作するために有利に利用され得るという着想に基づく。そのために、陽極と共に回転する部分は、陽極表面上に衝突する電子ビームを変調するよう構成される。勿論、ビーム操作の期間は、陽極回転の周期よりも短い。典型的には、陽極は、約１０Ｈｚと１ｋＨｚとの間の回転速度で回転する。好ましくは、陽極は、約５０Ｈｚと２００Ｈｚとの間の回転速度で回転する。
【００１９】
記載されるＸ線管は、既知のＸ線管に対して幾分簡単な変更を行うことによって実現され得る。必要な唯一の変更は、電子ビーム操作装置が回転可能な陽極に剛的に固定されるよう、電子ビーム操作装置のための保持構成を提供することである。
【００２０】
典型的には、電子源は、熱陰極である。これは電子電流が熱陰極材料の温度を十分に制御することによって精密に調節され得るという利点を有する。
【００２１】
本発明の実施態様によれば、電子ビーム操作装置は、電子ビームの電子に電磁力を加えるよう構成される磁力生成装置である。典型的にはＸ線館内の空間的に固定された位置に配置される既知の動的に動作される電磁力生成装置と対称的に、回転する電磁力生成装置は、多かれ少なかれ一定のアンペア数を含む静電荷及び／又は静電流で動作され得る。従って、所望のＸ線管は、高い交流電圧レベル又は交流電流を回転可能な電磁力生成装置に適用する必要がないという利点を有する。従って、寄生キャパシタンス及び／又はインピーダンスは、極めて良好な近似において電子ビームの段階的変調が実現され得るよう、適用される電圧及び／又は電流信号の平坦化に余り寄与しないか或いは全く寄与しない。
【００２２】
本発明の実施態様によれば、磁力生成装置は、電子ビームを電子的に操作するための電極を含み、電極は所定の電圧レベルに接続可能である。これは、電子ビーム強度の変調が、陽極と共に回転可能な電極に印可される静電圧レベルを制御することによって実現され得るという利点をもたらす。
【００２３】
電極と電磁力生成装置との間の磁性相互作用に基づくビーム変調と対称的に、ビームの精密な制御がより容易に実現され得る。何故ならば、電磁力生成装置のために電流が生成される必要がないからである。しかしながら、磁性相互作用に基づくビーム変調は、回転可能な陽極に空間的に固定される永久磁石によっても実現され得ることが述べられなければならない。
【００２４】
電子ビームの強度を変調するために、磁性相互作用に基づく電磁力生成装置が利用される場合には、電子ビーム経路から電子を取り除くために、電子トラップのような電子ビームダンプを使用することが有用であり得る。
【００２５】
電磁力生成装置は、互いに異なる電圧レベルにあり得る１つよりも多くの電極又は１つよりも多くの電極部分も含み得ることが指摘されなければならない。そのために、２つのみならず、２つよりも多くの異なる電子ビーム状態を含む、変調された電子ビームが提供され得る。
【００２６】
本発明のさらなる実施態様によれば、電極は陽極と同一の電圧レベルにある。これは、移動する電極と典型的には固定的な電圧源との間に追加的な電気接続が提供される必要がないという利点を有する。
【００２７】
本発明のさらなる実施態様によれば、（ａ）陽極は、ｚ軸に対する回転対称性を含むディスクであり、（ｂ）陽極の上面図において、電極は、陽極の少なくとも１つのセクタを覆う。好ましくは、ディスクは、その外側環領域内で平坦化されるか或いは先細り状にされる。これは、平坦化角度に依存して、生成されるＸ線が、ｚ軸に対して本質的に垂直な方向に放射され得るという利点を有する。
【００２８】
本発明のさらなる実施態様によれば、Ｘ線管は、陽極の角度位置が所定の角度範囲内にあるときに電子源と電磁力生成装置との間に配置される電子集束装置をさらに含む。これは、Ｘ線管から生成されるＸ線が陽極表面の空間的に精密に定められる領域から由来するよう、焦点の長さ及び幅が正確に制御され得るという利点をもたらし得る。
【００２９】
電子集束装置は、例えば、ウェーネルト円筒である。これは、反対の電位を備えるＸ線管の陰極を含んで、電子ビームを集束し且つ空間的に制御するよう設計された、円筒的に成形された電極である。
【００３０】
本発明のさらなる実施態様によれば、電極は開口を含む。これは、電極が電子源の直ぐ隣に配置されるとき、主に均一な電場が電子源と電極との間に生成され得るという利点を有する。電極が電子源に比べより正である電圧レベルにある場合、電気プル場が生成され得るか、或いは、既存のプル場が増大され得る。それは電子源の陰極を取り囲む電子をこの雲（空間電荷）から引き出させることで、それによる限定的な空間電荷の故に、電子ビームの強度が著しく増大され得る。そのために、電気プル場は、電子源と陽極との間に生成される電気加速場よりも強くなければならない。勿論、電気プル場の強さは、電子源と電極との間の電圧差に依存しないのみならず、電気プル場の強社、電子源と電極との間の距離にも依存しない。
【００３１】
電極内に開口を設けることは、電子ビームの高い貫通要因が達成され得るというさらなる利点を有する。これは、具体的には、開口が、電子ビームが、電極又は電極の部分の縁部又は隅部に対して当接せずに、電極を横断し得るようなサイズを含む場合である。
【００３２】
好ましくは、電磁力生成装置は、電子源に対する陽極の角度位置に依存して電子ビームが最大強度で陽極表面上に衝突し得るよう、或いは、Ｘ線が生成されないように電子ビームが完全にスイッチオフされ得るよう、ビーム強度を操作するよう構成される。そのために、パルス化Ｘ線源が提供される。
【００３３】
本発明のさらなる実施態様によれば、電極は、ホルダを用いて互いに機械的に接続される少なくとも２つの部分を含む。好ましくは、ホルダは、２つの部分を互いに電気的に接続するためにも使用され得る。
【００３４】
本発明のさらなる実施態様によれば、ホルダは、バー又はロッドを含む。これらの素子は、明らかに細長い形状を有することによって特徴付けられる。これは、電子ビームの伝搬が殆ど妨害されないよう、ホルダが電子ビームのために極めて小さなシャドウイング効果のみを生成するという利点をもたらし得る。
【００３５】
好ましくは、ホルダは、バー又はロッドの構成を含むことで、それらの素子から成る機械的に安定なフレームが実現され得る。そのために、フレームは、２つの電極部分の間に安定的で狂い抵抗性のある機械的接続がもたらされ得るよう、２つの空間的に分離された接続部を用いて２つの電極部分を機械的に接続し得る。
【００３６】
本発明のさらなる実施態様によれば、ホルダは、電極の存在の故に、電子源と陽極との間の磁場が減少される領域内に配置される。これは電子源と陽極との間の電子加速場の極めて小さな歪みのみが生成され、少ない数の電子のみがホルダに衝突し得るか或いは全く衝突し得ないという利点を有する。
【００３７】
本発明のさらなる実施態様によれば、磁力生成装置は、磁力生成装置が電子源と陽極との間に見い出されるとき、小さな間隙のみが電子源と電極との間に残るように陽極から突出する。これは極めて強い電場が電子源と陽極との間にもたらされ得るという利点を有する。従って、電子源から解放される電子は、電子ビーム中に効果的に入れられ得る。しかしながら、間隙は、記載されるＸ線管が滑らかに取り扱われないときでさえ、電子が電子源と機械的に衝突しないことを保証するために十分に広くなければならないことが考慮されなければならない。さらに、異なる電位にある異なる構成部品部分の間に如何なる真空排気も起こらないことが考慮されなければならない。
【００３８】
好ましくは、小さな間隙は、電子源と陽極との間の距離の約１０％よりも小さい幅を有する。より好ましくは、小さな間隙は、電子源と陽極表面との間に延在する全電子ビーム経路の長さの約５％よりも小さい幅を有する。小さな間隙のみを設けることは、電子源を取り囲む電子雲から電子を効果的に引き出すよう構成される極めて高い電気プル場が生成されるという利点を有する。
【００３９】
本発明のさらなる実施態様によれば、電磁力生成装置は、少なくとも２つの電極を含む。好ましくは、電極は、一定の繰返し率を有するＸ線パルスが生成され得るよう、陽極の周縁に沿って対称的に分配される。
【００４０】
本発明のさらなる実施態様によれば、Ｘ線管は、電極が電子源から逸れた角度位置にあるとき、少なくとも部分的に電子ビーム電流を抑制するよう構成される電子反発装置をさらに含む。これは、変調指数、即ち、プル電極の存在の故に増大される電子ビーム強度と電子反発装置の存在の故に増大される電子ビーム強度との間の比が著しく増大され得るという利点をもたらし得る。高い変調指数は、切り換えられるパルス化Ｘ線源が、既知のＸ線管の幾分簡単な変更を備え得るという利点を有する。勿論、Ｘ線パルスの時間効率性は、陽極回転に依存する。
【００４１】
本発明のさらなる実施態様によれば、電子反発装置は、電子源に対して空間的に固定された位置に配置される。これは、電子反発装置の提供がＸ線管の組立てをより複雑にしないよう、並びに、電子反発装置電位が比較的に小さくあり得るし、絶縁手段が簡単であるが効果的に実現され得るよう、電子反発装置が如何なる可動部分を使用せずに実現され得るという利点を有する。固定的な電子反発装置は、好ましくは、電子源に取り付けられる。
【００４２】
勿論、固定的な電子反発装置は、電子ビームの電子に加えられる反発力をもたらし、その場合には、反発力は、陽極の実際の角度位置と無関係である。しかしながら、プル電極と電子源から解放される電子との間の電磁的相互作用は、電子反発装置と解放される電子との間の相互作用よりも一層強くあり得る。換言すれば、プル電極の存在は、電子反発装置の効果を過補償する。
【００４３】
しかしながら、陽極運動と同期的な交流電圧を電気的に動作される電子反発装置に印可することも勿論可能であることが述べられなければならない。
【００４４】
本発明のさらなる実施態様によれば、電子反発装置は、電子源に対して負圧で荷電可能な格子である。これは、電子反発装置、結果的に、Ｘ線管全体が、Ｘ線管を設計し且つ製造する分野において周知の構成部品部分で実現され得るという利点を有する。
【００４５】
本発明のさらなる実施態様によれば、電子反発装置は、陽極に取り付けられる。好ましくは、電子反発装置は、陽極のセクタ内に配置され、セクタは、電極に割り当てられる陽極セクタの横又は下に配置される。
【００４６】
最大変調指数をもたらすために、陽極表面は、電極に割り当てられる少なくとも第一セクタと、電子反発装置に割り当てられる少なくとも１つの第二セクタとにセグメント化され得る。これは、電子ビームが、電子ビームを促進する電子引張り反発装置又は電子ビームの伝搬を妨げる電子反発装置のいずれかに晒されるという利点を有する。
【００４７】
本発明のさらなる実施態様によれば、電子反発装置は、電気絶縁材料を含む。これは、絶縁材料が、電子ビームの自己抑制をもたらすという利点を有する。何故ならば、電子が絶縁材料上に衝突するとき、電子は、さらなる電子が、荷電電子反発装置によって生成される電場の故に拒絶されるよう自動的に荷電されるからである。これは、電子反発装置が、電子ビームの効果的な抑制をもたらす所謂電子反射鏡を表すことを意味する。
【００４８】
本発明のさらなる実施態様によれば、電磁力生成装置は、電子ビームを空間的に操作するための電子偏向装置である。電子ビームの操作は、記載されるX線管の動作中に、陽極表面上の焦点の位置が、陽極回転と同期して空間的に変化するという効果を有する。そのような変化は、例えば、空間的に異なる焦点に由来する検査下の物体が２つの僅かに異なる組のX線で貫通される、二重焦点X線システムのために使用され得る。
【００４９】
本発明のさらなる実施態様によれば、電子偏向装置は、ｚ軸に対して電子ビームを径方向に偏向するよう構成される。これは、電子ビームが、焦点位置の精密な制御が達成され得るよう、陽極表面部分の円運動に対して垂直に移動されるという利点を有する。
【００５０】
本発明のさらなる実施態様によれば、Ｘ線管は、さらなる電極を含み、さらなる電極は、さらなる電圧レベルに接続可能である。具体的には、所定電圧レベル及びさらなる電圧レベルが、異なる代数記号を有するとき、１つの電極は、プル電極として作用し得るのに対し、他の電極は、プッシュ電極(push electrode)を示し得る。そのために、電子ビーム偏向は、焦点が陽極表面上の比較的広い領域内で変更され得るよう増大され得る。
【００５１】
本発明のさらなる実施態様によれば、さらなる電極は、電子源に対して空間的に固定された位置に配置される。これはさらなる電極が極めて容易に接触され得るという利点を有する。何故ならば、電圧源と移動する部材との間に電気接続が提供される必要がないからである。
【００５２】
本発明のさらなる実施態様によれば、さらなる電極は、電子源と同一の電圧レベルにある。これは、さらなる電極に電力供給するために、余分の電圧源が提供される必要がないという利点を有する。第一電極が陽極と同一電圧にあるとき、Ｘ線管を動作するためにいずれにしても提供される電圧レベルと比較して、記載されるＸ線管を実現するために、追加的な電圧レベルが提供される必要はない。従って、既知のＸ線管から始まって、記載されるＸ線管は、比較的簡単な機械的構成のみで実現され得る。
【００５３】
本発明のさらなる実施態様によれば、電子偏向装置は、電子ビームが、基本的に電子源と陽極との間で全電子経路長に沿って操作され得るよう陽極から突出する。換言すれば、電子源と電子偏向装置との間に極めて狭い間隙だけがある。従って、電子源から放射される電子は、可能な限り長い相互作用長さ内で電子偏向装置と相互作用し得る。しかしながら、間隙は、記載されるＸ線管が滑らかに取り扱われないときでされ、電子偏向装置が電子源及び／又は電子偏向装置と機械的に衝突しないことを保証するために十分に広くなければならないことが考慮されなければならない。さらに、真空排気が起こらないことも保証されなければならない。
【００５４】
好ましくは、相互作用長さは、電子源と陽極との間の全電子ビーム経路の長さの少なくとも９０％である。より好ましくは、相互作用長さは、全電子ビーム経路の長さの少なくとも９５％である。
【００５５】
本発明のさらなる実施態様によれば、電子偏向装置は、（ａ）陽極の角度位置が第一角度範囲内にあるときに第一焦点が生成され、（ｂ）陽極の角度位置が第二角度範囲内にあるときに第二焦点が生成されるよう、電子ビームを別々に偏向するよう構成される。これは二重焦点Ｘ線管が、簡単な機械的構成を用いて実現され得るという利点を有する。
【００５６】
電子偏向装置は、陽極の１回の回転中、３つ或いはそれよりも多くの異なる焦点が順次的に生成されるようにも構成され得る。この場合には、電子偏向装置は、各セグメントが回転可能な陽極の特定の角度範囲に割り当てられるよう、３つ或いはそれよりも多くのセグメントを含まなければならない。
【００５７】
さらに、電子偏向装置は、回転可能な陽極の１回の回転中、焦点が、２つ或いはより一層空間的に異なる焦点の間で２回或いはより一層頻繁に往復して切り換えられるようにも形成され得ることが述べられなければならない。これは、陽極運動の周期性に比べて、焦点がより高い調和周期性で変更されることを意味する。
【００５８】
本発明のさらなる実施態様によれば、Ｘ線システム、具体的には、コンピュータ断層撮影システムのようなＸ線撮像システムが提供される。提要されるＸ線システムは、Ｘ線管の上述の実施態様のいずれか１つに従うＸ線管を含む。
【００５９】
本発明のこの特徴は、上記のＸ線管が、様々なＸ線システムのために、具体的には、医療診断のために使用され得るという着想に基づいている。
【００６０】
例えば、移動する物体の鮮明なＸ線画像を取得することを可能にするために検査下にある物体のパルス化照明から利益を受け得る。
【００６１】
さらに、２つのＸ線組が異なる照明角度下にある物体を貫通するよう、２つの異なる組のＸ線を用いて検査下にある物体を照明することから利益を受け得る。物体を横断させられるＸ線を感知するために検出器配列を使用するとき、所謂インターリーブ(interleaving)技法が適用されるようＸ線システムを設計し得る。そのために、１つの焦点のみが使用される場合には、異なる焦点に由来する隣接するＸ線が、隣接するＸ線の間の距離の半分である距離によって互いに分離される。これは、２つの焦点に割り当てられる２つのＸ線取得が適切な方法で組み合わせられるときに、Ｘ線システムの空間解像度が増大され得るという利点を有する。最適な条件下で、空間解像度は倍加され得る。
【００６２】
さらに、生成される２つのＸ線ビームが、より異なる照明角度の下で、例えば、ＣＴシステムのロータの９０度偏心(offset)の下で物体を貫通するよう２つの異なるＸ線管を用いた検査下で物体を照明することから利益を受け得る。そのために、両方のＸ線管の間で往復して切り換えるために、電流変調能力が使用される。
【００６３】
記載されるＸ線管は、医療撮像以外の他の目的のためにも使用され得ることが述べられなければならない。例えば、記載されるＸ線システムは、例えば、荷物検査装置のような安全システムのためにも利用され得る。そのために、パルス化Ｘ線源が、比較的速く移動するコンベヤベルト上に提供される荷物品目の検査を可能にする。
【００６４】
本発明のさらなる実施態様によれば、Ｘ線を生成するための、具体的には、コンピュータ断層撮影のような医療Ｘ線撮像のために使用されるＸ線を生成するための方法が提供される。提供される方法は、上述のＸ線管の実施態様のいずれか１つに従うＸ線管を使用するステップを含む。
【００６５】
本発明の実施態様は、異なる主題を参照して記載されたことが付記されなければならない。具体的には、一部の実施態様は、装置型の請求項を参照して記載されたのに対し、他の実施態様は方法型の請求項を参照して記載された。しかしながら、当業者は、別に通知されない限り、主題の１つの型に属する機能の如何なる組み合わせに加えて、異なる手段に関する機能の間の、具体的には、装置型の請求項の機能と方法型の請求項の機能との間の如何なる組み合わせも、この出願で開示されるべきであると考えられることを、上記の記載及び以下の記載から得るであろう。
【００６６】
本発明の上記に定められる特徴並びにさらなる特徴は、以下に記載されるべき実施態様の例から明らかであり、実施態様の例を参照して説明される。本発明は、実施態様の例を参照して以下により詳細に記載されるが、本発明はそれらに限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
図面中の例証は概略的である。異なる図面において、類似又は同一の素子は、同一の参照記号又は対応する参照記号と第一ディジット内でのみ異なる参照記号を備えることが付記される。
【００６８】
以下において、本発明の好適実施態様を表すＸ線管１００の構造は、図１ａ及び図１ｂを参照して説明される。そのために、図１ａは、時間内の第一地点でのＸ線管１００の断面図を示しているのに対し、図１ｂは、時間内の第二地点でのＸ線管１００の断面図を示している。
【００６９】
Ｘ線管１００は、電子源１１０を含む。電子源１１０は、熱陰極１１１と、所謂ウェーネルト円筒を用いて実現される電子集束装置１１５とを含む。適切に動作されるとき、電子源１１０は、電子ビーム１２０ａを放射する。
【００７０】
Ｘ線管１００は、さらに、回転対称形状を有する回転可能な陽極１３０を含む。陽極１３０は、その外部環形状領域内で平坦化されたディスクの形状を有する。陽極１３０は、旋回軸受（図示せず）によって支持される。さらに、陽極１３０は、回転駆動装置（図示せず）に結合され、回転駆動装置は、動作中、陽極１３０を回転軸１３５の周りで回転する。回転運動の方向は、矢印１３６で表示されている。
【００７１】
電子ビーム１２０ａは、陽極１３０の上方表面の焦点１２１上に衝突する。
【００７２】
電子ビーム１２０ａの強度を制御するために、陽極１３０は、電磁力生成装置を備え、電磁力生成装置は、ここに記載される本発明によれば、プル電極１４０である。プル電極１４０は、陽極１３０の上方表面から上向きに突出するホルダ１４５を用いて、回転可能な陽極１３０に取り付けられる。
【００７３】
ホルダ１４５は、プル電極１４０を機械的に支持するために使用されるだけではない。ホルダ１４５は、電極１４０と陽極１３０との間の電気コネクタとしても作用する。これはプル電極１４０が常に陽極１３０と同一の電圧レベルにあることを意味する。典型的には、電子源１１０は、接地レベルにあるのに対し、陽極１３０及びプル電極１４０は、約＋４０ｋＶ〜＋２２５ｋＶの電圧レベルにある。そのために、関連するエネルギ範囲内のＸ線光子が生成され得る。
【００７４】
プル電極１４０は、陽極１３０の第一セクタの上で、電極１４０が、回転対称的に回転軸１３５の周りに延在するよう成形される。換言すれば、電極１４０は環の形状を有するが、それは陽極１３０の第一セクタに限定される。
【００７５】
電極１４０内には、開口１４１が形成されている。開口１４１は、電子ビーム１２０ａがプル電極１４０を貫通し得るように成形される。ここに記載される実施態様によれば、開口は、限定的な円弧の形状を有するスリット１４１である。従って、電極１４０は、効果的に、スポークから作成されるフレーム１４６を用いて機械的且つ電気的に接続される２つの部分から成る。図１ａ及び図１ｂ中にそれぞれ描写される回転位相において、スポーク１４６は、図示の断面平面の上及び下に位置する。この状況はスポーク１４６を示す破線によって例証されている。
【００７６】
プル電極１４０が電子源１１０の下に見い出されるとき（図１ａを参照）、電極１４０がない場合の電子源１１０と陽極１３０との間の電場よりも一層大きい電気プル場(electric pull field)１４２ａが生成される。電子源１１０の直ぐ下の電場の増大は、電子源１１０とプル電極１４０との間の距離が、電子源１１０と陽極１３０の上方表面との間の距離よりも一層小さいという事実に基づく。増大されたプル場１４２ａは、増大された数の電子が熱陰極１１１を取り囲む電子雲から引き出されるという効果を有する。換言すれば、電子ビーム電流は、熱陰極１１１の温度に依存するのみならず、電子ビーム電流は、電気プル場１４２ａの大きさにも強く依存する。従って、陽極１３０と同一電極レベルにあり且つ電子源１１０の直ぐ下に配置されるプル電極１４０の存在は、電子ビーム１２０ａの電流を著しく増大する。この状況は、図１ａに描写されている。
【００７７】
プル電極１４０が、電子源１１０の横に見い出されるとき（図１ｂを参照）、電気プル場１４２ｂは、熱陰極１１１に存在する。電気プル場１４２ｂは、電子源１１０と陽極１４０との間の電圧差によって生成される電場に対応する。勿論、この電場は、電子源１１０と陽極１４０との間の距離に強く依存する。図１ａに示される強い電気プル場１４２ａとは対称的に、弱い場１４２ｂは、陰極１１１を取り囲む電子雲からより少ない電子を取り除く。これは電子ビーム１２０ｂがより一層少ない電流アンペア数をそれぞれ含むという効果を有する。この状況は点線矢印１２０ｂによって例証されている。
【００７８】
Ｘ線管１００の幾何、並びに、電子源１１０、陽極１３０、及び、プル電極１４０のそれぞれの電圧レベルは、ビーム切換えが達成され得るよう調節され得ることが述べられなければならない。そのために、電子ビーム１２０ａは、所定アンペア数を含むのに対し、電子ビーム１２０ｂは、完全にスイッチオフされる、即ち、電子は陽極表面に達しない。
【００７９】
さらに、プル電極１４０が、電子源１１０及び電子集束装置１１５の直ぐ下に配置されるという事実の故に、電子ビーム１２０ａの電子は、電子源１１０とプル電極１４０との間に延在する電場内で主に加速される。換言すれば、プル電極１４０と陽極１３０の上方表面との間の空間は、極めて弱い電場のみを含む。これは、この空間内での電子ビーム１２０ａの強い集束ずれを許容しないために、電子集束装置１１５は適切に調節されなければならないことを意味する。
【００８０】
好ましくは、プル電極１４０の内側部分と外側部分とを接続するスポーク１４６は、低い電場のみを含む領域内に位置付けられる。これは、スポークの存在に起因する電場歪みが、電子ビーム１２０ａの集束ずれが良好な近似において無視され得るよう最小限化され得るという利点を有する。
【００８１】
陽極１３０が回転軸１３５の周りで回転するとき、電子ビーム１２０の強度は２つの異なる強度の間で切り換わることが明らかなはずである。プル電極１４０が電子源１１０の下に見い出されるとき、高いビーム電流を有する電子ビーム１２０ａが生成される（図１ａを参照）。プル電極１４０が電子源１１０の下に見い出されないとき、低いビーム電流を有する電子ビーム１２０ｂが生成される（図１ｂを参照）。そのために、電子ビーム１２０ａ，１２０ｂの強度は、陽極運動に対して同期的に自動的に変調される。勿論、パルス幅は、常に、陽極回転の周期よりも短い。
【００８２】
この時点で、勿論、プル電極１４０の存在が電子源１１０と陽極１３０との間の磁束線に対する影響を有することが述べられなければならない。電子ビーム１２０ａの集束ずれを回避し、その結果として、拡大された焦点１２１を回避するために、電子集束装置１１５は、電子ビーム１２０ａ及び１２０ｂの両方がほぼ同程度の集束で陽極表面上に衝突するよう、陽極運動と同期して動的に動作され得る。
【００８３】
図２は、今や参照番号２３０で示される陽極１３０の上面図を示している。陽極２３０は、矢印２３６によって示されるように、回転軸２３５の周りで時計回りに回転する。陽極２３０は、２部プル電極２４０を備える。プル電極２４０の２つの部分は、間隙を表す開口２４１を介して互いに分離されている。開口２４１は、電子ビームが空間的に妨げられずに電極２４０を貫通し得るよう形成され且つ配置されている。
【００８４】
電極２４０の２つの部分は、様々なスポークから組み立てられたフレーム２４６を用いて電気的に且つ機械的に接続されている。さらに、電極２４０は、陽極２３０に電気的に接続されている。
【００８５】
陽極２３０及び電極２４０が、回転軸２３５の周りで普通に回転されるとき、電子源（図２中には示されていない）と陽極２３０との間の荷電された電極２４０の存在は、電子ビーム強度が時間内に変調されるよう、電気プル場の強い影響を有する。そのために、陽極２３０の環が、第一焦点トラック２２２ａ及び第二焦点トラック２２２ｂ内にセグメント化され得る。第一焦点トラック２２２ａは、高い強度の電子ビーム１２０ａが陽極２３０上に衝突する領域を表している。第二焦点トラック２２２ｂは、低い又は零の強度の電子ビーム１２０ｂが陽極表面上に衝突する領域を表している。
【００８６】
図３ａは、今や参照番号３３０で示される陽極２３０の上面図を示している。陽極３３０は、矢印３３６によって示されるように、回転軸３３５の周りを回転する。陽極３３０は、空間的に固定された電子源（図示せず）から放射される電子ビームによって衝突される。そのために、空間的に固定された焦点３２１が生成される。焦点３２１は、細長い矩形の形状を有する。焦点３２１内で生成されるＸ線は、回転軸３３５から外向きに径方向に放射されるので、放射されるＸ線の方向に対して垂直な焦点３２１の投射はより一層小さい。好ましくは、この投射において、焦点３２１は、正方形の形状を有する。
【００８７】
既に上記に説明されたように、回転する電極２４０は、第一焦点トラック３２２ａが識別され得るよう電子ビーム強度を変調する。その場合には、高い強度の電子ビーム１２０ａは、陽極３３０上に衝突する。従って、低い又は零の強度の電子ビーム１２０ｂが陽極表面上に衝突する第二焦点トラック３２２ｂが識別され得る。
【００８８】
ここに記載される実施態様によれば、プル電極２４０は、陽極３３０の角度的周縁の約１２．５％を覆う。従って、陽極３３０の１回の回転内で、高い強度のビームパルスは、陽極の回転の周期の約１／８持続する。小さな電流にのみ晒され得るに過ぎない陽極の部分は、省略さえされ得るし、或いは、高い電流に晒される、即ち、焦点トラック３２２ａを支持する部分ほど熱機械的に安定しない材料で作成さえされ得る。
【００８９】
図３ｂは、陽極回転の位相φの関数としてのビーム電流ｂｃの一時的挙動を例証するグラフを示している。ビーム変調は１００％であること、即ち、ビーム電流の強度は零電流と最大電流との間で切り換えられることが推定される。陽極３３０は、典型的には、位相φが時間ｔと正比例するような定角速度で回転する。
【００９０】
ビーム電流ｂｃは、焦点位置２１９に対する陽極運動の位相で描写され、その位相は、図３ａ中に示されるような任意の位相地点０°及び１８０°に対応する。そのために、０°〜４５°に及ぶ位相間隔の間で、電子ビームは、最大強度で陽極上に衝突する。位相地点４５°と３６０°との間で、電子ビームは抑制される。矢印３５０は、図３ａ中に描写されている陽極運動の位相を示している。勿論、陽極運動の周期性の故に、ビーム電流ｂｃの変調も、３６０°の周期で周期である。
【００９１】
図４は、本発明のさらなる実施態様に従ったＸ線管内に収容された陽極４３０の上面図を示している。陽極４３０は、陽極４３０とそれぞれ電気的に接続された４つのプル電極４４０を含む電磁力生成装置を備える。プル電極４４０は、陽極周縁に沿って均等に分配されている。各電極４４０は、スポークから成るフレーム４４６を用いて電気的且つ機械的に接続された２つの部分を含む。
【００９２】
陽極４３０が、矢印４３６によって示されるように、回転軸４３５の周りで回転するとき、空間的に固定された焦点４２１は、陽極表面の上を進行する。そのために、各焦点トラックが、高い強度の電子ビーム１２０ａが陽極４３０上に衝突する領域を表す、４つの焦点トラック４２２ａが特定され得る。従って、各焦点トラックが、低い又は零の強度の電子ビーム１２０ｂが陽極表面上に衝突する領域を表す、４つの焦点トラック４２２ｂが識別され得る。
【００９３】
図４ｂは、陽極４３０の回転位相φの関数としてのビーム電流ｂｃの一時的挙動を例証するグラフを示している。ビーム変調が１００％であること、即ち、ビーム電流の強度が、零電流と最大電流との間で切り換えられることが再び推定される。４つの均一に分配されたプル電極４４０を含む電磁力生成装置から予期され得るように、０°と３６０°との間の位相間隔内で、４つの電子ビームパルスが生成される。再び、矢印４５０は、図４ａ中に描写される陽極運動の位相を示している。
【００９４】
図５は、本発明のさらなる実施態様に従うＸ線管内に収容される回転可能な陽極５３０の上面図を示している。４つの電子反射鏡の提供を別にすれば、回転可能な陽極５３０は、図４に描写された陽極４３０と同一である。従って、陽極５３０の設計は、再び詳細には記載されない。図４中に描写された陽極４３０の記載を参照されたい。
【００９５】
電子反射鏡５６０は、４つのプル電極５４０の間に配置され、陽極が矢印５３６によって示されるように回転されるときに、回転軸５３５の周りでプル電極と共に普通に回転する。ビーム反射鏡５６０は、電気絶縁材料を含む。ビーム反射鏡５６０が、電子ビームによって衝突されるとき、絶縁材料は、負に荷電される。これは電子源の前の空間電荷を増大し、電子ビームを遮断する。
【００９６】
電子反射鏡５６０とプル電極５４０とを備えるＸ線管は、電子ビーム強度のより高い変調を可能にする。これは、プル電極５４０が電子源の前に見い出されるとき、電子が電子源から静電的に引き出され、ビーム強度が増大されるという事実に基づく。電子反射鏡５６０が電子源の前に見い出されるとき、電子は、電子ビームが抑制されるよう、陽極から静電的に反発される。
【００９７】
図６は、本発明のさらなる実施態様に従ったＸ線管６００の断面図を示している。Ｘ線管６００は、図１ａ及び図１ｂに描写されたＸ線管１００に主に対応している。同一の記載を反復しないために、Ｘ線管１００の上記に与えられた記載を参照されたし。
【００９８】
図１ａ及び図１ｂに示されるＸ線管１００と対称的に、Ｘ線管６００は、ホルダ（図示せず）を用いて電子源６１０に取り付けられた荷電可能な格子（グリッド）６００を追加的に備える。荷電可能な格子６００は、電圧源６６１と電気的に接続されている。
【００９９】
固定された荷電可能な格子６６０は、反発力が電子ビーム６２０ｃの電子に作用するよう、反発電場６４２ｃをもたらす。従って、電子源６１０の下にプル電極６４０が存在しない場合には、電子ビーム６２０ｃは遮断される。
【０１００】
勿論、反発機能は、陽極６３０の実際の角位置と無関係である。しかしながら、プル電極６４０が電子源６１０の下に存在するとき、プル電極６４０と電子源６１０から解放される電子との間の電磁的な相互作用は、格子６６０と解放された電子との間の相互作用よりも一層強い。換言すれば、プル電極６４０の存在は、電子反発装置の効果を過補償する。勿論、この過補償は、プル電極６４０及び陽極６３０が電子源６１０に対して正の高圧にあり且つ格子６６０が電子源６１０に対して負の低圧にあり、実現される幾何内の位置が適切に定められるときに可能であるに過ぎない。
【０１０１】
格子６６０に交流電圧を印可することも勿論可能であり、交流電圧は陽極６３０の運動と同期されることが述べられなければならない。このために、プル電極が電子源６１０の下に見い出されるとき、格子６６０は、浮動電圧レベルに切り換えられ得る。これは焦点サイズを変調するためにも使用され得る。何故ならば、変調される格子電位は、一般的には、電場線に影響を及ぼし、それと共に、電子ビームの集束に影響を及ぼすからである。
【０１０２】
以下では、本発明のさらなる実施態様を示すＸ線管７００の構造が、図７ａ及び図７ｂを参照して説明される。このために、図７ａは、時間内の第一地点でのＸ線管７００の断面スナップショットを示しているのに対し、図７ｂは、時間内の第二地点でのＸ線管７００の断面スナップショットを示している。
【０１０３】
図７ａ及び図７ｂから見られ得るように、Ｘ線管７００は、電子源７１０を含む。電子源７１０は、熱陰極７１１と、所謂ウェーネルト円筒を用いて実現される電子集束装置７１５とを含む。適切に動作されるとき、電子源７１０は、電子ビーム７２０を放射する。そのために、電子ビーム７２０の電流は、熱陰極７１１の実際の温度に強く依存する。温度が高ければ高いほど、より多くの電子が陰極材料から解放される。
【０１０４】
Ｘ線管７００は、さらに、回転対称な形状を有する回転可能な陽極７３０を含む。図７ａ及び７ｂから見られ得るように、陽極７３０は、その外側環形状領域内で平坦化されたディスクの形状を有する。陽極７３０は、旋回軸受（図示せず）内に収容されるシャフト７３１を用いて支持されている。シャフト７３１は、動作中に陽極７３０を回転軸７３５の周りで回転する回転駆動装置（図示せず）に結合されている。回転運動の方向は、矢印７３６で示されている。
【０１０５】
電子ビーム７２０は、陽極７３０の上方表面の焦点７２１ａ，７２１ｂ上に衝突する。図７ａ及び図７ｂから見られ得るように、電子ビーム７２０の経路が空間的に一定でないので、焦点７２１ａ，７２１ｂの位置は互いに分離されている。
【０１０６】
電子ビーム７２０を空間的に制御するために、陽極７３０は、電子偏向組立体を備える。電子偏向組立体は、陽極７３０の上方表面から突出するホルダ７４５を含む。電子偏向組立体は、さらに、ホルダ７４５に取り付けられた第一電極７４０を含む。陽極７３０の第一セクタの上で、第一電極７４０は、回転対称に回転軸７３５の周りに延在している。換言すれば、第一電極７４０は、環の形状を有するが、それは陽極７３０の所定セクタに限定される。電極７４０を側面で示す破線から推論されるように、ここに記載される実施態様によれば、所定セクタは、半円である。
【０１０７】
ホルダ７４５は、第一電極７４０を機械的に支持するために使用されるだけではない。ホルダ７４５は、第一電極７４０と陽極７３０との間の電気コネクタとしても作用する。これは第一電極７４０が常に陽極７３０と同一の電圧レベルにあることを意味する。典型的には、電子源７１０は接地レベルにあるのに対し、陽極７３０及び第一電極７４０は、約＋６０ｋｅＶ〜＋１４０ｋｅＶの電圧レベルにある。そのために、診断関連エネルギ範囲内のＸ線光子が生成され得る。
【０１０８】
Ｘ線管７００は、さらに、ホルダ７７１を用いて電子源１１０に機械的及び電気的に結合される第二電極７７０を含む。電子源７１０は空間固定位置においてＸ線管７００内に配置されるので、第二電極７７０もＸ線管７００内に固定される。
【０１０９】
第一電極７４０が電子源７１０の横方向に下に位置するとき、電子ビーム７２０は、電子ビーム７２０が第一焦点７２１ａ内で陽極７３０上に衝突するよう、回転軸７３５に向かって径方向に偏向される。この状況は、図１ａに描写されている。そのために、第一電極７４０は、電子ビーム７２０内の全ての電子のためにプル電極のように作用する。
【０１１０】
プル電極７４０が、電子源７１０及び電子集束装置７１５の直ぐ下に配置されているという事実の故に、電子ビーム７２０の電子は、電子源７１０と第一電極７４０との間に延在する電場内で主に加速される。換言すれば、第一電極７４０と陽極７３０の上方表面との間の空間は、極めて弱い電場のみを含む。これは、この空間内の電子ビーム７２０の強い集束ずれを許容しないよう、電子集束装置７１５が適切に調節されなければならないことを意味する。
【０１１１】
第一電極７４０が電子源７１０の反対側に配置されるとき、電子源７１０と陽極７３０との間の電場は、第一電極７４０によって影響されないか、或いは、極めて弱くだけ影響される。従って、電子ビーム７２０は、電子ビーム７２０が第二焦点７２１ｂ内で陽極７３０上に衝突するよう、主に直線内で陽極７３０に投射する。この状況は、図７ｂに描写されている。
【０１１２】
陽極７３０が回転軸７３５の周りで回転するとき、電子ビーム７２０の焦点７２１ａ，７２１ｂは、２つの空間的に異なる位置の間で切り替わる。第一電極７４０が電子源７１０の横方向に下に見い出されるとき、電子ビーム７２０は偏向され、第一焦点７２１ａは、ホルダ７４５の基部に近接して配置される（図７ａを参照）。第一電極７４０が電子源７１０の下に近接近して見い出されないとき、電子ビーム７２０は主に直線で投射し、焦点７２１ｂは、ホルダ７４５の基部から所定距離に配置される（図７ｂを参照）。勿論、偏向の周期は、陽極回転の周期よりも常に短い。
【０１１３】
この時点で、第一電極７４０の存在が、勿論、電子源７１０と陽極７３０との間の磁束線に対する影響を有することが述べられなければならない。電子ビーム７２０の偏向、さらに、その結果として、拡大された焦点７２１ａ，７２１ｂを回避するために、電子集束装置７１５は、偏向電子ビーム及び非偏向電子ビーム７２０の両方が、ほぼ同程度の集束で陽極表面上に衝突するよう、陽極運動と同期して動的に動作され得る。
【０１１４】
図８ａは、今や参照番号８３０で示される陽極７３０の上面図を示している。シャフト８３１によって支持される陽極８３０は、矢印８３６によって示されるように時計回りに回転する。陽極表面上に生成される焦点は、参照番号８２１ａで示されている。焦点８２１ａは、細長い矩形の形状を有する。しかしながら、焦点８２１ａ内に生成されるＸ線は、回転軸８３５から外向きに径方向に放射されるので、放射されるＸ線の方向に対して垂直な焦点８２１ａの投射はより一層小さい。好ましくは、この投射において、焦点８２１ａは、正方形の形状を有する。
【０１１５】
ここに記載される実施態様によれば、プル電極７４０は、陽極８３０の半分を覆う。従って、陽極８３０の１回転中に、２つの焦点トラックが陽極８３０上に生成される。第一焦点トラック８２２ａは、電子ビーム７２０が図７ａに示されるように偏向されるとき、陽極８３０上の焦点７２１ａの相対運動によって定められる。第二焦点トラック８２２ｂは、電子ビーム７２０が図７ｂに示されるように偏向されるとき、陽極表面上の焦点７２１ｂの相対運動によって定められる。
【０１１６】
図８ｂは、陽極８３０の回転の位相φの関数としてのビーム偏向ｂｄの一時的挙動を例証するグラフである。陽極８３０は、典型的には、位相φが時間ｔと正比例するよう、定角速度で回転する。
【０１１７】
ビーム偏向ｂｄは、焦点位置８２１ａに対する陽極運動の位相で描写されており、その位相は、図８ａに示されるような任意の位相地点０°及び１８０°に対応している。そのために、０°〜１８０°に亘る位相間隔の間で、電子ビームは偏向され、焦点トラック８２２ａをもたらす。位相地点１８０°と３６０°との間で、電子ビームは偏向されず、焦点トラック８２２ｂをもたらす。矢印８５０は、図８ａに描写されている陽極運動の位相を示している。勿論、陽極運動の周期性の故に、ビーム偏向ｂｄも、３６０°の周期で周期的である。
【０１１８】
勿論、電子偏向装置７４０の他のセグメント化も可能であることが述べられなければならない。例えば、電子偏向装置７４０は、偏向電子ビームと非偏向電子ビームとの間の一時的な分布が非均一であるよう、非対称に形成され得る。さらに、電子偏向装置は、陽極７４０の１回の回転中に、焦点７２１ａ，７２１ｂが、２回或いはより一層頻繁に２つの空間的に異なる焦点の間を往復して切り換えられるよう、１つよりも多くのセグメントで形成され得る。
【０１１９】
さらに、電子偏向装置７４０は、陽極７３０の１回の回転中に、３つ又はより一層多くの空間的に異なる焦点が順次的に生成されるようにも構成され得ることが指摘されなければならない。この場合には、電子偏向装置７４０は、３つ又はそれよりも多くのセグメントを含まなければならず、各セグメントは、回転可能な陽極７３０の一定の角度範囲に割り当てられる。
【０１２０】
「含む」という用語は、他の素子又はステップを排除せず、不定冠詞は、複数を排除しないことが付記されなければならない。また、異なる実施態様において記載された素子は、組み合わせられ得る。請求項中の参照記号は、請求項の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【０１２１】
本発明の上述の実施態様を概括するために、以下のように述べ得る。
【０１２２】
プル電極１４０を備える回転陽極１３０を含むＸ線管１００が記載される。プル電極１４０は、変調電子ビーム１２０ａ，１２０ｂを生成するために、固定電子源１１０と相互作用する。ビーム変調は、強度変動及び／又は空間偏向であり得る。プル電極１４０は、陽極１３０に対して固定位置に取り付けられ、それと共に回転する。プル電極１４０は、電子ビーム１２０ａを通すための孔１４１を有し得る。電子源１１０の前にあるとき、プル電極１４０は、強い電子ビーム１２０ａが生成されるよう高い電場１４２ａを引き起こす。電子源１１０の前にないとき、低電流又は零電流の電子ビーム１２０ｂのみが生成される。しかしながら、プル電極７４０は、陽極７３０の角度位置に依存して、電子ビーム７２０の焦点７２１ａ，７２１ｂの位置が変更されるよう、径方向ビーム偏向も引き起こし得る。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１ａ】回転陽極が第一角度位置にある本発明の好適実施態様に従ったＸ線管を示す断面図である。
【図１ｂ】回転陽極が第一角度位置にある図１ａに示されるＸ線管を示す断面図である。
【図２】図１ａ及び図１ｂに示されるＸ線管を示す上面図である。
【図３ａ】異なるビーム電流に割り当てられた異なる焦点トラックが表示された図１ａ及び図１ｂに示される陽極を示す上面図である。
【図３ｂ】陽極の回転位相の関数としてビーム電流を示すグラフである。
【図４ａ】陽極周縁に沿って均等に分配された４つのプル電極を含む陽極を示す上面図である。
【図４ｂ】図３ａに示される陽極の回転位相の関数としてビーム電流を示すグラフである。
【図５】４つのプル電極と４つの静電電子反射鏡とを含む陽極を示す上面図である。
【図６】Ｘ線管の電子源に取り付けられる荷電可能な格子を含み、荷電可能な格子が静止電子反発装置として作用するＸ線管を示す断面図である。
【図７ａ】回転可能な陽極が第一角度位置にある本発明のさらなる実施態様に従ったＸ線管を示す断面図である。
【図７ｂ】回転可能な陽極が第二角度位置にある図７ａに示されるＸ線管を示す断面図である。
【図８ａ】図７ａに示されるＸ線管の陽極を示す上面図である。
【図８ｂ】焦点に対する図８ａに示される陽極の回転位相の関数としてビーム偏向を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２４】
１００ Ｘ線管 (X-ray tube)
１１０ 電子源 (electron source)
１１１ 熱陰極 (hot cathode)
１１５ 電子集束装置／ウェーネルト円筒 (electron focusing device/wehnelt cylinder)
１２０ａ 電子ビーム（高電流） (electron beam (high current))
１２０ｂ 電子ビーム（低電流） (electron beam (low current))
１２１ 焦点 (focal point)
１３０ 陽極 (anode)
１３５ 回転軸／ｚ軸 (rotational axis/z-axis)
１３６ 回転方向 (rotational direction)
１４０ 電磁力生成装置／プル電極 (electromagnetic force generation device/pull electrode)
１４１ 開口／間隙 (opening/gap)
１４２ａ 電気プル場（強い） (electric pull field (strong))
１４２ｂ 電気プル場（弱い） (electric pull field (weak))
１４５ ホルダ
１４６ フレーム／スポーク (frame/spoke)
２２２ａ 第一焦点トラック（高電子ビーム電流） (first focal spot track (high electron beam current))
２２２ｂ 第二焦点トラック（低電子ビーム電流） (second focal spot track (low electron beam current))
２３０ 陽極 (anode)
２３５ 回転軸／ｚ軸 (rotational axis/z-axis)
回転軸／ｚ軸 (rotational axis/z-axis)
２４０ 電磁力生成装置／プル電極 (electromagnetic force generation device/pull electrode)
２４１ 開口 (opening)
２４６ フレーム／スポーク (frame/spoke)
３２１ 焦点 (focal spot)
３２２ａ 焦点トラック（高電子ビーム電流） (focal spot track (high electron beam current))
３２２ｂ 焦点トラック（低／零電子ビーム電流） (focal spot track (low/zero electron beam current))
３３０ 陽極 (anode)
３３５ 回転軸／ｚ軸 (rotational axis/z-axis)
３３６ 回転方向 (rotational direction)
３５０ 描写時間を示す矢印 (arrow indicating depicted time)
ｂｃ ビーム電流 (beam current)
φ 回転の位相 (phase of rotation)
４２１ 焦点(focal spot)
４２２ａ 焦点トラック（高電子ビーム電流） (focal spot track (high electron beam current))
４２２ｂ 焦点トラック（低／零電子ビーム電流） (focal spot track (low/zero electron beam current))
４３０ 陽極 (anode)
４３５ 回転軸／ｚ軸 (rotational axis/z-axis)
４３６ 回転方向 (rotational direction)
４４０ 電磁力生成装置／プル電極 (electromagnetic force generation device/pull electrode)
４４６ フレーム／スポーク (frame/spoke)
４５０ 描写時間を示す矢印 (arrow indicating depicted time)
ｂｃ ビーム電流 (beam current)
φ 回転の位相 (phase of rotation)
５２１ 焦点(focal spot)
５３０ 陽極 (anode)
５３５ 回転軸／ｚ軸 (rotational axis/z-axis)
５３６ 回転方向 (rotational direction)
５４０ 電磁力生成装置／プル電極 (electromagnetic force generation device/pull electrode)
５４６ ホルダ／スポーク (holder/spoke)
５６０ 電子反発装置／電気絶縁材料／電子反射鏡 (electron-repelling device/electrically isolating material/electron mirror)
６００ Ｘ線管 (X-ray tube)
６１０ 電子源 (electron source)
６１１ 熱陰極 (hot cathode)
６１５ 電子集束装置／ウェーネルト円筒 (electron focusing device/wehnelt cylinder)
６２０ｃ 遮断電子ビーム (blocked electron beam)
６３０ 陽極 (anode)
６３５ 回転軸／ｚ軸 (rotational axis/z-axis)
６３６ 回転方向 (rotational direction)
６４０ 電磁力生成装置／プル電極 (electromagnetic force generation device/pull electrode)
６４１ 開口 (opening)
６４２ｃ 電気反発場 (electric repelling field)
６４５ ホルダ (holder)
６４６ フレーム／スポーク (frame/spokes)
６６０ 電子反発装置／荷電可能な格子 (electron-repelling device/chargeable grid)
６６１ 電圧源 (voltage source)
７００ Ｘ線管 (X-ray tube)
７１０ 電子源 (electron source)
７１１ 熱陰極 (hot cathode)
７１５ 電子集束装置／ウェーネルト円筒 (electron focusing device/wehnelt cylinder)
７２０ 電子ビーム (electron beam)
７２１ａ 第一焦点 (first focal spot)
７２１ｂ 第二焦点 (second focal spot)
７３０ 陽極 (anode)
７３１ シャフト (shaft)
７３５ 回転軸／ｚ軸 (rotational axis/z-axis)
７３６ 回転方向 (rotational direction)
７４０ 電子偏向装置／第一電極／プル電極 (electron deflection device/first electrode/pull electrode)
７４５ ホルダ (holder)
７７０ 第二電極 (second electrode)
７７１ 第二電極用ホルダ (holder for second electrode)
８２１ａ 第一焦点 (first focal spot)
８２２ａ 第一焦点トラック (first focal spot track)
８２２ｂ 第二焦点トラック (second focal spot track)
８３０ 陽極 (anode)
８３１ シャフト (shaft)
８３５ 回転軸／ｚ軸 (rotational axis/z-axis)
８３６ 回転方向 (rotational direction)
８５０ 描写時間を示す矢印 (arrow indicating depicted time)
ｂｄ 電子偏向
φ 回転の位相 (phase of rotation)
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム軸に沿って投射する電子ビームを生成するために適合される電子源を含み、
前記ビーム軸内に配置される陽極を含み、該陽極は、前記電子ビームが、その表面の焦点の上に衝突するよう配置され、前記陽極は、ｚ軸の周りで回転可能であり、
前記回転可能な陽極に取り付けられる電子ビーム操作装置を含む、
Ｘ線管。
【請求項２】
前記電子ビーム操作装置は、前記電子ビームの電子に電磁力を加えるよう構成される磁力生成装置である、請求項１に記載のＸ線管。
【請求項３】
前記磁力生成装置は、前記電子ビームを電子的に操作するための電極を含み、該電極は、所定の電圧レベルに接続可能である、請求項２に記載のＸ線管。
【請求項４】
前記電極は、前記陽極と同一の電圧レベルにある、請求項３に記載のＸ線管。
【請求項５】
前記陽極は、ｚ軸に対する回転対称性を含むディスクであり、前記陽極の上面図において、前記電極は、前記陽極の少なくとも１つのセクタを覆う、請求項３に記載のＸ線管。
【請求項６】
前記陽極の角度位置が所定の角度範囲内にあるときに前記電子源と前記電磁力生成装置との間に配置される電子集束装置をさらに含む、請求項２に記載のＸ線管。
【請求項７】
前記電極は、開口を含む、請求項３に記載のＸ線管。
【請求項８】
前記電極は、ホルダを用いて互いに機械的に接続される少なくとも２つの部分を含む、請求項３に記載のＸ線管。
【請求項９】
前記ホルダは、バー又はロッドを含む、請求項８に記載のＸ線管。
【請求項１０】
前記ホルダは、前記電極の存在の故に、前記電子源と前記陽極との間の磁場が減少される領域内に配置される、請求項８に記載のＸ線管。
【請求項１１】
前記磁力生成装置は、前記磁力生成装置が前記電子源と前記陽極との間に見い出されるとき、小さな間隙のみが前記電子源と前記電極との間に残るよう前記陽極から突出する、請求項３に記載のＸ線管。
【請求項１２】
前記磁力生成装置は、少なくとも２つの電極を含む、請求項３に記載のＸ線管。
【請求項１３】
前記電極が前記電子源から逸れた角度位置にあるとき、少なくとも部分的に前記電子ビーム電流を抑制するよう構成される電子反発装置をさらに含む、請求項３に記載のＸ線管。
【請求項１４】
前記電子反発装置は、前記電子源に対して空間的に固定された位置に配置される、請求項１３に記載のＸ線管。
【請求項１５】
前記電子反発装置は、前記電子源に対して負圧で荷電可能な格子である、請求項１４に記載のＸ線管。
【請求項１６】
前記電子反発装置は、前記陽極に取り付けられる、請求項１３に記載のＸ線管。
【請求項１７】
前記電子反発装置は、電気絶縁材料を含む、請求項１６に記載のＸ線管。
【請求項１８】
前記電磁力生成装置は、前記電子ビームを空間的に操作するための電子偏向装置である、請求項３に記載のＸ線管。
【請求項１９】
前記電子偏向装置は、前記ｚ軸に対して前記電子ビームを径方向に偏向するよう構成される、請求項１８に記載のＸ線管。
【請求項２０】
さらなる電極を含み、該さらなる電極は、さらなる電圧レベルに接続可能である、請求項１８に記載のＸ線管。
【請求項２１】
前記さらなる電極は、前記電子源に対して空間的に固定された位置に配置される、請求項２０に記載のＸ線管。
【請求項２２】
前記さらなる電極は、前記電子源と同一の電圧レベルにある、請求項２０に記載のＸ線管。
【請求項２３】
前記電子偏向装置は、前記電子ビームが、基本的に前記電子源と前記陽極との間で全電子経路長に沿って操作され得るよう前記陽極から突出する、請求項１８に記載のＸ線管。
【請求項２４】
前記電子偏向装置は、前記陽極の角度位置が第一角度範囲内にあるとき、第一焦点が生成され、前記陽極の角度位置が第二角度範囲内にあるとき、第二焦点が生成されるよう、前記電子ビームを別々に偏向するよう構成される、請求項１８に記載のＸ線管。
【請求項２５】
Ｘ線システム、具体的には、コンピュータ断層撮影システムのような医療Ｘ線撮像システムであって、当該Ｘ線システムは、請求項１に記載のＸ線管を含む、Ｘ線システム。
【請求項２６】
Ｘ線を生成するための、具体的には、コンピュータ断層撮影法のような医療Ｘ線撮像法のために使用されるＸ線を生成するための方法であって、当該方法は、請求項１に記載のＸ線管を使用するステップを含む、方法。
【請求項１】
ビーム軸に沿って投射する電子ビームを生成するために適合される電子源を含み、
前記ビーム軸内に配置される陽極を含み、該陽極は、前記電子ビームが、その表面の焦点の上に衝突するよう配置され、前記陽極は、ｚ軸の周りで回転可能であり、
前記回転可能な陽極に取り付けられる電子ビーム操作装置を含む、
Ｘ線管。
【請求項２】
前記電子ビーム操作装置は、前記電子ビームの電子に電磁力を加えるよう構成される磁力生成装置である、請求項１に記載のＸ線管。
【請求項３】
前記磁力生成装置は、前記電子ビームを電子的に操作するための電極を含み、該電極は、所定の電圧レベルに接続可能である、請求項２に記載のＸ線管。
【請求項４】
前記電極は、前記陽極と同一の電圧レベルにある、請求項３に記載のＸ線管。
【請求項５】
前記陽極は、ｚ軸に対する回転対称性を含むディスクであり、前記陽極の上面図において、前記電極は、前記陽極の少なくとも１つのセクタを覆う、請求項３に記載のＸ線管。
【請求項６】
前記陽極の角度位置が所定の角度範囲内にあるときに前記電子源と前記電磁力生成装置との間に配置される電子集束装置をさらに含む、請求項２に記載のＸ線管。
【請求項７】
前記電極は、開口を含む、請求項３に記載のＸ線管。
【請求項８】
前記電極は、ホルダを用いて互いに機械的に接続される少なくとも２つの部分を含む、請求項３に記載のＸ線管。
【請求項９】
前記ホルダは、バー又はロッドを含む、請求項８に記載のＸ線管。
【請求項１０】
前記ホルダは、前記電極の存在の故に、前記電子源と前記陽極との間の磁場が減少される領域内に配置される、請求項８に記載のＸ線管。
【請求項１１】
前記磁力生成装置は、前記磁力生成装置が前記電子源と前記陽極との間に見い出されるとき、小さな間隙のみが前記電子源と前記電極との間に残るよう前記陽極から突出する、請求項３に記載のＸ線管。
【請求項１２】
前記磁力生成装置は、少なくとも２つの電極を含む、請求項３に記載のＸ線管。
【請求項１３】
前記電極が前記電子源から逸れた角度位置にあるとき、少なくとも部分的に前記電子ビーム電流を抑制するよう構成される電子反発装置をさらに含む、請求項３に記載のＸ線管。
【請求項１４】
前記電子反発装置は、前記電子源に対して空間的に固定された位置に配置される、請求項１３に記載のＸ線管。
【請求項１５】
前記電子反発装置は、前記電子源に対して負圧で荷電可能な格子である、請求項１４に記載のＸ線管。
【請求項１６】
前記電子反発装置は、前記陽極に取り付けられる、請求項１３に記載のＸ線管。
【請求項１７】
前記電子反発装置は、電気絶縁材料を含む、請求項１６に記載のＸ線管。
【請求項１８】
前記電磁力生成装置は、前記電子ビームを空間的に操作するための電子偏向装置である、請求項３に記載のＸ線管。
【請求項１９】
前記電子偏向装置は、前記ｚ軸に対して前記電子ビームを径方向に偏向するよう構成される、請求項１８に記載のＸ線管。
【請求項２０】
さらなる電極を含み、該さらなる電極は、さらなる電圧レベルに接続可能である、請求項１８に記載のＸ線管。
【請求項２１】
前記さらなる電極は、前記電子源に対して空間的に固定された位置に配置される、請求項２０に記載のＸ線管。
【請求項２２】
前記さらなる電極は、前記電子源と同一の電圧レベルにある、請求項２０に記載のＸ線管。
【請求項２３】
前記電子偏向装置は、前記電子ビームが、基本的に前記電子源と前記陽極との間で全電子経路長に沿って操作され得るよう前記陽極から突出する、請求項１８に記載のＸ線管。
【請求項２４】
前記電子偏向装置は、前記陽極の角度位置が第一角度範囲内にあるとき、第一焦点が生成され、前記陽極の角度位置が第二角度範囲内にあるとき、第二焦点が生成されるよう、前記電子ビームを別々に偏向するよう構成される、請求項１８に記載のＸ線管。
【請求項２５】
Ｘ線システム、具体的には、コンピュータ断層撮影システムのような医療Ｘ線撮像システムであって、当該Ｘ線システムは、請求項１に記載のＸ線管を含む、Ｘ線システム。
【請求項２６】
Ｘ線を生成するための、具体的には、コンピュータ断層撮影法のような医療Ｘ線撮像法のために使用されるＸ線を生成するための方法であって、当該方法は、請求項１に記載のＸ線管を使用するステップを含む、方法。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図１ｂ】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【公表番号】特表２００９−５３８５００（Ｐ２００９−５３８５００Ａ）
【公表日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５１１６２９（Ｐ２００９−５１１６２９）
【出願日】平成１９年５月１４日（２００７．５．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００７／０５１８１４
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１３５６１４
【国際公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【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)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１４日（２００７．５．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００７／０５１８１４
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１３５６１４
【国際公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【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)
【Ｆターム（参考）】
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