電子ビーム・システムを動作させる方法及びシステム
【課題】Ｘ線管の電子ビーム・システムが広い放出ダイナミック・レンジにおいて動作することを可能にする。
【解決手段】電子ビーム・システムを動作させる方法が提供される。さらにまた、提供される方法を具現化する電子ビーム・システム、Ｘ線管（３００）及びＣＴシステムが記載される。この方法は、イメージング・システムのＸ線管（３００）において電子ビームを発生するステップを含んでいる。加えて、イメージング・システムの特定のビューに対応する電流構成を識別する。識別された電流構成が所定の範囲内にある場合には、パルス幅変調を用いてイメージング・システムの特定のビューについて電子ビームの負荷サイクルを変調する。さらに、変調された電子ビームをターゲットへ向けて集束させる。
【解決手段】電子ビーム・システムを動作させる方法が提供される。さらにまた、提供される方法を具現化する電子ビーム・システム、Ｘ線管（３００）及びＣＴシステムが記載される。この方法は、イメージング・システムのＸ線管（３００）において電子ビームを発生するステップを含んでいる。加えて、イメージング・システムの特定のビューに対応する電流構成を識別する。識別された電流構成が所定の範囲内にある場合には、パルス幅変調を用いてイメージング・システムの特定のビューについて電子ビームの負荷サイクルを変調する。さらに、変調された電子ビームをターゲットへ向けて集束させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は一般的には、診断撮像に関し、さらに具体的には、広い放出ダイナミック・レンジにおいて電子ビーム・システムを動作させる方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
計算機式断層写真法（ＣＴ）は、臨床診断、工業用検査及び警備スクリーニングのような諸分野に広い応用を有する。幾つかのＣＴシステムが開発されており、例えば乳ガンを検出する、心血管疾患を診断する、ＣＴフルオロスコピィを行なう、及び空港手荷物検査を行なう等のためのシステムがある。ＣＴシステムは、高品質画像再構成のために広範囲の視角からの多数の投影画像を要求する。加えて、ＣＴシステムはまた、患者線量を低減しつつ所望の撮像品質を依然達成するためにＸ線の電子ビーム強度を制御することを必要とする場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このために、従来のＣＴシステムは、電子ビーム放出制御のために制御式フィラメント加熱を有するＸ線管のような装置を用いている。しかしながら、従来のフィラメント加熱は数十ミリ秒程度の緩慢な過程であり、従って数十マイクロ秒程度のようなさらに高速の電子ビーム放出制御が望まれる応用では利用が阻まれる。Ｘ線管はさらに、静電グリッド及び／又は磁気アセンブリのような制御手段を含んで電子ビーム電流を制御する場合がある。しかしながら、かかるＸ線管では電子ビーム電流の急激な変化のため、標的物体での電子ビームの位置決め及び集束を正しく行なうことができない。具体的には、電子ビーム強度の０％から１００％までの電子ビーム電流の変調を行なうと、空間電荷力の変化のため電子の互いの間での反発が生ずる。この空間電荷力の変化はさらに、Ｘ線管における電子ビームの電磁式集束及び偏向に影響を与え、従って焦点スポット寸法に影響を与える。
【０００４】
具体的には、約１０ミリアンペア（ｍＡ）及び１４０キロボルト（ｋＶ）のような低電子ビーム電流によってＸ線管を動作させているときには、電磁力の強い影響のため電子ビームが過度に集束して、電子ビーム軌跡に収縮した「くびれ（waist）」を形成する。撮像時に電子ビームのこの狭隘化効果を反転させることは難題である。この狭隘化効果のため、低電子ビーム電流において標的位置への電子ビームの位置決め及び集束を正確に制御するＸ線管の能力が阻害され、従ってイメージング・システム性能を損なう。
【０００５】
Ｘ線管の電子ビーム・システムが広い放出ダイナミック・レンジにおいて動作することを可能にする実効的な方法及びシステムを開発することが望ましい。具体的には、撮像要件に基づいて電子ビームを標的位置に正確に位置決めするように電子ビーム強度を制御する電子ビーム・システムが必要とされている。さらにまた、画質及びＸ線源の耐久性を保ちつつ堅牢なイメージング・システム性能を達成するように電子ビームの焦点及び位置を制御する方法及びシステムを開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の手法の各観点によれば、電子ビーム・システムを動作させる方法が提供される。この方法は、イメージング・システムのＸ線管において電子ビームを発生するステップを含んでいる。加えて、イメージング・システムの特定のビューに対応する電流構成を識別する。識別された電流構成が所定の範囲内にある場合には、パルス幅変調を用いてイメージング・システムの特定のビューについて電子ビームの負荷サイクルを変調する。さらに、変調された電子ビームをターゲットへ向けて集束させる。
【０００７】
本発明のシステムの各観点によれば、電子ビーム・システムが記載される。この電子ビーム・システムは、電子ビームを発生する放出器と、放出器に関して正のバイアス電圧又は負のバイアス電圧に保たれる少なくとも一つの電極とを含んでおり、電極は電子ビームの強度を制御する。さらに、この電子ビーム・システムは、少なくとも一つの電極に結合されている制御ユニットを含んでいる。具体的には、制御ユニットは、Ｘ線管の特定のビューに対応する電流構成を識別する。次いで、制御ユニットは、識別された電流構成が所定の範囲内にあるときには、パルス幅変調を用いてＸ線管の特定のビューについて電子ビームの負荷サイクルを変調する。
【０００８】
本発明のシステムのもう一つの観点によれば、Ｘ線管が提供される。このＸ線管は電子ビーム・システムを含んでいる。電子ビーム・システムはさらに、電子ビームを発生する放出器と、放出器に関して正のバイアス電圧又は負のバイアス電圧に保たれる少なくとも一つの電極とを含んでおり、電極は電子ビームの強度を制御する。さらに、このＸ線管は、少なくとも一つの電極に結合されている制御ユニットを含んでいる。具体的には、制御ユニットは、Ｘ線管の特定のビューに対応する電流構成を識別する。次いで、制御ユニットは、識別された電流構成が所定の範囲内にあるときには、パルス幅変調を用いてＸ線管の特定のビューについて電子ビームの負荷サイクルを変調する。このＸ線管はまた、電子ビームによって衝突されるとＸ線を発生するターゲットを含んでいる。
【０００９】
本発明のシステムのさらにもう一つの観点によれば、計算機式断層写真法システムが記載される。この計算機式断層写真法システムは、ガントリと、電子ビーム・システムを含むＸ線管とを含んでいる。電子ビーム・システムはさらに、電子ビームを発生する放出器と、放出器に関して正のバイアス電圧又は負のバイアス電圧に保たれる少なくとも一つの電極とを含んでおり、電極は電子ビームの強度を制御する。さらに、Ｘ線管は、少なくとも一つの電極及び抽出電極に結合されている制御ユニットを含んでいる。具体的には、制御ユニットは、Ｘ線管の特定のビューに対応する電流構成を識別する。次いで、制御ユニットは、識別された電流構成が所定の範囲内にあるときには、パルス幅変調を用いてＸ線管の特定のビューについて電子ビームの負荷サイクルを変調する。Ｘ線管はまた、電子ビームによって衝突されるとＸ線を発生するターゲットを含んでいる。この計算機式断層写真法システムはさらに、対象からの減弱後の電子ビームを検出する１又は複数の検出器素子を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の手法のこれらの特徴、観点及び利点、並びに他の特徴、観点及び利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むとさらに十分に理解されよう。図面全体にわたり、類似の参照符号は類似の部材を表わす。
【図１】ＣＴシステムの見取り図である。
【図２】イメージング・システムのブロック概略図である。
【図３】本発明のシステムの各観点によるＸ線管の一例の図である。
【図４】本発明の手法の各観点による電子ビームの負荷サイクルを変調する波形の一例のグラフ図である。
【図５】図３に示すビーム制御ユニットの構成要素の一例の図である。
【図６】本発明の手法の各観点による電子ビーム・システムを動作させる方法の一例を示す流れ図である。
【図７】本発明の手法の各観点による異なる電流構成での電子ビーム・システムの動作モードの一例のグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の記載は、電子入射器のような電子ビーム・システムを動作させるシステム及び方法について説明する。具体的には、本書で説明される幾つかの実施形態は、許容可能な焦点スポット品質を有しつつ広い放出ダイナミック・レンジにおいて電子入射器を実効的に動作させるシステム及び方法について記載する。以下の記載は二、三の実施形態を含むに過ぎないが、この電子ビーム・システムは他の様々なイメージング・システム及び応用において具現化されて、高画質及び最適化された線量制御を達成することができる。例として述べると、電子ビーム・システムは、ウェーネルト（Wehnelt）円筒又は電界電子放出器を用いたＣＴシステム、Ｘ線システム及び電子銃アセンブリに用いられ得る。本発明のシステムの様々な具現化形態を実施するのに適した環境の一例について、図１〜図２を参照して以下の各節で説明する。
【００１２】
図１は、画像データを取得して処理するＣＴシステムの一例１００を示す。一実施形態では、ＣＴシステム１００はガントリ１０２を含んでいる。ガントリ１０２はさらに、ガントリ１０２の反対側に配置されている検出器アレイ１０８へ向けてＸ線放射線のビーム１０６を投射する少なくとも一つのＸ線放射線源１０４を含んでいる。図１は単一のＸ線放射線源１０４を図示しているが、幾つかの実施形態では、多数の放射線源を用いて複数のＸ線ビームを投射して様々なビュー角度から画像データを取得することができる。
【００１３】
さらに、図２は、本発明の手法の各観点に従って画像データを取得して処理する図１のＣＴシステム１００と同様のイメージング・システム２００を示す。但し、イメージング・システム２００は１又は複数の構造的観点及び作用的観点においてＣＴシステム１００とは異なっていてよい。例として述べると、イメージング・システム２００の検出器アレイ１０８はさらに、患者又は手荷物のような対象２０４を通過する投射Ｘ線ビームを一括で感知して対応する投影データを取得する複数の検出器素子２０２を含み得る。
【００１４】
典型的には、投影データを取得する走査時には、ガントリ１０２及びガントリ１０２に装着されている構成要素は回転中心２０６の周りを回転する。但し、対象２０４に対する投影角が時間の関数として変化するような幾つかの実施形態では、装着された構成要素が円の弧ではなく一般的な曲線に沿って移動してもよい。従って、ガントリ１０２の回転及びＸ線放射線源１０４の動作は、Ｘ線放射線源１０４の所望のビュー角度からの投影データを取得するようにイメージング・システム２００の制御機構２０８によって制御され得る。一実施形態では、制御機構２０８は、Ｘ線放射線源１０４に電力信号及びタイミング信号を供給するＸ線制御器２１０と、ガントリ１０２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御器２１２とを含み得る。制御機構２０８はまた、検出器素子２０２からのアナログ・データをサンプリングして、後の処理のためにこのアナログ・データをディジタル信号へ変換するデータ取得システム（ＤＡＳ）２１４を含み得る。
【００１５】
ＤＡＳ２１４によってサンプリングされてディジタル化されたデータは、計算装置２１６に入力される。計算装置２１６はこのデータを、フレキシブル・ディスク・ドライブ、コンパクト・ディスク読み書き（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）ドライブ、又はディジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）・ドライブのような記憶装置２１８に記憶させることができる。代替的には、画像再構成器２２８が、サンプリングされてディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ２１４から受け取って高速再構成を実行してもよい。計算装置２１６はさらに、再構成画像を処理し且つ／又は記憶装置２１８に記憶させることができる。
【００１６】
さらに、表示器２２０が計算装置２１６に結合されて連絡しており、操作者が対象の画像及び関連データを観測するのを可能にし得る。一実施形態では、計算装置２１６は、キーボード（図示されていない）を含み得るコンソール２２２を介して操作者から命令及び走査パラメータを受け取ることができる。計算装置２１６は、操作者が供給し且つ／又はシステムが定義した命令及びパラメータを用いて、ＤＡＳ２１４、Ｘ線制御器２１０及びガントリ・モータ制御器２１２の１又は複数に制御信号及び情報を与える。加えて、計算装置２１６はまた、コンベヤ・システム制御器又はテーブル・モータ制御器２２４を動作させることができ、制御器２２４はコンベヤ・システム又は電動式テーブル２２６を制御する。テーブル・モータ制御器２２４は、対応する画像データを取得するように患者のような対象２０４をガントリ１０２において適当に配置するためにテーブル２２６を移動させることができる。
【００１７】
対象２０４を撮像するのに用いられるＸ線放射線源１０４は典型的には、少なくとも陰極及び陽極を含むＸ線管である。現在、Ｘ線管は、陽極に入射してＸ線を発生するための電子ビームを発生する電子供給源を含んでいる。電子供給源は、Ｘ線フィラメントの電流構成を変化させ従ってフィラメントの放出温度を変化させることにより、電子ビーム電流の大きさを制御している。しかしながら、これらのＸ線管では、走査要件に基づいてビュー逐次に電子ビーム強度及び焦点スポット寸法を実効的に制御することができず、従って撮像の選択肢を限定している。本書で用いられる「ビュー」との用語は、特定のガントリ角度、又は投影Ｘ線画像における一つのフレームにおいて取得される投影画像を指す。さらに、本発明の手法の各観点によれば、Ｘ線放射線源１０４は、マイクロ秒電流制御及び広範囲の集束自在型放出を提供してＸ線画像を改善するＸ線管に対応し得る。最適放射線量を有しつつ所望の寸法及び品質の焦点スポットを発生するマイクロ秒電流制御を可能にするＸ線管の一例について、図３を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図３は、本発明の手法の各観点によるＸ線管の一例３００を示す。Ｘ線管３００は、図２に示すイメージング・システム２００のようなイメージング・システムにおいて放射線源として用いられ得る。一実施形態では、Ｘ線管３００は、真空壁３０４の内部に配設された入射器３０２を含んでいる。Ｘ線管３００はまた、静止型又は回転式Ｘ線ターゲット（ターゲット３０６）となる陽極３０６を含んでいる。ターゲット３０６は入射器３０２と共に、管外被３０８の内部に配設されている。本発明の手法の各観点によれば、入射器３０２はさらに、入射器壁３１０の内部に封入されている１又は複数の構成要素を含み得る。例として述べると、１又は複数の構成要素は、放出器３１２の形態にあり電子ビーム３１４を放出する少なくとも一つの陰極を含み得る。具体的には、放出器３１２は、平坦な放出面、彎曲した放出面、又は他の任意の適当に成形された放出面を含んで、撮像要件に応じて電子ビーム３１４を放出することができる。
【００１９】
さらに、一実施形態では、放出器３１２は、当該放出器３１２に結合されている電圧源３１６を用いて当該放出器３１２に大電流を流すことにより直接加熱される。この大電流は放出器３１２を加熱し、このようにして電子ビーム３１４の放出を生じさせる。代替的には、放出器３１２は、適当な加熱条件を与えられると電子を発生する熱イオン型電子供給源３１８を用いて間接的に加熱されてもよい。このために、熱イオン型電子供給源３１８は、高融点、高温での安定な電子放出、低仕事関数、又はこれらの組み合わせを有する材料を含み得る。従って、熱イオン型電子供給源３１８は、例えばフィラメント導線又は電圧源３１６を用いて熱イオン型電子供給源３１８に跨がって電流を流し且つ／又は電圧を印加することにより加熱され得る。次いで、加熱された熱イオン型電子供給源３１８は電子を発生し、これらの電子を一般に加熱用電子ビーム３２０と呼ぶ。放出器３１２は、加熱用電子ビーム３２０によって衝突されると電子ビーム３１４を発生する。
【００２０】
放出器３１２によって発生される電子ビーム３１４は、集束電極３２４を用いてターゲット３０６へ向けて集束されてＸ線３２２を発生する。集束電極３２４は、放出器３１２に関して適当な電位例えば負の電位に保たれて、電子ビーム３１４を集束電極３２４から離隔させて、ターゲット３０６へ向けて集束させる。代替的には、集束電極３２４は、平行電子ビームを発生するために放出器３１２の電圧電位に等しい又は実質的に類似した電圧電位に保たれてもよい。
【００２１】
さらに、入射器３０２はまた、電子ビーム３１４を制御し且つ／又はターゲット３０６へ向けて集束させる少なくとも一つの抽出電極３２６を含み得る。このために、Ｘ線管３００は、抽出電極３２６を放出器３１２に関して正のバイアス電圧又は負のバイアス電圧に保つのに適当な電圧を供給するバイアス電圧電源３２８を含み得る。幾つかの実施形態では、抽出電極３２６はさらに、異なる電圧電位を有する複数の領域に分割されて、放出器３１２の異なる領域から電子ビーム３１４の集束及び／又はバイアス印加放出を実行することができる。
【００２２】
本発明の手法の各観点によれば、抽出電極３２６及び／又は集束電極３２４を用いてＸ線管３００の電子ビーム電流を制御することができる。このために、抽出電極３２６は集束電極３２４に関して正電圧にバイアス印加され、このようにして抽出電極３２６と集束電極３２４との間に電位差を生成する。抽出電極３２６と集束電極３２４との間の電位差は電場３３０を発生し、この電場３３０を用いて電子ビーム３１４の強度を制御することができる。
【００２３】
具体的には、電場３３０は、放出器３１２から放出される電子をターゲット３０６へ向けて加速させる。一実施形態では、電場３３０が強くなるほど、放出器３１２からターゲット３０６へ向かう電子の加速は大きくなる。代替的には、電場３３０が弱くなるほど、放出器３１２からターゲット３０６へ向かう電子の加速は小さくなる。従って、例えばバイアス電圧電源３２８に結合される電圧タブ（図示されていない）を用いて抽出電極３２６の電圧電位（ｋＶ）を変化させることにより電場３３０の強さを調節して、電子ビーム強度を制御することができる。
【００２４】
さらに、幾つかの実施形態では、入射器３０２とターゲット３０６との間に配設された磁気アセンブリ３３２が、電子ビーム３１４の追加制御を提供することができる。具体的には、磁気アセンブリ３３２は、電子ビーム３１４を成形する磁場をＸ線ターゲット３０６に生成することにより電子ビーム３１４の集束に影響を及ぼす１又は複数の多極磁石を含み得る。例として述べると、１又は複数の多極磁石は、１又は複数の四極磁石、１又は複数の二極磁石、又はこれらの組み合わせを含み得る。一実施形態では、１又は複数の多極磁石は、電子ビーム３１４を、当該電子ビーム３１４のエネルギ・レベルの関数としてターゲット３０６へ向けて偏向させ且つ／又は位置決めする磁場を発生する。このようにして発生される磁場はさらに、入射器３０２によって発生される広範囲の焦点スポット寸法について定常状態から３０マイクロ秒未満の時間尺度まで制御可能であり得る。
【００２５】
ＣＴシステムのような撮像装置において入射器３０２を用いているときに、電子ビーム電流は、画質及び患者への線量を最適化するように、典型的には数十マイクロ秒程度で迅速に変更されなければならない。しかしながら、前述のように、電子ビーム電流及び電圧の急激な変化によって、特に所定の電流値の範囲内で動作しているときに入射器３０２での空間電荷効果及び電磁気集束に急激な変化が生じ得る。例として述べると、所定の範囲は約８０ｋＶにおいて約１０ｍＡ〜約１５００ｍＡの電流値に対応し得る。約１０ｍＡのような所定の範囲内にある低電子ビーム電流において入射器３０２を動作させているときに、電場３３０及び磁気アセンブリ３３２によって発生される電磁力は、電子ビーム３１４の位置決め、並びに焦点スポット寸法及び品質に影響を与え得る。
【００２６】
従って、一実施形態では、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いて電子ビーム３１４の負荷サイクルを変調して、低電流での電子ビーム３１４の位置決め及び集束に対する電磁力の破壊的影響を回避する。本書で用いられる「負荷サイクル（duty cycle）」との用語は、特定のビュー時間に対する電子ビームの「入」時間の比を指す。
【００２７】
典型的には、ＣＴシステムの検出器は、Ｘ線信号の出力が特定のビュー時間にわたるＸ線積分に比例するように積分信号モードで動作する。例として述べると、Ｘ線管３００の各々のビュー時間は約２０マイクロ秒から約５００マイクロ秒に対応し得る。さらに、特定のビュー時間にわたり電子ビーム強度を高速で切り換えることにより一連のパルスを発生することができる。従って、特定のビュー時間内での積分Ｘ線信号は、特定のビュー時間内に発生されるピークＸ線信号及び一連のパルスの負荷サイクルに比例する。現状で思量される構成では、Ｘ線管３００の特定のビューの範囲内で発生される一連のパルスの負荷サイクルは、Ｘ線管３００の特定のビューについて少なくとも所定のＸ線束を発生するように適応調整される。具体的には、一実施形態では、入射器３０２はＰＷＭを用いて、Ｘ線管３００の特定のビューの範囲内で発生される一連のパルスの負荷サイクルを変化させる。電子ビーム３１４の負荷サイクルを変調するために入射器３０２によって用いられ得るＰＷＭ方式の一例を図４に示す。
【００２８】
図４は、本発明の手法の各観点による図２のＣＴシステム２００のようなイメージング・システムの特定のビューに対応するＰＷＭ波形の一例４０２のグラフ図４００を示す。このために、矩形ＰＷＭパルス波のパルス幅は、ＰＷＭ波形４０２の平均値を変化させるように変調される。次いで、ＰＷＭ波形４０２を用いて、例えばＸ線管３００の特定のビューにおいて数回にわたり入及び切になるようにバイアス電圧電源３２８への電力を高速で切り換える。バイアス電圧電源３２８の変化によって抽出電極３２６に跨がる電圧が変化し、従って電子ビーム強度が変化する。このように、ＰＷＭ波形４０２は特定のビュー時間にわたり発生される一連のパルスの負荷サイクルを変調して、イメージング・システムの１又は複数の構成要素へ情報を伝達すること又は入射器３０２に渡される電力の量を制御することの何れかを行なって電子ビーム強度を制御する。
【００２９】
具体的には、高ｍＡ値及び低ｍＡ値において入射器３０２を動作させるためのＰＷＭ波形４０２の入時間の百分率を変化させることにより、イメージング・システムの特定のビューの範囲内でのｍＡ等価値を変化させることができる。特定のビューの範囲内でのｍＡ等価値と、高ｍＡ値及び低ｍＡ値動作のためのＰＷＭ波形４０２の入時間の百分率との間の関係の一例は下式のように定義され得る。
【００３０】
等価ｍＡ＝Ｈｉｇｈ＿ｍＡ＊Ｐ＿ｈｉｇｈ＋Ｌｏｗ＿ｍＡ＊Ｐ＿ｌｏｗ （１）
式中、Ｈｉｇｈ＿ｍＡは高放出器電流値であり、Ｐ＿ｈｉｇｈは高ｍＡ値の百分率（時間）であり、Ｌｏｗ＿ｍＡは低放出器電流値であり、Ｐ＿ｌｏｗは低ｍＡ値の百分率である。例として述べると、第一の動作モードでは、入射器３０２は１ＡのＨｉｇｈ＿ｍＡ（放出器電流）を用いて、Ｐ＿ｈｉｇｈを約１０％（１０％負荷サイクル）、Ｐ＿ｌｏｗ４０４を約９０％としてＰＷＭ波形４０２を変調し、第二の動作モードにおいて生成される場合の約１００ｍＡの実質的に等価のｍＡ４０６を発生することができる。
【００３１】
第二の動作モードでは、入射器３０２は、１００ｍＡのＨｉｇｈ＿ｍＡを用いて、Ｐ＿ｈｉｇｈを約１００％、Ｐ＿ｌｏｗを約０％として波形４０４を変調し、電子ビームを発生することができる。しかしながら、発生される電子ビームが、入射器３０２の低ｍＡ動作時に一般に生ずる破壊的電磁力のため集束を失う場合がある。従って、入射器３０２は、高電流を用いる第一のモードにおいてＸ線管３００を動作させ、負荷サイクル変調を用いて、第二の動作モードに対応する焦点スポット寸法、焦点スポット位置、焦点スポット品質、電子ビーム強度及び／又は位置を発生する。さらに、電子ビームの負荷サイクルを変化させるために特定のビュー時間の一部のみにわたって入射器３０２に電力を供給することにより、放射線の影響が減少し、またＸ線管３００の寿命が延びる。
【００３２】
図３の参照に戻り、一実施形態では、Ｘ線管３００は、撮像要件に基づいて電子ビームの負荷サイクルを変化させるビーム制御ユニット３３４を含んでいる。このために、ビーム制御ユニット３３４は、例えばフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、マイクロプロセッサ、特定応用向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は他の任意の適当な制御装置を含み得る。幾つかの実施形態では、ビーム制御ユニット３３４の代わりに、図２のイメージング・システム２００のようなイメージング・システムに結合されている制御機構２０８、Ｘ線制御器２１０又は計算装置２１６のような制御用サブシステムがビーム制御ユニット３３４の１又は複数の作用を果たしてもよい。Ｘ線管３００において所定の焦点スポット寸法、所定の焦点スポット位置及び／又は所定の線束を発生するように所定の電流値での電子ビーム３１４の負荷サイクルを変調するビーム制御ユニット３３４について、図５を参照してさらに詳細に説明する。
【００３３】
図５は、図３のビーム制御ユニット３３４の構成要素の例を示すブロック図を示す。前述のように、ビーム制御ユニット３３４は、撮像時に近実時間で動的に及び／又は所定の走査手順に従って所定の電流値での電子ビーム３１４の負荷サイクルを変調する。従って、一実施形態では、ビーム制御ユニット３３４は、特定のビュー時間内に発生される一連のパルスの負荷サイクルを変化させるために、ＰＷＭ発生器５０２、クロック回路５０４及び切り換えサブシステム５０６を含んでいる。一実施形態では、ビーム制御ユニット３３４は、電子ビーム３１４の強度を制御するように図３の抽出電極３２６に対応する電圧構成を変化させるために図３の電圧源３１６へディジタル制御信号を供給する。代替的には、ビーム制御ユニット３３４は、電子放出を一切行なわないように抽出電極３２６に負電圧を印加することもできる。
【００３４】
幾つかの実施形態では、ビーム制御ユニット３３４はさらに、抽出電極３２６及び他のイメージング・システム構成要素にとって適当な動作設定を決定する処理サブシステム５０８及びメモリ５１０を含んでいる。代替的には、幾つかの実施形態では、ビーム制御ユニット３３４は、有線及び／又は無線の通信網、例えばインターネットを介して処理サブシステム５０８及びメモリ５１０に結合されて連絡して、動作設定を決定してもよい。例として述べると、ビーム制御ユニット３３４を図２のイメージング・システム２００のようなイメージング・システムにおいて実装するときに、処理サブシステム５０８は図２の計算装置２１６に対応し、メモリ５１０は記憶装置２１８に対応し得る。具体的には、ビーム制御ユニット３３４は処理サブシステム５０８を用いて、少なくとも所定のＸ線束、所定の焦点スポット位置及び／又は所定の焦点スポット寸法を発生するように、Ｘ線管３００の特定のビューを撮像するのに適当な動作設定を決定する。例として述べると、動作設定は、パルス幅、負荷サイクル、電子ビーム切り換え周波数、抽出電圧、バイアス電圧、磁石電流及び／又はイメージング・システムのガントリ角度を含み得る。
【００３５】
さらに、本発明の手法の各観点によれば、ビーム制御ユニット３３４は、スカウト走査のような特定の走査手順を実行しているときにＸ線管３００の特定のビューに対応する電流構成を識別する。本書で用いられる「電流構成（current configuration）」との用語は、放出器３１２と、Ｘ線管３００の陽極となるターゲット３０６との間の電子ビーム電流（ｍＡ）の大きさ、及び／又は特定の撮像時間にわたるこの電子ビーム電流の全積分を指す。ビーム制御ユニット３３４は、例えば放出器３１２に近接して配設されている電流プローブ又はセンサ（図示されていない）を用いることにより、走査手順に用いられている電流構成を識別する。電流プローブは、Ｘ線管３００の特定のビューに対応する電流構成を識別して、識別された電流構成を示す信号を電気導線（図示されていない）を介してビーム制御ユニット３３４まで返送することができる。一実施形態では、ビーム制御ユニット３３４はさらに、対象を撮像するための所定の焦点スポット寸法、所定の焦点スポット位置及び／又は所定のＸ線束を決定する。例として述べると、１２５０ｍＡ及び８０ｋＶにおいて患者を撮像しているときに、所定の焦点スポット寸法は６．８ｍｍ×２．１ｍｍに対応し得る。
【００３６】
幾つかの実施形態では、利用者が、所定のＸ線束、所定の焦点スポット位置及び／又は所定の焦点スポット寸法に対応する値を、ビーム制御ユニット３３４に結合されている入力装置（図示されていない）を介して供給することができる。他の幾つかの実施形態では、処理サブシステム５０８が、撮像に用いられる特定の走査手順に基づいて所定のＸ線束、所定の焦点スポット位置及び／又は所定の焦点スポット寸法を決定する。このために、メモリ５１０は、特定の走査手順と、入射器３０２の様々なビューに対応するＸ線束、焦点スポット特性及び／又は電流構成との間の相関を記憶しておくことができる。
【００３７】
一実施形態では、識別された電流構成が所定の範囲（ＰＷＭレンジ）の外にある場合には、ビーム制御ユニット３０２は連続式集束方式を用いる。具体的には、ビーム制御ユニット３３４は、特定のビューを撮像しているときに、ＰＷＭレンジよりも高い電流値、例えば４００ｍＡよりも高い電流値では連続式集束方式を用いて、ターゲット３０６に入射する電子ビーム電流を直接調節する。幾つかの実施形態では、ビーム制御ユニット３３４は、電子ビーム３１４をマイクロ秒程度で入及び切に高速に切り換えることにより電子ビーム電流を調節して、特定のビューでの画像データ取得を調節する信号を送信する。幾つかの実施形態では、ビーム制御ユニット３３４は、例えば集束電極３２４に負電圧を印加し、抽出電極３２６に対応する電圧構成を変化させて電子ビーム電流を変化させ、且つ／又は抽出電極３２６に負電圧を印加して電子ビーム３１４を完全に切にすることにより、電子ビーム電流を調節する。
【００３８】
しかしながら、識別された電流構成が所定の範囲内にある場合には、ビーム制御ユニット３３４は切り換えサブシステム５０６を用いてＰＷＭモードを作動させる。ビーム制御ユニット３３４は一実施形態ではさらに、電子ビーム電流を約４００ｍＡのような所定の値に設定するように抽出電圧を構成することができる。加えて、ビーム制御ユニット３３４は、放出器３１２が所定の値を有する電子ビーム電流を発生することを可能にするのに適当な電圧を抽出電極３２６に跨がって印加するようにバイアス電圧電源３２８を構成する。
【００３９】
さらに、ビーム制御ユニット３３４は、処理サブシステム５０８を用いて、抽出電圧を調節し従って電子ビーム電流を調節するＰＷＭ波形を発生するためにバイアス電圧電源３２８に適用されるべきパルス幅、切り換え周波数、及び負荷サイクルのような動作設定を決定する。具体的には、処理サブシステム５０８は、電子ビーム電流の所定の値に基づいて所定のＸ線束、所定の焦点スポット位置及び／又は所定の焦点スポット寸法を発生するように動作設定を決定する。加えて、処理サブシステム５０８はまた、電子ビーム３１４の正確な集束を保証するように、電子ビーム電流の所定の値に基づいて集束電極３２４及び／又は磁気アセンブリ３３２のような他のシステム構成要素の動作設定を決定することができる。
【００４０】
従って、一実施形態では、ＰＷＭ発生器５０２は、クロック回路５０４及び切り換えサブシステム５０６を用いて、所定の切り換え周波数を用いて電圧源３１６に印加されるべき適当なＰＷＭ波形を発生する。このために、切り換えサブシステム５０６は、少なくとも抽出電極３２６に跨がって時間の関数として適当な電圧値を印加する電圧源３１６及び／又はバイアス電圧電源３２８に結合されているトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴスイッチ、又は他の任意の適当な装置のような各装置を含み得る。
【００４１】
具体的には、ＰＷＭ発生器５０２は、切り換えサブシステム５０６及びクロック回路５０４を用いて、処理サブシステム５０８によって決定されるパルス幅及び負荷サイクルを有するＰＷＭ波形を発生する。幾つかの実施形態では、ＰＷＭ波形は、一定の周波数を保ちつつＰＷＭ波形のパルス幅を変化させるか、又は一定のパルス幅を保ちつつ与えられるパルスの数を変化させることにより、負荷サイクルを変化させる。代替的には、所定の負荷サイクルを達成するようにパルス幅及び周波数の両方を変化させることができる。他の幾つかの実施形態では、ＰＷＭ波形はまた、パルスのサイクル時間、周波数、強度、位相及び数のような負荷サイクルに対応する１又は複数のパラメータを変化させることにより、負荷サイクルを変化させることができる。このように、ビーム制御ユニット３３４は、Ｘ線管３００の特定のビューについて電子ビーム３１４の負荷サイクルを変調するように、発生されるＰＷＭ波形を用いて抽出電極３２６に供給される電圧を変化させる。
【００４２】
次いで、変調された電子ビーム３１４を、ターゲット３０６に入射するように電磁力によって集束させて位置決めして、Ｘ線３２２を発生する。このようにして発生されるＸ線３２２は、高電流モードで動作しているときであっても、例えば入射器３０２の低電流動作に対応する所定のＸ線束を発生する。このように、負荷サイクル変調は、入射器３０２が広い電流ダイナミック・レンジを有することを要求することなく、入射器３０２が一つのビューの範囲内で広い等価Ｘ線束範囲を達成することを可能にする。高画質及び最適化された線量制御を達成しつつ電子銃が広範囲の変調電流において動作することを可能にするＸ線ビームの負荷サイクルを変調する方法の一例について図６〜図７を参照してさらに詳細に説明する。
【００４３】
図６へ移ると、図３の入射器３０２のような電子ビーム・システムを動作させる方法の一例を示す流れ図６００が示されている。この方法の例を、計算システム又はプロセッサに対するコンピュータ実行可能な命令という一般的な状況で説明することができる。一般的には、コンピュータ実行可能な命令は、特定の作用を果たす又は特定の抽象データ型を具現化するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、プロシージャ、モジュール及び関数等を含み得る。この方法の例はまた、最適化作用が通信網を介して結合されている遠隔の処理装置によって実行されるような分散計算環境でも実施され得る。分散計算環境では、コンピュータ実行可能な命令は、メモリ記憶装置を含めたローカル及びリモートの両方のコンピュータ記憶媒体に位置し得る。
【００４４】
さらに、図６では、この方法の例を、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの組み合わせにおいて具現化され得る一連の動作を表わす論理的な流れ図におけるブロックの集合として示している。これらの様々な動作は、この方法の例の電子ビーム発生、電流構成識別、変調及び集束の各段階時に全体的に実行される作用を説明するために各ブロックに示されている。ソフトウェアの文脈では、各ブロックは、１又は複数の処理サブシステムによって実行されると電子ビーム・システムの所載の動作を果たすコンピュータ命令を表わす。この方法の例が記載されている順序は制限として解釈されるべきでなく、任意の数の所載のブロックが任意の順序で組み合わされて本書に開示される方法の例又は等価の代替的な方法を具現化し得るものとする。加えて、個々のブロックは、本書に記載される主題の要旨及び範囲から逸脱することなくこの方法の例から削除され得る。議論の目的のために、この方法の例を図１〜図５の諸要素を参照して説明する。
【００４５】
この方法の例は、図２のイメージング・システム２００のようなイメージング・システムの図３の入射器３０２のような電子ビーム・システムが、集束自在の広いダイナミック・レンジにおいて動作するのを可能にすることを目的とする。従って、ステップ６０２では、電子入射器の放出器３１２のような放出器が電子ビームを発生する。一実施形態では、図３の放出器３１２に関して説明するように、放出器は直接又は間接的に加熱されて電子ビームを発生することができる。続いて、加熱用電子ビームは放出器に入射して、人体、手荷物、又は他の任意の適当な対象を撮像するのに用いられ得る電子ビームを発生する。
【００４６】
さらに、ステップ６０４では、特定の走査手順を実行しているときのイメージング・システムの特定のビューに対応する電流構成を識別する。例として述べると、識別される電流構成は、イメージング・システムの特定のビューを走査するために放出器によって発生される電子ビーム電流の大きさに対応し得る。幾つかの実施形態では、利用者がイメージング・システムに結合されている入力装置を用いて電流構成を供給することができる。代替的には、処理ユニットが、実行されている特定の走査手順及び／又は撮像されている対象の特性に基づいてイメージング・システムの特定のビューに対応する電流構成を推測することができる。
【００４７】
次いで、ステップ６０６において、識別された電流構成を電子ビーム電流に対応する所定の範囲の値に対して比較することができる。例として述べると、この所定の範囲は５０ｍＡ〜４００ｍＡの電流値に対応し得る。一実施形態では、所定の範囲は、電子ビームが電磁力の影響のためかなり狭隘化し得るときの電流値の範囲に対応する。
【００４８】
識別された電流構成が所定の範囲の外にある場合には、ステップ６０８において、ビーム制御ユニット３３４のような制御ユニットが、電子入射器を連続式集束モードで動作するように作動させる。具体的には、制御ユニットは連続式集束変調を用いて標的物体に入射する電子ビーム電流を調節する。従って、ステップ６１０では、処理ユニットは、連続式集束変調を用いて電子ビーム電流を変調するための電子入射器及び／又はイメージング・システムの他構成要素に対応する１又は複数の動作設定を決定する。例として述べると、処理ユニットは、所定の電子ビーム強度を達成する抽出電圧、抽出電極に跨がる電圧を変化させる切り換え周波数、及び／又は用いられている特定の走査手順に基づいてイメージング・システムの特定のビューを走査するガントリ角度を決定することができる。
【００４９】
さらに、ステップ６１２では、制御ユニットは、所定の動作設定を用いて連続式集束変調を用いて電子ビーム電流を変調する。例として述べると、制御ユニットは、切り換えサブシステム５０６のような切り換えモジュールを用いて、約１マイクロ秒〜１５マイクロ秒の区間から少なくとも約１５０ミリ秒の区間に抽出電極３２６に対応する電圧構成を変化させる。抽出電極３２６に対応する電圧構成の変化によって、マイクロ秒単位程度の区間で電子ビーム強度を変調し、このようにして電子ビームのマイクロ秒強度切り換えを達成する。
【００５０】
ステップ６０６へ戻り、識別された電流構成が所定の範囲内にある場合には、ステップ６１４において、制御ユニットは切り換えモジュールを用いて電子入射器についてＰＷＭ動作モードを選択する。電子入射器のＰＷＭ動作モードについては、図６を参照して後の節でさらに詳細に説明する。
【００５１】
さらに、ステップ６１６では、処理ユニットは、電子入射器及び／又はイメージング・システムの１若しくは複数の構成要素をＰＷＭモードで動作させる１又は複数の動作設定を決定する。例として述べると、処理ユニットは、イメージング・システムの特定のビューと共に発生される一連のパルスのパルス幅、負荷サイクル、切り換え周波数及び／又は抽出電圧を決定することができる。具体的には、処理ユニットは、用いられている特定の走査手順の要件に基づいて所定のＸ線束、所定の焦点スポット位置及び／又は所定の焦点スポット寸法を発生するように動作設定を決定する。前述のように、所定の線束、所定の焦点スポット位置及び所定の焦点スポット寸法は、イメージング・システムに結合されている入力装置（図示されていない）を介して利用者によって供給されてもよい。代替的には、処理ユニットが、撮像に用いられる特定の走査手順及び電流構成に基づいて所定のＸ線束、所定の焦点スポット位置及び／又は所定の焦点スポット寸法を決定する。
【００５２】
続いて、ステップ６１８では、制御ユニットは所定の動作設定を用いて、ＰＷＭを用いてイメージング・システムの特定のビューについて電子ビームの負荷サイクルを変調する。従って、一実施形態では、制御ユニットは切り換えモジュールを用いて、イメージング・システムの特定のビュー時間内に一連のパルスを発生するように電子入射器を入及び切に高速に切り換える。例として述べると、イメージング・システムの、各々のビュー時間は、約２０マイクロ秒〜約５００マイクロ秒に対応し得る。特定のビュー時間内に発生されるパルスの数は、一連のパルスの送信時間に基づいて変化し得る。
【００５３】
前述のように、Ｘ線信号の出力は、特定のビュー時間内に発生されるピークＸ線信号及び一連のパルスの負荷サイクルに比例する。従って、一連のパルスの負荷サイクルは、図４に関して説明するようにＰＷＭを用いて等価のＸ線信号を発生するように適応調整され得る。具体的には、等価のＸ線信号は、特定のビュー時間内に発生される最大Ｘ線信号、最小Ｘ線信号及び一連のパルスの負荷サイクルに基づいて決定され得る。従って、所定の電流構成において電子入射器を動作させるために、イメージング・システムは電子ビーム電流自体を変化させるのではなく、負荷サイクル変調を用いて等価のＸ線信号を発生する。具体的には、電子ビーム電流を直接変化させるのではなく電子ビームの負荷サイクルを変調して所定の線束を発生するようにすると、減少した切り換え電力を要求しつつ、イメージング・システムの撮像速度が高まる。
【００５４】
続いて、ステップ６２０では、変調された電子ビームを電磁力によって集束させて位置決めしてターゲットに入射させ、Ｘ線を発生する。このようにして発生されるＸ線は、高電流モードで動作しているときであっても、電子入射器の低電流動作に対応する所定のＸ線束を発生する。このように、電子の負荷サイクル変調は、電子入射器が広い電流ダイナミック・レンジを有することを要求することなく、電子入射器が一つのビューの範囲内で広い等価Ｘ線束範囲を達成することを可能にする。具体的には、異なる電流構成の多数のモードで動作するイメージング・システムの能力が、当該イメージング・システムにとって利用可能な撮像の選択肢を大幅に拡大する。本発明の手法の各観点による多数のモードで電子入射器を動作させる方法について、図７を参照してさらに詳細に説明する。
【００５５】
図７は、異なる電流構成での電子入射器の多数の動作モードを示すグラフ図７００を示す。具体的には、図７は、イメージング・システムの特定のビューに対応する電流構成に基づく様々なモードでの電子入射器の動作の一例を示す。このために、イメージング・システムは、図６のステップ６０４に関して記載されている方法を用いて、イメージング・システムの特定のビューに対応する電流構成を識別する。続いて、図３のビーム制御ユニット３３４のような制御ユニットが、識別された電流構成に基づいて電子入射器の動作モードを選択する。
【００５６】
一実施形態では、制御ユニットは、高電流構成を示す領域７０２における連続式集束モード及び低電流構成を示す領域７０４におけるＰＷＭモードで動作するように電子入射器を構成する。図示の実施形態において例として述べると、高電流領域７０２は４５０ｍＡと１２５０ｍＡとの間の電流値に対応し、抽出電圧は約３５００Ｖから７５００Ｖである。さらに、低電流領域７０４は０ｍＡと４５０ｍＡとの間の電流値に対応し、抽出電圧は−１０００Ｖと３５００Ｖとの間にある。但し、低電流領域７０４及び高電流領域７０２は、本発明の要旨及び範囲から逸脱することなく他の値に対応し得る。また、一実施形態では、低電流領域７０４が２００ｍＡ〜４５０ｍＡに対応し、ビームは０ｍＡ〜２００ｍＡの間で連続動作において用いられてもよい。
【００５７】
ステップ６１２に関して説明するように、高電流領域７０２で動作しているときに、電子入射器は連続式集束変調を用いて、マイクロ秒強度切り換えを用いて電子ビーム強度を調節する。具体的には、制御ユニットは切り換えモジュールを用いて、約１マイクロ秒〜１５マイクロ秒の区間から少なくとも約１５０ミリ秒の区間に抽出電極に対応する電圧構成を変化させる。抽出電極に対応する電圧構成の変化によって、マイクロ秒単位程度の区間で電子ビーム強度を変調し、このようにしてデータ取得及びイメージング・システム性能を高める。
【００５８】
代替的には、電子入射器は、低電流領域７０４において動作するためにＰＷＭを用いて電子ビームの負荷サイクルを変調する。例として述べると、電子入射器は、当該電子入射器が約１０ｍＡ〜５０ｍＡの電流構成及び静止型ガントリを用いるようなスカウト走査を実行しているときには低電流領域７０４で動作し得る。一実施形態では、低電流構成は、電流構成を例えば８０ｋＶにおいて約２００ｍＡとした５秒間にわたる利用者定義の走査手順に対応する。もう一つの実施形態では、低電流構成は、画質に損失を招かずに患者に投与される線量を減少させるために円周位置又は軸方向位置の関数として管電流を変調する走査モードに対応し得る。しかしながら、低電流領域７０４において連続式集束変調を用いて電子入射器を動作させると、電子ビームのかなりの狭隘化を招き、焦点の損失、従って画質の損失を招き得る。
【００５９】
従って、一実施形態では、電子ビーム電流は、電子ビームが電磁力の過度の狭隘化効果を回避し得る約１Ａのような所定の値に設定され得る。さらに、処理ユニットは、所定の電流の値に基づいて所定の線束、所定の焦点スポット位置及び／又は所定の焦点スポット寸法を発生し得るようにイメージング・システムの特定のビューについて適当な動作設定を決定することができる。前述のように、動作設定は、パルス幅、負荷サイクル、電子ビーム切り換え周波数、抽出電圧、磁石電流、バイアス電圧、及び／又はイメージング・システムのガントリ角度を含み得る。
【００６０】
制御ユニットは、所定の動作設定を用いて、イメージング・システムの特定のビューの範囲内で発生される一連のパルスの負荷サイクルを変化させるのに適当なＰＷＭ波形を発生する。具体的には、制御ユニットはＰＷＭ波形を用いて、抽出電極に対応する電圧構成を変化させるために電圧源にディジタル制御信号を与え、このようにして電子ビームの負荷サイクルを制御する。代替的には、制御ユニットは、電子放出を一切行なわないように抽出電極に所定の負電圧を印加することもできる。図４に関して説明するように、制御ユニットは、低電流領域７０４において動作している電子入射器が１Ａの放出器電流を１０％負荷サイクルとして用いることを可能にするように抽出電圧を構成して、１００ｍＡ及び１００％負荷サイクルとして動作しているときに発生される線束と等価のＸ線束を発生することができる。
【００６１】
このように、電子入射器は、イメージング・システムの特定のビューについて焦点スポット寸法、焦点スポット品質、電子ビーム強度及び／又は位置を保ちつつ高電流において電子入射器を動作させる負荷サイクル変調を用いる。加えて、撮像時に電子入射器を高電圧構成から低電圧構成に切り換えるときに電子ビームの負荷サイクルを適応調整すると、電子ビームの信号対雑音比が保存される。さらに、画像再構成時に所定の電子ビーム電流の値を引き続き用いて電子入射器の電圧構成の変化に対処し、変調された電子ビームを用いて堅牢で高品質の画像を形成することができる。
【００６２】
このように、以上に開示されるシステム及び方法は、ＰＷＭを用いた電子ビーム電流、Ｘ線束及び焦点スポット寸法の生成の高速制御を組み合わせることにより電子ビーム・システムの電流変調範囲を大幅に拡張する。加えて、電子ビームの負荷サイクル変調は、電子ビーム・システムをマイクロ秒強度切り換え、並びに広範囲の変調ｍＡ及びエネルギと共に多数のモードにおいて動作させて、線量制御を最適化しつつ高品質撮像を達成することを可能にする。
【００６３】
本発明のシステムの実施形態の各例はＣＴシステムの電子入射器に関して記載されているが、ウェーネルト円筒又は電界電子放出器を用いたＸ線システム及び電子銃アセンブリのような他の任意の適当な形式の撮像装置における請求される電子ビーム・システムの利用も思量される。
【００６４】
本書では発明の幾つかの特徴のみを図示して説明したが、当業者には多くの改変及び変形が想到されよう。従って、特許請求の範囲は、発明の要旨に含まれるような全ての改変及び変形を網羅するものと理解されたい。
【符号の説明】
【００６５】
１００：ＣＴシステム
１０２：ガントリ
１０４：放射線源
１０６：Ｘ線放射線
１０８：検出器アレイ
２００：イメージング・システム
２０２：検出器素子
２０４：対象
２０６：回転中心
２０８：制御機構
２１０：Ｘ線制御器
２１２：ガントリ・モータ制御器
２１４：データ取得システム
２１６：計算装置
２１８：記憶装置
２２０：表示器
２２２：コンソール
２２４：コンベヤ・システム／テーブル・モータ制御器
２２６：コンベヤ・システム／テーブル
２２８：画像再構成器
３００：Ｘ線管
３０２：入射器
３０４：真空壁
３０６：陽極／ターゲット
３０８：管外被
３１０：入射器壁
３１２：放出器
３１４：電子ビーム
３１６：電圧源
３１８：熱イオン型電子供給源
３２０：加熱用電子ビーム
３２２：Ｘ線
３２４：集束電極
３２６：抽出電極
３２８：バイアス電圧電源
３３０：電場
３３２：磁気アセンブリ
３３４：ビーム制御ユニット
４００：イメージング・システムの特定のビューに対応するＰＷＭ波形の一例のグラフ図
４０２：ＰＷＭ波形
４０４：Ｐ＿ｌｏｗ（低ｍＡ値の百分率）
４０６：等価ｍＡ
５０２：ＰＷＭ発生器
５０４：クロック回路
５０６：切り換えサブシステム
５０８：処理サブシステム
５１０：メモリ
６００：電子ビーム・システムを動作させる方法の一例を示す流れ図
７００：異なる電流構成での電子入射器の多数の動作モードを示すグラフ図
７０２：高電流構成を示す領域
７０４：低電流構成を示す領域
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は一般的には、診断撮像に関し、さらに具体的には、広い放出ダイナミック・レンジにおいて電子ビーム・システムを動作させる方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
計算機式断層写真法（ＣＴ）は、臨床診断、工業用検査及び警備スクリーニングのような諸分野に広い応用を有する。幾つかのＣＴシステムが開発されており、例えば乳ガンを検出する、心血管疾患を診断する、ＣＴフルオロスコピィを行なう、及び空港手荷物検査を行なう等のためのシステムがある。ＣＴシステムは、高品質画像再構成のために広範囲の視角からの多数の投影画像を要求する。加えて、ＣＴシステムはまた、患者線量を低減しつつ所望の撮像品質を依然達成するためにＸ線の電子ビーム強度を制御することを必要とする場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このために、従来のＣＴシステムは、電子ビーム放出制御のために制御式フィラメント加熱を有するＸ線管のような装置を用いている。しかしながら、従来のフィラメント加熱は数十ミリ秒程度の緩慢な過程であり、従って数十マイクロ秒程度のようなさらに高速の電子ビーム放出制御が望まれる応用では利用が阻まれる。Ｘ線管はさらに、静電グリッド及び／又は磁気アセンブリのような制御手段を含んで電子ビーム電流を制御する場合がある。しかしながら、かかるＸ線管では電子ビーム電流の急激な変化のため、標的物体での電子ビームの位置決め及び集束を正しく行なうことができない。具体的には、電子ビーム強度の０％から１００％までの電子ビーム電流の変調を行なうと、空間電荷力の変化のため電子の互いの間での反発が生ずる。この空間電荷力の変化はさらに、Ｘ線管における電子ビームの電磁式集束及び偏向に影響を与え、従って焦点スポット寸法に影響を与える。
【０００４】
具体的には、約１０ミリアンペア（ｍＡ）及び１４０キロボルト（ｋＶ）のような低電子ビーム電流によってＸ線管を動作させているときには、電磁力の強い影響のため電子ビームが過度に集束して、電子ビーム軌跡に収縮した「くびれ（waist）」を形成する。撮像時に電子ビームのこの狭隘化効果を反転させることは難題である。この狭隘化効果のため、低電子ビーム電流において標的位置への電子ビームの位置決め及び集束を正確に制御するＸ線管の能力が阻害され、従ってイメージング・システム性能を損なう。
【０００５】
Ｘ線管の電子ビーム・システムが広い放出ダイナミック・レンジにおいて動作することを可能にする実効的な方法及びシステムを開発することが望ましい。具体的には、撮像要件に基づいて電子ビームを標的位置に正確に位置決めするように電子ビーム強度を制御する電子ビーム・システムが必要とされている。さらにまた、画質及びＸ線源の耐久性を保ちつつ堅牢なイメージング・システム性能を達成するように電子ビームの焦点及び位置を制御する方法及びシステムを開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の手法の各観点によれば、電子ビーム・システムを動作させる方法が提供される。この方法は、イメージング・システムのＸ線管において電子ビームを発生するステップを含んでいる。加えて、イメージング・システムの特定のビューに対応する電流構成を識別する。識別された電流構成が所定の範囲内にある場合には、パルス幅変調を用いてイメージング・システムの特定のビューについて電子ビームの負荷サイクルを変調する。さらに、変調された電子ビームをターゲットへ向けて集束させる。
【０００７】
本発明のシステムの各観点によれば、電子ビーム・システムが記載される。この電子ビーム・システムは、電子ビームを発生する放出器と、放出器に関して正のバイアス電圧又は負のバイアス電圧に保たれる少なくとも一つの電極とを含んでおり、電極は電子ビームの強度を制御する。さらに、この電子ビーム・システムは、少なくとも一つの電極に結合されている制御ユニットを含んでいる。具体的には、制御ユニットは、Ｘ線管の特定のビューに対応する電流構成を識別する。次いで、制御ユニットは、識別された電流構成が所定の範囲内にあるときには、パルス幅変調を用いてＸ線管の特定のビューについて電子ビームの負荷サイクルを変調する。
【０００８】
本発明のシステムのもう一つの観点によれば、Ｘ線管が提供される。このＸ線管は電子ビーム・システムを含んでいる。電子ビーム・システムはさらに、電子ビームを発生する放出器と、放出器に関して正のバイアス電圧又は負のバイアス電圧に保たれる少なくとも一つの電極とを含んでおり、電極は電子ビームの強度を制御する。さらに、このＸ線管は、少なくとも一つの電極に結合されている制御ユニットを含んでいる。具体的には、制御ユニットは、Ｘ線管の特定のビューに対応する電流構成を識別する。次いで、制御ユニットは、識別された電流構成が所定の範囲内にあるときには、パルス幅変調を用いてＸ線管の特定のビューについて電子ビームの負荷サイクルを変調する。このＸ線管はまた、電子ビームによって衝突されるとＸ線を発生するターゲットを含んでいる。
【０００９】
本発明のシステムのさらにもう一つの観点によれば、計算機式断層写真法システムが記載される。この計算機式断層写真法システムは、ガントリと、電子ビーム・システムを含むＸ線管とを含んでいる。電子ビーム・システムはさらに、電子ビームを発生する放出器と、放出器に関して正のバイアス電圧又は負のバイアス電圧に保たれる少なくとも一つの電極とを含んでおり、電極は電子ビームの強度を制御する。さらに、Ｘ線管は、少なくとも一つの電極及び抽出電極に結合されている制御ユニットを含んでいる。具体的には、制御ユニットは、Ｘ線管の特定のビューに対応する電流構成を識別する。次いで、制御ユニットは、識別された電流構成が所定の範囲内にあるときには、パルス幅変調を用いてＸ線管の特定のビューについて電子ビームの負荷サイクルを変調する。Ｘ線管はまた、電子ビームによって衝突されるとＸ線を発生するターゲットを含んでいる。この計算機式断層写真法システムはさらに、対象からの減弱後の電子ビームを検出する１又は複数の検出器素子を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の手法のこれらの特徴、観点及び利点、並びに他の特徴、観点及び利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むとさらに十分に理解されよう。図面全体にわたり、類似の参照符号は類似の部材を表わす。
【図１】ＣＴシステムの見取り図である。
【図２】イメージング・システムのブロック概略図である。
【図３】本発明のシステムの各観点によるＸ線管の一例の図である。
【図４】本発明の手法の各観点による電子ビームの負荷サイクルを変調する波形の一例のグラフ図である。
【図５】図３に示すビーム制御ユニットの構成要素の一例の図である。
【図６】本発明の手法の各観点による電子ビーム・システムを動作させる方法の一例を示す流れ図である。
【図７】本発明の手法の各観点による異なる電流構成での電子ビーム・システムの動作モードの一例のグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の記載は、電子入射器のような電子ビーム・システムを動作させるシステム及び方法について説明する。具体的には、本書で説明される幾つかの実施形態は、許容可能な焦点スポット品質を有しつつ広い放出ダイナミック・レンジにおいて電子入射器を実効的に動作させるシステム及び方法について記載する。以下の記載は二、三の実施形態を含むに過ぎないが、この電子ビーム・システムは他の様々なイメージング・システム及び応用において具現化されて、高画質及び最適化された線量制御を達成することができる。例として述べると、電子ビーム・システムは、ウェーネルト（Wehnelt）円筒又は電界電子放出器を用いたＣＴシステム、Ｘ線システム及び電子銃アセンブリに用いられ得る。本発明のシステムの様々な具現化形態を実施するのに適した環境の一例について、図１〜図２を参照して以下の各節で説明する。
【００１２】
図１は、画像データを取得して処理するＣＴシステムの一例１００を示す。一実施形態では、ＣＴシステム１００はガントリ１０２を含んでいる。ガントリ１０２はさらに、ガントリ１０２の反対側に配置されている検出器アレイ１０８へ向けてＸ線放射線のビーム１０６を投射する少なくとも一つのＸ線放射線源１０４を含んでいる。図１は単一のＸ線放射線源１０４を図示しているが、幾つかの実施形態では、多数の放射線源を用いて複数のＸ線ビームを投射して様々なビュー角度から画像データを取得することができる。
【００１３】
さらに、図２は、本発明の手法の各観点に従って画像データを取得して処理する図１のＣＴシステム１００と同様のイメージング・システム２００を示す。但し、イメージング・システム２００は１又は複数の構造的観点及び作用的観点においてＣＴシステム１００とは異なっていてよい。例として述べると、イメージング・システム２００の検出器アレイ１０８はさらに、患者又は手荷物のような対象２０４を通過する投射Ｘ線ビームを一括で感知して対応する投影データを取得する複数の検出器素子２０２を含み得る。
【００１４】
典型的には、投影データを取得する走査時には、ガントリ１０２及びガントリ１０２に装着されている構成要素は回転中心２０６の周りを回転する。但し、対象２０４に対する投影角が時間の関数として変化するような幾つかの実施形態では、装着された構成要素が円の弧ではなく一般的な曲線に沿って移動してもよい。従って、ガントリ１０２の回転及びＸ線放射線源１０４の動作は、Ｘ線放射線源１０４の所望のビュー角度からの投影データを取得するようにイメージング・システム２００の制御機構２０８によって制御され得る。一実施形態では、制御機構２０８は、Ｘ線放射線源１０４に電力信号及びタイミング信号を供給するＸ線制御器２１０と、ガントリ１０２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御器２１２とを含み得る。制御機構２０８はまた、検出器素子２０２からのアナログ・データをサンプリングして、後の処理のためにこのアナログ・データをディジタル信号へ変換するデータ取得システム（ＤＡＳ）２１４を含み得る。
【００１５】
ＤＡＳ２１４によってサンプリングされてディジタル化されたデータは、計算装置２１６に入力される。計算装置２１６はこのデータを、フレキシブル・ディスク・ドライブ、コンパクト・ディスク読み書き（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）ドライブ、又はディジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）・ドライブのような記憶装置２１８に記憶させることができる。代替的には、画像再構成器２２８が、サンプリングされてディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ２１４から受け取って高速再構成を実行してもよい。計算装置２１６はさらに、再構成画像を処理し且つ／又は記憶装置２１８に記憶させることができる。
【００１６】
さらに、表示器２２０が計算装置２１６に結合されて連絡しており、操作者が対象の画像及び関連データを観測するのを可能にし得る。一実施形態では、計算装置２１６は、キーボード（図示されていない）を含み得るコンソール２２２を介して操作者から命令及び走査パラメータを受け取ることができる。計算装置２１６は、操作者が供給し且つ／又はシステムが定義した命令及びパラメータを用いて、ＤＡＳ２１４、Ｘ線制御器２１０及びガントリ・モータ制御器２１２の１又は複数に制御信号及び情報を与える。加えて、計算装置２１６はまた、コンベヤ・システム制御器又はテーブル・モータ制御器２２４を動作させることができ、制御器２２４はコンベヤ・システム又は電動式テーブル２２６を制御する。テーブル・モータ制御器２２４は、対応する画像データを取得するように患者のような対象２０４をガントリ１０２において適当に配置するためにテーブル２２６を移動させることができる。
【００１７】
対象２０４を撮像するのに用いられるＸ線放射線源１０４は典型的には、少なくとも陰極及び陽極を含むＸ線管である。現在、Ｘ線管は、陽極に入射してＸ線を発生するための電子ビームを発生する電子供給源を含んでいる。電子供給源は、Ｘ線フィラメントの電流構成を変化させ従ってフィラメントの放出温度を変化させることにより、電子ビーム電流の大きさを制御している。しかしながら、これらのＸ線管では、走査要件に基づいてビュー逐次に電子ビーム強度及び焦点スポット寸法を実効的に制御することができず、従って撮像の選択肢を限定している。本書で用いられる「ビュー」との用語は、特定のガントリ角度、又は投影Ｘ線画像における一つのフレームにおいて取得される投影画像を指す。さらに、本発明の手法の各観点によれば、Ｘ線放射線源１０４は、マイクロ秒電流制御及び広範囲の集束自在型放出を提供してＸ線画像を改善するＸ線管に対応し得る。最適放射線量を有しつつ所望の寸法及び品質の焦点スポットを発生するマイクロ秒電流制御を可能にするＸ線管の一例について、図３を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図３は、本発明の手法の各観点によるＸ線管の一例３００を示す。Ｘ線管３００は、図２に示すイメージング・システム２００のようなイメージング・システムにおいて放射線源として用いられ得る。一実施形態では、Ｘ線管３００は、真空壁３０４の内部に配設された入射器３０２を含んでいる。Ｘ線管３００はまた、静止型又は回転式Ｘ線ターゲット（ターゲット３０６）となる陽極３０６を含んでいる。ターゲット３０６は入射器３０２と共に、管外被３０８の内部に配設されている。本発明の手法の各観点によれば、入射器３０２はさらに、入射器壁３１０の内部に封入されている１又は複数の構成要素を含み得る。例として述べると、１又は複数の構成要素は、放出器３１２の形態にあり電子ビーム３１４を放出する少なくとも一つの陰極を含み得る。具体的には、放出器３１２は、平坦な放出面、彎曲した放出面、又は他の任意の適当に成形された放出面を含んで、撮像要件に応じて電子ビーム３１４を放出することができる。
【００１９】
さらに、一実施形態では、放出器３１２は、当該放出器３１２に結合されている電圧源３１６を用いて当該放出器３１２に大電流を流すことにより直接加熱される。この大電流は放出器３１２を加熱し、このようにして電子ビーム３１４の放出を生じさせる。代替的には、放出器３１２は、適当な加熱条件を与えられると電子を発生する熱イオン型電子供給源３１８を用いて間接的に加熱されてもよい。このために、熱イオン型電子供給源３１８は、高融点、高温での安定な電子放出、低仕事関数、又はこれらの組み合わせを有する材料を含み得る。従って、熱イオン型電子供給源３１８は、例えばフィラメント導線又は電圧源３１６を用いて熱イオン型電子供給源３１８に跨がって電流を流し且つ／又は電圧を印加することにより加熱され得る。次いで、加熱された熱イオン型電子供給源３１８は電子を発生し、これらの電子を一般に加熱用電子ビーム３２０と呼ぶ。放出器３１２は、加熱用電子ビーム３２０によって衝突されると電子ビーム３１４を発生する。
【００２０】
放出器３１２によって発生される電子ビーム３１４は、集束電極３２４を用いてターゲット３０６へ向けて集束されてＸ線３２２を発生する。集束電極３２４は、放出器３１２に関して適当な電位例えば負の電位に保たれて、電子ビーム３１４を集束電極３２４から離隔させて、ターゲット３０６へ向けて集束させる。代替的には、集束電極３２４は、平行電子ビームを発生するために放出器３１２の電圧電位に等しい又は実質的に類似した電圧電位に保たれてもよい。
【００２１】
さらに、入射器３０２はまた、電子ビーム３１４を制御し且つ／又はターゲット３０６へ向けて集束させる少なくとも一つの抽出電極３２６を含み得る。このために、Ｘ線管３００は、抽出電極３２６を放出器３１２に関して正のバイアス電圧又は負のバイアス電圧に保つのに適当な電圧を供給するバイアス電圧電源３２８を含み得る。幾つかの実施形態では、抽出電極３２６はさらに、異なる電圧電位を有する複数の領域に分割されて、放出器３１２の異なる領域から電子ビーム３１４の集束及び／又はバイアス印加放出を実行することができる。
【００２２】
本発明の手法の各観点によれば、抽出電極３２６及び／又は集束電極３２４を用いてＸ線管３００の電子ビーム電流を制御することができる。このために、抽出電極３２６は集束電極３２４に関して正電圧にバイアス印加され、このようにして抽出電極３２６と集束電極３２４との間に電位差を生成する。抽出電極３２６と集束電極３２４との間の電位差は電場３３０を発生し、この電場３３０を用いて電子ビーム３１４の強度を制御することができる。
【００２３】
具体的には、電場３３０は、放出器３１２から放出される電子をターゲット３０６へ向けて加速させる。一実施形態では、電場３３０が強くなるほど、放出器３１２からターゲット３０６へ向かう電子の加速は大きくなる。代替的には、電場３３０が弱くなるほど、放出器３１２からターゲット３０６へ向かう電子の加速は小さくなる。従って、例えばバイアス電圧電源３２８に結合される電圧タブ（図示されていない）を用いて抽出電極３２６の電圧電位（ｋＶ）を変化させることにより電場３３０の強さを調節して、電子ビーム強度を制御することができる。
【００２４】
さらに、幾つかの実施形態では、入射器３０２とターゲット３０６との間に配設された磁気アセンブリ３３２が、電子ビーム３１４の追加制御を提供することができる。具体的には、磁気アセンブリ３３２は、電子ビーム３１４を成形する磁場をＸ線ターゲット３０６に生成することにより電子ビーム３１４の集束に影響を及ぼす１又は複数の多極磁石を含み得る。例として述べると、１又は複数の多極磁石は、１又は複数の四極磁石、１又は複数の二極磁石、又はこれらの組み合わせを含み得る。一実施形態では、１又は複数の多極磁石は、電子ビーム３１４を、当該電子ビーム３１４のエネルギ・レベルの関数としてターゲット３０６へ向けて偏向させ且つ／又は位置決めする磁場を発生する。このようにして発生される磁場はさらに、入射器３０２によって発生される広範囲の焦点スポット寸法について定常状態から３０マイクロ秒未満の時間尺度まで制御可能であり得る。
【００２５】
ＣＴシステムのような撮像装置において入射器３０２を用いているときに、電子ビーム電流は、画質及び患者への線量を最適化するように、典型的には数十マイクロ秒程度で迅速に変更されなければならない。しかしながら、前述のように、電子ビーム電流及び電圧の急激な変化によって、特に所定の電流値の範囲内で動作しているときに入射器３０２での空間電荷効果及び電磁気集束に急激な変化が生じ得る。例として述べると、所定の範囲は約８０ｋＶにおいて約１０ｍＡ〜約１５００ｍＡの電流値に対応し得る。約１０ｍＡのような所定の範囲内にある低電子ビーム電流において入射器３０２を動作させているときに、電場３３０及び磁気アセンブリ３３２によって発生される電磁力は、電子ビーム３１４の位置決め、並びに焦点スポット寸法及び品質に影響を与え得る。
【００２６】
従って、一実施形態では、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いて電子ビーム３１４の負荷サイクルを変調して、低電流での電子ビーム３１４の位置決め及び集束に対する電磁力の破壊的影響を回避する。本書で用いられる「負荷サイクル（duty cycle）」との用語は、特定のビュー時間に対する電子ビームの「入」時間の比を指す。
【００２７】
典型的には、ＣＴシステムの検出器は、Ｘ線信号の出力が特定のビュー時間にわたるＸ線積分に比例するように積分信号モードで動作する。例として述べると、Ｘ線管３００の各々のビュー時間は約２０マイクロ秒から約５００マイクロ秒に対応し得る。さらに、特定のビュー時間にわたり電子ビーム強度を高速で切り換えることにより一連のパルスを発生することができる。従って、特定のビュー時間内での積分Ｘ線信号は、特定のビュー時間内に発生されるピークＸ線信号及び一連のパルスの負荷サイクルに比例する。現状で思量される構成では、Ｘ線管３００の特定のビューの範囲内で発生される一連のパルスの負荷サイクルは、Ｘ線管３００の特定のビューについて少なくとも所定のＸ線束を発生するように適応調整される。具体的には、一実施形態では、入射器３０２はＰＷＭを用いて、Ｘ線管３００の特定のビューの範囲内で発生される一連のパルスの負荷サイクルを変化させる。電子ビーム３１４の負荷サイクルを変調するために入射器３０２によって用いられ得るＰＷＭ方式の一例を図４に示す。
【００２８】
図４は、本発明の手法の各観点による図２のＣＴシステム２００のようなイメージング・システムの特定のビューに対応するＰＷＭ波形の一例４０２のグラフ図４００を示す。このために、矩形ＰＷＭパルス波のパルス幅は、ＰＷＭ波形４０２の平均値を変化させるように変調される。次いで、ＰＷＭ波形４０２を用いて、例えばＸ線管３００の特定のビューにおいて数回にわたり入及び切になるようにバイアス電圧電源３２８への電力を高速で切り換える。バイアス電圧電源３２８の変化によって抽出電極３２６に跨がる電圧が変化し、従って電子ビーム強度が変化する。このように、ＰＷＭ波形４０２は特定のビュー時間にわたり発生される一連のパルスの負荷サイクルを変調して、イメージング・システムの１又は複数の構成要素へ情報を伝達すること又は入射器３０２に渡される電力の量を制御することの何れかを行なって電子ビーム強度を制御する。
【００２９】
具体的には、高ｍＡ値及び低ｍＡ値において入射器３０２を動作させるためのＰＷＭ波形４０２の入時間の百分率を変化させることにより、イメージング・システムの特定のビューの範囲内でのｍＡ等価値を変化させることができる。特定のビューの範囲内でのｍＡ等価値と、高ｍＡ値及び低ｍＡ値動作のためのＰＷＭ波形４０２の入時間の百分率との間の関係の一例は下式のように定義され得る。
【００３０】
等価ｍＡ＝Ｈｉｇｈ＿ｍＡ＊Ｐ＿ｈｉｇｈ＋Ｌｏｗ＿ｍＡ＊Ｐ＿ｌｏｗ （１）
式中、Ｈｉｇｈ＿ｍＡは高放出器電流値であり、Ｐ＿ｈｉｇｈは高ｍＡ値の百分率（時間）であり、Ｌｏｗ＿ｍＡは低放出器電流値であり、Ｐ＿ｌｏｗは低ｍＡ値の百分率である。例として述べると、第一の動作モードでは、入射器３０２は１ＡのＨｉｇｈ＿ｍＡ（放出器電流）を用いて、Ｐ＿ｈｉｇｈを約１０％（１０％負荷サイクル）、Ｐ＿ｌｏｗ４０４を約９０％としてＰＷＭ波形４０２を変調し、第二の動作モードにおいて生成される場合の約１００ｍＡの実質的に等価のｍＡ４０６を発生することができる。
【００３１】
第二の動作モードでは、入射器３０２は、１００ｍＡのＨｉｇｈ＿ｍＡを用いて、Ｐ＿ｈｉｇｈを約１００％、Ｐ＿ｌｏｗを約０％として波形４０４を変調し、電子ビームを発生することができる。しかしながら、発生される電子ビームが、入射器３０２の低ｍＡ動作時に一般に生ずる破壊的電磁力のため集束を失う場合がある。従って、入射器３０２は、高電流を用いる第一のモードにおいてＸ線管３００を動作させ、負荷サイクル変調を用いて、第二の動作モードに対応する焦点スポット寸法、焦点スポット位置、焦点スポット品質、電子ビーム強度及び／又は位置を発生する。さらに、電子ビームの負荷サイクルを変化させるために特定のビュー時間の一部のみにわたって入射器３０２に電力を供給することにより、放射線の影響が減少し、またＸ線管３００の寿命が延びる。
【００３２】
図３の参照に戻り、一実施形態では、Ｘ線管３００は、撮像要件に基づいて電子ビームの負荷サイクルを変化させるビーム制御ユニット３３４を含んでいる。このために、ビーム制御ユニット３３４は、例えばフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、マイクロプロセッサ、特定応用向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は他の任意の適当な制御装置を含み得る。幾つかの実施形態では、ビーム制御ユニット３３４の代わりに、図２のイメージング・システム２００のようなイメージング・システムに結合されている制御機構２０８、Ｘ線制御器２１０又は計算装置２１６のような制御用サブシステムがビーム制御ユニット３３４の１又は複数の作用を果たしてもよい。Ｘ線管３００において所定の焦点スポット寸法、所定の焦点スポット位置及び／又は所定の線束を発生するように所定の電流値での電子ビーム３１４の負荷サイクルを変調するビーム制御ユニット３３４について、図５を参照してさらに詳細に説明する。
【００３３】
図５は、図３のビーム制御ユニット３３４の構成要素の例を示すブロック図を示す。前述のように、ビーム制御ユニット３３４は、撮像時に近実時間で動的に及び／又は所定の走査手順に従って所定の電流値での電子ビーム３１４の負荷サイクルを変調する。従って、一実施形態では、ビーム制御ユニット３３４は、特定のビュー時間内に発生される一連のパルスの負荷サイクルを変化させるために、ＰＷＭ発生器５０２、クロック回路５０４及び切り換えサブシステム５０６を含んでいる。一実施形態では、ビーム制御ユニット３３４は、電子ビーム３１４の強度を制御するように図３の抽出電極３２６に対応する電圧構成を変化させるために図３の電圧源３１６へディジタル制御信号を供給する。代替的には、ビーム制御ユニット３３４は、電子放出を一切行なわないように抽出電極３２６に負電圧を印加することもできる。
【００３４】
幾つかの実施形態では、ビーム制御ユニット３３４はさらに、抽出電極３２６及び他のイメージング・システム構成要素にとって適当な動作設定を決定する処理サブシステム５０８及びメモリ５１０を含んでいる。代替的には、幾つかの実施形態では、ビーム制御ユニット３３４は、有線及び／又は無線の通信網、例えばインターネットを介して処理サブシステム５０８及びメモリ５１０に結合されて連絡して、動作設定を決定してもよい。例として述べると、ビーム制御ユニット３３４を図２のイメージング・システム２００のようなイメージング・システムにおいて実装するときに、処理サブシステム５０８は図２の計算装置２１６に対応し、メモリ５１０は記憶装置２１８に対応し得る。具体的には、ビーム制御ユニット３３４は処理サブシステム５０８を用いて、少なくとも所定のＸ線束、所定の焦点スポット位置及び／又は所定の焦点スポット寸法を発生するように、Ｘ線管３００の特定のビューを撮像するのに適当な動作設定を決定する。例として述べると、動作設定は、パルス幅、負荷サイクル、電子ビーム切り換え周波数、抽出電圧、バイアス電圧、磁石電流及び／又はイメージング・システムのガントリ角度を含み得る。
【００３５】
さらに、本発明の手法の各観点によれば、ビーム制御ユニット３３４は、スカウト走査のような特定の走査手順を実行しているときにＸ線管３００の特定のビューに対応する電流構成を識別する。本書で用いられる「電流構成（current configuration）」との用語は、放出器３１２と、Ｘ線管３００の陽極となるターゲット３０６との間の電子ビーム電流（ｍＡ）の大きさ、及び／又は特定の撮像時間にわたるこの電子ビーム電流の全積分を指す。ビーム制御ユニット３３４は、例えば放出器３１２に近接して配設されている電流プローブ又はセンサ（図示されていない）を用いることにより、走査手順に用いられている電流構成を識別する。電流プローブは、Ｘ線管３００の特定のビューに対応する電流構成を識別して、識別された電流構成を示す信号を電気導線（図示されていない）を介してビーム制御ユニット３３４まで返送することができる。一実施形態では、ビーム制御ユニット３３４はさらに、対象を撮像するための所定の焦点スポット寸法、所定の焦点スポット位置及び／又は所定のＸ線束を決定する。例として述べると、１２５０ｍＡ及び８０ｋＶにおいて患者を撮像しているときに、所定の焦点スポット寸法は６．８ｍｍ×２．１ｍｍに対応し得る。
【００３６】
幾つかの実施形態では、利用者が、所定のＸ線束、所定の焦点スポット位置及び／又は所定の焦点スポット寸法に対応する値を、ビーム制御ユニット３３４に結合されている入力装置（図示されていない）を介して供給することができる。他の幾つかの実施形態では、処理サブシステム５０８が、撮像に用いられる特定の走査手順に基づいて所定のＸ線束、所定の焦点スポット位置及び／又は所定の焦点スポット寸法を決定する。このために、メモリ５１０は、特定の走査手順と、入射器３０２の様々なビューに対応するＸ線束、焦点スポット特性及び／又は電流構成との間の相関を記憶しておくことができる。
【００３７】
一実施形態では、識別された電流構成が所定の範囲（ＰＷＭレンジ）の外にある場合には、ビーム制御ユニット３０２は連続式集束方式を用いる。具体的には、ビーム制御ユニット３３４は、特定のビューを撮像しているときに、ＰＷＭレンジよりも高い電流値、例えば４００ｍＡよりも高い電流値では連続式集束方式を用いて、ターゲット３０６に入射する電子ビーム電流を直接調節する。幾つかの実施形態では、ビーム制御ユニット３３４は、電子ビーム３１４をマイクロ秒程度で入及び切に高速に切り換えることにより電子ビーム電流を調節して、特定のビューでの画像データ取得を調節する信号を送信する。幾つかの実施形態では、ビーム制御ユニット３３４は、例えば集束電極３２４に負電圧を印加し、抽出電極３２６に対応する電圧構成を変化させて電子ビーム電流を変化させ、且つ／又は抽出電極３２６に負電圧を印加して電子ビーム３１４を完全に切にすることにより、電子ビーム電流を調節する。
【００３８】
しかしながら、識別された電流構成が所定の範囲内にある場合には、ビーム制御ユニット３３４は切り換えサブシステム５０６を用いてＰＷＭモードを作動させる。ビーム制御ユニット３３４は一実施形態ではさらに、電子ビーム電流を約４００ｍＡのような所定の値に設定するように抽出電圧を構成することができる。加えて、ビーム制御ユニット３３４は、放出器３１２が所定の値を有する電子ビーム電流を発生することを可能にするのに適当な電圧を抽出電極３２６に跨がって印加するようにバイアス電圧電源３２８を構成する。
【００３９】
さらに、ビーム制御ユニット３３４は、処理サブシステム５０８を用いて、抽出電圧を調節し従って電子ビーム電流を調節するＰＷＭ波形を発生するためにバイアス電圧電源３２８に適用されるべきパルス幅、切り換え周波数、及び負荷サイクルのような動作設定を決定する。具体的には、処理サブシステム５０８は、電子ビーム電流の所定の値に基づいて所定のＸ線束、所定の焦点スポット位置及び／又は所定の焦点スポット寸法を発生するように動作設定を決定する。加えて、処理サブシステム５０８はまた、電子ビーム３１４の正確な集束を保証するように、電子ビーム電流の所定の値に基づいて集束電極３２４及び／又は磁気アセンブリ３３２のような他のシステム構成要素の動作設定を決定することができる。
【００４０】
従って、一実施形態では、ＰＷＭ発生器５０２は、クロック回路５０４及び切り換えサブシステム５０６を用いて、所定の切り換え周波数を用いて電圧源３１６に印加されるべき適当なＰＷＭ波形を発生する。このために、切り換えサブシステム５０６は、少なくとも抽出電極３２６に跨がって時間の関数として適当な電圧値を印加する電圧源３１６及び／又はバイアス電圧電源３２８に結合されているトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴスイッチ、又は他の任意の適当な装置のような各装置を含み得る。
【００４１】
具体的には、ＰＷＭ発生器５０２は、切り換えサブシステム５０６及びクロック回路５０４を用いて、処理サブシステム５０８によって決定されるパルス幅及び負荷サイクルを有するＰＷＭ波形を発生する。幾つかの実施形態では、ＰＷＭ波形は、一定の周波数を保ちつつＰＷＭ波形のパルス幅を変化させるか、又は一定のパルス幅を保ちつつ与えられるパルスの数を変化させることにより、負荷サイクルを変化させる。代替的には、所定の負荷サイクルを達成するようにパルス幅及び周波数の両方を変化させることができる。他の幾つかの実施形態では、ＰＷＭ波形はまた、パルスのサイクル時間、周波数、強度、位相及び数のような負荷サイクルに対応する１又は複数のパラメータを変化させることにより、負荷サイクルを変化させることができる。このように、ビーム制御ユニット３３４は、Ｘ線管３００の特定のビューについて電子ビーム３１４の負荷サイクルを変調するように、発生されるＰＷＭ波形を用いて抽出電極３２６に供給される電圧を変化させる。
【００４２】
次いで、変調された電子ビーム３１４を、ターゲット３０６に入射するように電磁力によって集束させて位置決めして、Ｘ線３２２を発生する。このようにして発生されるＸ線３２２は、高電流モードで動作しているときであっても、例えば入射器３０２の低電流動作に対応する所定のＸ線束を発生する。このように、負荷サイクル変調は、入射器３０２が広い電流ダイナミック・レンジを有することを要求することなく、入射器３０２が一つのビューの範囲内で広い等価Ｘ線束範囲を達成することを可能にする。高画質及び最適化された線量制御を達成しつつ電子銃が広範囲の変調電流において動作することを可能にするＸ線ビームの負荷サイクルを変調する方法の一例について図６〜図７を参照してさらに詳細に説明する。
【００４３】
図６へ移ると、図３の入射器３０２のような電子ビーム・システムを動作させる方法の一例を示す流れ図６００が示されている。この方法の例を、計算システム又はプロセッサに対するコンピュータ実行可能な命令という一般的な状況で説明することができる。一般的には、コンピュータ実行可能な命令は、特定の作用を果たす又は特定の抽象データ型を具現化するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、プロシージャ、モジュール及び関数等を含み得る。この方法の例はまた、最適化作用が通信網を介して結合されている遠隔の処理装置によって実行されるような分散計算環境でも実施され得る。分散計算環境では、コンピュータ実行可能な命令は、メモリ記憶装置を含めたローカル及びリモートの両方のコンピュータ記憶媒体に位置し得る。
【００４４】
さらに、図６では、この方法の例を、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの組み合わせにおいて具現化され得る一連の動作を表わす論理的な流れ図におけるブロックの集合として示している。これらの様々な動作は、この方法の例の電子ビーム発生、電流構成識別、変調及び集束の各段階時に全体的に実行される作用を説明するために各ブロックに示されている。ソフトウェアの文脈では、各ブロックは、１又は複数の処理サブシステムによって実行されると電子ビーム・システムの所載の動作を果たすコンピュータ命令を表わす。この方法の例が記載されている順序は制限として解釈されるべきでなく、任意の数の所載のブロックが任意の順序で組み合わされて本書に開示される方法の例又は等価の代替的な方法を具現化し得るものとする。加えて、個々のブロックは、本書に記載される主題の要旨及び範囲から逸脱することなくこの方法の例から削除され得る。議論の目的のために、この方法の例を図１〜図５の諸要素を参照して説明する。
【００４５】
この方法の例は、図２のイメージング・システム２００のようなイメージング・システムの図３の入射器３０２のような電子ビーム・システムが、集束自在の広いダイナミック・レンジにおいて動作するのを可能にすることを目的とする。従って、ステップ６０２では、電子入射器の放出器３１２のような放出器が電子ビームを発生する。一実施形態では、図３の放出器３１２に関して説明するように、放出器は直接又は間接的に加熱されて電子ビームを発生することができる。続いて、加熱用電子ビームは放出器に入射して、人体、手荷物、又は他の任意の適当な対象を撮像するのに用いられ得る電子ビームを発生する。
【００４６】
さらに、ステップ６０４では、特定の走査手順を実行しているときのイメージング・システムの特定のビューに対応する電流構成を識別する。例として述べると、識別される電流構成は、イメージング・システムの特定のビューを走査するために放出器によって発生される電子ビーム電流の大きさに対応し得る。幾つかの実施形態では、利用者がイメージング・システムに結合されている入力装置を用いて電流構成を供給することができる。代替的には、処理ユニットが、実行されている特定の走査手順及び／又は撮像されている対象の特性に基づいてイメージング・システムの特定のビューに対応する電流構成を推測することができる。
【００４７】
次いで、ステップ６０６において、識別された電流構成を電子ビーム電流に対応する所定の範囲の値に対して比較することができる。例として述べると、この所定の範囲は５０ｍＡ〜４００ｍＡの電流値に対応し得る。一実施形態では、所定の範囲は、電子ビームが電磁力の影響のためかなり狭隘化し得るときの電流値の範囲に対応する。
【００４８】
識別された電流構成が所定の範囲の外にある場合には、ステップ６０８において、ビーム制御ユニット３３４のような制御ユニットが、電子入射器を連続式集束モードで動作するように作動させる。具体的には、制御ユニットは連続式集束変調を用いて標的物体に入射する電子ビーム電流を調節する。従って、ステップ６１０では、処理ユニットは、連続式集束変調を用いて電子ビーム電流を変調するための電子入射器及び／又はイメージング・システムの他構成要素に対応する１又は複数の動作設定を決定する。例として述べると、処理ユニットは、所定の電子ビーム強度を達成する抽出電圧、抽出電極に跨がる電圧を変化させる切り換え周波数、及び／又は用いられている特定の走査手順に基づいてイメージング・システムの特定のビューを走査するガントリ角度を決定することができる。
【００４９】
さらに、ステップ６１２では、制御ユニットは、所定の動作設定を用いて連続式集束変調を用いて電子ビーム電流を変調する。例として述べると、制御ユニットは、切り換えサブシステム５０６のような切り換えモジュールを用いて、約１マイクロ秒〜１５マイクロ秒の区間から少なくとも約１５０ミリ秒の区間に抽出電極３２６に対応する電圧構成を変化させる。抽出電極３２６に対応する電圧構成の変化によって、マイクロ秒単位程度の区間で電子ビーム強度を変調し、このようにして電子ビームのマイクロ秒強度切り換えを達成する。
【００５０】
ステップ６０６へ戻り、識別された電流構成が所定の範囲内にある場合には、ステップ６１４において、制御ユニットは切り換えモジュールを用いて電子入射器についてＰＷＭ動作モードを選択する。電子入射器のＰＷＭ動作モードについては、図６を参照して後の節でさらに詳細に説明する。
【００５１】
さらに、ステップ６１６では、処理ユニットは、電子入射器及び／又はイメージング・システムの１若しくは複数の構成要素をＰＷＭモードで動作させる１又は複数の動作設定を決定する。例として述べると、処理ユニットは、イメージング・システムの特定のビューと共に発生される一連のパルスのパルス幅、負荷サイクル、切り換え周波数及び／又は抽出電圧を決定することができる。具体的には、処理ユニットは、用いられている特定の走査手順の要件に基づいて所定のＸ線束、所定の焦点スポット位置及び／又は所定の焦点スポット寸法を発生するように動作設定を決定する。前述のように、所定の線束、所定の焦点スポット位置及び所定の焦点スポット寸法は、イメージング・システムに結合されている入力装置（図示されていない）を介して利用者によって供給されてもよい。代替的には、処理ユニットが、撮像に用いられる特定の走査手順及び電流構成に基づいて所定のＸ線束、所定の焦点スポット位置及び／又は所定の焦点スポット寸法を決定する。
【００５２】
続いて、ステップ６１８では、制御ユニットは所定の動作設定を用いて、ＰＷＭを用いてイメージング・システムの特定のビューについて電子ビームの負荷サイクルを変調する。従って、一実施形態では、制御ユニットは切り換えモジュールを用いて、イメージング・システムの特定のビュー時間内に一連のパルスを発生するように電子入射器を入及び切に高速に切り換える。例として述べると、イメージング・システムの、各々のビュー時間は、約２０マイクロ秒〜約５００マイクロ秒に対応し得る。特定のビュー時間内に発生されるパルスの数は、一連のパルスの送信時間に基づいて変化し得る。
【００５３】
前述のように、Ｘ線信号の出力は、特定のビュー時間内に発生されるピークＸ線信号及び一連のパルスの負荷サイクルに比例する。従って、一連のパルスの負荷サイクルは、図４に関して説明するようにＰＷＭを用いて等価のＸ線信号を発生するように適応調整され得る。具体的には、等価のＸ線信号は、特定のビュー時間内に発生される最大Ｘ線信号、最小Ｘ線信号及び一連のパルスの負荷サイクルに基づいて決定され得る。従って、所定の電流構成において電子入射器を動作させるために、イメージング・システムは電子ビーム電流自体を変化させるのではなく、負荷サイクル変調を用いて等価のＸ線信号を発生する。具体的には、電子ビーム電流を直接変化させるのではなく電子ビームの負荷サイクルを変調して所定の線束を発生するようにすると、減少した切り換え電力を要求しつつ、イメージング・システムの撮像速度が高まる。
【００５４】
続いて、ステップ６２０では、変調された電子ビームを電磁力によって集束させて位置決めしてターゲットに入射させ、Ｘ線を発生する。このようにして発生されるＸ線は、高電流モードで動作しているときであっても、電子入射器の低電流動作に対応する所定のＸ線束を発生する。このように、電子の負荷サイクル変調は、電子入射器が広い電流ダイナミック・レンジを有することを要求することなく、電子入射器が一つのビューの範囲内で広い等価Ｘ線束範囲を達成することを可能にする。具体的には、異なる電流構成の多数のモードで動作するイメージング・システムの能力が、当該イメージング・システムにとって利用可能な撮像の選択肢を大幅に拡大する。本発明の手法の各観点による多数のモードで電子入射器を動作させる方法について、図７を参照してさらに詳細に説明する。
【００５５】
図７は、異なる電流構成での電子入射器の多数の動作モードを示すグラフ図７００を示す。具体的には、図７は、イメージング・システムの特定のビューに対応する電流構成に基づく様々なモードでの電子入射器の動作の一例を示す。このために、イメージング・システムは、図６のステップ６０４に関して記載されている方法を用いて、イメージング・システムの特定のビューに対応する電流構成を識別する。続いて、図３のビーム制御ユニット３３４のような制御ユニットが、識別された電流構成に基づいて電子入射器の動作モードを選択する。
【００５６】
一実施形態では、制御ユニットは、高電流構成を示す領域７０２における連続式集束モード及び低電流構成を示す領域７０４におけるＰＷＭモードで動作するように電子入射器を構成する。図示の実施形態において例として述べると、高電流領域７０２は４５０ｍＡと１２５０ｍＡとの間の電流値に対応し、抽出電圧は約３５００Ｖから７５００Ｖである。さらに、低電流領域７０４は０ｍＡと４５０ｍＡとの間の電流値に対応し、抽出電圧は−１０００Ｖと３５００Ｖとの間にある。但し、低電流領域７０４及び高電流領域７０２は、本発明の要旨及び範囲から逸脱することなく他の値に対応し得る。また、一実施形態では、低電流領域７０４が２００ｍＡ〜４５０ｍＡに対応し、ビームは０ｍＡ〜２００ｍＡの間で連続動作において用いられてもよい。
【００５７】
ステップ６１２に関して説明するように、高電流領域７０２で動作しているときに、電子入射器は連続式集束変調を用いて、マイクロ秒強度切り換えを用いて電子ビーム強度を調節する。具体的には、制御ユニットは切り換えモジュールを用いて、約１マイクロ秒〜１５マイクロ秒の区間から少なくとも約１５０ミリ秒の区間に抽出電極に対応する電圧構成を変化させる。抽出電極に対応する電圧構成の変化によって、マイクロ秒単位程度の区間で電子ビーム強度を変調し、このようにしてデータ取得及びイメージング・システム性能を高める。
【００５８】
代替的には、電子入射器は、低電流領域７０４において動作するためにＰＷＭを用いて電子ビームの負荷サイクルを変調する。例として述べると、電子入射器は、当該電子入射器が約１０ｍＡ〜５０ｍＡの電流構成及び静止型ガントリを用いるようなスカウト走査を実行しているときには低電流領域７０４で動作し得る。一実施形態では、低電流構成は、電流構成を例えば８０ｋＶにおいて約２００ｍＡとした５秒間にわたる利用者定義の走査手順に対応する。もう一つの実施形態では、低電流構成は、画質に損失を招かずに患者に投与される線量を減少させるために円周位置又は軸方向位置の関数として管電流を変調する走査モードに対応し得る。しかしながら、低電流領域７０４において連続式集束変調を用いて電子入射器を動作させると、電子ビームのかなりの狭隘化を招き、焦点の損失、従って画質の損失を招き得る。
【００５９】
従って、一実施形態では、電子ビーム電流は、電子ビームが電磁力の過度の狭隘化効果を回避し得る約１Ａのような所定の値に設定され得る。さらに、処理ユニットは、所定の電流の値に基づいて所定の線束、所定の焦点スポット位置及び／又は所定の焦点スポット寸法を発生し得るようにイメージング・システムの特定のビューについて適当な動作設定を決定することができる。前述のように、動作設定は、パルス幅、負荷サイクル、電子ビーム切り換え周波数、抽出電圧、磁石電流、バイアス電圧、及び／又はイメージング・システムのガントリ角度を含み得る。
【００６０】
制御ユニットは、所定の動作設定を用いて、イメージング・システムの特定のビューの範囲内で発生される一連のパルスの負荷サイクルを変化させるのに適当なＰＷＭ波形を発生する。具体的には、制御ユニットはＰＷＭ波形を用いて、抽出電極に対応する電圧構成を変化させるために電圧源にディジタル制御信号を与え、このようにして電子ビームの負荷サイクルを制御する。代替的には、制御ユニットは、電子放出を一切行なわないように抽出電極に所定の負電圧を印加することもできる。図４に関して説明するように、制御ユニットは、低電流領域７０４において動作している電子入射器が１Ａの放出器電流を１０％負荷サイクルとして用いることを可能にするように抽出電圧を構成して、１００ｍＡ及び１００％負荷サイクルとして動作しているときに発生される線束と等価のＸ線束を発生することができる。
【００６１】
このように、電子入射器は、イメージング・システムの特定のビューについて焦点スポット寸法、焦点スポット品質、電子ビーム強度及び／又は位置を保ちつつ高電流において電子入射器を動作させる負荷サイクル変調を用いる。加えて、撮像時に電子入射器を高電圧構成から低電圧構成に切り換えるときに電子ビームの負荷サイクルを適応調整すると、電子ビームの信号対雑音比が保存される。さらに、画像再構成時に所定の電子ビーム電流の値を引き続き用いて電子入射器の電圧構成の変化に対処し、変調された電子ビームを用いて堅牢で高品質の画像を形成することができる。
【００６２】
このように、以上に開示されるシステム及び方法は、ＰＷＭを用いた電子ビーム電流、Ｘ線束及び焦点スポット寸法の生成の高速制御を組み合わせることにより電子ビーム・システムの電流変調範囲を大幅に拡張する。加えて、電子ビームの負荷サイクル変調は、電子ビーム・システムをマイクロ秒強度切り換え、並びに広範囲の変調ｍＡ及びエネルギと共に多数のモードにおいて動作させて、線量制御を最適化しつつ高品質撮像を達成することを可能にする。
【００６３】
本発明のシステムの実施形態の各例はＣＴシステムの電子入射器に関して記載されているが、ウェーネルト円筒又は電界電子放出器を用いたＸ線システム及び電子銃アセンブリのような他の任意の適当な形式の撮像装置における請求される電子ビーム・システムの利用も思量される。
【００６４】
本書では発明の幾つかの特徴のみを図示して説明したが、当業者には多くの改変及び変形が想到されよう。従って、特許請求の範囲は、発明の要旨に含まれるような全ての改変及び変形を網羅するものと理解されたい。
【符号の説明】
【００６５】
１００：ＣＴシステム
１０２：ガントリ
１０４：放射線源
１０６：Ｘ線放射線
１０８：検出器アレイ
２００：イメージング・システム
２０２：検出器素子
２０４：対象
２０６：回転中心
２０８：制御機構
２１０：Ｘ線制御器
２１２：ガントリ・モータ制御器
２１４：データ取得システム
２１６：計算装置
２１８：記憶装置
２２０：表示器
２２２：コンソール
２２４：コンベヤ・システム／テーブル・モータ制御器
２２６：コンベヤ・システム／テーブル
２２８：画像再構成器
３００：Ｘ線管
３０２：入射器
３０４：真空壁
３０６：陽極／ターゲット
３０８：管外被
３１０：入射器壁
３１２：放出器
３１４：電子ビーム
３１６：電圧源
３１８：熱イオン型電子供給源
３２０：加熱用電子ビーム
３２２：Ｘ線
３２４：集束電極
３２６：抽出電極
３２８：バイアス電圧電源
３３０：電場
３３２：磁気アセンブリ
３３４：ビーム制御ユニット
４００：イメージング・システムの特定のビューに対応するＰＷＭ波形の一例のグラフ図
４０２：ＰＷＭ波形
４０４：Ｐ＿ｌｏｗ（低ｍＡ値の百分率）
４０６：等価ｍＡ
５０２：ＰＷＭ発生器
５０４：クロック回路
５０６：切り換えサブシステム
５０８：処理サブシステム
５１０：メモリ
６００：電子ビーム・システムを動作させる方法の一例を示す流れ図
７００：異なる電流構成での電子入射器の多数の動作モードを示すグラフ図
７０２：高電流構成を示す領域
７０４：低電流構成を示す領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージング・システムのＸ線管において電子ビームを発生するステップと、
前記イメージング・システムの特定のビューに対応する電流構成を識別するステップと、
該識別された電流構成が所定の範囲内にあるときには、パルス幅変調を用いて前記イメージング・システムの前記特定のビューについて前記電子ビームの負荷サイクルを変調するステップと、
前記変調された電子ビームをターゲットへ向けて集束させるステップと
を備えた方法。
【請求項２】
前記イメージング・システムの前記特定のビューについて前記電子ビームの前記負荷サイクルを変調するステップは、少なくとも所定のＸ線束を発生するように前記負荷サイクルを適応調整することを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記所定のＸ線束、所定の焦点スポット寸法、所定の焦点スポット位置、又はこれらの組み合わせを生成するための前記Ｘ線管に対応する動作設定を決定するステップをさらに含んでおり、該動作設定は、パルス幅、負荷サイクル、周波数、磁石電流、バイアス電圧、抽出電圧、又はこれらの組み合わせを含んでいる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
Ｘ線管（３００）用の電子ビーム・システムであって、
電子ビームを発生する放出器（３１２）と、
該放出器（３１２）に関して正のバイアス電圧又は負のバイアス電圧に保たれる少なくとも一つの電極（３２６）であって、前記電子ビームの強度を制御する少なくとも一つの電極（３２６）と、
該少なくとも一つの電極（３２６）に結合されている制御ユニット（３３４）であって、
前記Ｘ線管（３００）の特定のビューに対応する電流構成を識別して、
該識別された電流構成が所定の範囲内にあるときには、パルス幅変調を用いて前記Ｘ線管（３００）の前記特定のビューについて前記電子ビームの負荷サイクルを変調する制御ユニット（３３４）と
を備えた電子ビーム・システム。
【請求項５】
前記制御ユニット（３３４）は、少なくとも所定のＸ線束を発生するように前記Ｘ線管（３００）の前記特定のビューについて前記電子ビームの前記負荷サイクルを変化させる、請求項４に記載の電子ビーム・システム。
【請求項６】
前記放出器（３１２）は、所定の電流値を有する電子ビームを発生するように構成されている、請求項４に記載の電子ビーム・システム。
【請求項７】
前記制御ユニット（３３４）は、前記識別された電流構成が前記所定の範囲の外にあるときには前記Ｘ線管（３００）の前記特定のビューに対応する電子ビーム電流を変調するために連続式集束変調を選択する、請求項４に記載の電子ビーム・システム。
【請求項８】
前記放出器（３１２）の近傍に配設された少なくとも一つの集束電極（３２４）をさらに含んでおり、該少なくとも一つの集束電極（３２４）は前記電子ビームを集束させ、前記少なくとも一つの電極（３２６）は抽出電極である、請求項４に記載の電子ビーム・システム。
【請求項９】
電子ビーム・システムと、
制御ユニット（３３４）と、
電子ビームにより衝突されるとＸ線を発生するターゲットと
を備えたＸ線管（３００）であって、前記電子ビーム・システムは、
電子ビームを発生する放出器（３１２）と、
前記電子ビームの強度を制御する少なくとも一つの電極（３２６）であって、前記放出器（３１２）に関して正のバイアス電圧又は負のバイアス電圧に保たれる少なくとも一つの電極（３２６）と
を含んでおり、前記制御ユニット（３３４）は、前記少なくとも一つの電極（３２６）に結合されており、
当該Ｘ線管（３００）の特定のビューに対応する電流構成を識別して、
該識別された電流構成が所定の範囲内にあるときには、パルス幅変調を用いて当該Ｘ線管（３００）の前記特定のビューについて前記電子ビームの負荷サイクルを変調する、
Ｘ線管（３００）。
【請求項１０】
ガントリ（１０２）と、
Ｘ線管（３００）と、
対象からの減弱後の電子ビームを検出する１又は複数の検出器素子（２０２）と
を備えた計算機式断層写真法システム（１００）であって、前記Ｘ線管（３００）は、
電子ビーム・システムと、
制御ユニット（３３４）と、
電子ビームにより衝突されるとＸ線を発生するターゲット（３０６）と
を含んでおり、前記電子ビーム・システムは、
電子ビームを発生する放出器（３１２）と、
前記電子ビームの強度を制御する少なくとも一つの電極（３２６）であって、前記放出器（３１２）に関して正のバイアス電圧又は負のバイアス電圧に保たれる少なくとも一つの電極（３２６）と
を含んでおり、前記制御ユニット（３３４）は、前記少なくとも一つの電極（３２６）に結合されており、
当該計算機式断層写真法システムの特定のビューに対応する電流構成を識別して、
該識別された電流構成が所定の範囲内にあるときには、パルス幅変調を用いて当該計算機式断層写真法システムの前記特定のビューについて前記電子ビームの負荷サイクルを変調する、
計算機式断層写真法システム（１００）。
【請求項１】
イメージング・システムのＸ線管において電子ビームを発生するステップと、
前記イメージング・システムの特定のビューに対応する電流構成を識別するステップと、
該識別された電流構成が所定の範囲内にあるときには、パルス幅変調を用いて前記イメージング・システムの前記特定のビューについて前記電子ビームの負荷サイクルを変調するステップと、
前記変調された電子ビームをターゲットへ向けて集束させるステップと
を備えた方法。
【請求項２】
前記イメージング・システムの前記特定のビューについて前記電子ビームの前記負荷サイクルを変調するステップは、少なくとも所定のＸ線束を発生するように前記負荷サイクルを適応調整することを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記所定のＸ線束、所定の焦点スポット寸法、所定の焦点スポット位置、又はこれらの組み合わせを生成するための前記Ｘ線管に対応する動作設定を決定するステップをさらに含んでおり、該動作設定は、パルス幅、負荷サイクル、周波数、磁石電流、バイアス電圧、抽出電圧、又はこれらの組み合わせを含んでいる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
Ｘ線管（３００）用の電子ビーム・システムであって、
電子ビームを発生する放出器（３１２）と、
該放出器（３１２）に関して正のバイアス電圧又は負のバイアス電圧に保たれる少なくとも一つの電極（３２６）であって、前記電子ビームの強度を制御する少なくとも一つの電極（３２６）と、
該少なくとも一つの電極（３２６）に結合されている制御ユニット（３３４）であって、
前記Ｘ線管（３００）の特定のビューに対応する電流構成を識別して、
該識別された電流構成が所定の範囲内にあるときには、パルス幅変調を用いて前記Ｘ線管（３００）の前記特定のビューについて前記電子ビームの負荷サイクルを変調する制御ユニット（３３４）と
を備えた電子ビーム・システム。
【請求項５】
前記制御ユニット（３３４）は、少なくとも所定のＸ線束を発生するように前記Ｘ線管（３００）の前記特定のビューについて前記電子ビームの前記負荷サイクルを変化させる、請求項４に記載の電子ビーム・システム。
【請求項６】
前記放出器（３１２）は、所定の電流値を有する電子ビームを発生するように構成されている、請求項４に記載の電子ビーム・システム。
【請求項７】
前記制御ユニット（３３４）は、前記識別された電流構成が前記所定の範囲の外にあるときには前記Ｘ線管（３００）の前記特定のビューに対応する電子ビーム電流を変調するために連続式集束変調を選択する、請求項４に記載の電子ビーム・システム。
【請求項８】
前記放出器（３１２）の近傍に配設された少なくとも一つの集束電極（３２４）をさらに含んでおり、該少なくとも一つの集束電極（３２４）は前記電子ビームを集束させ、前記少なくとも一つの電極（３２６）は抽出電極である、請求項４に記載の電子ビーム・システム。
【請求項９】
電子ビーム・システムと、
制御ユニット（３３４）と、
電子ビームにより衝突されるとＸ線を発生するターゲットと
を備えたＸ線管（３００）であって、前記電子ビーム・システムは、
電子ビームを発生する放出器（３１２）と、
前記電子ビームの強度を制御する少なくとも一つの電極（３２６）であって、前記放出器（３１２）に関して正のバイアス電圧又は負のバイアス電圧に保たれる少なくとも一つの電極（３２６）と
を含んでおり、前記制御ユニット（３３４）は、前記少なくとも一つの電極（３２６）に結合されており、
当該Ｘ線管（３００）の特定のビューに対応する電流構成を識別して、
該識別された電流構成が所定の範囲内にあるときには、パルス幅変調を用いて当該Ｘ線管（３００）の前記特定のビューについて前記電子ビームの負荷サイクルを変調する、
Ｘ線管（３００）。
【請求項１０】
ガントリ（１０２）と、
Ｘ線管（３００）と、
対象からの減弱後の電子ビームを検出する１又は複数の検出器素子（２０２）と
を備えた計算機式断層写真法システム（１００）であって、前記Ｘ線管（３００）は、
電子ビーム・システムと、
制御ユニット（３３４）と、
電子ビームにより衝突されるとＸ線を発生するターゲット（３０６）と
を含んでおり、前記電子ビーム・システムは、
電子ビームを発生する放出器（３１２）と、
前記電子ビームの強度を制御する少なくとも一つの電極（３２６）であって、前記放出器（３１２）に関して正のバイアス電圧又は負のバイアス電圧に保たれる少なくとも一つの電極（３２６）と
を含んでおり、前記制御ユニット（３３４）は、前記少なくとも一つの電極（３２６）に結合されており、
当該計算機式断層写真法システムの特定のビューに対応する電流構成を識別して、
該識別された電流構成が所定の範囲内にあるときには、パルス幅変調を用いて当該計算機式断層写真法システムの前記特定のビューについて前記電子ビームの負荷サイクルを変調する、
計算機式断層写真法システム（１００）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−７９６９５（Ｐ２０１２−７９６９５Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１３６０４（Ｐ２０１１−２１３６０４）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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