Ｘ線画像を曝射するための方法及び装置
本発明は、Ｘ線画像の曝射の制御方法に関する。管電流、管電圧及び曝射持続時間の開始値がＸ線管（１０）に設定される。曝射の開始に続いて、結果として得られる線量率がセンサ（３０，３１）により測定され、制御システム（１００，２００，３００）に対して利用できるようにされる。Ｘ線画像に対して所定放射線量を達成するために、制御システムは次の変数であって、電流範囲内の管電流と、適用可能である場合のタイムスロット範囲内の曝射持続時間と、電圧範囲内の管電圧と、タイムスロット範囲内の曝射持続時間と、を連続して調節する。管電流の高速制御は、好適には、Ｘ線管の制御グリッドにおける対向電圧のパルス幅変調により可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線管とＸ線画像の曝射を制御するための制御システムとを有するＸ線源に関する。本発明は、更に、このような種類のＸ線源を有するＸ線システムと、Ｘ線画像の曝射を制御するための方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の身体及び人間の器官のＸ線による調査に対して、調査中の領域の最適画像を得るためにＸ線源のＸ線発生器において、多くの調節がなされる必要がある。これは、身体の種々の器官又は領域の密度自体が大きく異なり、人間の身長及び体重に依存して異なる人間においてさえ異なることによる。更に、できるだけ小さい放射線負荷を用いて、調査が患者に対して安全であることを確実にするために、特定のパラメータが特定の制限内のみにおいて調節又は変化されることが可能であることに基づいて、殆ど全ての国において、法的規制が可決されてきた。
【０００３】
特に、異なる方法で曝射された画像に影響を与え、互いに同期されなければならない、次の相互依存パラメータに対して注意を払う必要がある。例えば、Ｘ線管の線量率（即ち、本質的には、曝射電圧（ｋＶ））が、コントラストと反復される被検体のコントラスト範囲とを決定する。他方、線量率は画像の信号対雑音比を主に決定する一方、画像精細度を最適化するために、曝射持続時間（画像を生成するための時間）は、特に、動いている被検体の場合に、特定の最大値を上回ることはない。それらのパラメータを同期又は選択するために、表示される被検体の密度（Ｘ線吸収）、即ち、一般に、患者の質量が又、考慮されなければならない。最終的に、種々の法による規定又は指針が又、しばしば、曝射検出器に衝突する放射線量に適用される。
【０００４】
これに関連して、Ｘ線画像の曝射を自動的に調節する方法が独国特許第１０１２２０４１Ａ１明細書に記載されている。曝射持続時間、Ｘ線曝射の開始時における管電圧及び管電流に対して所定の開始値から開始して、得られる線量率（即ち、調査の被検体の吸収）がセンサにより測定される。測定値は、曝射持続時間を遵守して、最適な放射線量を有するＸ線画像を生成する定格の値と比較される。定格の値からの測定値の誤差に従って、曝射持続時間は、初期的に、ある時間帯において調節される、このような曝射時間の調節が不十分である場合、次の段階において、所定の限界内の管電圧を修正するようにする。この調節が又、不十分である場合、曝射時間は、所望の最適持続時間量又は所定の許容限界に到達されるまで、再度、変化される。上記の方法は、特に、動的Ｘ線画像（画像系列）を生成するとき、良好な結果に繋がる。しかしながら、多くの曝射状況においては、管電圧の調節を行う必要があり、画像品質の変化に繋がる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような背景に対して、本発明の目的は、曝射持続時間及び管電圧に関する所定の目的変数にできるだけ長く遵守し、できるだけ一定且つ高品質の画像が得られる、Ｘ線画像の自動曝射制御のための手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、請求項１に記載した特徴を有するＸ線源、請求項９に記載した特徴を有するＸ線システム及び請求項１０に記載した特徴を有する方法により達成される。有利な実施形態については従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明に従ったＸ線源は、本質的に次の３つの構成要素を有する。
− Ｘ線を発生させるためのＸ線管。ここで、Ｘ線放射線のスペクトル及び強度は供給される管電圧及び管電流に依存する。Ｘ線管は、典型的には、管電圧により加速される、加熱フィラメントからの電子が衝突する陽極と共に備えられ、Ｘ線を発生する。それにより、電子の電流強度は管電流に相当する。
− 調査中の現被検体（例えば、患者）において、Ｘ線源のアクティビティからもたらされるＸ線吸収を検出するための測定ユニット。その測定ユニットは、特に、Ｘ線放射線に関連して、調査中の被検体の背後に配置され、調査中の被検体を透過する放射線を測定する線量率センサ又は放射線量センサであることが可能である。それにより、測定ユニットは、調査中の被検体の実際のＸ線吸収に関する情報を与える。
− 管電流、管電圧及びＸ線管の曝射持続時間を制御するための、Ｘ線管及び測定ユニットに結合された制御システム。その制御システムは、次の段階を実行するために備えられる。
ａ）Ｘ線管の管電圧及び管電流に対する所定開始値を予め設定する段階。それらの所定開始値は、一般に、例えば、患者（子供／大人、体重等）、調査中の器官又は所望の画像品質により、特定の曝射状態に従ってユーザにより指定される。理想的には、最適なＸ線画像は、前記所定開始値と指定された曝射持続時間を用いて生成される。
ｂ）Ｘ線曝射を開始し、調査中のＸ線照射によりもたらされるＸ線吸収を検出する段階であって、この検出はＸ線源の測定ユニットの支援により行われる、段階。
ｃ）所定の電流範囲内にＸ線管の管電流を調節することにより調査中の被検体についての検出されたＸ線吸収の関数として画像の曝射を制御する段階であって、更に、電流範囲の２つの限界値の一に管電流が設定され、それ故、所定の曝射目標が管電流の更なる調節により達成されることができない場合、第２曝射パラメータが調節される、段階。
【０００８】
上記のＸ線源は、曝射持続時間及びユーザにより指定された管電流のパラメータを維持する有利点を有し、そのことは、先ず、管電流の調節による曝射の制御が試みられる点で、できるだけ長く一定である限界値の観測及び画像品質に対して特に重要である。技術的に指定された限界に達した場合にのみ、支援が第２曝射パラメータに対して求められる。
【０００９】
第２曝射パラメータはＸ線画像の曝射持続時間であることが可能である。この第２曝射パラメータは、それ故、管電流がその最小値又はその最大値に既に設定されている場合、曝射目標を達成するために所定のタイムスロットの範囲内で制御システムにより調節される。曝射持続時間がタイムスロットの上限又は加減に設定されるときでさえ、所定の曝射目標に適合できない場合、第３曝射パラメータが制御システムにより調節される一方、管電流及び曝射持続時間各々はそれらの限界値を取る。所定の曝射持続時間が高い優先順位を有する適用の例は、著しく狭いタイムスロット（極端な場合には、０幅の）によりこれに関連してカバーされることができる。
【００１０】
上記の第３曝射パラメータは、好適には、管電圧であり、その管電圧は、曝射目標を達成するために、所定電圧範囲内に制御システムにより調節される。管電圧が、結果的に達成される曝射目標を有しない電圧範囲の上限又は下限に設定される場合、第４曝射パラメータは、好適には、曝射目標を達成するために制御システムにより調節される。
【００１１】
上記の第４曝射パラメータは曝射持続時間であることが可能である。曝射持続時間は、それ故、好適には、制御システムの異なるステータス領域において２回調節される。第１回は、管電流の調節が不十分なときであり、第２回は、更に、所定のタイムスロットにおける曝射持続時間の第１調節と管電流の調節とが不十分であるときである。タイムスロットからの逸脱は、それにより、最適状態には及ばない曝射持続時間により画像品質の低下に繋がるが、最重要の曝射目標は確実にされる。曝射持続時間がタイムスロットの外側で調節されるとき、一般に、例えば、患者及び／又はＸ線装置に対する例外的に長い曝射持続時間に繋がるため、曝射持続時間の所定の許容限界を超えることはないことが保証されている。
【００１２】
管電流又は更なる曝射パラメータの調節により追い求める曝射目標は、好適には、所定の最適な放射線量（曝射持続時間に対する線量率の時間積分）を有する画像を得ることにある。
【００１３】
Ｘ線源の好適な実施形態に従って、Ｘ線管は制御グリッドを備え、その制御グリッドは陽極の前に配置され、その制御グリッドには、陽極に対する対向電圧を印加することができる。加熱フィラメントとから陽極に移動する電子による電流は、制御グリッドにおける対向電圧により強度を制御される又は完全に中断されることが可能である。この方法において管電流を制御する有利点は、マイクロ秒のオーダーの非常に速い反応時間が達成されるという事実にあるが、加熱電流の調節によっては、このように達成することはできない。制御グリッドを有するＸ線管は、それ故、管電流の調節が先ず第１になされる制御システムに対する特定の方法で適合される。制御グリッドの使用に関しては、独国特許第１０１３６９４７Ａ１号明細書に更に詳細に記載されていて、その文献の援用により本発明の説明の一部を代替する。
【００１４】
制御グリッドを有するＸ線管の制御に対して、制御システムは、好適には、加熱フィラメントを動作させるための加熱電流制御器と制御グリッドを動作させるためのグリッド制御器とを備える。加熱電流制御器は加熱電流のための基準値を設定し、その加熱電流は、好適には、Ｘ線曝射中、一定に保たれ、最大管電流を決定する。制御グリッドに対向電圧を印加することにより、所望の有効な管電流まで、制御された方式で、グリッド制御器は最大管電流を減少させることができる。
【００１５】
上記のグリッド制御器は、好適には、制御グリッドにおいてパルス化対向電圧のパルス幅を制御するように調整される。制御グリッドにおいてパルス化対向電圧を用いて、最大値と０との間のパルス化された管電流を発生することが可能であり、対向電圧のパルス幅又はその走査率は管電流の平均値を決定する。
【００１６】
本発明は、画像生成及び画像処理のための少なくとも１つの装置を有するＸ線システム及び上記の種類のＸ線源に更に関する。Ｘ線源を用いて、Ｘ線放射が発生され、Ｘ線放射は患者のような、調査中の被検体を透過するように放射され、次いで、画像生成及び画像処理のための装置により受けられ、Ｘ線画像に変換される。
【００１７】
更に、本発明は、Ｘ線画像の曝射制御のための方法に関し、次のような段階を有する。
ａ）Ｘ線管の管電圧及び管電流のための所定開始値を予め設定する段階。
ｂ）Ｘ線曝射と調査中の被検体の結果としてのＸ線吸収の検出とを開始する段階。
ｃ）管電流が電流範囲の限界値の一に設定されている場合、所定電流範囲内における管電流の調節及び第２曝射パラメータの調節により、調査中の被検体についての検出されるＸ線吸収の関数として画像の曝射を制御する段階。
【００１８】
上記の方法を用いて、Ｘ線源に関連する上記の有利点を達成することができる。それに加えて、その方法は、一般に、上記の情報に従ってＸ線源の制御システムにより任意に実行されることが可能である段階により更に構築されることが可能である。
【００１９】
本発明について、以下、添付図面に示されている実施形態の例について更に詳述するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
ディジタル及び非ディジタル医療用Ｘ線画像の画像品質は、次のような重要な曝射パラメータであって、管電圧Ｕ（ｋＶ）、管電流Ｉ（ｍＡ）及び装置オペレータにより決定される曝射持続時間の適切な予めの選択に著しく依存する。それ故、その予めの選択は、典型的には、全ての画像生成の問題、全ての患者及び全ての位置に対して適切で最適なパラメータが既知であることが必要条件である。治験実施においては、しかしながら、起こっている状態及び患者のＸ線透過は、３６００より大きい係数に対応する範囲に対して変化し得る。同様に、装置オペレータの能力及び治験経験は、勿論、非常に異なる。典型的には、それ故、Ｘ線画像全ての１０％乃至３０％の範囲内のＸ線画像が、欠陥品質のために繰り返される必要がある。
【００２１】
この問題を克服するために、自動曝射制御が提案され、その自動曝射制御は、管電流Ｉ、管電圧Ｕ及び曝射持続時間ｔの最適な調節を確実にし、同時に、技術的にできるだけ長く不変である最大曝射持続時間と（調査対象依存性）Ｘ線電圧のユーザの恐らく意図された契約規定のままにする。このようにして、管電流と曝射持続時間（ｍＡｓｅｃ）とによる所定の積と所定の調査に対して最良の診断画像品質を得ることができる。この目的は、図１に示しているＸ線システムを用いて達成され、その図１は、独国特許第１０１２２０４１Ａ１明細書（米国特許出願公開第２００２／０１９１７４１Ａ１号明細書に対応する）に記載されているＸ線システムの展開を示している。
【００２２】
図１に示すように、Ｘ線システムの最も重要な構成要素は、患者Ｐを透過し、イメージインテンシファイア１１に調査中の領域のレプリカを投射するＸ線を発生させるためのＸ線管である。このレプリカは、既知の方法で拡大され、光信号に変換され、それらの光信号は、次いで、レンズ及び絞り構成１２、１３によりフォーカシングされ、カメラ１４により記録され、そして対応する電気信号に変換される。それらの信号は画像処理装置１５に送られ、その画像処理装置は、一般にディジタルであり、放射線技師Ｒにより調査中の患者Ｐの領域の観測のためにモニタ１６が接続されている。
【００２３】
Ｘ線管１０は高電圧発生器２０により電源供給される。高電圧のオン及びオフを切り換えるための遮断器２１により、高電圧発生器２０は変換器２２に接続され、その変換器２２は、高電圧発生器２０に対する一般的な本線電圧の適切な入力電圧への変換のために機能し、それにより、曝射ｋＶ電圧値（即ち、Ｘ線管に存在する高電圧）を決定する。
【００２４】
図１には、Ｘ線管１０の制御グリッドにおける対向電圧を制御するためのユニット２３を更に示している。Ｘ線管１０の陽極の加熱フィラメントからの電子の流れ、即ち、管電流は、好適には、ここで存在するパルス化された対向電圧により動的に制御される。
【００２５】
曝射パラメータは、上記の構成要素を用いて、次のように支配され及び／又は調節される。曝射持続時間ｔ（画像を生成するための時間）と患者が放射される放射線量とが。第１制御信号を用いて遮断器２１の適切な動作により調節される。Ｘ線管１０の線量率は、変換器２２の動作により、それ故、第２制御信号を用いる曝射ｋＶ電圧により調節される。更に、Ｘ線管１０の加熱電流は第３制御信号を用いて調節され、その第３制御信号は、高電圧発生器２０の対応する入力において存在する。それらの３つの制御信号は多変数制御器１００を用いて生成され、その多変数制御器１００は、複数のバスラインＢ２乃至Ｂ８を介してりマイクロプロセッサユニット２００により制御される。
【００２６】
Ｘ線システムは、グリッド制御器３００を更に備え、そのグリッド制御器３００の出力は制御グリッドの制御ユニット２３に結合されている。グリッド制御器３００の出力信号は、制御グリッドにおいて対向電圧のパルス幅を制御し、それにより、Ｘ線管１０において有効な管電流を制御する。
【００２７】
患者Ｐ及び他の画像に影響を及ぼす物体のＸ線吸収により決定される、カメラ１４の領域に衝突する放射線量又は線量率の形で多変数制御器１００に対する制御変数を生成するために、放射線分配器３０はカメラ１４において配置され、その放射線分配器を用いて、一部のビームがＸ線放射から抽出され、放射線量又は線量率信号の生成のための対応するセンサ３１（光センサ）に方向付けられる。光センサ３１は較正器３２に接続され、その較正器３２を用いて、この放射線量又は線量率に対して正規化された電圧が生成される。この電圧は分配器３３において存在し、その分配器３３を用いて、放射線量（例えば、０．６６μＧｙ）又は線量率（例えば、６６μＧｙ／ｓｅｃ）の定格の値を設定することができる。このために、分配器は第１バスＢ１を介してマイクロプロセッサユニット２００に接続される。除算器３３の出力信号は多変数制御器１００に存在する。
【００２８】
多変数制御器１００は放射線量調整器１１０（Ａｍｐｌｉｍａｔ）を有し、その放射線量調整器１１０自体は既知であり、その放射線量調整器１１０に除算器３３の出力信号は送信され、そしてその放射線量調整器１１０はその信号のための積分器及び比較器を備えている。放射線量調整器は回路遮断器２１のための第１制御信号を生成し、除算器３３による定格の放射線量値の集合と光センサ３１において測定された放射線量との関数として画像を生成するための曝射時間を調整する。
【００２９】
更に、例えば、約４乃至４０００ｍｓｅｃの範囲内に対する定格時間選択器１２０が備えられ、それは又、除算器３３の出力信号を受信し、そして最大曝射時間（例えば、５０ｍｓｅｃ）の曝射タイムスロットの上限Ｔｍａｘのための定格の値を設定するために第２バスＢ２を介してマイクロプロセッサユニット２００により動作されることができる。
【００３０】
定格時間選択器１２０は、選択された最大曝射時間Ｔｍａｘから、最小曝射時間（例えば、１０ｍｓｅｃ）又は曝射タイムスロットの加減Ｔｍｉｎに対する定格値が生成される、例えば、参照番号１と１０と（１と０．１との間の係数を有する減衰器として実現される）の間の、タイムスロット係数を生成するためのユニット１４０に第２出力を介して、及び第１線量率調整器１３０に第１出力を介して接続されている。その係数は、第３バスＢ３とマイクロプロセッサユニット２００により入力される、最小曝射時間Ｔｍｉｎに従って決定される。ユニット１４０の出力は第２線量率調整器１３５の入力に存在する。
【００３１】
第１線量率調整器１３０は、本質的に、約５ｋＨｚのオーダーの平均速度を有するＰＤＩ制御器を有し、正の補正のみに対して、即ち、Ｘ線管に対する曝射ｋＶ電圧における上り制御（増加）のみに対して機能する。第２線量率調整器１３５は、本質的に、約１０ｋＨｚのオーダーの高速度を有するＰＤＩ制御器を有し、負の補正のみに対して、即ち、曝射ｋＶ電圧における下り制御（減少）のみに対して役割を果たす。
【００３２】
２つの線量率調整器１３０、１３５の出力はリミッタ１５０に適用され、そのリミッタは、第４バスＢ４を介してマイクロプロセッサユニット２００により動作され、最大限として、曝射ｋＶ電圧が線量率調整器により増減される（例えば、開始値に関して、それぞれ、＋２５ｋＶ又は＋１５ｋＶだけ、又は−１５ｋＶ又は−１０ｋＶだけ）ことが可能である限界値を設定するための役割を果たす。
【００３３】
曝射ｋＶ開始電圧の定格値はマイクロプロセッサユニット２００及び第５バスＢ５により調節可能である。人間を調査するとき、この定格値は、一般に、調査中の器官の器官ｋＶ電圧（例えば、７０ｋＶ）である。このために、第５バスＢ５は、信号混合器１６０に電力供給され、その信号混合器は第１リミッタ１５０の出力に接続され、線量率調整器により生成された電圧値と設定された開始値の合計により曝射ｋＶ電圧を生成するための役割を果たす。
【００３４】
更に、第２リミッタ１７０が、信号混合器１６０による合計により到達される曝射ｋＶ電圧のために備えられ、その第２リミッタを用いて、例えば、５５ｋＶ乃至１２５ｋＶの範囲内の電圧の許可された全体としての範囲はマイクロプロセッサユニット２００及び第６バスＢ６により設定される。第２リミッタ１７０はその出力において第２制御信号を生成し、その第２制御信号は、高電圧発生器２０により対応する曝射ｋＶ電圧値が発生されるような方式で、一般の本線電圧Ｗが変換されることが可能であるように、変換器２２に最終的に供給される。
【００３５】
多変数制御器１００は、選択画像強化フォーマットの関数として管電流係数を生成するためのユニット１８０を更に有し、所望の電流係数は、第７バスＢ７を介してマイクロプロセッサユニット２００により入力され、そして、例えば、１乃至２．５の間にある。
【００３６】
最終的に、ユニット１８０の出力は、基準値（例えば、２００ｍＡ）の関数として加熱電流のための定格値を生成するためにユニット１９０に接続され、その基準値は、マイクロプロセッサユニット２００及び第８バスＢ８により設定され、ユニット１８０により決定される管電流係数を有することができる。第３制御信号を生成するユニット１９０の出力は、高電圧発生器２０に供給され、決定された加熱電流の定格値が生成されるような方式でそれを制御する。
【００３７】
グリッド制御器３００は第１ブロック３１０を備え、その第１ブロックは、定格時間選択器１２０から信号のフォームで測定された電流の線量率を受信する。更に、第１ブロック３１０は、所定のタイムスロットの最小値Ｔｍｉｎ及び最大値Ｔｍａｘ並びに曝射持続時間の最適値ｔ０（典型的には、タイムスロットの中央点）に関する情報を受信する。
【００３８】
４つの領域を有する優先順位調整器３２０において、管電流の調節により、例えば、ＰＤＩ制御器を用いて、線量率の高速調整がなされる。優先順位調整器３２０は、それ故、第１線量率調整器１３０又は第２線量率調整器１３５が動作しているか否かについて考慮する。出力側においては、調整器３２０はパルス幅制御モジュール３３０を制御し、その出力は又、制御グリッドにおける対向電圧についての上記のパルス幅の活性化を行う。パルス幅制御モジュール３３０は、バスＢ９を介してマイクロプロセッサユニット２００から必要なパラメータを受信する。そのパルス幅制御モジュール３３０は、限界位置に到達したかどうかについて、調整器３２０に更に知らせる。
【００３９】
図１に示しているＸ線システムの動作について、下で更に説明する。Ｘ線システムに基づく制御方法は、従って、ＢＶ／ＴＶ、ディジタル瞬間イメージング技術（ＤＳＩ）、ディジタル平面検出器、メモリフォイル（ＰＣＲシステム）又は従来の薄膜又はフォイルシステムのような記録媒体と同等に実行されることが可能である。その方法は、Ｘ線曝射の開始の約１ｍｓｅｃ以内に直接起こる、自動制御による所望の曝射持続時間に対する及び可能な最も正確な器官ｋＶ値に対する用途特有の要求を同等に満たすことができる。曝射品質（放射線量）は、全ての動的曝射状態において、即ち、Ｘ線系列を発生するとき、３％以下だけ変動する。管電流の一定のｋＶ値を用いる場合、管電流及び／又は曝射持続時間のみにより線量率調整が行われる。これは、サブトラクション血管造影について特に重要であり、そのサブトラクション血管造影においては、減算される画像における同等の表示を達成するために、同一の管電圧を有する必要がある。上記の特性は、高速アナログ調整器により確実にされる高動作速度を用いる高次優先順位調整概念と１００より小さい範囲の管電流Ｉの非常に速い制御により、図１に示すようなＸ線システムを用いて達成される。
【００４０】
管電流の高速制御は、それにより、２つの段階であって、第１には、加熱電流の調整により、第２には、グリッド制御されたＸ線管１０におけるグリッド電圧の調整により、行われる。画像の曝射が開始する前に、陰極加熱電流が設定され、その陰極加熱電流は曝射の持続時間を通して一定レベルに維持される。管電流の平均値は、曝射中、パルス幅偏重により所望の方法で非常に速く（＜１００μｓｅｃ）調節されることができる。このことについては、数値例を参照して下で更に説明することにする。グリッド制御器３００は、管電流の範囲の一部のみを調節することができるようになっている。典型的には、１：１０（又は１０％乃至１００％）の範囲は、この点に関しては十分に適切であり、その範囲は、例えば、３３ｍＡ乃至３３０ｍＡの範囲内の管電流に相当する。最小値１０ｍＡは、グリッド制御器３００における絶対限界として実施される必要がある。最大値３３０ｍＡは加熱フィラメント制御（加熱電流）により決定される。Ｘ線曝射の開始時に、グリッド制御器３００は、管電流１００ｍＡが結果として得られるような制御グリッド２３における対向電圧のパルス幅を設定する。グリッド制御器３００は、次いで、前記最大値３３０ｍＡまでの（＋）３．３の係数を有する制御マージンと、前記最小値３３ｍＡまでの（−）３の係数を有する制御マージンと、を有する。曝射の開始及び線量率誤差信号の存在に続いて、グリッド制御器３００は、１００μｓｅｃより短い範囲内で、必要な線量率が、Ｘ線照射される被検体を参照して、設定されるような方法で管電流を調節する。
【００４１】
上記の管電流の高速制御は、高次制御概念で、曝射持続時間ｔ及び管電圧Ｕの制御と結合され、そのような制御は、図２を参照して下で更に詳しく説明するように、多変数制御器１００において行われる。図２は、曝射持続時間ｔ（水平方向軸）と水等化値Ｗ（垂直方向軸）により表される被検体密度（Ｘ線吸収）との間の関係を示し、吸収を増加させる被検体密度についての更なる画像に影響を与える要素が下の説明に対して追加されるのである。図中に示されている実線は、被検体密度Ｗの関数として、制御システムにより設定された曝射持続時間ｔの特性を示し、曝射持続時間ｔ、管電流Ｉ及び管電圧Ｕは、所定の放射線量が各々のＸ線画像に対して得られるような方法で設定される。下で考慮される数値例においては、画像当たりの放射線量は、例えば、０．６６μＧｙとし、Ｘ線源の線量率を１３．２μＧｙ／ｓｅｃ乃至２６．４μＧｙ／ｓｅｃの範囲内とする。更に、好適には、曝射持続時間ｔは、最小曝射持続時間Ｔｍｉｎ＝１０ｍｓｅｃと最大曝射持続時間Ｔｍａｘ＝５０ｍｓｅｃとの間のタイムスロットの範囲内にある。
【００４２】
Ｘ線曝射の開始時に、曝射時間ｔに対するｔ０＝２５ｍｓｅｃ、管電流Ｉに対するＩ０及び管電圧Ｕに対するＵ０が設定される。これは、図２において示している点ＶＩに相当し、予測される被検体密度Ｗが又、仮定される必要がある。曝射の開始に続いて、制御システムは、高速で線量率信号のレベルを調査する。反応は、調査の結果に依存し、次のようである。
１）測定される線量率が、所望の画像の放射線量が現曝射パラメータを用いて達成されない（即ち、実際の被検体密度は予測と異なる）場合、先ず、管電流Ｉがグリッド制御器３００により増減される（図２の領域Ｖ）。所望の線量率が達成されるとすぐ、その線量率がＸ線画像を完成させるために用いられる。曝射持続時間は、それ故、上記のように、ｔ＝ｔ０＝２５ｍｓｅｃである。
２）最大管電流Ｉｍａｘの設定にも拘らず、所望の線量率が達成されない場合、次の段階は、曝射持続時間を所定の最大値Ｔｍａｘまで領域ＶＩにおいて増加させるようにする。対応する方法においては、最小値として設定される管電流Ｉｍｉｎが尚も所望の線量率を生成しない場合、曝射持続時間ｔは最小値Ｔｍｉｎに領域ＩＩＩにおいて減少される。タイムスロット［Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ］の範囲内の曝射持続時間ｔへの調節が、図１の多変数制御器１００において行われる。所定の曝射時間ｔ０への適合が高い優先順位を有する場合、このような曝射時間ｔへの調節は省略されることが可能である。形式的には、この場合は、本例との関連において、Ｔｍｉｎ＝Ｔｍａｘによりカバーされることが可能である。逆に、器官ｋＶの値が高い優先順位を有する場合、曝射持続時間についての上記のような調節が行われなければならない。
３）図２の領域ＩＩ及びＶＩＩそれぞれにおいては、管電流Ｉ及び曝射持続時間ｔは、それらの下限Ｉｍｉｎ、Ｔｍｉｎ及び上限Ｉｍａｘ、Ｔｍａｘそれぞれである。必要な線量率がこの状態において尚も達成されない場合、電圧範囲［Ｕｍｉｎ，Ｕｍａｘ］において開始値Ｕ０から開始して、管電圧Ｕは多変数制御器１００により増減される。
４）達成される所望の線量率を有することなく、管電圧Ｕの設定がその下限Ｕｍｉｎ又は上限である場合、曝射持続時間の更なる調節が行われる。図２の領域Ｉにおいては、その曝射持続時間は加減Ｔｍｉｎより短くなり、領域ＶＩＩＩにおいては、上限Ｔｍａｘより長くなる。このような短くなる又は長くなる場合、所定の線量率が曝射持続時間の更なる調節を必要とする場合でさえ、曝射持続時間ｔについての所定の絶対限界は遵守される。
【００４３】
上記の制御方法を用いる場合、それにより、Ｘ線曝射の開始時に、どのパラメータがどの順序で調節されるべきかに関して判定がなされる。管電流は、調査中の被検体のコントラストスケーリング定数を不変に維持する必要があるため、調節されるべきパラメータは、常に、管電流Ｉである。管電流Ｉの高速調節は、制御グリッドにおいてパルス幅変調により実現される。次の段階は、タイムスロットの範囲内の曝射持続時間ｔの（任意の）調節と、続く、電圧範囲内の電圧Ｕの調節である。調査中の被検体のＸ線密度が、尚も、大き過ぎる又は小さ過ぎる場合、曝射自足時間ｔは、所望の放射量が達成されるまで調整されることが可能である。このようにして、極端に動的な曝射状態においてさえ、曝射量±３％の安定性が確実にされる。達成可能な画像品質により、本技術は、サブトラクション血管造影に対して、特に適切である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に従ったＸ線源を有するＸ線システムの模式図である。
【図２】被検体密度の関数として曝射持続時間を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線管とＸ線画像の曝射を制御するための制御システムとを有するＸ線源に関する。本発明は、更に、このような種類のＸ線源を有するＸ線システムと、Ｘ線画像の曝射を制御するための方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の身体及び人間の器官のＸ線による調査に対して、調査中の領域の最適画像を得るためにＸ線源のＸ線発生器において、多くの調節がなされる必要がある。これは、身体の種々の器官又は領域の密度自体が大きく異なり、人間の身長及び体重に依存して異なる人間においてさえ異なることによる。更に、できるだけ小さい放射線負荷を用いて、調査が患者に対して安全であることを確実にするために、特定のパラメータが特定の制限内のみにおいて調節又は変化されることが可能であることに基づいて、殆ど全ての国において、法的規制が可決されてきた。
【０００３】
特に、異なる方法で曝射された画像に影響を与え、互いに同期されなければならない、次の相互依存パラメータに対して注意を払う必要がある。例えば、Ｘ線管の線量率（即ち、本質的には、曝射電圧（ｋＶ））が、コントラストと反復される被検体のコントラスト範囲とを決定する。他方、線量率は画像の信号対雑音比を主に決定する一方、画像精細度を最適化するために、曝射持続時間（画像を生成するための時間）は、特に、動いている被検体の場合に、特定の最大値を上回ることはない。それらのパラメータを同期又は選択するために、表示される被検体の密度（Ｘ線吸収）、即ち、一般に、患者の質量が又、考慮されなければならない。最終的に、種々の法による規定又は指針が又、しばしば、曝射検出器に衝突する放射線量に適用される。
【０００４】
これに関連して、Ｘ線画像の曝射を自動的に調節する方法が独国特許第１０１２２０４１Ａ１明細書に記載されている。曝射持続時間、Ｘ線曝射の開始時における管電圧及び管電流に対して所定の開始値から開始して、得られる線量率（即ち、調査の被検体の吸収）がセンサにより測定される。測定値は、曝射持続時間を遵守して、最適な放射線量を有するＸ線画像を生成する定格の値と比較される。定格の値からの測定値の誤差に従って、曝射持続時間は、初期的に、ある時間帯において調節される、このような曝射時間の調節が不十分である場合、次の段階において、所定の限界内の管電圧を修正するようにする。この調節が又、不十分である場合、曝射時間は、所望の最適持続時間量又は所定の許容限界に到達されるまで、再度、変化される。上記の方法は、特に、動的Ｘ線画像（画像系列）を生成するとき、良好な結果に繋がる。しかしながら、多くの曝射状況においては、管電圧の調節を行う必要があり、画像品質の変化に繋がる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような背景に対して、本発明の目的は、曝射持続時間及び管電圧に関する所定の目的変数にできるだけ長く遵守し、できるだけ一定且つ高品質の画像が得られる、Ｘ線画像の自動曝射制御のための手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、請求項１に記載した特徴を有するＸ線源、請求項９に記載した特徴を有するＸ線システム及び請求項１０に記載した特徴を有する方法により達成される。有利な実施形態については従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明に従ったＸ線源は、本質的に次の３つの構成要素を有する。
− Ｘ線を発生させるためのＸ線管。ここで、Ｘ線放射線のスペクトル及び強度は供給される管電圧及び管電流に依存する。Ｘ線管は、典型的には、管電圧により加速される、加熱フィラメントからの電子が衝突する陽極と共に備えられ、Ｘ線を発生する。それにより、電子の電流強度は管電流に相当する。
− 調査中の現被検体（例えば、患者）において、Ｘ線源のアクティビティからもたらされるＸ線吸収を検出するための測定ユニット。その測定ユニットは、特に、Ｘ線放射線に関連して、調査中の被検体の背後に配置され、調査中の被検体を透過する放射線を測定する線量率センサ又は放射線量センサであることが可能である。それにより、測定ユニットは、調査中の被検体の実際のＸ線吸収に関する情報を与える。
− 管電流、管電圧及びＸ線管の曝射持続時間を制御するための、Ｘ線管及び測定ユニットに結合された制御システム。その制御システムは、次の段階を実行するために備えられる。
ａ）Ｘ線管の管電圧及び管電流に対する所定開始値を予め設定する段階。それらの所定開始値は、一般に、例えば、患者（子供／大人、体重等）、調査中の器官又は所望の画像品質により、特定の曝射状態に従ってユーザにより指定される。理想的には、最適なＸ線画像は、前記所定開始値と指定された曝射持続時間を用いて生成される。
ｂ）Ｘ線曝射を開始し、調査中のＸ線照射によりもたらされるＸ線吸収を検出する段階であって、この検出はＸ線源の測定ユニットの支援により行われる、段階。
ｃ）所定の電流範囲内にＸ線管の管電流を調節することにより調査中の被検体についての検出されたＸ線吸収の関数として画像の曝射を制御する段階であって、更に、電流範囲の２つの限界値の一に管電流が設定され、それ故、所定の曝射目標が管電流の更なる調節により達成されることができない場合、第２曝射パラメータが調節される、段階。
【０００８】
上記のＸ線源は、曝射持続時間及びユーザにより指定された管電流のパラメータを維持する有利点を有し、そのことは、先ず、管電流の調節による曝射の制御が試みられる点で、できるだけ長く一定である限界値の観測及び画像品質に対して特に重要である。技術的に指定された限界に達した場合にのみ、支援が第２曝射パラメータに対して求められる。
【０００９】
第２曝射パラメータはＸ線画像の曝射持続時間であることが可能である。この第２曝射パラメータは、それ故、管電流がその最小値又はその最大値に既に設定されている場合、曝射目標を達成するために所定のタイムスロットの範囲内で制御システムにより調節される。曝射持続時間がタイムスロットの上限又は加減に設定されるときでさえ、所定の曝射目標に適合できない場合、第３曝射パラメータが制御システムにより調節される一方、管電流及び曝射持続時間各々はそれらの限界値を取る。所定の曝射持続時間が高い優先順位を有する適用の例は、著しく狭いタイムスロット（極端な場合には、０幅の）によりこれに関連してカバーされることができる。
【００１０】
上記の第３曝射パラメータは、好適には、管電圧であり、その管電圧は、曝射目標を達成するために、所定電圧範囲内に制御システムにより調節される。管電圧が、結果的に達成される曝射目標を有しない電圧範囲の上限又は下限に設定される場合、第４曝射パラメータは、好適には、曝射目標を達成するために制御システムにより調節される。
【００１１】
上記の第４曝射パラメータは曝射持続時間であることが可能である。曝射持続時間は、それ故、好適には、制御システムの異なるステータス領域において２回調節される。第１回は、管電流の調節が不十分なときであり、第２回は、更に、所定のタイムスロットにおける曝射持続時間の第１調節と管電流の調節とが不十分であるときである。タイムスロットからの逸脱は、それにより、最適状態には及ばない曝射持続時間により画像品質の低下に繋がるが、最重要の曝射目標は確実にされる。曝射持続時間がタイムスロットの外側で調節されるとき、一般に、例えば、患者及び／又はＸ線装置に対する例外的に長い曝射持続時間に繋がるため、曝射持続時間の所定の許容限界を超えることはないことが保証されている。
【００１２】
管電流又は更なる曝射パラメータの調節により追い求める曝射目標は、好適には、所定の最適な放射線量（曝射持続時間に対する線量率の時間積分）を有する画像を得ることにある。
【００１３】
Ｘ線源の好適な実施形態に従って、Ｘ線管は制御グリッドを備え、その制御グリッドは陽極の前に配置され、その制御グリッドには、陽極に対する対向電圧を印加することができる。加熱フィラメントとから陽極に移動する電子による電流は、制御グリッドにおける対向電圧により強度を制御される又は完全に中断されることが可能である。この方法において管電流を制御する有利点は、マイクロ秒のオーダーの非常に速い反応時間が達成されるという事実にあるが、加熱電流の調節によっては、このように達成することはできない。制御グリッドを有するＸ線管は、それ故、管電流の調節が先ず第１になされる制御システムに対する特定の方法で適合される。制御グリッドの使用に関しては、独国特許第１０１３６９４７Ａ１号明細書に更に詳細に記載されていて、その文献の援用により本発明の説明の一部を代替する。
【００１４】
制御グリッドを有するＸ線管の制御に対して、制御システムは、好適には、加熱フィラメントを動作させるための加熱電流制御器と制御グリッドを動作させるためのグリッド制御器とを備える。加熱電流制御器は加熱電流のための基準値を設定し、その加熱電流は、好適には、Ｘ線曝射中、一定に保たれ、最大管電流を決定する。制御グリッドに対向電圧を印加することにより、所望の有効な管電流まで、制御された方式で、グリッド制御器は最大管電流を減少させることができる。
【００１５】
上記のグリッド制御器は、好適には、制御グリッドにおいてパルス化対向電圧のパルス幅を制御するように調整される。制御グリッドにおいてパルス化対向電圧を用いて、最大値と０との間のパルス化された管電流を発生することが可能であり、対向電圧のパルス幅又はその走査率は管電流の平均値を決定する。
【００１６】
本発明は、画像生成及び画像処理のための少なくとも１つの装置を有するＸ線システム及び上記の種類のＸ線源に更に関する。Ｘ線源を用いて、Ｘ線放射が発生され、Ｘ線放射は患者のような、調査中の被検体を透過するように放射され、次いで、画像生成及び画像処理のための装置により受けられ、Ｘ線画像に変換される。
【００１７】
更に、本発明は、Ｘ線画像の曝射制御のための方法に関し、次のような段階を有する。
ａ）Ｘ線管の管電圧及び管電流のための所定開始値を予め設定する段階。
ｂ）Ｘ線曝射と調査中の被検体の結果としてのＸ線吸収の検出とを開始する段階。
ｃ）管電流が電流範囲の限界値の一に設定されている場合、所定電流範囲内における管電流の調節及び第２曝射パラメータの調節により、調査中の被検体についての検出されるＸ線吸収の関数として画像の曝射を制御する段階。
【００１８】
上記の方法を用いて、Ｘ線源に関連する上記の有利点を達成することができる。それに加えて、その方法は、一般に、上記の情報に従ってＸ線源の制御システムにより任意に実行されることが可能である段階により更に構築されることが可能である。
【００１９】
本発明について、以下、添付図面に示されている実施形態の例について更に詳述するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
ディジタル及び非ディジタル医療用Ｘ線画像の画像品質は、次のような重要な曝射パラメータであって、管電圧Ｕ（ｋＶ）、管電流Ｉ（ｍＡ）及び装置オペレータにより決定される曝射持続時間の適切な予めの選択に著しく依存する。それ故、その予めの選択は、典型的には、全ての画像生成の問題、全ての患者及び全ての位置に対して適切で最適なパラメータが既知であることが必要条件である。治験実施においては、しかしながら、起こっている状態及び患者のＸ線透過は、３６００より大きい係数に対応する範囲に対して変化し得る。同様に、装置オペレータの能力及び治験経験は、勿論、非常に異なる。典型的には、それ故、Ｘ線画像全ての１０％乃至３０％の範囲内のＸ線画像が、欠陥品質のために繰り返される必要がある。
【００２１】
この問題を克服するために、自動曝射制御が提案され、その自動曝射制御は、管電流Ｉ、管電圧Ｕ及び曝射持続時間ｔの最適な調節を確実にし、同時に、技術的にできるだけ長く不変である最大曝射持続時間と（調査対象依存性）Ｘ線電圧のユーザの恐らく意図された契約規定のままにする。このようにして、管電流と曝射持続時間（ｍＡｓｅｃ）とによる所定の積と所定の調査に対して最良の診断画像品質を得ることができる。この目的は、図１に示しているＸ線システムを用いて達成され、その図１は、独国特許第１０１２２０４１Ａ１明細書（米国特許出願公開第２００２／０１９１７４１Ａ１号明細書に対応する）に記載されているＸ線システムの展開を示している。
【００２２】
図１に示すように、Ｘ線システムの最も重要な構成要素は、患者Ｐを透過し、イメージインテンシファイア１１に調査中の領域のレプリカを投射するＸ線を発生させるためのＸ線管である。このレプリカは、既知の方法で拡大され、光信号に変換され、それらの光信号は、次いで、レンズ及び絞り構成１２、１３によりフォーカシングされ、カメラ１４により記録され、そして対応する電気信号に変換される。それらの信号は画像処理装置１５に送られ、その画像処理装置は、一般にディジタルであり、放射線技師Ｒにより調査中の患者Ｐの領域の観測のためにモニタ１６が接続されている。
【００２３】
Ｘ線管１０は高電圧発生器２０により電源供給される。高電圧のオン及びオフを切り換えるための遮断器２１により、高電圧発生器２０は変換器２２に接続され、その変換器２２は、高電圧発生器２０に対する一般的な本線電圧の適切な入力電圧への変換のために機能し、それにより、曝射ｋＶ電圧値（即ち、Ｘ線管に存在する高電圧）を決定する。
【００２４】
図１には、Ｘ線管１０の制御グリッドにおける対向電圧を制御するためのユニット２３を更に示している。Ｘ線管１０の陽極の加熱フィラメントからの電子の流れ、即ち、管電流は、好適には、ここで存在するパルス化された対向電圧により動的に制御される。
【００２５】
曝射パラメータは、上記の構成要素を用いて、次のように支配され及び／又は調節される。曝射持続時間ｔ（画像を生成するための時間）と患者が放射される放射線量とが。第１制御信号を用いて遮断器２１の適切な動作により調節される。Ｘ線管１０の線量率は、変換器２２の動作により、それ故、第２制御信号を用いる曝射ｋＶ電圧により調節される。更に、Ｘ線管１０の加熱電流は第３制御信号を用いて調節され、その第３制御信号は、高電圧発生器２０の対応する入力において存在する。それらの３つの制御信号は多変数制御器１００を用いて生成され、その多変数制御器１００は、複数のバスラインＢ２乃至Ｂ８を介してりマイクロプロセッサユニット２００により制御される。
【００２６】
Ｘ線システムは、グリッド制御器３００を更に備え、そのグリッド制御器３００の出力は制御グリッドの制御ユニット２３に結合されている。グリッド制御器３００の出力信号は、制御グリッドにおいて対向電圧のパルス幅を制御し、それにより、Ｘ線管１０において有効な管電流を制御する。
【００２７】
患者Ｐ及び他の画像に影響を及ぼす物体のＸ線吸収により決定される、カメラ１４の領域に衝突する放射線量又は線量率の形で多変数制御器１００に対する制御変数を生成するために、放射線分配器３０はカメラ１４において配置され、その放射線分配器を用いて、一部のビームがＸ線放射から抽出され、放射線量又は線量率信号の生成のための対応するセンサ３１（光センサ）に方向付けられる。光センサ３１は較正器３２に接続され、その較正器３２を用いて、この放射線量又は線量率に対して正規化された電圧が生成される。この電圧は分配器３３において存在し、その分配器３３を用いて、放射線量（例えば、０．６６μＧｙ）又は線量率（例えば、６６μＧｙ／ｓｅｃ）の定格の値を設定することができる。このために、分配器は第１バスＢ１を介してマイクロプロセッサユニット２００に接続される。除算器３３の出力信号は多変数制御器１００に存在する。
【００２８】
多変数制御器１００は放射線量調整器１１０（Ａｍｐｌｉｍａｔ）を有し、その放射線量調整器１１０自体は既知であり、その放射線量調整器１１０に除算器３３の出力信号は送信され、そしてその放射線量調整器１１０はその信号のための積分器及び比較器を備えている。放射線量調整器は回路遮断器２１のための第１制御信号を生成し、除算器３３による定格の放射線量値の集合と光センサ３１において測定された放射線量との関数として画像を生成するための曝射時間を調整する。
【００２９】
更に、例えば、約４乃至４０００ｍｓｅｃの範囲内に対する定格時間選択器１２０が備えられ、それは又、除算器３３の出力信号を受信し、そして最大曝射時間（例えば、５０ｍｓｅｃ）の曝射タイムスロットの上限Ｔｍａｘのための定格の値を設定するために第２バスＢ２を介してマイクロプロセッサユニット２００により動作されることができる。
【００３０】
定格時間選択器１２０は、選択された最大曝射時間Ｔｍａｘから、最小曝射時間（例えば、１０ｍｓｅｃ）又は曝射タイムスロットの加減Ｔｍｉｎに対する定格値が生成される、例えば、参照番号１と１０と（１と０．１との間の係数を有する減衰器として実現される）の間の、タイムスロット係数を生成するためのユニット１４０に第２出力を介して、及び第１線量率調整器１３０に第１出力を介して接続されている。その係数は、第３バスＢ３とマイクロプロセッサユニット２００により入力される、最小曝射時間Ｔｍｉｎに従って決定される。ユニット１４０の出力は第２線量率調整器１３５の入力に存在する。
【００３１】
第１線量率調整器１３０は、本質的に、約５ｋＨｚのオーダーの平均速度を有するＰＤＩ制御器を有し、正の補正のみに対して、即ち、Ｘ線管に対する曝射ｋＶ電圧における上り制御（増加）のみに対して機能する。第２線量率調整器１３５は、本質的に、約１０ｋＨｚのオーダーの高速度を有するＰＤＩ制御器を有し、負の補正のみに対して、即ち、曝射ｋＶ電圧における下り制御（減少）のみに対して役割を果たす。
【００３２】
２つの線量率調整器１３０、１３５の出力はリミッタ１５０に適用され、そのリミッタは、第４バスＢ４を介してマイクロプロセッサユニット２００により動作され、最大限として、曝射ｋＶ電圧が線量率調整器により増減される（例えば、開始値に関して、それぞれ、＋２５ｋＶ又は＋１５ｋＶだけ、又は−１５ｋＶ又は−１０ｋＶだけ）ことが可能である限界値を設定するための役割を果たす。
【００３３】
曝射ｋＶ開始電圧の定格値はマイクロプロセッサユニット２００及び第５バスＢ５により調節可能である。人間を調査するとき、この定格値は、一般に、調査中の器官の器官ｋＶ電圧（例えば、７０ｋＶ）である。このために、第５バスＢ５は、信号混合器１６０に電力供給され、その信号混合器は第１リミッタ１５０の出力に接続され、線量率調整器により生成された電圧値と設定された開始値の合計により曝射ｋＶ電圧を生成するための役割を果たす。
【００３４】
更に、第２リミッタ１７０が、信号混合器１６０による合計により到達される曝射ｋＶ電圧のために備えられ、その第２リミッタを用いて、例えば、５５ｋＶ乃至１２５ｋＶの範囲内の電圧の許可された全体としての範囲はマイクロプロセッサユニット２００及び第６バスＢ６により設定される。第２リミッタ１７０はその出力において第２制御信号を生成し、その第２制御信号は、高電圧発生器２０により対応する曝射ｋＶ電圧値が発生されるような方式で、一般の本線電圧Ｗが変換されることが可能であるように、変換器２２に最終的に供給される。
【００３５】
多変数制御器１００は、選択画像強化フォーマットの関数として管電流係数を生成するためのユニット１８０を更に有し、所望の電流係数は、第７バスＢ７を介してマイクロプロセッサユニット２００により入力され、そして、例えば、１乃至２．５の間にある。
【００３６】
最終的に、ユニット１８０の出力は、基準値（例えば、２００ｍＡ）の関数として加熱電流のための定格値を生成するためにユニット１９０に接続され、その基準値は、マイクロプロセッサユニット２００及び第８バスＢ８により設定され、ユニット１８０により決定される管電流係数を有することができる。第３制御信号を生成するユニット１９０の出力は、高電圧発生器２０に供給され、決定された加熱電流の定格値が生成されるような方式でそれを制御する。
【００３７】
グリッド制御器３００は第１ブロック３１０を備え、その第１ブロックは、定格時間選択器１２０から信号のフォームで測定された電流の線量率を受信する。更に、第１ブロック３１０は、所定のタイムスロットの最小値Ｔｍｉｎ及び最大値Ｔｍａｘ並びに曝射持続時間の最適値ｔ０（典型的には、タイムスロットの中央点）に関する情報を受信する。
【００３８】
４つの領域を有する優先順位調整器３２０において、管電流の調節により、例えば、ＰＤＩ制御器を用いて、線量率の高速調整がなされる。優先順位調整器３２０は、それ故、第１線量率調整器１３０又は第２線量率調整器１３５が動作しているか否かについて考慮する。出力側においては、調整器３２０はパルス幅制御モジュール３３０を制御し、その出力は又、制御グリッドにおける対向電圧についての上記のパルス幅の活性化を行う。パルス幅制御モジュール３３０は、バスＢ９を介してマイクロプロセッサユニット２００から必要なパラメータを受信する。そのパルス幅制御モジュール３３０は、限界位置に到達したかどうかについて、調整器３２０に更に知らせる。
【００３９】
図１に示しているＸ線システムの動作について、下で更に説明する。Ｘ線システムに基づく制御方法は、従って、ＢＶ／ＴＶ、ディジタル瞬間イメージング技術（ＤＳＩ）、ディジタル平面検出器、メモリフォイル（ＰＣＲシステム）又は従来の薄膜又はフォイルシステムのような記録媒体と同等に実行されることが可能である。その方法は、Ｘ線曝射の開始の約１ｍｓｅｃ以内に直接起こる、自動制御による所望の曝射持続時間に対する及び可能な最も正確な器官ｋＶ値に対する用途特有の要求を同等に満たすことができる。曝射品質（放射線量）は、全ての動的曝射状態において、即ち、Ｘ線系列を発生するとき、３％以下だけ変動する。管電流の一定のｋＶ値を用いる場合、管電流及び／又は曝射持続時間のみにより線量率調整が行われる。これは、サブトラクション血管造影について特に重要であり、そのサブトラクション血管造影においては、減算される画像における同等の表示を達成するために、同一の管電圧を有する必要がある。上記の特性は、高速アナログ調整器により確実にされる高動作速度を用いる高次優先順位調整概念と１００より小さい範囲の管電流Ｉの非常に速い制御により、図１に示すようなＸ線システムを用いて達成される。
【００４０】
管電流の高速制御は、それにより、２つの段階であって、第１には、加熱電流の調整により、第２には、グリッド制御されたＸ線管１０におけるグリッド電圧の調整により、行われる。画像の曝射が開始する前に、陰極加熱電流が設定され、その陰極加熱電流は曝射の持続時間を通して一定レベルに維持される。管電流の平均値は、曝射中、パルス幅偏重により所望の方法で非常に速く（＜１００μｓｅｃ）調節されることができる。このことについては、数値例を参照して下で更に説明することにする。グリッド制御器３００は、管電流の範囲の一部のみを調節することができるようになっている。典型的には、１：１０（又は１０％乃至１００％）の範囲は、この点に関しては十分に適切であり、その範囲は、例えば、３３ｍＡ乃至３３０ｍＡの範囲内の管電流に相当する。最小値１０ｍＡは、グリッド制御器３００における絶対限界として実施される必要がある。最大値３３０ｍＡは加熱フィラメント制御（加熱電流）により決定される。Ｘ線曝射の開始時に、グリッド制御器３００は、管電流１００ｍＡが結果として得られるような制御グリッド２３における対向電圧のパルス幅を設定する。グリッド制御器３００は、次いで、前記最大値３３０ｍＡまでの（＋）３．３の係数を有する制御マージンと、前記最小値３３ｍＡまでの（−）３の係数を有する制御マージンと、を有する。曝射の開始及び線量率誤差信号の存在に続いて、グリッド制御器３００は、１００μｓｅｃより短い範囲内で、必要な線量率が、Ｘ線照射される被検体を参照して、設定されるような方法で管電流を調節する。
【００４１】
上記の管電流の高速制御は、高次制御概念で、曝射持続時間ｔ及び管電圧Ｕの制御と結合され、そのような制御は、図２を参照して下で更に詳しく説明するように、多変数制御器１００において行われる。図２は、曝射持続時間ｔ（水平方向軸）と水等化値Ｗ（垂直方向軸）により表される被検体密度（Ｘ線吸収）との間の関係を示し、吸収を増加させる被検体密度についての更なる画像に影響を与える要素が下の説明に対して追加されるのである。図中に示されている実線は、被検体密度Ｗの関数として、制御システムにより設定された曝射持続時間ｔの特性を示し、曝射持続時間ｔ、管電流Ｉ及び管電圧Ｕは、所定の放射線量が各々のＸ線画像に対して得られるような方法で設定される。下で考慮される数値例においては、画像当たりの放射線量は、例えば、０．６６μＧｙとし、Ｘ線源の線量率を１３．２μＧｙ／ｓｅｃ乃至２６．４μＧｙ／ｓｅｃの範囲内とする。更に、好適には、曝射持続時間ｔは、最小曝射持続時間Ｔｍｉｎ＝１０ｍｓｅｃと最大曝射持続時間Ｔｍａｘ＝５０ｍｓｅｃとの間のタイムスロットの範囲内にある。
【００４２】
Ｘ線曝射の開始時に、曝射時間ｔに対するｔ０＝２５ｍｓｅｃ、管電流Ｉに対するＩ０及び管電圧Ｕに対するＵ０が設定される。これは、図２において示している点ＶＩに相当し、予測される被検体密度Ｗが又、仮定される必要がある。曝射の開始に続いて、制御システムは、高速で線量率信号のレベルを調査する。反応は、調査の結果に依存し、次のようである。
１）測定される線量率が、所望の画像の放射線量が現曝射パラメータを用いて達成されない（即ち、実際の被検体密度は予測と異なる）場合、先ず、管電流Ｉがグリッド制御器３００により増減される（図２の領域Ｖ）。所望の線量率が達成されるとすぐ、その線量率がＸ線画像を完成させるために用いられる。曝射持続時間は、それ故、上記のように、ｔ＝ｔ０＝２５ｍｓｅｃである。
２）最大管電流Ｉｍａｘの設定にも拘らず、所望の線量率が達成されない場合、次の段階は、曝射持続時間を所定の最大値Ｔｍａｘまで領域ＶＩにおいて増加させるようにする。対応する方法においては、最小値として設定される管電流Ｉｍｉｎが尚も所望の線量率を生成しない場合、曝射持続時間ｔは最小値Ｔｍｉｎに領域ＩＩＩにおいて減少される。タイムスロット［Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ］の範囲内の曝射持続時間ｔへの調節が、図１の多変数制御器１００において行われる。所定の曝射時間ｔ０への適合が高い優先順位を有する場合、このような曝射時間ｔへの調節は省略されることが可能である。形式的には、この場合は、本例との関連において、Ｔｍｉｎ＝Ｔｍａｘによりカバーされることが可能である。逆に、器官ｋＶの値が高い優先順位を有する場合、曝射持続時間についての上記のような調節が行われなければならない。
３）図２の領域ＩＩ及びＶＩＩそれぞれにおいては、管電流Ｉ及び曝射持続時間ｔは、それらの下限Ｉｍｉｎ、Ｔｍｉｎ及び上限Ｉｍａｘ、Ｔｍａｘそれぞれである。必要な線量率がこの状態において尚も達成されない場合、電圧範囲［Ｕｍｉｎ，Ｕｍａｘ］において開始値Ｕ０から開始して、管電圧Ｕは多変数制御器１００により増減される。
４）達成される所望の線量率を有することなく、管電圧Ｕの設定がその下限Ｕｍｉｎ又は上限である場合、曝射持続時間の更なる調節が行われる。図２の領域Ｉにおいては、その曝射持続時間は加減Ｔｍｉｎより短くなり、領域ＶＩＩＩにおいては、上限Ｔｍａｘより長くなる。このような短くなる又は長くなる場合、所定の線量率が曝射持続時間の更なる調節を必要とする場合でさえ、曝射持続時間ｔについての所定の絶対限界は遵守される。
【００４３】
上記の制御方法を用いる場合、それにより、Ｘ線曝射の開始時に、どのパラメータがどの順序で調節されるべきかに関して判定がなされる。管電流は、調査中の被検体のコントラストスケーリング定数を不変に維持する必要があるため、調節されるべきパラメータは、常に、管電流Ｉである。管電流Ｉの高速調節は、制御グリッドにおいてパルス幅変調により実現される。次の段階は、タイムスロットの範囲内の曝射持続時間ｔの（任意の）調節と、続く、電圧範囲内の電圧Ｕの調節である。調査中の被検体のＸ線密度が、尚も、大き過ぎる又は小さ過ぎる場合、曝射自足時間ｔは、所望の放射量が達成されるまで調整されることが可能である。このようにして、極端に動的な曝射状態においてさえ、曝射量±３％の安定性が確実にされる。達成可能な画像品質により、本技術は、サブトラクション血管造影に対して、特に適切である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に従ったＸ線源を有するＸ線システムの模式図である。
【図２】被検体密度の関数として曝射持続時間を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を発生させるためのＸ線管であって、そのＸ線管のスペクトル及び強度は管電圧及び管電流に依存する、Ｘ線管；
前記Ｘ線管のアクティビティからもたらされるＸ線吸収を検出するための測定ユニット；及び
前記管電流と、前記管電圧と、前記Ｘ線管の曝射持続時間とを制御するために、前記Ｘ線管と前記測定ユニットとに結合された制御システムであって、次の段階であって、
ａ）前記Ｘ線管の前記管電流及び前記間電圧のための所定の開始値を予め設定する段階と、
ｂ）Ｘ線曝射を開始し、その結果としてのＸ線吸収を検出する段階と、
ｃ）所定電流範囲内に前記管電流を調節することにより及び前記管電流が電流範囲の２つの限界値の一に設定されている場合に第２曝射パラメータを調節することにより、画像の曝射を制御する段階と、
を有する制御システム；
を有することを特徴とするＸ線源。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線源であって、前記第２曝射パラメータは前記曝射持続時間であって、その曝射持続時間は所定時間スロット範囲内に調節され、前記曝射持続時間が前記タイムスロットの限界の一に設定されている場合に、第３曝射パラメータが調節される、ことを特徴とするＸ線源。
【請求項３】
請求項２に記載のＸ線源であって、前記第３曝射パラメータは前記管電圧であって、その管電流は所定電圧範囲内に調節され、前記間電圧が前記電圧範囲の限界の一に設定されている場合に、第４曝射パラメータが調節される、ことを特徴とするＸ線源。
【請求項４】
請求項３に記載のＸ線源であって、前記第４曝射パラメータは前記曝射持続時間である、ことを特徴とするＸ線源。
【請求項５】
請求項１に記載のＸ線源であって、前記画像の曝射は、所定の放射線量が達成されるような方法で制御される、ことを特徴とするＸ線源。
【請求項６】
請求項１に記載のＸ線源であって、前記Ｘ線管は陽極の前に制御グリッドを備え、その陽極に対して、前記管電流を制御するために対向電圧を印加することができる、ことを特徴とするＸ線源。
【請求項７】
請求項６に記載のＸ線源であって、前記制御システムは、前記Ｘ線管の加熱電流を設定するための加熱電流制御器と、前記制御グリッドを活性化するためのグリッド制御器とを備えている、ことを特徴とするＸ線源。
【請求項８】
請求項７に記載のＸ線源であって、前記グリッド制御器は前記制御グリッドにおいてパルス化対向電圧のパルス幅を制御するように構成されている、ことを特徴とするＸ線源。
【請求項９】
画像生成及び画像処理のための少なくとも１つの装置と、請求項１に記載のＸ線源とを有することを特徴とするＸ線システム。
【請求項１０】
Ｘ線画像の曝射制御のための方法であって：
ａ）前記Ｘ線管の前記管電流及び前記間電圧のための所定の開始値を予め設定する段階；
ｂ）Ｘ線曝射を開始し、その結果としてのＸ線吸収を検出する段階;及び
ｃ）所定電流範囲内に前記管電流を調節することにより及び前記管電流が電流範囲の２つの限界値の一に設定されている場合に第２曝射パラメータを調節することにより、画像の曝射を制御する段階；
を有することを特徴とする方法。
【請求項１】
Ｘ線を発生させるためのＸ線管であって、そのＸ線管のスペクトル及び強度は管電圧及び管電流に依存する、Ｘ線管；
前記Ｘ線管のアクティビティからもたらされるＸ線吸収を検出するための測定ユニット；及び
前記管電流と、前記管電圧と、前記Ｘ線管の曝射持続時間とを制御するために、前記Ｘ線管と前記測定ユニットとに結合された制御システムであって、次の段階であって、
ａ）前記Ｘ線管の前記管電流及び前記間電圧のための所定の開始値を予め設定する段階と、
ｂ）Ｘ線曝射を開始し、その結果としてのＸ線吸収を検出する段階と、
ｃ）所定電流範囲内に前記管電流を調節することにより及び前記管電流が電流範囲の２つの限界値の一に設定されている場合に第２曝射パラメータを調節することにより、画像の曝射を制御する段階と、
を有する制御システム；
を有することを特徴とするＸ線源。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線源であって、前記第２曝射パラメータは前記曝射持続時間であって、その曝射持続時間は所定時間スロット範囲内に調節され、前記曝射持続時間が前記タイムスロットの限界の一に設定されている場合に、第３曝射パラメータが調節される、ことを特徴とするＸ線源。
【請求項３】
請求項２に記載のＸ線源であって、前記第３曝射パラメータは前記管電圧であって、その管電流は所定電圧範囲内に調節され、前記間電圧が前記電圧範囲の限界の一に設定されている場合に、第４曝射パラメータが調節される、ことを特徴とするＸ線源。
【請求項４】
請求項３に記載のＸ線源であって、前記第４曝射パラメータは前記曝射持続時間である、ことを特徴とするＸ線源。
【請求項５】
請求項１に記載のＸ線源であって、前記画像の曝射は、所定の放射線量が達成されるような方法で制御される、ことを特徴とするＸ線源。
【請求項６】
請求項１に記載のＸ線源であって、前記Ｘ線管は陽極の前に制御グリッドを備え、その陽極に対して、前記管電流を制御するために対向電圧を印加することができる、ことを特徴とするＸ線源。
【請求項７】
請求項６に記載のＸ線源であって、前記制御システムは、前記Ｘ線管の加熱電流を設定するための加熱電流制御器と、前記制御グリッドを活性化するためのグリッド制御器とを備えている、ことを特徴とするＸ線源。
【請求項８】
請求項７に記載のＸ線源であって、前記グリッド制御器は前記制御グリッドにおいてパルス化対向電圧のパルス幅を制御するように構成されている、ことを特徴とするＸ線源。
【請求項９】
画像生成及び画像処理のための少なくとも１つの装置と、請求項１に記載のＸ線源とを有することを特徴とするＸ線システム。
【請求項１０】
Ｘ線画像の曝射制御のための方法であって：
ａ）前記Ｘ線管の前記管電流及び前記間電圧のための所定の開始値を予め設定する段階；
ｂ）Ｘ線曝射を開始し、その結果としてのＸ線吸収を検出する段階;及び
ｃ）所定電流範囲内に前記管電流を調節することにより及び前記管電流が電流範囲の２つの限界値の一に設定されている場合に第２曝射パラメータを調節することにより、画像の曝射を制御する段階；
を有することを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２００６−５２９０５２（Ｐ２００６−５２９０５２Ａ）
【公表日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３０７８１（Ｐ２００６−５３０７８１）
【出願日】平成１６年５月５日（２００４．５．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００４／０５０５９７
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０３０３４
【国際公開日】平成１６年１１月２５日（２００４．１１．２５）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【氏名又は名称原語表記】Ｋｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｎ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １，５６２１ ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年５月５日（２００４．５．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００４／０５０５９７
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０３０３４
【国際公開日】平成１６年１１月２５日（２００４．１１．２５）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【氏名又は名称原語表記】Ｋｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｎ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １，５６２１ ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【Ｆターム（参考）】
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