JP2002352755A - フラットパネルｘ線源を備えるｘ線撮影装置 - Google Patents

フラットパネルｘ線源を備えるｘ線撮影装置

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JP2002352755A
JP2002352755A JP2001400491A JP2001400491A JP2002352755A JP 2002352755 A JP2002352755 A JP 2002352755A JP 2001400491 A JP2001400491 A JP 2001400491A JP 2001400491 A JP2001400491 A JP 2001400491A JP 2002352755 A JP2002352755 A JP 2002352755A
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John Scott Price
ジョン・スコット・プライス
Bruce M Dunham
ブルース・エム・ダナム
Colin R Wilson
コリン・リチャード・ウィルソン
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GE Medical Systems Global Technology Co LLC
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転する必要のないX線源を備えるX線撮影装
置を提供する 【解決手段】 Ｘ線撮影システム（１０）は、真空チャ
ンバー（５２）内の基板上に配置に陰極（５８）が配置
された当該基板を含む半導体Ｘ線源を備える。陽極（６
８）は、真空チャンバー（５２）内の陰極から間隔が空
けられて配置されている。システムは、Ｘ線源（１４）
から出力されたＸ線に応じて所定のデータをデータ獲得
システム（３２）に提供する複数の検出器要素（２０）
とＸ線コントローラ（２８）を制御するコンピュータ
（３６）を備えてもよい。画像再生部（３４）でデータ
獲得システム（３２）を使って、所望の画像を提供する
ことができる。インターフェイス（４８）を使って、遠
隔の診断施設に画像を送ることができる。特に、無線イ
ンターフェイス（４８）は、遠隔の診断施設との通信に
適している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は一般的に、Ｘ線撮影装置に関し、
特に、フラットパネルＸ線源を備えるＸ線撮影装置に関
する。
【０００２】
【背景技術】少なくともコンピュータトモグラフィー
（ＣＴ）撮像システム構成ではＸ線源が扇状ビームを放
出する。これはコリメートされてデカルト座標系のＸＹ
面内に収まるが、この面は一般的に「撮像面」と呼ばれ
る。Ｘ線ビームは、撮像されているオブジェクト、例え
ば、患者を通過する。ビームはオブジェクトで減衰し
て、Ｘ線検出器アレイに衝突する。Ｘ線検出器で受け取
られた減衰したビームの強さは、オブジェクトでのＸ線
ビームの減衰度に依存する。アレイの各検出器要素は、
その検出器の位置でのビームの減衰度の測定値を示す個
別の電気信号を生成する。減衰度の測定値が全検出器か
ら個別に得られ、転送プロファイルが生成される。
【０００３】周知の第３世代のＣＴシステムでは、ガン
トリによって撮像面内で撮像対象のオブジェクトの回り
でＸ線源と検出器アレイを回転させるので、Ｘ線ビーム
がオブジェクトと交差する角度は常に変化する。一般的
に、Ｘ線源は、焦点でＸ線ビームを放出するＸ線管を備
える。一般的に、Ｘ線検出器は、検出器が受け取ったＸ
線ビームをコリメートするコリメータを備える。シンチ
レータは、コリメータの近くに位置し、フォトダイオー
ドはシンチレータの近くに配置される。
【０００４】マルチスライスＣＴシステムを使って、ス
キャン中に多くの枚数のスライスのデータを得ることが
できる。一般的に、周知のマルチスライスシステムは３
Ｄ検出器として周知の検出器を備える。３Ｄ検出器で
は、複数の検出器要素が行と列に配置された個別のチャ
ネルを構成する。検出器の各行は、個別のスライスを構
成する。例えば、２つのスライス検出器は２行の検出器
要素を備え、４つのスライス検出器は４行の検出器要素
を備える。マルチスライス・スキャン中は、多行の検出
セルに同時にＸ線ビームが衝突するので、数枚のスライ
スのデータが得られる。
【０００５】回転するＸ線源を必要としないシステムに
ついては、米国特許４５２１９００、４５２１９０１に
記述されている。‘９００の特許で使われている大型真
空チャンバーは電子銃とリング状ターゲットを備えてお
り、Ｘ線を生成する。電子ビームは、患者から数フィー
ト離れた位置にあるガンから放出される。かなり高パワ
ーの１本の電子ビームは、円、即ち、患者を囲むリング
を描くことによって、「スキャン」効果を生み出す。そ
のシステムの欠点の１つは、電子ビームの経路、即ち、
軌跡を囲む大型真空システムが必要とされることであ
る。さらに、複雑なビーム偏向システムを使って、ビー
ムを正確に制御することが必要である。
【０００６】従って、ＣＴスキャナーと、スキャンシス
テムの複雑度を低減するが、回転するＸ線源を必要とし
ないＸ線源を提供するＣＴスキャナーシステムを提供す
ることが望ましい。
【０００７】
【発明の概要】本発明の目的の１つは、固定陽極を備え
る改良されたＸ線源を提供することである。
【０００８】本発明の一態様のＸ線撮影システムは、真
空チャンバー内に陰極が配置された基板を含む半導体Ｘ
線源を備える。陽極は、真空チャンバー内で陰極から間
隔が空けられて配置される。Ｘ線コントローラと、Ｘ線
源から放出されたＸ線に応じて所定データをデータ獲得
システムに提供する複数の検出器要素を制御するコンピ
ュータを本システムが備えてもよい。データ獲得システ
ムを使って、画像を遠隔の診断施設に送ることができ
る。インターフェイスを使って、画像を遠隔の診断施設
に転送することができる。特に、そのインターフェイス
は、遠隔の診断施設との通信に適する。
【０００９】本発明のその他の目的とメリットが、以下
の詳細な説明と添付の請求項から、また、添付の図面を
参照することによって明らかになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下の図面では、同じ要素を識別
するために同じ参照番号が使われる。本発明は、コンピ
ュータトモグラフィーシステムについて説明される。し
かしながら、本発明は、乳房撮影と血管撮影等のその他
のＸ線システムに適用することもできる。特に、本発明
は、Ｘ線装置を可搬性のあるものにする、例えば、携帯
型Ｘ線マシンを実現することに適している。
【００１１】図１を参照すると、Ｘ線撮影システム１
０、例えば、コンピュータトモグラフィー（ＣＴ）撮像
システムは、「第３世代」のＣＴスキャナーを代表する
ガントリ１２を備えるものとして示されている。ガント
リ１２は、ガントリ１２の反対側にある検出器アレイ１
８に向かってＸ線ビーム１６を放出するＸ線源１４を備
える。
【００１２】検出器アレイ１８は、放出されて治療患者
を通過するＸ線を同時にセンスする複数の検出器要素２
０から構成される。各検出器要素２０は、衝突するＸ線
ビームの輝度と患者２２を通過するときのビームの減衰
度を表す電気信号（検出器出力信号）を生成する。Ｘ線
投射データを得るためのスキャン中に、ハウジング１２
とその上に搭載された要素は重心の回りを回転する。
【００１３】Ｘ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の
制御メカニズム２６によって決定される。制御メカニズ
ム２６は、Ｘ線源１４にパワー／タイミング信号を供給
するＸ線コントローラ２８を備える。制御メカニズム２
６のデータ獲得システム（ＤＡＳ）３２は、検出器要素
２０からアナログデータをサンプリングし、データを後
処理のためにデジタル信号に変換する。画像再生部３４
は、サンプリングされデジタル化されたＸ線をＤＡＳ３
２から受け取って、高速の画像再生を行う。再生された
画像は、コンピュータ３６に入力データとして与えら
れ、コンピュータは大容量記憶装置３８に画像を格納す
る。
【００１４】また、コンピュータ３６は、ユーザインタ
ーフェイス、即ち、グラフィックユーザインターフェイ
ス（ＧＵＩ）を介して信号の送受信を行う。特に、コン
ピュータ３６は、キーボードとマウス（不図示）を備え
ることが好ましいオペレータコンソール４０からコマン
ドとスキャンパラメータを受け取る。それに関連するブ
ラウン管ディスプレイ４２によって、オペレータは再生
された画像とその他のデータをコンピュータ３６から見
ることができる。オペレータが与えたコマンドとパラメ
ータはコンピュータ３６によって利用され、Ｘ線コント
ローラ２８とＤＡＳ３２と移動コントローラ４４、例え
ば、テーブル４６と通信してシステム要素のオペレーシ
ョンと動きを制御するテーブルコントローラに制御信号
と情報を供給する。また、動きコントローラ４４は、以
下で説明するように患者に対してＸ線源を直線的に移動
させるように構成されている。
【００１５】当業者であれば、本発明を使うことができ
る様々なＸ線装置は、図２に示される要素を多かれ少な
かれ備えることを理解することができる。例えば、ＣＴ
システムは、テーブルモータコントローラ４４を使うこ
とがある。可搬型Ｘ線装置は、テーブルモータコントロ
ーラ４４を備えることはない。何故ならば、患者をその
マシンに自動的に出し入れすることは望まれないからで
ある。
【００１６】上述の要素に加えて、インターフェイス４
８をコンピュータ３６に接続することができる。インタ
ーフェイス４８は、様々な通信インターフェイスデバイ
スのうちの１つでよい。例えば、インターフェイス４８
は、電話通信インターフェイスもしくは、無線電話シス
テムで使用する無線通信インターフェイスであってもよ
い。インターフェイス４８は、遠隔診断のために使われ
る。例えば、インターフェイス４８は、システムをイン
ターネットに接続して、所定の画像をエキスパートに提
供することができる。特に、無線インターフェイスは、
可搬型Ｘ線装置で役立つことがある。可搬型Ｘ線装置
は、遠隔地や自動車の位置、例えば、救急車で使用する
際に役に立つ。
【００１７】ここで、図３と図４を参照すると、Ｘ線源
１４の横方向と縦方向の断面が示されている。Ｘ線源１
４は、その回りにハウジング５０を備える。ハウジング
５０は中に真空チャンバー５２を備えるように構成され
る。ハウジング５０は、真空チャンバー５２を密封する
ことが好ましい。ハウジング５０は、多くの材料、即
ち、複数の材料の組み合わせから構成されていてもよ
い。ハウジング５０は、Ｘ線が通り抜けることを防ぐ
層、即ち、材質を備えることが好ましい。Ｘ線透過性ウ
ィンドー５４はハウジング５０を通して設けられ、そこ
にＸ線が透過することが可能になる。様々な材料を使っ
て、Ｘ線透過性ウィンドー５４を構成することができ
る。Ｘ線透過性材料は、炭素やベリリウムなどの低原子
量の材料であることが好ましい。適切なＸ線透過性ウィ
ンドーの一例はグラファイトである。電子を吸収するそ
の能力とその熱貯蔵性と熱伝導性から、グラファイトは
望ましいものである。
【００１８】シリコン基板等の基板５６は、ハウジング
５０内に配置される。また、基板５６は、ハウジング５
０の一部を構成してもよい。陰極５８の一部を形成する
ために、基板５６にドープしてもよい。陰極５８は、複
数の陰極エミッタ５９から構成される。基板５６は、絶
縁層６０と陰極薄膜６２と複数のコーン(cones)６４を
備えていてもよい。絶縁層６０は不連続、即ち、間隔が
空いていてもよい。例えば、コーン６４は、電子を生成
するために使われるモリブデン・コーンであってもよ
い。コーン６４が基板５６に直接接触するように、コー
ン６４を絶縁層間に間隔を空けて配置してもよい。ま
た、陰極薄膜６２をモリブデンから形成してもよい。勿
論、当業者であれば、薄膜電界出力陰極(thin film fie
ld emissioncathodes)と、フォトエミッタ、例えば、レ
ーザ励起フォト出力を行うカテゴリのエミッタを含むそ
の他の種類の半導体エミッタの存在も認識している。レ
ーザデバイス等の光出力デバイスは、十分なパワーと適
切な波長のレーザビームでフラットパネルプレーン面を
スキャンすることによって、陰極構造に対してアドレス
付けされた順序で出力する。
【００１９】陽極６８は、Ｘ線透過性ウィンドー５４上
に配置される。陽極６８は、陰極５８で生成された電子
を引き付ける。陽極６８は薄膜陽極であることが好まし
く、様々な材料から形成されていてもよい。陽極６８の
適切な材料には、タングステンやウランがある。陽極６
８は、高原子量の材料から構成されることが好ましい
が、物理的な寸法と強度／重量比とＸ線生成特性と、熱
伝導度等のその他の熱的特性間のトレードオフがある。
陽極６８に衝突する電子によってＸ線が生成され、Ｘ線
はＸ線源１４から出てＸ線透過性ウィンドー５４を通
る。勿論、実際は、完全な陽極６８などないため、一部
の電子は薄膜陽極６８を通過してＸ線透過性ウィンドー
５４に入るかもしれない。従って、Ｘ線透過性ウィンド
ーに対して電気的に透過性であり熱的にも伝達性の良い
材料にすることが、その結論である。電子が陽極６８を
通過すると、Ｘ線透過性ウィンドー５４はそれを電気的
に吸収して、陽極６８から、もしくは、陽極６８を通過
する電子から熱が散逸する。電子は図４のライン７０で
示されており、Ｘ線はライン７２で示されている。
【００２０】Ｘ線源１４を高電圧ケーブル７４と絶縁部
７６に接続することができる。個々のエミッタはＸ線コ
ントローラ２８で制御され、高電圧コントローラ７４か
らの高電圧に応じて電子が生成される。
【００２１】陰極エミッタ５９をリニアアレイ、もしく
は、２次元アレイで配置することができる。動作中は、
Ｘ線コントローラ２８は、所望の方法でＸ線ビームを動
かす。スキャンビームが必要な場合、特定の時間に特定
のエミッタを通電して電子を生成させるために、各陰極
エミッタ５９はアドレス可能であることが好ましい。実
際は、陰極エミッタ５９をアレイ全体で同時に通電する
こともができる。可動ハウジングを使った場合は、リニ
ア陰極アレイはそこでの使用に適している。コンピュー
タ３６は、写真式複写機の場合と同様に患者に対して縦
方向に、患者に対するハウジングの動きを制御すること
ができる。次に、体の一部が「スキャン」される。一旦
データ獲得システム３２が検出器からデータを得ると、
画像再生器３４はコンピュータ上の画像を構築し、ディ
スプレイ４２にそれを表示することができる。また、上
述したように、インターフェイス４８を介して画像を転
送することもできる。当業者であればわかっていること
であるが、回転しない固定陽極等を使うことによって、
複雑度とそのコストは大幅に下がる。従って、回転駆動
のためのベアリングとロータとモータは必要ない。伝統
的なＸ線管に通常関連するＺ軸方向の延びとベアリング
の磨耗と平衡問題は、そのデバイスでは明らかになって
いない。
【００２２】１つ以上の実施形態に関連して本発明を説
明したが、本発明がそれらの実施形態に限定されること
はないことを理解すべきである。逆に、本発明はことを
特徴とする請求項の精神と範囲にある代替のものと変更
したものと等価なものの全てを網羅するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明のＣＴ撮像システムの模式図
である。
【図２】 図２は、図１に示したシステムのブロック図
である。
【図３】 図３は、本発明の半導体Ｘ線管の横断面図で
ある。
【図４】 図４は、本発明の半導体Ｘ線管の縦断面図で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 35/06 Ｈ０１Ｊ 35/06 Ｂ 35/16 35/16 Ｈ０５Ｇ 1/00 Ｈ０５Ｇ 1/00 Ｄ (72)発明者 ジョン・スコット・プライス アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ウォ ーワトサ、ノース・69ティーエイチ・スト リート、2618番 (72)発明者 ブルース・エム・ダナム アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、メク ォン、ノース・メルローズ・コート、9815 番 (72)発明者 コリン・リチャード・ウィルソン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ニスカ ユナ、ウォーナー・ロード、882番 Ｆターム(参考） 4C092 AA01 AB30 AC01 BD01 BD04 BD05 BD12 BD16 BD19 4C093 AA22 CA32 EA04 FH06

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 真空ハウジング（５０）と、 前記ハウジング内に配置された冷陰極エミッタ（５８）
    と、 Ｘ線透過性ウィンドー（５４）と、 前記エミッタ（５８）から間隔が空けられた前記ウィン
    ドー（５４）上に配置され、薄い金属薄膜を有する固定
    陽極層（６８）と、 を備えたことを特徴とするＸ線源アセンブリ。
  2. 【請求項２】 さらに基板（５６）を備えることを特徴
    とする請求項１に記載のＸ線源アセンブリ。
  3. 【請求項３】 前記基板（５６）上に形成された絶縁層
    （６０）をさらに備え、薄膜が前記絶縁像上に配置さ
    れ、エミッタコーンが前記基板上に配置され、前記陰極
    エミッタは前記基板上に配置されることを特徴とする請
    求項１に記載のＸ線源アセンブリ。
  4. 【請求項４】 前記Ｘ線透過性ウィンドーは炭素基材料
    からなることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源アセ
    ンブリ。
  5. 【請求項５】 前記Ｘ線透過性ウィンドーは電気的に伝
    導性であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源ア
    センブリ。
  6. 【請求項６】 前記陰極エミッタは複数のフォトエミッ
    タを備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源ア
    センブリ。
  7. 【請求項７】 前記冷陰極エミッタは複数のレーザダイ
    オードを備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線
    源アセンブリ。
  8. 【請求項８】 前記陰極エミッタはモノリシック半導体
    を備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源アセ
    ンブリ。
  9. 【請求項９】 前記陰極エミッタはアドレス可能な複数
    のエミッタ要素を備えることを特徴とする請求項１に記
    載のＸ線源アセンブリ。
  10. 【請求項１０】 前記真空ハウジングは密閉されている
    ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線源アセンブリ。
  11. 【請求項１１】 前記陽極層は、ウランとタングステン
    とアルミニウムのグループから選択されることを特徴と
    する請求項１に記載のＸ線源アセンブリ。
  12. 【請求項１２】 前記冷陰極（５６）は前記ハウジング
    内に線形分布していることを特徴とする請求項１に記載
    のＸ線源アセンブリ。
  13. 【請求項１３】 前記冷陰極（５６）は前記ハウジング
    内に２次元的に分布していることを特徴とする請求項１
    に記載のＸ線源アセンブリ。
  14. 【請求項１４】 前記ハウジングの回りに配置された保
    護層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の
    Ｘ線源アセンブリ。
  15. 【請求項１５】 真空ハウジング（５０）と、 前記ハウジング内に配置された基板（５６）と、 前記基板上に配置された複数の陰極エミッタ要素（５
    ９）と、 Ｘ線透過性ウィンドー（５４）と、 前記エミッタから間隔が空けられた前記ウィンドー上に
    配置され、薄い金属薄膜を有する固定陽極（６８）と、 を備えるＸ線源アセンブリ。
  16. 【請求項１６】 前記基板を介して前記複数の陰極エミ
    ッタ要素に接続された高電圧入力部をさらに備えること
    を特徴とする請求項１５に記載のＸ線源アセンブリ。
  17. 【請求項１７】 前記複数の陰極エミッタ要素（５９）
    はモリブデンゲート薄膜を備えることを特徴とする請求
    項１５に記載のＸ線源アセンブリ。
  18. 【請求項１８】 前記Ｘ線透過性ウィンドー（５４）は
    電気的に伝導性であることを特徴とする請求項１５に記
    載のＸ線源アセンブリ。
  19. 【請求項１９】 前記Ｘ線透過性ウィンドー（５４）は
    前記冷却ブロックに電気的に接続されることを特徴とす
    る請求項１５に記載のＸ線源アセンブリ。
  20. 【請求項２０】 前記陰極エミッタ（５８）はアドレス
    可能な複数のエミッタ要素を備えることを特徴とする請
    求項１５に記載のＸ線源アセンブリ。
  21. 【請求項２１】 半導体Ｘ線源（１４）と、 検出器出力信号を生成する検出器（２０）と、 Ｘ線コントローラ（２８）と、 データ出力信号を受け取るデータ獲得システム（３２）
    と、 前記データ獲得システムに接続されて、前記データ出力
    信号に応じて画像信号を生成する画像再生部（３４）
    と、 前記半導体Ｘ線源と前記Ｘ線コントローラと前記データ
    獲得システムと前記画像再生部のオペレーションを制御
    するコンピュータ（３６）と、 前記画像信号を送るために前記コンピュータに接続され
    たインターフェイス（４８）と、 を備えるＸ線撮影装置。
  22. 【請求項２２】 前記Ｘ線源は、 真空ハウジング（５０）と、 前記ハウジング内に配置された冷陰極エミッタ（５８）
    と、 Ｘ線透過性ウィンドー（５４）と、 前記エミッタ（５８）から間隔が空けられた前記ウィン
    ドー（５４）上に配置され、薄い金属薄膜を有する固定
    陽極（６８）と、 具備することを特徴とする請求項２１に記載のＸ線撮影
    装置。
  23. 【請求項２３】 前記Ｘ線源は交換可能であることを特
    徴とする請求項２１に記載のＸ線撮影装置。
  24. 【請求項２４】 前記インターフェイスは無線インター
    フェイスを備えることを特徴とする請求項２１に記載の
    Ｘ線撮影装置。
  25. 【請求項２５】 前記インターフェイスは電話通信イン
    ターフェイスを備えることを特徴とする請求項２１に記
    載のＸ線撮影装置。
  26. 【請求項２６】 前記Ｘ線透過性ウィンドーは電気的に
    伝導性であることを特徴とする請求項２１に記載のＸ線
    撮影装置。
  27. 【請求項２７】 前記陰極エミッタは、アドレス可能な
    複数のエミッタ要素（５９）を備えることを特徴とする
    請求項２１に記載のＸ線撮影装置。
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