JP2003331762A - 彎曲放出面を備えた陰極を有するｘ線源及び方法 - Google Patents
彎曲放出面を備えた陰極を有するｘ線源及び方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/24—Tubes wherein the point of impact of the cathode ray on the anode or anticathode is movable relative to the surface thereof
-
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/02—Details
- H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
- H01J35/06—Cathodes
- H01J35/065—Field emission, photo emission or secondary emission cathodes
Landscapes
- X-Ray Techniques (AREA)
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｘ線源の陰極から熱除去するための熱伝達の
必要性を少なくし、且つ構造を比較的簡単にする。 【解決手段】 Ｘ線源（１１４、１２２、１３４）が、
冷陰極（７９）と陽極（７２）とを備えている。冷陰極
（７９）は、電子を放出することが可能な彎曲放出面
（１２４）を有している。陽極（７２）は、陰極（７
９）から離隔して設けられている。陽極（７２）は、陰
極（７９）の彎曲放出面（１２４）から放出された電子
による衝突に応答してＸ線を放出することが可能であ
る。
必要性を少なくし、且つ構造を比較的簡単にする。 【解決手段】 Ｘ線源（１１４、１２２、１３４）が、
冷陰極（７９）と陽極（７２）とを備えている。冷陰極
（７９）は、電子を放出することが可能な彎曲放出面
（１２４）を有している。陽極（７２）は、陰極（７
９）から離隔して設けられている。陽極（７２）は、陰
極（７９）の彎曲放出面（１２４）から放出された電子
による衝突に応答してＸ線を放出することが可能であ
る。
Description
【０００１】
【発明の背景】本発明は一般的には、Ｘ線源を用いるシ
ステム及び方法に関する。
ステム及び方法に関する。
【０００２】Ｘ線源は、イメージング・システム等の装
置で広範に応用されている。Ｘ線イメージング・システ
ムは、Ｘ線管の形態のＸ線源を用いて、撮像対象に向け
られたＸ線ビームを放出する。Ｘ線ビームと介設されて
いる対象とが相互作用して応答を発生し、この応答を１
以上の検出器によって受け取る。次いで、イメージング
・システムは検出された応答信号を処理して、対象の画
像を形成する。
置で広範に応用されている。Ｘ線イメージング・システ
ムは、Ｘ線管の形態のＸ線源を用いて、撮像対象に向け
られたＸ線ビームを放出する。Ｘ線ビームと介設されて
いる対象とが相互作用して応答を発生し、この応答を１
以上の検出器によって受け取る。次いで、イメージング
・システムは検出された応答信号を処理して、対象の画
像を形成する。
【０００３】例えば、典型的な計算機式断層写真法（Ｃ
Ｔ）イメージング・システムでは、Ｘ線管がファン（扇
形）形状のビームを投射し、このビームは、デカルト座
標系のＸ−Ｙ平面であって、一般に「イメージング（撮
像）平面」と呼ばれる平面内に位置するようにコリメー
トされる。Ｘ線ビームは患者等の撮像対象を透過する。
ビームは対象によって減弱された後に放射線検出器のア
レイに入射する。検出器アレイで受光される減弱した放
射線ビームの強度は、対象によるＸ線ビームの減弱量に
依存している。アレイ内の各々の検出器素子が、検出器
の位置でのビーム減弱の測定値である別個の電気信号を
発生する。すべての検出器からの減弱測定値を別個に取
得して透過プロファイル（断面）を形成する。
Ｔ）イメージング・システムでは、Ｘ線管がファン（扇
形）形状のビームを投射し、このビームは、デカルト座
標系のＸ−Ｙ平面であって、一般に「イメージング（撮
像）平面」と呼ばれる平面内に位置するようにコリメー
トされる。Ｘ線ビームは患者等の撮像対象を透過する。
ビームは対象によって減弱された後に放射線検出器のア
レイに入射する。検出器アレイで受光される減弱した放
射線ビームの強度は、対象によるＸ線ビームの減弱量に
依存している。アレイ内の各々の検出器素子が、検出器
の位置でのビーム減弱の測定値である別個の電気信号を
発生する。すべての検出器からの減弱測定値を別個に取
得して透過プロファイル（断面）を形成する。
【０００４】公知の第三世代ＣＴシステムでは、Ｘ線管
及び検出器アレイは、Ｘ線ビームが撮像対象と交差する
角度が定常的に変化するように撮像平面内で撮像対象の
周りをガントリと共に回転する。一つのガントリ角度で
の検出器アレイからの一群のＸ線減弱測定値すなわち投
影データを「ビュー」と呼ぶ。対象の「走査（スキャ
ン）」は、Ｘ線源及び検出器が一回転する間に様々なガ
ントリ角度において形成される一組のビューで構成され
る。アキシャル・スキャンでは、投影データを処理し
て、対象を通過して形成される二次元スライスに対応す
る画像を構築する。
及び検出器アレイは、Ｘ線ビームが撮像対象と交差する
角度が定常的に変化するように撮像平面内で撮像対象の
周りをガントリと共に回転する。一つのガントリ角度で
の検出器アレイからの一群のＸ線減弱測定値すなわち投
影データを「ビュー」と呼ぶ。対象の「走査（スキャ
ン）」は、Ｘ線源及び検出器が一回転する間に様々なガ
ントリ角度において形成される一組のビューで構成され
る。アキシャル・スキャンでは、投影データを処理し
て、対象を通過して形成される二次元スライスに対応す
る画像を構築する。
【０００５】従来のＸ線管は、真空容器と、陰極（カソ
ード）アセンブリと、陽極（アノード）アセンブリとを
含んでいる。真空容器は典型的には、ガラス、又はステ
ンレス鋼、銅若しくは銅合金等の金属で製造されてい
る。陰極アセンブリ及び陽極アセンブリは真空容器内に
封入されている。
ード）アセンブリと、陽極（アノード）アセンブリとを
含んでいる。真空容器は典型的には、ガラス、又はステ
ンレス鋼、銅若しくは銅合金等の金属で製造されてい
る。陰極アセンブリ及び陽極アセンブリは真空容器内に
封入されている。
【０００６】Ｘ線ビームを形成するためには、陰極が電
子を放出し、次いで電子を陽極に向けて加速することに
より、電子を高速で陽極の標的域に衝突させる。加速
は、陰極アセンブリと陽極アセンブリとの間に保持され
ている電圧差（典型的には、医療目的には２０ｋＶ〜４
０ｋＶであるが、特に医療以外の目的にはより大きい又
は小さい値が可能である）によって生ずる。Ｘ線は標的
域の焦点から全方向に放散し、次いでコリメータを用い
てＸ線を患者に向けてＸ線ファン・ビームの形態で真空
容器から外へ照射する。
子を放出し、次いで電子を陽極に向けて加速することに
より、電子を高速で陽極の標的域に衝突させる。加速
は、陰極アセンブリと陽極アセンブリとの間に保持され
ている電圧差（典型的には、医療目的には２０ｋＶ〜４
０ｋＶであるが、特に医療以外の目的にはより大きい又
は小さい値が可能である）によって生ずる。Ｘ線は標的
域の焦点から全方向に放散し、次いでコリメータを用い
てＸ線を患者に向けてＸ線ファン・ビームの形態で真空
容器から外へ照射する。
【０００７】典型的なＸ線管では、電子は熱イオン放出
として知られている方法によって陰極から放出される。
この方法によれば、陰極のフィラメント（典型的にはタ
ングステン・ワイヤで形成されている）に電流を供給す
ると、フィラメントの抵抗加熱によって高温が生ずる。
かかる温度では、フィラメントの電子が十分なエネルギ
を得て特定の原子と結合しなくなる（電子のエネルギ・
レベルが電子を伝導帯に配置する）ため、電子は陰極か
ら放出され易くなる。これらの電子を焦点に向かわせる
ために、複雑な集束構造が用いられている。
として知られている方法によって陰極から放出される。
この方法によれば、陰極のフィラメント（典型的にはタ
ングステン・ワイヤで形成されている）に電流を供給す
ると、フィラメントの抵抗加熱によって高温が生ずる。
かかる温度では、フィラメントの電子が十分なエネルギ
を得て特定の原子と結合しなくなる（電子のエネルギ・
レベルが電子を伝導帯に配置する）ため、電子は陰極か
ら放出され易くなる。これらの電子を焦点に向かわせる
ために、複雑な集束構造が用いられている。
【０００８】従って、陰極は熱エネルギへ変換される電
気エネルギを絶えず供給されているため陰極から熱エネ
ルギを除去する必要があるという問題が生ずる。しかし
ながら、陰極は真空容器の内部に配置されているため熱
伝達機構として対流を利用することができず、陰極から
熱エネルギを除去することは困難である。加えて、熱伝
達機構として伝導を利用することはできるが、陰極と陽
極との間に保持されている電圧差が大きいため、併設さ
れている複雑な集束機構と組み合わせた場合には特に、
陰極の構造が複雑化して望ましくない。さらに重大な問
題は、熱によってフィラメントが移動し（熱膨張）、標
的における焦点の位置及び形状が変化することである。
気エネルギを絶えず供給されているため陰極から熱エネ
ルギを除去する必要があるという問題が生ずる。しかし
ながら、陰極は真空容器の内部に配置されているため熱
伝達機構として対流を利用することができず、陰極から
熱エネルギを除去することは困難である。加えて、熱伝
達機構として伝導を利用することはできるが、陰極と陽
極との間に保持されている電圧差が大きいため、併設さ
れている複雑な集束機構と組み合わせた場合には特に、
陰極の構造が複雑化して望ましくない。さらに重大な問
題は、熱によってフィラメントが移動し（熱膨張）、標
的における焦点の位置及び形状が変化することである。
【０００９】従って、陰極から熱除去するための熱伝達
の必要性が少なく、且つ構造が比較的簡単な改良型Ｘ線
源を提供できると非常に有利である。
の必要性が少なく、且つ構造が比較的簡単な改良型Ｘ線
源を提供できると非常に有利である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第一の好ましい観点で
は、Ｘ線源が、冷陰極と陽極とを備えている。冷陰極
は、電子を放出することが可能な彎曲放出面を有してい
る。陽極は陰極から離隔して設けられている。陽極は、
陰極の彎曲放出面から放出された電子による衝突に応答
してＸ線を放出することが可能である。
は、Ｘ線源が、冷陰極と陽極とを備えている。冷陰極
は、電子を放出することが可能な彎曲放出面を有してい
る。陽極は陰極から離隔して設けられている。陽極は、
陰極の彎曲放出面から放出された電子による衝突に応答
してＸ線を放出することが可能である。
【００１１】第二の好ましい観点では、関心対象を撮像
するイメージング・システムが、Ｘ線源と、検出器アレ
イと、画像再構成器と、表示器とを備えている。Ｘ線源
は冷陰極と陽極とを含んでおり、これら両方が筐体内に
配設されている。冷陰極は彎曲放出面を有しており、基
材に配設されている複数の放出素子を含んでいる。陽極
は陰極から離隔して設けられており、彎曲放出面から放
出された電子による衝突に応答してＸ線を放出する。
するイメージング・システムが、Ｘ線源と、検出器アレ
イと、画像再構成器と、表示器とを備えている。Ｘ線源
は冷陰極と陽極とを含んでおり、これら両方が筐体内に
配設されている。冷陰極は彎曲放出面を有しており、基
材に配設されている複数の放出素子を含んでいる。陽極
は陰極から離隔して設けられており、彎曲放出面から放
出された電子による衝突に応答してＸ線を放出する。
【００１２】検出器アレイは複数の検出器素子を含んで
おり、各検出器素子は、Ｘ線が関心対象を透過した後に
Ｘ線を受光し、これに応答して信号を発生する。画像再
構成器は、検出器素子からの信号を受け取るように結合
されており、検出器素子からの信号に基づいて関心対象
の画像を構築する。表示器は、画像再構成器に結合され
ており、関心対象の画像を表示する。
おり、各検出器素子は、Ｘ線が関心対象を透過した後に
Ｘ線を受光し、これに応答して信号を発生する。画像再
構成器は、検出器素子からの信号を受け取るように結合
されており、検出器素子からの信号に基づいて関心対象
の画像を構築する。表示器は、画像再構成器に結合され
ており、関心対象の画像を表示する。
【００１３】本発明のその他の原理の特徴及び利点は、
当業者であれば、添付図面、以下の詳細な説明、及び特
許請求の範囲を熟読すると明らかとなろう。
当業者であれば、添付図面、以下の詳細な説明、及び特
許請求の範囲を熟読すると明らかとなろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１及び図２には、Ｘ線源１４を
用いたシステム１０が示されている。Ｘ線源１４は、Ｘ
線を利用する任意の応用に用いてよい。例えば、医療応
用では、Ｘ線源を用いて放射線撮影システムを具現化す
ることができる。また、保安応用では、Ｘ線源を用いて
手荷物検査又はその他の保安検問用イメージング・シス
テムを具現化することができる。例として述べると、図
１〜図２のシステム１０は、医用撮像に用いられる放射
線撮影システムであり、特に計算機式断層写真法（Ｃ
Ｔ）イメージング・システムである。
用いたシステム１０が示されている。Ｘ線源１４は、Ｘ
線を利用する任意の応用に用いてよい。例えば、医療応
用では、Ｘ線源を用いて放射線撮影システムを具現化す
ることができる。また、保安応用では、Ｘ線源を用いて
手荷物検査又はその他の保安検問用イメージング・シス
テムを具現化することができる。例として述べると、図
１〜図２のシステム１０は、医用撮像に用いられる放射
線撮影システムであり、特に計算機式断層写真法（Ｃ
Ｔ）イメージング・システムである。
【００１５】ＣＴシステム１０は、「第三世代」ＣＴス
キャナに典型的なガントリ１２を含んでいる。Ｘ線源１
４はＸ線管であり、ガントリ１２に装着されて、ガント
リ１２の対向する側に装着されている検出器アレイ１８
に向かって投射されるＸ線ビーム１６を発生する。Ｘ線
ビーム１６は、デカルト座標系のＸ−Ｙ平面であって、
一般に「撮像平面」と呼ばれる平面内に位置するように
コリメータ（図示されていない）によってコリメートさ
れる。検出器アレイ１８は、複数の検出器素子２０によ
って形成されており、検出器素子２０は一括で、患者等
の関心対象２２を透過する投射Ｘ線を感知する。検出器
アレイ１８は、シングル・スライス型検出器であっても
よいし、マルチ・スライス型検出器又は他の形式の検出
器であってもよい。各々の検出器素子２０は、患者２２
を透過した後の入射Ｘ線ビームの強度を表わす電気信号
を発生する。Ｘ線投影データを取得するための一回の走
査の間に、ガントリ１２及びガントリ１２に装着されて
いる構成部品は、ガントリ回転軸２４の周りを回転す
る。
キャナに典型的なガントリ１２を含んでいる。Ｘ線源１
４はＸ線管であり、ガントリ１２に装着されて、ガント
リ１２の対向する側に装着されている検出器アレイ１８
に向かって投射されるＸ線ビーム１６を発生する。Ｘ線
ビーム１６は、デカルト座標系のＸ−Ｙ平面であって、
一般に「撮像平面」と呼ばれる平面内に位置するように
コリメータ（図示されていない）によってコリメートさ
れる。検出器アレイ１８は、複数の検出器素子２０によ
って形成されており、検出器素子２０は一括で、患者等
の関心対象２２を透過する投射Ｘ線を感知する。検出器
アレイ１８は、シングル・スライス型検出器であっても
よいし、マルチ・スライス型検出器又は他の形式の検出
器であってもよい。各々の検出器素子２０は、患者２２
を透過した後の入射Ｘ線ビームの強度を表わす電気信号
を発生する。Ｘ線投影データを取得するための一回の走
査の間に、ガントリ１２及びガントリ１２に装着されて
いる構成部品は、ガントリ回転軸２４の周りを回転す
る。
【００１６】ガントリ１２の回転及びＸ線管１４の動作
は、ＣＴシステム１０の制御機構２６によって制御され
ている。制御機構２６はＸ線制御器２８とガントリ・モ
ータ制御器３０とを含んでおり、Ｘ線制御器２８はＸ線
管１４に電力信号及びタイミング信号を供給し、ガント
リ・モータ制御器３０はガントリ１２の回転速度及び位
置を制御する。制御機構２６内に設けられているデータ
取得システム（ＤＡＳ）３２が検出器素子２０からのア
ナログ・データをサンプリングして、後続の処理のため
にこのデータをディジタル信号へ変換する。画像再構成
器３４が、ＤＡＳ３２を介して検出器アレイ１８から受
け取った信号に基づいて画像再構成（好ましくは、高速
画像再構成）を実行する。画像再構成器３４は、検出器
アレイ１８から受け取った信号に基づいて画像を再構成
することが可能な任意の信号処理装置であってよい。
は、ＣＴシステム１０の制御機構２６によって制御され
ている。制御機構２６はＸ線制御器２８とガントリ・モ
ータ制御器３０とを含んでおり、Ｘ線制御器２８はＸ線
管１４に電力信号及びタイミング信号を供給し、ガント
リ・モータ制御器３０はガントリ１２の回転速度及び位
置を制御する。制御機構２６内に設けられているデータ
取得システム（ＤＡＳ）３２が検出器素子２０からのア
ナログ・データをサンプリングして、後続の処理のため
にこのデータをディジタル信号へ変換する。画像再構成
器３４が、ＤＡＳ３２を介して検出器アレイ１８から受
け取った信号に基づいて画像再構成（好ましくは、高速
画像再構成）を実行する。画像再構成器３４は、検出器
アレイ１８から受け取った信号に基づいて画像を再構成
することが可能な任意の信号処理装置であってよい。
【００１７】画像再構成器３４には、コンピュータ３６
を介して陰極線管又は他の形式の表示器４２が結合され
ており、表示器４２が画像再構成器３４から再構成され
た画像を受け取って表示できるようにしている。コンピ
ュータ３６は再構成された画像を受け取り、画像を大容
量記憶装置３８に記憶させて、再構成された画像を表示
器４２に表示させるための信号で表示器４２を駆動す
る。画像は、取得されると同時に表示されてもよいし、
或いは後の観測のために記憶されてもよい。コンピュー
タ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介
して操作者から指令及び走査用パラメータを受け取る。
操作者が供給した指令及びパラメータはコンピュータ３
６によって用いられて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御器２８及
びガントリ・モータ制御器３０に制御信号及び情報を供
給する。加えて、コンピュータ３６は、モータ式テーブ
ル４６を制御するテーブル・モータ制御器４４を動作さ
せて、患者２２をガントリ１２内で配置する。具体的に
は、テーブル４６は患者２２の各部分をガントリ開口４
８を通してＺ軸に沿って移動させる。
を介して陰極線管又は他の形式の表示器４２が結合され
ており、表示器４２が画像再構成器３４から再構成され
た画像を受け取って表示できるようにしている。コンピ
ュータ３６は再構成された画像を受け取り、画像を大容
量記憶装置３８に記憶させて、再構成された画像を表示
器４２に表示させるための信号で表示器４２を駆動す
る。画像は、取得されると同時に表示されてもよいし、
或いは後の観測のために記憶されてもよい。コンピュー
タ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介
して操作者から指令及び走査用パラメータを受け取る。
操作者が供給した指令及びパラメータはコンピュータ３
６によって用いられて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御器２８及
びガントリ・モータ制御器３０に制御信号及び情報を供
給する。加えて、コンピュータ３６は、モータ式テーブ
ル４６を制御するテーブル・モータ制御器４４を動作さ
せて、患者２２をガントリ１２内で配置する。具体的に
は、テーブル４６は患者２２の各部分をガントリ開口４
８を通してＺ軸に沿って移動させる。
【００１８】コンピュータ３６は、コンピュータ３６を
通信ネットワーク５２に接続する通信インタフェイス５
０に結合されている。通信ネットワーク５２は、一群の
診療所及び／又は病院を接続するローカル・エリア・ネ
ットワーク、メトロポリタン・エリア・ネットワーク又
は広域ネットワークのいずれであってもよい。また、通
信ネットワーク５２はインターネットであってもよい。
通信インタフェイス５０を用いて、ＣＴシステム１０を
用いて取得された医用画像又は他のデータを通信ネット
ワーク５２上の他の装置へ送信する。また、通信インタ
フェイス５０を用いて、例えば予防保守又は予後処置の
ためにシステム１０の健全性及び動作に関わるデータを
送信してもよい。また、通信インタフェイス５０を用い
て、システム１０を制御する通信ネットワーク５２上の
その他の装置からの制御信号を受信してもよい。
通信ネットワーク５２に接続する通信インタフェイス５
０に結合されている。通信ネットワーク５２は、一群の
診療所及び／又は病院を接続するローカル・エリア・ネ
ットワーク、メトロポリタン・エリア・ネットワーク又
は広域ネットワークのいずれであってもよい。また、通
信ネットワーク５２はインターネットであってもよい。
通信インタフェイス５０を用いて、ＣＴシステム１０を
用いて取得された医用画像又は他のデータを通信ネット
ワーク５２上の他の装置へ送信する。また、通信インタ
フェイス５０を用いて、例えば予防保守又は予後処置の
ためにシステム１０の健全性及び動作に関わるデータを
送信してもよい。また、通信インタフェイス５０を用い
て、システム１０を制御する通信ネットワーク５２上の
その他の装置からの制御信号を受信してもよい。
【００１９】尚、図２の実施形態は、Ｘ線源１４を採用
しているＣＴシステムの一つの可能な構成であるに過ぎ
ない。例えば、Ｘ線制御器及び画像再構成器は両方とも
コンピュータ３６とは別個の装置であるものとして図示
されているが、Ｘ線制御器２８及び／又は画像再構成器
３４をコンピュータ３６に一体化することも可能であ
る。加えて、前述のように、Ｘ線源を他の応用に用いて
もよい。
しているＣＴシステムの一つの可能な構成であるに過ぎ
ない。例えば、Ｘ線制御器及び画像再構成器は両方とも
コンピュータ３６とは別個の装置であるものとして図示
されているが、Ｘ線制御器２８及び／又は画像再構成器
３４をコンピュータ３６に一体化することも可能であ
る。加えて、前述のように、Ｘ線源を他の応用に用いて
もよい。
【００２０】図３は、Ｘ線管１４をさらに詳細に示して
いる。Ｘ線管１４は、陽極側端部５４と、陰極側端部５
６と、陽極側端部５４と陰極側端部５６との間に位置す
る中央部５８とを含んでいる。Ｘ線管１４は、外被６４
の内部で流体を充填したチェンバ６２に封入されている
Ｘ線管挿入部６０を含んでいる。Ｘ線管挿入部６０に対
する電気的接続は、陽極ソケット６６及び陰極ソケット
６８を介して提供される。Ｘ線は、中央部５８の片側に
設けられている外被６４の外被窓７０を通過してＸ線管
１４から放出される。
いる。Ｘ線管１４は、陽極側端部５４と、陰極側端部５
６と、陽極側端部５４と陰極側端部５６との間に位置す
る中央部５８とを含んでいる。Ｘ線管１４は、外被６４
の内部で流体を充填したチェンバ６２に封入されている
Ｘ線管挿入部６０を含んでいる。Ｘ線管挿入部６０に対
する電気的接続は、陽極ソケット６６及び陰極ソケット
６８を介して提供される。Ｘ線は、中央部５８の片側に
設けられている外被６４の外被窓７０を通過してＸ線管
１４から放出される。
【００２１】図４に示すように、Ｘ線管挿入部６０は、
真空容器７６の内部で真空内に配設されている標的陽極
アセンブリ７２と陰極アセンブリ７４とを含んでいる。
陽極アセンブリ７２は陰極アセンブリ７４から離隔して
設けられている。陽極アセンブリ７２に隣接して容器７
６の上方に固定子７７が配置されている。陽極アセンブ
リ７２と陰極アセンブリ７４とを接続する電気回路にエ
ネルギが与えられると、例えば６０ｋＶ〜１４０ｋＶの
電位差が発生して、電子が陰極アセンブリ７４から陽極
アセンブリ７２へ向けて放出される。電子は陽極アセン
ブリ７２の標的域７８の範囲内で焦点に衝突して、高周
波電磁波すなわちＸ線を発生すると共に残余熱エネルギ
を発生する。標的域７８は、陰極アセンブリ７４のフィ
ラメントから放出された電子による衝突に応答してＸ線
を放出する。Ｘ線は外被窓７０を通過して外部に向かっ
て放出され、これによりＸ線を撮像対象２２（例えば患
者）に照射することが可能になる。
真空容器７６の内部で真空内に配設されている標的陽極
アセンブリ７２と陰極アセンブリ７４とを含んでいる。
陽極アセンブリ７２は陰極アセンブリ７４から離隔して
設けられている。陽極アセンブリ７２に隣接して容器７
６の上方に固定子７７が配置されている。陽極アセンブ
リ７２と陰極アセンブリ７４とを接続する電気回路にエ
ネルギが与えられると、例えば６０ｋＶ〜１４０ｋＶの
電位差が発生して、電子が陰極アセンブリ７４から陽極
アセンブリ７２へ向けて放出される。電子は陽極アセン
ブリ７２の標的域７８の範囲内で焦点に衝突して、高周
波電磁波すなわちＸ線を発生すると共に残余熱エネルギ
を発生する。標的域７８は、陰極アセンブリ７４のフィ
ラメントから放出された電子による衝突に応答してＸ線
を放出する。Ｘ線は外被窓７０を通過して外部に向かっ
て放出され、これによりＸ線を撮像対象２２（例えば患
者）に照射することが可能になる。
【００２２】図５、６は、陰極アセンブリ７４をさらに
詳細に示している。図５に示すように、陰極アセンブリ
７４は、彎曲面８０を有しており電子を放出して電子ビ
ーム８２を発生する冷陰極７９を含んでいる。冷陰極の
動作は陰極の温度が周囲温度よりも高温となることに依
存しないので、本例ではこのようなものとして冷陰極を
参照する。実用では、典型的には冷陰極の動作温度は周
囲温度よりも高温であるが、但し熱イオン陰極ほど周囲
温度よりも高温にはならない。
詳細に示している。図５に示すように、陰極アセンブリ
７４は、彎曲面８０を有しており電子を放出して電子ビ
ーム８２を発生する冷陰極７９を含んでいる。冷陰極の
動作は陰極の温度が周囲温度よりも高温となることに依
存しないので、本例ではこのようなものとして冷陰極を
参照する。実用では、典型的には冷陰極の動作温度は周
囲温度よりも高温であるが、但し熱イオン陰極ほど周囲
温度よりも高温にはならない。
【００２３】彎曲面８０は電子ビーム８２の集束機構を
提供しており、好ましくは、ビームの幾何学的特徴に合
わせて、故に所望の焦点の幾何学的特徴に合わせて最適
化されている形状を有する。ビーム・プロファイルは、
例えば方形、円形、中空等の様々な形状を有していてよ
い。彎曲放出面の形状は少なくとも部分的には、陽極ア
センブリ７２の標的域７８上での焦点の寸法及び形状を
決定する。面８０は二次元で彎曲していてもよいし三次
元で彎曲していてもよい。面８０は例えば、放物線形状
を有していてもよいし、或いは球面の一部の形状を有し
ていてもよい。代替的には、面８０は、第一の軸に沿っ
て彎曲しており、第一の軸に直交する第二の軸に沿って
直線的であってもよい（例えば円筒状）し、二つの方向
に異なる半径で二次元で彎曲していてもよいし、或いは
全面積にわたって様々な曲率を有する表面であってもよ
い。
提供しており、好ましくは、ビームの幾何学的特徴に合
わせて、故に所望の焦点の幾何学的特徴に合わせて最適
化されている形状を有する。ビーム・プロファイルは、
例えば方形、円形、中空等の様々な形状を有していてよ
い。彎曲放出面の形状は少なくとも部分的には、陽極ア
センブリ７２の標的域７８上での焦点の寸法及び形状を
決定する。面８０は二次元で彎曲していてもよいし三次
元で彎曲していてもよい。面８０は例えば、放物線形状
を有していてもよいし、或いは球面の一部の形状を有し
ていてもよい。代替的には、面８０は、第一の軸に沿っ
て彎曲しており、第一の軸に直交する第二の軸に沿って
直線的であってもよい（例えば円筒状）し、二つの方向
に異なる半径で二次元で彎曲していてもよいし、或いは
全面積にわたって様々な曲率を有する表面であってもよ
い。
【００２４】陰極７９は好ましくは、モノリシック半導
体で形成されている。一実施形態では、図６に示すよう
に、陰極７９は、彎曲した基材上へのソフト・リソグラ
フィ式パターン形成を用いて作製される固体電界放出ア
レイである。他の実施形態では、陰極７９は、彎曲放出
面を形成するアレイを成して配設されているカーボン・
ナノチューブで作製されていてもよい。他の構成も利用
可能である。
体で形成されている。一実施形態では、図６に示すよう
に、陰極７９は、彎曲した基材上へのソフト・リソグラ
フィ式パターン形成を用いて作製される固体電界放出ア
レイである。他の実施形態では、陰極７９は、彎曲放出
面を形成するアレイを成して配設されているカーボン・
ナノチューブで作製されていてもよい。他の構成も利用
可能である。
【００２５】図６は、彎曲面８０の一部の拡大図であ
る。陰極は、基材８６上に形成されている複数の陰極放
出素子８４によって形成される。基材８６は、絶縁層９
０と、陰極ゲート薄膜導体９２と、複数の円錐体９４と
を含んでいる。絶縁層９０は好ましくは不連続であり、
すなわち間に空間が設けられている。空間は１ミクロン
〜３ミクロン以下程度の寸法を有していてよい。円錐体
９４は例えば、電子を発生するために用いられるモリブ
デン円錐体放出素子であってよい。スピント（Spindt）
型放出素子のような他の材料／構造を用いてもよい。円
錐体９４は好ましくは、絶縁層との間に間隔を設けた状
態で、円錐体９４が基材８６に直接接触するように配設
される。ゲート薄膜９２もまたモリブデン又は他の類似
の金属で形成されてよい。動作時には、ゲート薄膜９２
にバイアス電圧を印加して、円錐体９４に電子を放出さ
せるような電界を設立する。一実施形態では、例として
述べると、円錐体９４は、例えば１．２×１０-15ｃｍ2
といったように約１×１０-1 5ｃｍ2程度の実効放出面積
をそれぞれ有し、円錐体の尖端における電界が十分に大
きくなったときに各々の円錐体は尖端１個当たり１ｍＡ
強までの電流を発生することができる。公知の製造手法
によれば、円錐体の充填密度は１×１０9個／ｃｍ2を上
回る。加えて、２４００Ａ／ｃｍ2を上回る電流密度も
達成可能である。全ビーム電流は、放出素子８４とゲー
ト薄膜９２との間において１２０ＶＤＣ又はそれ以下、
好ましくは２０ＶＤＣ又はそれ以下までといった低バイ
アス電圧を用いて制御することが可能である。言うまで
もなく、ソフト・リソグラフィ手法に改良が加えられれ
ばこれらのパラメータは改善されてよい。
る。陰極は、基材８６上に形成されている複数の陰極放
出素子８４によって形成される。基材８６は、絶縁層９
０と、陰極ゲート薄膜導体９２と、複数の円錐体９４と
を含んでいる。絶縁層９０は好ましくは不連続であり、
すなわち間に空間が設けられている。空間は１ミクロン
〜３ミクロン以下程度の寸法を有していてよい。円錐体
９４は例えば、電子を発生するために用いられるモリブ
デン円錐体放出素子であってよい。スピント（Spindt）
型放出素子のような他の材料／構造を用いてもよい。円
錐体９４は好ましくは、絶縁層との間に間隔を設けた状
態で、円錐体９４が基材８６に直接接触するように配設
される。ゲート薄膜９２もまたモリブデン又は他の類似
の金属で形成されてよい。動作時には、ゲート薄膜９２
にバイアス電圧を印加して、円錐体９４に電子を放出さ
せるような電界を設立する。一実施形態では、例として
述べると、円錐体９４は、例えば１．２×１０-15ｃｍ2
といったように約１×１０-1 5ｃｍ2程度の実効放出面積
をそれぞれ有し、円錐体の尖端における電界が十分に大
きくなったときに各々の円錐体は尖端１個当たり１ｍＡ
強までの電流を発生することができる。公知の製造手法
によれば、円錐体の充填密度は１×１０9個／ｃｍ2を上
回る。加えて、２４００Ａ／ｃｍ2を上回る電流密度も
達成可能である。全ビーム電流は、放出素子８４とゲー
ト薄膜９２との間において１２０ＶＤＣ又はそれ以下、
好ましくは２０ＶＤＣ又はそれ以下までといった低バイ
アス電圧を用いて制御することが可能である。言うまで
もなく、ソフト・リソグラフィ手法に改良が加えられれ
ばこれらのパラメータは改善されてよい。
【００２６】図７は、図１のシステムの動作の全体像を
示す流れ図である。ステップ１０２において、Ｘ線源１
４においてＸ線ビームが発生される。Ｘ線ビームを発生
させるために、ゲート薄膜９２と放出素子円錐体９４と
の間に第一の電界が印加される。第一の電界によって、
放出素子円錐体９４から電子が放出される。第一の電界
は、ゲート薄膜９２に低バイアス電圧（＜５０Ｖ）を印
加することにより発生され得る。陽極アセンブリ７２と
陰極７９との間に第二の電界が印加される。第二の電界
によって、陽極アセンブリ７２の標的域７８に向かって
電子が加速される。第二の電界は、後に詳述するように
応用によって１キロボルト〜１０００キロボルトの電圧
を用いて発生され得る。ステップ１０４において、Ｘ線
ビームが患者又は他の関心対象２２の少なくとも一部を
透過した後に、Ｘ線ビームが検出器アレイ１８において
検出される。次いで、ステップ１０６において、画像再
構成器３４が、検出する工程１０４で収集されたデータ
に基づいて患者２２の一部の画像を構築する。最後に、
ステップ１０８において、患者２２又は他の関心対象の
一部の画像が操作者に対して表示される。
示す流れ図である。ステップ１０２において、Ｘ線源１
４においてＸ線ビームが発生される。Ｘ線ビームを発生
させるために、ゲート薄膜９２と放出素子円錐体９４と
の間に第一の電界が印加される。第一の電界によって、
放出素子円錐体９４から電子が放出される。第一の電界
は、ゲート薄膜９２に低バイアス電圧（＜５０Ｖ）を印
加することにより発生され得る。陽極アセンブリ７２と
陰極７９との間に第二の電界が印加される。第二の電界
によって、陽極アセンブリ７２の標的域７８に向かって
電子が加速される。第二の電界は、後に詳述するように
応用によって１キロボルト〜１０００キロボルトの電圧
を用いて発生され得る。ステップ１０４において、Ｘ線
ビームが患者又は他の関心対象２２の少なくとも一部を
透過した後に、Ｘ線ビームが検出器アレイ１８において
検出される。次いで、ステップ１０６において、画像再
構成器３４が、検出する工程１０４で収集されたデータ
に基づいて患者２２の一部の画像を構築する。最後に、
ステップ１０８において、患者２２又は他の関心対象の
一部の画像が操作者に対して表示される。
【００２７】図８に示すように、放出素子８４は二次元
アレイを成して配設される。単純化のために、図８には
放出素子の一部のみを示す。好ましくは、放出素子８４
は複数の群に分けて配列されており、各々の群のゲート
薄膜９２は、残りの群の各々のゲート薄膜９２から電気
的に絶縁されている。このようにして、放出素子８４の
群の各々が制御線９６を用いて個別にアドレス指定でき
るようになる。群の大きさを１として用いてもよいが、
陰極７９の構造を単純にするためには群の大きさが大き
い方が好ましい。
アレイを成して配設される。単純化のために、図８には
放出素子の一部のみを示す。好ましくは、放出素子８４
は複数の群に分けて配列されており、各々の群のゲート
薄膜９２は、残りの群の各々のゲート薄膜９２から電気
的に絶縁されている。このようにして、放出素子８４の
群の各々が制御線９６を用いて個別にアドレス指定でき
るようになる。群の大きさを１として用いてもよいが、
陰極７９の構造を単純にするためには群の大きさが大き
い方が好ましい。
【００２８】放出素子８４は、Ｘ線制御器２８によって
制御される。放出素子８４がアドレス指定可能であるこ
とにより、放出素子８４の異なる群に対して異なる制御
信号を供給することにより多数の特徴を具現化すること
が可能になる。
制御される。放出素子８４がアドレス指定可能であるこ
とにより、放出素子８４の異なる群に対して異なる制御
信号を供給することにより多数の特徴を具現化すること
が可能になる。
【００２９】例えば、Ｘ線制御器２８は、陰極７９への
制御信号を調節して焦点の寸法及び形状を制御するよう
に動作する。ビームの形状及び寸法は、放出素子８４の
様々な素子又は様々な群をオンにする又はオフにするこ
とにより変化する。加えて、Ｘ線制御器２８は、陰極７
９への制御信号を調節して焦点の強度分布を制御するよ
うに動作する。このようにして、図９に示すように、電
子衝突の強度（又は電流密度分布）を位置の関数として
記述する強度分布によって焦点が特性決定される（図９
は一次元についてこの分布を示す）。曲線１１２はフィ
ラメントによって達成可能な典型的な分布を示し、曲線
１１４は陰極７９によって達成可能なガウス分布を示
し、曲線１１６は陰極７９によって達成可能な一様分布
を示す。また、どの素子を作動させるかに応じて、且つ
／又は各々の素子に供給される電力量に応じて、焦点の
寸法、形状、及び／又は放出素子アレイの強度分布を動
的に調節することが可能である。この動作を用いて、製
造方法に関連する放出素子アレイのばらつきに対処し、
或いはビーム・プロファイルを最適化することができ
る。また、陽極アセンブリ７２の標的域７８に対する加
熱効果を最小限に抑える必要に応じて電流密度分布を調
節してもよい。
制御信号を調節して焦点の寸法及び形状を制御するよう
に動作する。ビームの形状及び寸法は、放出素子８４の
様々な素子又は様々な群をオンにする又はオフにするこ
とにより変化する。加えて、Ｘ線制御器２８は、陰極７
９への制御信号を調節して焦点の強度分布を制御するよ
うに動作する。このようにして、図９に示すように、電
子衝突の強度（又は電流密度分布）を位置の関数として
記述する強度分布によって焦点が特性決定される（図９
は一次元についてこの分布を示す）。曲線１１２はフィ
ラメントによって達成可能な典型的な分布を示し、曲線
１１４は陰極７９によって達成可能なガウス分布を示
し、曲線１１６は陰極７９によって達成可能な一様分布
を示す。また、どの素子を作動させるかに応じて、且つ
／又は各々の素子に供給される電力量に応じて、焦点の
寸法、形状、及び／又は放出素子アレイの強度分布を動
的に調節することが可能である。この動作を用いて、製
造方法に関連する放出素子アレイのばらつきに対処し、
或いはビーム・プロファイルを最適化することができ
る。また、陽極アセンブリ７２の標的域７８に対する加
熱効果を最小限に抑える必要に応じて電流密度分布を調
節してもよい。
【００３０】加えて、Ｘ線制御器２８は、陰極７９への
制御信号を、イメージング・システム１０の動作に関連
してＸ線制御器２８が受け取ったフィードバック情報の
関数として調節するように動作する。これにより、フィ
ードバックを利用して電子ビームの強度、寸法及び／又
は形状を所与の仕様に保持することが可能になる。フィ
ードバック情報は、イメージング・システム１０の初期
化手順の際の較正段階に取得される。代替的には、シス
テム１０の正常動作時にかかるフィードバック情報を収
集することも可能である。かかるフィードバックは、Ｘ
線源１４の短期変化及び長期変化を補正することにも利
用可能である。この態様で放出素子８４を制御する能力
によって、焦点をより小さくして明瞭に画定することが
達成可能となり、これにより画質が向上する。
制御信号を、イメージング・システム１０の動作に関連
してＸ線制御器２８が受け取ったフィードバック情報の
関数として調節するように動作する。これにより、フィ
ードバックを利用して電子ビームの強度、寸法及び／又
は形状を所与の仕様に保持することが可能になる。フィ
ードバック情報は、イメージング・システム１０の初期
化手順の際の較正段階に取得される。代替的には、シス
テム１０の正常動作時にかかるフィードバック情報を収
集することも可能である。かかるフィードバックは、Ｘ
線源１４の短期変化及び長期変化を補正することにも利
用可能である。この態様で放出素子８４を制御する能力
によって、焦点をより小さくして明瞭に画定することが
達成可能となり、これにより画質が向上する。
【００３１】加えて、Ｘ線制御器２８は、陰極７９への
制御信号を調節して放出素子８４の多数の群を別個に作
動させるように動作する（各群が重複していてもよ
い）。例えば、放出素子８４の第一の集合が、第一の形
状の第一の焦点を有する第一の電子ビームを放出するよ
うに動作し、放出素子の第二の集合が、第二の形状の第
二の焦点を有する第二の電子ビームを放出するように動
作することができる。これにより、異なる形状を備えた
異なる二つの焦点を形成することが可能になる。この動
作は、異なるビーム特性を必要とする異なる形式の走査
手順に同じイメージング・システム１０を利用すること
が望ましい場合に有用である。
制御信号を調節して放出素子８４の多数の群を別個に作
動させるように動作する（各群が重複していてもよ
い）。例えば、放出素子８４の第一の集合が、第一の形
状の第一の焦点を有する第一の電子ビームを放出するよ
うに動作し、放出素子の第二の集合が、第二の形状の第
二の焦点を有する第二の電子ビームを放出するように動
作することができる。これにより、異なる形状を備えた
異なる二つの焦点を形成することが可能になる。この動
作は、異なるビーム特性を必要とする異なる形式の走査
手順に同じイメージング・システム１０を利用すること
が望ましい場合に有用である。
【００３２】加えて、Ｘ線制御器２８は、陰極７９への
制御信号をパルス駆動して、陽極から放出されたＸ線に
パルス状のＸ線ビームを形成させるように動作する。ビ
ーム電流は、素子のバイアス電圧が低く（例えば５０Ｖ
又はそれ以下）またキャパシタンスが小さいので、高速
にオン及びオフを切り換えることができる。このよう
に、Ｘ線ビームが時間的構造を有する必要がある応用に
この動作を利用することができる。例えば医療応用にお
いて、患者２２の被撮像部分が心臓を含んでいる場合
に、陰極７９の起動及び停止を心臓の搏動に同期させる
と望ましい場合がある。このことは、例えば、心臓の搏
動に応答して発生される心電図信号を監視することによ
り行なうことができる。一般的には、心電図信号は周期
的であって、各々の周期が心臓周期に対応している。従
って、陰極７９を各回の心臓周期の同じ部分に作動させ
ればよい。このように、ＥＣＧ（心電図）信号を用いて
走査をゲート制御することにより、患者の心臓が心臓周
期の所定の時相にあるとき以外にはＸ線ビームをオフに
することができ、これにより患者へのＸ線照射を減少さ
せることができる。
制御信号をパルス駆動して、陽極から放出されたＸ線に
パルス状のＸ線ビームを形成させるように動作する。ビ
ーム電流は、素子のバイアス電圧が低く（例えば５０Ｖ
又はそれ以下）またキャパシタンスが小さいので、高速
にオン及びオフを切り換えることができる。このよう
に、Ｘ線ビームが時間的構造を有する必要がある応用に
この動作を利用することができる。例えば医療応用にお
いて、患者２２の被撮像部分が心臓を含んでいる場合
に、陰極７９の起動及び停止を心臓の搏動に同期させる
と望ましい場合がある。このことは、例えば、心臓の搏
動に応答して発生される心電図信号を監視することによ
り行なうことができる。一般的には、心電図信号は周期
的であって、各々の周期が心臓周期に対応している。従
って、陰極７９を各回の心臓周期の同じ部分に作動させ
ればよい。このように、ＥＣＧ（心電図）信号を用いて
走査をゲート制御することにより、患者の心臓が心臓周
期の所定の時相にあるとき以外にはＸ線ビームをオフに
することができ、これにより患者へのＸ線照射を減少さ
せることができる。
【００３３】加えて、Ｘ線制御器２８は、陰極７９への
制御信号を制御して焦点を多数の位置の間で前後に揺動
させるように動作する。このことは、焦点の揺動を利用
して取得画像のアーティファクトを除去する手法と組み
合わせると有利である場合があり、現時点ではマルチ・
フィラメントＸ線源、磁気偏向コイル、又は静電偏向プ
レートを用いて具現化されている。
制御信号を制御して焦点を多数の位置の間で前後に揺動
させるように動作する。このことは、焦点の揺動を利用
して取得画像のアーティファクトを除去する手法と組み
合わせると有利である場合があり、現時点ではマルチ・
フィラメントＸ線源、磁気偏向コイル、又は静電偏向プ
レートを用いて具現化されている。
【００３４】以上に述べた特徴に加えて、Ｘ線源１４の
この好適実施形態はまた、構造が比較的簡単である。彎
曲した幾何学的構成によって、複雑な集束筒が不要にな
り、また位置誤差及び機械的許容誤差に対する強い感受
性が解消する。また、ヒート・シンクの必要性が減じる
ことにより、構造体が少なくなる。陰極７９の彎曲面
は、集束構造と電子放出構造とを一つの構造体に合体さ
せたものである。固体構成要素の利用によって、大型の
真空系及び複雑なビーム偏向系が不要になる。
この好適実施形態はまた、構造が比較的簡単である。彎
曲した幾何学的構成によって、複雑な集束筒が不要にな
り、また位置誤差及び機械的許容誤差に対する強い感受
性が解消する。また、ヒート・シンクの必要性が減じる
ことにより、構造体が少なくなる。陰極７９の彎曲面
は、集束構造と電子放出構造とを一つの構造体に合体さ
せたものである。固体構成要素の利用によって、大型の
真空系及び複雑なビーム偏向系が不要になる。
【００３５】ここで、図１０について説明すると、同図
には、彎曲放出面１２４を有する好ましいＸ線源１２２
のもう一つの実施形態が示されている。図１０では、放
出面１２４は円筒の一部の形状を有している。これによ
り、明瞭に画定された形状に集束されており滑らかで一
様な分布形状を有する線集束ビームが生ずる。この場合
にも、この幾何学的構成によって、複雑な集束筒を省く
ことができ、また前述したその他の利点がある。
には、彎曲放出面１２４を有する好ましいＸ線源１２２
のもう一つの実施形態が示されている。図１０では、放
出面１２４は円筒の一部の形状を有している。これによ
り、明瞭に画定された形状に集束されており滑らかで一
様な分布形状を有する線集束ビームが生ずる。この場合
にも、この幾何学的構成によって、複雑な集束筒を省く
ことができ、また前述したその他の利点がある。
【００３６】ここで、図１１について説明すると、同図
には、システム１０用の代替的なガントリ１３２の内部
図が示されている。ガントリ１３２の周囲に環を成して
配設されている一連の冷陰極Ｘ線源１３４を用いてそれ
ぞれＸ線を発生させ、各々のＸ線が対応する検出器アレ
イ１３６に入射する。図１１では、単純化のためにＸ線
源１３４の環の一部のみを示しているが、一連のＸ線源
１３４は好ましくは、ガントリ１３２の全円周にわたっ
て延在している。同様に、単純化のために単一の検出器
アレイ１３６のみを示している。しかしながら、好まし
くは、一連の検出器アレイ１３６がガントリ１３２の円
周にわたって延在している。検出器アレイ１３６は、Ｚ
軸に沿ってＸ線源１３４から変位していてよい。この構
成によれば、ガントリを回転させるのではなく、Ｘ線源
の各々を相次いで作動状態にする。従って、Ｘ線制御器
２８は、関心対象を中心とした単一のＸ線源の回転を模
擬する態様でＸ線源１３４を相次いで作動状態にする。
このように、回転式ガントリの必要性を回避することに
より、計算機式断層写真法システムの複雑さが実質的に
少なくなる。回転式陽極標的、フィラメント・ヒータ、
モータ、及び大型の複雑な支持フレームが不要になる。
かかるシステムはまた、複雑さが少なくなっているので
保守がより容易であり、現場での動作停止時間が短くて
済む。ガントリは（Ｘ線源及び検出器と共に）静止した
状態にあり、患者２２はガントリ回転を行なわずに撮像
される。
には、システム１０用の代替的なガントリ１３２の内部
図が示されている。ガントリ１３２の周囲に環を成して
配設されている一連の冷陰極Ｘ線源１３４を用いてそれ
ぞれＸ線を発生させ、各々のＸ線が対応する検出器アレ
イ１３６に入射する。図１１では、単純化のためにＸ線
源１３４の環の一部のみを示しているが、一連のＸ線源
１３４は好ましくは、ガントリ１３２の全円周にわたっ
て延在している。同様に、単純化のために単一の検出器
アレイ１３６のみを示している。しかしながら、好まし
くは、一連の検出器アレイ１３６がガントリ１３２の円
周にわたって延在している。検出器アレイ１３６は、Ｚ
軸に沿ってＸ線源１３４から変位していてよい。この構
成によれば、ガントリを回転させるのではなく、Ｘ線源
の各々を相次いで作動状態にする。従って、Ｘ線制御器
２８は、関心対象を中心とした単一のＸ線源の回転を模
擬する態様でＸ線源１３４を相次いで作動状態にする。
このように、回転式ガントリの必要性を回避することに
より、計算機式断層写真法システムの複雑さが実質的に
少なくなる。回転式陽極標的、フィラメント・ヒータ、
モータ、及び大型の複雑な支持フレームが不要になる。
かかるシステムはまた、複雑さが少なくなっているので
保守がより容易であり、現場での動作停止時間が短くて
済む。ガントリは（Ｘ線源及び検出器と共に）静止した
状態にあり、患者２２はガントリ回転を行なわずに撮像
される。
【００３７】Ｘ線システム１０は、医用撮像応用に特に
適している。医療応用は典型的には、電圧ポテンシャル
を約１キロボルト〜１０００キロボルト、さらに明確に
述べると約３０キロボルト〜約１６０キロボルトとして
生成される電界を印加することにより電子を陽極アセン
ブリ７２に向かって加速する。例えば、マンモグラフィ
応用及び歯科応用では、約２０キロボルト〜６０キロボ
ルトの電圧ポテンシャルを用いる。心臓撮影システム及
びアンジオグラフィ・システムは典型的には、８０キロ
ボルト〜１２０キロボルトを用いる。計算機式断層写真
法システムは典型的には、約８０キロボルト〜１４０キ
ロボルトを用いる。
適している。医療応用は典型的には、電圧ポテンシャル
を約１キロボルト〜１０００キロボルト、さらに明確に
述べると約３０キロボルト〜約１６０キロボルトとして
生成される電界を印加することにより電子を陽極アセン
ブリ７２に向かって加速する。例えば、マンモグラフィ
応用及び歯科応用では、約２０キロボルト〜６０キロボ
ルトの電圧ポテンシャルを用いる。心臓撮影システム及
びアンジオグラフィ・システムは典型的には、８０キロ
ボルト〜１２０キロボルトを用いる。計算機式断層写真
法システムは典型的には、約８０キロボルト〜１４０キ
ロボルトを用いる。
【００３８】彎曲面陰極には他の応用もある。例えば、
もう一つの応用は、中空ビームを発生する電子銃であ
る。中空ビームは、ジャイロ・クライストロン・マイク
ロ波管、及び航跡場加速器の電子射出器に用いられる。
いずれの例でも、薄い殻を成す円筒状のビームを用い
る。ドーナツ形状の動作区域を有する彎曲面電界放出ア
レイを用いることにより、かかるビームを発生させるこ
とができる。好ましくは、電子銃全体の集束特性と組み
合わせて妥当なビーム形状を生成するように曲率を設定
する。この場合にも、応用の必要性に合わせてビーム区
域を移動、変形又は揺動させることができる。さらにも
う一つの応用は、電子ビーム・リソグラフィである。電
子ビーム・リソグラフィは、０．１３マイクロメートル
よりも小さい特徴を有する次世代半導体チップを製造す
る一つの可能な方法として提案されている。電界放出ア
レイを用いると、所定の区域のみを作動状態にすること
により、シリコン・ウェーハに投射されるパターンをＦ
ＥＡ（電界放出アレイ）表面で作製することができる。
個々のビームレット（beamlet）は、集束構造を介して
基板まで輸送される。その他の応用には、マイクロ波管
及びＲＦ管（クライストロン、ジャイロストロン等）、
ＲＦ電子銃及び他の電子銃、走査型電子顕微鏡、並びに
他の走査型マイクロプローブ応用がある。
もう一つの応用は、中空ビームを発生する電子銃であ
る。中空ビームは、ジャイロ・クライストロン・マイク
ロ波管、及び航跡場加速器の電子射出器に用いられる。
いずれの例でも、薄い殻を成す円筒状のビームを用い
る。ドーナツ形状の動作区域を有する彎曲面電界放出ア
レイを用いることにより、かかるビームを発生させるこ
とができる。好ましくは、電子銃全体の集束特性と組み
合わせて妥当なビーム形状を生成するように曲率を設定
する。この場合にも、応用の必要性に合わせてビーム区
域を移動、変形又は揺動させることができる。さらにも
う一つの応用は、電子ビーム・リソグラフィである。電
子ビーム・リソグラフィは、０．１３マイクロメートル
よりも小さい特徴を有する次世代半導体チップを製造す
る一つの可能な方法として提案されている。電界放出ア
レイを用いると、所定の区域のみを作動状態にすること
により、シリコン・ウェーハに投射されるパターンをＦ
ＥＡ（電界放出アレイ）表面で作製することができる。
個々のビームレット（beamlet）は、集束構造を介して
基板まで輸送される。その他の応用には、マイクロ波管
及びＲＦ管（クライストロン、ジャイロストロン等）、
ＲＦ電子銃及び他の電子銃、走査型電子顕微鏡、並びに
他の走査型マイクロプローブ応用がある。
【００３９】図面に示し、また以上に記載した実施形態
は現状で好ましいものであるが、これらの実施形態は例
示のためにのみ掲げられていることを理解されたい。本
発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許
請求の範囲及び要旨に依然として含まれる様々な改変、
組み合わせ変形及び順列変形まで拡張されるものとす
る。
は現状で好ましいものであるが、これらの実施形態は例
示のためにのみ掲げられていることを理解されたい。本
発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許
請求の範囲及び要旨に依然として含まれる様々な改変、
組み合わせ変形及び順列変形まで拡張されるものとす
る。
【図１】イメージング・システムの見取り図である。
【図２】図１に示すシステムのブロック模式図である。
【図３】Ｘ線管挿入部を封入する外被の遠近図である。
【図４】図３のＸ線管挿入部の陽極アセンブリの一部が
見えるように固定子を外した断面遠近図である。
見えるように固定子を外した断面遠近図である。
【図５】図３のＸ線管の固体陰極の単純化した模式図で
ある。
ある。
【図６】図５の固体陰極の一部の断面図である。
【図７】図１のシステムの動作の流れ図である。
【図８】図５の固体陰極の前面図である。
【図９】図５の固体陰極によって達成可能な強度プロフ
ィールを示す一組の曲線である。
ィールを示す一組の曲線である。
【図１０】もう一つの固体陰極の模式図である。
【図１１】多数の固体陰極を用いた代替的なＣＴガント
リの模式図である。
リの模式図である。
１０ ＣＴシステム
１２、１３２ ガントリ
１４、１２２ Ｘ線管
１６ Ｘ線ビーム
１８、１３６ 検出器アレイ
２０ 検出器素子
２２ 関心対象
２４ ガントリ回転軸
２６ 制御機構
４２ 表示器
４６ モータ式テーブル
４８ ガントリ開口
５２ 通信ネットワーク
５４ 陽極側端部
５６ 陰極側端部
５８ 中央部
６０ Ｘ線管挿入部
６２ チェンバ
６４ 外被
６６ 陽極ソケット
６８ 陰極ソケット
７０ 外被窓
７２ 陽極アセンブリ
７４ 陰極アセンブリ
７６ 真空容器
７７ 固定子
７８ 標的域
７９ 冷陰極
８０、１２４ 彎曲放出面
８２ 電子ビーム
８４ 陰極放出素子
８６ 基材
９０ 絶縁層
９２ 陰極ゲート薄膜導体
９４ 円錐体
９６ 制御線
１１２ フィラメントによる典型的強度分布
１１４ ガウス分布
１１６ 一様分布
１３４ 冷陰極Ｘ線源
─────────────────────────────────────────────────────
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 35/16 Ｈ０１Ｊ 35/16
Ｈ０５Ｇ 1/00 Ｈ０５Ｇ 1/00 Ｅ
(72)発明者 ジェイ・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・アール・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） 2G001 AA01 BA11 CA01 DA08 HA06
HA13 JA01 JA02 JA06 JA16
LA01 LA10 SA02
4C092 AA01 AB02 AB04 AC01 AC17
AC20 BD04 BD15 CC03 CE06
4C093 AA22 CA32 CA35 DA02 EA03
FA19 FA45 FA47 FA59 FH06
Claims (31)
- 【請求項１】 電子を放出することが可能な彎曲放出面
（８０、１２４）を有する冷陰極（７９）と、 該陰極（７９）から離隔して設けられており、前記彎曲
放出面（８０、１２４）から放出された電子による衝突
に応答してＸ線（１６）を放出することが可能な陽極
（７２）とを備えたＸ線源（１４、１２２、１３４）。 - 【請求項２】 前記電子は前記陽極（７２）の焦点にお
いて前記陽極（７２）に衝突し、前記焦点の寸法及び形
状は、少なくとも部分的には前記彎曲放出面（８０、１
２４）の曲率により決定される請求項１に記載のＸ線源
（１４、１２２、１３４）。 - 【請求項３】 前記冷陰極（７９）は、基材（８６）上
に配設されている複数の放出素子（８４）と、該複数の
放出素子（８４）に隣接して配設されているゲート導体
（９２）とを含んでおり、前記複数の放出素子（８４）
は、前記ゲート導体（９２）にバイアス電圧が印加され
ているときに電子を放出するように動作する請求項１に
記載のＸ線源（１４、１２２、１３４）。 - 【請求項４】 前記電子は前記陽極（７２）の焦点にお
いて前記陽極に衝突し、前記複数の放出素子（８４）は
アドレス指定可能であり、これにより、前記焦点の前記
寸法及び形状を制御することを可能にしている請求項３
に記載のＸ線源（１４、１２２、１３４）。 - 【請求項５】 前記電子は前記陽極（７２）の焦点にお
いて前記陽極（７２）に衝突し、前記焦点は、電子の衝
突の強度を位置の関数として記述する強度分布（１１
２、１１４、１１６）により特性決定され、前記複数の
放出素子（８４）はアドレス指定可能であり、これによ
り、前記焦点の前記強度分布（１１２、１１４、１１
６）を制御することを可能にしている請求項３に記載の
Ｘ線源（１４、１２２、１３４）。 - 【請求項６】 前記複数の放出素子（８４）は約１×１
０9個放出素子／ｃｍ2を上回る密度を有している請求項
３に記載のに記載のＸ線源（１４、１２２、１３４）。 - 【請求項７】 前記複数の放出素子（８４）はそれぞれ
約１×１０-15ｃｍ2程度の実効放出面積を有している請
求項３に記載のＸ線源。 - 【請求項８】 前記ゲート導体（９２）に印加される前
記バイアス電圧は１２０Ｖ未満である請求項３に記載の
Ｘ線源。 - 【請求項９】 前記陰極（７９）は２４００Ａ／ｃｍ2
を上回る電流密度を発生することが可能である請求項３
に記載のＸ線源。 - 【請求項１０】 前記電子は前記陽極（７２）の焦点に
おいて前記陽極に衝突し、前記複数の放出素子（８４）
は、 第一の形状の第一の焦点を有する第一の電子ビーム（８
２）を放出するように動作する放出素子（８４）の第一
の集合と、 前記第一の形状と異なる第二の形状の第二の焦点を有す
る第二の電子ビーム（８２）を放出するように動作する
放出素子（８４）の第二の集合とを含んでおり、 前記第一の集合の放出素子（８４）及び前記第二の集合
の放出素子（８４）は、同じ彎曲放出面（８０、１２
４）に位置しており、別個にエネルギ付与が可能である
請求項３に記載のＸ線源。 - 【請求項１１】 真空筐体（６４）と、Ｘ線透過窓（７
０）とをさらに含んでおり、前記陰極（７９）及び前記
陽極（７２）は前記筐体（６４）の内部に配設されてお
り、前記Ｘ線（１６）は前記透過窓（７０）を経て前記
Ｘ線源（１４）から射出される請求項１に記載のＸ線
源。 - 【請求項１２】 前記彎曲放出面（１２４）は、第一の
軸に沿って彎曲し且つ該第一の軸に直交する第二の軸に
沿って直線的になるように製造されている請求項１に記
載のＸ線源。 - 【請求項１３】 前記冷陰極（７９）はモノリシック半
導体で製造されている請求項１に記載のＸ線源。 - 【請求項１４】 関心対象（２２）を撮像するイメージ
ング・システム（１０）であって、 （Ａ）（１）筐体（６４）の内部に配設されており、彎
曲放出面（８０、１２４）を有し、基材（８６）上に配
設されている複数の放出素子（８４）を含んでいる冷陰
極（７９）と、 （２）前記筐体（６４）の内部に前記陰極（７９）から
離隔して配設されており、前記彎曲放出面（８０、１２
４）から放出された電子による衝突に応答してＸ線（１
６）を放出する陽極（７２）とを含んでいるＸ線源（１
４、１２２、１３４）と、 （Ｂ）前記Ｘ線（１６）が前記関心対象（２２）を透過
した後に該Ｘ線（１６）を受光して該Ｘ線（１６）に応
答して信号を発生する複数の検出器素子（２０）を含ん
でいる検出器アレイ（１８、１３６）と、 （Ｃ）前記検出器素子（２０）からの前記信号を受け取
るように結合されており、前記検出器素子（２０）から
の前記信号に基づいて前記関心対象（２２）の画像を構
築する画像再構成器（３４）と、 （Ｄ）該画像再構成器（３４）に結合されており、前記
関心対象（２２）の前記画像を表示する表示器（４２）
とを備えたイメージング・システム（１０）。 - 【請求項１５】 前記複数の放出素子（８４）からの前
記電子の放出を制御する制御信号を供給するように前記
冷陰極（７９）に結合されていると共に、当該イメージ
ング・システム（１０）の動作に関連するフィードバッ
ク情報を受け取るように結合されており該フィードバッ
ク情報の関数として前記複数の放出素子（８４）に対す
る前記制御信号を調節するＸ線制御器（２８）をさらに
含んでいる請求項１４に記載のイメージング・システム
（１０）。 - 【請求項１６】 前記複数の放出素子（８４）はアドレ
ス指定可能であり、前記Ｘ線制御器（２８）が前記複数
の放出素子（８４）の異なる素子を制御する異なる制御
信号を供給するようにしている請求項１５に記載のイメ
ージング・システム（１０）。 - 【請求項１７】 前記電子は前記陽極（７２）の焦点に
おいて前記陽極（７２）に衝突し、前記Ｘ線制御器（２
８）は前記焦点の寸法及び形状を制御するように前記制
御信号を調節する請求項１６に記載のイメージング・シ
ステム（１０）。 - 【請求項１８】 前記電子は前記陽極（７２）の焦点に
おいて前記陽極（７２）に衝突し、前記Ｘ線制御器（２
８）は前記焦点に衝突する前記電子により形成される電
子ビーム（８２）の電流密度分布を制御するように前記
制御信号を調節する請求項１６に記載のイメージング・
システム（１０）。 - 【請求項１９】 前記電子は前記陽極の焦点において前
記陽極に衝突し、当該システム（１０）は、前記複数の
放出素子（８４）からの前記電子の放出を制御する制御
信号を供給するように前記冷陰極（７９）に結合されて
おり前記焦点の寸法及び形状を制御するように前記複数
の放出素子（８４）に対する前記制御信号を調節するＸ
線制御器（２８）をさらに含んでいる請求項１４に記載
のイメージング・システム（１０）。 - 【請求項２０】 前記複数の放出素子（８４）からの前
記電子の放出を制御する制御信号を供給するように前記
冷陰極（７９）に結合されており、前記陽極から放出さ
れる前記Ｘ線（１６）がパルス状のＸ線ビームを形成す
るように前記複数の放出素子（８４）に対する前記制御
信号をパルス駆動するＸ線制御器（２８）をさらに含ん
でいる請求項１４に記載のイメージング・システム（１
０）。 - 【請求項２１】 前記電子は前記陽極（７２）の焦点に
おいて前記陽極に衝突し、当該システム（１０）は、前
記複数の放出素子（８４）からの前記電子の放出を制御
する制御信号を供給するように前記冷陰極（７９）に結
合されており前記焦点が揺動するように前記複数の放出
素子（８４）に対する前記制御信号を調節するＸ線制御
器（２８）をさらに含んでいる請求項１４に記載のイメ
ージング・システム（１０）。 - 【請求項２２】 前記冷陰極（７９）は、 前記基材（８６）上に配設されており、前記複数の放出
素子（８４）の間に配置されている絶縁層（９０）と、 該絶縁層（９０）上に配設されているゲート導体（９
２）とをさらに含んでおり、 前記複数の放出素子（８４）は、前記ゲート導体（９
２）にバイアス電圧が印加されているときに電子を放出
するように動作する請求項１４に記載のイメージング・
システム（１０）。 - 【請求項２３】 当該イメージング・システム（１０）
は計算機式断層写真法イメージング・システムであり、
当該システム（１０）は、それぞれの付加的な冷陰極
（７９）とそれぞれの付加的な陽極（７２）とを各々含
んでいる複数の付加的なＸ線源（１３４）をさらに含ん
でおり、前記Ｘ線源及び前記複数の付加的なＸ線源（１
３４）は、ガントリの回転を行なわずに前記関心対象
（２２）の撮像を可能にするように環を成して配設され
ている請求項１４に記載のイメージング・システム（１
０）。 - 【請求項２４】 前記関心対象（２２）を中心とした単
一のＸ線源の回転（２４）を模擬する態様で前記Ｘ線源
及び前記複数の付加的なＸ線源（１３４）を相次いで作
動させるＸ線制御器（２８）をさらに含んでいる請求項
２３に記載のイメージング・システム（１０）。 - 【請求項２５】 医用イメージング・システムである請
求項１４に記載のイメージング・システム（１０）。 - 【請求項２６】 保安検問用イメージング・システムで
ある請求項１４に記載のイメージング・システム（１
０）。 - 【請求項２７】 前記画像再構成器（３４）に結合され
ており、通信ネットワーク（５２）を介して前記関心対
象（２２）の前記画像を送信する通信インタフェイス
（５０）をさらに含んでいる請求項１４に記載のイメー
ジング・システム（１０）。 - 【請求項２８】 前記Ｘ線制御器及び前記画像再構成器
（３４）に結合されており、通信ネットワーク（５２）
上で当該イメージング・システム（１０）の健全性及び
動作に関するデータを送信する通信インタフェイス（５
０）をさらに含んでいる請求項１４に記載のイメージン
グ・システム（１０）。 - 【請求項２９】 彎曲放出面（８０、１２４）を有して
おり複数の放出素子円錐体（９４）と薄膜ゲート（９
２）とを含む陰極（７９）を備えたＸ線源（１４、１２
２、１３４）においてＸ線ビーム（１６）を発生する工
程（１０２）であって、電子ビーム（８２）が陽極（７
２）に電子を衝突させるように陽極（７２）に向かって
放出され、前記Ｘ線ビーム（１６）は前記電子による衝
突に応答して発生され、前記電子は前記陽極（７２）の
焦点において前記陽極（７２）に衝突し、前記焦点の寸
法及び形状は少なくとも部分的には前記彎曲放出面（８
０、１２４）の曲率により画定され、当該発生する工程
（１６２）は、前記陰極（７９）から電子ビーム（８
２）を放出する工程を含んでおり、前記Ｘ線源は前記Ｘ
線ビーム（１６）を患者（２２）に透過させ、前記放出
する工程はさらに、前記薄膜ゲート（９２）と前記複数
の放出素子円錐体（９４）との間に、前記電子を前記複
数の放出素子円錐体（９４）から放出させる第一の電界
を印加する工程と、 前記陽極（７２）と前記陰極（７９）との間に、前記電
子を前記陽極（７２）に向けて加速する第二の電界を印
加する工程とを含んでいる、Ｘ線ビーム（１６）を発生
する工程（１０２）と、 前記Ｘ線ビームが前記患者（２２）の少なくとも一部を
透過した後に前記Ｘ線ビームを検出する工程（１０４）
と、 該検出する工程（１０４）において収集されたデータに
基づいて前記患者（２２）の一部の画像を構築する工程
（１０６）と、 前記患者（２２）の前記一部の前記画像を表示する工程
（１０８）とを備えた医用撮像方法。 - 【請求項３０】 前記患者（２２）の前記一部は心臓を
含んでおり、 該心臓の搏動に応答して発生され、周期的であって各々
の周期が前記心臓の周期に対応している心電図信号を監
視する工程と、 前記心臓の前記周期の各回の同じ部分の間に前記Ｘ線源
（１４、１２２、１３４）が起動されるように前記心電
図信号に前記放出素子（８４）の起動及び停止を同期さ
せる工程とをさらに含んでいる請求項２９に記載の方
法。 - 【請求項３１】 集束した電子ビーム（８２）の形態で
電子を放出する手段（７９）と、 前記集束した電子ビーム（８２）に応答してＸ線ビーム
を発生する手段（７２）と、 前記Ｘ線ビームが患者の少なくとも一部を透過した後に
前記Ｘ線ビームを検出する手段（１８、１３６）と、 該検出する手段により収集されたデータに基づいて前記
患者の一部の画像を構築する手段（３４）と、 前記患者の前記一部の前記画像を表示する手段（４２）
とを備えた医用イメージング・システム（１０）。
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