JP2005144163A - ｚ軸追尾及びコリメーションの方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容積型計算機式断層写真法（ＶＣＴ）システムにおいて、ｚ方向に広い照射範囲に対応するコリメータ調節を簡略化する。
【解決手段】ＣＴイメージング・システム（１０）は、複数の検出器素子（２０）を有する検出器アレイ（１８）と、撮像対象（２２）を通して検出器に向かってＸ線ビーム（１６）を照射するように構成されているＸ線管（１４）とを含んでいる。この方法は、Ｘ線管をオンにするステップ（４０６）と、検出器からｚ比を読み取るステップ（４０８）とを含んでいる。次いで、読み取ったｚ比を利用してＸ線管の焦点スポット位置の移動を決定する（４１０）。この方法はさらに、補償用電子的偏向値を決定するために伝達関数を用いるステップ（４１２）と、ｚ軸方向に前記焦点スポットを追尾するために偏向電圧又は偏向電流の少なくとも一方として電子的偏向値をＸ線管に適用するステップ（４１４）とを含んでいる。
【選択図】 図３

Description

本発明は一般的には、Ｘ線イメージング・システムに関連する方法及び装置に関し、さらに具体的には、撮像管内部のターゲットに対する焦点スポット位置決め及びコリメ−ションを調節する方法及び装置に関する。

計算機式断層写真法システムのコリメータは、様々なスライス厚についてビームを形成する機械的装置である。様々な構成で、コリメータを用いて、患者に対する放射線量が最小限となるよう適切なアパーチャを保持する。また、幾つかの構成のＣＴにおいて、放射線ビームの焦点スポットの寸法及び位置は動的に制御可能である。具体的には、Ｘ方向の焦点スポット位置を変化させることにより「焦点スポット揺動（focal spot wobble）」が可能となり、画質が改善される。
米国特許第５５５９５０４号

少なくとも一つの公知のコリメータ構成は、アイソセンタで約２０ｍｍまでの照射範囲を有するＶＣＴシステムにおいてＸ線ビームを形成するのに適している。しかしながら、より新しいＶＣＴシステムの照射範囲（カバレッジ）は約２０ｍｍ〜２００ｍｍに拡大すると予想されている。このように広いシステム照射範囲に適したコリメータ設計は、ｚ軸追尾の要件が組み合わさるため、複雑且つ高価なものとなる。

従って、本発明の幾つかの構成は、ｚ軸を有する計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムの走査中に焦点スポット位置を調節する方法を提供する。ＣＴイメージング・システムは、複数の検出器素子を有する検出器アレイと、撮像対象を通して検出器に向かってＸ線ビームを照射するように構成されているＸ線管とを含んでいる。この方法は、Ｘ線管をオンにするステップと、検出器からｚ比を読み取るステップとを含んでいる。次いで、読み取ったｚ比を用いてＸ線管の焦点スポット位置の移動を決定する。この方法はさらに、補償用電子的偏向値を決定するために伝達関数を用いるステップと、焦点スポットをｚ軸方向に追尾するために偏向電圧又は偏向電流の少なくとも一方として電子的偏向値をＸ線管に適用するステップとを含んでいる。

様々な構成で、本発明はｚ軸を有する計算機式断層写真法イメージング・システムの走査中に焦点スポット位置を調節する方法を提供する。計算機式断層写真法イメージング・システムは、複数の検出器素子を有する検出器アレイと、撮像対象を通して検出器に向かってＸ線ビームを照射するように構成されているＸ線管とを含んでいる。この方法は、Ｘ線管の温度を読み取るステップと、Ｘ線管の焦点スポット位置についての較正データを取得するステップと、Ｘ線管のカソードに印加される電圧を決定するために管温度及び較正データを用いるステップとを含んでいる。この方法はさらに、決定された電圧をＸ線管のカソードに印加するステップを含んでいる。

また、本発明の幾つかの構成は、複数の検出器素子を有する検出器アレイと、撮像対象を通して検出器に向かってＸ線ビームを照射するように構成されているＸ線管とを含む計算機式断層写真法イメージング・システムを提供する。Ｘ線管及び検出器アレイは、ｚ軸を画定するガントリ上に位置している。計算機式断層写真法システムは、ｚ軸追尾を実行するためにＸ線管の焦点スポットをｚ軸方向に電子的に調節するように構成されている。

さらに、本発明の幾つかの構成は、複数の検出器素子を有する検出器アレイと、撮像対象を通して検出器に向かってＸ線ビームを照射するように構成されているＸ線管とを含む計算機式断層写真法イメージング・システムを提供する。検出器アレイ及びＸ線管は、ｚ軸を画定するガントリ上に位置している。計算機式断層写真法システムは、Ｘ線管の温度を決定し、ｚ軸追尾を実行するために少なくとも決定された温度に従ってＸ線管の焦点スポットをｚ軸方向に電子的に調節するように構成されている。

従って、本発明の様々な構成は、アイソセンタにおいて広い照射範囲を有する容積型計算機式断層写真法システムと共に利用するのに適したｚ軸ビーム追尾を提供することが理解されよう。さらに、本発明の様々な構成は、電子的な焦点スポット調節と機械的なコリメータ調節とを組み合わせたｚ軸追尾を提供し、コリメータ調節は、電子的な調節と機械的な調節とを組み合わせた結果として簡略化される。

Ｘ線イメージング・システムのｚ軸追尾及びコリメーションを実行するシステム及び方法の構成例を以下に詳述する。本書に記載するシステムの技術的効果は特に、計算機式断層写真法イメージング・システムの自動アラインメント及び調節を容易にすることを含んでいる。

幾つかの公知のＣＴイメージング・システム構成においては、Ｘ線源がファン（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ＸＹ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強度の測定値である別個の電気信号を発生する。全ての検出器からの強度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。

第三世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源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すなわちビュー角度において形成される一組のビューを含んでいる。

アキシャル・スキャン（軸方向走査）では、投影データを処理して、対象を通して得られる二次元スライスに対応する画像を構築する。一組の投影データから画像を再構成する一方法に、当業界でフィルタ補正逆投影法と呼ばれるものがある。この方法は、走査からの減弱測定値を「ＣＴ数」又は「ハンスフィールド単位」（ＨＵ）と呼ばれる整数へ変換する。適当な処理をさらに行なって、これらの整数を用いて画像表示装置に表示される画像のピクセルを制御する。

全走査時間を短縮するために、「ヘリカル」・スキャン（螺旋走査）を行なうこともできる。「ヘリカル」・スキャンを行なうためには、患者を移動させながら所定の数のスライスのデータを取得する。かかるシステムは、１回のファン・ビーム・ヘリカル・スキャンから単一の螺旋を生成する。ファン・ビームによって悉く写像された螺旋から投影データが得られ、投影データから各々の所定のスライスにおける画像を再構成することができる。

ヘリカル・スキャンのための再構成アルゴリズムは典型的には、収集したデータにビュー角度及び検出器チャネル番号の関数として加重する螺旋加重アルゴリズムを用いる。明確に述べると、フィルタ補正逆投影法の前に、ガントリ角度及び検出器角度の両方の関数である螺旋加重ファクタに従ってデータに加重する。次いで、加重したデータを処理してＣＴ数を生成すると共に、対象を通して得られる二次元スライスに対応する画像を構築する。

全取得時間をさらに短縮するために、マルチ・スライスＣＴが導入されている。マルチ・スライスＣＴでは、あらゆる時間的瞬間に、多数の横列を成す投影データを同時に取得する。ヘリカル・スキャン・モードと併用すると、システムは単一の螺旋分のコーン・ビーム投影データを生成する。シングル・スライス螺旋加重方式の場合と同様に、フィルタ補正逆投影アルゴリズムの前に投影データに加重を乗算する方法を導き出すことができる。

本書で用いる場合には、単数形で記載されており単数不定冠詞を冠した要素またはステップという用語は、排除を明記していない限りかかる要素又はステップを複数備えることを排除しないものと理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」に対する参照は、所載の特徴を同様に組み入れている他の実施形態の存在を排除しないものと解釈されたい。

また、本書で用いられる「画像を再構成する」という表現は、画像を表わすデータが生成されるが可視画像は形成されないような本発明の実施形態を排除するものではない。但し、多くの実施形態は少なくも１枚の可視画像を形成する（か又は形成するように構成されている）。

図１及び図２には、マルチ・スライス走査イメージング・システム、例えば計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム１０が、「第三世代」ＣＴイメージング・システムに典型的なガントリ１２を含むものとして示されている。ガントリ１２はＸ線管１４（本書ではＸ線源とも呼ばれる）を有しており、Ｘ線管１４は、Ｘ線ビーム１６をガントリ１２の反対側に設けられている検出器アレイ１８に向かって投射する。検出器アレイ１８は、複数の検出器素子２０を含む複数の検出器横列（図示されていない）によって形成されており、検出器素子２０は一括で、アレイ１８と線源１４との間に位置する患者２２のような対象を透過した投射Ｘ線を感知する。各々の検出器素子２０は、入射Ｘ線ビームの強度を表わし従って対象又は患者２２を透過する際のビームの減弱を推定するのに用いることのできる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回転中心２４の周りを回転する。このように、ガントリ１２の回転はイメージング・システム１０のｚ軸を画定する。幾つかの構成では、分配型Ｘ線源が用いられる。これらの構成の幾つかにおいては、ガントリ１２がＸ線源のみを回転させ、検出器１８は回転させない。分配型Ｘ線源を利用する幾つかの他の構成では、回転可能なガントリ１２が存在せず、分配型Ｘ線源が、図１に示すような患者２２の頭から爪先を結ぶ軸と本質的に平行なｚ軸に垂直な撮像平面を全体的に画定する。

図２は、検出器素子２０の単一の横列（すなわち検出器横列一列）のみを示している。しかしながら、マルチ・スライス検出器アレイ１８は、１回の走査中に複数の準並行スライス又は平行スライスに相当する投影データが同時に取得され得るように、検出器素子２０の複数の平行な検出器横列を含んでいる。形成される照射範囲の量は各々の実施形態での設計選択肢であるが、幾つかの実施形態では、アイソセンタにおいて約２０ｍｍ〜約２００ｍｍであり得る。

ガントリ１２上の構成要素の回転及びＸ線源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線源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上の構成要素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れら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、サンプリングされてディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取って高速画像再構成を実行する。再構成された画像はコンピュータ３６への入力として印加され、コンピュータ３６は大容量記憶装置３８に画像を記憶させる。画像再構成器３４は、特殊化したハードウェアであってもよいし、コンピュータ３６上で実行されるコンピュータ・プログラムであってもよい。

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。付設されている陰極線管表示器４２によって、操作者は、再構成された画像及びコンピュータ３６からのその他のデータを観測することができる。操作者が供給した指令及びパラメータはコンピュータ３６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内で配置するようにモータ式テーブル４６を制御する。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４８を通して移動させる。

一実施形態では、コンピュータ３６は、フレキシブル・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、又はネットワーク若しくはインターネットのような他のディジタル・ソース等のコンピュータ読み取り可能な媒体５２からの命令及び／又はデータを読み取る装置５０、例えばフレキシブル・ディスク・ドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、光磁気ディスク（ＭＯＤ）装置、又はイーサネット（商標）装置等のネットワーク接続装置を含めたその他任意のディジタル装置、並びに開発中のディジタル手段を含んでいる。他の実施形態では、コンピュータ３６はファームウェア（図示されていない）に記憶されている命令を実行する。コンピュータ３６は、本書に記載する作用を実行するようにプログラムされており、本書で用いられるコンピュータという用語は当技術分野でコンピュータと呼ばれている集積回路のみに限らず、コンピュータ、プロセッサ、マイクロ制御器、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理制御器、特定応用向け集積回路、及び他のプログラム可能な回路を広範に指しており、これらの用語は本書では互換的に用いられている。上で述べた特定の実施形態は第三世代ＣＴシステムを参照しているが、本書に記載する方法は第四世代ＣＴシステム（静止型検出器−回転式Ｘ線源）にも第五世代ＣＴシステム（静止型検出器及び静止型Ｘ線源）にも同等に適用可能である。加えて、本発明の利点はＣＴ以外の撮像モダリティにも恩恵を齎すと想到される。加えて、本書に記載する方法及び装置は医療環境において記載されているが、産業環境又は運輸環境、例えば限定しないが空港若しくは他の運輸拠点での手荷物走査システム等で典型的に用いられるシステム等のような非医療撮像システムにおいても本発明の利点が恩恵を齎すと想到される。

図３には、本発明の一実施形態による焦点スポット調節システム２１２及び非接触式電磁波発生源構成要素位置測定システム２３２を含むＣＴ管アセンブリ２３０の断面図が示されている。アセンブリ２３０は線源１８４内部に位置しており、インサート２３４を有するＸ線管２３３を含んでいる。インサート２３４はＣＴ管ハウジング又はケーシング２３６の内部に位置するインサート壁２３５を有している。カソード２３８が電子を発生して、電子ビームの形態で真空間隙２４０を横断して電子を放出すると、電子ビームは、回転アノード２４４の一部であり焦点スポット２４６を形成するターゲット２４２に向かう。アノード２４４は中心軸２４８の周りを回転する。

位置測定システム２３２は、ケーシング２３６に対するターゲット２４２の位置を決定するために放出信号２５２をターゲット２４２に向かって放出して帰投信号２５４をターゲット２４２から受け取るプローブ２５０を有するＣＴ管アセンブリ２３０を含んでいる。放出信号２５２及び帰投信号２５４は、可視光、赤外線、紫外線、ラジオ波又は当技術分野で公知のその他の放射線等の電磁放射線の形態にある。プローブ２５０が他の電磁放射線源構成要素の配置を対象としており、プローブ２５０を用いてこの配置を決定することもできる。制御器２８はプローブ２５０に電気的に結合され、放出信号２５２を発生し、帰投信号２５４に応答して干渉法又は飛行時間計測法等の当技術分野で公知の距離測定手法を用いてターゲット２４２の位置を決定する。

干渉法を用いて距離を決定する場合には、放出信号２５２は、発生点において極めて一様な波面を有する入射波を用いる。波面がターゲット２４２から反射するときに、加算的に発生される波面の部分が加わって、最初に発生した波面と反射した波面との間の干渉が、建設的干渉、部分建設的干渉又は相殺的干渉の形跡について評価される。飛行時間を用いて距離を決定する場合には、放出信号２５２は変調され、計時されて、放出信号２５２の発信と帰投信号２５４の受信との間の遅延時間が、放出信号２５２の伝播速度で除算した放出信号２５２の移動距離を示す。飛行時間法では波面を保存する必要がなく、従って可能性としては干渉法よりも正確である。金属は近紫外から赤外にわたる広範な波長にわたって高い反射率を有するので、干渉法及び飛行時間法のいずれを利用する場合にも放出信号２５２の反射率が保証される。

プローブ２５０は伝送媒体２５６を介して制御器２８と電気的に結合されている。幾つかの構成では、伝送媒体２５６は、当技術分野で公知のガラス若しくは光ファイバー材料のような溶融石英又は他の同様な材料で形成された光導管であって、管２３３内部の環境条件に耐えることが可能なものである。溶融石英は、真空保全性、耐熱性、放射線損傷や変形に対する堅牢性、及び広範な波長を有する光に対する透明性を提供する。当技術分野では溶融石英等についての標準的密閉技術は公知である。また、幾つかの構成では、プローブ２５０は複数の貫通接続（フィードスルー）２５８を含んでいる。貫通接続２５８は、伝送媒体２５６がインサート壁２３５からインサート区域２６０へ貫入することを可能にし、また第一の光導管末端２６２と第二の光導管末端２６４とを含めてプローブ２５０をインサート壁２３５に固着しており、大気中への真空洩れを防いでいる。

プローブ２５０及び貫通接続２５８は、幾つかの構成においては、ＣＴ管アセンブリ２３０内部の様々な位置に位置し、アノード２４４との様々な角度関係を有する様々な構成が存在する。また、幾つかの構成では、プローブ２５０及び貫通接続２５８は、末端２６２及び２６４が中心線２４８に関してカソード２３８の反対側に位置するように配置される。このようにして、末端２６２及び２６４は、放射線の直接照射から保護され、また典型的にはアノード２４４の最高温部分である焦点スポット２６４から保護される。

幾つかの構成では、フード又は延長管２６６を用いて伝送媒体２５６をさらに保護する。延長管２６６は、図示のようにケーシング２３６とプローブ２５０との間で伝送媒体２５６を被うように組み込まれる。他の幾つかの構成では、延長管２６６は末端２６２及び２６４を保護するように組み込まれる。延長管２６６は、幾つかの構成では、ステンレス鋼又は当技術分野で公知のその他同様な材料で構成される。

制御器２８は、幾つかの構成では、中心処理ユニット、メモリ（ＲＡＭ及び／又はＲＯＭ）、並びに付設されている入出力バスを有するコンピュータである。制御器２８は、幾つかの構成では中心主制御ユニットの一部であり、他の構成では図示のように独立型制御器である。

図４には、本発明の様々な構成に相当するカソード２３８の遠近図が示されている。カソード２３８は、幾つかの構成では、放出子２７４の第一の側２７２に電気的に配置されている前面部材２７０を含んでおり、また放出子２７４の第二の側２７８に電気的に配置されている支持部材２７６を含んでいる。前面部材２７０は、内部にアパーチャ２８０を結合させている。放出子２７４は焦点スポット２４６に電子ビームを放出する。アパーチャ２８０及び支持部材２７６は、ビームを成形して焦点スポット２４６に集束させるように差分的にバイアスを印加されている。偏向電極２８２が一対の電極対として示されており、支持部材２７６と前面部材２７０との間に電気的に配置されている。偏向電極２８２はアノード２４４上での焦点スポット２４６の配置を調節する。尚、カソード２３８は、図示のように対称であることに留意されたい。但し、対称型カソード２３８が本発明の全ての構成で要求される訳ではない。

カソード２３８はまた、前面部材２７０、支持部材２７６及び偏向電極２８２を分離する多数の絶縁体を含んでいる。幾つかの構成では、前面部材２７０と第一の側面方向制御（steering）電極２８６との間に第一の側面方向制御電極用絶縁体２８４が結合されており、前面部材２７０と第二の側面方向制御電極２９０との間に第二の側面方向制御電極用絶縁体２８８が結合されている。第一の絶縁体８４及び第二の絶縁体２８８は、偏向電極２８２を前面部材２７０から絶縁している。偏向電極２８２と支持部材２７６との間には一対の支持絶縁体２９２が結合されている。支持絶縁体２９２は偏向電極２８２を支持部材２７６から絶縁している。放出子２７４を支持部材２７６から絶縁された電位に保持するために、一対のフィラメント絶縁体２９４が放出子電極２９６に結合されている。偏向電極２８２並びに絶縁体２８４、２８８及び２９２は様々な位置に設けられていてよく、様々な組み合わせで用いることができる。

図５には、本発明の様々な構成での抽出された非対称電子ビーム２４０を示すカソード２３８及びアノード２４４の模式図が示されている。カソード２３８及びアノード２４４は間に双極子場２９７を形成する。放出子２７４は、前面部材２７０のアパーチャ２８０から双極子場２９７を横断してターゲット２４２上の焦点スポット２４６に向けて電子ビーム２９８を放出する。幾つかの構成では、電子ビーム２９８は、放出子２７４とアパーチャ２８０の中心１０２を通って延びる放出子中心線１００について対称である。揺動時のように焦点スポット位置調節の際には、幾つかの構成では、偏向電極２８２はターゲット２４２上での焦点スポット２４６の位置を調節するように非対称にバイアスを印加される。例えば、図示のように、偏向電極２８２は、焦点スポット２４６を放出子中心線１００の左側１０４へ移動させるように、非対称にバイアスを印加される。

電極２８２に印加されるバイアス電圧は、特定応用に依存している。揺動の際には、偏向電極２８２のバイアス電圧は典型的には、放出子２７４のバイアス電圧と比べて電極２８２の一方側では低く、反対側では高い。偏向電極２８２のバイアス電圧は、支持部材２７６のバイアス電圧よりも高い。本発明の少なくとも一つの構成では、ビーム９８を左へ移動させるために、焦点スポット２４６は放出子中心線１００の左側１０４に調節される。また、０Ｖに略等しい放出子電圧及び前面部材電圧、−６ｋＶに略等しい支持部材電圧、７００Ｖに略等しい第一電極電圧、及び−３００Ｖに略等しい第二電極電圧が用いられている。尚、第一の電極８６は正のバイアスを印加され且つ第二の電極９０よりも大きいバイアスを有することにより、電子ビーム２９８を第一の電極２８６側へ移動させていることに留意されたい。

図６には、もう一つの構成のカソード１１０の遠近図が示されている。カソード１１０は、カソード２３８と同様に、支持部材１１２及び放出子１１４を含んでいる。第一の偏向電極対１１６が放出子１１４の長さＬに沿って延在している。第二の偏向電極対１１８が放出子１１４の幅Ｗに沿って延在している。電極対１１６及び１１８の隣り合った表面１２０は互いに関して約９０°の角度で配向されている。隣り合った表面１２０は電子ビーム通過区域１２２を形成している。支持部材１１２と電極対１１６及び１１８との間には絶縁体１２４が配置されている。しかしながら、カソード１１０は、カソード２３８とは異なり、前面部材を有しない。代わりに、電極対１１６及び１１８が前面部材の役目を果たしている。

支持部材１１２は焦点スポットの幅及び長さを制御する。差分的バイアスを印加すると、すなわち電極対の各々の電極に異なる電圧を印加すると、例えば二重サンプリングの場合であれば電極対１１６が電子ビームをＷ方向に偏向させる。電極対１１８は電子をＬ方向に偏向させる。また、第一の電極対１１６も焦点スポット幅を調節し、第二の電極対１１８も焦点スポット長を調節する。

幾つかの応用では、電極対２８２、１１６及び１１８が放出子２７２及び１１４の前方で負電圧を供給する。負電圧は放出子表面の電場を減少させ、これにより電流変調又はｍＡ変調が提供される。「電流変調」は電子放出電流の量の調節を指す。電流変調は、幾つかの構成では、上述のカソード２３８の前面部材２７０と支持部材２７６との間でのバイアス印加と同様に、支持部材１１２と電極対１１６及び１１８との間でのバイアス電圧を調節することにより行なわれる。放出子２７２及び１１４の前方で負電圧を供給する結果として、放出子７２及び１１４によって発生される焦点スポットの幅及び長さの寸法が減少する。焦点スポットの幅及び長さの減少を補償するために、すなわち放出子から発生される電子ビームを再集束させるために、支持部材２７６及び１１２は変調されないビームに要するよりも正側の電位で動作する。放出子２７２及び１１４の前方で十分な負電圧を供給する結果として、電子の流れが遮断される可能性がある。この結果は格子化（gridding）と呼ばれる。格子化は前面部材２７０と放出子２７２及び１１４との間に約−４ｋＶ〜−７ｋＶの負電圧電位が存在する場合に発生する。

図７では、論理流れ図が、電磁放射線源構成要素の位置を決定するステップと、電磁波発生源を動作させるステップとを含む焦点スポット配置を調節する様々な方法を示している。これらの方法は、適当なプログラム制御の下にあるＸ線制御器２８及びコンピュータ３６を、本書に記載されているような検出器１８からのフィードバックと併用すると自動的に実行することができる。イメージング・システム１０の技術的効果は次のようにして得られる。先ずブロック１５０で、電磁放射線源構成要素の位置を決定する。この位置は、応用及びシステム条件によって、選択された時間間隔で決定してもよいし、又は連続的に決定してもよい。以下の例では、ターゲット２４２のｚ位置が決定される。

ブロック１５１で、制御器２８が放出信号２５２を発信し、プローブ２５０がターゲット２４２のような電磁放射線源構成要素のターゲット表面へ放出信号２５２を照射する。放出信号２５２は第一の末端２６２から照射されて、ターゲット２４２上に入射し、反射して第二の末端６４に帰投する。

ブロック１５２で、ターゲット２４２での放出信号２５２の反射に応答して制御器２８が帰投信号２５４を受信する。

ブロック１５３で、制御器２８は帰投信号２５４を受信すると、電磁放射線源構成要素の位置を決定する。ここでの例に沿って述べると、制御器２８は、焦点スポット２４６の位置と近似的に等しいターゲット２４２のｚ位置を決定する。

幾つかの構成では、ブロック１５４で、制御器２８はＣＴ画像再構成の逆投影アルゴリズムを実行する際に、決定された実際の焦点スポット位置を適用する。他の幾つかの構成では、ブロック１５５において、制御器２８は焦点スポット調節に望ましい焦点スポット位置に対して実際の焦点スポット位置を比較する。さらに他の構成では、制御器２８は、ブロック１５４及びブロック１５５の両方の作用を果たす。さらに他の構成では、制御器２８は決定された実際の焦点スポット位置を当技術分野で公知のその他の応用に適用する。

ブロック１５６で、実際の焦点スポット位置が所望の焦点スポット位置と比較されて、焦点スポット位置が所望の焦点スポット位置範囲を外れていることを制御器２８が決定すると、ブロック１５６の手順が実行される。また、ブロック１５６の手順は、電子ビームを揺動する場合、又は当技術分野で公知のその他の理由で実行される場合もある。

ブロック１５７では、実際の焦点スポット位置と所望の焦点スポット位置との間の差に応答して線源１４を動作させる。

ブロック１５８では、放出子２７４がカソード２３８からターゲット２４２へ電子ビーム２９８を放出する。

ブロック１５９では、放出子２７４とアノード２４４との間に双極子場２９７が発生される。

ブロック１６０では、電子ビーム２９８は、双極子場２９７、及びカソード２３８又はカソード１１０の差分的バイアスと相互作用する。

ブロック１６１では、偏向電極２８２、１１６及び１１８に非対称にバイアスを印加して、電子ビームを偏向させて焦点スポット位置を調節する。

ブロック１６２では、双極子場２９７、並びに偏向電極２８２、１１６及び１１８の非対称バイアス印加をさらに変化させて、電子ビーム２９８の寸法及び形状、並びに焦点スポット２４６を変更してもよい。ブロック１６１のステップが完了すると、幾つかの構成では、制御器２８は１５０に戻る。

以上に述べた方法は例示のためのものとする。他の構成では、応用によって様々なステップを同期させて実行してもよいし、異なる順序で実行してもよい。

また、幾つかの構成においては、図８を参照して述べると、加熱がＸ線管１４のアノード２４４に影響を及ぼすと予測される。例えば、図８に示すように、熱効果のためアノード２４４がｚ軸方向に量Δだけ（すなわち、アノード表面位置３００からアノード表面位置３０２まで）移動し得る。焦点スポット２４６が移動しなければ、ビーム３０４から見た見かけのＸ線源は、ターゲット軌道を参照番号３０６から参照番号３０８まで上昇させるように見える。この影響を補償するために、焦点スポット２４６を量ｔａｎ（φ）＝Δ／［（Ｄ−ｓｅｃα）（ｓｉｎα）］で偏向させる。ここでΔはｚ軸移動量であり、Ｄは焦点スポット中心２４６からアノード２４４上の点３０６までの距離であり、αはアノード２４４の表面勾配である。このようにして補償されると、見かけのＸ線源が前と同じままになる（すなわち、偏向後のビーム３１０から見た見かけのＸ線源はビーム３１４ではなくビーム３１２となる）。様々な構成で、熱効果及び機械的効果の結果として見受けられるアノード２４４位置範囲全体について補償が維持され、従って走査中にＸ線ビームを検出器１８の所望の位置に保持するためにコリメータ・カムを調節する必要がない。

走査中に必要とされる調節の量を決定するためには、「ｚ−チャネル」（すなわち、図２では１列のみが示されている多列検出器の検出器１８の末端３１６及び３１８の近くの検出器素子２０）での検出器信号を監視してｚ比を一定に保つ。（「ｚ比」は、検出器１８の一端、例えば末端３１６の検出器素子２０によって測定された強度測定値を、他端３１８の検出器素子２０によって測定された強度測定値で除算したものである。）Ｘ線源１４の焦点スポット２４６は、このｚ比を一定に保つように走査中に調節される。従って、コリメータ・カムを、所望のスライス厚について予め画定されている初期位置に設定するだけでよい。さらに、焦点スポット２４６は同じ長さに保持され（ｍＡの関数として）、これにより焦点スポットの滲み（blooming）の問題が軽減される。

さらに具体的には、図９に示す流れ図４００を参照して述べると、イメージング・システム１０の技術的効果は次のようにして得られる。ブロック４０２で、利用者が先ず検査を指示する。次いで、ブロック４０４で、本発明の幾つかの構成がコリメータを既定位置に移動する。ブロック４０６で、Ｘ線をオンにして検査を開始する。ブロック４０８で、検査中に検出器からｚ比を読み取る。ブロック４１０で、このｚ比から焦点スポット位置の移動が決定される。ブロック４１２で、経験的な測定値、物理法則又はその両方を用いて決定される予め決定された伝達関数を用いて、焦点スポット位置の移動を補償する焦点スポット偏向電圧を決定する。ブロック４１４で、これらの電圧がＸ線源に送られる。ブロック４１６で検査が完了する場合には、流れ図４００に記載するステップはブロック４１８で完了すると見做す。Ｘ線源を含む計算機式断層写真法システムは、ブロック４１８でオフにしてもよいし、且つ／又は次の検査のために準備してもよい。完了しない場合には、ブロック４０８で検出器から他のｚ比を読み取って、ブロック４１６で検査が完了するまでステップの一部が継続する。

本発明の幾つかの構成では、図１０の流れ図５００を参照して述べると、焦点スポット２４６位置についての伝達関数が決定される。これらの伝達関数は、ガントリ１２の速度、Ｘ線管１８のｍＡ電流、傾斜角及び熱状態を含み得るシステム変数に依存している。例えば、幾つかの構成では、Ｘ線管１８の熱履歴の関数としての焦点スポット位置２４６が連続的に決定される。較正プログラムで機械的効果による焦点スポット１８の動きの特性を決定する。これにより決定される特性を用いて、見かけのＸ線点を不動に保つのに必要な偏向の量が連続的に決定される。

さらに具体的には、図１０の流れ図５００について、イメージング・システム１０の技術的効果は次のようにして得られる。ブロック５０２で、利用者が検査を指示する。次いで、ブロック５０４で、イメージング・システム１０のコリメータを既定位置に移動して、ブロック５０６でＸ線管１８の温度を読み取る。検査の指示に先立つ何らかの時点で、又はブロック５０８における利用に少なくとも間に合うように、ブロック５１０で焦点スポット２４６についての伝達関数が管温度の関数として決定される。加えて、ブロック５１２でガントリ１２の速度、傾斜角及びＸ線管１８位置の関数としての焦点スポット位置２４６が較正される。この較正からのデータはブロック５１４でメモリに記憶され（メモリは制御器２８とは別個の回路カード上に設けられていてもよいが必ずしもそうでなくてよい）、ブロック５０８で、焦点スポット位置２４６の較正データがダウンロードされる。ブロック５１６で、ダウンロードされたデータを用いて管１８のカソード２３８（又は１１０）の電圧が決定され、ブロック５１８で電圧テーブルがカソード２３８（又は１１０）の制御器２８へ送られる。テーブルが送られた後に、ブロック５２０で検査を開始することができる。尚、図１０の流れ図５００に示す幾つかのデータ記憶工程及びデータ転送工程（例えばブロック５１４、５０８、５１８）は、ブロック５１４でデータを記憶するのに制御器２８と別個のカードを用いないような構成では不要であることに留意されたい。

カソード電圧制御を用いて機械的効果及び熱効果から生ずる偏向を補償すると、コリメータが急速なカム運動を提供する必要性が小さくなるか又は無くなり、これによりコリメータの設計を簡素化できて有利である。従って、図１１及び図１２の簡略図に示すもののような本発明の幾つかの構成は、検出器１８全体にわたって拡大率が一定になるように検出器１８の曲率に適合する曲率を有するコリメータ６００を組み込んでいる。例えば、図１１はＸ線ビーム１６の内部におけるｚ軸に垂直な平面でのＸ線ビーム１６の簡略図を示す。この平面に垂直な方向（すなわちｚ軸方向）の何れから見た様子も同じである。検出器１８の１列（又はスライス）のみが図１１に示されている。本発明の幾つかの構成では、彎曲管６０２がコリメータ・ブレードとして用いられている。管６０２の曲率は、検出器アレイ１８の全体にわたって拡大率が同じになるように検出器アレイ１８の曲率と適合していると有利である。図１１及び図１２について、本発明の幾つかの構成では、コリメータ６００は彎曲管または円筒６０２のような彎曲型コリメータ・ブレードを含んでおり、これらの彎曲管または円筒６０２は、コリメータ・ブレード６０２を既定位置まで徐々に移動させるボールねじ駆動部６０４に装着されている。かかる構成は、閉じた位置と拡がった位置との間の広範なダイナミック・レンジを、検出器の幾何学的構成が許す最大限まで提供する。

本発明の幾つかの構成では、コリメータ・ブレード６０２は管状でなく、検出器アレイ１８のｘ方向の形状と実質的に同じ形状に比例的に彎曲したエッジを有する。他の構成では、異なるコリメータ・ブレードが用いられるが、焦点スポット２４６の機械的偏向及び熱的偏向を電気的に補償する能力によって急速なカム運動はやはり回避される。

本発明の幾つかの構成では、Ｘ線管の電子ビームは、一対の偏向電極の代わりに、適切に配置された一対の偏向コイルを流れる電流を利用して磁気的に偏向される。かかる構成では、コイル対を流れる偏向用電流を用いて、電子ビームをｚ軸方向に偏向させる。従って、この偏向コイル対によって生ずる電子ビームの偏向は、電場ではなく磁場から生ずるが、他の点では、コイルを流れる偏向電流は偏向電極に印加される偏向電圧に類似している。従って、かかる構成では偏向電圧ではなく偏向電流を決定して供給する適当な改変が施される。幾つかの構成では、偏向コイル及び偏向電極の両方を用いて電子ビームを偏向させ、偏向電流及び偏向電圧の両方を決定して調節する。従って、偏向電流、偏向電圧又はこれらの組み合わせのうち少なくとも一つを決定することを本書では「電子的偏向値」の決定と呼ぶ。

本発明の様々な構成は、ｘ軸変調の代わりに又はｘ軸変調に加えてｚ軸変調を有利に利用している。ｚ軸変調を用いて、コリメータのカムの運動を必要としないｚ軸追尾を実行する。

本発明を様々な特定の実施形態について記載したが、当業者であれば、特許請求の範囲の要旨及び範囲内にある改変を施して本発明を実施し得ることが理解されよう。

ＣＴイメージング・システムの見取り図である。 図１に示すシステムのブロック模式図である。 本発明の非接触式Ｘ線源構成要素位置測定システムを含むＣＴ管アセンブリの構成の断面図である。 本発明のカソード構成の遠近図である。 抽出された非対称電子ビームを示す本発明のカソード及びアノード構成の模式図である。 本発明のもう一つのカソード構成の遠近図である。 電磁放射線源構成要素の位置を決定する方法及び電磁波発生源を動作させる方法を含む焦点スポット配置を調節する本発明の構成を示す論理流れ図である。 ｚ軸方向の焦点スポット偏向を利用した焦点スポット位置の補償の幾何学図である。 本発明の幾つかの構成に相当する焦点スポット偏向の流れ図である。 本発明の追加構成に相当する焦点スポット偏向の流れ図である。 本発明のコリメータ構成について彎曲したコリメータ・ブレードを示すｚ軸方向に見た簡略図である。 本発明のコリメータ構成について彎曲したコリメータ・ブレードを示すｘ軸方向に見た簡略図である。

符号の説明

１０ ＣＴイメージング・システム
１２ ガントリ
１４ Ｘ線管（Ｘ線源）
１６ Ｘ線ビーム
１８ 検出器アレイ
２０ 検出器素子
２２ 患者
２４ 回転中心
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
５０ 媒体読み取り装置
５２ コンピュータ読み取り可能な媒体
１００ 放出子中心線
１０２ アパーチャの中心
１０４ 左側
１１０ カソード
１１２ 支持部材
１１４ 放出子
１１６ 第一の偏向電極対
１１８ 第二の偏向電極対
１２０ 隣り合った表面
１２２ 電子ビーム通過区域
１２４ 絶縁体
２１２ 焦点スポット調節システム
２３０ ＣＴ管アセンブリ
２３２ 非接触式電磁波発生源構成要素位置測定システム
２３３ Ｘ線管
２３４ インサート
２３５ インサート壁
２３６ ＣＴ管ケーシング
２３８ カソード
２４０ 真空間隙（図３）
２４０ 抽出された非対称電子ビーム（図５）
２４２ ターゲット
２４４ 回転アノード
２４６ 焦点スポット
２４８ 中心軸
２５０ プローブ
２５２ 放出信号
２５４ 帰投信号
２５６ 伝送媒体
２５８ 貫通接続
２６０ インサート区域
２６２ 第一の光導管端
２６４ 第二の光導管端
２６６ 延長管
２７０ 前面部材
２７２ 第一の側
２７４ 放出子
２７６ 支持部材
２７８ 第二の側
２８０ アパーチャ
２８２ 偏向電極
２８４ 第一の側面方向制御電極用絶縁体
２８６ 第一の側面方向制御電極
２８８ 第二の側面方向制御電極用絶縁体
２９０ 第二の側面方向制御電極
２９２ 支持絶縁体
２９４ フィラメント絶縁体
２９６ 放出子電極
２９７ 双極子場
２９８ 電子ビーム
３００、３０２ アノード表面位置
３０４ ビーム
３０６、３０８ ターゲット軌道
３１０ 偏向後のビーム
３１２、３１４ Ｘ線ビーム
３１６、３１８ 検出器末端
４００、５００ 流れ図
６００ コリメータ
６０２ 彎曲管
６０４ ボールねじ駆動部

Claims (10)

1. 複数の検出器素子（２０）を有する検出器アレイ（１８）と、撮像対象（２２）を通して前記検出器に向かってＸ線ビーム（１６）を照射するように構成されているＸ線源（１４）とを含み、ｚ軸を有する計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）の走査中に焦点スポット（２４６）位置を調節する方法であって、
   前記Ｘ線管をオンにするステップ（４０６）と、
   前記検出器からｚ比を読み取るステップ（４０８）と、
   前記読み取ったｚ比を用いて前記Ｘ線管の焦点スポット位置の移動量を決定するステップ（４１０）と、
   電子的偏向値を決定するために伝達関数を用いるステップ（４１２）と、
   前記焦点スポットをｚ軸方向に追尾するために偏向電圧又は偏向電流の少なくとも一方として前記電子的偏向値を前記Ｘ線管に適用するステップ（４１４）と、
   を備えた方法。
2. 対象（２２）の検査が完了しているか否かを決定するステップ（４１８）をさらに含んでおり、前記検出器（１８）からｚ比を読み取る前記ステップ（４０８）と、前記Ｘ線管（１４）の焦点スポット（２４６）位置の移動量を決定する前記ステップ（４１０）と、補償用電子的偏向値を決定するために伝達関数を用いる前記ステップ（４１２）と、前記焦点スポットをｚ軸方向に少なくとも部分的に追尾するために前記電子的偏向値を前記Ｘ線管に適用する前記ステップ（４１４）と、を前記検査が完了するまで繰り返すステップ（４１６）をさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
3. 複数の検出器素子（２０）を有する検出器アレイ（１８）と、撮像対象（２２）を通して前記検出器に向かってＸ線ビーム（１６）を照射するように構成されているＸ線管（１４）とを含み、ｚ軸を有する計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）の走査中に焦点スポット（２４６）位置を調節する方法であって、
   前記Ｘ線管の温度を読み取るステップ（５０６）と、
   前記Ｘ線管の焦点スポット位置についての較正データを取得するステップ（５０８）と、
   前記Ｘ線管のカソード（１１０、２３８）に印加される電圧を決定するために前記管温度及び較正データを用いるステップ（５１６）と、
   前記決定された電圧を前記Ｘ線管の前記カソードに印加するステップ（５１８）と、
   を備えた方法。
4. Ｘ線管（１４）温度に従って焦点スポット（２４６）位置の伝達関数を取得するステップ（５１０）をさらに含んでいる請求項３に記載の方法。
5. 複数の検出器素子（２０）を有する検出器アレイ（１８）と、
   撮像対象（２２）を通して前記検出器アレイに向かってＸ線ビーム（１６）を照射するように構成されているＸ線管（１４）と、
   を備えた計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）であって、
   前記Ｘ線管及び検出器アレイは、ｚ軸を画定するガントリ（１２）上に位置しており、ｚ軸追尾を実行するために前記Ｘ線管の焦点スポット（２４６）をｚ軸方向に電子的に調節するように構成されている計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）。
6. 前記Ｘ線管（１４）はカソード（１１０、２３８）を含んでおり、前記検出器アレイ（１８）はｚチャネル素子（２０）を含んでおり、ｚ軸追尾を実行するために前記Ｘ線管の焦点スポット（２４６）をｚ軸方向に調節するために、前記Ｘ線管カソードに印加される電圧を調節するように構成されている請求項５に記載のシステム（１０）。
7. 前記Ｘ線管（１４）はさらにアノードを含んでおり、前記Ｘ線管のケーシング及び前記検出器（１８）に対して前記ｚ軸方向において一定の位置に前記焦点スポット（２４６）を保持するようにさらに構成されている請求項６に記載のシステム（１０）。
8. Ｘ線コリメータ（６００）をさらに含んでおり、所定のスライス厚に従って前記Ｘ線ビームをコリメートするために前記Ｘ線コリメータを予め決定されている初期位置に設定するように構成されている請求項７に記載のシステム（１０）。
9. 複数の検出器素子（２０）を有する検出器アレイ（１８）と、
   撮像対象（２２）を通して前記検出器アレイに向かってＸ線ビーム（１６）を照射するように構成されているＸ線管（１４）と、
   を備えた計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）であって、
   前記検出器アレイ及び前記Ｘ線管はｚ軸を画定するガントリ（１２）上に位置しており、前記Ｘ線管の温度を決定して、ｚ軸追尾を実行するために少なくとも前記決定された温度に従って前記Ｘ線管の焦点スポット（２４６）をｚ軸方向に電子的に調節するように構成されている計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）。
10. 前記ガントリ（１２）の速度、傾斜角及びＸ線管（１４）位置に従って前記焦点スポット（２４６）位置を調節するようにさらに構成されている請求項９に記載のシステム（１０）。

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