JP2007311340A - Ｘ線アノードの焦点軌道領域 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線管等において、Ｘ線源の十分な性能を備えつつターゲット・アノード表面での熱応力の軽減を促す。
【解決手段】一例では、Ｘ線アノード３０６の焦点軌道領域３１２が電気化学式でエッチングされる。さらに他の例では、Ｘ線アノード３０６が、Ｘ線カソード３０８からの電子の入射によってＸ線源１４を形成するために熱的に従順な焦点軌道領域３１２を含んでいる。熱的に従順な焦点軌道領域３１２は、不連続的な相対的な高区域及び低区域のパターンを含んでいる。
【選択図】図３

Description

本発明は一般的には、Ｘ線源に関し、さらに具体的には、診断撮像に利用可能なＸ線源の表面に関する。

例示的な診断装置として、Ｘ線システム、磁気共鳴（ＭＲ）システム、超音波システム、計算機式断層写真法（ＣＴ）システム、陽電子放出断層写真法（ＰＥＴ）システム、及び他の形式のイメージング・システムがある。典型的には、ＣＴイメージング・システムでは、Ｘ線源がファン（扇）形状のビームを患者又は手荷物のような被検体又は物体に向かって放出する。以下では、「被検体」及び「物体」又は「対象」等の用語は、撮像されることが可能な任意の物体を含むものとする。ビームは、被検体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。検出器アレイにおいて受光される減弱後のビーム放射の強度は典型的には、被検体によるＸ線ビームの減弱に依存している。検出器アレイの各々の検出器素子が、各々の検出器素子によって受光された減弱後のビームを示す別個の電気信号を発生する。これらの電気信号は解析のためにデータ処理システムへ伝送されて、最終的に画像が形成される。

一般的には、Ｘ線源及び検出器アレイは、撮像平面内でガントリ開口の周りを被検体を中心として回転される。Ｘ線源は典型的には、Ｘ線管を含んでおり、Ｘ線管は焦点においてＸ線ビームを発生する。Ｘ線検出器は典型的には、検出器において受光されるＸ線ビームをコリメートするコリメータと、コリメータに隣接して設けられておりＸ線を光エネルギへ変換するシンチレータと、隣接するシンチレータからの光エネルギを受け取ってここから電気信号を発生するフォトダイオードとを含んでいる。

典型的には、シンチレータ・アレイの各々のシンチレータがＸ線を光エネルギへ変換する。各々のシンチレータが、該シンチレータに隣接するフォトダイオードに光エネルギを放出する。各々のフォトダイオードが光エネルギを検出して、対応する電気信号を発生する。次いで、フォトダイオードの出力は、画像再構成のためにデータ処理システムへ伝送される。

Ｘ線源に関連して、Ｘ線管は一例では密閉容器を含んでおり、密閉容器の内部ではアノード・ターゲットがカソードに隣接して装着されている。アノード・ターゲットは一例では、駆動シャフトに装着されて高速回転する円板を含んでいる。ターゲットの一面には、円環形の焦点軌道が形成される。Ｘ線システムにおけるアノードの焦点軌道に、カソードから放出された高エネルギ電子が衝突する。例示的なカソードとしては、タングステン・コイル、フィラメント、及び／又は電界放出エミッタ・アレイがある。カソードからの高エネルギ電子がアノードの焦点軌道の表面に衝突すると、電子は高密度の焦点軌道によって減速される。焦点軌道の例示的な材料としては、粉末冶金タングステン又はタングステン−レニウム合金がある。
特開平２−１７２１４９号公報

Ｘ線アノードの表面に対するカソードでの電子の減速は、Ｘ線源を生ずる。この電子減速は、Ｘ線、二次電子の放出を生ずると共に焦点軌道の表面の下層の例えば３０ミクロン又は３０マイクロメートルに満たない比較的浅い表面ゾーンにおいて発熱を生ずる。入射した電子は、動作時に焦点軌道を加熱し従ってターゲットの残部をかなりの高温まで加熱する。Ｘ線アノード表面は、高エネルギ電子のビームによって衝突されることにより相当な熱応力を受けてＸ線放射を発生する。小さくて薄い表面ゾーンの急激な発熱は、局所的なターゲット表面温度の実質的な上昇、及び膨大な熱応力の発生を生じ、Ｘ線走査を繰り返す間に生ずる熱サイクル運転の間に、引き続き焦点軌道の亀裂を招き得る。発生する典型的な亀裂はしばしば「泥割れ（mud-flat cracking）」と呼ばれる。加熱時にターゲット表面は可塑的に変形し、冷却時には変形した領域が引張り応力を受けて、引張り応力が合金の破壊応力を超えると、引き続き亀裂を生ずる。

従って、Ｘ線源の十分な性能を備えつつターゲット・アノード表面での熱応力の軽減を促すことが望ましい。

本発明は一具現化形態では、一つの方法を包含している。一例では、Ｘ線アノードの焦点軌道領域が電気化学式でエッチングされる。

本発明のもう一つの具現化形態は、Ｘ線アノードを包含している。Ｘ線アノードは、Ｘ線カソードからの電子の入射によってＸ線源を形成するために熱的に従順な（thermally compliant）焦点軌道領域を含んでいる。熱的に従順な焦点軌道領域は、不連続的な相対的な高区域及び低区域のパターンを含んでいる。

本発明のさらにもう一つの具現化形態は、ＣＴシステムを包含している。ＣＴシステムは、Ｘ線源、検出器、及びデータ取得システム（ＤＡＳ）を含んでいる。Ｘ線源は、撮像対象に向けてＸ線ビームを放出する。検出器は、Ｘ線源によって放出されたＸ線を受光する。データ取得システム（ＤＡＳ）は、検出器に接続されて動作する。Ｘ線源は、Ｘ線カソードからの電子の入射によって撮像対象に向かうＸ線ビームを形成するために熱的に従順なＸ線アノード焦点軌道領域を含んでいる。熱的に従順なＸ線アノード焦点軌道領域は、不連続的な相対的な高区域及び低区域のパターンを含んでいる。不連続的な相対的な高区域は５０ミクロン〜５００ミクロンの主寸法を含んでいる。低区域は１０ミクロン〜２０ミクロンの深さを含んでいる。低区域は３ミクロン〜２０ミクロンの幅を含んでいる。

本発明のその他様々な特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。

図面は、本発明を実施するのに現状で思量される一つの好適実施形態を示す。

例示的な診断装置として、Ｘ線システム、磁気共鳴（ＭＲ）システム、超音波システム、計算機式断層写真法（ＣＴ）システム、陽電子放出断層写真法（ＰＥＴ）システム、及び他の形式のイメージング・システムがある。Ｘ線源の例示的な応用としては、撮像応用、医療応用、保安応用及び産業検査応用がある。具現化形態の一例の動作環境は、６４スライスＣＴシステムを含む。しかしながら、当業者には、具現化形態の一例はシングル・スライス又は他のマルチ・スライス構成と共に用いるために同等に適用可能であることが認められよう。さらに、具現化形態の一例は、Ｘ線の検出及び変換に利用可能である。しかしながら、当業者は、具現化形態の一例は他の高周波電磁エネルギの検出及び変換にも利用可能であることをさらに認められよう。具現化形態の一例は、「第三世代」ＣＴスキャナ及び／又は他のＣＴシステムと共に利用可能である。説明の目的で、本書に記載される具現化形態の一例は、多様なアプローチの任意のものによって、電子ビームの加熱から生ずる熱勾配に対するアノード焦点軌道層の熱機械的な従順性を可能にする表面テクスチャ加工を付加する。もう一つの具現化形態の一例では、表面テクスチャ加工は熱伝達を助長しない。さらにもう一つの具現化形態の一例では、このシステムは、乱流又は防汚剤が関わらずに済むように真空内に存在する。

図１及び図２には、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スキャナに典型的なガントリ１２を含むものとして図示されている。ガントリ１２はＸ線源１４を有し、Ｘ線源１４は、ガントリ１２の反対側に設けられている検出器アレイ１８に向けてＸ線ビーム１６を投射する。例示的なＸ線源１４の応用としては、撮像応用、医療応用、保安応用及び産業検査応用がある。検出器アレイ１８は複数の検出器２０によって形成されており、検出器２０は共に、患者２２を透過した投射Ｘ線を感知する。各々の検出器２０が、入射するＸ線ビームの強度を表わし従って患者２２を透過する間に減弱したビーム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走査時には、ガントリ１２及びガントリ１２に装着されている構成要素が回転中心２４の周りを回転する。

ガントリ１２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及びガントリ・モータ制御器３０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２０からアナログ・データをサンプリングして、このデータをディジタル信号へ変換して続いての処理に供する。画像再構成器３４が、サンプリングされて及びディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取って、高速再構成を実行する。再構成された画像はコンピュータ３６に入力として印加されて、コンピュータ３６はこの画像を大容量記憶装置３８に記憶させる。

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命令及び走査パラメータを受領する。付設されている陰極線管表示器４２は、操作者が再構成画像及びコンピュータ３６からのその他データを観察することを可能にする。操作者が供給した命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へ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、電動テーブル４６を制御して患者２２及びガントリ１２を位置決めする。具体的には、テーブル４６はガントリ開口４８を通して患者２２の各部分を移動させる。

図３に移り、Ｘ線源１４は一例では、ケーシング３０２及びフレーム３０４を含むＸ線管を含んでおり、フレーム３０４の内部には、ターゲットとしてのアノード３０６及びこのアノード３０６に隣接するカソード３０８が装着されている。例えば、Ｘ線源１４としてのＸ線管は、ハーメチック・シールで封止されて実質的に排気された外被を含んでおり、この外被は、ベリリウム窓を設けたガラス又はステンレス鋼（ＳＳ）のようなＸ線透過性の材料で構成されている。アノード３０６は一例では、高速回転例えば約１４０Ｈｚ又は８４００ＲＰＭでの回転を行なうように駆動シャフトに装着されている円板を含んでいる。もう一つの例では、当業者には認められるように、アノード３０６は静止しており、カソード３０８からの電子ビームがアノード３０６の面積を掃引して熱を分散させる。

アノード３０６は、焦点軌道領域３１２を含む面３１０を含んでいる。焦点軌道領域３１２は、Ｘ線ビーム１６（図２）の発生のためにカソード３０８からの高エネルギの電子ビームが衝突するターゲット領域として焦点軌道を含んでいる。焦点軌道領域３１２は一例では、例えば傾斜付きベベル面（面取りした面）である。ベベル面の角度は一例では、７°を含む。カソード３０８からの電子ビームは、例えば９７°で焦点軌道領域３１２に衝突する。この例示的な７°という角度は、相対的に広い面積にわたる熱の分散を可能にすると共に、検出器アレイ１８による視野の拡大を可能にする。もう一つの例では、焦点軌道領域３１２としてのターゲットの角度の度数は、例えばプラットフォームに依存して様々である。例示的なＣＴシステムは、検出器アレイ１８に向かう側で約７ｍｍ〜１０ｍｍの幅を含む面積をカバーする等のために、焦点軌道領域３１２として７°〜１０°のターゲットの角度を含んでいる。血管撮像用の管で利用可能な例示的な比較的大きい焦点軌道角度例えば１１．２５°の角度は、例えば約２０ｍｍ〜４０ｍｍの幅を含む比較的大きいＸ線検出器面積をカバーする比較的大きいファン・ビームを与えることができる。角度が大きいほど一例ではＸ線ビーム１６のフォトン・エネルギは小さくなり、例示的な血管撮像応用ではあまり関心の持たれない画像の細部が減少する。パターン４０２（図４、後述）の具現化形態の一例は、焦点軌道角度が垂直から約０°〜約３０°にわたるようなアノード３０６に有益であり、不連続的な相対的な高区域４０４の側壁（例えば段丘（mesa）の側壁のような比較的急激な移行部４０８、図４、後述）に与えられるカソード３０８からの電子ビーム・エネルギ量が利点を与える。比較的急激な移行部４０８としての側壁域の加熱は一例では、有益でない。具現化形態の一例は、比較的急激な移行部４０８としての側壁域に対するカソード３０８からの電子ビームによる曝射を減少させ且つ／又は最小限にし、これにより、不連続的な相対的な高区域４０４としての上面を主に且つ／又は専ら加熱する。このことは一例では、低区域４０６として相対的に狭い峡谷幅寸法を用いることにより促進される。

焦点軌道領域３１２の焦点軌道は一例では、面３１０のエッジに近接した円環形のターゲットを含む。アノード３０６の焦点軌道領域３１２は、カソード３０８からの高エネルギ電子のビームによって衝突されることにより、相当な熱応力を受けて、Ｘ線ビーム１６としてのＸ線放射を発生する。アノード３０６の焦点軌道領域３１２に衝突した電子の減速によってＸ線ビーム１６が生ずる。例示的なＸ線生成では、入射エネルギの９９％が熱に変換される。従って、焦点軌道領域３１２での熱散逸は、印加され得る電力に対する重要な制限となる。カソード３０８からの高エネルギ電子のビームの焦点スポットの下の焦点軌道領域３１２の焦点軌道を掃引することにより、熱負荷は比較的大きい面積にわたって拡散することができ、電力定格が増大する。

カソード３０８から入射した電子ビームは、衝突時に焦点軌道領域３１２を加熱し、次いで、アノード３０６の残部をかなりの高温まで加熱する。例えば、曝射時に焦点スポットの下の焦点軌道領域３１２は２５００℃〜２６００℃に達する場合があり、一連の大量曝射の後にはアノード３０６の面３１０は３００℃〜１０００℃に到る場合がある。アノード３０６は耐熱性材料例えばタングステン（Ｗ）を含んでいる。アノード３０６は一例では、グラファイトを裏打ちしたモリブデン（Ｍｏ）コアの上に、面３１０としてタングステン−レニウム（Ｗ−Ｒｅ）ターゲット層を含んでいる。さらに他の例では、アノード３０６は、焦点軌道領域３１２として、純タングステン（Ｗ）又はタングステン−レニウム（Ｗ−Ｒｅ）合金、及びＭｏ又はロジウム（Ｒｈ）のターゲットを含んでいる。レニウム（Ｒｅ）はタングステン（Ｗ）の延性を高めると共に、カソード３０８からの電子ビームの衝突による熱疲労に対する耐久性を高める。モリブデン（Ｍｏ）は、ターゲットとしての焦点軌道領域３１２から熱を伝導する。グラファイトは、アノード３１２のための蓄熱部を提供し、またアノード３０６の回転質量を減少させる。

Ｘ線源１４としてのＸ線管の予想寿命を延ばすために、アノード３０６は、対称軸の周りで回転するプレート状Ｘ線アノードを含んでいる。カソード３０８からの電子ビームは、アノード３０６の円周に近接した焦点軌道領域３１２の半径方向外側領域において回転式アノード３０６に衝突する。アノード３０６の回転によって、Ｘ線源１４としてのＸ線管の内部で固定されている焦点スポットの下の焦点軌道領域３１２の焦点軌道は連続的に移動する。焦点軌道は焦点スポットの下を移動するので、カソード３０８からの電子ビームの電子はアノード３０６の面３１０において焦点軌道領域３１２の焦点軌道の同じ位置に常時衝突する訳ではない。高エネルギ密度を有するカソード３０８からの電子ビームが焦点軌道を掃引するときに、強力な熱衝撃が生じて、焦点軌道領域３１２の焦点軌道の熱疲労及び／又は粗面化を招く場合がある。アノード３０６の寿命にわたって、焦点軌道領域３１２は、熱機械的な疲労のためタングステン−レニウム（Ｗ−Ｒｅ）のＸ線発生層に亀裂を生じ得る。また、これにより、表面粗面化が生ずるためＸ線源１４としてのＸ線出力の損失も生ずる。

例示的な具現化形態は、焦点軌道領域３１２の泥割れを回避する。面３１０は一例では、改質される。例えば、焦点軌道領域３１２が改質される。さらに他の例では、例えば焦点軌道領域３１２における面３１０を製造する方法が提供される。

図４〜図６及び図１０に移り、焦点軌道領域３１２は一例では、パターン４０２を含んでいる。例示的な表面処理は、パターン４０２として構造的なパターンを与える。パターン４０２として得られる構造の一例は、焦点軌道領域３１２の熱的に従順な焦点軌道を含む。パターン４０２は一例では、カソード３０８からの電子ビームが焦点軌道領域３１２に衝突する箇所にテクスチャ加工された表面を含んでおり、電子ビームの下で生ずる極端な加熱からの熱的従順性を可能にする。

パターン４０２は一例では、特徴のパターンを含む。例示的な特徴は、不連続的な相対的な高区域４０４及び低区域４０６を含む。不連続的な相対的な高区域４０４は一例では、相対的に広く実質的に平坦な頂部を含む。例えば、不連続的な相対的な高区域４０４は、例えば面３１０のような底面からの片持ち梁式の急勾配の支持部を備えた高台として実質的に平坦な円形及び／又は六角形の頂部を含んでいる。低区域４０６は一例では、不連続的な相対的な高区域４０４からの比較的急激な移行部４０８によって境界付けられる。例えば、低区域４０６は、面３１０上で開放面を有する通路を含む。比較的急激な移行部４０８は一例では、不連続的な相対的な高区域４０４からの相対的に急な下り勾配を含む。例えば、不連続的な相対的な高区域４０４及び比較的急激な移行部４０８は、段丘に似ており、不連続的な相対的な高区域４０４からの比較的急激な各移行部４０８が合わさると、段丘の間の峡谷に似る。さらに他の例では、低区域４０６は、不連続的な相対的な高区域４０４の間に設けられた掘割及び／又は溝を含んでおり、掘割及び／又は溝の比較的急激な移行部４０８が不連続的な相対的な高区域４０４に直に隣接して位置する。

低区域４０６としての峡谷の開放空間は、熱サイクル運転時の制御された膨張及び弾性エネルギの制御された解放を提供する。不連続的な相対的な高区域４０４としての段丘は、面３１０の横平面方向でより多く膨張することを許される。カソード３０８からの電子ビームの下での強く急激な加熱の下では、焦点軌道領域３１２の焦点軌道の表面を表面から上向きに押し出す代わりに、表面は低区域４０６としての峡谷領域に向かって膨張し、これにより亀裂を防ぐことができる。

対照的に、パターン４０２を有しない無パターン表面は横方向に制約される。すると、材料は外向きに成長したり膨張したりすることができないため、材料自体が面３１０の平面から上向きに押し出される。冷却すると、材料に引張り応力が加わることにより焦点軌道領域に亀裂が生ずる。亀裂は各回の連続した熱的サイクルと共に成長し続ける。

低区域４０６としての割目の空間は、熱サイクル運転時の制御された膨張及び弾性エネルギの制御された解放を提供する。これにより、制御された微小亀裂のための及び制御されない大規模な肉眼亀裂（macrocracking）又は「泥割れ」の防止のための表面構造を提供する。パターン４０２は、Ｘ線システム動作時の高速の熱サイクル運転時に弾性エネルギの制御された解放を提供する。面３１０の焦点軌道領域３１２の材料の低区域４０６に向かっての自由な膨張は、高速熱サイクル運転時の焦点軌道領域３１２の可塑的な変形を防ぐ。パターン４０２は、熱サイクル運転時の可塑的変形、及びＸ線ターゲット動作時の制御されない肉眼亀裂、所謂「泥割れ」を防ぐ。

焦点軌道領域３１２の例示的なテクスチャ加工は一例では、泥割れのように亀裂が全体的に乱雑に生ずることを制御すると言うよりも、亀裂が何処で開始するかを制御する。パターン４０２としての高低領域構成は一例では、可能性としてさらに高い電子ビーム力を用いて高精細画像を形成することを可能にする。例示的な制限要因は、アノード３０６が亀裂をひどく生じて、例えばＸ線源１４からの放射出力によって測定した場合に利用不能となるまでに、アノード３０６が耐え得る熱機械的応力の量である。例えば、ＣＴ走査画像が放射線低下によって許容不能となると、医師がカソード３０８からの電子ビーム強度を高める場合があり、すると、アノード３０６の熱が高まって、アノード３０６の面３１０での焦点軌道領域３１２の寿命を縮める。

焦点軌道領域３１２の表面構造加工は一例では、アノード３０６のターゲット層での熱応力を収容する。段丘及び峡谷アプローチは、末端を加工したターゲットに掘割パターンを重ね合わせて、ビームが段丘に曝射された（入射した）ときに段丘が自由に膨張することを可能にする。不連続的な相対的な高区域４０４としての段丘の頂上は、カソード３０８からの電子ビームの入射と実質的に直交する。従って、不連続的な相対的な高区域４０４としての段丘の頂上が最も加熱される。不連続的な相対的な高区域４０４としての段丘は一例では、焦点軌道領域３１２にパターン４０２があるため熱膨脹及び収縮に比較的敏感でない。カソード３０８からの電子衝突時のＸ線の放出のために、不連続的な相対的な高区域４０４としての段丘の平坦部のようなアノード表面積を保ちたい。パターン４０２は、耐久性のために焦点軌道領域３１２を構造化する。

図５を参照して述べると、不連続的な相対的な高区域４０４の例示的な主寸法及び／又は径５０２は、５０ミクロン〜５００ミクロンを含む。低区域４０６の例示的な深さは１０ミクロン〜２０ミクロンを含む。低区域４０６の例示的な幅は３ミクロン〜２０ミクロンを含む。ミクロン、マイクロメートル及びμｍとの術語は全て１０^−６メートル（ｍ）を意味する。

図４〜図６を参照して述べると、パターン４０２は一例では、電気化学式エッチングによって面３１０に施される形状構造（topography）を含む。図４は、電気化学式エッチングの後の焦点軌道領域３１２を示し、パターン４０２としての段丘／峡谷パターンを示す。例示的な段丘／峡谷表面処理は、電気化学式機械加工（ＥＣＭ）による作製及びリソグラフィによるパターン・マスキングを含む。一例では、電気化学式表面テクスチャ加工が焦点軌道領域３１２のパターン４０２に用いられる。

表面処理の一例は、焦点軌道領域３１２へのＥＣＭ方法及びリソグラフィ・マスキングを介して、パターン４０２の不連続的な相対的な高区域４０４及び低区域４０６としての段丘及び峡谷のパターンを付与することを含む。例えば、リソグラフィ・マスク（図示されていない）のようなマスクが、レジスト８０２（図８）上にパターン４０２の形態の形状を画定して、電気化学式エッチングが焦点軌道領域３１２上にパターン４０２としての段丘／峡谷パターンの作製を完成する。リソグラフィ・マスク（図示されていない）をＥＣＭと結合させた例示的なパターニングは、スルー・マスク・エッチング（陽極）法である。パターン４０２の不連続的な相対的な高区域４０４及び低区域４０６として段丘及び峡谷パターンを生成する付加的な例示的なアプローチは、工具電極（図示されていない）と焦点軌道領域３１２との間に印加される電位パルスを用いた電気化学式エッチングである。例えば、パルス式電源（図示されていない）例えばＡＣ又はＤＣのパルス型電源を用いることができる。工具電極は一例では、平坦なプレートを含む。例えば、工具電極は、パターン４０２のための材料除去の領域を画定するマスキングに頼る。もう一つの例では、当業者には認められるように、工具電極は、結果として得られる電気化学的過程を介した焦点軌道領域３１２への転写のために、工具にネガ型段丘／峡谷パターンを付与されていてもよい。工具電極としてネガ型段丘／峡谷パターンを備えた対電極（図示されていない）を用いると、一例では、焦点軌道領域３１２にパターンを形成するマスキングが不要になる。例えば、対電極は一例では、焦点軌道領域３１２のネガ・パターンとして形成されて、直接的な電気化学式作用によってパターン４０２を付与する。さらにもう一つの例は、放電機械加工（ＥＤＭ）を用いる。ＥＤＭは一例では、パターン付きシンカー（sinker）を用いて、焦点軌道領域３１２上のパターン４０２としてパターン付き焦点軌道表面を生成する。例えば、ダイ（図示されていない）を用いて、焦点軌道領域３１２としてのパターン付き焦点領域をＥＤＭによって形成することができる。図６は、焦点軌道領域３１２の例示的な外形図であって、同図では、説明の目的で表面高さ及び位置がミクロンで表わされている。

焦点軌道領域３１２上のパターン４０２は、カソード３０８からの電子ビームに伴う極端な温度上昇に対する焦点軌道材料の熱機械的応力従順性を与える。パターン４０２の施工は、アノード３０６の既存のターゲット設計に容易に応用することができる。実験室規模の試験によれば、焦点軌道領域３１２にパターン４０２が存在しているときには、焦点軌道材料の亀裂には減少傾向があることが判明している。ＥＣＭは、焦点軌道領域３１２における多数の候補ターゲットの並列加工を提供する。パターン４０２による多数のアノード３０６の並列加工は、ＥＣＭシステムの適当な設計及び作製によって達成され得る。ＥＣＭ工程の例示的な特徴項目としては、当業者には認められるように、適当な大きさの電源、電解質操作設備等がある。

図７に移り、例示的な方法７０２において、ステップ７０４では、焦点軌道領域３１２の焦点軌道及び面３１０の残部を研磨する。ステップ７０６では、アセトン及びイソプロピルアルコール溶液の混合物で面３１０を洗浄し、続いて脱イオン水で濯ぐ。ステップ７０８では、リソグラフィ型溶剤で面３１０をさらに洗浄して、面３１０をプラズマ・エッチングする。ステップ７１０では、電気泳動式施工型レジスト（８０２）を焦点軌道領域３１２の焦点軌道表面に接着させる。ステップ７１２では、パターン４０２の形状を含むマイラー・マスク（図示されていない）によって全面露光（flood exposure）を介してレジスト８０２にパターン４０２の形態の所望の形状を付与する。ステップ７１４では、全面露光に続いて、レジスト８０２を現像して再びプラズマ・エッチングを施す。ステップ７１６では、得られた焦点軌道領域３１２の露出した焦点軌道表面が、直接印加される電位又は電位パルスのいずれかによってマスクを介してエッチングされる。

例示的なＥＣＭは、電気化学式反応を介して材料を溶解させる。このことは、表面に力を加える物理的な機械加工とは異なっている。ＥＣＭは一例では、焦点軌道領域３１２での泥割れの開始を招き得る微小亀裂を生ずる機会を少なくする。さらに他の例では、ＥＣＭは、パターン４０２についてのエッチングの深さ／パターンのより十分な制御を行なう。ＥＣＭは一例では、焦点軌道領域３１２としてのターゲットの望ましくない変化を回避し、より清浄であり、且つ／又はパターン４０２の大量（マス）生成をより容易にする。多数のアノード３０６は一例では、パターン４０２を含んでいる。ＥＣＭは一例では、特定のアノード３０６上で段丘を並列に大量生成する。さらに他の例では、ＥＣＭは、多数のパターン４０２によって多数のアノード３０６を並列に大量生成する。

ＥＣＭは、電解質に曝露される表面の領域及び電解質からマスクされる表面の領域によって画定される。表面形状構造を、電気化学式エッチングによって焦点軌道領域３１２に施すことができる。レジスト８０２は一例では、水酸化ナトリウム電解質溶液に耐性がある。付加的な例示的な電解質溶液は、フッ化水素酸、フッ化水素酸プラス水、過酸化水素、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、任意の水酸化アルカリ、及び／又は希塩酸（ＨＣＬ）を含む。例示的なフェリシアン化物系エッチング剤は、米国マサチューセッツ州ダンバーズのTransene Company Inc.（住所Danvers Industrial Park, 10 Electronics Avenue, Danvers, MA01923USA。http://www.transene.com/）によって提供されている。例示的なプラズマ・エッチング及び反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）は、例えばタングステン（Ｗ）フィルムをエッチングするのにＣＦ４ Ｏ２を用いる。タングステン（Ｗ）の例示的な高速プラズマ・エッチングは一例では、プラズマ・エッチング器（図示されていない）内でＮＦ３及びアルゴンガスを用いる。例示的なエッチング速度は、毎分４５１２オングストローム（Å）を含む。

例示的なレジスト８０２は、米国マサチューセッツ州マールボロのRohm and Haas Electronic Materials社（住所455 Forest Street, Marlborough, MA 01752 USA。http://www/rohmhaas.com/。製品群Photoresist、担当部署Circuit Board Technologies、製品種Liquid Photoresist）によって提供されるＥＡＧＬＥ２１００ＥＤを含んでいる。液体フォトレジストは典型的には、金属基材上にパターンを生成するために用いられ、この金属基材はエッチングされるか又は他の金属で選択的にめっきされる。Rohm and Haas Electronic Materials社は、浸漬、噴霧、スクリーン、ローラ又は電着（ＥＤ）によって施され得るポジ調及びネガ調の製品を提供している。Photoposit（商標）レジスト製品ラインは、液体フォトレジスト技術において、露光及び現像を通じた広い工程寛容度、極微細特徴分解能（＜１０ミクロンのライン／スペース）、強靭で硬質のコーティングによって達成される高い工程歩留まり、並びにＥＤ製品による三次元及び／又は電気泳動式コーティングのような能力で世界的に市場をリードしている。ＥＤでは、レジスト８０２としてのフォトレジストは、水浴内に帯電ミセルを含んでいる。金属電気めっきによく似て、部品に電荷を与えて、フォトレジスト・ミセルを吸引し、全ての導電性表面を被覆する。これらのミセルは部品の表面で中性化され、後に融合されて一様な感光性コーティングを形成する。付加的な例示的なレジスト８０２には、米国マサチューセッツ州マールボロのRohm and Haas Companyの系列子会社であるShipley Company, L.L.C.、又は米国ペンシルバニア州ピッツバーグのPPG Industries社（住所PPG World Headquarters, One PPG Place, Pittsburgh, Pennsylvania 15272 USA。http://corporateportal.ppg.com/ppg/)によって提供されるもののようなエポキシ系電気泳動フォトレジストがある。さらに他の例示的なレジスト８０２は、ネガ型ポリイソプレン及び桂皮酸ポリビニルを含む。さらに他の例示的なレジスト８０２には、Ｋｏｄａｋ ＫＭＥＲ、ＫＴＦＲ、ＫＰＲ、Ｋｏｄａｋ７４７、Ｋｏｄａｋ７５２、又はHunt Waycoat ＨＲ−１００（米国ニューヨーク州ロチェスターEastman Kodak Co.。住所343 State Street, Rochester, NY 14650 USA。http://www.kodak.com）のようなフォトレジストがある。ＨＲ−２００タイプのレジストは、噴霧被覆又は浸漬被覆による施工方法と共に用いることができる。正確なレジストが最早出回っていない場合には、類似のレジストを入手してもよい。また、他の場合には相容性のないフォトレジストを用いて、誘電性の「転写マスク」層（Ｗ−レニウムの上に予め堆積されたもの）にパターンを形成することも可能である。次いで、この誘電性マスクを用いて、エッチングされる面積を画定する。この２段アプローチは、アルカリのレジスト剤という要件をなくして、他の入手し易いレジストを用いることを可能にする。

図８は、電気化学式エッチングの前の焦点軌道領域３１２及びパターン形成されたレジスト８０２の上面部分図である。図９は、図８と類似しており、電気化学式エッチングの前の焦点軌道領域３１２及びパターン形成されたレジスト８０２の外形部分図である。図９は、説明の目的で、表面高さ及び位置をミクロンで表わしている。図８では、焦点軌道領域３１２としての例示的な表面は、ＥＡＧＬＥ２１００ＥＤをレジスト８０２とした方法７０２（図７）のようなマスク施工法を介してパターン形成されたレジスト８０２を用いてパターン形成されている。図９は、焦点軌道領域３１２上のレジスト８０２としてのＥＡＧＬＥ２１００ＥＤの形状構造図である。図９の高い領域は、図８に示すレジスト８０２の円形領域に対応しており、不連続的な相対的な高区域４０４をマスクすることにより、焦点軌道領域３１２の焦点軌道表面の高い段丘／峡谷外形に直接的に作用する。離隔部８０４は、ＥＣＭエッチングの後には低区域４０６としての峡谷になる。図９は、比較的高いアスペクト比を含むマスク壁９０２を含むレジスト８０２の例示的な特性を示している。マスク壁９０２としての直立壁は一例では、例えばＥＣＭ法の際に焦点軌道領域３１２のより一貫した表面を生成するためのレジスト８０２としてのマスクの例示的な品質となる。

表面処理のもう一つの例は、焦点軌道領域３１２に対するリソグラフィ・マスキング及び電気化学式金属堆積を介して、パターン４０２の不連続的な相対的な高区域４０４及び低区域４０６として段丘及び峡谷のパターンを付与するものである。リソグラフィ・マスク（図示されていない）を電気化学式金属堆積と結合させた例示的なパターニングは陰極法を含んでおり、この場合には、当業者には認められるように、パターン４０２を生成するように焦点軌道領域３１２としての露出したターゲット表面が構築される。例えば、電解質溶液内の金属イオンが、焦点軌道領域３１２として意図されている露出したターゲット表面で還元されて、パターン４０２として段丘及び峡谷のパターンを生成する。パターン４０２のための例示的な段丘／峡谷表面処理は、リソグラフィ及び電気化学式金属堆積によるパターン・マスキングによる作製を含んでいる。リソグラフィ・マスクと結合した電気化学式金属堆積は、焦点軌道領域３１２における多数の候補ターゲットの並列加工を提供する。一例では、特定のアノード３０６においてパターン４０２の多数の段丘が並列加工される。また、一例では、多数の段丘を含むパターン４０２によって多数のアノード３０６が並列加工される。

図１０を参照して述べると、表面処理のさらにもう一つの例は、溝及び割目のパターンのレーザ・グレージング／溶融／アブレーションを行なって焦点軌道領域３１２にパターン４０２の不連続的な相対的な高区域４０４及び低区域４０６を設けるものである。例えば、パターン４０２は、焦点軌道領域３１２上で溝及び割目の構成を局所的に約１０ミクロンのスケールでレーザ溶融することにより生成される。実験室規模の製造試験及び評価によれば、レーザ処理を介してパターン４０２を設けて作製された標本は、パターン付きでない設計よりも優れた性能を有していることが判明した。

ここで図１１を参照して述べると、小荷物／手荷物検査システム１００が回転式ガントリ１１０２を含んでおり、ガントリ１１０２は、小荷物又は手荷物を通過させることのできる開口１１０４を内部に有している。回転式ガントリ１１０２はＸ線及び／又は高周波電磁エネルギの線源１１０６、並びにシンチレータ・セルで構成されたシンチレータ・アレイを有する検出器アセンブリ１１０８を収容している。また、コンベヤ・システム１１１０が設けられており、コンベヤ・システム１１１０は、構造１１１４によって支持されているコンベヤ・ベルト１１１２を含んで、小荷物又は手荷物１１１６を走査するように開口１１０４に自動的に連続的に通過させる。対象１１１６をコンベヤ・ベルト１１１２によって開口１１０４を通して供給し、次いで撮像データを取得し、コンベヤ・ベルト１１１２で小荷物１１１６を開口１１０４から取り除くことを、制御された連続的な態様で行なう。結果として、郵便物検査官、手荷物作業員、及び他の保安人員が、小荷物１１１６の内容を爆発物、刃物、銃器、密輸品等について非侵襲的に検査することができる。

具現化形態の一例では、Ｘ線アノード３０６の焦点軌道領域３１２が一例では、電気化学式でエッチングされる。Ｘ線１６の発生のために焦点軌道領域３１２に入射する電子ビームに伴う極端な温度上昇に対する焦点軌道領域３１２の熱機械的応力従順性を生ずるために、Ｘ線アノード３０６の焦点軌道領域３１２を電気化学式でテクスチャ加工することを行なう。

また、Ｘ線アノード３０６の焦点軌道領域３１２の複数のパターン特徴４０２を並列に電気化学式で機械加工することを行なう。また、Ｘ線アノード３０６の焦点軌道領域３１２の複数のパターン特徴４０２、及び第二のＸ線アノード３０６の焦点軌道領域３１２の複数のパターン特徴４０２を並列に電気化学式で機械加工することを行なう。

また、不連続的な相対的な高区域４０４及び低区域４０６のパターン４０２を含むように、Ｘ線アノード３０６の焦点軌道領域３１２を電気化学式で機械加工することを行なう。また、Ｘ線アノード３０６の焦点軌道領域３１２のパターン４０２として複数の不連続的な相対的な高区域４０４及び低区域４０６を並列に電気化学式で機械加工することを行なう。また、Ｘ線アノード３０６の焦点軌道領域３１２のパターン４０２として複数の不連続的な相対的な高区域４０４及び低区域４０６を、また第二のＸ線アノード３０６の焦点軌道領域３１２のパターン４０２として複数の不連続的な相対的な高区域４０４及び低区域４０６を、並列に電気化学式で機械加工することを行なう。

また、５０ミクロン〜５００ミクロンの主寸法５０２を含むように大特徴４０４を電気化学式でエッチングすることを行なう。また、３ミクロン〜２０ミクロンの主寸法を含むように小特徴４０６を電気化学式でエッチングすることを行なう。また、Ｘ線アノード３０６の焦点軌道領域３１２に段丘／峡谷パターン４０２を電気化学式でエッチングすることを行なう。

また、水酸化ナトリウム、フッ化水素酸、フッ化水素酸プラス水、過酸化水素、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、水酸化アルカリ類の一つ、及び／又は希塩酸の１又は複数を含んでなる電解質溶液内にＸ線アノード３０６の焦点軌道領域３１２のパターン４０２のレジスト８０２を配置することを行なう。また、Ｘ線アノード３０６の焦点軌道領域３１２に電着ＥＤによってパターン・レジスト８０２を施すことを行なう。

具現化形態の一例では、Ｘ線アノード３０６が、Ｘ線カソード３０８からの電子の入射によってＸ線源１４を形成するために熱的に従順な焦点軌道領域３１２を含んでいる。熱的に従順な焦点軌道領域３１２は、不連続的な相対的な高区域４０４及び低区域４０６のパターン４０２を含んでいる。

不連続的な相対的な高区域４０４は、相対的に広く実質的に平坦な頂部４０４を含む。不連続的な相対的な高区域４０４は、底面３１０からの片持ち梁式の急勾配の支持部４０８を備えた高台４０４として、実質的に平坦な円形及び／又は六角形の頂部４０４を含む。不連続的な相対的な高区域４０４及び低区域４０６のパターン４０２は、段丘／峡谷パターン４０２を含む。不連続的な相対的な高区域４０４は、低区域４０６を画定する比較的急激な移行部４０８によって包囲される。

不連続的な相対的な高区域４０４は５０ミクロン〜５００ミクロンの主寸法５０２を含む。低区域４０６は１０ミクロン〜２０ミクロンの深さを含む。低区域４０６は３ミクロン〜２０ミクロンの幅を含む。

具現化形態の一例では、ＣＴシステム１０が、Ｘ線源１４、検出器１８、及びデータ取得システム（ＤＡＳ）３２を含んでいる。Ｘ線源１４は、撮像対象２２に向けてＸ線ビーム１６を放出する。検出器１８は、Ｘ線源１４によって放出されたＸ線１６を受光する。データ取得システム（ＤＡＳ）３２は、検出器１８に接続されて動作する。Ｘ線源１４は、Ｘ線カソード３０８からの電子の入射によって撮像対象２２に向かうＸ線ビームを形成するために熱的に従順なＸ線アノード焦点軌道領域３１２を含んでいる。熱的に従順なＸ線アノード焦点軌道領域３１２は、不連続的な相対的な高区域４０４及び低区域４０６のパターン４０２を含んでいる。不連続的な相対的な高区域４０４は５０ミクロン〜５００ミクロンの主寸法５０２を含む。低区域４０６は１０ミクロン〜２０ミクロンの深さを含む。低区域４０６は３ミクロン〜２０ミクロンの幅を含む。

低区域４０６は、不連続的な相対的な高区域４０４の間に掘割４０６及び／又は溝４０６を含んでいる。不連続的な相対的な高区域４０４は、掘割４０６及び／又は溝４０６の比較的急激な移行部４０８に直に隣接して位置する。不連続的な相対的な高区域４０４及び低区域４０６のパターン４０２は、段丘／峡谷パターン４０２を含んでいる。

システム１０及び／又は１００の具現化形態は一例では、電子的構成要素、ハードウェア構成要素、化学的構成要素、及び／若しくはコンピュータ・ソフトウェア構成要素の１又は複数のような複数の構成要素を含んでいる。多くのかかる構成要素を、システム１０及び／又は１００の具現化形態として結合し又は分割することができる。システム１０及び／又は１００の具現化形態の例示的な構成要素は、当業者には認められるように、多くのプログラミング言語の任意のもので書かれ又は具現化された一組及び／又は一連のコンピュータ命令を利用し且つ／又は含んでいる。システム１０及び／又は１００の具現化形態は一例では、任意（例えば水平、斜め又は垂直）の配向を含んでおり、本書の記載及び図面では、説明の目的で、システム１０及び／又は１００の具現化形態の例示的な配向を示している。

本書に記載したステップ又は動作は例である。本発明の真意から逸脱することなく、これらのステップ又は動作に変形を施してもよい。例えば、各ステップを異なる順序で実行してもよいし、ステップを加えたり、削除したり、変更したりしてもよい。

好適実施形態について本発明を説明したが、明示的に述べた以外の均等構成、代替構成及び改変が可能であり、特許請求の範囲内に含まれることが認められよう。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

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。 図１のシステム用のもののような例示的なＸ線源の部分切断模式図である。 電気化学式エッチングによって形成されるＸ線源の焦点軌道領域のパターンの拡大部分遠近図である。 図４の焦点軌道領域の上面部分図である。 図４の焦点軌道領域の外形図である。 図４の焦点軌道領域の電気化学式エッチングの例示的な方法の図である。 電気化学式エッチングの前の図４の焦点軌道領域及びレジスト上のエッチング・マスクの上面部分図である。 図８に類似した図であって、電気化学式エッチングの前の焦点軌道領域及びレジスト上のエッチング・マスクの外形部分図である。 レーザ・アブレーションによって形成されるＸ線源の焦点軌道領域のパターンの拡大部分遠近図である。 非侵襲型小荷物検査システムと共に用いられるＣＴシステムの見取り図である。

符号の説明

１０ 計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１６ Ｘ線ビーム
１８ 検出器アレイ
２０ 複数の検出器
２２ 患者
２４ 回転中心
２６ 制御機構
２８ Ｘ線制御器
３０ ガントリ・モータ制御器
３２ データ取得システム（ＤＡＳ）
３４ 画像再構成器
３６ コンピュータ
３８ 大容量記憶装置
４０ コンソールを介した操作者
４２ 陰極線管表示器
４４ テーブル・モータ制御器
４６ 電動テーブル
４８ ガントリ開口
３０２ ケーシング
３０４ フレーム
３０６ アノード
３０８ カソード
３１０ 面
３１２ 焦点軌道領域
４０２ パターン
４０４ 不連続的な相対的な高区域
４０８ 比較的急激な移行部
４０６ 低区域
５０２ 例示的な主寸法及び／又は径
８０２ レジスト
７０２ 例示的な方法
７０４ ステップ
７０６ ステップ
７０８ ステップ
７１０ ステップ
７１２ ステップ
７１４ ステップ
７１６ ステップ
８０４ 離隔部
９０２ マスク壁

Claims (10)

1. Ｘ線アノード（３０６）の焦点軌道領域（３１２）を電気化学式でエッチングするステップを備えた方法。
2. 前記Ｘ線アノード（３０６）の前記焦点軌道領域（３１２）を電気化学式でエッチングする前記ステップは、
   Ｘ線（１６）の生成のために前記焦点軌道領域（３１２）に入射する電子ビームに伴う極端な温度上昇に対する前記焦点軌道領域（３１２）の熱機械的応力従順性を生ずるために、前記Ｘ線アノード（３０６）の前記焦点軌道領域（３１２）を電気化学式でテクスチャ加工するステップ
   を含んでいる、請求項１に記載の方法。
3. 前記Ｘ線アノード（３０６）の前記焦点軌道領域（３１２）を電気化学式でエッチングする前記ステップは、
   前記Ｘ線アノード（３０６）の前記焦点軌道領域（３１２）の複数のパターン特徴（４０２）を並列に電気化学式で機械加工するステップ
   を含んでいる、請求項１に記載の方法。
4. 前記Ｘ線アノード（３０６）の前記焦点軌道領域（３１２）の複数のパターン特徴（４０２）、及び
   第二のＸ線アノード（３０６）の焦点軌道領域（３１２）の複数のパターン特徴（４０２）
   を並列に電気化学式で機械加工するステップをさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
5. 前記Ｘ線アノード（３０６）の前記焦点軌道領域（３１２）を電気化学式でエッチングする前記ステップは、
   ５０ミクロン〜５００ミクロンの主寸法（５０２）を含むように大特徴（４０４）を電気化学式でエッチングするステップと、
   ３ミクロン〜２０ミクロンの主寸法を含むように小特徴（４０６）を電気化学式でエッチングするステップと、
   を含んでいる、請求項１に記載の方法。
6. 前記Ｘ線アノード（３０６）の前記焦点軌道領域（３１２）を電気化学式でエッチングする前記ステップは、
   前記Ｘ線アノード（３０６）の前記焦点軌道領域（３１２）に段丘／峡谷パターン（４０２）を電気化学式でエッチングするステップ
   を含んでいる、請求項１に記載の方法。
7. 水酸化ナトリウム、フッ化水素酸、フッ化水素酸プラス水、過酸化水素、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、水酸化アルカリ類の一つ、及び／又は希塩酸の１又は複数を含んでなる電解質溶液内に前記Ｘ線アノード（３０６）の前記焦点軌道領域（３１２）のパターン（４０２）のレジスト（８０２）を配置するステップをさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
8. 前記Ｘ線アノード（３０６）の前記焦点軌道領域（３１２）に電着（ＥＤ）によりパターン・レジスト（８０２）を施すステップをさらに含んでいる請求項７に記載の方法。
9. Ｘ線カソード（３０８）からの電子の入射によりＸ線源（１４）を形成するために熱的に従順な焦点軌道領域（３１２）を備えたＸ線アノード（３０６）であって、前記熱的に従順な焦点軌道領域（３１２）は、不連続的な相対的な高区域（４０４）及び低区域（４０６）のパターンを含んでいる、Ｘ線アノード（３０６）。
10. 前記不連続的な相対的な高区域（４０４）は５０ミクロン〜５００ミクロンの主寸法（５０２）を含んでおり、前記低区域（４０６）は１０ミクロン〜２０ミクロンの深さを含んでおり、前記低区域（４０６）は３ミクロン〜２０ミクロンの幅を含んでいる、請求項９に記載のＸ線アノード（３０６）。