JP2007531204A - Ｃｔ撮像用の円柱状のｘ線管 - Google Patents

Abstract

ＣＴ撮像システムは、Ｘ線コーンビームを検査領域（１４）に挿入するＸ線管（１２、２１２）を含む。このＸ線管（１２、２１２）は、ターゲットの外部表面領域を持つ回転する円柱状陽極（３０、２３０、３３０、４３０）を含む。この円柱状陽極（３０、２３０、３３０、４３０）は長軸方向に並べられた円柱軸（３２）の周りを回転する。電子は、この円柱状陽極（３０、２３０、３３０、４３０）の前記ターゲットの外部表面領域上にある選択した焦点に向かい加速される。電子又は電磁気デフレクタは、前記円柱状検査領域の前記ターゲットの外部表面領域にわたって前記選択した焦点を前後に掃引する。前記撮像システムはさらに、円柱軸に平行な回転軸の周りにある検査領域の周りをＸ線管に回転させる回転ガントリ（２２）及び前記Ｘ線が前記検査領域（１４）を通過した後のＸ線を検出するように構成されるＸ線検出器を有する。

Description

以下のことは、放射線発生技術に関する。これはＸ線ＣＴ撮像に特定の利用があることが分かり、特にそれらを参照することで説明される。しかしながら、Ｘ線管又は他の放射線源を用いる他の技術における利用も分かっている。

透過型ＣＴにおいて、回転ガントリ上に搭載されるＸ線管は、この回転ガントリにより境界が定められた検査領域にＸ線ビームを注入している。この検査領域を通過し、そこに配された撮像する被験者で一部が吸収された後、吸収により減衰したＸ線ビームは、Ｘ線検出器アレイにより測定される。この回転ガントリは、約１８０°又はそれ以上に角度的に及ぶ撮像する被験者の角度ビューを取得するために回転する。ヘリカル走査時、被験者が長軸方向に移動する又は往復運動するにつれて、回転ガントリは常に回転している。画像復元プロセッサは、フィルタ補正逆投影又は他の復元技術を用いて、通例は２から２０ｃｍである長軸方向の往復運動により定められるスラブの取得したＸ線測定に基づいて復元されるボリューム画像を製造する。

Ｘ線管の特性は、ＣＴ撮像スキャナの性能を様々なやり方で制限することができる。ガントリの回転速度は、Ｘ線の強度により制限される。この回転は、各角度ビューの間隔にわたり、時間積分された信号強度を供給するのに十分な遅さにすべきである。故に、高いＸ線出力の強度は、ガントリの回転速度をより速く、並びに改善された空間及び時間分解能にすることができる。

Ｘ線管により発生するＸ線の強度は通例、熱により制限される。加速した電子が陽極の表面に当たるスポットにおいてピーク温度に達する。Ｘ線管の陽極は通例ディスク形状であり、この陽極のディスクの外部直径の近くにあるターゲットトラックにわたって熱を分布するように回転する。陽極の熱特性は、Ｘ線を発生するスポット（陽極が回転するのでターゲットトラックの周りを移動するスポット）でのピーク温度、及び陽極に熱が散逸することにより全体として上昇するこの陽極の温度に対応するベース温度に関して適切に定量化される。陽極の回転及び他の熱設計技術は、陽極の熱の何らかの制御を供給するが、しかしながら、依然として陽極の熱は一般的にＸ線の出力強度を抑えてしまう。

コーンビームのＣＴにおいて、コーン角も一般的にＸ線管により制限される。Ｘ線を発生するスポットがそれに沿って進むターゲットトラックは、傾斜しているか、又はそうでなければ、入射する電子ビームに対し浅い陽極のターゲット角で配される。この陽極のターゲット角は現在のＸ線管では約７から１０°である。これよりも浅い角度は、ヒール効果のせいで実用的ではない。次に、ターゲット角の制限は最大のコーン角に制限を課す。このコーン角の制限は特に、より大きなコーン角がより大きな有効範囲及びより速いボリューム撮像を可能にするコーンビームＣＴスキャナにおいて問題である。

分解能の均一性もＸ線管により制限される。前記ヒール効果は陽極のターゲット角を約７°から１０°に制限し、次いで前記ディスク状の陽極に、伸張した電子ビームのフットプリント(footprint)による、殆ど分解能の異方性を導入する。

本発明は、上述した制限及びその他を克服する改良した装置及び方法を考慮する。

ある態様によれば、ＣＴ撮像システムはＸ線コーンビームを検査領域に注入するＸ線管を含む。このＸ線管は、ターゲットの外部表面領域を持つ回転する円柱状陽極を含む。この円柱状陽極は、長軸方向に位置合わせされた円柱軸を中心に回転する。電子加速手段は、前記円柱状陽極の前記ターゲットの外部表面領域上にある少なくとも１つの選択したスポットに向けて電子を加速させる。掃引手段は、円柱状陽極の前記ターゲットの外部表面領域にわたって少なくとも１つの選択したスポットを相対的に長軸方向に掃引する。撮像システムはさらに、Ｘ線管を検査領域の周りに回転させる回転手段と、前記Ｘ線が検査領域を通過した後のＸ線を検出するように構成されるＸ線検出器とを含む。

他の態様によれば、ＣＴ撮像方法が提供されている。Ｘ線管は検査領域を中心に回転する。このＸ線管はＸ線ビームを検査領域に注入するように操作される。このＸ線管の操作は、ターゲットの外部表面領域を持つ円柱状陽極を円柱軸を中心に回転させ、前記円柱状陽極の前記ターゲットの外部表面領域上にある少なくとも１つの選択したスポットに向かけて電子を加速させ、前記円柱軸に略平行なビーム軌道に沿って前記円柱状陽極の前記ターゲットの外部表面領域にわたって前記少なくと１つの選択したスポットを相対的に掃引することを含んでいる。Ｘ線は当該Ｘ線が検査領域を通過した後に検出される。

１つの利点は、ヒール効果による制限の無いより大きなコーン角を提供することにある。

他の利点は、改善した画像分解能の均一性を提供することにある。

さらに他の利点は、円柱状陽極にわたって熱を分布させることによりＸ線管の改善した熱特性にある。

さらに他の利点は、被験者支持している診察台を移動させるのではなく、Ｘ線ビームを掃引することにより軸方向の走査成分を得ることにある。

様々な追加の利点及び恩恵は、好ましい実施例からなる以下の詳細な説明を読む際に、当業者には明らかとなるであろう。

本発明は、様々な構成要素及びこれら構成要素の配列、並びに様々な処理オペレーション及びこれらオペレーションの配列の形をとってもよい。これら図面は好ましい実施例を説明することだけを目的としていて、本発明を制限すると考察されるものではない。

図１を参照すると、ＣＴ撮像システムは、Ｘ線コーンビームを検査領域１４に注入するＸ線管１２を持つＣＴ撮像スキャナ１０を含んでいる。この検査領域１４に配される撮像する被写体は、Ｘ線強度の一部を吸収し、吸収により減衰したＸ線は、この検査領域１４を通過した後、Ｘ線検出器１６により検出される。好ましくは、このＸ線検出器１６は、検出器においてＸ線コーンビームの断面領域に殆どわたっている検出器要素からなる二次元グリッド又はアレイを含んでいる。

被験者用診察台又は他の被験者用支持部２０は、図１に示されるようにｚ軸方向に線形移動が可能である。この被験者用支持部２０は、検査領域１４において前記被験者を随意に線形移動させるように線形移動が可能である。回転ガントリ２２が回転し、Ｘ線管１２及びＸ線検出器１６はこの検査領域１４の周りを回る。Ｘ線管１２は、ｚ軸に対応する又は平行である回転軸の周りを回る。これらＸ線管１２及びＸ線検出器１６は、Ｘ線管１２により発生したＸ線を検出するために検出器１６が適切な位置に留まることを保証するために、前記回転ガントリ２２上において向かい合って配される。検出器１６が回転ガントリ２２に搭載されると図１に示されたとしても、静止ガントリ２４上に配置された静止検出器のバンドを用いることも考慮される。

図１を引き続き参照すると共に、さらに図２も参照すると、Ｘ線管１２は、図１のｚ軸に好ましくは平行である長軸方向の円柱軸３２を規定する円柱状陽極３０を含むので、この円柱軸３２は回転ガントリ２２の回転軸に平行である。この円柱状陽極３０は、湾曲した回転矢印３４により示されるように、円柱軸３２の周りを回る。円柱状陽極３０は、駆動シャフト４０及びエンドシャフト４２により真空フレーム３６（破線で示す）内に回転可能であるように固定され、次にこれらシャフトはこの真空フレーム３６に固定される無給油(oil-free)ベアリングアセンブリ４４、４６により支持されている。駆動シャフト４０に配されるモーター回転子の巻き線５０は、真空フレーム３６の外側に置かれる（断面部分により示される）静止するモーターの固定子の巻き線５２と協働し、円柱状陽極３０を回転させる。

陰極カップ５６内に置かれる電子源５４、例えば加熱されたフィラメント又はフィルムが電子を発生させる。陰極カップ５６は、円柱状陽極３０のターゲットの外部表面領域上の選択した焦点(focal point)５８に向けて前記発生した電子を加速及び焦点合わせするために、前記円柱状陽極３０を基準として形成され、電気的にバイアスが掛けられる。加速した電子は焦点合わせされ、電子ビーム６０を規定する。バイアスが掛けられた電極６４、６８を含む電子デフレクタは、太い矢印７０で示される長軸方向の掃引軌道に沿って選択したスポット５８を掃引するように、電子ビーム６０を静電又は電磁偏向させる。前記掃引７０の端において、細い矢印７２で示される速い帰線は、掃引サイクルを終了するために、前記掃引軌道７０の初期ポイントに選択したスポット５８を戻す。一方、選択したスポット５８が往復運動方式で逆方向に掃引されることもできる。

図１及び図２を引き続き参照すると共に、さらに図３も参照すると、選択したスポット５８における円柱状陽極３０のターゲットの外部表面領域と電子ビーム６０との相互作用がこの選択したスポット５８から発するＸ線コーンビーム７６を発生させる。このコーンビーム７６は、選択したスポット５８の形状及びＸ線が放射される真空フレーム３６内に形成されるウィンドウスロット７８（図２参照）により規定されるファン角(fan angle)αで、ファン方向に発散する。このウィンドウスロット７８は、前記掃引７０を収容するのに十分な長さである長軸方向の掃引軌道７０に沿った長さを持つ。ファン角αは、Ｘ線源１２から離れているソース距離Ｓにおいて、コーンビームが半径Ｒ_ｆｏｖを持つ球状の視界８０に及ぶように、ウィンドウスロット７８の横幅により選択される。特に、Ｒ_ｆｏｖ＝Ｓｓｉｎ（α）である（図３は図であり、好ましい縮尺で描かれてはいないことに注意されたい。円柱状陽極３０の半径Ｒａは好ましくは前記ソース距離Ｓよりもかなり小さい）。視界８０は好ましくは検査領域１４に配置され、撮像する被験者の撮像する関心領域を取り囲んでいる。

図１から図３を引き続き参照すると共に、さらに図４も参照してみると、選択したスポット５８は、円柱軸３２の方向に沿って測定される長さＬ及び回転方向３４に沿って測定される幅Ｗの大きさを持つ。好ましい実施例において、電子ビーム６０は、掃引の中心において、前記円柱状陽極３０と前記陽極の表面にほぼ垂直に当たる、すなわち前記ビームが図３に示されるように、掃引軌道７０の中間辺りにある場合、前記陽極の表面に対し約９０°の角度で当たる。電子ビーム６０が円柱状陽極３０に垂直に衝突することは、選択したスポット５８の短い長さＬを供給し、これが大きいコーン角及び長いビーム掃引軌道７０をサポートする。対照的に、現在のディスク状陽極は通例、約１５°より小さい陽極角(anode angle)を持ち、これはヒール効果によりコーン角度を殆ど制限してしまう。有利となる大きいコーン角を供給するのに加え、円柱状陽極３０は、この陽極の表面上に殆ど垂直な電子ビームの衝突角度により、改善した分解能の一様性を提供する。対照的に、ディスク状陽極に用いられる浅い陽極角は、実質的に異方性である分解能の一様性となる陽極の表面に細長いスポットを供給する。

コーンビーム７６のファン角αは、撮像する被験者に向かう方向を基準とする電子ビーム６０の角度βの関係がある、特にβ＞αである（β＝０°の場合、電子ビーム６０は陽極に前記ソース距離Ｓの方向に垂直に当たる）。これにより、大きな電子ビーム角βは大きなファン角αをサポートする。しかしながら、これは、電子ビーム角βが増加するに連れて、瞬時電力が減少することにより影響される。電子ビーム角βは好ましくは、出力電力を最大にするために、ファン角αよりも約３°から４°大きくなるように選択される。例示的にソース距離Ｓ＝５７．５ｃｍ及び視界Ｒ_ｆｏｖ＝２５ｃｍに対し、ファン角αは約２６°にすべきであり、電子ビーム角βは好ましくは約２９°から３０°である。Ｒ_ｆｏｖが１２．５ｃｍに減少する場合、ファン角αは約１３°にすべきであり、電子ビーム角βは好ましくは約１６°から１７°である。

改善した分解能の一様性を提供する減少したスポットの長さＬは、Ｘ線の電力を犠牲にしてなる。最大のＸ線の瞬時出力電力Ｐは、

によりＸ線管１２のパラメタに関係する。ここでΔＴは、選択したスポット５８におけるピーク温度Ｔ_ｐｅａｋと円柱状陽極３０のベースの背景温度Ｔ_ｂａｓｅとの間の温度差であり、ωは円柱状陽極の回転３４の回転速度である。スポットの長さＬの減少による電力の減少は、幾つかのやり方で少なくとも部分的に補償されることができる。この温度差ΔＴは、ビーム掃引の軌道７０に沿って熱を分布させることに起因する円柱状陽極３０のベース温度Ｔ_ｂａｓｅの減少により増大する。電子ビーム角βは好ましくは、与えられるファン角αが電力を最大にするように最小化される。円柱状陽極３０の回転速度ωは、ウォッブルを減少させる円柱状陽極３０の改善された陽極のバランス及び低い重さ分布のおかげでディスク状陽極に比べ増大することもできる。

前記ビーム掃引の軌道７０に沿って熱を分布させることにより、円柱の半径Ｒａは、従来のディスク状陽極の直径に比べ、減少することができる。この円柱の半径Ｒａを減少させることは、ターゲット速度を増大させる。Ｒａ・ωにより与えられる数１のターゲット速度が陽極の半径Ｒａに比例していても、この半径Ｒａの減少が円柱状陽極の慣性の量も減少させ、これはｍＲａ^２に比例する（ここでｍは陽極の質量である）。固体の円柱状陽極に対しては、質量ｍは、πＲａ^２により与えられる陽極のボリュームに比例する（ここでｈは円柱の高さである）。故に、円柱状陽極３０の慣性の量はＲａ^４に比例し、半径Ｒａの減少によるターゲット速度の減少は、半径Ｒａの減少に伴い慣性の量を大幅に減少させるので、回転速度ωが大きく増大させることにより克服されることができる。

図１から図４を引き続き参照すると共に、図５も参照すると、回転する円柱状ヘリカルスロットコリメータ９０は、コーン角方向のコーンビーム７６に視準(collimation)を提供する。コリメータ９０は一般的に円柱であると共に一般的に中空であり、Ｘ線管１２の真空フレーム３６を包囲する。この円柱状コリメータ９０の円柱形状は、円柱状陽極３０の円柱軸３２に平行であるコリメータ円柱軸９１を持ち、回転速度ω_ｃｏｌｌで円柱軸３２の周りを回る。好ましくは、このコリメータ円柱軸９１は、Ｘ線を発生するスポットをコリメータ９０に位置合わせする便利さ及び精度に対し図５に示されるように、スポットの軌道ｖ_ｓｐｏｔに対応する。しかしながら、コリメータ円柱軸９１は、空間的制約又は機械的考察に対応するために、スポットの軌道ｖ_ｓｐｏｔから任意に外れる。

前記掃引７０に対応するために、回転するヘリカルスロットコリメータ９０は、図５に示されるように、ピッチＰ_ｃｏｌｌのヘリカルスロット９２を持つ。回転速度ω_ｃｏｌｌは、ヘリカル掃引の軌道７０にわたってヘリカルスロット９０の常にシフトしている部分が速度Ｐ_ｃｏｌｌ・ω_ｃｏｌｌで動くように選択され、ここでコリメータスロットのピッチＰ_ｃｏｌｌ及びコリメータ回転速度ω_ｃｏｌｌは、Ｘ線が発生するスポット５８の掃引速度ｖ_ｓｐｏｔに一致するように選択される。すなわちｖ_ｓｐｏｔ＝Ｐ_ｃｏｌｌ・ω_ｃｏｌｌであり、ここでω_ｃｏｌｌは、単位時間当たりの回転数の単位で測定される。コリメータ９０の回転速度ω_ｃｏｌｌは、円柱状陽極３０の回転速度ωとは無関係であり、一般的に異なっていることは明らかである。その上、前記陽極及びコリメータの回転は、ヘリカルスロット９２の左右像(handedness)に依存して、同一方向又は反対方向にすることができる。

図５を引き続き参照すると共に、図６も参照してみると、ヘリカルスロット９２の幅及びコリメータ９０の半径は、選択したコーン角γを供給するように選択される。ヘリカルスロット９２は、視準を供給するために、コーンビーム７６の放射方向に適切な深さを持つべきである。図６を参照して説明される好ましい実施例において、コリメータ９０は、そこで境界が定められるヘリカルスロット９２の外側エッジを持つ外側の円柱シェル１００、及びそこで境界が定められるヘリカルスロット９２の内側エッジを持つ内側の円柱シェル１０２を含んでいる。これら外側及び内側の円柱シェル１００、１０２は、ヘリカルスロット９２の境界を定めるように位置合わせされる前記シェル１００、１０２の外側及び内側のへリックスエッジ(helix edge)を用いて、スペーサ要素１０４により離間した配列で一緒に固定される。

他の実施例において、スペーサ要素１０４は、前記スロット９２のピッチに等しいピッチを持つ単一の連続するヘリカルスペーサ要素に置き換えられることができる。このようなヘリカルスペーサ要素の場合、円柱シェル１００、１０２は、このヘリカルスペーサ要素内に通される又はねじ込まれることができる。さらに他の実施例において、スペーサ要素１０４は、Ｘ線に対し実質的に透過である材料から作られる厚さｄ_ｃｏｌｌの固体の円柱シェルに置き換えられる。例えば、硬質発泡の円柱支持シェルが用いられてもよい。その上、これら２つの円柱シェル１００、１０２は、コーンビーム７６の放射方向に選択した視準深度ｄ_ｃｏｌｌを設ける略環状の厚さを持つ、そこに形成されるヘリカルスロットを備える単一部品の中空な円柱シェルと置き換えられる。

有利なことに、回転する円柱ヘリカルスロットコリメータ９０は、軸方向に離間した複数のＸ線ビームの同時の視準に対応することができる。図５に示されるように、第２のＸ線コーンビーム７６’は、前記コーンビーム７６から前記ヘリカルスロット９２のピッチＰ_ｃｏｌｌだけ軸方向に離間される。第２のコーンビーム７６’の発生は、フィラメント／カップ５４、５６により生成される焦点５８から、およそ前記ピッチＰ_ｃｏｌｌだけ軸方向に離間した円柱状陽極３０のターゲットの外部表面領域上にある第２の選択した焦点に向けて、第２のフィラメントにより生成される電子を加速及び焦点合わせするフィラメント５４及び陰極カップ（図２参照）に対応する第２のフィラメント及び陰極カップ（図示せず）によりもたらされる。

同様に、コリメータスロットのピッチＰ_ｃａｌｌだけ離間した３つ以上のコーンビームは、適切な対応するフィラメント／陰極カップ発生要素を含むことにより対応することができる。そうして対応したＸビームの数は、幾何学的制約、例えば陽極３０の軸の範囲、ピッチＰ_ｃｏｌｌ及びＸ線検出器１６におけるビームの軸拡散により制限される。後者の制約は、ビームのコーン角γ及び放射源と検出器との距離に幾何学上は関連している。複数のビームの軸掃引は、静電ビームデフレクタの電極６４、６８（図２参照）を用いて達成されることができる。代わりに、分離した専用のビームデフレクタが、前記掃引を協働させるために一時的に同期がとられた複数のビームデフレクタと共に各Ｘ線ビームに供給されることができる。

外側及び内側の円柱シェル１００、１０２は、選択したコリメータの半径と共に、複数のＸ線を発生するスポットからのＸ線が一巻きのヘリカルスロット９２により各々視準されることを補償するコリメーション深度ｄ_ｃｏｌｌを供給するので、例えば、コーンビーム７６を視準するヘリカルスロット９２の一部がコーンビーム７６’に対応するＸ線を発生するスポットにより発生したＸ線を通過させることも許可しない。その上、固定した軸方向に制限があるコリメータ１０６は好ましくは、それらがＸ線検出器１６の軸のエッジに達するように、掃引するＸ線ビーム７６、７６’の比較的シャープであり、固定されるカットオフ（図５に破線により図示）を供給する。

図１に戻って参照してみると、（図２から図６を参照して既に述べたような円柱状陽極３０、掃引するＸ線スポット５８、円柱コリメータ９０等を含む）Ｘ線源１２により取得した投影データは、取得データメモリ１１０に記憶される。実質的に固定されたＸ線ビームの焦点を用いる従来のＣＴにおいて（任意の焦点のウォッブル又はこの焦点の他の些細な(de-minimus)移動を無視する）、これら投影の空間配向は、Ｘ線源１２の位置及びこの投影を得るのに用いられるＸ線検出器１６のアレイ要素に基づいて完全に規定される。しかしながら、Ｘ線ＣＴスキャナ１０において、投影配向は、前記掃引の軌道７０に沿う焦点５８の位置にも依存している。

陽極掃引訂正プロセッサ１１２は、ビーム掃引制御器１１４から掃引位置信号を入力し、Ｘ線ビームの軸位置を考慮して取得した投影の適切な長軸方向の位置及び軸の角度配向の調整を行う。訂正された投影データは、三次元のフィルタ訂正逆投影又は他の適切な復元アルゴリズムを利用することにより、画像の復元を行う復元プロセッサ１２０に入力される。結果生じる復元画像は、画像メモリ１２２に記憶され、ビデオプロセッサ１２４により処理され、そして放射線専門医又は他の操作員に、例えば１枚のスライス、複数のスライス、三次元レンダリング又は他の適切な人が見られる表現として、ユーザインタフェース１２６のビデオモニタに表示される。この復元画像は、グラフィカルプリンタによる印刷、データベースに記憶、ＬＡＮ又はインターネットを介して送信、又はそうでなければ処理されたりすることもできる。

好ましくは、ユーザインタフェース１２６は、放射線専門医又は他の操作員がＣＴスキャナ１０を制御するために、ＣＴ制御器１３０と通信することも可能にする。被験者支持部２０上に置かれた撮像する被験者に対するコーンビームの軸の移動は、以下の３つの手法、
（ｉ）ビーム掃引７０は、被験者支持部２０（及び故に撮像する被験者）が静止している間、コーンビームを掃引するのに用いられる、
（ｉｉ）ビーム掃引７０と被験者支持部２０による撮像する被験者の線形移動とを組み合わせることが用いられる、又は
（ｉｉｉ）被験者支持部２０は、円柱状陽極にわたってビーム掃引７０がオフにされている間、被験者を軸方向に線形移動させることができる
ことにより達成されることができる。

手法（ｉ）において、長軸方向の走査は、単に選択したスポット５８の掃引により達成される。故に、このビーム掃引の軌道７０は、撮像ボリュームにわたるべきである。心臓の撮像において、例えば約１２ｃｍの長軸方向の走査が一般的に所望され、それでビーム掃引の軌道７０は少なくとも１２ｃｍにわたるべきである。その上、長軸方向のビーム掃引は、撮像ボリュームにおける各ボクセルに対し十分な角度範囲を保証するために、ガントリ２２の角回転と連係するべきである。好ましくは、同期回路１３２は、回転するガントリの角度位置を入力として入力し、Ｘ線源１２の回転と、データ取得時の長軸方向の走査とを連係させるために、同期信号をビーム掃引制御部１１４に出力する。

手法（ｉｉ）において、長軸方向の走査は、長軸方向のビーム掃引と被験者支持部２０の長軸方向の移動とを組み合わせることにより達成される。この場合、ビーム掃引の軌道７０は、撮像ボリュームの長軸方向の長さよりも短くすることができる。ある考えられる変形例において、前記掃引の軌道７０は比較的小さく、ビーム掃引速度ｖ_ｓｐｏｔは被験者支持部２０の長軸方向の移動よりもかなり速く、ビーム掃引は長軸方向のデータ取得範囲を提供することを頼るのではなく、むしろ円柱状陽極３０にわたって熱の分布を提供することだけに頼っている。この変形例において、同期回路１３２は、ビーム掃引をガントリの回転と同期させない。他の考えられる変形例において、ビーム掃引の軌道７０は、走査の長軸方向の成分に寄与し、同期回路１３２により、データ取得における選択した角度範囲特性を提供するために、ガントリの回転と連係する。Heuscherにより２００２年１０月２５日に出願された米国特許シリアル番号10/280,734号は、手法（ｉ）及び（ｉｉ）を用いて最適な時間及び／又は空間分解能を得るための適切な長軸方向の掃引／ガントリ回転の同期方法を説明している。他の変形例において、ビーム掃引及び支持部の移動は、ビームが被験者に対し静止している一方、熱を依然として陽極にわたり分布していることが同じである。

ビーム掃引７０がオフにされる第３の手法（ｉｉｉ）は、Ｘ線検出器に対しＸ線源の固定の軸位置を持つ従来のＣＴシステムを操作する。手法（ｉｉｉ）において、陽極掃引訂正プロセッサ１１２は不要である。しかしながら、掃引せずにＸ線が発生するスポット５８が円柱状陽極３０の周りにある素早い循環の環状パスに従うので、実質的な熱の欠点が手法（ｉｉｉ）で生じる。円柱状陽極３０の表面の大部分は使われてなく、それで熱は円柱状陽極にわたって分布されない。

図７及び図８を参照してみると、Ｘ線管１２を適当に置き換えた変更したＸ線管２１２は、長軸方向に往復運動する回転する円柱状陽極２３０を持つ。図７及び図８は、前後に動く往復運動の反対側の限界に円柱状陽極２３０を備えるＸ線管２１２を示す。この円柱状陽極２３０はさらに、湾曲した回転矢印２３４により示されるように、陽極の回転速度ωで円柱軸３２を中心に回転する。往復運動している円柱状陽極２３０は、駆動シャフト２４０及びエンドシャフト２４２により真空フレーム２３６（破線で示す）内に回転可能であるように固定され、次にこれらシャフトは、真空フレーム２３６に固定されている軸受アセンブリ２４４、２４６、例えば磁気軸受により支持されている。シャフト２４０、２４２は、長軸方向の陽極の往復運動に対処するために、Ｘ線管１２の対応するシャフト４０、４２よりも長い。その上、前記軸受アセンブリ２４４、２４６は、シャフトの回転と同じく、摺動(slide)する長軸方向のシャフトの動きに対応するように選択されなければならない。駆動シャフト２４０上に置かれるモーター回転子の巻き線２５０は、真空フレーム２３６の外側に置かれた静止するモーター固定子の巻き線２５２（断面で示す）と協働し、円柱状陽極２３０の回転を生じさせる。

（運転中のＸ線管１２のフィラメント５４及びカップ５６に類似している）フィラメント２５４及び陰極カップ２５６は、Ｘ線を発生するスポットを規定するために円柱状陽極２３０に当てる電子ビーム２６０を発生させる。Ｘ線管１２とは異なり、陽極２３０にわたって長軸方向に電子ビームを掃引するためのビームデフレクタは存在しない。さらに焦点をシフトすることなく、陽極にわたって熱の分布を提供するために、陽極２３０は電子ビーム２６０に対し往復運動を行う。この陽極２３０の往復運動は、真空フレーム２３６の外側に置かれる１つ以上のソレノイド巻き線２７０を使用して適切にもたらされ、この真空フレームは、モーター回転子の巻き線２５０及び／又は駆動シャフト２４０と相互作用する磁場を生成し、駆動シャフト２４０、並びに取り付けられた円柱状陽極２３０及びエンドシャフト２４２の長軸方向の動きを生じさせる。モーター固定子の巻き線２５２及びソレノイド巻き線２７０の両方は、陽極の往復運動の距離に略対応する長軸方向の距離にわたり延在することに注意されたい。言い換えると、モーター回転子の巻き線２５０は往復運動中ずっと、モーター固定子の巻き線の内部にある。Ｘ線管２１２は掃引する焦点を持たない。そのため円柱状コリメータは存在しない。むしろ、Ｘ線放射ウィンドウ２７８が真空フレーム２３６に形成され、ファン角及びコーン角方向の両方に視準を供給する。代わりに又はそれに加えて、外面のピンホール、スレート(slat)又は他のコリメータが視準を供給するために真空フレーム２３６の外側に配されることができる。

円柱状陽極２３０の前後への往復運動は、陽極表面にわたって熱の分布を供給する。この動きは、ヘリカル走査の如何なる長軸方向の動きとは無関係であり、一様な熱分布を供給するために好ましくは最適化される。

図９を参照すると、ある適当な陽極の往復運動の軌道２９０が時間に対する陽極位置のプロットとして示される。最大の陽極位置２９２は図７に示される形態に対応しているのに対し、最小の陽極位置２９４は図８に示される形態に対応している。軌道２９０は、低い周波数ｆ_２における高い振幅の第２の振動に高い周波数ｆ_１における低い振幅の第１の振動を重ね合わせたものである。この軌道２９０は、陽極を長軸方向に交差する低い振幅ｆ１の振動各々の端部（すなわち、速度が零を交差する部分）においてホットスポットを分布する。陽極の回転速度ω及び長軸方向の振動周波数ｆ_１、ｆ_２は好ましくは、陽極２３０の円周の周りに前記ホットスポットを分布させるように選択される。（例えば、ωがｆ_１の振幅である場合、このとき連続するホットスポットは、陽極２３０の同じ回転角の周りに生じ、これは陽極２３０の一方の側に熱を集中させてしまう不利がある。）軌道２９０は単に一例であり、当業者は特定の陽極の回転速度、陽極軸の往復運動の速さ、及び陽極の熱特性に対し適切な軌道を容易に計算することができる。

１つのフィラメント２５４及び陰極カップ２５６が図７及び図８に単に示されたとしても、複数のフィラメント２５４／カップ２５６のソースが対応する複数の軸方向に離間したＸ線を発生するスポットを生成するために、円柱状陽極２３０に沿った軸方向に離間する方式で配されることは明らかである。このようにして、Ｘ線ビームから軸方向に離間した複数の固定位置が円柱状陽極２３０により生成されることができる。陽極の長さ及び陽極の長軸方向の往復運動の軸の程度は好ましくは、Ｘ線を発生するスポットが長軸方向の往復運動サイクル中ずっと円柱状陽極にあることを保証するように選択される。

回転ガントリ２２上にある陽極２３０の軸の往復運動を機械的に平衡にさせるために、１つ以上の往復運動するカウンターウェイト(counterweight)（図示せず）が任意に設けられる。ある考慮される平衡形態において、２つの往復運動するカウンターウェイトがＸ線管２１２の対向する側に置かれ、各カウンターウェイトは、往復運動する陽極２３０及びシャフト２４０、２４２の組み合わせた質量の半分であり、陽極２３０の往復運動に対抗する軸の往復運動を持つ。

円柱状陽極３０、２３０は好ましくは、高いＸ線を生じさせる材料、すなわち電子ビーム６０、２６０の電子による照射に反応して生じる高いＸ線を生成する材料からなる固体の円柱として示される。その上、この材料は、操作中の円柱状陽極の上昇したベース背景温度Ｔ_ｂａｓｅと同じくＸ線が発生しているポイントの瞬時的なピーク温度Ｔ_ｐｅａｋに耐えることができる耐熱性材料又は他の材料であるべきである。駆動シャフト４０、２４０及びエンドシャフト４２、２４２は、陽極３０、２３０に固定されている。代わりに、駆動シャフト４０、２４０及びエンドシャフト４２、２４２が１つの単体シャフトを形成し、陽極３０、２３０がこの１つの単体シャフトが通過する中空の心部を持つ。固体の陽極３０、２３０の欠点は、高いＸ線を生じる材料が密度又は熱伝導性に関して最適にすることができないことである。例えば、タングステンは比較的高密度であり、これは円柱状陽極３０、２３０の慣性の量を増大させ、陽極の高速の回転をさらに難しくする。

図１０を参照すると、陽極３３０は往復運動しない陽極３０又は往復運動する陽極２３０の一方に適切に置き換えられる。この陽極３３０は駆動シャフト３４０及びエンドシャフト３４２に固定され、これらシャフトは任意には陽極３３０を通過する１つの単一シャフトである。陽極３３０は、アルミニウム、銅、真鍮、それらの合金、又は他の軽量な熱伝導性材料からなる軽量な中心支持円柱３５０、並びに高い電子生産量及び良好な熱安定性に対し選択されるタングステン若しくは他の材料からなる金属被覆又はスリーブ３５２を含む。

図１１を参照すると、他の陽極４３０は、往復運動しない陽極３０又は往復運動する陽極２３０の一方に適切に置き換えられる。この陽極４３０は駆動シャフト及びエンドシャフトの機能部の両方に設けられる単一シャフト４４０に固定される。陽極４３０は、高い電子生産量及び良好な熱安定性に対し選択されるタングステン又は他の材料から作られる外側の中空な円柱シェル４５０を含む。任意には、この中空な円柱シェルは、タングステンのような高いＸ線生産材料の被覆により覆われる軽量な材料から作られる。１つ以上の構造上の支持部材、特に図１１において破線で示される９個の構造上の支持部材４５２が前記外側の中空な円柱シェル４５０を前記単一シャフト４４０に機械的に固定する。

本発明は、好ましい実施例を参照して説明されている。明らかに、前述した記載を読むと共に理解する際に、改良案及び代替案が他者の心に浮かぶであろう。本発明は、これらが添付する特許請求の範囲又はそれと同等な記述内にある限り、上記改良案及び代替案全てを含むと理解されることに注意されたい。

円柱状陽極を含むＸ線管を実装するＣＴ撮像システムを図示する。 電子ビームが前記円柱状陽極の外部表面にわたって長軸方向に掃引するＸ線管の第１の実施例を示す。 電子ビーム及びコーンビームのファン角度αを規定するためのパラメタを図示する。 前記円柱状陽極上の電子ビームのフットプリントの長さ及び幅の大きさを図示する。 図２のＸ線管の側面のビューと、関連する回転するヘリカルスロットコリメータを示す。 前記回転するヘリカルスロットコリメータの好ましい管の中に管がある構造の端面図を示す。 円柱状陽極が前後に往復運動する前記Ｘ線管の第２の実施例を示す。 前記往復運動のサイクルの反対の端部における前記往復運動する陽極を備える図７のＸ線管を示す。 好ましい往復運動する陽極の軌道のプロットを示す。 軽量な中心支持円柱及び高いＸ線生産量の金属被覆を持つ他の円柱状陽極を示す。 構造上の支持部材により単一シャフトに固定される外部の中空な円柱シェルを持つ他の円柱状陽極を示す。

Claims (24)

1. Ｘ線コーンビームを検査領域に注入するＸ線管において、
   −長軸方向に位置合わせされた円柱軸を中心に回転する、ターゲットの外部表面領域を持つ回転する円柱状陽極、
   −前記円柱状陽極の前記ターゲットの外部表面領域上における少なくとも１つの選択したスポットに向けて電子を加速させる電子加速手段、及び
   −前記円柱状陽極の前記ターゲットの外部表面領域にわたって前記少なくとも１つの選択したスポットを相対的に長軸方向に掃引する掃引手段
   を含むＸ線管。
2. 前記円柱状陽極は、
   −中心支持円柱、及び
   −少なくともその一部が前記ターゲットの外部表面領域の境界を定める金属層
   を含む請求項１に記載のＸ線管。
3. 前記中心支持円柱は、
   −中空の円柱コアの境界を定める外部シェル、及び
   −関連する回転シャフトに機械的に結合される、前記中空の円柱コア内に置かれる少なくとも１つの構造上の支持部材
   を含む請求項２に記載のＸ線管。
4. 前記金属層はタングステンの被覆物である請求項２に記載のＸ線管。
5. 前記円柱状陽極は、その外部表面の少なくとも一部が前記円柱状陽極の前記ターゲットの外部表面領域の境界を定める略固体の金属円柱を含む請求項１に記載のＸ線管。
6. 前記円柱状陽極は、
   −略中空な外部円柱シェル、及び
   −関連する回転シャフトに機械的に結合される、前記略中空な外部円柱シェル内に置かれる少なくとも１つの構造上の支援部材
   を含む請求項１に記載のＸ線管。
7. 加速した電子は前記電子ビームを規定し、
   −前記円柱状陽極の前記ターゲットの外部表面領域にわたって前記少なくとも１つの選択したスポットを掃引するために前記電子ビームを選択的に偏向させる電子デフレクタ
   を含む請求項１に記載のＸ線管。
8. −それに形成されるヘリカル視準するスロットを持つ回転する円柱状ヘリカルスロットコリメータ、
   −前記ヘリカル視準するスロットのヘリカルピッチ、及び
   −前記少なくとも１つの選択したスポットが前記掃引中に前記ヘリカルスロットと一致するように前記少なくとも１つの選択したスポットの前記掃引に対して選択される前記コリメータの回転速度
   をさらに含む請求項７に記載のＸ線管において、前記コリメータは、前記回転する円柱状陽極を包囲して、前記円柱軸に平行なコリメータ軸を中心に回転するＸ線管。
9. 前記回転する円柱状陽極を包囲する真空フレームをさらに含む請求項８に記載のＸ線管において、前記回転する円柱状ヘリカルスロットコリメータは前記真空フレームの外側に配されるＸ線管。
10. −前記回転する円柱状陽極を包囲し、前記コリメータ軸と位置合わせされる外部の円柱シェル、及び
    −前記回転する円柱状陽極を包囲し、前記外部の円柱シェルの内側に置かれる内部の円柱シェル
    を含む前記回転する円柱状ヘリカルスロットコリメータにおいて、
    前記外部の円柱シェルはそこに規定される第１のヘリカルスロットを持ち、前記内部の円柱シェルは前記コリメータ軸と位置合わせされ、前記第１のヘリカルスロットと位置合わせしたそこに規定される第２のヘリカルスロットを持ち、前記第１及び第２のヘリカルスロットは、協働して前記ヘリカル視準スロットを規定する請求項８に記載のＸ線管。
11. 前記外部及び内部の円柱シェルは、一緒に固定され、単体として回転する請求項１０に記載のＸ線管。
12. 前記Ｘ線を軸方向に制限する固定された軸方向に制限するコリメータをさらに含む請求項８に記載のＸ線管。
13. 前記掃引手段は、前記円柱状陽極の前記ターゲットの外部表面領域にわたって前記少なくとも１つの選択したスポットの長軸方向に往復運動する掃引を生じさせるために、前記円柱状陽極を長軸方向に往復運動する長軸方向に往復運動する機構を含む、請求項１に記載のＸ線管。
14. −検査領域及び回転軸の周りを回る回転ガントリ、
    −Ｘ線が前記検査領域を通過した後の当該Ｘ線を検出するように構成されるＸ線検出器、及び
    −前記Ｘ線検出器からの出力信号を画像表現に復元する復元プロセッサ
    を含むＣＴスキャナであり、請求項１に記載のＸ線管は、前記回転軸に平行な円柱軸を持つ前記回転ガントリに搭載されるＣＴスキャナ。
15. 前記掃引を前記回転ガントリの回転と同期させる同期回路をさらに含む請求項１４に記載のＣＴ撮像システム。
16. −そこに形成されるヘリカル視準スロット、
    −前記ヘリカル視準スロットのヘリカルピッチ、及び
    −前記少なくとも１つの選択したスポットが前記掃引中に前記ヘリカルスロットと一致するように前記少なくとも１つの選択したスポットの掃引に対し選択される前記コリメータの回転速度を持つ回転する円柱状ヘリカルスロットコリメータ
    をさらに含む請求項１４に記載のＣＴ撮像システムにおいて、前記コリメータは前記回転する円柱状陽極を包囲すると共に、コリメータ軸を中心に回転しているＣＴ撮像システム。
17. 円柱状のターゲットの外部表面領域を持つ円柱状陽極を円柱軸を中心に回転させ、
    −Ｘ線を発生させるために、前記円柱状陽極の前記ターゲットの外部表面領域上にある少なくとも１つの選択したスポットに向かい電子を加速させ、及び
    −前記円柱軸に略平行なビーム軌道に沿って前記円柱状陽極の前記ターゲットの外部表面領域にわたって前記少なくとも１つの選択したスポットを常に相対的に掃引する
    ことを含むＸ線を発生させる方法。
18. 前記相対的な掃引は、前記加速した電子により規定される少なくとも１つの電子ビームを前記円柱状陽極を長軸方向にわたって長軸方向に掃引することを含む請求項１７に記載の方法。
19. 前記相対的な掃引は、前記円柱状陽極にわたった各長軸方向の掃引後に長軸方向への掃引の開始点に戻るように、前記少なくとも１つの電子ビームを素早く回帰させることを含む請求項１７に記載の方法。
20. 前記相対的な掃引は、前記円柱状陽極の前記ターゲットの外部表面領域上にある前記少なくとも１つの選択したスポットの長軸方向に往復運動する掃引を生じさせるために、前記円柱状陽極を長軸方向に往復運動することをさらに含む請求項１７に記載の方法。
21. −前記円柱軸に平行なコリメータ軸を中心にヘリカルスロットコリメータを回転させ、及び
    −前記ヘリカルスロットコリメータの回転と協働して、前記少なくとも１つの選択したスポットを掃引する
    ことをさらに含む請求項１７に記載の方法。
22. 前記コリメータ軸は前記ビーム軌道に対応している請求項２１に記載の方法。
23. 前記少なくとも２つの選択したスポットは、対応する複数のＸ線ビームを発生させる前記ヘリカルスロットコリメータのヘリカルスロットのヘリカルピッチにより分離される複数のスポットを含んでいる請求項２１に記載の方法。
24. −前記円柱軸に平行な回転軸を中心に前記円柱状陽極を回転させ、
    −前記回転と協働して前記少なくとも１つの選択したスポットを掃引し、
    −前記回転軸に沿って被験者を通過した前記Ｘ線を検出し、及び
    −前記検出したＸ線を前記被験者の画像に変換する
    ことをさらに含む請求項１７に記載の方法。

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