JP2009059695A

JP2009059695A - 三点偏向を用いた焦点スポット温度の低減

Info

Publication number: JP2009059695A
Application number: JP2008214760A
Authority: JP
Inventors: Madhusudhana T Subraya; マッドハスッドハナ・ティ・スブラヤ; Ron Kent Hockersmith; ロン・ケント・ホッカースミス
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2009-03-19
Anticipated expiration: 2028-08-25
Also published as: JP5236393B2; US20090060140A1; US7496180B1

Abstract

【課題】Ｘ線源の最適性能基準について妥協することなくターゲット・アノードの焦点軌道に沿った焦点スポット温度を低下させる。
【解決手段】Ｘ線管（１２）が、焦点軌道（６３）を含むアノード（５６）と、焦点軌道（６３）の焦点スポット（６５）に向かって電子ビーム（９８）を放出するように構成されているカソード・アセンブリ（６０）とを含んでいる。Ｘ線管（１２）はまた、複数の焦点（１０４）の間で、焦点軌道（６３）に対する接線方向に電子ビーム（９８）を揺動させるように構成されている制御器（６６）を含んでいる。複数の焦点（１０４）は、一対の境界焦点（１０８、１１０）によって画定される少なくとも１個の焦点（１０６）を含んでいる。制御器（６６）はさらに、予め決められた時間量にわたって上述の少なくとも１個の焦点（１０６）から離隔する電子ビーム（９８）の揺動を遅延させるように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は一般的には、Ｘ線イメージング・システムに関する。さらに具体的には、本発明は、撮像用管の内部のターゲットに対して焦点スポット配置を調節するシステム及び方法に関する。

従来のＸ線イメージング・システムは、Ｘ線源及び検出器アレイを含んでいる。Ｘ線は、Ｘ線源によって発生されて、対象を透過し、検出器アレイによって検出される。検出器アレイによって発生される電気信号は、対象のＸ線画像を再構成するように調整される。

計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムでは、Ｘ線源は、ファン形状（扇形）のビームを患者又は手荷物のような被検体又は対象に向かって放出する。本書では以下、「被検体」及び「対象」との用語は、画像化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。検出器アレイによって受光される減弱後のビーム放射線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する。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る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データ処理システムへ伝送されて解析され、最終的に画像を形成する。

一般的には、Ｘ線源及び検出器アレイは、撮像平面の内部で被検体の周りでガントリを巡って回転する。Ｘ線源は典型的には、焦点においてＸ線ビームを放出するＸ線管を含んでいる。Ｘ線を発生するために、カソードとアノードとの間の真空ギャップに跨がって約１５０ｋＶの大電圧電位を生成して、電子ビームの形態にある電子をカソードからアノードのターゲット部分に向かって放出させる。電子の放出時には、カソードの内部に収容されているフィラメントを、内部に電流を流すことにより熱して白熱させる。電子は高電圧電位によって加速されて焦点スポットにおいてターゲットに衝突し、これにより急減速されて約９０°の衝突角度αに向けられ、ＣＴ管壁を通してＸ線を放出する。

カソード又は電子発生源は典型的には、コイル型タングステン線であって、２６００℃に近い温度まで加熱される。電子は、カソードとアノードとの間に印加される電場によって加速される。現行のＣＴ装置用に設計されている高出力Ｘ線管内に設けられているアノードはタングステン製ターゲットであって、約１２０Ｈｚ以上の角速度で回転するターゲット面を有する。

焦点スポットは、関連する位置をアノードの表面に有しており、この位置をしばしば焦点軌道と呼ぶ。焦点スポット位置は、ＣＴシステムにおける変調伝達関数（ＭＴＦ）を改善するのに用いられる二重サンプリング手法を実行するために、Ｘ線撮像用管の内部で制御式で平行移動させられる。二重サンプリングは従来のイメージング・システムでは、Ｘ線管の内部での偏向コイル又は偏向板の利用を介して機械的な運動を伴わずに電子的にターゲット又はアノードの表面において焦点スポット配置を調節することにより達成されている。偏向コイル及び偏向板は、局所的な磁場又は静電場のいずれかを生成することにより、電子ビームを偏向させる。
米国特許第６１８１７７１号米国特許第６９６８０３９号

二重サンプリングを実行するために、焦点スポットは一般的には、ターゲットの２箇所の間で焦点軌道に対する接線方向に揺動させられる。この二点揺動は、得られるＣＴ画像の画質及び分解能を大幅に高めることができるが、アノードの焦点軌道に沿って莫大な熱を発生する。この焦点スポットの揺動によって発生される焦点軌道での熱の蓄積は３０００℃を上回る温度を生じ、これにより、例えば焦点軌道の溶融によるＸ線管性能及びピークパワー性能の低下、高電圧でのＸ線管の不安定性、又は早期放射線出力低下等を招き得る。

焦点スポットにおいて発生される熱は、焦点スポットの寸法、揺動の方向、並びに二点の間の移行時間及び／又は偏向距離のような多くの要因に依存する。このようなものとして、従来技術では二点揺動によって発生される上述の極めて高い焦点スポット温度を低下させる試みとして様々な方法が用いられている。高い焦点スポット温度から帰結する負の効果を克服するために、多くの現行の設計はＸ線を発生する出力レベルを大幅に低下させている。他の設計では、ターゲット回転速度を速める、焦点スポット寸法を拡大する、揺動時に二点の間での偏向移行時間を長くする、又はＸ線管の出力性能を低下させる等によって、焦点軌道での焦点スポット温度を低下させることを試みている。

従って、Ｘ線源の最適性能基準について妥協することなくターゲット・アノードの焦点軌道に沿った焦点スポット温度を低下させることが必要とされている。すなわち、Ｘ線を発生するための出力レベルを低下させる、ターゲット回転速度を速める、焦点スポット寸法／スポット径を拡大する、又は偏向移行時間を長くするといった現行の関連する必要を伴わずにターゲット・アノードにおける焦点スポット温度を低下させる装置及び方法を設計することが望ましい。

本発明は、電磁エネルギ発生源を動作させて、焦点スポットを形成するための多点焦点パターンを含む電子ビーム揺動方式を提供する方法及び装置を提供することにより、以上に述べた問題点を克服する。

本発明の一観点によれば、Ｘ線管が、焦点軌道を含むアノードと、焦点軌道の焦点スポットに向かって電子ビームを放出するように構成されているカソード・アセンブリとを含んでいる。Ｘ線管はまた、一対の境界焦点によって画定される少なくとも１個の焦点を含む複数の焦点の間で、焦点軌道に対する接線方向に上述の電子ビームを揺動させるように構成されている制御器を含んでいる。制御器はさらに、予め決められた時間量にわたって上述の少なくとも１個の焦点から離隔する電子ビームの揺動を遅延させるように構成されている。

本発明のもう一つの観点によれば、電磁エネルギ発生源を動作させる方法が、Ｘ線をターゲットから放出させるように、カソードからターゲットの焦点スポットまでビーム経路に沿って電子ビームを放出するステップを含んでいる。この方法はまた、焦点スポット範囲内でターゲットの焦点スポットを変位させるために電子ビームを非対称にバイアス（偏圧）するステップを含んでおり、この非対称にバイアスするステップはさらに、焦点スポット範囲の第一の端部に配置された第一の焦点まで電子ビームをバイアスするステップを含んでいる。非対称にバイアスするステップはさらに、第一の焦点から第二の焦点まで電子ビームをバイアスするステップを含んでおり、第二の焦点は、第一の焦点と焦点スポット範囲の第二の端部に配置された第三の焦点との間に配置され、電子ビームは、所定の滞留時間にわたって第二の焦点に静止する。非対称にバイアスするステップはさらにまた、第二の焦点から第三の焦点まで電子ビームをバイアスするステップを含んでいる。

本発明のさらにもう一つの観点によれば、Ｘ線源が、真空筐体（エンクロージャ）と、真空筐体の内部に配設された回転式アノードと、真空筐体の内部に配設されており電子ビームを回転式アノードの焦点スポットへ放出するカソード・アセンブリとを含んでおり、カソード・アセンブリは、電子ビームを非対称にバイアスするように構成されている操舵（ステアリング）電極を含んでいる。Ｘ線源はまた、操舵電極を制御して偏向範囲内の多点焦点スポット・パターンとして回転式アノードにおいて電子ビームを偏向させるように構成されている制御ユニットを含んでおり、多点焦点スポット・パターンは、偏向範囲の両端の間に配置された静止焦点を含んでおり、制御ユニットはさらに、操舵電極を制御して、所望の時間にわたって電子ビームの偏向を静止焦点に保つように構成されている。

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、発明を実施するために現状で思量される一つの好適実施形態を示す。

図１は、原画像データを取得すること、並びに表示及び／又は解析用に画像データを処理することの両方を本発明に従って行なうように設計されているイメージング・システム１０の一実施形態のブロック図である。当業者には、本発明がＸ線システム又はマンモグラフィ・システムのようにＸ線管を実装した多くの医用イメージング・システムに適用され得ることが認められよう。所定の容積についての画像三次元データを取得する計算機式断層写真法システム及びディジタル・ラジオグラフィ・システムのような他のイメージング・システムも本発明の恩恵を享受する。Ｘ線システム１０についての以下の議論は一つのかかる具現化形態の一例であるに過ぎず、モダリティに関して制限するものではない。

図１に示すように、Ｘ線システム１０は、対象１６を通してＸ線ビーム１４を投射するように構成されているＸ線源１２を含んでいる。対象１６は、人体被検体、手荷物、又は他の走査したい対象を含み得る。Ｘ線源１２は、典型的には３０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶにわたるエネルギのスペクトルを有するＸ線を発生する従来のＸ線管であってよい。Ｘ線は対象１４を透過して、対象によって減弱された後に検出器アレイ１８に入射する。検出器アレイ１８の各々の検出器が、入射したＸ線ビームの強度従って対象１６を透過するときに減弱したビームを表わすアナログ電気信号を発生する。一実施形態では、検出器アレイ１８はシンチレーション方式の検出器であるが、直接変換型検出器（例えばＣＺＴ検出器等）を具現化し得ることも思量される。

プロセッサ２０が検出器アレイ１８からアナログ電気信号を受け取って、走査されている対象１６に対応する画像を形成する。コンピュータ２２がプロセッサ２０と交信して、操作者が操作コンソール２４を用いて走査パラメータを制御し形成された画像を観察することを可能にする。すなわち、操作コンソール２４は、キーボード、マウス、音声作動式制御器、又は操作者がＸ線システム１０を制御して再構成画像又はコンピュータ２２からのその他データを表示ユニット２６において観察することを可能にするその他任意の適当な入力装置のような何らかの形態の操作者インタフェイスを含んでいる。加えて、コンソール２４は、操作者が形成された画像をハード・ドライブ、フロッピィ・ディスク及びコンパクト・ディスク等を含み得る記憶装置２８に記憶させることを可能にする。操作者はまた、コンソール２４を用いて、電力信号及びタイミング信号をＸ線源１２に供給する線源制御器３０を制御する指令及び命令をコンピュータ２２に与えることができる。

図２は、Ｘ線管の形態にあるＸ線源１２の断面図を示す。Ｘ線管１２は、内部に放射線放出路５２を形成したハウジング５０（すなわち真空筐体）を含んでいる。ハウジング５０は真空５４を封入しており、アノード５６（すなわちターゲット）、軸受けアセンブリ５８、カソード・アセンブリ６０、及び回転子６２を収容している。固定子６１が回転子６２を駆動し、回転子６２がアノード５６を回転駆動させる。一実施形態では、Ｘ線管１２はまた、ハウジング５０に固着されておりＸ線管１２を計算機式断層写真法（ＣＴ）システムの回転式ガントリ（図示されていない）に取り付けるように構成されている装着機構６７（例えばブラケット）を含んでいる。

カソード・アセンブリ６０は、電子ビームの形態にある電子を発生して真空５４を横断して放出し、電子ビームは、焦点スポット６５を形成しているアノード５６の焦点軌道６３へ向かう。電子によるアノード５６の過熱を回避するために、アノード５６は、例えば９０Ｈｚ〜２５０Ｈｚの高速で中心線６４の周りを回転する。Ｘ線１４は、例えばＣＴ応用の場合には６万ボルト以上の電位差を介して電子がカソード・アセンブリ６０からアノード５６へ向かうにつれて急減速されるときに発生される。Ｘ線１４は、放射線放出路５２を通って、図２の検出器アレイ１８のような検出器アレイに向かって放出される。

また、制御器６６（すなわち制御ユニット）が、Ｘ線管１２の一部として含まれる。制御器６６は好ましくは、中央処理ユニット、メモリ（ＲＡＭ及び／又はＲＯＭ）、並びに付設の入出力バスを有するコンピュータのようなマイクロプロセッサ型のものである。制御器６６は、線源制御器３０（図１に示す）の一部であってもよいし、図示のような独立型制御器であってもよい。以下で改めて詳述するように、制御器６６は、電力信号及びタイミング信号をＸ線管１２の各構成要素に供給して、これら構成要素の動作を制御する。

図３には、本発明の一実施形態によるカソード・アセンブリ６０の遠近図を示す。カソード・アセンブリ６０は、放出器７４の第一の側７２に電気的に配設された前面部材７０を含むことができ、また放出器７４の第二の側７８に電気的に配設された背面部材７６を含んでいる。前面部材７０は、内部に結合された開口８０を有する。放出器７４は、電子ビームを焦点スポット６５に向けて放出する。開口８０及び背面部材７６は、ビームを焦点スポット６５（図２に示す）に対して整形して収束させるように、異なるようにバイアスされる。偏向電極８２（すなわち操舵電極）が、電極対として示されており、背面部材７６と前面部材７０との間に電気的に配設されている。偏向電極８２は、アノード５６（図２に示す）における焦点スポットの配置を調節する。尚、図示のように、カソード・アセンブリ６０は対称に設計されていることを特記しておく。カソード・アセンブリ６０の対称型設計は単純化及び電子ビーム整形のためには望ましいが、本発明の要件ではない。

カソード・アセンブリ６０はまた、前面部材７０、背面部材７６及び偏向電極８２を分離する多数の隔離体を含んでいる。第一の側方操舵電極絶縁体８４が、前面部材７０と第一の側方操舵電極８６との間に結合され、第二の側方操舵電極絶縁体８８が、前面部材７０と第二の側方操舵電極９０との間に結合され得る。第一の絶縁体８４及び第二の絶縁体８８は、前面部材７０から偏向電極８２を隔離している。一対の背面絶縁体９２が、偏向電極８２と背面部材７６との間に結合されて、背面部材７６から偏向電極８２を隔離している。一対のフィラメント絶縁体９４が、放出器電極９６に結合されて、放出器７４を背面部材７６から隔離された電位に保つ。言うまでもなく、偏向電極８２並びに絶縁体８４、８６、８８及び９２は様々な位置に位置していてよいし、様々な組み合わせで用いられてよい。

図４には、本発明の一実施形態によるカソード・アセンブリ６０及びアノード５６の模式図が示されている。カソード・アセンブリ６０及びアノード５６は、間に双極子場９７を生成する。放出器７４は、前面部材７０の開口８０を通して双極子場９７を横断して焦点軌道６３の焦点スポット６５へ電子ビーム９８を放出する。電子ビーム９８は、放出器７４及び開口８０の中心を通って延在する放出器中心線１００に関して対称であってよい。焦点スポット位置調節時すなわち揺動時に、偏向電極８２は非対称にバイアスされて、アノード５６の焦点スポット６５の位置を焦点軌道６３に対する接線方向に調節することができる。例えば、偏向電極８２は非対称にバイアスされて、図示のように焦点スポット６５を放出器中心線１００の左側又は右側に変位させることができる。偏向電極８２に印加されるバイアス電圧は、特定の応用に依存する。揺動時には、偏向電極８２のバイアス電圧は典型的には、放出器７４のバイアス電圧に比較して電極の一方の側では小さく反対側では大きい。偏向電極８２のバイアス電圧は、背面部材７６のバイアス電圧よりも大きい。

制御器６６は、放出器７４、偏向電極８２、並びに前面部材７０及び背面部材７６を含めたカソード・アセンブリ６０の様々な構成要素に印加されるバイアス電圧を監視して調節するように構成される。制御器６６によって偏向電極８２に印加されるバイアス電圧は、アノード５６の所望の焦点スポット６５への電子ビーム９８の偏向を制御する。偏向範囲１０２が、偏向電極８２に非対称に印加されるバイアス電圧の最大差によって決定される。さらに正確に述べると、電子ビーム９８、及び焦点軌道６３に形成される関連する焦点スポット６５は、放出器中心線１００から第一の偏向電極対第二の偏向電極に印加される最大非対称バイアス電圧に基づいていずれかの方向に最大距離だけ偏向する。

焦点軌道６３に沿った温度及び焦点スポット６５における温度を最低限に抑える試みとして、制御器６６は、偏向電極８２を制御して電子ビーム９８を偏向させて、一対の境界焦点１０８、１１０によって画定される少なくとも１個の焦点１０６を含む偏向範囲１０２（すなわち焦点スポット範囲）の範囲内で焦点軌道６３に多点焦点スポット・パターン１０４を生成するように構成される（すなわちプログラムされる）。多点焦点スポット・パターン１０４は、標準的な二点揺動と比較して電子ビーム９８の揺動時に焦点軌道６３の改善された冷却が生ずることを可能にする。すなわち、電子ビームは、標準的な二点揺動パターンでは焦点スポット範囲の全長にわたってアノードの回転の方向に一致した方向に連続して偏向することが可能であるので、この連続した偏向が中断される多点焦点スポット・パターンと比較して大きい熱を焦点スポットに蓄積させる。

多点焦点スポット・パターンによって提供される改善された冷却の説明として、図５は、二点揺動方式１０９を例えば三点揺動方式１１１と比較して、焦点スポットの温度の測定を時間の関数として示す。例えば、１００ｋＷで動作しているＸ線管について、二点揺動方式１０９は指数関数的温度上昇を生じ、焦点スポットに３０００℃の最高温度を存在させる。しかしながら、三点揺動方式１１１の場合には、焦点において経験される温度は最高２７４７℃まで低下する。図示のように、三点揺動方式１１１が最高温度を低下させて、偏向範囲内の電子ビームの偏向時の焦点スポット温度の若干の低下を生ずる。この偏向時の温度低下及び焦点スポットでの相対的に低い最高温度は、多点焦点スポット・パターンに存在するビーム偏向の中断に起因する。

図４に戻り、本発明の一実施形態では、三点焦点スポット・パターン１０４が用いられる。第一の焦点又は初期焦点１０８が、焦点スポット範囲１０２の第一の端部を形成する。第二の焦点又は中心焦点１０６が、第一の焦点１０８から、アノード５６の回転の方向１１２に一致した方向（すなわち前方向）に離隔して配置されている。第二の焦点１０６は、第一の焦点１０８と、焦点スポット範囲１０２の第二の端部を形成する第三の焦点又は最終焦点１１０との間の中心点を形成するように配置される。このように、制御器６６は、偏向電極８２への電圧バイアスを制御することにより、第一、第二及び第三の焦点１０８、１０６、１１０の各々への電子ビーム９８の偏向を制御するように構成される。

制御器６６はまた、電子ビーム９８が各々の画定された焦点から次の焦点まで移行するときの速度、及びこのときのパターンを決定するように構成される。すなわち、電子ビーム９８が前方向１１２に偏向されているときに、制御器６６は、ビームを中間焦点としての第二の焦点１０６まで偏向させた後に、続けて第三の焦点１１０まで偏向させる。次いで、制御器６６は、電子ビーム９８の偏向を偏向電極８２によって制御して、ビームをアノード５６の回転方向１１２に対する反対（すなわち戻り）方向１１４に偏向させる。反対方向１１４に偏向されているときに、制御器６６は、電子ビーム９８を第三の焦点１１０から第一の焦点１０８まで直接偏向させて第二の焦点１０６は通過させ、これに伴って電子ビーム９８によって焦点軌道６３に生ずる衝突温度及び焦点スポット温度は反対方向１１４への偏向時に低下する。

制御器６６はさらに、選択された時間量にわたって電子ビーム９８が焦点スポットに静止する滞留時間を設定するように構成される。一実施形態では、制御器６６は、偏向が前方向１１２に生ずるときには電子ビーム９８を第二の焦点１０６に保持するようにプログラムされる。予め決められた時間量にわたって静止焦点スポットを第二の焦点１０６に形成することにより、電子ビームが第三の焦点１１０まで直接偏向した場合に比較して焦点軌道６３に沿った温度低下が達成される。予め選択された時間にわたって静止焦点スポットを第二の焦点１０６に保つ以外に、電子ビーム９８を偏向させて、静止焦点スポットを所望に応じて第一の焦点１０８又は第三の焦点１１０のいずれかに形成するように制御器６６をプログラムすることもできる。

第一、第二及び第三の焦点１０８、１０６、１１０の間での電子ビーム９８の揺動及び偏向を制御することに加えて、制御器６６が焦点スポット６５の寸法を変化させ得ることも思量される。放出器７４に印加されるバイアスと異なる可変バイアス電圧を前面部材７０及び背面部材７６に印加することにより、制御器６６は、双極子場９７を変化させて、電子ビーム９８によってアノード５６に形成される焦点スポット６５の寸法を調節することができる。一実施形態では、制御器６６は、第一、第二及び第三の焦点１０８、１０６、１１０の各々の間での電子ビーム９８の移行時に焦点スポット６５の寸法を増大させるように構成される。これらの移行時に焦点スポット６５の寸法を増大させることにより、最適な焦点スポット寸法から変化させることによる画質への影響を伴わずに、焦点軌道６３の温度の低下が可能になる。

以上に述べた制御器６６及びカソード・アセンブリ６０は、静電場によって電子ビーム９８を偏向させるように動作するが、制御器６６及びカソード・アセンブリ６０はまた、他の手段によってビームを偏向させ得ることも思量される。すなわち、制御器６６はまた、磁場を生成することにより電子ビーム９８を偏向させる偏向板を内部に含むカソード・アセンブリと共に動作するように構成されてもよい。加えて、制御器６６が、上述した三点焦点スポット・パターンよりも多い複数の焦点を設定するようにプログラムされ得ることも思量される。四点又は五点焦点スポット・パターンを具現化することもでき、この場合には、制御器６６を、操作者の所望に応じてこれらの焦点パターンの範囲内の所望の数の点に静止点を形成するように構成する。

開示された方法及び装置の技術的な寄与は、電磁エネルギ発生源を動作させて、焦点スポットのための多点焦点パターンを含む揺動方式を生成する制御器具現化型の方法及び装置を提供することである。

従って、本発明の一実施形態によれば、Ｘ線管が、焦点軌道を含むアノードと、焦点軌道の焦点スポットに向かって電子ビームを放出するように構成されているカソード・アセンブリとを含んでいる。Ｘ線管はまた、一対の境界焦点によって画定される少なくとも１個の焦点を含む複数の焦点の間で、焦点軌道に対する接線方向に上述の電子ビームを揺動させるように構成されている制御器を含んでいる。制御器はさらに、予め決められた時間量にわたって上述の少なくとも１個の焦点から離隔する電子ビームの揺動を遅延させるように構成されている。

本発明のもう一つの実施形態によれば、電磁エネルギ発生源を動作させる方法が、Ｘ線をターゲットから放出させるように、カソードからターゲットの焦点スポットまでビーム経路に沿って電子ビームを放出するステップを含んでいる。この方法はまた、焦点スポット範囲内でターゲットの焦点スポットを変位させるために電子ビームを非対称にバイアスするステップを含んでおり、この非対称にバイアスするステップはさらに、焦点スポット範囲の第一の端部に配置された第一の焦点まで電子ビームをバイアスするステップを含んでいる。非対称にバイアスするステップはさらに、第一の焦点から第二の焦点まで電子ビームをバイアスするステップを含んでおり、第二の焦点は、第一の焦点と焦点スポット範囲の第二の端部に配置された第三の焦点との間に配置され、電子ビームは、所定の滞留時間にわたって第二の焦点に静止する。非対称にバイアスするステップはさらにまた、第二の焦点から第三の焦点まで電子ビームをバイアスするステップを含んでいる。

本発明のさらにもう一つの実施形態によれば、Ｘ線源が、真空筐体と、真空筐体の内部に配設された回転式アノードと、真空筐体の内部に配設されており電子ビームを回転式アノードの焦点スポットへ放出するカソード・アセンブリとを含んでおり、カソード・アセンブリは、電子ビームを非対称にバイアスするように構成されている操舵電極を含んでいる。Ｘ線源はまた、操舵電極を制御して偏向範囲内の多点焦点スポット・パターンとして回転式アノードにおいて電子ビームを偏向させるように構成されている制御ユニットを含んでおり、多点焦点スポット・パターンは、偏向範囲の両端の間に配置された静止焦点を含んでおり、制御ユニットはさらに、操舵電極を制御して、所望の時間にわたって電子ビームの偏向を静止焦点に保つように構成されている。

好適実施形態について本発明を説明しており、明示的に記載した以外の均等構成、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を認められよう。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。

Ｘ線イメージング・システムのブロック模式図である。図１に示すシステムと共に利用可能なＸ線管の断面図である。本発明の一実施形態による図２のＸ線管と共に利用可能なカソード・アセンブリの遠近図である。本発明の一実施形態による多点焦点スポット・パターンを示すカソード・アセンブリ及びアノードの模式図である。本発明の一実施形態による二点揺動方式対三点揺動方式についての焦点スポットにおける温度プロファイルのグラフ図である。

符号の説明

１０Ｘ線イメージング・システム
１２Ｘ線源
１４Ｘ線ビーム
１６対象
１８検出器アレイ
２０プロセッサ
２２コンピュータ
２４操作者コンソール
２６表示ユニット
２８記憶装置
５０ハウジング
５２放射線放出路
５４真空
５６アノード
５８軸受けアセンブリ
６０カソード・アセンブリ
６１固定子
６２回転子
６３焦点軌道
６４中心線
６５焦点スポット
６６制御器
６７装着機構
７０前面部材
７２第一の側
７４放出器
７６背面部材
７８第二の側
８０開口
８２偏向電極
８４第一の側方操舵電極絶縁体
８６第一の側方操舵電極
８８第二の側方操舵電極絶縁体
９０第二の側方操舵電極
９２背面絶縁体
９４フィラメント絶縁体
９６放出器電極
９７双極子場
９８電子ビーム
１００放出器中心線
１０２偏向範囲
１０４多点焦点スポット・パターン
１０６焦点
１０８境界焦点
１０９二点揺動方式
１１０境界焦点
１１１三点揺動方式
１１２回転方向
１１４反対方向

Claims

焦点軌道（６３）を含むアノード（５６）と、
前記焦点軌道（６３）の焦点スポット（６５）に向かって電子ビーム（９８）を放出するように構成されているカソード・アセンブリ（６０）と、
一対の境界焦点（１０８、１１０）により画定される少なくとも１個の焦点（１０６）を含む複数の焦点（１０４）の間で、前記焦点軌道（６３）に対する接線方向に前記電子ビーム（９８）を揺動させるように構成されている制御器（６６）と
を備えたＸ線管（１２）であって、
前記制御器（６６）は、予め決められた時間量にわたって前記少なくとも１個の焦点（１０４）から離隔する前記電子ビーム（９８）の揺動を遅延させるようにさらに構成されている、
Ｘ線管（１２）。
前記一対の境界焦点（１０８、１１０）は、初期焦点（１０８）及び最終焦点（１１０）をさらに含んでおり、前記少なくとも１個の焦点（１０６）は、前記初期焦点（１０８）と前記最終焦点（１１０）との間の中心の前記焦点軌道（６５）の一点に位置する中心焦点（１０６）を含んでいる、請求項１に記載のＸ線管（１２）。
前記制御器（６６）は、偏向の方向が前記アノード（５６）の回転方向（１１２）と同じであるときにのみ前記予め決められた時間量にわたって前記中心焦点（１０６）まで前記電子ビーム（９８）を揺動させるようにさらに構成されている、請求項２に記載のＸ線管（１２）。
前記制御器（６６）は、前記アノード（５６）の前記回転方向の反対の方向（１１４）に、前記中心焦点（１０６）に前記電子ビーム（９８）を偏向させずに前記最終焦点（１１０）から前記初期焦点（１０８）まで直接前記電子ビーム（９８）を揺動させるようにさらに構成されている、請求項２に記載のＸ線管（１２）。
前記制御器（６６）は、予め決められた時間量にわたって、前記電子ビーム（９８）を前記初期焦点（１０８）及び前記最終焦点（１１０）まで偏向させる揺動信号を発生するようにさらに構成されている、請求項２に記載のＸ線管（１２）。
前記カソード・アセンブリ（６０）は、
電子ビーム（９８）を放出する放出器要素（７４）と、
前記放出器要素（７４）と前記アノード（５６）との間に電気的に配設されている一対の偏向電極（８２）であって、当該偏向電極（８２）の少なくとも一方がバイアスされたときに前記焦点軌道（６３）における前記焦点スポット（６５）の配置を調節する一対の偏向電極（８２）と
をさらに含んでいる、請求項１に記載のＸ線管（１２）。
前記制御器（６６）は、前記電子ビーム（９８）を偏向させるために、前記一対の偏向電極（８２）へ送られるバイアス電圧を制御するようにさらに構成されている、請求項６に記載のＸ線管（１２）。
前記カソード・アセンブリ（６０）は、前記電子ビーム（９８）の形成に寄与するように前記放出器要素（７４）に対して異なるようにバイアスされる前面部材（７０）及び背面部材（７６）をさらに含んでいる、請求項６に記載のＸ線管（１２）。
前記制御器（６６）は、前記焦点軌道（６３）における前記焦点スポット（６５）の寸法を制御するために、前記前面部材（７０）及び前記背面部材（７６）へ送られるバイアス電圧を制御するようにさらに構成されている、請求項８に記載のＸ線管（１２）。
前記焦点スポット（６５）の前記寸法は、前記初期焦点（１０８）から前記中心焦点（１０６）への前記電子ビーム（９８）の移行時、前記中心焦点（１０６）から前記最終焦点（１１０）への前記電子ビーム（９８）の移行時、及び前記最終焦点（１１０）から前記初期焦点（１０８）への前記電子ビーム（９８）の移行時に増大させられる、請求項９に記載のＸ線管（１２）。