JP2011521411A - Ｘ線ビームを生成する方法及びシステム - Google Patents

Abstract

異なった形状の円錐ビームで物体を走査するために、本発明は、可動式X線管を用いたCTスキャナを提供する（「X線管を複数の所定の位置の間で動かす」ことの意味は、陽極ディスクが複数の対応位置の間で動かされる一方、X線管のシェルは動かない状況も含む）。そのX線管は、軸方向に沿って動作可能であるだけでなく、CTスキャナ・ガントリーの半径方向に沿っても動作可能である。そのスキャナは、X線管を含み、X線管は：複数の焦点軌道を有する陽極ディスクであり、各焦点軌道が、他の焦点軌道の陽極角とは異なる陽極角を持ち円錐形状である、陽極ディスク；及び複数の焦点軌道の少なくとも１つをターゲットにした電子ビームを放射するように構成された第１陰極；をさらに含む。異なる焦点軌道が電子ビームによって照射されるとき、異なる形状の円錐ビームを持つX線ビームが生成される。

Description

本発明は、コンピュータ断層撮影法及び装置に関し、特に、１つのX線源を使用して
コンピュータ断層撮影（CT）走査を実施する方法及び装置に関する。

従来の多重スライスX線コンピュータ断層撮影（CT）は、患者の中を通る横断面に沿って方向付けられた円錐形の平行ビームを生成し、検出器アレイによって受け取られるようにX線源を採用する。そのX線源及び検出器アレイは、ガントリー（gantry）の上に搭載され、患者の周りを回転するようにされ、その患者の中を通る様々なX線経路に沿って異なるガントリー角度でX線減衰を測定する「投影（projection）」を得る。ビームによって定められるファン角度に少なくとも180度を加えた角度で得られる投影は、断層撮影画像を再構築するために使用される。

本発明の目的は、改善されたX線生成装置及び対応する走査方法を提供することである。

本発明の基本概念は、異なる陽極角を持つ走査を実施するために可動式X線管を提供することである。その可動式X線管が異なる位置に動かされるとき、走査が異なる陽極角で実施される。「可動式」という用語は、X線管が回転可能な陽極ディスクを有することを意味するだけでなく、そのX線管が複数の所定の位置の間で、特にCTガントリーの軸方向及び半径方向に沿って動かされ得るということも意味する。

走査配置、特に対応する焦点の軌道を改善することによって、いわゆる円錐ビームアーチファクトは画像において抑制される。本発明において提案される装置及び方法を使用することによって、焦点の軌道は、その焦点が異なるZ位置に置かれた異なる軸方向走査を実施することによって改善することができる。さらに、物体を異なった角度から走査するためにX線円錐ビームの傾きを適合させることの利点は、様々な陽極角を持つ提案装置を使用することによって達成できる。

第１態様において、本発明の実施形態に従って、異なった陽極角で円錐形状である複数の焦点軌道を有する陽極ディスクを含む装置が提供される。

異なった焦点軌道が電子ビームによって連続して照射されるとき、異なった陽極角を有するX線ビームを生成することが有利である。

選択肢として、本発明の実施形態に従って、該装置は、陽極ディスク及び第１陰極を含み、その第１陰極は、複数の焦点軌道の少なくとも１つを標的にする電子ビームを生成するように設計されている、X線管をさらに有する。該装置はスキャナであってもよい。

選択肢として、他の実施形態において、該装置は、X線管を複数の所定の位置の間でX線管を動かすように設計された動作制御装置をさらに含む。

X線管の位置を調節し、対応する焦点軌道をそのX線管の位置に基づいて照射し、物体を異なった角度から走査するように対応する陽極角でX線ビームを生成することは有利である。もう１つの利点は、そのX線管がその物体を異なった位置から走査する場合にさらなる投射が生成されることである。より多くの投射を生成することは、それに続く画像プロセスにおいてアーチファクトの生成を軽減することにおいて役立つ。さらに、複数の所定の位置の場所を配置することによって、そのスキャナの視野、すなわちスキャナのZ範囲は、拡張され得る。X線が動かされるとき、陽極ディスクも動かされることに注目すべきである。よって、「X線管を複数の所定の位置の間で動かす」の意味は、陽極ディスクが、X線管のシェル（shell）が動かない間に複数の対応する位置の間で動かされる状況もまた対象にする。

選択肢として、ある実施形態において、動作制御装置は、X線管を軸方向及び半径方向に沿って動かし、対応する焦点の動作がガントリー、例えばそのスキャナのガントリーの回転軸に平行であることを保証（？）するようにさらに設計されている。焦点は、その陽極ディスクが回転し、対応する焦点軌道が電子ビームによって照射されるときに形成される。この実施形態において、X線管が複数の所定の位置に連続してある場合に形成される複数の焦点は、ガントリーの回転軸に平行なラインにある。

選択肢として、ある実施形態において、該装置は、X線管の異なった位置に基づいて、電子ビームを、複数の焦点軌道の異なる焦点軌道を照射するように方向付けるように設計されている焦点軌道選択器をさらに含む。例えば、電子レンズなどの焦点軌道選択器は、その電子ビームにおいて異なる電界及び／又は磁場を生成し、それを異なった焦点軌道を照射するように方向付ける。焦点軌道選択器を使用することによって、X線管の異なった位置に基づいて、１つだけの陰極を、電子ビームを生成するために使用して、異なっ焦点軌道を照射することが有利である。その代わりに、スキャナは、第１陰極又はさらに多くの陰極をさらに有し、異なる陰極の各々は、複数の焦点軌道の異なる焦点軌道をターゲットとする電子ビームを生成するように設計されている。

選択肢として、ある実施形態に従って、該装置は複数のコリメータを有し、各コリメータの位置は、X線管の複数の所定の位置の１つの対応位置に対応する。X線管がその所定の位置の１つにあるとき、対応するコリメータは、そのX線管によって生成されるX線を形成する。選択肢として、少なくとも１つのコリメータは、他のコリメータのサイズとは異なるサイズを有し、それは、円錐ビームの異なったサイズ及び／又は形状が得られるという利点を提供する。

本発明の実施形態に従って、第２態様において、物体を走査する方法が提供され、該方法は：陽極ディスクを回転させるステップであり、その陽極ディスクは異なった陽極角で円錐形状である複数の焦点軌道を有する、ステップ；X線ビームを生成するために複数の焦点軌道の１つを照射するステップであり、生成されるX線ビームの陽極角は、照射される焦点軌道の陽極角によって決定される、ステップ；を含む。

選択肢として、ある実施形態に従って、該方法はさらに：第１の所定の位置へ陽極ディスクを移動させるステップ；第1電子ビームによって照射される、複数の照射軌道の第1照射軌道で第１走査を実施するステップ；及び第２電子ビームによって照射される、複数の照射軌道の第２照射軌道で第２走査を実施するステップ；を含む。

提供される方法を使用することによって、X線源の異なるZ位置を有する２つ又はそれ以上の走査を実施することが有利であり、それは、後に続く画像処理においてアーチファクトを抑制することに関して利点をさらに提供する。選択肢として、陽極ディスクを有するX線管は、全体として動かされてもよい。そのような実施形態において、X線管に含まれる陰極もまた、同様に動かされる。

本発明のこれら及び他の態様、特性及び／又は利点は、以下に記載される実施形態を参照して明確になり且つ解明されるであろう。

本発明の実施形態に従って、複数の焦点軌道を有する陽極ディスクの前面を描く図である。 図1aの陽極ディスクの側面を描く図である。 本発明の実施形態にしたがって、陽極ディスクの側面を描く図である。 本発明の実施形態にしたがって、１つの陰極を含むX線管を描く図である。 本発明の実施形態に従って、２つの陰極を含むX線管を描く図である。 本発明の実施形態に従って、スキャナのブロック図を描く図である。 本発明の実施形態に従って、スキャナの動作原理を描く図である。 本発明の実施形態に従って、X線管の動作を描く図である。 本発明の実施形態に従って、異なる円錐角度を有する異なる円錐ビームの生成を描く図である。 異なるZ範囲を実現する実施形態を説明する図である。 本発明の実施形態に従って、スキャナにおいて使用される方法の動作フローチャートを描くである。

図1aは、本発明の実施形態に従って陽極ディスクを説明する。陽極ディスク100は、複数の焦点軌道、例えば第１焦点軌道110及び第２焦点軌道120を含む。各焦点軌道は円錐形状であり、円錐の軸は３つの円形ラインの中心に対応し、異なった焦点軌道は異なった陽極角を有する。焦点軌道の陽極角は、その焦点軌道110又は120が電子ビームによって照射されるときに生成されるX線ビームに影響を与える。言いかえれば、異なる焦点軌道が電子ビームによって照射されるとき、陽極ディスク100は異なる円錐角度範囲を持つX線ビームを生成する。その陽極ディスクは、例えばCTスキャナなどのX線スキャナの要素であり得る。

図1bは、陽極ディスクの側面、特に異なる焦点軌道の異なる陽極角を描写する。その陽極角は、図1bにおける垂直線と焦点軌道の領域における陽極表面との間の角度であり、例えば、焦点軌道110は陽極角112を有し、焦点軌道120は陽極角122を有する。陽極ディスク100は、異なる陽極角を有するX線ビームを生成するために2つ又はそれ以上の焦点軌道を有する。選択肢として、図1cにおいて示されるように、複数の焦点軌道は、凸状のエリアを形成することができ、それは、連続的に選択可能な陽極角を可能にする。図1a‐1cにおいて、矢印130及び140は、陽極ディスクが第１位置から第２位置へ動かされるときの軸方向及び半径方向をそれぞれ表わす。

図2aは、陽極ディスク100（左側の第1位置及び右側の第２位置において）及び第１陰極210を含むX線管を描く。第１陰極210は、陽極ディスク10の少なくとも1つの焦点軌道を標的とする電子ビームを生成するように設計されている。陽極ディスクが回転し、１つの焦点軌道が第1陰極210から生成される電子ビームによって照射されるとき、X線ビームが対応する陽極角で生成される。

例えば、陽極角114を持つ第１焦点軌道110が照射されるとき、X線ビーム112が生成され；陽極角124を持つ第２焦点軌道120が照射されるとき、X線ビーム122が生成される。

照射されるべき焦点軌道を選択するために、本発明の実施形態において、焦点軌道選択器220が供給される。その焦点軌道選択器220は、１つの焦点軌道、例えば第1焦点軌道110又は第2焦点軌道120、を照射するように第１陰極210によって生成される電子ビームを方向付ける。焦点軌道選択器220は、電界及び／又は磁場をその電子ビームにおいて生成し、望まれる焦点軌道へそれを方向付ける。

図2aの模範的な実施形態において、焦点軌道220は、1対の電子レンズである。当業者は、電子ビームを選択された焦点軌道に方向付けることが可能な他の手段も本発明において適用されることを理解されるべきである。焦点軌道選択器220を使用することによって、１つだけの陰極を使用して異なる焦点軌道を連続して照射することが有利である。

代替的に、図2bにおいて示される模範的な実施形態において、X線管200’は、複数の焦点軌道110‐120のうち１つを照射するための電子ビームを生成するために第2陰極230をさらに有する。第１陰極210及び第２陰極230は、異なる焦点軌道を照射するように配置される。この実施形態において、焦点軌道選択器の必要は無い。X線管200が2つよりも多くの陰極を有することも実行可能である。

図３は、本発明の実施形態に従って、スキャナ300のブロック図を描く。

スキャナ300は、X線管200及び動作制御装置310を有する。動作制御装置310は、X線管200を複数の所定の位置の間で動かすように設計されている。例えば、その複数の所定の位置は、CTスキャナのZ軸に沿って配置され得る。所定の位置へ一度動かされると、X線管200は、対応する陽極角を持つ対応するX線ビームを生成するために、対応する焦点軌道が選択され電子ビームによって照射される走査を実施する。そのＸ間管が異なる位置に置かれるとき、異なる焦点軌道が選択され、異なる陽極角を持つ異なるX線ビームが生成される。

選択肢として、スキャナ300は、複数のコリメータ320をさらに有する。各コリメータは、X線管200の所定の位置に関して配置され、そのX線管200がその所定の位置に置かれるときに対応するX線ビームをコリメートするように設計されている。走査する物体を横切るX線円錐ビームの円錐角度は、照射される焦点軌道及びそのコリメータの位置及び／又はサイズによって決定される。

選択肢として、異なる円錐角度を持つ異なるX線円錐ビームを生成するために、本発明の実施形態において、コリメータのサイズの少なくとも１つは、他のコリメータのサイズと異なる。さらに、もう１つの実施形態において、そのコリメータの位置は、X線ビームが対称的な円錐ビームであるようにいくつかのコリメータが形成できるという条件を満たすように配置されてもよく、一方他のコリメータはX線ビームが非対称的な円錐ビームであるように形成する。

図４は、本発明の実施形態に従ってスキャナの動作原理を説明する。

参照符号430は、そのスキャナのガントリーの軸方向を表わし、参照符号440は、そのスキャナのガントリーのz軸としても呼ばれる回転軸を表わす。

供給されるスキャナ300は、最初にX線管200を第１の所定の位置410に配置し、第１走査を実施する。陽極ディスク100の１つの焦点軌道、例えば第１焦点軌道110が照射されるとき、第１焦点416が形成される。第１走査において、X線管200は、円錐角度414を持つ円錐ビーム412を生成して物体を走査する。それはこの図では示されていない。

第１走査が実施された後に、スキャナ300はX線管200を第２の所定の位置420に動かし、第２走査を実施する。第２走査において、第２焦点軌道120が照射され、第２焦点426が形成される。円錐角度424を持つ円錐ビーム422が生成される。

この実施形態では、X線管200が複数の所定の位置の１つにあるとき、走査が実施される。

図５は、X線管の動作の模範的な実施形態を説明する。

最初に、X線管200は第１位置510に置かれ、第１陰極210が電子ビームを生成する。焦点軌道選択器220がその電子ビームに力を及ぼし、第１焦点軌道110を照射するように方向付ける。その陽極角516を持つ第1焦点軌道110が、陽極ディスク100が回転している間に照射される場合、第１焦点512が形成され、第１X線ビーム514が形成される。生成されたX線ビーム514は、対応する第１コリメータ520によって第１円錐角度518にコリメートされ、走査された物体をターゲットにする。

第１走査が第１X線ビーム514で実施された後に、X線管200は、第２位置530に動かされる。第２位置530では、焦点軌道選択器220は、第１陰極210によって生成された電子ビームに異なった力を及ぼし、その電子ビームを、陽極角536を持つ第２焦点軌道120を照射するように方向付ける。陽極ディスク100が回転している間、第２焦点532が形成され、第２X線ビーム534が形成される。第２X線ビーム534は、対応する第２コリメータ540によって第２円錐角度538にコリメートされる。第２走査が、従って、第２X線ビームを使用することによって実施される。

図５の実施形態において、複数のコリメータが示され、各コリメータはX線管の所定の位置に対応する。各コリメータの機能は、X線管が対応する位置にあるときに、X線ビームをコリメートすることである。

第１焦点512及び第２焦点532が異なる焦点軌道に形成されると、その第1焦点512とそのスキャナのガントリーの回転軸560との間の距離は、第２焦点532と軸560との間の距離と異なってもよい。その相違は、X線管を両方の一の間の半径方向に動かすことによって補間される。X線管は、第１焦点512と軸560との間の距離と、第２焦点532と軸560との間の距離とが同じであるように動かされる。言いかえれば、２つの焦点512／532によって定められる点線570は、回転軸560に平行のままでいる。この実施形態において、X線管580の動作は、軸560に平行のままで留まらず、それは、X線管が、動作制御装置によって、軸方向に沿った方向だけでなくその半径方向に沿った方向にも動かされたことを意味する。

図６は、本発明の実施形態に従って、異なる円錐角度を持つ異なる円錐ビームの生成を描く。

X線管が位置610に置かれるとき、第１焦点軌道612が照射され、第１焦点614が形成される。対応するコリメータ616によってコリメータされた後に、円錐角度619を持つ円錐ビーム618が形成される。

X線管が位置620に置かれるとき、第２焦点軌道622が照射され、第２焦点624が形成される。円錐角度629を持つ対称的な円錐ビーム628が、第２コリメータ626の位置及びサイズが原因で形成される。

X線管が位置630に置かれるとき、第３焦点軌道632が照射され、第３焦点634が形成される。

３つの焦点614、624及び634がスキャナのガントリーの回転軸に平行な点線に沿っていることが見られ、それは、各焦点とガントリーの回転軸との間の距離は同じであることを意味する。X線管それ自体は、その軸方向及び半径方向に沿って動かされる。コリメータのサイズは、異なっていることが見られている。少なくとも１つのコリメータは、他のコリメータのサイズに比較して異なるサイズを有する。

図７は、異なったZ範囲を実現するために実施形態を説明する。位置710及び720におけるX線管での走査は、位置730及び740におけるX線管での走査よりも大きいZ範囲をもたらす。複数の所定の位置の間で異なった距離を有することによって、異なるZ範囲が実現できる。

図８は、本発明の実施形態に従ってスキャナにおいて使用される方法の動作フローチャートを描く。

該方法800は、第１に、X線管を第１の所定の位置へ動かすためのステップS810を含む。

次に、該方法は、所定の対象物の第１走査を実施するためにステップS820を含む。第１走査の間に、X線管の第１焦点軌道が照射され、第１陽極角を持つ第１X線ビームが形成される。

該方法は、X線管を第２の所定の位置へ動かすためにステップS830を含む。X線管はその軸方向及び半径方向に動かされ、第１走査において形成された第１焦点及び第２走査において形成された第２焦点が、スキャナのガントリーの回転軸に平行なラインにあることを確認する。言い換えると、そのX線管は、第１焦点とガントリーの回転軸との間の距離を、第２焦点とそのガントリーの回転軸との間の距離と同じであるように保つように動かされる。

ステップS840において、第２走査が実施され、第２焦点軌道が照射される。第２走査の間に、第２X線ビームが第２陽極角で形成される。一般的に、第１陽極角及び第２陽極角は異なる。

選択肢として、1実施形態において、ステップS820は、第１電子ビームを陰極によって生成するステップS822及びその第１電子ビームに力を及ぼすことによって第１焦点軌道を照射するように第１電子ビームを方向付けるステップS824を含む。

ステップS840は、陰極によって第２電子ビームを生成するステップS842及びその第２電子ビームに力を及ぼすことによって、第２焦点軌道を照射するようにその第２電子ビームを方向付けるステップS844を含む。

その代わりに、他の実施形態において、ステップS820は、第１陰極によって第１電子ビームを生成するステップをさらに含み、ステップS840は、第２陰極によって第２電子ビームを生成するステップを含む。

注目すべきは、上記の実施形態は、本発明を限定するよりもむしろ明らかにすることであり、当業者は、本発明の要旨又は範囲から外れずに多くの代替的な実施形態を設計することができるであろう。従って、本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ限定されるべきである。

前述の見解は、図を参照した食わし記載は、本発明は限定するよりもむしろ明らかにすることを立証する。添付の請求項の範囲内に含まれる多数の代替形がある。請求項における参照符号はいずれもその請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。「含む」という用語は、請求項において列挙されている要素又はステップは、他の要素又はステップの存在を除外しない。要素又はステップの前に付く「１つの」という用語は、複数のそのような要素又はステップの存在を除外しない。

Claims (15)

1. X線ビームを生成するための陽極ディスクを有する装置であり、該陽極ディスクは、異なった陽極角を持ち円錐形状である複数の焦点軌道を有する、装置。
2. X線管をさらに有する請求項１に記載の装置であり、該X線管は：
   前記陽極ディスク；及び
   前記複数の焦点軌道の少なくとも１つをターゲットにする電子ビームを生成するように構成された第１陰極；
   を含む、装置。
3. 前記X線管を複数の所定の位置の間で動かすように構成された動作制御装置をさらに含む、請求項２に記載の装置。
4. 請求項２又は３に記載の装置であり、前記X線管は：
   前記複数の焦点軌道の少なくとも１つをターゲットにする電子ビームを生成するように構成され、前記複数の焦点軌道の少なくとも１つは前記第１陰極によってターゲットにされる焦点軌道とは異なる、第２陰極；
   をさらに含む、装置。
5. 請求項２又は３に記載の装置であり、前記X線管は、前記第１陰極によって生成される電子ビームを、該X線管の異なる位置に従って、異なる焦点軌道を照射するように方向付けるように構成された焦点軌道選択器をさらに含む、装置。
6. 前記焦点軌道選択器は、電界及び／又は磁場を生成し前記第１陰極によって生成された電子ビームを方向付けるようにさらに構成されている、請求項５に記載の装置。
7. 請求項３に記載の装置であり、前記動作制御装置は、焦点とガントリーとの間の距離が前記X線管の位置に関わらず同じであることを保証するように、前記ガントリーの軸方向及び半径方向に沿って前記X線管を動かすようにさらに構成され、前記焦点は、該X線管が前記複数の所定の位置の１つにあり、対応する焦点軌道が照射されるときに形成される、装置。
8. 複数のコリメータをさらに有する請求項３に記載の装置であり、各コリメータの位置は、前記X線管の複数の所定の位置のうち１つの位置に対応し、各コリメータは前記X線管によって生成されるX線ビームをコリメートするように構成されている、装置。
9. 少なくとも１つのコリメータのサイズが、前記複数のコリメータの他のコリメータのサイズとは異なる、請求項８に記載の装置。
10. 前記複数の焦点軌道は凸面を形成する、請求項１に記載の装置。
11. 物体を走査する方法であって：
    陽極ディスクを回転させるステップであり、該陽極ディスクは、異なる陽極角を持ち円錐形状である複数の焦点軌道を有する、ステップ；
    X線ビームを生成するために、前記複数の焦点軌道の１つを照射するステップであり、前記の生成されたX線ビームの陽極角は、前記の照射された焦点軌道の陽極角によって決定される、ステップ；
    を含む方法。
12. 請求項１１に記載の方法であり：
    前記陽極ディスクを第１の所定の位置へ動かすステップ；
    第１電子ビームによって照射される複数の焦点軌道の第１焦点軌道で第１走査を実施するステップ：
    前記陽極ディスクを第２の所定の位置へ動かすステップ；及び
    第２電子ビームによって照射される複数の焦点軌道の第２焦点軌道で第２走査を実施するステップ；
    をさらに含む、方法。
13. 請求項１２に記載の方法であり、前記陽極ディスクをさらに動かすステップは、前記陽極ディスクを、該陽極ディスクの軸方向及び半径方向に沿って、それぞれ前記第１の所定の位置及び前記第２の所定の位置に達するように動かすステップを含む、方法。
14. 請求項１２に記載の方法であり、第１焦点とガントリーの回転軸との間の距離と、第２焦点と前記ガントリーの回転軸との間の距離とが同じであり、前記第１焦点及び前記第２焦点は、それぞれ前記第1焦点軌道及び前記第２焦点軌道が照射されるときに形成される、方法。
15. 請求項１２に記載の方法であり、前記第１走査を実施するステップは：
    陰極によって前記第１電子ビームを生成するステップ；
    該第1電子ビームに第1力を及ぼすことによって、前記第1焦点軌道を照射するように該第1電子ビームを方向付けるステップ；
    をさらに含み、前記第２走査を実施するステップは：
    前記陰極によって前記第２電子ビームを生成するステップ；
    該第２電子ビームに第２力を及ぼすことによって前記第２焦点軌道を照射するように前該第2電子ビームを方向付けるステップ；
    をさらに含む、方法。

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