JP2012526345A - Ｘ線生成装置の焦点スポットの負荷依存サイズ変更のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

X線生成装置（２）において、焦点スポット（２１）の温度が決定されうる。さらに、負荷条件が決定される。これはX線生成装置（２）の計画される動作手順を考慮に入れてもよい。X線生成装置の焦点スポットは、次いで、少なくとも部分的に前記負荷条件に基づいて、自動的にサイズ変更できる。

Description

本発明は、一般にはX線生成技術に関する。

X線生成装置は、たとえば医療用途用のX線システムにおいて用いられている。X線管などとしても知られるX線生成装置は、医療撮像用途などに使用されうる電磁放射を生成するために使われる。

通常、X線発生のためのX線生成装置の真空にされた筐体内で陰極要素と陽極要素の間で電子が加速される。電子は、焦点スポットと呼ばれる陽極要素の部分に衝突し、それにより電磁放射を生成する。

陽極要素は静的な性質のものでもよいし、あるいは回転陽極要素として実装されてもよい。

回転陽極を用いることによって、標的、すなわち電子の衝突領域または焦点スポットは、回転陽極ディスクの表面上の定常的な領域であると考えられうる。この領域において、標的の動いている諸要素が定常的な電子ビームを通過するのである。こうして、陽極を回転させることによって、焦点スポット、よって陽極に対してはたらく熱負荷がより大きな円形領域に拡散でき、X線生成装置の可能な電力定格を実質的に向上させる。

X線を生成するためのさらなる因子は焦点スポットの温度である。通常、焦点スポットは、X線生成装置の動作中、約2000ないし3000°Cまで熱せられる。

X線の出力を増すためには、陽極要素の焦点スポットに衝突する電子のフラックスは増大させられるべきである。

他方、焦点スポットのサイズは、X線像の所望される空間解像度を達成するために制限されることが要求されることがある。

電子電流がこのように増大するとともに焦点スポットの限られたサイズが与えられていると、焦点スポットの温度も上昇しうる。

よって、所定の画像解像度、すなわち焦点スポット・サイズおよび所望されるX線出力、すなわち焦点スポットのパワー負荷の組み合わせは、焦点スポットの過熱につながることがあり、それは陽極要素の早すぎる劣化に、またさらにはX線生成装置の瞬時の破局的な障害につながりうる。

よって、特に陽極要素およびX線生成装置の劣化や障害を避けるため、X線生成装置の焦点スポットの過熱が防止されうる方法および装置が必要とされていることがありうる。

電子衝撃の増大に起因する焦点スポットの温度上昇に抗するため、焦点スポットのサイズは、陽極要素に衝突する電子をより大きな領域に分散させるよう、拡大されうる。

しかしながら、より大きな焦点スポット、よってX線生成のより大きな領域は、X線像の劣化につながりうるため、焦点スポット・サイズは特に、X線生成装置の破局的な障害が切迫している場合にのみ拡大されてもよい。

かかる破局的障害とは、特に、定義されたサイズをもつ焦点スポットに入射する電子のフラックスを特に考慮に入れて、X線生成装置の現在の負荷、すなわち生成されるX線の量に依存していてもよい。

通常、X線設備は指定された負荷条件のもとで所定の寿命について指示され、仕様が定められていてもよい。操作者がシステムを、期待されるより小さな度合いで使うことを選ぶ場合、システムの信頼性を危うくすることを伴わない、改善された画像解像度、すなわちより小さな焦点スポットの恩恵を操作者にオファーすることが有益でありうる。

以下では、独立請求項に基づく、X線生成装置の焦点スポットの負荷依存のサイズ変更のための方法、X線生成装置、X線システム、コンピュータ可読媒体およびプログラム要素が提供される。

本発明の例示的実施形態によれば、X線生成装置の焦点スポットの負荷依存のサイズ変更のための方法であって、負荷条件を決定する段階を含み、焦点スポットは負荷条件に少なくとも部分的に基づいて自動的にサイズ変更される、方法が提供される。

本発明のさらなる例示的実施形態によれば、X線生成のために動作上結合されている陰極要素および陽極要素を含むX線生成装置であって、焦点スポットがサイズ変更可能であり、特に少なくとも部分的に第一の温度および／または負荷条件に基づいて自動的にサイズ変更可能である、装置が提供される。

本発明のさらなる例示的実施形態では、本発明に基づくX線生成装置およびX線検出器とを有するX線システムであって、X線生成装置とX線検出器の間にオブジェクトが配置でき、X線生成装置およびX線検出器は、オブジェクトのX線像が得られるよう動作上結合され、当該X線システムは、本発明に基づく方法を実行するよう適応されている、システムが提供される。

本発明のさらなる例示的実施形態によれば、X線生成装置の焦点スポットの負荷依存のサイズ変更のためのコンピュータ・プログラムが格納されているコンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ・プログラムは、プロセッサによって実行されると、本発明に基づく方法を実行または制御するよう適応されている、媒体が提供される。

本発明のさらなる例示的実施形態によれば、X線生成装置の焦点スポットの負荷依存のサイズ変更のためのプログラム要素であって、プロセッサによって実行されると、本発明に基づく方法を実行または制御するよう適応されている、プログラム要素が提供される。

本発明は、X線生成装置の焦点スポットの負荷依存のサイズ変更に関する。焦点スポットをサイズ変更するかどうかの判定は、特に、X線管などのようなX線生成装置の陽極要素上に配置されるなどした焦点スポットの第一の温度に、またはその負荷条件に依存してもよい。

負荷条件は、X線生成装置のある種の動作または動作モードに関係していてもよい。動作のモードは、たとえば、骨折した骨などの単一のX線画像の１秒未満の取得、数秒の期間の計算機断層撮影ボリューム・スキャンの取得、動作の期間中など数ミリ秒のショット長の一連の画像の取得であってもよく、またさらには造影剤を使った、心臓用途における人間の心臓のシネ・シーケンス（たとえば、20秒など長期にわたる毎秒約30画像）の取得であってもよい。

負荷条件は、特に、X線生成装置のパワー出力、連続動作であってもよい引き伸ばされた動作、焦点スポット・サイズの縮小のうちの任意のものとともに厳しいものになることがありえ、X線生成装置の動作開始時の焦点スポットの温度（ここでは第一の温度と称される）にも依存しうる。

焦点スポットの第一の温度は、X線生成装置の動作前に、特に計画された動作の開始時に決定されてもよい。負荷条件の上述した要因および可能性としては焦点スポットの第一の温度を考慮に入れて、第二の温度が決定されてもよい。第二の温度は、X線生成装置の計画されたまたは定義された動作後の焦点スポットの温度と見てもよい。

第一の温度が利用可能でないまたは決定されないことを選ぶ場合には、第二の温度の最悪ケースが少なくとも評価または想定されてもよい。

よって、負荷条件を用いるおよび／または焦点スポットの第二の温度を考慮に入れることによって、X線生成装置の所望される動作モードがX線生成装置の安全な動作仕様範囲内であるかどうかが判定されうる。

結果として、動作のある種のモードが、X線生成装置の早すぎる劣化、またさらには破局的な障害につながる負荷条件を生じることが判定されうる。

たとえば、ある種の画像取得動作を計画しているX線システムの操作者は、計画された動作が、陽極上の焦点スポット軌跡の過熱などにより、X線システムの安全仕様を超えると通知されてもよい。すると、操作者は、動作の計画を練り直したり、あるいは早すぎる劣化の危険を冒しながら、少なくとも寿命を短くする危険をまたはX線生成装置の破局的な障害の危険さえ冒しながら計画されたとおりに続けるかどうかを決定したりしうる。

この場合、動作モードの再計画は、露出時間を短縮する、X線出力とともに画像コントラストを低下させる、あるいは焦点スポットを拡大することを含んでいてもよい。しかしながら、焦点スポットの拡大は、X線画像の空間解像度を悪化させることがある。

患者の安全が素材の劣化より優先する状況では、操作者は、早すぎる劣化につながりうる焦点スポット・サイズを含む負荷条件をもって動作を続ける決断をしてもよい。

操作者は、計画された手順がX線生成装置のある種の製造業者の安全境界を出るという指標を得てもよいが、それでも計画された動作を続ける決定をしてもよい。これは、操作者が、ある種の動作モードの間に、たとえばそのある種の動作のために計画された時間が完全には必要とされないと判断することがありうるからであってもよい。

たとえば、心臓血管用途では、操作者は、20秒の期間をもつリアルタイムのビデオ・シーケンスを計画してもよい。しかしながら、最初の7秒以内に必要とされる画像をすでに取得してしまうことがあり、よって動作を早めに終えることを決めることがありうる。

他方、計画された動作モードが、たとえば事前設定された時間制限を超えて継続する必要がある場合、操作者は、製造業者の仕様を超えようとしていることを通知されてもよい。すると、操作者は、それでも画質を維持するために事前設定されたパラメータ（たとえば焦点スポット・サイズおよびパワー出力）で継続することを決めてもよいし、あるいはX線生成装置への損傷を防ぐため、画質を犠牲にしつつ、焦点スポット・サイズを増大させることを決めてもよい。

製造業者の仕様を超えることは、通常、瞬時の破局的な障害にはつながらないことがあるが、X線生成装置のある種の要素の寿命を短くする。

たとえばX線生成装置の焦点スポット・サイズ、パワー出力および動作の継続期間のようなパラメータを含むある種の動作モードが操作者によって計画される場合、焦点スポットの第一の温度および負荷条件を考慮に入れて、取得動作後の第二の温度がいまだ製造業者によって指定される安全境界内であることが判定されることがありうる。

よって、操作者はたとえば、患者の安全性を維持するかさらには向上させつつ、画質を上げるために焦点スポット・サイズがさらに減少されてもよいという指標を得てもよい。

すべての場合において、ある種の動作モードの間に潜在的に危険である状況が判別される場合（たとえば、特にX線生成装置の製造業者によって許容されている最大温度を超えることにより、破局的な障害が切迫している可能性がある）、X線システムは自動的に焦点スポット・サイズを拡大して、焦点スポットの現在の温度が安全領域内に留まるまたは（もとの）安全領域まで降下するようにしてもよい。

焦点スポットの拡大は徐々に低減した診断画像品質を与えることがありうるが、それでも、X線生成装置の動作を完全にシャットダウンし、よって潜在的に価値のある情報の取得を遮断してしまうよりは好ましいことがある。これは、特に、カテーテルの位置がモニタリングされる必要のあるインターベンション技法について当てはまる。

X線発生のために用いられる電子ビームは、X線生成装置の陰極要素から発する熱電子放出によって生成されてもよい。それらの電子は、電場、すなわち陰極要素と陽極要素の間の電圧によって陽極要素のほうに加速される。

電磁集束素子、たとえばX線生成装置内の少なくとも一つの電磁レンズは、電子ビームを集束させることができ、よって陽極要素上に電子の衝突の領域を画定する。これにより、画定したサイズおよび形の焦点スポットを創り出す。

第一の温度、第二の温度、X線生成装置の動作の間の焦点スポットの現在温度および負荷条件、特に現在温度が第一の温度および負荷条件によってどのように影響されるかの決定は、さまざまな方法で決定されうる。

特に、負荷条件は第一の温度、すなわちX線生成装置の動作前の開始温度を考慮に入れてもよい。

さらに、X線生成装置の動作後の第二の温度が、第一の温度および負荷条件に依存してもよい。

X線生成装置の動作中の焦点スポットの現在温度は、特に、第一の温度と第二の温度の間であってもよく、焦点スポット・サイズ、X線生成装置のパワー出力および現在露出時間、すなわちX線生成装置の動作時間といったパラメータとともに、第一の温度およびX線生成装置の動作中の特定の時点における負荷条件に依存してもよい。

その決定は、温度モデルまたは熱力学モデル一般を用いることに基づいていてもよい。かかるモデルは、たとえば第一の温度、動的または静的な焦点スポット・サイズ、局所的な焦点スポット電流分布、X線パワー出力、管電圧、電子電流、管電圧および電流に依存する広がるまたは縮む焦点スポット・サイズ、電子反跳効果、現在露出時間の効果、全体的な露出時間、表面のひび割れに起因する標的の現在の粗さおよび線量収量といったパラメータを考慮に入れた、X線生成装置の個々の部分の温度、特に陽極要素の焦点スポットの温度が、時間とともにどのように変化するかの理論的、数学的なモデルと見てもよい。線量収量は、X線生成装置の個々のコンポーネント、特に陽極要素の加齢〔エージング〕プロセスをさらに考慮に入れてもよく、それがX線生成装置の過去の全体的な動作に関係した補正パラメータとして見られてもよい。

モデルはX線生成装置の現在の状態または条件および計画された手順についての正確な情報を必要とすることがありうる。よって、前記熱力学モデルを、たとえばX線生成装置およびX線システムの動作をそれぞれ制御および設定するために操作者によって使用される制御ユニットに組み込むことが有益でありうる。

さらに、焦点スポットの温度は光学的な測定、たとえば、熱カメラなどによる赤外線放射または熱放射の測定によって決定されてもよい。かかる測定は、特に、X線生成装置／X線管内で行われてもよい。

また、焦点スポットの温度はその熱電子放出を測定することによって決定されてもよい。焦点スポットの熱電子放出は、陽極要素のほうに加速されて焦点スポットに衝突する電子を発生させる陰極要素のものに匹敵するものであってもよい。陰極要素の熱電子放出と同様、陽極要素の熱電子放出は特に、陽極要素の素材および焦点スポットの温度に依存しうる。焦点スポットの近傍における局在化した電場が、陽極要素から放たれる電子を検出するために用いられてもよい。

換言すれば、X線生成装置はたとえば標的の温度を、熱電子放出効果により標的から放出される電子を測定することによって間接的に測定するよう適応されていてもよい。標的自身からの電子の熱放出が標的の温度に依存しうるので、標的の温度は、さらなる電極によって検出される電子流から導出されてもよい。

焦点スポットの温度および負荷条件は、負荷シーケンスの履歴に依存し、よって該履歴によって、熱モデルを使って決定されてもよい。

熱機械サイクリングによる陽極要素の加齢とともに、陽極要素の表面は、たとえば表面のひび割れに起因して粗くなることがある。かかる表面破壊とともに、X線生成装置の線量収量（dose yield）、すなわちある量の電子が衝突したときに与えられるX線の量の低下が、焦点スポットの温度の上昇につながりうる。これは、所与のX線線量を得るために、低下した線量収量では、電子の量を増やす必要があることがあり、熱条件が悪化するためでありうる。

よって、特にX線生成装置の、たとえば製造業者仕様内または該仕様を超えての前の動作を考慮に入れた陽極要素の齢（age）が温度に影響しうる。よって、線量収量は、X線生成装置、特に陽極要素の長期的な加齢プロセスを反映しうる。

以下では、本発明のさらなる実施形態が、X線生成装置の焦点スポットの負荷依存のサイズ変更のための方法を特に参照して記述される。しかしながら、これらの説明はX線生成装置、X線システム、コンピュータ可読媒体およびプログラム要素にも適用される。

特許請求されるエンティティの間の単一または複数の特徴の任意の変形および交換が考えられ、本特許出願の範囲および開示内であることを注意しておく。

本発明のさらなる例示的実施形態によれば、第一の温度が決定されてもよい。

負荷条件を決定するために、焦点スポットの第一の温度、すなわち第二の温度を計算するもとになる負荷付与（loading）手順の開始温度が決定されてもよい。

本発明のさらなる例示的実施形態によれば、負荷条件はX線生成装置の動作および／または第一の温度に少なくとも部分的に基づいていてもよい。

負荷条件は、所望される焦点スポット・サイズ、一枚または一組のX線画像をいかにして取得するかの事前設定された方法などのような動作の露出時間、X線のパワー出力、焦点スポットに衝突する電子のパワー入力／量、線量収量およびX線生成装置の物理的な齢といった具体的なパラメータを考慮に入れてもよい。負荷条件はまた、第一の温度、よって第二の温度を計算するもとになる開始温度をも考慮に入れてもよい。

本発明のさらなる例示的実施形態によれば、負荷条件はX線生成装置の動作後の焦点スポットの第二の温度を示す。

よって、負荷条件のパラメータについての情報を用いることにより、X線画像の事前計画された取得後の焦点スポットの第二の温度が決定されてもよい。たとえば、物理的モデルによって計算されてもよい。

本発明のさらなる例示的実施形態によれば、第一の温度および／または第二の温度は、熱力学モデル、温度モデル、光学的測定、熱電子放出、線量収量の決定および負荷条件からなる群のうちからの少なくとも一つによって決定されてもよい。間接的なパラメータは、管電圧、管電流のようなパラメータから決定されるまたは測定される、実際のおよび予測された焦点スポット・サイズを含んでいてもよい。

これは、簡単で正確な温度決定を、よってX線生成装置が製造業者の仕様の範囲内で動作しているかどうかの決定を許容しうる。

本発明のあるさらなる実施形態によれば、焦点スポットのサイズ変更は、焦点スポットのサイズを拡大することおよび／または焦点スポットのサイズを縮小すること、あるいは焦点スポットの長さと幅の比を変えることによって焦点スポットの形を変えることを含んでいてもよい。

焦点スポットのサイズを拡大することは、特に、X線生成装置を傷つける可能性のあるX線生成装置の障害が切迫している可能性があることに反応することを許容しうる。焦点スポットのサイズを縮小することは、特に、X線生成装置の動作が製造業者仕様の範囲内に十分はいっているまたは当該装置の使用が当該装置の仕様がかつて作られた条件に比べてゆっくりであることが判別されるときに画質を向上させることを許容しうる。

さらに、焦点スポットの幅または長さだけが変えられてもよく、よって焦点スポットの形、あるいは換言すれば焦点スポットの長さと焦点スポットの幅の間のアスペクト比が変更されてもよい。

たとえば、焦点スポットの長さまたは幅のみが変更されてもよく、よって焦点スポットの長さまたは幅が互いに独立して変更されてもよい。

回転陽極要素の動径方向における焦点スポットの長さの変化は、焦点スポットの温度の変化に直接、線形に結びついている。一方、焦点スポットの幅の変化は、焦点スポット温度に対して、平方根の依存性を介して結びついている。

本発明のさらなる例示的実施形態によれば、X線生成装置の動作の前および／または動作中にサイズ変更可能であってもよい。

動作の前の焦点スポットのサイズ変更は、特に、事前計画された動作について、実質的に一定の画質をもつX線画像を取得しつつ、該一定の画質を最大にすることを許容しうる。X線生成装置の動作中の焦点スポットのサイズ変更は、特に、X線生成装置の障害が切迫している可能性があることに対する反応を許容しうる、あるいはX線生成装置の動作中の動作の変化に対して、たとえば負荷条件に最適に適応しているとして焦点スポットのサイズが当初選択されたもとになった事前計画された時間制限を超えて動作時間（露出時間）を延長することによって、反応しうる。それにより、たとえば製造業者の仕様の境界に近い第二の温度につながる。

本発明のさらなる例示的実施形態によれば、動作中の焦点スポットの現在温度に起因しておよび／または動作中に所定の負荷条件を超えることに起因して、X線生成装置の劣化を避けるために、焦点スポット・サイズがX線生成装置の動作中に拡大されてもよい。

動作中のかかる拡大は、X線生成装置の切迫した破局的な障害または早すぎる加齢に抗しうる。

本発明のさらなる例示的実施形態によれば、焦点スポット・サイズは、焦点スポットの第一の温度に起因して、焦点スポットの第二の温度に起因して、および／またはX線生成装置の動作中の負荷条件に起因して、X線生成装置の動作の前に縮小されてもよい。

焦点スポット・サイズの縮小は、特に、X線生成装置の動作を計画する際に決定される、十分に製造業者仕様の境界の範囲内にある動作モードにおいて、低下した患者リスクをもって向上した画質を提供しうる。

本発明のさらなる例示的実施形態によれば、焦点スポット・サイズは連続的および／または不連続的にサイズ変更可能である。

焦点スポットの不連続的または段階的または漸進的なサイズ変更は、焦点スポットのサイズ変更の簡単な実装を許容しうる。一方、連続的なサイズ変更は、特に、実質的に製造業者の安全性境界で動作しつつ、現在の負荷条件に実質的に最適に適応されうるサイズ変更を提供しうる。

以下では、本発明のさらなる実施形態について、X線システムを参照して記載されるが、これらの説明は、X線生成装置の焦点スポットの負荷依存のサイズ変更の方法、X線生成装置、コンピュータ可読媒体およびX線生成装置の焦点スポットの負荷依存のサイズ変更のためのプログラム要素にも当てはまる。

本発明のさらなる例示的実施形態によれば、X線システムはさらに、焦点スポットの第一の温度、焦点スポットの現在温度および／または焦点スポットの第二の温度を決定するための温度決定要素を有していてもよい。

かかる温度決定要素は、焦点スポットの温度についての必要とされる情報、たとえば、熱力学モデルに従って数学的計算を開始するための基礎を提供するため、および／または熱力学モデルを用いることによって決定された温度の精度を検証するために、提供してもよい。

第一の温度は、特に、動作前の温度であってもよく、現在温度は特に動作中の現在温度であってもよく、第二の温度はX線生成装置の動作後の焦点スポットの温度であってもよい。

本発明のこれらおよびその他の側面は、以下に記載される実施形態から明白となり、これを参照することで明快にされるであろう。

本発明の実施形態は、次の図面を参照して以下で記述される。

図面における図解は概略的なものである。異なる図面において、同様または同一の要素は同様または同一の参照符号を与えられている。

図面は縮尺通りに描かれてはおらず、定性的な比率を描いていることもある。

本発明の例示的実施形態によるX線システムの画像取得部を示す図である。 本発明の例示的実施形態によるX線システムの完全なビューを示す図である。 本発明のある実施形態に基づくX線生成システムの焦点スポットの負荷依存のサイズ変更のための方法のフローチャート図である。 本発明の例示的実施形態に基づく電子ビームを集束させる集束要素を含むX線生成装置２の概略図である。 本発明の例示的実施形態に基づく電子の検出のための電極要素２２を有するX線生成装置２の概略表現を示す図である。

ここで図１を参照するに、本発明のある例示的実施形態に基づくX線システムの画像取得部が描かれている。

X線システム１は、X線管として描かれているX線生成装置２を有する。X線生成装置２は陰極５および回転陽極４を有する。X線生成装置２は矢印９によって示されるX線を発生する。

オブジェクト６がX線生成装置２とX線検出器３の間の経路内に位置され、X線９に露出され、放射線写真撮影されるようになっている。

X線検出器３はオブジェクト６のX線画像または画像系列を取得する。

ここで図２を参照するに、本発明の例示的実施形態に基づくX線システムの完全なビューが描かれている。

図２では、X線システム１が、制御システムまたは制御ステーション７を含む典型的な検査シナリオにおいて描かれている。制御システム７は通常、別個の室内に位置されるか、少なくともX線９から遮蔽される。

操作者は、オブジェクト６に対して実行されるべき動作のためのパラメータ、たとえばオブジェクト６の単一のまたは一連のX線画像をどのように取得するかの指示を入力するために制御システム７を使用してもよい。

たとえば、モニタ８ａに描かれるように、操作者は、動作前の第一の温度t₁について、焦点スポット・サイズ（F.S.S.: focal spot size）について、X線生成装置２のパワー出力（power output）についておよび現在温度t_cについての情報を与えられてもよい。

操作者は、たとえば露出時間および取得されるべきフレームの数のような、X線生成装置２の計画された動作に関係したデータを入力してもよい。

X線生成装置２の焦点スポットの負荷依存のサイズ変更のためのプログラム要素またはコンピュータ・プログラムが、制御システム７内のプロセッサによって実行されてもよい。

こうして、コンピュータ・プログラムまたはプログラム要素は、焦点スポットの現在温度、よって動作前の第一の温度、焦点スポット・サイズについての情報および計画された手順についての情報を得るようプロセッサ／制御システム７に指示してもよい。

制御システム７は、次いで、動作中の焦点スポット温度における可能な上昇を決定するために熱力学的モデルを使ってもよく、特に、動作後の焦点スポットの第二の温度を決定してもよい。

計画された動作のパラメータが、製造業者の安全な仕様限界内またはさらなる任意に定義された境界条件内でない第二の温度につながると判定された場合、モニタ８ｂは、たとえば、計画された手順がこの境界条件を超えるという警告を表示してもよい。あるいはまた、システムは、ユーザーによってたとえば所定の時間制限内に防止されなければ焦点スポット・サイズが自動的にサイズ変更されるという指標を与えてもよい。

操作者は、次いで、仕様境界内に戻る／留まるために動作パラメータを変える決定をしてもよく、あるいはX線生成装置２が早めに加齢することを許容しつつ、改善されたX線画像品質および向上した患者安全性のために、モニタ８ｂ上の制御システム７の警告を無視する選択をしてもよい。

制御システム７が、計画された動作のための事前設定パラメータが、境界条件内である焦点スポットの第二の温度につながると判定する場合、制御システム７はまた、製造業者仕様を維持し、患者安全性を保ったまま、改善された品質の画像を得るために、たとえばパワー出力を上げるまたは焦点スポット・サイズを縮小することを提案してもよい。

制御システム７が、焦点スポットの現在温度に起因してX線生成装置７の切迫した障害が予期されると判定する場合、制御システム７は、X線取得をすぐ完全に止めるのではなく、自動的に焦点スポットを拡大する決定をしてもよい。制御システム７はまた、モニタ８ｂ上で関係した情報（図２には示さず）を示すことによって、操作者に、この介入および画像パラメータの変更について通知してもよい。

ここで図３を参照するに、本発明に基づくX線生成装置の焦点スポットの負荷依存のサイズ変更のための方法のフローチャート図が描かれている。

X線生成装置の焦点スポットの負荷依存のサイズ変更、特に自動的なサイズ変更のための方法１０は、可能性としては少なくとも部分的に第一の温度に基づいて、負荷条件を判別するまたは負荷条件にアクセスすること（１１）を含む。

次の段階では、方法１０は、負荷条件および／または焦点スポットの第一の温度に少なくとも部分的に基づいて、第二の温度を決定する（１２）ことを含む。

たとえば製造業者仕様を超えていることに起因して焦点スポット・サイズの調整が必要とされている、あるいは他方、焦点スポット・サイズの縮小が患者安全性を維持しつつ改善された画像品質につながりうると判定される場合、さらなるステップ１３において、焦点スポットがサイズ変更、拡大または縮小、されてもよい。特に、焦点スポットは、たとえば制御システム７によって、あるいはX線生成装置内の安全性要素によって、自動的にサイズ変更されてもよい。

焦点スポットのサイズ変更１３は、X線生成装置の動作の前または動作中に行われてもよい。

図４は、本発明の例示的実施形態に基づく、電子ビームを集束させるための集束要素を有するX線生成装置２の概略図である。

X線生成装置２は、陰極要素５、陽極要素４、たとえば回転陽極要素４、X線検出器３ａ、高電圧源３０、判定ユニット３１および制御ユニット３２を有する。制御ユニット３２は、制御システム７とは別個であっても、制御システム７の一部であってもよい。

陰極要素５は、電子放出要素３３と、陽極要素４上の所定の寸法内の所定の位置に電子ビーム２０を合焦する集束要素１００とを有する。電子放出要素４４は電子ビーム２０を放出し、電子ビーム２０をなす電子は高電圧源３０によって生成される電場によって陽極要素４のほうに加速される。

電子は、陽極要素４の上表面３４上に衝突し、焦点スポット２１を形成する。X線９は、焦点スポットから発し、検出信号を生成する検出器３ａによって検出される。この検出信号が、判定ユニット３１によって、焦点スポット２１の属性を判別するために使用されてもよい。これらの焦点スポット属性は、たとえば、焦点スポット２１の寸法または位置である。

判定ユニット３１は、検出信号の変化と変化の間の相関に応じて焦点スポット２１の属性を決定するよう適応されている。

陽極要素４、陰極要素５、高電圧源３０、検出器３ａおよび判定ユニット６は、制御ユニット３２によって制御される。

検出器３ａおよび焦点スポット２１は、検出器３ａが焦点スポット２１から発するX線を検出しうる範囲内で、角度３５ができるだけ小さくなるよう配置されてもよい。これは、陽極要素４の上面３４での変化に対して、検出信号の改善された感度につながりうる。

代替的または追加的に、検出器３ａは、焦点スポット２１から発する、電子または金属粒子のような他の粒子を検出するよう適応されてもよい。この場合にも、検出器３ａおよび焦点スポット２１は、検出器３ａが焦点スポットから発するこれらの粒子を検出しうる範囲内で、角度３５ができるだけ小さくなりうるよう配置されてもよい。こうして、検出器３ａは、熱電子放出に起因する焦点スポット２１の温度の決定のためにも使用されてもよい。

図５は、電子の検出のための電極要素２２を有するX線生成装置２の概略的表現を示している。

熱陰極要素５は電子２０を生成する。電子２０は陽極要素の標的または焦点スポット２１のほうに向けて加速される。電子は、陰極要素５と標的２１との間の電位差に起因して加速されうる。陽極要素４と標的２１は分離されてもよいし、あるいは図示されるように同一の要素であってもよい。標的は回転していてもよい。複数の加速された電子は、電子ビーム２０を表す。電子ビーム２０は標的２１に焦点スポット２１において衝突する。

電子と標的材料との相互作用のため、X線が生成される。さらに、標的物質が加熱されて、熱電子放出効果のため、さらなる電子が標的２１から放出されることがある。

標的から放出される電子は、さらなる電極２２、たとえばさらなる陽極要素２２によって検出される。

後方散乱電子捕捉装置が標的の表面の近くに配置されていてもよい（図５には示さず）。

X線生成装置２は解析ユニット２３を有していてもよい。解析ユニット２３はX線生成装置２の内部に位置されてもよく、あるいは図示されるように、X線生成装置２の外側に配置されてもよい。

このように、温度に関係する信号が生成され、線１４を介して解析ユニット２３に転送されてもよい。その後、解析ユニット１２において、温度、たとえば焦点スポット２１の第一の温度、第二の温度または現在温度の決定のために処理されるためである。

「有する／含む」の語が他の要素やステップを排除するものではないこと、単数形の表現が複数を排除するものではないことを注意しておくべきである。また、種々の実施形態との関連で記述される要素が組み合わされてもよい。

請求項に参照符号があったとしても特許請求の範囲を限定するものと解釈してはならないことも注意しておくべきである。

コンピュータ可読媒体は、フロッピーディスク、CD-ROM、DVD、ハードディスク、USB（ユニバーサル・シリアル・バス）記憶デバイス、RAM、ROM（読み出し専用メモリ）およびEPROM（消去可能なプログラム可能な読み出し専用メモリ）であってもよい。

コンピュータ可読媒体はまた、プログラム・コードのダウンロードを可能にするデータ通信ネットワーク、たとえばインターネットであってもよい。

１ X線システム
２ X線生成装置
３、３ａ X線検出器
４ 陽極〔アノード〕要素
５ 陰極〔カソード〕要素
６ オブジェクト
７ 制御システム
８ａ、ｂ モニタ
９ X線放射
１０ X線生成装置の負荷条件を判別する方法
１１ ステップ１：負荷条件を判別
１２ ステップ２：第二の温度を決定
１３ ステップ３：焦点スポットのサイズ変更
２０ 電子ビーム
２１ 標的／焦点スポット
２２ さらなる電極要素／陽極要素
２３ 解析ユニット
２４ 線
３０ 高電圧源
３１ 判定ユニット
３２ 制御ユニット
３３ 電子放出要素
３４ 上面
３５ 角度
１００ 集束要素

よって、所定の画像解像度、すなわち焦点スポット・サイズおよび所望されるX線出力、すなわち焦点スポットのパワー負荷の組み合わせは、焦点スポットの過熱につながることがあり、それは陽極要素の早すぎる劣化に、またさらにはX線生成装置の瞬時の破局的な障害につながりうる。
GB247568は白熱陰極を有する管であって、陰極に直接接続された集束装置および陰極線分散器によって、焦点スポットの面積が電極間の電流に応じて自動的に調整されるものを記載している。陰極線分散器は電位差を生成する抵抗を通じて陰極に接続される。
US4,158,138は格納プログラム・デジタル・コンピュータからの制御信号に応答して、X線ビームを生成し、X線ビームが通過するオブジェクトの像を生成するよう動作する診断X線システムを記載している。
GB1357395は、X線管における焦点スポットのサイズが補足電極によって管負荷に応じて調整されることを記載している。補足電極は管陽極および陰極に結合した制御トランス上の可動タップに接続されている。管負荷の変動に応じてタップ位置を変える手段が設けられている。
WO2007/110797は、回転可能な陽極上の焦点スポット上に電子を放出するよう構成された放出体を含むX線管を記載している。X線管はまた中空管も含み、該中空管は、該中空管の一端において焦点スポットから電磁放射を受け取り、それを他端に送出する。X線管はまた、中空管を通じた電磁放射を検出するよう構成された二つ以上のセンサーをも含む。
FR978570はX線管自己調整器を記載している。

Claims (15)

1. X線生成装置の焦点スポットの負荷依存のサイズ変更の方法であって：
   負荷条件を決定する段階を含み、焦点スポットは前記負荷条件に少なくとも部分的に基づいて自動的にサイズ変更できる、方法。
2. 焦点スポットの第一の温度を決定するおよび／または焦点スポットの第二の温度を決定することをさらに含む、請求項１記載の方法。
3. 前記負荷条件が、前記X線生成装置の動作および／または前記第一の温度の動作に少なくとも部分的に基づく、請求項１または２記載の方法。
4. 前記負荷条件が、前記X線生成装置の動作後の焦点スポットの第二の温度を示す、請求項１ないし３のうちいずれか一項記載の方法。
5. 前記第一の温度および／または前記第二の温度は、熱力学モデル、温度モデル、光学的測定、熱電子放出、線量収量の決定および前記負荷条件からなる群のうちからの少なくとも一つによって決定される、請求項１ないし４のうちいずれか一項記載の方法。
6. 焦点スポットの前記サイズ変更は、焦点スポットのサイズを拡大すること、焦点スポットのサイズを縮小すること、焦点スポットの形を変えること、焦点スポットの長さと幅のアスペクト比を変えることからなる群のうちの少なくとも一つを含む、請求項１ないし５のうちいずれか一項記載の方法。
7. 焦点スポットは、前記X線生成装置の動作の前および／または動作中にサイズ変更可能である、請求項１ないし６のうちいずれか一項記載の方法。
8. 前記X線生成装置の劣化を避けるために、動作中の焦点スポットの現在温度に起因しておよび／または動作中に所定の負荷条件を超えることに起因して、焦点スポット・サイズが前記X線生成装置の動作中に拡大される、請求項１ないし６のうちいずれか一項記載の方法。
9. 焦点スポット・サイズは、焦点スポットの前記第一の温度、焦点スポットの前記第二の温度の評価、および／または前記X線生成装置の動作中の前記負荷条件に起因して、前記X線生成装置の動作の前に縮小される、請求項１ないし８のうちいずれか一項記載の方法。
10. 焦点スポット・サイズが連続的および／または不連続的にサイズ変更可能である、請求項１ないし９のうちいずれか一項記載の方法。
11. X線生成のために動作上結合されている陰極要素および陽極要素を有するX線生成装置であって、
    焦点スポットが、少なくとも部分的に負荷条件に基づいて自動的にサイズ変更可能である、装置。
12. 請求項１０記載のX線生成装置およびX線検出器とを有するX線システムであって、
    前記X線生成装置と前記X線検出器の間にオブジェクトが配置でき、
    前記X線生成装置および前記X線検出器は、前記オブジェクトのX線像が得られるよう動作上結合され、
    当該X線システムは、請求項１ないし１０のうちいずれか一項記載の方法を実行するよう適応されている、システム。
13. 焦点スポットの前記第一の温度、焦点スポットの現在温度および／または焦点スポットの第二の温度を決定するための温度決定要素をさらに有する、請求項１２記載のX線システム。
14. X線生成装置の焦点スポットの負荷依存のサイズ変更のためのコンピュータ・プログラムが格納されているコンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ・プログラムは、プロセッサによって実行されると、請求項１ないし１０のうちいずれか一項記載の方法を実行するよう適応されている、媒体。
15. X線生成装置の焦点スポットの負荷依存のサイズ変更のためのプログラム要素であって、プロセッサによって実行されると、請求項１ないし１０のうちいずれか一項記載の方法を実行または制御するよう適応されている、プログラム要素。

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