JP2018010857A - X線管内の焦点位置の電子的較正 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、回転可能円盤状アノード122を有する例示的回転式又は回転アノードタイプX線管100のブロック図である。X線管100は、ハウジング102とハウジング102内のX線インサート110とを含む。ハウジング102はインサート110を封入する。ハウジング102とインサート110の間の空間又は空洞を冷却剤又は空気で満たすことができる。インサート110とも呼ぶ真空筐体内にカソード112及びアノードアセンブリ120が位置決めされる。アノードアセンブリ120は、アノード122と、軸受アセンブリ130と、軸受アセンブリ130に機械的に結合された回転子128とを含む。アノード122は、カソード112から離間され、かつカソード112に対向するように配置される。アノード122とカソード112は、アノード122とカソード112の間への高電圧電位の印加を可能にする電気回路内で接続される。カソード112は、適切な電源(図示せず)に接続された電子エミッタ116(放出源)を含む。
X線管及び放射線検出器は、コンピュータ断層撮像(CT)スキャナのような回転式X線システム内に含めることができる。コンピュータ断層撮像(CT)は、1回の走査作動(「走査」)中に一部の投影画像(「レントゲン投影像」)を収集することによる物体の内部構造の撮像を含み、医療分野において人体の選択部分の内部構造を詳察するために広く使用されている。一般的に、物体の一部の2次元投影像が生成され、これらの投影像から異なる断層画像再構成法を用いて物体の3次元表現が構成される。この3次元画像から、物体を通る従来のCTスライス画像(例えば、ガントリー回転毎に16枚又は64枚のスライス画像)を生成することができる。一般的に2次元投影像は、「点源」(例えば、X線管)からの放射線をその一部を自体のサイズ、密度、及び原子組成に基づいて吸収することになる物体に透過させ、吸収されなかった放射線をピクセル検出器(単純に「ピクセル」と呼ぶ)のアレイを含む2次元撮像デバイス又は撮像器(すなわち、放射線撮像器又は放射線検出器)上に収集することによって生成される。そのようなCTシステムを図2に示している。
従来、上述のように、X線管の主要光線が、X線管の移動に基づいて検出器上の指定場所(例えば、検出器上の中心点)に集中するように、X線管は、ガントリー及びコリメータと機械的に位置合わせされる。X線管の位置合わせは、画像品質、良好な精度、及び高い分解能を確実にするのに使用される。特に、X線管を再配置する主要光線のより高い精度のための1又は複数の機械的位置合わせの調節は、時間を消費し、煩わしく、イテレート的である場合があり、位置合わせの品質は、機械的位置合わせを実施する技術者の技能に大きく依存する可能性がある。一部の機械的位置合わせ処理では、主要光線は、X線管及びコリメータを移動することによって位置合わせされる。
細密位置合わせに向けて電子的位置合わせを使用することによって手動調節処理におけるイテレート段階を排除することができ、それによってX線管をガントリーアセンブリに対して較正する際の時間を節約することができる。大まかな機械的位置合わせは、先に解説したように比較的容易に比較的短い所要時間に実施することができ、その後のイテレート細密位置合わせ処理は、電子的位置合わせ処理(すなわち、磁気コイルに流れる電流及び得られるX線管内の電子ビームに対する磁力の調節)によって実施することができ、それによって時間とコストとが節約される。
図30に示す流れ図は、管制御ユニット(TCU)を用いて放射線検出器に対してX線管の主要光線を位置合わせする方法700を示している。本方法は、段階710にあるように、X線管内のエミッタから電子を放出する段階を含む。段階720にあるように、電子がX線管のアノードの焦点上に衝突することから主要光線を有するX線を発生させる段階が続く。本方法の次の段階は、段階730にあるように、指定撮像器場所からの主要光線の距離を表すオフセット値をTCUで受信する段階を含む。本方法は、段階740にあるように、エミッタとX線管上のアノードの間にあるステアリング磁気多重極に適用されるオフセット値に基づいてTCUの少なくとも1つのステアリングドライバからステアリング信号を発生させる段階を更に含むことができる。本方法の次の段階は、段階750にあるように、ステアリング磁気多重極を用いて焦点をアノード上で移動して主要光線を指定撮像器場所に対して位置合わせする段階を含むことができる。ステアリング磁気多重極の少なくとも2つの極は、電子の経路の両側にある。
X線管のステアリング磁気機器及びフォーカシング磁気機器は、TCUと共に、焦点位置(又は主要光線位置)の電子的較正又は焦点サイズ(焦点寸法、主要光線強度、又はX線ビームエネルギ分布)の電子的較正を提供することができる。X線管では、焦点サイズは、管電圧及び管電流の設定によって部分的に定めることができる。焦点サイズは、異なる管電圧及び管電流における電子ビーム空間電荷効果に起因して変化する可能性がある。上述のように、管電圧又は管電流を変化させることにより、焦点ブルーミングがもたらされる可能性がある。本説明のステアリング磁気機器又はフォーカシング磁気機器を使用することで、焦点ブルーミングを回避するために焦点サイズを管電圧及び管電流のダイナミックレンジにわたって均一なサイズに調節することができ、それによって管電圧と管電流との異なる組合せに対して画像品質を改善することができる。
110 インサート
112 カソード
120 アノードアセンブリ
e 電子
Claims (25)
- 管制御ユニット(TCU)を用いて放射線撮像器に対するX線管の主要光線の偏向位置を較正する方法であって、
X線管内のエミッタから電子のビームを放出する段階と、
指定偏向位置に従って前記X線管上の前記エミッタとアノード間のステアリング磁気多重極を用いて前記電子のビームを偏向させる段階と、
前記電子が前記X線管のアノードの焦点上に衝突することから主要光線を有するX線を発生させる段階と、
前記指定偏向位置からの偏向主要光線の距離を表す位置補正値を前記TCUで受信する段階と、
前記ステアリング磁気多重極に適用される前記位置補正値に基づいて前記TCUの少なくとも1つのステアリングドライバからステアリング信号を発生させる段階と、
前記偏向主要光線が前記指定偏向位置と位置合わせするように、前記電子の経路の両側にその少なくとも2つの極がある前記ステアリング磁気多重極を用いて前記アノード上の前記焦点を移動する段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記ステアリング信号を発生させる段階は、
ステアリング位置較正データと前記位置補正値とを合計する段階であって、該ステアリング位置較正データが、管電圧及び管電流組合せに対して前記ステアリング磁気多重極を用いて少なくとも1つのステアリング位置を発生させるための電流値を表し、各ステアリング位置が、該管電圧及び管電流組合せに対する関連の位置補正値を有する前記合計する段階と、
前記ステアリング位置較正データと前記位置補正値との前記合計を前記少なくとも1つのステアリングドライバの電流値を表すステアリングドライバ較正データと組み合わせる段階と、
を更に含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記ステアリング信号を発生させる段階は、
ステアリング位置較正データと前記位置補正値とオフセット値とを合計する段階であって、該オフセット値が、管電圧及び管電流組合せに対して指定された撮像器場所からの前記主要光線の距離を表し、前記少なくとも1つのステアリング位置が、該指定撮像器場所からの方位に向いている前記合計する段階と、
前記ステアリング位置較正データと前記位置補正値と前記オフセット値との前記合計をステアリングドライバ較正データと組み合わせる段階と、
を更に含む、
ことを特徴とする請求項2に記載の方法。 - 前記ステアリング信号を発生させる段階は、
少なくとも1つのステアリング位置からは異なる前記主要光線の位置変化を決定する段階と、
少なくとも2つのステアリング位置に関して前記ステアリング位置較正データを用いて内挿偏向値を計算する段階と、
前記少なくとも2つのステアリング位置に関して位置補正値を用いて内挿位置補正値を計算する段階と、
前記主要光線の偏向位置を表す前記内挿偏向値と該主要光線の前記位置変化の前記位置補正値を表す前記内挿位置補正値とを合計する段階と、
を更に含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記X線管上の前記エミッタと前記アノード間のフォーカシング磁気多重極に適用されるフォーカシング信号を前記TCUの少なくとも1つのフォーカスドライバから発生させる段階と、
前記フォーカシング磁気多重極を用いて前記アノード上の前記焦点の区域を狭める段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記フォーカシング信号を発生させる段階は、
前記X線管に対して指定された焦点サイズを発生させるための電流値を表す管較正データを該X線管から受信する段階と、
前記管較正データと、前記少なくとも1つのフォーカスドライバの前記電流値を表すフォーカスドライバ較正データとを組み合わせる段階と、
を更に含む、
ことを特徴とする請求項5に記載の方法。 - 前記フォーカシング信号を発生させる段階の前に、
前記偏向主要光線と指定基準位置での前記主要光線との間のX線強度差を表すサイズ補正値を前記TCUで受信する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。 - 各サイズ補正値をサイズ補正表に保存する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 前記管較正データと前記フォーカスドライバ較正データとを組み合わせる段階の前に、
管電圧及び管電流組合せに対して前記フォーカシング磁気多重極を用いて指定焦点サイズを発生させるための電流値を表す前記管較正データと、該管電圧及び管電流組合せに対して前記指定偏向位置に関連付けられた該指定焦点サイズに対する電流変化を表すサイズ補正値とを合計する段階、
を更に含み、
前記管較正データと前記フォーカスドライバ較正データとを組み合わせる段階は、該管較正データと前記サイズ補正値との前記合計を前記フォーカスドライバ較正データと組み合わせる段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項6に記載の方法。 - 前記位置補正値を受信する段階の前に、
放射線撮像器から該放射線撮像器上の主要光線位置を含む画像データをシステム制御ユニットで受信する段階と、
前記指定偏向位置に対する前記主要光線位置に基づいて前記位置補正値を計算する段階と、
前記位置補正値を前記TCUに送る段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記位置補正値を受信する段階の前に、
X線を検出する段階と、
検出X線を前記主要光線位置を含む画像データに変換する段階と、
前記画像データを前記システム制御ユニットに送る段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 各位置補正値を位置補正表に保存する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 電子ビームを放出するように構成された電子エミッタを含むカソード、
前記電子ビームを受け入れ、かつ該電子ビームの電子がアノードの焦点上に衝突することから主要光線を有するX線を発生させるように構成されたアノード、及び
前記アノード上の前記電子ビームの前記焦点を移動するステアリング磁場をステアリング信号から生成するように構成され、該電子ビームの両側にその少なくとも2つの極がある前記カソードと該アノード間のステアリング磁気多重極、
を含むX線管と、
指定偏向位置からの偏向主要光線の距離を表す位置補正値を前記ステアリング信号に変換するように構成され、
前記ステアリング信号を発生させるように構成された少なくとも1つのステアリングドライバ、
を含む管制御ユニット(TCU)と、
を含むことを特徴とするX線システム。 - 前記ステアリング磁気多重極は、ステアリングヨークを有し、少なくとも2つの均等に配分された極突起が、該ステアリングヨークから延び、かつ該ステアリングヨークの中心軸に向いた方位を有し、該少なくとも2つの極突起の各々が、ステアリング磁場を生成するために各ステアリング電磁コイルに電流を供給する前記少なくとも1つのステアリングドライバに作動可能に結合されたステアリング電磁コイルを有することを特徴とする請求項13に記載のX線システム。
- 前記ステアリング磁気多重極は、前記焦点の2次元(2D)ステアリングを提供するステアリング磁気二重極の2つのセットを含み、該ステアリング磁気二重極の第1のセットが、前記電子ビームの両側に2つの極を含み、該ステアリング磁気二重極の第2のセットが、該電子ビームの他の両側に別の2つの極を含み、該ステアリング磁気二重極の該第1のセットの該2つの極の間からの磁束の第1の経路が、該ステアリング磁気二重極の該第2のセットの該2つの極の間からの磁束の第2の経路に対して角度を成しており、
前記少なくとも1つのステアリングドライバは、前記2つの極への前記ステアリング信号を発生させるように構成された少なくとも1つの第1軸ドライバと、前記他の2つの極への該ステアリング信号を発生させるように構成された少なくとも1つの第2軸ドライバとを含む、
ことを特徴とする請求項13に記載のX線システム。 - 前記X線管は、前記アノードの焦点軌道上の前記電子ビームを狭めるフォーカシング磁場をフォーカシング信号から生成するように構成されたフォーカシング磁気多重極を前記カソードと前記ステアリング磁気多重極の間に更に含み、
前記TCUは、前記フォーカシング信号を発生させるように構成された少なくとも1つのフォーカスドライバを更に含む
ことを特徴とする請求項13に記載のX線システム。 - 前記TCUは、サイズ補正値を前記フォーカシング信号に変換するように更に構成され、該サイズ補正値は、前記偏向主要光線と指定基準位置での前記主要光線との間のX線強度差を表し、該サイズ補正値は、管電圧及び管電流組合せに対する該指定偏向位置に関連付けられることを特徴とする請求項16に記載のX線システム。
- 前記TCUは、
前記少なくとも1つのフォーカスドライバの電流値を表すフォーカスドライバ較正データ、
を含み、
前記フォーカシング信号は、前記サイズ補正値と管較正データとの合計を用いて部分的にイテレートされた前記フォーカスドライバ較正データを含み、
前記管較正データは、前記管電圧及び管電流組合せに対して前記X線管に対する指定焦点サイズを発生させるための電流値を表す、
ことを特徴とする請求項17に記載のX線システム。 - 前記TCUは、
前記少なくとも1つのステアリングドライバの電流値を表すステアリングドライバ較正データと、
管電圧及び管電流組合せに対して前記ステアリング磁気多重極を用いて少なくとも1つのステアリング位置を発生させるための電流値を表すステアリング位置較正データであって、前記ステアリング信号が、前記指定偏向位置に対する前記位置補正値に追加される該指定偏向位置に対する該ステアリング位置較正データを含み、かつ前記ステアリングドライバ較正データを用いて部分的にイテレートされる前記ステアリング位置較正データと、
を含む、
ことを特徴とする請求項13に記載のX線システム。 - 前記ステアリング位置較正データは、他のステアリング位置を計算することができる複数のステアリング位置を含むことを特徴とする請求項19に記載のX線システム。
- 主要光線位置を含む画像データを放射線撮像器から受信し、
各偏向位置に関して前記指定偏向位置に対する前記偏向主要光線に基づいて前記位置補正値を計算し、かつ
前記位置補正値を前記TCUに送る、
ように構成されたシステム制御ユニットを更に含むことを特徴とする請求項13に記載のX線システム。 - コンピュータ断層撮像(CT)スキャナ又は回転X線システム、
を含み、
X線を検出し、
検出X線を前記主要光線位置を含む画像データに変換し、かつ
前記画像データを前記システム制御ユニットに送る、
ように構成された湾曲X線撮像器、
を更に含む、
ことを特徴とする請求項21に記載のX線システム。 - 放射線撮像器に対してX線管の主要光線の偏向位置を較正するように構成された管制御ユニット(TCU)であって、
X線管のためのステアリング磁気多重極の少なくとも1つのステアリングコイルに対するステアリング信号を発生させるように構成された少なくとも1つのステアリングドライバと、
管電圧及び管電流組合せに対して前記ステアリング磁気多重極を用いて少なくとも1つのステアリング位置を発生させるための電流値を表すステアリング位置較正データを格納するように構成されたメモリと、
X線撮像器の指定偏向位置からの偏向主要光線の距離を表す位置補正値を発生させ、
ステアリング位置較正データを用いて偏向値を発生させ、かつ
前記位置補正値と補正指定偏向位置に対する前記主要光線の前記偏向値とを合計する、
ように構成されたプロセッサと、
を含むことを特徴とする管制御ユニット(TCU)。 - 前記メモリは、前記少なくとも1つのステアリングドライバの電流値を表すステアリングドライバ較正データを格納するように更に構成され、
前記プロセッサは、前記位置補正値と前記偏向値との前記合計を前記ステアリングドライバ較正データと組み合わせるように更に構成される、
ことを特徴とする請求項23に記載のTCU。 - 前記X線管のためのフォーカシング磁気多重極の少なくとも1つのフォーカシングコイルに対するフォーカシング信号を発生させるように構成された少なくとも1つのフォーカスドライバ、
を更に含み、
前記メモリは、
前記少なくとも1つのフォーカスドライバの電流値を表すフォーカシング位置較正データを格納し、かつ
前記管電圧及び管電流組合せに対する前記X線管に対して指定された焦点サイズを発生させるための電流値を表す管較正データを格納する、
ように更に構成され、
前記プロセッサは、
前記管電圧及び管電流組合せに対する前記偏向主要光線と指定基準位置での前記主要光線との間のX線強度差を表すサイズ補正値を発生させ、かつ
前記サイズ補正値と管較正データとフォーカスドライバ較正データとを組み合わせる、
ように更に構成される、
ことを特徴とする請求項23に記載のTCU。
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