JP2021514105A - X線源およびx線イメージング装置 - Google Patents
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Abstract
X線ビーム101を放出するためのX線源10が提案される。X線源10は、アノード12と、アノード12に向けて電子ビーム15を放出するためのカソード16、および、アノード12上の焦点20に電子ビーム15を集束させるための電子光学系18を有するエミッタ構成部14とを備える。X線源10はさらに、エミッタ構成部14のスイッチング動作を決定し、スイッチング動作を実行するようにエミッタ構成部14を作動させるコントローラ22を備え、スイッチング動作は、アノード12上の焦点20の位置、焦点20のサイズ、および焦点20の形状のうちの少なくとも1つの変化に関連付けられる。コントローラ22はさらに、スイッチング動作が実行される前に、決定されたスイッチング動作に基づいて、スイッチング動作の後に予想される焦点20のサイズおよび形状を予測する。さらに、コントローラ22は、スイッチング動作によって引き起こされる焦点20のサイズおよび形状の変化を補償するように電子光学系18を作動させる。
Description
本発明はX線イメージングの分野に関する。特に、本発明はX線源、X線イメージング装置、X線源の動作方法、プログラム要素、およびコンピュータ可読媒体に関する。
特定のX線イメージングアプリケーションでは、X線イメージング装置のX線源によって放出されたX線ビームおよび/またはX線ビームの少なくとも1つの特性がイメージングタスク中に変更される。X線ビームは、例えば、形状、サイズ、衝突方向、強度、パルスX線ビームの周波数、エネルギー、および/またはエネルギー分布において変更され得る。通常、X線ビームは、カソードから電子ビームを放出し、例えば電子光学系によって、電子ビームをアノード上の焦点に集束させることによって生成される。これによりX線光子が生成および放出され、X線ビームを形成する。
X線ビームを操作するために、例えば、カソードに供給される電気エネルギー、電力、電流、および/または電圧が変更され得る。また、X線源の動作中にフィルタがX線ビームの中および/または外に動かされ得る。さらに、X線ビームを操作するために、グリッドスイッチング、スペクトルフィルタリング、および/または動的焦点ポジショニング技術が適用され得る。
このようなイメージングアプリケーションで取得されたX線画像の高品質を確保するために、かつ/または、特定のイメージングタスクのためのX線ビームの特性が確実に満たされるようにするには、アノードにおける電子ビームの焦点を正確に制御しなければならない。これは、特にX線ビームの大きな変更を実行する場合、困難なタスクになる可能性がある。
したがって、高品質のX線画像の取得を可能にする改善されたX線源および/または改善されたX線イメージング装置を提供することが望ましい可能性がある。
これは、独立請求項の主題によって達成され、さらなる実施形態は従属請求項及び以下の説明に組み込まれる。
本発明の一側面を参照して後述される特徴および/または機能は、後述される本発明の任意の他の側面に等しく適用される。特に、X線源を参照して後述される特徴および/または機能は、X線イメージング装置、X線源の動作方法、プログラム要素、およびコンピュータ可読媒体に等しく適用される(その逆も同様である)。
本発明の第1の側面によれば、X線ビームを放出するためのX線源が提供される。X線源は、アノード、エミッタ構成部、およびコントローラを含む。エミッタ構成部は、アノードに向けて電子ビームを放出するためのカソード、および、電子ビームをアノード上の焦点に集束させるための電子光学系を含む。電子光学系は、例えば、電子ビームを偏向させる電場および/または磁場の生成に基づいて電子ビームを集束させるように構成され得る。したがって、電子光学系とは、一般的に、電子ビームの集束器および/または偏向器を指し得る。
コントローラは、例えば、所与のイメージングタスクのためのエミッタ構成部のスイッチング動作を決定し、スイッチング動作を実行するようにエミッタ構成部を作動させるように構成される。スイッチング動作は、アノード上の焦点の位置、焦点のサイズ、および焦点の形状のうちの少なくとも1つの変化に関連付けられる。さらに、コントローラは、スイッチング動作が実行される前におよび/またはスイッチング動作を実行する前に、決定されたスイッチング動作に基づいて、スイッチング動作後、スイッチング動作を実行した後、および/またはスイッチング動作が実行された後に予想される焦点のサイズおよび形状を予測するように構成される。また、コントローラは、スイッチング動作後に予想されるアノード上の焦点の位置を予測するように構成されてもよい。
さらに、コントローラは、例えば、スイッチング動作によって引き起こされる(例えば、焦点の予測サイズおよび形状に基づいて引きこされると予想される)焦点のサイズおよび形状の変化を補償するように電子光学系を作動させるよう構成され得る。コントローラは、スイッチング動作が実行される前、間、および/または後に、好ましくは、スイッチング動作が実行される前および/または間に、焦点のサイズおよび形状の変化を補償するように電子光学系を作動させるように構成され得る。この目的のために、コントローラは、例えば、焦点のサイズおよび形状の変化を補償するように電子光学系を作動させるために、電子光学系に制御信号をフィードフォワードするように構成され得る。
コントローラは、スイッチング動作が開始、実行、完了、および/または終了される前に(すなわち、時間的に前に)、スイッチング動作の実行、完了、および/または終了後に予想される焦点のサイズおよび形状を予測、推定、および/または決定するように構成され得る。したがって、「スイッチング動作が実行される前」という表現は、スイッチング動作が開始される直前、スイッチング動作が実行される間、および/またはスイッチング動作が終了および/または完了される前を指し得る。同様に、「スイッチング動作後」および/または「スイッチングが実行された後」という表現は、スイッチング動作が完了された後および/またはスイッチング動作が終了された後を指し得る。
焦点のサイズとは、少なくとも1つの空間方向、好ましくは2つの空間方向における焦点の寸法を指し得る。一般的に、焦点とは、電子ビームがアノードに衝突するアノードの外表面の領域を指し得る。したがって、焦点のサイズとは、アノード上の前記領域のサイズを指し得る。さらに、焦点の形状とは、焦点および/または前記領域の幾何学的形状を指し得る。
一般的に、スイッチング動作後に予想される焦点のサイズおよび形状を予測することにより、例えば焦点の予測されるサイズおよび形状に対応して電子光学系を作動させることに基づいて、焦点の積極的かつ/または正確な制御が可能になる。したがって、コントローラは、スイッチング動作後に予想される焦点の予測されるサイズおよび形状に基づいて、例えば、焦点の予測される形状およびサイズに従って電子光学系を作動させることに基づいて、焦点のサイズおよび形状を制御するように、および/または積極的に制御するように構成され得る。言い換えれば、コントローラは、スイッチング動作によって引き起こされる焦点の変化が実際に発生する前にこれらの変化を決定および/または補償するように構成され得る。これは、X線イメージングタスク中にアノードから放出されるX線ビームを正確に制御することを可能にし得る。例えば、焦点のサイズおよび形状を制御することに基づいて、X線ビームの形状、サイズ、衝突方向、強度、(パルス化されたX線ビームの)周波数、エネルギー、および/またはエネルギー分布が正確に制御され得る。さらに、X線ビームを正確に制御することにより、取得されるX線画像の画質が、特にノイズを低減することによっておよび/または画像の解像度を高めることによって、改善され得る。また、例えば患者に送達される線量が好適に低減され得る。
例として、コントローラは、スイッチング動作が実行される前に、スイッチング動作が実行される間に、および/またはスイッチング動作が完了されたときに、焦点の予測されるサイズおよび形状を示すおよびおよび/または表す予測制御信号を電子光学系に提供するように構成され得る。スイッチング動作が実行および/または完了された後に焦点が予測されたサイズおよび形状を取るように、予測制御信号によって電子ビームが調整、修正、および/または微調整され得る。さらに、コントローラは、スイッチング動作の決定に応じて、および/またはスイッチング動作が実行されるべきであるとの決定に応じて、焦点のサイズおよび形状を予測するように構成され得る。さらに、コントローラは、例えば、スイッチング動作後に予想される焦点のサイズおよび形状を予測することに応じて、予測制御信号を提供することによって電子光学系を作動させるように構成され得る。また、コントローラは、例えば、スイッチング動作後に予想される焦点のサイズおよび形状を予測することに応じて、および/または、予測制御信号の提供に基づいて電子光学系を作動させることに応じて、エミッタ構成部の作動に基づいてスイッチング動作を開始するように構成され得る。特に、コントローラは、スイッチング動作が実行される前、間、または後に、焦点の予測されるサイズおよび形状に基づいて電子光学系を作動させるように構成され得る。
一般的に、スイッチング動作とは、アノード上の焦点のサイズ、形状、および位置のうちの少なくとも1つに影響を与える、および/または少なくとも1つを変更するX線源の任意の調整および/または作動を指し得る。一実施形態によれば、スイッチング動作は、カソードに供給される電圧を変化させること、カソードに供給される電流を変化させること、カソードに供給される電力を変化させること、アノードとカソードの間の電場を変化させること、電子光学系を用いて電子ビームを偏向させることによってアノード上の焦点の位置を変化させること、および/またはX線ビームをオンに切り替えることのうちの少なくとも1つを含む。さらに、X線源の別の調整および/または作動(例えば、カソードに供給される電圧および/または電流の変化など)と組み合わせて、スぺクトラルフィルタリングのためのフィルタをX線ビームの中および/または外に動かすこともスイッチング動作と呼ばれ得る。これらの種類のスイッチング動作は、特に、kVピークスイッチング(kVpスイッチングとも呼ばれる)技術、グリッドスイッチング技術、スペクトラルフィルタリング技術、および/または動的焦点ポジショニング技術を適用する場合に実行され得る。
さらに、「スイッチング動作を決定する」という表現は、コントローラが、X線源の1つまたは複数の動作パラメータを決定するように構成されることを意味し得る。例として、コントローラは、スイッチング動作に従ってカソードに供給される電圧、カソードに供給される電流、および/またはデューティサイクルを決定するように構成され得る。さらに、コントローラは、X線ビームがオンおよび/またはオフに切り替えられる1つまたは複数の期間を決定するように構成され得る。また、そのような期間の頻度がコントローラによって決定されてもよい。さらに、コントローラは、決定されたスイッチング動作に従って、電子光学系に提供される制御信号を決定するように構成されてもよい。上述の1つまたは複数のパラメータに基づいて、コントローラは焦点の形状およびサイズを予測することができる。
本開示に係るX線源は、X線ビームがイメージングタスク中におよび/または画像取得中に変更される任意のX線イメージングアプリケーションにおいて好適に使用され得る。そのようなアプリケーションの例は、例えばカソードに供給される電圧および/または電流に基づいて、イメージングタスク中にX線ビームのエネルギーおよび/またはエネルギー分布が変更されるデュアルエネルギーX線アプリケーションおよび/またはkVピークスイッチングアプリケーションである。さらなる例はグリッドスイッチングであり、グリッドスイッチングでは、例えば線量変更のために、イメージングタスク中の特定の期間において電子ビームが遮断されることで、該当期間中にX線ビームがオフにされ得る。さらに別の例は動的焦点ポジショニングであり、動的焦点ポジショニングでは、イメージングタスク中にアノード上の焦点の位置が変更され得る。上記アプリケーションのいずれか1つまたは任意の組み合わせにおいて、例えば、X線ビームのフィルタの変更、X線ビーム内へのフィルタの移動、および/またはX線ビーム外へのフィルタの移動に基づいて、スペクトルフィルタリングも適用され得る。そのようなフィルタは、例えばフィルタ格子を含み得る。
上記のX線イメージングアプリケーションのうちの少なくとも一部では、過去に、スイッチング動作によって引き起こされる焦点のサイズおよび形状の変化を補償するように構成されたフィードバック制御によって焦点のサイズと形状を調整する試みがなされてきた。しかしながら、そのようなフィードバック制御は、スイッチング動作によって引き起こされる変化がすでに生じた後に、よって、変化がすでに焦点および/またはX線ビームに影響を及ぼした後に変化を補償することしかできない。また、例えば、短期間で、および/またはX線ビームが長期間オフにされていた後にX線ビームを大きく変化させなければならない場合、上記のようなフィードバック制御は、スイッチング動作によって引き起こされる変化を十分に素早く補償することができない可能性がある。
対照的に、本発明に係る焦点のサイズおよび形状の予測は、焦点および/またはX線ビームの予測的かつ/または積極的な制御を可能にする。したがって、コントローラは、焦点の予測されるサイズおよび形状に基づいて予測制御信号を積極的に決定するように構成され得る。さらに、コントローラは、例えば、スイッチング動作によって引き起こされる焦点のサイズおよび形状の変化を補償するために、電子ビームの補正レベルを決定および/または積極的に決定するように構成され得る。これにより、スイッチング動作によって発生するサイズおよび形状の変化を予測的に補正することができる。この目的のために、コントローラは、焦点のサイズおよび形状を予測するように構成され、かつ/または予測制御信号を決定するように構成された予測モジュール、予測サブコントローラ、予測セクション、および/または予測ユニットを備え得る。コントローラはまた、予測制御信号をX線源の他の構成要素、例えばフィードバック制御および/またはフィードバック制御ループ等にフィードフォワードするように構成されてもよい。例えば焦点の形状およびサイズを微調整するために、予測制御に加えてフィードバック制御がX線源で利用される場合、予測形状およびサイズ、および/または対応する予測制御信号における潜在的誤差はフィードバック制御によって迅速かつ効果的に補正することができる。なぜなら、焦点の予測形状およびサイズは、フィードバック制御が焦点を調整して近づけようとする目標値に近いはずだからである。したがって、本発明に係る予測制御により、焦点の形状およびサイズのより高速かつより効率的な全体的制御および/または調整を提供することができる。
本発明の一実施形態によれば、コントローラは、スイッチング動作によって引き起こされる、および/またはスイッチング動作の実行後に予想される焦点のサイズおよび形状の変化を予測するように構成される。スイッチング動作によって引き起こされるサイズおよび形状の変化は、スイッチング動作が実行、開始、完了、および/または終了される前の焦点の現在の形状およびサイズに対して予測され得る。代替的にまたは追加で、コントローラは、スイッチング動作によって引き起こされる焦点のサイズおよび形状の変化を補償するように電子光学系を作動させる。例えば、コントローラは、焦点のサイズおよび形状の予測される変化に基づいて予測制御信号を決定するように構成され得る。予測制御信号は、スイッチング動作後の焦点のサイズおよび形状の予測される変化、および/またはサイズおよび形状を示し得る。代替的にまたは追加的に、予測制御信号は、スイッチング動作によって引き起こされる焦点のサイズおよび形状の変化を補償するために、電子ビームの補正および/または調整を示してもよい。これにより、変化が実際に生じる前に焦点のサイズおよび形状の変化を補正することができる。一般的に、コントローラは、スイッチング動作の前、間、および/または後に変化を補償するように電子光学系を作動させるように構成され得る。したがって、コントローラは、スイッチング動作を実行するためにエミッタ構成部を作動させる前、間、および/または後に変化を補償するように電子光学系を作動させるように構成され得る。言い換えれば、コントローラは、焦点のサイズおよび形状の変化を補償するように電子光学系を作動させることに応じて、スイッチング動作を実行するためにエミッタ構成部を作動させるように構成され得る。
本発明の一実施形態によれば、コントローラは、焦点の幅および高さの予測に基づいて焦点のサイズおよび形状を予測する。これにより、焦点のサイズおよび形状を正確および/または迅速に予測することができる。
本発明の一実施形態によれば、コントローラは、カソードに供給される電流、カソードに供給される電圧、およびアノードの熱負荷の関数として焦点の幅および高さをモデル化するモデルに基づいて焦点のサイズおよび形状を予測する。したがって、コントローラは電圧、電流、および/または熱負荷を決定することで、スイッチング動作後に予想される焦点の幅および高さを決定するように構成され得る。モデルは、例えばキャリブレーション測定および/またはシミュレーションに基づいて決定され得る経験的モデルであり得る。電流、電圧、および/または熱負荷の1つまたは複数のセットに対して、焦点の幅および高さの複数の所定の値が、例えば、リストおよび/またはルックアップテーブル内に格納され得る。コントローラは、リストおよび/またはルックアップテーブルに基づいて焦点の幅および高さを決定するように構成され得る。また、コントローラは、前記リストおよび/またはルックアップテーブルに格納された1つまたは複数のセットに対して補間および/または外挿を行うように構成されてもよい。
本発明の一実施形態によれば、コントローラは、アノードの熱負荷の予測に基づいて焦点のサイズおよび形状を予測する。一般的に、アノードの少なくとも一部の温度を示し得るアノードの熱負荷は、例えば熱膨張によって、焦点のサイズおよび/または形状に影響を及ぼし得る。したがって、スイッチング動作後のアノードの熱負荷を予測することで、焦点の形状とサイズを正確に予測することが可能となり得る。熱負荷は、例えば、スイッチング動作中および/または後にカソードに供給される電流および/または電圧に基づいて、コントローラによって計算されてもよい。さらに、熱負荷を計算するために、X線ビームがオンである期間(またはその長さ)および/またはX線ビームがオフであった期間(またはその長さ)を考慮に入れることができる。例えば、X線ビームが一定期間オンになっていた場合、アノードの熱負荷は定常状態に達し得る。そのような定常状態では、アノードの熱負荷は、カソードに供給される電流および/または電圧のみから導き出され得る。X線ビームが短時間しかオンになっておらず、温度または熱負荷が定常状態に達していない可能性がある場合、X線ビームがオンになっていた期間および/またはその長さが、アノードの熱負荷の計算においてさらに考慮され得る。
一実施形態によれば、コントローラは、アノードの事前に決定された冷却速度に基づいて、スイッチング動作後および/またはスイッチング動作が実行された後に予想されるアノードの熱負荷を決定するように構成される。例として、冷却速度および/または冷却曲線は、カソードに供給される電圧および/または電流の関数として、アノードに対して事前に決定され、また、任意選択的に、X線ビームがオンおよび/またはオフであった期間が考慮されてもよい。冷却速度および/または冷却曲線はX線源のデータストレージに保存されてもよく、コントローラは、事前に決定された冷却速度および/または冷却曲線に基づいてサイズおよび形状を取り出し得るおよび/または導出し得る。さらに、コントローラは、スイッチング動作の前に、アノードの過去のおよび/または先行する熱負荷に基づいて熱負荷を決定するように構成され得る。また、スイッチング動作後の熱負荷、並びに焦点の形状およびサイズを正確に予測するために、コンピュータは、スイッチング動作の前にX線ビームがオフにされていた期間を考慮に入れてもよい。
本発明の一実施形態によれば、エミッタ構成部はさらに、カソードとアノードとの間に挿入されるグリッドを含み、グリッドは、グリッドのオン状態において電子ビームを遮断し、グリッドのオフ状態において電子ビームを通過させる。コントローラは、グリッドにグリッド切り替え信号を提供することによって、グリッドをオン状態とオフ状態との間で切り替える。グリッド切り替え信号は、例えばパルス幅変調信号であってもよい。グリッドを用いることにより、グリッドがオフ状態のときにX線ビームはオンに切り替えられ、グリッドがオン状態のときにX線ビームはオフに切り替えられ得る。したがって、グリッドおよび/またはグリッド切り替え信号によって、イメージングタスク中にX線源によって放出されるX線ビームの強度が変更され得る。一般的に、グリッドは、カソードから放出された電子がアノードに到達するのを防ぐために、反発性の負電荷を蓄積するように構成され得る。あるいは、グリッドは、電子がアノードに到達しないよう、カソードから放出された電子を吸引し、かつ/またはパージするために正電荷を蓄積するように構成されてもよい。
本発明の一実施形態によれば、コントローラは、事前に決定されたグリッド切り替えプロファイルに基づいて、および/または事前に決定されたグリッド切り替えプロファイルを分析することに基づいてスイッチング動作を決定し、グリッド切り替えプロファイルは、グリッドの少なくとも1つのオフ状態およびグリッドの少なくとも1つのオン状態のシーケンスに基づいてX線ビームの強度の変更を定めるおよび/または示す。グリッド切り替えプロファイルは、例えば、グリッドのオフ状態の間にカソードに供給される電流および/または電圧を有するエントリを含み得る。また、グリッド切り替えプロファイルは、グリッドのオン状態およびオフ状態のシーケンスを指定するエントリを含み得る。コントローラは、グリッド切り替えプロファイルに基づいて、カソードに供給される電圧、カソードに供給される電流、および/または、X線ビームがオンであるおよび/またはグリッドがオフ状態である1つまたは複数の期間のデューティサイクルを決定するように構成され得る。また、コントローラは、グリッド切り替えプロファイルに基づいて、X線ビームがオンであるおよび/またはグリッドがオフ状態である1つまたは複数の期間を決定するように構成され得る。したがって、コントローラは、グリッド切り替えプロファイルから、1つまたは複数のスイッチング動作のための1つまたは複数の特性を導出し得る。グリッド切り替えプロファイルはX線源のデータストレージに格納されてもよく、かつ/または、グリッド切り替えプロファイルは、1つまたは複数のスイッチング動作を決定するためにコントローラによってアクセスされてもよい。
本発明の一実施形態によれば、X線源は、アノードから放出されたX線放射の検出に基づいて焦点の画像を取得するための焦点センサを含むフィードバック制御をさらに備え、取得される画像はアノード上の焦点の形状、サイズ、および位置を示す。コントローラはさらに、焦点センサを用いて取得された画像を分析することで焦点のサイズ、形状、および位置のうちの少なくとも1つの変化を決定する。さらに、コントローラは、スイッチング動作の実行後に焦点のサイズ、形状、および位置のうちの少なくとも1つの変化が決定された場合、電子光学系を作動させることにより、焦点のサイズ、形状、および位置のうちの少なくとも1つを調整する。焦点センサはX線源のフィードバック制御の一部であり、フィードバック制御は、例えば電子光学系を微調整することにより、スイッチング動作が実行された後にサイズ、形状、および/または位置の変化を補償するように構成され得る。これにより、焦点のサイズ、形状、および/または位置を調整することができ、よって、例えば温度変化および/またはアノードの熱負荷によって焦点が大きな影響を受けないようにすることができる。スイッチング動作が実行される前に形状とサイズを予測し、それに応じてエミッタ構成部を作動させることにより、スイッチング動作が実行された後にX線源のフィードバック制御が焦点のサイズ、形状、および/または位置の大きな変化を補償する必要がないことが保証され得る。フィードバック制御に基づいて、例えば熱膨張に起因する小さな変化のみが補正され得る。このような予測制御とフィードバック制御との組み合わせにより、焦点のサイズおよび形状をより正確、迅速、効率的、かつ確実に制御することができる。
本発明の一実施形態によれば、コントローラは、グリッドがオフ状態にあり、電子ビームがアノードに衝突するときに、および/またはそのようなときにのみ、焦点センサによって取得された画像を分析するように構成される。代替的にまたは追加で、コントローラは、グリッドがオン状態にあり、電子ビームがグリッドによって遮断されるとき、焦点センサによって取得された画像を破棄する。このようにすることで、グリッドがオン状態にあり、電子ビームを遮断する期間中に焦点センサによって取得された暗い画像および/または画像をコントローラが分析せず、グリッドがオフ状態にあり、X線ビームがオンになっている期間中に焦点センサーによって取得された画像のみを分析することが保証され得る。X線ビームがオフである、グリッドのオン状態中に画像を分析することは、コントローラによって強度の損失として誤って解釈される可能性があり、コントローラは、電子光学系を作動させることによってこの強度の損失を補償しようとする可能性がある。したがって、グリッドがオフ状態にあるときにのみ焦点センサの画像を分析することにより、電子光学系の誤作動を防ぐことができる。
本発明の一実施形態によれば、コントローラは、グリッドに供給されるグリッド切り替え信号に基づいて、焦点の画像がグリッドのオフ状態の間に焦点センサによって取得されたかを決定する。したがって、グリッド切り替え信号は、焦点センサによって取得された画像を分析するためにコントローラをトリガし得る。グリッドのオン状態および/またはオフ状態の指標としてグリッド切り替え信号を使用することにより、グリッドのオン状態およびオフ状態の間に取得された焦点センサの画像を正確かつ確実に区別することができる。
本発明の第2の側面によれば、X線イメージング装置が提供される。X線イメージング装置は、上記及び下記において説明されるX線源と、X線源によって放出されたX線放射を検出するためのX線検出器とを備える。
本発明の第3の側面によれば、X線源の作動方法が提供される。X線源は、上記および下記において説明されるX線源を指し得る。具体的には、X線源は、アノードと、電子ビームを放出するためのカソード、およびアノード上の焦点に電子ビームを集束させるための電子光学系を有するエミッタ構成部とを備える。X線源はさらにコントローラを備える。方法は、
− コントローラによって、エミッタ構成部のスイッチング動作を決定するステップであって、スイッチング動作は、アノード上の焦点の位置、焦点のサイズ、および焦点の形状のうちの少なくとも1つの変化に関連付けられる、ステップと、
− コントローラによって、決定されたスイッチング動作に基づいて、スイッチング動作の実行後に予想される焦点のサイズおよび形状を予測するステップと、
− スイッチング動作を実行するようにエミッタ構成部を作動させるステップとを含む。
− コントローラによって、エミッタ構成部のスイッチング動作を決定するステップであって、スイッチング動作は、アノード上の焦点の位置、焦点のサイズ、および焦点の形状のうちの少なくとも1つの変化に関連付けられる、ステップと、
− コントローラによって、決定されたスイッチング動作に基づいて、スイッチング動作の実行後に予想される焦点のサイズおよび形状を予測するステップと、
− スイッチング動作を実行するようにエミッタ構成部を作動させるステップとを含む。
さらに、方法は、例えば、コントローラによって電子光学系を作動させるステップを含み得る。これにより、スイッチング動作によって引き起こされる、例えば、引き起こされると予想される焦点のサイズおよび形状の変化が補償される。スイッチング動作は、焦点のサイズおよび形状の変化を補償するための電子光学系の作動後および/または作動中に実行されることが好ましい。しかし、スイッチング動作は、代替的にまたは追加的に、焦点のサイズおよび形状の変化を補償するための電子光学系の作動の前に実行されてもよい。
本発明の第4の側面によれば、X線源のコントローラによって実行されると、上記および下記において説明される方法のステップをX線源に実行させるコンピュータプログラム要素が提供される。コンピュータプログラム要素はソフトウェア命令を含み得る。コンピュータプログラム要素は、例えば、X線源のデータストレージに格納されてもよく、コントローラは、プログラム要素にアクセスして実行するように構成されてもよい。
本発明の第5の側面によれば、上記および下記で説明されるプログラム要素が保存されたコンピュータ可読媒体が提供される。
本発明の上記及び他の側面は、以下に記載される実施形態を参照しながら説明され、明らかになるであろう。
添付図面において図示される例示的実施形態を参照しながら、本発明の主題を以下により詳細に説明する。
図1は、本発明の例示的な実施形態に係るX線イメージング装置を概略的に示す。
図2は、本発明の例示的な実施形態に係るX線源を概略的に示す。
図3は、本発明の例示的な実施形態に係るX線源を概略的に示す。
図4は、本発明の例示的実施形態に係るX線源の動作方法のステップを示すフローチャートを示す。
原則的に、図中の同一または類似の部分には同一または類似の参照符号が付される。
図1は、本発明の一実施形態に係るX線イメージング装置100を概略的に示す。X線イメージング装置とは任意の種類のイメージングシステム、例えば、デジタルX線イメージングシステム、デュアルまたはマルチエネルギーX線イメージングシステム、コンピュータ断層撮影(CT)、スペクトラルCT、インターベンショナルX−R(IXR)、デジタルX−R(DXR)、Cアームシステム、および/またはPET/CT等のマルチモダリティシステムを指し得る。
X線イメージング装置100は、検査対象物103に向けてX線ビーム101を生成および/または放射するためのX線源10と、対象物103を通過したX線ビーム101の少なくとも一部を検出するためのX線検出器102とを備える。X線源10とは任意のX線源、例えば、X線管、ステレオX線管、または任意の他のタイプを指し得る。X線源10は後続の図面に関連して詳細に説明される。
同様に、X線検出器102とは任意の適切なX線検出器102を指し得る。特に、X線検出器102は、X線光子を可視光に変換するためのシンチレータを備え得る。さらに、X線検出器102は、シンチレータから放出された光を検出するための1つまたは複数の検出要素を含み得る。さらに、102は、X線光子を電荷に変換するための直接変換検出器を備え、また、電荷インテグレーションまたはシングルフォトンカウンティングのための複数の検出要素を備え得る。
さらに、X線イメージング装置100は、X線検出器102および/またはX線源10に動作的に結合されたコントローラ22を備える。しかし、コントローラ22は、後続の図を参照して説明されるようにX線源10の一部てあってもよいし、かつ/またはX線検出器102の一部であってもよい。また、コントローラ22とは、1つまたは複数のサブコントローラ、モジュール、および/またはユニットを有するコントローラ構成22を指し得る。
図2は、本発明の例示的な実施形態に係るX線源10を概略的に示す。
X線源10は筐体11と、筐体11内に配置されたアノード12とを備える。アノード12は任意の種類のアノードであり得る。例えば、アノード12は回転可能かつ/または移動可能なアノード12であり得る。
X線源10はさらに、アノード12に向かって電子ビーム15を放出するためのカソード16を備えたエミッタ構成部14を含む。エミッタ構成部14はさらに、電子ビーム15をアノード12および/またはその外表面上に集束させるための電子光学系18を備える。電子光学系18は、電子ビーム15を偏向させて電子ビーム15をアノード12上に集束させるために電場および/または磁場を生成するように構成され得る。
電子ビーム15は、アノード12上の焦点20に集束させられる。焦点20とは、電子ビーム15がアノード12に衝突するアノード12の領域を指し得る。アノード12に衝突すると、電子ビーム15は、アノード12および/または焦点20から放出されるX線および/またはX線光子を生成する。放出されたX線光子の少なくとも一部は、X線源10のX線窓17を通過してX線ビーム101を形成し得る。
X線源10はさらに、エミッタ構成部14、電子光学系18、および/またはカソード16に動作可能に結合されたコントローラ22を備える。
図2に示されるX線源10は、X線ビーム101の特性および/またはX線ビーム101がイメージングタスク中におよび/またはX線画像の取得中に調整および/または変更され得るイメージングアプリケーションにおいて有利に利用され得る。特に、図1に示されるX線源10は、例えばデュアルエネルギーX線イメージングに使用される、イメージングタスク中にX線ビーム101のエネルギーおよび/またはエネルギー分布が変更されるkVピークまたはkVpスイッチングのために構成され得る。kVピークスイッチングアプリケーションでは、カソード16に供給される電力が、対応するスイッチング動作において、少なくとも2つの電力レベル間で切り替えられてもよい。例えば、単一のイメージングタスク中におよび/またはスイッチング動作中に、カソード16に供給される電圧が、例えば80kVから140kVに変更されてもよい。代替的にまたは追加的に、スイッチング動作中に、カソード16に供給される電流が変更されてもよい。実際のスイッチング動作は通常、かなり短い時間スケールで行われ、例えば、マイクロ秒〜ミリ秒の範囲で行われる。
しかし、カソード16に供給される電圧および/または電流の変化は、アノード12上の焦点20の形状、サイズ、および位置のうちの少なくとも1つに影響を及ぼし得る。その結果、例えば、アノード12の熱負荷および/または温度の変化に起因して、および/または、異なるエネルギーでアノード12に衝突する電子ビーム15の電子の異なる特性に起因して、X線ビーム101および/またはX線ビーム101の特性に影響が及び得る。X線画像の高画質を保証するために、焦点20の形状およびサイズを正確に制御することが好ましい可能性がある。これは、以下で説明するように、本発明に係るX線源10によって達成することができる。
コントローラ22は、エミッタ構成部14のスイッチング動作を決定するように構成される。スイッチング動作を決定することは、例えば、カソード16に供給される電圧および/または電流など、X線源12の動作パラメータの1つまたは複数の値を決定することを含み得る。コントローラ22はまた、スイッチング動作の他のパラメータ、例えば、電子光学系18に供給される制御信号、スイッチング動作が実行される期間、および/またはスイッチング動作が実行される時点などを決定し得る。このようなスイッチング動作のパラメータは、ユーザによってX線源10に入力されてもよく、および/または、コントローラによってデータストレージ24および/またはその中に保存されたデータから取り出されてもよい。さらに、コントローラ22は、スイッチング動作を実行するようにエミッタ構成部14を作動させるように構成される。
スイッチング動作実行のためにエミッタ構成部14を作動させる前に、コントローラ22は、スイッチング動作後に期待される焦点20の形状およびサイズを決定、計算、および/または予測する。決定されたスイッチング動作に基づいて、コントローラ22は、スイッチング動作が実行された後に存在すると予想される焦点20の形状およびサイズを予測および/または推定することができる。代替的にまたは追加的に、コントローラ22は、スイッチング動作によって引き起こされる焦点20のサイズおよび形状における変化を決定するように構成される。したがって、コントローラ22は、焦点のサイズおよび形状の相対的変化、例えば、スイッチング動作前のおよび/またはX線源12の現在の動作中の焦点20のサイズおよび形状に対する相対的変化を決定するように構成され得る。
さらに、コントローラ22は、焦点20の予測されたサイズおよび形状に基づいて、および/または、焦点20のサイズおよび形状における予測された変化に基づいて予測制御信号を決定するように構成される。そして、コントローラ22は、電子ビーム15を調整するために、スイッチング動作の直前、最中、終了時、および/またはスイッチング動作が完了したときに、予測制御信号を電子光学系18に提供し得る。これにより、スイッチング動作、およびそれによって引き起こされる焦点のサイズと形状の変化を考慮に入れることができる。したがって、実行されたスイッチング動作に起因する焦点スポット20の変化が生じるまたは顕著になる前に、焦点スポット20の形状およびサイズを積極的に(プロアクティブに)制御することが可能になる。よって、変化が実際に起こる前に、スイッチング動作によって引き起こされる焦点スポット20のサイズおよび形状の変化を補償することができる。したがって、より正確に制御されたX線ビーム101および/またはより優れた画質が提供され得る。
一般的に、コントローラ22は、スイッチング動作を決定し、スイッチング動作の決定に応じて焦点のサイズおよび形状を予測するように構成され得る。さらに、コントローラ22は、焦点20のサイズおよび形状の予測に応じて予測制御信号を決定するように構成され得る。また、コントローラ22は、予測制御信号に基づいて、焦点20の予測されるサイズおよび形状に従って電子光学系18を作動させるように構成され得る。そして、これに応じて、コントローラ22はスイッチング動作を開始し、および/またはスイッチング動作を実行するためにエミッタ構成部14を作動させ得る。
スイッチング動作後に予想される焦点スポット20の形状およびサイズを決定するために、コントローラ22は、スイッチング動作後に予想される焦点スポット20の幅および高さを決定し得る。例えば、コントローラ22は、決定されたスイッチング動作に基づいて、スイッチング動作後にカソード16に供給される電圧および/または電流を決定することができ、また、コントローラは、焦点20の幅および高さを推定および/または計算することができる。また、例えば、画像取得中に実行される1つまたは複数のスイッチング動作を表すスイッチングプロファイルに基づいて決定され得るX線ビームがオンおよび/またはオフであった期間(またはその長さ)が、焦点20の幅および高さの計算にあたり考慮され得る。したがって、焦点20の幅および高さは、カソード16に供給される電圧および/または電流の関数であり得る。そのような関数的関係は、例えば測定に基づいて事前に決定されてもよく、関数的関係はデータストレージ24内に保存されてもよい。また、焦点20の幅および高さは、カソードに供給される電圧および/または電流の関数として焦点20の高さおよび幅をモデル化するモデルに基づいてコントローラ22によって決定されてもよい。代替的にまたは追加的に、ルックアップテーブルがデータストレージ24内に格納されてもよく、コントローラは、ルックアップテーブルに基づいて焦点20の幅および高さを決定してもよい。
代替的にまたは追加的に、コントローラ22は、スイッチング動作後に予想されるアノード12の少なくとも一部の熱負荷および/または温度を決定するように構成され得る。そして、決定された熱負荷および/または温度に基づいて、コントローラ22は、スイッチング動作後の焦点20の形状およびサイズを予測し得る。
コントローラ22は、例えば、事前に決定されたアノードの冷却速度および/または冷却曲線に基づいて熱負荷および/または温度を決定し得る。事前に決定されたアノードの冷却速度および/または冷却曲線に基づいて、カソード16に供給される電流および/または電圧の関数としてアノードの温度を計算することができる。また、X線源の前の動作、例えば、X線ビームがオフにされていたスイッチング動作の前の期間なども考慮されてもよい。冷却速度および/または冷却曲線はデータストレージ24に格納され得る。したがって、コントローラ22は、スイッチング動作後にカソード16に供給される電圧に基づいて、スイッチング動作後にカソード16に供給される電流に基づいて、および/またはスイッチング動作後に予想される熱負荷に基づいて、焦点20のサイズおよび形状を予測するように構成され得る。この目的のために、コントローラ22は、供給される電圧、電流、および/またはアノードの熱負荷の関数として焦点20の幅および高さをモデル化するモデルに基づいて焦点20の形状およびサイズを予測するように構成され得る。代替的にまたは追加的に、ルックアップテーブルがデータストレージ24内に格納されてもよく、コントローラ22は、ルックアップテーブルに基づいてスイッチング動作後に予想される焦点20の幅および高さを決定してもよい。なお、スイッチング動作のフレームにおいてカソード16に供給される電圧および/または電流を変更することに加えて、スイッチング動作中にフィルタおよび/またはフィルタ格子がX線ビーム101の中におよび/またはX線ビーム101から外に動かされ得ることに留意されたい。
さらに、上記のkVピークスイッチングの代わりにまたはこれに加えて、動的焦点ポジショニングが適用されてもよい。動的焦点ポジショニングでは、別のスイッチング動作において、またはカソード16に供給される電圧および/または電流を変化させるのと同時に、電子光学系18を用いて電子ビーム15を偏向させることによってアノード上の焦点20の位置が変更され得る。上記の説明と同様に、コントローラ22は、アノード12上の焦点20の位置を変更することによって推測される焦点20のサイズおよび形状を予測し、そのような位置変化を補償するために電子光学系18を作動させるように構成される。
代替的にまたは追加的に、図3でより詳細に説明されるように、X線ビーム101がイメージングタスク中にオンおよび/またはオフに切り替えられるグリッドスイッチングが適用されてもよい。
なお、図2に示されるX線源10の例示的な実施形態は、例えば図3を参照して説明されるように、さらなる構成要素を備え得ることに留意されたい。特に、図2のX線源10はさらに、以下で図3を参照して説明されるように、焦点センサ28および/またはフィードバックコントロール30を備えることができる。
図3は、本発明の例示的な実施形態に係るX線源10を概略的に示す。特に断りのない限り、図3のX線源10は、図1および図2を参照して説明したX線源10と同じ特徴、機能、および/または要素を備える。
図3に示す実施形態では、エミッタ構成部14は、カソード16とアノード12との間に挿入されたグリッド26を含む。グリッド26のオン状態では、グリッド26は電子ビーム15を遮断するので、X線ビーム101をオフに切り替える。グリッド26のオフ状態では、電子ビーム15はグリッド26を通過してアノード12に衝突することができるので、X線ビーム101はオンになる。コントローラ22はグリッド26に動作可能に結合され、グリッド26へのグリッド切り替え信号の提供に基づいて、グリッド26をオン状態とオフ状態との間で切り替えるように構成される。グリッドスイッチ信号とは、グリッド26を作動させるためのパルス幅変調信号を指し得る。このようなグリッド切り替えは、特に、パルスX線ビームの生成ために、および/または線量変更技術のために有利であり、グリッド26をオン状態とオフ状態との間で切り替えることに基づいてX線ビーム101の強度が変更される。グリッド26のオン状態およびオフ状態のシーケンスは、例えば、データストレージ24に格納され、かつ/またはコントローラ22に提供され得るグリッド切り替えプロファイルにおいて定められ得る。そして、コントローラ22は、グリッド切り替えプロファイルに基づいてグリッド切り替え信号を決定し、それに従ってグリッド16を作動させることができる。
図3に示されるX線源10はさらに、焦点スポット20から放出され、例えば筐体11の窓29を通過したX線の検出に基づいて焦点20の画像を取得する焦点センサ28を備える。X線源10の動作中、コントローラ22は、焦点センサ28によって取得された画像を分析することで焦点20の形状、サイズ、および位置を監視する。さらに、コントローラ22は、焦点センサ28によって取得された画像の分析に基づいて、焦点20のサイズ、形状、および/または位置における変化を決定する。また、コントローラ22は、焦点20のサイズ、形状、および/または位置の変化を補償するように電子光学的18を作動させる。したがって、焦点センサ28およびコントローラ22、またはコントローラ22の専用モジュール、部分、セクション、サブコントローラ、またはユニットは、電子光学系18の作動に基づいて焦点20を形状およびサイズに関して安定化させるための、X線源10のフィードバック制御30を形成する。フィードバック制御30は、動作中のアノード12の熱膨張を補償するために特に有利であり得る。
しかし、焦点センサ28の画像に基づく電子光学系18の作動は、スイッチング動作が実行される前の焦点の形状およびサイズの予測、および予測された形状およびサイズに基づく電子光学系18の対応する作動と混同されるべきではない。予測制御のために、コントローラ22は、グリッド切り替え信号に基づいておよび/またはグリッド切り替えプロファイルに基づいてスイッチング動作を決定し、決定されたスイッチング動作に関して焦点20の形状およびサイズを予測し得る。スイッチング動作を決定することは、グリッド26のオン状態および/またはオフ状態の期間、カソードに供給される電圧、カソードに供給される電流、および/または電子光学系18に供給される制御信号を決定することを含み得る。焦点20の予測された形状およびサイズに基づいて、コントローラ22は、図2を参照して説明されるように、スイッチング動作を補償するように電子光学系18を作動させることができる。
グリッド26によってX線ビーム101をオンおよび/またはオフに切り替える前に、すなわち、X線源10のグリッド切り替え動作中に、コントローラ22は、スイッチング信号に基づいておよび/またはグリッド切り替えプロファイルに基づいて、グリッド26のデューティサイクル、オン状態および/またはオフ状態を事前に決定し得る。そして、図2を参照して詳細に説明されるように、予測制御信号、および/または焦点20のサイズおよび形状の変化に対する補正を積極的に決定するために、この情報を使用して焦点20の形状およびサイズが予測され得る。この積極的制御および/または予測制御とは対照的に、フィードバック制御30および/または焦点センサ28による電子ビーム15の調整は、電子ビーム15および/または電子光学系18を微調整するのに役立ち、例えば、以下でより詳細に説明されるように、グリッド26のオフ状態の間の熱膨張が補償され得る。
図3に示されるフィードバック制御30は、以下の洞察および発見に基づいていると考えることができる。例えば、グリッド切り替えX線源10またはグリッド切り替え管において、グリッド26を、焦点センサ28および対応するフィードバック制御30による焦点検知と組み合わせて使用する場合、電子ビーム15が遮断される期間が、焦点センサ28の画像分析時にコントローラ22によって強度の損失として解釈されないことを保証するために、予防策を講じることが望ましい可能性がある。したがって、グリッド切り替えのためにグリッド26を使用する場合、フィードバック制御30のサンプリングレートは不規則であり得る。また、連続するX線画像間の期間は変化する可能性があり、したがって、アノード12の温度も、2つの連続するX線画像の取得間で変化する可能性がある。そのような温度差は焦点20のサイズおよび形状に影響を与え、結果として、例えば連続的に動作するX線源10と比較して、フィードバック制御30が大きな偏差または変化の補正に取り組むこととなる。これは、グリッド26が線量変更のために使用される場合に特に当てはまり、そのようなケースでは、例えば、特定のガントリー回転角度は、他の回転角度よりも著しく大きな熱負荷をアノード12上に生じさせる可能性がある。さらに、例えば、フィルタを介するスペクトラルフィルタリングを調整するためのフィルタ変更のために動的焦点ポジショニングを使用する場合、2つの異なる強度を有する焦点20の2つの位置の間で切り替えが行われ得る。また、例えばCアークシステムでは、線量制御は測定されたビーム強度によって直接影響され得る。例えば、フレーム間変更の場合、フィードバック制御30は通常、所与の線量変化および時定数に従って電圧および/または電流を調整する。高い画質を保証するために、焦点20の形状およびサイズを制御するためのフィードバック制御30において、これらの全ての側面を考慮に入れることが好ましい。
上記したように、焦点センサ28は、焦点20の形状およびサイズを動的に監視するように構成される。X線ビームがオフであるとき、および/またはグリッドがオン状態であるときに取得された焦点センサの画像に基づく焦点20の形状およびサイズの補正を回避するために、コントローラ22は、グリッドがオフ状態のときにのみ焦点センサ28の画像を分析し、グリッドがオン状態のときに取得された焦点センサ28の画像を無視するように構成される。コントローラ22は、グリッド切り替え信号に基づいておよび/またはグリッド切り替えプロファイルに基づいて、焦点センサ28の所与の画像がグリッド26のオフ状態中に取得されたか否かを決定し得る。例えば、コントローラ22が、グリッド26がオフ状態にあるときに取得された焦点センサの画像のみを分析するように、グリッド切り替え信号が、焦点センサ28によって取得された画像の分析のトリガとして使用され得る。例として、焦点センサ28の画像をサンプルアンドホールドするためにグリッド切り替え信号がコントローラ26によって使用され、それにより、X線ビーム101がオフ状態の暗い画像を分析することによってフィードバック制御30に誤解させることを防ぐことができる。
したがって、グリッド26のオフ状態の間に、および/またはX線ビーム101がオンのときに取得された焦点センサ28の画像だけを取得することにより、フィードバック制御30による焦点20の形状およびサイズの制御および/または調整を大幅に改善することができる。
このフィードバック制御30に加えて、予測制御のフレームにおいて、コントローラ22は、図2を参照して説明されるように、アノード12の予想熱負荷を決定および/または予測し得る。アノード12の熱負荷は、例えば、本明細書に記載されるスイッチング動作の少なくともサブセットのグリッド切り替えプロファイルに基づいて決定され得る。したがって、コントローラ22は、期間上のX線に関する当面の要件の事前知識へのアクセスを有し、よって、例えばカソードに供給される電流および/または電圧の関数としてアノード12の熱負荷をモデル化するモデルに基づいて、焦点のサイズおよび形状の変化を補償するための予測制御信号を、特に焦点の変化が顕著になる前に、予測することができる。これは、比較的長いX線オフ期間の後に発生し得る制御過渡を低減するためにも有利であり得る。さもなければ、そのような制御過渡において、フィードバック制御30は、より高いアノード温度に適した補正を依然として適用する可能性がある。事前知識は、コントローラ22が、X線ビーム101が再びオンに切り替えられたときのアノード温度を予測することを可能にし、よって、フィードバック制御30の反応時間を短縮する。
図1〜図3を参照して説明した任意の特徴、機能、および/または機能性が組み合わせ可能であることに留意されたい。
図4は、本発明の例示的実施形態に係るX線源10の動作方法のステップを示すフローチャートを示す。特に断りのない限り、X線源10は、上述の図1〜図3を参照して説明したX線源10と同じ特徴、機能、および/または要素を備える。特に、X線源10は、アノード12と、電子ビーム15を放出するためのカソード16、および、アノード12上の焦点20に電子ビーム15を集束させるための電子光学系18を有するエミッタ構成部14とを備える。X線源10はさらにコントローラ22を備える。
方法のステップS1において、コントローラ22によってエミッタ構成部14のスイッチング動作が決定される。スイッチング動作は、アノード12上の焦点20の位置、焦点20のサイズ、および焦点20の形状のうちの少なくとも1つの変化に関連付けられる。
さらなるステップS2において、決定されたスイッチング動作に基づいて、スイッチング動作の実行後に予想される焦点20のサイズおよび形状が、決定されたスイッチング動作に基づいてコントローラ22によって予測される。任意選択的に、ステップS2において、コントローラ22は、スイッチング動作によって引き起こされる焦点20のサイズおよび形状における変化を予測してもよい。
さらなるステップS3において、コントローラ22によって、スイッチング動作を実行するようにエミッタ構成部14が作動させられる。スイッチング動作を実行する前、間、または後に、コントローラ22はさらに、スイッチング動作によって引き起こされる焦点20のサイズおよび形状のあらゆる変化を補償するために、焦点20の予測されるサイズおよび形状に基づいて電子光学系18を作動させ得る。
本発明は、図面および上記において詳細に図示および記載されているが、かかる図示および記載は説明的または例示的であり、非限定的であると考えられるべきである。本発明は、開示の実施形態に限定されない。開示の実施形態の他の変形例が、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲から、クレームされる発明を実施する当業者によって理解及び実施され得る。
特許請求の範囲において、「含む」という用語は他の要素またはステップを排除するものではなく、単数形は複数を除外しない。複数の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせが好適に使用することができないとは限らない。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、その範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
Claims (15)
- X線ビームを放出するためのX線源であって、前記X線源は、
アノードと、
前記アノードに向けて電子ビームを放出するためのカソード、および、前記電子ビームを前記アノード上の焦点に集束させるための電子光学系を含むエミッタ構成部と、
前記エミッタ構成部のスイッチング動作を決定し、前記スイッチング動作を実行するように前記エミッタ構成部を作動させるコントローラとを備え、
前記スイッチング動作は、前記アノード上の前記焦点の位置、前記アノード上の前記焦点のサイズ、および前記アノード上の前記焦点の形状のうちの少なくとも1つの変化に関連付けられ、
前記コントローラは、前記スイッチング動作が実行される前に、決定された前記スイッチング動作に基づいて、前記スイッチング動作の後に予想される前記焦点の前記サイズおよび前記形状を予測し、
前記コントローラは、前記スイッチング動作によって引き起こされる前記焦点の前記サイズおよび前記形状の変化を補償するように前記電子光学系を作動させる、X線源。 - 前記コントローラは、前記スイッチング動作によって引き起こされる前記焦点の前記サイズおよび前記形状の変化を予測する、請求項1に記載のX線源。
- 前記スイッチング動作は、前記カソードに供給される電圧を変化させること、前記カソードに供給される電流を変化させること、前記電子光学系を用いて前記電子ビームを偏向させることによって前記アノード上の前記焦点の位置を変化させること、および、前記X線ビームをオンに切り替えることのうちの少なくとも1つを含む、請求項1または2に記載のX線源。
- 前記コントローラは、前記焦点の幅および高さの予測に基づいて前記焦点の前記サイズおよび前記形状を予測する、請求項1から3のいずれか一項に記載のX線源。
- 前記コントローラは、前記カソードに供給される電流、前記カソードに供給される電圧、および前記アノードの熱負荷の関数として前記焦点の幅および高さをモデル化するモデルに基づいて前記焦点の前記サイズおよび前記形状を予測する、請求項1から4のいずれか一項に記載のX線源。
- 前記コントローラは、前記アノードの熱負荷の予測に基づいて前記焦点の前記サイズおよび前記形状を予測し、かつ/または
前記コントローラは、前記アノードの事前に決定された冷却速度に基づいて、前記スイッチング動作の後に予想される前記アノードの熱負荷を決定する、請求項1から5のいずれか一項に記載のX線源。 - 前記エミッタ構成部はさらに、前記カソードと前記アノードとの間に挿入されるグリッドを含み、
前記グリッドは、前記グリッドのオン状態において前記電子ビームを遮断し、前記グリッドのオフ状態において前記電子ビームを通過させ、
前記コントローラは、前記グリッドにグリッド切り替え信号を提供することによって、前記グリッドを前記オン状態と前記オフ状態との間で切り替える、請求項1から6のいずれか一項に記載のX線源。 - 前記コントローラは、事前に決定されたグリッド切り替えプロファイルに基づいて前記スイッチング動作を決定し、前記グリッド切り替えプロファイルは、前記グリッドの少なくとも1つのオフ状態および前記グリッドの少なくとも1つのオン状態のシーケンスに基づいて前記X線ビームの強度の変更を定める、請求項7に記載のX線源。
- 前記X線源は、前記アノードから放出されたX線放射の検出に基づいて前記焦点の画像を取得するための焦点センサを含むフィードバック制御をさらに備え、取得される前記画像は前記アノード上の前記焦点の前記形状、前記サイズ、および前記位置を示し、
前記コントローラはさらに、前記焦点センサを用いて取得された前記画像を分析することで前記焦点の前記サイズ、前記形状、および前記位置のうちの少なくとも1つの変化を決定し、
前記コントローラは、前記スイッチング動作の実行後に前記焦点の前記サイズ、前記形状、および前記位置のうちの少なくとも1つの変化が決定された場合、前記電子光学系を作動させることにより、前記焦点の前記サイズ、前記形状、および前記位置のうちの少なくとも1つを調整する、請求項7または8に記載のX線源。 - 前記コントローラは、前記グリッドが前記オフ状態にあり、前記電子ビームが前記アノードに衝突するとき、前記焦点センサによって取得された前記画像を分析し、かつ/または
前記コントローラは、前記グリッドが前記オン状態にあり、前記電子ビームが前記グリッドによって遮断されるとき、前記焦点センサによって取得された前記画像を破棄する、請求項9に記載のX線源。 - 前記コントローラは、前記グリッド切り替え信号に基づいて、前記焦点の前記画像が前記グリッドの前記オフ状態の間に前記焦点センサによって取得されたかを決定する、請求項9または10に記載のX線源。
- 請求項1から11のいずれか一項に記載のX線源と、
前記X線源によって放出されたX線放射を検出するためのX線検出器とを備える、X線イメージング装置。 - X線源の作動方法であって、
前記X線源は、アノードと、電子ビームを放出するためのカソード、および、前記アノード上の焦点に前記電子ビームを集束させるための電子光学系を有するエミッタ構成部と、コントローラとを備え、
前記方法は、
前記コントローラが、前記エミッタ構成部のスイッチング動作を決定するステップであって、前記スイッチング動作は、前記アノード上の前記焦点の位置、前記焦点のサイズ、および前記焦点の形状のうちの少なくとも1つの変化に関連付けられる、ステップと、
前記コントローラが、決定された前記スイッチング動作に基づいて、前記スイッチング動作の実行後に予想される前記焦点の前記サイズおよび前記形状を予測するステップと、
前記コントローラが、前記スイッチング動作によって引き起こされる前記焦点の前記サイズおよび前記形状の変化を補償するように前記電子光学系を作動させるステップと、
前記スイッチング動作を実行するように前記エミッタ構成部が作動するステップとを含む、方法。 - X線源のコントローラによって実行されると、前記X線源に、請求項13に記載の方法を実行させる、コンピュータプログラム。
- 請求項14に記載のコンピュータプログラムが記憶された、コンピュータ可読媒体。
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