JP5959801B2 - 複数のエネルギーｘ線源 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線生成の分野に関する。より詳細には、本発明は、複数のエネルギーのＸ線を生成する源、検査装置、方法、ソフトウェア要素及びコンピュータ可読媒体に関する。

撮像の多くの用途において、Ｘ線は、人体、器官、組織又は結晶構造といった複数の対象物の構造及び物質特性を検査及び分析するのに用いられる。Ｘ線照射が使用されるヘルスケアの基本的な領域の１つは、Ｘ線撮影である。Ｘ線撮影は、高速な高透過画像に関して、特に高い骨含量を持つ領域に対して使用されることができる。Ｘ線撮影用途のいくつかの種類は、パノラマＸ線、マンモグラフィ、断層撮影及び放射線療法である。

例えばコンピュータ断層撮影（ＣＴ）に関しては、解析される生体構造の三次元（３Ｄ）モデルを再構成するため、患者は、前もって生成されたＸ線により様々な位置及び角度から照射される。例えばＣＴ用いると、関心対象物が、３６０度からの放射線に対して露出されることができ、関心対象物のモデルが、いわゆる投影画像から計算されることができる。移動する対象物に関しては、異なる画像の原点間の時間差が不可避であるので、再構成されたモデルの運動アーチファクトは、未だに克服すべき課題である。

従来のＸ線源は、熱的に電子を放出する被加熱陰極フィラメントである。電子は、ビームとして加速され、ターゲット物質に当たる。すると、Ｘ線が生成される。角度をつけられたターゲット又は陽極に電子ビームが当たる点は、焦点と呼ばれる。電子ビームに含まれる運動エネルギーのほとんどは、熱に変換される。しかし、一定量のエネルギーは、Ｘ線光子に変換される。焦点において、Ｘ線光子が放出される。これにより、使用される物質の融点まで、電子吸収ターゲットを加熱させることはしばしば、既知のＸ線源の生成されたＸ線ビームの強度を制限する。

関心対象物を検査するための高速かつ効果的なＸ線生成を提供することが望ましい場合がある。

この目的は、独立請求項の１つに基づかれる主題により実現されることができる。本発明の有利な実施形態が、従属項において説明される。

記載される実施形態は、放射線源、検査装置、Ｘ線生成に関する方法、コンピュータプログラム、及びコンピュータ可読媒体にも同様に関する。

本発明の第１の例示的な実施形態によれば、関心対象物を検査するためのＸ線生成に関する放射線源が提供される。これにより、この源は、第１の電子を放出する第１のカーボンナノチューブ及び第２の電子を放出する第２のカーボンナノチューブを有し、更にターゲットを有する。更に、第１の軌跡を持つ第１のＸ線光子及び第２の軌跡を持つ第２のＸ線光子を生成するため、第１及び第２の電子をターゲット上へ焦束させる集束ユニットが含まれる。関心対象物に達する前に第１及び第２の軌跡が重複するような態様で、この集束ユニットが作動されるよう構成される。

第１のカーボンナノチューブ及び第２のカーボンナノチューブという語の代わりに、カーボンナノチューブの第１のグループ及びカーボンナノチューブの第２のグループ、又は第１のカーボンナノチューブベースのエミッタ及び第２のカーボンナノチューブベースのエミッタという語が、本発明の任意の実施形態において使用されることも可能である点に留意されたい。カーボンナノチューブの「グループ」は、ふさ、束、かたまり及び包みとすることができる。すべての可能なカーボンナノチューブ構成は、基板又はキャリア上に配置されることができる。

以下、３つの異なるタイプの電圧が重要である。この３つのタイプは、ゲート電圧、加速電圧及び集束電圧である。これにより、例えば第１のゲート電圧は、第１の基板又はこの基板上の第１のカーボンナノチューブと、第１のゲートとの間に印加されることができる。第１の加速電圧は、第１の基板又はこの基板上の第１のカーボンナノチューブと、ターゲットとの間に印加されることができる。更に、例えば第１の集束電圧は、第１の基板又はこの基板上の第１のカーボンナノチューブと、第１の集束ユニットの一部との間に印加されることができる。すべての異なるタイプの電圧と、同じタイプの異なる電圧源とが互いに独立して調整されることができる点に更に留意されたい。

加速電圧が、加速される電子のエネルギーを決定するので、加速電圧は、生成されるＸ線光子のエネルギーを決定することができる点にも留意されたい。他方、集束電圧は、焦点サイズを決定することができる。焦点は、電子がターゲットに当たる領域である。こうして、Ｘ線光子のビームパラメータ、及び従って空間分解能が、集束電圧により決定されることができる。

例えば２つの独立したゲート電圧が、カーボンナノチューブに印加可能である。この場合、カーボンナノチューブは陰極として作動する。このセットアップを介して、いわゆるフィールドエミッション処理を介して、電子がカーボンナノチューブにより放出される。この際、ゲート電圧の量は、電子ビームの強度、及び従って生成されるＸ線ビームの強度を制御することができる。両方のゲート電圧を交互に印加するため、例えば１つの電圧源がカーボンナノチューブ間で切り替えられることができる。両方の可能なスイッチング様式が、高い周波数で実行されることができる。なぜなら、スイッチングの周波数は、カーボンナノチューブにより制限されることができないからである。

電子エミッタとして、炭素のこの特別な構成、即ちカーボンナノチューブを使用することにより、（カーボンナノチューブである）陰極が電子を放出するために熱的に加熱される必要がないという事実が、有利な点である。なぜなら、この放出は、フィールドエミッションを介して実現されるからである。従って、残光が、カーボンナノチューブに存在せず、電子放出処理の、高速かつ正確で、時間を考慮したとき、絶対的に制御可能なオン／オフスイッチを可能とすることができる。電子が、独立して加速及び焦束されることができるという事実により、これらは、異なるエネルギー及び異なる伝搬パラメータを持つＸ線光子を生成することができる。このパラメータとは例えば、各個別の生成されるＸ線ビームのビーム直径又は拡散性である。これは、独立したビームパラメータを持つエネルギー的に異なるＸ線光子の放出間の高速なスイッチングを可能にすることができる。この場合、２つの異なる放出処理の間に時間的な重複は存在しない。各Ｘ線ビームジオメトリのビームパラメータは、別のビームのパラメータから独立しているが、両方のビームパラメータは、同じサイズに調整されることができる点に留意されたい。

ターゲットは、異なるジオメトリ形状で形成され、モリブデン、タングステン、銅、又はこれら若しくは他の要素の異なる合成といった標準的なＸ線源物質から形成されることができる。陽極の可能なジオメトリは、三角形、ピラミッド形、円形、楕円又は立方体を含む。更に、キャリア要素が、ターゲット物質から作られる複数の異なる領域又は要素を有することが可能である。

例えば集束電極である集束ユニットを用いることにより、ターゲットに向けて加速電圧により加速される電子を逸脱させる（deviate）ため、電場が生成される。しかし、電子を焦束するため複数の電極が使用されることができる。このため、複数の異なる及び独立した集束電圧が、印加されることができる。これにより、ターゲット又は陽極上の焦点が、例えばサイズ及びジオメトリといったパラメータに関して変化されることができるという態様で、電子の逸脱が制御されることができる。（小さなスポット上への電子の焦束に対応する）小さな焦点サイズが、空間的に小さな又は狭い放出Ｘ線ビームをもたらすことができるので、これらのＸ線光子を用いて、及び従って、この集束セットアップを用いて、高い空間分解能が実現されることができる。これに反して、大きい焦点サイズは、広い放出Ｘ線ビームをもたらすことができ、及び従って、小さな空間分解能が、得られることができる。

集束ユニットの別の側面は、焦点ジオメトリの調整力である。円形焦点又は例えば楕円形状の焦点を生成することが、興味深い場合がある。他のジオメトリは、集束電極又は集束電場を介してユーザにより調整されることができる。

言い換えると、２つの異なるＸ線生成実体間を切り替えることにより、異なる空間分解能間で、及び／又は２つの異なる実体の異なる焦点ジオメトリ間で、切り替えを行うことが可能である。

更に、光子が関心対象物の空間座標に達する前に、第２のカーボンナノチューブにより放出されるＸ線光子の第２のグループの軌跡との完全で正確な空間的重複がもたらされるような態様で、この焦束ユニットの構成を介して、第１のカーボンナノチューブにより放出されるＸ線光子の第１のグループの軌跡が逸脱されることができる。これは、ターゲットの２つの異なるＸ線生成領域の２つのビームの空間差が、関心対象物において小さいこと、及び可能な後続の再構成が、アーチファクトを考慮して、同じ源から生じる２つのＸ線ビームの測定と比較されることができる結果をもたらすことができることを意味する。

言い換えると、関心対象物の位置において、第１及び第２のＸ線光子の軌跡が、互いに区別できない場合がある。なぜなら、この位置に達する前に、集束ユニットにより、これらの軌跡が空間的な重複状態にされるからである。これは、２つの異なるタイプの光子が同じ源位置を持つように見えるという状況に対応する。

更に、電圧補償及び機械的に修正又は適合された電極が、２つの異なるビーム間のビーム逸脱が回避されるという態様で適合されることができる。

関心対象物を通過した後、Ｘ線光子は、適切な検出器により検出されることができ、いわゆる投影画像は、例えばワーキング・ステーション又は撮像システムにより生成されることができる。

これにより、撮像システムは、例えば、Ｘ線装置、ＣＴ、マイクロＣＴ、Ｘ線デバイスと陽電子放出断層撮影装置（ＰＥＴ）との組合せ、Ｘ線デバイスと単光子放出ＣＴ（ＳＰＥＣＴ）との組合せ、又は磁気共鳴撮像装置（ＭＲ）若しくは超音波システムとＸ線装置との組合せとすることができる。

本発明のこの側面は、投影画像を介して検査される対象物のモデルの再構成のため、このＸ線源のすべてのＸ線光子が同じ源位置を持つという事実をもたらすことができる。従って、本発明のこの実施形態の利点は、運動アーチファクトなしに２つ又は複数のエネルギーＸ線光子に基づかれる正確な再構成をもたらす点にある。

言い換えると、例えばエネルギー分解能検出器を用いて、エネルギー又は波長特有の送信信号を測定する代わりに、本発明の実施形態により、同じ軌跡を持つ、２つ又は複数のエネルギーＸ線光子を用いて非常に高速に対象物を交互に照射することが可能である。どの時間にどのエネルギー・タイプの光子が使用されたかを知ることにより、再構成が、より鋭い、より高分解能な画像をより少ない動きアーチファクトでもたらすことができ、エネルギー分解検出器の使用が、回避されることができる。

言い換えると、本発明により運動アーチファクトが回避されることができるので、これは患者に対する物理的影響を低下させることができる。この影響は、Ｘ線照射が使用されなければならない診断検査を介して印加されるものである。Ｘ線露出による追加的な画像生成は、回避されることができる。更に、可能性としてオペレーションコストも減らされることができる。なぜなら、カーボンナノチューブ・エミッタも、従来のＸ線管より少ないエネルギーを使用するからであり、より小さなシステム・デザインを可能にすることができるからである。

この実施形態の別の側面は、ターゲットを加熱することを回避するため、２つの実体間のスイッチングを使用することである。上部実体及び下部実体に対して全く同じ条件を適用し（図１と比較されたい）、重複を実現することにより、ターゲットの溶解、並びに電子及びＸ線強度における増加が回避されることが可能である。この冷却効果を増幅するため、ターゲットが特定の軸の周りを回転することが、別の可能性としてある。従って、既知の源と比較してより高い強度を持つより高速の検査が提供されることができる。

これにより、本発明のこの側面は、診断の提供又は患者の処置に関するものではなく、異なるエネルギーを持つが、関心対象物に対する同じ軌跡を持つＸ線光子の高速な提供に関する技術的な問題へのソリューションに関するものである。

本発明の別の実施形態によれば、上記集束ユニットは、２つの集束サブユニットを有し、上記第１のサブユニットは、上記第１の電子を上記ターゲット上へ焦束させるよう構成され、上記第２のサブユニットが、上記第２の電子を上記ターゲット上へ焦束させるよう構成される。

２つのサブユニットの各々は、Ｘ線光子を生成する独立したユニットの一部とすることができる。本発明のこの例示的な実施形態は、２つのＸ線生成処理の独立性を増加させることができる。空間分解能、焦点サイズ、焦点ジオメトリ及びＸ線光子の軌跡に関する、放出電子を逸脱及び焦束させるためのセットアップは、従って、関心対象物の所望の検査が、非常に高速、非常に正確、かつ効率的に実行されることができるという態様で調整されることができる。運動アーチファクトが、更に回避されることができる。

言い換えると、２つの集束ユニットに関する２つの特定のセットアップを選択することにより、２つの異なるタイプのＸ線光子の重複が、最適化されることができる。続いて、異なる加速電圧を持つ２つの独立したカーボンナノチューブ・エミッタ間でのオン／オフスイッチングは、同じ軌跡上での２つのエネルギーＸ線生成及び高速放出をもたらす。

本発明の別の実施形態によれば、上記放射線源が、上記第１及び上記第２のＸ線光子の異なる焦点ジオメトリ間で切り替えを行うよう構成される。

例えば個別の放出電子に関する２つの異なる集束ユニットを使用することにより、電子がターゲットにぶつかる領域のパラメータが、調整されることができる。従って、放射線源の電子放出部の空間分解能が、独立して調整されることができる。更に、変化する物質特性を持つ特別な関心対象物を検査するため、異なる物質を分解又は分離するよう、波長において異なる２つのＸ線ビームを用いて対象物を高速に検査することが有利でありえる。これは、異なる加速電圧により実現されることができる。

接近している（kissing）血管、複雑な脈管構造、重なる体要素、又は非常に密集した器官領域といった曖昧さを分解することが容易にされることができ、オペレーションコスト、時間及び必要とされるエネルギーが、減らされることができる。

本発明の別の実施形態によれば、上記放射線源が、上記第１及び上記第２のＸ線光子の異なるエネルギー間で切り替えを行うよう構成される。

例えば第１及び第２のカーボンナノチューブに異なる加速電圧を印加することにより、２つのエネルギーＸ線光子を生成することが可能である。例えば図１の上部放出ユニット及び下部放出ユニットの放出の間で切り替えることにより、高速の２つのエネルギー切り替えが提供されることができる。従って、各放出ユニットに対する独立した加速電圧源の必要な量は、本発明の実施形態に含まれることができ、例えば斯かる放射線源を更に有する検査装置の一部とすることができる。

本発明の別の実施形態によれば、上記放射線源が、上記第１及び上記第２のＸ線光子の空間分解能を調整するよう構成される。

集束ユニットは、異なるフォーカス又はフォーカル（焦点）ジオメトリを調整するのに使用されることができる。これは、以下の処理により第１及び第２のＸ線光子の異なる空間分解能が生じることをもたらすことができる。小さな焦点サイズは、空間的に小さな又は狭い放出Ｘ線ビームをもたらすことができ、高い空間分解能は、これらのＸ線光子を用いて実現されることができる。これに反して、大きい焦点サイズは、広い放出Ｘ線ビームをもたらすことができ、従って、小さな空間分解能が、得られることができる。

関心対象物が、構造上の複雑さ及び物質密度において異なることができるので、異なる空間分解能が、関心対象物の改良された情報をもたらすことができる。非常に高速に切り替えられる態様で異なる空間分解能を持つ異なるＸ線ビームに対して交互に関心対象物の特定の領域を露出させることで、検査の間に集められる情報のスペクトルは増加されることができる。

本発明の別の実施形態によれば、放射線源は、筐体を更に有し、上記第１のカーボンナノチューブ、上記第２のカーボンナノチューブ及び上記集束ユニットが、上記筐体において一体化される。

本発明の別の実施形態によれば、放射線源は、筐体を更に有し、上記第１のカーボンナノチューブ、上記第２のカーボンナノチューブ、上記集束ユニット及び上記ターゲットが、上記筐体において一体化される。

カーボンナノチューブＸ線源の高速スイッチングに関するこのソリューションは、適合され最適化された同じ対象物への焦束を用いて、２つのカーボンナノチューブ要素を１つの筐体に一体化する。小さなボリュームに焦束ユニットを一体化することは、非常に高速な２つのキロボルト撮像である（ｋＶ）を可能にすることができる、この実施形態の側面とすることができる。これは、例えばＸ線装置、ＣＴ又は構造解析デバイスといった既存の撮像システムにこの放射線源を容易に一体化することを可能にすることができる。

例えば図１から分かるように、この筐体は更に、可能な損傷から内部要素を機械的に保護する。

本発明の別の実施形態によれば、上記放射線源は更に、複数のカーボンナノチューブを有する。ここで、各カーボンナノチューブが、電子を放出するよう構成され、すべてのカーボンナノチューブは、上記ターゲットの周りのジオメトリにおいて配置される。更に、上記集束ユニットが、個別の軌跡を持つ対応するＸ線光子を生成するため、各カーボンナノチューブの上記放出された電子を上記ターゲット上へ焦束させるよう構成される。上記関心対象物に達する前にすべての軌跡が重複するような態様で、上記集束ユニットが作動されるよう構成される。

こうして、カーボンナノチューブベースのエミッタとして、このカーボンナノチューブが使用されることもできる。このエミッタは、単壁カーボンナノチューブ、多壁（multi wall）カーボンナノチューブ、金属であるカーボンナノチューブ又は半導体であるカーボンナノチューブといった複数の異なるタイプのカーボンナノチューブから作られることができる。

配置されるカーボンナノチューブのジオメトリは、例えば、円形とすることができる。しかし、例えば図２に見られるように、ターゲットの周りでのカーボンナノチューブの立方配置も可能である。

言い換えると、ターゲットの周りで任意の円周に沿った位置を連続して充填することにより、ユーザは、所望のエネルギースペクトルを連続して覆うＸ線光子を生成することを可能にされることができる。これは、放射線源の総分解能を増加させることができ、関心対象物の特性を反映するより特定の生成されたデータセットを用いて、高速で効果的な検査処理をもたらすことができる。

これにより、ターゲットの形状は、異なる電子源として使用されるカーボンナノチューブの量に適合されることができる。例えば４つのカーボンナノチューブを使用すれば、ピラミッド状のジオメトリも、ターゲットの可能な構成とすることができる。これにより、４つの同等の表面が、第１、第２、第３及び第４のカーボンナノチューブの個別の電子を用いて照射されることができる。

円形形態にあるカーボンナノチューブの連続体を用いて、ターゲットのコーンジオメトリ又は一つのターゲットを持つ円形形状のキャリアが、更なる可能なソリューションとなることもできる。

例えば、これらのエミッタのアレイはスキャンされるターゲットの周りに配置されることができ、各エミッタからの画像は、関心対象物の三次元画像を提供するためのコンピュータ・ソフトウェアの助けを借りて、従来のＸ線デバイスを用いてかかる時間の何分の一かの時間でコンピュータにより組み立てられることができる。

本発明の別の実施形態によれば、関心対象物の検査に関する検査装置が提供される。ここで、この検査装置は、上述の放射線源を有する。

Ｘ線は、非破壊の物質検査、Ｘ線結晶学といった様々な物質解析分野において、又はＸ線撮影、マンモグラフィ、ＣＴその他の医療検査の幅広い分野において使用されるだけでなく、食品加工業における品質管理といった新しい用途にも使用されるので、異なる検査装置が、本発明から利益を得ることができる。

特に複雑で動的な対象物を検査装置を用いて解析するため、前述又は後述の放射線源が、高速で効果的な２つ又は複数のｋＶ撮像、及び従って２つ又は複数のエネルギー撮像を提供することができる。

本発明の別の実施形態によれば、上記検査装置が、第１及び第２の電圧源を更に有し、上記第１の電圧源が、上記第１のカーボンナノチューブに対して第１の加速電圧を印加するよう構成され、上記第２の電圧源は、上記第２のカーボンナノチューブに対して第２の加速電圧を印加するよう構成される。更に、上記第１及び上記第２の加速電圧間の差が、上記第１及び上記第２のＸ線光子の間のエネルギー差をもたらす。

加速電圧が加速された電子のエネルギーを決定するので、生成されたＸ線光子のエネルギーは加速電圧により決定されることができる。

エミッタからの電子のフィールドエミッションを可能にするため、ゲート電圧が印加される。集束ユニットは、集束電圧を介して電子の逸脱を更に制御する。

異なる加速電圧を持つこれらの２つの異なる電子エミッタ間を切り替えることは、関心対象物の検査に関して、エネルギー的に異なるＸ線光子の交互的な放出をもたらすことができる。これらの２つの電圧源は更に、１つの筐体に一体化されることができる。

更に、この検査装置は、加速電圧源に加えて又はその代わりに、ゲート電圧源又は焦束電圧源といった各放出ユニットに対する他の独立した電圧源を有することができる。

本発明の別の例示的な実施形態によれば、関心対象物の検査に関するＸ線生成方法が与えられる。この方法は、第１及び第２の様式を提供するステップと、上記第１及び上記第２の様式間の切り替えを行うステップとを有し、上記第１の様式が、第１の軌跡を持つ第１のＸ線光子を生成するため、第１のカーボンナノチューブにより放出される第１の電子をターゲット上へ焦束させるステップを有する。上記第２の様式は、第２の軌跡を持つ第２のＸ線光子を生成するため、第２のカーボンナノチューブにより放出される第２の電子をターゲット上へ焦束させるステップを有し、上記関心対象物に達する前に上記第１及び第２の軌跡が重複するような態様で、上記焦束が行われる。

２つの様式の間の高速スイッチングにより、この方法は、ユーザが高速で効率的な態様において対象物を分析及び検査することを可能にする。なぜなら、物質に関する追加的な情報及び対象物の構造特性が、集められることができるからである。これは、異なる電子エミッタにそれらの起源を持つ、異なるＸ線ビームを重複させることにより実現されることができる。異なるエミッタからのＸ線が異なるエネルギーを持つことができるので、本発明のこの例示的な実施形態により２つ、３つ又は複数のエネルギー撮像が提供される。

例えば患者を解析する間、医師といったユーザは、この方法におけるステップを誘導することができる。これにより、本発明のこの側面は、診断の提供又は患者の処置に関するものではなく、異なるエネルギーを持つが、関心対象物に対する同じ軌跡を持つＸ線光子の高速な提供に関する技術的な問題へのソリューションに関するものである。

本発明の別の実施形態によれば、この方法は、第１の加速電圧及び第２の加速電圧をユーザ又はソフトウェアベースのコンピュータシステムにより選択するステップと、上記第１及び上記第２の様式間のスイッチングの周波数を上記ユーザ又はソフトウェアベースのコンピュータシステムにより選択するステップとを更に有し、上記第１の加速電圧が、上記第１のカーボンナノチューブに印加され、上記第２の加速電圧は、上記第２のカーボンナノチューブに印加される。

本発明の実施形態におけるステップは、患者との対話を必ずしも必要とするというわけではない点に更に留意されたい。

本発明の別の実施形態によれば、コンピュータで使用されるとき、上述の方法のステップを実行させるよう構成されるコンピュータプログラムが提供される。

このプログラムは更に、コンピュータで使用されるとき、コンピュータにカーボンナノチューブの切り替えを含むシステムの一時的な制御を実行させるよう構成されることにより特徴付けられることができる。

このコンピュータプログラムは従って、本発明の実施形態の一部とすることもできる計算ユニットに格納されることができる。この計算ユニットは、上述される方法におけるステップを実行又は誘導するよう構成されることができる。更に、この計算ユニットは、上記装置の要素を作動させるよう構成されることができる。この計算ユニットは、自動的に作動する、及び／又はユーザの命令を実行するよう構成されることができる。更に、この計算ユニットは、ユーザからの入力を処理するために、ユーザに選択を要求することができる。

例えば図５から分かるように、コンピュータプログラムを備えるこの計算ユニットは、本発明の別の例示的な実施形態による放射線源を使用するＸ線装置の撮像処理を制御するよう構成される。更に、コンピュータプログラムが格納されるコンピュータ可読媒体が示される。本発明の別の例示的な実施形態による放射線源を持つ図示されるＸ線装置といった撮像システムをこのシステムが制御することを可能にするため、このコンピュータ可読媒体は、コンピュータシステムに挿入可能な例えばスティックとすることができる。

本発明のこの実施形態は、当初から本発明を用いるコンピュータプログラム、及び更新を用いて既存のプログラムが本発明を用いるプログラムに変えられたコンピュータプログラムの両方を覆う。

更に、このコンピュータプログラムは、上記の方法及び装置に関して述べられたＸ線生成の方法を実現するのに必要なすべてのステップを提供することができる。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、コンピュータプログラムが格納されるコンピュータ可読媒体が与えられる。このコンピュータプログラムは、前述又は後述のセクションに記載される。

更に、本発明の別の例示的な実施形態は、コンピュータプログラムをダウンロード可能にする媒体とすることができる。このコンピュータプログラムは、上記実施形態の１つによる方法を実行するよう構成される。

本発明の要点は、２つの生成様式の間の交互に非常に高速な切り替えにより、カーボンナノチューブの助けを借りて、異なるエネルギーを持つ２つのタイプのＸ線光子が生成されることになる点にある。ここで、２つのタイプのＸ線光子の軌跡は、関心対象物に達する前に集束ユニットにより重なり合うことを強制される。

本発明の例示的な実施形態による、２つのカーボンナノチューブを持つ概略的なＸ線源を示す図である。 本発明の例示的な実施形態による、４つのカーボンナノチューブを持つ概略的なＸ線源を示す図である。 本発明の例示的な実施形態による方法のステップを概略的に示す図である。 本発明の例示的な実施形態による、検査装置の概略的な表現を示す図である。 本発明の別の例示的な実施形態による、検査装置の更なる概略的な表現を示す図である。 本発明の別の例示的な実施形態による、検査装置の更なる概略的な表現を示す図である。

本発明の実施形態のいくつかは、異なる主題を参照して説明される点に留意されたい。特に、ある実施形態は、方法タイプの請求項を参照して説明されるが、他の実施形態は、装置タイプの請求項を参照して説明される。しかしながら、当業者であれば、他の記載がない限り、あるタイプの主題に属する特徴の任意の組合せに加えて、異なる主題に関する特徴の任意の組合せが、本願に開示されると考えられる点を上記又は下記の説明から推察するであろう。

本発明の上記で規定される側面、更なる側面、特徴及び利点も、本書に記載される実施形態の例示から得られることができる。本発明が、以下の図面を参照して以下より詳細に説明されることになる。

複数の図面において類似する又は関連している要素は、同一参照番号を用いて説明される。図面における表示は、概略的であり、完全に同じ大きさで描かれているものではない。

図１は、本発明の例示的な実施形態を示す。Ｘ線源１９は、第１の基板３上に第１のカーボンナノチューブ１と、第２の基板４上に第２のカーボンナノチューブ２とを有する。この基板は、例えば、様々な異なる物質及び層からなるマイクロチップとすることができ、又は、この基板は、例えば、クォーツ、ガラス又はシリコンから作られることができる。これにより、第１のカーボンナノチューブ１からフィールドエミッションにより電子を放出するため、第１のゲート電圧５が、第１の基板３と第１のゲート１１との間に印加される。第１のカーボンナノチューブは、上記したように、カーボンナノチューブの複数又は束とすることができる。放出された電子をターゲットへ向けて加速するため、第１の加速電圧３０が、第１の基板３とターゲット１３との間に、第１の電圧源８により印加される。第１の加速電圧３０は、第１のゲート電圧５と独立して印加されることができる。第１の集束電圧４０は、この基板と第１の集束サブユニット７との間に印加されることができる。第１の集束サブユニット７は、上部境界１４及び下部境界１４ａを持つ第１のＸ線ビームの第１の軌跡が、関心対象物において、上部境界１５及び下部境界１５ａを持つ第２のＸ線ビームの第２の軌跡と空間的に重複するという態様で、第１のカーボンナノチューブからの、加速され放出される第１の電子２８を逸脱させる。あたかも２つの軌跡が同じ源位置を持っているかのように、この重複は正確であり、完全な再構成が実行されることができる。言い換えると、それぞれ境界１４、１４ａ、１５及び１５ａにより制限される、図１に示される２つのビームコーンは、差が再構成処理においてアーチファクトをもたらすことないよう、ほとんど正確な態様で関心対象物を照射する。これにより、関心対象物１６が、両方のタイプのＸ線光子により照射され、検出スクリーン又は検出器１７が、送信される信号の情報を投影画像に変換する。これらの画像は、再構成を実行するために用いられることができる。光子の放出を更に機械的に選択するため、Ｘ線吸収物質から作られるコリメータ３２が使用されることができる。コリメータ３２は、Ｘ線の２つの経路を更に等しくする別の器具として使用される。更に、筐体１８が示される。

更に、第１の下部実体は、第１のカーボンナノチューブ１、第１の集束サブユニット７、第１の電子２８及び第１のゲート電圧５を有することができる。第２の上部実体は、第２のカーボンナノチューブ２、第２の集束サブユニット９、第２の電子２９及び第２のゲート電圧６を有することができる。

図１の上部部分において、独立したＸ線生成に関する第２の実体が示される。この実体は、第２の集束サブユニット９、第２の加速電圧３１を印加する第２の電圧源１０、及び第２のゲート電圧６を有する。これにより、第２のカーボンナノチューブ２の電子放出を引き起こすため、このゲート電圧が、第２のゲート１２と第２の基板４との間に印加される。これにより第２の電子２９は、第２の加速電圧３１により、ターゲット１３へ向けて放出及び加速される。

例えば集束電圧源又はゲート電圧源といった他の電圧源も、本発明のこの例示的な実施形態により含まれることができる。電圧源は、外部電圧源とし、筐体の外に配置されることができる。しかし、１つの筐体に必要に応じて一体化されることもできる。更に、これらの他の電圧は、第１及び第２の電圧源から得られることもできる。

第１のカーボンナノチューブ１、第１の集束サブユニット７、第１の電子２８及び第１のゲート電圧５を持つ第１の下部実体と、第２のカーボンナノチューブ２、第２の集束サブユニット９、第２の電子２９及び第２のゲート電圧６を持つ第２の上部実体との間の外部スイッチ／外部制御要素を用いるスイッチングにより、エネルギー分解検出器を使用する必要性なしに、２つのキロボルト及び２つのエネルギー撮像が提供されることができる。これにより、追加的な情報が、集められることができ、オペレーションコストだけでなく、患者に対するＸ線負担を下げることができる。

カーボンナノチューブのオン／オフスイッチは、生成器の電圧変調と比べてずっと高速とすることができる。これは、撮像処理の持続時間の改善をもたらすことができる。

言い換えると、１８０°位置に配置される２つのカーボンナノチューブが、異なる電圧で作動され、これらは、交互に、重複しない態様で高い周波数でオン／オフに切り替えられる。コールドエミッタであるためカーボンナノチューブは「残光」を持たないので、スイッチングはかなり高速とすることができる。陽極から対象物を通るビームが、多かれ少なかれ、再構成に関して使用されることができるのと同じ軌跡であるような態様で、両方のカーボンナノチューブの集束ユニットは設計される。電圧補償及び修正された電極が、ビームの逸脱を最小化する。

言い換えると、異なる焦点電圧及び／又はジオメトリが、再構成に関する同じ軌跡をもたらす対象物ジオメトリに対する異なるターゲットを補償するよう調整される。

別のオプションは、両方のカーボンナノチューブ要素が、２つの異なる高電圧発生器からの異なる電圧で作動されるということである。代替的に、１つのメイン生成器（電圧１）が、カーボンナノチューブ１に供給されることができ、メイン生成器の電圧及びより小さな補助生成器２のオフセット電圧（まとめると電圧２に等しい）が、カーボンナノチューブ２に供給されることができる。

図２は、本発明の別の実施形態を更に示す。ここでは、４つの電子放出カーボンナノチューブの構成を持つＸ線源１９が示される。これにより、Ｘ線光子の４つの異なる事前調整されたエネルギー間で、４つの異なる調整された焦点ジオメトリ間で、及び／又は４つの異なる空間分解能間で、切り替えることが可能である。これらすべてのパラメータは、上述したように個別の集束電圧及び個別の加速電圧により独立して調整される。ここに、類似するが、独立した４つの実体３３、３４、３５及び３６が、ターゲット１３の周りで円形態様で示される。これらは、できるだけ連続して配置されるカーボンナノチューブの領域を示す矢印２７に沿って配置されることもできる。

ＣＴ及びＸ線用途に関して、２つのエネルギーは、スキャンされる対象物の物質特性に関する追加的な情報を得るための有望な技術である。

４つ全てのカーボンナノチューブ要素は、異なる及び独立した電圧で作動されることができる。このセットアップは、陽極のコーンジオメトリ、及び陽極の周りの円形ジオメトリに配置される複数のエミッタまで延在されることができる。

この源及び方法は、例えば小さな焦点から大きい焦点まで高速な態様で異なる焦点ジオメトリ間を切り替えるのに使用されることもできるが、焦点点の形状が、異なるカーボンナノチューブ・ゲートを切り替えることにより調整されることもできる。更なるオプションは、シーケンシャルスキャンをすることである。

図３は、本発明の別の例示的な実施形態による方法における４つのステップを示す。第１及び第２の様式を与えるステップＳ１及び第１及び第２の様式間を切り替えるステップＳ２により、２つのエネルギーｋＶ撮像が提供されることができる。更に、第１の様式は、第１の軌跡を持つ第１のＸ線光子を生成するため、第１のカーボンナノチューブにより放出される第１の電子をターゲット上へ集束させるステップを有し、第２の様式は、第２の軌跡を持つ第２のＸ線光子を生成するため、第２のカーボンナノチューブにより放出される第２の電子をターゲット上へ集束させるステップを有する。これにより、関心対象物に達する前にこの第１及び第２の軌跡が重複するという態様で、焦束が実行される。

ユーザ又はソフトウェア制御されたコンピュータにより誘導されることができるこれらのステップは、第１の加速電圧及び第２の加速電圧を選択するステップＳ３と、ユーザにより第１及び第２の様式間のスイッチングの周波数を選択するステップＳ４とにより追加されることができる。

この方法の更なるステップは、異なる集束電圧又は異なるゲート電圧の選択を含むことができる。

更に、上記の実施形態による放射線源を実現するのに必要な他の全てのステップが、本書に含まれる。

図４は、本発明の別の例示的な実施形態による検査装置２２を示す。検査装置２２は、前述又は後述される本発明の例示的な実施形態によるＸ線源１９、ユーザとの対話を可能にするユーザインタフェース２０、説明される方法のステップを作動させるコンピュータプログラム要素２１、及びワークステーション又は撮像システム２３を有する。この撮像システムは、例えばＸ線装置、ＣＴ、又は例えば陽電子放出断層撮影装置とＸ線装置との組合せとすることができる。他の撮像システムも、可能である。より特有の例示的な実施形態は、図５及び６に見られることができる。これらの４つの要素の接続ラインは、異なる媒体間の相互接続として解釈される。

図５は、本発明の別の例示的な実施形態による別の検査装置２２を示す。撮像システム２３、ここでは、本発明の別の例示的な実施形態による一体化された放射線源１９を持つＣアーム形状のＸ線装置が、与えられる。このシステムは、ユーザインタフェース２０に連結される。これらを用いて、ユーザは、Ｘ線生成、伝搬及び検査処理を制御及び調整することができる。更に、コンピュータプログラム要素２１を持つコンピュータ２６が与えられる。このプログラムは、放射線源及び全体の解析処理を自動的に観測及び操作することができる。コンピュータモニタ、ＬＣディスプレイ、プラズマスクリーン又はビデオプロジェクタ２５といった異なるタイプのスクリーン上で、Ｘ線検出及び再構成の結果が、ユーザに対して示されることができる。

図６は、本発明の別の例示的な実施形態による別の検査装置を示す。図５に示されるようなＣアーム形状のＸ線装置を使用する代わりに、撮像システムとして例えばコンピュータ断層撮影装置３８を使用することも可能である。これにより、この装置は、本発明の別の実施形態による放射線源１９を有する。患者３７は、生成されたＸ線ビームで照射される。このＸ線ビームは続いて、検出器又は検出スクリーン１７上で検出される。

図面、開示及び添付の特許請求の範囲の研究から、開示された実施形態に対する他の変形が、請求項に記載された発明を実施する当業者により理解され及び遂行されることができる。請求項において、単語「有する」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数性を除外するものではない。シングルプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載される複数のアイテム又はステップの機能を果たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学的記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体に格納／配布されることができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介してといった他の形式で配布されることもできる。請求項における任意の参照符号は、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (13)

1. 関心対象物を検査するためのＸ線生成に関する放射線源であって、
   １のターゲットと、
   第１のカーボンナノチューブと前記ターゲットとの間に印加される第１の加速電圧に基づき、第１の電子を放出する第１のカーボンナノチューブと、
   第２のカーボンナノチューブと前記ターゲットとの間に印加される、前記第１の加速電圧と異なる第２の加速電圧に基づき、第２の電子を放出する第２のカーボンナノチューブであって、前記第２の加速電圧が、前記第１の加速電圧と独立して調整される、第２のカーボンナノチューブと、
   第１の軌跡を持つ第１のエネルギーの第１のＸ線光子及び第２の軌跡を持つ第２のエネルギーの第２のＸ線光子を生成するため、前記第１及び前記第２の電子を前記ターゲット上へ焦束させる集束ユニットとを有し、
   前記第１及び前記第２の加速電圧の差が、前記第１及び前記第２のＸ線光子のエネルギーの差をもたらし、
   前記集束ユニットが、前記関心対象物に達する前に前記第１及び前記第２の軌跡が重複するように、前記ターゲットに向けて放出された少なくとも前記第１の電子の方向を変えるように動作する、放射線源。
2. 前記集束ユニットが、２つの集束サブユニットを有し、
   前記第１のサブユニットは、前記第１の電子を前記ターゲット上へ焦束させるよう構成され、
   前記第２のサブユニットが、前記第２の電子を前記ターゲット上へ焦束させるよう構成される、請求項１に記載の放射線源。
3. 前記放射線源が、前記第１及び前記第２のＸ線光子の異なる焦点ジオメトリ間で切り替えを行うよう構成される、請求項１又は２に記載の放射線源。
4. 前記放射線源が、前記第１及び前記第２のＸ線光子の異なるエネルギー間で切り替えを行うよう構成される、請求項１、２又は３に記載の放射線源。
5. 前記放射線源が、前記第１及び前記第２のＸ線光子の空間分解能を調整するよう構成される、請求項１、２、３又は４に記載の放射線源。
6. 筐体を更に有し、
   前記第１のカーボンナノチューブ、前記第２のカーボンナノチューブ及び前記集束ユニットが、前記筐体において一体化される、請求項１に記載の放射線源。
7. 複数のカーボンナノチューブを更に有し、
   各カーボンナノチューブが、電子を放出するよう構成され、
   すべてのカーボンナノチューブは、前記ターゲットの周りのジオメトリにおいて配置され、
   前記集束ユニットが、個別の軌跡を持つ対応するＸ線光子を生成するため、各カーボンナノチューブの前記放出された電子を前記ターゲット上へ焦束させるよう構成され、
   前記集束ユニットは、前記関心対象物に達する前にすべての軌跡が重複するような態様で作動されるよう構成される、請求項１に記載の放射線源。
8. 請求項１の放射線源を有する、関心対象物の検査に関する検査装置。
9. 関心対象物の検査に関する検査装置であって、
   Ｘ線生成に関する放射線源であって、第１の電子を放出する第１のカーボンナノチューブと、第２の電子を放出する第２のカーボンナノチューブと、１のターゲットと、第１の軌跡を持つ第１のＸ線光子及び第２の軌跡を持つ第２のＸ線光子を生成するため、前記第１及び前記第２の電子を前記ターゲット上へ焦束させる集束ユニットであって、前記関心対象物に達する前に前記第１及び前記第２の軌跡が重複するように、前記ターゲットに向けて放出された少なくとも前記第１の電子の方向を変えるように動作する、集束ユニットとを含む、放射線源と、
   第１及び第２の電圧源とを有し、
   前記第１の電圧源が、前記第１のカーボンナノチューブと前記ターゲットとの間に第１の加速電圧を印加するよう構成され、
   前記第２の電圧源は、前記第２のカーボンナノチューブと前記ターゲットとの間に前記第１の加速電圧と独立して調整される第２の加速電圧を印加するよう構成され、
   前記第１の加速電圧は前記第２の加速電圧と異なる電圧であり、前記第１及び前記第２の加速電圧間の差が、前記第１及び前記第２のＸ線光子の間のエネルギー差をもたらす、検査装置。
10. 関心対象物の検査に関するＸ線生成方法において、
    第１及び第２の様式を提供するステップと、
    前記第１及び前記第２の様式間の切り替えを行うステップとを有し、
    前記第１の様式が、第１の軌跡を持つ第１のエネルギーの第１のＸ線光子を生成するため、第１のカーボンナノチューブとターゲットとの間に第１の加速電圧を印加し、前記第１のカーボンナノチューブにより放出される第１の電子を前記ターゲット上へ焦束させるステップを有し、
    前記第２の様式は、第２の軌跡を持つ第２のエネルギーの第２のＸ線光子を生成するため、第２のカーボンナノチューブと前記ターゲットとの間に前記第１の加速電圧と異なる第２の加速電圧を印加し、前記第２のカーボンナノチューブにより放出される第２の電子を前記ターゲット上へ焦束させるステップを有し、
    前記第２の加速電圧が、前記第１の加速電圧と独立して調整され、前記第１及び前記第２の加速電圧の差が、前記第１及び前記第２のＸ線光子のエネルギーの差をもたらし、
    前記焦束が、前記関心対象物に達する前に前記第１及び第２の軌跡が重複するように、前記ターゲットに向けて放出された少なくとも前記第１の電子の方向を変えることを含む、方法。
11. 関心対象物の検査に関するＸ線生成方法において、
    第１及び第２の様式を提供するステップと、
    前記第１及び前記第２の様式間の切り替えを行うステップであって、前記第１の様式が、第１の軌跡を持つ第１のＸ線光子を生成するため、第１のカーボンナノチューブにより放出される第１の電子をターゲット上へ焦束させるステップを含み、前記第２の様式は、第２の軌跡を持つ第２のＸ線光子を生成するため、第２のカーボンナノチューブにより放出される第２の電子を前記ターゲット上へ焦束させるステップを含み、前記焦束が、前記関心対象物に達する前に前記第１及び前記第２の軌跡が重複するように、前記ターゲットに向けて放出された少なくとも前記第１の電子の方向を変えることを含む、ステップと、
    第１の加速電圧及び前記第１の加速電圧と異なる第２の加速電圧をユーザにより選択するステップと、
    前記第１及び前記第２の様式間のスイッチングの周波数を前記ユーザにより選択するステップとを有し、
    前記第１の加速電圧が、前記第１のカーボンナノチューブと前記ターゲットとの間に印加され、
    前記第２の加速電圧は、前記第１の加速電圧と独立して調整されて前記第２のカーボンナノチューブと前記ターゲットとの間に印加され、
    前記第１及び前記第２の加速電圧間の差が、前記第１及び前記第２のＸ線光子の間のエネルギー差をもたらす、方法。
12. コンピュータで使用されるとき、請求項１０又は１１に記載の方法のステップを実行させるよう構成されるコンピュータプログラム。
13. 請求項１２に記載のコンピュータプログラムが格納されるコンピュータ可読媒体。

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