(57)【要約】  X線管および焦点スポット特性を定める方法である。本発明は、回転アノード（5）に向かって加速された電子を放射する少なくとも一つのカソード（3）であって、アノード（5）の表面（9）に焦点スポット（27）が形成されるカソードを有するx線管（1）に関する。アノード（5）の表面（9）には、特にスリットまたはピット（13）のような構造部（15）が設置される。x線管（1）は、検出器（7）を有し、この検出器は、回転アノード（5）上の構造部（15）が焦点スポットを通過した際に変化する検出信号を検出する。さらに、x線管（1）は、判断手段（6）を有し、この判断手段は、検出信号の変化から、焦点スポット特性を定める。従って、x線管（1）の作動中に、検出信号の変化から焦点スポット特性を定めることができる。
2009517828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点スポット特性を定めるため、表面に構造部を有する回転アノードと、
前記アノードに向かって加速される電子を放射する、少なくとも一つのカソードであって、前記電子は、前記回転アノードの前記表面に衝突して前記焦点スポットを形成するカソードと、
前記回転アノードの前記構造部が前記焦点スポットを通過した際に変化する、検出信号（S(t)）を検出する検出器と、
前記検出信号（S(t)）の変化から、前記焦点スポットの特性を定める判断手段と、
を有するx線管。
【請求項２】
前記検出器は、前記焦点スポットから放射される粒子を検出するように適合されることを特徴とする請求項1に記載のx線管。
【請求項３】
前記粒子は、前記焦点スポットから放射されるx線光子、および／または前記焦点スポットから後方散乱された電子、および／または前記焦点スポットから揮発した金属粒子であることを特徴とする請求項2に記載のx線管。
【請求項４】
前記構造部は、該構造部が前記焦点スポットを通過する際に、前記焦点スポットから放射される粒子が、前記構造部が前記焦点スポットを通過しない際に、前記焦点スポットから放射される粒子よりも低い確率で、前記検出器手段に到達するように形成されることを特徴とする請求項2に記載のx線管。
【請求項５】
前記判断手段は、前記検出信号（S(t)）の変化が検出される間の時間、および／または前記変化の大きさに応じて、前記焦点スポットの特性を定めるように適合されることを特徴とする請求項1に記載のx線管。
【請求項６】
前記構造部は、少なくとも一つの半径方向のスリットを有し、および／または少なくとも一つの半径方向の溝を有し、
前記判断手段は、前記検出信号（S(t)）の変化が検出される間の時間に応じて、方位方向における前記焦点スポットの幅を定めるように適合されることを特徴とする請求項1に記載のx線管。
【請求項７】
前記判断手段は、前記スリットが前記焦点スポットを通過する間の、前記スリットの異なる方位位置で測定された前記検出信号（S(t)）の変化に応じて、前記焦点スポットの幅電流分布を定めるように適合されることを特徴とする請求項6に記載のx線管。
【請求項８】
前記構造部は、
半径方向および方位方向に相互にずれたピットを有し、
前記判断手段は、前記検出信号（S(t)）に変化を生じさせる前記ピットにより広げられた半径範囲に応じて、半径方向における前記焦点スポットの長さを定めるように適合されることを特徴とする請求項1に記載のx線管。
【請求項９】
前記判断手段は、異なる半径位置に配置された異なるピットが、前記焦点スポットを通過する際に測定された前記検出信号（S(t)）の変化に応じて、焦点スポット長電流分布を定めるように適合されることを特徴とする請求項8に記載のx線管。
【請求項１０】
前記構造部は、少なくとも一つの螺旋溝の少なくとも一つの部分を有し、
前記判断手段は、前記焦点スポットと重なり合い、前記検出信号（S(t)）の変化を生じさせる、前記少なくとも一つの螺旋溝の少なくとも一つの部分により広げられた半径範囲に応じて、前記焦点スポットの半径方向における長さを定め、および／または前記検出信号の変化の大きさに応じて、前記焦点スポット長電流分布を定めるように適合されることを特徴とする請求項1に記載のx線管。
【請求項１１】
前記構造部は、半径方向の幅が変化した、少なくとも一つのスリットおよび／もしくは少なくとも一つの溝を有し、
前記判断手段は、前記半径方向の幅が変化した、少なくとも一つのスリットおよび／もしくは溝により生じる、前記検出信号（S(t)）の変化が検出される間の時間に応じて、ならびに／または前記変化の大きさに応じて、前記焦点スポットの半径位置を定めるように適合されることを特徴とする請求項1に記載のx線管。
【請求項１２】
前記検出器は、前記焦点スポットから放射されるx線を検出するように適合され、
前記検出器は、複数のサブ検出器で構成され、
各サブ検出器は、異なる減衰装置を有するとともに、異なる感度範囲を有することを特徴とする請求項1に記載のx線管。
【請求項１３】
前記判断手段は、前記検出信号（S(t)）の2以上の時間周期にわたって、前記検出信号（S(t)）をサンプリングするように適合されることを特徴とする請求項1に記載のx線管。
【請求項１４】
表面に構造部を有する回転アノード上の、x線管の焦点スポットの特性を定める方法であって、
a）前記アノードを回転させるステップと、
b）少なくとも一つのカソードから電子を放射させ、該電子を前記アノードに向かって加速させることにより、前記回転アノード上に、前記焦点スポットを形成するステップであって、前記電子は、前記回転アノード表面に衝突して、前記焦点スポットが形成される，ステップと、
c）前記回転アノードの前記構造部が前記焦点スポットを通過した際に変化する、検出信号（S(t)）を検出するステップと、
d）前記検出信号（S(t)）の変化から、前記焦点スポットの特性を定めるステップと、
を有する方法。
【請求項１５】
請求項14に記載のステップにより、請求項1に記載のx線管の前記アノード、前記カソード、前記検出器、および前記判断手段を制御する制御手段用のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転アノードに向かって加速された電子を放出し、アノードの表面に焦点スポットを形成する、少なくとも一つのカソードを有するx線管であって、前記焦点スポットの特性を定めることができるx線管に関する。また、本発明は、回転アノード上の焦点スポットの特性を定める方法、およびx線管を制御するコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
x線管の特性は、焦点スポットの特性に大きく依存する。例えば、x線光子流束は、焦点スポットに衝突する電子の流束に依存し、すなわち焦点スポット全体の電子電流密度分布、および焦点スポットの寸法または位置に依存する。焦点スポットに衝突するこれらの電子は、「一次電子」とも呼ばれる。また、コンピュータ断層撮影法では、焦点スポットから放射され、検出器素子によって検出されるx線の位置は、再構成画像の画質に大きな影響を及ぼす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
焦点スポットの特性は、作動中に変化させることができるため、本発明では、作動中に、回転アノード上での焦点スポットの特性を、正確に定めることが可能なx線管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前述の目的は、
焦点スポット特性を定めるため、表面に構造部を有する回転アノードと、
前記アノードに向かって加速される電子を放射する、少なくとも一つのカソードであって、前記電子は、前記回転アノードの前記表面に衝突して前記焦点スポットを形成するカソードと、
前記回転アノードの前記構造部が前記焦点スポットを通過した際に変化する、検出信号を検出する検出器と、
前記検出信号の変化から、前記焦点スポットの特性を定める判断手段と、
を有するx線管により達成される。
【０００５】
本発明は、回転アノードの構造部によって、該構造部が焦点スポットを通過した際に生じる検出信号の変化が、焦点スポットの特性に関する情報を含むという発想に基づくものである。従って、検出信号の変化を解析することにより、焦点スポットの特性を定めることができる。
【０００６】
本発明によるx線管は、焦点スポットの特性を、作動中に定めることができるという有意な特徴を有する。
【０００７】
例えば、このx線管をコンピュータ断層撮影法に使用した場合、定められた焦点スポット特性、特に寸法、位置、および電子電流密度分布を、再構築アルゴリズムに使用することができる。コンピュータ断層撮影において、被検査対象を横断するx線の強度、およびx線の位置は、再構築画像の画質に対して極めて重要であり、再構築アルゴリズムにおいて、作動中に測定される焦点スポットの特性を検討することは、画質の改善につながる。
【０００８】
また、作動中に焦点スポット特性が定められるため、作動中に、焦点スポットを制御することができ、例えば、作動中に定められた位置または寸法のような焦点スポット特性の、事前に選択された焦点スポット特性からのずれは、x線管の制御パラメータを変化させることにより、例えば、電子ビーム用の焦点化手段を調整することにより、補正される。これにより、安全のため提供される各種予備品の削減が可能となる。例えば、通常の場合、アノードの表面領域は、技術的に要求される面積よりも広くなっている。これは、作動中、焦点スポットが所望のトラックから外れ、x線管の外囲器が損傷を受ける恐れがあるからである。本発明では、焦点スポット位置および寸法のずれは、作動中に補正することができ、このため、アノード表面積をより小さな面積とすることができる。
【０００９】
さらに、作動中の焦点スポット特性の判定により、これらの特性を制御することが可能となり、例えばx線管がコンピュータ断層撮影に使用される場合、焦点スポットは、最小スポットサイズに維持され、再構築画像の画質が改善される。また、電子電流密度、すなわち検出信号が減少した場合、管電圧および／または管電流を増加させて、再構築画像の画像解像度を向上することができる。
【００１０】
好適実施例では、焦点スポットから放射される粒子、特にx線光子、後方散乱電子および／または揮発金属粒子が検出され、これにより、大きな信号対ノイズ比を有する検出信号が得られ、定められる焦点スポット特性の精度が向上する。
【００１１】
別の好適実施例では、前記構造部は、該構造部が前記焦点スポットを通過する際に、前記焦点スポットから放射される粒子が、前記構造部が前記焦点スポットを通過しない際に、前記焦点スポットから放射される粒子よりも低い確率で、前記検出器手段に到達するように形成される。これにより、検出信号に変化が生じ、より適正な検出が可能となり、定められる焦点スポット特性の品質がさらに向上する。
【００１２】
また、前記判断手段は、前記検出信号の変化が検出される間の時間、および／または前記変化の大きさに応じて、前記焦点スポットの特性を定めるように適合されることが好ましい。これにより、簡単に特性を定めることが可能になる。
【００１３】
別の好適実施例では、前記構造部は、少なくとも一つの半径方向のスリットを有し、および／または少なくとも一つの半径方向の溝を有し、
前記判断手段は、前記検出信号の変化が検出される間の時間に応じて、方位方向における前記焦点スポットの幅を定めるように適合される。これにより、焦点スポットの幅の判定が容易になる。
【００１４】
また、前記判断手段は、前記スリットが前記焦点スポットを通過する間の、前記スリットの異なる方位位置で測定された前記検出信号の変化に応じて、前記焦点スポットの幅電流分布を定めるように適合されることが好ましい。これにより、焦点スポット幅電流分布を簡単に定めることが可能になる。
【００１５】
焦点スポット幅電流分布は、幅方向における焦点スポット電流分布であり、すなわち異なる方位角位置に対して半径方向に沿って積分された、アノード上の電子電流密度である。
【００１６】
また、前記構造部は、半径方向および方位方向に相互にずれたピットを有し、
前記判断手段は、前記検出信号に変化を生じさせる前記ピットにより広げられた半径範囲に応じて、半径方向における前記焦点スポットの長さを定めるように適合されることが好ましい。これにより、簡単に焦点スポットの長さを定めることができる。
【００１７】
別の好適実施例では、前記判断手段は、異なる半径位置に配置された異なるピットが、前記焦点スポットを通過する際に測定された前記検出信号の変化に応じて、焦点スポット長電流分布を定めるように適合される。これにより、焦点スポット長電流分布を定めることができる。
【００１８】
焦点スポット長電流分布は、長さ方向の焦点スポット電流分布であり、すなわち異なる半径位置に対して方位角方向に沿って積分された、アノード上の電子電流密度である。
【００１９】
前記構造部は、少なくとも一つの螺旋溝の少なくとも一つの部分を有し、
前記判断手段は、前記焦点スポットと重なり合い、前記検出信号の変化を生じさせる、前記少なくとも一つの螺旋溝の少なくとも一つの部分により広げられた半径範囲に応じて、前記焦点スポットの半径方向における長さを定め、および／または前記検出信号の変化の大きさに応じて、前記焦点スポット長電流分布を定めるように適合されることがより好ましい。螺旋溝のそのような部分が焦点スポットと重なっている場合、検出信号は、連続的な細長い低下部を有する。この連続的な細長い低下部の間、各時間点は、半径方向の位置に対応するため、半径方向における焦点スポットの長さは、この連続的な細長い低下部の時間長さから、容易に定めることができる。また、検出信号の変化の度合いに依存する、焦点スポット長電流分布は、異なる時間位置、すなわち半径位置での、この連続的な細長い低下部の大きさから、容易に定めることができる。
【００２０】
また、前記構造部は、半径方向の幅が変化した、少なくとも一つのスリットおよび／もしくは少なくとも一つの溝を有し、
前記判断手段は、前記半径方向の幅が変化した、少なくとも一つのスリットおよび／もしくは溝により生じる、前記検出信号の変化が検出される間の時間に応じて、ならびに／またはこの変化の大きさに応じて、前記焦点スポットの半径位置を定めるように適合されることが好ましい。これにより、焦点スポット位置が簡単に定められるようになる。
【００２１】
また、前記検出器は、前記焦点スポットから放射されるx線を検出するように適合され、
前記検出器は、複数のサブ検出器で構成され、
各サブ検出器は、異なる減衰装置を有するとともに、異なる感度範囲を有することが好ましい。これにより、検出信号の強度に依存した、適当な減衰性を有するサブ検出器を選定することが可能になる。例えば、焦点スポットから粒子が放出される場合であって、粒子の強度が十分に低くまたは十分に高いため、検出信号が範囲外である場合、適当な減衰性を有する別のサブ検出器を使用することができる。この場合、測定された検出信号の変化の品質が改善され、さらには、定められた焦点スポットの特性の品質が向上する。
【００２２】
前記判断手段は、前記検出信号の2以上の時間周期にわたって、前記検出信号をサンプリングするように適合されることが好ましい。構造部を有するアノードは、回転し、この構造部は、同様の態様で、焦点スポットと数回重なり合うため、検出信号は、周期的となる。従って、2回以上の周期にわたって、検出信号をサンプリングすることにより、信号対ノイズ比が向上し、これにより定められた焦点スポット特性の品質が改善される。
【００２３】
また、前記目的は、表面に構造部を有する回転アノード上の、x線管の焦点スポットの特性を定める方法であって、
−前記アノードを回転させるステップと、
−少なくとも一つのカソードから電子を放射させ、該電子を前記アノードに向かって加速させることにより、前記回転アノード上に、前記焦点スポットを形成するステップであって、前記電子は、前記回転アノード表面に衝突して、前記焦点スポットが形成される，ステップと、
−前記回転アノードの前記構造部が前記焦点スポットを通過した際に変化する、検出信号を検出するステップと、
−前記検出信号の変化から、前記焦点スポットの特性を定めるステップと、
を有する方法により達成される。
【００２４】
また、前記目的は、表面に構造部を有する回転アノード上で、x線管の焦点スポット特性を定めるための前記方法のステップによりx線管を制御する、制御手段用のコンピュータプログラムにより達成される。
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明をより詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図1には、本発明によるx線管1を概略的に示す。x線管1は、カソード3と、回転アノード5と、検出器7と、高電圧源10と、判断ユニット6と、制御ユニット12（制御手段）とを有する。カソード3は、電子放出手段4と、焦点化手段100とを有し、これにより、アノード5上の所定の位置に、所定の寸法で電子ビーム2が焦点化される。電子放出手段4は、電子ビーム2を放出し、この電子ビームは、高電圧源10により生じた電場により、アノード5に向かって加速された電子を有する。電子は、アノード5の上部表面9に衝突し、焦点スポットが形成される。焦点スポットから、x線11が放射され、このx線は、検出器7により検出され、検出信号が形成される。この検出信号は、判断ユニット6で使用され、焦点スポット特性が定められる。これらの焦点スポット特性は、例えば、焦点スポットの寸法または位置である。判断ユニット6は、検出信号の変化と以下に示すこれらの特性の間の関係および方法により、焦点スポットの特性を定めるように適合される。アノード5、カソード3、高電圧源10、検出器7、および判断ユニット6は、制御ユニット12により制御される。
【００２７】
焦点スポット27は、図2に概略的に示すように、アノード5の上部表面9の構造部15（図3に示す）とは重なり合っていない。従って、上部表面領域9の一部が示されている図2において、焦点スポット27の下側に位置する、アノード5の上部表面領域9の部分に、焦点スポットが衝突すると、未減衰の検出信号S0が生じる。
【００２８】
検出器7の視野方向、すなわち焦点スポットと、図1および3のx線11が進行する検出器7の間の直線は、鋭角47で、アノード5の上部表面9を覆う。検出器7および焦点スポット27は、角度47が可能な限り小さくなるように配置されるが、依然として、検出器7は、焦点スポットから放射されるx線を検出することができる。この結果、アノード5の上部表面9での変化に対する検出信号の感度、すなわち構造部15に対するに対する検出信号の感度が向上する。
【００２９】
これとは別にまたはこれに加えて、検出器7は、電子もしくは金属粒子のような、焦点スポットから放出される他の粒子を検出するように適合されても良い。また、この場合、検出器7および焦点スポット27は、角度47が可能な限り小さくなるように配置されるが、検出器7は、依然として、焦点スポットから放射されるこれらの粒子を検出することができる。
【００３０】
別の好適実施例では、検出器7は、複数のサブ検出器を有しても良く、各検出器は、異なる減衰装置を有し、異なる感度範囲を有する。各サブ検出器は、検出表面を有し、異なるサブ検出器は、異なる厚さのx線吸収材料を有し、これらの材料は、x線が各検出装置に入る前に、x線を減衰するように配置される。従って、検出信号が現在のサブ検出器のダイナミックレンジから外れている場合、使用x線強度に応じて、例えば、検出器7に接続され、サブ検出器を変化させる制御ユニット12により、または選択ユニットにより、適当なx線減衰を有するサブ検出器が自動的に選択される。これは、広い範囲の管電流（例えば1mA乃至2A）および管電圧（例えば25kVから150kVの間）を有するx線管が使用される場合、特に有益である。
【００３１】
制御ユニット12は、検出信号が所定の範囲から外れている場合、高電圧源10をオフ切り替え、x線管1の損傷を回避する。
【００３２】
図3には、構造部15のピット13が、焦点スポットと重なり合った状態にあるx線管1を概略的に示す。電子線19および21は、アノード5の上部表面9に衝突するのに対して、電子ビーム2の電子線17は、ピット13の底部で衝突し、この結果、底部から、x線が放射される。x線は、例えばアノード5の端部18で減衰されるため、このx線は、低い確率で検出器7に到達する。
【００３３】
図4には、図3に示した状況にある焦点スポット27を概略的に示す。焦点スポット27において、ピット13には、電子ビーム2の電子が衝突する。ピット13から放射されるx線は、これらが検出器7に到達する前に減衰され、あるいは検出器7には到達しない。ピット13とは重なり合っていない焦点スポットの部分102から、x線が放射され、このx線は、アノードで減衰されずに、検出器7に到達する。構造部13の経路により、検出信号Spが得られるが、この信号は、検出信号S0よりも小さくなる。図5には、検出信号強度において得られる窪み23が、概略的に示されている。図5には、検出信号S(t)の時間tに対する依存性が示されている。
【００３４】
図3および4には、焦点スポット27が、ピット13と重なり合っている状況、または重なていない状況のみが概略的に示されている。これらの図は、概略的なものに過ぎないため、図3および4では、焦点スポット27が円状となっているが、これは一例に過ぎない。従って本発明では、焦点スポット27は、この特定の形状に限定されるものではない。例えば、焦点スポット27は、図6、8、10および13に示すような楕円状とすることも可能である。
【００３５】
アノード構造部15は、いくつかのピット13およびスリット25を有するが（図6）、スリットの代わりに、溝を使用しても良い。スリット25は、皿状アノード5に対して、半径方向に配置され、これらのスリット25の方位方向の幅は、焦点スポット27の方位方向の幅よりも小さく、特に、スリット25の幅は、焦点スポット27の幅に比べて、十分に小さく、例えば10倍、20倍、50倍、または100倍小さい。スリット25は、好ましくは、相互に等間隔に、方位方向に配置される。窪み13は、半径方向および方位方向に、相互にずらして配置される。ピット13は、同一の環状で、焦点スポット27の全長よりも小さな直径を有し、特に、ピット13の直径は、十分に小さく、例えば10倍、20倍、50倍、または100倍小さい。隣接するピットの中心同士の方位方向の距離は、各特定のピットの半径方向の位置での焦点スポットの方位幅に比べて十分に小さい。
【００３６】
以下、図7を参照して、焦点スポット27と重なるスリット25およびピット13と、得られる検出信号S(t)の間の関係を示す。作動中、アノード5は、矢印20で示された方向に回転し、ピット13およびスリット25が焦点スポット27を通過することにより、図7に概略的に示されているように、検出信号S(t)に窪みが生じる。スリット29が焦点スポット27を通過する際、検出信号S(t)に、窪み30が生じる。次に、ピット31が焦点スポット27を通過するが、これは、焦点スポット27と完全には重なり合わないため、信号S(t)に生じる窪み33は、ピット37の焦点スポット27との最大重複によって得られる窪み35に比べて小さくなる。
【００３７】
検出信号S(t)におけるこの窪みのシーケンスから、判断ユニット6は、作動中の焦点スポット27の特性を判断する。これは、以下に詳細に説明されている。
【００３８】
焦点スポットの下のピット、スリットまたは溝から放射される粒子を検出する可能性は、丁度ゼロであるという仮定の下、ピットまたはスリットの表面領域にわたって半径方向に統合されたターゲット表面を有する断面において、検出信号に得られる窪みの大きさは、一次電子ビーム、すなわち電子ビーム2の強度分布に比例する。検出信号は、一次電子ビームと構造部の重複する面積とともに変化する。電子ビーム強度分布の積分は、V(φ)で表され、ここでφは、所与の時間点tでのスリットまたはピットの方位位置、すなわちスリットまたはピットの方位中心を表す。φの関数としての検出信号Sφ(φ)は、半径方向の積分ビーム強度分布V(φ)とプローブ関数の畳み込みとして表される。Sφ(φ)の添え字φは、検出信号Sφ(φ)が方位位置の関数であることを表している。「プローブ関数」という用語は、線形システムの理論から良く知られており、信号測定鎖におけるプローブ素子（焦点スポットを通過するスリットまたはピットの場合）の特徴を示し、時間的なまたは空間的な入力信号を出力信号に関係付ける。プローブ関数は、積分カーネル（kernel）の形態を取り、出力信号S（測定結果）は、積分カーネルkと入力信号Vの畳み込み積分である：
【００３９】
【数１】
2009517828.tif 000003
所与のプローブ素子におけるプローブ関数の決定は、当業者には既知である。例えばスリットの場合、プローブ関数は次のように定められる：
【００４０】
【数２】
2009517828.tif 000004
ここで、WSは、方位方向におけるスリットの角度幅である。スリットがφ＝ωtで回転すると、これは、時間信号S(t)に変換される。入力信号V(φ)（半径方向の積分ビーム強度分布）は、φ＝ωtを用いて、時間検出信号S(t)を信号Sφ(φ)に変換し、式（1）に関してデコンボリューション（deconvolution）することにより定められる。従って、プローブ関数が既知の場合、電子電流密度関数
【００４１】
【数３】
2009517828.tif 000005
の半径積分V(φ)は、S(t)  からSφ(φ)への変換、および検出信号のデコンボリューションを用いて計算することができる。
【００４２】
スリット幅およびピットの直径が、焦点スポットの幅に比べて十分に小さいという仮定の下では、検出信号と焦点スポット特性の間に、以下の関係が推察される。
【００４３】
【数４】
2009517828.tif 000006
を、アノード表面の面内の2次元位置ベクトルとしたとき、
電子ビーム2内の電流密度分布が均一である
【００４４】
【数５】
2009517828.tif 000007
というさらなる仮定の下では、方位方向における焦点スポット幅W（半値全幅、図8参照）は、以下の式で求めることができる：
【００４５】
【数６】
2009517828.tif 000008
ここで、τsは、スリット29に対応する窪み30での時間半値幅であり、Tは、アノード5の1回転の時間周期であり、rtは、アノード5の中心から焦点スポット27の中心までの焦点スポットトラックの半径である。
【００４６】
隣接するピット同士の中心の方位距離は、ピットの特定の半径位置における焦点スポット幅よりも大きいという仮定の下、従って検出信号内の対応する窪みは、相互に識別することができるという仮定の下、半径方向における焦点スポット長さL（半値幅、図8参照）は、以下の式で定めることができる：
【００４７】
【数７】
2009517828.tif 000009
式(3)で使用される変数の意味は、図9を参照して説明される。この図には、検出信号S(t)の別の概略的なシーケンスが示されている。変数NPは、ピットが焦点スポット27を1回通過する間に、隣接するピットにより生じた検出信号中の窪みの数であり（確認ピット、図9における線51、53、54、55）、変数dPは、隣接するピット間の半径方向の距離である。図9において、変数Nsは、アノード上のスリットの数である。
【００４８】
無視されるピットまたは無視されないピットの各時間位置は、ピットの半径位置に対応しており、無視されるピットおよび無視されないピットのパターンから、焦点スポット位置を定めることができる。例えば、図9において、焦点スポットは、ピット51、53、54、55により広がる半径範囲にわたって分布し、従って半径方向の焦点スポット位置は、この半径範囲に対応する。無視されるピットの時間位置110、111、112、113は、図9において破線で示されている。
【００４９】
焦点スポットの外側端部OEは、以下の式から求めることができる：
【００５０】
【数８】
2009517828.tif 000010
ここでriは、アノードの中心とi番目のピットの中心間の距離であり、ピットの指標iは、アノードの中心までの距離の減少とともに増加する。
【００５１】
また、最初の無視されないピットが認識される前に無視されたピット110、111から、これらの無視されたピット110、111の最大の指標iは、指標Ipに等しい。すなわち、Ipは、最初の無視されないピットが検出される前の、一連のピットの無視されたピットのうちの最大指標である。無視されたピットの位置、すなわちアノードの中心とi番目のピットの中心間の距離は、アノードの構成から知ることができる。
【００５２】
焦点スポットの内側端部IEは、以下の式で求めることができる：
【００５３】
【数９】
2009517828.tif 000011
焦点スポット幅電流分布CDwは、異なる方位位置に対して、すなわち異なる時間点に対して、半径方向に沿って積分されたアノード上の電子電流密度であり、ここで異なる時間点とは、スリットが異なる方位位置を通る時間点である。この焦点スポット幅電流分布は、アノード上のスリットが焦点スポットを通過しない際に測定された検出信号S0と、スリットが焦点スポットを通過する際の異なる時間点、すなわち焦点スポットの異なる方位位置で測定された検出信号Ss(t)との差に比例する。焦点スポット幅電流分布は、IEC60336により標準化された寸法測定用のスリットカメラ露出に対応し、以下の式で定めることができる：
【００５４】
【数１０】
2009517828.tif 000012
同様に、焦点スポット長電流分布（IEC60336による標準化された焦点スポットサイズ測定用のスリットカメラ露出を用いた、黒色化パターンに対応する。IEC60336では、物理的ターゲット表面に対するマッピング後に、x線管の中心線に対して垂直な面に放射される寸法が測定される）は、異なる半径位置に対して、方位方向に沿って積分されたアノード上の電子電流密度である。この焦点スポット長電流分布は、認知されたピットにより生じた検出信号中内の窪みを囲む輪郭線40に比例し、ピットが認知された各時間点は、各認知ピットの中心位置の半径、すなわち異なる半径位置の一つに対応する。
【００５５】
x線および電子線に加えて、電子ビームが通過する際に、アノード5の表面9から放射される他の粒子を使用して、焦点スポットの特徴、さらには対応するターゲット表面を検知することも可能であることに留意する必要がある。例えば、金属蒸気圧信号が変化する時間を測定することにより、焦点スポット27の温度を求めても良い。
【００５６】
本発明による別の好適実施例では、少なくとも一つのスリットの幅は、焦点スポット27の半径位置の判断の際に、半径方向に変化する。図10に示すように、焦点スポットが正確に配置されている場合（焦点位置42）、焦点スポット27を通過するスリットの中間位置41の幅は、焦点スポットが正確に配置されていない場合（焦点位置44および52）の、焦点スポット27を通過するスリットの位置43、45の幅よりも小さくなる。このため、焦点スポットが正確に配置されていない場合、焦点スポットが正確に配置されている場合（図10の差し込み図46参照）に検出される検出信号の窪みに比べて、検出信号には、より大きな窪みが生じる（図10の差し込み図48参照）。従って、焦点スポットの不適正な位置決めにより、検出信号が所定の閾値を超えた場合、制御ユニットは、対応する不具合メッセージを出力して、x線管をオフにすることができる。
【００５７】
他の好適実施例では、スリットの形状は、三角形状（図11）または二重三角形状（図12）である。図11のような三角形状のスリットでは、時間幅および大きさが、焦点スポットの半径位置に応じて変化するような検出信号の窪みが生じる。より大きなスリット幅を有するスリット部分が焦点スポットを通過する際に生じる窪みは、より小さな幅のスリットの部分が焦点スポットを通過する際に測定される窪みに比べて、より大きな時間幅およびより大きな寸法を有する。従って、窪みの時間幅および／または大きさに応じて、焦点スポットの半径方向の位置を定めることができる。例えば、各時間幅および窪みの大きさは、特定のスリットの幅、すなわち特別な半径位置に対応するため、この半径位置は、容易に定めることができる。また、二重三角形状のスリットを用いた場合、より大きな幅を有するスリットの部分が焦点スポットを通過した際に測定される検出信号の窪みは、より小さな幅を有するスリットの部分が焦点スポットを通過した際に測定される検出信号の窪みに比べて、より大きな時間幅および寸法を有する。従って、スリットによって生じた検出信号の窪みの時間幅および／または大きさにより、中心位置からのずれを定めることができる。
【００５８】
検出信号は、周期的であるため、検出信号を2以上の時間周期にわたってサンプリングすることにより、信号対ノイズ比が改善される。ここでサンプリング時間は、例えばアノードの完全な1回転に必要な時間である。あるいは、隣接するスリットを通過することによって生じる、検出信号の2つの窪み間の時間を、サンプリング時間として使用しても良い。
【００５９】
別の好適実施例では、制御ユニット12は、x線管1を制御して、焦点スポット（27）の定められた特性の、所定の焦点スポット特性からのずれが補正されるように適合される。
【００６０】
また信号の周期性は、アノードの回転速度の決定に使用することもできる。回転の時間周期は、構造部によって生じる検出信号、特にアノードのスリットによって生じる検出信号の時間周期と等しい。
【００６１】
別の実施例では、単一のピットの形状が半径方向に引き延ばされる。ピットの半径長さと方位幅の比は、対応する焦点スポットの比と実質的に等しいことがさらに好ましく、これにより、検出信号が最大化され、両方の放射焦点スポット方向（x線管の中心線に対して垂直な、放射線部分の平面上に放射される方向。IEC60336参照）に対して、ほぼ等しい空間分解能を得ることができる。
【００６２】
図13を参照すると、本発明による別の実施例では、ピットの代わりに、溝状の螺旋線部120が使用され、この部分は、アノード5の表面9に設置され、アノード5の回転の間、焦点スポット27を通過する。図9を参照すると、その後、検出信号は、輪郭線40の形態の連続的な細長い低下部を示す。細長い低下部の時間幅は、溝が焦点スポットと重なり合う期間と等しい。これは、螺旋溝の一部の螺旋リードが十分に平坦な場合、すなわち螺旋溝の一部が焦点スポットと重なる交差部において、最初と最後の間の方位角の差異が大きい場合、焦点スポットの全長の指標となる。ここで、この差異は、焦点トラックで測定された焦点スポットの方位延長（幅方向）、特に、焦点スポットの半値幅に比べて、少なくとも10倍大きいことが好ましく、20倍大きいことがより好ましく、30倍大きいことがさらに好ましい。この場合、細長い低下部の時間長さは、焦点スポットの長さにほぼ比例する。また、この場合、所与の時間点において、すなわち所与の半径位置において、検出信号S(t)の変化の大きさは、この所与の半径位置において、方位方向に積分された電子電流密度分布にほぼ比例する。従って、連続的な細長い低下部の大きさ、すなわち、異なる時間点、すなわち異なる半径位置に依存する検出信号の変化の大きさの分布は、焦点スポット長電流分布にほぼ比例する。従って、既知の較正ステップ（例えば、以下の部分を参照）により、補正因子が定められると、焦点スポット長電流分布は、検出信号の変化の大きさに応じて、定めることができる。一方、螺旋リードが急な場合、そのような種類の溝を用いて得られる特徴は、半径方向のスリットまたは半径方向の溝の特徴に近づく。
【００６３】
焦点スポット特性の判断は、例えばピンホールまたはスリットカメラにおけるx線黒色化膜（詳細は、IEC60336標準参照）のような、他の手段で焦点スポット特性を測定することにより、較正することができる。後者の方法は、通常、仕様通り管が作動されるように、作動条件の限定された設定、すなわち技術的因子を確認するために使用される。他の手段で測定された焦点スポットの特性を、本発明により定められた焦点スポット特性と比較することにより、判断手段の出力読み値、すなわち本発明による測定結果を較正することができる。例えば、本願に記載の定数、例えば式（6）の定数、比例因子、および他の較正パラメータが定められる。
【００６４】
好適実施例では、アノード5の一つのスリットの幅は、他のスリットの幅よりも十分に大きく、これにより、アノードの明確な位相検出が可能になる。この同期化により、検出信号の窪みは、アノードの個々の構造部に対応し、制御ユニットは、どの構造によって、どの窪みが形成されたかを「知る」ことができ、ピットおよびスリットの位置および寸法の許容性が高まり、信号の振動を生じさせずに、例えば信号のサンプリングを行うことが可能になる。これにより、アノードの切断が容易になる。
【００６５】
較正のため、および判定の精度を高めるため、予備的な一次電子ビームを使用しても良く、このビームは、0.1乃至0.2mmの小さな幅を有することが好ましい。スリットの幅は、この予備ビームを用いて、定めることができる。この場合、追加のカソードにより焦点スポットが形成され、この焦点スポットの幅は、スリット幅よりも狭い。次に、プローブ関数が予備ビームの強度分布となり、スリットの幅が測定される。図7を参照すると、焦点スポットを通るスリット29の幅は、検出信号30の時間τsに対応し、この時間τsは、回転角周波数、および回転軸14と焦点スポット27の中心の間の距離である焦点トラックの半径rtの倍数である。
【００６６】
検出信号のバックグラウンド信号の高さは、高電圧源10の高電圧リップルに依存する。高電圧リップルは、高電圧源10において測定され、較正のため、制御ユニットにフィードバックされる。x線光子の場合、較正に、式S0(t)＝Const・Uf(t)を使用することができる。指数fは、焦点スポット27と検出器7の検出表面の間の放射線フィルタリングの度合いに依存する。フィルタ処理がゼロの場合、fは、約2である。減衰フィルタを有する検出器が使用される場合、指数fは、例えば、異なる高電圧設定値U(t)に対して、最適フィッティングが得られるまで、fと定数を変化させる、最適フィッティング法により計算することができる。較正ステップ中に、一度定数および指数ｆが定まると、作動の際の測定信号S(t)から、S0(t)が差し引かれる。
【００６７】
検出信号のバックグラウンド信号のさらなる改善のため、視野方向がスリットおよびピットの底部に到達するように、予備バックグラウンド検出器が設置されても良い。予備バックグラウンド検出器に到達する確率は、焦点スポットの通過の際に、ピットおよび溝から放射される粒子、ならびにアノード5の上部表面9から放射される粒子の場合と、実質的に等しい。バックグラウンド検出器のバックグラウンド信号は、検出器7の検出信号から差し引かれる。これにより、特に、ピット信号が弱い場合に、バックグラウンド信号を低減することができる。また、ターゲット表面、すなわちアノード5の上部表面9のラフなスポットおよび他の不規則性により形成され、管の寿命を超えて形成され得るバックグラウンド「ノイズ」の低減が可能となる。
【００６８】
また、以下に示すように、アノード5の構造部15を用いて、アノード5の特性を定めることができる。
【００６９】
スリットによって生じる検出信号の窪みが検出される間の時間は、スリットの幅に依存し、特に、スリット幅が焦点スポットの幅よりも十分に小さい場合、この時間は、スリット幅にほぼ比例する。スリット幅は、アノードの温度に依存する。温度が上昇すると、アノードが延伸し、この結果、焦点スポットが設置される表面領域で、スリット幅が収縮するためである。従って、スリットにより生じる検出信号の窪みが検出される間の時間は、焦点スポット27が設置される表面9の領域と、アノードの残りの部分との間における温度勾配の直接的な指標となる。
【００７０】
アノード内のスリット幅の収縮として定められる熱歪み（TS）は、以下の式で定められる：
【００７１】
【数１１】
2009517828.tif 000013
この式は、各スリットの通過時間にわたって積分され、ここでSs（t，Ta）は、現温度Taでスリットにより生じた検出信号であり、Ss（t，Tr）は、参照温度Trでスリットに生じる検出信号である。
【００７２】
収縮を検出するため、収縮比（高温状態でのスリット幅に対する冷えた状態でのスリット幅）を大きくする必要がある。従って、スリットは、極めて狭小にされ、これにより、最大発生温度において、スリットは、ほぼゼロの幅まで収縮される。この種類のスリットは、高温状態では、適正なビーム検出信号を形成することができないため、アノード内の一つのスリットのみが、この特殊な測定に適した寸法に切断される。
【００７３】
管の寿命の間に、アノードに、上下の湾曲のような変形が生じ易くなることは、良く知られている。スリット寸法は、変化するため、スリットの寸法を監視することにより、この種の劣化を検出することができ、x線管の交換準備、または他の予防措置のため、メッセージが発せられる。この監視は、使用管のスリットに対する検出信号の時間幅および／または大きさを測定し、これらを、新たな管で測定された対応する保存値と比較することにより実施される。検出信号の保存された時間幅と現在の時間幅が異なり、および／または検出信号の大きさが所定の閾値と異なる場合、劣化が検出され、メッセージを発することができる。5％を超えるずれ、好ましくは10％を超えるずれ、より好ましくは、20%を超えるずれは、大きな劣化を示唆する。
【００７４】
実質的に楕円形状の焦点スポットに関して、本発明を説明したが、本発明は、このような特定の形状に限られるものではない。焦点スポットの他の形状、例えば環状形状等も、本発明に含まれる。
【００７５】
特定の態様でアノード上に配置された、スリット、ピットおよび溝を有する構造部に関して、本発明を説明したが、他の構造部も、本発明の範囲に含まれる。
【００７６】
主として、x線光子により生じる検出信号の変化を参照して、本発明を説明したが、本発明は、構造部により生じる、検出信号のいかなる変化の使用をも含み、特に、例えば電子、揮発金属粒子等のような、構造部によって生じる、焦点スポットから放射される粒子の電流強度の変化によって生じる検出信号の使用をも含む。
【００７７】
コンピュータ断層撮影におけるx線管の使用を参照して、本発明を説明したが、本発明によるx線管は、他の装置、例えばCアーム装置、ならびに医療用および非医療用の他のｘ線機器に使用されても良い。
【００７８】
主として、スリット幅およびピットの半径が焦点スポットの幅に比べて十分に小さいという仮定の下での、焦点スポット特性の測定法について説明したが、明細書に記載された測定法は、スリット幅およびピッチ半径が焦点スポットに比べてそれ程小さくないような場合、例えば、スリット幅および／またはピット半径と、焦点スポットの幅が、ほぼ等しい場合、あるいは、スリット幅および／またはピット半径が、焦点スポットの幅に比べて1／2倍、1／3倍、もしくは1／5倍しか小さくない場合にも、適正な近似の下で、使用することができる。
【００７９】
明細書のいくつかの部分では、さらなる仮定の下での焦点スポットの特性の測定法について説明したが、焦点スポット特性についての示された測定法は、適正な近似の下では、これらの仮定が満たされなくても、適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】アノードの構造部が焦点スポットを通過しない状況下での、本発明によるx線管を概略的に示した図である。
【図２】アノードの構造部が焦点スポットを通過しないときの、焦点スポットを概略的に示した図である。
【図３】アノードの構造部が焦点スポットを通過する状況下での、x線管を概略的に示した図である。
【図４】アノードの構造部が焦点スポットを通過するときの、焦点スポットを概略的に示した図である。
【図５】アノードの構造部が焦点スポットを通過するときの、窪みを有する時間変化する検出信号を概略的に示した図である。
【図６】スリットおよびピットを有する構造部を備えるアノードを概略的に示した図である。
【図７】スリットおよびピットを有する構造部が焦点スポットを通過するときの、時間変化する検出信号を概略的に示した図である。
【図８】焦点スポットの寸法を示した図である。
【図９】スリットおよびピットを有する構造部が焦点スポットを通過するときの、時間に依存する検出信号の別の概略図である。
【図１０】アノード上の異なる焦点スポット位置、および幅が変化するスリットを概略的に示した図である。
【図１１】幅が変化するスリットの形状を示した図である。
【図１２】幅が変化するスリットの別の形状を示した図である。
【図１３】スリットと螺旋溝の部分とを有する構造部を備える別のアノードを概略的に示した図である。
【図１】
2009517828.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2009517828.tif 000022
【図１０】
2009517828.tif 000023
【図１１】
2009517828.tif 000024
【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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2009517828.tif 000028
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