(57)【要約】  本発明は、Ｘ線発生装置に関する。当該装置は、電源４０を用いて、少なくとも１つのカソード２０とアノード３０との間に少なくとも２つの電圧を生成する（２１０）。当該少なくとも２つの電圧は、第１の電圧及び第２の電圧を含む。少なくとも１つのカソードは、アノードに対して配置される。少なくとも１つのカソードから電子が放出される（２２０）。少なくとも１つのカソードから放出される電子は、少なくとも２つの電圧に対応するエネルギーで、アノードと相互作用する（２３０）。アノードからＸ線が発生される（２３０）。電子はアノードと相互作用してＸ線が発生される。電源が第１の電圧を生成する場合に、第１のＸ線が発生され、電源が第２の電圧を生成する場合に、第２のＸ線が発生される。電源は、第１のＸ線と第２のＸ線との比が制御可能であるように制御される（２５０）。
2019513286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を発生するための装置であって、
少なくとも１つのカソードと、
アノードと、
電源と、
処理ユニットと、
を含み、
前記電源は、前記少なくとも１つのカソードと前記アノードとの間に少なくとも２つの電圧を生成し、前記少なくとも２つの電圧は、第１の電圧及び第２の電圧を含み、
前記少なくとも１つのカソード及び前記アノードは、前記少なくとも２つの電圧に対応するエネルギーで、前記少なくとも１つのカソードから放出される電子が前記アノードと相互作用するように動作可能であり、当該電子は前記アノードと相互作用してＸ線を発生し、
前記少なくとも１つのカソード及び前記アノードは、前記電源が前記第１の電圧を生成する場合は、第１のＸ線を発生するように、また、前記電源が前記第２の電圧を生成する場合は、第２のＸ線を発生するように動作可能であり、
前記処理ユニットは、前記第１のＸ線と前記第２のＸ線との比が制御可能であるように前記電源を制御し、
前記少なくとも１つのカソードは、第１のカソード及び第２のカソードを含み、
前記電源は、前記第１のカソードと前記アノードとの間に前記第１の電圧を生成し、前記電源は、前記第２のカソードと前記アノードとの間に前記第２の電圧を生成する、装置。
【請求項２】
前記電源は、第１の電流を前記第１のカソードに供給し、第２の電流を前記第２のカソードに供給し、前記処理ユニットは、前記第１のＸ線と前記第２のＸ線との比を制御するように、前記第１の電流及び前記第２の電流を制御する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置は、前記第１のＸ線のエネルギーを決定し、前記第２のＸ線のエネルギーを決定し、前記第１のＸ線と前記第２のＸ線との比は、前記第１のＸ線の前記エネルギーと前記第２のＸ線の前記エネルギーとの比を含む、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のＸ線のエネルギーは、集積Ｘ線エネルギーを含み、前記第２のＸ線のエネルギーは、集積Ｘ線エネルギーを含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記電源は、前記少なくとも２つの電圧を、前記第１の電圧と前記第２の電圧との間で、デューティサイクルで変化させ、前記処理ユニットは、前記第１のＸ線と前記第２のＸ線との比を制御するように、前記デューティサイクルを制御する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つのカソードは、少なくとも１つのグリッドスイッチカソードヘッドを含む、請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つのグリッドスイッチカソードヘッドは、前記デューティサイクルと同期する、請求項５に従属する請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記電源は、少なくとも２つの電流を前記少なくとも１つのカソードに供給し、前記処理ユニットは、前記第１のＸ線と前記第２のＸ線との比を制御するように前記少なくとも２つの電流を制御する、請求項１乃至７の何れか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記電源は、前記アノードが、前記第１のＸ線及び前記第２のＸ線を実質的に同時に発生するように動作可能であるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記アノードは回転体を含み、前記電源は、前記アノードの回転周波数と同期化されるように構成される、請求項１乃至９の何れか一項に記載の装置。
【請求項１１】
Ｘ線を発生するための請求項１乃至１０の何れか一項に記載の装置と、
Ｘ線検出器と、
出力ユニットと、
を含み、
前記少なくとも１つのカソード及び前記アノードは、前記少なくとも１つのカソード、前記アノード及び前記Ｘ線検出器間の領域の少なくとも一部が、物体を収容するための検査領域であるように、前記Ｘ線検出器に対して配置され、
前記Ｘ線検出器は、前記物体の画像データを取得し、
前記出力ユニットは、前記物体の前記画像データを表すデータを出力する、物体撮像システム。
【請求項１２】
Ｘ線を発生するための方法であって、
ａ）電源を用いて、少なくとも１つのカソードとアノードとの間に、第１の電圧及び第２の電圧を含む少なくとも２つの電圧を生成するステップと、
ｂ）前記少なくとも１つのカソードから電子を放出するステップと、
ｃ）前記少なくとも２つの電圧に対応するエネルギーで、前記少なくとも１つのカソードから放出される電子を前記アノードと相互作用させるステップと、
ｄ）前記アノードからＸ線を発生するステップであって、電子が前記アノードと相互作用して前記Ｘ線を発生し、前記電源が前記第１の電圧を生成する場合に、第１のＸ線が発生され、前記電源が前記第２の電圧を生成する場合に、第２のＸ線が発生される、前記ステップと、
ｅ）前記第１のＸ線と前記第２のＸ線との比が制御可能であるように、前記電源を制御するステップと、
を含み、
前記少なくとも１つのカソードは、第１のカソード及び第２のカソードを含み、
前記方法は、
前記電源を用いて、前記第１のカソードと前記アノードとの間に前記第１の電圧を生成し、前記電源を用いて、前記第２のカソードと前記アノードとの間に前記第２の電圧を生成するステップを含む、方法。
【請求項１３】
プロセッサによって実行されると、請求項１２に記載の方法を行うように構成される、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の装置を制御するコンピュータプログラム。
【請求項１４】
請求項１３に記載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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線発生装置、Ｘ線発生システム、Ｘ線発生方法並びにコンピュータプログラム要素及びコンピュータ可読媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の一般的な背景は、Ｘ線管技術、特にコンピュータＸ線断層撮影用のＸ線管技術の分野である。Ｘ線管（即ち、ソース）は、様々なソーススペクトルを発生するように様々な管電圧において動作可能である。ソーススペクトルは更に、Ｘ線ビーム内に様々な材料を配置することによって成形可能である。スペクトル情報は、次の方法：低速ｋＶスイッチング、高速ｋＶスイッチング、デュアルＸ線管、スプリットビームフィルタリング、デュアルレイヤ検出、光子計数を使用して、ソース−検出器システムから取得可能である。ソーススペクトルは、基本的に、管電圧、ターゲット材料及びビームと患者との間のろ過によって決定される。スペクトルビーム品質を成形するために今日使用される方法は、通常、非常に離散的で且つ非常に柔軟性がない。例えばＸ線ビームをフィルタリングすることは、平均実効光子エネルギーを増加することしかできず、したがって、ビームを硬化させる。また、低管電圧を使用することによりＸ線源内の平均光子エネルギーを低下させることは、高エネルギー光子の生成を低減する。
【０００３】
米国特許出願公開第２０１３／０２９４５７８Ａ１号は、放出される放射線のエネルギーを変化させるために、撮像モダリティの放射線源に印加される電圧を変化させる技術及びシステムについて説明している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
改良されたＸ線発生装置があることが有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、各独立請求項の主題によって達成される。更なる実施形態は、従属請求項に組み込まれる。なお、以下に説明される本発明の態様及び例は、Ｘ線発生装置、Ｘ線発生システム、Ｘ線発生方法並びにコンピュータプログラム要素及びコンピュータ可読媒体にも当てはまる。
【０００６】
第１の態様によれば、Ｘ線発生装置が提供される。当該装置は、
少なくとも１つのカソードと、
アノードと、
電源と、
処理ユニットとを含む。
【０００７】
電源は、少なくとも１つのカソードとアノードとの間に少なくとも２つの電圧を生成し、当該少なくとも２つの電圧は、第１の電圧及び第２の電圧を含む。少なくとも１つのカソード及びアノードは、少なくとも２つの電圧に対応するエネルギーで、少なくとも１つのカソードから放出される電子がアノードと相互作用するように動作可能であり、電子がアノードと相互作用してＸ線を発生する。少なくとも１つのカソード及びアノードは、電源が第１の電圧を生成する場合は、第１のＸ線を発生するように、また、電源が第２の電圧を生成する場合は、第２のＸ線を発生するように動作可能である。処理ユニットは、第１のＸ線と第２のＸ線との比が制御可能であるように電源を制御する。
【０００８】
このようにすると、単一のソースについて組み合わせられた複数のエネルギーが重ね合わされて、Ｘ線スペクトルが成形される。言い換えると、追加の自由度を利用して、スペクトル成形が高められる。ソーススペクトルは成形されることが可能となり、これは、ソース−患者−検出器システムに依存して、スペクトルが最適化されることを容易にする。
【０００９】
つまり、様々な電圧（これらの様々な電圧は、１つ以上のソースに印加可能である）の組み合わせ（例えば線形）は、患者、造影剤、検出器及び行われているスペクトル検査に合わせて調整及び最適化可能である様々なスペクトルが各ソースから生成されることを可能にする。画像内のボクセルを再構成するために使用される線積分は、ソース電圧エネルギーの組み合わせから導出される放射Ｘ線に関連付けられ、様々な電圧源から来るＸ線の相対量は、特定用途に合わせて調整することができる。更に、高エネルギー光子は維持され、それと同時に、低エネルギー光子の量が増加される。
【００１０】
全体のスペクトル形状を特定の患者又は特定のスペクトル検査に合わせて最適化することができる高及び低エネルギー光子の混合体を生成する柔軟な方法が提供される。
【００１１】
第１のＸ線と第２のＸ線との比を制御可能とすることによって、第１のＸ線の平均エネルギーと第２のＸ線の平均エネルギーとの間の最大分離を提供することができる。更に、例えばＸ線出力の変化につながる第１のＸ線（若しくは第２のＸ線又は実際には第１のＸ線及び第２のＸ線の両方）の発生に関連付けられる動作の低下が、出力が実質的に変わらないように第１のＸ線と第２のＸ線との比を制御することによって軽減可能であることによって、動作の一貫性が提供される。
【００１２】
このようにすると、装置は、（例えば従来のコンピュータ断層撮影ＣＴシステムにおける）コントラスト分解能の向上及びスペクトルシステムにおけるスペクトル性能の向上によって、取得画像の品質を向上させることができるＸ線を発生する。
【００１３】
上記第１の態様によれば、少なくとも１つのカソードは、第１のカソード及び第２のカソードを含む。電源は、第１のカソードとアノードとの間に第１の電圧を生成し、また、電源は、第２のカソードとアノードとの間に第２の電圧を生成する。
【００１４】
このようにすると、例えば両方のカソードがＤＣ法で動作させられることで、カソードとアノードとの間の電圧のＸ線エネルギー特性を有するＸ線がアノードから発生することができたり、また、要求どおりに結果として得られるスペクトルをスペクトル的に成形するために、１つのカソードの動作により発生するＸ線量を、もう１つのカソードの動作により発生するＸ線量に対して変化させることができたりと、高い柔軟性が提供される。２つのカソードのうちの片方又は両方を、２つの電圧間で動作させることを可能とすることによっても、結果として得られるスペクトルをより柔軟に調整することができる。
【００１５】
一例では、電源は、第１の電流を第１のカソードに供給し、第２の電流を第２のカソードに供給する。処理ユニットは、第１のＸ線と第２のＸ線との比を制御するように、第１の電流及び第２の電流を制御する。
【００１６】
つまり、第１及び第２の電圧において動作する少なくとも１つのカソード（これらの電圧の間で行ったり来たりする１つのカソードであっても、ＤＣ法で動作する２つのカソード（１つのカソードが１つの電圧において、１つのカソードがもう１つの電圧において）であっても、実際には、片方又は両方が２つの電圧間でパルス動作する２つのカソードであってもよい）について、放出された電子出力が制御されて、関連付けられるＸ線放出の制御につながるように電流を制御することができ、これは、第１及び第２のカソードの動作に対応するＸ線の相対量を変化させることを可能にし、これにより、Ｘ線スペクトルを調整することができる。
【００１７】
一例では、装置は、第１のＸ線のエネルギーを決定し、第２のＸ線のエネルギーを決定し、第１のＸ線と第２のＸ線との比は、第１のＸ線のエネルギーと第２のＸ線のエネルギーとの比を含む。
【００１８】
このようにすると、スペクトル成形を必要に応じて行うことができる、簡単に決定可能な量に基づく好都合な手段が提供される。
【００１９】
一例では、第１のＸ線のエネルギーは、集積Ｘ線エネルギーを含み、第２のＸ線のエネルギーは、集積Ｘ線エネルギーを含む。
【００２０】
一例では、電源は、少なくとも２つの電圧を、第１の電圧と第２の電圧との間で、デューティサイクルで変化させ、処理ユニットは、第１のＸ線と第２のＸ線との比を制御するように、デューティサイクルを制御する。
【００２１】
つまり、少なくとも１つのカソードは、時間Ｔ１の間、第１の電圧に維持され、次に、時間Ｔ２の間、第２の電圧に維持され、次に、時間Ｔ１の間、第１の電圧に戻り、これが繰り返され、時間Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２である。継続時間Ｔ、Ｔ１及びＴ２はすべて、デューティサイクルの定義の一部を形成する。したがって、Ｔを変化させることができ、Ｔ１をＴ２に対して変化させて、デューティサイクルを変化させることができる。一例では、Ｔ１は、Ｔ２が一定である間に変化させられてデューティサイクルが変化させられる。一例では、Ｔ２は、Ｔ１が一定である間に変化させられてデューティサイクルが変化させられる。一例では、Ｔ１及びＴ２が共に変化させられてデューティサイクルが変化させられ、Ｔ１とＴ２との比も変化させられる。即ち、Ｔも変化させられる。
【００２２】
このようにすると、１つのカソードを、２つの電圧で動作させることができ、各電圧は、Ｘ線スペクトルの生成に関連付けられ、組み合わせられたＸ線スペクトルは、カソードが（アノードに対して）１つの電圧に維持された時間を、当該カソードがもう１つの電圧に維持された時間に対して変更することによって調整される。このようにすると、スペクトルの相対量を相対的に変更することができ、これにより、スペクトル形状を必要に応じて調整することが可能になる。
【００２３】
一例では、少なくとも１つのカソードは、少なくとも１つのグリッドスイッチカソードヘッドを含む。
【００２４】
このようにすると、カソード電流（例えば管電流）の独立制御が容易にされる。
【００２５】
このようにすると、電子放出、したがって、Ｘ線発生の制御が向上され、これにより、スペクトル形状の調整及び制御が向上される。
【００２６】
一例では、少なくとも１つのグリッドスイッチカソードヘッドは、デューティサイクルと同期化される。
【００２７】
一例では、電源は、少なくとも２つの電流を少なくとも１つのカソードに供給し、処理ユニットは、第１のＸ線と第２のＸ線との比を制御するように少なくとも２つの電流を制御する。
【００２８】
一例では、電源は、アノードが、第１のＸ線及び第２のＸ線を実質的に同時に発生するように動作可能であるように構成される。
【００２９】
一例では、アノードは回転体を含み、電源は、アノードの回転周波数と同期化されるように構成される。
【００３０】
つまり、少なくとも１つのカソードから放出される電子は、アノードの回転と同期化されることが可能である。例えばアノードは、パイのように形成され、様々なセグメントが様々な材料で作られる。カソードとアノードとの間の電圧（例えば１４０ｋＶ）によって特徴付けられるエネルギーを有する１つのカソードから放出される電子は、回転周波数に対して電源を制御することによって、１つの材料のみと相互作用するように同期化される。同様に、カソードとアノードとの間の電圧（例えば６０ｋＶ）によって特徴付けられるエネルギーを有する第２のカソードから放出される電子は、回転周波数に対して電源を制御することによって、アノードの別の材料のみと相互作用するように同期化される。更に、例えば１４０ｋＶにおける電子は、材料Ａ及びＢと相互作用するように同期化され、６０ｋＶにおける電子は、材料Ｃ及びＤと相互作用するように同期化される。したがって、スペクトルを成形するためのもう１つの自由度が提供される。
【００３１】
第２の態様によれば、物体撮像システムが提供される。当該システムは、
上記Ｘ線発生装置と、
Ｘ線検出器と、
出力ユニットとを含む。
【００３２】
少なくとも１つのカソード及び少なくとも１つのアノードは、少なくとも１つのカソード、少なくとも１つのアノード及びＸ線検出器間の領域の少なくとも一部が、物体を収容するための検査領域であるように、Ｘ線検出器に対して配置される。Ｘ線検出器は、物体の画像データを取得する。出力ユニットは、物体の画像データを代表するデータを出力する。
【００３３】
このようにすると、少なくとも１つのカソード及び少なくとも１つのアノードは、カソード／アノードとＸ線検出器との間に、物体を収容する検査領域が提供されるように配置される。
【００３４】
第３の態様によれば、Ｘ線発生方法が提供される。当該方法は、
ａ）電源を用いて、少なくとも１つのカソードとアノードとの間に、第１の電圧及び第２の電圧を含む少なくとも２つの電圧を生成するステップと、
ｂ）少なくとも１つのカソードから電子を放出するステップと、
ｃ）少なくとも２つの電圧に対応するエネルギーで、少なくとも１つのカソードから放出される電子をアノードと相互作用させるステップと、
ｄ）アノードからＸ線を発生するステップであって、電子はアノードと相互作用してＸ線を発生し、電源が第１の電圧を生成する場合に、第１のＸ線が発生され、電源が第２の電圧を生成する場合に、第２のＸ線が発生される、上記ステップと、
ｅ）第１のＸ線と第２のＸ線との比が制御可能であるように、電源を制御するステップとを含む。
【００３５】
上記第３の態様によれば、少なくとも１つのカソードは、第１のカソード及び第２のカソードを含み、上記方法は、電源を用いて、第１のカソードとアノードとの間に第１の電圧を生成し、電源を用いて、第２のカソードとアノードとの間に第２の電圧を生成するステップを含む。
【００３６】
別の態様によれば、処理ユニットによって実行されると、上記方法のステップを行うように適応される、上記装置を制御するコンピュータプログラム要素が提供される。
【００３７】
別の態様によれば、上記コンピュータ要素が格納されているコンピュータ可読媒体が提供される。
【００３８】
有利には、上記態様の何れかによって提供される恩恵は、他の態様のすべてにも等しく適用され、また、その反対も同様である。
【００３９】
上記態様及び例は、以下に説明される実施形態から明らかとなり、また、当該実施形態を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
例示的な実施形態について、次の図面を参照して以下に説明する。
【００４１】
【図１】図１は、Ｘ線発生装置の一例の概略図を示す。
【図２】図２は、Ｘ線発生システムの一例の概略図を示す。
【図３】図３は、Ｘ線発生方法を示す。
【図４】図４は、Ｘ線発生装置の概略例を示す。
【図５】図５は、Ｘ線発生装置の一例と共に使用するマルチプルカソードの概略例を示す。
【図６】図６は、高電圧リプル正弦波を示す。
【図７】図７は、デューティサイクル制御を有する高電圧リプルを示す。
【図８】図８は、調節可能な電流制御用の概略回路図を示す。
【図９】図９は、電圧リプル変調制御用の概略回路図を示す。
【図１０】図１０は、電圧リプル変調制御用の概略回路図を示す。
【図１１】図１１は、６０ｋＶソース及び１４０ｋＶソースの正規化された光子エネルギーを示す。
【図１２】図１２は、最大ＫＶ分離のための最適化曲線の一例を示す。
【図１３】図１３は、最適化されたスペクトル吸収の一例を示す。
【図１４】図１４は、デュアルエネルギー検出器の一例を示す。
【図１５】図１５は、６０ｋＶの様々な割合で動作するＸ線源の総スペクトルの一例を示す。
【図１６】図１６は、デューティサイクルに応じた平均エネルギーの一例を示す。
【図１７】図１７は、様々なデューティサイクルに対する４０ｃｍの水を通った後のスペクトルの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１は、Ｘ線発生装置１０の一例を示す。装置１０は、少なくとも１つのカソード２０、アノード３０、電源４０及び処理ユニット５０を含む。電源４０は、少なくとも１つのカソード２０とアノード３０との間に少なくとも２つの電圧を生成する。少なくとも２つの電圧は、第１の電圧及び第２の電圧を含む。少なくとも１つのカソード２０は、アノード３０に対して配置される。少なくとも１つのカソード２０及びアノード３０は、少なくとも２つの電圧に対応するエネルギーで、少なくとも１つのカソード２０から放出された電子がアノード３０と相互作用するように動作可能であり、電子は、アノード３０と相互作用して、Ｘ線を発生する。少なくとも１つのカソード２０及びアノード３０は、電源４０が第１の電圧を生成する場合に、第１のＸ線を発生し、電源４０が第２の電圧を生成する場合に、第２のＸ線を発生するように動作可能である。処理ユニット５０は、第１のＸ線と第２のＸ線との比が制御可能であるように、電源４０を制御する。
【００４３】
一例によれば、少なくとも１つのカソードは、第１のカソード２２及び第２のカソード２４を含む。電源４０は、第１のカソード２２とアノード３０との間に第１の電圧を生成し、電源４０は、第２のカソード２４とアノード３０との間に第２の電圧を生成する。
【００４４】
一例では、様々な電圧にバイアスされる２つ以上の隣接カソード構造体が提供される。
【００４５】
一例では、２つ以上のカソードが異なる電圧にバイアスされるシュートスルーカソード構造体が提供される。このようにすると、カソード構造体と共に動作するために１つの集束及び偏向ユニットしか必要としない非常に小型のカソードが提供され、また、空間及びコスト削減も提供される。
【００４６】
一例では、電源は、第１のカソードとアノードとの間に第１の電圧を生成し、第２のカソードとアノードとの間に第２の電圧を生成する。このようにすると、第１のカソードはパルス動作可能であり、カソードは第１の電圧から第２の電圧にパルス作動して第１の電圧に戻り、これが繰り返される。一例では、電源は、第２のカソードとアノードとの間に第２の電圧を生成し、第２のカソードとアノードとの間に第１の電圧を生成する。このようにすると、第２のカソードはパルス動作可能であり、カソードは第２の電圧から第１の電圧にパルス作動して第２の電圧に戻り、これが繰り返される。
【００４７】
一例では、第１のカソードは、ＤＣモードで動作させられる。一例では、第２のカソードは、ＤＣモードで動作させられる。一例では、第１のカソードは、パルスモードで動作させられる。一例では、第２のカソードは、パルスモードで動作させられる。一例では、第１のカソードは、ＤＣモードで動作させられ、第２のカソードは、ＤＣモードで動作させられる。一例では、第１のカソードは、パルスモードで動作させられ、第２のカソードは、パルスモードで動作させられる。一例では、第１のカソードは、ＤＣモードで動作させられ、第２のカソードは、パルスモードで動作させられる。一例では、第１のカソードは、パルスモードで動作させられ、第２のカソードは、ＤＣモードで動作させられる。
【００４８】
一例によれば、電源４０は、第１の電流を第１のカソード２２に供給し、また、第２の電流を第２のカソード２４に供給する。処理ユニット５０は、第１のＸ線と第２のＸ線との比を制御するために、第１の電流及び第２の電流を制御する。
【００４９】
一例では、電源は、第２の電流を第１のカソードに供給し、第１の電流を第２のカソードに供給する。
【００５０】
一例によれば、装置１０は、第１のＸ線のエネルギーを決定し、また、第２のＸ線のエネルギーを決定する。第１のＸ線と第２のＸ線との比は、第１のＸ線のエネルギーと第２のＸ線のエネルギーとの比を含む。
【００５１】
一例では、Ｘ線モニタ６０を使用してエネルギーが決定される。一例では、カソード対アノードの電圧、カソード電流を含む動作特性のルックアップテーブルを使用してエネルギーが決定される。
【００５２】
一例によれば、第１のＸ線のエネルギーは、集積Ｘ線エネルギーを含み、第２のＸ線のエネルギーは、集積Ｘ線エネルギーを含む。
【００５３】
一例では、処理ユニットは、第１のＸ線の集積エネルギーが第２のＸ線の集積エネルギーと同じになるように電源を制御する。
【００５４】
一例によれば、電源４０は、上記少なくとも２つの電圧を、第１の電圧と第２の電圧との間で、デューティサイクルで変化させる。処理ユニット５０は、第１のＸ線と第２のＸ線との比を制御するようにデューティサイクルを制御する。
【００５５】
一例では、デューティサイクルを用いて動作させることは、キャパシタンスが低減した電源からの自然リプルを利用することを含む。
【００５６】
一例では、デューティサイクルは、検出周期（例えばサンプリング周期）と同期化されない。
【００５７】
一例では、デューティサイクルは、アノード回転周波数と同期化される。このようにすると、アノードスロット又は他のアノード欠陥の影響を最小限に抑えることができる。更に、このやり方では、異なるろ過をアノードに組み込むことができ、様々な電圧における少なくとも１つのアノードの動作は、回転アノードに組み込まれる様々なろ過と同期化されることができる。
【００５８】
一例によれば、少なくとも１つのカソード２０は、少なくとも１つのグリッドスイッチカソードヘッド２６を含む。
【００５９】
一例では、第１のカソード及び／又は第２のカソードは、グリッドスイッチカソードヘッドを含む。一例では、デューティサイクルを有する電圧が印加される単一のカソードが使用され、単一のグリッドスイッチカソードヘッドが提供される。
【００６０】
一例では、少なくとも１つのグリッドスイッチカソードヘッドは、検出器の検出周期と同期化される。
【００６１】
一例によれば、少なくとも１つのグリッドスイッチカソードヘッド２６は、デューティサイクルと同期化される。
【００６２】
一例によれば、電源４０は、少なくとも１つのカソード２０に、少なくとも２つの電流を供給し、処理ユニット５０は、第１のＸ線と第２のＸ線との比を制御するように当該少なくとも２つの電流を制御する。
【００６３】
一例では、（第１及び第２の電圧間で動作する）単一のカソードに、デューティサイクルを印加すると、電力は、電圧が変化するにつれて、実質的に一定に保たれることが可能である。
【００６４】
一例では、１つの電圧において動作させる場合の電力は、もう１つの電圧において動作させる場合の電力とは異なっていてよい。
【００６５】
一例によれば、電源４０は、アノード３０が第１のＸ線及び第２のＸ線を実質的に同時に発生するように動作可能であるように構成される。
【００６６】
一例では、電源４０は、第１のカソード２２及び第２のカソード２４が電子を実質的に同時に放出するように動作可能であるように構成される。
【００６７】
一例によれば、アノードは回転体を含み、電源は、アノードの回転周波数と同期化される。
【００６８】
図２は、Ｘ線発生システム１００の一例を示す。システム１００は、図１を用いて説明された例のうちの１つ以上の例について説明されたＸ線発生装置１０を含む。システム１００は更に、Ｘ線検出器１１０と、出力ユニット１２０とを含む。少なくとも１つのカソード２０及び少なくとも１つのアノード３０は、少なくとも１つのカソード２０、少なくとも１つのアノード３０及びＸ線検出器１１０間の領域の少なくとも一部が、物体が入れられる検査領域であるように、Ｘ線検出器１１０に対して配置される。Ｘ線検出器１１０は、物体の画像データを取得する。出力ユニット１２０は、物体の画像データを代表するデータを出力する。
【００６９】
図３は、Ｘ線発生方法２００の基本ステップを示す。当該方法は、次のステップを含む。
ステップａ）とも呼ばれる生成ステップ２１０。電源４０を用いて、少なくとも１つのカソード２０とアノード３０との間に少なくとも２つの電圧が生成される。少なくとも２つの電圧は、第１の電圧及び第２の電圧を含む。少なくとも１つのカソードは、アノードに対して配置される。
ステップｂ）とも呼ばれる放出ステップ２２０。少なくとも１つのカソードから電子が放出される。
ステップｃ）とも呼ばれる相互作用ステップ２３０。少なくとも２つの電圧に対応するエネルギーを用いて、少なくとも１つのカソードから放出される電子を、アノードと相互作用させる。
ステップｄ）とも呼ばれる発生ステップ２４０。アノードからＸ線が発生される。電子がアノードと相互作用してＸ線が発生される。電源が第１の電圧を生成する場合に、第１のＸ線が発生され、電源が第２の電圧を生成する場合に、第２のＸ線が発生される。
ステップｅ）とも呼ばれる制御ステップ２５０。第１のＸ線と第２のＸ線との比が制御可能であるように、電源が制御される。
【００７０】
一例では、少なくとも１つのカソードは、第１のカソードと第２のカソードとを含み、上記方法は、電源を用いて、第１のカソードとアノードとの間に第１の電圧を生成することと、電源を用いて、第２のカソードとアノードとの間に第２の電圧を生成することとを含む。
【００７１】
一例では、上記方法は、電源を用いて、第１のカソードに第１の電流を供給することと、電源を用いて、第２のカソードに第２の電流を供給することとを含み、上記方法は、第１のＸ線と第２のＸ線との比を制御するように、第１の電流及び第２の電流を制御することを含む。
【００７２】
一例では、上記方法は、第１のＸ線のエネルギーを決定することと、第２のＸ線のエネルギーを決定することとを含み、第１のＸ線と第２のＸ線との比は、第１のＸ線のエネルギーと第２のＸ線のエネルギーとの比を含む。
【００７３】
一例では、第１のＸ線のエネルギーは、集積Ｘ線エネルギーを含み、第２のＸ線エネルギーは、集積Ｘ線エネルギーを含む。
【００７４】
一例では、上記方法は、電源を用いて、少なくとも２つの電圧を、第１の電圧と第２の電圧との間で、デューティサイクルで変化させることを含み、上記方法は、第１のＸ線と第２のＸ線との比を制御するように、デューティサイクルを制御することを含む。
【００７５】
一例では、上記方法は、電源を用いて、少なくとも１つのカソードに、少なくとも２つの電流を供給することを含み、上記方法は、第１のＸ線と第２のＸ線との比を制御するように、少なくとも２つの電流を制御することを含む。
【００７６】
一例では、少なくとも１つのカソードは、少なくとも１つのグリッドスイッチカソードヘッドを含む。
【００７７】
一例では、上記方法は、少なくとも１つのグリッドスイッチカソードヘッドを、デューティサイクル及び／又は検出器の検出周期と同期化させることを含む。
【００７８】
一例では、上記方法は、アノードが第１のＸ線及び第２のＸ線を実質的に同時に発生するように動作可能であるように、電源を構成することを含む。
【００７９】
一例では、上記方法は、第１のカソード及び第２のカソードが実質的に同時に電子を放出するように動作可能であるように、電源を構成することを含む。
【００８０】
一例では、アノードは回転体を含み、上記方法は、電源をアノードの回転周波数と同期化させることを含む。
【００８１】
Ｘ線発生装置、システム及び方法の例について、図４乃至図１７と併せてより詳細に以下に説明する。
【００８２】
図４は、例示的なＸ線発生装置を示し、図５は、例示的なＸ線発生装置と共に使用する例示的なマルチプルカソードを示す。アノードに対して、低ｋＶカソードが６０ｋＶで動作し、高ｋＶカソードが１４０ｋＶで動作する。低及び高ｋＶカソードは、これらの電圧とは異なる電圧で動作することも可能である。カソードから放出される電子は、アノードと相互作用して、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システム内で使用されるＸ線を発生する。発生したＸ線は、他のＸ線撮像分野において使用されることも可能である。電源（図４及び図５には図示せず）は、電圧レベルを提供し、カソード電流を制御する。図５に示されるシュートスルーカソードは非常に小型であり、空間を節約し、１つの集束及び偏向ユニットしか必要とせず、単独のデュアルカソードと比較してコスト節約を提供する。
【００８３】
低ｋＶカソードから放出される電子によってアノードから発生するＸ線は、特性スペクトルを有し、また、高ｋＶカソードから放出される電子によってアノードから発生するＸ線は、特性スペクトルを有する。スペクトル形状は、電圧に依存し、発生するＸ線量は、電圧及び電流に依存する。低ｋＶソースからのＸ線と高ｋＶソースからのＸ線との比は、高エネルギー光子及び低エネルギー光子（Ｘ線）の混合体を柔軟に生成するように、Ｘ線ビームのソーススペクトルを成形するように制御され、スペクトル形状は、特定の患者又は特定のスペクトル検査に合わせて最適化される。つまり、Ｘ線検出のために与えられる基本的なソーススペクトルは、基本的に、管電圧、ターゲット材料及びビームと患者との間のろ過によって基本的に決定される。ここでは、スペクトルは、ソース電圧及び／又はソース電流の制御を介してＸ線ビームのソーススペクトルを成形することによって、ソース−患者−検出器システムに合わせて最適化される。
【００８４】
基本的に、スペクトル成形装置、システム及び方法は、単独で又は一緒に（組み合わせで）動作することが可能である２つのモードにおいて動作することが可能である。
【００８５】
１．スペクトルが、患者、造影剤、検出器及び行われるスペクトル検査に合わせて調整及び最適化されるように、様々な電圧源の線形結合を導入する。つまり、高エネルギー光子及び低エネルギー光子の混合体が要求どおりに制御されるように、様々なＤＣ電圧源に適切なＤＣ電流が提供される。図４及び図５を参照されたい。
【００８６】
２．ソース電圧に高電圧リプルを印加する。ソースは、画像内のボクセルを再構成するために使用される線積分が、ソース電圧エネルギーの組み合わせを有するように、波形を変調することによって成形される。これは、高エネルギー光子を維持する一方で、より多くの低エネルギー光子を追加する。つまり、高エネルギー光子及び低エネルギー光子の混合体を制御するように、デューティサイクルを用いて高電圧と低電圧との間を行ったり来たりする。事実上、３つの制御、即ち、２つのＤＣ電圧レベルと、一方又は他方のソースからの電流をカットオフ（又は制御）するための１つのグリッド（又は複数のグリッド）の制御がある。図６及び図７を参照されたい。しかし、電圧レベルが高速に変化するように電源を構成することができるので、グリッドは不要である。実際に、電源全体が、内部「クロウバー（crowbar）」及び／又は適切な回路を介して、値を非常に速く上昇させ、また、速く減少させることができる。
【００８７】
このように、本明細書に提示される装置、システム及び方法は、高エネルギー光子及び低エネルギー光子の混合体を生成する柔軟なやり方を提供する。スペクトル形状は、特定の患者又は特定のスペクトル検査に合わせて最適化される。
【００８８】
なお、スペクトルＣＴについて、最適要件は、必ずしも低エネルギー画像と高エネルギー画像との間のノイズマッチングではない。最適化は、ヨードマップの生成、直線的に混合された画像の作成又はモノクロ画像の合成といった様々なデュアルエネルギー処理タスクに依存し、低エネルギーデータ及び高エネルギーデータの重み付け係数は同じである必要はない。Ｘ線発生装置、システム及び方法は、タスクに対して様々なレベルの最適化を可能にする。
・スペクトルは、スペクトル検出システムにおいて使用される場合に最適化されることが可能である。スペクトルは、行われている検査のタイプ（即ち、ヨードマップ、モノクロ画像等）に対して調整することができる。
・高い軟組織コントラストが必要である従来のＣＴにおける利用が提供される。許容可能なノイズレベルを維持しつつ、可能な限り低い管電圧にすることが、通常、望ましい。これは、管出力又は最大管電流によって制限される。したがって、ノイズを最小限に抑えるために、所望よりも高いｋＶにおいて行うことが必要である場合、これらの電圧の線形結合によってより低いｋＶを追加することができる。
【００８９】
図８は、単極Ｘ線管（源）用の調節可能な管電流制御のための回路を示す。同様の回路を双極Ｘ線管（源）に使用することもできる。この回路は、上記されたように、光子スペクトルの線形結合及び／又は高電圧変調に使用することができる。各フィラメント又はエミッタ温度は、個別に調節可能であり、各カソードから放出されたＸ線の混合体が要求どおりに制御又は選択されることが可能となる。これによって、スペクトル成形が、例えば線量又はコントラスト分解能に合わせて最適化される。
【００９０】
上記２つの技術（１、２）について更に詳述する。
１．ソーススペクトル成形−線形結合光子スペクトル
ａ．（図４に示される）２つ以上の隣接カソード構造体が、様々な電圧にバイアスされる。
ｂ．（図５に示される）シュートスルーカソード構造体が、様々な電圧にバイアスされる２つ以上のカソードを有する。
【００９１】
２．ソーススペクトル成形−高電圧変調
ａ．制御された電圧リプル変調。図９に示される回路によって、図７に示されるデューティサイクルが生成及び制御される。詳細は以下の表に示す。
ｂ．キャパシタンスが低減した電源からの自然リプル。図１０に適切な回路が示される。更に説明すると、ＣＴスキャナ用の電源は、通常、厳しいリプル仕様を有する。通常、理想的なケースは、電圧が完全なＤＣである場合であると考えられている。ＨＶリプルは、しばしば、管電流の関数である。必要とされる電力でリプルが変化しすぎると、測定されるＣＴの数は一貫しない。しかし、スペクトル画像が取得される（画像は異なる光子エネルギー範囲から生成される）と、これは、少し違って見ることができる。この状況では、リプルは、関心のエネルギー範囲における最適な光子量を得るために有利に使用される。これは、通常使用されるものよりもはるかに小さいジェネレータキャパシタンスを選択することによって達成される。又は、これは、行われている検査に基づいてキャパシタンスを選択するより柔軟な方法において達成されることも可能である。
ｃ．高電圧波形は、純スペクトル成形効果が所望されるサンプリングと同期化される必要はない。これは、スペクトル識別検出器を使用することができるからである。更に説明すると、患者を走査する１つの方法は、１つのｋＶで走査し、次に、戻って同じ関心領域を別のｋＶで走査する方法である。目的は、２つの異なるエネルギーでグローバル空間における所与のボクセルを再構成することである。しかし、患者は動く可能性があり、小さい構造体を解析する場合、（２つの画像間）の画像レジストレーションがうまくいかない場合がある。これを行う別のやり方は、２つの別個の電圧で動作する２つの別個のＸ線源を使用することである。Ｘ線源は間に空間が置かれている。これは、画像レジストレーションが達成できないという上記解決策と同じ問題を有する。第３の実施態様は、データサンプリング周期と同期化されている２つの別個の電圧間でソースを交代することである。奇数のサンプリング周期は、第１のエネルギー再構成に再構成され、偶数のサンプリング周期は、第２のエネルギー再構成に再構成される。これをうまく行うためには、非常に高速のｋＶ上昇時間と下降時間とが必要となるが、これは実現することが難しい。したがって、特別な検出器を使用して、様々な光子エネルギーグループが測定される（図１４に、当該検出器が示される）。これにより光子エネルギーが識別される。様々な光子エネルギーに対応する２つの測定値が、同じ場所及び時間で得られる。次に、画像内の各ボクセルが、多くの異なるサンプルから構成される。したがって、とられる実効データは、変化するソースからの様々なｋＶの平均値（のようなもの）である。スペクトル識別測定を使用して、光子エネルギーが分けられる。したがって、サンプリングとの同期化は不要である。デュアルエネルギー検出器を使用するのではなく、３つ以上のエネルギービンを使用する光子計数を使用することができる。
ｄ．高電圧波形を、次の特別な機能のために、アノード周波数と同期化することができる。
ｉ．アノードスロット又は他のアノード欠陥の影響を最小限に抑える。
ｉｉ．アノードに様々なろ過が組み込まれたシステムを作る。様々な電圧を、回転アノードターゲットに組み込まれた様々なろ過と同期化することができる。
ｉｉｉ．更に説明すると、制御された変調を、様々な材料を有するアノードと共に使用することができる。例えば１つの種類の材料ではより高い電圧を、別の種類の材料では低電圧を提供する。したがって、ソーススペクトルを成形するための自由度が更に高められる。２つの異なるｋＶを設定することができ、デューティサイクルを設定することができ、高及び低電圧電子が衝突する材料を設定することができる。
ｅ．高電圧波形を、グリッド又はデータサンプリング周期と同期化することができる。グリッドとの同期化は、光子エネルギー分布の成形を可能にする。更に説明すると、デュアルエネルギー検出器を用いて物体のデュアルエネルギー画像を作成することが望まれる場合（電圧は１２０ｋＶに設定される）、物体を通る光子のほとんどは、１２０ｋＶの高エネルギー範囲にあるか又はそれに近く、低エネルギー光子はほとんど検出されない。したがって、低エネルギー範囲に関する情報はほとんどない。したがって、より高い範囲におけるソース光子は、１２０ｋＶソースへの電流を下げることによって「下げられ（turned down）」、第２のソースが、より多くのより低いエネルギー光子を追加するために８０ｋＶにおいて追加され、これらのソースからの光子の相対量を制御するためにグリッドが使用される。次に、本明細書に説明されるようなやり方でパラメータを調節して、より高い及びより低いエネルギー範囲の両方に関するより最適な情報を得ることができる。
【００９２】
【表１】
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図９に示される回路に関連付けられるスイッチングパラメータであって、スイッチは、例えば一連の半導体素子又は真空スイッチとして設けられる。
【００９３】
１つの単純な最適化は、図１４に示されるデュアルエネルギー検出器について最大平均ｋＶ分離を得ることである。図５に示されるカソードの管電流は、６０ｋＶソースと１４０ｋＶソースとが同じ集積Ｘ線エネルギーを提供するように調節される。これは、図１１に示される。上記されたように、図８に示される回路は、各カソードに関連付けられる集積エネルギーが同じであるように、フィラメント及びエミッタ温度が制御されることを可能にする。１：１の比以外の他のエネルギー及び集積エネルギーの比も可能である。図１２及び図１３に示されるように、図１４の特定のデュアルレイヤ検出器及び４０ｃｍの水での最大ｋＶ分離は、２８ＫｅＶである。ｋＶ成形なしで、本発明の装置を使用すると、最大分離は２０ＫｅＶとなる。したがって、この具体例についての本発明のＸ線発生装置、システム及び方法は、スペクトル性能において４０％の増加を示す。この最適条件は、正規化された曲線の６０ｋＶの８０％及び１４０ｋＶの２０％において達成される。図１５に、６０ｋＶ及び１４０ｋＶの様々な線形結合の一例が示される。
【００９４】
高電圧リプル構成の実施形態に関して、図７に示されるように、制御された変調済みデューティサイクルアプローチを使用することができる。管電流を独立して制御するためにグリッドが使用されなければ、スペクトルに大きな影響を及ぼすには、低エネルギーにおいて多くの時間を費やさなければならない。図１６に、デューティサイクルの関数としての平均エネルギーが示される。図１７に、４０ｃｍの水を通った後のスペクトルが示される。これは、グリッドが上記構成に追加されたならば大幅に改善され、Ｘ線の影響のバランスを取ることができる。
【００９５】
単独又は組み合わせで使用可能なソース成形のための構成のまとめ
１．独立放出制御を有する独立電圧源は、単一のソーススペクトルを提供する
２．高電圧リプル−システムの供給及びキャパシタンスによって設定された通りに自然に発生する
３．高電圧リプル変調−システムの制御ループを介して制御される
４．グリッド制御での高電圧リプル変調−スペクトルのバランスをよりうまく取ることができるので、ｋＶ制御は制御可能な範囲内で変調するのがより簡単である。
【００９６】
別の例示的な実施形態では、上記実施形態のうちの１つによる方法のステップを適切なシステム上で実行するように適応されていることによって特徴付けられるコンピュータプログラム又はコンピュータプログラム要素が提供される。
【００９７】
したがって、コンピュータプログラム要素は、コンピュータユニットに記憶されていてもよい。当該コンピュータユニットも、本発明の一実施形態の一部であってよい。当該コンピュータユニットは、上記方法のステップを行うか又はステップの実行を誘導する。更に、コンピュータユニットは、上記装置のコンポーネントを動作させる。コンピュータユニットは、自動的に動作するか及び／又はユーザの命令を実行する。コンピュータプログラムが、データプロセッサの作業メモリにロードされてよい。したがって、データプロセッサは、本発明の方法を実行する能力を備えている。
【００９８】
本発明のこの例示的な実施形態は、最初から本発明を使用するコンピュータプログラムと、アップデートによって、既存のプログラムを、本発明を使用するプログラムに変えるコンピュータプログラムとの両方を対象とする。
【００９９】
更に、コンピュータプログラム要素は、上記方法の例示的な実施形態の手順を満たすすべての必要なステップを提供することができる。
【０１００】
本発明の更なる例示的な実施形態によれば、ＣＤ−ＲＯＭといったコンピュータ可読媒体が提示される。コンピュータ可読媒体に、コンピュータプログラム要素が記憶され、コンピュータプログラム要素は上記セクションに説明されている。
【０１０１】
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他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体上に記憶される及び／又は分散配置されるが、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た形態といった他の形態で分配されてもよい。
【０１０２】
しかし、コンピュータプログラムは、ワールドワイドウェブといったネットワークを介して提示され、当該ネットワークからデータプロセッサの作業メモリにダウンロードされてもよい。本発明の更なる例示的な実施形態によれば、ダウンロード用にコンピュータプログラム要素を利用可能にする媒体が提供され、当該コンピュータプログラム要素は、本発明の上記実施形態のうちの１つによる方法を行うように構成される。
【０１０３】
なお、本発明の実施形態は、様々な主題を参照して説明されている。具体的には、方法タイプのクレームを参照して説明される実施形態もあれば、デバイスタイプのクレームを参照して説明される実施形態もある。しかし、当業者であれば、上記及び下記の説明から、特に明記されない限り、１つのタイプの主題に属する特徴の任意の組み合わせに加えて、様々な主題に関連する特徴の任意の組み合わせも、本願によって開示されていると見なされると理解できるであろう。しかし、すべての特徴は、特徴の単なる足し合わせ以上の相乗効果を提供する限り、組み合わされることが可能である。
【０１０４】
本発明は、図面及び上記説明において詳細に例示され、説明されたが、当該例示及び説明は、例示的に見なされるべきであり、限定的に見なされるべきではない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示された実施形態の他の変形態様は、図面、開示内容及び従属請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され、実施される。
【０１０５】
請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に引用される幾つかのアイテムの機能を果たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【図１】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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