(57)【要約】  開示されるシステムは、Ｘ線を発生させるためのエミッタアレイと、関心領域を透過したＸ線フラックスを検知するための検出器アレイと、エミッタアレイを、関心領域及び検出器アレイに対して保持し、移動させ、整列させるための装置と、エミッタを制御し、検出器からの出力を読取り解析し、出力を画像データに変換するための電子手段と、画像データを表示し操作するためのディスプレイとを含む。個々のエミッタは、エミッタアレイと検出器アレイとの間の関心領域をそれぞれが照射する複数の群で動作し、それにより、任意の１つのこうした群内の任意の単一エミッタから検出器アレイ上に投影される放射線の円錐は、その同じ群内の全ての他のエミッタからの対応する投影円錐から実質的に空間的に分離される。【選択図】図１
2019503789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線撮像システムであって、
分散Ｘ線発生器のアレイと、
分散Ｘ線発生器の前記アレイからのＸ線放出を選択的に制御する手段と、
デジタルＸ線検出器と、
前記デジタルＸ線検出器から得られる複数のＸ線画像データの取得を制御する手段と、
前記取得済みデータを３次元表現になるように再構成する手段と、
前記デジタルＸ線検出器から取得される前記Ｘ線画像を視覚化し、解析し、記憶する手段と、
分散Ｘ線発生器の前記アレイを、前記デジタルＸ線検出器、及び分散Ｘ線発生器の前記アレイと前記デジタルＸ線検出器との間に位置決めされた患者に対して位置決めし位置合せするための手段とを備える、Ｘ線撮像システム。
【請求項２】
分散Ｘ線発生器の前記アレイは、
複数の電子エミッタと、
複数のターゲットと、
前記複数の電子エミッタと前記複数のターゲットとの間で電位差を生成する手段と、
前記エミッタから前記ターゲットを離間させる手段と、
各エミッタ・ターゲット対からのＸ線の放出を制御する手段と、
発生する前記Ｘ線光子をろ過する手段とを備える、請求項１に記載のＸ線撮像システム。
【請求項３】
分散Ｘ線発生器の前記アレイは分散Ｘ線発生器の固定アレイを備える、請求項１に記載のＸ線撮像システム。
【請求項４】
分散Ｘ線発生器の前記アレイは分散Ｘ線発生器の平面アレイを備える、請求項１に記載のＸ線撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
Ｘ線撮像システムは、概念的に、
１．Ｘ線を発生するために使用される線源；
２．線源を保持し、移動させ、整列させる手段；
３．撮像されるオブジェクト（すなわち、患者）；
４．Ｘ線の透過フラックスを検知するための検出器； 
５．検出器信号を読取り解析する手段；及び、
６．結果として得られる画像データを表示し操作する手段
からなることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
こうしたシステムの既存の実装形態は、過去の文献が教示するように、幾つかの欠点を有し、幾つかの欠点は、
１．既存の実装形態は、３Ｄ情報を提供することができない、または、必要とされる画像を得るために機械式運動ガントリを必要とする；
２．既存の実装形態は、固定であり、大きな空間を占有する、または、可動（mobile）であるとき、１００ｋｇを超える重量である；
３．エンドユーザ（例えば、病院）に対する高い資本コスト、これは、しばしば、特に、ＣＴ等の３Ｄシステムについての可用性を制限する；及び／または、
４．既存の実装形態は、撮像されるオブジェクトの異なる領域からデータを取得するために必要とされる放射線暴露を選択的に制御する能力に欠ける
を含む。
【０００３】
ヘルスケアニーズ
平面２ＤＸ線は、世界中で主要な診断撮像モダリティであり、英国だけで毎年２６００万の検査を超えており（歯科用撮像は除く）、米国で３億の検査を超えている。確定的でないまたは疑わしい所見を有する患者は、更なる評価のために、高コスト３Ｄコンピュータ断層撮影（ＣＴ）、比較的高い放射線負荷（平面Ｘ線の場合の０．１ｍＳｖに対して１．５〜８．０ｍＳｖ）を有し、平面Ｘ線ほどは広く利用可能でない技術についてしばしば照会され、この更なる照会は、診断及び処置に対する時間ならびにコストをしばしば増加させる。
【０００４】
根本的に異なる密度の組織が見出される病変部の診断の場合、デュアルエネルギーラジオロジーが使用されて、これらの組織を識別することができる。通常の平面ラジオロジーにおいて、これは、かなり異なるエネルギーのフラックスを曝射し、結果として得られるデータを、画像コントラストを減算／加算することによって処理して、所望される診断に応じて、画像から軟部組織または高密度組織を除去することによって可能であるだけである。
【０００５】
線量及びサイズ問題
線量低減は、撮像、特にＣＴの使用の増加、及び、放射線のリスクの認識の増加によってヘルスケアシステムにおける有意の原動力である。ＣＴスキャンは、患者に対して大きなＸ線線量（通常、低線量ＣＴ（ＬＤＣＴ）の場合、およそ１．５ｍＳｖ、フル線量ＣＴの場合、最大８．０ｍＳｖ）をもたらす。ＣＴ（３６０度スキャン）と対照的に、デジタルトモシンセシス（ＤＴ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｔｏｍｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）の３Ｄ撮像技術は、患者の部分的角度だけを撮像する。過剰の線量を低減することは、患者が疾病にかからないと思われていないため、スクリーニングにとって特に重要である。
【０００６】
従来の胸部Ｘ線は、意味不明瞭の病理または異常所見をしばしば示す。平面胸部Ｘ線を報告する放射線科医は、肺病変と肺外病変の両方として参照される可能性のある疑わしいまたは曖昧な所見をしばしば識別する。これらの場合のほとんどにおいて、患者は、更なる評価のために３Ｄ  ＣＴスキャンに送られることになる。患者管理における更なる待ち時間及び遅延に加えて、ＣＴ検査は、比較的高い放射線暴露を誘起し、また、費用がかかる。
【０００７】
現在利用可能な可動２Ｄ平面Ｘ線ソリューションは、通常、およそ２００ｋｇの重量（Ｐｈｉｌｉｐｓ  Ｐｒａｃｔｉｘ＝１７５ｋｇ、Ｓｉｅｍｅｎｓ  Ｍｏｂｉｋｅｔｔ＝２８５ｋｇ）があり、大きなフットプリント及び複雑なセットアップを有する。線源ヘッドの重量は、位置決めするための高価でかつ大きな機械式アーム、及び、デバイスを所定の位置に操縦するために、病院ベッドをシフトさせ、患者の部屋から支持機器を除去する必要性を要求するだけである。必要とされる長いスタンドオフ距離は、同様に、実施され得る撮像のタイプを制限する。患者は、３０分ほどの間、邪魔され、放射線技師は、大きなカートを輸送し位置決めするため、最大１時間手がふさがる。
【０００８】
線源問題
従来のＸ線管、回転陽極デバイスまたは単純なクルックス管（Ｃｒｏｏｋｅ‘ｓ−ｔｕｂｅ）様構成は、医療撮像システムでよく使われる。数えきれない洗練化が導入されたが、基本機構は同じままである。高電圧供給部は、アークまたは放電を生成するために利用される。アーク内には、印加電位のまたはそれに近い運動エネルギーを有する電子が存在する。これらの電子がターゲット（通常、陽極）をたたくと、Ｘ線が、ブレームシュトランク（Ｂｒｅｍｓｓｔｒａｈｌｕｎｇ）（「制動放射（Ｂｒａｋｉｎｇ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ）」）を通して生成される。従来の管は、比較的軽い（数ｋｇ）が、通常、脆く、ガラスから作製される。しかし、電源は、通常、大きく、高価で、重い（数１０ｋｇ）。印加電力のほとんどは、廃熱になり、冷却を必要とし、かさ及び重量を更に倍加する。
【０００９】
管は、確立されたマーケットリーダを代表し、１００年を超える開発の歴史を有する。これらのデバイスは、脆く、現場で配備するのが難しく、高価である。従来のＸ線管を使用するシステムのメンテナンスは、毎年の初期資本コストのかなりの割合である可能性があり、デバイスの全寿命にわたって、総ライフサイクルコストを左右する。
【００１０】
ミニ管は小さいが、駆動システムに対して必要とされる高価でかつかさばる高電圧電子部品に依然として依存する。ミニ管は、一般に、熱管理及び焼失問題を有するように見える。大量のこうしたデバイスを製造するときの問題も存在する場合がある。
【００１１】
フィールドエミッタアレイ（ＦＥＡ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｔｔｅｒ  Ａｒｒａｙ）
電子のフィールドエミッタは、種々の研究者によって幾つかの状況で調査されてきた。原理上、こうしたフィールドエミッタ、または、これらのエミッタのアレイが、ブレームシュトランク・ターゲットを電子で照射することによってＸ線を生成することができることがわかっている。電子の、したがって、放出したＸ線のエネルギーは、印加電圧に正比例する。絶縁破壊なしで小さなギャップの前後に十分に高い電圧（３０〜１２０ｋＶ）を維持することは、非常に難題であり、小型化に対する障壁であって。
【００１２】
放射性線源
放射性線源は、同様に、良好なＸ線源を提供し得る。Ｃｏ−６０ベースの線源は、医療用及び歯科用Ｘ線のために開発途上国において依然として使用されている。しかし、安全性及び核物質拡散に関する懸念は、これらのシステムを非常に望ましくないものにする。更に、こうした線源は、オフスイッチを全く持たず、安全のためにシールドを必要とし、デバイスが非常に重い（数十〜数百ｋｇ）傾向があることを示唆する。これは、将来のＸ線技術の方向ではない。
【００１３】
放射性線源は、動作するのが簡単である可能性があるが、ハンドリング、格納、及び廃棄に関してかなりの安全性問題を有する。シールド要件のために、重量が同様に問題になる可能性がある。核拡散に関する懸念は、可能である場合にはどこででも、これらの線源が電子線源に置換えられることを意味する。
【００１４】
カーボンナノチューブ
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ：ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ）に基づくデバイスは、極端なフィールド増強を可能にする（管は〜ｎｍ）。単一エミッタは、任意の有意のレベルの電流を供給することができない。１エミッタについて多数の管を組合せることによって、適度の電流を発生し得る。しかし、デバイスは、脆く、作製するのが難しく、外部電源を依然として必要とする。結果として得られるデバイスは、本質的にマイクロ管であるが、「冷陰極（ｃｏｌｄ  ｃａｔｈｏｄｅ）」を有する。
【００１５】
ＣＮＴベース線源は、原理上、エミッタ（ピクセルレベル）制御を提供する。しかし、これらの線源は、外部ＨＶ供給部及び放出電子を最終電圧まで加速する能力を必要とする。
【００１６】
摩擦電気線源
摩擦電気現象は、長年にわたって知られてきた。摩擦ルミネセンス（Ｔｒｉｂｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）（歪または破断励起）は、同様に、認められた現象であり、接着済みパッケージを開けた、または、暗闇の中でウィンターグリーンライフセーバを噛んだいずれの人にとってもよく知られている。しかし、その性能は、制限された使用範囲を有するように見え、機械式であるため、摩耗及び真空の維持に関する問題を有するように見える。
【００１７】
従来のＸ線源
・Ｘ線管は、脆く、通常、ガラスで作られ、短い寿命を有し、伝統的な病院の環境の外の状況について制限された適性だけを有する；
・Ｘ線管を駆動するために必要とされる電源は、通常、大きく、高価で、重い（数十ｋｇ）；
・単一ポイントの放出は、Ｘ線源が、患者から離れて長くかつ正確な距離に配置されることを必要とする。この「スタンドオフ」距離は、（皮膚暴露による）安全性と（線源の開口角度による）光学系の両方によって要求される；
・この単一ポイント線源幾何形状は、複雑な熱管理を要求し、また、多くの場合、管性能を制限する；そして、
・放出エリアは、選択可能でなく、したがって、暴露部は、関心エリアだけを含むように形作られ得る。
【００１８】
現在、２つの種類のＸ線ＰＳＵ、一体式及び非一体式が入手可能である。本発明は、一体式タイプのカテゴリの下にある。本発明者等の領域における現在の技術水準は、体積が大きいと共に重量が重い一体式ＰＳＵである。一体式ＰＳＵは、しばしば、水冷を必要とし、約１００ｋｇの重量である。これは、一体式ＰＳＵを、したがって、全製品を、移動するのを難しくさせ、動作するのを難しくさせ、使用エリアに著しく依存させる。こうした電源のサイズが大きい／重いため、メンテナンス及びオペレータ可用性は同様に難しい。
【００１９】
放出制御
既存のシステムは、ゲート制御か、グリッド制御か、またはその組合せを使用する、放出を制御する電気または電子手段に基づく。フィールド増強式エミッタからの放出は、電流制御（例えば、スイッチまたはトランジスタ）を使用してスイッチオフされ得る、または、中間電圧グリッドを使用して阻止され得る。更に、熱電子エミッタを有する従来のＸ線管において、放出をスイッチオフすることは、約１ミリ秒以下の立ち上がり時間を有する約１００ｋＶ以上の高電圧供給パルスを制御することを含む。
【００２０】
デュアルエネルギー
既存のデュアルエネルギーシステムは、コストの増加、ワークフロー複雑さの増加、患者に対する２重線量、及び引き続くエネルギー曝射の間の運動ぼけによる画質の低下を含む１つまたは複数の問題に悩む。
【００２１】
再構成アプローチ
複数の投影から画像を生成することは、スティッチング、断層撮影、トモシンセシス、及び他の再構成法を含む複数のアプローチのうちの１つまたは複数を含む。これらの方法は、研究の全分野を構成する；ここで、本発明者等は、固定線源３次元画像再構成に関連する幾つかのアプローチを簡単に示し、既存の画像解析アプローチに関して考えられる少数の差を考える。
【００２２】
医療撮像状況
医療Ｘ線撮影において使用される２次元投影画像は、被検者を通過する印加放射線の減衰の差に基づく。生体被検者は、十分に高いエネルギー及び強度のＸ線に透過性があるため、画像は、線源と検出器との間の全ての組織に関する情報を取込む。
【００２３】
２ＤＸ線撮影像は、通常、ポイント線源を使用して平面検出器幾何形状に収集され、実質的な幾何学的歪及びパララックス効果をもたらす。２ＤＸ線撮影像は、通常、可視化のために特別なソフトウェアサポートを全く必要としないグレイスケール画像として提示されるが、記憶及び管理のための精緻なシステムが使用される。２ＤＸ線撮影像は、実際に、熟練した人間の解釈を必要とする。その理由は、とりわけオーバラップ情報が、その解釈によって医療的に意味のある表現に変換されるからである。人間の解釈者は、同様に、よく知られている歪及びアーチファクトを見出すことを予想し、あまりに正しい画像を拒否する傾向がある場合がある。
【００２４】
最も開発が進んだ３次元撮像技法は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）であり、ＣＴは、移動線源を使用し、被検者を通して多くの（本質的に全ての）投影を収集し、逆ラドン変換を適用するものとして数学的に記述される、収集データの直接的なアルゴリズム的変換によって使用可能な画像データを構築する。ＣＴスキャンは、２ＤＸ線撮影像に比べて、ずっと多くのデータを収集し、また、より高い全体線量を伴う；しかし、ＣＴスキャンは、特に比較的不透過な材料からのアーチファクトを受け易い。
【００２５】
３Ｄからの２Ｄ投影
放射線科医は、２Ｄ画像（投影）に慣れている。そのため、３Ｄ能力がある場合でも、分散線源は、２Ｄ画像を生成できなければならない。更に、パララックスのような効果は、画像内の欠点であるが、医療撮像を解釈する人間によって同様に予想され所望される場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】Ｘ線検出器の固定アレイ及びＸ線エミッタの固定アレイを有する例示的な医療撮像システムの基本サブシステムを示し、また、隣接するエミッタが、同時に動作する場合に検出器アレイの同じエリア上にオーバラップする放射線ビームをどのように投影するかを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１に示すように、本発明は、それ自身、Ｘ線撮像に関し、特に、医療撮像及びラジオロジーに関する。ここで述べる医療撮像システム１００は、以下のコンポーネントからなる:以下のコンポーネントとは、
１．Ｘ線１０６を発生するために使用される分散平面線源１０４；
２．撮像されるオブジェクト１１０、通常、患者または患者の身体部；
３．Ｘ線を測定するために使用される検出器１０２；
４．好ましくは専用のソフトウェアによって、検出器データを取得し、画像を再構成し、その結果を視覚化するために使用される、１つまたは複数のコンピュータワークステーション１０８、１１２；及び、
５．線源及び検出器を搭載し整列させ、患者を位置決めするハードウェア
である。
【００２８】
ここで図１に対して参照が行われるべきであり、図１は、Ｘ線検出器の固定アレイ１０２及びＸ線エミッタの固定アレイ１０４を有する例示的な医療撮像システム１００の基本サブシステムを示し、基本サブシステムにおいて、隣接するエミッタ１０４ａ、１０４ｂは、同時に動作する場合に検出器アレイ１０２の同じエリア１０２ａ上にオーバラップする放射線ビーム１０６ａ、１０６ｂを投影することができる。図１に示すように、撮像システム１００は、同様に、取得ワークステーション１０８を含み、取得ワークステーション１０８は、エミッタアレイ１０４を形成する個々のエミッタ１０４ａ、１０４ｂ（またはエミッタの群）からの放射線を制御し、検出器アレイ１０２からの出力データを、検査されるオブジェクト１１０（「関心領域」または「ＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ  Ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）」）内の各ポイントにおける放射線減衰係数（すなわち、局所的密度）を表すデータの３次元アレイに変換する。視覚化ワークステーション１１２は、取得ワークステーション１０８からの画像データを放射線科医または他の医療専門家に表示されるＲＯＩ  １１０の１つまたは複数の内部ビューに変換するために必要な計算を実施する。
【００２９】
当業者によって認識されるように、これらの要素の詳細な設計は、医療撮像要件によって推進され、物理学及び実際上の工学的配慮によって制限される。例として、本明細書で述べるシステムは、医療撮像に役立ち、２０から１５０ｋＶに及ぶ電圧、１０ｍｓｅｃ〜１０ｓｅｃの曝射時間であって、曝射時間の上方範囲は複数フレームを含むと理解される、曝射時間、１〜１０ｍＡの範囲の電流、及び、数ｃｍ平方から４３ｃｍ×４３ｃｍ（典型的である）までの放射線フィールドをカバーすることができる。当業者によって認識されるように、他の電圧、電流、及びサイズ範囲が、興味深い場合がある。
【００３０】
本発明の上記説明において、サブシステム及び要素を、特定の撮像目標を達成するために付加するまたは除去することができることが理解される。サブシステムは、複数のコンポーネントからなることが理解される。
【００３１】
開示される発明において、線源は、Ｘ線発生器の分散アレイである。線源は、エミッタのアレイ、ターゲットのアレイ、エミッタからターゲットを離間させる手段、エミッタとターゲットにわたって高い電位差（電圧）を発生させる手段、これらのエミッタからの放出を制御する手段、放出をろ過する手段、放出の視準を合わせる手段、及びハウジングからなることができる。
【００３２】
システム対コンポーネント
特定のタスクのために設計され工学的に操作されるシステムは、一般に、個々のコンポーネントからなる。ここで考慮中のシステムは、Ｘ線源の分散アレイを使用し、撮像されるオブジェクトを通過した後のＸ線を検知する検出器を備え、線源、検出器を制御し、検出器データセットのシーケンスから画像を再構成するワークステーション及びソフトウェアを含む、Ｘ線撮像システムである。
【００３３】
システムは、その一部が従来技術において述べられたであろうコンポーネントからなる。しかし、従来技術は、このシステムが適用において教示するような、システムのコンポーネントの内の任意のコンポーネントを移動させることなく３次元撮像を可能にするような、また、従来のアプローチと比較して線量要件が低くなるようなこれらのコンポーネントの組合せから遠ざかることを教示する。
【００３４】
更に、システムは、高電圧源または焦電結晶ベースフィールド発生器によって駆動されるフィールド増強式エミッタのアレイであることができるＸ線源を備える。更に、システムは、他のエミッタからのＸ線の生成を停止しながら、特定のエミッタからのＸ線の生成を選択的に起動する電磁コイル等の線源アレイの個々の要素をアドレス指定する手段を含むことができるＸ線源を備える。
【００３５】
開示されるシステムにおいて、検出器は、高速低ノイズデジタルＸ線撮影センサアレイからなることができる。システムは、線源及び検出器を制御するためのワークステーションを含むことができる。ワークステーションは、これらの制御タスクを達成するソフトウェアを更に含むことができる。このシステムにおける発明の範囲は、これらの特定の例及びコンポーネントに限定されないことになり、当業者によって認識されるように、多くの他のものを含む。
【００３６】
線源の能力及び生成されるＸ線の性質がシステム設計の強力な決定因子であるため、線源の詳細は次に述べられる。続く節は、本明細書で開示されるシステムの他のサブシステムを詳述する。
【００３７】
開示される線源技術
Ｘ線発生器に関する従来技術は、分散線源から遠ざかりかつ単一ポイント様の線源を目指すように教示する。一部の従来技術は、実際には、分散線源を目指すように教示するが、所定の経路にわたって単一線源を移動させる電動式ガントリを使用することを教示する。非常にわずかの従来技術は、Ｘ線源の固定平面アレイに基づく分散線源の使用を目指すように教示する。従来技術のこれらの少数の既存の物品は、特に：
・ピッチ：従来技術は、１ｃｍよりはるかに小さい線源ピッチを有する非常に高い密度のアレイを目指すように教示する；
・制御：従来技術は、グリッドによるエミッタの制御またはエミッタ電圧入力に関するスイッチを目指し、ターゲットベーススイッチングから遠ざかるように教示する；
・アレイ：従来技術は、一般に、ラインで、アークで、または少数の列（row）で分配したエミッタを目指し、２次元アレイから遠ざかるように教示する；
・コリメーション：従来技術は、一般に、各線源が、撮像されるオブジェクト全体を覆うまたは実質的に覆うべきであることを教示し、部分的なカバレジから遠ざかるように教示する。部分的なカバレジは、時間と空間の両方において部分的である。
かなりの点において、本明細書で開示する発明と異なる。
【００３８】
本明細書で開示される平坦パネルアレイ線源は、固定２次元アレイを含み；ｍｍからｃｍ範囲の適度のピッチ間隔からなり；電子の制御ではなくＸ線の発生に基づく放出制御を有し；個々のＸ線円錐に、撮像されるエリア全体の一部分だけを覆わせるように設計されるコリメーション及びスタンドオフ距離を有する。２０１１年２月１０に公開され、Ｔｈｅ  Ｒｅｇｅｎｔｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａに譲渡された国際公開第２０１１／０１７６４５  Ａ２号は、焦電結晶に基づく例示的なフィールド発生器を開示し、それにより、温度を循環させることが、ブレームシュトランク・ターゲットをたたくように電子を駆動することになるフィールドを誘起することになる。１つのエミッタは、焦電結晶、ブレームシュトランク・ターゲット、及び基板上に取付けられコリメータからなり；結晶の表面は金属膜でコーティングされる。結晶の温度が循環されると、自発誘電分極が焦電結晶内で起こり、垂直電気フィールドを、その上部面及び下部面に生じさせる。このフィールドは、好ましくは、微小機械加工において作製された隆起によって増強され、フィールド放出をもたらす。必要とされるこうしたフィールド増強のレベルは、先端材料及び印加フィールドの関数である。ｍｍ−ｃｍのギャップにわたって１０〜１００ｋＶの範囲のフィールドを有するここで関心のある場合について、フィールド増強は、金属先端を仮定して、１００〜１０００の範囲にある。フィールド増強のこれらの必要とされるレベルは、特に、プラズマＴＶ及びカーボンナノチューブのレベルと比較すると、むしろ適度である。フィールド放出は、電子顕微鏡の銃等の電子源において広く使用され、最大輝度のビームを生成することが可能である。先端におけるフィールド増強は、先端半径の逆数に比例する。非常に鋭利な先端は非常に大きなフィールド増強を生成するが、先端が発生し得る最大電流を減少させる。従来のデバイスは、本明細書で開示するように、低増強因子及び高電圧から遠ざかるように教示する。
【００３９】
いくつかの適用において、エミッタ先端を、タングステン、窒化チタン、ダイヤモンドライクカーボン、または他の頑健な伝導性材料の保護コーティングでオーバコートすることが望ましい場合がある。
【００４０】
高電圧電源は、好ましくは、フィールドエミッタアレイに電力供給し、Ｘ線源の平坦パネルに似たアスペクト比を維持するために最小高さを提供するようにパッケージされる。
【００４１】
個々にアドレス指定されたターゲットからのＸ線放出の、物理的にオーバラップするが、本質的に時間的に分離された円錐の使用は、撮像されるオブジュエクトのシームレスなカバレジ（「ＲＯＩ」）、最小スタンドオフ距離を有する能力を維持しながらの、利用可能なフラックスの最大使用を可能にする。
【００４２】
本発明と共に使用するのに特に適する例示的な設計方法の詳細な説明は、２０１５年１０月１２日に出願され、「Ａ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＤＥＳＩＧＮＩＮＧ  ＡＮ  Ｘ−ＲＡＹ  ＥＭＩＴＴＥＲ  ＰＡＮＥＬ」と題する本発明の譲受人に譲渡された公表されないＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１５／０５７７９２号において開示され特許請求される。その出願の明細書及び図面のコピーは、付録Ａとして本明細書に添付され、前記出願は、参照によりその全体が組込まれる。
【００４３】
ＲＯＩの３Ｄ画像を再作成するための現在のところ好ましいプロセスについての更なる詳細のために、前記出願と同時に出願されている「Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｆｉｘｅｄ  Ａｒｒａｙ  ｏｆ  Ｘ−ｒａｙ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ  ａｎｄ  ａ  Ｆｉｘｅｄ  Ａｒｒａｙ  ｏｆ  Ｘ−ｒａｙ  Ｅｍｉｔｔｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ａ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ３−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｉｍａｇｅ」と題する本発明の譲受人に譲渡された特許出願に対して参照が行われる。そのコピーは、付録Ｂとして本明細書に添付される。
【００４４】
熱に関する考察
従来のＸ線源において、熱問題はしばしば性能を制限する。特に、ターゲット上のタイトな焦点（すなわち、ポイント様線源）が、画像分解能のために望ましいが、ターゲット上に高いピークエネルギー密度をもたらす。回転陽極及び耐火材料の使用等の解決策は、実用上の制限を向上させる可能性があるが、実装するのが高価である。ピーク熱限界に加えて、平均熱限界は、管本体ならびに窓加熱及びガス放出に起因する。
【００４５】
従来の線源と違って、開示されるＸ線源の熱密度は、大きな表面積のせいで著しく低い。考慮すべき３つの熱負荷が存在する。３つの熱負荷とは、電力源（例えば、結晶エネルギー入力または高電圧発生器廃熱）、放出先端（陰極）温度、及びターゲット（陽極）熱負荷である。一般に、約数ｍｍ２面積にわたる従来の管のエネルギー密度が採用され、そのエネルギー密度はフルサイズシステムの１２０，０００ｍｍ２によってスケーリングされる。
【００４６】
放出先端（陰極）温度は、十分に高い融点を有する材料について先端を作製することによって許容される。異なる先端基材材料は、種々の保護コーティングと組合されて、必要な物理的幾何形状及び性能を共に提供する、頑健な熱耐性、良好な電気伝導性、及びエミッタ形状フォームファクタの組合せ体を提供し、それにより、フィールド電子放出を生成することができる。
【００４７】
ターゲット（陽極）温度は、ターゲット自身が大きな熱伝導性面積（すなわち、基材）に取付けられるため制御される。ターゲット熱負荷を大きなエリアにわたって分配することは、Ｘ線発生デバイスが固体コンポーネントとして働くことを可能にし、したがって、従来のＸ線管線源（例えば、回転陽極、補助冷却システム等）によって要求される熱制御の複雑さを回避する。
【００４８】
電源廃熱は、従来の熱制御（例えば、ファン）を使用して処理されなければならないが、本明細書で開示される平坦パネル線源の大きな表面積からやはり利益を得る。
【００４９】
本明細書で開示されるシステム全体は、線源アレイによって要求されるスタンドオフ距離（線源・検出器）の減少による総電力密度の減少から更に利益を得る。要求される放射線パワーはスタンドオフ距離の２乗と共に増加する（すなわち、「ｒ２乗分の１（ｏｎｅ  ｏｖｅｒ  ｒ−ｓｑｕａｒｅｄ）」法則）ため、本明細書で開示される分散線源について要求されるパワーは、従来の単一ポイント線源のパワーより実質的に（例えば、一桁）小さい可能性がある。
【００５０】
真空及びフィールドイオン化
現在のところ好ましいＸ線源が、（例えば、針状先端から）フィールド増強エミッタのセットによる電子ビーム発生を使用する。電子ビームは、その後、透過性ブレームシュトランク・ターゲットに方向付けられて、Ｘ線を生成する。真空は、幾つかの理由で、陰極と陽極との間に維持される。第１に、針によって生成されるフィールドは、非常に広大であるため、その＋ｚまたは−ｚ平面に近いガス分子がイオン化されることになる。このイオン化効果は、有用なＸ線の生成を妨げる、または、エミッタ及びターゲットを損傷し得るイオンを生成し得る。残留ガスは、同様に、電子ビームを散乱させる。そのため、真空が、エミッタとターゲットとの間の経路に維持される必要がある。
【００５１】
電子フィールド放出が起こるために要求される高い真空条件は、デバイスが高真空中で組立てられる製造プロセス中に達成される。シールされると、捕捉真空圧は、内部真空ゲッタを含むことによって、デバイスの動作寿命全体にわたって十分に低い真空圧に維持される。真空ゲッタは、製造プロセス中に、真空チャンバ及び／または真空チャンバ内に配置されたまたは真空チャンバに取付けられた離散的ゲッタコンポーネントの内部表面上にコーティングされる。真空ゲッタは、製造プロセス中に起動され、ガス分子を化学的に結合することによってまたは吸着によってデバイスの内部真空圧を維持する。ゲッタは、同様に、必要である場合、製品の寿命中に定期的に再起動することができる。機械式ポンプまたはイオンポンプ等の真空を維持するための他の機構が知られている。
【００５２】
Ｘ線生成：
ターゲット
従来のＸ線源において、ターゲットは、管内に保持される陽極（固定または回転）であり、それにより、陰極からの電子が衝突すると、Ｘ線を放出する。真空内の陽極を冷却することは、難しく、熱を消散するために放射を使用し得るだけである。
【００５３】
本明細書で開示されるＸ線源は、各真空セクションの外壁に接続され、熱が伝導によって消散され得るため、線源の冷却の著しい改善を可能にする。これらのターゲットは、種々の方法−薄膜、伝導性接着剤を有するシート、ＭＥＭＳプロセス等−によって開示される線源内に真空チャンバの内部表面上に堆積され得る。本明細書で教示する透過性ターゲットの使用は、従来の反射性ターゲットにおいて実現するのが難しい構成を可能にする。こうしたターゲットは、シリコン、ガラス、または伝導性材料等の種々の適した基材上に堆積され得、種々の幾何形状−ドーナツ形状、円、または、組込み直線−を有し得る。
【００５４】
使用される最も一般的なターゲット材料はタングステンである。しかし、モリブデン、レニウム、金、及び他の重金属、ならびにその合金等の他の材料が同様にターゲットとして使用することができる。異なるエリアにおいて異なる層特性を提供する多層ターゲット設計であって、生成されるＸ線の特性が、電子が衝突するターゲットに関して変動する、多層ターゲット設計は、同様に、或る適用に適する場合がある。
【００５５】
コリメーション
従来のＸ線源において、ポイント・平面撮像幾何形状が使用される。単一線源から出る放射線の円錐状分布は、単一ポイントとして理想化され得る。光子のこの扇は、身体を横断し、平坦平面上に結像される。身体内散乱を無視すると、光子は直線をたどり、それらの経路は交差しない。対照的に、本明細書で開示されるＸ線源において、複数の線源が存在する。１つの線源と近傍の線源とのオーバラップは、所与の検出器領域について光子源の不確実性によってぼけをもたらすことになる。コリメータまたはコリメータのセットは、各エミッタについて放出の角度を制限するために使用され得る。このコリメータに対する１つのアプローチは、２０１５年９月１１日に公開され、「Ｘ−ＲＡＹ  ＣＯＬＬＩＭＡＴＯＲ」と題する本発明の譲受人に譲渡された国際特許出願第ＷＯ２０１５／１３２５９３  Ａ１号に詳細に記載される。別のアプローチは、適切なサイズの穴のセットがその中に作られた高密度材料からなる単純な板を使用することである。タングステンまたは鋼等の材料は、所望の角度の外に、したがって、各エミッタについて穴のエリアの外に入るＸ線を吸収するために使用され得る。これらの穴は種々のサイズであり得る。コリメータ板は、同様に、置換え可能にされ得る。
【００５６】
フィールド発生
フィールド増強式エミッタ（ＦＥＥ）と共に使用するためのフィールド発生は、従来の電源または新規な高フィールド源を使用し得る。従来技術は、ＦＥＥが、低電圧−中電圧電源によって駆動されることを教示し、また一般に、高電圧の使用から遠ざかるように教示する。従来技術は、同様に、グラウンドと高圧板との間のギャップが最小化されるコンパクトな電源から遠ざかるように教示する。
【００５７】
高電圧（例えば、−３０ｋＶ〜―１２０ｋＶ）をエミッタに提供するためのデバイスは、電源の出力板がエミッタ平面に接触し、電気接触を提供するようなものである。デバイスは、線源のエミッタ・ターゲット部分の幾何形状に全体的に従う幾何形状である。一般的なラジオロジーに適する一構成において、３０ｍｍ厚及び４００ｍｍ×４００ｍｍの横断面サイズの電源が考慮される。デバイスは、こうした寸法を可能にするために液体及び固体絶縁体を使用する。電源は、好ましくは、完全なシステムの一部であり、主収納部の一部であることになる。
【００５８】
ラスター制御
個々にアドレス指定されたターゲットからのＸ線放出の、物理的にオーバラップするが、本質的に時間的に分離された円錐の使用は、撮像されるオブジュエクトのシームレスなカバレジ、最小スタンドオフ距離を有する能力を維持しながらの、利用可能なフラックスの最大使用を可能にする。
【００５９】
当業者によって認識され得るように、電子ビームの偏向は、幾つかの手段によって、また一般的に、静電的、静磁気的、電磁的手段によって達成され得る。これらの方法は、ビームをフォーカス／デフォーカスさせると共に、ビームを偏向／操向させるために使用され得る。静電的方法は、テレビジョン管において一般に使用された平行板偏向器を含む。静磁気的方法は、電子電流を偏向またはフォーカスするために使用されるソレノイドコイル及び永久磁石を含む。構造と組合せた電磁波は同様に、ビーム光学系として使用され得る。
【００６０】
例として、磁気フィールドは、ビームを、常道を離れて曲げるために使用され得る。静電的偏向器に勝る利点は、磁気フィールドがエミッタから離れて生成され得ることである。実際には、エッジフィールドを使用して、ターゲット領域に偏向用磁石を生成することが可能である。ターゲット及びエミッタの上及び下にそれぞれ配置されたコイルは、適した偏向用フィールドがギャップ内に生成されることを可能にし得る。
【００６１】
２０１５年９月１１日に公開され、「Ｘ−ＲＡＹ  ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ」と題する本発明の譲受人に譲渡された国際特許出願第ＷＯ２０１５／１３２５９５号は、各電子エミッタの上に配置された個々の電力供給されるソレノイドを使用する制御方法を開示し、電子ビームを選択的にデフォーカスまたは偏向することであって、それにより、粒子の大多数が、粒子源の前の或る距離に配置された小さな透過性ブレームシュトランク・ターゲットをたたかないように、デフォーカスまたは偏向することを含む。開示されるラスターシステムは、各エミッタの背後に配置された平坦ソレノイド（コイル）を励磁することによって働く。コイルが励磁されると、磁気フィールドが、電子ビームレットを偏向（そしてデフォーカス）させる。開示されるターゲット（陽極）層は、隣接エリアが低Ｚ材料（例えば、シリコン）でありながら、小さなエリアだけが有効ブレームシュトランク材料（例えば、タングステン）を有するようにパターン化され、開示される配置構成は、比較的高い電流コイルを要求する、個々に電力供給されるソレノイドを使用する。しかし、こうしたコイルのクラスタが、同時に起動されると、低電流で同様の結果を達成することを本発明者等は発見した。
【００６２】
利用可能な磁気フラックスを更に最大にするために、電子が自由空間を通して飛翔する組立体の領域において、レンジングが、好ましくは利用される。電子顕微鏡において一般に使用されて、こうしたレンズ／ヨークは、ビーム軸方向にフィールドを伸張し、軸外においてフィールドを小型化する。適用可能な作製技法、駆動電流、及び、駆動電圧に応じてラスターコイルを設計するときの広い範囲の柔軟性が存在する。こうしたコイルの好ましい実施形態は、層巻きコイル（ワイヤ）を使用し、層巻きコイルは、約１０ｍｍの外径及び約５ｍｍの内径を有し、１０〜２０ボルトで数アンペアの設計電流を有する。こうしたコイルは、おそらくは、１ｍｓ未満の立ち上がり時間を提供する可能性があり、各エミッタの周りでコイルのクラスタで構成されると、十分な磁気フィールドが生成され、１００ｋｅＶのエネルギー範囲の電子ビームを偏向することが可能であり、電子ビームは、こうしたフィールドを横方向に約１ｍｍだけ横断する。こうした電磁コイル巻線は、好ましくは、金属ヨークを覆って配置され、ヨークの幾何形状であって、それにより、ヨークが、迷走フィールドを含みながら、偏向用フィールドを増強する、ヨークの幾何形状を有する。
【００６３】
ラスターコイル＋ドライバの要求される速度は、所望の画像取得時間及びラスターエリア内のピクセル数の関数である。平行スキャンは、好ましくは、タイル貼り方式でエミッタのクラスタにわたって実施される。例えば、３０ｃｍ×４０ｃｍパネルの場合、１０ｃｍ×１０ｃｍのラスターエリアが使用され、１２タイルをもたらすことができる。１ｃｍの公称ピッチによって、各タイルは約１００エミッタを含む。１００ｍｓ未満の画像取得時間の場合、要求されるコイル速度は１００μｓ未満である。
【００６４】
コイルは、好ましくは、エミッタ（陰極）からターゲット（陽極）までのその短い（通常、約１ｃｍ）移動にわたって電子ビームを選択的に偏向させる。１ｍｍのオーダの実質的な偏向は、「オフ」時の背景放出なしに対してほとんど何ももたらさないことになり、また、製造公差に対する負荷を大幅に低減することになる。
【００６５】
コイルの種々の組合せは、電磁フィールドの重ね合わせを通して利用され得る。１つの特定のこうした構成において、特定のエミッタ・ターゲットのセットを囲む４つのコイルは、電子ストリームを偏向させるために組合せて使用される。別の構成において、８つのコイルが使用される：内側の４つは、フィールドを偏向させるダイポールを生成するのに役立ち、一方、コイルの外側のセットは、内側コイルからの迷走フィールドを低減し、したがって、近傍エミッタに対する影響を制限するのに役立つ。コイルは、いずれかの極性で駆動することができ、発火シーケンス中に消磁ステージを可能にし、前もって磁化済み鋼ヨークを休止状態に戻す。
【００６６】
検出器
硬Ｘ線検出器が、好ましくは組込まれ、硬Ｘ線検出器は、３つの競合する特徴を同時に提供する。３つの競合する特徴とは、多くの（例えば、＞１０の）エミッタＴを有する分散線源からの、高い分解能（＜１００μｍピクセル）、大きなエリア（数百ｃｍ２）、及び高フレームレート（例えば、フル分解能で＞１Ｈｚ）である。
【００６７】
固定線源トモシンセシス及びデュアルエネルギー適用の場合、２つの主要な懸念が、検出器仕様:速度及びノイズにわたって生じる。速度要件は、必要なフレームレートによって決定されて、最大総曝射（画像取得）時間を満たす。患者の移動は、画像ぼけをもたらし、画像ぼけは、通常、曝射時間を、１００ｍｓに、またほぼ全ての場合、１０ｓ未満に制限する。ノイズは、主に、暗電流及び読出しノイズに起因する。単一フレーム撮像において、ノイズが信号より十分に小さい限り、画質は高いと考えられ得る（実際には、コントラストに対するより複雑な依存性が存在する）。しかし、マルチフレーム撮像において、信号レベルは、画像の大きな部分について低いままである可能性があり、一方、ノイズはクアドラチャで付加する場合がある。ＣＭＯＳアレイは、好ましくは、列または偶数ピクセルレベルに位置する関連するデジタル化回路要素（ＡＤＣ：ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  ｄｉｇｉｔｉｚａｔｉｏｎ  ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）と共に利用され、そのことは、こうしたアレイに前もって関連付けられた低ＱＥ及び不十分なＳＮＲを低減するまたは大幅になくす。
【００６８】
ピクセルサイズは、幾つかのパラメータとの複雑な相互作用を有する。ＣＭＯＳアレイは、一般に、２．３μｍピクセルまで生産される。しかし、これは、同じ分解能に直接結びつかないし、使用可能なＳＮＲを必ずしも生成もしない。シンチレータ結合及びセグメント化は、検出器ピクセルサイズに適合しなければならない、または、ぼけが支配する可能性がある。より小さなピクセルサイズは同様に、１ピクセル当たりの低フラックスを示唆する。フィルファクタが同様に、主要な懸念である。ピクセルサイズが収縮するにつれて、高い（ほぼ１００％の）感度エリアを維持するためにいずれのフロントサイド回路要素もなくすことが必要である。医療撮像において、ピッチは、３０μｍから１５０μｍまで変動し、１００μｍを超える数値が最も一般的である。
【００６９】
望ましくない画像ラグは、おそらくは、除去されていない電荷キャリア（直接撮像）またはシンチレータ減衰（間接撮像）に起因する可能性がある。しかし、ＣｓＩ（ＴＩ）等の市販の検出器は、約１μｓの主減衰時間を有し、通常の＜１０ｋＨｚフレームレートで問題を呈することはない。
【００７０】
ワークステーション
ワークステーションは、少なくとも３つの機能を果たす。３つの機能とは、
１．線源及び検出器設定の制御；
２．画像取得；及び、
３．画像処理（再構成）
である。ワークステーションは、限定はしないが、
・いずれかのエラーの場合に、放出を停止する能力等の安全特徴。
・最低限毎日、または起動されるたびに行われる自己チェック等の他の特徴を提供することができる。処理要求に応じて、再構成は、ＧＰＵアクセラレータまたは更にデータをクラスタに発送することを要求する場合がある。
【００７１】
画像処理
画像再構成は、医療撮像において広く使用されているが、ＣＴ、ＭＲＩ、及びＰＥＴ等のモダリティに制限される。平面ラジオロジーは、フィルムからデジタル検出器への移行後でも、直接画像の人間の解釈に大幅に頼ってきており、処理は、解釈を補助するための視覚的改善に限定される。
【００７２】
医療Ｘ線画像のセットから３Ｄ情報を取出す手段としてトモシンセシスを使用しようとする試みが、ほぼ８０年にわたって行われてきた。最近まで、これらは、データ収集及び画像処理の制限によって実用的でなかった。
【００７３】
トモシンセシスについて利用可能なアプローチは、幅広くは：
・シフト及び加算−シーンの各層に詳細をもたらす効果を生成しようとする、画像を再結合する概念的に最も単純な方法。
・ＴＡＣＴ（：ｔｕｎｅｄ  ａｐｅｒｔｕｒｅ  ＣＴ、調整式アパーチャＣＴ）−画像内に導入した基準マーカを使用して、シフト及び加算の有効性を改善する。
・ＭＩＴＳ（行列反転）−線形代数を使用して再構成を解くことを試みる
・フィルタ補正逆投影−トモシンセシスデータセットの制限された角度範囲と共に働くように適合され得るコンピュータ断層撮影で使用される基本技法
・代数的再構成−観測値と現在のモデルに基づく計算値との差の或る測定値を最小化することによって、線形方程式のセットに対して繰返し解が求められる
・統計的再構成−最尤法によってモデルを決定することに基づく、表面的には代数的再構成と同様のプロセス
である。
【００７４】
全てのこれらの技法は、実際には大部分の一般的な画像処理技法−ぼけ処理、鮮鋭化処理、及びフィルタリングと組み合わされ、直接に、および、変換済みデータ（フーリエ空間）に対しての両方に適用される。好ましくは、先に挙げた本発明の譲受人に譲渡された出願に開示される精緻なエミッタパネル設計及び画像再構成プロセスと組み合わされる。
【００７５】
整列ハードウェア及びハウジング
本明細書で開示されるシステムコンポーネント用のハウジングは、システムが、フィールド医学、戦闘、及び農村地域で使用されることが提案されているため、頑丈さを要求する。一般に、線源ハウジングは、複数の適用について、頑丈で、軽量で、多目的であるべきである。ケース材料は、無菌状態、アルコールによるふき取り、細胞毒性等のような医療デバイス要件に適合性がなければならない。ハウジングは、同様に、損傷を検知するためのセンサ、及び、デバイスが余りにも大きな衝撃を受けたことを示す手段を持たなければならない。マーキング及び他の指示器は、種々の規制要件を満たす必要があるだけでなく、オペレータによる明らかな直観的な操作に役立つべきである。多くの適用において、線源は、フレームまたはＣアーム上に搭載されることになり、また、こうした支持システムに対する接続を可能にする必要があることになる。最後に、ハウジングは、非接触センサを通して線源を検出器に整列させ、指示器光またはビデオスクリーンを通してオペレータフィードバックを提供するための機構を支持しなければならない。
【００７６】
したがって、基本要件は、
１．Ｘ線源のための機械式高剛性プラットフォームを提供する；
２．熱制御を補助する；
３．種々のサブシステムをショックから保護する；
４．オペレータを後方散乱放射線からシールドする； 
５．無菌でかつ清掃可能な作業表面を可能にする；及び、
６．損傷を検出する
である。
【００７７】
損傷（機械的ショック、深割れ、湿気等）の検出は、こうした製品のための有用な能力である。後方散乱放射線／後方放出放射線からのデバイスの自己シールディングの予備評価が、行われており、固有材料が、望ましくない放射線を吸収するのに十分であることを示唆する。製品の自己シールディング性質に加えて、更なる離散的後方散乱シールディングが、必要である場合、付加され得る。
【００７８】
最後に、ハウジングと一体であるのではなく、依然としてユーティリティである外部システムが存在し、外部システムは、
・再充電能力；（要求される場合、同様に、オンボードで実施され得る）。
・線源と検出器の同期化；
・リモートコントロール（プッシュボタンまたは無線）；及び、
・線源及び検出器を搭載し、撮像ワークステーションを接続するための手段
を含む。
【００７９】
本発明の現在のところ企図される実施形態は、先に述べた種々のサブシステムの種々の組合せを備える。
【００８０】
エミッタは、複数の電子発生装置からなる。一実施形態において、エミッタは、複数のフィールド増強式エミッタ（ＦＥＥ）である。更なる実施形態において、エミッタは２Ｄアレイを備える。一実施形態において、アレイは、規則的に離間され、正方形グリッドを形成する。別の実施形態において、アレイは、三角形グリッド上にあり、六角形パックと呼ばれることがある。別の実施形態において、エミッタは、ランダムに離間する。間隔及び間隔のパターンは、当業者が認識することになるように、最終用途、撮像適用の幾何形状、所望の分解能等の因子によって決定される。エミッタは、一実施形態においてドープ済みシリコンを含む種々の伝導性材料から作製することができる。別の実施形態において、エミッタは、タングステンまたはタングステン合金で作られる。別の実施形態において、エミッタは、銅またはアルミニウム等の高伝導性金属から作られる。更なる実施形態において、エミッタは、窒化チタン、タングステン、ダイヤモンド、または他の頑健な材料等の伝導性膜でコーティングされる。
【００８１】
ターゲットは、ブレームシュトランク及び他の物理的プロセスを通して入射電子をＸ線に変換するように設計された複数の金属膜からなる。
【００８２】
ターゲットは、電気伝導性基材上で支持され、電気伝導性基材は、電気回路を完成させ、電子ビームによって堆積される熱エネルギーを消散させるのに役立つ。
【００８３】
ターゲットの厚さは、１μｍと１００μｍとの間であることができる。ターゲット厚の選択は、ターゲット材料の原子番号、その熱特性、及び電子ビームのエネルギーに依存する。タングステンの１０μｍの厚さは典型的な値であることになる。
【００８４】
一実施形態において、タングステンの小さな薄膜は、シリコンによって支持される。別の実施形態において、ターゲット膜はモリブデンで作られる。別の実施形態において、ターゲット膜はレニウムで作られる。別の実施形態において、ターゲット膜は金で作られる。別の実施形態において、ターゲットは他の重金属で作られる。更なる実施形態において、ターゲットは２つ以上の金属の合金で作られる。別の実施形態において、ターゲットは、ターゲット材料の２つ以上の層からなる。更なる実施形態において、２つ以上の別個のターゲット領域は、それらを選択するために使用される制御機構に非常に接近して配置される。別の実施形態において、シリコン基材は、アルミニウム等の軽量要素からなる別の伝導性材料によって置換えられる。別の実施形態において、基材は、伝導性コーティングを有する絶縁材料である。別の実施形態において、ターゲット材料は自己支持型である。
【００８５】
エミッタとターゲットとの間のスペーサは、適切な分離を維持し、陰極（エミッタ）を陽極（ターゲット）から絶縁するのに役立つ。スペーサの厚さは、使用される材料及び印加される電圧に依存する。例えば、より小さな電圧は短い距離を意味し、より高い電圧は長い距離を要求する場合がある。距離は変動する場合があるが、１ｍｍと３０ｍｍとの間に限定されない場合がある。一実施形態において、スペーサは５ｍｍ厚と１５ｍｍ厚との間である。別の実施形態において、スペーサは１５ｍｍと３０ｍｍとの間である。本発明の一実施形態において、スペーサはガラスで構成される。別の実施形態において、スペーサはホウケイ酸ガラスである。本発明の一実施形態において、スペーサはセラミックで作られる。
【００８６】
フィールド発生器は、エミッタ（陰極）とターゲット（陽極）との間に大きな電位差を生成するのに役立つ。フィールド発生器は、所望の電圧を生成する任意の手段であり得る。一実施形態において、フィールド発生器は、最大１２０ｋＶの電圧を生成できることになるが、最大１２０ｋＶに限定されない場合がある。本発明の一実施形態において、高電圧電源は、−２０ｋＶと−１２０ｋＶとの間の値を生成することが可能である。別の実施形態において、電源は正電圧を生成する。本発明の一実施形態において、システムは、液体（絶縁油）と固体（パテ、ポッティング）の組合せ体にパッケージされて、高電圧フィールド発生器について要求される絶縁を提供する。別の実施形態において、電源は電池に接続される。別の実施形態において、フィールド発生器は、複数の強誘電体結晶である。本発明の一実施形態において、フィールド発生器は、２つ以上の電圧で並列にまたは順次に動作することが可能である。本発明の一実施形態において、電源は、１つの固定電圧で動作する。本発明の更なる実施形態において、電源は、５０〜７０ｋＶの範囲内の固定電圧で動作する。
【００８７】
放出制御は、各エミッタ・ターゲット対からの電子またはＸ線放出の生成をアドレス指定または制御する多くの考えられる手段のうちの１つの手段を参照する。これらの制御機構が、１つのアプローチに限定されず、１つまたは複数の他の方法と組合せて使用されることができることが当業者によって認識されるであろう。基礎にある制御方法は、それぞれ、Ｘ線の生成または停止に影響を及ぼすために、エミッタからの電子ビームを、ターゲット上にまたはターゲットから離れるように個々に偏向させることである。要求される偏向量は、当業者が認識するように、本発明の幾つかの態様の関数であり、特に、動作電圧、スペーサ距離、エミッタピッチ、及びターゲット構成に依存する場合がある。本明細書で開示する発明において、０．１〜１．０ｃｍの偏向範囲は、特に有用である場合があるが、他の範囲及び値が使用されることが理解される。
【００８８】
本発明の一実施形態において、エミッタからの（電子の）放出を制御する手段は、エミッタの上に配置された個々に選択的に電力供給されるソレノイドコイルであって、エミッタから出る電子ビームを、ターゲット材料から離れるように選択的にデフォーカスまたは偏向させる、したがって、Ｘ線光子の発生を防止するように構成される、ソレノイドコイルを備える。
【００８９】
更なる実施形態において、エミッタの上に配置された個々に選択的に電力供給されるソレノイドコイルは、エミッタアレイのパターンに本質的に同等のパターンで構成されるコイルのクラスタで構成される。一実施形態において、これらのクラスタは、ダイポール磁気フィールドを生成するように構成される、各エミッタの周りに配置された４つのコイルからなる。別の実施形態において、クラスタは、コイルの中央セットが、エミッタのビーム軌跡を偏向させるためのダイポールフィールドを生成し、周囲コイルが、中央コイルの迷走フィールドを相殺するために使用されるように構成される８つ以上のコイルからなり、これらのクラスタは、エミッタアレイのパターンに本質的に同等なパターンで構成される。
【００９０】
本発明の更なる実施形態において、ソレノイドコイルは、ソレノイドコイルが１ミリ秒未満以内で切換ることを可能にし、電子ビームを、公称経路から０．１ｍｍ〜１．２５ｍｍの距離に偏向させるように構成される。
【００９１】
本発明の更なる実施形態において、ヨークまたはヨークのセットが使用されて、コイルによって生成される磁気フィールドを整形し、それにより、電子軌跡に最適に影響を及ぼす。
【００９２】
本発明の一実施形態において、機械式シャッタが、Ｘ線の放出を制御するために使用される。更なる実施形態おいて、電気機械式手段が、シャッタを起動するために使用される。
【００９３】
当業者によって理解され得るように、Ｘ線発生器の分散アレイからのＸ線放出を選択的に制御する手段は、電子回路を含むことになる。本発明の一実施形態において、Ｘ線発生器の分散アレイからのＸ線放出を選択的に制御する手段は、ソレノイド電磁コイルの１つまたは複数を所定のシーケンスで選択的に起動するように構成される電子アドレス指定及びタイミング回路を備える。別の実施形態において、Ｘ線発生器の分散アレイからのＸ線放出を選択的に制御する手段は、患者の選択された関心領域だけが暴露されるようにＸ線フラックスをマスクするために、ソレノイドコイルの１つまたは複数を選択的に起動するように構成される電子アドレス指定及びタイミング回路を備える。
【００９４】
本発明の一実施形態において、ターゲット及びコントロールは、システムが、ノーマリーオンモードで動作するように配置される。別の実施形態において、ターゲット及びコントロールは、システムが、ノーマリーオフモードで動作するように配置される。
【００９５】
Ｘ線源内のろ過器は、出力スペクトルの調整を可能にし、また、通常、撮像にとって有益でなく、普通なら患者に不必要な線量を送出することになる低エネルギーＸ線を除去する。本発明の一実施形態において、ろ過器は、通常、数ミリメートル厚のアルミニウム板からなる。種々の材料及び構成が考慮され得る。当業者に理解されるように、ろ過器の選択は、しばしば、「アルミニウム等価（ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）」厚に関連する。
【００９６】
本発明の一実施形態において、発生したＸ線光子をろ過する手段は、厚さ１ｍｍ〜１０ｍｍのアルミニウムシートを備える。別の実施形態において、ろ過器は、厚さ１ｍｍ〜５ｍｍの銅シートからなるが、他の厚さが、有用であり、最終的に、システムの動作電圧及び特定の最終用途に依存する。他の実施形態は、アルミニウム及び炭素等の高原子番号材料と低原子番号材料を交互に積み重ねたものを使用する。
【００９７】
本発明の一実施形態において、ろ過器は除去可能である。更なる実施形態において、ろ過器は、制御電子部品キャブが、使用中の特定のろ過器を読取るように符号化される。
【００９８】
コリメータは、線源から放出されるＸ線の角度を狭くするのに役立つ。分散線源において、コリメータは、個々のコリメータのアレイであると理解されることになる。一実施形態において、コリメータは、特定の開口角度を有する複数のＸ線円錐が透過することを可能にするように設計された複数の穴を有する高密度材料の板からなる。更なる実施形態において、コリメータ板は、タングステン、鋼、または高いＸ線減衰係数を有する同様の材料の合金で構成される。本発明の一実施形態において、板は、十分に規定された開口角度を有するＸ線円錐の一部分を透過するのに役立つ複数のアルミニウムインサートを有するタングステンからなる。本発明の一実施形態において、コリメータは、２つの板からなり、それぞれの板は複数の穴を含み、２つの板は、一方の板を他の板の上に配置し、それにより、特定のＸ線円錐が、最初に下の板の穴を、次に、上の板の穴を通過する。本発明の一実施形態において、コリメータは、Ｘ線の開口角度を制御するのに役立つ複数のチューブからなる。
【００９９】
検出器は、Ｘ線を測定するのに役立つ。Ｘ線検出器は、通常、センサのアレイからなり、センサのアレイは、各ピクセルにおいてＸ線フラックスを直接的にまたは間接的に（シンチレータを介して）測定する。当業者によって認識されるように、幾つかの技術は、Ｘ線フラックスを捕捉し、Ｘ線フラックスをデジタル情報に変換する本質的に同じ機構を果たし得る。本発明の一実施形態において、検出器は、３０μｍと１５０μｍとの間の分解能（ピクセルサイズ）を有する。更なる実施形態において、検出器はＣＭＯＳセンサを使用する。
【０１００】
コンピュータワークステーションは、検出器からデータを取得し、データを処理し、画像を再構成し、画像をレンダリングするのに役立つ。当業者に知られているように、２つ以上のワークステーションが使用される可能性があり、特にしばしば、取得機能及び撮像機能は、２つのワークステーションに分離される。更に認識され得るように、先に述べた機能のそれぞれは、コンピュータのクラスタ、グリッド、またはクラウドを使用して、要求される処理を達成することができる。
【０１０１】
本発明は、好ましくは、デジタルＸ線検出器から取得されるＸ線画像を視覚化し、解析し、記憶する手段を含み、その手段は、コンピュータ、ワークステーション、またはラップトップ、あるいは他の汎用コンピューティングデバイスを含むことができる。他の実施形態において、デジタルＸ線検出器から取得されるＸ線画像を視覚化し、解析し、記憶する手段は、携帯電話またはタブレットデバイス等のモバイルデバイスを備える。
【０１０２】
幾つかの実施形態において、デジタルＸ線検出器から取得されるＸ線画像を視覚化し、解析し、記憶する手段は、取得されるＸ線画像の視覚化及び解析をスピードアップするように構成されるグラフィカル処理ユニット（ＧＰＵ：Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等のハードウェアアクセラレータを有する、コンピュータワークステーションまたは他の汎用コンピューティングデバイスを備える。別の実施形態において、デジタルＸ線検出器から取得されるＸ線画像を視覚化し、解析し、記憶する手段は、クラスタ、グリッド、またはクラウドコンピューティングリソース等の遠隔に位置するコンピューティングリソースを更に備える。他の実施形態において、デジタルＸ線検出器から取得されるＸ線画像を視覚化し、解析し、記憶する手段は、Ｘ線画像の遠隔観察のために構成されるテレメトリベース通信を更に備える。
【０１０３】
ソフトウェアは、ワークステーションに対して先に処方された機能を実施するために使用される。撮像システムは、幾つかの機能を必要とし、したがって、通常、幾つかの従来のソフトウェアコンポーネント及びライブラリを有することになる。しかし、ソフトウェアの画像再構成部分は、ハードウェア及び所望の最終結果に応じて、使用されるアプローチにおいて変動する。本発明の一実施形態において、ソフトウェアは、空間セグメント化トモシンセシスを使用して、一連の２Ｄ画像から３Ｄ画像を再構成する。別の実施形態において、再構成アプローチは、圧縮センシング法を使用する。本発明の更なる実施形態において、スパース性制約を条件として観測データ・計算データ距離を最小にする制約付き細分化技法―コンパクトでかつ接続される有利なソリューション―が使用される。
【０１０４】
整列及び搭載ハードウェアは、線源及び検出器が患者に対して位置決めされることを可能にする。
【０１０５】
本発明の１つの例示的な実施形態において、分散Ｘ線発生器のアレイを（デジタルＸ線検出器、及び、分散Ｘ線発生器のアレイとデジタルＸ線検出器との間に位置決めされた患者に対して）位置決めし整列させる手段は、Ｘ線発生器のアレイ用のヒンジ式機械支持体及びデジタルＸ線検出器用のヒンジ式支持体を備える。両方のヒンジ式支持体は支持フレームに取付けられ、支持フレームのベースは、ローラ及びヒンジ式でかつ後退可能な水平安定化器を備え、それにより、使用時に、Ｘ線発生器のアレイ及びデジタルＸ線検出器は、支持フレームに取付けられたヒンジによって整列位置に支持される。水平安定化器は、フレームワークに安定性を提供するためにオープン位置にあり、使用中でないとき、Ｘ線発生器のアレイ及びデジタルＸ線検出器は、フレームに対して折畳まれることができ、水平安定化器は、グラウンドから離れてヒンジで動き、システム全体は、フレームのベースに取付けられたローラを使用して、デバイスを転動することによって移動することができる。
【０１０６】
本発明の別の例示的な実施形態において、分散Ｘ線発生器のアレイと検出器を位置決めし整列させる手段は、固定機械式手段からなる。
【０１０７】
本発明の他の例示的な実施形態において、分散Ｘ線発生器のアレイと検出器を位置決めし整列させる手段は、患者の周りの線源と検出器の両方の回転及び旋回を可能にする、多関節機械アームのセットまたはＣアームを含むことができる。
【０１０８】
本発明の或る実施形態だけが、本明細書で詳細に述べられ示されたが、当業者は、本明細書で述べた機能を実施するための、及び／または、結果及び／または利点の１つまたは複数を得るための、種々の他の手段及び／または構造を容易に想定することになり、こうした変形または修正のそれぞれは、本発明の範囲内にあるとみなされる。より一般的に、本明細書で述べる全てのパラメータ、次元、材料、及び構成が、例示的であることを意味されること、及び、実際のパラメータ、次元、材料、及び構成が、本発明の教示がそれについて使用される１つまたは複数の特定の適用に依存することになることを当業者は容易に認識するであろう。当業者は、日常の実験そのものを使用して、本明細書で述べる本発明の特定の実施形態に対する多くの等価物を認識するであろう、または、確認できるであろう。したがって、上記実施形態が単に例として提示されること、及び、添付特許請求項及びその均等物の範囲内で、本発明を、具体的に述べられる及び／または特許請求される以外の方法で実施することができることが理解される。本発明は、本明細書で述べるそれぞれの個々の特徴、システム、材料、及び／または方法を対象とする。更に、２つ以上のこうした特徴、システム、物品、材料、及び／または方法の任意の組合せは、こうした特徴、システム、物品、材料、及び／または方法が互いに不適合でない場合、本発明の範囲内に含まれる。したがって、本発明の範囲は、上述した例示的な実施形態に限定されるのではなく、添付特許請求項、及び、本特許出願に全体としてまたは部分的に基づくいずれかの権利の失効前に本出願に付加することができる他の請求項（新しい請求項と修正請求項の両方）によってだけ制限されることを意図される。更に、こうした範囲は、特許請求項の逐語的言語によって制限されるものと解釈されるべきではなく、むしろ、任意の明白な修正あるいはその修正に対する構造的または機能的等価物（知られている、また、まだ知られていない）を含むことを意図される。
【０１０９】
本明細書で使用される全ての規定は、単に本開示のためのものである。これらの規定は、本開示に関連しても、関連しなくても、他の共同所有される特許及び／または特許出願に必ずしも帰属させるべきでない。規定は、本明細書で使用するとき、辞書的規定、参照により組込まれる文書における規定、及び／または、規定される用語の通常の意味をコントロールすると理解されるべきである。
【図１】
2019503789.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月19日(2018.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線撮像システムであって、
デジタルＸ線検出器と、
分散Ｘ線発生器のアレイであって、
非オーバラップ放射ビームを前記デジタルＸ線検出器上に投影するように構成される隣接しない第１のエミッタの第１の群、及び、
隣接しない第２のエミッタの第２の群であって、前記第２のエミッタのそれぞれは、前記第１のエミッタの少なくとも１つの第１のエミッタに隣接するように配置され、隣接しない第２のエミッタの第２の群は、非オーバラップ放射ビームを前記デジタルＸ線検出器上に投影するように構成される、隣接しない第２のエミッタの第２の群を備える、分散Ｘ線発生器のアレイと、
前記分散Ｘ線発生器のアレイからのＸ線放出を選択的に制御する手段と、
前記デジタルＸ線検出器から得られる複数のＸ線画像データの取得を制御する手段と、
前記取得済みデータを３次元表現になるように再構成する手段と、
前記デジタルＸ線検出器から取得される複数のＸ線画像を視覚化し、解析し、記憶する手段と、
分散Ｘ線発生器の前記アレイを、前記デジタルＸ線検出器、及び分散Ｘ線発生器の前記アレイと前記デジタルＸ線検出器との間に位置決めされた患者に対して位置決めし位置合せするための手段とを備える、Ｘ線撮像システム。
【請求項２】
分散Ｘ線発生器の前記アレイは、
複数の電子エミッタと、
複数のターゲットと、
前記複数の電子エミッタと前記複数のターゲットとの間で電位差を生成する手段と、
前記エミッタから前記ターゲットを離間させる手段と、
各エミッタ・ターゲット対からのＸ線の放出を制御する手段と、
発生する前記Ｘ線光子をろ過する手段とを備える、請求項１に記載のＸ線撮像システム。
【請求項３】
分散Ｘ線発生器の前記アレイは分散Ｘ線発生器の固定アレイを備える、請求項１に記載のＸ線撮像システム。
【請求項４】
分散Ｘ線発生器の前記アレイは分散Ｘ線発生器の平面アレイを備える、請求項１に記載のＸ線撮像システム。
【国際調査報告】
2019503789.tif 000004
2019503789.tif 000005