(57)【要約】  Ｘ線を生成する構造物は、カーボンナノチューブなどの電界放出材料で構成される基板と、各々を電気的にアドレス指定が可能な固定された複数の電界放出電子源（４０２）を有する。電界放出電子源を所定の周波数で電気的に切り換えることにより、プログラマブルな順番でターゲット上の入射点に向かって電子が電界放出される。生成されたＸ線は、周波数及び位置において電界放出電子源に対応する。広域ターゲット（４０４）及びエミッタのアレイ又はマトリクス（４０２）は、被検体（４１６）又は構造体（４００）を移動することなく、様々な位置及び／又は角度から被検体（４１６）を撮像し、３次元画像を生成することができる。Ｘ線システムは、工業検査／品質管理を含む種々の応用に適している。この応用には、分析機器、空港セキュリティ検査システムなどのセキュリティシステム、及びコンピュータ断層撮影などの医療用撮像が含まれる。
2005516343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を生成する構造物であって、
各々が第１の側に配設され、各々を電気的にアドレス指定可能な固定された電界放出電子源である複数の陰極を有する固定された陰極構造体と、
前記陰極構造体の前記第１の側に対して垂直でないように向けられた、ターゲットを形成する偏向面を有する固定されたターゲット構造体と、
撮像領域内に配される被検体位置決め装置と、
前記ターゲットからのＸ線を受けて検出するように位置する検出器と、を備え、
各陰極は、
電界放出材料を有する基板と、
前記基板から絶縁された状態で前記基板に平行に位置するゲート電極と、
を備える、Ｘ線を生成する構造物。
【請求項２】
前記電界放出材料は、単壁カーボンナノチューブ、二重壁カーボンナノチューブ、多重壁カーボンナノチューブ、少なくとも１つの非炭素元素から構成されるナノチューブ、又は、少なくとも、金属、酸化金属、珪素、炭化珪素、酸化珪素、窒化炭素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、カルコゲニドのうちの１つから構成されるナノロッド／ナノワイヤ、を含むグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項３】
前記複数の陰極の各々は、前記基板が収容される前記陰極構造体中の窪みであり、前記ゲート電極は、前記基板からほぼ等距離に前記基板の表面を覆うように配設されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項４】
前記複数の陰極の各々は、前記陰極構造体の前記第１の面上に所定の間隔で配置されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項５】
前記所定の間隔は約１０°乃至１２０°であることを特徴とする請求項４に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項６】
前記ターゲットは、ターゲット材料のエリアアレイ又は複数の個々のターゲット材料であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項７】
内壁及び外壁を有するほぼ中空の円柱の形態をとり、前記撮像領域内に被検体を位置させるように構成される真空チャンバを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項８】
前記内壁に配設される複数のコリメータを更に備えることを特徴とする請求項７に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項９】
前記ターゲットは、個々のターゲット材料のエリアアレイ又はターゲット材料のラインアレイであることを特徴とする請求項１に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項１０】
前記検出器は、固定的に位置する電荷結合素子であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項１１】
Ｘ線画像を生成するＸ線画像生成方法であって、
撮像領域内で被検体を位置決めする位置決めステップと、
それぞれ個別にアドレス指定が可能であり、プログラマブルな順番で電気的に切り換えられる電界放出電子源である複数の陰極を有する固定された陰極構造体に対し、所定の周波数で複数の陰極の各々を切り換えて固定されたターゲット構造体上の入射点に向けて電子を電界放出させる電界放出ステップと、
前記所定の周波数で前記固定されたターゲット構造体のターゲットからＸ線を放射させるＸ線放射ステップと、
前記被検体を撮像する撮像ステップと、
前記放出されたＸ線を検出するＸ線検出ステップと、を有し、
前記Ｘ線が放射される前記固定されたターゲット構造体上の位置は、前記電子が電界放出される前記陰極構造体上の位置に空間的かつ時間的に対応し、
前記被検体に対する前記放射されるＸ線の円周位置または仰角が識別されて３次元画像が生成される
ことを特徴とするＸ線画像生成方法。
【請求項１２】
前記電界放出材料は、単壁カーボンナノチューブ、二重壁カーボンナノチューブ、多重壁カーボンナノチューブ、少なくとも１つの非炭素元素から構成されるナノチューブ、又は、少なくとも、金属、酸化金属、珪素、炭化珪素、酸化珪素、窒化炭素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、カルコゲニドのうちの１つから構成されるナノロッド／ナノワイヤ、を含むグループから選択されることを特徴とする請求項１１に記載のＸ線画像生成方法。
【請求項１３】
前記所定の周波数は、０．１Ｈｚ乃至１００ｋＨｚの範囲内にあることを特徴とする請求項１１に記載のＸ線画像生成方法。
【請求項１４】
前記所定の周波数は、生理学的器官の動的画像を得るのに十分な速さであることを特徴とする請求項１１に記載のＸ線画像生成方法。
【請求項１５】
前記電子は、非発散性であると共に電界放出材料からゲート電極に向けて加速され、入射点において前記ターゲットに衝突することを特徴とする請求項１１に記載のＸ線画像生成方法。
【請求項１６】
前記Ｘ線放射ステップは、前記Ｘ線検出ステップで使用される検出手段の１または２以上のピクセルに対応するＸ線ペンシルビームを放射することを特徴とする請求項１１に記載のＸ線画像生成方法。
【請求項１７】
前記Ｘ線ペンシルビームは、１０個以下のピクセルに対応することを特徴とする請求項１６に記載のＸ線画像生成方法。
【請求項１８】
前記Ｘ線放射ステップは、前記Ｘ線検出ステップで使用される検出手段の１または２以上のラインのピクセルに対応するＸ線ファンビームを放射することを特徴とする請求項１１に記載のＸ線画像生成方法。
【請求項１９】
前記Ｘ線ファンビームは、１０ライン以下のピクセルに対応することを特徴とする請求項１８に記載のＸ線画像生成方法。
【請求項２０】
前記Ｘ線放射ステップは、前記Ｘ線検出ステップで使用される検出手段の１２８×１２８ピクセル以下の領域に対応するＸ線コーンビームを放射することを特徴とする請求項１１に記載のＸ線画像生成方法。
【請求項２１】
前記Ｘ線コーンビームは、６４×６４ピクセル以下の領域に対応することを特徴とする請求項２０に記載のＸ線画像生成方法。
【請求項２２】
前記Ｘ線検出ステップで使用される検出手段は、前記放出されたＸ線を検出するように固定的に位置する電荷結合素子であることを特徴とする請求項１１に記載のＸ線画像生成方法。
【請求項２３】
前記Ｘ線検出ステップで検出されたＸ線により得られる画像をコンピュータ記憶装置に転送し、次の画像のために検出手段をリフレッシュするステップを更に有することを特徴とする請求項１１記載のＸ線画像生成方法。
【請求項２４】
Ｘ線を生成する構造物であって、
各々を電気的にアドレス指定可能な複数の電子源である複数の陰極と、
前記複数の陰極に対向配置された少なくとも１つのターゲットと、
前記複数の陰極及び前記少なくとも１つのターゲットを収容する真空チャンバと、
を備える、Ｘ線を生成する構造物。
【請求項２５】
前記電子源は、電界放出電子源であることを特徴とする請求項２４に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項２６】
各電界放出電子源は、電界放出材料と、基板に平行にかつ前記基板と絶縁されるように位置決めされたゲート電極とを具備する三極管型であり、
前記ゲート電極と前記電界放出材料との間の電界が閾値を超える場合、複数の電子が前記陰極から電界放出され、
前記複数の電界放出電子が前記ゲート電極を通過すると共に更に加速され、前記ゲート電極と前記少なくとも１つのターゲットとの間に印加される電界により前記少なくとも１つのターゲットに衝突し、
衝突の際に、前記少なくとも１つのターゲットの材料に対応する特有の波長を有する少なくとも１本のＸ線と連続的な波長を有する少なくとも１本のＸ線とが入射点において生成される
ことを特徴とする請求項２５に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項２７】
前記電界放出材料は、単壁カーボンナノチューブ、二重壁カーボンナノチューブ、多重壁カーボンナノチューブ、少なくとも１つの非炭素元素から構成されるナノチューブ、又は、少なくとも、金属、酸化金属、珪素、炭化珪素、酸化珪素、窒化炭素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、カルコゲニドのうちの１つから構成されるナノロッド／ナノワイヤ、を含むグループから選択されることを特徴とする請求項２５に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項２８】
前記電界放出材料は、フィルムとして前記基板上に塗布されているか、前記基板のマトリクスに埋め込まれているか、自立型の基板構造であるか、のいずれかであり、前記ゲート電極は、前記基板からほぼ等距離に前記基板の表面を覆うように配設されることを特徴とする請求項２５に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項２９】
複数の電子により生成される少なくとも１本のＸ線ビームを前記複数の陰極のうちの対応する１つから通過させることが可能なように各々が位置決めされた複数のＸ線コリメータを有する真空チャンバを更に備え、
前記複数の陰極及び前記少なくとも１つのターゲットは、操作上１０−３Ｔｏｒｒ未満の圧力に維持されることを特徴とする請求項２４に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項３０】
前記複数の陰極と前記少なくとも１つのターゲットとは、相対向する平面上にあり、前記ターゲットは、電子を放出する前記複数の陰極の表面に向けられる偏向面を有することを特徴とする請求項２４に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項３１】
前記偏向面は、前記複数の陰極の前記表面に平行でないように向けられていることを特徴とする請求項３０に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項３２】
前記複数の陰極の各々は、前記対向する平面のうちの１つに所定の間隔で配置されることを特徴とする請求項３０に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項３３】
前記複数の陰極は、第１のリング上に設けられ、
前記少なくとも１つのターゲットは、第２のリング上に設けられ、
前記第１及び第２のリングは同心円であり、
前記少なくとも１つのターゲットは、電子を放出する前記複数の陰極の表面に向けられる偏向面を有する
ことを特徴とする請求項２４に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項３４】
前記偏向面は、前記複数の陰極の前記表面に平行でないように向けられていることを特徴とする請求項３３に記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項３５】
前記複数の陰極の各々は、前記第１リングまたは前記第２のリングに所定の間隔で配置されることを特徴とする請求項３３記載のＸ線を生成する構造物。
【請求項３６】
Ｘ線画像を記録するＸ線画像記録装置であって、
第１の平面の一面に設けられ、各々を電気的にアドレス指定可能な固定された複数の電子源である複数の陰極と、偏向面が前記第１の平面の前記一面に対向する第２の平面に設けられる少なくとも１つのターゲットと、前記複数の陰極及び前記少なくとも１つのターゲットを収容する真空チャンバとを具備するＸ線源と、
前記Ｘ線源に対向して設けられ、前記Ｘ線源にほぼ平行かつ等距離に位置する、Ｘ線検出器又はＸ線感知フィルムのアレイ又はマトリクスと、
前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器もしくは前記Ｘ線感知フィルムとの間に配置される被検体位置決め装置と、
を備えることを特徴とするＸ線画像記録装置。
【請求項３７】
前記偏向面は、電子を放出する前記複数の陰極の前記一面にほぼ平行に向けられることを特徴とする請求項３６に記載のＸ線画像記録装置。
【請求項３８】
前記複数の電子源の各々は、前記複数の陰極の前記一面に所定の間隔で配置されることを特徴とする請求項３６に記載のＸ線画像記録装置。
【請求項３９】
前記Ｘ線源は、前記真空チャンバの壁に設けられる複数のＸ線通過窓と、前記複数のＸ線透過窓の各々に少なくとも１つ設けられる複数の平行なコリメータとを更に備えることを特徴とする請求項３６に記載のＸ線画像記録装置。
【請求項４０】
前記被検体位置決め装置は、前記Ｘ線源に対して移動可能であることを特徴とする請求項３６に記載のＸ線画像記録装置。
【請求項４１】
前記検出器は、固定的に位置した電荷結合素子であることを特徴とする請求項３６に記載のＸ線画像記録装置。
【請求項４２】
Ｘ線画像を取得するためのＸ線画像取得方法であって、
第１の平面の一面に設けられ、各々を電気的にアドレス指定可能な固定された複数の電子源である複数の陰極と、偏向面が前記第１の平面の前記一面に対向する第２の平面に設けられる少なくとも１つのターゲットと、前記複数の陰極及び前記少なくとも１つのターゲットを収容する真空チャンバとを具備するＸ線源と、前記Ｘ線源に対向して設けられ、前記Ｘ線源にほぼ平行かつ等距離に位置する、Ｘ線検出器又はＸ線感知フィルムのアレイ又はマトリクスと、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器もしくは前記Ｘ線感知フィルムとの間に配置される被検体位置決め装置とを備えるＸ線画像記録装置における、前記被検体位置決め装置により被検体の位置決めを行う位置決めステップと、
前記複数の陰極のうちの少なくとも１つに電力を印加して予め設定された露光時間にわたってＸ線を生成するＸ線生成ステップと、
生成された前記Ｘ線を前記被検体に照射するＸ線照射ステップと、
前記Ｘ線検出器又は前記Ｘ線感知フィルムにより前記被検体のＸ線画像を取得する取得ステップと、
を有する、Ｘ線画像取得方法。
【請求項４３】
前記電力は、前記複数の陰極の全てに同時に印加されることを特徴とする請求項４２に記載のＸ線画像取得方法。
【請求項４４】
前記電力は、前記複数の陰極の部分集合に予め設定された又は可変に設定された周波数で、逐次的に印加される請求項４２記載のＸ線画像取得方法。
【請求項４５】
前記Ｘ線画像を取得するために、前記予め設定された又は可変に設定された周波数に対応する周波数で前記Ｘ線検出器又は前記Ｘ線感知フィルムを移動又は動作させるステップを更に有することを特徴とする請求項４４に記載のＸ線画像取得方法。
【請求項４６】
前記Ｘ線検出器は、放出されたＸ線を検出するように固定的に位置する電荷結合素子であることを特徴とする請求項４２に記載のＸ線画像取得方法。
【請求項４７】
前記取得ステップで得られた画像をコンピュータ記憶装置に転送し、次の画像のために検出手段をリフレッシュするステップを更に有することを特徴とする請求項４２に記載のＸ線画像取得方法。
【請求項４８】
Ｘ線画像を記録するＸ線画像記録装置であって、
第１のリングの表面上に設けられ、各々を電気的にアドレス指定可能な固定された複数の電子源である複数の陰極と、偏向面が前記第１のリングの前記表面に対向する第２のリング上に設けられる少なくとも１つのターゲットと、前記複数の陰極及び前記少なくとも１つのターゲットを収容する真空チャンバとを具備するＸ線源と、
前記Ｘ線源に対向する表面上に設けられ、前記Ｘ線源とほぼ同心かつ前記Ｘ線源から等距離に位置する、Ｘ線検出器又はＸ線感知フィルムのアレイ又はマトリクスと、
前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器もしくは前記Ｘ線感知フィルムとの間に設けられる被検体位置決め装置と、
を備えることを特徴とするＸ線画像記録装置。
【請求項４９】
前記第１及び第２のリングは同心円であることを特徴とする請求項４８記載のＸ線画像記録装置。
【請求項５０】
前記複数の電子源の各々は、前記第１のリングの前記表面上に、所定の間隔で配置されることを特徴とする請求項４８に記載のＸ線画像記録装置。
【請求項５１】
前記Ｘ線源は、前記真空チャンバの壁に設けられる複数のＸ線通過窓と、前記複数のＸ線透過窓の各々に少なくとも１つ設けられる複数の平行なコリメータとを更に備えることを特徴とする請求項４８に記載のＸ線画像記録装置。
【請求項５２】
前記被検体位置決め装置は、前記Ｘ線源に対して移動可能であることを特徴とする請求項４８に記載のＸ線画像記録装置。
【請求項５３】
前記Ｘ線検出器は、固定的に位置する電荷結合素子であることを特徴とする請求項４８に記載のＸ線画像記録装置。
【請求項５４】
Ｘ線画像を取得するＸ線画像取得方法であって、
第１のリングの表面上に設けられ、各々を電気的にアドレス指定可能な固定された複数の電子源である複数の陰極と、偏向面が前記第１のリングの前記表面に対向する第２のリング上に設けられる少なくとも１つのターゲットと、前記複数の陰極及び前記少なくとも１つのターゲットを収容する真空チャンバとを具備するＸ線源と、前記Ｘ線源に対向する表面上に設けられ、前記Ｘ線源とほぼ同心かつ前記Ｘ線源から等距離に位置する、Ｘ線検出器もしくはＸ線感知フィルムのアレイもしくはマトリクスと、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器もしくは前記Ｘ線感知フィルムとの間に配置される被検体位置決め装置とを備えるＸ線画像記録装置における、前記被検体位置決め装置により被検体の位置決めを行う位置決めステップと、
前記複数の陰極の全てに電力を印加して予め設定された露光時間にわたってＸ線を生成するＸ線生成ステップと、
生成された前記Ｘ線を前記被検体に照射するＸ線照射ステップと、
前記Ｘ線検出器又は前記Ｘ線感知フィルムにより前記被検体のＸ線画像を取得する取得ステップと、
を有することを特徴とするＸ線画像取得方法。
【請求項５５】
前記電力は、前記複数の陰極の全てに同時に印加されることを特徴とする請求項５４に記載のＸ線画像取得方法。
【請求項５６】
前記電力は、前記複数の陰極の部分集合に、予め設定された又は可変に設定された周波数で、逐次的に印加されることを特徴とする請求項５４に記載のＸ線画像取得方法。
【請求項５７】
前記Ｘ線画像を取得するために、前記予め設定された又は可変に設定された周波数に対応する周波数で前記Ｘ線検出器又は前記Ｘ線感知フィルムを移動又は動作させるステップを更に有することを特徴とする請求項５６に記載のＸ線画像取得方法。
【請求項５８】
前記Ｘ線検出器は、前記Ｘ線を検出するように固定的に位置する電荷結合素子であることを特徴とする請求項５４に記載のＸ線画像取得方法。
【請求項５９】
前記取得ステップで得られた画像をコンピュータ記憶装置に転送し、次の画像のために検出手段をリフレッシュするステップを更に有することを特徴とする請求項５４に記載のＸ線画像取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（米国連邦の後援による研究開発に関する宣言）
本発明の少なくともいくつかの側面は、契約番号N00014-98-1-0597の下に米国政府の支援を受けて達成された。米国政府は本発明について一定の権利を有する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、Ｘ線を生成しその放射を制御する方法及び装置に関する。例えば、本発明は、エミッタのアレイ又はマトリクスからの電子放出を行う方法及び装置に関する。放出された電子は、広域ターゲット上の様々な位置に直接衝突し、様々な起点からの複数のＸ線ビームを生成する。これにより、動的画像（dynamic imaging）を含む撮像性能の向上をもたらす。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
以下の本発明の背景の説明の中では、特定の構造及び方法に言及する。ただし、その言及は、必ずしもそれらの構造及び方法が、適用される法の規定の下における従来技術であると認めたものと解釈すべきではない。出願人等は、参照された主題のうちのいずれも本発明に対して従来技術を構成しないことを明示する権利を留保する。
【０００４】
「ナノ構造（nano-structured, nanostructure）」材料という用語は、当業者がナノチューブ（例えば、カーボンナノチューブ）などの粒度又は１００ｎｍ未満のナノ粒子を含む材料を示すのに使用される。この種の材料は一定の特性を示すことが明らかになっており、種々の応用への関心が高まっている。
【０００５】
現在のＸ線管は、単一の（又は二重の）焦点（電子がターゲットに衝撃を与え、Ｘ線が放出される点）を有するターゲットと単一又は二重の陰極とを具備する。電子は、一般的に、熱電子的に陰極から放出され、集束されてターゲット上の狭い領域に衝突する。広域にわたる造影又は診断のためには、被検体又はＸ線管（あるいはその両方）をその領域全体に移動させなければならない。
【０００６】
Ｘ線のこのような使用法の一例として、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）がある。図１ａ〜図１ｄはＣＴスキャナ１００の全体構成を示している。ＣＴスキャナ１００において、Ｘ線源１０２（通常はＸ線管）は、被検体１０４の周りを回転する（矢印により示される方向）。データは、Ｘ線源１０２と同等に移動する単一の検出器１０６（図１ａ参照）、Ｘ線源１０２と同等に移動する複数の検出器１０６（図１ｂ及び図１ｃ参照）、及び固定された複数の検出器１０６（図１ｄ参照）、のいずれかにより収集されうる。現在のＣＴの設計では、スキャナは、通常、複雑な機械システムを有する大型の構成である。スキャナは、Ｘ線管の回転速度及び装置の重量により制限を受ける可能性がある。この制限は、鼓動している心臓などの動いている部位の取得される画像の明瞭さに悪影響を及ぼす恐れがある。
【０００７】
動的３次元（３Ｄ）画像は、いわゆる「第５世代ＣＴスキャナ」により収集することができる。第５世代ＣＴスキャナ２００の一例を、図２に示す。電子ビーム２０２が、真空系２０６内に固定された電子銃２０４により生成される。電子ビーム２０２は、印加された磁界が電子ビーム２０２を幾つかの固定金属ターゲットリング２１２のうちのいずれか１つの全体に位置決めし、そこからＸ線が放出されるように、フォーカスコイル２０８により集束され、偏向コイル２１０により走査される。放出されたＸ線２１４は、被検体２１６に向かって突出し、固定された検出器２１８により検出され、データ収集システム２２０により処理される。このようなシステムは動的３Ｄ画像を生成することができるものの、スキャナ２００が大規模となり製造コストは高くつく。
【０００８】
現在のＣＴスキャナに設計上の制約があることに加え、現在のＸ線源は電子源として加熱した金属フィラメントを使用する。熱電子放出メカニズムにより、通常、１０００〜１５００℃のオーダの非常に高い動作温度が必要になる。この高い動作温度により、フィラメントの短命化、応答時間（すなわち、放出前にフィラメントを予熱する時間）の遅れ、高エネルギー消費、装置の大型化などの問題が生じる。
【０００９】
熱電子放出メカニズムの基本物理により、電子はあらゆる方向に放出される。Ｘ線管の応用では、ターゲットで電子の焦点を合わせるために追加の電界を印加することができるが、複雑化と費用の増加を伴う。また、このように電子ビームを集束する従来技術は、集束スポットの均一性及びサイズに対する制約などの欠点を有する。
【００１０】
カーボンナノチューブ材料は、優れた電子電界放出材料であることが明らかになっている。カーボンナノチューブ材料は、特に、その他の従来の電子放出材料と比較すると、高い放出電子電流密度性能のみならず、低い電子放出閾値の印加された電界の値を有することが明らかである。
【００１１】
米国特許第 号（出願第０９／２９６，５７２号、名称「Device Comprising Carbon Nanotube Field Emitter Structure and Process for Forming Device」）は、カーボンナノチューブ系電子エミッタ構造を開示している。この引用により、その開示内容は本明細書に組み込まれる。
【００１２】
米国特許第 号（出願第０９／３５１，５３７号、名称「Device Comprising Thin Film Carbon Nanotube Electron Field Emitter Structure」）は、高い放出電流密度を有するカーボンナノチューブ電界エミッタ構造を開示している。この引用により、その開示内容は本明細書に組み込まれる。
【００１３】
米国特許第６，２７７，３１８号、名称「Method for Fabrication of Patterned Carbon Nanotube Films」は、粘着性のパターンカーボンナノチューブフィルムを基板上に作製する方法を開示している。この引用により、その開示内容は本明細書に組み込まれる。
【００１４】
米国特許第 号（出願第０９／６７９，３０３号、名称「X-Ray Generating Mechanism Using Electron Field Emission Cathode」）は、ナノ構造含有材料を組み込むＸ線生成装置を開示している。この引用により、その開示内容は本明細書に組み込まれる。
【００１５】
以上のとおり、コンピュータ断層撮影などの撮像環境での応用においては、Ｘ線を照射する方法及び装置に関する上述の欠点に対処することが求められている。更に、静的、動的双方の像を撮影する方法が求められている。
【００１６】
本発明のその他の目的及び利点は、添付の図面及び以下の本発明の好ましい実施例の詳細な説明から明らかになるであろう。なお、図面中、同じ参照符号は同じ要素を示すものとする。
【発明の開示】
【００１７】
（発明の概要）
線を生成する構造は、ターゲットとこれに対向する表面とを有する戸共に、各々を電気的にアドレス指定可能な固定された電子源である複数の陰極を有する。このＸ線を生成する構造物は、Ｘ線画像を記録する装置におけるＸ線源とすることができる。電子源は電界放出電子源であるのが好ましく、電界放出材料を備える基板とこの基板に平行にかつこの基板とは絶縁されるように位置されたゲート電極とを有する三極管型とすることができる。電界放出材料は、放出のための低い閾値電界を有し、高い放出電流において安定する材料であることが好ましい。例えば、電界放出材料は、単壁カーボンナノチューブ、二重壁カーボンナノチューブ、又は多重壁カーボンナノチューブなどのカーボンナノチューブ、あるいは、少なくとも、金属、酸化金属、珪素、酸化珪素、炭化物、ホウ化物、窒化物、カルコゲニドのうちの１つから構成されるナノロッドもしくはナノワイヤとすることができる。また、珪素、ゲルマニウム、アルミニウム、酸化珪素、酸化ゲルマニウム、炭化珪素、ホウ素、窒化ホウ素、及び炭化ホウ素から形成されたナノ構造含有材料を電界放出材料とすることもできる。陰極及びターゲットは、Ｘ線を通過させる複数の窓を有する真空チャンバに収容される。
【００１８】
固定された陰極から放出される電子は、ターゲットと陰極との間で印加される電圧により加速され、ターゲットの様々な点に衝突する。電子が衝突するターゲット領域又は複数のターゲットのうちの特定のターゲットは、陰極及びターゲットの幾何学的配列の適切な設計により、あるいは、追加の集束電界又は他の適切な技術を適用することによって制御又は選択することができる。電子が衝突すると、ターゲット材料の衝突表面からＸ線が放出される。Ｘ線照射の方向及び発散は、窓及びコリメータのチャンバに対する位置により制御することができる。
【００１９】
Ｘ線照射の強度は、ターゲットと陰極との間で印加される電圧と放出される電子電流によって決まる。放出材料から放出される電子電流は、ゲート電極と電界放出材料との間の電界（三極構成）又はターゲットと電界放出材料との間の電界（二極構成）により制御される。電界放出電子は、本質的に非発散性であり、ゲート電極及び陽極に向かって進む。３００Ｋで放出を発生させることができ、印加される電界を制御することによって迅速にオンオフを切り換えることができる。
【００２０】
一実施例において、Ｘ線画像を生成する方法は、撮像領域内で被検体を位置決めし、固定された陰極構造体上で所定の周波数で複数の陰極の各々を切り換えて電子を電界放出し、所定の周波数で、固定されたターゲット構造体のターゲットからＸ線を放出し、被検体を撮像し、放出されたＸ線を検出する。電界放出電子源を具備する複数の陰極の各々は、個別にアドレス指定可能であると共にプログラマブルな順番で電気的に切り換えられて固定されたターゲット構造体上の入射点に向けて電子を電界放出する。
【００２１】
別の実施例では、Ｘ線画像を取得する方法は、Ｘ線源に対し被検体を配置し、複数の陰極のうちの少なくとも１つに電力を印加して予め設定された又は可変に設定された露光時間にわたってＸ線を生成して、被検体にＸ線を照射し、Ｘ線検出器又はＸ線感知フィルムのいずれかにより被検体に対応するＸ線画像を取得する。
【００２２】
一側面において、Ｘ線検出器又はＸ線感知フィルムは、陰極に印加される予め設定された又は可変に設定された周波数に対応する周波数で移動し、画像を取得及び／又はＸ線を検出する。あるいは、Ｘ線検出器又はＸ線感知フィルムは固定されており、Ｘ線検出器又はＸ線感知フィルムの個々又はグループ、あるいは、Ｘ線検出器又はＸ線感知フィルムの個々又はグループの各部分が、陰極に印加される予め設定された又は可変に設定された周波数に対応する周波数で作動させられ（例えば、検出及び／又は取得できるようになる）、画像を取得及び／又はＸ線を検出する。
【００２３】
さらに別の側面において、Ｘ線が放出される固定ターゲット構造体上の位置は、電子が放出される陰極構造体上の位置に空間的かつ時間的に対応し、放出されたＸ線の周囲位置及び仰角のうちの少なくとも一方は、被検体に対して十分に識別され、３次元画像が生成される。
【００２４】
別の側面では、複数の陰極の全てに同時に電力が印加される。あるいは、複数の陰極の部分集合に、予め設定された又は可変に設定された周波数で、逐次的に電力が印加される。後者の場合、Ｘ線検出器又はＸ線感知フィルムは、予め設定された又は可変に設定された周波数に対応する周波数で移動され又は作動させられて、Ｘ線画像が取得される。周波数は、生理学的器官を動的に撮像するのに十分な速さとすることができる。
【００２５】
Ｘ線システムは、広域ターゲット及びエミッタのアレイ又はマトリクスを備えることが可能である。ターゲット上の様々な入射点に向かって電子が放出され、様々な起点からの複数のＸ線ビームが生成される。結果として、被検体又はＸ線管を移動することなく、様々な領域及び／又は角度から大型の被検体の画像をとることができる。Ｘ線システムは、工業検査／品質管理、分析機器、空港セキュリティ検査システムなどのセキュリティシステム、及びコンピュータ断層撮影などの医療用撮像を含む種々の応用に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
Ｘ線を生成する構造物は、各々を電気的にアドレス指定可能な固定された複数の電子源である複数の陰極、陰極に対向して配置される少なくとも１つのターゲット、及び複数の陰極及び少なくとも１つのターゲットを収容する真空チャンバを具備する。電子源は、電界放出電子源でもよいし、あるいは、三極管型もしくは二極管型構造であってもよい。
【００２７】
図３は、Ｘ線を生成する構造物３００の実施例を示す図である。陰極構造体３０２及びターゲット構造体３０４は、チャンバ３０６内に配設される。このチャンバ３０６は、外壁３０８及び内壁３１０を有するほぼ中空の円柱の形態をとる。陰極構造体３０２及び陽極構造体３０４は、チャンバ３０６内の外壁３０８と内壁３１０との間に配置される。チャンバ３０６は、有効にチャンバ３０６に接続された適切な真空系によって、操作上少なくとも１Ｔｏｒｒの真空に維持される。周知のように、貫通接続（不図示）は、チャンバ３０６内の各部品にサービスを提供することができる。
【００２８】
Ｘ線画像を記録する装置は、陰極構造体及びターゲット構造体を有するＸ線源、被検体位置決め装置、及び検出器を具備する。一側面において、Ｘ線源は、本明細書に開示するようなＸ線を生成する構造物とすることができる。
【００２９】
図４は、Ｘ線画像を記録する装置の横断面の例を示す図である。Ｘ線画像を記録する装置４００は、陰極構造体４０２、ターゲット構造体４０４、被検体位置決め装置４０６、及び検出器４０８を有する。陰極構造体４０２は、単一の陰極又は複数の陰極の形態をとることができる。図示の例では、陰極構造体４０２はチャンバ４１０の全体的な形状に対応するリングとして構成される。陰極構造体４０２と同様に、単一のターゲット又は複数のターゲットの形態をとることができる。図示の例では、ターゲット構造体４０４はチャンバ４１０の全体的な形状に対応するリングとして構成される。ターゲット構造体４０４は、陰極構造体４０２から放出される電子４１４の衝突の際に所望の波長のＸ線４１２を生成することができる。Ｘ線４１２は、被検体４１８を含む撮像領域４１６まで伝搬し、検出器４０８により検出される。検出器４０８は、Ｘ線源に対向して設けられる、Ｘ線検出器又はＸ線感知フィルムのアレイ又はマトリクスとすることができ、このアレイ又はマトリクスは、Ｘ線源にほぼ平行であると共にＸ線源（例えば、被検体まで伝搬するＸ線の起点位置）から等距離に位置する。一側面において、検出器４０８は、内壁４１８に隣接しかつチャンバ４１０の外側にある撮像領域４１６の周囲に配置することができる。別の側面においては、Ｘ線源及び検出器は対向する平行な平面上に配置することができる。Ｘ線画像を記録する装置４００は、工業検査／品質管理、分析機器、空港セキュリティ検査システムなどのセキュリティシステム、及びコンピュータ断層撮影などの医用造影を含む種々の応用に適している。
【００３０】
陰極構造体４０２は、ターゲット構造体４０４の表面４２０を向くいかなる幾何学形態であっても良い。例えば、陰極構造体４０２は、事実上、環状形、円環体、及び板のいずれとすることもできる。１つ以上の電界放出電子源を陰極構造体４０２に固定することができる。
【００３１】
陰極構造体が平面又は平面状である場合、複数の陰極及び少なくとも１つのターゲットは、それぞれ対向する平面上に配置することができ、ターゲットは、電子を放出する複数の陰極の表面に向けることができる偏向面を有する。一側面においては、偏向面は複数の陰極の表面に平行でないように向けられる。更に、複数の陰極の各々は、所定の空間間隔で対向する平面のうちの１つに個別に配置することができる。
【００３２】
陰極構造体がリング又はリング状である場合、複数の陰極を第１のリング上に配設することができ、少なくとも１つのターゲットを第２のリング上に配設することができる。第１のリング及び第２のリングは同心円であり、少なくとも１つのターゲットは電子を放出する複数の陰極の表面に向けることができる偏向面を有する。一側面においては、偏向面は複数の陰極の表面に平行でないように向けることができる。更に、複数の陰極の各々は、所定の空間間隔で第１又は第２のリングのうちの１つに個別に配置することができる。
【００３３】
図５は、広い接面５０６上に設けられた複数の離間された電界放出電子源５０４を有する実質的に円環５０２をなす陰極構造体５００の例を示している。各電界放出電子源５０４は、Ｘ線生成装置における陰極となる。電界放出電子源５０４は、それぞれを電気的にアドレス指定が可能であり、陰極構造体５００に固定される。図５の実施例では、電界放出電子源５０４は、陰極構造体５００に沿って間隔をおいて配置される。間隔αは、所望の撮像結果を得るための任意の適切な間隔とすることができる。固定の間隔及び不規則な間隔の双方が想定される。少なくとも１つの実施例では、連続する電界放出電子源５０４間の間隔は、約１０°である。
【００３４】
図５の実施例では、陰極構造体５００の基板に係る凹部５０８は、平面状の円形の電界放出材料５１０を収容することができる。電界放出材料５１０の平面５１２に平行にかつこれと絶縁されるようにゲート電極５１４が配設される。更に、ゲート電極５１４は、電界放出材料５１０からほぼ等距離に電界放出材料５１０の表面を覆うように配設することができる。電界放出材料及びゲート電極の構成は、例えば、三極型又は二極型構造とすることができる。閾値を超えると、電界放出材料５１０とゲート電極５１４との間のバイアス（例えば、電界）が、電界放出材料５１０の平面５１２にほぼ垂直に陰極から電子を抽出・加速する。従って、電界放出電子は非発散性である。ゲート電極と少なくとも１つのターゲットとの間に印加される電界により、複数の電界放出電子は、ゲート電極を通過し、所定の位置に向かって加速され、少なくとも１つのターゲットに衝突する。入射点に衝突すると、少なくとも１つのターゲットの材料に対応する特有の波長を有する少なくとも１本のＸ線と連続的な波長を有する少なくとも１本のＸ線とが生成される。
【００３５】
電界放出材料５１０は、高い放出電流密度を有する多数のナノ構造材料のうちの任意の１つから形成することができる。例えば、電界放出材料は、カーボンナノチューブ（単壁カーボンナノチューブ、二重壁カーボンナノチューブ、又は多重壁カーボンナノチューブなど）とすることができる。あるいは、電界放出材料は、少なくとも１つの非炭素元素から構成されるナノチューブとすることもできる。更に、電界放出材料は、金属、酸化金属、珪素、炭化珪素、酸化珪素、窒化炭素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、又はカルコゲニドのうちの少なくとも１つから成るナノロッド／ナノワイヤ、あるいは、ＳｉＣ又はＳｉＣナノワイヤなどのその他のナノワイヤとすることができる。加えて、珪素、ゲルマニウム、アルミニウム、酸化珪素、酸化ゲルマニウム、炭化珪素、ホウ素、窒化ホウ素、及び炭化ホウ素から形成されたナノ構造含有材料が考えられる。上述の材料のより具体的な詳細は、米国特許第６，３３４，９３９号、名称「Nanostructure-Based High Energy Material and Method」）に開示されている。この引用により、その開示内容は本明細書に組み込まれる。
【００３６】
電界放出材料は、任意の適切な技術により任意の適切な幾何学形態で利用することができる。適切な技術及び形態の例は、米国特許第６，２７７，３１８号、名称「Method for Fabrication of Patterned Carbon Nanotube Films」より得られる。この引用により、その開示内容は本明細書に組み込まれる。ここでは、粘着性のパターンカーボンナノチューブフィルムを基板上に作製する方法が開示される。更に、放出電子のビームを集束するように作用する１つ以上の尖鋭な先端又は襞などの種々の幾何学構成を有する電界放出陰極を形成することが知られている。例えば、米国特許第３，９２１，０２２号、第４，２５３，２２１号、及び第５，７７３，９２１号を参照されたい。これらの開示内容は全て、この引用により本明細書に組み込まれる。更なる適切な技術としては、電界放出材料をフィルムとして基板上に塗布すること、電界放出材料を基板のマトリクスに埋め込むこと、又は電界放出材料を自立型の基板構造として形成することがある。
【００３７】
更なる実施例において、陰極構造体は、電界放出材料で被覆され、電界放出電子源へと形作られた適切な構造基板材料とすることができる。本実施例では、陰極構造体は、電界放出材料の連続的なアレイ又はマトリクスとして形成することができ、各々を電気的にアドレス指定可能なようにすることができる。例えば、構造材料は、上方のリングの表面上で露出する離散的な表面領域を有する導体の堅く組み合わされたアレイ（ＩＤＡ）を有することができる。堅く組み合わされたアレイは、特定の用途のために、フォトリソグラフィ技術及びリフトオフプロセスを使用して作製することができる。また、ＩＤＡは、例えば、ABTECH Scientific, Inc., Richmond VAにより標準形式で市販されている。単壁ナノチューブ、二重壁ナノチューブ、又は多重壁ナノチューブなどの電界放出材料の層は、構造材料上に配設することができると共にＩＤＡの露出した電気リード線に対応する離散的な領域を覆うことができる。離散的な領域を個別に又はプログラムされた順番で電気的にアドレス指定することによって、電界放出材料を有利に鼓動させ、ターゲット上の特定の領域に向けることができる電界放出電子を生成することができる。絶縁層及びゲート電極は、物理蒸着技術又はその他の適切な技術により電界放出材料上に塗布することができる。また、ゲート電極は、絶縁層に隣接（当接又は距離をおいて分離）して配置することができるスクリーンなどの別の構造とすることもできる。
【００３８】
電界放出電子源又は陰極は、任意の適切な方法で形成しても良い。例えば、カーボンナノチューブフィルムは、カーボンナノチューブを基板上に堆積させることによって形成することができる。カーボンナノチューブは、任意の適切な手段により基板上に堆積させることができる。堆積技術の例としては、粘着性促進層の使用がある。粘着促進層の例は、米国特許第 号（出願第０９／８１７，１６４号）に開示されている。この引用により、その開示内容は本明細書に組み込まれる。
【００３９】
多数の単壁ナノチューブ作製技術が想定される。例えば、単壁ナノチューブは、レーザアブレーションプロセスを使用して作製することができる。この技術は、例えば、A. Thess等の文献（Science, 273, 483-487 (1996)）、C. Bower等の文献（Applied Physics, vol. A67, 47 (1998)）、X.P. Tang等の文献（Science, Vol. 288, 492 (2000)）に記載されている。これらの開示内容は全て、この引用により本明細書に組み込まれる。単壁カーボンナノチューブは、アーク放電（例えば、C. Journet等の文献（Nature, Vol. 388, 756 (1997)）参照）及び化学気相成長技術（例えば、A.M. Cassell等の文献（J. of Physical Chemistry B, 103, 6484 (1999)）参照）によっても作製することができる。
【００４０】
本発明による単壁ナノチューブを形成する特に好適な技術の１つとしては、米国特許第６，２８０，６９７号、名称「Nanotube-Based High Energy Material and Method」に記載されるような技術がある。この引用により、その開示内容は本明細書に組み込まれる。
【００４１】
この技術によると、グラファイトとニッケル及び／又はコバルトなどの適切な触媒とから成るターゲットが、水晶管内に配置される。ターゲットは、０．６原子パーセントのニッケル及び０．６原子パーセントのコバルトと混合されたグラファイト粉末とグラファイトセメントとから形成される。次に、ターゲットは、管内部で約１，１５０℃の温度にまで加熱される。管は真空ポンプにより排気され、アルゴンなどの不活性ガスの流れが適切な供給源により管の中へと導入される。管内部への不活性ガスの流れ並びに管内部における真空を制御・監視するために様々な制御装置がシステムに取り付けられても良い。不活性ガスの圧力は約８００ｔｏｒｒなどの適切なレベルに維持される。
【００４２】
上述の温度でターゲットをアブレートするために、パルスＮｄ：ＹＡＧレーザーなどのエネルギー源が使用される。ターゲットをアブレートするために、レーザーの第１及び／又は第２の調波ビーム、すなわち、それぞれ、１，０６４ｎｍ及び５３２ｎｍを使用するのが好ましい。
【００４３】
ターゲットがアブレートされるにつれて、不活性ガスの流れによりナノチューブ含有材料が下流側へ搬送され、管の内壁に堆積物が形成される。次に、それらの堆積物が除去され、ナノチューブ含有材料が回収される。回収時に、この材料を分析した結果、５０〜７０体積％のＳＷＮＴを含有しており、個々のチューブの直径は１．３〜１．６ｎｍ、束直径は１０〜４０ｎｍであることが判明した。束の向きは不規則であった。
【００４４】
次に、回収された材料は適切な浄化プロセスにより浄化される。好ましい実施例では、有機溶剤、好ましくはメタノールなどのアルコールのような適切な液状媒体の中にナノチューブ材料が配置される。ナノチューブは、高出力の超音波ホーンを使用して数時間にわたり液状媒体中に懸濁する状態に保持され、その間に懸濁液は微孔膜に通される。別の実施例においては、Tang等の文献（Science, Vol. 288, 492 (2000)）に記載されているように、カーボンナノチューブ含有材料は、まず、適切な溶剤、好ましくは２０％のＨ２Ｏ２の中で還流により浄化される。カーボンナノチューブ含有材料は、ＣＳ２、メタノールの中ですすがれた後に濾過される。
【００４５】
上述の処理工程に加えて、浄化済み材料は、更にボールミルなどの粉砕又は酸化により処理することができる。任意に行われる粉砕の工程は、言うまでもなく、より多くの破砕されたナノチューブを形成し、理論上は、陽極ターゲットに向かって電子を放出するための場所を形成することができるナノチューブの端部の数を少なくとも更に増加させるように作用する。強力な酸の中での酸化によりカーボンナノチューブを更に短縮することもできる。酸の濃度と反応時間によりナノチューブの長さを制御することができる。好ましい実施例では、浄化済み単壁カーボンナノチューブは、Ｈ２ＳＯ４とＨＮＯ３を３：１の体積比で含有する溶液の中で超音波破砕される。２４時間の超音波破砕の後、平均ナノチューブ長さは（浄化後の１０〜３０μから）０.５μまで減少する。短いナノチューブを使用すると、単位面積当たりの放出チップの数を増加させることができる。
【００４６】
電界放出陰極を使用してＸ線発生メカニズムを形成する際の処理方法及び考察は、米国特許第 号（米国特許出願第０９／６７９，３０３号、代理人書類番号０３２５６６−００５）に記載されている。この引用により、その開示内容は本明細書に組み込まれる。
【００４７】
ターゲット構造体は、各々が電界放出電子源に対応する１つ以上のターゲットを有することができる。図６は、図４のターゲット構造体の横断面図として例示のターゲット構造体６００を示す。図示する例示の実施例では、ターゲット構造体６００は形態がほぼ三角形であり、入射点６０４からのＸ線を生成する偏向面６０２を有する。偏向面６０２は、実質的に偏向面６０２に入射する加速された電子ビームの伝搬方向に垂直でないように向けられる。従って、電界放出電子源から放出される非発散性の加速された電子は、放出されたＸ線が偏向面６０２に対応する角度γで撮像領域に向かって伝搬されるように、入射点６０４において角度βで偏向面６０２に衝突する。
【００４８】
陰極構造体及びターゲット構造体は、適切な手段によりチャンバ内に搭載することができる。一実施例において、陰極構造体及びターゲット構造体は、チャンバの内面に直接搭載され、適切な電気絶縁を施される。別の実施例においては、セラミックねじが上方のリングを下方のリングへと接続する。チャンバの内面に下方のリングを添付するのに追加のセラミックねじを使用することができる。特に好適なセラミックねじの１つは、長さが約５ｃｍであり、絶縁性を有する。
【００４９】
検出器は、任意の適切なＸ線検出手段とすることができる。例えば、検出器は、被検体の周囲にターゲット構造体上の電子ビームの入射点と対向して配置可能な回転式検出器とすることができる。別の例では、検出器は、Ｘ線源に対向するようにかつ検出対象と一直線に並んで固定配置されるＸ線検出器又はＸ線感知フィルムのアレイ又はマトリクスとすることができる。アレイ又はマトリクスは、Ｘ線源にほぼ平行かつこれから等距離にすることができる。更に別の実施例では、検出器はターゲット構造体の平面の上方に固定配置される検出器のマトリクスとすることができる。本実施例では、ターゲットの偏向面は、ターゲット構造体に対して非平面に検出器のマトリクスと交差する方向に伝搬するＸ線ビームを生成するように適切に傾けられている。更に、Ｘ線検出器又はＸ線感知フィルムのアレイ又はマトリクスは、Ｘ線を検出し、Ｘ線検出器又はＸ線感知フィルムの個々又はグループ、あるいは、Ｘ線検出器又はＸ線感知フィルムの個々又はグループの各部分とのＸ線の相互作用によりＸ線画像を生成することができる。
【００５０】
検出器が固定的に取り付けられる例では、検出器は、放出されたＸ線からのＸ線画像又は信号を検出又は取得し、その画像又は信号をコンピュータ記憶装置へと転送することができる。続いて、検出器はリフレッシュされる。これにより、次の画像を検出又は取得できるようになる。一例において、検出工程において使用される適切な検出器は、電荷結合素子（ＣＣＤ）である。
【００５１】
図４において、チャンバ４１０の内壁４１８に複数のＸ線通過窓４２２を設けることができる。Ｘ線通過窓４２２は、公知の適切な材料で構成すればよい。また、Ｘ線通過窓４２２は、Ｘ線４１２の経路に対応する撮像領域４１６に対して有効に配置することができ、これにより、複数の陰極のうちの対応する１つからの複数の電子により生成される少なくとも１本のＸ線ビームを通過させることが可能になる。更に、Ｘ線通過窓４２２は、装置にコリメート機能を提供することができる。コリメート機能は、生成されたＸ線の伝搬経路に対するＸ線通過窓４２２の位置決めを行う。
【００５２】
電界放出電子源は、電界放出材料にバイアスを印加することによって電子を電界放出する。電界放出電子源は、個別にアドレス指定することで時間的かつ空間的に変動する電子を放出することができる。電界放出電子源又はその各部分は、放出された電子ビームに対する制御を可能にするためにかつ陽極ターゲット上の任意の位置に衝突させるべくビームを向けるように、個別に制御電圧によって、あるいは、所定のシーケンス又はグループ分けでアドレス指定することができる。この方法により、ターゲット上の複数の入射点は、同じデバイスにおいて衝突されるだろう。ターゲットが幾つかの異なる材料から成る場合、異なる材料のターゲットをチャンバに追加、あるいはチャンバから削除することなく、放出されたＸ線のより幅広いスペクトルを生成することができる。電界放出源のアレイの使用は、ターゲットの任意の領域に衝撃が与えられる時間を削減するのに使用することができる。これは、陽極の発熱の低減に貢献する。
【００５３】
例えば、陰極構造体が円形の実施例では、電界放出材料は段階的に鼓動させることができる。この方法では、陰極構造体の周りを回転するたびに、連続的なパルスによりアドレス指定される電界放出材料間の角距離が、所定の方式で又は不規則に変動する。
【００５４】
電界放出材料が所望の間隔で陰極構造体上に配置される更なる例では、電界放出材料を連続的又は非連続的に鼓動させて、電界放出材料から放出される電子に角度位置及びパルス周波数で対応するターゲットからＸ線を生成する電界放出電子を生成することができる。電界放出材料は、個別に又はグループで、連続的に又は不規則に、時計回りに又は反時計回りに鼓動させることができる。あるいは、所定の分離角で鼓動させることもできる。所望の間隔は、約１０°から１２０°の分離角を含むと共に１０°、１５°、３０°、４５°、６０°、９０°、１２０°、又はこれらのバリエーションを含むことができる。
【００５５】
更に、陰極は、ラスタ化性能を有することができる。陰極の選択された領域の個々のアドレス指定、グループのアドレス指定、又はマトリクスのアドレス指定を使用することにより、ラスタ化された放出電子ビームを生成し、ターゲット上の入射点に直接衝突するように向けることができる。この構成により、陰極は、所定の周波数において電気的に切り換えることができ、放出電子を生成してこれをターゲットの対応する入射点に向かって加速させることができる。
【００５６】
従って、ターゲットから放出されるＸ線は、位置及び周波数において電気的に切り換えられた陰極に対応し、３次元画像を生成するように被検体の周りに十分に識別可能な放出Ｘ線を生成する。放出されたＸ線は、被検体の周りの角度位置及び／又は被検体に対する仰角により識別される。更に、所定の周波数は、被検体の生理学的器官を動的に撮像するのに十分な速さである。一例では、複数の陰極の全てに同時に電力を印加することができる。別の例では、陰極の部分集合（例えば、全てよりは少ない）に順番にある周波数で電力を印加し、Ｘ線の生成のオンオフを電気的に切り換えることができる。周波数は、事前に設定することも、あるいは、可変に設定することもできる（例えば、自動的に又は手動でフィードバックメカニズムに応答して変更される）。一面において、周波数はＣＴの応用において人の心臓の鼓動を撮像するのに十分な速さにすることができる。例示の実施例では、所定の周波数の範囲は０．１Ｈｚ〜１００ｋＨｚである。
【００５７】
図７は、ターゲット構造体７０２をほぼ円形で描くＸ線を生成する装置７００の上面図を示す。検出器７０４は、装置７００の窪み７０６内に配置することができ、被検体７０８の撮像領域内への位置決めを可能にするように構成することができる。検出器７０４は、ターゲット構造体７０２からの放出Ｘ線７１０を、撮像領域を通過した後で受けるように有効に配置することができる。図７の例では、Ｘ線を生成する２つの離散的な位置が示される。２つの位置が示されてはいるが、任意の数の空間的に配置されたＸ線生成位置が利用可能であることを当業者は理解すべきである。更に、陰極が電気的に切り換えられると、検出器を位置決めして又は作動させてＸ線画像を取得するように、電力の切換え周波数に対応する周波数で検出システムを移動する又は適切に作動させることができる。
【００５８】
装置により任意の形態のＸ線ビームを生成することができる。例えば、ターゲットのエリアアレイは、それぞれ検出器の１または２以上のピクセル、好ましくは１０個以下のピクセルに対応するＸ線ペンシルビームを生成することができる。あるいは、ターゲット材料のラインアレイは、それぞれ検出器の１または２以上のラインのピクセル、好ましくは１０ライン以下のピクセルに対応するＸ線ファンビームを生成することができる。最終的に、ターゲットのエリアアレイは、それぞれ１２８×１２８ピクセル以下の、好ましくは、６４×６４ピクセル以下の領域に対応するＸ線コーンビームを生成することができる。図８は、電子８０６の衝突によりターゲット材料８０２がＸ線ビーム８０４を生成する装置８００の実施例を示す。図８において、Ｘ線ファンビーム８０４は、透過モードで被検体８０８を撮像し、広域アレイ検出器８１０に入射する。従って、検出器８１０は個別にアドレス指定可能である（例えば、ピクセルごと）。
【００５９】
被検体位置決め装置は、被検体の位置を撮像領域内で調節する。例えば、被検体位置決め装置は、Ｘ線源と検出器アレイ又はマトリクスとの間に被検体を配置することができる。一例では、被検体は、被検体の重心が撮像領域内に位置するように、被検体位置決め装置上に静止して搭載される。ＣＴの応用において、被検体は、撮像領域内に適切に向けられた患者である可能性がある。更に、重心は心臓などの監視すべき生理学的器官に対応する可能性がある。
【００６０】
検出器は、撮像領域を通過した後にＸ線を検出するために有効に配置される。一実施例では、検出器は、ターゲット構造体により定義される平面に対して仰角であることができる。角度β及び対応する角度γは、ターゲット構造体の角度に対して同一面上にない角度で放出されたＸ線を伝搬させるために選ぶことができる。その結果、伝搬するＸ線は、ターゲットの視野を遮らないように位置決めされた（例えば、ターゲット構造体の上方に、検出対象のＸ線の起点から撮像領域を覆うように位置する）検出器により検出することができる。この構成により、固定的に位置する検出器アレイ又はマトリクスは、ターゲット構造体からのＸ線を遮る（例えば、検出器の背面でターゲットを遮る）ことなく、あらゆる方向から被検体を同時撮像（例えば、３６０°撮像）できるようにする。
【００６１】
本発明に従って実行されるＸ線画像を取得する方法の一例は、被検体を被検体位置決め装置上に載置した後、被検体を撮像領域内に位置させ、固定された複数の個別にアドレス指定可能な電界放出電子源を所定の周波数で切り換える。各電界放出電子源は、プログラマブルな順番で電気的に切り換えられ、固定されたターゲット上の入射点に向かって電子を電界放出する。ターゲットに衝突する電界放出電子のビームは、物理学において周知の手段によりＸ線を生成する。生成されたＸ線は、Ｘ線通過窓を介してチャンバから出射し、被検体を撮像領域内で撮像する。放出されたＸ線は適切な検出器により検出される。放出されたＸ線は、位置及び周波数において電界放出電子源の電気的なアドレス指定に対応する。加えて、放出されたＸ線の周囲位置及び／又は仰角は被検体に対して十分に識別され、３次元画像が生成される。
【００６２】
本発明に従って実行されるＸ線画像を取得する別の方法では、被検体は、本明細書で説明するようなＸ線画像を記録する装置などのＸ線画像記録装置内にて位置決めされる。電力がＸ線源の複数の陰極の少なくとも１つに印加され、予め設定された時間にわたってＸ線が生成される。被検体にはＸ線が照射され、被検体に対応するＸ線画像が、Ｘ線画像を記録するデバイスのＸ線検出器又はＸ線感知フィルムにより取得される。
【００６３】
方法の一側面において、複数の陰極の全てに同時に、あるいは、複数の陰極の部分集合に逐次的にある周波数で電力が印加される。逐次的にある周波数で電力を印加する場合、生成されるＸ線を取得するように、電力印加周波数に対応する周波数でＸ線検出器又はＸ線感知フィルムを移動する及び／又は作動させることができる。周波数は０．１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの範囲とすることができる。更に、周波数は、鼓動する心臓などの生理学的器官を動的に撮像するのに十分な速さにすることができる。
【００６４】
更に別の側面において、方法は、放出されたＸ線が被検体に対して十分に識別され、３次元画像が生成される撮像環境を提供する。これは、被検体に対する入射点の周囲位置及び／又は仰角の結果である可能性がある。
【００６５】
その他の方法並びに上述の方法の変形例も、本発明の上述の装置を考慮すれば明らかである。
【００６６】
以上、本発明を実施例を説明したが、その他の改変が可能であることは当業者には明らかであろう。本発明は請求の範囲の記載によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１ａ】、
【図１ｂ】、
【図１ｃ】、
【図１ｄ】Ｘ線源及び／又は検出器が被検体の周りを回転するコンピュータ断層撮影システムを表す図である。
【図２】第５世代コンピュータ断層撮影システムの典型例を示す図である。
【図３】Ｘ線を生成する構造物の実施例を示す図である。
【図４】Ｘ線画像を記録する装置の横断面図である。
【図５】陰極構造体の実施例を示す図である。
【図６】ターゲット構造体の詳細を示す図である。
【図７】生成されたＸ線による撮影を説明する第１の図である。
【図８】生成されたＸ線による撮影を説明する第２の図である。
【図１ａ】
2005516343.tif 000003
【図１ｂ】
2005516343.tif 000004
【図１ｃ】
2005516343.tif 000005
【図１ｄ】
2005516343.tif 000006
【図２】
2005516343.tif 000007
【図３】
2005516343.tif 000008
【図４】
2005516343.tif 000009
【図５】
2005516343.tif 000010
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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