(57)【要約】  Ｘ線ビーム１０１を放出するためのＸ線源１０が提案される。Ｘ線源１０は、アノード１２と、アノード１２に向けて電子ビーム１５を放出するためのカソード１６、および、アノード１２上の焦点２０に電子ビーム１５を集束させるための電子光学系１８を有するエミッタ構成部１４とを備える。Ｘ線源１０はさらに、エミッタ構成部１４のスイッチング動作を決定し、スイッチング動作を実行するようにエミッタ構成部１４を作動させるコントローラ２２を備え、スイッチング動作は、アノード１２上の焦点２０の位置、焦点２０のサイズ、および焦点２０の形状のうちの少なくとも１つの変化に関連付けられる。コントローラ２２はさらに、スイッチング動作が実行される前に、決定されたスイッチング動作に基づいて、スイッチング動作の後に予想される焦点２０のサイズおよび形状を予測する。さらに、コントローラ２２は、スイッチング動作によって引き起こされる焦点２０のサイズおよび形状の変化を補償するように電子光学系１８を作動させる。
2021514105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線ビームを放出するためのＸ線源であって、前記Ｘ線源は、
アノードと、
前記アノードに向けて電子ビームを放出するためのカソード、および、前記電子ビームを前記アノード上の焦点に集束させるための電子光学系を含むエミッタ構成部と、
前記エミッタ構成部のスイッチング動作を決定し、前記スイッチング動作を実行するように前記エミッタ構成部を作動させるコントローラとを備え、
前記スイッチング動作は、前記アノード上の前記焦点の位置、前記アノード上の前記焦点のサイズ、および前記アノード上の前記焦点の形状のうちの少なくとも１つの変化に関連付けられ、
前記コントローラは、前記スイッチング動作が実行される前に、決定された前記スイッチング動作に基づいて、前記スイッチング動作の後に予想される前記焦点の前記サイズおよび前記形状を予測し、
前記コントローラは、前記スイッチング動作によって引き起こされる前記焦点の前記サイズおよび前記形状の変化を補償するように前記電子光学系を作動させる、Ｘ線源。
【請求項２】
前記コントローラは、前記スイッチング動作によって引き起こされる前記焦点の前記サイズおよび前記形状の変化を予測する、請求項１に記載のＸ線源。
【請求項３】
前記スイッチング動作は、前記カソードに供給される電圧を変化させること、前記カソードに供給される電流を変化させること、前記電子光学系を用いて前記電子ビームを偏向させることによって前記アノード上の前記焦点の位置を変化させること、および、前記Ｘ線ビームをオンに切り替えることのうちの少なくとも１つを含む、請求項１または２に記載のＸ線源。
【請求項４】
前記コントローラは、前記焦点の幅および高さの予測に基づいて前記焦点の前記サイズおよび前記形状を予測する、請求項１から３のいずれか一項に記載のＸ線源。
【請求項５】
前記コントローラは、前記カソードに供給される電流、前記カソードに供給される電圧、および前記アノードの熱負荷の関数として前記焦点の幅および高さをモデル化するモデルに基づいて前記焦点の前記サイズおよび前記形状を予測する、請求項１から４のいずれか一項に記載のＸ線源。
【請求項６】
前記コントローラは、前記アノードの熱負荷の予測に基づいて前記焦点の前記サイズおよび前記形状を予測し、かつ／または
前記コントローラは、前記アノードの事前に決定された冷却速度に基づいて、前記スイッチング動作の後に予想される前記アノードの熱負荷を決定する、請求項１から５のいずれか一項に記載のＸ線源。
【請求項７】
前記エミッタ構成部はさらに、前記カソードと前記アノードとの間に挿入されるグリッドを含み、
前記グリッドは、前記グリッドのオン状態において前記電子ビームを遮断し、前記グリッドのオフ状態において前記電子ビームを通過させ、
前記コントローラは、前記グリッドにグリッド切り替え信号を提供することによって、前記グリッドを前記オン状態と前記オフ状態との間で切り替える、請求項１から６のいずれか一項に記載のＸ線源。
【請求項８】
前記コントローラは、事前に決定されたグリッド切り替えプロファイルに基づいて前記スイッチング動作を決定し、前記グリッド切り替えプロファイルは、前記グリッドの少なくとも１つのオフ状態および前記グリッドの少なくとも１つのオン状態のシーケンスに基づいて前記Ｘ線ビームの強度の変更を定める、請求項７に記載のＸ線源。
【請求項９】
前記Ｘ線源は、前記アノードから放出されたＸ線放射の検出に基づいて前記焦点の画像を取得するための焦点センサを含むフィードバック制御をさらに備え、取得される前記画像は前記アノード上の前記焦点の前記形状、前記サイズ、および前記位置を示し、
前記コントローラはさらに、前記焦点センサを用いて取得された前記画像を分析することで前記焦点の前記サイズ、前記形状、および前記位置のうちの少なくとも１つの変化を決定し、
前記コントローラは、前記スイッチング動作の実行後に前記焦点の前記サイズ、前記形状、および前記位置のうちの少なくとも１つの変化が決定された場合、前記電子光学系を作動させることにより、前記焦点の前記サイズ、前記形状、および前記位置のうちの少なくとも１つを調整する、請求項７または８に記載のＸ線源。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記グリッドが前記オフ状態にあり、前記電子ビームが前記アノードに衝突するとき、前記焦点センサによって取得された前記画像を分析し、かつ／または
前記コントローラは、前記グリッドが前記オン状態にあり、前記電子ビームが前記グリッドによって遮断されるとき、前記焦点センサによって取得された前記画像を破棄する、請求項９に記載のＸ線源。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記グリッド切り替え信号に基づいて、前記焦点の前記画像が前記グリッドの前記オフ状態の間に前記焦点センサによって取得されたかを決定する、請求項９または１０に記載のＸ線源。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載のＸ線源と、
前記Ｘ線源によって放出されたＸ線放射を検出するためのＸ線検出器とを備える、Ｘ線イメージング装置。
【請求項１３】
Ｘ線源の作動方法であって、
前記Ｘ線源は、アノードと、電子ビームを放出するためのカソード、および、前記アノード上の焦点に前記電子ビームを集束させるための電子光学系を有するエミッタ構成部と、コントローラとを備え、
前記方法は、
前記コントローラが、前記エミッタ構成部のスイッチング動作を決定するステップであって、前記スイッチング動作は、前記アノード上の前記焦点の位置、前記焦点のサイズ、および前記焦点の形状のうちの少なくとも１つの変化に関連付けられる、ステップと、
前記コントローラが、決定された前記スイッチング動作に基づいて、前記スイッチング動作の実行後に予想される前記焦点の前記サイズおよび前記形状を予測するステップと、
前記コントローラが、前記スイッチング動作によって引き起こされる前記焦点の前記サイズおよび前記形状の変化を補償するように前記電子光学系を作動させるステップと、
前記スイッチング動作を実行するように前記エミッタ構成部が作動するステップとを含む、方法。
【請求項１４】
Ｘ線源のコントローラによって実行されると、前記Ｘ線源に、請求項１３に記載の方法を実行させる、コンピュータプログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のコンピュータプログラムが記憶された、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線イメージングの分野に関する。特に、本発明はＸ線源、Ｘ線イメージング装置、Ｘ線源の動作方法、プログラム要素、およびコンピュータ可読媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定のＸ線イメージングアプリケーションでは、Ｘ線イメージング装置のＸ線源によって放出されたＸ線ビームおよび／またはＸ線ビームの少なくとも１つの特性がイメージングタスク中に変更される。Ｘ線ビームは、例えば、形状、サイズ、衝突方向、強度、パルスＸ線ビームの周波数、エネルギー、および／またはエネルギー分布において変更され得る。通常、Ｘ線ビームは、カソードから電子ビームを放出し、例えば電子光学系によって、電子ビームをアノード上の焦点に集束させることによって生成される。これによりＸ線光子が生成および放出され、Ｘ線ビームを形成する。
【０００３】
Ｘ線ビームを操作するために、例えば、カソードに供給される電気エネルギー、電力、電流、および／または電圧が変更され得る。また、Ｘ線源の動作中にフィルタがＸ線ビームの中および／または外に動かされ得る。さらに、Ｘ線ビームを操作するために、グリッドスイッチング、スペクトルフィルタリング、および／または動的焦点ポジショニング技術が適用され得る。
【０００４】
このようなイメージングアプリケーションで取得されたＸ線画像の高品質を確保するために、かつ／または、特定のイメージングタスクのためのＸ線ビームの特性が確実に満たされるようにするには、アノードにおける電子ビームの焦点を正確に制御しなければならない。これは、特にＸ線ビームの大きな変更を実行する場合、困難なタスクになる可能性がある。
【発明の概要】
【０００５】
したがって、高品質のＸ線画像の取得を可能にする改善されたＸ線源および／または改善されたＸ線イメージング装置を提供することが望ましい可能性がある。
【０００６】
これは、独立請求項の主題によって達成され、さらなる実施形態は従属請求項及び以下の説明に組み込まれる。
【０００７】
本発明の一側面を参照して後述される特徴および／または機能は、後述される本発明の任意の他の側面に等しく適用される。特に、Ｘ線源を参照して後述される特徴および／または機能は、Ｘ線イメージング装置、Ｘ線源の動作方法、プログラム要素、およびコンピュータ可読媒体に等しく適用される（その逆も同様である）。
【０００８】
本発明の第１の側面によれば、Ｘ線ビームを放出するためのＸ線源が提供される。Ｘ線源は、アノード、エミッタ構成部、およびコントローラを含む。エミッタ構成部は、アノードに向けて電子ビームを放出するためのカソード、および、電子ビームをアノード上の焦点に集束させるための電子光学系を含む。電子光学系は、例えば、電子ビームを偏向させる電場および／または磁場の生成に基づいて電子ビームを集束させるように構成され得る。したがって、電子光学系とは、一般的に、電子ビームの集束器および／または偏向器を指し得る。
【０００９】
コントローラは、例えば、所与のイメージングタスクのためのエミッタ構成部のスイッチング動作を決定し、スイッチング動作を実行するようにエミッタ構成部を作動させるように構成される。スイッチング動作は、アノード上の焦点の位置、焦点のサイズ、および焦点の形状のうちの少なくとも１つの変化に関連付けられる。さらに、コントローラは、スイッチング動作が実行される前におよび／またはスイッチング動作を実行する前に、決定されたスイッチング動作に基づいて、スイッチング動作後、スイッチング動作を実行した後、および／またはスイッチング動作が実行された後に予想される焦点のサイズおよび形状を予測するように構成される。また、コントローラは、スイッチング動作後に予想されるアノード上の焦点の位置を予測するように構成されてもよい。
【００１０】
さらに、コントローラは、例えば、スイッチング動作によって引き起こされる（例えば、焦点の予測サイズおよび形状に基づいて引きこされると予想される）焦点のサイズおよび形状の変化を補償するように電子光学系を作動させるよう構成され得る。コントローラは、スイッチング動作が実行される前、間、および／または後に、好ましくは、スイッチング動作が実行される前および／または間に、焦点のサイズおよび形状の変化を補償するように電子光学系を作動させるように構成され得る。この目的のために、コントローラは、例えば、焦点のサイズおよび形状の変化を補償するように電子光学系を作動させるために、電子光学系に制御信号をフィードフォワードするように構成され得る。
【００１１】
コントローラは、スイッチング動作が開始、実行、完了、および／または終了される前に（すなわち、時間的に前に）、スイッチング動作の実行、完了、および／または終了後に予想される焦点のサイズおよび形状を予測、推定、および／または決定するように構成され得る。したがって、「スイッチング動作が実行される前」という表現は、スイッチング動作が開始される直前、スイッチング動作が実行される間、および／またはスイッチング動作が終了および／または完了される前を指し得る。同様に、「スイッチング動作後」および／または「スイッチングが実行された後」という表現は、スイッチング動作が完了された後および／またはスイッチング動作が終了された後を指し得る。
【００１２】
焦点のサイズとは、少なくとも１つの空間方向、好ましくは２つの空間方向における焦点の寸法を指し得る。一般的に、焦点とは、電子ビームがアノードに衝突するアノードの外表面の領域を指し得る。したがって、焦点のサイズとは、アノード上の前記領域のサイズを指し得る。さらに、焦点の形状とは、焦点および／または前記領域の幾何学的形状を指し得る。
【００１３】
一般的に、スイッチング動作後に予想される焦点のサイズおよび形状を予測することにより、例えば焦点の予測されるサイズおよび形状に対応して電子光学系を作動させることに基づいて、焦点の積極的かつ／または正確な制御が可能になる。したがって、コントローラは、スイッチング動作後に予想される焦点の予測されるサイズおよび形状に基づいて、例えば、焦点の予測される形状およびサイズに従って電子光学系を作動させることに基づいて、焦点のサイズおよび形状を制御するように、および／または積極的に制御するように構成され得る。言い換えれば、コントローラは、スイッチング動作によって引き起こされる焦点の変化が実際に発生する前にこれらの変化を決定および／または補償するように構成され得る。これは、Ｘ線イメージングタスク中にアノードから放出されるＸ線ビームを正確に制御することを可能にし得る。例えば、焦点のサイズおよび形状を制御することに基づいて、Ｘ線ビームの形状、サイズ、衝突方向、強度、（パルス化されたＸ線ビームの）周波数、エネルギー、および／またはエネルギー分布が正確に制御され得る。さらに、Ｘ線ビームを正確に制御することにより、取得されるＸ線画像の画質が、特にノイズを低減することによっておよび／または画像の解像度を高めることによって、改善され得る。また、例えば患者に送達される線量が好適に低減され得る。
【００１４】
例として、コントローラは、スイッチング動作が実行される前に、スイッチング動作が実行される間に、および／またはスイッチング動作が完了されたときに、焦点の予測されるサイズおよび形状を示すおよびおよび／または表す予測制御信号を電子光学系に提供するように構成され得る。スイッチング動作が実行および／または完了された後に焦点が予測されたサイズおよび形状を取るように、予測制御信号によって電子ビームが調整、修正、および／または微調整され得る。さらに、コントローラは、スイッチング動作の決定に応じて、および／またはスイッチング動作が実行されるべきであるとの決定に応じて、焦点のサイズおよび形状を予測するように構成され得る。さらに、コントローラは、例えば、スイッチング動作後に予想される焦点のサイズおよび形状を予測することに応じて、予測制御信号を提供することによって電子光学系を作動させるように構成され得る。また、コントローラは、例えば、スイッチング動作後に予想される焦点のサイズおよび形状を予測することに応じて、および／または、予測制御信号の提供に基づいて電子光学系を作動させることに応じて、エミッタ構成部の作動に基づいてスイッチング動作を開始するように構成され得る。特に、コントローラは、スイッチング動作が実行される前、間、または後に、焦点の予測されるサイズおよび形状に基づいて電子光学系を作動させるように構成され得る。
【００１５】
一般的に、スイッチング動作とは、アノード上の焦点のサイズ、形状、および位置のうちの少なくとも１つに影響を与える、および／または少なくとも１つを変更するＸ線源の任意の調整および／または作動を指し得る。一実施形態によれば、スイッチング動作は、カソードに供給される電圧を変化させること、カソードに供給される電流を変化させること、カソードに供給される電力を変化させること、アノードとカソードの間の電場を変化させること、電子光学系を用いて電子ビームを偏向させることによってアノード上の焦点の位置を変化させること、および／またはＸ線ビームをオンに切り替えることのうちの少なくとも１つを含む。さらに、Ｘ線源の別の調整および／または作動（例えば、カソードに供給される電圧および／または電流の変化など）と組み合わせて、スぺクトラルフィルタリングのためのフィルタをＸ線ビームの中および／または外に動かすこともスイッチング動作と呼ばれ得る。これらの種類のスイッチング動作は、特に、ｋＶピークスイッチング（ｋＶｐスイッチングとも呼ばれる）技術、グリッドスイッチング技術、スペクトラルフィルタリング技術、および／または動的焦点ポジショニング技術を適用する場合に実行され得る。
【００１６】
さらに、「スイッチング動作を決定する」という表現は、コントローラが、Ｘ線源の１つまたは複数の動作パラメータを決定するように構成されることを意味し得る。例として、コントローラは、スイッチング動作に従ってカソードに供給される電圧、カソードに供給される電流、および／またはデューティサイクルを決定するように構成され得る。さらに、コントローラは、Ｘ線ビームがオンおよび／またはオフに切り替えられる１つまたは複数の期間を決定するように構成され得る。また、そのような期間の頻度がコントローラによって決定されてもよい。さらに、コントローラは、決定されたスイッチング動作に従って、電子光学系に提供される制御信号を決定するように構成されてもよい。上述の１つまたは複数のパラメータに基づいて、コントローラは焦点の形状およびサイズを予測することができる。
【００１７】
本開示に係るＸ線源は、Ｘ線ビームがイメージングタスク中におよび／または画像取得中に変更される任意のＸ線イメージングアプリケーションにおいて好適に使用され得る。そのようなアプリケーションの例は、例えばカソードに供給される電圧および／または電流に基づいて、イメージングタスク中にＸ線ビームのエネルギーおよび／またはエネルギー分布が変更されるデュアルエネルギーＸ線アプリケーションおよび／またはｋＶピークスイッチングアプリケーションである。さらなる例はグリッドスイッチングであり、グリッドスイッチングでは、例えば線量変更のために、イメージングタスク中の特定の期間において電子ビームが遮断されることで、該当期間中にＸ線ビームがオフにされ得る。さらに別の例は動的焦点ポジショニングであり、動的焦点ポジショニングでは、イメージングタスク中にアノード上の焦点の位置が変更され得る。上記アプリケーションのいずれか１つまたは任意の組み合わせにおいて、例えば、Ｘ線ビームのフィルタの変更、Ｘ線ビーム内へのフィルタの移動、および／またはＸ線ビーム外へのフィルタの移動に基づいて、スペクトルフィルタリングも適用され得る。そのようなフィルタは、例えばフィルタ格子を含み得る。
【００１８】
上記のＸ線イメージングアプリケーションのうちの少なくとも一部では、過去に、スイッチング動作によって引き起こされる焦点のサイズおよび形状の変化を補償するように構成されたフィードバック制御によって焦点のサイズと形状を調整する試みがなされてきた。しかしながら、そのようなフィードバック制御は、スイッチング動作によって引き起こされる変化がすでに生じた後に、よって、変化がすでに焦点および／またはＸ線ビームに影響を及ぼした後に変化を補償することしかできない。また、例えば、短期間で、および／またはＸ線ビームが長期間オフにされていた後にＸ線ビームを大きく変化させなければならない場合、上記のようなフィードバック制御は、スイッチング動作によって引き起こされる変化を十分に素早く補償することができない可能性がある。
【００１９】
対照的に、本発明に係る焦点のサイズおよび形状の予測は、焦点および／またはＸ線ビームの予測的かつ／または積極的な制御を可能にする。したがって、コントローラは、焦点の予測されるサイズおよび形状に基づいて予測制御信号を積極的に決定するように構成され得る。さらに、コントローラは、例えば、スイッチング動作によって引き起こされる焦点のサイズおよび形状の変化を補償するために、電子ビームの補正レベルを決定および／または積極的に決定するように構成され得る。これにより、スイッチング動作によって発生するサイズおよび形状の変化を予測的に補正することができる。この目的のために、コントローラは、焦点のサイズおよび形状を予測するように構成され、かつ／または予測制御信号を決定するように構成された予測モジュール、予測サブコントローラ、予測セクション、および／または予測ユニットを備え得る。コントローラはまた、予測制御信号をＸ線源の他の構成要素、例えばフィードバック制御および／またはフィードバック制御ループ等にフィードフォワードするように構成されてもよい。例えば焦点の形状およびサイズを微調整するために、予測制御に加えてフィードバック制御がＸ線源で利用される場合、予測形状およびサイズ、および／または対応する予測制御信号における潜在的誤差はフィードバック制御によって迅速かつ効果的に補正することができる。なぜなら、焦点の予測形状およびサイズは、フィードバック制御が焦点を調整して近づけようとする目標値に近いはずだからである。したがって、本発明に係る予測制御により、焦点の形状およびサイズのより高速かつより効率的な全体的制御および／または調整を提供することができる。
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、コントローラは、スイッチング動作によって引き起こされる、および／またはスイッチング動作の実行後に予想される焦点のサイズおよび形状の変化を予測するように構成される。スイッチング動作によって引き起こされるサイズおよび形状の変化は、スイッチング動作が実行、開始、完了、および／または終了される前の焦点の現在の形状およびサイズに対して予測され得る。代替的にまたは追加で、コントローラは、スイッチング動作によって引き起こされる焦点のサイズおよび形状の変化を補償するように電子光学系を作動させる。例えば、コントローラは、焦点のサイズおよび形状の予測される変化に基づいて予測制御信号を決定するように構成され得る。予測制御信号は、スイッチング動作後の焦点のサイズおよび形状の予測される変化、および／またはサイズおよび形状を示し得る。代替的にまたは追加的に、予測制御信号は、スイッチング動作によって引き起こされる焦点のサイズおよび形状の変化を補償するために、電子ビームの補正および／または調整を示してもよい。これにより、変化が実際に生じる前に焦点のサイズおよび形状の変化を補正することができる。一般的に、コントローラは、スイッチング動作の前、間、および／または後に変化を補償するように電子光学系を作動させるように構成され得る。したがって、コントローラは、スイッチング動作を実行するためにエミッタ構成部を作動させる前、間、および／または後に変化を補償するように電子光学系を作動させるように構成され得る。言い換えれば、コントローラは、焦点のサイズおよび形状の変化を補償するように電子光学系を作動させることに応じて、スイッチング動作を実行するためにエミッタ構成部を作動させるように構成され得る。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、コントローラは、焦点の幅および高さの予測に基づいて焦点のサイズおよび形状を予測する。これにより、焦点のサイズおよび形状を正確および／または迅速に予測することができる。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、コントローラは、カソードに供給される電流、カソードに供給される電圧、およびアノードの熱負荷の関数として焦点の幅および高さをモデル化するモデルに基づいて焦点のサイズおよび形状を予測する。したがって、コントローラは電圧、電流、および／または熱負荷を決定することで、スイッチング動作後に予想される焦点の幅および高さを決定するように構成され得る。モデルは、例えばキャリブレーション測定および／またはシミュレーションに基づいて決定され得る経験的モデルであり得る。電流、電圧、および／または熱負荷の１つまたは複数のセットに対して、焦点の幅および高さの複数の所定の値が、例えば、リストおよび／またはルックアップテーブル内に格納され得る。コントローラは、リストおよび／またはルックアップテーブルに基づいて焦点の幅および高さを決定するように構成され得る。また、コントローラは、前記リストおよび／またはルックアップテーブルに格納された１つまたは複数のセットに対して補間および／または外挿を行うように構成されてもよい。
【００２３】
本発明の一実施形態によれば、コントローラは、アノードの熱負荷の予測に基づいて焦点のサイズおよび形状を予測する。一般的に、アノードの少なくとも一部の温度を示し得るアノードの熱負荷は、例えば熱膨張によって、焦点のサイズおよび／または形状に影響を及ぼし得る。したがって、スイッチング動作後のアノードの熱負荷を予測することで、焦点の形状とサイズを正確に予測することが可能となり得る。熱負荷は、例えば、スイッチング動作中および／または後にカソードに供給される電流および／または電圧に基づいて、コントローラによって計算されてもよい。さらに、熱負荷を計算するために、Ｘ線ビームがオンである期間（またはその長さ）および／またはＸ線ビームがオフであった期間（またはその長さ）を考慮に入れることができる。例えば、Ｘ線ビームが一定期間オンになっていた場合、アノードの熱負荷は定常状態に達し得る。そのような定常状態では、アノードの熱負荷は、カソードに供給される電流および／または電圧のみから導き出され得る。Ｘ線ビームが短時間しかオンになっておらず、温度または熱負荷が定常状態に達していない可能性がある場合、Ｘ線ビームがオンになっていた期間および／またはその長さが、アノードの熱負荷の計算においてさらに考慮され得る。
【００２４】
一実施形態によれば、コントローラは、アノードの事前に決定された冷却速度に基づいて、スイッチング動作後および／またはスイッチング動作が実行された後に予想されるアノードの熱負荷を決定するように構成される。例として、冷却速度および／または冷却曲線は、カソードに供給される電圧および／または電流の関数として、アノードに対して事前に決定され、また、任意選択的に、Ｘ線ビームがオンおよび／またはオフであった期間が考慮されてもよい。冷却速度および／または冷却曲線はＸ線源のデータストレージに保存されてもよく、コントローラは、事前に決定された冷却速度および／または冷却曲線に基づいてサイズおよび形状を取り出し得るおよび／または導出し得る。さらに、コントローラは、スイッチング動作の前に、アノードの過去のおよび／または先行する熱負荷に基づいて熱負荷を決定するように構成され得る。また、スイッチング動作後の熱負荷、並びに焦点の形状およびサイズを正確に予測するために、コンピュータは、スイッチング動作の前にＸ線ビームがオフにされていた期間を考慮に入れてもよい。
【００２５】
本発明の一実施形態によれば、エミッタ構成部はさらに、カソードとアノードとの間に挿入されるグリッドを含み、グリッドは、グリッドのオン状態において電子ビームを遮断し、グリッドのオフ状態において電子ビームを通過させる。コントローラは、グリッドにグリッド切り替え信号を提供することによって、グリッドをオン状態とオフ状態との間で切り替える。グリッド切り替え信号は、例えばパルス幅変調信号であってもよい。グリッドを用いることにより、グリッドがオフ状態のときにＸ線ビームはオンに切り替えられ、グリッドがオン状態のときにＸ線ビームはオフに切り替えられ得る。したがって、グリッドおよび／またはグリッド切り替え信号によって、イメージングタスク中にＸ線源によって放出されるＸ線ビームの強度が変更され得る。一般的に、グリッドは、カソードから放出された電子がアノードに到達するのを防ぐために、反発性の負電荷を蓄積するように構成され得る。あるいは、グリッドは、電子がアノードに到達しないよう、カソードから放出された電子を吸引し、かつ／またはパージするために正電荷を蓄積するように構成されてもよい。
【００２６】
本発明の一実施形態によれば、コントローラは、事前に決定されたグリッド切り替えプロファイルに基づいて、および／または事前に決定されたグリッド切り替えプロファイルを分析することに基づいてスイッチング動作を決定し、グリッド切り替えプロファイルは、グリッドの少なくとも１つのオフ状態およびグリッドの少なくとも１つのオン状態のシーケンスに基づいてＸ線ビームの強度の変更を定めるおよび／または示す。グリッド切り替えプロファイルは、例えば、グリッドのオフ状態の間にカソードに供給される電流および／または電圧を有するエントリを含み得る。また、グリッド切り替えプロファイルは、グリッドのオン状態およびオフ状態のシーケンスを指定するエントリを含み得る。コントローラは、グリッド切り替えプロファイルに基づいて、カソードに供給される電圧、カソードに供給される電流、および／または、Ｘ線ビームがオンであるおよび／またはグリッドがオフ状態である１つまたは複数の期間のデューティサイクルを決定するように構成され得る。また、コントローラは、グリッド切り替えプロファイルに基づいて、Ｘ線ビームがオンであるおよび／またはグリッドがオフ状態である１つまたは複数の期間を決定するように構成され得る。したがって、コントローラは、グリッド切り替えプロファイルから、１つまたは複数のスイッチング動作のための１つまたは複数の特性を導出し得る。グリッド切り替えプロファイルはＸ線源のデータストレージに格納されてもよく、かつ／または、グリッド切り替えプロファイルは、１つまたは複数のスイッチング動作を決定するためにコントローラによってアクセスされてもよい。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば、Ｘ線源は、アノードから放出されたＸ線放射の検出に基づいて焦点の画像を取得するための焦点センサを含むフィードバック制御をさらに備え、取得される画像はアノード上の焦点の形状、サイズ、および位置を示す。コントローラはさらに、焦点センサを用いて取得された画像を分析することで焦点のサイズ、形状、および位置のうちの少なくとも１つの変化を決定する。さらに、コントローラは、スイッチング動作の実行後に焦点のサイズ、形状、および位置のうちの少なくとも１つの変化が決定された場合、電子光学系を作動させることにより、焦点のサイズ、形状、および位置のうちの少なくとも１つを調整する。焦点センサはＸ線源のフィードバック制御の一部であり、フィードバック制御は、例えば電子光学系を微調整することにより、スイッチング動作が実行された後にサイズ、形状、および／または位置の変化を補償するように構成され得る。これにより、焦点のサイズ、形状、および／または位置を調整することができ、よって、例えば温度変化および／またはアノードの熱負荷によって焦点が大きな影響を受けないようにすることができる。スイッチング動作が実行される前に形状とサイズを予測し、それに応じてエミッタ構成部を作動させることにより、スイッチング動作が実行された後にＸ線源のフィードバック制御が焦点のサイズ、形状、および／または位置の大きな変化を補償する必要がないことが保証され得る。フィードバック制御に基づいて、例えば熱膨張に起因する小さな変化のみが補正され得る。このような予測制御とフィードバック制御との組み合わせにより、焦点のサイズおよび形状をより正確、迅速、効率的、かつ確実に制御することができる。
【００２８】
本発明の一実施形態によれば、コントローラは、グリッドがオフ状態にあり、電子ビームがアノードに衝突するときに、および／またはそのようなときにのみ、焦点センサによって取得された画像を分析するように構成される。代替的にまたは追加で、コントローラは、グリッドがオン状態にあり、電子ビームがグリッドによって遮断されるとき、焦点センサによって取得された画像を破棄する。このようにすることで、グリッドがオン状態にあり、電子ビームを遮断する期間中に焦点センサによって取得された暗い画像および／または画像をコントローラが分析せず、グリッドがオフ状態にあり、Ｘ線ビームがオンになっている期間中に焦点センサーによって取得された画像のみを分析することが保証され得る。Ｘ線ビームがオフである、グリッドのオン状態中に画像を分析することは、コントローラによって強度の損失として誤って解釈される可能性があり、コントローラは、電子光学系を作動させることによってこの強度の損失を補償しようとする可能性がある。したがって、グリッドがオフ状態にあるときにのみ焦点センサの画像を分析することにより、電子光学系の誤作動を防ぐことができる。
【００２９】
本発明の一実施形態によれば、コントローラは、グリッドに供給されるグリッド切り替え信号に基づいて、焦点の画像がグリッドのオフ状態の間に焦点センサによって取得されたかを決定する。したがって、グリッド切り替え信号は、焦点センサによって取得された画像を分析するためにコントローラをトリガし得る。グリッドのオン状態および／またはオフ状態の指標としてグリッド切り替え信号を使用することにより、グリッドのオン状態およびオフ状態の間に取得された焦点センサの画像を正確かつ確実に区別することができる。
【００３０】
本発明の第２の側面によれば、Ｘ線イメージング装置が提供される。Ｘ線イメージング装置は、上記及び下記において説明されるＸ線源と、Ｘ線源によって放出されたＸ線放射を検出するためのＸ線検出器とを備える。
【００３１】
本発明の第３の側面によれば、Ｘ線源の作動方法が提供される。Ｘ線源は、上記および下記において説明されるＸ線源を指し得る。具体的には、Ｘ線源は、アノードと、電子ビームを放出するためのカソード、およびアノード上の焦点に電子ビームを集束させるための電子光学系を有するエミッタ構成部とを備える。Ｘ線源はさらにコントローラを備える。方法は、
−  コントローラによって、エミッタ構成部のスイッチング動作を決定するステップであって、スイッチング動作は、アノード上の焦点の位置、焦点のサイズ、および焦点の形状のうちの少なくとも１つの変化に関連付けられる、ステップと、
−  コントローラによって、決定されたスイッチング動作に基づいて、スイッチング動作の実行後に予想される焦点のサイズおよび形状を予測するステップと、
−  スイッチング動作を実行するようにエミッタ構成部を作動させるステップとを含む。
【００３２】
さらに、方法は、例えば、コントローラによって電子光学系を作動させるステップを含み得る。これにより、スイッチング動作によって引き起こされる、例えば、引き起こされると予想される焦点のサイズおよび形状の変化が補償される。スイッチング動作は、焦点のサイズおよび形状の変化を補償するための電子光学系の作動後および／または作動中に実行されることが好ましい。しかし、スイッチング動作は、代替的にまたは追加的に、焦点のサイズおよび形状の変化を補償するための電子光学系の作動の前に実行されてもよい。
【００３３】
本発明の第４の側面によれば、Ｘ線源のコントローラによって実行されると、上記および下記において説明される方法のステップをＸ線源に実行させるコンピュータプログラム要素が提供される。コンピュータプログラム要素はソフトウェア命令を含み得る。コンピュータプログラム要素は、例えば、Ｘ線源のデータストレージに格納されてもよく、コントローラは、プログラム要素にアクセスして実行するように構成されてもよい。
【００３４】
本発明の第５の側面によれば、上記および下記で説明されるプログラム要素が保存されたコンピュータ可読媒体が提供される。
【００３５】
本発明の上記及び他の側面は、以下に記載される実施形態を参照しながら説明され、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
添付図面において図示される例示的実施形態を参照しながら、本発明の主題を以下により詳細に説明する。
【図１】図１は、本発明の例示的な実施形態に係るＸ線イメージング装置を概略的に示す。
【図２】図２は、本発明の例示的な実施形態に係るＸ線源を概略的に示す。
【図３】図３は、本発明の例示的な実施形態に係るＸ線源を概略的に示す。
【図４】図４は、本発明の例示的実施形態に係るＸ線源の動作方法のステップを示すフローチャートを示す。
【００３７】
原則的に、図中の同一または類似の部分には同一または類似の参照符号が付される。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、本発明の一実施形態に係るＸ線イメージング装置１００を概略的に示す。Ｘ線イメージング装置とは任意の種類のイメージングシステム、例えば、デジタルＸ線イメージングシステム、デュアルまたはマルチエネルギーＸ線イメージングシステム、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、スペクトラルＣＴ、インターベンショナルＸ−Ｒ（ＩＸＲ）、デジタルＸ−Ｒ（ＤＸＲ）、Ｃアームシステム、および／またはＰＥＴ／ＣＴ等のマルチモダリティシステムを指し得る。
【００３９】
Ｘ線イメージング装置１００は、検査対象物１０３に向けてＸ線ビーム１０１を生成および／または放射するためのＸ線源１０と、対象物１０３を通過したＸ線ビーム１０１の少なくとも一部を検出するためのＸ線検出器１０２とを備える。Ｘ線源１０とは任意のＸ線源、例えば、Ｘ線管、ステレオＸ線管、または任意の他のタイプを指し得る。Ｘ線源１０は後続の図面に関連して詳細に説明される。
【００４０】
同様に、Ｘ線検出器１０２とは任意の適切なＸ線検出器１０２を指し得る。特に、Ｘ線検出器１０２は、Ｘ線光子を可視光に変換するためのシンチレータを備え得る。さらに、Ｘ線検出器１０２は、シンチレータから放出された光を検出するための１つまたは複数の検出要素を含み得る。さらに、１０２は、Ｘ線光子を電荷に変換するための直接変換検出器を備え、また、電荷インテグレーションまたはシングルフォトンカウンティングのための複数の検出要素を備え得る。
【００４１】
さらに、Ｘ線イメージング装置１００は、Ｘ線検出器１０２および／またはＸ線源１０に動作的に結合されたコントローラ２２を備える。しかし、コントローラ２２は、後続の図を参照して説明されるようにＸ線源１０の一部てあってもよいし、かつ／またはＸ線検出器１０２の一部であってもよい。また、コントローラ２２とは、１つまたは複数のサブコントローラ、モジュール、および／またはユニットを有するコントローラ構成２２を指し得る。
【００４２】
図２は、本発明の例示的な実施形態に係るＸ線源１０を概略的に示す。
【００４３】
Ｘ線源１０は筐体１１と、筐体１１内に配置されたアノード１２とを備える。アノード１２は任意の種類のアノードであり得る。例えば、アノード１２は回転可能かつ／または移動可能なアノード１２であり得る。
【００４４】
Ｘ線源１０はさらに、アノード１２に向かって電子ビーム１５を放出するためのカソード１６を備えたエミッタ構成部１４を含む。エミッタ構成部１４はさらに、電子ビーム１５をアノード１２および／またはその外表面上に集束させるための電子光学系１８を備える。電子光学系１８は、電子ビーム１５を偏向させて電子ビーム１５をアノード１２上に集束させるために電場および／または磁場を生成するように構成され得る。
【００４５】
電子ビーム１５は、アノード１２上の焦点２０に集束させられる。焦点２０とは、電子ビーム１５がアノード１２に衝突するアノード１２の領域を指し得る。アノード１２に衝突すると、電子ビーム１５は、アノード１２および／または焦点２０から放出されるＸ線および／またはＸ線光子を生成する。放出されたＸ線光子の少なくとも一部は、Ｘ線源１０のＸ線窓１７を通過してＸ線ビーム１０１を形成し得る。
【００４６】
Ｘ線源１０はさらに、エミッタ構成部１４、電子光学系１８、および／またはカソード１６に動作可能に結合されたコントローラ２２を備える。
【００４７】
図２に示されるＸ線源１０は、Ｘ線ビーム１０１の特性および／またはＸ線ビーム１０１がイメージングタスク中におよび／またはＸ線画像の取得中に調整および／または変更され得るイメージングアプリケーションにおいて有利に利用され得る。特に、図１に示されるＸ線源１０は、例えばデュアルエネルギーＸ線イメージングに使用される、イメージングタスク中にＸ線ビーム１０１のエネルギーおよび／またはエネルギー分布が変更されるｋＶピークまたはｋＶｐスイッチングのために構成され得る。ｋＶピークスイッチングアプリケーションでは、カソード１６に供給される電力が、対応するスイッチング動作において、少なくとも２つの電力レベル間で切り替えられてもよい。例えば、単一のイメージングタスク中におよび／またはスイッチング動作中に、カソード１６に供給される電圧が、例えば８０ｋＶから１４０ｋＶに変更されてもよい。代替的にまたは追加的に、スイッチング動作中に、カソード１６に供給される電流が変更されてもよい。実際のスイッチング動作は通常、かなり短い時間スケールで行われ、例えば、マイクロ秒〜ミリ秒の範囲で行われる。
【００４８】
しかし、カソード１６に供給される電圧および／または電流の変化は、アノード１２上の焦点２０の形状、サイズ、および位置のうちの少なくとも１つに影響を及ぼし得る。その結果、例えば、アノード１２の熱負荷および／または温度の変化に起因して、および／または、異なるエネルギーでアノード１２に衝突する電子ビーム１５の電子の異なる特性に起因して、Ｘ線ビーム１０１および／またはＸ線ビーム１０１の特性に影響が及び得る。Ｘ線画像の高画質を保証するために、焦点２０の形状およびサイズを正確に制御することが好ましい可能性がある。これは、以下で説明するように、本発明に係るＸ線源１０によって達成することができる。
【００４９】
コントローラ２２は、エミッタ構成部１４のスイッチング動作を決定するように構成される。スイッチング動作を決定することは、例えば、カソード１６に供給される電圧および／または電流など、Ｘ線源１２の動作パラメータの１つまたは複数の値を決定することを含み得る。コントローラ２２はまた、スイッチング動作の他のパラメータ、例えば、電子光学系１８に供給される制御信号、スイッチング動作が実行される期間、および／またはスイッチング動作が実行される時点などを決定し得る。このようなスイッチング動作のパラメータは、ユーザによってＸ線源１０に入力されてもよく、および／または、コントローラによってデータストレージ２４および／またはその中に保存されたデータから取り出されてもよい。さらに、コントローラ２２は、スイッチング動作を実行するようにエミッタ構成部１４を作動させるように構成される。
【００５０】
スイッチング動作実行のためにエミッタ構成部１４を作動させる前に、コントローラ２２は、スイッチング動作後に期待される焦点２０の形状およびサイズを決定、計算、および／または予測する。決定されたスイッチング動作に基づいて、コントローラ２２は、スイッチング動作が実行された後に存在すると予想される焦点２０の形状およびサイズを予測および／または推定することができる。代替的にまたは追加的に、コントローラ２２は、スイッチング動作によって引き起こされる焦点２０のサイズおよび形状における変化を決定するように構成される。したがって、コントローラ２２は、焦点のサイズおよび形状の相対的変化、例えば、スイッチング動作前のおよび／またはＸ線源１２の現在の動作中の焦点２０のサイズおよび形状に対する相対的変化を決定するように構成され得る。
【００５１】
さらに、コントローラ２２は、焦点２０の予測されたサイズおよび形状に基づいて、および／または、焦点２０のサイズおよび形状における予測された変化に基づいて予測制御信号を決定するように構成される。そして、コントローラ２２は、電子ビーム１５を調整するために、スイッチング動作の直前、最中、終了時、および／またはスイッチング動作が完了したときに、予測制御信号を電子光学系１８に提供し得る。これにより、スイッチング動作、およびそれによって引き起こされる焦点のサイズと形状の変化を考慮に入れることができる。したがって、実行されたスイッチング動作に起因する焦点スポット２０の変化が生じるまたは顕著になる前に、焦点スポット２０の形状およびサイズを積極的に（プロアクティブに）制御することが可能になる。よって、変化が実際に起こる前に、スイッチング動作によって引き起こされる焦点スポット２０のサイズおよび形状の変化を補償することができる。したがって、より正確に制御されたＸ線ビーム１０１および／またはより優れた画質が提供され得る。
【００５２】
一般的に、コントローラ２２は、スイッチング動作を決定し、スイッチング動作の決定に応じて焦点のサイズおよび形状を予測するように構成され得る。さらに、コントローラ２２は、焦点２０のサイズおよび形状の予測に応じて予測制御信号を決定するように構成され得る。また、コントローラ２２は、予測制御信号に基づいて、焦点２０の予測されるサイズおよび形状に従って電子光学系１８を作動させるように構成され得る。そして、これに応じて、コントローラ２２はスイッチング動作を開始し、および／またはスイッチング動作を実行するためにエミッタ構成部１４を作動させ得る。
【００５３】
スイッチング動作後に予想される焦点スポット２０の形状およびサイズを決定するために、コントローラ２２は、スイッチング動作後に予想される焦点スポット２０の幅および高さを決定し得る。例えば、コントローラ２２は、決定されたスイッチング動作に基づいて、スイッチング動作後にカソード１６に供給される電圧および／または電流を決定することができ、また、コントローラは、焦点２０の幅および高さを推定および／または計算することができる。また、例えば、画像取得中に実行される１つまたは複数のスイッチング動作を表すスイッチングプロファイルに基づいて決定され得るＸ線ビームがオンおよび／またはオフであった期間（またはその長さ）が、焦点２０の幅および高さの計算にあたり考慮され得る。したがって、焦点２０の幅および高さは、カソード１６に供給される電圧および／または電流の関数であり得る。そのような関数的関係は、例えば測定に基づいて事前に決定されてもよく、関数的関係はデータストレージ２４内に保存されてもよい。また、焦点２０の幅および高さは、カソードに供給される電圧および／または電流の関数として焦点２０の高さおよび幅をモデル化するモデルに基づいてコントローラ２２によって決定されてもよい。代替的にまたは追加的に、ルックアップテーブルがデータストレージ２４内に格納されてもよく、コントローラは、ルックアップテーブルに基づいて焦点２０の幅および高さを決定してもよい。
【００５４】
代替的にまたは追加的に、コントローラ２２は、スイッチング動作後に予想されるアノード１２の少なくとも一部の熱負荷および／または温度を決定するように構成され得る。そして、決定された熱負荷および／または温度に基づいて、コントローラ２２は、スイッチング動作後の焦点２０の形状およびサイズを予測し得る。
【００５５】
コントローラ２２は、例えば、事前に決定されたアノードの冷却速度および／または冷却曲線に基づいて熱負荷および／または温度を決定し得る。事前に決定されたアノードの冷却速度および／または冷却曲線に基づいて、カソード１６に供給される電流および／または電圧の関数としてアノードの温度を計算することができる。また、Ｘ線源の前の動作、例えば、Ｘ線ビームがオフにされていたスイッチング動作の前の期間なども考慮されてもよい。冷却速度および／または冷却曲線はデータストレージ２４に格納され得る。したがって、コントローラ２２は、スイッチング動作後にカソード１６に供給される電圧に基づいて、スイッチング動作後にカソード１６に供給される電流に基づいて、および／またはスイッチング動作後に予想される熱負荷に基づいて、焦点２０のサイズおよび形状を予測するように構成され得る。この目的のために、コントローラ２２は、供給される電圧、電流、および／またはアノードの熱負荷の関数として焦点２０の幅および高さをモデル化するモデルに基づいて焦点２０の形状およびサイズを予測するように構成され得る。代替的にまたは追加的に、ルックアップテーブルがデータストレージ２４内に格納されてもよく、コントローラ２２は、ルックアップテーブルに基づいてスイッチング動作後に予想される焦点２０の幅および高さを決定してもよい。なお、スイッチング動作のフレームにおいてカソード１６に供給される電圧および／または電流を変更することに加えて、スイッチング動作中にフィルタおよび／またはフィルタ格子がＸ線ビーム１０１の中におよび／またはＸ線ビーム１０１から外に動かされ得ることに留意されたい。
【００５６】
さらに、上記のｋＶピークスイッチングの代わりにまたはこれに加えて、動的焦点ポジショニングが適用されてもよい。動的焦点ポジショニングでは、別のスイッチング動作において、またはカソード１６に供給される電圧および／または電流を変化させるのと同時に、電子光学系１８を用いて電子ビーム１５を偏向させることによってアノード上の焦点２０の位置が変更され得る。上記の説明と同様に、コントローラ２２は、アノード１２上の焦点２０の位置を変更することによって推測される焦点２０のサイズおよび形状を予測し、そのような位置変化を補償するために電子光学系１８を作動させるように構成される。
【００５７】
代替的にまたは追加的に、図３でより詳細に説明されるように、Ｘ線ビーム１０１がイメージングタスク中にオンおよび／またはオフに切り替えられるグリッドスイッチングが適用されてもよい。
【００５８】
なお、図２に示されるＸ線源１０の例示的な実施形態は、例えば図３を参照して説明されるように、さらなる構成要素を備え得ることに留意されたい。特に、図２のＸ線源１０はさらに、以下で図３を参照して説明されるように、焦点センサ２８および／またはフィードバックコントロール３０を備えることができる。
【００５９】
図３は、本発明の例示的な実施形態に係るＸ線源１０を概略的に示す。特に断りのない限り、図３のＸ線源１０は、図１および図２を参照して説明したＸ線源１０と同じ特徴、機能、および／または要素を備える。
【００６０】
図３に示す実施形態では、エミッタ構成部１４は、カソード１６とアノード１２との間に挿入されたグリッド２６を含む。グリッド２６のオン状態では、グリッド２６は電子ビーム１５を遮断するので、Ｘ線ビーム１０１をオフに切り替える。グリッド２６のオフ状態では、電子ビーム１５はグリッド２６を通過してアノード１２に衝突することができるので、Ｘ線ビーム１０１はオンになる。コントローラ２２はグリッド２６に動作可能に結合され、グリッド２６へのグリッド切り替え信号の提供に基づいて、グリッド２６をオン状態とオフ状態との間で切り替えるように構成される。グリッドスイッチ信号とは、グリッド２６を作動させるためのパルス幅変調信号を指し得る。このようなグリッド切り替えは、特に、パルスＸ線ビームの生成ために、および／または線量変更技術のために有利であり、グリッド２６をオン状態とオフ状態との間で切り替えることに基づいてＸ線ビーム１０１の強度が変更される。グリッド２６のオン状態およびオフ状態のシーケンスは、例えば、データストレージ２４に格納され、かつ／またはコントローラ２２に提供され得るグリッド切り替えプロファイルにおいて定められ得る。そして、コントローラ２２は、グリッド切り替えプロファイルに基づいてグリッド切り替え信号を決定し、それに従ってグリッド１６を作動させることができる。
【００６１】
図３に示されるＸ線源１０はさらに、焦点スポット２０から放出され、例えば筐体１１の窓２９を通過したＸ線の検出に基づいて焦点２０の画像を取得する焦点センサ２８を備える。Ｘ線源１０の動作中、コントローラ２２は、焦点センサ２８によって取得された画像を分析することで焦点２０の形状、サイズ、および位置を監視する。さらに、コントローラ２２は、焦点センサ２８によって取得された画像の分析に基づいて、焦点２０のサイズ、形状、および／または位置における変化を決定する。また、コントローラ２２は、焦点２０のサイズ、形状、および／または位置の変化を補償するように電子光学的１８を作動させる。したがって、焦点センサ２８およびコントローラ２２、またはコントローラ２２の専用モジュール、部分、セクション、サブコントローラ、またはユニットは、電子光学系１８の作動に基づいて焦点２０を形状およびサイズに関して安定化させるための、Ｘ線源１０のフィードバック制御３０を形成する。フィードバック制御３０は、動作中のアノード１２の熱膨張を補償するために特に有利であり得る。
【００６２】
しかし、焦点センサ２８の画像に基づく電子光学系１８の作動は、スイッチング動作が実行される前の焦点の形状およびサイズの予測、および予測された形状およびサイズに基づく電子光学系１８の対応する作動と混同されるべきではない。予測制御のために、コントローラ２２は、グリッド切り替え信号に基づいておよび／またはグリッド切り替えプロファイルに基づいてスイッチング動作を決定し、決定されたスイッチング動作に関して焦点２０の形状およびサイズを予測し得る。スイッチング動作を決定することは、グリッド２６のオン状態および／またはオフ状態の期間、カソードに供給される電圧、カソードに供給される電流、および／または電子光学系１８に供給される制御信号を決定することを含み得る。焦点２０の予測された形状およびサイズに基づいて、コントローラ２２は、図２を参照して説明されるように、スイッチング動作を補償するように電子光学系１８を作動させることができる。
【００６３】
グリッド２６によってＸ線ビーム１０１をオンおよび／またはオフに切り替える前に、すなわち、Ｘ線源１０のグリッド切り替え動作中に、コントローラ２２は、スイッチング信号に基づいておよび／またはグリッド切り替えプロファイルに基づいて、グリッド２６のデューティサイクル、オン状態および／またはオフ状態を事前に決定し得る。そして、図２を参照して詳細に説明されるように、予測制御信号、および／または焦点２０のサイズおよび形状の変化に対する補正を積極的に決定するために、この情報を使用して焦点２０の形状およびサイズが予測され得る。この積極的制御および／または予測制御とは対照的に、フィードバック制御３０および／または焦点センサ２８による電子ビーム１５の調整は、電子ビーム１５および／または電子光学系１８を微調整するのに役立ち、例えば、以下でより詳細に説明されるように、グリッド２６のオフ状態の間の熱膨張が補償され得る。
【００６４】
図３に示されるフィードバック制御３０は、以下の洞察および発見に基づいていると考えることができる。例えば、グリッド切り替えＸ線源１０またはグリッド切り替え管において、グリッド２６を、焦点センサ２８および対応するフィードバック制御３０による焦点検知と組み合わせて使用する場合、電子ビーム１５が遮断される期間が、焦点センサ２８の画像分析時にコントローラ２２によって強度の損失として解釈されないことを保証するために、予防策を講じることが望ましい可能性がある。したがって、グリッド切り替えのためにグリッド２６を使用する場合、フィードバック制御３０のサンプリングレートは不規則であり得る。また、連続するＸ線画像間の期間は変化する可能性があり、したがって、アノード１２の温度も、２つの連続するＸ線画像の取得間で変化する可能性がある。そのような温度差は焦点２０のサイズおよび形状に影響を与え、結果として、例えば連続的に動作するＸ線源１０と比較して、フィードバック制御３０が大きな偏差または変化の補正に取り組むこととなる。これは、グリッド２６が線量変更のために使用される場合に特に当てはまり、そのようなケースでは、例えば、特定のガントリー回転角度は、他の回転角度よりも著しく大きな熱負荷をアノード１２上に生じさせる可能性がある。さらに、例えば、フィルタを介するスペクトラルフィルタリングを調整するためのフィルタ変更のために動的焦点ポジショニングを使用する場合、２つの異なる強度を有する焦点２０の２つの位置の間で切り替えが行われ得る。また、例えばＣアークシステムでは、線量制御は測定されたビーム強度によって直接影響され得る。例えば、フレーム間変更の場合、フィードバック制御３０は通常、所与の線量変化および時定数に従って電圧および／または電流を調整する。高い画質を保証するために、焦点２０の形状およびサイズを制御するためのフィードバック制御３０において、これらの全ての側面を考慮に入れることが好ましい。
【００６５】
上記したように、焦点センサ２８は、焦点２０の形状およびサイズを動的に監視するように構成される。Ｘ線ビームがオフであるとき、および／またはグリッドがオン状態であるときに取得された焦点センサの画像に基づく焦点２０の形状およびサイズの補正を回避するために、コントローラ２２は、グリッドがオフ状態のときにのみ焦点センサ２８の画像を分析し、グリッドがオン状態のときに取得された焦点センサ２８の画像を無視するように構成される。コントローラ２２は、グリッド切り替え信号に基づいておよび／またはグリッド切り替えプロファイルに基づいて、焦点センサ２８の所与の画像がグリッド２６のオフ状態中に取得されたか否かを決定し得る。例えば、コントローラ２２が、グリッド２６がオフ状態にあるときに取得された焦点センサの画像のみを分析するように、グリッド切り替え信号が、焦点センサ２８によって取得された画像の分析のトリガとして使用され得る。例として、焦点センサ２８の画像をサンプルアンドホールドするためにグリッド切り替え信号がコントローラ２６によって使用され、それにより、Ｘ線ビーム１０１がオフ状態の暗い画像を分析することによってフィードバック制御３０に誤解させることを防ぐことができる。
【００６６】
したがって、グリッド２６のオフ状態の間に、および／またはＸ線ビーム１０１がオンのときに取得された焦点センサ２８の画像だけを取得することにより、フィードバック制御３０による焦点２０の形状およびサイズの制御および／または調整を大幅に改善することができる。
【００６７】
このフィードバック制御３０に加えて、予測制御のフレームにおいて、コントローラ２２は、図２を参照して説明されるように、アノード１２の予想熱負荷を決定および／または予測し得る。アノード１２の熱負荷は、例えば、本明細書に記載されるスイッチング動作の少なくともサブセットのグリッド切り替えプロファイルに基づいて決定され得る。したがって、コントローラ２２は、期間上のＸ線に関する当面の要件の事前知識へのアクセスを有し、よって、例えばカソードに供給される電流および／または電圧の関数としてアノード１２の熱負荷をモデル化するモデルに基づいて、焦点のサイズおよび形状の変化を補償するための予測制御信号を、特に焦点の変化が顕著になる前に、予測することができる。これは、比較的長いＸ線オフ期間の後に発生し得る制御過渡を低減するためにも有利であり得る。さもなければ、そのような制御過渡において、フィードバック制御３０は、より高いアノード温度に適した補正を依然として適用する可能性がある。事前知識は、コントローラ２２が、Ｘ線ビーム１０１が再びオンに切り替えられたときのアノード温度を予測することを可能にし、よって、フィードバック制御３０の反応時間を短縮する。
【００６８】
図１〜図３を参照して説明した任意の特徴、機能、および／または機能性が組み合わせ可能であることに留意されたい。
【００６９】
図４は、本発明の例示的実施形態に係るＸ線源１０の動作方法のステップを示すフローチャートを示す。特に断りのない限り、Ｘ線源１０は、上述の図１〜図３を参照して説明したＸ線源１０と同じ特徴、機能、および／または要素を備える。特に、Ｘ線源１０は、アノード１２と、電子ビーム１５を放出するためのカソード１６、および、アノード１２上の焦点２０に電子ビーム１５を集束させるための電子光学系１８を有するエミッタ構成部１４とを備える。Ｘ線源１０はさらにコントローラ２２を備える。
【００７０】
方法のステップＳ１において、コントローラ２２によってエミッタ構成部１４のスイッチング動作が決定される。スイッチング動作は、アノード１２上の焦点２０の位置、焦点２０のサイズ、および焦点２０の形状のうちの少なくとも１つの変化に関連付けられる。
【００７１】
さらなるステップＳ２において、決定されたスイッチング動作に基づいて、スイッチング動作の実行後に予想される焦点２０のサイズおよび形状が、決定されたスイッチング動作に基づいてコントローラ２２によって予測される。任意選択的に、ステップＳ２において、コントローラ２２は、スイッチング動作によって引き起こされる焦点２０のサイズおよび形状における変化を予測してもよい。
【００７２】
さらなるステップＳ３において、コントローラ２２によって、スイッチング動作を実行するようにエミッタ構成部１４が作動させられる。スイッチング動作を実行する前、間、または後に、コントローラ２２はさらに、スイッチング動作によって引き起こされる焦点２０のサイズおよび形状のあらゆる変化を補償するために、焦点２０の予測されるサイズおよび形状に基づいて電子光学系１８を作動させ得る。
【００７３】
本発明は、図面および上記において詳細に図示および記載されているが、かかる図示および記載は説明的または例示的であり、非限定的であると考えられるべきである。本発明は、開示の実施形態に限定されない。開示の実施形態の他の変形例が、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲から、クレームされる発明を実施する当業者によって理解及び実施され得る。
【００７４】
特許請求の範囲において、「含む」という用語は他の要素またはステップを排除するものではなく、単数形は複数を除外しない。複数の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせが好適に使用することができないとは限らない。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、その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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【国際調査報告】
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