(57)【要約】  Ｘ線撮像のためのカソードアセンブリコンポーネントＣＣは、電子光学機能を有する一体式外側シェルＯＳと、前記一体式外側シェルに挿入可能な、２つ以上の電極のための絶縁体構造ＩＮＳとを備える。
2021506069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線撮像装置のためのカソードアセンブリコンポーネントであって、前記カソードアセンブリコンポーネントは、
電子光学機能を有する一体式外側シェルと、前記一体式外側シェルに挿入可能な、２つ以上の電極のための絶縁体構造とを備える、カソードアセンブリコンポーネント。
【請求項２】
前記絶縁体構造は一体式である、請求項１に記載のカソードアセンブリコンポーネント。
【請求項３】
前記一体式外側シェルは、前記カソードアセンブリコンポーネントのエミッタから前記絶縁体構造への熱流を妨げる一体化された熱バリアを有する、請求項１又は２に記載のカソードアセンブリコンポーネント。
【請求項４】
前記一体化された熱バリアは、前記一体式外側シェルに形成された１つ若しくは複数の開口を含み、及び／又は、前記一体式外側シェルに形成された１つ若しくは複数の薄肉セクションを含む、請求項３に記載のカソードアセンブリコンポーネント。
【請求項５】
前記一体式外側シェルは金属製である、請求項１から４のいずれか一項に記載のカソードアセンブリコンポーネント。
【請求項６】
前記絶縁体構造はレリーフ構造を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のカソードアセンブリコンポーネント。
【請求項７】
カソードアセンブリがエミッタを含み、前記エミッタは、平坦であるか又はコイル状である、請求項１から６のいずれか一項に記載のカソードアセンブリコンポーネント。
【請求項８】
前記一体式外側シェルは、材料の単一のブロックから、
ｉ）３Ｄプリンティング、ｉｉ）ＣＮＣフライス加工、ｉｉｉ）レーザー切削のうちの任意の１つ又は複数によって形成される、請求項１から７のいずれか一項に記載のカソードアセンブリコンポーネント。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のカソードアセンブリコンポーネントを備える、Ｘ線源。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか一項に記載のカソードアセンブリコンポーネント又は請求項９に記載のＸ線源を備える、Ｘ線イメージャ。
【請求項１１】
Ｘ線撮像装置のためのカソードアセンブリコンポーネントの少なくとも一部を製造する方法であって、前記方法は、
一体式シェルを形成するステップ
を有する、方法。
【請求項１２】
絶縁体を前記一体式シェルに取り付けるステップ
を更に有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの処理ユニットによって実行されたときに、請求項１から８のいずれか一項に記載のカソードアセンブリコンポーネントの少なくとも一部を材料形成デバイスに形成させる、コンピュータプログラム。
【請求項１４】
前記コンピュータプログラムは３ＤプリンティングのためのＣＡＤファイルである、請求項１３に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載のコンピュータプログラムを記憶した、コンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カソードアセンブリコンポーネント、Ｘ線源、Ｘ線装置、カソードアセンブリコンポーネントを製造する方法、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】
ときに単にＸ線「チューブ」と呼ばれるＸ線源は、その基本的なコンポーネントして、医療用目的又は非医療用目的のためのＸ線放射を生成するためのアノード及びカソードヘッドを含む。Ｘ線チューブの使用中に、これらのコンポーネントは、過酷な条件に晒される。例えば、カソードは、高電圧（ＨＶ）及び高温度条件の下で動作する。この文脈では、「ＨＶ」は、カソードが接地に対して１５０ｋＶまでの又はそれよりも大きな電位に保持されることを意味し、「高温度」は、カソードヘッドが約８００℃の温度に、カソードのエミッタは更に高温度の約２４００℃に晒されることを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
カソードヘッドの熱管理及び効率的な製造が課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記において明らかになった需要のうちの少なくともいくつかに対処するために、第１の態様によると、Ｘ線撮像のためのカソードアセンブリコンポーネントが提供され、このカソードアセンブリコンポーネントは、
電子光学機能を有する一体式（すなわち一体部品の）外側シェルと、一体式外側シェルに挿入可能な、２つ以上の電極のための絶縁体構造とを備える。外側シェルは、一体部品から形成され、このことは、以下においてより詳細に説明されるように、製造の容易さを保証し、設計変形例の柔軟性を提供する。
【０００５】
電子光学機能は、カソードアセンブリのエミッタから射出される電子ビームの形成を助け、このことは、カソードアセンブリのアノードにおける所望の焦点スポットサイズの達成を助ける。電子光学機能は、金属から作られたシェルによって、及び／又はエミッタを少なくとも部分的に包囲するように延在するシェルを有することによって達成可能である。実施形態において、シェルは、Ｘ線撮像装置のＸ線源にカソードアセンブリを取り付けるための部分を有する。
【０００６】
一実施形態において、絶縁体構造も一体式である。換言すれば、絶縁体は、セラミック又はその他の材料などの適切な絶縁体材料の一体部品から形成される。絶縁体は、カソードアセンブリの電気コンポーネントを熱的に及び／又は電気的に絶縁するように構成される。好ましくは、単一のこのような絶縁体が外側シェルに存在する。好ましくは、絶縁体は、このような電気コンポーネントのうちの１つ又は複数を更に保持するように構成される。このようなコンポーネントの例としては、１つ又は複数のエミッタ又は追加的な一体化された電子ビーム形成コンポーネント（「ＥＢＦ」）のための電極／ピンなどがある。このようなＥＢＦは、電子ビームを長さ又は幅又はその両方について整形するように、又はビームの強度を最大強度からゼロまで制限するように構成される。このため、絶縁体は、コンポーネントを取り付けるための１つ又は複数の貫通孔を含む。
【０００７】
単一の一体部品シェルの内部に単一の一体部品絶縁体を有することで、追加的なエミッタ又は追加的なＥＢＦなどの、上に述べられた部品を取り付けるときに、より良好な柔軟性を得ることが可能となる。
【０００８】
提案されるシェル設計は、追加部品をシェル内の絶縁体に固定する（例えば、蝋付けによる）ときに容易な組み立てを提供する。同一の蝋付け炉において複数の（例えば、数百の）カソードアセンブリを製造するときに、追加的な部品は全て単一のステップにおいて取り付けられ得る。
【０００９】
特には、ＥＢＦのためのピン／電極は、必要に応じて２つ、３つ、４つ、又はそれよりも多くが容易に追加され得る。同様に、複数の（平坦な又はコイル状タイプの）エミッタが必要に応じてこの設計によって収容され得、製造プロセスは、コスト効率が良く、容易なやり方で適合され得る。換言すれば、より高精度で再現性のより高い、より単純な組み立てが達成され得る。
【００１０】
一実施形態において、一体式外側シェルは、カソードアセンブリコンポーネントのエミッタから絶縁体構造への熱流を妨げる一体化された熱バリアを有する。このことは、より良好な熱管理を可能とする。
【００１１】
一実施形態において、一体化された熱バリアは、１つ又は複数の開口を含む。このことは、良好な熱管理に加えて、機械的な剛性を得ることも可能とする。一体化された熱バリアの代替的な実施形態において、外側シェルは局所的に薄肉にされ、すなわち、外側シェルは１つ又は複数の厚さが薄くされた部分を含む。
【００１２】
一実施形態において、一体式外側シェルは金属製である。これは、ニッケル、モリブデン若しくは鉄などの純金属、又は、Ｎｉ４２若しくはＮｉｌｏＫ（ニッケル−コバルト−鉄）などのこれらの合金、又は他の金属及び合金などを含む。好ましくは、シェルは、塊状の金属から形成されるが、代替例においては金属コーティングが使用されてもよい。
【００１３】
一実施形態において、シェルは（全体的に）金属で作られるので、このことは、外側シェルの縁部に対するエミッタの高さを調節するために、特には、放電加工の使用を可能とし、このことは、コスト効率の良い製造を可能とする。
【００１４】
一実施形態において、絶縁体構造はレリーフ構造を有する。このことは、より良好な高電位（「ｈｉｐｏｔ」）コンプライアンス及び機械的剛性の達成を可能とする。
【００１５】
提案されるカソードアセンブリは、平坦なエミッタ又はコイル状のフィラメントなど、種々の設計に適している。
【００１６】
提案されるカソードアセンブリは、特には、複数形成電極のためのものと考えられる。すなわち、この設計は、特には追加的な一体化された電子ビーム形成コンポーネント（「ＥＢＦ」）の向上した隔離可能性を提供する。このようなＥＢＦは、電子ビームを長さ又は幅又はその両方について整形するように、又はビームの強度を最大強度からゼロまで制限するように構成される。ＥＢＦは、ワイヤ、プレート、シート金属及び他のサブコンポーネントから作られる。
【００１７】
提案される設計は、熱貯蔵、熱膨張及び沿面漏れについて設計の最適化の可能性を一元化する。
【００１８】
第２の態様によると、上に述べられた実施形態のいずれかに記載のカソードアセンブリコンポーネントを備えるＸ線源（チューブ）が提供される。
【００１９】
第３の態様によると、上に述べられたカソードアセンブリ又は上に述べられたＸ線源を備えるＸ線イメージャが提供される。
【００２０】
第４の態様によると、製造の方法であって、方法は、カソードアセンブリの一体式シェルを形成するステップを有する方法が提供される。
【００２１】
方法は、絶縁体を一体式シェルに取り付けるステップを更に有する。
【００２２】
一体式シェルを形成するステップは、好ましくは、材料の単一のブロックからなされる。形成するステップは、ＣＮＣフライス加工、レーザー切削、又は放電加工（ＥＤＭ）などの減法的加工のいずれかを通じて達成される。代替的又は追加的に、３Ｄプリンティングなどの加法的材料形成技術が使用される。これらの技術のうちのいずれも、絶縁体を形成するためにも使用されてよい。
【００２３】
更なる任意選択的なステップにおいて、１つ又は複数のコンポーネント（エミッタ、電極、電気コンポーネントなど）が、シェル内の絶縁体に取り付けられる。
【００２４】
第５の態様によると、少なくとも１つの処理ユニットによって実行されたときに、上述されたカソードアセンブリコンポーネントの少なくとも一部を材料形成デバイスに形成させるように適合されたコンピュータプログラム要素が提供される。
【００２５】
第６の態様によると、コンピュータプログラム要素は３ＤプリンティングのためのＣＡＤファイルである、上述されたコンピュータプログラム要素が提供される。
【００２６】
第７の態様によると、上述されたコンピュータプログラム要素を記憶したコンピュータ可読記憶媒体が提供される。
【００２７】
次に、本発明の例示的な実施形態が、以下の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】Ｘ線撮像装置のコンポーネントの概略的な図を図示する。
【図２】Ｘ線源の概略的な断面図を図示する。
【図３Ａ】一実施形態によるＸ線源のためのカソードカップの斜視図を図示する。
【図３Ｂ】第２の実施形態によるＸ線源のためのカソードカップの部分的な切り欠き図を図示する。
【図４】第３の実施形態によるＸ線源のためのカソードカップの斜視図を図示する。
【図５】カソードカップ内への挿入のための一実施形態による絶縁体の断面図を図示する。
【図６】カソードカップを製造する方法のためのフローチャートを図示する。
【図７】カソードカップを製造するためのワークフローの概略的な図を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１を参照すると、これは、Ｘ線撮像装置ＸＩの概略的な図である。これについての実施形態は、対象ＯＢのＸ線画像を取得するように構成されたＣアーム撮像装置、ＣＴスキャナ、マンモグラフィ装置若しくはラジオグラフィ装置、又はその他の装置などを含む。本明細書において考えられるＸ線イメージャの主な用途は医療用分野であるが、非破壊材料テスト又は手荷物検査などの非医療用の文脈も本明細書において除外されるものではない。それ故、本明細書において一般的な意味で使用されるとき、「対象ＯＢ」という用語は、無生物的物体だけでなく、人間若しくは動物の患者又はそれらの解剖学的な一部分などの生物的物体も含む。それ故、本明細書において、適切であるときに「対象ＯＢ」又は「患者ＯＢ」という用語が使用される。
【００３０】
広義には、Ｘ線撮像装置ＸＩは、Ｘ線源ＸＳと、Ｘ線感応性検知器ＸＤとを含む。使用時には、対象ＯＢは、Ｘ線源ＸＳ及びＸ線検知器ＸＤ内の検査領域に位置付けられる。これを促進するために、撮像中に患者ＯＢが載置される検査テーブルＴがしばしば備えられるが、これは全ての実施形態において必要というわけではない。例えば、代替的な実施形態において、患者ＯＢは、Ｘ線検査中に検査領域内に存在する。
【００３１】
使用時には、Ｘ線源ＸＳは、通電されてＸ線ビームＸＢを生成し、Ｘ線ビームＸＢは、検査領域、したがって、対象ＯＢの少なくとも関心領域を横断する。Ｘ線放射は、対象ＯＢの物質（例えば、組織、骨など）と相互作用する。相互作用の後、Ｘ線放射はＸ線検知器ＸＤに衝突する。衝突したＸ線放射は、検知器ＸＤによって、電気信号の形態で検知される。電気信号は、適切な変換回路によって画像値に変換され、次いで、画像値はＸ線画像へと処理される。Ｘ線画像は、撮像された対象ＯＢの内部の詳細を示し得る。このことは、診断及び治療、又は撮像された対象ＯＢの他の検査を補助し得る。次いで、適切なレンダリングソフトウェアを使用して、モニタなどの１つ又は複数の表示デバイス上で画像の表示が実行される。画像は、記憶、又は他のやり方でも処理される。
【００３２】
図２は、Ｘ線源ＸＳの概略的な断面図である。概して、Ｘ線源ＸＳは、アノードＡＮアセンブリ（本明細書において「アノード」と称される）と、カソードＣＡＴアセンブリ（本明細書において「カソード」と称される）とを含む。カソードＣＡＴとアノードＡＮとの間には、高電圧電位が確立される。これは、図２において図示されるように、カソード及びアノードを適切な電源供給部ＰＳに接続し、カソードＣＡＴに負の電圧を、アノードＡＮに正の電圧を印加することによってなされ得る。この目的のために、線源ＸＳには適切な電気接続ＣＯＮが備えられる。使用時には、アノードＡＮ及びカソードＣＡＴは、接地に対して約１５０ＫＶの高電圧電位（本明細書において「チューブ電圧」又は「動作電圧」と称される）に保持される。
【００３３】
カソードアセンブリＣＡＴ（「カソードヘッド」としても知られる）及びアノードＡＮは、ハウジングＨにおいて空間的に対向する関係に配置され、カソードＣＡＴとアノードＡＮとの間にドリフト路を定める。アノードＡＮ、カソードアセンブリＣＡＴ及びドリフト路は、ハウジングＨ内で真空ガラスチューブ（不図示）に封入される。ハウジングは、機械的衝撃に対する保護を提供するとともに、Ｘ線イメージャＸＩへの取り付けを可能とする。ハウジングは、冷却回路を更に含み、更なる機能も提供し得る。ハウジングのために適切な材料としては、セラミック、ガラス、金属などがある。
【００３４】
必ずしも必須ではないが好ましくは、Ｘ線源ＸＳは回転タイプであり、アノードは（図２の側断面図において図示される）ディスクとして構成され、適切な軸受けＢに回転可能に軸支され、適切に動力供給された電気モータによって駆動される。静的なアノードを備えたＸ線源も考えられる。
【００３５】
カソードアセンブリＣＡＴは、エミッタ３３０（図２においては図示されていないが、図３及び図４において図示されている）を含む。電源ＰＳＨによって電流（本明細書において「エミッタ電流」と称される）が生成される。エミッタ電流は、使用中に、エミッタ３３０を通過する。３つの電源ＰＳＨ、ＰＳ−、ＰＳ＋が別個の独立したもので描かれており、これは実際にいくつかの実施形態において考えられることは理解されよう。しかしながら、これは、述べられた電源のうちのいくつか又は全てが単一の電源に一体化された代替的な実施形態を本明細書において除外するものではない。
【００３６】
カソードアセンブリＣＡＴは、コンポーネントとして、その構造が以下により詳細に説明されるカソードカップＣＣを含む。カソードカップＣＣは、アノードＡＮに対向する所定位置にエミッタ３３０を保持するように配置される。カソードカップＣＣは、適切な固定具ＦＸによって、ハウジングＨ内に及び／又はハウジングＨに対して接続される。アノードが図２において図示されるような回転式タイプの場合、カソードカップＣＣは、アノードＡＮのフリンジ部分（特には、面取りされた縁部）から一定距離にエミッタを保持するように配置される。
【００３７】
エミッタ電流が印加されたとき、エミッタ３３０は約２４００℃の温度まで加熱し、電子がエミッタの表面３３０から熱射出によってボイルオフする。
【００３８】
カソードとアノードとの間の高電位差によって、ボイルオフした電子は電子ビームを形成し、この電子ビームはアノードに向かって加速されて、アノードの表面で焦点スポットＦＳに衝突する。回転式アノードの場合、焦点スポットは、アノードディスクの面取りされた縁部に位置する。回転によって、焦点スポットＦＳはアノードディスクＡＮの縁部の周囲の軌道をなぞることは理解されよう。アノードＡＮは、モリブデン、タングステン又は他の高Ｚ金属／材料などの高密度材料から形成される。焦点スポットＦＳに衝突すると、電子ビームＸＢは減速し、このエネルギー低下は、部分的には熱に、及び部分的には（１％前後）焦点スポットＦＳから離間するように放射するＸ線放射ビームＸＢに変換される。ハウジングＨは放射線遮断性であり、例えば、鉛（又は他の適切な高Ｚ材料）のレイヤを有することによって、ガラスなどの放射線不透明性でない材料から形成されたハウジングの出射窓Ｅを除いては、Ｘ線放射がハウジングの外に出ることを防止する。次いで、Ｘ線源ＸＳ内で生成されたＸ線放射ビームＸＢは、本質的に妨害されることなく、出射窓ＥＷを通って出射し、検知器ＸＤ（その相対位置は図２において「ｘ」で示されている）に向かって伝播する。
【００３９】
エミッタにおける加熱電流及びアノードの表面の焦点スポットに衝突する電子ビームは、多量の熱をもたらし、これは良好な熱管理を要求する。これは、アノードＡＮの回転を保持してより良好な熱放散を提供する（及びアノードＡＮの寿命を向上させる）ことによって、及び／又は、様々な冷却回路（これは不図示である）を通じて達成される。これに加えて、本明細書においては、熱管理は、以下に図３Ａ、図３Ｂ及び図４においてより詳細に説明されるカソードカップＣＣの新たな構造によっても達成される。
【００４０】
先ず図３Ａを参照すると、これは一実施形態によるカソードカップＣＣの斜視図である。この実施形態において、カソードカップＣＣは全体として筒状であるが、角柱状などの他の形状も考えられる。概して、カソードカップは、近位部ＰＰと遠位部ＤＰとを備える。適切な固定手段ＦＸによってＸ線チューブＸＳのハウジング内にカソードカップが取り付けられたとき、近位部ＰＰは遠位部ＤＰよりもアノードに接近している。
【００４１】
概して、以下により詳細に説明されるように、カソードカップＣＣは、アノードＡＮに対して所定位置にエミッタ３３０を保持するだけでなく、射出する電子ビームを約１ｍｍ〜２ｍｍの焦点スポットサイズの適切な空間解像度でアノードＡＮの焦点スポットＦＳに集束することによって電子光学機能を更に提供する。
【００４２】
一般に、カソードカップのサイズ及び形状は、それが使用されるＸ線チューブＸＳの要件に依存する。一実施形態において、遠位部分ＤＰにおける最大直径はおよそ数十ミリメートルであり、近位部分ＰＰにおけるより小さな直径へと先細になっている。カップＣＣの全体の高さ／長さ、すなわち遠位部分ＤＰと近位部分ＰＰとの間の距離は、およそ数十ミリメートルである。代替的な実施形態において、先細形状は逆転しており、近位部分の方が遠位部分よりも大きい。更に他の設計において、カップＣＣは、先細にならない一定の断面を有する。この段落において説明された形状及び寸法における変形例は、図３Ｂ及び図４における他の実施形態にも同様に適用される。
【００４３】
本明細書において提案されるように、カソードカップＣＣは外側シェルＯＳを有する。外側シェルＯＳは、一体式に形成され、すなわち、一体部品から形成される。シェルＯＳは、１つ又は複数の開口の形態の熱バリアＨＢ、又は厚さが薄くされた薄肉部分（図３Ｂに図示される）を有することによる熱バリアＨＢを含む。近位部分において、本事例においては平坦なエミッタは、アノードの表面に対向するように所定位置に保持される。単一部品の外側シェルＯＳは、金属の、特には、単一部品から、好ましくは金属ブロックから形成される。適切な金属材料としては、Ｎｉ，鉄、モリブデン又はこれらの合金などがある。要件に応じて、外側シェルは径方向に数ミリメートル（例えば５ｍｍ）の厚さを有する。
【００４４】
外側シェルＯＳの内部には、これに囲まれて、絶縁体ＩＮＳが配置される。好ましくは、単一のシェルＯＳごとに単一の一体部品絶縁体が存在する、換言すれば、提案されるカソードカップは、外側を形成する単一の金属シェル（又は外郭）ＯＳを使用し、このシェルは、単一の絶縁体ＩＮＳを全体的に又は部分的に覆っている。
【００４５】
絶縁体は、好ましくは、セラミックで形成されるが、本明細書においては他の電気的に絶縁性の材料も考えられる。絶縁体の形状は、外側シェルの断面形状に一致し、滑り嵌めを保証する。以下においては、外側シェルＯＳの断面に応じて多角形状などの他の形状が本明細書において排除されるものではないという理解のもとで、絶縁体はセラミックディスクとして言及される。
【００４６】
絶縁体ＩＮＳの機能は、エミッタ３３０、ＥＢＦ又は他のＸ線源ＸＳの他のコンポーネントなどの様々な電気的コンポーネント及びその電気的接続を電気的及び熱的に絶縁することを含む。
【００４７】
より具体的には、図３Ｂによる断面図に図示されるように、セラミックディスクＩＮＳは、複数の孔、特には貫通孔４１０ａ、ｂを含む。電線路４１５ａ、ｂ（ピンとも称される）が、貫通孔を貫通し、電源ＰＳＨをエミッタ３３０に接続している。ピンは剛性の金属ワイヤとして形成され、その直径は約２ｍｍであるが、他の直径も考えられる。柔軟性ケーブルワイヤリングが代わりに使用されてもよい。好ましくは、エミッタピン４１５ａ、ｂは、蝋付け又は他のやり方によって貫通孔４１０ａ、ｂの内側面に固定される。代替的には、ピンは、貫通孔の内部にこのように固定されることはなく、代わりに、摩擦によって貫通孔内に保持され、又は、貫通孔内に固定されずに保持され、より良好に熱膨張に対応する。
【００４８】
図３Ｂにおける実施形態は、図３Ａに図示されているものと類似のものであるが、それぞれのエミッタが異なっている。図３Ｂの断面図において図示されるエミッタ３３０は、フィラメント又はコイル状タイプであり、図３Ａにおいて図示されているものは平坦なエミッタである。換言すれば、代替例において、又は、様々なエミッタが使用されるなら組み合わされて、両方のタイプのエミッタが本明細書において考えられる。コイル状フィラメントタイプのものとは対照的に、平坦なエミッタにおいては、代わりに、フィラメントが平坦な面に蛇行的レイアウトに配置される。簡単に上述されたように、熱電流がピン４１５ａ、ｂを通ってエミッタ３３０を加熱する。例えば、２つの平坦なエミッタが隣り合わせに配置されている図３において図示されるように、カソードカップが２つ以上のエミッタを含むなら、絶縁体ディスクＩＮＳは、他のエミッタ３３０にそれぞれの熱電流を供給するためのピンのそれぞれのペアのためにより多くの孔を有する。概して、絶縁体ＩＮＳに空いた孔の数は、エミッタの数の２倍である。
【００４９】
カソードカップＣＣは、図３Ａ、図３Ｂによるコイル状フィラメントエミッタと平坦なエミッタとでほとんど同一であるが、熱バリアの性質及び場所並びに絶縁体ＩＮＳの場所が異なる。図３Ａにおいては、熱バリアは、外側シェルにおける貫通孔から形成される。この孔が設けられた実施形態は、以下に図４において更に説明される。一方、図３Ｂにおいては、近位ＰＰが、１つ又は複数の厚さが薄くされた（ＴＰ）セクションを有し（図面では１つのセクションだけ図示されている）、これによって、エミッタから遠位方向への熱流を減少させる一体化された熱バリアＨＢを形成している。図３Ｂの設計では孔は必要とされない。
【００５０】
上述された設計の更なる変形例として、熱バリアを孔として含むのは図３Ｂの設計であってよく、その一方で、図３Ａ及び図４における熱バリアが、代わりに１つ又は複数の薄肉セクションＴＰを有することによって形成される。しかしながら、更なる変形例として、代替的な実施形態において、孔及び厚さが薄くされたセクションを有するチューブが組み合わされて使用され得ることは理解されよう。
【００５１】
図３Ｂの設計において、絶縁体は図３Ａ及び図４においてより近位にあるが、この逆も同様に考えられる。
【００５２】
本明細書において提案される実施形態の任意のものにおいて、カソードカップＣＣのシェルＯＳは、受動的電子光学機能を提供するように構成される。換言すれば、カップＣＣは、ドリフト路を通ってアノードＡＮへと向かう途中での電子ビームの誘導又は集束を可能とし、１ｍｍから２ｍｍまで小さくされた焦点スポットＦＳのより良好な空間解像度を達成する。この電子光学機能は、金属製外側シェルによって、及び、エミッタ３３０の十分に近くまで延在する近位部分ＰＰを有することによって達成される。換言すれば、金属製外側シェルの近位部分ＰＰは、断面において少なくとも部分的にエミッタを囲っている。更に別の言い方をすると、幾何学的には、仮想的な断平面ＳＰが外側シェルの近位部分ＰＰを通過し、この平面はエミッタ３３０と交差している。図３ＢのＸ、Ｙ、Ｚ座標系によって図示されるように、この平面はシェルＯＳの長手軸Ｘに直交する。この仮想的な断平面ＳＰは、図３Ｂの図の断面に直交する。この仮想的な平面ＳＰは、Ｙ、Ｚ軸が与えられ、これらは両方ともＸ方向への電子ビームの主な伝播に対して本質的に垂直である。断平面ＳＰに関する幾何学的配置は図３Ｂを参照して説明されたが、同様の幾何学的配置は、図３Ａ及び図４による他の実施形態についても当てはまる。換言すれば、このような断平面は、全ての実施形態について定められ得、各平面は、好ましくは、それぞれのエミッタを通過している。
【００５３】
必要に応じて、電子光学機能は、電極を有する１つ又は複数のＥＢＦを取り付けることによって増強される。このために、カソードカップＣＣは、追加的なピン４１５ａ、ｂ（すなわち、エミッタ３３０のピンに加えて）を更に含み、これらは同様にセラミックディスクＩＮＳの追加的な孔４１０ａ、ｂを貫通して、更なるコンポーネント、特には１つ若しくは複数のＥＢＦを支持及び／又はこれらに給電する。ＥＢＦは、ピン４１５ａ、ｂによってエミッタ３３０とアノードＡＮとの間に位置付けられる。負の制御電圧がこれに印加されると、エミッタからアノードＡＮへ向かう電子ビームは弱められ、又は完全に遮断される。これとは逆に、正の電圧が印加されると、電子ビームは加速され得る。ＥＢＦは、安全な患者放射線量の撮像をオフ及びオンし、より良好な撮像制御を提供する。迅速に撮像のオン／オフを切り替えることは、例えば、心臓の撮像などの運動している解剖学的構造の撮像の際のＸ線透視検査又はゲーティングされた撮像プロトコルなどのいくつかの撮像モダリティにおいて必要とされる。好ましくは、カップＣＣは、複数のＥＢＦのために構成され、その各々がそれ自体の給電及び／又は支持ピン４１５ａ、ｂのペアを有する。ここでも、ＥＢＦの支持／給電のための貫通孔（図３においては不図示）の数は、必要とされるＥＢＦの数の２倍である。ＥＢＦは、互いに対して異なる空間的方向に配置される。
【００５４】
次に図４を参照すると、これは図３Ａの実施形態に類似しており、ＥＢＦのためのピン４１５ａ、ｂをより詳細に図示している。ピン４１５ａ、ｂは、外側シェルの内側の絶縁体ディスクＩＮＳ、及び外側シェルＯＳの近位部分ＰＰの天井部分ＣＰの貫通孔３２５ａ、ｂを貫通している。このような貫通孔３２５ａ、ｂが（図４において図示されるように）２ペア以上あるなら、これらは、好ましくは、１つ又は複数のエミッタ３３０の周りでグループ化される。
【００５５】
図４は、図３Ａ及び図３Ｂに関連して上に述べられたカソードカップＣＣの外側シェルＯＳに一体化された熱バリアＨＢの、孔が設けられた実施形態の更なる詳細を示す。図４における実施形態は、図３Ａのものにほとんど対応している。この実施形態においては、熱バリアＨＢは、外側シェルの周縁の周りに伸びる孔３２０ａ、ｂの列として配置される。開口３２０ａ、ｂは、エミッタ３３０からカソードカップＣＣの遠位部分ＤＰに向かう熱流を妨げ、それによって熱管理を提供する。開口３２０ａ、ｂの列は、互いに対して定められた開口間距離で等距離を隔てて位置し、任意の２つの隣接する開口３２０ａ、ｂの間には熱の伝播のために比較的狭いバー要素３１５ａ、ｂだけが残っている。代替的な実施形態においては、開口３２０ａ、ｂの等距離でない配置も考えられる。
【００５６】
熱バリア開口３１０ａ、ｂの１つ又は複数の追加的な列が、第１の列から遠位の方向に設置され得る。図４は、このような追加的な列のうちの１つを図示する。各列における開口間距離（したがって、バー要素の幅）は、図４に図示されるものと同一であっても、又は異なってもよく、図４では、より遠位の第２の列３１０ａ、ｂにおける開口間距離は、より近位の第１の列３２０ａ、ｂにおける開口間距離よりも大きい。実施形態において図示されるように、絶縁体は、熱バリア孔３１０ａ、ｂ及び３２０ａ、ｂの２つの列の間に配置される。
【００５７】
開口３１０ａ、ｂ、３２０ａ、ｂは、必ずしも図４に図示されるような円形状の貫通孔でなくてもよく、多角形状などの他の形状も本明細書において考えられることは理解されよう。更に別の実施形態において、熱バリアＨＢの開口３１０ａ、ｂ、３２０ａ、ｂは、長細状になって格子パターン又はトラスパターンをシェルＯＳに形成してもよい。格子パターン又はトラスパターンを形成するように熱バリアＨＢの開口３２０ａ、ｂ又は開口３１０ａ、ｂを外側シェルＯＳに配置することは、より良好な熱管理を達成し得るだけでなく、外側シェルの機械的剛性を増すこともできる。特には、この向上された剛性によって、エミッタ３３０を焦点スポットＦＳに向かってより正確に位置合わせすることが可能となり、それによって撮像の向上がもたらされる。
【００５８】
上に簡単に示されたように、図４において図示された遠位部分ＤＰは、取り付け部分３０５、例えば、ネジ山部分を含み、これは、カソードカップＣＣを線源ＸＳの固定具ＦＸに取り付けることを可能とする。滑り嵌めなどの他のタイプの取り付けオプションも考えられる。
【００５９】
カソードカップＣＣの遠位部分から近位部分への先細形状は、連続的であってよく（不図示）、又は図において図示されるように段状であってよい。
【００６０】
図３Ａ及び図４の平坦なエミッタ３３０の実施形態並びに類似の設計において分かるように、エミッタは、カップ天井部ＣＰの凹部又は窪み内に配置される。前記の実施形態において、凹部の形状は、エミッタ３３０の形状と一致し、したがって、矩形状であるが、異なる実施形態においては、三角形状、五角形状などの他の多角形状又は円形状などの非多角形状も考えられる。
【００６１】
エミッタ３３０が平坦ではなくコイル状である図３Ｂの代替的な設計において、外側シェルに沈み込み、近位部分ＰＰの近位縁部と実質的に面一になったＥＢＦの電極インサートの例示的な実施形態３４０がある。電極は、ピン４１５ａ、ｂを通じて電流を供給される。この実施形態において、エミッタ３３０のコイルは、筒状のインサート３４０の中央部分の切り欠き部に保持される。沈み込んだインサートは、必ずしも半筒状でなくてもよい。具体的には、電極３４０は、好ましくは、外側シェルＯＳの断面と一致し、したがって、例えば、シェルＯＳの断面に応じて、角柱状の設計も考えられる。類似の電極が、図３Ａ及び図４の平坦なエミッタ設計においても使用されてよい。ＥＢＦは、図４においては図示されず、それらの給電ピン４１５ａ、ｂだけが図示されている。図３Ａは、ＥＢＦのない設計を図示する。
【００６２】
次に図５を参照すると、これは図３Ａ及び図４の部分的に切り欠かれたクローズアップ図を図示する。具体的には、図５は、好ましくは全体がセラミックから作られた絶縁体ディスクＩＮＳをより詳細に図示する。述べられたように、絶縁体は、形状及びサイズにおいて、それが内部に保持される外側シェルＯＳの内側断面に一致する。好ましくは、絶縁体ディスクＩＮＳは、外側シェルＯＳの内周における肩部分５０５の上にそれに寄りかかって置かれるように取り付けられる。好ましくは、絶縁体ＩＮＳは、外側シェルＯＳの内面及び／又は肩部分５０５に固定される。この固定は、好ましくは、蝋付け、又は代替的に、焼結若しくは接着によって達成される。
【００６３】
一実施形態によると、絶縁体ディスクＩＮＳは、レリーフが付けられ、すなわち、これは、ディスクのどちらかの面又は両方の面に形成された一体化されたレリーフ構造ＲＳを有する。図５に図示される実施形態においては、両方の面がレリーフを有する。レリーフ構造ＲＳは、上側面及び／又は下側面から突き出してそれぞれ近位又は遠位方向に突出する１つ又は複数の壁部分５５０ａ、ｂ、５６０ａ、ｂによって形作られる。レリーフ構造ＲＳは、より良好な機械的剛性及び高電圧適合性（「ｈｉｐｏｔ」コンプライアンスとしても知られる）を得ることを可能とする。絶縁体は、数ｋＶまでの電圧に対して絶縁性を提供するように構成される。
【００６４】
必ずしも必須ではないが好ましくは、壁部分５６０ａ、ｂ、５５０ａ、ｂは、ＥＢＦのためのピン４１５ａ、ｂ及び／又はエミッタ３３０の電力供給ピン４０５ａ、ｂをそれぞれ収容するためにセラミックディスクＩＮＳを貫通する貫通孔４１０ａ、ｂ及び４５０ａ、ｂの壁を同時に形成する。換言すれば、貫通孔４５０ａ、ｂ、４１０ａ、ｂは、ディスクＩＮＳのそれぞれの面（この場合近位面）に対してエンボス加工される。
【００６５】
一実施形態において、セラミック絶縁体ＩＮＳの本体に形成された１つ又は複数の追加的な孔５１０も存在する。これらの追加的な貫通孔は、排水孔と称される。図５の実施形態において、単一の中央排水孔５１０が図示されている。好ましくは、排水孔は、漏斗状であり、したがって、孔は２つの面内に異なる直径で開口している。好ましくは、図５において図示されるように、遠位方向において大きな直径で開口している。排水孔は、セラミックディスクＩＮＳが挿入された外側シェルを製造する際に有用である。一実施形態によると、外側シェルの製造において、又は、シェルＯＳに対するエミッタ３３０の高さを調節するときに、放電加工が使用される。１つ又は複数の排水孔５１０は、放電加工プロセスにおいて誘電性液体を流すときに、迅速な排水を容易にする。ディスクのレリーフ構造に対する代替例として、これはどちらかの面又は両方の面において完全に平坦である。
【００６６】
単一体の絶縁体ＩＮＳを貫通する様々な貫通孔４１０ａ、ｂ及び４５０ａ、ｂが、それぞれの給電ピン４０５、４１５を共通的に安全に絶縁することを可能とし、各ピン４０５、４１５を、それぞれにそれ自体の絶縁体ジャケットを設置することによって、別個に絶縁するのではないことは理解されよう。このことは、製造におけるコストの節約、及び、複数のエミッタ及び／又は複数のＥＢＦ及び／又は他のコンポーネントなどのコンポーネントのエリアごとのより密接なパッキングを可能とする。
【００６７】
本明細書において提案されるように、特にはセラミックの絶縁体ＩＮＳは、外側シェルＯＳと同様に、セラミックの単一ブロックから、又は場合によっては他の適切なハイポット絶縁材料のブロックから一体式に形成される。ＣＮＣフライス加工又はレーザー切削などの様々な加工技術のうちの任意の１つ又はそれらの組み合わせも考えられ、３Ｄプリンティングなどの加法的形成プロセスも考えられる。
【００６８】
要約すると、上に提案されたカソードアセンブリは、上述された単一体のシェルを有するカソードカップを含み、シェルは、取り付けられたときに電子ビームを線源ＸＳのアノードへと集束させるための電子ビーム光学素子を有する。提案されたカソードカップ設計は、２つの部分を備え、一体式シェルの内部に、一体式の単一部品のセラミック絶縁体が取り付けられる。絶縁体は、電気導体又はコンポーネントなどの様々なコンポーネントを収容し、互いから絶縁するように構成される。上に述べられたように、このような導体／コンポーネントは、熱エミッタに電力供給するためのピン、又は電子ビームの伝播を制御するための１つ又は複数のＥＢＦのためのピンを含む。ＥＢＦは、任意選択的である。設計が２つ、３つ又はそれよりも多くなど、２つ以上のエミッタを含むなら、その各々が電力供給ピンの専用のペアを有し、これらのピンは、ディスクにおける必要な数の貫通孔を貫通し、及び／又はカソードカップＣＣの近位部ＰＰを貫通する。
【００６９】
上述された実施形態において分かるように、近位部分は、天井部ＣＰにおいて終了し、シェルＯＳを閉鎖するが、近位部が開かれた設計のシェルも代替例においては考えられる。例えば、このような開かれた設計の一実施形態において、天井部ＣＰは、グリッド又はトレリス構造として形成され、又は、より単純に、天井部分が全く設けられず、代わりに、剛性を提供するために、カソードカップのシェルＯＳの筒状の開口部を横切る１つ又は複数の交差支柱が存在する。
【００７０】
セラミック絶縁体の正確な形態は、特定のチューブエミッタの要件に応じて調節され得る。沿面漏れ距離は、追加的な壁要素によって調節され得る。
【００７１】
次に、製造の方法がより詳細に論じられる図６を参照する。
【００７２】
ステップＳ６１０において、カソードアセンブリの一体式外側シェルＯＳが形成される。これは、３Ｄプリンティングなどの加法的形成プロセスによって、又は、より伝統的な、ＣＮＣフライス加工、レーザー切削、放電加工（電気放電加工「ＥＤＭ」としても知られる）などの減法的加工によって、又は任意の他の技術によってなされ得る。好ましくは、外側シェルＯＳは一体式であり、金属材料の単一のブロックから形成される。金属は純金属であってよく、又は合金であってもよい。適切な金属としては、Ｎｉ、モリブデン、鉄などがある。適切な合金としては、Ｎｉ４２又はＮｉｌｏＫなどがある。外側シェルは、好ましくは、塊状の金属から形成されるが、金属コーティング／レイヤ又は非金属基板のスパッタリングも考えられる。第２のプロセスのステップにおいて、以前に説明された様々な貫通孔が、以前に形成されたシェルに（フライス加工又はレーザー切削などの）加工によって形成され、又は、３Ｄプリンティングなどの加法的製造においてボクセル的手法、ライン的手法又はレイヤごとの手法で全体的なシェルが構築されるときに、加法的に形成される。
【００７３】
ステップＳ６２０において、一体式絶縁体は、蝋付け、溶接、他の固定方法によってシェル内に取り付けられる。代替例において、純粋な摩擦嵌めによる固定も考えられる。好ましくは、絶縁体は、ＣＮＣフライス加工、（レーザー）切削、穿孔、ブローチングなどの加工などの上に述べられた技術のうちのいずれかによって、例えばセラミックの１つのブロックから形成される。代替的に、３Ｄプリンティングなどの加法的形成も考えられる。セラミック絶縁体の製造は、セラミック用粘土のプレス形成及び焼結も含んでよい。
【００７４】
単一の一体部品絶縁体と組み合わされた単一の一体部品金属製外側シェルＯＳは、エミッタ又はＥＢＦなどのためのピン／電極構造の効率的な取付を可能とする。この取り付けステップＳ６３０は、適切な蝋付けオーブンを使用することによって、ただ１回のステップにおいて達成され得る。電極がシェルＯＳ内の絶縁体ＩＮＳにおける所定位置に配置されると、取り付けは、放電加工又は類似の技術を使用して必要とされる精度でシェルに対して電極を調節する放電加工又は他の手段によって、ただ１回の更なるステップにおいて完遂され得る。次いで、次のステップにおいて、エミッタが内蔵され、ここでも放電加工又は他の技術によって、適切に調節される。
【００７５】
図７は、外側シェル又は内側の絶縁体ＩＮＳを３Ｄプリンティングするための基本的なワークフロー図を図示する。
【００７６】
外側シェル又は絶縁体の幾何学的構造及び形状についての情報は、ＳＴＬ、ＯＢＪ、ＰＬＹなどの適切なフォーマットにおいて適切なＣＡＤ言語によって記述される。この情報は、コンピュータファイルＦＬに保持される。一実施形態において、これはＣＡＤファイルである。幾何学的構造ファイルＦＬにおける幾何学的構造は、面の集合によって記述される。各面は、その法線を通る向きと頂点とによって与えられる。次いで、外側シェル又は外側シェル若しくは絶縁体の形状は、これらの面要素の集合から構築された面モデルとして定められる。
【００７７】
幾何学的構造記述ファイルＦＬは、コンピューティングユニットの永久メモリ内に、又はメモリスティック、ＣＤメモリカードなどの可動メモリ媒体上に、又は他のやり方によってなど、適切なメモリＭＥＭに記憶され得る。
【００７８】
実施形態において、ラップトップ若しくはデスクトップコンピュータ、タブレット、１つ又は複数のサーバ（クラウドアーキテクチャを有しても有さなくてもよい）、又は他の適切なコンピューティングユニットなどのデータ処理ユニットＰＵは、３Ｄスライサソフトウェアを実行し、これは、幾何学的構造ファイルＦＬから幾何学的情報を読み込み、これを、適切なインタフェースを通じた３ＤプリンタＭＦＤの動作の制御に適切なスライス及び関連するコマンドに変換する。具体的には、３Ｄスライサは、幾何学的情報をＧコード及びＣプログラム言語などのコードに変換する。
【００７９】
３Ｄプリンティングは、特には、外側シェルにおける熱バリアのために、熱流を妨げるだけでなく、より良好な剛性を授けるより複雑なグリッド又はトラスワークなどの、より入り組んだ構造を形成することを可能とする。
【００８０】
同様のワークフローが、例えば、材料形成デバイスＭＦＤがＣＮＣフライス加工機器である場合にも適用される。
【図１】
2021506069.tif 000003
【図２】
2021506069.tif 000004
【図３Ａ）】
2021506069.tif 000005
【図３Ｂ）】
2021506069.tif 000006
【図４】
2021506069.tif 000007
【図５】
2021506069.tif 000008
【図６】
2021506069.tif 000009
【図７】
2021506069.tif 000010
【国際調査報告】
2021506069.tif 000011
2021506069.tif 000012
2021506069.tif 000013
2021506069.tif 000014