(57)【要約】パルスＸ線を生成するためのコンピュータ断層撮影用Ｘ線管が提示される。Ｘ線管は、陽極と、陽極上にパルス電子ビームを生成するための電子放出ユニットとを含む。さらに、陽極を回転させる回転機構を含み、回転機構は、時間的に変化する角速度で陽極を回転させることを特徴とする。回転機構はまた、角速度の時間的な変化が、時間的に連続する平均角速度ωｏ周辺での振動であるように陽極を回転させる。好ましい実施形態では、角速度ω（ｔ）は、式：ω（ｔ）＝ωｏ＋ΔωｓｉｎΩｔに従って時間的に変化し、ここでωｏは平均角速度である。特定の実施形態では、パルス電子ビームを生成するためのグリッドスイッチが含まれ、Ｘ線管は、電子ビームの２つの焦点が交互に生成されるステレオ管として具現化され得る。
2021536655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、
前記陽極上にパルス電子ビームを生成するための電子放出ユニットであって、前記パルス電子ビームを生成するためのグリッドスイッチを含む、電子放出ユニットと、
前記陽極を回転させるための回転機構と、
を含む、パルスＸ線を生成するためのコンピュータ断層撮影用Ｘ線管であって、
前記回転機構は、時間的に変化する角速度で前記陽極を回転させ、
前記回転機構は、前記角速度の前記時間的な変化が、時間的に連続する平均角速度ωｏ周辺での振動であるように前記陽極を回転させ、
前記陽極の回転周波数及び前記グリッドスイッチのスイッチング周波数は位相がずれている、
コンピュータ断層撮影用Ｘ線管。
【請求項２】
前記回転機構は、前記陽極を回転させる固定子と回転子との組合せを含み、
前記回転機構は、前記陽極の前記角速度を時間的に変化させるために前記固定子内の電流の周波数を変化させるか、及び／又は、前記回転機構は、前記陽極の前記角速度を時間的に変化させるために前記固定子内の電力を変化させる、
請求項１に記載のコンピュータ断層撮影用Ｘ線管。
【請求項３】
前記回転機構は、前記陽極の前記角速度が所定の時間展開に従って、前記陽極の回転周波数を測定及び制御する必要がないように前記角速度を時間的に変化させる、請求項１又は２に記載のコンピュータ断層撮影用Ｘ線管。
【請求項４】
電子ビームの２つの焦点が交互に生成されるステレオ管として具現化される、請求項１から３のいずれか一項に記載のコンピュータ断層撮影用Ｘ線管。
【請求項５】
前記角速度ω（ｔ）は、式：ω（ｔ）＝ωｏ＋ΔωｓｉｎΩｔに従って時間的に変化し、ここでωｏは平均角速度である、請求項１から４のいずれか一項に記載のコンピュータ断層撮影用Ｘ線管。
【請求項６】
Δωが、１％ωｏ≦Δω≦６％ωｏ、２％ωｏ≦Δω≦５％ωｏ、及び３％ωｏ≦Δω≦４％ωｏのうちの１つを満たす、請求項５に記載のコンピュータ断層撮影用Ｘ線管。
【請求項７】
Ωが２π２Ｈｚである、請求項５又は６に記載のコンピュータ断層撮影用Ｘ線管。
【請求項８】
前記電子放出ユニットは、１０マイクロ秒から５００ミリ秒の間、１０マイクロ秒から２５０ミリ秒の間、又は１０マイクロ秒から１００ミリ秒の間のパルス持続時間を有する前記パルス電子ビームを生成する、請求項１から７のいずれか一項に記載のコンピュータ断層撮影用Ｘ線管。
【請求項９】
患者の画像を生成するためのコンピュータ断層撮影デバイスであって、
請求項１から８のいずれか一項に記載のＸ線管と、
ガントリと、
を含み、
イメージング中に前記ガントリを回転運動させ、
イメージング中の前記陽極の前記角速度及び前記ガントリの前記回転運動は、前記陽極の前記角速度の時間的な変化によって非同期化されている、
コンピュータ断層撮影デバイス。
【請求項１０】
回転陽極及びパルス電子ビームを用いてパルス放射Ｘ線を生成する方法であって、
前記陽極上に前記パルス電子ビームを放出するステップと、
前記陽極を時間的に変化する角速度で回転させるステップと、
を含み、
前記陽極は、前記角速度の前記時間的な変化が、時間的に連続する平均角速度ωｏ周辺での振動であるように回転され、
前記パルス電子ビームは、グリッドスイッチによってパルス化され、
前記陽極の回転周波数及び前記グリッドスイッチのスイッチング周波数は、位相がずれている、
方法。
【請求項１１】
固定子と回転子との組合せによって前記陽極の回転を駆動するステップと、
前記固定子内の電流の周波数を変化させ、それによって、平均角速度ωｏ周辺での前記陽極の前記角速度の時間的に連続する振動を生じさせるステップ、及び／又は、前記固定子内の電力を変化させ、それによって、平均角速度ωｏ周辺での前記陽極の前記角速度の時間的に連続する振動を生じさせるステップと、
を含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータ断層撮影イメージングシステムにおけるＸ線管に関する。特に、本発明は、コンピュータ断層撮影用Ｘ線管、患者の画像を生成するためのコンピュータ断層撮影デバイスに関し、また、回転陽極及びパルス電子ビームを用いてパルス放射Ｘ線を生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージングに使用されるＸ線管におけるＸ線の生成は、幾つかの技術的障害を伴う。例えば、欧州特許第４２１００９Ａ１号では、共鳴周波数と同一であるＸ線管の陽極の回転周波数に起因する問題の解決を試みている。したがって、欧州特許第４２１００９Ａ１号では、共振周波数からの負の影響が生じないように、陽極の回転周波数を測定及び制御する解決策を提供することが提案されている。
【０００３】
独国特許１０２０１１００５１１５Ａ１号では、陽極板とＸ線ビームの周波数とが同期していない場合にいくつかの用途において生じる問題の解決が試みられている。したがって、陽極板の周波数がＸ線周波数の一定の整数倍に設定される。しかし、これには陽極周波数の正確な測定及び制御が必要である。
【０００４】
米国特許出願公開第２０１４／３５５７３６Ａ１号には、陽極によって生成されるＸ線の強度を切り替えるスイッチングユニットについて説明されている。Ｘ線コントローラが、陽極によって生成されるＸ線の強度を切り替えるスイッチングユニットを制御し、また、陽極を回転させる回転子制御発電器を制御することが説明されている。ユーザが指定したＸ線強度切り替え期間の整数倍にほぼ等しい値が回転子回転期間と一致すると、Ｘ線コントローラは、回転子制御発電器を制御して、第１の回転における陽極の熱電子衝突範囲を第２の回転における熱電子衝突範囲からシフトさせることが説明されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の発明者らは、将来のＸ線管、とりわけ、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングに使用されるＸ線管は、いわゆるグリッドスイッチを利用することを確認した。これにより、非常に短い間隔で電子ビームのオンとオフとを切り替えることができる。不均一な加熱につながる可能性があるため、電子ビームが、各回転後に陽極板の同じ位置に当たらないように注意しなければならない。２つの焦点が交互に使用されるステレオ管によって特別な例が与えられる。ここで、各焦点の標的電力は、照明期間中にかなり高くなる可能性がある。したがって、本発明の発明者らは、各回転後に陽極の同一領域を加熱することは大きな欠点を意味し得ることを見出した。
【０００６】
本発明は、コンピュータ断層撮影イメージングのためのＸ線の生成を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、独立請求項の主題によって解決される。本発明のさらなる実施形態及び利点は、従属請求項に組み込まれる。
【０００８】
説明される実施形態は同様に、コンピュータ断層撮影用Ｘ線管、コンピュータ断層撮影デバイス、及びパルス放射Ｘ線を生成する方法に関する。実施形態の異なる組合せから相乗効果が生じ得るが、それらは以下に詳細に説明されない。
【０００９】
さらに、方法に関する本発明のすべての実施形態は、説明されたステップの順序で実行されてよいが、これは方法のステップの唯一の必須の順序である必要はないことに留意されたい。本明細書で提示される方法は、以下で明示的にそうではないと言及されない限り、それぞれの方法の実施形態から逸脱することなく、開示されたステップの別の順序で実行することができる。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、パルスＸ線を生成するためのコンピュータ断層撮影用Ｘ線管が提示される。Ｘ線管は、陽極と、パルスＸ線を生成するために陽極上にパルス電子ビームを生成する電子放出ユニットとを含む。さらに、陽極を回転させる回転機構を含む。回転機構は、時間的に変化する角速度で陽極を回転させる。
【００１１】
本発明によって欠点が克服されることにより、陽極が時間的に変化する角速度で回転することによって、陽極の不適切な加熱の可能性が大幅に低下する。これは、ほぼすべての電子ビームスイッチングパターンに当てはまり、従って、本発明は多くのシナリオにおいて有益に適用することができる。当業者は、いくつかの異なる時間変化を使用することができる。
【００１２】
本発明では、陽極周波数を測定及び制御するための複雑な制御機構を必要としないため、提案される解決策はコスト効率が良い。陽極周波数の所望の時間変化を予め規定することができる。所望の予め規定される時間変化は、例えば、陽極の回転を駆動するユニットに格納される。例えば、ＣＴ用Ｘ線管の回転機構が、陽極回転の所望の予め規定された時間変化を格納し、生じさせることができる。特定の実施形態では、陽極の角速度ω（ｔ）は、次式：ω（ｔ）＝ωｏ＋ΔωｓｉｎΩｔに従って時間的に変化し、ここで、ωｏは平均角速度であり、好ましくはωｏは０ではない。これについては、以下でより詳細に説明する。
【００１３】
有利には、陽極の角速度の時間的な変化は、イメージング中のＣＴデバイス内のガントリの回転運動中に、陽極の角速度と上記回転運動とが非同期化されることを保証する。
【００１４】
さらに、使用される回転機構は、陽極の回転周波数の測定及び制御を必要とせず、この点においてフィードバックループが不要である。所定のやり方で時間的に変化する角速度を設定し、それに応じて回転機構を構成することによって、陽極の不適切な加熱の可能性の所望の低下が達成される。
【００１５】
従来のＸ線管では、陽極は、例えば１８０Ｈｚである一定の角度位置速度で回転する。しかしながら、本発明の発明者らは、将来の管がグリッドスイッチを含むことを見出した。これらは、陽極板に当たる電子ビームのオンとオフとの切り替えを可能にする。特定のシナリオでは、電子ビームの出力は、ビームがオンになっている期間中にかなり大きくなる可能性があり、一方で、平均出力は中程度のままである。切り替えられたビームの周波数と陽極板の周波数とが同位相である場合、陽極板は各回転後に同じ位置に当たることになる。これは、熱消費量及び経年劣化に関して全く不適切である。したがって、２つの周波数、つまり、陽極回転周波数とグリッドスイッチング周波数が一致しないように注意する必要がある。実際には、このことは、陽極板の速度を極めて正確に測定し、必要に応じて調整する必要があることを意味する。
【００１６】
しかしながら、本発明の発明者らは、以下の理由により、このような制御されたアプローチを実現することが困難であることを見出している。第１に、将来のスキャンプロトコルは、かなり多数のグリッドスイッチングパターンを必要とする可能性が高い。これらのパターンのそれぞれについて、最適な陽極板周波数を決定しなければならない。第２に、ガントリ回転速度が変化し、データ収集が管検出器システムの角度位置によってトリガされる。したがって、陽極の最適周波数は予測が困難である。他のアプローチのこれらの欠点とは対照的に、本発明の第１の態様によれば、より単純な解決策が提供される。陽極の角速度が、例えば、次式のように変化する場合、過熱の可能性は大幅に低下する。この式によれば、角速度ω（ｔ）は、次のように時間的に変化する：ω（ｔ）＝ωｏ＋ΔωｓｉｎΩｔ、ここでωｏは平均角速度である。特定の実施形態では、Δωは、次の基準１％ωｏ≦Δω≦６％ωｏ、２％ωｏ≦Δω≦５％ωｏ、又は３％ωｏ≦Δω≦４％ωｏの１つを満たす。さらに、Ω＝２π２Ｈｚが好ましい値であり得る。
【００１７】
したがって、特定の実施形態では、陽極の回転周波数の時間変化は、陽極の回転周波数とグリッドのスイッチング周波数とが一致しないようなものである。言い換えれば、この実施形態では、切り替えられたビームの周波数と陽極板の周波数とは同位相ではない。
【００１８】
例示的な実施形態では、提案される解決策は、回転機構の固定子内の電流の周波数を変化させることによって、又は、回転機構の固定子内の電力を変化させることによって、又は両方を変化させることによって実現することができる。しかしながら、角速度の時間的な変化を具体化するために、他の可能性を使用してもよい。
【００１９】
本発明の例示的な実施形態によれば、回転機構は、角速度の時間的な変化が、時間的に連続する平均角速度ωｏ周辺での振動であるように、陽極を回転させる。
【００２０】
言い換えれば、この実施形態は、時間的に変化する角速度を有する陽極の連続的な回転が、ゼロ速度から、すなわち「停止又は休止期間」から、その後に作業速度に向かって加速する陽極の加速又は減速として見なされるべきではないことを明確に指定する。したがって、本実施形態の陽極の角速度は、ゼロとは異なる平均値周辺で周期的に増加及び減少するものとして理解されるべきである。
【００２１】
本発明の例示的な実施形態によれば、回転機構は、陽極を回転させる固定子−回転子の組合せを含む。更に、回転機構は、角速度を時間的に変化させるために固定子内の電流の周波数を変化させるか、及び／又は、回転機構は、角速度を時間的に変化させるために固定子内の電力を変化させる。
【００２２】
例えば、図１及び対応する説明から推測できるように、固定子及び回転子を含む電気モータを使用できる。固定子は、このような電気モータに見られる回転系の静止部分である。エネルギーは、システムの回転構成要素へ又は当該回転構成要素から固定子を通して流れる。電気モータにおいて、固定子は、回転電機子（ここでは、回転電機子は陽極）を駆動する回転磁界を提供する。回転機構内に、陽極の角速度の時間的な所望の変化が達成されるように、固定子内の電流の周波数の変化を制御する、及び／又は、固定子内の電力の変化を制御する制御ユニットが含まれていてよい。例示的な実施形態では、上記の及び以下に説明される式１が、このような制御デバイスと組み合わせて記憶ユニットに記憶され、これにより、陽極の角速度が式１に記述されるように変化する。一例では、陽極の所望の角速度が達成されるように、固定子内の電流の周波数の必要な変化が予め規定され、制御ユニットに記憶される。陽極の角速度の所望の時間的な変化を達成するために必要な電力の変化についても同様である。
【００２３】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、回転機構は、陽極の角速度が所定の時間展開に従うように角速度を時間的に変化させ、陽極の回転周波数を測定及び制御する必要がない。
【００２４】
陽極の回転周波数を正確に測定し、フィードバックループを用いて陽極の回転周波数を制御するＸ線管とは対照的に、本発明のこの実施形態は、コスト効率が良く、複雑でない解決策を提供し、さらに、多くの電子ビームスイッチングパターンについて陽極板の不適切な加熱を低減する利点も提供する。実際の陽極速度と所望の陽極速度との差が検出される場合に、陽極の速度を正確に測定し、その速度を調整しなければならないこととは対照的に、角速度の変化の時間展開を予め規定することは、エラーが発生しにくく、あまり複雑でない解決策であり、これにより、コンピュータ断層撮影用Ｘ線管が改良される。
【００２５】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、コンピュータ断層撮影用Ｘ線管は、陽極上にパルス電子ビームを生成するためのグリッドスイッチを含む。
【００２６】
グリッドスイッチとは、X線照射のオンとオフとを素早く切り替えることを可能にするデバイスである。特に、グリッドスイッチは、陰極と陽極との間の空間に取り付けられるグリッド開口部から成る。グリッドスイッチの電子部品は、この開口部において電圧を迅速に変更することを可能にする。これらの電圧の典型的な値は、＋１２ｋＶ及び−１２ｋＶである。開口部から生じる電界は、陰極から生じた電子が陽極へと通過することを可能にするか、又は、これらの電界は、放射Ｘ線が生成されないように電子が開口部を通過することを阻止する。
【００２７】
したがって、Ｘ線管でグリッドスイッチを使用すると、非常に短い間隔で電子ビームのオンとオフとを切り替えることができる。しかし、不均一な加熱につながる可能性があるため、電子ビームが、各回転後に陽極板の同じ位置に当たらないように注意しなければならない。各回転後に陽極の同一領域を加熱することは、大きな欠点を意味し得るので、提示された実施形態では、回転機構が、時間的に変化する角速度で陽極が回転することを保証する。したがって、グリッドスイッチを使用するコンピュータ断層撮影システムのＸ線管においても、陽極の局所的な過熱の可能性が大幅に低下する。
【００２８】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、Ｘ線管は、電子ビームの２つの焦点が交互に生成されるステレオ管として具現化される。
【００２９】
ステレオ管では、各焦点の標的出力は、照明期間中にかなり高くなる可能性がある。したがって、各回転後に陽極の同一領域を加熱することも、このセットアップにおける大きな欠点を意味し得る。このようなステレオ管の実施形態でも、陽極が時間的に変化する角速度で回転することを保証する本発明の回転機構によって、陽極の局所的な過熱の可能性が低下する。
【００３０】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、角速度は、次式：ω（ｔ）＝ωo＋ΔωｓｉｎΩｔに従って時間的に変化し、ここでωｏは平均角速度である。
【００３１】
この実施形態では、陽極の角速度の特定の所定の時間展開が、この式によって規定される。このような式は、コンピュータ断層撮影用Ｘ線管の記憶デバイス及び／又は制御ユニットに記憶されて、回転機構が、陽極にこの式によって記述されるこのような動きを正確に受けるようにすることを保証する。
【００３２】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、Δωは、次の基準１％ωｏ≦Δω≦６％ωｏ、２％ωｏ≦Δω≦５％ωｏ、及び３％ωｏ≦Δω≦４％ωｏのうちの１つを満たす。
【００３３】
Δωの例示値は、加熱に関して標的とされた利益を得るために十分な変化が実現されるように選択され、一方で、Δωの値は、標的周波数ωｏにできるだけ近づくために、できるだけ小さく維持される。
【００３４】
さらに好ましい実施形態では、Ω＝２π２Ｈｚである。Ωのこの好ましい値は、適切な電力で標的とされた変化が得られるように選択される。
【００３５】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、電子放出ユニットは、１０マイクロ秒から数百ミリ秒の間のパルス持続時間を有するパルス電子ビームを生成する。
【００３６】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、患者の画像を生成するためのコンピュータ断層撮影デバイスが提示される。コンピュータ断層撮影デバイスは、本明細書に説明される実施形態及び態様のいずれかによるＸ線管を含む。さらに、コンピュータ断層撮影デバイスは、ガントリを含み、コンピュータ断層撮影デバイスは、イメージング中にガントリを回転運動させる。さらに、イメージング中の陽極の角速度とガントリの回転運動とは、陽極の角速度の時間的な変化によって非同期化される。
【００３７】
図２に、本発明のこの態様の特定の実施形態が説明され、示される。
【００３８】
特に、陽極の角速度の時間的な変化は、イメージング中のＣＴデバイス内のガントリの回転運動中に、陽極の角速度と上記回転運動とが非同期化されることを保証する。このコスト効率の良い解決策は、陽極の角速度の複雑な制御機構を必要とせず、同時に、陽極板の不適切な加熱を大幅に低減させる。これは、ほぼすべての電子ビームスイッチングパターンに当てはまり、電子ビームの２つの焦点を有するグリッドスイッチ及び／又はステレオ管が使用される場合、特に有利である。
【００３９】
本発明の別の態様によれば、回転陽極及びパルス電子ビームを用いてパルス放射Ｘ線を生成する方法が提示される。この方法は、パルス電子ビームを陽極上に放出するステップと、時間的に変化する角速度で陽極を回転させるステップとを含む。
【００４０】
先に詳細に説明したように、陽極は、角速度の時間的な変化が、時間的に連続する平均角速度ωｏ周辺での振動であるように回転される。さらなる特定の実施形態では、角速度は、陽極の角速度が所定の時間展開に従うように時間的に変化される。換言すれば、これは、Ｘ線管がオンモード及びオフモードで作動され、それによって陽極を時々作動速度まで加速し、次いで回転を再びオフに切り換える状況とは区別される。
【００４１】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、電子ビームは、Ｘ線管の一部であるグリッドスイッチによってパルス化される。
【００４２】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、方法は、陽極回転を固定子−回転子の組合せによって駆動するステップと、固定子内の電流の周波数を変化させることによって、平均角速度ωｏ周辺での陽極の角速度の時間的に連続する振動を生じさせるステップ、及び／又は、固定子内の電力を変化させることによって、平均角速度ωｏ周辺での陽極の角速度の時間的に連続する振動を生じさせるステップとを含む。
【００４３】
本発明のこれら及び他の特徴は、以下に説明される実施形態から明らかになり、それを参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明の例示的な実施形態によるコンピュータ断層撮影用Ｘ線管を概略的に示す。
【図２】図２は、本発明の例示的な実施形態による、患者の画像を生成するためのコンピュータ断層撮影デバイスを概略的に示す。
【図３】図３は、本発明の例示的な実施形態による、回転陽極及びパルス電子ビームを用いてパルス放射Ｘ線を生成する方法のフロー図を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明の例示的な実施形態を、以下の図面に基づいて説明する。
【００４６】
図１は、パルス放射Ｘ線を生成するためのコンピュータ断層撮影用Ｘ線管１００を概略的に示す。Ｘ線管１００は、陽極１０４と、陽極１０４上にパルス電子ビーム１０３を生成する電子放出ユニット１０２とを含む。陽極１０４を回転させる回転機構１０７も同様に含む。回転機構１０７は、時間的に変化する角速度で陽極１０４を回転させる。陽極１０４の回転は矢印１０６で示される。パルス電子ビーム１０３は、陽極１０４の焦点スポット１０５上に集束され、そこで、放射Ｘ線１０１が生成される。放射Ｘ線は、放射線窓１１０を介してＸ線管１００から出る。図１に示す実施形態では、回転機構１０７は、固定子１０９と、陽極１０４を回転させる回転子１０８とを含む。この実施形態では、固定子−回転子の組合せは、角速度が所望どおりに時間的に変化するように固定子１０９を流れる電流の周波数を変化させる。さらに、回転機構は、陽極の角速度が時間的に変化するように、固定子１０９内の電力を変化させる。陽極の回転を生成するために、図１の実施形態において使用される電気モータは、時間的な角速度が、時間的に連続する平均角速度ωｏ周辺での振動であることを保証するコントローラ（図示せず）を含み得る。
【００４７】
電子放出ユニット１０２は、いくつかの異なる構成要素を含み得る。具体的には、電子放出ユニット１０２には、パルス電子ビームの電子を放出する陰極が含まれている。好適には、グリッドスイッチも電子放出ユニット１０２に含まれ、これにより、非常に短い時間隔でのオン及びオフ状態での電子ビームの切り替えが可能になる。不均一な加熱につながる可能性があるため、電子ビームが、各回転後に陽極板の同じ位置に当たらないように注意しなければならない。２つの焦点が交互に使用されるステレオ管によって特別な例が与えられる。ここで、各焦点の標的電力は、照明期間中にかなり高くなる可能性がある。したがって、各回転後に陽極の同一領域を加熱することは大きな欠点を意味し得る。したがって、図１の実施形態は、時間的に変化する角速度で陽極を回転させる回転機構を提供する。したがって、陽極の不適切な加熱の可能性が大幅に低減される。これはほぼすべての電子ビームスイッチングパターンに当てはまる。角速度が時間と共に変化する陽極板を有するＣＴＸ線管１００の提案される解決策は、コスト効率が良く、複雑な制御機構を必要としない。
【００４８】
言い換えれば、例示的な例として図１に示す実施形態は、パルス電子ビーム１０３を生成するためのグリッドスイッチを有することができる。さらに、Ｘ線管はステレオ管として具現化でき、このステレオ管では、電子ビームの２つの焦点が交互に生成される。コンピュータ断層撮影用Ｘ線管１００は、特に、図２に関連して以下により詳細に説明するように、患者の画像を生成するためのコンピュータ断層撮影デバイスに使用される。
【００４９】
本発明の一態様の例示的な実施形態によれば、図２は、患者の画像を生成するためのコンピュータ断層撮影デバイス２００を示す。コンピュータ断層撮影デバイス２００は、ガントリ２０６の上部にあるＸ線管２０１を含む。ガントリ２０６は、患者位置決めテーブル２０３に沿って延在する軸の周りを回転可能である。ガントリ２０６の回転運動は、矢印２０７によって示される。コンピュータ断層撮影用Ｘ線管２０１によって放出された放射Ｘ線２０８は、患者を透過した後にＸ線検出器２０２によって検出できる。Ｘ線管２０１に対してテーブル２０３を位置決めできる移動機構２０５により、患者は正確に位置決めされる。さらに、作成されたＣＴ画像を、画像取得後に、医師に向けてディスプレイ２０４上に表示できる。コンピュータ断層撮影デバイス２００は、イメージング中にガントリ２０６に回転運動２０７を行わせる。さらに、陽極１０４の角速度と、イメージング中のガントリ２０６の回転運動とは、Ｘ線管２０１内で起きる陽極の角速度の時間的な変化によって非同期化される。
【００５０】
具体的には、陽極の角速度の時間的な変化は、イメージング中のＣＴデバイス内のガントリの回転運動中に、陽極の角速度と上記回転運動とが非同期化されることを保証する。このコスト効率の良い解決策は、陽極の角速度の複雑な制御機構を必要とせず、同時に、陽極板の不適切な加熱を大幅に低減させる。これは、ほぼすべての電子ビームスイッチングパターンに当てはまり、電子ビームの２つの焦点を有するグリッドスイッチ及び／又はステレオ管が使用される場合、特に有利である。
【００５１】
例示的な実施形態において、ＣＴは、陽極板の角速度を変化させるための機構を有する固定子−回転子の組合せによって駆動可能な管内の回転陽極板を有するグリッドスイッチを含み得る。特定の実施形態において、陽極板の角度は、次式ω（ｔ）＝ωｏ＋ΔωｓｉｎΩｔのように変化する。ここで、ωｏは平均角速度である。本発明の別の例示的な実施形態によれば、Δωは、次の基準１％ωｏ≦Δω≦６％ωｏ、２％ωｏ≦Δω≦５％ωｏ、及び３％ωｏ≦Δω≦４％ωｏのうちの１つを満たす。Δωの例示値は、加熱に関して標的とされた利益を得るために十分な変化が実現されるように選択され、一方で、Δωの値は、標的周波数ωｏにできるだけ近づくために、できるだけ小さく維持される。さらに好ましい実施形態では、Ω＝２π２Ｈｚである。Ωのこの好ましい値は、適切な電力で標的とされた変化が得られるように選択される。
【００５２】
提案される解決策は、好ましくは、回転機構の固定子内の電流の周波数を変化させることによって、又は、回転機構の固定子内の電力を変化させることによって、又は、両方を変化させることによって実現できる。いずれの場合でも、陽極の局所的な過熱の可能性は、時間的に角速度を変化させることによって大幅に低下する。
【００５３】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、図３は、回転陽極及びパルス電子ビームを用いてパルス放射Ｘ線を生成する方法のフロー図を示す。この方法は、パルス電子ビームを陽極上に放出するステップＳ１と、時間的に変化する角速度で陽極を回転させるステップＳ３とを含む。図３の実施形態では、陽極の回転は、固定子−回転子の組合せによって陽極を駆動することによって生じる。さらに、電流及び固定子の周波数を変化させることによって、平均角速度周辺での陽極の角速度の時間的に連続する振動が生じる。あるいは又はさらに、方法は、固定子内の電力を変化させることを含み、それによって、平均角速度ωｏ周辺での陽極の角速度の時間的に連続する振動が生じる。ステップＳ２において、陽極の回転は、固定子−回転子の組合せによって駆動される。図３に、固定子内の電流の周波数を変化させ、それによって平均角速度ωｏ周辺での陽極の角速度の時間的に連続する振動を生じさせるステップ、及び／又は、固定子内の電力を変化させ、それによって平均角速度ωｏ周辺での陽極の角速度の時間的に連続する振動を生じさせるステップは、Ｓ３ａで共に示されている。
【００５４】
図３の方法の特定の実施形態において、電子ビームは、グリッドスイッチを使用することによってパルス化される。このようなグリッドスイッチは、放射Ｘ線のオン及びオフを迅速に切り替えることを可能にする。特に、グリッドスイッチは、陰極と陽極との間の空間に取り付けられるグリッド開口部から成る。グリッドスイッチの電子部品は、この開口部において電圧を迅速に変更することを可能にする。これらの電圧の典型的な値は、＋１２ｋＶ及び−１２ｋＶである。開口部から生じる電界は、陰極から生じた電子が陽極へと通過することを可能にするか、又は、これらの電界は、放射Ｘ線が生成されないように電子が開口部を通過することを阻止する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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