(57)【要約】【課題】　診断イメージングシステムにおいて、拡張した補正範囲でＥＢＴスキャナにおける電子ビームの球面収差を補正する。【解決手段】　電界を用いてイオンを電子ビーム（１０５）から除去し（４００）、イオントラップ（１４４）及び接地管（１４６、４００）を用いて、イオンが電子ビーム（１０５）の下流側部分に蓄積されることを可能にする。接地管（１４６）は、イオントラップ（１４４、４００）の球面収差補正の範囲を調整する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　上流側領域及び下流側領域を有する電子ビーム（１０５）における球面収差を補正する方法であって、
　電子ビームを生成し（１０５、４００）
　前記電子ビーム（１０５、４００）の上流側領域における電界を用いてイオンを前記電子ビーム（１０５）から除去し、
　イオントラップ（１４４）及び接地管（１４６、４００）を用いて、イオンが前記電子ビーム（１０５）の下流側領域に蓄積されることを可能にし、
　前記接地管（１４６、４００）により前記イオントラップ（１４４）の球面収差補正の範囲を調整する、
ことを含む方法。
【請求項２】
　前記イオントラップ（１４４）におけるアパーチャを調整して、前記イオントラップ（１４４）の球面収差補正の範囲を調整することを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
　前記イオントラップ（１４４）に電圧を印加して中立化境界（１４８）を形成し、前記電子ビーム（１０５）の下流側領域に蓄積されたイオンをトラップすることを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
　前記中立化境界（１４８）を形成するために前記イオントラップ（１４４）に印加される電圧は、前記接地管（１４６）の半径が減少するにつれて減少することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
　前記イオントラップ（１４４）が陽イオン電極（１４４）を含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
　前記電界がイオン除去電極（１４２）により発生させられる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
　コンピュータ断層撮影システムであって、
　電子ビーム（１０５）を発生させる電子ビーム供給源（１２０）と、
　電界を用いてイオンを前記電子ビーム（１０５）から除去するイオン除去電極（１４２）と、
　イオンが前記電子ビーム（１０５）の下流側領域に蓄積することを可能にして前記イオンが上流側に浮動しないようにするイオントラップ（１４４）と、
　前記イオントラップ（１４４）を収容するビーム管（１１０）と、
　前記イオントラップ（１４４）の下流側に配置され、電気的に接地された接地管（１４６）と、
を備え、
前記ビーム管（１１０）の有効電気半径が前記接地管（１４６）の物理的半径と一致して、前記電子ビーム（１０５）における球面収差を低減するようになったコンピュータ断層撮影システム。
【請求項８】
　前記接地管（１４６）が非磁性の接地管（１４６）を備える請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
　前記接地管（１４６）の半径により、前記イオントラップ（１４４）の球面収差補正の下限が拡張されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
　前記イオントラップ（１４４）が陽イオン電極（１４４）を備え、前記陽電子イオン電極（１４４）が前記電子ビーム（１０５）が通過するアパーチャを含む請求項７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、一般に、診断イメージングシステムにおける球面収差補正（spherical aberration correction）に関する。特に、本発明は、拡張した補正範囲でＥＢＴスキャナにおける電子ビームの球面収差を補正することに関する。
【背景技術】
【０００２】
　診断イメージングシステムは、Ｘ線システム、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システム、超音波システム、電子ビーム断層撮影（ＥＢＴ）システム、磁気共鳴（ＭＲ）システム及び同様のもののような種々のイメージング診断装置を含む。診断イメージングシステムは、例えば患者のような被検体の画像を、例えば患者を透過するＸ線のようなエネルギ源に曝すことにより生成する。生成された画像は、多くの目的に用いることができる。例えば、被検体の内部欠陥を検出することができる。更に、内部構造又は整列状態の変化を求めることができる。また、被検体内の流体の流れを表すことができる。更に、画像は、被検体内の要素の存在の有無を示すことができる。診断イメージングにより得られる情報には、医学及び製造を含む多くの分野の用途がある。
【０００３】
　診断画像が確実に信頼性を有して使用することができるのを助けるためには、診断イメージングシステムにおいて画像を補正することが有利である。診断イメージングシステムにおける画像補正は、画質及びシステム性能を含む幾つかの理由から重要である。質の悪い画像は、信頼性のある画像分析を妨げることになる。例えば、画像コントラストの品質が低下すると、臨床的に使用不可能な信頼性のない画像をもたらす可能性がある。更に、リアルタイムイメージングシステムの出現により、鮮明で高品質の画像を生成することの重要性が高まってきた。診断画像の補正は、被検体の識別可能な及び使用可能な表示の生成を助けることができる。
【０００４】
　例えば、ＣＴイメージングシステムにおいて、患者のような被検体に複数の角度からＸ線照射して、サイノグラム（sinogram）と呼ばれるＸ線投射のセットが生成される。ＣＴイメージングにおける再構成は、サイノグラムデータから再構成二次元画像を計算する。その結果として得られる画像は、ターゲットである被検体内部の単一スライスとすることができる。また、マルチスライスを取得することもできる。ＣＴイメージングシステムにおける不正確さ又は誤差は、ぼけやストリーキングを生じさせ、或いは結果として得られる画像にゴーストイメージすなわちアーチファクトを招く結果となる場合がある。例えば、電子ビームが球面収差を受けた場合には、走査された画像に歪みが生じることになる。
【０００５】
　ＥＢＴシステムは、高エネルギの電子ビームを利用してターゲットに当て、撮像されるべき被検体を照射するためのＸ線を生成する。電子がターゲットに当たる点は「ビームスポット」と呼ばれる。電子ビームは、エラーが最小になるように、及びより正確にビームスポットが生成されるように、「調整」され及び／又は補正される。
【０００６】
　できるだけ高い空間解像度を達成するためには、理論上できるだけ小さく、かつシステムの安全性と両立し得る電子ビームスポットを生成することが望ましい。小さなビームスポットを生成するために、電子ビームの光学系には収差がないようにすべきである。ビームの光学系における収差は、外部構成要素又はビーム自体の中のイオンに起因するビームの集束力がビーム半径に比例しないときに生じるものとすることができる。収差は電子ビームを下流側で不均一にさせることができる。球面収差は、電子ビームの焦点強度が電子ビームの半径によって変化するときに生成される。球面収差は、電子ビーム内の力を不均一（非線形に）にし、ビームスポットを囲むハロー（ｈａｌｏ）を生じさせる。その結果、ビームスポットにおいて生成されたＸ線もハローを有するようになる。Ｘ線を囲むハローは、結果として得られる画像の画質及び鮮明度を低下させる。
【０００７】
　球面収差が補正されたとしても、この補正は完璧でない場合がある。従って、ある程度の収差を生成するどのようなビーム光学装置でも、できるだけ球面収差を少なくすべきである。従って、優れたビーム光学系をもつ電子供給源の使用が可能な収差補償装置の必要性がある。
【０００８】
　米国特許番号第５，７１９，９１４号及び第６，２０８，７１１号に述べられるように、電子ビームは、真空ハウジングチャンバの上流端で電子供給源により生成される。尚、これらの特許は本明細書において全体を引用により組み込まれる。電子銃の陰極上の大きな負ポテンシャル（例えば−１３０ｋＶ）は、電子ビームをチャンバの軸に沿って下流側に加速する。更に下流側において、磁界集束、四極子、及び偏向コイルを含むビーム光学系は、ビームがＸ線生成ターゲットに沿って走査するように、該ビームを集束し偏向する。ターゲットにおける最終ビームスポットは、電子供給源の陽極で生成されたものよりも小さい。ビームスポットは、イメージングシステムにより取得される画像の質の劣化を最小にするために、適切に鮮鋭で、かつハローの無い状態でなければならない。
【０００９】
　ビーム光学系の上流側のチャンバ領域においては発散ビームが望ましく、電子ビームは、固有の空間電荷により生成された力に起因して、有利には自己拡張することができる。これと対照的に、ビーム光学系から下流側においては、Ｘ線生成ターゲットで最終ビームスポットを最小にするように、集光する自己集束ビームが望ましい。
【００１０】
　電子ビームが真空チャンバを通過すると、ビームはその中の残留ガス又は取り込まれたガスをイオン化し、陽イオンが生成される。陽イオンは、空間電荷の中立化及び集光ビームが望まれる下流側のチャンバ領域において有用である。しかしながら上流側領域においては、陽イオンは、外部の静電場により除去されない限り、負電子ビーム内でトラップされることになる。イオンが除去されない場合は、電子ビームの自己拡張のための空間電荷は中立化され、該電子ビームは不安定になり或いは崩壊さえする場合もある。
【００１１】
　電子ビーム光学系を調整するために、現在のＥＢＴスキャナは、ある形態のイオン除去電極（ＩＣＥ）システム（例えば、単一ポテンシャルイオン除去電極システム（ＳＰＩＣＥ、米国特許番号第６，２０８，７１１号）、回転式イオン除去電極組立体（ＲＩＣＥ）、又は周期的イオン除去電極（ＰＩＣＥ））を組み込むことができる。ＩＣＥシステムは、電子供給源とビームの光学レンズ系（例えば、磁気ソレノイド）との間の領域に電界を生成することにより陽イオンを電子ビームから除去する。電界を用いて電子供給源とビームの光学レンズ系との間の陽イオンを除去することにより、有利には上流側又は第１の領域において自己反発性（又は自己発散性）であり、かつ下流側又は第２の領域において自己誘引性（又は自己集束性）である電子ビームが生成される。
【００１２】
　典型的なＩＣＥシステムは、陽イオン電極（ＰＩＥ）又はイオントラップで終端する。ＰＩＥ又はイオントラップは、電子ビームの第１及び第２領域を分離することが好ましい。ＰＩＥ又はイオントラップは、ＩＣＥから下流側の残留ガスからの電子ビームにより発生されたイオンが上流側に浮動するのを防止する。イオンは、ビームの空間電荷を中立化するためにＰＩＥの下流側に蓄積される。
【００１３】
　ＰＩＥは、典型的には、座金形状の電極である。ＰＩＥは、典型的には、高い陽ポテンシャルに結合される。ＰＩＥポテンシャルの大きさを用いて、上流側及び下流側のビーム領域の相対的な長さを定めることができる。更に、適切に高いＰＩＥポテンシャルは、下流側で生成されたイオンが上流側領域に浮動することを防止することができる。ＰＩＥは、ＩＣＥにおける電子ビームの空間電荷支配部分と下流側の電子ビームの中立化部分との間に、放物面状の境界を形成するようにすることができる。放物面状の境界は、電子ビームの自己集束力に球面収差を生成する。米国特許番号第５，７１９，９１４号に述べられるように、球面収差はＰＩＥに印加される電圧を調整することにより制御することができる。ＰＩＥ電圧を使用して、電子供給源のような他のビーム線要素により生成される球面収差を相殺又は補正することができる。
【００１４】
　しかしながら、妥当な印加ポテンシャルでＰＩＥ電圧を調整することによる球面収差の補正には、上限及び下限の両方がある。球面収差補正の上限は、ＰＩＥのアパーチャを増加させることにより拡張することができる。原理的には、下限はＰＩＥに印加された電圧を増加させることにより拡張することができるが、下限の小さな拡張でさえも、大きな程度の高い電圧を必要とする可能性がある。より小さなＰＩＥアパーチャを用いることにより下限を低下させる代替的な手法は、電子ビームと電極との安全な分離を維持する必要性により制限される。従って、電子供給源が優れたビーム光学系及び少ない球面収差で設計された場合には、現在のＰＩＥの設計は球面収差を補償できなくなる。実際に、現在のＰＩＥの設計は、現在のＰＩＥにおける球面収差補正の上限及び下限に対する制限のために、優れた光学系をもつ電子ビームにおける球面収差を悪化させる場合がある。
【特許文献１】米国特許番号第５，７１９，９１４号
【特許文献２】米国特許番号第６，２０８，７１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
　従って、現在のビーム光学系及び将来の優れた電子ビーム光学系での画質を改善するために、球面収差補正の下限及び上限を拡張する方法及び装置の必要性がある。更に、妥当な印加電圧により球面収差の下限及び上限を拡張して、現在の試みでは必要とされる適切でない高い大きさのポテンシャルを不要にする方法及びシステムの必要性がある。更に、電子ビームと電極との間の安全な分離を維持しながら、球面収差補正を調整する方法及びシステムについての必要性がある。従って、拡張された補正範囲を用いてＥＢＴスキャナにおける電子ビームの球面収差を補正する方法及び装置の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
　特定の実施形態は、コンピュータ断層撮影システムを含む。このシステムは、電子ビームを発生させる電子ビーム発生装置と、電界を用いてイオンを電子ビームから除去するイオン除去電極と、イオンを該電子ビームの下流側領域に蓄積して該イオンが上流側に浮動しないようにするイオントラップと、イオントラップ及びイオン除去電極を収容するビーム管と、該ビーム管の有効半径を接地管の物理的半径と一致させて該電子ビームにおける球面収差が減少させる接地管とを含む。特定の実施形態においては、接地管は非磁性の接地管である。接地管の半径により、イオントラップの球面収差補正の下限が拡張される。特定の実施形態においては、イオントラップは、電子ビームが通過するアパーチャを含む陽イオン電極である。アパーチャの大きさは、電子ビームからの安全な間隙が設けられるように調整され、イオントラップの球面収差補正の上限を定める。イオントラップは電圧を用いて電子ビームにおける中立化境界を生成し、イオンが電子ビームの下流側領域に蓄積されることを可能にする。接地管はイオントラップに印加されるべき電圧を低下させる。システムは更に、電子ビームに照準を定め及び／又は該電子ビームを集束させる光学系を含むことができる。システムは更に、電子ビームによる衝突に応答してＸ線照射を生成するターゲットと、該ターゲットにより生成されたＸ線照射を検出するための検出器とを含むことができる。
【００１７】
　特定の実施形態は、上流側領域及び下流側領域を有する電子ビームにおける球面収差を補正する方法を含む。この方法は、電子ビームを生成し、該電子ビームの上流側領域における電界を用いてイオンを電子ビームから除去し、イオントラップ及び接地管を用いて、イオンが電子ビームの下流側部分に蓄積されることを可能にすることを含む。接地管は、イオントラップの球面収差補正の範囲を調整する。この方法は更に、イオントラップにおけるアパーチャを調整して、該イオントラップの球面収差補正の範囲を調整することを含む。更に、電圧をイオントラップに印加して中立化境界を形成し、イオンを電子ビームの下流側にトラップすることができる。中立化境界を形成するためにイオントラップに印加される電圧は、接地管の半径が減少するにつれて減少する。イオントラップは陽イオン電極とすることができる。特定の実施形態においては、イオンを除去するのに用いられる電界は、イオン除去電極により発生する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
　上述の概要、並びに本発明の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と共に読むとより理解されるであろう。本発明を説明するために、図面において特定の実施形態が示される。しかしながら、本発明は、添付の図面に示される配置及び手段に制限されるものではないことを理解されたい。
【００１９】
　以下の詳細な説明では、図示目的のためだけに電子ビーム断層撮影（ＥＢＴ）イメージングシステムの特定の実施形態を参照する。本発明は、他のイメージングシステム及び他の電子ビームシステムと共に用いることができることを理解されたい。
【００２０】
　図１は、本発明の実施形態に従って形成されたＥＢＴイメージングシステム１００を示す。ＥＢＴシステム１００は、ハウジング１１０、ターゲット１６０、被検体位置決め装置１７０、及び検出器１８０を含む。図２においてより詳細に示されるように、ハウジング１１０は、電子供給源１２０、電極組立体１４０、及びビーム光学系１５０を含む。図３に示されるように、電極組立体１４０は、イオン除去電極（ＩＣＥ）１４２、陽イオン電極（ＰＩＥ）１４４、及び接地管１４６を含む。
【００２１】
　電子供給源１２０は、イメージングに用いるための電子ビーム１０５を形成するのに用いることができる電子の供給源を提供する。電子供給源１２０からの電子ビーム１０５は、ターゲット１６０のイメージングに用いるためのＸ線照射のような放射線を生成するのに用いられる。電子供給源１２０は、電圧発生装置（図示せず）に接続されて電子ビーム１０５を発生させるように用いることができる。例えば、電圧発生装置からの−１３０ｋＶの電圧に応答して、電子供給源１２０の陰極で電子ビーム１０５を発生させる。
【００２２】
　電極組立体１４０は、ＩＣＥ１４２、座金形状のＰＩＥ１４４、及び接地管１４６を用いて、電子ビーム１０５の上流側領域における陽イオンを制御する。例えば、電極組立体１４０は、電子ビーム１０５の正味偏向を最小にしながら、陽イオンを電子ビーム１０５から有利に抽出するように働く電子ビーム１０５の速度に対して横方向の電界で囲んで電子ビーム１０５を曝すことにより、陽イオンを制御することができる。
【００２３】
　イオン除去電極（ＩＣＥ）１４２は、陽イオンを電子ビーム１０５から除去する。ＩＣＥ１４２は、例えば、多面回転式電界イオン除去電極（ＲＩＣＥ）、多重多面イオン除去電極（ＩＣＥ）、周期的軸方向電界イオン制御電極（ＰＩＣＥ）、又は単一ポテンシャルイオン除去電極（ＳＰＩＣＥ）とすることができる。ＩＣＥ１４０は、ＰＩＥ又はイオントラップ１４４で終端する。
【００２４】
　例えば、ＳＰＩＣＥは、動作ポテンシャルの単一の供給源から動作可能なイオン除去電極組立体を用いて陽イオンを電子ビームから抽出し、本質的にゼロの正味ビーム偏向及び変位を生成する。ＳＰＩＣＥは、通常、磁気ソレノイド（集束）レンズの内側に、システム１００のＺ軸の周りに同軸に取り付けられ、該Ｚ軸に沿って変わる２つの基本的な電極断面のアレイを用いて電界を発生させて、電子ビーム１０５の周りの集束磁場及び収差生成磁場がキャンセルされるか又は最小になるようにする。
【００２５】
　ＰＩＥ１４４又はイオントラップは、ＩＣＥ１４２から下流側の電子ビーム１０５における残留ガスにより発生されたイオンが、上流側に浮動して該ＩＣＥ１４２内に入るのを防止する。イオンは、電子ビーム１０５の下流側部分に蓄積されて、電子ビーム１０５により示される空間電荷が中立化されるようになる。ＰＩＥ１４４は、座金形状の電極とすることができる。ＰＩＥ１４４に印加された電圧ポテンシャルは、ＩＣＥ１４２における電子ビーム１０５の空間電荷に支配された部分と該電子ビーム１０５の下流側の中立化された部分との間に、放物面状の中立化境界１４８が形成されるようにする。イオンは、放物面状の中立化境界１４８から下流側に蓄積される。蓄積されたイオンは電子ビーム１０５を中立化し、電子ビーム１０５を自己集束性にする。
【００２６】
　空間電荷ビームと中立化ビームとの間の放物面状の境界１４８は、ビーム１０５の半径の３乗に比例するビーム１０５の自己集束力を生じる。ビーム１０５の３乗に比例する集束力は、球面収差についての古典的条件づけである。球面収差の大きさは、中立化境界１４８の軸方向範囲に比例する。境界１４８の範囲はＰＩＥ１４４に印加された電圧と、ＰＩＥ１４４及び接地管１４６の寸法によって制御される。ＰＩＥ１４４に印加された電圧ポテンシャルを用いて、放物面状の中立化境界１４８を補正することにより（すなわち、該境界１４８の範囲を減少させることにより）、電子供給源１２０のような他のビームの線要素により生成された球面収差を相殺又は補正することができる。
【００２７】
　接地管１４６は、印加されたポテンシャルを用いて、ＰＩＥ１４４の球面収差補正の範囲をより低い値にシフトする。接地管１４６は、例えば、アルミニウム、非磁性のステンレス鋼、又は銅のような金属管である。接地管１４６は、例えば、ＩＣＥ支持フレーム１４５又はハウジングすなわちビーム管１１０の内壁への取り付けによりシステム１００において接地される。一実施形態において、接地管１４６は、長さ８０ｍｍ、半径３０ｍｍ、及び厚さ１．６ｍｍを有するアルミニウム管である。接地管１４６の寸法、組成、及び位置付けは様々とすることができる。
【００２８】
　接地管１４６は、ビーム管１１０においてＰＩＥ１４４から下流側に位置させられる。接地管１４６は、接地管１４６とＰＩＥ１４４との間のアーク放電を阻止するのに十分なだけＰＩＥ１４４から間隔を置いて配設される（例えば、数ミリメートルの間隔をあける）。例えば、２ミリメートル又はそれよりも大きい間隔は、１０００Ｖの電圧ポテンシャルが印加された時に、接地管１４６とＰＩＥ１４４との間のアーク放電を阻止することができる。特定の実施形態において、接地管１４６とＰＩＥ１４４との間の空間は、接地管１４６及びＰＩＥ１４４の半径よりも小さい（例えば、６ｍｍより小さい）。特定の実施形態においては、電子ビーム１０５の下流側領域に面する接地管１４６の端部は、ＰＩＥ１４４により形成された放物面状の中立化境界１４８を、幾つかの電子ビーム１０５の直径だけ上回る。
【００２９】
　図８は、本発明の実施形態によるＥＢＴイメージングシステム１００のＰＩＥ１４４及び接地管１４６の位置決めを示す。接地管１４６及びＰＩＥ１４４は、軸の周りに対称的に中心を置き、該軸に沿って、電子ビーム１０５がビーム管１１０を移動する。ＰＩＥ１４４及び接地管１４６は、ビーム管１１０内のＩＣＥ支持フレーム１４５に取り付けられる。一実施形態において、接地管１４６及びＰＩＥ１４４は各々、１２０度の間隔を置いて配置された３つのファスナにより支持フレーム１４５に取り付けられる。
【００３０】
　接地管１４６がＰＩＥ１４４から下流側に位置させられたとき、該接地管１４６の半径（例えば３０ｍｍ）は、該ＰＩＥ１４４から下流側の電子ビーム１０５を囲むビーム管すなわちハウジング１１０の有効「電気」半径となる。すなわち、接地管１４６がＰＩＥ１４４から下流側にあるとき、静電気の観点から見ると該接地管１４６がビーム管１１０となる。しかしながら、真空又は物理的な観点から見ると、ビーム管１１０は、接地管１４６よりも大きな半径を有する（例えば、７６ｍｍ）。接地管１４６がない場合には、電気半径（静電気の意味における半径）とビーム管１１０の真空／物理的半径とは同じである（例えば、７６ｍｍ）。ビーム管はＩＣＥ１４２／ＰＩＥ１４４システムのための真空ポンプを提供する。
【００３１】
　特定の実施形態において、ＰＩＥ１４４により生成された放物面状の中立化境界１４８における静電ポテンシャルは、ＰＩＥ１４４に起因する電圧ポテンシャルと電子ビーム１０５の電圧ポテンシャルの和に等しい。ＰＩＥ１４４から下流側において、電子ビーム１０５の電圧ポテンシャルの大きさは、接地管１４６の半径の減少と共に小さくなる。接地管１４６の半径が電子ビーム１０５の半径と等しくなるまで減少された場合には（すなわち、ビーム１０５が接地管１４６に接するようになる）、電子ビーム１０５のエッジの電圧ポテンシャルはゼロになる。
【００３２】
　電子ビーム１０５の球面収差はＰＩＥ１４４の電圧ポテンシャル、該ＰＩＥ１４４の半径、及びビーム管１１０の半径により影響を受ける。ＰＩＥ１４４に印加された電圧ポテンシャルに対する変化は、一定のしきい値を超えると実用的ではない可能性がある。ＰＩＥ１４４のアパーチャの補正もまた、一定のしきい値の後は有効性が制限される場合がある。接地管１４６の導入は、電気的な点においては、ＰＩＥ１４４から下流側のビーム管１１０の部分の半径を効果的に減少させ、物理的なビーム管１１０の半径は変化しないまま残る。すなわち、ビーム管１１０の有効電気半径は、接地管１４６の物理的な半径と一致する。接地管１４６は、電子ビーム１０５のポテンシャルを制限し、ＰＩＥ１４４から下流側の球面収差を最小にするのを助ける。同じ球面収差について（例えば、同じ中立化境界の長さ）、図５、図６、及び図７Ａ−Ｃ関連して以下に更に説明されるように、ＰＩＥ１４４に起因するポテンシャル及びＰＩＥ１４４に印加された電圧は、接地管１４６の半径及びビーム１０５に起因するポテンシャルの大きさが減少するにつれて減少する。
【００３３】
　電子ビーム１０５はビーム光学系１５０により集束される。ビーム光学系１５０は、例えば、半径、角度、及び／又は電子ビーム１０５のタイミングを調整することができる。ビーム光学系１５０は、四極子コイル、偏向コイル、及び磁気レンズを含むことができる。コイルは、イメージングに用いるために、ターゲット１６０に衝突するように電子ビーム１５０を集束し形成する。
【００３４】
　ターゲット１６０は、電子ビーム１０５が接触するとＸ線照射のような放射線を生成する。電子ビーム１５０がターゲット１６０に当たる位置は、ビームスポットと呼ばれる。ターゲット１６０は、ビームスポットにおいてビーム１０５に当たり、Ｘ線が生成される。Ｘ線はターゲット１６０から離れる方向に移動する。ターゲット１６０は、例えばタングステンのターゲットのような金属ターゲットとすることができる。
【００３５】
　被検体位置決め装置１７０は、イメージされるべき被検体を、ビームスポットにおけるターゲット１６０から放射された放射線の経路に少なくとも部分的に位置付ける。被検体位置決め装置１７０上の被検体は、Ｘ線がターゲット１６０から移動するにつれて照射される。被検体位置決め装置１７０は、移動可能又は移動不能とすることができ、被検体を水平方向及び／又は垂直方向に位置させることができる。
【００３６】
　検出器１８０は、ターゲット１６０から該検出器に入射している放射線を検出する。ターゲット１６０からのＸ線が被検体位置決め装置１７０上の被検体を照射し、次いで検出器１８０に当たる。被検体を透過するＸ線は、該Ｘ線が透過する物質の密度に応じて異なる程度に減弱される。検出器１８０上に衝突するＸ線は減弱された放射線の強度に対応する電気的応答を発生させる。診断用画像はこの電気的応答から形成される。
【００３７】
　動作中、電圧発生装置及び電子供給源１２０が、電子ビーム１０５を該電子供給源１２０の陰極から発生する。電子ビーム１０５は、電子供給源１２０の陰極を通り電極組立体１４０に入る。電極組立体１４０内では、ＩＣＥ１４２における電極が陽イオンを電子ビーム１０５から除去する電界を生成する。このようにして、電子ビーム１０５がＩＣＥ１４２内で帯電される。
【００３８】
　次に、電子ビーム１０５はＰＩＥ１４４に入る。ＰＩＥ１４４は、イオンを、電子ビーム１０５の下流側部分にトラップし、又は閉じ込める。ＰＩＥ１４４はイオンを遮断する境界１４８を生成する。イオンは、ＩＣＥ１４２から下流側の電子ビーム１０５を中立化する。
【００３９】
　球面収差は、イオン除去及びイオントラッピングにより、及び電子供給源１２０並びに他の成分によりもたらされる。ＰＩＥ１４４の電圧は、イオントラッピングに起因する球面収差を制御する。ＰＩＥ１４４は、他の成分に起因して電子ビーム１０５に生じる球面収差を相殺することができる。しかしながら、相殺されるべき球面収差の程度が過大となった場合には、球面収差を補正するためにはＰＩＥ１４４に大きな電圧が印加されなくてはならない。ＰＩＥ１４４の電圧は大きくなりすぎる可能性がある。しかしながら、接地管１４６の導入により、ＰＩＥ１４４と接地管１４６が球面収差特性を調整するように協働し、球面収差の補正に対する幅広い範囲がもたらされる。
【００４０】
　単独で用いられる場合には、ＰＩＥ１４４は球面収差補正能力に対する固有の上限及び下限を有する。補正の上限は、ＰＩＥ１４４のアパーチャ又は開口部を増加させることにより拡張される。補正の下限は、ＰＩＥ１４４に印加される電圧を増加させることにより拡張される。接地管１４６が無い場合には、下限の小さな拡張のために、印加される電圧を大きく増加させる必要がある。接地管１４６は、電極組立体１４０を収容しているビーム管１１０に関連した接地管１４６の半径に基づいて、球面収差補正の下限の拡張を可能にする。
【００４１】
　電子ビーム１０５がＰＩＥ１４４、接地管１４６、更にビームの光学系１５０を通過した後、電子ビーム１０５における球面収差は最小となる。ＰＩＥ１４４は接地管１４６と共に、ビームスポットにおいて電子ビーム１０５を囲む、球面収差により生じたハロー（ｈａｌｏ）を低減する。従って、ターゲット１６０に当たる電子ビーム１０５は、低減されたハローを有するターゲット１６０からＸ線を生成する。
【００４２】
　ターゲット１６０において発生したＸ線は、被検体位置決め装置１７０を外向きに移動し、該被検体位置決め装置１７０上に位置させられた被検体を照射する。被検体により遮断されなかったＸ線は、次に、検出器１８０上に入射する。検出器１８０に衝突するＸ線の強度に基づいて信号が発生される。この信号を用いて画像が生成される。ハローが低減されたＸ線は結果として生じる画像の画質を改善するのを助ける。
【００４３】
　図４は、本発明の実施形態による電子ビーム１０５における球面収差を補正する方法４００についてのフロー図を示す。最初に段階４１０において、電子ビーム１０５を生成する。次に段階４２０において、ＩＣＥ１４２により生成した電界を通して、上流側の電子ビーム１０５からイオンを除去する。段階４３０において、イオンを電子ビーム１０５の下流側部分に蓄積することを可能にする。放物面状の中立化境界１４８を越えたイオンの蓄積は自動的に生じる。従って、中立化境界１４８から下流側の電子ビーム１０５の部分の大部分は中立化され、電子の数に等しい数のイオンを含む。例えば、中心に開口部をもつＰＩＥ１４４のような座金形状のイオントラップを用いて、放物面状の境界１４８を生成しイオンが上流側に移動するのを遮断することができる。
【００４４】
　しかしながら、イオントラッピングには、球面収差補正において制限がある。従って、段階４４０において、ＰＩＥ１４４のようなイオントラップの補正制限をシフトさせる。例えば、ＰＩＥ１４４の上限は、該ＰＩＥ１４４における開口部すなわちアパーチャの大きさを調整することにより調整することができる。更に、ＰＩＥ１４４の球面収差補正の下限は、該ＰＩＥ１４４から下流側に接地管１４６を置くことにより調整することができる。図５に関連して以下に更に説明されるように、接地管１４６の寸法により球面収差補正の制限が低下する。
【００４５】
　球面収差補正の上限は、ＰＩＥ１４４のようなイオントラップにおける電子ビーム１０５が通過するアパーチャを広くすることにより増大させることができる。イオントラップにより、電子ビーム１０５の下流側部分においてイオンが該電子ビーム１０５に蓄積することが可能となる。球面収差補正の下限は、接地管１４６をイオントラップを越えて位置させることにより拡張され、イオントラップの補正範囲を低い値にシフトさせる。接地管１４６の寸法は、イオントラップと電子ビーム１０５との間の電気相互作用に影響し、該イオントラップによりもたらされる球面収差補正の範囲を低くする。
【００４６】
　次に段階４５０において、補正された電子ビーム１０５をビーム光学系１５０により照準を定め、及び／又は集束させる。段階４６０において、電子ビーム１０５をターゲット１６０に衝突させて、Ｘ線を生成する。次に段階４７０において、Ｘ線がターゲット１６０から移動して、被検体位置決め装置１７０上に配置された被検体を透過し、該被検体を照射する。段階４８０において、Ｘ線が検出器１８０上に入射する。Ｘ線は、被検体位置決め装置１７０上の被検体を照射した後、検出器１８０において該Ｘ線が検出器１８０に到達する強度に比例した信号を生成する。最後に段階４９０において、この信号を用いてＸ線が透過する被検体を表す画像を生成する。
【００４７】
　図５は、異なる接地管１４６半径に基づく球面収差とＰＩＥ１４４の電圧を表すグラフを示す。図５は、接地管１４６半径の減少に伴う、一定の球面収差についての電圧のシフトを示す。接地管１４６のより小さな物理的半径の場合、従ってビーム管１１０のより小さな有効電気半径の場合、ＰＩＥ１４４に印加されたより低い電圧ポテンシャルは、より大きな有効電気半径で印加されたより高い電圧ポテンシャルと同じように、電子ビーム１０５における球面収差の低減を達成する。図５において、電子ビーム１０５のエッジにおける球面収差は、７１０ＶのＰＩＥ１４４電圧及び７．６２ｃｍの接地管１４６半径と、３３０ＶのＰＩＥ１４４電圧及び３．０ｃｍの接地管１４６半径とにおいて、同じ０．２ジオプターである。従って、小さな接地管１４６半径は、より低い印加電圧ポテンシャルにおいて所定の球面収差の減少を可能にする。
【００４８】
　図６は、ＰＩＥ１４４電圧に基づく電子ビーム１０５の球面収差と接地管１４６半径とを示す。図６は、ＰＩＥ１４４に印加された所定の電圧ポテンシャルに対して、接地管１４６の半径が増大するにつれて、一般にどのように球面収差が増大するかを示す。一定の電圧において、接地管１４６の半径の減少、従ってビーム管１１０の有効電気半径の減少は、電子ビーム１０５の球面収差の減少の範囲の拡張を可能にする。図６は、１０００Ｖのポテンシャルが印加されたＰＩＥ１４４と最小ポテンシャルが印加されたＰＩＥ１４４についての球面収差と接地管１４６半径とを示す。例えば、３．０ｃｍの接地管１４６半径において、電子ビーム１０５の球面収差補正は、最小ＰＩＥ１４４電圧で０．２２５ジオプターであり、１０００ＶのＰＩＥ１４４電圧では０．０８ジオプターである。
【００４９】
　図７（Ａ）−（Ｃ）は、ＰＩＥ１４４を用いた従来のシステムと、本発明の実施形態による接地管１４６を備えたＰＩＥ１４４を用いた改善されたシステムとを比較したものである。図７（ａ）は、電子ビーム１０５の中心と電子管の壁との間に大きな半径ｒwを持つＰＩＥ１４４を用いた従来のシステムを示す。図７（ｂ）は、ＰＩＥ１４４のＺ軸近傍のＰＩＥ１４４ポテンシャルと、ＰＩＥ１４４に印加された電圧により形成された中立化境界１４８とをグラフ化したものである。ＰＩＥ１４４に起因する電圧ポテンシャルはＺ軸に沿った距離に対して示される。ＰＩＥ１４４電圧及び電子ビーム１０５のＺ軸に沿った中立化境界１４８の範囲は、電子ビーム１０５内の球面収差に影響を与える。
【００５０】
　接地管１４６を備えた改善されたＰＩＥ１４４が図７（ｃ）に示される。図７（ｃ）に示されるように、半径ｒwは電子ビーム１０５の中心から、ビーム管又はハウジング１１０の壁までではなく、接地管１４６の壁までに大幅に減少される。更に、中立化境界１４８が、従来技術よりもＰＩＥに近接して減少した範囲で該ＰＩＥ１４４により形成される。半径を減少させし、電子ビーム１０５のＺ軸に沿って境界１４８の範囲を短縮することにより、球面収差を減少させることができる。接地管１４６を付加することにより減少の程度が改善され、電子ビーム１０５の球面収差における減少が容易になり、従って、結果として得られる画質も改善されることになる。
【００５１】
　本発明は、特定の実施形態を参照して述べられたが、当業者であれば、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができ、均等物で置き換えることができることが理解されるであろう。更に、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の教示に対する特定の状況又は材料に適合するように、多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲の技術的範囲内にあるすべての実施形態を含むことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態により形成されたＥＢＴイメージングシステム。
【図２】本発明の実施形態により形成された電子ビームハウジングの一部。
【図３】本発明の実施形態により形成された電極組立体。
【図４】本発明の実施形態による電子ビームにおける球面収差を補正する方法のフロー図。
【図５】本発明の実施形態による接地管半径に基づく球面収差とＰＩＥ電圧とを表すグラフ。
【図６】本発明の実施形態によるＰＩＥ電圧に基づく電子ビームの球面収差と接地管半径とを示す図。
【図７Ａ】ＰＩＥを用いた従来のシステムの概略図。
【図７Ｂ】ＰＩＥのＺ軸近傍のＰＩＥテンシャルとＰＩＥに印加された電圧により形成された中立化境界とのグラフ。
【図７Ｃ】本発明の実施形態による接地管を備えたＰＩＥを用いた改善されたシステムの概略図。
【図８】本発明の実施形態によるＥＢＴイメージングシステムにおけるＰＩＥ及び接地管の位置決めを示す図。
【符号の説明】
【００５３】
　１２０　電子ビーム供給源
　１０５　電子ビーム
　１４４　イオントラップ
　１１０　ビーム管
　１４６　接地管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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