(57)【要約】【課題】  Ｘ線管のような放射線源からの放射線の放射率を調節する。【解決手段】  Ｘ線管からの放射線放射率を調節するために、Ｘ線管の電流（Ｉtube）が、加熱電流（Ｉch）に応じた二次多項式関数及び高電圧（Ｖ）に応じた一次多項式関数によって実験的にモデル化される。伝達関数（１３）は、予測される管電流を調節するために３％よりも精密な精度を提供する（１８）。この関数は、製造バラツキ及び使用している管の経年変化を考慮に入れて使用することもできる。【選択図】      図１
2004221082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線源（１）の放射線放射率を調節する方法であって、
線源の放射線放射率（Ｉtube）を線源の第１の放射要素（５）と第２の放射要素（６）間に印加される電圧（Ｖ）の関数及び活性線源の加熱電流（Ｉch）の関数として較正し、
前記第１の要素よりも高い電圧を前記第２の要素に印加し、
予測放射線放射率に関して前記第２の要素の加熱電流を前記較正の関数として調節する、
ことを含み、
前記較正が放射線放射率を表すように選択された式によって行い、該式において前記放射率の値の対数が前記加熱電流の二次多項式関数であり、かつ前記電圧の一次多項式関数であることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記放射線源がＸ線管であり、
前記第１の要素が前記Ｘ線管の陽極であり、
前記第２の要素が前記Ｘ線管の陰極である
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記Ｘ線管を所定のＸ線管において次式、
ｌｎ（Ｉtube）＝ａＩch2ｌｎ（Ｖ）＋ｂＩch2＋ｃＩchｌｎ（Ｖ）＋ｄＩch＋ｅｌｎ（Ｖ）＋ｆ
を満足する６つの係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、及びｆの関数として較正し、ここでｌｎはネーパ対数、Ｉtubeは管電流、Ｉchは管加熱電流、Ｖは管電圧であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、及びｆが、下記表の列の１つによって与えられる値、又は二重焦点管においては両方の列によって与えられる値を有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【表１】
2004221082.tif 000004
【請求項５】
特定の管の較正をこの特定の管の性質の関数として補正し、
数回の較正実験中に、この特定の管に対する管電流Ｉtube、加熱電流Ｉch、及び印加される高電圧Ｖの測定値を読み取り、
管に供給されるべき加熱電流Ｉchrealが式Ｉchreal＝α．Ｉchcalib＋βで表され、該式においてＩchcalibは較正の結果得られる加熱電流の値である係数α及びβを決定するように回帰を実行する、
ことを含む請求項２乃至４のいずれか1項に記載の方法。
【請求項６】
特定の管の較正をこの特定の管の経年変化の関数として補正し、
後続の使用中に、この特定の管に対する管電流Ｉtube、加熱電流Ｉch、及び印加される高電圧Ｖの測定値を読み取り、
管に供給されるべき加熱電流Ｉchrealが式Ｉchreal＝α．Ｉchcalib＋βで表され、該式においてＩchcalibは較正の結果得られる加熱電流の値である係数α及びβを決定するように回帰を実行する、
ことを含む請求項２乃至５のいずれか1項に記載の方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか1項を実行するプログラムコードを内包するコンピュータプログラム製品。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか1項の方法を実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムが内部に埋め込まれた媒体を含むデータキャリア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一実施形態は、Ｘ線管のような放射線源からの放射線の放射率を調節する方法に関する。本発明の別の実施形態は、医学的用途に用いることができる放射線源からの放射線の放射率を調節する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線管の動作は、この管の陽極と陰極との間に印加される高電圧と、陰極のフィラメントを高温に加熱する加熱電流とによって制御される。Ｘ線放射の原理に従って、電子が陰極から取り出されて高速で陽極へ投射される。これらの電子が衝突する陽極ターゲットが、次いでＸ線を放射し、該Ｘ線を用いてＸ線露光を行い、より一般的にはＸ線画像を生成することができる。印加される高電圧は、放射されるＸ線フォトンのエネルギーに直接関係する。
【０００３】
陽極のターゲット物質の均一性と、露光時すなわち画像撮像時における高電圧における電源変動と、並びにＸ線生成の統計的現象とを考慮すると、広いスペクトルを有するＸ線が放射される。照射されるべき身体にＸ線が到達する以前に、該Ｘ線を放射線経路内に置かれたフィルタによりフィルタ処理する公知の方法がある。
【０００４】
Ｘ線の性質及びこれらのエネルギーは、取得しようとする画像のタイプに応じて決まる。間に配置された撮像対象の特定組織、特に人体組織は、異なるＸ線フォトンエネルギー値に対して異なるＸ線吸収係数を有する。従って、Ｘ線検査において医療従事者が高電圧の値を設定する公知の方法がある。
【０００５】
別のパラメータは、形成しようとする画像の品質及びＸ線管からのＸ線放射率である。検出器上の現像は、非線形のエネルギー蓄積現象である。放射率が高い程、より速い速度で平均線量が照射されることになる。特に、そのような速度が必要とされる心臓検査においては、単位時間当たりに放射されるフォトンの量を制御することが望ましい。実際には、放射されるＸ線フォトン量と陽極に当たる電子数との間には直接的な関係がある。しかしながら、これらの電子の数は、第１に加熱電流に依存する。加熱電流により陰極が励起される程度が大きい程、より多くの自由電子が解放される。更に、陽極と陰極間の高電圧が高い程、この電子の解放現象の生じ易さが統計的に大きくなる。最終的にはＸ線管からのＸ線放射率は、加熱電流と高電圧に依存する。
【０００６】
先行技術において、これらの相互影響を考慮に入れるために用いられる方法は、装置を較正すること、及び管電流を求めること、従って、１組の加熱電流値によってパラメータ化された、１組の高電圧値に対して放射されるＸ線の放射率を求めることを含んでいた。
【０００７】
この較正方法の欠点は、Ｘ線管の動作が単に較正点において保証されるに過ぎないことである。現象の複雑さを考えると、較正点間で補間を想定することは全く不可能である。規格により要求される許容誤差は、医療従事者の求める放射率の約１０％という比較的小さな範囲であることから、このような補間の可能性は特に低くなる。生産ラインにおける製造バラツキ及び管の経年変化のために、程なく較正点で１０％の許容誤差が殆ど適合しなくなる。この許容誤差は、補間点においてより小さな程度となる。
【０００８】
Ｘ線管に供給される加熱電流と高電圧の値から管電流の実際値を求めるために使用される他の方法は、Ｘ線発生に含まれる異なる現象の理論的モデルに基づいた分析方法である。しかしながら、これらの方法は、製造バラツキの問題、又は経年変化の問題に対して何の解決法も提供しない。更に、これらは実行するには複雑であり、実験用の管においてのみ使用され、標準的製品の管には使用されない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、画像取得条件をより大きく制御することにより、特に医学分野におけるＸ線画像の収集を可能にするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一つの実施形態は、Ｘ線管の放射線放射率Itubeを調節する方法であって、Ｘ線管の放射線放射率をＸ線管の活性陰極と陽極間に印加される高電圧Ｖの関数及び活性Ｘ線管の加熱電流Ｉchの関数として較正し、管の陽極には、この管の陰極に対するよりも高い電圧を印加し、陰極の加熱電流を予測放射線放射率に関してこの較正の関数として調節し、較正を行うための式がＸ線放射率を表すように選択され、該式において、この放射率の値の対数は加熱電流の二次多項式関数であり、かつ高電圧の一次多項式関数である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施形態は、以下の説明及び添付図面によってより明確に理解されるであろう。図面は、単に説明のために添付したものであって、本発明の範囲を限定するためのものではない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態を実施するためのＸ線装置の概略図である。この装置は、身体３を放射線２により照射するためのＸ線管１を備え、該身体はＸ線管１と放射線検出器４との間に配置される。Ｘ線管は、好ましくは1組のフィラメントを有する陰極５を含み、該フィラメントの１つが所定時に作動する。管の温度は、図１に示される唯一のフィラメントである１つの加熱用フィラメントによって上昇する。陰極に印加される実加熱電流Ｉchrealは、これによってＸ線管１の動作が調節されるパラメータの内の１つである。管１の別の動作パラメータは、管１の陰極５と例えば回転陽極である陽極６との間に印加される高電圧Ｖである。放射線２は、陽極６から照射され、真空密閉窓を通って管１から外へ出る。
【００１３】
先行技術において既知の方法で多数の実験が行われる。これらの実験の間、管電流Ｉtubeが管１に設けられた検出器７によって測定される。実際には、検出器７は、陽極６の高圧電源回路内に取り付けられたシャントを含むことができる。加熱電流Ｉchの値及び高電圧Ｖの値はこれらの実験の間変化する。対応する電流Ｉtubeが測定され、各々の実験の条件及び結果がメモリ９の部分８内に記録される。これらの実験は、Ｘ線管の放射動作を決定することができる較正実験である。
【００１４】
概略図で示すように、Ｘ線管の制御システムは、バス１１によりメモリ９並びにプログラムメモリ１２と接続された処理ユニット１０を備える。メモリ１２は、本発明の実施形態のためのプログラム１３を含む。バス１１はまた、Ｘ線管１に加熱電流Ｉchreal及び高電圧Ｖを印加することができ、Ｘ線管電流Ｉtubeの測定値を受け取ることができる入出力インターフェース１４に接続される。インターフェース１４は更に、医師又は実験者の裁量により制御装置１５に接続される。医師又は実験者は、獲得したい高電圧Ｖ及び管電流Ｉtube、又は被写体３に対する照射時間を設定するために制御装置１５を使用する。
【００１５】
全ての較正結果は、メモリ９の部分８の第１の領域１６に記憶される。これに続いて、加熱電流の２次多項式及び高電圧の対数の１次多項式の関数として、管電流の値のネーパ対数ｌｎを得るために使用される伝達関数が、上記に従って取り出される。この多項式は、次式によって与えられる。
式（１）  ｌｎ（Ｉtube）＝ａＩch2ｌｎ（Ｖ）＋ｂＩch2＋ｃＩchｌｎ（Ｖ）＋ｄＩch＋ｅｌｎ（Ｖ）＋ｆ
ここで、ｌｎはネーパ対数、Ｉtubeは管電流、Ｉchは管加熱電流、Ｖは管電圧、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、及びｆは所定管の係数である。
【００１６】
ネーパ対数ｌｎ以外の対数が選ばれる場合には、係数ａ乃至ｆの値は変わるが、原理は同じである。
【００１７】
式（１）は、特定数の因子を多項式内で漸次的に利用することによって、或いは因子のみが含まれていた場合には、この式によって計算された分析値と領域１６内で利用可能な任意の測定値との間で記録される最大誤差を計算することによって確立される。例えば、図２に見られるように、加熱電流ｉと高電圧ｖの対数のみが含まれている場合には、最大誤差は７９％の範囲内であり、標準偏差は２６％の範囲内である。しかしながら、電流の値ｉ及び電圧ｖの対数の値に加えて、この演算が値ｉ2（加熱電流の２乗）も使用する場合には、最大誤差は１４％まで下がり、標準偏差は５％まで下がる。このように、変数Ｉ及びＶの他の次数が使用された。電圧の対数を乗算した加熱電流の２乗を第４の因子として考慮に入れることが望ましく、又電流に電圧の対数を乗算した因子を第５の因子として考慮に入れることが望ましい。
【００１８】
式に加えられた定数は、６つの係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆの組を形成し、これらの値は表１に記す。
【００１９】
【表１】
2004221082.tif 000003
【００２０】
表１は、陽極６上で広焦点及び狭焦点を得るために使用される２つの加熱電流フィラメントを備えたタイプのＸ線管に関するものである。
【００２１】
所定のタイプのＸ線管の所定の製造のために、１つ又はそれ以上のＸ線管に対して較正段階を実施して、これにより６つの係数ａ乃至ｆを得ることができる。図２の結果によれば、この較正により期待された１０％の精度よりも遥かに高い３％の精度を容易に達成することが分かる。
【００２２】
図３は、実際には高電圧が管電流のネーパ対数の値を左右することは殆どなく、逆に加熱電流が主要な役割を果たすことを示している。このことは、高電圧の値の２乗を考慮に入れるために使用される係数は重要でないという事実を立証している。図２の最後の２行は、高電圧の２乗を考慮に入れても推定値の精度が改善されないことを示している。更にこれは、加熱電流の３乗についても同様である。この値を考慮に入れることは、有用でないか、若しくは有用であっても僅かである。
【００２３】
図４は、図示することができ、装置を要求の関数として調節することを可能にするために更にメモリ９内に記憶することができるグラフ図を示している。これは勿論、該近似がＸ線管の照射の飽和部分においてのみ、つまり管電流が高電圧に関して非常に僅かしか依存しない場所においてのみ有効であることを暗に示している。従って実際には、高電圧Ｖ0を使用することを望む医療従事者は、選択された管電流Ｉ0を得るために、加熱電流値の信頼出来る範囲、つまり本実施例においては４．２５Ａから５．６５Ａまでの値を使用することができる。
【００２４】
図１に示す実験装置においては、プログラムメモリ１２は、プログラム１３内にサブプログラム１７を有する。このサブプログラム１７は、較正を行うために、つまりメモリ９の領域１６内に格納されたデータに対応する係数ａ乃至ｆの値を調べるために使用される。サブプログラム１７は、領域１６内に格納された１群の較正実験から係数ａ乃至ｆを計算するために使用される回帰タイプのサブプログラムである。
【００２５】
現場で使用可能な装置においては、プログラム１３はサブプログラム１８を備えることができ、このサブプログラムは、見出された係数ａ乃至ｆを利用しており、制御インターフェース１５を用いて医療従事者により指示された管電流Ｉtube及び高電圧Ｖから加熱電流Ｉchを決定するのに有用な伝達関数ｇを表す。サブプログラム１８は、図４によれば、指示された値Ｖ0及びＩ0に対応する加熱電流の値を読み出すために使用される。次に、処理装置１０は、対応する命令を管１に供給する。１つの実施例においては、サブプログラム１８の機能は、式（１）に従って最も適切な加熱電流の２つの境界値の間で、予め設定された許容許容誤差を有する管電流Ｉ0に対する反復的な探索を含むことができる。
【００２６】
メモリ９は、管１内で使用される各陰極の係数ａ乃至ｆの値を記憶するための別の領域１９を含む。
【００２７】
それぞれのＸ線管毎に、あるいは同一の管であってもその使用及び経年に起因して、式（１）によって推定される相関が変化する。このように管の動作は劣化し得るものであって、使用開始時に行われた較正は、実際には最早厳密に正確ではなくなるということが起こり得る。従って、この問題を克服するために２つの方法がある。第１の可能性は、特にＸ線管毎に較正を再度行ってメモリ９の領域１６に別の実験値の組をロードすることである。この場合には、新しい適切な係数ａ乃至ｆを計算するために、サブプログラム１７を再度実行する。
【００２８】
もう１つの可能性において、選択された表現は、簡略化のために好ましいものであった。印加されるべき加熱電流Ｉchrealの値を、サブプログラム１８の適用によって得られる較正された加熱電流Ｉchcalibの値の関数として変更すれば十分である。この変更のためには、較正された加熱電流の値を一次関数によって変換すれば十分である。この関数は、次のタイプの等式で表される。
式（２）  Ｉchreal＝α．Ｉchcalib＋β
実際には、較正された加熱電流の値に対し実加熱電流の値をこのようにして変えることは、係数ａ及びｃを係数ｆへと変えることを意味する。このタイプの変更の利点は、製造ラインから取り出され、最初に使用される前の任意の管に対する値がそれぞれ１と０に等しい２つの係数α及びβを満足するということである。従って、必要に応じてα及びβの値を補正するためには、一定数の実験を行えば十分であり、又はＸ線検査を直接利用しても十分である。
【００２９】
Ｘ線検査中に管電流Ｉtube値を測定する公知の方法もある。従って各検査において、対応する管電流の測定値をメモリ９の部分８の領域２０に記録することができる。次に、このようにして記憶されたこれらの結果は、特に回帰法によってこれから係数α及びβの適切な値を推定するために用いるのに十分である。
【００３０】
この回帰法に関して、記憶されていた実加熱電流が、較正された加熱電流と比較される。較正された加熱電流は、実測管電流Ｉtubeが与えられると、式（１）を適用することによって得られる電流である。所定個体数の実験又は検査について、例えば最近行われた５０回の検査について、較正された加熱電流と実加熱電流の値の幾つかの対が入手可能である。これらの幾つかの対を使用することにより、及び数学的回帰法を適用することにより、現在関連する係数α及びβを計算することができる。現在関連する係数α及びβは、プログラム１３のサブプログラム２１によって使用されるべき係数である。サブプログラム２１は、計画された検査のために伝達関数ｈとして実加熱電流を提供する。実加熱電流は、係数ａ乃至ｆに関する多項式分解の適用においてサブプログラム１８によって与えらた較正加熱電流の関数であり、又所望の高電圧Ｖ及び管電流Ｉtubeの関数である。
【００３１】
管の経年変化に対して有効なことは、同じタイプの管の製造バラツキに対しても有効である。従って、装置が工場渡しの状態にある時、同一タイプの管の制御装置のメモリにおいては、基準管に関する測定値をメモリ９の領域１９に与えることで十分であるとみなすことができる。1つ又は複数の基準管は、例えば一連の管の内の最初の２つ又は数個の管であってよい。係数α及びβを含むメモリ９の部分２２は、初期の現在のところ妥当な係数として値１及び０を有する。次に値α及びβは、回帰法によって規則的に計算される現在関連する値によって置き換えられる。
【００３２】
この問題は、Ｘ線管の較正を行うことによって、この較正を特に単純な式で表すことによって解決される。この式は、加熱電流の関数として二次多項解析式、及び高電圧の関数として一次多項解析式である。実際には、この較正を単純にするために、表されるものは管電流値ではなく、管電流値のネーパ対数値である。この較正によって得られる管電流の推定誤差は３％である。この誤差は、要求される１０％許容誤差よりも遥かに低い。
【００３３】
更に、このようにして得られる多項式は、同一タイプの管の製造バラツキを考慮に入れるのに特に適しており、あるいは各々の管にとっては、その経年変化の結果を考慮に入れるのに特に適している。管の寿命期間を通して適用されるべき補正は、その計算が特に単純であって、要求される規格よりもずっと低い３％の誤差を維持することを可能にする。
【００３４】
当業者は、本発明の範囲及び現存する保護から逸脱することなく、本明細書に開示された実施形態及び等価の実施形態の機能及び／又は方法／構造及び／又は構成要素及び段階の結果に様々な変更を行うこと又は提案することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】Ｘ線装置及びＸ線管電流の調節を実行するための手段を示す図。
【図２】解析式の係数を決定するのに使用される方法の概略図。
【図３】得られた管電流の値のネーパ対数に対する加熱電流及び高電圧の影響を比較したグラフ図。
【図４】加熱電流の異なる値によってパラメータ化された管電流の値と高電圧との間の対応を示す概略的なグラフ図。
【符号の説明】
【００３６】
１  Ｘ線管
２  放射線
３  身体
４  放射線検出器
５  陰極
６  陽極
７  検出器
９  メモリ
１０  処理ユニット
１１  バス
１２  プログラムメモリ
１３  プログラム
１４  入出力インターフェース
１５  制御装置
【図１】
2004221082.tif 000005
【図２】
2004221082.tif 000006
【図３】
2004221082.tif 000007
【図４】
2004221082.tif 000008
【外国語明細書】
2004221082000001.pdf