(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージング管（３３）のカソード（３８）であって、
互いに対向する第１及び第２の側面（７２、７８）を備え、長さＬ及び幅Ｗを有し、アノード（４４）上の焦点（４６）に電子ビーム（９８）を放射するエミッタ（７４）と、
開口部（８０）と、
前記電子ビーム（９８）の形成に寄与する前記エミッタ（７４）の前記第２の側面（７８）上に配置され、前記開口部（８０）に対して差異的にバイアスがかけられた板状の背面部材（１１２）と、
前記エミッタ（７４）と前記アノード（４４）との間に配置され、前記背面部材（１１２）と平行な平面に延びる、板状の前面部材（７０）と、
前記背面部材（１１２）に結合された１対の支持絶縁体（９２）により支持されることにより、前記背面部材（１１２）と前記アノード（４４）の間において、前記エミッタ（７４）を挟んだ両側に配置され、前記エミッタ（７４）と前記前面部材（７０）との間に位置する平面であって、前記背面部材（１１２）と平行な平面に延びる、前記アノード（４４）上の焦点（４６）の位置決めを調整する少なくとも１つの偏向電極ペアと、
を含み、
前記前面部材（７０）は、前記開口部（８０）を備え、前記電子ビーム（９８）の形成に寄与し、
前記少なくとも１つの偏向電極ペアが、
前記エミッタ（７４）の前記長さに沿って延び、前記アノード（４４）上の焦点（４６）の前記幅方向の位置決めを調整する板状の第１の偏向（８２）電極ペア（１１６）と、
前記エミッタ（７４）の前記幅に沿って延び、前記アノード（４４）上の焦点（４６）の前記長さ方向の位置決めを調整する第２の偏向（８２）電極ペア（１１８）とを含み、
前記エミッタ（７４）は、前記第１の側面（７２）が前記アノード（４４）により近く配置され、前記第２の側面（７８）が前記背面部材（１１２）により近く配置される、カソード（３８）。
【請求項２】
前記背面部材（１１２）と前面部材（７０）との間に結合された複数の絶縁体（１２４）を更に含み、前記カソード（３８）の少なくとも１つの構成要素を絶縁することを特徴とする請求項１に記載のカソード（３８）。
【請求項３】
前記第１及び第２の偏向電極（１１６、１１８）ペアは、前記電子ビーム（９８）を前記エミッタ（７４）から非対称的に抽出するようにバイアスをかけられることを特徴とする請求項１または２に記載のカソード（３８）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの偏向電極（８２）ペアと前記背面部材（１１２）は、前記電子ビーム（９８）を停止するための電流が生じるようにバイアスをかけられる、
請求項１乃至３のいずれかに記載のカソード（３８）。
【請求項５】
前記第１の偏向電極（１１６）ペアが、前記焦点（４６）の幅方向の幅を調整し、前記第２の偏向電極（１１８）ペアが、前記焦点（４６）の長さ方向の長さを調整する、請求項１乃至４のいずれかに記載のカソード（３８）。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のカソード（３８）と、
回転する前記アノード（４４）と、
前記アノード（４４）から前記焦点（４６）の位置を示すリターン信号（５４）を受けるプローブ（５０）と、
を備えるＣＴ管組立体（３０）と、
前記プローブ（５０）に送信媒体（５６）を介して電気的に結合され、前記アノード（４４）からのリターン信号（５４）に基づいて、前記焦点（４６）の位置を求め、
前記第１及び第２の偏向電極（１１６、１１８）の非対称形のバイアスを変調して、前記電子ビーム（９８）の前記焦点（４６）の位置を変更するコントローラ（２８）と、
を含む位置決め測定システム（３２）。
【請求項７】
前記コントローラ（２８）が前記電子ビーム（９８）のサイズ及び形状を変更し、
前記リターン信号は、可視光、赤外線、紫外線、電波のいずれかである請求項６に記載の位置決め測定システム（３２）。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の位置決め測定システム（３２）を備えるイメージングシステム（１０）であって、
前記ＣＴ管組立体（３０）を備える電磁気線源（１８）と検出器アレイ（２０）とを含むガントリ（１４）と、
前記線源（１８）と前記検出器アレイ（２０）との間のＺ軸に沿って並進し、前記ガントリ（１４）の患者用ボア（２６）内に被検体（２４）を通過させるテーブル（２２）と、前記検出器アレイ（２０）が検出したビームから、ＣＴ画像を生成するために使用される投影データを生成する手段と、
を含むイメージングシステム（１０）。
【請求項９】
請求項６又は７に記載の位置決め測定システム（３２）を備えるイメージングシステム（１０）において、電磁放射線源構成要素の位置を求める方法であって、
前記コントローラ（２８）が前記リターン信号（５４）を受信するステップ（１５０Ｂ）と、
前記コントローラ（２８）が、前記焦点（４６）の実焦点位置を求めるステップ（１５０Ｃ）と、
前記コントローラ（２８）が前記実焦点位置を望ましい焦点位置の範囲と比較するステップ（１５２Ｂ）と、
前記実焦点位置が前記望ましい焦点位置の範囲外にあると判定された場合、
前記エミッタ（７４）と前記アノード（４４）との間に双極子場（９７）を生成し、前記エミッタ（７４）から前記電子ビーム（９８）を放射するステップ（１５４Ａ、１５４Ｂ）と、
前記比較の結果に応じて前記電子ビームを偏向させ、前記焦点の位置を調整するように前記少なくとも１つの偏向電極ペアに非対称形なバイアスをかけるステップ（１５４Ｄ）と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、Ｘ線イメージングシステムに関する。更に具体的には、本発明は、イメージング管内の目標に対して焦点の位置決めを調整するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＸ線イメージングシステムは、Ｘ線源と検出器アレイとを含む。Ｘ線はＸ線源によって発生され、対象物を通過し、検出器アレイによって検出される。検出器アレイによって発生した電気信号を調整して、対象物のＸ線画像を再構成する。
【０００３】
コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングシステムは、３６０゜画像を生成するために様々の速度で回転するガントリを含む。ガントリは、カソードとアノード間の真空間隙にわたってＸ線を発生させるＣＴ管組立体を含む。Ｘ線を発生させるために、約１５０ｋＶの大きな電圧電位が真空間隙にわたって生成され、電子ビームの形態で電子をカソードからアノードの目標部分に放射することが可能となる。電子の放出の際に、カソード内に含まれるフィラメントが、通電により白熱まで加熱される。電子が高電圧電位によって加速され、焦点で位置で目標に衝突し、これにより電子が急激に減速されて約９０゜の衝突角度αに配向され、ＣＴ管ウィンドウを通じてＸ線が放射される。
【０００４】
カソード又は電子源は、通常、２６００℃に迫る温度まで加熱されるコイル状のタングステン電線である。電子は、カソードとアノード間に加えられた電界によって加速される。最新のＣＴ装置用に設計されたハイパワーのＸ線管のアノードは、約１２０Ｈｚ或いはそれより大きい角速度で回転する、目標面を有するタングステン目標である。
【０００５】
焦点は、アノードの表面上に対応する位置を有する。ガントリ及びＣＴ検出器組立体に対する焦点の位置は、管の外側フレーム又はケーシングに固定されるイメージング管の挿入フレームに対する目標面の位置に応じて決まる。アノードの回転子、軸、軸受、スタッド、ハブ、及び断熱層などといった、アノードの異なる要素の温度により、アノードの回転軸に沿って目標面のＺ方向の位置が定められる。
【０００６】
焦点位置は、２重サンプリング技術を実施するためにＸ線イメージング管内で制御可能に移動される。２重サンプリング技術は、画像再構成におけるエイリアジングの影響を防ぐために用いられる。Ｘ線イメージングでの最小のアーチファクトを有する高品質の画像を生成するためにエイリアジングを防ぐことが望ましい。
【０００７】
２重サンプリングは、サンプリング周波数が少なくとも２／ａであることを意味し、ここで「ａ」は、第３世代コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナーの、スキャンされる領域のサンプリング距離である。ＣＴスキャナーのサンプル周波数は１／ａに等しく、これは少なくとも２／ａである好ましいＮｙｑｕｉｓｔ定理サンプリング周波数の半分である。２重サンプリングは、２つの画像を数値的に評価することによって達成できる。第１の画像は、デフォルト位置で検出器によって収集され、第２の画像は、Ｘ線源の位置を維持しながら、入射Ｘ線に垂直なａ／２の距離だけ検出器を移動させた後に収集される。同様に、２重サンプリングに必要な２つの画像はまた、２つの露光間の焦点を、検出器上で後続のＸ線画像をａ／２の距離を移動させる距離だけ横方向に動かすことによって得ることができる。
【０００８】
２重サンプリングは、Ｘ線管内の偏向コイル又はプレートの使用を介して、力学的移動ではなく電気的にアノードの目標又は表面に位置する焦点を調整することによって、従来のイメージングシステムで実施される。偏向コイル及びプレートは、局所磁界又は静電磁界のいずれかを生成することによって電子ビームを偏向させる。
【０００９】
各ビームの２重サンプリングを行う方法は、ビーム間の空間の１／２ずつ各ビームを移動させる量だけＸ線源又はイメージング管を揺動させることである。揺動は、検出器の１／２ピッチの奇数倍までずれた検出器を用いて投影の第２のセットを取ることと機械的に等価である。検出器は、Ｘ線源が、線源の回転の円周経路に沿って、データの第１の投影セットが収集された位置まで再び戻る間に、１／２ピッチ位置まで自然に回転することが許容される。揺動は通常、ガントリ回転の平面内にあり、ガントリ回転の接線に沿っている。
【００１０】
揺動は、最初の３６０゜スキャンでの第１の位置に焦点を有するデータの第１のセットを収集することにより、及び、二番目の３６０゜スキャンで第２の位置まで移動された焦点を有するデータの第２のセットを収集することにより行うことができる。しかしながら、隣接するサンプル間の運動の問題を排除するために、Ｘ線ビームは各位置を迅速に移動し各投影を行うのが好ましい。
【００１１】
イメージング管内の利用可能な空間量が限られていることに起因して、偏向コイル及びプレートの使用は実現可能ではない。カソードとアノード間が近接しており、及び高電圧電位であることにより、偏向コイル及びプレートの実現が不可能になる。
【００１２】
焦点位置調整及び揺動において外部発生磁界が提案されてきており、これにより最新のカソード／アノード設計の使用が可能になる。しかしながら、磁界を発生させるためには外部の構成要素が必要になり、これはイメージング管の重量が相当増大することになる。重量の増大は、ガントリ構成要素に加わる負荷が増大することに起因して、ＣＴイメージングシステムの実施可能な回転速度が制限される。増大した負荷によりＣＴイメージング管性能が低下する。
【特許文献１】米国特許第６４３８２０７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、イメージング管の重量を著しく増加させない、或いはイメージング管内で大きな空間を占有することなく、偏向コイル又はプレートの使用を必要としないＣＴイメージング、すなわち電子工学に適用できる焦点位置調整システムを提供することが望まれる。
【００１４】
温度の上昇に伴って誘導されたアノード要素の熱増加は、Ｚ熱と呼ばれる。Ｚ熱は種々の方法によって突き止められる。Ｚ熱は通常、目標に蓄積された電力又は総熱量に対して測定された焦点位置を較正することによって、目標面の位置を推定することで決定される。動作中、ＣＴシステムを使用しない延長期間後でも、冷却時間が記録され、焦点位置で推定が行われる。最終画像アーチファクトが、実焦点位置と推定焦点位置間の差に応じて変わることから、ＣＴ装置逆投影アルゴリズムにより焦点の運動が補正される。
【００１５】
目標面の位置推定は不正確な場合がある。実焦点位置決めは、種々の構成要素の温度変化、構成要素の使用の量及び種類、構成要素が新しいか古いか、システム動作電力レベル、システム動作時間、及び当該技術分野で公知の他の焦点位置の影響要因に起因して、時間の経過と共に変動する場合がある。
【００１６】
既存の焦点推定に関する別の欠点は、異なるＣＴ−Ｘ線管設計が異なる焦点運動の較正方法を必要とすることであり、これは、各管タイプについて、場合によっては管タイプの各設計改定毎に開発し、試験し、及び実施する必要がある。較正方法は、実施するにはコストがかかり、時間を消費し、更に複数のアノードの動作が特定のアノード温度で起こるので、場合によっては不正確である。
【００１７】
従って、また、実焦点位置決めを正確に決定するためのシステムを提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、イメージング管内の目標に対して焦点位置決めを調整するシステム及び方法を提供する。イメージング管のカソードが提供される。カソードは、アノード上の焦点に電子ビームを放射するエミッタを含む。背面部材がエミッタの第２の側面に電気的に配置され、電子ビームの形成に寄与する。偏向電極が背面部材とアノードとの間に電気的に配置され、アノード上の焦点の位置を調整する。カソードを含むＸ線源を動作させる方法が提供される。
【００１９】
非接触Ｘ線源構成要素位置測定システムも提供される。位置測定システムは、電磁放射線源構成要素を有する電磁気線源と、放射信号をアノード表面に配向してアノード表面からリターン信号を受信するプローブとを含む。コントローラは、放射信号を生成し、リターン信号に応答して、Ｘ線源構成要素の位置を決定する。同様のことを実施する方法も提供される。更に、カソード及びＸ線源構成要素位置測定システムを含む電子ビーム焦点位置調整システムが提供される。
【００２０】
本発明の幾つかの利点の１つは、機械的な構成要素の移動ではなく電気的にＸ線源を偏向させる機能を提供すること、同時に、従来のカソードよりも占有空間が多くないことである。従って、本発明により、システムの複雑さ、イメージング管組立体の重量、空間消費量、及びシステム構成要素の維持に伴う潜在的なコストを最低限にすることが可能となる。
【００２１】
本発明の別の利点は、イメージング管内でアノードの位置を決定するための正確な非接触測定システムを提供することである。これにより、焦点位置決定の精度が向上し、画像再構成の品質が改善される。
【００２２】
更に本発明は、焦点位置決めを正確に調整し、このようにすることでアーチファクトを最小にし、且つ画像品質を改善するシステムを提供する。
【００２３】
更に本発明は、電子放射の素迅速な電流変調を提供する。従って、本発明は、患者の厚み及び物質密度の変化を考慮に入れ、患者のＸ線照射線量を制限し、更に画像品質を改善させる。
【００２４】
付随する利点と共に本発明自体は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照することにより最もよく理解されるであろう。
【００２５】
本発明を更に完全に理解するために、添付図に更に詳細に示され、本発明の実施例によって以下に説明される実施形態を参照すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下の図の各々において、同じ参照番号は同じ構成要素を示すのに使用される。本発明を、イメージング管内の目標に対して焦点位置決めを調整するシステム及び方法に関して説明しているが、以下のシステム及び方法は種々の目的に適合させることが可能であり、以下の用途、すなわち、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システム、放射線療法システム、Ｘ線イメージングシステム、核イメージングシステム、及び当該技術分野で公知の他の用途に限定されるものではない。
【００２７】
また本発明は、ＣＴ管と共に使用されるものとして説明されているが、心臓Ｘ線管及び血管造影Ｘ線管を含む他のイメージング管と共に使用することもできる。
【００２８】
以下の説明では、種々の動作パラメータ及び構成要素は、１つの構成された実施形態について説明されている。これらの特定のパラメータ及び構成要素は、実施例として含まれるものであって、限定を意味するものではない。
【００２９】
次に、図１を参照すると、本発明の１つの実施形態による電子ビーム焦点位置調整システム１２を含むＣＴイメージングシステム１０の透視及び概略図が示されている。イメージングシステム１０は、回転内側部分１６が電磁気線源１８及び検出器アレイ２０を含むガントリ１４を含む。線源１８は、検出器アレイ２０に向かってＸ線ビームを投射する。線源１８及び検出器アレイ２０は、動作的に並進可能なテーブル２２の周りを回転する。テーブル２２は、線源１８と検出器アレイ２０との間のＺ軸に沿って並進して、ヘリカルスキャンを行う。患者用ボア２６内で患者２４を通過した後のビームが検出器アレイ２０で検出され、ＣＴ画像を生成するために使用される投影データを生成する。焦点調整システム１２は、線源１８及びコントローラ２８を含み、これらは以下に詳細に説明される。
【００３０】
図２を参照すると、本発明の１つの実施形態による焦点調整システム１２及び非接触電磁気線源構成要素位置測定システム３２を含むＣＴ管組立体３０の断面図が示されている。組立体３０は、線源１８内に配置され、インサート３４を有するイメージング管３３を含む。インサート３４は、ＣＴ管ハウジング又はケーシング３６内にあるインサート壁３５を有する。カソード３８が、電子ビームの形態で真空間隙４０にわたって電子を生成して放射し、該電子は、焦点４６を生成する回転アノード４４上の目標４２に配向される。アノード４４は中心軸４８の周りを回転する。
【００３１】
位置決め測定システム３２は、放射信号５２を目標４２に配向し且つ目標４２からのリターン信号５４を受け取って、ケーシング３６に対して目標４２の位置を求めるプローブ５０を有するＣＴ管組立体３０を含む。放射信号及びリターン信号は、可視光、赤外線、紫外線、電波、或いは当該技術分野で公知の他の放射線などの電磁気放射線の形態である。勿論、該プローブ５０を配向及び使用して他の電磁気放射線源構成要素の位置を求めることができる。コントローラ２８はプローブ５０に電気的に結合され、放射信号５２を生成し、干渉法又は飛行時間技術などの当該技術分野で公知の距離測定技術を使って、リターン信号５４に応答して目標４２の位置を求める。
【００３２】
干渉法を用いた距離決定においては、放射信号５２は、原点位置で完全に均一な波面を備える入射波を有する必要がある。波面が目標から反射されると、該波面は付加的に生成された波面の一部に付加され、最初に生成されていた波面と反射された波面との間の干渉が、構造的、部分的に構造的な、又は破壊的な干渉の根拠として評価される。飛行時間を使用した距離決定においては、放射信号５２を変調し、時間調整し、放射信号５２の送信とリターン信号５４の受信間の遅れは、放射信号５２が横断する距離を放射信号５２の伝播速度で除算したものを示す。飛行時間は、保存される波面を必要としないので、従って干渉法よりも更に正確である可能性がある。干渉と飛行時間の両方を使用する場合、放射信号５２の反射率は、近紫外線から赤外線までの広い波長範囲にわたって金属が確実に高い反射率を有するようにされる。
【００３３】
プローブ５０は、送信媒体５６を介してコントローラ２８に電気的に結合される。送信媒体５６は光導管の形態であってもよく、管３３内の環境条件に耐え得る、融解石英、又はガラス、或いは当該技術分野で公知の光ファイバー材料などの他の同様の材料から形成されるのが好ましい。融解石英又は同様のものは、材料の真空保全性、耐熱性、放射線による損傷及び変形に対する堅牢性、広い波長範囲を有する光の透過性の理由から好ましいものである。密封技術はまた、融解石英及び同様のものにおいて標準的なものであり、且つ当該技術分野において公知である。例えばプローブ５０は、送信媒体５６がインサート領域６０にてインサート壁３５を貫通し、第１の光導管端部６２及び第２の光導管端部６４を含むプローブ５０をインサート壁３５に封止し、外気への真空漏洩を防止することができる１組の貫通部５８を含むことができる。
【００３４】
プローブ５０及び貫通部５８は、ＣＴ管組立体３０内の種々の位置に配置することができ、アノード４４に対して種々の角度関係有することができる。プローブ５０及び貫通部５８は、端部６２及び６４が中心線４８に対してカソードと相対する位置になるように配置することができ、従って、放射線及び焦点４６（通常アノード４４の最も高温の部分である）への直接暴露から遮蔽される。
【００３５】
送信媒体５６を更に保護するためにフード又は延長管６６を使用することができる。延長管６６は、図のようにケーシング３６とプローブ５０の間に送信媒体５６を入れるように組み入れることができ、或いは端部６２及び６４を保護するように組み入れることができる。延長管６６は、ステンレス鋼、又は当該技術分野において公知の他の同様の材料を形成することができる。
【００３６】
コントローラ２８は、中央処理装置、メモリ（ＲＡＭ及び／又はＲＯＭ）、及び付随する入力・出力バスを有するコンピュータなどのマイクロプロセッサベースであるのが好ましい。コントローラ２８は、中央メイン制御装置の一部であってもよく、図のように独立型のコントローラであってもよい。
【００３７】
次いで、図３を参照すると、本発明の１つの実施形態によるカソード３８の透視図が示されている。カソード３８は、エミッタ７４の第１の側面７２上に電気的に配置された前面部材７０を含むことができ、エミッタ７４の第２の側面７８上に電気的に配置された背面部材７６を含む。前面部材７０は、そこに結合される開口部８０を有する。エミッタ７４は焦点４６に電子ビームを放射する。開口部８０及び背面部材７６には、焦点４６にビームを形成し集束させるように差異的にバイアスがかけられる。カソード３８及びアノード４４の差異的にバイアスがかけられた機能性に関する詳細な説明については、米国特許出願、代理人整理番号第１２４７９３号を参照されたい。偏向電極８２は、電極ペアとして図示されており、背面部材７６と前面部材７０との間に電気的に配置されている。偏向電極８２は、アノード４４の焦点４６の位置決めを調整する。図のようにカソード３８は、対称的に設計される点に留意されたい。カソード３８の対称設計は簡単化及び電子ビームの形成にとって望ましいものであるが、本発明の必要条件ではない。
【００３８】
カソード３８はまた、前面部材７０、背面部材７６、及び偏向電極８２を分離する複数の絶縁体を含む。第１側面ステアリング電極絶縁体８４は、前面部材７０と第１側面ステアリング電極８６との間に結合することができ、第２側面ステアリング電極絶縁体８８は、前面部材７０と第２側面ステアリング電極９０との間に結合することができる。第１絶縁体８４及び第２絶縁体８８は、偏向電極８２を前面部材７０から絶縁する。１対の支持絶縁体９２は、偏向電極８２と背面部材７６との間に結合され、偏向電極８２と背面部材７６とを絶縁する。１対のフィラメント絶縁体９４は、エミッタ電極９６に結合され、背面部材７６から絶縁された電位でエミッタ７４を保持する。勿論、偏向電極８２と絶縁体８４、８６、８８、９２は種々の位置に配置することができ、種々の組み合わせで使用することができる。
【００３９】
次に、図４を参照すると、本発明の１つの実施形態による非対称的に引き出された電子ビーム４０を示す、カソード３８とアノード４４の概略図が示されている。カソード３８とアノード４４とは互いの間に双極子場９７を生成する。エミッタ７４は、前面部材７０の開口部８０を通り、双極子場９７を横断して目標４２上の焦点４６に電子ビーム９８を放射する。電子ビーム９８は、エミッタ７４を貫通して延びるエミッタ中心線１００と、開口部８０の中心１０２とに対して対称とすることができる。揺動時のような焦点位置を調整中に、偏向電極８２は、目標４２上の焦点４６の位置を調整するよう非対称形にバイアスをかけることができる。例えば偏向電極８２は、焦点４６を図のようにエミッタ中心線１００の左側１０４にずらすよう非対称形にバイアスをかけることができる。
【００４０】
電極８２に印加されるバイアス電圧は、特定の用途によって決まる。揺動時、偏向電極８２のバイアス電圧は、通常、エミッタ７４のバイアス電圧に比べて電極の一方側では小さく、反対側では大きい。偏向電極８２のバイアス電圧は、背面部材７６のバイアス電圧よりも大きい。本発明の１つの実施形態では、ビーム９８を左にずらす上記の実施例を用いて、焦点４６がエミッタ中心線１００の左側１０４に調整され、以下の電圧、すなわち、０Ｖにほぼ等しいエミッタ電圧と前面部材電圧、−６ｋＶにほぼ等しい背面部材電圧、７００Ｖにほぼ等しい第１電極電圧、及び−３００Ｖにほぼ等しい第２電極を使用する。第１電極８６が正にバイアスされ、第１電極８６に向かって電子ビーム９８をずらすために、第２電極９０より大きなバイアスを有する点に留意されたい。
【００４１】
図５を参照すると、本発明の別の実施形態によるカソード１１０の透視図が示されている。カソード３８と同様に、カソード１１０は、背面部材１１２とエミッタ１１４とを含む。偏向電極の第１のペア１１６が、エミッタ１１４の長さＬに沿って延びている。偏向電極の第２のペア１１８が、エミッタ１１４の幅Ｗに沿って延びている。電極ペア１１６及び１１８の隣接する表面１２０は、互いに対して約９０゜の角度にある。隣接する表面１２０は、電子ビーム通過領域１２２を形成する。絶縁体１２４が、背面部材１１２と電極ペア１１６及び１１８との間に配置される。カソード３８とは異なり、カソード１１０には前面部材が無く、すなわち、電極ペア１１６及び１１８が前面部材として機能する点に留意されたい。
【００４２】
背面部材は、焦点の幅及び長さを制御する。差異的バイアス、すなわち異なる電圧が電極ペアの各電極に印加される場合、電極ペア１１６は、２重サンプリングにおけるように、Ｗ方向に電子ビームを偏向させる。電極ペア１１８は、Ｌ方向に電子を偏向させる。第１また、電極ペア１１６は、焦点幅を調整し、第２の電極ペア１１８は焦点長を調整する。
【００４３】
特定の用途では、電極ペア８２、１１６、及び１１８は、エミッタ７２及び１１４の順方向に負電圧を供給する。負電圧はエミッタ表面の電界を小さくし、これにより電流又はｍＡ変調をもたらす。電流変調とは、電子放出電流の量の調整を意味する。電流変調は、上述のカソード３８の前面部材７０と背面部材７６との間で行われるのと同様に、背面部材１１２と電極ペア１１６及び１１８との間のバイアス電圧を調整することにより達成される。エミッタ７２及び１１４の順方向に負電圧を供給する場合、エミッタ７２及び１１４によって生成される焦点の幅と長さはサイズが縮小される。焦点の幅及び長さの縮小を補償するために、或いは言い換えると、発生した電子ビームを再び集束させるために、背面部材７６及び１１２は、変調されていないビームに必要な電位に比べて相対的により正の電位で動作される。エミッタ７２及び１１４の順方向に十分に負の電圧を供給する場合、電子の流れが遮断される場合がある。これはグリッディングと呼ばれる。グリッディングは、前面部材７０とエミッタ７２及び１１４との間に約−４ｋＶから−７ｋＶの負の電圧電位が存在する場合に起こる。
【００４４】
図６を参照すると、本発明の１つの実施形態による、電磁放射線源構成要素の位置を求める方法と電磁気線源を動作する方法とを含む、焦点位置決めを調整する方法を示す論理フロー図が示されている。
【００４５】
ステップ１５０で、電磁放射線源構成要素の位置を求める方法が実施される。この位置は、用途及びシステム状態に応じて散発的な時間間隔或いは継続的を含めて所望通りに求めることができる。以下の実施例では目標４２のＺ位置を求める。
【００４６】
ステップ１５０Ａで、コントローラ２８は放射信号５２を送信し、プローブ５０が、目標４２などの電磁放射線源構成要素の目標表面に放射信号５２を配向する。放射信号５２は、第１の端部６２から配向されて、目標４２に入射し、ステップ１００Ｂで第２の端部６４に反射される。
【００４７】
ステップ１５０Ｂで、コントローラ２８は、目標４２上の放射信号５２の反射の形態及び反射に応答してリターン信号５４を受信する。
【００４８】
ステップ１５０Ｃで、リターン信号５４を受信するコントローラ２８は、電磁放射線源構成要素の位置を求める。上述からの実施例を続けると、コントローラ２８は、焦点４６の位置にほぼ等しい目標４２のＺ位置を求める。
【００４９】
ステップ１５２Ａで、コントローラ２８は、ＣＴ画像再構成のための逆投影アルゴリズムを実施する際に求められた実焦点位置を適用し、焦点調整のために実焦点位置と望ましい焦点位置、これらの組み合わせを比較し、或いは当該技術分野で公知の他の用途で求められた実焦点位置を適用することができる。
【００５０】
ステップ１５２Ｂで、実焦点位置を望ましい焦点位置と比較し、焦点位置が望ましい焦点位置範囲外にあることをコントローラ２８が判定すると、ステップ１０４を実行する。ステップ１５４はまた、電子ビーム揺動時、或いは当該技術分野で公知の他の理由のために実施することができる。
【００５１】
ステップ１５４で、線源１８の動作方法は、実焦点位置と望ましい焦点位置との間の差に応答して動作する。
【００５２】
ステップ１５４Ａで、エミッタ７４が目標４２にカソード３８からの電子ビーム９８を放射する。
【００５３】
ステップ１５４Ｂで、エミッタ７４とアノード４４との間に双極子場９７を生成する。
【００５４】
ステップ１５４Ｃで、電子ビーム９８は、双極子場９７と、カソード３８又はカソード１１０の差異的なバイアスと相互作用する。
【００５５】
ステップ１５４Ｄで、偏向電極８２、１１６、及び１１８は、電子ビームを偏向させ、焦点の位置を調整するよう非対称形にバイアスをかけられる。
【００５６】
ステップ１５４Ｅで、双極子場９７と、偏向電極８２、１１６、及び１１８の非対称形のバイアスとを更に変調して、電子ビーム９８のサイズ及び形状、並びに焦点４６の位置を変更することができる。ステップ１５４Ｅ終了後、コントローラ２８はステップ１５０に戻ることができる。
【００５７】
上術のステップは例証としての実施例を意図しており、これらのステップは、用途に応じて同期した順番或いは異なる順番で実施することができる。
【００５８】
本発明は、構成要素を機械的に動かすことなく電子ビームを電気的に移動させ、これにより管組立体の重量を最小にし、且つ焦点調整機能を有しながらガントリの回転速度を増大させることのできる焦点調整システムを提供する。本発明はまた、種々の状況及びシステム変動を考慮に入れ、向上した品質の画像再構成のための正確な焦点位置を決定することが望まれる場合はいつでも、実焦点位置を決定することができる。
【００５９】
上術の装置及び方法は、当業者であれば、当該技術分野で公知の種々の用途及びシステムに適合させることができる。上術の発明はまた、本発明の本来の適用範囲から逸脱することなく変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の１つの実施形態による電子ビーム焦点位置調整システムを含むコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングシステムの透視及び概略図。
【図２】本発明の１つの実施形態による非接触Ｘ線源構成要素位置測定システムを含むＣＴ管組立体の断面図。
【図３】本発明の１つの実施形態によるカソードの透視図。
【図４】本発明の１つの実施形態による非対称形に抽出された電子ビームを示すカソード及びアノードの概略図。
【図５】本発明の別の実施形態によるカソードの透視図。
【図６】本発明の１つの実施形態による、電磁放射線源構成要素の位置を求める方法と、電磁気線源の動作方法を含む焦点位置決めを調整する方法を示す論理フロー図。
【符号の説明】
【００６１】
１０  ＣＴイメージングシステム
１２  電子ビーム焦点位置調整システム
１４  ガントリ
１８  電磁気線源
２０  検出器アレイ
２２  テーブル
３３  イメージング管
３８  カソード
４４  アノード
４６  焦点
５０  プローブ
７０  前面部材
７４  エミッタ
７６  背面部材
８２  偏向電極
９６  エミッタ電極
９７  双極子場
９８  電子ビーム
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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