(57)【要約】  X線管(110)の回転標的ディスク(230)の焦点軌跡(FPTR)上に衝突する電子ビーム(e)の円周方向での動的焦点スポット(FP)の運動の2つ以上の位置間でのジャンプの間に前記電子ビームの全体又は部分ブランキングを行う装置(210)及び方法。あるいはその代わりに、前記焦点スポットのサイズはこの短い期間の間に増大し得る。前記焦点スポットでの陽極の過熱を防止することができる。
2015522910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動性陽極を有して前記陽極へ入射する電子ビームによって生成される焦点を移動させることが可能なX線管を制御する装置であって：
前記陽極の少なくとも一部にわたって前記焦点によって追跡される軌跡に沿って起こる前記陽極にわたる焦点の動きを記録する焦点移動記録ユニット；
前記の移動した焦点が前記陽極にわたって軌跡を追跡する間に、記録された前記焦点の移動に応じて、前記入射電子ビームを緩和させるように構成される電子ビーム緩和装置；
を有し、
前記緩和作用は、前記焦点と前記陽極との間の相対速度に依存する、
装置。
【請求項２】
前記緩和作用は閾値を下回る前記相対速度の低下が記録された際に始まる、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記緩和作用は、前記相対速度が前記閾値にまで回復するか又は前記閾値を超えるまで有効である、請求項1又は2に記載の装置。
【請求項４】
前記X線緩和装置は、前記焦点が移動している間、臨界温度閾値を超える前記焦点スポットでの温度の上昇を回避するように機能する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記軌跡が前記陽極上の2つの残りの位置間での前記焦点の振動を表し、
前記緩和作用は、前記相対速度が前記陽極の回転方向を向いている限り有効である、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記緩和作用が、前記2つの残りの位置のうちのいずれか一の位置での前記焦点スポットの滞在時間の1乃至20%の期間有効である、請求項5に記載の装置。
【請求項７】
前記緩和作用が、前記電子ビームのブランキングを行うことで前記電子ビームが前記陽極へ到達するのを防止する段階を含み、
前記ブランキングは、グリッドスイッチ法を用いて実行される、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記緩和作用が、i)前記移動中での前記焦点の最小相対速度とii)前記陽極の運動の平均速度との比の平方根の関数として前記電子ビームの出力を減少させる段階を含む、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記緩和作用が前記焦点スポットのサイズ又は面積を減少させる段階を含む、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記緩和作用が、i)前記陽極の運動の平均速度とii)前記移動中での前記焦点の最小相対速度との比又は該比の平行根の関数として、前記焦点の進路に対して垂直な前記焦点スポットの長さ、及び、前記焦点進路に沿った前記焦点スポットの幅のうちの少なくとも1つを増大させる段階を含む、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
可動性陽極を有して前記陽極へ入射する電子ビームによって生成される焦点を移動させることが可能なX線管を制御する方法であって：
前記陽極の少なくとも一部にわたる焦点を移動させるによって追跡される軌跡に沿って生じる前記陽極にわたる焦点の移動を記録する段階；
前記の移動した焦点が前記の移動する陽極にわたって軌跡を追跡する間に、前記の記録された前記焦点の移動に応じて、前記の入射する電子ビームを緩和させる段階；
を有し、
前記緩和は、前記焦点と前記陽極との間の相対速度に依存する、
方法。
【請求項１２】
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の装置を有するX線管。
【請求項１３】
前記X線管と請求項1乃至10のいずれか一項に記載の装置を有するX線撮像装置。
【請求項１４】
処理ユニットによって実行されるときに請求項11に記載の方法の段階を実行するように構成される、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の装置を制御するコンピュータプログラム。
【請求項１５】
請求項14に記載のコンピュータプログラムを格納するコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動性陽極を有して焦点を移動させることが可能なX線管を制御する装置、可動性陽極を有して焦点を移動させることが可能なX線管を制御する方法、X線管、医療用X線撮像装置、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】
一部の医療用X線撮像装置は、回転する陽極を備えるX線管、及び、電磁場の手段によって回転する陽極上に入射する電子ビームの方向を変化させることを可能にする他の動的構造を有する。この動的焦点スポット運動は、出力の増大も焦点スポットサイズの減少も行うことなく到達可能な低ノイズ及び高分解能である画像品質の向上を容易にする。しかし係る撮像装置では、相対的に高い管出力で動作しているときには頻繁に保守を行うことが求められる。回転可能な陽極を備える撮像装置は特許文献1に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第2011/0280376号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】"x-ray  anode  surface  temperatures:  the  effect  of  volume  heating",  Steven  Whittaker,  SPIE  Volume  914,  Medical  Imaging  II,  1988,  pp.  565-572
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って前記X線撮像装置をより効率的に使用することを可能にする装置が必要とされるものと思われる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は独立請求項の発明によって解決される。他の実施例は従属請求項に記載されている。
【０００７】
以降に記載される本発明の態様は、可動性陽極を有して焦点を移動させることが可能なX線管を制御する装置、可動性陽極を有して焦点を移動させることが可能なX線管を制御する方法、X線管、医療用X線撮像装置、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同じように適用されることに留意して欲しい。
【０００８】
本発明の一の態様によると、可動性陽極を有して前記陽極へ入射する電子ビームによって生成される焦点を移動させることが可能なX線管を制御する装置が供される。当該装置は：
前記動きは前記陽極の少なくとも一部にわたって前記焦点によって追跡される軌跡に沿って起こる前記陽極にわたる焦点の動きを記録する焦点移動記録ユニット；
前記の移動した焦点が前記陽極にわたって軌跡を追跡する間に、記録された前記焦点の移動に応じて、前記入射電子ビームを緩和させるように構成される電子ビーム緩和装置；
を有する。前記緩和作用は、前記焦点と前記陽極との間の相対速度に依存する。
【０００９】
当該装置は、回転陽極ディスクを備えるX線管を有するX線撮像装置内で用いられるように設けられて良い。前記回転陽極ディスクでは、前記電子ビームが前記回転の円周方向で少なくとも2つの位置間を電磁場によって「ジャンプ」する。この動的な焦点スポット運動が、出力の増大も焦点スポットサイズの減少を行うことなく画像品質（ノイズが少なくて高分解能）を向上させることを可能にするが、この特徴の有害な効果も観測されてきた。前記動的な焦点の移動は、前記陽極ディスクの半径方向に導かれて良い。あるいは前記動的な焦点の移動は、前記陽極ディスクの円周（回転）方向又は前記半径方向と前記円周方向の結合方向に導かれても良い。焦点と陽極表面との間の相対速度は、i)（方向を変化させる前記電子ビームによって引き起こされる）前記の移動する焦点スポットの軌跡、及び、ii)前記陽極ディスクの運動の速度成分のベクトル和である。特に前記i),ii)の速度成分が平行になる、つまり前記i),ii)の速度成分が同一方向を指し示す瞬間相対速度の低下が起こる。より具体的に一の実施例によると、前記陽極ディスクの運動は回転で、かつ、前記焦点の軌跡は、前記ディスクの外縁を基本的に横切る線であるため、前記ディスクの回転速度と接する。この実施例では、前記速度が減少する一方で、前記焦点は前記陽極ディスクの回転方向に直線軌跡上を進行又は移動する。これらの低速度又は速度ゼロの瞬間（及び/又は地点）では、高い陽極表面の温度が観測された。この温度の急上昇は、焦点追跡物質の揮発に起因する焦点追跡の荒れとアーキングによりX線照射出力の劣化を引き起こす。特に照射劣化への前記回転方向での焦点の移動の負の効果に留意して欲しい。よって焦点の移動が画像品質の向上を助けるとしても、回転方向での焦点の移動の速度は実際には、焦点の移動が用いられるときには管の寿命の低下を意味し、又は、X線管の寿命が短くしてはならないときには所与の管の設計についての出力を低下させる仕様となることを意味するだろう。
【００１０】
提案された装置は、出力の仕様と管の寿命を妥協することなく前記焦点の移動の特徴の利点を守ることを容易にする。なぜなら当該装置の記録ユニットが回転方向での焦点の移動を記録とすぐに前記電子ビームは緩和される。前記緩和がその方向での前記焦点の移動全体にわたって維持される。
【００１１】
より複雑な電子ビーム及び/又は動力学的過程が関与する状況や前記陽極及び/又は焦点が曲線を含む経路に沿って進行する状況の処理も考えられる。この実施例では、記録ユニットは、前記速度成分が平行であるそれらの場合を発見し、その後緩和装置にビームの緩和を開始し、かつ、そででの陽極ディスク表面の温度の急上昇し続けるような重大な場合の際及びそのような場合全体を通じてビームの緩和を維持させる命令をするように構成される。
【００１２】
前記X線撮像装置のデューティサイクル期間中、「有用な」投影画像が得られる。前記デューティサイクル投影画像は有用である。その理由は、前記デューティサイクル投影画像が、スライス画像の断層撮像の再構成において実際に用いられるからである。前記有用な画像が得られる間、前記電子ビームは静止している。つまり前記電子ビームは方向を変化させない。この状況は、前記焦点のジャンプ中又は前記電子ビームの方向変化中に得ることのできる「使えない」投影画像曝露とは対照的である。焦点速度成分と陽極回転速度成分とが平行にそろった瞬間に引き起こされる焦点進路での温度バーストが排除されるので、当該装置は、前記X線管の寿命を延ばすことによって焦点が移動可能な回転陽極X線スキャナの機能を最大化し、かつ、同時に前記撮像装置のデューティサイクル中に最大出力で前記管を動作させることを可能にする。
【００１３】
一の実施例によると、緩和作用は閾値を下回る前記相対速度の低下が記録された際に始まる。
【００１４】
一の実施例によると、前記緩和作用は、前記相対速度が前記閾値にまで回復するか又は前記閾値を超えるまで有効である。
【００１５】
一の実施例によると、X線緩和装置は、前記焦点が移動している間、臨界温度閾値を超える前記焦点スポットでの温度の上昇を回避するように機能する。
【００１６】
一の実施例によると、前記軌跡は、前記陽極上の2つの残りの位置間での前記焦点の振動を表している。前記緩和作用は、前記2つの残りの位置のうちのいずれか一の位置での前記焦点スポットの滞在時間の約1〜20%又はより詳細には約10%の期間有効である。
【００１７】
一の実施例によると、前記緩和作用は、前記電子ビームのブランキングを行うことで前記電子ビームが前記陽極へ到達するのを防止する段階を含む。前記ブランキングは、グリッドスイッチ法を用いて実行される。
【００１８】
一の実施例によると、前記緩和作用は、部分ブランキングで、かつ、i)前記移動中での前記焦点の最小相対速度とii)前記陽極の運動の平均速度との比の平方根の関数として前記電子ビームの出力を減少させる段階を含む。
【００１９】
一の実施例によると、前記緩和作用は、前記焦点スポットのサイズ又は面積を減少させる段階を含む。
【００２０】
一の実施例によると、前記緩和作用は、i)前記陽極の運動の平均速度とii)前記移動中での前記焦点の最小相対速度との比又はその平行根の関数として、前記焦点の進路に対して垂直な（又は陽極回転の場合であれば放射状である）前記焦点スポットの長さ、及び、前記焦点進路に沿った（接する）前記焦点スポットの幅のうちの少なくとも1つを増大させる段階を含む。一の実施例では、長さと幅のいずれも前記関数に従って増加する。この実施例では、焦点スポットサイズ/面積の増加は、前記陽極の温度の上昇を防止して、依然として相対的に小さな焦点を維持するように、（前記回転又は焦点進路に接する）相対焦点速度の減少をオフセットする。しかし他のより単純な代替実施例では、前記焦点スポットサイズ/面積は、一次元又は二次元において（妥当なマージンのない状態で）小さな若しくは大きな、一定又はランダムな大きさだけ増大して良い。
【００２１】
要約すると、提案された装置は、前記焦点スポット材料の過熱を防止することを目的として、X線管の回転標的ディスクの焦点軌跡上に衝突する電子ビームの円周方向での動的焦点スポットの運動の2つ以上の位置間でのジャンプの間に前記電子ビームの全体又は部分ブランキングを行う。ブランキングの代わりに（又は部分ブランキングと併用して）、前記焦点スポットのサイズはこの短い期間の間に増大し得る。
【００２２】
[定義]
「緩和」という用語は、強度を減少させるか、又は、前記陽極ディスクに衝突するときに前記電子ビームを不鮮明にする作用を含むと解される。本願で緩和とは特に、ブランキング、部分ブランキング、陰極のスイッチをオフにする段階、及び、前記陽極表面に入射するときに前記焦点の面積を拡大する（ことで前記焦点での出力密度を減少させる）段階を含むと解される。
【００２３】
「ブランキング」という用語は、X線の電源をオフにすることなく前記電子ビームを前記陽極へ到達するのを実質的に防止若しくは抑制する前記X線管での操作又は制御作用を含むと解される。
【００２４】
「部分ブランキング」という用語は「ブランキング」の緩和である。部分ブランキングは、単位時間あたりの前記陽極を到達する電子数を減少させる前記X線管での制御作用を含むが、X線出力を減少させる段階を含まない。
【００２５】
「焦点進路」という用語は、前記陽極の運動−特に回転−に起因する前記陽極上で追跡される前記焦点の経路である。
【００２６】
「焦点軌跡」という用語は、前記電子ビームが方向を変化させることによって追跡される少なくとも2つの他の地点間の経路である。
【００２７】
「（複数の）残りの位置」という用語は、前記電子ビームは静止している前記焦点軌跡上の（複数の）地点を含むだけではなく、前記陽極の運動の方向の速度成分が存在しない前記軌跡上の地点をも含む。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】X線管を備えるX線撮像装置を示している。
【図２】図1のX線管と本願で提案された制御装置のより詳細な図である。
【図３】図2のX線管において用いられる陽極ディスクの上面図である。
【図４】A-Cは、図2のX線管の動作を制御するときに関与するタイミング、位置、及び速度を示すグラフである。
【図５】本願で提案された方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
ここで本発明の典型的実施例について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図1を参照すると、剛性ガントリ102を有するX線撮像装置が図示されている。剛性ガントリ102には、X線センサ105とX線管110が互いに対向するように取り付けられている。図1は、それぞれ外部筐体内に設けられるX線管110と検出器105を図示している。X線110は、X線ビームpを検出器105へ向かうように投影する。図1では、撮像装置はCアーム型である。しかし以降の記載は、様々な構成を有する他のX線撮像装置にも同様に適用可能である。
【００３１】
図2は、図1中のX線撮像装置100のある構成要素−特にX線管110−をより詳細に図示している。X線管110は、対象物290−たとえば検査を受けている患者−の細胞組織によって減衰されるX線pを放出するように構成される。他方検査テーブルはX線管110と検出器105との間に存在する。減衰したX線（図2では点線で示されている）は、検出器105の検出器セルと相互作用する。相互作用はデータ取得システムDASによってデジタル信号に変換される。得られた投影画像は中央コンピュータシステムCに格納される。ガントリ102はある面内で患者の周りを回転することができる。よって様々な投影方向での一連の様々な投影画像が対象物290から取得される。コンピュータCは画像再構成アルゴリズムを走らせる。前記画像再構成アルゴリズムは、一連の投影画像を読み取り、かつ、ガントリ102が身体290の周りを回転する回転面での対象物290の解剖学的構造の断面を示すスライス画像を生成する。コンピュータCは、撮像装置100のオペレータによる操作を可能にするオペレータコンソール295に接続される。続いて再構成されたスライス画像は、同様に接続されたスクリーン297上で閲覧することができる。
【００３２】
さらに図2を参照することでX線110の操作についてより詳細に説明する。
【００３３】
X線管は、真空管筐体270内に、陰極220及び該陰極220から距離を置いて設けられた陽極230を有する。陽極230は、ベアリング232内において回転可能で、かつ、陽極ディスク234を有する。X線制御装置XRは、出力信号とタイミング信号をX線管110へ発するように構成される。特に高電圧Uが陰極220と陽極230全体にわたって印加される。電子は、陰極220から電子ビームe-として放出され、かつ、電圧Uによって供される起電力によって陽極230へ向かうように加速される。加速された電子は高い運動エネルギーを得る。そのように加速された複数の電子は、陽極ディスク234に衝突する電子ビームe-を生成する。電子は衝突の際に減速される。よって正味の運動エネルギーがX線ビームpとして解放される。X線ビームpは、真空管270を飛び出して、図2に図示して上で説明したように対象物290を通り抜ける。陽極ディスク234はその外側縁部に斜角が設けられている。それによりX線ビームpは、所望の角度で陽極ディスク234で偏向されて良い。それによりX線ビームpの放出が促進される。
【００３４】
陽極ディスク234は、電子ビームが入射する面にコーティングを有する。ディスク234が、高エネルギーの入射電子ビームによる高い熱力学的摩耗及び亀裂に曝されているので、コーティングは、ディスク234を目的に適合させると考えられる材料−たとえばタングステン−で構成される。陽極ディスク234及び特にコーティングは、電子ビームが同じ場所に衝突することで徐々に削られる。その結果、陽極ディスク材料のスパッタリング及びさらには陽極ディスク材料の揮発もが生じる。ディスクの摩耗は、電子ビームに曝露されている間に（図2に図示されているように）そのディスクを回転させることによって緩和させることができる。衝突する電子ビームは、図2において線で理想的な状態が示されているある断面を有する。ディスク上に衝突する電子ビームは、幅Wと長さLを有する焦点FPを画定する。常にディスク234の単一の地点に電子ビームが衝突するよりはむしろ、そのディスクが回転することによって、そのディスク表面全体にわたる摩耗が拡散する。ディスクが回転する間、焦点FPは、コーティングされた陽極ディスク表面全体にわたって明らかな焦点進路FPTRを追跡する。
【００３５】
X線管110は、適切な制御装置265によって制御される磁気又は静電集束素子260をさらに有する。集束素子260は、電子ビームを陽極ディスク234上に集束させるのを容易にする。
【００３６】
さらに制御装置245によって制御される偏向素子240が管内に配置されている。偏向素子２４０及びその制御装置245は基本的に、電子ビームの方向を変化させることで陽極ディスク234の表面全体にわたって焦点FPを移動させることを可能にする焦点移動装置を構成する。
【００３７】
偏向素子は電子ビームを取り囲むように、上部に1つ、底部に1つ、そして各側部に1つずつ（図2において点線で示されている）配置される。一の実施例では、偏向素子は、制御装置245によって選択的に始動される電磁石である。そのように選択的に始動されることで、電子ビームに陽極ディスク234の表面上の軌跡を追跡させるようにx/-x方向及びz/-z方向に沿った偏向が実現され得る。他の実施例では、偏向は、各々が所望の向きを有する対応電場を発生させるように適切に配置されたワイヤを有する偏向素子240によって静電的に実現される。
【００３８】
焦点移動装置の効果について、図3を参照しながらより詳細に説明する。入射電子ビームの方向での陽極ディスク234の概略図が示されている。左側には、焦点fpが移動可能ではない従来のX線管での状況が示されている。右側には、焦点が移動可能な図2のX線管での状況が図示されている。焦点FPの断面が、長方形で概略的に示されているが、断面は長方形でなくても良い。焦点FPの断面は任意の形状をとり得ると考えられる。回転可能な陽極ディスク234は2つの向きを画定する。前記2つの向きとは具体的に、半径方向Zと（回転に対する）接線方向Xである。焦点FPの幅Wと長さLはそれぞれ定められて良い。各方向につき、焦点FPは幅と長さを有する。焦点FPは同時に、電子ビームに曝露される回転ディスク上の地点の領域を画定する。焦点移動装置245/240は、焦点軌跡FPTRにわたって一の残りの位置P1から他の残りの位置P2まで焦点を移動させるように動作する。残りの位置P1とP2の位置は、回転しない固定された座標系によって定められる。点線は、FPが残りの位置P1,P2のいずれかに存在するときに陽極がビームに対して移動することで追跡される焦点進路FPTを示している。一の実施例によると、回転陽極は、焦点進路FPTRに、図3において点線で示された円の形状をとらせる。しかし陽極（ディスクであっても良いしディスクでなくても良い）の運動が回転ではなく任意の種類の運動であって良い他の構成も考えられる。その場合、焦点進路は、他の曲線形状をとって良いし、又は、直線に沿った振動のように単純であっても良い。
【００３９】
一の実施例によると図3に図示されているように、焦点FPは2つの残りの点P1とP2との間で振動し、かつ、滞在期間RTと呼ばれる短い期間にP1とP2のうちのいずれかに滞在する。焦点が残りの位置P1からP2へ又はその逆に移動するとき、焦点軌跡FPTは、焦点移動装置245の作用中である遷移期間中に追跡される。図3に図示されている幾何学構造では、焦点の移動速度と陽極の回転速度の相対運動は基本的に重ね合わせられる。それにより、少なくともそれぞれの瞬間速度成分のベクトル和によって与えられる焦点FPと陽極ディスク表面との間に相対速度vが生じる。図3の具体例では、焦点軌跡FPTRは、円周方向又はディスク234の回転に接する−つまり環状焦点進路に対して接する−方向に追跡される直線である。換言すると、焦点がP2からP1へ移動するとき（「P2→P1」）、各対応する速度成分は平行であり（つまりベクトル成分は幾何学的に平行であり、かつ、同一の方向を有する）、他方焦点がP1からP2へ移動するとき（「P1→P2」）、速度成分は平行である（つまりベクトル成分は幾何学的に平行であり、かつ、反対の方向を有する）。焦点が移動可能なX線管110では、撮像装置は、（所与の管出力及び焦点スポットサイズで）より高い画像品質−つまり出力の増大又は焦点スポットサイズの減少を行うことなく、高い画像解像度において画像ノイズ信号が少ない−を供給する。
【００４０】
ディスク134上の焦点FPに電子ビームが衝突することで、その地点での陽極表面温度Tfsは、Tfs〜P/L*√(1/B*v*cp*μ)(1)に従って増大する。ここで、Pは電子ビームの出力で、Lは陽極ディスクの半径方向での焦点スポット長で、Bは陽極ディスクの円周方向での焦点スポット幅で、vは円周方向での電子ビームと焦点追跡との間での相対速度で、cpは熱容量で、μは熱伝導率である。
【００４１】
温度の許される上限は、焦点追跡コーティングの融点（たとえばタングステンであれば3410℃）又は熱力学的効果（「疲労」）の原因となるような低い温度である。
【００４２】
関係式(1)は非特許文献1から演繹され得ることを発見した。式(1)からわかるように、温度上昇は、軌跡を追跡する際の電子ビームと陽極ディスク133−特にビームによって追跡される焦点進路FPT上の参照地点−との相対速度vに依存する。
【００４３】
図4A-図4Cを参照すると、焦点移動のタイミング、焦点移動中での位置、及び相対速度が概略的に示されている。
【００４４】
図4Aは、P1に対する回転座標フレームにおいて示される残りの位置P1とp2との間での焦点FPの遷移すなわち移動である。残りの地点P1での焦点FPは最初、遷移期間TTの間に他の残りの位置P2へ移動（「ジャンプ」）する。FPが位置P1からP2へジャンプする遷移期間TTは、位置P2（又はP1）での約150μsの滞在時間と比較して10μsの範囲である。同様な空間に対する時間のグラフが、位置P2からP1への反対の遷移について用いられる。グラフの縦軸に沿って表される円周方向での位置が陽極ディスク134の円周上にとられる。ここで残りの位置P1は参照地点である。これは良好な近似である。なぜなら一の実施例における焦点進路が、陽極ディスク134の外縁部に非常に接近するからである。CT用途での画像再構成については、焦点スポットが少なくとも2つの位置P1,P2のうちの一に到達したときにのみ、投影画像データが集められる。ジャンプ期間（つまり撮像装置のデューティサイクル期間外）中に集められる画像データは画像再構成には用いられない。従って位置P1とP2との間でのジャンプに必要な期間を抑制することが目的である。ジャンプすなわち移動は大きく変化して良く、0.01〜10mmのオーダーである。
【００４５】
図4Bは、焦点FPが陽極全体にわたって運動する際の空間と時間との関係を表す図を示している。焦点FPの運動は残りの位置P1に対する運動で、残りの位置P1も同様に陽極の運動に起因して運動する。よってそれらの運動は重ね合わせられる。その結果として得られる運動は、残りの位置P1の初期位置（これ自身はディスクと共に回転する）に対して一定の座標系でとられる。陽極ディスク134の円周での回転速度を約60m/sとすると、グラフはほとんどの期間で一定の傾斜を有する線である。ただし焦点が焦点移動装置245によって移動されるときに遷移期間中に起こる2つの「凹み(dent)」は除く。再度図3を参照すると、(P1→P2)での第1上側凹みは速度の増大を示している。よって焦点軌跡FPTの速度は、陽極ディスク234の回転に対して反対方向を向く。対照的に、下側凹み(P2→P1)は速度の減少を示している。よって焦点軌跡FPTの速度は、その瞬間での陽極ディスク134の回転方向を向く。図4Bでは、図4Aのジャンプ機能が仮定されている。
【００４６】
図4Cでは、焦点進路FTに対する電子ビームの相対速度の時間変化がグラフに表されている。換言すると、図4Cは図4Bの空間と時間の関係を表す図に対応する速度と時間のグラフである。速度成分が平行(P1→P2)又は反平行(P2→P1)である瞬間は、図4Cの速度上方又は下方スパイクに対応する。速度上方又は下方スパイクとはつまり、相対速度の急激な減少及び増大である。図からわかるように、相対速度が、特にゼロになり（ゼロ交差）、その後他の方向で再度増大する瞬間（「臨界期間」）が存在する。臨界期間中でのゼロ交差は、電子ビームと陽極が互いに静止していることを意味する。速度成分が平行にそろっている焦点移動中での瞬間(P1→P2)は、陽極表面温度がディスク材料の融点に接近しているときの臨界的瞬間である。陽極表面温度がディスク材料の融点に接近すると、そのような高温に曝されないときよりもディスクが早く損傷する。
【００４７】
焦点と陽極との間の相対速度が減少する、つまりそれぞれの速度成分が平行となる相対速度焦点移動中での急激な温度上昇を回避又は少なくとも抑制するため、制御装置210が、焦点移動中でのX線管110の動作の制御を補助するように供される。戻って図2を参照すると、制御装置210は記録ユニット211と電子ビーム緩和装置212を有する。
【００４８】
一般的に述べると、装置210は、焦点移動装置245とインターフェースで接続し、かつ、いつ焦点移動が起こったのかを記録するように構成される。記録ユニット211は、駆動装置245内でのそれぞれの制御チャネルとインターフェースで接続し、かつ、焦点移動の開始を表す各対応するトリガ信号を待つ。一旦トリガ信号が記録されると、対応する命令が、記録ユニット211によって緩和装置212へ向けて緩和を開始させるように発出される。緩和は、i)焦点移動中での電子ビームのブランキング又はii)出力を減少させることによる部分ブランキング又はiii)焦点面積の増大を含む。上の式によると、緩和装置212は、遷移期間中での電子ビームのブランキング又は遷移期間中でのビーム焦点の幅と長さの増大のいずれかによってこのような温度の上昇を補償する。緩和装置212の緩和作用は遷移TTの間維持される。
【００４９】
換言すると、焦点記録ユニット211はまた、いつ焦点移動が終了したのか、つまり、いつ焦点が各対応する残りの点のうちのいずれか一に到達したのかを知るために、焦点移動装置245の回路内（又は管110の回路内での他の適切な位置）での信号を待つように構成される。一の実施例では、焦点移動の期間が既知である場合、記録ユニット211は移動開始の信号を待つだけであり、かつ、緩和装置212の緩和作用は、焦点移動の期間を反映する予備設定間隔の満了の際に終了する。焦点移動の信号の開始と終了を待つ記録ユニット211の機能は、記録ユニットの論理回路中に適切に構成されたイベントハンドラを含む適切なイベント駆動プログラム法を用いることによって実装されて良い。一旦焦点移動が完了すると、緩和装置212に命令が発出される。その結果、緩和装置212は、電子ビームへの緩和作用を中止するように命令される。
【００５０】
一の実施例によると、記録ユニット211は、焦点追跡地点−つまり電子ビームが陽極ディスクに衝突又は入射する一連の地点−に対するFPの相対速度を監視する。まさに焦点FPの移動する軌跡の速度成分に対するそれらの地点での速度成分が比較される。その地点で平行な場合、相対速度の低下が起こる。これは緩和が実行される引き金となる。相対速度は、（ユーザーインターフェースによって）ユーザー設定可能な閾値を下回るように低下しなければならない。
【００５１】
一の実施例によると、電子ビームのブランキングは、陽極230と陰極250との間に設けられたグリッド250によって実現される。グリッド250は、駆動装置255によって駆動され、かつ、反発する負の電荷を生じさせることで、陰極から放出される電子が陽極230へ到達するのを防止するように構成される。
【００５２】
他の実施例でも同様に上の式に従って、X線制御装置XCから陰極へ供給される出力Pが遷移期間TT中に減少する「部分」ブランキングだけが実行される。その減少は、√(vxdf/v0)に比例する。ここで、vxdfはジャンプ又は移動中での接線成分での（焦点進路に平行な又は回転方向での）最低相対速度で、v0はx-dfsモードの存在しない平均速度である（「(d)動的(dynamic)  (f)焦点(focal)  (s)スポット運動(spot  movement)」、焦点が残りの一であるとき、又は焦点進路に対して平行な速度成分を有してない−回転ディスクの場合であれば回転方向に接線成分を有していない−ときの平均速度）。このようにして、相対速度の減少がオフセットされることで、温度上昇Tfsは実質的に防止され得る。
【００５３】
図3の実施例では、右側では、陽極が回転し、焦点軌跡が環状の焦点進路に接する線で、vxdfとv0のいずれの量も事前に既知であるので、比例する出力減少因子を事前に計算することができる。同じことは、それらが先験的に知られているときには、より複雑な運動にも適用される。
【００５４】
一の実施例では、緩和装置212は、焦点スポットサイズ−つまり遷移ジャンプ期間中に半径方向（長さ）又は円周方向（幅）での拡張−を増大させるように構成される。この実施例では、緩和装置212は、ビーム集束素子駆動装置265に、磁気集束素子260をデフォーカスモードで駆動させるように命令する。磁気偏向器の場合では、これは、短い駆動パルスを磁気素子260のコイルへ供給する駆動装置265によって実行されて良い。それにより電子ビームの周りにはデフォーカス磁場が発生する。式(1)によると、低い相対速度でのジャンプ中の温度上昇は、以下のときに防止される。
−  焦点スポット長が√(vxdf/v0)で増大し得るとき、又は、
−  焦点スポット幅がvxdf/v0で増大し得るとき、又は、
−  焦点スポット長と幅の両方が増大し得るとき
換言すると、焦点スポット軌跡へ半径方向に延びる焦点スポット寸法については、vxdf/v0の平方根に比例する増大で十分な一方で、焦点スポット軌跡へ接線方向に延びる焦点スポット寸法については、vxdf/v0に比例する増大で十分である。いずれの場合でも、陽極表面上で起こる熱は陽極表面の大きな領域にわたって広がる。さらに換言すると、焦点FPの接線方向での速度成分vxdfが減少することで、前記焦点の面積又はサイズは、長さについては√(vxdf/v0)だけ、及び/又は、幅についてはvxdf/v0だけ増大する（換言すると電子ビームの出力密度(W/m2)が減少する）。
【００５５】
一の実施例では、遷移期間TT中での焦点面積の増大は、電子ビームの全体又は部分ブランキングの代わりに実行される。他の実施例では、緩和装置212はユーザー設定可能であるため、i)焦点面積の増大、ii)全体ブランキング、又はiii)部分ブランキングの緩和モードを選択することができる。さらに他の実施例では、モードi)は、モードii)又はiii)のいずれか一と併用されて良い。
【００５６】
換言すると、緩和作用（（全体）ブランキング、部分ブランキング（出力が減少する）及び/又は焦点スポットサイズの拡大）が、図4Aに図示されているジャンプすなわち跳躍の周波数及び位相に同期される。より詳細には、緩和装置212の緩和作用は、焦点FPの少なくとも2つの残りの位置P1とP2との間でのそれぞれの焦点の移動（「ジャンプ」）の開始と完了を示す信号と同期される。当然のこととして一部の実施例では、焦点軌跡FPTRは3つ以上の残りの点によって画定されて良い。焦点軌跡FPTRは陽極ディスク表面上に多角形又は他の形状の外形が描く。緩和作用は、焦点FPのそれぞれの残りの点P1とP2との間での移動又はジャンプ期間を実質的に等しくする期間維持される。一の実施例では、遷移期間は約10μsなので、緩和は約10μsの間維持される。緩和が、残りの位置P1又はP2の少なくとも一での電子ビームの滞在期間の約10%の期間維持される。
【００５７】
より一般的に述べると、緩和装置212は、焦点軌跡の速度成分が、焦点移動中での焦点進路の速度成分に対して平行な期間中に電子ビームを緩和するように構成される。図3に図示された実施例では、進路FPTは、焦点進路に接するディスクの円周に接する直線に沿って移動する焦点の軌跡FPTRとなるような環状である。この場合、緩和作用は他のどのTT期間でも−つまり焦点がディスクの回転方向に移動するときにのみ−起こる。反対の移動P2→P1の間にはブランキングは起こらない。なぜなら相対速度が増大するので、陽極の温度は増大せず、緩和はそれらの反平行TT期間中には省略されるからである。しかし一の実施例では、ブランキングは、移動がP1→P2であるかP2→P1であるかにかかわらず、各遷移期間TTの間でも実行されて良い。論理回路は特にこの場合では単純である。各TTの間、緩和が実行され、かつ、その緩和は開始と終了の間まで維持される。
【００５８】
軌跡と陽極の運動/陽極上でのFPの進路が事前にわかっているとき、緩和装置212のタイミング（稼働：緩和、不稼働：緩和なし）は事前に計算することが可能で、かつ、記録ユニット211の作用は、単純な緩和装置212の作用のオン/オフのタイミングとなる。
【００５９】
他の実施例では、緩和装置212は、焦点と陽極の運動の各々を検知するのに適したセンサを備える運動処理装置を有し、かつ、変化する焦点軌跡及び/又は変化する焦点進路（陽極の運動）から、速度成分が平行で、かつ、相対速度の低下が起こる期間を計算するように構成される。換言すると、この実施例では、緩和装置212は、焦点軌跡及び/又は陽極の運動の変化に応じて適切なビームの緩和を行うことを可能にする。
【００６０】
緩和装置212は、既存の撮像装置に付加されるものとして配備されて良く、かつ、既存の撮像装置とは異なるようにプログラムされて良いし、又は、複数の撮像装置の各々に適合するされても良い。前記複数の撮像装置の各々は、各異なる焦点軌跡FP及び/又は焦点進路FPTを有する。よって稼働/不稼働の各異なるタイミングは、それらの撮像装置の各々で個別に計算/格納されて良い。単一の制御装置はそれらの撮像装置の各々を中心的に制御して良い。
【００６１】
X線管110の構成要素と制御装置210の構成要素は、通信ネットワーク内で広がる別個の構成要素として図2では図示されている。
【００６２】
しかしこれは典型的実施例に過ぎない。他の実施例では、制御装置210は、管の制御装置XCの制御論理回路内又は偏向器の駆動装置230内のソフトウエアモジュールとして一体化される。電子ビーム緩和機能は、電子ビームのジャンプ又は移動のルーチンが呼び出されるときに検出器ソフトウエアを実行する間の分岐点で呼び出されるサブルーチンとして供されて良い。
【００６３】
当該装置の構成要素は、中心コンピュータC上に存在するものとして図示され、かつ、前記中心コンピュータC内のソフトウエアルーチンとして動いている。構成要素はまた、FPGA又は有線のスタンドアローン型チップとして構成されても良い。構成要素は、適切な科学的計算プラットフォーム−たとえばMatlab（登録商標）又はSimulink（登録商標）−でプログラミングされ、その後ライブラリ内に維持されたC++又はCのルーチンに翻訳され、かつ、中心コンピュータCが呼び出されるときにリンクされて良い。
【００６４】
図5を参照すると、陽極と焦点が移動可能なX線管を制御する方法がフローチャートで示されている。段階S505では、焦点の移動が記録される。
【００６５】
段階S510では、電子ビームは、記録された焦点の移動に応じて緩和される。緩和は、i)移動中での電子ビームのブランキング又はii)移動中でのビームの焦点スポットサイズの増大のいずれかを有する。
【００６６】
焦点の移動すなわち運動は、陽極ディスクの半径方向、又は、ディスクの円周方向にも起こりえる。焦点スポットは陽極ディスクの外縁領域に衝突して良い。
【００６７】
CT撮像装置で用いられるとき、焦点スポットが少なくとも2つの残りの位置P1,P2のうちの一と厳密に一致した場合にのみ、投影画像データは集められる。よって2つの地点間でのジャンプ期間は、焦点スポットが2つの所望の位置P1,P2のうちの一に位置する期間と比較して可能な限り短くなる。しかし焦点スポットが円周方向及び回転方向に移動するとき、陽極と焦点スポットとの間の相対速度は低下し、かつ、ゼロさえなり得る。速度が低速又はゼロになる結果、焦点進路は、（焦点進路でのディスク表面の荒れに起因する）X線照射出力の劣化、及び、（焦点追跡材料の管内での揮発に起因する）アーキングの危険性が生じるほど高い温度に加熱する。従って管の寿命が相対速度の低下が起こるときに短くなるか、又は、その管はより小さな出力で動作する必要が生じるのかのいずれかである。段階S505-S520による方法は、上述の不利益な効果を緩和することを容易にする。
【００６８】
本発明の他の典型的実施例では、適切なシステム上で上述の実施例のうちの一による方法の段階を実行するように構成されることを特徴とするコンピュータプログラム又はコンピュータプログラム要素が供される。
【００６９】
従って、コンピュータプログラム要素は、コンピュータユニットに格納され、これは、本発明の実施例の一部であっても良い。この計算ユニットは、前述の方法の工程を実行するように、または誘起するように適合されて良い。また、これは、前述の機器の部材を作動させるように適合されても良い。計算ユニットは、自動で作動し、および／またはユーザの命令を実行するように適合され得る。コンピュータプログラムは、データプロセッサの作動メモリにロードされても良い。従って、データプロセッサは、本発明の方法を実行するように備えられても良い。
【００７０】
本発明のこの典型的実施例は、最初から本発明を使用するコンピュータプログラム、およびアップデートにより、既存のプログラムを本発明を使用するプログラムに変更するコンピュータプログラムの両方を網羅する。
【００７１】
さらにコンピュータプログラム要素は、前述の方法の一実施例の手順を満たす、全ての必要な工程を提供可能であっても良い。
【００７２】
本発明の別の典型的実施例によると、CD-ROMのようなコンピュータ可読媒体が提供され、コンピュータ可読媒体は、前述のコンピュータプログラム要素を格納している。
【００７３】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに供給され、あるいは他のハードウェアの一部として提供された、光記憶媒体または半導体媒体のような、適当な媒体に保管されおよび／または配布され、あるいはインターネットまたは他の有線もしくは無線通信システムを介した、他の形態で配布される。
【００７４】
しかしながら、コンピュータプログラムは、World  Wide  Webのようなネットワークを介して提供されても良く、そのようなネットワークから、データプロセッサの作動メモリにダウンロードすることも可能である。本発明の別の一実施例では、ダウンロード利用可能なコンピュータプログラム要素を作成する媒体が提供され、このコンピュータプログラム要素は、本発明の前述の実施例の一つによる方法を実行するように配置される。
【００７５】
本発明の実施例は、異なる主題を参照して示されていることに留意する必要がある。特に、いくつかの実施例は、方法形式の請求項に関して示されており、他の実施例は、装置形式の請求項に関して示されている。しかしながら、前述のおよび以下の記載から、特に説明のない限り、一つのタイプの主題に属する特徴のいかなる組み合わせに加えて、異なる主題に関する特徴の間のいかなる組み合わせも、本願に開示されていると見なされることは、当業者には明らかである。しかしながら、全ての特徴は、特徴の単なる合計を超えるシナジー効果を得るため、組み合わせることができる。
【００７６】
たとえ本発明の詳細な実施例が本明細書に開示されているとはいえ、その詳細な実施例は本発明の単なる例示に過ぎず、本発明は様々な形態で実施しうることに留意すべきである。本発明は開示された実施例に限定されない。開示された実施例に対する他の変化型は、図面、開示、及び請求項を検討することで、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解及び実行されうる。
【図１】
2015522910.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年1月22日(2015.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動性陽極を有して前記陽極へ入射する電子ビームによって生成される焦点を移動させることが可能なX線管を制御する装置であって：
前記陽極の少なくとも一部にわたって前記焦点によって追跡される軌跡に沿って起こる前記陽極にわたる焦点の動きを記録する焦点移動記録ユニット；
前記の移動した焦点が前記陽極にわたって軌跡を追跡する間に、記録された前記焦点の移動に応じて、前記入射電子ビームを緩和させるように構成される電子ビーム緩和装置；
を有し、
前記緩和作用は、前記焦点と前記陽極との間の相対速度に依存し、
前記緩和作用は、i)前記移動中での前記焦点の最小相対速度とii)前記陽極の運動の平均速度との比の平方根の関数として前記電子ビームの出力を減少させる段階を含む、
装置。
【請求項２】
前記緩和作用は閾値を下回る前記相対速度の低下が記録された際に始まる、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記緩和作用は、前記相対速度が前記閾値にまで回復するか又は前記閾値を超えるまで有効である、請求項1又は2に記載の装置。
【請求項４】
前記X線緩和装置は、前記焦点が移動している間、臨界温度閾値を超える前記焦点スポットでの温度の上昇を回避するように機能する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記軌跡が前記陽極上の2つの残りの位置間での前記焦点の振動を表し、
前記緩和作用は、前記相対速度が前記陽極の回転方向を向いている限り有効である、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記緩和作用が、前記2つの残りの位置のうちのいずれか一の位置での前記焦点スポットの滞在時間の1乃至20%の期間有効である、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記緩和作用が、前記電子ビームのブランキングを行うことで前記電子ビームが前記陽極へ到達するのを防止する段階を含み、
前記ブランキングは、グリッドスイッチ法を用いて実行される、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記緩和作用が前記焦点スポットのサイズ又は面積を減少させる段階を含む、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記緩和作用が、i)前記陽極の運動の平均速度とii)前記移動中での前記焦点の最小相対速度との比又は該比の平行根の関数として、前記焦点の進路に対して垂直な前記焦点スポットの長さ、及び、前記焦点進路に沿った前記焦点スポットの幅のうちの少なくとも1つを増大させる段階を含む、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
可動性陽極を有して前記陽極へ入射する電子ビームによって生成される焦点を移動させることが可能なX線管を制御する方法であって：
前記陽極の少なくとも一部にわたる焦点を移動させるによって追跡される軌跡に沿って生じる前記陽極にわたる焦点の移動を記録する段階；
前記の移動した焦点が前記の移動する陽極にわたって軌跡を追跡する間に、前記の記録された前記焦点の移動に応じて、前記の入射する電子ビームを緩和させる段階；
を有し、
前記緩和は、前記焦点と前記陽極との間の相対速度に依存し、
前記緩和は、i)前記移動中での前記焦点の最小相対速度とii)前記陽極の運動の平均速度との比の平方根の関数として前記電子ビームの出力を減少させる段階を含む、
方法。
【請求項１１】
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の装置を有するX線管。
【請求項１２】
前記X線管と請求項1乃至9のいずれか一項に記載の装置を有するX線撮像装置。
【請求項１３】
処理ユニットによって実行されるときに請求項10に記載の方法の段階を実行するように構成される、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の装置を制御するコンピュータプログラム。
【請求項１４】
請求項13に記載のコンピュータプログラムを格納するコンピュータ可読媒体。
【国際調査報告】
2015522910.tif 000008
2015522910.tif 000009
2015522910.tif 000010