(57)【要約】【課題】迅速に動作し、寿命が長いスキャナを有するＸ線画像形成装置の提供。【解決手段】Ｘ線走査装置は、軸Ｘの周りに離間していると共に、当該軸上の対象物を通してセンサ（５２）により検出されるＸ線を放射するように配置される複数の多重焦点Ｘ線管（２５）を備える。各管（２５）は、複数の線源位置からＸ線を放射することができる。各管の線源位置それぞれが一度使用される各走査サイクルにおいて、管（２５）に対する熱負荷を最小にするように、使用される位置の順序が設定される。これは、各線源位置が前のアクティブな線源位置及び次のアクティブな線源位置と隣接しないことを確実にすることにより達成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物位置の周りで離間していると共に線源間隔で互いに離間している複数の線源位置から、Ｘ線を発生するように配置されるＸ線発生手段と、
該線源位置から放射されて該対象物の位置を通過するＸ線を検出するように、該対象物位置の周りで離間して配置される複数のＸ線センサと、
１つの放射期間のアクティブな線源位置と次の期間のアクティブな線源位置との間の平均最小変位が該線源間隔よりも大きくなるように、該線源位置がアクティブになる順序を制御するように配置される制御手段と、を備えることを特徴とするＸ線画像形成装置。
【請求項２】
該平均最小変位は、該線源間隔の少なくとも２倍であることを特徴とする請求項１記載のＸ線画像形成装置。
【請求項３】
該制御手段は、任意の１つの放射期間中にアクティブな線源位置が次の放射期間中にアクティブな線源位置に隣接しないように配置されることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線画像形成装置。
【請求項４】
該制御手段は、各放射期間中に、１つの線源位置のみがアクティブになるように配置されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一記載のＸ線画像形成装置。
【請求項５】
該制御手段は、各放射期間中に、複数の線源位置が同時にアクティブになるように配置されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一記載のＸ線画像形成装置。
【請求項６】
該線源位置はそれぞれ、対応するセンサ群により検出されるＸ線を発生するように配置され、該制御手段は、各放射期間中に、該複数の線源位置に関して該センサ群間で重複がないように配置されることを特徴とする請求項５記載のＸ線画像形成装置。
【請求項７】
各放射期間中に、該センサの少なくとも半分が、該アクティブな線源位置からＸ線を受け取るように配置されることを特徴とする請求項５又は６記載のＸ線画像形成装置。
【請求項８】
各放射期間中に、該センサの略全てが、該アクティブな線源位置からＸ線を受け取るように配置されることを特徴とする請求項７記載のＸ線画像形成装置。
【請求項９】
それぞれが複数の該線源位置を提供する複数のＸ線管を備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一記載のＸ線画像形成装置。
【請求項１０】
該制御手段は、各放射期間中に、該アクティブな線源位置が前の放射期間中の該アクティブな線源位置とは異なる管にあるように配置されることを特徴とする請求項９記載のＸ線画像形成装置。
【請求項１１】
各放射期間中に、１つの線源位置のみがアクティブであり、該アクティブな線源位置は、該管それぞれに順に設けられることを特徴とする請求項１０記載のＸ線画像形成装置。
【請求項１２】
各管内で該線源位置がアクティブになる順序は、各放射期間中の該アクティブな線源位置が前の放射期間中の該アクティブな線源位置に隣接しないように設定されることを特徴とする請求項９乃至１１の何れか一記載のＸ線画像形成装置。
【請求項１３】
添付図面の図１及び図２、図３又は図４を参照して実質的に本明細書中で説明されるＸ線画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線が対象物の周りの複数の位置から対象物に通され、対象物を透過したＸ線を検出及び使用して対象物の画像を形成するＸ線走査に関する。このタイプの走査は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）走査と呼ばれる。
【背景技術】
【０００２】
ＣＴ走査の１つの方法は、対象物の周りでＸ線源を回転させることにより、Ｘ線源から種々の方向で対象物にＸ線を通すことを含む。別の方法では、対象物の周りに複数のＸ線源を配置し、次に線源を順に動作させることにより、アクティブな線源位置で対象物の走査が行われる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】米国特許第４，２７４，００５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えばセキュリティ用途でのＸ線スキャナの使用が多くなるにつれて、迅速に動作し、寿命が長いスキャナに対する需要が高まっている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
したがって、本発明は、対象物の場所の周りで離間しているとともに或る線源間隔で互いに離間している複数の線源位置からＸ線を発生するように配置されるＸ線発生手段と、線源位置から放射されて対象物の位置を通過するＸ線を検出するように対象物の位置の周りで離間しているように配置される複数のＸ線センサと、１つの放射期間のアクティブな線源位置と次の期間のアクティブな線源位置との間の平均最小変位が線源間隔よりも大きくなるように線源位置がアクティブになる順序を制御するように配置される制御手段と、を備えるＸ線画像形成装置を提供している。
【０００５】
順次アクティブになる線源位置間の平均間隔をこのように大きくすることは、Ｘ線源の熱負荷を分散させるのに役立つ。
【０００６】
好ましくは、上記平均最小変位は、線源間隔の少なくとも２倍である。このことは、制御手段が、任意の１つの放射期間中にアクティブな線源位置が次の放射期間中にアクティブな線源位置に隣接しないように配置されることを確実にすることにより、最も容易に達成することができる。
【０００７】
制御手段は、各放射期間中に、１つの線源位置のみがアクティブになるように構成され得る。
【０００８】
代替的に、制御手段は、各放射期間中に複数の線源位置が同時にアクティブになるように構成され得る。これにより、走査時間を短縮し、且つ走査速度を速めることができる。
【０００９】
線源位置それぞれが、対応するセンサ群により検出されるＸ線を発生するように配置される場合、制御手段は、各放射期間中に上記複数の線源位置に関してセンサ群間で重複がないように配置されることが好ましい。これにより、同時にアクティブになっている線源それぞれから検出されたＸ線を確実に区別することができる。
【００１０】
好ましくは、各放射期間中に、センサの少なくとも半分が、アクティブな線源位置からＸ線を受け取るように配置される。より好ましくは、各放射期間中に、センサのほぼ全てが、アクティブな線源位置からＸ線を受け取るように配置される。
【００１１】
好ましくは、Ｘ線画像形成装置は、それぞれが複数の線源位置を提供する複数のＸ線管を備える。
【００１２】
この場合では、制御手段は、各放射期間中に、アクティブな線源位置が前の放射期間中のアクティブな線源位置とは異なる管にあるように配置されることが好ましい。
【００１３】
好都合には、各放射期間中に、１つの線源位置のみがアクティブであり、アクティブな線源位置は、上記管それぞれに順に設けられる。
【００１４】
好ましくは、各管内で、線源位置がアクティブになる順序は、各放射期間中のアクティブな線源位置が前の放射期間中のアクティブな線源位置に隣接しないように設定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照して単なる例として説明する。
【００１６】
図１を参照すると、多重焦点Ｘ線管１０が、セラミックフォーマ１２及びフォーマの側部１４と１６との間に沿って延びるエミッタ素子１８を備える。グリッドワイヤ２０の形態の複数のグリッド素子がフォーマ１２に支持され、その２つの側部１４と１６との間の隙間の上で、エミッタ素子１８に対して垂直方向に、但しエミッタ素子１８と平行な平面に延びる。集束ワイヤ２２の形態の複数の集束素子が、グリッドワイヤ２０を挟んでエミッタ素子とは反対側の別の平面で支持される。集束ワイヤ２２は、グリッドワイヤ２０と平行であり、グリッドワイヤと同じ間隔で互いに離間しており、各集束ワイヤ２２は、グリッドワイヤ２０のそれぞれと整列している。
【００１７】
線源１０は、エミッタユニット２５のハウジング２４に囲まれ、フォーマ１２がハウジングのベース２４ａ上に支持される。集束ワイヤ２２は、２つの支持レール２６ａ、２６ｂに支持され、支持レール２６ａ、２６ｂは、エミッタ素子１８と平行に延び、フォーマ１２から離間しており、ハウジングのベース２４ａ上に取り付けられている。支持レール２６ａ、２６ｂは、電気的に導通しているため、集束ワイヤ２２の全てが互いに電気的に接続される。支持レール２６ａの一端は、ハウジングのベース２４ａから突出して集束ワイヤ２２のための電気的接続部を提供するコネクタ２８に接続される。グリッドワイヤ２０はそれぞれ、フォーマの一方の側部１６に沿って下方に延び、グリッドワイヤ２０それぞれに個別の電気接続部を提供する各電気コネクタ３０に接続される。
【００１８】
アノード３２が、ハウジングの側壁２４ｂと２４ｃとの間に支持される。アノードは、エミッタ素子１８と平行に延びる。したがって、グリッドワイヤ２０及び集束ワイヤ２２は、エミッタ素子１８とアノード３２との間に延びる。アノードに対する電気コネクタ３４が、ハウジングの側壁２４ｂから延びる。
【００１９】
エミッタ素子１８は、フォーマの両端に支持され、ハウジングのさらなるコネクタ３６、３８を介して供給される電流により加熱される。
【００２０】
１つの位置から電子ビームを発生させるために、一対の隣接するグリッドワイヤ２０を、素子１８に対して正の引き出し電位に接続することができ、残りのグリッドワイヤは素子１８に対して負の阻止電位に接続される。電子を引き出すために使用するワイヤ２０の対を選択することにより、電子ビームの位置を選択することができる。Ｘ線は、電子が衝突する位置でアノード３２から放射されるため、Ｘ線源の位置も、引き出しに使用するグリッドワイヤの対を選択することにより選択することができる。集束素子２２は全て、グリッドワイヤ２０に対して正の電位で維持されるため、グリッドワイヤの任意の対間で引き出された電子はまた、それに対応する集束素子２２の対間を通過し、且つその対により集束される。
【００２１】
図２を参照すると、Ｘ線スキャナ５０が従来の形状で設置され、中心スキャナ軸Ｘの回りに弧状に配置されるとともにスキャナ軸Ｘに向けてＸ線を放射するような向きのエミッタユニット２５のアレイを備える。センサ５２の輪が、スキャナ軸に向かって内方を向いて、エミッタの内側に配置される。センサ５２及びエミッタユニット２５は、軸Ｘに沿って互いにオフセットしているため、エミッタユニットから放射されるＸ線は、そのエミッタユニットから最も近いセンサを通って対象物を通過し、そのエミッタユニットから最も遠い複数のセンサにより検出される。各線源から放射されるＸ線を検出するセンサ５２の数は、管２５の各線源位置から放射されるＸ線のファン（fan：扇形）の幅に応じて変わる。スキャナは、図５の機能ブロックにより表される複数の機能を実行する制御システムにより制御される。システム制御ブロック５４は、画像表示ユニット５６、Ｘ線管制御ブロック５８、及び画像再構成ブロック６０を制御し、これらからデータを受け取る。Ｘ線管制御ブロック５８は、エミッタユニット２５それぞれの集束ワイヤ２２の電位を制御する集束制御ブロック６２と、エミッタユニット２５それぞれの個々のグリッドワイヤ２０の電位を制御するグリッド制御ブロック６４と、エミッタブロックそれぞれのアノード３２への電力及びエミッタ素子１８への電力を供給する高電圧供給源６８とを制御する。画像再構成ブロック６０は、センサ制御ブロック７０を制御してそこからデータを受け取り、センサ制御ブロック７０はさらに、センサ５２を制御してそこからデータを受け取る。
【００２２】
動作時には、走査すべき対象物を軸Ｘに沿って通過させ、Ｘ線ビームをＸ線管２５から対象物に通す。各走査サイクルにおいて、各管２５の各線源位置が一度使用され、走査サイクルは、対象物が軸Ｘに沿って移動するごとに繰り返される。各線源位置がＸ線のファン（a fan of X rays：扇状のＸ線）を発生し、Ｘ線は、対象物を通過した後に複数のセンサ５２により検出される。しかしながら、管及び管内の位置を使用する順序は、以下で説明するように制御される。
【００２３】
管２５の線源位置からのＸ線放射の順序は、Ｘ線管に対する熱負荷を最小にするように選択される。これは、各線源位置が前の線源位置及び次の線源位置に隣接しない、したがって前の線源位置及び次の線源位置から離間するように放射を順序付けることにより達成される。この順序付けは、各管２５内の線源位置と、管自体とに適用される。したがって、各線源位置は、前の管及び次の管とは異なる管にある。実際には、最も好ましい熱負荷の分布は、線源位置が、各管から１つの位置を使用して全ての管を一巡し、次に各管内の異なる線源位置を使用して再び全ての管を一巡すれば達成される。この場合、全ての管の全ての線源位置が一度使用されるまで、周回が繰り返される。これにより、１回の走査サイクルが完了し、続いてこれを繰り返すことができる。
【００２４】
各管内では、管内の熱負荷を分散させる順序で線源位置が取られる。これは、各線源位置とその管の次の線源位置との間の距離、及び各線源位置とその管の前の線源位置との間の距離の両方が最大になるように、線源位置を順序付けることにより達成される。したがって、まず、１つの管あたりの線源位置の数により可能である場合、管の各線源位置は、その管の次の線源位置及び前の線源位置と隣接してはならない。次に、線源位置の数に応じて、熱負荷をできる限り分布させるように順序付けが選択される。
【００２５】
例えば、図３に示す本発明の第２の実施形態の場合、１、２、３、４、及び５と位置決めされた順に番号付けされた５つのＸ線管６０、６１、６２、６３、６４があり、これらそれぞれが、同様に管６０に沿って順に１、２、３、４、及び５と番号付けされた５つの線源位置７０、７１、７２、７３、７４からＸ線を発生することができる。この場合、各管内の線源位置の最も好ましい順序は、１、３、５、２、４である。連続した放射間の角度分離を最大にするための管の順序付けにも、同じシーケンスが使用される。これにより、以下のような放射順序ができ、ここで、線源位置は、対象物７５の周りを管６０の左側端の列の左端から始めて、管６４の右側端の列の右端まで順に数えて番号付けされる。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
例えば、対象物７５を囲む形状の単一の管の２５個の線源位置とともに、同じ順序付けを使用することもできる。
【００２８】
５つ未満の線源位置を有するＸ線管の場合、後続の放射において隣接する位置を使用しないわけにはいかないことが理解されるであろう。しかしながら、５つ以上のＸ線源位置を有する管の場合、これを避けることができる。
【００２９】
図４を参照すると、本発明の第３の実施形態では、複数のＸ線源８０が軸Ｘの周りで離間しており、第１の実施形態のように、複数のセンサ８２が線源８０から軸方向にオフセットしている。線源の１つである８０ａがＸ線ビーム８４を放射すると、これが発散し、対象物８６を通過し、複数のセンサ８２に到達する。線源それぞれからのＸ線を検出するセンサ８２の数は、任意所与のシステムの既知の量であるＸ線ビームの幅に応じて変わり、半角に関して定量化することができる。半角は、ビームの中心とビームの縁との間の角度である。
【００３０】
線源位置８０それぞれからのＸ線を検出するために必要なセンサ８２が既知である場合、同時に放射できる線源位置を選択することができるが、これは線源位置が共通の検出器を必要としないことを条件とする。例えば、２４個の線源位置８０及び２４個のセンサ８２があり、各線源位置が５個のセンサを必要とする場合、対象物の周りに９０°の間隔で離間している４つのセンサ８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄを同時に使用することができる。
【００３１】
実際には、線源位置及びセンサの数は、これよりも多い可能性が高い。ナイキストサンプリング定理を満たすためには、線源位置の数Ｎφを、対象物の線形寸法Ｎｓｄをカバーするのに必要な幅ｄを有するセンサの数Ｎｓと一致させることが必要である。これにより、結果は以下のようになる：Ｎφ＝πＮｓ／２。
【００３２】
例えば、Ｎｓ＝６４である場合の画像は、ナイキストサンプリング基準を満たすためには、Ｎφ＝１００のサンプリング点を必要とする。
【００３３】
放射位置の順序付けは、任意所与の数の放射位置に関して多くの方法で変えることができ、最適な順序付けは、放射位置の数及びＸ線管の数に応じて変えることもできることが、理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明において使用するのに適したＸ線エミッタを示す図。
【図２】図１に示す複数のエミッタユニットを含む、本発明によるＸ線画像形成システムを示す図。
【図３】本発明の第２の実施形態によるＸ線画像形成システムのレイアウト図。
【図４】本発明の第３の実施形態によるＸ線画像形成システムのレイアウト図。
【符号の説明】
【００３５】
１０・・・Ｘ線管、    １２・・・セラミックフォーマ、    １４、１６・・・側部、    １８・・・エミッタ素子、    ２０・・・グリッドワイヤ、    ２２・・・集束ワイヤ、    ２４・・・ハウジング、    ２５・・・エミッタユニット、    ２６ａ、２６ｂ・・・支持レール、    ２８・・・コネクタ、    ３０・・・電気コネクタ、    ３２・・・アノード、    ３４・・・電気コネクタ、    ３６・・・コネクタ、    ５０・・・線スキャナ、    ５２・・・センサ、    ５４・・・システム制御ブロック、    ５６・・・画像表示ユニット、    ５８・・・線管制御ブロック、    ６０・・・画像再構成ブロック、    ６２・・・集束制御ブロック、    ６４・・・グリッド制御ブロック、    ６８・・・高電圧供給源、    ７０・・・センサ制御ブロック、    ７５・・・対象物、    ８０ａ〜８０ｄ・・・センサ、    ８０・・・線源、    ８２・・・センサ、    ８４・・・線ビーム、    ８６・・・対象物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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