(57)【要約】Ｘ線管組立体１６は、Ｘ線透過可能な出口窓５４及び真空容器５２を含む。陽極５０は、近い側が出口窓５４の近傍になり、遠い側がその反対になるように、真空容器５２内に配置される。陰極組立体７４は、また、真空容器５２内に搭載され、電子ビーム７８を焦点５８に向かって方向付ける。陽極は、更に、中央の窪み部７０を有し、窪み部７０は、整形Ｘ線フィルタ若しくは補償器６８と共に放射線減衰ベーン６４のセットを搭載するための位置を提供する。陽極の焦点５８に対するベーン６４及びフィルタ６８の近接配置は、焦点外の放射線を効果的に低減し、ビーム整形を可能とする。外部に位置するコリメータ１８は、更に、出力Ｘ線ビームを整形する。
2004518256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線通過可能な出口窓を含むハウジングと、
真空容器に回転可能に搭載され、中央の窪み部を囲繞する環状のターゲット部位を備え、該ターゲット部位が前記出口窓に対して近い側と遠い側を有する、陽極と、
前記真空容器内に搭載され、前記環状のターゲット部位の遠い側にある焦点に向かって電子ビームを方向付ける陰極組立体と、
前記真空容器内に配設されるＸ線減衰要素とを含む、Ｘ線管組立体。
【請求項２】
前記Ｘ線減衰要素は、前記焦点と前記出口窓との間に配設されたフィルタ要素を含む、請求項１記載のＸ線管組立体。
【請求項３】
前記フィルタ要素は、前記焦点と前記ターゲット部位の近い側との間に配設される、請求項２記載のＸ線管組立体。
【請求項４】
前記フィルタ要素は、前記中央の窪み部内に少なくとも部分的に位置する、請求項３記載のＸ線管組立体。
【請求項５】
フィルタは、酸化ベリリウムを含む、請求項２乃至４のうち何れか１項のＸ線管組立体。
【請求項６】
前記Ｘ線減衰要素は、前記焦点と前期出口窓との間の経路近傍に配置される、Ｘ線ビームを整形するための放射遮断要素を含む、請求項１乃至５のうち何れか１項のＸ線管組立体。
【請求項７】
前記放射遮断要素は、前記中央の窪み部内に少なくとも部分的に配置されるコリメータベーンを含む、請求項６記載のＸ線管組立体。
【請求項８】
前記陽極は、前記ハウジングに対して傾斜した軸まわりの回転が可能に搭載される、請求項１乃至７のうち何れか１項のＸ線管組立体。
【請求項９】
前記ターゲット部位は、外周と内周とを有し、幾何的な中心に向かうテーパが付けられている、請求項１乃至８のうち何れか１項のＸ線管組立体。
【請求項１０】
前記真空容器の外側に位置し、焦点の位置を監視する放射線検出器を更に含む、請求項１乃至９のうち何れか１項のＸ線管組立体。
【請求項１１】
第１のＸ線窓の近傍で、且つ、前記放射線検出器と前記焦点との間に配置される第２のＸ線窓を更に含む、請求項１０記載のＸ線管組立体。
【請求項１２】
検査領域まわりを選択的に回転する回転ガントリーに搭載される請求項１乃至１１のうち何れか１項のＸ線管組立体と、
Ｘ線を受け、当該受けたＸ線を表わす電気信号を生成する検出器アレイと、
前記千期信号を画像表現に変換する再構成プロセッサとを含む、ＣＴスキャナ。
【請求項１３】
環状のターゲット部位及び中央の窪み部を備えるディスク状の陽極を真空容器内で軸まわりに回転させ、
陰極からの電子ビームを焦点まで加速させることによってＸ線を生成し、
生成したＸ線を、焦点と出口窓との間に配置された放射線減衰要素を通過させることを含む、Ｘ線ビーム生成方法。
【請求項１４】
前記放射線減衰要素は、前記焦点と前記環状のターゲット部位の反対側との間に配置される、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記放射線減衰要素は、前記陽極の中央の窪み部内に少なくとも部分的に配置される、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記放射線減衰要素は、Ｘ線が通過するフィルタを含む、請求項１３乃至１５のうち何れか１項の方法。
【請求項１７】
前記放射線減衰要素は、焦点外の放射線が前記出口窓に到達するのを阻止するコリメータを含む、請求項１３乃至１６のうち何れか１項の方法。
【請求項１８】
回転する陽極上の前記焦点の位置を監視することを含む、請求項１３乃至１７のうち何れか１項の方法。
【請求項１９】
生成したＸ線を扇形のビームに整形し、
整形した扇形のビームを検査領域に通過させ、
受けた放射線を表わす信号を生成する検出器アレイ上に扇形のビームを受け、
前記信号を画像表現に再構成することを更に含む、請求項１３乃至１８のうち何れか１項の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の背景］
本出願は、Ｘ線管技術に関する。本発明は、大径コンピュータ断層撮影装置用のＸ線管組立体において特にその適用を見出せる。本発明は、更に、ビーム整形器及び焦点外放射ベーンをＸ線管組立体に内蔵するのが望ましい他のＸ線装置や、装置全体のサイズを維持しつつより広い操作範囲が望まれる他のＸ線装置において適用可能である。
【０００２】
幾つかのコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャニングのアプリケーションは、ガントリーの中心に大きな開口を必要とする。８５−９５ｃｍの直径の中心のボアは、ガントリー内に患者を配置する際の柔軟性を提供する。再構成視野（ＦＯＶ）の直径は、６０ｃｍ若しくはそれ以上まで増加されて良い。現在医療分野で使用されるＣＴガントリーは、一般的には、７０ｃｍのボア直径と、５０ｃｍの再構成視野サイズを有する。
【０００３】
将来的な介入的及びロボット的な外科アプリケーションは、ボア内の患者へのアクセスのためのスペースを必要とするだろう。種々のプローブ及び装置を操作するための部屋が必要であるだろう。スキャナは、過剰な照射線量を患者に与えることなく、良好な低コントラストの画質を供するように要求される場合がある。
【０００４】
従来的な回転陽極式Ｘ線管からのＸ線は、典型的には、患者に最も近い陽極のエッジから放射される。ガントリーのボアの直径が８０ｃｍ若しくはそれ以上の時、通常的にはビーム整形フィルタのために使用される、Ｘ線源と患者との間の利用可能なスペースが、減少されるか若しくは利用不能となる。ビーム整形フィルタのサイズの低減若しくは省略は、患者へのより高い照射線量を招く。
【０００５】
また、焦点と主コリメータとの間の距離が短くされる。焦点−主コリメータ間の距離の短縮は、半影の増大が原因で、患者及び放射線検出器上へのより拡散したＸ線投影を招く。狭いスライス厚さの走査の選択肢は、利用可能でなく、患者への照射線量がより高くなる。
【０００６】
望ましくないことに、これらの欠陥に対する対処は、ＣＴガントリーの物理的な大型化を招く。大きなボアで狭いスライスの高性能ＣＴスキャナは、焦点がスキャナの等角点及び予備患者コリメータに対して最適に位置付けられることを要求する。Ｘ線管を等角点から移動させる結果の１つは、スキャナの直径の増大である。商業的なスキャナは、標準的な病院のドアを通ることができないだろう。第四世代のＣＴスキャナのその他の結果は、より大型で高価な検出器のリングを必要とすることである。同様の結果は、大きな中央開口を備える設計の第三世代のＣＴスキャナにも当てはまる。
【０００７】
その他の欠点的な特徴は、検出器の焦点外放射の増大である。焦点外放射は、補正されない場合には、高コントラストの対象の境界付近の再構成組織のボケの原因となる。例えば、頭骨付近の脳組織は、不適切に再構成されうる。
【０００８】
本発明は、上述の問題点等を解決できる改善型方法及び装置を実現する。
【０００９】
［発明の概要］
本発明によれば、Ｘ線管が提供される。ハウジングは、Ｘ線透過可能な出口窓を含む。中央の窪み部（キャビティ）を囲繞する環状のターゲット部位を備える陽極は、ハウジング内の真空容器内に回転可能に搭載される。ターゲット部位は、出口窓に対して近い側と遠い側を有する。陰極組立体は、真空容器内に搭載され、環状ターゲット部位の遠い側上の焦点に向かって電子ビームを方向付ける。Ｘ線減衰要素は、真空容器内に配置される。
【００１０】
本発明のその他の局面によれば、Ｘ線ビームの生成方法が提供される。環状のターゲット部位及び中央の窪み部を備えるディスク形の陽極は、真空容器内で軸まわりに回転される。Ｘ線は、陰極から焦点まで電子のビームを加速させることによって生成される。生成したＸ線は、焦点と出口窓との間に配置される放射線減衰要素を通過させられる。
【００１１】
本発明の一の効果は、検出器リングの直径を増大し若しくはスキャナのサイズを増大することなく、焦点がＣＴスキャナの等角点から離れて配置されることにある。
【００１２】
本発明のその他の効果は、より大きな直径の回転陽極が、より高い瞬間的なＸ線負荷を可能とするために使用可能であることにある。
【００１３】
本発明のその他の効果は、検出器からの陽極の視線を制限する焦点外（オフ−フォーカル）ベーンにあり、従って、Ｘ線管からの放射線の焦点外寄与率が低減される。
【００１４】
本発明の更なるその他の効果は、ＣＴ装置のボア内のスペースの増大にある。
【００１５】
本発明の更なるその他の効果は、Ｘ線減衰フィルタを可能な限り焦点の近くに配置できる能力にあり、半影効果を低減する。
【００１６】
本発明の更なるその他の効果は、管ハウジングの後壁に着地する後方散乱電子により発生する熱の簡易な除去にある。
【００１７】
本発明の更なるその他の効果は、次の説明を読み理解した際に、当業者に明らかになるだろう。
【００１８】
本発明は、ある部品及び部品の配列、及びあるステップ及びステップの配列の形態で物理的に具現化されて良い。図面は、好ましい実施例を図示する目的のものであり、本発明を限定するものでない。
【００１９】
［好ましい実施例の詳細な説明］
図１を参照するに、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ１０が、患者支持体１２上に配置される対象の診断用画像を放射線を用いて生成及び検査する。より具体的には、支持体１２上の関心対象の容積（ボリューム）は、図示される拡大領域のような検査領域１４まで移動される。回転ガントリー上のＸ線管組立体１６は、検査領域１４を通して一若しくはそれ以上の放射線のビームを投影する。コリメータ１８は、放射線のビームを２次元で平行にする。第３世代スキャナでは、２次元のＸ線検出器２０は、Ｘ線管から検査領域１４に亘って回転ガントリー上に配置される。第４世代スキャナでは、２次元検出器２２のリング若しくはアレイは、回転ガントリーまわりの固定ガントリー上に搭載される。
【００２０】
第３若しくは第４世代のいずれであっても、Ｘ線検出器２０，２２は、公知の態様で動作し、検査領域１４を横断したＸ線を、Ｘ線管１６と検出器２０，２２との間のＸ線吸収度を表わす電気信号に変換する。電気信号は、回転ガントリーの角度位置に関する情報と共に、データメモリ３０まで通信される。データメモリ３０からのデータは、再構成プロセッサ３２によって再構成される。螺旋及びマルチスライス走査技術、コンボルーション及び逆投影技術、コーンビーム再構成技術等を含む種々の公知の再構成技術が実現される。再構成プロセッサ３２によって生成される３次元画像再構成は、３次元画像メモリ３４内に格納される。ビデオプロセッサ３６は、画像メモリの選択的な部位を引き出し、スライス画像、投影画像、表面描画等を生成し、また、それらをＣＲＴのようなＬＣＤモニタのようなモニタ３８上での表示のためにフォーマットし直す。
【００２１】
次に図２を参照するに、Ｘ線管組立体１６は、回転ガントリー内に検査領域１４の近傍に配置される。ディスク状の陽極５０は、真空ハウジング５２内に位置する。真空容器５２がハウジング５４内に搭載される。オイルが充填された冷却リザーバ５６は、真空容器と冷却リザーバの間に画成される。ハウジングは、鉛若しくは良好なＸ線阻止パワーを備えたその他の高Ｚ金属で被覆される。ベリリウム若しくは他の低Ｚ金属若しくは材料は、検査領域１４付近に出口を画成し、当該出口を通ってＸ線ビーム６０が、検査領域１４に入力される。
【００２２】
図示される模範的なＸ線管は、従来的な位置の反対の焦点６２を位置付ける。他言すると、焦点は、検査領域に最も近い側若しくは近い側に位置しない。その代わりに、焦点は、近い側でない側、例えば図示のように遠い側に位置する。これは、概略的には陽極の例えば２５ｃｍの直径分だけ、扇形のＸ線ビーム６０の頂点を検査領域から効果的に離反させる。
【００２３】
代替的には、焦点外ベーン６４は、焦点６２付近に搭載される。ベーン６４は、陰極６６との間に放電を生じないように、構成・配置される。焦点外ベーン６４は、好ましくは、焦点外放射、即ち焦点以外で発生する放射線を減衰する限り、高Ｚ金属、絶縁体、半導体等であってよい。この減衰は、患者の照射線量を増加させ最終画像をボケさせる検査領域１４を通る角放射を、効果的に減少させる。更に、整形されたＸ線フィルタ６８が、Ｘ線ビームの特性を修正し患者への照射線量を低減するために設けられる。フィルタ６８は、酸化ベリリウムのような種々の材料から形成でき、組成が非常に“水の様”であり、真空で良好な特性を有する。フィルタ６８は、対象が典型的に最も厚みがある中心付近には実質的に減衰を付与せず、対象が典型的に厚みの少ない検査領域のエッジに向かって徐々に増加する減衰を付与する。
【００２４】
次に図３を参照するに、Ｘ線管組立体１６の断面が示される。図示した実施例では、陽極５０は、大きなキャビティ若しくはくぼみ７０を備えており、焦点６２と出口窓５８との間に焦点外ベーン６４及び整形Ｘ線フィルタ６８が並んで配置される空間を付与する。陽極５０は、真空様域内で僅かに回転若しくは傾斜させられ、焦点６２から出るＸ線が妨げられること無く出口窓５８を通過できるようにする。更に、この回転は、望ましいことに、大きな直径の陽極が低姿勢のハウジング内に収まることを可能とする。動作時、陰極６６は、陽極上の焦点６２に向かって高電圧によって推進させられる電子７２の流れを生成・合焦する。Ｘ線は、電子ビーム７２及び陽極５０の相互作用によって生成される。生成されたＸ線の一部は、両者ともキャビティ６９内に僅かに挿入されている、焦点外ベーン６４及びフィルタ６８の間を通る。Ｘ線は、次いで、陽極５０の近い側の付近を通り、出口窓５８を通って、撮像領域１４内に入る。
【００２５】
ターゲット部位７４は、陽極５０の幾何的な中心に向かって内周７８に到達するまでテーパが付けられた外周６６を画成する。
【００２６】
図３を更に参照するに、高減衰Ｘ線フィルタ若しくはベーン６４は、可能限り焦点６２の近くに配置される。図示のように、Ｘ線フィルタ若しくはベーン６４は、少なくとも部分的に、陽極内のキャビティ内に位置する。検出器２０，２２（図１参照）は、フィルタによって閉塞された陽極の部位のみを見る。陽極の他の部分で生成される、如何なる焦点外の放射も、検出器に到達しない。
【００２７】
後方散乱電子及びＸ線の一部は、背後の壁若しくは遠い側の壁８０に衝突する。陽極５０は、そこで生成される如何なるＸ線が陽極自身を通過することを阻止する。鉛若しくは他の高Ｚ層８２は、周辺環境をＸ線及び二次放射線から保護する。後方散乱電子によって生成される、背後壁８０の熱は、冷却リザーバ５６内を循環する冷却オイルによって除去される。
【００２８】
出口窓５８は、従来的なＸ線管に比して大きく細長い。それは、アルミニウム、チタン、ベリリウム若しくは適切なプラステック材料を含む従来のＸ線窓材料から製造される。
【００２９】
焦点６２と出口窓５８との間にはビーム整形フィルタ６８が位置する。この整形フィルタは、補償器やバウタイ（ｂｏｗ ｔｉｅ）フィルタと時々称されるものであるが、Ｘ線ビームを減衰し、患者へのＸ線照射線量を適切に低減する。上述の如く、適切なフィルタ材料は、ＢｅＯである。
【００３０】
補償器６８及び陰極６６は、インサートの直径にまたがる穿孔された支持体９０から離れて搭載されて良い。しかしながら、言及した支持方法に対して多くの選択肢がある。
【００３１】
インサートの中心部及びＸ線管ハウジングは、代替的には、追加の内部コリメータアパーチャ９２及び窓９４を有し、これらは、ハウジング窓９６と協働して、放射線が、２次元でＸ線焦点６２の位置を監視する参照検出器アレイ９８に当たることを可能とする。検出器アレイ９８は、フォットダイオード、イオンチャンバ若しくは、電子ビームの焦点若しくはＸ線ビームの頂点を追従し受動的に監視する如何なるＸ線感応装置であってよい。検出器９８は、また、参照放射強度値を供給する。
【００３２】
本発明は、性能を犠牲にすることなく、臨床的な状況で使用される大径ＣＴスキャナの使用を可能とする。患者への放射線量は、市場にあるスキャナと同一若しくはそれよりも少なくなるだろう。スキャナの性能を悪化させる焦点外放射は、大幅に低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明を内蔵するコンピュータ断層撮影スキャナの概略図である。
【図２】
本発明を適切に実現するＸ線管組立体の、部分的に切開された平面図である。
【図３】
図２のＸ線管組立体の断面図である。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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2004518256.tif 000019
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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