JP5908281B2 - トモシンセシス及びマンモグラフィ撮像用のｘ線焦点特性を制御する方法及びシステム - Google Patents

Description

乳房トモシンセシスは、短い走査中に多数の角度で固定的に圧縮された乳房の画像を取得することを含む三次元撮像技術である。次に、個々の画像は一連の薄い高解像度のスライスに再構築され、スライスは個別に或いは動的なシネマモードに表示され得る。

再構築されたトモシンセシススライスは、単スライス二次元マンモグラフィ撮像における組織オーバーラップ及び構造ノイズを減少し或いは除去する。デジタル乳房トモシンセシスは、乳房圧縮の低減、診断及びスクリーニング精度の向上、より少ないリコール、並びに、３Ｄ病巣局所化の可能性ももたらす。

デジタルトモシンセシスは、デジタル画像捕捉及び処理を、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）において使用されるような単純な管／検出器動作と組み合わせるが、ＣＴにおいて使用される回転角よりも小さい回転角に亘る。乳房トモシンセシスは、マンモグラフィシステムと類似する。明確な相違は、トモシンセシス画像取得中にＸ線源が様々な異なる撮像位置に移動されることである。

効率及び画像品質の利益のために、Ｘ線源を各撮像場所で停止することは望ましくない。何故ならば、そのような停止及び開始の走査手順は画像品質を減少することが示されているからである。多くのトモシンセシスシステムは、画像走査中に経路を滑らかに横行するよう配置される。Ｘ線源が撮像経路中の幾つかの撮像場所の各々に移動すると、Ｘ線源は短い照射時間に亘って（１０ｍｓ〜１００ｍｓの範囲内で）活性化され、照射は２００ｍｓ〜２秒の繰返し周期で反復される。各照射の後、Ｘ線源は非活性化される。Ｘ線源が次の撮像場所に向かって移動し続けると、デジタル画像検出器の内容が読み出され且つ記憶される。デジタル検出器からの画像の読取りに関連する最小の時間期間があり、トモシンセシス走査の全般的な速度は、検出器読取りのための最小の時間期間、各場所での照射時間、及び、照射の数によって決定される。

従来的なＸ線管では、焦点は管に対して静的であり、各照射期間の間、Ｘ線源は空間を通じて継続的に移動されるので、焦点も移動している。結果として得られる焦点移動は、画像ぶれ（image blur）を引き起こし、診断精度を低減する。トモシンセシス又は他の画像走査中のＸ線源移動に起因する望ましくない画像アーチファクトを減少するための機構を特定することが望ましい。

本発明の１つの特徴によれば、改良されたＸ線管は、トモシンセシスシステムにおける画像鮮明度を向上するよう焦点特性を修正する能力を備える。焦点特性は、トモシンセシス照射中に静焦点を移動すること及び／又はトモシンセシス照射のために静焦点のサイズを変更することを含む１つ又はそれよりも多くのアプローチの組み合わせによって修正される。１つの実施態様では、全トモシンセシス照射中に有効焦点が実質的に同じ位置に留まるよう、焦点はトモシンセシス照射期間中に空間を通じてＸ線管の指向性移動と反対の方向に移動される。陽極上の標的の位置を変更すること又は他の方法によって、そのような焦点移動を達成し得る。そのような構成を用いるならば、トモシンセシス画像のぶれは減少される。

他の実施態様によれば、マンモグラフィ又はトモシンセシス画像を得るために異なる焦点サイズが使用されるよう、遂行される撮像の種類に従って焦点サイズを変更し得る。代替的に、乳房密度に基づき異なる焦点サイズを選択し得る。照射期間に従って焦点サイズを変更することができ、一般的には、より大きな焦点は、より小さい照射期間を有する。照射の減少を伴って、トモシンセシス画像中により大きな焦点を使用する能力は、トモシンセシス走査速度が増大されることを可能にしながら、Ｘ線管能力を完全に利用する。焦点サイズを変更する能力は、異なる画像モードのために画像品質を犠牲せずに、Ｘ線管能力の完全な利用を可能にする。

本発明のＸ線管を含む乳房トモシンセシスシステム１００を示す概略図である。 従来技術のトモシンセシスシステムの有効焦点を示すよう提供されるＸ線管の断面図である。 従来技術に従ったＸ線管の静焦点の動作を示すために使用される、Ｘ線管及び乳房圧縮プレートを示す断面図である。 本発明に従ったＸ線管の静焦点の動作を示すために使用される、Ｘ線管及び乳房圧縮プレートを示す断面図である。 本発明のＸ線管によってもたらされる静焦点及び結果としての有効焦点の動作を示すために提供されるＸ線管の断面図である。 本発明のＸ線管によってもたらされる静焦点及び結果としての有効焦点の動作を示すために提供されるＸ線管の断面図である。 Ｘ線画像のための照射時間を減少しながら静焦点を増大することによって達成し得る画像ぶれの減少を示すために使用される、Ｘ線管及び乳房圧縮プレートを示す断面図である。 Ｘ線画像のための照射時間を減少しながら静焦点を増大することによって達成し得る画像ぶれの減少を示すために使用される、Ｘ線管及び乳房圧縮プレートを示す断面図である。 本発明の例示的なＸ線管を示す概略図である。 本発明の移動する焦点を有するＸ線管を使用するトモシンセシス画像走査中に後続し得る例示的なプロセスを記載するために使用されるフロー図である。 標的陽極と陽極上の焦点の移動を制御するための例示的な動作制御素子とを示す概略図である。 標的陽極と陽極上の焦点の移動を制御するための例示的な動作制御素子とを示す概略図である。 焦点サイズを増大するための集束カップ内の追加的なフィラメントの使用を示す概略図である。 焦点サイズを増大するための集束カップ内の追加的なフィラメントの使用を示す概略図である。

図１は、トモシンセシスシステム１００を例証しており、トモシンセシスシステム１００は、Ｘ線管１１０と、上方圧縮パドル１３０及び下方圧縮パドル１３５と、散乱防止グリッド１４０と、検出器１６０とを含む。Ｘ線管１１０は、陰極１１２と、シャフト１１６に取り付けられ且つモータ１１８によって回転される陽極１１４と、管ポート１２０とを含む。同様にＸ線管に取り付けられて示されているのは、フィルタ１２２と、コリメータ１２４である。

Ｘ線管は、ガラス真空管である。陰極１１２内には加熱フィラメントがある。Ｘ線管が作動されると、電流がフィラメントを通過し、フィラメントを加熱し、高エネルギ電子をフィラメントから放出する。陰極と陽極との間の高電圧が電子を陽極上の標的場所に向かって加速させる。陽極は、例えば、タングステンから成り、陽極上の標的場所１２５の局所的加熱を避けるよう、モータ１１８によって回転される。

集束カップ（図示せず）を用いて、電子が特定の標的場所に集束される。集束カップは、別個の制御電極であり、制御電極は、円筒形の形状であり、陰極のフィラメントを部分的に取り囲んで、陰極に取り付けられる。

放出された電子は、陽極のタングステン原子と衝突し、制動放射線及び特性線放射スペクトルを有するＸ線光子が生成される。Ｘ線光子は標的場所１２５から全ての方向に放射される。管ポート１２０から出て来るＸ線光子は、撮像のために使用される。この用途の目的のために、管ポートから出て来るＸ線光子は、静焦点１２７を定める。静焦点サイズは、有限の時間周期のＸ線照射中の時間平均焦点サイズと比較されるときの、任意の所与の瞬間的な時間瞬間での焦点サイズを指し、ここでは、Ｘ線照射中の時間平均焦点サイズをＸ線照射の有効焦点サイズと呼ぶ。静焦点１２７のサイズは、Ｘ線管の熱耐荷力に有意に影響を及ぼす。より大きな焦点を備えるならば、より大きな熱荷重が可能であり、それはより高い管電流ｍＡを安全に提供することを可能にする。焦点のサイズ（大きさ）は、フィラメントのサイズ及び形状並びに集束カップの形状及びバイアス電圧を含む因子の組み合わせによって決定される。標的表面の角度は、所謂長さ方向に沿う焦点サイズを更に定める。

従って、静焦点１２７は、患者の胸壁位置付近で乳房によって見られるようなＸ線管の直ぐ下から現れる焦点である。

焦点特性は、国際規格ＣＥＩ ＩＥＣ ６０３３６によって定められる。焦点は、概ね長方形の形状であり、長さ方向及び幅方向と呼ぶ高さの２つの普通の方向のために記載される。長さ方向は、Ｘ線システムの長手軸と概ね平行であり、幅方向は、長手軸に対して概ね直交する。例示的なトモシンセシスシステムの長手軸が図１に示されている。

焦点のサイズは、診断Ｘ線管における極めて重要な要因である。何故ならば、それはＸ線撮影システムの解像度に影響を及ぼすからであり、より小さな焦点を有するシステムは、より良好な解像度を有する。これは頻繁に静焦点サイズを最小限化する設計目標である。例えば、撮像のために０．３ｍｍの焦点（高倍率画像のためには０．１ｍｍ焦点）をもたらすようマンモグラフィシステムを設計し得る。本発明の１つの特徴によれば、画像照射中のＸ線源の動作が静焦点の幅を効果的に伸張し、静焦点よりもずっと広く画像鮮明度を減少する有効焦点がもたらされる。従って、有効焦点のサイズは、照射中の静焦点の動作及び静焦点のサイズによって決定される。従って、有効焦点は、時間の経過に亘る静焦点の蓄積であり、動焦点とも呼び得る。

例えば、例示的なトモシンセシス画像走査の間、Ｘ線管は、−７．５°の位置から＋７．５°の位置に移動し得る。管動作の間、全部で１５回の照射が行われ、各照射は、３０〜６０ｍｓの間の期間を有する。各照射期間の間、Ｘ線管は、その経路に沿って移動し続け、それによって、照射中に静焦点の幅を効果的に「伸張」し、増大されたサイズの有効焦点をもたらす。

図２は、図１のＸ線管１１０の断面図であり、既述の照射期間の１つの間のＸ線管１１０の動作を例証している。Ｘ線管の静焦点１２７は、幅Ｗｓ及び長さＬｓによって定められ、破線ボックス１２７によって表示されている。Ｔ＝照射開始で、Ｘ線管は、Ｘ’の位置にある。照射期間の間、管は、位置Ｘ”に移動する。時間平均有効焦点１９０は、幅Ｗｅ及び長さＬｅによって定められる。有効焦点の長さは静焦点の長さに対応するが、幅は増大する。例えば、０．３ｍｍの静焦点を備えるトモシンセシスシステムにおいて、有効焦点幅は、照射中に１．５ｍｍに増大し得る。何故ならば、Ｘ線管は、照射期間中に、１．２ｍｍ移動するからである。

図３Ａ及び３Ｂは、照射期間に亘るＸ線源１１０の動作も例証し、更に、画像検出平面上の有効焦点幅の増大の効果を強調している。図３Ａに示されるように、焦点幅の増大の結果を画像平面１６０内に見ることができ、その場合には、位置Ｘ’から位置Ｘ”へのデルタ（ｄｅｌｔａ＿Ｄ）は、乳房表面上の点物体がｄｅｌｔａ＿ｄのサイズに伸長されるよう、陰影素子２００（ｄｅｌｔａ＿ｄ）として提示される量による照射の間に焦点のシフトに変わる。

本発明は、Ｘ線照射時間とトモシンセシス撮像用の焦点サイズの増大との間に直接的な関係があることを認識する。その関係は、少なくとも次の理由のために問題である。即ち、より高密度の乳房は画像取得のためにより長い照射時間を必要とするが、照射時間の増大は焦点ぶれ(focal spot blurring)に起因する有効焦点サイズの増大及び画像鮮明度の減少をもたらす。本発明は、有効焦点サイズが静焦点サイズ及び照射期間の関数であることを更に理解する。照射期間は、管動作の効果を軽減し且つ有効焦点サイズを最小限化するために必ずしも常に短縮されない。何故ならば、管電流を自由裁量で増大し得ないからである。有効焦点サイズを減少するために幾つかのアプローチを取り得る。

図３Ｂに示される第一アプローチによれば、静焦点は、照射期間中、Ｘ線源の指向性移動と概ね同期してＸ線源の指向性移動反対方向に移動される。本質的には、静焦点の移動はＸ線管の移動を補償するので、有効焦点は、照射の前記期間中に１つの位置において、乳房及び／又は検出器の一方に対して、空間内に固定されるように見える。そのような構成を用いるならば、画像ぶれを減少し得る。

第二アプローチによれば、静焦点のサイズは増大される。これはより高いＸ線管電流を可能にし、それによって、照射時間が減少されるのを可能にする。そのような構成は、有効焦点の幅を減少すると同時に、トモシンセシス走査の速度を増大し、Ｘ線管能力の完全な利用を可能にする。

第三アプローチは、より短い照射期間との組み合わせで比較的より大きい焦点を使用し且つ照射期間中により大きな焦点を移動して、上記の２つのアプローチを組み合わせる。

単一システムにおいてマンモグラフィ及びトモシンセシス撮像能力の組み合わせをもたらすシステムのために２Ｄ及び３Ｄ撮像の両方を支持するよう、上記のアプローチのいずれかを使用して設計されるＸ線管を構成し得る。２Ｄ取得のために、Ｘ線管は、標準的なマンモグラフィ又は拡大画像を提供するよう、より小さいサイズの焦点をもたらし得る。３Ｄモードでは、増大された鮮明度を備える画像を得るために、撮像中に或いは乳房密度に応答して、静焦点サイズ、位置、又は、両者を制御し得る。

上記のアプローチを以下に詳細に記載する。しかしながら、これらのアプローチを歴史的にコンピュータ断層撮影に使用されている飛行焦点技法から区別することが重要である。

例えば、米国特許第６，２５６，３６９号は、走査処理量を向上するよう焦点が長手方向に振動させられるシステムを記載している。好適実施態様において、焦点は、各連続的回転角度で長手方向に互いに移動される一組の多数の位置を含む所定経路に沿って移動する。実際には、管は第一ファンビーム平面及び第二ファンビーム平面を提供する。２つの長手位置の間で焦点を交替することによって、データは、２つの異なるファンビームを使用して、２つの異なるｚ位置において効果的にサンプリングされ、それによって、スキャナの処理量を倍加させる。

米国特許第６，２９２，５３８号は、飛行フォーカスを備えるＸ線管も記載する。第５３８号特許の飛行フォーカス技法は、２つの間の焦点を高速でスキップし、ＣＴスキャン中に解像度を向上する試みから、画像を半画素だけ効果的に移動する。

対照的に、本発明は、照射中に多数の画像を得るために焦点を異なる別個の位置に移動しない。むしろ、目的は、単一画像における鮮明度を増大するために、遅い制御された連続的な焦点の移動を通じた照射期間中、乳房及び／又は検出器の一方又は両方に対して空間内の固定位置に有効焦点を維持することである。

静焦点は、空間を通じてＸ線管の移動の方向と反対方向に移動される。Ｘ線管及び管の静焦点の逆の動作の結果、結果として得られる有効焦点は、各トモシンセシス中、乳房及び／又は検出器に対する固定位置を維持し、有効焦点サイズを最小限化し且つ画像鮮明度を増大する。

図４Ａは、照射中のＸ線管１１０内の静焦点の移動を例証している。この図面では、明瞭性の目的のために、Ｘ線管の動作は示されていないが、この実施例の照射期間中、管は左から右に移動される。照射の開始に、静焦点は、位置Ｙ’にある。照射中、静焦点は、Ｘ線管の速度と一致する速度の率で移動され、さもなければ、静焦点が位置Ｙ”にあるまで、Ｘ線管の指向性動作と反対の矢印１１１によって表示される方向において、Ｘ線管の速度に関連付けられる。

図４Ｂは、静焦点が図４Ａに示される方法で移動されるときのトモシンセシス照射中の静焦点１２７の位置を例証している。Ｘ線管１１０が位置Ｘ’から位置Ｘ”に移動されると、結果として得られる有効焦点１９０は、検出器１６０又は撮像物体に対して一定な或いは比較的一定なサイズ及び位置に維持されることが分かる。よって、Ｘ線管は移動するが、有効焦点１９０は比較的一定であり且つ最小の大きさとされるままであるように思われる。結果的に、検出器に焦点のシフトがなく、トモシンセシス画像の鮮明度は増大される。戻って図３Ｂを参照すると、動作制御焦点の結果として生成される乳房の点画像は、従来技術の過酷なぶれ効果(blurring effect)を受けない。

よって、移動するＸ線源の存在の下でＸ線画像鮮明度を増大する方法を示し且つ記載する。上記の記載は単一平面内のＸ線管及び静焦点の逆の動作を記載するが、如何なる次元においてもＸ線管からの焦点の逆の移動を促進するよう本発明の着想を構成し得ることが理解されるべきである。加えて、本発明は、Ｘ線管及び焦点が同じ速度で或いは同じ距離に亘って移動されない実施態様に限定されない。Ｘ線照射中の焦点の蓄積を最小限化するＸ線管に対する静焦点の任意の反対の動作を通じて画像鮮明度の利益を実現し得ることを理解し得る。よって、本発明は焦点移動のある特定の範囲又は指向性速度に限定されない。

上述されたように、有効焦点サイズを減少するための第二アプローチは、静焦点のサイズを増大するが、照射期間を減少することを含む。例えば、図５Ａは、図３Ａと類似し、そこでは、比較的小さい静焦点３２０がもたらされる。画像のための所望の照射を得るために、Ｘ線管を期間Ｄ１に亘って作動し、検出器平面１６０に、ぶれ効果３００を引き起こす。比較的より大きな静焦点３３０が提供されるならば、全照射時間Ｄ２を減少し、画像ぶれ３１０に付随的減少をもたらし得る。より大きな焦点を提供することの利点は、それがＸ線管生成器の完全な利用を可能にすることである。例えば、現在のトモシンセシスＸ線管は、２００ｍＡ生成器を使用するが、生成器は必ずしも常に２００ｍＡで動作しない。何故ならば、（画像鮮明度のための）所望のより小さい静焦点は、２８ｋＶで１６０ｍＡだけを許容するからである。本発明は、画像鮮明度を犠牲にせずに、トモシンセシス画像の焦点を増大し得ることを認識した。何故ならば、照射時間の減少によって焦点サイズの増大の効果は相殺されるので、「結果として得られる」有効焦点は、従来技術において以前得られた有効焦点よりも小さいからである。

第二アプローチは、焦点移動の物理的制約の故に有効焦点が１ｃｍよりも大きいシステムのためにも利点を有し得る。そのような実施態様では、焦点を拡大し且つ照射を減少することは、撮像のために最小焦点をもたらし得る。

焦点サイズを拡大するために様々な技法を使用し得る。それらの技法は、長さ方向又は幅方向又は両方の方向においてより大きな焦点サイズを許容するよう集束カップの焦点を外すこと、一方の方向又は両方の方向における焦点サイズの変更を許容するよう追加的な電極を組み込むこと、及び、第三フィラメント又は幾つかのフィラメントの組み合わせを組み込むことを含むが、それらに限定されない。加えて、焦点サイズを拡大するために精巧な電子又はＸ線光学技法を適用し得る。

従って、移動するＸ線源の存在の下でＸ線画像鮮明度を増大する２つの方法を示し且つ記載し、そこでは、第一の方法は、焦点を移動することを含み、第二の方法は、焦点のサイズを増大することを含む。いずれの方法も単独で或いは組み合わせで使用し得ることが理解されなければならない。例えば、より大きな可動の有効焦点を伴うＸ線管を提供することは、Ｘ線管生成器を完全に利用するシステムをもたらし、照射時間の減少の故に高品質画像をもたらし、より迅速に患者を走査し得る。

一部の実施態様では、いずれかの方法又はそれらの組み合わせの使用の自動又は手動のいずれかの選択を可能にすることが望ましくあり得る。例えば、標的を移動し、陰極の集束カップを調節し、異なるフィラメントを利用し、或いは、その他の方法でＸ線光子を集束する能力をもたらすことにより、既存のＸ線管を修正することによって、いずれかの方法を実現し得る。

例えば、図６は、真空管４００を含む本発明のＸ線管１１０を例証しており、真空管４００は、陽極１１４と、陰極１１２と、陽極ロータ４１０とを収容する。本発明の１つの特徴によれば、Ｘ線管は、焦点位置コントローラ６００を更に含む。「幅」方向における電子軌道を偏向させるために、焦点位置コントローラ６００を陰極１１２に結合し得る。その最も単純な形態において、コントローラは集束カップの隣に配置される２つの平行な金属プレートを含み、バイアス電圧が電子動作方向、従って、陽極上の標的場所を移動し得る金属プレートに亘って印可される。従って、焦点の移動は金属プレートに亘るバイアス電圧の印可を介して制御される。幾つかの実施態様では、Ｘ線照射前にバイアス電圧を動的に或いは静的に構成し得る。

図８Ａ及び８Ｂを簡単に参照して、焦点の移動を制御する例示的な機構を記載する。従来技術において、フィラメント及び陰極１１２から放射される電子は、経路６２０に沿って進行し、場所ａで陽極に当たる。この場所ａは、焦点の場所である。

本発明の１つの実施態様では、動作制御装置６００が追加される。動作制御装置６００は、金属プレート６０１と、コントローラ６０３によって制御される電圧源６０２とを含む。金属プレート６０１の電圧を変更することは、標的までの電子の進行経路を変更する。例えば、電子は経路６２０の１つに沿って進行し、金属プレート６０１に印可される電圧に依存して異なる場所ａ及びｂに当たり、その場合、場所ａ及びｂは、陽極１１４錠の異なる焦点場所を表す。

図８ｂでは、金属プレートはＹ軸に沿って整列されて示され、金属プレートの電圧を変更することは、Ｙ軸に沿う電信の経路を変更する。しかしながら、本発明では、（用紙に対して垂直な）Ｚ平面において電子の経路を変更することが望ましく、そのような実施態様では、動作コントローラは、Ｚ軸に沿って整列された金属プレートを含む。金属プレート６０１は図面に示されるものと異なる幾何学的場所あり得るし、１よりも多くの組の金属プレートがあり得ると言えば十分である。焦点の所望の場所によって、金属プレートの数及び配置、並びに、金属プレートに亘って印可されるべき電圧の選択が決定されるべきである。コントローラ６０３は時間経過に亘って電圧を変更し、管動作及び画像受容器取得順序と適切な方法で同期された所望の有効焦点分布を作り出す。

代替的な実施態様において、焦点コントローラは、陰極からの電子流が陽極標的に当たる角度を変更するよう、陽極の傾斜を制御する。他の実施態様では、電子が異なる標的場所で陽極に当たり、或いは、軌道に対して垂直に印可されるバイアス電圧を印可することによって電子軌道を電子的に偏向するよう、コントローラは陰極集束カップを移動する。陽極との電子係合の角度を変更することは、静焦点サイズを制御するために使用し得る１つの技法であるが、ここでは、電子流が陽極と係合する角度を変更する如何なる方法をも均等物として置換し得る。例えば、陰極フィラメントの移動を通じて或いは他の手段によって、類似の結果を達成し得ることが想定される。

陽極と陰極との間の相対角度、故に、電子が標的に当たる角方向を変更することは、トモシンセシス照射中に焦点の位置を移動する仕事も達成し得る。

Ｘ線焦点を移動するために使用し得る様々な他の方法がある。１つの実施態様では、管内でＸ線レンズを使用して或いは管ポート１２０のサイズ及び／又は場所を調節することによって焦点を移動し得る。電子ビームをＸ線標的上の異なる焦点に電子的に向けること、標的を電子的に移動することによって、或いは、１つ又はそれよりも多くの電子ビーム源及び１つ又はそれよりも多くのＸ線標的上に分配された焦点を備えるＸ線管を使用することによって、電子ビーム焦点の移動を達成し得る。

例えば、Ｘ線ビーム焦点を移動するために、Ｘ線標的上の第一焦点に照準を定められた第一電子ビームを消し、第一Ｘ線標的又は第二Ｘ線標的上の異なる第二焦点に照準を定められた第二電子ビームを付け得る。電子ビームはＸ線標的上の異なる焦点に衝突するので、Ｘ線ビームは標的上の異なる焦点から放射され、よって、Ｘ線ビーム焦点の位置を移動する。

代替的に、ストランドが僅かに異なる方向に向けられた状態で、ビームを異なる光ファイバストランドの束に通すことによって、Ｘ線ビーム焦点を移動するために光ファイバＸ線レンズも使用し得る。ビームを特定のストランド又は一群のストランド内に向けるためにシャッタを使用し得る。

上述のように、異なるモードの撮像に適合するよう焦点のサイズを変更し得ることも想定される。例示的な実施態様では、３つの焦点サイズ、即ち、小さい焦点サイズ：０．１×０．１ｍｍ^２、大きい焦点サイズ：０．３×０．３ｍｍ^２、及び、特大の焦点サイズ：０．５×０．５ｍｍ^２又は０．６×０．３ｍｍ^２（幅×長さ）を備えるＸ線管を提供し得る。様々な２Ｄモードの撮像を支持するために小さい焦点及び大きい焦点を使用し得る。必要なときには、Ｘ線管焦点サイズを３Ｄパルスモードにある特大の焦点サイズに構成し得る。そのような構成を用いるならば、陽極トラックに特大の焦点サイズが提供され、静止２Ｄモードよりも一層高い管電流ｍＡを可能にする。特大の焦点に関連付けられる有効焦点サイズは、０．５×０．５ｍｍ^２又は０．６×０．３ｍｍ^２であることが予期される。

焦点サイズを変更する１つの方法は、集束カップ内にフィラメントを追加することを含む。図９Ａ及び９Ｂは、異なる数のフィラメント９１０及び９２０を備える集束カップ９００の２つの実施態様を例証している。フィラメントが照らされるとき、フィラメントは既存の０．３×０．３ｍｍ^２焦点をもたらす。両方のフィラメントが照らされるとき、結果としてのフィラメント放射能力は二倍にされ、よって、管電流は二倍にされるのに対し、焦点サイズは、０．６×０．３ｍｍ^２（幅×長さ）になる。

上述のように、２Ｄ及び３Ｄの両方の撮像能力を含む撮像システムに本発明のＸ線管を提供し得る。そのようなシステムでは、静焦点の動作及び静焦点のサイズは、２つの撮像モードの間で異なり得る。例えば、各トモシンセシス照射のために或いは全走査の間に焦点サイズを増大し得るし、解像度の増大を必要とし且つＸ線源移動によって影響されないマンモグラフィのようなモードのために減少し得る。従って、Ｘ線管は撮像モードに基づき構成可能である。

図７を今や参照して、２Ｄ及び３Ｄ撮像を支持するシステムにおいて本発明のＸ線管を使用するプロセス５００を今や記載する。例示的な実施態様において、トモシンセシスシステムは、−７．５度から＋７．５度まで走査する。トモシンセシス走査に続き、マンモグラフィが撮られる。ステップ５１０で、トモシンセシス機械のガントリが−７．５度の場所に位置付けられ、トモシンセシス掃引が始動される。ステップ５１２で、Ｘ線管は初期撮像位置に達し、ステップ５１４で、Ｘ線管が作動される。１つの実施態様において、各照射は６０ｍｓ未満を要する。照射中、ガントリは＋７．５度の位置に向かって移動し続け、Ｘ線管焦点動作コントローラは、Ｘ線技法及び意図されるトモシンセシス走査のガントリ走査速度に基づき事前計算される陽極上の開始位置に焦点を設定し、静焦点を反対方向に移動する（この実施例では、時計回りトモシンセシス走査）。

ステップ５１６で、照射が完了し、同時に、焦点が事前計算停止位置に達すると、Ｘ線管のスイッチが消され、静焦点はＸ線管内で再芯出しされる。ステップ５１８で、時計回り走査の終了地点に達したか否かが決定される（ガントリは＋７．５度の位置にある）。もし達していないならば、全てのトモシンセシス投影画像が得られるまで、ステップ５１２乃至５１６が繰り返される。ステップ５２０で、ガントリは０度の位置に戻され、焦点はマンモグラフィ撮像のために最適化される。もし焦点サイズがトモシンセシス撮像のために増大されたならば、それは所望のマンモグラフィ解像度をもたらす範囲に減少される。ステップ５２２で、２Ｄ画像が得られ、プロセスは終了する。上記の既述は、Ｘ線管が「スイッチオン」又は「スイッチオフ」されるシステムを記載したことが留意されるべきである。しかしながら、本発明はそのようなシステムに限定されないことが留意されるべきである。実際には、多くのシステムは、走査中に連続的にスイッチオンであるＸ線管を有し、画像捕捉は、走査中の選択的な「照射時間」での検出器でのＸ線の捕捉によって制御される。そのような場合には、Ｘ線管が周期的にスイッチオン又はスイッチオフされるか或いは連続的にスイッチオンとされるかに拘わらず、焦点動作が照射開始時間及び照射終了時間に同期されることを理解し得る。

従って、Ｘ線照射中の焦点サイズ及び位置の静的又は動的な管理によってトモシンセシス画像鮮明度が改良される本発明のシステム、方法、及び、プロセスを示し且つ記載した。本記載は乳房撮像用のトモシンセシスシステムの使用が中心とされているが、本発明のＸ線管は如何なる特定の撮像モダリティへの使用にも限定されないことが留意されるべきである。むしろ、本発明のＸ線管は、Ｘ線源が移動している間に画像を得る如何なるシステムにおいても有用性を有し得ることが想定される。例えば、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムは焦点ぶれを受ける。ＦＳぶれを減少し、視野等方性に亘って変調伝達関数（ＭＴＦ）を行うために、本発明の修正Ｘ線管をＣＴシステムと共に有利に使用し得る。乳房ＣＴシステムにおいて、そのような改良の１つの利益は、乳房縁部でのＭＴＦが水平平面内の乳房中心におけるＭＴＦと同じ程度に良好であることである。上記の特別な実施例及び実施態様は例証的であり、開示の精神から或いは付属の請求項の範囲から逸脱せずに、これらの実施例及び実施態様に多くの変形を導入し得る。例えば、この開示及び付属の請求項の範囲内で、異なる例証的な実施態様の素子及び／又は機能を互いに組み合わせ且つ／或いは互いに置換し得る。

本発明の様々な実施態様は、照射期間中に移動するよう配置されるＸ線管を含む。Ｘ線管は、電子流を提供するための陰極と、電子流を受け取るための標的を含む陽極と、光子流を生成するための陽極と、照射期間中に電子流を陽極上に集束する集束カップと、光子流をＸ線管から排出するポートと、陽極の少なくとも１つに結合されるコントローラとを含み、陰極、陽極、及び、ポートは、Ｘ線管の静焦点を共に定め、陰極及び集束カップは、Ｘ線管の動作に対する静焦点場所又はサイズの変更の少なくとも１つを行うことによって、照射期間中に静焦点の特性を変更する。

Ｘ線管は、照射期間中に第一方向に移動し、コントローラは、照射期間中に有効焦点が乳房及び／又は検出器に対して空間的に比較的固定された状態にして画像ぶれを減少するよう、照射期間中に静焦点を第一方向と反対の第二方向に移動し得る。照射期間及び結果としての画像ぶれを減少するために、静焦点サイズを増大し得る。

本発明の他の特徴によれば、照射期間中に第一方向に移動するＸ線管を使用してＸ線画像を取得する方法は、照射期間中の有効焦点サイズを減少するために、Ｘ線管の焦点を照射期間中に第一方向と反対の第二方向に移動するステップを含む。

本発明の更なる特徴によれば、２つのモードで動作し得る撮像システムによってＸ線画像を取得する方法は、撮像システムの動作モードに応答してＸ線管の焦点のサイズを変更するステップを含む。焦点のサイズを変更するステップを含む方法は、撮像モードにおいて焦点のサイズを増大し、その場合には、画像は照射期間中に移動するＸ線管を使用して取得される。加えて、焦点のサイズを変更するステップは、撮像モードにおいて焦点のサイズを減少してもよく、その場合には、画像は、照射期間中に乳房及び／又は検出器に対して固定位置に留まるＸ線管を使用して取得される。

前述の好適実施態様は、実施例の例証として提示されており、網羅的であることや、請求される発明を特定の実施例に限定することは意図されていない。それらの実施例は、特定の環境に適する既述の実施例の変更及び修正を使用して、当業者が請求される発明を実施するために使用し得る原理を記載することが意図されている。本発明の範囲は付属の請求項及びそれらの均等物によって定められることが意図されている。

Claims (13)

1. 照射期間中に移動するよう配置されるＸ線管であって、
   電子流をもたらす陰極と、
   前記電子流を受け取り且つ前記電子流に応じて光子流を生成するための標的を含む陽極と、
   前記照射期間中に前記電子流を前記陽極の上に集束させる集束カップと、
   前記光子流を当該Ｘ線管から排出するためのポートと、
   前記陽極、前記陰極、及び前記集束カップのうちの少なくとも１つに結合されるコントローラとを含み、
   前記陰極、前記陽極、及び、前記ポートは、当該Ｘ線管の焦点を共に定め、該焦点は、前記照射期間中の任意の所与の瞬間的な時間瞬間に静焦点を形成し、前記照射期間中の時間の経過に亘って蓄積される前記静焦点の移動軌跡が有効焦点を形成し、
   当該Ｘ線管は、少なくとも第一モードと第二モードの２つのモードにおいて作動し、当該Ｘ線管は、前記第二モードにおいて、照射期間中に第一方向に移動し、前記コントローラは、前記有効焦点のサイズを最小限化するよう、前記静焦点を、当該Ｘ線管の前記移動と同期して、前記第一方向と反対の第二方向に移動させ、
   前記第一モードは、前記第二モードよりも長い照射期間に亘って光子流をもたらし且つより小さい静焦点のサイズを伴う前記光子流をもたらすモードである、
   Ｘ線管。
2. 焦点を含むＸ線管を使用して物体のＸ線画像を取得する方法であって、
   陰極、陽極、及びポートによって、前記Ｘ線管の焦点を定めるステップを含み、
   該焦点は、前記照射期間中の任意の所与の瞬間的な時間瞬間に静焦点を形成し、前記照射期間中の時間の経過に亘って蓄積される前記静焦点の移動軌跡が有効焦点を形成するものであり、
   前記Ｘ線管は、第一モードと第二モードの２つのモードにおいて作動し、当該方法は、前記第二モードにおいて、前記Ｘ線画像の取得中に、前記Ｘ線管を第一方向に移動させるのに対し、前記有効焦点のサイズを最小限化させるよう、前記静焦点を、前記Ｘ線管の前記移動と同期して、前記第一方向と反対の第二方向に移動させるステップを含み、
   前記第一モードは、前記第二モードよりも長い照射期間に亘って光子流をもたらし且つより小さい静焦点のサイズを伴う光子流をもたらすモードである、
   方法。
3. 前記第二モードにおいて、前記Ｘ線管が前記物体の上で前記第一方向において移動するときに、前記照射期間から一連のＸ線画像を取得するステップを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記第一モードは、二次元マンモグラフィ撮像モードであり、前記第二モードは、三次元トモシンセシス撮像モードである、請求項２に記載の方法。
5. 前記第一モードは、二次元マンモグラフィ撮像モードであり、前記第二モードは、三次元トモシンセシス撮像モードである、請求項１に記載のＸ線管。
6. 当該Ｘ線管は、二次元乳房撮像のための小さな焦点サイズ、二次元乳房撮像のための大きな焦点サイズ、及び三次元パルスモード撮像のための特大の焦点サイズをもたらす、３つのモードにおいて作動する、請求項１に記載のＸ線管。
7. 焦点サイズ及び前記照射期間は、当該Ｘ線管によって撮像されるべき物体の密度に関連する、請求項１に記載のＸ線管。
8. 患者の乳房の二次元画像及び三次元画像を得るためのＸ線撮像システムであって、
   その焦点からＸ線を生成するためのＸ線源であって、前記焦点は、照射期間中の任意の所与の瞬間的な時間瞬間に静焦点を形成し、前記照射期間中の時間の経過に亘って蓄積される前記静焦点の移動軌跡が有効焦点を形成する、Ｘ線源と、
   前記Ｘ線源の照射期間中に前記Ｘ線源からＸ線を受け取るよう位置付けられるＸ線検出器と、
   前記照射期間中に前記Ｘ線源の第一方向の移動を制御するよう前記Ｘ線源に結合される制御ユニットとを含み、
   
   前記焦点のサイズは、当該システムの選択される動作モードに応じて選択可能であり、該選択される動作モードは、少なくともマンモグラフィ動作モードとトモシンセシス動作モードとを含み、
   前記制御ユニットは、前記有効焦点のサイズを最小限化させるよう、前記照射期間中に前記Ｘ線源の前記第一方向の移動と同期して、前記Ｘ線源の前記第一方向の移動と反対の第二方向における前記静焦点の前記移動を制御する、
   Ｘ線撮像システム。
9. 前記トモシンセシス動作モードにおいて、前記Ｘ線源は、前記Ｘ線源の前記第一方向の移動中に複数の照射期間をもたらすよう順次的に活性化される、請求項８に記載のＸ線撮像システム。
10. 前記焦点の前記サイズは、当該Ｘ線撮像システムによって撮像されるべき物体の特性に応じて更に選択可能である、請求項８に記載のＸ線撮像システム。
11. 前記撮像されるべき物体は、乳房であり、前記特性は、前記乳房の密度を含む、請求項１０に記載のＸ線撮像システム。
12. 各照射期間に亘って前記Ｘ線源を活性化し得る、請求項８に記載のＸ線撮像システム。
13. 前記照射期間は、画像が前記Ｘ線検出器によって捕捉される間の時間の期間に関連する、請求項８に記載のＸ線撮像システム。

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