▶ ジーイー・プレシジョン・ヘルスケア・エルエルシーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024150406
(43)【公開日】2024-10-23
(54)【発明の名称】Ｘ線陰極シールド
(51)【国際特許分類】
H01J 35/06 20060101AFI20241016BHJP
H01J 35/10 20060101ALI20241016BHJP
H01J 35/14 20060101ALI20241016BHJP
H01J 35/16 20060101ALI20241016BHJP
H05G 1/00 20060101ALI20241016BHJP
【ＦＩ】
H01J35/06 E
H01J35/06 C
H01J35/10 A
H01J35/14
H01J35/16
H05G1/00 E
【審査請求】有
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024045806
(22)【出願日】2024-03-22
(31)【優先権主張番号】18/296,943
(32)【優先日】2023-04-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】319011672
【氏名又は名称】ジーイー・プレシジョン・ヘルスケア・エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(74)【代理人】
【識別番号】100129779
【弁理士】
【氏名又は名称】黒川 俊久
(74)【代理人】
【識別番号】100151286
【弁理士】
【氏名又は名称】澤木 亮一
(72)【発明者】
【氏名】ケヴィン・エス・クルーズ
(57)【要約】 （修正有）
【課題】Ｘ線イメージングシステムの陰極のための様々な方法及びシステムが提供される。
【解決手段】一実施例では、陰極用のシールドアセンブリは、第１のシールド部及び第２のシールド部を含み、前記第１のシールド部及び前記第２のシールド部は、物理的に直接接触しないように互いに間隔を置いて配置される。一実施例では、第１のシールド部はディスクシールド（３６５）と陰極マスク（３６２）を含み、第２のシールド部（３０４）は陰極の下部延長体（４２０）を囲む。
【選択図】図４
【解決手段】一実施例では、陰極用のシールドアセンブリは、第１のシールド部及び第２のシールド部を含み、前記第１のシールド部及び前記第２のシールド部は、物理的に直接接触しないように互いに間隔を置いて配置される。一実施例では、第１のシールド部はディスクシールド（３６５）と陰極マスク（３６２）を含み、第２のシールド部（３０４）は陰極の下部延長体（４２０）を囲む。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
陰極用のシールドアセンブリであって、
第１のシールド部及び第２のシールド部を含み、
前記第１のシールド部及び前記第２のシールド部は、物理的に直接接触しないように互いに間隔を置いて配置されている、シールドアセンブリ。
第１のシールド部及び第２のシールド部を含み、
前記第１のシールド部及び前記第２のシールド部は、物理的に直接接触しないように互いに間隔を置いて配置されている、シールドアセンブリ。
【請求項2】
前記第１のシールド部は、ディスクシールドと陰極マスクとを含み、前記第２のシールド部は前記陰極の下部延長体を囲む、請求項１に記載のシールドアセンブリ。
【請求項3】
前記ディスクシールドは、湾曲したリップを有する実質的に凹状のディスクを含み、前記陰極マスクは、陰極カップを受けるように構成された中央開口部を含む、請求項２に記載のシールドアセンブリ。
【請求項4】
前記ディスクシールドは第１の切り抜き部を含み、陰極カップが前記第１の切り抜き部から突出し、前記第１の切り抜き部は略長方形であり、前記ディスクシールドの中心からずれている、請求項２に記載のシールドアセンブリ。
【請求項5】
前記第２のシールド部は略リング形状である、請求項１に記載のシールドアセンブリ。
【請求項6】
前記陰極マスクは、長方形の延長部を有する柱形状である、請求項２に記載のシールドアセンブリ。
【請求項7】
前記第２のシールド部は、第１の円形開口部側にフレア状リップを有するとともに、対向する第２の円形開口部側に平坦なリムを有するリング状部材である、請求項１に記載のシールドアセンブリ。
【請求項8】
前記ディスクシールド及び前記陰極マスクは、一体的に形成された単一の連続部材である、請求項２記載のシールドアセンブリ。
【請求項9】
Ｘ線装置用の陰極アセンブリであって、
集束要素を収容する陰極カップ、
前記陰極カップを絶縁体に結合する下部延長体であって、電気リード線を囲む下部延長体、及び
第１のシールド部及び第２のシールド部を含む陰極シールドアセンブリであって、前記第１のシールド部及び前記第２のシールド部は、物理的に直接接触しないように互いに間隔を空けて配置されている、陰極シールドアセンブリ
を含む陰極アセンブリ。
集束要素を収容する陰極カップ、
前記陰極カップを絶縁体に結合する下部延長体であって、電気リード線を囲む下部延長体、及び
第１のシールド部及び第２のシールド部を含む陰極シールドアセンブリであって、前記第１のシールド部及び前記第２のシールド部は、物理的に直接接触しないように互いに間隔を空けて配置されている、陰極シールドアセンブリ
を含む陰極アセンブリ。
【請求項10】
前記第１のシールド部はディスクシールド及び陰極マスクを含み、前記第２のシールド部は前記下部延長体を囲む、請求項９に記載の陰極アセンブリ。
【請求項11】
前記第１のシールド部と前記第２のシールド部との間にギャップ間隔を含み、前記ギャップ間隔は、前記陰極カップの後面と前記下部延長体の一部を露出させる、請求項９に記載の陰極アセンブリ。
【請求項12】
前記第１のシールド部及び前記第２のシールド部は、電解研磨されたニッケルから形成されている、請求項９に記載の陰極アセンブリ。
【請求項13】
前記陰極カップは、前記下部延長体に、傾斜するように取り付けられている、請求項９に記載の陰極アセンブリ。
【請求項14】
前記集束要素は、２つ以上のコイル状フィラメントを含む、請求項９に記載の陰極アセンブリ。
【請求項15】
前記ディスクシールドは、湾曲したリップを有する略凹状のディスクを含み、前記陰極マスクは、前記陰極カップを受け入れるように構成された中央開口部を有し、前記第２のシールド部は、略リング形状である、請求項１０に記載の陰極アセンブリ。
【請求項16】
イメージングシステムであって、
集電極アセンブリ、
陽極アセンブリ、
電子ビームを前記陽極アセンブリに集束させるように構成された陰極アセンブリ、及び
フレームであって、前記集電極アセンブリ、前記陽極アセンブリ、及び陰極アセンブリの少なくとも一部を収容するフレーム
を含み、
前記陰極アセンブリは、下部延長体に取り付けられた陰極カップと、陰極シールドアセンブリとを含み、前記陰極シールドアセンブリは、第１のシールド部及び第２のシールド部を含み、前記第１のシールド部及び前記第２のシールド部は、接触しないように、互いに間隔を空けて配置されている、イメージングシステム。
集電極アセンブリ、
陽極アセンブリ、
電子ビームを前記陽極アセンブリに集束させるように構成された陰極アセンブリ、及び
フレームであって、前記集電極アセンブリ、前記陽極アセンブリ、及び陰極アセンブリの少なくとも一部を収容するフレーム
を含み、
前記陰極アセンブリは、下部延長体に取り付けられた陰極カップと、陰極シールドアセンブリとを含み、前記陰極シールドアセンブリは、第１のシールド部及び第２のシールド部を含み、前記第１のシールド部及び前記第２のシールド部は、接触しないように、互いに間隔を空けて配置されている、イメージングシステム。
【請求項17】
前記第１のシールド部はディスクシールド及び陰極マスクを含み、前記第２のシールド部は前記下部延長体を囲む、請求項１６に記載のイメージングシステム。
【請求項18】
前記陰極シールドアセンブリは、前記陰極カップの、電界応力強度が強度の閾値より小さく、前記フレームに対するビューファクタが放射率の閾値より大きい部分を露出させる、請求項１６に記載のイメージングシステム。
【請求項19】
前記集電極アセンブリは、前記陽極アセンブリによって生成されたＸ線が放出される窓と、前記イメージングシステム内で後方散乱電子を吸収するための電子コレクタとを含む、請求項１６に記載のイメージングシステム。
【請求項20】
前記陽極アセンブリは、前記電子ビームが集束されるターゲット、ロータ、及び軸受アームを含む、請求項１６に記載のイメージングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書で開示される対象の実施形態は、イメージングシステム（例えば、Ｘ線イメージングシステム）用の陰極に関する。
【背景技術】
【0002】
Ｘ線管では、真空中において電子を電界で陰極から陽極に加速することによって電離放射線が発生する。電子は、電流が流れる陰極のフィラメントから発生する。フィラメントは、電流が流れることによって加熱され、陰極から電子を解放し、陽極に向かって電子を加速することができる。異なる電圧の電流によって加熱される追加のフィラメントを使用して、陽極に向かって電子ビームを集束させ、Ｘ線放出スポットのサイズと位置に影響を与えることができる。陰極は、高電圧の安定性を維持するために、外面にシールド要素（例えば、電解研磨されたシールドなど）を備えて構成することができる。
【発明の概要】
【0003】
一実施形態では、陰極用のシールドアセンブリは、第１のシールド部及び第２のシールド部を含み、前記第１のシールド部及び前記第２のシールド部は、物理的に直接接触しないように互いに間隔を空けて配置されている。
【0004】
上記の概要は、発明を実施するための形態にさらに記載される概念を簡略化した形式で導入するために提供されていることを理解されたい。上記の概要は、特許請求される対象の重要な特徴又は本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求される対象の範囲は、発明を実施するための形態とは別の特許請求の範囲によって独自に画定される。さらに、特許請求される対象は、上記で指摘された欠点又は本開示のいずれかの部分で指摘された欠点を解決する実施態様に限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【0005】
本発明は、添付の図面を参照しながら、以下の非限定的な実施形態の説明を読むことにより、更に理解することができる。
【図1】イメージングシステムの一例のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0006】
以下の記載は、Ｘ線管の陰極の様々な実施形態に関する。Ｘ線管は、Ｘ線イメージングシステムに含まれており、そのブロック図の一例が図１に示されている。Ｘ線イメージングシステムは、インターベンショナルＸ線イメージングシステム、Ｘ線透視イメージングシステム、マンモグラフィイメージングシステム、固定式又は移動式のＸ線撮影（ＲＡＤ）イメージングシステム、断層撮影イメージングシステム、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングシステム等とすることができる。Ｘ線イメージングシステムは、照射Ｘ線ビームを発生するＸ線源（例えば、Ｘ線管）を含んでいる。Ｘ線管の断面概略図が図２に示されている。図２のＸ線管は、真空フレーム内に収容された陽極アセンブリと陰極アセンブリとを含んでいる。陰極アセンブリは、図３～図１０にさらに詳細に示すように、１つ又は複数の陰極のフィラメントを収容する陰極カップと、電気リード線によって陰極カップを高電圧電源に機械的に結合する下部延長体と、陰極シールドとを含んでいる。
【0007】
図３は陰極の斜視図であり、シールドアセンブリが含まれている。図４は、陰極の断面を示し、シールドアセンブリを構成するシールド部の位置及び形状が示されている。シールドアセンブリは、第１のシールド部と第２のシールド部とを含んでいる。第１のシールド部分及び第２のシールド部分は、第１のシールド部分と第２のシールド部分とが直接物理的に接触しないように、間隔を置いて配置されている。一実施例では、第１のシールド部分は陰極マスクとディスクシールドを含み、第２のシールド部分は陰極の下部延長体を囲んでいる。図５は、シールドアセンブリの背面斜視図であり、陰極のシールドされていない部分が示されている。背面図は、低電界強度の領域における陰極シールドの背面ギャップを示しており、このギャップによって、ビューファクタ（view factor）が増加し、陰極の全体的な温度が低下する。図６は、陰極マスクの例示的な集束部を含むシールドアセンブリの斜視図である。図７は、開示された陰極シールドアセンブリの一例の断面斜視図である。図８は、開示された陰極シールドの一例の斜視図である。図９Ａは、開示された陰極シールドの一例の断面を示す。図９Ｂは、図９Ａに示す断面の詳細を示す。図１０は、陰極の下部延長体を囲むことができる第２のシールドの一例を示す。図３～図１０は大まかな縮尺で示されているが、他の相対寸法を用いてもよい。
【0008】
イメージングシステム（Ｘ線イメージングシステムなど）でスマート陰極を使用して、コイル状フィラメントに対して集束手段を実現し、電極の機能によって実質的に無数の焦点の形状及びサイズを実現することができる。スマート陰極は、様々な撮影サービスを提供するように構成することができる。例えば、スマート陰極は、診断の用途及び介入の用途のために構成することができる。後者では、比較的長い時間コイル状フィラメントに電流を流すことが行われる。スマート陰極は、１つ又は複数のコイル状フィラメントを含むことができ、各コイル状フィラメントは、用途に適した電流範囲が与えられるように異なるサイズを有している。一般的に、高電圧の安定性を維持するために、及び、望ましくない場所に発生する電子放出電界応力が低減されるようにするために、陰極シールド要素が備えられる。例えば、スマート陰極用の陰極アセンブリは、後方散乱電子が電気リード、コイル状フィラメント及び集束要素、並びに陰極アセンブリの電界応力の影響を受けやすい他の構成要素に到達するのを防止するように構成された一体型陰極シールドを含むことができる。
【0009】
しかし、従来のスマート陰極システムには課題がある。例えば、陰極を動作させると大量の熱が発生する。陰極の構成要素は、例えば、セラミック絶縁体及び電気リード線を含んでおり、温度の影響を受けやすく、陰極の構成要素が十分に劣化する恐れのある温度閾値を超える場合がある。一部の例では、陰極の出力密度と適切な陰極温度を維持することとの間にトレードオフが存在する。陰極を完全に覆うシールドでは、温度の影響を受けやすい構成要素の周囲に廃熱が集中することにより、問題が悪化する恐れがある。時間の経過とともに、熱ストレスによって部品を交換する又は装置を廃棄することにつながり、点検時間とオペレータコストを増加させる恐れがある。別の課題として、スマート陰極は１つ又は複数のコイル状フィラメントを含む場合があるため、１つ又は複数のコイル状フィラメントのそれぞれのサイズに対して陰極シールドを最適化しないと、複数のコイル状フィラメントのうちの１つ以上のコイル状フィラメントの電界が遮断され、集束能力が損失する恐れがある。同様に、過度に電界が集束すると、画質が損われる恐れがある。
【0010】
したがって、上述の問題に少なくとも部分的に対処するために、本明細書に陰極シールドが開示されている。一実施例では、陰極シールドアセンブリは、第１のシールド部と第２のシールド部とを含んでおり、第１のシールド部及び第２のシールド部は、第１のシールド部及び第２のシールド部が物理的に直接接触しないように互いに間隔を置いて配置されている。一例では、第１のシールド部は陰極マスク及びディスクシールドを含み、第２のシールド部は下部延長体を囲んでいる。ディスクシールドの形状によって、ターゲットが発生する熱及び高電圧が、影響を受けやすい構成要素（セラミック絶縁体及び電気リード線など）に到達するのを遮断する。陰極マスクは、陰極カップの構成要素（ボルト及び溶接部など）又は高電圧を安定にするための他の締結機構をシールドし、１つ又は複数のコイル状フィラメントから放出される電子を集束させる。下部延長体シールドは、影響を受けやすい構成要素（電気的機能部分及び溶接部など）を覆い、第２のシールド部と第１のシールド部との間のギャップの間隔を通じて放射伝熱を可能にしている。このようなシールドアセンブリによって高電圧の安定性が保証されるが、多くの放射熱がフレームに直接伝達されるようにすることができる。放射伝熱が増加すると、陰極の構成要素の温度が下がり、温度の影響を受けやすい構成要素（電気リード線及びセラミック絶縁体など）に伝達する伝導熱の量が減少する。熱の低減は、インターベンションの用途で特に価値があり、ＨＶＣの信頼性要件を長くし、フィラメントの「通電」時間を長くすることができる。
【0011】
別の実施例では、陰極カップを受け入れるように構成されたＵ字形中央開口部を含む陰極マスクを備えた陰極用シールドが開示されており、Ｕ字形中央開口部の外周縁は、丸みを帯びた縁部を含んでいる。一実施例では、開示された陰極マスクの中央開口部をＵ字形にする要因は、丸みを帯びた縁部と、陰極カップに配置された１つ又は複数のコイル状フィラメントとの間の差が同じような差（例えば、概ね同じような差）に維持されるからである。一実施例では、丸みを帯びた縁部は、陰極マスクの端部における局所的な電子放出電界応力を低減するように調整される端移行部である。このようなシールドは、スマート陰極に含むことができるコイル状フィラメントのサイズ及び強度に対して、高電圧の安定性を高め、集束場を増加させるという利点を有する。
【0012】
本明細書に開示されたスマート陰極用のシールドの技術的利点は、熱伝達を増加させることによって、陰極管の出力能を高めることができることである。本明細書に開示されるシールドの別の技術的利点は、陰極マスクの外周縁をコイル状フィラメントのサイズに調整することによって電子集束能力が向上することである。開示されたシールド部品の形状は、さらに、高電圧の信頼性の向上にも寄与する。商業的な利点としては、出力密度の向上による陰極管の低コスト化の可能性や、パッケージングの小型化の可能性が挙げられる。その他の利点としては、点検時間の短縮とそれに伴う作業者コストの削減が挙げられる。
【0013】
陰極とフレームとの間の放射熱伝達が増大するとともに集束部を有するシールドアセンブリを備えたスマート陰極システムについてさらに説明する前に、陰極を実装することができる例示的なイメージングシステムを示す。図１を参照すると、イメージングシステム１０の一実施形態のブロック図が示されており、イメージングシステム１０は、例示的な実施形態に従って、原画像データを取得することと、表示する及び／又は解析することができるように画像データを処理することとの両方を実行するように構成されている。様々な実施形態が、Ｘ線管を実装する多数のＸ線イメージングシステム（Ｘ線ラジオグラフィ（ＲＡＤ）イメージングシステム、Ｘ線マンモグラフィイメージングシステム、透視イメージングシステム、断層イメージングシステム、又はＣＴイメージングシステムなど）に適用可能であることが理解される。イメージングシステム１０に関する以下の説明は、そのような実装形態の一例に過ぎず、モダリティに関して限定することを意図するものではない。
【0014】
図１に示すように、イメージングシステム１０は、物体１６を透過するＸ線ビーム１４を投射するように構成されたＸ線装置又はＸ線源１２を含んでいる。物体１６としては、被検体、手荷物、又は走査される他の物体を挙げることができる。Ｘ線源１２は、典型的には３０ｋｅＶから２００ｋｅＶの範囲のエネルギースペクトルを有するＸ線１４を発生する従来のＸ線管とすることができる。Ｘ線１４は、物体１６を透過し、減衰した後、検出器アセンブリ１８に衝突する。検出器アセンブリ１８の各検出器モジュールは、衝突するＸ線ビーム、したがって物体１６を通過したときの減衰ビームの強度を表すアナログ電気信号を生成する。一実施形態では、検出器アセンブリ１８は、シンチレータを使用した検出器アセンブリであるが、直接変換型の検出器（例えば、ＣｄＴｅ、ＣＺＴ、Ｓｉの検出器など）が実装されることも考えられる。
【0015】
プロセッサ２０は、検出器アセンブリ１８からの信号を受け取り、スキャンされている物体１６に対応する画像を生成する。コンピュータ２２は、オペレータが、オペレータコンソール２４を使用して、走査パラメータを制御し、生成された画像を見ることができるように、プロセッサ２０とやり取りする。すなわち、オペレータコンソール２４は、何らかの形態のオペレータインターフェース（キーボード、マウス、音声起動コントローラ、又は他の適切な入力装置であって、オペレータがイメージングシステム１０を制御し、コンピュータ２２からの再構成された画像又は他のデータを表示装置２６で見ることができるようにするための任意の他の適切な入力装置など）を含む。さらに、オペレータコンソール２４は、オペレータが、生成された画像を、ハードドライブ、フロッピーディスク、コンパクトディスク等を含むことができる記憶装置２８に記憶することができるようにする。オペレータは、オペレータコンソール２４を使用して、電力及びタイミング信号をＸ線源１２に供給する線源コントローラ３０を制御するための指令及び命令をコンピュータ２２に供給することもできる。
【0016】
図２は、図１のイメージングシステムに含まれるＸ線装置又はＸ線源２００の概略断面図を示す。例えば、Ｘ線源２００は、図１のＸ線源１２の例示的な実施形態であり、陽極アセンブリ４２と、陰極アセンブリ４４と、コレクタアセンブリ８２とを含むＸ線管４０によって形成することができる。示された複数の図の間で比べることができるように、基準軸のセット２０１が図示されており、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸が示されている。Ｘ線管４０は、陽極アセンブリ４２、陰極アセンブリ４４、及びコレクタアセンブリ８２によって構成され、筐体又はフレーム４６内に支持されている。フレームは、陽極アセンブリ４２、陰極アセンブリ４４、及びコレクタアセンブリ８２の少なくとも一部を収容する。フレーム４６は、ターゲット６６を有する陽極４８と、軸受アセンブリ５０と、陰極５２とを収容する。フレーム４６は、周囲に比べて比較的低圧（例えば真空）の領域を画定しており、この領域では高電圧が発生する。さらに、フレーム４６は、冷却媒体（油など）で満たされたケーシング（図示せず）内に配置することができ、このケーシングも高電圧絶縁体を備えている。上記の説明では、ターゲット６６を構成する陽極４８は、Ｘ線管４０の共通の構成要素であるとしたが、陽極４８及びターゲット６６は、Ｘ線管の代替の実施形態では別個の構成要素であってもよい。
【0017】
動作においては、電子ビームは、陰極アセンブリ４４によって生成される。特に、陰極５２は、一連の電気リード線５６を通じて１つ又は複数の電気信号を受け取る。電子ビームは、陰極５２と陽極４８のターゲット６６との間の空間５４を進む。電気信号は、陰極５２に１つ又は複数のエネルギー及び１つ又は複数の周波数の電子ビームを放出させるタイミング／制御信号とすることができる。電気信号は、陰極５２と陽極４８との間の電位を少なくとも部分的に制御することもできる。陰極５２は主絶縁シェル（central insulating shell）５８を含んでおり、絶縁シェル５８からマスク６０が延在している。マスク６０は電気リード線５６を囲み、この電気リード線５６はマスク６０の端部に取り付けられた陰極カップ６２まで延在している。一部の例では、陰極カップ６２は、陰極カップ６２内のフィラメントから放出された電子を集束させて電子ビームを形成する静電レンズとして機能する。
【0018】
陰極５２の外面（例えば、マスク６０及び陰極カップ６２の表面）は、陰極５２の高電位とフレーム４６の接地面との間の高い電界応力に耐えることができるシールドで覆われている。一実施例では、シールドは第１のシールド部２０２と第２のシールド部２０４とを含んでいる。本実施例では、第１のシールド部２０２と第２のシールド部２０４は間隔を空けて配置され、物理的に直接には接触していない。一実施例では、第１のシールド部２０２はディスクシールドと陰極マスクを含むことができ、第２のシールド部２０４はマスク６０を囲むことができる。第１のシールド部２０２及び第２のシールド部２０４の例が、図３～図１０に更に詳細に示されている。一実施例では、Ｘ線源２００の概略図に示されているように、第１のシールド部２０２は一体的に形成された単一の連続部材である。例えば、第１のシールド部２０２を構成するディスクシールドと陰極マスクとを接合する溶接又は継ぎ目がないようにすることができる。第１のシールド部２０２はモノリシック構造とすることができる。他の例では、第１のシールド部２０２を構成するディスクシールドと陰極マスクは別々に形成され、陰極アセンブリに溶接されてもよい。
【0019】
電子ビームの高速電子は、陰極５２とターゲット６６との間の電位差（例えば、ＣＴ用途の場合には６万（６０，０００）ボルト以上の電位差）によって陰極５２から陽極４８に形成されたターゲット６６に向かって進み、急激に減速したときに、Ｘ線６４が生成される。集束電極アセンブリ８２は、電子コレクタ８４と窓６８とを含むことができ、陽極アセンブリ４２によって生成されたＸ線６４は、窓６８を通過して放出される。電子コレクタ８４は、窓６８をフレーム４６の所定の位置に保持し、さらに後方散乱電子を吸収することができる。Ｘ線６４は、フレーム４６に形成された窓６８を通過して、検出器アレイ（図１の検出器アセンブリ１８など）に向かって放出される。
【0020】
陽極アセンブリ４２は、ロータ７２と、Ｘ線管４０の外側に配置されたステータであって、動作中に陽極４８の回転を引き起こすためのロータ７２を囲むステータ（図示せず）とを含んでいる。陽極４８は、軸受アーム又は軸受アセンブリ５０によって回転できるように支持されており、この軸受アーム又は軸受アセンブリ５０が回転すると、陽極４８はその中心線７０を中心に回転する。このように、中心線７０は陽極４８と軸受アセンブリ５０の回転軸を定めている。図示のように、陽極４８は環状の形状を有し、陽極４８中心には軸受アセンブリ５０を受け入れるための円形の開口部７４が備えられている。
【0021】
陽極４８は、複数の金属又は合金（タングステン、モリブデン、銅、又は電子が衝突したときに制動輻射（例えば、減速放射線）に寄与する任意の材料など）を含むように製造することができる。陽極４８のターゲット６６は、陽極４８に衝突する電子によって発生する熱に耐えるように、比較的高い耐火率を有するように選択することができる。さらに、陰極アセンブリ４４と陽極４８との間の空間は、他の原子との電子衝突を最小にし、電位を最大にするために、真空にすることができる。
【0022】
電子が衝突したときの陽極４８の過熱を回避するために、ロータ７２は、中心線７０を中心として陽極４８を高速（例えば、９０～２５０Ｈｚ）で回転する。フレーム４６内での陽極４８の回転に加えて、ＣＴの用途では、Ｘ線管４０の全体が、典型的には１Ｈｚ又はそれ以上の速度で、物体（図１のイメージングシステム１０の物体１６など）の周りを回転する。
【0023】
軸受アセンブリ５０の異なる実施形態は、複数の適切なボール軸受などで形成することができるが、図示された例示的な実施形態では、軸受アセンブリ５０は、図１のイメージングシステム１０内での動作に適切な耐荷重性を有し音響ノイズレベルが許容可能な液体金属動圧軸受を含んでいる。
【0024】
一般に、軸受アセンブリ５０は、静止構成要素（中央シャフト７６など）と回転部分（陽極４８が取り付けられるスリーブ７８など）とを含んでいる。中央シャフト７６は、軸受アセンブリ５０の静止部品として図２で説明され、スリーブ７８は、軸受アセンブリ５０の回転部品として説明されるが、本開示の実施形態は、中央シャフト７６が回転シャフトであり、スリーブ７８が静止部品である実施形態にも適用可能である。このような構成では、中央シャフト７６が回転すると陽極４８が回転すると考えられる。
【0025】
中央シャフト７６は、任意選択で、キャビティ又は冷媒流路８０を含むことができ、キャビティ又は冷媒流路８０には、油などの冷媒（図示せず）が流れて、軸受アセンブリ５０を冷却することができる。このように、冷媒によって、Ｘ線管４０の陽極４８で発生した熱を陽極４８から取り出し、Ｘ線管４０の外部に移動させることができる。また、ストラドル形式で取り付けられるＸ線管の構成では、冷媒流路８０は、Ｘ線管４０の長手方向の長さに沿って（例えば、中心線７０に沿って）延在している。代替的な実施形態では、Ｘ線管４０をイメージングシステムに配置する場合にＸ線管４０がカンチレバー形式で支持される構成などでは、冷媒流路８０をＸ線管４０の一部のみに形成することができる。
【0026】
上述したように、高電圧の安定性を維持し、フレームに伝達される熱が増加し、強度が異なる１つ以上のコイル状フィラメントに対して電子場の集束が最適化された陰極シールドが望まれる。本明細書に記載されるシールドは、従来のスマート陰極と比較して、高電圧の安定性が向上し、使用可能な寿命を長くすることができる。一例では、陰極シールドアセンブリは、第１のシールド部と第２のシールド部とを含み、第１のシールド部及び第２のシールド部は、第１のシールド部と第２のシールド部が物理的に直接接触しないように、間隔を空けて配置されている。このような陰極シールドは、低電界応力と高熱の影響を受けやすい陰極領域からの放射熱伝達を増加させながら、高電界応力領域をシールドする。一実施例では、第１のシールド部は陰極マスクとディスクシールドとを含んでおり、第２のシールド部は陰極の下部延長体を囲む。一実施例では、ディスクシールドは、湾曲したリップと切り抜き部とを有する実質的に凹状のディスクであり、陰極の一部（例えば、陰極カップ）が、その切り抜き部から突出している。切り抜き部は、ディスクシールドの中心からずれた実質的に長方形の切り抜き部とすることができる。陰極マスクは、陰極カップを受け入れるように構成されたＵ字形中央開口部を含んでいる。一実施例では、Ｕ字形中央開口部の外周縁は丸みを帯びた縁部を含んでいる。Ｕ字形中央開口部は、陰極の１つ以上のコイル状フィラメントを集束させるために形成された複数の半径による曲がった部分を含むことができる。丸みを帯びた縁部は、中央開口部の外周縁の電界応力を低減するように形成された曲げ角度を有することができる。
【0027】
シールド部の位置及び形状によって、電子放出電界応力が低い領域においてビューファクタを増加させると同時に、高電圧の安定性に寄与し、光学的観点と静電学的観点とのバランスがとられている。例えば、第１のシールド部の形状によって、電界応力をシールドのＯＤに集中させ、第１のシールド部と第２のシールド部との間のギャップ間隔によって陰極の電界応力の低い部分を露出させることができる。したがって、本明細書に記載されたシステムでは、完全に覆われたシールドを有する従来の陰極と比較して、構成要素の温度が低下した陰極を得ることができ、高電圧の安定性が向上し、電界集束が調整されていることによって画質が向上する。従って、陰極の使用可能寿命が相対的に増加し、部品交換や点検時間を短縮することができる。
【0028】
図３は、陰極アセンブリ３００の斜視図を示し、この陰極アセンブリ３００は、図２の陰極アセンブリ４４の一実施形態とすることができる。陰極アセンブリ３００において、図２のＸ線管４０の構成要素と等価な構成要素には、同様の符号が付されている。示された図の間で比較できるように基準軸のセット３０１が示されており、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸が示されている。ｘ軸は横軸（lateral axis）と呼ばれることがあり、ｚ軸は縦軸（vertical axis）と呼ばれることがあり、ｙ軸は長軸（longitudinal axis）と呼ばれることがある。
【0029】
上述したように、陰極アセンブリ３００は陰極から電子を放出し、電子は、陽極アセンブリ（例えば、図２の陽極アセンブリ４２）によって受け取られ、Ｘ線を発生させる。陰極アセンブリ３００は、大きい絶縁体３５８と、下部延長体４０５（図４参照）と、陰極カップ６２を含む陰極５２とを含むことができる。大きい絶縁体３５８は、中央絶縁シェル５８と同等なものとすることができ、下部延長体４０５は、図３を参照して説明したようなマスク６０と同等なものとすることができる。
【0030】
陰極カップ６２は、集束要素と１つ又は複数のコイル状フィラメントとを含むことができる。一実施例では、集束要素は、少なくとも１つのチャネルであって、熱電子フィラメントがチャネルに配置できるような大きさを有する少なくとも１つのチャネルと、少なくとも１つのチャネルの横方向に位置する少なくとも１つの集束部とを有する単一の連続的な構造とすることができる。一実施例では、集束要素の集束部及びチャネルは、線形角度（linear angle）で接する角部とは対照的に、丸みを帯びた角部及び縁部、並びに滑らかな幾何学形状を有することができる。一実施例では、集束要素は複数のコイル状フィラメントを有することができる。図示の例では、集束要素３７５が、図３～図４に簡略化して示されており、図６～図７には詳細に示されており、集束要素３７５は、放出された電子を集束して単一の電子ビームにする幾何学的形状を有する少なくとも３つのチャネルの各チャネルに電子放出フィラメントが配置された連続的な単一構造（例えば、モノリシック構造）のグリッド電極として構成することができる。集束要素３７５には、第１のフィラメント３７６、第２のフィラメント３７８、及び第３のフィラメント３８０が組み込まれている。３つのフィラメントの間の間隔は、これらのフィラメントの各フィラメントのサイズと強度に基づいて調整することができる。一例では、集束要素３７５は、３つのフィラメントの間の間隔を考慮して、（例えば、Ｙ軸から見下ろしたときに）実質的に長方形の形状を有する。集束要素３７５は、集束要素の側部が集束要素の中央部と比較して高くなるように、（例えば、ｚ軸から見下ろしたときに）Ｕ字形状又は鉢形状を有していてもよい。図２を参照して先に説明したように、陰極アセンブリ３００は、１つ又は複数のコイル状フィラメントの各コイル状フィラメントから、様々なエネルギーレベルで電子をターゲット（例えば、図２のターゲット６６）に与えることができる。陰極カップ６２は、陰極シールドアセンブリによって部分的に囲まれている。
【0031】
一実施例では、陰極シールドアセンブリは、第１のシールド部３０２と第２のシールド部３０４とを含んでおり、第１のシールド部３０２は、第２のシールド部３０４から間隔をあけて配置されており、第１のシールド部３０２と第２のシールド部３０４は接触していない。第１のシールド部３０２は、第１のシールド部２０２と同一又は類似のものとすることができ、第２のシールド部３０４は、（図２を参照して説明された）第２のシールド部２０４と同一又は類似のものとすることができる。第１のシールド部３０２と第２のシールド部３０４は、第１のシールド部３０２と第２のシールド部３０４との間のギャップ間隔だけ離れるようにすることができ、これについては後述の図４を参照して説明する。以下でさらに詳細に説明するように、第１のシールド部３０２は、ディスクシールド３６５と陰極マスク３６２とを有している。第２のシールド部３０４は、下部延長体４０５を囲んでいる。第２のシールド部３０４はリング形状とすることができる。一実施例では、ディスクシールド３６５は陰極カップ６２を受け入れるための切り抜き部又は開口部を含み、ディスクシールド３６５の一部は下部延長体４０５に機械的に確実に結合されている。陰極カップ６２は陰極マスク３６２によって部分的に囲まれている。第１のシールド部３０２と第２のシールド部３０４は、協働して、陰極５２の構成要素（フィラメント、集束要素、電気リード線など）を高温及び後方散乱電子から保護し、高電圧の安定性を実現して、同時に、フレーム４６への放射熱伝達を増加させることができる。
【0032】
ディスクシールド３６５は、実質的に凹状且つ実質的にディスク形状とすることができる。ディスクシールド３６５は、第１の外面３２２を有することができる。第１の外面３２２は、湾曲したリップ３１０と、平坦領域３１２と、湾曲したリップ３１０と平坦領域３１２との間の傾斜移行部３１４とを含むことができる。一例では、湾曲したリップ３１０及び傾斜移行部３１４は、平坦領域３１２に向かって、ｚ軸に対して下方に傾斜している。また、湾曲したリップ３１０は、ｚ軸に関して下方に進み、表面３１６を形成することができる。表面３１６は湾曲したリップ３１０の一部であり、中心軸３１７の周りに半径方向に広がる。第１の外面３２２は、中心軸３１７を中心とした面とすることができる。一実施例では、ディスクシールド３６５は第１の切り抜き部を含むことができ、第１の切り抜き部は、第１の外面３２２の開口部、第１の内面４０４の開口部（図４参照）、及び第１の切り抜き面３２４によって画定することができる。一実施例では、第１の切り抜き部は、ディスクシールド３６５の中心からずれた実質的に長方形の切り抜き部とすることができる。例えば、第１の切り抜き部は、陰極アセンブリ３００を長手方向に二等分する第１の中心線３１５の上方に位置することができる。ディスクシールド３６５の形状は、図４～図７を参照して以下に更に詳細に記載されている。
【0033】
一実施例では、陰極カップ６２は、第１の切り抜き部を貫通して突出することができ、陰極マスク３６２は陰極カップ６２を受け入れることができる。陰極マスク３６２は、長方形の延長部３２６を有する実質的に柱状の形状を有することができる。陰極マスク３６２は、第２の外面３３０及び第２の内面４３４を含んでいる（図４参照）。一実施例では、第２の外面３３０と第１の外面３２２は、第１のシールド部３０２の連続した一体の面を形成する。一実施例では、実質的に柱状で長方形の延長部３２６は、前面パネル３３２に対して垂直に配置された複数の側壁３２８を含んでおり、側壁３２８と前面パネル３３２は鋭いエッジにならないように接している。言い換えれば、陰極マスクの形状は、側壁と、前面パネルと、長方形の延長部との間の移行部において丸みを帯びた縁部を有している。陰極マスク３６２は、第２の外面３３０の開口部と、第２の内面４３４の開口部（図４参照）と、リップ又は外周縁３３８とによって画定することができる中央開口部３４０を有している。
【0034】
一実施例では、陰極マスク３６２は、陰極カップ６２の集束要素３７５とコイル状フィラメントとを収容するように形成されている。例えば、長方形の延長部３２６は集束要素３７５を囲っている。陰極マスク３６２は、集束要素３７５に配置された複数のコイル状フィラメント（例えば、第１のフィラメント３７６、第２のフィラメント３７８、及び第３のフィラメント３８０など）の各コイル状フィラメントと中央開口部３４０の外周縁３３８との間を同等の距離に維持するように形成することができる。一実施例では、中央開口部３４０は、（例えば、ｚ軸から見下ろしたときに）Ｕ字形状で構成され、外周縁３３８は丸みを帯びた縁部を構成することができる。Ｕ字形状及び丸みを帯びた縁部は、光学及び電気静電のバランスをとるように調整することができる陰極マスク３６２の集束部の一例である。陰極マスク３６２の形状及び集束部については、図４～図９Ｂを参照して以下でさらに詳細に記載される。
【0035】
図４は、図３の破線４－４に沿うラテラル切断によって形状が示された図３の陰極アセンブリ３００の断面図４００を示す。同様の構成要素には、図３と同様の符号が付されている。示された複数の図の間で比べることができるように、基準軸のセット４０１が図示されており、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸が示されている。
【0036】
断面図４００は、陰極カップ６２と、大きい絶縁体３５８と、下部延長体４０５と、陰極５２を部分的に囲み第１のシールド部３０２及び第２のシールド部３０４を含む陰極シールドとを示している。陰極カップ６２は、複数の電気リード（図示せず）を含んでいる。下部延長体４０５は、陰極カップ６２を大きい絶縁体３５８に結合し、複数の高電圧ケーブル５６（概略的に示す）を囲んでいる。複数の高電圧ケーブル５６は、複数の電気リード線を高圧電源に結合する。ディスクシールド３６５は、下部延長体４０５の面４６２に結合することができ、陰極マスク３６２は、陰極カップ６２に結合することができるとともに、陰極カップ６２を部分的にシールドすることができ、第２のシールド部３０４は、下部延長体４０５の周りにスリーブ又はリングを形成することができる。
【0037】
陰極カップ６２は、更に、ベース４４４、絶縁体４４６、及び溶接パッド４４８を含むことができる。陰極カップ６２は、絶縁体４４６を（例えば、ろう付けによって）ベース４４４及び溶接パッド４４８にそれぞれ結合するために使用することができる１つ又は複数のろう付けホイルを含むことができる。一実施例では、絶縁体４４６はセラミック絶縁体（例えば、セラミックで形成された絶縁体）とすることができる。他の例では、絶縁体４４６は、溶接パッド４４８からベース４４４を十分に絶縁する材料で形成することができる。絶縁体４４６は、中央が空洞で長方形のリング形状を有することができる。例えば、絶縁体４４６は、縁部が湾曲した長方形の形状を有し、絶縁体４４６の中心に、湾曲した縁部を有する長方形の切り抜き部を有することができる。ベース４４４は金属（例えば、ニッケル、鋼、コバール、又はニオブなど）で形成することができ、第１のレベル４４４ａと第２のレベル４４４ｂとを含む連続的な段付き構造を有することができる。複数の電気リード線は、ベース４４４の後面４２６に結合する。溶接パッド４４８は、直線状の縁部を接続する丸みを帯びた角部と中空部とを有するリング形状とすることができる。溶接パッド４４８も同様に金属（例えば、ニッケル、鋼、コバール、又はニオブなど）で形成することができる。絶縁体４４６及び溶接パッド４４８のリング状構造によって、ベース４４４の第２のレベル４４４ｂが絶縁体４４６及び溶接パッド４４８の中央部を貫通することができる。絶縁体４４６は、ベース４４４の第２のレベル４４４ｂを円周方向に囲むことができる。
【0038】
溶接パッド４４８、ベース４４４、ろう付け箔、及び絶縁体４４６は、トーチろう付け、誘導ろう付け、抵抗ろう付け、又は溶接パッド４４８、ベース４４４、及び絶縁体が溶加材（例えば、ろう付け箔）によって接合される別のろう付け方法を使用して、一緒にろう付けすることができる。例えば、溶加材を使用して、絶縁体をろう付けによりベース４４４及び溶接パッド４４８に結合することができる。
【0039】
一実施例では、陰極カップ６２のベース４４４は、傾いた状態で下部延長体４０５の取付け壁４６０に結合することができる。例えば、下部延長体４０５の取付け壁４６０は、第２の中心線４５８に対して略垂直に配置することができる。第２の中心線４５８は、中心軸３１７と略同一直線上にあってもよいし、中心軸３１７から形成されていてもよい。第２の中心線４５８は、陰極アセンブリ３００を長手方向に二等分する。第２の破線４６４は、取付け壁４６０が略垂直であることを示している。陰極カップ６２の後面４２６は、第２の破線４６４に対して傾斜角度４６６で傾斜することができる。一実施例では、陰極カップ６２及び下部延長体４０５は、傾斜角度を＋／－０．２５°に制御する公差を有する。
【0040】
一例では、下部延長体４０５は１つ又は複数の窓４５０を含むことができ、窓４５０は、下部延長体の外面４５２の開口部、下部延長体の内面４５４の開口部、及び下部延長体の窓面４５６によって画定される。窓４５０は、陰極カップ６２に収容された複数のコイル状フィラメントのうちの１つ以上のコイル状フィラメント（例えば、第３のフィラメント３８０）を高電圧ケーブル５６に結合する、陰極カップの後面４２６に配置された複数の電気リード（例えば、リボン、ワイヤ、ケーブル、ピン又は他の電気接続部品）などの陰極構成要素の冷却に寄与することができる。下部延長体４０５と小さい絶縁体４２８との間にスリーブ部品４６８を介在させることができる。
【0041】
図示の例では、ディスクシールド３６５は、外側部分４０６と内側部分４０８とを有している。外側部分４０６と内側部分４０８との間の距離は、ｙ軸に対するディスクシールド幅４１２を画定することができる。湾曲したリップ３１０は、ディスクシールド３６５と一体の円弧状表面を画定することができる。湾曲したリップ３１０は、ディスクシールド３６５の外側部分４０６と外周縁４１６との間に延在している。湾曲したリップ３１０は、線４－４の断面図４００上で複数の曲率変化点を有することができる。１つの曲率変化点は表面３１６に位置することができ、湾曲したリップ３１０は外側部分４０６又は外周縁に向かって湾曲することができる。別の曲率変化点は、外側部分４０６の近くに位置することができ、当該別の曲率変化点で、湾曲したリップ３１０は、外周縁４１６の方向に曲がり、傾斜移行部３１４を形成することができる。別の曲率変化点は、外周縁４１６の近くに位置することができ、湾曲したリップ３１０が外側部分４０６の方向に湾曲することができる。前述の曲率変化点で湾曲した後、湾曲したリップ３１０は、外側部分４０６と外周縁４１６との間において軸方向の領域で終端部を有し、第２の中心線４５８を中心として半径方向に広がることができる。前述の複数の曲率変化点は、湾曲したリップ３１０の、第２の中心線４５８の反対側の部分に反映することができる。前述の複数の曲率変化点は、湾曲したリップ３１０の三次元空間に投影したとき、第２の中心線４５８に対して半径方向に配置されるリング又は他の関数の一部とすることができる。
【0042】
傾斜移行部３１４は、外側部分４０６と平坦領域３１２との間に延在する。傾斜移行部３１４は、半径の変化する部分４２２にわたって軸方向の長さ４２０に対して傾斜角度４１８で傾斜している。平坦領域３１２は、内側部分４０８から第１のオフセット４２４だけずれている。一実施例では、ディスクシールド３６５は下部延長体４０５に溶接することができる。例えば、平坦領域３１２は取付け壁４６０の面４６２にレーザ溶接することができる。
【0043】
一実施例では、陰極カップ６２は、ディスクシールド３６５の第１の切り抜き部を貫通して突出している。陰極マスク３６２は、陰極カップ６２を受け入れるように構成されている。中央開口部３４０は、陰極マスク３６２の開口面４８０とは反対側に配置される。陰極カップ６２は、開口面４８０で受け入れることができる。一実施例では、第２の内面４３４は陰極カップ６２のベース４４４と面共有接触することができ、第２の内面４３４と陰極カップ６２の集束要素３７５、絶縁体４４６、及び溶接パッド４４８との間にエアギャップ４４０を形成することができる。一実施例では、陰極マスク３６２は陰極カップ６２に溶接することができる。例えば、陰極マスク３６２はベース４４４にレーザ溶接することができる。陰極カップ６２の集束要素３７５は、陰極マスク３６２の中央開口部３４０によって部分的に露出することができ、複数の側壁３２８及び外周縁３３８は、陰極カップ６２に配置された集束要素３７５及びフィラメント（例えば、第３のフィラメント３８０）を囲む。陰極カップ６２の後面４２６は、陰極マスク３６２の開口面４８０によって露出する（又は部分的に露出する）ことができる。ディスクシールド３６５の湾曲したリップ３１０は、陰極カップ６２の後面４２６を部分的にシールドすることができる。例えば、湾曲したリップ３１０は、後面４２６の、高い電界強度を有する部分（例えば、陰極マスク３６２と第１のレベル４４４ａとの間の接触部分の近く）をシールドすることができる。
【0044】
第１のシールド部３０２の形状によって、第１の外面３２２及び第２の外面３３０に電界応力が集中し、陽極のターゲット（例えば、図２の陽極４８のターゲット６６）で発生した熱が、例えば、大きい絶縁体３５８、小さい絶縁体４２８、及び複数の電気リードを含む温度の影響を受けやすい構成要素に到達するのを阻止する。また、第１のシールド部３０２によって高電圧の安定性も向上する。例えば、陰極マスク３６２は、陰極カップ６２を構成する溶接部（例えば、溶接パッド４４８）、ろう付け部、締結部、又は他のタイプの締結機構をシールドすることによって、高電圧の安定性に寄与する。加えて、複数の側壁３２８と前面パネル３３２との間に丸みを帯びた滑らかな移行部を有することによる形状が、高電圧の安定性に寄与する。加えて、中央開口部３４０の形状によって、陰極マスク３６２の端部における電界応力を低減し、コイル状フィラメントの集束場を増大させることができる。これについては以下でさらに詳細に説明する。別の例として、ディスクシールド３６５の形状は高電圧の安定性に寄与する。例えば、傾斜移行部３１４は、鋭い角部のない滑らかな移行によって、湾曲したリップ３１０になり、外周縁４１６の電界応力を低減する。例えば、温度の影響を受けやすい構成要素を第１のシールド部３０２でシールドすることによって、陰極カップ６２の後面４２６を（例えば、シールドせずに）露出させることができる。陰極マスク３６２の開口面４８０は、高電圧の安定性を損なうことなく、より多くの輻射熱を陰極カップ６２からフレーム４６に伝達させることができる。
【0045】
第１のシールド部３０２の第１の外面３２２及び第２の外面３３０に電界応力が集中し、温度の影響を受けやすい構成要素が陽極で発生する高温に晒されることを阻止することによって、開示された陰極シールドは、同時に、陰極５２の、従来は囲まれていた部分を露出させることができる。例えば、開示された陰極シールドは、陰極５２の、電界強度が低く、温度が高く、フレーム４６に対するビューファクタの部分を露出させる。このように選択的にシールドすることによって、陰極構成要素の温度が十分に低下し、複数の高電圧ケーブル５６に伝導する熱の伝達量を減少させることができる。第１のシールド部３０２については、以下でさらに詳細に説明する。
【0046】
第２のシールド部３０４は、下部延長体４０５を囲む、開口を有するシリンダ又はリング形状の部材である。第２のシールド部３０４は環状内面４３０及び環状外面４３２を有している。一実施例では、環状内面４３０は下部延長体の外面４５２と面接触する。一実施例では、第２のシールド部３０４は下部延長体の外面４５２に溶接することができる。一実施例では、第２のシールド部３０４は、第１の円形開口部の側にフレア状リップ４７２を有し、反対側の第２の円形開口部の側に平坦なリム４７４を有することができる。フレア状リップ４７２は、小さい絶縁体４２８に接することができる。一実施例では、第２のシールド部３０４は、ｙ軸に対して第３の長さ４７６を有することができる。一実施例では、第２のシールド部３０４は、第１のシールド部３０２からｙ軸に対してギャップ間隔４７８だけ離れて配置することができる。第３の長さ４７６及びギャップ間隔４７８は、第２の中心線４５８に対して軸方向とすることができる。
【0047】
一実施例では、第２のシールド部３０４は、下部延長体４０５内に収容され本来ならば高電圧の不安定性を増大させる構成要素を、できるだけ多くの放射熱伝達ができるようにしながらシールドするように形成される。例えば、第２のシールド部３０４の第３の長さ４７６及びギャップ間隔４７８は、溶接部を覆うこと、グランドに近いこと、陰極構成要素の温度、及びフレーム４６に対するビューファクタのバランスをとるように最適化することができる。一実施例では、ギャップ間隔４７８は２５ｍｍ～３０ｍｍとすることができる。第２のシールド部３０４については、以下でさらに詳細に説明する。
【0048】
一実施例では、第１のシールド部３０２のディスクシールド３６５及び陰極マスク３６２は、図２を参照して説明したような、一体的に形成された単一の連続部材である。別の実施例では、ディスクシールド３６５と陰極マスク３６２は別個の要素として形成される。第１のシールド部３０２及び第２のシールド部３０４は、金属（例えば、ニッケル、鋼、コバール、又はニオブなど）で形成することができる。シールド表面は電解研磨仕上げが施されていてもよい。一例では、第１のシールド部３０２と第２のシールド部３０４をニッケルとし、第１の外面３２２、第２の外面３３０、及び環状内面４３０は電解研磨ニッケルとすることができる。
【0049】
図５は、図３の陰極アセンブリ３００の背面図５００を示す。図３と同様の構成要素には、同様の番号が付されており、同様の構成要素としては、第１のシールド部３０２、第２のシールド部３０４、陰極カップ６２、及びフレーム４６が挙げられる。示された複数の図の間で比べることができるように、基準軸のセット５０１が図示されており、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸が示されている。
【0050】
第１のシールド部３０２及び第２のシールド部３０４の位置及び形状によって、開口しているビューファクタ領域の電界応力は小さくなる。例えば、点線５０２は、陰極カップ６２の高電界応力領域をシールドする第１のシールド部３０２の曲率を示す。一例では、曲率及び高研磨ニッケル表面は、１メートル当たり１＊１０７ボルト（Ｖ／ｍ）程度の高い電界強度をシールドすることができる。ギャップ間隔４７８及び後面４２６のシールドされていない領域の電界強度は、十分に低くすることができる（例えば０～２．５＊１０６Ｖ／ｍの範囲）。一実施例では、ギャップ間隔４７８及び後面４２６のシールドされていない領域のフレーム４６に対するビューファクタは、０．４から０．７の範囲の放射率とすることができる。一実施例では、第１のシールド部３０２及び第２のシールド部３０４は、陰極カップ６２の、電界応力強度が強度の閾値よりも小さく（例えば、２．５＊１０６Ｖ／ｍよりも小さく）、フレームに対するビューファクタが放射率の閾値よりも大きい（例えば、０．４の放射率よりも大きい）部分を露出する。
【0051】
シールドの開放部によって、ビューファクタが増加し、陰極５２からフレーム４６までの対応する放射熱伝達が増加する。加えて、第２のシールド部３０４と第１のシールド部３０２との間のギャップ間隔４７８によって、下部延長体４０５の窓４５０をシールドしないままで、部品の冷却を増進することができる。その結果、陰極の全体的な温度が低下する。例えば、高温の影響を受けやすい構成部品（コイル状フィラメントに電流を流す複数の電気リード線（図示せず）、及び陰極カップ絶縁体（例えば、図４の絶縁体４４６）など）は、十分に温度が低下し、構成部品の信頼性を向上することができる。
【0052】
図６は、図３の陰極アセンブリ３００の正面図６００を示す。同様の構成要素には、図３と同様に番号が付されており、第１のシールド部３０２を構成する陰極マスク３６２及びディスクシールド３６５、陰極カップ６２、並びに第２のシールド部３０４が示されている。示された複数の図の間で比べることができるように、基準軸のセット６０１が図示されており、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸が示されている。
【0053】
一例では、陰極カップ６２は、第１のチャネル６０２に配置された中フィラメント、第２のチャネル６０４に配置された小フィラメント、及び第３のチャネル６０６に配置された大フィラメントを含むことができる。フィラメントは、図３を参照して説明した第１のフィラメント３７６、第２のフィラメント３７８、及び第３のフィラメント３８０とすることができる。他の例では、これらのフィラメントは同じサイズであってもよいし、異なるサイズであってもよい。フィラメントはそれぞれ、ベース４４４（図４参照）の背面に対してそれぞれのチャネル内で異なる高さに配置することができる。第１のチャネル６０２のフィラメント、第２のチャネル６０４のフィラメント、及び第３のチャネル６０６のフィラメントの各フィラメントは、隣接するフィラメントに対して横方向に間隔を有することができ、横方向の間隔は、第１のフィラメントの直径の中心点と第２のフィラメントの直径の中心点との間の、水平軸（例えば、ｘ軸）に対する横方向の距離として定義される。
【0054】
各フィラメントの横方向の間隔、サイズ、及び相対的な高さに適合するために、陰極マスク３６２は、フィラメントから放出された電子を単一の電子ビームに集束させる形状を有するように構成することができる。一実施例では、中央開口部３４０及び中央開口部３４０の外周縁３３８は、様々な曲がった部分を含むことができる。例えば、中央開口部３４０はＵ字形状を有し、外周縁３３８は丸みを帯びた縁部を含むことができる。このような曲がった部分によって、外周縁と各フィラメントとの間を同様の距離に維持することができ、電界強度を高くすることができる。例えば、曲がった部分は、複数の曲がった部分、様々な曲げ半径による複数の曲がった部分、及び様々な寸法の複数の曲がった部分を含むことができる。
【0055】
曲がった部分の第１の例として、第１の曲がった部分６８０は、ｘ軸と平行に配置された第１の軸６０８及び第２の軸６１０を含み、第２の曲がった部分６８２は、ｙ軸と平行に配置された第３の軸６１２及び第４の軸６１４を含んでいる。外周縁３３８は、第１の曲がった部分６８０までは第１の軸６０８に収束していく。一例では、第１の曲がった部分６８０は、２ミリメートル（ｍｍ）から６ｍｍの範囲の第１の曲げ半径と、４．１ｍｍから４．７ｍｍの範囲の第１の曲げ寸法６７６とを有することができる。第１の曲がった部分６８０は、ｙ軸方向の縦曲げ（longitudinal bend）とすることができる。外周縁３３８は、第２の曲がった部分６８２では第２の軸６１０に収束していく。第２の曲がった部分６８２は、第２の曲げ半径を有することができる。一例では、第１の曲がった部分６８０の第１の曲げ半径と、第２の曲がった部分６８２の第２の曲げ半径は、異なる寸法とすることができる。例えば、第２の曲がった部分６８２は、１２ｍｍから１４ｍｍの範囲の第２の曲げ半径と、３ｍｍから５ｍｍの範囲の第２の曲げ寸法６７４とを有することができる。第２の曲がった部分は、ｘ軸方向の横曲げ（lateral bend）とすることができる。図示の例では、外周縁３３８は、第２の曲がった部分６８２を反映した第３の曲がった部分６８４と、第１の曲がった部分６８０を反映した第４の曲がった部分６８６とを含んでいる。第１の曲がった部分６８０、第２の曲がった部分６８２、第３の曲がった部分６８４、及び第４の曲がった部分６８６は、ｚ軸から見るとＵ字形を形成する。一実施例では、第１の曲がった部分６８０、第２の曲がった部分６８２、第３の曲がった部分６８４、及び第４の曲がった部分６８６は、寸法及び半径に基づくプロファイル公差を有する。一例では、プロファイル公差は±１ｍｍである。
【0056】
本明細書で開示されるように、曲がった部分を陰極マスクの中央開口部に組み込んで、１つ又は複数のフィラメントの各フィラメントのサイズ、強度、及び位置に対して集束場を調整することによって、Ｘ線画質が向上する。もう一つの利点として、曲がった部分によって陰極カップの終端部での電界応力が減少し、したがって、それに対応して高電圧の安定性が向上する。曲がった部分の別の例については、以下で詳しく説明する。
【0057】
図７は、図６の破線７－７のラテラル切断によって示された図３の陰極アセンブリ３００の断面図７００を示す。同様の構成要素には、図３と同様の番号が付されている。示された複数の図の間で比べることができるように、基準軸のセット７０１が図示されており、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸が示されている。
【0058】
断面図７００は、陰極カップ６２の後面４２６に対する、第１のチャネル６０２の第１のフィラメント３７６及び第２のチャネル６０４の第２のフィラメント３７８の高さを示す。図６を参照して説明したようなＵ字形の曲がった部分は、外周縁とフィラメントとの間の距離を同一に維持することができる。逆に言えば、従来の円形陰極カップシールド（又は陰極マスク）又は均一な長方形シールドが使用されたと仮定すると、フィラメント周囲の電界強度は、最小になってしまう恐れがある（特に、最小のフィラメント及び／又は均一な外周縁から最も遠くに離れたフィラメントの周囲で）。
【0059】
図示の例では、第１の面７０２は、中央開口部３４０の外周縁３３８と第２のチャネル６０４の第２のフィラメント３７８とを切断したｙ－ｚ面を示す。後面４２６に対して、破線矢印７１０で示される第２のフィラメント３７８の高さと、破線矢印７０８で示される外周縁３３８の高さは、破線矢印７１２で示される第１の差を有している。第１の差は、第１の面７０２において測定された深さであって、第２のフィラメント３７８に対応したｘ－ｚ面と外周縁３３８に対応したｘ－ｚ面との間の深さとすることができる。第２の面７０４は、外周縁３３８及び第１のチャネル６０２の第１のフィラメント３７６を切断するｙ－ｚ面を示す。後面４２６に対して、破線矢印７０６で示される第１のフィラメント３７６の高さと、破線矢印７１４で示される外周縁３３８の高さは、破線矢印７１６で示される第２の差を有している。同様に、第２の差は、第２の面７０４において測定された深さであって、第１のフィラメント３７６に平行なｘ－ｚ面と外周縁３３８に平行なｘ－ｚ面との間の深さとすることができる。破線矢印７１４及び破線矢印７０６は後面４２６まで延びているが、部分的にしか図示されていないことに留意されたい。一実施例では、第１の差及び第２の差は同じであってもよい。一実施例では、第１の差及び第２の差は閾値だけ違っていてもよい。言い換えれば、各コイル状フィラメントは、陰極マスクの丸みを帯びた縁部から、閾値以内の深さに配置することができる。一実施例では、開示された陰極マスクの形状を決める要因は、中央開口部の外周縁と１つ又は複数のコイル状フィラメントの各フィラメントとの間の差を概ね同じような差に維持することである。
【0060】
断面図７００は、丸みを帯びた縁部７１８を示している。丸みを帯びた縁部７１８は、陰極マスクの端部（例えば、中央開口部３４０の外周縁３３８）の局所的な電子放出電界応力を低減するように調整することができる。一例では、丸みを帯びた縁部を、ｚ軸に垂直に曲げることができる。丸みを帯びた縁部の形状を含む陰極マスクの一例を、図８及び図９Ａ～図９Ｂを参照してより詳細に説明する。
【0061】
図８は、陰極用の陰極シールドアセンブリの一部である陰極マスク８００の一例の斜視図を示す。陰極マスク８００は、図３～図７を参照して説明した陰極マスク３６２と同じもの又は類似のものとすることができる。示された複数の図の間で比べることができるように、基準軸のセット８０１が図示されており、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸が示されている。
【0062】
開示された陰極シールドアセンブリの一実施例では、陰極マスク８００は、長方形の延長部８１１を有する柱形状である。陰極マスク８００は、ラテラル対称線８０２を基準にした鏡面対称である。開示された陰極シールドアセンブリの他の実施例では、陰極マスクは横方向に対称でなくてもよい。陰極マスク８００は、第１の側壁８０４、第２の側壁８０６、及び第３の側壁８０８を有している。第１の側壁８０４は第２の側壁８０６に対向しており、第３の側壁８０８は、第１の側壁８０４及び第２の側壁８０６に対して垂直に配置されており、第１の側壁８０４と第２の側壁８０６との間に存在している。陰極マスク８００は、第１の側壁８０４、第２の側壁８０６、及び第３の側壁８０８に対して垂直に配置される前面パネル８１２を有している。陰極マスク８００は、前面パネル８１２から延在する短い延長部８１０であって、第３の側壁８０８と平行な延長部８１０を有している。第１の側壁８０４、第２の側壁８０６、第３の側壁８０８、及び前面パネル８１２は、鋭角にならないように接している。例えば、第１の側壁８０４から前面パネル８１２までの間の移行面８１４は、前面パネル８１２のｘ－ｚの広がりから第１の側壁８０４のｙ－ｚの広がりへとなだらかに丸くしてもよいし、面取りしてもよい。
【0063】
図示の例では、長方形の延長部８１１を除くと、陰極マスク８００の全体的な寸法は、第１の高さ８２２、第１の深さ８２６、及び第１の幅８３８である。前面パネル８１２は、第１の深さ８２６よりも短い第２の深さ８４０まで広がり、第１の深さ８２６の約半分とすることができる。短い延長部８１０は、第１の高さ８２２よりも短い第２の高さ８４６を有している。
【0064】
長方形の延長部８１１は、陰極マスク８００の水平中心線８０３に対して上半分に配置されている。長方形の延長部８１１は、第１のセグメント８１６、第２のセグメント８１８、第３のセグメント８３２、及び第４のセグメント８３４を有することができる。第１のセグメント８１６は第１の側壁８０４の延長部であり、第２のセグメント８１８は第２の側壁８０６の延長部であり、第３のセグメント８３２は第３の側壁８０８の延長部である。第４のセグメント８３４は、前面パネル８１２とほぼ垂直に交差し、このようにして短い壁を形成する。第１のセグメント８１６及び第２のセグメント８１８は、第１の深さ８２６よりも短い第３の長さ８３０を有することができる。第３のセグメント８３２及び第４のセグメント８３４は、陰極マスク８００の全体的な寸法の第１の幅８３８と略同じ長さを有することができる。
【0065】
長方形の延長部８１１は、ラテラル対称線８０２に対して実質的にＵ字形状とすることができる。例えば、長方形の延長部８１１は、第２の高さ８４２を有する高い側部と、第３の高さ８４４を有する低い中央部とを有することができる。第１のセグメント８１６及び第２のセグメント８１８は、略第２の高さ８４２とすることができる。第３のセグメント８３２及び第４のセグメント８３４は、第１のセグメント８１６及び第２のセグメント８１８の端部付近では略第２の高さ８４２とすることができ、ラテラル対称線８０２の方向に向かうと、第３の高さ８４４まで低くなる。長方形の延長部の形状は、集束要素の寸法及び集束要素のコイル状フィラメントの配置の影響を受ける。
【0066】
第１のセグメント８１６、第２のセグメント８１８、第３のセグメント８３２、及び第４のセグメント８３４は、延長面８４８を有することができる。延長面８４８は、外側シールド面８５０の一部とすることができる。第１の側壁８０４、第２の側壁８０６、第３の側壁８０８、及び短い延長部８１０は、柱状の外周面８２５を有することができる。陰極マスク８００の中央開口部は、延長面８４８の開口部、内側シールド面８５２の開口部、及び外周面８２４によって画定することができる。このようにして、延長面８４８は、中央開口部の外周縁又は枠部を形成することができる。
【0067】
一実施例では、延長面８４８は丸みを帯びた縁部を有している。例えば、延長面８４８は、内部シールド面８５２に向かって内側に曲がる又は内側に巻かれ、開口部の周りに、曲がった端移行部を形成する。例えば、延長面８４８は、実施例において陰極マスク８００のｘ－ｙ面に略垂直な平面から、ｘ－ｙ平面に略平行な平面に曲がることができる。陰極アセンブリが組み立てられたとき、中央開口部は陰極カップを受け入れることができ、柱状の外周面８２５は陰極カップの後面と略面一とすることができ、延長面８４８は集束要素（図２－図７を参照して説明した陰極カップ６２の後面４２６及び集束要素３７５など）を囲うことができる。
【0068】
図９Ａは、図８の破線９－９のラテラル切断によって示された図８の陰極マスク８００の断面図９００を示す。断面図９００は、陰極マスク８００の集束部の一例を示す。集束部は、陰極マスクの中央開口部の端移行部である。この例では、端移行部は、丸みを帯びた縁部を含む外周縁とすることができる。図９Ｂは、図９Ａに示す断面の詳細図９５０である。同様の構成要素には、図８と同様の番号が付されている。図９Ａと図９Ｂとの間で比べることができるように、基準軸のセット９０１が図示されており、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸が示されている。
【0069】
断面図９００は、第３の側壁８０８の第３のセグメント８３２及び前面パネル８１２の第４のセグメント８３４を横断しており、丸みを帯びた縁部９０２を示している。陰極マスク８００の壁９０４は、丸みを帯びた縁部９０２が形成されるように曲げることができる。例えば、長方形の延長部８１１の領域内の壁９０４は、ｚ軸に垂直に曲げられるように形成することができ、内側の部分は、中央開口部の中心線９１１に向かっている。壁９０４の曲がった部分は、長手方向軸に十分に丸みを帯びるようにすることができる。丸みを帯びた縁部９０２は、実質的に丸い延長面８４８と、中心線９１１に面する外周縁９０６とを含むことができる。
【0070】
丸みを帯びた縁部９０２の曲がった部分は、長方形の延長部８１１の各端部で同じようにすることができ、第１のセグメント８１６、第２のセグメント８１８（図８参照）、第３のセグメント８３２、及び第４のセグメント８３４は同じ寸法で曲がることができる。丸みを帯びた縁部９０２によって、外周縁９０６が電界応力から保護され、１つ又は複数のコイル状フィラメントが十分な集束場を実現することができる。
【0071】
図９Ｂは、丸みを帯びた縁部９０２の寸法例を詳細に示す。丸みを帯びた縁部９０２は、静電学的に有利であり、シールド領域のｋＶ／ｍｍを制限する。丸みを帯びた特徴によって、グリッド電極（例えば、集束要素３７５）に向かって「更に下方に」延在しなくても、より大きな半径と同じｋＶ／ｍｍが与えられる。更に下方に延在しないことによって、開口部を大きくすることができ、このため、集束場を大きくし、電子の放出を増加させることができる。
【0072】
図示の例では、丸みを帯びた縁部９０２は、第１の長さ９１０にわたって第１の軸９０８と略平行とすることができる。交差する第２の軸９１４と第１の軸９０８は直角になっている。第３の軸９１６は、外周縁９０６、第１の軸９０８、及び第２の軸９１４と交差する。交差する第３の軸９１６と第２の軸９１４は、曲げ角度９１２を形成している。一実施例では、曲げ角度９１２は、角度の下限の閾値を６９°とし、角度の上限の閾値を７５°とすることができる。
【0073】
第１の曲がった部分９１８は第１の曲げ半径９２０を有している。一実施例では、第１の曲げ半径９２０は、半径の下限の閾値を１．５ｍｍとし、半径の上限の閾値を２．５ｍｍとすることができる。第２の曲がった部分９２２は第２の曲げ半径９２４を有している。一例では、第２の曲げ半径９２４は、半径の下限の閾値を１．９ｍｍとし、半径の上限の閾値を２．５ｍｍとすることができる。一実施例では、第１の曲げ半径９２０と第２の曲げ半径９２４は異なる寸法であってもよい。丸みを帯びた縁部９０２は、第２の軸９１４と第４の軸９２６との間において、ｙ軸に関する第１の曲がった部分９１８及び第２の曲がった部分９２２の長さである第１の曲げ長さ９２８を含む。丸みを帯びた縁部９０２は、ｚ軸に関する第１の曲がった部分９１８及び第２の曲がった部分９２２の長さである第２の曲げ長さ９３０を含む。一実施例では、第１の曲げ長さ９２８は、第２の曲げ長さ９３０より長くすることができる。
【0074】
したがって、少なくとも一部の実施例では、本明細書に開示される陰極マスクは、様々な曲がった部分を含むことができる。すなわち、端移行部（例えば、丸みを帯びた縁部９０２）の曲がった部分、及び中央開口部（例えば、中央開口部３４０）のＵ字形に曲がった部分である。陰極マスク（例えば、陰極マスク８００）のこのような集束部は、全体が協働して、強度が異なる及び／又は寸法が異なる１つ又は複数のコイル状フィラメントの集束場を増大させ、高電圧の不安定性を低減することができる。
【0075】
図１０は、陰極用の陰極シールドアセンブリの一部である第２のシールド部１０００の一例の斜視図を示す。第２のシールド部１０００は、図３～図７を参照して説明した第２のシールド部３０４と同じもの又は類似しているものとすることができる。示された複数の図の間で比べることができるように、基準軸のセット１００１が図示されており、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸が示されている。
【0076】
開示された陰極シールドアセンブリの一実施例では、第２のシールド部１０００は、実質的にリング形状とすることができる。第２のシールド部１０００は、半径方向対称線１００２を基準として半径方向に対称である。第２のシールド部１０００は環状壁１００４を有している。環状壁１００４は、環状外面１００６と環状内面１００８とを有している。第２のシールド部１０００は中央中空部を有し、中央中空部は、内面１０１４の第１の円形開口部と、外面１０１６の第２の円形開口部と、環状内面１００８とによって画定される。一例では、第２のシールド部１０００は、内面１０１４に平坦なリム１０１２を有し、外面１０１６にフレア状リップ１０１０を有することができる。陰極アセンブリに組み付けられると、中央中空部は、下部延長体（図４の下部延長体４０５など）を囲むことができる。フレア状リップ１０１０は、セラミック絶縁体（図４の小さい絶縁体４２８など）に接することができる。平坦なリム１０１２は、下部延長体の嵌合部に設けることができる。一例では、平坦なリム１０１２の環状内面１００８は、下部延長体の１つ又は複数の窓の表面（図４の窓４５０の下部延長体窓面４５６など）と面接触することができる。
【0077】
第２のシールド部１０００は、ｙ軸に対してリング長１０１８を有することができる。第２のシールド部は、半径方向対称線１００２に対して第１の内径１０２０及び第２の内径１０２２を有することができる。第１の内径１０２０は、例えば、下部延長体（例えば、下部延長体４０５）の寸法に基づいて決定することができる。第２の内径１０２２は、フレア状リップ１０１０の形状（例えば、外側に向かって開く角度）に基づいて決定することができる。リング長１０１８は、いくつかの要因に基づいて決定することができる。例えば、第１のシールド部（例えば、第１のシールド部３０２）と第２のシールド部１０００との間のギャップ空間（例えば、図４に示すギャップ間隔４７８）をできるだけ広く保つことによって、輻射熱伝達を増加させることができる。しかしながら、第２のシールドの長さを短くしすぎると、接地されている陰極構成要素のシールド効果が低下する。加えて、低温部品をシールドする効果が低下すると、冷却に十分には寄与しない恐れがある。適切な長さを決めるには、高電圧の安定性の妨げとなる溶接部を覆うことと、できるだけ放射熱伝達が可能となるようにすることとの間で、トレードオフを考慮することができる。
【0078】
Ｘ線システムで一般的な一体型陰極シールディングとは対照的に、シールドを、第１のシールド部と第２のシールド部とに分離することによって、開示されたシールドは、フレームへの放射熱伝達を促進し、全体的な陰極温度を低下させる。陰極マスクの開示された曲がった部分は、１つ又は複数のコイル状フィラメント（例えば、図３～図７に示される例示的な３フィラメント構成）の集束力を増加させ、陰極マスクの終端部の電界応力を低減させるという追加の利点を有する。陰極シールドアセンブリは、スマート陰極システムで使用される場合、様々なＸ線用途に対して、高電圧の安定性を向上させ、Ｘ線管の寿命を延長し、解像度及び精度を向上させることができる。
【0079】
一部の例では、開示された陰極シールドは、別の形状の中央開口部及び外周縁を有する陰極マスクを含むことができる。一例として、陰極アセンブリは、単一のコイル状フィラメントのみを有する陰極カップを含むことができる。このような陰極アセンブリの場合、一例として、陰極マスクは、長方形の延長部ではなく、正方形の延長部を有することができ、中央開口部の外周縁は、丸みを帯びた縁部を含むことができる。あるいは、延長部は卵形又は円形で、外周縁は曲がった端移行部を有する。別の例として、陰極アセンブリは、例示的なＵ字形状ではなく、直線状の側面が電界集束に適するように、陰極カップ内に配置されたコイル状フィラメントを含むことができる。このような例では、開口部を含む陰極シールドによって（例えば、ギャップ間隔と、大きいビューファクタによって）、陰極カップとコイル状フィラメントの様々な構成をサポートしながら、放射熱伝達を促進するという利点を得ることができる。
【0080】
他の実施例では、開示された陰極シールドは、中央開口部を有し１つ又は複数の曲がった部分が形成された外周縁を有する陰極マスク（例えば、陰極マスク８００）であって、異なる構成の相補的なシールド部と組み合わせて使用される陰極マスクを含むことができる。一例として、Ｕ字形中央開口部と丸みを帯びた縁部とを有する陰極マスクを、別の形状のディスクシールドと一緒に使用することができる。例えば、ディスクシールドは、別の形状のフレームに対するビューファクタを増加させるため、及び／又は、より大きな絶縁体又は異なるように位置合わせされた絶縁体をシールドするために、別の形状にすることができる。このような例では、中央開口部及び外周縁の開示された曲がった部分を組み込んだ陰極マスクによって、様々なＸ線管設計をサポートしながら、１つ以上のコイル状フィラメントを有するスマート陰極の集束場を大きくすることができる。
【0081】
このように、電界応力の高い領域で選択的なシールドを使用し、他の領域は開放状態に保つことによって、温度の影響を受けやすい陰極構成要素及びその周辺に熱が伝導すること及び熱が集中することを低減できる。１つ又は複数のコイル状フィラメントによる集束が調整されるように陰極マスクシールドを形成することにより、スマート陰極は、集束力を損失することなく、診断用途や介入用途に適した電流範囲を実現することができる。この技術的効果は、Ｘ線管の寿命が長くなる、Ｘ線管の信頼性が向上する、及びＸ線ビームの放出性能が向上することである。
【0082】
また、本開示は、陰極用シールドアセンブリのサポートを提供する。陰極用のシールドアセンブリは、第１のシールド部及び第２のシールド部を含み、前記第１のシールド部及び前記第２のシールド部は、物理的に直接接触しないように互いに間隔を置いて配置されている。システムの第１の実施例では、前記第１のシールド部は、ディスクシールドと陰極マスクとを含み、前記第２のシールド部は前記陰極の下部延長体を囲む。システムの第２の実施例では、任意選択で第１の実施例を含み、前記ディスクシールドは、湾曲したリップを有する実質的に凹状のディスクを含み、前記陰極マスクは、陰極カップを受けるように構成された中央開口部を含む。システムの第３の実施例では、第１及び第２の実施例の一方の実施例又は両方の実施例を任意選択で含み、前記ディスクシールドは第１の切り抜き部を含み、陰極カップが前記第１の切り抜き部から突出し、前記第１の切り抜き部は実質的に長方形であり、前記ディスクシールドの中心からずれている。システムの第４の実施例では、第１から第３の実施例のうちの１つ以上の実施例又は各実施例を任意選択で含み、前記第２のシールド部は実質的にリング形状である。システムの第５の実施例において、第１から第４の実施例のうちの１つ以上の実施例又は各実施例を任意選択で含み、前記陰極マスクは、長方形の延長部を有する柱形状である。システムの第６の実施例では、第１から第５の実施例のうちの１つ以上の実施例又は各実施例を任意選択で含み、前記第２のシールド部は、第１の円形開口部側にフレア状リップを有するとともに、対向する第２の円形開口部側に平坦なリムを有するリング状部材である。システムの第７の実施例では、第１から第６の実施例のうちの１つ以上の実施例又は各実施例を任意選択で含み、前記ディスクシールド及び前記陰極マスクは、一体的に形成された単一の連続部材である。
【0083】
本開示は、Ｘ線装置用の陰極アセンブリのサポートも提供する。Ｘ線装置用の陰極アセンブリは、集束要素を収容する陰極カップ、前記陰極カップを絶縁体に結合する下部延長体であって、電気リード線を囲む下部延長体、及び第１のシールド部及び第２のシールド部を含む陰極シールドアセンブリであって、前記第１のシールド部及び前記第２のシールド部は、物理的に直接接触しないように互いに間隔を空けて配置されている、陰極シールドアセンブリを含む。システムの第１の実施例では、前記第１のシールド部はディスクシールド及び陰極マスクを含み、前記第２のシールド部は前記下部延長体を囲む。システムの第２の実施例では、第１の実施例を任意選択で含み、システムは、前記第１のシールド部と前記第２のシールド部との間にギャップ間隔を含み、前記ギャップ間隔は、前記陰極カップの後面と前記下部延長体の一部を露出させる。システムの第３の実施例では、第１の実施例及び第２の実施例のうちの一方又は両方の実施例を任意選択で含み、前記第１のシールド部及び前記第２のシールド部は、電解研磨されたニッケルから形成されている。システムの第４の実施例では、第１から第３の実施例のうちの１つ以上の実施例又は各実施例を任意選択で含み、前記陰極カップは、前記下部延長体に、傾斜するように取り付けられている。システムの第５の実施例では、第１から第４の実施例のうちの１つ以上の実施例又は各実施例を任意選択で含み、前記集束要素は、２つ以上のコイル状フィラメントを含む。システムの第６の実施例では、第１から第５の実施例のうちの１つ以上の実施例又は各実施例を任意選択で含み、前記ディスクシールドは、湾曲したリップを有する実質的に凹状のディスクを含み、前記陰極マスクは、前記陰極カップを受け入れるように構成された中央開口部を有し、前記第２のシールド部は、実質的にリング形状である。
【0084】
また、本開示は、イメージングシステムのサポートを提供する。イメージングシステムは、集電極アセンブリ、陽極アセンブリ、電子ビームを前記陽極アセンブリに集束させるように構成された陰極アセンブリ、及びフレームであって、前記集電極アセンブリ、前記陽極アセンブリ、及び陰極アセンブリの少なくとも一部を収容するフレームを含み、前記陰極アセンブリは、下部延長体に取り付けられた陰極カップと、陰極シールドアセンブリとを含み、前記陰極シールドアセンブリは、第１のシールド部及び第２のシールド部を含み、前記第１のシールド部及び前記第２のシールド部は、接触しないように、互いに間隔を空けて配置されている。システムの第１の実施例では、前記第１のシールド部はディスクシールド及び陰極マスクを含み、前記第２のシールド部は前記下部延長体を囲む。システムの第２の実施例では、第１の実施例を任意選択で含み、前記陰極シールドアセンブリは、前記陰極カップの、電界応力強度が強度の閾値より小さく、前記フレームに対するビューファクタが放射率の閾値より大きい部分を露出させる。システムの第３の実施例では、第１の実施例及び第2の実施例のうちの一方又は両方の実施例を任意選択で含み、前記集電極アセンブリは、前記陽極アセンブリによって生成されたＸ線が放出される窓と、前記イメージングシステム内で後方散乱電子を吸収するための電子コレクタとを含む。システムの第４の実施例では、第１から第３の実施例のうちの１つ以上の実施例又は各実施例を任意選択で含み、前記陽極アセンブリは、前記電子ビームが集束されるターゲット、ロータ、及び軸受アームを含む。
【0085】
図２～図１０は、様々な要素の相対的な位置関係の例示的な構成を示している。要素が、互いに直接的に接触している、又は直接的に結合しているように図示されている場合、これらの要素は、少なくとも１つの実施例では、それぞれ、直接的に接触している要素又は直接的に結合している要素と呼ぶことができる。同様に、互いに連続する又は隣接するように示された要素は、少なくとも一実施例では、それぞれ、互いに連続する要素又は互いに隣接する要素と呼ぶことができる。一例として、互いに面接触している要素は、面接触している要素と呼ぶことができる。別の例として、互いに離れて配置された要素が、要素と要素との間にスペースが存在するが他の要素が存在しない場合、少なくとも一例において、互いに離れている要素と呼ぶことができる。また、別の例として、互いに上下、互いに反対側、又は互いに左右に示される要素は、互いに、上下の要素、反対側の要素、又は左右の要素と呼ぶことができる。更に、図に示すように、少なくとも１つの例では、最上部の要素又は要素の最上点は、要素の「上部」と呼ぶことができ、最下部の要素又は要素の最下点は、要素の「下部」と呼ぶことができる。本明細書では、上部／底部、上側／下側、上／下は、図の垂直軸に対する相対的なものを表しており、図の要素の互いの相対的な位置を説明するために使用される。このように、他の要素の上に示される要素は、一例では、他の要素の上に垂直に配置される。更に別の例として、図に示された要素の形状は、それらの形状（例えば、円形、直線、平面、曲線、丸みのある、面取りされた、角度が付けられた、など）を有していると言うことができる。更に、互いに交差するように示された要素は、少なくとも一つの例では、交差する要素又は互いに交差する要素と呼ぶことができる。更に、別の要素内に示された要素、又は別の要素の外側に示された要素は、一例では、別の要素内に示されている又は別の要素の外側に示されている要素と呼ぶことができる。
【0086】
本明細書において、単数形で記載され、単語「１つの（ａ）」又は「１つの（ａｎ）」が先行する要素又はステップは、除外することが明示的に記載されていない限り、複数の当該要素又はステップを除外しないものとして理解されるべきである。更に、本発明の「一実施形態」に言及することは、記載された特徴も組み込んだ追加の実施形態の存在を除外するものとして解釈されることを意図するものではない。更に、反対のことを明示的に述べない限り、特定の特性を有する１つの要素又は複数の要素を「含む、有する、備える（comprising）」、「含む、有する、備える（including）」、又は「含む、有する、備える（having）」実施形態は、当該特性を有していない追加の要素を含むことができる。用語 「including」及び「in which」は、それぞれの用語「comprising」及び「wherein」の平易な文言の均等語として使用されている。更に、「第１の」、「第２の」、及び「第３の」などの用語は、単にラベルとして使用され、対象に対して数値要件又は特定の位置的順位を課すことを意図するものではない。
【0087】
本明細書において、「約」という用語は、特に指定されない限り、その範囲の±５％を意味すると解釈され、「実質的に凹状」という用語は、要素が、完全な凹状でなくても、当業者が凹状であるとみなすのに十分に足りる形状であることを意味する。本明細書おいて「実質的に長方形」という用語は、要素が、完全な長方形でなくても、当業者が長方形であるとみなすのに十分に足りる形状であることを意味する。本明細書において、「実質的に柱状」という用語は、要素が、完全な柱状でなくても、当業者が柱状であるとみなすのに十分に足りる形状であることを意味する。
【0088】
ここに記載された説明は、実施例を用いて本発明（最良の態様を含む）を開示し、また、当業者が本発明を実施すること（任意の装置又はシステムを製造すること及び使用すること、並びに組み込まれた任意の方法を実行することを含む）ができるようにするものである。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者が思い浮かぶ他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異なっていない構造要素を含む場合、又は特許請求の範囲の文言と実質的に異なっていない均等な構造要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0089】
１０ イメージングシステム
１２ Ｘ線源
１４ Ｘ線ビーム
１６ 物体
１８ 検出器アセンブリ
２０ プロセッサ
２２ コンピュータ
２４ オペレータコンソール
２６ 表示装置
２８ 記憶装置
３０ 線源コントローラ
４０ Ｘ線管
４２ 陽極アセンブリ
４４ 陰極アセンブリ
４６ フレーム
４８ 陽極
５０ 軸受アセンブリ
５２ 陰極
５４ 空間
５８ 中央絶縁シェル
６０ マスク
６２ 陰極カップ
６４ Ｘ線
６６ ターゲット
６８ 窓
７０ 中心線
７２ ロータ
７４ 開口部
７６ 中央シャフト
７８ スリーブ
８０ 冷媒流路
８２ 集束電極アセンブリ
８４ 電子コレクタ
２００ Ｘ線源
２０２ 第１のシールド部
２０４ 第２のシールド部
３００ 陰極アセンブリ
３０２ 第１のシールド部
３０４ 第２のシールド部
３１０ リップ
３１２ 平坦領域
３１４ 傾斜移行部
３１５ 第１の中心線
３１６ 表面
３１７ 中心軸
３２２ 第１の外面
３２４ 面
３２６ 延長部
３２８ 側壁
３３０ 第２の外面
３３２ 前面パネル
３３８ 外周縁
３４０ 中央開口部
３５８ 大きい絶縁体
３６２ 陰極マスク
３６５ ディスクシールド
３７５ 集束要素
３７６ 第１のフィラメント
３７８ 第２のフィラメント
３８０ 第３のフィラメント
４０４ 第１の内面
４０５ 下部延長体
４０６ 外側部分
４０８ 内側部分
４１２ ディスクシールド幅
４１６ 外周縁
４１８ 傾斜角度
４２０ 長さ
４２４ 第１のオフセット
４２６ 後面
４２８ 小さい絶縁体
４４０ エアギャップ
４４４ ベース
４４６ 絶縁体
４４８ 溶接パッド
４６０ 取付け壁
４６２ 面
４６４ 第２の破線
４６６ 傾斜角度
４６８ スリーブ部品
４７２ フレア状リップ
４７４ リム
４７６ 第３の長さ
４７８ ギャップ間隔
４８０ 開口面
５０２ 点線
６０２ 第１のチャネル
６０４ 第２のチャネル
６０６ 第３のチャネル
６０８ 第１の軸
６１０ 第２の軸
６１２ 第３の軸
６１４ 第４の軸
６７４ 第２の曲げ寸法
６７６ 第１の曲げ寸法
６８０ 第１の曲げ部
６８２ 第２の曲げ部
６８４ 第３の曲げ部
６８６ 第４の曲げ部
７０２ 第１の面
７０４ 第２の面
７１８ 縁部
８００ 陰極マスク
８０２ 対称線
８０３ 水平中心線
８０４ 第１の側壁
８０６ 第２の側壁
８０８ 第３の側壁
８１０ 延長部
８１１ 長方形の延長部
８１２ 前面パネル
８１４ 移行面
８１６ 第１のセグメント
８１８ 第２のセグメント
８２２ 第１の高さ
８２４ 周辺面
８２５ 外周面
８２６ 第１の深さ
８３０ 第３の長さ
８３２ 第３のセグメント
８３４ 第４のセグメント
８３８ 第１の幅
８４０ 第２の深さ
８４２ 第２の高さ
８４４ 第３の高さ
８４６ 第２の高さ
８４８ 延長面
８５０ 外側シールド面
８５２ 内側シールド面
８５２ 内部シールド面
９０４ 壁
９０６ 外周縁
９０８ 第１の軸
９１０ 第１の長さ
９１１ 中心線
９１２ 曲げ角度
９１４ 第２の軸
９１６ 第３の軸
９１８ 第１の曲げ部
９２０ 第１の曲げ半径
９２２ 第２の曲げ部
９２４ 第２の曲げ半径
９２６ 第４の軸
９２８ 第１の曲げ長さ
９３０ 第２の曲げ長さ
１０００ 第２のシールド部
１００２ 半径方向対称線
１００４ 環状壁
１００６ 環状外面
１００８ 環状内面
１０１０ フレア状リップ
１０１２ 縁部
１０１４ 内面
１０１６ 外面
１０１８ 環状長さ
１０２０ 第１の内径
１０２２ 第２の内径
１２ Ｘ線源
１４ Ｘ線ビーム
１６ 物体
１８ 検出器アセンブリ
２０ プロセッサ
２２ コンピュータ
２４ オペレータコンソール
２６ 表示装置
２８ 記憶装置
３０ 線源コントローラ
４０ Ｘ線管
４２ 陽極アセンブリ
４４ 陰極アセンブリ
４６ フレーム
４８ 陽極
５０ 軸受アセンブリ
５２ 陰極
５４ 空間
５８ 中央絶縁シェル
６０ マスク
６２ 陰極カップ
６４ Ｘ線
６６ ターゲット
６８ 窓
７０ 中心線
７２ ロータ
７４ 開口部
７６ 中央シャフト
７８ スリーブ
８０ 冷媒流路
８２ 集束電極アセンブリ
８４ 電子コレクタ
２００ Ｘ線源
２０２ 第１のシールド部
２０４ 第２のシールド部
３００ 陰極アセンブリ
３０２ 第１のシールド部
３０４ 第２のシールド部
３１０ リップ
３１２ 平坦領域
３１４ 傾斜移行部
３１５ 第１の中心線
３１６ 表面
３１７ 中心軸
３２２ 第１の外面
３２４ 面
３２６ 延長部
３２８ 側壁
３３０ 第２の外面
３３２ 前面パネル
３３８ 外周縁
３４０ 中央開口部
３５８ 大きい絶縁体
３６２ 陰極マスク
３６５ ディスクシールド
３７５ 集束要素
３７６ 第１のフィラメント
３７８ 第２のフィラメント
３８０ 第３のフィラメント
４０４ 第１の内面
４０５ 下部延長体
４０６ 外側部分
４０８ 内側部分
４１２ ディスクシールド幅
４１６ 外周縁
４１８ 傾斜角度
４２０ 長さ
４２４ 第１のオフセット
４２６ 後面
４２８ 小さい絶縁体
４４０ エアギャップ
４４４ ベース
４４６ 絶縁体
４４８ 溶接パッド
４６０ 取付け壁
４６２ 面
４６４ 第２の破線
４６６ 傾斜角度
４６８ スリーブ部品
４７２ フレア状リップ
４７４ リム
４７６ 第３の長さ
４７８ ギャップ間隔
４８０ 開口面
５０２ 点線
６０２ 第１のチャネル
６０４ 第２のチャネル
６０６ 第３のチャネル
６０８ 第１の軸
６１０ 第２の軸
６１２ 第３の軸
６１４ 第４の軸
６７４ 第２の曲げ寸法
６７６ 第１の曲げ寸法
６８０ 第１の曲げ部
６８２ 第２の曲げ部
６８４ 第３の曲げ部
６８６ 第４の曲げ部
７０２ 第１の面
７０４ 第２の面
７１８ 縁部
８００ 陰極マスク
８０２ 対称線
８０３ 水平中心線
８０４ 第１の側壁
８０６ 第２の側壁
８０８ 第３の側壁
８１０ 延長部
８１１ 長方形の延長部
８１２ 前面パネル
８１４ 移行面
８１６ 第１のセグメント
８１８ 第２のセグメント
８２２ 第１の高さ
８２４ 周辺面
８２５ 外周面
８２６ 第１の深さ
８３０ 第３の長さ
８３２ 第３のセグメント
８３４ 第４のセグメント
８３８ 第１の幅
８４０ 第２の深さ
８４２ 第２の高さ
８４４ 第３の高さ
８４６ 第２の高さ
８４８ 延長面
８５０ 外側シールド面
８５２ 内側シールド面
８５２ 内部シールド面
９０４ 壁
９０６ 外周縁
９０８ 第１の軸
９１０ 第１の長さ
９１１ 中心線
９１２ 曲げ角度
９１４ 第２の軸
９１６ 第３の軸
９１８ 第１の曲げ部
９２０ 第１の曲げ半径
９２２ 第２の曲げ部
９２４ 第２の曲げ半径
９２６ 第４の軸
９２８ 第１の曲げ長さ
９３０ 第２の曲げ長さ
１０００ 第２のシールド部
１００２ 半径方向対称線
１００４ 環状壁
１００６ 環状外面
１００８ 環状内面
１０１０ フレア状リップ
１０１２ 縁部
１０１４ 内面
１０１６ 外面
１０１８ 環状長さ
１０２０ 第１の内径
１０２２ 第２の内径
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【手続補正書】
【提出日】2024-08-02
【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】
陰極用のシールドアセンブリであって、
第１のシールド部（２０２）及び第２のシールド部（２０４）を含み、
前記第１のシールド部及び前記第２のシールド部は、物理的に直接接触しないように互いに間隔を置いて配置されている、シールドアセンブリ。
第１のシールド部（２０２）及び第２のシールド部（２０４）を含み、
前記第１のシールド部及び前記第２のシールド部は、物理的に直接接触しないように互いに間隔を置いて配置されている、シールドアセンブリ。
【請求項2】
前記第１のシールド部（３０２）は、ディスクシールド（３６５）と陰極マスク（３６２）とを含み、前記第２のシールド部（３０４）は前記陰極の下部延長体（４０５）を囲む、請求項１に記載のシールドアセンブリ。
【請求項3】
前記ディスクシールド（３６５）は、湾曲したリップ（３１０）を有する実質的に凹状のディスクを含み、前記陰極マスクは、陰極カップ（６２）を受けるように構成された中央開口部（３４０）を含む、請求項２に記載のシールドアセンブリ。
【請求項4】
前記ディスクシールド（３６５）は第１の切り抜き部を含み、陰極カップ（６２）が前記第１の切り抜き部から突出し、前記第１の切り抜き部は略長方形であり、前記ディスクシールドの中心からずれている、請求項２に記載のシールドアセンブリ。
【請求項5】
前記第２のシールド部（３０４）は略リング形状である、請求項１に記載のシールドアセンブリ。
【請求項6】
前記陰極マスク（３６２）は、長方形の延長部を有する柱形状である、請求項２に記載のシールドアセンブリ。
【請求項7】
前記第２のシールド部（３０４）は、第１の円形開口部側にフレア状リップ（４７２）を有するとともに、対向する第２の円形開口部側に平坦なリム（４７４）を有するリング状部材である、請求項１に記載のシールドアセンブリ。
【請求項8】
前記ディスクシールド及び前記陰極マスクは、一体的に形成された単一の連続部材（２０２）である、請求項２記載のシールドアセンブリ。
【請求項9】
Ｘ線装置用の陰極アセンブリであって、
集束要素（３７５）を収容する陰極カップ（６２）、
前記陰極カップを絶縁体（５８）に結合する下部延長体（４０５）であって、電気リード線（５６）を囲む下部延長体、及び
第１のシールド部（２０２）及び第２のシールド部（２０４）を含む陰極シールドアセンブリであって、前記第１のシールド部及び前記第２のシールド部は、物理的に直接接触しないように互いに間隔を空けて配置されている、陰極シールドアセンブリ
を含む陰極アセンブリ。
集束要素（３７５）を収容する陰極カップ（６２）、
前記陰極カップを絶縁体（５８）に結合する下部延長体（４０５）であって、電気リード線（５６）を囲む下部延長体、及び
第１のシールド部（２０２）及び第２のシールド部（２０４）を含む陰極シールドアセンブリであって、前記第１のシールド部及び前記第２のシールド部は、物理的に直接接触しないように互いに間隔を空けて配置されている、陰極シールドアセンブリ
を含む陰極アセンブリ。
【請求項10】
前記第１のシールド部（３０２）はディスクシールド（３６５）及び陰極マスク（３６２）を含み、前記第２のシールド部（３０４）は前記下部延長体を囲む、請求項９に記載の陰極アセンブリ。
【請求項11】
前記第１のシールド部と前記第２のシールド部との間にギャップ間隔（４７８）を含み、前記ギャップ間隔は、前記陰極カップの後面（４２６）と前記下部延長体の一部を露出させる、請求項９に記載の陰極アセンブリ。
【請求項12】
前記第１のシールド部（３０２）及び前記第２のシールド部（３０４）は、電解研磨されたニッケルから形成されている、請求項９に記載の陰極アセンブリ。
【請求項13】
前記陰極カップ（６２）は、前記下部延長体（４０５）に、傾斜するように取り付けられている（４６６）、請求項９に記載の陰極アセンブリ。
【請求項14】
前記集束要素（３７５）は、２つ以上のコイル状フィラメントを含む、請求項９に記載の陰極アセンブリ。
【請求項15】
前記ディスクシールド（３６５）は、湾曲したリップ（３１０）を有する略凹状のディスクを含み、前記陰極マスク（３６２）は、前記陰極カップ（６２）を受け入れるように構成された中央開口部（３４０）を有し、前記第２のシールド部（３０４）は、略リング形状である、請求項１０に記載の陰極アセンブリ。
【外国語明細書】