CN102119000B

CN102119000B - 电压调制的x射线管

Info

Publication number: CN102119000B
Application number: CN2009801303564A
Authority: CN
Inventors: S·莱韦内; A·阿尔特曼
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2029-07-22
Also published as: EP2309928B1; WO2010015960A1; EP2309928A1; CN102119000A; US8755488B2; US20110122996A1

Abstract

一种系统包括：辐射源(110)，所述辐射源包括阳极(112)和阳极(114)；高电压发生器(202)，所述高电压发生器产生被施加在所述阳极(112)和所述阴极(114)两端的源电压，其中，所述源电压将来自所述阴极(114)的电子向所述阳极(112)加速；以及调制波发生器(204)，所述调制波发生器产生具有非零振幅的调制电压波，所述调制电压波与源电压组合并在至少两个不同电压之间调制源电压。

Description

电压调制的X射线管

下文总体涉及X射线管，其具体应用于计算机断层摄影（CT）。然而，本申请还适于其他医学成像应用和包括行李处理的非医学成像应用。

常规的计算机断层摄影（CT）扫描器包括与探测器阵列相对安装在可旋转扫描架上的X射线管。X射线管绕位于X射线管和探测器阵列之间的检查区域旋转并发射穿过检查区域和置于检查区域中的受检者和/或对象的辐射。探测器阵列探测穿过检查区域的辐射并产生指示检查区域的信号。重建器重建该信号以产生体积图像数据，该体积图像数据可以用于产生被扫描受检者和/或对象的一幅或多幅图像。所得的图像一般包括通常根据与相对辐射强度对应的灰阶值表示的像素。这种信息反映被扫描受检者和/或对象的衰减特性，并且一般示出诸如患者体内的解剖结构、无生命对象内部的物理结构等的结构。

探测到的辐射还包括谱信息，因为受检者和/或对象对辐射的吸收取决于从其中穿过的光子的能量。这种X射线谱信息提供诸如指示组织和/或对象的原子成分、元素成分或材料成分的信息的额外信息。然而，利用常规的CT，投影数据并不能反映谱特性，因为由一个或多个探测器输出的信号与在整个能量谱中积分的能量通量成比例。在谱CT中，谱特性用于提供进一步的信息，例如原子或元素成分信息。一种用于获得谱特性的方法是使用包括具有不同谱敏感度的至少两个光电传感器的探测器。另一种用于获得谱信息的方法是在两个不同的有效电压之间切换单个X射线管的发射电压、探测辐射并产生针对每个发射电压的独立图像。遗憾的是，常规的发射谱切换技术的切换速度有限。用于获得谱特性的另一种方法是利用工作在不同阳极电压的两个X射线管，并交替操作各管以进行连续扫描或连续观察。然而，这一技术往往要非常繁琐并且包括昂贵的仪器。因此，存在未解决的对其他技术和/或改进技术的需求。

本申请的各方面解决了上述问题和其他问题。

根据一个方面，一种用于调制X射线管的电压的系统包括：辐射源，所述辐射源包括阳极和阴极；高电压发生器，所述高电压发生器产生施加于阳极和阴极两端的源电压，其中，源电压将来自阴极的电子向阳极加速；调制波发生器，所述调制波发生器产生具有非零振幅的调制电压波，所述调制电压波与源电压组合并在至少两个不同电压之间调制源电压；以及定时电路，所述定时电路产生用10kHz和50kHz之间的频率触发所述调制波发生器以调制所述源电压的信号。

根据另一方面，一种用于调制X射线管的电压的方法包括：产生用于成像系统的辐射源的源电压，其中，该源电压被施加于辐射源的阳极和阴极两端，并且辐射源基于该源电压产生辐射；产生调制电压波；并使用调制波发生器利用该调制电压波在至少两个不同电压之间调制所述源电压；使用定时电路产生用10kHz和50kHz之间的频率触发所述调制波发生器以调制所述源电压的信号。

根据另一方面，一种成像系统包括：辐射源，所述辐射源关于检查区域旋转并发射穿过检查区域的辐射，其中，辐射源产生具有能量谱的辐射，在成像程序期间在至少两个不同能量谱之间有选择地交替调制所述能量谱。该成像系统还包括调制波发生器，所述调制波发生器产生调制电压波，所述调制电压波在成像程序期间在至少两个不同能量谱之间调制能量谱。该成像系统还包括辐射敏感探测器，所述辐射敏感探测器探测穿过检查区域的辐射并产生指示所述辐射的信号。

本发明可以实施为不同的部件或部件布置，以及实施为不同的步骤和步骤安排。附图仅用于图示说明优选实施例，而不应解释为是对本发明的限制。

图1示出了一种范例成像系统；

图2示出了一种范例辐射源控制器；

图3示出了一种范例方法。

图1图示说明了计算机断层摄影（CT）扫描器100，其包括固定扫描架102和由固定扫描架102旋转地支撑的旋转扫描架104。旋转扫描架104绕检查区域106关于纵向或z轴108旋转。

辐射源110由旋转扫描架104支撑并随旋转扫描架104一起绕检查区域106旋转。辐射源110发射辐射，准直器对所发射的辐射进行准直以产生穿过检查区域106一般为扇形、楔形或锥形的辐射束。在图示的范例（也参见图2）中，辐射源110是诸如静电聚焦三极管的X射线管，其包括阳极112、阴极114和射束切换栅格116。在其他实施例中，辐射源110可以包括一个或多个其他栅格（四极管、五极管等）。此外，辐射源110可以备选地以磁性方式或以其他方式聚焦。

辐射源控制系统118控制供应给辐射源110的电压。这种控制包括在至少两个不同电压或发射谱之间调制源电压。如以下更为详细的描述，在一个实例中，通过利用具有一振幅的调制波调制非零参考高电压来如此调制源电压以在至少两个不同电压之间进行切换，其中所述调制波与所述参考电压组合。辐射源控制系统118还触发栅格电压的调制以开启和关闭X射线束，以及触发对聚焦电极电压的调制以与对参考电压进行的调制同布地聚焦电子束。

辐射敏感探测器120探测穿过检查区域106的光子并产生指示所述光子的信号。合适的探测器包括直接转换探测器或包括与光电二极管光通信的闪烁体的基于闪烁体的探测器。在另一实施例中，探测器120包括能量分辨探测器，能量分辨探测器例如为参考提交于2006年4月10日专利申请号为PCT/IB2006/051091、公布号为WO2006114716A3、并且题为“DOUBLE DECKER DETECTOR FOR SPECTRAL CT”的专利加以描述的能量分辨探测器。

这种能量分辨探测器可以包括具有第一谱敏感度的第一区域以及具有第二不同谱敏感度的至少第二区域，其中，第一区域探测具有与第一谱敏感度对应的能量的光子并产生指示所述光子的信号，并且第二区域探测具有与第二谱敏感度对应的能量的光子并产生指示所述光子的信号。使用这种探测器可以提供能够改善谱分辨率的额外谱信息。

处理电路122处理所述信号。图示的处理电路122包括多个子处理器124₁、…、124_N，其中，N为大于一的整数。子处理器124中的每个被配置成处理针对不同发射谱的信号。例如，在图示的实施例中，子处理器124₁（SP₁）被配置成处理针对第一发射谱的信号，并且子处理器124_N（SP_N）被配置成处理针对第N发射谱的信号。

开关126将所述信号发送至适当的子处理器124。如下文更为详细的描述，开关126与辐射源电压的调制相协同地进行切换。

重建器128基于发射谱重建经处理的信号并分别产生指示被扫描对象或人的成分的体积图像数据。

图像发生器130基于所述体积图像数据产生图像。在一个实例中，这包括产生针对第一源发射谱的第一图像以及针对第二源发射谱的第二图像。这种图像的比较提供了谱信息，所述谱信息可以用于区分组织和/或无生命对象的原子或元素成分。

诸如扫描床的支撑物132支撑诸如待扫描患者的对象或受检者。

通用计算系统充当操作员控制台134。驻留在控制台134上的软件允许操作员控制系统100的操作。这种控制可以包括选择诸如谱成像协议的扫描协议，所述扫描协议调制源电压以切换发射谱。

应当认识到，通过经由调制波以观察（积分区间）频率或更大的频率、或以与探测器的行或探测器的二维矩阵对应的频率快速切换源电压，能够降低利用不同谱敏感度产生的图像之间的相对运动。在一个实例中，这可以相对于不调制源电压的配置改善谱分辨率。这还可以相对于切换电压但不采用急剧方波而采用轻微上下滑动的电压的系统改善谱分辨率。

图2示出了辐射源控制系统118的非限制性范例。图示的辐射源控制系统118包括高电压发生器202，所述高电压发生器产生用于辐射源110的高电压。这种电压可以处于50kV到150kV的范围，例如110kV或其他电压。针对具体扫描产生的电压可以取决于在选定谱协议中限定的不同电压，所述普协议例如为针对诊断需求和患者身材大小定制的协议。

调制波发生器204产生用于调制所产生的高电压的调制波。在这一范例中，调制波发生器204产生一般为方波的调制电压，其在两个不同电压之间调制高电压。例如，具有大约±50kV振幅的100kV方形调制波将100kV的高电压信号从大约50kV调制到大约150kV。在另一范例中，具有30kV（±30kV）振幅的60kV方形调制波将110kV的高电压信号从大约80kV调制到大约140kV。波的值可以取决于在选定谱协议中限定的电压和所产生的高电压的值。在另一实施例中，调制波可以是不同的形状。应当认识到，可以用N步调制电压，例如80kV、90kV、100kV…140kV。在这一实例中，一般而言，各步之间的跃变应当尽可能地急剧。急剧的跃变可以通过可以在电磁管中发生的以中间的阳极电压产生X射线来减轻谱对比度的下降。

将经调制的高电压施加于阳极112和阴极114两端并将来自阴极114的电子向阳极112加速。这种电子可以在脱离阳极112的灯丝时被“加热至沸点（boiled）”，例如，经由热电子发射或以其他方式提供。电子流提供从阴极114到阳极112的电流，并且电子撞击阳极112，产生X辐射和热。

聚焦电极212将经加速的电子聚焦在阳极112上的靶标区域。聚焦电极电压发生器206提供聚焦电极电压。一般而言，聚焦电极电压取决于施加在阳极112和阴极114两端的电压、选定的分辨率和/或其他特性。通过向聚焦电极212施加调制波振幅的一部分来在源电压调制期间维持聚焦。在图示的实施例中，电压调整器208相应地缩放振幅。

聚焦电极电压与高电压的调制相协同地或同步地进行调制。一般而言，聚焦电极电压的调制与高电压的调制成比例。通过非限制性的范例，在一个实例中，与在75kV和150kV之间调制高电压相协同地在-2kV和-4kV之间调制聚焦电极电压。合适的聚焦电极电压对电子进行聚焦以便产生相对窄或短的焦斑，这可以减轻能够在较大焦斑情况下发生的模糊。

栅格电压发生器210产生用于切换栅格116的栅格电压，所述切换栅格允许或禁止电流或电子从阴极114流至阳极112。在一个实例中，栅格电压发生器210与高电压的调制相协同地或同步地调制栅格电压。这可以减轻在较低的阳极电压下阴极114处电子的“聚束”。这还可以从处于较低阳极电压的阳极112汲取更大的电流，此时，X射线通量相对低。这样，不管对经调制的高电压的振幅如何，都可以维持相同的电流水平。在一个实施例中，栅格电压调制可以用于增加阳极电流和较低阳极电压下的管输出，以补偿所产生的较低能量的X射线的效力方面的降低。在一个实施例中，略去了栅格电压发生器208。

定时电路214产生触发调制波发生器204的信号。在一个实例中，定时电路214触发调制波发生器204从而以大约为观察频率（积分区间频率）的频率、或以与探测器的行或整个探测器板（tile）对应的频率来调制高电压，所述整个探测器板包括光电传感器的二维矩阵。一般而言，观察频率是捕获数据的频率或积分区间频率。通过非限制性的范例，定时电路214可以用10kHz和50kHz之间的频率、例如30kHz的频率来触发调制波发生器204。定时电路214信号还与高电压的调制相协同地或同步地触发开关126以切换至适当的子处理器，或者定时电路214信号可以简单地触发将从单个处理器产生的数据存储至适当的存储位置的软件。

通过范例，在一个实例中，所述信号可以触发波发生器204以产生+30kV，其与高电压电源供应的110kV相组合，以便在辐射源110上施加140kV。在这一实例中，该信号还触发开关126，使得由信号处理器SP_140kV处理探测器信号，和/或将所述探测器信号存储在相应的存储器中。在另一实例中，该信号可以触发波发生器204以产生-30kV，其与高电压电源供应的110kV相组合，以便在辐射源110上施加80kV。在这一实例中，该信号还触发开关126，使得由信号处理器SP_80kV处理探测器信号，和/或将所述探测器信号存储在相应的存储器中。

如上所述，处理电路122基于发射谱采用具体的子处理器124。将所得的能量分辨信号提供给重建器128，如上所述，重建器128重建所述信号以产生体积图像数据。同样如上所述，图像发生器130基于所述体积图像数据产生谱图像，其可以用于区分被扫描组织和/或无生命对象的原子或元素成分。

应当认识到，通过经由调制波以观察频率或与探测器的行或二维矩阵探测器对应的频率快速切换源电压，能够降低由不同谱敏感度产生的图像间的运动模糊。在一个实例中，这可以相对于不调制源电压的配置改善谱分辨率。此外，通过利用标准方波进行切换，无需插入中间电压，可以相对于使用正弦或三角波调制或其中方波具有圆滑分布图的调制的配置改善谱分辨率。

图3示出了一种方法。在302，产生用于辐射源110的高电压。在304，基于调制波在至少两个不同电压之间调制高电压。如本文的论述，这可以包括产生具有一振幅以相应地调制高电压并且在可以改善谱分辨率的频率下的方波或其他形状的步进波。在306，执行谱扫描，其中，针对至少两个不同发射谱中的每个独立捕获数据。在308，重建该谱数据。在310，针对不同发射谱中的至少两个产生谱图像。在312，比较所述图像以确定原子、元素和成分的不同。

在这里已经参考各实施例描述了本发明。在阅读这里的描述后，其他人可以想到修改和变化。本发明旨在解释为包括所有此类落在权利要求及其等同要件的范围内的修改和变化。

Claims

1.一种用于调制X射线管的电压的系统，包括：

辐射源（110），所述辐射源产生辐射，所述辐射源（110）包括：

阳极（112）；以及

阴极（114）；

高电压发生器（202），所述高电压发生器产生被施加在所述阳极（112）和所述阴极（114）两端的源电压，其中，所述源电压将来自所述阴极（114）的电子向所述阳极（112）加速；

调制波发生器（204），所述调制波发生器产生具有非零振幅的调制电压波，所述调制电压波与所述源电压组合并在至少两个不同电压之间调制所述源电压；以及

定时电路（214），所述定时电路产生用10kHz和50kHz之间的频率触发所述调制波发生器（204）以调制所述源电压的信号。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述调制电压波是方波。

3.如权利要求1到2中任一项所述的系统，其中，所述辐射源（110）是静电聚焦的X射线管。

4.如权利要求1到2中任一项所述的系统，其中，所述阴极（114）包括灯丝，并且所述电子从所述灯丝向所述阳极（112）加速。

5.如权利要求1到2中任一项所述的系统，其中，所述辐射源（110）还包括聚焦电极（212），所述聚焦电极将经加速的电子聚焦于所述阳极（112）的靶标区域上，并且所述系统还包括聚焦电极电压发生器（206），所述聚焦电极电压发生器产生被施加在所述聚焦电极（212）两端的聚焦电极电压，其中，所述聚焦电极电压与所述源电压的所述调制相协同地进行调制。

6.如权利要求5所述的系统，还包括电压调整器（208），所述电压调整器缩小所述调制电压波的值并将经缩小的值供应给所述聚焦电极电压发生器（206），所述聚焦电极电压发生器基于所述经缩小的值产生所述聚焦电极电压。

7.如权利要求5所述的系统，其中，成比例地调制所述聚焦电极电压和所述源电压。

8.如权利要求1到2中任一项所述的系统，其中，所述辐射源（110）还包括位于所述阳极（112）和所述阴极（114）之间的切换栅格（116），所述切换栅格在开启时抑制从所述阴极（114）到所述阳极（112）的电子流。

9.如权利要求8所述的系统，还包括栅格电压发生器（210），所述栅格电压发生器产生栅格电压，所述栅格电压有选择地开启和关闭所述切换栅格（116）。

10.如权利要求9所述的系统，其中，同步地调制所述栅格电压和所述源电压，其中，所述栅格电压在较低源电压下增加，从而在所述较低源电压下增加阳极电流，此时，电子产生更少的X射线，其中所述电子中的每个电子具有较低能量。

11.如权利要求1所述的系统，其中，所述源电压调制每个积分区间。

12.一种用于调制X射线管的电压的方法，包括：

产生用于成像系统（100）的辐射源（110）的源电压，其中，所述源电压被施加在所述辐射源（110）的阳极（112）和阴极（114）两端，并且所述辐射源（110）基于所述源电压产生辐射；

产生调制电压波；以及

使用调制波发生器利用所述调制电压波在至少两个不同电压之间调制所述源电压；

使用定时电路产生用10kHz和50kHz之间的频率触发所述调制波发生器以调制所述源电压的信号。

13.如权利要求12所述的方法，还包括与调制所述源电压相协同地调制施加在所述辐射源（110）的聚焦电极（212）两端的聚焦电极电压。

14.如权利要求12到13中任一项所述的方法，还包括与调制所述源电压相协同地调制用于所述辐射源的控制栅格（116）的栅格电压。