CN102548174B - 用于操作电子束系统的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于操作电子束系统的方法和系统。呈现用于操作电子束系统的方法。此外，还描述实现该呈现的方法的电子束系统、X射线管(300)和CT系统。该方法包括在成像系统中的X射线管(300)中产生电子束。另外，识别对应于该成像系统的特定视图的电流配置。如果该识别的电流配置在确定的范围内，使用脉冲宽度调制来调制对于该成像系统的特定视图的电子束的占空因数。此外，该调制的电子束朝靶聚焦。
Description
技术领域
本发明的实施例大体上涉及诊断成像，并且更具体地涉及用于在宽动态发射范围中操作电子束系统的方法和系统。
背景技术
计算机断层摄影(CT)在例如临床诊断、工业检查和安全筛选等领域中发现广泛的应用。已经开发若干CT系统例如用于检测乳癌、诊断心血管疾病、进行CT荧光透视和机场行李检查。CT系统需要来自宽观察角范围的大量投影图像用于高质量图像重建。另外，这些CT系统还可能必须控制X射线的电子束强度用于减少患者剂量同时仍然获得期望的图像质量。
为此，常规CT系统采用例如X射线管等装置，其具有用于电子束发射控制的受控灯丝加热。然而，常规的灯丝加热是大约几十毫秒的缓慢过程，从而阻止它在其中例如大约几十微秒等更快的电子束发射控制是可取的应用中的使用。这些X射线管可进一步包括例如静电网格和/或磁性组件等控制工具来控制电子束电流。然而，在这样的X射线管中的电子束电流中的快速变化阻止电子束在靶对象上的适当定位和聚焦。特别地，电子束电流从电子束强度的百分之0至百分之100的调制由于空间电荷力中的变化引起电子互相间的排斥。该空间电荷力中的这些变化进一步影响该X射线管中的电子束的电磁聚焦和偏转，从而影响焦斑大小。
特别地，当用例如大约10毫安培(mA)等低电子束电流和140千伏特(kV)操作X射线管时，电磁力的强烈影响将电子束过度聚焦以在电子束轨迹中形成收缩“腰”。在成像期间将电子束中的该窄化效应反转是富有挑战性的任务。该窄化效应妨碍X射线管精确控制以低电子束电流的电子束在靶位点的定位和聚焦的能力，从而有碍成像系统性能。
开发使X射线管的电子束系统能够在宽动态发射范围中操作的有效方法和系统是可取的。特别地，需要有基于成像要求控制电子束强度来准确地将电子束定位在靶位点的电子束系统。此外，开发控制电子束的聚焦和位置来获得鲁棒的成像系统性能同时保持图像质量和X射线源的耐久性的方法和系统，这也是可取的。
发明内容
根据本技术的方面，呈现用于操作电子束系统的方法。该方法包括在成像系统中的X射线管中产生电子束。另外，识别对应于该成像系统的特定视图的电流配置。如果该识别的电流配置在确定的范围内，使用脉冲宽度调制来调制对于该成像系统的特定视图的电子束的占空因数。此外，该调制的电子束朝靶聚焦。
根据本系统的方面，描述电子束系统。该电子束系统包括产生电子束的发射器，以及关于该发射器维持在正偏置电压或负偏置电压的至少一个电极，其中该电极控制该电子束的强度。此外，该电子束系统包括耦合于该至少一个电极的控制单元。特别地，该控制单元识别对应于X射线管的特定视图的电流配置。当该识别的电流配置在确定的范围内时，该控制单元然后使用脉冲宽度调制来调制对于X射线管的特定视图的电子束的占空因数。
根据本系统的另一个方面，呈现X射线管。该X射线管包括电子束系统。该电子束系统进一步包括产生电子束的发射器，以及关于该发射器维持在正偏置电压或负偏置电压的至少一个电极，其中该电极控制该电子束的强度。此外，该X射线管包括耦合于该至少一个电极的控制单元。特别地，该控制单元识别对应于该X射线管的特定视图的电流配置。当该识别的电流配置在确定的范围内时，该控制单元然后使用脉冲宽度调制来调制对于该X射线管的特定视图的电子束的占空因数。该X射线管还包括当由电子束撞击时产生X射线的靶。
根据本系统的再另一个方面，描述计算机断层摄影系统。该计算机断层摄影系统包括机架和X射线管，该X射线管包括电子束系统。该电子束系统进一步包括产生电子束的发射器，以及关于该发射器维持在正偏置电压或负偏置电压的至少一个电极，其中该电极控制该电子束的强度。此外，该X射线管包括耦合于该至少一个电极的控制单元和引出电极。特别地，该控制单元识别对应于该X射线管的特定视图的电流配置。当该识别的电流配置在确定的范围内时，该控制单元然后使用脉冲宽度调制来调制对于该X射线管的特定视图的电子束的占空因数。该X射线管还包括当由电子束撞击时产生X射线的靶。该计算机断层摄影系统进一步包括用于检测来自对象的衰减电子束的一个或多个检测器元件。
附图说明
当下列详细描述参照附图(其中类似的符号在整个附图中代表类似的部件)阅读时，本技术的这些和其他的特征、方面和优势将变得更好理解，其中：
图1是CT系统的绘画视图；
图2是成像系统的框示意图；
图3是根据本系统的方面的示范性X射线管的图示；
图4是根据本技术的方面的用于调制电子束的占空因数的示范性波形的图形表示；
图5是在图3中图示的束控制单元的示范性部件的图示；
图6是根据本技术的方面描绘用于操作电子束系统的示范性方法的流程图；
图7是根据本技术的方面的采用不同电流配置的电子束系统的示范性操作模式的图形表示。
具体实施方式
下列描述呈现用于操作例如电子注入器等电子束系统的系统和方法。特别地，本文说明的某些实施例描述用于在宽动态发射范围中有效地操作具有可接受的焦斑质量的该电子注入器的系统和方法。尽管下列描述仅包括少数实施例，该电子束系统可在各种其他成像系统和应用中实现来获得高图像质量和优化的剂量控制。通过示例，该电子束系统可在使用维纳尔(Wehlnet)圆柱或场电子发射器的CT系统、X射线系统和电子枪组件中使用。适合实施本系统的各种实现的示范性环境在下列章节中参照图1-2描述。
图1图示用于采集和处理图像数据的示范性CT系统100。在一个实施例中，该CT系统100包括机架102。该机架102进一步包括至少一个X射线辐射源104，其将X射线辐射106的束朝安置在该机架102的对边上的检测器阵列108投射。尽管图1描绘单个X射线辐射源104，在某些实施例中可采用多个辐射源来投射多个X射线束用于从不同的视角采集图像数据。
此外，图2图示根据本技术的方面的与图1的CT系统100相似的成像系统200，其用于采集和处理图像数据。然而，该成像系统200可在一个或多个结构和功能方面不同于CT系统100。通过示例，该成像系统200的检测器阵列108可进一步包括多个检测器元件202，其一起感测通过例如医疗患者或行李等对象204的投射X射线束来采集对应的投影数据。
典型地，在扫描来采集投影数据期间，机架102和安装在其上的部件绕旋转中心206旋转。然而，在其中关于对象204的投影角作为时间的函数变化的某些实施例中，安装的部件可沿一般曲线而非沿圆环段移动。因此，机架102的旋转和X射线辐射源104的操作可由成像系统200的控制机构208控制来从X射线辐射源104的期望视角采集投影数据。在一个实施例中，该控制机构208可包括向X射线辐射源104提供电力和时序信号的X射线控制器210以及控制机架102的旋转速度和位置的机架马达控制器212。该控制机构208还可包括数据采集系统(DAS)214，用于从检测器元件202对模拟数据采样并且将该模拟数据转换成数字信号供随后处理。
由DAS 214采样并且数字化的数据输入到计算装置216。该计算装置216可将该数据存储在存储装置218中，例如软盘驱动器、压缩盘读/写(CD-R/W)驱动器或数字多功能盘(DVD)驱动器等。备选地，图像重建器228可从DAS 214接收采样并且数字化的X射线数据并且进行高速重建。该计算装置216可进一步处理该重建的图像和/或将该重建的图像存储在存储装置218中。
此外，显示器220可通信耦合于计算装置216来允许操作员观察对象图像和相关数据。在一个实施例中，计算装置216可经由控制台222从该操作员接收命令和扫描参数，该控制台222可包括键盘(没有示出)。计算装置216使用操作员供应的和/或系统限定的命令和参数来提供控制信号和信息给DAS 214、X射线控制器210和机架马达控制器212中的一个或多个。另外，计算装置216还可操作传送机系统控制器或台架马达控制器224，其进而控制传送机系统或机动化的台架226。该台架马达控制器224可移动该台架226用于在机架102中适当地安置例如患者等对象204来采集对应的图像数据。
用于将对象204成像的X射线辐射源104典型地是X射线管，其包括至少一个阴极和阳极。当前，X射线管包括电子源来产生电子束，其撞击该阳极来产生X射线。这些电子源通过改变X射线灯丝的电流配置并且因此改变该灯丝的发射温度来控制电子束电流的大小。然而，这些X射线源未能基于扫描要求在逐视图的基础上有效地控制电子束强度和焦斑大小，从而限制了成像选项。如本文使用的，术语“视图”指在特定机架角度采集的投影图像或在投影X射线图像中的帧。此外，根据本技术的方面，X射线辐射源104可对应于X射线管，其为改进的X射线图像提供微秒电流控制和宽的可聚焦发射范围。实现用于以最佳辐射剂量产生具有期望大小和质量的焦斑的微秒电流控制的示范性X射线管参照图3更详细地描述。
图3根据本技术的方面图示示范性X射线管300。该X射线管300可在例如图2中图示的成像系统200等成像系统中用作辐射源。在一个实施例中，该X射线管300包括设置在真空壁304内的注入器302。该X射线管300还包括充当固定或旋转X射线靶(靶306)的阳极306。该靶306连同该注入器302设置在管外壳308内。根据本技术的方面，该注入器302可进一步包括封闭在注入器壁310内的一个或多个部件。通过示例，该一个或多个部件可包括采用发射器312的形式的至少一个阴极用于发射电子束314。特别地，该发射器312可包括平发射面、弯曲发射面或任何其他形状合适的发射面用于根据成像要求发射该电子束314。
此外，在一个实施例中，发射器312通过使用耦合于发射器312的电压源316使大电流通过发射器312而被直接加热。该大电流加热发射器312，从而引起电子束314的发射。备选地，发射器312可使用当受到适当的加热条件时产生电子的热离子电子源318而被间接加热。为此，该热离子电子源318可包括具有高熔点、在高温下稳定的电子发射、低功函数或其组合的材料。因此，该热离子电子源318可通过使用例如灯丝引线或该电压源316使电流通过该热离子电子源318和/或在该热离子电子源318两端施加电压而被加热。被加热的热离子电子源318然后产生一般可称为加热电子束320的电子。发射器312当由该加热电子束320撞击时产生电子束314。
由发射器312产生的电子束314使用聚焦电极324朝靶306聚焦来产生X射线322。该聚焦电极324维持在合适的电势(例如在关于发射器312的负电势)来将电子束314远离该聚焦电极324并且朝靶306聚焦。备选地，该聚焦电极324可维持在等于或与发射器312的电压电势大致上相似的电压电势用于产生平行电子束。
此外，注入器302还可包括至少一个引出电极326用于控制电子束314和/或将电子束314朝靶306聚焦。为此，X射线管300可包括偏置电压电力供应328，其供应合适的电压用于将该引出电极326维持在关于发射器312的正偏置电压或负偏置电压。在某些实施例中，该引出电极326可进一步分成具有不同电压电势的多个区域来进行电子束314从发射器312的不同区域的聚焦和/或偏置发射。
根据本技术的方面，引出电极326和/或聚焦电极324可用于控制X射线管300中的电子束电流。为此，引出电极326可偏置在关于聚焦电极324的正电压，从而在引出电极326和聚焦电极324之间形成电势差。引出电极326和聚焦电极324之间的电势差产生电场330，可用来控制电子束314的强度。
特别地，电场330引起从发射器312发射的电子朝靶306加速。在一个实施例中，电场330越强，电子从发射器312朝靶306的加速度越大。备选地，电场330越弱，电子从发射器312朝靶306的加速度越小。因此，可例如通过使用耦合于偏置电压电力供应328的电压调整片(没有示出)改变引出电极326的电压电势(kV)来调节电场330的强度以控制电子束强度。
此外，在某些实施例中，设置在注入器302和靶306之间的磁性组件332可提供电子束314的另外控制。特别地，该磁性组件332可包括一个或多个多极磁体，其通过在X射线靶306上形成使电子束314成形的磁场而影响电子束314的聚焦。通过示例，该一个或多个多极磁体可包括一个或多个四极磁体、一个或多个双极磁体或其的组合。在一个实施例中，该一个或多个多极磁体产生用于作为电子束314的能量水平的函数将电子束314朝靶306偏转和/或定位的磁场。从而产生的该磁场可进一步从由注入器302产生的宽焦斑大小范围的稳态到亚30微秒时标是可控的。
当在例如CT系统等成像装置中采用注入器302时，必须快速修改电子束电流(典型地大约几十微秒)来优化图像质量和到患者的剂量。然而，如之前注意到的，电子束电流和电压中的快速变化可引起注入器302中的电磁聚焦和空间电荷效应中的快速变化(尤其当在确定的电流值范围内操作时)。通过示例，该确定范围可对应于在大约80kV从大约10mA至大约1500mA的电流值。当以落入该确定范围内的低电子束电流(例如大约10mA等)操作注入器302时，由磁性组件332和电场330产生的电磁力可影响电子束314的定位和焦斑大小以及质量。
因此，在一个实施例中，脉冲宽度调制(PWM)用于调制电子束314的占空因数以避免电磁力对处于低电流的电子束314的定位和聚焦的任何扰乱影响。如本文使用的，术语“占空因数”指电子束“on”时间对特定视图时间的比率。
典型地，CT系统中的检测器采用积分信号模式操作，使得X射线信号的输出与在特定视图时间上的X射线积分成比例。通过示例，X射线管300的每个视图时间可对应于大约20微秒至大约500微秒。此外，一系列脉冲可通过在该特定视图时间期间快速切换(switching)电子束强度来产生。在该特定视图时间内积分的X射线信号因此与在该特定视图时间内产生的该系列脉冲的占空因数和峰值X射线信号成比例。在目前预想的配置中，在X射线管300的特定视图内产生的该系列脉冲的占空因数被适应性改变以便对于X射线管300的特定视图至少产生确定的X射线通量。特别地，在一个实施例中，注入器302采用PWM来改变X射线管300的特定视图内产生的该系列脉冲的占空因数。可由注入器302采用来调制电子束314的占空因数的示范性PWM方案在图4中图示。
图4图示根据本技术的方面的对应于例如图2的CT系统200等成像系统的特定视图的示范性PWM波形402的图形表示400。为此，调制矩形PWM脉冲波形的脉冲宽度来改变该PWM波形402的平均值。该PWM波形402然后用于在X射线管300的该特定视图期间快速开关例如到偏置电压电力供应328的电力若干次。偏置电压电力供应328中的变化改变引出电极326两端的电压并且从而改变电子束强度。从而该PWM波形调制在特定视图时间期间产生的系列脉冲的占空因数，以将信息传送到成像系统的一个或多个部件或控制输送到注入器302用于控制电子束强度的功率量。
特别地，在成像系统的特定视图内的等效mA值可通过改变用于以高mA值和低mA值操作注入器302的PWM波形402的on时间的百分比而改变。特定视图内的该等效mA值和用于高mA值和低mA值操作的PWM波形402的on时间的百分比之间的示范性关系可限定为：
等效mA＝High_mA*P_high+Low_mA*P_low (1)
其中High_mA是高发射器电流值，P_high是高mA值的百分比(intime)，并且Low_mA是低发射器电流值并且P_low是低mA值的百分比。通过示例，在第一操作模式中，注入器302可使用1A的High_mA(发射器电流)且大约10％的P_high(10％占空因数)和大约90％的P_low 404来调制PWM波形402，以产生如在第二操作模式中产生的大约100mA的大致上等效mA406。
在第二操作模式中，注入器302可调制波形404以使用具有大约100％的P_high和大约0％的P_low的100mA的High_mA产生电子束。然而，该产生的电子束可能由于在注入器302的低mA操作期间普遍的扰乱电磁力而失焦。从而注入器302在第一模式中采用占空因数调制用于操作X射线管300，第一模式使用高电流用于产生对应于第二操作模式的焦斑大小、焦斑位点、焦斑质量、电子束强度和/或位置。此外，仅在特定视图时间的一部分供应电力给注入器302用于改变电子束的占空因数减少了辐射效应并且延长X射线管300的寿命。
返回参照图3，在一个实施例中，X射线管300包括束控制单元334以用于基于成像要求改变电子束的占空因数。为此，该束控制单元334可包括例如现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器、专用集成电路(ASIC)或任何其他合适的控制装置。在某些实施例中，代替该束控制单元334，耦合于例如图2的成像系统200等成像系统的例如控制机构208、X射线控制器210或计算装置216等控制子系统可进行该束控制单元334的一个或多个功能。在确定的电流值调制电子束314的占空因数以在X射线管300中产生确定的焦斑大小、确定的焦斑位点和/或确定的通量的该束控制单元334将参照图5更详细地描述。
图5图示描绘图3的束控制单元334的示范性部件的框图。如之前注意到的，束控制单元334在成像期间以确定的电流值近实时动态地和/或根据确定的扫描规程调制电子束314的占空因数。因此，在一个实施例中，束控制单元334包括PWM发生器502、时钟电路504和开关子系统(switching subsystem)506，用于改变在特定视图时间内产生的系列脉冲的占空因数。在一个实施例中，束控制单元334提供数字控制信号给图3的电压源316，用于改变对应于图3的引出电极326的电压配置来控制电子束314的强度。备选地，束控制单元334可施加负电压于引出电极326来完全防止电子发射。
在某些实施例中，束控制单元334进一步包括处理子系统508和存储器510来确定引出电极326和其他成像系统部件的合适操作设置。备选地，在某些实施例中，束控制单元334可通过有线和/或无线通信网络(例如互联网)通信耦合于该处理子系统508和该存储器510用于确定操作设置。通过示例，当在例如图2的成像系统200等成像系统中实现束控制单元334时，该处理子系统508可对应于计算装置216，并且该存储器510可对应于图2的存储装置218。特别地，束控制单元334使用该处理子系统508来确定用于将X射线管300的特定视图成像的合适操作设置，以便至少产生确定的X射线通量、确定的焦斑位点和/或确定的焦斑大小。通过示例，操作设置可包括脉冲宽度、占空因数、电子束开关频率、引出电压、偏置电压、磁体电流和/或成像系统的机架角度。
此外，根据本技术的方面，束控制单元334识别当进行例如侦查扫描等特定扫描规程时对应于X射线管300的特定视图的电流配置。如本文使用的，术语“电流配置”指发射器312和靶306(其在X射线管300中充当阳极)之间的电子束电流(mA)的大小和/或该电子束电流在特定成像时间上的总积分。束控制单元334通过采用例如靠近发射器312设置的电流探头或传感器(没有示出)识别在该扫描规程期间使用的该电流配置。该电流探头可确定对应于X射线管300的特定视图的电流配置并且经由电引线(没有示出)传送指示该识别的电流配置的信号回到束控制单元334。在一个实施例中，束控制单元334进一步确定所确定的焦斑大小、确定的焦斑位点和/或确定的X射线通量用于将对象成像。通过示例，当以1250mA和80kV将患者成像时，该确定的焦斑大小可对应于6.8mm×2.1mm。
在某些实施例中，用户可经由耦合于束控制单元334的输入装置(没有示出)供应对应于确定的X射线通量、确定的焦斑位点和/或确定的焦斑大小的值。在某些其他实施例中，处理子系统508基于用于成像的特定扫描规程确定所确定的X射线通量、确定的焦斑位点和/或确定的焦斑大小。为此，存储器510可存储特定扫描规程和对应的X射线通量、焦斑特性和/或对应于注入器302的不同视图的电流配置之间的相互关系。
在一个实施例中，如果识别的电流配置在确定的范围(PWM范围)外，束控制单元302采用连续聚焦方案。特别地，束控制单元334采用以高于PWM范围的电流值(例如以大于400mA的电流值)的连续聚焦方案，以当将特定视图成像时直接调整入射在靶306上的电子束电流。在某些实施例中，束控制单元334通过在特定视图期间采用微秒量级快速开关电子束314来调整电子束电流以传送调整图像数据采集的信号。在某些实施例中，束控制单元334例如通过施加负电压于聚焦电极324、改变对应于引出电极326的电压配置来改变电子束电流和/或施加负电压于引出电极326来完全关闭电子束314来调整电子束电流。
然而，如果识别的电流配置在确定的范围内，束控制单元334使用开关子系统506用于实现PWM模式。在一个实施例中，束控制单元334可进一步配置引出电压来将电子束电流设置在确定值，例如大约400mA等。另外，束控制单元334配置偏置电压电力供应328来在引出电极326的两端施加适当的电压，以使发射器312能够产生具有确定值的电子束电流。
此外，束控制单元334采用处理子系统508来确定要施加于偏置电压电力供应328的例如脉冲宽度、开关频率和占空因数等操作设置，以产生调整引出电压以及从而调整电子束电流的PWM波形。特别地，处理子系统508确定操作设置以便基于电子束电流的确定值产生确定的X射线通量、确定的焦斑位点和/或确定的焦斑大小。另外，处理子系统508还可基于电子束电流的确定值确定例如聚焦电极324和/或磁性组件332等其他系统部件的操作设置来确保电子束314的精确聚焦。
因此，在一个实施例中，PWM发生器502采用时钟电路504和开关子系统506来使用确定的开关频率产生要施加于电压源316的合适的PWM波形。为此，开关子系统506可包括例如晶体管、MOSFET开关或任何其他耦合于电压源316和/或偏置电压电力供应328的合适装置等装置以用于至少在引出电极326两端作为时间的函数施加适当的电压值。
特别地，PWM发生器502使用开关子系统506和时钟电路504来产生具有由处理子系统508确定的脉冲宽度和占空因数的PWM波形。在某些实施例中，该PWM波形通过改变该PWM波形的脉冲宽度同时维持恒定的频率或通过改变提供的脉冲数同时维持恒定的脉冲宽度来改变占空因数。备选地，可改变脉冲宽度和频率两者来获得确定的占空因数。在某些其他实施例中，PWM波形还可通过改变例如循环时间、频率、强度、相位和脉冲数等对应于占空因数的一个或多个参数来改变占空因数。从而，束控制单元334使用产生的PWM波形来改变供应给引出电极326的电压，以调制对于X射线管300的特定视图的电子束314的占空因数。
调制电子束314然后由电磁力聚焦和定位来撞击到靶306上以产生X射线322。从而产生的X射线322产生对应于例如注入器302的低电流操作(即使当在高电流模式中操作时)的确定的X射线通量。从而，占空因数调制使注入器302能够在一个视图内获得等效的大范围的X射线通量而不要求注入器302具有宽动态电流范围。用于调制X射线束的占空因数以使电子枪能够在宽调制电流中操作同时获得高图像质量和优化的剂量控制的示范性方法参照图6-7更详细地描述。
转向图6，呈现描绘用于操作例如图3的注入器302等电子束系统的示范性方法的流程图600。该示范性方法可在计算系统或处理器上的计算机可执行指令的一般上下文中描述。一般，计算机可执行指令可包括例程、程序、对象、部件、数据结构、规程、模块、函数等，其进行特别的功能或实现特别的抽象数据类型。该示范性方法还可在分布式计算环境中实施，其中优化功能由通过通信网络链接的远程处理装置进行。在该分布式计算环境中，这些计算机可执行指令可位于本地或远程计算机存储介质(包括存储器存储装置)两者中。
此外，在图6中，示范性方法图示为逻辑流程图中的框的集合，其代表可采用硬件、软件或其的组合实现的操作序列。在这些框中描绘各种操作来图示一般在示范性方法的电子束产生、电流配置识别、调制和聚焦阶段期间进行的功能。在软件情况下，这些框代表计算机指令，其当由一个或多个处理子系统执行时进行电子束系统的列举的操作。描述示范性方法的顺序不规定为解释为限制，并且可采用任何顺序组合任何数目的描述的框来实现本文公开的示范性方法或等同备选方法。另外，个体框可从示范性方法删除而不偏离本文描述的主旨的精神和范围。为了论述的目的，示范性方法将参照图1-5的元件描述。
示范性方法目标在于使例如图2的成像系统200等成像系统中的例如图3的注入器302等电子束系统能够在宽动态可聚焦范围中操作。因此，在步骤602，电子注入器中的例如发射器312等发射器产生电子束。在如参照图3的发射器312描述的一个实施例中，发射器可直接或间接被加热来产生该电子束。随后，加热电子束撞击到发射器上来产生电子束，其可用于将人、包或任何其他合适的对象成像。
此外，在步骤604，识别当进行特定扫描规程时对应于成像系统的特定视图的电流配置。通过示例，该识别的电流配置可对应于由发射器产生用于扫描成像系统的该特定视图的电子束电流的大小。在某些实施例中，用户可使用耦合于成像系统的输入装置供应该电流配置。备选地，处理单元可基于进行的该特定扫描规程和/或被成像的对象的特性推断对应于成像系统的该特定视图的电流配置。
识别的电流配置然后可在步骤606与对应于电子束电流的值的确定范围比较。通过示例，该确定范围可对应于从50mA至400mA的电流值。在一个实施例中，该确定范围对应于电流值的范围，处于该电流值的电子束可由于电磁力的影响相当大地窄化。
如果识别的电流配置在确定范围外，例如束控制单元334等控制单元在步骤608使电子注入器能够在连续聚焦模式中操作。特别地，该控制单元采用连续聚焦调制用于调整入射在靶对象上的电子束电流。因此，在步骤610，处理单元确定对应于电子注入器和/或成像系统的其他部件的一个或多个操作设置以用于使用连续聚焦调制来调制电子束电流。通过示例，处理单元可基于使用的特定扫描规程确定用于获得确定的电子束强度的引出电压、用于改变引出电极两端的电压的开关频率和/或用于扫描成像系统的特定视图的机架角度。
此外，在步骤612，控制单元使用确定的操作设置用于使用连续聚焦调制来调制电子束电流。通过示例，控制单元使用例如开关子系统506等开关模块用于采用大约1-15微秒的间隔至大约至少150毫秒的间隔改变对应于引出电极326的电压配置。对应于引出电极326的电压配置中的变化采用微秒量级的间隔调制电子束强度，从而获得电子束的微秒强度切换。
参考回到步骤606，如果识别的电流配置在确定范围内，控制单元在步骤614使用开关模块来选择电子注入器的PWM操作模式。电子注入器的PWM操作模式将在以下章节中参照图6更详细地描述。
此外，在步骤616，处理单元确定用于在PWM模式中操作电子注入器和/或成像系统的一个或多个部件的一个或多个操作设置。通过示例，处理单元可确定脉冲宽度、关于成像系统的特定视图产生的一系列脉冲的占空因数、开关频率和/或引出电压。特别地，处理单元确定这些操作设置以便基于使用的特定扫描规程的要求产生确定的X射线通量、确定的焦斑位点和/或确定的焦斑大小。如之前注意到的，该确定的通量、确定的焦斑位点和该确定的焦斑大小可由用户经由耦合于成像系统的输入装置(没有示出)供应。备选地，处理单元基于用于成像的特定扫描规程和电流配置确定该确定的X射线通量、确定的焦斑位点和/或该确定的焦斑大小。
随后，在步骤618，控制单元使用确定的操作设置来使用PWM调制对于成像系统的特定视图的电子束的占空因数。因此，在一个实施例中，控制单元使用开关模块来快速开关电子注入器以在成像系统的特定视图时间内产生一系列脉冲。通过示例，成像系统的每个视图时间可对应于大约20微秒至大约500微秒。在特定视图时间内产生的脉冲数可基于该系列脉冲的传送时间变化。
如之前注意到的，X射线信号的输出与在特定视图时间内产生的系列脉冲的占空因数和峰值X射线信号成比例。因此，系列脉冲的占空因数可如参照图4描述的使用PWM来适应性改变来产生等效X射线信号。特别地，该等效X射线信号可基于在特定视图时间内产生的系列脉冲的最大X射线信号、最小X射线信号和占空因数确定。因此，为了采用确定电流配置操作电子注入器，成像系统代替改变电子束电流自身而使用占空因数调制来产生等效X射线信号。特别地，代替直接改变电子束电流而调制电子束的占空因数来产生确定的通量提高了成像系统的成像速度同时需要减少的开关功率。
随后，在步骤620，调制电子束通过电磁力聚焦并且定位以撞击到靶上来产生X射线。从而产生的X射线产生对应于电子注入器的低电流操作(即使当在高电流模式中操作时)的确定的X射线通量。从而，电子的占空因数调制使电子注入器能够在一个视图内获得等效的X射线通量的大范围而不要求电子注入器具有宽动态电流范围。特别地，成像系统在多个模式中采用不同的电流配置操作的能力大大增加了对于成像系统可用的成像选项。根据本技术的方面的用于在多个模式中操作电子注入器的方法将参照图7更详细地描述。
图7描绘图示采用不同电流配置的电子注入器的多个操作模式的图形表示700。特别地，图7描绘基于对应于成像系统的特定视图的电流配置的电子注入器在不同模式中的示范性操作。为此，成像系统使用参照图6的步骤604描述的方法识别对应于成像系统的特定视图的电流配置。随后，例如图3的束控制单元334等控制单元基于该识别的电流配置选择电子注入器的操作模式。
在一个实施例中，控制单元配置电子注入器在指示高电流配置的区域702中的连续聚焦模式和指示低电流配置的区域704中的PWM模式中操作。在该图示的实施例中通过示例，该高电流区域702对应于450mA和1250mA之间的电流值，且具有大约3500V至7500V的引出电压。此外，该低电流区域704对应于0mA和450mA之间的电流值，且具有-1000V和3500V之间的引出电压。然而，该低电流区域704和该高电流区域702可对应于其他值而不偏离本发明的精神和范围。此外，在一个实施例中，该低电流区域704可对应于200-450mA，并且束可在0-200mA之间的连续操作中使用。
如参照步骤612描述的，电子注入器当在高电流区域702中操作时采用连续聚焦调制来使用微秒强度切换来调整电子束强度。特别地，控制单元使用开关模块用于采用大约1-15微秒的间隔至大约至少150毫秒的间隔改变对应于引出电极的电压配置。对应于引出电极的电压配置中的变化采用微秒量级的间隔调制电子束强度，从而改进数据采集和成像系统性能。
备选地，电子注入器对于在低电流区域704中操作使用PWM来调制电子束的占空因数。通过示例，电子注入器当进行侦查扫描(其中电子注入器使用大约10-50mA的电流配置和固定机架)时可在低电流区域704中操作。在一个实施例中，低电流配置对应于具有例如以大约200mA在80kV持续5秒的电流配置的用户限定的扫描规程。在另一个实施例中，低电流配置可对应于作为周向或轴向位点的函数调制管电流来减少给于患者的剂量而不损失图像质量的扫描模式。然而，在低电流区域704中使用连续聚焦调制操作电子注入器可引起电子束的相当大的窄化，其引起失焦以及从而损失图像质量。
因此，在一个实施例中，电子束电流可设置在确定值，例如在大约1A等，处于该值的电子束可避免电磁力的过度窄化效应。此外，处理单元可确定对于成像系统的特定视图的合适的操作设置以便基于确定的电流值产生确定的通量、确定的焦斑位点和/或确定的焦斑大小。如之前注意到的，这些操作设置可包括脉冲宽度、占空因数、电子束开关频率、引出电压、磁体电流、偏置电压和/或成像系统的机架角度。
控制单元使用确定的操作设置来产生合适的PWM波形用于改变在成像系统的特定视图内产生的系列脉冲的占空因数。特别地，控制单元使用该PWM波形来提供数字控制信号给电压源用于改变对应于引出电极的电压配置，从而控制电子束的占空因数。备选地，控制单元可施加确定的负电压于引出电极来完全防止电子发射。如参照图4描述的，控制单元可配置引出电压来使在低电流区域704中操作的电子注入器能够使用具有百分之10占空因数的1A的发射器电流来产生X射线通量，其等效于当用100mA和100％占空因数操作时产生的通量。
从而，电子注入器对于成像系统的特定视图采用占空因数调制用于以高电流操作电子注入器同时维持焦斑大小、焦斑质量、电子束强度和/或位置。另外，在成像期间使电子束的占空因数适应性改变同时将电子注入器从高电压配置切换到低电压配置保持了电子束的信噪比。此外，可随后在图像重建期间使用电子束电流的确定值来考虑电子注入器的电压配置中的变化以使用调制的电子束产生鲁棒和高质量的图像。
从而，上文公开的系统和方法通过使用PWM将电子束电流的快速控制、X射线通量和焦斑大小产生进行结合大大扩展了电子束系统的电流调制范围。另外，电子束的占空因数调制使电子束系统能够用微秒强度切换和宽调制mA以及能量在多个模式中操作来获得具有优化的剂量控制的高质量成像。
尽管本系统的示范性实施例参考CT系统中的电子注入器描述，也预想了要求权利的电子束系统在任何其他合适类型的成像装置(例如使用维纳尔圆柱或场电子发射器的X射线系统和电子枪组件等)中的使用。
尽管仅本发明的某些特征在本文图示和描述，本领域内技术人员将想到许多修改和改变。因此，要理解附上的权利要求意在覆盖所有这样的修改和改变，作为落入本发明的真正精神内。
部件列表
Claims (8)
1.一种操作电子束的方法，包括：
在成像系统中的X射线管中产生电子束；
识别对应于所述成像系统的特定视图的X射线管电流配置；
当所识别的电流配置在确定的范围内时，使用脉冲宽度调制来调制对于所述成像系统的特定视图的电子束的占空因数；以及
将所调制的电子束朝靶聚焦。
2.如权利要求1所述的方法，其中调制对于所述成像系统的特定视图的X射线管电子束的占空因数包括使所述占空因数适应性改变以便至少产生确定的X射线通量。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括确定对应于所述X射线管的操作设置用于产生所述确定的X射线通量、确定的焦斑大小、确定的焦斑位点或其组合，其中所述操作设置包括脉冲宽度、占空因数、频率、磁体电流、偏置电压、引出电压或其组合。
4.一种计算机断层摄影系统，其包括：
机架(102)；
用于检测来自对象的X射线的一个或多个检测器元件(202)；
X射线管(300)，其包括：
产生电子束的发射器(312)；
关于所述发射器(312)维持在正偏置电压或负偏置电压的至少一个电极(326)，其中所述至少一个电极(326)控制所述电子束的强度；以及
当由所述电子束撞击时产生X射线的靶(306)；
耦合于所述至少一个电极(326)的控制单元(334)，其中所述控制单元(334)用于：
识别对应于所述计算机断层摄影系统的特定视图的X射线管电流配置；以及
当所识别的电流配置在确定的范围内时，使用脉冲宽度调制来调制对于所述计算机断层摄影系统的特定视图的X射线管电子束的占空因数。
5.如权利要求4所述的计算机断层摄影系统，其中所述控制单元(334)改变对于所述计算机断层摄影系统的特定视图的X射线管电子束的占空因数以便至少产生确定的X射线通量。
6.如权利要求4所述的计算机断层摄影系统，其中所述发射器(312)配置成产生具有确定电流值的电子束。
7.如权利要求4所述的计算机断层摄影系统，其中当所识别的电流配置在所述确定的范围外时，所述控制单元(334)选择连续聚焦调制用于调制对应于所述计算机断层摄影系统的特定视图的X射线管电子束电流。
8.如权利要求4所述的计算机断层摄影系统，进一步包括至少一个设置在所述发射器(312)附近的聚焦电极(324)，其中所述至少一个聚焦电极(324)将所述电子束聚焦，并且其中所述至少一个电极(326)是引出电极。
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