CN104882350A

CN104882350A - 一种提供多能量和更大覆盖范围x射线球管系统

Info

Publication number: CN104882350A
Application number: CN201510323563.9A
Authority: CN
Inventors: 王元吉; 谢时埸
Original assignee: Hangzhou And Medical Skill Co Ltd Of Alliance
Current assignee: Hangzhou And Medical Skill Co Ltd Of Alliance
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2015-09-02

Abstract

本发明涉及医学工程技术领域，具体涉及一种提供多能量和更大覆盖范围的先进X射线球管系统。其特征在于：本发明提供了一种提供多能量和更大覆盖范围的先进X射线球管系统，可以在较小的锥角及足够的Z轴覆盖范围下采集数据。不同于传统的单阳极管，它包括两个或多个阳极管交替地产生X射线。具体系统包括管芯包含多组阳极靶，车轮状阳极靶面，每个靶面产生不同的电压，管套包含多组X线出射窗口，可控制电子束方向的电磁线圈等。系统能够带来提供多kV能量扫描模式：均匀扩展Z轴方向X射线的覆盖范围但并没有增加锥角：提高球管的冷却性能：减少余辉效应等多种益处。

Description

一种提供多能量和更大覆盖范围X射线球管系统

技术领域

本发明涉及医学工程技术领域，具体涉及一种提供多能量和更大纵向覆盖范围X射线球管系统。

背景技术

目前CT成像技术中，多能扫描和增加纵向扫描范围从而实现单次扫描覆盖更大范围是两个主要的讲技术发展方向。现有的可提供双kV能量扫描的方式中：例如，1)在相同的位置使用不同的kV能量扫描两次。但是由于时间间隔长，两幅图像由于器官蠕动和身体运动会有差异；2)双源技术，双源旋转一次能实现两个双kV能量扫描，但是这方式成本极高；3)用电压高频切换变球管放线能量，这对电压控制有着极高的要求，实现复杂，并且有很高的成本压力。

传统CT在旋转过程中，为了在Z轴方向覆盖更多的范围，通常在Z轴方向我们需要一个大的X射线锥角。当这个锥角在某种程度上太大的话，用传统FBP算法难以重建出完美的图像。因为由外部行所重建的图像更容易受锥束伪影的影响。锥角(Z轴方向的层厚)越大，锥束伪影越严重。通常，来自外部行的锥束伪影在图像中更明显。

例如，在常规的64层或者更高排数的CT系统中，X射线在Z轴方向的覆盖范围是40mmISO或者更大，包括64排或更多排的探测器。但是在轴扫模式下，旋转一次不能产生64层图像，根本原因是X射线锥角太大。为了解决这个问题，研究者设计了3D锥束重建算法，但是它也存在一些问题：1)重建时间比FBP长很多倍；2)从大的锥角采集到的数据不完美，很难重建出像FBP那样高质量的图像。

发明内容

要解决的技术问题

针对现有技术缺点，本发明提供了一种提供多能量和更大覆盖范围的先进X射线球管系统，可以在较小的锥角及足够的Z轴覆盖范围下采集数据。不同于传统的单阳极管，它包括两个或多个阳极管交替地产生X射线。

技术方案

为了实现上述目的，本发明提供了一种提供多能量和更大覆盖范围的先进X射线球管系统，系统具体包括管芯包含多组阳极靶，车轮状阳极靶面，每个靶面产生不同的电压，管套包含多组X线出射窗口，可控制电子束方向的电磁线圈等构成。其中，

所述的系统的结构示意图如图1，2所示，能够在阳极靶不同的部分产生双kV能量的X射线，通过双阳极也可以产生交替的X射线，并且探测器被分成两个相关的集合以各自采集数据。

1)上述技术方案中，双kV能量扫描参考图2。本发明的球管在一个阳极靶不同的部分设置不同的电压，可以产生双kV能量的X射线，如图2所示的“第一电压靶面部分和第二电压靶面部分”。通过下面有关公式的描述，可以保证每部分与一个视角有关；

2)上述技术方案中，对传统单靶球管扫描方式，也可以实现，如图3所示；

3)上述技术方案中，为了确保每部分和一个视角有关，并产生交替的X射线。扫描速度(机架旋转速度)和阳极旋转速度需要满足下面的关系式：

\frac{N_{recon}}{V_{s}} = V_{r} \times N_{s}

其中N_recon是采样视角数目，N_s是有关的阳极靶部分数目，V_s是扫描速度(机架旋转速度)，V_r是阳极转子速度。

举例来说，通常的CT系统，N_recon是984，当V_s是2s(秒)每转，N_s是2(如本发明技术实例图1和2)，由此我们得到V_r是15760rpm。

这个系统的球管可接受的最小速度V_r是8400rpm。从上面的结果可以看出，我们得到的V_r比最小值大。并且随着V_s的增加，V_r也逐渐增加；

4)上述技术方案中，由于这个球管在不同的时间交替地产生X射线，两个探测器各自地采集数据，没有这个半影区效应；

5)上述技术方案中，本发明使用了双阳极靶，所以需要两个示踪集合来各自匹配它们。这两个示踪集合应该独立地跟踪有关的X射线光源；

6)上述技术方案中，单光源扫描需求：对一些特殊部位的诊断需求，如腰椎，在一次扫描中只需要一个单X射线光源。为了满足这个需求，如图4所示，在阳极靶1处设计了一个阳极靶1的集成靶表面部分。也可以在电子通过的路经上加一个合适的“电磁场”来改变电子传输方向，以确保电子能够冲击阳极靶1的集成靶表面部分。或者可以增加其它的阴极灯丝电子束直接冲击阳极靶1的集成靶表面部分；

7)上述技术方案中，几何分析，假设每个X射线光源在Z轴方向覆盖20mmISO，光源到探测器的距离：949.075mm，光源到旋转中心的距离：541mm。为了实现本发明的实例(双阳极靶结构)，能得到两个靶之间的距离为35.08mm；

8)上述技术方案中，根据有关的需求，通过增加阳极的数量，本发明可以扩展Z轴方向的覆盖范围。下面图5说明了一个“三阳极靶”的例子；

9)上述技术方案中，数据采集过程：正如下面图8说明所展示的，在起始视角下，不能得到全部的数据。为了确保所有视角下X射线能量相同(避免图8的情况)，应该从第二个视角下开始采集数据。

附图说明

图1双阳极靶球管机械示意图

图2双阳极靶机构示意图正视图，

图2.1阳极靶1机构示意图，

图2.2阳极靶2机构示意图

图3阳极靶面的双电压部分隔离设计示意图

图4单X射线束扫描示意图

图5三阳极靶示意图，

图6四束X射线阳极靶球管结构示意图

图7四分阳极靶结构示意图

图8数据扫描起始位置示意图

1阳极靶1；2阳极靶2；3阴极灯丝；4准直器；5交替X射线束；6探测器；7转子；8空隙；9隔离绝缘层；10阳极靶1的集成靶表面部分；11阳极靶1上第一电压靶面部分；12阳极靶1上第二电压靶面部分；13阳极靶2上第一电压靶面部分；14阳极靶2上第二电压靶面部分；15电磁场线圈；16单X射线束；17第三阳极靶；18三X射线束；19电子束轰击起始位置；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

1.在一个实施例中，如图1，2所示，本发明提供了一种提供多能量和更大覆盖范围的先进X射线球管系统，系统具体包括管芯内有多组阳极靶，车轮状阳极靶面，每个靶面产生不同的电压，管套包含多组X线出射窗口，可控制电子束方向的电磁线圈等构成。其中，球管在一个阳极靶不同的部分设置不同的电压，可以产生双kV能量的X射线，如图2所示的“第一电压靶面部分和第二电压靶面部分”；

2.上述技术方案中，对传统单靶球管扫描方式，也可以实现，如图4所示；

3.上述技术方案中，为了确保每部分和一个视角有关，并产生交替的X射线。扫描速度(机架旋转速度)和阳极旋转速度需要满足下面的关系式：

\frac{N_{recon}}{V_{s}} = V_{r} \times N_{s}

4.在一个实施例中，根据有关的需求，通过增加阳极的数量，本发明可以扩展Z轴方向的覆盖范围，图5说明了一个“三阳极靶”的实施方式；

5.在一个实施例中，本发明公开了一种如图6说明了一个“四阳极靶”的实施方式，图7为四阳极靶中的阳极靶面结构，此时阴极电子束在两个方向向中间发射；

6.上述技术方案中，数据采集过程：正如下面图8说明所展示的，在起始视角下，我们不能得到全部的数据。为了确保所有视角下X射线能量相同(避免图8的情况)，我们应该从第二个视角下开始采集数据。

7.上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内

综上所述，本发明各实施方式具有如下优点：

1.提供多kV能量扫描模式：当我们在阳极靶不同的部分设置不同的电压，在一次旋转中我们可以获得多kV能量数据，时间间隔几乎可以忽略。

2.均匀扩展Z轴方向X射线的覆盖范围但并没有增加锥角：通过这种方式，我们可以获得更完美的数据，我们可以使用传统FBP算法快速地重建出没有锥束伪影的图像。

3.提高球管的冷却性能：因为双阳极靶和空隙结构交替工作，这个阳极靶很容易冷却。

4.减少余辉效应：因为每个探测器交替地采集数据，增加了探测器反应时间。

Claims

1.一种提供多能量和更大纵向覆盖范围的X射线球管系统，其特征在于：系统具体包括管芯包含多组阳极靶，车轮状阳极靶面，每个靶面产生不同的电压，管套包含多组X线出射窗口，可控制电子束方向的电磁线圈，阴极灯丝，探测器等构成。其中，所述的阳极靶面不同的部分能够加载多种电压，从而产生多kV能量的X射线。

2.根据权利要求1所述的阳极靶面，其特征在于，靶面可设计成车轮状，通过靶面的旋转，使得电子束轰击靶面的不同部分，从而可以产生交替的不同能量的X射线。

3.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，被分成两个相关的集合以各自采集数据。

4.根据权利要求1所述的阳极靶，其特征在于，为了确保每部分和一个视角有关，并产生交替的X射线。扫描速度(机架旋转速度)和阳极旋转速度需要满足下面的关系式：

5.根据权利要求1所述的阳极靶，其特征在于，需要两个示踪集合来各自匹配它们。这两个示踪集合应该独立地跟踪有关的X射线光源。

6.根据权利要求1所述的阳极靶，其特征在于，在阳极靶处设计了一个阳极靶集成靶表面部分。可以在电子通过的路经上加一个合适的“电磁场”来改变电子传输方向，以确保电子能够冲击阳极靶集成靶表面部分，或者可以增加其它的阴极灯丝电子束直接冲击阳极靶的集成靶表面部分。

7.根据权利要求1所述的阳极靶，其特征在于，根据有关的需求，通过增加阳极的数量，本发明可以扩展Z轴方向的覆盖范围，可以应用“三阳极靶”或者“四阳极靶”。

8.根据权利要求1所述的阴极灯丝，其特征在于，可以根据阳极靶的组合，调整为单一灯丝或者双向灯丝。

9.根据权利要求1所述的采集系统，其特征在于，为了确保所有视角下X射线能量相同，应该从第二个视角下开始采集数据，避免采集不完整数据。