CN106796860A

CN106796860A - 用于x射线产生装置的调整布置结构

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Publication number: CN106796860A
Application number: CN201580053962.6A
Authority: CN
Inventors: R·K·O·贝林; E·勒斯尔
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2014-10-06
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: EP3204959A1; US20170301503A1; CN106796860B; US10460899B2; EP3204959B1; WO2016055319A1; JP6452811B2; JP2017531903A

Abstract

本发明涉及一种用于X射线产生装置的调整布置结构、调整方法、用于控制这种装置的计算机程序单元以及已存储有这种计算机程序单元的计算机可读介质。调整布置结构包括阴极、阳极(2)和调整器件，例如调整装置。阴极被配置成提供电子束(15)。阳极(2)被配置成在电子束(15)的撞击下旋转并且通过被布置在阳极的圆周周围的缝隙(21)分段。调整器件被配置成，当电子束(15)正在撞击阳极的旋转中的缝隙(21)时，对电子束(15)进行调整。

Description

用于X射线产生装置的调整布置结构

技术领域

本发明涉及一种用于X射线产生装置的调整(modification)布置结构、一种用于X射线成像的系统、一种调整方法、一种用于控制这种装置的计算机程序单元以及一种已存储有这种计算机程序单元的计算机可读介质。

背景技术

US 8,687,769 B2描述了一种用于X射线管的可旋转阳极，其中，阳极包括适于由第一电子束进行撞击的第一单元以及至少一个适于由至少一个电子束进行撞击的第二单元。此外，描述了一种X射线系统，该X射线系统包括阳极和用于产生电子束的主阴极。该主阴极适于产生第一电势。该X射线系统进一步包括用于影响第二电势的辅助阴极。

WO 2013/076598 Al描述了一种用于更快且周期性地调制所产生的X射线束的X射线管。该X射线管包括阳极盘，该阳极盘包括具有目标表面区域的圆周目标区域、焦点轨迹中线和束流收集器表面区域。提供该目标表面区域，使得当被电子束撞击时，可以产生用于X射线成像的X射线；并且提供该束流收集器表面区域，使得当被电子束撞击时，不会产生有用的用于X射线成像的X射线。

WO 2013/001384描述了多能X射线辐射的产生。为了提供切换频率增大的多能X射线，用于X射线管的旋转阳极设置有阳极主体、圆形焦点轨迹及旋转轴。该焦点轨迹设置在阳极主体上并且包括至少一个第一焦点轨迹部分和至少一个第二焦点轨迹部分。过渡部分设置在至少一个第一焦点轨迹部分和至少一个第二焦点轨迹部分之间。

X射线管可配备有分段阳极。在一个分段阳极中，存在径向向内延伸到阳极的外圆周中的多个缝隙(slit)或槽孔(slot)，从而减少在X射线管的操作期间源自大温度梯度的热应力。

一旦阳极旋转，由阴极提供的电子束就反复地撞击缝隙。当电子束撞击阳极时，阳极输出光子通量。如果电子束的焦斑宽度相对于缝隙的宽度而言是小的，则光子通量在通过期间减少，这是因为X射线在槽孔内的深处产生并且将既不进入所使用的电子束，也并不到达例如CT扫描仪中的对象。

光子通量减少或强度下降会呈现出图像检测和再现(reconstruction)的问题，特别是当X射线探测器以极为非线性的方式起作用时更是如此。换句话说，当光子通量减少时，信号会急剧增加到信号波群(signal burst)。

在缝隙通过电子束的焦斑期间，这些信号波群看似是随机的并添加了噪音，这会是很明显的且是不受欢迎的。

因此，尽管存在缝隙，但仍会想要保持光子通量稳定，以提高图像检测的质量。

发明内容

因此，可需要提供一种允许获得改良图像质量的用于X射线产生装置的调整布置结构。

通过独立权利要求的主题解决了本发明的问题，其中，其它实施例被结合在从属权利要求中。应该注意到的是，下文中描述的本发明的多个方面也应用于X射线产生装置、用于X射线成像的系统、调整方法、计算机程序单元以及计算机可读介质。

根据本发明，提出了一种用于X射线产生装置的调整布置结构。该调整布置结构包括阴极、阳极和调整器件，例如调整装置。

该阴极被配置成提供电子束。具有焦点轨迹的阳极被配置成在电子束的撞击下旋转并且通过缝隙分段，例如，这些缝隙径向向内延伸到阳极的外圆周中，从而横过焦点轨迹并且基本等距地布置在阳极的圆周周围。从阳极的侧面呈现出缝隙，其中通过底部处的相反侧呈现出该焦点轨迹。在缝隙终止的内部位置处，在与阳极的圆周相比更为靠近阳极的旋转轴的径向位置处，呈现出圆孔，以防止阳极在缝隙终止的内部位置处破裂。缝隙的径向长度通常为阳极的半径的约20-50％。该圆孔直径通常为阳极的直径的约0.5％-5％。通常存在约10到30个基本等距且径向地布置在阳极的圆周周围的缝隙。该调整器件(例如调整装置)被配置成当电子束正在撞击阳极的旋转中的缝隙时对该电子束进行调整。

因此，实现了来自分段的旋转阳极的光子通量的稳定化。换句话说，减少了光子通量在通过阳极中的缝隙期间的下降。没有或几乎没有信号波群出现并且也完全或几乎避免了对应的不期望存在的噪声。因此，提高了图像的检测和/或再现，并且由此增加了图像数据的质量。

在一个示例中，该调整装置也被配置成当缝隙中的一个接近和/或远离电子束时对该电子束进行调整。这意味着，一旦槽孔中的与阳极一起旋转的一个接近和/或远离电子束撞击阳极以及产生X辐射的位置，就对该电子束进行调整。例如，焦斑在切线方向中的尺寸可从0.6mm加宽到1.0mm或2.0mm。如果缝隙具有例如0.3mm的宽度，则强度降低会大致从50％减少到33％，乃至16％。该调整可以是相反的。切线方向的波束宽度也可被缩短到0.3mm或更少，这会将强度降低的周期减少到缝隙的宽度除以焦点轨迹速度的约3倍或更少。

对电子束进行调整可被理解为是对电子束在电子束撞击在阳极上的位置处的焦斑进行调整。可根据下列多个方面中的一个来实现对于电子束的调整。

在一个示例中，该调整是使电子束偏转。

在一个示例中，该偏转是相对于阳极的旋转运动的切向偏转。在一个示例中，该调整装置被配置成使电子束在阳极的旋转运动的方向中向前切向地偏转，然后逆向于阳极的旋转运动的方向向后切向地偏转，以缩短电子束撞击缝隙中的一个的时间。这意味着使来自分段的旋转阳极的光子通量稳定建议，一旦缝隙中的与阳极一起旋转的一个接近电子束撞击阳极和产生X射线的位置，就例如使电子束切向地来回偏转。换句话说，电子束以快节奏穿过缝隙，由此使减少光子通量的时间段最小化。

在一个示例中，相比之下，该调整装置被配置成使电子束逆向于阳极的旋转运动的方向向后并且然后在阳极的旋转运动的方向中向前切向地偏转，从而缩短电子束撞击缝隙中的一个的时间。

在一个示例中，该调整是使电子束在径向和/或切向方向中加宽。电子束的加宽导致焦斑在偏转期间的扩大。换句话说，焦斑将看似被加宽。如果偏转是足够快的并且不太宽(约1焦斑宽度)，则失真的时间将相对于用于产生例如CT投影的集成期而言是很小的。投影的相对失真将随后是可接受的。加宽可与电子束的偏转相结合。

在一个示例中，该调整是使电子束在径向和/或切向方向中缩短。该缩短可与电子束的偏转相结合。

在一个示例中，该调整是改变电子束在缝隙的平面中的截面形状。改变电子束的截面的形状可以是从矩形形状到例如对角梯形形状的径向旋转。与矩形形状相比，对角梯形形状将不会在缝隙中完全地消失，而是被“卡”在该缝隙中，使得电子束的至少若干部分并不在缝隙中消失。形状的改变也可与电子束的偏转、加宽和/或缩短相结合。

电子束的截面形状的改变可基本上基于在缝隙的平面中的相同的表面区域或可与电子束的加宽或缩短相结合以及由此与表面区域在缝隙的平面中的扩大或减少相结合。

在一个示例中，该调整装置包括电动和/或磁性子装置。电动子装置可以是阴极中的偏压电极，这些偏压电极对电子发射器附近的局部电场进行调整，使得对发射区域进行调整。磁性子装置可以是磁性四极透镜或圆柱透镜或磁偶极子。

在一个示例中，调整装置可被配置成对电子束进行调整，使得当电子束撞击阳极的缝隙中的一个时，所产生的光子通量是基本上稳定的。调整装置也可被配置成对电子束进行调整，使得与当电子束在阳极的缝隙外侧撞击阳极时相比，当电子束撞击阳极的缝隙中的一个时，所产生的光子通量波动小于90％、优选地小于70％、更优选地小于30％、还更优选地小于10％。

根据本发明，同样提出了一种用于X射线成像的系统。该系统包括X射线源和X射线探测器。X射线源包括如上所述的具有阴极、阳极和调整装置的调整布置结构。X射线探测器将衰减的X射线转换为电信号。

根据本发明，同样提出了一种用于X射线产生装置的调整方法。它包括无需以该顺序实施的下列步骤：

a)提供电子束；

b)使阳极在电子束的撞击下旋转，其中，阳极通过缝隙分段，这些缝隙径向向内延伸到阳极的外圆周中，从而横过焦点轨迹并且基本等距地布置在阳极的圆周周围；以及

c)当撞击阳极的旋转缝隙中的一个时，对电子束进行调整。

在一个示例中，该调整装置也被配置成当缝隙中的一个接近和/或远离电子束时，对该电子束进行调整。

对电子束进行调整可被理解为对电子束在电子束撞击在阳极上的位置处的焦斑进行调整。在一个示例中，当撞击缝隙中的一个时对电子束做出的调整是使电子束偏转、发生形状改变和/或加宽或缩短。

根据本发明，也提出了一种计算机程序单元，其中，该计算机程序单元包括当计算机程序在控制该调整布置结构的计算机上运行时，用以致使如在独立装置权利要求中限定的调整布置结构实施调整方法的步骤的程序代码器件。

应当理解的是，根据独立权利要求所述的调整布置结构、调整方法、用于控制这种装置的计算机程序单元以及已存储有这种计算机程序单元的计算机可读介质具有相似和/或相同的特别如在从属权利要求中所限定的优选实施例。应当进一步理解的是，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求与相应的独立权利要求的任意组合。

本发明的这些和其它方面将通过下文描述的实施例而变得明白并被参考这些实施例进行阐述。

附图说明

在下文中将参照附图描述本发明的示例性实施例：

图1示出了根据本发明的用于X射线成像的系统和调整布置结构的实施例的示意图。

图2示意性且示例性地示出了作为根据本发明的调整布置结构的一部分的阳极。

图3示意性且示例性地示出了阳极和电子束的焦斑的若干视图。

图4示出了一种调整方法的示例的基本步骤。

具体实施方式

图1示意性且示例性地示出了根据本发明的用于X射线成像的系统10的示意图。系统10包括具有X射线源12和X射线探测器的机架(gantry)11。机架11可围绕正在做检查的患者101旋转。X射线源12产生X射线13的例如锥形波束。与机架11上的X射线源12相反的是探测器系统，该探测器系统将衰减的X射线13转换为电信号。计算机系统(未示出)再现患者的内部形态结构的图像。

X射线源12包括根据本发明的调整布置结构1的示例性实施例。该调整布置结构1包括阴极、阳极和调整装置。阴极提供电子束。阳极在电子束的撞击下旋转。调整装置包括电动和/或磁性子装置。

图2示意性且示例性地示出了阳极2。阳极2由被布置在阳极的圆周周围的缝隙21分段。当电子束15撞击阳极的旋转缝隙21中的一个时，调整装置对电子束15进行调整。调整装置也在缝隙21接近和远离电子束15时对电子束15进行调整。这意味着，一旦与阳极2一起旋转的槽孔中的一个接近电子束15撞击阳极2并产生X辐射的位置，就对该电子束15进行调整。对电子束15进行调整可被理解为对电子束15在电子束15撞击在阳极2上的位置处的焦斑进行调整。

按照时间次序来说，首先，当没有缝隙接近电子束15撞击阳极2的位置时，并不对电子束15进行调整。在该初始位置I中，电子束15的焦斑是稳定的。

然后，当缝隙21接近电子束15撞击阳极2的位置时，对电子束15进行调整，即电子束15在这里被相对于阳极2的旋转运动以切向偏转量偏转。在图2中，电子束15在阳极的旋转运动的方向中被向前偏转到位置A(如由箭头所示)。

当缝隙21已经通过电子束15在位置I处最初撞击阳极2的位置时，对电子束15再次进行调整，这意味着在这里电子束被在相反方向中迅速地偏转。在图2中，电子束15被逆向于阳极的旋转运动的方向向后偏转到位置B(如由箭头所示)。因此，减少了电子束15撞击缝隙21中的一个的时间。

当缝隙21已经同样远离了与电子束15撞击阳极2的位置相邻的区域时，对电子束15再次进行调整，这意味着该电子束被在相反方向中向后偏转回到初始位置I。

由此，电子束15以快节奏穿过缝隙21，因而使光子通量减少的时间段最小化。因此，实现了来自分段的旋转阳极2的光子通量的稳定化。换句话说，减少了光子通量在穿过阳极2中的缝隙21期间的下降。没有或几乎没有信号波群出现并且也完全或几乎避免了对应的不期望存在的噪声。因此，改善了图像的检测和/或再现，从而提高了图像数据的质量。

通过偏转对电子束15做出的该调整可通过加宽或缩短该电子束15来实现(或代替)。它可进一步通过改变电子束15的形状，例如，将其从矩形形状改变成对角梯形形状来实现(或代替)。

图3示意性且示例性地示出了一种具有缝隙21的旋转阳极2和电子束(未示出)的焦斑14的若干视图。焦斑14处于电子束撞击或冲击阳极2的位置。在图3a中，并未对焦斑14进行调整。

在图3b到3d中，对焦斑14进行了调整。在图3b中，焦斑14被在切线方向中加宽。电子束的加宽导致焦斑14的扩大。在图3c中，焦斑14被在切线方向中缩短或收缩。

在图3d中，改变了焦斑14的形状。换句话说，改变了电子束在缝隙21的平面中的横截面。如图3a中所示的焦斑14的初始方形(其中，该方形竖立在其一个侧边上)被倾斜或旋转，使得该方形现在如同菱形一样竖立在其一个拐角上。与竖立在其一个侧边上的方形形状相比，竖立在其一个拐角上的菱形状的方形被“卡”在缝隙21中，使得电子束的较大部分并不在缝隙21中消失。此外，电子束的截面形状在缝隙21的平面中的改变与如图3b中所示的加宽相结合。方形焦斑14被略微放大成矩形形状，这进一步增大了并不在缝隙21中消失的电子束的量。

图4示出了一种一样X射线产生装置的调整方法的步骤的示意性概述。该方法包括无需按照该顺序的下列步骤：

-在第一步骤S1中，提供电子束15。

-在第二步骤S2中，使阳极2在电子束15的撞击下旋转，其中，阳极2通过缝隙21分段，缝隙21径向向内延伸到阳极的外圆周中，从而横过焦点轨迹并且基本等距地布置在阳极的圆周周围。

-在第三步骤S3中，当撞击阳极中的一个的旋转缝隙21时，对电子束15进行调整。

该调整装置也可被配置成当缝隙21中的一个接近和/或远离电子束15时，对电子束15进行调整。

对电子束进行调整可被理解为对电子束在该电子束撞击在阳极2上的位置处的焦斑进行调整。该调整可以是使电子束偏转、发生形状改变和/或加宽或缩短。

在本发明的另一示例性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于，其适于在合适系统中执行根据前述实施例之一所述的方法步骤。

计算机程序单元可因此被存储在计算机单元上，该计算机单元也可以是本发明的实施例的一部分。该计算单元可适于实施或诱导实施上述方法的步骤。此外，它可适于操作上述设备的部件。该计算单元可适于自动地操作和/或执行用户的命令。计算机程序可被加载到数据处理器的工作存储器中。可因此配备该数据处理器以实施本发明的方法。

本发明的该示例性实施例涵盖了一种恰好从一开始就使用本发明的计算机程序以及一种通过更新将现有程序变成使用本发明的程序的计算机程序。

此外，该计算机程序单元可能能够提供所有必需的步骤来履行如上所述的方法的示例性实施例的程序。

根据本发明的另一实施例，提供了一种诸如CD-ROM之类的计算机可读介质，其中，该计算机可读介质具有存储在其上的计算机程序单元，该计算机程序单元由前一章节进行描述。

计算机程序可被存储和/或分布在适用的介质上，例如与其它硬件一起或作为其它硬件的一部分供应的光学存储介质或固态介质，但也可例如经由互联网或其它有线或无线通信系统以其它形式分布。

然而，该计算机程序还可被呈现在如同环球网之类的网络上并且可从这种网络被下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另一实施例，提供了一种用于制造可用于下载的计算机程序单元的介质，该计算机程序单元被布置成用以实施根据本发明的前述实施例中的一个所述的方法。

必须注意的是，参照不同的主题描述了本发明的实施例。特别地，参照方法型权利要求描述了一些实施例，而参照装置型权利要求描述了其它实施例。然而，本领域技术人员将收集从上文和下列描述中获得的是，除非另有说明，除了属于一类主题的特征的任意组合之外，与不同主题相关的特征之间的任意组合同样被视为被利用本申请进行了公开。然而，可结合所有提供了大于特征的简单总和的协同效应的特征。

虽然已经在附图和先前说明书中详细示出和描述了本发明，但这种说明和描述将被视为是说明性的或示例性的而非限制性的。本发明并不限于所公开的实施例。本领域技术人员可在实施所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容及从属权利要求的研究来理解和实施对于所公开的实施例的其它变型。

在权利要求书中，术语“包括”并不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一个”或“一种”并不排除多个。单个处理器或其它单元可履行权利要求中所陈述的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中陈述的某些措施的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能被用于突出优点。权利要求中的任何附图标记均不应被解释为限制该范围。

Claims

1.一种用于X射线产生装置的调整布置结构(1)，包括

-阴极；

-具有焦点轨迹的阳极(2)；

-调整装置；

其中，所述阴极被配置成提供电子束(15)；

其中，所述阳极(2)被配置成在所述电子束(15)的撞击下旋转；

其中，所述阳极(2)由缝隙(21)分段，所述缝隙(21)径向向内延伸到所述阳极的外圆周中，从而横过所述焦点轨迹并且基本等距地布置在所述阳极的圆周周围；

其中，所述调整装置被配置成当所述电子束(15)正在撞击所述阳极的正在旋转的所述缝隙(21)时，对所述电子束(15)进行调整。

2.一种用于X射线产生装置的调整布置结构(1)，包括

-阴极；

-阳极(2)；

-调整器件；

其中，所述阴极被配置成提供电子束(15)；

其中，所述阳极(2)被配置成在所述电子束(15)的撞击下旋转；

其中，所述阳极(2)由被布置在所述阳极的圆周的缝隙(21)分段；

其中，所述调整器件被配置成，当所述电子束(15)正在撞击所述阳极的旋转中的所述缝隙(21)时，对所述电子束(15)进行调整。

3.根据权利要求1所述的布置结构(1)，其中，所述调整装置被配置成，当所述缝隙(21)中的一个接近和/或远离所述电子束(15)时，对所述电子束(15)进行调整。

4.根据权利要求1、2或3所述的布置结构(1)，其中，所述调整是使所述电子束(15)偏转。

5.根据前一权利要求所述的布置结构(1)，其中，所述偏转是相对于所述阳极(2)的旋转运动的切向偏转。

6.根据前述权利要求1、3、4或5所述的布置结构(1)，其中，所述调整装置被配置成使所述电子束(15)在所述阳极的旋转运动的方向中向前或逆向于所述阳极的旋转运动的方向向后切向地偏转，并且然后逆向于所述阳极的旋转运动的方向向后或在所述阳极的旋转运动的方向中向前切向地偏转，以缩短所述电子束(15)撞击所述缝隙(21)中的一个的时间。

7.根据前述权利要求中的一项所述的布置结构(1)，其中，所述调整是在径向方向和/或在切向方向中加宽或缩短所述电子束(15)。

8.根据权利要求1、2或3所述的布置结构(1)，其中，所述调整是改变所述电子束(15)在所述缝隙(21)的平面中的截面形状。

9.根据权利要求1、3、4、6、7或8中的一项所述的布置结构(1)，其中，所述调整装置包括电动和/或磁性子装置。

10.根据权利要求1、3、4、5、6、7、8或9中的一项所述的布置结构(1)，其中，所述阳极(2)被配置成，当所述电子束(15)撞击所述阳极(2)时，输出光子通量，并且所述调整装置被配置成对所述电子束(15)进行调整，使得当所述电子束(15)撞击所述阳极的缝隙(21)中的一个时，所产生的光子通量是基本上稳定的。

11.根据权利要求1、3、4、5、6、7、8或9中的一项所述的布置结构(1)，其中，所述阳极(2)被配置成，当所述电子束(15)撞击所述阳极(2)时，输出光子通量，并且所述调整装置被配置成对所述电子束(15)进行调整，使得与当所述电子束(15)在所述阳极的缝隙(21)的外侧撞击所述阳极(2)时相比，当所述电子束(15)撞击所述阳极的缝隙(21)时，所产生的光子通量波动小于90％、优选地小于70％、更为优选地小于30％、并且还更为优选地小于10％。

12.一种用于X射线成像的系统(10)，所述系统包括X射线源(12)和X射线探测器，其中，所述X射线源(12)包括根据前述权利要求中的一项所述的调整布置结构(1)。

13.一种用于X射线产生装置的调整方法，包括下列步骤：

-提供电子束(15)；

-使阳极(2)在所述电子束(15)的撞击下旋转，其中，所述阳极(2)通过缝隙(21)分段，所述缝隙(21)径向向内延伸到所述阳极的外圆周，从而横过焦点轨迹并且基本等距地布置在所述阳极的圆周周围；以及

-当撞击所述阳极的旋转中的缝隙(21)时，对所述电子束(15)进行调整。

14.根据前一权利要求所述的方法，其中，当撞击所述缝隙(21)中的一个时，对所述电子束(15)做出的调整是使所述电子束(15)偏转和/或加宽或缩短。

15.一种用于控制根据权利要求1到11中的一项所述的布置结构的计算机程序单元，当由调整单元进行实施时，所述计算机程序单元适于实施根据前述权利要求13或14中的一项所述的方法的步骤。

16.一种已经存储有根据前一权利要求所述的计算机程序单元的计算机可读介质。