CN107452583B - X射线管中的焦点位置的电子校准 - Google Patents
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Abstract
描述了一种将X射线管的中心射线的偏转位置校准到辐射成像器的技术。X射线系统包括X射线管和管控制单元(TCU)。X射线管包括阴极，其包括被配置成发射电子束的电子发射器；阳极，其被配置成接收电子束并且从碰撞在阳极的焦点上的电子束的电子中生成具有中心射线的X射线；以及阴极和阳极之间的转向磁多极，其被配置成从转向信号中生成转向磁场。转向磁多极的至少两个极在电子束的相对侧上。TCU包括至少一个转向驱动器，其被配置成生成转向信号。TCU被配置成将位置校正值转换成转向信号。
Description
背景技术
除非本文中另有说明，否则本节中所描述的途径不是本公开的 权利要求的现有技术，并且不被承认是通过包括在本节中的现有技 术。
X射线系统通常包括X射线管和成像器(或检测器)。X射线管 的功率和信号可以通过高压发生器提供。X射线管朝向对象发射诸 如X射线之类的辐射。对象位于X射线管和成像器之间。通常，辐 射穿过对象并且撞击在成像器上。当辐射通过对象时，对象的内部 结构导致衰减在成像器处接收的辐射。然后，成像器基于所检测到 的辐射来生成数据，并且系统将辐射衰减转化为或重建为具有空间 差异的图像，其可以用于评估对象的内部结构，诸如医学成像过程 中的患者或检查扫描中的无生命对象。
X射线管包括阴极和阳极。通过对位于阴极内的细丝施加电流而 在X射线管中产生X射线，以通过热离子发射从阴极发射电子。在 真空中，由于阴极和阳极之间的电压差，电子朝向阳极加速，然后 撞击到阳极上。当电子与阳极上的靶碰撞时，一些能量作为X射线发射，并且大部分能量作为热量释放。电子碰撞所在的阳极上的区 域通常被称为焦点，并且所发射的X射线可以具有从焦点发出的中 心射线(即，中心(central)射线束、中心(central)X射线束、中 心(center)射线束、中心(center)X射线束或中心(center)射线)，而中心射线表示高强度的X射线束中的点区域。焦点大小可以通过 X射线系统设计、X射线管结构、管电压(例如，以千伏特【kV】 为单位)和管电流(例如，以毫安为单位【mA】)确定。因为当电 子束碰撞靶(特别地，焦点)时生成的高温，阳极可以包括将在焦 点处生成的热分布在靶上的特征，诸如以高转动速度转动盘形阳极 靶。转动阳极通常包括盘形阳极靶，其经由轴承组件通过感应电动 机转动。
辐射成像器(例如，X射线检测器、X射线成像器或辐射检测器) 可以包括将入射辐射束转换成电信号的转换元件，其可以用于生成 关于辐射束的数据，而该数据又可以用于表征被检查对象(例如， 患者或无生命对象)。在一个示例中，转换元件包括将辐射束转换成 光的闪烁体、以及响应于光生成电信号的传感器。成像器还可以包 括处理电路，其处理电信号以生成关于辐射束的数据。
X射线管和辐射成像器可以是X射线系统中的部件，诸如计算 机断层摄影(CT)系统或扫描仪，其包括转动X射线管和成像器两 者的台架以生成对象在不同角度下的各种图像。CT扫描仪还可以包 括限制所发射的X射线的暴露区域的准直器。准直器是使粒子或波(例如，X射线)的束变窄以使该束的方向在特定方向上变得更加 对准或者导致该束的空间横截面变得更小的设备。X射线管、辐射 成像器、准直器和发生器可以是连接至台架的独立部件。
基于被成像的对象(例如，特定患者解剖结构)和物体相对于X 射线管和辐射成像器的位置，由X射线管生成的中心射线可以被移 动、偏转或引导到辐射成像仪上的不同位置，以提供更好的对象图 像分辨率。焦点大小或其它微小变形可能会从不同的偏转位置发生。
本文中所描述的技术(系统、设备和方法)可以用于修改中心 射线的不同偏转位置的焦点大小和位置。
发明内容
焦点位置(或中心射线位置)的电子校准或焦点大小(或中心 射线强度或X射线束能量分布)的电子校准是指本文中所描述的技 术(系统、设备和方法)，其提供不同偏转或转向位置的中心射线和 那些不同偏转或转向位置处的X射线束功率水平的调整，特别是微调调整。
焦点位置的电子校准或焦点大小的电子校准可以提供焦点大 小，其大小可以在管电压的整个动态范围(例如，以千伏特【kV】 为单位))和管电流(例如，以毫安【mA】为单位)内被调整成均 一以及由于X射线系统的部件(例如，盘形阳极靶或CT扫描仪的 弯曲成像器)的曲率而提供位置调整。在手动或自动模式下的这些 调整允许精细调整电子束以校正由于成像器上的曲率导致的孔径误 差和其它偏转误差，其可以提高图像分辨率、信噪比和图像质量。
在示例中，提供了一种使用管控制单元(TCU)将X射线管的 中心射线的偏转位置校准到辐射检测器的方法。该方法包括：从X 射线管中的发射器发射电子的操作。该方法的下一操作可以包括： 根据指定偏转位置使用X射线管上的发射器和阳极之间的转向磁多极偏转电子束。该方法还可以包括：从碰撞在X射线管的阳极的焦 点上的电子生成具有中心射线的X射线。该方法的下一操作可以包 括：在TCU处接收表示所偏转的中心射线与指定成像器位置的距离 的位置校正值。该方法还可以包括：基于位置校正值来从TCU的至 少一个转向驱动器中生成转向信号，该转向信号被施加到转向磁多 极。该方法的下一操作可以包括：使用转向磁多极使焦点在阳极上 移动以使所偏转的中心射线与指定成像器位置对准。转向磁多极的 至少两个极在电子的路径的相对侧上。
在示例中，生成转向信号的操作包括：对转向位置校准数据和 位置校正值进行求和，以及组合转向位置校准数据和位置校正值的 和与转向驱动器校准数据。该转向位置校准数据表示使用转向磁多 极生成至少一个转向位置的管电压和管电流组合的当前值。转向位 置校准数据表示至少一个转向驱动器的当前值。
在另一示例中，生成转向信号的操作包括：对转向位置校准数 据、位置校正值和偏移量值进行求和，以及组合转向位置校准数据、 位置校正值和偏移量值的和与转向驱动器校准数据。偏移量值表示 中心射线与管电压和管电流组合的指定成像器位置的距离。至少一 个转向位置从指定成像器位置定向。
在另一示例中，生成转向信号的操作包括：确定不同于至少一 个转向位置的中心射线的位置改变，使用至少两个转向位置的转向 位置校准数据计算内插偏转值，使用用于至少两个转向位置的位置 校正值来计算内插位置校正值，并且对表示中心射线的偏转位置的 内插偏转值和表示中心射线的位置改变的位置校正值的内插位置校 正值进行求和。该方法还可以包括：将每个位置校正值保存在位置 校正表中。
在配置中，该方法还可以包括：从TCU的至少一个聚焦驱动器 生成聚焦信号，其被施加到X射线管上的发射器和阳极之间的聚焦 磁多极；以及使用聚焦磁多极使阳极上的焦点的区域变窄。生成聚 焦信号的操作还可以包括：从X射线管接收管校准数据，以及组合管校准数据和聚焦驱动器校准数据。管校准数据表示生成X射线管 的指定焦点大小的当前值。聚焦驱动器校准数据表示至少一个聚焦 驱动器的当前值。在另一配置中，在生成聚焦信号之前，该方法还 可以包括：在TCU处接收大小校正值，其表示所偏转的中心射线和 指定参考位置处的中心射线之间的X射线强度差异。该方法还可以 包括：将每个大小校正值保存在大小校正表中。在另一配置中，在 组合管校准数据和聚焦驱动器校准数据之前，该方法还可以包括： 对管校准数据和大小校正值进行求和。管校准数据表示使用聚焦磁 多极生成指定焦点大小的管电压和管电流组合的当前值。大小校正 值表示与管电压和管电流组合的指定偏转位置相关联的指定焦点大 小的当前改变。组合管校准数据和聚焦驱动器校准数据的操作还可 以包括：组合管校准数据和大小校正值的和与聚焦驱动器校准数据。
在接收到位置校正值之前，在另一示例中，该方法还可以包括： 在系统控制单元处从辐射成像器接收图像数据，该图像数据包括辐 射成像器上的中心射线位置；基于相对于指定偏转位置的中心射线 位置来计算位置校正值；以及将位置校正值发送到TCU。此外，在 接收到位置校正值之前，该方法还可以包括：检测X射线；将所检 测到的X射线转换成包括中心射线位置的图像数据；以及将图像数 据发送到系统控制单元。
在另一示例中，X射线系统包括X射线管和管控制单元(TCU)。 该X射线管包括阴极，其包括被配置成发射电子束的电子发射器； 阳极，其被配置成接收电子束并且从碰撞在阳极的焦点上的电子束 的电子中生成具有中心射线的X射线；以及阴极和阳极之间的转向 磁多极，其被配置成从转向信号产生转向磁多极场。转向磁多极的 至少两个极在电子束的相对侧上。转向磁场使电子束的焦点在阳极 上移动。TCU包括至少一个转向驱动器，其被配置成生成转向信号。 TCU被配置成将位置校正值转换成转向信号。该位置校正值表示所 偏转的中心射线与指定偏转位置的距离。
在配置中，转向磁多极具有转向轭，其中至少两个均匀分布的 极突起从转向轭延伸并且朝向转向轭的中心轴定向。至少两个极突 起中的每个极突起具有可操作地耦合至至少一个转向驱动器的转向 电磁线圈，该转向驱动器向每个转向电磁线圈提供电流以产生转向 磁场。
在另一配置中，转向磁多极包括至少两组转向磁偶极，其提供 焦点的二维(2D)转向。第一组转向磁偶极包括电子束的相对侧上 的两个极，并且第二组转向磁偶极包括电子束的相对侧上的另外两 个极。第一组转向磁偶极的两个极之间的第一磁通路径与第二组转 向磁偶极的两个极之间的第二磁通路径成一角度。至少一个转向驱 动器包括至少一个第一轴驱动器，其被配置成生成到两个极的转向 信号；以及至少一个第二轴驱动器，其被配置成生成到另外两个极 的转向信号。
在另一示例中，转向磁多极包括两组转向磁偶极，其具有转向 轭，该转向轭具有从转向轭延伸并且朝向转向轭的中心轴定向的四 个均匀分布的转向极突起。四个转向极突起中的每个转向极突起具 有可操作地耦合至至少一个转向驱动器的转向电磁线圈，该转向驱 动器向每个转向电磁线圈提供电流以产生转向磁场。
在另一配置中，X射线管包括在阴极和转向磁多极之间的聚焦磁 多极，其被配置成从聚焦信号产生聚焦磁场。聚焦磁场使阳极的焦 点轨迹上的电子束变窄。TCU包括至少一个聚焦驱动器，其被配置 成生成聚焦信号。TCU还可以被配置成将大小校正值转换成聚焦信 号。大小校正值表示所偏转的中心射线与指定参考位置处的中心射 线之间的X射线强度差异。大小校正值与管电压和管电流组合的指 定偏转位置相关联。TCU还可以包括表示至少一个聚焦驱动器的当 前值的聚焦驱动器校准数据。聚焦信号可以包括使用大小校正值和 管校准数据的总和部分迭代的聚焦驱动器校准数据。管校准数据表 示用于管电压和管电流组合的X射线管的指定焦点大小的当前值。 在另一示例中，聚焦磁多极设置在转向磁多极上。转向磁多极还被 配置成产生聚焦磁场。
在另一示例中，TCU包括表示至少一个转向驱动器的当前值的 转向驱动器校准数据和表示使用转向磁多极生成至少一个转向位置 的管电压和管电流组合的当前值的转向位置校准数据。转向信号包 括添加到指定偏转位置的位置校正值的指定偏转位置的转向位置校 准数据，并且用转向驱动器校准数据进行部分迭代。转向位置校准 数据可以包括多个转向位置，其中可以计算其它转向位置。
在一个示例中，X射线系统包括系统控制单元，其被配置成：从 辐射成像器接收图像数据，该图像数据包括中心射线位置；基于相 对于指定成像器位置的中心射线位置来计算偏移量值，并且将偏移 量值发送到TCU。在另一示例中，X射线系统包括：X射线成像器，其被配置成：检测X射线；将所检测到的X射线转换成包括中心射 线位置的图像数据；并且将图像数据发送到系统控制单元。在配置 中，X射线系统包括计算机断层摄影(CT)扫描仪或转动X射线系 统，并且X射线系统包括台架，其被配置成容纳X射线管和TCU。
在另一示例中，TCU包括被配置成将X射线管的中心射线的偏 转位置校准到辐射成像器。TCU包括至少一个转向驱动器、存储器 和处理器。该至少一个转向驱动器被配置成生成用于X射线管的转 向磁多极的至少一个转向线圈的转向信号。存储器被配置成存储转向位置校准数据，其表示使用转向磁多极生成至少一个转向位置的 管电压和管电流组合的当前值。该处理器被配置成：生成表示所偏 转的中心射线与X射线成像器的指定成像器位置的距离的位置校正 值，使用转向位置校准数据生成偏转值，以及对位置校正值和用于校正的指定偏转位置的中心射线的偏转值进行求和。
在配置中，存储器被配置成存储表示至少一个转向驱动器的当 前值的转向位置校准数据。处理器被配置成组合位置校正值和偏转 值的和与转向驱动器校准数据。
在另一配置中，TCU包括至少一个聚焦驱动器，其被配置成生 成用于X射线管的聚焦磁多极的至少一个聚焦线圈的聚焦信号。存 储器被配置成：存储表示至少一个聚焦驱动器的当前值的聚焦位置 校准数据，以及存储表示生成用于X射线管的指定焦点大小的当前值的管校准数据。处理器被配置成：生成大小校正值，其表示所偏 转的中心射线与管电压和管电流组合的指定参考位置处的中心射线 之间的X射线强度差异；以及组合大小校正值、管校准数据和对焦 驱动器校准数据。
上文所提供的发明内容是说明性的，并不旨在以任何方式限制。 除了上文所描述的示例之外，通过参考附图、以下具体实施方式和 所附权利要求，本发明的其它方面、特征和优点也将变得明显。
附图说明
图1图示了示例X射线管的框图。
图2图示了部分暴露的示例台架组件的透视图。
图3图示了耦合至可转动台架框架的示例X射线管和准直器的 透视图。
图4图示了示出了X射线检测器相对于中心X射线束的几何中 心点的部分暴露的示例台架组件的透视图。
图5图示了示例X射线检测器相对于中心X射线束的展开透视 图。
图6图示了部分暴露的示例台架组件和对象的透视图，其示出 了X射线检测器相对于中心X射线束的几何中心点。
图7图示了中心X射线束的示例机械对准的流程图。
图8图示了包括X射线管、管控制单元(TCU)、X射线检测器 和系统控制单元的示例X射线系统的框图。
图9图示了包括聚焦磁体和转向磁体的部分暴露的示例X射线 管组件的横截面侧视图。
图10A图示了X射线管中的示例电子束聚焦和转向机构的侧视 框图。
图10B图示了X射线管中的示例电子束聚焦和转向机构的前视 框图。
图10C图示了图10B的展开前视框图，其示出了电子束的聚焦 和转向。
图11图示了具有四个极突起的示例磁轭的侧视图。
图12图示了具有两个极突起的示例磁轭的侧视图。
图13A至图13B图示了用于聚焦的示例四极电磁体的侧视图。
图14图示了用于转向的两个偶极电磁体的示例的侧视图。
图15A图示了示例电磁螺线管的侧视图。
图15B图示了图15A所图示的电磁螺线管芯的展开侧视图。
图16A图示了X射线管和对应的中心X射线束中的示例电子束 转向机构的侧视框图。
图16B图示了X射线管和对应的中心X射线束中的示例电子束 转向机构的前视框图。
图17图示了发射器、聚焦磁体、转向磁体和阳极的透视图。
图18A图示了包括转向磁体的部分暴露的示例X射线管组件的 横截面侧视图。
图18B图示了示例发射器、转向磁体和阳极的透视图。
图19图示了示例发射器、轭上的两个偶极转向线圈、以及阳极 的透视图。
图20图示了示例发射器、轭上的偶极转向线圈、以及阳极的透 视图。
图21图示了示例发射器、共缠绕在轭上的转向线圈和聚焦线圈、 以及阳极的透视图。
图22图示了示例焦点偏转图案，其示出了中心X射线束偏移量。
图23图示了焦点(和中心X射线束)的示例电子对准的流程图。
图24图示了示例管控制单元(TCU)和系统控制单元的框图。
图25A图示了示例聚焦数据的框图。
图25B图示了示例转向数据的框图。
图26图示了X射线检测器上的中心X射线束偏移量的范围。
图27A至图27B图示了具有X射线源位置差异的图像尺寸的变 化。
图28图示了具有中心点的环形伪影(phantom)的示例。
图29A至图29B图示了用于对准或公差确定的线形伪影的示例。
图29C至图29E图示了图29A至图29B所示的线形伪影的示例 图像。
图30是图示了使用管控制单元(TCU)使X射线管的中心射线 与辐射检测器对准的方法的示例的流程图。
图31A图示了平坦X射线检测器与弯曲X射线检测器上的中心 X射线束之间的偏转范围的误差。
图31B图示了平坦X射线检测器与弯曲X射线检测器上的中心 X射线束之间的位置误差。
图31C图示了平坦X射线检测器与弯曲X射线检测器上的中心 X射线束之间的大小误差。
图32图示了针对焦点偏转图案中的位置调整焦点(或中心X射 线束)的示例的流程图。
图33图示了示例焦点偏转图案，其示出了中心X射线束偏移量 和精细调整。
图34图示了X射线检测器上的中心X射线束的精细调整范围。
图35图示了平坦X射线检测器和弯曲X射线检测器之间的失 真。
图36图示了针对焦点偏转图案中的位置调整焦点大小(或中心 X射线强度)的示例的流程图。
图37是图示了针对焦点偏转图案中的位置使用管控制单元 (TCU)将X射线管的中心射线调整到辐射检测器的方法的示例的 流程图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解，本发明的应 用不限于以下描述中阐述的或以下附图所说明的构造的细节和部件 的布置。本发明能够具有其它实施例并且能够以各种方式被实践或 执行。在流程图和过程中提供的数字被提供以清楚地说明步骤和操 作并且不一定指示特定的次序或顺序。除非另有定义，否则术语“或” 可以是指备选方案(例如，析取运算符、或异或)的选择或备选方 案(例如，析取运算符、和/或、逻辑或、或布尔OR)的组合。
本发明一般涉及焦点位置(或中心射线位置)的电子校准或焦 点大小(或中心射线强度或X射线束能量分布)的电子校准，更具 体地涉及用于转动X射线系统中的焦点位置和大小的电子校准的各 种方法和部件，诸如计算机断层摄影(CT)系统。示例实施例说明了用于电子校准中心射线位置和辐射成像器上的X射线管的中心射 线的不同偏转位置的X射线束强度(即，焦点尺寸)的X射线系统 中的部件和特征，诸如X射线管、管控制单元(TCU)、系统控制单 元和辐射检测器(例如，X射线成像器或X射线检测器)。
现在，参考附图，对本发明的示例实施例的各种方面进行描述。 应当理解，附图是这些示例实施例的图解性表示和示意性表示，并 不限于本发明，也不一定按比例绘制。在一些附图中，特征被夸大 以可视地说明概念或原理。
示例X射线管
图1是具有可转动盘形阳极122的示例旋转阳极型X射线管100 或示例转动阳极型X射线管100的框图。X射线管100包括外壳102 和外壳102内的X射线插入件110。外壳102围合插入件110。冷却 剂或空气可以填充外壳102和插入件110之间的空间或空腔。阴极 112和阳极组件120位于也被称为插入件110的真空壳体内。阳极组 件120包括阳极122、轴承组件130和机械地耦合至轴承组件130 的转子128。阳极122与阴极112间隔开并且相对设置。阳极122和 阴极112在允许在阳极122和阴极112之间施加高电压电位的电路 中连接。阴极112包括电子发射器116(发射源)，其连接至适当的 电源(未示出)。
如图1所公开的，在示例X射线管100的操作之前，对插入件 110抽真空以产生真空。插入件110围合真空。然后，在示例X射 线管100的操作期间，电流通过阴极112的电子发射器116，以使电 子“e”通过热电子发射从阴极112发射。然后，在阳极122和阴极 112之间施加高压差使电子“e”从阴极电子发射器朝向位于阳极122 上的焦点轨迹124上的焦点加速。焦点轨迹124可以由例如钨(W) 和铼(Re)或具有高原子(“高Z”)数的其它材料构成。随着电子 “e”加速，它们获得大量的动能，并且在碰撞转动焦点轨迹124时， 该动能中的一些动能被转换成X射线“x”。
焦点轨迹124被定向成使得所发射的X射线“x”对于X射线管 窗口104是可见的。X射线管窗口104包括X射线透射材料，诸如 铍(Be)，因此从焦点轨迹124发射的X射线“x”通过X射线管窗 口104，以便碰撞预期对象(未示出)然后碰撞检测器以产生X射 线图像(未示出)。图1图示了外壳102上的单个窗口104(例如， 具有允许辐射穿过玻璃插入件的玻璃、铍或铝的玻璃插入件)。在其 它示例中，可以在插入件110(例如，金属插入件)和外壳102两者上包括单独的窗口，或者可以仅在插入件110上包括窗口。
x辐射(由X射线组成)是指电磁辐射的形式。大多数X射线 具有0.01纳米至10纳米(nm)的波长，其与30PHz至30EHz(3×1016赫兹[Hz]至3×1019Hz)范围内的频率和100电子伏特(eV)至100 电子伏特(eV)范围内的能量相对应。
随着电子“e”碰撞焦点轨迹124，电子“e”的大量动能被传递 到焦点轨迹124作为热量。为了减少焦点轨迹124上的特定焦点处 的热量，通常使用包括转子128和定子106的感应电动机以高速来 转动盘形阳极靶。感应电动机是交流(AC)电动机，其中产生转矩 所需的转子128中的电流通过来自由通过定子绕组电流产生的磁场 的电磁感应来获得。然后，转子128转动轴承组件130的轮毂，其 机械地耦合至阳极122，该轴承组件130的轮毂转动阳极122。在其 它示例(未示出)中，X射线管使用固定轨迹。
在从X射线管发射X射线之后，X射线通过预期对象(例如， 患者或无生命对象)然后射线检测器碰撞或传送以产生X射线图像。 辐射检测器包括像素检测器元件矩阵或阵列。像素检测器元件(例 如，X射线检测器元件或检测器元件)是指将X射线光子转换成电荷的矩阵或阵列中的元件。检测器元件可以包括可以在直接检测方 案中将X射线光子直接转换成电荷(电子-空穴对)的感光体材料。 合适的感光体材料包括但不限于碘化汞(HgI2)、碘化铅(PbI2)、碘 化铋(BiI3)、碲化锌镉(CdZnTe)或非晶硒(a-Se)。在一些实施例中，检测器元件可以包括将X射线光子转换成光的闪烁体材料和耦 合至闪烁体材料以将光转换成电荷(即，间接检测方案)的光敏元 件。合适的闪烁体材料包括但不限于钆硫化钆(Gd2O2S:Tb)、钨酸 镉(CdWO4)、锗酸铋(Bi4Ge3O12或BGO)、碘化铯(CsI)或碘化 铯铊(CsI:Tl))。合适的光敏元件可以包括光电二极管、光栅或光电 晶体管。还可以使用用于像素检测器元件的其它电路。
示例台架
X射线管和辐射检测器可以包括在诸如计算机断层摄影(CT) 扫描仪之类的转动X射线系统中。计算机断层扫描(CT)涉及通过 在单次扫描操作(“扫描”)中收集几个投影图像(“放射线投影”) 来对对象的内部结构进行成像，并且广泛用于医疗领域以观察人体 的选定部分的内部结构。通常，几个二维投影由对象制成，并且使 用各种断层扫描重建方法由投影构建对象的三维表示。从三维图像 可以生成通过对象的常规CT切片(例如，每个台架转动，有16个 切片或64个切片)。通常，二维投影可以通过以下方式产生：通过 对象从“点源”(例如，X射线管)传送辐射，该对象基于其大小、 密度和原子组成来吸收一些辐射；以及通过将非吸收辐射收集到包 括像素检测器阵列(简称为“像素”)的二维成像设备或成像器(即， 辐射成像器或辐射检测器)上。图2中示出了这种CT系统。
图2图示了转动X射线系统(或转动X射线系统)的部分暴露 的转动组件(或台架组件)200或台架。台架包括支撑可转动台架框 架202的静止台架框架204。可转动台架可以支撑X射线管210、准 直器230和辐射检测器或成像器240。可替代地，准直器可以直接耦 合至X射线管。台架还包括台架盖206，以将转动部件和框架与用 户隔离以及提供美观的遮盖物。可转动台架框架可以包括在可转动 台架的台架孔208中绕轴心(即，中心轴)高速转动的环形(annular shape)(即，环形(ring shape))。设置在可转动台架框架上的部件 上的离心力(或台架力)可能经受高的力，其可能超过重力(g力、 G或G载荷)或g力的倍数(例如，g力的20倍)。在未示出的其 它示例中，可转动台架框架可以转动小于完整的一转，诸如在C臂 扫描仪中转动180°或更大。
X射线管机械对准
传统地，如先前所描述的，X射线管与台架和准直器机械对准， 因此X射线管的中心射线的中心基于X射线管的移动来位于检测器 上的指定位置(例如，检测器上的中心点)上。X射线管的对准用 于确保图像质量、良好的精度和高分辨率。X射线管的机械对准或 调整重新定位以实现对准，尤其是中心射线的更高精度的对准可能 是耗时的、麻烦的、迭代的，并且对准质量可以高度取决于技术人 员执行机械对准的技能。在一些机械对准过程中，通过移动X射线 管和准直器来对准中心射线。
图3图示了经由X射线管安装支架228而安装到可转动台架框 架202的X射线管210和准直器230的展开视图。出于描述目的， 图3提供了笛卡尔坐标系，其中y轴在从台架的轴心的径向方向(例 如，图3中的垂直方向)上，x轴在围绕着台架的轴心的圆周方向(例 如，图3中的水平方向)上并且与y轴正交，并且z轴在轴向方向 上与x-y平面正交。台架的转动发生在x-y平面上。X射线管安装支 架在x-z平面中提供X射线管的二维(2D)调整。x轴调整螺母、 螺栓、转台或旋钮212基于x轴调整螺母转动216来提供X射线管 在x轴上的调整。x轴指示器或刻度盘222可以利用微米型测量值指 示X射线相对于可转动台架框架202或准直器230在x方向上的位 置改变。类似地，z轴调整螺母、螺栓、转台或旋钮214基于z轴调 整螺母转动218来提供X射线管在z轴上的调整。z轴指示器或刻度 盘224可以利用微米型准确度来指示X射线相对于可转动台架框架 202或准直器230在z方向上的位置改变。
通过可转动台架框架202与X射线管210对准，点源(例如，X 射线管)和二维成像器(例如，X射线检测器240)的中心位于公共 轴(即，y轴)上，其可以被称为投影轴。源的辐射(例如，X射线) 在由顶点在点源处并且底座在成像设备处的正圆锥体、椭圆形锥体 或矩形锥体(基于所使用的准直器)限定的空间体积中朝向成像设 备发出，而中心射线从表示x辐射的中心点的顶点发出。
图4和图5图示了台架组件，其示出了相对于中心X射线束352 的X射线检测器几何中心点242。图6图示了对象的对象特征252 (或伪影)，其用于确定X射线检测器上的中心射线位置。最初，如 图所示，当X射线管210安装在可转动台架框架202上时，中心射 线通常不与X射线检测器几何中心点(或其它指定成像器位置)对 准。对准过程在指定公差内使中心射线移动到X射线检测器几何中 心点。
传统地，对准过程是完全机械的，该机械对准使X射线管210 相对于可转动台架202移动，因此在指定公差内，中心射线352位 于X射线检测器几何中心点242处。虽然通过适当地固定X射线管 安装支架228或X射线管210可以实现粗略的机械对准(例如，在±0.5毫米至0.1毫米【mm】内)，但是精细的机械对准可以基于迭代过程， 通过该迭代过程，获取图像或数据，并且使用调整工具(例如，扳 手或调整螺母、螺栓、转台或旋钮212和214)和测量设备(例如， 指示器或刻度盘222和224或测微计)机械地调整管或准直器方位。
对于高分辨率图像，可能需要在亚毫米范围内精细调整至微米。 为了实现中心射线352(表示X射线管位置)的正确定位，拍摄一 系列图像并且确定中心射线。随后，调整X射线管，并且拍摄另一 系列图像来确定位置。调整中心射线或X射线管，并且重复该顺序， 直到实现令人满意的对准为止。
图7图示了X射线管的机械对准600的示例流程图，其使中心 X射线束与指定成像器位置对准。用户(例如，操作员或技术人员) 移除暴露可转动台架框架的台架盖602。成像器或检测器暴露于来自 X射线管604的X射线，通常具有对准对象或伪影。X射线检测器 的图像通过X射线检测器或系统控制单元中的处理器来处理606， 以在检测器上生成中心X射线束位置，从该中心X射线束位置，确 定表示中心射线与指定成像器位置(例如，X射线检测器几何中心 点)的距离的偏移量608。该偏移量可以表示在x-z平面(即，具有 x轴分量和z轴分量)中的2D距离。用户(或自动过程或机器人) 确定偏移量是否在可接受的公差或精度(例如，<50微米至200微米 【μm或微米】)610以内。如果偏移量不在可接受的公差或精度内，则X射线管通过使用调整工具(例如，螺母、螺栓、转台、旋钮或 扳手)和测量设备(例如，指示器、刻度盘或测微计)在x方向上 的偏移量、z方向上的偏移量、或者两者来调整612。检测器再次暴 露于X射线604，并且该过程重复直到偏移量在可接受的公差或精 度内为止。一旦偏移量在可接受的公差或精度内，用户就用紧固件 (未示出，例如，螺钉、螺母、螺栓、转台或旋钮)锁定X射线管 位置614，并且更换台架盖616。由于精细机械对准的高精度，所以X射线管或准直器的迭代调整可以花费超过1/2至1小时来完成。执 行精细机械对准的时间可以随着可接受的公差或精度变小而增加。
X射线管电子对准
使用用于精细对准的电子对准可以移除手动调整过程中的迭代 步骤，其可以节省将X射线管校准到台架组件的时间。如先前所讨 论的，粗略的机械对准可以相对容易地并且在相对短的持续时间内 执行，并且用于精细对准的随后迭代过程可以通过电子对准过程 (即，调整进入磁性线圈的电流和X射线管中的电子束上所产生的 磁力)来执行，从而节省时间和金钱。
图8图示了可以用于电子对准的X射线系统400，其包括X射 线管410、管控制单元(TCU)440、X射线检测器420或成像器以 及系统控制单元430。TCU可以是与X射线管分离的部件。在另一 示例(未示出)中，TCU与X射线管集成。高压管发生器(未示出) 可以提供管电压(例如，千伏特【kV】)、管电流(例如，毫安【mA】) 和暴露持续时间(例如，秒【s】)。结果，X射线管410发射电子束， 其与阳极靶碰撞以生成具有中心射线的X射线束412。X射线检测 器420检测X射线，并且生成包含中心射线位置信息的图像数据422， 其被发送到系统控制单元430。系统控制单元430生成位置信息432， 其可以包括中心射线相对于指定成像器位置(例如，X射线检测器 几何中心点)的偏移量，其可以被发送到TCU 440。TCU 440可以 提供控制信号416，诸如用于控制X射线管中的转向磁性元件和聚 焦磁性元件的信号。在一些示例中，X射线管可以向TCU提供诸如 反馈之类的管数据。在另一示例(未示出)中，TCU可以耦合至管 发生器，并且还提供管电压、管电流和暴露持续时间控制。
如图22更详细地描述的，X射线管和TCU电子元件的磁性转向 机构可以用于产生叠加在焦点偏转图案上的恒定偏移量。偏转图案 (或转向图案)是焦点被转向的一系列位置，以便提高图像分辨率 或图像信噪比。通过对磁转向机构的转向线圈施加附加的恒定电流 偏移量，电子束可以被静态地引导到X射线检测器的2D平面内的 位置，其允许X射线管的X射线束与X射线系统的准直器或X射线 检测器的电子对准。
在示例中，一组磁体对在X和Y方向上定向，基本上垂直于X 射线管中的电子束。通过转向线圈的电流产生两个彼此垂直的磁场。 磁场的强度可以通过转向线圈上的绕组数目和通过转向线圈驱动的 电流来控制。磁束在磁场感兴趣的区域内的偏转可以被认为是线性 的，并且偏转量与磁场强度有关。由于沿着x轴和y轴的磁场彼此 叠加，所以通过向线圈施加相应的电流，可以将电子束引导到2D x-y 平面内的位置。特定施加的电流产生实现期望偏转所需的磁场。虽 然转向线圈的垂直布置可以简化对转向线圈的电流计算，但是因为 磁场是可以叠加的向量，所以还可以使用转向线圈的非垂直布置。 在一个示例中，转向线圈可以在偏转平面内以各种角度定向，或者 沿着第三轴(例如，z轴)分解成多个顺序线圈，从而沿着电子束的 路径在多个步骤中实现偏转。附加地，可以添加更多对磁体以形成转向磁体阵列，因此磁场的矢量和会产生用于偏移量和位置的期望 转向磁场。
因为电子束倾向于随发射器和阳极之间的距离增加而发散，所 以聚焦磁性元件还可以用于沿着从发射器到阳极的束路径而聚焦或 重新聚焦电子束。通过将偏转机构(或转向磁性元件)添加到X射 线管，发射器和阳极之间的距离增加，从而导致焦点大小扩展。因 为焦点的散焦(例如，图像分辨率降低)，所以可以观察到电子束发 散，因此电子聚焦或重新聚焦机构可以用于通过将束聚焦在阳极上 的小区域中来抵消电子束扩展或发散。
图9图示了示例X射线管组件302，其包括可以用于电子对准(更 具体地电子中心射线对准或电子焦点对准)的转向磁性元件330和 聚焦磁性元件340和342两者。牵涉到使焦点324(图10C)在阳极 322的焦点轨迹323上移动的电子中心射线对准还可以被称为电子焦点对准。电子焦点对准使用X射线管磁性元件的转向线圈330和 TCU电子元件440(图8)使焦点与成像系统(即，X射线成像器或 检测器)对准。
X射线管组件302包括阴极组件310、漂移区314和阳极组件 320。阴极组件310包括发射器组件312，其生成电子束，其中中心 线316穿过漂移区。漂移区314被聚焦磁性元件340和342以及可 能在由插入件壁309(在X射线管的喉部中)形成的真空围合件外 部的转向磁性元件330包围。当漂移区包括聚焦磁性元件和转向磁 性元件时，X射线管可以被认为具有较长的投射长度。电子束通过 屏蔽部件、电子屏蔽件或电子收集器的孔329，并且碰撞阳极靶或阳 极322以产生具有中心X射线束352的x辐射350。由电子束碰撞 在阳极上的瞬时区域被称为焦点，并且在旋转阳极上被电子束碰撞 的区域被称为焦点轨迹323。X射线可以通过窗口308离开X射线 管。
如所示出的，聚焦磁性元件包括第一聚焦磁四极340(或阴极聚 焦磁四极)和第二聚焦磁四极342(或阳极聚焦磁四极)，并且如图 10A至图10B所图示的，转向磁性元件在芯330上包括两个转向磁 偶极。图10A至图10C图示了在X射线管300中聚焦和转向的电子 束的各种视图。电子从电子源390发射并且朝向阳极靶322加速。 电子束包括具有排斥力的带负电的粒子，其当电子从电子源390(例 如，阴极组件中的发射器)行进到阳极322时，使电子束发散或使 电子束的横截面积(即，在x-y平面中)扩展(即，散焦)。因此， 束的电子密度在传送期间将束散开，其可能是显著的。结果，焦点 面积可以大于电子源处的电子束的横截面面积。电子束的这种扩展 或散开可以被称为电子束绽放(bloom)、电子绽放或焦点绽放，其 可以随着电子速度变慢(即，更低的管电压)、电子密度变高(即， 更高管电流)或电子源和阳极靶之间的距离变大而变大。相对于小 焦点，大焦点将X射线能量分布在较大物理区域上，其可以降低X 射线图像的分辨率。用于在漂移区中添加转向磁性元件的附加空间 可以增加焦点绽放的倾向(即，由于束空间电荷效应而引起的焦点 大小增长)。
图10A至图10C图示了具有电子绽放(即，散焦)、聚焦和转向 的电子束318。电子束具有向上转向(如图10A至图10C所示)并 且向左转向(如图10B至图10C所示)的中心线317。还图示了没 有聚焦的电子绽放突起319，其可能导致焦点放大或焦点模糊(即， 具有电子绽放或焦点绽放的电子束横截面325)。如所示出的，电子 束317的中心线可能不会随聚焦或散焦而显著变化。在通向阳极的 途中，电子束通过聚焦机制而聚焦在阳极上的小区域上。聚焦磁性 元件通过在至少一个方向上压缩电子束来减少焦点绽放。例如，第 一聚焦磁四极340被配置成用于提供第一聚焦磁四极梯度，用于在 第一方向(例如，y轴)上聚焦电子束并且在与第一方向正交的第二 方向(例如，x轴)上散焦电子束(即，第一聚焦之后的电子束横截 面326，被图示为平椭圆)。第二聚焦磁四极342被配置成用于提供 第二聚焦磁四极梯度，用于在第二方向(例如，x轴)上聚焦电子束 并且在第一方向(例如，y轴)上散焦电子束(即，第二聚焦后的电 子束横截面327)。第一聚焦磁四极和第二聚焦磁四极的组合在电子 束318的焦点324的第一方向和第二方向上提供净聚焦效应。净聚 焦效应产生具有中心X射线358的高强度X射线束359，其撞击在 X射线成像器306上。X射线束被示出为窄束，以说明窄焦点的高 强度。实际的X射线束可以具有较低强度的X射线的锥形形状，其 更远离中心X射线束358。
转向磁性元件在芯330上包括两个转向磁偶极。两个转向磁偶 极330被配置成偏转电子束，以便移位电子束在靶表面上焦点或者 阳极的焦点轨迹(在x-y平面中)，其又移动所生成的具有中心X射 线束358的X射线束359(在x-z平面中)。一个转向磁偶极使焦点在x轴上移动(导致中心射线沿着x轴移动)，另一个转向磁偶极使 焦点在y轴上移动(导致中心射线沿着z轴移动)。
题为“X-Ray Tube Having Planar Emitter and Magnetic Focusing andSteering Components”的美国专利申请号14/660,584(或美国专 利申请公开号2015/0187536)，公开了磁性聚焦部件和磁性转向部件 的示例，其全部内容通过引用并入本文。
图11图示了具有磁轭362的磁体系统360，该磁轭362具有四 个极突起364，其中，每个极突起包括对应的线圈366。线圈366可 以由极突起芯周围的线、绕组或匝形成，其包括具有电绝缘护套的 导电材料(例如，铜或铝)，诸如漆包磁体线(即，变压器线)。通 过线圈的电流产生从极突起发射的磁场。
所示的芯(或轭)362具有大致圆形或环形的形状，应当理解， 只要芯至少部分地包围电子束(例如，在漂移区中)，芯(或轭)部 分中的每个部分就也可以被配置成不同形状，诸如矩形形状、椭圆 体形状(即，椭圆形)或半圆形形状。极突起364可以包括从芯的 内部延伸并且成对地彼此相对或彼此面对的突起(例如，线圈366A 和366C的极突起彼此相对或彼此面对，并且线圈366B和366D的 极突起彼此相对或彼此面对)。
轭362和极突起364可以包括铁磁材料或亚铁磁材料。铁磁材 料和亚铁磁材料是可以表现出自发磁化的材料。更具体地，如果其 所有的磁离子都对净磁化增加了积极的贡献，则材料就是“铁磁的”。 如果一些磁性离子从净磁化中减去(如果磁离子部分反对准)，则材 料为“亚铁磁性的”。亚铁磁材料是具有相反磁矩的原子群体，如反 铁磁性一样。然而，在亚铁磁材料中，相反力矩不相等，而自发磁 化保持不变。铁磁性发生在诸如铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、它们 的合金和一些稀土金属合金中的几种物质中。例如，铁磁性化合物或材料包括锰铋(MnBi)、锰锑(MnSb)、二氧化铬或氧化铬(CrO2)、 锰砷(MnAs)、钆(Gd)、镝(Dy)和铕氧化物(EuO)。亚铁磁氧 化合物或材料包括铁(III)氧化物(Fe2O3)或氧化铁、铁(II，III) 氧化物(FeO、Fe2O3或Fe3O4)、氧化镍-铁(III)氧化物(NiOFe2O3)、 氧化铜-铁(III)氧化物(CuOFe2O3)，氧化镁-铁(III)氧化物 (MgOFe2O3)，氧化锰-铁(III)氧化物(MnOFe2O3)和钇铁石榴石 (Y3Fe5O12)。如本文中所使用的并且为了描述简单起见，“铁磁”材料是指可以表现出自发磁化的材料(即，铁磁材料或亚铁磁材料)。
例如，轭362和极突起364可以包括各种材料，诸如实心金属 芯(例如，硅钢芯)、粉末金属芯(例如，羰基铁芯)和铁氧体或陶 瓷芯。固体金属芯可以包括“软”(退火)铁、“硬”铁、层压硅钢、 特殊合金(用于磁芯应用的专用合金，诸如μ金属、坡莫合金和超 合金)和玻璃态金属(例如，非结晶或玻璃状的非晶态金属合金【例 如，Metglas】)。
图11所示的磁体系统360的四个极364可以被配置作为四极(例 如，用于聚焦)或被配置作为一对偶极(例如，用于转向)。在四极 配置中，四个极的线圈串联电耦合在一起，其可以耦合至电源。在 偶极配置中，两个相对极的线圈串联电耦合在一起，其可以耦合至电源。如果两个偶极位于相同的轭上，则每个偶极可以耦合至单独 的电源。
图12图示了具有磁轭372的磁体系统370，该磁轭372具有两 个极突起364，其中，每个极突起包括对应的线圈366。图12所示 的磁体系统370的两个极可以被配置作为偶极(例如，用于转向)。
图13A示出了具有被配置成作为四极(例如，阴极侧聚焦磁四 极340)的轭362的第一聚焦磁体340，并且图13B示出了具有还被 配置作为四极(例如，阳极侧聚焦磁四极342)的轭362的第二聚焦 磁体342。每个四极产生具有梯度的磁场，其中，磁场强度在磁场内 不同。梯度使得磁四极场在第一方向(例如，y轴)上聚焦电子束， 并且在垂直于第一方向的第二方向(例如，x轴)上散焦。两个四极 可以被布置成使得它们各自的磁场梯度相对于彼此转动大约90度。 图13A中示出了由第一聚焦磁四极340生成的第一磁场346，并且 在图13B中示出了由第二聚焦磁四极342生成的第二磁场348。第 一聚焦磁四极340在长度方向(例如，y轴)上聚焦，并且在电子束 的宽度方向(例如，x轴)上散焦。然后，电子束在宽度方向(例如， x轴)上聚焦，并且通过随后的第二聚焦磁四极342在长度方向(例 如，y轴)上散焦。在组合时，两个顺序布置的磁四极确保焦点的两 个方向上的净聚焦效果。
图14图示了具有配置有两组偶极线圈的轭362的转向磁体330。 第一组偶极线圈(y轴偶极线圈)366A和366C在一个方向(例如， y轴)上生成均匀磁场或层流磁场338，并且第二组偶极线圈(x轴 偶极线圈)366B和366D在另一方向(例如，x轴)上生成均匀磁 场或层流磁场336。转向磁体允许电子束的2D转向(例如，在x-y 平面中)，并且导致焦点(例如，在x-y平面中)和中心射线(例如， 在x-z平面中)的位置的改变。极突起之间的均匀磁场或层流磁场在 电子束与转向磁场(例如，在x-y平面中)交叉的区域中提供均匀磁 场，因此电子束中的电子经历类似的偏转量，其可以维持焦点形状 而没有实质几何失真。使用正交磁场(即，垂直于另一组偶极极突 起的一组偶极极突起)可以简化磁矢量计算，但还可以使用非正交 磁场。
图15A至图15B图示了具有绕组或线圈152(例如，单个线圈) 的螺线管电磁体150(例如，具有圆柱形芯151)。尽管为了便于说 明而示出了磁芯151，但是螺线管电磁体可能不需要磁芯，并且类似 的磁场仍然在螺线管电磁体150的线圈152(具有开放的中心体积)内离开。关于螺线管电磁体的相同原理适用于或不适用于磁芯。螺 线管磁芯151内(或线圈52内)的磁通160从南极156到北极154 基本上是均匀的，但螺线管磁体150外部(例如，包围)的磁通162 不相似并且从北极154变化到南极156。如果螺线管电磁体用于电子 束转向，则电子束168经历的磁场162非常不均匀。不均匀性的数 量随着电子束和螺线管之间的距离而增加，因此电子束底部的电子 (更靠近螺线管)经历与束顶部处的电子(更远离螺线管)不同的 偏转量。这种偏转差导致焦点的形状和大小改变，并且在极端情况 下可能导致电子束的顶部和底部彼此交叉。不仅磁场不均匀，而且 电子束中不同点处的磁场也具有不同的矢量方向(例如，并非全部 垂直或水平)，因此电子束中的电子上的力的方向不仅基于电子束中 (在x-y平面中)的位置而改变，而且在磁场(在z轴上)的交叉期 间，电子上的力的方向也发生改变。另外，磁场(来自螺线管)具 有较小的力，而距离极的距离更大(例如，电子束与螺线管的极端 分离，该螺线管的极端还可以包括螺线管和电子束之间的插入件壁)。例如，距螺线管的极端(例如，北极154)的半径r 158的距离 处的磁力可以比螺线管的极端处的磁力小十倍。假定由于由螺线管 电磁体生成的变化的磁场和矢量而导致在整个电子束中幅度和方向 的偏转都不一致，则螺线管式电磁用于精细控制转向中使用的电子束的偏转是有问题的。使用用于转向的螺线管电磁体产生的焦点可 能会在形状和大小上遭受严重的失真。焦点的形状或大小(即，放 大的大小)的改变可能不利地影响图像质量和分辨率，因此在检测 精细结构中可以限制生成这种焦点的X射线系统。此外，在没有聚 焦的情况下，来自螺线管电磁体的不均匀磁场与导致焦点绽放的电 子之间的排斥力的挑战可以生成如此大的焦点，使得所得图像没有 可用的分辨率。
返回参考图14，包围在电子束的相对侧上具有极突起的电子束 的磁芯可以生成均匀的磁场，使得电子束中的电子经历类似的磁场 和偏转，从而使得能够精细控制焦点的位置。焦点的大小的精细控 制可以由先前所描述的聚焦磁性元件提供。如先前所讨论的，偶极 之间的磁场可以是线性的并且垂直于电子束的行进方向，因此电子 在基本上相同的方向上经历类似的偏转量。
尽管图9至图10C、图13A至图14以及图16至图17中示出了 用于聚焦磁性元件340和342以及转向磁性元件330的四极磁体系 统，但是磁多极的其它配置可以与至少两个极一起使用。在四极磁 体系统中，线圈可以配置成作为四极或一对偶极。在双极磁体系统中，线圈可以配置成作为偶极。应当理解，用于聚焦或转向的磁体 系统可以具有多个极(例如，两个、四个、六个或八个)，并且可以 具有各种配置(例如，偶极、四极、六极或八极)。
图16A至图16B图示了集成在由TCU控制的X射线管300中 的电子束转向机构330，其可以向X射线管提供精细的电子中心射 线对准或精细的电子焦点对准。当电子冲击阳极322时，发射X射 线。电子冲击位置被投影到X射线检测器306上，因此冲击位置的 改变改变了中心X射线束在X射线检测器306上的位置。因此，通 过电子束的静态偏转可以改变检测器上的中心X射线束位置。转向 机构330用于使中心X射线束位置与图像轴对准。X射线轴(或中 心X射线束)与成像轴的对准会导致图像的模糊和几何失真，从而 降低图像质量和图像的诊断价值。
例如，基于施加到转向磁体330的线圈的信号(例如，电流)， 电子束中心线316可以由于阳极322上的焦点的改变而被调整到不 同的位置，从而产生不同的中心射线352，354，355，356和357的 位置。中心射线354，355，356或357的位置由偏转的电子束产生。 通过移动阳极322的靶上的电子冲击位置，改变中心射线在X射线 检测器306上的位置。向上(例如，y轴)转向的电子束产生向下(例 如，z轴)转向的中心X射线束354，并且向下(例如，y轴)转向 的电子束产生向上(例如，z轴)转向的中心X射线束355。向左(例 如，x轴)转向的电子束产生向左(例如，x轴)转向的中心X射线 束356，并且向右(例如，x轴)转向的电子束产生向右(例如，x 轴)转向的中心X射线束357。在没有施加到转向磁体330的线圈 的信号的情况下，中心X射线束352被称为非转向中心X射线束或 没有偏移量的中心X射线束。
图17图示了X射线管部件的透视图，其示出了发射器组件382、 聚焦磁体340和342、转向磁体330和阳极322，其配置类似于图9 所示的X射线管组件。图17中的部件可以向X射线管提供电子中 心射线对准或精细电子焦点对准。发射器组件382被示出为具有平 面发射器392。题为“X-Ray Tube Having Planar Emitter with Tunable EmissionCharacteristics”的美国专利申请号14/660,607(或美国专利 申请公开号2015/0187530)公开了一种示例平面发射器，其通过引 用整体并入本文。
图18A至图18B图示了包括两个转向磁芯330和332的X射线 管组件。在示例中，第一转向磁体330可以提供第一转向磁场，并 且第二转向磁体332可以提供第二转向磁力(例如，超精细调整或 转向)。图18B图示了具有线圈发射器394的发射器组件384。平面 发射器或线圈发射器可以与所示出或描述的各种聚焦和转向磁体一 起使用。
图19图示了X射线管部件的透视图，其示出了发射器组件384、 具有两个偶极转向线圈的转向芯330、以及阳极322。转向芯330可 以提供2D转向。
图20图示了X射线管部件的透视图，其示出了发射器组件384、 具有偶极转向线圈的转向芯334、以及阳极322。转向芯334可以提 供一维(1D)转向(例如，沿着y轴)。
图21图示了X射线管部件的透视图，其示出了发射器组件382、 阳极322、聚焦磁体340和包括具有极突起的芯的第二聚焦磁体344， 其中，每个极突起包括聚焦线圈和转向线圈。第二芯组件344被配 置成提供聚焦和转向。来自聚焦和转向的磁场矢量可以彼此叠加。在示例中，聚焦线圈和转向线圈可以使用不同的电源或驱动器电路。
转向磁性元件可以用于改变中心射线相对于X射线成像器306 的位置。中心射线可以基于对象在指定时间相对于X射线成像器306 的位置和定向来在扫描(例如，CT扫描)或X射线暴露期间改变或 切换。如图22所示，X射线系统可以使用中心射线束偏转图案500(或焦点偏转图案)。偏转点的数目和偏转点的位置取决于具体偏转 图案(或转向图案)。转向不同偏转点的次序取决于成像要求。偏转 图案可以用于具体X射线系统或正在获取的图像的类型(例如，特 定患者解剖结构)。每个偏转位置可以相对于在转向范围503内的指 定成像器位置(例如，X射线成像器几何中心点8)定向。转向范围 503可以大于、等于、小于X射线成像器306的暴露区域、或者形 状与X射线成像器306的暴露区域不同。图22所示的偏转图案500 包括具有非偏转中心点8的八个偏转点1至8。在图像获取中，X射 线系统可以仅在几个点之间切换或者通过偏转点(例如，八个点) 的任何组合进行切换。顺序和位置可以取决于成像目标。例如，如 果目标是要提高水平方向上的分辨率，则X射线系统可以在点8和7之间、8和6之间、或5和8之间切换。用于转向图案的次序和位 置可以由系统制造商或影像物理学家确定。
在电子中心射线对准(或电子焦点对准)中，可以将恒定的偏 移量值添加到中心射线位置或转向的射线束位置。图23图示了X射 线管的电子中心射线对准620的示例流程图，其将中心X射线束与 指定成像器位置对准。首先，可以执行相对粗略的机械对准600。在一个示例中，粗略的机械对准小于(<)0.5mm。在另一示例中，粗 略的机械对准小于0.1mm。执行粗略的机械对准的时间可以少于30 分钟(例如，15分钟)。可以通过X射线管中的转向磁性元件(例 如，转向电子束)来调整剩余偏移量(达到可接受的公差)。与机械 对准相比，电子中心射线对准允许更精细和准确的调整，其也可以 在更短的时间帧内得以调整。与使用测量值和工具完成的精细机械 调整相比较，电子精细调整过程可以通过改变数字偏移量值来执行。
返回到流程图620，成像器或检测器暴露于来自X射线管的X 射线624，通常具有对准对象或伪影。X射线检测器的图像通过X 射线检测器或系统控制单元中的处理器处理626，并且处理器计算表 示成像器上的中心射线与指定成像器位置(例如，X射线检测器几何中心点)的距离的偏移量(或偏移量值)628。在一个示例中，偏 移量表示焦点在x-y平面(即，具有x轴分量和y轴分量)中的或中 心射线在x-z平面(即，具有x轴分量和z轴分量)中的2D距离。 在另一示例中，偏移量表示焦点沿着x轴或y轴的或中心射线沿着x 轴或z轴的1D距离。处理器确定偏移量是否在可接受的公差或精度 内(例如，具有偏移量的中心光线在可接受的公差或精度内)630。 在示例中，偏移量值可以具有小于25μm(来自完美对准)的可接受 公差或精度。在另一示例中，偏移量值可以具有小于200μm(来自 完美对准)的可接受公差或精度。对准的精度可以取决于焦点大小、 成像器像素大小、期望的时间分辨率和X射线系统的图像质量要求。 例如，在CT成像中，移位中心X射线束达1/4检测器像素大小可以 避免混叠并且提高时间分辨率。当像素检测到旨在用于相邻像素的 光或X射线时，可能会发生像素混叠，其可能导致图像伪影。在这 种情况下，精细电子对准可以将精度设置为1/4像素并且可以向下与 1/4像素对准。如果检测器像素大小为100μm，则处理器计算偏移量 以使成像器的像素与一边对准并且将其移位到一边25μm。因此，精 细对准的精度可以至少为25μm。下文提供了用于确定指定精度的对 准的至少一个机构。
返回到流程图620，如果偏移量不在可接受的公差或精度内，则 将偏移量添加到现有偏移量(如果有的话)632。转向磁性元件利用 偏移量调整焦点，并且检测器用包括所施加的偏移量的中心射线暴 露634，并且重复该过程，直到偏移量在可接受的公差或精度内。在 示例中，可以使用从TCU生成的转向信号将偏移量施加到转向磁性 元件。一旦偏移量在可接受的公差或精度范围内，可以保存偏移量 636。偏移量可以保存在与X射线管相关联的TCU中。在示例中， 可以使用每个管电压和管电流组合来计算不同的偏移量。还可以基于X射线管、焦点或转向机构的其它特点(诸如温度或焦点大小) 来计算偏移量。随着温度增加，焦点和所得到的中心射线可以移位， 被称为热漂移。温度可以经由温度传感器测量或基于其它参数(例 如，管电压、管电流、运行暴露时间和非操作时间)来计算。在另 一示例中，可以扩展电子对准以调整热漂移以及机械未对准。可以 结合特定管电压、特定管电流、特定管温度或其它焦点或转向变化 的特点或参数来计算偏移量。
当X射线管或TCU与系统的成像器或检测器耦合时，因为测量 值可以直接反馈到调整系统(例如，数字调整系统)，所以电子对准 或调整可以提供自动对准。电子对准可以利用X射线管现有的束转 向或偏转机构来调整2D空间中的焦点。
在对准过程的电子对准部分中，不需要移除台架盖，一旦初始 提供，可以不需要进一步的机械调整。微调对准使用X射线内的转 向磁性元件移动电子束，评估图像，并且电子束以确定性或迭代性 调整循环进行调整。
图24图示了使用位置控制、状态或误差信号432与系统控制单 元430通信的管控制单元(TCU)440。TCU可以被配置成用于特定 的X射线管。TCU包括聚焦电源446、聚焦驱动器460、转向电源 442、转向驱动器450和控制模块470。聚焦电源446向聚焦驱动器 460提供功率448，并且可以将功率447提供给其它部件(例如，控 制模块470)。转向电源442向转向驱动器450提供功率444，并且 可以将功率443提供给其它部件(例如，控制模块470)。
聚焦驱动器向聚焦磁性元件(图9和图17的340或342；图21 的344)的线圈提供聚焦信号(例如，电流)。聚焦驱动器可以包括 至少一个聚焦驱动器。在图24所示的TCU中，聚焦驱动器460可 以包括第一聚焦驱动器462和第二聚焦驱动器466。第一聚焦驱动器 462可以向第一聚焦磁体(图9、图17和图21的340)的线圈提供 聚焦信号(例如，电流)，并且第二聚焦驱动器466可以向第二聚焦 磁体(图9和图17的342；图21的344)的线圈提供聚焦信号(例 如，电流)。每个聚焦驱动器462或466可以从控制模块470接收强 度值464或468，并且向控制模块470提供误差信号463或467(或 握手信号)。
转向驱动器可以包括至少一个转向驱动器。在图24所示的TCU 中，转向驱动器460可以包括x位置驱动器452和y位置驱动器456。 x位置驱动器452可以向转向磁体(图9、图17、图18A至图18B、 图19的330；图20的334；图21的344【如果转动45°】)的x轴 偶极线圈(图14的366B和366D)提供转向信号(例如，电流)， 而y位置驱动器456可以向转向磁体(图9、图17、图18A至图18B、 图19的330；图21的344【如果转动45°】)的y轴偶极线圈(图 14的366A和366C)提供转向信号(例如，电流)。每个转向驱动 器452或456可以从控制模块470接收位置值454或458，并且向控 制模块470提供误差信号453或457(或握手信号)。
控制模块470包括处理器472和数据存储装置480。处理器可以 包括存储器473和中央处理单元(CPU)、控制器、微处理器、现场 可编程门阵列(FPGA)或其它可编程部件。存储器473包括用于初 始化处理器或控制模块的引导加载器474和用于程序执行的应用代码476和数据存储装置478。数据480(例如，表)可以驻留在非易 失性存储器(例如，非易失性随机存取存储器【NVRAM】或闪存)) 或易失性存储器(例如，静态随机存取存储器【SRAM】或动态随机 存取存储器【DRAM】)。数据480的存储器可以驻留在处理器472 的存储器473中或外部存储器芯片上。数据可以包括转向驱动器校 准数据482、聚焦驱动器校准数据484、转向位置校准数据486、偏 移量值488、精细调整值(或用户调整值)490和管校准496。转向驱动器校准数据482基于转向驱动器电路(例如，转向驱动器板) 来提供调整。聚焦驱动器校准数据484基于聚焦驱动器电路或聚焦 驱动器电路(例如，聚焦驱动器板)来提供调整。转向位置校准数 据486可以包括用于偏转或转向图案的位置数据(如图22所示)。 如先前所讨论的，偏移量数据488可以包括在电子中心X射线束对 准或聚焦点对准期间生成的计算值。精细调整值(或用户调整值) 490可以包括转向(例如，位置校正值)或聚焦(例如，大小校正值) 中的附加调整或用户调整。用户调整值可以是用户控制可以访问或 改变的数据的一段。用户调整值的改变可能很小或微小，并且在X 射线管的安全参数之内。管校准可以是X射线管特有的X射线管数 据，其可以在X射线管的制造期间确定或生成。数据可以从X射线 管复制(例如，最初或每次启动)，或以其它方式提供(下载)给X 射线管的TCU。可以针对管电压(例如，kV)、管电流(例如，mA)、 焦点大小、温度或其它相关X射线管或磁性元件参数的每个组合存 储数据。
控制模块470可以从数据中提取聚焦参数或基于输入来计算聚 焦参数。一旦确定了聚焦数据或值，则聚焦数据被发送到聚焦驱动 器460。系统控制单元430可以向TCU发送信号，其指示系统控制 单元准备好激活TCU的驱动器输出。响应于准备激活信号，TCU向 系统控制单元传达X射线管和TCU准备好进行X射线暴露。如果 在该过程期间发生任何误差，则可以将误差传送回系统控制单元。
为了提高转向的速度和响应性，位置改变可以通过单独的线传 送到TCU。另外或可替代地，位置或转向信息可以通过足够快的通 信接口传送。在另一示例中，如所示出的，位置或转向信息可以被 发送到TCU，并且TCU控制位置或转向改变。
在一个示例中，在X射线系统的启动时，TCU 440可以从存储 器检索不同的表或数据，并且组合数据以生成用于X射线管的输出 信号。在该设置期间，各种数据(例如，管校准数据496)与用于指 定驱动器450，452，456，460，461或466的校准数据组合。对于 转向数据，在精细调整值(或精细校准数据)被添加并且合并到指 定驱动器的最终转向数据中之前，转向数据结果可以通过偏移量数 据偏移。最终聚焦或转向数据可以存储在存储器473中，并且在执 行应用代码期间使用以生成聚焦或转向控制信号(图8的416)。每 次X射线系统或TCU启动或更新或修改数据中的值时，可以重新生 成最终聚焦或转向数据。
图25A图示了聚焦数据494的生成或组合。管校准数据496使 用聚焦驱动器校准数据484部分地迭代以生成聚焦数据494。在示例 中，当精细调整值490可用或用于聚焦时，在使用聚焦驱动器校准 数据484进行部分地迭代之前，精细调整值490(例如，大小校正值)与管校准496组合以生成聚焦数据494。
图25B图示了转向数据的生成或组合。偏移量值488(例如，用 于管电压和管电流)被添加到转向位置校准数据486的每个位置， 并且使用转向驱动器校准数据482进行部分地迭代以生成转向数据 492。在示例中，当精细调整值490可用于或用于转向时，精细调整值490(例如，位置校正值)在使用转向驱动器校准数据482进行部 分地迭代以生成转向数据492之前，被添加到偏移量值488和转向 位置校准数据486的每个位置。
返回参考图24，可以在启动时从存储器中的数据生成组合的聚 焦数据(例如，聚焦表)或组合的转向数据(例如，转向表)，并且 驻留在处理器472的存储器473的数据存储器478中。系统控制单 元430可以是用于与X射线系统的各种部件接口的并且控制X射线 系统的各种部件的X射线系统的控制单元。例如，用于CT扫描仪 的系统控制单元可以向TCU440发送信息以设置扫描。聚焦参数可 以取决于要执行的扫描类型，诸如焦点大小、管电压或管电流。
如图8所示，分离X射线管410与TCU 440允许X射线管和 TCU是可替换的，因此如果X射线管或TCU改变，则X射线管校 准数据496(图24和图25A)可以上传到TCU用于校准，而没有任 何附加数据。数据480或478可以存储在X射线管或TCU上，或者 在X射线管和TCU之间交换。
返回参考图22，偏移量值可以施加到由1'至8'表示的偏转图案 或转向图案500。偏移量可能受到物理结构(例如，X射线管)、X 射线管的机械特性或偏转位置(例如，成像器的边缘)的限制。例 如，所允许的偏转量可以通过管的轨迹宽度和喉部大小(例如，在 漂移区中)来确定。TCU驱动器设计可以确定可能发生位置或转向 改变(例如，偏移量或偏转位置)的速度。在示例中，TCU可以在 小于30微秒(<30μs)内将中心X射线束转向到X射线成像器上的 位置。如果需要较小的偏转，则改变位置的速度可以更快。位置或 转向改变的速度可以通过驱动器电压和所需的偏转量来确定。TCU 可以基于驱动器强度来限制偏转量。在示例中，可以调整或选择驱 动器强度用于TCU设计。
图26图示了具有垂直偏移量范围(界限)504的偏移量区域502 和包围没有偏移量508的中心X射线束的水平偏移量范围(界限) 506。在示例中，偏移量范围可以小于1mm。具有偏移量510的中 心X射线束可以发生在偏移量区域内。基于物理结构或偏转位置， 没有偏移量的中心X射线束的任一侧上的垂直偏移量范围或水平偏 移量范围可能不对称或可能彼此变化。
聚焦可以限制焦点大小，其可以通过聚焦磁性元件、聚焦驱动 器电流、靶材料和X射线管功率(例如，管电压和管电流)来确定。X射线靶(阳极上)可能在损伤发生之前承受一定量的热密度。作 为一般化，更大的功率可以与更大的焦点一起利用。
对于机械对准和电子管对准，可以使用被称为伪影(phantom) (例如，对准伪影或分辨率伪影)的参考对象。可以在转动X射线 系统和静止(非转动)X射线系统上确定对准。在处于静止位置的X 射线系统上执行初始对准可能会更简单。在诸如数字X射线系统或 乳房X射线照相系统之类的静止X射线系统或处于静止位置的转动 X射线系统上，对准伪影可以是放置在X射线检测器的中心处的球、 大头针或长圆柱体。有时，大头针、球或圆柱体与X射线伪影中的 其它特征相结合，以获得图像质量。然而，大头针、球或圆柱体的 功能相似。独立于伪影类型，伪影的目的是使X射线系统的中心X 射线束与X射线成像器的指定位置(例如，X射线成像器的中心) 对准。X射线成像器可以包括胶片或电子检测器。在许多情况下， 其它部件(例如，准直器或激光十字丝)也可以与中心X射线束和 成像器对准。例如，激光十字丝通常用于患者设置以使X射线成像 器与待成像的患者解剖结构对准。在完美对准的X射线系统中，大 头针位于中心X射线束的正下方，并且伪影在图像中产生圆圈或圆 形斑点。如果斑点不在成像器的中心，则另一步可以是移动伪影或X 射线源，直到伪影或X射线源与成像器对准为止。
如果伪影与X射线源不对准，则直径可能不同于垂直方向上直 径的比例。仔细检查也可以示出斑点或圆圈的密度不均匀，并且在 斑点的每一侧上具有不同的对比度。数量失真或与实际伪影直径的 偏差可能与中心X射线束的偏移量具有直接几何关系。精确的偏移 量可以取决于X射线系统的放大倍率、束角度和其它因素。
可以在视觉上检测图像的失真或偏差，或者可以使用各种计算 机应用或程序在图像中测量图像的失真或偏差。通过自动化测量图 像中的失真以确定偏移量，电子中心X射线束对准过程可以生成最 终偏移量值，其在几分钟或更短的时间内使中心X射线束与成像器 的指定位置对准。
图27A至图27B图示了具有X射线源位置差异的图像尺寸的变 化。图27A示出了伪影与X射线源520对准，其中当X射线源524 与伪影526对准时，存在对准的X射线束532。图27B图示了伪影 与X射线源522未对准，其中当X射线源524与伪影526未对准时， 存在未对准的X射线束534。所对准的X射线束532的图像尺寸536 (即，所对准的伪影投影宽度)小于未对准的X射线束534的图像 尺寸538(即，未对准的伪影投影宽度)。
在处于静止位置的固定X射线系统或转动X射线系统中，将伪 影放置在检测器的声称中心并且获取图像。伪影可以移动，直到伪 影放置在成像器的中心为止。一旦伪影居中，X射线源的位置可以 通过所描述的机械对准或电子对准过程进行调整。获取图像，测量失真并且计算偏移量，以及进行X射线源的电子调整或机械对准。 具有偏移量调整的配置可以使用另一图像进行验证。伪影与成像器 的对准和与中心X射线束的对准可以相互影响，因此可以迭代伪影 的位置和中心X射线束的调整，直到实现三个部件(即，伪影、成 像器和中心X射线束)之间的正确对准为止。
图28图示了具有中心点570的环形伪影的示例，其包括环内的 中心点574的环形特征572。环形伪影570也可以在对准中使用并且 可以提供附加信息。中心点(斑点)574可以相对扁平(由于失真的 影响随着高度而减小)而直径小，其可以允许伪影与成像器对准。环形特征较厚或更高，并当环形伪影未与X射线源(例如，X射线 管)正确对准时，产生形状的失真或偏差。与一些其它伪影相比， 环形伪影可能需要更少的迭代步骤。
在转动X射线系统(例如，CT系统)中，相对于检测器的X射 线束与X射线系统的中心轴未对准可能产生图像伪像(artifact)，诸 如条纹伪像。取决于未对准的数量，因为条纹伪像随着未对准变大 而更显著，所以图像质量可以减小。在对准期间，将中心处具有大头针或球的伪影放置在X射线系统的躺床或台面上(靠近X射线系 统的中心轴)，使得大头针或球的中心在转动X射线系统的转动轴 处。伪影的放置可以通过扫描和检查图像中的伪像和几何大小进行 验证。如果伪影未正确居中，则图像可能会示出失真。如果拍摄静 止图像(台架没有转动)，则测量可以类似于固定X射线系统，以使 中心X射线束与在转动X射线系统上使用的检测器阵列对准。在很 多情况中，小至1/4像素大小的偏移量可以用于最小化伪像并且提高 图像质量。
另一种使中心X射线束与成像器对准，从而改善图像的分辨率 的方法是使用线对伪影。如果不能检测到一定的分离，则对准可能 不正确，并且可能需要调整X射线管或中心X射线束。可以进行调 整，直到线对是可区分的或可见的为止。图29A至图29B图示了用 于确定对准或确定分辨率的线形伪影的不同大小的示例。图29A图 示了三个小长方体形线形伪影540A至540C。图29B示出了三个大 长方体形线形伪影550A至550C。长方体的端部(或两个面)的形 状可以为正方形，并且正方形的每侧的长度542或552可以基本上 类似于线伪影之间的间距544或554。伪影设备可以包括用于不同等 级或程度的对准或分辨度的线形伪影的变化的大小。
图29C至图29E图示了可以由图29A至图29B所示的线形伪影 产生的不同图像，其可以基于成像器与中心X射线束的对准精度。 图29C示出了不同且分离的线形伪影图像560A至560C，其可以是 成像器与中心X射线束的正确对准的结果。图29D示出了紧凑的线形伪影图像562A至562C，其可能是成像器与中心X射线束的轻微 未对准的结果。图29E示出了模糊的线形伪影图像564，其可能是成 像器与中心X射线束的未对准的结果。
还可以使用其它机构和伪影来使成像器与X射线管(或X射线 系统的中心轴)的中心X射线束对准。
X射线管的中心X射线束与辐射成像器的对准方法
图30所示的流程图图示了使用管控制单元(TCU)使X射线管 的中心射线与辐射检测器对准的方法700。该方法包括：从X射线 管中的发射器发射电子的步骤，如步骤710中一样。随后是从碰撞 在X射线管的阳极的焦点上的电子中生成具有中心射线的X射线的 步骤，如步骤720中一样。该方法的下一步骤包括：在TCU处接收 表示中心射线与指定成像器位置的距离的偏移量值，如步骤730中 一样。该方法还可以包括：基于偏移量值来从TCU的至少一个转向 驱动器中生成转向信号，该转向信号被施加到X射线管上的发射器 和阳极之间的转向磁多极，如步骤740中一样。该方法的下一步骤 可以包括：使用转向磁多极使焦点在阳极上移动，以使中心射线与 指定成像器位置对准，如步骤750中一样。转向磁多极的至少两个 极在电子的路径的相对侧上。
本文中所描述的电子焦点对准(或中心射线对准)技术可以通 过向管控制单元(TCU)提供位置或值以调整指定方向上的偏移量 来使X射线管的中心X射线束与成像器对准。虽然偏移量的调整仍 然是个迭代过程，但是调整的速度、准确度和精度都可以增加。因为偏转量由电子分辨率确定，所以包括电子对准在内的对准的精度 和准确度可以提高。相比之下，机械调整局限于所使用的测量设备 和技术人员准确移动管的能力。通常，一个方向上的机械调整可能 产生另一方向上的小的平移运动或转动运动，其可能使机械对准降低或无效。电子对准中的准确度和精度可以通过测量系统和电子元 件固有的分辨率确定，其可能远比维修技术人员更精确。因为在粗 略机械调整之后不需要机械调整，所以该过程可以是自动化的，并 且因为可能不需要对X射线管和管控制的机械接近，所以可以在没 有维修技术人员的情况下或者在没有进行X射线系统的部分拆卸的 情况下执行。电子对准可以由现场合格的操作员执行。例如，操作 员可以将测试伪影放置在X射线系统中并且运行自动对准过程，其 可以免于对技术人员的服务呼叫以对准管或检查管对准。可以随时 执行对准检查和X射线系统性能的验证，并且可以在没有维修技术 人员参与的情况下进行必要的调整。另外，可能不需要移除X射线 系统的保护盖。在一个示例中，总对准或对准时间可以从1/2小时至 1小时降低到几分钟。
除了静态偏移量调整之外，电子对准还提供了一种用于由于力 和热膨胀或收缩而调整X射线管上的动态变化的机构。所描述的电 子对准还克服来自了常规转向机构和工程的挑战。常规转向机构的 挑战包括产生焦点在各种管电流和管电压组合的范围内的绽放的偏 转、以及鉴于在漂移区中添加的偏转机制而导致X射线管的喉部 (即，在漂移区中)的附加长度进而引起的焦点大小的增加。常规 转向机构的其它挑战包括单面磁性元件，其可能导致焦点的几何失 真。所描述的附加机构(例如，电子束的相对侧上的聚焦磁性元件和磁极)可以避免绽放并且精确地控制焦点大小和位置。
使用转向或偏转机构的电子焦点对准(或中心射线对准)技术 可以用于通过叠加静态偏移量或动态偏移量来提高图像分辨率，以 保持焦点对准，其从而可以优化图像质量，并且降低几何失真。与 转向或偏转机构一致的聚焦机构可以具有减少或消除焦点绽放的附 加益处。由于管电流的增加(即，电子密度较高或电流密度较高) 以及管电压的降低(即，电子速度较低)，可能会发生焦点绽放。具 有附加的聚焦机构可以控制、减少或最小化绽放。
焦点大小和位置的电子校准
X射线管的转向磁性元件和聚焦磁性元件与TCU一起还可以提 供焦点位置(或中心射线位置)的电子校准或焦点大小(焦点尺寸、 中心射线强度或X射线能量分布)的电子对准。在X射线管中，焦 点大小可以部分地通过管电压和管电流设置来定义。焦点大小可能由于不同管电压和管电流下的电子束空间电荷效应而改变。如先前 所描述的，改变管电压或管电流可能生成焦点绽放。使用所描述的 转向磁性元件或聚焦磁性元件，焦点大小可以在管电压和管电流的 动态范围内调整为均匀大小，以避免焦点的绽放，其可以提高各种管电压和管电流组合的图像质量。
传统地，使用一组管操作参数(例如，特定管电压和管电流) 生成偏转(用于生成偏转位置)。在特定管操作参数下，偏转可以仅 是准确的。在其它位置处，偏转可以相对于焦点位置而变化。
许多X射线管可以用于不同类型的X射线系统(例如，来自不 同制造商)上。通常，在X射线管校准期间，平坦检测器用于校准 偏转距离和焦点大小。然而，如图2和图4至图6所示，转动X射 线系统中使用的X射线检测器240安装在圆形台架上，并且本质上 是弧形或弯曲的。如图31A至图31C所示，与平坦检测器相比，X 射线检测器中的弯曲形状可以生成距离差异。因为诸如台架直径和X 射线检测器与X射线管的距离之类的台架尺寸通常对于X射线管制 造商是未知的，或者在校准过程期间可能难以再复制并且价格昂贵 (具有台架的情况)，当施加到转动X射线系统的弯曲检测器时，使 用平坦X射线检测器的校准可能具有一些失真或误差。X射线管与 TCU一起的聚焦和转向机构可以用于校正由于平坦检测器与转动X 射线系统上的弯曲检测器的校准差异而存在的孔径误差，或者用于 调整转向或聚焦以优化特定应用的成像结果。
图31A图示了平坦X射线检测器306上的偏转中心X射线束918 与弯曲X射线检测器906之间的偏转范围(即，平坦X射线检测器 的中心X射线束偏转范围910和弯曲X射线检测器的中心X射线束 偏转范围912))内的误差(即，二次误差)。二次误差是在可转动台 架上的平坦检测器和通常为弯曲的检测器之间的焦点大小或位置的 差异。在检测器的每一侧上示出了在平坦X射线检测器和弯曲X射 线检测器的中心X射线束偏转范围之间的误差914的一半。因为特 定用户使用的检测器的曲率通常不可先验获得(即，在校准之前)， 所以焦点大小和偏转可能具有二次误差。焦点大小和偏转误差的不 匹配可能对图像质量和图像信噪比产生负面影响。
图31B图示了由检测器曲率引入的位置误差924的示例。位置 误差924是偏转中心X射线束928与平坦X射线检测器30上的指 定参考位置916(例如，X射线检测器几何中心点)处的中心X射 线束之间的距离920，与偏转中心X射线束928和弯曲X射线检测 器306上的指定参考位置916处的中心X射线束之间的距离922之 间的差值。
图31C图示了由检测器曲率引入的大小误差的示例。偏转中心 X射线束928被示出为具有表示指定强度或功率水平的X射线的X 射线束轮廓934。X射线束轮廓934可以图示了焦点大小的改变。具 有指定强度的平坦X射线检测器的中心X射线束大小930(表示施 加到平坦X射线检测器的焦点大小)可以具有与具有指定强度的弯 曲X射线检测器的中心X射线束大小932(表示施加到弯曲X射线 检测器的焦点大小)不同的大小。
如先前所描述的，位置的移位和焦点大小的改变对图像质量具 有负面影响。电磁偏转允许对每个位置的X射线管的操作参数中的 每个操作参数进行精细校准。在示例中，返回参照图8，X射线管 410、X射线检测器420、系统控制单元430和TCU 440形成闭环系 统，其可以用于自动校准每个中心射线位置或焦点而不必将管或 TCU返回到制造商进行校准并且不需要维修技术人员的干预。X射 线管410与TCU 440一起允许所附接的系统控制单元系统430针对 各种管操作参数(诸如焦点位置(或中心射线位置)或焦点大小(或 中心射线强度或X射线束能量分布))调整和校准每个位置，其可以 用于避免、减少或最小化成像链中成像误差(例如，二次误差)的 引入。在示例中，校准调整可以在系统级别下完成，而不需要向技 术人员进行服务呼叫来执行校准。结果，操作员可以根据其每日、 每月、每季度、半年或每年的质量保证程序验证校准，并且重新校 准成像链，无需技术服务呼叫。在另一示例中，校准验证可以在几 分钟或更短时间内执行，而不需要技术人员的介入。
图32图示了用于各种转向位置800(例如，在焦点偏转图案中) 的X射线管的焦点位置(或中心X射线束位置)的电子调整的流程 图，其可以用于校正二次误差。可以执行相对粗略的机械对准600。 然后，可以执行X射线管的电子中心射线对准620。成像器或检测器在偏转位置804处暴露于来自X射线管的X射线。可以用对准对 象或伪影执行暴露。X射线检测器的图像通过X射线检测器或系统 控制单元中的处理器处理806，并且处理器计算表示偏转的中心射线(即，实际偏转的中心射线位置)与指定偏转位置(即，具有或不 具有位置校正的目标偏转的中心射线位置)的距离的位置校正(或 位置校正值或位置调整)808。在一个示例中，位置校正表示二维(2D) 距离。在另一示例中，位置校正表示一维(1D)距离。处理器确定 偏转的中心射线位置(具有或不具有位置校正)是否在可接受的公 差或精度810内。在示例中，位置校正的可接受的公差或精度可以 小于用于中心射线位置中的每个中心射线位置的偏移量值。例如， 如果偏移量值的可接受的公差或精度可以小于25μm(来自完美对 准)，则位置校正的可接受公差或精度可以小于5μm(来自完美对 准)。
如果位置校正不在可接受的公差或精度内，则将位置校正添加 到转向位置值(例如，用于生成偏转位置)和现有位置校正(如果 有的话)812。转向磁性元件通过包括位置校正的经调整或校正的转 向位置值来调整焦点，并且用经调整的偏转中心光线814暴露检测器，并且重复该过程，直到位置校正在偏转位置的可接受公差或精 度内为止。在示例中，可以使用从TCU生成的转向信号将位置校正 应用于转向磁性元件。一旦位置校正在可接受的公差或精度内，则 位置校正就可以保存为精细调整值816。位置校正可以保存在与X 射线管相关联的TCU中。在示例中，可以使用每个管电压和管电流 组合来计算不同的位置校正。返回参考图22，可以使用处于所允许 的或可接受的转向范围503内的位置处的位置校正来校准偏转位置。
在另一示例中，可以使用每个管电压和管电流组合的每个偏转 位置或转向位置(在偏转图案中)计算不同的位置校正。图33图示 了中心射线偏转图案501(或焦点偏转图案)，其示出了图22所示的 八个偏转点1至8和具有偏移量的八个偏转点1'至8'、以及具有偏 移量的八个偏转点1”至8”，对于每个偏转点1”至8”，每个偏转点的 偏移量与不同的位置校正组合。每个偏转点1”至8”图示了与其它偏 转点不同的位置校正。
在另一配置中，不同的位置校正可以与其它对准值(例如，偏 移量值)或调整值组合。图34图示了重叠在偏移量区域502上的X 射线检测器上的中心X射线束位置校正(例如，精细调整)的位置 校正区域(或精细调整区域)512。位置校正区域512可以通过垂直 位置校正范围(界限)514和水平位置校正范围(界限)516限定， 包围具有偏移量510的中心X射线束。具有偏移量和位置校正518 的中心X射线束可以出现在位置校正区域512内。在示例中，位置 校正范围可以小于50μm。在示例中，位置校正范围可以小于10μm。 基于X射线管的物理结构或偏转位置，具有偏移量的中心X射线束 的任一侧上的垂直位置校正范围或水平位置校正范围可能不对称或 可能彼此变化。
例如，如果具有偏移量511(即，与位置510不同的偏移量值) 的中心X射线束在偏移量区域502的边缘上或在允许的转向范围503 内，则包围具有偏移量511的中心X射线束的位置校正区域513可 以随着较小的垂直位置校正范围515或更小的水平位置校正范围517而减小。具有偏移量和位置校正519的中心X射线束可以出现 在位置校正区域513内。在另一示例中，可以使用位置校正，而没 有偏移量，因此具有位置校正509的中心X射线束可以出现在位置 校正区域(未示出)内。
图35图示了重叠在平坦X射线检测器306(图31A至图31C) 上的弯曲X射线检测器906(图31A至图31C)的俯视图，其图示 了平坦X射线检测器和弯曲X射线检测器之间的失真。相对于图像 的弯曲X射线检测器轮廓942和平坦X射线检测器上和弯曲X射线 检测器上的中心点916(图31A至图31C)或938示出了图像的平 坦X射线检测器轮廓940。校准到平坦X射线检测器的弯曲X射线 检测器的边缘点944可以被调整、移位或校准到弯曲X射线检测器的移位边缘点946，以匹配校准或在平坦X射线检测器上生成的图 像。中心点938可能没有校正位置或调整位置。其它位置(例如， 中间位置)处的其余点还可以被调整成与已知或测量的校准位置(具 有位置校正)成比例。可以从已知的偏转点校正来计算中间位置。
图36图示了用于各种转向位置820(例如，在焦点偏转图案中) 的X射线管的焦点大小(或中心射线强度或X射线束能量分布)的 电子调整的流程图，该电子调整可以用于校正二次误差。可以执行X 射线管的电子中心射线对准620。成像器或检测器在偏转位置824处暴露于来自X射线管的X射线。检测器可以被配置成测量中心射 线强度、X射线束功率水平、表示焦点大小的X射线束能量分布。 测量可以在检测器的像素或区域处发生。具有强度或功率水平的X 射线检测器的图像通过X射线检测器或系统控制单元中的处理器处 理826，并且处理器计算表示偏转的中心射线(即，实际偏转的中心 射线大小)和指定参考位置(即，具有或没有大小校正的目标偏转 的中心射线大小)处的中心射线之间的X射线强度差的大小校正(或 大小校正值或大小调整)828。在一个示例中，大小校正与每个偏转 位置的管电压和管电流组合相关联。处理器确定偏转的中心射线大 小(具有或不具有大小校正)是否在可接受的公差或强度830内。
如果大小校正不在可接受的公差或强度内，则将大小校正添加 到聚焦值(例如，用于生成指定焦点大小)和现有大小校正(如果 有的话)832。聚焦磁性元件通过包括大小校正在内的调整或校正的 聚焦大小值来调整焦点并且使用经调整的偏转的中心光线834暴露 检测器，并且重复该过程，直到大小校正在偏转位置的可接受公差 或强度内为止。在示例中，可以使用从TCU生成的聚焦信号将大小 校正施加到聚焦磁性元件。一旦大小校正在可接受的公差或强度范 围内，则大小校正可以保存为精细调整值836。大小校正可以保存在 与X射线管相关联的TCU中。在示例中，可以使用每个管电压和管 电流组合来计算不同大小的校正。
通常，使用相对于电子束位于转向磁性元件之前的聚焦磁性元 件聚焦焦点，出现在转向焦点之前。如果焦点大小820和焦点位置 800均以电子形式进行调整，则焦点大小820的电子调整可以在焦点 位置800(每个位置或每个X射线检测器)的电子调整之前发生。
尽管针对相对于平坦X射线检测器和弯曲X射线检测器之间的 差异的位置校正和大小校正，讨论了焦点位置(或中心射线位置) 的电子校准或调整或焦点大小(或中心射线强度或X射线束能量分 布)的电子校准，所描述的机构和技术可以应用于导致失真和误差的其它特征。例如，作为偏转的结果而生成的一种类型的误差是由 于电子束撞击在阳极的弯曲的成角度的靶轨迹表面的不同区域上而 导致的焦点的几何失真，其可能导致焦点位置或大小的一些失真和 误差。管校准(图24和图25A的496)或转向位置校准数据(图24 和图25B的486)可以校正由于阳极靶的圆形表面而引起的误差和 失真。在一些示例中，管校准或转向位置校准数据可能不能充分地 补偿由于阳极的曲率而引起的失真和误差。可替代地或附加地，焦 点位置和大小的电子校准可以用于提供焦点位置或大小的更高的精 度和更好的图像分辨率。
组合图32和图36所示的过程，电子束可以被转向到预先确定 的位置中的一个预先确定的位置，并且获取图像。对图像数据进行 处理，并且计算相应的校正或校准参数。重复该过程，直到焦点大 小和偏转在限定界限或公差内为止。一旦特定管参数设置的焦点大小和偏转被校准，就存储校准值，并且可以校准下一位置。位置可 以由用户定义，如此，所描述的过程允许用户针对用户期望实现的 成像技术来定制或校准每个位置。
在一些示例中，焦点大小或位置的校准可以在手动模式下执行， 其中操作员或用户将电子束控制到特定位置，其又导致X射线束在 特定位置处发射。获取数据，可以访问、测量或确定焦点大小和偏 转距离。然后，所测量的数据可以用于确定所需的调整。校准过程 还可以以自动模式运行，从而允许用户或操作员进行调整，以提高 图像质量，而无需呼叫服务技术人员的费用和时间。通过校准过程， 可以优化各个位置，并且用于生成优化位置的参数可以存储在TCU 中，以在各种过程(例如，患者检查)期间使用。在自动化模式中，应用(例如，扫描仪系统软件)可以用于控制X射线检测器或从X 射线检测器或系统控制单元中提取相关信息。在另一示例中，可以 动态地校正焦点大小误差和偏转误差，诸如当电子束从一个位置移 动到下一位置时。焦点位置的电子校准或焦点大小的电子校准包括 可以自动化的调整和调整验证的机构，因此操作员或用户能够在不 经服务技术人员干预的情况下验证正确位置和焦点大小。如果需要 重新校准，则用户或操作员可以进行调整或启动自动化校准过程， 以消除或降低所检测到的误差。
在手动或自动化模式下，偏转位置和焦点大小的调整允许电子 束的精细调整，并且可以生成“优化”值来校正由于检测器上的曲 率而引起的孔径误差和其它偏转误差。对焦点大小或偏转位置进行 精细调整可以允许用户(例如，操作员)校正失真误差并且可以提 高图像分辨率、信噪比和图像质量。
X射线管与TCU一起可以运行自动化电子校准过程，其包括焦 点位置或大小的调整。电子校准允许服务技术人员在安装或服务期 间优化图像质量，或者使得用户能够验证和校正校准或重新进行现 场校准，而无需服务呼叫。可基于用户需要来在X射线管的整个使 用寿命期间进行位置和大小校正。
图37所示的流程图图示了使用管控制单元(TCU)使X射线管 的中心射线调整到用于各种偏转位置的辐射检测器的方法1000。该 方法包括：从X射线管中的发射器发射电子的步骤，如步骤1010中 一样。随后是根据X射线管上的发射器和阳极之间的转向磁多极偏转电子束的步骤，如步骤1020中一样。该方法的下一步骤包括：从 碰撞在X射线管的阳极的焦点上的电子中生成具有中心射线的X射 线，如步骤1030中一样。该方法还可以包括：在TCU处接收表示 偏转的中心射线与指定偏转位置的距离的位置校正值，如步骤1040 中一样。该方法的下一步骤可以包括：基于位置校正值来从TCU的 至少一个转向驱动器中生成转向信号，该转向信号被施加到转向磁 多极，如步骤1050中一样。该方法还可以包括：用转向磁多极器使 焦点在阳极上移动，使得偏转的中心射线与指定偏转位置对准，如 步骤1060中一样。转向磁多极的至少两个极在电子路径的相对侧上。
本文中所阐述的所有参考文献的全部内容通过具体引用并入本 文。
电路可以包括硬件、固件、程序代码、可执行代码、计算机指 令和/或软件。非暂态计算机可读存储介质可以是不包括信号的计算 机可读存储介质。
应当理解，在本说明书中描述的许多功能单元已经被标记为模 块(或单元)，以便更具体地强调它们的实现独立性。例如，模块可 以被实现为包括定制的超大规模集成(VLSI)电路或门阵列的硬件 电路，包括但不限于逻辑芯片、晶体管或其它部件。模块还可以在 可编程硬件设备中实现，包括但不限于现场可编程门阵列(FPGA)、 可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备或类似设备。
贯穿本说明书对“示例”或“实施例”的引用意味着结合示例 描述的特定特征、结构或特点包括在本发明的至少一个实施例中。 因此，在本说明书的各处，词语“示例”或“实施例”的出现并不 一定都是指相同的实施例。
此外，可以在一个或多个实施例中以合适的方式组合所描述的 特征、结构或特点。在下面的描述中，提供了很多具体细节(例如， 布局和设计的示例)以提供对本发明的实施例的透彻理解。然而， 相关领域的技术人员将认识到，可以在没有特定细节中的一个或多 个特定细节的情况下，或使用其它方法、部件、布局等一起实践本 发明。在其它实例中，未详细示出或描述的公知结构、部件或操作 以避免模糊本发明的各方面。
虽然上述示例在一个或多个特定应用中说明了本发明的原理， 但是对于本领域普通技术人员而言，显而易见的是，在没有发挥创 造力的情况下并且在不背离本发明的原理和概念的情况下，可以进 行实施形式、实施用法和实施细节的很多修改。因而，本发明并不 限于此。在以下权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。
Claims (25)
1.一种使用管控制单元TCU将X射线管的中心射线的偏转位置校准到辐射成像器的方法，用于偏转图案的多个指定偏转位置中的每个偏转位置，所述方法包括如下步骤：
针对所述偏转图案的所述多个指定偏转位置中的一个指定偏转位置：
从X射线管中的发射器发射电子束；
根据所述多个指定偏转位置中的所述一个指定偏转位置，使用所述X射线管上的所述发射器和阳极之间的转向磁多极来偏转所述电子束；
从碰撞在所述X射线管的阳极的焦点上的所述电子生成具有中心射线的X射线；
在所述TCU处接收位置校正值，所述位置校正值表示所偏转的中心射线与所述多个指定偏转位置中的所述一个指定偏转位置的距离；以及
基于所述位置校正值来从所述TCU的至少一个转向驱动器中生成转向信号，所述转向信号被施加到所述转向磁多极；
使用所述转向磁多极使所述焦点在所述阳极上移动以使所偏转的中心射线与所述多个指定偏转位置中的所述一个指定偏转位置对准，其中，所述转向磁多极的至少两个极在所述电子的路径的相对侧上；以及
针对所述多个指定偏转位置中的每个其他偏转位置重复所述步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述转向信号还包括：
对转向位置校准数据和所述位置校正值进行加和，其中，所述转向位置校准数据表示使用所述转向磁多极生成至少一个转向位置的管电压和管电流组合的当前值，并且每个转向位置具有用于所述管电压和管电流组合的相关联的位置校正值；以及
组合所述转向位置校准数据和所述位置校正值的加和与转向驱动器校准数据，其中，所述转向驱动器校准数据表示所述至少一个转向驱动器的当前值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，生成所述转向信号还包括：
对所述转向位置校准数据、所述位置校正值和偏移量值进行加和，其中，所述偏移量值表示所述中心射线与管电压和管电流组合的指定成像器位置的距离，并且所述至少一个转向位置从所述指定成像器位置定向；以及
组合所述转向位置校准数据、所述位置校正值和所述偏移量值的加和与转向驱动器校准数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述转向信号还包括：
确定不同于至少一个转向位置的所述中心射线的位置改变；
使用至少两个转向位置的转向位置校准数据来计算内插偏转值；
使用用于所述至少两个转向位置的位置校正值来计算内插位置校正值；以及
对表示所述中心射线的偏转位置的所述内插偏转值、以及表示所述中心射线的所述位置改变的所述位置校正值的所述内插位置校正值进行求和。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
从所述TCU的至少一个聚焦驱动器生成聚焦信号，所述聚焦信号被施加到所述X射线管上的所述发射器和所述阳极之间的聚焦磁多极；以及
使用所述聚焦磁多极使所述阳极上的所述焦点的区域变窄。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，生成所述聚焦信号还包括：
从所述X射线管接收管校准数据，其中，所述管校准数据表示生成所述X射线管的指定焦点大小的当前值；以及
组合所述管校准数据和聚焦驱动器校准数据，其中，所述聚焦驱动器校准数据表示所述至少一个聚焦驱动器的所述当前值。
7.根据权利要求6所述的方法，在生成所述聚焦信号之前，还包括：
在所述TCU处接收大小校正值，所述大小校正值表示所述偏转的中心射线和在指定参考位置处的所述中心射线之间的X射线的强度差异。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
将每个大小校正值保存在大小校正表中。
9.根据权利要求6所述的方法，在组合所述管校准数据和所述聚焦驱动器校准数据之前，还包括：
对所述管校准数据和大小校正值进行加和，其中，所述管校准数据表示使用所述聚焦磁多极来生成指定焦点大小的管电压和管电流组合的当前值，并且所述大小校正值表示与所述管电压和管电流组合的所述指定偏转位置相关联的所述指定焦点大小的当前改变；其中
组合所述管校准数据和所述聚焦驱动器校准数据还包括：组合所述管校准数据和所述大小校正值的加和与所述聚焦驱动器校准数据。
10.根据权利要求1所述的方法，在接收所述位置校正值之前，还包括：
在系统控制单元处从辐射成像器接收图像数据，所述图像数据包括所述辐射成像器上的中心射线位置；
基于相对于所述指定偏转位置的所述中心射线位置来计算所述位置校正值；以及
将所述位置校正值发送到所述TCU。
11.根据权利要求10所述的方法，在接收到所述位置校正值之前，还包括：
检测X射线；
将检测到的X射线转换成包括所述中心射线位置的图像数据；以及
将所述图像数据发送到所述系统控制单元。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将每个位置校正值保存在位置校正表中。
13.一种X射线系统，包括：
X射线管，包括：
阴极，包括电子发射器，所述电子发射器被配置成发射电子束；
阳极，被配置成接收所述电子束并且从碰撞在所述阳极的焦点上的所述电子束的电子中生成具有中心射线的X射线；以及
所述阴极和所述阳极之间的转向磁多极，被配置成从转向信号中产生转向磁场，并且所述转向磁多极的至少两个极在所述电子束的相对侧上，其中，所述转向磁场使所述电子束的所述焦点在所述阳极上移动；以及
管控制单元TCU，被配置成：针对偏转图案的多个指定偏转位置中的每个偏转位置，将所述X射线管的所述中心射线的偏转位置调整到辐射成像器，并且针对所述多个指定偏转位置中的每个偏转位置，将位置校正值转换成所述转向信号，其中，所述位置校正值表示所偏转的中心射线与所述多个指定偏转位置中的一个指定偏转位置的距离，并且所述TCU包括：
至少一个转向驱动器，被配置成生成所述转向信号，以用于使所述焦点在所述阳极上移动，以使所偏转的中心射线与所述多个指定偏转位置中的所述一个指定偏转位置对准。
14.根据权利要求13所述的X射线系统，其中，所述转向磁多极具有转向轭，所述转向轭的至少两个均匀分布的极突起从所述转向轭延伸并且朝向所述转向轭的中心轴定向，并且所述至少两个极突起中的每个极突起具有可操作地耦合至所述至少一个转向驱动器的转向电磁线圈，所述转向驱动器向每个转向电磁线圈提供电流以产生转向磁场。
15.根据权利要求13所述的X射线系统，其中：
所述转向磁多极包括两组转向磁偶极，所述两组转向磁偶极提供所述焦点的二维2D转向，并且第一组所述转向磁偶极包括所述电子束的相对侧上的两个极，并且第二组所述转向磁偶极包括所述电子束的相对侧上的另外两个极，并且所述第一组所述转向磁偶极的所述两个极之间的第一磁通路径与所述第二组所述转向磁偶极的所述两个极之间的第二磁通路径成一角度；以及
所述至少一个转向驱动器包括：至少一个第一轴驱动器，所述至少一个第一轴驱动器被配置成生成到所述两个极的所述转向信号；以及至少一个第二轴驱动器，所述至少一个第二轴驱动器被配置成生成到所述另外两个极的所述转向信号。
16.根据权利要求13所述的X射线系统，其中：
所述X射线管还包括所述阴极和所述转向磁多极之间的聚焦磁多极，所述聚焦磁多极被配置成从聚焦信号产生聚焦磁场，其中，所述聚焦磁场使所述电子束在所述阳极的焦点轨迹上变窄；以及
所述TCU还包括至少一个聚焦驱动器，所述至少一个聚焦驱动器被配置成生成所述聚焦信号。
17.根据权利要求16所述的X射线系统，其中，所述TCU还被配置成将大小校正值转换成所述聚焦信号，其中，所述大小校正值表示所偏转的所述中心射线与指定参考位置处的所述中心射线之间的X射线强度差异，并且所述大小校正值与管电压和管电流组合的所述指定偏转位置相关联。
18.根据权利要求17所述的X射线系统，其中，所述TCU包括：
聚焦驱动器校准数据，所述聚焦驱动器校准数据表示所述至少一个聚焦驱动器的当前值，其中，所述聚焦信号包括使用所述大小校正值和管校准数据的加和来部分迭代的所述聚焦驱动器校准数据，其中，所述管校准数据表示生成所述X射线管的指定焦点大小的所述管电压和管电流组合的当前值。
19.根据权利要求13所述的X射线系统，其中，所述TCU包括：
转向驱动器校准数据，所述转向驱动器校准数据表示所述至少一个转向驱动器的当前值；以及
转向位置校准数据，所述转向位置校准数据表示使用所述转向磁多极来生成至少一个转向位置的管电压和管电流组合的当前值，其中，所述转向信号包括用于所述指定偏转位置的所述转向位置校准数据，所述转向位置校准数据被添加到所述指定偏转位置的所述位置校正值，并且使用所述转向驱动器校准数据部分地迭代。
20.根据权利要求19所述的X射线系统，其中，所述转向位置校准数据包括其中可以计算其它转向位置的多个转向位置。
21.根据权利要求13所述的X射线系统，还包括系统控制单元，被配置成:
从辐射成像器接收包括中心射线位置的图像数据；
基于相对于所述指定偏转位置的所偏转的所述中心射线来计算每个偏转位置的所述位置校正值；以及
将所述位置校正值发送到所述TCU。
22.根据权利要求21所述的X射线系统，其中，所述X射线系统包括计算机断层摄影CT扫描器或转动X射线系统，并且还包括弯曲X射线成像器，所述弯曲X射线成像器被配置成：
检测X射线；
将检测到的X射线转换成包括所述中心射线位置的图像数据；以及
将所述图像数据发送到所述系统控制单元。
23.一种管控制单元TCU，被配置成将X射线管的中心射线的偏转位置校准到辐射成像器，包括：
至少一个转向驱动器，被配置成生成X射线管的转向磁多极的至少一个转向线圈的转向信号；
存储器，被配置成存储转向位置校准数据，所述转向位置校准数据表示用于使用所述转向磁多极生成至少一个转向位置的管电压和管电流组合的当前值；以及
处理器，被配置成：
生成位置校正值，所述位置校正值表示偏转中心射线与X射线成像器的指定偏转位置的距离；
使用转向位置校准数据来生成偏转值；以及
对校正后的指定偏转位置的所述中心射线的所述位置校正值和所述偏转值进行加和。
24.根据权利要求23所述的TCU，其中
所述存储器还被配置成存储转向驱动器校准数据，所述转向驱动器校准数据表示所述至少一个转向驱动器的当前值；以及
所述处理器还被配置成组合所述位置校正值和所述偏转值的加和与所述转向驱动器校准数据。
25.根据权利要求23所述的TCU，还包括至少一个聚焦驱动器，所述聚焦驱动器被配置成生成所述X射线管的聚焦磁多极的至少一个聚焦线圈的聚焦信号，其中：
所述存储器还被配置成：
存储聚焦位置校准数据，所述聚焦位置校准数据表示所述至少一个聚焦驱动器的当前值；以及
存储管校准数据，所述管校准数据表示生成所述X射线管的指定焦点大小的所述管电压和管电流组合的当前值；以及
所述处理器还被配置成：
生成大小校正值，所述大小校正值表示在用于所述管电压和管电流组合的指定参考位置处的所述偏转中心射线和所述中心射线之间的X射线强度差异；以及
组合所述大小校正值、管校准数据和聚焦驱动器校准数据。
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