DE102011050144A1

DE102011050144A1 - Verfahren zur schnellen Strommodulation in einer Röntgenröhre und Vorrichtung zur Umsetzung desselben

Info

Publication number: DE102011050144A1
Application number: DE102011050144A
Authority: DE
Inventors: Yun Zou; Carey S. Rogers; Xiaoye Wu; Floribertus P. Heukensfeldt Jansen; Brian Lounsberry; Sergio Lemaitre; Jizhong Chen
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2011-05-05
Publication date: 2011-11-17
Also published as: US8396185B2; US20110280363A1; JP2011238614A; JP5785772B2

Abstract

Eine Röntgenröhre (14) enthält ein Target (100) und eine Kathodenanordnung (102). Die Kathodenanordnung (102) enthält einen ersten Glühfaden (106), der konfiguriert ist, um einen ersten Elektronenstrahl (116) in Richtung auf das Target (100) zu emittieren, eine erste Gittersteuerelektrode (112), die mit dem ersten Glühfaden (106) gekoppelt ist, einen zweiten Glühfaden (110), der konfiguriert ist, um einen zweiten Elektronenstrahl (120) in Richtung auf das Target (100) zu emittieren, und eine zweite Gittersteuerelektrode (114), die mit dem zweiten Glühfaden (110) gekoppelt ist.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der Erfindung betreffen allgemein Röntgenbildgebungsvorrichtungen und insbesondere eine Röntgenröhre mit einer verbesserten Steuerung der Elektronenstrahlemission und somit der Röntgenstrahlerzeugung.
Röntgensysteme enthalten gewöhnlich eine Röntgenquelle oder -röhre, einen Detektor und eine Tragstruktur für die Röntgenröhre und den Detektor. Im Betrieb ist ein Bildgebungstisch, auf dem das Objekt positioniert ist, zwischen der Röntgenröhre und dem Detektor angeordnet. Die Röntgenröhre sendet gewöhnlich Strahlung, wie beispielsweise Röntgenstrahlen, zu dem Objekt aus. Die Strahlung durchdringt gewöhnlich das Objekt auf dem Bildgebungstisch und trifft auf den Detektor auf. Während die Strahlung durch das Objekt hindurchtritt, rufen innere Strukturen des Objektes räumliche Veränderungen in der an dem Detektor empfangenen Strahlung hervor. Das Datenakquisitionssystem liest die in dem Detektor empfangenen Signale, und das System setzt die Strahlungsveränderungen in ein Bild um, das verwendet werden kann, um die innere Struktur des Objektes auszuwerten. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass das Objekt einen Patienten oder ein Subjekt in einer medizinischen Bildgebungsprozedur sowie ein lebloses Objekt, wie z. B. ein Gepäckstück in einem Röntgenscanner oder in einem Computertomografie(CT)-Gepäckscanner, enthalten kann, jedoch nicht darauf beschränkt ist. Hier nachstehend sollen die Ausdrücke „Subjekt” und „Objekt” alles umfassen, was in der Lage ist, mittels Röntgenstrahlen abgebildet zu werden.
Gewöhnlich emittiert eine Röntgenquelle in einem Bildgebungssystem, wie beispielsweise einem Computertomografie(CT)-Bildgebungssystem, ein fächerförmiges oder konusförmiges Strahlbündel in Richtung auf ein Objekt, wie beispielsweise einen Patienten oder ein Gepäckstück. Das Strahlbündel trifft, nachdem es durch das Objekt abgeschwächt worden ist, auf ein Array von Strahlungsdetektoren auf. Die Intensität der abgeschwächten Strahlung, die an dem Detektorarray empfangen wird, hängt gewöhnlich von der Abschwächung des Strahlbündels durch das Objekt ab. Jedes Detektorelement des Detektorarrays erzeugt ein gesondertes elektrisches Signal, das für den abgeschwächten Strahl, wie er durch jedes Detektorelement empfangen wird, kennzeichnend ist. Die elektrischen Signale werden zu einem Datenverarbeitungssystem zur Analyse übertragen und schließlich dazu verwendet, ein Bild zu erzeugen.
Röntgendetektoren enthalten gewöhnlich einen Kollimator zur Kollimation der Röntgenstrahlbündel, die an dem Detektor empfangen werden, einen Szintillator benachbart zu dem Kollimator zur Umwandlung von Röntgenstrahlen in Lichtenergie sowie Photodioden, um die Lichtenergie von dem benachbarten Szintillator zu empfangen und daraus elektrische Signale zu erzeugen. Gewöhnlich wandelt jeder Szintillator einer Szintillatorgruppe Röntgenstrahlen in Lichtenergie um. Jeder Szintillator leitet Lichtenergie zu einer zu diesem benachbarten Photodiode ab. Jede Photodiode detektiert die Lichtenergie und erzeugt ein zugehöriges elektrisches Signal. Die Ausgaben der Photodioden werden anschließend zu dem Datenverarbeitungssystem zur Bildrekonstruktion übermittelt.
Röntgenröhren enthalten gewöhnlich eine Anodenstruktur oder ein Target für den Zweck der Verteilung der an einem Brennfleck erzeugten Wärme. Eine Röntgenröhrenkathode liefert einen Elektronenstrahl von einem Emitter, der unter Verwendung einer über einem Vakuumzwischenraum von Kathode zur Anode angelegten Hochspannung beschleunigt wird, um beim Zusammenstoß mit der Anode Röntgenstrahlen zu erzeugen. Der Bereich, in dem der Elektronenstrahl auf die Anode aufprallt, wird häufig als der Brennfleck bezeichnet. Gewöhnlich enthält die Kathode einen oder mehrere Glühfäden, die in einem Becher zur Emission von Elektronen als einen Strahl angeordnet sind, um, als Beispiele, einen großen Brennfleck mit hoher Energie oder einen kleinen Brennfleck mit hoher Auflösung zu erzeugen. Bildgebungsanwendungen können derart ausgelegt sein, dass sie eine Auswahl entweder eines kleinen oder eines großen Brennflecks mit einer bestimmten Gestalt je nach der Anwendung umfassen.
In den folgenden Abschnitten wird eine detailliertere Beschreibung eines CT-Systems bereitgestellt, dass das verbesserte Verfahren zur Elektronenstrahlsteuerung, das Gegenstand dieser Erfindung ist, umsetzt. Jedoch ist es zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf CT-Systeme beschränkt ist, sondern dass sie auf alle Arten von Bildgebungssystemen angewandt werden kann, die eine oder mehrere Röntgenröhren enthalten.
Ein CT-Bildgebungssystem kann eine energiediskriminierende Multienergie- oder Dualenergie-Fähigkeit aufweisen. Methoden, um die Messungen zu erhalten, können ein Scannen mit zwei unterschiedlichen Energiespektren und Erfassen der Photonenenergie entsprechend der Energiedeposition in dem Detektor enthalten. Die Systeme können eine Energiediskriminierung und Materialcharakterisierung auf der Basis der energiearmen und energiereichen Anteile der auftreffenden Röntgenstrahlen bieten. In einem gegebenen Energiebereich der medizinischen CT dominieren zwei physikalischen Prozesse die Röntgenabschwächung: (1) die Compton-Streuung und (2) der photoelektrische Effekt. Somit liefern, wie in der Technik bekannt, detektierte Signale von zwei Energiebereichen hinreichend Informationen, um die Energieabhängigkeit des abgebildeten Materials aufzulösen und eine relative Zusammensetzung eines aus zwei hypothetischen Materialien zusammengesetzten Objektes zu bestimmen.
Ein herkömmliches CT-System der dritten Generation kann aufeinanderfolgend Projektionen bei unterschiedlichen Spitzenspannungsniveaus im Kilovoltbereich (kVp) akquirieren, was den Spitzenwert und das Spektrum der Energie der auftreffenden Photonen, die die emittierten Röntgenstrahlen aufweisen, verändert. Es werden zwei Scanns akquiriert – entweder (1) zeitlich aufeinander folgend direkt nacheinander (back-to-back), wobei die Scanns zwei Umdrehungen rings um das Objekt umfassen, oder (2) wechselweise verschachtelt als Funktion des Drehwinkels, was eine einzige Umdrehung rings um das Objekt erfordert, bei der die Röhre z. B. bei Potentialen von 80 kVp und 140 kVp arbeitet. Beim aufeinanderfolgenden Scannen können erhaltene Daten aufgrund einer leichten Bewegung des Objektes zwischen den Akquisitionen zueinander fehlregistriert sein. Jedoch machen es Hochfrequenzgeneratoren möglich, die Röhrenspannung oder das Potential der Röntgenquelle auf abwechselnden Ansichten umzuschalten. Infolgedessen können Daten für zwei energieempfindliche Scanns in einer zeitlich verschachtelten Weise anstatt in zwei gesonderten Scanns, die im Abstand von einigen Sekunden zueinander durchgeführt werden, erhalten werden.
Somit ist es erwünscht, eine Strommodulation des Elektronenstrahls im Mikrosekunden- oder Teilmikrosekundenbereich und/oder eine Gittersteuerung (Gridding) in einigen Bildgebungsanwendungen zu liefern, so dass zeitlich wechselweise verschachtelte Scanndaten erhalten werden können. Einige Technologien sind in der Lage, den Elektronenstrahlstrom zu vergrößern oder zu verringern, wobei derartige Technologien eine Strommodulation durch Veränderung einer Emittertemperatur und somit des emittierten Strahlstroms erreichen. Derartige momentane Modulationsprozesse sind aufgrund der thermischen Zeitkonstante des Emitters langsam. D. h., aufgrund der thermischen Masse des Glühfadens ist es nicht möglich, mit dieser Methode eine wesentliche Strommodulation im Mikrosekundenbereich zu erreichen.
Um eine schnellere Stromreaktionszeit zu erreichen, können sogenannte Gridding(Gittersteuerung)-Technologien verwendet werden, um den Elektronenstrahlbetrieb elektrostatisch zu steuern und den Strom entweder über ein abfangendes oder ein nicht abfangendes Gitter zu modulieren. Falls eine Hochspannung vergrößert oder verringert wird, steigt oder sinkt gewöhnlich jedoch der Strom entsprechend infolge jeweiliger höherer oder geringerer elektrischer Felder an der Emitteroberfläche, was eine zu dem, was gewöhnlich erwünscht ist, entgegengesetzte Tendenz darstellt. D. h., für eine erhöhte Spannung ist es gewöhnlich erwünscht, einen verringerten Strom zu haben, und umgekehrt. Der höhere Strom bei geringerer Spannung wird gewünscht, um einen hinreichenden Röntgenfluss an der Detektoroberfläche zu erhalten, da bei steigender Energie des auftreffenden Röntgenstrahls sich der Röntgenabschwächungskoeffizient der Materialien verringert.
Für einen Betrieb mit geringerer Spannung ist es gewöhnlich erwünscht, einen hohen Strom oder Röhrenstrom im mA-Bereich (Röhren-mA-Wert) zu haben, der in einigen Anwendungen, als ein Beispiel, 1000 mA oder mehr bei 80 kV beträgt. Entsprechend ist es gewöhnlich erwünscht, einen geringen Strom oder mA-Röhrenstrom vom 750 mA oder weniger bei 140 kV zu haben. In heutiger Röhre ist es möglich, durch Erhöhung der Glühfadentemperatur eine hohe Emission zu erreichen. Jedoch stellt dies, wie erwähnt, einen langsamen Prozess dar, und die zeitliche Antwort eines Glühfadens auf die Temperaturveränderung liegt in dem Bereich von Millisekunden. Zweitens kann eine Erhöhung der Temperatur des Glühfadens die Glühfadenlebensdauer verkürzen oder begrenzen. Somit können bei einem schnellen kV-Umschaltbetrieb der Systembetrieb und die Lebensdaueranforderungen das Leistungsverhalten bei einem gewünschten Strom während eines Betriebsmodus mit geringer Röhrenspannung des schnellen kV-Umschaltbetriebs begrenzen.
Es wäre deshalb wünschenswert, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu haben, die zur mikrosekundenschnellen Strommodulation eines Elektronenstrahls in einer Röntgenbildgebungsvorrichtung in der Lage sind, während sie eine hohe Stromemission erreichen, ohne die Emitterlebensdauer zu beeinträchtigen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der Erfindung ergeben eine Vorrichtung und ein Verfahren, die, indem sie eine Modulation des Stroms eines Elektronenstrahls in einer Röntgenbildgebungsvorrichtung ermöglichen, die vorerwähnten Nachteile überwinden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält eine Röntgenröhre ein Target und eine Kathodenanordnung. Die Kathodenanordnung enthält einen ersten Glühfaden, der eingerichtet ist, um einen ersten Strahl von Elektronen in Richtung auf das Target zu emittieren, eine erste Gittersteuerelektrode (sog. Gridding-Elektrode), die mit dem ersten Glühfaden gekoppelt ist, einen zweiten Glühfaden, der konfiguriert ist, um einen zweiten Strahl von Elektronen in Richtung auf das Target zu emittieren, und eine zweite Gittersteuerelektrode, die mit dem zweiten Glühfaden gekoppelt ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Verfahren zur Multienergie-Bildgebung ein Bestimmen eines ersten Röntgenröhrenstroms auf der Basis eines ersten Röntgenröhrenspannungspegels und eines zweiten Röntgenröhrenstroms auf der Basis eines zweiten Röntgenröhrenspannungspegels, Anlegen eines ersten Glühfadenstroms an einen ersten Glühfaden und eines zweiten Glühfadenstroms an einen zweiten Glühfaden, abwechselndes Anlegen des ersten Röntgenröhrenspannungspegels und des zweiten Röntgenröhrenspannungspegels an eine Kathodenanordnung, die den ersten Glühfaden und den zweiten Glühfaden aufnimmt, wechselweises Anlegen einer ersten und einer zweiten Gittersteuerspannung an die jeweilige erste bzw. zweite Gittersteuerelektrode während des Anlegens des ersten und zweiten Röntgenröhrenspannungspegels über einem Kathoden-Anoden-Zwischenraum, so dass eine Emission von dem ersten und dem zweiten Glühfaden entsprechend der Röhrenspannung gesondert gesteuert werden kann, Akquirieren von Bildgebungsinformationen aus in einem Brennfleck erzeugten Röntgenstrahlen und Erzeugen eines Bildes unter Verwendung der Bildgebungsinformationen.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Bildgebungssystem eine Gantry, die eine Öffnung zur Aufnahme eines zu scannenden Objektes aufweist, und eine Röntgenquelle, die mit der Gantry gekoppelt und konfiguriert ist, um Röntgenstrahlen durch die Öffnung zu projizieren. Die Röntgenquelle enthält ein Target und eine Kathodenanordnung. Die Kathodenanordnung enthält einen ersten Glühfaden, der konfiguriert ist, um einen ersten Elektronenstrahl in Richtung auf das Target zu emittieren, eine erste Gittersteuerelektrode, die mit dem ersten Glühfaden gekoppelt ist, einen zweiten Glühfaden, der konfiguriert ist, um einen zweiten Elektronenstrahl in Richtung auf das Target zu emittieren, und eine zweite Gittersteuerelektrode, die mit dem zweiten Glühfaden gekoppelt ist. Das System enthält eine Steuereinrichtung, die konfiguriert ist, um Bildgebungsdaten aus Röntgenstrahlen zu akquirieren, die durch Elektronen erzeugt werden, die während des Anlegens eines ersten Röhrenspannungspegels und eines zweiten Röhrenspannungspegels an die Kathodenanordnung von der Kathodenanordnung emittiert werden, und unter Verwendung der akquirierten Bilddaten ein Bild zu erzeugen.
Verschiedene weitere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Zeichnungen veranschaulichen eine oder mehrere Ausführungsformen, die derzeit zur Umsetzung von Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen sind.
In den Zeichnungen:
1 zeigt eine bildliche Ansicht eines CT-Bildgebungssystems, das Ausführungsformen der Erfindung enthält.
2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild des in 1 veranschaulichten Systems.
3 zeigt eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Detektorarrays eines CT-Systems.
4 zeigt eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Detektors.
5 zeigt eine Darstellung einer Kathodenanordnung in einer Röntgenröhre, wobei die Kathodenanordnung zwei in Richtung auf einen Brennfleck eines Targets emittierende Glühdrähte aufweist.
6 zeigt eine grafische Darstellung eines Tastverhältnisses für den Gittersteuerungsbetrieb (sog. Gridding-Betrieb) einer Kathodenanordnung.
7 zeigt eine Perspektivansicht eines Glühfadens mit einer mit diesem verbundenen eindimensionalen Gittersteuerelektrode.
8 zeigt eine bildliche Ansicht eines Röntgensystems zur Verwendung bei einem nicht invasiven Gepäckkontrollsystem, das von einer Aufnahme einer Ausführungsform der Erfindung profitieren kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Anwendungen von Röntgenquellen umfassen Bildgebungs-, medizinische, sicherheitsbezogene und industrielle Kontroll- bzw. Prüfanwendungen zur Verwendung in Röntgenbildgebungssystemen.
Die Betriebsumgebung der vorliegenden Erfindung ist im Zusammenhang mit einem 64-Schicht-Computertomografie(CT)-System beschrieben. Jedoch ist es für Fachleute auf dem Gebiet verständlich, dass die vorliegende Erfindung in gleicher Weise zur Verwendung bei anderen Mehrschichtkonfigurationen anwendbar ist. Die Erfindung ist nicht auf CT-Systeme beschränkt, sondern kann auf alle Arten von Bildgebungssystemen, die eine oder mehrere Röntgenröhren enthalten, angewandt werden. Die vorliegende Erfindung ist im Zusammenhang mit einem CT-Scanner der „dritten Generation” beschrieben, wobei sie in gleicher Weise auf andere CT-Systeme anwendbar ist.
Bezugnehmend auf die 1 und 2 ist ein Computertomografie(CT)-Bildgebungssystem 10 veranschaulicht, wie es eine Gantry 12 enthält, die einen CT-Scanner der „dritten Generation” repräsentiert. Die Gantry 12 weist eine Röntgenquelle 14 auf, die ein Bündel von Röntgenstrahlen 16 in Richtung auf eine Detektoranordnung oder einen Kollimator 18 auf der gegenüberliegenden Seite der Gantry 12 projiziert. In Ausführungsformen der Erfindung enthält die Röntgenquelle 14 entweder ein stationäres Target oder ein rotierendes Target. Die Detektoranordnung 18 ist durch mehrere Detektoren 20 und Datenakquisitionssysteme (DAS) 32 gebildet. Die mehreren Detektoren 20 erfassen die projizierten Röntgenstrahlen, die einen medizinischen Patienten 22 durchdringen, und das DAS 32 wandelt die Daten in digitale Signale für eine nachfolgende Verarbeitung um. Jeder Detektor 20 erzeugt ein analoges elektrisches Signal, das die Intensität eines auftreffenden Röntgenstrahlbündels und somit den abgeschwächten Strahl, wenn dieser durch den Patienten 22 hindurchtritt, kennzeichnet. Während eines Scanns zur Akquisition von Röntgenprojektionsdaten rotieren die Gantry 12 und die an dieser montierten Komponenten um einen Drehmittelpunkt 24 herum.
Die Drehung der Gantry 12 und der Betrieb der Röntgenstrahlungsquelle 14 werden von einer Steuereinrichtung 26 des CT-Systems 10 gesteuert. Die Steuereinrichtung 26 enthält eine Röntgensteuereinrichtung 28 und einen Generator 29, der Leistungs- und Zeitsteuersignale an die Röntgenquelle 14 liefert, und eine Gantrymotorsteuerung 30, die die Drehgeschwindigkeit und Position der Gantry 12 steuert. Eine Bildrekonstruktionseinrichtung 24 empfängt abgetastete und digitalisierte Röntgendaten von dem DAS 32 und führt eine Hochgeschwindigkeitsrekonstruktion durch. Das rekonstruierte Bild wird als eine Eingabe einem Computer 36 zugeführt, der das Bild in einer Massenspeichervorrichtung 38 speichert.
Der Computer 36 empfängt ferner Befehle und Scannparameter von einem Bediener über eine Konsole 40, die irgendeine Form einer Bedienerschnittstelle, wie beispielsweise eine Tastatur, eine Maus, eine sprachaktivierte Steuerung oder irgendeine andere geeignete Eingabevorrichtung, aufweist. Eine zugehörige Anzeige 42 ermöglicht dem Bediener, das rekonstruierte Bild und andere Daten von dem Computer 36 zu beobachten. Die vom Bediener gelieferten Befehle und Parameter werden von dem Computer 36 dazu verwendet, Steuersignale und Informationen zu dem DAS 32, der Röntgensteuerung 28 und der Gantrymotorsteuerung 30 zu liefern. Zusätzlich betreibt der Computer 36 eine Tischmotorsteuereinrichtung 44, die einen motorisierten Tisch 46 steuert, um den Patienten 22 und die Gantry 12 zu positionieren. Insbesondere bewegt der Tisch 46 Patienten 22 vollständig oder teilweise durch eine Gantryöffnung 48 nach 1.
Wie in 3 veranschaulicht, enthält die Detektoranordnung 18 Schienen 17, die dazwischen platzierte Kollimatorlamellen oder -platten 19 aufweisen. Die Platten 19 sind positioniert, um Röntgenstrahlen 16 zu kollimieren, bevor derartige Strahlbündel z. B. auf den Detektor 20 nach 4, der auf der Detektoranordnung 18 positioniert ist, auftreffen. In einer Ausführungsform enthält die Detektoranordnung 18 57 Detektoren 20, wobei jeder Detektor 20 eine Arraygröße von 64 × 16 Pixelelementen 50 aufweist. Folglich weist die Detektoranordnung 18 64 Reihen und 912 Spalten (16 × 57 Detektoren) auf, was es ermöglicht, bei jeder Umdrehung der Gantry 12 64 Datenschichten gleichzeitig zu erfassen.
Bezugnehmend auf 4 enthält der Detektor 20 das DAS 32, wobei jeder Detektor 20 eine Anzahl von Detektorelementen 50 enthält, die in einer Packung 51 angeordnet sind. Die Detektoren 20 enthalten Stifte 52, die innerhalb der Packung 51 relativ zu den Detektorelementen 50 positioniert sind. Die Packung 51 ist auf einer von hinten beleuchteten Diodenanordnung 53 positioniert, die mehrere Dioden 59 aufweist. Die Rücklichtdiodenanordnung 53 ist wiederum auf einem mehrschichtigen Substrat 54 positioniert. Auf dem mehrschichtigen Substrat 54 sind Abstandshalter 55 positioniert. Mit der Rücklichtdiodenanordnung 53 sind Detektorelemente 50 optisch gekoppelt, und die Rücklichtdiodenanordnung 53 ist wiederum mit dem mehrschichtigen Substrat 54 elektrisch gekoppelt. Flexible Schaltkreise 56 sind an der Stirnfläche 57 des mehrschichtigen Substrats und an dem DAS 32 angebracht. Die Detektoren 20 sind unter Verwendung der Stifte 52 innerhalb der Detektoranordnung 18 positioniert.
In dem Betrieb einer Ausführungsform erzeugen Röntgenstrahlen, die innerhalb der Detektorelemente 50 auftreffen, Photonen, die die Packung 51 durchqueren, wodurch ein analoges Signal erzeugt wird, das auf einer Diode innerhalb der Rücklichtdiodenanordnung 53 detektiert wird. Das erzeugte analoge Signal wird durch das mehrschichtige Substrat 54 hindurch über die flexiblen Schaltungen 56 zu dem DAS 32 geführt, worin das analoge Signal in ein digitales Signal umgewandelt wird.
5 veranschaulicht Teile einer Ausführungsform des in den 1 und 2 veranschaulichten Systems 10. Das System 10 enthält, wie erläutert, die Röntgenquelle 14, die Steuereinrichtung 26, die die Röntgensteuerung 28 und den Generator 29 enthält, und den Computer 36. Die Röntgenquelle 14 enthält ein (von einem Betrachtungspunkt benachbart zu einer Kante des Targets veranschaulichtes) Target 100 und eine Kathodenanordnung 102 und weist einen dazwischen gebildeten Zwischenraum auf. Die Kathodenanordnung 102 enthält einen ersten Glühfadenbecher 104 mit einem ersten Glühfaden 106 und einen zweiten Glühfadenbecher 108 mit einem zweiten Glühfaden 110. Obwohl die Glühfäden 106, 110 veranschaulicht sind, wie sie dieselbe Größe aufweisen, wird ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass der erste und der zweite Glühfaden 106, 110 nicht dieselbe Größe haben müssen, sondern als ein kleiner und ein großer Glühfaden konfiguriert sein können. Auf eine solche Weise können die Glühfäden in einem Beispiel entsprechend der erwarteten mA-Emission bemessen sein, wobei ein Glühfaden für einen Betrieb mit geringer Röhrenspannung bestimmt sein kann, während der andere für einen Betrieb mit hoher Röhrenspannung bestimmt sein kann.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfasst jeder Glühfadenbecher 104, 108 die Fähigkeit, ihre jeweiligen Glühfäden 106, 110 „durch Gittersteuerung zu beeinflussen”. Die Fähigkeit, die Glühfäden „durch Gittersteuerung zu beeinflussen”, wie in der Technik verstanden, enthält gewöhnlich ein Anlegen einer Spannung, die hinsichtlich des Potentials in Bezug auf den Glühfaden leicht negativ ist, so dass die von dem Glühfaden emittierten Elektronen zu dem Gitter abgeleitet werden, wodurch den Elektronen ermöglicht wird, von dem Auftreffen auf das Target schnell abgeschaltet zu werden. Weil die zur Gittersteuerung verwendete Spannung gewöhnlich in der Größenordnung von bis zu einigen tausend Volt liegt, liegt die Antwortzeit in der Größenordnung einer Mikrosekunde oder in etwa, so dass auf diese Weise eine schnelle und effiziente Modulation des Röhrenstroms ermöglicht ist, die ansonsten in der Technik als mA bezeichnet ist. 5 enthält eine Darstellung von Röhrenstrom- oder mA-Gittersteuerelektroden (sog. mA-Gridding-Elektroden), die in der Nähe von Elektronenstrahlen positioniert sind, die aus den Glühfäden 106, 110 austreten. Jedoch sind andere Ausführungsformen in gleicher Weise anwendbar, um ein eindimensionales Gitter aufzunehmen, das in dem Weg der Elektronen positioniert ist, wie dies nachstehend veranschaulicht ist.
Der erste Glühfadenbecher 104 enthält ein erstes Paar von mA-Gittersteuerelektroden (mA-Gridding-Elektroden) 112 in der Nähe des ersten Glühfadens 106. Der zweite Glühfadenbecher 108 enthält in gleicher Weise ein zweites Paar von mA-Gittersteuerelektroden 114 in der Nähe des zweiten Glühfadens 110. Der erste Glühfaden 106 ist positioniert, um einen ersten Elektronenstrahl 116 in Richtung auf einen Brennfleck 118 zu emittieren, und der zweite Glühfaden 110 ist positioniert, um einen zweiten Elektronenstrahl 120 in Richtung auf den Brennfleck 118 zu emittieren. Jedes Paar von Gittersteuerelektroden 112, 114 ist konfiguriert, um eine daran angelegte Gittersteuerspannung zu haben. Die mA-Gittersteuerelektroden 112 des ersten Glühfadens 106 sind über eine Leitung 122 mit der Röntgensteuereinrichtung 28 gekoppelt, und die mA-Gittersteuerelektroden 114 des zweiten Glühfadens 110 sind über eine Leitung 124 mit der Röntgensteuereinrichtung 28 gekoppelt. Der Generator 29 ist mit der Kathodenanordnung 102 über eine Hochspannungsleitung 126 gekoppelt. Auf eine derartige Weise können die hohe und die niedrige Röhrenspannung wahlweise, unabhängig voneinander und abwechselnd über die Hochspannungsleitung 126 an die Kathodenanordnung 102 angelegt werden. Somit kann die jedem Glühdraht 106, 110 zugeführte Energie gezielt und unabhängig gesteuert und über die Hochspannungsleitung 126 sowie über die Gittersteuerelektroden 112, 114 zugeführt werden. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass der hierin beschriebene Betrieb nicht auf eine Einzelröntgenröhrenkonfiguration beschränkt sein muss, sondern auf eine beliebige Röntgenröhrenkonfiguration anwendbar ist. Z. B. kann die Röntgenröhre in einer Ausführungsform eine geerdete Anode aufweisen, während in einer anderen Ausführungsform die Röntgenröhre in einer bipolaren Anordnung mit einer an eine Kathode angelegten positiven Spannung und einer an eine Anode angelegten negativen Spannung arbeiten kann.
Die der ersten und der zweiten mA-Gittersteuerelektrode 112, 114 zugeführten Gittersteuerspannungen (Gridding-Spannungen) liegen gewöhnlich im Bereich zwischen einigen hundert Volt und einigen tausend Volt. Es ist zu verstehen, dass, obwohl jedes Paar von mA-Gittersteuerelektroden 112, 114 jeweils als ein Elektrodenpaar veranschaulicht ist, die Gittersteuerelektroden stattdessen eine einstückige Elektrode sein können. In anderen Worten kann die mA-Gittersteuerelektrode 112, als ein Beispiel, ein einzelnes Teil mit einem Loch oder einer Öffnung in dieser sein, durch das bzw. die Elektronen zu dem Brennfleck 118 hin hindurchtreten können. Es ist ferner zu verstehen, dass zusätzlich zu jedem Gitter zusätzliche Fokussier- und Ablenkelektroden vorhanden sein können, um eine weitere Fokussierung und Ablenkung von diesen zu bewirken. Dies ergibt eine Möglichkeit, die Brennfleck- und Lageveränderung, die vom Betreiben zweier Strahlen zur gleichen Zeit herrühren können, zu kompensieren.
Im Betrieb ist die Kathodenanordnung 102 der Röntgenröhre 14 in der Lage, gemäß Ausführungsformen der Erfindung einen weiten Dynamikbereich zu bieten. An einem niedrigen Ende des Dynamikbereiches kann einer von dem ersten und dem zweiten Elektronenstrahl 116, 120 über ein jeweiliges erstes und zweites Paar von mA-Gittersteuerelektroden 112, 114 vollständig ausgeschaltet bzw. unterbrochen werden, während der andere von dem ersten und dem zweiten Elektronenstrahl 116, 120 vollständig eingeschaltet oder teilweise oder vollständig über die andere von dem jeweiligen ersten und zweiten Paar von mA-Gittersteuerelektroden 112, 114 abgeschaltet bzw. unterbrochen werden kann. An sich kann, während eine Röhrenspannung oder ein Energieniveau schnell von einer niedrigen Spannung auf einen hohen Spannungspegel umgeschaltet wird, die mA- oder Glühfadenemission zu dem Brennfleck 118 über die Gittersteuerspannungen entsprechend gesteuert werden, die die Emission von einem oder beiden der Glühfäden im Wesentlichen reduzieren oder unterbrechen. Auf eine derartige Weise kann die Emission zu dem Brennfleck 118 auf null mA oder auf einen geringen mA-Wert, wie z. B. 5 mA, reduziert werden.
An dem anderen Ende oder hohen Ende des Dynamikbereiches von mA-Werten können beide Elektronenstrahlen 116, 118 veranlasst werden, gleichzeitig zu dem Brennfleck 118 hin zu emittieren, damit der gesamte mA-Wert z. B. 1000 mA überschreitet. Wie in der Technik verständlich, kann jeder Elektronenstrahl 116, 120 durch Maximierung einer Betriebstemperatur jedes jeweiligen Glühfadens 106, 110 maximiert werden. Ferner kann die mA-Gesamtgröße im Brennfleck 118 variabel oder stufenlos gesteuert werden, indem die Fokussierspannungen gesteuert werden, die an jede mögliche Fokussierelektrode angelegt werden, die an den Gitterelektroden 112, 114 angeordnet sind. An sich kann ein vollständiger Dynamikbereich von null mA (beide Glühfäden 106, 110 durch Gittersteuerung voll abgeschaltet) bis zum vollen mA-Wert (maximale Emission aus jedem Glühfaden 106, 110, ohne Gittersteuerung) gemäß Ausführungsformen der Erfindung realisiert werden. Auf diese Weise kann, während die Röhrenspannung schnell von einer hohen Röhrenspannung auf eine niedrige Röhrenspannung umgeschaltet wird, der mA-Gesamtwert des Brennflecks in gleicher Weise schnell auf einen entsprechend niedrigen mA-Wert und einen hohen mA-Wert, wie erwünscht, moduliert werden. Somit kann eine mA-Gesamtgröße zu dem Brennfleck 118 von einem kombinierten Satz von Glühfäden 106, 110 auf eine derartige Weise gesandt werden, dass ein hoher mA-Wert realisiert werden kann.
Aufgrund der Raumladung beeinflussen zwei Strahlen einander, wenn beide Strahlen eingeschaltet werden. Dies verändert entweder die Lage des Strahls oder die Brennfleckgröße des Strahls. Die Veränderung der Lage und/oder der Brennfleckgröße kann entweder über eine Simulation oder über experimentelle Messungen charakterisiert werden. Eine Möglichkeit, um diese Veränderung zu kompensieren, besteht darin, die Effekte während der Bildrekonstruktion für eine CT zu kalibrieren und zu kompensieren. Eine weitere Möglichkeit, um dies zu kompensieren, besteht darin, einen Mechanismus zu haben, so dass eine Position und/oder Gestalt jedes Elektronenstrahls 116, 120 unabhängig gesteuert werden kann. Dies kann über jeweilige Fokussier- und Ablenkelektroden 113, 115 erreicht werden, die optional in der Nähe der Gittersteuerelektroden 112, 114 positioniert werden können. Indem dies bewerkstelligt wird, kann/können die Position und/oder Gestalt von jedem unabhängig gesteuert werden, so dass sowohl ihre Position als auch ihre Gestalt einander überlappen, um den Brennfleck 118 zu bilden. In einer Ausführungsform kann jedes Paar von Fokussier- und Ablenkelektroden voneinander entkoppelt sein, so dass an diese eine Differenzspannung angelegt werden kann. Auf diese Weise können weitere Elektroden 113, 115 in der Nähe jedes Glühfadens 106, 110 vorgesehen sein, um die Funktionalität bereitzustellen, wie dies in der Technik verständlich ist. In anderen Worten können Paare von Elektroden 112, 114, wie veranschaulicht, die mehrfache Funktionalität, um eine mA-Modulation, Strahlformung und Strahlpositionierung zu enthalten, bieten, wenn sie zur Erzeugung des Brennflecks 118 verwendet werden. Jedoch können mehrere Elektroden 113, 115 vorgesehen sein, um die Brennflecklage, die Gitteransteuerung, die Länge, Weite, Ablenkung und Formsteuerung gesondert und unabhängig zu steuern, wie dies in der Technik verständlich ist. An sich kann eine Bildrekonstruktion durch Kompensation hinsichtlich der Brennfleckgestalt, Brennfleckgröße und dergleichen, die unter Verwendung der Elektroden unabhängig voneinander eingestellt werden, wie erläutert, verbessert werden. Eine derartige Kompensation kann stattfinden, nachdem die Steuereinrichtung 28 des Systems 10 eine Brennfleckgestalt, eine Brennfleckgröße oder beides charakterisiert, und anschließend an die Elektroden angelegte Spannungen entsprechend eingestellt werden.
Eine Emission von jedem Glühfaden 106, 110 kann z. B. gemäß den folgenden Ausführungsformen moduliert werden. In einer Ausführungsform können beide Glühfäden 106, 110 auf eine maximale Glühfadentemperatur gesetzt und anschließend über die Gittersteuerelektroden 112, 114, wie vorstehend beschrieben, gesondert moduliert werden. In einer derartigen Weise und wie beschrieben, kann die mA-Gesamtgröße, die zu dem Brennfleck 118 emittiert wird, dynamisch in dem Bereich von ungefähr null mA bis zu einem Maximalwert (wenn beide Glühfäden 106, 110 durch Gittersteuerung nicht abgeschaltet sind) liegen, der 1000 mA überschreiten kann und nur durch einen maximalen Temperatureinstellwert jedes Glühfadens 106, 110 begrenzt ist. Somit kann eine maximale mA-Größe für Betriebsextrema (1000 mA oder mehr) erreicht werden, während mA-Modulationsgeschwindigkeiten ermöglicht werden, die lediglich z. B. durch eine Fähigkeit begrenzt sind, Gittersteuerspannungen zu jeweiligen Paaren von Elektroden 112, 114 zu liefern (gewöhnlich in der Größenordnung von 1 Mikrosekunde, um ein Beispiel anzugeben).
In einer weiteren Ausführungsform kann ein Glühfaden auf eine maximale Glühfadentemperatur festgelegt werden, und der andere Glühfaden kann auf einen Bruchteil seiner maximalen Temperatur festgelegt werden. Die maximale Temperatur kann auf der Basis einer gewünschten mA-Größe bei geringer Röhrenspannung ausgewählt werden, und der Bruchteil der maximalen Temperatur kann auf der Basis einer gewünschten mA-Größe bei einer hohen Röhrenspannung ausgewählt werden, um Beispiele anzugeben. Auf diese Weise können Gittersteuerspannungen in Verbindung mit dem schnellen Umschalten zwischen niedriger und hoher Röhrenspannung angelegt werden, und der Gittersteuerungsbetrieb (Gridding-Betrieb) kann ein einfacher Ein-Aus-Betrieb sein, so dass auf diese Weise eine ansprechende mA-Modulation in der Größenordnung von Mikrosekunden und in Verbindung mit einem schnellen Umschalten der Röhrenspannung ermöglicht wird.
Gemäß einer Ausführungsform können die Glühfäden bemessen sein, um einem Betrieb mit niedrigem kVp-Wert und einem Betrieb mit hohem kVp-Wert zu entsprechen sowie entsprechend der Emission der Glühfäden 106, 110. Somit können die Glühfäden 106, 110 fortwährend auf einer maximalen Temperatur gehalten und anschließend entsprechend dem Umschalten zwischen niedriger und hoher Röhrenspannung durch Gittersteuerung gesondert abgeschaltet werden. Als ein Beispiel kann der erste Glühfaden 106 ein relativ zu dem zweiten Glühfaden 110 schwacher Glühfaden sein. An sich kann der erste Glühfaden 106 auf eine Temperatur festgesetzt werden, die einem Betrieb mit hoher Röhrenspannung/niedriger mA-Größe entspricht, und der zweite Glühfaden 110 kann auf eine Temperatur festgesetzt werden, die einem Betrieb mit niedriger Röhrenspannung/hoher mA-Größe entspricht. Während ein Umschalten von niedriger zu hoher Röhrenspannung stattfindet, kann die Gitteransteuerung somit entsprechend gesteuert werden. Somit können die Glühfäden auf der Basis einer erwarteten mA-Größe, Brennfleckgröße, -gestalt und Ablenkfähigkeiten, um Beispiele anzugeben und wie in der Technik verständlich, richtig bemessen werden. Ferner ermöglicht diese Ausführungsform auch eine Emission mit Extremwerten von mA, wie beschrieben, um den vollen Dynamikbereich von ungefähr null mA bis 1000 mA oder mehr zu erreichen, während eine schnelle und effiziente mA-Modulation in Verbindung mit einem schnellen Umschalten der Röhrenspannung ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine Emission und mA-Modulation über ein Tastverhältnis-Steuerschema gestellt werden. In diesem Betrieb wird jeder Glühfaden 106, 110 auf z. B. die maximale Emission festgesetzt, und ein oder beide Paare der Gittersteuerelektroden können an eine Folge von schnellen Spannungsimpulsen angeschlossen werden, wie sie in 6 zu sehen ist. Bezugnehmend auf 6 kann eine Folge von Spannungsimpulsen 200 im Bereich von einer ersten negativen Spannung 202 zu einer zweiten negativen Spannung 204 an die Gittersteuerelektroden 112, 114 angelegt werden. Die Folge von Spannungsimpulsen 200 enthält einen ersten Satz von Impulsen 206 bei der ersten negativen Spannung 202 und einen zweiten Satz von Impulsen 208 bei der zweiten negativen Spannung 204. Jeder Impuls des ersten Satzes Impulse 206 enthält eine Impulsweite 210, und die Impulse 206 sind in einem sich über einen Wiederholungszyklus 212 wiederholenden Muster von Impulsen festgelegt, wie veranschaulicht. Die Impulse 206, 208 ergeben eine mittlere Spannung 214 mit einer Größe 216, wobei die Größe 216 auf der ersten und der zweiten negativen Spannung 202, 204, der Impulsweite 210 und einer Gesamtzeit des Wiederholungszyklus 212 beruht. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass die veranschaulichte mittlere Spannung 214 somit allgemein als Funktion eines Tastverhältnisses ausgedrückt werden kann. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird somit erkennen, dass das Anlegen einer Folge von Spannungsimpulsen 200 an eine Elektrode eine resultierende mA-Größe zur Folge hat, die allgemein als eine Funktion des Spitzenwerts von mA und eines Tastverhältnisses ausgedrückt werden kann, wobei die Weiten der Impulse 206, 208 berücksichtigt werden und auch ein negativer Spannungsspitzenwert 204 und eine „Tal”-Spannung 202 mit berücksichtigt werden. Z. B. und als ein Exampel kann ein mA-Mittelwert als eine Funktion 1) Einschaltdauer (Tastverhältnis) des zweiten Satzes Impulse 208 mal zweite negative Spannung 204 plus 2) eins minus Einschaltdauer (Tastverhältnis) des zweiten Satzes Impulse 208 mal erste negative Spannung 202 ausgedrückt werden.
Obwohl die Röntgenröhre 14 in 5 veranschaulicht ist, wie sie zwei Glühfäden 106, 110 aufweist, die darin veranschaulicht und positioniert sind, um den jeweiligen ersten bzw. zweiten Elektronenstrahl 116, 120 in Richtung auf den Brennfleck 118 zu emittieren, ist es zu verstehen, dass ein oder mehrere zusätzliche Glühfäden enthalten sein können, die alle positioniert sein können, um einen jeweiligen Elektronenstrahl auf den Brennfleck 118 zu richten. Somit kann in Übereinstimmung mit dem hier Beschriebenen jeder Glühfaden in einem jeweiligen Glühfadenbecher innerhalb einer Kathodenanordnung derart positioniert werden, dass mehrere Elektronenstrahlen zu dem Brennfleck 118 hin gerichtet werden. In einer (nicht veranschaulichten) Ausführungsform sind zehn Glühfäden innerhalb einer Kathodenanordnung, wie beispielsweise der Kathodenanordnung 102 nach 5, derart positioniert, dass jeder einen jeweiligen Elektronenstrahl in Richtung auf den Brennfleck 118 emittiert.
Die Folge von Spannungsimpulsen 200 kann an eine Gittersteuerelektrode angelegt werden. An sich kann eine Emission aus einem Glühfaden entsprechend gesteuert werden. In einem Beispiel kann ein CT-Akquisitionssichtfenster von 200 Mikrosekunden eine Gittersteuerelektrode aufweisen, die über eine Impulsfolge gesteuert wird, die mehrere Zyklen darin aufweist, so dass auf diese Weise eine Antwortzeit in der Größenordnung von Mikrosekunden liegen kann, wenn die an die Gittersteuerelektroden angelegte Spannung, wie erläutert, gesteuert wird.
Es kann eine eindimensionale Gittersteuerelektrode verwendet werden, um anstelle eines Paars von Gittersteuerelektroden, wie beispielsweise der Elektroden 112 oder 114, wie erläutert, die mA-Emission durch Gitteransteuerung zu steuern. Indem nun auf 7 Bezug genommen wird, kann gemäß Ausführungsformen der Erfindung eine Glühwendel 300, wie beispielsweise der Glühfaden 106 oder 110 nach 5, durch Platzierung eines eindimensionalen Gitters (1D-Gitters) 302 in der Nähe des Glühfadens 300 durch Gitteransteuerung gesteuert werden. Wie bei den obigen Gittersteuerelektroden 112, 114 kann eine Gittersteuerspannung unter Verwendung entweder eines Ein-Aus-Betriebs oder eines Tastverhältnisses an das 1D-Gitter 302 angelegt werden. An sich kann die mA-Größe von dem Glühfaden 300 über eine an das 1D-Gitter 302 angelegte Spannung gesteuert werden, wie beschrieben. Gemäß einer Ausführungsform können Sprossen 304 des 1D-Gitters 302 positioniert sein, um die Emission aus der Glühwendel 300 minimal zu beeinflussen. Wie in der Technik bekannt, ist die Emission der Glühwendel 300 nicht für jede Glühfadenwicklung 306 gleichmäßig, sondern von einer Anzahl von Konstruktions- und Betriebsparametern, einschließlich eines Wicklungsdurchmessers 308, eines Glühfadensprossendurchmessers 310 und einer an die Glühwendel angelegten kV-Spannung, um Beispiele anzugeben, jedoch nicht darauf beschränkt, abhängig. Ein Profil der Elektronenemission des Glühfadens 300 kann, als Beispiele, empirisch oder anhand eines Computermodells auf der Basis derartiger Konstruktions- und Betriebsparameter bestimmt werden, die verwendet werden können, um festzustellen, wo die Emission in Abhängigkeit von einer Lage jeder Sprosse 306 minimal ist. Auf der Basis des ermittelten Profils der Elektronenemission kann das 1D-Gitter 302 in Bezug auf den Glühfaden 300 derart positioniert werden, dass die Emission daraus minimal beeinflusst wird, wenn eine Spannung an das 1D-Gitter 302 nicht angelegt wird. Als ein Beispiel wird in einer Ausführungsform, in der eine minimale Emission an einer zwischen den Sprossen 312 äquidistanten Stelle aus tritt, das 1D-Gitter 302 derart positioniert, dass eine jeweilige Sprosse 314 an der Stelle minimaler Emission äquidistant zwischen den entsprechenden Sprossen 316 platziert wird. In einer anderen Ausführungsform werden die Sprossen 316 nicht äquidistant zwischen den Wicklungen 306 positioniert, sondern werden stattdessen davon axial versetzt und an einer Stelle mit minimaler Emission positioniert, wie dies empirisch oder anhand eines Computermodells bestimmt wird, wie erläutert. In einer noch weiteren Ausführungsform kann das 1D-Gitter 302 derart positioniert werden, dass eine imaginäre ebene Fläche, die durch die Sprossen 314 gebildet ist, im Wesentlichen senkrecht zu den Elektronen ausgerichtet ist, wenn diese zwischen den Sprossen 314 hindurchtreten. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und das 1D-Gitter 302 kann derart positioniert werden, dass die Sprossen 314 eine Neigung oder Schräglage aufweisen und nicht im Wesentlichen senkrecht zu den Elektronen ausgerichtet sind, wenn diese zwischen den Sprossen 314 hindurchtreten, sondern um einige Grad oder mehr geneigt sind.
Demgemäß kann das 1D-Gitter 302 wahlweise platziert werden, um eine Elektronenemission während der Emission daraus minimal zu beeinflussen und gleichzeitig eine Möglichkeit zu bieten, die mA-Größe durch Gitteransteuerung zu steuern, wie erläutert.
8 zeigt eine bildhafte Ansicht eines Röntgensystems 500 zur Verwendung mit einem nicht invasiven Gepäckkontrollsystem. Das Röntgensystem 500 enthält eine Gantry 502, die eine Öffnung 504 darin aufweist, durch die Pakete oder Gepäckstücke passieren können. Die Gantry 502 nimmt eine hochfrequente elektromagnetische Energiequelle, wie beispielsweise eine Röntgenröhre 506, und eine Detektoranordnung 508 auf. Ein Fördersystem 510 ist ebenfalls vorgesehen und enthält ein Förderband 512, das von einer Struktur 514 getragen wird, um automatisch und kontinuierlich zu scannende Pakete oder Gepäckstücke 516 durch die Öffnung 504 passieren zu lassen. Die Objekte 516 werden durch das Förderband 512 durch die Öffnung 504 hindurchgeführt, wonach Bildgebungsdaten akquiriert werden, und das Förderband 512 entfernt die Pakete 516 aus der Öffnung 504 auf eine kontrollierte und kontinuierliche Weise. Infolgedessen können Postinspektoren, Gepäckabfertigungs- und sonstiges Sicherheitspersonal auf nicht invasive Weise den Inhalt der Gepäckstücke 516 nach Sprengstoffen, Messern, Waffen, Schmuggelware etc. durchsuchen. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass die Gantry 502 stationär oder drehbar sein kann. In dem Fall einer drehbaren Gantry 502 kann das System 500 konfiguriert sein, um als ein CT-System zum Gepäckscannen oder für andere industrielle oder medizinische Anwendungen zu arbeiten.
Ein technischer Beitrag für das offenbarte Verfahren und die offenbarte Vorrichtung liegt darin, dass sie eine computerimplementierte Steuerung der Elektronenstrahlemission ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält eine Röntgenröhre ein Target und eine Kathodenanordnung. Die Kathodenanordnung enthält einen ersten Glühfaden, der konfiguriert ist, um einen ersten Strahl von Elektronen in Richtung auf das Target zu emittieren, eine erste Gittersteuerelektrode, die mit dem ersten Glühfaden gekoppelt ist, einen zweiten Glühfaden, der konfiguriert ist, um einen zweiten Elektronenstrahl in Richtung auf das Target zu emittieren, und eine zweite Gittersteuerelektrode, die mit dem zweiten Glühfaden gekoppelt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält ein Verfahren zur Multienergiebildgebung ein Bestimmen eines ersten Röntgenröhrenstroms auf der Basis eines ersten Röntgenröhrenspannungspegels und eines zweiten Röntgenröhrenstroms auf der Basis eines zweiten Röntgenröhrenspannungspegels, Anlegen eines ersten Glühfadenstroms an einen ersten Glühfaden und eines zweiten Glühfadenstroms an einem zweiten Glühfaden, abwechselndes Anlegen des ersten Röntgenröhrenspannungspegel und des zweiten Röntgenröhrenspannungspegels an eine Kathodenanordnung, die den ersten Glühfaden und den zweiten Glühfaden aufnimmt, wahlweises Anlegen einer ersten und einer zweiten Gittersteuerspannung an jeweilige erste bzw. zweite Gittersteuerelektrode(n) während des Anlegens des ersten und zweiten Röntgenröhrenspannungspegels über einem Kathoden-Anoden-Zwischenraum, so dass die Emission aus dem ersten und zweiten Glühfaden bzgl. der Röhrenspannung gesondert steuerbar ist, Akquirieren von Bildgebungsinformationen aus Röntgenstrahlen, die an einem Brennfleck erzeugt werden, und Erzeugen eines Bildes unter Verwendung der Bildgebungsinformationen.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält ein Bildgebungssystem eine Gantry, die eine Öffnung zur Aufnahme eines zu scannenden Objektes aufweist und eine Röntgenstrahlquelle, die mit der Gantry gekoppelt und konfiguriert ist, um Röntgenstrahlen durch die Öffnung zu projizieren. Die Röntgenquelle enthält ein Target und eine Kathodenanordnung. Die Kathodenanordnung enthält einen ersten Glühfaden, der konfiguriert ist, um einen ersten Elektronenstrahl in Richtung auf das Target zu emittieren, eine erste Gittersteuerelektrode, die mit einem ersten Glühfaden gekoppelt ist, einen zweiten Glühfaden, der konfiguriert ist, um einen zweiten Elektronenstrahl in Richtung auf das Target zu emittieren, und eine zweite Gittersteuerelektrode, die mit dem zweiten Glühfaden gekoppelt ist. Das System enthält eine Steuereinrichtung, die konfiguriert ist, um Bildgebungsdaten aus Röntgenstrahlen zu akquirieren, die durch Elektronen erzeugt werden, die während der Beaufschlagung der Kathodenanordnung mit einem ersten Röhrenspannungspegel und einem zweiten Röhrenspannungspegel aus der Kathodenanordnung emittiert werden, und um unter Verwendung der akquirierten Bildgebungsdaten ein Bild zu erzeugen.
Ausführungsformen der Erfindung sind anhand bevorzugter Ausführungsform(en) beschrieben worden, und es ist erkennbar, dass Äquivalente, Alternativen und Modifikationen neben den ausdrücklich angegebenen möglich sind und in dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche liegen.
Eine Röntgenröhre 14 enthält ein Target 100 und eine Kathodenanordnung 102. Die Kathodenanordnung 102 enthält einen ersten Glühfaden 106, der konfiguriert ist, um einen ersten Elektronenstrahl 116 in Richtung auf das Target 100 zu emittieren, eine erste Gittersteuerelektrode 112, die mit dem ersten Glühfaden 106 gekoppelt ist, einen zweiten Glühfaden 110, der konfiguriert ist, um einen zweiten Elektronenstrahl 120 in Richtung auf das Target 100 zu emittieren, und eine zweite Gittersteuerelektrode 114, die mit dem zweiten Glühfaden 110 gekoppelt ist.

Claims

Röntgenröhre (14), die aufweist: ein Target (100); und eine Kathodenanordnung (102), die aufweist: einen ersten Glühfaden (106), der konfiguriert ist, um einen ersten Elektronenstrahl (116) in Richtung auf das Target (100) zu emittieren; eine erste Gittersteuerelektrode (112), die mit dem ersten Glühfaden (106) gekoppelt ist; einen zweiten Glühfaden (110), der konfiguriert ist, um einen zweiten Elektronenstrahl (120) in Richtung auf das Target (100) zu emittieren; und eine zweite Gittersteuerelektrode (114), die mit dem zweiten Glühfaden (110) gekoppelt ist.
Röntgenröhre (14) nach Anspruch 1, wobei die Kathodenanordnung (102) konfiguriert ist, um wahlweise eine erste Gittersteuerspannung an der ersten Gittersteuerelektrode (112) über eine erste Leitung (122) und eine zweite Gittersteuerspannung an der zweiten Gittersteuerelektrode (114) über eine zweite Leitung (124) angelegt zu bekommen.
Röntgenröhre (14) nach Anspruch 2, wobei die Kathodenanordnung (102) konfiguriert ist, um die erste und die zweite Gittersteuerspannung wahlweise angelegt zu bekommen, um die Emission des ersten und des zweiten Elektronenstrahls (116, 120) zu steuern, um eine erste gewünschte Emission zu erreichen, wenn eine erste Röhrenspannung über einem Zwischenraum zwischen der Kathodenanordnung (102) und dem Target (100) angelegt ist, und um eine zweite gewünschte Emission zu erreichen, wenn eine zweite Röhrenspannung über dem Zwischenraum zwischen der Kathodenanordnung (102) und dem Target (100) angelegt ist.
Röntgenröhre (14) nach Anspruch 1, wobei die Emission aus dem ersten und dem zweiten Glühfaden (106, 110) gleichzeitig auftritt, um einen Brennfleck (118) auf dem Target (100) zu bilden.
Röntgenröhre (14) nach Anspruch 1, wobei die Kathodenanordnung (102) derart konfiguriert ist, dass eine Emission aus lediglich einem von dem ersten Glühfaden (106) und dem zweiten Glühfaden (110) erfolgt.
Röntgenröhre (14) nach Anspruch 1, wobei die zweite Gittersteuerelektrode (114) von der ersten Gittersteuerelektrode (112) unabhängig steuerbar ist.
Röntgenröhre (14) nach Anspruch 1, wobei der erste Glühfaden (106) und der zweite Glühfaden (110) positioniert sind, um den ersten Elektronenstrahl (116) und den zweiten Elektronenstrahl (120) in Richtung auf eine vorbestimmte Stelle zu emittieren, wobei beide Strahlen (110, 116) an der gleichen Brennfleckstelle (116) auf das Target auftreffen.
Röntgenröhre (14) nach Anspruch 1, die ferner entweder eine Fokussier- oder eine Ablenkelektrode (113) aufweist, die in der Nähe einer jeweiligen Gittersteuerelektrode (112) positioniert und mit einer jeweiligen Spannung vorgespannt ist, wenn jeder jeweilige Elektronenstrahl (116) nicht durch Gittersteuerung unterbrochen ist.
Röntgenröhre (14) nach Anspruch 1, wobei die erste Gittersteuerelektrode (112) ein eindimensionales Netz (302) aufweist, das mehrere Sprossen (304) aufweist.
Röntgenröhre (14) nach Anspruch 9, wobei jede Sprosse der mehreren Sprossen (304) mit einem jeweiligen Zwischenraum (312) zwischen Wicklungen des ersten Glühfadens (106) ausgerichtet ist.
Röntgenröhre (14) nach Anspruch 1, wobei die Kathodenanordnung (102) derart konfiguriert ist, dass ein an dieser angelegte Röhrenspannungspegel sowohl dem ersten Glühfaden (106) als auch dem zweiten Glühfaden (110) zugeführt wird.