專利名稱：具有多電子束操作單元的多焦斑x射線管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過x射線管生成x射線的領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明涉及
一種X射線管，其適于生成能夠連續(xù)地并且周期地從至少兩個不同焦斑位 置起始的X射線束。這種類型的X射線管被稱為多焦斑X射線管。
本發(fā)明還涉及x射線系統(tǒng)，具體而言，涉及醫(yī)學(xué)x射線成像系統(tǒng)，其
中X射線系統(tǒng)包括如上提及的X射線管。
另外，本發(fā)明涉及一種生成x射線的方法，具體而言，所述x射線用 于醫(yī)學(xué)x射線成像。x射線通過以上提及的x射線管生成。
背景技術(shù)：
計算機斷層掃描(CT)是一種標準的用于放射學(xué)診斷的成像技術(shù)。但
是，使用僅包括單一焦斑的x射線管有時引起重建問題，特別是當(dāng)檢查大
物體時。因此，對于某一視角而言，物體的邊緣區(qū)域可能不位于起始于單
一焦斑并且撞擊在探測器上的X射線束內(nèi)。這具有的影響是對于這些邊緣
區(qū)域而言，僅可獲得數(shù)量減少了的投影視圖，從而使得所檢查的物體的三
維(3D)重建質(zhì)量下降。具體而言，可能生成錯誤地指示了實際中不存在 的結(jié)構(gòu)的重建偽影。
為了同樣在邊緣區(qū)域提高可獲得的投影視圖的數(shù)量，可以使用雙焦斑X 射線管。因此，對于包括了 X射線源和X射線探測器的CT掃描單元的每 一個視角可以生成兩個代表了兩個不同投影角度的二維(2D) X射線衰減 數(shù)據(jù)集。當(dāng)然，兩個焦斑之間的空間距離限定了這兩個2DX射線衰減數(shù)據(jù) 集之間的角度差異。
US 2005/0063514 Al公開了一種延伸的多斑CTX射線源。所描述的X 射線源包括能夠產(chǎn)生多個電子束的電子槍，每一電子束聚焦在預(yù)定的距離 并且對準預(yù)定的方向。所描述的X射線源還包括定位為接收所述電子束并 且生成響應(yīng)所述電子束的X射線的多個靶，其中每一耙包括在其上的預(yù)定焦斑。每一個電子束同步地在合適的時間沖擊包括其上的預(yù)定焦斑的預(yù)定 靶。
US 2005/0053189 Al公開一種能夠基于多個能量級的X射線對對象成 像的X射線CT設(shè)備。所述CT設(shè)備包括可從不同3D位置處的多個焦斑點 基于時間劃分順序地生成X射線的X射線管。提供可實現(xiàn)單獨地對從焦斑 點單獨生成的X射線進行濾波的多個濾波器。X射線管的陽極具有多個撞 擊部分，在所述撞擊部分處由X射線管陰極釋放的電子基于時間劃分順序 地撞擊在電子軌跡上的多個位置處。
US 6，282，263 Bl公開一種X射線發(fā)生器，所述發(fā)生器包括真空的并且 密封的X射線管、電子槍、X射線靶、內(nèi)部電子罩，以及包括了低X射線 吸收和高機械強度的薄管材料的X射線窗。所述發(fā)生器優(yōu)選地包括用于聚 焦并且導(dǎo)引電子束至X射線靶的系統(tǒng)，用于冷卻靶材料的冷卻系統(tǒng)，允許 準確并且可重復(fù)裝配X射線裝置以聚焦X射線束的運動支撐，以及具有不 同構(gòu)造和方法的X射線聚焦裝置。
US 6,778,633 B1公開了一種包括了真空并且密封的X射線管的X射線 發(fā)生器。X射線管包括電子槍和X射線靶。電子束由包括了正好在Wehndt 柵極孔徑內(nèi)的細絲的電子槍產(chǎn)生。Wehnelt柵極相對于所述細絲向負極偏 置。將在兩個平面內(nèi)采用的兩組射束偏轉(zhuǎn)線圈安裝在電子槍的陽極和聚焦 鏡之間以集中所述射束。在聚焦鏡和耙之間的是空心四極磁體，由于所述 空心四極磁鐵將所述射束的圓形截面變成細長的截面，因此所述空心四極 磁鐵起到象散校正裝置的作用。
US 6，895，079，B2公開了一種多焦斑X射線檢測系統(tǒng)，所述X射線檢測 系統(tǒng)包括具有生成限定檢測平面的多于一個射束的機構(gòu)的X射線源，所述 射束基本上彼此平行。X射線檢測系統(tǒng)還包括具有多個探測陣列的X射線 探測器，每一個所述X射線探測器陣列與所述射束中的一個對準。生成多 于一個射束的機構(gòu)可以包括電子槍以及導(dǎo)引由所述槍生成的電子束至耙上 的多焦斑處的機構(gòu)。
US 6,252,935 Bl公開了一種具有偏轉(zhuǎn)布置的X射線管的X射線輻射 器，所述偏轉(zhuǎn)布置可根據(jù)控制信號偏轉(zhuǎn)X射線管的電子束，從而使得陽極 上焦斑的位置對應(yīng)于隨時間變化的參考位置。探測器獲取焦斑的實際位置并且向控制單元提供實際值信號和參考信號，所述控制單元生成控制信號。
所描述的X射線輻射器所具有的缺點為(特別是)當(dāng)各種焦斑位置之間的
空間距離相當(dāng)大時，電子束準確的聚焦變得相當(dāng)困難。
需要提供一種允許對分配給不同焦斑位置的不同電子束進行簡單并且
可靠的聚焦的多焦斑x射線管。

發(fā)明內(nèi)容
這一需求可以通過根據(jù)獨立權(quán)利要求的主題得以實現(xiàn)。通過從屬權(quán)利 要求描述了本發(fā)明的有利實施例。
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面提供了一種X射線管。所述X射線管包括(a) 電子源，其適于生成電子束，(b)陽極，其布置在電子?xùn)c內(nèi)并且其包括第 一焦斑部分以及第二焦斑部分，其中第二焦斑部分與第一焦斑部分在空間 上分離，(c)第一電子束操作單元，當(dāng)電子束撞擊在第一焦斑部分上時， 所述第一電子束操作單元適于與電子束相互作用，以及(d)第二電子束操 作單元，當(dāng)電子束撞擊在第二焦斑部分上時，所述第二電子束操作單元適 于與電子束相互作用。
本發(fā)明的這一方面所基于的思路是在考慮陽極靶上的空間位置的同時 可以單獨地優(yōu)化用于調(diào)制分別撞擊在第一和第二焦斑部分上的電子束的參 數(shù)。換言之，可以分開地為每一個焦斑部分調(diào)整可最佳地操作電子束的參
W「 數(shù)o
在這方面，"電子束操作"一詞包括電子束分別與第一和第二電子束操 作單元的各種不同的相互作用。例如，電子束操作單元可以改變由撞擊在 陽極上的電子生成的焦斑的精確位置。因此，電子束操作單元適于至少輕 微地偏轉(zhuǎn)電子束。另外，電子束操作單元還可以適于通過(例如)向相應(yīng) 電子束操作單元的電極處施加合適(高)的電壓水平，而改變電子束強度。
因此，可以相應(yīng)地操作所生成的X射線束的強度。通過暫時地在最大值與 零值之間改變電子束強度，可以以受控制的方式開啟和關(guān)閉所生成的X射
線束。這意味著所述射束操作單元可以起到在電子光學(xué)領(lǐng)域內(nèi)廣為熟知的 柵極開關(guān)的作用。
根據(jù)本發(fā)明一個實施例(a)陽極可圍繞z軸旋轉(zhuǎn)，并且(b)第二焦斑部分沿平行于z軸定向的z方向在空間上與第一焦斑部分分離。這可以提供
的優(yōu)勢為可以極大地減少陽極的熱負荷濃度，這是因為即使當(dāng)電子束僅生 成兩個離散焦斑時，由高能量電子束生成的熱負荷也分布于陽極表面相當(dāng) 廣闊的區(qū)域上。
根據(jù)本發(fā)明另一個實施例(a)第一電子束操作單元是第一電子束聚焦 和/或偏轉(zhuǎn)單元，并且/或者(b)第二電子束操作單元是第二電子束聚焦和/ 或偏轉(zhuǎn)單元。這提供的優(yōu)勢是X射線管可以允許單個電子束分別聚焦為在 第一焦斑部分處生成的第一焦斑以及由第二焦斑部分處生成的第二焦斑。 因此，分別地，第一電子束的聚焦可以位于第一焦斑部分附近處，以及域 者第二電子束的聚焦可以位于第二焦斑部分附近處。因此，電子束的聚焦 可以在相應(yīng)焦斑附近完成，從而使得可以在近距離內(nèi)忽略固有的電子束自 散焦，這是因為電子束聚焦單元和相應(yīng)的焦斑之間的電子束路徑是相當(dāng)短 的。
第一和第二電子束聚焦單元可以允許電和/或磁聚焦。因此，可以采用 電和/或磁多極布置。對于磁聚焦，優(yōu)選地使用磁四極或甚至更高的多極。 對于電聚焦，可以使用可包括相對于周圍表面或相對于陽極表面處于不同 電位的空心圓柱的電子鏡。
特別當(dāng)使用磁聚焦時，上述的單個電子束操作分別聚焦可允許在第一 和第二焦斑之間更快的切換。這是由于與僅使用一個電子束聚焦單元相比， 單獨電子束聚焦單元的聚焦參數(shù)通常不必要如此過度地改變。因此，最佳 地調(diào)整聚焦參數(shù)所需的時間不再是遠遠長于兩個焦斑之間所期望的轉(zhuǎn)換時 間。這可能特別有利于在所采用的X射線管中具有大面積探測器和多個焦 斑的計算機斷層掃描。因此，僅在CT掃描架整個旋轉(zhuǎn)周期持續(xù)時間的某一 時期使用每一個焦斑，所述CT掃描架支持圍繞所檢査物體旋轉(zhuǎn)的X射線 管和X射線探測器兩者。所提及的對應(yīng)于一個投影視圖的某一時期通常持 續(xù)100lis至lmso
所描述的單獨電子束聚焦還具有的優(yōu)勢為在不同z位置處生成的焦斑 可以以不同方式聚焦，從而使得為了補償不同陽極角度的重聚焦是可能的， 所述陽極角度即在從其處X射線束出現(xiàn)的耙表面與z方向之間的角度。在 這一方面需要提及的是對于z方向上探測器的完全覆蓋，陽極角度需要取決于焦斑的z位置。當(dāng)然這一事實也適用于具有在z方向上分離的多焦斑的管。
另外，CT系統(tǒng)的空間分辨率由物體可看到的表觀光學(xué)焦斑尺寸確定， 即投影至與用于連接焦斑和位于物體內(nèi)的給定體素的線垂直的平面的焦斑 尺寸。因此，陽極角度越大，物理焦斑應(yīng)該越短。因此，為了保持光學(xué)X 射線焦斑不變并且與此同時允許靶表面上不同的陽極角度，需要調(diào)整物理 焦斑，所述物理焦斑即為由e束(e-beam)擊中的面積。第一和第二聚焦機 構(gòu)可以處理這種調(diào)整，從而使得可以為所有焦斑提供合適的焦斑尺寸和焦 斑形狀。
換言之，為每一焦斑位置提供專用電子束聚焦單元為單獨地調(diào)整每一 焦斑的尺寸與形狀提供了額外的自由度。這允許通過考慮特定焦斑的陽極 角度而進行單獨的射束尺寸調(diào)整。
根據(jù)本發(fā)明另一個實施例(a)陽極包括圓柱形陽極體，(b)第一焦斑 部分是至少部分地沿圓柱體周長布置的第一突出物，以及(c)第二焦斑部 分是至少部分地沿圓柱體周長布置的第二突出物。因此，圓柱形陽極體對 準z軸。這意味著陽極能夠圍繞圓柱形陽極體的對稱軸旋轉(zhuǎn)。
突出物可以從圓柱形陽極體以相對于z軸的主要徑向方向延伸。所述 突出物可以優(yōu)選地為或多或少的、由通常用作陽極材料的諸如鎢或包括鎢 和錸的合成的材料制成的厚葉片。為了抵御通常由撞擊電子產(chǎn)生的非常大 的熱負荷，葉片可以包括兩層，第一層用于將減速電子轉(zhuǎn)換成X輻射以及 第二層用于提供熱膨脹補償或熱存儲。
可以使葉片的上表面相對于垂直于旋轉(zhuǎn)軸定向的平面成角度。優(yōu)選地， 所生成的第一和第二焦斑各自具有伸長的方形。由于在焦斑內(nèi)生成的X射 線以徑向方向從旋轉(zhuǎn)軸向外發(fā)射，因此焦斑垂直于所發(fā)射的X射線方向的 投影會更小，因而導(dǎo)致了相當(dāng)小的焦斑尺寸，所述相當(dāng)小的焦斑尺寸反過 來增加了X射線投影圖像的清晰度。優(yōu)選地，在這個投影中第一和第二焦 斑分別具有方形的形狀。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，第一突出物包括至少一個第一斷路器， 從而使得(a)主要平行于z軸傳播的電子束在陽極的第一角位置處撞擊在 第一突出物上，以及(b)主要平行于z軸傳播的電子束在陽極的第二角位置處撞擊在第二突出物上。這種第一和第二突出物的布置可以允許沿Z軸 以準確并且離散的方式輕易地使有效焦斑的位置移位。因此，離散移位的 長度由第一和第二突出物的間距確定。
所描述的陽極的幾何形狀代表一個為了離散地在兩個的焦斑位置之間 使焦斑移位的簡單的解決方法，所述兩個焦斑位置很遠地彼此分離。當(dāng)然， 焦斑移位的頻率與陽極的旋轉(zhuǎn)相位是同步的。這意味著必須準確地控制陽
極的旋轉(zhuǎn)，從而使得當(dāng)采用所生成的X射線束時總是清楚實際X射線束起 始于哪個焦斑。但是，在多焦點X射線管技術(shù)領(lǐng)域中，存在實現(xiàn)陽極的準 確旋轉(zhuǎn)控制的各種方式。這種控制可以是開環(huán)控制或者閉環(huán)控制。
通過分別地選擇斷路器的尺寸以及斷路器的角范圍，可以確定在其期 間X射線束起始于第二焦斑的時間片。當(dāng)然，當(dāng)?shù)谝煌怀鑫锇▋蓚€或更 多個斷路器時，在陽極的一個旋轉(zhuǎn)時期內(nèi)存在兩個或更多個時間片，在所 述時間片期間第二焦斑是有效的。這意味著在一個陽極回旋內(nèi)X射線束上 的源在位于第一突出物的第一焦斑與位于第二突出物的第二焦斑之間來回 切換幾次。
必須提及的是，第二突出物還可以包括以一個角偏移相對于第一斷路 器布置的第二斷路器。這可以允許在陽極體上分別地提供另一個第三突出 物，從而使得可以離散地在三個空間上分離的焦斑位置之間使有效焦斑移 位。
根據(jù)本發(fā)明另一個實施例(a)撞擊在第一焦斑部分上的電子束橫穿第 一射束操作單元的第一相互作用區(qū)域，以及(b)撞擊在第二焦斑部分上的 電子束橫穿第一射束操作單元的第一相互作用區(qū)域以及第二射束操作單元 的第二相互作用區(qū)域。這意味著對撞擊在第二焦斑部分上的電子束的聚焦 可以通過第一和第二射束操作單元完成。與其相比之下，對撞擊在第一焦 斑部分上的電子束的聚焦可以僅通過第一射束操作單元完成。在這方面相 互作用區(qū)域一詞由空間區(qū)域限定，在所述空間區(qū)域中力，特別電和域磁力， 可以施加到電子束的電子上，從而使得改變電子束的傳播方向和/或強度分 布。
這個實施例可以允許對所述X射線管所使用的所有組件特別簡單的機 械以及幾何設(shè)置。具體而言，不需要提供適于選擇性地引導(dǎo)電子束至第一射束操作單元或至第二射束操作單元的射束切換元件。
根據(jù)本發(fā)明另一個實施例，x射線管還包括與第一射束操作單元和第 二射束操作單元耦合的控制單元。因此，(a)控制單元適于以這樣一種方 式控制第一射束操作單元，即在電子束撞擊在第一焦斑部分上時僅第一射 束操作單元是有效的，以及(b)控制單元適于以這樣一種方式控制第二射 束操作單元，即在電子束撞擊在第二焦斑部分上時僅第二射束操作單元是 有效的。這可以提供的優(yōu)勢為，分別用于控制第一和第二射束操作單元的 參數(shù)可以基本上不變或僅緩慢地隨時間改變。這使得準確地將電子束聚焦 至指定的焦斑部分變得更加容易。
根據(jù)本發(fā)明另一個實施例，X射線管還包括(a)第三焦斑部分，其在 陽極處形成并且在空間上與第一焦斑部分和第二焦斑部分分離，以及(b) 第三電子束操作單元，當(dāng)電子束撞擊在第三焦斑部分上時，所述第三電子 束操作單元適于與電子束相互作用。這可以提供的優(yōu)勢為，有效的焦斑可
以離散地在三個不同焦斑位置之間移位。
第三焦斑部分以及第三電子束操作單元可以根據(jù)上述的任何實施例中 的一個實現(xiàn)。特別地第三電子束操作單元可以是第三射束聚焦單元。
需要提及的是，為了使有效的焦斑離散地在各種不同的焦斑位置之間 移位，還可以提供另外的焦斑部分以及相應(yīng)的另外的電子束操作單元。
根據(jù)本發(fā)明另一個實施例，X射線管還包括(a)另一電子源，其適于 生成另一電子束，(b)另一第一焦斑部分以及另一第二焦斑部分，這兩者 都在陽極處形成，(c)另一第一電子束操作單元，當(dāng)所述另一電子束撞擊 在所述另一第一焦斑部分上時，所述另一第一電子束操作單元適于與所述 另一電子束相互作用，以及(d)另一第二電子束操作單元，當(dāng)另一電子束 撞擊在所述另一第二焦斑部分上時，所述另一第二電子束操作單元適于與 所述另一電子束相互作用。因此，所述另一電子束以及所述電子束從不同 的方向撞擊在陽極。
這可以提供的優(yōu)勢為，可以激活兩個獨立的焦斑部分對。因此，生成 兩個不同的有效焦斑是可能的，其中所述兩個焦斑均可以離散地在兩個焦 斑位置之間移位。
這種雙電子源實施例還可以提供的優(yōu)勢在于，與其中四個焦斑部分順序地由 一個僅從單一 電子源發(fā)射的電子束照明的結(jié)構(gòu)相比，從電子源和對 應(yīng)焦斑部分之間延伸的電子束路徑的平均長度可以減少。這使得更加容易 地在每一個焦斑部分上調(diào)整最佳表觀焦斑尺寸。
根據(jù)本發(fā)明另一個實施例，所述另一電子束與所述電子束從相反的方 面撞擊至陽極。這可以提供的優(yōu)勢在于，兩個電子源均可以相對于陽極橫 向布置，從而使得對于四個不同電子束操作單元的布置不存在或者至少僅
有較小的空間限制。因此，可以有效地避免這些組件與各種所生成的x射
線束的碰撞。
根據(jù)本發(fā)明另一個實施例，提供了一種x射線系統(tǒng)，具體而言， 一種 如計算機斷層掃描系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)x射線成像系統(tǒng)。根據(jù)上述實施例中的任何 一個所提供的X射線系統(tǒng)包括至少一個X射線管。
本發(fā)明的這一方面所基于的思路是上述X射線管可以用于各種X射線
系統(tǒng)，特別是可用于醫(yī)學(xué)診斷。
人們可以從使用兩組不同的x射線束來照明所檢查物體而受益，其中 所述兩個x射線組以至少略微不同的照明角度穿透物體。當(dāng)使用探測器陣
列以感測已經(jīng)橫穿物體的x射線束時，人們可以設(shè)計x射線系統(tǒng)，從而使
得應(yīng)用所謂的交錯技術(shù)。因此，在僅使用一個焦斑的情況下，起始于不同
焦斑的相鄰X射線彼此分離一個距離，該距離是相鄰X射線之間的距離的
一半。這所具有的優(yōu)勢在于，當(dāng)分配至所述兩個焦斑的兩個x射線獲取以 一種合適的方式結(jié)合時，可以提升x射線系統(tǒng)的空間分辨率。在最優(yōu)情況
下空間分辨率可以增加一倍。
所描述方法的另一個優(yōu)勢可以在檢查相當(dāng)大的物體時在計算機斷層掃
描(CT)中得以開發(fā)。通過在相對于CT掃描單元的旋轉(zhuǎn)軸的軸向方向上 切換有效焦斑的位置，可為掃描單元的每一個視角生成額外的投影視圖， 所述掃描單元包括X射線管以及相應(yīng)的X射線探測器。這將在沒有如下缺
點的情況下允許采用更小的x射線探測器，該缺點即對于某一視角，所檢
査物體的邊緣區(qū)域不位于起始于單焦點X射線管并且撞擊在X射線探測器
的錐形或扇形x射線束之內(nèi)。
必須提及的是所描述的X射線系統(tǒng)還可以用于其它除醫(yī)學(xué)成像以外的 目的。例如可以在諸如行李檢測設(shè)備的安全系統(tǒng)中采用所述X射線系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明另一方面提供一種用于生成X射線的方法，具體而言，用 于生成在諸如計算機斷層掃描的醫(yī)學(xué)X射線成像中使用的X射線。所提供 的方法包括使用根據(jù)上述X射線管的實施例中的任何一個的X射線管。
必須注意的是，已經(jīng)參考不同的主題描述了本發(fā)明的實施例。具體而 言，已經(jīng)參考設(shè)備類型權(quán)利要求描述了一些實施例，而參考方法類型權(quán)利 要求描述了其它實施例。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員從以上以及以下的描述中 將領(lǐng)會到，除非其它通告，除了屬于一類型主題的特征的任何結(jié)合以外， 關(guān)于不同主題的多個特征之間的結(jié)合，特別是設(shè)備類型權(quán)利要求的特征和 方法類型權(quán)利要求的特征之間的任何結(jié)合同樣被視為由本申請公開。
本發(fā)明以上限定的方面以及此外的方面從以下即將描述的實施例的例 子中是顯而易見的，并且參考實施例的例子得以解釋。將在以下通過參考 實施例的例子更加詳細地描述本發(fā)明，但是所述實施例的例子并非用于限 制本發(fā)明。


圖1示出了包括分別沿圓柱形陽極體的圓周布置的兩個焦斑部分的雙
焦點X射線管的截面視圖2a和圖2b示出了說明在兩個不同旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的陽極的兩個透視圖； 圖3示出了包括沿圓柱形陽極體的圓周布置的四個焦斑部分的多焦點
X射線管的截面視圖4示出了包括兩個電子源和四個焦斑部分的多焦點X射線管的截面 視圖，其中兩個焦斑部分各自分別分配至電子源中的一個；
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的計算機斷層掃描(CT)的簡化了的示 意性表示，其中CT系統(tǒng)配備有一個多焦點X射線管。
參考標記 100X射線管 105電子源 106電子束 110陽極111陽極體
112陽極軸
113旋轉(zhuǎn)軸/z軸
114旋轉(zhuǎn)運動
120第一焦斑部分/第一突出物 121耙層/灣-錸層 122熱補償層 124斷路層
125第一電子束操作單元 126第一電子束路徑 128第一X射線束(無效) 130第二焦斑部分/第二突出物 131耙層/鴇-錸層 132熱補償層 135第二電子束操作單元 136第二電子束路徑 138第二X射線束(有效) 160控制單元 206電子束 210陽極 212陽極軸
220第一焦斑部分/第一突出物 224斷路器
228第一X射線束(有效)
230第二焦斑部分/第二突出物
238第二X射線束(有效)
300X射線管
306電子束
310陽極
311陽極體312陽極軸
313旋轉(zhuǎn)軸/z軸
314旋轉(zhuǎn)運動
320第一焦斑部分/第一突出物 321靶層/鴇-錸層 322熱補償層 324斷路器
325第一電子束操作單元 326第一電子束路徑 328第一X射線束(無效) 330第二焦斑部分/第二突出物 334斷路器
335第二電子束操作單元 336第二電子束路徑 338第二X射線束(無效) 340第三焦斑部分/第三突出物 344斷路器
345第三電子束操作單元
346第三電子束路徑
348第三X射線束(無效)
350第四焦斑部分/第四突出物
355第四電子束操作單元
356第四電子束路徑
358第四X射線束(無效)
400X射線管
405電子源
405a另一電子源
406電子束
406a另一電子束
410陽極411陽極體 412陽極軸 413旋轉(zhuǎn)軸/z軸 414旋轉(zhuǎn)運動
420第一焦斑部分/第一突出物
420a另一第一焦斑部分/另一第一突出物
421靶層/鴇-錸層
422熱補償層
424斷路層
424a另一斷路層
425第一電子束操作單元
425a另一第一電子束操作單元
426第一電子束路徑
426a另一第一電子束路徑
428第一X射線束(無效)
428a另一第一X射線束(無效)
430第二焦斑部分/第二突出物
430a另一第二焦斑部分/另一第二突出物
435第二電子束操作單元
435a另一第二電子束操作單元
436第二電子束路徑
436a另一第二電子束路徑
438第二X射線束(有效)
438a另一第二X射線束(有效)
570醫(yī)學(xué)X射線成像系統(tǒng)/計算機斷層掃描設(shè)備
571掃描架
572旋轉(zhuǎn)軸
573馬達
575 X射線源/X射線管 576孔徑系統(tǒng)577輻射束
580感興趣物體/患者
580a感興趣區(qū)域/患者的頭部
582臺
583馬達
585X射線探測器
585a探測器元件
587旋轉(zhuǎn)方向
588脈沖鑒別器單元
5卯馬達控制單元
595數(shù)據(jù)處理裝置(包括重建單元)
596監(jiān)測器
597打印機
598圖像存檔和通信系統(tǒng)(PACS)
具體實施例方式
附圖中的說明是示范性的。注意的是在不同的圖示中，對相似或相同 的元件提供相同的參考標記，所述參考標記僅在第一位數(shù)字不同于相應(yīng)的 參考標記。
圖1示出了雙焦點X射線管100的截面視圖。x射線管包括適于生成
沿傳播軸投影的電子束106的電子源105。根據(jù)這里描述的實施例，電子源 105包括熱陰極或者場發(fā)射陰極。
X射線管100還包括布置在電子束106內(nèi)的陽極110。陽極106包括基 本上圓柱形的、由陽極軸112在未示出的軸承內(nèi)支撐的陽極體111。軸承允 許陽極110圍繞與z軸對準的旋轉(zhuǎn)軸113做旋轉(zhuǎn)運動114。
陽極110包括第一焦斑部分120，所述第一焦斑形成了部分地沿圓柱形 陽極體111的圓周布置的第一突出物120。第一突出物120包括由鴇/錸合 成物制成的厚度約為lmm的靶層121。第一突出物120還包括直接布置于 靶層121之下的熱補償層122。
陽極110還包括第二焦斑部分130，所述第二焦斑部分形成了沿圓柱形陽極體111的圓周布置的第二突出物130。第二突出物130對應(yīng)于第一突出 物120。因此，第二突出物130同樣包括靶層131和熱補償層132。
第一突出物120包括多個斷路器124，其中在所描述的截面視圖中僅可 看到一個斷路器124。斷路器124沿圓柱形陽極體111的圓周分布。因此， 根據(jù)陽極110的角位置，電子束106沿第一電子束路徑126撞擊在第一突 出物120的靶層121上或者沿第二電子束路徑136撞擊在第二突出物130 的靶層131上。在電子束106撞擊在第一突出物120上的情況下，生成第 一 X射線束128。在電子束106撞擊在第二突出物130上的情況下，生成 第二X射線束138。在圖1所描述的角度狀態(tài)下，將第二X射線束138生 成為有效的。因此第一X射線束128僅以虛線示出。
為了允許電子束106單獨分別聚焦在第一突出物120和第二突出物130 上，提供兩個電子束操作單元，第一電子束操作單元125和第二電子束操 作單元135。根據(jù)這里所述的實施例，電子束操作單元125、 135用于聚焦 電子束106，從而使得在突出物120和130上均可以生成具有合適斑尺寸的 焦斑。
兩個電子束操作單元125、 135與控制單元160耦合，所述控制單元適 于以這樣一種方式控制第一射束操作單元125，即當(dāng)電子束106撞擊在第一 焦斑部分120上時，僅第一射束操作單元125是有效的。另外，所述控制 單元160適于以這樣一種方式控制第二射束操作單元135,即當(dāng)電子束106 撞擊在第二焦斑部分135上時，僅第二射束操作單元135是有效的。這所 提供的優(yōu)勢在于，用于控制兩個射束操作單元125、 135的參數(shù)基本上不變 或者僅緩慢地隨時間變化。這使得將電子束準確聚焦至指定焦斑部分更加 容易，即使兩個焦斑之間的切換頻率相對大時也如此。
如從圖1還可以看到的，將第一射束操作單元125既布置于第一電子 束路徑126上也布置于第二電子束路徑138上。因此，第一射束操作單元 125可用于與電子束106相互作用而與電子束106的目的地?zé)o關(guān)。與之相比 之下，第二射束操作單元135僅可用于分別地偏轉(zhuǎn)和聚焦通過第一射束操 作單元125修改之后的第二電子束106。但是，如上所述，以這樣一種方式 控制兩個射束操作單元125、 135，即所述兩個單元以一種交替方式向分別 沿第一電子束路徑126和第二電子束路徑136傳播的電子束提供聚焦。這意味著當(dāng)?shù)诙涫僮鲉卧?35開啟時重復(fù)地關(guān)閉第一射束操作單元125。 這同樣適用于加以適當(dāng)變動的情況，即當(dāng)?shù)谝簧涫僮鲉卧?25開啟時重 復(fù)地關(guān)閉第二射束操作單元135。
或者，可以將第二射束操作單元135理解為是一種對使沿第二射束路 徑136傳播的電子束最佳地聚焦的補償，以使得在第二突出物130上生成 合適的焦點尺寸。在此背景下，優(yōu)化了經(jīng)常被激活而與陽極110的實際角 位置無關(guān)的第一射束操作單元125，以使沿第一射束路徑126傳播的電子束 聚焦。第二射束操作單元135用于使沿第二 X射線束路徑136傳播的電子 束106聚焦，其中考慮到了先前通過第一射束操作單元125進行的聚焦。 這意味著第二射束操作單元135同樣可以永久地開啟。
根據(jù)這里描述的實施例，包括了第一和第二突出物的陽極110可以具 有在大約15cm至大約40cm范圍內(nèi)的直徑。陽極體的高度為大約bcm。 第一和第二突出物沿z軸的距離大約為IO至14cm。但是必須指出的是， 當(dāng)然其它尺寸可能同樣適用于實現(xiàn)本發(fā)明。
圖2a和圖2b示出了說明陽極210處于兩個不同旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的兩個透視 圖。陽極210包括兩個焦斑部分，第一焦斑部分220和第二焦斑部分230。 陽極210還包括容納于允許陽極210的旋轉(zhuǎn)運動的未示出軸承內(nèi)的陽極軸 212。第一焦斑部分220包括多個斷路器224，其用于當(dāng)陽極210處于一角 位置時允許電子束206朝向第二焦斑230通過，從而使得電子束不撞擊在 第一焦斑部分220上。
圖2a示出了處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的陽極210，其中電子束通過斷連器224。 相應(yīng)地，將會生成起始于第二突出物230的第二X射線束238。圖2b示出 了處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的陽極210，其中電子束撞擊在位于兩個相鄰斷路器224之 間的突出部分上。相應(yīng)地，將會生成起始于第一突出物220的第一X射線 束228。
圖3示出了多焦點X射線管300的截面視圖。根據(jù)示于圖1中的X射 線管100， X射線管300包括陽極310，所述陽極本身包括圓柱形陽極體311 以及陽極軸312，從而使得陽極310可圍繞與z軸對準的旋轉(zhuǎn)軸313旋轉(zhuǎn)。 陽極310的旋轉(zhuǎn)方向由箭頭314示出。
與示于圖1的陽極110相比，陽極310配備有四個焦斑部分，第一焦斑部分320，第二焦斑部分330，第三焦斑部分340以及第四焦斑部分350。 每一個焦斑部分320、 330、 340、 350包括由鎢/錸合成物制成的靶層321 以及熱合成層322。
所述第一焦斑部分320、第二焦斑部分330以及第三焦斑部分330分別 配備有斷路器324、 334以及344。以這樣一種方式，相對于彼此布置斷路 器324、 334以及344，即當(dāng)陽極310旋轉(zhuǎn)時，引導(dǎo)至陽極310的電子束306 順序地撞擊在(a)第一焦斑部分320上，(b)第二焦斑部分330上，(c) 第三焦斑部分340上以及(d)第四焦斑部分上。因此電子束306將會順序 地沿(a)終止于第一突出物320的第一電子束路徑326， (b)終止于第二 路徑330的第二電子束路徑336， (c)終止于第三突出物340的第三電子束 路徑346以及(d)終止于第四突出物350的第四電子束束路徑356傳播。 結(jié)果，將會按順序的方式生成(a)第一X射線束328， (b)第二X射線束 338， (c)第三X射線束348以及(d)第四X射線束358。
圖3描述了處于旋轉(zhuǎn)位置的陽極310，其中第四X射線束358是開啟 的。相應(yīng)地，第一X射線束328，第二X射線束338以及第三X射線束348 是關(guān)閉的。因此，這些X射線束328、 338、 348由虛線示出。
為了允許將電子束306準確聚焦至所有突出物320、330、340以及350， X射線管包括四個電子束操作單元，第一電子束操作單元325、第二電子束 操作單元335、第三電子束操作單元345以及第四電子束操作單元355。因 此，將第一電子束操作單元325分配至第一突出物320,將第二電子束操作 單元335分配至第二突出物330，將第三電子束操作單元345分配至第三突 出物340以及將第四電子束操作單元355分配至第四突出物350。如果將各 自的電子束操作單元布置在相應(yīng)突出物的附近，可以實現(xiàn)對電子束306的 特別準確并且可靠的聚焦。
圖4示出了根據(jù)按照本發(fā)明另一個實施例的多焦點X射線管400的截 面視圖。X射線管400包括兩個電子源，生成電子束406的第一電子源405 以及生成另一電子束406a的另一電子源405a。將兩個電子束406、 406a引 導(dǎo)至陽極410。如從圖4中可看到的，將另一電子束406a以相對于電子束 406基本相反的方向引導(dǎo)至陽極410。
根據(jù)參考圖1和3所描述的實施例，陽極410還包括陽極體411以及陽極軸412。陽極410圍繞平行于z軸定向的旋轉(zhuǎn)軸413旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)運動由 箭頭414指示。
根據(jù)圖3中所示的陽極310，陽極410還配備有四個焦斑部分。但是， 將這些焦斑部分中的兩個，第一焦斑部分420和第二焦斑部分430，分配至 電子源405。將這些焦斑部分中的其它兩個，另一第一焦斑部分420a和另 一第二焦斑部分430a，分配至另一電子源405a。
每一個焦斑部分420、 430、 420a以及420b包括由鎢/錸合成物制成靶 層421以及熱合成層422。如從圖4看到的，焦斑部分420a和430b相對于 焦斑部分420和430定向為顛倒的。這種定向保證了電子束406和另一電 子束406均撞擊在靶層421上而不撞擊在熱補償層422上。
第一焦斑部分420包括多個斷路器424，從而使得當(dāng)陽極410旋轉(zhuǎn)時電 子束406以順序的方式撞擊在第一焦斑部分420上以及撞擊在第二焦斑部 分430上。因此，電子束406將順序地沿終止于第一突出物420的第一電 子束路徑426和終止于第二突出物430的第二電子束路徑436傳播。結(jié)果， 將會以順序的方式生成第一 X射線束428和第二 X射線束438。
這同樣地適用于另一第一焦斑部分420a，所述另一第一焦斑部分同樣 包括多個另外的斷路器424a，從而使得另一電子束406a以順序的方式撞擊 在另一第一焦斑部分420a上以及撞擊在另一第二焦斑部分430a上。因此， 另一電子束406a將順序地沿終止于另一第一突出物420a的另一第一電子束 路徑426a和終止于另一第二突出物430a的另一第二電子束路徑436a傳播。 結(jié)果，將會以順序的方式生成另一第一 X射線束428a和另一第二 X射線束 438a。
換言之，X射線管400允許兩個X射線束的同時生成。因此，這些X 射線束的第一個的焦斑位置可以以周期的方式在第一突出物420和第二突 出物430之間移位。這些X射線束的第二個的焦斑位置可以以周期的方式 在另一第一突出物420a和另一第二突出物430a之間移位。
圖4描述了處于旋轉(zhuǎn)位置的陽極410，其中第二 X射線束438與另一 第二 X射線束438a是開啟的。相應(yīng)地，第一 X射線束428以及另一第一 X 射線束438是關(guān)閉的。因此，第一 X射線束428以及另一第一 X射線束438 以虛線指示。必須提及的是，電子源405以及另一電子源405還可以以一種交替的 方式操作，例如，通過采用已知的柵極開關(guān)。因此，可以意識到，在任何 時間僅有X射線束428、 438、 428a以及438a中的一個是開啟而其它X射 線束是關(guān)閉的。
為了允許將電子束406和電子束406a分別準確聚焦至突出物420和430 以及突出物420a和430a， X射線管400包括四個射束操作單元，第一射束 操作單元425，第二射束操作單元435，另一第一射束操作單元425a以及 另一第二射束操作單元425a。因此，將所述第一射束操作單元425分配至 第一突出物420，將所述第二射束操作單元435分配至第二突出物430，將 所述另 一第一射束操作單元425a分配至另 一第一突出物420a以及將另 一第 二射束操作單元435a分配至另一第二突出物430a。如果將各自的射束操作 單元布置在相應(yīng)突出物的附近，可以實現(xiàn)對電子束406以及另 一 電子束406a 特別準確并且可靠的各自聚焦。
圖5示出了計算機斷層掃描設(shè)備570，所述設(shè)備還被稱為CT掃描儀。 所述CT掃描儀570包括可圍繞旋轉(zhuǎn)軸572旋轉(zhuǎn)的掃描架571。掃描架571 通過馬達573驅(qū)動。
參考數(shù)字575指定了諸如X射線管的發(fā)射多色輻射577的輻射源。CT 掃描儀570還包括孔徑系統(tǒng)576，所述孔徑系統(tǒng)使由X射線管575發(fā)射的X 輻射形成了輻射束577。
引導(dǎo)可以為錐形或扇形束577的輻射束577使得其可以穿透感興趣區(qū) 域580a。根據(jù)這里所述的實施例，感興趣區(qū)域是患者580的頭部580a。
將患者580置于臺582上。將患者頭部580a布置在掃描架571的代表 了 CT掃描儀570的檢査區(qū)域的中心區(qū)域。在穿透感興趣區(qū)域580a之后， 輻射束577撞擊在輻射探測器585上。為了能夠抑制被患者的頭部580a散 射并且以一斜角撞擊在X射線探測器585上的X輻射，提供了一種未示出 的防散射格柵。優(yōu)選地將所述防散射格柵直接置于探測器585之前。
將X射線探測器585布置在掃描架571上與X射線管575相對處。探 測器585包括多個探測器元件585a，其中每一探測器元件585a能夠探測已 經(jīng)通過患者580的頭部580a的X射線光子。
在掃描感興趣區(qū)域580a期間，X射線源585,孔徑系統(tǒng)576以及探測器585 —起同掃描架571以箭頭587所指示的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。對于掃描架 571的旋轉(zhuǎn)而言，馬達573連接至其本身連接至數(shù)據(jù)處理裝置595的馬達控 制單元590。數(shù)據(jù)處理裝置595包括通過硬件和/或通過軟件實現(xiàn)的重建單 元。重建單元適于為基于多個在各種觀察角度下獲得的2D圖像重建3D圖
另外，數(shù)據(jù)處理裝置595同樣起到與馬達控制單元590通信以使掃描 架571的運動與所述臺582的運動相協(xié)同的控制單元的作用。所述臺582 的線性位移由同樣與馬達控制單元590連接的馬達583實現(xiàn)。
在CT掃描儀570操作期間，掃描架571旋轉(zhuǎn)，同時使所述臺582平行 于旋轉(zhuǎn)軸572線性移位，從而使得執(zhí)行對感興趣區(qū)域580a的螺旋掃描。應(yīng) 該注意的是，執(zhí)行在平行于旋轉(zhuǎn)軸572的方向上沒有位移，但僅有掃描架 571圍繞旋轉(zhuǎn)軸572的旋轉(zhuǎn)的圓形掃描也是可能的。因此，可以以高準確度 測量頭部580a的各層。通過以離散的步驟順序地平行于旋轉(zhuǎn)軸572移動所 述臺582可以在為每一個離散的臺位置至少執(zhí)行半個掃描架旋轉(zhuǎn)之后獲得 更大的患者頭部的三維表示。
探測器585與其本身與數(shù)據(jù)處理裝置595耦合的前級放大器588耦合。 處理裝置595能夠基于在不同投影角度獲得的多個不同X射線投影數(shù)據(jù)集 來重建患者頭部580a的3D表示。
為了觀察所重建的患者頭部580a的3D表示，提供與數(shù)據(jù)處理裝置595 耦合的顯示器596。另外，3D表示的透視圖的任意層還可以由同樣與數(shù)據(jù) 處理裝置595耦合的打印機597打印出來。另外，數(shù)據(jù)處理裝置595還可 以與圖像存檔和通信系統(tǒng)598 (PACS)耦合。
應(yīng)該注意的是，監(jiān)測器596，打印機597和/或其它在CT掃描儀570 內(nèi)提供的裝置可以布置到計算機斷層掃描設(shè)備570的本地?；蛘?，這些組 件可以遠離CT掃描儀570，例如在公共機構(gòu)或者醫(yī)院內(nèi)的其它地方，或者 在與CT掃描儀570通過一個或多個諸如Intemet、虛擬專用網(wǎng)等的可配置 網(wǎng)絡(luò)相連的完全不同的位置。
應(yīng)該注意的是，"包括"一詞不排除其它元件或者步驟并且單數(shù)冠詞不排 除多個。同樣與不同實施例相關(guān)聯(lián)而描述的元件可以結(jié)合。還應(yīng)該注意的 是在權(quán)利要求中的參考標記不應(yīng)解釋為限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1、一種X射線管，其包括電子源(105)，其適于生成電子束(106)，陽極(110)，其布置在所述電子束(106)內(nèi)并且其包括第一焦斑部分(120)和第二焦斑部分(130)，其中，所述第二焦斑部分(130)在空間上與所述第一焦斑部分(120)分離，第一電子束操作單元(125)，當(dāng)所述電子束(106)撞擊在所述第一焦斑部分(120)上時，所述第一電子束操作單元適于與所述電子束(106)相互作用，以及第二電子束操作單元(135)，當(dāng)所述電子束(106)撞擊在所述第二焦斑部分(130)上時，所述第二電子束操作單元適于與所述電子束(106)相互作用。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線管，其中 所述陽極(110)可圍繞z軸(113)旋轉(zhuǎn)，并且其中 所述第二焦斑部分(130)沿平行于所述z軸(113)定向的z方向在空間上與所述第一焦斑部分(120)分離。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的X射線管，其中所述第一電子束操作單元是第一電子束聚焦和/或偏轉(zhuǎn)單元(125)，以 及/或者所述第二電子束操作單元是第二電子束聚焦和/或偏轉(zhuǎn)單元(135)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的X射線管，其中 所述陽極(110)包括圓柱形陽極體(111)，所述第一焦斑部分是至少部分地沿所述圓柱形體(111)的圓周布置的 第一突出物(120)，以及所述第二焦斑部分是至少部分地沿所述圓柱形體(111)的圓周布置的 第二突出物(130)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的X射線管，其中所述第一突出物(120， 220)包括至少一個第一斷路器(124, 224)， 從而使得主要平行于所述z軸(113)傳播的電子束(106， 206)在所述陽 極(110， 210)的第一角位置處撞擊在所述第一突出物(120， 220)上， 并且主要平行于所述z軸(113)傳播的所述電子束(106， 206)在所 述陽極(110， 210)的第二角位置處撞擊在所述第二突出物(130， 230) 上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線管，其中撞擊在所述第一焦斑部分(120)上的所述電子束(106)橫穿所述第 一射束操作單元(125)的第一相互作用區(qū)域，以及撞擊在所述第二焦斑部分(130)上的所述電子束(106)橫穿所述第 一射束操作單元(125)的所述第一相互作用區(qū)域以及所述第二射束操作單 元(135)的第二相互作用區(qū)域。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的X射線管，還包括控制單元(160)，其與所述第一射束操作單元(125)和所述第二射束 操作單元(135)耦合，其中，所述控制單元(160)適于以這樣一種方式控制所述第一射束操 作單元(125)，即當(dāng)所述電子束(106)撞擊在所述第一焦斑部分(120) 上時僅所述第一射束操作單元(125)是有效的，以及其中，所述控制單元(160)適于以這樣一種方式控制所述第二射束操 作單元(135)，即當(dāng)所述電子束(106)撞擊在所述第二焦斑部分(130) 上時僅所述第二射束操作單元(135)是有效的。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線管，還包括第三焦斑部分(340)，其在所述陽極(310)處形成并且在空間上與所述第一焦斑部分(320)和所述第二焦斑部分(330)分離，以及第三電子束操作單元(345)，當(dāng)所述電子束(306)撞擊在所述第三焦 斑部分(340)上時，所述第三電子束操作單元適于與所述電子束(306) 相互作用。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線管，還包括 另一電子源(405a)，其適于生成另一電子束(406a)， 另一第一焦斑部分(420a)以及另一第二焦斑部分(430a)，這兩者都在陽極(410)處形成，另一第一電子束操作單元(425a)，當(dāng)所述另一電子束(406a)撞擊在 所述另一第一焦斑部分(420)上時，所述另一第一電子束操作單元適于與 所述另一電子束(406a)相互作用，另一第二電子束操作單元(435a)，當(dāng)所述另一電子束(406a)撞擊在 所述另一第二焦斑部分(430a)上時，所述另一第二電子束操作單元適于 與所述另一電子束(406a)相互作用，其中，所述另一電子束(406a)以及所述電子束(406)從不同方向撞 擊在所述陽極(410)上。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的X射線管，其中所述另一電子束(406a)以及所述電子束(406)從相反方向撞擊在所 述陽極(410)上。
11、 一種X射線系統(tǒng)，具體而言， 一種如計算機斷層掃描系統(tǒng)(570) 的醫(yī)學(xué)X射線成像系統(tǒng)，所述X射線系統(tǒng)包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的至少一個X射線管(100， 300， 400， 575)。
12、 一種用于生成X射線的方法，具體而言， 一種用于生成如計算機 斷層掃描成像的醫(yī)學(xué)X射線成像所使用的X射線的方法，所述方法包括使用根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線管(100， 300， 400， 575)。
全文摘要
多焦斑X射線管(100)包括適于生成電子束(106)的電子源(105)和陽極(110)，所述陽極布置在電子束(106)內(nèi)并且包括第一焦斑部分(120)和第二焦斑部分(130)，其中第二焦斑部分(130)在空間上與第一焦斑部分(120)分離。X射線管(100)還包括當(dāng)電子束(106)撞擊在第一焦斑部分(120)上時，適于與電子束(106)相互作用的第一電子束操作單元(125)，以及當(dāng)電子束(106)撞擊在第二焦斑部分(130)上時，適于與電子束(106)相互作用的第二電子束操作單元(135)。通過將一個電子束操作單元(125，135)分配至每一個焦斑部分(120，130)，可以為X射線管(100)的每一個焦斑單獨地實現(xiàn)X射線束的準確聚焦。優(yōu)選地，第一和第二焦斑部分沿旋轉(zhuǎn)陽極的軸具有一定距離。
文檔編號H01J35/10GK101536134SQ200780041380
公開日2009年9月16日 申請日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月10日
發(fā)明者R·K·O·貝林 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司