專利名稱：用于利用x射線管進(jìn)行編碼源成像的結(jié)構(gòu)化的電子發(fā)射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于X射線管的電子發(fā)射器。此外，本發(fā)明涉及包括這樣的電子發(fā)射器的X射線管并涉及包括這樣的X射線管的X射線圖像采集設(shè)備。此外，本發(fā)明涉及例如通過(guò)利用χ射線的透射射線攝影而采集對(duì)象的圖像的方法、適于當(dāng)在處理器上執(zhí)行時(shí)控制這樣的方法的計(jì)算機(jī)程序單元以及在其上存儲(chǔ)這樣的計(jì)算機(jī)程序單元的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
背景技術(shù)：
基于透射射線攝影的常規(guī)的X射線成像應(yīng)用一般依賴于理想的點(diǎn)狀X射線源的原理。然而，可能從未實(shí)現(xiàn)理想的點(diǎn)狀源，并且，實(shí)際的X射線源總是具有空間擴(kuò)展，空間擴(kuò)展在某種程度上確定成像系統(tǒng)的空間分辨率。因此，成像應(yīng)用對(duì)源尺寸設(shè)置約束條件。對(duì)于特定的大小的X射線源，除非分辨率不受到諸如探測(cè)設(shè)備的成像鏈中的其他部件的累及， 否則可得到的圖像質(zhì)量最終由信噪比確定。結(jié)果，在成像應(yīng)用中總是期望較高的X射線通量，以便將采集時(shí)間保持得盡可能地短。用于X射線生成的常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)是X射線管，其中，加速的電子撞擊到固體靶材料上，由此，產(chǎn)生X射線。在良好近似的情況下，入射在靶上的電子束的空間維度確定所生成的X射線的源的大小。在X射線管中，電子穿透靶并生成X射線的區(qū)域被稱為焦斑。為了達(dá)到特定的光斑大小，需要例如通過(guò)利用包括電場(chǎng)和/或磁場(chǎng)的電子光學(xué)器件來(lái)將電子聚焦到靶來(lái)控制焦斑的大小。影響X射線源的大小的另一個(gè)方法是使用針對(duì)X射線的準(zhǔn)直器。X射線的聚焦是高度波長(zhǎng)選擇性的，因此，強(qiáng)烈地減少X射線管的X射線通量，并且，因此，在大部分情況下是不實(shí)際的。然而，當(dāng)將電子束聚焦于靶上的小焦斑時(shí)，必須小心不引起各種問(wèn)題或限制效果。第一，在X射線管中，可能要求諸如陰極和影響電子束的光學(xué)性質(zhì)的電子光學(xué)器件的部件的小心的設(shè)計(jì)。尤其是對(duì)于達(dá)到微米范圍大小的小焦斑而言，電子光學(xué)像差可能提出技術(shù)挑戰(zhàn)。此外，空間電荷效應(yīng)在高電流密度的電子束下可能影響焦斑的大小。作為使電子束聚焦以便生成X射線靶上的小焦斑的替代方案，可以通過(guò)利用具有足夠小的直徑的針孔進(jìn)行準(zhǔn)直而提供控制X射線源的大小的又一方法。然而，準(zhǔn)直需求例如微米范圍內(nèi)的小直徑，因?yàn)樾枰_保準(zhǔn)直器有效吸收X射線。這對(duì)于頻繁地用于醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用的具有例如大約IOOkeV的能量的硬X射線而言尤其如此。第二，在X射線管中，電子能量的主要部分一般轉(zhuǎn)換為熱。這導(dǎo)致靶材料中的溫度上升，其中，最高溫度出現(xiàn)在焦斑中。結(jié)果，電子束電流受到防止靶材料的熔融的需要的限制。過(guò)量的束電流可能導(dǎo)致靶過(guò)熱，必須避免靶過(guò)熱，以便保持X射線源的功能。理論表明， 焦斑中的溫度上升與撞擊電子束的功率密度成比例。因此，在常規(guī)的X射線管中，針對(duì)X射線生成在焦斑大小和X射線強(qiáng)度之間進(jìn)行折衷。對(duì)于成像應(yīng)用而言，這意味著所采集的對(duì)象圖像的分辨率和信噪比之間的折衷。靶過(guò)熱可能表示X射線管設(shè)計(jì)中的巨大的挑戰(zhàn)。對(duì)于醫(yī)學(xué)成像而言，旋轉(zhuǎn)靶是用于解決焦斑中的熱負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)策略。然而，像心臟計(jì)算機(jī)斷層攝影那樣的應(yīng)用可以強(qiáng)烈地得益于具有甚至更高的X射線輸出的X射線管。對(duì)于具有微米范圍內(nèi)的微小的焦斑的微聚焦X射線管而言，旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的機(jī)械公差對(duì)于所要求的X射線源的空間穩(wěn)定性而言可能太大。 受限的X射線通量可能是造成高分辨率X射線檢查設(shè)備中的長(zhǎng)的采集時(shí)間的原因。具有從單個(gè)焦斑放射的單個(gè)X射線強(qiáng)度最大值的上述X射線源的替代方案可以是所謂的利用X射線的編碼源成像(CSI)的方法。CSI的基本理念是使用具有多個(gè)強(qiáng)度最大值以代替單個(gè)強(qiáng)度最大值的結(jié)構(gòu)化X射線源。當(dāng)在X射線成像設(shè)備中使用時(shí)，這樣的多個(gè)強(qiáng)度最大值可能導(dǎo)致探測(cè)屏幕上的重疊的圖像，引起所成像的對(duì)象的空間分辨率的明顯的損失。然而，當(dāng)已知X射線源的精確的強(qiáng)度圖案時(shí)，可以使用解碼算法來(lái)校正來(lái)自不同的強(qiáng)度最大值的重疊，并且，可以獲得疊合的對(duì)象圖像?？蛇_(dá)到的分辨率仍然可以由單獨(dú)的X射線強(qiáng)度最大值的大小確定，而非由X射線源強(qiáng)度分布的包絡(luò)確定。CSI的理念受已應(yīng)用于X射線天文學(xué)和放射性核素成像的所謂的編碼孔成像 (CAI)啟發(fā)。簡(jiǎn)而言之，CAI是X射線的針孔攝像機(jī)的擴(kuò)展，其中，使用編碼孔罩代替單個(gè)針孔。與單針孔準(zhǔn)直器相對(duì)，編碼罩允許記錄具有更高的信號(hào)強(qiáng)度的圖像。該理念能夠傳遞至編碼源成像。在Antonio L. Damato的“Coded source imaging for neutrons and X-rays",2006IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, 第199-203頁(yè)中提出了用于X射線檢查的編碼源成像的原理。簡(jiǎn)而言之，編碼源成像的理念是將可以由針孔實(shí)現(xiàn)的單個(gè)近似點(diǎn)狀的X射線輻射源與另一個(gè)更明亮的X射線輻射源交換。一個(gè)目標(biāo)可以是通過(guò)增大信噪比而改進(jìn)成像特性。通過(guò)增大針孔的透射面積，因而增大用于成像的X射線的通量，從而可以達(dá)到該目標(biāo)。然而，由于可達(dá)到的分辨率總是取決于單個(gè)X射線源的幾何擴(kuò)展，因而源大小的這樣的增大將導(dǎo)致可達(dá)到的分辨率的惡化。增大信噪比的另一個(gè)簡(jiǎn)單的理念可以是以兩個(gè)針孔代替單個(gè)針孔。直接看出，在成像中實(shí)際使用的光子的數(shù)量可以加倍。檢查對(duì)象的兩個(gè)圖像投射在探測(cè)器上。如果選擇針孔距離，從而兩個(gè)圖像不重疊，那么，包含結(jié)合兩個(gè)圖像的重建將給出比單個(gè)針孔更好的計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)。代替兩個(gè)針孔，能夠提供一組若干針孔，以獲得編碼源。對(duì)于多個(gè)針孔的特定的幾何布置而言， 可達(dá)到的空間分辨率不受使用若干源的影響，而是由單個(gè)針孔的大小確定。因此，在使用若干針孔，即編碼源以便增大X射線通量?jī)?yōu)于增大單個(gè)針孔的大小，因?yàn)榫幋a源可以不使可達(dá)到的成像分辨率惡化而增大信噪比。兩個(gè)針孔的編碼源的示例可以強(qiáng)調(diào)CSI的兩個(gè)基本特征(a)編碼源中的圖案的重要性和(b)對(duì)所探測(cè)到的圖像的隨后的解碼的需要。編碼源圖案的具體的選擇在系統(tǒng)的信噪比的優(yōu)化中可能是最重要的。所探測(cè)到的圖像的解碼也可能取決于圖案。

發(fā)明內(nèi)容
可能存在著對(duì)電子發(fā)射器、包括這樣的電子發(fā)射器的X射線管以及包括這樣的X 射線管的X射線圖像采集設(shè)備的需要，其中，可以減少或克服在常規(guī)的X射線管的背景下描述的上述缺陷中的至少一些。尤其是，可能存在著對(duì)電子發(fā)射器、X射線管以及X射線圖像采集設(shè)備的需要，其中，X射線圖像采集設(shè)備可以有利地適于編碼源成像。此外，可能存在著對(duì)采集對(duì)象的圖像的方法、用于當(dāng)在處理器上執(zhí)行時(shí)控制這樣的方法的計(jì)算機(jī)程序單元以及在其上存儲(chǔ)這樣的計(jì)算機(jī)程序單元的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的需要，其中，該方法允許克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷中的至少一些，并且，可以特別適于編碼源成像。
可以由根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主旨滿足這些需要。在從屬權(quán)利要求中描述本發(fā)明的有利的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種用于X射線管的電子發(fā)射器。電子發(fā)射器包括陰極和陽(yáng)極。其中，陰極包括彼此間隔開(kāi)的多個(gè)局部區(qū)域的電子發(fā)射圖案，每個(gè)區(qū)域適于在將電場(chǎng)施加于陰極和陽(yáng)極之間時(shí)經(jīng)由場(chǎng)發(fā)射而局部地發(fā)射電子。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出了一種X射線管，該X射線管包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的電子發(fā)射器，并且，還包括靶區(qū)，該靶區(qū)適于在加速電子的碰撞時(shí)進(jìn)行X射線發(fā)射。 其中，調(diào)整X射線管，使得從電子發(fā)射器的陰極的電子發(fā)射圖案的區(qū)域發(fā)射的電子以與電子發(fā)射圖案相對(duì)應(yīng)的圖案撞擊到靶區(qū)上。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提出了一種X射線采集設(shè)備。該設(shè)備包括根據(jù)上面的本發(fā)明的第二方面的X射線管，并且，還包括X射線探測(cè)器和圖像處理器。其中，X射線探測(cè)器適于探測(cè)來(lái)自X射線管的X射線的強(qiáng)度分布。此外，圖像處理器適于基于所探測(cè)到的強(qiáng)度分布和電子發(fā)射圖案這兩者的信息而導(dǎo)出圖像信息。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提出了一種采集對(duì)象的圖像的方法。該方法包括根據(jù)彼此間隔開(kāi)的多個(gè)局部區(qū)域的電子發(fā)射圖案發(fā)射電子，每個(gè)區(qū)域適于在將電場(chǎng)施加于陰極和陽(yáng)極之間時(shí)經(jīng)由場(chǎng)發(fā)射而局部地發(fā)射電子；在根據(jù)電子發(fā)射圖案發(fā)射的電子的碰撞時(shí)生成 X射線；將X射線透射通過(guò)對(duì)象；利用適于探測(cè)X射線的強(qiáng)度分布的X射線探測(cè)器來(lái)探測(cè)透射的X射線；以及基于探測(cè)到的強(qiáng)度分布和電子發(fā)射圖案這兩者的信息而導(dǎo)出圖像。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提出了一種計(jì)算機(jī)程序單元。該計(jì)算機(jī)程序單元適于當(dāng)在處理器上執(zhí)行時(shí)，控制根據(jù)本發(fā)明的第四方面的方法。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提出了一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)在其上存儲(chǔ)根據(jù)本發(fā)明的第五方面的計(jì)算機(jī)程序單元?；谙铝欣砟?，可以看出本發(fā)明的主旨如上所述，具有碰撞X射線發(fā)射靶的單個(gè)聚焦的電子束的常規(guī)的X射線管可能遭受制約，例如受限的信噪比和靶過(guò)熱。在本文中提出的方法包括使用具有電子發(fā)射區(qū)域的圖案的結(jié)構(gòu)化的電子發(fā)射器來(lái)生成空間結(jié)構(gòu)化的電子束。從而，能夠?qū)崿F(xiàn)電子束強(qiáng)度的空間調(diào)制。例如，能夠由電子發(fā)射器發(fā)射若干分開(kāi)的電子束，其中，每個(gè)局部電子發(fā)射區(qū)域發(fā)射一個(gè)受限的電子束。包括若干分開(kāi)的子束的空間調(diào)制的整個(gè)電子束可以朝向陽(yáng)極加速， 并且，可以在碰撞到靶區(qū)上時(shí)創(chuàng)建圖案化X射線源，該圖案化X射線源具有與電子束的強(qiáng)度圖案對(duì)應(yīng)的X射線強(qiáng)度分布。因而，所創(chuàng)建的圖案化X射線源可以用于編碼源成像，其中， 每個(gè)X射線強(qiáng)度最大值可以用作分開(kāi)的X射線源。然后，可以將所有X射線源組合的X射線透射通過(guò)將被觀察的對(duì)象。能夠由X射線探測(cè)器探測(cè)所透射的X射線強(qiáng)度。所探測(cè)到的 X射線強(qiáng)度分布可以與重疊的X射線投影對(duì)應(yīng)，該X射線投影來(lái)自由X射線管提供的若干分開(kāi)的X射線源中的每個(gè)。根據(jù)所探測(cè)到的X射線強(qiáng)度，能夠使用所探測(cè)到的強(qiáng)度分布和電子發(fā)射器的電子發(fā)射圖案這兩者的信息來(lái)導(dǎo)出將被觀察的對(duì)象的圖像。確切地知道電子發(fā)射器中的局部電子發(fā)射區(qū)域的圖案可以提供關(guān)于X射線管的X射線強(qiáng)度分布的信息，在該X射線管中，將來(lái)自局部電子發(fā)射區(qū)域的電子投影到靶區(qū)上。關(guān)于圖案化X射線強(qiáng)度分布的信息可以用于將所測(cè)量的透射的總X射線強(qiáng)度分布“分解”或“反卷積”，從而允許生成高質(zhì)量的X射線圖像，在該圖像中，分辨率主要由單獨(dú)的強(qiáng)度最大值的大小設(shè)置，并不由整個(gè)X射線源強(qiáng)度分布的包絡(luò)設(shè)置。換句話說(shuō)，通過(guò)使用結(jié)構(gòu)化的電子源，能夠生成具有特定圖案的多個(gè)X射線強(qiáng)度最大值，這有助于圖像信號(hào)，而不累及圖像質(zhì)量。因此，電子能夠撞擊在靶區(qū)中的較大的區(qū)域上，這可以放寬熱限制。這可以允許X射線輸出的增加，因而使圖像采集能夠在更短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行并具有更好的信噪比。在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的電子發(fā)射器中，多個(gè)局部區(qū)域中的每個(gè)適于經(jīng)由場(chǎng)發(fā)射局部地發(fā)射電子?；趫?chǎng)發(fā)射的電子發(fā)射與電子的熱離子發(fā)射相比可以提供若干個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如，能夠設(shè)計(jì)發(fā)射器，從而場(chǎng)發(fā)射能夠受限于明確限定的區(qū)域。對(duì)于熱離子發(fā)射，電子發(fā)射材料一般需要加熱至超過(guò)1. 000°C的升高的溫度。由于例如通過(guò)熱擴(kuò)散和/或輻射的電子發(fā)射表面的熱量的橫向輸送而導(dǎo)致控制這樣的高溫可能是困難的。因此，在熱離子電子發(fā)射器中，幾乎不可能以穩(wěn)定的方式維持溫度分布。與此形成對(duì)比的是，通過(guò)場(chǎng)發(fā)射而發(fā)射的電子可以從不必加熱的發(fā)射器的表面發(fā)射。能夠通過(guò)諸如平版印刷處理的被認(rèn)可的方法而使場(chǎng)發(fā)射區(qū)域結(jié)構(gòu)化，從而能夠限定明確限定的局部電子發(fā)射區(qū)域。如下面進(jìn)一步更詳細(xì)地描述，碳納米管能夠以特別的圖案和布置在基板上生長(zhǎng)。這樣的局部場(chǎng)發(fā)射區(qū)域的大小可以跨越幾微米至高達(dá)幾毫米的大范圍。由于通過(guò)場(chǎng)發(fā)射而發(fā)射的電子是“冷”的，即，具有較低的動(dòng)能，因而這樣的場(chǎng)發(fā)射電子的速度分布可能比在高溫下通過(guò)熱離子發(fā)射而發(fā)射的電子的速度分布更低。由于該減少的速度分布而導(dǎo)致以減少的散度發(fā)射電子。以下，將描述本發(fā)明的各方面的實(shí)施例的可能特征和優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面的電子發(fā)射器包括陰極和陽(yáng)極。在工作期間，能夠在陰極和陽(yáng)極之間施加電壓，從而在其間創(chuàng)建強(qiáng)電場(chǎng)。陰極可以包括指向陽(yáng)極的表面。在該表面上，可以提供多個(gè)局部電子發(fā)射區(qū)域。如下面進(jìn)一步詳細(xì)地描述，這些區(qū)域可以具有特定的幾何形狀，即例如特定的區(qū)域大小和區(qū)域之間的距離，并且具有特定的材料和/或特定的表面結(jié)構(gòu)，以便合適地適于具有期望的強(qiáng)度分布的電子的場(chǎng)發(fā)射。能夠調(diào)整陽(yáng)極使得，優(yōu)選地，在施加電壓時(shí)能夠在陰極和陽(yáng)極之間創(chuàng)建均勻電場(chǎng)。 例如，可以提供環(huán)形電極或網(wǎng)狀電極。陽(yáng)極和陰極這兩者都可以提供有導(dǎo)電材料。在施加非常高的外部靜電場(chǎng)時(shí)，可以發(fā)生來(lái)自實(shí)心導(dǎo)體的電子的場(chǎng)發(fā)射。通常，通過(guò)施加10kV/mm數(shù)量級(jí)的微觀外部場(chǎng)，并且，優(yōu)選將該場(chǎng)在發(fā)射器表面的尖針或邊緣局部地提高至高得多的值，從而獲得發(fā)射器的表面的該高電場(chǎng)。外部電場(chǎng)可以減少表面勢(shì)壘，以允許電子貫穿該勢(shì)壘并離開(kāi)固體材料。場(chǎng)發(fā)射電流遵循所謂的福勒-諾德海姆方程，并且， 取決于電場(chǎng)的幅度、發(fā)射器的材料的功函數(shù)以及由于發(fā)射器表面的幾何形狀導(dǎo)致的局部場(chǎng)增強(qiáng)因子。因而，場(chǎng)發(fā)射電流可以強(qiáng)烈地取決于材料的功函數(shù)，并且，取決于所施加的且可能局部地增強(qiáng)的電場(chǎng)。由于電子發(fā)射區(qū)域是“冷”發(fā)射器，因而可以將陽(yáng)極或柵極放置為靠近陰極，以允許非?？焖俚牡碗妷呵袚Q。此外，由于場(chǎng)發(fā)射電流直接取決于提取電場(chǎng)，因而也能夠?qū)㈥?yáng)極用于調(diào)制電子束電流。例如，能夠通過(guò)將電壓切換成較低的電壓而切換場(chǎng)發(fā)射，從而減少或者抑制場(chǎng)發(fā)射。對(duì)于醫(yī)學(xué)X射線檢查中的應(yīng)用而言，例如對(duì)于快速劑量調(diào)制而言，這可能是一個(gè)非常令人感興趣的選擇。由于電子是“冷”的，因而以低散度發(fā)射電子。結(jié)果，可以將電子發(fā)射圖案直接繪制到靶上，從而創(chuàng)建相應(yīng)的X射線源圖案。根據(jù)實(shí)施例，局部區(qū)域在電子發(fā)射器的陰極上的寬度小于距最接近的相鄰的局部區(qū)域的距離。換句話說(shuō)，每個(gè)局部區(qū)域的橫向尺寸可能小于相鄰的局部區(qū)域之間的空間的橫向尺寸。例如，局部區(qū)域的橫向尺寸可以在從幾微米至幾毫米的范圍內(nèi)，例如，Iym和 20mm之間，優(yōu)選為3 μ m和IOmm之間。相鄰的局部區(qū)域之間的距離至少大于局部區(qū)域的橫向尺寸，優(yōu)選為局部區(qū)域的尺寸的至少兩倍，并且，進(jìn)一步優(yōu)選為局部區(qū)域的尺寸的至少5 倍。例如，相鄰的局部區(qū)域之間的距離可以是5 μ m和IOmm之間，優(yōu)選為10 μ m和2mm之間。 局部區(qū)域中的每個(gè)都可以具有任意的輪廓，例如圓形或方形。單獨(dú)的局部區(qū)域可能橫向尺寸和形狀不同。當(dāng)局部區(qū)域具有變化的橫向尺寸時(shí)，多個(gè)局部區(qū)域的最小的橫向尺寸可以小于相鄰的局部區(qū)域之間的空間的橫向尺寸。多個(gè)局部區(qū)域能夠以諸如方陣的任何任意的圖案布置?？梢哉{(diào)整局部區(qū)域的幾何形狀和布置，使得從局部區(qū)域發(fā)射的所得到的電子束在碰撞到X射線靶區(qū)時(shí)提供X射線強(qiáng)度分布，該X射線強(qiáng)度分布適合于編碼源成像。根據(jù)實(shí)施例，電子發(fā)射器的陰極上的局部區(qū)域具有在顯微鏡下粗糙的表面。該粗糙表面可以適于使來(lái)自局部區(qū)域的通過(guò)場(chǎng)發(fā)射生成的電子發(fā)射電流最大化。如上面已經(jīng)指示的，場(chǎng)發(fā)射可以是電子對(duì)體積(bulk)的表面勢(shì)壘進(jìn)行量子機(jī)械貫穿而進(jìn)入自由空間的結(jié)果。場(chǎng)發(fā)射的電子的數(shù)量強(qiáng)烈地取決于相應(yīng)表面處的局部電場(chǎng)E[V/m]。能夠通過(guò)使用包括尖的導(dǎo)電針的粗糙表面而增大場(chǎng)發(fā)射電流，因?yàn)樵谛〉慕Y(jié)構(gòu)處，可能出現(xiàn)局部場(chǎng)強(qiáng)的強(qiáng)烈增強(qiáng)。在二極管類型的布置中，通過(guò)施加在陰極和相對(duì)的陽(yáng)極之間的電壓而生成電場(chǎng)。 宏觀場(chǎng)能夠近似地由電壓U和距離d量化，并且，等于U/d。局部地，發(fā)射器附近的電場(chǎng)的強(qiáng)度可能與U/d不同，因?yàn)楹暧^場(chǎng)可以包括電荷分布。場(chǎng)增強(qiáng)可以取決于場(chǎng)發(fā)射器的幾何形式和相鄰的場(chǎng)發(fā)射器的幾何布置。數(shù)量上，場(chǎng)增強(qiáng)可以由場(chǎng)增強(qiáng)因子Y描述，從而電場(chǎng)為 E=Y · (U/d) ο基于場(chǎng)發(fā)射的電子發(fā)射器可以得益于這樣的場(chǎng)增強(qiáng)，因?yàn)閳?chǎng)增強(qiáng)減小創(chuàng)建提供足夠的場(chǎng)發(fā)射的局部場(chǎng)所需要的外部電壓。優(yōu)選地，場(chǎng)發(fā)射器具有帶有非常窄的尖端的錐形形式，因?yàn)檫@樣的幾何形狀導(dǎo)致強(qiáng)烈的場(chǎng)增強(qiáng)?？梢酝ㄟ^(guò)以有利于場(chǎng)增強(qiáng)的方式構(gòu)造材料而設(shè)計(jì)場(chǎng)發(fā)射器的幾何形狀。優(yōu)選地， 結(jié)構(gòu)大小在可以由納米加工技術(shù)而生成的納米至幾微米的范圍內(nèi)，該納米加工技術(shù)例如是電子束平版印刷、聚焦離子束加工或分子自組裝技術(shù)。因此，可以利用這樣的制造過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)陣列中的多個(gè)場(chǎng)發(fā)射器的布置?？商娲兀梢詫?shí)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射結(jié)構(gòu)的不規(guī)則的布置，從而場(chǎng)發(fā)射表面有效地具有粗糙度，其中，在粗糙表面的升高處出現(xiàn)場(chǎng)增強(qiáng)。導(dǎo)致最佳場(chǎng)發(fā)射電流的詳細(xì)的表面形貌可以取決于化學(xué)成分，并且，因而取決于有關(guān)的材料性質(zhì)，如場(chǎng)發(fā)射器的電功函數(shù)或機(jī)械強(qiáng)度。表面粗糙度可以以例如原子力顯微鏡的掃描探針技術(shù)為特征或以諸如掃描電子顯微鏡的高分辨率表面成像技術(shù)為特征?？梢酝ㄟ^(guò)在5 μ m乘5 μ m的表面面積上以5nm的步長(zhǎng)掃描表面而確定粗糙度。表面形貌本身表現(xiàn)為在掃描程序中獲得的表面剖面中的峰和谷。對(duì)于場(chǎng)發(fā)射而言，突起的寬度和高度的大的比是有益的。優(yōu)選地，峰高和峰寬的平均的比等于至少五的倍數(shù)，優(yōu)選為100和1000之間。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電子發(fā)射器的陰極上的局部區(qū)域包括由碳納米管(CNT)制成的表面層。碳納米管可以被描述為被卷起并形成細(xì)長(zhǎng)管的石墨薄板。雖然長(zhǎng)度能夠達(dá)到幾微米，甚至毫米，但管的寬度可以僅為幾納米。單壁納米管(SWNT)由單個(gè)石墨圓柱體構(gòu)成。多壁納米管(MWNT)由以巢狀、洋蔥狀的結(jié)構(gòu)卷起的若干個(gè)石墨薄板構(gòu)成。MWNT—般是導(dǎo)電體，而SWNT是半傳導(dǎo)或金屬傳導(dǎo)，這取決于將石墨薄板卷起的方式。MWNT可以具有若干個(gè)突出的特性。它們可以是良好的導(dǎo)電體，并且，它們的較高的長(zhǎng)徑比和大約5eV的較低的功函數(shù)使得它們作為場(chǎng)發(fā)射的良好的候選。由于它們的壁由非常牢固的石墨結(jié)構(gòu)制成，因而它們也可以具有高的機(jī)械強(qiáng)度，此外，它們?cè)诨瘜W(xué)上相當(dāng)惰性且耐濺射。這些特性可以有利的，以達(dá)到X射線管中的電子發(fā)射器的期望的壽命。高的機(jī)械強(qiáng)度可以允許產(chǎn)生具有大的長(zhǎng)徑比，即大的長(zhǎng)度和直徑的比的場(chǎng)發(fā)射器。這可以導(dǎo)致有利的場(chǎng)增強(qiáng)因子。對(duì)于CNT發(fā)射器的表面層而言，可以存在不同的表面形貌?？梢詫蝹€(gè)地分離的管布置在表面上，其中，所有管相對(duì)于彼此而對(duì)準(zhǔn)，并且，單獨(dú)的CNT之間的距離能夠比其長(zhǎng)度大得多?？商娲兀珻NT可以密集地布置為在陣列中彼此緊鄰或具有管相對(duì)于彼此的隨機(jī)的定向。取決于表面形貌，所選擇的CNT將在表面上突出，因而經(jīng)歷場(chǎng)增強(qiáng)的更強(qiáng)的影響。這些CNT發(fā)射器可以主要地有助于電子發(fā)射電流。起作用的CNT發(fā)射器優(yōu)選地具有距相鄰的鄰居的橫向距離，以便避免減少場(chǎng)增強(qiáng)的屏蔽。然而，稀疏的密度減少每單位面積的起作用的CNT發(fā)射器的數(shù)量。因此，存在著升高的CNT發(fā)射器之間的最佳距離，該最佳距離使場(chǎng)發(fā)射電流最大化。如在CNT發(fā)射器的情況下，場(chǎng)發(fā)射針之間的優(yōu)選的距離優(yōu)選為該場(chǎng)發(fā)射針高于表面區(qū)域的高度的兩倍大，這并不有助于場(chǎng)發(fā)射或僅最低限度地有助于場(chǎng)發(fā)射。單獨(dú)的CNT被報(bào)道為能夠攜帶高達(dá)1 μ A的穩(wěn)定的發(fā)射電流。由于醫(yī)學(xué)X射線管可能要求大約IOOmA至超過(guò)IA的范圍內(nèi)的電子束電流的高功率管，因而可能要求覆蓋Iem2 面積的良好發(fā)射的CNT陣列，以制造用于X射線管的冷電子發(fā)射器。一種設(shè)置CNT并控制表面形貌的方法是通過(guò)創(chuàng)建在平面基板上填充有場(chǎng)發(fā)射器的限定的區(qū)域，例如通過(guò)基板的平版印刷處理，如由例如Z.Chen "Fabrication and characterization of carbon nano arrays using sandwich catalyst stacks", Carbon 44，2006，第 225-230 頁(yè)描述。為了增大沉積的CNT層的表面粗糙度，在沉積之后，可以由包括例如氫氣(H2)、氮?dú)?N2)或氧氣(O2)的微波等離子體處置該層。從而，可以將例如不需要的無(wú)定形碳成分從 CNT覆蓋的區(qū)域去除，從而暴露出可以由下層垂直相鄰的CNT創(chuàng)建的非常粗糙的表面。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電子發(fā)射器的陰極上的電子發(fā)射圖案的局部區(qū)域二維地布置在平面中。例如，局部區(qū)域能夠以矩陣狀圖案布置，局部區(qū)域的線性行列布置為彼此相鄰并以足夠的距離彼此間隔開(kāi)。可以調(diào)整局部區(qū)域在二維電子發(fā)射圖案中的布置和尺寸，使得由于發(fā)射的電子束而導(dǎo)致在碰撞到靶區(qū)時(shí)生成調(diào)制的X射線強(qiáng)度分布，靶區(qū)強(qiáng)度分布適合于隨后的編碼源成像。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電子發(fā)射器的陰極上的電子發(fā)射圖案包括均勻冗余陣列。 這樣的均勻冗余陣列(URA)起初針對(duì)編碼孔成像(CAI)而開(kāi)發(fā)，并且，例如由Ε. E. Fenimore 和 Τ. M. Cannon 在 Applied Optics, 1. 1978 年 2 月，第 17 卷，第 3 號(hào)，第 337-347 頁(yè)描述。 URA具有與完全平坦的旁瓣的自相關(guān)函數(shù)。URA將隨機(jī)陣列的高透射特性與非冗余的針孔陣列的平坦旁瓣優(yōu)點(diǎn)結(jié)合。在利用使用根據(jù)URA的源圖案的X射線的透射射線攝影中，自相關(guān)函數(shù)表示系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。這為利用URA的X射線成像給予以與單源成像相比增大的信噪比進(jìn)行成像的能力。
根據(jù)本發(fā)明的上述第二方面的X射線管，除了在本文中先前描述的電子發(fā)射器以外，還包括適于在加速電子的碰撞時(shí)進(jìn)行X射線發(fā)射的靶區(qū)。該靶區(qū)可以是電子發(fā)射器的陽(yáng)極的一部分，從而從陰極上的局部區(qū)域發(fā)射并通過(guò)施加在陰極和陽(yáng)極間的電場(chǎng)而朝向陽(yáng)極加速且然后撞擊到陽(yáng)極的靶區(qū)上的電子生成X射線，然后，X射線可以沿朝向?qū)⒈粰z查的對(duì)象的方向發(fā)射。可替代地，靶區(qū)可以是分開(kāi)的靶的一部分，該靶布置在從陰極發(fā)射的電子束沿朝向陽(yáng)極的方向的路徑內(nèi)。靶區(qū)的材料可以具有大的原子序數(shù)和/或與撞擊電子束的大的有效橫截面，從而在加速的電子的碰撞時(shí)有效地生成X射線。例如，靶區(qū)可以由諸如鎢或鉬的耐高溫重材料制成。調(diào)整根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的X射線管，使得從陰極的電子發(fā)射圖案的局部區(qū)域發(fā)射的電子以與電子發(fā)射圖案對(duì)應(yīng)的圖案撞擊到靶區(qū)上。換句話說(shuō)，可以使在電子發(fā)射圖案內(nèi)的陰極的表面處發(fā)射的電子朝向靶區(qū)加速，其中，在電子碰撞到靶區(qū)上時(shí)基本上保存整個(gè)電子強(qiáng)度分布。從而，在靶區(qū)生成的X射線可以包括通常與以電子發(fā)射圖案發(fā)射的電子強(qiáng)度分布對(duì)應(yīng)的X射線強(qiáng)度分布。因而，由于能夠例如通過(guò)平版印刷處理容易地構(gòu)造電子發(fā)射圖案，因而能夠使用上述的電子發(fā)射器來(lái)生成期望的X射線強(qiáng)度分布，該X射線強(qiáng)度分布可以適合于隨后的編碼源成像。當(dāng)電子軌跡扭曲時(shí)，可以布置場(chǎng)發(fā)射區(qū)域，從而在入射到靶區(qū)上時(shí)的電子強(qiáng)度分布創(chuàng)建期望的X射線強(qiáng)度分布。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，靶區(qū)適于作為透射靶，從而在電子從靶區(qū)的一側(cè)碰撞時(shí)，在靶區(qū)的相反側(cè)發(fā)射X射線。例如，能夠?qū)袇^(qū)作為諸如鎢或鉬的X射線發(fā)射材料的薄板或箔而提供。薄板或箔可以具有小得能夠使在加速電子的碰撞時(shí)生成的軔致輻射向相反表面透射并且從其處朝向感興趣對(duì)象發(fā)射的厚度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，靶區(qū)適合作為傾斜靶，從而在來(lái)自靶區(qū)的一側(cè)的電子的碰撞時(shí)，在靶區(qū)的相同側(cè)沿與碰撞電子的方向具有角度的方向發(fā)射X射線。這樣的傾斜靶可以利用與上述的透射靶相同或相似的材料來(lái)制成，但其可以具有更大的厚度，從而在加速電子的碰撞時(shí)生成的軔致輻射不透射至相反表面，而是可以在電子的碰撞的表面出射靶。 通過(guò)將靶區(qū)相對(duì)于進(jìn)入電子束而以傾斜角布置，從而所生成的X射線可以沿并不與進(jìn)入電子的方向直接相反的方向發(fā)射，而沿與進(jìn)入電子的方向具有例如10°和170°之間、優(yōu)選為80°和100°之間的角的方向發(fā)射。傾斜靶可以是固定安裝的靶或旋轉(zhuǎn)靶。傾斜陽(yáng)極的優(yōu)點(diǎn)可以是減少?gòu)念A(yù)期的X射線發(fā)射方向觀看的明顯的源側(cè)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，X射線管還包括電壓源，該電壓源適于在電子發(fā)射器的陰極和陽(yáng)極之間施加電壓，從而建立至少lkV/mm、優(yōu)選為4kV/mm的電場(chǎng)。已發(fā)現(xiàn)，將這樣的強(qiáng)電場(chǎng)施加于在其上具有電子發(fā)射圖案的陰極和陽(yáng)極之間可以實(shí)現(xiàn)或支持根據(jù)電子發(fā)射圖案的電子的場(chǎng)發(fā)射。電壓源可以是X射線管的一部分，一體或作為分開(kāi)的設(shè)備，或者，可替代地，電壓源可以是電子發(fā)射器本身的一部分。根據(jù)本發(fā)明的第三方面的X射線圖像采集設(shè)備包括根據(jù)本發(fā)明的第二方面的上述的χ射線管，此外，包括X射線探測(cè)器和圖像處理器。X射線探測(cè)器適于探測(cè)來(lái)自X射線管的X射線的強(qiáng)度分布。例如，X射線探測(cè)器可以是適于同時(shí)地探測(cè)X射線的二維強(qiáng)度分布的二維探測(cè)器陣列。可替代地，X射線探測(cè)器可以是一維線探測(cè)器，或者，在極端情況下，甚至可以是單像素探測(cè)器，該單像素探測(cè)器可以掃描來(lái)自X射線管的X射線的一維或二維強(qiáng)度分布。
圖像處理器適于基于所探測(cè)的X射線強(qiáng)度分布和電子發(fā)射器的陰極的電子發(fā)射圖案這兩者的信息而導(dǎo)出圖像信息。換句話說(shuō)，另一方面，圖像處理器例如直接地從X射線探測(cè)器接收關(guān)于所探測(cè)的X射線強(qiáng)度分布的信息。另一方面，圖像處理器擁有關(guān)于陰極上的局部電子發(fā)射區(qū)域的圖案的信息，從而至少間接地?fù)碛嘘P(guān)于由X射線管發(fā)射的X射線的局部強(qiáng)度分布的信息。擁有該信息，圖像處理器可以導(dǎo)出將被檢查的對(duì)象的圖像，并且，來(lái)自X射線管的X射線在由X射線探測(cè)器探測(cè)之前透射通過(guò)該對(duì)象，其中，圖像處理器可以使用關(guān)于電子發(fā)射圖案的信息，以便通過(guò)對(duì)由X射線探測(cè)器探測(cè)的X射線強(qiáng)度分布的重建/ 反卷積而生成對(duì)象的高質(zhì)量X射線圖像?？梢酝ㄟ^(guò)放置在其幾何區(qū)域上具有明確限定的透射行為的對(duì)象而確定從X射線管發(fā)射的X射線的X射線強(qiáng)度分布。一個(gè)示例是具有小直徑的針孔，該針孔可以將源的X射線強(qiáng)度分布的放大的投影投射到X射線探測(cè)器上。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖像處理器適于編碼源成像。上面已進(jìn)一步描述這樣的編碼源成像的細(xì)節(jié)和原理。上述的電子發(fā)射器、X射線管以及X射線采集設(shè)備的特征和原理也可以傳遞至根據(jù)本發(fā)明的第四方面的采集對(duì)象的圖像的方法、根據(jù)本發(fā)明的第五方面的計(jì)算機(jī)程序單元以及根據(jù)本發(fā)明的第六方面的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。換句話表達(dá)，本發(fā)明的特征及本發(fā)明的實(shí)施例可以總結(jié)如下雖然大部分常規(guī)的 X射線成像應(yīng)用依賴于生成單個(gè)一理想地點(diǎn)狀的一X射線源的X射線管，但在本文中提出，提供X射線管的結(jié)構(gòu)化電子發(fā)射器，從而電子束在特定的幾何圖案中生成若干個(gè)X射線源強(qiáng)度最大值，以代替僅單個(gè)強(qiáng)度最大值。因此，通過(guò)場(chǎng)發(fā)射而從陰極上的特定的局部區(qū)域發(fā)射電子電流。能夠通過(guò)使用針對(duì)X射線源的特定的強(qiáng)度圖案并通過(guò)將專用的解碼算法應(yīng)用于所采集的圖像上而校正由于探測(cè)器上的重疊的圖像而導(dǎo)致的空間分辨率的明顯的損失。使用這樣的所謂的編碼源成像方案提供增加X(jué)射線輸出但不犧牲空間分辨率的方式。已注意到，已參考本發(fā)明的不同的實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，尤其是，已關(guān)于本發(fā)明的不同的裝置類型的方面和方法類型的方面而提出特征和優(yōu)點(diǎn)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員還將從上述和下列描述中意識(shí)到，除非另有說(shuō)明，否則除了屬于一個(gè)實(shí)施例的特征的任何組合之外，關(guān)于不同的實(shí)施例的特征之間的任何組合也被認(rèn)為在本申請(qǐng)內(nèi)公開(kāi)。


關(guān)于如在附圖中所示的特定的實(shí)施例而進(jìn)一步描述本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，但本發(fā)明不應(yīng)該限于特定的實(shí)施例。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的采集對(duì)象的圖像的方法的基本原理；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電子發(fā)射器的側(cè)視圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的可替代的電子發(fā)射器的側(cè)視圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有適合作為透射靶的靶區(qū)的電子發(fā)射器的透視圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有與在圖4中所示的電子發(fā)射相似的電子發(fā)射的X射線圖像采集設(shè)備的側(cè)視圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有適合作為傾斜靶的靶區(qū)的電子發(fā)射器的透視圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有與在圖6中所示的電子發(fā)射器相似的電子發(fā)射器的X射線圖像采集設(shè)備的側(cè)視圖；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電子發(fā)射器的陰極的表面上的頂視圖；圖9示出了針對(duì)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電子發(fā)射器的陰極的包括均勻冗余陣列的電子發(fā)射圖案的示例；圖10示出了沿著線A-A的圖8中所示的由電子發(fā)射器發(fā)射的電子的強(qiáng)度分布和相應(yīng)的X射線強(qiáng)度分布；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的X射線圖像采集設(shè)備的示意性表示。附圖中的所有圖僅僅是示意性的，并不按比例尺縮放。附圖中的相似的元件以相似的參考符號(hào)被提及。附圖標(biāo)記列表
1電子發(fā)射器
3陰極
5陽(yáng)極
7基板
9電子發(fā)射圖案
11局部區(qū)域
13電壓源
15電子束
17陽(yáng)極開(kāi)口
19X射線靶
21電子強(qiáng)度分布
23X射線強(qiáng)度分布
100X射線管
102X射線束
104對(duì)象
106X射線探測(cè)器
108圖像處理器
110最終圖像
112C型臂
200X射線圖像采集
具體實(shí)施例方式
參考圖1來(lái)描述使用本發(fā)明的實(shí)施例的編碼源成像的原理。X射線管100不僅適于發(fā)射單個(gè)X射線束，而且還適于發(fā)射若干間隔開(kāi)的X射線束102。X射線束102指向?qū)ο?104并透射對(duì)象104。然后，所透射的X射線投影到X射線探測(cè)器106上。在探測(cè)器106的探測(cè)表面上，獲得由多個(gè)X射線102產(chǎn)生的對(duì)象104的若干至少部分重疊的投影。然后，探測(cè)器106將所探測(cè)到的圖像傳輸至圖像處理器108。然后，該圖像處理器108通過(guò)使用先前提供的關(guān)于從X射線管100放射的多個(gè)X射線102的精確布置和大小的信息來(lái)對(duì)所探測(cè)到的圖像進(jìn)行反卷積，從而導(dǎo)出對(duì)象104的圖像信息。由此，可以獲得對(duì)象104的最終圖像 110，其中，最終圖像具有高分辨率，這主要受若干X射線102的單個(gè)的質(zhì)量的限制，而不是基于由所有X射線束102提供的X射線分布的包絡(luò)。圖2示出了電子發(fā)射器1的實(shí)施例。電子發(fā)射器1包括陰極3和陽(yáng)極5。陰極3 包括基板7，基板7在其一個(gè)表面上包括電子發(fā)射圖案9，電子發(fā)射圖案9包括空間上分開(kāi)的局部區(qū)域11。陰極3和陽(yáng)極5連接至電壓源13。調(diào)整局部區(qū)域11，使得在將電壓施加至陽(yáng)極5和陰極3時(shí)，經(jīng)由場(chǎng)發(fā)射從局部區(qū)域發(fā)射電子。出于該目的，局部區(qū)域可以由具有小的功函數(shù)的特定的材料制成，從而電子可以相對(duì)容易地從局部區(qū)域11的材料的表面出射?？商娲鼗蛄硗獾?，局部區(qū)域11可以具有粗糙表面，從而在局部區(qū)域的表面的邊緣或針處，局部地增強(qiáng)陽(yáng)極5和陰極3之間的電場(chǎng)。例如，局部區(qū)域可以碳納米管層覆蓋，該碳納米管優(yōu)選地彼此相鄰而垂直地布置，以便沿朝向陽(yáng)極5的方向形成非常粗糙的表面。調(diào)整位于局部區(qū)域11之間并將這些局部區(qū)域11空間地分開(kāi)的區(qū)域，使得不發(fā)射電子或經(jīng)由場(chǎng)發(fā)射而至少僅發(fā)射很少的電子。因此，這些間斷的區(qū)域可以具有不同的材料或不同的表面結(jié)構(gòu)，例如平坦的表面。然后，使經(jīng)由場(chǎng)發(fā)射而從局部區(qū)域11發(fā)射的電子朝向陽(yáng)極5加速，從而形成電子束15。這些電子束15可以透射通過(guò)網(wǎng)格狀的陽(yáng)極5，并且，可以進(jìn)一步朝向X射線管(在圖 2中未顯示)的靶行進(jìn)。在那點(diǎn)上，碰撞的電子束15可以生成相應(yīng)的間隔開(kāi)的X射線束。圖3示出了電子發(fā)射器1’的可替代的實(shí)施例。其中，陽(yáng)極5’作為環(huán)陽(yáng)極5’而提供。電子束15可以透射通過(guò)環(huán)陽(yáng)極5’的內(nèi)部開(kāi)口 17。圖4示出了電子發(fā)射器1”的可替代的實(shí)施例。其中，陽(yáng)極5也用作X射線靶19。 通過(guò)使用電壓源13在陽(yáng)極5和陰極3之間施加的電壓而使從陰極3上的局部區(qū)域11發(fā)射的電子束15朝向陽(yáng)極5加速。在該實(shí)施例中，陽(yáng)極5由鎢的薄箔制成。在電子束15碰撞于陽(yáng)極5的箔上時(shí)，電子在箔內(nèi)減速，從而生成透射通過(guò)箔并在陽(yáng)極的相反側(cè)上作為X射線束102而發(fā)射的軔致輻射。因此，陽(yáng)極5也用作X射線靶19。圖5示意性示出了包括與在圖4中所示的電子發(fā)射器相似的電子發(fā)射器1”的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的X射線圖像采集設(shè)備200。將在X射線管100’的陽(yáng)極/靶5/19處生成的X射線束102朝向?qū)⒈挥^察的對(duì)象104發(fā)射。然后，將透射通過(guò)對(duì)象104的X射線102 投影到X射線探測(cè)器106上。探測(cè)器106探測(cè)整個(gè)圖像，包括分開(kāi)的X射線102的重疊的子圖像。然后，將整個(gè)圖像傳輸至圖像處理器108，其中，將整個(gè)圖像反卷積，以便生成最終圖像110。出于該反卷積的目的，可能很重要的是，得知在靶19處發(fā)射的X射線強(qiáng)度分布， 或者，由于該X射線強(qiáng)度分布取決于電子發(fā)射器1”中的局部區(qū)域11的布置，因而可能很重要的是，擁有關(guān)于包括局部區(qū)域11的電子發(fā)射圖案9的布置和尺寸的精確的信息。圖6和7示出了電子發(fā)射器1’ ”和X射線圖像采集設(shè)備200’的可替代的實(shí)施例。 其中，陽(yáng)極5’作為固體楔而提供，從而創(chuàng)建傾斜靶19’。來(lái)自局部區(qū)域11的電子束15從靶 19’的一側(cè)碰撞到該傾斜靶19’上，并且，創(chuàng)建軔致輻射。該軔致輻射在傾斜靶19’的相同側(cè)以相對(duì)于電子束15的方向的大約90°的角度作為X射線發(fā)射。然后，X射線束102透射通過(guò)對(duì)象104，并且，在X射線探測(cè)器106上被探測(cè)到，X射線探測(cè)器106最終將探測(cè)結(jié)果傳輸至圖像處理器108。圖8和9示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電子發(fā)射器1的陰極3的表面上的頂視圖。在圖8中，電子發(fā)射圖案9是縱橫布置的單個(gè)局部區(qū)域11的簡(jiǎn)單矩陣。其中，局部區(qū)域11的寬度w明顯比相鄰的局部區(qū)域11之間的距離s更小，例如，小一半。當(dāng)然，局部區(qū)域11不必為矩形，而是能夠具有任何合適的形狀。對(duì)于圖像處理器108內(nèi)的最終圖像的反卷積而言，可能重要的是，擁有關(guān)于電子發(fā)射圖案9的整個(gè)幾何形狀的信息，尤其是關(guān)于局部區(qū)域11的形狀，關(guān)于局部區(qū)域11的諸如寬度w的橫向尺寸以及關(guān)于相應(yīng)的相鄰的局部區(qū)域11之間的距離S。此外，應(yīng)當(dāng)可得到關(guān)于電子發(fā)射圖案9的幾何形狀是如何經(jīng)由場(chǎng)發(fā)射電子束15而投影到靶19上的信息，以便擁有關(guān)于在這樣的靶19處生成的橫向X射線強(qiáng)度分布的信息。圖9示出了實(shí)現(xiàn)為均勻冗余陣列的電子發(fā)射圖案9’的可替代的示例。圖10在其上圖中示出了沿著圖8中的線A-A的由在圖8中所示的電子發(fā)射圖案9 發(fā)射的電子的強(qiáng)度分布21。能夠看出，電子強(qiáng)度在局部區(qū)域11的區(qū)域中最大，而在間斷的間隔區(qū)域中，電子強(qiáng)度幾乎為零。因此，電子束沿著電子發(fā)射器1的橫向表面的分布強(qiáng)烈地與電子發(fā)射圖案9相對(duì)應(yīng)。在圖10的下圖中，沿著圖8的線A-A示出了由電子發(fā)射器1發(fā)射的電子碰撞到靶19上而生成的X射線的強(qiáng)度分布23。能夠看出，X射線強(qiáng)度分布23仍然具有與電子發(fā)射圖案9的幾何形狀的良好的相關(guān)性。圖11示出了表示X射線圖像采集設(shè)備200的示例的C型臂X射線系統(tǒng)。X射線源 100和探測(cè)器106布置在可以相對(duì)于對(duì)象104平移并樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的C型臂112。可以將探測(cè)器的數(shù)據(jù)傳遞至圖像處理器108。最終，應(yīng)當(dāng)注意到，術(shù)語(yǔ)“包含”、“包括”等不排除其他元件或步驟，并且，術(shù)語(yǔ)“一” 或“一個(gè)”不排除多個(gè)元件。同樣，可以組合與不同的實(shí)施例相關(guān)聯(lián)而描述的元件。還應(yīng)當(dāng)注意到，權(quán)利要求書(shū)中的附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制權(quán)利要求書(shū)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于X射線管(100)的電子發(fā)射器(1)，所述發(fā)射器包括陰極⑶；和陽(yáng)極(5)；其中，所述陰極⑶包括彼此間隔開(kāi)的多個(gè)局部區(qū)域(11)的電子發(fā)射圖案(9)，每個(gè)區(qū)域適于在將電場(chǎng)施加于所述陰極C3)和所述陽(yáng)極( 之間時(shí)經(jīng)由場(chǎng)發(fā)射局部地發(fā)射電子。
2.如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射器，其中，局部區(qū)域(11)的寬度(w)小于距最接近的相鄰的局部區(qū)域(11)的距離。
3.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射器，其中，所述局部區(qū)域(11)具有在顯微鏡下粗糙的表面。
4.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射器，其中，所述局部區(qū)域(11)包括用碳納米管制成的表面層。
5.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射器，其中，所述電子發(fā)射圖案(9)的所述局部區(qū)域(11) 二維地布置在平面中。
6.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射器，其中，所述電子發(fā)射圖案(9)包括均勻冗余陣列。
7.一種X射線管(100)，包括:如權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射器(1)；和靶區(qū)(19)，其適于在加速電子的碰撞時(shí)進(jìn)行X射線發(fā)射；其中，調(diào)整所述X射線管(100)，使得從所述陰極(3)的所述電子發(fā)射圖案(9)的局部區(qū)域(11)發(fā)射的電子以與所述電子發(fā)射圖案(9)對(duì)應(yīng)的圖案撞擊到所述靶區(qū)(19)上。
8.如權(quán)利要求7所述的X射線管(100)，其中，所述靶區(qū)(19)適于作為透射靶(19，)， 從而在來(lái)自所述靶區(qū)的一側(cè)的電子碰撞時(shí)，在所述靶區(qū)的相反側(cè)發(fā)射X射線。
9.如權(quán)利要求7所述的X射線管(100)，其中，所述靶區(qū)(19)適于作為傾斜靶(19”)， 從而在來(lái)自所述靶區(qū)的一側(cè)的電子碰撞時(shí)，在所述靶區(qū)的相同側(cè)沿與所述碰撞的電子的方向具有角度的方向發(fā)射X射線。
10.如權(quán)利要求7至9中的任一項(xiàng)所述的X射線管(100)，還包括電壓源(13)，其適于在所述電子發(fā)射器⑴的所述陰極⑶和所述陽(yáng)極(5)之間施加電壓，從而建立至少lkV/mm的電場(chǎng)。
11.一種X射線圖像采集設(shè)備000)，包括如權(quán)利要求7至10中的任一項(xiàng)所述的X射線管(100)；X射線探測(cè)器(106)；以及圖像處理器(108)；其中，所述X射線探測(cè)器(106)適于探測(cè)來(lái)自所述X射線管(100)的X射線的強(qiáng)度分布 ；其中，所述圖像處理器(106)適于基于所探測(cè)的強(qiáng)度分布和所述電子發(fā)射圖案 (9)這兩者的信息導(dǎo)出圖像信息。
12.如權(quán)利要求11所述的X射線圖像采集設(shè)備000)，其中，所述圖像處理器(106)適于編碼源成像。
13.一種采集對(duì)象(104)的圖像(110)的方法，所述方法包括從彼此間隔開(kāi)的多個(gè)局部區(qū)域(11)的電子發(fā)射圖案(9)發(fā)射電子，每個(gè)區(qū)域適于在將電場(chǎng)施加于陰極C3)和陽(yáng)極( 之間時(shí)經(jīng)由場(chǎng)發(fā)射局部地發(fā)射電子； 在從所述電子發(fā)射圖案(9)發(fā)射的電子碰撞時(shí)生成X射線(102)； 將所述X射線透射通過(guò)所述對(duì)象(104)；利用適于探測(cè)X射線的強(qiáng)度分布的X射線探測(cè)器(106)來(lái)探測(cè)所透射的X射線；以及基于所探測(cè)的強(qiáng)度分布和所述電子發(fā)射圖案(9)這兩者的信息導(dǎo)出所述圖像。
14.一種計(jì)算機(jī)程序單元，其適于當(dāng)在處理器上執(zhí)行時(shí)，控制如權(quán)利要求13所述的方法。
15.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，在其上存儲(chǔ)如權(quán)利要求14所述的計(jì)算機(jī)程序單元。
全文摘要
本發(fā)明提出電子發(fā)射器(1)和包括這樣的電子發(fā)射器(1)的X射線管(100)。電子發(fā)射器(1)包括陰極(3)和陽(yáng)極(5)，其中，陰極(3)包括彼此間隔開(kāi)的多個(gè)局部區(qū)域(11)的電子發(fā)射圖案(9)，每個(gè)區(qū)域適于在將電場(chǎng)施加于陰極(3)和陽(yáng)極(5)之間時(shí)經(jīng)由場(chǎng)發(fā)射局部地發(fā)射電子。從局部區(qū)域(11)發(fā)射的電子束(15)可以生成特定的幾何圖案中的若干個(gè)X射線源強(qiáng)度最大值。能夠通過(guò)使用X射線源(100)的特定的強(qiáng)度圖案并通過(guò)將諸如編碼源成像(CSI)的專用解碼算法應(yīng)用于所采集的圖像而校正由于探測(cè)器上的重疊的圖像而導(dǎo)致的空間分辨率的明顯的損失。
文檔編號(hào)H01J35/06GK102365703SQ201080013764
公開(kāi)日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者M·K·迪爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司