本發(fā)明一般涉及一種設(shè)計x射線發(fā)射器面板的方法。

x射線的醫(yī)學(xué)成像在過去一個世紀(jì)已經(jīng)成為常見的現(xiàn)象。平面放射學(xué)是最常見的醫(yī)學(xué)成像模式。該方法的核心是x射線源，包括真空管，真空管能夠在寬范圍的能量和電流上產(chǎn)生單個錐形或扇形射束的x射線。然而，這些基本上點狀源可能的成像幾何形狀是有限的；也就是說，源必須離開要成像的物體放置一個相當(dāng)遠的距離，以便錐體或扇形覆蓋足夠的面積。該距離的最小值(通常稱為源到對象距離，sod或間隔距離)可以被迫的通過使用三角法的方式確定，其中三角法使用錐體的x射線的開度角的值和待成像對象的期望的覆蓋寬度的。

實際上，到點狀源的最小距離通常由所謂的“皮膚安全距離”來設(shè)定。本質(zhì)上來說，來自扇形或錐體源的峰值劑量位于身體入口處(通常為皮膚)，因此最小距離被限制為會在入口處引起過量劑量的最小距離。

當(dāng)使用單個，基本上為點狀的，x射線源時，放大倍數(shù)由源與目標(biāo)距離(sod)與源到圖像距離(sid)的比率決定。

為了從各種方向拍攝物體的多個圖像，通常使用機械機架來沿著一系列位置移動單個源。已經(jīng)提出了一種替代方案，其中多個源放置在物體周圍的固定位置，每個源被選擇性地激活。這樣的系統(tǒng)將允許更短的整個圖像捕獲周期；然而，由于源的成本，該系統(tǒng)是價格過高的，并且它們的相對容量僅能夠提供有限數(shù)量的視角。

產(chǎn)生多個x射線源的常見備選方法是在“源陣列”或“發(fā)射極陣列”中產(chǎn)生多個陰極(或發(fā)射體)。特別地，場增強發(fā)射器(fee)陣列，有時稱為場發(fā)射器陣列(fea)，例如spindt陣列，可用于x射線管，并用作高級陰極。例如，溫和場增強尖端的陣列可以作為用于產(chǎn)生x射線的發(fā)射器在高電壓下操作。由碳納米管(cnt)產(chǎn)生的陰極可以提供極端的場增強，因此可以允許在低電壓下控制電子發(fā)射。在所有情況下，這樣的fea允許來自擴展或分布式源的多個x射線源。在平板源的情況下，陣列的尺寸可能很大，并且允許從陣列的一個角處的源到相對的角上的源的顯著位移。

這些方法允許斷層融合技術(shù)，但是需要更復(fù)雜的幾何約束。例如，陣列中的每個發(fā)射器產(chǎn)生其自己的x射線錐(在本文中稱為“錐體”)。為了完全覆蓋對象，必須有一定數(shù)量的圓錐重疊；然而，由于由多個角度的照明特性，由對象形成的圖像將包括多個圖像或陰影(例如雙重圖像)。

解決這些問題的現(xiàn)有方法包括使用所謂的反散射網(wǎng)格，其也可用于形成常規(guī)的x射線圖像。然而，雖然這些裝置用于限制x射線對檢測器的接受角度，但是它們也限制了可用的給定劑量的信息。因此，期望保留所有的可用信息，并且分離軟件中的重疊(和/或使用可變數(shù)量的圓錐體以獲得關(guān)于對象的更多信息)。利用對象方面的足夠的現(xiàn)有知識，可以分離時空重疊的圓錐體；然而，對象的方面的詳細知識并不總是可用。諸如結(jié)構(gòu)化光的硬件方法可進一步協(xié)助軟件圖像重建；然而，一般來說，在其中現(xiàn)有知識經(jīng)常受到特別限制的醫(yī)學(xué)成像中，通常期望具有暫時分離的圖像，然后使用其他重建方法來渲染對象的3d模型。

在圖像重建的文獻中已經(jīng)考慮了廣泛的方法。使用確定性的發(fā)射器和檢測器位置，可以使用強大的方法依靠最基本的假設(shè)來確定關(guān)于對象的3d信息。各種方法通常被稱為壓縮感知、基本追蹤和稀疏求逆問題。不管具體方法如何，通常使用要成像的空間的體素化來定義最小的圖像體積。然后可以使用迭代方法來確定最適合對象(并將值函數(shù)降到最小值)的一組體素值。

圖像體積的體素化以及可以覆蓋的信息大部分由發(fā)射器幾何和sod和sid決定。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種設(shè)計用作分布式x射線源的x射線發(fā)射器面板的方法，使用的x射線發(fā)射器面板具有x射線檢測器面板，該方法包括以下步驟：

選擇預(yù)設(shè)的總數(shù)量的由電荷產(chǎn)生的光子，etot，其中電荷可用于單個曝光；以及

選擇發(fā)射器面板預(yù)設(shè)的表面區(qū)域，f；

選擇根據(jù)放置在發(fā)射器面板和檢測器面板之間的組織的預(yù)設(shè)的吸收因子，ηbre；

選擇預(yù)設(shè)的發(fā)射器-檢測器面板分離的最大距離，dmax；

選擇為了獲得可行的圖像，需要到達檢測器面板中的檢測器預(yù)設(shè)的最小數(shù)量的光子，emin；

選擇在檢測器面板內(nèi)的預(yù)設(shè)的檢測器密度，ρdet；

選擇具有在大約10和20之間的值的預(yù)設(shè)的無量綱常數(shù)，a；

求解下述不等式：

求出值r；

選擇與從不等式的解確定的值r相對應(yīng)的俯仰刻度。

選擇的步驟可以包括例如通過測試來選擇期望值和/或確定，其中實際值為設(shè)計的x射線發(fā)射器面板的制造中使用的組件所擁有。

該方法還可以包括選擇用于放置x射線發(fā)射器的陣列圖案。陣列圖案可以包括三角形網(wǎng)格，例如等邊三角形?；蛘呋蛄硗獾?，陣列圖案可以是正方形，矩形和/或六邊形的網(wǎng)格。陣列圖案可以是基本上偽隨機的陣列圖案。

陣列圖案可以是多個陣列圖案的組合。例如，陣列圖案可以是兩個、三個、四個或五個重疊陣列圖案的組合。陣列圖案可以具有在陣列圖案之間不同的相應(yīng)的俯仰刻度。

a可以在約1和20之間，特別是在大約1和16之間。a的值的選擇可能取決于系統(tǒng)的幾何形狀，特別是陣列的類型。特別地，a可能與面板上的發(fā)射器密度有關(guān)。面板的發(fā)射極密度可以與俯仰刻度r的平方的倒數(shù)成正比，并且a可以與相同的比例常數(shù)成比例。也就是說，如果面板的發(fā)射器密度可以計算為：

那么

a∝b

特別的，對于三角形陣列b可能相對等于并且對于方形數(shù)列b可能相對等于1。

更特別地，a能夠被如下定義：

對于三角形陣列，a能夠大約在12和21之間，特別地，大約在13和18之間；更特別地大約在14和17之間。a可以大約在15和16之間；特別地，a可以大約在15.5和16之間；更特別地，a可以大約為15.7。a可以大約為15.72。

對于方形陣列，a能夠大約在0.5和3之間，特別地，大約在0.8和2之間；更特別地大約在1和1.5之間。a可以大約在1.1和1.3之間，特別地，a可以大約在1.1和1.2之間，更特別地，a可以大約為1.14。a可以大約為1.136。

其他陣列圖案設(shè)想的相應(yīng)的a和/或b值可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解。

ρdet可以是檢測器面板中檢測器的預(yù)設(shè)平均(例如平均值)密度。ρdet可以具有位于大約在10³m^-2和10¹⁰m^-2之間的值，特別地位于大約在10⁷m^-2和5×10⁹m^-2之間的值，更特別地位于大約在5×10⁷m^-2和2×10⁹m^-2之間的值，例如，大約為5.1×10⁷m^-2、10⁸m^-2或者1.1×10⁹m^-2。

f可以位于大約在0.05m²和0.3m²之間，特別地位于大約在0.1m²和0.2m²之間，更特別地大約在0.12m²和0.18m²之間，例如，大約為0.12m²、0.16m²、0.17m²或0.18m²。例如，發(fā)射器面板可以具有0.3m、0.4m和/或0.42m的間距。

emin可以具有位于大約在10和1500之間，特別地大約位于500和1200之間、更特別地位于800和1100之間，例如大約為1000。

etot可以位于大約在1×10¹²和1×10¹⁷之間或者大約在1×10¹³和1×10¹⁶之間，特別地位于1×10¹⁴和1×10¹⁵之間，更特別地位于2×10¹⁴和8×10¹⁴之間，例如大約為6×10¹⁴。

ηbre可以位于大約在0.001和0.1之間，特別地位于大約在0.005和0.05之間，更特別地位于大約在0.008和0.03之間，例如大約為0.01。

俯仰刻度可以被稱為發(fā)射器尺度，并且可以在約0.01m和0.1m之間，特別是在約0.02m和0.09m之間，更特別地在約0.03m和0.08m之間，例如約0.0100m、0.0182m、0.0212m、0.0363m或0.0872m。

發(fā)射極間距可以統(tǒng)計上定義為相鄰發(fā)射器之間的平均距離；也就是陣列中相連續(xù)的發(fā)射器之間的距離。在常規(guī)陣列中，陣列中連續(xù)發(fā)射器之間的距離是不變的；然而，在偽隨機安排中，可以采用平均值。在一些陣列中，發(fā)射器間距和/或俯仰刻度可以在陣列上變化，特別是在邊緣處。發(fā)射器間距可以在r的值的大約1到4倍之間；特別是約1至3.5倍之間，更特別地在約1.5至3倍之間；例如在大約2到2.5倍之間。發(fā)射器間距可以被定義為：r(用于方形網(wǎng)絡(luò))、(用于三角形網(wǎng)絡(luò))、1.5r、2r、2.5r、3r或3.5r，并且可以位于約0.0001m或0.001m，與0.05m之間，特別地位于大約0.005m和0.02m之間，更特別地為大約0.01m。

求解不等式可能包括找到一個近似解。

求解不等式可以包括選擇滿足不等式的俯仰刻度r的最小值。

求解不等式可能包括求解方程：

求解該方程可以包括應(yīng)用牛頓法。

該方法可以進一步包括選擇準(zhǔn)直角α的步驟其小于或等于(或簡單地小于)所選俯仰刻度r與最大發(fā)射器-檢測器面板間隔dmax的比值的反正切的兩倍；例如：

該方法還可以包括選擇準(zhǔn)直角α的步驟，其等于所選俯仰刻度r與最大發(fā)射器-檢測器面板分離距離dmax的反正切的兩倍，則為：

α可以在約5°至70°之間，特別是約10°至40°之間，更特別地介于約15°至30°之間，例如約20°、20.6°、23°和/或24°。

該方法還可以包括選擇準(zhǔn)直角α的步驟，其滿足不等式：

其中：

δdesign是發(fā)射器面板從放置在發(fā)射器面板和檢測器面板之間的組織的預(yù)設(shè)的間隔距離；以及

mdesign是表示在組織的給定部分上的相鄰x射線發(fā)射器的多個重疊圓錐體的預(yù)設(shè)的因子。mdesign能夠通過求解下式獲取：

其中：

ddesign是放置在發(fā)射器面板和檢測器面板之間的組織的預(yù)設(shè)的厚度；以及

ddesign是預(yù)設(shè)的期望的發(fā)射器-檢測器面板分離距離，ddesign小于dmax；

通過參考圖1可以看出，組織厚度d、從發(fā)射器面板到組織的間隔距離δ，以及發(fā)射器面板和檢測器之間的間隔d與以下相關(guān)：

d＝d+δ

如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，上述關(guān)系也可以類似地應(yīng)用于最大，實際和設(shè)計變量。例如，在實際使用(在x射線成像期間)，變量可能與設(shè)計變量不同。因此，該方法還可以包括準(zhǔn)直角α與使用中的其他變量之間的關(guān)系滿足不等式：

其中，

δactual是發(fā)射器面板與放置在發(fā)射器面板和檢測器面板之間的組織的實際間隔距離；以及

mactual是代表在組織的給定部分上的相鄰x射線發(fā)射器的多重重疊圓錐體的因子。mactual可以通過求解下列等式進行確定：

其中：

dactual是放置在發(fā)射器面板和檢測器面板之間的組織的實際厚度；以及

dactual是實際的發(fā)射器-檢測器面板分離距離，小于dmax。

α的下限由確定。

可以理解，上述關(guān)系并不都是獨立的。

dmax可以基于成像模態(tài)來確定。該方法還可以包括確定dmax。

dmax可以由以下等式確定：

其中：

dmax是放置在發(fā)射器面板和檢測器面板之間的組織的預(yù)設(shè)的最大厚度；以及

mmin是表示組織的給定部分上的來自相鄰x射線發(fā)射器的多個重疊圓錐體的因子的預(yù)設(shè)最小值，其中mmin具有在1和4之間的值。

dmax可以在約0.05m和2m之間，特別是約0.07m和1m之間，更特別地在約0.08m和0.5m之間，例如0.1m、0.2m、0.4m、0.48m和/或0.5m。它可以在約0.2m和0.4m之間。

dmax可以在約0.01m和1m之間，特別是在0.05m和0.4m之間，更特別地在約0.1m和0.3m之間，例如0.05m或0.3m。

mmin可以基于對所使用的特定圖像重建方法和所需的成像速度的考慮來確定，其中速度可以包括圖像獲取和處理的完整過程。該方法可以進一步包括確定mmin。

mmin可以基于mactual的最小值確定。

通常，較大的mmin對應(yīng)于可用于圖像重建的更多信息，并且獲得圖像需要較長的時間。mmin可以在約1至3.9之間，特別是約1至3.7之間，更特別地約1至3.6之間，例如約1.5、2、3或3.6。

從以下結(jié)合附圖的詳細描述中，本發(fā)明的上述和其它特征、特點和優(yōu)點將變得顯而易見，附圖通過舉例的方式說明了本發(fā)明的原理。該描述僅是為了示例的目的，而不限制本發(fā)明的范圍。參考號涉及下面引用的參考附圖。

圖1是正在使用的發(fā)射器陣列的示意性橫截面圖。

圖2是使用中的發(fā)射器陣列的示意性橫截面圖。

圖3是發(fā)射器陣列的示意性平面圖。

將參照某些附圖描述本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此，而僅由權(quán)利要求限定。所描述的附圖僅是示意性的并且是非限制性的。每個圖可以不包括本發(fā)明的所有特征，因此不一定被認為是本發(fā)明的實施例。在附圖中，為了說明的目的，一些元件的尺寸可能被夸大并且不按比例繪制。尺寸和相對尺寸不對應(yīng)于實施本發(fā)明的實踐。

此外，在說明書和權(quán)利要求書中的術(shù)語第一、第二、第三等用于區(qū)分相似的元件，而不一定用于在時間上、空間上、以排序或以任何其它方式描述序列。應(yīng)當(dāng)理解，如此使用的術(shù)語在適當(dāng)?shù)那闆r下是可互換的，并且該操作能夠以不同于本文所描述或示出的其他順序。

此外，描述和權(quán)利要求中的術(shù)語頂部、底部、上面、下面等用于描述目的，而不一定用于描述相對位置。應(yīng)當(dāng)理解，如此使用的術(shù)語在適當(dāng)?shù)那闆r下是可互換的，并且該操作能夠在不同于本文所描述或示出的其它方向上進行。

值得注意的是，權(quán)利要求中使用的術(shù)語“包括”不應(yīng)被解釋為限于此后列出的手段；它不排除其他元素或步驟。因此，它被解釋為指定所提及的所述特征、整體、步驟或組件的存在，但不排除存在或添加一個或多個其它特征、整體、步驟或組件或其組。因此，表述“包含裝置a和b的裝置”的范圍不應(yīng)限于僅由部件a和b組成的裝置。這意味著對于本發(fā)明，裝置的唯一相關(guān)部件是a和b。

同樣，應(yīng)注意的是，描述中使用的術(shù)語“連接”不應(yīng)被解釋為僅限于直接連接。因此，表示“連接到設(shè)備b的設(shè)備a”的范圍不應(yīng)限于設(shè)備a的輸出直接連接到設(shè)備b的輸入的設(shè)備或系統(tǒng)。這意味著在a的輸出和b的輸入之間存在可以是包括其他裝置或裝置的路徑的路徑?！斑B接”可能意味著兩個或更多個元件處于直接物理或電接觸，或者兩個或更多個元件彼此不直接接觸但仍然彼此協(xié)作或相互作用。

在本說明書中對“實施例”或“一個方面”的引用意味著結(jié)合實施例或方面描述的特定特征，結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例或方面中。因此，貫穿本說明書的各個地方的短語“在一個實施例中”“在一個實施例中”或“在一個方面”的出現(xiàn)不一定都指代相同的實施例或方面，而是可以參考不同的實施例或方面。此外，本發(fā)明的任何實施例或方面的特定特征，結(jié)構(gòu)或特征可以以任何合適的方式組合，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從一個或多個實施例或多個實施例中的本公開所顯而易見的。

類似地，應(yīng)當(dāng)理解，在描述中，出于簡化本公開的目的，本發(fā)明的各種特征有時被分組在單個實施例，附圖或其描述中，并且有助于理解各種發(fā)明方面中的一個或多個。然而，這種公開的方法不應(yīng)被解釋為反映所要求保護的發(fā)明要求比每個權(quán)利要求中明確敘述的更多的特征的意圖。此外，任何單獨的圖紙或方面的描述不一定被認為是本發(fā)明的實施例。相反，如以下權(quán)利要求所反映的那樣，創(chuàng)造性方面在于比單個前述公開的實施例的所有特征少。因此，詳細描述中的權(quán)利要求特此明確地并入本詳細描述中，其中每個權(quán)利要求獨立地作為本發(fā)明的單獨實施例。

此外，盡管本文所描述的一些實施例包括在其他實施例中包括的一些特征，不同實施例的特征的組合意圖在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且形成本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的又一個實施例。例如，在所附權(quán)利要求中，任何要求保護的實施例可以以任何組合使用。

在本文提供的描述中，闡述了許多具體細節(jié)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下實施本發(fā)明的實施例。在其他情況下，還沒有詳細地示出眾所周知的方法，結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以便不掩蓋對該描述的理解。

在本發(fā)明的討論中，除非另有說明，否則對參數(shù)的允許范圍的上限或下限的替代值的公開，以及所述值中的一個比另一個更優(yōu)選的指示，將被解釋為隱含聲明，即所述參數(shù)的每個中間值位于所述替代物的更優(yōu)選和不太優(yōu)選之間，本身優(yōu)選于所述不太優(yōu)選的值，并且還適用于位于所述較不優(yōu)選值和所述中間值之間的每個值。

在某些情況下，使用術(shù)語“至少一個”可能只意味著一個?，F(xiàn)在將通過對與本發(fā)明的示例性特征有關(guān)的至少一幅圖的詳細描述來描述本發(fā)明的原理。很明顯，在不脫離本發(fā)明的基本概念或技術(shù)教導(dǎo)的情況下，可以根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識來配置其他布置，本發(fā)明僅受所附權(quán)利要求的條款的限制。

圖1示出了包括多個發(fā)射器元件110的發(fā)射器陣列100。每個發(fā)射器元件110配置成在準(zhǔn)直角度a上發(fā)射x射線140。在使用中發(fā)射器陣列100被示出為使得來自發(fā)射器元件110的x射線140可以穿過主體120，主體120具有與發(fā)射器陣列100間隔開距離δ的近似厚度d的，并被檢測器面板130檢測，該檢測器面板130與發(fā)射器陣列100間隔開距離d。

圖2示出了包括第一和第二多個發(fā)射器元件(未示出)的發(fā)射器陣列200。來自第一多個發(fā)射器元件中的發(fā)射器元件的x射線240(以實線表示)被設(shè)置成，使得它們在到達檢測器面板230之前(在通過待檢查組織220之后)不與來自第一多個發(fā)射器元件中的相鄰發(fā)射器元件的x射線重疊。這防止了在組織220中由單個特征形成的多個圖像。類似地，來自第二多個發(fā)射器元件中的發(fā)射器元件的x射線250(以虛線示出)被設(shè)置成，使得它們在到達檢測器面板230之前(在通過被檢查組織220之后)不與來自第二多個發(fā)射器元件中的相鄰發(fā)射器元件的x射線重疊。通過分開(即以時間間隔)使用多個發(fā)射器元件中的每個，可以對組織220進行更大的覆蓋。在圖2所示的布置中，還可以使用至少另外多個發(fā)射器元件以類似的方式構(gòu)建組織220的完整覆蓋。

圖3是發(fā)射器陣列300的示意性平面圖。每個發(fā)射器元件310以其中心布置在等邊三角形的網(wǎng)格的節(jié)點處。也就是說，這些中心位于：

其中：

以及z引用一組整數(shù)，使得定義的點適合給定的面板。該圖案被移動，使得面板通過公式所列出的48次暴露均勻地覆蓋：

f+4(h-1)+16(h-1)，(f＝1，...，4；g＝1，...，4；h＝1，...，3)

在曝光(f，g，h)同時照射的圓的中心由下式給出：

其中，

通過將母體圖案轉(zhuǎn)移到通過將等邊三角形的網(wǎng)格平分兩次獲得的節(jié)點，來獲得前16次曝光(對應(yīng)于h＝1)。

第二組和第三組16次曝光集中在第一組曝光左孔(未被輻射覆蓋的區(qū)域)。在任何給定的曝光中，圓盤的孔數(shù)是兩倍，這導(dǎo)致三組16。

請注意，除了面板邊界附近的發(fā)射器，所有發(fā)射器與其六個最近鄰居等距，其距離為

我們稱這個距離為發(fā)射器間距，而我們將r稱為發(fā)射器刻度。發(fā)射器刻度也將解釋為在任何給定曝光中同時到達檢測器面板的不重疊的輻射圓盤的半徑，r可被選擇為使得這些圓盤剛剛接觸。