專利名稱：多能量x射線源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及X射線生成的領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明涉及用于生成多能量X射線的 源、檢查裝置、方法以及軟件單元和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
背景技術(shù)：
在許多成像應(yīng)用中，X射線被用于檢查和分析諸如人體、器官、組織或者晶體結(jié)構(gòu) 的多個(gè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)和材料特性。醫(yī)療保健中使用X輻射的一個(gè)基本領(lǐng)域?yàn)榉派渚€照相術(shù)。 放射線照相術(shù)可以用于快速、高度穿透的圖像，特別用于具有高骨含量的區(qū)域。放射線照相 術(shù)使用中的一些形式為全景X射線、乳房X射線照相術(shù)、斷層攝影以及放療。例如，對(duì)于計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)，由事先生成的X射線從各個(gè)位置和角度輻照患 者，以便重構(gòu)被分析的解剖結(jié)構(gòu)的三維(3D)模型。使用例如CT，感興趣對(duì)象可能暴露于來 自360度的輻射，并且根據(jù)所謂的投影圖像可以計(jì)算感興趣對(duì)象的模型。由于對(duì)于移動(dòng)對(duì) 象的不同圖片的起點(diǎn)之間的時(shí)間偏差是不可避免的，因此所重構(gòu)模型的運(yùn)動(dòng)偽影仍然是具 有挑戰(zhàn)的任務(wù)。常規(guī)的X射線源為熱學(xué)地發(fā)射電子的加熱陰極燈絲。電子加速為束，然后撞擊在 其上隨后生成X射線的目標(biāo)材料。電子束撞擊成角度的目標(biāo)或者陽極的點(diǎn)被稱為焦斑。電 子束中包含的大部分動(dòng)力學(xué)能量被轉(zhuǎn)換成熱量，但是能量中的某一部分被轉(zhuǎn)換成X射線光 子。在焦斑處，發(fā)射X射線光子。因此，電子吸收目標(biāo)被加熱到所使用材料的熔點(diǎn)通常限制 了已知的X射線源的所生成的X射線束的強(qiáng)度。
發(fā)明內(nèi)容
可能期望提供一種用于檢查感興趣對(duì)象的快速且高效的X射線生成?？梢酝ㄟ^根據(jù)一項(xiàng)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。在從屬權(quán)利要求中描述本 發(fā)明的有利實(shí)施例。所描述的實(shí)施例類似地涉及輻射源、檢查裝置、用于生成X射線的方法、計(jì)算機(jī)程 序單元以及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例，提供用于生成X射線以檢查感興趣對(duì)象的輻射 源。由此，所述源包括用于發(fā)射第一電子的第一碳納米管和用于發(fā)射第二電子的第二碳納 米管，并且還包括目標(biāo)。另外，包括聚焦單元，其用于將第一電子和第二電子聚焦到目標(biāo)上， 以生成具有第一軌跡的第一 X射線光子和具有第二軌跡的第二 X射線光子。聚焦單元適于 如此操作，使得在到達(dá)感興趣對(duì)象的之前第一軌跡和第二軌跡交疊。應(yīng)該注意的是，除了使用術(shù)語第一碳納米管和第二碳納米管以外，還可以在本發(fā) 明的該實(shí)施例或者任何其他實(shí)施例中使用第一組碳納米管和第二組碳納米管，或者基于第 一碳納米管的發(fā)射器和基于第二碳納米管的發(fā)射器。碳納米管的“組”可以為束、捆、包和 大包。所有可能的碳納米管構(gòu)造可能位于基底或載體上。以下，三種不同類型的電壓可能是重要的。該三種類型為柵極電壓、加速電壓以及聚焦電壓。由此，例如，第一柵極電壓可以在第一基底或基底上的第一碳納米管和第一柵 極之間施加。第一加速電壓可以在第一基底或基底上的第一碳納米管和目標(biāo)之間施加。另 外，例如，第一聚焦電壓可以在第一基底或基底上的第一碳納米管和第一聚焦單元的一部 分之間施加。還將注意到的是，可以彼此獨(dú)立地調(diào)整所有不同類型的電壓和相同類型的不 同電壓源。由于加速電壓可以確定加速電子的能量，因此還將注意到的是，加速電壓可以確 定所生成的X射線光子的能量。另一方面，聚焦電壓可以確定焦斑大小，所述焦斑大小為電 子擊中目標(biāo)的區(qū)域。因此，X射線光子的射束參數(shù)以及因此空間分辨率可以由聚焦電壓確定。例如，兩個(gè)獨(dú)立的柵極電壓可施加到碳納米管，其中，所述碳納米管用作陰極。通 過這一設(shè)置，碳納米管經(jīng)由所謂的場(chǎng)發(fā)射過程來發(fā)射電子。如此一來，柵極電壓的體積可以 控制電子束的強(qiáng)度，以及因此控制所生成的X射線束的強(qiáng)度。例如，一個(gè)電源可以在碳納米 管之間切換以交替地施加這兩個(gè)柵極電壓。由于切換的頻率可以不受到碳納米管的限制， 因此可以以高頻率實(shí)施這兩種可能的切換做法(modus)。通過使用作為電子發(fā)射器的碳納米管的這種特殊碳構(gòu)造，可能從以下事實(shí)獲益 不需要熱學(xué)地加熱陰極(其為碳納米管)以發(fā)射電子，這是因?yàn)榘l(fā)射是經(jīng)由場(chǎng)發(fā)射實(shí)現(xiàn)的。 因此，在碳納米管中不會(huì)出現(xiàn)余輝(afterglow)，并且可能實(shí)現(xiàn)對(duì)電子發(fā)射過程的開關(guān)的快 速、精確且考慮了時(shí)間的完全可控制的開關(guān)。由于能夠獨(dú)立地加速電子并且聚焦電子的這 一事實(shí)，其可以生成具有不同能量和不同傳播參數(shù)的X射線光子，所述傳播參數(shù)例如為所 生成的每個(gè)相應(yīng)的X射線束的射束直徑或者散度。這允許在具有獨(dú)立的射束參數(shù)的能量上 不同的X射線光子的發(fā)射之間的快速切換，其中，兩個(gè)不同發(fā)射過程在時(shí)間上沒有交疊。應(yīng) 該注意到，盡管每個(gè)X射線束幾何形狀的射束參數(shù)彼此無關(guān)，但是兩個(gè)射束參數(shù)都可以被 調(diào)整到相同的大小。目標(biāo)可以以不同的幾何形式形成，并且由諸如鉬、鎢、銅或者這些或其他元素的不 同組合的標(biāo)準(zhǔn)的X射線源材料形成。陽極可能的幾何形狀包括三角形、錐體形、圓形、橢圓 形或者立方體形。另外，載體元件可能包括包含了目標(biāo)材料的若干不同區(qū)域或者元件。通過使用例如可能為聚焦電極的聚焦單元，生成電場(chǎng)以使被加速電壓加速至目標(biāo) 的電子偏離。但是，也可以使用若干電極用于聚焦電子，針對(duì)所述電極施加若干不同且獨(dú)立 的聚焦電壓。由此，可以如此控制電子的偏離，使得目標(biāo)或者陽極上的焦斑可以改變其例如 大小和幾何形狀的參數(shù)。由于小的焦斑尺寸(其對(duì)應(yīng)于將電子聚焦到小的焦斑)可能導(dǎo)致 空間小的或者狹窄的發(fā)射X射線束，因此可以利用這些X射線光子以及因此利用這一聚焦 設(shè)置來實(shí)現(xiàn)高空間分辨率。相反，大焦斑的大小可能導(dǎo)致寬發(fā)射的X射線束，并且因此能夠 獲得小的空間分辨率。聚焦單元的另一方面為焦點(diǎn)幾何形狀的可調(diào)整性。例如，生成圓形焦斑或者例如 橢圓形焦斑可能是感興趣的。用戶可以經(jīng)由使電極聚焦或者使電場(chǎng)聚焦來調(diào)整其他幾何形 狀。換言之，通過在兩個(gè)不同的X射線生成實(shí)體之間切換，在兩個(gè)不同實(shí)體的不同空 間分辨率之間和/或在不同焦斑幾何形狀之間進(jìn)行切換是可能的。另外，通過聚焦單元的構(gòu)造，可以如此使第一碳納米管發(fā)射的第一組X射線光子的軌跡偏離，使得在光子到達(dá)感興趣對(duì)象的空間坐標(biāo)之前，所述軌跡與第二碳納米管發(fā)射 的第二組X射線光子的軌跡完全且精確的交疊。這意味著，目標(biāo)的兩個(gè)不同X射線生成區(qū) 域的兩射束的空間差異在感興趣對(duì)象處可能較小，以至于可能的隨后重構(gòu)可能導(dǎo)致以下的 結(jié)果，即在考慮偽影的情況下，該結(jié)果可以與來自相同源的兩個(gè)X射線束的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行 比較。換言之，在感興趣對(duì)象的位置處，第一 X射線光子和第二 X射線光子的軌跡可能無 法彼此區(qū)分，這是由于第一 X射線光子和第二 X射線光子在到達(dá)該位置之前被聚焦單元進(jìn) 行了空間交疊。這與兩個(gè)不同類型的光子看起來具有相同的源位置的情況相對(duì)應(yīng)。此外，可以如此調(diào)節(jié)電壓補(bǔ)償及經(jīng)機(jī)械修改或者調(diào)節(jié)的電極，使得避免兩個(gè)不同 射束之間的射束偏離。 在通過感興趣對(duì)象之后，X射線光子可以被適當(dāng)?shù)奶綔y(cè)器探測(cè)到，并且可以例如由 工作站或者成像系統(tǒng)生成所謂的投影圖像。由此，成像系統(tǒng)可以例如為X射線裝置、CT、微型CT、正電子發(fā)射斷層攝影裝置 (PET)與X射線設(shè)備的組合、與X射線設(shè)備組合的單光子發(fā)射CT(SPECT)或者X射線裝置與 核磁共振成像裝置(MR)的組合或者超聲系統(tǒng)。本發(fā)明的這一方面可能導(dǎo)致以下事實(shí)對(duì)于通過投影圖像重構(gòu)被檢查對(duì)象的模 型，該X射線源的所有X射線光子確實(shí)具有相同的源位置。因此，本發(fā)明的該實(shí)施例的優(yōu)勢(shì) 可以為在沒有運(yùn)動(dòng)偽影的情況基于雙能量或者多能量X射線光子的精確重構(gòu)。換言之，除了例如利用能量分辨探測(cè)器來測(cè)量能量特異性或者波長特異性的發(fā)射 信號(hào)以外，也可能根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例來以具有相同軌跡的雙能量或者多能量X射線光子 交替地快速輻照對(duì)象。通過獲知何時(shí)使用了何種能量類型的光子，重構(gòu)可得到具有更少運(yùn) 動(dòng)偽影的更清晰、分辨率更高的圖像，并且可以避免使用能量分辨探測(cè)器。換言之，由于通過本發(fā)明可以避免運(yùn)動(dòng)偽影，因此這可以減少通過診斷檢查而對(duì) 患者施加的運(yùn)動(dòng)影響，在所述檢查中必須使用X輻射?？梢员苊飧鶕?jù)X射線曝光的額外的 圖像生成。另外，由于碳納米管發(fā)射器比傳統(tǒng)X射線管所使用的能量更少，因此可以降低潛 在的操作花費(fèi)，并且可以允許更小的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本實(shí)施例的另一方面可以為使用兩個(gè)實(shí)體之間的切換，以避免目標(biāo)的加熱。通過 向上方實(shí)體和下方實(shí)體應(yīng)用完全相同的情況(比較圖1)，并且通過實(shí)現(xiàn)交疊，可能避免目 標(biāo)的熔化以及電子和X射線強(qiáng)度的增加。另一種可能是，目標(biāo)圍繞特定軸旋轉(zhuǎn)以放大該冷 卻效果。因此，與已知源相比可以提供具有更高強(qiáng)度的更快速的檢查。因此，本發(fā)明的這一方面不是關(guān)于提供診斷或者關(guān)于治療患者，而是關(guān)于用于快 速提供具有不同能量但具有到感興趣對(duì)象的相同軌跡的X射線光子的技術(shù)問題的解決方 法。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，聚焦單元包括兩個(gè)聚焦子單元；其中，第一子單元適于 將第一電子聚焦到目標(biāo)上，而第二子單元適于將第二電子聚焦到目標(biāo)上。兩個(gè)子單元中的每個(gè)可以為用于生成X射線光子的獨(dú)立單元的一部分。本發(fā)明的 這一示例性實(shí)施例可以增加兩個(gè)X射線生成過程的獨(dú)立性。因此，可以如此調(diào)整針對(duì)X射 線光子的空間分辨率、焦斑大小、焦斑幾何形狀以及軌跡對(duì)發(fā)射的電子進(jìn)行偏離和聚焦的 設(shè)置，使得可以以非?？焖?、非常精確及有效的方式來完成對(duì)感興趣對(duì)象的期望檢查。可以進(jìn)一步避免偽影。換言之，通過針對(duì)兩個(gè)聚焦單元選擇兩個(gè)特異性設(shè)置，可以優(yōu)化兩個(gè)不同類型的X 射線光子的交疊。隨后，以不同的加速電壓在兩個(gè)獨(dú)立的碳納米管發(fā)射器之間進(jìn)行的開關(guān) 切換導(dǎo)致雙能量X射線生成以及相同軌跡上的快速發(fā)射。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，輻射源適于在第一 X射線光子和第二 X射線光子的不 同聚焦幾何形狀之間進(jìn)行切換。例如，通過針對(duì)相應(yīng)的發(fā)射電子使用兩個(gè)不同的聚焦單元，可以調(diào)整電子撞擊目 標(biāo)的區(qū)域的參數(shù)。因此，可以獨(dú)立地調(diào)整輻射源的電子發(fā)射部分的空間分辨率。另外，為了 檢查具有不同的材料特性的特殊感興趣對(duì)象，以波長不同的兩個(gè)X射線束快速檢查對(duì)象可 能是有利的，以便分辨或者分開不同材料。這可以通過不同加速電壓實(shí)現(xiàn)。因此，可以使分辨諸如吻合(kissing)脈管或者復(fù)雜的血管結(jié)構(gòu)或者交疊的身體 單元或者高密度器官區(qū)域變得容易，并且可以降低操作花費(fèi)、時(shí)間以及所需能量。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，輻射源適于在第一 X射線光子和第二 X射線光子的不 同能量之間進(jìn)行切換。例如，通過向第一碳納米管和第二碳納米管施加不同的加速電壓，可能生成雙能 量X射線光子。通過例如在圖1的上方發(fā)射單元和下方發(fā)射單元的發(fā)射之間切換，可以提 供快速的雙能量切換。因此，在本發(fā)明的這一或另一實(shí)施例中可以包括針對(duì)每個(gè)發(fā)射單元 的所需數(shù)量的獨(dú)立加速電壓源，并且所述電壓源可以為例如還包括這種輻射源的檢查裝置 的一部分。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，輻射源適于調(diào)制第一 X射線光子和第二 X射線光子的 空間分辨率。聚焦單元可以用于調(diào)整不同焦點(diǎn)或者焦斑的幾何形狀。這可以通過以下過程引起 第一X射線光子和第二X射線光子的不同空間分辨率。小的焦斑尺寸可以導(dǎo)致空間小的或 者狹窄的發(fā)射X射線束，利用這些X射線光子可以實(shí)現(xiàn)高空間分辨率。相反，大的焦斑尺寸 可以導(dǎo)致寬的發(fā)射X射線束，并且因此可以獲得小的空間分辨率。由于感興趣對(duì)象的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和材料密度的不同，不同的空間分辨率可能導(dǎo)致感 興趣對(duì)象的改進(jìn)的信息。以非常快速的切換方式將感興趣對(duì)象的某個(gè)區(qū)域交替地暴露于具 有不同空間分辨率的不同X射線束，則因此可以增加在檢查期間收集的光譜信息。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，輻射源還包括外殼，其中，將第一碳納米管、第二碳納 米管和聚焦單元集成到所述外殼中。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，輻射源還包括外殼，其中，將第一碳納米管、第二碳納 米管、聚焦單元以及目標(biāo)集成到所述外殼中?？焖偾袚Q碳納米管X射線源的解決方法將兩個(gè)碳納米管元件集成到一個(gè)外殼中， 并且具有到相同對(duì)象的經(jīng)調(diào)節(jié)的最優(yōu)聚焦。在小的體積中與聚焦單元整合可能為本實(shí)施例 的一方面，其可以實(shí)現(xiàn)非?？焖俚碾p千伏(kv)成像。這可以使得輻射源容易地集成到例如 諸如X射線裝置、CT或者結(jié)構(gòu)分析設(shè)備的現(xiàn)有的成像系統(tǒng)中。例如，可以從圖1中所見的，外殼還使內(nèi)部元件在機(jī)械上免于可能的損傷。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，輻射源還包括多個(gè)碳納米管，其中，每個(gè)碳納米管都適 于發(fā)射電子，并且其中，所有碳納米管都位于目標(biāo)周圍的幾何形狀中。另外，聚焦單元適于
7將每個(gè)碳納米管的發(fā)射電子聚焦到目標(biāo)上以生成相應(yīng)的具有各自軌跡的X射線光子。聚焦 單元還適于以如此方式進(jìn)行操作，使得在到達(dá)感興趣對(duì)象之前所有軌跡交疊。由此，碳納米管也可以用作基于碳納米管的發(fā)射器，其可以包括若干不同類型的 碳納米管，例如單壁碳納米管、多壁碳納米管、金屬的碳納米管或者半導(dǎo)體的碳納米管。例如，定位的碳納米管的幾何形狀可以為圓形。但是，例如，可以從圖2所見，目標(biāo) 周圍的碳納米管的方形布置也是可能的。換言之，通過連續(xù)地填滿目標(biāo)周圍沿任意周長的位置，能夠使用戶生成連續(xù)覆蓋 期望的能量譜的X射線光子。這可以增加輻射源的全分辨率，并且可以得到快速且高效的 檢查過程，其具有反映感興趣對(duì)象的特性的更特異性的生成數(shù)據(jù)集。由此，目標(biāo)的形狀可以適于作為不同電子源所使用的碳納米管。例如，使用四個(gè)碳 納米管，目標(biāo)的構(gòu)造可能為錐體幾何形狀。由此，可以利用第一、第二、第三和第四碳納米管 的相應(yīng)電子來輻照四個(gè)相同表面。使用按圓形形成的碳納米管連接體，圓錐幾何形狀的目標(biāo)或者具有單個(gè)目標(biāo)的圓 形載體可以是另一可能的解決方法。例如，可以在目標(biāo)的周圍放置這些發(fā)射器的陣列以被掃描，并且來自每個(gè)發(fā)射器 的圖像可以在計(jì)算機(jī)軟件的幫助下由計(jì)算機(jī)進(jìn)行組裝以提供在利用傳統(tǒng)X射線設(shè)備提供 感興趣對(duì)象的3維圖像所需時(shí)間的一部分內(nèi)提供感興趣對(duì)象的3維圖像。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供用于檢查感興趣對(duì)象的檢查裝置，其中，檢查裝置 包括如上所述的輻射源。盡管X射線用于以下分析物質(zhì)的各個(gè)領(lǐng)域非破壞性物質(zhì)測(cè)試、X射線晶體學(xué)、或 者諸如放射線照相術(shù)、乳腺攝影、CT和其他的醫(yī)學(xué)檢查的廣泛領(lǐng)域，但是，其也具有新的應(yīng) 用，例如，食品處理行業(yè)中的質(zhì)量控制，不同的檢查裝置可從本發(fā)明中獲益。特別是對(duì)于利用檢查裝置分析復(fù)雜和動(dòng)態(tài)對(duì)象，以上及以下描述的輻射源可以提 供快速且高效的雙kv或者多kV以及因此的雙能量或者多能量的成像。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，檢查裝置還包括第一電壓源和第二電壓源，其中，第一 電壓源布置為向第一碳納米管施加第一加速電壓，并且第二電壓源布置為向第二碳納米管 施加第二加速電壓。另外，第一加速電壓和第二加速電壓之間的差導(dǎo)致第一X射線光子和 第二X射線光子之間的能量差。由于加速電壓確定加速電子的能量，因此可以由加速電壓確定所生成的X射線光 子的能量。為了實(shí)現(xiàn)從發(fā)射器的電子的場(chǎng)發(fā)射，施加?xùn)艠O電壓。聚焦單元還經(jīng)由聚焦電壓控 制電子的偏離。在這兩個(gè)具有不同加速電壓的不同電子發(fā)射器之間的切換可能導(dǎo)致用于檢查感 興趣對(duì)象的能量上不同的X射線光子的交替發(fā)射。這兩個(gè)電壓源還集成到一個(gè)外殼中。另外，檢查裝置可以額外包括或者取代加速電壓源包括針對(duì)每個(gè)發(fā)射單元的其他 獨(dú)立的電壓源，例如，柵極電壓源或者聚焦電壓源。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，提供一種用于生成X射線以檢查感興趣對(duì)象的 方法，所述方法包括提供第一做法和第二做法以及在第一做法和第二做法之間進(jìn)行切換的 步驟，其中，第一做法包括將由第一碳納米管發(fā)射的第一電子聚焦到目標(biāo)上以生成具有第一軌跡的第一X射線光子。第二做法包括將由第二碳納米管發(fā)射的第二電子聚焦到目標(biāo)以 生成具有第二軌跡的X射線光子，其中，如此執(zhí)行聚焦，使得在到達(dá)感興趣對(duì)象之前第一軌 跡和第二軌跡交疊。通過在兩種做法之間快速切換，所述方法可以使用戶能夠以快速且高效的方式分 析并且檢查對(duì)象，這是由于可以收集到有關(guān)對(duì)象的材料及結(jié)構(gòu)特性的額外信息。這可以通 過使其起點(diǎn)位于不同的電子發(fā)射器的不同X射線束交疊而實(shí)現(xiàn)。由于來自不同發(fā)射器的X 射線可能具有不同的能量，因此通過本發(fā)明的這一示例性實(shí)施例提供雙能量、三能量或者 多能量的成像。諸如醫(yī)生的用戶可能在分析例如患者的同時(shí)引起所述方法的步驟。由此，本發(fā)明 的該方面不是關(guān)于提供診斷或者關(guān)于治療患者，而是關(guān)于技術(shù)問題的解決方法以快速提供 具有不同能量但具有到感興趣對(duì)象的相同軌跡的X射線光子。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述方法包括由用戶或者基于軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)選擇 第一加速電壓和第二加速電壓的步驟，以及由用戶或者基于軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)選擇第一做 法和第二做法之間的切換頻率的步驟，其中，將第一加速電壓施加到第一碳納米管，并且將 第二加速電壓施加到第二碳納米管。還將進(jìn)一步注意的是，本發(fā)明的這一和其他實(shí)施例的步驟并非必須需要與潛在患 者之間的交互。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提出一種計(jì)算機(jī)程序單元，該計(jì)算機(jī)元件的特征在于 當(dāng)在通用計(jì)算機(jī)上使用時(shí)，其適于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述方法的步驟。所述計(jì)算機(jī)元件還可以具有的特征為當(dāng)在通用計(jì)算機(jī)上使用時(shí)，其適于使計(jì)算機(jī) 執(zhí)行系統(tǒng)的時(shí)間控制，包括碳納米管的開關(guān)或者碳納米管之間的切換。因此，該計(jì)算機(jī)程序單元可以存儲(chǔ)在也是本發(fā)明實(shí)施例的一部分的計(jì)算單元上。 該計(jì)算單元可以適于執(zhí)行或者引起執(zhí)行上述方法的步驟。另外，其可以適于操作上述裝置 的部件。計(jì)算單元適于自動(dòng)地操作和/或執(zhí)行用戶的指令。另外，計(jì)算單元能夠請(qǐng)求來自 用戶的選擇以處理來自用戶的輸入。如圖5中所見的示例，在其上具有計(jì)算機(jī)程序單元的計(jì)算單元適于控制X射線裝 置的成像過程，所述X射線裝置使用根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的輻射源。另外，示出 計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有在其上存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序單元。該計(jì)算機(jī)可讀 介質(zhì)可以例如是插入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的條狀物，以使該系統(tǒng)控制諸如所示的具有根據(jù)本發(fā)明另 一示例性實(shí)施例的輻射源的X射線裝置的成像系統(tǒng)。本發(fā)明的這一實(shí)施例覆蓋了從一開始就使用本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序和借助于更新 將現(xiàn)有的程序轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂帽景l(fā)明的程序的計(jì)算機(jī)程序。另外，計(jì)算機(jī)程序單元能夠提供實(shí)現(xiàn)X射線生成方法的所有必需步驟，該方法關(guān) 于以上的方法和裝置進(jìn)行了描述。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，提出一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述計(jì)算機(jī)可 讀介質(zhì)具有存儲(chǔ)在其上的計(jì)算機(jī)程序單元，通過先前或以下的部分描述該計(jì)算機(jī)程序單兀。另外，本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例可以為用于使計(jì)算機(jī)程序單元可下載的介質(zhì)， 其中計(jì)算機(jī)程序單元適于執(zhí)行根據(jù)以上實(shí)施例中的一個(gè)的方法。
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可以將以下視為本發(fā)明的主旨在兩種生成做法之間交替且非?？焖俚那袚Q期間 在碳納米管的幫助下生成具有不同能量的兩種類型的X射線光子，其中，在到達(dá)感興趣對(duì) 象之前由聚焦單元迫使兩種類型的X射線光子彼此交疊。必須注意的是，參考不同主題描述本發(fā)明的實(shí)施例。具體而言，參考方法類型的權(quán) 利要求描述一些實(shí)施例，而參考裝置類型的權(quán)利要求描述其他實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人 員將會(huì)從以上和以下描述中了解到除非有其他說明，否則除了屬于一個(gè)類型的主題的特征 的任何組合之外，也將在本申請(qǐng)中考慮與不同主題有關(guān)的特征的任何組合。還可以從以下將描述的實(shí)施例的示例中得出以上定義的方面以及本發(fā)明的其他 方面、特征和優(yōu)勢(shì)。下面將參照下述附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有兩個(gè)碳納米管的示意性X射線源；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有四個(gè)碳納米管的示意性X射線源；圖3示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的方法的步驟；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的檢查裝置的示意性表示；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的檢查裝置的另一示意性表示；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的檢查裝置的另一示意性表示。附圖標(biāo)記1第一碳納米管2第二碳納米管3第一基底4第二基底5第一柵極電壓6第二柵極電壓7第一聚焦子單元8第一電源9第二聚焦子單元10第二電源11第一柵極12第二柵極13 目標(biāo)14第一軌跡的上邊界14a第一軌跡的下邊界15第二軌跡的上邊界15a第二軌跡的下邊界16感興趣對(duì)象17探測(cè)屏幕/探測(cè)器18夕卜殼19X射線源
20用戶界面21計(jì)算機(jī)程序單元22檢查裝置23工作站/成像系統(tǒng)24計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)25可視化屏幕26計(jì)算機(jī)27可能連續(xù)放置碳納米管的區(qū)域28第一碳納米管的加速發(fā)射的第一電子29第二碳納米管的加速發(fā)射的第二電子30第一加速電壓31第二加速電壓32準(zhǔn)直器33、34、35、36 獨(dú)立的實(shí)體37 患者38計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置39計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置的管或者環(huán)40第一聚焦電壓41第二聚焦電壓Sl提供第一做法和第二做法S2在第一做法和第二做法之間進(jìn)行切換S3由用戶選擇第一柵極電壓和第二柵極電壓S4由用戶選擇第一做法和第二做法之間的切換頻率
具體實(shí)施例方式為若干圖示中相似或者相關(guān)的部件提供相同的附圖標(biāo)記。圖示中的視圖是示意性 的而非完全按比例的。圖1示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。X射線源19包括第一基底3上的第一碳納米 管1和第二基底4上的第二碳納米管2。例如，基底可以為包括各種不同材料和層的微片， 或者基底例如可以由石英、玻璃或者硅制成。由此，在第一基底3和第一柵極11之間施加 第一柵極電壓5，以便由來自第一碳納米管1的場(chǎng)發(fā)射來發(fā)射電子，如上所提及的，第一碳 納米管1可以為多個(gè)碳納米管或者一束碳納米管。由第一電源8在第一基底3和目標(biāo)13 之間施加第一加速電壓30，以便將發(fā)射的電子加速到目標(biāo)上?？梢耘c第一柵極電壓5獨(dú)立 地施加第一加速電壓30?？梢栽诨缀偷谝痪劢棺訂卧?之間施加第一聚焦電壓40。第 一聚焦子單元7使第一碳納米管發(fā)射的經(jīng)加速的第一電子28如此偏離，使得具有上邊界14 和下邊界14a的第一 X射線束的第一軌跡與具有上邊界15和下邊界15a的第二 X射線束 的第二軌跡空間交疊。該交疊可以非常精確，以至于可以完成如同兩條軌跡具有相同源位 置那樣的完美的重構(gòu)。換言之分別由邊界14和14a以及15和15a限定的圖1中示出的 兩條錐束以近似精確的方式輻照感興趣對(duì)象，使得差異可以不導(dǎo)致重構(gòu)過程的偽影。由此，由兩種類型的X射線光子輻照感興趣對(duì)象16，并且探測(cè)屏幕或者探測(cè)器17將所發(fā)射信號(hào)的 信息轉(zhuǎn)換成投影圖像。這些圖像可以用于進(jìn)行重構(gòu)。為了進(jìn)一步機(jī)械地選擇光子的發(fā)射， 可以使用由X射線吸收材料制成的準(zhǔn)直器32。準(zhǔn)直器32被用作使X射線的兩條路徑進(jìn)一 步相等的另一裝備。另外，示出了外殼18。另外，第一下部的實(shí)體可以包括第一碳納米管1、第一聚焦子單元7、第一電子28 以及第一柵極電壓5。第二上部實(shí)體可以包括第二碳納米管2、第二聚焦子單元9、第二電子 29以及第二柵極電壓6。在圖1的上部分中，示出了用于獨(dú)立的X射線生成的第二實(shí)體，其包括第二聚焦子 單元9，施加第二加速電壓31并且包括第二柵極電壓6的第二電源10。由此，在第二柵極 12和第二基底4之間施加該柵極電壓，以令第二碳納米管2發(fā)射電子。由此，發(fā)射第二電子 29并且由第二加速電壓31將其加速到目標(biāo)13上。另外，本發(fā)明的該示例性實(shí)施例也可以包括其他電源，例如聚焦電源或者柵極電 壓源。其可以是外部的，并且放置在外殼以外，但是如果期望在一個(gè)外殼中，其也可以集成 到其中。另外，也可以從第一電源和第二電源中導(dǎo)出這些其他電壓。在具有第一碳納米管1、第一聚焦子單元7、第一電子28和第一柵極電壓5的第一 下部實(shí)體與具有第二碳納米管2、第二聚焦子單元9、第二電子29和第二柵極電壓6的第二 上部實(shí)體之間的具有外部開關(guān)/控制元件的開關(guān)可以提供雙千伏和雙能量成像，而不需要 使用能量分辨探測(cè)器。由此，可以收集到額外的信息，并且可以降低對(duì)于患者的X射線負(fù)擔(dān) 以及操作花費(fèi)。與發(fā)生器的電壓調(diào)制相比，碳納米管的開/關(guān)切換可以更快。這可能導(dǎo)致成像過 程的持續(xù)時(shí)間的改進(jìn)。換言之，以不同電壓操作位于180°位置處的兩個(gè)碳納米管，并且以交替的方式切 換它們——高頻率非疊加方式。由于冷發(fā)射器導(dǎo)致碳納米管沒有余輝，因此切換可以相當(dāng) 快。以一種方式設(shè)計(jì)兩個(gè)碳納米管的聚焦單元，使得從陽極通過對(duì)象的射束與可以用于重 構(gòu)的射束具有大致相同的軌跡。電壓補(bǔ)償和經(jīng)修改的電極使射束的偏離最小化。換言之，對(duì)不同的聚焦電壓和/或幾何形狀進(jìn)行調(diào)整以補(bǔ)償不同的目標(biāo)到對(duì)象的 幾何形狀，其導(dǎo)致相同的軌跡以用于重構(gòu)。另一選擇為以與兩個(gè)不同的高電壓發(fā)生器不同的電壓操作兩個(gè)碳納米管?？蛇x 地，一個(gè)主要發(fā)生器(電壓1)可以為碳納米管1供電，并且主要發(fā)生器的電壓和較小的輔 助發(fā)生器2的失調(diào)電壓(總和等于電壓2)可以為碳納米管2供電。圖2還示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中，示出了具有四個(gè)電子發(fā)射碳納米管的 布置的X射線源19。由此，在X射線光子的四個(gè)預(yù)先調(diào)整的不同能量之間、在四個(gè)預(yù)先調(diào)整 的不同的焦斑幾何形狀和/或在四個(gè)不同的空間分辨率之間進(jìn)行切換是可能的。由以上所 述的相應(yīng)的聚焦電壓和相應(yīng)的加速電壓來單獨(dú)地調(diào)整所有這些參數(shù)。這里，在目標(biāo)13周圍 以圓形的方式示出四個(gè)相似但是獨(dú)立的實(shí)體33、34、35、36。它們也可以沿指示可能連續(xù)放 置的碳納米管的區(qū)域的箭頭27放置。對(duì)于CT和X射線應(yīng)用，雙能量可能為獲得與所掃描對(duì)象的材料特性有關(guān)的額外信 息的具有前途的技術(shù)。可以以不同的且獨(dú)立的電壓操作所有四個(gè)碳納米管元件。該設(shè)置可以延伸到陽極的錐形幾何形狀以及位于陽極周圍的圓形幾何形狀的多個(gè)發(fā)射器。該源和方法也可以用于以快速的方式從例如小焦斑到大焦斑的不同焦點(diǎn)幾何形 狀之間進(jìn)行切換，而也可以通過切換不同的碳納米管柵極而調(diào)制焦斑點(diǎn)的形狀。另一選擇 為進(jìn)行順序掃描。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的四個(gè)方法的步驟。通過提供第一做 法和第二做法Sl并且在第一做法和第二做法S2之間進(jìn)行切換，可以提供雙能量kV成像。 另外，第一做法包括使由第一碳納米管發(fā)射的第一電子聚焦到目標(biāo)上，以生成具有第一軌 跡的第一 X射線光子，而第二做法包括使第二碳納米管發(fā)射的第二電子聚焦到目標(biāo)上，以 生成具有第二軌跡的第二 X射線光子。由此，如此執(zhí)行聚焦，使得在到達(dá)感興趣對(duì)象之前第 一軌跡和第二軌跡交疊。可以通過用戶選擇第一加速電壓和第二加速電壓S3并且選擇第一做法和第二做 法之間的切換頻率S4來添加由用戶或者軟件控制的計(jì)算機(jī)所引起的這些步驟。方法的其他步驟可以包括選擇不同的聚焦電壓或者不同的柵極電壓。另外，本文包括了實(shí)現(xiàn)根據(jù)上述實(shí)施例的輻射所必需的所有其他步驟。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的檢查裝置22。檢查裝置22包括 X射線源19，其根據(jù)以前或者以下描述的本發(fā)明的示例性實(shí)施例；用戶界面20，其使得用戶 通信成為可能；計(jì)算機(jī)程序單元21，其用于操作所描述的方法的步驟；以及工作站或者成 像系統(tǒng)23。該成像系統(tǒng)可以例如為X射線裝置、CT或者例如具有正電子發(fā)射斷層攝影裝置 的X射線裝置。其他成像系統(tǒng)也是可能的。在圖5和6中可以看到更具體示例性實(shí)施例。 將這四個(gè)單元的連線解釋為不同介質(zhì)之間的互連。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的另一檢查裝置22。提出了成像系統(tǒng) 23，這里為具有集成的根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的輻射源19的C臂形X射線裝置。 該系統(tǒng)鏈接到用戶界面20。借助于此，用戶可以控制并且調(diào)整X射線生成、傳播以及檢查過 程。另外，提出其上具有計(jì)算機(jī)程序單元21的計(jì)算機(jī)26。該程序可以自動(dòng)地觀察并且操作 輻射源以及整個(gè)分析過程?？梢栽谥T如計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、LC顯示器、等離子屏幕或者視頻投 影機(jī)25的不同類型的屏幕上向用戶示出X射線探測(cè)的結(jié)果和重構(gòu)。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的另一檢查裝置。除了使用如圖5中 所示的C臂形X射線裝置，也可能使用例如計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置38的成像系統(tǒng)。由此，該 裝置包括根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的輻射源19。利用隨后在探測(cè)器或者探測(cè)屏幕17上被 探測(cè)到的生成的X射線束輻照患者37。根據(jù)對(duì)附圖、說明書和隨附權(quán)利要求的研究，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過實(shí)踐所主張的 本發(fā)明能夠理解并且實(shí)施所公開的實(shí)施例的其他變型。在權(quán)利要求中，“包括”一詞不排除 其他元件或者步驟，并且不定冠詞“一”或者“一個(gè)”不排除多個(gè)。單個(gè)處理器或者其他單 元可以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中引用的若干項(xiàng)或者步驟的功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中引用 某些措施這一事實(shí)不表明這些措施的組合不能被有利地利用?？梢詫⒂?jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)/分 布在合適的介質(zhì)上，例如，光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)或者與其他硬件一起提供或者作為其他硬件的一 部分而提供的固態(tài)介質(zhì)，但是也可以以其他形式分布，例如經(jīng)由因特網(wǎng)或者其他有線或者 無線的通信系統(tǒng)。在權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制該范圍。
1權(quán)利要求
一種用于X射線生成以檢查感興趣對(duì)象(16)的輻射源(19)，所述源包括用于發(fā)射第一電子(28)的第一碳納米管(1)和用于發(fā)射第二電子(29)的第二碳納米管(2)；目標(biāo)(13)；聚焦單元(7，9)，其用于將所述第一電子和所述第二電子聚焦到所述目標(biāo)上，以生成具有第一軌跡(14)的第一X射線光子和具有第二軌跡(15)的第二X射線光子；并且其中，所述聚焦單元適于如此操作，使得在到達(dá)所述感興趣對(duì)象之前所述第一軌跡和所述第二軌跡交疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射源，其中，所述聚焦單元包括兩個(gè)聚焦子單元(7，9)，并且其中，所述第一子單元(7)適于將所述第一電子聚焦到所述目標(biāo)上；并且其中，所述第 二子單元(9)適于將所述第二電子聚焦到所述目標(biāo)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的輻射源，其中，所述輻射源適于在所述第一X射線光子和所述第二X射線光子的不同焦點(diǎn)幾何 形狀之間進(jìn)行切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或者3所述的輻射源，其中，所述輻射源適于在所述第一X射線光子和所述第二X射線光子的不同能量之間 進(jìn)行切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或者4所述的輻射源，其中，所述輻射源適于調(diào)制所述第一X射線光子和所述第二X射線光子的空間分辨率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射源，還包括 外殼(18)；其中，將所述第一碳納米管、所述第二碳納米管和所述聚焦單元集成到所述外殼中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射源，還包括 多個(gè)碳納米管；其中，每個(gè)碳納米管適于發(fā)射電子；其中，所有碳納米管都位于所述目標(biāo)周圍的幾何形狀中；其中，所述聚焦單元適于將每個(gè)碳納米管所發(fā)射的電子聚焦到所述目標(biāo)上，以生成相 應(yīng)的具有各自軌跡的X射線光子；并且其中，所述聚焦單元適于如此操作，使得在到達(dá)所述感興趣對(duì)象之前所有軌跡交疊。
8.一種用于檢查感興趣對(duì)象的檢查裝置，所述檢查裝置包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻 射源。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢查裝置，還包括 第一電源(8)和第二電源(10)；其中，所述第一電源(8)被布置為向所述第一碳納米管施加第一加速電壓(30)，并且 所述第二電源(10)被布置為向所述第二碳納米管施加第二加速電壓(31)；并且其中，所述第一加速電壓和所述第二加速電壓之間的差導(dǎo)致所述第一X射線光子和所 述第二 X射線光子之間的能量差。
10.一種用于X射線生成以檢查感興趣對(duì)象的方法，所述方法包括以下步驟提供第一做法和第二做法(Si)；在所述第一做法和所述第二做法之間進(jìn)行切換(S2)；其中，所述第一做法包括將由第一碳納米管發(fā)射的第一電子聚焦到目標(biāo)上，以生成具 有第一軌跡的第一 X射線光子；其中，所述第二做法包括將由第二碳納米管發(fā)射的第二電子聚焦到目標(biāo)上，以生成具 有第二軌跡的第二X射線光子；其中，如此執(zhí)行所述聚焦，使得在到達(dá)所述感興趣對(duì)象之前所述第一軌跡和所述第二 軌跡交疊。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括以下步驟 由用戶選擇第一加速電壓和第二加速電壓(S3)；由所述用戶選擇所述第一做法和所述第二做法之間的切換頻率(S4)； 其中，向所述第一碳納米管施加所述第一加速電壓，并且向所述第二碳納米管施加所 述第二加速電壓。
12.—種計(jì)算機(jī)程序單元(21)，其特征在于，當(dāng)在通用計(jì)算機(jī)上使用時(shí)，其適于使所述 計(jì)算機(jī)(26)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求10或者11所述的方法的各步驟。
13.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(24)，其上存儲(chǔ)有根據(jù)權(quán)利要求12所述的計(jì)算機(jī)程序單元 (21)。
全文摘要
提出了一種用于特別地由場(chǎng)發(fā)射碳納米管(1，2)生成多能量X射線源(19)。為了實(shí)現(xiàn)來自不同發(fā)射器的X射線束的軌跡的空間交疊，向發(fā)射的電子(28，29)供應(yīng)聚焦單元(7，9)。在不同碳納米管的發(fā)射之間的快速切換允許多個(gè)千伏的成像。由聚焦單元獨(dú)立確定多個(gè)焦斑參數(shù)導(dǎo)致可能在不同焦斑幾何形狀和空間分辨率之間進(jìn)行快速切換。
文檔編號(hào)H01J35/06GK101946299SQ200980105033
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2009年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月15日
發(fā)明者G·福格特米爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司