專利名稱：具有有效陽極散熱的x射線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 涉及用于高分辨率成像應(yīng)用具有增強額定功率的X射線系統(tǒng)，更具體地， 涉及基于X射線的圖像采集系統(tǒng)的多種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該圖像采集系統(tǒng)使用旋轉(zhuǎn)陽極型X射線 源，或替代地使用以碳納米管(CNT)技術(shù)制造的空間分布X射線源陣列，因此如從一組采集 的2D投影數(shù)據(jù)精確重建快速運動物體(例如心臟)所需，允許較高采樣率以使所采集CT 圖像具有增強時間分辨率。根據(jù)本發(fā)明，每一 X射線源包括至少一個集成致動器單元，用于 通過相對于固定參考位置移動X射線源陽極位置進行至少一個平移和/或旋轉(zhuǎn)位移，其中 所述固定參考位置可例如由安裝板或提供投射在所述陽極上的電子束的電子束發(fā)射陰極 所給定。此外，可提供聚焦單元和/或偏轉(zhuǎn)裝置，所述聚焦單元用于使陽極的焦點聚焦調(diào)整 以補償所述陽極位移導(dǎo)致的焦點大小的偏差，所述偏轉(zhuǎn)裝置用于產(chǎn)生使電子束沿著與旋轉(zhuǎn) 陽極位移運動方向相反的方向偏轉(zhuǎn)的電場和/或磁場。
背景技術(shù)：
常規(guī)高能X射線管典型地包括真空室，其中包含加熱或燈絲電流通過的陰極燈 絲。在陰極與同樣位于真空室中的陽極之間施加通常在40kV至160kV之間量級的高壓電 勢。該高壓電勢導(dǎo)致管電流或電子束從陰極經(jīng)真空室內(nèi)部的真空區(qū)域流到陽極。電子束 以充足能量投射在陽極的小區(qū)域或焦點上，以產(chǎn)生X射線。目前，高能X射線源最重要的功率限制因素之一是其陽極材料的熔點。同時，成像 系統(tǒng)高空間分辨率要求較小焦點，這導(dǎo)致焦點處能量密度非常高。遺憾的是，施加至這種X 射線源的大多數(shù)能量被轉(zhuǎn)化為熱量。從電子束能量轉(zhuǎn)化為X射線能量的轉(zhuǎn)換效率最高在約
與2%之間，但在許多情況下更低。因此，高能X射線源陽極承載極大熱負荷，特別是在 焦點內(nèi)(約為幾平方毫米范圍的區(qū)域)，如果不采取特殊熱控制措施，這可導(dǎo)致管破壞。有 效散熱是開發(fā)現(xiàn)有高能X射線源所面臨最大的挑戰(zhàn)之一。X射線陽極常用的熱控制技術(shù)包括-采用能夠耐受非常高溫度的材料；-采用能夠存儲大量熱量的材料，因為難以從真空管中輸送出熱量；-通過采用小角度陽極增大有效熱焦點區(qū)域而不增大光學(xué)焦點；和-通過旋轉(zhuǎn)陽極增大有效熱焦點區(qū)域。除具有高冷卻能力的高能X射線源外，使用具有移動靶(例如旋轉(zhuǎn)陽極)的X射 線源非常有效。與固定陽極相比，旋轉(zhuǎn)陽極型X射線源具有可將焦點中所產(chǎn)生熱量快速散 布的優(yōu)點，使得避免破壞陽極材料(例如融化或分裂)這可允許以較短掃描時間使得能量 增加，由于探測器覆蓋范圍更寬，現(xiàn)代CT系統(tǒng)中典型地從30秒減小至3秒。焦點軌跡相對 于電子束的速度越高，電子束將其能量沉積到同樣小體積材料中的時間越短，并由此所產(chǎn) 生的峰值溫度越低。實現(xiàn)高焦點軌跡速度可通過設(shè)計陽極為具有較大直徑(例如IOcm)的旋轉(zhuǎn)盤并高 速(例如高于150Hz)旋轉(zhuǎn)該盤而實現(xiàn)。但是，當陽極在真空中旋轉(zhuǎn)時，熱能傳遞至管外側(cè)主要取決于輻射，這不如固定陽極中使用的液體冷卻有效。旋轉(zhuǎn)陽極則設(shè)計為高儲熱能力， 陽極與管壁之間具有良好熱輻射交換。與旋轉(zhuǎn)陽極相關(guān)的另一難點在于軸承系統(tǒng)在真空 下運轉(zhuǎn)以及該系統(tǒng)對陽極高溫破壞性力量的防護。早期的旋轉(zhuǎn)陽極X射線源，陽極儲熱能 力有限是管高性能的主要障礙。隨著新技術(shù)的引入，這種情況得以改變。例如，可預(yù)知釬焊 至陽極的石墨塊顯著增加儲熱和散熱容量，液體陽極軸承系統(tǒng)(滑動軸承)可提供與周圍 冷卻液的熱傳導(dǎo)，并提供旋轉(zhuǎn)壁管使得對旋轉(zhuǎn)陽極 的背側(cè)可直接液體冷卻。如果X射線成像系統(tǒng)用于描述運動物體，典型地要求高速生成圖像以避免出現(xiàn)運 動圖像失真。實例如人體心臟的CT掃描(心臟CT)在此情況下，最好在小于IOOms時間 內(nèi)以高分辨率和高覆蓋范圍進行心臟全CT掃描，即在一個心搏周期內(nèi)心臟處于休息狀態(tài) 的時間范圍內(nèi)。但是，高速生成圖像要求相應(yīng)X射線源具有高峰值功率性能。目前基于碳納米管技術(shù)的X射線微源的近期發(fā)展使得X射線系統(tǒng)具有固定的空間 分布的X射線源。CNT技術(shù)由此意味著X射線源具有高空間分辨率和快速開關(guān)能力的優(yōu)勢， 這可由此產(chǎn)生具有固定而非旋轉(zhuǎn)X射線源的新一代CT掃描結(jié)構(gòu)。但是，空間分布的X射線 源其圖像質(zhì)量的限制因素是所述源的最小節(jié)距，該節(jié)距也確定了固定CT或微CT設(shè)置中特 定X射線源的開關(guān)頻率所給定的最大圖像采集頻率。

發(fā)明內(nèi)容
談到基于CNT的X射線源總是指微型化電子束發(fā)射器與陽極的大小在幾個毫米范 圍內(nèi)。但是即使微型化X射線源也面臨前述熱問題。提供旋轉(zhuǎn)陽極對于CNT型X射線源也 是可供選擇的，但當然如果我們考慮系統(tǒng)具有分布的微型X射線源且有數(shù)百個甚至數(shù)千個 X射線源，則在每一 X射線源中實現(xiàn)微旋轉(zhuǎn)陽極的投入將較高。此外，帶有電機的微真空系 統(tǒng)其可靠性可能是一個問題，因其不易于實現(xiàn)(即使可能且也是可供選擇的)。更簡單的 方法是陽極材料較小運動，通過輻射陽極不同區(qū)域使得焦點在陽極上發(fā)生相對運動以將焦 點所散發(fā)的熱量快速散布。于是本發(fā)明一個目的是提供能夠克服上述問題的新型X射線管設(shè)置。針對該目的，本發(fā)明第一示例性實施例涉及一種X射線掃描系統(tǒng)，包括空間分布 的、可順序地開關(guān)的X射線源陣列，所述X射線源以給定開關(guān)頻率通過可編程的開關(guān)順序選 定(addressed)，其中，每一 X射線源包括具有平面X輻射發(fā)射表面的陽極，所述表面相對 于入射電子束方向的法向平面成銳角傾斜，所述電子束投射在所述陽極上焦點位置處；至 少一個集成致動器單元，用于使所述陽極相對于產(chǎn)生所述電子束的至少一個固定電子束發(fā) 射陰極進行至少一個平移和/或旋轉(zhuǎn)位移運動。于是，所述至少一個集成致動器單元可例 如由當在其上施加電場時產(chǎn)生機械應(yīng)力或應(yīng)變的壓電晶體致動器所賦予，從而沿一定方向 移動陽極。作為替代，當然也可使用任一其它類型的致動器，例如機械、電機驅(qū)動、靜電、磁 力、液壓或氣動致動器。這樣，可增加被加熱區(qū)域，X射線源輸出處可能有更高X射線功率。根據(jù)本發(fā)明，可預(yù)知致動器控制單元，它用于根據(jù)焦點位置的陽極溫度與標稱工 作溫度的偏差來控制由所述至少一個集成致動器單元進行的陽極的平移和/或旋轉(zhuǎn)位移 運動的大小、方向、速度和/或加速度。因此該致動器控制單元可以適合根據(jù)用于順序地開 關(guān)所述X射線源的開關(guān)頻率來控制由所述至少一個集成致動器單元進行的陽極的平移和/ 或旋轉(zhuǎn)位移運動的大小、方向、速度和/或加速度，使得通過所述X射線掃描系統(tǒng)執(zhí)行的圖像采集步驟產(chǎn)生一組2D投影圖像，所述圖像允許所關(guān)注圖像體的精確3D重建，而不會出現(xiàn) 模糊或暫時混疊圖像失真。此外，每一 X射線源可包括至少一個聚焦單元，用于將電子束聚焦在所述X射線源 陽極的X輻射發(fā)射表面上的焦點位置；聚焦控制單元，用于調(diào)節(jié)陽極的焦點的聚焦，使得 由于陽極相對于所述至少一個固定電子束發(fā)射陰極的平移和/或旋轉(zhuǎn)位移所導(dǎo)致的焦點 大小的偏差得到補償。根據(jù)該實施例，優(yōu)選地可預(yù)知所述陽極的平移位移運動在所述陽極的傾斜角方向 沿著直線位移線行進，所述陽極的平移和/或旋轉(zhuǎn)位移運動的大小可在焦點大小或更大范 圍內(nèi)。

特別地所述陽極發(fā)射的X射線束導(dǎo)向同一 X射線束方向并由此導(dǎo)向同一視場，而 與所述陽極的傾斜角無關(guān)以及與所述位移運動無關(guān)。所述空間分布的X射線源可以由使用碳納米管形式的場發(fā)射陰極的多個單獨可 選定的X射線微源賦予，所述至少一個固定電子束發(fā)射陰極也可以由碳納米管技術(shù)實現(xiàn)。本發(fā)明另一示例性實施例涉及一種X射線掃描系統(tǒng)，包括至少一個旋轉(zhuǎn)陽極型X 射線源，所述X射線源具有大體盤形的旋轉(zhuǎn)陽極，其中，所述至少一個X射線源的所述旋轉(zhuǎn) 陽極具有平面X輻射發(fā)射表面，所述表面相對于入射電子束方向的法向平面成銳角傾斜， 所述電子束投射在所述陽極上焦點位置。所述X射線掃描系統(tǒng)因此包括至少一個集成 致動器單元，用于使所述至少一個X射線源的旋轉(zhuǎn)陽極相對于固定安裝板進行至少一個平 移位移運動；以及致動器控制單元，用于根據(jù)焦點位置處的陽極溫度與標稱工作溫度的偏 差來控制由所述至少一個集成致動器單元進行的所述旋轉(zhuǎn)陽極的平移位移運動的大小、方 向、速度和/或加速度。而且，可以設(shè)置至少一個偏轉(zhuǎn)裝置，用于產(chǎn)生電場和/或磁場使所 述電子束沿著與所述旋轉(zhuǎn)陽極的平移位移運動方向相反的方向偏轉(zhuǎn)；以及偏轉(zhuǎn)控制單元， 用于調(diào)節(jié)所述電場和/或磁場強度，使得由于所述旋轉(zhuǎn)陽極相對于所述固定安裝板的平移 位移所導(dǎo)致的焦點位置偏差得到補償。通過向外移動焦點同時以補償方式移動整個X射線源以使X射線束的位置相對于 機架與探測器保持不變，可增加X射線源的熱容量。電子束偏轉(zhuǎn)由此增大焦點軌跡的散熱 體積，并提高即時可用的熱容量。根據(jù)該實施例，至少一個集成致動器單元可以由電動機或當電場施加到其上時產(chǎn) 生機械應(yīng)力或應(yīng)變的壓電晶體致動器賦予。此外，優(yōu)選地可預(yù)知陽極的平移位移在陽極傾斜角方向沿著直線位移線行進。本發(fā)明又一示例性實施例涉及一種X射線掃描系統(tǒng)，包括兩個或多個旋轉(zhuǎn)陽極型 X射線源，每個X射線源具有大體盤形的旋轉(zhuǎn)陽極，其中，這些旋轉(zhuǎn)陽極中的每個具有平面 X輻射發(fā)射表面，所述表面相對于入射電子束方向的法向平面成銳角傾斜，所述電子束投射 在相應(yīng)陽極上焦點位置。所述X射線掃描系統(tǒng)包括至少一個集成致動器單元，用于通過相 對于固定安裝板移動每個X射線源進行至少一個平移位移運動；以及至少一個另一集成致 動器單元，用于在兩個或多個X射線源焦點的位置相對彼此進行至少一個平移位移運動。 此外，設(shè)置有至少一個偏轉(zhuǎn)裝置，用于產(chǎn)生電場和/或磁場使所述電子束沿著與所述旋轉(zhuǎn) 陽極的平移位移運動方向相反的方向偏轉(zhuǎn)；以及偏轉(zhuǎn)控制單元，用于調(diào)節(jié)所述電場和/或 磁場的強度，使得相應(yīng)的X射線源的焦點位置相對于由從所述X射線源的旋轉(zhuǎn)陽極發(fā)射的X輻射而輻射的X射線探測器的偏差得到補償，所述偏差是由于所述旋轉(zhuǎn)陽極相對于固定安 裝板的平移位移所導(dǎo)致的。換言之，可預(yù)知通過向外移動其焦點而同時以補償方式移動整個管以使X射線束 的位置相對于X射線掃描系統(tǒng)機架以及與所述機架附連的特定探測器保持不變，從而增加 X射線源的熱容量。電子束的運動增大了焦點軌跡的散熱體積并由此提高了即時可用的熱容量。根據(jù)本實施例另一方面，可預(yù)知致動器控制單元，用于根據(jù)焦點位置處的陽極溫 度與標稱工作溫度的偏差來控制由所述至少一個集成致動器單元進行的相應(yīng)陽極的平移 位移運動的大小、方向、速度和/或加速度。此外，所述致動器控制單元也可適合于根據(jù)待 掃描的所關(guān)注區(qū)域的大小來控制在兩個或多個X射線源的焦點的位置相對彼此的平移位 移運動的大小和/或方向。在這方面，優(yōu)選地可預(yù)知旋轉(zhuǎn)陽極的平移位移運動在陽極傾斜角方向沿著直線位 移線行進。用于相對彼此調(diào)節(jié)特定X射線源的焦點位置的平移位移運動可以相對于所述X 射線掃描系統(tǒng)配備的旋轉(zhuǎn)機架的轉(zhuǎn)子在軸向和/或徑向方向沿著直線位移線行進。根據(jù)本實施例的另一實施例，所述X射線源位于單個真空箱體中，所述箱體包括 由波紋管系統(tǒng)所連接的兩個部分，所述波紋管允許相對于旋轉(zhuǎn)機架的轉(zhuǎn)子在切線和徑向方 向調(diào)節(jié)焦點位置。相對于這些X射線源共用的公共電子束發(fā)射陰極最接近的X射線源可以 具有風(fēng)車型刃狀陽極。


本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點方面將根據(jù)以下實施例通過實例并參考附圖加以說明。 其中，圖Ia顯示現(xiàn)有技術(shù)已知的常規(guī)CT掃描設(shè)備的結(jié)構(gòu)；圖Ib顯示圖Ia所示的CT掃描設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu)圖；圖2a顯示根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例具有碳納米管(CNT)型電子束發(fā)射器的X 射線源的新型配置，所述碳納米管(CNT)型電子束發(fā)射器產(chǎn)生投射在位于X輻射發(fā)射陽極 表面上的焦點位置的電子束，所述表面相對于電子束方向法向的平面傾斜，其中通過兩個 固定安裝的壓電致動器使所述陽極在所述電子束方向平移地位移；圖2b顯示圖2a所描述配置的改型，其中通過單獨控制的前述兩個固定安裝的壓 電致動器使所述陽極不僅在所述電子束方向平移地位移，也圍繞焦點位置旋轉(zhuǎn)地位移；圖3a顯示根據(jù)本發(fā)明第二示例性實施例具有碳納米管(CNT)型電子束發(fā)射器的X 射線源另一新型配置，所述電子束發(fā)射器產(chǎn)生投射在位于X輻射發(fā)射陽極表面上的焦點位 置的電子束，所述表面相對于電子束方向的法向平面傾斜，其中通過固定安裝的壓電致動 器使所述陽極沿其傾斜表面的傾斜角度方向平移地位移。圖3b顯示圖3a所描述配置的改型，其中通過單獨控制的兩個固定安裝的壓電致 動器使所述陽極不僅在所述電子束方向平移地位移，也圍繞焦點位置旋轉(zhuǎn)地位移。圖4顯示現(xiàn)有技術(shù)已知常規(guī)旋轉(zhuǎn)陽極盤的剖視圖(輪廓)。圖5a顯示根據(jù)本發(fā)明第三示例性實施例旋轉(zhuǎn)陽極型X射線管的剖視圖，根據(jù)本發(fā) 明一個示例性實施例具有X輻射發(fā)射陽極，所述陽極具有相對于陰極所發(fā)射電子束方向的法向平面傾斜的表面，所述電子束投射在位于所述表面上的焦點位置，所述X射線管配備 有致動器單元以及偏轉(zhuǎn)裝置，所述致動器單元用于使所述至少一個X射線源旋轉(zhuǎn)陽極沿其 傾斜表面的傾斜角度方向相對于固定安裝板進行至少一個平移位移運動，所述偏轉(zhuǎn)裝置用 于產(chǎn)生使所述電子束沿著與旋轉(zhuǎn)陽極的平移位移運動方向相反的方向偏轉(zhuǎn)的電場和/或 磁場；圖5b顯示圖5a所示X射線管的改型，具有另一致動器單元用于使所述至少一個 X射線源的旋轉(zhuǎn)陽極沿著與陽極的旋轉(zhuǎn)軸方向平行的方向相對于所述固定安裝板進行至少 一個平移位移運動；圖6a與圖6b顯示具 有兩個旋轉(zhuǎn)陽極型X射線管的示意性描述應(yīng)用方案，所述陽 極具有可變焦點距離，其中所述焦點距離可根據(jù)待掃描的所關(guān)注區(qū)域的大小調(diào)節(jié)；圖7a顯示具有兩旋轉(zhuǎn)陽極型X射線管的應(yīng)用方案，每一管均具有X輻射發(fā)射陽 極，根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施例，所述陽極具有相對于電子束方向的法向平面傾斜的表 面，所述電子束投射在位于所述表面上的焦點位置，每一所述X射線管均配備有兩個致動 器裝置，用于使它們的焦點相對于至少一個固定安裝板沿著與陽極的旋轉(zhuǎn)軸平行的方向進 行平移位移，且均配備有偏轉(zhuǎn)裝置用于產(chǎn)生使所發(fā)射的電子束偏轉(zhuǎn)使得旋轉(zhuǎn)陽極的平移位 移運動得到補償?shù)碾妶龊?或磁場；圖7b顯示用于更寬的所關(guān)注區(qū)域情況下的圖7a所示應(yīng)用方案；圖8a顯示具有兩旋轉(zhuǎn)陽極型X射線管的應(yīng)用方案，每一管均具有X輻射發(fā)射陽 極，在焦點軌跡內(nèi)部部分被加熱的情況下，根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施例所述陽極具有相 對于電子束方向的法向平面傾斜的表面，所述電子束投射在位于所述表面上的焦點位置， 每一所述X射線管均配備有兩個致動器裝置，用于它們的焦點沿它們的傾斜表面的傾斜角 度方向相對于至少一個固定安裝板進行平移位移，且均配備有偏轉(zhuǎn)裝置，用于產(chǎn)生使所發(fā) 射電子束沿著相反方向偏轉(zhuǎn)使得陽極的平移位移運動得到補償?shù)碾妶龊?或磁場；圖8b顯示焦點軌跡外部部分被加熱情況下圖8a所示應(yīng)用方案。
具體實施例方式以下，根據(jù)具體改進并參考附圖對根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施例的X射線掃描系 統(tǒng)進行更詳細描述。圖Ia顯示已知技術(shù)CT成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在如圖Ia所描述的現(xiàn)有CT成像系統(tǒng)中， 安裝在旋轉(zhuǎn)機架101上的X射線源102圍繞患者身體107或待檢查的任一其它物體的縱軸 線108旋轉(zhuǎn)，同時產(chǎn)生扇形或錐形X射線束106。X射線探測器陣列103通常與所述X射線 源102的位置徑向相對地安裝在所述機架101上，所述X射線探測器陣列圍繞患者縱軸線 108以同一方向旋轉(zhuǎn)，同時將檢測到的通過患者身體107時已衰減的X射線轉(zhuǎn)換為電信號。 在計算機或工作站113上運行的圖像繪制與重建系統(tǒng)112則根據(jù)體數(shù)據(jù)集重建患者體內(nèi)的 平面重建圖像、表面遮蓋顯示或體繪制圖像。在如圖Ib所描述的示意性結(jié)構(gòu)圖中，僅僅顯示單排探測器元件103a(即探測器 排)。通常，如參考序號103所代表的多切片探測器陣列包括多個平行排的探測器元件 103a，使得在掃描過程中同時可獲得與多個準平行或平行切片對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)。替代地，可 利用區(qū)域探測器以采集錐形束數(shù)據(jù)。探測器元件103a可完全環(huán)繞患者。圖Ib也顯示單個X射線源102 ；但是，許多這種X射線源也可圍繞機架101設(shè)置。X射線源102的運行由CT系統(tǒng)100的控制機構(gòu)109進行調(diào)控。該控制機構(gòu)包括X 射線控制器110，它為一個或多個X射線源102提供能量以及時間信號。屬于所述控制機構(gòu) 109的數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)Ill(DAS)從探測器單元103a將模擬數(shù)據(jù)采樣并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù) 字數(shù)據(jù)以便后續(xù)數(shù)據(jù)處理。圖像重建器112從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)111接收所采樣并數(shù)字化的X 射線數(shù)據(jù)，并進行高速度圖像重建過程。圖像重建器112可例如為置于計算機113中的專 用硬件或該計算機所執(zhí)行的軟件程序。所述重建圖像則被用作計算機113的輸入，所述計 算機將圖像存儲在大容量存儲設(shè)備114中。計算機113也可通過用戶接口或圖形用戶界面 (GUI)接收信號。具體地，所述計算機可從操縱臺115接收命令和掃描參數(shù)，在一些結(jié)構(gòu)中 操縱臺可包括鍵盤和鼠標(未圖示)。相關(guān)的顯示器116(例如陰極射線管顯示器)可使 操作者觀察所重建圖像以及來自計算機113的其他數(shù)據(jù)。操作者給出的命令和參數(shù)被計算 機113用于向X射線控制器110、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)111和床臺電機控制器117 (也稱為“運動控 制器”)提供控制信號和信息，所述床臺電機控制器控制機械化患者床臺104以在機架101 中安放患者107。具體地，患者床臺104移動所述患者通過機架開口 105。在一些結(jié)構(gòu)中，計算機113包括存儲設(shè)備118(也稱為“介質(zhì)讀取器”)，例如磁盤 驅(qū)動器、⑶-ROM驅(qū)動器或DVD驅(qū)動器、磁光盤(MOD)設(shè)備或包括例如以太網(wǎng)設(shè)備等網(wǎng)絡(luò)連 接設(shè)備的任何其它數(shù)字設(shè)備，以從計算機可讀介質(zhì)(例如磁盤119、CD-ROM、DV或例如網(wǎng)絡(luò) 或互聯(lián)網(wǎng)等另一數(shù)據(jù)源)讀取指令和/或數(shù)據(jù)。計算機可編程以完成此處所述功能，此處 術(shù)語“計算機”不僅限于本領(lǐng)域所稱計算機的這些集成電路，但更寬泛地指計算機、處理器、 微控制器、微計算機、可編程邏輯控制器、專用集成電路和其它可編程電路。根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例具有碳納米管(CNT)型電子束發(fā)射器201的X射線 源新型配置200a被顯示在圖2a中，所述電子束發(fā)射器產(chǎn)生電子束202，電子束202投射在 位于X輻射發(fā)射陽極204的表面上的焦點205的位置，所述表面相對于電子束方向的法向 平面傾斜。由該圖可知，通過兩個固定安裝的壓電致動器206和206'可使所述陽極在所述 電子束方向平移地位移。所生成的X射線束則可平行移位距離d。作為該配置的替代，也可 使用單個壓電致動器206。與壓電控制同步，聚焦須對齊以在陽極靶204上獲得同樣大小 的焦點。因此，壓電致動器206和206'的延伸量Δ 1優(yōu)選地與X射線束的所需平行移位d 相同。該配置的改型參見圖2b，其中通過兩個單獨控制的固定安裝的壓電致動器206和 206'使所述陽極不僅在所述電子束方向平移地位移，也圍繞焦點位置205旋轉(zhuǎn)位移銳角 θ。如此，不僅平行束移位是可能的，也可通過移動束方向獲得較大覆蓋范圍。由此兩種結(jié)構(gòu)提供與虛擬光源移位對應(yīng)的束運動，所述移位有利地可用于優(yōu)化采 樣條件，以獲得提高的空間分辨率。根據(jù)圖2a與圖2b所描述的設(shè)置幾何形狀的另一改進，可預(yù)知另一壓電致動器 (未圖示)可例如位于在繪圖平面之后。例如，可提供位于陽極204的邊緣位置或其它轉(zhuǎn)角 的至少三個或四個致動器的新型配置。這可使在至少一個另一直線或曲線方向平移地或旋 轉(zhuǎn)地移動所述陽極，例如在繪圖平面法向的平移方向并由此在電子束202方向的法向，或 在圍繞與所述電子束傳播方向一致的旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)方向，如果每一致動器被單獨控制， 則可在完整立體角度Ω = (以球面弧度給出，sr)上進行掃描。
根據(jù)本發(fā)明第二示例性實施例具有CNT型電子束發(fā)射器201的X射線源另一新型 配置被顯示在圖3a，所述電子束發(fā)射器產(chǎn)生投射在位于X輻射發(fā)射陽極204的表面上的焦 點205位置的電子束202，所述表面相對于所示電子束方向的法向平面傾斜。由該圖可知， 通過固定安裝的壓電致動器206可使所述陽極在沿其傾斜表面的傾斜角度方向平移地位 移。這可為一維或二維運動。需達到的距離應(yīng)至少為焦點大小，但當然較大運動(例如兩 倍焦點大小或更大的運動)可允許多個目標點彼此相鄰，對于整體能量而言局部溫度分布 可改善。不管所述陽極傾斜角度的陽極幾何形狀如何，所述運動不會導(dǎo)致不同X射線束方 向或幾何形狀。圖3b中描述該配置的改型，其中通過兩個固定安裝的壓電驅(qū)動206和206'可使 所述陽極204不僅可在所述電子束202方向平移地位移，也可圍繞焦點位置旋轉(zhuǎn)地位移。于 是，壓電致動器206和206'的延伸量相對較小，且以投射在傾斜陽極表面上的X射線束總 是覆蓋同一視場的方式調(diào)節(jié)陽極204。因此，有必要具有位置略有不同的第二 CNT發(fā)射器 201'(也可是調(diào)節(jié)聚焦的裝置)。只要X射線源單元的“最終”輸出束總是以大致相同光 束質(zhì)量覆蓋同一視場，CNT發(fā)射器的快速開關(guān)能力也允許多個發(fā)射器設(shè)置。不同配置也可 通過校準步驟加以調(diào)節(jié)。參考圖2a和圖2b所示的設(shè)置和幾何形狀，根據(jù)圖3a和圖3b所示的該第二示例 性實施例的設(shè)置幾何形狀，也可預(yù)知例如位于繪圖平面后面的另一壓電致動器(未圖示)。 新型配置仍包括位于陽極204邊緣位置或轉(zhuǎn)角的至少三個或四個致動器，如果這些致動器 中的每個被單獨控制，則可在完整立體角度Ω = (sr)上進行掃描，這是可實現(xiàn)的可設(shè) 想的設(shè)計選擇。現(xiàn)有技術(shù)已知的常規(guī)旋轉(zhuǎn)陽極盤的剖視圖(輪廓)顯示于圖4中。其包括具有平 面的X輻射發(fā)射表面的旋轉(zhuǎn)陽極204'，所述表面相對于入射電子束202的法向平面成銳角 傾斜，所述入射電子束投射在所述陽極上焦點205位置，所述焦點安裝在圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋 轉(zhuǎn)所述陽極的旋轉(zhuǎn)軸209上。由圖4可見，旋轉(zhuǎn)陽極上焦點處所產(chǎn)生的熱量限于非常狹窄 的環(huán)形區(qū)域205a，所述區(qū)域在傾斜陽極表面下方延伸大約一厘米。這可導(dǎo)致過熱，除非額定 功率受限。則當前任務(wù)為增大“即時”可用的儲熱能力。因此熱量可占用的體積需盡可能 大。具有X輻射發(fā)射陽極204'的旋轉(zhuǎn)陽極型X射線管剖視圖顯示于圖5a中，根據(jù)本 發(fā)明一個示例性實施例，所述陽極具有相對于陰極所發(fā)射電子束202方向的法向平面傾斜 的表面，所述電子束投射在位于所述表面上的焦點位置。所述X射線管因此配備有致動器 單元206a以及偏轉(zhuǎn)裝置211，所述致動器單元用于使所述至少一個X射線源的旋轉(zhuǎn)陽極 204'沿其傾斜表面的傾斜角度方向相對于固定安裝板207進行至少一個平移位移運動， 所述偏轉(zhuǎn)裝置用于產(chǎn)生電場和/或磁場，電場和/或磁場沿著與旋轉(zhuǎn)陽極的平移位移運動 方向相反的方向使所述電子束偏轉(zhuǎn)。在CT掃描過程中，電子束202逐漸向外偏轉(zhuǎn)以增大 焦點軌跡的熱傳播體積并提高即時可用熱容量。使用致動器206a，通過同時沿著在陽極的 傾斜角度的方向延伸的位移線212移動X射線源，焦點位置相對于安裝板保持恒定。在圖5b中顯示該X射線管的改型，圖中顯示參考圖5a描述的包括另一致動器單 元206a'的配置，所述致動器單元206a'用于使所述至少一個X射線源的旋轉(zhuǎn)陽極204' 沿平行于陽極的旋轉(zhuǎn)軸209的方向相對于所述固定安裝板207進行至少一個平移位移運動。圖6a和圖6b顯示了具有可變焦點距離的兩個旋轉(zhuǎn)陽極型X射線管的兩個示意性 描述的應(yīng)用方案，這可能是為了進行軸向錐形束CT所需的。根據(jù)此處所描述的實施例，提 供致動器裝置用于根據(jù)待掃描的所關(guān)注區(qū)域(ROI)的大小調(diào)節(jié)焦點距離以降低劑量并使 得錐形束圖像失真最小。該ROI長度和寬度在腦部研究的情況下分別可在六與八厘米之 間，在心臟和肺部研究中則在10與16厘米之間。為此，連續(xù)調(diào)節(jié)是所需的。一個方案可以 在掃描開始之前沿旋轉(zhuǎn)軸209的軸向方向通過致動器206a’機械地調(diào)節(jié)并移動X射線源。在圖7a中顯示了具有旋轉(zhuǎn)陽極型兩個X射線管應(yīng)用方案，每一 X射線管具有X輻 射發(fā)射陽極204a'或204b'，根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施例，所述陽極具有相對于電子束 202a或202b方向的法向平面傾斜的表面，所述電子束投射在位于所述表面上的焦點位置。 在圖7b中顯示用于掃描更寬的所關(guān)注區(qū)域的相似應(yīng)用方案。由這些附圖可見，所述X射線 管分別配備有兩個致動器裝置206a與206a'或206b與206b'，用于使它們的焦點沿著平 行于陽極的旋轉(zhuǎn)軸209a和209方向相對于至少一個固定安裝板207進行平移位移。此外， 每一 X射線管配備有偏轉(zhuǎn)裝置211a或211b，用于產(chǎn)生電場和/或磁場，電場和/或磁場使 電子束偏轉(zhuǎn)使得旋轉(zhuǎn)陽極的平移位移運動得到補償。管可例如安裝在CT掃描系統(tǒng)的機架 的轉(zhuǎn)子上以產(chǎn)生兩個不同的輻射扇束。根據(jù)此處所描述的實施例，第一致動器206a'或 206b ‘分別可調(diào)節(jié)焦點距離最大為20厘米，可根據(jù)待掃描的所關(guān)注區(qū)域的大小例如在掃 描患者之前移動所述管的至少一個。此外，第二(或組合)致動器206a或206b分別允許 所述X射線管在掃描過程沿它們的陽極角沿著兩個單獨的位移線212a和212b中的相應(yīng)一 個移位。在掃描過程中兩管均提供至少一個平直運動，該運動可能需耗時1秒到20秒。在 這方面，應(yīng)注意每一位移線為特定管焦點沿該陽極的傾斜表面與各陽極204a'或204b ‘ 的旋轉(zhuǎn)軸線的連接處的延伸。通過協(xié)調(diào)并同時(反向)偏轉(zhuǎn)各陰極所發(fā)射的電子束，焦點 位置相對于所述陽極發(fā)射的X射線束所輻射的探測器位置保持不變。在圖8a中顯示具有旋轉(zhuǎn)陽極型兩個X射線管的應(yīng)用方案，每一所述管具有X射 線發(fā)射陽極204a'或204b'，根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施例，所述陽極具有相對于電子束 202a或202b方向的法向平面傾斜的表面，所述電子束投射在位于所述表面上的焦點位置。 由此，可預(yù)知焦點軌跡的內(nèi)部部分被加熱。圖8b顯示焦點軌跡的外部部分被加熱的相似應(yīng) 用方案。如圖所示，X射線管均配備有兩致動器裝置206a與206a'或206b與206b'，用 于使它們的焦點沿它們的傾斜表面的傾斜角度的方向相對于至少一個固定安裝板207進 行平移位移。它們均配備有偏轉(zhuǎn)裝置211a或211b用于產(chǎn)生電場和/或磁場，電場和/或 磁場使所發(fā)射的電子束以相反方向偏轉(zhuǎn)，使得旋轉(zhuǎn)陽極的平移位移運動得到補償。在本發(fā)明另一示例性實施例中，兩X射線管位于單個真空箱體中，所述箱體可例 如由波紋管系統(tǒng)連接的兩部分組成。在“波紋管設(shè)計”的另一實施例中，兩X射線管均共用 同一陰極，與共用的陰極最接近的一個X射線管可具有風(fēng)車型刃狀陽極。當其刃部之一與 電子束相交時，該最接近的陽極被電子束擊中。則遠端陽極不起作用，反之亦然。所述波紋 管系統(tǒng)由此允許相對于CT掃描系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機架的轉(zhuǎn)子在切線和軸線方向調(diào)節(jié)焦點位置。根據(jù)上述第三示例性實施例，本發(fā)明的優(yōu)點在于提供用于軸向較大錐形束CT的 組合X射線源以產(chǎn)生至少兩個焦點，從而避免遺漏數(shù)據(jù)的問題和固有的錐形束圖像失真。 由于掃描時間可能太短難以使熱量傳播相當長距離，通過在更大焦點軌跡上散發(fā)熱量，焦點的熱負荷顯著降低。為達到這點，X射線管在CT系統(tǒng)機架轉(zhuǎn)子上基本徑向地移位，焦點 位置到探測器的距離保持不變，并使它們的電子束適當(反向)偏轉(zhuǎn)。由此，X射線管的額 定功率可大大提高。替代地或此外，可使用具有降低熱穩(wěn)定性的陽極材料。由于致動器可 以任何方式實現(xiàn)以調(diào)節(jié)焦點距離，額外努力則是合理的。本發(fā)明基于以下先決條件，即在選擇雙管方案的情況下使用致動器用于對軸向錐 形束CT雙焦點源的焦點距離進行軸向調(diào)節(jié)。該創(chuàng)造性的步驟由此在于提供致動器裝置用 于使χ射線管相對于固定安裝板平移位移，以在進行掃描步驟過程中執(zhí)行χ射線管平移位 移運動。同時，投射在X射線管焦點位置的電子束可在徑向方向被偏轉(zhuǎn)。于是，當散熱的 面積和體積以及因此焦點軌跡之下即時可用的儲熱能力增強時，可實現(xiàn)焦點最高溫度的降 低，這可用于獲得提高的額定功率。發(fā)明應(yīng)用本發(fā)明可應(yīng)用于X射線成像任何領(lǐng)域，其范圍例如微CT、層析X射線攝影、X射線 與CT應(yīng)用等，以及任何X射線源類型，特別用于旋轉(zhuǎn)陽極型X射線源、基于CNT發(fā)射器的X 射線源或配備有例如較小熱發(fā)射器等的任何其它類型電子束發(fā)射器的X射線源。盡管此 處所述X射線掃描裝置被描述為屬于醫(yī)學(xué)配置，應(yīng)認為本發(fā)明益處可擴展至非醫(yī)學(xué)成像系 統(tǒng)，例如典型地用于工業(yè)配置或交通配置的系統(tǒng)，例如但不限于用于機場或任何其它類型 的交通中心的包裹掃描系統(tǒng)。本發(fā)明特別地用于要求以高峰值功率快速采集圖像的應(yīng)用方 案，例如基于X射線的材料檢測領(lǐng)域；或例如心臟CT或其它X射線成像應(yīng)用等醫(yī)學(xué)成像領(lǐng) 域，用于實時采集快速移動物體(例如心臟)的圖像數(shù)據(jù)。盡管本發(fā)明已經(jīng)通過附圖和前述描述進行了詳細闡釋和描述，這種闡釋和描述被 認為是示意性或示例性而非限制性的，這表示本發(fā)明不限于所公開的實施例。在本領(lǐng)域技 術(shù)人員實施要求保護的本發(fā)明時，通過研究這些附圖、公開和隨附的權(quán)利要求，應(yīng)理解或完 成所公開實施例的其它變更。在各項權(quán)利要求中，詞語“包括”并不排除其它元件或步驟， 且不定冠詞“一個”并不排除復(fù)數(shù)形式。此外，應(yīng)注意權(quán)利要求中任一參考符號不應(yīng)視為對 本發(fā)明范圍的限制。參考符號列表及其含義100現(xiàn)有技術(shù)已知的常規(guī)CT成像系統(tǒng)101常規(guī)CT成像系統(tǒng)100的旋轉(zhuǎn)機架102安裝到旋轉(zhuǎn)機架101的X射線源或管102103 與所述X射線源或管102徑向相對地安裝到旋轉(zhuǎn)機架101的X射線探測器 陣列103103a 多個探測器元件103a，所述X射線探測器陣列103配備多個探測器元件 103a，它們一起對穿過在X射線探測器陣列103與X射線源102之間的物體(例如待檢查 患者身體107)的投射X射線進行感測104 常規(guī)CT成像系統(tǒng)100的機械化患者床臺，該患者床臺移動患者107通過機 架開口 105105所述旋轉(zhuǎn)機架101的圓柱形機架開口 105106 從所述X射線源或管102朝向在所述旋轉(zhuǎn)機架101相對側(cè)設(shè)置的X射線探 測器陣列103投射的X射線扇形或錐形束
107平躺在患者床臺104上的患者
108所述旋轉(zhuǎn)機架101的旋轉(zhuǎn)軸線，典型地與患者縱軸線一致
109常規(guī)CT成像系統(tǒng)100的控制機構(gòu)
110向所述X射線源102或多個X射線源提供功率和時間信號的X射線控制器
111屬于所述控制機構(gòu)109的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)，所述控制機構(gòu)從探測器元件
103a采樣模擬數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號用于后續(xù)處理112 從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)111接收采樣并數(shù)字化的X射線數(shù)據(jù)以及進行高速圖像重 建的圖像重建器113重建圖像的圖像數(shù)據(jù)作為其輸入的計算機或工作站113114與所述計算機113連接的大容量存儲設(shè)備114115 所述計算機從其接收命令和掃描參數(shù)的操作者控制臺，例如包括鍵盤和鼠 標(未圖示)116 使得操作者將從計算機113接收的重建圖像數(shù)據(jù)可視化的關(guān)聯(lián)顯示裝置 (例如陰極射線管顯示裝置)117 控制機械化患者床臺104以在旋轉(zhuǎn)機架101內(nèi)將患者107定位的電機控制 器(也稱為“運動控制器”)118儲存設(shè)備(也稱為“介質(zhì)讀取器”)，例如磁盤驅(qū)動器、⑶-ROM驅(qū)動器、DVD驅(qū) 動器、磁光盤(MOD)設(shè)備或例如網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備(例如以太網(wǎng)設(shè)備)等任何其它數(shù)字化設(shè)備， 用于從計算機可讀介質(zhì)119讀取指令和/或數(shù)據(jù)119計算機可讀介質(zhì)，例如磁盤、⑶_R0M、DVD或例如網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等任何其它數(shù)
字源200a 根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的新型配置X射線源，具有碳納米管(CNT) 型電子束發(fā)射器，所述電子束發(fā)射器產(chǎn)生投射在位于X輻射發(fā)射陽極表面上的焦點位置的 電子束，所述表面相對于電子束方向的法向平面傾斜，其中通過兩個固定安裝的壓電致動 器使所述陽極在所述電子束方向平移地位移200b 圖2a所描述的配置的改型，其中通過前述兩個固定安裝的壓電致動器使 所述陽極不僅在所述電子束方向平移地位移，也圍繞焦點位置旋轉(zhuǎn)地位移201 用于產(chǎn)生電子束202的電子束發(fā)射陰極201'用于產(chǎn)生另一電子束202的另一電子束發(fā)射陰極201a用于產(chǎn)生電子束202a的第一 X射線管的電子束發(fā)射陰極201b用于產(chǎn)生電子束202b的第二 X射線管的電子束發(fā)射陰極202 陰極201所發(fā)射的電子束202a所述第一 X射線管的陰極201a所發(fā)射的電子束202b所述第二 X射線管的陰極201b所發(fā)射的電子束203處于固定位置的聚焦單元，用于將電子束202聚焦在焦點205的位置，所述焦 點在所述X射線源陽極204的X輻射發(fā)射表面上203'用于聚焦第二焦點的聚焦單元203203"用于聚焦所述第二焦點的聚焦單元203204 具有平面X輻射發(fā)射表面的陽極，所述表面相對于入射電子束202方向的法向平面成銳角傾斜，所述入射電子束投射所述陽極上焦點位置205處204'具有平面X輻射發(fā)射表面的旋轉(zhuǎn)陽極，所述表面相對于入射電子束202方 向的法向平面成銳角傾斜，所述入射電子束投射在所述陽極上焦點位置205處204a‘所述第一X射線管的旋轉(zhuǎn)陽極，所述陽極具有平面X輻射發(fā)射表面，所述表 面相對于入射電子束202方向的法向平面成銳角傾斜，所述入射電子束投射在所述陽極上 焦點位置205處204b‘所述第二X射線管的旋轉(zhuǎn)陽極，所述陽極具有平面X輻射發(fā)射表面，所述表 面相對于入射電子束202方向的法向平面成銳角傾斜，所述入射電子束投射在所述陽極上 焦點位置205處205 在所述陽極204或204'的傾斜表面上的焦點位置205'所述第二 X射線管的傾斜表面上另一焦點的第一位置205〃所述第二 X射線管的傾斜表面上所述另一焦點的第二位置205a 狹窄環(huán)形區(qū)域，在較短掃描時間過程中電子束所產(chǎn)生的熱量可到達，它趨 于過熱205a'用于散熱的大體積(大的熱容量，降低的溫度)205bl焦點軌跡上的第一焦點位置205b2焦點軌跡上的第二焦點位置206集成致動器單元，用于使陽極204相對于至少一個固定電子束發(fā)射陰極201進 行至少一個平移和/或旋轉(zhuǎn)位移運動，所述陰極用于產(chǎn)生所述電子束202206'集成致動器單元，用于使陽極204相對于至少一個固定電子束發(fā)射陰極 201進行至少一個平移和/或旋轉(zhuǎn)位移運動，所述陰極用于產(chǎn)生所述電子束202206a 第一 X射線管的第一集成致動器單元，由電動機或當其上施加電場時產(chǎn)生 機械應(yīng)力或應(yīng)變的壓電晶體致動器所賦予206a’所述第一 X射線管的第二集成致動器單元，由電動機或當其上施加電場時 產(chǎn)生機械應(yīng)力或應(yīng)變的壓電晶體致動器所賦予206b 第二 X射線管的第一集成致動器單元，由電動機或當其上施加電場時產(chǎn)生 機械應(yīng)力或應(yīng)變的壓電晶體致動器所賦予206b’所述第二 X射線管的第二集成致動器單元，由電動機或當其上施加電場時 產(chǎn)生機械應(yīng)力或應(yīng)變的壓電晶體致動器所賦予207固定安裝板
208所述陽極204所發(fā)射的X射線束
208a所述第一 X射線I 的所述陽極204a所發(fā)射的X射線束
208b所述第二 X射線I 的所述陽極204a所發(fā)射的X射線束
209所述X射線管的旋轉(zhuǎn)陽極軸(轉(zhuǎn)子)
209a所述第一 X射線I 的旋轉(zhuǎn)陽極軸(轉(zhuǎn)子)
209b所述第二 X射線I 的旋轉(zhuǎn)陽極軸(轉(zhuǎn)子)
210所述X射線管的I 懸架
210a所述第一 X射線I 的管懸架
210b所述第二 X射線I 的管懸架
211 偏轉(zhuǎn)裝置，用于產(chǎn)生電場和/或磁場使所述陰極201所發(fā)射的電子束202 沿著與陽極204或204’的平移位移運動方向相反的方向偏轉(zhuǎn)211a所述第一 X射線管的偏轉(zhuǎn)裝置，用于產(chǎn)生電場和/或磁場使所述陰極201a 所發(fā)射的電子束202a沿著與旋轉(zhuǎn)陽極204a’平移位移運動方向相反的方向偏轉(zhuǎn)211b所述第二 X射線管的偏轉(zhuǎn)裝置，用于產(chǎn)生電場和/或磁場將所述陰極201b 所發(fā)射的電子束202b沿著與旋轉(zhuǎn)陽極204b’平移位移運動方向相反的方向偏轉(zhuǎn)212 直線位移線(也稱為“機械位移線”)，沿著陽極204或204’的傾斜角度方 向延伸212a直線位移線(“機械位移線”)，沿著陽極204a’的傾斜角度方向延伸212b直線位移線(“機械位移線”)，沿著陽極204b ‘的傾斜角度方向延伸300a 根據(jù)本發(fā)明第二示例性實施例的X射線源的另一新型配置，具有碳納米管 (CNT)型電子束發(fā)射陰極201，所述陰極產(chǎn)生電子束202投射在X輻射發(fā)射陽極204表面上 的焦點205位置，所述表面相對于電子束方向的法向平面傾斜，其中通過固定安裝的壓電 致動器206使所述陽極沿其傾斜表面的傾斜角度方向平移地位移300b 圖3a所示的該配置的改型，其中通過兩個固定安裝的壓電致動器206與 206’使所述陽極204不僅在所述電子束202方向平移地位移也可圍繞焦點位置旋轉(zhuǎn)地位移400 現(xiàn)有技術(shù)已知的常規(guī)旋轉(zhuǎn)陽極盤的設(shè)計剖視圖(輪廓)500a 根據(jù)本發(fā)明第三示例性實施例的旋轉(zhuǎn)陽極型X射線管的剖視圖，具有X輻 射發(fā)射陽極204'，所述陽極具有相對于陰極所發(fā)射電子束202方向的法向平面傾斜的表 面，根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施例所述電子束投射在位于所述表面上的焦點位置，所述X 射線管配備有致動器單元206a，用于使所述至少一個X射線源的旋轉(zhuǎn)陽極204'沿其傾斜 表面的傾斜角度方向相對于固定安裝板20進行至少一個平移位移運動，且配備有偏轉(zhuǎn)裝 置，用于產(chǎn)生電場和/或磁場使所述電子束沿著與旋轉(zhuǎn)陽極平移位移運動方向相反的方向 偏轉(zhuǎn)500b圖5a所示的X射線管的改型，具有另一致動器單元206a'用于使所述至少 一個X射線源的旋轉(zhuǎn)陽極204'沿著與陽極的旋轉(zhuǎn)軸209平行的方向相對于所述固定安裝 板207進行至少一個平移位移運動，600a+b兩示意性描述的應(yīng)用方案，具有可變焦點距離的兩個旋轉(zhuǎn)陽極型X射線 管，其中所述焦點距離根據(jù)待掃描的所關(guān)注區(qū)域的大小調(diào)節(jié)700a 具有兩個旋轉(zhuǎn)陽極型X射線管的應(yīng)用方案，每個X射線管具有X輻射發(fā)射 陽極204a'或204b'，根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施例所述陽極具有相對于電子束202a或 202b方向的法向平面傾斜的表面，所述電子束投射在位于所述表面上的焦點位置，每一所 述X射線管分別配備有兩致動器裝置206與206a'或206b與206b'，用于使它們的焦點 沿著與陽極的旋轉(zhuǎn)軸209a與209b平行的方向相對于至少一個固定安裝板207進行平移位 移，且均配備有偏轉(zhuǎn)裝置211a或211b，用于產(chǎn)生電場和/或磁場使電子束偏轉(zhuǎn)以使旋轉(zhuǎn)陽 極的平移位移運動得到補償700b與應(yīng)用方案700a相似的應(yīng)用方案，用于更寬的所關(guān)注區(qū)域800a 具有兩旋轉(zhuǎn)陽極型X射線管的應(yīng)用方案，每一管具有X輻射發(fā)射陽極 204a‘或204b'，根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施例對于焦點軌跡內(nèi)部部分被加熱的情況，所述陽極具有相對于電子束202a或202b方向的法向平面傾斜的表面，所述電子束投射在位 于所述表面上的焦點位置，所述X射線管分別配備有致動器裝置206a與206a'或206b與 206b‘，用于使它們的焦點沿它們的傾斜表面的傾斜角度方向相對于至少一個固定安裝板 207進行平移位移，且分別配備有偏轉(zhuǎn)裝置211a或211b用于產(chǎn)生電場和/或磁場使電子束 以相反方向偏轉(zhuǎn)以使旋轉(zhuǎn)陽極的平移位移運動得到補償800b與應(yīng)用方案800a相似的應(yīng)用方案，用于焦點軌跡的外部部分被加熱的情況d沿電子束方向的法向方向平移焦點位移的長度，所述電子束投射在位于傾斜陽 極表面上的焦點位置dFS 沿傾斜陽極表面的傾斜角度方向相對于至少一個固定安裝板傾斜207平移 焦點位移的長度θ 旋轉(zhuǎn)焦點位移的角度
權(quán)利要求
1.一種X射線掃描系統(tǒng)，包括空間分布的、可順序地開關(guān)的X射線源(200a/b或300a/ b)陣列，所述X射線源以給定開關(guān)頻率通過可編程的開關(guān)順序選定，其中，每一 X射線源包 括-具有平面X輻射發(fā)射表面的陽極(204)，所述表面相對于入射電子束方向的法向平面 成銳角傾斜，所述電子束投射在所述陽極上焦點(20 位置處；-至少一個集成致動器單元O06，206')，用于使所述陽極(204)相對于產(chǎn)生所述電子 束Ο02)的至少一個固定電子束發(fā)射陰極(201)進行至少一個平移和/或旋轉(zhuǎn)位移運動。
2.如權(quán)利要求1所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個集成致動器單元 (206,206')由當電場施加其上時產(chǎn)生機械應(yīng)力或應(yīng)變的壓電晶體致動器賦予。
3.如權(quán)利要求1或2所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，還包括致動器控制單元，用 于根據(jù)焦點位置Ο05)的陽極溫度與標稱工作溫度的偏差來控制由所述至少一個集成致 動器單元O06，206')進行的陽極的平移和/或旋轉(zhuǎn)位移運動的大小、方向、速度和/或加 速度。
4.如權(quán)利要求1至3任一所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述致動器控制單元適 合根據(jù)用于順序地開關(guān)所述X射線源(200a/b或300a/b)的開關(guān)頻率來控制由所述至少一 個集成致動器單元O06，206')進行的陽極的平移和/或旋轉(zhuǎn)位移運動的大小、方向、速度 和/或加速度，使得通過所述X射線掃描系統(tǒng)執(zhí)行的圖像采集步驟產(chǎn)生一組2D投影圖像， 所述圖像允許所關(guān)注圖像體的精確3D重建，而不會出現(xiàn)模糊或暫時混疊圖像失真。
5.如權(quán)利要求1至4任一所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，每一X射線源(200a/b 或300a/b)包括-至少一個聚焦單元003)，用于將電子束(202)聚焦在所述X射線源陽極O04)的X 輻射發(fā)射表面上的焦點(20 位置；-聚焦控制單元，用于調(diào)節(jié)陽極的焦點(205)的聚焦，使得由于陽極(204)相對于所述 至少一個固定電子束發(fā)射陰極O01)的平移和/或旋轉(zhuǎn)位移所導(dǎo)致的焦點大小的偏差得到 補償。
6.如權(quán)利要求1至5任一所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述陽極的平移位移運 動在所述陽極的傾斜角方向沿著直線位移線行進。
7.如權(quán)利要求1至6任一所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述致動器控制單元適 合于控制所述至少一個集成致動器單元O06，206')，使得所述陽極(204)發(fā)射的X射線 束(208)導(dǎo)向同一 X射線束方向并由此導(dǎo)向同一視場，而與所述陽極的傾斜角無關(guān)以及與 所述位移運動無關(guān)。
8.如權(quán)利要求1至7任一所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述陽極的平移和/或 旋轉(zhuǎn)位移運動的大小處于焦點大小范圍內(nèi)或更大。
9.如權(quán)利要求1至8任一所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述空間分布的X射線 源(200a/b或300ah)由使用碳納米管形式的場發(fā)射陰極的多個單獨可選定的X射線微源賦予。
10.如權(quán)利要求1至9任一所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個固定電 子束發(fā)射陰極O01)由碳納米管技術(shù)實現(xiàn)。
11.一種X射線掃描系統(tǒng)，包括至少一個旋轉(zhuǎn)陽極型X射線源(500a或500b)，所述X射線源具有大體盤形的旋轉(zhuǎn)陽極O04')，其中，所述至少一個X射線源(500a或500b)的 所述旋轉(zhuǎn)陽極O04')具有平面X輻射發(fā)射表面，所述表面相對于入射電子束(20 方向 的法向平面成銳角傾斜，所述電子束投射在所述陽極O04')上焦點(20 位置，所述X射 線掃描系統(tǒng)包括-至少一個集成致動器單元O06a，206a')，用于使所述至少一個X射線源的旋轉(zhuǎn)陽極 (204')相對于固定安裝板(207)進行至少一個平移位移運動；-致動器控制單元，用于根據(jù)焦點位置(20 處的陽極溫度與標稱工作溫度的偏差來 控制由所述至少一個集成致動器單元O06a，206a')進行的所述旋轉(zhuǎn)陽極的平移位移運 動的大小、方向、速度和/或加速度；-至少一個偏轉(zhuǎn)裝置011)，用于產(chǎn)生電場和/或磁場使所述電子束(20 沿著與所述 旋轉(zhuǎn)陽極的平移位移運動方向相反的方向偏轉(zhuǎn)；-偏轉(zhuǎn)控制單元，用于調(diào)節(jié)所述電場和/或磁場強度，使得由于所述旋轉(zhuǎn)陽極O04') 相對于所述固定安裝板O07)的平移位移所導(dǎo)致的焦點位置(20 偏差得到補償。
12.如權(quán)利要求11所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個集成致動器單 元006 206^ )由電動機或當電場施加到其上時產(chǎn)生機械應(yīng)力或應(yīng)變的壓電晶體致動 器賦予。
13.如權(quán)利要求11或12任一所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述陽極的平移位 移運動在陽極的傾斜角方向沿著直線位移線(212)行進。
14.一種X射線掃描系統(tǒng)，包括兩個或多個旋轉(zhuǎn)陽極型X射線源(700a，700b，800a或 800b)，每個X射線源具有大體盤形的旋轉(zhuǎn)陽極，204b')，其中，這些旋轉(zhuǎn)陽極中的 每個具有平面X輻射發(fā)射表面，所述表面相對于入射電子束(20 , 202b)方向的法向平面 成銳角傾斜，所述電子束投射在相應(yīng)陽極上焦點O05，205'，205〃)位置，所述X射線掃描 系統(tǒng)包括-至少一個集成致動器單元O06a，206a' ,206b, 206b ‘)，用于通過相對于固定安裝 板(207)移動每個X射線源(700a，700b，800a或800b)進行至少一個平移位移運動；-至少一個另一集成致動器單元，用于在兩個或多個X射線源焦點O05，205'，205") 的位置相對彼此進行至少一個平移位移運動；-至少一個偏轉(zhuǎn)裝置Olla，211b)，用于產(chǎn)生電場和/或磁場使所述電子束Q02a， 202b)沿著與所述旋轉(zhuǎn)陽極的平移位移運動方向相反的方向偏轉(zhuǎn)；-偏轉(zhuǎn)控制單元，用于調(diào)節(jié)所述電場和/或磁場的強度，使得相應(yīng)的X射線源的焦點 位置O05，205'或205〃)相對于由從所述X射線源的旋轉(zhuǎn)陽極，204b')發(fā)射 的X輻射而輻射的X射線探測器的偏差得到補償，所述偏差是由于所述旋轉(zhuǎn)陽極， 204b‘)相對于固定安裝板O07)的平移位移所導(dǎo)致的。
15.如權(quán)利要求14所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，還包括致動器控制單元，用于 根據(jù)焦點位置O05，205'或205")處的陽極溫度與標稱工作溫度的偏差來控制由所述至 少一個集成致動器單元O06a，206a' ,206b, 206b ‘)進行的相應(yīng)陽極的平移位移運動的 大小、方向、速度和/或加速度。
16.如權(quán)利要求14或15任一所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述致動器控制 單元適合于根據(jù)待掃描的所關(guān)注區(qū)域的大小來控制在兩個或多個X射線源的焦點(205，205'，205")的位置相對彼此的平移位移運動的大小和/或方向。
17.如權(quán)利要求14至16任一所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述陽極的平移位 移運動在陽極的傾斜角方向沿著直線位移線(21 ，212b)行進。
18.如權(quán)利要求14至17任一所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，用于相對彼此調(diào)節(jié) 特定X射線源(700a，700b，800a或800b)的焦點位置Q05，205'或205〃 )的平移位移運 動相對于所述X射線掃描系統(tǒng)配備的旋轉(zhuǎn)機架的轉(zhuǎn)子在軸向和/或徑向方向沿著直線位移 線行進。
19.如權(quán)利要求14至18任一所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述X射線源 (700a，700b，800a或800b)位于單個真空箱體內(nèi)，所述真空箱體包括由波紋管系統(tǒng)連接的 兩個部分，所述波紋管系統(tǒng)允許在切線和徑向方向相對于所述旋轉(zhuǎn)機架的轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)焦點位 置(205,205'或 205")。
20.如權(quán)利要求14至19任一所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，相對于這些X射線 源(700a，700b，800a或800b)共用的公共電子束發(fā)射陰極最接近的X射線源(700a，700b， 800a或800b)具有風(fēng)車型刃狀陽極。
全文摘要
提供用于高分辨率成像應(yīng)用具有提高的額定功率的X射線系統(tǒng)。X射線源包括至少一個集成致動器單元(206，206′，206a或206b)，用于通過相對于固定參考位置移動X射線源陽極(204，204′，204a′或204b′)的位置進行至少一個平移和/或旋轉(zhuǎn)位移。這有助于克服由于焦點位置(205)陽極過熱造成的功率限制。此外，可提供聚焦單元(203)和/或偏轉(zhuǎn)裝置(211，211a或211b)，所述聚焦單元用于使陽極的焦點(205)聚焦調(diào)整以補償所述陽極位移導(dǎo)致的焦點大小的偏差，所述偏轉(zhuǎn)裝置用于產(chǎn)生電場和/或磁場使電子束(202，202a或202b)沿著與旋轉(zhuǎn)陽極的位移運動方向相反的方向偏轉(zhuǎn)。
文檔編號H01J35/24GK102088909SQ200980116451
公開日2011年6月8日 申請日期2009年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者A·萊瓦爾特, G·福格特米爾, R·K·O·貝林, R·皮蒂格 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司