專利名稱：控制用于體層合成和乳房x射線照相術(shù)成像的x射線焦斑特性的方法和系統(tǒng)的制作方法
控制用于體層合成和乳房X射線照相術(shù)成像的X射線焦斑
特性的方法和系統(tǒng)
背景技術(shù)：
乳房體層合成(breast tomosynthesis)是涉及在快描期間在多個角度采集靜止壓縮乳房的圖像的三維成像技術(shù)。各單獨(dú)圖像然后被重建為一系列薄的高分辨率切片，所述切片可以單獨(dú)地或在動態(tài)電影模式中被顯示。重建體層合成切片減小或消除了單切片二維乳房X射線照相術(shù)成像中由組織重疊和結(jié)構(gòu)噪聲所導(dǎo)致的問題。數(shù)字乳房體層合成也提供了乳房壓縮簡化、診斷和篩查精度提高、復(fù)查更少和3D病變定位的可能性。數(shù)字體層合成將數(shù)字圖像捕捉和處理與在計算機(jī)體層攝影(CT)中使用的簡單的管/檢測器運(yùn)動相結(jié)合，但是在比CT中使用的旋轉(zhuǎn)角更小的旋轉(zhuǎn)角上進(jìn)行。乳房體層合成系統(tǒng)類似于乳房X射線照相術(shù)系統(tǒng)，明顯的區(qū)別在于X射線源在體層合成圖像采集期間移動到各種不同的成像位置。為了效率和圖像質(zhì)量，不希望在每個成像位置停止χ射線源，原因是已經(jīng)示出了這樣的停止和啟動掃描程序降低了圖像質(zhì)量。許多體層合成系統(tǒng)被布置為在圖像掃描期間平滑地穿越路徑。當(dāng)X射線源移動到成像路徑中的若干成像位置的每一個時，X射線源被激活短曝光時間(在IOms-IOOms的范圍內(nèi))并且以200ms-k的循環(huán)周期重復(fù)曝光。在每次曝光之后χ射線源被停用。當(dāng)χ射線源繼續(xù)它朝著下一個成像位置的運(yùn)動時，數(shù)字圖像檢測器的內(nèi)容被讀出和存儲。存在與從數(shù)字檢測器讀取圖像相關(guān)聯(lián)的最小時間段，并且體層合成掃描的總速度由檢測器讀取的最小時間段、在每個位置的曝光時間和曝光的次數(shù)確定。在常規(guī)χ射線管中焦斑相對于管是靜態(tài)的，并且由于在每次曝光段(exposure period)期間χ射線源連續(xù)地移動通過空間，因此焦斑也移動。結(jié)果的焦斑運(yùn)動導(dǎo)致圖像模糊并且降低了診斷精度。希望找到一種機(jī)制，其用于減小在體層合成或其他圖像掃描期間由χ射線源運(yùn)動產(chǎn)生的不良圖像偽影。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種改進(jìn)的χ射線管，其具有修改焦斑特性以提高體層合成系統(tǒng)中的圖像清晰度的能力。焦斑特性由一個或多個方法的組合修改，所述方法包括在體層合成曝光期間移動靜態(tài)焦斑和/或改變體層合成曝光的靜態(tài)焦斑的大小。在一個實(shí)施例中，在單次曝光段期間沿與X射線管通過空間的定向運(yùn)動相反的方向移動焦斑使得在整個體層合成曝光期間有效焦斑保持在基本相同位置?？梢酝ㄟ^改變陽極上的靶的位置或其他方法來實(shí)現(xiàn)這樣的焦斑運(yùn)動。通過這樣的布置減小了體層合成圖像的模糊。根據(jù)另一個實(shí)施例，可以根據(jù)被執(zhí)行的成像的類型改變焦斑大小，使得不同的焦斑大小用于獲得乳房X射線照片或體層合成圖像。備選地可以基于乳房密度選擇不同的焦斑大小?？梢愿鶕?jù)曝光段改變焦斑大小，更大的焦斑通常具有更小的曝光段。在體層合成圖像期間以減小的曝光使用更大的焦斑能夠允許增加體層合成掃描速度，同時完全利用X射線管能力。對于不同成像模式改變焦斑大小的能力能夠完全利用X射線管能力而不犧牲圖像質(zhì)量。


圖1示出了包括本發(fā)明的χ射線管的乳房體層合成系統(tǒng)1圖2是χ射線管的橫截面圖，示出了現(xiàn)有技術(shù)的體層合成系統(tǒng)的有效焦斑；圖3A和IBB是χ射線管和乳房壓縮板的橫截面圖，并且用于示出現(xiàn)有技術(shù)的和根據(jù)本發(fā)明的X射線管的靜態(tài)焦斑的運(yùn)動；圖4A和4B是χ射線管的橫截面圖，示出了由本發(fā)明的X射線管提供的靜態(tài)焦斑的運(yùn)動以及得到的有效焦斑；圖5A和5B也是χ射線管和乳房壓縮板的橫截面圖，并且用于示出可以通過在減小X射線圖像的曝光時間的同時增加靜態(tài)焦斑而獲得的圖像模糊減輕；圖6是本發(fā)明的示例性χ射線管的圖示；圖7是流程圖，用于描述在使用本發(fā)明的具有移動焦斑的χ射線管的體層合成圖像掃描期間可以遵循的示例性過程；以及圖8A和8B包括靶陽極和用于控制陽極上的焦斑的運(yùn)動的示例性運(yùn)動控制元件的圖示；以及圖9A和9B是示出附加細(xì)絲(filament)在聚焦杯中用于增加焦斑大小的圖示。
具體實(shí)施例方式圖1示出了體層合成系統(tǒng)1體層合成系統(tǒng)包括χ射線管110，上和下壓縮板130， 135，防散射濾線柵140和檢測器160。χ射線管110包括陰極112，安裝在軸116上并由電機(jī)118旋轉(zhuǎn)的陽極114，管口 120。還顯示了附連到χ射線管的濾波器122和準(zhǔn)直器124。χ射線管是真空玻璃管。加熱細(xì)絲在陰極112內(nèi)。當(dāng)打開χ射線管時，電流通過細(xì)絲，加熱細(xì)絲并且導(dǎo)致高能電子從細(xì)絲移出。陰極與陽極之間的高電壓導(dǎo)致電子朝著陽極上的靶位置125加速。陽極例如由鎢制成并且由電機(jī)118旋轉(zhuǎn)以避免陽極上的靶位置125 的局部過熱。電子借助于聚焦杯(未顯示)聚焦到特定靶位置。聚焦杯是獨(dú)立控制電極，其是圓柱形的并且附連到陰極，部分圍繞陰極的細(xì)絲。移出的電子與陽極的鎢原子碰撞，并且生成具有韌致輻射和特征線發(fā)射光譜的χ 射線光子。X射線光子沿所有方向從靶位置125發(fā)射。離開端口 120的X射線光子用于成像。為了本申請的目的，離開端口的χ射線光子限定靜態(tài)焦斑127。相比于有限時間段的χ 射線曝光期間的時間平均焦斑大小(其在本文中被稱為χ射線曝光的有效焦斑大小)，靜態(tài)焦斑大小指的是在任何指定瞬時的焦斑大小。靜態(tài)焦斑127的大小顯著影響χ射線管的熱負(fù)荷能力。焦斑越大，熱負(fù)荷可能越大，允許安全地提供更高的管電流mA。焦斑的大小由包括細(xì)絲的尺寸和形狀以及聚焦杯的形狀和偏置電壓在內(nèi)的因素的組合確定。靶表面的角度還沿著所謂的長度方向限定焦斑大小。所以靜態(tài)焦斑127是當(dāng)它從χ射線管正下方出現(xiàn)時在患者的胸壁位置附近由乳房看到的焦斑。
焦斑特性由國際標(biāo)準(zhǔn)CEI IEC 60336限定。焦斑為大體矩形，并且規(guī)定兩個正常參考方向(normal direction of evaluation)，被稱為長度和寬度方向。長度方向大體平行于χ射線系統(tǒng)的縱軸，并且寬度方向大體垂直于縱軸。在圖1中顯示了示例性體層合成系統(tǒng)的縱軸。焦斑的大小是診斷χ射線管中的很重要因素，原因是它影響放射線攝影系統(tǒng)的分辨率；具有更小焦斑的系統(tǒng)具有更佳的分辨率。因此設(shè)計目標(biāo)常常是最小化靜態(tài)焦斑大小。 例如，乳房X射線照相術(shù)系統(tǒng)可以被設(shè)計為提供0. 3mm焦斑用于成像(0. Imm焦斑用于高倍放大圖像)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面實(shí)現(xiàn)了圖像曝光期間χ射線源的移動有效地拉伸靜態(tài)焦斑的寬度，導(dǎo)致遠(yuǎn)遠(yuǎn)寬于靜態(tài)焦斑并且減小圖像銳度的有效焦斑。有效焦斑的大小因此由靜態(tài)焦斑的大小和曝光期間靜態(tài)焦斑的運(yùn)動確定。有效焦斑因此是靜態(tài)焦斑隨著時間的累積，并且也可以被稱為動態(tài)焦斑。例如，在示例性體層合成圖像掃描期間，χ射線管可以從-7.5°的位置移動到 +7.5°的位置。在管運(yùn)動期間，總共執(zhí)行15次曝光，每次具有30-60ms的持續(xù)時間。在每次曝光段期間，χ射線管繼續(xù)沿著它的路徑移動，由此在曝光期間有效地‘拉伸’靜態(tài)焦斑的寬度以提供大小增大的有效焦斑。圖2是圖1的χ射線管110的橫截面并且示出了所述體層合成曝光段中的一個曝光段期間X射線管110的移動。X射線管的靜態(tài)焦斑127由寬度Ws和長度Ls限定并且由虛線框127指示。在T=曝光開始，χ射線管處于位置X'。在曝光段期間，管移動到位置 X"。時間平均有效焦斑190由寬度We和長度Le限定。盡管有效焦斑的長度對應(yīng)于靜態(tài)焦斑的長度，但是寬度增加了。例如，在帶有0. 3mm的靜態(tài)焦斑寬度的示例性體層合成系統(tǒng)中，在曝光期間有效焦斑寬度可以增加到1.5mm，原因是χ射線管在曝光段期間已經(jīng)移動了 1. 2mm。圖3A-;3B也示出了曝光段上χ射線源110的運(yùn)動，并且還突出顯示了增加的有效焦斑寬度對圖像檢測器平面的影響。如圖3Α中所示，可以在成像平面160中看到焦斑寬度增加的結(jié)果，其中位置X'到X"的Δ(Δ_ )轉(zhuǎn)化為曝光期間陰影元2示的量的焦斑位移 (A_d)使得乳房表面上的點(diǎn)目標(biāo)將伸長到的的大小。本發(fā)明認(rèn)識到在χ射線曝光時間與用于體層合成成像的焦斑大小的增加之間有直接關(guān)系。該關(guān)系是有問題的，至少是因?yàn)槿榉吭街旅軋D像采集需要的曝光時間越長，而曝光時間的增加導(dǎo)致有效焦斑大小的增加以及由于焦斑模糊導(dǎo)致的圖像清晰度的降低。本發(fā)明還認(rèn)識到有效焦斑大小是靜態(tài)焦斑大小和曝光段的函數(shù)。曝光段不能總是被充分縮短以減輕管運(yùn)動的影響并最小化有效焦斑的大小，原因是管電流不能任意增加?？梢圆捎萌舾煞椒▉頊p小有效焦斑大小。根據(jù)圖IBB中所示的第一種方法，靜態(tài)焦斑在曝光段期間沿與χ射線源的定向移動相反的方向并且大體同步移動。靜態(tài)焦斑的移動基本上補(bǔ)償X射線管的移動，使得在整個曝光持續(xù)時間期間的一個位置內(nèi)，有效焦斑看上去相對于乳房和/或檢測器中的一個在空間中是固定的。通過這樣的布置可以減輕圖像模糊。根據(jù)第二種方法，增加靜態(tài)焦斑的大小。這允許更高的X射線管電流并且由此允許曝光段的減小。這樣的布置減小了有效焦斑的寬度，同時增加了體層合成掃描的速度并且能夠完全利用X射線管的能力。
第三方法組合以上兩種方法，使用相對更大焦斑與更短曝光段的組合，并且在曝光段期間移動更大焦斑。使用任何以上方法設(shè)計的χ射線管可以適于支持在單個系統(tǒng)中提供組合乳房X射線照相術(shù)和體層合成成像能力的用于系統(tǒng)的2D和3D成像兩者。對于2D采集，χ射線管可以提供更小的焦斑以提供標(biāo)準(zhǔn)乳房X射線照片或放大圖像。在3D模式中，靜態(tài)焦斑大小、 位置或兩者可以在成像期間或響應(yīng)乳房密度被控制以獲得清晰度增加的圖像。下面更詳細(xì)地描述了上述方法。然而重要的是將這些方法與歷史上用于計算機(jī)體層攝影中的飛焦技術(shù)加以區(qū)分。例如，美國專利6，256，369描述了一種系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)使焦斑沿縱向方向振蕩以提高掃描處理量。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，焦斑沿著預(yù)定路徑移動，所述預(yù)定路徑包括沿縱向方向成每個連續(xù)旋轉(zhuǎn)角彼此移位的多個位置的集合。實(shí)際上管提供第一和第二扇束平面。通過在兩個縱向位置之間交替焦斑，在兩個不同ζ位置使用兩個不同扇束有效地采樣數(shù)據(jù)，由此加倍掃描器的處理量速率。美國專利6，四2，538也描述了一種帶有飛焦的χ射線管?！?38專利的飛焦技術(shù)以高速在兩個位置之間快速跳轉(zhuǎn)焦點(diǎn)，有效地使圖像移位半像素，以嘗試在CT掃描期間提高分辨率。與之相比，本發(fā)明在曝光期間并不將焦斑移動到不同離散位置以獲得多個圖像； 相反地，目標(biāo)是在曝光的持續(xù)時間期間通過焦點(diǎn)的緩慢受控連續(xù)運(yùn)動相對于乳房和/或檢測器之一或兩者將有效焦斑保持在空間中的固定位置以增強(qiáng)單幅圖像的清晰度。靜態(tài)焦斑沿與χ射線管移動通過空間的方向相反的方向移動。由于X射線管和管的靜態(tài)焦斑的相反運(yùn)動，在每次體層合成曝光期間得到的有效焦斑相對于乳房和/或檢測器保持在固定位置，從而最小化有效焦斑的大小并且增加圖像清晰度。圖4A示出了一次曝光期間χ射線管110內(nèi)的靜態(tài)焦斑的移動。在該圖中為了清楚起見未示出χ射線管的運(yùn)動，盡管在該例子的曝光段期間管從左向右移動。在曝光開始時，靜態(tài)焦斑處于位置Y'。在該曝光期間，靜態(tài)焦斑以匹配或以其他方式與χ射線管的速度相關(guān)的速率沿與Χ射線管的定向運(yùn)動相反并且由箭頭111指示的方向移動，直到靜態(tài)焦斑處于位置Y"。圖4B示出了在體層合成曝光期間當(dāng)靜態(tài)焦斑以圖4A中所示的方式移動時靜態(tài)焦斑127的位置?？梢钥吹疆?dāng)χ射線管110從位置X'移動到位置X"時，得到的有效焦斑190 相對于檢測器160或成像對象保持在固定或相對固定的大小和位置；因此，盡管χ射線管在移動，有效焦斑190看上去保持相對固定并且大小最小化。因此，在檢測器沒有焦位移，并且體層合成圖像的清晰度增加。返回參考圖3B，可以看到由于運(yùn)動控制焦斑產(chǎn)生的乳房上的點(diǎn)圖像將不經(jīng)歷現(xiàn)有技術(shù)的嚴(yán)重模糊效應(yīng)。因此顯示和描述了一種在存在移動χ射線源的情況下用于增加χ射線圖像清晰度的方法。盡管以上描述敘述了 X射線管和靜態(tài)焦斑在單個平面內(nèi)的相反移動，但是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的原理可以適合便于焦斑從X射線管沿任何方向的相反運(yùn)動。另外，本發(fā)明并不限于X射線管和焦斑以相同速度或在相同距離上移動的實(shí)施例；能夠理解可以通過靜態(tài)焦斑相對于X射線管的任何相反運(yùn)動(其最小化X射線曝光期間焦斑的累積)實(shí)現(xiàn)圖像清晰度的好處；因此，本發(fā)明并不被限制于焦斑移動的特定范圍或定向速度。
如上所述，用于減小有效焦斑大小的第二種方法涉及增加靜態(tài)焦斑的大小，但是減小曝光段。例如，圖5A類似于圖3A，其中提供了相對較小的靜態(tài)焦斑320。為了獲得圖像的預(yù)期曝光，χ射線管必須被激活持續(xù)時間D1，導(dǎo)致在檢測器平面160的模糊效應(yīng)3圖 5B中所示，如果提供相對更大的焦斑330，可以縮短總曝光時間D2，導(dǎo)致圖像模糊310的伴隨減小。提供更大焦斑的好處在于它允許完全利用χ射線管發(fā)生器。例如，當(dāng)前的體層合成X射線管使用200mA發(fā)生器，但是發(fā)生器并不總是在200mA下操作，原因是期望的、更小的靜態(tài)焦斑(為了圖像清晰度)在^kV僅僅允許160mA。本發(fā)明認(rèn)識到可以在不犧牲圖像清晰度的情況下增加體層合成圖像的焦斑，原因是增加焦斑大小的影響由曝光時間的減小抵消，使得‘得到的’有效焦斑小于以前獲得的現(xiàn)有技術(shù)中的有效焦斑。由于焦斑移動的物理限制，第二種方法也可以有益于有效焦斑大于Icm的系統(tǒng)。 在這樣的實(shí)施例中，擴(kuò)大焦斑和減小曝光可以產(chǎn)生用于成像的最小焦斑。各種技術(shù)可以用于擴(kuò)大焦斑大小。所述技術(shù)包括但不限于散焦聚焦杯以允許沿著長度或?qū)挾确较蚧蛟谒鰞蓚€方向的更大的焦斑大小，結(jié)合附加電極以允許焦斑大小沿一個或兩個方向變化，以及結(jié)合第三細(xì)絲或若干細(xì)絲的組合。另外，復(fù)雜電子或X射線光學(xué)技術(shù)可以被用于擴(kuò)大焦斑大小。因此，顯示和描述了在存在移動χ射線源的情況下用于增加X射線圖像清晰度的兩種方法，其中第一種方法涉及移動焦斑，而第二種方法涉及增加焦斑的大小。應(yīng)當(dāng)理解任一方法可以單獨(dú)或組合使用；例如，認(rèn)識到為X射線管提供更大、可移動有效焦斑將導(dǎo)致一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)完全利用X射線管發(fā)射器，提供高質(zhì)量圖像，并且由于曝光時間的減小可以更快速地掃描患者。在一些實(shí)施例中可能希望能夠自動或手動選擇使用任一方法或它們的組合?？梢酝ㄟ^修改現(xiàn)有的X射線管，例如通過提供移動靶、調(diào)節(jié)陰極的聚焦杯、利用不同細(xì)絲或以其他方式聚焦X射線光子的能力，實(shí)現(xiàn)任一方法。例如，圖6示出了本發(fā)明的χ射線管110，該χ射線管包括容納陽極114，陰極112 和陽極轉(zhuǎn)子410的真空管400。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，χ射線管還包括焦斑位置控制器 600。焦斑控制器可以耦接到陰極112以沿‘寬度’方向偏轉(zhuǎn)電子軌跡。在它的最簡單形式中，控制器包括緊靠聚焦杯定位的兩個平行金屬板，將可以移位電子運(yùn)動方向和因此移位陽極上的靶位置的偏置電壓施加于板上。因此通過在板上施加偏置電壓控制焦斑的位移。 在若干實(shí)施例中，可以在χ射線曝光之前動態(tài)地或靜態(tài)地配置偏置電壓。簡單地參考圖8A和8B，現(xiàn)在將描述用于控制焦斑的移動的示例性機(jī)構(gòu)。在現(xiàn)有技術(shù)中，從細(xì)絲和陰極112發(fā)射的電子沿著路徑620行進(jìn)并且在位置a撞擊陽極114。該位置 a是焦斑的位置。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，增加了運(yùn)動控制單元600。運(yùn)動控制單元包括金屬板 601和由控制器603控制的電壓源602。改變板601間的電壓使電子行進(jìn)到靶的路徑改變； 例如，電子將沿著路徑620中的一個行進(jìn)并且取決于施加于601的電壓在不同位置a和b 撞擊陽極114，其中位置a和b表示陽極114上的不同焦斑位置。在圖8B中，板被顯示為沿著Y軸對齊，并且改變板的電壓使電子沿著Y軸的路徑變化。然而在本發(fā)明中，期望改變Z平面(垂直于紙面)中的電子的路徑，并且在這樣的實(shí)施例中，運(yùn)動控制器將包括沿著Z軸對齊的板。可以這樣說，板601可以位于不同于圖中所
7示的幾何位置，并且可以有一組以上的板。板的數(shù)量和布置以及施加于板上的電壓的選擇可以由焦斑的預(yù)期位置確定。控制器603將隨著時間以適當(dāng)方式與管運(yùn)動和圖像接收器采集序列同步改變電壓以產(chǎn)生期望的有效焦斑分布。在備選實(shí)施例中，焦斑控制器控制陽極的傾斜以改變來自陰極的電子束撞擊陽極靶的角度。在另一個實(shí)施例中，控制器移動陰極聚焦杯使得電子在不同靶位置撞擊陽極或通過施加正交于電子軌跡的偏置電壓電子地偏轉(zhuǎn)電子軌跡。改變電子與陽極的接觸角是可以用于控制靜態(tài)焦斑大小的一種技術(shù)，盡管改變電子束接觸陽極的角的任何方法可以在本文中作為等效方案進(jìn)行代替。例如可以預(yù)見可以通過陰極細(xì)絲的移動或通過其他手段實(shí)現(xiàn)類似結(jié)果。改變陽極和陰極之間的相對角和因此改變電子撞擊靶的角方向也可以實(shí)現(xiàn)在體層合成曝光期間移動焦斑的位置的任務(wù)。存在各種其他方法可以用于移動X射線焦斑。在一個實(shí)施例中，可以使用管內(nèi)的 X射線透鏡或通過調(diào)節(jié)端口 120的大小和/或位置來移動焦斑。電子束焦斑的移位可以通過將電子束電子地轉(zhuǎn)向到χ射線靶上的不同點(diǎn)，電子地移位靶來實(shí)現(xiàn)，或者可以通過使用帶有一個或多個電子束源和分布在一個或多個χ射線靶上的焦斑的χ射線管來實(shí)現(xiàn)。例如，為了移位χ射線束焦斑，瞄準(zhǔn)χ射線靶上的第一斑的第一電子束可以被關(guān)閉并且瞄準(zhǔn)第一或第二 X射線靶上的不同的第二斑的第二電子束被打開。由于電子束撞擊X 射線靶上的不同點(diǎn)，因此X射線束將從靶上的不同點(diǎn)被發(fā)射，于是移位X射線束焦斑的位置。備選地，通過使射束穿過管束的不同光纖股線(股線朝著略微不同的方向定向)， 光纖X射線透鏡也可以用于移位X射線束焦斑。光閘可以用于將射束轉(zhuǎn)向到特定股線或股線組中。如上所述，也可以預(yù)見焦斑的大小可以改變以適應(yīng)不同的成像模式。在一個示例性實(shí)施例中，X射線管可以設(shè)有三個焦斑大小小焦斑大小0. 1X0. 1mm2，大焦斑大小 0. 3X0. 3mm2，和超大焦斑大小0. 5X0. 5mm2或0. 6X0. 3mm2(寬度X長度)。小焦斑和大焦斑可以用于支持各種2D成像模式。當(dāng)需要時χ射線管焦斑大小可以在3D脈沖模式中被配置為超大焦斑大小。通過這樣的布置，在陽極軌道上設(shè)置超大焦斑大小，允許比靜態(tài)2D模式遠(yuǎn)遠(yuǎn)更高的管電流mA。與超大焦斑關(guān)聯(lián)的有效焦斑大小預(yù)期為0. 5X0. 5mm2或 0. 6X0. 3mm2。改變焦斑大小的一種方法涉及將細(xì)絲加入聚焦杯中。圖9A和9B示出了帶有不同數(shù)量的細(xì)絲910和920的聚焦杯的兩個實(shí)施例。當(dāng)一個細(xì)絲被點(diǎn)亮?xí)r，它提供現(xiàn)有的 0.3X0. 3mm焦斑。當(dāng)兩個細(xì)絲被點(diǎn)亮?xí)r，得到的細(xì)絲發(fā)射能力被加倍，因此管電流被加倍， 同時焦斑大小變?yōu)?. 6 X 0.3(寬度X長度)。如上所述，本發(fā)明的χ射線管可以設(shè)在同時包括2D和3D成像能力的成像系統(tǒng)中。 在這樣的系統(tǒng)中，靜態(tài)焦斑的運(yùn)動和靜態(tài)焦斑的大小可以在兩個成像模式之間不同。例如， 對于每次體層合成曝光或在整個掃描期間，焦斑大小可以增加，而對于需要增加分辨率并且不受X射線源運(yùn)動影響的模式，例如乳房X射線照相術(shù)，焦斑大小則可以減小。因此X射線管可基于成像模式配置?，F(xiàn)在參考圖7，現(xiàn)在將描述在支持2D和3D成像的系統(tǒng)中使用本發(fā)明的χ射線管的過程500。在示例性實(shí)施例中，體層合成系統(tǒng)從_7. 5度掃描到+7. 5度。在體層合成掃描之后拍攝乳房X射線照片。在步驟510將體層合成機(jī)器的機(jī)架定位在-7. 5度位置并且初始體層合成掃掠。在步驟512x射線管到達(dá)初始成像位置，并且在步驟514激活χ射線管。在一個實(shí)施例中，每次曝光耗時小于60ms。在曝光期間，機(jī)架繼續(xù)朝著+7. 5度位置移動，并且 χ射線管焦斑運(yùn)動控制器將焦斑設(shè)置在陽極上的開始位置(其基于χ射線技術(shù)和預(yù)期體層合成掃描的機(jī)架速度被預(yù)先計算)，沿相反方向移動靜態(tài)焦斑(在該例子中，順時針體層合成掃描)。 在步驟516，當(dāng)曝光完成并且同時焦斑到達(dá)預(yù)先計算的停止位置時，關(guān)閉χ射線管并且將靜態(tài)焦斑重新居中于X射線管內(nèi)。在步驟518確定是否到達(dá)了順時針掃描的端點(diǎn) (機(jī)架在+7. 5度位置)。如果沒有，重復(fù)步驟512-516直到獲得所有體層合成投影圖像。 在步驟520將機(jī)架返回到零度位置并且優(yōu)化焦斑以用于乳房X射線照相術(shù)成像。如果用于體層合成成像的焦斑大小已被增加，則將它減小到提供期望乳房X射線照片分辨率的范圍。在步驟522獲得2D圖像并且完成過程。應(yīng)當(dāng)注意的是上文描述了 χ射線管被“打開” 或“關(guān)閉”的系統(tǒng)。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是本發(fā)明并不限于這樣的系統(tǒng)。實(shí)際上，許多系統(tǒng)具有在掃描期間連續(xù)打開的χ射線管，圖像捕捉由在掃描期間的選擇“曝光時間”時間在檢測器χ射線的捕捉進(jìn)行控制。在這樣的情況下，可以理解焦斑運(yùn)動與曝光開始時間和曝光結(jié)束時間同步，與χ射線管處于開或關(guān)循環(huán)還是連續(xù)打開無關(guān)。因此，已經(jīng)示出并描述了在χ射線曝光期間通過焦斑大小和位置的靜態(tài)或動態(tài)管理提高體層合成圖像清晰度的本發(fā)明的系統(tǒng)、方法和過程。應(yīng)當(dāng)注意的是盡管描述集中于用于乳房成像的體層合成系統(tǒng)的使用，但是本發(fā)明的X射線管并不被限制用于任何特定的成像模態(tài)。而是可以預(yù)見本發(fā)明的X射線管可以用于在X射線源處于運(yùn)動中的同時獲得圖像的任何系統(tǒng)。例如，計算機(jī)體層攝影(CT)系統(tǒng)經(jīng)歷焦斑模糊。本發(fā)明的改進(jìn)X射線管可以有利地用于CT系統(tǒng)以減小FS模糊，使視野上的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)各向同性。在乳房 CT系統(tǒng)中，這樣的改進(jìn)的一個好處在于在水平面中在乳房邊緣的MTF將與乳房中心的一樣好。以上具體例子和實(shí)施例是示例性的，并且可以對這些例子和實(shí)施例進(jìn)行許多變化而不脫離本公開的精神或附帶權(quán)利要求的范圍。例如，在本公開和附帶權(quán)利要求的范圍內(nèi)不同示例性實(shí)施例的要素和/或特征可以彼此組合和/或彼此代替。本發(fā)明的各種實(shí)施例包括被布置為在曝光段期間移動的χ射線管。χ射線管包括用于提供電子束的陰極；包括用于接收電子束的靶的陽極，所述陽極用于生成光子束； 在該曝光段期間將電子束聚焦到陽極上的聚焦杯；用于使光子束通過以離開X射線管的端口，其中陰極、陽極和端口一起限定X射線管的靜態(tài)焦斑；和控制器，其耦接到陽極、陰極和聚焦杯中的至少一個以用于在曝光段期間通過執(zhí)行關(guān)于X射線管的移動修改靜態(tài)焦斑位置或大小中的至少一個來修改靜態(tài)焦斑的特性。χ射線管可以在曝光段期間沿第一方向移動并且控制器可以在該曝光段期間沿與第一方向相反的第二方向移動靜態(tài)焦斑使得在曝光段期間有效焦斑相對于乳房和/或檢測器在空間中保持相對固定以減輕圖像模糊。靜態(tài)焦斑的大小可以增加以減小曝光段和產(chǎn)生的圖像模糊。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種使用在曝光段期間沿第一方向移動的χ射線管采集X射線圖像的方法包括以下步驟在曝光段期間沿與第一方向相反的第二方向移動X射線管的焦斑以在該曝光段期間減小有效焦斑的大小。根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，一種通過能夠在兩個模式中操作的成像系統(tǒng)采集χ射線圖像的方法，所述方法包括響應(yīng)成像系統(tǒng)的操作模式改變X射線管的焦斑的大小的步驟。所述方法可以包括改變焦斑的大小的步驟在使用在曝光段期間移動的X射線管采集圖像的成像模式中增加焦斑的大小。另外，改變焦斑的大小的步驟可以在使用在曝光段期間相對于乳房和/或檢測器保持在固定位置的X射線管采集圖像的成像模式中減小焦斑的大小。

上述優(yōu)選實(shí)施例作為示例被提供，而非旨在是窮盡的或?qū)⑺蟮陌l(fā)明限制到具體例子。那些例子旨在描述本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以使用適合于特定環(huán)境的公開例子的變化和修改來實(shí)施所要求的發(fā)明的原理。本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)由附帶權(quán)利要求及其等效方案限定。
權(quán)利要求
1.一種被布置為在曝光段期間移動的X射線管，包括 用于提供電子束的陰極；陽極，其包括用于接收電子束的靶并且響應(yīng)電子束的接收生成光子束； 聚焦杯，其在所述曝光段期間將電子束聚焦到陽極上；和用于使光子束通過以離開X射線管的端口，其中陰極、陽極和端口一起限定X射線管的靜態(tài)焦斑；和耦接到陽極、陰極和聚焦杯中的至少一個的控制器，用于在所述曝光段期間修改靜態(tài)焦斑的至少一個特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線管，其中所述至少一個特性從包括靜態(tài)焦斑位置和靜態(tài)焦斑大小的組中選出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的χ射線管，其中χ射線管在所述曝光段期間沿第一方向移動， 并且其中控制器在所述曝光段期間沿著與所述第一方向不同的第二方向移動靜態(tài)焦斑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的χ射線管，其中控制器移動第一方向和第二方向是相反的方向。
5.一種使用包括焦斑的χ射線管采集χ射線圖像的方法，所述方法包括在χ射線圖像的采集期間修改所述焦斑的特性以減輕所述X射線圖像中的模糊效應(yīng)的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，包括在圖像采集的曝光段期間沿第一方向移動χ射線管和在所述曝光段期間沿著與所述第一方向相反的第二方向移動χ射線管的焦斑的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，包括在圖像采集期間修改焦斑的大小的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，包括在圖像采集期間增加焦斑的大小以及在圖像采集期間縮短曝光段的步驟。
9.一種由能夠在兩個模式中操作的成像系統(tǒng)采集χ射線圖像的方法，所述方法包括響應(yīng)所述成像系統(tǒng)的操作模式改變χ射線管的焦斑的大小的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，包括對于其中在曝光段期間χ射線管移動的圖像采集模式，增加焦斑大小的大小以及縮短曝光段的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，包括對于其中X射線管相對于成像對象保持在固定位置的成像模式，減小焦斑的大小以及延長曝光段的步驟。
全文摘要
描述了一種x射線管，其包括在存在移動x射線源的情況下通過修改包括焦斑大小和焦斑位置在內(nèi)的焦斑特性增加x射線圖像清晰度的部件。在第一布置中靜態(tài)焦斑沿與x射線源的移動相反的方向移動使得在體層合成曝光期間有效焦斑的位置相對于成像對象和/或檢測器中的一個在空間中基本固定。在第二布置中，增加靜態(tài)焦斑的大小，并且管電流的所得的增大縮短曝光段并減輕伴隨的模糊效應(yīng)。所述方法可以單獨(dú)或組合使用；例如帶有更大、可移動靜態(tài)焦斑的x射線管將得到一種完全利用x射線管發(fā)射器、提供模糊減輕的高質(zhì)量圖像、并且由于曝光時間的縮短可以更快速地掃描患者的系統(tǒng)。
文檔編號H01J35/24GK102176866SQ200980138628
公開日2011年9月7日 申請日期2009年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月24日
發(fā)明者A·史密斯, B·仁, J·斯坦恩, 井真雪 申請人:霍羅吉克公司