專利名稱：電子發(fā)射器組件及用于產(chǎn)生電子束的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子發(fā)射器組件以及用于產(chǎn)生電子束的方法。
背景技術(shù)：
在計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)成像系統(tǒng)中，置于臺(tái)架上的X射線源裝置及探測(cè)器陣列被用于產(chǎn)生對(duì)象的圖像。該X射線源裝置包含向靶發(fā)射電子束的電子發(fā)射器裝置。當(dāng)電子束接觸基底時(shí)，基底發(fā)射X射線。臺(tái)架使X射線源組件和探測(cè)器在成像平面內(nèi)繞對(duì)象旋轉(zhuǎn)，從而不斷改變X射線束和對(duì)象交叉的角度。
該CT成像系統(tǒng)的相關(guān)問題在于臺(tái)架對(duì)內(nèi)部電子發(fā)射器裝置施加相對(duì)較大的重力，這會(huì)使該裝置劣化。此外，該臺(tái)架具有相對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，且其制造相對(duì)昂貴。
因此，需要可在X射線源中使用的電子發(fā)射器裝置，其改變電子束的位置并因此改變X射線束的位置，而無需使電子發(fā)射器裝置繞軸旋轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
提供了根據(jù)一示例性實(shí)施例的電子發(fā)射器組件。該電子發(fā)射器組件包含被設(shè)置成發(fā)射第一光束和第二光束的激光器。該電子發(fā)射器組件還包含被設(shè)置成移動(dòng)到第一工作位置以將第一光束反射到光電陰極第一區(qū)域的反射鏡。該反射鏡還被設(shè)置成移動(dòng)到第二工作位置以將第二光束反射到該光電陰極的第二區(qū)域。該光電陰極被設(shè)置成當(dāng)?shù)谝还馐佑|第一區(qū)域時(shí)發(fā)射第一電子束，當(dāng)?shù)诙馐佑|第二區(qū)域時(shí)發(fā)射第二電子束。該電子發(fā)射器組件還包含被設(shè)置成從該光電陰極接收該第一和第二電子束的陽極。
提供了根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例的電子發(fā)射器組件。該電子發(fā)射器組件包含被設(shè)置成分別向光電陰極的第一區(qū)域和第二區(qū)域發(fā)射第一光束和第二光束的第一激光二極管和第二激光二極管。該光電陰極被設(shè)置成當(dāng)?shù)谝还馐佑|第一區(qū)域時(shí)發(fā)射第一電子束，當(dāng)?shù)诙馐佑|第二區(qū)域時(shí)發(fā)射第二電子束。該電子發(fā)射器組件還包含被設(shè)置成從該光電陰極接收該第一和第二電子束的陽極。
提供了根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例的用于產(chǎn)生電子束的方法。該方法包含向光電陰極的第一區(qū)域發(fā)射第一光束。該方法還包含響應(yīng)于光電陰極接收該第一光束而從該光電陰極向陽極發(fā)射第一電子束。該方法還包含向該光電陰極的第二區(qū)域發(fā)射第二光束。該方法還包含響應(yīng)于光電陰極接收該第二光束而從該光電陰極向陽極發(fā)射第二電子束。


圖1為根據(jù)一示例性實(shí)施例的CT成像系統(tǒng)的示意圖；圖2為圖1的CT成像系統(tǒng)的方框圖；圖3為根據(jù)一示例性實(shí)施例，圖1的CT成像系統(tǒng)中使用的發(fā)光組件和X射線源組件的示意圖；圖4為圖3的發(fā)光組件中使用的光衰減裝置的數(shù)字輸入信號(hào)的信號(hào)示意圖；圖5為圖3的發(fā)光組件中使用的光衰減裝置的模擬輸入信號(hào)的信號(hào)示意圖；圖6為圖3的發(fā)光組件中使用的從光衰減裝置發(fā)射的光束的示意圖；圖7為根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，可用于CT成像系統(tǒng)中的發(fā)光組件和X射線源組件的示意圖；圖8為圖7的X射線源組件中使用的光電陰極的一部分的截面視圖；圖9為圖7的光電陰極的該部分的俯視圖；圖10至12為根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，使用圖1的CT成像系統(tǒng)產(chǎn)生X射線束并改變X射線束的功率、尺寸、和位置的方法的流程圖；圖13為根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，可用于CT成像系統(tǒng)中的發(fā)光組件和X射線源組件的示意圖；圖14為根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，可用于CT成像系統(tǒng)中的發(fā)光組件和X射線源組件的示意圖；圖15至16為根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，使用圖13的發(fā)光組件及X射線源組件產(chǎn)生X射線束并改變X射線束的功率和位置的方法的流程圖；
圖17至18為根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，使用圖13的發(fā)光組件及X射線源組件產(chǎn)生X射線束并改變X射線束尺寸的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1和2，示出了根據(jù)一示例性實(shí)施例，用于產(chǎn)生目標(biāo)對(duì)象的數(shù)字圖像的CT成像系統(tǒng)10。CT成像系統(tǒng)10包含CT掃描裝置12及平臺(tái)14。
CT掃描裝置12被設(shè)成產(chǎn)生目標(biāo)對(duì)象的多個(gè)數(shù)字圖像。CT掃描裝置12包含發(fā)光組件20、22、24，X射線源組件26、28、30，X射線探測(cè)器陣列40、42、44，X射線控制器50，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)52，圖像重建裝置54，平臺(tái)移動(dòng)控制器56，外部存儲(chǔ)器58，鍵盤60，顯示器62，以及計(jì)算機(jī)64。應(yīng)注意，在備選實(shí)施例中，CT掃描裝置12可具有多于或少于三個(gè)X射線源組件。此外，CT掃描裝置12可具有多于或少于三個(gè)X射線探測(cè)器陣列。
發(fā)光組件20、22、24被設(shè)成發(fā)射光束，這些光束分別引起X射線源組件26、28、30發(fā)射X射線束。來自X射線源組件26的X射線束傳播通過對(duì)象27，并被X射線探測(cè)器陣列40接收。類似地，來自X射線源組件28的X射線束傳播通過對(duì)象27，并被X射線探測(cè)器陣列42接收。類似地，來自X射線源組件30的X射線束傳播通過對(duì)象27，并被X射線探測(cè)器陣列44接收。由于發(fā)光組件20的結(jié)構(gòu)基本上和發(fā)光組件22、24的結(jié)構(gòu)相似，因此將只提供對(duì)發(fā)光組件20的詳細(xì)解釋。
參考圖3，闡述了發(fā)光組件20的更詳細(xì)的圖示。發(fā)光組件20包含激光器80、光衰減裝置82、透鏡組件84、線性致動(dòng)器90、反射鏡92、以及電機(jī)94。
激光器80被設(shè)成產(chǎn)生用于引起X射線源組件發(fā)射X射線的光束。激光器80包含Nd∶YAG激光器，被靠近光衰減裝置82放置。激光器80響應(yīng)從X射線控制器50接收的控制信號(hào)L1而發(fā)射光束。
光衰減裝置82被設(shè)成衰減從激光器80接收的光束的強(qiáng)度。應(yīng)注意，通過改變?cè)摴馐膹?qiáng)度，可以改變隨后產(chǎn)生的電子束的功率水平以及X射線束的功率水平。光衰減裝置82被置于激光器80和透鏡組件84之間。工作期間，光衰減裝置82接收來自激光器80的光束，并在該光束傳播到透鏡組件84之前衰減或調(diào)整該光束的強(qiáng)度。光衰減裝置82包含可基于一個(gè)或多個(gè)輸入信號(hào)而調(diào)整該光束的衰減的聲光調(diào)制器。當(dāng)然，在備選實(shí)施例中，光衰減裝置82可包含能夠衰減來自激光器的光束的任何裝置。特別地，參考圖4，光衰減裝置82可基于從X射線控制器50接收到的數(shù)字信號(hào)LAD1的頻率而調(diào)整該光束的衰減量?；蛘?，參考圖5，光衰減裝置82可基于來自X射線控制器50的模擬信號(hào)P1的幅度而調(diào)整光束的衰減量。參考圖6，在工作期間，當(dāng)信號(hào)LAD1具有高的邏輯電平或模擬信號(hào)P1的幅度大于預(yù)定值時(shí)，光衰減裝置82允許接收到的光束由此穿過。或者，當(dāng)信號(hào)LAD1具有低的邏輯電平或模擬信號(hào)P1的幅度小于預(yù)定值時(shí)，光衰減裝置82不允許接收到的光束由此穿過。因此，光衰減裝置82通過以預(yù)定的時(shí)間間隔間歇地允許該光束的一部分由此穿過，衰減該光束的強(qiáng)度。
參考圖3，透鏡組件84被設(shè)成調(diào)整傳播通過透鏡組件84的光束的尺寸。應(yīng)注意，通過改變?cè)摴馐某叽?，可以改變隨后產(chǎn)生的電子束的尺寸以及X射線束的尺寸。透鏡組件84包含發(fā)散透鏡86和會(huì)聚透鏡88。線性致動(dòng)器90可操作地耦合到會(huì)聚透鏡88，用于使透鏡88沿該光束的軸向發(fā)散透鏡86移動(dòng)或遠(yuǎn)離透鏡86。當(dāng)透鏡88向發(fā)散透鏡86移動(dòng)時(shí)，從透鏡88出射的光束的尺寸減小。或者，當(dāng)透鏡88遠(yuǎn)離發(fā)散透鏡86時(shí)，從透鏡88出射的光束的尺寸增大。線性致動(dòng)器90可操作地與X射線控制器50通信，并響應(yīng)于從X射線控制器50接收到的控制信號(hào)LP1而移動(dòng)透鏡88。應(yīng)該理解，可以在發(fā)光組件20中使用可替代的透鏡組件，而不使用透鏡組件84。例如，在備選實(shí)施例中，該透鏡組件可包含可操作地耦合到線性致動(dòng)器的一個(gè)或多個(gè)會(huì)聚透鏡。
反射鏡92被設(shè)成將來自激光器80的光束反射穿過X射線源組件26的窗口114而到達(dá)置于組件26內(nèi)的光電陰極116上。響應(yīng)在光電陰極116的區(qū)域122內(nèi)接收到光束96，光電陰極116發(fā)射出被陽極118接收的電子束。響應(yīng)接收到所發(fā)射的電子束，陽極118產(chǎn)生傳播穿過窗口120的X射線束。響應(yīng)從X射線控制器50接收到的控制信號(hào)RP1，由電機(jī)94使反射鏡92繞支點(diǎn)93旋轉(zhuǎn)。特別地，反射鏡92可繞支點(diǎn)93旋轉(zhuǎn)至少120°，使得來自激光器80的光線可以響應(yīng)于信號(hào)RP1而被引導(dǎo)到光電陰極116的預(yù)定區(qū)域。
X射線源組件26、28、30設(shè)成發(fā)射X射線束，這些射線束穿過目標(biāo)對(duì)象并分別向X射線探測(cè)器陣列40、42、44傳播。由于X射線源組件26的結(jié)構(gòu)基本上和X射線源組件28及30的結(jié)構(gòu)相似，因此將只提供X射線源組件26的詳細(xì)解釋。
X射線源組件26包含外壁110、112，窗口114，光電陰極116，絕緣支架105、106，陽極118，窗口120，以及高壓源121。X射線源組件26還包含耦合到壁110、112以在其間形成真空腔的前壁和后壁(未示出)。窗口114被設(shè)置成接收來自發(fā)光組件20的光束，并被放置在組件26的端部113的外壁110和112之間。絕緣支架105、106分別被耦合到外壁110、112。絕緣支架105、106將光電陰極116與外壁110、112隔離，并將光電陰極116保持在其間。光電陰極116包含金屬層，該金屬層被設(shè)置成響應(yīng)于接收光束而發(fā)射電子束。特別地，可由下述材料中的一種或多種構(gòu)造光電陰極116金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鎂(Mg)、釔(Y)、鈣(Ca)、砷化銦鎵(InGaAs)、砷化鎵(GaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)、砷化鎵鋁(GaAlAs)、碲化鎘(CdTe2)、碲化銫(Cs2Te)、或銻化鈉鉀(Na2KSb)?；蛘撸捎珊薪?、銀、或銅的合金構(gòu)造光電陰極116。此外，光電陰極116的厚度可以為50至500微米。當(dāng)然，根據(jù)預(yù)期的工作特性，光電陰極116的厚度可小于50微米或大于500微米。陽極118被置于位于組件26的端部123的壁110、112之間。窗口120靠近壁110、112之間的陽極118放置，并允許從陽極118發(fā)射的X射線束由此從組件26出射。高壓源121被電耦合于陽極118和光電陰極116之間，并將從光電陰極116發(fā)射的電子束向陽極118加速。在備選實(shí)施例中，壁110、112可由基本上透明的材料例如玻璃構(gòu)造成，從而允許光束由此穿過以接觸面向陽極118的光電陰極116的一側(cè)。
參考圖2，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)52可操作地耦合到X射線探測(cè)器陣列40、42、44，計(jì)算機(jī)64，以及圖像重建器54。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)52對(duì)分別來自X射線探測(cè)器陣列40、42、44的信號(hào)D1、D2、D3進(jìn)行采樣，并將表示這些信號(hào)的采樣值傳送至圖像重建器54。
圖像重建器54被設(shè)成基于信號(hào)D1、D2、D3產(chǎn)生數(shù)字圖像。圖像重建器54可操作地耦合在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)52和計(jì)算機(jī)64之間。圖像重建器54將所產(chǎn)生的數(shù)字圖像發(fā)送到計(jì)算機(jī)64。
參考圖2，X射線控制器50被設(shè)成響應(yīng)于從計(jì)算機(jī)64接收到的控制信號(hào)而控制CT掃描器12。X射線控制器50可操作地耦合至發(fā)光組件20、22、24和計(jì)算機(jī)64。X射線控制器50產(chǎn)生控制信號(hào)L1、LAD1、LP1、RP1，這些信號(hào)被發(fā)光組件20接收以分別控制激光器80的工作、從光衰減裝置82出射的光束的功率水平、從透鏡組件84出射的光束的尺寸、以及反射鏡92的工作位置?；蛘?，X射線控制器50可產(chǎn)生模擬控制信號(hào)P1來代替信號(hào)LAD1，以控制從光衰減裝置82出射的光束的功率水平。X射線控制器50產(chǎn)生控制信號(hào)L2、LAD2、P2、LP2、RP2，這些信號(hào)被發(fā)光組件22接收，以用于基本上分別和信號(hào)L1、LAD1、P1、LP1、RP1相似的工作目的。此外，X射線控制器50產(chǎn)生控制信號(hào)L3、LAD3、P3、LP3、RP3，這些信號(hào)被發(fā)光組件24接收，以用于基本上分別和信號(hào)L1、LAD1、P1、LP1、RP1相似的工作目的。
計(jì)算機(jī)64可操作地耦合到X射線控制器50、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)52、圖像重建器54、外部存儲(chǔ)器58、鍵盤60、計(jì)算機(jī)顯示器62、以及平臺(tái)移動(dòng)控制器56。計(jì)算機(jī)64被設(shè)成產(chǎn)生引起平臺(tái)移動(dòng)控制器56移動(dòng)平臺(tái)14的第一控制信號(hào)。此外，計(jì)算機(jī)64產(chǎn)生引起X射線控制器50開始產(chǎn)生X射線束的第二控制信號(hào)。此外，計(jì)算機(jī)56從圖像重建器54接收所產(chǎn)生的數(shù)字圖像，并在顯示器62上顯示該圖像或?qū)⒃摂?shù)字圖像存儲(chǔ)于外部存儲(chǔ)器58或同時(shí)進(jìn)行該顯示和存儲(chǔ)操作。鍵盤60可操作地耦合到計(jì)算機(jī)64以允許用戶請(qǐng)求觀看特定的數(shù)字圖像。
參考圖7，將解釋CT掃描裝置12的一備選實(shí)施例。在該實(shí)施例中，用X射線源組件180替代圖1所示的X射線源組件26、28、30中的每一個(gè)。X射線源組件180從發(fā)光組件20接收一個(gè)或多個(gè)光束，并隨后響應(yīng)于所述光束發(fā)射一個(gè)或多個(gè)X射線束。
參考圖7至9，示出了X射線源組件180的截面視圖。X射線源組件180包含外壁182、184，窗口186，光電陰極188，絕緣支架170、172，陽極190，窗口192，以及高壓源193。X射線源組件180還包含耦合至壁182、184以在其間形成真空腔的前壁和后壁(未示出)。窗口186置于組件180端部185處的外壁182、184之間。絕緣支架170、172分別被耦合至外壁182、184。絕緣支架170、172將光電陰極188分別與外壁182、184隔離。光電陰極188包含基底194，并包含擴(kuò)展延伸穿過基底194的金屬區(qū)的二維陣列，其中該金屬區(qū)的一行包含金屬區(qū)196、198、200、202、204、206、208、210、212、214?；?94可由諸如例如玻璃的非金屬材料構(gòu)成。在備選實(shí)施例中，基底194可由諸如例如不銹鋼的金屬材料構(gòu)成?？捎上率霾牧现械囊环N或多種構(gòu)造這些金屬區(qū)金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鎂(Mg)、釔(Y)、鈣(Ca)、砷化銦鎵(InGaAs)、砷化鎵(GaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)、砷化鎵鋁(GaAlAs)、碲化鎘(CdTe2)、碲化銫(Cs2Te)、或銻化鈉鉀(Na2KSb)?；蛘撸捎珊薪?、銀、或銅的合金構(gòu)造這些金屬區(qū)。此外，這些金屬區(qū)的厚度可以為50至500微米。當(dāng)然，根據(jù)預(yù)期的工作特性，該金屬區(qū)域的厚度可小于50微米或大于500微米。由于這些金屬區(qū)的結(jié)構(gòu)基本上彼此相似，因此將只提供金屬區(qū)206的結(jié)構(gòu)的詳細(xì)解釋。金屬區(qū)206包含金屬構(gòu)件220和金屬構(gòu)件222。金屬構(gòu)件220置于延伸穿過基底194的開孔內(nèi)。金屬構(gòu)件220包含由此延伸穿過的錐形開孔224。金屬構(gòu)件222具有圓形的截面形狀，并被置于開孔226的一部分上。構(gòu)件222的面積為1至2平方厘米。錐形開孔226引起金屬構(gòu)件222響應(yīng)于接收到光束而發(fā)射基本上為圓柱形的電子束。錐形開孔226聚焦電子束以防止電子束發(fā)散。陽極190被置于組件180端部187處的壁182、184之間。窗口192被置于靠近陽極190的壁182、184之間并允許從陽極190發(fā)射的X射線束由此穿過而從組件180出射。高壓源193電耦合于陽極190和光電陰極188之間，并將從光電陰極188發(fā)射的電子束向陽極190加速。
在備選實(shí)施例中，X射線源組件180的壁182、184可由基本上透明的材料(例如玻璃)構(gòu)造成，從而允許光束由此穿過以接觸靠近陽極190的光電陰極188的一側(cè)。
在X射線源組件180工作期間，當(dāng)金屬區(qū)206接收光束230時(shí)，金屬區(qū)域206響應(yīng)于光束230向陽極190發(fā)射電子束251。之后，陽極190響應(yīng)于接收電子束251從陽極190上的區(qū)域238發(fā)射X射線束236。類似地，當(dāng)金屬區(qū)域204接收光束250時(shí)，金屬區(qū)204響應(yīng)于光束250而向陽極190發(fā)射電子束252。之后，陽極190響應(yīng)于接收電子束252而從陽極190上的區(qū)域258發(fā)射X射線束256。
參考圖10至12，現(xiàn)在將解釋用于改變電子束和X射線束的功率及位置的方法。特別地，將利用具有光源組件20、X射線源組件26、和X射線探測(cè)器陣列40的CT掃描裝置12解釋該方法。應(yīng)該理解，也可以對(duì)其它光源組件、X射線源組件、和X射線探測(cè)器陣列執(zhí)行該方法。此外，也可以采用具有X射線源組件180而非X射線源組件26的光源組件20實(shí)施該方法。
在步驟270，X射線控制器50引起激光器80持續(xù)預(yù)定量的時(shí)間發(fā)射光束96。
在步驟272，X射線控制器50引起光衰減裝置82衰減來自激光器80的光束96，使得光束96具有第一光強(qiáng)。
在步驟274，X射線控制器50引起透鏡組件84從光衰減裝置82接收光束96，以將光束96的尺寸調(diào)整成第一預(yù)定尺寸。
在步驟276，X射線控制器50引起電機(jī)94將反射鏡92旋轉(zhuǎn)到第一預(yù)定位置，以便將光束96反射向光電陰極116的區(qū)域122。
在步驟278，光電陰極116在區(qū)域122接收光束96，并將具有第一功率水平和第二預(yù)定尺寸的電子束126從光電陰極116的區(qū)域124發(fā)射向陽極118，其中區(qū)域124靠近區(qū)域122。
在步驟280，陽極118在陽極118的區(qū)域128中接收電子束126，并從陽極118的區(qū)域130發(fā)射具有第二功率水平和第三預(yù)定尺寸的X射線束132，其中區(qū)域130靠近區(qū)域128。
在步驟282，和陽極118相對(duì)的X射線探測(cè)器陣列40接收已經(jīng)被目標(biāo)對(duì)象27衰減的X射線束132，并將表示X射線束132的電信號(hào)發(fā)送到圖像重建器54，其中該圖像重建器基于這些信號(hào)產(chǎn)生目標(biāo)對(duì)象27的數(shù)字圖像。
在步驟284，X射線控制器50引起激光器80持續(xù)預(yù)定的時(shí)間量發(fā)射光束98。
在步驟286，X射線控制器50引起光衰減裝置82衰減來自激光器80的光束98，使得光束98具有第二光強(qiáng)，其中光束98的第二光強(qiáng)大于光束96的第一光強(qiáng)。
在步驟288，X射線控制器50引起透鏡組件84從光衰減裝置82接收光束98，以將光束98的尺寸調(diào)整成第四預(yù)定尺寸，其中該第四預(yù)定尺寸大于光束96的第一預(yù)定尺寸。
在步驟290，X射線控制器50引起電機(jī)94將反射鏡92旋轉(zhuǎn)到第二預(yù)定位置，以便將光束98反射向光電陰極116的區(qū)域140。
在步驟292，光電陰極116在區(qū)域140接收光束98，并將具有第三功率水平和第五預(yù)定尺寸的電子束144從光電陰極116的區(qū)域142發(fā)射向陽極118，其中電子束144的第三功率水平大于電子束126的第一功率水平，電子束144的第五預(yù)定尺寸大于電子束126的第二預(yù)定尺寸，區(qū)域142靠近區(qū)域140。
在步驟294，陽極118在陽極118的區(qū)域146中接收電子束144，并從陽極118的區(qū)域148發(fā)射具有第四功率水平和第六預(yù)定尺寸的X射線束150，其中X射線束150的第四功率水平大于X射線束132的第二功率水平，X射線束150的第六預(yù)定尺寸大于X射線束132的第三預(yù)定尺寸，區(qū)域148靠近區(qū)域146。
在步驟296，和陽極118相對(duì)的X射線探測(cè)器陣列40接收已經(jīng)被目標(biāo)對(duì)象27衰減的X射線束150，并將表示X射線束150的電信號(hào)發(fā)送到圖像重建器54，其中該圖像重建器基于這些信號(hào)產(chǎn)生目標(biāo)對(duì)象27的數(shù)字圖像。
應(yīng)該注意，在X射線源組件26的備選實(shí)施例中，發(fā)光組件20發(fā)射的光束通過外壁110內(nèi)的一個(gè)窗口(未示出)到達(dá)光電陰極116上，而不是發(fā)射穿過窗口114的光線。特別地，發(fā)光組件20將光束152發(fā)射至光電陰極116上。之后，光電陰極116向陽極118上的區(qū)域158發(fā)射電子束156。相應(yīng)于接收電子束156，陽極118向X射線探測(cè)器40發(fā)射X射線束161。
參考圖13，將解釋CT掃描裝置12的備選實(shí)施例。在該實(shí)施例中，可以用X射線控制器310替代X射線控制器50，可用激光二極管312、314、316、318、320、322、324、326、328、329替代發(fā)光組件20。類似地，可用靠近X射線源組件28、30放置的激光二極管替代發(fā)光組件22、24。
X射線控制器310電耦合至這些激光二極管，并產(chǎn)生控制信號(hào)LD1、LD2、LD3、LD4、LD5、LD6、LD7、LD8、LD9、LD10以控制激光二極管312、314、316、318、320、322、324、326、328、329分別何時(shí)向X射線源組件26的光電陰極116發(fā)射光束。X射線控制器310也產(chǎn)生用于引起激光二極管(未示出)向X射線源28發(fā)射光束的控制信號(hào)LD11至LD20以及用于引起激光二極管(未示出)向X射線源組件30發(fā)射光束的控制信號(hào)LD21-30。X射線控制器310確定開啟哪個(gè)激光二極管以及維持對(duì)這些激光二極管通電的預(yù)定時(shí)間間隔。
參考圖14，將解釋CT掃描裝置12的另一個(gè)備選實(shí)施例。在該實(shí)施例中，可以用X射線控制器360替代X射線控制器50，可用激光二極管362、364、366、368、370、372、374、376、378、380替代發(fā)光組件20，并用X射線源組件180替代X射線源組件。此外，可用激光二極管替代發(fā)光組件22、24，且可用X射線源組件180替代X射線源組件28、30。
X射線控制器360電耦合至這些激光二極管，并產(chǎn)生控制信號(hào)LD31、LD32、LD33、LD34、LD35、LD36、LD37、LD38、LD39、LD40以控制激光二極管362、364、366、368、370、372、374、376、378、380分別何時(shí)向X射線源組件180的光電陰極188發(fā)射光束。X射線控制器360也產(chǎn)生用于引起激光二極管(未示出)向另一個(gè)X射線源組件28發(fā)射光束的控制信號(hào)LD41至LD50，以及用于引起激光二極管(未示出)向又一個(gè)X射線源組件發(fā)射光束的控制信號(hào)LD51至LD60。X射線控制器360確定開啟哪個(gè)激光二極管以及維持對(duì)這些激光二極管通電的預(yù)定時(shí)間間隔。每個(gè)激光二極管362至380被靠近光電陰極188的相應(yīng)金屬區(qū)放置，從而向該金屬區(qū)發(fā)射光束。
例如在工作期間，X射線控制器360引起激光二極管370向光電陰極188的金屬區(qū)204產(chǎn)生光束390。相應(yīng)地，光電陰極188向陽極190發(fā)射電子束392，該電子束引起陽極190發(fā)射X射線束394。類似地，X射線控制器360引起激光二極管366向光電陰極188的一個(gè)金屬區(qū)產(chǎn)生光束396。相應(yīng)地，光電陰極188向陽極190發(fā)射電子束398，該電子束引起陽極190發(fā)射X射線束400。
參考圖15至16，現(xiàn)在將解釋使用圖13所示CT掃描裝置，改變電子束和X射線束的功率及位置的方法。應(yīng)該注意，也可以使用圖14所示的CT掃描裝置執(zhí)行該方法。
在步驟420，X射線控制器310引起激光二極管322持續(xù)預(yù)定的時(shí)間量向光電陰極116的區(qū)域331發(fā)射具有第一強(qiáng)度水平的光束330。
在步驟422，光電陰極116在光電陰極116的區(qū)域331接收光束330，并從光電陰極116的區(qū)域332向陽極118發(fā)射具有第一功率水平的電子束334，其中區(qū)域332靠近區(qū)域331。
在步驟424，陽極118在陽極118的區(qū)域336接收電子束334，并從陽極118的區(qū)域337發(fā)射具有第二功率水平的X射線束339，其中區(qū)域337靠近區(qū)域336。
在步驟426，和陽極118相對(duì)的X射線探測(cè)器陣列40接收已經(jīng)被目標(biāo)對(duì)象27衰減的X射線束339，并將表示X射線束339的電信號(hào)發(fā)送到圖像重建器54，其中該圖像重建器基于這些信號(hào)產(chǎn)生目標(biāo)對(duì)象27的數(shù)字圖像。
在步驟428，X射線控制器310引起激光器320持續(xù)預(yù)定的時(shí)間量向光電陰極116的區(qū)域341發(fā)射具有第二強(qiáng)度水平的光束340，其中光束340的第二強(qiáng)度水平大于光束330的第一強(qiáng)度水平。
在步驟430，光電陰極116在光電陰極116的區(qū)域341接收光束340，并從光電陰極116的區(qū)域342向陽極118發(fā)射具有第三功率水平的電子束343，其中電子束343的第三功率水平大于電子束334的第一功率水平，區(qū)域342靠近區(qū)域341。
在步驟432，陽極118在陽極118的區(qū)域345接收電子束343，并從陽極118的區(qū)域346發(fā)射具有第四功率水平的X射線束348，其中電子束343的第四功率水平大于電子束334的第二功率水平，區(qū)域346靠近區(qū)域345。
在步驟434，和陽極118相對(duì)的X射線探測(cè)器陣列40接收已經(jīng)被目標(biāo)對(duì)象27衰減的X射線束348，并將表示X射線束348的電信號(hào)發(fā)送到圖像重建器54，其中該圖像重建器基于這些信號(hào)產(chǎn)生目標(biāo)對(duì)象27的數(shù)字圖像。
參考圖17至18，現(xiàn)在將解釋使用圖13所示CT掃描裝置，改變X射線束尺寸的方法。應(yīng)該注意，也可以使用圖14所示的CT掃描裝置執(zhí)行該方法。
在步驟450，X射線控制器310引起激光二極管322持續(xù)預(yù)定的時(shí)間量向光電陰極116的區(qū)域331發(fā)射光束330。
在步驟452，光電陰極116在光電陰極116的區(qū)域331接收光束330，并從光電陰極116的區(qū)域332向陽極118發(fā)射具有第一預(yù)定尺寸的電子束334，其中區(qū)域332靠近區(qū)域331。
在步驟454，陽極118在陽極118的區(qū)域336接收電子束334，并從陽極118的區(qū)域337發(fā)射具有第二預(yù)定尺寸的X射線束339，其中區(qū)域337靠近區(qū)域336。
在步驟456，和陽極118相對(duì)的X射線探測(cè)器陣列40接收已經(jīng)被目標(biāo)對(duì)象27衰減的X射線束339，并將表示X射線束339的電信號(hào)發(fā)送到圖像重建器54，該圖像重建器基于這些信號(hào)產(chǎn)生目標(biāo)對(duì)象27的數(shù)字圖像。
在步驟458，X射線控制器310引起激光器322、320持續(xù)預(yù)定的時(shí)間量分別向光電陰極116的區(qū)域331、341發(fā)射光束330、340。
在步驟460，光電陰極116分別在光電陰極116的區(qū)域331、341接收光束330、340，并從包含光電陰極116的區(qū)域332、342的區(qū)域向陽極118發(fā)射具有第三預(yù)定尺寸，包含電子束334、343的第二電子束，其中電子束334、343的第三預(yù)定尺寸大于電子束334的第一預(yù)定尺寸，包含區(qū)域332、342的區(qū)域靠近區(qū)域331、341。
在步驟462，陽極118在陽極118的第六區(qū)域接收第二電子束，并從陽極118的第七區(qū)域發(fā)射具有第四預(yù)定尺寸的、包括X射線束339、348的第二X射線束，該第二X射線束的第四預(yù)定尺寸大于X射線束339的第二預(yù)定尺寸，該第七區(qū)域靠近該第六區(qū)域。
在步驟464，和陽極118相對(duì)的X射線探測(cè)器陣列40接收已經(jīng)被目標(biāo)對(duì)象27衰減的第二X射線束，并將表示該第二X射線束的電信號(hào)發(fā)送到圖像重建器54，該圖像重建器基于這些信號(hào)產(chǎn)生目標(biāo)對(duì)象27的數(shù)字圖像。
用于產(chǎn)生電子束和X射線束的該系統(tǒng)和方法和其它系統(tǒng)和方法相比有重大的優(yōu)勢(shì)。特別地，該系統(tǒng)提供了改變電子束以及因此改變X射線束的位置的技術(shù)效果，而無需使電子發(fā)射器裝置繞軸旋轉(zhuǎn)。
盡管參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不離開本發(fā)明范圍的情況下，可進(jìn)行各種改變并對(duì)其元件進(jìn)行等效替換。此外，可在不離開本發(fā)明范圍的情況對(duì)其示范進(jìn)行許多調(diào)整，使適用于特殊情況。因此，本發(fā)明不應(yīng)受限于所公開的用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明包含落在預(yù)期權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。此外，使用術(shù)語第一、第二等并不表示其重要性的順序，相反，術(shù)語第一、第二等用于區(qū)別各個(gè)元件。此外，使用術(shù)語一、一個(gè)等并不表示對(duì)數(shù)量的限制，而是表示存在至少一個(gè)所提及的項(xiàng)目。
附圖標(biāo)記CT成像系統(tǒng)10CT掃描裝置12平臺(tái)14發(fā)光組件20、22、24
X射線源組件26、28、30對(duì)象27X射線探測(cè)器陣列40、42、44X射線控制器50數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)52圖像重建裝置54平臺(tái)移動(dòng)控制器56外部存儲(chǔ)器58鍵盤60顯示器62計(jì)算機(jī)64激光器80光衰減裝置82透鏡組件84發(fā)散透鏡86會(huì)聚透鏡88線性致動(dòng)器90反射鏡92支點(diǎn)93電機(jī)94光束96絕緣支架105、106外壁110、112端部113窗114光電陰極116陽極118窗120高壓源121區(qū)域122端部123區(qū)域124
電子束126區(qū)域128區(qū)域130X射線束132區(qū)域140區(qū)域142電子束144區(qū)域146區(qū)域148X射線束150光束152電子束156區(qū)域158X射線束161絕緣支架170、172X射線源組件180外壁182、184端部185窗186端部187光電陰極188陽極190窗192高壓源193基底194金屬區(qū)196、198、200、202、204、206、208、210、212、214金屬構(gòu)件220金屬構(gòu)件222開孔224錐形開孔226光束230X射線束236
區(qū)域238光束250電子束251電子束252X射線束256區(qū)域258X射線控制器310激光二極管312、314、316、318、320、322、324、326、328、329控制信號(hào)LD1、LD2、LD3、LD4、LD5、LD6、LD7、LD8、LD9、LD10光束330區(qū)域331區(qū)域332電子束334區(qū)域336區(qū)域337X射線束339光束340區(qū)域341區(qū)域342電子束343區(qū)域345區(qū)域346X射線束348X射線控制器360激光二極管362、364、366、368、370、372、374、376、378、380控制信號(hào)LD31、LD32、LD33、LD 34、LD 35、LD36、LD37、LD38、LD39、LD40光束390電子束392X射線束394光束396X射線束400
控制信號(hào)L1數(shù)字信號(hào)LAD1模擬信號(hào)P1控制信號(hào)RP1。
權(quán)利要求
1.一種電子發(fā)射器組件，包含激光器(80)，被設(shè)置成發(fā)射第一光束(96)和第二光束(98)；反射鏡(92)，被設(shè)置成移動(dòng)到第一工作位置以將第一光束(96)反射到光電陰極(116)的第一區(qū)域(122)，反射鏡(92)還被設(shè)置成移動(dòng)到第二工作位置以將第二光束(98)反射到光電陰極(116)的第二區(qū)域(140)；光電陰極(116)，被設(shè)置成當(dāng)?shù)谝还馐?96)接觸第一區(qū)域(122)時(shí)發(fā)射第一電子束(126)，且當(dāng)?shù)诙馐?98)接觸第二區(qū)域(140)時(shí)發(fā)射第二電子束(144)；以及陽極(118)，被設(shè)置成從光電陰極(116)接收第一和第二電子束(126、144)。
2.權(quán)利要求1的電子發(fā)射器組件，其中陽極(118)被設(shè)置成響應(yīng)于接收第一電子束(126)從陽極(118)上的第三區(qū)域(130)發(fā)射第一X射線束(132)，陽極(118)還被設(shè)置成響應(yīng)于接收第二電子束(144)從陽極(118)上的第四區(qū)域(148)發(fā)射第二X射線束(150)。
3.權(quán)利要求1的電子發(fā)射器組件，其中激光器(80)在發(fā)射第一光束(96)之后發(fā)射第二光束(98)。
4.權(quán)利要求1的電子發(fā)射器組件，其中光電陰極(116)是由銅、銀、金、鎂、釔、鈣、砷化銦鎵、砷化鎵、磷砷化鎵、砷化鎵鋁、碲化鎘、碲化銫、或銻化鈉鉀中的一種或多種構(gòu)成的層。
5.權(quán)利要求1的電子發(fā)射器組件，其中光電陰極(116)包含基底和第一、第二、第三和第四金屬構(gòu)件，該基底具有延伸穿過該基底的第一和第二開孔，第一和第二金屬構(gòu)件分別被置于該第一和第二開孔內(nèi)，該第一和第二金屬構(gòu)件具有分別延伸穿過它們的第三和第四開孔，該第三和第四金屬構(gòu)件分別被置于該第三和第四開孔內(nèi)，該第三和第四金屬構(gòu)件分別被置于光電陰極(116)的第一和第二區(qū)域內(nèi)，當(dāng)?shù)谝还馐佑|該第三金屬構(gòu)件時(shí)該第三金屬構(gòu)件發(fā)射第一電子束，當(dāng)?shù)诙馐佑|該第四金屬構(gòu)件時(shí)該第四金屬構(gòu)件發(fā)射第二電子束。
6.權(quán)利要求5的電子發(fā)射器組件，其中該第三和第四金屬構(gòu)件由銅、銀、或金，或者含有銅、銀、或金的合金構(gòu)成。
7.權(quán)利要求5的電子發(fā)射器組件，其中該第三和第四金屬構(gòu)件通常都是圓形。
8.一種電子發(fā)射器組件，包含第一和第二激光二極管(322、320)，被設(shè)置成分別向光電陰極(116)的第一和第二區(qū)域(331、341)發(fā)射第一和第二光束(330、340)；光電陰極(116)，被設(shè)置成當(dāng)?shù)谝还馐?330)接觸第一區(qū)域(331)時(shí)發(fā)射第一電子束(334)，且當(dāng)?shù)诙馐?340)接觸第二區(qū)域(341)時(shí)發(fā)射第二電子束(343)；以及陽極(118)，被設(shè)置成從光電陰極(116)接收第一和第二電子束(334、343)。
9.一種用于產(chǎn)生電子束的方法，包含向光電陰極(116)的第一區(qū)域(331)發(fā)射第一光束(330)；響應(yīng)于光電陰極(116)接收該第一光束(330)而從光電陰極(116)向陽極(118)發(fā)射第一電子束(334)；向光電陰極(116)的第二區(qū)域(341)發(fā)射第二光束(340)；以及響應(yīng)于光電陰極(116)接收該第二光束(340)而從光電陰極(116)向陽極(118)發(fā)射第二電子束(343)。
10.權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包含響應(yīng)于陽極(118)接收該第一電子束(334)而從陽極(118)的第三區(qū)域(337)發(fā)射第一X射線束(339)；以及響應(yīng)于陽極(118)接收該第二電子束(343)而從陽極(118)的第四區(qū)域(346)發(fā)射第二X射線束(348)。
全文摘要
提供了用于產(chǎn)生電子束的電子發(fā)射器組件和方法。該電子發(fā)射器組件包含被設(shè)置成發(fā)射第一光束(96)和第二光束(98)的激光器(80)。該電子發(fā)射器組件還包含被設(shè)置成移動(dòng)到第一工作位置以將第一光束(96)反射到光電陰極(116)第一區(qū)域(122)的反射鏡(92)。反射鏡(92)還被設(shè)置成移動(dòng)到第二工作位置以將第二光束(98)反射到光電陰極(116)的第二區(qū)域(140)。光電陰極(116)被設(shè)置成當(dāng)?shù)谝还馐?96)接觸第一區(qū)域(122)時(shí)發(fā)射第一電子束(126)，當(dāng)?shù)诙馐?98)接觸第二區(qū)域(140)時(shí)發(fā)射第二電子束(144)。該電子發(fā)射器組件還包含被設(shè)置成從光電陰極(116)接收該第一和第二電子束(126、144)的陽極(118)。
文檔編號(hào)G01N23/00GK1788682SQ20051012010
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月2日
發(fā)明者B·M·敦哈姆, J·S·普賴斯, C·R·威爾遜 申請(qǐng)人:通用電氣公司