專利名稱：用于操作電子束系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例大體上涉及診斷成像，并且更具體地涉及用于在寬動(dòng)態(tài)發(fā)射范圍中操作電子束系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)在例如臨床診斷、工業(yè)檢查和安全篩選等領(lǐng)域中發(fā)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用。已經(jīng)開(kāi)發(fā)若干CT系統(tǒng)例如用于檢測(cè)乳癌、診斷心血管疾病、進(jìn)行CT熒光透視和機(jī)場(chǎng)行李檢查。CT系統(tǒng)需要來(lái)自寬觀察角范圍的大量投影圖像用于高質(zhì)量圖像重建。另外， 這些CT系統(tǒng)還可能必須控制X射線的電子束強(qiáng)度用于減少患者劑量同時(shí)仍然獲得期望的圖像質(zhì)量。為此，常規(guī)CT系統(tǒng)采用例如X射線管等裝置，其具有用于電子束發(fā)射控制的受控?zé)艚z加熱。然而，常規(guī)的燈絲加熱是大約幾十毫秒的緩慢過(guò)程，從而阻止它在其中例如大約幾十微秒等更快的電子束發(fā)射控制是可取的應(yīng)用中的使用。這些X射線管可進(jìn)一步包括例如靜電網(wǎng)格和/或磁性組件等控制工具來(lái)控制電子束電流。然而，在這樣的X射線管中的電子束電流中的快速變化阻止電子束在靶對(duì)象上的適當(dāng)定位和聚焦。特別地，電子束電流從電子束強(qiáng)度的百分之0至百分之100的調(diào)制由于空間電荷力中的變化引起電子互相間的排斥。該空間電荷力中的這些變化進(jìn)一步影響該X射線管中的電子束的電磁聚焦和偏轉(zhuǎn)， 從而影響焦斑大小。特別地，當(dāng)用例如大約10毫安培(mA)等低電子束電流和140千伏特(kV)操作X 射線管時(shí)，電磁力的強(qiáng)烈影響將電子束過(guò)度聚焦以在電子束軌跡中形成收縮“腰”。在成像期間將電子束中的該窄化效應(yīng)反轉(zhuǎn)是富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。該窄化效應(yīng)妨礙X射線管精確控制以低電子束電流的電子束在靶位點(diǎn)的定位和聚焦的能力，從而有礙成像系統(tǒng)性能。開(kāi)發(fā)使X射線管的電子束系統(tǒng)能夠在寬動(dòng)態(tài)發(fā)射范圍中操作的有效方法和系統(tǒng)是可取的。特別地，需要有基于成像要求控制電子束強(qiáng)度來(lái)準(zhǔn)確地將電子束定位在靶位點(diǎn)的電子束系統(tǒng)。此外，開(kāi)發(fā)控制電子束的聚焦和位置來(lái)獲得魯棒的成像系統(tǒng)性能同時(shí)保持圖像質(zhì)量和X射線源的耐久性的方法和系統(tǒng)，這也是可取的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本技術(shù)的方面，呈現(xiàn)用于操作電子束系統(tǒng)的方法。該方法包括在成像系統(tǒng)中的X射線管中產(chǎn)生電子束。另外，識(shí)別對(duì)應(yīng)于該成像系統(tǒng)的特定視圖的電流配置。如果該識(shí)別的電流配置在確定的范圍內(nèi)，使用脈沖寬度調(diào)制來(lái)調(diào)制對(duì)于該成像系統(tǒng)的特定視圖的電子束的占空因數(shù)。此外，該調(diào)制的電子束朝靶聚焦。根據(jù)本系統(tǒng)的方面，描述電子束系統(tǒng)。該電子束系統(tǒng)包括產(chǎn)生電子束的發(fā)射器，以及關(guān)于該發(fā)射器維持在正偏置電壓或負(fù)偏置電壓的至少一個(gè)電極，其中該電極控制該電子束的強(qiáng)度。此外，該電子束系統(tǒng)包括耦合于該至少一個(gè)電極的控制單元。特別地，該控制單元識(shí)別對(duì)應(yīng)于X射線管的特定視圖的電流配置。當(dāng)該識(shí)別的電流配置在確定的范圍內(nèi)時(shí)，該控制單元然后使用脈沖寬度調(diào)制來(lái)調(diào)制對(duì)于X射線管的特定視圖的電子束的占空因數(shù)。根據(jù)本系統(tǒng)的另一個(gè)方面，呈現(xiàn)X射線管。該X射線管包括電子束系統(tǒng)。該電子束系統(tǒng)進(jìn)一步包括產(chǎn)生電子束的發(fā)射器，以及關(guān)于該發(fā)射器維持在正偏置電壓或負(fù)偏置電壓的至少一個(gè)電極，其中該電極控制該電子束的強(qiáng)度。此外，該X射線管包括耦合于該至少一個(gè)電極的控制單元。特別地，該控制單元識(shí)別對(duì)應(yīng)于該X射線管的特定視圖的電流配置。 當(dāng)該識(shí)別的電流配置在確定的范圍內(nèi)時(shí)，該控制單元然后使用脈沖寬度調(diào)制來(lái)調(diào)制對(duì)于該 X射線管的特定視圖的電子束的占空因數(shù)。該X射線管還包括當(dāng)由電子束撞擊時(shí)產(chǎn)生X射線的靶。根據(jù)本系統(tǒng)的再另一個(gè)方面，描述計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)。該計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)包括機(jī)架和X射線管，該X射線管包括電子束系統(tǒng)。該電子束系統(tǒng)進(jìn)一步包括產(chǎn)生電子束的發(fā)射器，以及關(guān)于該發(fā)射器維持在正偏置電壓或負(fù)偏置電壓的至少一個(gè)電極，其中該電極控制該電子束的強(qiáng)度。此外，該X射線管包括耦合于該至少一個(gè)電極的控制單元和引出電極。特別地，該控制單元識(shí)別對(duì)應(yīng)于該X射線管的特定視圖的電流配置。當(dāng)該識(shí)別的電流配置在確定的范圍內(nèi)時(shí)，該控制單元然后使用脈沖寬度調(diào)制來(lái)調(diào)制對(duì)于該X射線管的特定視圖的電子束的占空因數(shù)。該X射線管還包括當(dāng)由電子束撞擊時(shí)產(chǎn)生X射線的靶。該計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于檢測(cè)來(lái)自對(duì)象的衰減電子束的一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器元件。


當(dāng)下列詳細(xì)描述參照附圖(其中類似的符號(hào)在整個(gè)附圖中代表類似的部件)閱讀時(shí)，本技術(shù)的這些和其他的特征、方面和優(yōu)勢(shì)將變得更好理解，其中圖1是CT系統(tǒng)的繪畫(huà)視圖；圖2是成像系統(tǒng)的框示意圖；圖3是根據(jù)本系統(tǒng)的方面的示范性X射線管的圖示；圖4是根據(jù)本技術(shù)的方面的用于調(diào)制電子束的占空因數(shù)的示范性波形的圖形表示；圖5是在圖3中圖示的束控制單元的示范性部件的圖示；圖6是根據(jù)本技術(shù)的方面描繪用于操作電子束系統(tǒng)的示范性方法的流程圖；圖7是根據(jù)本技術(shù)的方面的采用不同電流配置的電子束系統(tǒng)的示范性操作模式的圖形表示。
具體實(shí)施例方式下列描述呈現(xiàn)用于操作例如電子注入器等電子束系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。特別地，本文說(shuō)明的某些實(shí)施例描述用于在寬動(dòng)態(tài)發(fā)射范圍中有效地操作具有可接受的焦斑質(zhì)量的該電子注入器的系統(tǒng)和方法。盡管下列描述僅包括少數(shù)實(shí)施例，該電子束系統(tǒng)可在各種其他成像系統(tǒng)和應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)來(lái)獲得高圖像質(zhì)量和優(yōu)化的劑量控制。通過(guò)示例，該電子束系統(tǒng)可在使用維納爾(Wehlnet)圓柱或場(chǎng)電子發(fā)射器的CT系統(tǒng)、X射線系統(tǒng)和電子槍組件中使用。適合實(shí)施本系統(tǒng)的各種實(shí)現(xiàn)的示范性環(huán)境在下列章節(jié)中參照?qǐng)D1-2描述。圖1圖示用于采集和處理圖像數(shù)據(jù)的示范性CT系統(tǒng)100。在一個(gè)實(shí)施例中，該CT 系統(tǒng)100包括機(jī)架102。該機(jī)架102進(jìn)一步包括至少一個(gè)X射線輻射源104，其將X射線輻射106的束朝安置在該機(jī)架102的對(duì)邊上的檢測(cè)器陣列108投射。盡管圖1描繪單個(gè)X射線輻射源104，在某些實(shí)施例中可采用多個(gè)輻射源來(lái)投射多個(gè)X射線束用于從不同的視角采集圖像數(shù)據(jù)。此外，圖2圖示根據(jù)本技術(shù)的方面的與圖1的CT系統(tǒng)100相似的成像系統(tǒng)200，其用于采集和處理圖像數(shù)據(jù)。然而，該成像系統(tǒng)200可在一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)和功能方面不同于 CT系統(tǒng)100。通過(guò)示例，該成像系統(tǒng)200的檢測(cè)器陣列108可進(jìn)一步包括多個(gè)檢測(cè)器元件 202，其一起感測(cè)通過(guò)例如醫(yī)療患者或行李等對(duì)象204的投射X射線束來(lái)采集對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)。典型地，在掃描來(lái)采集投影數(shù)據(jù)期間，機(jī)架102和安裝在其上的部件繞旋轉(zhuǎn)中心 206旋轉(zhuǎn)。然而，在其中關(guān)于對(duì)象204的投影角作為時(shí)間的函數(shù)變化的某些實(shí)施例中，安裝的部件可沿一般曲線而非沿圓環(huán)段移動(dòng)。因此，機(jī)架102的旋轉(zhuǎn)和X射線輻射源104的操作可由成像系統(tǒng)200的控制機(jī)構(gòu)208控制來(lái)從X射線輻射源104的期望視角采集投影數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，該控制機(jī)構(gòu)208可包括向X射線輻射源104提供電力和時(shí)序信號(hào)的 X射線控制器210以及控制機(jī)架102的旋轉(zhuǎn)速度和位置的機(jī)架馬達(dá)控制器212。該控制機(jī)構(gòu)208還可包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAQ 214，用于從檢測(cè)器元件202對(duì)模擬數(shù)據(jù)采樣并且將該模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)供隨后處理。由DAS 214采樣并且數(shù)字化的數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算裝置216。該計(jì)算裝置216可將該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置218中，例如軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、壓縮盤(pán)讀/寫(xiě)(⑶-R/W)驅(qū)動(dòng)器或數(shù)字多功能盤(pán)(DVD)驅(qū)動(dòng)器等。備選地，圖像重建器2 可從DAS 214接收采樣并且數(shù)字化的X射線數(shù)據(jù)并且進(jìn)行高速重建。該計(jì)算裝置216可進(jìn)一步處理該重建的圖像和/或?qū)⒃撝亟ǖ膱D像存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置218中。此外，顯示器220可通信耦合于計(jì)算裝置216來(lái)允許操作員觀察對(duì)象圖像和相關(guān)數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算裝置216可經(jīng)由控制臺(tái)222從該操作員接收命令和掃描參數(shù)， 該控制臺(tái)222可包括鍵盤(pán)(沒(méi)有示出)。計(jì)算裝置216使用操作員供應(yīng)的和/或系統(tǒng)限定的命令和參數(shù)來(lái)提供控制信號(hào)和信息給DAS 214、X射線控制器210和機(jī)架馬達(dá)控制器212 中的一個(gè)或多個(gè)。另外，計(jì)算裝置216還可操作傳送機(jī)系統(tǒng)控制器或臺(tái)架馬達(dá)控制器224， 其進(jìn)而控制傳送機(jī)系統(tǒng)或機(jī)動(dòng)化的臺(tái)架226。該臺(tái)架馬達(dá)控制器2M可移動(dòng)該臺(tái)架2 用于在機(jī)架102中適當(dāng)?shù)匕仓美缁颊叩葘?duì)象204來(lái)采集對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)。用于將對(duì)象204成像的X射線輻射源104典型地是X射線管，其包括至少一個(gè)陰極和陽(yáng)極。當(dāng)前，X射線管包括電子源來(lái)產(chǎn)生電子束，其撞擊該陽(yáng)極來(lái)產(chǎn)生X射線。這些電子源通過(guò)改變X射線燈絲的電流配置并且因此改變?cè)摕艚z的發(fā)射溫度來(lái)控制電子束電流的大小。然而，這些X射線源未能基于掃描要求在逐視圖的基礎(chǔ)上有效地控制電子束強(qiáng)度和焦斑大小，從而限制了成像選項(xiàng)。如本文使用的，術(shù)語(yǔ)“視圖”指在特定機(jī)架角度采集的投影圖像或在投影X射線圖像中的幀。此外，根據(jù)本技術(shù)的方面，X射線輻射源104可對(duì)應(yīng)于X射線管，其為改進(jìn)的X射線圖像提供微秒電流控制和寬的可聚焦發(fā)射范圍。實(shí)現(xiàn)用于以最佳輻射劑量產(chǎn)生具有期望大小和質(zhì)量的焦斑的微秒電流控制的示范性X射線管參照?qǐng)D3 更詳細(xì)地描述。圖3根據(jù)本技術(shù)的方面圖示示范性X射線管300。該X射線管300可在例如圖2 中圖示的成像系統(tǒng)200等成像系統(tǒng)中用作輻射源。在一個(gè)實(shí)施例中，該X射線管300包括設(shè)置在真空壁304內(nèi)的注入器302。該X射線管300還包括充當(dāng)固定或旋轉(zhuǎn)X射線靶(靶 306)的陽(yáng)極306。該靶306連同該注入器302設(shè)置在管外殼308內(nèi)。根據(jù)本技術(shù)的方面， 該注入器302可進(jìn)一步包括封閉在注入器壁310內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)部件。通過(guò)示例，該一個(gè)或多個(gè)部件可包括采用發(fā)射器312的形式的至少一個(gè)陰極用于發(fā)射電子束314。特別地，該發(fā)射器312可包括平發(fā)射面、彎曲發(fā)射面或任何其他形狀合適的發(fā)射面用于根據(jù)成像要求發(fā)射該電子束314。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射器312通過(guò)使用耦合于發(fā)射器312的電壓源316使大電流通過(guò)發(fā)射器312而被直接加熱。該大電流加熱發(fā)射器312，從而引起電子束314的發(fā)射。備選地，發(fā)射器312可使用當(dāng)受到適當(dāng)?shù)募訜釛l件時(shí)產(chǎn)生電子的熱離子電子源318而被間接加熱。為此，該熱離子電子源318可包括具有高熔點(diǎn)、在高溫下穩(wěn)定的電子發(fā)射、低功函數(shù)或其組合的材料。因此，該熱離子電子源318可通過(guò)使用例如燈絲引線或該電壓源 316使電流通過(guò)該熱離子電子源318和/或在該熱離子電子源318兩端施加電壓而被加熱。 被加熱的熱離子電子源318然后產(chǎn)生一般可稱為加熱電子束320的電子。發(fā)射器312當(dāng)由該加熱電子束320撞擊時(shí)產(chǎn)生電子束314。由發(fā)射器312產(chǎn)生的電子束314使用聚焦電極3 朝靶306聚焦來(lái)產(chǎn)生X射線 322。該聚焦電極3M維持在合適的電勢(shì)(例如在關(guān)于發(fā)射器312的負(fù)電勢(shì))來(lái)將電子束 314遠(yuǎn)離該聚焦電極3M并且朝靶306聚焦。備選地，該聚焦電極3M可維持在等于或與發(fā)射器312的電壓電勢(shì)大致上相似的電壓電勢(shì)用于產(chǎn)生平行電子束。此外，注入器302還可包括至少一個(gè)引出電極3 用于控制電子束314和/或?qū)㈦娮邮?14朝靶306聚焦。為此，X射線管300可包括偏置電壓電力供應(yīng)328，其供應(yīng)合適的電壓用于將該引出電極3 維持在關(guān)于發(fā)射器312的正偏置電壓或負(fù)偏置電壓。在某些實(shí)施例中，該引出電極3 可進(jìn)一步分成具有不同電壓電勢(shì)的多個(gè)區(qū)域來(lái)進(jìn)行電子束314 從發(fā)射器312的不同區(qū)域的聚焦和/或偏置發(fā)射。根據(jù)本技術(shù)的方面，引出電極3 和/或聚焦電極3M可用于控制X射線管300 中的電子束電流。為此，引出電極3 可偏置在關(guān)于聚焦電極324的正電壓，從而在引出電極3 和聚焦電極3 之間形成電勢(shì)差。引出電極3 和聚焦電極3 之間的電勢(shì)差產(chǎn)生電場(chǎng)330，可用來(lái)控制電子束314的強(qiáng)度。特別地，電場(chǎng)330引起從發(fā)射器312發(fā)射的電子朝靶306加速。在一個(gè)實(shí)施例中， 電場(chǎng)330越強(qiáng)，電子從發(fā)射器312朝靶306的加速度越大。備選地，電場(chǎng)330越弱，電子從發(fā)射器312朝靶306的加速度越小。因此，可例如通過(guò)使用耦合于偏置電壓電力供應(yīng)328 的電壓調(diào)整片(沒(méi)有示出)改變引出電極326的電壓電勢(shì)(kV)來(lái)調(diào)節(jié)電場(chǎng)330的強(qiáng)度以控制電子束強(qiáng)度。 此外，在某些實(shí)施例中，設(shè)置在注入器302和靶306之間的磁性組件332可提供電子束314的另外控制。特別地，該磁性組件332可包括一個(gè)或多個(gè)多極磁體，其通過(guò)在X射線靶306上形成使電子束314成形的磁場(chǎng)而影響電子束314的聚焦。通過(guò)示例，該一個(gè)或多個(gè)多極磁體可包括一個(gè)或多個(gè)四極磁體、一個(gè)或多個(gè)雙極磁體或其的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，該一個(gè)或多個(gè)多極磁體產(chǎn)生用于作為電子束314的能量水平的函數(shù)將電子束314朝靶306偏轉(zhuǎn)和/或定位的磁場(chǎng)。從而產(chǎn)生的該磁場(chǎng)可進(jìn)一步從由注入器302產(chǎn)生的寬焦斑大小范圍的穩(wěn)態(tài)到亞30微秒時(shí)標(biāo)是可控的。
當(dāng)在例如CT系統(tǒng)等成像裝置中采用注入器302時(shí)，必須快速修改電子束電流(典型地大約幾十微秒)來(lái)優(yōu)化圖像質(zhì)量和到患者的劑量。然而，如之前注意到的，電子束電流和電壓中的快速變化可引起注入器302中的電磁聚焦和空間電荷效應(yīng)中的快速變化(尤其當(dāng)在確定的電流值范圍內(nèi)操作時(shí))。通過(guò)示例，該確定范圍可對(duì)應(yīng)于在大約SOkV從大約 IOmA至大約1500mA的電流值。當(dāng)以落入該確定范圍內(nèi)的低電子束電流(例如大約IOmA 等)操作注入器302時(shí)，由磁性組件332和電場(chǎng)330產(chǎn)生的電磁力可影響電子束314的定位和焦斑大小以及質(zhì)量。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，脈沖寬度調(diào)制(PWM)用于調(diào)制電子束314的占空因數(shù)以避免電磁力對(duì)處于低電流的電子束314的定位和聚焦的任何擾亂影響。如本文使用的，術(shù)語(yǔ) “占空因數(shù)”指電子束“on”時(shí)間對(duì)特定視圖時(shí)間的比率。典型地，CT系統(tǒng)中的檢測(cè)器采用積分信號(hào)模式操作，使得X射線信號(hào)的輸出與在特定視圖時(shí)間上的X射線積分成比例。通過(guò)示例，X射線管300的每個(gè)視圖時(shí)間可對(duì)應(yīng)于大約20微秒至大約500微秒。此外，一系列脈沖可通過(guò)在該特定視圖時(shí)間期間快速切換 (switching)電子束強(qiáng)度來(lái)產(chǎn)生。在該特定視圖時(shí)間內(nèi)積分的X射線信號(hào)因此與在該特定視圖時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的該系列脈沖的占空因數(shù)和峰值X射線信號(hào)成比例。在目前預(yù)想的配置中，在X射線管300的特定視圖內(nèi)產(chǎn)生的該系列脈沖的占空因數(shù)被適應(yīng)性改變以便對(duì)于X 射線管300的特定視圖至少產(chǎn)生確定的X射線通量。特別地，在一個(gè)實(shí)施例中，注入器302 采用PWM來(lái)改變X射線管300的特定視圖內(nèi)產(chǎn)生的該系列脈沖的占空因數(shù)。可由注入器 302采用來(lái)調(diào)制電子束314的占空因數(shù)的示范性PWM方案在圖4中圖示。圖4圖示根據(jù)本技術(shù)的方面的對(duì)應(yīng)于例如圖2的CT系統(tǒng)200等成像系統(tǒng)的特定視圖的示范性PWM波形402的圖形表示400。為此，調(diào)制矩形PWM脈沖波形的脈沖寬度來(lái)改變?cè)揚(yáng)WM波形402的平均值。該P(yáng)WM波形402然后用于在X射線管300的該特定視圖期間快速開(kāi)關(guān)例如到偏置電壓電力供應(yīng)328的電力若干次。偏置電壓電力供應(yīng)328中的變化改變引出電極3 兩端的電壓并且從而改變電子束強(qiáng)度。從而該P(yáng)WM波形調(diào)制在特定視圖時(shí)間期間產(chǎn)生的系列脈沖的占空因數(shù)，以將信息傳送到成像系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件或控制輸送到注入器302用于控制電子束強(qiáng)度的功率量。特別地，在成像系統(tǒng)的特定視圖內(nèi)的等效mA值可通過(guò)改變用于以高mA值和低mA 值操作注入器302的PWM波形402的on時(shí)間的百分比而改變。特定視圖內(nèi)的該等效mA值和用于高mA值和低mA值操作的PWM波形402的on時(shí)間的百分比之間的示范性關(guān)系可限定為等效 mA = High_mA*P_high+Low_mA*P_low(1)其中High_mA是高發(fā)射器電流值，P_high是高mA值的百分比(intime)，并且Low_ mA是低發(fā)射器電流值并且P_low是低mA值的百分比。通過(guò)示例，在第一操作模式中，注入器302可使用IA的HighjiiA(發(fā)射器電流)且大約10%的P_high(10%占空因數(shù))和大約
404來(lái)調(diào)制PWM波形402，以產(chǎn)生如在第二操作模式中產(chǎn)生的大約IOOmA的大致上等效mA 406。在第二操作模式中，注入器302可調(diào)制波形404以使用具有大約100%的P_high 和大約的IOOmA的HighjIiA產(chǎn)生電子束。然而，該產(chǎn)生的電子束可能由于在注入器302的低mA操作期間普遍的擾亂電磁力而失焦。從而注入器302在第一模式中采用占空因數(shù)調(diào)制用于操作X射線管300，第一模式使用高電流用于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于第二操作模式的焦斑大小、焦斑位點(diǎn)、焦斑質(zhì)量、電子束強(qiáng)度和/或位置。此外，僅在特定視圖時(shí)間的一部分供應(yīng)電力給注入器302用于改變電子束的占空因數(shù)減少了輻射效應(yīng)并且延長(zhǎng)X射線管 300的壽命。返回參照?qǐng)D3，在一個(gè)實(shí)施例中，X射線管300包括束控制單元334以用于基于成像要求改變電子束的占空因數(shù)。為此，該束控制單元334可包括例如現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 (FPGA)、微處理器、專用集成電路(ASIC)或任何其他合適的控制裝置。在某些實(shí)施例中，代替該束控制單元334，耦合于例如圖2的成像系統(tǒng)200等成像系統(tǒng)的例如控制機(jī)構(gòu)208、X射線控制器210或計(jì)算裝置216等控制子系統(tǒng)可進(jìn)行該束控制單元334的一個(gè)或多個(gè)功能。 在確定的電流值調(diào)制電子束314的占空因數(shù)以在X射線管300中產(chǎn)生確定的焦斑大小、確定的焦斑位點(diǎn)和/或確定的通量的該束控制單元334將參照?qǐng)D5更詳細(xì)地描述。圖5圖示描繪圖3的束控制單元334的示范性部件的框圖。如之前注意到的，束控制單元334在成像期間以確定的電流值近實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地和/或根據(jù)確定的掃描規(guī)程調(diào)制電子束314的占空因數(shù)。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，束控制單元334包括PWM發(fā)生器502、時(shí)鐘電路504和開(kāi)關(guān)子系統(tǒng)(switching subsystem) 506，用于改變?cè)谔囟ㄒ晥D時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的系列脈沖的占空因數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，束控制單元334提供數(shù)字控制信號(hào)給圖3的電壓源 316，用于改變對(duì)應(yīng)于圖3的引出電極326的電壓配置來(lái)控制電子束314的強(qiáng)度。備選地， 束控制單元334可施加負(fù)電壓于引出電極3 來(lái)完全防止電子發(fā)射。在某些實(shí)施例中，束控制單元334進(jìn)一步包括處理子系統(tǒng)508和存儲(chǔ)器510來(lái)確定引出電極3 和其他成像系統(tǒng)部件的合適操作設(shè)置。備選地，在某些實(shí)施例中，束控制單元334可通過(guò)有線和/或無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)(例如互聯(lián)網(wǎng))通信耦合于該處理子系統(tǒng)508和該存儲(chǔ)器510用于確定操作設(shè)置。通過(guò)示例，當(dāng)在例如圖2的成像系統(tǒng)200等成像系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)束控制單元334時(shí)，該處理子系統(tǒng)508可對(duì)應(yīng)于計(jì)算裝置216，并且該存儲(chǔ)器510可對(duì)應(yīng)于圖2的存儲(chǔ)裝置218。特別地，束控制單元334使用該處理子系統(tǒng)508來(lái)確定用于將X射線管300的特定視圖成像的合適操作設(shè)置，以便至少產(chǎn)生確定的X射線通量、確定的焦斑位點(diǎn)和/或確定的焦斑大小。通過(guò)示例，操作設(shè)置可包括脈沖寬度、占空因數(shù)、電子束開(kāi)關(guān)頻率、引出電壓、偏置電壓、磁體電流和/或成像系統(tǒng)的機(jī)架角度。此外，根據(jù)本技術(shù)的方面，束控制單元334識(shí)別當(dāng)進(jìn)行例如偵查掃描等特定掃描規(guī)程時(shí)對(duì)應(yīng)于X射線管300的特定視圖的電流配置。如本文使用的，術(shù)語(yǔ)“電流配置”指發(fā)射器312和靶306(其在X射線管300中充當(dāng)陽(yáng)極)之間的電子束電流(mA)的大小和/或該電子束電流在特定成像時(shí)間上的總積分。束控制單元334通過(guò)采用例如靠近發(fā)射器312 設(shè)置的電流探頭或傳感器(沒(méi)有示出)識(shí)別在該掃描規(guī)程期間使用的該電流配置。該電流探頭可確定對(duì)應(yīng)于X射線管300的特定視圖的電流配置并且經(jīng)由電引線(沒(méi)有示出)傳送指示該識(shí)別的電流配置的信號(hào)回到束控制單元334。在一個(gè)實(shí)施例中，束控制單元334進(jìn)一步確定所確定的焦斑大小、確定的焦斑位點(diǎn)和/或確定的X射線通量用于將對(duì)象成像。通過(guò)示例，當(dāng)以1250mA和80kV將患者成像時(shí)，該確定的焦斑大小可對(duì)應(yīng)于6. 8mmX 2. 1mm。在某些實(shí)施例中，用戶可經(jīng)由耦合于束控制單元334的輸入裝置(沒(méi)有示出)供應(yīng)對(duì)應(yīng)于確定的X射線通量、確定的焦斑位點(diǎn)和/或確定的焦斑大小的值。在某些其他實(shí)施例中，處理子系統(tǒng)508基于用于成像的特定掃描規(guī)程確定所確定的X射線通量、確定的焦斑位點(diǎn)和/或確定的焦斑大小。為此，存儲(chǔ)器510可存儲(chǔ)特定掃描規(guī)程和對(duì)應(yīng)的X射線通量、焦斑特性和/或?qū)?yīng)于注入器302的不同視圖的電流配置之間的相互關(guān)系。在一個(gè)實(shí)施例中，如果識(shí)別的電流配置在確定的范圍(PWM范圍)外，束控制單元 302采用連續(xù)聚焦方案。特別地，束控制單元334采用以高于PWM范圍的電流值(例如以大于400mA的電流值)的連續(xù)聚焦方案，以當(dāng)將特定視圖成像時(shí)直接調(diào)整入射在靶306上的電子束電流。在某些實(shí)施例中，束控制單元334通過(guò)在特定視圖期間采用微秒量級(jí)快速開(kāi)關(guān)電子束314來(lái)調(diào)整電子束電流以傳送調(diào)整圖像數(shù)據(jù)采集的信號(hào)。在某些實(shí)施例中，束控制單元334例如通過(guò)施加負(fù)電壓于聚焦電極324、改變對(duì)應(yīng)于引出電極326的電壓配置來(lái)改變電子束電流和/或施加負(fù)電壓于引出電極3 來(lái)完全關(guān)閉電子束314來(lái)調(diào)整電子束電流。然而，如果識(shí)別的電流配置在確定的范圍內(nèi)，束控制單元334使用開(kāi)關(guān)子系統(tǒng)506 用于實(shí)現(xiàn)PWM模式。在一個(gè)實(shí)施例中，束控制單元334可進(jìn)一步配置引出電壓來(lái)將電子束電流設(shè)置在確定值，例如大約400mA等。另外，束控制單元334配置偏置電壓電力供應(yīng)3 來(lái)在引出電極326的兩端施加適當(dāng)?shù)碾妷?，以使發(fā)射器312能夠產(chǎn)生具有確定值的電子束電流。此外，束控制單元334采用處理子系統(tǒng)508來(lái)確定要施加于偏置電壓電力供應(yīng)3 的例如脈沖寬度、開(kāi)關(guān)頻率和占空因數(shù)等操作設(shè)置，以產(chǎn)生調(diào)整引出電壓以及從而調(diào)整電子束電流的PWM波形。特別地，處理子系統(tǒng)508確定操作設(shè)置以便基于電子束電流的確定值產(chǎn)生確定的X射線通量、確定的焦斑位點(diǎn)和/或確定的焦斑大小。另外，處理子系統(tǒng)508 還可基于電子束電流的確定值確定例如聚焦電極3M和/或磁性組件332等其他系統(tǒng)部件的操作設(shè)置來(lái)確保電子束314的精確聚焦。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，PWM發(fā)生器502采用時(shí)鐘電路504和開(kāi)關(guān)子系統(tǒng)506來(lái)使用確定的開(kāi)關(guān)頻率產(chǎn)生要施加于電壓源316的合適的PWM波形。為此，開(kāi)關(guān)子系統(tǒng)506可包括例如晶體管、MOSFET開(kāi)關(guān)或任何其他耦合于電壓源316和/或偏置電壓電力供應(yīng)3 的合適裝置等裝置以用于至少在引出電極3 兩端作為時(shí)間的函數(shù)施加適當(dāng)?shù)碾妷褐?。特別地，PWM發(fā)生器502使用開(kāi)關(guān)子系統(tǒng)506和時(shí)鐘電路504來(lái)產(chǎn)生具有由處理子系統(tǒng)508確定的脈沖寬度和占空因數(shù)的PWM波形。在某些實(shí)施例中，該P(yáng)WM波形通過(guò)改變?cè)?PWM波形的脈沖寬度同時(shí)維持恒定的頻率或通過(guò)改變提供的脈沖數(shù)同時(shí)維持恒定的脈沖寬度來(lái)改變占空因數(shù)。備選地，可改變脈沖寬度和頻率兩者來(lái)獲得確定的占空因數(shù)。在某些其他實(shí)施例中，PWM波形還可通過(guò)改變例如循環(huán)時(shí)間、頻率、強(qiáng)度、相位和脈沖數(shù)等對(duì)應(yīng)于占空因數(shù)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)來(lái)改變占空因數(shù)。從而，束控制單元334使用產(chǎn)生的PWM波形來(lái)改變供應(yīng)給引出電極326的電壓，以調(diào)制對(duì)于X射線管300的特定視圖的電子束314的占空因數(shù)。調(diào)制電子束314然后由電磁力聚焦和定位來(lái)撞擊到靶306上以產(chǎn)生X射線322。 從而產(chǎn)生的X射線322產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于例如注入器302的低電流操作(即使當(dāng)在高電流模式中操作時(shí))的確定的X射線通量。從而，占空因數(shù)調(diào)制使注入器302能夠在一個(gè)視圖內(nèi)獲得等效的大范圍的X射線通量而不要求注入器302具有寬動(dòng)態(tài)電流范圍。用于調(diào)制X射線束的占空因數(shù)以使電子槍能夠在寬調(diào)制電流中操作同時(shí)獲得高圖像質(zhì)量和優(yōu)化的劑量控制的示范性方法參照?qǐng)D6-7更詳細(xì)地描述。
轉(zhuǎn)向圖6，呈現(xiàn)描繪用于操作例如圖3的注入器302等電子束系統(tǒng)的示范性方法的流程圖600。該示范性方法可在計(jì)算系統(tǒng)或處理器上的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的一般上下文中描述。一般，計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令可包括例程、程序、對(duì)象、部件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、規(guī)程、模塊、函數(shù)等，其進(jìn)行特別的功能或?qū)崿F(xiàn)特別的抽象數(shù)據(jù)類型。該示范性方法還可在分布式計(jì)算環(huán)境中實(shí)施，其中優(yōu)化功能由通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)鏈接的遠(yuǎn)程處理裝置進(jìn)行。在該分布式計(jì)算環(huán)境中， 這些計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令可位于本地或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)(包括存儲(chǔ)器存儲(chǔ)裝置)兩者中。此外，在圖6中，示范性方法圖示為邏輯流程圖中的框的集合，其代表可采用硬件、軟件或其的組合實(shí)現(xiàn)的操作序列。在這些框中描繪各種操作來(lái)圖示一般在示范性方法的電子束產(chǎn)生、電流配置識(shí)別、調(diào)制和聚焦階段期間進(jìn)行的功能。在軟件情況下，這些框代表計(jì)算機(jī)指令，其當(dāng)由一個(gè)或多個(gè)處理子系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)進(jìn)行電子束系統(tǒng)的列舉的操作。描述示范性方法的順序不規(guī)定為解釋為限制，并且可采用任何順序組合任何數(shù)目的描述的框來(lái)實(shí)現(xiàn)本文公開(kāi)的示范性方法或等同備選方法。另外，個(gè)體框可從示范性方法刪除而不偏離本文描述的主旨的精神和范圍。為了論述的目的，示范性方法將參照?qǐng)D1-5的元件描述。示范性方法目標(biāo)在于使例如圖2的成像系統(tǒng)200等成像系統(tǒng)中的例如圖3的注入器302等電子束系統(tǒng)能夠在寬動(dòng)態(tài)可聚焦范圍中操作。因此，在步驟602，電子注入器中的例如發(fā)射器312等發(fā)射器產(chǎn)生電子束。在如參照?qǐng)D3的發(fā)射器312描述的一個(gè)實(shí)施例中， 發(fā)射器可直接或間接被加熱來(lái)產(chǎn)生該電子束。隨后，加熱電子束撞擊到發(fā)射器上來(lái)產(chǎn)生電子束，其可用于將人、包或任何其他合適的對(duì)象成像。此外，在步驟604，識(shí)別當(dāng)進(jìn)行特定掃描規(guī)程時(shí)對(duì)應(yīng)于成像系統(tǒng)的特定視圖的電流配置。通過(guò)示例，該識(shí)別的電流配置可對(duì)應(yīng)于由發(fā)射器產(chǎn)生用于掃描成像系統(tǒng)的該特定視圖的電子束電流的大小。在某些實(shí)施例中，用戶可使用耦合于成像系統(tǒng)的輸入裝置供應(yīng)該電流配置。備選地，處理單元可基于進(jìn)行的該特定掃描規(guī)程和/或被成像的對(duì)象的特性推斷對(duì)應(yīng)于成像系統(tǒng)的該特定視圖的電流配置。識(shí)別的電流配置然后可在步驟606與對(duì)應(yīng)于電子束電流的值的確定范圍比較。通過(guò)示例，該確定范圍可對(duì)應(yīng)于從50mA至400mA的電流值。在一個(gè)實(shí)施例中，該確定范圍對(duì)應(yīng)于電流值的范圍，處于該電流值的電子束可由于電磁力的影響相當(dāng)大地窄化。如果識(shí)別的電流配置在確定范圍外，例如束控制單元334等控制單元在步驟608 使電子注入器能夠在連續(xù)聚焦模式中操作。特別地，該控制單元采用連續(xù)聚焦調(diào)制用于調(diào)整入射在靶對(duì)象上的電子束電流。因此，在步驟610，處理單元確定對(duì)應(yīng)于電子注入器和/ 或成像系統(tǒng)的其他部件的一個(gè)或多個(gè)操作設(shè)置以用于使用連續(xù)聚焦調(diào)制來(lái)調(diào)制電子束電流。通過(guò)示例，處理單元可基于使用的特定掃描規(guī)程確定用于獲得確定的電子束強(qiáng)度的引出電壓、用于改變引出電極兩端的電壓的開(kāi)關(guān)頻率和/或用于掃描成像系統(tǒng)的特定視圖的機(jī)架角度。此外，在步驟612，控制單元使用確定的操作設(shè)置用于使用連續(xù)聚焦調(diào)制來(lái)調(diào)制電子束電流。通過(guò)示例，控制單元使用例如開(kāi)關(guān)子系統(tǒng)506等開(kāi)關(guān)模塊用于采用大約1-15微秒的間隔至大約至少150毫秒的間隔改變對(duì)應(yīng)于引出電極326的電壓配置。對(duì)應(yīng)于引出電極326的電壓配置中的變化采用微秒量級(jí)的間隔調(diào)制電子束強(qiáng)度，從而獲得電子束的微秒強(qiáng)度切換。
參考回到步驟606，如果識(shí)別的電流配置在確定范圍內(nèi)，控制單元在步驟614使用開(kāi)關(guān)模塊來(lái)選擇電子注入器的PWM操作模式。電子注入器的PWM操作模式將在以下章節(jié)中參照?qǐng)D6更詳細(xì)地描述。此外，在步驟616，處理單元確定用于在PWM模式中操作電子注入器和/或成像系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件的一個(gè)或多個(gè)操作設(shè)置。通過(guò)示例，處理單元可確定脈沖寬度、關(guān)于成像系統(tǒng)的特定視圖產(chǎn)生的一系列脈沖的占空因數(shù)、開(kāi)關(guān)頻率和/或引出電壓。特別地，處理單元確定這些操作設(shè)置以便基于使用的特定掃描規(guī)程的要求產(chǎn)生確定的X射線通量、確定的焦斑位點(diǎn)和/或確定的焦斑大小。如之前注意到的，該確定的通量、確定的焦斑位點(diǎn)和該確定的焦斑大小可由用戶經(jīng)由耦合于成像系統(tǒng)的輸入裝置(沒(méi)有示出)供應(yīng)。備選地，處理單元基于用于成像的特定掃描規(guī)程和電流配置確定該確定的X射線通量、確定的焦斑位點(diǎn)和/或該確定的焦斑大小。隨后，在步驟618，控制單元使用確定的操作設(shè)置來(lái)使用PWM調(diào)制對(duì)于成像系統(tǒng)的特定視圖的電子束的占空因數(shù)。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，控制單元使用開(kāi)關(guān)模塊來(lái)快速開(kāi)關(guān)電子注入器以在成像系統(tǒng)的特定視圖時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生一系列脈沖。通過(guò)示例，成像系統(tǒng)的每個(gè)視圖時(shí)間可對(duì)應(yīng)于大約20微秒至大約500微秒。在特定視圖時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)可基于該系列脈沖的傳送時(shí)間變化。如之前注意到的，X射線信號(hào)的輸出與在特定視圖時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的系列脈沖的占空因數(shù)和峰值X射線信號(hào)成比例。因此，系列脈沖的占空因數(shù)可如參照?qǐng)D4描述的使用PWM 來(lái)適應(yīng)性改變來(lái)產(chǎn)生等效X射線信號(hào)。特別地，該等效X射線信號(hào)可基于在特定視圖時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的系列脈沖的最大X射線信號(hào)、最小X射線信號(hào)和占空因數(shù)確定。因此，為了采用確定電流配置操作電子注入器，成像系統(tǒng)代替改變電子束電流自身而使用占空因數(shù)調(diào)制來(lái)產(chǎn)生等效X射線信號(hào)。特別地，代替直接改變電子束電流而調(diào)制電子束的占空因數(shù)來(lái)產(chǎn)生確定的通量提高了成像系統(tǒng)的成像速度同時(shí)需要減少的開(kāi)關(guān)功率。隨后，在步驟620，調(diào)制電子束通過(guò)電磁力聚焦并且定位以撞擊到靶上來(lái)產(chǎn)生X射線。從而產(chǎn)生的X射線產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于電子注入器的低電流操作(即使當(dāng)在高電流模式中操作時(shí))的確定的X射線通量。從而，電子的占空因數(shù)調(diào)制使電子注入器能夠在一個(gè)視圖內(nèi)獲得等效的X射線通量的大范圍而不要求電子注入器具有寬動(dòng)態(tài)電流范圍。特別地，成像系統(tǒng)在多個(gè)模式中采用不同的電流配置操作的能力大大增加了對(duì)于成像系統(tǒng)可用的成像選項(xiàng)。 根據(jù)本技術(shù)的方面的用于在多個(gè)模式中操作電子注入器的方法將參照?qǐng)D7更詳細(xì)地描述。圖7描繪圖示采用不同電流配置的電子注入器的多個(gè)操作模式的圖形表示700。 特別地，圖7描繪基于對(duì)應(yīng)于成像系統(tǒng)的特定視圖的電流配置的電子注入器在不同模式中的示范性操作。為此，成像系統(tǒng)使用參照?qǐng)D6的步驟604描述的方法識(shí)別對(duì)應(yīng)于成像系統(tǒng)的特定視圖的電流配置。隨后，例如圖3的束控制單元334等控制單元基于該識(shí)別的電流配置選擇電子注入器的操作模式。在一個(gè)實(shí)施例中，控制單元配置電子注入器在指示高電流配置的區(qū)域702中的連續(xù)聚焦模式和指示低電流配置的區(qū)域704中的PWM模式中操作。在該圖示的實(shí)施例中通過(guò)示例，該高電流區(qū)域702對(duì)應(yīng)于450mA和1250mA之間的電流值，且具有大約3500V至7500V 的引出電壓。此外，該低電流區(qū)域704對(duì)應(yīng)于OmA和450mA之間的電流值，且具有-1000V和 3500V之間的引出電壓。然而，該低電流區(qū)域704和該高電流區(qū)域702可對(duì)應(yīng)于其他值而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，該低電流區(qū)域704可對(duì)應(yīng)于200-450mA， 并且束可在0-200mA之間的連續(xù)操作中使用。如參照步驟612描述的，電子注入器當(dāng)在高電流區(qū)域702中操作時(shí)采用連續(xù)聚焦調(diào)制來(lái)使用微秒強(qiáng)度切換來(lái)調(diào)整電子束強(qiáng)度。特別地，控制單元使用開(kāi)關(guān)模塊用于采用大約1-15微秒的間隔至大約至少150毫秒的間隔改變對(duì)應(yīng)于引出電極的電壓配置。對(duì)應(yīng)于引出電極的電壓配置中的變化采用微秒量級(jí)的間隔調(diào)制電子束強(qiáng)度，從而改進(jìn)數(shù)據(jù)采集和成像系統(tǒng)性能。備選地，電子注入器對(duì)于在低電流區(qū)域704中操作使用PWM來(lái)調(diào)制電子束的占空因數(shù)。通過(guò)示例，電子注入器當(dāng)進(jìn)行偵查掃描(其中電子注入器使用大約10-50mA的電流配置和固定機(jī)架)時(shí)可在低電流區(qū)域704中操作。在一個(gè)實(shí)施例中，低電流配置對(duì)應(yīng)于具有例如以大約200mA在SOkV持續(xù)5秒的電流配置的用戶限定的掃描規(guī)程。在另一個(gè)實(shí)施例中，低電流配置可對(duì)應(yīng)于作為周向或軸向位點(diǎn)的函數(shù)調(diào)制管電流來(lái)減少給于患者的劑量而不損失圖像質(zhì)量的掃描模式。然而，在低電流區(qū)域704中使用連續(xù)聚焦調(diào)制操作電子注入器可引起電子束的相當(dāng)大的窄化，其引起失焦以及從而損失圖像質(zhì)量。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，電子束電流可設(shè)置在確定值，例如在大約IA等，處于該值的電子束可避免電磁力的過(guò)度窄化效應(yīng)。此外，處理單元可確定對(duì)于成像系統(tǒng)的特定視圖的合適的操作設(shè)置以便基于確定的電流值產(chǎn)生確定的通量、確定的焦斑位點(diǎn)和/或確定的焦斑大小。如之前注意到的，這些操作設(shè)置可包括脈沖寬度、占空因數(shù)、電子束開(kāi)關(guān)頻率、弓丨出電壓、磁體電流、偏置電壓和/或成像系統(tǒng)的機(jī)架角度。控制單元使用確定的操作設(shè)置來(lái)產(chǎn)生合適的PWM波形用于改變?cè)诔上裣到y(tǒng)的特定視圖內(nèi)產(chǎn)生的系列脈沖的占空因數(shù)。特別地，控制單元使用該P(yáng)WM波形來(lái)提供數(shù)字控制信號(hào)給電壓源用于改變對(duì)應(yīng)于引出電極的電壓配置，從而控制電子束的占空因數(shù)。備選地， 控制單元可施加確定的負(fù)電壓于引出電極來(lái)完全防止電子發(fā)射。如參照?qǐng)D4描述的，控制單元可配置引出電壓來(lái)使在低電流區(qū)域704中操作的電子注入器能夠使用具有百分之10 占空因數(shù)的IA的發(fā)射器電流來(lái)產(chǎn)生X射線通量，其等效于當(dāng)用IOOmA和100%占空因數(shù)操作時(shí)產(chǎn)生的通量。從而，電子注入器對(duì)于成像系統(tǒng)的特定視圖采用占空因數(shù)調(diào)制用于以高電流操作電子注入器同時(shí)維持焦斑大小、焦斑質(zhì)量、電子束強(qiáng)度和/或位置。另外，在成像期間使電子束的占空因數(shù)適應(yīng)性改變同時(shí)將電子注入器從高電壓配置切換到低電壓配置保持了電子束的信噪比。此外，可隨后在圖像重建期間使用電子束電流的確定值來(lái)考慮電子注入器的電壓配置中的變化以使用調(diào)制的電子束產(chǎn)生魯棒和高質(zhì)量的圖像。從而，上文公開(kāi)的系統(tǒng)和方法通過(guò)使用PWM將電子束電流的快速控制、X射線通量和焦斑大小產(chǎn)生進(jìn)行結(jié)合大大擴(kuò)展了電子束系統(tǒng)的電流調(diào)制范圍。另外，電子束的占空因數(shù)調(diào)制使電子束系統(tǒng)能夠用微秒強(qiáng)度切換和寬調(diào)制HiA以及能量在多個(gè)模式中操作來(lái)獲得具有優(yōu)化的劑量控制的高質(zhì)量成像。盡管本系統(tǒng)的示范性實(shí)施例參考CT系統(tǒng)中的電子注入器描述，也預(yù)想了要求權(quán)利的電子束系統(tǒng)在任何其他合適類型的成像裝置(例如使用維納爾圓柱或場(chǎng)電子發(fā)射器的X射線系統(tǒng)和電子槍組件等)中的使用。盡管僅本發(fā)明的某些特征在本文圖示和描述，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將想到許多修改和改變。因此，要理解附上的權(quán)利要求意在覆蓋所有這樣的修改和改變，作為落入本發(fā)明的真正精神內(nèi)。部件列表
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在成像系統(tǒng)中的X射線管中產(chǎn)生電子束； 識(shí)別對(duì)應(yīng)于所述成像系統(tǒng)的特定視圖的電流配置；當(dāng)所識(shí)別的電流配置在確定的范圍內(nèi)時(shí)，使用脈沖寬度調(diào)制來(lái)調(diào)制對(duì)于所述成像系統(tǒng)的特定視圖的電子束的占空因數(shù)；以及將所調(diào)制的電子束朝靶聚焦。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)制對(duì)于所述成像系統(tǒng)的特定視圖的電子束的占空因數(shù)包括使所述占空因數(shù)適應(yīng)性改變以便至少產(chǎn)生確定的X射線通量。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括確定對(duì)應(yīng)于所述X射線管的操作設(shè)置用于產(chǎn)生所述確定的X射線通量、確定的焦斑大小、確定的焦斑位點(diǎn)或其組合，其中所述操作設(shè)置包括脈沖寬度、占空因數(shù)、頻率、磁體電流、偏置電壓、引出電壓或其組合。
4.一種X射線管(300)的電子束系統(tǒng)，其包括 產(chǎn)生電子束的發(fā)射器(312)；關(guān)于所述發(fā)射器(312)維持在正偏置電壓或負(fù)偏置電壓的至少一個(gè)電極(3 )，其中所述至少一個(gè)電極(326)控制所述電子束的強(qiáng)度；以及耦合于所述至少一個(gè)電極(3 )的控制單元(334)，其中所述控制單元(334)用于 識(shí)別對(duì)應(yīng)于所述X射線管(300)的特定視圖的電流配置；以及當(dāng)所識(shí)別的電流配置在確定的范圍內(nèi)時(shí)，使用脈沖寬度調(diào)制來(lái)調(diào)制對(duì)于所述X射線管 (300)的特定視圖的電子束的占空因數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的電子束系統(tǒng)，其中所述控制單元(334)改變對(duì)于所述X射線管 (300)的特定視圖的電子束的占空因數(shù)以便至少產(chǎn)生確定的X射線通量。
6.如權(quán)利要求4所述的電子束系統(tǒng)，其中所述發(fā)射器(312)配置成產(chǎn)生具有確定電流值的電子束。
7.如權(quán)利要求4所述的電子束系統(tǒng)，其中當(dāng)所識(shí)別的電流配置在所述確定的范圍外時(shí)，所述控制單元(334)選擇連續(xù)聚焦調(diào)制用于調(diào)制對(duì)應(yīng)于所述X射線管(300)的特定視圖的電子束電流。
8.如權(quán)利要求4所述的電子束系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)設(shè)置在所述發(fā)射器(312)附近的聚焦電極(3M)，其中所述至少一個(gè)聚焦電極(324)將所述電子束聚焦，并且其中所述至少一個(gè)電極(3 )是引出電極。
9.一種X射線管(300)，其包括 電子束系統(tǒng)，其包括產(chǎn)生電子束的發(fā)射器(312)；控制所述電子束的強(qiáng)度的至少一個(gè)電極(3 )，其中所述至少一個(gè)電極(326)關(guān)于所述發(fā)射器(31 維持在正偏置電壓或負(fù)偏置電壓；耦合于所述至少一個(gè)電極(3 )的控制單元(334)，其中所述控制單元(334)用于 識(shí)別對(duì)應(yīng)于所述X射線管(300)的特定視圖的電流配置；以及當(dāng)所識(shí)別的電流配置在確定的范圍內(nèi)時(shí)，使用脈沖寬度調(diào)制來(lái)調(diào)制所述X射線管 (300)的特定視圖的電子束的占空因數(shù)；以及當(dāng)由所述電子束撞擊時(shí)產(chǎn)生X射線的靶。
10. 一種計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)(100)，其包括 機(jī)架(102)；X射線管(300)，其包括 電子束系統(tǒng)，其包括 產(chǎn)生電子束的發(fā)射器(312)；控制所述電子束的強(qiáng)度的至少一個(gè)電極(3 )，其中所述至少一個(gè)電極(326)關(guān)于所述發(fā)射器(31 維持在正偏置電壓或負(fù)偏置電壓；耦合于所述至少一個(gè)電極(3 )的控制單元(334)，其中所述控制單元(334)用于 識(shí)別對(duì)應(yīng)于所述計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)的特定視圖的電流配置；以及當(dāng)所識(shí)別的電流配置在確定的范圍內(nèi)時(shí)，使用脈沖寬度調(diào)制來(lái)調(diào)制對(duì)于所述計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)的特定視圖的電子束的占空因數(shù)；當(dāng)由所述電子束撞擊時(shí)產(chǎn)生X射線的靶(306)；以及用于檢測(cè)來(lái)自對(duì)象的衰減電子束的一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器元件(202)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于操作電子束系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)。呈現(xiàn)用于操作電子束系統(tǒng)的方法。此外，還描述實(shí)現(xiàn)該呈現(xiàn)的方法的電子束系統(tǒng)、X射線管(300)和CT系統(tǒng)。該方法包括在成像系統(tǒng)中的X射線管(300)中產(chǎn)生電子束。另外，識(shí)別對(duì)應(yīng)于該成像系統(tǒng)的特定視圖的電流配置。如果該識(shí)別的電流配置在確定的范圍內(nèi)，使用脈沖寬度調(diào)制來(lái)調(diào)制對(duì)于該成像系統(tǒng)的特定視圖的電子束的占空因數(shù)。此外，該調(diào)制的電子束朝靶聚焦。
文檔編號(hào)H05G1/30GK102548174SQ20111030962
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者C·D·昂格, C·S·羅杰斯, M·A·弗蘭特拉, S·勒梅特, Y·鄒 申請(qǐng)人:通用電氣公司