多能量x射线源的制作方法

专利名称：多能量x射线源的制作方法
技术领域：
本发明涉及X射线生成的领域。具体而言，本发明涉及用于生成多能量X射线的 源、检查装置、方法以及软件单元和计算机可读介质。
背景技术：
在许多成像应用中，X射线被用于检查和分析诸如人体、器官、组织或者晶体结构 的多个对象的结构和材料特性。医疗保健中使用X辐射的一个基本领域为放射线照相术。 放射线照相术可以用于快速、高度穿透的图像，特别用于具有高骨含量的区域。放射线照相 术使用中的一些形式为全景X射线、乳房X射线照相术、断层摄影以及放疗。例如，对于计算机断层摄影(CT)，由事先生成的X射线从各个位置和角度辐照患 者，以便重构被分析的解剖结构的三维(3D)模型。使用例如CT，感兴趣对象可能暴露于来 自360度的辐射，并且根据所谓的投影图像可以计算感兴趣对象的模型。由于对于移动对 象的不同图片的起点之间的时间偏差是不可避免的，因此所重构模型的运动伪影仍然是具 有挑战的任务。常规的X射线源为热学地发射电子的加热阴极灯丝。电子加速为束，然后撞击在 其上随后生成X射线的目标材料。电子束撞击成角度的目标或者阳极的点被称为焦斑。电 子束中包含的大部分动力学能量被转换成热量，但是能量中的某一部分被转换成X射线光 子。在焦斑处，发射X射线光子。因此，电子吸收目标被加热到所使用材料的熔点通常限制 了已知的X射线源的所生成的X射线束的强度。

发明内容
可能期望提供一种用于检查感兴趣对象的快速且高效的X射线生成。可以通过根据一项独立权利要求的主题来实现该目标。在从属权利要求中描述本 发明的有利实施例。所描述的实施例类似地涉及辐射源、检查装置、用于生成X射线的方法、计算机程 序单元以及计算机可读介质。根据本发明的第一示例性实施例，提供用于生成X射线以检查感兴趣对象的辐射 源。由此，所述源包括用于发射第一电子的第一碳纳米管和用于发射第二电子的第二碳纳 米管，并且还包括目标。另外，包括聚焦单元，其用于将第一电子和第二电子聚焦到目标上， 以生成具有第一轨迹的第一 X射线光子和具有第二轨迹的第二 X射线光子。聚焦单元适于 如此操作，使得在到达感兴趣对象的之前第一轨迹和第二轨迹交叠。应该注意的是，除了使用术语第一碳纳米管和第二碳纳米管以外，还可以在本发 明的该实施例或者任何其他实施例中使用第一组碳纳米管和第二组碳纳米管，或者基于第 一碳纳米管的发射器和基于第二碳纳米管的发射器。碳纳米管的“组”可以为束、捆、包和 大包。所有可能的碳纳米管构造可能位于基底或载体上。以下，三种不同类型的电压可能是重要的。该三种类型为栅极电压、加速电压以及聚焦电压。由此，例如，第一栅极电压可以在第一基底或基底上的第一碳纳米管和第一栅 极之间施加。第一加速电压可以在第一基底或基底上的第一碳纳米管和目标之间施加。另 外，例如，第一聚焦电压可以在第一基底或基底上的第一碳纳米管和第一聚焦单元的一部 分之间施加。还将注意到的是，可以彼此独立地调整所有不同类型的电压和相同类型的不 同电压源。由于加速电压可以确定加速电子的能量，因此还将注意到的是，加速电压可以确 定所生成的X射线光子的能量。另一方面，聚焦电压可以确定焦斑大小，所述焦斑大小为电 子击中目标的区域。因此，X射线光子的射束参数以及因此空间分辨率可以由聚焦电压确定。例如，两个独立的栅极电压可施加到碳纳米管，其中，所述碳纳米管用作阴极。通 过这一设置，碳纳米管经由所谓的场发射过程来发射电子。如此一来，栅极电压的体积可以 控制电子束的强度，以及因此控制所生成的X射线束的强度。例如，一个电源可以在碳纳米 管之间切换以交替地施加这两个栅极电压。由于切换的频率可以不受到碳纳米管的限制， 因此可以以高频率实施这两种可能的切换做法(modus)。通过使用作为电子发射器的碳纳米管的这种特殊碳构造，可能从以下事实获益 不需要热学地加热阴极(其为碳纳米管)以发射电子，这是因为发射是经由场发射实现的。 因此，在碳纳米管中不会出现余辉(afterglow)，并且可能实现对电子发射过程的开关的快 速、精确且考虑了时间的完全可控制的开关。由于能够独立地加速电子并且聚焦电子的这 一事实，其可以生成具有不同能量和不同传播参数的X射线光子，所述传播参数例如为所 生成的每个相应的X射线束的射束直径或者散度。这允许在具有独立的射束参数的能量上 不同的X射线光子的发射之间的快速切换，其中，两个不同发射过程在时间上没有交叠。应 该注意到，尽管每个X射线束几何形状的射束参数彼此无关，但是两个射束参数都可以被 调整到相同的大小。目标可以以不同的几何形式形成，并且由诸如钼、钨、铜或者这些或其他元素的不 同组合的标准的X射线源材料形成。阳极可能的几何形状包括三角形、锥体形、圆形、椭圆 形或者立方体形。另外，载体元件可能包括包含了目标材料的若干不同区域或者元件。通过使用例如可能为聚焦电极的聚焦单元，生成电场以使被加速电压加速至目标 的电子偏离。但是，也可以使用若干电极用于聚焦电子，针对所述电极施加若干不同且独立 的聚焦电压。由此，可以如此控制电子的偏离，使得目标或者阳极上的焦斑可以改变其例如 大小和几何形状的参数。由于小的焦斑尺寸(其对应于将电子聚焦到小的焦斑)可能导致 空间小的或者狭窄的发射X射线束，因此可以利用这些X射线光子以及因此利用这一聚焦 设置来实现高空间分辨率。相反，大焦斑的大小可能导致宽发射的X射线束，并且因此能够 获得小的空间分辨率。聚焦单元的另一方面为焦点几何形状的可调整性。例如，生成圆形焦斑或者例如 椭圆形焦斑可能是感兴趣的。用户可以经由使电极聚焦或者使电场聚焦来调整其他几何形 状。换言之，通过在两个不同的X射线生成实体之间切换，在两个不同实体的不同空 间分辨率之间和/或在不同焦斑几何形状之间进行切换是可能的。另外，通过聚焦单元的构造，可以如此使第一碳纳米管发射的第一组X射线光子的轨迹偏离，使得在光子到达感兴趣对象的空间坐标之前，所述轨迹与第二碳纳米管发射 的第二组X射线光子的轨迹完全且精确的交叠。这意味着，目标的两个不同X射线生成区 域的两射束的空间差异在感兴趣对象处可能较小，以至于可能的随后重构可能导致以下的 结果，即在考虑伪影的情况下，该结果可以与来自相同源的两个X射线束的测量结果进行 比较。换言之，在感兴趣对象的位置处，第一 X射线光子和第二 X射线光子的轨迹可能无 法彼此区分，这是由于第一 X射线光子和第二 X射线光子在到达该位置之前被聚焦单元进 行了空间交叠。这与两个不同类型的光子看起来具有相同的源位置的情况相对应。此外，可以如此调节电压补偿及经机械修改或者调节的电极，使得避免两个不同 射束之间的射束偏离。 在通过感兴趣对象之后，X射线光子可以被适当的探测器探测到，并且可以例如由 工作站或者成像系统生成所谓的投影图像。由此，成像系统可以例如为X射线装置、CT、微型CT、正电子发射断层摄影装置 (PET)与X射线设备的组合、与X射线设备组合的单光子发射CT(SPECT)或者X射线装置与 核磁共振成像装置(MR)的组合或者超声系统。本发明的这一方面可能导致以下事实对于通过投影图像重构被检查对象的模 型，该X射线源的所有X射线光子确实具有相同的源位置。因此，本发明的该实施例的优势 可以为在没有运动伪影的情况基于双能量或者多能量X射线光子的精确重构。换言之，除了例如利用能量分辨探测器来测量能量特异性或者波长特异性的发射 信号以外，也可能根据本发明的实施例来以具有相同轨迹的双能量或者多能量X射线光子 交替地快速辐照对象。通过获知何时使用了何种能量类型的光子，重构可得到具有更少运 动伪影的更清晰、分辨率更高的图像，并且可以避免使用能量分辨探测器。换言之，由于通过本发明可以避免运动伪影，因此这可以减少通过诊断检查而对 患者施加的运动影响，在所述检查中必须使用X辐射。可以避免根据X射线曝光的额外的 图像生成。另外，由于碳纳米管发射器比传统X射线管所使用的能量更少，因此可以降低潜 在的操作花费，并且可以允许更小的系统设计。本实施例的另一方面可以为使用两个实体之间的切换，以避免目标的加热。通过 向上方实体和下方实体应用完全相同的情况(比较图1)，并且通过实现交叠，可能避免目 标的熔化以及电子和X射线强度的增加。另一种可能是，目标围绕特定轴旋转以放大该冷 却效果。因此，与已知源相比可以提供具有更高强度的更快速的检查。因此，本发明的这一方面不是关于提供诊断或者关于治疗患者，而是关于用于快 速提供具有不同能量但具有到感兴趣对象的相同轨迹的X射线光子的技术问题的解决方 法。根据本发明的另一实施例，聚焦单元包括两个聚焦子单元；其中，第一子单元适于 将第一电子聚焦到目标上，而第二子单元适于将第二电子聚焦到目标上。两个子单元中的每个可以为用于生成X射线光子的独立单元的一部分。本发明的 这一示例性实施例可以增加两个X射线生成过程的独立性。因此，可以如此调整针对X射 线光子的空间分辨率、焦斑大小、焦斑几何形状以及轨迹对发射的电子进行偏离和聚焦的 设置，使得可以以非常快速、非常精确及有效的方式来完成对感兴趣对象的期望检查。可以进一步避免伪影。换言之，通过针对两个聚焦单元选择两个特异性设置，可以优化两个不同类型的X 射线光子的交叠。随后，以不同的加速电压在两个独立的碳纳米管发射器之间进行的开关 切换导致双能量X射线生成以及相同轨迹上的快速发射。根据本发明的另一实施例，辐射源适于在第一 X射线光子和第二 X射线光子的不 同聚焦几何形状之间进行切换。例如，通过针对相应的发射电子使用两个不同的聚焦单元，可以调整电子撞击目 标的区域的参数。因此，可以独立地调整辐射源的电子发射部分的空间分辨率。另外，为了 检查具有不同的材料特性的特殊感兴趣对象，以波长不同的两个X射线束快速检查对象可 能是有利的，以便分辨或者分开不同材料。这可以通过不同加速电压实现。因此，可以使分辨诸如吻合(kissing)脉管或者复杂的血管结构或者交叠的身体 单元或者高密度器官区域变得容易，并且可以降低操作花费、时间以及所需能量。根据本发明的另一实施例，辐射源适于在第一 X射线光子和第二 X射线光子的不 同能量之间进行切换。例如，通过向第一碳纳米管和第二碳纳米管施加不同的加速电压，可能生成双能 量X射线光子。通过例如在图1的上方发射单元和下方发射单元的发射之间切换，可以提 供快速的双能量切换。因此，在本发明的这一或另一实施例中可以包括针对每个发射单元 的所需数量的独立加速电压源，并且所述电压源可以为例如还包括这种辐射源的检查装置 的一部分。根据本发明的另一实施例，辐射源适于调制第一 X射线光子和第二 X射线光子的 空间分辨率。聚焦单元可以用于调整不同焦点或者焦斑的几何形状。这可以通过以下过程引起 第一X射线光子和第二X射线光子的不同空间分辨率。小的焦斑尺寸可以导致空间小的或 者狭窄的发射X射线束，利用这些X射线光子可以实现高空间分辨率。相反，大的焦斑尺寸 可以导致宽的发射X射线束，并且因此可以获得小的空间分辨率。由于感兴趣对象的结构复杂度和材料密度的不同，不同的空间分辨率可能导致感 兴趣对象的改进的信息。以非常快速的切换方式将感兴趣对象的某个区域交替地暴露于具 有不同空间分辨率的不同X射线束，则因此可以增加在检查期间收集的光谱信息。根据本发明的另一实施例，辐射源还包括外壳，其中，将第一碳纳米管、第二碳纳 米管和聚焦单元集成到所述外壳中。根据本发明的另一实施例，辐射源还包括外壳，其中，将第一碳纳米管、第二碳纳 米管、聚焦单元以及目标集成到所述外壳中。快速切换碳纳米管X射线源的解决方法将两个碳纳米管元件集成到一个外壳中， 并且具有到相同对象的经调节的最优聚焦。在小的体积中与聚焦单元整合可能为本实施例 的一方面，其可以实现非常快速的双千伏(kv)成像。这可以使得辐射源容易地集成到例如 诸如X射线装置、CT或者结构分析设备的现有的成像系统中。例如，可以从图1中所见的，外壳还使内部元件在机械上免于可能的损伤。根据本发明的另一实施例，辐射源还包括多个碳纳米管，其中，每个碳纳米管都适 于发射电子，并且其中，所有碳纳米管都位于目标周围的几何形状中。另外，聚焦单元适于
7将每个碳纳米管的发射电子聚焦到目标上以生成相应的具有各自轨迹的X射线光子。聚焦 单元还适于以如此方式进行操作，使得在到达感兴趣对象之前所有轨迹交叠。由此，碳纳米管也可以用作基于碳纳米管的发射器，其可以包括若干不同类型的 碳纳米管，例如单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、金属的碳纳米管或者半导体的碳纳米管。例如，定位的碳纳米管的几何形状可以为圆形。但是，例如，可以从图2所见，目标 周围的碳纳米管的方形布置也是可能的。换言之，通过连续地填满目标周围沿任意周长的位置，能够使用户生成连续覆盖 期望的能量谱的X射线光子。这可以增加辐射源的全分辨率，并且可以得到快速且高效的 检查过程，其具有反映感兴趣对象的特性的更特异性的生成数据集。由此，目标的形状可以适于作为不同电子源所使用的碳纳米管。例如，使用四个碳 纳米管，目标的构造可能为锥体几何形状。由此，可以利用第一、第二、第三和第四碳纳米管 的相应电子来辐照四个相同表面。使用按圆形形成的碳纳米管连接体，圆锥几何形状的目标或者具有单个目标的圆 形载体可以是另一可能的解决方法。例如，可以在目标的周围放置这些发射器的阵列以被扫描，并且来自每个发射器 的图像可以在计算机软件的帮助下由计算机进行组装以提供在利用传统X射线设备提供 感兴趣对象的3维图像所需时间的一部分内提供感兴趣对象的3维图像。根据本发明的另一实施例，提供用于检查感兴趣对象的检查装置，其中，检查装置 包括如上所述的辐射源。尽管X射线用于以下分析物质的各个领域非破坏性物质测试、X射线晶体学、或 者诸如放射线照相术、乳腺摄影、CT和其他的医学检查的广泛领域，但是，其也具有新的应 用，例如，食品处理行业中的质量控制，不同的检查装置可从本发明中获益。特别是对于利用检查装置分析复杂和动态对象，以上及以下描述的辐射源可以提 供快速且高效的双kv或者多kV以及因此的双能量或者多能量的成像。根据本发明的另一实施例，检查装置还包括第一电压源和第二电压源，其中，第一 电压源布置为向第一碳纳米管施加第一加速电压，并且第二电压源布置为向第二碳纳米管 施加第二加速电压。另外，第一加速电压和第二加速电压之间的差导致第一X射线光子和 第二X射线光子之间的能量差。由于加速电压确定加速电子的能量，因此可以由加速电压确定所生成的X射线光 子的能量。为了实现从发射器的电子的场发射，施加栅极电压。聚焦单元还经由聚焦电压控 制电子的偏离。在这两个具有不同加速电压的不同电子发射器之间的切换可能导致用于检查感 兴趣对象的能量上不同的X射线光子的交替发射。这两个电压源还集成到一个外壳中。另外，检查装置可以额外包括或者取代加速电压源包括针对每个发射单元的其他 独立的电压源，例如，栅极电压源或者聚焦电压源。根据本发明的另一示例性实施例，提供一种用于生成X射线以检查感兴趣对象的 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间进行切换的 步骤，其中，第一做法包括将由第一碳纳米管发射的第一电子聚焦到目标上以生成具有第一轨迹的第一X射线光子。第二做法包括将由第二碳纳米管发射的第二电子聚焦到目标以 生成具有第二轨迹的X射线光子，其中，如此执行聚焦，使得在到达感兴趣对象之前第一轨 迹和第二轨迹交叠。通过在两种做法之间快速切换，所述方法可以使用户能够以快速且高效的方式分 析并且检查对象，这是由于可以收集到有关对象的材料及结构特性的额外信息。这可以通 过使其起点位于不同的电子发射器的不同X射线束交叠而实现。由于来自不同发射器的X 射线可能具有不同的能量，因此通过本发明的这一示例性实施例提供双能量、三能量或者 多能量的成像。诸如医生的用户可能在分析例如患者的同时引起所述方法的步骤。由此，本发明 的该方面不是关于提供诊断或者关于治疗患者，而是关于技术问题的解决方法以快速提供 具有不同能量但具有到感兴趣对象的相同轨迹的X射线光子。根据本发明的另一实施例，所述方法包括由用户或者基于软件的计算机系统选择 第一加速电压和第二加速电压的步骤，以及由用户或者基于软件的计算机系统选择第一做 法和第二做法之间的切换频率的步骤，其中，将第一加速电压施加到第一碳纳米管，并且将 第二加速电压施加到第二碳纳米管。还将进一步注意的是，本发明的这一和其他实施例的步骤并非必须需要与潜在患 者之间的交互。根据本发明的另一实施例，提出一种计算机程序单元，该计算机元件的特征在于 当在通用计算机上使用时，其适于使计算机执行所述方法的步骤。所述计算机元件还可以具有的特征为当在通用计算机上使用时，其适于使计算机 执行系统的时间控制，包括碳纳米管的开关或者碳纳米管之间的切换。因此，该计算机程序单元可以存储在也是本发明实施例的一部分的计算单元上。 该计算单元可以适于执行或者引起执行上述方法的步骤。另外，其可以适于操作上述装置 的部件。计算单元适于自动地操作和/或执行用户的指令。另外，计算单元能够请求来自 用户的选择以处理来自用户的输入。如图5中所见的示例，在其上具有计算机程序单元的计算单元适于控制X射线装 置的成像过程，所述X射线装置使用根据本发明的另一示例性实施例的辐射源。另外，示出 计算机可读介质，其中，计算机可读介质具有在其上存储的计算机程序单元。该计算机可读 介质可以例如是插入计算机系统的条状物，以使该系统控制诸如所示的具有根据本发明另 一示例性实施例的辐射源的X射线装置的成像系统。本发明的这一实施例覆盖了从一开始就使用本发明的计算机程序和借助于更新 将现有的程序转变为使用本发明的程序的计算机程序。另外，计算机程序单元能够提供实现X射线生成方法的所有必需步骤，该方法关 于以上的方法和装置进行了描述。根据本发明的另一示例性实施例，提出一种计算机可读介质，其中，所述计算机可 读介质具有存储在其上的计算机程序单元，通过先前或以下的部分描述该计算机程序单兀。另外，本发明的另一示例性实施例可以为用于使计算机程序单元可下载的介质， 其中计算机程序单元适于执行根据以上实施例中的一个的方法。
9
可以将以下视为本发明的主旨在两种生成做法之间交替且非常快速的切换期间 在碳纳米管的帮助下生成具有不同能量的两种类型的X射线光子，其中，在到达感兴趣对 象之前由聚焦单元迫使两种类型的X射线光子彼此交叠。必须注意的是，参考不同主题描述本发明的实施例。具体而言，参考方法类型的权 利要求描述一些实施例，而参考装置类型的权利要求描述其他实施例。然而，本领域技术人 员将会从以上和以下描述中了解到除非有其他说明，否则除了属于一个类型的主题的特征 的任何组合之外，也将在本申请中考虑与不同主题有关的特征的任何组合。还可以从以下将描述的实施例的示例中得出以上定义的方面以及本发明的其他 方面、特征和优势。下面将参照下述附图对本发明进行更详细的描述。


图1示出了根据本发明的示例性实施例的具有两个碳纳米管的示意性X射线源；图2示出了根据本发明的示例性实施例的具有四个碳纳米管的示意性X射线源；图3示意性示出了根据本发明的示例性实施例的方法的步骤；图4示出了根据本发明的示例性实施例的检查装置的示意性表示；图5示出了根据本发明另一示例性实施例的检查装置的另一示意性表示；图6示出了根据本发明另一示例性实施例的检查装置的另一示意性表示。附图标记1第一碳纳米管2第二碳纳米管3第一基底4第二基底5第一栅极电压6第二栅极电压7第一聚焦子单元8第一电源9第二聚焦子单元10第二电源11第一栅极12第二栅极13 目标14第一轨迹的上边界14a第一轨迹的下边界15第二轨迹的上边界15a第二轨迹的下边界16感兴趣对象17探测屏幕/探测器18夕卜壳19X射线源
20用户界面21计算机程序单元22检查装置23工作站/成像系统24计算机可读介质25可视化屏幕26计算机27可能连续放置碳纳米管的区域28第一碳纳米管的加速发射的第一电子29第二碳纳米管的加速发射的第二电子30第一加速电压31第二加速电压32准直器33、34、35、36 独立的实体37 患者38计算机断层摄影装置39计算机断层摄影装置的管或者环40第一聚焦电压41第二聚焦电压Sl提供第一做法和第二做法S2在第一做法和第二做法之间进行切换S3由用户选择第一栅极电压和第二栅极电压S4由用户选择第一做法和第二做法之间的切换频率
具体实施例方式为若干图示中相似或者相关的部件提供相同的附图标记。图示中的视图是示意性 的而非完全按比例的。图1示出了本发明的示例性实施例。X射线源19包括第一基底3上的第一碳纳米 管1和第二基底4上的第二碳纳米管2。例如，基底可以为包括各种不同材料和层的微片， 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和第一栅极11之间施加 第一栅极电压5，以便由来自第一碳纳米管1的场发射来发射电子，如上所提及的，第一碳 纳米管1可以为多个碳纳米管或者一束碳纳米管。由第一电源8在第一基底3和目标13 之间施加第一加速电压30，以便将发射的电子加速到目标上。可以与第一栅极电压5独立 地施加第一加速电压30。可以在基底和第一聚焦子单元7之间施加第一聚焦电压40。第 一聚焦子单元7使第一碳纳米管发射的经加速的第一电子28如此偏离，使得具有上边界14 和下边界14a的第一 X射线束的第一轨迹与具有上边界15和下边界15a的第二 X射线束 的第二轨迹空间交叠。该交叠可以非常精确，以至于可以完成如同两条轨迹具有相同源位 置那样的完美的重构。换言之分别由边界14和14a以及15和15a限定的图1中示出的 两条锥束以近似精确的方式辐照感兴趣对象，使得差异可以不导致重构过程的伪影。由此，由两种类型的X射线光子辐照感兴趣对象16，并且探测屏幕或者探测器17将所发射信号的 信息转换成投影图像。这些图像可以用于进行重构。为了进一步机械地选择光子的发射， 可以使用由X射线吸收材料制成的准直器32。准直器32被用作使X射线的两条路径进一 步相等的另一装备。另外，示出了外壳18。另外，第一下部的实体可以包括第一碳纳米管1、第一聚焦子单元7、第一电子28 以及第一栅极电压5。第二上部实体可以包括第二碳纳米管2、第二聚焦子单元9、第二电子 29以及第二栅极电压6。在图1的上部分中，示出了用于独立的X射线生成的第二实体，其包括第二聚焦子 单元9，施加第二加速电压31并且包括第二栅极电压6的第二电源10。由此，在第二栅极 12和第二基底4之间施加该栅极电压，以令第二碳纳米管2发射电子。由此，发射第二电子 29并且由第二加速电压31将其加速到目标13上。另外，本发明的该示例性实施例也可以包括其他电源，例如聚焦电源或者栅极电 压源。其可以是外部的，并且放置在外壳以外，但是如果期望在一个外壳中，其也可以集成 到其中。另外，也可以从第一电源和第二电源中导出这些其他电压。在具有第一碳纳米管1、第一聚焦子单元7、第一电子28和第一栅极电压5的第一 下部实体与具有第二碳纳米管2、第二聚焦子单元9、第二电子29和第二栅极电压6的第二 上部实体之间的具有外部开关/控制元件的开关可以提供双千伏和双能量成像，而不需要 使用能量分辨探测器。由此，可以收集到额外的信息，并且可以降低对于患者的X射线负担 以及操作花费。与发生器的电压调制相比，碳纳米管的开/关切换可以更快。这可能导致成像过 程的持续时间的改进。换言之，以不同电压操作位于180°位置处的两个碳纳米管，并且以交替的方式切 换它们——高频率非叠加方式。由于冷发射器导致碳纳米管没有余辉，因此切换可以相当 快。以一种方式设计两个碳纳米管的聚焦单元，使得从阳极通过对象的射束与可以用于重 构的射束具有大致相同的轨迹。电压补偿和经修改的电极使射束的偏离最小化。换言之，对不同的聚焦电压和/或几何形状进行调整以补偿不同的目标到对象的 几何形状，其导致相同的轨迹以用于重构。另一选择为以与两个不同的高电压发生器不同的电压操作两个碳纳米管。可选 地，一个主要发生器(电压1)可以为碳纳米管1供电，并且主要发生器的电压和较小的辅 助发生器2的失调电压(总和等于电压2)可以为碳纳米管2供电。图2还示出了本发明的另一实施例，其中，示出了具有四个电子发射碳纳米管的 布置的X射线源19。由此，在X射线光子的四个预先调整的不同能量之间、在四个预先调整 的不同的焦斑几何形状和/或在四个不同的空间分辨率之间进行切换是可能的。由以上所 述的相应的聚焦电压和相应的加速电压来单独地调整所有这些参数。这里，在目标13周围 以圆形的方式示出四个相似但是独立的实体33、34、35、36。它们也可以沿指示可能连续放 置的碳纳米管的区域的箭头27放置。对于CT和X射线应用，双能量可能为获得与所扫描对象的材料特性有关的额外信 息的具有前途的技术。可以以不同的且独立的电压操作所有四个碳纳米管元件。该设置可以延伸到阳极的锥形几何形状以及位于阳极周围的圆形几何形状的多个发射器。该源和方法也可以用于以快速的方式从例如小焦斑到大焦斑的不同焦点几何形 状之间进行切换，而也可以通过切换不同的碳纳米管栅极而调制焦斑点的形状。另一选择 为进行顺序扫描。图3示出了根据本发明的另一示例性实施例的四个方法的步骤。通过提供第一做 法和第二做法Sl并且在第一做法和第二做法S2之间进行切换，可以提供双能量kV成像。 另外，第一做法包括使由第一碳纳米管发射的第一电子聚焦到目标上，以生成具有第一轨 迹的第一 X射线光子，而第二做法包括使第二碳纳米管发射的第二电子聚焦到目标上，以 生成具有第二轨迹的第二 X射线光子。由此，如此执行聚焦，使得在到达感兴趣对象之前第 一轨迹和第二轨迹交叠。可以通过用户选择第一加速电压和第二加速电压S3并且选择第一做法和第二做 法之间的切换频率S4来添加由用户或者软件控制的计算机所引起的这些步骤。方法的其他步骤可以包括选择不同的聚焦电压或者不同的栅极电压。另外，本文包括了实现根据上述实施例的辐射所必需的所有其他步骤。图4示出了根据本发明的另一示例性实施例的检查装置22。检查装置22包括 X射线源19，其根据以前或者以下描述的本发明的示例性实施例；用户界面20，其使得用户 通信成为可能；计算机程序单元21，其用于操作所描述的方法的步骤；以及工作站或者成 像系统23。该成像系统可以例如为X射线装置、CT或者例如具有正电子发射断层摄影装置 的X射线装置。其他成像系统也是可能的。在图5和6中可以看到更具体示例性实施例。 将这四个单元的连线解释为不同介质之间的互连。图5示出了根据本发明的另一示例性实施例的另一检查装置22。提出了成像系统 23，这里为具有集成的根据本发明的另一示例性实施例的辐射源19的C臂形X射线装置。 该系统链接到用户界面20。借助于此，用户可以控制并且调整X射线生成、传播以及检查过 程。另外，提出其上具有计算机程序单元21的计算机26。该程序可以自动地观察并且操作 辐射源以及整个分析过程。可以在诸如计算机监视器、LC显示器、等离子屏幕或者视频投 影机25的不同类型的屏幕上向用户示出X射线探测的结果和重构。图6示出了根据本发明的另一示例性实施例的另一检查装置。除了使用如图5中 所示的C臂形X射线装置，也可能使用例如计算机断层摄影装置38的成像系统。由此，该 装置包括根据本发明的另一实施例的辐射源19。利用随后在探测器或者探测屏幕17上被 探测到的生成的X射线束辐照患者37。根据对附图、说明书和随附权利要求的研究，本领域技术人员通过实践所主张的 本发明能够理解并且实施所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除 其他元件或者步骤，并且不定冠词“一”或者“一个”不排除多个。单个处理器或者其他单 元可以实现权利要求中引用的若干项或者步骤的功能。在互不相同的从属权利要求中引用 某些措施这一事实不表明这些措施的组合不能被有利地利用。可以将计算机程序存储/分 布在合适的介质上，例如，光学存储介质或者与其他硬件一起提供或者作为其他硬件的一 部分而提供的固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如经由因特网或者其他有线或者 无线的通信系统。在权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制该范围。
1权利要求
一种用于X射线生成以检查感兴趣对象(16)的辐射源(19)，所述源包括用于发射第一电子(28)的第一碳纳米管(1)和用于发射第二电子(29)的第二碳纳米管(2)；目标(13)；聚焦单元(7，9)，其用于将所述第一电子和所述第二电子聚焦到所述目标上，以生成具有第一轨迹(14)的第一X射线光子和具有第二轨迹(15)的第二X射线光子；并且其中，所述聚焦单元适于如此操作，使得在到达所述感兴趣对象之前所述第一轨迹和所述第二轨迹交叠。
2.根据权利要求1所述的辐射源，其中，所述聚焦单元包括两个聚焦子单元(7，9)，并且其中，所述第一子单元(7)适于将所述第一电子聚焦到所述目标上；并且其中，所述第 二子单元(9)适于将所述第二电子聚焦到所述目标上。
3.根据权利要求1或者2所述的辐射源，其中，所述辐射源适于在所述第一X射线光子和所述第二X射线光子的不同焦点几何 形状之间进行切换。
4.根据权利要求1、2或者3所述的辐射源，其中，所述辐射源适于在所述第一X射线光子和所述第二X射线光子的不同能量之间 进行切换。
5.根据权利要求1、2、3或者4所述的辐射源，其中，所述辐射源适于调制所述第一X射线光子和所述第二X射线光子的空间分辨率。
6.根据权利要求1所述的辐射源，还包括 外壳(18)；其中，将所述第一碳纳米管、所述第二碳纳米管和所述聚焦单元集成到所述外壳中。
7.根据权利要求1所述的辐射源，还包括 多个碳纳米管；其中，每个碳纳米管适于发射电子；其中，所有碳纳米管都位于所述目标周围的几何形状中；其中，所述聚焦单元适于将每个碳纳米管所发射的电子聚焦到所述目标上，以生成相 应的具有各自轨迹的X射线光子；并且其中，所述聚焦单元适于如此操作，使得在到达所述感兴趣对象之前所有轨迹交叠。
8.一种用于检查感兴趣对象的检查装置，所述检查装置包括根据权利要求1所述的辐 射源。
9.根据权利要求8所述的检查装置，还包括 第一电源(8)和第二电源(10)；其中，所述第一电源(8)被布置为向所述第一碳纳米管施加第一加速电压(30)，并且 所述第二电源(10)被布置为向所述第二碳纳米管施加第二加速电压(31)；并且其中，所述第一加速电压和所述第二加速电压之间的差导致所述第一X射线光子和所 述第二 X射线光子之间的能量差。
10.一种用于X射线生成以检查感兴趣对象的方法，所述方法包括以下步骤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间进行切换(S2)；其中，所述第一做法包括将由第一碳纳米管发射的第一电子聚焦到目标上，以生成具 有第一轨迹的第一 X射线光子；其中，所述第二做法包括将由第二碳纳米管发射的第二电子聚焦到目标上，以生成具 有第二轨迹的第二X射线光子；其中，如此执行所述聚焦，使得在到达所述感兴趣对象之前所述第一轨迹和所述第二 轨迹交叠。
11.一种根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤 由用户选择第一加速电压和第二加速电压(S3)；由所述用户选择所述第一做法和所述第二做法之间的切换频率(S4)； 其中，向所述第一碳纳米管施加所述第一加速电压，并且向所述第二碳纳米管施加所 述第二加速电压。
12.—种计算机程序单元(21)，其特征在于，当在通用计算机上使用时，其适于使所述 计算机(26)执行根据权利要求10或者11所述的方法的各步骤。
13.一种计算机可读介质(24)，其上存储有根据权利要求12所述的计算机程序单元 (21)。
全文摘要
提出了一种用于特别地由场发射碳纳米管(1，2)生成多能量X射线源(19)。为了实现来自不同发射器的X射线束的轨迹的空间交叠，向发射的电子(28，29)供应聚焦单元(7，9)。在不同碳纳米管的发射之间的快速切换允许多个千伏的成像。由聚焦单元独立确定多个焦斑参数导致可能在不同焦斑几何形状和空间分辨率之间进行快速切换。
文档编号H01J35/06GK101946299SQ200980105033
公开日2011年1月12日 申请日期2009年2月10日 优先权日2008年2月15日
发明者G·福格特米尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司