专利名称：用于x射线管焦斑尺寸和位置控制的设备及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于x射线管焦斑参数控制的设备及方法，具体而言，
涉及基于对杂散电子的探测而进行的焦斑尺寸和位置控制，从而使得可以
确定焦斑的状态和情况，并且可以实施对焦斑的快速控制以改善x射线管 操作的效率。
背景技术：
在X射线管中，约40%的撞击阳极的电子被反射(杂散的)。这些撞击 X射线管内任何给定区域的杂散电子的数量变化相当大。原因可能(例如) 为焦斑参数与最佳焦斑参数之间的偏差，其中，所述焦斑参数可以是焦斑 尺寸或者焦斑位置。在x射线检査装置的许多应用中，在诸如计算机断层 成像(CT)扫描的检査过程期间，针对诸如焦斑尺寸和焦斑位置的焦斑参 数的变化，仅可以容忍非常小的公差而不危及图像质量。保持所需要的公 差是难以实现的，这是因为在CT扫描期间，X射线管的许多部分极大地升 温，导致机械和电学特性的变化，这将影响(例如)焦斑的尺寸和位置。
US 2004/0190682 Al描述了一种用于通过闭环调节电路设置X射线管 的焦斑位置的方法和设备。偏转器根据偏转信号对X射线管的电子束进行 偏转，偏转闭环调节器根据焦斑位置信号生成偏转信号。 一种测量布置测 量焦斑位置信号。偏转器、偏转闭环调节器和测量布置形成了闭环调节电 路，其具有作为受控变量的焦斑位置以及作为控制参数的偏转信号。为了 这一 目的，US 2004/0190682 Al描述了两个光电探测器用于对X射线束位
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一个或另一个方向上远离向其所提供的光学路径转移，则所述光电探测器
提供低输出信号，或不提供输出信号，那么两个焦距探测器中的一个的输
出信号将会较大，并且另一个的输出信号将会较小或者保待为零。或者，
提供红外相机代替光电探测器，以这样一种方式布置所述红外相机，即其在不同位置测量阳极的温度。
但是，不存在对于焦斑尺寸的变化的补偿，以至于控制回路可能对错 误的输入信号做出反应。这种方法的另一个缺点在于需要昂贵的装备，必
须将所述装备设计为在CT扫描架上的G力下机械性稳定的、并且必须经 常校准所述装备以补偿两个探测器在其使用寿命中所积累起的灵敏度和线 性度的差异。
发明内容
希望提供一种能够对焦斑参数进行改善了的控制的方法和设备。
本发明提供一种用于提供控制信号以控制X射线管阳极上焦斑的焦斑 参数的设备； 一种相应的X射线管； 一种用于检查待检查对象的检査设备; 一种用于提供控制信号以控制X射线管阳极上焦斑的焦斑参数的方法；相 应的程序元件以及计算机可读介质。
应该注意的是，以下描述的本发明的示范性实施例还可在提供控制信 号的方法和设备、相应的检查设备、计算机可读介质以及程序元件中应用。
根据本发明的一个示范性实施例， 一种用于提供控制信号以控制X射 线管阳极上焦斑的焦斑参数的设备，该设备包括接口，其适于接收具有 特征模式的信号，所述特征模式取决于X射线管中所探测到的杂散电子； 评估单元，其适于评估所述特征模式；以及输出，其适于基于对所述特征 模式的评估而输出控制信号。杂散电子探测设备所探测到的杂散电子导致 了杂散电子流，其中，所述电流构成了具有特征模式的信号。所述探测设 备可以位于X射线管内部的阳极附近，例如，靠近焦斑的位置。模式的特 征取决于焦斑参数，因此基于对信号的特征模式的评估来提供一种用于控 制X射线管的操作参数的控制信号是可能的。可以以高序列来探测由所探 测的杂散电子的变化而导致的信号的变化。这允许以非常短的周期来控制X 射线管的操作参数。短周期允许快速控制电路以保持最佳焦斑参数。因此， 一种更有效的对X射线管的操作是可能的。
换言之，本发明提供了一种用于测量诸如焦斑尺寸和焦斑位置的焦斑 参数的简单并且有效的方法，其中，校正焦斑参数的偏差是可能的。本发 明还允许小于1毫秒的时间常数，从而避免在扫描架旋转时间低于0.5秒的现代CT系统中出现的伪影。
根据本发明的另一个示范性实施例，控制信号适于通过控制X射线管 的操作参数而控制焦斑参数。所述控制信号可用于控制诸如X射线管的电 压和电流的X射线管的操作参数。更进一步，信号可用于控制激活电子束 聚焦和偏转设备，例如，电磁透镜。
根据本发明的另一个示范性实施例，所述设备还包括查找表，在其中 存储了特征模式与相应的操作参数以及/或者相应的焦斑参数之间的至少一 个关系。通过使用查找表，结合(例如)模式解码器，可以确定诸如焦斑 尺寸和焦斑位置的实际焦斑参数，并且其可与额定的或预期的位置进行比 较。这允许了计算校正。之后，电磁电子束偏转和整形透镜可用于校正任 何偏差。
根据本发明的另一个示范性实施例，焦斑参数为焦斑尺寸和/或焦斑位 置。焦斑尺寸和焦斑位置为允许对焦斑的重要特性进行描述的参数。
根据本发明的一个示范性实施例，X射线管的操作参数为用于影响电 子束聚焦和/或偏转的参数。通过使电子束聚焦和偏转，可以影响焦斑的尺 寸及其在电极表面上的位置，从而通过控制电子束的聚束和偏转而控制焦 斑参数具有合理的可能性。
根据本发明的一个示范性实施例，所述设备包括滤波器和/或脉冲整形 器，其适于将包括在所接收到的信号中的焦斑参数信息分离出来。根据信 号的组成和包括在其中的信息，所述滤波器可以是带通滤波器、高通滤波 器或低通滤波器。在信号包括涉及两个或更多个参数的信息的情况下，必 须将所述信息区分出来以做进一步处理。具体而言，当信号通过阳极表面 的任何变更而得以调制时，提供带通滤波器和脉冲整形器是有益的，这是 因为所得到的调制模式将会表征导致所述信号的某些参数的组合。所述信 号可以是基于从所探测的电子中得到的电流，其中，所述电流可以是X射 线管电压、X射线管电流以及几何因子alpha(a)， beta(e)， gamma(Y)的 函数。a取决于电子探测设备的尺寸以及其相对于阳极盘的位置，3取决 于焦斑的尺寸，以及Y取决于焦斑在阳极盘上的位置。为了使用电流作为 控制回路的输入以控制诸如焦斑尺寸和位置的焦斑参数，可以使用额外的 信息来完整地确定并且描述所述电流。如在以下将要描述的，可以通过对杂散电子的调制来获得这一额外信息。
根据本发明的一个示范性实施例，所述设备包括控制单元，其适于基 于存储在査找表中的信息以及预期的焦斑参数来生成用于控制焦斑参数的
控制信号。因此，输入预期的焦斑参数以及通过控制回路来控制x射线管
的操作参数是可能的。应该注意的是，对于固定的焦斑尺寸和固定的焦斑 位置而言，(例如)可以通过校准表来测量以及使用电流。
根据本发明的一个示范性实施例，x射线管包括用于发射电子的发射
极，用于接收所发射的电子的阳极以及探测单元，所述探测单元适于探测 从阳极反射的杂散电子，并且适于输出取决于所探测到的杂散电子的信号。
向X射线管提供用于探测杂散电子的探测单元允许了在无较大的干扰的情
况下探测x射线管内部的杂散电子。电流取决于所述管的电压和电流，并
且取决于焦斑尺寸及其在阳极上的位置。使用针对所述管电压和电流的校 准表，以及关于焦斑尺寸或位置的额外信息，则可以使用杂散电子流分别 地计算焦斑位置或尺寸。可以以高频率来探测杂散电子流的变化，使得时 间常数应该小于约1毫秒，这允许了避免在具有大于每秒两次旋转的高速
扫描架旋转的现代CT系统中的伪影。
根据本发明的一个示范性实施例，探测单元适于输出具有特征模式的 信号，其中，所述特征取决于所探测的杂散电子。诸如尺寸和位置的焦斑
参数的特定变化导致了杂散电子的变化，因此导致了修改了的电流。这一 点导致了包括了信息的信号，所述信息可用于分别从信号的特征和相应的 电流的特征中获得焦斑参数。
根据本发明的一个示范性实施例，探测单元包括用于收集杂散电子的 收集器，其中，根据本发明的另一个示范性实施例，所述收集器与X射线
管电隔离。这允许了向收集器提供外部电流或电压以提高对从阳极反射的、 所探测并收集的电子的测量能力。电子收集器在操作期间收集直接来自于X 射线管的阳极盘的电子。当电子收集器与所述管的框架电隔离时，可以(例 如)通过外部电路向电子收集器施加相对于阳极盘小的正电位。因此，可 以探测杂散电子作为流经这一电路的电流。这一电流为X射线管电压和电 流以及以上述的几何因子a， P和Y的函数。
根据本发明的另一个示范性实施例，阳极的表面配备有一个或多个能够调制由探测单元探测到的杂散电子的数目的标记。根据另一个示范性实 施例，所述标记为凹槽和/或突起。突起可以为阳极表面上的突出物或凹口。 当焦斑通过阳极表面上的标记时，这种标记将调制到达杂散电子收集器的 电子的数目，因此调制电流和信号。提供电极表面上的标记的模式，因此 导致了相应的杂散的电子的模式。在焦斑的预期轨迹旁边提供标记的模式， 则只有当焦斑从预期的轨迹偏离时，才发生信号的相应模式。因此，信号
的模式的发生可提供一种焦斑位置从预期轨迹的偏离程度的量度。在合适 的情况下，这同样可应用于焦斑尺寸和任何其它焦斑参数。根据这种标记 在沿阳极盘的圆周的数目，调制将会具有作为阳极盘旋转频率的倍数的频 率。使用调制信息可以探测到焦斑尺寸或焦斑位置或二者均可。
使用调制信息以及额外的校准表可以增强测量的准确度。更进一步，
当在一个x射线脉冲期间，无论所述管是不连续地使用不同焦斑位置，例
如已知的'动态焦斑'，或是连续地使用不同焦斑位置，都需要额外的信息 来分离所述效应。为了分离那些效应，可以使用上述的滤波器和脉冲整形 器。
根据本发明的一个示范性实施例， 一种用于检查待检査对象的检査设 备包括根据任何以上所述设备的实施例的设备，所述设备用于提供控制信
号以控制X射线管阳极上焦斑的焦斑参数，以及根据任何以上x射线管的 实施例的x射线管。
根据本发明的另一个实施例，提供了与以上设备相对应的方法。 根据本发明的一个示范性实施例的方法包括探测从阳极反射的杂散电 子，输出具有特征模式的信号，其中，所述信号基于所探测的杂散电子，
评估所述特征模式，并且通过控制x射线管的操作参数而生成用于控制焦
斑参数的控制信号，其中，所述信号基于对特征模式的评估。
根据本发明的一个示范性实施例，所述方法包括使所述特征模式与存 储在查找表中的信息比较，在所述查找表中存储了特征模式和相应的操作 参数和/或相应的焦斑参数之间的至少一个关系。所述査找表通过使所述特 征模式与相应的操作参数和/或相应的焦斑参数比较而允许快速评估。因此， 可以将所探测到的模式分配给操作参数和焦斑参数，从而得到模式的特征。 必须注意的是，模式的特征可以为任何参数，例如，能够携带信息的信号
9的频率、频率模式，高度等。特征模式不局限于脉冲或频率，而是也可理
解为，例如，电流的DC量。当在电极的表面提供周期凹槽或突起用于修改 杂散电子流时，信号包含包括在特征模式中的周期'性返回参数。
根据一个示范性实施例，所述方法还包括使特征模式与存储在查找表 中的信息进行比较，在所述査找表中存储了特征模式与相应的操作参数和/ 或相应的焦斑参数之间的至少一个关系。
根据本发明的一个示范性实施例，所述生成基于存储在查找表中的信 息。因此，当所探测的模式对应于查找表中所存储的模式时，可以非常快 地实施控制信号的生成，之后将其分配给相应的操作参数和/或相应的焦斑 参数。所述查找表也可由一种算法替代，所述算法在合适的位置表示了特 征模式与相应的操作参数以及/或者相应的焦斑参数之间的关系。
根据本发明的另一个示范性实施例，X射线管的操作参数包括用于影 响电子束聚焦和/或偏转的参数。由于焦斑是由发射极发射的电子得到的， 其中，所发射的电子撞击阳极，因此，电子束可受到(例如)通过电磁透 镜的焦聚和/或偏转的影响。应该注意的是，不是所有由发射极发射的电子
均撞击阳极，或者说撞击至少预期的阳极阵列，因^:电子也可意味着发射 极发射的电子的一部分。
根据本发明的一个示范性实施例，探测杂散电子还包括收集杂散电子。 收集意味着所收集的电子直接导致了构成了信号的电流。应该注意的是， 由于所收集到的电子而得到的电荷的数量可作为评估的一种量度。或者， 可由探测设备探测杂散电子，例如以乘法器的形式，从而从放大的电子流 得到所述信号。
根据本发明的一个示范性实施例，向收集器提供诸如相对于阳极盘的 小正电位的电压，所述收集器与x射线管电隔离，从而可以探测杂散电子
作为流经这一电路的电流。在这一情况下，电位将所收集的电荷转换成电
.、夭 孤。
根据本发明的一个示范性实施例，生成控制信号用于控制焦斑参数是 基于存储在查找表中的信息以及预期的焦斑参数。这允许提供控制回路， 所述回路能够基于用户输入或预先确定的预先确定焦斑参数提供控制信 号。如上所述，所述査找表可由一种算法替代。根据本发明的一个示范性实施例，可以通过在阳极表面上提供标记来 调制杂散电子的数目。由此产生的效应对应于上述方法的实施例。
根据本发明的一个示范性实施例，提供了一种程序元件，当处理器执 行所述程序元件时，所述程序元件适于实施以上方法的实施例中的一个。
根据本发明的一个示范性实施例，计算机可读介质存储以上程序元件。
可将本发明的主旨视为使用在x射线管内所探测到的所探测杂散电子 来快速控制用于X射线管的操作参数，其中，以快速的序列探测杂散电子
的原理允许一种精确并且快速的控制。
通过参考以下描述的实施例，本发明的这些和其它方向将变得显而易 见并且得以阐明。
通过参考以下附图将在下文描述本发明的示范性实施例。
图1示出了一种用于提供控制信号以控制x射线管阳极上焦斑的焦斑
参数的设备；
图2示出了X射线管，其具有用于发射电子的发射极，阳极，其被旋 转性地安装以散布对阳极表面的影响； 图3示出了探测单元的放大图4示出了根据本发明的示范性实施例的方法的流程。
具体实施例方式
图1示出了一种用于提供控制信号以控制X射线管阳极32上焦斑的焦 斑参数的设备。所述设备包括接口 11，其用于接收具有特征模式的信号， 所述特征模式取决于X射线管30中所探测到的杂散电子。对X射线管的 示出仅用于解释性目的，因此为示意性地示出。X射线管包括发射极31以 及阳极32，其中，所述发射极适于朝向阳极发射电子。在X射线管30的 外部仅用于解释性目的地示出了探测单元40，并且也可其放置在X射线管 30内，特别是当探测杂散电子时。X射线管还包括偏转线圈35。接口 11 可以为终端，但是，也可以配备有放大器用于放大所接收的信号。接口 11 还可在合适的时候包括用于处理所接收的信号的任何处理效用。图1的所述设备10还包括滤波器，其可以是带通滤波器、低通滤波器或高通滤波器， 本领域技术人员将会实施对其的选择。脉冲整形器13可用于对滤波器12 输出的脉冲进行整形。设备10还可配备有包括了 PLL调谐电路的光栅频率 单元14。模式探测器15能够对所接收的信号的特征模式进行解码，从而使 所解码的模式用于评估。可以通过使用查找表16而支持所述评估。所述查 找表可存储特征模式与相应操作参数和/或相应焦斑参数之间的至少一个关 系。焦斑参数可以是焦斑位置和焦斑尺寸。
操作参数可以是用于控制在X射线管30内的电子发射以及电子束的聚 焦或偏转的电压和电流。査找表16的输出馈送给控制单元17。所述控制单 元17可以是数字位置或尺寸调节。另外，馈送给控制单元17焦斑的额定 位置/尺寸值或者所预期的焦斑参数是可能的，以此可基于存储在査找表16 中的信息提供控制信号。输出18适于基于对特征模式的评估输出控制信号， 其中，可基于存储在査找表16中的信息以及基于向控制单元17额外地输 入的所预期的焦斑参数来生成用于控制焦斑参数的控制信号。输出还可包 括放大器或后处理单元，例如，用于对控制信号进行放大或后处理，所述 控制信号例如用于控制由偏转线圈35引起的偏转。
图2示出了X射线管30，其具有用于发射电子的发射极31;阳极，其 被旋转地安装以散布发射极发射的电子束对阳极表面的影响。阳极32接收 发射极31发射的电子的一部分。偏转线圈35允许对从发射极31发射的电 子束进行聚焦和偏转以针对位置和尺寸修改焦斑。X射线管30是抽成真空 的。将探测单元40安装至X射线管30的框架33。所述探测单元40包括 收集器41，并且将根据图3对其进行描述。发射极31发射的电子撞击阳极 32的表面，由此生成X射线，其通过窗口34离开X射线管。
阳极还包括以凹槽38和突起39的形式出现的标记38， 39。当焦斑通 过这一标记38， 39时，以凹槽38和突起39的形式的标记38， 39能够调 制到达收集器41的电子的数目。调制所具有的频率为阳极盘旋转频率的倍 数，其取决于这种标记38， 39沿阳极盘32的圆周的数目。突起可以是阳 极表面上的凹口或突出物，其形式为点，短凹槽，或对突出物或高出物的 任何其它合适的设计。标记的模式导致了信号的相应模式。在电极上焦斑 的最佳路径旁边提供标记导致当焦斑位置离开最佳路径时，得到相应的模式，因此提供取决于到最佳路径的边缘的距离的不同模式允许对焦斑位置 的偏差的评估。
通过控制向以偏转线圈35的形式存在的电磁透镜提供的电流和电压， 使得修改焦斑参数，具体而言阳极32表面上的焦斑位置以及焦斑尺寸是可 能的。根据焦斑尺寸和位置，从阳极32表面上反射的杂散电子的数量是较 高或者较低的，从而修改了电流，并且该电流可由探测单元40，具体而言 探测单元40的收集器41探测到。
图3示出了探测单元40的放大图。探测单元40包括收集器41。探测 单元40可包括用于使收集器41与探测单元40的框架43隔离和/或与X射 线管30的框架33隔离的绝缘体42。导线44与用于接收所接收的杂散电子 生成的信号的收集器连接。
图4示出了根据本发明的示范性实施例的方法的流程。所述方法包括-探测从阳极反射的杂散电子ST2;输出具有特征模式的信号，其中，所述 信号基于所探测的杂散电子ST3;评估特征模式ST5;生成用于通过控制X 射线管的操作参数而控制焦斑参数的控制信号，其中，所述信号基于对特 征模式的评估ST7。更进一步，该方法可包括使特征模式与存储在查找表 16中的信息比较ST6，在所述查找表中存储了特征模式与相应的操作参数 和/或相应的焦斑参数之间的至少一个关系。所述査找表可由一种合适的算 法替代。更进一步，该方法可包括对所接收的信号进行滤波和/或脉冲整形 以提供分离的焦斑参数信息ST4。所述方法可还包括基于存储在查找表中 的信息以及所预期焦斑参数来生成用于控制焦斑参数的控制信号ST7A。更 进一步，所述方法可包括通过在阳极表面提供标记来调制杂散电子的数目 ST1。
根据图1中的设备解释了若干方法元件和步骤的细节以及目的。 所述申请可用于X射线产生单元(X分割，特别是用于医学CT扫描 仪和其它诊断X射线装备)。
应该注意的是，"包括" 一词不排除其它元件或步骤，并且单数冠词不 排除复数个。并且，与不同实施例相关联而描述的元件可以结合使用。
应该注意的是，不应将权利要求中的参考标记解释为限制权利要求的 范围。
权利要求
1、一种用于提供控制信号以控制x射线管阳极(2)上焦斑的焦斑参数的设备，所述设备(10)包括接口(11)，其适于接收具有特征模式的信号，所述特征模式取决于在所述x射线管(30)中探测到的杂散电子，评估单元(15，16)，其适于对所述特征模式进行评估，以及输出(18)，其适于基于对所述特征模式的评估来输出控制信号。
2、 如权利要求l所述的设备，其中，所述控制信号适于通过控制所述 x射线管(30)的操作参数来控制所述焦斑参数。
3、 如权利要求2所述的设备，其包括査找表(16)，在所述查找表中 存储了所述特征模式与相应的操作参数和/或相应的焦斑参数之间的至少一 个关系。
4、 如权利要求l所述的设备，其中，所述焦斑参数为焦斑尺寸和/或焦 斑位置。
5、 如权利要求1所述的设备，其中，所述x射线管的所述操作参数为 用于影响电子束聚焦和/或偏转的参数。
6、 如权利要求l所述的设备，其包括适于将包括在所接收的信号中的 焦斑参数信息分离出来的滤波器(12)和/或脉冲整形器(13)。
7 /、 乂tK乂々U安不丄"l处tJ、J叹食，兴'tif亡:r:ii帀!J平乂U， Ol处:Thi帀!J平乂L迫丁签 于存储在所述査找表中的信息以及预期的焦斑参数来生成用于控制所述焦 斑参数的所述控制信号。
8、 一种X射线管，包括发射极(31)，其用于发射电子，阳极(32)，其用于接收所发射的电子，以及探测单元(40)，其适于探测从所述阳极(32)反射的杂散电子，并且 适于输出取决于所探测的杂散电子的信号。
9、 根据权利要求8所述的X射线管，其中，所述探测单元(40)包括 用于收集所述杂散电子的收集器(41)。
10、 如权利要求9所述的X射线管，其中，所述收集器(41)与所述 x射线管(30)电隔离。
11、 如权利要求8所述的X射线管，其中，所述阳极表面配备有一个 或多个标记(38， 39)，所述标记能够调制由所述探测单元(40)探测的杂 散电子的数目。
12、如权利要求11所述的X射线管，其中，所述标记(38， 39)为凹 槽(38)和/或突起(39)。
13、 一种用于检査待检查对象的检査设备，所述检查设备包括 如权利要求l所述的设备(10)，以及 如权利要求8所述的x射线管(30)。
14、 一种用于提供控制信号以控制x射线管阳极(32)上焦斑的焦斑 参数的方法，其包括探测从所述阳极反射的杂散电子(ST2)，输出具有特征模式的信号，其中，所述信号基于所探测的杂散电子 (ST3)，评估所述特征模式(ST5)，以及生成用于通过控制所述x射线管(30)的操作参数来控制焦斑参数的 所述控制信号，其中，所述信号基于对所述特征模式的评估(ST7)。
15、 如权利要求14所述的方法，还包括使所述特征模式与存储在査找 表(16)中的信息比较，在所述查找表中存储了所述特征模式与相应的操 作参数和/或相应的焦斑参数之间的至少一个关系(ST6)。
16、 如权利要求15的方法，还包括基于存储在所述查找表(16)中的 信息和预期的焦斑参数生成用于控制所述焦斑参数的控制信号(ST7A)。
17、 一种程序元件，当由处理器执行时，所述程序元件适于实施权利 要求14所述的方法。
18、 一种计算机可读介质，其存储了权利要求17所述的程序元件。
全文摘要
一种用于X射线管焦斑参数控制的设备及方法，其中，在X射线管中探测到杂散电子。所探测到的电子导致了一种具有特征模式的信号。可以对所述特征模式进行评估，并且基于评估可以输出控制信号，从而可基于所探测的杂散电子实施对X射线管的操作参数的快速并且精确的控制。
文档编号H05G1/00GK101558468SQ200780045883
公开日2009年10月14日 申请日期2007年12月7日 优先权日2006年12月12日
发明者H·罗洛夫, L·科赫, W·克罗斯特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司