專(zhuān)利名稱(chēng)：X射線發(fā)生器、x射線成像設(shè)備及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用X射線源的醫(yī)學(xué)診斷設(shè)備和工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域中用于非破壞性X射線 成像的X射線發(fā)生器，以及使用該X射線發(fā)生器的X射線成像設(shè)備。
背景技術(shù)：
通常，X射線管使用熱電子源作為電子源，通過(guò)使從被加熱至高溫的細(xì)絲 (filament)發(fā)射的熱電子加速并聚焦來(lái)形成期望的電子束，并且通過(guò)利用電子束照射由金 屬制成的X射線靶材來(lái)產(chǎn)生X射線。近來(lái)，已開(kāi)發(fā)了自旋型電子源(Spint-type electron source)或者使用碳納米管 的冷陰極型電子源等作為替代熱電子源的電子源，其中，自旋型電子源通過(guò)向細(xì)針狀體的 尖端施加高電場(chǎng)來(lái)提取電子。作為這些技術(shù)的應(yīng)用，在專(zhuān)利參考文獻(xiàn)1、2和3中描述了提 取單個(gè)電子束的技術(shù)專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)平08-264139號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)平09-180894號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3 日本特開(kāi)2005-237779號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
已知當(dāng)通過(guò)利用加速電子束照射靶材來(lái)產(chǎn)生X射線時(shí)，X射線的產(chǎn)生效率非常低。 施加至靶材的電子束的能量大部分被轉(zhuǎn)換成熱能。為此，傳統(tǒng)的X射線發(fā)生器使用使靶材 旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極結(jié)構(gòu)。在如專(zhuān)利文獻(xiàn)1中所述的電子束照射面面向X射線產(chǎn)生面的結(jié)構(gòu)中，難以使用如 專(zhuān)利文獻(xiàn)3中所述的抑制發(fā)熱的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極。醫(yī)學(xué)診斷設(shè)備等需要一定量的電流以確保診斷所需的圖像質(zhì)量。為了獲得圖像的 高清晰度，形成在靶材上的X射線焦點(diǎn)的尺寸優(yōu)選為小。然而，隨著在確保一定量電流的情 況下減小X射線焦點(diǎn)的尺寸，熱負(fù)荷集中于小面積上，從而引起上述發(fā)熱問(wèn)題。另一方面， 隨著X射線焦點(diǎn)的尺寸增大，清晰度降低。本發(fā)明的目的是提供X射線發(fā)生器和X射線成像設(shè)備，以在產(chǎn)生X射線時(shí)達(dá)到大 電流，而不降低圖像的清晰度。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明一方面的X射線發(fā)生器具有以下配置。即，該X射 線發(fā)生器包括電子束產(chǎn)生部，其具有多個(gè)電子發(fā)射器，并用于產(chǎn)生與被驅(qū)動(dòng)的電子發(fā)射器相對(duì) 應(yīng)的電子束；靶電極，用于產(chǎn)生X射線焦點(diǎn)為由所述電子束產(chǎn)生部所產(chǎn)生的電子束的照射位置 的X射線；以及驅(qū)動(dòng)控制部，用于通過(guò)單獨(dú)控制所述多個(gè)電子發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)，來(lái)控制所述靶電極 上由X射線焦點(diǎn)的集合形成的X射線焦點(diǎn)形狀。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明另一方面的X射線成像設(shè)備具有以下配置。即，該 X射線成像設(shè)備包括電子束產(chǎn)生部，其具有多個(gè)電子發(fā)射器，并用于產(chǎn)生與被驅(qū)動(dòng)的電子發(fā)射器相對(duì) 應(yīng)的電子束；靶電極，用于產(chǎn)生X射線焦點(diǎn)為由所述電子束產(chǎn)生部所產(chǎn)生的電子束的照射位置 的X射線；檢測(cè)部，用于通過(guò)檢測(cè)從所述靶電極所產(chǎn)生的X射線來(lái)產(chǎn)生二維X射線圖像；驅(qū)動(dòng)控制部，用于通過(guò)單獨(dú)控制所述多個(gè)電子發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)，來(lái)控制所述靶電極 上由X射線焦點(diǎn)的集合形成的X射線焦點(diǎn)形狀；以及確定部，用于基于由所述檢測(cè)部所檢測(cè)到的所述二維X射線圖像，來(lái)確定由所述 驅(qū)動(dòng)控制部要形成在所述靶電極上的所述X射線焦點(diǎn)形狀。根據(jù)本發(fā)明，提供了在產(chǎn)生X射線時(shí)達(dá)到大電流而不降低圖像清晰度的X射線發(fā) 生器和X射線成像設(shè)備。從以下結(jié)合附圖進(jìn)行的描述中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚，其中，類(lèi)似 的附圖標(biāo)記在所有附圖中表示相同或類(lèi)似的部件。


包含在說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成說(shuō)明書(shū)一部分的附圖舉例示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與 說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明的原理。圖1是示出根據(jù)實(shí)施例的X射線成像設(shè)備的基本配置的示例的框圖；圖2是示出根據(jù)實(shí)施例的X射線成像設(shè)備的具體示例的圖；圖3是示出圖1所示X射線成像設(shè)備中的X射線發(fā)生器的基本配置的示例的框 圖；圖4是用于說(shuō)明電子發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)模式和X射線焦點(diǎn)的形狀的圖；圖5是示出圖1所示X射線成像設(shè)備中的主方向確定單元的配置的示例的框圖；圖6是用于說(shuō)明主方向確定單元中的頻率分析處理的圖；圖7是示出圖1所示X射線成像設(shè)備中的圖像處理單元的配置的示例的框圖；圖8是用于說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施例的X射線成像處理的流程圖；以及圖9是示出發(fā)射器基板上電子發(fā)射器的配置的變型例的圖。
具體實(shí)施例方式以下，將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。第一實(shí)施例圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施例的X射線成像設(shè)備的配置的圖。參照?qǐng)D1，從X射線發(fā) 生器1發(fā)射的X射線XR透過(guò)要成像的被攝體P，并且打(Strike)在X射線檢測(cè)器2上。X 射線檢測(cè)器2是X射線圖像的平板檢測(cè)器。該檢測(cè)器將透過(guò)被攝體P并衰減的X射線的強(qiáng) 度分布作為圖像輸出至主方向確定單元3和圖像處理單元4。X射線透視成像設(shè)備是這種成像設(shè)備的具體示例。X射線透視成像設(shè)備用X射線 連續(xù)地照射被攝體P并獲得X射線圖像，從而獲取被攝體P的運(yùn)動(dòng)X射線圖像。圖2示出該設(shè)備的示例，更具體地，示出X射線透視成像設(shè)備，其通過(guò)使用安裝在C型臂21上的X射 線發(fā)生器1和X射線檢測(cè)器2來(lái)拍攝病人(即，被攝體P)的X射線透視圖像。參照?qǐng)D2，通過(guò)用虛線圍繞的控制器22中所容納的計(jì)算機(jī)(未示出)和軟件來(lái)實(shí) 現(xiàn)主方向確定單元3和圖像處理單元4。在第一實(shí)施例中，主方向確定單元3通過(guò)分析從X射線檢測(cè)器2輸入的圖像來(lái)確 定主方向(稍后將詳細(xì)描述)，并且基于該結(jié)果控制X射線發(fā)生器1中的靶電極上所產(chǎn)生的 X射線焦點(diǎn)的形狀。注意，第一實(shí)施例沒(méi)有使用圖像處理單元4。將在第三實(shí)施例中描述圖 像處理單元4。將參照?qǐng)D3描述X射線發(fā)生器1的操作。基于從主方向確定單元3輸入的條件， 控制電路101通過(guò)電極105單獨(dú)驅(qū)動(dòng)配置在發(fā)射器基板103上的多個(gè)電子發(fā)射器104。從 電子發(fā)射器104發(fā)射的電子通過(guò)提取電極106和透鏡電極107形成為電子束e。如上所述， 具有可以被單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的多個(gè)電子發(fā)射器104的發(fā)射器基板103、提取電極106和透鏡電極 107構(gòu)成電子束產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生與所驅(qū)動(dòng)的電子發(fā)射器相對(duì)應(yīng)的電子束。將電子束e施 加到連接至高壓電源109的靶電極108上，以形成X射線焦點(diǎn)F。在與電子束e相反的方向 上，從形成在靶電極108上的X射線焦點(diǎn)F發(fā)射X射線XR。靶電極108通過(guò)將由上述電子 束產(chǎn)生單元所產(chǎn)生的電子束的照射位置作為X射線焦點(diǎn)來(lái)產(chǎn)生X射線。通過(guò)提取電極106、 透鏡電極107和施加了高電壓的靶電極108，使如上所述的從由多個(gè)電子發(fā)射器104構(gòu)成的 電子發(fā)射單元所發(fā)射的電子朝向靶電極108加速。靶電極108還用作當(dāng)加速電子與其碰撞 時(shí)產(chǎn)生X射線的X射線產(chǎn)生單元。圖4是示例性地示出發(fā)射器基板103上的電子發(fā)射器104的驅(qū)動(dòng)模式以及與這些 模式相對(duì)應(yīng)地形成在靶電極108上的X射線焦點(diǎn)的形狀的圖。圖4中的4A至4E分別表示 當(dāng)驅(qū)動(dòng)在左側(cè)上所示的發(fā)射器基板103內(nèi)的、用粗虛線圍繞的電子發(fā)射器104時(shí)，在靶電極 108上形成具有右側(cè)上所示的形狀的X射線焦點(diǎn)?？刂齐娐?01和電子發(fā)射器驅(qū)動(dòng)電路102 通過(guò)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)/控制多個(gè)電子發(fā)射器104，來(lái)控制靶電極上由X射線焦點(diǎn)的集合所形成的X 射線焦點(diǎn)的形狀(下文還稱(chēng)為X射線焦點(diǎn)形狀)?？梢酝ㄟ^(guò)接通或斷開(kāi)電子發(fā)射器104的 電極105來(lái)改變每個(gè)X射線焦點(diǎn)的形狀，如圖4所示。另外，通過(guò)利用透鏡電極107來(lái)調(diào)節(jié) 電子束的會(huì)聚度，足以改變電子束的尺寸。盡管圖4示出以3X3的形式配置電子發(fā)射器，但是電子發(fā)射器的數(shù)量和配置形式 不限于此，且形成在靶電極108上的X射線焦點(diǎn)的形狀也不限于圖4所示的那些形狀。例 如，電子發(fā)射器可以被配置為如圖9所示呈放射狀。當(dāng)電子發(fā)射器被配置為如圖9所示時(shí)， 電子發(fā)射器之間的間隔在距圖像的中心的徑向上變?yōu)橄嗟?。為此，在由圖4的4B或4C所 表示的模式下，可以容易地使徑向上電子束強(qiáng)度的分布彼此相等。接下來(lái)將描述X射線檢測(cè)器2。如圖1所示，X射線檢測(cè)器2是用于檢測(cè)透過(guò)被攝 體P的X射線、將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并輸出X射線圖像的平板檢測(cè)器。X射線檢測(cè)器2具有 配置成矩陣的X射線檢測(cè)元件。作為將X射線轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的方案，可以將以下方案中的 任一個(gè)應(yīng)用于本實(shí)施例用于將X射線轉(zhuǎn)換成光信號(hào)并然后將該光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的間 接方案，以及用于將X射線直接轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的直接方案。X射線檢測(cè)器2并不限于以上的平板檢測(cè)器。例如，可以使用任何裝置，只要該裝 置能夠輸出通過(guò)使X射線透過(guò)被攝體而產(chǎn)生X射線圖像作為數(shù)字信號(hào)，諸如圖像增強(qiáng)器或CR (計(jì)算機(jī)X射線成像法)。接下來(lái)，將描述主方向確定單元3的配置和操作。圖5是示出主方向確定單元3 的配置的示例的框圖。如參照?qǐng)D2所述，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)中的軟件、專(zhuān)用硬件或兩者的組合 來(lái)實(shí)現(xiàn)主方向確定單元3。頻率分析單元301沿多個(gè)方向?qū)腦射線檢測(cè)器2所輸出的X射線圖像進(jìn)行頻率 分析。將參照?qǐng)D6示例性地描述頻率分析單元301的操作。頻率分析單元301接收與圖6中的6A所示的圖像類(lèi)似的圖像(X射線圖像)，并且 通過(guò)沿四個(gè)徑向(即，圖6中的6A所示的方向A至方向D)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣來(lái)提取四 個(gè)數(shù)據(jù)串。頻率分析單元301進(jìn)一步通過(guò)對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)串進(jìn)行傅里葉變換來(lái)計(jì)算頻譜。圖6 中的6C表示計(jì)算得到的頻譜的示例。頻率分析單元301計(jì)算與方向A至方向D中的每一 個(gè)方向相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)串的頻率功率，并且所計(jì)算出的頻率功率作為頻率功率數(shù)據(jù)輸出至主 方向分析單元302。主方向分析單元302基于來(lái)自頻率分析單元301的頻率功率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確 定被攝體在圖像上的主方向?qū)?yīng)于上述方向A至方向D中的哪一個(gè)方向。在本實(shí)施例中， 當(dāng)利用Pd和d∈ {A，B，C，D}表示從頻率分析單元301所輸入的頻率功率數(shù)據(jù)時(shí)，主方向分 析單元302根據(jù)下式確定主方向η 數(shù)學(xué)式權(quán)利要求
一種X射線發(fā)生器，其特征在于，包括電子束產(chǎn)生部，其具有多個(gè)電子發(fā)射器，并用于產(chǎn)生與被驅(qū)動(dòng)的電子發(fā)射器相對(duì)應(yīng)的電子束；靶電極，用于產(chǎn)生X射線焦點(diǎn)為由所述電子束產(chǎn)生部所產(chǎn)生的電子束的照射位置的X射線；以及驅(qū)動(dòng)控制部，用于通過(guò)單獨(dú)控制所述多個(gè)電子發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)，來(lái)控制所述靶電極上由X射線焦點(diǎn)的集合所形成的X射線焦點(diǎn)形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線發(fā)生器，其特征在于，還包括透鏡電極，所述透鏡電極 被設(shè)置在所述電子束產(chǎn)生部與所述靶電極之間以形成所述電子束，其中，所述驅(qū)動(dòng)控制部通過(guò)控制所述多個(gè)電子發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)和所述透鏡電極的驅(qū)動(dòng)， 來(lái)控制形成在所述靶電極上的所述X射線焦點(diǎn)形狀。
3.—種X射線成像設(shè)備，其特征在于，包括電子束產(chǎn)生部，其具有多個(gè)電子發(fā)射器，并用于產(chǎn)生與被驅(qū)動(dòng)的電子發(fā)射器相對(duì)應(yīng)的 電子束；靶電極，用于產(chǎn)生X射線焦點(diǎn)為由所述電子束產(chǎn)生部所產(chǎn)生的電子束的照射位置的X 射線；檢測(cè)部，用于通過(guò)檢測(cè)從所述靶電極所產(chǎn)生的χ射線來(lái)產(chǎn)生二維X射線圖像；驅(qū)動(dòng)控制部，用于通過(guò)單獨(dú)控制所述多個(gè)電子發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)，來(lái)控制所述靶電極上由X 射線焦點(diǎn)的集合所形成的X射線焦點(diǎn)形狀；以及確定部，用于基于由所述檢測(cè)部所檢測(cè)到的所述二維X射線圖像，來(lái)確定所述驅(qū)動(dòng)控 制部要形成在所述靶電極上的所述X射線焦點(diǎn)形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的X射線成像設(shè)備，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)控制部包括主方向確 定部，所述主方向確定部用于通過(guò)在多個(gè)方向上對(duì)所述二維X射線圖像進(jìn)行頻率分析，來(lái) 將高頻分量最小的方向確定為主方向；并且，所述驅(qū)動(dòng)控制部基于所述主方向，確定要形成 在所述靶電極上的所述X射線焦點(diǎn)形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的X射線成像設(shè)備，其特征在于，還包括輸入部，所述輸入部用 于輸入攝像信息，所述攝像信息包括用于表示作為攝像對(duì)象的區(qū)域的信息，其中，所述主方向確定部基于由所述攝像信息所表示的作為所述攝像對(duì)象的區(qū)域，選 擇要進(jìn)行所述頻率分析的多個(gè)方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的X射線成像設(shè)備，其特征在于，所述攝像信息還包括用于表示所述二維X射線圖像上的對(duì)象方向的信息，以及所述主方向確定部基于表示所述對(duì)象方向的信息，旋轉(zhuǎn)基于所述攝像對(duì)象所選擇的要 進(jìn)行頻率分析的多個(gè)方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的X射線成像設(shè)備，其特征在于，還包括透鏡電 極，所述透鏡電極被設(shè)置在所述電子束產(chǎn)生部與所述靶電極之間以形成所述電子束，其中，所述驅(qū)動(dòng)控制部控制所述多個(gè)電子發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)和所述透鏡電極的驅(qū)動(dòng)，以使 得所述靶電極上的電子束強(qiáng)度在平行于所述主方向的方向上的分布相對(duì)長(zhǎng)于在其它方向 上的分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一項(xiàng)所述的X射線成像設(shè)備，其特征在于，還包括圖像處理部，所述圖像處理部用于對(duì)由所述檢測(cè)部所檢測(cè)到的二維X射線圖像進(jìn)行頻率增強(qiáng)處理， 其中，所述圖像處理部相對(duì)于其它方向增強(qiáng)所述主方向上的高頻分量。
9.一種用于產(chǎn)生X射線的X射線發(fā)生器，其特征在于，包括 電子發(fā)射部，其包括多個(gè)電子發(fā)射器；控制部，用于通過(guò)控制所述電子發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)，來(lái)改變由所述電子發(fā)射部所產(chǎn)生的電 子的發(fā)射分布圖案；加速部，用于加速?gòu)乃鲭娮影l(fā)射部發(fā)射的電子；以及 X射線產(chǎn)生部，用于通過(guò)由所述加速部加速后的電子的撞擊來(lái)產(chǎn)生X射線。
10.一種用于X射線發(fā)生器的控制方法，所述X射線發(fā)生器包括電子束產(chǎn)生部和靶電 極，其中，所述電子束產(chǎn)生部具有多個(gè)電子發(fā)射器并用于產(chǎn)生與被驅(qū)動(dòng)的電子發(fā)射器相對(duì) 應(yīng)的電子束，所述靶電極用于產(chǎn)生X射線焦點(diǎn)為由所述電子束產(chǎn)生部所產(chǎn)生的電子束的照 射位置的X射線，其特征在于，所述控制方法包括驅(qū)動(dòng)控制步驟，用于通過(guò)單獨(dú)控制所述多個(gè)電子發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)，來(lái)控制所述靶電極上 由X射線焦點(diǎn)的集合所形成的X射線焦點(diǎn)形狀。
11.一種用于X射線成像設(shè)備的控制方法，所述X射線成像設(shè)備包括電子束產(chǎn)生部、靶 電極和檢測(cè)部，其中，所述電子束產(chǎn)生部具有多個(gè)電子發(fā)射器并用于產(chǎn)生與被驅(qū)動(dòng)的電子 發(fā)射器相對(duì)應(yīng)的電子束，所述靶電極用于產(chǎn)生X射線焦點(diǎn)為由所述電子束產(chǎn)生部所產(chǎn)生的 電子束的照射位置的χ射線，所述檢測(cè)部用于通過(guò)檢測(cè)從所述靶電極所產(chǎn)生的X射線來(lái)產(chǎn) 生二維X射線圖像，其特征在于，所述控制方法包括驅(qū)動(dòng)控制步驟，用于通過(guò)單獨(dú)控制所述多個(gè)電子發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)，來(lái)控制所述靶電極上 由X射線焦點(diǎn)的集合所形成的X射線焦點(diǎn)形狀；以及確定步驟，用于基于由所述檢測(cè)部檢測(cè)到的所述二維X射線圖像，確定在所述驅(qū)動(dòng)控 制步驟中要形成在所述靶電極上的所述X射線焦點(diǎn)形狀。
12.一種用于產(chǎn)生X射線的X射線發(fā)生器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括控制步驟，用于通過(guò)控制電子發(fā)射部所具有的多個(gè)電子發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)，來(lái)改變由所述 電子發(fā)射部所發(fā)射的電子的發(fā)射分布圖案；以及X射線產(chǎn)生步驟，用于通過(guò)加速由所述電子發(fā)射部所發(fā)射的電子并且使所述電子與X 射線產(chǎn)生部相撞來(lái)產(chǎn)生X射線。
13.一種程序，用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行權(quán)利要求10或12中所限定的用于X射線發(fā)生器的控 制方法。
14.一種程序，用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行權(quán)利要求11中所限定的用于X射線成像設(shè)備的控制方法。
15.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，用于存儲(chǔ)權(quán)利要求13或14中所限定的程序。
全文摘要
X射線發(fā)生器包括電子束產(chǎn)生部，其具有多個(gè)電子發(fā)射器，并用于產(chǎn)生與被驅(qū)動(dòng)的電子發(fā)射器相對(duì)應(yīng)的電子束；以及靶電極，用于產(chǎn)生聚焦于由電子束產(chǎn)生部所產(chǎn)生的電子束照射的位置處的X射線。通過(guò)單獨(dú)控制所述多個(gè)電子發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)，來(lái)控制所述靶電極上由X射線焦點(diǎn)的集合所形成的X射線焦點(diǎn)形狀。
文檔編號(hào)H01J35/08GK101940066SQ20098010456
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2009年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月13日
發(fā)明者佐藤真, 奧貫昌彥, 小倉(cāng)隆, 清水英, 辻井修 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社