[发明专利]用于利用X射线管进行编码源成像的结构化的电子发射器

说明书

技术领域

本发明涉及用于X射线管的电子发射器。此外，本发明涉及包括这样 的电子发射器的X射线管并涉及包括这样的X射线管的X射线图像采集设 备。此外，本发明涉及例如通过利用X射线的透射射线摄影而采集对象的 图像的方法、适于当在处理器上执行时控制这样的方法的计算机程序单元 以及在其上存储这样的计算机程序单元的计算机可读介质。

背景技术

基于透射射线摄影的常规的X射线成像应用一般依赖于理想的点状X 射线源的原理。然而，可能从未实现理想的点状源，并且，实际的X射线 源总是具有空间扩展，空间扩展在某种程度上确定成像系统的空间分辨率。 因此，成像应用对源尺寸设置约束条件。对于特定的大小的X射线源，除 非分辨率不受到诸如探测设备的成像链中的其他部件的累及，否则可得到 的图像质量最终由信噪比确定。结果，在成像应用中总是期望较高的X射 线通量，以便将采集时间保持得尽可能地短。

用于X射线生成的常规的标准是X射线管，其中，加速的电子撞击到 固体靶材料上，由此，产生X射线。在良好近似的情况下，入射在靶上的 电子束的空间维度确定所生成的X射线的源的大小。在X射线管中，电子 穿透靶并生成X射线的区域被称为焦斑。为了达到特定的光斑大小，需要 例如通过利用包括电场和/或磁场的电子光学器件来将电子聚焦到靶来控制 焦斑的大小。影响X射线源的大小的另一个方法是使用针对X射线的准直 器。X射线的聚焦是高度波长选择性的，因此，强烈地减少X射线管的X 射线通量，并且，因此，在大部分情况下是不实际的。

然而，当将电子束聚焦于靶上的小焦斑时，必须小心不引起各种问题 或限制效果。

第一，在X射线管中，可能要求诸如阴极和影响电子束的光学性质的 电子光学器件的部件的小心的设计。尤其是对于达到微米范围大小的小焦 斑而言，电子光学像差可能提出技术挑战。此外，空间电荷效应在高电流 密度的电子束下可能影响焦斑的大小。作为使电子束聚焦以便生成X射线 靶上的小焦斑的替代方案，可以通过利用具有足够小的直径的针孔进行准 直而提供控制X射线源的大小的又一方法。然而，准直需求例如微米范围 内的小直径，因为需要确保准直器有效吸收X射线。这对于频繁地用于医 学成像应用的具有例如大约100keV的能量的硬X射线而言尤其如此。

第二，在X射线管中，电子能量的主要部分一般转换为热。这导致靶 材料中的温度上升，其中，最高温度出现在焦斑中。结果，电子束电流受 到防止靶材料的熔融的需要的限制。过量的束电流可能导致靶过热，必须 避免靶过热，以便保持X射线源的功能。理论表明，焦斑中的温度上升与 撞击电子束的功率密度成比例。因此，在常规的X射线管中，针对X射线 生成在焦斑大小和X射线强度之间进行折衷。对于成像应用而言，这意味 着所采集的对象图像的分辨率和信噪比之间的折衷。

靶过热可能表示X射线管设计中的巨大的挑战。对于医学成像而言， 旋转靶是用于解决焦斑中的热负荷的标准策略。然而，像心脏计算机断层 摄影那样的应用可以强烈地得益于具有甚至更高的X射线输出的X射线 管。对于具有微米范围内的微小的焦斑的微聚焦X射线管而言，旋转阳极 的机械公差对于所要求的X射线源的空间稳定性而言可能太大。受限的X 射线通量可能是造成高分辨率X射线检查设备中的长的采集时间的原因。

具有从单个焦斑放射的单个X射线强度最大值的上述X射线源的替代 方案可以是所谓的利用X射线的编码源成像(CSI)的方法。CSI的基本理 念是使用具有多个强度最大值以代替单个强度最大值的结构化X射线源。 当在X射线成像设备中使用时，这样的多个强度最大值可能导致探测屏幕 上的重叠的图像，引起所成像的对象的空间分辨率的明显的损失。然而， 当已知X射线源的精确的强度图案时，可以使用解码算法来校正来自不同 的强度最大值的重叠，并且，可以获得叠合的对象图像。可达到的分辨率 仍然可以由单独的X射线强度最大值的大小确定，而非由X射线源强度分 布的包络确定。

CSI的理念受已应用于X射线天文学和放射性核素成像的所谓的编码 孔成像(CAI)启发。简而言之，CAI是X射线的针孔摄像机的扩展，其 中，使用编码孔罩代替单个针孔。与单针孔准直器相对，编码罩允许记录 具有更高的信号强度的图像。