一种提供多能量和更大覆盖范围x射线球管系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及医学工程技术领域，具体涉及一种提供多能量和更大纵向覆盖范围X 射线球管系统。
【背景技术】
[0002] 目前CT成像技术中，多能扫描和增加纵向扫描范围从而实现单次扫描覆盖更大 范围是两个主要的讲技术发展方向。现有的可提供双kV能量扫描的方式中：例如，1)在相 同的位置使用不同的kV能量扫描两次。但是由于时间间隔长，两幅图像由于器官蠕动和身 体运动会有差异；2)双源技术，双源旋转一次能实现两个双kV能量扫描，但是这方式成本 极高；3)用电压高频切换变球管放线能量，这对电压控制有着极高的要求，实现复杂，并且 有很高的成本压力。
[0003] 传统CT在旋转过程中，为了在Z轴方向覆盖更多的范围，通常在Z轴方向我们需 要一个大的X射线锥角。当这个锥角在某种程度上太大的话，用传统FBP算法难以重建出 完美的图像。因为由外部行所重建的图像更容易受锥束伪影的影响。锥角（Z轴方向的层 厚）越大，锥束伪影越严重。通常，来自外部行的锥束伪影在图像中更明显。
[0004] 例如，在常规的64层或者更高排数的CT系统中，X射线在Z轴方向的覆盖范围是
[email protected]或者更大，包括64排或更多排的探测器。但是在轴扫模式下，旋转一次不能产生 64层图像，根本原因是X射线锥角太大。为了解决这个问题，研宄者设计了 3D锥束重建算 法，但是它也存在一些问题：1)重建时间比FBP长很多倍；2)从大的锥角采集到的数据不 完美，很难重建出像FBP那样高质量的图像。
【发明内容】
[0005] 要解决的技术问题
[0006] 针对现有技术缺点，本发明提供了一种提供多能量和更大覆盖范围的先进X射线 球管系统，可以在较小的锥角及足够的Z轴覆盖范围下采集数据。不同于传统的单阳极管， 它包括两个或多个阳极管交替地产生X射线。
[0007] 技术方案
[0008] 为了实现上述目的，本发明提供了一种提供多能量和更大覆盖范围的先进X射线 球管系统，系统具体包括管芯包含多组阳极靶，车轮状阳极靶面，每个靶面产生不同的电 压，管套包含多组X线出射窗口，可控制电子束方向的电磁线圈等构成。其中，
[0009] 所述的系统的结构示意图如图1，2所示，能够在阳极祀不同的部分产生双kV能量 的X射线，通过双阳极也可以产生交替的X射线，并且探测器被分成两个相关的集合以各自 采集数据。
[0010] 1)上述技术方案中，双kV能量扫描参考图2。本发明的球管在一个阳极靶不同的 部分设置不同的电压，可以产生双kV能量的X射线，如图2所示的"第一电压靶面部分和第 二电压靶面部分"。通过下面有关公式的描述，可以保证每部分与一个视角有关；
[0011] 2)上述技术方案中，对传统单靶球管扫描方式，也可以实现，如图3所示；
[0012] 3)上述技术方案中，为了确保每部分和一个视角有关，并产生交替的X射线。扫描 速度（机架旋转速度）和阳极旋转速度需要满足下面的关系式：
[0013] V rxN s S
[0014] 其中Nr_是采样视角数目，Ns是有关的阳极靶部分数目，Vs是扫描速度（机架旋 转速度），t是阳极转子速度。
[0015] 举例来说，通常的CT系统，队6_是984,当V3是2s(秒）每转，N3是2 (如本发明 技术实例图1和2)，由此我们得到t是15760rpm。
[0016] 这个系统的球管可接受的最小速度I是8400rpm。从上面的结果可以看出，我们 得到的t比最小值大。并且随着V3的增加，V^也逐渐增加；
[0017] 4)上述技术方案中，由于这个球管在不同的时间交替地产生X射线，两个探测器 各自地采集数据，没有这个半影区效应；
[0018]5)上述技术方案中，本发明使用了双阳极祀，所以需要两个示踪集合来各自匹配 它们。这两个示踪集合应该独立地跟踪有关的X射线光源；
[0019] 6)上述技术方案中，单光源扫描需求：对一些特殊部位的诊断需求，如腰椎，在一 次扫描中只需要一个单X射线光源。为了满足这个需求，如图4所示，在阳极靶1处设计了 一个阳极靶1的集成靶表面部分。也可以在电子通过的路经上加一个合适的"电磁场"来 改变电子传输方向，以确保电子能够冲击阳极靶1的集成靶表面部分。或者可以增加其它 的阴极灯丝电子束直接冲击阳极靶1的集成靶表面部分；
[0020] 7)上述技术方案中，几何分析，假设每个X射线光源在Z轴方向覆盖
[email protected]， 光源到探测器的距离：949.075mm，光源到旋转中心的距离：541mm。为了实现本发明的实例 (双阳极靶结构），能得到两个靶之间的距离为35. 08mm;
[0021] 8)上述技术方案中，根据有关的需求，通过增加阳极的数量，本发明可以扩展Z轴 方向的覆盖范围。下面图5说明了一个"三阳极靶"的例子；
[0022] 9)上述技术方案中，数据采集过程：正如下面图8说明所展示的，在起始视角下， 不能得到全部的数据。为了确保所有视角下X射线能量相同（避免图8的情况），应该从第 二个视角下开始采集数据。
【附图说明】
[0023] 图1双阳极靶球管机械示意图
[0024] 图2双阳极靶机构示意图正视图，
[0025] 图2. 1阳极靶1机构示意图，
[0026] 图2. 2阳极靶2机构示意图
[0027] 图3阳极靶面的双电压部分隔离设计示意图
[0028] 图4单X射线束扫描示意图
[0029] 图5三阳极靶示意图，
[0030] 图6四束X射线阳极祀球管结构示意图
[0031] 图7四分阳极靶结构示意图
[0032] 图8数据扫描起始位置示意图
[0033] 1阳极靶1 ;2阳极靶2 ;3阴极灯丝；4准直器；5交替X射线束；6探测
器；7转子； 8空隙；9隔离绝缘层；10阳极靶1的集成靶表面部分；11阳极靶1上第一电压靶面部分； 12阳极靶1上第二电压靶面部分；13阳极靶2上第一电压靶面部分；14阳极靶2上第二电 压靶面部分；15电磁场线圈；16单X射线束；17第三阳极靶；18三X射线束；19电子束轰 击起始位置；
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0035] 1.在一个实施例中，如图1，2所示，本发明提供了一种提供多能量和更大覆盖范 围的先进X射线球管系统，系统具体包括管芯内有多组阳极靶，车轮状阳极靶面，每个靶面 产生不同的电压，管套包含多组X线出射窗口，可控制电子束方向的电磁线圈等构成。其 中，球管在一个阳极靶不同的部分设置不同的电压，可以产生双kV能量的X射线，如图2所 示的"第一电压靶面部分和第二电压靶面部分"；
[0036] 2.上述技术方案中，对传统单靶球管扫描方式，也可以实现，如图4所示；
[0037] 3.上述技术方案中，为了确保每部分和一个视角有关，并产生交替的X射线。扫描 速度（机架旋转速度）和阳极旋转速度需要满足下面的关系式：
[0038] Ny-'--= '% x Ns s
[0039] 其中Nr_是采样视角数目，Ns是有关的阳极靶部分数目，Vs是扫描速度（机架旋 转速度），t是阳极转子速度。
[0040] 4.在一个实施例中，根据有关的需求，通过增加阳极的数量，本发明可以扩展Z轴 方向的覆盖范围，图5说明了一个"三阳极靶"的实施方式；
[0041] 5.在一个实施例中，本发明公开了一种如图6说明了一个"四阳极靶"的实施方 式，图7为四阳极靶中的阳极靶面结构，此时阴极电子束在两个方向向中间发射；
[0042] 6.上述技术方案中，数据采集过程：正如下面图8说明所展示的，在起始视角下， 我们不能得到全部的数据。为了确保所有视角下X射线能量相同（避免图8的情况），我们 应该从第二个视角下开始采集数据。
[0043] 7.上所述的【具体实施方式】对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理 解的是所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内 所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内
[0044] 综上所述，本发明各实施方式具有如下优点：
[0045] 1.提供多kV能量扫描模式：当我们在阳极靶不同的部分设置不同的电压，在一次 旋转中我们可以获得多kV能量数据，时间间隔几乎可以忽略。
[0046] 2.均匀扩展Z轴方向X射线的覆盖范围但并没有增加锥角：通过这种方式，我们 可以获得更完美的数据，我们可以使用传统FBP算法快速地重建出没有锥束伪影的图像。
[0047] 3.提高球管的冷却性能：因为双阳极靶和空隙结构交替工作，这个阳极靶很容易 冷却。
[0048] 4.减少余辉效应：因为每个探测器交替地采集数据，增加了探测器反应时间。
【主权项】
1. 一种提供多能量和更大纵向覆盖范围的X射线球管系统，其特征在于：系统具体包 括管芯包含多组阳极靶，车轮状阳极靶面，每个靶面产生不同的电压，管套包含多组X线出 射窗口，可控制电子束方向的电磁线圈，阴极灯丝，探测器等构成。其中，所述的阳极靶面不 同的部分能够加载多种电压，从而产生多kv能量的X射线。2. 根据权利要求1所述的阳极靶面，其特征在于，靶面可设计成车轮状，通过靶面的旋 转，使得电子束轰击靶面的不同部分，从而可以产生交替的不同能量的X射线。3. 根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，被分成两个相关的集合以各自采集数 据。4. 根据权利要求1所述的阳极靶，其特征在于，为了确保每部分和一个视角有关，并产 生交替的X射线。扫描速度（机架旋转速度）和阳极旋转速度需要满足下面的关系式：其中Nreran是采样视角数目，N s是有关的阳极靶部分数目，V s是扫描速度（机架旋转速 度），t是阳极转子速度。5. 根据权利要求1所述的阳极靶，其特征在于，需要两个示踪集合来各自匹配它们。这 两个示踪集合应该独立地跟踪有关的X射线光源。6. 根据权利要求1所述的阳极靶，其特征在于，在阳极靶处设计了一个阳极靶集成靶 表面部分。可以在电子通过的路经上加一个合适的"电磁场"来改变电子传输方向，以确保 电子能够冲击阳极靶集成靶表面部分，或者可以增加其它的阴极灯丝电子束直接冲击阳极 靶的集成靶表面部分。7. 根据权利要求1所述的阳极靶，其特征在于，根据有关的需求，通过增加阳极的数 量，本发明可以扩展Z轴方向的覆盖范围，可以应用"三阳极靶"或者"四阳极靶"。8. 根据权利要求1所述的阴极灯丝，其特征在于，可以根据阳极靶的组合，调整为单一 灯丝或者双向灯丝。9. 根据权利要求1所述的采集系统，其特征在于，为了确保所有视角下X射线能量相 同，应该从第二个视角下开始采集数据，避免采集不完整数据。
【专利摘要】本发明涉及医学工程技术领域，具体涉及一种提供多能量和更大覆盖范围的先进X射线球管系统。其特征在于：本发明提供了一种提供多能量和更大覆盖范围的先进X射线球管系统，可以在较小的锥角及足够的Z轴覆盖范围下采集数据。不同于传统的单阳极管，它包括两个或多个阳极管交替地产生X射线。具体系统包括管芯包含多组阳极靶，车轮状阳极靶面，每个靶面产生不同的电压，管套包含多组X线出射窗口，可控制电子束方向的电磁线圈等。系统能够带来提供多kV能量扫描模式：均匀扩展Z轴方向X射线的覆盖范围但并没有增加锥角：提高球管的冷却性能：减少余辉效应等多种益处。
【IPC分类】A61B6/03, H01J35/24
【公开号】CN104882350
【申请号】CN201510323563
【发明人】王元吉, 谢时埸
【申请人】杭州与盟医疗技术有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月11日
