CN109589125A - 电子束扫描多焦点反射式射线源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子束扫描多焦点反射式射线源装置，包括射线源；射线源包括为第一壳体、设置在第一壳体内的扫描束电子枪、靶材组件、准直器以及控制组件；第一壳体上设有电极组件，控制组件与电极组件和扫描束电子枪电连接，电极组件通过控制组件为扫描束电子枪提供电能；靶材组件与扫描束电子枪间隔相对，其上设有多个间隔排布的受轰击位置，受轰击位置在扫描束电子枪发出的电子束的轰击下发射出X射线；准直器设置在靶材组件发射出X射线的一侧，其上设有分别与每一受轰击位置对应的多个准直窗口；靶材组件发射出的X射线通过准直窗口发射到射线源外部的探测器接收面上。本发明的电子束扫描多焦点反射式射线源装置，实现多焦点投影图像采集。

Description

电子束扫描多焦点反射式射线源装置

技术领域

本发明涉及成像技术领域，尤其涉及一种电子束扫描多焦点反射式射线源。

背景技术

断层合成成像技术是医学放射影像学的重要部分，最典型的形式就是CT成像，其采用一个窄带探测器正对窄缝射线源，成像目标则位于两者之间。当射线源发出的X射线穿过成像目标，其衰减后的剩余射线就在探测器上获得一幅投影图像。以成像目标为中心，探测器和射线源同步围绕成像目标作360°旋转，过程中采集多达几百幅甚至上千幅投影图像后，通过重建软件，就可以将成像目标的内部三维结构包括X射线衰减密度等信息重建出来，进而获得各个方向的断层合成图像，供医生进行疾病诊断。

CT技术使医生获得了“神奇的眼睛”，可以看到人体内部的细节，从而成为疾病诊断的利器，目前已经成为医院不可或缺的重要设备，但其也有一些局限或缺陷，主要有：

CT的辐射剂量较大，譬如相当于典型的乳腺X线摄影的十几到几十倍，人体辐射伤害一直受到关注甚至质疑；

目前的整体几何分辨率较低，譬如只相当于数字乳腺X线摄影的1/2或更低，需要精细分辨解剖细节的临床应用仍旧受到局限；

针对密度对比度较小的人体部位，其分辨能力较差。

由于上述局限性，在某些临床领域，例如乳腺癌筛查和疾病诊断、齿科摄影等领域，依然依赖专用的X射线摄影或断层合成成像技术。

在乳腺成像领域，断层成像领域的进展明显落后于普通全身X射线CT技术的发展。直至2011年，美国的HOLOGIC公司获得FDA批准，第一次将数字化乳腺断层合成成像技术(Digital Breast Tomosynthesis，简称DBT)用于乳腺癌筛查。DBT成像过程分为三步：(1)图像采集：在探测器、***、压迫板不动的前提下，球管围绕***中心沿着一段(或一定角度范围的)弧线运动，在这过程中每隔一定角度拍摄一幅***的投影图像。(2)图像重建：投影图像采集完成后，作为原始数据，经过各种图像重建算法软件的处理，可以获得不同厚度坐标方向的断层合成图像，这个过程称为断层图像重建。(3)图像后处理：对重建好的图像进行后处理，主要的内容包括降噪、降低伪影、突出临床感兴趣区结构等特定目的，获得最终的图像。

运动模糊(Motion Blur)是在第一步的投影图像采集过程中，球管运动造成的图像模糊(Motion Blur)和***蠕动造成的运动模糊，一直受到学界的关注和研究。

通常情况下，球管运动和投影采集采用两种方式：(1)球管连续运动过程中，间隔特定时间(角度)发出X射线照射***，探测器采集一幅投影图像；(2)Step-and-Shoot模式，即球管步进运动一定角度，然后停止，发出X射线，探测器采集一幅投影图像；然后球管步进到下一个采集角度，再曝光采集下一帧投影图像。然而，上述两种方式存在以下缺陷：

采用球管连续运动可以缩短扫描时间，但由于探测器数据采集需要时间(通常大于100毫秒)，在此过程中球管焦点连续运动，将造成物体在探测器上的投影模糊，降低***传递函数(MTF)，增加图像失真。

采用Step-and-Shoot模式，其可避免射线源(球管)的运动模糊，但还是无法避免运动刹车停止时，球管微小振动带来的运动模糊；延长球管停顿时间有利于消除振动，但将显著延长扫描时间，将会增加***蠕动造成的运动模糊。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种实现多焦点投影图像采集，避免图像模糊的电子束扫描多焦点反射式射线源装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电子束扫描多焦点反射式射线源装置，包括射线源；所述射线源包括为X射线的发生提供真空环境的密闭的第一壳体、设置在所述第一壳体内的扫描束电子枪、靶材组件、准直器以及控制组件；

所述第一壳体上设有电极组件，所述控制组件与所述电极组件和扫描束电子枪电连接，所述电极组件通过控制组件为所述扫描束电子枪提供电能；

所述靶材组件与所述扫描束电子枪间隔相对并可相对所述扫描束电子枪移动，所述靶材组件上设有多个间隔排布的受轰击位置，所述受轰击位置在所述扫描束电子枪发出的电子束的轰击下发射出X射线；

所述准直器设置在所述靶材组件发射出X射线的一侧；所述准直器上设有分别与每一个受轰击位置对应的多个准直窗口；所述靶材组件发射出的X射线通过所述准直窗口发射到所述射线源外部的探测器接收面上。

优选地，所述射线源还包括设置在所述第一壳体内并与所述控制组件电连接的第一驱动组件；所述第一驱动组件连接并驱动所述靶材组件在水平方向上来回移动。

优选地，所述靶材组件的受轰击面相对电子束射出方向倾斜，与电子束射出方向之间形成夹角；

所述射线源还包括设置在所述第一壳体内并与所述控制组件电连接的第二驱动组件；

所述第二驱动组件连接并驱动所述靶材组件沿着其受轰击面倾斜的方向来回移动。

优选地，沿着X射线射出的方向，所述准直窗口的宽度从一端到相对另一端逐渐增大。

优选地，所述靶材组件包括靶材基体、固定在所述靶材基体上的靶材以及散热基体；所述靶材位于所述靶材基体朝向所述扫描束电子枪的一侧上，所述受轰击位置形成在所述靶材上；所述散热基体与所述靶材接触以导出靶材的热量。

优选地，所述准直器与所述散热基体连接进行定位。

优选地，所述扫描束电子枪包括外壳、发出电子束的阴极灯丝及控制栅、用于提高电子束的速度和动能的加速电极、分别对电子束进行聚焦的第一聚焦***和第二聚焦***、对电子束在水平方向上进行调整的水平偏转***、以及对电子束在垂直方向上进行调整的垂直偏转***；

所述水平偏转***和垂直偏转***设置在所述外壳朝向靶材组件的一端上；所述加速电极、第一聚焦***和第二聚焦***设置在所述外壳内。

优选地，所述电子束扫描多焦点反射式射线源装置还包括外壳组件，所述射线源设置在所述外壳组件内；

所述外壳组件内灌注散热油包覆所述射线源，将所述射线源的热量导出扩散；

所述外壳组件上设有与所述电极组件电连接的电缆接头组件。

优选地，所述外壳组件包括密闭的第二壳体以及设置在所述第二壳体内的胀缩囊；所述散热油罐装在所述胀缩囊内，所述射线源容置在所述胀缩囊内并浸在散热油内；所述胀缩囊与所述第二壳体之间的空间抽真空形成一个真空夹层。

优选地，所述电子束扫描多焦点反射式射线源装置还包括设置在所述外壳组件内的基准座，所述射线源安装定位在所述基准座上。

本发明的电子束扫描多焦点反射式射线源装置，应用于乳腺成像等领域，简化了成像***的运动控制，实现多焦点投影图像采集。应用在乳腺成像中，在C臂球管静止时，即可实现多焦点投影图像采集，从而避免了球管运动导致的图像模糊。

通过控制组件和驱动组件的配合，以电子控制方式实现焦点切换，切换速度极快，可相当于C臂旋转运动速度的数十倍以上，因此制约投影图像采集时间的仅限于探测器动态采集能力，有利于减少***蠕动带来的图像模糊；图像采集时间的大幅缩短，***压迫受痛时间压缩，可提高病人舒适度和接受检查的顺应性和主动性，有利于乳腺癌筛查的普及。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例的电子束扫描多焦点反射式射线源装置在纵向上的剖面结构示意图；

图2是本发明一实施例的电子束扫描多焦点反射式射线源装置在水平方向上的剖面结构示意图；

图3是本发明一实施例的电子束扫描多焦点反射式射线源装置中扫描束电子***构示意图；

图4是本发明一实施例的电子束扫描多焦点反射式射线源装置中靶材组件的结构示意图；

图5是本发明一实施例的电子束扫描多焦点反射式射线源装置的工作示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1、2所示，本发明一实施例的电子束扫描多焦点反射式射线源装置，包括射线源1，用于发射X射线至探测器2接收面(成像面)上，实现图像采集。探测器2接收面(成像面)与射线源1之间有一定的距离。

射线源1包括密闭的第一壳体10、设置在第一壳体10内的扫描束电子枪20、靶材组件30、准直器40以及控制组件50。第一壳体10将扫描束电子枪20、靶材组件30、准直器40以及控制组件50密封在其内部，并为X射线的发生提供高真空度的真空环境。

其中，第一壳体10上设有连接外部电源的电极组件11，控制组件50与电极组件11和扫描束电子枪20电连接，电极组件11通过控制组件50为扫描束电子枪20提供电能。扫描束电子枪20用于发出电子束，并将电子束轰击在靶材组件30上。靶材组件30与扫描束电子枪20间隔相对并可相对扫描束电子枪20移动，靶材组件30上设有多个间隔排布的受轰击位置(如图2中所示P位置)，受轰击位置在扫描束电子枪20发出的电子束的轰击下发射出X射线。靶材组件30可通过相对扫描束电子枪20在水平方向上移动调整其受轰击位置对准电子束的焦点，或者在相对垂直方向倾斜的斜向上(如图1中处于夹角α处的指示箭头)移动调整其受轰击位置上的对准点与电子束焦点对准。准直器40设置在靶材组件30发射出X射线的一侧。准直器40上设有分别与每一个受轰击位置对应的多个准直窗口41；靶材组件30发射出的X射线通过准直窗口41发射到射线源1外部的探测器2接收面上。

具体地，第一壳体10可选用玻璃材料制成的玻璃壳体，从而便于X射线通过准直窗口41向外射出。

如图1、3所示，扫描束电子枪20可包括外壳21、阴极灯丝及控制栅22、加速电极23、第一聚焦***24、第二聚焦***25、水平偏转***26以及垂直偏转***27。水平偏转***26和垂直偏转***27设置在外壳21朝向靶材组件30的一端上；加速电极23、第一聚焦***24和第二聚焦***25设置在外壳21内。

阴极灯丝及控制栅22用于电子束，并可在特定时间内依次发出特定数量的电子束，以分别轰击在靶材组件30的多个受轰击位置上。加速电极23用于提高电子束的速度和动能，其具体是通过与阴极之间的高压差(通常为几十千伏水平)，使得电子束的速度和动能得到极大程度的增加，足以当其轰击靶材时可以产生足够强度的X射线。第一聚焦***24和第二聚焦***25分别对电子束进行聚焦；第一聚焦***24用于将电子束聚焦到常用摄影的焦点大小，例如0.3mm；第二聚焦***25用于将电子束聚焦到放大摄影所需的焦点大小，例如0.1mm。水平偏转***26对电子束在水平方向上进行调整，实现电子束依次对靶材组件30上多个受轰击位置的电子轰击，依次在不同角度位置产生X射线。垂直偏转***27用于对电子束在垂直方向上进行调整，保证电子束依次轰击受轰击位置的准确性。

可以理解地，扫描束电子枪20及其内的各个***等可以采用现有技术实现。

如图1、4所示，靶材组件30包括靶材基体31、固定在靶材基体31上的靶材32以及散热基体33。靶材32位于靶材基体31朝向扫描束电子枪20的一侧上，受轰击位置形成在靶材32上，在电子束轰击下发射出X射线。散热基体33与靶材32接触以导出靶材32的热量。

靶材32上的多个受轰击位置间隔排布，且排布的方向在电子束发出的方向上。根据扫描束电子枪20发出某一个角度的电子束，靶材32上的对应受轰击位置在该电子束的焦点位置下受该电子束轰击，发出X射线。

如图1所示，扫描束电子枪20发出电子束至靶材组件30，准直器40位于靶材组件30的下方，为了接受电子束的轰击并发射X射线至准直器40，靶材组件30的受轰击面相对电子束射出方向倾斜，也相对准直器40倾斜；靶材组件30的受轰击面与电子束射出方向之间形成夹角α，夹角α大于0°且小于90°。

准直器40与散热基体33连接，从而准直器40和靶材组件30两者可相对固定而定位在第一壳体10内，不会相对位移。准直器40上的多个准直窗口41与靶材32上的多个受轰击位置一一对应，从而从受轰击位置上发射出的X射线可通过对应准直窗口41向外射出。准直窗口41在准直器40上贯通其朝向和远离靶材32的相对两端。

根据不同受轰击位置，并根据电子束的焦点离开成像面的距离、成像面的有效面积等参数，针对不同电子束的焦点，准直窗口41的几何形状和尺寸均有不同，用以确保各个焦点发出的X射线都将局限于有效成像面积上。如图1中所示，本实施例中，沿着X射线射出的方向，准直窗口41的宽度从朝向靶材32一端到相对另一端(远离靶材32的另一端)逐渐增大，在截面上呈梯形，利于X射线通过后照射到探测器2接收面的一定成像面积上。

控制组件50可包括有连接电路以及电缆组等，连接电极组件11和扫描束电子枪20，以将外部的电源提供至扫描束电子枪20。

进一步地，结合图1、图4，射线源1还包括设置在第一壳体10内的第一驱动组件60，第一驱动组件60连接并驱动靶材组件30在水平方向上沿受轰击位置排布方向来回移动，可以调整不同的受轰击位置与电子束的焦点对准，避免一个受轰击位置长期受电子束轰击烧蚀。控制组件50与第一驱动组件60电连接，将外部电源供给第一驱动组件60并控制第一驱动组件60的启动与否以及驱动方式。

第一驱动组件60与散热基体33，通过驱动散热基体33来回移动带动靶材组件30的移动。第一驱动组件60的形式不限，例如可以包括相配合连接的电机与螺杆组件，或者包括电机及同步带组件等等。

射线源1还包括设置在第一壳体10内的第二驱动组件70，第二驱动组件70连接并驱动靶材组件30沿着其受轰击面倾斜的方向(如图1中处于夹角α处的指示箭头)来回移动，也可称为斜面运动。受轰击位置长期受电子束轰击烧蚀后，可以通过斜面运动调整受轰击位置上与电子束焦点的对准点，有利于提高射线源1寿命。控制组件50与第二驱动组件70电连接，将外部电源供给第二驱动组件70并控制第二驱动组件70的启动与否以及驱动方式。

进一步地，本发明的电子束扫描多焦点反射式射线源装置还可包括外壳组件80，射线源1设置在外壳组件80内。外壳组件80内灌注散热油包覆射线源1，用于将射线源1的热量导出并进一步扩散。

外壳组件80上设有与第一壳体10上的电极组件11电连接的电缆接头组件83，用于外接电源，从而将电源通过电极组件11、控制组件50供给扫描束电子枪20、第一驱动组件60和第二驱动组件70。

对应准直器40的准直窗口41，外壳组件80上设有透光窗口(未图示)供X射线通过射到探测器2的接收面上。

具体地，外壳组件80可包括密闭的第二壳体81以及设置在第二壳体81内的胀缩囊82。散热油罐装在胀缩囊82内，射线源1容置在胀缩囊82内并浸在散热油内；胀缩囊82与第二壳体81之间的空间抽真空形成一个真空夹层。胀缩囊82可以是金属等材料制成，在散热油温度上升后可适当胀大，并可在温度下降后复原。

此外，为了将射线源1定位在外壳组件80内，本发明的电子束扫描多焦点反射式射线源装置还包括设置在外壳组件80内的基准座90，射线源1安装定位在基准座90上。基准座90上可通过设置的定位槽供射线源1容置其中进行定位。基准座90上对应准直器40的准直窗口41设有透光窗口(未图示)供X射线通过射到探测器2的接收面上。准直窗口41与基准座90上的透光窗口、外壳组件80上的透光窗口依次连通，用于X射线通过射出。

本发明的电子束扫描多焦点反射式射线源装置，用于安装在三维断层合成乳腺X射线成像***上，实现静态的多焦点曝光投影图像采集。还可用于齿科等其他领域的摄影、图像采集等。

结合图1、图2及图5，本发明的电子束扫描多焦点反射式射线源装置工作时，扫描束电子枪20依次发出多个电子束对靶材组件30进行轰击，靶材组件30上对应的多个受轰击位置依次在电子束轰击下发射出X射线并通过准直器40的准直窗口41发射到探测器2的接收面201上。多个电子束依次通过对靶材组件30上多个受轰击位置的轰击，使其可在不同角度产生X射线射向接收面201，达到成像要求。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电子束扫描多焦点反射式射线源装置，其特征在于，包括射线源（1）；所述射线源（1）包括为X射线的发生提供真空环境的密闭的第一壳体（10）、设置在所述第一壳体（10）内的扫描束电子枪（20）、靶材组件（30）、准直器（40）以及控制组件（50）；

所述第一壳体（10）上设有电极组件（11），所述控制组件（50）与所述电极组件（11）和扫描束电子枪（20）电连接，所述电极组件（11）通过控制组件（50）为所述扫描束电子枪（20）提供电能；

所述靶材组件（30）与所述扫描束电子枪（20）间隔相对并可相对所述扫描束电子枪（20）移动；所述靶材组件（30）上设有多个间隔排布的受轰击位置，所述受轰击位置在所述扫描束电子枪（20）发出的电子束的轰击下发射出X射线；

所述准直器（40）设置在所述靶材组件（30）发射出X射线的一侧；所述准直器（40）上设有分别与每一个受轰击位置对应的多个准直窗口（41）；所述靶材组件（30）发射出的X射线通过所述准直窗口（41）发射到所述射线源外部的探测器（2）接收面上。

2.根据权利要求1所述的电子束扫描多焦点反射式射线源装置，其特征在于，所述射线源（1）还包括设置在所述第一壳体（10）内并与所述控制组件（50）电连接的第一驱动组件（60）；所述第一驱动组件（60）连接并驱动所述靶材组件（30）在水平方向上来回移动。

3.根据权利要求1所述的电子束扫描多焦点反射式射线源装置，其特征在于，所述靶材组件（30）的受轰击面相对电子束射出方向倾斜，与电子束射出方向之间形成夹角；

所述射线源还包括设置在所述第一壳体（10）内并与所述控制组件（50）电连接的第二驱动组件（70）；

所述第二驱动组件（70）连接并驱动所述靶材组件（30）沿着其受轰击面倾斜的方向来回移动。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电子束扫描多焦点反射式射线源装置，其特征在于，沿着X射线射出的方向，所述准直窗口（41）的宽度从一端到相对另一端逐渐增大。

5.根据权利要求1-3任一项所述的电子束扫描多焦点反射式射线源装置，其特征在于，所述靶材组件（30）包括靶材基体（31）、固定在所述靶材基体（31）上的靶材（32）以及散热基体（33）；所述靶材（32）位于所述靶材基体（31）朝向所述扫描束电子枪（20）的一侧上，所述受轰击位置形成在所述靶材（32）上；所述散热基体（33）与所述靶材（32）接触以导出靶材（32）的热量。

6.根据权利要求5所述的电子束扫描多焦点反射式射线源装置，其特征在于，所述准直器（40）与所述散热基体（33）连接进行定位。

7.根据权利要求1-3任一项所述的电子束扫描多焦点反射式射线源装置，其特征在于，所述扫描束电子枪（20）包括外壳（21）、发出电子束的阴极灯丝及控制栅（22）、用于提高电子束的速度和动能的加速电极（23）、分别对电子束进行聚焦的第一聚焦***（24）和第二聚焦***（25）、对电子束在水平方向上进行调整的水平偏转***（26）、以及对电子束在垂直方向上进行调整的垂直偏转***（27）；

所述水平偏转***（26）和垂直偏转***（27）设置在所述外壳（21）朝向靶材组件（30）的一端上；所述加速电极（23）、第一聚焦***（24）和第二聚焦***（25）设置在所述外壳（21）内。

8.根据权利要求1-3任一项所述的电子束扫描多焦点反射式射线源装置，其特征在于，所述电子束扫描多焦点反射式射线源装置还包括外壳组件（80），所述射线源（1）设置在所述外壳组件（80）内；

所述外壳组件（80）内灌注散热油包覆所述射线源（1），将所述射线源（1）的热量导出扩散；

所述外壳组件（80）上设有与所述电极组件（11）电连接的电缆接头组件（83）。

9.根据权利要求8所述的电子束扫描多焦点反射式射线源装置，其特征在于，所述外壳组件（80）包括密闭的第二壳体（81）以及设置在所述第二壳体（81）内的胀缩囊（82）；所述散热油罐装在所述胀缩囊（82）内，所述射线源（1）容置在所述胀缩囊（82）内并浸在散热油内；所述胀缩囊（82）与所述第二壳体（81）之间的空间抽真空形成一个真空夹层。

10.根据权利要求8所述的电子束扫描多焦点反射式射线源装置，其特征在于，所述电子束扫描多焦点反射式射线源装置还包括设置在所述外壳组件（80）内的基准座（90），所述射线源（1）安装定位在所述基准座（90）上。