МНОГОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК Российский патент 2014 года по МПК H01J35/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области формирования рентгеновского излучения. В частности, изобретение относится к источнику для генерации рентгеновских лучей разной энергии, устройству для обследования, способу, а также элементам программного обеспечения и компьютерно читаемому носителю.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Во многих прикладных областях формирования изображений рентгеновские лучи используют для исследования и анализа структуры и свойств материалов сложных объектов типа тела человека, органов, тканей человека или кристаллических структур. Одной из основных областей здравоохранения, в которой применяют рентгеновское излучение, является радиография. Радиографию можно применять для быстрого получения изображений с высокой проникающей способностью, в частности в областях с большим содержанием костных тканей. Некоторыми видами применения радиографии является съемка ортопантемограмма, маммография, томография и лучевая терапия.

Например, в компьютерной томографии (CT) пациентов облучают заранее сформированными рентгеновскими лучами из разных положений и под разными углами, чтобы реконструировать трехмерную (3-мерную) модель анализируемой анатомической структуры. При использовании, например, CT представляющий интерес объект можно подвергать излучению из диапазона 360 градусов, и модель представляющего интерес объекта можно вычислять по, так называемым, изображениям проекций. Так как для подвижных объектов отклонение по времени между источниками разных картин неизбежен, то артефакты движения реконструированной модели, по-прежнему, составляют сложную задачу.

Обычными рентгеновскими источниками являются катодные нити накала, которые термально испускают электроны. Электроны ускоряются в пучке и затем бомбардируют материал мишени, на котором, затем, образуются рентгеновские лучи. Точка, в которой электронный пучок бомбардирует помещенную под углом мишень или анод, называется фокальное пятно. Большая часть кинетической энергии, содержащейся в электронном пучке, превращается в теплоту, но некоторое количество энергии превращается в рентгеновские фотоны. Рентгеновские фотоны излучаются в фокальном пятне. Поэтому нагревание поглощающей электроны мишени до температуры плавления используемого материала часто ограничивает интенсивность генерируемого рентгеновского пучка от известных рентгеновских источников.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Возможно, желательно обеспечить быструю и эффективную генерацию рентгеновских лучей для исследования представляющего интерес объекта.

Упомянутой цели можно достигнуть с помощью объекта по одному из независимых пунктов формулы изобретения. Полезные варианты осуществления настоящего изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Описанные варианты осуществления одинаково относятся к источнику излучения, устройству для обследования, способу генерации рентгеновских лучей, элементу компьютерной программы и компьютерно читаемому носителю.

В соответствии с первым примерным вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается источник излучения для генерации рентгеновских лучей для исследования представляющего интерес объекта. Таким образом, источник содержит первую углеродную нанотрубку для излучения первых электронов и вторую углеродную нанотрубку для излучения вторых электронов и дополнительно содержит мишень. Кроме того, содержится фокусирующий блок для фокусировки первых и вторых электронов на мишень для генерации первых рентгеновских фотонов, имеющих первую траекторию, и вторых рентгеновских фотонов, имеющих вторую траекторию. Фокусирующий блок предназначен для приведения в действие таким образом, что первая и вторая траектории перекрываются перед достижением представляющего интерес объекта.

Следует отметить, что вместо использования терминов первая углеродная нанотрубка и вторая углеродная нанотрубка можно также использовать термины первая группа углеродных нанотрубок и вторая группа углеродных нанотрубок или эмиттер на основе первых углеродных нанотрубок и эмиттер на основе вторых углеродных нанотрубок в упомянутом или любом другом варианте осуществления изобретения. «Группа» углеродных нанотрубок может быть связкой, жгутом, пакетом и пачкой. Все возможные конфигурации углеродных нанотрубок могут располагаться на подложке или носителе.

В дальнейшем существенными могут быть напряжения трех разных типов. Упомянутыми тремя типами являются: напряжения управления, напряжения ускорения и фокусирующие напряжения. Таким образом, например, первое напряжение управления может прикладываться между первой подложкой или первой углеродной нанотрубкой на подложке и первым затвором. Первое ускоряющее напряжение может прикладываться между первой подложкой или первой углеродной нанотрубкой на подложке и мишенью. Кроме того, например, первое фокусирующее напряжение может прикладываться между первой подложкой или первой углеродной нанотрубкой на подложке и между частью первого фокусирующего блока. Следует отметить дополнительно, что все напряжения разных типов и источники разных напряжений одного типа можно регулировать независимо друг от друга.

Так как ускоряющее напряжение может определять энергию ускоряемых электронов, то следует отметить дополнительно, что ускоряющее напряжение может определять энергию генерируемых рентгеновских фотонов. С другой стороны, фокусирующее напряжение может определять размер фокального пятна, которое является зоной, в которой электроны бомбардируют мишень. Следовательно, параметры пучка рентгеновских фотонов и поэтому пространственное разрешение могут определяться фокусирующим напряжением.

Например, к углеродным нанотрубкам можно прилагать два независимых напряжения управления, при этом углеродные нанотрубки действуют как катоды. При такой установке электроны испускаются углеродными трубками в процессе, так называемой, полевой эмиссии. При этом напряжение управления может управлять интенсивностью электронного пучка и, следовательно, интенсивностью генерируемого рентгеновского пучка. Например, один источник напряжения можно переключать между углеродными трубками для попеременного приложения обоих напряжений управления. Оба возможных режима переключения могут выполняться с высокой частотой, так как частота переключения может не ограничиваться углеродными нанотрубками.

При использовании такой особой конфигурации углерода в виде углеродных нанотрубок в качестве электронного эмиттера возможно получить пользу из того, что катоды (которые являются углеродными трубками) не должны быть термически нагреты для эмиссии электронов, так как эмиссия осуществляется посредством полевой эмиссии. Поэтому послесвечение в углеродных нанотрубках отсутствует, и возможно быстрое, точное и, с учетом времени, абсолютно управляемое включение и выключение процесса электронной эмиссии. Благодаря тому, что электроны можно ускорять и фокусировать независимо, они могут генерировать рентгеновские фотоны с разными энергиями и разными параметрами распространения типа диаметра пучка или расходимости каждого соответствующего генерируемого рентгеновского пучка. Вышеуказанное может допускать быстрое переключение между эмиссией энергетически различающихся рентгеновских фотонов с независимыми параметрами пучка, при этом наложение во времени двух разных процессов эмиссии отсутствует. Следует отметить, что хотя геометрические параметры пучка каждого рентгеновского пучка не зависят от параметров другого пучка, при этом параметры обоих пучков можно настраивать на одинаковый размер.

Мишень можно выполнять с разными геометрическими формами и из стандартного материала для рентгеновских источников типа молибдена, вольфрама, меди или разных композиций из упомянутых или других элементов. Возможные геометрии анода содержат треугольную, пирамидальную, круглую, эллиптическую или кубическую. Кроме того, несущий элемент может содержать несколько разных зон или элементов, которые состоят из материала мишени.

При использовании фокусирующего блока, который может быть, например, фокусирующим электродом, формируются электрические поля для отклонения электронов, которые ускоряются ускоряющими напряжениями к мишени. Но возможно также применение нескольких электродов для фокусировки электронов, на которые могут подаваться несколько разных и независимых фокусирующих напряжений. Таким образом, отклонением электронов можно управлять так, чтобы можно было изменять такие параметры фокального пятна, как, например, размеры и геометрические параметры, на мишени или аноде. Так как малый размер фокального пятна (который соответствует фокусировке электронов на малом пятне) может привести к излучению пространственно малого или узкого рентгеновского пучка, то с помощью упомянутых рентгеновских фотонов и данного фокусирующего устройства можно получить высокое пространственное разрешение. Напротив, большой размер фокального пятна может привести к излучению широкого рентгеновского пучка, и, следовательно, можно получить низкое пространственное излучение.

Другим аспектом фокусирующего блока является регулируемость геометрии фокуса. Интерес может представлять, например, формирование круглого фокального пятна или, например, пятна эллиптической формы. Пользователем с помощью фокусирующих электродов или фокусирующих электрических полей могут быть настроены другие геометрии.

Иначе говоря, путем переключения между двумя разными объектами, генерирующими рентгеновские лучи, можно переключать различающиеся пространственные разрешения и/или различающиеся геометрии пятен двух разных объектов.

Кроме того, вследствие конфигурации фокусирующего блока траекторию первой группы рентгеновских фотонов, испускаемых первой углеродной нанотрубкой, можно отклонять таким образом, чтобы привести ее к полному и точному пространственному перекрытию с траекторией второй группы рентгеновских фотонов, испускаемых второй углеродной нанотрубкой, прежде чем фотоны достигают пространственных координат представляющего интерес объекта. Это означает, что пространственное различие двух пучков двух разных зон мишени, генерирующих рентгеновские лучи, может быть настолько малым на представляющем интерес объекте, что возможная и последующая реконструкция может давать результат, который при рассмотрении артефактов может быть сравним с измерением двух рентгеновских пучков, исходящих из одного источника.

Иначе говоря, в положении представляющего интерес объекта траектории первых и вторых рентгеновских фотонов могут быть неразличимы между собой, так как они приведены к пространственному перекрытию фокусирующим блоком до достижения данного положения. Это соответствует ситуации, в которой кажется, что фотоны двух разных типов имеют одинаковые положения источника.

Кроме того, компенсация напряжения и механически модифицированные или адаптированные электроды могут быть адаптированы таким образом, что избегают отклонения пучка между двумя разными пучками.

После прохождения представляющего интерес объекта рентгеновские фотоны могут детектироваться подходящим детектором, и так называемые изображения проекций могут формироваться, например, рабочей станцией или системой визуализации.

Таким образом, система визуализации может, например, быть рентгеновской установкой, CT (компьютерным томографом), микро-CT, позитронно-эмиссионным томографом (PET) в сочетании с рентгеновским устройством, однофотонным эмиссионным CT (SPECT) в сочетании рентгеновским устройством или рентгеновской установкой в сочетании с установкой магниторезонансной (MR) визуализации или ультразвуковой системой.

Данный аспект изобретения может приводить к тому, что для реконструкции модели исследуемого объекта посредством изображений проекций все рентгеновские фотоны данного рентгеновского источника имеют одно положение источника. Следовательно, преимуществом данного варианта осуществления изобретения может быть точная реконструкция, которая основана на двух- или многоэнергетических рентгеновских фотонах, без артефактов движения.

Иначе говоря, вместо измерения специфичного передаваемого сигнала по энергии или длине волны с помощью, например, детектора с разрешением по энергии, благодаря данному изобретению можно освещать попеременно, очень быстро, объект двух- или многоэнергетическими рентгеновскими фотонами, которые имеют одинаковую траекторию. Зная, в какой момент времени и какого энергетического типа фотоны использованы, реконструкции могут давать более резкие изображения с более высоким разрешением и меньшими артефактами движения, и можно избежать применения детектора с разрешением по энергии.

Иначе говоря, так как с помощью настоящего изобретения можно избежать артефактов движения, то можно снизить физическое воздействие на пациента, которое применяют при диагностическом исследовании, при котором требуется использовать рентгеновское излучение. Можно избежать формирования дополнительного изображения в соответствии с рентгеновским облучением. Кроме того, можно сократить возможные расходы на эксплуатацию, так как эмиттеры из углеродных нанотрубок могут также потреблять меньше энергии, чем обычные рентгеновские трубки и могут допускать меньшие конструкции системы.

В соответствии с другим аспектом настоящего варианта осуществления можно применять переключение между двумя объектами, чтобы избежать нагревание мишени. Посредством применения совершенно равных состояний для верхнего объекта и нижнего объекта (см. фиг.1) и посредством осуществления перекрытия можно избежать расплавления мишени и повышения интенсивности электронов и рентгеновских лучей. Может быть другая возможность, в которой мишень вращается вокруг конкретной оси для усиления упомянутого эффекта охлаждения. Следовательно, можно обеспечить более быстрое исследование с более высокими интенсивностями по сравнению с известными источниками.

Таким образом, данный аспект настоящего изобретения не относится к обеспечению диагностики или терапии пациентов, а относится к решению технической проблемы быстрого обеспечения рентгеновских фотонов с различными энергиями, но имеющими одинаковую траекторию в направлении представляющего интерес объекта.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения фокусирующий блок содержит два фокусирующих подблока; при этом первый подблок выполнен с возможностью фокусировки первых электронов на мишень, и второй подблок выполнен с возможностью фокусировки вторых электронов на мишень.

Каждый из двух подблоков может быть частью независимого блока для формирования рентгеновских фотонов. Данный примерный вариант осуществления настоящего изобретения может увеличить независимость двух процессов генерации рентгеновских лучей. Следовательно, установки для отклонения и фокусировки испускаемых электронов, имеющие отношение к пространственному разрешению, размерам пятна, геометрии пятна и траекториям рентгеновских фотонов, можно настраивать таким образом, чтобы требуемое исследование представляющего интерес объекта можно было выполнять очень быстро, очень точно и эффективно. Возможно также дополнительно избежать артефактов движения.

Иначе говоря, посредством подбора двух специальных установок для двух фокусирующих блоков можно оптимизировать перекрытие рентгеновских фотонов двух разных типов. Затем включение и выключение между двумя независимыми эмиттерами из углеродных трубок с разными ускоряющими напряжениями приводит к генерации двух энергетических рентгеновских лучей и быстрой эмиссии по одинаковой траектории.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения источник излучения адаптирован для переключения между разными геометриями фокуса первых и вторых рентгеновских фотонов.

При использовании, например, двух разных фокусирующих блоков для соответствующих испускаемых электронов можно настраивать параметры зоны, в которой электроны бомбардируют мишень. Поэтому пространственные разрешения испускающей электроны части источника излучения можно настраивать независимо. Кроме того, для исследования специальных представляющих интерес объектов с изменяющимися свойствами материала может быть полезно быстро исследовать объект двумя рентгеновскими пучками, которые различаются по их длинам волн, чтобы разрешать или различать разные материалы. Это можно осуществить с помощью разных ускоряющих напряжений.

Следовательно, можно снизить неоднозначности разрешения типа немного касающихся сосудов или сложной сосудистой структуры, или перекрывающихся элементов тела, или очень плотных областей органов, и можно уменьшить расходы на эксплуатацию, время и необходимую энергию.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения источник излучения адаптирован для переключения между разными энергиями первых и вторых рентгеновских фотонов.

Например, приложением разных ускоряющих напряжений к первой и второй углеродным нанотрубкам можно генерировать двухэнергетические рентгеновские фотоны. Посредством переключения между эмиссией, например, верхнего эмиссионного блока и нижнего эмиссионного блока, показанных на фиг.1, можно обеспечивать быстрое двухэнергетическое переключение. Поэтому в данном или другом варианте осуществления изобретения может содержаться необходимое число независимых источников ускоряющего напряжения для каждого эмиссионного блока и может быть, например, устройства для обследования, которое дополнительно содержит такой источник излучения.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения источник излучения адаптирован для модуляции пространственного разрешения первых и вторых рентгеновских фотонов.

Фокусирующие блоки можно применять для настройки разных фокусных или фокальных геометрий. Это может вызывать разное пространственное разрешение первых и вторых рентгеновских фотонов с помощью следующего процесса. Малый размер фокального пятна может привести к пространственно малому или узкому излучаемому рентгеновскому пучку, и с данными рентгеновскими фотонами можно достичь высокого пространственного разрешения. Напротив, большой размер фокального пятна может привести к широкому рентгеновскому пучку, и, следовательно, можно достичь низкого пространственного излучения.

Так как представляющие интерес объекты могут различаться по структурной сложности и плотности материала, то разные пространственные разрешения могут приводить к увеличению информации о представляющем интерес объекте. Облучение некоторой зоны представляющего интерес объекта попеременно разными рентгеновскими пучками с разными пространственными разрешениями с очень быстрым переключением, и, следовательно, при этом расширяется спектр информации, которую собирают во время исследования.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения источник излучения дополнительно содержит корпус, при этом первая углеродная нанотрубка, вторая углеродная нанотрубка и фокусирующий блок интегрированы в корпус.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения источник излучения дополнительно содержит корпус, при этом первая углеродная нанотрубка, вторая углеродная нанотрубка, фокусирующий блок и мишень интегрированы в корпус.

Вышеописанное решение для быстрого переключения рентгеновского источника на углеродных нанотрубках объединяет два элемента из углеродных нанотрубок в одном корпусе с адаптированной оптимизированной фокусировкой на одном объекте. Объединение с фокусирующим блоком в малом объеме может быть аспектом настоящего изобретения, который может создавать возможность для очень быстрой двойной киловольтной (кВ) визуализации. Это может сделать источник излучения легко интегрируемым в, например, устройство существующих систем визуализации типа рентгеновской установки, CT или устройство структурного анализа.

Как можно видеть, например, на фиг.1, корпус дополнительно механически защищает внутренние элементы от возможного повреждения.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения источник излучения дополнительно содержит множество углеродных нанотрубок, при этом каждая углеродная нанотрубка адаптирована для излучения электронов, и при этом все углеродные нанотрубки расположены в геометрии вокруг мишени. Кроме того, фокусирующий блок адаптирован для фокусировки испускаемых электронов каждой углеродной нанотрубки на мишень для генерации соответствующих рентгеновских фотонов с соответствующими траекториями. Фокусирующий блок дополнительно адаптирован быть управляемым таким образом, что все траектории перекрываются перед достижением представляющего интерес объекта.

Таким образом, углеродные нанотрубки можно также использовать как эмиттеры на основе углеродных нанотрубок, которые могут состоять из углеродных нанотрубок нескольких различных типов, например одностенных углеродных нанотрубок, многостенных углеродных нанотрубок, углеродных нанотрубок, которые являются металлическими, или углеродных нанотрубок, которые являются полупроводниковыми.

Геометрия расположения углеродных нанотрубок может быть, например, круговой. Но возможно также кубическое расположение углеродных нанотрубок вокруг мишени, как можно видеть, например, на фиг.2.

Иначе говоря, при непрерывном заполнении позиций вдоль произвольной окружности вокруг мишени, пользователь получает возможность генерировать рентгеновские фотоны, которые непрерывно перекрывают требуемый энергетический спектр. Это может повышать общее разрешение источника излучения и может приводить к быстрому и эффективному процессу исследования с набором более конкретных сгенерированных данных, отражающим свойства представляющего интерес объекта.

Таким образом, форму мишени можно приспосабливать к числу углеродных нанотрубок, применяемых в качестве разных источников электронов. При применении, например, четырех углеродных нанотрубок возможной конфигурацией мишени может быть пирамидальная геометрия. При этом четыре эквивалентных поверхности могут освещаться соответствующими электронами первой, второй, третьей и четвертой углеродных нанотрубок.

При применении континуума углеродных нанотрубок непрерывно в круговой формации дополнительным возможным решением может быть коническая геометрия мишени или носитель круговой формы с одиночными мишенями.

Например, матрица таких эмиттеров может быть расположена вокруг мишени, подлежащей сканированию, и изображения от каждого эмиттера могут собираться компьютером с помощью компьютерного программного обеспечения для обеспечения 3-мерного изображения представляющего интерес объекта за долю времени, которое может занять использование обычного рентгеновского устройства.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается устройство обследования для исследования представляющего интерес объекта, при этом устройство обследования содержит вышеописанный источник излучения. Поскольку рентгеновские лучи применяют в различных областях анализа веществ, например, для неразрушающего тестирования материалов, в рентгеновской кристаллографии или обширных областях медицинских исследований типа радиографии, маммографии, CT и других областях, а также в новых областях применения типа контроля качества в пищевой промышленности, то настоящее изобретение может быть выгодным в разных устройствах обследования.

В частности, при анализе сложных и динамических объектов с помощью устройства обследования источник излучения, описанный выше и в дальнейшем, может обеспечивать быструю и эффективную двух- или многовизуализацию и, следовательно, двух- или многоэнергетическую визуализацию.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения устройство обследования дополнительно содержит первый и второй источники напряжения, при этом первый источник напряжения выполнен с возможностью приложения первого ускоряющего напряжения к первой углеродной нанотрубке и второй источник напряжения выполнен с возможностью приложения второго ускоряющего напряжения к второй углеродной нанотрубке. Кроме того, разность между первым и вторым ускоряющими напряжениями приводит к разности энергии между первыми и вторыми рентгеновскими фотонами.

Поскольку ускоряющее напряжение определяет энергию ускоряемых электронов, то энергия генерируемых рентгеновских фотонов может определяться ускоряющим напряжением.

Для создания возможности полевой эмиссии электронов из эмиттеров прикладывают напряжения управления. Фокусирующий блок дополнительно управляет отклонением электронов посредством фокусирующего напряжения.

Переключение между упомянутыми двумя (разными) электронными эмиттерами с разными ускоряющими напряжениями может приводить к попеременной эмиссии энергетически различающихся рентгеновских фотонов для исследования представляющего интерес объекта. Упомянутые два источника напряжения могут быть дополнительно интегрированы в одном корпусе.

Кроме того, устройство обследования может содержать дополнительно, или вместо источников ускоряющего напряжения, другие независимые источники напряжения для каждого эмиссионного блока, например источники напряжения управления или источники фокусирующего напряжения.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предусмотрен способ генерации рентгеновских лучей для исследования представляющего интерес объекта, при этом способ содержит этапы обеспечения первого и второго режимов и переключения между первым и вторым режимами, при этом первый режим содержит фокусировку первых электронов, испускаемых первой углеродной нанотрубкой, на мишень для генерации первых рентгеновских фотонов, имеющих первую траекторию. Второй режим содержит фокусировку вторых электронов, испускаемых второй углеродной нанотрубкой, на мишень для генерации вторых рентгеновских фотонов, имеющих вторую траекторию, при этом фокусировка выполняется таким образом, что первая и вторая траектории перекрываются перед достижением представляющего интерес объекта.

При быстром переключении между двумя режимами способ может давать пользователю возможность быстрого и эффективного анализа и исследования объектов, так как можно собрать дополнительную информацию о материале и структурных свойствах объекта. Это можно осуществить перекрытием различных рентгеновских пучков, которые порождаются в разных электронных эмиттерах. Поскольку рентгеновские лучи от разных эмиттеров могут иметь разные энергии, то данным примерным вариантов осуществления настоящего изобретения обеспечивается двух-, трех- или многоэнергетическая визуализация.

Пользователь, например врач, может вызывать этапы способа во время анализа, например, пациента. Таким образом, данный аспект изобретения относится не к обеспечению диагностики или терапии пациентов, а к решению технической проблемы быстрого обеспечения рентгеновских фотонов разными энергиями, но имеющими одинаковую траекторию до представляющего интерес объекта.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения способ содержит этапы выбора первого ускоряющего напряжения и второго ускоряющего напряжения пользователем или программно-реализованной компьютерной системой и выбора частоты переключения между первым и вторым режимами пользователем или программно-реализованной компьютерной системой, при этом первое ускоряющее напряжение подается на первую углеродную нанотрубку, и второе ускоряющее напряжение подается на вторую углеродную нанотрубку.

Следует дополнительно отметить, что этапы данного и других вариантов осуществления настоящего изобретения не обязательно требуют взаимодействия с потенциальным пациентом.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается компьютерный программный элемент, компьютерный элемент, который отличается тем, что адаптирован при использовании на компьютере общего назначения, заставлять компьютер выполнять этапы описанного способа.

Компьютерный элемент может дополнительно отличаться исполнением с возможностью, при использовании на компьютере общего назначения, заставлять компьютер выполнять временное управление системой, в том числе переключение углеродных нанотрубок или переключением между углеродными нанотрубками.

Следовательно, упомянутый компьютерный программный элемент может храниться в вычислительном блоке, который также может быть частью варианта осуществления настоящего изобретения. Упомянутый вычислительный блок может быть выполнен с возможностью исполнения или побуждения исполнения этапов вышеописанного способа. Кроме того, упомянутый вычислительный блок может быть выполнен с возможностью оперировать компонентами вышеописанного устройства. Вычислительный блок может быть выполнен с возможностью работы автоматически и/или исполнения команд пользователя. Кроме того, вычислительный блок может запрашивать от пользователя выбор для обработки ввода от пользователя.

Как, например, можно видеть на фиг.5, вычислительный блок с компьютерным программным элементом на нем адаптирован для управления процессом визуализации рентгеновского устройства, которое использует источник излучения в соответствии с другим примерным вариантом осуществления настоящего изобретения. Кроме того, показан компьютерно читаемый носитель, при этом компьютерно читаемый носитель имеет хранимый на нем компьютерный программный элемент. Упомянутый компьютерно читаемый носитель может быть, например, картой (накопителем), которую можно вставлять в компьютерную систему, чтобы позволить компьютерной системе управлять системой визуализации типа показанного рентгеновского устройства с источником излучения в соответствии с другим примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Данный вариант осуществления настоящего изобретения включает в себя как компьютерную программу, которая с самого начала использует изобретение, так и компьютерную программу, которая посредством обновления превращает существующую программу в программу, которая использует изобретение.

Кроме того, компьютерный программный элемент может располагать возможностью обеспечения всех необходимых этапов для выполнения способа генерации рентгеновских лучей, как описано в отношении к вышеописанным способу и устройству.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения, предлагается компьютерно читаемый носитель, при этом компьютерно читаемый носитель имеет хранимый на нем компьютерный элемент, причем компьютерный программный элемент описан в предыдущих или последующих параграфах.

Кроме того, другой примерный вариант осуществления настоящего изобретения может быть носителем, чтобы сделать компьютерный программный элемент доступным для загрузки, при этом компьютерный программный элемент выполнен с возможностью выполнения способа в соответствии одним вышеописанным вариантом осуществления.

Сущностью изобретения можно считать то, что рентгеновские фотоны двух типов с разными энергиями генерируют с помощью углеродных нанотрубок во время попеременного, очень быстрого переключения между двумя режимами генерации, при этом траектории рентгеновских фотонов двух типов приводят к перекрытию между собой посредством фокусирующего блока до достижения представляющего интерес объекта.

Следует отметить, что некоторые из вариантов осуществления изобретения описаны со ссылкой на разные предметы изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения, относящиеся к способу, тогда как другие варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения, относящиеся к устройству. Однако специалисту в данной области техники должно быть очевидно из приведенного выше и последующего описания, что, кроме прочего, упомянутого в дополнение к любой комбинации признаков, принадлежащих к предмету изобретения одного типа, любая комбинация признаков, относящихся к отличающимся предметам изобретения, также считается раскрытой в настоящей заявке.

Вышеописанные аспекты и дополнительные аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения можно также вывести из примеров вариантов осуществления, описанных далее. Подробное описание настоящего изобретения представлено далее со ссылкой на следующие чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - схематическое изображение рентгеновского источника с двумя углеродными нанотрубками в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 - схематическое изображение рентгеновского источника с четырьмя углеродными нанотрубками в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 - схема этапов способа в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 - схематическое представление устройства для обследования в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5 - дополнительное схематическое представление устройства для обследования в соответствии с другим примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 - дополнительное схематическое представление устройства для обследования в соответствии с другим примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Аналогичные или связанные компоненты на нескольких фигурах снабжены одинаковыми номерами позиций. Виды на фигурах являются схематическим и приведены не в полном масштабе.

На Фиг.1 показан примерный вариант осуществления настоящего изобретения. Рентгеновский источник 19 содержит первую углеродную нанотрубку 1 на первой подложке 3 и вторую углеродную нанотрубку 2 на второй подложке 4. Подложки могут быть, например, микрочипами, состоящими из множества разных материалов и слоев, или подложки могут быть выполнены, например, из кварца, стекла или кремния. Поэтому первое напряжение 5 управления прикладывается между первой подложкой 3 и первым затвором 11, чтобы излучать электроны посредством полевой эмиссии из первой углеродной нанотрубки 1, которая может представлять собой, как упоминалось выше, множество или связку углеродных нанотрубок. Первое ускоряющее напряжение 30 прикладывается первым источником 8 напряжения между первой подложкой 3 и мишенью 13, чтобы ускорять испускаемые электроны к мишени. Первое ускоряющее напряжение 30 может прикладываться независимо от первого напряжения 5 управления. Первое фокусирующее напряжение 40 может прикладываться между подложкой и первым фокусирующим подблоком 7. Первый фокусирующий подблок 7 отклоняет ускоренные испускаемые первые электроны 28 первой углеродной нанотрубки таким образом, что первая траектория первого рентгеновского пучка с верхней границей 14 и нижней границей 14a пространственно перекрывается со второй траекторией второго рентгеновского пучка, имеющего верхнюю границу 15 и нижнюю границу 15a на представляющем интерес объекте. Упомянутое перекрытие может быть настолько точным, что можно выполнять превосходную реконструкцию, как если бы две траектории имели одно положение источника. Иначе говоря: два конуса пучков, показанные на фигуре 1, ограниченные границами 14 и 14a и 15 и 15a, соответственно, освещают представляющий интерес объект с такой степенью точности, что различие не может приводить к артефактам в процессе реконструкции. Таким образом, представляющий интерес объект 16 освещается рентгеновскими фотонами обоих типов, и детектирующий экран или детектор 17 преобразует информацию передаваемых сигналов в изображения проекций. Данные изображения можно использовать для реконструкции. Чтобы дополнительно механически подбирать эмиссию фотонов, можно использовать коллиматор 32, выполненный из рентгенопоглощающего материала. Коллиматор 32 применяется как еще один инструмент для дополнительного выравнивания двух путей рентгеновских лучей. Кроме того, показан корпус 18.

Более того, первый, нижний объект может содержать первую углеродную трубку 1, первый фокусирующий подблок 7, первые электроны 28 и первое напряжение 5 управление. Второй, верхний объект может содержать вторую углеродную трубку 2, второй фокусирующий подблок 9, вторые электроны 29 и второе напряжение 6 управления.

В верхней части Фиг.1 показан второй объект для независимой генерации рентгеновских лучей, содержащий второй фокусирующий подблок 9, второй источник 10 напряжения для приложения второго ускоряющего напряжения 31 и содержащий второе напряжение 6 управления. Тем самым данное напряжение управления прилагают между вторым затвором 12 и второй подложкой 4, чтобы вызывать электронную эмиссию второй углеродной трубки 2. Таким образом, вторые электроны 29 испускаются и ускоряются к мишени 13 вторым ускоряющим напряжением 31.

Кроме того, в данном примерном варианте осуществления изобретения могут содержаться другие источники напряжения, например источники фокусирующих напряжений или источники напряжений управления. Упомянутые источники могут быть внешними и расположенными снаружи корпуса, но могут быть также встроены, по желанию, в один корпус. Кроме того, упомянутые другие напряжения могут быть также получены от первого и второго источников напряжения.

Переключение с помощью внешнего переключающего/ управляющего элемента между первым, нижним объектом с первой углеродной трубкой 1, первым фокусирующим подблоком 7, первыми электронами 28 и первым напряжением 5 управления и вторым, верхним объектом со второй углеродной трубкой 2, вторым фокусирующим подблоком 9, вторыми электронами 29 и вторым напряжением 6 управления может обеспечивать двойную киловольтную и двухэнергетическую визуализацию, без обязательного применения детектора с разрешением по энергии. Тем самым можно собирать дополнительную информацию, и можно снижать рентгеновскую нагрузку на пациента, а также расходы на эксплуатацию.

Включение/выключение углеродных трубок может быть намного быстрее по сравнению с модуляцией напряжения генератора. Это может приводить к улучшению продолжительности времени процесса визуализации.

Иначе говоря, две углеродных трубки, расположенные в положении под 180°, приводят в действие разными напряжениями и они попеременно, без перекрытия, включаются и выключаются с высокой частотой. Так как углеродная трубка не имеет «послесвечения» благодаря холодному эмиттеру, переключение может быть очень быстрым. Фокусирующие блоки обоих углеродных трубок выполнены таким образом, чтобы пучок сквозь объект от анода имеет более или менее одинаковую траекторию, которую можно использовать для реконструкции. Компенсация напряжения и модифицированные электроды минимизируют отклонение пучков.

Иначе говоря: отличающиеся фокусное напряжение и/или геометрию настраивают, чтобы компенсировать отличающиеся геометрии мишень-объект, что приводит к получению одинаковых траекторий для реконструкции.

Другая возможность заключается в том, что оба элемента из углеродных трубок приводят в действие разными напряжениями от двух разных генераторов высокого напряжения. Альтернативно, один основной генератор (напряжение 1) может питать углеродную трубку 1, и напряжение основного генератора и напряжение смещения меньшего вспомогательного генератора 2 (равное в сумме напряжению 2) может питать углеродную трубку 2.

На Фиг.2 дополнительно показан другой вариант осуществления настоящего изобретения, при этом показан рентгеновский источник 19 расположением четырех углеродных трубок, испускающих электроны. Тем самым можно переключаться между четырьмя разными предварительно настроенными энергиями рентгеновских фотонов, между четырьмя различными настроенными геометриями фокальных пятен и/или между четырьмя разными пространственными разрешениями. Все упомянутые параметры настраиваются независимо посредством соответствующих фокусирующих напряжений и соответствующих ускоряющих напряжений, как пояснялось выше. На данной фигуре показаны четыре похожих, но независимых объекта 33, 34, 35 и 36, расположенных по кругу вокруг мишени 13. Их можно также разместить по стрелкам 27, указывающим зону возможных непрерывно размещенных углеродных нанотрубок.

Для применения в CT и рентгеноскопии двойная энергия может быть перспективной технологией для получения дополнительной информации о свойствах материалов сканируемого объекта.

Все четыре элемента из углеродных трубок можно приводить в действие разными и независимыми напряжениями. Установку можно распространить на коническую геометрию анода и множество эмиттеров, расположенных в круговой геометрии вокруг анода.

Данный источник и способ можно также использовать для быстрого переключения между разными геометриями фокуса, например, с малого фокального пятна на большое фокальное пятно, посредством переключения затворов разных углеродных трубок можно также модулировать форму фокального пятна. Дополнительной возможностью является последовательное сканирование.

На Фиг.3 показаны четыре этапа способа в соответствии с другим примерным вариантом осуществления изобретения. Посредством обеспечения первого и второго режимов на этапе S1 и переключения между первым и вторым режимами на этапе S2 можно обеспечить двухэнергетическую кВ визуализацию. Кроме того, первый режим содержит фокусировку первых электронов, испускаемых первой углеродной нанотрубкой, на мишень для генерации первых рентгеновских фотонов, имеющих первую траекторию, и второй режим содержит фокусировку вторых электронов, испускаемых второй углеродной нанотрубкой, на мишень для генерации вторых рентгеновских фотонов, имеющих вторую траекторию. Тем самым фокусировку выполняют таким образом, что первая и вторая траектории перекрываются до достижения представляющего интерес объекта.

Данные этапы, которые могут вызываться пользователем или компьютером, управляемым программным обеспечением, могут быть добавлены выбором первого ускоряющего напряжения и второго ускоряющего напряжения на этапе S3 и выбором частоты переключения пользователем между первым и вторым режимами на этапе S4.

Дополнительные этапы способа могут содержать выбор разных фокусирующих напряжений или разных напряжений управления.

Кроме того, в приведенном описании содержатся все другие этапы, необходимые для реализации источника излучения в соответствии с вышеописанным вариантом осуществления.

На Фиг.4 показано устройство 22 обследования в соответствии с другим примерным вариантом осуществления изобретения. Устройство 22 обследования содержит рентгеновский источник 19 в соответствии с описанным выше или далее примерным вариантом осуществления изобретения, пользовательский интерфейс 20 для обеспечения возможности связи с пользователем, элемент 21 компьютерной программы для управления этапами описанного способа и рабочую станцию или систему 23 визуализации. Данная система визуализации может быть, например, рентгеновской установкой, CT или, например, сочетанием рентгеновской установки с позитронно-эмиссионным томографом. Возможны другие системы визуализации. Более конкретно примерные варианты осуществления показаны на фиг.5 и 6. Соединительные линии между упомянутыми четырьмя элементами следует понимать как взаимодействие между разными носителями.

На Фиг.5 показано другое устройство 22 обследования в соответствии с другим примерным вариантом осуществления изобретения. Представлена система 23 визуализации, в данном случае рентгеновская установка в форме C-образной консоли с встроенным источником 19 излучения в соответствии с другим примерным вариантом осуществления изобретения. Данная система связана с пользовательскими интерфейсами 20. Посредством данных интерфейсов пользователь может управлять и настраивать генерацию и распространение рентгеновских лучей и процесс исследования. Кроме того, показан компьютер 26 с элементом 21 компьютерной программы на нем. Данная программа может автоматически отслеживать и управлять источником излучения и всем процессом анализа. Результаты детектирования рентгеновских лучей и реконструкции можно представлять пользователю на экранах разных типов, например компьютерном мониторе, ЖК-дисплее, плазменном экране или видеопроекторе 25.

На Фиг.6 показано другое устройство обследования в соответствии с другим примерным вариантом осуществления изобретения. Вместо применения рентгеновской установки в форме C-образной консоли, подобной той, которая показана на фигуре 5, возможно также применение, например, компьютерного томографа 38 в качестве системы визуализации. Таким образом, устройство содержит источник 19 излучения в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. Пациент 37 освещается формируемыми рентгеновскими пучками, которые затем детектируются детектором или детектирующим экраном 17.

Специалистам в данной области техники могут быть понятны и реализованы другие разновидности описанных вариантов осуществления в процессе практического применения заявленного изобретения, на основании изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения выражение «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, и единственное число, обозначаемое неопределенным артиклем, не исключает множественного числа. Единственный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов или этапов, упомянутых в формуле изобретения. Простой факт упоминания некоторых мер в разных взаимно зависимых пунктах формулы изобретения не указывает на то, что нельзя выгодно использовать комбинацию упомянутых мер. Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, например оптическом запоминающем устройстве или твердотельном носителе, поставляемом вместе с или как часть другого аппаратурного обеспечения, но может также распространяться в других формах, например, по сети Интернет или посредством других проводных или беспроводных телекоммуникационных систем. Ни одну из позиций в формуле изобретения нельзя толковать как ограничивающую объем.

ЧИСЛОВЫЕ ПОЗИЦИИ

1 первая углеродная нанотрубка

2 вторая углеродная нанотрубка

3 первая подложка

4 вторая подложка

5 первое напряжение управления

6 второе напряжение управления

7 первый фокусирующий подблок

8 первый источник напряжения

9 второй фокусирующий подблок

10 второй источник напряжения

11 первый затвор

12 второй затвор

13 мишень

14 верхняя граница первой траектории

14a нижняя граница первой траектории

15 верхняя граница второй траектории

15a нижняя граница второй траектории

16 представляющий интерес объект

17 детектирующий экран/детектор

18 корпус

19 рентгеновский источник

20 пользовательский интерфейс

21 элемент компьютерной программы

22 устройство обследования

23 рабочая станция/система визуализации

24 компьютерно читаемый носитель

25 визуализирующий экран

26 компьютер

27 зона возможных непрерывно размещенных углеродных нанотрубок

28 ускоряемые первые электроны, испускаемые первой углеродной нанотрубкой

29 ускоряемые вторые электроны, испускаемые второй углеродной нанотрубкой

30 первое ускоряющее напряжение

31 второе ускоряющее напряжение

32 коллиматор

33, 34, 35, 36 независимые объекты

37 пациент

38 компьютерный томограф

39 труба или кольцо компьютерного томографа

40 первое фокусирующее напряжение

41 второе фокусирующее напряжение

S1 обеспечение первого и второго режимов;

S2 переключение между первым и вторым режимами;

S3 выбор пользователем первого напряжения управления и второго напряжения управления

S4 выбор пользователем частоты переключения между первым и вторым режимами.

Изобретение относится к области рентгеновской техники. Технический результат - повышение разрешения источника излучения и эффективности визуализации. Источник (19) излучения для генерации рентгеновских лучей для исследования объекта (16) содержит первую углеродную нанотрубку (1) на первой подложке (3) для испускания первых электронов (28) и вторую углеродную нанотрубку (2) на второй подложке (4) для испускания вторых электронов (29); мишень (13); фокусирующий блок (7, 9) для фокусировки первых и вторых электронов на мишень для генерации первых рентгеновских фотонов, имеющих первую траекторию (14), и вторых рентгеновских фотонов, имеющих вторую траекторию (15). Фокусирующий блок адаптирован быть управляемым таким образом, что первая и вторая траектории приводятся к пространственному перекрытию перед достижением исследуемого объекта так, что траектории первых и вторых рентгеновских фотонов не различаются друг от друга 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Источник (19) излучения для генерации рентгеновских лучей для исследования представляющего интерес объекта (16), при этом источник содержит:
первую углеродную нанотрубку (1) на первой подложке (3) для испускания первых электронов (28) и вторую углеродную нанотрубку (2) на второй подложке (4) для испускания вторых электронов (29);
мишень (13);
фокусирующий блок (7, 9) для фокусировки первых и вторых электронов на мишень для генерации первых рентгеновских фотонов, имеющих первую траекторию (14), и вторых рентгеновских фотонов, имеющих вторую траекторию (15); и
при этом фокусирующий блок адаптирован быть управляемым таким образом, что первая и вторая траектории приводятся к пространственному перекрытию перед достижением представляющего интерес объекта так, что траектории первых и вторых рентгеновских фотонов не различаются друг от друга.

2. Источник излучения по п.1,
в котором фокусирующий блок содержит два фокусирующих подблока (7, 9); и
при этом первый подблок (7) адаптирован для фокусировки первых электронов на мишень; и
при этом второй подблок (9) адаптирован для фокусировки вторых электронов на мишень.

3. Источник излучения по п.1 или 2,
в котором источник излучения адаптирован для переключения между разными геометриями фокуса первых и вторых рентгеновских фотонов.

4. Источник излучения по п.1,
в котором источник излучения адаптирован для переключения между разными энергиями первых и вторых рентгеновских фотонов.

5. Источник излучения по п.1,
в котором источник излучения адаптирован для модуляции пространственного разрешения первых и вторых рентгеновских фотонов.

6. Источник излучения по п.1, дополнительно содержащий:
корпус (18);
при этом первая углеродная нанотрубка, вторая углеродная нанотрубка и фокусирующий блок интегрированы в корпусе.

7. Источник излучения по п.1, дополнительно содержащий:
множество углеродных нанотрубок;
при этом каждая углеродная нанотрубка адаптирована для испускания электронов;
причем все углеродные нанотрубки расположены в геометрии вокруг мишени;
причем фокусирующий блок адаптирован для фокусировки испускаемых электронов каждой углеродной нанотрубки на мишень для генерации соответствующих рентгеновских фотонов с соответствующими траекториями; и
причем фокусирующий блок адаптирован быть управляемым таким образом, что все траектории перекрываются перед достижением представляющего интерес объекта.

8. Устройство обследования для исследования представляющего интерес объекта, при этом устройство обследования содержит источник излучения по п.1.

9. Устройство обследования по п.8, дополнительно содержащее:
первый и второй источники (8, 10) напряжения;
при этом первый источник (8) напряжения выполнен с возможностью приложения первого ускоряющего напряжения (30) к первой углеродной нанотрубке, и второй источник (10) напряжения выполнен с возможностью приложения второго ускоряющего напряжения (31) к второй углеродной нанотрубке; и
причем разность между первым и вторым ускоряющими напряжениями приводит к разности энергии между первыми и вторыми рентгеновскими фотонами.

10. Способ генерации рентгеновских лучей для исследования представляющего интерес объекта, при этом способ содержит этапы:
обеспечение первого и второго режимов (S1);
переключения между первым и вторым режимами (S2);
причем первый режим содержит фокусировку первых электронов, испускаемых первой углеродной нанотрубкой на первой подложке, на мишень для генерации первых рентгеновских фотонов, имеющих первую траекторию;
причем второй режим содержит фокусировку вторых электронов, испускаемых второй углеродной нанотрубкой на второй подложке, на мишень для генерации вторых рентгеновских фотонов, имеющих вторую траекторию;
причем фокусировка выполняется таким образом, что первая и вторая траектории приводятся к пространственному перекрытию перед достижением представляющего интерес объекта так, что траектории первых и вторых рентгеновских фотонов не различаются друг от друга.

11. Способ по п.10, дополнительно содержащий этапы:
выбора пользователем первого ускоряющего напряжения и второго ускоряющего напряжения (S3);
выбора пользователем частоты переключения между первым и вторым режимами (S4);
при этом первое ускоряющее напряжение прикладывается к первой углеродной нанотрубке, и второе ускоряющее напряжение прикладывается к второй углеродной нанотрубке.

12. Считываемый компьютером носитель (24), содержащий инструкции, которые вынуждают компьютер выполнять этапы способа по п.10 или 11.