平衡针对双能量X射线成像系统的X射线输出的制作方法

平衡针对双能量x射线成像系统的x射线输出
技术领域
1.本发明涉及用于生成第一能谱和第二能谱的x射线辐射的x射线源、x射线成像系统、用于生成x射线辐射的方法、计算机程序以及计算机可读介质。


背景技术：

2.x射线成像系统被使用在许多应用中，例如，医疗诊断、机场安检、材料分析等。例如，在计算断层摄影(ct)系统中，x射线源和x射线探测器被布置在患者的相对侧上。x射线源可以生成x射线的扇形射束。x射线束的光子将部分地被患者的身体吸收。由此，与瘦肉组织相比，骨吸收更多的光子。然后，通过患者的身体的光子被x射线探测器接收，该x射线探测器生成患者的解剖结构的阴影图像。所得到的图像是患者的身体的三维结构的二维投影。在ct系统中，x射线源和x射线探测器围绕患者旋转以捕获从不同观看方向观看到的图像。这些图像能够由计算机系统处理以生成患者的解剖结构的三维图像。
3.x射线源通常包括阴极和阳极，它们被布置在真空管内部。阴极发射电子，这些电子因电源供应的管电压而朝向阳极加速。利用例如80kv的管电压，电子从阴极到阳极进行加速，在冲击到阳极上时达到80kev的动能。该能量完全或部分地被转换成x射线辐射，该x射线辐射可以辐照通过x射线管的壳体中的孔。
4.通过使用具有多个能谱的x射线辐射来扫描患者，能够提高由x射线成像系统提供的图像质量。这允许利用光谱材料分解来对患者进行成像。该技术已被证明能够得到改善的图像并同时减少有毒的对比度染料(通常是碘)的量。能够通过在x射线管的阴极和阳极之间施加不同的管电压来生成不同能谱的x射线辐射。例如，可以施加80kv和140kv的管电压来分别生成较软和较硬的x射线辐射。


技术实现要素：

5.已经观察到：与低管电压相比，高管电压的x射线辐射的强度会更高。通过对低管电压使用与高管电压相比更长的积分时段，可以至少部分地在x射线成像系统的x射线探测器处补偿这种x射线强度的不平衡。然而，在ct系统中，x射线源和x射线探测器通常以恒定的角速度围绕患者旋转，使得对低管电压使用更长的积分时段导致降低的图像分辨率。
6.因此，可能期望提供一种用于生成第一能谱和第二能谱的x射线辐射的改进的x射线源，其中，减小了不同管电压下的x射线强度的不平衡。
7.这方面通过独立权利要求的主题得以实现，其中，进一步的实施例被包括在从属权利要求和以下描述中。应当注意，如下文所述的x射线源的任何特征、元件和/或功能等同地适用于如下文所述的x射线成像系统、用于生成x射线辐射的方法、用于控制x射线源的计算机程序以及计算机可读介质，反之亦然。
8.根据本公开内容，提出了一种用于生成第一能谱和第二能谱的x射线辐射的x射线源。所述x射线源包括：阴极，其用于发射电子束；阳极，其用于将所述电子束至少部分地转换成x射线辐射；电子光学器件，其被配置为控制所述电子束的电子冲击到所述阳极上的撞
击角度；电源，其被配置为在所述阴极与所述阳极之间施加第一管电压和第二管电压，所述第二管电压高于所述第一管电压；以及控制电路，其被操作性地耦合到所述电子光学器件；其中，所述控制电路被配置为控制所述电子光学器件，使得：当施加所述第一管电压时，所述电子束的所述电子以第一平均撞击角度冲击到所述阳极上；并且当施加所述第二管电压时，所述电子束的所述电子以第二平均撞击角度冲击到所述阳极上；并且其中，所述第二平均撞击角度小于所述第一平均撞击角度。
9.撞击角度被定义为电子的传播路径与在电子的传播路径碰撞阳极表面的位置处的针对阳极表面的切平面之间的角度。
10.具有第一能谱的x射线辐射可以是通过在阴极与阳极之间施加第一管电压来生成的，而具有第二能谱的x射线辐射可以是通过在阴极与阳极之间施加第二管电压来生成的，第二管电压高于第一管电压。电源可以生成例如分别为80kv和140kv的第一管电压和第二管电压。由于管电压，由阴极发射的电子朝向阳极加速。例如，利用80kv的管电压，电子在冲击到阳极上之前达到80kev的动能。在阳极处，这种能量可以部分或完全地被转换成x射线辐射，使得x射线光子可以具有高达80kev的能量。相比之下，利用140kev的管电压，x射线光子达到高达140kev的能量。因此，x射线辐射的能谱可以包括比第一管电压的能量更高的第二管电压的能量。
11.若干类型的阴极可以用于本公开内容的x射线源，包括常规的热离子阴极、场发射器阴极、皮尔斯式阴极、储备式阴极、光电阴极或等离子体阴极。x射线源的阳极可以包括用于生成x射线辐射的材料，例如，钨或钼。阳极可以旋转，使得与固定阳极相比，在焦斑(即，电子碰撞到阳极上的表面部分)中生成的热量在大面积上扩散。然而，本发明不限于旋转阳极的情况。
12.从阴极到阳极的电子束的电子可以从不同的撞击角度冲击到阳极上。撞击角度取用0
°
至90
°
之间的值。90
°
的撞击角度对应于与阳极表面正交的电子传播路径。撞击角度越小，电子传播路径相对于阳极表面就越凝聚。
13.x射线源的电子光学器件被配置为控制电子束的电子冲击到阳极上的撞击角度。电子光学器件可以包括静电设备和/或磁性设备。例如，电子光学器件可以包括一个或多个偶极子、一个或多个四极子等。电子光学器件可以被配置为形成电子束。在一种场景中，电子光学器件可以被配置为形成窄电子束，使得对于所有电子来说电子冲击到阳极上的撞击角度基本相同。在另一场景中，电子光学器件可以被配置为形成宽电子束，使得电子从宽范围的撞击角度冲击到阳极上。在另一场景中，电子光学器件可以使电子束偏转，以改变电子冲击到阳极上的平均撞击角度，而不改变在撞击表面区处的电子束的宽度。在另一场景中，电子光学器件可以被配置为使电子束偏转并且还形成电子束。
14.控制电路可以包括模拟部件和/或数字部件。例如，控制电路可以包括无源电子器件(例如，电阻器、电容器或电子过滤器)、有源电子器件(例如，放大器或模数转换器、微控制器、微处理器、存储器单元)等。控制电路被操作性地耦合到电子光学器件并被配置为控制电子光学器件。另外，控制电路可以被操作性地耦合到电源，并且控制电路可以被配置为控制电源，包括控制由电源生成的电压。替代地或额外地，控制电路可以被配置为从电源接收指示所生成的管电压的信号，并且控制电路可以被配置为基于从电源接收到的信号来控制电子光学器件。
15.电源被配置为生成第一管电压和第二管电压并在阴极与阳极之间施加这些电压。电源可以配置为在这些管电压之间频繁切换。例如，在ct系统中，可以频繁切换管电压以减少由于在从相似方向捕获低能量x射线图像的高能量x射线图像之间的时段中患者(或患者的内部器官)的移动而产生的成像伪影。电源可以被配置为以1khz、2khz、4khz或10khz的频率在第一管电压与第二管电压之间切换。由电源生成的电压也可以以更低或更高的频率切换。阴极可以不允许以这样的频率切换管电流，或者可以有意减小阴极以这样的高频率切换的能力。利用本公开内容的x射线管，对于整个扫描时间或者至少对于当管电压改变时的时段(特别是在管电压斜坡下降期间)，管电流可以保持恒定。在施加第一管电压的时段内和在施加第二管电压的时段内，管电流可以基本相同。由于第二管电压高于第一管电压，因此与第一管电压相比，第二管电压的电子束的电力可以更高。
16.对于用于医学成像的管电压，电子束的电力的主要部分被转换成热量，并且在第二管电压下的电子束的较高电力会超过阳极的热容量。然而，根据本公开内容，控制电路被配置为控制电子光学器件，使得：当施加第二管电压时，电子束的电子以第二平均撞击角度冲击到阳极上；当施加第一管电压时，电子束的电子被配置为以小于第一平均撞击角度的第二平均撞击角度冲击到阳极上。通过对第二管电压配置较小的撞击角度，可以增加电子反向散射率，从而使得电子束的电力中的较小比例被转换成热量。因此，在第二管电压下电子的撞击角度较小可以促进电子束具有较高电力。可以利用这种情况在施加第二管电压时施加高管电流，而不会超过阳极的电力极限。
17.当相似的撞击角度被配置用于第一管电压和第二管电压时，第二管电压的转换效率(其意指电子束的电力被转换成x射线辐射的比例)可以高于第一管电压的转换效率。此外，在第一管电压下由医学x射线成像系统中的对象(例如，患者的身体)吸收的x射线辐射的比例可以高于在第二管电压下由医学x射线成像系统中的对象(例如，患者的身体)吸收的x射线辐射的比例。因此，假设相似的撞击角度和相似的管电流被配置用于第一管电压和第二管电压，在第二管电压下在x射线成像系统的x射线探测器处的x射线强度可以显著高于在第一管电压下在x射线成像系统的x射线探测器处的x射线强度。
18.如上面所解释的，通过在x射线成像系统的x射线探测器处对第一管电压使用与第二管电压相比更长的积分时段，可以至少部分地补偿这种x射线强度的不平衡。然而，在ct系统中，x射线源和x射线探测器通常以恒定的角速度围绕患者旋转，使得对第一管电压使用更长的积分时段导致降低的图像分辨率。
19.替代地，可以通过以下操作来减轻这种x射线强度的不平衡：控制由阴极发射的管电流，使得与当施加第二管电压时相比，当施加第一管电压时管电流更高。然而，如上面所解释的，可能期望频繁切换管电压，并且管电流控制可能太慢而无法补偿x射线强度的不平衡，特别是当管电压在每个积分时段之间被切换时。例如，常规的热离子阴极可以允许以10hz的频率切换管电流，而管电压可以以10khz的频率被切换。
20.替代地，为了增大第一管电压下的x射线强度，可以增大由阴极发射的管电流。然而，当在第一管电压下和在第二管电压下施加相同的高管电流时，在施加第二管电压的时段中可能超过阳极的电力极限，从而导致x射线源的寿命减少。
21.根据本公开内容，可以通过对第二管电压配置比第一管电压的碰撞角度更小的碰撞角度来减小x射线强度的不平衡。与大电子撞击角度相比，对于小电子撞击角度，转换效
率会较小，因此，对于小电子撞击角度，电子束的电力的较小比例可以被转换x射线辐射。因此，针对第二管电压的较小的冲击到阳极上的电子撞击角度可以导致x射线探测器处的x射线强度减小，使得可以减小第一管电压与第二管电压之间的x射线强度不平衡。
22.在示例中，所述电子束的电子冲击到所述阳极上的所述第二平均撞击角度小于70度。
23.通过对第二管电压配置比针对第一管电压的电子冲击到阳极上的撞击角度更小的电子冲击到阳极上的撞击角度，可以降低针对第二管电压的转换效率，并且可以减轻第一管电压与第二管电压之间的x射线强度不平衡。针对第一管电压的第一平均撞击角度可以接近90
°
，其意指当施加第一管电压时，电子的传播路径可以基本上与阳极表面正交。为了实现针对第二管电压的转换效率的显著降低，电子的第二平均撞击角度可以被减小为小于70
°
。因此，当施加第二管电压时，与90
°
的第二平均撞击角度相比，小于70
°
的第二平均撞击角度的转换效率显著降低，这可以直接转化为x射线成像系统的x射线探测器处的减小的x射线强度。在其他示例中，电子冲击到阳极上的第二平均撞击角度可以小于60
°
、50
°
、40
°
、30
°
或20
°
。
24.在另一示例中，当施加所述第一管电压时，所述电子束的所述电子冲击到所述阳极的第一表面部分上；并且当施加所述第二管电压时，所述电子束的所述电子冲击到所述阳极的第二表面部分上，其中，所述第一表面部分与所述第二表面部分交叠。
25.x射线源可以被应用在x射线成像系统中。阳极的第一表面部分和第二表面部分之间的差异会导致成像伪影，使得针对第一x射线能谱和第二x射线能谱捕获的x射线图像可能变得更加难以比较或组合。因此，原则上可以期望阳极的第一表面部分和第二表面部分相同，即，第一表面部分和第二表面部分具有大致相同的尺寸，并且相对于x射线源与x射线系统的接口位于大致相同的位置。通常，这意味着电子撞击到阳极上的区(阳极的第一表面部分和第二表面部分)基本重合。当阳极的第一表面部分和第二表面部分的尺寸差异不超过20％时，阳极的第一表面部分和第二表面部分被认为具有大致相同的尺寸。因此，控制电路可以被配置为控制电子光学器件，使得第一表面部分的尺寸与第二表面部分的尺寸的差异例如小于20％或者小于10％。替代地或额外地，控制电路可以被配置为控制电子光学器件，使得指示第一表面部分的尺寸的参数(例如，第一表面部分在某个方向上的直径)与指示第二表面部分的尺寸的对应参数的差异例如小于20％或者小于10％。在其他示例中，可以期望第二表面部分大于第一表面部分和/或第二表面部分与第一表面部分交叠。然后，与相同的第一表面部分和第二表面部分相比，第一表面部分和第二表面部分可以一起跨越阳极的表面的较大部分。因此，与具有相同的第一表面部分和第二表面部分的示例相比，由于冲击电子而生成热量的阳极表面部分可以更大。在更大的阳极表面部分上生成的热量的这种扩散可以允许增大电子束的电力而不超过阳极的电力极限。
26.在另一示例中，所述阳极的所述第一表面部分的中心与所述阳极的所述第二表面部分的中心重合。
27.第一表面部分的中心可以例如被定义为当施加第一管电压时电子冲击到阳极表面上的平均位置。替代地，第一表面部分的中心可以例如被定义为当施加第一管电压时电子最可能冲击到的阳极表面位置。第二表面部分的中心的定义优选与第一表面部分的中心的定义相似。因此，第二表面部分的中心可以被定义为当施加第二管电压时电子冲击到阳
极表面上的平均位置。替代地，第二表面部分的中心可以被定义为当施加第二管电压时电子最可能冲击到的阳极表面位置。
28.这里并且在下文中，当第一表面部分的中心与第二表面部分的中心的差异量与第一表面部分的中心和第二表面部分的中心中的较小者的尺寸相比可以忽略不计时，可以说第一表面部分的中心与第二表面部分的中心重合。特别地，控制电路可以被配置为控制电子光学器件，使得第一表面部分的中心与第二表面部分的中心的差异相对于在第一表面部分的中心与第二表面部分的中心之间的差异的方向上第一表面部分和第二表面部分中的较小者的直径小于20％，或者优选地，小于10％。
29.在另一示例中，所述电子光学器件包括第一偏转设备和第二偏转设备，其中，所述第一偏转设备能在第一状态与第二状态之间切换，其中，所述控制电路被配置为根据将所述电源从所述第一管电压切换到所述第二管电压来将所述第一偏转设备从所述第一状态切换到所述第二状态，并且其中，当所述第一偏转设备在所述第二状态中时，所述第一偏转设备和所述第二偏转设备提供对所述电子束的偏转。
30.第一偏转设备和第二偏转设备可以各自包括一个或多个磁性设备和/或一个或多个静电设备，包括偶极子、四极子等。
31.控制电路可以被配置为控制第一偏转设备，使得：当施加第二管电压时，第一偏转设备对电子束进行偏转；并且当施加第一管电压时，第一偏转设备不对电子束进行偏转。替代地，控制电路可以被配置为控制第一偏转设备，使得与当施加第一管电压时相比，当施加第二管电压时，第一偏转设备提供对电子束的更强的偏转。当通过电源施加第一管电压时，控制电路可以配置第一状态；而当通过电源施加第二管电压时，控制电路可以配置第二状态。
32.第二偏转设备可以被配置为：当施加第一管电压时，使电子束(其可能已经被第一偏转设备偏转)转向到阳极的第一表面部分；并且当施加第二管电压时，使电子束(其可能已经被第一偏转设备偏转)转向到阳极的第二表面部分，其中，阳极的第一表面部分和第二表面部分可以交叠，或者其中，阳极的第一表面部分和第二表面部分可以具有重合中心，或者其中，阳极的第一表面部分和第二表面部分可以是相同的。第二偏转设备也可以是可切换的，并且控制电路可以被配置为控制第二偏转设备。
33.在第二状态中对电子束的偏转被提供为使得第二平均撞击角度小于第一平均撞击角度。第一偏转设备可以在阳极的旋转轴线的径向方向上对电子束的电子进行偏转。额外地或替代地，第一偏转设备可以在垂直于旋转阳极的径向方向和旋转轴线这两者的方向上或者在法向于固定阳极的阳极靶的方向上对电子束的电子进行偏转。
34.在另一示例中，所述电子光学器件包括聚焦设备和散焦设备，其中，所述电子光学器件能在第三状态与第四状态之间切换；其中，所述控制电路被配置为根据将所述电源从所述第一管电压切换到所述第二管电压来将所述电子光学器件从所述第三状态切换到所述第四状态；并且其中，在所述第四状态中，所述散焦设备首先提供对所述电子束的拓宽，并且所述聚焦设备随后提供对经拓宽的电子束的聚焦。
35.聚焦设备和散焦设备可以各自包括一个或多个磁性设备和/或一个或多个静电设备，包括偶极子、四极子等。
36.控制电路可以被配置为控制散焦设备，使得：在施加第二管电压时，散焦设备增加
电子束的宽度；并且当施加第一管电压时，散焦设备不拓宽电子束。替代地，控制电路可以被配置为控制散焦设备，使得与施加第一管电压时相比，当施加第二管电压时，散焦设备提供对电子束的更强的拓宽。
37.此外，控制电路可以被配置为控制聚焦系统，使得：当施加第一管电压时，聚焦系统对冲击到阳极的第一表面部分上的电子束(其可能已经被散焦设备扩宽)进行聚焦；并且当施加第二管电压时，聚焦系统对冲击到阳极的第二表面部分上的电子束(其可能已经被散焦设备扩宽)进行聚焦，其中，阳极的第一表面部分和第二表面部分可以具有与如上概述的情况相当或相同的尺寸，并且/或者，其中，第一表面部分与第二表面部分可以交叠，并且/或者，其中，阳极的第一表面部分的中心可以与阳极的第二表面部分的中心重合。
38.当通过电源供应第一管电压时，控制电路可以配置第三状态，而当通过电源供应第二管电压时，控制电路可以配置第四状态。提供在第四状态中对电子束的展宽和随后的聚焦以减小第二平均撞击角度。例如，电子束的中心方向可以正交于阳极表面。然而，利用宽的电子束，电子也可以以显著小于90
°
的撞击角度冲击到阳极的表面上。因此，利用宽的电子束，即使电子束的中心方向可以正交于阳极表面，电子的平均撞击角度也可以显著小于90
°
。
39.可以在旋转阳极的旋转轴线的径向方向上或者在针对固定阳极的阳极靶的法向方向上拓宽电子束。额外地或替代地，可以在垂直于旋转轴线或在针对固定阳极的阳极靶的法线并且垂直于对应的径向方向的方向上对电子束进行拓宽。
40.在另一示例中，电子光学器件包括第一偏转设备、第二偏转设备、聚焦设备和散焦设备，其中，电子光学器件能在第五状态与第六状态之间切换，其中，控制电路被配置为根据将电源从第一管电压切换到第二管电压来将电子光学器件从第五状态切换到第六状态，并且其中，在第六状态中，第一偏转设备和第二偏转设备提供对电子束的偏转，并且聚焦设备和散焦设备提供对电子束的拓宽和随后的聚焦。
41.在另一示例中，与当所述电子光学器件在所述第三状态中时相比，当所述电子光学器件在所述第四状态中时，所述散焦设备提供对所述电子束的更强的拓宽。
42.电子束的中心方向可以与阳极表面正交或几乎正交。然后，通过散焦设备对电子束的拓宽以及随后对经拓宽的冲击到阳极表面部分上的电子束的聚焦可以引起与其中电子束未被拓宽的配置相比减小的平均撞击角度。
43.在另一示例中，所述阳极包括基板，所述基板至少部分地涂覆有第一涂层和第二涂层，所述第一涂层被布置在所述第二涂层与所述基板之间；其中，所述基板包括第一材料以生成x射线辐射；其中，所述第一涂层包括第二材料，所述第二材料对于x射线辐射和所述电子束的所述电子是透明的；其中，所述第二涂层包括第三材料以生成x射线辐射；并且其中，x射线过滤器被附接到所述第二涂层以过滤在所述第二涂层中生成的x射线辐射。
44.电子束可以首先冲击到第二涂层上。当电子束冲击到第二涂层上时，电子束的电力可以部分地被转换成x射线辐射。与当供应第一管电压时相比，当电源生成第二管电压时，电子冲击到阳极的第二表面部分上的平均撞击角度较小。
45.由于针对第二管电压的电子的平均撞击角度较小，因此针对第二管电压的通过第二涂层的传播路径可以平均比针对第一管电压的通过第二涂层的传播路径更长。因此，与第一管电压相比，在第二管电压下，传播通过第二涂层的电子的比例可以较小。因此，与第
一管电压相比，在第二管电压下，冲击到基板上的电子的比例可以较小。出于这个原因，与第一管电压相比，在第二管电压下，在第二涂层中生成的x射线辐射相对于在第二涂层和基板中生成的x射线辐射的总和的比例可以更高。换句话说，当施加第二管电压时，大多数x射线辐射可以是在第二涂层中生成的，并且仅有相当小的比例的x射线辐射可以是在基板中生成的，而当供应第一管电压时，非常大的比例的x射线辐射可以是在基板中生成的。
46.x射线过滤器可以被布置为使得x射线过滤器对在第二涂层中生成的x射线辐射进行过滤，并且使得x射线过滤器不对在基板中生成的x射线辐射进行过滤。为了实现这一点，第一涂层可以在基板与第二涂层之间提供足够的间隙，使得x射线过滤器被布置为与基板足够地分开。
47.x射线过滤器可以包括诸如钼之类的材料，并且对在第二涂层中生成的x射线辐射的过滤会引起针对当施加第一管电压时生成的x射线辐射的第一能谱与当施加第二管电压时生成的x射线辐射的第二能谱之间的差异的量度增大。例如，x射线过滤器可以增大第一能谱和第二能谱的平均光子能量之间的差异。提供具有更多不同的第一能谱和第二能谱的x射线辐射可以允许在双能量x射线成像系统中捕获更有意义的x射线图像。
48.此外，与当施加第一管电压时相比，当施加第二管电压时，x射线过滤器可以过滤较大比例的x射线辐射。对x射线辐射的过滤引起x射线强度的降低。因此，与当施加第一管电压时相比，在第二管电压下，x射线过滤器可以使x射线强度更强地降低。这会引起x射线成像系统的x射线探测器处的x射线强度不平衡的减小。
49.所述基板的所述第一材料可以是铼。所述第一涂层的所述第二材料可以是金刚石或基于碳的纤维增强复合材料。所述第二涂层的所述第三材料可以是钨。x射线过滤器可以包括钼或另一过滤材料，其在与x射线成像相关的x射线光谱的部分中没有k边缘。这些材料可以包括铝、钛、锡或铁或其组合。
50.在另一示例中，所述第二涂层在表面部分处具有小于1微米的厚度，在所述表面部分处，所述电子束的所述电子冲击到所述第二涂层上。
51.第二涂层的厚度通常可以被确定为使得x射线辐射的第一比例与x射线辐射的第二比例之间的差异很大或最大，其中，x射线辐射的第一比例是当施加第一管电压时在第二涂层中生成的x射线辐射相对于在第二涂层和基板中生成的x射线辐射的总和的比例。相似地，x射线辐射的第二比例可以是当施加第二管电压时在第二涂层中生成的x射线辐射相对于在第二涂层和基板中生成的x射线辐射的总和的比例。第二涂层可以具有1微米的厚度。然而，取决于第二涂层的组成、基板的组成、第一管电压和第二管电压以及电子撞击角度，第二涂层也可以更薄或更厚。
52.根据本公开内容，还提出了一种x射线成像系统。所述x射线成像系统包括根据前述权利要求中的任一项所述的x射线源以及x射线探测器，其中，所述x射线探测器被布置为接收由所述x射线源发射的x射线辐射。
53.x射线成像系统可以应用于例如医学成像系统或机场安检系统。当x射线源生成第一能谱的x射线辐射时，x射线探测器可以捕获对象的第一图像数据。相似地，当x射线源生成第二能谱的x射线辐射时，x射线探测器可以捕获第二图像数据。第一能谱和第二能谱可以是不同的，使得第一图像数据可以提供关于对象的不同于第二图像数据的信息。可以单独显示第一图像数据和第二图像数据，或者可以单独处理第一图像数据和第二图像数据以
例如探测结构或材料，或者可以组合第一图像数据与第二图像数据以基于第一图像数据和第二图像数据这两者来绘制图像。
54.在示例中，所述x射线成像系统还包括探测器控制电路，其中，所述探测器控制电路控制所述x射线探测器以进行以下操作：当在所述x射线源的所述阴极和所述阳极之间施加所述第一管电压时，生成第一图像数据；并且当在所述x射线源的所述阴极和所述阳极之间施加所述第二管电压时，生成第二图像数据。由此，用于生成所述第一图像数据的积分时段与用于生成所述第二图像数据的积分时段相比具有相同的持续时间。
55.与常规的x射线源相比，本公开内容的x射线源可以提供具有减小的针对第一管电压和第二管电压的强度不平衡的x射线辐射。这可以通过对第二管电压配置比第一管电压的平均撞击角度更小的平均撞击角度来实现。减小的针对第一管电压和第二管电压的x射线强度不平衡可以允许当施加第一管电压和第二管电压时使用更相似的x射线探测器积分时段。特别地，当施加第一管电压时可以使用第一x射线探测器积分时段，并且当施加第二管电压时可以使用第二x射线探测器积分时段，其中，第一积分时段和第二积分时段可以具有相同或相似的持续时间。
56.根据本公开内容，还提出了一种用于使用x射线源来生成第一能谱和第二能谱的x射线辐射的方法，所述x射线源包括：阴极，其用于发射电子束；阳极，其用于将所述电子束至少部分地转换成x射线辐射；电源，其用于在所述阴极与所述阳极之间施加管电压；电子光学器件，其被配置为控制所述电子束的电子冲击到所述阳极上的撞击角度；以及控制电路，其被操作性地耦合到所述电子光学器件。生成所述第一能谱的x射线辐射包括以下步骤，但这些步骤不一定按照以下顺序：(i)由所述电源施加第一管电压，并且(ii)由所述控制电路控制所述电子光学器件，使得所述电子束的所述电子以第一平均撞击角度冲击到所述阳极上。
57.另外，生成所述第二能谱的x射线辐射包括以下步骤，但这些步骤不一定按照以下顺序：(i)由所述电源施加第二管电压，其中，所述第二管电压高于所述第一管电压，并且(ii)由所述控制电路控制所述电子光学器件，使得所述电子束的所述电子以第二平均撞击角度冲击到所述阳极上，其中，所述第二平均撞击角度小于所述第一平均撞击角度。
58.根据本公开内容，还提出了一种计算机程序，其中，所述计算机程序包括指令，所述指令用于使根据独立权利要求所述的x射线源执行用于生成第一能谱和第二能谱的x射线辐射的方法的步骤。
59.根据本公开内容，还提出了一种计算机可读介质，其中，所述计算机可读介质存储本公开内容的计算机程序。
60.应当理解，根据独立权利要求所述的x射线源、x射线成像系统、用于生成x射线辐射的方法、用于控制x射线源的计算机程序以及存储有这样的计算机程序的计算机可读介质具有相似和/或相同的优选实施例，特别是如在从属权利要求中定义的优选实施例。应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求与相应的独立权利要求的任何组合。
61.参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并且得到阐明。
附图说明
62.在下文中将参考附图来描述本发明的示例性实施例：
63.图1示意性且示例性地示出了用于生成第一能谱和第二能谱的x射线辐射的x射线源的第一实施例。
64.图2示意性且示例性地示出了用于生成第一能谱和第二能谱的x射线辐射的x射线源的第二实施例。
65.图3示意性且示例性地示出了针对x射线源的阳极的部分，该部分具有以大撞击角冲击到阳极上的电子束。
66.图4示出了图3的阳极的这个部分，该部分具有以小撞击角冲击到阳极上的电子束。
具体实施方式
67.图1示意性且示例性地示出了用于生成第一能谱和第二能谱的x射线辐射的x射线源100的第一实施例。x射线源包括阴极101和阳极102。阴极和阳极被布置在管120内部，该管120优选是真空管。阳极可以围绕轴线103旋转，但这不是本公开内容所必需的。
68.阴极绝缘体122和阳极绝缘体121允许分别电接触阴极和阳极，使得能够借助于电源(图中未示出)在阴极与阳极之间施加管电压。电源可以被配置为供应第一管电压和第二管电压，其中，第二管电压高于第一管电压。例如，电源可以被配置为供应80kv的第一管电压和140kv的第二管电压。由于管电压，由阴极发射的电子可以朝向阳极加速。例如，当在阴极与阳极之间施加80kv的第一管电压时，电子在冲击到阳极上之前可以达到80kev的动能。当电子冲击到阳极上时，这种能量部分或完全地被转换成x射线辐射。因此，当施加第一管电压时，x射线光子可以具有高达80kev的能量，并且当施加第二管电压时，x射线光子可以具有高达140kev的能量。因此，通过施加不同的管电压，能够生成具有不同能谱的x射线辐射。电源还可以被配置为生成两个以上的电压，这可以用于生成两个以上的能谱的x射线辐射。x射线151和152图示了通过管120中的孔发出x射线辐射的发射情况。
69.图1还示出了电子光学器件110。该电子光学器件被操作性地连接到控制电路104，该控制电路被配置为控制电子光学器件。在图1中，控制电路被布置在管120的外部，但是控制电路也可以替代地被布置在管的内部。在图1中，电子光学器件110包括第一偏转设备111和第二偏转设备112。控制电路104可以被配置为控制第一偏转设备，使得：当施加第一管电压时，电子沿着从阴极朝向阳极的路径130传播；并且当施加第二管电压时，电子沿着路径140传播。为此，控制电路可以被配置为控制第一偏转设备，使得：当供应第二管电压时，第一偏转设备提供对电子束的偏转；而当供应第一管电压时，第一偏转设备可以提供对电子束的较弱的偏转或者不提供对电子束的偏转。当电子沿着路径130从阴极传播到阳极时，第二偏转设备112对电子路径的影响可以忽略不计；而当电子沿着路径140从阴极朝向阳极传播时，第二偏转设备显著改变电子路径的方向。在图1中，假设为窄电子束，即，当施加第一管电压时，电子沿着大致相同的路径130传播；并且当施加第二管电压时，电子沿着大致相同的路径140传播。
70.图1还图示出：当供应第二管电压时，电子以小撞击角度141冲击到阳极上；而当供应第一管电压时，电子以大撞击角度131冲击到阳极上。因此，控制电路104控制电子光学器
件110，使得：当施加第一管电压时，电子以第一撞击角度131冲击到阳极上；并且当施加第二管电压时，电子以较小的第二撞击角度141冲击到阳极上。
71.电子束的电力的主要部分可以被转换成热量。对于第一电压和第二电压，管电流可以是相同的，因此与第一管电压相比，第二管电压的电子束的电能可以更高。当电子将以接近90
°
的撞击角度冲击到阳极上时，在第二管电压下的电子束的较高电力会超过阳极的电力极限。然而，由于当施加第二管电压时撞击角度141减小，因此电子反向散射率增加，从而使得电子束的电力中的较小比例被转换成热量。因此，在第二管电压下电子的撞击角度较小可以促进电子束具有较高电力。可以利用这种情况在施加第二管电压时施加高管电流，而不会超过阳极的电力极限。
72.假设针对第一管电压和第二管电压的电子撞击角度相同，则与第一管电压相比，在第二管电压下，转换效率(即，被转换成x射线辐射的电子束的电力的比例)可以更高。此外，与第一管电压相比，在第二管电压下，由在医学x射线成像系统中的对象(例如，患者的身体)吸收的x射线辐射的比例可以更小。结果，当对第一管电压和第二管电压配置相似的撞击角度时，与第一管电压相比，在第二管电压下，x射线成像系统的x射线探测器处的x射线强度可以显著更高。
73.然而，根据本公开内容，与第一管电压相比，对第二管电压配置较小的撞击角度。与大的电子撞击角度相比，对于小的电子撞击角度，转换效率会更小，因此电子束的电力的较小比例会被转换成针对小的电子撞击角度的x射线辐射。因此，针对第二管电压的较小的电子撞击角度会引起x射线探测器处的x射线强度降低，使得可以减小第一管电压与第二管电压之间的x射线强度不平衡。
74.图2示意性且示例性地示出了用于生成第一能谱和第二能谱的x射线辐射的x射线源200的第二实施例。x射线源包括阴极201和阳极202。阴极和阳极被布置在管220的内部，管220优选为真空管。阳极优选围绕轴线203旋转，但是本发明也可以应用于固定阳极的情况。
75.阴极绝缘体222和阳极绝缘体221分别允许电接触阴极和阳极，使得能够借助于电源(图中未示出)在阴极与阳极之间施加管电压。电源可以被配置为供应第一管电压和第二管电压，其中，第二管电压高于第一管电压。由于管电压，由阴极发射的电子朝向阳极加速。当冲击到阳极上时，电子的动能可以部分或完全地被转换成x射线辐射。通过施加不同的管电压，可以生成不同能谱的x射线辐射。电源还可以被配置为供应两个以上的管电压，所述两个以上的管电压可以用于生成两个以上的能谱的x射线辐射。x射线251和252图示了通过管220中的孔发出的x射线辐射的发射情况。
76.图2还示出了电子光学器件210。该电子光学器件被操作性地连接到控制电路204，该控制电路被配置为控制电子光学器件。在图2中，控制电路被布置在管220的外部，但是控制电路也可以替代地被布置在管的内部。电子光学器件210包括散焦设备213和聚焦设备214。控制电路204可以被配置为控制电子光学器件210，使得：当施加第一管电压时，散焦设备213提供对从阴极到阳极的电子束的弱的散焦或者不提供对从阴极到阳极的电子束的散焦；并且当施加第二管电压时，散焦设备213提供对从阴极到阳极的电子束的强的散焦。此外，控制电路可以被配置为控制聚焦设备214，使得：当施加第一管电压时，电子被聚焦在阳极的第一表面部分上；并且当施加第二管电压时，电子被聚焦在阳极的第二表面部分上，其
中，阳极的第一表面部分和第二表面部分是相同的。替代地(图中未图示)，控制电路可以被配置为控制聚焦设备214，使得第一表面部分与第二表面部分交叠，或者使得第一表面部分位于第二表面部分内，或者使得第一表面部分与第二表面部分具有重合的中心，如上面所概述的那样。因此，当在阴极与阳极之间施加第一管电压时，电子束会受到传播路径232和234的限制，而当施加第二管电压时，电子束会受到传播路径242和244的限制。换句话说，当施加第一管电压时，电子光学器件形成窄电子束，并且当施加第二管电压时，电子光学器件形成宽电子束。图2还描绘了当施加第一管电压时的最小撞击角度233和235。当电子束的中心方向与阳极表面正交时并且当电子束相对于该中心方向对称时，最小撞击角度233和235彼此相等。相似地，当施加第二管电压时，最小撞击角度是243和245。显然，最小撞击角度243和245小于最小撞击角度233和235，即，与当施加第一管电压时相比，当施加第二管电压时，电子冲击到阳极上的撞击角度在较大的角度范围内展开。因此，与当施加第一管电压时相比，当施加第二管电压时，平均撞击角度会更小。
77.由于当施加第二管电压时平均撞击角度减小，因此电子反向散射率增大并且转换效率降低。这会引起如上面所解释的针对低管电压和高管电压的x射线强度不平衡的减小。
78.图3示意性且示例性地示出了针对x射线源的阳极的部分。阳极包括基板301，基板301至少部分地涂覆有第一涂层302和第二涂层303。电子束330从等于90
°
的撞击角度331冲击到阳极的第二涂层上。第二涂层包括用于生成x射线辐射的材料，例如，钨。因此，冲击电子的能量可以部分或完全地被转换成x射线辐射。x射线353和354图示了x射线的锥体，该x射线的锥体从第二涂层辐照通过x射线源的管(图中未示出的管)中的孔。x射线过滤器304被附接到第二涂层303以过滤在第二涂层中生成的x射线辐射。一定比例的冲击电子可以是反向散射的，其由电子射线360图示出。另一比例的冲击电子传播通过第二涂层并且传播通过第一涂层，其中，第一涂层优选包括对电子透明的材料。因此，一定比例的电子冲击到基板上，该基板包括用于生成x射线辐射的材料，例如，铼。因此，一定比例的电子冲击到基板上，其中，电子的能量可以部分或完全地被转换成x射线辐射。x射线355和356图示了在基板中生成的x射线的锥体，其中，x射线辐照通过x射线管(图中未示出)中的孔。
79.图4示意性且示例性地示出了也在图3中示出的阳极的部分。再次地，阳极包括基板401，基板401至少部分地涂覆有第一涂层402和第二涂层403。电子束440从撞击角度441冲击到阳极的第二涂层上。第二涂层包括用于生成x射线辐射的材料，例如，钨。因此，冲击电子的能量可以部分或完全地被转换成x射线辐射。x射线453和454图示了x射线的锥体，该x射线的锥体从第二涂层辐照通过x射线管(图中未示出的管)中的孔。x射线过滤器404被附接到第二涂层403以过滤在第二涂层中生成的x射线辐射。一定比例的冲击电子可以是反向散射的，其由电子射线460图示出。另一比例的冲击电子传播通过第二涂层并且传播通过第一涂层，其中，第一涂层优选包括对电子透明的材料。因此，一定比例的电子冲击到基板上，该基板包括用于生成x射线辐射的材料，例如，铼。因此，一定比例的电子冲击到基板上，其中，电子的能量可以部分或完全地被转换成x射线辐射。x射线455和456图示了在基板中生成的x射线的锥体，其中，x射线辐照通过x射线管(图中未示出)中的孔。
80.在图4中，与图3中的撞击角度331相比，电子从较小的撞击角度441冲击到阳极上。由于撞击角度较小，因此与图3相比，在图4中的电子反向散射率可以更大。当在x射线源的阴极和阳极之间施加第二(高)管电压时，可以配置图4的小撞击角度；而当在x射线源的阴
极和阳极之间施加第一(低)管电压时，可以配置图3的大撞击角度。假设管电流恒定，则与第一管电压相比，在第二管电压下电子束的电力更大，并且较小的撞击角度可以促进在施加第二管电压时电子束具有较大电力，而不超过阳极的电力极限。
81.此外，由于图4中的撞击角度较小，因此传播通过第二涂层的传播路径可以比图3中的更长。因此，与图3相比，在图4中的传播通过第二涂层的电子的比例可以更小。因此，与图3相比，在图4的情况下，冲击到基板上的电子的比例可以更小。出于这个原因，与图3相比，对于图4，在第二涂层中生成的x射线辐射相对于在第二涂层和基板中生成的x射线辐射的总和的比例可以更高。换句话说，在图4中，大多数x射线辐射可以是在第二涂层中生成的，并且仅有相当小的比例的x射线辐射可以是在基板中生成的，而在图3的情况下，非常大的比例的x射线辐射可以是在基板中生成的。由于x射线过滤器被布置为过滤在第二涂层中生成的x射线辐射，因此x射线过滤器在电子撞击角度较小时比在电子撞击角度较大时会更有效。如前面所指出的，当在x射线源的阴极和阳极之间施加第二(高)管电压时，可以配置图4的小撞击角度；而当在x射线源的阴极和阳极之间施加第一(低)管电压时，可以配置图3的大撞击角度。因此，x射线过滤器在施加第二管电压时比在施加第一管电压时会更有效。x射线过滤器可以包括诸如钼之类的材料，并且对在第二涂层中生成的x射线辐射的过滤会引起针对当施加第一管电压时生成的x射线辐射的第一能谱与当施加第二管电压时生成的x射线辐射的第二能谱之间的差异的量度增大。例如，x射线过滤器可以增大第一能谱和第二能谱的平均光子能量之间的差异。提供具有更多不同的第一能谱和第二能谱的x射线辐射可以允许在双能量x射线成像系统中捕获更有意义的x射线图像。
82.再次假设在图4描绘的场景中施加第二管电压并且在图3的场景中施加第一管电压，则与当施加第一管电压时相比，当施加第二管电压时，x射线过滤器可以过滤更大比例的x射线辐射。对x射线辐射的过滤引起x射线强度的降低。因此，与当施加第一管电压时相比，当施加第二管电压时，x射线过滤器会使x射线强度产生更大百分比的降低。这会引起x射线成像系统的x射线探测器处的x射线强度不平衡的减小。
83.第二涂层可以具有小于1微米的厚度。第二涂层的厚度通常可以被确定为使得x射线辐射的第一比例与x射线辐射的第二比例之间的差异很大或最大，其中，x射线辐射的第一比例是当施加第一管电压时在第二涂层中生成的x射线辐射相对于在第二涂层和基板中生成的x射线辐射的总和的比例。相似地，x射线辐射的第二比例可以是当施加第二管电压时在第二涂层中生成的x射线辐射相对于在第二涂层和基板中生成的x射线辐射的总和的比例。可以根据第二涂层的组成、基板的组成、第一管电压和第二管电压以及电子撞击角度来选取第二涂层的厚度。
84.必须注意，本发明的实施例是参考不同主题来描述的。然而，除非另有说明，否则本领域技术人员将推断出，除了属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的任意组合也被认为在本技术中得到公开。然而，所有的特征都能够被组合来提供多于特征的简单加合的协同效应。
85.虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示例性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
86.在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。