DE10317612B4

DE10317612B4 - Röntgenstrahlquelle mit einer Katode mit gekrümmter Emissionsoberfläche, Bilddarstellungssystem und Abbildungsverfahren

Info

Publication number: DE10317612B4
Application number: DE10317612A
Authority: DE
Inventors: Scott J. Price; Bruce M. Dunham; Colin R. Wilson
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: US6912268B2; JP2003331762A; US20030198318A1; DE10317612A1; US6760407B2; JP4303513B2; US20040146143A1

Abstract

Röntgenstrahlquelle (14, 122, 134) mit einer Kaltkatode (79), wobei die Kaltkatode (79) eine gekrümmte Emissionsoberfläche (80, 124) aufweist, die in der Lage ist, Elektronen zu emittieren, und einer Anode (72), wobei die Anode (72) von der Katode (79) getrennt ist, wobei die Anode (72) in der Lage ist, Röntgenstrahlen (16) in Reaktion auf ein Bombardement mit Elektronen, die von der gekrümmten Emissionsoberfläche (80, 124) emittiert werden, zu emittieren, wobei die Kaltkatode (79) eine Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84), die auf einem Substrat (86) angeordnet sind, und einen Gatterleiter (92) umfasst, der benachbart zu der Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) angeordnet ist, und wobei die Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) betriebsfähig ist, Elektronen zu emittieren, wenn eine Vorspannung an den Gatterleiter (92) angelegt ist, wobei die Elektronen die Anode bei einem Brennfleck der Anode (72) bombardieren, wobei die Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) einen ersten Satz von Emissionseinrichtungen (84), wobei...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Systeme und Verfahren, die Röntgenstrahlquellen einsetzen.
Röntgenstrahlquellen finden eine breite Anwendung in Vorrichtungen wie Bilddarstellungssystemen beziehungsweise Abbildungssystemen. Röntgenstrahl-Bilddarstellungssysteme verwenden eine Röntgenstrahlquelle in der Form einer Röntgenstrahlröhre zum Emittieren beziehungsweise Ausstrahlen eines Röntgenstrahls, der auf einen abzubildenden Gegenstand gerichtet ist. Der Röntgenstrahl und der dazwischengestellte Gegenstand interagieren, um eine Antwort beziehungsweise Reaktion zu erzeugen, die durch eine Erfassungseinrichtung oder mehrere Erfassungseinrichtungen empfangen wird. Das Bilddarstellungssystem verarbeitet dann die erfassten Antwortsignale, um ein Bild des Gegenstands zu erzeugen.
Beispielsweise projiziert in typischen Computertomographie-Bilddarstellungssystemen (CT-Bilddarstellungssystemen) eine Röntgenstrahlröhre einen fächerförmigen Strahl, der kollimiert wird, um in einer X-Y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems zu liegen und der im Allgemeinen als die ”Abbildungsebene” bezeichnet wird. Der Röntgenstrahl geht durch den abzubildenden Gegenstand, wie beispielsweise einen Patienten, hindurch. Der Strahl trifft, nachdem er durch den Gegenstand gedämpft worden ist, auf eine regelmäßige Anordnung von Strahlungserfassungseinrichtungen auf. Die Intensität des gedämpften Strahlungsstrahls, die bei der regelmäßigen Erfassungseinrichtungsanordnung empfangen wird, ist von der Dämpfung des Röntgenstrahls durch den Gegenstand abhängig. Jedes Erfassungselement der regelmäßigen Anordnung erzeugt ein separates elektrisches Signal, das eine Messung der Strahldämpfung bei dem Erfassungseinrichtungsort darstellt. Die Dämpfungsmessungen von allen Erfassungseinrichtungen werden separat erfasst, um ein Übertragungsprofil zu erzeugen.
In bekannten CT-Systemen der dritten Generation werden die Röntgenstrahlröhre und die Erfassungseinrichtungsanordnung mit einem Fasslager beziehungsweise Portal beziehungsweise Gerüst in der Abbildungsebene und um den abzubildenden Gegenstand gedreht, so dass der Winkel, bei dem der Röntgenstrahl den Gegenstand schneidet, konstant verändert wird. Eine Gruppe von Röntgenstrahldämpfungsmessungen, das heißt von Projektionsdaten von der Erfassungseinrichtungsanordnung bei einem Portalwinkel wird als ”Ansicht” bezeichnet. Eine ”Abtastung” des Gegenstands umfasst einen Satz von Ansichten, die bei unterschiedlichen Portalwinkeln während einer Drehung der Röntgenstrahlquelle und der Erfassungseinrichtung gemacht werden. In einer axialen Abtastung werden die Projektionsdaten verarbeitet, um ein Bild aufzubauen, das einen zweidimensionalen Schnitt (slice) entspricht, der durch den Gegenstand vorgenommen wird.
Herkömmliche Röntgenstrahlröhren umfassen einen Vakuumbehälter, eine Katodenanordnung und eine Anodenanordnung. Der Vakuumbehälter wird typischerweise aus Glas oder Metall hergestellt, wie beispielsweise Edelstahl, Kupfer oder eine Kupferlegierung. Die Katodenanordnung und die Anodenanordnung sind in dem Vakuumbehälter beinhaltet.
Zur Erzeugung eines Röntgenstrahls emittiert die Katode Elektronen, die dann zu der Anode hin beschleunigt werden, wobei die Elektronen veranlasst werden, auf eine Zielzone beziehungsweise Target-Zone der Anode mit hoher Geschwindigkeit aufzutreffen. Die Beschleunigung wird durch eine Spannungsdifferenz (typischerweise in dem Bereich von 20 kV bis 140 kV für medizinische Zwecke, obwohl sie möglicherweise höher oder niedriger ist, insbesondere bei nicht-medizinischen Zwecken) verursacht, die zwischen den Katoden- und Anodenanordnungen aufrechterhalten wird. Die Röntgenstrahlen strahlen aus einem Brennfleck der Zielzone in alle Richtungen aus, wobei dann ein Kollimator verwendet wird, um die Röntgenstrahlen aus dem Vakuumbehälter in der Form eines Röntgenfächerstrahls zu dem Patienten zu führen.
In typischen Röntgenstrahlröhren werden Elektronen von der Katode durch einen Vorgang emittiert, der als thermoionische Emission bekannt ist. Entsprechend diesem Vorgang wird dem Katodenheizfaden (der typischerweise aus einem Wolframdraht gebildet ist) ein Strom zugeführt, der eine Widerstandserwärmung des Heizfadens auf hohe Temperaturen verursacht. Bei derartigen Temperaturen haben die Elektronen in dem Heizfaden eine ausreichende Energie, damit sie nicht an spezifische Atome gebunden sind (der Energiepegel der Elektronen platziert die Elektronen in dem Leitungsband), wobei sie folglich empfänglich sind, von der Katode emittiert zu werden. Eine komplexe Fokussierungsstruktur wird verwendet, um die Elektronen zu dem Brennfleck hin zu leiten.
Eine Schwierigkeit, auf die folglich gestoßen wird, besteht darin, dass die Katode kontinuierlich mit elektrischer Energie versorgt wird, die in Wärmeenergie umgewandelt wird, wobei es erforderlich ist, die Wärmeenergie von der Katode zu entfernen beziehungsweise abzuleiten. Ein Entfernen von Wärmeenergie von der Katode ist jedoch schwierig, da sich die Katode innerhalb des Vakuumbehälters befindet und folglich eine Konvektion als Wärmeübertragungsmechanismus nicht verfügbar ist. Zusätzlich hat, obwohl eine Leitung beziehungsweise Konduktion als ein Wärmeübertragungsmechanismus verfügbar ist, das große Spannungsdifferenzial, das zwischen der Katode und der Anode aufrechterhalten wird, zur Folge, dass der Aufbau der Katode unerwünscht komplex ist, insbesondere in Kombination mit dem komplexen Fokussierungsmechanismus, der ebenso bereitgestellt ist. Eine größere Schwierigkeit ist, dass die Wärme den Heizfaden veranlasst, sich zu bewegen (thermische Ausdehnung), und den Ort und die Form des Brennflecks bei dem Ziel verändert.
Die Druckschrift US 4 012 656 A beschreibt eine Röntgenröhre mit einer Kaltkathode mit gekrümmter Emissionsoberfläche.
Die Druckschrift US 4 289 969 A beschreibt eine Abbildungsvorrichtung, die Strahlung verwendet und die insbesondere in einem Computertomographen einsetzbar ist.
Die Druckschrift US 6 297 592 B1 offenbart eine Mikrowellenvakuumröhrenvorrichtung mit einer mittels eines Gitters modulierten kalten Kathode, die Nanoröhrenerzeuger benutzt, wobei die kalte Kathode eine gekrümmte Oberfläche umfasst.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Röntgenstrahlquelle bereitzustellen, die das Erfordernis für eine Wärmeübertragung weg von der Katode verringert und die einen relativ einfachen Aufbau aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Röntgenstrahlquelle gemäß Patentanspruch 1, gelöst. Ferner sind ein Bilddarstellungssystem gemäß Patentanspruch 12, 16 oder 18 sowie ein medizinisches Abbildungsverfahren nach Patentanspruch 26 bereitgestellt.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Weitere prinzipielle Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für einen Fachmann bei Durchsicht der nachstehenden Zeichnung, der ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Patentansprüche ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Es zeigen:
1 eine bildhafte Ansicht eines Bilddarstellungssystems,
2 ein schematisches Blockschaltbild des in 1 gezeigten Systems,
3 eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses, das einen Röntgenstrahlröhreneinsatz umschließt,
4 eine perspektivische Schnittansicht, bei der der Stator in Explosionsdarstellung gezeigt ist, um einen Abschnitt einer Anodenanordnung des Röntgenstrahlröhreneinsatzes gemäß 3 offen zu legen,
5 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Festkörperkatode der Röntgenstrahlröhre gemäß 3,
6 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Festkörperkatode gemäß 5,
7 ein Flussdiagramm des Betriebs des Systems gemäß 1,
8 eine Vorderansicht der Festkörperkatode gemäß 5,
9 einen Satz von Kurven, die Intensitätsprofile zeigen, welche mit der Festkörperkatode gemäß 5 erreichbar sind,
10 eine schematische Ansicht einer weiteren Festkörperkatode und
11 eine schematische Ansicht eines alternativen CT-Portals, das mehrere Festkörperkatoden verwendet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist ein System 10 gezeigt, das eine Röntgenstrahlquelle 14 verwendet. Die Röntgenstrahlquelle 14 kann in einer beliebigen Anwendung verwendet werden, die Röntgenstrahlen verwendet. Beispielsweise kann bei medizinischen Anwendungen die Röntgenstrahlquelle verwendet werden, um eine Radiographiesystem zu verwirklichen. Bei Sicherheitsanwendungen kann die Röntgenstrahlquelle verwendet werden, um ein Gepäcküberprüfungssystem oder andere Sicherheitsprüfpunktbilddarstellungssysteme zu verwirklichen. Beispielsweise ist das System 10 gemäß den 1–2 ein Radiographiesystem, das für eine medizinische Bilddarstellung verwendet wird, und insbesondere ein Computertomographie-(CT-)Bilddarstellungssystem.
Das CT-System 10 umfasst ein Fasslager beziehungsweise Gerüst beziehungsweise Portal 12, das für eine CT-Abtastvorrichtung der ”dritten Generation” repräsentativ ist. Die Röntgenstrahlquelle 14 ist eine Röntgenstrahlröhre und bei dem Portal 12 befestigt und erzeugt einen Strahl von Röntgenstrahlen 16, der zu einer regelmäßigen Erfassungseinrichtungsanordnung 18 projiziert wird, die bei einer gegenüberliegenden Seite des Portals 12 angebracht ist. Der Röntgenstrahl 16 wird durch einen (nicht gezeigten) Kollimator kollimiert, um in einer X-Y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems zu liegen, und wird im Allgemeinen als eine ”Abbildungsebene” bezeichnet. Die regelmäßige Erfassungseinrichtungsanordnung 18 ist durch Erfassungselemente 20 gebildet, die gemeinsam die projizierten Röntgenstrahlen erfassen, die durch einen Gegenstand von Interesse 22 hindurchgehen, wie beispielsweise einem medizinischen Patienten. Die regelmäßige Erfassungseinrichtungsanordnung 18 kann eine Einzelschnitt-Erfassungseinrichtung, eine Mehrfachschnitt-Erfassungseinrichtung oder eine Erfassungseinrichtung eines anderen Typs sein. Jedes Erfassungselement 20 erzeugt ein elektrisches Signal, das die Intensität eines auftreffenden Röntgenstrahls darstellt, nachdem dieser durch den Patienten 22 hindurchgegangen ist. Während einer Abtastung zur Gewinnung von Röntgenstrahlprojektionsdaten drehen sich das Portal 12 und die daran angebrachten Bauelemente um eine Portaldrehachse 24.
Eine Drehung des Portals 21 und der Betrieb der Röntgenstrahlröhre 14 werden durch einen Steuermechanismus 26 des CT-Systems 10 überwacht. Der Steuermechanismus 26 umfasst eine Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28, die der Röntgenstrahlröhre 14 Leistungs- und Zeitsteuerungssignale bereitstellt, und eine Portalmotorsteuereinrichtung 30, die die Drehgeschwindigkeit und -position des Portals 12 steuert. Ein Datengewinnungssystem (DAS) 32 in dem Steuermechanismus 26 tastet analoge Daten von den Erfassungselementen 20 ab und wandelt die Daten in digitale Signale für eine nachfolgende Verarbeitung um. Eine Bildrekonstruktionseinrichtung 34 führt eine Bildrekonstruktion (vorzugsweise eine Hochgeschwindigkeits-Bildrekonstruktion) auf der Grundlage der von der regelmäßigen Erfassungseinrichtungsanordnung 18 über das DAS 32 empfangenen Signale aus. Die Bildrekonstruktionseinrichtung 34 kann eine beliebige Signalverarbeitungsvorrichtung sein, die in der Lage ist, Bilder auf der Grundlage von Signalen zu rekonstruieren, die von der regelmäßigen Erfassungseinrichtungsanordnung 18 empfangen werden.
Eine Katodenstrahlröhre oder ein anderer Anzeigetyp 42 ist mit der Bildrekonstruktionseinrichtung 34 über einen Computer 36 gekoppelt, so dass die Anzeige 42 in der Lage ist, das rekonstruierte Bild von der Bildrekonstruktionseinrichtung 34 zu empfangen und anzuzeigen. Der Computer 36 empfängt das rekonstruierte Bild, speichert das Bild in einer Massenspeichervorrichtung 38 und steuert die Anzeige 42 mit Signalen an, die die Anzeige 42 veranlassen, das rekonstruierte Bild anzuzeigen. Die Bilder können angezeigt werden, wie sie gewonnen werden, oder für eine spätere Betrachtung gespeichert werden. Der Computer 36 empfängt ebenso Befehle und Abtastparameter von einer Bedienungsperson über eine Konsole 40, die eine Tastatur aufweist. Die von der Bedienungsperson zugeführten Befehle und Parameter werden durch den Computer 36 verwendet, um Steuersignale und Informationen dem DAS 32, der Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28 und der Portalmotorsteuereinrichtung 30 bereitzustellen. Zusätzlich betreibt der Computer 36 eine Tischmotorsteuereinrichtung 44, die einen motorisierten Tisch 46 steuert, um den Patienten 22 in dem Portal 12 zu positionieren. Insbesondere bewegt der Tisch 46 Abschnitte des Patienten 22 entlang einer Z-Achse durch eine Portalöffnung 48.
Der Computer 36 ist mit einer Kommunikationsschnittstelle 50 gekoppelt, die den Computer 36 mit einem Kommunikationsnetzwerk 52 verbindet. Das Kommunikationsnetzwerk 52 kann ein Lokalbereichsnetzwerk, ein Stadtbereichsnetzwerk oder ein Weitbereichsnetzwerk sein, das eine Gruppe von Kliniken und/oder Krankenhäusern verbindet. Das Kommunikationsnetzwerk 52 kann ebenso das Internet sein. Die Kommunikationsschnittstelle 50 wird verwendet, um medizinische Bilder oder andere Daten, die unter Verwendung des CT-Systems 10 gewonnen werden, zu anderen Vorrichtungen über das Kommunikationsnetzwerk 52 zu übertragen. Die Kommunikationsschnittstelle 50 kann ebenso verwendet werden, um Daten zu übertragen, die das Befinden und den Betrieb des Systems 10 betreffen, beispielsweise für eine prädikative Instandhaltung oder Vorhersagen. Die Kommunikationsschnittstelle 50 kann ebenso verwendet werden, um Steuersignale von anderen Vorrichtungen über das Kommunikationsnetzwerk 52 zu empfangen, die das System 10 steuern.
Es ist anzumerken, dass das Ausführungsbeispiel gemäß 2 lediglich eine mögliche Konfiguration eines CT-Systems zeigt, das die Röntgenstrahlquelle 14 einsetzt. Beispielsweise ist es, obwohl die Röntgenstrahlsteuereinrichtung und die Bildrekonstruktionseinrichtung beide als Vorrichtungen gezeigt sind, die getrennt von dem Computer 36 sind, ebenso möglich, die Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28 und/oder die Bildrekonstruktionseinrichtung 34 in den Computer 36 zu integrieren. Zusätzlich kann, wie es vorstehend angemerkt ist, die Röntgenstrahlquelle ebenso in anderen Anwendungen verwendet werden.
In 3 ist die Röntgenstrahlröhre 14 ausführlicher veranschaulicht. Die Röntgenstrahlröhre 14 umfasst ein Anodenende 54, ein Katodenende 56 und einen Mittelabschnitt 58, der zwischen dem Anodenende 54 und dem Katodenende 56 positioniert ist. Die Röntgenstrahlröhre 14 umfasst einen Röntgenstrahlröhreneinsatz 60, der in einer fluidgefüllten Kammer 62 in einem Gehäuse 64 umschlossen ist. Elektrische Verbindungen zu dem Röntgenstrahlröhreneinsatz 60 sind über ein Anodenbuchsenteil 66 und ein Katodebuchsenteil 68 bereitgestellt. Röntgenstrahlen werden von der Röntgenstrahlröhre 14 durch ein Gehäusefenster 70 in dem Gehäuse 64 bei einer Seite des Mittelabschnitts 58 emittiert.
Wie es in 4 gezeigt ist, umfasst der Röntgenstrahlröhreneinsatz 60 eine Target-Anodenanordnung beziehungsweise Ziel-Anodenanordnung 72 und eine Katodenanordnung 74, die in einem Vakuum innerhalb eines Vakuumbehälters 76 angeordnet sind. Die Anodenanordnung 72 ist von der Katodenanordnung 74 getrennt bzw. beabstandet. Ein Stator 77 ist über den Behälter 76 benachbart zu der Anodenanordnung 72 positioniert. Bei der Energieversorgung der elektrischen Schaltung, die die Anodenanordnung 72 und die Katodenanordnung 74 verbindet, welche eine Potentialdifferenz von beispielsweise 60 kV bis 140 kV erzeugt, werden Elektronen von der Katodenanordnung 74 zu der Anodenanordnung 72 geführt. Die Elektronen treffen auf einen Brennfleck in einer Target-Zone beziehungsweise Zielzone 78 der Anodenanordnung 72 auf und erzeugen hochfrequente elektromagnetische Wellen oder Röntgenstrahlen sowie thermische Restenergie. Die Zielzone 78 emittiert Röntgenstrahlen in Reaktion auf das Bombardement mit Elektronen, die von dem Heizfaden in der Katodenanordnung 74 emittiert werden. Die Röntgenstrahlen werden durch das Gehäusefenster 70 geführt, welches den Röntgenstrahlen erlaubt, zu dem abzubildenden Gegenstand 22 (beispielsweise dem Patienten) geführt zu werden.
In den 5–7 ist die Katodenanordnung 74 ausführlicher gezeigt. Wie es in 5 gezeigt ist, umfasst die Katodenanordnung 74 eine Kaltkatode 79 mit einer gekrümmten Oberfläche 80, die Elektronen emittiert, um einen Elektronenstrahl 82 zu erzeugen. In diesem Zusammenhang wird die Kaltkatode als solche bezeichnet, da ein zugehöriger Betrieb nicht von einer zugehörigen Temperatur, die über der Umgebungstemperatur liegt, abhängig ist. In der Praxis ist die Betriebstemperatur einer Kaltkatode typischerweise über der Umgebungstemperatur, nur nicht so weit über der Umgebungstemperatur wie bei thermoionischen Katoden.
Die Oberfläche 80 stellt einen Fokussierungsmechanismus für den Elektronenstrahl 82 bereit und weist vorzugsweise eine Form auf, die entsprechend der Geometrie des Strahls und folglich dem gewünschten Brennfleck optimiert ist. Das Strahlprofil kann unterschiedliche Formen aufweisen, beispielsweise quadratisch, rund, hohl usw.. Die Form der gekrümmten Emissionsoberfläche bestimmt zumindest teilweise die Größe und Form des Brennflecks bei der Zielzone 78 der Anodenanordnung 72. Die Oberfläche 80 kann in zwei oder drei Dimensionen gekrümmt sein. Die Oberfläche 80 kann beispielsweise eine parabolische Form oder die Form eines Kugelabschnitts aufweisen. Alternativ hierzu kann die Oberfläche 80 entlang einer ersten Achse gekrümmt sein und entlang einer zweiten Achse gerade sein, die orthogonal zu der ersten Achse ist (beispielsweise zylindrisch), in zwei Dimensionen mit unterschiedlichen Radien in den zwei Richtungen gekrümmt sein oder eine Oberfläche mit variabler Krümmung über dem zugehörigen Bereich sein.
Die Katode 79 ist vorzugsweise aus einem monolithischen Halbleiter gebildet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel, wie es in 6 gezeigt ist, ist die Katode 79 eine regelmäßige Festkörper-Feldemissionsanordnung, die unter Herstellung von soft-lithographischen Strukturierungsverfahren auf einem gekrümmten Substrat hergestellt ist. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Katode 79 aus Karbon-Nanoröhren hergestellt sein, die in einer regelmäßigen Anordnung angeordnet sind, die eine gekrümmte Emissionsoberfläche bildet. Andere Anordnungen können ebenso verwendet werden.
In 6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der gekrümmten Oberfläche 80 gezeigt. Die Katode ist aus einer Vielzahl von Katodenemissionseinrichtungen 84 gebildet, die auf einem Substrat 86 gebildet sind. Das Substrat 86 weist eine Isolationsschicht 90, einen Katodengatterschichtleiter 92 und eine Vielzahl von Kegeln 94 auf. Die Isolationsschicht 90 ist vorzugsweise diskontinuierlich, das heißt mit Räumen dazwischen. Die Räume können Abmessungen in der Größenordnung von 1–3 Mikrometer oder weniger aufweisen. Die Kegel 94 können beispielsweise Molybdän-Kegel-Emissionseinrichtungen sein, die zur Erzeugung der Elektronen verwendet werden. Andere Materialien/Strukturen können ebenso verwendet werden, wie beispielsweise Spindt-Emissionseinrichtungen. Die Kegel 94 sind vorzugsweise mit den Räumen zwischen der Isolationsschicht angeordnet, so dass die Kegel 94 direkt das Substrat 86 kontaktieren. Die Gatterschicht 92 kann ebenso aus Molybdän oder einem ähnlichen Metall gebildet sein. Bei einem Betrieb wird eine Vorspannung an die Gatterschicht 92 angelegt, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, das die Kegel 94 veranlasst, Elektronen zu emittieren. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen die Kegel 94 beispielsweise jeweils einen effektiven Emissionsbereich in der Größenordnung von etwa 1 × 10^–15 cm² auf, wie beispielsweise 1,2 × 10^–15 cm², wobei jeder Kegel einen Strom bis zu 1 mA/Spitze oder mehr erzeugen kann, wenn das elektrische Feld bei der zugehörigen Spitze ausreichend groß ist. Entsprechend bekannter Herstellungstechniken gibt es Kegelpackdichten von mehr als 1 × 10⁹ Kegel/cm². Zusätzlich sind ebenso Stromdichten von mehr als 2400 A/cm² erreichbar. Ein Gesamtstrahlstrom kann unter Verwendung einer niedrigen Vorspannung, wie beispielsweise 1200 V Gleichspannung oder weniger, und vorzugsweise bis hin zu 20 V Gleichspannung oder weniger zwischen den Emissionseinrichtungen 84 und der Gatterschicht 92 gesteuert werden. Es ist ersichtlich, dass bei einem Erreichen von Verbesserungen in soft-lithographischen Techniken diese Parameter weiter verbessert werden können.
In 7 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das einen Überblick über den Betrieb des Systems gemäß 1 zeigt. In Schritt 102 wird ein Röntgenstrahl durch die Röntgenstrahlquelle 14 erzeugt. Zur Erzeugung des Röntgenstrahls wird ein erstes elektrisches Feld zwischen der Gatterschicht 92 und den Emissionskegeln 94 angelegt. Das erste elektrische Feld veranlasst die Elektronen, von den Emissionskegeln 94 emittiert zu werden. Das erste elektrische Feld kann erzeugt werden, indem eine niedrige Vorspannung (< 50 V) an die Gatterschicht 92 angelegt wird. Ein zweites elektrisches Feld wird zwischen der Anodenanordnung 72 und der Katode 79 angelegt. Das zweite elektrische Feld veranlasst die Elektronen, zu der Zielzone 78 der Anodenanordnung 72 zu beschleunigen. Das zweite elektrische Feld kann unter Verwendung einer Spannung in der Größenordnung von 1 Kilovolt bis 1000 Kilovolt in Abhängigkeit von der Anwendung erzeugt werden, wie es nachstehend ausführlich beschrieben ist. In Schritt 104 wird, nachdem der Röntgenstrahl durch zumindest einen Abschnitt des Patienten oder eines anderen Gegenstands von Interesse 22 hindurchgeht, der Röntgenstrahl bei der regelmäßigen Erfassungseinrichtungsanordnung 18 erfasst. Daraufhin konstruiert in Schritt 106 die Bildrekonstruktionseinrichtung 34 ein Bild eines Abschnitts des Patienten 22 auf der Grundlage von Daten, die während des Erfassungsschritts 104 gesammelt werden. Schließlich wird in Schritt 108 das Bild des Abschnitts des Patienten 22 oder eines anderen Gegenstands von Interesse einer Bedienungsperson angezeigt.
Wie es in 8 gezeigt ist, sind die Emissionseinrichtungen 84 in einer regelmäßigen zweidimensionalen Anordnung angeordnet. Zur Vereinfachung sind in 8 lediglich einige der Emissionseinrichtungen gezeigt. Vorzugsweise sind die Emissionseinrichtungen 84 in Gruppen angeordnet, wobei die Gatterschicht 92 für jede Gruppe von der Gatterschicht 92 jeder der verbleibenden Gruppen elektrisch isoliert ist. Auf diese Weise ist jede der Gruppen der Emissionseinrichtungen 84 unter Verwendung von Steuerleitungen 96 individuell adressierbar. Obwohl eine Gruppengröße von Eins verwendet werden kann, sind größere Gruppengrößen zur Vereinfachung der Konstruktion der Katode 79 zu bevorzugen.
Die Emissionseinrichtungen 84 werden durch die Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28 gesteuert. Die Adressierbarkeit der Emissionseinrichtungen 84 ermöglicht die Implementierung einer Anzahl von Merkmalen, indem jeweils unterschiedliche Steuersignale den unterschiedlichen Gruppen von Emissionseinrichtungen 84 bereitgestellt werden.
Die Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28 ist beispielsweise betriebsfähig, die Steuersignale zu der Katode 79 einzustellen, um die Größe und Form des Brennflecks zu steuern. Die Strahlform und -größe werden variiert, indem verschiedene oder Gruppen der Emissionseinrichtungen 84 ein- oder ausgeschaltet werden. Zusätzlich ist die Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28 betriebsfähig, die Steuersignale zu der Katode 79 einzustellen, um die Intensitätsverteilung des Brennflecks zu steuern. Somit ist, wie es in 8 gezeigt ist, der Brennfleck durch eine Intensitätsverteilung charakterisiert, die eine Intensität (oder Stromdichteverteilung) eines Elektronenbombardements als eine Funktion einer Position beschreibt (8 zeigt dies für eine Dimension). Eine Kurve 112 zeigt eine typische Verteilung, die mit einem Heizfaden erreichbar ist. Eine Kurve 114 zeigt eine Gaußverteilung, die mit der Katode 79 erreichbar ist. Eine Kurve 116 zeigt eine gleichförmige Verteilung, die mit der Katode 79 erreichbar ist. Es ist möglich, die Brennfleckgröße, -form und/oder die Intensitätsverteilung der regelmäßigen Erfassungseinrichtungsanordnung dynamisch in Abhängigkeit davon einzustellen, welche Elemente aktiviert werden, und/oder von der Leistungsgröße, die jedem Element bereitgestellt wird. Dies kann verwendet werden, Veränderlichkeiten in der regelmäßigen Erfassungseinrichtungsanordnung, die mit Herstellungsvorgängen verbunden sind, anzugehen sowie andererseits das Strahlprofil zu optimieren. Die Stromdichteverteilung kann ebenso, wenn es erforderlich ist, eingestellt werden, um Erwärmungseffekte bei der Zielzone 78 der Anodenanordnung 72 zu minimieren.
Zusätzlich ist die Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28 betriebsfähig, die Steuersignale zu der Katode 79 als eine Funktion von Rückkopplungsinformationen zu steuern, die durch die Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28 den Betrieb des Bilddarstellungssystems 10 betreffend empfangen werden. Dies erlaubt, dass eine Rückkopplung beziehungsweise Regelung zur Aufrechterhaltung der Elektronenstrahlintensität, -größe und/oder -form bei einer vorgegebenen Spezifikation verwendet wird. Die Rückkopplungsinformationen werden während einer Kalibrierungsphase während einer Initialisierungsprozedur für das Bilddarstellungssystem 10 gewonnen. Alternativ hierzu ist es ebenso möglich, derartige Rückkopplungsinformationen während eines üblichen Betriebs des Systems 10 zu sammeln. Eine derartige Regelung ist verwendbar, um kurzfristige und langfristige Veränderungen in der Röntgenstrahlquelle 14 zu korrigieren. Die Fähigkeit zur Steuerung der Emissionseinrichtungen 84 auf diese Weise ermöglicht, dass ein kleinerer, gut definierter Brennfleck erreicht wird, wodurch die Bildqualität verbessert wird.
Zusätzlich ist die Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28 betriebsfähig, die Steuersignale zu der Katode 79 einzustellen, um separat mehrere Gruppen der Emissionseinrichtungen 84 (die überlappend sein können) mit Energie zu versorgen. Beispielsweise kann ein erster Satz von Emissionseinrichtungen 84 betriebsfähig sein, einen ersten Elektronenstrahl mit einem ersten Brennfleck mit einer ersten Form zu emittieren, und ein zweiter Satz von Emissionseinrichtungen kann betriebsfähig sein, einen zweiten Elektronenstrahl mit einem zweiten Brennfleck mit einer zweiten Form zu emittieren. Dies ermöglicht, dass zwei unterschiedliche Brennflecke mit unterschiedlichen Formen erzeugt werden. Dies ist nützlich, wenn es wünschenswert ist, dasselbe Bilddarstellungssystem 10 für unterschiedliche Typen von Abtastprozeduren zu verwenden, die unterschiedliche Strahlcharakteristiken erfordern.
Zusätzlich ist die Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28 betriebsfähig, die Steuersignale zu der Katode 79 zu pulsieren, um zu veranlassen, dass die von der Anode emittierten Röntgenstrahlen einen Röntgenstrahl bilden, der pulsiert. Der Strahlstrom kann aufgrund der niedrigen Vorspannung (beispielsweise 50 V oder weniger) und einer niedrigen Kapazität der Vorrichtung schnell ein- und ausgeschaltet werden. Somit kann sie in Anwendungen verwendet werden, die erfordern, dass der Röntgenstrahl eine Zeitstruktur aufweist. Beispielsweise ist es in medizinischen Anwendungen, wenn der abzubildende Abschnitt des Patienten 22 ein Herz umfasst, wünschenswert, die Aktivierung und Deaktivierung der Katode 79 mit dem Schlagen des Herzens zu synchronisieren. Dies kann beispielsweise ausgeführt werden, indem ein Elektrokardiographsignal überwacht wird, das in Reaktion auf das Schlagen des Herzens erzeugt wird. Im Allgemeinen ist das Elektrokardiographsignal periodisch, wobei jeder Zyklus den Zyklen des Herzens entspricht. Die Katode 79 kann dann während des gleichen Abschnitts jedes Zyklus des Herzens aktiviert werden. Somit kann, indem die Abtastung unter Verwendung des EKG-Signals getastet wird, der Röntgenstrahl ausgenommen dann, wenn das Herz des Patienten bei einer vorbestimmten Phase des zugehörigen Zyklus ist, ausgeschaltet werden, wodurch die Bestrahlung des Patienten mit Röntgenstrahlen verringert wird.
Zusätzlich ist die Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28 betriebsfähig, die Steuersignale zu der Katode 79 zu steuern, um zu veranlassen, dass der Brennfleck zwischen mehreren Positionen vor und zurück geschwenkt bzw. gewobbelt wird. Dies ist bisweilen in Verbindung mit Techniken nützlich, die ein Brennfleckschwanken verwenden, um Artefakte in gewonnen Bildern zu eliminieren, was derzeit unter Verwendung von Mehrfachheizfaden-Röntgenstrahlquellen, Magnetablenkungsspulen oder elektrostatischen Ablenkungsplatten implementiert ist.
Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Merkmalen weist das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Röntgenstrahlquelle 14 ebenso eine relativ einfache Konstruktion auf. Die gekrümmte Geometrie beseitigt das Erfordernis für einen komplizierten Fokussierungsring beziehungsweise Fokussierungstopf und beseitigt eine starke Empfindlichkeit bezüglich Positionsfehlern und mechanischer Toleranzen. Es liegt auch eine einfachere Struktur aufgrund des verringerten Erfordernisses für einen Kühlkörper vor. Die gekrümmte Oberfläche der Katode 79 kombiniert die Fokussierungs- und Elektronenemissionsstrukturen in derselben Struktur. Durch die Verwendung von Festkörperbauelementen sind ein großes Vakuumsystem und ein kompliziertes Strahlablenkungssystem nicht erforderlich.
Unter Bezugnahme auf 10 ist nachstehend ein weiteres Ausführungsbeispiel einer bevorzugten Röntgenstrahlquelle 122 gezeigt, das eine gekrümmte Emissionsoberfläche 124 aufweist. In 10 weist die Emissionsoberfläche 124 die Form eines Abschnitts eines Zylinders auf. Dies hat einen Strichfokusstrahl zur Folge, der zu einer gut definierten Form fokussiert ist und eine glatte, gleichförmige Verteilungsform aufweist. Wiederum beseitigt diese Geometrie den komplizierten Fokussierungsring und weist die anderen Vorteile auf, die vorstehend beschrieben sind.
Nachstehend ist unter Bezugnahme auf 11 eine Innenansicht eines alternativen Fasslagers beziehungsweise Portals 132 für das System 10 veranschaulicht. Eine Reihe von Kaltkatoden-Röntgenstrahlquellen 134, die in einem Ring um das Portal 132 angeordnet sind, werden zur Erzeugung jeweiliger Röntgenstrahlen verwendet, wobei jeder auf eine entsprechende regelmäßige Erfassungseinrichtungsanordnung 136 auftrifft. In 11 ist zur Vereinfachung lediglich ein Teilring der Röntgenstrahlquellen 134 gezeigt, wobei jedoch die Reihe von Röntgenstrahlquellen 134 sich vorzugsweise um den gesamten Umfang des Portals 132 erstreckt. Gleichsam ist zur Vereinfachung lediglich eine einzelne regelmäßige Erfassungseinrichtungsanordnung 136 gezeigt. Vorzugsweise erstreckt sich jedoch eine Reihe von regelmäßigen Erfassungseinrichtungsanordnungen 136 um den Umfang des Portals 132. Die regelmäßige Erfassungseinrichtungsanordnung 136 kann von den Röntgenstrahlquellen 134 entlang der Z-Achse versetzt sein. Mit dieser Anordnung wird jede der Röntgenstrahlquellen sequentiell aktiviert, eher als dass sich das Portal drehen muss. Somit aktiviert die Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28 sequentiell die Röntgenstrahlquellen 134 in einer Weise, die eine Drehung einer einzelnen Röntgenstrahlquelle um den Gegenstand von Interesse simuliert. Somit wird, indem das Erfordernis für ein sich drehendes Portal beziehungsweise Fasslager vermieden wird, die Komplexität des Computertomographiesystems wesentlich verringert. Ein sich drehendes Anodenziel, Heizfadenerwärmungseinrichtungen, Motoren und große komplexe Halterahmen sind weggelassen. Ein derartiges System ist ebenso einfacher zu warten und leidet aufgrund der verringerten Komplexität an geringeren Ausfallzeiten im Feld. Das Portal (zusammen mit den Röntgenstrahlquellen und Erfassungseinrichtungen) bleibt stationär und der Patient 22 wird ohne Portaldrehung abgebildet.
Das Röntgenstrahlsystem 10 ist insbesondere für medizinische Bilddarstellungsanwendungen geeignet. Medizinische Anwendungen beschleunigen typischerweise Elektronen zu der Anodenanordnung 72, indem ein elektrisches Feld angelegt wird, das mit einem Spannungspotential zwischen etwa 1 Kilovolt und 1000 Kilovolt und mehr, insbesondere zwischen etwa 30 Kilovolt und etwa 160 Kilovolt erzeugt wird. Beispielsweise wird bei Mammographie- und Dentalanwendungen ein Spannungspotential zwischen etwa 20 Kilovolt und 60 Kilovolt verwendet. Kardiographie- und Angiographie-Systeme verwenden typischerweise zwischen 80 bis 120 Kilovolt. Computertomographiesysteme verwenden typischerweise zwischen 80 bis 140 Kilovolt.
Es sind weitere Anwendungen für gekrümmte Oberflächenkatoden vorhanden. Beispielsweise ist eine andere Anwendung eine Elektronenkanone, die Hohlstrahlen erzeugt. Hohlstrahlen werden in Gyrotron-Klystron-Mikrowellenröhren und in Wirbelstromfeldbeschleunigungselektroneninjektoren verwendet. In jedem Fall wird ein dünnwandiger zylindrischer Strahl (thin shell cylindrical beam) verwendet. Eine Gekrümmte-Oberfläche-Feldemissionsanordnung mit einem kringelförmigen beziehungsweise donutförmigen aktiven Bereich kann verwendet werden, um einen derartigen Strahl zu erzeugen. Die Krümmung ist vorzugsweise eingestellt, um die korrekte Strahlform in Verbindung mit den Fokussierungseigenschaften der gesamten Elektronenkanone zu erzeugen. Wiederum kann der Strahlbereich bewegt, verändert oder geschwenkt werden, um die Erfordernisse der Anwendung zu erfüllen. Noch eine weitere Anwendung ist die Elektronenstrahllithographie. Die Elektronenstrahllithographie ist als ein mögliches Verfahren zur Erzeugung von Halbleiterchips der nächsten Generation mit Merkmalen kleiner als 0,13 Mikrometer vorgeschlagen worden. Indem eine regelmäßige Feldemissionseinrichtungsanordnung verwendet wird, kann das auf dem Siliziumwafer zu projizierende Muster bei der FEA-Oberfläche hergestellt werden, indem erlaubt wird, dass lediglich bestimmte Bereiche aktiv sind. Die einzelnen Beamlets werden zu dem Substrat über eine Fokussierungsstruktur transportiert. Andere Anwendungen sind Mikrowellen- und RF-Röhren (Klystron, Gyrotron und so weiter), RF-Elektronenkanonen und andere Elektronenkanonen, Abtastelektronenmikroskope und andere Abtastmikrosondenanwendungen.
Obwohl die in den Figuren veranschaulichten und vorstehend beschrieben Ausführungsbeispiele derzeit bevorzugt sind, ist es ersichtlich, dass die Ausführungsbeispiele lediglich als Beispiele angegeben sind. Die Erfindung ist nicht auf ein bestimmtes Ausführungsbeispiel begrenzt, sondern erstreckt sich auf verschiedene Modifikationen, Kombinationen und Umsetzungen, die dennoch in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
Wie es vorstehend beschrieben ist, umfasst eine Röntgenstrahlquelle (114, 122, 134) eine Kaltkatode (79) und eine Anode (72). Die Kaltkatode (79) weist eine gekrümmte Emissionsoberfläche (124) auf, die in der Lage ist, Elektronen zu emittieren. Die Anode (72) ist von der Katode (79) getrennt. Die Anode (72) ist in der Lage, Röntgenstrahlen in Reaktion auf ein Bombardement mit Elektronen, die von der gekrümmten Emissionsoberfläche (124) der Katode (79) emittiert werden, zu emittieren.

Claims

Röntgenstrahlquelle (14, 122, 134) mit einer Kaltkatode (79), wobei die Kaltkatode (79) eine gekrümmte Emissionsoberfläche (80, 124) aufweist, die in der Lage ist, Elektronen zu emittieren, und einer Anode (72), wobei die Anode (72) von der Katode (79) getrennt ist, wobei die Anode (72) in der Lage ist, Röntgenstrahlen (16) in Reaktion auf ein Bombardement mit Elektronen, die von der gekrümmten Emissionsoberfläche (80, 124) emittiert werden, zu emittieren, wobei die Kaltkatode (79) eine Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84), die auf einem Substrat (86) angeordnet sind, und einen Gatterleiter (92) umfasst, der benachbart zu der Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) angeordnet ist, und wobei die Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) betriebsfähig ist, Elektronen zu emittieren, wenn eine Vorspannung an den Gatterleiter (92) angelegt ist, wobei die Elektronen die Anode bei einem Brennfleck der Anode (72) bombardieren, wobei die Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) einen ersten Satz von Emissionseinrichtungen (84), wobei der erste Satz von Emissionseinrichtungen (84) betriebsfähig ist, einen ersten Elektronenstrahl (82) zu emittieren, der einen ersten Brennfleck mit einer ersten Form aufweist, und einen zweiten Satz von Emissionseinrichtungen (84) umfasst, wobei der zweite Satz von Emissionseinrichtungen (84) betriebsfähig ist, einen zweiten Elektronenstrahl (82) zu emittieren, der einen zweiten Brennfleck mit einer zweiten Form aufweist, wobei die zweite Form unterschiedlich zu der ersten Form ist, und wobei der erste Satz von Emissionseinrichtungen (84) und der zweite Satz von Emissionseinrichtungen (84) bei der gleichen gekrümmten Emissionsoberfläche (80, 124) platziert sind und separat mit Energie versorgt werden können.
Röntgenstrahlquelle (14, 122, 134) nach Anspruch 1, wobei die Elektronen die Anode (72) bei einem Brennfleck der Anode (72) bombardieren und wobei eine Größe und eine Form des Brennflecks zumindest teilweise durch eine Krümmung der gekrümmten Emissionsoberfläche (80, 124) bestimmt ist.
Röntgenstrahlquelle (14, 122, 134) nach Anspruch 1, wobei die Elektronen die Anode bei einem Brennfleck der Anode (72) bombardieren und wobei die Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) adressierbar sind, wodurch es ermöglicht ist, die Größe und Form des Brennflecks zu steuern.
Röntgenstrahlquelle (14, 122, 134) nach Anspruch 1, wobei die Elektronen die Anode (72) bei einem Brennfleck der Anode (72) bombardieren, wobei der Brennfleck durch eine Intensitätsverteilung (112, 114, 116) charakterisiert ist, die eine Intensität des Elektronenbombardements als eine Funktion einer Position beschreibt, und wobei die Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) adressierbar ist, wodurch es ermöglicht ist, die Intensitätsverteilung (112, 114, 116) des Brennflecks zu steuern.
Röntgenstrahlquelle (14, 122, 134) nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) eine Dichte von mehr als etwa 1 × 10⁹ Emissionseinrichtungen/cm² aufweist.
Röntgenstrahlquelle nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) jeweils einen effektiven Emissionsbereich in der Größenordnung von etwa 1 × 10^–15 cm² aufweist.
Röntgenstrahlquelle nach Anspruch 1, wobei die an den Gatterleiter (92) angelegte Vorspannung kleiner als 120 V ist.
Röntgenstrahlquelle nach Anspruch 1, wobei die Katode (79) in der Lage ist, Stromdichten von mehr als 2400 A/cm² zu erzeugen.
Röntgenstrahlquelle nach Anspruch 1, mit einem Vakuumgehäuse (64) und einem Röntgenstrahl-Übertragungsfenster (70), wobei die Katode (79) und die Anode (72) in dem Gehäuse (64) angeordnet sind und wobei die Röntgenstrahlen (16) die Röntgenstrahlquelle (14) über das Übertragungsfenster (70) verlassen.
Röntgenstrahlquelle nach Anspruch 1, wobei die gekrümmte Emissionsoberfläche (124) so hergestellt ist, dass sie entlang einer ersten Achse gekrümmt ist und entlang einer zweiten Achse, die orthogonal zu der ersten Achse ist, gerade ist.
Röntgenstrahlquelle nach Anspruch 1, wobei die Kaltkatode (79) aus einem monolithischen Halbleiter hergestellt ist.
Bilddarstellungssystem (10) zur Abbildung eines Gegenstands von Interesse (22), wobei das Bilddarstellungssystem (10) umfasst: (A) eine Röntgenstrahlquelle (14, 122, 134), wobei die Röntgenstrahlquelle (14, 122, 134) (1) eine Kaltkatode (79), die in einem Gehäuse (64) angeordnet ist, wobei die Kaltkatode (79) eine gekrümmte Emissionsoberfläche (80, 124) aufweist, wobei die Kaltkatode (79) eine Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) umfasst, die auf einem Substrat (86) angeordnet sind, und (2) eine Anode (72) umfasst, wobei die Anode (72) in dem Gehäuse (64) angeordnet ist und von der Katode (79) getrennt ist, wobei die Anode (72) Röntgenstrahlen (16) in Reaktion auf ein Bombardement mit Elektronen, die von der gekrümmten Emissionsoberfläche (80, 124) emittiert werden, emittiert, (B) eine regelmäßige Erfassungseinrichtungsanordnung (18, 136), wobei die regelmäßige Erfassungseinrichtungsanordnung (18, 136) eine Vielzahl von Erfassungselementen (20) umfasst, wobei die Vielzahl von Erfassungselementen (20) die Röntgenstrahlen (16) empfangen, nachdem die Röntgenstrahlen (16) durch den Gegenstand von Interesse (22) hindurchgegangen sind, und Signale in Reaktion hierauf erzeugen, (C) eine Bildrekonstruktionseinrichtung (34), wobei die Bildrekonstruktionseinrichtung (34) gekoppelt ist, um die Signale von den Erfassungselementen (20) zu empfangen, und wobei die Bildrekonstruktionseinrichtung (34) ein Bild des Gegenstands von Interesse (22) auf der Grundlage der Signale von den Erfassungselementen (20) konstruiert, (D) eine Anzeige (42), wobei die Anzeige (42) an die Bildrekonstruktionseinrichtung (34) gekoppelt ist, wobei die Anzeige (42) das Bild des Gegenstands von Interesse (22) anzeigt, und (E) eine Röntgenstrahlsteuereinrichtung (28), wobei die Röntgenstrahlsteuereinrichtung (28) mit der Kaltkatode (79) gekoppelt ist, um Steuersignale zur Steuerung der Emission von Elektronen von der Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) zu steuern, wobei die Röntgenstrahlsteuereinrichtung (28) gekoppelt ist, um den Betrieb des Bilddarstellungssystems (10) betreffende Rückkopplungsinformationen zu empfangen, und wobei die Röntgenstrahlsteuereinrichtung (28) die Steuersignale für die Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) als eine Funktion der Rückkopplungsinformationen einstellt.
Bilddarstellungssystem (10) nach Anspruch 12, wobei die Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) adressierbar ist, so dass die Röntgenstrahlsteuereinrichtung (28) unterschiedliche Steuersignale bereitstellt, die unterschiedliche der Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) steuern.
Bilddarstellungssystem (10) nach Anspruch 13, wobei die Elektronen die Anode (72) bei einem Brennfleck der Anode (72) bombardieren, wobei die Röntgenstrahlsteuereinrichtung (28) die Steuersignale einstellt, um eine Größe und Form des Brennflecks zu steuern.
Bilddarstellungssystem (10) nach Anspruch 13, wobei die Elektronen die Anode (72) bei einem Brennfleck der Anode (72) bombardieren, wobei die Röntgenstrahlsteuereinrichtung (28) die Steuersignale einstellt, um eine Stromdichteverteilung eines Elektronenstrahls (82), der durch die den Brennfleck bombardierenden Elektronen gebildet wird, zu steuern.
Bilddarstellungssystem (10) zur Abbildung eines Gegenstands von Interesse (22), wobei das Bilddarstellungssystem (10) umfasst: (A) eine Röntgenstrahlquelle (14, 122, 134), wobei die Röntgenstrahlquelle (14, 122, 134) (1) eine Kaltkatode (79), die in einem Gehäuse (64) angeordnet ist, wobei die Kaltkatode (79) eine gekrümmte Emissionsoberfläche (80, 124) aufweist, wobei die Kaltkatode (79) eine Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) umfasst, die auf einem Substrat (86) angeordnet sind, und (2) eine Anode (72) umfasst, wobei die Anode (72) in dem Gehäuse (64) angeordnet ist und von der Katode (79) getrennt ist, wobei die Anode (72) Röntgenstrahlen (16) in Reaktion auf ein Bombardement mit Elektronen, die von der gekrümmten Emissionsoberfläche (80, 124) emittiert werden, emittiert, (B) eine regelmäßige Erfassungseinrichtungsanordnung (18, 136), wobei die regelmäßige Erfassungseinrichtungsanordnung (18, 136) eine Vielzahl von Erfassungselementen (20) umfasst, wobei die Vielzahl von Erfassungselementen (20) die Röntgenstrahlen (16) empfangen, nachdem die Röntgenstrahlen (16) durch den Gegenstand von Interesse (22) hindurchgegangen sind, und Signale in Reaktion hierauf erzeugen, (C) eine Bildrekonstruktionseinrichtung (34), wobei die Bildrekonstruktionseinrichtung (34) gekoppelt ist, um die Signale von den Erfassungselementen (20) zu empfangen, und wobei die Bildrekonstruktionseinrichtung (34) ein Bild des Gegenstands von Interesse (22) auf der Grundlage der Signale von den Erfassungselementen (20) konstruiert, (D) eine Anzeige (42), wobei die Anzeige (42) an die Bildrekonstruktionseinrichtung (34) gekoppelt ist, wobei die Anzeige (42) das Bild des Gegenstands von Interesse (22) anzeigt, und (E) eine Röntgenstrahlsteuereinrichtung (28), wobei die Röntgenstrahlsteuereinrichtung (28) mit der Kaltkatode (79) gekoppelt ist, um Steuersignale zur Steuerung der Emission von Elektronen von der Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) bereitzustellen, wobei die Elektronen die Anode bei einem Brennfleck der Anode (72) bombardieren, und wobei die Röntgenstrahlsteuereinrichtung (28) die Steuersignale für die Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) einstellt, um eine Größe und Form des Brennflecks zu steuern.
Bilddarstellungssystem (10) nach Anspruch 16, wobei die Röntgenstrahlsteuereinrichtung (28) die Steuersignale für die Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) pulsiert, um zu veranlassen, dass die von der Anode emittierten Röntgenstrahlen (16) einen Röntgenstrahl bilden, der pulsiert.
Bilddarstellungssystem (10) zur Abbildung eines Gegenstands von Interesse (22), wobei das Bilddarstellungssystem (10) umfasst: (A) eine Röntgenstrahlquelle (14, 122, 134), wobei die Röntgenstrahlquelle (14, 122, 134) (1) eine Kaltkatode (79), die in einem Gehäuse (64) angeordnet ist, wobei die Kaltkatode (79) eine gekrümmte Emissionsoberfläche (80, 124) aufweist, wobei die Kaltkatode (79) eine Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) umfasst, die auf einem Substrat (86) angeordnet sind, und (2) eine Anode (72) umfasst, wobei die Anode (72) in dem Gehäuse (64) angeordnet ist und von der Katode (79) getrennt ist, wobei die Anode (72) Röntgenstrahlen (16) in Reaktion auf ein Bombardement mit Elektronen, die von der gekrümmten Emissionsoberfläche (80, 124) emittiert werden, emittiert, (B) eine regelmäßige Erfassungseinrichtungsanordnung (18, 136), wobei die regelmäßige Erfassungseinrichtungsanordnung (18, 136) eine Vielzahl von Erfassungselementen (20) umfasst, wobei die Vielzahl von Erfassungselementen (20) die Röntgenstrahlen (16) empfangen, nachdem die Röntgenstrahlen (16) durch den Gegenstand von Interesse (22) hindurchgegangen sind, und Signale in Reaktion hierauf erzeugen, (C) eine Bildrekonstruktionseinrichtung (34), wobei die Bildrekonstruktionseinrichtung (34) gekoppelt ist, um die Signale von den Erfassungselementen (20) zu empfangen, und wobei die Bildrekonstruktionseinrichtung (34) ein Bild des Gegenstands von Interesse (22) auf der Grundlage der Signale von den Erfassungselementen (20) konstruiert, (D) eine Anzeige (42), wobei die Anzeige (42) an die Bildrekonstruktionseinrichtung (34) gekoppelt ist, wobei die Anzeige (42) das Bild des Gegenstands von Interesse (22) anzeigt, und (E) eine Röntgenstrahlsteuereinrichtung, wobei die Röntgenstrahlsteuereinrichtung (28) mit der Kaltkatode (79) gekoppelt ist, um Steuersignale zur Steuerung der Emission von Elektronen von der Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) bereitzustellen, wobei die Elektronen die Anode bei einem Brennfleck der Anode (72) bombardieren, und wobei die Röntgenstrahlsteuereinrichtung (28) die Steuersignale für die Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) einstellt, um zu veranlassen, dass der Brennfleck geschwenkt wird.
Bilddarstellungssystem (10) nach einem der Ansprüche 12, 16 und 18, wobei die Kaltkatode (79) eine Isolationsschicht (90), wobei die Isolationsschicht (90) bei dem Substrat (86) angeordnet ist und sich zwischen der Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) befindet, und einen Gatterleiter (92) umfasst, wobei der Gatterleiter (92) bei der Isolationsschicht (90) angeordnet ist, wobei die Vielzahl von Emissionseinrichtungen (84) betriebsfähig ist, Elektronen zu emittieren, wenn eine Vorspannung an den Gatterleiter (92) angelegt ist.
Bilddarstellungssystem (10) nach einem der Ansprüche 12, 16 und 18, wobei das Bilddarstellungssystem (10) ein Computertomographie-Bilddarstellungssystem ist, wobei das System (10) eine Vielzahl von zusätzlichen Röntgenstrahlquellen (134) umfasst, wobei die Vielzahl von zusätzlichen Röntgenstrahlquellen (134) jeweils eine jeweilige zusätzliche Kaltkatode (79) und eine jeweilige zusätzliche Anode (72) umfasst, wobei die Röntgenstrahlquelle und die Vielzahl von zusätzlichen Röntgenstrahlquellen (134) in einem Ring angeordnet sind, um zu ermöglichen, dass der Gegenstand von Interesse (22) ohne eine Portaldrehung abgebildet wird.
Bilddarstellungssystem (10) nach Anspruch 20, wobei das System (10) eine Röntgenstrahlsteuereinrichtung (28) umfasst und wobei die Röntgenstrahlsteuereinrichtung (28) sequentiell die Röntgenstrahlquelle und die Vielzahl von zusätzlichen Röntgenstrahlquellen (134) in einer Weise aktiviert, die eine Drehung (24) einer einzelnen Röntgenstrahlquelle um den Gegenstand von Interesse (22) simuliert.
Bilddarstellungssystem (10) nach einem der Ansprüche 12, 16 und 18, wobei das Bilddarstellungssystem (10) ein medizinisches Bilddarstellungssystem ist.
Bilddarstellungssystem (10) nach einem der Ansprüche 12, 16 und 18, wobei das Bilddarstellungssystem (10) ein Sicherheitsprüfpunkt-Bilddarstellungssystem ist.
Bilddarstellungssystem (10) nach einem der Ansprüche 12, 16 und 18, mit einer Kommunikationsschnittstelle (50), wobei die Kommunikationsschnittstelle (50) mit der Bildrekonstruktionseinrichtung (34) gekoppelt ist, und wobei die Kommunikationsschnittstelle (50) das Bild des Gegenstands von Interesse (22) über ein Kommunikationsnetzwerk (52) überträgt.
Bilddarstellungssystem (10) nach einem der Ansprüche 12, 16 und 18, mit einer Kommunikationsschnittstelle (50), wobei die Kommunikationsschnittstelle (50) mit der Röntgenstrahlsteuereinrichtung und der Bildrekonstruktionseinrichtung (34) gekoppelt ist, wobei die Kommunikationsschnittstelle (50) Daten, die das Befinden und den Betrieb des Bilddarstellungssystems (10) betreffen, über ein Kommunikationsnetzwerk (52) überträgt.
Medizinisches Abbildungsverfahren mit Schritten zum Erzeugen (102) eines Röntgenstrahls (16) bei einer Röntgenstrahlquelle (14, 122, 134), die eine Katode (79) mit einer gekrümmten Emissionsoberfläche (80, 124) umfasst, wobei die Katode (79) eine Vielzahl von Emissionskegeln (94) und ein Dünnschichtgatter (92) umfasst, wobei der Elektronenstrahl (82) zu einer Anode (72) emittiert wird, um zu veranlassen, dass die Anode (72) mit Elektronen bombardiert wird, wobei der Röntgenstrahl (16) in Reaktion auf ein Bombardement durch die Elektronen erzeugt wird, wobei die Elektronen die Anode (72) bei einem Brennfleck der Anode (72) bombardieren, wobei eine Größe und Form des Brennflecks zumindest teilweise durch eine Krümmung in der gekrümmten Emissionsoberfläche (80, 124) definiert wird, wobei der Erzeugungsschritt (162) ein Emittieren eines Elektronenstrahls (82) von der Katode (79) umfasst, wobei die Röntgenstrahlquelle den Röntgenstrahl (16) durch einen Patienten (22) führt, und wobei der Emissionsschritt Unterschritte umfasst zum Anlegen eines ersten elektrischen Felds zwischen dem Dünnschichtgatter (92) und der Vielzahl vom Emissionskegeln (94), wobei das erste elektrische Feld veranlasst, dass die Elektronen von der Vielzahl von Emissionskegeln (94) emittiert werden, und zum Anlegen eines zweiten elektrischen Felds zwischen der Anode (72) und der Katode (79), wobei das zweite elektrische Feld veranlasst, dass die Elektronen zu der Anode (72) hin beschleunigt werden, zum Erfassen (104) des Röntgenstrahls, nachdem der Röntgenstrahl durch zumindest einen Abschnitt des Patienten (22) hindurchgegangen ist, zum Konstruieren (106) eines Bilds eines Abschnitts des Patienten (22) auf der Grundlage von Daten, die während des Erfassungsschritts (104) gesammelt werden, und zum Anzeigen (108) des Bilds des Abschnitts des Patienten (22).
Verfahren nach Anspruch 26, wobei der Abschnitt des Patienten (22) ein Herz umfasst, und wobei das Verfahren Schritte umfasst zum Überwachen eines Elektrokardiographsignals, das in Reaktion auf ein Schlagen des Herzens erzeugt wird, wobei das Elektrokardiographsignal periodisch mit jedem Zyklus entsprechend den Zyklen des Herzens ist, zum Synchronisieren einer Aktivierung und Deaktivierung der Emissionseinrichtungen (84) mit dem Elektrokardiographsignal, so dass die Röntgenstrahlquelle (14, 122, 134) während des gleichen Abschnitts in jedem der Zyklen des Herzens aktiviert wird.