用于单视场与立体视场的观察之间的渐进式转换的渐进式X
射线焦斑移动
技术领域
[0001] 本
发明涉及用于用于单视场和立体视场观察的
X射线管、用于单视场和立体视场的观察的X射线成像系统、用于提供对象的空间观察的方法、
计算机程序模
块以及计算机可读介质。
背景技术
[0002] 为了提供对象的深度信息，例如在医学成像中使用X射线立体成像。然而，已经发现，尽管立体成像提供有用的深度信息，但是用户(例如，医师)保持使用并且有时甚至更喜欢单视场观察技术。因此，有时避免切换到立体成像。因此，有时未使额外的深度信息对用户可见。US2010/0067662描述了一种立体旋转的
阳极X射线管。
发明内容
[0003] 因此，可能需要提供用于具有对深度信息的改进的视觉
感知的X射线观察的改进的流畅工作流程。
[0004] 本发明的目的由独立
权利要求的主题解决，其中，其他
实施例被并入
从属权利要求。
[0005] 应当指出，下面描述的本发明的各方面也应用于用于单视场和立体视场观察的X射线管、用于单视场和立体视场观察的X射线成像系统、和用于提供对象的空间观察的方法、以及计算机程序模块和计算机可读介质。
[0006] 根据本发明的第一方面，提供一种用于单视场和立体视场观察的X射线管，其包括
阴极装置、阳极以及
控制器件。阴极装置和阳极被提供为生成从阴极装置朝向阳极的靶区域的
电子束，以通过电子撞击在靶区域上而生成X射线
辐射。控制器件被提供为控制电子束，使得电子在不同靶斑处碰撞阳极。控制器件被配置为提供用于单视场与立体视场的观察之间的无级转换的电子的碰撞方向的渐进式变化。在单视场观察中，从单个焦斑
位置生成X射线辐射，在立体视场观察中，从在横切于观察方向的第一立体方向上彼此间隔开的两个焦斑位置生成X射线辐射。
[0007] 术语“用于无级转换的渐进式变化”指的是焦斑位置的连续改变，使得在视图的连续改变的点(即，用于单视场观察和相应的立体视场观察的视图的点，如是两个间隔开的焦斑的情况)的感知中便于用户观察相应的图像。术语“渐进式”具体涉及用户的感知，并且因此包括用于步进式改变的焦斑的移动的相对小的步骤，尽管在字面上不是渐进式移动，但是该步进式的改变也归入术语“渐进式”。
[0008] 术语“碰撞方向”包括例如电子束的碰撞
角度。
[0009] 例如，渐进式变化是电子束的渐进式偏转。在又一范例中，例如由多个可变化的电子源生成具有变化的有效方向的电子束。
[0010] 例如，控制器件是用于电子束的偏转的量度器。
[0011] 根据范例性实施例，控制器件被配置为提供用于也在第二立体方向上的至少一个立体焦斑的渐进式变化，所述第二立体方向横切于第一立体方向，并且横切于观察方向。
[0012] 根据范例性实施例，阴极装置包括单个阴极，并且控制器件是被提供为偏转电子束的偏转器件。
[0013] 根据又一范例性实施例，阴极装置包括多个
碳纳米管发射器，所述
碳纳米管发射器被配置为提供有不同焦斑位置的电子束，并且控制器件被提供为碳纳米管发射器的控制装置。
[0014] 根据范例性实施例，阳极被提供有倾斜的焦点轨迹区域，所述焦点轨迹区域提供针对焦斑位置的不同高度，并且焦斑轨迹区域被提供有渐增的倾斜程度。
[0015] 根据本发明的第二方面，提供一种用于单视场和立体视场观察的X射线成像系统，其包括X射线源、X射线探测器以及处理单元。X射线源是根据上述范例中的一个的X射线管。X射线探测器被配置为向处理单元提供X射线探测
信号。处理单元被配置为基于X射线探测信号计算单视场和立体视场X射线图像数据。
[0016] 根据本发明的第三方面，提供一种用于提供对象的空间观察的方法，包括以下步骤：
[0017] a)生成从阴极装置朝向阳极的靶区域的电子束；
[0018] b)控制电子束，使得电子束在不同的靶斑处撞击阳极；
[0019] c)由碰撞在靶区域上的电子束生成X射线辐射，其中，所述X射线辐射被提供有用于单视场和立体视场X射线成像的不同的焦斑；以及
[0020] d)提供有单视场与立体视场的观察之间的渐进式转换的对象的图像数据。
[0021] 步骤b)中的控制被提供为电子的碰撞方向的渐进式变化，使得提供单视场与立体视场的观察之间的无级转换。应当指出，术语“无级转换”涉及用户的感知。在单视场观察中，从单个焦斑位置生成X射线辐射，在立体视场观察中，从在横切于观察方向的第一立体方向上彼此间隔开的两个焦斑位置生成X射线辐射。
[0022] 例如，步骤b)中的控制是偏转，并且渐进式变化是渐进式偏转。
[0023] 电子束可以由若干电子子射束提供。
[0024] 电子的碰撞方向的渐进式变化包括撞击不同位置(即，焦点轨迹的变化的位置)的电子束。不同的碰撞方向可以包括撞击不同位置的平行方向。不同的碰撞方向也可以包括方向的不同角度。
[0025] 根据本发明的方面，针对单视场与立体视场的成像之间的转换(并且反之亦然)提供焦斑分离的稳定的增加或减少。因此，代替单视场与立体视场的成像之间的简单切换，两种类型视图之间的渐进式转换(即单观察与立体观察之间的渐进式转换)帮助对实况深度信息的视觉感知，并且因此改进用户友好度和接受度。具体地，渐进式过渡提供流畅的工作流程。根据本发明的方面，渐进式转换也允许立体效果的强度的适应或调节，因此提供考虑不同人员的相应喜好设置的可能性。
[0026] 参考下文所述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得显而易见并且得到阐明。
附图说明
[0027] 参考以下附图，将在下文中描述本发明的范例性实施例。
[0028] 图1示出了根据本发明的作为用于X射线成像系统的范例的C臂装置。
[0029] 图2示出了根据本发明的范例的X射线管的透视示意图。
[0030] 图3示出了图2的X射线管的俯视图。
[0031] 图4示出了透视图中的根据本发明的X射线管的另一范例。
[0032] 图5示出了图4的X射线管的俯视图。
[0033] 图6示出了图4的横截面示意图。
[0034] 图7示出了根据本发明的用于焦斑的渐进式变化的范例。
[0035] 图8示出了横截面示意图中的根据本发明的X射线管的又一范例。
[0036] 图9示出了横截面中的根据本发明的X射线管的又一范例。
[0037] 图10示出了俯视图中的根据本发明的X射线管的又一范例。
[0038] 图11示出了图10的X射线管的横截面。
[0039] 图12示出了根据本发明的X射线管的又一范例。
[0040] 图13示意性图示了图12的范例得到的图像。
[0041] 图14示出了根据本发明的X射线管的又一范例。
[0042] 图15示出了根据本发明的X射线管的范例性实施例所得到的效果。
[0043] 图16示出了根据本发明的范例性实施例的用于提供对象的空间观察的方法的基本步骤。
具体实施方式
[0044] 图1示出了用于单视场和立体视场观察的X射线成像系统10。所述X射线成像系统10被提供有X射线源12、X射线探测器14以及处理单元16。X射线源12和X射线探测器14被布置在C臂结构18上，所述C臂结构18被安装到可移动的
支撑结构20，所述可移动的支撑结构
20允许围绕感兴趣对象(例如，患者)的旋转移动，其中，仅利用圆形结构(附图标记为22)指示对象。进一步地，支撑结构(例如，患者检查台24)被提供用于支撑对象22。更进一步地，示出显示装置26，以及在前台中示出的界面和控制装置28。
[0045] X射线源12是如参考以下附图在下面更详细地描述的X射线管30。X射线探测器14被配置为向处理单元16提供X射线探测信号，并且处理单元16被配置为基于X射线探测信号计算单视场和立体视场X射线图像数据。
[0046] 必须指出，X射线成像系统10被示为仅作为范例的C臂型检查仪器。当然，也提供其他X射线成像系统，例如X射线源和X射线探测器被安装到
机械臂的X射线成像系统，或者具有被固定安装的X射线源和X射线探测器的X射线成像系统。
[0047] 图2示出了X射线管30的示意性透视图。所述X射线管30被提供用于单视场和立体视场观察，并且包括阴极装置32、阳极34以及控制器件，后者将在以下进一步描述。
[0048] 阴极装置和阳极被提供为生成从阴极装置朝向阳极34的靶区域的电子束36，以由碰撞在靶区域上的电子生成X射线辐射38。
[0049] 控制器件被提供为控制电子束，使得电子在不同的靶斑处撞击阳极，其中，控制器件被配置为提供用于单视场与立体视场的观察之间的无级转换的电子的碰撞方向的渐进式变化(参见图7)。
[0050] 在单视场观察中，从单个焦斑位置生成X射线辐射，在立体视场观察中，从在横切于观察方向42的第一立体方向40上彼此间隔开的两个焦斑位置生成X射线辐射。
[0051] 例如，控制电子束，使得其被移动到任意一侧，如利用虚线36a和36b所指示的。因此，电子束在不同的靶斑(即，中间靶斑44和第一侧向布置的焦斑44a以及第二侧向布置的焦斑44b)处撞击阳极。因此，对于中间焦斑位置44生成X射线辐射38，并且对于第一侧向的焦斑44a利用附图标记38a指示其他X射线辐射射束，并且针对第二侧向布置的焦斑44b利用附图标记38b指示第二X射线辐射射束。例如，对于单视场观察，能够提供中间焦斑44，并且对于立体视场观察，能够使用侧向布置的焦斑44a和44b。当然，也能够提供焦斑的其他位置和相应的组合。例如，侧向布置的焦斑中的一个能够与中间焦斑一起用于立体视场观察，并且侧向布置的焦斑中的另一个然后能够用于单视场观察。
[0052] 进一步地，必须指出，提供不同的焦斑之间的在其位置中的渐进式转换是本发明的核心方面，这将关于图7进一步描述。因此，图2中的焦斑位置仅指示焦斑的转换移动的一些位置。
[0053] 图3示出了阳极和相应的焦斑位置的俯视图。针对相同的特征使用相同的附图标记。
[0054] 根据示出在图4和图5中示出的又一范例，控制器件被配置为提供也在第二立体方向46上的用于至少一个立体焦斑的渐进式变化，所述第二立体方向46横切于第一立体方向40，并且横切于观察方向42。
[0055] 为了更好的可视性，仅对于中间焦斑44指示第二立体方向上的变化(例如偏转)。第二立体方向46上的渐进式变化引起进一步的变化(即，经偏转或偏移的焦斑44c)。进一步地，利用附图标记36c指示相应的经控制的电子束。
[0056] 相对于至少一个立体焦斑(即，两个立体焦斑中的任意一个或两个立体焦斑)将相应地提供偏移或移动的位置。
[0057] 图5示出了图4的焦斑布置的俯视图。
[0058] 图6示出了图4的布置的横截面视图。能够看出，电子束36能够是渐进式地变化的，例如朝向左侧偏转，产生上述电子束路径36c，碰撞在焦斑位置44c处的阳极34上。这产生X射线射束38c。
[0059] 阳极34被提供有倾斜的靶区域48，产生垂直偏移50作为有效的第二立体方向46，所述有效的第二立体方向46横切于观察方向42，并且也横切于第一观察方向40(参见图5)。
[0060] 控制器件被配置为提供渐进式变化，使得在立体视图观察中，第一焦斑与第二焦斑之间的
连接线可以被布置在与观察方向共同的平面上(未在附图中进一步示出)。当然，也提供第一变化方向与第二变化方向的组合，例如，第一偏转方向和第二偏转方向的组合。
[0061] 第一立体方向40也被称为
水平方向，第二立体方向46也被称为垂直方向。
[0062] 根据本发明，在焦斑位置的俯视图中，图7指示提供渐进式变化，产生多个不同的焦斑位置44n，其中，上述焦斑位置，44、44a以及44b仅是范例。也指示了第一立体方向40，以及观察方向42。也在第二立体方向46上提供渐进式变化的情况下，在靶位置44与靶位置44c之间提供相应的靶斑位置(未进一步指示)。
[0063] 因此，根据本发明的渐进式变化包括焦斑分离的稳定的增加或减少。
[0064] 图8示出了X射线管30的又一实施例，其中，阴极装置包括单个阴极52，并且控制器件被提供为偏转器件54，所述偏转器件54被提供为偏转电子束。例如，电子束36和电子束36c被示出，其产生在阳极34上的上述的靶位置44和44c。
[0065] 例如，静电地或电磁地提供变化，即偏转。
[0066] 图9示出了X射线管30的又一范例，其中，阴极装置包括多个碳纳米管发射器56，所述阴极装置被配置为提供有不同焦斑位置的电子束58。仅作为范例，利用虚线和附图标记58i指示电子束的第二形状/方向。当然，也提供其他形状/方向。控制器件被提供为碳纳米管发射器的控制装置。例如，利用栅极结构62额外地提供操纵或引导
电极60，因此允许控制碳纳米管发射器，使得不同的靶区域64、64a能够由相应的电子束撞击，以生成X射线辐射(未进一步示出)。
[0067] 图10示出了阳极34(例如旋转的阳极)的俯视图。如图11所示，阳极被提供有倾斜的焦斑轨迹区域66。因此，对于焦斑位置提供不同的高度。如图11所示，根据本发明，焦斑轨迹区域被提供有渐增的倾斜程度。
[0068] 必须指出，作为旋转的阳极的阳极的特征也与其他实施例(例如图1至图9)被组合提供。然而，关于图10、11、12以及14，其也被提供为具有非旋转的阳极盘，所述非旋转的阳极盘具有类似的特征。
[0069] 术语“焦点轨迹的倾斜”指的是相对于观察方向的倾斜。倾斜程度可以是在观察方向上逐渐降低的。例如，表面在观察方向上的横截面中具有凹形结构或形式。
[0070] 观察方向42也利用“r”指示。第一箭头68指示在第一焦斑位置70处撞击阳极34的第一电子束。例如，第一焦斑和第二焦斑能够被提供在阳极34的中心点的两侧，利用附图标记72指示所述中心点。第二箭头74指示第二电子束位置，其产生相应的焦斑轨迹位置76。在阳极盘上的稳定地，即连续地或线性地倾斜的靶表面区域的情况下，这将产生相应线的交叉点，如附图标记78所指示的。然而，由于倾斜具有渐增的程度，所产生的焦斑位置76在y方向79上相对于阳极盘的旋
转轴更高，因此产生y方向上的额外的偏移。
[0071] 当然，也能够提供在观察方向上的渐增、即从更接近
旋转轴的点朝向阳极盘的外边缘的盘的横截面轮廓的倾斜的渐增的程度，其产生在y方向上、即在阳极34的旋转轴的方向上的额外的偏移。这提供的优点是，对于提供相应的焦斑高度位置(在y方向上的变化/偏转)，在径向方向上仅有较小的偏移必须通过控制(例如偏转电子束)来提供。
[0072] 第一标记70表示焦点轨迹区域66的所说的较低部分上的第一焦斑位置。第二标记76表示为了获得交叉点的高度的第二焦斑的位置。第一箭头71表示在连续倾斜程度的情况下将获得的高度。第二个箭头73表示由于渐增的倾斜程度所获得的高度。因此，渐增的倾斜程度提供加在高度上的变量增量75，而在r方向上没有任何其他延伸。换言之，渐增的倾斜程度提供相对于提供类似的焦斑位置(y变化/偏转)的减小范围的倾斜。
[0073] 如图12所示，仅针对两个焦斑位置中的一个提供利用箭头80指示的渐进式变化，因此也可能提供立体方向的
倾侧。相对于利用直线中的连接线84所指示的产生的倾侧的立体方向，这利用以虚线方式示出的连接线82指示，其相对于利用直线中的连接线84指示的所得到的倾侧空间方向连接非倾侧的立体焦斑位置。因此，产生倾侧角度86。
[0074] 受此影响，如图13所示，由于相应的空间布置，第一
导管段88和第二导管段90也相对于彼此倾侧。因此，两个导管段能够由用户以增强和促进的方式从彼此实质上分离。
[0075] 换言之，对于每个焦斑，例如针对第一立体方向和/或第二立体方向，能够单独地(即，单个地)适应渐进式变化。
[0076] 如图14所示，利用渐进式变化，也可能从第一立体方向上的标准立体视图向第二立体方向移位或旋转连接线，在所述第一立体方向上，连接线被布置在垂直于观察方向的平面上，在所述第二立体方向上，连接线被布置在观察方向的平面中。因此，在图14的焦斑位置的俯视图中，连接线84被提供为与观察方向42对准。在所说的向右侧的第一移位移动中，第一焦斑从第一位置83渐进式移动到第二位置85；在所说的向左侧稍微向上的第二移位移动中，第二焦斑从第一位置87渐进式移动到第二位置89。两种移位移动都利用箭头81指示。
[0077] 如上所示，单视场与立体视场的成像之间的切换被提供为通过焦斑分离的稳定增加或稳定减少在两种观察模式之间的渐进式转换，以给出流畅的工作流程。因此，实况深度信息的视觉感知得到支持。
[0078] 额外的渐进式X射线焦斑移动也能够提高立体观察本身。X射线立体成像主要给出在水平的立体方向上的实况深度信息。通过在立体观察期间的两个立体焦斑的额外移动，或者通过两个立体焦斑中的仅一个的移动，增加垂直方向上的实况深度信息。例如，结果是改进X射线图像中彼此重叠的两个水平血液导管之间的区别。此外，附加的移动还改进立体感知本身。除了两个立体焦斑的同步垂直移动，还提供通过在主要的垂直方向上移动一个焦斑来倾侧立体方向。应当指出，术语“垂直”涉及所产生的或受影响的焦斑移动，例如在倾斜的焦点轨迹区域中的情况。
[0079] 如图15所示，能够提供利用附图标记92指示的焦斑分离的渐进式适应。通过所说的渐进式地或连续地改变利用附图标记94a和94b指示的两个立体焦斑之间的距离，由X射线探测器98探测到被提供为更接近焦斑的对象96，所述X射线探测器98具有比被布置为远离焦斑的对象102更大的产生的移动100，如针对对象102所指示的，其产生更小的可探测的移动104。
[0080] 例如，产生的图像将以模糊的方式示出更接近X射线管的对象，而被布置为更接近探测器的对象将更清晰地显现在图像中。
[0081] 这也将改进用户的理解，在所述理解上，例如，血管是在水平交叉的情况下的其他血管后面。
[0082] 图16示出了一种用于提供对象的空间观察的方法200，包括以下步骤：在第一步骤210中，生成从阴极装置朝向阳极的靶区域的电子束。在第二步骤212中，控制电子束，使得电子束在不同的靶斑处撞击阳极。控制被提供为电子的碰撞方向的渐进式变化，使得获得单视场与立体视场的观察之间的无级转换214。在单视场观察中，X射线辐射从单个焦斑位置生成，在立体视场观察中，X射线辐射从在横切于观察方向的第一立体方向上彼此间隔开的两个焦斑位置生成。在第三步骤216中，X射线辐射由碰撞在靶区域上的电子束生成。X射线辐射被提供有用于单视场和立体视场的X射线成像的不同的焦斑。在第四步骤218中，对象的图像数据被提供有单视场与立体视场的观察之间的渐进式转换。
[0083] 例如，步骤212中的控制是偏转，并且渐进式变化是渐进式偏转。
[0084] 第一步骤210也被称为步骤a)，第二步骤212被称为步骤b)，第三步骤216被称为步骤c)，第四步骤218被称为步骤d)。
[0085] 根据又一范例(未示出)，步骤b)中的渐进式变化包括用于第二立体方向上的立体焦斑的渐进式变化，所述第二立体方向横切于第一立体方向并且横切于观察方向。
[0086] 根据又一范例(也未进一步示出)，步骤b)中的渐进式变化包括，在立体视场观察中，第一焦斑与第二焦斑之间的连接线的移位，使得连接线被布置在与观察方向共同的平面上。
[0087] 根据本发明，代替立体视场观察与单视场观察之间的简单切换，通过控制或偏转电子束来提供平滑的转换，使得例如当从单视场观察开始时，单个焦斑被平滑地转移进用于立体视场观察的两个焦斑中，其中，针对立体观察彼此间隔地渐增地布置最初被
定位在用于单视场观察的相同的位置处的两个焦斑的所说的分离。因此，利用所说的标准单视场观察的非常舒服的用户被无缝引导至立体视场观察。换言之，在两种类型的观察之间没有粗糙的移位，其总是意味着对于不得不适应这种对所示图像的理解的用户的额外的适应阶段。当然，当观察立体视场图像时并且然后提供根据本发明的平滑转换到单视场观察时的情况也是类似的。因此，如在立体视场观察中所提供的额外的空间信息的供应能够以已促进的方式被集成在工作流程中，并且避免了用户(例如，外科医生)不得不适应所提供的图像到新的方式(即，到单视场观察或立体视场观察)的读取。作为又一方面，应当指出，当执行从单视场到立体视场的观察的转换时，首先向用户提供所说的简单的衰减信息，并且到目前为止，还没有空间信息。然而，转换至立体视场观察期间，额外的空间信息正在变为依赖于两个焦斑的渐增的宽度的连续可视的。因此，用户可以说看到成长的空间深度信息，所述成长的空间信息改进用户读取X射线图像的能
力。以增强并理解当前情况的直观、方式呈现如根据本发明的以渐增的方式所提供的空间信息。
[0088] 在本发明的另一范例性实施例中，提供一种计算机程序或计算机程序模块，其特征在于适于在适当的系统上执行根据前述实施例中的一个所述的方法的方法步骤。
[0089] 因此，计算机程序模块可以被存储在计算机单元中，所述计算机单元也可以是本发明的实施例的一部分。该计算单元可以适于执行或引起上述方法的步骤的执行。此外，所述计算单元可以适于操作上述装置的部件。计算单元能够适于自动操作和/或执行用户的命令。计算机程序可以被加载到
数据处理器的工作
存储器中。因此可以配备数据处理器以执行本发明的方法。
[0090] 本发明的该范例性实施例
覆盖从一开始就使用本发明的计算机程序，以及通过将现有程序更新转换为使用本发明的程序的计算机程序二者。
[0091] 更进一步的，计算机程序模块可以能够提供所有必要步骤以完成如上所述的方法的范例性实施例的过程。
[0092] 根据本发明的其他范例性实施例，提出一种计算机可读介质(诸如CD-ROM)，其中，计算机可读介质具有被存储在其上的计算机程序模块，所述计算机程序模块由前面的章节描述。
[0093] 计算机程序可以被存储和/或分布在合适的介质上，例如与其他
硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式被分布，诸如经由互联网或其他有线或无线的通信系统。
[0094] 然而，计算机程序也可以被呈现在网络上，如
万维网，并且能够从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的其他范例性实施例，提供用于使计算机程序可用于下载的介质，所述计算机程序模块被布置为执行根据本发明的先前描述的实施例中的一个的方法。
[0095] 必须指出，已经参考不同的主题对本发明的实施例进行了描述。具体地，参考方法型权利要求对一些实施例进行了描述，而参考设备型权利要求对其他实施例进行了描述。然而，除非另有说明，本领域技术人员将会从以上和以下的描述中推断出，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
申请中公开。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。
[0096] 尽管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范例性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容以及从属权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。
[0097] 在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且限定词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或控制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。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有效地使用这些措施的组合。在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。
