本申请主要涉及成像领域。本申请，虽然在计算机断层扫描(CT)中 具有特别应用，但同样涉及期望沿轴选择性地定位辐射束的其他成像设施。

计算机断层扫描(CT)系统已经包括发射穿过检查区域的辐射的X射 线管，和探测辐射的探测器。所述探测器产生表示所探测辐射的信号，对 信号进行重建以生成表示所检查区域的体积图像数据。

X射线管包括一阴极和一阳极。阴极包含一细丝，所述细丝提供电子， 电子在相对高电压下被加速朝向并撞击阳极的靶区域。电子与阳极材料在 靶区域的相互作用产生辐射，并从靶区域发射出来。所述靶区域也叫做焦 斑。

利用一准直器来准直发射出的辐射使得辐射束穿过检查区域。希望沿 着纵向或者Z轴方向准直所发射的辐射，使得探测器的探测表面处辐射束 的Z轴宽度对应于大约探测表面的Z轴宽度，这是由于在此区域外的辐射 不能被探测到，并且，因此不能被重建为体积图像数据。这样的不能被探 测到的辐射导致辐射的无效使用，并且加重患者或者其他被检查物体接收 到的聚合剂量。

不幸的是，在X射线的产生过程中，加速电子和阳极之间的相互作用 产生热。热从阳极以及其他与阳极热连接的组件和材料上散去，例如支撑 阳极的杆，支持杆的轴承，围绕在阳极、杆和轴承附近流通的冷却液，以 及X射线管外壳。因而，阳极、杆、轴承和X射线管的其他组件的物理特 征将随着其吸收热和散去热而发生改变。结果，焦斑可能沿着Z轴发生移 动，而该移动引起探测表面的辐射束移动，从而导致辐射束不再如期望地 照射需要的探测表面。例如，辐射束移动从而探测表面的部分不再接收辐 射。

为了补偿该热量导致的焦斑移动，已经沿Z轴增加准直器孔径的大小， 从而照向探测表面的辐射束的宽度比探测表面的宽度大。设置孔径宽度， 使得焦斑在X射线管的操作温度范围内移动时，辐射束照向探测表面。但 是，如上文所述，只有被探测的辐射束对体积图像数据有用，因此该技术 引入了辐射应用和剂量无效。

另一补偿技术包括在扫描过程中对被探测辐射的处理过程，以判断沿 着探测表面是否对Z轴辐射的探测不均衡，其指示焦斑是否移动。当探测 到不均衡性时，重新定位准直器，使辐射束重新被均衡，并照向期望的探 测表面区域。不幸的是，该技术需要探测辐射。结果，扫描开始时，准直 器可能未定位在需要的位置。因此，在扫描开始后的初始化时间间隔内， 穿过检查区域的辐射不能被用来产生体积图像数据并且，从而，该技术引 起辐射应用和剂量无效。

本申请的各方面旨在解决上述问题和其他问题。

一方面，医学成像系统包括X射线源，该X射线源具有发射穿过检查 区域的辐射的焦斑。焦斑沿着纵向上的位置是关于一个或多个X射线源组 件的温度的函数。该系统还包括探测辐射的探测器，和置于X射线源和检 查区域中间的准直器，用于准直沿纵向的辐射。基于一个或者多个X射线 源组件的温度，焦斑位置估计器动态计算所述焦斑沿纵向的估计位置。准 直器定位器基于所估计的焦斑位置，在执行一次扫描之前沿纵向定位准直 器。

根据另一方面，一种方法包括估计与成像系统的阳极热连接的一个或 多个组件的温度，基于所述温度计算阳极的所估计的Z轴位置，以及在执 行扫描之前基于所估计的阳极位置沿Z轴方向预定位准直器。

一种包括指令的计算机可读的存储介质，指令执行时，使得计算机实 现在执行一次扫描之前基于所计算的辐射束的估计位置沿着纵向定位准直 器的步骤。

通过对下文中详细描述的阅读和理解，本发明的其他方面对于本领域 技术人员而言将变得显而易见。

本发明可采取不同组件和多个组件组合、多个步骤以及步骤的布置的 形式。附图仅是为了描述优选实施例，不能被解释用于限制本发明。

图1示出了成像系统；

图2示出了焦斑位置估计器；

图3示出了为X射线源的热连接组件建模的电路原理图；

图4示出了焦斑位置估计器；

图5示出了在执行扫描之前定位准直器的方框图；

图6示出了在执行扫描之前定位准直器的方框图；

图7示出了用于更新焦斑位置估计器的方框图；

图8示出了一种方法。

参照图1，一种计算机断层摄影(CT)扫描器100包括围绕纵轴或者Z 轴在检查区域108旋转的旋转机架部件104。旋转机架部件104支撑X射 线源112，所述X射线源112从焦斑或者X射线源112阳极(未示出)上 的靶区域发射X射线。旋转机架部件104还支撑准直器116，放置于X射 线源112和检查区域108之间，所述准直器116沿着Z轴准直所发射的辐 射，以形成穿过检查区域108的辐射束。

旋转机架部件104还支撑X射线探测器120，用来探测穿过检查区域 108并到达探测器120的辐射。在一次或者多次围绕检查区域108转动时， X射线探测器120产生投影数据，以指示相对于检查区域108在多个投影 角度下的被探测的X射线。重构器124对X射线投影数据进行重建，产生 指示检查区域108的体积图像数据。

准直器的定位器128可选择地基于焦斑和探测器120沿Z轴定位准直 器116。在一个例子中，准直器定位器128定位准直器116使得辐射束照向 探测器120的期望的Z轴区域。在示例性实施例中，准直器定位器128在 扫描之前和扫描过程中定位准直器116。

如下面进行详细讨论地，基于对一个或者多个X射线源112的组件例 如阳极、轴承、杆、冷却液或者X射线源112的其他组件前一次所确定的 温度，焦斑位置估计器132对焦斑沿着Z轴的位置进行估计。在一个例子 中，估计焦斑Z轴位置后，准直器的定位器128利用该结果信号在开启X 射线以执行扫描之前来定位准直器116。该定位可以补偿由于X射线源112 的一个或者多个组件的温度变化而引起的焦斑移动。

当执行扫描时，照射探测器120的辐射束的Z轴位置随同其他信息， 例如施加于X射线源112的功率和/或关于一个或多个组件的前一次所估计 温度，可以用于更新焦斑位置估计器132。

诸如榻的对象支撑140在检查区域108内支撑患者或其他对象。对象 支撑140可移动，用于在执行扫描时在检查区域108内引导患者或者其他 物体。

普通计算机作为操作台144。操作台144包括输入接口，用于从例如键 盘或鼠标的输入设备接收输入信号。输入信号可以包括激活焦斑位置估计 器132的指令，X射线源参数和/或可以被焦斑位置估计器132使用的可变 参数，以及其他信息。操作台144还包括输出接口，例如监视器，用于在 视图中将所处理的数据显示为图像。操作台144内的软件与焦斑位置估计 器132相互作用，包括向焦斑位置估计器132提供输入信号。

如上所述，焦斑位置估计器132估计焦斑的Z轴位置。图2示出焦斑 位置估计器132的非限制性实例的框图。如附图2所示，焦斑位置估计器 132包含温度计204和基于温度计204所确定的温度来估计焦斑Z轴位置的 位置估计器208。

温度计204采用例如施加到X射线源112上的功率作为输入来确定一 个或者多个X射线源组件的温度。在一个实施例中，采用所施加功率以及 X射线源112的一个或者多个组件的已知热性能。另外或者可选择地，一 个或者多个组件之前被确定或者被估计的温度可以被用来确定一个或者多 个组件的温度。

例如，温度计204可以基于施加在X射线源112上的功率，一个或者 多个X射线源组件的各种不同热性能，和/或之前所确定的阳极和轴承的温 度，来确定X射线源阳极和轴承的温度。温度计204可另外或者可选择地 确定X射线源外壳、冷却液和/或其他与阳极热连接的组件和/或材料的温 度。

位置估计器208使用温度计204确定的(一个或多个)温度以及所述 一个或多个组件的已知热性质来确定Z轴焦斑位置。

如上所述，加速电子和阳极之间的相互作用产生热。热的一部分通过 循环冷却从阳极308的阳极靶304散去。另一部分热传导至X射线源112 的其他组件上。例如，一些热经由设置于阳极308和轴承312之间并与阳 极308热连接的杆316传导至轴承312，传导至轴承312的热通过与对流冷 却液320之间的对流冷却而散去。应当可以理解X射线源112可以包括吸 热和散热的其他组件。

X射线源组件的热连接关系可以采用不同的模型，例如，如图3所示 的电路。在附图3中，施加于阳极靶304的功率(焦耳/每秒)等效于电流 源324；阳极靶304和轴承312的热容量(焦耳/开尔文)分别等效于电容 器328和332；阳极靶304、杆316和冷却液320的热电阻(开尔文*秒/焦 耳)分别等效于电阻器336、340和344；阳极靶304和轴承312的温度(开 尔文)等效于348和350的电压。

该模型可以以如下等式1和等式2的状态矩阵形式表达：

等式1：d(xd)/dt＝[A]x+[B]u；和

等式2：ye＝[C]xd，

其中，A、B、C是包含热性质的矩阵，所述热性质例如是X射线源组件的 热容量和热阻抗参数，x是一个包含X射线源状态变量的矢量，该状态变 量例如是X射线源组件过去的温度值，u是一个包含输入变量的矢量，输 入变量例如是施加在X射线源112上的功率，xd代表确定的组件温度，ye 代表所估计的焦斑Z轴位置。

该模型的一个状态空间表示可以以如下等式3和4表达：

等式3：

和

等式4：

$Z:=\left(\begin{array}{cc}K1& K2\end{array}\right)\left[\begin{array}{c}\mathrm{TT}\\ \mathrm{TB}\end{array}\right],$

其中，TT表示阳极靶的温度，TB表示轴承的温度，HC靶表示阳极靶304 的热容量，HC轴承表示轴承312的热容量，R、阳极表示从阳极靶304发射的辐 射性物质，R杆表示杆316的热阻抗，R油表示冷却液320的热阻抗，P表示 施加的功率，K1表示阳极308的热膨胀系数，K2表示轴承312的热膨胀 系数，以及Z表示焦斑的Z轴位置。

为简洁起见，附图3所示和等式1-4所表达模型采用了阳极靶304、杆 316、轴承312和冷却液320这几项。但是应当理解的是该关系可以包括另 外的或可替代的X射线源组件。例如，围绕这些组件的外壳和/或其他模型 可以包含的结构。

附图4示出基于上述状态空间表示的焦斑位置估计器132的一个实施 例。在该实施例中，温度计204包括第一和第二乘法器404和408，分别代 表等式1和等式3的[B]u和[A]x。

第一乘法器404接收变量u，u代表施加的功率，并用矩阵[B]乘以u， 该矩阵包括代表阳极靶304热容量的系数。当扫描器不执行扫描时，变量u 为0、空值，或者类似值。

第二乘法器408用先前确定的阳极靶304和轴承312的温度状态乘以 矩阵[A]，该矩阵包括代表阳极靶304和轴承热容量以及阳极靶304、杆316、 轴承312以及冷却液320的热阻抗的系数。

加法器412将[A]x和[B]u相加以确定d/dt(TT)和d/dt(TB)，积分器416 对该结果进行积分以确定x，或者阳极靶温度(TT)和轴承温度(TB)。位置 估计器208用所确定的温度(x)乘以矩阵[C]来动态计算所估计的焦斑的Z 轴位置，该矩阵[C]包括阳极靶304的热膨胀系数(K1)和轴承312的热膨 胀系数(K2)。确定的温度同样回馈至乘法器408，用于确定阳极靶304和 轴承312的下一温度状态。

图5为示出采用附图4中估计器132在执行扫描之前定位准直器z轴 位置的方式的框图。估计器132如上文所述动态计算估计的温度值。

映射器504利用所估计的z轴焦斑位置和所测量的z轴准直器位置确定 探测器120上的辐射束的z轴位置。在该实施例中，z轴准直器位置是由多 个探测元件探测到的辐射确定的，该多个探测元件沿着一个横轴方向(基 本垂直于z轴)放置，并在用于探测穿过患者或者检查区域108中的其他 物体的辐射束的区域的外面。

减法器508确定该z轴线束位置与所期望的探测器120上的线束z轴位 置之间的差。该差代表错误或者对所期望位置的背离。准直器的定位器128 利用该差来沿z轴定位准直器，使其与所期望z轴位置相一致。在所示出的 实施例中，需要相对于探测器120的z轴宽度聚集辐射束。

附图6为示出使用附图4的估计器132在执行扫描之前沿着z轴定位 准直器的另一实施方式的方框图。在该实例中，映射器604基于所估计的z 轴焦斑位置确定期望的准直器z轴位置，准直器定位器138利用该期望的 准直器位置相应地定位准直器116。

附图7为示出在执行扫描时定位准直器116和更新估计器132的实施 方式的框图。当扫描时，位置确定器704基于探测到的辐射确定探测器120 上辐射束的z轴位置。减法器708确定该z轴位置和探测器120上辐射束的 期望z轴位置之间的差。类似于图5，该差代表距所期望位置的偏离，并被 准直器的定位器128采用以沿着z轴定位准直器116，使其对应于所期望位 置。在所示出的实施例中，每运行一次x射线源112，使用闭环反馈技术对 准直器116进行定位，每次一(1)至五(5)秒，或按其他需求确定。

探测器120上的辐射束的z轴位置也被用于更新估计器132。如图所示， 映射器712基于探测器120上辐射束的z轴位置确定焦斑z轴位置。减法器 716确定测定的焦斑z轴位置和估计的焦斑z轴位置之间的差。乘法器720 用与一个或者多个x射线源组件相关的热系数与该差相乘，并且乘积被提 供至温度确定器204的加法器416。因此，加法器416的输出包括如等式5 所示的附加错误补偿组件：

等式5：d(xd)/dt＝[A]x+[B]u+[G](w)；

其中，G是纠错系数矩阵，z是w轴焦斑位置和所估计的z轴焦斑位置之间 的差。

在所示出的示例中，估计器132持续运行，因此能够被测量的焦斑z轴 位置不断更新。但估计器132不必持续运行。在其他示例中，估计器132 由测量的z轴焦斑位置周期地、间歇地或以其他方式更新。

附图8示出沿着z轴定位准直器116的方法。假设没有执行扫描时， 在参考数字804处，基于之前所确定的温度而确定z轴焦斑位置，该温度 是与x射线源112的阳极热连接的x射线源112的一个或多个组件的温度。 在808处，z轴焦斑位置被处理，基于该结果数据并对应于焦斑和探测器 120，沿着z轴定位准直器116。在812处，估计器132在扫描过程中由所 测量的焦斑位置更新，来补偿所估计的焦斑位置中的误差。针对随后的每 次扫描重复这些步骤。

现在描述变量。

如上所述，位置估计器208采用由温度确定器204确定的温度来估计z 轴焦斑位置。位置估计器208可选择性地使用已知的，测量的温度或者近 似的温度。例如，在开始时间段内，扫描器还没有产生x射线的地方可以 使用房间温度。在另一实施例中，可以采用温度传感器，热电偶，或者红 外辐射探测器测量x射线源组件的温度。在另一示例中，温度可以基于已 知的温度状态和x射线源112的冷却时间常数通过查找表格或者其他方法 近似得到。在省略温度计204的情况下，可以这样确定温度，以确定初始 温度情况等等。

在所示出的实施例中，z轴焦斑位置被用于沿着z轴定位准直器116。 在其他实施例中，z轴焦斑位置可以用于另外地或者可选择性地通过功率定 位器来定位x射线源112，通过探测器或定位器来定位探测器120，通过焦 斑定位器来定位焦斑，或者用于它们的组合。例如，所估计的z轴焦斑位 置可以与阴极的光束控制组件配合，以控制电子束对准所需求的阳极靶区 域，使得辐射束能够按需求照射至探测器120。

在扫描开始前，z轴焦斑位置可以同样被用于预测扫描开始后辐射线束 的位置。另外，由于x射线源的当前热状态被用于确定用于估计z轴焦斑 位置的下一热状态，所估计的z轴焦斑位置可以被看作是预测的z轴焦斑位 置。

如此处所描述的，由探测器120探测到的辐射被用于确定沿探测器120 的辐射束的z轴位置，该位置被处理以确定用于定位准直器116的错误信 号。在可替代实施例中，定位于x射线源内或者其他地方的探测器可用于 确定辐射束的z轴位置。

焦斑估计器132(和，因此，其中的组件)可以通过计算机可读指令实 现，在计算机的可读指令被(一个或多个)处理器执行时使得(一个或多 个)计算机处理器完成所述描述的技术。在此情况下，指令被存储在计算 机可读存储媒介中，该存储媒介与计算机相接或者以其他方式可读地相连。 同样地，任何或者所有的准直器定位128、映射器504、减法器508、映射 器604、位置确定器704、减法器708、映射器712、减法器716和乘法器 720，可以通过计算机可读指令实现。

对本申请的进一步说明和修改包括但不限于其他期望对应于探测器选 择性地定位辐射束的成像模型和/或申请。

本发明通过优选实施例进行描述。基于对上文详细描述的阅读与理解， 所属领域的技术人员可以对本发明做出修改和改动。在不背离本发明权利 要求保护范围的情况下，本发明包括所有此类的修改和改动。