[发明专利]CT设备及其方法

说明书

技术领域

本技术涉及医学成像、工业检测等领域。可以直接应用于需要超高速成像的医疗应用领域，亦可应用在无损检测等工业应用领域。

背景技术

CT是Computed Tomography的简写，即计算机断层扫描技术，是一种利用计算机技术对被测物体断层扫描图像进行重建获得三维断层图像的扫描方式。该扫描方式是通过单一轴面的射线穿透被测物体，根据被测物体各部分对射线的吸收与透过率不同，由计算机采集透过射线并通过三维重构成像。本专利中提到的CT没有特别说明均指X射线CT。

CT按照发展可以分成五代，前四代的扫描部分均由可移动的X射线管配合探测器实现(机械扫描模式)，其中第三代与第四代采用旋转扫描方式，其扫描部分由X射线管、探测器和扫描架组成，X射线管和探测器安装在扫描架上。CT工作时通过扫描架的高速旋转使X射线管在圆周的各个位置向扫描对象发出X射线，经过探测器的接收和计算机系统的处理后恢复成所扫描的断层的图像。

近年来发展的螺旋型连续式多层扫描CT(MDCT)本质上属于第四代CT，其扫描速度相比于螺旋型单层扫描CT并无进步，但是其探测器排数增多，从而X射线管旋转一周就可以获得多层数据。对于目前较成熟的64层螺旋型连续式多层扫描CT而言，旋转一周需要0.33s，其时间分辨率好于50ms(时间分辨率主要由扫描周期决定，在多层CT中也与扫描覆盖范围和重建方式有关)。

上述第四代CT的扫描方式的优点是空间分辨率高，缺点是时间分辨率低。限制其时间分辨率主要因素是其扫描速度。对于目前最先进的多层螺旋CT，最大扫描速度也只有0.33s/周，这是由扫描架和X射线管的机械强度极限决定的：当CT高速旋转时，X射线管处的线速度已经达到第一宇宙速度，为保证结构的稳定，CT的转速存在极限。

第五代CT(UFCT)的扫描原理与前四代不同，X射线的产生采用先进的电子束技术(electron beam technology)，球管的阳极与阴极分离，从阴极的电子枪发射电子束，经加速形成高能电子束，再通过聚集和磁场偏转线圈，投射到呈210°弧形的阳极靶面，产生X射线束，代替传统的机械性旋转，扫描速度可以达到50ms/周。

综上，在医疗成像领域，以心脏成像为代表，使用机械扫描模式可以做到每秒对同一位置完成2～3次断层扫描，使用电子束扫描模式可以做到每秒对同一位置完成20次断层扫描；在工业检测领域，对于大型物体进行断层成像的扫描速度一般在分钟量级。

在现有CT成像装置的技术路线下，提高扫描速度的途径有三种：1.提高硬件性能。如提高机械装置的旋转速度、增加射线源的数量等；2.利用被测物体的稳定性进行等效扫描。如在心脏成像中使用门控技术；3.改变扫描方式。如电子束扫描(UFCT)。

以上这些手段可以在一定程度上加快扫描速度，但无法进一步实现超高速扫描，实现对高速运动物体的断层成像。

发明内容

为克服上述CT技术中对扫描速度(也即时间分辨率)的限制，本技术的目的是提供一种高时间分辨率的CT设备。

根据本技术的实施例，提供了一种CT设备，包括：环形电子枪阵列，包括多个电子枪，各个电子枪配置为按照预定的脉冲序列沿着环形电子枪阵列径向依次发射电子束；加速腔，设置在所述环形电子枪阵列的环形内侧，包括嵌套在一起的多个同心同轴腔，工作在π模式，用于对所述环形电子枪阵列的各个电子枪发射的电子束依次进行加速；环形透射靶，设置在所述加速腔的环形内侧，被所述加速的电子束轰击，产生X射线；环形探测器，接收穿透被检查物体后的X射线。

根据本技术的实施例，所述的CT设备还包括：电子枪控制单元，连接到所述环形电子枪阵列，产生所述脉冲序列，控制所述环形电子枪阵列产生径向发射的电子束；微波功率源，连接到所述加速腔，将电子束径向加速到目标能量，电子径向出束并打环形透射靶，产生径向X射线。

根据本技术的实施例，控制所述电子枪控制单元改变触发模式来改变所述环形电子枪阵列的扫描速度。

根据本技术的实施例，调节所述微波功率源的馈入功率来改变X射线能量，产生不同能量的X射线束。

根据本技术的实施例，所述的CT设备还包括控制系统，耦接到所述电子枪控制单元和所述微波功率源，产生所述控制信号以控制所述环形电子枪阵列中的电子枪依次启动，并且控制所述微波功率源产生微波功率对各个电子枪所产生的电子束依次进行加速。