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 0.33 s, 其时间分辨率好于 50 ms (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 0.33 s/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 50 ms/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 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。

根据一些实施例， 提供了一种 CT设备， 包括： 环形电子束发射阵列， 包括环形 均匀分布的多个电子束发射单元， 各个电子束发射单元在控制信号的控制下依次 发射 大致平行于所述环形电子束发射阵列的轴线的 电子束； 环形反射靶， 与所述环形电子 束发射阵列同轴设置， 其中所述电子束轰击所述环形反射靶， 产生与所述环形电子束 发射阵列的轴线相交的 X射线； 以及环形探测器阵列， 与所述环形反射靶同轴设置， 包括多个探测器单元， 所述 X射线穿透被检物体后入射到相应的探测器单� �。

根据一些实施例， 所述的 CT设备还包括： 谐振加速腔， 与所述环形电子束发射 阵列同轴设置， 配置为工作于 TM010模式， 接收所述多个电子束发射单元发射的电子 束， 并且对所接收的电子束依次进行加速。

根据一些实施例， 所述的 CT设备还包括耦合器和微波功率源， 所述耦合器将所 述微波功率源产生的微波馈入所述同轴谐振加 速腔， 对所述电子束依次进行加速。

根据一些实施例， 所述的 CT设备还包括控制单元， 连接到所述环形电子束发射 阵列和所述微波功率源， 产生所述控制信号以控制所述环形电子束发射 阵列中的电子 束发射单元依次启动， 并且控制所述微波功率源产生微波功率对各个 电子束发射单元 所产生的电子束依次进行加速。 根据一些实施例， 所述的 CT设备还包括控制单元， 连接到所述环形电子束发射 阵列和所述微波功率源， 产生所述控制信号以控制所述环形电子束发射 阵列中等间隔 的第一组电子束发射单元在第一时刻同时启动 ， 控制所述环形电子束发射阵列中等间 隔的第二组电子束发射单元在第二时刻同时启 动， 并且控制所述微波功率源产生微波 功率对各个电子束发射单元所产生的电子束依 次进行加速。

根据一些实施例， 所述的 CT设备还包括漂移节， 设置在所述谐振加速腔和所述 环形金属靶之间， 配置为使所述电子束进行横向自聚焦。

根据一些实施例， 所述环形电子束发射阵列中的各个电子束发射 单元安装在所 述谐振加速腔的远离所述环形反射靶的那个底 面。

根据一些实施例， 所述的 CT设备还包括传送装置， 承载所述被检查物体沿着所 述环形电子束发射阵列的轴线运动。

根据一些实施例， 所述环形反射靶的靶面法向同电子束入射方向 之间的夹角大 于 90度。

根据一些实施例， 所述的 CT设备还包括准直器， 对所述 X射线进行准直。 根据一些实施例， 所述环形探测器阵列的每个探测器单元具体为 多层探测器单 元。

根据一些实施例，提供了一种 CT设备的方法，包括步骤：在控制信号的控制� ��， 从包括多个电子束发射单元的环形电子束发射 阵列依次发射与其轴线大致平行的电子 束； 用所述电子束轰击与所述环形电子束发射阵列 同轴设置的环形反射靶， 产生与所 述环形电子束发射阵列的轴线相交的 X射线； 以及探测穿透被检物体后的 X射线。

根据一些实施例， 所述的方法还包括步骤： 利用与所述环形电子束发射阵列同 轴设置的谐振加速腔对所述电子束依次进行加 速。

根据一些实施例， 所述的方法还包括步骤： 将微波功率源产生的微波馈入所述 谐振加速腔， 依次对所述电子束进行加速。

根据一些实施例， 所述的方法还包括步骤： 产生所述控制信号以控制所述环形 电子束发射阵列中的电子束发射单元依次启动 ， 并且控制所述微波功率源产生微波功 率对各个电子束发射单元所产生的电子束依次 进行加速。

根据一些实施例， 所述的方法还包括步骤： 产生所述控制信号以控制所述环形 电子束发射阵列中等间隔的第一组电子束发射 单元在第一时刻同时启动， 控制所述环 形电子束发射阵列中等间隔的第二组电子束发 射单元在第二时刻同时启动， 并且控制 所述微波功率源产生微波功率对各个电子束发 射单元所产生的电子束依次进行加速。 根据一些实施例， 提供了一种 CT设备， 包括： 环形电子束发射阵列， 包括环形 均匀分布的多个电子束发射单元； 驱动机构， 配置为在每个电子束发射单元在控制信 号的控制下依次发射大致平行于所述环形电子 束发射阵列的轴线的电子束时， 驱动所 述环形电子束发射阵列往复转动一个角度， 所述角度小于等于相邻电子束发射单元与 所述环形电子束发射阵列所在圆周的圆心连线 所成的夹角； 环形反射靶， 与所述环形 电子束发射阵列同轴设置， 其中所述电子束轰击所述环形反射靶， 产生与所述环形电 子束发射阵列的轴线相交的 X射线； 以及环形探测器阵列， 与所述环形反射靶同轴设 置， 包括多个探测器单元， 其中所述 X射线穿透被检物体后入射到相应的探测器单� �。

根据一些实施例， 所述的 CT设备还包括控制单元， 配置为接收操作员的指令， 将所述 CT设备设置为蠕动模式， 并且基于操作员输入的扫描速度确定所述角度 。

根据一些实施例， 所述的 CT设备还包括： 谐振加速腔， 与所述环形电子束发射 阵列同轴设置， 配置为工作于 TM010模式， 接收所述多个电子束发射单元发射的电子 束， 并且对所接收的电子束依次进行加速。

根据一些实施例， 所述的 CT设备还包括耦合器和微波功率源， 所述耦合器将所 述微波功率源产生的微波馈入所述同轴谐振加 速腔， 依次对所述电子束进行加速。

根据一些实施例， 所述的 CT设备还包括漂移节， 设置在所述谐振加速腔和所述 环形金属靶之间， 配置为使所述电子束进行横向自聚焦。

根据一些实施例， 所述的 CT设备还包括准直器， 对所述 X射线进行准直。 根据一些实施例， 环形探测器阵列的每个探测器单元具体为多层 探测器单元。 根据一些实施例， 提供了一种 CT设备， 包括： 电子束产生装置， 依次产生多个 电子束， 所述多个电子束的发射点呈环形分布； 环形反射靶， 与所述环形分布的电子 束同轴设置， 其中所述电子束轰击所述环形反射靶， 产生与所述环形电子束发射阵列 的轴线相交的 X射线， 所述环形反射靶的靶面法向同电子束入射方向 之间的夹角大于 90度； 以及环形探测器阵列， 与所述环形反射靶同轴设置， 包括多个探测器单元， 其 中所述 X射线穿透被检物体后入射到相应的探测器单� �。

根据一些实施例， 所述的 CT设备还包括准直器， 对所述 X射线进行准直。 根据一些实施例， 所述的 CT设备还包括环形罩， 设置在所述环形反射靶前端， 具有与所述多个电子束相对应的孔， 以限制所述电子束在环形反射靶上的束斑。

根据一些实施例， 所述环形探测器的每个探测器单元具体为多层 探测器单元。 根据一些实施例， 所述电子束产生装置包括环形布置的多个电子 枪和对所述电 子枪发射的电子束进行加速的同轴谐振加速腔 。

根据一些实施例， 所述电子束产生装置包括环形布置的多个热阴 极电子发射单 元和对所述热阴极电子发射单元发射的电子束 进行加速的同轴谐振加速腔。

根据一些实施例， 所述电子束产生装置具体为分布式电子束发生 器， 包括： 电 子枪， 产生电子束； 扫描装置， 对所述电子束进行偏转， 实现环形扫描； 限流装置， 具有环形布置的多个孔， 当所述电子束沿着环形布置的多个孔扫描时， 依次输出环形 分布的多个电子束。

根据一些实施例， 所述电子束产生装置包括环形布置的多个碳纳 米管电子束发 射单元， 与对所述电子枪发射的电子束进行加速的同轴 谐振加速腔。

根据一些实施例， 提供了一种 CT设备， 包括： 环形电子束发射阵列， 包括环形 均匀分布的多个电子束发射单元； 驱动机构， 配置为在各个电子束发射单元在控制信 号的控制下依次发射大致平行于所述环形电子 束发射阵列的轴线的电子束时， 驱动所 述环形电子束发射阵列往复转动一个角度， 所述角度小于等于相邻电子束发射单元与 所述环形电子束发射阵列所在圆周的圆心连线 所成的夹角； 环形反射靶， 与所述电子 束发射阵列同轴设置， 其中所述电子束轰击所述环形反射靶， 产生与所述环形电子束 发射阵列的轴线相交的 X射线； 以及环形探测器阵列， 与所述环形反射靶同轴设置， 包括多个探测器单元， 其中所述 X射线穿透被检物体后入射到相应的探测器单� �； 其 中， 所述 CT设备还包括： 微波功率源， 产生不同功率的微波； 谐振加速腔， 与所述电 子束发射阵列同轴设置， 配置为工作于 TM010模式， 接收并加速所述多个电子束发射 单元发射的电子束； 耦合器， 耦合在所述微波功率源与所述谐振加速腔之间 ， 向加速 腔内馈入不同功率的微波， 对所接收的相应电子束进行加速， 产生不同能量的电子束。

根据一些实施例， 所述的 CT设备还包括控制单元， 连接到所述环形电子束发射 阵列和所述微波功率源， 产生所述控制信号以控制所述环形电子束发射 阵列中的电子 束发射单元依次启动， 并且控制所述微波功率源产生微波功率对各个 电子束发射单元 所产生的电子束依次进行加速。

根据一些实施例， 所述的 CT设备还包括控制单元， 连接到所述环形电子束发射 阵列和所述微波功率源， 产生所述控制信号以控制所述环形电子束发射 阵列中等间隔 的第一组电子束发射单元在第一时刻同时启动 ， 控制所述环形电子束发射阵列中等间 隔的第二组电子束发射单元在第二时刻同时启 动， 并且控制所述微波功率源产生微波 功率对各个电子束发射单元所产生的电子束依 次进行加速。

根据一些实施例， 所述的 CT设备还包括漂移节， 设置在所述谐振加速腔和所述 环形金属靶之间， 配置为使所述电子束进行横向自聚焦。

根据一些实施例， 所述环形电子束发射阵列中的各个电子束发射 单元安装在所 述谐振加速腔的远离所述环形反射靶的那个底 面。

根据一些实施例， 所述的 CT设备还包括准直器， 对所述 X射线进行准直。 根据一些实施例， 该环形探测器阵列的每个探测器单元具体为多 层探测器单元。 由于采用了上述技术， 可以实现在保证一定的空间分辨率的前提下， 大幅度提 高 CT扫描速度。 附图说明

下面的附图表明了本技术的实施方式。 这些附图和实施方式以非限制性、 非穷 举性的方式提供了本技术的一些实施例， 其中：

图 1 是根据本技术实施例的 CT设备的总体结构示意图；

图 2 是根据本技术实施例的 CT设备的电扫描部分的分解示意图；

图 3 是根据本技术实施例的 CT设备的电扫描部分的综合构成示意图； 图 4示出了根据本技术实施例的 CT设备中同轴腔工作时的场型示意； 图 5示出了根据本技术实施例的 CT设备中同轴腔工作时电子束的运动轨迹示 ;

图 6示出了根据本技术实施例的 CT设备中环形金属靶的结构示意图； 图 7是描述根据本技术各个实施例的 CT设备的工作方式的示意图；

图 8示出了根据本技术实施例的 CT设备中的同轴腔与耦合器的结构示意图； 图 9是描述根据本技术其他实施例的 CT设备中的电扫描部分的示意图； 图 10示出了根据本技术实施例的 CT设备中的限流装置的示意图；

图 11示出了根据本技术实施例的 CT设备中设置在金属靶前的环形罩的示意图。 具体实施方式

下面将详细描述本技术的具体实施例， 应当注意， 这里描述的实施例只用于举 例说明， 并不用于限制本技术。 在以下描述中， 为了提供对本技术的透彻理解， 阐述 了大量特定细节。 然而， 对于本领域普通技术人员显而易见的是： 不必采用这些特定 细节来实行本技术。 在其他实例中， 为了避免混淆本技术， 未具体描述公知的结构、 材料或方法。

在整个说明书中， 对 "一个实施例" 、 "实施例" 、 "一个示例"或 "示例" 的提及意味着： 结合该实施例或示例描述的特定特征、 结构或特性被包含在本技术至 少一个实施例中。 因此， 在整个说明书的各个地方出现的短语 "在一个实施例中" 、 "在实施例中" 、 "一个示例"或 "示例"不一定都指同一实施例或示例。 此外， 可 以以任何适当的组合和 /或子组合将特定的特征、 结构或特性组合在一个或多个实施例 或示例中。 此外， 本领域普通技术人员应当理解， 这里使用的术语 "和 /或"包括一个 或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

为了进一步提高 CT设备的扫描速度， 本技术的实施例提出了一种 CT设备， 它 包括环形电子束发射阵列， 环形反射靶和环形探测器等。 环形电子束发射阵列包括环 形均匀分布的多个电子束发射单元， 每个电子束发射单元在控制信号的控制下依次 发 射大致平行于所述环形电子束发射阵列的轴线 的电子束。 环形反射靶与环形电子束发 射阵列同轴设置， 其中电子束轰击环形反射靶， 产生与环形电子束发射阵列的轴线相 交的 X射线。 环形探测器阵列与环形反射靶同轴设置， 包括多个探测器单元， 其中 X 射线穿透被检物体后入射到相应的探测器单元 。

根据另一实施例， 为了克服现有 CT 技术中对扫描速度 （也即时间分辨率） 的 限制， 提供一种高时间分辨率的 CT设备。 它使用高重复频率（大约 lOOO pps) 的脉冲 微波功率源， 在功率源的一个宏脉冲（大约 1 内可以做上千次固定角度数据采集。 而相邻两个宏脉冲间隔只有大约 1 ms， 其扫描速度可达 l ms/周， 把目前最先进 CT 的 扫描速度提高了近 50倍。

例如， 基于以高重复频率的射频微波功率源供能的同 轴腔， 多把直流高压电子 枪安装在同轴腔的远离反射靶的那个底面上并 沿圆周均布。 使用脉冲序列依次触发各 电子枪发出连续电子束。在同轴腔中的 TM010 场中加速后经过一段漂移打反射靶， 产 生与同轴腔轴线垂直的通过同一中心的 X射线序列。利用此 X射线序列对目标物体进 行 CT成像。

在其他实施例中， 利用射频高重复频率微波加速电子的同轴腔、 同轴腔工作于 TM010 模、 多把电子枪沿圆周均布、 使用脉冲序列触发电子枪、 利用反射靶产生与同 轴腔轴线 （纵向） 垂直的通过同一中心的 X射线序列。

在采用上述结构的实施例中， 可以实现在保证一定的空间分辨率的前提下， 扫 描速度高达 l ms/周的 CT成像。 同时， 调节微波功率源的馈入功率， 可以实现一定范 围内的 X射线能量调节， 有产生高能 X射线的潜力， 可以应用于工业无损检测。 例 如， 以不同的馈入功率对电子束进行加速， 产生不同能量的 X射线束， 从而实现多能 扫描， 例如双能扫描。

例如， 改变微波功率源的馈入功率大小， 就可以实现不同能量的电子束输出， 也就是不同能量的 X射线输出。 在一定范围内， 电子束能量与馈入功率之间满足：

/P (1)

在上式中， £表示电子束能量， ^表示馈入功率。据此，可以实现 X射线的多能。 图 1 是根据本技术实施例的 CT设备的总体结构示意图。 如图 1 所示， 本技术 的 CT设备包括电扫描装置， 中央控制系统 1， 电子枪控制单元 2， 微波功率源 3， 探 测器控制单元 4， 数据处理单元 5 和图像重建单元 6等。 该电扫描装置包括环形电子 枪阵列 7、 同轴谐振加速腔 8、 金属靶 9和环形探测器 11。

电扫描装置是实现超高速断层成像的硬件设备 ， 参见图 2， 展示了电扫描装置的 大致结构： 环形电子枪阵列 7 由若干个 （典型数量是数十甚至数百个） 电子枪组成， 其作用是受控发射电子。

同轴谐振加速腔 8工作在 TM010 模式，用于纵向加速电子并打金属靶 9 形成 X 射线。 探测器环 11 用于接收穿过被测物体 10 的 X射线。

图 3展示了工作时电扫描装置的相对位置。 电子枪阵列 7 组装在同轴腔 8 上。 同轴腔 8与金属靶 9之间有一段漂移节以实现对电子束的横向聚� �。 金属靶 9 与探测 器 11 之间有一定的小间隙， 加装准直器以保证成像质量。

成像过程中， 电子枪控制单元 2 接收中央控制系统 1 的启动扫描指令后控制环 型电子枪阵列 7 中电子枪按一定顺序发射电子 （根据电子加速能量和准直器设计同一 时刻可以允许 1~3个电子枪发射电子以加快扫描速度）。 电子束经过同轴谐振加速腔 8 加速达到目标能量（可高可低，由微波功率源 3 的馈入功率决定，低可至大约 100 keV, 高可达大约 1 MeV)， 打金属靶 9 产生与同轴谐振腔轴线相交的 X射线， 例如大致与 同轴谐振腔轴线垂直方向的 X射线， 经过金属靶 9 和探测器 11 之间的准直器准直后 穿透沿着环形电子枪阵列轴线平行移动的传送 装置上承载的被检查物体， 强度衰减后 在探测器环 11 上被接收。

探测器控制单元 4 接收中央控制系统 1 的启动扫描指令后控制探测器环 11 采 集数据， 并将其发送到中央控制系统 1。 中央控制系统根据电子枪发射顺序对采集到的 探测器数据进行重新排列， 并发送到数据处理单元 5 进行预处理。 数据处理单元 5 完 成不一致校正、 硬化校正、 亮度校正等工作后将计算得到的标准投影数据 发送到图像 重建单元 6 进行重建， 进而得到被测物体指定位置的断层图像序列。

下面解释电扫描装置中同轴谐振加速腔 8 的加速原理。 同轴腔工作时从微波功 率源 3 获得功率， 并在腔中建立起 TM010 模的场分布， 参见图 4。 图 4中左面为左视 图， 右面为正视图， 虚线为磁场， 实线为电场。 此模式的场分布特征如下：

• 电场只存在纵向分量， 磁场只存在角向分量

• 纵向电场和角向磁场沿纵向均匀

• 纵向电场最强在同轴腔外径与内径中点附近靠 近外径处

• 纵向电场最强处磁场强度为 0 (由谐振腔特性决定）

由上面的场分布特点， 同轴腔的 TM010 模适合加速电子， 且最强电场附近的接 近线性的磁场使电子束横向自聚焦， 无需增加聚焦模块。

参见图 8， 图的左侧是同轴腔 8及耦合器 14的右视图， 右侧是同轴腔 8及耦合 器 14的正视图， 画出的场均为该视图纵深方向 （垂直纸面方向） 中间截面的场型。 为 了在同轴腔内激励起 TM _Q1Q 模的场， 耦合器 （图 8 中灰色部分） 中传输的场型必须与 同轴腔内的场型匹配。 在波导耦合器中工作的最低模为 TE _1Q 模， 要采用这种场型进行 功率馈入， 只需要如图所示安装耦合器即可。 也即波导的短边平行于同轴腔轴线， 长 边垂直于同轴腔轴线。 从图 8 中看到， 此时耦合器与同轴腔中场型匹配， 可以在同轴 腔内有效激励起 TMcno模的场。

环形电子腔阵列 7 可以安装在同轴腔 8 的最大电场位置， 发射初始能量约 10 keV 的电子束团。 典型参数的电子束团在同轴腔电磁场中的运动 轨迹见图 5。 图 5 中 左面是放大的同轴腔左视图， 右面将电子束附近放大。 同轴腔的高度大约 5 cm, 从图 5 右侧电子束团运动轨迹放大图 （已经滤除了未被俘获的电子， 并且只画出了电子密 度大的部分） 可以看出， 电子束团横向尺寸在同轴腔内部加速时有增加 的趋势， 但是 在出同轴腔后的漂移段由于在腔内部时受到的 横向动量调制， 呈现出了聚束效果。 这 就是同轴腔 8 和金属靶 9 之间存在漂移段的原因， 漂移段可以使电子束团横向聚焦。

在一些实施例中， 由于实际安装的原因， 金属靶 9和探测器 11不能位于同一个 纵向位置， 因此电子束打靶产生的 X射线会斜入射到探测器表面。 因此， 需要倾斜探 测器的表面， 使之与 X射线主入射方向垂直。

另外， 为保证初级 X射线主入射方向是倾斜的， 需要使金属靶的靶面法向同电 子束入射方向呈一个大于 90° 的夹角， 这就造成了金属靶靶面的 「倾斜」如图 6所示。 优选地， 金属靶的靶面法向同电子束入射方向呈 135 ° 角左右。

例如， 在一些实施例中， 提供了一种 CT设备， 包括： 电子束产生装置、 环形反 射靶和环形探测器阵列。 该电子束产生装置依次产生多个电子束， 该多个电子束的发 射点呈环形分布。 环形反射靶与环形分布的电子束同轴设置， 其中电子束轰击环形反 射靶， 产生与环形电子束发射阵列的轴线相交的 X射线， 环形反射靶的靶面法向同电 子束入射方向之间的夹角大于 90度。 环形探测器阵列与环形反射靶同轴设置， 包括多 个探测器单元， 其中 X射线穿透被检物体后入射到相应的探测器单� �。

例如， 上述的电子束产生装置可以为电子枪枪阵列或 者碳纳米管电子束发射阵 列， 或者热阴极电子束发射阵列， 或者下面描述的分布式电子束发生装置。 再如， 上 述的环形探测器阵列可以包括多层探测器单元 。

在一些实施例中， 为了使照射物体的 X射线质量更好， 需要在金属靶和探测器 之间加装准直器。 如图 6所示， 准直器的作用是阻挡一部分的初级 X射线 （即电子打 靶时产生的 X射线）， 只让中心部分的初级 X射线通过， 从而使 X射线的方向性更好， 避免探测器多层时 X射线强度的角分布对数据准确性的干扰。

在一些实施例中， 考虑到即使加装了准直器， X射线强度还是有一定的角分布， 可以利用这个角分布来实现一圈扫描多层成像 的目的。 「探测器多层」 也就是将探测器 分成多层， X射线照射到探测器表面时， 不同的层感受到不同的 X射线强度 （携带了 物体不同切片的信息）， 从而获得物体多个切片的数据， 一圈扫描完成后， 多个切片都 获得了成像。 探测器多层可以缩短整体扫描时间。

在图示的实施例中， 采用了同轴谐振腔对电子束进行加速的方案， 但是在其他 实施例中， 可以不使用同轴谐振腔对电子束进行加速， 例如采用高压电场对电子束进 行加速。 或者， 在一些实施例中， 如果电子枪发射单元产生的电子束的强度足够 ， 则 无需任何的加速装置。

在一些实施例中， 电子枪安装在一个圆周上， 等间距阵列排布。 为了方便后续 扫描， 也即电子枪序列发射一周时获得不重复的数据 。 例如， 使整个圆周上的电子枪 数目为奇数， 这样就不会存在两把相对的电子枪 （也即两者同圆心连线夹角不是 180° )， 也就意味着数据不重复， 相当于电子枪排列密度变大， 提高了空间分辨率。

在一些实施例中，上述 CT设备有多种工作模式。这是由其电子源的结� ��决定的， 也是本技术的 CT设备相对于其它 CT的一个优势。 参见图 7， （a)图表明了单电子枪工 作模式， 也就是最普通的模式： 控制单元发出脉冲序列依次触发各电子枪， 任一时刻 只有一把电子枪在发射电子， 电子束打到金属靶后从靶点发出 X射线穿透物体， 进而 被探测器接收获得数据。 若想进行整个切片扫描， 电子枪必须依次全部触发， 也就是 靶点旋转 360° 。

图 7中的 (b)和 (c)图描述了多电子枪工作模式。 同一时刻， 等间距的多把电子枪 被触发同时对物体成像使探测器获得数据。 图 7中的 (b)图为三电子枪模式， 每个靶点 只需要旋转 120。即可完成对整个切片的扫描。 图 7中的 (c)图为六电子枪模式， 每个靶 点只需要旋转 60。即可完成对整个切片的扫描。

例如， 在一些实施例中， 控制单元 （例如， 图示的中央控制系统） 连接到环形 电子枪阵列和微波功率源， 产生控制信号以控制环形电子枪阵列中的电子 枪依次启动， 并且控制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。 例如， 该控制单元配置为接收操作员的指令，将 CT设备设置为蠕动模式， 并且基于操作员输 入的扫描速度确定该角度。

在其他实施例中， 上述控制单元连接到环形电子枪阵列和微波功 率源， 产生控 制信号以控制环形电子枪阵列中等间隔的第一 组电子枪 （1、 4、 7……号枪） 在第一时 刻同时启动， 控制环形电子枪阵列中等间隔的第二组电子枪 （2、 5、 8……号枪） 在第 二时刻同时启动， 控制环形电子枪阵列中等间隔的第三组电子枪 （3、 6、 9……号枪）， 控制环形电子枪阵列中等间隔的第一组电子枪 （1、 4、 7……号枪） 在第四时刻同时启 动， 从而实现 "旋转"发射电子束。 同时， 该控制单元还控制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。

虽然多把电子枪同时工作好处很多， 比如提高时间分辨率， 减少单切片扫描时 间， 但是由于单个靶点发出的 X射线是有散角的， 这样探测器某一点接收到的数据可 能来自多个靶点的贡献， 这会造成干扰和失真 2， 因此多电子枪工作模式的同时工作电 子枪数目不可太多。

在一些实施例中， 可以增加驱动机构， 使得电子枪阵列蠕动。 依然参见图 7， (d) 图显示了另外一种工作模式， 即电子枪阵列的 「蠕动」。 所谓 「蠕动」 就是电子枪阵列 所在圆周在一个小角度内进行往复旋转， 这种模式的好处在于能够提高空间分辨率。 图 7的 (d)图就是 (b)图的电子枪阵列逆时针旋转一个小角度的结 果： 靶点跟随电子枪环 旋转， 发出的 X射线覆盖了之前 X射线无法覆盖的角度。 从这个视角上来说， 电子枪 阵列的 「蠕动」 相当于成倍加密了电子枪阵列的密度， 比如 「蠕动」 到 (d)图的状态就 将电子枪阵列密度加大了一倍。 「蠕动」 中电子发射的次数越多， 加密程度就越大， CT 的空间分辨率也就越高。

例如， 在一些实施例中， 给图示的设备增加驱动机构， 将其配置为在每个电子 枪在控制信号的控制下依次发射大致平行于环 形电子枪阵列的轴线的电子束时， 驱动 环形电子枪阵列往复转动一个角度， 该角度小于等于相邻电子枪单元与环形电子枪 阵 列所在圆周的圆心连线所成的夹角。

例如， 在一些实施例中， 提供了一种 CT设备， 包括： 环形电子束发射阵列、 驱 动机构、 环形发射靶和环形探测器阵列。 环形电子束发射阵列包括环形均匀分布的多 个电子束发射单元 （例如电子枪、 碳纳米管电子束发射单元、 热阴极电子束发射单元 等）。 驱动机构配置为在每个电子束发射单元在控制 信号的控制下依次发射大致平行于 环形电子束发射阵列的轴线的电子束时， 驱动环形电子束发射阵列往复转动一个角度， 该角度小于等于相邻电子束发射单元与环形电 子束发射阵列所在圆周的圆心连线所成 的夹角。 环形反射靶与环形电子束发射阵列同轴设置， 其中电子束轰击环形反射靶， 产生与环形电子束发射阵列的轴线相交的 X射线。 环形探测器阵列与环形反射靶同轴 设置， 包括多个探测器单元， 其中 X射线穿透被检物体后入射到相应的探测器单� �。

本技术由于采用脉冲信号触发环形电子枪阵列 中各把电子枪发出电子束， 其扫 描速度可以通过改变触发延时以及触发模式 （单枪触发和多枪触发等） 调整， 并且本 技术对扫描速度的限制主要在探测器的死时间 、 脉冲功率源的重复率以及电子枪的流 强， 在现有技术条件下， 完全可以实现 l ms以下的扫描周期。

应当指出的是， 尽管本技术主要应用领域在医学成像领域， 但是由于 X射线能 量的可调性， 依然有应用于需要高能 X射线的医学治疗或工业无损检测领域的潜力� �

虽然在上述实施例中， 采用的是电子枪阵列来产生平行于轴向的电子 束， 但是 也可以采用其他的电子束发生装置。 图 9示出了根据本技术的其他实施例的产生电子 束的装置的示意图。

如图 9所示， 电子枪 15产生电子束， 该电子束在偏转线圈的作用下进行环形扫 描 （例如给水平偏转线圈和垂直偏转线圈施加正 弦和余弦信号）。 图 10示出了根据本 技术的 CT设备中的限流装置的示意图。该限流装置 16安装在电子枪 15的下游，偏转 装置控制电子束沿着限流装置 16上的环形设置的孔的路径扫描。 当电子束扫描到某个 孔 17时， 电子束将会漏下去， 形成平行于轴线的电子束。 虽然在图 10中示出了限流 装置 16具有几个孔， 但是本领域的技术人员知道可以设置更多的孔 。 例如， 在金属板 上形成环形的孔来作为限流装置。

根据本技术的其他实施例， 为了提高电子束打在金属靶 9 上的靶点的大小， 还 可以在金属靶前面设置环形罩 18。 该环形罩例如具有较小的孔， 从而对从限流装置 16 产生的平行电子束在金属靶 9上的靶点尺寸进行约束。 根据其他实施例， 还可以在限 流装置 16和金属靶 9之间设置高压均匀电场， 对限流装置 16产生的电子束进行加速。

虽然在上面的实施例中， 分别给出了平行电子束的产生方式、 加速方式以及金 属靶的设置的不同例子， 但是本领域的技术人员应该想到， 将这些不同的方式进行组 合来产生其他的实施例， 这里不再详细描述。

在其他实施例中提供了一种 CT设备， 包括： 诸如环形电子枪阵列的环形电子束 发射阵列、 驱动机构、 环形反射靶、 诸如包括多层探测器单元的环形探测器阵列。 环 形电子束发射阵列例如包括环形均匀分布的多 个电子束发射单元 （例如电子枪或碳纳 米管电子束发射单元或热阴极电子束发射单元 ）。 驱动机构配置为在各个电子束发射单 元在控制信号的控制下依次发射大致平行于环 形电子束发射阵列的轴线的电子束时， 驱动环形电子束发射阵列往复转动一个角度， 该角度小于等于相邻电子束发射单元与 环形电子束发射阵列所在圆周的圆心连线所成 的夹角。 环形反射靶与电子束发射阵列 同轴设置， 其中电子束轰击所述环形反射靶， 产生与环形电子束发射阵列的轴线相交 的 X射线。 环形探测器阵列与环形反射靶同轴设置， 包括多个探测器单元， 其中 X射 线穿透被检物体后入射到相应的探测器单元。 该环形电子束发射阵列中的各个电子束 发射单元安装在所述谐振加速腔的远离所述环 形反射靶的那个底面。

此外， 在其他实施例中， 该 CT设备还包括： 产生不同功率的微波功率源、 谐振 加速腔和耦合器。谐振加速腔与电子束发射阵 列同轴设置，配置为工作于 TM010模式， 接收并加速多个电子束发射单元发射的电子束 。 耦合器耦合在微波功率源与谐振加速 腔之间， 向加速腔内馈入不同功率的微波， 对所接收的相应电子束进行加速， 产生不 同能量的电子束。

在其他实施例中， 该 CT设备还包括控制单元， 连接到环形电子束发射阵列和微 波功率源， 产生控制信号以控制环形电子束发射阵列中的 电子束发射单元依次启动， 并且控制微波功率源产生微波功率对各个电子 束发射单元所产生的电子束依次进行加 速。

在其他实施例中， 所述 CT设备还包括控制单元， 连接到环形电子束发射阵列和 微波功率源， 产生控制信号以控制环形电子束发射阵列中等 间隔的第一组电子束发射 单元在第一时刻同时启动， 控制环形电子束发射阵列中等间隔的第二组电 子束发射单 元在第二时刻同时启动， 并且控制微波功率源产生微波功率对各个电子 束发射单元所 产生的电子束依次进行加速。

在其他实施例中， 所述 CT设备还包括漂移节， 设置在谐振加速腔和所述环形金 属靶之间， 配置为使电子束进行横向自聚焦。 此外， 该 CT设备还包括准直器， 对 X 射线进行准直。

以上的详细描述通过使用示意图、 流程图和 /或示例， 已经阐述了 CT设备及其 方法的众多实施例。 在这种示意图、 流程图和 /或示例包含一个或多个功能和 /或操作的 情况下， 本领域技术人员应理解， 这种示意图、 流程图或示例中的每一功能和 /或操作 可以通过各种结构、硬件、 软件、 固件或实质上它们的任意组合来单独和 /或共同实现。 在一个实施例中，本技术的实施例所述主题的 若干部分可以通过专用集成电路（ASIC)、 现场可编程门阵列 （FPGA)、 数字信号处理器（DSP)、 或其他集成格式来实现。 然而， 本领域技术人员应认识到， 这里所公开的实施例的一些方面在整体上或部 分地可以等 同地实现在集成电路中， 实现为在一台或多台计算机上运行的一个或多 个计算机程序 (例如， 实现为在一台或多台计算机系统上运行的一个 或多个程序）， 实现为在一个或 多个处理器上运行的一个或多个程序 （例如， 实现为在一个或多个微处理器上运行的 一个或多个程序）， 实现为固件， 或者实质上实现为上述方式的任意组合， 并且本领域 技术人员根据本公开， 将具备设计电路和 /或写入软件和 /或固件代码的能力。 此外， 本 领域技术人员将认识到， 本公开所述主题的机制能够作为多种形式的程 序产品进行分 发， 并且无论实际用来执行分发的信号承载介质的 具体类型如何， 本公开所述主题的 示例性实施例均适用。 信号承载介质的示例包括但不限于： 可记录型介质， 如软盘、 硬盘驱动器、 紧致盘 （CD)、 数字通用盘 （DVD)、 数字磁带、 计算机存储器等； 以及 传输型介质， 如数字和 /或模拟通信介质 （例如， 光纤光缆、 波导、 有线通信链路、 无 线通信链路等）。

虽然已参照几个典型实施例描述了本技术， 但应当理解， 所用的术语是说明和 示例性、 而非限制性的术语。 由于本技术能够以多种形式具体实施而不脱离 技术的精 神或实质， 所以应当理解， 上述实施例不限于任何前述的细节， 而应在随附权利要求 所限定的精神和范围内广泛地解释， 因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化 和 改型都应为随附权利要求所涵盖。