用于x射線成像裝置的具有衰減元件的x射線發(fā)射設(shè)備的制造方法
【專利摘要】提出了一種用于X射線成像設(shè)備(100)的具有衰減元件(1)的X射線發(fā)射設(shè)備(200)。所述衰減元件包括諸如例如具有例如小于1mm的板厚度的鎢或鉬的強(qiáng)X射線吸收材料的穿孔板。所述板(3)包括多個(gè)針孔開(kāi)口(5)。其中，針孔開(kāi)口的密度在所述板的中心區(qū)域處比在所述板的邊界區(qū)域處更高。因此，對(duì)X射線的透明度在所述中心區(qū)域處比所述邊界區(qū)域處更高。所述針孔開(kāi)口(5)具有這樣的幾何結(jié)構(gòu)，所述幾何結(jié)構(gòu)使得所述針孔開(kāi)口的輪廓的大多數(shù)部分不平行于包括在所述X射線發(fā)射設(shè)備中的X射線源(101)的焦斑(15)的邊緣。例如，所述針孔開(kāi)口可以具有圓形、橢圓形或具有非線性邊緣的任何其他截面幾何結(jié)構(gòu)。在X射線成像設(shè)備中，這樣的衰減元件可以避免射束硬化、需要比常規(guī)蝴蝶結(jié)濾波器更少的空間并且對(duì)焦斑偏移相對(duì)不敏感。
【專利說(shuō)明】
用于X射線成像裝置的具有衰減元件的X射線發(fā)射設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明總體涉及X射線成像。特別地，本發(fā)明的實(shí)施例涉及可用在X射線成像設(shè)備 中的具有衰減元件的X射線發(fā)射設(shè)備和X射線成像設(shè)備自身。
【背景技術(shù)】
[0002] X射線成像設(shè)備一般適于獲得關(guān)于感興趣對(duì)象內(nèi)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息。例如，在醫(yī)學(xué) X射線成像中，X射線成像設(shè)備被用于獲得關(guān)于身體內(nèi)的結(jié)構(gòu)的信息。其中，從包括X射線源 的X射線發(fā)射設(shè)備發(fā)射X射線并且所發(fā)射的X射線束發(fā)射通過(guò)患者的身體的感興趣區(qū)域?；?者的身體內(nèi)的不同類型的組織或骨將所傳播的X射線吸收或衰減到不同的程度。所傳播的X 射線然后由包括多個(gè)探測(cè)器像素或探測(cè)器元素的X射線探測(cè)器探測(cè)，使得可以從所探測(cè)的X 射線強(qiáng)度的局部分布導(dǎo)出關(guān)于患者的身體內(nèi)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息。
[0003] -般而言，X射線源發(fā)射具有相對(duì)均勻X射線強(qiáng)度分布的X射線束。然而，一旦X射線 傳輸通過(guò)患者的身體，X射線束的一些部分比其他部分衰減更強(qiáng)。例如，包括骨的部分比具 有軟組織的部分使所發(fā)射的X射線衰減多得多。因此，由X射線探測(cè)器的探測(cè)器像素所探測(cè) 的X射線強(qiáng)度可以遍布X射線探測(cè)器的探測(cè)平面強(qiáng)烈地變化。其中，一些探測(cè)器信號(hào)可以是 饑餓的，即僅接收非常低的X射線強(qiáng)度，使得噪聲可能變?yōu)閱?wèn)題。其他探測(cè)器像素可能遭受 過(guò)度曝光使得這些探測(cè)器像素進(jìn)入過(guò)載并且圖像質(zhì)量惡化，而同時(shí)患者的身體的對(duì)應(yīng)的部 分獲得過(guò)度的X射線劑量。
[0004] -般而言，在患者的身體中，諸如例如脊柱的多個(gè)X射線吸收部分中心地布置到感 興趣區(qū)域，而在身體的外圍區(qū)域中，發(fā)生較少的X射線吸收。
[0005] 因此，所謂的蝴蝶結(jié)濾波器被用于使穿過(guò)X射線探測(cè)器的光子通量平滑。這樣的蝴 蝶結(jié)濾波器一般地具有與蝴蝶結(jié)類似的即在中心比在外圍區(qū)域中具有較小的厚度的幾何 結(jié)構(gòu)。通常，蝴蝶結(jié)濾波器由具有定性地低X射線過(guò)濾的材料制成。理想材料將在不更改其 光譜的情況下使X射線束衰減。具有低原子序數(shù)(Z)的材料是優(yōu)選的。光電效應(yīng)，其對(duì)于具有 高原子序數(shù)的材料的衰減的主導(dǎo)的并且高度光譜敏感的物理效應(yīng)，對(duì)于這些低Z材料是小 的。對(duì)于低Z材料而言，康普頓散射效應(yīng)接管，其在光子能量的范圍內(nèi)的衰減是較不的光譜 敏感的效應(yīng)，這對(duì)于人體CT是重要的。例如，PTFE(Tefl〇n?)可以被用于蝴蝶結(jié)濾波器。然 而，由于X射線衰減每單位長(zhǎng)度是低的，由于減少的光電效應(yīng)，因而蝴蝶結(jié)濾波器通常需要 具有高達(dá)若干cm的相對(duì)大的厚度。因此，在X射線成像布置中諸如在CT(計(jì)算機(jī)斷層攝影)掃 描器中，蝴蝶結(jié)濾波器占據(jù)昂貴的空間。而且，即使其由低Z材料制成，射束硬化，即所透射 的X射線光譜向較高的平均X射線能量的偏移，也不能基于蝴蝶結(jié)濾波器的使用完全避免。 這兩個(gè)性質(zhì)可以是例如對(duì)于螺旋掃描和光譜敏感CT的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 因此，可以存在對(duì)于X射線成像設(shè)備和用于這樣的X射線成像設(shè)備的X射線發(fā)射設(shè) 備的需要，其中，衰減元件可以在緊湊和/或光譜中性的同時(shí)提供有益的X射線強(qiáng)度分布。
[0007] 可以通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來(lái)滿足這樣的需要。在從屬權(quán)利要求中和以下說(shuō)明 書(shū)中定義了本發(fā)明的實(shí)施例。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種包括X射線源和衰減元件的X射線發(fā)射設(shè)備。 所述X射線源適于生成從其發(fā)射X射線的焦斑。所述衰減元件包括具有高原子序數(shù)(例如，Z >19)和高材料密度的強(qiáng)X射線吸收材料的穿孔板。所述板包括多個(gè)針孔開(kāi)口。其中，針孔開(kāi) 口的密度在所述板的中心區(qū)域處比在所述板的邊界區(qū)域處更高使得X射線的透明度在所述 中心區(qū)域處比在所述邊界區(qū)域處更高。
[0009] 優(yōu)選地，所述針孔開(kāi)口可以具有這樣的幾何結(jié)構(gòu):所述幾何結(jié)構(gòu)使得所述針孔開(kāi) 口的輪廓的多數(shù)部分不平行于所述焦斑的邊緣。例如，所述針孔開(kāi)口可以具有針孔開(kāi)口的 輪廓的多數(shù)部分是非線性的幾何結(jié)構(gòu)。
[0010] 為了獲得所述穿孔板中的針孔開(kāi)口的不同的密度，相鄰的針孔開(kāi)口之間的間距可 以在所述中心區(qū)域處比在所述板的所述邊界區(qū)域處更小。備選地或額外地，針孔開(kāi)口的平 均截面可以在所述中心區(qū)域處比在所述板的所述邊界區(qū)域處更大?？傮w上，可以對(duì)所述針 孔進(jìn)行適配使得所述中心區(qū)域處的X射線的透明度是與所述邊界區(qū)域處的X射線的透明度 至少兩倍，優(yōu)選地超過(guò)十倍高。
[0011] 優(yōu)選地，所述穿孔板包括具有完全透明度的內(nèi)部中心區(qū)域處的擴(kuò)大開(kāi)口，其中，所 述擴(kuò)大開(kāi)口具有所述擴(kuò)大開(kāi)口的輪廓的大多數(shù)部分是非線性的幾何結(jié)構(gòu)。
[0012] 所述穿孔板中的所述針孔開(kāi)口具有小于1優(yōu)選地小于0.5或0.2的縱橫比。換句話 說(shuō)，所述針孔開(kāi)口的寬度或直徑小于它們的高度，即小于所述穿孔板的厚度。
[0013] 而且，所述針孔開(kāi)口可以被適配或配置為布置在所述中心區(qū)域處的針孔開(kāi)口的中 心軸相比于邊界區(qū)域處的針孔開(kāi)口的中心軸與所述穿孔板的表面圍成不同的角度。換句話 說(shuō)，例如所述中心區(qū)域處的針孔開(kāi)口可以提供有基本上垂直于所述穿孔板的所述表面的其 縱軸，然而在所述邊界區(qū)域中，針孔開(kāi)口可以提供有關(guān)于所述板表面非垂直地布置的其縱 軸。
[0014] 在所述X射線成像設(shè)備中，所述衰減元件中的所述針孔開(kāi)口可以被布置為使得最 大針孔密度線不平行于焦斑的邊緣。換句話說(shuō)，如果例如X射線源的焦斑擁有具有線性橫向 邊緣的矩形形狀，則所述衰減元件的穿孔板內(nèi)的最大針孔密度線將不平行于這些橫向邊 緣。
[0015] 而且，可以從以下事實(shí)取得益處：上文所描述的衰減元件主要基于具有高比衰減 每體積的X射線吸收材料的薄板并且因此比常規(guī)蝴蝶結(jié)濾波器要求顯著地較小的空間。因 此，在包括具有包封殼體的X射線管的X射線源中，所述衰減元件可以布置在所述X射線管的 該殼體內(nèi)。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述衰減元件中的至少大多數(shù)所述針孔開(kāi)口可以被布置為例如 指向所述X射線源的所述焦斑。例如，可以對(duì)提供在所述穿孔板的所述中心區(qū)域中并且提供 通過(guò)整個(gè)衰減元件的大多數(shù)X射線傳播的針孔開(kāi)口進(jìn)行布置諸如以指向所述焦斑，即跨越 所述焦斑的其縱向中心軸。因此，這樣的針孔開(kāi)口提供最大X射線透射。在所述穿孔板的所 述邊界區(qū)域處，針孔開(kāi)口可以或可以不指向所述焦斑。如果所述針孔開(kāi)口不指向所述焦斑， 則一般地減少通過(guò)這些針孔開(kāi)口的X射線透射。
[0017] 可以以彎曲的幾何結(jié)構(gòu)來(lái)布置所述衰減元件的穿孔板。例如，可以彎折平坦的穿 孔板。例如，可以選擇所述穿孔板與所述X射線源之間的距離和所述板的曲線半徑，使得所 述板聚焦到所述X射線源的焦斑上。
[0018] 在實(shí)施例中，所述衰減元件包括強(qiáng)X射線吸收材料的兩個(gè)或兩個(gè)以上穿孔板的堆 疊。優(yōu)選地，所述X射線發(fā)射設(shè)備還包括用于使所述堆疊內(nèi)的單獨(dú)的穿孔板相對(duì)于彼此位移 的致動(dòng)器。因此，通過(guò)例如使所述穿孔板關(guān)于彼此彎曲或橫向地位移，可以改變通過(guò)板的所 述堆疊的總體X射線透射。
[0019] 因此，在優(yōu)選的實(shí)施例中，穿孔板的堆疊可以布置在鄰近X射線源的波束限制設(shè)備 內(nèi)，其中，所述堆疊的單獨(dú)板是單獨(dú)地可位移的。因此，取決于應(yīng)用(腹部或頭部的掃描)或 例如患者大小，選擇特定板或提供對(duì)于特定應(yīng)用的所述最佳結(jié)果的板的組合是可能的。這 大大地改進(jìn)日益重要的圖像引導(dǎo)的治療的領(lǐng)域(特別地介入腫瘤學(xué)）中的工作流。
[0020] 本發(fā)明的第二方面涉及一種X射線成像設(shè)備，其包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的上 文所描述的X射線發(fā)射設(shè)備并且還包括布置在所述X射線束內(nèi)并且關(guān)于所述衰減元件對(duì)向 所述X射線源的X射線探測(cè)器。所述X射線探測(cè)器包括多個(gè)探測(cè)器像素。其中，所述衰減元件 被適配并且所述X射線源、所述衰減元件和所述X射線探測(cè)器被布置使得所述X射線探測(cè)器 的每個(gè)像素通過(guò)所述穿孔板中的多個(gè)針孔開(kāi)口看到所述焦斑。換句話說(shuō)，每個(gè)X射線探測(cè)器 像素可以探測(cè)由所述X射線源發(fā)射的X射線束的部分，這些部分傳播通過(guò)不僅一個(gè)單個(gè)而且 所述衰減元件內(nèi)的多個(gè)針孔開(kāi)口。
[0021] 而且，所述衰減元件可以被適配并且所述X射線源、所述衰減元件和所述X射線探 測(cè)器可以被布置為使得來(lái)自不同針孔開(kāi)口處的半影在所述X射線探測(cè)器的探測(cè)平面處交 置。
[0022] 應(yīng)當(dāng)提到，本發(fā)明的實(shí)施例的可能的特征和優(yōu)點(diǎn)在本文中部分關(guān)于發(fā)明衰減元 件、部分關(guān)于發(fā)明X射線發(fā)射設(shè)備并且部分關(guān)于發(fā)明X射線成像設(shè)備描述。本領(lǐng)域的技術(shù)人 員將認(rèn)識(shí)到，可以以適合的方式組合或替換這些特征以便實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的額外的實(shí)施例。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 現(xiàn)在將關(guān)于附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中，描述和附圖二者都不應(yīng)當(dāng)被解釋為 限制本發(fā)明的范圍。
[0024] 圖1示出了具有蝴蝶結(jié)濾波器的X射線成像設(shè)備；
[0025] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于X射線發(fā)射設(shè)備的衰減元件的頂視圖；
[0026] 圖3示出了圖2的衰減元件的截面圖；
[0027] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于X射線發(fā)射設(shè)備的備選衰減元件的頂視圖；
[0028] 圖5a示出了到具有其X射線發(fā)射強(qiáng)度分布的焦斑上的頂視圖；
[0029]圖5b示出了跨越如圖5a中所示的焦斑的線積分的X射線發(fā)射強(qiáng)度分布的梯度；
[0030] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有包括用于X射線發(fā)射設(shè)備的曲線穿孔板的X 射線發(fā)射設(shè)備；
[0031] 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例的具有用于X射線發(fā)射設(shè)備的局部不同角處 的針孔開(kāi)口的衰減元件；
[0032] 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的X射線成像設(shè)備和到這樣的設(shè)備中的衰減元件 上的放大的頂視圖的側(cè)視圖；并且
[0033] 圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的X射線成像設(shè)備中的X射線探測(cè)器的探測(cè)平面上 的交疊半影。
[0034] 附圖僅是示意性的并且不按比例。相同附圖標(biāo)記貫穿附圖指代相同或類似特征。 [0035] 附圖標(biāo)記列表：
[0036] 1 衰減元件
[0037] 3 穿孔板
[0038] 4 針孔開(kāi)口的中心軸
[0039] 5 針孔開(kāi)口
[0040] 7 中心區(qū)域
[0041 ] 9 邊界區(qū)域
[0042] 11內(nèi)部中心區(qū)域
[0043] 13 100%透明度的窗口
[0044] 14最大針孔密度線
[0045] 15 焦斑
[0046] 16焦斑的邊界
[0047] 17焦斑的邊緣
[0048] 18通過(guò)焦斑的線積分
[0049] 19焦斑的位移
[0050] 21 半影
[00511 100 X射線成像設(shè)備
[0052] 101 X 射線源
[0053] 103蝴蝶結(jié)濾波器
[0054] 105 患者
[0055] 107 脊柱
[0056] 109軟組織
[0057] 111探測(cè)器像素
[0058] 113過(guò)飽和像素的區(qū)域
[0059] 115 X射線強(qiáng)度線
[0060] 117饑餓像素的區(qū)域 [0061 ] 119 X射線探測(cè)器
[0062] 121 X 射線束
[0063] 200 X射線發(fā)射設(shè)備
[0064] 202 殼體
【具體實(shí)施方式】
[0065] 圖1示出了通過(guò)具有常規(guī)蝴蝶結(jié)濾波器103的X射線成像設(shè)備100的截面。X射線源 1 〇 1向X射線探測(cè)器119發(fā)射X射線束121。患者105以定位在X射線成像設(shè)備100的檢查體積內(nèi) 的感興趣區(qū)域被放置為使得X射線束121發(fā)射通過(guò)患者105的感興趣區(qū)域。患者包括強(qiáng)X射線 衰減的區(qū)域，諸如例如骨，例如脊柱107。傳播通過(guò)這些高度衰減部分的X射線束121的部分 到達(dá)具有低X射線強(qiáng)度的X射線探測(cè)器使得X射線探測(cè)器119的探測(cè)器像素是"饑餓的"，即僅 提供弱信號(hào)。這樣的饑餓探測(cè)器像素111可能遭受噪聲影響。另一方面，患者的身體的外圍 部分主要包括軟組織109,并且而且，這些部分經(jīng)由較短的路徑X射線傳播使得對(duì)應(yīng)于這樣 的部分的探測(cè)器像素111過(guò)度曝光或過(guò)飽和的。通過(guò)具有中心處的饑餓部分117和外圍邊緣 處的過(guò)飽和部分113的線115示出了由探測(cè)器119的各種探測(cè)器像素111探測(cè)的X射線強(qiáng)度。 [0066]為了減輕饑餓或過(guò)飽和探測(cè)器像素111的所描述的問(wèn)題，已經(jīng)提出將濾波器插入X 射線束121。這樣的濾波器應(yīng)當(dāng)減少X射線束121的外圍部分處的所傳播的X射線強(qiáng)度，同時(shí) 在中心處傳播大部分X射線強(qiáng)度。因此，常規(guī)濾波器已經(jīng)提出包括蝴蝶結(jié)形狀并且因此被稱 為蝴蝶結(jié)濾波器103。這樣的蝴蝶結(jié)濾波器可以由相對(duì)弱X射線吸收材料諸如PTFE制成。在 中心處，蝴蝶結(jié)濾波器103可以具有僅幾毫米的厚度，然而在外圍部分處，蝴蝶結(jié)濾波器103 可以具有例如多達(dá)若干cm的顯著的厚度。在X射線成像設(shè)備100中，蝴蝶結(jié)濾波器103定位在 患者105要被布置在其中的觀察體積的上游。
[0067]然而，在諸如CT設(shè)備的多個(gè)X射線成像設(shè)備中，存在嚴(yán)重的空間限制，并且提供具 有若干cm的厚度的蝴蝶結(jié)濾波器103可能導(dǎo)致實(shí)質(zhì)的空間問(wèn)題。
[0068] 圖2和3相應(yīng)地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于X射線成像設(shè)備100的備選衰減 元件1的頂視圖和截面圖。
[0069] 衰減元件1包括強(qiáng)X射線吸收材料的至少一個(gè)穿孔板。其中，板可以是基本上二維 的，即板可以具有基本上大于板的厚度的橫向尺寸。例如，橫向尺寸可以是大約若干厘米或 幾十厘米，例如在lcm與50cm之間，然而，厚度可以是大約幾毫米或更少，例如小于5mm，優(yōu)選 地小于1mm。借助于穿孔板3的低厚度，優(yōu)選地可以提供這樣的板的堆疊。因此，取決于當(dāng)前X 射線成像應(yīng)用，衰減元件1可以包括選自對(duì)于該特定應(yīng)用的堆疊的一個(gè)或多個(gè)穿孔板。
[0070] 穿孔板的X射線吸收材料可以被選擇為使得對(duì)于給定板厚度而言，除非傳播通過(guò) 其針孔開(kāi)口之一，基本上沒(méi)有，即例如小于20%或小于10%，沖擊的X射線強(qiáng)度傳播通過(guò)板。 例如，X射線吸收材料可以是鎢(W)或鉬(Mo)或具有優(yōu)選地超過(guò)19的高原子序數(shù)的任何其他 適合的材料。
[0071 ]衰減元件1的穿孔板3包括多個(gè)針孔開(kāi)口 5。例如，提供了超過(guò)100個(gè)、優(yōu)選地超過(guò) 1000個(gè)針孔開(kāi)口?？梢砸砸?guī)則模式或不規(guī)則地例如隨機(jī)地提供針孔開(kāi)口，如圖2中所示。
[0072] 在衰減元件1中，針孔開(kāi)口的密度在板3的中心區(qū)域7處比在邊界區(qū)域9處更高。其 中，術(shù)語(yǔ)"針孔開(kāi)口的密度"可以被理解為表示關(guān)于相應(yīng)的區(qū)域7、9中的穿孔板的總體區(qū)域 的針孔開(kāi)口的累積截面區(qū)域的分?jǐn)?shù)。換句話說(shuō)，在中心區(qū)域7中，針孔開(kāi)口可以包裝更密集 和/或可以具有比在邊界區(qū)域9中更大的截面區(qū)域，從而導(dǎo)致更高密度的針孔開(kāi)口 5。
[0073] -般地，針孔開(kāi)口的密度越高，相應(yīng)的7、9中的X射線的透明度越高。換句話說(shuō)，在 區(qū)域中提供針孔開(kāi)口 5越多和/或其截面區(qū)域越大，傳播通過(guò)衰減元件1的X射線強(qiáng)度的分?jǐn)?shù) 越高。例如，透明度可以在從1 %至100%、優(yōu)選地從10%至100%，即從幾乎完全X射線吸收 到完全X射線傳播的范圍內(nèi)變化。
[0074] 例如，在中心區(qū)域7中，針孔開(kāi)口 5可以布置如此密集以致于對(duì)于在中心提供較大 的開(kāi)口的情況可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)20%、優(yōu)選地超過(guò)50%并且甚至多達(dá)100%的X射線透明度。換 句話說(shuō)，在中心區(qū)域7處或接近其，沖擊的X射線的大部分或主要部分傳播通過(guò)衰減元件1。 優(yōu)選地，內(nèi)部中心區(qū)域11處的中心區(qū)域7可以包括用于在該內(nèi)部中心區(qū)域11中完全地傳播X 射線束部分的完全透明度的擴(kuò)大開(kāi)口 13(參見(jiàn)圖4)。擴(kuò)大開(kāi)口 13可以比針孔開(kāi)口 5在截面方 面基本上更大，例如大超過(guò)50或200倍。與此相比較，邊界區(qū)域9或外圍區(qū)域示出了例如小于 50%、優(yōu)選地小于20%或小于10%的顯著地較低的X射線透明度。
[0075] 為了使針孔開(kāi)口 5的密度和透明度適于從其產(chǎn)生的X射線，相鄰的針孔開(kāi)口 5之間 的間距s和/或針孔開(kāi)口的截面可以適合地變化。例如，截面可以與示范性圓形針孔開(kāi)口 5的 直徑d有關(guān)。例如，間距s (有時(shí)也被稱為節(jié)距)可以在20μπι與1.5mm之間的范圍內(nèi)例如在50μπι 與1mm之間的范圍內(nèi)。針孔開(kāi)口的截面可以位于從100μη?到1mm2的范圍內(nèi)優(yōu)選地在從500μηι2 至Ij0.1mm2的范圍內(nèi)。換句話說(shuō)，針孔開(kāi)口可以具有從ΙΟμπι至Ijlmm優(yōu)選地20μηι與0.5mm之間的 范圍內(nèi)的最大橫向延伸。
[0076] 而且，由于穿孔板可以具有0.2mm與2_之間的典型的厚度，因而針孔開(kāi)口5可以具 有小于1的縱橫比。這意指對(duì)應(yīng)于沿著形成針孔開(kāi)口 5的通孔的長(zhǎng)度的穿孔板3的厚度的針 孔開(kāi)口 5的高度更大或與該針孔開(kāi)口 5的橫向尺寸d相同。還如下文所解釋的，這樣的高縱橫 比針孔開(kāi)口 5可以幫助準(zhǔn)直或選擇性地傳播X射線束121的部分。
[0077]作為范例，衰減元件1可以利用1mm厚度的鎢板形成。在這樣的板3中，具有25μηι的 最小直徑的針孔開(kāi)口5可以通過(guò)激光鉆孔形成。假定相鄰的針孔開(kāi)口 5的中心之間的近似 100μπι的最小距離s，在焦斑接近衰減元件例如離衰減元件小于30mm時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)大約5 %的 最大透明度。
[0078] 作為到大塊板中的激光鉆孔開(kāi)口的備選方案，可以通過(guò)基于鎢粉或鉬粉使用激光 燒結(jié)過(guò)程來(lái)制作用于衰減元件1的穿孔板3。利用這樣的技術(shù)，100μπι的最小孔直徑和200μπι 的最小間距顯得可行，這導(dǎo)致在焦斑接近衰減元件的條件下近似19%的最大透明度。
[0079] 圖4示出了到備選的衰減元件1上的頂視圖。穿孔板3包括多個(gè)針孔開(kāi)口 5。在這種 情況下，針孔開(kāi)口5以規(guī)則模式布置。在中心區(qū)域7中，透明度是最大的。
[0080] 在內(nèi)部中心區(qū)域11處，提供一個(gè)大開(kāi)口 13,其基本上沿著穿孔板3的整個(gè)高度即幾 乎從上邊緣到幾乎下邊緣延伸。在該內(nèi)部中心區(qū)域11處，衰減元件1具有100%的透明度。
[0081] 在該內(nèi)部中心區(qū)域11附近，中心區(qū)域7包括以規(guī)則模式密集堆積的針孔開(kāi)口 5。在 所示的范例中，針孔開(kāi)口5具有圓形截面并且密集地堆積使得相鄰的針孔開(kāi)口5之間的間距 s僅稍微大于針孔開(kāi)口 5的直徑d。
[0082] 在更遠(yuǎn)離內(nèi)部中心區(qū)域11的邊界區(qū)域9中，針孔開(kāi)口 5的密度通過(guò)將針孔開(kāi)口 5布 置在另一規(guī)則模式處顯著地減少。
[0083] 在圖4中所示的范例中，假定沿著45°軸的間距是120μπι并且沿著X軸的間距是近似 170μπι以及80μπι的孔直徑，則在內(nèi)部中心區(qū)域11附近的中心區(qū)域7的部分中的透明度是大約 25%。在邊界區(qū)域9中，假定沿著45°軸的間距是120μπι，沿著X軸的間距是近似340μπι并且孔 直徑是80μπι，則透明度是大約4%。
[0084]本發(fā)明的實(shí)施例背后的想法可以尤其理解如下：
[0085]在包括X射線源101和X射線探測(cè)器119的X射線成像設(shè)備100中，已經(jīng)提出通過(guò)新穎 的衰減元件1替換常規(guī)地被用于調(diào)整X射線強(qiáng)度分布的蝴蝶結(jié)濾波器103。
[0086]常規(guī)蝴蝶結(jié)濾波器一般地由弱X射線吸收材料制成。由于蝴蝶結(jié)濾波器材料的局 部不同的厚度，獲得局部不同程度的X射線衰減。為了獲得X射線束121的邊界區(qū)域處的足夠 的X射線衰減，蝴蝶結(jié)103需要是厚的并且因此是在X射線成像設(shè)備100中耗費(fèi)空間的。
[0087] 作為對(duì)于這樣的蝴蝶結(jié)濾波器103的替換，提出提供由強(qiáng)X射線吸收材料的板3制 成的薄衰減元件1?；诶缧∮?_的板厚度，這樣的板3可以示出實(shí)質(zhì)的X射線衰減。
[0088] 為了獲得局部不同的X射線衰減，在板3內(nèi)提供多個(gè)針孔開(kāi)口 5即小通孔，從而導(dǎo)致 穿孔板。針孔開(kāi)口 5的密度被選擇為在穿孔板3的中心區(qū)域7處比在邊界區(qū)域9處更大使得與 邊界區(qū)域9相比較X射線的透明度更高，或者換句話說(shuō)，X射線衰減在邊界區(qū)域9處比在中心 區(qū)域7處更強(qiáng)。
[0089]在這樣的方法中，已經(jīng)查明，針孔開(kāi)口5的幾何結(jié)構(gòu)可以具有顯著的影響。原則上， 提供具有包括在其中的多個(gè)縫隙的強(qiáng)X射線吸收材料的板將是可能的，縫隙中的每一個(gè)擁 有具有線性邊緣的矩形幾何結(jié)構(gòu)。
[0090] 雖然這樣的縫隙將相對(duì)容易生成，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有這樣的縫隙幾何結(jié)構(gòu)的衰 減元件可能導(dǎo)致以下問(wèn)題:x射線源或X射線成像設(shè)備常常被提供為使得焦斑具有大體矩形 的幾何結(jié)構(gòu)。圖5(a)示出了從這樣的矩形焦斑15發(fā)射的X射線強(qiáng)度的分布。箭頭18表示這樣 的強(qiáng)度分布的y方向上的線積分。圖5 (b)示出了跨越X方向上的線積分的梯度。如圖5中所 示，矩形焦斑15的X射線強(qiáng)度在邊界16處通常是最高的并且然后在橫向邊緣17處急劇地減 少。其中，橫向邊緣17具有基本上線性輪廓。
[0091] 已觀察到，在X射線源的操作期間，焦斑15的位置可以沿著如由圖5中的箭頭19所 指示的X方向稍微變化。換句話說(shuō)，在來(lái)自焦斑15的X射線發(fā)射期間，高強(qiáng)度邊界16和銳利邊 緣17通常不時(shí)地稍微位移。
[0092] 焦斑15的這樣的橫向位移可能引起問(wèn)題，特別是在使用具有縫隙的邊緣的方向符 合焦斑15的邊緣17的方向的矩形縫隙的衰減元件時(shí)。在這樣的配置中，例如幾十微米的焦 斑15的僅小橫向位移可以決定焦斑15的高強(qiáng)度邊界16是否傳播通過(guò)縫隙之一或吸收在縫 隙之間的板材料中。這可能導(dǎo)致X射線發(fā)射期間的不期望的不穩(wěn)定性。
[0093] 因此，應(yīng)提出提供其中針孔開(kāi)口 5包括在穿孔板3中的衰減元件1，這些針孔開(kāi)口 5 具有其中針孔開(kāi)口 5的輪廓的大多數(shù)部分優(yōu)選地是非線性的并且不平行于焦斑的邊緣的幾 何結(jié)構(gòu)。例如，針孔開(kāi)口 5可以具有圓形、橢圓形或具有非線性邊緣的任何其他截面。具有針 孔開(kāi)口 5中的這樣的非線性輪廓顯著地減少如由探測(cè)器所測(cè)量的局部X射線通量的不穩(wěn)定 性的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)榛诮拱?5的小橫向位移19,將不相應(yīng)地突然傳播或吸收焦斑15的高強(qiáng)度 邊緣16。針孔開(kāi)口 5的這樣的非線性輪廓可以對(duì)于小針孔開(kāi)口 5是重要的并且可以對(duì)于諸如 例如形成具有1 〇〇 %透明度的內(nèi)部中心區(qū)域11處的窗口的擴(kuò)大開(kāi)口 13的較大開(kāi)口是甚至更 重要的，如圖4中所示。特別地，這樣的針對(duì)窗口的擴(kuò)大開(kāi)口 13應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地不具有線性的橫 向邊緣而是應(yīng)當(dāng)具有例如突出，從而導(dǎo)致非線性輪廓。
[0094] 通過(guò)提供衰減元件1中的針孔開(kāi)口5使得最大針孔密度的線不平行于焦斑15的邊 緣17,還可以增加非線性輪廓的所描述的效應(yīng)和焦斑15中的強(qiáng)度分布模式與衰減元件1中 的傳輸/吸收模式的不期望的符合的所得的減少的風(fēng)險(xiǎn)。這例如指示在具有近似45°的角α 的最大針孔密度的線14的圖4中，然而焦斑15的邊緣17的取向在大約90°處。換句話說(shuō)，針孔 開(kāi)口 5應(yīng)當(dāng)定位使得最大針孔密度的線14不正交于其中通過(guò)在不同的方向上取得的焦斑強(qiáng) 度分布的如圖5(b)中可視化的跨線積分集的梯度的絕對(duì)值是最大的方向。
[0095] 關(guān)于圖8和9可以解釋本發(fā)明的實(shí)施例背后的另一想法。在包括具有焦斑15的X射 線源1〇1、Χ射線探測(cè)器119和插入X射線源101與X射線探測(cè)器119之間的衰減元件1的X射線 成像設(shè)備100中，衰減元件1應(yīng)當(dāng)被適配為使得X射線源101、衰減元件和X射線探測(cè)器119應(yīng) 當(dāng)被布置為使得X射線探測(cè)器119的每個(gè)像素111通過(guò)多個(gè)針孔開(kāi)口 5"看到"焦斑15。換句話 說(shuō)，每個(gè)探測(cè)器像素111應(yīng)當(dāng)總是具有如到衰減元件1的穿孔板3上的右側(cè)頂視圖上所指示 的焦斑15上的多個(gè)視圖，其中，X射線源101的焦斑15的投影"a"覆蓋包括九個(gè)針孔開(kāi)口5的 區(qū)域。在這樣的配置中，如果焦斑15稍微移動(dòng)并且因此X射線強(qiáng)度分布局部地改變，則剩余 的"背景"信號(hào)可以保持高，因?yàn)橥ㄟ^(guò)其他針孔開(kāi)口 5的其他視圖不改變或?qū)⒏淖冚^少。
[0096] 優(yōu)選地，在X射線強(qiáng)度分布由于如圖5中所指示的焦斑15的位移19而局部改變時(shí)， 通過(guò)衰減元件1向探測(cè)器像素的總體X射線通量可以保持基本上恒定，因?yàn)樵卺樋组_(kāi)口 5中 的一些基于X射線強(qiáng)度分布位移可以較少傳播到該像素時(shí)，其他針孔5將更強(qiáng)地傳播并且因 此可以補(bǔ)償朝向探測(cè)器像素的X射線通量的改變。
[0097] 換句話說(shuō)，即使在具有針孔開(kāi)口 5的低密度的衰減元件1的區(qū)域中，單個(gè)探測(cè)器像 素1應(yīng)當(dāng)總是通過(guò)多個(gè)針孔開(kāi)口 15"看到"焦斑15。在焦斑15移動(dòng)并且通過(guò)針孔開(kāi)口 5的探測(cè) 器119的X射線通量下降時(shí)，然后來(lái)自其他視圖的剩下的"背景"信號(hào)可以保持高，并且理想 地，補(bǔ)償?shù)诙晥D應(yīng)當(dāng)打開(kāi)，即探測(cè)器像素111看到焦斑15通過(guò)的新的額外的針孔開(kāi)口5可 以是可用的。
[0098] 優(yōu)選地，對(duì)衰減元件1進(jìn)行適配并且對(duì)X射線源101、衰減元件1和X射線探測(cè)器119 進(jìn)行布置使得來(lái)自不同針孔開(kāi)口 5的半影21在X射線探測(cè)器119的探測(cè)平面處交疊，如圖9中 所示。換句話說(shuō)，應(yīng)當(dāng)選擇X射線成像設(shè)備100內(nèi)的衰減元件1的位置和針孔開(kāi)口 5的截面或 直徑與穿孔板3的厚度的關(guān)系，使得在探測(cè)器119處，來(lái)自不同的針孔開(kāi)口 5的半影交疊。
[0099] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，提出了適于發(fā)射具有有益X射線強(qiáng)度分布的X射線束121的X 射線發(fā)射設(shè)備200。如圖6中示意性地所示的這樣的X射線發(fā)射設(shè)備可以包括具有用于發(fā)射X 射線作為X射線束121的焦斑15的X射線源101并且還包括如本文所提出的衰減元件UX射線 源101可以是具有包封殼體202的X射線管(非常示意性地示出在圖6(a)中）。由于衰減元件1 可以具有例如小于1_的非常低的厚度，因而其可以集成到X射線管的殼體中。
[0100]在圖6中所示的示范性實(shí)施例中，以曲線幾何結(jié)構(gòu)布置衰減元件1的穿孔板3。這樣 的曲線幾何結(jié)構(gòu)的可以符合X射線源101的焦斑15。
[0101] 在圖6中所示的示范性彎曲的配置中或備選地在具有衰減元件1的平面穿孔板3的 配置中，衰減元件1中的至少大多數(shù)針孔開(kāi)口5可以布置諸如以指向X射線源101的焦斑15。 術(shù)語(yǔ)"指向焦斑"可以被解釋為針孔開(kāi)口 5的縱軸4(如圖3和7中所示)被導(dǎo)向?yàn)榍懈罱拱?5。 術(shù)語(yǔ)"大多數(shù)針孔開(kāi)口"可以指示指向焦斑15的針孔開(kāi)口 5的數(shù)目大于未指向焦斑15的針孔 開(kāi)口5的數(shù)目。備選地，該術(shù)語(yǔ)可以被解釋為在于，指向焦斑15的針孔開(kāi)口5的截面大于未指 向焦斑的針孔開(kāi)口 5的截面。
[0102] 特別地，如圖7中所示，可以提供穿孔板3中的針孔開(kāi)口 5,使得在具有較大密度的 針孔開(kāi)口 5的中心區(qū)域7中，針孔開(kāi)口 5與穿孔板3的表面成直角布置。這些中心針孔開(kāi)口 5- 般地指向X射線發(fā)射設(shè)備200中的焦斑15。在邊界區(qū)域9處，針孔開(kāi)口 5不必要地指向焦斑15。 在這些邊界區(qū)域9處，可以在傾斜布置中提供針孔開(kāi)口 5'，使得中心軸4比中心區(qū)域7處的針 孔開(kāi)口 5的中心軸與穿孔板3的表面圍成不同的角β。
[0103] 通過(guò)提供針孔開(kāi)口 5中的一些諸如以指向焦斑15和特別地邊界區(qū)域9中的針孔開(kāi) 口5'中的一些諸如以不直接指向焦斑15,可以適合地調(diào)整通過(guò)衰減元件1的X射線傳輸?shù)某?度。雖然例如在中心區(qū)域7處，在這些針孔開(kāi)口布置諸如以聚焦到焦斑15上時(shí)，X射線可以容 易地通過(guò)針孔開(kāi)口 5，到達(dá)邊界區(qū)域9處的針孔開(kāi)口 5 '的X射線將不完全地傳播通過(guò)未向焦 斑15聚焦的這些針孔5'。
[0104] 在另一實(shí)施例中，兩個(gè)或兩個(gè)以上穿孔板3可以堆疊在彼此之上。通過(guò)使用例如致 動(dòng)器來(lái)使這樣的堆疊的穿孔板3關(guān)于彼此位移，可以適合地適配通過(guò)這樣的堆疊的配置的 總體X射線透射。
[0105] 本發(fā)明的實(shí)施例可以尤其提供以下益處：
[0106] -所提出的具有多個(gè)針孔開(kāi)口的衰減元件可以避免如常規(guī)地觀察到的利用蝴蝶結(jié) 濾波器的射束硬化。要么X射線穿過(guò)針孔開(kāi)口要么其被阻擋。
[0107] -針孔開(kāi)口的適合的布置諸如例如這樣的針孔開(kāi)口的隨機(jī)分布可以避免焦斑中的 各向異性強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)的幾何相關(guān)性(例如，來(lái)自可以正交于其移動(dòng)的雙峰焦斑的線形狀邊 緣的大通量)和針孔模式的對(duì)稱線。這樣的特性可以例如優(yōu)于具有其中縫隙可以平行于焦 斑的邊緣的縫隙孔徑的衰減元件，因?yàn)槠淇梢员苊饣诮拱吆推溥吘壍妮p微運(yùn)動(dòng)的探測(cè)器 信號(hào)的大變化。
[0108] -由于與常規(guī)蝴蝶結(jié)濾波器相比較減少得多的空間要求，因而本文所提出的薄衰 減元件可以集成到X射線管中。高X射線衰減是可實(shí)現(xiàn)的。
[0109] -在操作期間可以例如通過(guò)彎曲衰減元件的穿孔板來(lái)調(diào)制通過(guò)衰減元件的X射線 透明度，從而改變通過(guò)針孔開(kāi)口的X射線的透射。從而，例如可以補(bǔ)償熱機(jī)械失真。衰減模型 可以是可切換的。透明度調(diào)制可以在提供具有多個(gè)穿孔板的堆疊的衰減元件時(shí)進(jìn)一步增 加。
[0110] -具有非線性輪廓的針孔開(kāi)口的穿孔板可以具有高機(jī)械穩(wěn)定性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種X射線發(fā)射設(shè)備(200)，包括： X射線源（101)，其適于生成用于發(fā)射X射線作為X射線束（121)的焦斑（15); 衰減元件（1); 其中，所述衰減元件包括： 強(qiáng)X射線吸收材料的穿孔板(3); 其中，所述板包括多個(gè)針孔開(kāi)口（5); 其中，針孔開(kāi)口的密度在所述板的中心區(qū)域(7)處比在所述板的邊界區(qū)域(9)處更高， 使得X射線的透明度在所述中心區(qū)域處比在所述邊界區(qū)域處更高。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線發(fā)射設(shè)備，其中，所述針孔開(kāi)口具有這樣的幾何結(jié)構(gòu):所 述幾何結(jié)構(gòu)使得所述多個(gè)針孔開(kāi)口的輪廓的多數(shù)部分不平行于所述焦斑的邊緣。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的X射線發(fā)射設(shè)備，其中，在所述衰減元件中，所述針孔開(kāi)口 (5)被布置為使得最大針孔密度的線（14)不平行于所述焦斑(17)的邊緣。4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的X射線發(fā)射設(shè)備，其中，所述針孔開(kāi)口具有這樣的幾何結(jié) 構(gòu):在所述幾何結(jié)構(gòu)中，針孔開(kāi)口的輪廓的多數(shù)部分是非線性的。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中的一項(xiàng)所述的X射線發(fā)射設(shè)備，其中，相鄰的針孔開(kāi)口之間的間 距在所述中心區(qū)域處比在所述板的所述邊界區(qū)域處更小和/或針孔開(kāi)口的平均截面在所述 中心區(qū)域處比在所述板的所述邊界區(qū)域處更大。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的一項(xiàng)所述的X射線發(fā)射設(shè)備，其中，所述穿孔板包括在具有完 全透明度的內(nèi)部中心區(qū)域11處的擴(kuò)大開(kāi)口 13,其中，所述擴(kuò)大開(kāi)口具有這樣的幾何結(jié)構(gòu):在 所述幾何結(jié)構(gòu)中，所述擴(kuò)大開(kāi)口的輪廓的多數(shù)部分不平行于所述焦斑的邊緣。7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中的一項(xiàng)所述的X射線發(fā)射設(shè)備，其中，所述針孔開(kāi)口被適配為使 得在所述中心區(qū)域處的X射線的透明度是在所述邊界區(qū)域處的透明度的至少兩倍。8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中的一項(xiàng)所述的X射線發(fā)射設(shè)備，其中，所述針孔開(kāi)口具有小于1 的縱橫比。9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中的一項(xiàng)所述的X射線發(fā)射設(shè)備，其中，所述針孔開(kāi)口被適配為使 得在所述中心區(qū)域處的針孔開(kāi)口的中心軸(4)相比于在所述邊界區(qū)域處的針孔開(kāi)口的中心 軸相對(duì)于所述穿孔板的表面圍成不同的角度(α)。10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中的一項(xiàng)所述的X射線發(fā)射設(shè)備，其中，所述X射線源是具有包封 殼體(202)的X射線管，并且其中，所述衰減元件被布置在所述X射線管的所述殼體內(nèi)。11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中的一項(xiàng)所述的X射線發(fā)射設(shè)備，其中，在所述衰減元件中的所 述針孔開(kāi)口的至少多數(shù)被布置為指向所述焦斑。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的X射線發(fā)射設(shè)備，其中，在所述邊界區(qū)域(9)處的針孔開(kāi)口不 指向所述焦斑。13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中的一項(xiàng)所述的X射線發(fā)射設(shè)備，其中，所述衰減元件的所述板 以彎曲的幾何結(jié)構(gòu)被布置。14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中的一項(xiàng)所述的X射線發(fā)射設(shè)備，其中，所述衰減元件包括強(qiáng)X 射線吸收材料的至少兩個(gè)穿孔板(3)的堆疊，并且其中，所述X射線發(fā)射設(shè)備還包括用于使 所述堆疊的個(gè)體穿孔板相對(duì)于彼此位移的致動(dòng)器。15. -種X射線成像設(shè)備（100 )，包括： 根據(jù)權(quán)利要求1至13中的一項(xiàng)所述的X射線發(fā)射設(shè)備(200); X射線探測(cè)器（119)，其被布置于所述X射線束（121)內(nèi)并且關(guān)于所述衰減元件（1)對(duì)向 所述X射線源（101); 其中，所述X射線探測(cè)器包括多個(gè)探測(cè)器像素（111); 其中，所述衰減元件被適配并且所述X射線源（101)、所述衰減元件和所述X射線探測(cè)器 被布置為使得所述X射線探測(cè)器的每個(gè)像素通過(guò)多個(gè)針孔開(kāi)口（5)看到所述焦斑(15)。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的X射線成像設(shè)備，其中，所述衰減元件被適配并且所述X射線 源、所述衰減元件和所述X射線探測(cè)器被布置為使得來(lái)自不同的針孔開(kāi)口的半影(21)在所 述X射線探測(cè)器的探測(cè)平面處交疊。
【文檔編號(hào)】A61B6/00GK105916443SQ201580004426
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2015年1月6日
【發(fā)明人】R·K·O·貝林
【申請(qǐng)人】皇家飛利浦有限公司