用于x射線成像裝置的具有衰減元件的x射線發(fā)射設備的制造方法
【專利摘要】提出了一種用于X射線成像設備(100)的具有衰減元件(1)的X射線發(fā)射設備(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X射線吸收材料的穿孔板。所述板(3)包括多個針孔開口(5)。其中，針孔開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。所述針孔開口(5)具有這樣的幾何結構，所述幾何結構使得所述針孔開口的輪廓的大多數(shù)部分不平行于包括在所述X射線發(fā)射設備中的X射線源(101)的焦斑(15)的邊緣。例如，所述針孔開口可以具有圓形、橢圓形或具有非線性邊緣的任何其他截面幾何結構。在X射線成像設備中，這樣的衰減元件可以避免射束硬化、需要比常規(guī)蝴蝶結濾波器更少的空間并且對焦斑偏移相對不敏感。
【專利說明】
用于X射線成像裝置的具有衰減元件的X射線發(fā)射設備
技術領域
[0001] 本發(fā)明總體涉及X射線成像。特別地，本發(fā)明的實施例涉及可用在X射線成像設備 中的具有衰減元件的X射線發(fā)射設備和X射線成像設備自身。
【背景技術】
[0002] X射線成像設備一般適于獲得關于感興趣對象內(nèi)的內(nèi)部結構的信息。例如，在醫(yī)學 X射線成像中，X射線成像設備被用于獲得關于身體內(nèi)的結構的信息。其中，從包括X射線源 的X射線發(fā)射設備發(fā)射X射線并且所發(fā)射的X射線束發(fā)射通過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探測器像素或探測器元素的X射線探測器探測，使得可以從所探測的X 射線強度的局部分布導出關于患者的身體內(nèi)的內(nèi)部結構的信息。
[0003] -般而言，X射線源發(fā)射具有相對均勻X射線強度分布的X射線束。然而，一旦X射線 傳輸通過患者的身體，X射線束的一些部分比其他部分衰減更強。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射線探測器的探測器像素所探測 的X射線強度可以遍布X射線探測器的探測平面強烈地變化。其中，一些探測器信號可以是 饑餓的，即僅接收非常低的X射線強度，使得噪聲可能變?yōu)閱栴}。其他探測器像素可能遭受 過度曝光使得這些探測器像素進入過載并且圖像質量惡化，而同時患者的身體的對應的部 分獲得過度的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，所謂的蝴蝶結濾波器被用于使穿過X射線探測器的光子通量平滑。這樣的蝴 蝶結濾波器一般地具有與蝴蝶結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 結構。通常，蝴蝶結濾波器由具有定性地低X射線過濾的材料制成。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，其對于具有 高原子序數(shù)的材料的衰減的主導的并且高度光譜敏感的物理效應，對于這些低Z材料是小 的。對于低Z材料而言，康普頓散射效應接管，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，這對于人體CT是重要的。例如，PTFE(Tefl〇n?)可以被用于蝴蝶結濾波器。然 而，由于X射線衰減每單位長度是低的，由于減少的光電效應，因而蝴蝶結濾波器通常需要 具有高達若干cm的相對大的厚度。因此，在X射線成像布置中諸如在CT(計算機斷層攝影)掃 描器中，蝴蝶結濾波器占據(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，也不能基于蝴蝶結濾波器的使用完全避免。 這兩個性質可以是例如對于螺旋掃描和光譜敏感CT的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 因此，可以存在對于X射線成像設備和用于這樣的X射線成像設備的X射線發(fā)射設 備的需要，其中，衰減元件可以在緊湊和/或光譜中性的同時提供有益的X射線強度分布。
[0007] 可以通過獨立權利要求的主題來滿足這樣的需要。在從屬權利要求中和以下說明 書中定義了本發(fā)明的實施例。
[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X射線吸收材料的穿孔板。所述板包括多個針孔開口。其中，針孔開 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，所述針孔開口可以具有這樣的幾何結構:所述幾何結構使得所述針孔開 口的輪廓的多數(shù)部分不平行于所述焦斑的邊緣。例如，所述針孔開口可以具有針孔開口的 輪廓的多數(shù)部分是非線性的幾何結構。
[0010] 為了獲得所述穿孔板中的針孔開口的不同的密度，相鄰的針孔開口之間的間距可 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，可以對所述針 孔進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)域處的擴大開口，其中，所 述擴大開口具有所述擴大開口的輪廓的大多數(shù)部分是非線性的幾何結構。
[0012] 所述穿孔板中的所述針孔開口具有小于1優(yōu)選地小于0.5或0.2的縱橫比。換句話 說，所述針孔開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)域處的針孔開口的中 心軸相比于邊界區(qū)域處的針孔開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，例如所述中心區(qū)域處的針孔開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，針孔開口可以提供有關于所述板表面非垂直地布置的其縱 軸。
[0014] 在所述X射線成像設備中，所述衰減元件中的所述針孔開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，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] 在一個實施例中，所述衰減元件中的至少大多數(shù)所述針孔開口可以被布置為例如 指向所述X射線源的所述焦斑。例如，可以對提供在所述穿孔板的所述中心區(qū)域中并且提供 通過整個衰減元件的大多數(shù)X射線傳播的針孔開口進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，針孔開口可以或可以不指向所述焦斑。如果所述針孔開口不指向所述焦斑， 則一般地減少通過這些針孔開口的X射線透射。
[0017] 可以以彎曲的幾何結構來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] 在實施例中，所述衰減元件包括強X射線吸收材料的兩個或兩個以上穿孔板的堆 疊。優(yōu)選地，所述X射線發(fā)射設備還包括用于使所述堆疊內(nèi)的單獨的穿孔板相對于彼此位移 的致動器。因此，通過例如使所述穿孔板關于彼此彎曲或橫向地位移，可以改變通過板的所 述堆疊的總體X射線透射。
[0019] 因此，在優(yōu)選的實施例中，穿孔板的堆疊可以布置在鄰近X射線源的波束限制設備 內(nèi)，其中，所述堆疊的單獨板是單獨地可位移的。因此，取決于應用(腹部或頭部的掃描)或 例如患者大小，選擇特定板或提供對于特定應用的所述最佳結果的板的組合是可能的。這 大大地改進日益重要的圖像引導的治療的領域(特別地介入腫瘤學）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)射設備并且還包括布置在所述X射線束內(nèi)并且關于所述衰減元件對向 所述X射線源的X射線探測器。所述X射線探測器包括多個探測器像素。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射線探測器被布置使得所述X射線探測器 的每個像素通過所述穿孔板中的多個針孔開口看到所述焦斑。換句話說，每個X射線探測器 像素可以探測由所述X射線源發(fā)射的X射線束的部分，這些部分傳播通過不僅一個單個而且 所述衰減元件內(nèi)的多個針孔開口。
[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 測器可以被布置為使得來自不同針孔開口處的半影在所述X射線探測器的探測平面處交 置。
[0022] 應當提到，本發(fā)明的實施例的可能的特征和優(yōu)點在本文中部分關于發(fā)明衰減元 件、部分關于發(fā)明X射線發(fā)射設備并且部分關于發(fā)明X射線成像設備描述。本領域的技術人 員將認識到，可以以適合的方式組合或替換這些特征以便實現(xiàn)本發(fā)明的額外的實施例。
【附圖說明】
[0023] 現(xiàn)在將關于附圖描述本發(fā)明的實施例，其中，描述和附圖二者都不應當被解釋為 限制本發(fā)明的范圍。
[0024] 圖1示出了具有蝴蝶結濾波器的X射線成像設備；
[0025] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于X射線發(fā)射設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)明的實施例的用于X射線發(fā)射設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)射強度分布的梯度；
[0030] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有包括用于X射線發(fā)射設備的曲線穿孔板的X 射線發(fā)射設備；
[0031] 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的備選實施例的具有用于X射線發(fā)射設備的局部不同角處 的針孔開口的衰減元件；
[0032] 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的X射線成像設備和到這樣的設備中的衰減元件 上的放大的頂視圖的側視圖；并且
[0033] 圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的X射線成像設備中的X射線探測器的探測平面上 的交疊半影。
[0034] 附圖僅是示意性的并且不按比例。相同附圖標記貫穿附圖指代相同或類似特征。 [0035] 附圖標記列表：
[0036] 1 衰減元件
[0037] 3 穿孔板
[0038] 4 針孔開口的中心軸
[0039] 5 針孔開口
[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射線成像設備
[0052] 101 X 射線源
[0053] 103蝴蝶結濾波器
[0054] 105 患者
[0055] 107 脊柱
[0056] 109軟組織
[0057] 111探測器像素
[0058] 113過飽和像素的區(qū)域
[0059] 115 X射線強度線
[0060] 117饑餓像素的區(qū)域 [0061 ] 119 X射線探測器
[0062] 121 X 射線束
[0063] 200 X射線發(fā)射設備
[0064] 202 殼體
【具體實施方式】
[0065] 圖1示出了通過具有常規(guī)蝴蝶結濾波器103的X射線成像設備100的截面。X射線源 1 〇 1向X射線探測器119發(fā)射X射線束121。患者105以定位在X射線成像設備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)射通過患者105的感興趣區(qū)域?；颊甙◤奨射線 衰減的區(qū)域，諸如例如骨，例如脊柱107。傳播通過這些高度衰減部分的X射線束121的部分 到達具有低X射線強度的X射線探測器使得X射線探測器119的探測器像素是"饑餓的"，即僅 提供弱信號。這樣的饑餓探測器像素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射線傳播使得對應于這樣 的部分的探測器像素111過度曝光或過飽和的。通過具有中心處的饑餓部分117和外圍邊緣 處的過飽和部分113的線115示出了由探測器119的各種探測器像素111探測的X射線強度。 [0066]為了減輕饑餓或過飽和探測器像素111的所描述的問題，已經(jīng)提出將濾波器插入X 射線束121。這樣的濾波器應當減少X射線束121的外圍部分處的所傳播的X射線強度，同時 在中心處傳播大部分X射線強度。因此，常規(guī)濾波器已經(jīng)提出包括蝴蝶結形狀并且因此被稱 為蝴蝶結濾波器103。這樣的蝴蝶結濾波器可以由相對弱X射線吸收材料諸如PTFE制成。在 中心處，蝴蝶結濾波器103可以具有僅幾毫米的厚度，然而在外圍部分處，蝴蝶結濾波器103 可以具有例如多達若干cm的顯著的厚度。在X射線成像設備100中，蝴蝶結濾波器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設備的多個X射線成像設備中，存在嚴重的空間限制，并且提供具 有若干cm的厚度的蝴蝶結濾波器103可能導致實質的空間問題。
[0068] 圖2和3相應地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于X射線成像設備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X射線吸收材料的至少一個穿孔板。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，取決于當前X 射線成像應用，衰減元件1可以包括選自對于該特定應用的堆疊的一個或多個穿孔板。
[0070] 穿孔板的X射線吸收材料可以被選擇為使得對于給定板厚度而言，除非傳播通過 其針孔開口之一，基本上沒有，即例如小于20%或小于10%，沖擊的X射線強度傳播通過板。 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包括多個針孔開口 5。例如，提供了超過100個、優(yōu)選地超過 1000個針孔開口。可以以規(guī)則模式或不規(guī)則地例如隨機地提供針孔開口，如圖2中所示。
[0072] 在衰減元件1中，針孔開口的密度在板3的中心區(qū)域7處比在邊界區(qū)域9處更高。其 中，術語"針孔開口的密度"可以被理解為表示關于相應的區(qū)域7、9中的穿孔板的總體區(qū)域 的針孔開口的累積截面區(qū)域的分數(shù)。換句話說，在中心區(qū)域7中，針孔開口可以包裝更密集 和/或可以具有比在邊界區(qū)域9中更大的截面區(qū)域，從而導致更高密度的針孔開口 5。
[0073] -般地，針孔開口的密度越高，相應的7、9中的X射線的透明度越高。換句話說，在 區(qū)域中提供針孔開口 5越多和/或其截面區(qū)域越大，傳播通過衰減元件1的X射線強度的分數(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，針孔開口 5可以布置如此密集以致于對于在中心提供較大 的開口的情況可以實現(xiàn)超過20%、優(yōu)選地超過50%并且甚至多達100%的X射線透明度。換 句話說，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大開口 13(參見圖4)。擴大開口 13可以比針孔開口 5在截面方 面基本上更大，例如大超過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，相鄰的針孔開口 5之間 的間距s和/或針孔開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口 5的 直徑d有關。例如，間距s (有時也被稱為節(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，針孔開口可以具有從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，因而針孔開口5可以具 有小于1的縱橫比。這意指對應于沿著形成針孔開口 5的通孔的長度的穿孔板3的厚度的針 孔開口 5的高度更大或與該針孔開口 5的橫向尺寸d相同。還如下文所解釋的，這樣的高縱橫 比針孔開口 5可以幫助準直或選擇性地傳播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 最小直徑的針孔開口5可以通過激光鉆孔形成。假定相鄰的針孔開口 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，可以實現(xiàn)大約5 %的 最大透明度。
[0078] 作為到大塊板中的激光鉆孔開口的備選方案，可以通過基于鎢粉或鉬粉使用激光 燒結過程來制作用于衰減元件1的穿孔板3。利用這樣的技術，100μπι的最小孔直徑和200μπι 的最小間距顯得可行，這導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包括多個針孔開口 5。在這種 情況下，針孔開口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，提供一個大開口 13,其基本上沿著穿孔板3的整個高度即幾 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口 5。在 所示的范例中，針孔開口5具有圓形截面并且密集地堆積使得相鄰的針孔開口5之間的間距 s僅稍微大于針孔開口 5的直徑d。
[0082] 在更遠離內(nèi)部中心區(qū)域11的邊界區(qū)域9中，針孔開口 5的密度通過將針孔開口 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射線探測器119的X射線成像設備100中，已經(jīng)提出通過新穎 的衰減元件1替換常規(guī)地被用于調整X射線強度分布的蝴蝶結濾波器103。
[0086]常規(guī)蝴蝶結濾波器一般地由弱X射線吸收材料制成。由于蝴蝶結濾波器材料的局 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103需要是厚的并且因此是在X射線成像設備100中耗費空間的。
[0087] 作為對于這樣的蝴蝶結濾波器103的替換，提出提供由強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可以示出實質的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)提供多個針孔開口 5即小通孔，從而導致 穿孔板。針孔開口 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，X射線衰減在邊界區(qū)域9處比在中心 區(qū)域7處更強。
[0089]在這樣的方法中，已經(jīng)查明，針孔開口5的幾何結構可以具有顯著的影響。原則上， 提供具有包括在其中的多個縫隙的強X射線吸收材料的板將是可能的，縫隙中的每一個擁 有具有線性邊緣的矩形幾何結構。
[0090] 雖然這樣的縫隙將相對容易生成，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有這樣的縫隙幾何結構的衰 減元件可能導致以下問題:x射線源或X射線成像設備常常被提供為使得焦斑具有大體矩形 的幾何結構。圖5(a)示出了從這樣的矩形焦斑15發(fā)射的X射線強度的分布。箭頭18表示這樣 的強度分布的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，在來自焦斑15的X射線發(fā)射期間，高強度邊界16和銳利邊 緣17通常不時地稍微位移。
[0092] 焦斑15的這樣的橫向位移可能引起問題，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。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的高強度邊界16是否傳播通過縫隙之一或吸收在縫 隙之間的板材料中。這可能導致X射線發(fā)射期間的不期望的不穩(wěn)定性。
[0093] 因此，應提出提供其中針孔開口 5包括在穿孔板3中的衰減元件1，這些針孔開口 5 具有其中針孔開口 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 何結構。例如，針孔開口 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 孔開口 5中的這樣的非線性輪廓顯著地減少如由探測器所測量的局部X射線通量的不穩(wěn)定 性的風險，因為基于焦斑15的小橫向位移19,將不相應地突然傳播或吸收焦斑15的高強度 邊緣16。針孔開口 5的這樣的非線性輪廓可以對于小針孔開口 5是重要的并且可以對于諸如 例如形成具有1 〇〇 %透明度的內(nèi)部中心區(qū)域11處的窗口的擴大開口 13的較大開口是甚至更 重要的，如圖4中所示。特別地，這樣的針對窗口的擴大開口 13應當優(yōu)選地不具有線性的橫 向邊緣而是應當具有例如突出，從而導致非線性輪廓。
[0094] 通過提供衰減元件1中的針孔開口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和焦斑15中的強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險。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，針孔 開口 5應當定位使得最大針孔密度的線14不正交于其中通過在不同的方向上取得的焦斑強 度分布的如圖5(b)中可視化的跨線積分集的梯度的絕對值是最大的方向。
[0095] 關于圖8和9可以解釋本發(fā)明的實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射線探測器119和插入X射線源101與X射線探測器119之間的衰減元件1的X射線 成像設備100中，衰減元件1應當被適配為使得X射線源101、衰減元件和X射線探測器119應 當被布置為使得X射線探測器119的每個像素111通過多個針孔開口 5"看到"焦斑15。換句話 說，每個探測器像素111應當總是具有如到衰減元件1的穿孔板3上的右側頂視圖上所指示 的焦斑15上的多個視圖，其中，X射線源101的焦斑15的投影"a"覆蓋包括九個針孔開口5的 區(qū)域。在這樣的配置中，如果焦斑15稍微移動并且因此X射線強度分布局部地改變，則剩余 的"背景"信號可以保持高，因為通過其他針孔開口 5的其他視圖不改變或將改變較少。
[0096] 優(yōu)選地，在X射線強度分布由于如圖5中所指示的焦斑15的位移19而局部改變時， 通過衰減元件1向探測器像素的總體X射線通量可以保持基本上恒定，因為在針孔開口 5中 的一些基于X射線強度分布位移可以較少傳播到該像素時，其他針孔5將更強地傳播并且因 此可以補償朝向探測器像素的X射線通量的改變。
[0097] 換句話說，即使在具有針孔開口 5的低密度的衰減元件1的區(qū)域中，單個探測器像 素1應當總是通過多個針孔開口 15"看到"焦斑15。在焦斑15移動并且通過針孔開口 5的探測 器119的X射線通量下降時，然后來自其他視圖的剩下的"背景"信號可以保持高，并且理想 地，補償?shù)诙晥D應當打開，即探測器像素111看到焦斑15通過的新的額外的針孔開口5可 以是可用的。
[0098] 優(yōu)選地，對衰減元件1進行適配并且對X射線源101、衰減元件1和X射線探測器119 進行布置使得來自不同針孔開口 5的半影21在X射線探測器119的探測平面處交疊，如圖9中 所示。換句話說，應當選擇X射線成像設備100內(nèi)的衰減元件1的位置和針孔開口 5的截面或 直徑與穿孔板3的厚度的關系，使得在探測器119處，來自不同的針孔開口 5的半影交疊。
[0099] 在本發(fā)明的實施例中，提出了適于發(fā)射具有有益X射線強度分布的X射線束121的X 射線發(fā)射設備200。如圖6中示意性地所示的這樣的X射線發(fā)射設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中所示的示范性實施例中，以曲線幾何結構布置衰減元件1的穿孔板3。這樣 的曲線幾何結構的可以符合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)針孔開口5可以布置諸如以指向X射線源101的焦斑15。 術語"指向焦斑"可以被解釋為針孔開口 5的縱軸4(如圖3和7中所示)被導向為切割焦斑15。 術語"大多數(shù)針孔開口"可以指示指向焦斑15的針孔開口 5的數(shù)目大于未指向焦斑15的針孔 開口5的數(shù)目。備選地，該術語可以被解釋為在于，指向焦斑15的針孔開口5的截面大于未指 向焦斑的針孔開口 5的截面。
[0102] 特別地，如圖7中所示，可以提供穿孔板3中的針孔開口 5,使得在具有較大密度的 針孔開口 5的中心區(qū)域7中，針孔開口 5與穿孔板3的表面成直角布置。這些中心針孔開口 5- 般地指向X射線發(fā)射設備200中的焦斑15。在邊界區(qū)域9處，針孔開口 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口 5'，使得中心軸4比中心區(qū)域7處的針 孔開口 5的中心軸與穿孔板3的表面圍成不同的角β。
[0103] 通過提供針孔開口 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 口5'中的一些諸如以不直接指向焦斑15,可以適合地調整通過衰減元件1的X射線傳輸?shù)某?度。雖然例如在中心區(qū)域7處，在這些針孔開口布置諸如以聚焦到焦斑15上時，X射線可以容 易地通過針孔開口 5，到達邊界區(qū)域9處的針孔開口 5 '的X射線將不完全地傳播通過未向焦 斑15聚焦的這些針孔5'。
[0104] 在另一實施例中，兩個或兩個以上穿孔板3可以堆疊在彼此之上。通過使用例如致 動器來使這樣的堆疊的穿孔板3關于彼此位移，可以適合地適配通過這樣的堆疊的配置的 總體X射線透射。
[0105] 本發(fā)明的實施例可以尤其提供以下益處：
[0106] -所提出的具有多個針孔開口的衰減元件可以避免如常規(guī)地觀察到的利用蝴蝶結 濾波器的射束硬化。要么X射線穿過針孔開口要么其被阻擋。
[0107] -針孔開口的適合的布置諸如例如這樣的針孔開口的隨機分布可以避免焦斑中的 各向異性強度的結構的幾何相關性(例如，來自可以正交于其移動的雙峰焦斑的線形狀邊 緣的大通量)和針孔模式的對稱線。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，因為其可以避免基于焦斑和其邊緣的輕微運動的探測器 信號的大變化。
[0108] -由于與常規(guī)蝴蝶結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射線衰減是可實現(xiàn)的。
[0109] -在操作期間可以例如通過彎曲衰減元件的穿孔板來調制通過衰減元件的X射線 透明度，從而改變通過針孔開口的X射線的透射。從而，例如可以補償熱機械失真。衰減模型 可以是可切換的。透明度調制可以在提供具有多個穿孔板的堆疊的衰減元件時進一步增 加。
[0110] -具有非線性輪廓的針孔開口的穿孔板可以具有高機械穩(wěn)定性。
【主權項】
1. 一種X射線發(fā)射設備(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X射線吸收材料的穿孔板(3); 其中，所述板包括多個針孔開口（5); 其中，針孔開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)權利要求1所述的X射線發(fā)射設備，其中，所述針孔開口具有這樣的幾何結構:所 述幾何結構使得所述多個針孔開口的輪廓的多數(shù)部分不平行于所述焦斑的邊緣。3. 根據(jù)權利要求1或2所述的X射線發(fā)射設備，其中，在所述衰減元件中，所述針孔開口 (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)權利要求1、2或3所述的X射線發(fā)射設備，其中，所述針孔開口具有這樣的幾何結 構:在所述幾何結構中，針孔開口的輪廓的多數(shù)部分是非線性的。5. 根據(jù)權利要求1至4中的一項所述的X射線發(fā)射設備，其中，相鄰的針孔開口之間的間 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)權利要求1至5中的一項所述的X射線發(fā)射設備，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處的擴大開口 13,其中，所述擴大開口具有這樣的幾何結構:在 所述幾何結構中，所述擴大開口的輪廓的多數(shù)部分不平行于所述焦斑的邊緣。7. 根據(jù)權利要求1至6中的一項所述的X射線發(fā)射設備，其中，所述針孔開口被適配為使 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)權利要求1至7中的一項所述的X射線發(fā)射設備，其中，所述針孔開口具有小于1 的縱橫比。9. 根據(jù)權利要求1至8中的一項所述的X射線發(fā)射設備，其中，所述針孔開口被適配為使 得在所述中心區(qū)域處的針孔開口的中心軸(4)相比于在所述邊界區(qū)域處的針孔開口的中心 軸相對于所述穿孔板的表面圍成不同的角度(α)。10. 根據(jù)權利要求1至9中的一項所述的X射線發(fā)射設備，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)權利要求1至10中的一項所述的X射線發(fā)射設備，其中，在所述衰減元件中的所 述針孔開口的至少多數(shù)被布置為指向所述焦斑。12. 根據(jù)權利要求11所述的X射線發(fā)射設備，其中，在所述邊界區(qū)域(9)處的針孔開口不 指向所述焦斑。13. 根據(jù)權利要求1至12中的一項所述的X射線發(fā)射設備，其中，所述衰減元件的所述板 以彎曲的幾何結構被布置。14. 根據(jù)權利要求1至13中的一項所述的X射線發(fā)射設備，其中，所述衰減元件包括強X 射線吸收材料的至少兩個穿孔板(3)的堆疊，并且其中，所述X射線發(fā)射設備還包括用于使 所述堆疊的個體穿孔板相對于彼此位移的致動器。15. -種X射線成像設備（100 )，包括： 根據(jù)權利要求1至13中的一項所述的X射線發(fā)射設備(200); X射線探測器（119)，其被布置于所述X射線束（121)內(nèi)并且關于所述衰減元件（1)對向 所述X射線源（101); 其中，所述X射線探測器包括多個探測器像素（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射線探測器 被布置為使得所述X射線探測器的每個像素通過多個針孔開口（5)看到所述焦斑(15)。16.根據(jù)權利要求15所述的X射線成像設備，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射線探測器被布置為使得來自不同的針孔開口的半影(21)在所 述X射線探測器的探測平面處交疊。
【文檔編號】A61B6/00GK105916443SQ201580004426
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年1月6日
【發(fā)明人】R·K·O·貝林
【申請人】皇家飛利浦有限公司