CN102178541A - 医学x射线摄影系统 - Google Patents
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Abstract
为提高X射线摄影时的图像质量，提出一种医学X射线摄影系统，其具有表面并排设置X射线焦点的平面状X射线源和具有传感器面的X射线检测器，其中，X射线源具有大量的包括至少一个场致发射阴极的场致发射器和具有大于X射线检测器的传感器面积的X射线源焦点的面积。
Description
技术领域
本发明涉及一种医学X射线摄影系统。
背景技术
在公知的医学X射线摄影系统中，几十年来作为X射线源一直使用真空管，以产生电离的X射线射束。这里在真空的玻璃管内从加热到1000℃以上的金属热阴极中发射电子射束并加速到例如由钨组成的金属阳极上，由此产生X射线射束。这种具有旋转阳极的真空管例如已由US 4326144公开。所公开的真空管此外的缺点是重量沉(无论是自重还是附加必要的水冷装置)、尺寸大、效率低和特别是散热高。
新型的介入式X射线应用对图像质量的要求越来越高；同时对患者和人员的X射线曝光应保持在尽可能低的程度上。按照现有技术，目前为介入式X射线系统使用传统的X射线发射器和平面图像(Flat-Panel)X射线检测器。在此方面，对图像质量的限制此外是散射和检测器有限的效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种医学X射线摄影系统，该系统保证所拍摄的X射线图像具有高的图像质量。
上述技术问题依据本发明通过一种医学X射线摄影系统得以解决。
依据本发明的医学X射线摄影系统具有表面并排设置X射线焦点的平面状X射线源和具有传感器面的X射线检测器，其中，X射线源具有大量的包括至少一个场致发射阴极的场致发射器和具有大于X射线检测器的传感器面积的X射线源焦点的面积。依据本发明的X射线摄影系统具有所谓反转的几何图形，由此例如散射得到明显减少并因此既降低对患者和操作者的放射负荷，又提高了图像质量。场致发射器与公知的X射线发射器相反，可以大批量和以非常低的费用制造以及使用。取代大型的X射线检测器，使用相当小的、但为此却功率大的高效X射线检测器，由此同样可以提高所拍摄的X射线图像的图像质量。具有焦点的平面是指场致发射器所分布的表面区域，其中，场致发射器或其焦点尽可能密集设置。
在场致发射阴极中，电子通过施加足够高的电场发射。场发射例如通过在阳极与阴极之间施加偏压的简单二极管振荡类型实现。如果电场超过发射的阈值的话，电子由阴极发射。也可以采用三极管结构，其中栅极靠近阴极设置。在这里通过栅极与阴极之间施加的偏压发射电子。随后所发射的电子通过栅极与阳极之间的高电压被加速。场致发射阴极可以产生非常高的可以良好控制和容易聚焦的电子射束流。电子射束此外还可以电磁或者静电偏转。
总而言之，本发明通过场致发射器既由于场致发射器本身，也由于取消或减少冷却系统而使X射线源具有散热少和重量低的优点。此外，场致发射器与传统的X射线发射器相比具有高度的结构紧凑性，由此才可以实现一种表面具有大量并排设置的焦点的优质、平面状的X射线源。这一点特别是通过具有大量场致发射器的阵列得到保证。场致发射器的使用寿命也明显高于具有热阴极的公知X射线发射器。此外，与热阴极相比场致发射阴极可以无需加热迅速启动。通过可以良好聚焦的电子流，此外为X射线成像取得更高的局部分辨率。总而言之，具有场致发射器的X射线源也特别适用于新的用途，其中X射线源或者整个摄影系统必须从X射线源和X射线检测器中快速运动出来。
按照本发明的一项扩展设计，场致发射阴极分别具有包括碳纳米管(所谓的CNT阴极；carbon nano tube)的纳米结构化的材料。这种类型的材料具有特别好的发射特性曲线，在高电流情况下也很稳定和此外可以特别小巧地制造。另外，场致发射阴极也可以具有纳米结晶的石墨。
具有优点的是，X射线源的面积至少为X射线检测器的传感器面积的两倍，特别是两倍到八倍之间的大小。由此可以充分利用反转几何图形的优点。相宜地，X射线检测器由数字化的平面图像检测器构成。
按照本发明的另一项扩展设计，场致发射器设置在矩形、椭圆形或者圆形阵列的平面上。
X射线源和X射线检测器以有利的方式由C形弓架或者U形弓架共同保持。这种C形弓架或者U形弓架也可以设置在多轴机器人臂上，特别是具有六个旋转轴的弯臂机器人上，以便可以在任意的运动轨迹上运动。
按照本发明的另一种扩展设计，X射线摄影系统由荧光透视系统或者血管造影系统或者投影X射线系统构成。
附图说明
下面借助附图中示意示出的实施例对依据从属权利要求所述特征的其他具有优选的扩展设计进行详细说明，而本发明也不仅限于这些实施例。其中：
图1示出具有一个场致发射阴极的场致发射器的视图；
图2示出具有多个场致发射阴极的场致发射器的视图；
图3示出具有反转几何图形的依据本发明的X射线摄影系统的视图；以及
图4示出具有准直光管的发射器阵列的侧视图。
具体实施方式
图1示出场致发射器10，具有包括(唯一一个)电子发射元件18的阴极15和包括(唯一一个)焦点19的阳极16。特别适合作为阴极以产生必要的高电子流密度的材料在此方面特别是纳米管(CNT阴极)的形式的碳。通过施加相应的电场，电子发射元件18无需加热来激励发射电子射束17，其随后击中阳极16或焦点19并在那里产生X射线射束。
图2示出另一种结构的场致发射器10，其具有包括大量均可以单独激活的电子发射元件18的阴极。元件18在此方面可以像素的方式设置。阳极16同样由大量的焦点19组成，其中，为每个电子发射元件18对应配设一个焦点19。阳极例如可以由铜、钨、钼或者它们的合金组成。阴极与阳极之间还可以设置栅极(未示出)，以便更好地控制从阴极发射的电子。电子射束此外也可以电磁或者静电偏转。按照这种方式，随着降低电子发射元件的数量，焦点的数量可以依次跃增；因此可以为一个电子发射元件对应配设一个以上的焦点。
图3示出反转几何图形的依据本发明的X射线摄影系统的一部分，包括用于保持由场致发射器和X射线检测器20组成的阵列21的C形弓架22。C形弓架22例如可以借助弯臂机器人保持并在空间上三维地移调。由场致发射器组成的阵列21在此方面特别是构造成矩形，也就是说，场致发射器这样设置，使焦点特别均匀地分布在特别是矩形的表面26。这一点一方面可以这样看，使大量的小场致发射器与各一个焦点特别均匀地在表面分布，或者这样看，使多个场致发射器与相应多个焦点均匀地在表面26上分布设置。焦点在此方面例如可以像素的方式设置。X射线检测器20这样构成，即，使其有源面积明显减小，特别是在场致发射器面积的一半到八分之一之间。X射线检测器尤其涉及无定形硅基的数字式平面图像检测器。
X射线摄影系统所称的反转几何图形，也就是与X射线检测器相比通过更大面积延伸的X射线源的优点之一是，例如降低对患者和操作者的放射剂量。
图4示出X射线摄影系统及其放射几何图形的侧视图。在由场致发射器组成的阵列21前面定位准直光管的装置，以便形成各自的X射线射束。特别是X射线射束部分被遮掩，从而仅使击中X射线检测器20的那部分X射线射束25透过。
阵列21例如可以具有大致100x100的场致发射器和准直光管。通过每个场致发射器短时间被激活和读出所属的单个图像来生成综合的X射线图像。所有单个图像然后例如借助层析合成的重现，重建成3D立体。为此每个单个图像需要非常短的曝光时间。如果总体以10ms拍摄(这一点例如是血管造影术典型的曝光时间)，那么10.000张单个图像仅需一微秒的曝光时间。这样短的曝光时间可以利用场致发射器特别简单地实现。此外，由场致发射器组成的X射线摄影系统可以结构紧凑、以很轻的重量和成本低廉地实现。特别是在与数字式平面图像检测器的结合下场致发射器更轻的重量，减轻了不同检查类型方面装置的运动质量。另一个优点是，这种场致发射器的使用寿命长和散热少。
本发明可以下列方式进行概括：
为提高X射线摄影时的图像质量，提出一种医学X射线摄影系统，具有表面并排设置X射线焦点的平面状X射线源和具有传感器面的X射线检测器，其中，X射线源具有大量的包括至少一个场致发射阴极的场致发射器和具有大于X射线检测器的传感器面积的X射线源焦点的面积。
Claims (9)
1.一种医学X射线摄影系统，具有表面(26)并排设置X射线焦点(19)的平面状X射线源和具有传感器面的X射线检测器(20)，其中，X射线源具有大量的包括至少一个场致发射阴极(15)的场致发射器(10)和具有大于X射线检测器(20)的传感器面积的X射线源焦点(19)的面积。
2.按权利要求1所述的X射线摄影系统，其中，具有X射线源焦点(19)的面积(26)至少为X射线检测器(20)传感器面积的两倍大。
3.按前述权利要求之一所述的X射线摄影系统，其中，所述场致发射阴极(15)分别具有包括碳纳米管的纳米结构化的材料。
4.按前述权利要求之一所述的X射线摄影系统，其中，所述X射线源由包括大量场致发射器(10)的阵列(21)构成。
5.按前述权利要求之一所述的X射线摄影系统，其中，所述场致发射器(10)设置在矩形、椭圆形或者圆形的阵列(21)内。
6.按前述权利要求之一所述的X射线摄影系统，其中，所述X射线检测器(20)由数字化平面图像检测器构成。
7.按前述权利要求之一所述的X射线摄影系统，其中，所述X射线源和X射线检测器(20)由C形弓架(22)或者U形弓架共同保持。
8.按前述权利要求之一所述的X射线摄影系统，其中，所述X射线源和/或X射线检测器(20)或者固定X射线源和X射线检测器(20)的C形弓架或者U形弓架设置在弯臂机器人上。
9.按前述权利要求之一所述的X射线摄影系统，其中，所述X射线摄影系统由荧光透视系统或者血管造影系统或者投影X射线系统构成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110914 |