CN103006246A

CN103006246A - X射线设备

Info

Publication number: CN103006246A
Application number: CN2012103551191A
Authority: CN
Inventors: F.奥尔索夫; J.弗罗伊登伯格; M.赫普夫; H.希林
Original assignee: Siemens AG; CT Imaging GmbH
Current assignee: Siemens AG; CT Imaging GmbH
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2013-04-03
Also published as: US20130077748A1; DE102011083416A1

Abstract

一种X射线设备，包括至少一个X射线源（2）和至少一个与之协作的检测器（3），以及至少一个布置在X射线源（2）和检测器（3）之间的带有限定的几何形状和已知的辐射吸收特性的修正物体（6、10），所述修正物体（6、10）形成为借助检测器（3）可识别并且用于显示X射线源（2）的特征，特别是用于显示焦斑位置。

Description

X射线设备

技术领域

本发明涉及一种特别适用于医疗技术目的的X射线设备以及一种运行这种X射线设备的方法。

背景技术

在X射线管中通过使电子束入射阳极而产生X射线辐射。在固定阳极的情况中，所入射的电子确定了焦斑；在旋转阳极的情况中，在X射线管运行时形成了焦斑轨迹。

从DE 103 01 071 A1中已知了用于调节X射线管的焦斑位置的设备和方法。在此，焦斑位置的调节不通过开环式控制而是通过闭环式调控来实现，以便自动补偿对于焦斑位置的调节的可预见的和不可预见的干扰影响。提供了传感器以便测量反映焦斑位置的信号。该信号作为调控量用于偏离调控。焦斑位置的测量可例如通过位置分辨地确定X射线束的强度或通过例如借助于红外照相机测量阳极上的温度来进行。

从JP 11009584A中已知用于跟踪X射线束的位置的方法，所述方法为此应用于即使在焦斑取决于温度而移动时也保持X射线束的位置。X射线束通过可调节的缝隙形的光阑达到具有光电二极管阵列的检测器，所述检测器在二维维度上实现位置分辨的强度测量。

DE 196 50 528 A1涉及用于在多层计算机断层成像扫描装置内确定X射线束位置的方法和设备。在此情况中，也提供了分开布置的检测装置行的排列，以确定X射线辐射的焦点位置。由检测装置行提供的信号被用于控制准直器装置跟踪机构。

WO 2008/132635A2公开了带有X射线源的成像医疗技术系统，其中假设焦点在纵向方向上的位置取决于至少一个X射线部件的温度。基于此关系，通过计算机支持根据温度来改变准直器位置。

发明内容

本发明的任务在于，将X射线设备相对于所述现有技术以相对低的设备成本特别是在成像特征的几何质量方面进行改进。

根据本发明，此任务通过带有权利要求1的特征的X射线设备以及通过根据权利要求11的用于X射线设备的运行的方法解决。在下文中结合X射线源解释的构造和优点在意义上也适用于方法，反之亦然。

X射线设备包括X射线源和与之协作的检测器，以及布置在X射线源和检测器之间的带有限定的几何形状和/或已知的射线吸收特性的修正物体，所述修正物体通过检测器可识别并且在此为显示X射线源的特征、特别是X射线源的焦斑位置而在检测器上形成。

本发明基于如下考虑，即X射线辐射源在X射线管内的位置，即焦斑位置通过X射线管的部件在运行期间的热膨胀而改变。在带有可旋转阳极的X射线管中，例如在DE 103 01 071 A1以及同等优先权的US 7,001,071B2中所公开，例如旋转阳极自身、旋转阳极和支架之间的连接元件、支架或支架的部件、真空壳体或X射线管的其他部分可能膨胀，其中不同的部分典型地以不同的尺度热膨胀。

在X射线设备运行期间出现的X射线源的该几何形状改变意味着X射线源相对于检测器的移动并且因此以检测器拍摄的图像的移动和/或畸变。这特别地在其中拍摄一系列相关联的图像的情况中是不利的，如在计算机断层成像的情况中。一般地，成像几何形状的改变歪曲了在不同的图像上描述的物体特征之间的位置关系。为此，在X射线源的取决于热的尺寸改变时，当与检测器的像素尺寸相比取决于热的运动大时，出现的不利影响是分辨率的损失。

与总是干预X射线源以在取决于热的几何改变的情况下尽可能地保持成像质量的现有技术所建议的方法基本上不同，根据本发明使用由检测器拍摄的数据以补偿取决于热、机械或其他原因的焦斑位置的改变。在此，根据该方法的有利构造，不进行例如通过调节准直器的对于X射线设备的成像特征的干预。

相应地，形成X射线设备并且为其提供图像评估单元，使得采集检测焦斑特征的改变，例如横截面的移动或改变。为此，特别地将拍摄期间所拍摄的数据与存储的（额定）数据或也与先前拍摄的数据进行比较。补充地，将X射线设备形成为使得此焦斑特征改变的补偿仅通过基于在拍摄期间所确定的数据的数学修正算法实现。特别地，在检查物体的检查期间的一些列图像拍摄的情况中亦是如此。在整个序列期间补偿仅通过图像评估单元并且仅计算地进行，而不进行在光程内的硬件干预。

根据本发明的方法包括监测焦斑几何形状，特别是焦斑位置，这在设备技术成本方面特别简单地通过如下方式进行，即将带有限定的几何形状和已知的射线吸收特性的修正物体引入到X射线源和所述的检测器之间的被X射线辐射加载的区域内。修正物体在由检测器所拍摄的数据内在每级数据处理中产生了单义的图示（Signatur），并且因此显示了X射线源的特征，特别是焦斑位置。“X射线源的特征”或焦斑几何形状除焦斑的位置外也包括焦斑的形状、尺寸和轮廓及其几何量。这些特征的至少一个通过检测器采集并且然后通过机器或通过计算机支持地被评估。

优选地，焦斑几何形状的取决于温度或机械的改变在处理由检测器拍摄的数据的尽可能早的阶段中被补偿。在计算机断层成像系统的情况下，例如在WO 2008/132635A2中所公开，例如提供为用于生成可估值的图像数据的原始数据已在焦斑几何形状改变补偿的意义上被直接修正，以此将分辨率损失最小化。焦斑几何形状的改变补偿也可在从未改变的原始数据中重建图像时进行。因此，在下文中“原始数据修正”以及原始数据的修正也包括图像数据的相应的重建。

在X射线检查时经常将多个图像作为直接相继的序列拍摄。在此所建议的补偿在该方法的优选的扩展中也在此类序列中仅通过所描述的数学补偿在原始数据或图像数据中进行，而不进行硬件干预。因此，在X射线检查的运行中即使更大的焦斑几何形状的改变也仅通过数学补偿进行。

根据X射线设备的第一变体，整合在所述X射线设备中的修正物体具有相对于从X射线源发射的X射线辐射的大于零的透射度，即修正物体相对于X射线辐射至少部分地是可穿透的。

在此，可穿透性优选地通过如下方式测量，即修正物体也可布置在也穿透检查物体的射线区域内，并且此外在此被修正物体遮挡的区域内实现对于用于检查物体的检查的数据的评估。对于检查物体以及对于修正物体的削弱值因此重叠。通过减去对于修正物体的已知的削弱值，可因此确定对于图像修正所要求的检查物体的削弱值。

修正物体的透射度优选地在20%至80%之间，即入射修正物体的20%至80%的强度透过修正物体。根据实施变体，在此透射度选择地在20%至50%之间，或在50%至80%之间。

修正物体在此可以可布置为完全地在待通过X射线辐射检查的物体的横截面内，部分地在此横截面内或完全地在此横截面外，并且因此以相应的方式相对于由检测器拍摄的图像布置。修正物体在其中也布置了检查物体的相同的辐射横截面内的布置的优点是，不必预留用于修正目的而因此不可再用于实际的X射线检查的辐射横截面的部分。而将修正物体定位在用于检查的辐射横截面之外的优点是在图像数据中的伪影成像被原理上排除。

修正物体的可识别性在此相对于X射线辐射部分可穿透的设计的情况中根据有力的扩展改进，使得修正物体具有带有不同的射线吸收特性的多个区域。在透射度方面相互不同的区域在此可通过一些材料的不同的壁厚和/或通过使用具有不同的透射系数的材料提供。每个这些区域在此在上述意义上是部分透明的，即优选地具有20%至80%的范围内的透射度。

不同的区域的透射度的不同的级别在此优选地在例如20%、50%和80%的范围内。

在每个情况中，可特别地在修正物体完全地嵌入在由检测器拍摄的图像的情况中，从由修正物体所产生的与水印可比拟的图示可单义地推断X射线设备的改变的几何形状对于成像的影响，并且此影响在重建的意义上从图像数据或从作为图像数据的前级而存在的原始数据中减去。所述“水印”基本上位于检查物体的实际图像或吸收数据的下方。

根据X射线设备的第二变体，修正物体相对于由X射线源发射的X射线辐射至少近似是不可透过的。修正物体在该情况下优选地处于借助X射线辐射检查的横截面的外部或边缘上。在优选的构造中，修正物体通过界定借助检测器所拍摄的图像的并且可被检测器采集的光阑的轮廓形成。因此，可靠地排除了如下情况，即修正物体的结构在检查物体内出现并且可能使得评估图像数据困难。该构造的前提条件是覆盖了比通过光阑界定的、限定了检查区域的横截面更宽阔的横截面的检测器。

取决于修正物体布置在被检查的横截面之内还是之外，可将从X射线源观察的修正物体定位在布置在检查体积内的检查物体的前方或后方，其中在所有的情况中，X射线源、检测器和也称为成像物体的检查物体相互可能是可运动的。根据修正物体的定位，可将修正物体固定在检测器上、射线光阑上、检查或成像物体上或X射线源上。

本发明的优点特别地在于无X射线设备的硬件干涉而仅通过由检测器拍摄的数据的修正来补偿焦斑从其原来位置的偏离，其中对于修正所需的全部信息也由检测器拍摄而不使用附加的传感器，这通过对于在X射线辐射的光程内布置的、通过检测器采集的优选地半透的修正物体的位置和/或形状进行估值来实现。

附图说明

在下文中根据附图进一步解释本发明的多个实施例。在此，各图为：

图1以强烈简化的透视显示出了带有修正物体的X射线设备，

图2示出了根据图1的X射线设备的检测器的显示了修正物体的图示的位置分辨的信号，

图3示出了修正物体的替代的构造，

图4示出了根据图3的修正物体的图示，

图5在类似于图1的显示中示出了X射线设备的另外的实施例，

图6在类似于图2和图4的示意图中示出了位置分辨的检测器信号。

相互对应的或作用相同的部分在所有附图中以相同的附图标号标记。

具体实施方式

总体上以附图标号1标记的X射线设备在其原理功能方面参考开始部分引用的现有技术，所述X射线设备1具有X射线源2和与之协作的检测器3。X射线设备1例如形成为计算机断层成像设备。从X射线源2辐射出的X射线辐射从X射线源2的未进一步显示的优选为旋转的阳极上的焦斑4发出。X射线源2的通常的实现形式是X射线辐射器，所述X射线辐射器与在附图中作为点的X射线源2的显示不同具有有限的尺寸。

在X射线辐射的辐射场中，在X射线源2和检测器3之间在焦斑4附近具有安装面5，所述安装面例如布置在准直器内的光阑上或在单独的相对于检测器3位置固定的面上。

在安装面5上固定了修正物体6，其中在根据图1的实施例中，修正物体6是透明的结构，即是PEEK（聚醚醚酮）制成的柱体。修正物体6在检测器3上被成像，并且在图1中可识别为修正图像7。

通过由检测器3所拍摄的图像设置的截面线8将描绘了修正物体6的修正图像7截开。如果焦斑4在X射线源2内的位置特别地取决于温度改变，则由检测器3拍摄的修正图像7的位置移动。

被检测器3采集的X射线辐射的强度并且因此所采集的剂量D沿截面线8的分布在图2中显示，其中如在图1中简化地考虑其中在X射线源2和检测器3之间不存在检查物体的情况。明显地可见，剂量D在修正图像7的区域内降低，其中降低的区域明显地通过边缘9界定，所述边缘9描绘了修正物体6的轮廓。

如果由于在X射线设备1运行中所出现的焦斑几何形状的改变导致边缘9的位置移动，则通过检测器3采集的原始数据或由此获得的图像数据被修正为使其对应于如在焦斑几何形状未改变时所拍摄的数据，即在以检测器3所拍摄的不同的图像上总是存在全等的边缘9。焦斑几何形状因此仅使用数据处理的方法被修正，而不干预X射线源2的运行。另外，从该含有修正图像7的原始数据中，优选地已从作为先前数据而存在的原始数据中自动减去修正图像7以补偿焦斑4的改变的几何形状，使得对于X射线设备1的使用者在所拍摄的图像上不可识别修正物体6。

图3示出了相对于根据图1的实施例的修改的修正物体10。所述修正物体具有多个在图2中矩形地显示的面区域11，其中与修正物体10的剩余区域相比，相对于由X射线源2发射的辐射的透射度被有目的地降低，这例如通过提高厚度或通过附加地涂覆材料层来实现。

以类似的方式，根据此实施例的变体，相对于修正物体10的周围区域，在面区域11内X射线辐射的吸收也被降低。特别地，面区域11可以是修正物体6内的空隙。

如果作为在图1中显示的修正物体6的替代在X射线设备1内使用根据图3的修正物体10，则沿图3中以虚线划出的截面线8产生了位置x和剂量D之间的关系，如在图4中所显示，其中在此情况中也可识别多个边缘9，所述边缘9描绘了修正物体10的几何的以及辐射技术上限定的特征。在由检测器3所拍摄的图像中清晰地绘出了修正物体10，以此实现了对于X射线源2的焦斑的可能的参数改变的特别精确的计算补偿。

根据图5的实施例与根据图1的实施例的差异在于，修正物体6通过辐射光阑12的边缘形成。辐射光阑12的与修正物体6相同的完整的轮廓在此情况中显示了以检测器3采集的修正图像7。为在检测器3上完全地显示辐射光阑12，与根据图1的实施例相比将检测器尺寸放大。也可替代地通过缩小的准直器尺寸而使得辐射器光阑12可用作修正物体6。在两个情况中保证修正物体6不处在以X射线设备1检查的横截面内。

对于焦斑4的可能偏离的补偿在根据图5的实施例中以与根据图1的实施例中的相同的方式进行。属于根据图5的实施例的沿截面线8的剂量分布在图6中显示。清晰地可见，在此情况中边缘9形成了可由检测器3拍摄的图像的边沿。

Claims

1.一种X射线设备，带有至少一个X射线源（2）和至少一个与之协作的检测器（3），以及至少一个布置在X射线源（2）和检测器（3）之间的带有限定的几何形状和/或已知的辐射吸收特性的修正物体（6，10），所述修正物体形成为借助检测器（3）可识别并且用于显示X射线源（2）的特征。

2.根据权利要求1所述的X射线设备（1），其特征在于，所述修正物体（6，10）具有关于由所述X射线源（2）发射的X射线辐射的大于零的透射度，使得在将所述修正物体（6，10）定位在X射线源（2）和检查物体之间时，被该修正物体（6，10）遮挡的检查物体的区域此外能够用于图像评估。

3.根据权利要求2所述的X射线设备（1），其特征在于，所述透射度处于20%至80%的范围内。

4.根据权利要求2或3所述的X射线设备（1），其特征在于，所述修正物体（6，10）完全处于由所述检测器（3）所拍摄的检查物体的图像内。

5.根据权利要求1所述的X射线设备（1），其特征在于，所述修正物体（6，10）对于从所述X射线源（2）发射的X射线辐射至少近似地是不透过的。

6.根据权利要求5所述的X射线设备（1），其特征在于，所述修正物体（6，10）通过射线光阑（12）的轮廓形成，所述射线光阑（12）限制了借助检测器（3）拍摄的图像并且能够通过检测器（3）采集。

7.根据权利要求1至5中一项所述的X射线设备（1），其特征在于，所述修正物体（10）具有多个带有与周围区域相比不同的射线吸收特性的区域（11）。

8.根据权利要求7所述的X射线设备（1），其特征在于，所述区域（11）的每个对于X射线辐射的以不同的透射度部分地透明，所述透射度特别地处在20%至80%的范围内。

9.根据权利要求1至8中一项所述的X射线设备（1），其特征在于，所述检测器（3）相对于所述X射线源（2）可运动。

10.根据权利要求1至9中一项所述的X射线设备（1），其特征在于，所述修正物体（6，10）相对于所述X射线源（2）位置固定地布置。

11.根据权利要求1至10中一项所述的X射线设备（1），其特征在于，所述修正物体（6，10）至少相对于从射线光阑（12）、检测器（3）、检查物体的组中选择的部件的一个位置固定地布置。

12.一种用于运行X射线设备（1）的方法，带有如下特征：

-借助于具有阳极的X射线源（2）产生X射线辐射，在所述阳极上通过入射的电子形成焦斑（4），

-确定所述焦斑（4）的位置，

-借助于检测器（3）采集由X射线源（2）所产生的透过检查物体的X射线辐射，

-取决于焦斑（4）的至少一个几何量修正和加工由所述检测器（3）所采集的数据，使得补偿了几何量的至少一个的改变，优选地补偿焦斑位置。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少一个几何量的补偿仅通过由所述检测器（3）所采集的数据的修正进行，而不干预所述X射线设备（1）的成像特征。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，执行一系列检查物体的拍摄，并且对于照片的每个，所述至少一个几何量的修正仅通过由检测器（3）所采集的数据的修正进行，而不干预所述X射线设备（1）的成像特征。

15.根据权利要求12至14所述的方法，其特征在于，为补偿所述至少一个几何量，修正由所述检测器（3）所采集的用于产生图像数据的原始数据。

16.根据权利要求12至15中一项所述的方法，其特征在于，为确定焦斑的几何量，将带有已知的射线吸收特性的修正物体（6，10）引入到X射线源（2）和检查物体之间的被X射线辐射加载的区域内。

17.根据权利要求12至16中一项所述的方法，其特征在于，为确定焦斑的几何量，将带有已知的几何形状和一定的射线吸收特性的修正物体（6，10）引入到X射线源（2）和检测器（3）之间的被X射线辐射加载的区域内。

18.根据权利要求12至17中一项所述的方法，其特征在于，修正物体（6，10）相对于由X射线源（2）发射的X射线辐射部分地透明，并且布置在穿透检查物体的射线截面内。

19.根据权利要求12至17中一项所述的方法，其特征在于，将修正物体（6，10）布置在穿透检查物体的射线截面外。