CN107810538B

CN107810538B - 用于生成和准直x射线束的系统

Info

Publication number: CN107810538B
Application number: CN201680038204.1A
Authority: CN
Inventors: 王津
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2036-06-22
Also published as: US10541061B2; EP3313291A1; JP6649410B2; WO2017001256A1; CN107810538A; US20180158562A1; EP3313291B1; JP2018526052A

Abstract

本发明涉及一种用于生成和准直X射线束(104)的系统(100)，包括：X射线管插件(101)，其用于生成所述X射线束，所述X射线管插件是真空管；管壳体(102)，其用于容纳所述X射线管插件(101)，所述管壳体由X射线吸收材料制作；准直器(103)，其用于准直所述X射线束(104)；其中，所述准直器(103)被布置在所述X射线管插件(101)与所述管壳体(102)之间。本发明还涉及一种用于利用X射线束(104)扫描感兴趣目标的、包括所述系统的对应装置。

Description

用于生成和准直X射线束的系统

技术领域

本发明涉及一种用于利用X射线束扫描感兴趣目标的装置，具体涉及一种用于生成和准直X射线束的系统。

背景技术

X射线成像设备用于通过利用由X射线源生成的X射线束辐射目标来获得关于感兴趣目标内的内部结构的信息。例如，在医学X射线成像中，那些设备用于获得关于人体内的内部结构(骨、器官……)的信息。X射线成像设备能够采集二维或三维图像。例如，X射线成像设备能够是用于采集二维X射线投影图像的常规X射线成像设备、C型臂X射线成像设备或计算机断层摄影(CT)设备。

常规地，X射线源(经常被称为X射线管)包括管壳体和在管壳体内部的X射线管插件。X射线管插件是真空管，并且包括用于密封管的所谓的管插件帽。在管插件帽内部有用于发射电子的阴极和用于在接收到电子后发射X射线束的阳极。管壳体保护脆弱的真空管。通常，管壳体对X射线辐射是不透明的，并且具有用于允许X射线束穿过的开口。所发射的X射线束指向感兴趣区域，例如患者的身体的一部分。由于患者的身体内的不同的组织和/或骨具有不同水平的X射线吸收，因此已经穿过感兴趣区域的X射线束被相应地衰减。已经穿过感兴趣区域的X射线束然后被X射线探测器探测到，并且该信号指示探测到的X射线强度，并且探测到的信号包含关于患者的身体内的内部结构的信息，并且这样的信息例如通过相应地形成X射线图像来重新得到。

准直器能够用于将由X射线源生成的X射线束准直成为穿过感兴趣区域的X射线束的切片。准直器能够用于为X射线束提供准直，以便限制在穿过准直器之后X射线束的尺寸。例如，在典型的CT系统中，准直通过包括两个可移动刀片和具有固定槽或凸轮的可移动板的刀片组来实现。

US2015/0173692A1公开了一种包括从焦斑朝向感兴趣体积发射辐射的辐射源和位于焦斑与感兴趣体积之间的动态准直器的设备。

WO2012/058207A2公开了一种包括X射线源和准直器的X射线束扫描器，所述准直器在图像扫描期间是静止的以用于准直X射线束，以便改变扫描的程度。准直器是独立单元，并且位于X射线源外部，即，在其上具有开口的管壳体外部。发明人已经认识到这样的X射线源和准直器作为一个整体上在结构上是复杂的。

US2013/0294582A1公开了一种具有准直器和多个X射线源的X射线成像装置，其中，用于X射线穿过的多个狭缝是二维形成的，狭缝的尺寸和位置是可调节的。

US5384820公开了一种包括壳体、X射线管和圆柱形套筒的X射线管组件。

US2012/0106714A1公开了一种用于诸如出于检查容器的内容物的目的而中断和/扫描穿透辐射的射束的装置。

发明内容

因此，有利的是，提供了一种用于生成和准直X射线束的系统，该系统缓解和/或减轻了上面提到的问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于生成和准直X射线束的系统。所述系统包括：X射线管插件，其用于生成所述X射线束，所述X射线管插件是真空管；管壳体，其用于容纳所述X射线管插件，所述管壳体由X射线吸收材料制作；以及准直器，其用于准直所述X射线束；其中，所述准直器被布置在所述X射线管插件与所述管壳体之间。

通过使准直器被布置在X射线管插件与管壳体之间，不需要在管壳体外部具有额外的空间。以此方式，所述系统能够在重量和/或尺寸方面被制作得更紧凑。因此，可以促进在更小尺寸的装置中的实施，并且可以降低成本。

在根据本发明的系统的实施例中，所述准直器包括多个准直区，并且所述准直器适于能相对于所述X射线管插件移动，以便选择所述多个准直区中的一个以用于准直所述X射线束。

允许准直区中的选定的一个被移动到一位置以准直X射线束。多个准直区实现了用于X射线的准直的多种选择。

在根据本发明的系统的另一实施例中，所述多个准直区能够在尺寸和/或形状上是不同的。优选地，至少一个准直区中的每个是狭缝。

形成准直区的狭缝的各种尺寸和/或形状允许用于准直的多种选择。关于X射线束的尺寸，在它已经穿过不同尺寸的狭缝之后，多种选择是可能的。

在实施例中，所述准直区中的至少一个中的每个是完全无材料的开口。换言之，所述准直区是完全的开口。

在另一实施例中，所述多个准直区中的至少一个中的每个包括多个销孔。

在另一实施例中，至少一个准直区中的每个包括多个槽。

在根据本发明的系统的另一实施例中，所述准直器适于围绕轴旋转，以便选择所述准直区中的一个以用于准直所述X射线束，其中，所述轴垂直于所述X射线束的辐照方向。在实施例中，所述多个准直区被移位在沿着垂直于所述X射线束的辐照方向的所述轴的相同位置处。

旋转准直器允许将给定的准直区放置在X射线束的前面。

在根据本发明的系统的另一实施例中，所述准直器适于沿着轴平移，以便选择所述准直区中的一个以用于准直所述X射线束，其中，所述轴垂直于所述X射线束的辐照方向。例如，所述轴能够是所述X射线管插件的中心轴。

在实施例中，所述多个准直区中的至少两个被移位在沿着垂直于所述X射线束的辐照方向的所述轴的不同位置处。

平移准直器允许将准直区中的一个放置到X射线束的传播路径。

在根据本发明的系统的另一实施例中，所述系统还包括用于控制所述准直器的所述移动的致动器。

致动器允许准直器沿着中心轴进行旋转和/或平移移动。

在根据本发明的系统的另一实施例中，所述准直器包括圆柱形部分，并且所述多个准直区被布置在所述准直器的所述圆柱形部分的圆周表面处。例如，所述准直区围绕所述圆柱形准直器的纵轴延伸。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于利用X射线束扫描感兴趣目标的装置。所述装置包括：用于生成和准直X射线束的系统，以及用于在所述X射线束已经穿过所述感兴趣目标之后探测所述X射线束的探测器。

将会在下面给出本发明的详细解释和其他方面。

附图说明

本发明的特定方面现在将会参考下文描述的实施例来进行解释，并且结合附图来进行考虑，其中，相同的零件或子步骤以相同的方式进行指定：

图l描绘了根据本发明的实施例的用于生成和准直X射线束的系统的纵向横截面视图；

图2A和图2B每幅都描绘了根据本发明的实施例的用于生成和准直X射线束的系统的横向横截面视图，以便图示该系统的元件之间的连接；

图3描绘了根据本发明的实施例的示范性准直器的三维视图；

图4A、图4B和图4C每幅都描绘了根据本发明的实施例的准直器的示范性准直区；

图5A和图5B每幅都描绘了根据本发明的实施例的示范性准直器；并且

图6描绘了根据本发明的实施例的用于利用X射线扫描感兴趣目标的装置的示意设计。

具体实施方式

图l描绘了根据本发明的实施例的用于生成和准直X射线束的系统100的纵向横截面视图。系统100包括X射线管插件101、用于容纳X射线管插件101的管壳体102以及准直器103。X射线管插件101是真空管。所谓的管插件帽被配置为密封管以提供真空环境。在管插件帽内部有用于发射电子的阴极和用于在接收到电子后发射X射线束的阳极。

X射线束104由X射线管插件101生成。管壳体102包围X射线管插件101。准直器103被放置在X射线管插件101外部且在管壳体102内部。

在如在图l中所图示的实施例中，管插件101包括圆柱形部分，并且准直器103也包括圆柱形部分并被布置为包围管插件102的圆柱形部分。

准直器103被安装到X射线管插件101的外表面(即，管插件帽的外表面)，或者准直器103被安装到管壳体102的内表面。

例如，轴承用于安装准直器103。准直器103被安装到轴承的一个座圈，并且轴承的另一座圈被附接到X射线管插件101的外表面(如在图2A中图示的)或管壳体102的内表面(如在图2B中图示的)。在另一实施例中，准直器103被制作为轴承的座圈的一部分。例如，准直器103是轴承的外座圈或轴承的内座圈。

准直器103包括用于准直X射线束的至少一个准直区。X射线束104穿过准直器103的准直区并且然后穿过管壳体102，具体为穿过管壳体102的开口。

在一些实施例中，准直器103由X射线吸收材料制作，例如，铅、钨及其合金。通常，准直区是准直器的开口(例如，狭缝)，以便允许X射线束104穿过。

有利地，准直器103包括多个准直区106，其中，准直器103适于能相对于管插件移动，以便将准直区中的选定的一个带入X射线束以用于准直X射线束。

图3描绘了根据本发明的实施例的准直器的三维视图。

准直器103上有多个准直区106。在X射线束准直期间，选择多个准直区106中的一个以将其放置在X射线束中。多个准直区106中的选定的一个适于被移动到特定位置。

例如，如果在CT(计算机断层摄影)扫描期间生成X射线束，那么要被施加到感兴趣目标的X射线束的尺寸可以是不同的。为了覆盖感兴趣目标并且避免不必要的剂量，要被施加到感兴趣目标的X射线束的合适尺寸必须被准直。多个准直区106允许用于准直的多种选择。同时，选择多个准直区106中的一个对于用于特定感兴趣目标的X射线束准直是必要的。

参考图3，准直区106能够是狭缝。不同的准直区106能够具有不同的形状和/或尺寸，以便将X射线束准直成不同的形状和/或尺寸。

准直区(例如，狭缝)能够是完全无材料的，或者包括多个开口。图4A、图4B和图4C每幅都描绘了根据本发明的实施例的示范性准直区。

如在图4A中图示的，准直区的范例是狭缝110，所述狭缝110是完全无材料的。

准直器103包括至少一个准直区。相应地，准直器103包括至少一个开口狭缝，每个开口狭缝形成一个准直区。

回来参考图3，在实施例中，准直器103具有圆柱形形状，并且每个狭缝围绕中心轴AA(即，圆柱的纵轴)延伸。至少一个狭缝的尺寸能够不同于彼此。具体地，一个狭缝的宽度(即，沿着平行于中心轴AA的方向的范围)和/或该狭缝的长度(狭缝延伸的范围)能够是不同的。

利用狭缝110，X射线辐射射束104被准直为扇形射束。狭缝110的宽度和长度定义了经准直的X射线束104的厚度和扇形角。

经准直的X射线束104的厚度取决于狭缝110的宽度。狭缝110越宽，经准直的X射线束104越厚。经准直的X射线束104的扇形角取决于狭缝110的长度。狭缝110的长度越长，经准直的X射线束104的扇形角越大。

狭缝110沿着准直器103的圆周的长度取决于X射线管插件101的直径和狭缝的数量。例如，对于CT扫描，狭缝110具有多达几百毫米的长度。

狭缝110的宽度取决于特定系统设计要求。例如，对于CT扫描，狭缝110的宽度与切片厚度有关。例如，狭缝110具有多达几十毫米的宽度。

在一些实施例中，准直区不是完全开口(即，完全无材料)而是“二元开口”(其由一系列小槽或孔制作)。这样的“二元开口”在减少具有当准直器被定位为非常靠近阳极盘的焦点时发生的散射辐射的问题方面是有利的。

如在图4B中图示的，另一示范性准直区不是完全无材料的，而是包括多个销孔111。

例如，给定准直区的侧向范围在几厘米至几十厘米之间变化。例如，销孔111的数量多于100，优选多于1000。可以以规律图案提供销孔或不规律地提供销孔，例如随机分布销孔。

如在图4C中图示的，另一示范性准直区不是完全无材料的，而是包括沿着准直区的宽度方向延伸的多个槽109。

回来参考图3，准直器103适于围绕轴AA旋转，并且准直器103被如此安装到X射线管插件，使得X射线束沿着垂直于中心轴AA的方向进行辐照。在实施例中，轴AA是X射线管插件101的中心轴AA。

另外，准直器103包括多个准直区106，每个准直区围绕中心轴AA延伸并且邻近彼此。通过旋转准直器103，多个准直区106中的一个准直区被移动，以便处于X射线束104中并由此被选择以准直X射线束104。

准直器103的旋转使得多个准直区106中的任一个能够被移动到X射线束104中。在旋转期间，准直器103的旋转角的步骤由多个准直区106的角位置差来定义。例如，对于具有五个狭缝的准直器，角位置差是72度(360/5＝72)，因此旋转角的步骤是72度。

替代地或额外地，准直器103适于沿着轴AA平移。

通过沿着中心轴AA平移准直器103，多个准直区106中的一个准直区被移动为在X射线束104中。

例如，准直器103的平移通过螺纹传动装置来实现。螺纹在准直器103和X射线管插件101上，或者螺纹在准直器103和管壳体102上。

准直器103的平移范围与管壳体102内部的可用空间有关。多个准直区106的总的所需宽度和其间的配合材料长度一起定义了准直器103的总平移距离。

图5A和图5B每幅都描绘了根据本发明的实施例的示范性准直器。

在如在图5A中图示的实施例中，准直器是圆柱形形状并且具有中心轴AA。多个准直区(例如，多个狭缝110)位于沿着中心轴AA的相同位置处。例如，狭缝110包括在垂直于中心轴AA的同一平面中的对称轴。通过旋转准直器，包括在垂直于中心轴的同一平面中的对称轴的各个狭缝允许将选定的狭缝中的一个放置在X射线辐射射束的前面。

狭缝110的对称轴的方向是沿着准直器103的圆周。

图5A图示了根据该实施例的狭缝110的范例。例如，狭缝110的数量能够是五个。

更一般地，准直区106的数量取决于X射线束准直系统的范围。例如，对于低端X射线束准直系统，两个准直区可以用于提供用于准直的两种选择。

然而，为了满足大多数系统要求，五个准直区的数量是灵活性与实际使用之间的良好折衷。

准直区的数量越大，能从中选择的准直选择就越多。另一方面，准直区的数量越大，准直区的尺寸就越小，这意味着在穿过准直器103之后X射线束的尺寸就越小。

例如，CT准直需要扇形射束角在前视图中为50-60度。在五个准直区在圆形环状件内被规律地间隔开的情况下，如果所有五个狭缝的对称轴都是垂直于中心轴AA的同一平面，则扇形射束角为大约72度。

在如在图5B中图示的另一实施例中，多个准直区(例如，多个狭缝110)围绕轴AA延伸，并且被移位在沿着轴AA的不同位置处。例如，狭缝110包括在垂直于轴AA的不同平行平面处的对称轴。通过旋转和平移准直器，包括在垂直于中心轴的不同平行平面中的对称轴的各个狭缝允许将选定的狭缝中的一个放置在X射线束的前面。

图5B图示了根据该实施例的狭缝110的范例。

在系统的优选实施例中，准直器103的移动同时包括围绕轴AA的旋转和沿着轴AA的平移两者。在实际的实施例中，沿着狭缝110的狭缝的圆周的长度可以至少等于准直器103的圆周的一半长度。因此，沿着狭缝110的狭缝的圆周的长度足够长，以在被旋转到特定准直区时覆盖特定准直区。

在一些实施例中，销孔111在准直区中的至少一个的中心区域107处具有比准直区中的至少一个的边界区域108处更高的密度。

销孔的密度在中心区域107处比在边界区域108处更高，使得在中心区域107处对X射线束104的透明度比在边界区域108处对X射线束104的透明度更高。因此，在中心区域107处穿过销孔之后X射线束104的强度比在边界区域108处穿过销孔之后X射线束104的强度更高。

例如，在CT扫描中，X射线束朝向人体的一部分进行发射。人体在人体的中心区域处比在人体的边界区域处更厚。因此，有必要让X射线束强度在人体的中心区域处比在人体的边界区域处更重要。

在一些实施例中，在准直区中的至少一个中，槽109被布置为沿着横向于准直区中的至少一个的轴向方向的方向彼此平行，并且通过多个X射线吸收区域被彼此分开，槽111的宽度在准直区中的至少一个的中心区域112处比在准直区中的至少一个的边界区域113处更大。

槽的宽度在中心区域112处比在边界区域113处更大，使得在中心区域112处对X射线束104的透明度比在边界区域113处对X射线束104的透明度更高。因此，在中心区域112处穿过槽之后X射线束104的强度比在边界区域113处穿过槽之后X射线束104的强度更高。

在一些实施例中，在系统100中，准直器103是圆柱形的。

如在图3中图示的，准直器103是圆柱形的，或者换言之具有圆柱形形状，该圆柱形形状是与X射线管插件101和/或它安装在其中的管壳体102的部分相同的形状。在一些实施例中，系统100还可以包括用于控制准直器103的移动的致动器301(未示出)。

致动器301被连接到准直器103。准直器103的移动(包括沿着中心轴的旋转和沿着中心轴的平移)由致动器301来控制。

例如，致动器301对应于步进电动机或伺服电动机。

图6描绘了根据本发明的实施例的用于利用X射线束104扫描感兴趣目标201的装置200的示意设计。

装置200包括用于生成和准直X射线束104的系统，以及用于在X射线束已经穿过感兴趣目标201之后探测X射线束104的探测器202。装置200还能够包括用于基于指示由探测器202探测到的X射线束104的强度的信号来生成图像的处理器。

支撑物203用于支撑感兴趣目标201。支撑物203被放置在系统100与探测器202之间。控制台(未示出)连接到探测器202。控制台能够处理从探测器202接收到的信号，并且在显示器上可视化该信号。

在射束已经穿过感兴趣目标201和支撑物203之后，探测器202探测X射线辐射射束，并且相应地生成图像。所生成的图像被发送给控制台，并且随后被可视化在显示器上。

如上所述的实施例仅是图示性的，并不旨在限制本发明的技术方法。尽管参考优选实施例详细地描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，本发明的技术方法能够被修改或被等同地替换而不脱离本发明的技术方法的范围，只要它们落入本发明的权利要求的保护范围内。在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims

1.一种用于生成和准直X射线束(104)的系统(100)，包括：

X射线管插件(101)，其用于生成所述X射线束，所述X射线管插件(101)是真空管；

管壳体(102)，其用于容纳所述X射线管插件(101)，所述管壳体(102)由X射线吸收材料制作；以及

准直器(103)，其用于准直所述X射线束(104)；

其中，所述准直器(103)被布置在所述X射线管插件(101)与所述管壳体(102)之间，

其中，所述准直器(103)包括多个准直区(106)，并且其中，所述准直器(103)适于能相对于所述X射线管插件(101)移动，以便选择所述多个准直区(106)中的一个以用于准直所述X射线束，

其中，所述多个准直区(106)中的至少一个中的每个包括多个二元开口(109、111)，所述二元开口(109、111)在准直区的中心区域(107)中具有比在所述准直区的边界区域(108)处更高的密度。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述准直区(106)中的至少一个中的每个是完全无材料的开口。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个准直区(106)中的至少一个中的每个包括多个销孔(111)。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述销孔(111)在准直区的中心区域(107)中具有比在所述准直区的边界区域(108)处更高的密度。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个准直区(106)中的至少一个中的每个包括多个槽(109)。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述槽(109)的宽度在准直区的中心区域(112)处比在所述准直区的边界区域(113)处更大。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述准直器(103)适于围绕轴(AA)旋转，以便选择所述准直区中的一个以用于准直所述X射线束(104)，所述轴(AA)垂直于所述X射线束(104)的辐照方向。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述多个所述准直区(106)被移位在沿着所述轴(AA)的相同位置处。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述准直器(103)适于沿着所述X射线管插件(101)的轴(AA)平移，以便选择所述准直区中的一个以用于准直所述X射线束(104)，所述轴(AA)垂直于所述X射线束(104)的辐照方向。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述多个所述准直区(106)中的至少两个被移位在沿着所述轴(AA)的不同位置处。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述管插件(101)包括圆柱形部分，并且所述准直器(103)包括圆柱形部分并且被布置为包围所述管插件(101)的所述圆柱形部分。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述准直器(103)包括圆柱形部分，并且所述多个准直区被布置在所述准直器(103)的圆柱形部分的圆周表面处。

13.根据权利要求1所述的系统，还包括：

致动器(301)，其用于驱动所述准直器(103)的所述移动。

14.一种用于利用X射线束(104)扫描感兴趣目标(201)的装置(200)，所述装置(200)包括：

根据权利要求1至13中的任一项所述的用于生成和准直X射线束的系统；以及

探测器(202)，其用于在所述X射线束已经穿过所述感兴趣目标(201)之后探测所述X射线束(104)。