CN110234278A

CN110234278A - 计算机断层摄影装置

Info

Publication number: CN110234278A
Application number: CN201780083078.6A
Authority: CN
Inventors: Z·莫哈马迪
Original assignee: Espen Co Ltd
Current assignee: Espen Co Ltd
Priority date: 2016-11-12
Filing date: 2017-11-13
Publication date: 2019-09-13
Anticipated expiration: 2037-11-13
Also published as: ES2864132T3; EP3537978A2; EP3537978B1; CN110234278B; WO2018086744A3; DE102016013533A1; WO2018086744A2; US10849575B2; JP2020500090A; JP7105795B2; US20200187882A1

Abstract

本发明涉及一种用于伦琴射线成像的计算机断层摄影装置(1)，其具有最多可沿轴向方向(z)移动并且抗旋转的机架(2)。在机架(2)中多个伦琴射线发射器(3)和伦琴射线探测器(4)围绕几何中心轴线(z)固定地、分别相对置地并且沿中心轴线(z)方向彼此位错地设置。伦琴射线发射器(3)具有作为电子发射器的阴极(5)，这些阴极单独连接到发射器操控装置(25)上并且与一个共同的引出栅(26)共同作用，该引出栅设置在至少一个聚焦电极(27)上游。所述计算机断层摄影装置(1)与传统的、具有旋转或刚性设置的伦琴射线技术部件的计算机断层摄影装置相比特别简单且紧凑地构造。

Description

计算机断层摄影装置

技术领域

本发明涉及一种计算机断层摄影装置，在该计算机断层摄影装置中伦琴射线发射器不需要与用于伦琴射线成像的伦琴射线探测器同步进行旋转。此外，本发明还涉及一种用于运行这样的计算机断层摄影装置的方法。

背景技术

常见的计算机断层摄影装置的核心部件是机架(Gantry)。在机架壳体内至少一个伦琴射线管与直接相对置的、用于记录信号的探测器进行旋转。借助高压在伦琴射线管中产生成像的伦琴射线。所谓的伦琴射线发生器包含整个控制和监控装置。获得的测量数据(也称为原始数据)被集中传输给计算单元并且由计算单元直接在拍摄到可诊断图像之后进行重建。由于信息技术的快速发展，高性能计算机能够执行这种计算性能。在多排螺旋计算机断层摄影装置中可使用具有更快信号处理器的专用卡，以便在几秒钟内执行图像生成。

例如在文献DE 112014003207 T5、EP 1617764 B1、US 7,568,836 B2、WO 2006/015356 A2和WO 2007/117677 A2中公开了具有旋转的伦琴射线源和所属的探测器的计算机断层摄影装置。

DE 102013203541 A1公开了一种双源CT系统，其中两个射线束这样通过遮光物限定，使得所述射线束至少在受检对象中彼此没有交点。遮光物可一般地称为射线影响器件。包括遮光物的发射器探测器系统是双源CT系统的旋转部件。

EP 1324697 B1公开了一种CT扫描仪，其应提供与时间相关联的大面积覆盖。在这种情况下，设置三个可共同旋转的伦琴射线发射器-探测器组件，其中，不同伦琴射线源在旋转轴线方向上相对移动。

DE 2852968 A1公开了一种称为“用于产生拍摄对象的横向层图像的层设备”的断层摄影设备。该设备也包括三个可共同旋转的发射器-探测器组件，它们在其共同的旋转轴线方向上彼此位错地设置。

EP 0488888 B1公开了另一种断层摄影装置，其具有围绕断层摄影装置的纵向轴线旋转的部件。在此分别支承有一个伦琴射线源和一个二维传感器栅的两个托架同步旋转，使得托架始终在直径方向上相对置。

US 2015/0305697A1公开了一种断层摄影装置，其中发射器-探测器组件是刚性的，但滤波组件是可转动的。发射器组件包括多个伦琴射线源，它们设置成围绕待检查体积的环的形式。在此可存在大量、如1000个引出栅，它们分别分配给电子源。以这种方式应可从1000个不同方向进行伦琴射线拍摄，其中，各个引出栅可单独操控。与整体环形设置的引出栅的操控同步的是滤波组件、即射线影响器件组件，以便转动断层摄影装置的中心轴线。作为电子发射材料，US 2015/0305697 A1提出了碳纳米管或硅纳米管。

具有旋转机架或其它旋转部件、如滤波部件的计算机断层摄影装置具有明显的缺点。为了实现同样且几何精确的旋转，需要具有高空间要求的复杂机械装置。另外，即使在机架中存在多对相对置的伦琴射线源和探测器，机械旋转仍然引起相对慢的旋转速度并且因此更长的拍摄时间。这种装置不仅在制造方面而且由于机械装置的易受干扰性在维护方面也是非常昂贵的。

尤其要指出高能耗和巨大的空间需求使得这种计算机断层摄影装置的移动应用、例如在医疗车辆或野战医院中在技术上只能非常耗费地实现。

为了消除上述缺点，代替用于计算机断层摄影装置的旋转机架已经提出了伦琴射线发射器的固定串联布置。在这种计算机断层摄影装置中，伦琴射线发射器朝向待检查身体定向并且分别被单独地电操控。因此，伦琴射线发射器的顺序操控取代了迄今为止需要的伦琴射线管的旋转。例如在DE 102011076912 B4中也描述了一种可单独操控的伦琴射线发射器的串联布置。

对于具有固定设置的伦琴射线发射器的计算机断层摄影装置尤其是可使用构造为场发射伦琴射线管的伦琴射线发射器。这样的伦琴射线发射器例如具有包含碳纳米管的阴极。在US 7751528B2中提出了这种结构型式的固定式计算机断层摄影装置，其专门用于女性胸部的伦琴射线拍摄。

在这期间建立了用于借助计算机断层摄影进行医学诊断的伦琴射线成像。例如对于疑似中风或一般性头部损伤的患者，计算机断层摄影通常是首选并且因此也是最重要的方法。计算机断层摄影也已经在材料测试和例如可疑物体扫描方面证明是有效的。

发明内容

本发明所基于的任务是提供一种相对于现有技术进一步改进的计算机断层摄影装置，该计算机断层摄影装置一般适合用于伦琴射线成像并且也可用作例如医疗车辆或野战医院中的移动设备。

所述任务根据本发明通过具有权利要求1特征的计算机断层摄影装置来解决。所述任务也通过根据权利要求12的用于运行计算机断层摄影装置的方法来解决。下面本发明的结合运行方法说明的实施方式和优点也按意义地适用于装置、即计算机断层摄影装置，并且反之亦然。

所提出的用于伦琴射线成像的计算机断层摄影装置包括抗旋转的机架。在此该机架构成这样的组件，在该组件中多个伦琴射线发射器和多个伦琴射线探测器固定地围绕几何中心轴线、分别相对置地并且沿中心轴线方向彼此位错地设置。此外，为机架配置射线影响器件、即聚焦电极，它们也以固定的角度位置并且因此相对于伦琴射线发射器和伦琴射线探测器的固定位置设置在计算机断层摄影装置中。在此多个电子发射器、即阴极与一个共同的引出栅共同作用，所述阴极用于发射电子并因此在电子撞击到阳极上时最终产生伦琴射线。例如每8或24个阴极与一个共同的引出栅相配。在极端情况下，具有大量阴极的唯一的伦琴射线管仅具有一个唯一的引出栅。

相比于每个阴极与一个单独的引出栅(该引出栅能单独被操控)相配的伦琴射线技术设备(例如在US 2015/0305697A1中是这种情况)，在根据本发明的计算机断层摄影装置中设备费用大大减少。但计算机断层摄影装置可具有多个电子发射器和相应数量、尤其是大于100、例如介于200与400之间的伦琴射线发射器。此外，省去了部件、如发射器-探测器组件和/或滤波组件在计算机断层摄影装置运行期间置于旋转中的必要性。

伦琴射线发射器设置用于定向发射并且所属的伦琴射线探测器用于探测作为射线束的伦琴射线。这些射线束具有发射的伦琴射线的最大强度的方向，其中，该方向在下文中称为主发射方向。在所有非球射线源的伦琴射线源中形成这样的主发射方向。在所提出的计算机断层摄影装置中，射线束的几何形状可通过相关伦琴射线发射器的伦琴射线源的构造以及通过射线影响器件来调节。术语“射线影响器件”一般可涉及电子射线束和/或伦琴射线。除了聚焦电极、即用于影响电子射线束的器件之外，作用在伦琴射线上的遮光物和滤波器也属于术语“射线影响器件”的范畴。例如在所提出的计算机断层摄影装置中形成锥形或扇形形状的伦琴射线束。例如在所提出的计算机断层摄影装置中焦点形式的伦琴射线源在结构上构造为载体装置上的点源或线源或有限表面。

一方面伦琴射线发射器和另一方面伦琴射线探测器相对于计算机断层摄影装置的中心轴线彼此位错地设置，伴随与此地每个伦琴射线源的主发射方向以不同于90°的角与中心轴线相交。

在所提出的计算机断层摄影装置中，为了拍摄伦琴射线图像，顺序地电操控各一个伦琴射线发射器和一起电操控至少一个相对置的伦琴射线探测器。通过该过程替代伦琴射线源和探测器的机械旋转。在此受检对象位于伦琴射线发射器与伦琴射线探测器之间。

例如可通过顺序电操控依次相邻的伦琴射线发射器和一起电操控相对置的伦琴射线探测器来拍摄伦琴射线图像。伦琴射线发射器和所属的伦琴射线探测器也可以以任何其它顺序被运行，其中，该顺序也可在各个移动步骤内变化。待通过伦琴射线技术检查的横截面(ROI＝感兴趣区域)的确定区域的选择可通过仅电操控朝向感兴趣区域定向的那些伦琴射线发射器和伦琴射线探测器来实现。可借助计算机辅助方法(如断层合成或滤波反投影(FBP＝filtered back-projection))由如此获得的伦琴射线图像(其是投影图像)来生成受检对象的横截面视图和体积结构。

因此在投影时仅选择包含对计算机辅助成像重要的信息、即数据的单个拍摄区域。避免了人为伤害或分辨率低的区域。这大大缩短了计算机辅助成像所需的时间。因此，计算机辅助成像也可借助计算性能较低的计算机快速实施并且此外与使用单个探测器而不是多个伦琴射线探测器相比，可实现更好的图像分辨率。

因此，借助所提出的计算机断层摄影装置可在结构费用最少的同时在相对于现有技术更短的拍摄时间内拍摄高分辨率的伦琴射线图像。越多的伦琴射线发射器和伦琴射线探测器固定且彼此相对地设置在机架中，在整个感兴趣区域中可实现的图像分辨率就越高。

根据权利要求1所述的计算机断层摄影装置特别适合用于实施根据权利要求12所述的方法。该方法包括下述步骤：

-通过计算机断层摄影装置生成从不同投影方向拍摄的第一组投影图像，

-拍摄至少一组附加的投影图像，其中，投影方向至少部分相应于第一组投影图像的投影方向，

-确定在相应地至少两个从一致的投影方向拍摄的投影图像之间的一致程度，

-生成另外的投影图像，其中，所选投影方向的频率取决于从相关投影方向在相继的时刻拍摄的投影图像的一致程度。

受检对象可以包括待检查的身体、尤其是患者的身体部位以及其它物体、如位于检查体积中的手术器械。

通过使在投影拍摄中所选择的(相对于在机架内受操控的伦琴射线发射器的角位置的)角度调整的频率取决于从相应角度位置依次拍摄的投影图像所显示的变化的程度，可最大程度减少用于产生有意义的、也快速变化的截面图像所需的投影图像的数量。尤其是在相继的时刻从相应投影方向拍摄的投影图像之间的一致程度越低，就越频繁地从确定的投影方向完成投影拍摄。依次被操控的伦琴射线发射器之间的角度关系在此并非是固定预先设定的，而是通过在计算机断层摄影装置运行期间评估投影图像才产生。

通常，所提出的计算机断层摄影装置中的所有伦琴射线发射器的数量至少等于用于这种计算机辅助成像的投影数量。如果为一个伦琴射线发射器分配多个伦琴射线探测器，则可借助一个伦琴射线发射器产生多于一个的投影拍摄。

除了将单个伦琴射线发射器仅分配给一定数量的伦琴射线探测器之外，本发明还基于相应伦琴射线发射器和伦琴射线探测器沿中心轴线方向彼此位错地设置的基本构思。

借助这种设置可避免围绕轴向方向的死角。如果例如伦琴射线发射器和伦琴射线探测器围绕轴向方向分别以大于180°的弧度设置，则这仅在伦琴射线发射器和伦琴射线探测器彼此轴向位错时才能实现。只有在所提出的具有这种重要结构特征的计算机断层摄影装置中，伦琴射线发射器和伦琴射线探测器才能完全围绕轴向方向并且因此完全围绕规定的检查区域设置。因此，在所提出的具有这种结构特征的计算机断层摄影装置中特别有利的是可围绕轴向方向自由选择伦琴射线发射器和伦琴射线探测器的布置几何形状。

例如在所提出的计算机断层摄影装置的一类实施方式中，伦琴射线发射器圆形地围绕轴向方向设置并且伦琴射线探测器成角度地围绕轴向方向设置。如果所提出的计算机断层摄影装置例如设置用于检查人体胸部或用于工件的材料测试，则伦琴射线发射器或伦琴射线探测器不必完全包围中心轴线。

例如在所提出的计算机断层摄影装置中机架装配在设备基座上。适宜的是，用于电源和电子控制的装置以及计算机构建在设备基座中。在一种优选构造形式中，所提出的计算机断层摄影装置可特别简单地实现为可运送设备。

在选择具有平行于中心轴线的扇形平面的锥形或扇形的伦琴射线束并且伦琴射线探测器的伦琴射线吸收表面具有足够宽度时，借助所提出的具有位置固定机架的计算机断层摄影装置可在对象静止的情况下实现感兴趣区域成像。

下面说明所提出的计算机断层摄影装置的各种有利进一步改进方案。

在一种实施方式中，所提出的计算机断层摄影装置通过机架进一步改进，该机架可能沿中心轴线方向移动。在所提出的计算机断层摄影装置的该实施方式中，在拍摄伦琴射线图像期间机架和受检对象沿中心轴线方向彼此进行相对运动。为此机架例如装配在设备基座上的直导轨组件上，其中，所述直导轨组件平行于中心轴线。

借助该实施方式中提出的计算机断层摄影装置可在拍摄伦琴射线图像时通过机架的移动实现沿中心轴线方向至少30cm的覆盖宽度。在该进一步改进形式中所提出的计算机断层摄影装置因此特别适合用于人体头部或胸部的伦琴射线计算机断层摄影成像。

为了伦琴射线计算机断层摄影成像，机架可步进地(在替代实施方式中连续地)沿中心轴线方向在受检对象上方被引导。如上所述，在每一步中通过顺序电操控单个伦琴射线发射器和一起电操控至少一个相对置的伦琴射线探测器来拍摄伦琴射线图像。所有单步沿中心轴线z方向完全覆盖感兴趣区域。能够借助计算机辅助成像从如此获得的伦琴射线图像(其是投影图像)生成受检对象的横截面视图和体积结构。因此，在本实施方式中提出的计算机断层摄影装置中，感兴趣区域不仅可通过选择性操控伦琴射线发射器和伦琴射线探测器来选择，而且也可通过相应选择机架沿中心轴线方向的移动间隔来选择。

通过选择以具有扇形平面和垂直于伦琴射线探测器的伦琴射线吸收表面的主发射方向的扇形形式的伦琴射线扇形束，在所提出的计算机断层摄影装置的该实施方式中可特别有利地将受检对象的伦琴射线曝光限制在希望的感兴趣区域几何局部区域中。此外，可选择伦琴射线吸收表面宽度较小的伦琴射线探测器，其中，也显著降低了生产成本。随着每感兴趣区域长度的几何局部区域的数量沿中心轴线方向的增加，受检对象的由计算机辅助成像产生的横截面视图和体积结构的分辨率也增加。在该构造形式中所提出的计算机断层摄影装置作为整体优选构造为移动设备。

在一种优选进一步改进方案中，所提出的计算机断层摄影装置的伦琴射线发射器和伦琴射线探测器完全包围中心轴线。这具有以下优点：可以以同样高的质量对受检对象的任何区域(感兴趣区域)进行伦琴射线成像。

如果伦琴射线发射器和伦琴射线探测器围绕中心轴线形成圆，则由此附加地实现伦琴射线图像的特别均匀的分辨率。在该实施方式中，所提出的计算机断层摄影装置特别适合用于人体头部的伦琴射线成像。特别有利的是，也可在仅部分操控伦琴射线发射器的情况下在围绕轴向方向、即计算机断层摄影装置的纵向轴线的所有方向上自由选择感兴趣区域，且具有同样的高质量和高分辨率。

对于伦琴射线图像的高分辨率，并非强制性地需要单个伦琴射线发射器和单个探测器的圆形布置。在所提出的计算机断层摄影装置的另一种实施方式中，单个伦琴射线发射器或探测器围绕中心轴线设置成至少三个同样的、尤其是长度相等的排，其中，这些排形成一个正多边形。多伦琴射线发射器组件或多探测器组件所形成的多边形的边越多，伦琴射线图像的分辨率就越被改善。但随着排数的增加，生产耗费也增加。就伦琴射线图像的分辨率和生产耗费而言，对于多边形已证明最佳的是六边形或八边形或十边形。

以下说明所提出的计算机断层摄影装置的伦琴射线发射器和伦琴射线探测器的有利实施方式。

优选机架中的伦琴射线发射器具有用于场发射电子的阴极，其中，所述阴极包含碳纳米管。碳纳米管用作冷阴极以产生电子，所述电子随后被加速，以便撞击作为伦琴射线发射器的实际伦琴射线源的阳极。在所提出的计算机断层摄影装置的这种进一步改进方案中，伦琴射线发射器构造为场发射伦琴射线辐射器。通过电子地接通和关断单个阴极，在阳极上产生成像的伦琴射线。这种伦琴射线发射器能够设计得特别小并且能够安装在一个共同的载体上，该载体由一个唯一的真空管包围；这种组件是MBFEX管(MBFEX＝多束场发射X射线)，在该MBFEX管中又可实现更紧凑的构造形式。碳纳米管具有用于电子场发射的、小于2Vμm^-1的低场强阈值。因此，所提出的计算机断层摄影装置可借助仅具有较低功率的电源来运行。

碳纳米管通常称为纳米棒。代替碳纳米管或附加于碳纳米管，计算机断层摄影装置的电子发射器也可具有其它纳米棒。纳米棒可具有一致或不一致的组成并且可构造为中空体、即管或实心的。

例如纳米棒、尤其是纳米管可由金属氧化物制成。原则上由金属氧化物制成的金属纳米棒(以及在当前情况下无关的纳米线)例如由出版物“主题：无机纳米管和纳米线(Theme issue：inorganic nanotubes and nanowires”)，材料化学杂志(Journal ofMaterials Chemistry)，2009,19,826-827公开。在该出版物中还提到了TiO₂、ZnO和Al₂O₃以及作为可制造纳米管的材料。

纯的和掺杂形式的金属氧化物、如氧化钛、氧化锌或氧化锰适合用于制造根据本发明的计算机断层摄影装置中使用的电子发射器。制造纳米棒的或纳米棒中包含的其它材料、例如金属、硫化物、氮化物或碳化物也可以纯的或掺杂的形式存在。

如果电子发射器包含硫化物，则其例如可以是金属硫化物、尤其是二硫化钼。作为电子发射体的纳米棒可完全或部分地由其制成的氮化物尤其是可提到氮化硼、氮化铝、氮化碳和氮化镓。作为碳化物尤其是碳化硅适合用于制造纳米棒、尤其是纳米管。纳米棒、尤其是纳米管可由硅制成且可选地具有掺杂元素。

在电子发射体的制造范围内也可使用含有铈或镧的纳米棒。在这方面例如参加专利申请WO 2014/076693 A1。

由聚合物材料制成的棒状、可选的中空元件也是适合用作用于制造在电子发射器运行期间发射电子的纳米棒的初始产品。可由完全以聚合物材料制成的初始产品或由仅局部地、尤其是以涂层形式具有聚合物材料的初始产品来制造电子发射器的纳米棒。

在计算机断层摄影装置中，可存在相同或不同设计的电子发射器。所属的聚焦电极也可设计成在整个计算机断层摄影装置中相同或不同的。因此，存在四种组合电子发射器与聚焦电极的可能性：

-相同的发射器与相同的聚焦电极组合，

-相同的发射器与不同的聚焦电极组合，

-不同的发射器与相同的聚焦电极组合，

-不同的发射器与不同的聚焦电极组合。

不同的发射器在此可在其几何形状和/或材料方面彼此不同。发射器、尤其是以包含碳纳米管的发射器形式可以以同样高的质量制造。在DPMA提交的专利申请No.102016013279.5以及在要求优先权的、于2017年11月8日向EPA提交的PCT申请中公开了关于发射器制造可能的细节。这样的发射器的特点尤其是在于极低的老化效应。

也可使用分配器阴极，如其原则上例如由DE 102011076912 B4已知的那样。

由电子发射器发出的、通过引出栅的、受聚焦电极影响的电子射线束撞击到阳极上，该阳极在优选实施方式中构造为刚性的用液体冷却的阳极。在此冷却剂、尤其是以导电油的形式优选同心于长形地延伸的棒状或弯曲的阳极的中心轴线流过具有环形横截面的通道，该通道形成在阳极内。在该实施方式中在所述通道内居中地存在另一通道，冷却剂通过该通道导回。阳极因此具有冷冻指的形状和功能，引入的冷却剂在其端部转向。

阳极在计算机断层摄影装置运行期间被置于100kV数量级的高压上。除了阴极发射电流变化之外，阳极电压也可变化，其中，两个参数、即发射电流和阳极电压可非常快速地变化。通过将这两个可变参数发射电流和阳极电压相乘，可在同一检查期间实现计算机断层摄影装置的运行参数的多种不同设置。这不仅涉及发射的伦琴射线的频率，也涉及每脉冲发射的伦琴射线剂量。代替如原则上由开头提到的现有技术已知的双能CT设备，计算机断层摄影装置因此是多能计算机断层摄影装置。在检查受检对象期间例如发射的伦琴射线在参数波长和每脉冲剂量方面在至少100个级中变化。同时特别有利的是如下事实，伦琴射线探测器连同所属的评估技术与传统的双能设备相比可特别简单地设计，该传统的双能设备借助探测器进行涉及两种不同波长的测量。

机架中的伦琴射线探测器例如构造为光子计数探测器或用于伦琴射线的单个平板探测器或单个光电二极管、如直接的半导体探测器(SSD＝solid state detector固态探测器)。这允许特别简单地电操控伦琴射线探测器和一起电操控相应相配的伦琴射线发射器。

优选地，伦琴射线探测器具有用于探测伦琴射线的直接的半导体探测器。在此如果伦琴射线探测器例如构造为平板探测器，则这些伦琴射线信号被转换成用于伦琴射线吸收表面上的每个像素的电信号。从这些电信号可生成伦琴射线图像。借助这种伦琴射线探测器可实现非常高的伦琴射线图像分辨率。这种伦琴射线探测器也可特别简单地集成在一个共同的组件中，其中，该组件是探测器组件。

在所提出的伦琴射线计算机断层摄影装置的一种特别优选的构造形式中，MBFEX管中的伦琴射线发射器和机架中的探测器组件中的伦琴射线探测器固定设置。MBFEX管和探测器组件这样相对设计，使得每个伦琴射线发射器的每个阳极的主发射方向以不同于90°的角与中心轴线相交。因此，每个伦琴射线发射器和每个伦琴射线探测器沿计算机断层摄影装置的中心轴线方向彼此位错地设置。在该进一步改进方案中，所提出的计算机断层摄影装置可特别紧凑且稳定地实现。

通过使用高帧率和全分辨率的伦琴射线探测器可在不到20秒的时间内生成一整组类似于在标准CT中的高分辨率投影图像。借助所提出的计算机断层摄影装置可在几秒钟内实现高分辨率的完整伦琴射线图像拍摄，这尤其是在检查不安静的患者时尤为有利。

与已知的具有旋转设置的伦琴射线源和探测器的计算机断层摄影装置相比，在借助所提出的计算机断层摄影装置进行伦琴射线图像拍摄时基于原理避免了由运动部件引起的围绕轴线方向的焦点扩大。

所提出的计算机断层摄影装置、尤其是在其进一步改进方案中的特点在于非常紧凑且鲁棒的结构型式。特别有利的是，伦琴射线图像拍摄不需要将患者移动通过机架。

所提出的(尤其是具有包括含碳纳米管的冷阴极的伦琴射线发射器的)计算机断层摄影装置与目前市场上可获得的计算机断层摄影装置相比具有以下优点：

-减少针对患者的辐射剂量，

-提高成像设备的灵敏度和特异性，

-更高的性能，

-减少重量和占地面积，

-改善外科医生/医生的活动性，

-全面照顾有需要的患者，

-提高医疗服务提供商的质量或降低成本(尤其是医疗成像系统的购置和运营成本)。

所提出的计算机断层摄影装置的使用不限于医学诊断。所提出的计算机断层摄影装置例如也适合用于非生物体的伦琴射线成像、如用于工件测试或产品测试或用于检查密封容器的内容物。

附图说明

下面参考附图更详细地阐述所提出的计算机断层摄影装置，在附图中总结了多种实施例。在此：

图1以垂直于其机架2中心轴线z的横剖视图示出计算机断层摄影装置1；

图2以平行于其机架2中心轴线z的横剖视图示出计算机断层摄影装置1；

图3示意性示出计算机断层摄影装置1在伦琴射线发射器3和伦琴射线探测器4的布置方面的不同实施方式；

图4示出具有完全包围中心轴线z的伦琴射线发射器3和伦琴射线探测器4的计算机断层摄影装置1的两种实施方式；

图5示出具有示意性示出的电子多通道控制系统12的计算机断层摄影装置1；

图6以示意图示出计算机断层摄影装置1的MBFEX管9的特征以及所属的控制装置；

图7以相应于图3的视图示出计算机断层摄影装置1的伦琴射线发射器3和受检对象；

图8以两种不同的状态示出待借助根据图7的布置检查的对象；

图9以图表示出根据图6的计算机断层摄影装置1的参数发射电流和阳极电压的变化；

图10以图表示出在伦琴射线发射器3的三种不同设置下借助根据图6的计算机断层摄影装置1拍摄的探测器信号与受检对象的物理特性的关系。

具体实施方式

所提出的计算机断层摄影装置1的所有下面参照附图解释的实施例都具有抗旋转的机架2。在机架2中多个伦琴射线发射器3和伦琴射线探测器4固定地围绕几何中心轴线z、即不可旋转地围绕几何中心轴线z彼此相对置并且在中心轴线z的方向上彼此位错地设置。为了拍摄伦琴射线图像，在所有实施例中顺序地电操控各一个伦琴射线发射器3以及一起电操控相对置的伦琴射线探测器4。

伦琴射线发射器3在所有实施例中具有用于电子场发射的阴极5，以便产生电子，这些电子然后被加速，以便撞击作为相应伦琴射线发射器3的实际伦琴射线源的阳极6。伦琴射线发射器3的阴极5包含碳纳米管。因此伦琴射线发射器3构造为单个场发射伦琴射线辐射器。伦琴射线发射器3固定安装在一个共同的载体上并构建在真空管7中。在真空管7中设有伦琴射线窗口8，所产生的伦琴射线可经由这些伦琴射线窗口8排出。因此伦琴射线发射器3的这种布置结构相应于MBFEX管9。

伦琴射线探测器4在所有实施例中构造为平板探测器，所述平板探测器具有用于探测伦琴射线的直接的半导体探测器。伦琴射线探测器4固定设置在探测器组件10中。

在所提出的计算机断层摄影装置1的所有实施例中，相应MBFEX管9和探测器组件10以这样的方式相对于彼此固定设置在机架2中，使得每个伦琴射线发射器3的每个阳极6的主发射方向e以不同于90°的角与中心轴线z相交。

所提出的计算机断层摄影装置1的所有实施方式作为可运送设备用于患者身体部位、尤其是头部和胸部的伦琴射线计算机断层摄影成像。在拍摄人体肢体或人体头部或人体胸部的伦琴射线图像时，该人体肢体或人体头部或人体胸部位于在伦琴射线发射器3与伦琴射线探测器4之间，优选位于中心轴线z附近区域中。

在所有实施例中，机架2装配在设备基座11上。在设备基座11中构建有电子多通道控制系统12，其中，该电子多通道控制系统12用于控制计算机断层摄影装置1、伦琴射线发射器3和伦琴射线探测器4、用于采集用于伦琴射线成像的数据和由此计算机辅助成像、用于数据存储以及数据输出和伦琴射线图像输出。

图1以垂直于其机架2中心轴线z的横剖视图中示出计算机断层摄影装置1的第一种实施例，其中示出MBFEX管9中的伦琴射线发射器3。伦琴射线发射器3圆形地完全包围中心轴线z地设置，与此相应地MBFEX管9也构造成圆形的。伦琴射线发射器3的阴极5和阳极6以及真空管7在图1中不可见。伦琴射线探测器4在图1中也不可见并且构建在探测器组件10中，其中，在本实施例中探测器组件10也设计成圆形地完全包围中心轴线z。几何中心轴线z在本实施例中延伸穿过MBFEX管9和探测器组件10的两个圆心或者说由伦琴射线发射器3和伦琴射线探测器4构成的相应布置结构的两个圆心，从而在本实施例中两个圆心以其位置定义中心轴线z的延伸。

在本实施例中，这样设计每个伦琴射线发射器3的阳极6，使得它们分别产生一个伦琴射线扇形束13，该伦琴射线扇形束具有扇形平面和垂直于相应伦琴射线探测器4的伦琴射线吸收表面的主发射方向e。

因此，在本实施例中，每个感兴趣区域能在机架2内部区域中围绕中心轴线z完全、均匀且具有高分辨率地成像，同时受检对象的伦琴射线曝光相对较低，如这借助于发射的伦琴射线的针对个别伦琴射线发射器3所绘的伦琴射线扇形束13绘制地阐明的那样。本实施例中提出的计算机断层摄影装置、尤其是机架2的特点是特别紧凑的构造形式。

本实施例中的计算机断层摄影装置1的设备基座11包括：具有两个枢转点15和一个锁止装置16的保持装置14、移动装置17、升降装置18和在可锁定滚轮20上的壳体19。机架2在保持装置14的枢转点15中可枢转地装配在设备基座11上并且可通过锁止装置16锁止。保持装置14安装在移动装置17上，其中，该移动装置17设置用于使机架2沿中心轴线z方向移动。安装在壳体19上的升降装置18在人体头部伦琴射线成像的情况下设置用于在伦琴射线计算机断层摄影图像拍摄开始之前对机架2进行高度调节。在壳体19中构建有电子多通道控制系统12。在机架2上装配有屏幕21，该屏幕设置用于操作多通道控制系统12并且显示计算机断层摄像产生的伦琴射线图像。计算机断层摄影装置1在本实施例中设计为移动设备并且能在可锁定滚轮20上移动至任何希望的检查地点。

移动装置17具有直导轨组件和电动机。直导轨平行于中心轴线z。机架2在导轨上可借助电动机沿中心轴线z方向移动。在图1中导轨和电动机不可见。在所提出的计算机断层摄影装置1的这种实施方式中，在拍摄例如人体头部伦琴射线图像时，机架2和受检对象沿中心轴线z方向相对于彼此移动。为了伦琴射线计算机断层摄影成像，机架2步进地沿中心轴线z方向在受检对象上方被引导。在每一步中通过顺序地电操控各个伦琴射线发射器3以及一起电操控至少一个相对置的伦琴射线探测器4来拍摄伦琴射线图像。在这里，所有单步沿中心轴线z方向完全覆盖感兴趣区域。因此在本实施方式中在拍摄伦琴射线图像时沿中心轴线z方向能实现30cm的覆盖宽度。在这种借助机架2的步进移动的伦琴射线图像拍摄中，机架2通过锁止装置16锁止。

为了人体胸部的伦琴射线计算机断层摄影图像拍摄，锁止装置16被释放并且机架相对于图1中的显示而枢转90°并且移动装置17被锁止。这相应于中心轴线枢转90°。因此可借助升降装置18使机架2沿中心轴线z方向移动。例如可以通过如下方式进行人体胸部的伦琴射线计算机断层摄影图像拍摄：患者躺在具有空隙的检查床上，其中，患者的胸部位于检查床的空隙中并且被放置在伦琴射线发射器3与伦琴射线探测器4之间。

图2示出与图1中相同的实施例，其中，以平行于其机架2中心轴线z的横剖视图示出计算机断层摄影装置1。在图2中示例性示出利用阴极5产生的电子射线束22在阳极6上的投影以及所产生的伦琴射线的主发射方向e的延伸。图2未按比例绘制。在图2中具有两个枢转点15的保持装置14不可见。

图3以在伦琴射线发射器3和伦琴射线探测器4的布置方面的不同实施方式示意性示出计算机断层摄影装置1。在此，相应的MBFEX管9和探测器组件10的几何形状相应于伦琴射线发射器3和伦琴射线探测器4的相应的布置几何形状。如从各图可以看出那样，MBFEX管9可以具有圆弧形弯曲的、直线的或折弯的形状。探测器组件10也可以是圆弧形弯曲的。在图3中的象形图示中分别仅以线的形式示出的探测器组件10也可具有单次或多次折弯的形状。在未示出的、本身已知的方式中探测器组件10也可以是完全平坦的。

图4示出计算机断层摄影装置1的两种实施例，其中分别示出MBFEX管9。在第一种实施例中(图4左上和右上)，伦琴射线发射器3在MBFEX管9中圆形地围绕中心轴线z设置。在第二种实施例中(图4左下和右下)，伦琴射线发射器3在MBFEX管9中由六个同样的排23形成一个正六边形，在每一排23上分别设置有六个伦琴射线发射器3。这两种实施例的相应机架2所属的探测器组件10在图4中不可见，但探测器组件10具有与相应MBFEX管9相同的几何形状，其中，伦琴射线探测器4的布置几何形状相应于伦琴射线发射器3的布置几何形状。

图5示出计算机断层摄影装置1的一种实施例，其中示意性示出电子多通道控制系统12。该电子多通道控制系统12设置用于在脉冲运行模式中操作每个伦琴射线发射器，其中，多通道控制系统12具有高频高压阳极电源以及用于电流测量的在伦琴射线与电子控制系统之间的快速反馈回路，以便能实现从伦琴射线发射器3到伦琴射线发射器3的精确且保持不变的计量控制(mAs)。重建算法基于滤波反投影，并且可选择利用迭代重建算法的优点来减少每次拍摄的视图的数量并自动减少每次拍摄对患者的曝光剂量。

在根据图5的实施例中，机架2具有128个伦琴射线发射器3和大量伦琴射线探测器4。因此，在本实施例中能产生128个投影。在MBFEX管9中由八个同样的伦琴射线发射器排23形成一个正八边形，其中，在每一排23上分别设置16个伦琴射线发射器3。包括伦琴射线探测器4的探测器组件10也由八个同样的排23形成一个正八边形，其中，在每一排23上也分别设置相同数量的伦琴射线探测器4。伦琴射线发射器3和伦琴射线探测器4在图5中不可见。

下面参照图6说明根据图1的计算机断层摄影装置1的MBFEX管9的细节。

在真空管7内可见多个阴极5、即电子发射器，它们在其几何形状方面彼此不同并且设置在一个共同的印刷电路板24上。每个阴极5连接到单独的发射器操控装置25上。各个发射器操控装置25集成在电子多通道控制系统12中并且允许单独操控阴极5。阴极5在负电位下运行。

由阴极5发出的电子射线束22借助引出栅26被发射，其中，一个共同的引出栅26与多个阴极5共同作用。引出栅26如图6所示那样通过电子多通道控制系统12接地。

与此不同，聚焦电极27(其通常称为射线影响器件)通过MBFEX管9的以附图标记28表示的管壳接地。引出栅26与聚焦电极27无关的分开的接地在伦琴射线发射器3的运行稳定性方面具有优势。在借助发射器操控装置25施加到阴极5上的电压与发射电流之间存在近似指数关系。这意味着：以电子射线束22形式存在的电流非常敏感地对施加到阴极5上的发射器电压的增加作出反应。如果发射电流处于过高的范围中，则电子射线束22产生由阳极6上的焦点发出的离子轰击，其作用在引出栅26上。即使聚焦电极27接地，聚焦电极27的电位也因此短暂地到达正的范围中。通过将引出栅26的接地与聚焦电极27的接地解耦，可有效地抑制对引出栅26进一步起反作用，该反作用将导致发射电流突然的大幅增加。

与图6所示的具有无源聚焦电极27的实施例不同，伦琴射线发射器3也可借助有源聚焦电极27运行。在任何情况下，这样设计电子射线束22的聚焦，使得在多个彼此正交的方向上产生聚焦效果。

电子射线束22撞击其上的阳极6设计为非旋转的油冷阳极。在此冷却剂、即导电油通过外部通道29流入阳极6并且通过内部通道30流出阳极6。通道29、30同心地设置在阳极6中。通道29、30以未示出的方式穿过MBFEX管9的管壳28。如果阳极6整体上具有直棍状的形状，则其也在不同的实施方式中设计为旋转阳极，其中，阳极的中心轴线在这种情况下也是旋转轴线。

阳极6连接到阳极操控装置31上，其不仅确保阳极6的供电而且还提供阳极电流值。该值被传输到根据图6单独构造的电子多通道控制系统12，从而形成闭合的控制回路，借助该闭合的控制回路实现了伦琴射线发射器3的基于电流的电流调节。在该控制中也考虑通过引出栅26以及通过聚焦电极27流出的电流。

图7简要示出受检对象32相对于MBFEX管9的一种可能位置。受检对象32具有不同的体积区域33、34、35。伦琴射线吸收材料在体积区域33、34、35内的分布是可变的，如图8所示那样。在图8中通过箭头示出可能的投影方向，沿该投影方向可拍摄受检对象32的投影图像。

在图8左侧示出受检对象32的第一状态并且在右侧示出第二状态。由象征性视图可见，在左侧所示状态中致密材料、即强烈吸收伦琴射线的材料位于体积区域34和35中。而这种材料在受检对象32的第二状态中仅分布在体积区域33和35中。在其余部分，受检对象32基本上不含伦琴射线吸收材料。

如果基于根据图7和图8的布置以垂直投影方向生成受检对象32的投影图像，则不能识别从第一状态到第二状态的变化。而这种变化在水平投影方向上全面地可见。这种情况在计算机断层摄影装置1运行时通过如下方式被考虑：在操控不同阴极5的过程中更频繁地激活可特别清楚地表明受检对象32的变化的阴极5。在此在对受检对象32进行持续拍摄期间基于持续进行的图像分析自动选择阴极5。

图9示出施加到阳极6上的阳极电压U_A以及由阴极5发出的发射器电流I_E的变化可能性。在图9中涉及伦琴射线发射器3的脉冲运行的时间刻度以通常的方式用t表示并且不仅适用于阳极电压U_A而且也适用于发射器电流I_E。在所示情况下，对于总共四个脉冲，阳极电压UA是100kV、80kV、140kV和60kV并且发射器电流I_E是1A、0.5A、2A和0.8A。阳极电压U_A和发射器电流I_E的非常快速的变化能实现对受检对象32的多能拍摄。

在图10的情况下，受检对象32具有四个不同体积区域33、34、35、36，其密度增加。借助伦琴射线探测器3采集到的探测器信号以DS表示。所述探测信号提供关于伦琴射线吸收的信息，该伦琴射线通常以亨氏单位表示。根据图10，借助发射的伦琴射线的三种不同能量设定来完成伦琴射线拍摄。在这三种情况的每一种情况中，可特别清楚地看到受检对象32的另一轮廓，如在图10中示出的参照一个共同位置轴(Ortsachse)的三个图表所显示的。因此，总的来说能借助计算机断层摄影装置1生成非常高质量的伦琴射线拍摄。

附图标记列表

1 计算机断层摄影装置

2 机架

3 伦琴射线发射器

4 伦琴射线探测器

5 阴极

6 阳极

7 真空管

8 伦琴射线窗口

9 MBFEX管

10 探测器组件

11 设备基座

12 电子多通道控制系统

13 伦琴射线扇形束

14 保持装置

15 枢转点

16 锁止装置

17 移动装置

18 升降装置

19 壳体

20 滚轮

21 屏幕

22 电子射线束

23 排

24 印刷电路板

25 发射器操控装置

26 引出栅

27 聚焦电极

28 管壳

29 外部通道

30 内部通道

31 阳极操控装置

32 受检对象

33 体积区域

34 体积区域

35 体积区域

36 体积区域

DS 探测器信号

e 主要发射方向

I_E 发射器电流

U_A 阳极电压

z 中心轴线

Claims

1.一种用于伦琴射线成像的计算机断层摄影装置(1)，该计算机断层摄影装置具有抗旋转的机架(2)，在该机架中多个伦琴射线发射器(3)、射线影响器件(27)和伦琴射线探测器(4)刚性设置地围绕几何中心轴线(z)分布，其中，伦琴射线发射器(3)和伦琴射线探测器(4)分别相对置地并且沿中心轴线(z)方向彼此位错地设置，并且伦琴射线发射器(3)具有作为电子发射器的阴极(5)，这些阴极单独与发射器操控装置(25)连接并且与一个共同的引出栅(26)共同作用，该引出栅设置在至少一个作为射线影响器件的聚焦电极(27)上游。

2.根据权利要求1所述的计算机断层摄影装置(1)，其特征在于，所述机架(2)仅能沿中心轴线(z)方向移动。

3.根据权利要求1或2所述的计算机断层摄影装置(1)，其特征在于，所述伦琴射线发射器(3)和伦琴射线探测器(4)完全包围中心轴线(z)。

4.根据权利要求3所述的计算机断层摄影装置(1)，其特征在于，所述伦琴射线发射器(3)和伦琴射线探测器(4)设置在圆周上。

5.根据权利要求3所述的计算机断层摄影装置(1)，其特征在于，所述伦琴射线发射器(3)和伦琴射线探测器(4)设置在至少三个长度相等的排(23)中，其中，这些排(23)形成一个正多边形。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的计算机断层摄影装置(1)，其特征在于，所述伦琴射线发射器(3)具有包含纳米棒的阴极(5)，以用于场发射电子。

7.根据权利要求6所述的计算机断层摄影装置(1)，其特征在于，所述伦琴射线发射器(3)包含作为纳米棒的碳纳米管。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的计算机断层摄影装置(1)，其特征在于，所述伦琴射线探测器(4)具有直接的半导体探测器以用于探测伦琴射线。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的计算机断层摄影装置(1)，其特征在于，为至少八个阴极(5)分配一个共同的引出栅(26)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的计算机断层摄影装置(1)，其特征在于，所述计算机断层摄影装置包括至少两种不同的阴极(5)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的计算机断层摄影装置(1)，其特征在于，所述计算机断层摄影装置具有刚性的用液体冷却的阳极(6)。

12.一种用于运行计算机断层摄影装置(1)的方法，该计算机断层摄影装置具有抗旋转的机架(2)，在该机架中刚性地设置有多个伦琴射线发射器(3)、射线影响器件(27)和伦琴射线探测器(4)，其中，伦琴射线发射器(3)包括多个与一个共同的阳极(6)共同作用的电子发射器(5)并且由变化的受检对象(32)的投影图像生成截面图像，所述方法具有下述特征：

-生成从不同投影方向拍摄的第一组投影图像，

-确定在相应至少两个从一致的投影方向拍摄的投影图像之间的一致程度，

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在相继的时刻从相应投影方向拍摄的投影图像之间的一致程度越低，就越频繁地从确定的投影方向完成投影拍摄。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，在相继的伦琴射线脉冲中不仅电子发射器(5)的发射电流(I_E)而且阳极电压(U_A)都变化。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在检查受检对象(32)期间，发射的伦琴射线在涉及参数波长和每脉冲剂量方面在至少100个级中变化。