CN111031917B - X射线系统以及用于运行所述x射线系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种X射线系统(2)，所述X射线系统具有X射线源(4)，所述X射线源在运行中在多个X射线焦斑(8)处产生X射线辐射(10)，其中每个X射线焦斑(8)分别与准直器(12)相关联，所述准直器选择在相应的X射线焦斑(8)中产生的且指向共同的探测器(14)的X射线辐射(10)，其中准直器(12)关于其分别相关联的X射线焦斑(8)固定地设置，其中X射线源(4)实施为X射线管(6)，所述X射线管具有至少一个具有X射线焦斑(8)的阳极(22)，并且具有若干阴极(24)，或其中X射线源(4)具有多个X射线管(6)，所述多个X射线管的阳极(22)具有X射线焦斑(8)，并且其中准直器(12)设置在相应的X射线管(6)中。此外，本发明涉及一种用于运行这种X射线系统(2)的方法。

Description

X射线系统以及用于运行所述X射线系统的方法
技术领域
本发明涉及一种X射线系统，所述X射线系统具有X射线源，所述X射线源在运行中在多个X射线焦斑处产生X射线辐射，其中每个X射线焦斑分别与准直器相关联。本发明还涉及一种用于运行这种X射线系统的方法。
背景技术
在医学检查中使用X射线系统。在此，X射线辐射在X射线源的X射线焦斑中产生并且从那里发射。随后，X射线辐射穿透待检查的对象，其中X射线辐射的至少一部分由对象吸收，并且其中X射线辐射在尤其数字的探测器处产生X射线图像。如果从不同的空间角(投影角)记录对象的多个X射线图像(投影)，则能够借助于适合的算法从投影中创建对象的三维重建并且从中创建图像数据。有利地，能够以这种方式改进地区分和定位对象中的结构，所述结构例如由于其相对于彼此的位置在单个记录中得出仅比较模糊地表明的X射线图像。例如在乳房摄影术中借助于所谓的断层融合术(Tomosynthese)，与胸部的传统的二维的乳房X射线检查(乳房摄影术)相比较，肿瘤与处于其上或处于其下的组织有利地可更容易区分，因此避免错误诊断。
在断层融合术中，在对象的分别不同的投影角下在有限的角范围中记录对象的多个投影，所述角范围例如在10°至50°之间。为此，探测器、对象和X射线源的X射线焦斑的相互间的相对取向改变。例如，不仅探测器、而且X射线源以预设的方式相对于彼此运动。替选地，探测器位置固定地设置，并且仅仅X射线源运动，或X射线源位置固定地设置，并且仅仅探测器运动。
US 7,751,528公开另一可行方案，根据所述可行方案，X射线系统具有位置固定地设置的探测器并且X射线源不机械运动。在此，X射线源具有多个位置固定的X射线焦斑，所述X射线焦斑顺序地依次激活并且发出X射线辐射。X射线焦斑在位置方面分布成，使得产生适合于重建对象的投影。因此，X射线焦斑例如设置在与探测器平行的直线上。
在记录投影时，从所述或每个X射线焦斑发出的X射线辐射应借助于一个准直器或分别借助于一个准直器准直到探测器上。换言之，不指向探测器的X射线辐射应借助于准直器隐没。以这种方式，尤其在乳房摄影术中避免以不用于成像的X射线辐射曝光待检查的人员(患者)，并且减小患者的辐射负荷。
对于检查所需的时间应尽可能短。以这种方式，在记录投影时待检查的人员的运动模糊减小。此外，例如在乳房摄影术中缩短对于待检查的人员不舒适的或痛苦的检查。
例如，X射线源和/或准直器为了记录投影在检查期间移置，使得由于移置，比较多的不用于记录投影的时间流逝。因此，对于检查所需的时间比较长，使得运动模糊和/或待检查的人员的不舒适性比较大。
从WO 2014/116665 A2中已知适合于断层融合术的具有多个X射线焦斑的系统，在所述系统中，从X射线焦斑开始的X射线辐射借助于共同的准直器或借助于各一个准直器进行准直。在此，X射线源和/或一个准直器或多个准直器可移置地设置和构成，例如可转动或可移位，使得记录几何能够匹配于预设的检查。为此，必须对应地控制X射线源和一个准直器或多个准直器，并且所述系统必须具有对于移置适合的移置设备。
此外，从WO 2015/132593 A1中已知一种准直器，所述准直器具有带有多个孔的基底。在此，每个孔在一个端部处是截锥形的且在另一端部处是管形的，用于在X射线成像系统中使用。此外，准直器关于X射线源的二维设置和二维X射线传感器定向。
在WO 2017/130013 A1中公开一种具有发射器装置的系统，所述发射器装置具有用于产生X射线的多个发射器。在此，使用准直器，以便限制相应的发射器的发射角。为此，使用由紧密材料构成的板，在所述板中引入若干适合大小的孔。
从DE 10 2008 050 571 A1中已知一种断层融合设备，所述断层融合设备具有多焦点X射线源，所述多焦点X射线源具有多个X射线发射器，所述X射线发射器分别适合于产生X射线射束。在此，X射线发射器中的每个X射线发射器与准直仪相关联，所述准直仪处于X射线发射器的X射线焦点与探测器之间的射线路径中。
发明内容
本发明所基于的目的是，说明特别适合的X射线系统，在所述X射线系统中，检查持续时间尽可能短和/或所述X射线系统具有尽可能简单的构造。此外，应阐明用于运行这种X射线系统的适合的方法。
所述目的根据本发明通过一种X射线系统和一种用于运行X射线系统的方法来实现。有利的设计方案和改进方案是下面描述的主题。
X射线系统具有X射线源，所述X射线源在运行中在多个X射线焦斑处产生X射线辐射。在此，每个X射线焦斑与准直器相关联，所述准直器选择在相应的X射线焦斑中产生的且指向共同的探测器的辐射。换言之，由X射线焦斑发射的X射线辐射借助于分别相关联的准直器准直到对于所有X射线焦斑共同的探测器上。在此，准直器关于分别相关联的X射线焦斑固定地设置。换言之，X射线焦斑与准直器之间的相对位置是时间恒定的。
从X射线焦斑中的一个X射线焦斑发出的(发射的)X射线辐射以如下(投影)角穿透在X射线源的X射线焦斑与探测器之间设置的对象：所述角度例如关于探测器或优选地对象的取向确定。X射线辐射借助于探测器检测。以这种方式，(投影)X射线图像借助于探测器记录。为了三维重建进而为了从重建中创建图像数据，从对象记录至少两个不同的投影，优选地对应于X射线焦斑的数量的数量的不同投影。换言之，对于重建需要至少两个在不同投影角下记录的X射线图像。
在X射线系统的运行中，在X射线焦斑中产生X射线辐射。在此，X射线系统的X射线焦斑在X射线源中空间分布地设置。X射线焦斑尤其彼此间隔开地设置，也就是说X射线焦斑分别既不部分地、也不完全地遮盖。优选地，X射线源位置具有相同的大小，并且优选地，X射线焦斑规则地在一个线上或在一个面上设置。
例如，X射线焦斑沿着平行于探测器延伸的直线是等距的。替选地，X射线焦斑沿着圆弧部段设置，其中圆弧部段限定垂直于探测器设置的平面。在另一替选方案中，X射线焦斑矩阵形地，也就是说网格形地在平坦的或基本上球形的面上设置。由于规则的设置，尤其简化对象的三维重建。
由于X射线焦斑的空间分布，从不同的投影角记录对象的投影。与具有仅仅一个单独的X射线焦斑的X射线系统相比，以这种方式能够实现以不同的投影角记录投影，而X射线源从而X射线焦斑无需移置，例如移位或枢转。
探测器适合于，检测(探测)由X射线源发出的X射线辐射，也就是说探测器对于在对应于所发出的X射线辐射的波长范围中的电磁辐射是敏感的。探测器尤其为数字探测器，例如为用于X射线辐射的平板探测器(固体探测器)或为具有闪烁计数器和相机的探测器。
X射线源借助于控制装置尤其控制成，使得X射线辐射时间依次地、也就是说顺序地从对应的X射线焦斑发出。例如，同样借助于控制装置来操控探测器，使得借助于探测器记录投影与所述探测器被所发出的X射线辐射曝光同步地(同时地或时间关联地)进行。
准直器由尽可能有效地吸收X射线辐射的材料形成。例如，准直器由铅、钨或黄铜制造。此外，准直器成形为或几何构成为，使得从与准直器相关联的X射线焦斑发出的X射线辐射分别准直到探测器上或是分别准直到探测器上的。换言之，从X射线焦斑发出的X射线辐射的分别如下部分借助于准直器吸收，所述部分在不考虑X射线辐射与对象的相互作用的情况下不射到探测器上。符合目的地，准直器设置在相关联的X射线焦斑与探测器之间。只要待检查的对象处于X射线焦斑与探测器之间，则准直器设置在X射线焦斑与对象之间。
例如，准直器连通地、一件式地或一片式地实施。然而，根据一个优选的设计方案，准直器分别实施为独立部件。与连通的实施方案相比，以这种方式在安装准直器时有利地尤其能够实现个体化地校准各个准直器。
由于准直器关于相应的X射线焦斑的固定的设置并且如果探测器尤其在用于记录投影的检查持续时间期间关于X射线焦斑固定地设置，根据一个适合的设计方案能够实现，准直器分别具有仅仅一个从其朝向X射线焦斑的侧向其朝向探测器的侧连续的留空部，所述留空部在X射线系统运行中由X射线辐射不受阻挡地穿透。探测器尤其具有矩形的探测器面，使得留空部符合目的地截棱锥形地构成。因此，准直器不具有光圈或其他可移置的元件，因此有利地也不需要对于准直器的控制。换言之，准直器刚性地构成。总之，实现准直器的特别简单的构造。
由于X射线辐射准直到探测器上，对象、例如待检查的人员(患者)的身体部位仅仅由从X射线焦斑发出的X射线辐射的如下份额贯穿：所述份额贡献于借助于探测器记录投影。因此，待检查的人员的射束负荷特别小。此外，特别有利地由于准直器关于分别关联的X射线焦斑的固定的设置，用于记录投影的检查持续时间比较小。
本发明从以下思考出发：在具有仅仅一个X射线焦斑的X射线系统中，在检查对象时为了在不同的投影角下记录投影，不仅X射线源、而且准直器必须对应地移置。在具有多个X射线焦斑的X射线系统中，不需要为了记录投影而移置X射线源。然而，如果准直器关于分别关联的X射线焦斑不固定地设置，和/或如果并非每个X射线焦斑与自身的准直器相关联，则准直器分别为了将从X射线焦斑发出的X射线辐射准直到探测器上在检查期间移置。所述移置是比较时间密集的，其中尤其用于移置的时间(移置时间)与探测器的读出时间相比是比较长的。因此，以不同的投影角记录两个投影之间的时间基本上通过对于移置所需的时间确定。相反，如果准直器是固定的，则省去所述比较长的移置时间，因此检查持续时间有利地缩短。
此外，X射线源实施为具有阳极和具有若干阴极的X射线管。换言之，阳极和阴极由共同的真空罩在形成X射线管的情况下围绕。根据符合目的的实施方案，阴极的数量对应于X射线焦斑的数量，使得借助于阳极分别产生X射线焦斑。因此，X射线焦斑应理解为阳极的如下区域：在所述区域中，从对应的阴极发出的电子与阳极互相作用并且产生X射线辐射。替选地，X射线管具有多个阳极，所述阳极例如分别具有一个X射线焦斑或替选地分别具有多个X射线焦斑。
在一个替选的设计方案中，X射线源具有多个X射线管。在此，X射线管例如分别具有：具有一个X射线焦斑的一个阳极或替选地具有多个X射线焦斑的一个阳极或具有各一个X射线焦斑的多个阳极或具有多个X射线焦斑的多个阳极。
在所有情况下，X射线焦斑为了以不同的投影角记录投影以适合的方式空间分布地设置。
符合目的地，X射线源设置在X射线辐射器壳体中。X射线辐射器壳体覆盖X射线源以及例如X射线系统的电子装置。
为了例如在不具有可移置的元件的情况下能够实现分别相关联的准直器的关于X射线焦斑固定的设置进而准直器的比较简单的构造，探测器关于X射线焦斑至少在用于记录投影的检查持续时间期间必须固定地设置。附加地，相关联的X射线焦斑的准直器必须分别始终、也就是说在不移置所述准直器的情况下设置在如下空间区域之外：所述空间区域由另外的X射线焦斑的准直到探测器上的X射线辐射穿透。这在准直器比较靠近对应的X射线焦斑设置时能够实现。在此，分别得出准直器与设置有X射线焦斑的线或面的最大间距，在所述最大间距中，能够实现准直器关于相关联的X射线源点的固定的设置。所述X射线源点尤其与X射线焦斑距相邻的X射线焦斑的间距相关，与探测器的宽度相关以及与探测器距设置有X射线焦点的线或面的间距相关。
为此，准直器设置在X射线管中或在X射线源具有多个X射线管的设计方案中设置在相应的X射线管中。换言之，准直器设置在如下X射线管中：在所述X射线管中，设置有与准直器相关联的X射线焦斑。因此，准直器足够靠近分别相关联的X射线焦斑设置，也就是说准直器分别距设置有X射线焦斑的线或面具有比最大间距小的间距。因此，准直器关于相关联的X射线焦斑可有利地固定地设置和也是这样设置的。
总之，准直器必须设置成，使得准直器具有距所述线或所述面的如下间距：所述间距小于最大间距，以便能够实现关于X射线焦斑固定的设置。尤其，由于所述最大间距，准直器在相应的X射线管之内，即在所述或每个X射线管之内，从而在X射线辐射器壳体之内设置。
准直器设置在阳极处。在具有多个阳极的X射线源的实施方案中，准直器对应地设置在阳极处。因此，准直器具有距分别相关联的X射线焦斑的比较小的间距，使得准直器有利地固定地设置。
尤其，准直器借助于增材方法安置在阳极上。例如，准直器借助于3D打印方法打印到预定的部位处。替选地，准直器分别在其安装之前通过铣削或车削制造并且随后接合、如钎焊、熔焊、插接或材料配合地接合(粘接)到阳极的为其预定的部位上。
根据一个有利的实施方案，将根据上述变型方案中的一个变型方案构成的X射线系统在断层融合术中、尤其在乳房摄影术中用于产生图像数据。由于固定的准直器，如此构成的X射线系统具有比较简单的构造。此外，以有利的方式，对象、尤其患者的人类胸部的检查持续时间在借助于所述X射线系统的乳房摄影术的情况下是比较短的，因此通过患者造成的运动模糊减小和/或对于患者不舒适的或痛苦的检查缩短。
附图说明
以下根据附图详细阐述本发明的实施例。附图示出：
图1示意性示出X射线系统，所述X射线系统具有X射线源，所述X射线源具有多个X射线管，所述X射线管具有各一个X射线焦斑，其中从X射线焦斑发射的X射线辐射借助于与相应的X射线焦斑相关联的准直器准直到探测器上，并且其中X射线辐射以投影角穿透对象，
图2示意性示出X射线系统，所述X射线系统具有X射线源的替选的设计方案，其中X射线源实施为具有阳极的X射线管，所述阳极具有X射线焦斑并且是圆弧形的，并且其中准直器连通地构成并且设置在X射线管之内，
图3在贯穿X射线焦斑的横截面中示意性示出根据图2的X射线管的替选的实施方案，所述X射线管具有阴极并且具有准直器以及具有阳极，其中准直器接合到阳极上，
图4示出根据图3的X射线管的替选的设计方案，其中准直器接合到X射线管的真空罩上。
彼此对应的部件在所有图中设有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中示出具有X射线源4的X射线系统2，所述X射线源具有多个X射线管6，其中为了更好的概览而示例性地示出仅仅四个X射线管6。X射线管6在运行中借助于未进一步示出的控制装置顺序地、也就是说时间相继地激活，使得在一个时刻仅仅从一个在X射线管中设置的X射线焦斑8发出X射线辐射10(图3和图4)。
在此，从X射线焦斑8发出的X射线辐射10分别借助于准直器12准直到具有探测器宽度DB的探测器14上，所述探测器关于X射线焦斑8固定地设置。换言之，不指向探测器的X射线辐射10分别借助于与对应的X射线焦斑8相关联的准直器12隐没。
指向探测器14的X射线辐射10概括地作为射束15示出。总之，借助于准直器12选择从与所述准直器分别相关联的X射线焦斑8发射的指向探测器14的X射线辐射10。因此，X射线辐射10的不贡献于对象16的投影的份额由分别关联的准直器12吸收。
借助于X射线系统2在投影角α下创建多个投影，将所述投影用于对象16的三维重建并且用于从所述重建中借助于未进一步示出的评估单元获得图像数据。在此，投影角α通过相应的X射线焦斑8关于对象16的位置来确定。为了更好的概览，在此，绘制对应于X射线焦斑8的仅仅一个投影角α。
如在图1中示出，探测器14以及X射线源4固定地设置，使得投影角α的角范围因此受限。借助于从受限的角范围中记录的投影来三维重建对象16此外称作为断层融合术。总之，因此将X射线系统2在断层融合术中、尤其在乳房摄影术中用于从对象16的三维重建中产生图像数据。
X射线焦斑8等距地在与探测器14平行的且间隔开的直线L上设置，这是对于重建适合的设置。在此，X射线焦斑8距其分别相邻的X射线焦斑8具有间距DQ，并且直线L距探测器14具有间距D。
以有利的方式，准直器12固定地关于其分别相关联的X射线焦斑8设置。换言之，准直器12不可移置或不可运动。因此，准直器12分别设置在不被另外的X射线焦斑8的经准直的射束15穿透的区域中。以这种方式，准直器12关于其分别相关联的X射线焦斑8固定地设置，而在此不限制另外的X射线焦斑8的准直到探测器14上的射束15。为此，准直器与直线L的间距不得超过最大距离M。在此，最大间距M为：M＝D*DQ/(DB+DQ)。
由于准直器12的固定的设置，得出准直器12以及X射线系统2的简单的构造。准直器12分别具有仅仅一个留空部18，所述留空部从相应的准直器12的朝向相关联的X射线焦斑8的侧连续地延伸至相应的准直器12的朝向探测器14的侧。因此，准直器12不具有可移置的元件，例如可移置的光圈。换言之，准直器12刚性地构成。
总之，准直器12既不可移置，准直器12也不具有可移置的元件，使得既不需要用于准直器12或可移置的元件的移置设备，也不需要用于准直器或可移置的元件的对应的控制。此外，由此省去对于移置必需的时间，使得断层融合术的总持续时间缩短。
在图1中，准直器14在包括分别相关联的X射线焦斑8的X射线管6之内，从而设置成与直线L的间距不超过最大间距M。X射线源4从而X射线管6设置在共同的X射线辐射器壳体20中。在此，由X射线辐射器壳体20包括其他未示出的元件，例如电子装置。
图2示出具有X射线源4的一个替选的设计方案的X射线系统2。所述X射线源具有带有阳极22的唯一的X射线管6，在所述阳极上，在运行中顺序地借助于各一个相关联的阴极24(图3和图4)产生X射线焦斑8。在此，在其上设置有X射线焦斑8的线L是圆弧形的。此外，准直器12设置在X射线管6之内，其中准直器12连通地构成。换言之，准直器12构成为具有数量对应于X射线焦斑8的数量的留空部18的元件。准直器12固定地关于阳极22设置。在此，准直器12接合到未进一步示出的承载元件上。借助于所述承载元件，在其投入运行之前在安装X射线系统2时能够实现校准准直器12。
在图3中，在贯穿X射线焦斑8的横截面中以沿着线L的视线方向示出根据图2的X射线管6的一个替选的实施方案。在此，仅仅示出在截平面中设置的阴极24和在截平面中设置的准直器12。然而，在X射线管6中设置有数量对应于X射线焦斑8的数量的阴极24。在此，借助于阴极24分别产生X射线焦斑8。
为此，从阴极24中发射的电子26由于在阴极24与阳极22之间施加的高压UH朝向阳极22加速。所述电子随后在阳极22的X射线焦斑8中在产生X射线辐射10的情况下与阳极22互相作用。经准直的X射线辐射10的射束15向X射线管6之外穿透围绕X射线管6的真空罩30的对于X射线辐射10透明的窗28。
与根据图2的实施方案不同，准直器12集成到阳极22中。尤其，准直器12借助于增材方法、例如借助于3D打印方法安置在阳极22上。以这种方式，准直器12固定地关于其分别相关联的X射线焦斑8设置。
图4在横截面中示出X射线管6的一个替选的设计方案。类似于图3，X射线管具有阳极22以及阴极24，用于在对应的X射线焦斑8中产生X射线辐射10。在此，准直器12在X射线管6的内侧在窗28的区域中接合到X射线管6的真空罩30上。因此，准直器12固定地关于其相关联的X射线焦斑8设置。
在此，图3和图4的实施方案以类似的方式也适用于根据图1的X射线管6。因此，准直器12在相应的X射线管6之内在对应的阳极22处设置或在相应的X射线管6的内侧在X射线管的真空罩30处在真空罩30的窗28的区域中接合。
本发明不局限于上述实施例。更确切地说，由本领域技术人员从中也能够推导出本发明的其他变型方案，而不脱离本发明的主题。尤其，此外，所有结合实施例描述的单个特征也能够以其它方式彼此组合，而不脱离本发明的主题。

Claims (8)

1.一种X射线系统（2），所述X射线系统具有X射线源（4），所述X射线源在运行中在多个X射线焦斑（8）处产生X射线辐射（10），
- 其中每个X射线焦斑（8）分别与自身的准直器（12）相关联，所述准直器选择在相应的X射线焦斑（8）中产生的且指向共同的探测器（14）的X射线辐射（10），
- 其中所述准直器（12）关于其分别相关联的X射线焦斑（8）固定地设置，
- 其中所述X射线源（4）实施为X射线管（6），所述X射线管具有至少一个具有所述X射线焦斑（8）的阳极（22），并且具有若干阴极（24），或
- 其中所述X射线源（4）具有多个X射线管（6），所述多个X射线管的阳极（22）具有所述X射线焦斑（8），并且
- 其中所述准直器（12）设置在相应的X射线管（6）中，
其特征在于，
所述准直器（12）设置在相应的阳极（22）处，并且所述准直器（12）设置在所述X射线源（4）的真空内。
2.根据权利要求1所述的X射线系统（2），
其特征在于，
所述准直器（12）是刚性的。
3.根据权利要求1或2所述的X射线系统（2），
其特征在于，
阴极（24）的数量对应于所述X射线焦斑（8）的数量。
4.根据权利要求1或2所述的X射线系统（2），
其特征在于，
所述准直器（12）分别实施为独立构件。
5.根据权利要求3所述的X射线系统（2），
其特征在于，
所述准直器（12）分别实施为独立构件。
6.一种根据权利要求1至5中任一项所述的X射线系统（2）的应用，所述X射线系统用于在断层融合术中产生图像数据。
7.根据权利要求6所述的应用，
其中所述X射线系统用于在乳房摄影术中产生图像数据。
8.一种用于运行根据权利要求1至5中任一项所述的X射线系统（2）的方法，
- 其中相应的准直器（12）选择在相应的X射线焦斑（8）中产生的、指向对于所述X射线焦点（8）而言共同的探测器（14）的那部分X射线辐射（10）。
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