CN1851832A - 用于扫描对象的x射线装置的光阑装置及用于其的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于为扫描对象(2)而设置的X射线装置的光阑装置，其至少具有两个光阑(3，4)，其中对扫描的至少一个片段(7；9)用第一光阑(3)调节的射线束可借助第二光阑(4)至少部分地动态遮蔽。通过两个相互独立实施的光阑(3，4)，可以很高的调节精度精确照射检测器(13)的测量区域，还可以高调节速度遮蔽不需要用于再现的射线束(10)和减小对象(2)的辐射负担。

Description

用于扫描对象的X射线装置的光阑装置及用于其的方法

技术领域

本发明涉及一种用于为扫描对象而设置的X射线装置的光阑装置以及针对这样的光阑装置的方法。

背景技术

DE10242920A1公开了一种光阑装置，可用于在用X射线装置(例如计算机断层造影设备)扫描对象时避免不必要的射线负担，其中，将射线束以非常精确的方式调整到检测器的测量区域上。该光阑装置包括具有两个辐射器侧的吸收元件的光阑，用于调整从X射线辐射器射出的射线束。该光阑这样构成，在开始检查之前以很高的调节精度定位两个吸收元件。

在对对象的螺旋形扫描中，拍摄系统围绕计算机断层造影设备的系统轴旋转，同时对象相对于拍摄系统在系统轴方向上移动。为了再现有效立体内的图像，需使在系统轴方向上辐射的扫描区域大于有效立体。该大于有效立体的扫描区域主要取决于用于再现图像的算法，其由在用于再现的扫描的预运转或再运转期间所必须进行的额外需要的旋转次数或一次旋转的额外需要的部分给出。但在预运转和再运转期间通过扫描获得的信息只有一部分在事后用于再现，从而在扫描的这段时间内对象被置于不必要的辐射负担下。

虽然随着检测器在系统轴方向上空间覆盖的增大用于扫描有效立体的拍摄系统的旋转次数减少，但对于完整再现有效立体所需的在预运转和再运转期间螺旋扫描的旋转次数却不受检测器空间覆盖的影响。因此通过扫描的预运转和再运转的旋转比重与整个扫描所需要的旋转相比上升了，同时由此减小了剂量效率，也就是实际用于再现的辐射部分。

例如对于具有Z＝16行、行宽度为B＝0.75mm的检测器并包括一个X射线辐射器的计算机断层造影设备，其X射线辐射器用由光阑装置调节的射线束计算机断层造影设备的系统轴方向上照射12mm宽的测量区域，以及在待扫描的有效立体为L＝200mm、所调节的间距(Pitch)P＝1、在扫描的预运转和再运转期间每一次再现所需的完全扫描的情况下，通过预运转和再运转的扫描与扫描区域的整个扫描相比的比重总共为12％。只有大约一半的在预运转和再运转期间施加的辐射才用于再现图像，因此患者的辐射负担大约占所有施加的辐射剂量的6％。

在采用Z＝128行、行宽度为B＝0.6mm的检测器时，预运转和再运转占整个扫描的比重甚至提高到大约77％，从而患者的额外辐射负担被提高到占施加的总射线剂量的39％。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于为扫描对象设置的X射线装置的光阑装置以及用于这样的光阑装置的方法，利用它们可以用减小了的辐射负担扫描对象立体。

本发明基于以下认知：如果用光阑装置既可以非常精确地调节用于照射检测器的测量区域的射线束，又可以动态遮蔽不需要的X射线部分，则可以减小对象的辐射负担。

在将射线束调节到检测器的测量区域上以及在动态遮蔽不需要的射线束部分时，需要满足两个非常不同的要求。将射线束调节到检测器的测量区域上一方面必须非常精确地利用几微米的光阑调节精度来进行，这种高要求说明光阑的很小位置误差就可以通过很大的成像比例引起射线束的较大移动。另一方面还需要用很高的速度动态遮蔽一部分射线束。

由于对光阑的非常不同的要求所需的对射线束的精确且同时快速的调节用公知装置只能非常不充分地同时实现。对其中一个要求的优化只能以牺牲剩下的要求为代价。光阑装置在可以快速遮蔽射线束的情况下，对于将射线束快速调节到检测器的测量区域上会具有太大的容差，或者在可以精确调节的情况下，对于动态遮蔽射线束就具有太高的惯性。因此一般这样运行光阑装置，使得在不确定的情况下照射比再现所需区域更大的对象区域，由此保证无伪影地再现图像。但在这种情况下对象被置于增大了的辐射负担下。

本发明还基于以下认知：如果将射线束调节到检测器的测量区域上与动态遮蔽不需要的射线束部分是分开执行的，则可以在对象的辐射负担尽可能小的同时采集再现无伪影的图像所需要的投影。

因此根据本发明的光阑装置至少具有两个光阑，其中针对扫描对象的至少一段来说用第一光阑调节的射线束可借助第二光阑至少部分地动态遮蔽。

因此，射线束的调节和动态遮蔽可以用两个不同的光阑分开进行，从而可以以很小辐射负担同时满足对扫描对象的不同的要求。第一光阑用于将射线束精确地调节到检测器的测量区域上，第二光阑可以动态遮蔽射线束。每个光阑都可以通过这种分开以可靠而又简单的方式与配属于其的功能相匹配。光阑在此优选这样实施，射线束的调节通过第一光阑以很高的调节精度进行，动态遮蔽通过第二光阑以很高的调节速度进行。

在动态遮蔽射线束时，优选剩下的射线束基本上只照射对象的可用于再现图像的区域，从而避免了对象的不必要的辐射负担。

优选其中要动态遮蔽射线束的扫描片段对应于例如以螺旋扫描的形式对对象的预扫描。同样，当然还可以考虑使该扫描段优选对应于对对象的再扫描。通过在一个螺旋扫描的预运转和再运转时动态遮蔽不必要的射线束部分，可以如开始提到的那样以很大的程度减小对象的辐射负担。

在本发明的优选实施方式中，动态遮蔽根据在X射线装置的系统轴方向上的扫描位置来进行。但还可以考虑根据拍摄系统的旋转角或根据扫描时间来控制遮蔽。

在优选实施方式中，第二光阑与第一光阑相比更为靠近射线束的焦点。由于射线束的扇形几何形状，第二光阑的更靠近射线焦点的定位因此是有利的，因为由此提高了移动第二光阑和与此相关联的射线束的变化之间的转换比例。当然还可以考虑光阑位置的相反顺序。

在本发明的优选变形中，光阑装置的两个光阑平行可调节地设置，使得可以与状况关联地将光阑装置与X射线装置的拍摄系统的射线几何形状相匹配。与射线几何形状的匹配例如在由于热负担而使辐射器的焦点移动的情况下是必需的。

附图说明

附图中示出本发明的实施例以及其它优选实施方式。其中：

图1以部分透视图的方式示出具有包括两个光阑的本发明光阑装置的计算机断层造影设备，

图2以垂直于系统轴的两维投影图的形式示出预运转、对有效立体的扫描和再运转期间的螺旋形扫描，

图3以详细侧视图示出图1中的光阑装置，

图4示出两个光阑的光阑元件在预运转、对有效立体的扫描和再运转期间相对于支架的移动位置，

图5示出两个光阑在预运转、对有效立体的扫描和再运转期间相对于支架的移动位置，其中第二光阑是分瓣光阑，

图6示出两个光阑的平行移动。

具体实施方式

在图1中以部分框图部分透视图的形式示出X射线装置，在此是计算机断层造影设备。其拍摄系统包括例如X射线管形式的辐射器15和构成为平面阵列的检测器13，辐射器15包括接近源的光阑装置1。该检测器阵列在此包括多个排列成行和列的检测器元件14，其中只有一个检测器元件具有附图标记。

辐射器15和检测器13在未显式示出、称为支架的旋转框架上相对设置，使得在计算机断层造影设备运行时从辐射器15的焦点射出的、并通过光阑装置1调节的扇形射线束10到达检测器13。检测器元件14分别产生与穿过测量区域的射线的衰减有关的衰减值，下面将该衰减值称为测量值。将射线转换为测量值例如借助与闪烁器光耦合的光电二极管或借助直接转换的半导体进行。检测器13的一组测量值称为“投影”。

旋转框架可以利用未示出的由控制单元18控制的驱动装置在示出的方向上围绕系统轴11旋转。通过这种方式可以从不同的投影方向对设置在拍摄系统的测量区域中的对象2进行多次投影。通过在支架旋转的同时在系统轴11方向上连续移动对象2，尤其是可以扫描对象2的检查区域，该检查区域大于由拍摄系统形成的测量区域。投影的测量值由数据采集单元16读取，并为了计算再现图像而引入计算单元17。再现图像可以在显示单元19上向操作人员显示出来。

为了再现下面称为有效立体8的检查区域的图像，需要在系统轴11方向上照射大于有效立体8的扫描区域。该比有效立体8大的扫描区域主要取决于用于再现图像的算法。该扫描区域由额外需要的旋转次数来给出，这些旋转是在图2所示的用于再现的螺旋形扫描5的预运转7和再运转9期间必须进行的。

如果不动态遮蔽从辐射器15射出的一部分射线束10，在预运转7和再运转9期间就会照射到对象2的不能用于再现图像的区域，从而对象2、如患者在螺旋扫描5的该时间段内由于X射线而被置于不必要的辐射负担下。

为了减小对象2在扫描过程中的辐射负担，光阑装置1具有两个不同的光阑3、4。第一光阑3用于将射线束10精确调节到检测器13的测量区域上。第一光阑3这样构成，使得可以很高的调节精度对射线束10进行调节。相反，第二光阑4用于动态遮蔽不需要用于再现的射线束10部分。例如在扫描的预运转7和再运转9期间动态遮蔽射线束10。第二光阑4这样构成，使得能以特别高的调节速度进行，例如每秒若干cm的速度。

调节和遮蔽部分射线束10是分开执行的，从而各光阑3；4可以与关联于该光阑的、涉及调节精度和调节速度的要求相匹配。

第二光阑4比第一光阑3设置得更接近于焦点12，从而第二光阑4的很小的移动就会造成扇形几何形状的很大改变。但原理上当然也可以用对光阑的相反设置来实现光阑装置。

如图3以详细侧视图的形式示出的光阑装置1，两个光阑3、4分别包括两个可相互独立调节的光阑元件3.1，3.2；4.1，4.2，用这些光阑元件可以限制射线束10。

同样，光阑元件3.1，3.2；4.1，4.2的运动是同步进行的，尤其是在采用具有固定开口的分瓣光阑时。此外只能将两个光阑3、4中的一个作为分瓣光阑，而另一个光阑则构造为具有两个可相互独立移动的光阑元件。

第一光阑3的光阑元件3.1，3.2如所述那样可以这样移动，使得可以非常精确地将射线束10调节到检测器13的测量区域上。例如每个光阑元件3.1，3.2可以分别与为此所设的、具有几微米调节精度的调节电机一起作用。但高的调节精度一般需要以牺牲光阑元件的快速动态移动为代价。因此第一光阑3不适用于在螺旋扫描5的预运转7和再运转9的范围内动态遮蔽一部分射线束10。在这些范围内为了减小对象的辐射负担，根据计算机断层造影设备的运行类型首先需要每秒若干厘米的快速调节速度。

因此为了快速动态遮蔽相应的射线束10部分，采用附加的、可独立于第一光阑3驱动的第二光阑4。第二光阑4的每秒几厘米的高调节速度例如通过采用相应的与光阑元件4.1，4.2一起作用的调节电机来实现。但第二光阑4的高调节速度还可以导致针对光阑元件4.1，4.2的调节位置的可设置精度的更大容差。因此这样驱动第二光阑4，使得为了减小辐射负担而对射线束10的遮蔽在考虑可能容差的情况下这样实现，在预运转7和再运转9期间随时都照射检测器13的需要用于再现的子区域。

图4示出在对对象2的螺旋形扫描5期间两个光阑3、4的协同作用，其中示出在预运转7、扫描有效立体8和再运转9期间各光阑元件在计算机断层造影设备的系统轴11的方向上相对于支架的移动位置22、23、24、25。第一光阑3的第一光阑元件3.1的移动位置具有附图标记24，第二光阑元件3.2的移动位置的附图标记为25。第二光阑4的第一光阑元件4.1的移动位置具有附图标记22，所属第二光阑元件4.2的移动位置的附图标记为23。此外以阴影形式示出光阑装置的开口区域21，其对无伪影地再现图像是必要的。

在开始检查之前精确地调节第一光阑3，使得可以照射检测器13的整个测量区域。典型的，在检查期间在拍摄系统的几何形状、尤其是焦点12和检测器13之间的几何形状不发生改变的前提下不移动第一光阑3。也就是说第一光阑3的两个光阑元件3.1，3.2的移动位置24，25在检查进行期间是恒定的，如图4所示。

如阴影开口区域21所示，为了再现图像在扫描的预运转7期间不使用第一光阑3的光阑开口的整个区域，而仅使用光阑开口的一个子区域。在开始扫描时，该子区域在本例中大约是第一光阑3的整个光阑开口的一半。用于再现的子区域随着对象移动20而逐步地增大，在扫描有效立体8时达到第一光阑3的光阑开口的完整大小，而该大小是这样调节的，以非常精确的方式照射检测器13的整个测量区域。反过来，随着对象移动20，所使用的光阑开口在该例中缩小重又达到第一光阑3的光阑开口的大约一半。

为了减小辐射负担，在预运转7期间动态移动第二光阑4，使其基本上遮蔽不需要的射线束10的部分。

在此，利用第二光阑4的第一光阑元件4.1进行遮蔽。在所描述的实施例中，该光阑元件4.2在开始检查时一直在系统轴11方向上移动，直到覆盖了第一光阑3的光阑开口的约一半，从而遮蔽不需要的射线束10部分。第二光阑4的第一光阑元件4.1在扫描的预运转7期间随着对象移动20而逐步地不断往回移动，由此在预运转7期间第二光阑4的第一光阑元件4.1相对于对象2是位置固定的，并因此只照射测量区域的需要用于再现的部分区域。

为了考虑第二光阑4的可能较差的调节精度，这样选择光阑元件4.1的移动位置，使得即使出现较大的容差也能照射检测器13测量区域的用于再现所需的子区域。因此可以将第二光阑4比正常情况所需的更进一步调回很小的数量。第二光阑4的第二光阑元件4.2的移动位置在预运转7期间这样选择，使得射线束10由精确调节的第一光阑3的第二光阑元件3.2来限制。

在预运转7接下来的用于采集有效立体8的扫描时间段内，第二光阑4的两个光阑元件4.1，4.2一直后退，使得射线束10以精确方式只由第一光阑3来限制。

在扫描的再运转9期间，第二光阑4的第二光阑元件4.2才随着对象移动20逐步地移动到通过第一光阑3形成的光阑开口中，从而动态地遮蔽射线束10的不需要用于再现的部分。再运转9期间第二光阑4的第二光阑元件4.2由此位置固定地对准对象。与预运转7相同，由于第二光阑4的调节精度很小而采取这样的移动位置，在这些移动位置处即使存在较大的容差也无论如何照射测量区域的需要用于再现的子区域。

用于减小辐射负担的第二光阑4的光阑元件4.1，4.2在开始、扫描的预运转7和再运转9期间采取的移动位置在该实施例中只具有示例性的特征，并且主要取决于采用什么样的算法用于再现。

与上述考虑不同，还可以考虑将两个光阑3、4中至少一个构成为具有固定设置的光阑开口31的分瓣光阑30。图5示出两个光阑在扫描期间在第二光缆构造为分瓣光阑30的情况下的协同作用。在这种情况下通过移动整个分瓣光阑30来动态遮蔽不需要的射线束10部分。分瓣光阑30的光阑开口31的大小定为，使得在扫描有效立体8的区域内只通过第一光阑3就可以限制射线束10。对于分瓣光阑30的光阑开口31大于第一光阑3的光阑开口的情况，如该例所示，在扫描有效立体8期间这样移动分瓣光阑30，使得在再运转9期间可以用关于预运转7相对设置的那一部分分瓣光阑30来动态限制射线束10。

在计算机断层造影设备运行期间，辐射器15的热负荷会导致焦点12从其原始位置移开。因此需要校正两个光阑3、4的位置。为此可以相互平行的移动两个如图6所示构造的光阑3、4，其中该移动对应于射线焦点12的移位来实施。该移动在两个光阑3、4分别位于滑轨系统上时可以通过简单方式实现。

Claims (20)

1.一种用于为扫描对象(2)而设置的X射线装置的光阑装置，具有至少两个光阑(3，4)，其中，对于扫描的至少一个片段(7；9)用第一光阑(3)调节的射线束可借助第二光阑(4)至少部分地动态遮蔽。

2.根据权利要求1所述的光阑装置，其中，所述对射线束的调节通过第一光阑(3)以高调节精度进行，所述动态遮蔽通过第二光阑(4)以高调节速度进行。

3.根据权利要求1或2所述的光阑装置，其中，剩下的射线束(10)基本上只照射对象(2)的用于再现图像的区域。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光阑装置，其中，所述扫描的片段对应于对对象(2)扫描的预运转(7)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光阑装置，其中，所述扫描的片段对应于对对象(2)扫描的再运转(9)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光阑装置，其中，所述动态遮蔽根据在X射线装置的系统轴(11)方向上的扫描位置(6)来进行。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光阑装置，其中，所述第二光阑(4)与第一光阑(3)相比更为靠近射线束(10)的焦点(12)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的光阑装置，其中，所述两个光阑(3，4)相互平行可调节地设置。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光阑装置，其中，至少有一个光阑(3，4)具有可调节的光阑元件(3.1，3.2；4.1，4.2)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的光阑装置，其中，至少有一个光阑(3，4)是分瓣光阑(30)。

11.一种针对用于为扫描对象(2)而设置的X射线装置的光阑装置的方法，该光阑装置具有至少两个光阑(3，4)，其中，对于扫描的至少一个片段(7；9)用第一光阑(3)调节的射线束可借助第二光阑(4)至少部分地动态遮蔽。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述射线束的调节通过第一光阑(3)以高调节精度进行，所述动态遮蔽通过第二光阑(4)以高调节速度进行。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，剩下的射线束(10)基本上只照射对象(2)的用于再现图像的区域。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，所述扫描的片段对应于对对象(2)扫描的预运转(7)。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，所述扫描的片段对应于对对象(2)扫描的再运转(9)。

16.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，所述动态遮蔽根据在X射线装置的系统轴(11)方向上的扫描位置(6)来进行。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其中，所述第二光阑(4)与第一光阑(3)相比更为靠近射线束(10)的焦点(12)。

18.根据权利要求11至17中任一项所述的方法，其中，所述两个光阑(3，4)相互平行可调节地设置。

19.根据权利要求11至18中任一项所述的方法，其中，至少一个光阑(3，4)具有可调节的光阑元件(3.1，3.2；4.1，4.2)。

20.根据权利要求11至19中任一项所述的方法，其中，至少一个光阑(3，4)是分瓣光阑(30)。

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