专利名称：带有位于x射线源一侧的光阑装置的计算机x射线层析摄影仪和运行这种x射线层析摄影 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种计算机X射线层析摄影仪，它包括一个可绕系统轴线旋转的X射线源、一个X射线探测器和一个在X射线源一侧的光阑装置，后者为了改变射线束的边界有两个互相对置和可直线移动且尤其可调整其相互距离的吸收元件。本发明还涉及一种用于运行这种计算机X射线层析摄影仪的方法，其中，检查对象在X射线源旋转以及借助在X射线源与检查对象之间沿系统轴线方向相对移动运动的情况下被探测。
在X射线诊断仪内检查一个检查对象或患者时，检查对象处于一个由X射线源放射的X射线束内，以及由此导致的射线衰减由X射线探测器检测。也就是说，检查对象处于X射线源与X射线探测器之间的射线轨迹之中。通常用作X射线源的X射线管按一个比为了检查患者所需要的大得多的空间角度发射X射线。为了避免患者承受不必要的照射量，因此有必要遮隐掉不需要的X射线。为此在传统的X射线仪中已知，在射线轨迹内直接在X射线源后面安置一个在X射线源一侧的光阑装置，它也称为一次射线挡光板或初级侧射线挡光板。例如由EP 0187245A1已知这种包括可彼此相对运动作为吸收元件的遮挡板的一次射线挡光板。
在具有多行式X射线探测器的计算机X射线层析摄影仪中，除在X射线源一侧设在X射线源与患者之间的射线轨迹内的光阑装置外，还经常使用一个在探测器一侧或在探测器附近的射线遮挡板，它安置在患者与X射线探测器之间的射线轨迹内。由此可以在存在的多个探测行中隐灭一个或多个探测行以及将其余的探测行调整为有效的探测行。因为在计算机X射线层析摄影仪中，尤其在第三代计算机X射线层析摄影仪中，X射线探测器与固定在台架(旋转架)上的X射线源一起绕患者旋转，所以X射线探测器通常沿方位角的方向弯曲。为了与此几何形状相匹配，尤其为了实现彼此恒定的间距，在DE 4226861C2内公开的用于一种计算机X射线层析摄影仪的在探测器一侧的光阑装置设计有弧形的遮挡板。
在X射线源一侧的光阑装置规定的目标是，它只允许那些可被X射线探测器和尤其被其有效的探测行实际上检测到的射线通过。其他X射线只是不必要地透视患者和不必要地增加照射量。因为多行式X射线探测器组在计算机X射线层析摄影术中通常设计有正交的探测元件行和列，所以一次光阑装置规定的目标是遮挡出一个准确的矩形射束。在平面或平的遮挡板或吸收元件的情况下，由于射线束的X射线分别从X射线源的焦点到在遮挡板上的命中点计量的距离不同，所以这一目标不可能理想地实现。为了避免在遮挡时相应地不利的边缘效应，在US 6396902B2中介绍了一种X射线准直仪，其中在一个支架或基体中加工许多不同的但宽度总是不变的缝，在这里此支架弯曲成使遮挡缝也弯曲。通过缝的弯曲应保证，在X射线探测器上射入具有精确的矩形横断面的射线束。
为了能针对具有不同数量的有效探测行或具有一个沿患者轴线方向遮挡成不同宽度的X射线束的不同检查方法进行工作，在由US 6396902B2已知的X射线准直仪中，整个用吸收X射线的材料制成的支架必须运动。按照该文献所公开的内容，这通过支架的旋转实现，所以支架还要绕第二条轴线弯曲(成碗形)。为了在这种情况下也能在恰当的位置再安置另一个遮挡缝，旋转轴线必须处于X射线源焦点的高度内。这也许要通过非常复杂的机构才能实现。
此外，旋转的支架必须通过移动重调到正确的位置，这同样是非常麻烦的。还有，制造一个绕两条轴线弯曲的支架也要付出高昂的费用，在这里支架仍然必须用吸收X射线的材料，亦即用一种有原子序数大的材料制造。
此外，由US 6396902B2已知的X射线准直仪的另一个缺点是，在支架上或中只能加工出有限数量的宽度不连续的缝。
本发明的目的是提供一种带有在X射线源一侧的光阑装置的计算机X射线层析摄影仪，该光阑装置有灵活的遮挡可能性以及它同时还能用低的成本生产。本发明还应提供一种运行此计算机X射线层析摄影仪的方法。
涉及设备方面的目的，按本发明针对前言所述的计算机X射线层析摄影仪采取下列措施达到吸收元件有弯曲的形状；以及，光阑装置有一个调整装置，它以这样的方式作用在吸收元件上，即，使吸收元件能垂直于其纵向运动，尤其能彼此相对调整。吸收元件尤其能沿与系统轴线平行的方向运动。吸收元件尤其在其构成X射线束边界的外轮廓处有所述弯曲的形状，也就是说，例如在构成遮挡缝的边缘处有这种弯曲的形状。
按本发明的计算机X射线层析摄影仪的优点是，在弯曲的吸收元件或遮挡夹板之间的缝隙宽度可以无级或自由地选择，并因而在计算机X射线层析摄影仪中可调的层厚不仅可以采用不连续的值。宽的探测行也可以只是部分照射并因而也可以用简单的方式实现比探测元件的宽度更薄的层。
此外，按本发明的计算机X射线层析摄影仪的光阑装置所需要的吸收元件，它们只需要沿一个方向或在一个平面内弯曲，也就是说，它们例如有一种如在绕一条直线棱边弯曲薄板时形成的那种形状(例如“香蕉状”)。因此，光阑装置也能简便地生产。
在按本发明的计算机X射线层析摄影仪中可以基本上无级改变缝宽或准直宽度，如已提及的那样，允许自由选择层厚和灵活地选择探测元件的有效行。此外，由此还可以在运行期间当X射线源内的焦点尺寸(Fokusgrβe)产生变化时对光阑装置的调整进行再调节。
按一项优选的设计，吸收元件可以彼此独立运动。由此，尤其允许吸收元件不仅彼此相对运动，而且可以沿同一个方向同步运动。因此即使在运行期间当光阑射线源内的焦点位置改变也可以例如再调整光阑装置(Focal Spot Tracking焦斑跟踪)。这意味着，在层宽恒定时整个层可以沿Z方向移动。此外，由此可以实现准直宽度的动态改变，在这种情况下可以例如在螺旋扫描开始和结束时减少不希望的过度辐射，为此，吸收元件之一在扫描的一开始仍然关闭着，以及只是随着扫描开始以及开始发生沿系统轴线方向移动的患者平卧运动时才打开。反过来也相应地适用于扫描结束时。
优选地，调整装置对每个吸收元件有一个独立的调整机构，在这里，调整机构优选地设计用于使相关的吸收元件直线运动。通过这种直线运动以有利的方式保证，弯曲的吸收元件彼此相配的部分即使朝系统轴线的方向相对移动后仍处于互相对置的位置。
有突出优点的是，所述各调整机构有一个优选公共的直线导引装置以及分别作用在各吸收元件上的一驱动机构。
与之不同，所述调整机构各有一台例如各自带有相应的导引装置的直线电动机。
吸收元件的弯曲尤其在一个垂直于系统轴线的平面内进行。所述弯曲尤其有圆弧的形状，圆弧的中心位于X射线源的焦点内。由此以简单的方式达到，在焦点与吸收元件构成射线边界的全部边缘区之间的距离相同。
按另一项有利的设计，各吸收元件的曲率半径彼此相差一个在0.5％至10％范围内的值。由此得到下列优点由于有加工误差，通常吸收元件只在挡边处接触不足以能百分之百地关闭光阑装置。确切地说，沿X射线束的方向看它们必须至少小量重叠。当曲率半径不同时这样一种重叠以有利的方式可以无刮蹭地实现。
涉及方法方面的目的，按本发明针对前言所述的方法采取下列措施达到为了使检查对象避免不必要的照射量，光阑装置以相对于X射线探测器视场的中心射线有不同打开宽度的吸收元件进行工作。
由此，尤其可以用简单的方式通过将光阑装置调整为近似非对称的，可以在扫描探测运动或扫描，尤其螺旋扫描一开始和结束时，避免患者的过度辐射。
例如，在扫描探测运动尤其相对运动开始前和/或结束后，其中一个吸收元件定位在一个关闭位置上，以及另一个吸收元件定位在一个打开位置上。
优选地，在扫描探测运动尤其相对运动开始后，处于关闭位置的那个吸收元件随扫描探测运动，尤其随相对运动同步打开。
同样也可以在扫描探测运动尤其相对运动结束前，使处于打开位置的吸收元件之一随扫描探测运动，尤其随相对运动同步关闭。
因此采用此光阑装置可以进行准直宽度的动态改变。
下面借助三种实施例以及借助部分仅示意表示的
图1至7详细说明本发明。其中图1用部分透视，部分方框图表示按本发明的一种有光阑装置的CT机；图2表示一种已知的光阑装置；图3用示意图表示图1所示CT机的光阑装置，其中透视表示光阑装置的功能；图4表示图3的光阑装置按第一种实施例的详图；图5用透视图表示按第二种实施例的图3的光阑装置；图6用横截面图表示图5的光阑装置；以及图7表示按第三种实施例的图3的光阑装置详图。
图1表示第三代CT机重要的部分。它的测量装置有一个X射线源2和安装在它前面靠近射线源的光阑装置3以及一个设计为在同一平面内由多个行和列组成的探测元件(在图1中用4表示其中之一)阵列的X射线探测器5和可按选择装在它前面靠近探测器的射线遮挡板(没有具体地表示)。在图1中为了视图清晰起见只表示了四行探测元件4，然而X射线探测器5可以有另一些行按选择也可以有不同的宽度b的探测元件4。
一方面是有光阑装置3的X射线源2以及另一方面是有其射线遮挡板的X射线探测器5，彼此以这样的方式相对置地装在一个(图中未具体表示的)旋转架(台架)上，即，使一个在CT机1运行时从X射线源2出发、通过可调整的光阑装置3遮挡的棱锥形X射线束(它的边缘射线用8表示)命中X射线探测器5。在这里借助光阑装置3和必要时借助靠近探测器的射线遮挡板将X射结束的横截面调整为，只露出X射线探测器上能被X射线束直接命中的区域。这在图1中表示的运行模式中是四行探测元件4，它们称为有效行。必要时存在的另一些行被探测器附近的射线遮挡板覆盖并因而是无效的。光阑装置3在这里的重要意义主要是，避免检查对象，尤其患者受到不必要的照射量，为此使反正没有到达有效行的射线远离检查对象或患者。
旋转架可以借助一个图中未表示的驱动装置绕系统轴线Z旋转。系统轴线Z平行于在图1中表示的空间直角坐标系的Z轴延伸。
X射线探测器5的列同样沿Z轴方向延伸，而行横向于系统轴线Z或Z轴延伸，行的宽度b沿Z轴方向计量并例如为1mm。
为了能将检查对象，例如患者置于X射线束的射线轨迹内，设一个支承装置9，它可以平行于系统轴线Z，亦即沿Z轴方向移动，确切地说以这样的方式，即，在旋转架的旋转运动与支承装置9的移动运动，就移动速度与旋转速度之比为常数这一意义上说存在同步性，在这里，这一比值可以通过选择一个期望的旋转架每转一圈支承装置9的送进量h的值来调整。
因此，处于支承装置9上的检查对象的一个体积可以在体积扫描过程中被检查，在这里体积扫描以螺旋扫描的形式按这种方式进行，即，在旋转架旋转和支承装置9同时移动的情况下，旋转架每一次的旋转摄取许多来自不同投影方向的投影。当螺旋扫描时，X射线源2的焦点F相对于支承装置9在一个螺旋形轨迹S上运动。与此螺旋扫描不同，也可以采用顺序扫描。
在螺旋扫描期间由探测系统5每个有效行的探测元件4读出的对应于各个投影的测量数据，在数据处理装置10内进行数/模转换、串行化以及传输给图像计算机11，它将图像结构的结果表示在显示器16例如视频监视器上。
X射线源2，例如X射线管，由一个(按选择同样一起旋转的)发电装置17供应需要的电压和电流。为了能将它们调整为各需要的值，发电装置17配设一个带键盘19的控制装置18，它允许进行必要的调整。
CT机1其他操作和控制也可以借助控制装置18和键盘19完成，为此在这里表示控制装置18与图像计算机11相连。
此外，探测元件4的有效行数量并因而光阑装置3的位置和可按选择设在探测器附近的射线遮挡板均可以调整，为此，控制装置18与为光阑装置3及可选择的探测器附近的射线遮挡板配设的调整装置20或21连接。旋转架为转一整圈所需要的旋转时间也是可以调节的，为此在图中表示，为旋转架配设的驱动装置22与控制装置18连接。
图2中表示在已知的具有两个分离的吸收元件30A、31A的光阑装置3A提供什么样的遮挡。图中表示了从X射线源2A的焦点F出发的一个有边缘射线8A的X射线束。
两条经过在此图内后侧的吸收元件30A的边缘射线8A，从焦点F出发分别走过离吸收元件30A的距离d2。相比之下，在所画的中心射线36A中类似的距离d1比在边缘射线8A中的小。这相应地也适用于在缝32A对置侧上的边缘射线。其后果是，在X射线探测器5A上通过其各个探测元件4A在一个横截面内承接X射线束，此横截面的外轮廓34A并不是矩形。为了使在这里被照射的探测行的所有探测元件4A用其完整的宽度b探测，外轮廓34A必须调整为，使其在边缘处的宽度B2大体与探测行的宽度b相等。由于距离的不同即d1≠d2，导致在探测行的中心X射线束外轮廓34A较大的宽度B1。在此隆凸状区域内射入的在这里虽夸张表示但在射线剂量方面确为有害的X射线束部分，最终未被利用。
图3如图1用示意和透视图表示按本发明的CT机光阑装置3。光阑装置3有两个弯曲的吸收元件30、31，在它们之间构成一个缝32，从X射线源2的焦点F出发的X射线可通过缝32。用重金属，例如用钨或/和钽制成的吸收元件30、31弯成圆弧形，圆弧的中心在X射线源2的焦点F内。由此保证，不仅边缘射线8而且中心射线36分别从焦点F到吸收元件30(或31)计量的距离，总是有相同的值d。因此以有利的方式达到，在X射线探测器5上所承接的X射线束的横截面有矩形的外轮廓34，它的宽度B可以理想地与一个或多个探测行的宽度b相匹配。
这两个吸收元件30、31可以彼此独立，尤其也可同向或逆向运动或移动，这些通过相应的双向箭头40、41表示在图3中。
图4中表示，在图中仅示意表示的光阑装置3如何能与一个包括一个或多个(铜的)光谱过滤器46的滤波器45(包括属于滤转换开关的驱动元件47)以及与一个用于改变X射线束衰减的楔形滤48一起共同安装在一个公共的外壳50中。外壳50在焦点F的那一侧有一个进口51，以及在相对侧有一个出口52。
此外，图4中表示为每个吸收元件30、31设一个单独的调整机构60或61，因此吸收元件30、31可以彼此独立地直线运动。在图4所示的实施例中，用于其中一个吸收元件30的第一个调整机构60包括一个设计为步进电动机的第一个驱动机构62，它通过第一个传动装置63和第一条齿形皮带64作用在其中一个吸收元件30上。对于另一个吸收元件(31，在图4中看不到)，相应地在第二个调整机构61中存在第二个同样设计为步进电动机的驱动机构67和第二个传动装置68。这两个驱动机构62、67例如通过不同的主轴导引装置作用在两个在同一个直线导引装置65上沿Z方向直线运动的吸收元件30、31上。
图5表示图3所示光阑装置3按第二种实施例的透视图。由图5更清楚地看出遮挡夹板30、31特殊的香蕉状的形状。此外，由图5还可看出，公共的直线导引装置65可以包括在左侧的第一导轨65A以及在右侧的第二导轨65B。
图6用沿Z方向的横截面图再次说明图5的光阑装置3。由图尤其可以看出，吸收元件30、31沿基本上对应于射出的X射线束方向的高度方向Y彼此略有错移，为的是在光阑装置3完全关闭时，避免射线束因加工误差引起的穿过。
为了使吸收元件30、31的重叠能无摩擦地实施，有利的是使吸收元件的曲率半径略有差异。例如曲率半径为197mm或200mm。
图7详细表示按图3的光阑装置第三种实施例。这种实施例与按图5的实施例基本上一致，其差别仅在于用于吸收元件30或31的两个调整机构60、61有带导引装置的第一直线电动机71和同样带相应的导引装置的第二直线电动机72。
也可以取代直线导引装置采用其他直线调整方案。
通过光阑装置3并与Z方向的焦点-方位调整(Fokus-Phi-Z-Regelung)相结合，可以相应地通过对光阑装置的调整进行再调节来改变X射线源2内的焦点位置或焦斑尺寸。
权利要求
1.一种计算机X射线层析摄影仪(1)，它包括可绕一系统轴线(Z)旋转的一X射线源(2)、一X射线探测器(5)和在X射线源一侧的一光阑装置(3)，该光阑装置(3)为了改变射线束的边界有两个互相对置和可直线移动且尤其可调整其相互距离的吸收元件(30、31)，其特征为这两个吸收元件(30、31)具有弯曲的形状；以及，所述光阑装置(3)有一个调整装置，该调整装置以这样的方式作用在所述吸收元件(30、31)上，即，使所述吸收元件(30、31)能垂直于其纵向，尤其沿与所述系统轴线(Z)平行的方向运动。
2.按照权利要求1所述的计算机X射线层析摄影仪(1)，其特征为所述吸收元件(30、31)可以彼此独立运动。
3.按照权利要求1或2所述的计算机X射线层析摄影仪(1)，其特征为所述调整装置对每个吸收元件(30、31)有一个独立的调整机构(60、61)。
4.按照权利要求3所述的计算机X射线层析摄影仪(1)，其特征为所述调整机构(60、61)设计用于使相关的吸收元件(30、31)直线运动。
5.按照权利要求3或4所述的计算机X射线层析摄影仪(1)，其特征为所述调整机构(60、61)有一个优选公共的直线导引装置(65)以及各有一个作用在所述吸收元件(30、31)上的驱动机构(62、67)。
6.按照权利要求3或4所述的计算机X射线层析摄影仪(1)，其特征为所述调整机构(60、61)各有一台直线电动机(71、72)。
7.按照权利要求1至6之一所述的计算机X射线层析摄影仪(1)，其特征为所述吸收元件(30、31)的弯曲在一个垂直于系统轴线(Z)的平面内进行。
8.按照权利要求1至7之一所述的计算机X射线层析摄影仪(1)，其特征为所述吸收元件(30、31)的弯曲呈圆弧形状，该圆弧的中心位于X射线源(2)的焦点(F)内。
9.按照权利要求1至8之一所述的计算机X射线层析摄影仪(1)，其特征为所述吸收元件(30、31)的曲率半径彼此相差一个在0.5％至10％范围内的值。
10.一种用于运行按照权利要求1至9之一所述计算机X射线层析摄影仪的方法，按此方法，通过所述X射线源(2)的旋转并借助该X射线源(2)与检查对象之间沿系统轴线(Z)方向的相对平移运动对一检查对象进行扫描探测，其中，为了避免该检查对象承受到不必要的照射量，所述光阑装置(3)以相对于X射线探测器(5)视场的中心射线有不同打开宽度的吸收元件(30、31)进行工作。
11.按照权利要求10所述的方法，其中，在所述扫描探测运动尤其是所述相对运动开始前和/或结束后，将其中一个吸收元件(30、31)定位在一个关闭位置以及将另一个吸收元件(30、31)定位在一个打开位置。
12.按照权利要求11所述的方法，其中，在所述扫描探测运动尤其是相对运动开始后，所述处于关闭位置的那个吸收元件(30、31)与所述扫描探测运动，尤其是与所述相对运动同步运动地打开。
13.按照权利要求11或12所述的方法，其中，在所述扫描探测运动尤其是所述相对运动结束前，处于打开位置的吸收元件(30、31)之一与所述扫描探测运动，尤其是与所述相对运动同步地关闭。
全文摘要
本发明涉及一种计算机X射线层析摄影仪(1)，其包括一个可绕系统轴线(Z)旋转的X射线源(2)、一个X射线探测器(5)和一个在X射线源一侧的光阑装置(3)，后者为了改变射线束的边界有两个互相对置和可直线移动且尤其可调整其相互距离的吸收元件(30、31)。这两个吸收元件(30、31)有弯曲的形状。所述光阑装置(3)包括一个调整装置，它以这样的方式作用在吸收元件(30、31)上，即，使吸收元件(30、31)能垂直于其纵向，尤其沿与系统轴线(Z)平行的方向运动。所述两个吸收元件(30、31)可以尤其直线导引和彼此独立地运动。
文档编号A61B6/06GK1681437SQ03821312
公开日2005年10月12日 申请日期2003年9月1日 优先权日2002年9月16日
发明者弗里德里克·迪斯特勒, 克里斯托弗·萨斯, 马赛厄斯·索伊弗特 申请人:西门子公司