專利名稱：用于產(chǎn)生x射線的裝置和方法以及計(jì)算程序和數(shù)據(jù)載體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生利用至少兩個不同平均光子能量的X射線譜對測量對象進(jìn)行檢查的X射線的一種裝置和一種方法。此外，本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)該方法的計(jì)算程序以及一種具有該計(jì)算程序的數(shù)據(jù)載體。
背景技術(shù)：
在X射線技術(shù)中，特別是在X射線計(jì)算機(jī)斷層造影中存在不同的方案，用以利用不同平均光子能量的X射線譜對測量對象(例如患者)進(jìn)行掃描，以便基于組織對X射線的取決于能量的吸收能夠例如推斷出患者的不同的組織類型或其化學(xué)組成。例如，西門了公司銷售名稱為“S0MAT0M Definition”的計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備或CT 掃描儀，其包括兩個分別具有X射線管和X射線探測器的、布置在機(jī)架上的X射線系統(tǒng)。在所謂的“雙能掃描”過程中一個X射線管能以相對低的、例如80kv的管電壓運(yùn)行而另一個X 射線管能以相對高的、例如140kV的管電壓運(yùn)行。通過這種方式利用兩個X射線系統(tǒng)得到兩組測量信號的數(shù)據(jù)組，由于從兩個X射線管發(fā)出的不同平均光子能量的頻譜，該兩組測量信號的數(shù)據(jù)組具有不同的X射線吸收度。除了這樣具有兩個X射線系統(tǒng)的計(jì)算斷層造影設(shè)備外，還存在這種方案為了產(chǎn)生不同平均光子能量的X射線譜僅利用一個具有一個X射線管的X射線系統(tǒng)這樣運(yùn)行計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備，使得在該X射線管上交替地施加相對低的、例如SOkV的管電壓和相對高的、例如140kV的管電壓。用于交替地施加相對低的和相對高的電壓的切換間隔 (Schaltintervall)例如是大約 300 μ s。但是切換持續(xù)時間不能任意縮短，因?yàn)閄射線管和對應(yīng)于X射線管的高壓發(fā)電機(jī)具有一定的慣性，該慣性阻礙了在各個切換時間點(diǎn)直接達(dá)到期望的電壓。該情況導(dǎo)致限制了對管電壓進(jìn)行切換的方法的應(yīng)用，因?yàn)閷τ谝恍?yīng)用(例如在其中對患者應(yīng)用X射線造影劑的應(yīng)用、例如利用X射線能使有血液流動的血管變得可見的應(yīng)用)不能容忍慣性。由此，在利用交替的管電壓進(jìn)行掃描或拍攝X射線投影期間注入血管的造影劑的濃度在通過因切換電壓而減慢進(jìn)行的掃描過程中這樣改變，使得不再能由測量信號導(dǎo)出原始期望的、 基于利用兩個不同平均光子能量的X射線譜掃描的信息。DE 10 2004 031 169A1公開了一種切換管電壓的替代方案，其中描述了具有X射線管的計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備，在其輻射路徑中這樣設(shè)置具有兩個不同半濾波 (Filterhalften )的濾波器，使得從X射線源發(fā)出的輻射扇形劃分為具有第一X射線譜的第一部分輻射扇形和具有與第一 X射線譜不同的第二 X射線譜的第二部分輻射扇形。在US 4，255，644中以及在US 5，570，403中也描述了類似的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，這樣提供用于產(chǎn)生X射線的一種裝置和一種方法、一種計(jì)算程序以及一種開頭提到的類型的數(shù)據(jù)載體，使得按照另一種替換在使用X射線管的情況下可以產(chǎn)生至少兩個不同平均光子能量的X射線譜用于檢查測量對象。根據(jù)本發(fā)明該技術(shù)問題是通過用于產(chǎn)生對測量對象進(jìn)行檢查的具有至少兩個不同平均光子能量的X射線譜的X射線的一種裝置或一種方法來解決的。該裝置具有至少一個包括至少兩個彼此不同的焦點(diǎn)的X射線管(可以在用于產(chǎn)生X射線的該X射線管的焦點(diǎn)之間進(jìn)行切換，其中從相應(yīng)的焦點(diǎn)分別發(fā)出X射線譜)和與至少一個該X射線管這樣對應(yīng)的濾波器，使得從第一焦點(diǎn)發(fā)出的X射線譜不通過濾波器濾波并且從第二焦點(diǎn)發(fā)出的X射線譜由濾波器這樣濾波，使得濾波后的X射線譜的平均光子能量高于從第一焦點(diǎn)發(fā)出的、 未濾波的X射線譜的平均光子能量。發(fā)明人因此建議，使用具有所謂“跳焦點(diǎn)(Springfokus) ”或“飛焦點(diǎn)(Flying Focal Spot)”的X射線管。優(yōu)選地，X射線管具有兩個焦點(diǎn)，這兩個焦點(diǎn)在使用時例如在計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備中在系統(tǒng)軸方向上或在計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備的Z軸方向上相對于彼此在X射線管的陽極上錯開。技術(shù)上這樣實(shí)現(xiàn)這兩個焦點(diǎn)，使得從X射線管的陰極發(fā)出的電子束可選地偏轉(zhuǎn)到第一焦點(diǎn)上以及可選地偏轉(zhuǎn)到第二焦點(diǎn)上。X射線譜分別從兩個焦點(diǎn)發(fā)出，其中這兩個頻譜就其平均光子能量而言基本是相同的。但這兩個X射線譜由于其彼此不同的產(chǎn)生位置(上述兩個焦點(diǎn))向不同的空間方向輻射。在此，使用“跳焦點(diǎn)”具有如下的優(yōu)點(diǎn)，即可以在兩個焦點(diǎn)之間極快地切換并且由此能在兩個空間方向之間切換。根據(jù)射線偏轉(zhuǎn)單元的效率切換間隔例如可以是200 μ s或者還可以更短。最后，濾波器對于X射線這樣對應(yīng)于X射線管或兩個焦點(diǎn)，使得從第一焦點(diǎn)發(fā)出的 X射線譜優(yōu)選地從濾波器旁邊經(jīng)過并且因此不被濾波，而從第二焦點(diǎn)發(fā)出的X射線譜必須通過濾波器并且由此濾波。在此，這樣設(shè)計(jì)濾波器，使得從第二焦點(diǎn)發(fā)出的χ射線譜在濾波之后具有更高的平均光子能量。通過所描述的裝置，在保持在X射線管上施加電壓不變的情況下通過交替激活兩個焦點(diǎn)能夠交替地產(chǎn)生用于檢查測量對象的兩個具有不同平均光子能量的X射線譜。在此，可以如此快速地進(jìn)行兩個頻譜之間的切換，使得例如在使用造影劑的情況下的CT掃描、例如CT血管造影掃描可以作為所謂的“雙能掃描”順利地進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的方案對應(yīng)于X射線管或焦點(diǎn)的濾波器的材料中含有錫。濾波器在此可以完全由錫構(gòu)造。位于從第二焦點(diǎn)發(fā)出的X射線的輻射路徑中的錫濾波器的作用是，使發(fā)射的X射線譜的具有低光子能量的X射線量子在錫過濾器中被吸收也即被錫過濾器濾出。相反，X射線譜的高能部分可以通過錫過濾波器。通過這種方式，濾波后的X射線譜具有比從第一焦點(diǎn)發(fā)射的X射線譜更高的平均光子能量。本發(fā)明的實(shí)施方式，可以將至少兩個彼此不同的管電壓施加在至少一個X射線管上，可以在這些管電壓之間進(jìn)行切換，其中在運(yùn)行第二焦點(diǎn)時在至少一個X射線管上施加比在運(yùn)行第一焦點(diǎn)時更高的管電壓。本發(fā)明的實(shí)施方式對于應(yīng)用特別地規(guī)定，其中在掃描或拍攝X射線投影期間可以接受切換過程或用于管電壓的切換過程的時間。在本發(fā)明的該方案中可以通過使用兩個管電壓產(chǎn)生兩個X射線譜，使用兩個管電壓時特別就其平均光子能量而言比僅使用一個管電壓時彼此分離更明顯。在此，除了能量選擇外，濾波器也降低了在更高的管電壓下產(chǎn)生的X射線譜的X射線的強(qiáng)度。因此，這點(diǎn)是具有優(yōu)勢的，因?yàn)檎{(diào)整 X射線管的管電流的速度也被限制，特別是在從較低的管電壓切換到較高的管電壓的情況下。由此，通過該濾波器在關(guān)于切換電壓未調(diào)節(jié)或未控制管電流的情況下降低了在更高管電壓下產(chǎn)生的X射線譜的X射線的強(qiáng)度。按照本發(fā)明的擴(kuò)展濾波器的厚度根據(jù)至少一個X射線管的最大管電流來選擇。本發(fā)明的技術(shù)問題也通過一種計(jì)算程序(該計(jì)算程序?qū)崿F(xiàn)任一個上面描述的方法)以及通過一種數(shù)據(jù)載體(該數(shù)據(jù)載體具有實(shí)現(xiàn)任一個所述方法的計(jì)算程序)來解決。


本發(fā)明的實(shí)施例在所附示意圖中示出。附圖中圖1示出了用于檢查患者的計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備，圖2示出了產(chǎn)生兩個不同平均光子能量的X射線譜的示意圖，圖3和圖4示出了兩個不同平均光子能量的X射線譜。附圖中相同或功能相同的元件、組件、組織等全部具有相同的附圖標(biāo)記。附圖中圖示是示意性的并且不必成比例，其中這些附圖之間的比例可以改變。下面，在圖1中示出的計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備1被不失一般性地僅作為理解本發(fā)明所必需的來討論。
具體實(shí)施例方式圖1中示出的計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備1具有用于放置待檢查的患者P的患者臥榻2。 計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備1還包括具有可圍繞系統(tǒng)軸5或Z軸旋轉(zhuǎn)的管-探測器系統(tǒng)的機(jī)架4。 所述管-探測器系統(tǒng)具有互相相對布置的X射線管6和X射線探測器單元7。運(yùn)行時，從X 射線管6向X射線探測器單元7的方向發(fā)射X射線8，并且借助該X射線探測器單元以測量信號的形式采集X射線?；颊吲P榻2具有臥榻基座9，在該臥榻基座上設(shè)置用于實(shí)際支撐患者P所設(shè)置的患者支撐板10?？梢韵鄬τ谂P榻基座9這樣調(diào)節(jié)患者支撐板10，使得患者支撐板10與患者P 能夠一起駛?cè)霗C(jī)架4的開口 3以便(例如用螺旋掃描)對患者P拍攝二維X射線投影。利用示意性示出的計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備1的圖像計(jì)算機(jī)11進(jìn)行二維X射線投影計(jì)算的處理或者基于二維X射線投影進(jìn)行患者P的身體區(qū)域的層圖像和/或體積數(shù)據(jù)組的重建。在本發(fā)明的實(shí)施例的情況下，利用計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備1以 CTA(CT-Angiographie,CT血管造影)的形式對患者P的心臟進(jìn)行檢查，其中首先例如將含碘的造影劑應(yīng)用到患者P的傳輸血液的血管。該檢查應(yīng)當(dāng)作為“雙能掃描”來進(jìn)行，也就是患者P的具有患者P心臟的身體區(qū)域應(yīng)當(dāng)通過兩個不同平均光子能量的X射線譜來掃描。 從不同的方向?qū)颊叩男呐K進(jìn)行掃描或拍攝二維X射線投影，優(yōu)選采用螺旋掃描。根據(jù)拍攝的二維X射線投影或其測量信號借助圖像計(jì)算機(jī)11重建心臟的層圖像或者借助圖像計(jì)算機(jī)11重建患者心臟的體積數(shù)據(jù)組。為了能僅利用一個X射線管6實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，該X射線管6具有在附圖中未示出的X 射線管6的陽極上的兩個焦點(diǎn)或兩個聚焦點(diǎn)(R)kUSpimkt)。在本發(fā)明的實(shí)施例的情況下在機(jī)架4中這樣設(shè)置X射線管6，使得這兩個焦點(diǎn)在X射線管6陽極上具有在系統(tǒng)軸5或ζ軸方向上的偏差。技術(shù)上這樣實(shí)現(xiàn)這兩個焦點(diǎn)，使得從同樣在附圖中未示出的X射線管6的陰極發(fā)出的電子束可選地偏轉(zhuǎn)到一個焦點(diǎn)上以及可選地偏轉(zhuǎn)到另一個焦點(diǎn)上。從兩個焦點(diǎn)分別發(fā)出一個X射線譜，這兩個X射線譜原則上是相同的。該原理一般也被稱為X射線管中的跳焦點(diǎn)或“飛焦點(diǎn)”。
此外，如圖2中示意性示出的那樣，濾波器20 (在本發(fā)明的實(shí)施例的情況下濾波器由錫制的)對應(yīng)于X射線管6或X射線管6的兩個焦點(diǎn)21、22。X射線管6或兩個焦點(diǎn)21、 22和濾波器20相對于彼此這樣布置，使得從第一焦點(diǎn)21發(fā)出的X射線不由濾波器20濾波或者不通過濾波器20，從而屬于焦點(diǎn)21的X射線譜關(guān)于濾波器20保持不變。屬于焦點(diǎn) 21的X射線譜在圖3中示出。在穿過患者P之后從第一焦點(diǎn)21發(fā)出的X射線擊中X射線探測器7，如圖2中示意性示出的那樣。相反，從第二焦點(diǎn)22發(fā)出的X射線必須通過濾波器20或者必須由濾波器20濾波， 使得屬于焦點(diǎn)22的X射線譜(該X射線譜與圖2所示的頻譜原始相同)改變。在此，錫濾波器20使相對來說低能量的X射線或X射線量子被濾波器20吸收，從而得出屬于焦點(diǎn)22 的、圖4所示的X射線譜。根據(jù)比較圖3和圖4所示的X射線譜可以識別出濾波后的頻譜的平均光子能量(分別可以在虛線23上看出)高于未濾波的頻譜的平均光子能量。由此通過用于產(chǎn)生X射線的、具有X射線管6和濾波器20的裝置滿足如下的前提條件利用兩個不同平均光子能量的X射線譜進(jìn)行X射線拍攝。在穿過患者P之后從第二焦點(diǎn)22發(fā)出的X射線也擊中X射線探測器7，如圖2利用虛線示意性示出的那樣。在對患者進(jìn)行“雙能掃描”的過程中相應(yīng)地能基于跳焦點(diǎn)21、22的技術(shù)以及基于錫濾波器20從不同的方向利用兩個不同平均光子能量的X射線譜在X射線系統(tǒng)相對于患者P的幾乎同一個位置對患者P的具有心臟的身體區(qū)域拍攝二維X射線投影。對每個X射線譜所拍攝的二維X射線投影隨后由圖像計(jì)算機(jī)11來處理，該圖像計(jì)算機(jī)對每個X射線譜重建層圖像或體積數(shù)據(jù)組。此外，進(jìn)一步的分析能夠識別出例如特定的組織或組織組成。在按照本發(fā)明的實(shí)施例的情況下圖像計(jì)算機(jī)11與計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備的計(jì)算單元12相連接，該計(jì)算單元在本發(fā)明的實(shí)施例的情況下是計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備的控制和操作單元并且具有實(shí)現(xiàn)所描述的、用于產(chǎn)生兩個不同平均光子能量的X射線譜的運(yùn)行方法的計(jì)算程序13。計(jì)算程序13可以從便攜式數(shù)據(jù)載體14 (例如從CD或從記憶棒)或者也可從服務(wù)器15 (該服務(wù)器作為數(shù)據(jù)載體對于計(jì)算程序13也是合適的)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)16加載到計(jì)算單元。該網(wǎng)絡(luò)16不必只是包括例如醫(yī)院內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，而且還能部分地包括例如因特網(wǎng)或其它公共網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算程序可以作為拍攝模式在計(jì)算單元12上選擇或啟動。在此，在計(jì)算程序中還確定了用于切換焦點(diǎn)的頻率。本發(fā)明的實(shí)施方式在于，在焦點(diǎn)21、22之間進(jìn)行切換時附加地改變施加在X射線管6上的管電壓。在圖2示意性示出的本發(fā)明的實(shí)施例的情況下，與運(yùn)行焦點(diǎn)21同步將 SOkV的管電壓施加到X射線管6，并且與運(yùn)行焦點(diǎn)22同步將140kV的管電壓施加到X射線管6。除了在考慮到其平均光子能量的情況下明顯更好地分離兩個X射線譜之外，在運(yùn)行第二焦點(diǎn)22時(其中將高的管電壓施加在X射線管6上)通過濾波器20對頻譜的更高能量的光子濾波，使得患者不用負(fù)擔(dān)不必要的高的X射線的劑量。就此而言，該效應(yīng)是有意義的，因?yàn)樵诿看吻袚Q管電壓時管電流不能被同時匹配，也就是在切換到更高電壓的情況下為了降低X射線的劑量可以降低管電流。特別地，對于該運(yùn)行模式規(guī)定，在X射線探測器7上在X射線傳播方向上的濾波器的厚度以及由此使其吸收特性與最大管電流相匹配，使得應(yīng)用于患者的X射線的劑量能夠降低。 與所述本發(fā)明的實(shí)施例不同，也可以將其它電壓施加在X射線管上。
此外，焦點(diǎn)也可以在與ζ方向不同的方向上例如在φ方向上(參見圖1)，也就是幾乎轉(zhuǎn)移到機(jī)架的轉(zhuǎn)動方向上，從而得到交替運(yùn)行的兩個焦點(diǎn)。此外，X射線管也能具有多于兩個焦點(diǎn)，相應(yīng)地對應(yīng)或不對應(yīng)其濾波器。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生利用至少兩個不同平均光子能量的X射線譜對測量對象(P)進(jìn)行檢查的X射線的裝置，所述裝置具有-至少一個X射線管(6)，所述X射線管(6)包括至少兩個彼此不同的焦點(diǎn)01，22)，為了產(chǎn)生X射線能夠在所述X射線管的焦點(diǎn)(21，22)之間進(jìn)行切換，其中從相應(yīng)的焦點(diǎn)01， 22)分別發(fā)出X射線譜，和-濾波器(20)，所述濾波器OO)這樣對應(yīng)于所述至少一個X射線管(6)，使得從第一焦點(diǎn)發(fā)出的X射線譜不通過所述濾波器OO)濾波并且從第二焦點(diǎn)發(fā)出的X射線譜由所述濾波器OO)這樣濾波，使得濾波后的X射線譜的平均光子能量高于從第一焦點(diǎn) (21)發(fā)出的未濾波的X射線譜的平均光子能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述濾波器OO)含有材料錫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，能夠?qū)⒅辽賰蓚€彼此不同的管電壓施加在所述至少一個X射線管(6)上，能夠在這兩個管電壓之間進(jìn)行切換，其中，在運(yùn)行所述第二焦點(diǎn)0 時比在運(yùn)行所述第一焦點(diǎn)時在所述至少一個X射線管(6)上施加的管電壓更尚ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述濾波器OO)的厚度根據(jù)所述至少一個X射線管(6)的最大管電流來選擇。
5.一種用于裝置的方法，所述裝置用于通過至少一個X射線管(6)產(chǎn)生利用至少兩個不同平均光子能量的X射線譜對測量對象(P)進(jìn)行檢查的X射線，所述X射線管(6)具有至少兩個彼此不同的焦點(diǎn)01，22)，為了產(chǎn)生X射線能夠在所述X射線管的焦點(diǎn)(21，22)之間進(jìn)行切換，其中，從相應(yīng)的焦點(diǎn)(21，22)分別發(fā)出X射線譜，并且其中，濾波器OO)這樣對應(yīng)于所述至少一個X射線管(6)，使得在運(yùn)行第一焦點(diǎn)時從該第一焦點(diǎn)發(fā)出的 X射線譜不通過所述濾波器OO)濾波并且在運(yùn)行第二焦點(diǎn)0 時從該第二焦點(diǎn)發(fā)出的X射線譜由所述濾波器OO)這樣濾波，使得所濾波后的X射線譜的平均光子能量高于從所述第一焦點(diǎn)發(fā)出的未濾波的X射線譜的平均光子能量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述濾波器OO)含有材料錫。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，交替地運(yùn)行所述至少兩個焦點(diǎn)01，22)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，將至少兩個彼此不同的管電壓交替地施加在所述至少一個X射線管(6)上，其中，在運(yùn)行所述第二焦點(diǎn)0 時始終將所述至少兩個彼此不同的管電壓中較高的一個施加在所述至少一個X射線管(6)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述濾波器OO)的厚度根據(jù)所述至少一個X射線管(6)的最大管電流來選擇。
10.一種計(jì)算程序(13)，所述計(jì)算程序?qū)崿F(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求5至9中任一項(xiàng)所述的方法。
11.一種數(shù)據(jù)載體(14，15)，所述數(shù)據(jù)載體具有根據(jù)權(quán)利要求10所述的計(jì)算程序(13)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生X射線的一種裝置和一種方法。所述裝置具有至少一個X射線管(6)和濾波器(20)，所述X射線管(6)包括至少兩個彼此不同的焦點(diǎn)(21，22)，為了產(chǎn)生X射線可以在所述焦點(diǎn)(21，22)之間進(jìn)行切換，所述濾波器(20)這樣對應(yīng)所述至少一個X射線管(6)，使得從第一焦點(diǎn)(21)發(fā)出的X射線譜不通過所述濾波器(20)濾波并且從第二焦點(diǎn)(21)發(fā)出的X射線譜由所述濾波器(20)這樣濾波，使得所述濾波后的X射線譜的平均光子能量高于所述從第一焦點(diǎn)(21)發(fā)出的未濾波的X射線譜的平均光子能量。本發(fā)明還涉及一種實(shí)現(xiàn)所述方法的計(jì)算程序(13)以及一種數(shù)據(jù)載體(14，15)。
文檔編號A61B6/03GK102551776SQ201110319788
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者M.瓦格納, S.特森 申請人:西門子公司