專利名稱：產生準單色x射線的x射線裝置和放射性照相拍攝系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于產生準單色χ射線的χ射線裝置以及一種醫(yī)學的放射性照相-X射線拍攝系統(tǒng)。
背景技術：
用于基于X射線的、醫(yī)學成像的X射線系統(tǒng)，按照現有技術具有以下結構點狀的 X射線源(通過電子束在陽極上產生的韌致輻射)在X射線裝置中發(fā)射多色X射線；該X 射線通過準直器特別被帶入限制的扇形的形狀。在借助位置分辨的圖像接收器拍攝對象之前，X射線部分地穿透待透視的對象。在使用這樣的X射線系統(tǒng)時的主要的效率損失通過存在的多色韌致譜產生。公知的是，對于每個任務，即，在定義的背景和給定的幾何內的確定的對象的成像，給出恰好一個量子能量，該量子能量表示在患者劑量、對比度和噪聲之間的最優(yōu)折衷并且由此具有最高的效率。多色譜由此一定包含對于各個任務是多余的或干擾的譜分量。因為對于最佳的量子能量，相鄰的能量同樣具有非常高的效率，所以為了滿足好的圖像質量的任務，使用一定程度上較寬地散射的量子能量(準單色的)是足夠的，例如， 限制到大約15keV的范圍；與之相比，完美的單色X射線并不太多地提高效率。對于理想的X射線系統(tǒng)，前提條件是可調的(durchstimmbare)、準單色的、有效的 X射線裝置。然而，從多色譜中產生準單色的X射線是復雜的。近似獲得這一點的通常方法是將借助公知的X射線源產生的多色X射線經由布拉格反射(參見圖2)衍射到晶體上。 然而這些方法在光譜以及在空間方向上都總是包含非常大的射線強度損失。由于這個原因，按照現有技術的這樣的X射線裝置首先在透視大且厚的組織層的情況下不能被使用或者只能進行所謂的掃描拍攝。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是，提供一種X射線裝置，其確保產生具有高的射線強度的盡可能準單色X射線和盡可能大的照射區(qū)域。借助按照本發(fā)明的X射線裝置將多色X射線通過在布拉格條件下、通過反射而衍射到具有晶格的晶格層面距離(Gitterebenenabstand)的特別是連續(xù)的變化(漸次)的超鏡(Superspiegel)而轉換為準單色的X射線。在此結晶材料特別具有晶格層面距離的垂直于表面的變化。通過該所謂的“局部”變化，布拉格尖峰變寬并且產生準單色X射線。在這樣產生的準單色X射線中，射線強度明顯高于在通過公知的濾波器轉換到準單色的X射線的情況。準單色的X射線在此理解為直到大約15keV的能量帶。通過本發(fā)明的X射線裝置，在X射線成像時，可以明顯提高每個采用的患者劑量的結果或圖像質量，例如，在放射線照相中大約提高了因數3。通過按照本發(fā)明的X射線裝置，損失相對少的X射線強度，從而能夠在良好圖像質量的情況下進行全圖像X射線成像(與掃描成像相比，在掃描成像中， 在對象上移動一個非常窄的X射線)。此外量子能量的按照需要的可控制性允許曝光參數與患者厚度有利的匹配(“自動的曝光調節(jié)”)?？傮w上通過本發(fā)明，提高了 X射線成像中的圖像質量，從而診斷結果更簡單和更可靠或者替換地可以在保持相同的圖像質量的情況下降低劑量。晶格層面距離的垂直于表面的變化例如具有在平均值附近的高斯分布，從而可以產生直到15keV的能量帶。但是也可以具有該變化的線性的或其他連續(xù)的分布。結晶材料例如可以由人造產生的晶體構成。按照本發(fā)明的實施方式，通過結晶材料具有在沿著表面的至少一個方向上的晶格層面距離的連續(xù)變化，可以產生特別恒定的能量選擇。按照本發(fā)明的另一種實施方式，多色的X射線的反射的部分具有至少40keV和最高90keV、特別是50至70keV的量子能量。該范圍特別對于在放射線照相中，即在對身體部位和器官的單個拍攝中的X射線成像是合適的。從該范圍選出的能量帶例如延伸超過直至 15keV,即例如 50keV 至 65keV。按照本發(fā)明的另一種實施方式，晶格的晶格層面距離沿著表面的、特別是連續(xù)的變化是這樣的，即，超鏡在其表面上具有晶格層面距離的圓弧形的等值線(具有共同的中心)。這樣構成的超鏡使得在合適定位時、能量帶的特別均勻反射和由此準單色X射線的產生是可能的。這樣的超鏡的表面例如可以構造為矩形，其中等值線可以垂直于超鏡的縱向而延伸。以優(yōu)選方式，為了特別簡單地制造用于產生準單色X射線的、具有還是有效的可用性的超鏡，晶格的晶格層面距離沿著表面的特別是連續(xù)的變化是這樣的，即超鏡在其表面上具有晶格層面距離的直的、互相平行的等值線。這樣的超鏡的表面同樣例如可以構造為矩形，其中等值線可以垂直于超鏡的縱向而延伸。按照本發(fā)明的另一種實施方式，關于射線源這樣布置超鏡，使得等值線垂直于X 射線的中央射線在超鏡上的投影。這在具有一維的以及具有二維的可變的晶格層面距離的超鏡的情況下是有利的。在X射線源這樣定位的情況下，保證了 X射線的特別有效的反射， 從而可以產生高強度的準單色的X射線。如果如上所述超鏡是矩形的并且等值線垂直于縱向，則當X射線的中央射線的投影平行于縱向時是有利的。按照本發(fā)明的另一種實施方式，這樣布置超鏡，使得其在垂直于其表面的方向上是可以調節(jié)的。以這種方式可以利用同一個的超鏡選擇地反射不同的能量帶。由此在X射線成像中的不同應用是可能的。以優(yōu)選方式，超鏡由材料鎳和碳的組合或者由材料鉬和硅的組合或者由材料鎢和硅的組合形成。按照本發(fā)明的另一種實施方式，晶格具有至少為0. 02nm最高為0. 25nm的晶格層面距離。以這種方式可以根據需要反射在40keV和90keV之間的量子能量或能量帶。合適地，傳輸或吸收多色的X射線的其他部分，S卩，沒有借助布拉格反射被反射的部分。為了防止X射線傷害位于X射線裝置之外的設備或人員，在超鏡的背面上涂覆或覆蓋高吸收的材料，特別是鉛。以這種方式吸收全部未反射的X射線。替換鉛，還可以例如使用鎢或鉬。本發(fā)明還包括一種具有用于產生準單色X射線的X射線裝置和X射線探測器的醫(yī)學放射線照相-X射線拍攝系統(tǒng)。“連續(xù)的變化”在此理解為變化的函數，其滿足數學上的連續(xù)標準并且沒有跳變。 即變化可以是例如線性的或指數的。


以下借助在附圖中示意性示出的實施例、在并不由此將本發(fā)明限制到這些實施例的條件下詳細解釋本發(fā)明以及其他優(yōu)選實施方式。附圖中圖1示出了具有和沒有濾波器的公知X射線源的量子能量的視圖，圖2示出了按照現有技術在布拉格條件下X射線到晶格的反射的視圖，圖3示出了擊中具有晶格層面距離的二維變化的超鏡的X射線的透視圖，圖4示出了通過具有晶格層面距離的二維變化的超鏡的截面，圖5示出了按照本發(fā)明的醫(yī)學X射線拍攝系統(tǒng)的視圖，圖6示出了具有晶格層面距離的二維變化的超鏡的俯視圖，圖7示出了具有晶格層面距離的一維變化的超鏡的俯視圖，圖8示出了具有在垂直于表面的兩個位置擊中的X射線的超鏡的表面的側面視圖，圖9示出了公知的X射線源的量子能量與按照本發(fā)明的X射線裝置相比較的視圖，圖10示出了超鏡的第一示例性設置，和圖11示出了超鏡的另一個示例性設置。
具體實施例方式圖1示出了按照現有技術的通常的多色X射線源的X射線韌致譜，其中實線示出未濾波的X射線譜而虛線和點劃線示出利用銅濾波器(Kupfer-Filter)濾波的X射線譜。 所有的X射線譜利用X射線源的大約IOOkV的相似管電壓來產生。點劃線的X射線譜利用比虛線更強的濾波來產生。通過使用濾波器，使得X射線譜的低能量部分淡出；然而也會強烈降低強度。在產生準單色X射線時，即，其量子能量限制到主要為KkeV或更少的能量帶的X射線，只剩下如此少的強度，使得在全圖像拍攝中，只能對非常薄的對象成像。X射線譜的最高能量由管電壓確定。圖2示出了 X射線的所謂的布拉格反射。結晶材料的原子6布置在具有一般是規(guī)則的固定的晶格層面距離d的晶格層面7內。當X射線5的波長λ滿足以下條件η λ = 2dsine，其中n是任意整數，以入射角θ入射的X射線5正好反射。所有其他波長被傳輸或吸收。本發(fā)明利用布拉格反射借助具有一個平的表面的反射器從多色X射線中產生準單色X射線，該反射器具有晶格的晶格層面距離的垂直于表面(“局部的”)和同時沿著表面的連續(xù)變化。該反射器還可以稱為所謂的多層超鏡(multilayeredsupermirror)。通過垂直于表面的晶格層面距離d的連續(xù)變化(漸次)，借助布拉格反射不是僅反射唯一一個波長，而是反射相應于各個X射線擊中的各個晶格層面距離的整個范圍，即能量帶。通過沿著表面的變化，在點狀的X射線源和超鏡的平的表面的情況下，在X射線的入射角沿著表面改變的情況下，確保了恒定的反射的能量帶。晶格層面距離的垂直于表面的變化例如是這樣的，即，X射線的直到15keV的能量帶被反射。在此，變化例如可以高斯形狀地圍繞平均值分布，其中平均值相應于例如50keV或70keV的反射的能量。(垂直于表面的)“局部的” 變化從現有技術中例如在構造望遠鏡時是公知的。
如圖3所示，除了垂直于表面的(未示出的)變化，晶格層面距離沿著超鏡1的表面12變化。超鏡1的表面12例如構造為具有縱向和橫向的矩形形狀。在此這樣連續(xù)地構造晶格層面距離沿著表面的變化，使得在表面12上存在圓弧形的等值線15，S卩，具有相同的晶格層面距離的線。按照一種變形，等值線15例如可以構造為具有共同的、位于超鏡的表面的層面中的中心的圓弧線組成的截面。該中心例如可以在縱向上設置在超鏡的第一末端之外或之上。在這種情況下，X射線裝置的X射線源優(yōu)選在超鏡上方的層面中的這樣的位置中，即，到超鏡的表面的層面上的垂直投影恰好落在圓弧線的中心中。然而與該幾何特征不同也是可能的。從由X射線源2發(fā)送的X射線形成的X射線扇形在超鏡上具有擊中平面13。擊中平面13在其靠近X射線源的第一末端擊中另一個、特別是比其遠離X射線源的第二末端更小的晶格層面距離。特別地，晶格層面距離沿著擊中表面從第一末端到第二末端連續(xù)改變?yōu)楦蟮木Ц駥用婢嚯x。晶格層面距離的垂直于表面的未示出的變化產生準單色能量帶， 即，布拉格-尖峰變寬(參見圖9)，而沿著表面的變化使得總是保持相同的能量帶。在圖6 中以俯視圖示出了超鏡1的表面，其中，連續(xù)變化的方向14徑向地從通過X射線源2到超鏡1的層面上的投影形成的中心16出發(fā)延伸。圖4示出了在縱向從第一末端到第二末端(圖3中用虛線表示)通過圖3的超鏡 1的截面，其中還示出，不同的X射線在不同的位置并且由此在不同的晶格層面距離的情況下擊中表面12。反射的X射線5. 1這樣延伸，使得就像X射線從通過X射線源2在表面12 的鏡像形成的虛擬X射線源8出發(fā)。在X射線源2和表面12的層面之間形成高度距離H 和長度距離L。沒有示出的又是晶格層面距離的垂直于表面存在的變化。圖7示出了本發(fā)明的另一種構造。對于超鏡1的簡化制造，在方向14上從靠近X 射線源的第一末端到其遠離X射線源的第二末端，沿著表面這樣構造晶格層面距離的連續(xù)變化，使得等值線15在這種情況下構造為直的且平行的。圖9以實線示出了按照本發(fā)明具有雙重變化的X射線裝置的X射線譜看起來是如何的；與之相比，虛線示出常規(guī)的X射線輻射器的、利用銅濾波器濾波的X射線譜。利用按照本發(fā)明的X射線裝置產生的X射線譜是準單色的并且展現出突出的最大值，該突出的最大值具有例如10至15keV的有限的量子能量帶上的小的強度損失；其余的能量幾乎沒有強度。借助這樣的準單色X射線譜可以在良好實現的質量的情況下進行利用X射線射擊(一次曝光)的全域X射線拍攝(Vollfeld-R0ntgenaufnahmen)。圖5示例性示出了放射線照相-X射線拍攝系統(tǒng)10，其具有按照本發(fā)明的帶有多色射線源2和超鏡1的X射線裝置。反射的X射線5. 1穿透對象11并且然后擊中X射線探測器3。X射線裝置可以固定地或可動地安裝。例如可以與X射線探測器一起布置在例如以C弧形式的支架上。其他的布置，例如具有移動的X射線探測器，也是可能的。在拍攝X射線圖像期間，在多色射線源2和超鏡之間的布置不可移動。然而在兩次拍攝之間完全可以設置一個調整。按照本發(fā)明的實施方式，這樣布置超鏡，使得其垂直于晶體表面是可以調整的。這樣的調整導致選擇的準單色能量帶改變，從而借助這樣的可調整的X射線裝置也可以在不更換超鏡的情況下可以選擇各個不同的能量帶。圖8示出了這樣的調整9和其對入射的X射線5的位置和由此擊中平面的作用。通過擊中平面的偏移， X射線分別擊中另一個晶格層面距離；由此也反射不同的能量帶?？梢栽O置調整裝置，從而例如可以借助電機來自動地控制調整。超鏡例如可以由材料鎳和碳的組合或者由材料鉬和硅的組合或者由材料鎢和硅的組合形成。這些材料可以以簡單方式以可變的晶格層面距離被涂覆，例如沉積或涂層。為了產生這樣的可變的晶格層面距離，例如產生人造的晶體結構。用于制造這樣的層的例子， 由 A· Ivan et al.的文章"Design and optimization ofmultilayer coatings for hard χ-ray mirrors，，，Proceedings of SPIE, Vol. 3773,1999, Denver Colorado，從第 107 頁及其后中公開。晶格的在至少0. 02nm和最高0. 25nm之間的晶格層面距離的構造是特別有利的， 因為以這種方式可以反射在40keV和90keV之間的量子能量。在超鏡背面上例如可以利用鉛涂覆或覆蓋。以這種方式，不反射的X射線被吸收并且不會在超鏡的背面上進一步傳播和在那里導致設備和人員傷害。按照本發(fā)明的另一種實施方式，通過(與從大約50keV至IOOkeV的“正常管電壓” 相比)高出超過lOOkeV、例如或150keV( “高壓管”)的更高管電壓，可以提高確定的能量的量子數，因為改進了 X射線裝置的效率。然而該提高的缺陷在于，通過布拉格公式的周期性還反射更高階的量子(兩倍/三倍...能量；例如在50keV還有IOOkeV和150keV 的情況下)。在示例性的X射線裝置中超鏡可以長30cm、寬IOcm并且具有在0. 05nm和0. 22nm 之間的晶格層面距離。在X射線的在分別兩個方向上的7°的開放角的情況下并且在X射線源與超鏡的表面的高度距離H = 12mm以及長度距離L = 0的情況下，如圖10所示形成擊中平面，在高度距離H = 16. 9mm的情況下如圖11所示。借助按照本發(fā)明的X射線裝置可以明顯提高性能，即，每個采用的患者劑量(每個患者的X射線劑量)的圖像質量；在放射線照相中直到因數3。通過本發(fā)明，X射線強度損失小。無需如在按照現有技術的裝置中那樣進行按照掃描方法的X射線拍攝，以獲得尚且足夠的強度。此外，能量的可控制性允許曝光參數與患者厚度的目前通常的匹配(“自動的曝光調節(jié)”)?？梢匀缦潞喍谈爬ū景l(fā)明對于具有高的射線強度的準單色X射線，設置用于產生用于照射對象的準單色X射線的X射線裝置，該X射線裝置具有用于發(fā)送多色X射線的點狀的射線源和用于衍射多色X射線的衍射裝置，該衍射裝置具有由帶有平的表面的結晶材料構成的超鏡，在該超鏡中，結晶材料具有晶格的晶格層面距離的至少一個、特別是連續(xù)的變化，其中這樣布置射線源和衍射裝置，使得從多色X射線通過在超鏡上的部分反射產生準單色X射線。優(yōu)選地，既有在沿著表面的至少一個方向上的晶格層面距離的連續(xù)變化而且還有垂直于表面的晶格層面距離的變化。
權利要求
1.一種用于產生用于照射對象的準單色X射線的X射線裝置，具有-用于發(fā)送多色X射線(5)的點狀的射線源O)，和-用于衍射多色X射線的(5)衍射裝置，該衍射裝置具有由帶有平的表面(12)的結晶材料構成的超鏡(1)，在該超鏡(1)中，所述結晶材料具有晶格的晶格層面距離(d)的至少一個連續(xù)的變化，其中，這樣布置所述射線源( 和衍射裝置，使得從所述多色X射線( 的一部分通過在超鏡上的布拉格反射產生準單色X射線(5. 1)。
2.根據權利要求1所述的X射線裝置，其中，所述結晶材料具有在沿著表面(12)的至少一個方向上晶格層面距離(d)的連續(xù)變化。
3.根據權利要求1或2所述的X射線裝置，其中，所述結晶材料具有晶格層面距離(d) 的垂直于表面的變化。
4.根據上述權利要求中任一項所述的X射線裝置，其中，所述多色X射線(5)的其他部分被傳輸和/或吸收。
5.根據上述權利要求中任一項所述的X射線裝置，其中，所述準單色X射線(5.1)具有至少40keV和最高90keV的量子能量。
6.根據權利要求2所述的X射線裝置，其中，晶格的晶格層面距離(d)沿著表面的特別是連續(xù)的變化是這樣的，即，所述超鏡(1)在其表面(1 上具有晶格層面距離(d)的直的、 互相平行的等值線(15)。
7.根據權利要求2所述的X射線裝置，其中，晶格的晶格層面距離(d)沿著表面的特別是連續(xù)的變化是這樣的，即，所述超鏡(1)在其表面(1 上具有晶格層面距離(d)的圓弧形的等值線(15)。
8.根據權利要求6或7所述的X射線裝置，其中，關于所述射線源(2)這樣布置所述超鏡(1)，使得所述等值線(15)垂直于X射線的中央射線在所述超鏡(1)上的投影。
9.根據上述權利要求中任一項所述的X射線裝置，其中，這樣布置所述超鏡(1)，使得其在垂直于其表面(1 的方向上是可以調節(jié)的。
10.根據上述權利要求中任一項所述的X射線裝置，其中，所述超鏡(1)由材料鎳和碳的組合或者由材料鉬和硅的組合或者由材料鎢和硅的組合形成。
11.根據上述權利要求中任一項所述的X射線裝置，其中，所述超鏡(1)的晶格具有至少為0. 02nm最高為0. 25nm的晶格層面距離(d)。
12.根據上述權利要求中任一項所述的X射線裝置，其中，在所述超鏡(1)的背面上涂覆或覆蓋高吸收的材料，特別是鉛。
13.—種醫(yī)學放射線照相-X射線拍攝系統(tǒng)，具有按照權利要求1至12中任一項所述的用于產生準單色X射線(5. 1)的X射線裝置(4)，以及具有X射線探測器(3)。
全文摘要
對于具有高的射線強度的準單色X射線，設置用于產生用于照射對象的準單色X射線的X射線裝置，該X射線裝置具有用于發(fā)送多色X射線的點狀的射線源和用于衍射多色X射線的衍射裝置，該衍射裝置具有由具有平的表面的結晶材料構成的超鏡，在該超鏡中，結晶材料具有晶格的晶格層面距離的至少一個、特別是連續(xù)的變化，其中這樣布置射線源和衍射裝置，使得從多色X射線通過在超鏡上的部分反射產生準單色X射線。
文檔編號A61B6/00GK102327119SQ20111014587
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月1日 優(yōu)先權日2010年6月7日
發(fā)明者菲利普.伯恩哈特 申請人:西門子公司