X射线产生单元和放射线摄影装置的制造方法

本发明涉及在医疗设备的领域中使用的放射线摄影装置。特别地，本发明涉及包含X射线产生单元的放射线摄影装置，该X射线产生单元包含多个靶(target)和前方(forward)遮蔽部件。

背景技术：
在最近的诸如乳腺摄影的放射线摄影的领域中，断层合成(tomosynthesis)成像已经被利用为分离关于被检体的被检体深度方向上的信息的方法。在断层合成成像中，通过从多个角度向被检体施加X射线获取多个图像，并且由此获取的多个图像被重构为断层摄影图像。存在通过依次使用被保持静止的多个X射线源从多个角度向被检体施加X射线的断层合成成像技术。美国专利申请公开No.2004/0213378公开了包含以预定的间隔排列多个X射线源的X射线源单元和具有与排列的X射线源对应地设置的多个开口的遮蔽部件单元的放射线摄影装置。

技术实现要素：
技术问题确定由放射线摄影装置获取的图像的分辨率的主要因素中的一个是X射线源的焦斑(focalspot)直径。在本发明的每个实施例中，放射线摄影装置的焦斑的大小基本上与从电子源向各个靶发射的电子束的焦斑的大小对应。在下文中，在靶上限定的电子束的焦斑被称为“焦斑”。从增加要被获取的图像的分辨率的观点，希望焦斑直径尽可能小。另一方面，从形成靶的材料的耐热性和X射线的强度的观点，流过靶的阳极电流的密度的上限和焦斑直径的下限被规定。一般地，有限的“焦斑直径”与考虑靶的耐热性的数十微米的下限和考虑分辨率的数毫米的上限一起利用。在由美国专利申请公开No.2004/0213378所公开的放射线摄影装置中，具有与包含于X射线源单元中的X射线源的阵列对应地设置的多个开口的遮蔽部件被设置在X射线源单元的前侧。遮蔽部件单元包含“隔开物(partition)”，使得可以以阵列的形式彼此分开地提取多个X射线束。隔开物具有用于使X射线衰减的“高度(厚度)”，以防止沿不希望的方向发射X射线。一般地，沿从焦斑向X射线检测单元的方向，包含于遮蔽部件单元中的隔开物的“高度”的范围为从0.1mm或更大到数十毫米或更小。在包含这样的遮蔽部件单元的放射线摄影装置中，在每个X射线束的排列多个靶的方向上的外侧不可避免地形成归因于“焦斑直径”和遮蔽部件单元的隔开物的“高度”的半阴影。该半阴影是从检测器看到的焦点图像中的强度比主X射线成分的强度低的X射线成分。半阴影是可能在获取的图像中导致伪像的不必要成分。并且，形成半阴影的X射线的强度沿排列多个靶的方向改变。因此，在触发获取图像的质量的劣化方面，半阴影也是不必要成分。在包含单个靶的放射线摄影装置中，通过增加前方遮蔽部件的“高度”，半阴影可以减小到可忽略的水平。另一方面，在包含多个靶和遮蔽部件单元的放射线摄影装置中，使多个X射线束彼此重合。为了这样做，隔开物的“高度”被限制。因此，产生大的半阴影区。并且，由于沿排列多个靶的方向在其焦斑没有缺损(eclipse)的主曝射区(exposedregion)的外侧产生这样的半阴影区，因此半阴影区趋于泄漏到放射线摄影装置的外部而不是进入到主曝射区中。为了抑制半阴影泄漏到放射线摄影装置的外部，可利用遮蔽部件覆盖放射线摄影装置的全部。然而，在这样的配置中，重量增加并且重心上升。因此，放射线摄影装置变得不稳定，从而增加成像期间图像模糊的可能性。因此，在可用性和成像性能方面，存在对于通过遮蔽部件的有效布置来限制半阴影的范围的放射线摄影装置的需求。在另一提议中，包含遮蔽部件单元的放射线摄影装置被应用于通过使不同X射线束的范围彼此重合来执行成像的断层摄影。日本专利公开No.2010-115270公开了包含具有与多个透射型靶对应地设置的多个可变开口的遮蔽部件的X射线产生单元。在日本专利公开No.2010-115270中，通过调整设置在格子类型的遮蔽部件单元中的可变开口的位置使多个X射线束彼此重合。在包含这样的遮蔽部件单元的放射线摄影装置中，透过遮蔽部件单元的角部的射束产生半阴影。该半阴影是透过遮蔽部件单元的X射线成分。存在减小这样的半阴影的需要，因为半阴影会泄漏到放射线摄影装置的外部或者半阴影可能在得到的断层摄影图像中导致伪像。本发明提供减小可能泄漏到放射线摄影装置的外部的半阴影的放射线摄影装置。本发明还提供减小归因于前方遮蔽部件的形状的半阴影的X射线产生单元。问题的解决方案根据本发明的一方面，提供一种X射线产生单元，该X射线产生单元包含：多个靶，所述多个靶以行排列；前方遮蔽部件，所述前方遮蔽部件包含分别将靶中的相邻靶分开的多个隔开物；以及电子源，所述电子源分别向所述多个靶的电子入射表面发射电子束。所述隔开物分别具有分别相对于与所述电子入射表面中的相应一个正交的法线倾斜的倾斜表面，并且所述倾斜表面相对于各个法线的倾角随着倾斜表面的沿靶被排列的阵列方向的位置而改变。根据本发明的另一方面，提供一种放射线摄影装置，该放射线摄影装置包含：以上的X射线产生单元；X射线检测单元，所述X射线检测单元包含检测部分，所述检测部分面对靶阵列并且包含多个检测设备。从以下参照附图的示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得清晰。附图说明图1A是根据本发明的一般实施例的X射线产生单元的三面图。图1B是示出隔开物中的一个的放大图。图2是示出包含于根据本发明的一般实施例的X射线产生单元中的靶阵列并且还示出X射线束如何彼此重合的放大图。图3是示出包含不具有倾斜表面的隔开物的已知靶阵列的放大图。图4A是示出根据本发明的一般实施例的X射线产生单元中的一对倾斜表面的倾角与中心轴的角度之间的关系的示图。图4B是示出根据本发明的第一示例性实施例的相对于沿阵列方向的位置的、一对倾斜表面的倾角和中心轴的角度的变化的示图。图4C是示出根据本发明的第二示例性实施例的相对于阵列方向上的位置的、一对倾斜表面的倾角和中心轴的角度的变化的示图。图5A是包含于根据本发明的一般实施例的X射线产生单元中的前方遮蔽部件的示意图。图5B是包含于根据本发明的一般实施例的修改的X射线产生单元中的前方遮蔽部件的示意图。图5C是示出根据本发明的一般实施例的前方遮蔽部件的开口中的一个的放大图。图5D是示出根据本发明的一般实施例的修改的前方遮蔽部件的开口中的一个的放大图。图6是根据本发明的第三示例性实施例的放射线摄影装置的示意图。图7是根据本发明的第四示例性实施例的放射线摄影装置的示意图。图8是根据本发明的一般实施例的放射线摄影装置的系统图。图9是根据本发明的第五实施例的放射线摄影装置中所包含的X射线产生单元的三面图。图10是根据本发明的第五示例性实施例的放射线摄影装置的示意图。具体实施方式现在将参照附图描述本发明的关于X射线产生单元和放射线摄影装置的实施例。除非另外声明，否则，在以下的实施例中描述的元素的材料、尺寸、形状、相对位置和其它因素不限制本发明的范围。首先将参照图1A-5D描述根据本发明的一般实施例的X射线产生单元。将参照图1A、图1B和图2描述根据本发明的一般实施例的X射线产生单元2。图1A是根据本发明的一般实施例的X射线产生单元2的三面图。图1B是示出包含于前方遮蔽部件10中的隔开物39中的一个的放大图。如图1A所示，根据一般实施例的X射线产生单元2包含靶阵列11和电子源14。靶阵列11包含产生X射线的多个靶8和前方遮蔽部件10。电子源14包含多个电子发射部分32。如图1A和图1B所示，多个靶8分别是具有电子入射表面7和与电子入射表面7相对的发射表面的透射型靶。靶8沿预定阵列方向Da以行排列。如图1A和图1B所示，前方遮蔽部件10具有与多个靶8对应地设置的多个开口9。即，与多个靶8一样，多个开口9沿阵列方向Da排列。如图1B所示，前方遮蔽部件10还包含分别将焦斑13中的相邻焦斑彼此分开的多个隔开物39。隔开物39分别沿从电子入射表面7向靶8的发射表面的方向延伸。每一对隔开物39被视为限定沿阵列方向Da的开口9中的相应一个的开口直径。如图1A所示，电子源14被配置使得电子束12分别被施加到多个靶8的电子入射表面7，由此形成焦斑13。在这样的配置中，现在参照图2，X射线产生单元2从焦斑13发射X射线，使得分别从多个开口9提取通过隔开物39沿阵列方向Da彼此分开的多个主曝射区38。在图2中，在靶8的各个电子入射表面7上形成的焦斑13没有被示出。现在将参照图2描述表征根据本发明的一般实施例的X射线产生单元2的隔开物39和开口9的沿阵列方向Da的形状。图2示出其中排列的靶8的数量n为5的靶阵列11的实施例。如图2所示，多个隔开物39分别具有相对于与各个电子入射表面7正交的线倾斜的倾斜表面43。从靶阵列11发射的多个主曝射区38在面对前方遮蔽部件10的检测面41上并且在具有长度Li的区域中彼此重合。在与图2所示的电子入射表面7正交的线当中，作为代表示出其中主曝射区38彼此重合的区域的通过阵列方向Da上的曝射中心CL的中心法线44。如果如图2所示的情况那样相对于通过靶阵列11的阵列中心Ca的与电子入射表面7正交的线中的一个对称地布置焦斑13和靶阵列11中所包含的元素，那么中心法线44通过阵列中心Ca。如果相对于通过阵列中心Ca的法线不对称地布置焦斑13或靶阵列11中所包含的要素，那么中心法线44可能未必通过阵列中心Ca并且可能通过隔开物39中的一个。这样的配置也在本发明的范围内。如图2所示，在根据一般实施例的靶阵列11中，多个隔开物39的倾斜表面43限定沿阵列方向Da的各个开口9的中心轴Ac1-Ac5。在各个开口9中内接截棱锥，其中靶8的其上限定焦斑13的表面为各个截棱锥的上表面。中心轴Ac1-Ac5分别作为连接焦斑13中的相应的一个的中心与开口9处的开口面中的相应的一个的中心的直线在截棱锥中的相应的一个中被唯一地限定。开口9的开口面分别被唯一地限定为通过沿在离电子入射表面7中的相应的一个的高度h0处延伸的虚拟面虚拟地切割前方遮蔽部件10产生的缺口部分。通过至少包含多个靶8和具有与靶8对应地设置的开口9的前方遮蔽部件10的根据一般实施例的X射线产生单元2，随着已知的X射线产生单元的旋转移动可能出现的振动问题被避免。由此，根据一般实施例的X射线产生单元2不具有由在已知的X射线产生单元中随着X射线产生单元的旋转移动可能出现的振动导致的图像模糊的问题。在一般实施例中，隔开物39分别具有倾斜表面43，并且倾斜表面43中的每一个相对于中心法线44的倾角随着其沿阵列方向Da的位置而改变。因此，归因于前方遮蔽部件10的隔开物39的半阴影区45减小。因此，在根据一般实施例的X射线产生单元2中，X射线产生单元2周围的X射线的不希望的泄漏减少。现在将参照图3描述要在本发明中解决的归于衰减的半阴影的问题。图3是示出包含不具有倾斜表面的隔开物39的已知的示例性靶阵列的放大图。已知的示例与日本专利公开No.2010-115270的图2(a)中所示的实施例对应。在已知的示例中，遮蔽部件在与多个开口9的位置不同且使得从各个开口9提取的多个主曝射区38彼此重合的各个位置处被设置在隔开物39上。因此，在已知的示例中，隔开物39中的每一个具有台阶(step)，使得开口9中的每一个沿阵列方向Da具有台阶部分。主曝射区38中的每一个的沿阵列方向Da的形状由分别具有台阶部分的开口9中的相应的一个限定。如图3所示，在主曝射区38的沿阵列方向Da的外侧形成半阴影区45。半阴影区45包含归因于通过隔开物39中相应的一个形成焦斑图像的X射线束的部分缺损的归于缺损的半阴影区33和归因于由透过隔开物39的薄的部分的X射线束的一部分导致的X射线束的衰减的归于衰减的半阴影区46。归于衰减的半阴影区46在归于缺损的半阴影区33的沿阵列方向Da的外侧形成。归于衰减的半阴影区46和归于缺损的半阴影区33分别具有比主曝射区38低的X射线强度，并且其X射线强度沿阵列方向Da变化。因此，归于衰减的半阴影区46和归于缺损的半阴影区33使获取的图像的质量劣化。尽管图3为了便于理解仅示出在从开口9中的第四个开口提取的主曝射区38的右侧形成的半阴影区45，但是半阴影区45也在主曝射区38的左侧以及在从其它开口9提取的其它主曝射区38中的每一个的沿阵列方向Da的两个外侧中的每一个上形成。在包含多个隔开物39且形成其中主曝射区38彼此重合的区域的X射线产生单元中，难以减小包含于半阴影区45中的归于缺损的半阴影区33。因此，本发明人已发现，通过设置其倾角随着隔开物39的位置而改变的倾斜表面43，包含于半阴影区45中的归于衰减的半阴影区46减小。现在将描述通过改变对隔开物39设置的倾斜表面43的倾角减小归于衰减的半阴影区46所需要的条件和功能机构。第一条件如下。前方遮蔽部件10具有分别由隔开物39中的相邻隔开物限定的多个开口9，并且从各个开口9提取的多个主曝射区38(X射线束)朝向彼此定向并且使得彼此重合，其中其各个中心轴处于不同的角度。在第一条件下，在X射线束以不同的角度被施加到被检体的断层摄影中，可在被检者上限定宽的成像场。换句话说，对于给定的成像场，排列于靶阵列11中的靶8的数量n可增加，同时焦斑间距(pitch)p减小。因此，产生提高断层摄影图像的深度方向上的分辨率的效果。第二条件如下。多个隔开物39分别具有沿多个主曝射区38(X射线束)延伸的倾斜表面43。多个主曝射区38具有其角度随着设置在前方遮蔽部件10中的各个开口9的位置而改变的各个中心轴。因此，倾斜表面43处于随着隔开物39的沿阵列方向Da的位置而改变的各个倾角处。在第二条件下，关于从包含于靶阵列11中的多个靶8放射状发射的X射线束，透过隔开物39的薄的角部的成分减少，由此归于衰减的半阴影区46减小。在本发明的一般实施例中，如图4A所示，倾斜表面43中的每一个的倾角θ(i)可通过将每个倾斜表面43沿逆时针方向关于中心法线44的角度定义为正来唯一地确定。中心法线44通过曝射中心CL并且与电子入射表面7中的相应的一个垂直。同样地，中心轴Ac(i)也可通过将其沿逆时针方向关于中心法线44的角度定义为正来唯一地确定。注意，后缀“i”表示开口9中的每一个的沿阵列方向Da的顺序位置。图4B和图4C是示出分别根据本发明的第一和第二示例性实施例的相对于阵列方向Da上的位置的倾斜表面43的角度θ(i)和中心轴Ac(i)的角度的变化的示图。在关于图4A所示的靶阵列11的几何参数当中，仅源到图像距离DSI在第一示例性实施例与第二示例性实施例之间不同。在图4B所示的第一示例性实施例中，源到图像距离DSI为200mm，该距离等于主曝射区38在检测面41上彼此重合的长度Li。在第一示例性实施例中，随着开口9的沿阵列方向Da的顺序位置i的增大，图4A所示的处于每个开口9的右侧的倾斜表面43中的一个的倾角θR(i)从40.3度减小到8.5度。在第一示例性实施例中，前方遮蔽部件10具有相对于通过曝射中心CL的中心法线44的对称形状。因此，随着开口9的沿阵列方向Da的顺序位置i的增大，处于开口9的左侧的倾斜表面43中的一个的倾角θL(i)从-8.5度减小到-40.3度。随着开口9的沿阵列方向Da的顺序位置i的增大，中心轴Ac(i)的倾角基本上线性地从15.9度减小到-15.9度。在其中多个焦斑13的间距恒定的第一示例性实施例中，随着开口9的沿阵列方向Da的顺序位置i的增大，右侧的倾斜表面43的倾角θR(i)的变化率的绝对值逐渐增大，而左侧的倾斜表面43的倾角θL(i)的变化率的绝对值逐渐减小。另一方面，随着开口9的沿阵列方向Da的顺序位置i的增大，中心轴Ac(i)的倾角的变化率在阵列中心Ca周围变得最大。换句话说，在根据第一示例性实施例的靶阵列11中，中心轴Ac1-Ac5相对于中心法线44的倾角的绝对值随着从中心法线44到开口9的距离而增大。随着阵列方向Da上的位置的倾斜表面43的倾角的变化相对于通过曝射中心CL的中心法线44对称。因此，中心法线44与倾斜表面43之间的位置关系可被解释如下。随着从倾斜表面43到中心法线44的距离减小，如图4B中的实线箭头所示，隔开物39的那些倾斜表面43中的面对中心法线44的每一个的倾角的绝对值增大。另一方面，随着从倾斜表面43到中心法线44的距离减小，如图4B中的虚线箭头所示，隔开物39的那些倾斜表面43中的背对中心法线44的每一个的倾角的绝对值减小。随着从倾斜表面43到中心法线44的距离减小，如图4B中的实线箭头所示，隔开物39的那些倾斜表面43中的面对中心法线44的每一个的倾角的、相对于阵列方向Da上的位置的变化率的绝对值减小。另一方面，随着从倾斜表面43到中心法线44的距离减小，如图4B中的虚线箭头所示，隔开物39的那些倾斜表面43中的背对中心法线44的每一个的倾角的、相对于阵列方向Da上的位置的变化率的绝对值增大。现在将参照图4C描述第二示例性实施例，图4C示出相对于阵列方向Da上的位置的倾斜表面43的角度θ(i)和中心轴Ac(i)的角度的变化。除了源到图像距离DSI(该距离为700mm并且比长度Li大)以外，针对根据第二示例性实施例的靶阵列11阐明的几何参数与第一示例性实施例的那些相同。第二示例性实施例在以上倾角中的每一个中的变化率和变化范围上与第一示例性实施例不同。具体而言，相对于阵列方向Da上的顺序位置i的变化更线性，并且变化范围减小到第一示例性实施例的变化范围的约0.28倍。中心轴Ac(i)的倾角的变化范围的减小基本上等于第一示例性实施例与第二示例性实施例之间的源到图像距离DSI的比，即200:700。第一和第二示例性实施例中的倾斜表面43的倾角θR(i)和θL(i)以及中心轴Ac(i)的倾角的变化的趋势定性相同。在第一和第二示例性实施例中利用的计算模型共用的参数如下：主曝射区38在检测面41上彼此重合的长度Li为200mm，排列的靶8的数量为15，焦斑间距p为10mm，并且焦斑直径Φ为0.5mm。倾斜表面43可以不必分别在隔开物39中的相应一个的高度方向上的全部上延伸，并且如图4A所示，可以分别仅在隔开物39的前端部分中延伸。如果倾斜表面43以仅在隔开物39的高度方向上的前端部分延伸的这样的方式被设置，那么焦斑间距p可减小，由此增加断层摄影图像的深度方向上的分辨率。隔开物39的高度方向上的前端部分也被视为隔开物39的处于开口9侧并且远离电子入射表面7的部分。如图4A所示，处于中心轴Ac(i)的两侧的每一对倾斜表面43相对于与电子入射表面7中的相应一个正交的线倾斜，使得从所述一对倾斜表面43向靶8中的相应一个延伸的虚拟面PR和PL形成位于电子入射表面7与电子发射源14(图4A中未示出)之间的相交虚拟线LC。这样的配置减小归因于处于倾斜表面43的更靠近靶8的端部的隔开物39的部分的归于衰减的半阴影区46。在图4A中，没有示出图1A所示的面对电子入射表面7的电子发射源14。图5A是示出包含于根据本发明的一般实施例的X射线产生单元2中的前方遮蔽部件10的一部分的放大透视图。如图5A所示，开口9分别由一对相对的倾斜表面43和一对相对的连接部分129的侧表面限定。根据一般实施例的开口9具有由相对于中心法线44倾斜的两个倾斜表面43、由顶点V1-V4限定的下面(upperplane)、和由顶点V5-V8限定的上面(upperplane)所限定的截棱锥形状。图5B示出图5A所示的一般实施例的修改。在该修改中，由限定开口9的连接部分129的侧表面上的顶点V1、V5、V8和V4以及顶点V2、V6、V7和V3限定的两个面分别以与中心法线44相交的这样的方式倾斜。根据该修改的开口9具有拥有四个斜面(不包含由顶点V1-V4限定的下面和由顶点V5-V8限定的上面)的截棱锥形状。在该修改中，由归于衰减的半阴影区46限定的检测面41上的区域的大小可沿与阵列方向Da相交的方向减小。作为另一修改(未示出)，由顶点V1-V4和顶点V5-V8限定的两个面可以不必彼此平行。即，开口9具有由包含至少一对倾斜表面43的两个或更多个斜面限定的棱锥形状。前方遮蔽部件10至少具有对被检者或放射科医师遮蔽由靶8产生的X射线的一部分的功能。如一般实施例中那样，前方遮蔽部件10还可具有保持多个靶8的功能和作为限定多个靶8的阳极电势的电极的功能。靶8分别是具有电子入射表面7和与电子入射表面7相对且从其发射X射线的发射表面的透射型靶。如图1A和图1B所示，透射型靶8使电子束12沿其入射在靶8上的入射路径与主曝射区38沿其从靶8提取的提取路径分开。在一般实施例中，前方遮蔽部件10包围靶8并且以避开以上路径的这样的方式与靶8连接。在减少沿阵列方向Da可能出现的串扰方面，包含透射型靶8和前方遮蔽部件10的根据一般实施例的靶阵列11优于包含反射型靶的靶阵列。这样的串扰包含反向散射电子、反向散射X射线和向前发射的X射线中的至少一个。在透射型靶8的情况下，遮蔽部件可位于靶8附近。在这方面，在减小遮蔽部件的重量和体积以及减小X射线产生单元的大小方面透射型靶8也优于反射型靶。尽管根据一般实施例的电子源14被设置为其中多个电子发射部分32与各个靶8对应地排列的阴极阵列，但是电子源14的各种修改也在本发明的范围内。例如，电子源14可以包含具有偏转电极的至少一个电子发射部分32。在这样的修改中，从单个电子发射部分32发射的...