用于差分相衬成像装置的x射线管的阳极的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于X射线管的阳极、X射线管以及包括这样的X射线管的差分相衬成像(DPCI)装置。
【背景技术】
[0002]X射线管被提供用于生成X射线的射束的。这种X射线束可以被传输通过感兴趣对象，并且可以使用X射线探测器来探测所传输的X射线，由此提供关于感兴趣对象的X射线吸收特性的信息。例如，可以在医学成像中应用X射线管，以使患者中感兴趣区域的内部结构可视化。
[0003]最近，已经开发出了 X射线差分相衬成像(DPCI)，以使经过被扫描的感兴趣对象的相干X射线的相位信息可视化。除了常规X射线传输成像，DPCI不仅可以确定被扫描对象沿投影线的吸收属性，还可以提供关于所传输的X射线的相移的信息。由此，可以提供例如能用于对比增强、材料成分信息或剂量减小的有价值的额外信息。
[0004]例如，在WO 2011/07052UUS 2012/0099702 A1 和 EP 1731099 A1 中讨论了 DCPI的原理。一般地，提供标准X射线源以生成X射线束。具有小开口的光栅或栅格被定位在X射线源与感兴趣对象之间。这种光栅典型地被称为源光栅G。。X射线束的被传输通过源光栅的开口的部分呈现一定程度的空间光学相干性。典型地被称为相移光栅匕的第二光栅被放置在感兴趣对象的后方，并可以用作分束器(beam splitter) 0得到的干涉图样典型地含有所要求的关于在射束相移的最小值和最大值的相对位置中的射束相移的信息，所述最小值和最大值典型地是几微米的量级。由于典型地具有150 μπι量级的分辨率的常见X射线探测器不能解析最小值和最大值的这样的精细结构，所以一般利用典型地被称为相位分析器光栅或吸收光栅62的第三光栅来对干涉图样进行采样。相位分析器光栅以传输带和吸收带的周期性图样为特征，所述图样具有与干涉图样的周期性相类似的周期性。类似的周期性一般在光栅的后方产生莫尔(Moire)图样。该莫尔图样具有大得多的周期性，并且因此，能由常见X射线探测器探测。为了获得相移信息，一般提供将光栅之一(典型地为相位分析器光栅G2)以光栅间距的分数倍侧向移位。这样的侧向移位也被称为相位步进(phase-stepping)。可以从针对分析器光栅的每个位置测得的具体莫尔图样提取相移信息。
[0005]然而，已经观察到，例如由于在对各个光栅相对于彼此定位中的过渡的不准确度，可能出现非最优的DPCI结果。光栅，尤其是常规DPCI系统中的相移光栅和相位分析器光栅，可能必须以非常高的位置准确度相对于彼此平移。这样的高位置准确度可能难以获得，尤其是例如在DPCI系统中，在DPCI系统中，在X射线检查期间X射线管和X射线探测器将与光栅一起在例如医学C型臂或CT X射线成像系统中移动。
【发明内容】
[0006]因此，可能存在对于一种可以提供经改进的成像结果的经改进的DPCI装置的需要，以及对于要被用在这样的DPCI装置中的X射线管和用于这样的X射线管的阳极的需要。具体而言，可能存在对于一种DPCI装置的需要，在所述DPCI装置中，X射线管、X射线探测器和各栅格在X射线成像期间可以相对于感兴趣对象移动，其中，由于这样的部件运动的恶化成像结果的风险被减小。
[0007]可以由独立权利要求中定义的阳极、X射线管和差分相衬成像装置来满足这样的需求。从属权利要求和后续的说明书中限定了本发明的实施例。
[0008]根据本发明的一方面，提出了一种用于X射线管的阳极。所述阳极包括阳极盘和环状调制吸收栅格。所述阳极盘包括圆形焦点轨迹区域，所述圆形焦点轨迹区域适于在加速电子撞击时在横向于所述电子的撞击方向的发射方向上发射X射线。所述环状调制吸收栅格包围所述焦点轨迹区域。另外，所述调制吸收栅格包括X射线吸收材料的壁部分。这些壁部分例如被布置为吸收从所述焦点轨迹区域在所述发射方向上发射的X射线。此外，所述调制吸收栅格包括在相邻壁部分之间的狭缝，这些狭缝沿所述调制吸收栅格的圆周方向以小于100 μπκ优选地小于20 μπι的间隔被布置，并且所述狭缝在所述圆周方向上具有小于50 μπκ优选地小于5 μπι的宽度。
[0009]简要地总结本发明的要点，所提出的阳极可以包括特定的环状栅格，所述环状栅格由于其调制吸收特性而适于在时间和空间方面对来自所述阳极盘的所述焦点轨迹区域上的焦斑的X射线强度进行调制。这些调制吸收特性可以源自具有X射线吸收材料的壁部分和中间狭缝的环状栅格。尽管所述壁部分可以显著地吸收来自所述焦斑的X射线束的部分，但所述X射线束的其他部分被传输通过所述中间狭缝而不被显著吸收。由于在所述X射线管的操作期间所述阳极盘可以与所述调制吸收栅格一起旋转，因此可以在时间和空间上对来自所述焦斑并被传输通过所述调制吸收栅格的所述X射线束进行周期性调制。换言之，所述调制吸收栅格可以用作DPCI装置中的源光栅，并且由于该调制吸收栅格在所述X射线管的操作期间与旋转的阳极一起移动，所以在时间和空间上对由所述X射线管发射的X射线束进行了周期性调制。接着这样的经调制的X射线束可以被使用在所述DPCI装置中，以在被X射线探测器探测到之前被传输通过感兴趣对象、相移光栅以及后续的相位分析器光栅。然而，尽管在常规DPCI系统中，源光栅典型地是静止的，并且另外两个光栅之一相对于所述静止光栅移动，但在使用所提出的阳极的DPCI装置中，所述调制吸收栅格可以用作源光栅，所述源光栅在操作期间与旋转的阳极盘一起移动，使得经调制的X射线束被从所述X射线管发射。使用这样的经调制的X射线束，可以将其他光栅，即所述相移光栅和所述相位分析器光栅提供在例如相对于所述X射线探测器的固定静止位置中。由于这些光栅不必在DPCI系统操作期间相对于所述X射线探测器平移，所以由于机械不准确性的恶化成像结果的风险被减小。
[0010]优选地，所述阳极盘和所述调制吸收栅格被固定地结合。根据实施例，所述阳极盘和所述调制吸收栅格被集成在一个单件中。用作X射线阳极以在加速电子撞击时生成X射线束，并且用于使用与所述阳极盘集成形成的栅格来对该X射线束进行调制的这样的单件组合部件可以呈现出例如特定的机械稳定性。
[0011]根据实施例，所述狭缝是纵向的，具有基本垂直于所述阳极盘的邻接表面的纵轴。换言之，可以形成所述环状调制吸收栅格的所述壁部分，使得在相邻壁部分之间的狭缝基本垂直于所述阳极盘的表面延伸，这些壁部分在所述表面上突出。
[0012]根据实施例，所述调制吸收栅格中的所述狭缝是等距布置的。换言之，可以形成所述调制吸收栅格的所述壁部分，使得所述壁部分中的每个具有相同的宽度，并且所述狭缝中的每个具有所述宽度。因此，在所述阳极旋转时，对被传输通过所述调制吸收栅格的所述X射线束进行周期性调制。
[0013]根据实施例，所述调制吸收栅格包括加强结构以对所述壁部分进行机械加强以抵抗离心力，所述加强结构至少部分地桥接所述狭缝并适于具有比所述壁部分小至少50 %、优选地小至少80%的X射线吸收。例如，所述加强结构可以由示出低X射线吸收（低Z数）的材料（例如碳纤维）制成，或者可以由与所述壁部分相同或相似的材料制成但可以具有与所述壁部分相比大幅减小的厚度。这样的加强结构可以帮助在出现大力时（例如在操作期间旋转所述阳极时，尤其是在随着反向散射电子撞击出现非常高的温度而所述调制吸收栅格也受到该非常高的温度时）保持所述调制吸收栅格的机械完整性。
[0014]根据本发明的第二方面，提出了一种X射线管。该X射线管包括电子源、电子加速和聚焦装置以及上文中提出的阳极。所述电子源适于生成自由电子。所述电子加速和聚焦装置适于使所述自由电子在撞击方向上加速，并将所述自由电子聚焦在所述阳极的圆形焦点轨迹区域上的焦斑中。另外，所述电子加速和聚焦装置以及所述阳极适于使得所述焦斑具有比所述调制吸收栅格中相邻狭缝之间的间隔更大的宽度。
[0015]换言之，所提出的X射线管的部件，尤其是所述阳极，适于使得所述调制吸收栅格中的所述狭缝优选地在宽度上显著较小，并在圆周方向上以比所述阳极盘上的所述焦斑的所述宽度显著更小的间隔彼此隔开。优选地，所述焦斑的所述宽度大于壁部分的宽度和相邻两个狭缝的宽度之和。甚至更优选地，所述焦斑大于若干壁部分的宽度和相关联的狭缝的宽度之和。在具有这样的尺寸的情况下，从所述焦斑发射的X射线束始终被同步地传输通过所述调制吸收栅