专利名称：用于产生x射线的装置和方法以及计算程序和数据载体的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于产生利用至少两个不同平均光子能量的X射线谱对测量对象进行检查的X射线的一种装置和一种方法。此外，本发明涉及一种实现该方法的计算程序以及一种具有该计算程序的数据载体。
背景技术：
在X射线技术中，特别是在X射线计算机断层造影中存在不同的方案，用以利用不同平均光子能量的X射线谱对测量对象(例如患者)进行扫描，以便基于组织对X射线的取决于能量的吸收能够例如推断出患者的不同的组织类型或其化学组成。例如，西门了公司销售名称为“S0MAT0M Definition”的计算机断层造影设备或CT 扫描仪，其包括两个分别具有X射线管和X射线探测器的、布置在机架上的X射线系统。在所谓的“双能扫描”过程中一个X射线管能以相对低的、例如80kv的管电压运行而另一个X 射线管能以相对高的、例如140kV的管电压运行。通过这种方式利用两个X射线系统得到两组测量信号的数据组，由于从两个X射线管发出的不同平均光子能量的频谱，该两组测量信号的数据组具有不同的X射线吸收度。除了这样具有两个X射线系统的计算断层造影设备外，还存在这种方案为了产生不同平均光子能量的X射线谱仅利用一个具有一个X射线管的X射线系统这样运行计算机断层造影设备，使得在该X射线管上交替地施加相对低的、例如SOkV的管电压和相对高的、例如140kV的管电压。用于交替地施加相对低的和相对高的电压的切换间隔 (Schaltintervall)例如是大约 300 μ s。但是切换持续时间不能任意缩短，因为X射线管和对应于X射线管的高压发电机具有一定的惯性，该惯性阻碍了在各个切换时间点直接达到期望的电压。该情况导致限制了对管电压进行切换的方法的应用，因为对于一些应用(例如在其中对患者应用X射线造影剂的应用、例如利用X射线能使有血液流动的血管变得可见的应用)不能容忍惯性。由此，在利用交替的管电压进行扫描或拍摄X射线投影期间注入血管的造影剂的浓度在通过因切换电压而减慢进行的扫描过程中这样改变，使得不再能由测量信号导出原始期望的、 基于利用两个不同平均光子能量的X射线谱扫描的信息。DE 10 2004 031 169A1公开了一种切换管电压的替代方案，其中描述了具有X射线管的计算机断层造影设备，在其辐射路径中这样设置具有两个不同半滤波 (Filterhalften )的滤波器，使得从X射线源发出的辐射扇形划分为具有第一X射线谱的第一部分辐射扇形和具有与第一 X射线谱不同的第二 X射线谱的第二部分辐射扇形。在US 4，255，644中以及在US 5，570，403中也描述了类似的装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，这样提供用于产生X射线的一种装置和一种方法、一种计算程序以及一种开头提到的类型的数据载体，使得按照另一种替换在使用X射线管的情况下可以产生至少两个不同平均光子能量的X射线谱用于检查测量对象。根据本发明该技术问题是通过用于产生对测量对象进行检查的具有至少两个不同平均光子能量的X射线谱的X射线的一种装置或一种方法来解决的。该装置具有至少一个包括至少两个彼此不同的焦点的X射线管(可以在用于产生X射线的该X射线管的焦点之间进行切换，其中从相应的焦点分别发出X射线谱)和与至少一个该X射线管这样对应的滤波器，使得从第一焦点发出的X射线谱不通过滤波器滤波并且从第二焦点发出的X射线谱由滤波器这样滤波，使得滤波后的X射线谱的平均光子能量高于从第一焦点发出的、 未滤波的X射线谱的平均光子能量。发明人因此建议，使用具有所谓“跳焦点(Springfokus) ”或“飞焦点(Flying Focal Spot)”的X射线管。优选地，X射线管具有两个焦点，这两个焦点在使用时例如在计算机断层造影设备中在系统轴方向上或在计算机断层造影设备的Z轴方向上相对于彼此在X射线管的阳极上错开。技术上这样实现这两个焦点，使得从X射线管的阴极发出的电子束可选地偏转到第一焦点上以及可选地偏转到第二焦点上。X射线谱分别从两个焦点发出，其中这两个频谱就其平均光子能量而言基本是相同的。但这两个X射线谱由于其彼此不同的产生位置(上述两个焦点)向不同的空间方向辐射。在此，使用“跳焦点”具有如下的优点，即可以在两个焦点之间极快地切换并且由此能在两个空间方向之间切换。根据射线偏转单元的效率切换间隔例如可以是200 μ s或者还可以更短。最后，滤波器对于X射线这样对应于X射线管或两个焦点，使得从第一焦点发出的 X射线谱优选地从滤波器旁边经过并且因此不被滤波，而从第二焦点发出的X射线谱必须通过滤波器并且由此滤波。在此，这样设计滤波器，使得从第二焦点发出的χ射线谱在滤波之后具有更高的平均光子能量。通过所描述的装置，在保持在X射线管上施加电压不变的情况下通过交替激活两个焦点能够交替地产生用于检查测量对象的两个具有不同平均光子能量的X射线谱。在此，可以如此快速地进行两个频谱之间的切换，使得例如在使用造影剂的情况下的CT扫描、例如CT血管造影扫描可以作为所谓的“双能扫描”顺利地进行。根据本发明的方案对应于X射线管或焦点的滤波器的材料中含有锡。滤波器在此可以完全由锡构造。位于从第二焦点发出的X射线的辐射路径中的锡滤波器的作用是，使发射的X射线谱的具有低光子能量的X射线量子在锡过滤器中被吸收也即被锡过滤器滤出。相反，X射线谱的高能部分可以通过锡过滤波器。通过这种方式，滤波后的X射线谱具有比从第一焦点发射的X射线谱更高的平均光子能量。本发明的实施方式，可以将至少两个彼此不同的管电压施加在至少一个X射线管上，可以在这些管电压之间进行切换，其中在运行第二焦点时在至少一个X射线管上施加比在运行第一焦点时更高的管电压。本发明的实施方式对于应用特别地规定，其中在扫描或拍摄X射线投影期间可以接受切换过程或用于管电压的切换过程的时间。在本发明的该方案中可以通过使用两个管电压产生两个X射线谱，使用两个管电压时特别就其平均光子能量而言比仅使用一个管电压时彼此分离更明显。在此，除了能量选择外，滤波器也降低了在更高的管电压下产生的X射线谱的X射线的强度。因此，这点是具有优势的，因为调整 X射线管的管电流的速度也被限制，特别是在从较低的管电压切换到较高的管电压的情况下。由此，通过该滤波器在关于切换电压未调节或未控制管电流的情况下降低了在更高管电压下产生的X射线谱的X射线的强度。按照本发明的扩展滤波器的厚度根据至少一个X射线管的最大管电流来选择。本发明的技术问题也通过一种计算程序(该计算程序实现任一个上面描述的方法)以及通过一种数据载体(该数据载体具有实现任一个所述方法的计算程序)来解决。
本发明的实施例在所附示意图中示出。附图中图1示出了用于检查患者的计算机断层造影设备，图2示出了产生两个不同平均光子能量的X射线谱的示意图，图3和图4示出了两个不同平均光子能量的X射线谱。附图中相同或功能相同的元件、组件、组织等全部具有相同的附图标记。附图中图示是示意性的并且不必成比例，其中这些附图之间的比例可以改变。下面，在图1中示出的计算机断层造影设备1被不失一般性地仅作为理解本发明所必需的来讨论。
具体实施例方式图1中示出的计算机断层造影设备1具有用于放置待检查的患者P的患者卧榻2。 计算机断层造影设备1还包括具有可围绕系统轴5或Z轴旋转的管-探测器系统的机架4。 所述管-探测器系统具有互相相对布置的X射线管6和X射线探测器单元7。运行时，从X 射线管6向X射线探测器单元7的方向发射X射线8，并且借助该X射线探测器单元以测量信号的形式采集X射线。患者卧榻2具有卧榻基座9，在该卧榻基座上设置用于实际支撑患者P所设置的患者支撑板10。可以相对于卧榻基座9这样调节患者支撑板10，使得患者支撑板10与患者P 能够一起驶入机架4的开口 3以便(例如用螺旋扫描)对患者P拍摄二维X射线投影。利用示意性示出的计算机断层造影设备1的图像计算机11进行二维X射线投影计算的处理或者基于二维X射线投影进行患者P的身体区域的层图像和/或体积数据组的重建。在本发明的实施例的情况下，利用计算机断层造影设备1以 CTA(CT-Angiographie,CT血管造影)的形式对患者P的心脏进行检查，其中首先例如将含碘的造影剂应用到患者P的传输血液的血管。该检查应当作为“双能扫描”来进行，也就是患者P的具有患者P心脏的身体区域应当通过两个不同平均光子能量的X射线谱来扫描。 从不同的方向对患者的心脏进行扫描或拍摄二维X射线投影，优选采用螺旋扫描。根据拍摄的二维X射线投影或其测量信号借助图像计算机11重建心脏的层图像或者借助图像计算机11重建患者心脏的体积数据组。为了能仅利用一个X射线管6实现这点，该X射线管6具有在附图中未示出的X 射线管6的阳极上的两个焦点或两个聚焦点(R)kUSpimkt)。在本发明的实施例的情况下在机架4中这样设置X射线管6，使得这两个焦点在X射线管6阳极上具有在系统轴5或ζ轴方向上的偏差。技术上这样实现这两个焦点，使得从同样在附图中未示出的X射线管6的阴极发出的电子束可选地偏转到一个焦点上以及可选地偏转到另一个焦点上。从两个焦点分别发出一个X射线谱，这两个X射线谱原则上是相同的。该原理一般也被称为X射线管中的跳焦点或“飞焦点”。
此外，如图2中示意性示出的那样，滤波器20 (在本发明的实施例的情况下滤波器由锡制的)对应于X射线管6或X射线管6的两个焦点21、22。X射线管6或两个焦点21、 22和滤波器20相对于彼此这样布置，使得从第一焦点21发出的X射线不由滤波器20滤波或者不通过滤波器20，从而属于焦点21的X射线谱关于滤波器20保持不变。属于焦点 21的X射线谱在图3中示出。在穿过患者P之后从第一焦点21发出的X射线击中X射线探测器7，如图2中示意性示出的那样。相反，从第二焦点22发出的X射线必须通过滤波器20或者必须由滤波器20滤波， 使得属于焦点22的X射线谱(该X射线谱与图2所示的频谱原始相同)改变。在此，锡滤波器20使相对来说低能量的X射线或X射线量子被滤波器20吸收，从而得出属于焦点22 的、图4所示的X射线谱。根据比较图3和图4所示的X射线谱可以识别出滤波后的频谱的平均光子能量(分别可以在虚线23上看出)高于未滤波的频谱的平均光子能量。由此通过用于产生X射线的、具有X射线管6和滤波器20的装置满足如下的前提条件利用两个不同平均光子能量的X射线谱进行X射线拍摄。在穿过患者P之后从第二焦点22发出的X射线也击中X射线探测器7，如图2利用虚线示意性示出的那样。在对患者进行“双能扫描”的过程中相应地能基于跳焦点21、22的技术以及基于锡滤波器20从不同的方向利用两个不同平均光子能量的X射线谱在X射线系统相对于患者P的几乎同一个位置对患者P的具有心脏的身体区域拍摄二维X射线投影。对每个X射线谱所拍摄的二维X射线投影随后由图像计算机11来处理，该图像计算机对每个X射线谱重建层图像或体积数据组。此外，进一步的分析能够识别出例如特定的组织或组织组成。在按照本发明的实施例的情况下图像计算机11与计算机断层造影设备的计算单元12相连接，该计算单元在本发明的实施例的情况下是计算机断层造影设备的控制和操作单元并且具有实现所描述的、用于产生两个不同平均光子能量的X射线谱的运行方法的计算程序13。计算程序13可以从便携式数据载体14 (例如从CD或从记忆棒)或者也可从服务器15 (该服务器作为数据载体对于计算程序13也是合适的)经过网络16加载到计算单元。该网络16不必只是包括例如医院内部网络，而且还能部分地包括例如因特网或其它公共网络。计算程序可以作为拍摄模式在计算单元12上选择或启动。在此，在计算程序中还确定了用于切换焦点的频率。本发明的实施方式在于，在焦点21、22之间进行切换时附加地改变施加在X射线管6上的管电压。在图2示意性示出的本发明的实施例的情况下，与运行焦点21同步将 SOkV的管电压施加到X射线管6，并且与运行焦点22同步将140kV的管电压施加到X射线管6。除了在考虑到其平均光子能量的情况下明显更好地分离两个X射线谱之外，在运行第二焦点22时(其中将高的管电压施加在X射线管6上)通过滤波器20对频谱的更高能量的光子滤波，使得患者不用负担不必要的高的X射线的剂量。就此而言，该效应是有意义的，因为在每次切换管电压时管电流不能被同时匹配，也就是在切换到更高电压的情况下为了降低X射线的剂量可以降低管电流。特别地，对于该运行模式规定，在X射线探测器7上在X射线传播方向上的滤波器的厚度以及由此使其吸收特性与最大管电流相匹配，使得应用于患者的X射线的剂量能够降低。 与所述本发明的实施例不同，也可以将其它电压施加在X射线管上。
此外，焦点也可以在与ζ方向不同的方向上例如在φ方向上(参见图1)，也就是几乎转移到机架的转动方向上，从而得到交替运行的两个焦点。此外，X射线管也能具有多于两个焦点，相应地对应或不对应其滤波器。
权利要求
1.一种用于产生利用至少两个不同平均光子能量的X射线谱对测量对象(P)进行检查的X射线的装置，所述装置具有-至少一个X射线管(6)，所述X射线管(6)包括至少两个彼此不同的焦点01，22)，为了产生X射线能够在所述X射线管的焦点(21，22)之间进行切换，其中从相应的焦点01， 22)分别发出X射线谱，和-滤波器(20)，所述滤波器OO)这样对应于所述至少一个X射线管(6)，使得从第一焦点发出的X射线谱不通过所述滤波器OO)滤波并且从第二焦点发出的X射线谱由所述滤波器OO)这样滤波，使得滤波后的X射线谱的平均光子能量高于从第一焦点 (21)发出的未滤波的X射线谱的平均光子能量。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述滤波器OO)含有材料锡。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，能够将至少两个彼此不同的管电压施加在所述至少一个X射线管(6)上，能够在这两个管电压之间进行切换，其中，在运行所述第二焦点0 时比在运行所述第一焦点时在所述至少一个X射线管(6)上施加的管电压更尚ο
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述滤波器OO)的厚度根据所述至少一个X射线管(6)的最大管电流来选择。
5.一种用于装置的方法，所述装置用于通过至少一个X射线管(6)产生利用至少两个不同平均光子能量的X射线谱对测量对象(P)进行检查的X射线，所述X射线管(6)具有至少两个彼此不同的焦点01，22)，为了产生X射线能够在所述X射线管的焦点(21，22)之间进行切换，其中，从相应的焦点(21，22)分别发出X射线谱，并且其中，滤波器OO)这样对应于所述至少一个X射线管(6)，使得在运行第一焦点时从该第一焦点发出的 X射线谱不通过所述滤波器OO)滤波并且在运行第二焦点0 时从该第二焦点发出的X射线谱由所述滤波器OO)这样滤波，使得所滤波后的X射线谱的平均光子能量高于从所述第一焦点发出的未滤波的X射线谱的平均光子能量。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述滤波器OO)含有材料锡。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，交替地运行所述至少两个焦点01，22)。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，将至少两个彼此不同的管电压交替地施加在所述至少一个X射线管(6)上，其中，在运行所述第二焦点0 时始终将所述至少两个彼此不同的管电压中较高的一个施加在所述至少一个X射线管(6)上。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的装置，其中，所述滤波器OO)的厚度根据所述至少一个X射线管(6)的最大管电流来选择。
10.一种计算程序(13)，所述计算程序实现根据权利要求5至9中任一项所述的方法。
11.一种数据载体(14，15)，所述数据载体具有根据权利要求10所述的计算程序(13)。
全文摘要
本发明涉及用于产生X射线的一种装置和一种方法。所述装置具有至少一个X射线管(6)和滤波器(20)，所述X射线管(6)包括至少两个彼此不同的焦点(21，22)，为了产生X射线可以在所述焦点(21，22)之间进行切换，所述滤波器(20)这样对应所述至少一个X射线管(6)，使得从第一焦点(21)发出的X射线谱不通过所述滤波器(20)滤波并且从第二焦点(21)发出的X射线谱由所述滤波器(20)这样滤波，使得所述滤波后的X射线谱的平均光子能量高于所述从第一焦点(21)发出的未滤波的X射线谱的平均光子能量。本发明还涉及一种实现所述方法的计算程序(13)以及一种数据载体(14，15)。
文档编号A61B6/03GK102551776SQ201110319788
公开日2012年7月11日 申请日期2011年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者M.瓦格纳, S.特森 申请人:西门子公司