用于图形显示受检查对象的x射线装置以及x射线装置的使用的制作方法

专利名称：用于图形显示受检查对象的x射线装置以及x射线装置的使用的制作方法
用于图形显示受检查对象的X射线装置以及X射线装置的
使用本申请是2006年4月20日提交的申请号为200680019880. 0、名称为“用于图形
显示受检查对象的X射线装置以及X射线装置的使用”的分案申请。本发明涉及用于借助于χ射线辐射来图形显示包含至少一种不透射线的化学元素的受检查对象的X射线装置、X射线装置的使用以及在例如哺乳动物，尤其是人的受检查对象上执行的成像X射线对比过程。借助于χ射线辐射的医学诊断是用于疾病诊断的技术高度发展的领域，例如用于早期检测、用于放射摄影识别、用于表征以及用于肿瘤、血管疾病以及人体的其他病理变化。该技术非常有效并且表现出高利用性。为了产生χ射线辐射，例如带有W-、Mo-或1 -旋转阳极和Al-、Cu-、Ti-、Mo-以及Mi滤波器的χ射线管是可用的。使用合适的滤波，韧致辐射的一部分被滤出，使得在有利的情况下，基本上特性辐射从χ射线管出现。关于检测器，使用常规的χ射线胶片、数字板或数字平板(plat-bed)检测器。在计算机层析摄影中，使用一条检测器线或几条检测器线。同样，几个检测器能够并联连接。 为了使X射线辐射直接转换成电信号，使用主要由碲化镉(CT)、碲锌镉(CZT)、无定形盐或无定形或晶体硅组成的半导体检测器(M. JJaffe，J. A. Rowlands, iX-Ray Detectors for Digital Radiography,，Med. Biol. ,42(1)(1997) 1-39)。在US5，434，417A中指出了这种检测器的设计的实例。同样为了使对检测器的能量敏感性成为可能，检测器由几层形成。引导具有不同能量的χ射线辐射通过该检测器中的不同深度，并且所述X射线辐射通过光电效应在各层中产生电信号，因而能够根据所述层并且根据立即可识别为电流脉冲的X射线光子的能量来读出该电信号。计算机断层摄影(CT)已长期用作常规临床实践中的例行程序。使用CT，获得通过身体的断层图像，与使用常规投影摄影相比，使用CT实现了更好的空间分辨率。尽管CT 的密度分辨率也明显高于常规χ射线技术的密度分辨率，但是为了可靠地检测许多病理变化仍然需要造影剂。造影剂提高了形态学信息的质量。在该情况下，在一方面，通过造影剂在体内显示功能过程(分泌，灌注，渗透性)，并且在另一方面，通过提供对比突出了形态学 (在各种组织中不同的造影剂浓度)。在许多情况下，可以不使用常规χ射线技术，原因是待检查的组织的对比不足。为此，开发了 X射线造影剂，其在它们积聚的组织中产生高放射摄影密度。典型地，建议将碘、溴、和原子量为32、42、44-52J4-60、62-79、82和83的元素作为遮光元素(opacifying elements)以及使用原子量为56_60、62_79、82和83的元素的螯合物。关于碘化合物，例如能够使用葡甲胺钠-或赖氨酸-泛影葡胺(meglumine-Na-or lysine-diatrizoate)、碘酞酸盐(酯)(iothalamate)、碘羟酞酸、碘普胺、碘海醇、碘美普尔、碘帕醇、碘佛醇、碘比醇、 碘喷托、碘曲仑、碘克沙醇以及碘昔兰(INN) (EP 0885616A1)。在一些情况下，尽管施予了 χ射线造影剂，但是不能获得足够的组织对比。为了获得对比的额外增加，引入了数字减影血管造影(DSA)，其中增强前图像和增强后图像(对数的)彼此相减。在EP 0885616A1中公开了用在乳腺摄影中的减影法对于投影乳腺摄影， 建议首先记录增强前乳腺摄影照片，然后用常用的尿路χ射线造影剂静脉内注射患者，并且在注射结束后大约30秒至1分钟记录增强后乳腺摄影照片。然后将从两个图像获得的数据彼此相关联，优选地彼此相减。CT领域中的新发展涉及激励方，例如CT中同步辐射的使用(F.A.Dilmanian， "Comupted Tomography with Monochromatic X-RaysAm. J. Physiol. Imaging, 314(1992) 175-193) ο 例如借助于“K 缘减影 CT” (F. A. Dilmanian，op. cit，第 179 页)获得良好的χ射线图像，其中使用了原子的k电子的结合能中大幅增加的吸收系数。元素碘在 33. 17keV的能量下具有K缘。不幸的是，该过程仅仅在可采用例如带有DESY的大存储环的同步辐射的帮助下起作用，原因是只有该辐射具有对所述过程有益的单色和强度。常规 χ射线管并不产生任何单色辐射而是连续光谱。因此它们不容易适合这种差异测量。在DE 10118792A1中描述了另一个可能性在这里，为了记录投影乳腺摄影照片， 提出了一种过程，其中使用具有不同材料制造的两个X射线阳极的X射线辐射源。为了记录乳腺摄影照片，首先将X射线造影剂施予患者。然后，使用两个X射线阳极中的第一个记录第一投影图像，然后用第二 X射线阳极记录第二投影图像。通过来自第一图像的每个单独像素与来自第二图像的每个单独像素的重叠，然后创建相关联图像。将两个X射线阳极的特性辐射匹配到X射线造影剂的吸收光谱第一 X射线阳极的发射能稍低于X射线造影剂中遮光元素的吸收能，并且第二 X射线阳极的发射能稍高于遮光元素的吸收能。该过程的缺陷在于这样的事实，即，常规X射线管必须只用来自双阳极管的一个X射线阳极代替。此外，对于透射放射摄影，也描述了发射放射摄影因而，在WO 2004/041060A2中，描述了具有探头的用于体内无创确定人的前列腺中的化学元素的设备、用于激发化学元素以产生辐射发射的辐照系统、用于使发射辐射成像的探头内的辐射检测器、以及用于在对应于发射辐射成像的各个点再现前列腺中化学元素的量的信号记录、处理和显示系统。发射辐射实质上包括荧光辐射。就前列腺研究而论， 优选地确定组织中Si的分布。此外，在DE 3608965A1中，描述了一种借助于伽玛或χ射线辐射来确定检查区域的一层中各种化学元素的比例的过程。在这种情况下，单独地检测康普顿(Compton)和瑞利(Rayleigh)散射辐射。根据测量值确定微分散射系数的过程受到包含在单独像素中的各种化学元素的比例影响。因此，能够根据它们确定这些化学元素的比例。为此，从许多方向当中，原射线束被引导通过检查区域，并且在各种角度下从检查区域离开的辐射由在检查区域外部各种位置中的检测器装置检测，其后根据在这种情况下获得的用于层的每个像素的测量值来确定各种脉冲传输的微分散射系数。而且，Quanwen, Yu 等人在“Preliminary Experiment of Fluorescent X-Ray Computed Tomography to Detect Dual Agents for Biological Study，，，J. Synchrotron Rad. (2001) ,8,1030-1034中提出了在生物医学研究中使用χ射线荧光法确定很低浓度的非放射性物质。借助于这些方法，能够获得图像，利用所述图像，在定量地检测例如脑中的血流量和脑细胞密度的单一研究中在使用荧光Ka线能够同时检测多种试剂。在当前的研究中，将借助于这些方法生成的图像与借助于χ射线透射断层摄影获得的图像进行了比较。
然而，在上述公开中描述的χ射线荧光或X射线散射光方法具有的缺陷是受检查对象在很小的细节上显影是不太可能的，原因是成像困难。相反，仅仅获得高分辨显影，使得较小细节很难图形地显影。因此，本发明的问题是避免上述缺陷，尤其是找到能够用不同的不透射线化学元素产生图像的装置和过程。此外，也能够以简单、容易、无高成本的方式记录X射线图像。该技术在广泛的基础上是可用的。同样，将能够用最小的可能辐射剂量以高部位分辨率使受检查对象中的较小病变可见。运动伪影将被避免。通过根据权利要求1所述的借助于χ射线辐射成像包含至少一种不透射线化学元素的受检查对象的X射线装置，根据权利要求11所述的该X射线装置的使用，以及根据权利要求25所述的成像χ射线对比过程解决了该问题。在从属权利要求中说明了本发明的优选实施例。如果在本发明的说明书和以下的权利要求中使用术语“发射”，那么应当将其理解为在一方面包括X射线荧光，即，在借助于电磁辐射激发受辐射物质之后的辐射发射，在另一方面优选地包括瑞利辐射。在后一种情况下，在没有来自辐射物质的脉冲传输的情况下再次发射辐射，然而因此，由于辐射不会象在荧光的情况下那样发生该物质的原子中的轨道电子被激发到激发状态。利用χ射线装置，使用透射通过受检查对象的X射线辐射并且从受检查对象发射出的X射线辐射进行图形显示。为此，根据本发明的X射线装置具有以下特征a.至少一个χ射线辐射源，其实质上发射多色的χ射线辐射；b.第一检测器或第一检测器单元(单元包括并联连接和/或布置的几个检测器)，用于确定透射通过受检查对象的X射线辐射的第一强度值；c.第二检测器或第二检测器单元，用于确定从受检查对象发射的X射线辐射的第
二强度值；d.至少一个相关单元，用于使透射的X射线辐射的第一强度值与发射出的X射线辐射的第二强度值彼此逐像素地相关联；以及e.至少一个输出单元，其用于根据通过使第一强度值与第二强度值相关联而获得的像素信号来使受检查对象显影。能够同时或相继检测到透射的χ射线辐射和发射出的X射线辐射。该χ射线装置能够有利地用于借助于χ射线辐射来对受检查对象进行图形显示， 该受检查对象优选地包含至少一种不透射线化学元素。不透射线化学元素优选地由X射线造影剂引入到受检查对象中，并且例如为此施予诸如人或动物的受检查对象。在受检查对象中自然出现的具有低原子量的遮光化学元素仅仅具有少量的χ射线荧光，使得使用这些元素成像似乎并不可行。此外，在该情况下X射线荧光光子的能量低，使得它们在身体组织中的作用范围小。特别地，从发射线为28. 6和32. 3keV的元素碘 (Z = 53)开始，离开受检查对象足够距离的荧光线是可获得的并且因而能够由装置在对象外部的检测器记录。在低原子量的化学元素的情况下，能够选择第二检测器的布置，其中将第二检测器布置成尽可能靠近待检查区域(R0I 感兴趣区域)。根据本发明，X射线装置用于执行χ射线对比过程。所述过程包括以下过程步骤a.优选地施予至少一种不透射线化学元素；
b.用实质上多色的X射线辐射辐照受检查对象；c.确定透射通过受检查对象的X射线辐射的第一强度值；d.确定由受检查对象发射出的X射线辐射的第二强度值；e.逐像素地使透射的X射线辐射的第一强度值与发射出的X射线辐射的第二强度值相关联；f.根据通过使第一强度值与第二强度值相关联而获得的像素信号来对受检查对
象显影。与仅仅执行χ射线透射断层摄影(T)(CT)或仅仅检测χ射线荧光(FXCT)的已知方法相比，在这里同时或相继测量透射和发射，并且根据本发明这两种技术彼此组合，其中在这种情况下，通过合适的相关过程对分别获得的图像进行重叠。在该程序中，使用两种技术的各自优点也就是说χ射线透射断层摄影可提供高时空分辨率的优点，使得原则上，还能够分辨出受检查人体中的最小病变或其它细节。然而，经常获得的对比不足以使这些细节可见。这尤其适用于软组织中病变的测试。此外，用TXCT过程检查有些身体区域也受到骨骼阻碍。与之相比，χ射线荧光断层摄影提供极高对比造影的优点，原因是仅仅某些化学元素在这些元素的合适激发下发射电磁辐射，使得在检查区域(ROI)中发现的这些元素适合于作为极敏感的测量探头。然而，FXCT方法具有低空间分辨率的缺陷，使得不再能够使较小病变显影。仅仅通过使透射的χ射线辐射的强度值与发射出的χ射线辐射的强度值逐像素地相关联，以及根据通过相关联而获得的像素信号对受检查对象的显影，能够产生受检查区域(ROI)的高对比度的详细图像。也就是说遮光图像部分具有低分辨率。然而，由于必要的详细信息源自借助于TXCT测量的辐射的强度值，因此通过使各个值彼此相关联，该缺陷在很大程度上得到矫正。本发明能够特别用于检查人。本发明适合于产生用于使团块、血管以及灌注显影的放射照片，例如用于使食管-胃肠通道显影，用于支气管造影、胆造影、血管造影以及心血管造影，用于脑血管造影和用于灌注测量，用于乳腺摄影以及用于淋巴造影。本发明的应用工程的焦点在于计算机断层摄影(MS-CT ； μ CT)、及其融合模态(PET-CT(正电子发射断层摄影)、SPECT(单光子发射计算机断层摄影)、超声检查以及光学成像的其它方法)。原则上，本发明也能够用于研究非生命材料，例如在材料测试领域中。为了执行检查，借助于设在χ射线管的射束路径中的第一检测器来记录由受检查对象所衰减的透射辐射。借助于布置在该射束路径之外，优选地与射束路径成大约90°角的第二检测器测量发射辐射。然而，原则上能够在不会被引导通过受检查对象的射束检测到的情况下，以相对于χ射线束的任何其他角位置来布置该第二检测器，例如与从χ射线辐射源开始的射束成45°或135°。如果在12点钟位置发现χ射线管，那么普通计算机断层摄影在相对的6点钟位置配备有一系列检测器。第二检测器优选地能够布置在3点钟位置和/或9点钟位置。借助于该第二检测器，能够记录χ射线荧光和χ射线散射(瑞利散射， 康普顿散射)。为了用使用了发射出的χ射线辐射的第二检测器来选择性地检测图像，能够以可
8分辨方式测量发射X射线辐射的能量。在受检查对象中存在预先设定的发射化学元素的情况下，它尤其有利于区分由第二检测器记录的源自该遮光元素的X射线辐射与来自例如散射辐射(康普顿辐射，瑞利辐射)的其他发射出的X射线辐射和源自其他化学元素的荧光辐射。因而使得有可能通过例如在人体的某些器官中增加遮光化学元素的浓度而使某些区域(ROI)高选择性地可见，以致产生特别高对比组织，该组织与周围组织相比是可见的。同样，在这种情况下从骨骼产生的图形显示中的结构与组织的显影相比并不重要，使得骨骼实质上不会干扰图形显示。为了检测和表征发射辐射，优选地使用能量色散检测器。然而也可能为此使用更简单的检测器，并且由X射线光学模块(滤波器组合，单色仪)来保证发射的表征。此外，该原则能够以相同方式运用于用第一检测器测量透射的χ射线辐射的强度值。同样，在这种情况下，实现对受检查对象中遮光化学元素富集区域(ROI)的选择性显影。因此，还能够以本发明的高对比度使例如人体中的软组织显影。通过使检测器所记录的透射的X射线辐射和发射出的X射线辐射的能量或能量范围与遮光化学元素的类型相协调，与常规过程相比能够实现对比度的有效增加。为了产生χ射线辐射，能够使用具有连续光谱的普通商品化X射线管，例如具有 Mo、W或1 阳极的管。使连续辐射的发射成为可能应施加的电压范围高达例如超过IOOkeV, 这取决于包含在受检查对象中的遮光化学元素的类型。原则上，能够在不对发射辐射进行过滤的情况下操作χ射线辐射源，以致多色辐射出现在受检查对象上的整个光谱范围中。然而，为了减少受检查对象的辐射暴露，也可能从多色X射线辐射源的光谱中滤出这种X射线辐射，其能量对于检测来说是非必要的或并不有利。为此，例如使用Al或Cu滤波器，其滤出范围为<20keV的能量(软辐射)。因而连续光谱被定义为范围在> OkeV，优选> 15keV，尤其优选> 17keV，并且十分尤其优选 ^ 20keV,例如高达IOOkeV的χ射线辐射，其中与其他相比，并不强调这些限度内的光谱范围或排除其他范围。发射光谱的上限由施加到X射线阳极的电压来确定。优选地滤出辐射的低能量范围以消除人体的剂量相关辐射。通常，用多色χ射线辐射由合适的检测器检查受检查对象。可选地，能量色散检测器还能够用于确定入射光子的能量。关于能量色散检测器和检测器单元，原则上可用两种设计a.根据Cd(Zn)Te检测器的类型的能量色散检测器，如说明书的前言部分所述。使用这种检测器系列，能够逐像素地测量发射X射线辐射的X射线光谱。b.使用简单X射线检测器。在最简单的情况下包括合适的滤波器组合的鉴别器布置在检测器的前面。然而为了能量选择，也能够使用单色仪，例如根据所施予造影剂的X射线荧光来调节该单色仪。c.然而，在技术上也很可能使检测器直接适合于造影剂。因而，能够使用Gd(Zn) Te检测器或Dy (Zn) Te检测器。在所有情况下，尽可能定位检测器使得测量最小量的康普顿散射。为了确定强度值以及由受检查对象发射的χ射线辐射的能量，将被检测光子分成至少两个不同能量范围，其例如包含、和1(0发射线。为了增加元素特异性，能够可选地执行康普顿纠正。然而，如下面进一步说明的实例所述，这并不总是必要的。如果忽略固有χ射线对比，能够将χ射线造影剂施予受检查对象，例如人，以执行根据本发明的过程。例如能够经肠或不经肠，尤其通过静脉内、肌肉内或者皮下注射或输注施予X射线造影剂。然后，得到X射线图像。本身在选定光谱区域中表现出高衰减系数的那些造影剂是合适的。其吸收元素在选定光谱范围中具有吸收光谱的K缘的造影剂也是特别合适的。这种χ射线造影剂包含遮光化学元素，其原子量为35或大于35 (在该情况下，这是包含溴的造影剂)、原子量为47或大于47 (在该情况下，这是包含碘的造影剂)、原子量为 57或大于57 (在该情况下，这是包含镧系元素的造影剂，尤其是包含钆的造影剂)、或原子量为83 (在该情况下，这是包含铋的造影剂)。因此，包含原子量为35(溴)至83(铋)的遮光化学元素的χ射线造影剂是合适的。尤其合适的是具有原子量为53(碘)至83(铋) 的遮光化学元素的造影剂。也合适的是具有原子量为57或大于57 (镧系元素)至83(铋) 的遮光化学元素的造影剂，并且尤其优选的是具有原子量为57-70(镧系元素La、Ce、Pr、 Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、以及Yb)的遮光化学元素的造影剂。合适的含碘χ射线造影剂是诸如包含三碘芳香化合物的化合物，例如泛影酸、碘海醇、碘帕醇、碘番酸、碘泊酸(iopodinic acid)、碘普胺、碘普罗酸、碘吡酮、碘他拉酸、碘喷托、碘佛醇、碘克酸、碘曲仑、碘克沙醇、碘曲西酸、碘克沙酸、碘羟酞酸以及碘美醇(INN)。 包含碘的χ射线造影剂的商标名是 Urografin (Schering)、Gastrografin (Schering)、
Biliscopin (Schering)、Ultravist (Schering)以及 Isovist (Schering)。也适合作为造影剂的是金属络合物，例如Gd-DTPA ( Magnevist (Schering)), Gd-DOTA (Gadoterate, Dotarem)、Gd-HP_D03A (Gadoteridol， Prohance (Bracco))、 Gd-EOB-DTPA(Gadoxetat, Primavist)、 Gd-BOPTA(Gadobenat, MultiHance)、 Gd-DTPA-BMA (Gadodiamide, Omniscan (Amersham, Health)),Dy-DTPA-BMA,Gd-DTPA-聚赖氨酸、以及Gd-DTPA-串联聚合物，其中DTPA = 二乙烯三胺五乙酸，DOTA = 1,4,7,10-四氮四乙酸环十二烷，HP-D03A = 10-(羟丙基)-1，4，7，10-四氮杂环十二烷_1，4，7-三乙酸， EOB-DTPA = 3，6，9-三氮-3，6，9-三(羧甲基-4-(4-乙氧苄基)i^一烷二羟酸)，BOPTA = (4-羧基-5，8，11-三(羧甲基)-1-苯基-2-氧杂-5,8,11-三氮杂十三烷-13-oic, benic 酸)，DTPA-BMA = 二乙烯三胺五乙酸酯-双(甲酰胺)，DTPA-聚赖氨酸=二乙烯三胺五乙酸酯-聚赖氨酸，DTPA-串联聚合物。能够经肠或不经肠施予χ射线造影剂。在不经肠施予的情况下，优选地选择静脉 (i. ν)施予。优选剂量是高达0. 75g的I/kg体重中含碘非离子造影剂的剂量。这对应于大约6mmol的I/kg体重。此外，所述剂量能够优选地增加到1. 5g的I/kg体重(对应于大约 12mmol的I/kg体重)并且在特殊情况下高达2 (对应于大约161)或5g的I/kg体重(对应于大约39mmol的I/kg体重)。在镧系元素络合物的情况下，优选剂量为大约0. Immol/ kg体重。高达0. 3mmol/kg体重或高达lmmol/kg体重的剂量是合适的，并且此外也是优选的。钆的发射线为大约43. 0和48. 7keV,即远高于碘的发射线，其为大约28. 6和 32. 3keV。代替钆原子，金属络合物也能够包含例如所有其他镧系元素，例如镧、镝或镱。数字检测器已由各种制造商提供了一段时间(例如The BBI newsletter,1999 年 2 月，第 34 页；H. G. Chotas, J. T. Dobbins, C. Ε. Ravin, "Principles of Digital Radiography with Large-Area, Electronically Readable Detectors :A Review of the Basics，” Radiol.，210 (1999) 595-599)。它们常常包括无定形硅或其他半导体材料。在根据本发明的χ射线装置中，以下检测器是合适的具有磷板的检测器(例如来自Fuji Chemical Industries, Konica)、具有无定形硅的检测器(例如来自 GE Medical, Philips Medical, Siemens Medical)、具有盐的检测器(例如来自 Philips Medical, ^Toshiba)、具有硫代硫酸钆的检测器(例如来自Kodak)，具有碲化镉(CT)或碲锌镉(CZT)半导体的检测器、具有硅酸钇的检测器、具有硅酸镥的检测器、具有碘化钠或锗酸铋的检测器。使用所谓的C(Z)T检测器，即由镉-(锌)-碲- (C(Z)T)半导体组成的检测器实现尤其好的结果。在US 5，434，417A中详细描述了由半导体形成的能量色散检测器的设计。在这种情况下，提供了用χ射线辐射从前面辐照的分割半导体带。辐射被引导通过半导体材料直到它与半导体材料相互作用。穿透深度取决于X射线光子的能量。与用较低能量的X射线光子相比，在较大能量的X射线光子的情况下，辐射被更深地引导通过直到它与检测器材料相互作用并且通过光电效应产生电流脉冲。能够借助于施加的电接触在检测器的单独片段中释放电流脉冲。用输入放大器来处理电流脉冲。在一方面，检测器能够设计成平板检测器的形式。在该实施例中，所有像素同时被检测并且传递到相关单元进行评价。在这种情况下，检测器由大面积布置的单独检测传感器组成，优选地以具有行和列这种传感器的矩阵形式。此外，还能够提供一种检测器单元，其用于确定发射χ射线辐射和可选地记录发射图像，并且为此被设计成具有用于能量选择的X射线光学模块。代替平板检测器，还能够使用适合于获取单个像素的线检测器或几个检测器的矩阵。在最近的检测器的情况下，经由X射线光纤光导同时发送来自受检查对象的X射线辐射。许多的这种光纤光导组合成表面检测器。此外，检测器能够被设计用于获取单独像素并且能够是可移动的以获取所有像素。在该实施例中，检测器能够在测量期间仅仅检测单独像素中的能量依赖强度。相继检测例如逐行地单独像素的强度，并且将其传递到相关单元进行进一步处理。此外，检测器还能够具有设计用于在每种情况下获取像素的检测器传感器的阵列，并且能够是可移动的以获取所有像素。根据本发明，成直线排列的检测器传感器和诸如矩阵形布置的另一布置的检测器传感器被定义为检测器传感器的阵列。在该实施例中，检测器逐行地或可选地也逐块地检测单独像素中的强度值。为了获取所有强度值，检测器在测量期间优选地垂直于阵列的主轴移动。将在测量期间确定的强度值转送到相关单元。例如为了图形显示遮光化学元素在受检查对象中的分布，有利的是在所有情况下用相同加权检测辐射强度，所述辐射强度由各自的空间元素发射。此外，为此，也有利的是在每种情况下使各自空间元素装载来自X射线辐射源的相同辐射强度。实际上，这些精确性结果仅仅是大致正确的，原因是在一方面，辐照的X射线辐射通过不同程度上的吸收被衰减，这取决于在受检查对象中离辐射的距离是多少，而在另一方面，由受检查对象中的空间元素发射出的辐射通过不同程度上的自吸收被衰减，这取决于在受检查对象中的空间元素和检测器之间的距离是多少。该问题发生在所有发射-光谱方法中。为了解决该问题，考虑到辐照的X射线的吸收和/或在受检查对象中发射出的X射线辐射的自吸收，首先纠正第二强度值，并且只有在该校正之后第一和第二强度值彼此才逐像素地相关联。能够借助于利用受检查对象的几何形状和同时考虑到至少近似位置相关X射线不透明度的数字处理来执行这种纠正。为了确定位置依赖X射线不透明度，能够使用从第一强度值生成的图像。为了确定位置依赖吸收和自吸收，从该测量获得的位置依赖X射线不透明度能够作为第一级近似中基线，原因是辐照X射线辐射的吸收系数类似于发射辐射的吸收系数。由于发射辐射的自吸收，进一步有利的是在测量期间相对于检查区域(ROI)例如在圆形分割路径上移动第二检测器的位置和角位置以补偿受检查对象中的结构非均勻性，所述结构非均勻性取决于观察角和观察点具有可变吸收作用。在这种情况下，将在通过取平均值进行的自吸收的纠正之后获得图形显示。然后将源自输入放大器的信号发送到至少一个相关单元中，使用所述相关单元使从受检查对象的像素检测到的X射线辐射的强度与相同像素发射出的X射线辐射(X射线散射和X射线荧光)的图像相关联。相关单元能够是相应编程的数据处理单元。为了使两种模态(透射图像和发射图像)的光子的强度值相关联，使两种模态一次一个像素地彼此相关联，优选地彼此相减或彼此相除。为此，在一种情况下能够使用比较器，而在另一种情况下能够使用除项来逐像素地执行纠正。当然，也能够执行其他数学运算以用于纠正来自图像的透射和发射X射线辐射的强度值。为了处理像素的测量强度值，优选地提供能够在数据处理单元中执行的以下设备，即dl.第一存储单元，能够用其逐像素地存储透射X射线辐射的第一强度值，d2.第二存储单元，能够用其逐像素地存储发射χ射线辐射的第二强度值，(例如， 具有元素I、Gd以及％)，d3.计算单元，其提供两个生成图像数据集的合适相关，并且因而从透射数据集和来自χ射线发射，优选Χ射线荧光的数据的信息生成或计算图像数据集。结果，可能使透射和发射中所有像素的强度值彼此相关联，其中，经由特性发射线使发射图像适应使用的造影剂。如果使用由χ射线造影剂(例如，Ultmvist 和 Gadovist )或包含碘和镧系元素(例如Gd或Dy)的物质组成的混合物，那么在每种情况下是特性的发射线能够用于发射成像，其中然后测量数据集彼此逐像素地相关联并且用于图形显示，或者其中备选地，各自强度值彼此逐像素地相关联，然后获得的数据用于图形显示。为此，将获得的数据一次一个像素地输送到输出单元，所述输出单元例如包含监视器 (CRT或IXD显示器)或绘图器。为了对本发明进行更详细解释，使用如下的图和实例。为了提供本发明如何工作的直接图示，在任何情况下不会试图根据激发射束的吸收和自吸收来纠正测量X射线光谱。在这里，具体地说

图1显示了计算机断层摄影中的测试装置的图像；图2显示了实验设置或成像装置的图解显示；图3显示了用于产生第一假体测量的测试装置的图解显示；图4 显示了填充有水(图 4a)、Ultravist (图 4b)、Gadovist (图 4c)的图 3的假体的发射光谱；
图5显示了填充有水(图5a)、Ultravist (图釙)、Gadovist (图5c)的图 3的假体的发射光谱，其中在每种情况下，将厚度为5cm的PMMA盘布置在检测器和假体之间；图6显示了基于图3的假体的位置/位移在选定能带(对应于K α和Κβ线)中发射的强度(碘图6a、钆图6b、由碘和钆组成的混合物图6c)；图7显示了填充有Gd、碘/Gd混合物、碘、空气以及水的假体的CT断层图像(透射图像)。在图1中，显示了具有胶球1的计算机断层摄影中的测试装置的照相显影，所述胶球1紧固到支架2。胶球布置在计算机断层摄影的中心。在各种测试中，胶球填充有空气、 水、以及不同造影剂溶液。在CT管(在胶球之上；未显示)和线检测器(在胶球之下可见的台子之下，不可见)之间发现所述球。为了 χ射线荧光的检测，以与CT管、胶球和检测器之间的连接线成90°角，定位测量室3。使用该实验设置，填充有造影剂的组织、肿瘤或类似物模拟成在计算机断层摄影中被检查的受检查对象。为此，分层地扫描所述对象，并且在这种情况下测量散射光谱。在该测试中使用的实验设置详细地示于图2中。这里所示的示意图显示了球1，其被认为是在机架4的等角点中的假体。CT管5布置在12点钟位置并且保持固定在那里。 以与χ射线锥形射束成90°角定向包括检测器6和铅管7的测量室3，所述锥形射束从CT 管产生到达假体(球)(沿ζ方向；参见箭头)。为了检测χ射线辐射，使用具有3mmX 3mmX 2mm碲化镉锌晶体和100/400 μ m开孔的CZT检测器6(Amptek，Inc. , USA) 0经由放大器将荧光检测器所记录的数据从检测器传送到多道分析仪9，并且然后送到存储在PClO上的Excel (Microsoft)电子表格。因而以数字形式可获得作为能量E的函数的信号强度SI = SI (E)。在图3中，显示了用于产生第一假体测量的测试装置的示意性显示。能够在显示的左侧看到测量室3用于测量荧光的一部分，而球1示于显示的中心。由从上面入射的χ射线扇形射束产生在图3中垂直的单独截面，荧光从该单独截面进入测量室。虚线标记了 CT 管在剖面图像之上的各自位置。水平标度指示扇形射束的位移并且因此指示球中在每种情况下被寻址的截面(激发层)。在+45mm并且因此在激励射束的外部进行“零测量”。在每次记录光谱之后，整个测量结构往机架中进一步移动10mm(沿ζ方向)，并且记录新光谱。因而，基于射束中球的各自位置或对应于球几何形状分层产生各种光谱。使用该测量结构，因而可以基于假体的局部解剖结构测量X射线荧光，其中在ζ =-60mm处，最接近检测器的层被辐照，而在ζ = 0，最远离检测器的层被辐照(因而，在ζ ="60处发射的自吸收最小，而在ζ = 0处最大；由于球形几何形状，因此在较高造影剂浓度处使辐照的吸收效应显著)。例1 在第一测量中，用水填充球，并且对应于图3的射束中的球的每个位置，在89kV， 50mA下每次80s地测量该球(参数检测器=XR-IOO. CZT (开孔0. Imm)，球-检测器距离 18. Ocm ；球-CT 管距离32. Ocm)。在图如中，对于各个位置描绘了假体中水的散射光谱。在第二测量中，用50mmol/l的碘水溶液(Ultravist )填充球，并且对于每个位置，在80kV, 50mA下每次80s地测量该球(参数检测器=XR-IOO. CZT (开孔0. lmm))。图4b中再现了在各个位置获得的发射光谱。能够清楚地看到碘的Ka和Κβ线 6和32. 3keV)。根据该图表，χ射线荧光的测量强度对假体的几何形状的依赖性是明
显的。假体的辐照层越大，测量强度越高。在第三测量中，用50mmol/l的钆水溶液(Gadovist )填充球，并且对于每个位置，在80kV, 50mA下每次80s地测量该球(参数检测器=XR-IOO. CZT (开孔0. lmm))。在图如中再现了在各个位置获得的发射光谱。能够清楚地看到钆的Ka和K0线 (43. 0和48. 7keV)。结果表明尤其在K线范围内，测量发射辐射的强度取决于辐射场中球的几何形状。例 2 在该测试的单独测量中，在每种情况下将5cm厚的PMMA盘作为滤波器放置在检测器和假体之间，以模拟X射线荧光辐射通过周围组织的自吸收。在图fe中，对于各个位置描绘了假体中水的散射光谱。在第二测量中，用50mmol/l的碘水溶液(Ultravist )填充球，并且对于每个位置， 在80kV, 50mA下每次80s地测量该球(参数检测器=XR-IOO. CZT (开孔0. lmm))。在图恥中再现了在各个位置获得的发射光谱。荧光辐射的强度由于插入PMMA盘而减小。经验证，盘越厚强度越低。然而，即使在球的最大层中(在中心)，K线仍是可测量的。在第三测量中，用50mmol/l的钆水溶液(Gadovist )填充球，并且对于每个位置，在80kV, 50mA下每次80s地测量该球(参数检测器=XR-IOO. CZT (开孔0. lmm))。在图5c中再现了在各个位置获得的发射光谱。同样在这里，荧光辐射由于插入 PMMA盘而减小。由于钆的Ka和1(0线大约为43.0或48. 7keV，因此与在如前所述的碘发射的情况下相比，在存在5cm厚的PMMA盘的情况下可以检测到显著更大强度的荧光辐射。因此，即使在这种情况下，在球的最大层中(在中心)仍可以测量K线。例3:在另一测试中，基于球相对于χ射线射束的定位，确定和记录荧光的强度值。在第一测量中，用50mmol/l的碘水溶液(Ultravist )填充球，并且对于每个位置， 在80kV，50mA下每次80s地测量该球。在图6a中，基于选定能带中假体的位置/位移绘制了荧光辐射的强度，该选定能带对应于在28. 6keV的碘的Ka线和在32. 3keV的碘的K0线。能够根据该图检测到由球的形状所产生的发射强度的分布图。在第二测量中，用50mmol/l的钆水溶液(Gadovist )填充球，并且对于每个位置，在80kV，50mA下每次80s地测量该球。在图6b中，基于选定能带中假体的位置/位移绘制了荧光辐射的强度，该选定能带对应于在43. OkeV的钆的Ka线和在48. 7keV的钆的K0线。也能够根据该图检测到由球的形状所产生的发射强度的分布图。在第三测量中，用25mmol/l的碘(Ultravist )和25mmol/l的钆水溶液
(Gadovist )填充球，并且对于每个位置，在80kV，50mA下每次80s地测量该球。
在图6c中，基于选定能带中假体的位置/位移绘制了荧光辐射的强度，该选定能带对应于在28. 7keV的碘的Ka线、在32. 3keV的碘的K0线、在43. OkeV的钆的Ka线、以及在48.7keV的钆的K0线。在图6c中能够看到，在作为位置函数的信号强度的直接绘制中不足以再现球分布图。这可能归因于激励方的吸收和发射方的自吸收，这使图像失真。较低的造影剂浓度以及对原射束的吸收和χ射线荧光的自吸收的纠正导致了在一个维度上球的图形显示。例4:图7显示了在先前的χ射线荧光实例中记录的CT断层图像。从左上和右下，能够看到填充有钆的球、填充有由钆和碘组成的混合物的球、填充有碘的球、填充有纯水的球、以及填充有空气的球。充气球明显地具有最小X射线衰减，之后是充水球。当使用具有50mmol/l的遮光元素的球时，与充水球相比，χ射线衰减更加显著；经由CT衰减值 (Hounsfield units, HU)的确定能够进行定量评价，但是仅仅加入χ射线荧光图像就允许对填充特定元素的球进行评估。
权利要求
1.一种用于对受检查对象进行图形显示的X射线装置，其中该受检查对象包含至少一种不透射线的化学元素，该X射线装置借助于透射通过所述受检查对象的X射线辐射以及由所述受检查对象发射出的χ射线辐射进行所述图形显示，所述χ射线装置包括a.至少一个X射线辐射源，其实质上发射多色的X射线辐射；b.第一检测器或第一检测器单元，用于确定透射通过所述受检查对象的χ射线辐射的第一强度值；c.第二检测器或第二检测器单元，用于确定从所述受检查对象中包含的所述至少一种不透射线的化学元素发射的X射线辐射的第二强度值，其中，所述第二检测器或第二检测器单元被布置成尽可能靠近待检查区域；d.至少一个相关单元，用于使所述透射的X射线辐射的所述第一强度值与所述发射出的X射线辐射的所述第二强度值彼此逐像素地相关联；以及e.至少一个输出单元，其用于根据通过使所述第一强度值与所述第二强度值相关联而获得的像素信号来使所述受检查对象显影。
2.根据权利要求1所述的χ射线装置，其特征在于，所述相关单元具有以下设备dl.第一存储单元，用于逐像素地存储所述透射的χ射线辐射的所述第一强度值；d2.第二存储单元，用于逐像素地存储所述发射出的χ射线辐射的所述第二强度值；d3.计算单元，用于使所述透射的χ射线辐射的所述第一强度值与所述发射出的χ射线辐射的所述第二强度值彼此逐像素地相关联。
3.根据权利要求1所述的χ射线装置，其中，基于所述发射出的χ射线辐射的能量能够以可分辨方式来检测所述第二强度值。
4.根据权利要求1所述的χ射线装置，其中，利用所述第二检测器或者利用所述第二检测器单元，能够根据χ射线辐射的能量，将包含在所述受检查对象中的遮光化学元素所发射出的χ射线辐射与其他发射出的χ射线辐射相区分。
5.根据权利要求1所述的χ射线装置，其中，根据考虑到在所述受检查对象中对辐照的X射线辐射的吸收和/或对所述发射出的X射线辐射的自吸收而进行在前纠正，能够使所述第一强度值与所述第二强度值彼此逐像素地相关联。
6.根据权利要求1所述的χ射线装置，其中，所述第一和/或所述第二检测器是平板检测器。
7.根据权利要求1-5之一所述的χ射线装置，其中，所述第一和/或所述第二检测器被设计成获取单独像素并且能够移动以获取所有像素。
8.根据权利要求1-5之一所述的χ射线装置，其中，提供被设计成具有用于能量选择的 χ射线光学模块的检测器单元，以检测所述发射出的χ射线辐射。
9.根据权利要求1-5之一所述的χ射线装置，其中，所述第一和/或所述第二检测器具有检测器传感器的阵列，所述检测器传感器被设计成在每种情况下获取像素并且能够移动以获取所有像素。
10.根据权利要求1-5之一所述的χ射线装置，其中，所述χ射线装置使用诸如正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)以及超声检查的其他放射学成像方法，以及光学成像方法。
11.一种使用根据权利要求1-10之一所述的χ射线装置对受检查对象进行图形显示的方法，包括如下步骤a.向该受检查对象提供至少一种不透射线的化学元素；b.用实质上多色的χ射线辐射来辐照所述受检查对象；c.确定透射通过所述受检查对象的所述χ射线辐射的第一强度值；d.确定由被提供给所述受检查对象的所述至少一种不透射线的化学元素发射出的所述X射线辐射的第二强度值；e.逐像素地使所述透射的χ射线辐射的所述第一强度值与所述发射出的χ射线辐射的所述第二强度值相关联；以及f.根据通过使所述第一强度值与所述第二强度值相关联而获得的像素信号来对所述受检查对象显影。
12.根据权利要求11所述的使用所述χ射线装置的方法，其中，基于所述发射出的χ射线辐射的能量，能够以可分辨方式测量所述第二强度值。
13.根据权利要求11所述的使用所述χ射线装置的方法，其中，根据χ射线辐射能量， 将包含在所述受检查对象中的遮光化学元素所发射出的X射线辐射与其他发射出的X射线辐射相区分。
14.根据权利要求11所述的使用所述χ射线装置的方法，其中，根据考虑到在所述受检查对象中对辐照的χ射线辐射的吸收和/或对所述发射出的χ射线辐射的自吸收而进行的在前纠正，使所述第一强度值与所述第二强度值彼此逐像素地相关联。
15.根据权利要求11所述的使用所述χ射线装置的方法，其中，提供第一和第二检测器或第一和第二检测器单元。
16.根据权利要求15所述的使用所述χ射线装置的方法，其中，所述第一和/或所述第二检测器是平板检测器。
17.根据权利要求15所述的使用所述χ射线装置的方法，其中，所述第一和/或所述第二检测器被设计成获取单独像素并且能够移动以获取所有像素。
18.根据权利要求15所述的使用所述χ射线装置的方法，其中，所述第一和/或所述第二检测器具有检测器传感器的阵列，所述检测器传感器被设计成在每种情况下获取像素并且能够移动以获取所有像素。
19.根据权利要求15所述的使用所述χ射线装置的方法，其中，提供被设计成具有用于能量选择的X射线光学模块的检测器单元，以检测所述发射出的X射线辐射。
20.根据权利要求11所述的使用所述χ射线装置的方法，其中，所述遮光化学元素从由下列各物质构成的群组中选出，包括溴、碘、镧系元素以及铋。
21.根据权利要求11所述的使用所述χ射线装置的方法，其用于对包含至少一种遮光化学元素的所述受检查对象中的检查区域进行特定元素的图形显示或定量显示。
22.根据权利要求11所述的使用所述χ射线装置的方法，其在放射学发现中与诸如正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)以及超声检查的其他放射学成像方法，以及光学成像方法相组合。
23.一种对于受检查对象执行χ射线对比方法，该过程借助于透射通过所述受检查对象的X射线辐射和从所述受检查对象发射出的X射线辐射进行成像，所述过程包括以下步骤a.向该受检查对象提供至少一种不透射线的化学元素；b.用实质上多色的χ射线辐射来辐照所述受检查对象；c.确定透射通过所述受检查对象的χ射线辐射的第一强度值；d.确定由被提供给所述受检查对象的所述至少一种不透射线的化学元素发射出的X 射线辐射的第二强度值；e.逐像素地使所述透射的χ射线辐射的所述第一强度值与所述发射出的χ射线辐射的所述第二强度值相关联；以及f.根据通过使所述第一强度值与所述第二强度值相关联获得的像素信号来对所述受检查对象显影。
24.根据权利要求23所述的χ射线对比方法，其中，基于所述发射χ射线辐射的能量， 能够以可分辨方式测量所述第二强度值。
25.根据权利要求23所述的χ射线对比方法，其中，根据χ射线辐射能量，将包含在所述受检查对象中的遮光化学元素所发射出的X射线辐射与其他发射X射线辐射相区分。
26.根据权利要求23所述的χ射线对比方法，其中，根据考虑到在所述受检查对象中对辐照的χ射线辐射的吸收和/或对所述发射出的χ射线辐射的自吸收而进行的在前纠正， 使所述第一强度值与所述第二强度值彼此逐像素地相关联。
27.根据权利要求23所述的χ射线对比方法，其中，提供第一和第二检测器或第一和第二检测器单元。
28.根据权利要求27所述的χ射线对比方法，其中，所述第一和/或所述第二检测器是平板检测器。
29.根据权利要求27所述的χ射线对比方法，其中，所述第一和/或所述第二检测器被设计成获取单独像素并且能够移动以获取所有像素。
30.根据权利要求27所述的χ射线对比方法，其中，所述第一和/或所述第二检测器具有检测器传感器的阵列，所述检测器传感器被设计成在每种情况下获取像素并且能够移动以获取所有像素。
31.根据权利要求27所述的χ射线对比方法，其中，提供被设计成带有用于能量选择的 X射线光学模块的检测器单元，以检测所述发射X射线辐射。
32.根据权利要求23所述的χ射线对比方法，其中，所述遮光化学元素从由下列各物质构成的群组中选出，包括溴、碘、镧系元素以及铋。
33.根据权利要求23所述的χ射线对比方法，其在放射学发现中与诸如正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)以及超声检查的其他放射学成像方法， 以及光学成像方法相组合。
全文摘要
为了高对比度显示人体中包含至少一种遮光化学元素的组织中的小病变或其他目标区域，描述了一种x射线装置，其包括实质上发射多色的x射线辐射的至少一个x射线辐射源；一个第一检测器或几个第一检测器，用于确定透射通过受检查对象的x射线辐射的第一强度值；一个第二检测器或几个第二检测器，用于确定从受检查对象发射的x射线辐射的第二强度值；至少一个相关单元，用于使透射的x射线辐射的第一强度值与发射出的x射线辐射的第二强度值彼此逐像素地相关联；以及至少一个输出单元，其根据通过使第一强度值与第二强度值相关联而获得的像素信号来使受检查对象显影。优选地同时记录透射和发射出的图像。所述方法也能够与例如来自正电子发射断层摄影(PET)或单光子发射计算机断层摄影(SPECT)的其他放射图像组合。
文档编号A61B6/03GK102512188SQ20111035150
公开日2012年6月27日 申请日期2006年4月20日 优先权日2005年6月6日
发明者R·拉瓦切克 申请人:拜耳医药股份有限公司