本发明涉及一种光阑装置以及包括这种光阑装置的x射线设备,该光阑装置用于准直提供用以扫描检查对象的x射线设备的x射线束。
背景技术:
x射线的准直或铺盖(overlay)通常应当被理解为将由x射线系统的x射线源发射的x射线束适应于所使用的x射线探测器的扫描视野。在该情景中,该术语不限于x射线系统的系统轴线中的一个系统轴线。因此,可以在x射线设备的馈送方向上(如果提供的话)或沿着与其垂直的系统方向(例如,在计算机断层摄影系统的扇形方向上或在任何方向上)来实施准直。原则上,准直用于减少检查对象的x射线剂量,并且因此是alara原理的意义上的所有医学成像过程的基本操作指令。另外,合适的准直通常使得能够实现x射线检测器的过度辐射(overbeaming),并且通常抑制杂散辐射。
现在,x射线在用于医学成像的x射线系统(诸如例如,计算机断层摄影系统或c臂x射线设备)中的铺盖原则上以两种不同的方式来执行。一方面,使用具有不可改变的光阑孔径(diaphragmaperture)的固定光阑,其取决于相对于x射线的尺寸和位置,通常借助于光阑材料中的吸收而不允许x射线束通过至少一个外子区域。只有允许通过的x射线的部分在另一射束路径中到达检查对象并且用于成像。因为具有不同尺寸的多个光阑孔径可以在定位方向上布置在光阑上,并且取决于应用而可以借助于单个驱动器来移入或移出x射线,所以固定光阑节省了成本和空间。然而,它们相对于光阑孔径的尺寸具有的缺点在于,仅有一些不灵活的变型可用于选择,并且这些变型不是最佳地适合于使用x射线设备的每个检查。
另一方面,使用光阑叶片,其能够相对于彼此单独地移动或定位,并且其使得能够对光阑孔径的尺寸进行单独的、特别是动态的调整。使用这种光阑,甚至可以在x射线检查期间动态地改变光阑的尺寸,以便有利地保持患者所暴露于的剂量尽可能低。显然,这需要定位机构具有足够的速度和精度,其通常需要增加x射线系统的生产成本。另外,还需要更多的安装空间。
另外,为了减少所施用的总剂量或杂散辐射、并且为了避免检测器过度辐射,还期望使x射线的强度轮廓或能谱适应于x射线束内的x射线检查的特定情况。为此,可以使用强度滤光器(filter,取决于其形状,被称为楔形或蝴蝶结形滤光器)或光谱滤光器(例如,sn滤光器)形式的滤光器。滤光器的特征在于,由于x射线的通常部分吸收,它们会衰减x射线的强度,或者仅吸收具有特定能量的x射线,或者同时进行两者。为了适应强度轮廓,滤光器的使用必须准确地适应于检查对象的吸收轮廓,以便保持检查对象所暴露于的剂量尽可能低。
如果需要,在现代x射线系统中,这些滤光器也可以被引入到x射线束中。
然而,目前,成本和空间的需求限制了强度轮廓滤光器对检查对象的个体适应性。因此,尽管已知在x射线系统中提供在定位方向上串联的多个不同的楔形滤光器,其可以借助于x射线中的驱动而引入x射线中,但是通常这些不能充分考虑检查对象的个别情况。
技术实现要素:
另一方面,本发明的目的是提供一种光阑装置,其克服现有技术的现有缺陷并且可以被特别灵活地使用。
该目的通过本文中所描述的装置,特别是独立权利要求中所要求保护的装置来实现。在每种情况下,发展和有利的变型是从属权利要求的主题。
下面参照所要求保护的光阑装置来描述根据本发明实现该目的的方式。这里所提及的特征、优点或备选实施例同样可以转用给其它所要求保护的主题,并且反之亦然。
本发明涉及一种光阑装置,用于准直提供用以扫描检查对象的x射线设备的x射线束。该光阑装置包括采用狭缝光阑形式的两个光阑,它们在x射线方向上串联布置、并且被安装成可相对于彼此定位。光阑中的每个光阑具有与x射线束的最大准直相对应的固定光阑孔径和不透x射线的区域,所述区域分别具有与对应于最大准直的光阑孔径相对应的延伸部。
以下相对于本发明假定在不限制一般性的情况下检查对象是患者,在大多数情况下,通常是人。然而,患者原则上还可以是动物。因此,在下文中,还同义地使用两个术语“检查对象”和“患者”。然而,检查对象还可以是植物或无生命对象,例如,历史人工制品等。
因而,根据本发明的光阑装置中的两个光阑包括可透x射线的孔径。该孔径包括与x射线束的最大准直相对应的光阑的定位方向上的延伸部。换句话说,与最大准直相对应的光阑孔径夹住不能通过光阑孔径的x射线束的最小部分。因而,与最大准直相对应的光阑孔径指示可以使用根据本发明的光阑装置而设置的最大可能准直。可以可选地存在于用于准直x射线束的光阑上的另一光阑孔径会至少在定位方向上具有较小的延伸部,并且允许x射线束的较小部分通过。
与最大准直相对应的光阑孔径优选地在两个光阑上具有相同的延伸部。
光阑中的每个光阑还包括不透x射线的区域。该区域的尺寸分别和与最大准直相对应的光阑孔径的尺寸相同,并且其特征在于,入射在该区域中的x射线几乎完全(即,基本上100%)被吸收。换句话说,入射的x射线不能穿过该区域。
如果两个光阑的位置被设置成使得与最大准直相对应的两个孔径在辐射方向上重合(即,叠加(superimpose)),则x射线束的最大可能比例能够穿过光阑装置。如果调整两个光阑的位置使得与最大准直相对应的光阑孔径和不透x射线的区域在辐射方向上重合,则x射线束可以基本上完全被掩蔽。换句话说,在这种情况下,没有x射线再到达检查对象。
在所描述的这些极端布置之间两个光阑相对于彼此的位移或定位现在使得能够实现在完全掩蔽x射线束和最大准直之间的任何准直度。
因而,本发明基于狭缝光阑的特性和可单独调整的光阑叶片的特性的组合,以使两个狭缝光阑和两个驱动器使得能够非常灵活地铺盖x射线,其最佳地适合于检查对象或所期望的检查。
在本发明的一个变型中,不透一个光阑的x射线的区域相对于定位方向而布置在与最大准直相对应的光阑孔径的一侧上,并且不透另一光阑的x射线的区域相对于定位方向而布置在与最大准直相对应的光阑孔径的另一侧上。
换句话说,一个光阑包括光阑孔径的一侧上的不透x射线区域的区域,而不透另一光阑的x射线的区域位于对应的光阑孔径的相对侧上。
与最大准直相对应的光阑孔径和不透每个光阑的x射线的区域优选在光阑上彼此直接相邻。因为在该实施例中光阑的光阑孔径的左边缘或右边缘有利地能够与另一光阑的光阑孔径的相应的相对边缘相互作用,所以不管射束路径中的光阑的顺序如何,该实施例使得能够实现x射线束的任何类型的准直,特别是还围绕x射线束的中心射束不对称的准直。
取决于x射线束的哪个部分要被掩蔽,在该实施例中,可以通过仅定位光阑中的一个光阑来特别容易地实现准直。
准直的调整可以借助于较短的横向路径或定位路径而特别快速地进行;较短的定位路径使得安装空间能够保持较低。
根据本发明的备选实施例,光阑装置的两个光阑中的至少一个光阑包括与小于最大准直的准直相对应的另一固定光阑孔径。
因而,光阑中的一个光阑被体现为具有至少两个狭缝光阑孔径的狭缝光阑,其中另一固定光阑孔径在定位方向上具有的延伸部小于与最大准直相对应的光阑孔径的延伸部。换句话说,只要其位于x射线路径中,另一固定光阑孔径掩蔽比与最大准直相对应的光阑孔径更大的x射线束的部分。
该另一光阑孔径还可以与不透另一光阑的x射线的区域相互作用。这还有利地使得能够实现短定位路径,其中替代定位两个光阑,它们中的一个也可以是固定的,并且仅相应的另一个是移动的。短定位路径原则上还对定位时间具有有利的影响,以使x射线束的准直还可以以更高的速度在x射线检查期间快速且精确地设置,例如,取决于x射线系统的转动角度,或者取决于扫描时间。
优选地,两个光阑包括多于一个的光阑孔径,其延伸部在定位方向上彼此不同。因此,可以设想并且可以调整任何数目个可单独调整的准直。
本发明的一个优选变型提供的是两个光阑被平行地安装,以便可相对于彼此定位。这特别地使得能够实现光阑装置对于x射线设备的记录系统的射束几何形状的取决于情形的适应,其例如当由于热应力而位移x射线源的焦点时是必要的并且是可取的。
如在介绍中所提及的,x射线的铺盖不限于x射线系统的特定轴线。然而,根据本发明的特别优选的实施例,两个光阑沿着x射线设备的馈送方向和/或横向于x射线设备的馈送方向而可移动地安装。馈送方向指示如果待描绘的检查对象的区域或待描绘的身体部位不能借助于x射线设备通过循环来完全获取,则检查对象的扫描会发生的方向。在这种情况下,x射线设备例如是计算机断层摄影设备。
如果沿着x射线设备的馈送方向提供可定位性,则特别优选地,可以在检查期间借助于x射线设备来执行准直的动态适应,以便在运行后时间和/或运行中时间期间保护检查对象免于不必要的x射线。如果横向于馈送方向提供光阑的可定位性,则在x射线设备围绕检查对象转动期间,准直可以特别地在定位方向上(例如,在x射线的扇形方向上)适应于检查对象或要描绘的区域或身体部位的变化的宽度。这也避免了不必要的剂量或杂散辐射。
根据本发明的一个变型,x射线束的准直可以借助于仅一个光阑来调整。在这种情况下,具有期望延伸部的其狭缝孔径中的一个狭缝孔径的两个光阑中只有一个光阑用于铺盖。该过程特别适合于更简单的应用,其中,例如在图像数据的采集期间不需要动态适应。因而,本发明还使得能够实施这种应用。而且,如下文更详细地所描述的,该变型使得能够使用相应的另一光阑用于进一步的滤光器应用,以便有利地影响x射线。
根据本发明的备选和优选变型,x射线束的准直可以借助于两个光阑来调整。如在引言中所解释的,这借助于光阑孔径或者光阑上的不透x射线的区域的灵活和动态的相互作用来进行。实现动态和灵活的相互作用,这在于光阑相对于彼此可移动地布置,并且可以根据个别应用的需要而相对于彼此移动,从而产生不同的准直效果。
本发明还涉及一种用于形成x射线束的强度轮廓的滤光器装置。该滤光器装置可以具有滤光器,该滤光器又具有一个或多个滤光器元件。
该滤光器装置可以与上述光阑装置组合。然而,滤光器装置表示本发明的个别方面,其在本文中也独立于光阑装置而公开并且可以独立使用。为了形成x射线束的强度轮廓,根据本发明的滤光器装置包括两个滤光器元件,这两个滤光器元件被安装成能够相对于彼此定位、并且能够在x射线方向上串联布置,它们被分别成形成使得一旦它们在x射线方向上完全叠加地布置,则它们形成完整的滤光器轮廓。
在光阑的光阑孔径和用于形成x射线束内部的滤光器装置的强度轮廓的滤光器在辐射方向上叠加的情况下,所期望的铺盖(根据光阑孔径)和形成射束轮廓可以同时实现,而不必为x射线设备提供其它的机械部件。
本发明的另一实施例提供的是光阑中的一个光阑,该光阑包括至少一个其它孔径,该至少一个其它孔径包括用于形成x射线束的能谱的滤光器。通过光阑的光阑孔径和用于形成x射线束内的另一光阑的x射线束光谱的滤光器在辐射方向上的叠加,可以同样同时实现所期望的叠加(根据光阑孔径)和射束光谱的适应,而不必为x射线设备提供其它的机械部件。
根据滤光器装置的一个优选实施例,用于形成x射线束的强度轮廓的滤光器包括被安装成可相对于彼此定位的至少两个滤光器元件、以及串联布置或可布置在x射线方向上的滤光器元件,该滤光器元件分别被成形成使得一旦它们在x射线方向上完全叠加布置,则它们形成完整的滤光器轮廓。
换句话说,在本实施例中,用于形成射束轮廓的滤光器被布置成可单独定位。因此,只要滤光器装置的滤光器孔径已经位于射束路径内或者两个滤光器元件可以在辐射方向上叠加,则各个滤光器元件可以因此被单独引入x射线束中。这使得能够取决于滤光器元件相对于彼此的位置来设置单独的滤光效果。
只有当两个滤光器元件在射束方向上完全叠加时,才实现完全的滤光效果。在该情景中,完全的滤光效果意味着x射线的强度的最大衰减,其在射束横截面上特别是均匀的。当根据本发明的光阑装置和根据本发明的滤光器装置被组合时,滤光器元件可以在光阑的定位方向上定位,或者取决于应用还可以横向于光阑的定位方向而定位。
特别优选的是,根据本发明的用于形成x射线束的强度轮廓的滤光器装置生成如下强度轮廓,该强度轮廓参照横向于馈送方向的方向(即,在
该变型可以特别灵活地适应于检查对象的情况。例如,可以考虑检查对象的特殊吸收行为或待描绘的检查对象的区域的延伸部。然而,这需要其它的移动机制。滤光效果特别是可无级地选择的或可调整的。
在该情景中,滤光器元件的形状在原则上是任意的,然而,优选地,参照滤光器元件的定位方向是侧倒置的或互补的。滤光器元件可以特别地被体现为斜坡形,其具有在滤光器元件的宽度上是恒定或可变的上升。然而,其它滤光器元件形状(例如,阶梯形路线)或由具有不同形状的子区域组成的混合形状也是可能的,并且在本发明的意义以内。
根据本发明的另一优选实施例,替代用于在光阑上形成x射线轮廓的滤光器元件,光阑装置包括至少一个其它光阑,其在x射线方向上布置在其它光阑之前、之后或之间,所述其它光阑被安装成以便可相对于另一光阑而定位,并且具有包括用于形成x射线束的强度轮廓的第二滤光器的孔径。在该情景中,用于形成x射线束的强度轮廓的第一滤光器和第二滤光器使得一旦它们在x射线方向上完全叠加地布置,则它们形成完整的滤光器轮廓。与上文所描述的实施例相比较,该变型具有的优点在于,包括有第二强度轮廓滤光器的附加光阑可以包括用于备选铺盖和/或滤光器的其它孔径,其当不需要第二滤光器来形成强度轮廓时,可以与使用x射线设备的其它检查一起使用。这使得能够节省空间和机械部件。
本发明还涉及一种x射线设备,用于借助于x射线束来扫描检查对象,其包括根据本发明的光阑装置。
在一个特别优选的变型中,x射线设备被体现为计算机断层摄影设备或c臂x射线设备。
在一个特别优选的变型中,医学成像系统被体现为x射线计算机断层扫描仪或c臂x射线设备。
附图说明
结合下面参照附图更详细地解释的示例性实施例的描述,上文所描述的本发明的特性、特征和优点以及实现它们的方式变得更清楚和更清楚地理解。该描述不将本发明限制于这些示例性实施例。在不同的附图中,相同的部件被赋予相同的附图标记。这些附图通常不是按比例绘制的并且示出了:
图1示出了根据本发明的示例性实施例的计算机断层扫描仪形式的x射线设备,
图2根据本发明的光阑装置的示例性实施例,
图3是根据本发明的滤光器装置的示例性实施例。
具体实施方式
图1部分以方框图并且部分以透视图而示出了x射线设备,这里是计算机断层扫描仪。其记录系统包括例如采用具有接近源的光阑装置1的x射线管形式的辐射器15、以及被体现为面板状阵列的检测器13。这里,阵列包括分配给行和列的多个检测器元件14,其中,这些检测器元件中的仅一个检测器元件被给出附图标记。
辐射器15和检测器13彼此相对地附接在未明确描绘的转动框架中,并且被称为台架,使得在计算机断层扫描仪的操作期间,由辐射器15的焦点12发射、并且通过光阑装置1铺盖的扇形射束10会到达检测器13。检测器元件14取决于通过扫描区域的辐射的衰减来分别生成衰减值,其在下文中被称为扫描值。辐射到扫描值的转换例如借助于光学耦合至闪烁体的光电二极管或借助于直接转换半导体来执行。检测器13的一组扫描值被称为投影。
转动框架可以借助于由控制单元18控制的驱动设备(未示出)在所示的
在没有例如动态掩蔽由辐射器15发射的射束10的一部分的情况下,在运行中(run-in)和运行后(after-run)期间,检查对象2的对图像的重建并且因此对检查对象2(例如,患者,在螺旋扫描5的这些分段期间被暴露于来自x射线的不必要的辐射)未产生任何贡献的区域被照射。
为了在扫描过程期间x射线束10的铺盖的灵活可调整性,根据本发明的光阑装置1包括两个不同的光阑3、4。
在该示例性实施例中,两个光阑3、4安装为横向于馈送方向20(所描绘的坐标系的z轴线)或横向于系统轴线11(沿着所描绘的坐标系的x轴线),以便相对于彼此可定位。这种安装或可定位性导致沿着x轴线的x射线扇形宽度的调整。可替代地,但是这里没有更详细地示出,两个光阑沿着坐标系的z轴线(即,沿着馈送方向20)被对准,并且沿着该方向被安装,以便可相对于彼此定位,即,特别是彼此独立。这种安装会导致x射线扇形10的高度的可调整性。在示例性实施例的每种情况下,光阑3、4的定位方向垂直于在x射线扇形的中心射束上定向的x射线的方向。
第二光阑4布置成比第一光阑3更靠近焦点12,以使即使第二光阑4的小定位移动也能够实现扇形几何形状的大改变。原则上,显然,根据本发明的光阑装置还可以通过光阑3、4的相反布置来实施。
光阑3、4可以被可定位地体现成使得可以进行射束10的铺盖的非常精确的调整。例如,每个光阑3、4分别可以与为此目的提供并且具有几微米的调整精度的定位电机(未示出)相互作用。然而,通常,以光阑元件的快速动态定位为代价来实现高调整精度。然而,可替代地并且取决于应用,需要例如每秒几厘米的快速定位速度。因此,可以例如通过使用对应的定位电机来实现射束10的对应部分的快速动态掩蔽。然而,高定位速度还可以导致对于光阑3、4的位置的可调整精度的更高公差。因此,本领域技术人员应当考虑可能的公差来选择合适的电机。
借助于定位电机的光阑的位移可以以简单方式实现,例如,如果两个光阑3、4分别被安装在轨道系统上。
在计算机断层扫描仪的操作期间,辐射器15上的热应力可以导致焦点12从其原始位置位移。为此,两个光阑3、4被安装成可以彼此平行地定位。这使得能够以简单方式考虑x射线的焦点12的位移。
如将在下面的附图中更详细地说明的,两个光阑3、4分别包括至少一个光阑孔径和不透x射线的区域。
根据图2所示的本发明的光阑装置1的示例性实施例包括第一光阑3和第二光阑4。类似于图1中的描绘,它们沿着z轴线并且横向于x轴线安装,即,平行于系统轴线11彼此独立地安装,因此也可以相对于彼此进行定位。光阑3、4中的每个光阑包括与最大准直相对应的至少一个光阑孔径3.1、4.1。这些在定位方向上在光阑3、4上分别具有最大光阑孔径,并且因此对x射线扇形10具有最大的穿透性。然而,光阑孔径3.1和4.1特别是在定位方向上具有相同的尺寸,但是还可以具有不同的延伸部,例如,与光阑3、4在x射线方向上的距离相对应。光阑3、4中的每个光阑还包括不透x射线的区域3.0、4.0。该区域分别在定位方向上包括与光阑孔径3.1、4.1相同的孔径尺寸。区域3.0和4.0还被布置成紧邻光阑孔径3.1、4.1,并且在定位方向上位于光阑孔径3.1、4.1的相对侧上。
两个光阑3、4或仅一个光阑的定位使得与最大准直相对应的光阑孔径3.1、4.1能够在射束方向上叠加。可替代地,光阑孔径3.1、4.1可以至少部分地与不透x射线的区域3.0、4.0叠加,从而导致小于最大准直的准直。两个光阑3、4在x射线束10中的目标定位使得能够铺盖或掩蔽x射线束的特定部分。这意味着可以特别灵活地使用本发明。
可选地,光阑3包括另一光阑孔径3.2,其中定位方向上的延伸部小于光阑孔径3.1的延伸部。这导致掩蔽x射线束10的对应较大部分的x射线束。光阑3还可选地包括在其中布置滤光器3.3的孔径。这可以被提供用于x射线束10的光谱滤除、和/或用于形成x射线束10的强度轮廓。光阑4还可选地包括具有比光阑孔径4.1更小的延伸部的另一光阑孔径4.2、和/或包括具有滤光器4.3的另一孔径。显然,还可以为每个光阑3、4提供其它光阑孔径(未示出)和/或用于每个光阑3、4的滤光器的其它孔径(未示出)。取决于光阑3、4的位置的调整,这样,可以特别灵活地仅使用两个独立操作的定位驱动器来实现x射线束10的不同准直和/或滤除。这准许宽频谱使用光阑装置1在广泛多种应用中。特别地,可以例如取决于投影方向
因为可以有利地缩短定位路径,所以两个光阑3、4的相互作用还可以实现积极地节省安装空间和提高调整速度。
根据图3所示的本发明的滤光器装置21的示例性实施例与图2所示的光阑装置不同。在图3中,光阑装置被布置在由焦点12发射的辐射器15的射束扇形10中。光阑装置21包括可在定位方向上相对于彼此独立定位的两个滤光器元件23、24。在该示例性实施例中,定位方向横向于馈送方向(或横向于z方向)延伸。换句话说,定位方向在
参照图3描述的滤光装置的实施例可以与参照图2所描述的光阑装置的实施例进行组合。在该情景中,光阑装置21的滤光器元件23、24的定位方向可以垂直于系统轴线z和光阑装置1的光阑3、4的定位方向而提供,该定位方向平行于系统轴线z。在这种组合的装置中,一方面可以实现辐射在由滤光器元件23、24的方向上的强度轮廓的生成,另一方面可以实现通过光阑装置1在z方向上的准直。
然而,针对图3所描述的滤光器装置的实施例还可以与例如参考图2所描述的光阑装置分开使用,并且还与其分开描述并且公开。
而且,还可以将第一滤光器元件23分配给第一光阑3,并且将第二滤光器元件24分配给第二光阑4。
在可行的情况下并且在本发明的情景中,在不脱离本发明的范围的情况下,各个示例性实施例及其各个部分方面还可以彼此组合。在可转用的情况下,针对一个示例性实施例所描述的本发明的优点也适用于没有明确引用到的其它示例性实施例。