计算机X光断层照相装置的制作方法

计算机x光断层照相装置
技术领域
1.本发明涉及一种计算机x光断层照相装置，其x射线辐射器-探测器-布置结构在计算机x光断层照相装置运行时不旋转。


背景技术：

2.这样的计算机x光断层照相装置例如由wo 2018/086744 a2已知。该计算机x光断层照相装置尤其是适合用于人的头部的计算机x射线断层术的x射线成像并且具有旋转固定的托台，所述托台具有固定地围绕计算机x光断层照相装置的几何中轴线设置的多个x射线发射极和x射线探测器。在这里x射线发射极和所属的探测器沿中轴线的方向相互错开。托台总体上沿计算机x光断层照相装置的纵向方向、也就是说沿中轴线的方向可移动。
3.在ru 216 081 c2中说明的x射线技术的仪器具有置于中央地在仪器中设置的电子源，所述电子源发射电子束，所述电子束指向到作为x射线源设置的阳极上，所述阳极环形地包围要检查的物体。
4.另一种计算机x光断层照相装置在de 102 37 546 b4中说明。在这里涉及包括滤波器的x射线-计算机x射线断层术-仪器，其中，滤波器和分散的x射线射束的与方向相关的强度分布协调。借此应该应对特别是在x射线管的斜阳极中出现足跟效应。


技术实现要素：

5.本发明的任务是，给出相对于现有技术进一步改进的包括固定的托台的计算机x光断层照相装置，其特征在于在有利的x射线技术特性的同时的特别良好的空间利用率。
6.按照本发明，该任务通过具有权利要求1的特征的计算机x光断层照相装置来解决。所述计算机x光断层照相装置以本身已知的基本设计具有以确定的角度位置、也就是说不可旋转地围绕计算机x光断层照相装置的几何中轴线设置的多个x射线管。所述x射线管是辐射器-探测器元件的构件，所述辐射器-探测器元件一起形成辐射器-探测器环，所述辐射器-探测器环通过至少一个所述辐射器-探测器元件的偏移可以打开。
7.每个x射线管具有设置用于发射电子的至少一个阴极、典型地多个阴极和所属的阳极，其中，每个阴极具有定向角α，所述定向角通过电子的相对于辐射器-探测器环的几何中轴线测量的平均的发射方向限定。从阴极发射的电子以原则上已知的方式入射到阳极的表面上，形成焦斑。在中央在焦斑上施加的切面具有面法线，所述面法线与辐射器-探测器环和借此整个计算机x光断层照相装置的中轴线形成阳极角β。从焦斑出发的x射线辐射以相对于经过焦斑的、正交地与中轴线相交的径向线测量的平均的反射角γ指向到x射线探测器上，其中，反射角γ在从焦斑出发的x射线束的中央的射束和所述径向线之间可测量。x射线探测器相对于x射线管沿轴向方向关于计算机x光断层照相装置的几何中轴线错开地设置。
8.按照权利要求1，在角度α，β，γ之间给出下面的关系：
9.2/9≤(《α γ)/β≤2
10.该关系适用于全部的分别从焦斑出发的x射线束。在这里，每个作为电子发射极作用的阴极构造成与处于相同的x射线管中的电极布置结构共同作用，以用于产生在x射线管的阳极布置结构上的至少三个可选择的位置之中的一个位置上的焦斑。焦斑的不同的、利用同一个的电子发射极可调节的位置在这里尤其是沿辐射器-探测器环的周向方向并排设置，也就是说以不同的角位置围绕计算机x光断层照相装置的中轴线分布。尤其是利用唯一的电子发射极可产生的焦斑等距地设置在辐射器-探测器环的周边上。在各个焦斑之间的角距离例如为几度或在极端情况中也仅为一度的一小部分，其中，在每种情况中，各个焦斑彼此以是可区分的。借助电极布置结构的操控进行的在不同的离散的焦斑位置之间的转换也称为光束切换(beam toggling)。由于光束切换，可能的焦斑位置的总数对应于计算机x光断层照相装置的电子发射极的数量的多倍。光束切换可以以相同的方式不仅在用于打开辐射器-探测器环的目的至少一个可偏移的辐射器-探测器元件中而且在其余的辐射器-探测器元件中进行。
11.本发明从下面的考虑出发：
12.从在计算机x光断层照相装置中装入的x射线管的阴极发射的电子可以原则上以平行于计算机x光断层照相装置的中轴线的主传播方向发射，其中，可以设置尤其是以调焦电极形式的影响电子辐射的机构。通过电子入射到x射线管的阳极上，在阳极表面上形成焦斑。典型地x射线管这样构造，使得电子以不等于90
°
的角度入射到阳极表面上。例如在基本上线形的电子源的情况下产生焦斑的同样长形的形状。
13.焦斑的长形的形状可以光学地缩短，其方式为：通过遮光物对x射线束成形，所述x射线束倾斜地从阳极的表面反射。
14.然而在这里要考虑的是，x射线束的靠近阳极的表面的一部分通过足跟效应削弱。发射的x射线辐射从与计算机x光断层照相装置的中轴线垂直的平面(焦斑位于所述平面中)应该越远离地辐射，则该效应越多地出现。然而当x射线源和所属的探测器不应该处于共同的平面中时，从所述平面中的发射是需要的。为了减轻足跟效应，可行的是，将x射线管作为整体相对于计算机x光断层照相装置的中心平面倾斜设置，也就是说选择大于零的定向角α。这当然放大关于计算机x光断层照相装置的中轴线沿径向的方向需要的结构空间。
15.按照本发明如下考虑所阐述的目标冲突，即，由x射线管的定向角α和反射角γ的总和作为分子和阳极角β作为分母形成的商数为至少九分之二并且最大为二。尤其是可实现如下设计方案，在所述设计方案中，所述商数为至少五分之二并且最大为五分之八、例如为至少1并且最大为1.6。在所有情况中，所述商数是无量纲的。
16.打开不必然具有圆形的基本形状的辐射器-探测器环的可能性不仅在x射线技术的检查的预备中而且在第一x射线技术的研究之后并且在另一个x射线技术的、也就是说在本情况中计算机x射线断层术的检查之前实施的活动、尤其是医学的手术中提供实际的优点。尤其是病人在病人躺椅上的位置可以保持未改变，即使计算机x射线断层术的摄像的生成中断，以便进行手术，在所述手术中，关闭的辐射器-探测器-布置结构成为阻碍。在这样的情况中，辐射器-探测器环的可运动的部分可以从工作区域中移开，其中，辐射器-探测器环的剩余的刚性的部分保留在其最初的、对于计算机x射线断层术的成像需要的位置中。因此在重新的计算机x射线断层术的检查中，只要不希望改变要检查的体积，则不需要病人或辐射器-探测器环的位置的重新的调节。
17.辐射器-探测器环独立于其形状优选由奇数数量的辐射器-探测器元件构造。利用奇数数量的辐射器-探测器元件可以使得，没有在两个辐射器-探测器元件之间的对接位置精确地沿直径相反地与另一个这样的对接位置相对置。如果焦斑处于辐射器-探测器元件的边缘区域中，也就是说靠近辐射器-探测器环的两个扇形之间的对接位置，则从该焦斑出发的x射线辐射入射到沿周向并排设置的两个x射线探测器上，其中例如涉及光子计数的探测器。同样考虑使用线探测器。就此而言提及wo 2019/057339 al。
18.独立于各个辐射器-探测器元件的——例如直线的弯曲的——形状，阴极的能够通过整个x射线管的角位置调节的定向角α可以大于零、尤其是大于5
°
。这表示，从阴极出发的电子束至少稍微径向向外、亦即从计算机x光断层照相装置的中轴线离开地指向。优选定向角为不大于30
°
。
19.阳极角β例如为至少10
°
并且最大为60
°
。在10
°
的阳极角β和任意的优选正的定向角α的情况中，在焦斑中放置到阳极上的平面、也就是说切面的面法线与计算机x光断层照相装置的中轴线形成10
°
的角度。涉及焦斑的x射线辐射的反射的平均的反射角γ为例如至少5
°
并且最大为30
°
。
20.如果例如选择12
°
的定向角α、20
°
的阳极角β和10
°
的反射角γ，则所述商数为1.1。同样例如可实现如下结构形式，在该结构形式中，定向角α＝30
°
，阳极角β＝30
°
并且反射角γ＝18
°
。在该情况中得出1.6的商数(α γ)/β。小于1、即五分之二的商数例如在具有0
°
的定向角α、30
°
的阳极角β和12
°
的反射角γ的结构形式中给出。相同的值的(α γ)/β也在具有6
°
的定向角α、45
°
的阳极角β和12
°
的反射角γ的结构形式中得出。
21.按照计算机x光断层照相装置的可能的第一结构形式，通过辐射器-探测器元件形成的辐射器-探测器环描绘切分的圆形，其中，构成为扇形的至少一个辐射器-探测器元件相对于其余的辐射器-探测器元件可偏移、尤其是可偏转。如果存在多个可偏转的扇形，则所述扇形可以例如彼此刚性连接并且作为整体从剩余的辐射器-探测器环中可偏转出。备选地可行的是，将多个可偏转的扇形以翼形门的型式支撑在剩余的辐射器-探测器环上。
22.按照另一种可能的结构形式，通过辐射器-探测器元件形成的辐射器-探测器环描绘多边形、尤其是矩形，其中，可以存在多个刚性相互连接的辐射器-探测器元件，所述辐射器-探测器元件相对于剩余的辐射器-探测器环可偏转。在任何的结构形式中，在全部的辐射器-探测器元件的统一的构造的情况中，所述元件的操控可以以统一的方式进行，而不管是否单个辐射器-探测器元件是用于打开而设置的元件。
23.也在本情况中可以利用的操控的可行性例如在wo 2019/042587 a2中说明。在构成用于发射电子的阴极的制造中，可以例如采用在文献wo 2018/086737 al和wo 2018/141485 al中提到的任何解决方案。总体上，计算机x光断层照相装置的x射线管可以构成用于，产生一系列的x射线脉冲，它们关于最不同的参数、尤其是各个脉冲的持续时间和x射线剂量以及x射线辐射的频率彼此不同。
24.所述阳极优选是固定的阳极、也就是说不在阳极壳体内旋转的阳极。所述阳极可以作为液体冷却的阳极、也就是说构成为由冷却剂流经的阳极或构成为没有冷却通道的阳极。在最后提到的情况中，简称为未冷却的阳极。
25.例如可以使用如在de 10 2017 008 810 al中说明的阳极。涉及作为计算机x光断层照相装置的电子发射极可使用的阴极的构造可以例如选择如下可能性，所述可能性在要
求所述专利申请、即de 10 2017 008 810 al的优先权的wo 2019/057338 al中选择。
26.所述阴极以优选的设计构成用于电子的场发射。尤其是所述阴极具有纳米小棒、例如碳纳米管。阴极的可能的材料的示例在wo 2018/086737 al中列举。
27.按照一种可能的扩展方案中，每个辐射器-探测器元件具有至少一个第一类型的电子发射极以及至少一个第二类型的电子发射极，其中，在辐射器-探测器元件内的不同的发射极类型关于其材料和/或几何结构彼此不同。
28.按照辐射器-探测器-布置结构的尺寸确定，所述计算机x光断层照相装置可以例如适合用于检查人的头部、用于检查胸部或用于全身检查。
29.计算机x光断层照相装置的探测器例如构造为半导体探测器。关于特别高的灵敏度，光子计数的探测器作为计算机x光断层照相装置的构件是有利的。就此而言，示例性地提及文献de 10 2014 215 548 al。
附图说明
30.下面借助附图进一步阐述本发明的多个实施例。在这里在附图中：
31.图1示出计算机x光断层照相装置的示意图；
32.图2示出包括打开的辐射器-探测器环的按照图1的计算机x光断层照相装置的简化的端侧视图；
33.图3示出包括关闭的辐射器-探测器环的按照图2的布置结构；
34.图4和5示出计算机x光断层照相装置的一种修改的结构形式的类似图2和3的视图；
35.图6和7示出包括矩形的辐射器-探测器环的计算机x光断层照相装置的结构形式的类似图2和3的其他视图；
36.图8和9示出包括圆形的、切分的辐射器-探测器环的计算机x光断层照相装置的细节的示意图。
37.下面的阐述除非另有说明否则关于全部的实施例。彼此对应的或在原理上相同作用的部件在所有图中以相同的附图标记表示。
具体实施方式
38.总体上以1表示的计算机x光断层照相装置特别设计用于研究人的头部，也就是说构成为头部ct装置。关于计算机x光断层照相装置1的原理构造参阅开头引用的文件wo 2018/086744 a2。
39.计算机x光断层照相装置1在图1中以粗略示意性的剖面图示出，其中，计算机x光断层照相装置1的以ma表示的中轴线处于图平面中。通过中轴线ma给出笛卡尔坐标系的z方向。所述坐标系的x轴和y轴张开与图平面正交的平面。计算机x光断层照相装置的总体上以2表示的托台具有环的基本形状，所述环处于x-y平面中。这表示，托台2所在的平面垂直于中轴线ma定向。
40.在实施例中，x射线管3在横截面中如由图1得出的具有椭圆的、非圆形的形状。备选地，例如也可以使用如下x射线管，其横截面形状是圆形或多边形、例如方形、六边形或八边形。
41.所述托台2具有多个x射线管3，它们在计算机x光断层照相装置1的运行中以刚性
探测器元件适用。与此相反，辐射器-探测器元件12、13能够实现辐射器-探测器环10的打开，以便可以将该辐射器-探测器环例如从侧面滑动到病人躺椅15上方。
52.为了打开辐射器-探测器环10，在图1至3的情况中设置唯一的铰链16，所述铰链设置在辐射器-探测器元件、也就是说扇形11、13之间。总体上在辐射器-探测器环10的周边上在大约240
°
上延伸的扇形12、13在该情况中刚性地相互连接并且在打开和关闭所述环10时共同偏转。
53.按照图4和5的实施例如下区分于按照图1至3的结构形式，即，存在两个铰链16、17，所述扇形13或扇形12可偏转地铰接在所述铰链上。因此辐射器-探测器元件12、13以翼形门的型式可打开。
54.按照图4和5的实施例在如下方面具有与按照图1至3的结构形式的共同点，即，在该情况中一起描绘u形的多个辐射器-探测器元件12、13、14共同可偏转。通过全部的扇形、还有固定的扇形11的平的形状，检查区域在打开的辐射器-探测器环10中特别良好地可接近。
55.图8和9形象地说明x射线管3和其他x射线技术的构件的细节，所述构件对于所阐述的全部实施例适用。x射线管3的辐射器-布置结构以18表示。
56.用于产生电子束es的发射极结构组合件19处于每个x射线管3中，所述电子束入射到阳极布置结构9上并且借此产生焦斑bf。焦斑bf不必然具有大致点状的结构。而是可以以原则上以已知的方式例如也产生细长的焦斑bf，其中，焦斑bf的位置在每种情况可理解为其中点的位置。
57.按照图8，发射极结构组合件19具有不同的阴极5、25，以便产生不同的剂量和/或波长的x射线辐射。在每种情况中，电子借助提取栅格20从阴极5、25中提取，其中，电子束es借助具有多个电极22、23的电极布置结构21以限定的方式可偏转。多个阴极5、25共同设置在电路板24上。
58.与x射线管3的发射极结构组合件19共同作用的整个阳极布置结构9在辐射器-探测器环10的周边上在角度α'上延伸，该角度由辐射器-探测器元件11、12、13、14，也就是说辐射器-探测器环10的扇形的数量得出，其中，在图8中勾画的布置结构中，给出一样大的伸展尺寸的五个扇形、也就是说120
°
扇形。
59.说明阳极布置结构9沿辐射器-探测器环10的周向方向的延伸的角度α'在图8的情况中为稍微少于120
°
。角度β'还显著更靠近72
°
，x射线探测器4在辐射器-探测器环的周边上的延伸给出该角度。换句话说：在辐射器-探测器环10的周边上在各个x射线探测器4之间形成的缺口显著窄于在各辐射器布置结构18之间形成的缺口。多个可能的焦斑位置在x射线管3内在小于角度α'的角度γ'上延伸。
60.电极布置结构21构成用于，将电子束es可选地指向到焦斑bf上或与此相比沿辐射器-探测器环10的周向方向错开的焦斑bf

、bf-上。关于按照图8和9的布置结构，焦斑bf

相对于焦斑bf沿顺时针方向并且焦斑bf-沿逆时针方向偏转。电子束的表示焦斑bf的错位的偏转也称为光束切换并且能够实现焦斑bf-、bf、bf

在辐射器-探测器环10的周边上的特别紧密地分级的放置。在这里可取得对应于电子发射极5、25的数量的多倍的数百个焦斑位置的总数，这在高品质的成像的同时有利于计算机x光断层照相装置1的节省质量的构造。
61.附图标记列表
[0062]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
计算机x光断层照相装置
[0063]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
托台
[0064]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
x射线管
[0065]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
x射线探测器
[0066]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
阴极、电子发射极
[0067]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
阳极
[0068]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
机架
[0069]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
x射线窗口
[0070]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
阳极布置结构
[0071]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
辐射器-探测器环
[0072]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
辐射器-探测器元件
[0073]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
辐射器-探测器元件
[0074]
13
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
辐射器-探测器元件
[0075]
14
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
辐射器-探测器元件
[0076]
15
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
病人躺椅
[0077]
16
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
铰链
[0078]
17
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
铰链
[0079]
18
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
辐射器布置结构
[0080]
19
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
发射极结构组合件
[0081]
20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
提取栅格
[0082]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电极布置结构
[0083]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电极
[0084]
23
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电极
[0085]
24
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电路板
[0086]
25
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二类型的阴极、电子发射极
[0087]
α
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
定向角
[0088]
β
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
阳极角
[0089]
γ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
反射角
[0090]
α'
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
角度，辐射器-探测器元件的阳极布置结构在所述角度上延伸
[0091]
β'
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
角度，辐射器-探测器元件的探测器在所述角度上延伸
[0092]
γ'
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
角度范围，阳极布置结构的可能的焦斑处于所述角度范围中
[0093]
bf
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
焦斑(一般)
[0094]
bf

、bf-ꢀꢀꢀ
焦斑，其借助电子发射极产生(在中间的位置中以及在沿辐射器-探测器环的周向错开的两个位置中)
[0095]
es
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电子束
[0096]
fn
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
面法线
[0097]
ma
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
中轴线
[0098]
rl
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
径向线
[0099]
rs
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
x射线辐射
[0100]
te
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
切面。