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CN110430817A - 计算机断层摄影设备 - Google Patents

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CN110430817A
CN110430817A CN201880019381.4A CN201880019381A CN110430817A CN 110430817 A CN110430817 A CN 110430817A CN 201880019381 A CN201880019381 A CN 201880019381A CN 110430817 A CN110430817 A CN 110430817A
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Abstract

一种用于乳腺摄影的伦琴射线成像的计算机断层摄影设备(1)，所述计算机断层摄影设备具有MBFEX管(20)和平板伦琴射线探测器(30)，其中，在所述MBFEX管(20)中排状地固定设置有多个阴极(40)，所述阴极(40)设置用于电子的场发射，伦琴射线束(b)的几何形状和辐射密度以及波长范围是可调节的，MBFEX管(20)能够沿平行于平板伦琴射线探测器(30)的方向(z)移动，所述平板伦琴射线探测器(30)具有能移动且能调整开口的伦琴射线挡板(31)，并且借助所述伦琴射线挡板(31)能选择并且能移动在平板伦琴射线探测器(30)的探测器表面(D)上的成像区域(A)。所提出的计算机断层摄影设备(1)与传统的计算机断层摄影设备相比特别容易地且紧凑地构造有旋转的伦琴射线技术方面的组件，借助所述组件能够实现特别小的焦斑尺寸。

Description

计算机断层摄影设备
技术领域
本发明涉及一种用于乳腺摄影的伦琴射线成像的计算机断层摄影设备，其中不需要旋转用于伦琴射线成像的伦琴射线管，并且所述计算机断层摄影设备具有多焦点场发射伦琴射线管，其中，该多焦点场发射伦琴射线管在下文中称为MBFEX管(MBFEX＝MultibeamField Emission X-Ray多束场发射伦琴射线)。这样的计算机断层摄影设备例如由US 7751 528 B2已知，其设置用于女性胸部的伦琴射线拍摄。
背景技术
乳腺癌在女性中是最频繁发生的癌症类型。约10％的女性在其生命进程中患上乳腺癌。在这些患者中的30％至40％死于该病，其中，乳腺摄影是用于早期识别乳腺癌的有效的工具。通过早期识别能够显著降低乳腺癌死亡率。在乳腺癌诊断中，例如数字胸部断层合成(DBT)使用3D成像方法。与目前被视为黄金标准的全数字化乳腺摄影(FFDM)相比，DBT具有改进的性能。最近的临床研究已经表明：DBT技术对于女性胸部中的结块提供了更好的可验证性。然而，其对钙化的敏感性较低，所述钙化对于癌症鉴定是重要的。
此外，至今的乳腺摄影方法具有高的错误率，例如非常高的正的(70～90％)和负的(～30％)错误率。二维的乳腺摄影的特性使得难以将癌症与位于其上方的乳腺组织进行区分。对结果的解释与放射科医师有关地可变地失灵，尤其是在结块的胸部的情况下如此。出现假阳性和假阴性的测试结果的较高的错误率，因为紧密地重叠的组织会对与肿瘤相关的异常的鉴定产生干扰的影响。对于希望在早期开始初步检查的具有遗传性突变的年轻女性，与乳腺摄影相关的这些限制尤其是成问题的。
通过DBT系统对微钙化部的可探测性可能与许多因素相关，并且例如可能由于探测器的类型、重构和拍摄参数而受到不利的影响。由于源/探测器运动以及在拍摄期间患者的运动引起的运动模糊度是对于DBT系统缺乏空间分辨率的主要因素、即缺乏对小的微钙化部的识别的主要因素。此外，患者暴露于高的辐射负荷下。
在市场上存在的所有DBT扫描仪的设计都是类似的。安装在旋转的臂上的常规的伦琴射线管以弧形在结块的胸部上方以等中心的运动曲线运动，以便在受限的角度范围内产生投影图像的序列。需要机械结构、相关的控制软件和准确的角度测量装置来控制伦琴射线管的精确的旋转。在这种类型的扫描仪中，整个断层合成扫描能够持续大约7秒直至大于1分钟。时间持续长度与所检测的视图的次数有关。
然而，具有同步地相互旋转的伦琴射线管的计算机断层摄影设备具有显著的缺点。通过源的加速和减速引起的机械不稳定性限制了伦琴射线管能够从一个位置运动到下一个位置的速度。扫描速度越快，运动模糊度就越大。该效应对于紧密的胸部是特别严重的。为了实现同样且几何形状上精确的旋转，需要空间要求高的复杂的机械装置。机械地实现的旋转引起进一步相对缓慢的旋转速度，并且因此需要更长的拍摄时间。这种装置在制造中以及由于机械装置的易受干扰性在维护中都是非常高成本。尤其要强调的是高的能量消耗。
用于克服所提及的缺点、尤其减少扫描时间并且也提高空间分辨率的一种可能性是利用伦琴射线发射器的固定的串联布置。在这样的计算机断层摄影设备中，将伦琴射线发射器定向到要检查的身体上并且分别单独地电操控。因此，伦琴射线发射器的顺序的操控代替了伦琴射线管的至今为止所需的旋转。由此能够在没有机械运动的情况下产生投影视图。因此能够完全消除通过源运动引起的运动模糊度。可单独操控的伦琴射线发射器的串联布置通常例如对于在US 7 233 644 B1中和US 7 177 391 B2中的具有多个伦琴射线管的计算机断层摄影设备、在具有多焦点伦琴射线管的DE 10 2011 076 912 B4中和在具有MBFEX管的DE 10 2009 017 649 A1中的计算机断层摄影设备进行描述。
对于具有伦琴射线发射器的固定的布置的计算机断层摄影设备，能够使用这种伦琴射线发射器，所述伦琴射线发射器构成为场发射伦琴射线管。这种伦琴射线发射器例如具有阴极，所述阴极包含碳纳米管，如这同样在US 7 751 528 B2和DE 10 2009 017 649A1中所公开的那样。碳纳米管用作为冷阴极，以便产生电子，然后加速所述电子，以便在阳极上产生伦琴射线源。这种伦琴射线发射器能够设计为特别小的并且设置在唯一的真空管中；这种装置是MBFEX管，其中又能够实现更紧凑的结构形式。
在DE 10 2009 017 649 A1和DE 10 2011 076 912 B4中公开了一种MBFEX管，在所述MBFEX管中多个阴极定向到一个共同的阳极上。
在DE 10 2009 017 649 A1和US 2012 0286692 A1中提出一种用于MBFEX管的阴极的调节装置，其中关于固定的电压来调节在阴极与栅极之间电流。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于乳腺摄影的伦琴射线成像的相对于现有技术进一步开发的计算机断层摄影设备，借助所述计算机断层摄影设备能够实现小的焦斑尺寸和对要以伦琴射线技术检查的横截面的确定区域(ROI＝Region of Interest，感兴趣区域)的改进的检查可能性。
所述目的根据本发明通过具有权利要求1的特征的计算机断层摄影设备来实现。
所提出的用于乳腺摄影的伦琴射线成像的计算机断层摄影设备具有MBFEX管和平板伦琴射线探测器，其中，在MBFEX管中排状地固定地设置有多个阴极并且固定地设置有至少一个阳极。阴极设置用于在电场中引出和加速的电子的定向到相应的阳极上的场发射，并且相应的阳极设置用于将伦琴射线定向发射为伦琴射线束。阴极的数量对应于伦琴射线源的数量，其中，能够在相应的阳极上产生至少一个伦琴射线源。在这里，所产生的伦琴射线源同样在MBFX管中排状地设置并且在其伦琴射线主发射方向上定向到平板伦琴射线探测器的探测器表面上。平板伦琴射线探测器设置用于在探测器表面上将探测作为伦琴射线束的伦琴射线。例如，在MBFEX管上设置有可调节的准直器，借助所述准直器可调节伦琴射线束的几何形状。此外，MBFEX管能够在平行于平板伦琴射线探测器的方向上移动。平板伦琴射线探测器本身具有可移位的和可调整开口的伦琴射线挡板。借助伦琴射线挡板，可选择并且可移动在平板伦琴射线探测器的探测器表面上的成像区域。
伦琴射线束分别具有带有所发射的伦琴射线辐射的最大强度的方向，该方向对应于相应的伦琴射线主发射方向。这种伦琴射线主发射方向在所有伦琴射线源中给出，其与球形射线源不同。
在所提出的计算机断层摄影设备中，伦琴射线源可以在结构上实现为在阳极上的受限的面，例如椭圆形或线形条带；这能够选择性地通过相应的阴极的性质以及通过调整电场来完成。能够通过将所发射的电子作适宜地聚焦为电子射线束来选择伦琴射线源的形状，其中，所述聚焦对应于对在相应的阴极与阳极之间的体积区域中的电场的调整。因此，能借助所提出的计算机断层摄影设备来调节伦琴射线束的几何形状和辐射密度。同样地，能够附加地通过聚焦电子射线束和构造阴极来调节所发射的伦琴射线辐射的波长范围，并且因此调节伦琴射线束的波长范围。
在所提出的计算机断层摄影设备中，为了伦琴射线图像拍摄分别通过接通和切断来顺序地电操控阴极，其中，在伦琴射线图像拍摄期间将共同的脉冲的或时间上保持恒定的直流电压施加到所有阳极上。与根据现有技术的常规的计算机断层摄影设备相比，通过顺序地操控各个阴极替代了伦琴射线源的机械旋转。在此，检查对象定位在MBFEX管与伦琴射线平板探测器之间。例如，将患者的胸部放置在伦琴射线挡板上方的板上，其中，所述板对于伦琴射线辐射是可穿透的。
在计算机断层摄影设备的典型的设计方案中，MBFEX管设置在探测器上方。然而，至少一个伦琴射线管和至少一个相关的探测器的其它布置也是可能的，例如伦琴射线管在相关的探测器下方的布置也是可能的，如原则上例如从DE 10 2010 011 663 A1中已知的那样。
能借助伦琴射线挡板来调节在探测器表面上的成像区域，例如通过放置在板上的胸部下方的伦琴射线挡板的移动和打开来调节。在伦琴射线图像拍摄时，检查对象不运动。因此，MBFEX管可在平行于平板伦琴射线探测器的方向上移动。因此，对于MBFEX管在所选的成像区域中的每个移位步长，能够实现阴极的顺序的接通并且因此实现伦琴射线图像拍摄，其中，在每个移位步长中，MBFEX管和检查对象相对于彼此执行相对运动。
例如，可以通过如下方式进行伦琴射线图像拍摄：顺序地电操控依次相邻的阴极。同样地，阴极能够以任意其它的顺序运行，其中，该顺序也可以在各个可选的移位步长内沿平行方向变化。
ROI的选择能够通过借助伦琴射线挡板调节成像区域，通过确定在成像区域上的子区域中的移位步长以及也通过如下方式来实现：仅电操控定向到ROI上的那些阴极。从这样获得的表示投影照片的伦琴射线图像中，能够借助于计算机辅助的方法产生所检查的对象的横剖视图和体积结构，所述计算机辅助的方法例如为断层合成或HEPC-断层合成(HEPC＝High-Energy Phase Contrast高能相位对比)或滤波反投影(FBP＝Filtered Back-Projection滤波反投影)。
因此，在投影时仅选择下述单个拍摄区域，所述单个拍摄区域包含对于计算机辅助图像生成重要的信息、亦即数据。因此避免了假像或分辨率低的区域。尤其是，通过如下方式显著缩短对于计算机辅助的图像生成所需的时间：在平板探测器的探测器表面上，借助于伦琴射线挡板来限制在ROI上的检测区域并且因此限制成像区域。
因此，借助所提出的计算机断层摄影设备，在关于现有技术缩短的拍摄时间中在结构上的耗费最小的同时高分辨率的伦琴射线图像拍摄是可行的。越多地在MBFEX管中固定地设置有多个阴极并且因此伦琴射线源，那么在整个ROI中可实现的图像分辨率就越高。通常，在所提出的计算机断层摄影设备中所有阴极的数量至少等于这种计算机辅助的图像生成的投影的次数。
在借助所提出的计算机断层摄影设备对检查对象、例如为女性胸部进行全面的伦琴射线拍摄中，MBFEX管优选位置固定地保持。而在借助所提出的计算机断层摄影设备检查ROI时、例如检查在女性胸部内的ROI时，MBFEX管优选在ROI的整个区域上方沿平行方向逐步移动，其中，在每个移位步长中进行伦琴射线图像拍摄。
下面将探讨所提出的计算机断层摄影设备关于阴极和在MBFEX管中的电子射线束聚焦的一些有利的进一步改进方案。
在所提出的计算机断层摄影设备的一种可能的实施方案中，阴极包含碳纳米管。碳纳米管具有小于2Vμm-1的用于电子的场发射的低的场强阈值。由于对于电子的场发射所需的阴极的因此相对较低的功率消耗，因此借助电流供应装置运行这样的计算机断层摄影设备是可行的，所述电流供应装置仅具有相对较低的功率强度。
替代于或附加于碳纳米管，计算机断层摄影设备可以具有其余的碳纳米管，所述碳纳米管构成为用于发射电子。例如在此涉及含有金属氧化物、金属硫化物、氮化物、碳化物和/或硅的空心的或实心的纳米棒。关于技术背景示例性地参考Greta R.Patzke等人著的出版物：Oxidic Nanotubes and Nanorods-Anisotropie Modules for a Future Nano-technology，Angew.Chem.Int.Ed.2002，41,5000-5015。
如果根据本发明的电子发射体含有硫化物，那么其可以是例如金属硫化物，尤其是二硫化钼。作为氮化物尤其是应提及氮化硼、氮化铝、氮化碳和氮化镓，从所述氮化物中可以完全或部分地构建电子发射体的纳米棒。作为碳化物，尤其是碳化硅适合用于制造纳米棒，尤其是纳米管。同样地，纳米棒，尤其是呈纳米管形式的纳米棒可以由硅制造，选择性地与掺杂元素一起制造。在计算机断层摄影设备的电子发射体的制造的领域中，也可以使用含有铈或镧的纳米棒。就这点而言示例性地参考文献WO 2014/076693A1。
同样地，在计算机断层摄影设备内用作为电子发射体的阴极能够发构成为分配器阴极。这种阴极基本上例如从DE 10 2011 076 912B4中已知。
在所提出的计算机断层摄影设备机的另一种实施方案中，MBFEX管具有固定地设置的栅装置。在栅装置中，所有阴极与一个共同的引出栅电极相关联或每个单个的阴极分别与一个单独的引出栅电极相关联。在这里，每个引出栅电极直接设置在阴极上方并且设置用于从阴极中引出电子场。引出栅电极优选在未运行时接地，或者优选能够电流地与阴极接通。此外，引出栅电极尤与MBFEX管的所有其它组件电流地断开，由此特别有利地禁止在这些组件上的电场击穿，并且射线传输特性与在阴极与引出栅电极之间的电压在很大程度上去耦合。引出栅电极与阴极无关地或者选择性地能够与阴极一起顺序地接通。
在伦琴射线图像拍摄中，引出栅电极作为具有相对于阴极的正电位的电极接通；由此电子的场发射得到显着改进，并且还抵消了在阴极附近的周围环境中的电飞弧。在MBFEX管的高压调节中，引出栅电极同样作为具有正电位的电极被接通，其中，阴极被切断。因此保护阴极免受离子轰击。
在所提出的计算机断层摄影设备的最后的实施方式的一种进一步改进方案中，栅装置直接在对于每个单个的阴极的每个引出栅电极上方分别具有单独地相关联的聚焦电极。聚焦电极优选在未运行时接地。此外，聚焦电极与MBFEX管的所有其它组件电流分离。
聚焦电极设置用于将引出的电子聚焦为电子射线束。聚焦电极能够顺序地与相关联的阴极一起选择性地被电子操控。
在伦琴射线图像拍摄中，根据是否应实现聚焦或散焦，聚焦电极分别作为具有正的或负的电位的电极接通。通过电位的正负号和数值以及通过相应的聚焦电极的几何形状，可调节电子射线束的聚焦。在聚焦电极的固定的几何形状中，借助所提出的计算机断层摄影设备，借助对电位的每个调节，分别能够实现具有不同的伦琴射线束的伦琴射线图像拍摄。在这里，所有聚焦电极分别具有相同的电位，使得在伦琴射线图像拍摄中顺序地产生的所有伦琴射线束具有相同的几何形状、辐射密度和相同的波长范围。尤其是，因此能够借助聚焦电极调节伦琴射线束的焦斑尺寸。
在MBFEX管的高压调节期间，阴极被切断，并且引出栅电极加载有正的电位。通过这种附加的保护电路方式，阴极能够更有利地被遮蔽防止离子轰击。
在另一种实施方式中，所提出的计算机断层摄影设备具有相同的阴极或不同种类的阴极的多于一个的排状布置。在该实施方式中，排状布置包括不多于一个种类的阴极。每个种类的阴极分别定向到一个阳极上。在伦琴射线图像拍摄中，例如能顺序地操控分别仅一个种类的阴极。在改型的实施方式中，不同种类的阴极可以存在于同一行阴极内。术语“阴极种类”在最简单的情况下可以仅涉及阴极在典型的陶瓷载体上所占据的面积。在这里，各种不同种类的所有阴极在其它方面可以同样地设计。在其它情况下，不同的阴极例如在其材料或其它特征方面不同，而各种不同种类的阴极的可从外部识别的轮廓在这种情况下可以是一致的。
例如，阴极正方形、矩形、圆形或椭圆形地构成。如果阴极关于其表面几何形状彼此不同，那么可以给出关于表面几何形状和/或表面大小方面的差异。例如，如果存在矩形的阴极，那么阴极能够通过矩形表面大小彼此不同。同样地，不同的阴极的不同的长/宽比是可行的。
具有不同的表面几何形状或表面大小的阴极产生不同的电子射线束。因此，如果例如聚焦电极在其结构形式和关于阴极和引出栅电极的布置是相同的并且具有相同的电位，那么仅通过在所涉及的阳极上相应地选择阴极，能够产生不同的伦琴射线源并且因此产生不同的几何形状的不同的伦琴射线束。然后，能够借助准直器实现对相应选择的伦琴射线束的几何形状进行细化。
例如，在其它方面相同的引出栅电极和聚焦电极的情况下，对于借助所提出的计算机断层摄影设备借助于HPEC断层合成的计算机辅助的伦琴射线成像，优选选择具有比借助于断层合成的计算机辅助的伦琴射线成像更小的面积的阴极。由此，在借助于HPEC断层合成的伦琴射线成像中特别有利地减小了焦斑尺寸，并且因此能够实现ROI的更好的图像分辨率。
如果在所提出的计算机断层摄影设备的该实施方式中，由不同的材料制成不同的阴极，那么所述阴极在所发射的电子的能量方面也不同。这于是也适用，如果阴极关于其结构类型和布置方式与相同的引出栅电极相关联并且在所有引出栅电极处在伦琴射线图像拍摄中施加相同的、相对于阴极为正的电位。例如，第一种类的阴极具有碳纳米管，而另一种类的阴极具有由钨或钼构成的尖端。
替代地或附加地，通过用不同的电压或不同的电流操控阴极，能够调节所发射的电子的能量，并且因此调节所发射的伦琴射线辐射的能量。例如，阴极的形状的区别在于，所述阴极分别设置用于关于电流或电压进行不同的操控。例如，所提出的计算机断层摄影设备的MBFEX管具有两个种类的阴极，其中，一种用于以较强脉冲的直流电流运行，而另一种用于以较弱脉冲的直流电流运行。例如，所提出的计算机断层摄影设备的MBFEX管具有两个种类的阴极，其中，这两个种类都设置用于以脉冲的矩形直流电压或脉冲的矩形直流电流运行，然而具有不同的切换频率。
通过不同的表面几何形状、表面大小、不同的材料性质和在电流或电压方面不同的操控的部分的或全面的组合，在所提出的计算机断层摄影设备的MBFX管中能够实现多种不同形状的阴极。例如，一个种类的阴极设置用于经由断层合成实现伦琴射线图像拍摄，而另一种类的阴极设置用于经由HEPC断层合成实现伦琴射线图像拍摄。
在另一种优选的实施方式中，如下改进所提出的计算机断层摄影设备：阴极的每个排状的布置与各一种类型的引出栅电极和聚焦电极相关联，其中，阴极的排状布置通过至少一种类型的引出栅电极和/或至少一种类型的聚焦栅极电极进行区分。
因此，即使在由相同种类的阴极构成的多个布置中，仍能通过选择不同类型的引出栅电极和/或不同类型的聚焦栅极电极来调节伦琴射线束的几何形状、辐射密度和波长范围，即使引出栅电极和/或聚焦电极的类型仅通过以不同的电压或不同的电流运行进行区分也如此。
例如，不同类型的引出栅电极通过不同的结构形式和/或通过关于阴极的不同的布置给出。例如，不同类型的聚焦电极能够通过不同的结构形式和/或通过关于阴极和引出栅电极的不同的布置来实现。
在所提出的计算机断层摄影设备的该改进方案的一种优选的实施方案中，MBFX管具有由带有相同类型的引出栅电极的相同种类的阴极构成的多个布置，其中，阴极的排状布置关于聚焦栅极电极的类型方面不同。在所提出的计算机断层摄影设备的该实施方式中，伦琴射线束的几何形状、辐射密度和波长范围能够仅通过选择和运行聚焦电极来确定。
尤其是涉及阴极和对其进行操控的各种不同的变型可能性能够实现计算机断层摄影设备在多剂量模式中的运行。在这种模式中，例如，在特定的时间点操控阴极，使得所述阴极发射10mA的电子流，其中阳极电压调节为20kV。例如，所述值在10ms的脉冲持续时间内保持恒定。持续例如100ms的下一个脉冲已经可以以30mA的多倍高的电子流发射，其中，例如阳极电压调节在100kV的水平上。在操控计算机断层摄影设备方面的由此产生的灵活性能够实现相应地灵活的、与个体情况相协调的、具有高成像质量的同时总体低剂量的伦琴射线成像。
借助在上述进一步改进方案中提出的计算机断层摄影设备，因此在伦琴射线图像拍摄时能够分别实现具有相同的焦斑尺寸的伦琴射线束，其中，能通过预先调节聚焦和选择阴极的布置来调节每个伦琴射线图像拍摄的相应的焦斑尺寸。在这里，相应的焦斑尺寸也通过相应种类的阴极、通过相应类型的栅极引出电极以及尤其通过相应类型的聚焦电极来确定。
对于借助于断层合成和借助于HPEC断层合成的计算机辅助的伦琴射线成像，优选根据第一部分运行模式将时间上恒定的正的电位施加到所涉及的阳极上，其中，所述阴极优选加载有同样脉冲的负的矩形电位，并且引出栅电极基于阴极的电位优选加载有同样脉冲的正的矩形电位。因此，在这些优选的运行模式中流动有同样脉冲的直流电流。
对于断层合成的计算机辅助的伦琴射线成像，优选选择在所涉及的阳极和阴极之间的较低的电压，但是选择比用于借助于HPEC断层合成的计算机辅助的伦琴射线成像更强的电流。通过这三种优选的运行模式，所涉及的阳极和阴极都被充分保护以免于过热。
对于借助于断层合成的计算机辅助的伦琴射线成像，优选选择电子射线束并且因此选择比借助于HPEC断层合成的计算机辅助的伦琴射线成像更低能量的伦琴射线束，使得对于断层合成，聚焦电极优选具有比借助于HPEC断层合成的计算机辅助的伦琴射线成像更低的电位。聚焦电极优选在伦琴射线拍摄时以及在对MBFEX管进行调节时加载有时间上恒定的电位。
下面探讨所提出的计算机断层摄影设备关于MBFEX管的阳极的一些有利的进一步改进方案。
在所提出的计算机断层摄影设备的另一种优选的实施方案中，在MBFEX管中的阴极关于其电子主发射方向定向到共同的固定的阳极上。优选地，在这里，阴极以这样的方式定向到阳极上，使得在阳极上存在伦琴射线辐射源的排状布置；因此，所述伦琴射线辐射源对应于伦琴射线发射器。因此，在所提出的计算机断层摄影设备的所述实施方案中，电路方面的耗费显着降低。此外，因此能够实现MBFEX管的特别紧凑和重量减轻的结构形式。
在所提出的计算机断层摄影设备的一种实施方案中特别有利的是，与阴极相关联的共同的阳极弧形地构成并且凹形地定向到探测器表面上。因此，借助这种阳极，伦琴射线源同样弧形地构成并且凹形地定向到探测器表面上。借助这种阳极，能够避免围绕平行方向的死角。这对于检查对象甚至对于部分地被强的伦琴射线辐射吸收的子层覆盖的区域允许ROI的高分辨率的成像。
阳极与其是否整体上具有细长的、笔直的、尤其是柱形形状或弯曲形状无关地优选构成为液体冷却的阳极。在这里，冷却剂、尤其是以非导电的油的形式的冷却剂，例如硅油，流过沿阳极的纵向方向延伸的通道，其中，冷却剂从阳极向外的回流穿过与第一通道同心的另一通道进行，使得仅在阳极的一个端部上存在用于冷却剂输入管路和输出管路的冷却剂接口。这种结构形式具有下述优点，所提及的用于冷却剂的接口能够借助于唯一的管路装置与伦琴射线管的高压穿引部连通，借此使高压穿引部的数量最小化。
在下文中将探讨所提出的计算机断层摄影设备关于MBFEX管、伦琴射线束和成像区域的可实现的调节的一些有利的进一步改进方案。
在所提出的计算机断层摄影设备的这样的改进方案中，能够借助准直器将伦琴射线束调节为具有圆形或椭圆形的伦琴射线入射区域的锥形伦琴射线束或者能够调节为具有线状伦琴射线入射区域的扇形伦琴射线束。在这里，伦琴射线束的伦琴射线入射区域涉及伦琴射线束入射在其上的探测器表面。伦琴射线束的伦琴射线入射区域完全或至少部分地覆盖探测器表面。在呈锥形伦琴射线束形式的伦琴射线束的情况下，伦琴射线主发射方向对应于锥体轴线。在呈扇形伦琴射线束形式的伦琴射线束的情况下，伦琴射线主发射方向延伸穿过扇形平面，所述扇形平面在纵向侧上将伦琴射线入射区域对半平分。为了对整个检查对象、例如女性胸部进行伦琴射线图像拍摄，伦琴射线束优选调节为锥形伦琴射线束的形式，其中，MBFEX管位置固定地保持。
此外，计算机断层摄影设备构造为，使得所述伦琴射线成像区域能够与MBFEX管同步地沿平行方向移动，并且伦琴射线束可调节为扇形伦琴射线束。在这里，扇形平面垂直于平行方向。入射区域完全覆盖成像区域并且是矩形的。在这里，扇形平面平行于伦琴射线成像区域的纵向侧并且以几何方式将伦琴射线成像区域对半平分。在该实施方式中，所提出的计算机断层摄影设备的MBFEX管能够与伦琴射线挡板同步地被操控。为了对检查对象、例如女性胸部的ROI进行伦琴射线图像拍摄，伦琴射线束优选调节为扇形伦琴射线束的形式；在这里，对于MBFEX管的每个移位步长和在为ROI选择的伦琴射线成像区域中的伦琴射线挡板，能够实现阴极的顺序的接通并且因此实现伦琴射线图像拍摄。
在另一种实施方式中，MBFEX管关于探测器表面能够沿垂直方向(通常称为y方向)调节间距。因此，在调整的意义上在执行计算机辅助的伦琴射线图像拍摄之前可调节伦琴射线束关于成像区域的入射区域。因此，与传统的解决方案相比，也以HEPC断层合成的方式通过调节MBFEX管能够以较高的阳极电压和同时较低的发射电流实现伦琴射线图像拍摄。
不同于具有旋转的伦琴射线管的已知的计算机断层摄影设备，在借助所提出的计算机断层摄影设备进行伦琴射线图像拍摄时原理决定地排除了由于运动的组件引起的围绕轴向方向的焦斑增大。
所提出的计算机断层摄影设备、尤其在其进一步改进方案中的计算机断层摄影设备的特征在于非常紧凑且鲁棒的结构类型。所提出的计算机断层摄影设备、尤其是具有MBFEX管(该MBFEX具有带有碳纳米管的冷阴极)的计算机断层摄影设备，与目前在市场上可获得的计算机断层摄影设备相比具有下述优点：
-减少对于患者的辐射剂量；
-提升成像设备的灵敏度和特异性；
-较少的重量和设立面；
-改进质量或降低医疗保健服务提供商的成本(尤其是对于这样的医学成像系统的购置和运营成本)。
所提出的计算机断层摄影设备的应用决不局限于医学诊断。所提出的计算机断层摄影设备例如也适用于没有生命的对象的伦琴射线成像，例如适用于工件测试或产品测试，或者用于检查封闭容器的内容物。尤其是在将多个阴极与一个共同的阳极相关联的实施方案中的所提出的计算机断层摄影设备的MBFEX管也能用于其它计算机断层摄影设备。
附图说明
下面借助附图更详细地阐述所提出的计算机断层摄影设备，在所述附图中概括了三个实施例。在此：
图1示出计算机断层摄影设备1的第一实施例的MBFEX管20的示意图；
图2示出具有呈锥形束c形式的伦琴射线束b的视图的计算机断层摄影设备1的第一实施例；
图3示出具有呈扇形束f形式的伦琴射线束b的视图的计算机断层摄影设备1的第一实施例；
图4示出计算机断层摄影设备1的第一实施例的MBFEX管20的栅装置50的部分视图；
图5示出计算机断层摄影设备1的第二实施例的MBFEX管20的栅装置50的部分视图；
图6示出具有排状且交替地错开设置的两个不同种类的阴极41、42的计算机断层摄影设备1的第三实施例。
具体实施方式
所提出的计算机断层摄影设备1的下文借助附图阐述的所有实施例都设置用于乳腺摄影的伦琴射线成像。所提出的计算机断层摄影设备1的下文阐述的所有实施例都具有MBFEX管20和平板伦琴射线探测器30。平板伦琴射线探测器30的矩形探测器表面D设置用于探测伦琴射线。
在所有实施例中，MBFEX管20具有真空管21、伦琴射线窗口22和准直器23，其中，借助准直器可调节伦琴射线束b的几何形状。伦琴射线束b具有所发射的伦琴射线辐射的最大强度的方向，所述方向对应于伦琴射线主发射方向h。在所提出的计算机断层摄影设备1的两个实施例中，借助准直器23能够将伦琴射线束b选择性地调节为具有圆形或椭圆形伦琴射线入射区域B的锥形伦琴射线束c或者调节为具有线状的伦琴射线入射区域B的扇形伦琴射线束f，其中，扇形伦琴射线束f具有扇形伦琴射线平面F，该扇形伦琴射线平面在纵向侧上将伦琴射线入射区域B对半平分。伦琴射线入射区域B部分地或完全地覆盖探测器表面D。
在所提出的计算机断层摄影设备1的所有三个实施例中，阴极40、41、42分别以弧形的形式固定地设置在排状布置中。在第一实施例中，MBFEX管20具有带有多个同样的阴极40的布置。在第二实施例中，MBFEX管20具有分别带有两个不同种类的相同多个阴极41、42的两个布置，其中，这两个布置中的每个布置分别具有一个种类的阴极41、42，并且第一种类的阴极41设置在第二种类的阴极42之前。所提出的计算机断层摄影设备1的第三实施例与第二实施例的区别仅在于：阴极41、42虽然排状地设置，但是以交替错开的方式设置。在所有三个实施例中，阴极具有主要垂直于相应的阴极表面的优选方向的多壁的碳纳米管并且矩形地构成。第二和第三实施例的第一种类的阴极41和第二种类的阴极42在其面积大小方面不同。
在所有实施例中，阴极40、41、42设置用于电子的场发射，定向到共同的阳极6上并且选择性地加载有直至4KV的同样脉冲的负电位。
在所有实施例中，阳极6弧形地构成，凹形地定向到探测器表面D上，并且固定地设置在真空管21中。在所有实施例中，阴极40、41、42以这样的方式定向到阳极6上，使得在阳极6上能够产生伦琴射线源Q的排状布置，其中，伦琴射线源Q同样弧形地构成并且凹形地定向到探测器表面D上。在伦琴射线图像拍摄中，在所提出的计算机断层摄影设备1的所有三个实施方案中，伦琴射线图像拍摄可通过顺序操控阴极40、41、42来实现。
在所有三个实施例中，MBFEX管20具有栅装置50，其中，栅装置50定向到阳极6上。栅装置50设置在真空管21中的阴极40、41、42与阳极6之间。所有三个实施例的栅装置50具有至少一个引出栅电极51、53、54和至少一种形式的聚焦电极52、55、56。
引出栅电极51、53、54直接固定地设置在阴极40、41、42上方，并且设置用于从阴极40、41、42场引出电子。聚焦电极52、55、56同样直接固定地设置在每个引出栅电极51、53、54上方，朝向阳极6，并且设置用于将所引出的电子作为电子射线束a聚焦到相应要产生的伦琴射线辐射源Q上。
在第一实施例中，栅装置50具有对于所有阴极40共同的引出栅电极51，其中，每个单个的阴极40与单个聚焦电极52单独地相关联。在第二和第三实施例中，栅装置50具有对于第一种类的阴极41共同的第一形式的引出栅电极53和对于第二种类的阴极42共同的第二形式的引出栅电极54，其中，第一种类的每个单个的阴极41分别与第一形式的单独的聚焦电极55单独地相关联，并且第二种类的每个单个的阴极42分别与第二形式的单独的聚焦电极56单独地相关联。引出栅电极51、53、54和聚焦电极52、55、56未在图1、图2、图3和图6中绘出，而根据针对第一实施例的图4以及根据针对第二实施例的图5进行详细阐述。图4和图5不按比例地绘制。在图4中，栅电压示例性地以0至+1kV给出。与此不同，在计算机断层摄影设备1运行时，例如可以施加在0至±1kV的范围内的栅电压。
在所提出的计算机断层摄影设备1的所有三个实施例中，引出栅电极51、53、54在未投入运行时接地或者为了运行能与阴极电流地接通，然而与MBFEX管20的所有其它组件电流地断开。引出栅电极51、53、54选择性地加载有直至1kV的同样脉冲的正电位。
在所有三个实施例中，聚焦电极52、55、56在未投入运行时同样地接地，但是为了运行能够与阳极6电流地接通，然而在其它方面与MBFEX管20的所有其它组件电流地断开，如这图4中代表性和示意性地示出的那样。聚焦电极52、55、56选择性地加载有直至10kV的时间上恒定的负的或正的电位。
对于借助于断层合成的计算机辅助的伦琴射线成像，将40KV的时间上恒定的电位施加到阳极6上，其中，30mA的同样脉冲的直流电流在阳极6与相应接通的阴极40、41之间流动。而对于借助于HPEC断层合成的计算机辅助的伦琴射线成像，在所涉及的阳极上施加120kV的时间上恒定的电位，其中，在阳极6和分别相应接通的阴极40、42之间流动有0.5mA的同样脉冲的直流电流。
在所提出的计算机断层摄影设备1的所有三个实施例中，在借助于断层合成的计算机辅助的伦琴射线成像中能够实现直径为0.3mm至0.6mm的焦斑尺寸，并且在借助于HPEC断层合成的计算机辅助的伦琴射线成像中能够实现直径为0.1mm的焦斑尺寸。
在所有三个实施例中，所提出的计算机断层摄影设备1具有电流调节器、设备控制装置、电子控制系统(ECS＝Electronic Control System)、阴极高压源(CPS＝CathodePower Supply)、阳极高压源(APS＝Anode Power Supply)和设备控制装置。因此，阳极6并入基于电流的电流调节中，所述电流调节包括测量由阴极40、42发射的电流，以用于将阳极电流调节到确定的值上。电流调节器、设备控制装置、电子控制系统、阴极高压源、阳极高压源和设备控制装置是电子调节设备的组成部分。电源调节器、设备控制装置和电子控制系统代表电子管理系统。
电子调节装置具有主电路和调节电路，其中，主电路和调节电路集成在直流电路中。在主电路中，阳极高压源与阳极6和电流调节器电连接，电流调节器与设备控制装置电连接，设备控制装置与电子控制系统电连接，电子控制系统与阴极高压源电连接，并且阴极高压源以并联电路与阴极40、41、42以及与相应的栅装置50电连接。在调节回路中，阳极高压源经由反馈装置与管理系统电联接。在这里，管理系统设置用于顺序接通阴极40、41、42，用于调节相应的栅装置50的引出栅电极51，53，54和聚焦电极52、55、56和用于调节主电路电流，其中，阴极高压源的电压可适配于借助管理系统预设的主电路电流。
MBFEX管20在所有三个实施例中能够沿平行于平板伦琴射线探测器30的方向z移动。在所有实施例中，平板伦琴射线探测器30具有可移动的且可调整开口的伦琴射线挡板31，其中，借助伦琴射线挡板3可选择并且可移动在平板伦琴射线探测器30的探测器表面D上的成像区域A。
在所提出的计算机断层摄影设备的所有三个实施例中，MBFEX管20能够沿垂直方向y调节关于探测器表面D的间距。
在对作为检查对象的例如女性人类胸部70进行伦琴射线检查时，胸部70定位在MBFEX管20与平板伦琴射线探测器30之间。在所提出的计算机断层摄影设备1的所有实施例中，患者的胸部70放置在伦琴射线挡板31上方的板32上，其中，板32对于伦琴射线辐射是可穿透的。借助于压迫盘33，为了伦琴射线检查而将胸部70暂时固定在板32上。
下面根据图1、图2、图3和图4详细阐述所提出的计算机断层摄影设备1的第一实施例。
图1示出计算机断层摄影设备1的第一实施例的MBFEX管20的示意图。图1未按比例绘制。MBFEX管20的真空管21、伦琴射线窗口22和准直器23、栅装置50和伦琴射线挡板31在图1中不可见。在图1中，伦琴射线束b以扇形束f的形式示出，所述扇形束能够顺序地产生。伦琴射线束b沿其伦琴射线主发射方向h定向到置入的胸部70上。
图2示出所提出的计算机断层摄影设备1的第一实施例的侧视图。在图2中示意性地示出在借助于断层合成对整个胸部70进行计算机辅助的伦琴射线成像期间的计算机断层摄影设备1，其中所有伦琴射线束b都借助准直器23调节为锥形束c的形式，并且MBFEX管20位置固定地保持。具有伦琴射线挡板31的成像区域A调节为，使得所述成像区域刚好完全包围所述胸部70。
图3同样以侧视图示出所提出的计算机断层摄影设备1的第一实施例。在图3中示意性地示出在借助于HPEC断层合成对胸部70的ROI 71进行计算机辅助的伦琴射线成像期间的计算机断层摄影设备1，其中所有伦琴射线束b都借助准直器23调节为扇形束f的形式，其中，相应的扇形伦琴射线平面F垂直于平行方向z。在对ROI 71进行伦琴射线图像拍摄时，成像区域A能够与MBFEX管20同步地沿平行方向z移动。伦琴射线入射区域B完全覆盖成像区域A并且是矩形的。在这里，扇形伦琴射线平面F平行于成像区域A的纵向侧，并且在几何上将成像区域A对半平分。MBFEX管20在对其ROI 71进行伦琴射线图像拍摄时与伦琴射线挡板31同步地被操控。对于MBFEX管20和伦琴射线挡板31的在对于ROI选择的成像区域A中的每个移位步长，实现阴极40的顺序的接通并且因此实现伦琴射线图像拍摄。
借助所提出的计算机断层摄影设备1的第一实施方式，能够借助仅布置一个种类的阴极40来实现用于产生所检查的对象的横剖视图和体积结构的两个不同的计算机辅助的方法的相应的伦琴射线图像拍摄。为此，为了借助于HPEC断层合成的计算机辅助的伦琴射线成像，聚焦电极52加载有比借助于断层合成的计算机辅助的伦琴射线成像更高的负电位。
图4示出所提出的计算机断层摄影设备1的第一实施例的栅装置50的部分视图，其限制于阴极40和与所述阴极相关联的聚焦电极52的示例性视图。在图4中在左侧示出栅装置50关于阴极40的纵向方向的部分视图，并且在右侧示出栅装置50关于阴极40的横向方向的部分视图；在这两个部分视图中，分别以剖视图示出引出栅电极51。栅装置50和阴极40设置在共同的陶瓷载体80上。引出栅电极51和阴极40分别经由金属层81与陶瓷载体80连接。引出栅电极51由钨制成。金属层81设置用于电接触阴极40和引出栅电极51，阴极40和引出栅电极51经由所述电接触与电子控制系统电连接。电子控制系统在图4中示意性地绘出。在图4中示出阴极40在其电子操控期间与相关联的聚焦电极52一起在接通状态中，其中，引出栅电极51同样接通，并且示意性地绘出所产生的电子射线束a的场线变化曲线。
下面根据图5阐述所提出的计算机断层摄影设备1的第二实施例。图5同样示出栅装置50的部分视图，其局限于两个阴极41、42和与所述阴极相应地相关联的聚焦电极55、56的示例性视图。在图5中在上方示出栅装置50关于阴极41、42的纵向方向的部分视图，并且在下方示出栅装置50关于阴极41、42的横向方向的部分视图；在这两个部分视图中，引出栅电极53、54同样分别以相应的剖视图示出。第一种类的阴极41具有比第二种类的阴极42更小的面积。在伦琴射线图像拍摄中，顺序地操控第一种类的阴极41或第二种类的阴极42，其中，第一形式的阴极41设置用于借助于HPEC断层合成的计算机辅助的伦琴射线成像，而第二形式的阴极42设置用于借助于断层合成的计算机辅助的伦琴射线成像。在图5中示出，在借助于HPEC断层合成的计算机辅助的伦琴射线成像期间，在对阴极进行电子操控期间阴极41与相关联的引出栅电极53和相关联的聚焦电极55一起在接通状态中。
下面根据图6阐述所提出的计算机断层摄影设备1的第三实施例。图6局限于MBFEX管20的总计八个阴极41、42的示例性视图。栅装置50在图6中不可见。
在所提出的计算机断层摄影设备的所有三个实施例中，借助弧形的阳极能够避免围绕平行方向z的死角。因此在所有实施例中，每个ROI 71在检查对象的相对小的伦琴射线暴露的同时能够围绕平行方向z完全地、同样地并且以高的分辨率成像，如这在所绘制的伦琴射线束b处示例性地在图1、图2和图3中图解表明的那样。在全部三个实施例中所提出的计算机断层摄影设备1、尤其是MBFEX管20的特征在于特别紧凑的结构形式。
附图标记列表：
1 计算机断层摄影设备
20 MBFEX管
21 真空管
22 伦琴射线窗口
23 准直器
30 平板伦琴射线探测器
31 伦琴射线挡板
32 板
33 压迫盘
40 阴极
41 第一种类的阴极
42 第二种类的阴极
50 栅装置
51 引出栅电极
52 聚焦电极
53 第一形式的引出栅电极
54 第二形式的引出栅电极
55 第一形式的聚焦电极
56 第二形式的聚焦电极
6 阳极
70 胸部
71 ROI
80 陶瓷载体
81 金属层
D 探测器表面
b 伦琴射线束
h 伦琴射线主发射方向
c 锥形伦琴射线束
f 扇形伦琴射线束
B 伦琴射线入射区域
F 扇形伦琴射线平面
Q 伦琴射线源
a 电子射线束
z 平行方向
A 成像区域
y 垂直方向

Claims (15)

1.一种用于乳腺摄影的伦琴射线成像的计算机断层摄影设备(1)，所述计算机断层摄影设备具有MBFEX管(20)和平板伦琴射线探测器(30)，其中，在所述MBFEX管(20)中排状地固定设置有多个阴极(40)，所述阴极(40)设置用于电子的场发射，伦琴射线束(b)的几何形状和辐射密度以及波长范围是可调节的，MBFEX管(20)能够沿平行于平板伦琴射线探测器(30)的方向(z)移动，所述平板伦琴射线探测器(30)具有能移动且能调整开口的伦琴射线挡板(31)，并且借助所述伦琴射线挡板(31)能选择并且能移动在平板伦琴射线探测器(30)的探测器表面(D)上的成像区域(A)。
2.根据权利要求1所述的计算机断层摄影设备(1)，其特征在于，所述阴极(40)包含碳纳米管。
3.根据权利要求1或2所述的计算机断层摄影设备(1)，其特征在于，所述阴极(40)包含构成为用于发射电子的碳纳米管，所述碳纳米管包含选自如下物质组的至少一种物质：金属氧化物、金属硫化物、氮化物、碳化物和硅。
4.根据权利要求1至3之一所述的计算机断层摄影设备(1)，其特征在于，所述MBFEX管(20)具有固定地设置的栅装置(50)，其中，在所述栅装置(50)中，所有阴极(40)与一个共同的引出栅电极(51)相关联或每个单个的阴极(40)分别与一个单独的引出栅电极(51)相关联，每个引出栅电极(51)直接设置在阴极(40)上方并且设置用于场引出电子。
5.根据权利要求4所述的计算机断层摄影设备(1)，其特征在于，所述栅装置(50)直接在对于每个单个的阴极(40)的每个引出栅电极(51)上方分别具有单独地相关联的聚焦电极(52)，其中，每个聚焦电极(52)设置用于将引出的电子聚焦为电子射线束(a)。
6.根据权利要求1至5之一所述的计算机断层摄影设备(1)，其特征在于，所述MBFX管(20)具有相同的阴极(40)或不同种类的阴极(41、42)的多于一个的排状布置，其中，每一个排状布置包括不多于一个种类的阴极(41、42)。
7.根据权利要求6所述的计算机断层摄影设备(1)，其特征在于，不同种类的阴极(41、42)至少关于其在共同的载体(80)上所占据的面积方面彼此不同。
8.根据权利要求4、5、6和7所述的计算机断层摄影设备(1)，其特征在于，阴极(40、41、42)的每个排状布置与各一种类型的引出栅电极(53、54)和聚焦电极(55、56)相关联，其中，阴极(40、41、42)的排状布置通过至少一种类型的引出栅电极(53、54)和/或至少一种类型的聚焦电极(55、56)彼此不同。
9.根据权利要求1至8之一所述的计算机断层摄影设备(1)，其特征在于，多个阴极(40、41、42)定向到一个共同的固定的阳极(6)上。
10.根据权利要求9所述的计算机断层摄影设备(1)，其特征在于，所述阳极(6)弧形地构成并且凹形地定向到探测器表面(D)上。
11.根据权利要求9或10所述的计算机断层摄影设备(1)，其特征在于，所述阳极(6)构成为液体冷却的阳极。
12.根据权利要求1至11之一所述的计算机断层摄影设备(1)，其特征在于，伦琴射线束(b)能够借助准直器(23)选择性地调节为具有圆形或椭圆形的伦琴射线入射区域(B)的锥形伦琴射线束(c)或者调节为具有线状的伦琴射线入射区域(B)的扇形伦琴射线束(f)，其中，所述扇形伦琴射线束(f)具有扇形伦琴射线平面(F)，所述扇形伦琴射线平面在纵向侧上将伦琴射线入射区域(B)对半平分。
13.根据权利要求12所述的计算机断层摄影设备(1)，其特征在于，所述成像区域(A)能与MBFEX管(20)同步地沿平行方向(z)移动，并且所述伦琴射线束(b)能调节为扇形伦琴射线束(f)，其中，所述扇形伦琴射线平面(F)垂直于平行方向(z)，所述伦琴射线入射区域(B)完全覆盖成像区域(A)，所述成像区域(A)是矩形的，所述扇形伦琴射线平面(F)平行于成像区域(A)的纵向侧，并且所述扇形伦琴射线平面(F)以几何方式将成像区域(A)对半平分，并且所述MBFEX管(20)能够与伦琴射线挡板(31)同步地被操控。
14.根据权利要求1至13之一所述的计算机断层摄影设备(1)，其特征在于，所述MBFEX管(20)能够沿垂直方向(y)调节关于探测器表面(D)的间距。
15.根据权利要求1至14之一所述的计算机断层摄影设备(1)，其特征在于，所述阳极(6)是构成用于基于电流来进行电流调节的调节回路的一部分，所述调节回路包括测量由阴极(40、41、42)发射的电子流。
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