專利名稱：醫(yī)學(xué)x射線攝影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)學(xué)X射線攝影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在公知的醫(yī)學(xué)X射線攝影系統(tǒng)中，幾十年來作為X射線源一直使用真空管，以產(chǎn)生電離的X射線射束。這里在真空的玻璃管內(nèi)從加熱到1000°c以上的金屬熱陰極中發(fā)射電子射束并加速到例如由鎢組成的金屬陽極上，由此產(chǎn)生X射線射束。這種具有旋轉(zhuǎn)陽極的真空管例如已由US 4326144公開。所公開的真空管此外的缺點是重量沉(無論是自重還是附加必要的水冷裝置)、尺寸大、效率低和特別是散熱高。新型的介入式X射線應(yīng)用對圖像質(zhì)量的要求越來越高；同時對患者和人員的X射線曝光應(yīng)保持在盡可能低的程度上。按照現(xiàn)有技術(shù)，目前為介入式X射線系統(tǒng)使用傳統(tǒng)的X 射線發(fā)射器和平面圖像(Flat-Panel)X射線檢測器。在此方面，對圖像質(zhì)量的限制此外是散射和檢測器有限的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種醫(yī)學(xué)X射線攝影系統(tǒng)，該系統(tǒng)保證所拍攝的X射線圖像具有高的圖像質(zhì)量。上述技術(shù)問題依據(jù)本發(fā)明通過一種醫(yī)學(xué)X射線攝影系統(tǒng)得以解決。依據(jù)本發(fā)明的醫(yī)學(xué)X射線攝影系統(tǒng)具有表面并排設(shè)置X射線焦點的平面狀X射線源和具有傳感器面的X射線檢測器，其中，X射線源具有大量的包括至少一個場致發(fā)射陰極的場致發(fā)射器和具有大于X射線檢測器的傳感器面積的X射線源焦點的面積。依據(jù)本發(fā)明的X射線攝影系統(tǒng)具有所謂反轉(zhuǎn)的幾何圖形，由此例如散射得到明顯減少并因此既降低對患者和操作者的放射負(fù)荷，又提高了圖像質(zhì)量。場致發(fā)射器與公知的X射線發(fā)射器相反，可以大批量和以非常低的費用制造以及使用。取代大型的X射線檢測器，使用相當(dāng)小的、但為此卻功率大的高效X射線檢測器，由此同樣可以提高所拍攝的X射線圖像的圖像質(zhì)量。具有焦點的平面是指場致發(fā)射器所分布的表面區(qū)域，其中，場致發(fā)射器或其焦點盡可能密集設(shè)置。在場致發(fā)射陰極中，電子通過施加足夠高的電場發(fā)射。場發(fā)射例如通過在陽極與陰極之間施加偏壓的簡單二極管振蕩類型實現(xiàn)。如果電場超過發(fā)射的閾值的話，電子由陰極發(fā)射。也可以采用三極管結(jié)構(gòu)，其中柵極靠近陰極設(shè)置。在這里通過柵極與陰極之間施加的偏壓發(fā)射電子。隨后所發(fā)射的電子通過柵極與陽極之間的高電壓被加速。場致發(fā)射陰極可以產(chǎn)生非常高的可以良好控制和容易聚焦的電子射束流。電子射束此外還可以電磁或者靜電偏轉(zhuǎn)。總而言之，本發(fā)明通過場致發(fā)射器既由于場致發(fā)射器本身，也由于取消或減少冷卻系統(tǒng)而使X射線源具有散熱少和重量低的優(yōu)點。此外，場致發(fā)射器與傳統(tǒng)的X射線發(fā)射器相比具有高度的結(jié)構(gòu)緊湊性，由此才可以實現(xiàn)一種表面具有大量并排設(shè)置的焦點的優(yōu)質(zhì)、平面狀的X射線源。這一點特別是通過具有大量場致發(fā)射器的陣列得到保證。場致發(fā)射器的使用壽命也明顯高于具有熱陰極的公知X射線發(fā)射器。此外，與熱陰極相比場致發(fā)射陰極可以無需加熱迅速啟動。通過可以良好聚焦的電子流，此外為χ射線成像取得更高的局部分辨率?？偠灾?，具有場致發(fā)射器的X射線源也特別適用于新的用途，其中X射線源或者整個攝影系統(tǒng)必須從χ射線源和χ射線檢測器中快速運動出來。按照本發(fā)明的一項擴展設(shè)計，場致發(fā)射陰極分別具有包括碳納米管(所謂的CNT 陰極；carbon nano tube)的納米結(jié)構(gòu)化的材料。這種類型的材料具有特別好的發(fā)射特性曲線，在高電流情況下也很穩(wěn)定和此外可以特別小巧地制造。另外，場致發(fā)射陰極也可以具有納米結(jié)晶的石墨。具有優(yōu)點的是，X射線源的面積至少為X射線檢測器的傳感器面積的兩倍，特別是兩倍到八倍之間的大小。由此可以充分利用反轉(zhuǎn)幾何圖形的優(yōu)點。相宜地，X射線檢測器由數(shù)字化的平面圖像檢測器構(gòu)成。按照本發(fā)明的另一項擴展設(shè)計，場致發(fā)射器設(shè)置在矩形、橢圓形或者圓形陣列的平面上。X射線源和X射線檢測器以有利的方式由C形弓架或者U形弓架共同保持。這種 C形弓架或者U形弓架也可以設(shè)置在多軸機器人臂上，特別是具有六個旋轉(zhuǎn)軸的彎臂機器人上，以便可以在任意的運動軌跡上運動。按照本發(fā)明的另一種擴展設(shè)計，X射線攝影系統(tǒng)由熒光透視系統(tǒng)或者血管造影系統(tǒng)或者投影X射線系統(tǒng)構(gòu)成。


下面借助附圖中示意示出的實施例對依據(jù)從屬權(quán)利要求所述特征的其他具有優(yōu)選的擴展設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)說明，而本發(fā)明也不僅限于這些實施例。其中圖1示出具有一個場致發(fā)射陰極的場致發(fā)射器的視圖；圖2示出具有多個場致發(fā)射陰極的場致發(fā)射器的視圖；圖3示出具有反轉(zhuǎn)幾何圖形的依據(jù)本發(fā)明的X射線攝影系統(tǒng)的視圖；以及圖4示出具有準(zhǔn)直光管的發(fā)射器陣列的側(cè)視圖。
具體實施例方式圖1示出場致發(fā)射器10，具有包括(唯一一個)電子發(fā)射元件18的陰極15和包括(唯一一個)焦點19的陽極16。特別適合作為陰極以產(chǎn)生必要的高電子流密度的材料在此方面特別是納米管(CNT陰極)的形式的碳。通過施加相應(yīng)的電場，電子發(fā)射元件18無需加熱來激勵發(fā)射電子射束17，其隨后擊中陽極16或焦點19并在那里產(chǎn)生X射線射束。圖2示出另一種結(jié)構(gòu)的場致發(fā)射器10，其具有包括大量均可以單獨激活的電子發(fā)射元件18的陰極。元件18在此方面可以像素的方式設(shè)置。陽極16同樣由大量的焦點19 組成，其中，為每個電子發(fā)射元件18對應(yīng)配設(shè)一個焦點19。陽極例如可以由銅、鎢、鉬或者它們的合金組成。陰極與陽極之間還可以設(shè)置柵極(未示出)，以便更好地控制從陰極發(fā)射的電子。電子射束此外也可以電磁或者靜電偏轉(zhuǎn)。按照這種方式，隨著降低電子發(fā)射元件的數(shù)量，焦點的數(shù)量可以依次躍增；因此可以為一個電子發(fā)射元件對應(yīng)配設(shè)一個以上的焦點。
圖3示出反轉(zhuǎn)幾何圖形的依據(jù)本發(fā)明的X射線攝影系統(tǒng)的一部分，包括用于保持由場致發(fā)射器和X射線檢測器20組成的陣列21的C形弓架22。C形弓架22例如可以借助彎臂機器人保持并在空間上三維地移調(diào)。由場致發(fā)射器組成的陣列21在此方面特別是構(gòu)造成矩形，也就是說，場致發(fā)射器這樣設(shè)置，使焦點特別均勻地分布在特別是矩形的表面 26。這一點一方面可以這樣看，使大量的小場致發(fā)射器與各一個焦點特別均勻地在表面分布，或者這樣看，使多個場致發(fā)射器與相應(yīng)多個焦點均勻地在表面26上分布設(shè)置。焦點在此方面例如可以像素的方式設(shè)置。X射線檢測器20這樣構(gòu)成，即，使其有源面積明顯減小， 特別是在場致發(fā)射器面積的一半到八分之一之間。X射線檢測器尤其涉及無定形硅基的數(shù)字式平面圖像檢測器。X射線攝影系統(tǒng)所稱的反轉(zhuǎn)幾何圖形，也就是與X射線檢測器相比通過更大面積延伸的X射線源的優(yōu)點之一是，例如降低對患者和操作者的放射劑量。圖4示出X射線攝影系統(tǒng)及其放射幾何圖形的側(cè)視圖。在由場致發(fā)射器組成的陣列21前面定位準(zhǔn)直光管的裝置，以便形成各自的X射線射束。特別是X射線射束部分被遮掩，從而僅使擊中X射線檢測器20的那部分X射線射束25透過。陣列21例如可以具有大致100x100的場致發(fā)射器和準(zhǔn)直光管。通過每個場致發(fā)射器短時間被激活和讀出所屬的單個圖像來生成綜合的X射線圖像。所有單個圖像然后例如借助層析合成的重現(xiàn)，重建成3D立體。為此每個單個圖像需要非常短的曝光時間。如果總體以IOms拍攝(這一點例如是血管造影術(shù)典型的曝光時間)，那么10. 000張單個圖像僅需一微秒的曝光時間。這樣短的曝光時間可以利用場致發(fā)射器特別簡單地實現(xiàn)。此外，由場致發(fā)射器組成的X射線攝影系統(tǒng)可以結(jié)構(gòu)緊湊、以很輕的重量和成本低廉地實現(xiàn)。特別是在與數(shù)字式平面圖像檢測器的結(jié)合下場致發(fā)射器更輕的重量，減輕了不同檢查類型方面裝置的運動質(zhì)量。另一個優(yōu)點是，這種場致發(fā)射器的使用壽命長和散熱少。本發(fā)明可以下列方式進(jìn)行概括為提高X射線攝影時的圖像質(zhì)量，提出一種醫(yī)學(xué)X射線攝影系統(tǒng)，具有表面并排設(shè)置X射線焦點的平面狀X射線源和具有傳感器面的X射線檢測器，其中，X射線源具有大量的包括至少一個場致發(fā)射陰極的場致發(fā)射器和具有大于X射線檢測器的傳感器面積的X射線源焦點的面積。
權(quán)利要求
1.一種醫(yī)學(xué)X射線攝影系統(tǒng)，具有表面06)并排設(shè)置X射線焦點(19)的平面狀X射線源和具有傳感器面的X射線檢測器(20)，其中，X射線源具有大量的包括至少一個場致發(fā)射陰極(15)的場致發(fā)射器(10)和具有大于X射線檢測器00)的傳感器面積的X射線源焦點(19)的面積。
2.按權(quán)利要求1所述的X射線攝影系統(tǒng)，其中，具有X射線源焦點(19)的面積06)至少為X射線檢測器OO)傳感器面積的兩倍大。
3.按前述權(quán)利要求之一所述的X射線攝影系統(tǒng)，其中，所述場致發(fā)射陰極(15)分別具有包括碳納米管的納米結(jié)構(gòu)化的材料。
4.按前述權(quán)利要求之一所述的X射線攝影系統(tǒng)，其中，所述X射線源由包括大量場致發(fā)射器(10)的陣列構(gòu)成。
5.按前述權(quán)利要求之一所述的X射線攝影系統(tǒng)，其中，所述場致發(fā)射器(10)設(shè)置在矩形、橢圓形或者圓形的陣列內(nèi)。
6.按前述權(quán)利要求之一所述的X射線攝影系統(tǒng)，其中，所述X射線檢測器OO)由數(shù)字化平面圖像檢測器構(gòu)成。
7.按前述權(quán)利要求之一所述的X射線攝影系統(tǒng)，其中，所述X射線源和X射線檢測器 (20)由C形弓架02)或者U形弓架共同保持。
8.按前述權(quán)利要求之一所述的X射線攝影系統(tǒng)，其中，所述X射線源和/或X射線檢測器OO)或者固定X射線源和X射線檢測器OO)的C形弓架或者U形弓架設(shè)置在彎臂機器人上。
9.按前述權(quán)利要求之一所述的X射線攝影系統(tǒng)，其中，所述X射線攝影系統(tǒng)由熒光透視系統(tǒng)或者血管造影系統(tǒng)或者投影X射線系統(tǒng)構(gòu)成。
全文摘要
為提高X射線攝影時的圖像質(zhì)量，提出一種醫(yī)學(xué)X射線攝影系統(tǒng)，其具有表面并排設(shè)置X射線焦點的平面狀X射線源和具有傳感器面的X射線檢測器，其中，X射線源具有大量的包括至少一個場致發(fā)射陰極的場致發(fā)射器和具有大于X射線檢測器的傳感器面積的X射線源焦點的面積。
文檔編號H01J1/304GK102178541SQ20101062525
公開日2011年9月14日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者弗蘭克·斯普倫格, 簡·伯斯, 詹斯·富爾斯特, 邁克爾·馬?？?申請人:欣雷系統(tǒng)有限責(zé)任公司, 西門子公司