用於圖形顯示受檢查對象的x射線裝置以及x射線裝置的使用的製作方法

2023-06-05 20:28:16

專利名稱：用於圖形顯示受檢查對象的x射線裝置以及x射線裝置的使用的製作方法
用於圖形顯示受檢^ia的x射線^S以及x射^S的ra
本發明涉及用於藉助於x射線輻射來圖形顯示包含至少一種不 透射線的化學元素的受檢査對象的x射線裝置、x射線裝置的使用以 及在例如哺乳動物，尤其是人的受檢查對象上執行的成像x射線對比過程。
藉助於x射線輻射的醫學診斷是用於疾病診斷的技術高度發展
的領域，例如用於早期檢測、用於放射攝影識別、用於表徵以及用於 腫瘤、血管疾病以及人體的其他病理變化。該技術非常有效並且表現 出高利用性。
為了產生x射線輻射，例如帶有W-、 Mo-或Rh-旋轉陽極和Al-、 Cu-、 Ti-、 Mo-以及Rh濾波器的x射線管是可用的。使用合適的濾波， 韌致輻射的一部分被濾出，使得在有利的情況下，基本上特性輻射從 x射線管出現。
關於檢測器，使用常規的x射線膠片、數字板或數字平板(plat-bed) 檢測器。在計算機層析攝影中，使用一條檢測器線或幾條檢測器線。 同樣，幾個檢測器能夠並聯連接。為了使x射線輻射直接轉換成電信 號，使用主要由碲化鎘(CT)、碲鋅鎘(CZT)、無定形鹽或無定形或晶 體矽組成的半導體檢測器(M丄Yaffe， J.A.Rowlands, ' X-Ray Detectors for Digital Radiography ， ， ， 1)(1997) 1 -39)。
在US5,434,417A中指出了這種檢測器的設計的實例。同樣為了 使對檢測器的能量敏感性成為可能，檢測器由幾層形成。引導具有不 同能量的x射線輻射通過該檢測器中的不同深度，並且所述x射線輻 射通過光電效應在各層中產生電信號，因而能夠根據所述層並且根據 立即可識別為電流脈衝的x射線光子的能量來讀出該電信號。
計算機斷層攝影(CT)已長期用作常規臨床實踐中的例行程序。使 用CT，獲得通過身體的斷層圖像，與使用常規投影攝影相比，使用
CT實現了更好的空間解析度。儘管CT的密度解析度也明顯高於常 規x射線技術的密度解析度，但是為了可靠地檢測許多病理變化仍然 需要造影劑。造影劑提高了形態學信息的質量。在該情況下，在一方 面，通過造影劑在體內顯示功能過程(分泌，灌注，滲透性)，並且 在另一方面，通過提供對比突出了形態學(在各種組織中不同的造影 劑濃度)。
在許多情況下，可以不使用常規x射線技術，原因是待檢査的組 織的對比不足。為此，開發了x射線造影劑，其在它們積聚的組織中 產生高放射攝影密度。典型地，建議將碘、溴、和原子量為32、 42、 44-52、54-60、62-79、82和83的元素作為遮光元素(opacifying dements) 以及使用原子量為56-60、 62-79、 82和83的元素的螯合物。關於碘 化合物，例如能夠使用葡甲胺鈉-或賴氨酸-泛影葡胺(meglumine-Na-or lysine-diatrizoate)、碘酞酸鹽(酯)(iothalamate)、碘羥酞酸、碘普胺、 碘海醇、碘美普爾、碘帕醇、碘佛醇、碘比醇、碘噴託、碘曲侖、碘 克沙醇以及碘昔蘭(INN) (EP 0885616 Al)。
在一些情況下，儘管施予了x射線造影劑，但是不能獲得足夠的 組織對比。為了獲得對比的額外增加，引入了數字減影血管造影 (DSA)，其中增強前圖像和增強後圖像(對數的)彼此相減。在EP 0885616A1中公開了用在乳腺攝影中的減影法對於投影乳腺攝影， 建議首先記錄增強前乳腺攝影照片，然後用常用的尿路x射線造影劑 靜脈內注射患者，並且在注射結束後大約30秒至1分鐘記錄增強後 乳腺攝影照片。然後將從兩個圖像獲得的數據彼此相關聯，優選地彼 此相減。
CT領域中的新發展涉及激勵方，例如CT中同步輻射的使用 (F.A.Dilmanian ， " Comupted Tomography with Monochromatic X-Rays"， ^附.乂屍/^fo/./mag/"g， 1M( 1992) 175-193 )。例如藉助於"K 緣減影CT" (F.A.Dilmanian， c^.c仏第179頁)獲得良好的x射線 圖像，其中使用了原子的k電子的結合能中大幅增加的吸收係數。元 素碘在33.17 keV的能量下具有K緣。不幸的是，該過程僅僅在可採 用例如帶有DESY的大存儲環的同步輻射的幫助下起作用，原因是只
有該輻射具有對所述過程有益的單色和強度。常規X射線管並不產生 任何單色輻射而是連續光譜。因此它們不容易適合這種差異測量。
在DE 10118792 Al中描述了另一個可能性在這裡，為了記錄 投影乳腺攝影照片，提出了一種過程，其中使用具有不同材料製造的 兩個x射線陽極的x射線輻射源。為了記錄乳腺攝影照片，首先將x 射線造影劑施予患者。然後，使用兩個x射線陽極中的第一個記錄第 一投影圖像，然後用第二x射線陽極記錄第二投影圖像。通過來自第 一圖像的每個單獨像素與來自第二圖像的每個單獨像素的重疊，然後 創建相關聯圖像。將兩個x射線陽極的特性輻射匹配到x射線造影劑
的吸收光譜第一 X射線陽極的發射能稍低於X射線造影劑中遮光元 素的吸收能，並且第二 x射線陽極的發射能稍高於遮光元素的吸收 能。該過程的缺陷在於這樣的事實，即，常規x射線管必須只用來自 雙陽極管的一個x射線陽極代替。
此外，對於透射放射攝影，也描述了發射放射攝影
因而，在WO 2004/041060 A2中，描述了具有探頭的用於體內無 創確定人的前列腺中的化學元素的設備、用於激發化學元素以產生輻 射發射的輻照系統、用於使發射輻射成像的探頭內的輻射檢測器、以 及用於在對應於發射輻射成像的各個點再現前列腺中化學元素的量 的信號記錄、處理和顯示系統。發射輻射實質上包括螢光輻射。就前 列腺研究而論，優選地確定組織中Zn的分布。
此外，在DE 3608965 Al中，描述了一種藉助於伽瑪或x射線輻 射來確定檢査區域的一層中各種化學元素的比例的過程。在這種情況 下，單獨地檢測康普頓(Compton)和瑞利(Rayleigh)散射輻射。根據測 量值確定微分散射係數的過程受到包含在單獨像素中的各種化學元 素的比例影響。因此，能夠根據它們確定這些化學元素的比例。為此， 從許多方向當中，原射線束被引導通過檢查區域，並且在各種角度下 從檢査區域離開的輻射由在檢查區域外部各種位置中的檢測器裝置 檢測，其後根據在這種情況下獲得的用於層的每個像素的測量值來確 定各種脈衝傳輸的微分散射係數。
而且，Quanwen， Yu等人在"Preliminary Experiment of FluorescentX-Ray Computed Tomography to Detect Dual Agents for Biological Study", J&"c/7ra^w7 i fld(2001)， g， 1030-1034中提出了在生物醫 學研究中使用x射線螢光法確定很低濃度的非放射性物質。藉助於這 些方法，能夠獲得圖像，利用所述圖像，在定量地檢測例如腦中的血
流量和腦細胞密度的單一研究中在使用螢光Ka線能夠同時檢測多種 試劑。在當前的研究中，將藉助於這些方法生成的圖像與藉助於X射 線透射斷層攝影獲得的圖像進行了比較。
然而，在上述公開中描述的X射線螢光或X射線散射光方法具有 的缺陷是受檢查對象在很小的細節上顯影是不太可能的，原因是成像 困難。相反，僅僅獲得高分辨顯影，使得較小細節很難圖形地顯影。
因此，本發明的問題是避免上述缺陷，尤其是找到能夠用不同的 不透射線化學元素產生圖像的裝置和過程。此外，也能夠以簡單、容 易、無高成本的方式記錄X射線圖像。該技術在廣泛的基礎上是可用 的。同樣，將能夠用最小的可能輻射劑量以高部位解析度使受檢査對 象中的較小病變可見。運動偽影將被避免。
通過根據權利要求1所述的藉助於X射線輻射成像包含至少一種 不透射線化學元素的受檢查對象的X射線裝置，根據權利要求11所
述的該x射線裝置的使用，以及根據權利要求25所述的成像x射線
對比過程解決了該問題。在從屬權利要求中說明了本發明的優選實施 如果在本發明的說明書和以下的權利要求中使用術語"發射"，
那麼應當將其理解為在一方面包括x射線螢光，gp，在藉助於電磁輻
射激發受輻射物質之後的輻射發射，在另一方面優選地包括瑞利輻 射。在後一種情況下，在沒有來自輻射物質的脈衝傳輸的情況下再次 發射輻射，然而因此，由於輻射不會象在螢光的情況下那樣發生該物 質的原子中的軌道電子被激發到激發狀態。
利用x射線裝置，使用透射通過受檢査對象的x射線輻射並且從 受檢査對象發射出的x射線輻射進行圖形顯示。為此，根據本發明的 X射線裝置具有以下特徵
a.至少一個x射線輻射源，其實質上發射多色的x射線輻射；
b. 第一檢測器或第一檢測器單元(單元包括並聯連接和/或布置 的幾個檢測器)，用於確定透射通過受檢査對象的X射線輻射的第一
強度值；
c. 第二檢測器或第二檢測器單元，用於確定從受檢查對象發射的 x射線輻射的第二強度值；
d. 至少一個相關單元，用於使透射的x射線輻射的第一強度值與
發射出的x射線輻射的第二強度值彼此逐像素地相關聯；以及
e. 至少一個輸出單元，其用於根據通過使第一強度值與第二強度
值相關聯而獲得的像素信號來使受檢查對象顯影。
能夠同時或相繼檢測到透射的x射線輻射和發射出的x射線輻射。
該x射線裝置能夠有利地用於藉助於x射線輻射來對受檢査對象 進行圖形顯示，該受檢查對象優選地包含至少一種不透射線化學元 素。不透射線化學元素優選地由x射線造影劑引入到受檢查對象中， 並且例如為此施予諸如人或動物的受檢査對象。
在受檢査對象中自然出現的具有低原子量的遮光化學元素僅僅 具有少量的x射線螢光，使得使用這些元素成像似乎並不可行。此外， 在該情況下x射線螢光光子的能量低，使得它們在身體組織中的作用 範圍小。特別地，從發射線為28.6和32.3 keV的元素碘(Z=53)開 始，離開受檢查對象足夠距離的螢光線是可獲得的並且因而能夠由裝 置在對象外部的檢測器記錄。在低原子量的化學元素的情況下，能夠 選擇第二檢測器的布置，其中將第二檢測器布置成儘可能靠近待檢查 區域(ROI:感興趣區域)。
根據本發明，X射線裝置用於執行x射線對比過程。所述過程包 括以下過程步驟-
a. 優選地施予至少一種不透射線化學元素；
b. 用實質上多色的x射線輻射輻照受檢査對象；
c. 確定透射通過受檢查對象的x射線輻射的第一強度值；
d. 確定由受檢査對象發射出的x射線輻射的第二強度值；
e. 逐像素地使透射的x射線輻射的第一強度值與發射出的x射線
輻射的第二強度值相關聯；
f.根據通過使第一強度值與第二強度值相關聯而獲得的像素信 號來對受檢查對象顯影。
與僅僅執行x射線透射斷層攝影(TXCT)或僅僅檢測x射線螢光 (FXCT)的已知方法相比，在這裡同時或相繼測量透射和發射，並且 根據本發明這兩種技術彼此組合，其中在這種情況下，通過合適的相 關過程對分別獲得的圖像進行重疊。在該程序中，使用兩種技術的各 自優點
也就是說x射線透射斷層攝影可提供高時空解析度的優點，使得
原則上，還能夠分辨出受檢査人體中的最小病變或其它細節。然而， 經常獲得的對比不足以使這些細節可見。這尤其適用於軟組織中病變
的測試。此外，用TXCT過程檢查有些身體區域也受到骨骼阻礙。
與之相比，x射線螢光斷層攝影提供極高對比造影的優點，原因 是僅僅某些化學元素在這些元素的合適激發下發射電磁輻射，使得在 檢查區域(ROI)中發現的這些元素適合於作為極敏感的測量探頭。然 而，FXCT方法具有低空間解析度的缺陷，使得不再能夠使較小病變
顯影o
僅僅通過使透射的x射線輻射的強度值與發射出的x射線輻射的
強度值逐像素地相關聯，以及根據通過相關聯而獲得的像素信號對受
檢查對象的顯影，能夠產生受檢查區域(ROI)的高對比度的詳細圖像。 也就是說遮光圖像部分具有低解析度。然而，由於必要的詳細信息源 自藉助於TXCT測量的輻射的強度值，因此通過使各個值彼此相關 聯，該缺陷在很大程度上得到矯正。
本發明能夠特別用於檢查人。本發明適合於產生用於使團塊、血 管以及灌注顯影的放射照片，例如用於使食管-胃腸通道顯影，用於 支氣管造影、膽造影、血管造影以及心血管造影，用於腦血管造影和 用於灌注測量，用於乳腺攝影以及用於淋巴造影。本發明的應用工程 的焦點在於計算機斷層攝影(MS-CT; pCT)、及其融合模態(PET-CT (正電子發射斷層攝影)、SPECT (單光子發射計算機斷層攝影)、超 聲檢査以及光學成像的其它方法)。原則上，本發明也能夠用於研究
非生命材料，例如在材料測試領域中。
為了執行檢査，藉助於設在X射線管的射束路徑中的第一檢測器 來記錄由受檢査對象所衰減的透射輻射。藉助於布置在該射束路徑之
外，優選地與射束路徑成大約90。角的第二檢測器測量發射輻射。然 而，原則上能夠在不會被引導通過受檢査對象的射束檢測到的情況 下，以相對於x射線束的任何其他角位置來布置該第二檢測器，例如 與從x射線輻射源開始的射束成45°或135°。如果在12點鐘位置發 現x射線管，那麼普通計算機斷層攝影在相對的6點鐘位置配備有一 系列檢測器。第二檢測器優選地能夠布置在3點鐘位置和/或9點鐘 位置。藉助於該第二檢測器，能夠記錄x射線螢光和x射線散射(瑞 利散射，康普頓散射)。
為了用使用了發射出的x射線輻射的第二檢測器來選擇性地檢 測圖像，能夠以可分辨方式測量發射x射線輻射的能量。在受檢查對 象中存在預先設定的發射化學元素的情況下，它尤其有利於區分由第 二檢測器記錄的源自該遮光元素的x射線輻射與來自例如散射輻射 (康普頓福射，瑞利輻射)的其他發射出的x射線輻射和源自其他化 學元素的螢光輻射。因而使得有可能通過例如在人體的某些器官中增 加遮光化學元素的濃度而使某些區域(ROI)高選擇性地可見，以致產 生特別高對比組織，該組織與周圍組織相比是可見的。同樣，在這種 情況下從骨骼產生的圖形顯示中的結構與組織的顯影相比並不重要， 使得骨骼實質上不會干擾圖形顯示。
為了檢測和表徵發射輻射，優選地使用能量色散檢測器。然而也 可能為此使用更簡單的檢測器，並且由x射線光學模塊(濾波器組合， 單色儀)來保證發射的表徵。
此外，該原則能夠以相同方式運用於用第一檢測器測量透射的x 射線輻射的強度值。同樣，在這種情況下，實現對受檢査對象中遮光 化學元素富集區域(ROI)的選擇性顯影。
因此，還能夠以本發明的高對比度使例如人體中的軟組織顯影。 通過使檢測器所記錄的透射的x射線輻射和發射出的x射線輻射的能 量或能量範圍與遮光化學元素的類型相協調，與常規過程相比能夠實
現對比度的有效增加。
為了產生X射線輻射，能夠使用具有連續光譜的普通商品化X射
線管，例如具有Mo、 W或Rh陽極的管。使連續輻射的發射成為可 能應施加的電壓範圍高達例如超過100keV，這取決於包含在受檢査 對象中的遮光化學元素的類型。
原則上，能夠在不對發射輻射進行過濾的情況下操作x射線輻射 源，以致多色輻射出現在受檢查對象上的整個光譜範圍中。然而，為 了減少受檢査對象的輻射暴露，也可能從多色x射線輻射源的光譜中 濾出這種x射線輻射，其能量對於檢測來說是非必要的或並不有利。 為此，例如使用Al或Cu濾波器，其濾出範圍為^20keV的能量(軟 輻射)。因而連續光譜被定義為範圍在^OkeV，優選2l5keV，尤其 優選^ 17 keV，並且十分尤其優選2 20 keV，例如高達100 keV的x 射線輻射，其中與其他相比，並不強調這些限度內的光譜範圍或排除 其他範圍。發射光譜的上限由施加到x射線陽極的電壓來確定。優選 地濾出輻射的低能量範圍以消除人體的劑量相關輻射。
通常，用多色x射線輻射由合適的檢測器檢查受檢查對象。可選 地，能量色散檢測器還能夠用於確定入射光子的能量。
關於能量色散檢測器和檢測器單元，原則上可用兩種設計
a. 根據Cd(Zn)Te檢測器的類型的能量色散檢測器，如說明書的 前言部分所述。使用這種檢測器系列，能夠逐像素地測量發射x射線 輻射的x射線光譜。
b. 使用簡單x射線檢測器。在最簡單的情況下包括合適的濾波器 組合的鑑別器布置在檢測器的前面。然而為了能量選擇，也能夠使用 單色儀，例如根據所施予造影劑的x射線螢光來調節該單色儀。
c. 然而，在技術上也很可能使檢測器直接適合於造影劑。因而， 能夠使用Gd(Zn)Te檢測器或Dy(Zn)Te檢測器。
在所有情況下，儘可能定位檢測器使得測量最小量的康普頓散射。
為了確定強度值以及由受檢査對象發射的x射線輻射的能量，將 被檢測光子分成至少兩個不同能量範圍，其例如包含Ka和Kp發射線。
為了增加元素特異性，能夠可選地執行康普頓糾正。然而，如下面進 一步說明的實例所述，這並不總是必要的。
如果忽略固有X射線對比，能夠將X射線造影劑施予受檢査對象， 例如人，以執行根據本發明的過程。例如能夠經腸或不經腸，尤其通 過靜脈內、肌肉內或者皮下注射或輸注施予X射線造影劑。然後，得 到X射線圖像。本身在選定光譜區域中表現出高衰減係數的那些造影
劑是合適的。其吸收元素在選定光譜範圍中具有吸收光譜的K緣的 造影劑也是特別合適的。這種x射線造影劑包含遮光化學元素，其原 子量為35或大於35 (在該情況下，這是包含溴的造影劑)、原子量 為47或大於47 (在該情況下，這是包含碘的造影劑)、原子量為57 或大於57 (在該情況下，這是包含鑭系元素的造影劑，尤其是包含 釓的造影劑)、或原子量為83 (在該情況下，這是包含鉍的造影劑)。 因此，包含原子量為35 (溴)至83 (鉍)的遮光化學元素的x射線 造影劑是合適的。尤其合適的是具有原子量為53 (碘)至83 (鉍) 的遮光化學元素的造影劑。也合適的是具有原子量為57或大於57(鑭 系元素)至83 (鉍)的遮光化學元素的造影劑，並且尤其優選的是 具有原子量為57-70 (鑭系元素La、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、以及Yb)的遮光化學元素的造影劑。
合適的含碘x射線造影劑是諸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、碘普羅酸、碘吡酮、碘他拉酸、碘噴託、碘佛醇、碘克酸、碘 曲侖、碘克沙醇、碘曲西酸、碘克沙酸、碘羥酞酸以及碘美醇(INN)。 包含碘的x射線造影劑的商標名是Urografin (Schering)、 Gastrografm (Schering)、 Biliscopin (Schering)、 Ultravist②(Schering)以 及Isovist (Schering)。
也適合作為造影劑的是金屬絡合物，例如 Gd-DTPA(Magnevist (Schering))、 Gd-DOTA(Gadoterate ， Dotarem)、 Gd-HP畫D03A(Gadoterido1 ， Prohance (Bracco)) 、
Gd-EOB-DTPA(Gadoxetat ， Primavist) 、 Gd-BOPTA(Gadobenat ， MultiHance)、 Gd-DTPA-BMA(Gadodiamide， Omniscan (Amersham，
Health))、 Dy-DTPA-BMA、 Gd-DTPA-聚賴氨酸、以及Gd-DTPA-串聯 聚合物，其中DTPA-二乙烯三胺五乙酸，DOTA^，4，7,10-四氮四乙 酸環十二烷，HP-D03A=10-(羥丙基)-1,4，7,10-四氮雜環十二烷-1，4,7-三乙酸，EOB-DTPA-3，6，9-三氮-3,6，9-三(羧甲基-4-(4-乙氧節基)十一 烷二羥酸)，BOPTA- (4-羧基-5，8,11-三(羧甲基)-1-苯基-2-氧雜-5，8，11-三氮雜十三烷-13-oic, benic酸)，DTPA-BMA-二乙烯三胺五乙酸酯-雙(甲醯胺)，DTPA-聚賴氨酸-二乙烯三胺五乙酸酯-聚賴氨酸，DTPA-串聯聚合物。
能夠經腸或不經腸施予x射線造影劑。在不經腸施予的情況下， 優選地選擇靜脈(i.v.)施予。優選劑量是高達0.75 g的I/kg體重中含碘 非離子造影劑的劑量。這對應於大約6mmol的I/kg體重。此外，所 述劑鼂能夠優選地增加到1.5 g的I/kg體重(對應於大約12 mmol的 I/kg體重)並且在特殊情況下高達2 (對應於大約161)或5 g的I/kg 體重(對應於大約39 mmol的I/kg體重)。在鑭系元素絡合物的情況 下，優選劑量為大約O.l mmol/kg體重。高達0.3 mmol/kg體重或高 達1 mmol/kg體重的劑量是合適的，並且此外也是優選的。
釓的發射線為大約43.0和48.7 keV，即遠高於碘的發射線，其為 大約28.6和32.3 keV。代替釓原子，金屬絡合物也能夠包含例如所 有其他鑭系元素，例如鑭、鏑或鐿。
數字檢測器已由各種製造商提供了一段時間(例如7^35/ wews/e"er， 1999年2月，第34頁；H.G.Chotas， J.T.Dobbins ， C.E.Ravin， "Principles of Digital Radiography with Large-Area, Electronically Readable Detectors: A Review of the Basics"(具有大面積、電子可讀 探測器的數字射線成像的原則基礎回顧)i ^/z'o/.， 210(1999)595-599)。它們常常包括無定形矽或其他半導體材料。在根 據本發明的x射線裝置中，以下檢測器是合適的具有磷板的檢測器 (例如來自Fuji化學產業株式會社、Konica的)、具有無定形矽的檢 測器(例如來自GE醫療、Philips醫療、Siemens醫療的)、具有鹽的 檢測器(例如來自Philips醫療、Toshiba的)、具有硫代硫酸釓的檢 測器(例如來自Kodak的)，具有碲化鎘(CT)或碲鋅鎘(CZT)半導體 的檢測器、具有矽酸釔的檢測器、具有矽酸鑥的檢測器、具有碘化鈉
或鍺酸鉍的檢測器。使用所謂的C(Z)T檢測器，即由鎘-(鋅)-碲-(C(Z)T)半導體組成的檢測器實現尤其好的結果。
在US 5,434,417 A中詳細描述了由半導體形成的能量色散檢測器 的設計。在這種情況下，提供了用x射線輻射從前面輻照的分割半導 體帶。輻射被引導通過半導體材料直到它與半導體材料相互作用。穿 透深度取決於x射線光子的能量。與用較低能量的x射線光子相比， 在較大能量的x射線光子的情況下，輻射被更深地引導通過直到它與 檢測器材料相互作用並且通過光電效應產生電流脈衝。能夠藉助於施 加的電接觸在檢測器的單獨片段中釋放電流脈衝。用輸入放大器來處 理電流脈衝。
在一方面，檢測器能夠設計成平板檢測器的形式。在該實施例中， 所有像素同時被檢測並且傳遞到相關單元進行評價。在這種情況下， 檢測器由大面積布置的單獨檢測傳感器組成，優選地以具有行和列這 種傳感器的矩陣形式。
此外，還能夠提供一種檢測器單元，其用於確定發射x射線輻射 和可選地記錄發射圖像，並且為此被設計成具有用於能量選擇的x射 線光學模塊。
代替平板檢測器，還能夠使用適合於獲取單個像素的線檢測器或 幾個檢測器的矩陣。在最近的檢測器的情況下，經由x射線光纖光導 同時發送來自受檢査對象的x射線輻射。許多的這種光纖光導組合成 表面檢測器。
此外，檢測器能夠被設計用於獲取單獨像素並且能夠是可移動的 以獲取所有像素。在該實施例中，檢測器能夠在測量期間僅僅檢測單 獨像素中的能量依賴強度。相繼檢測例如逐行地單獨像素的強度，並 且將其傳遞到相關單元進行進一步處理。
此外，檢測器還能夠具有設計用於在每種情況下獲取像素的檢測 器傳感器的陣列，並且能夠是可移動的以獲取所有像素。根據本發明， 成直線排列的檢測器傳感器和諸如矩陣形布置的另一布置的檢測器 傳感器被定義為檢測器傳感器的陣列。在該實施例中，檢測器逐行地 或可選地也逐塊地檢測單獨像素中的強度值。為了獲取所有強度值，
檢測器在測量期間優選地垂直於陣列的主軸移動。將在測量期間確定 的強度值轉送到相關單元。
例如為了圖形顯示遮光化學元素在受檢查對象中的分布，有利的 是在所有情況下用相同加權檢測輻射強度，所述輻射強度由各自的空 間元素髮射。此外，為此，也有利的是在每種情況下使各自空間元素 裝載來自X射線輻射源的相同輻射強度。實際上，這些精確性結果僅 僅是大致正確的，原因是在一方面，輻照的X射線輻射通過不同程度 上的吸收被衰減，這取決於在受檢査對象中離輻射的距離是多少，而 在另一方面，由受檢查對象中的空間元素髮射出的輻射通過不同程度 上的自吸收被衰減，這取決於在受檢査對象中的空間元素和檢測器之 間的距離是多少。
該問題發生在所有發射-光譜方法中。為了解決該問題，考慮到 輻照的X射線的吸收和減在受檢査對象中發射出的X射線輻射的自 吸收，首先糾正第二強度值，並且只有在該校正之後第一和第二強度 值彼此才逐像素地相關聯。能夠藉助於利用受檢查對象的幾何形狀和 同時考慮到至少近似位置相關X射線不透明度的數字處理來執行這 種糾正。為了確定位置依賴X射線不透明度，能夠使用從第一強度值 生成的圖像。為了確定位置依賴吸收和自吸收，從該測量獲得的位置 依賴X射線不透明度能夠作為第一級近似中基線，原因是輻照X射線 輻射的吸收係數類似於發射輻射的吸收係數。
由於發射輻射的自吸收，進一步有利的是在測量期間相對於檢查
區域(ROI)例如在圓形分割路徑上移動第二檢測器的位置和角位置以
補償受檢查對象中的結構非均勻性，所述結構非均勻性取決於觀察角 和觀察點具有可變吸收作用。在這種情況下，將在通過取平均值進行 的自吸收的糾正之後獲得圖形顯示。
然後將源自輸入放大器的信號發送到至少一個相關單元中，使用
所述相關單元使從受檢査對象的像素檢測到的x射線輻射的強度與 相同像素髮射出的x射線輻射(x射線散射和x射線螢光)的圖像相
關聯。相關單元能夠是相應編程的數據處理單元。
為了使兩種模態(透射圖像和發射圖像)的光子的強度值相關聯，
使兩種模態一次一個像素地彼此相關聯，優選地彼此相減或彼此相 除。為此，在一種情況下能夠使用比較器，而在另一種情況下能夠使 用除項來逐像素地執行糾正。當然，也能夠執行其他數學運算以用於 糾正來自圖像的透射和發射X射線輻射的強度值。
為了處理像素的測量強度值，優選地提供能夠在數據處理單元中 執行的以下設備，艮口
dl.第一存儲單元，能夠用其逐像素地存儲透射X射線輻射的第 一強度值，
d2.第二存儲單元，能夠用其逐像素地存儲發射X射線輻射的第
二強度值，(例如，具有元素I、 Gd以及Yb)，
d3.計算單元，其提供兩個生成圖像數據集的合適相關，並且因 而從透射數據集和來自x射線發射，優選x射線螢光的數據的信息生 成或計算圖像數據集。
結果，可能使透射和發射中所有像素的強度值彼此相關聯，其中， 經由特性發射線使發射圖像適應使用的造影劑。如果使用由x射線造 影劑(例如，11^3^31@和Gadovist )或包含碘和鑭系元素(例如Gd 或Dy)的物質組成的混合物，那麼在每種情況下是特性的發射線能 夠用於發射成像，其中然後測量數據集彼此逐像素地相關聯並且用於 圖形顯示，或者其中備選地，各自強度值彼此逐像素地相關聯，然後 獲得的數據用於圖形顯示。為此，將獲得的數據一次一個像素地輸送 到輸出單元，所述輸出單元例如包含監視器(CRT或LCD顯示器) 或繪圖器。
為了對本發明進行更詳細解釋，使用如下的圖和實例。為了提供 本發明如何工作的直接圖示，在任何情況下不會試圖根據激發射束的 吸收和自吸收來糾正測量x射線光譜。在這裡，具體地說


圖1顯示了計算機斷層攝影中的測試裝置的圖像； 圖2顯示了實驗設置或成像裝置的圖解顯示； 圖3顯示了用於產生第一假體測量的測試裝置的圖解顯示； 圖4顯示了填充有水(圖4a)、 Ultravist (圖4b)、 Gadovist (圖 4c)的圖3的假體的發射光譜；
圖5顯示了填充有水(圖5a)、 Ultravist (圖5b)、 Gadovist (圖 5c)的圖3的假體的發射光譜，其中在每種情況下，將厚度為5 cm 的PMMA盤布置在檢測器和假體之間；
圖6顯示了基於圖3的假體的位置/位移在選定能帶(對應於Ka 和Kp線)中發射的強度(碘圖6a、釓圖6b、由碘和釓組成的混
合物圖6C);
圖7顯示了填充有Gd、碘/Gd混合物、碘、空氣以及水的假體的 CT斷層圖像(透射圖像)。
在圖1中，顯示了具有膠球1的計算機斷層攝影中的測試裝置的 照相顯影，所述膠球1緊固到支架2。膠球布置在計算機斷層攝影的 中心。在各種測試中，膠球填充有空氣、水、以及不同造影劑溶液。
在CT管(在膠球之上；未顯示)和線檢測器(在膠球之下可見的臺
子之下，不可見)之間發現所述球。
為了x射線螢光的檢測，以與CT管、膠球和檢測器之間的連接 線成90。角，定位測量室3。使用該實驗設置，填充有造影劑的組織、 腫瘤或類似物模擬成在計算機斷層攝影中被檢査的受檢査對象。為 此，分層地掃描所述對象，並且在這種情況下測量散射光譜。
在該測試中使用的實驗設置詳細地示於圖2中。這裡所示的示意 圖顯示了球l，其被認為是在機架4的等角點中的假體。CT管5布 置在12點鐘位置並且保持固定在那裡。以與x射線錐形射束成90° 角定向包括檢測器6和鉛管7的測量室3，所述錐形射束從CT管產 生到達假體(球)(沿z方向；參見箭頭)。
為了檢測x射線輻射，使用具有3 mmX 3 mmX 2 mm碲化鎘鋅晶 體和100/400 (im開孔的CZT檢測器6(Amptek, Inc., USA)。經由放大 器將螢光檢測器所記錄的數據從檢測器傳送到多道分析儀9，並且然 後送到存儲在PC 10上的Excef(Microsoft)電子表格。因而以數字形 式可獲得作為能量E的函數的信號強度SI=SI(E)。
在圖3中，顯示了用於產生第一假體測量的測試裝置的示意性顯 示。能夠在顯示的左側看到測量室3用於測量螢光的一部分，而球l 示於顯示的中心。由從上面入射的x射線扇形射束產生在圖3中垂直 的單獨截面，螢光從該單獨截面進入測量室。虛線標記了CT管在剖 面圖像之上的各自位置。水平標度指示扇形射束的位移並且因此指示 球中在每種情況下被尋址的截面(激發層)。
在+45 mm並且因此在激勵射束的外部進行"零測量"。 在每次記錄光譜之後，整個測量結構往機架中進一步移動10 mm (沿z方向)，並且記錄新光譜。因而，基於射束中球的各自位置或 對應於球幾何形狀分層產生各種光譜。
使用該測量結構，因而可以基於假體的局部解剖結構測量x射線 螢光，其中在^-60mm處，最接近檢測器的層被輻照，而在2=0， 最遠離檢測器的層被輻照(因而，在2=-60處發射的自吸收最小， 而在2=0處最大；由於球形幾何形狀，因此在較高造影劑濃度處使輻 照的吸收效應顯著)。
在第一測量中，用水填充球，並且對應於圖3的射束中的球的每 個位置，在89kV， 50mA下每次80s地測量該球(參數檢測器 XR-100.CZT (開孔O.l mm)，球-檢測器距離18.0 cm;球-CT管距 離32.0 cm)。
在圖4a中，對於各個位置描繪了假體中水的散射光譜。
在第二測量中，用50 mmo1/1的碘水溶液(1;&&^31@)填充球，並 且對於每個位置，在80kV， 50mA下每次80s地測量該球(參數 檢測器XR-100.CZT (開孔0.1mm))。
圖4b中再現了在各個位置獲得的發射光譜。能夠清楚地看到碘 的K。和Kp線(28.6禾B 32.3 keV)。根據該圖表，x射線螢光的測量強 度對假體的幾何形狀的依賴性是明顯的。假體的輻照層越大，測量強 度越高。
在第三測量中，用50 mmo1/1的釓水溶液(0&￡10^51@)填充球，並 且對於每個位置，在80kV， 50mA下每次80s地測量該球(參數 檢測器XR-100.CZT (開孔0.1mm))。
在圖4c中再現了在各個位置獲得的發射光譜。能夠清楚地看到
釓的K。和Kp線(43.0和48.7 keV)。結果表明尤其在K線範圍內， 測量發射輻射的強度取決於輻射場中球的幾何形狀。
例2:
在該測試的單獨測量中，在每種情況下將5 cm厚的PMMA盤作 為濾波器放置在檢測器和假體之間，以模擬x射線螢光輻射通過周圍 組織的自吸收。
在圖5a中，對於各個位置描繪了假體中水的散射光譜。
在第二測量中，用50 mmo1/1的碘水溶液(11^3^51@)填充球，並 且對於每個位置，在80kV， 50mA下每次80s地測量該球(參數 檢測器XR-100.CZT (開孔0.1mm))。
在圖5b中再現了在各個位置獲得的發射光譜。螢光輻射的強度 由於插入PMMA盤而減小。經驗證，盤越厚強度越低。然而，即使 在球的最大層中(在中心)，K線仍是可測量的。
在第三測量中，用50 mmo1/1的釓水溶液(0330^31@)填充球，並 且對於每個位置，在80kV， 50mA下每次80s地測量該球(參數 檢測器XR-100.CZT (開孔0.1mm))。
在圖5c中再現了在各個位置獲得的發射光譜。同樣在這裡，熒 光輻射由於插入PMMA盤而減小。由於釓的Ka和Kp線大約為43.0 或48.7keV，因此與在如前所述的碘發射的情況下相比，在存在5cm 厚的PMMA盤的情況下可以檢測到顯著更大強度的螢光輻射。因此， 即使在這種情況下，在球的最大層中(在中心)仍可以測量K線。
例3:
在另一測試中，基於球相對於x射線射束的定位，確定和記錄熒 光的強度值。
在第一測量中，用50 mmo1/1的碘水溶液(111^3^51@)填充球，並 且對於每個位置，在80kV， 50mA下每次80s地測量該球。
在圖6a中，基於選定能帶中假體的位置/位移繪製了螢光輻射的 強度，該選定能帶對應於在28.6 keV的碘的Ka線和在32.3 keV的碘
的Kp線。能夠根據該圖檢測到由球的形狀所產生的發射強度的分布圖。
在第二測量中，用50 mmo1/1的釓水溶液(0&(10^31@)填充球，並 且對於每個位置，在80kV， 50mA下每次80s地測量該球。
在圖6b中，基於選定能帶中假體的位置/位移繪製了螢光輻射的 強度，該選定能帶對應於在43.0 keV的釓的Ka線和在48.7 keV的釓 的Kp線。也能夠根據該圖檢測到由球的形狀所產生的發射強度的分 布圖。
在第三測量中，用25 mmo1/1的碘(Ultravist②)和25 mmo1/1的釓水 溶液(03(10^31@)填充球，並且對於每個位置，在80kV， 50mA下每 次80s地測量該球。
在圖6c中，基於選定能帶中假體的位置/位移繪製了螢光輻射的 強度，該選定能帶對應於在28.7keV的碘的Ka線、在32.3 keV的碘 的Kp線、在43.0keV的釓的K。線、以及在48.7 keV的釓的Kp線。 在圖6c中能夠看到，在作為位置函數的信號強度的直接繪製中不足 以再現球分布圖。這可能歸因於激勵方的吸收和發射方的自吸收，這 使圖像失真。較低的造影劑濃度以及對原射束的吸收和x射線螢光的 自吸收的糾正導致了在一個維度上球的圖形顯示。
例4:
圖7顯示了在先前的x射線螢光實例中記錄的CT斷層圖像。從 左上和右下，能夠看到填充有釓的球、填充有由釓和碘組成的混合物 的球、填充有碘的球、填充有純水的球、以及填充有空氣的球。充氣 球明顯地具有最小x射線衰減，之後是充水球。當使用具有50 mmo1/1 的遮光元素的球時，與充水球相比，x射線衰減更加顯著；經由CT 衰減值(Hounsfield units, HU)的確定能夠進行定量評價，但是僅僅加 入x射線螢光圖像就允許對填充特定元素的球進行評估。
權利要求
1、一種用於對受檢查對象進行圖形顯示的X射線裝置，其中該受檢查對象包含至少一種不透射線的化學元素，該X射線裝置藉助於透射通過所述受檢查對象的x射線輻射以及由所述受檢查對象發射出的x射線輻射進行所述圖形顯示，所述x射線裝置包括a.至少一個x射線輻射源，其實質上發射多色的x射線輻射；b.第一檢測器或第一檢測器單元，用於確定透射通過所述受檢查對象的x射線輻射的第一強度值；c.第二檢測器或第二檢測器單元，用於確定從所述受檢查對象發射的x射線輻射的第二強度值；d.至少一個相關單元，用於使所述透射的x射線輻射的所述第一強度值與所述發射出的x射線輻射的所述第二強度值彼此逐像素地相關聯；以及e.至少一個輸出單元，其用於根據通過使所述第一強度值與所述第二強度值相關聯而獲得的像素信號來使所述受檢查對象顯影。
2、 根據前述權利要求之一所述的x射線裝置，其特徵在於，所 述相關單元具有以下設備dl.第一存儲單元，用於逐像素地存儲所述透射的x射線輻射的 所述第一強度值；d2.第二存儲單元，用於逐像素地存儲所述發射出的x射線輻射 的所述第二強度值；d3.計算單元，用於使所述透射的x射線輻射的所述第一強度值 與所述發射出的x射線輻射的所述第二強度值彼此逐像素地相關聯。
3、 根據前述權利要求之一所述的x射線裝置，其中，基於所述 發射出的x射線輻射的能量能夠以可分辨方式來檢測所述第二強度 值。
4、 根據前述權利要求之一所述的x射線裝置，其中，利用所述 第二檢測器或者利用所述第二檢測器單元，能夠根據x射線輻射的能 量，將包含在所述受檢查對象中的遮光化學元素所發射出的x射線輻 射與其他發射出的x射線輻射相區分。
5、 根據前述權利要求之一所述的x射線裝置，其中，根據考慮 到在所述受檢查對象中對輻照的x射線輻射的吸收和/或對所述發射 出的x射線輻射的自吸收而進行在前糾正，能夠使所述第一強度值與 所述第二強度值彼此逐像素地相關聯。
6、 根據前述權利要求之一所述的x射線裝置，其中，所述第一 和/或所述第二檢測器是平板檢測器。
7、 根據權利要求1-5之一所述的x射線裝置，其中，所述第一 和/或所述第二檢測器被設計成獲取單獨像素並且能夠移動以獲取所 有像素。
8、 根據權利要求1-5之一所述的x射線裝置，其中，提供被設 計成具有用於能量選擇的x射線光學模塊的檢測器單元，以檢測所述 發射出的x射線輻射。
9、 根據權利要求1-5之一所述的x射線裝置，其中，所述第一 和/或所述第二檢測器具有檢測器傳感器的陣列，所述檢測器傳感器 被設計成在每種情況下獲取像素並且能夠移動以獲取所有像素。
10、 根據前述權利要求之一所述的x射線裝置，其在放射學發現 中與諸如正電子發射斷層攝影(PET)、單光子發射計算機斷層攝影 (SPECT)以及超聲檢查的其他放射學成像方法，以及光學成像方法相 組合。
11、 對於根據權利要求l-10之一所述的x射線裝置的使用，所述x射線裝置藉助於透射穿過包含至少一種遮光化學元素的受檢査對象的x射線輻射以及由所述受檢查對象發射出的x射線輻射對所述受檢査對象進行圖形顯示。
12、 根據權利要求ll所述的x射線裝置的使用，其中，執行以下過程步驟a. 用實質上多色的X射線輻射來輻照所述受檢查對象；b. 確定透射通過所述受檢查對象的所述X射線輻射的第一強度值；c. 確定由所述受檢查對象發射出的所述x射線輻射的第二強度值；d. 逐像素地使所述透射的x射線輻射的所述第一強度值與所述發 射出的x射線輻射的所述第二強度值相關聯；以及e. 根據通過使所述第一強度值與所述第二強度值相關聯而獲得 的像素信號來對所述受檢查對象顯影。
13、 根據權利要求11和12之一所述的x射線裝置的使用，其中， 基於所述發射出的x射線輻射的能量，能夠以可分辨方式測量所述第 二強度值。
14、 根據權利要求11-13之一所述的x射線裝置的使用，其中， 根據x射線輻射能量，將包含在所述受檢査對象中的遮光化學元素所 發射出的x射線輻射與其他發射出的x射線輻射相區分。
15、 根據權利要求11-14之一所述的x射線裝置的使用，其中， 根據考慮到在所述受檢査對象中對輻照的x射線輻射的吸收和/或對 所述發射出的x射線輻射的自吸收而進行的在前糾正，使所述第一強 度值與所述第二強度值彼此逐像素地相關聯。
16、 根據權利要求11-15之一所述的x射線裝置的使用，其中， 提供第一和第二檢測器或第一和第二檢測器單元。
17、 根據權利要求16所述的x射線裝置的使用，其中，所述第 一和/或所述第二檢測器是平板檢測器。
18、 根據權利要求16所述的x射線裝置的使用，其中，所述第 一和/或所述第二檢測器被設計成獲取單獨像素並且能夠移動以獲取 所有像素。
19、 根據權利要求16所述的x射線裝置的使用，其中，所述第 一和/或所述第二檢測器具有檢測器傳感器的陣列，所述檢測器傳感 器被設計成在每種情況下獲取像素並且能夠移動以獲取所有像素。
20、 根據權利要求16所述的x射線裝置的使用，其中，提供被 設計成具有用於能量選擇的x射線光學模塊的檢測器單元，以檢測所 述發射出的x射線輻射。
21、 根據權利要求11-20之一所述的x射線裝置的使用，其中， 所述遮光化學元素從由下列各物質構成的群組中選出，包括溴、碘、 鑭系元素以及鉍。
22、 根據權利要求11-21之一所述的x射線裝置的使用，其中， 經腸地或不經腸地施予所述遮光化學元素。
23、 根據權利要求11-22之一所述的x射線裝置的使用，其用於 對包含至少一種遮光化學元素的所述受檢査對象中的檢査區域進行 特定元素的圖形顯示或定量顯示。
24、 根據權利要求11-23之一所述的x射線裝置的使用，其在放射學發現中與諸如正電子發射斷層攝影(PET)、單光子發射計算機斷 層攝影(SPECT)以及超聲檢査的其他放射學成像方法，以及光學成像方法相組合。
25、 一種對於受檢查對象執行x射線對比過程，該過程藉助於透 射通過所述受檢查對象的x射線輻射和從所述受檢査對象發射出的x 射線輻射進行成像，所述過程包括以下過程步驟a. 用實質上多色的x射線輻射來輻照所述受檢査對象；b. 確定透射通過所述受檢查對象的X射線輻射的第一強度值； C.確定由所述受檢查對象發射出的X射線輻射的第二強度值；d. 逐像素地使所述透射的X射線輻射的所述第一強度值與所述發 射出的x射線輻射的所述第二強度值相關聯；以及e. 根據通過使所述第一強度值與所述第二強度值相關聯獲得的 像素信號來對所述受檢査對象顯影。
26、 根據權利要求25所述的x射線對比過程，其中，在執行過 程步驟a)至e)之前，首先將至少一種不透射線化學元素施予所述受檢 查對象。
27、 根據權利要求25和26之一所述的x射線對比過程，其中， 基於所述發射x射線輻射的能量，能夠以可分辨方式測量所述第二強 度值。
28、 根據權利要求25-27之一所述的x射線對比過程，其中，根 據x射線輻射能量，將包含在所述受檢査對象中的遮光化學元素所發射出的x射線輻射與其他發射x射線輻射相區分。
29、 根據權利要求25-28之一所述的x射線對比過程，其中，根 據考慮到在所述受檢査對象中對輻照的x射線輻射的吸收和/或對所 述發射出的x射線輻射的自吸收而進行的在前糾正，使所述第一強度值與所述第二強度值彼此逐像素地相關聯。
30、 根據權利要求25-29之一所述的x射線對比過程，其中，提 供第一和第二檢測器或第一和第二檢測器單元。
31、 根據權利要求30所述的x射線對比過程，其中，所述第一 和/或所述第二檢測器是平板檢測器。
32、 根據權利要求30所述的x射線對比過程，其中，所述第一 和/或所述第二檢測器被設計成獲取單獨像素並且能夠移動以獲取所 有像素。
33、 根據權利要求30所述的x射線對比過程，其中，所述第一 和/或所述第二檢測器具有檢測器傳感器的陣列，所述檢測器傳感器 被設計成在每種情況下獲取像素並且能夠移動以獲取所有像素。
34、 根據權利要求30所述的x射線對比過程，其中，提供被設 計成帶有用於能量選擇的x射線光學模塊的檢測器單元，以檢測所述 發射x射線輻射。
35、 根據權利要求25-34之一所述的x射線對比過程，其中，所 述遮光化學元素從由下列各物質構成的群組中選出，包括溴、碘、 鑭系元素以及鉍。
36、 根據權利要求25-35之一所述的x射線對比過程，其中，經 腸地或不經腸地施予所述遮光化學元素。
37、 根據權利要求25-36之一所述的x射線對比過程，其在放射 學發現中與諸如正電子發射斷層攝影(PET)、單光子發射計算機斷層 攝影(SPECT)以及超聲檢查的其他放射學成像方法，以及光學成像方法相組合。
全文摘要
為了高對比度顯示人體中包含至少一種遮光化學元素的組織中的小病變或其他目標區域，描述了一種X射線裝置，其包括實質上發射多色的X射線輻射的至少一個X射線輻射源；一個第一檢測器或幾個第一檢測器，用於確定透射通過受檢查對象的X射線輻射的第一強度值；一個第二檢測器或幾個第二檢測器，用於確定從受檢查對象發射的X射線輻射的第二強度值；至少一個相關單元，用於使透射的X射線輻射的第一強度值與發射出的X射線輻射的第二強度值彼此逐像素地相關聯；以及至少一個輸出單元，其根據通過使第一強度值與第二強度值相關聯而獲得的像素信號來使受檢查對象顯影。優選地同時記錄透射和發射出的圖像。所述方法也能夠與例如來自正電子發射斷層攝影(PET)或單光子發射計算機斷層攝影(SPECT)的其他放射圖像組合。
文檔編號A61B6/00GK101203179SQ200680019880
公開日2008年6月18日 申請日期2006年4月20日 優先權日2005年6月6日
發明者R·拉瓦切克 申請人:拜耳先靈醫藥股份有限公司