CN107847200B - 利用增强的x射线辐射的成像装置和*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种X射线成像装置（2），其包括：源（4），其用于生成X射线辐射；对象接收空间（6），其用于布置感兴趣对象以进行X射线成像；X射线准直器布置（8），其被布置在源（4）与准直器布置（8）之间；以及X射线反射镜布置（10）。反射镜布置（10）例如包括两个渐缩反射镜（22），所述两个渐缩反射镜（22）彼此相对并且适合于将源（4）的X射线辐射引导到准直器布置（8）。因此，增加了对象接收空间（6）处的X射线强度。

Description

利用增强的X射线辐射的成像装置和***
技术领域
本发明涉及利用增强的X射线辐射的对感兴趣对象的成像，并且特别涉及X射线成像装置和X射线成像***。
背景技术
对于X射线成像并且特别对于X射线乳腺摄影或对于X射线断层合成，X射线源的轫致辐射被使用。X射线源的寿命和可靠性通常取决于X射线源的工作负荷，其中工作负荷与生成的X射线辐射的功率与X射线辐射的可能最大功率之间的比率有关。可能需要不同水平的X射线辐射功率。例如，在特定X射线乳腺摄影中，当扫描具有更大且更厚***的女性时，会需要更高功率水平的X射线源。然而，增加X射线辐射源的最大功率将会增加相应X射线装置或***的成本。例如，DE 4130039 A1涉及一种用于生成经准直的X射线辐射的X射线源和准直器的布置，经准直的X射线辐射从准直器的出口被引导至对象接收空间。已经表明由X射线源生成的X射线辐射的X射线辐射使用对X射线源的寿命和可靠性有影响。
JP2009250910 A公开了一种用于通过晶体上的布拉格反射来生成高度单色X射线的***。
发明内容
因此，存在对提供可用于成像的增强的X射线辐射、增加的寿命和可靠性、同时将成本保持在适度水平的需要。
应当注意，本发明的以下描述的方面适用于X射线成像装置并且适用于X射线成像***。
根据本发明的第一方面，提供了一种X射线成像装置，所述X射线成像装置包括：源，其用于生成X射线辐射，所述X射线辐射发射具有在20keV与40keV之间的能量带宽内的能量的X射线能量的多色谱；对象接收空间，其用于布置感兴趣对象以进行X射线成像；X射线准直器布置；以及X射线反射镜布置。所述X射线准直器布置至少包括前准直器，所述前准直器被布置在所述源与所述对象接收空间之间以向所述对象接收空间提供经准直的X射线辐射。另外，所述X射线反射镜布置被布置在所述源与所述前准直器之间。所述X射线反射镜布置包括一组两个反射镜，用于通过提供所述X射线辐射的一部分的整个多色谱的X射线能量的全反射来引导所述源的X射线辐射，以便使所述X射线辐射的所述部分朝向所述前准直器偏转，使得在所述对象接收空间的区域中以未反射的初级X射线辐射与通过全反射的次级X射线辐射的组合的形式提供增强的辐射。所述一组两个反射镜中的反射镜以大于零的张开角彼此相对，使得所述一组反射镜提供具有入口宽度的X射线入口和具有出口宽度的X射线出口，所述出口宽度小于所述入口宽度。
前准直器涉及包括至少一个孔口的光学元件，其中每个孔口能够被形成为狭缝。
反射镜也能够被称为X射线反射镜。
术语“全反射”指的是以小于关于到边界的平面水平的特定临界角的角度冲击介质的边界的X射线辐射波的反射。临界角是在其之下全内反射发生的入射角。
在范例中，临界角Θc被定义为：
Θc≈1.6*10^(-3)*ρ^(0.5)*λ，
其中，ρ[g/cm3]涉及介质的密度，并且
Figure GDA0003259142630000021
涉及X射线辐射波的波长。
一组两个反射镜也能够被称为一组反射镜。
“对象接收空间”涉及被指定用于布置感兴趣对象的空间。对象接收空间可以包括对象支撑体布置，例如出于X射线检查(例如拍摄)目的而保持并(临时)固定***的一对衬垫。
张开角涉及所述一组反射镜中的两个反射镜的锐角。该锐角优选对应于反射镜中的一个的内表面线与所述一组反射镜的纵向轴线之间的角度的两倍。
只要X射线的入射角小于针对X射线的能量的临界角，全反射的效果就是绝对的。能量越大，临界全反射角越小。然而，对于由X射线源发射的多色谱中的所有能量将发生全反射。因此，源的单色性是不需要的也不是特别期望。
根据一示范性实施例，所述初级X射线辐射在所述源与所述前准直器之间形成主射束锥(也被称为“锥射束”)，其中，所述一组反射镜中的所述反射镜所谓地在外部紧靠在所述初级射束锥上，并且所述张开角对应于所述初级射束锥的锥角，最大偏差为所述锥角的10％。所述锥角涉及锥的锐角。该锐角优选地对应于锥的表面线与锥纵向轴线的之间的角度的两倍。
所述“偏差”涉及由初级射束锥的表面线与初级射束锥的纵向轴线定义的平面中的偏差。
根据一示范性实施例，所述一组反射镜中的所述反射镜中的每一个长度LM被布置为使得满足不等式LM≤LMmax＝LW/(Θc2-Θm)，其中：LW是所述一组反射镜的出口的宽度，Θc2是所述一组反射镜中的反射镜处的临界反射角，并且Θm是所述一组反射镜中的所述反射镜的张开角。
反射镜的长度优选地涉及反射镜在相应的一组反射镜的纵向轴线方向的伸延或在相对于纵向轴线的角度对应于反射镜的内表面与该纵向轴线之间的角度的方向的延伸。
根据示范性实施例，所述一组反射镜的出口紧靠前准直器的孔口。
根据示范性实施例，所述一组反射镜中的每个反射镜包括基底和涂覆层以用于提供全反射。在所述涂覆层与所述基底之间，提供了边界，所述边界被配置为减少来自未被反射但是穿过反射镜表面并进入所述涂覆层的进来的辐射的散射辐射。
根据本发明的第二方面，提供了一种X射线成像***。所述成像***包括根据之前的范例中的一个的X射线成像装置、用于探测穿过所述对象接收空间的X射线辐射的探测器、成像处理单元、以及成像输出单元。所述成像处理单元被配置为接收来自所述探测器的信号，并且被配置为基于这些信号来计算可布置在所述对象接收空间中的感兴趣对象的图像数据，并且所述成像输出单元被配置为提供图像数据用于另外的目的。
根据本发明的一个方面，提供了一种X射线成像装置，其实现了在X射线成像的对象接收空间中提供的X射线辐射的增强的强度。对象接收空间处的X射线辐射的更高强度允许改善成像质量。对象接收空间应当被应用X射线装置的X射线源的X射线辐射。然而，需要关于该X射线辐射的横向延伸的限制。否则，X射线辐射可能被施加到对象接收空间而不改善成像质量，因为用于探测X射线辐射的探测器通常具有有限的横向延伸。为了实现两个目的，所述X射线成像装置提供了准直器和一组两个反射镜。所述准直器包括孔口，并且被提供于源与对象接收空间之间。所述准直器向对象接收空间提供经准直的X射线辐射。所述一组反射镜被提供于准直器与源之间。所述一组反射镜中的反射镜是渐缩的，并且通向源。在准直器的孔口与源之间，形成X射线射束锥，而X射线射束锥的X射线波(即X射线辐射)未反射地穿过孔口。该反射镜中的反射镜的内表面彼此相对，并且邻接射束锥的外表面。这种配置减少了以非零并且小于临界全反射角的入射角冲击反射镜中的一个的X射线射束的反射次数。进一步地，所述一组反射镜中的每个反射镜的长度被限制，使得优选地针对同一X射线射束最多发生一次或两次全反射。这限制了反射的X射线辐射关于所述一组反射镜的纵向轴线的反射角的增加，并且因此限制了被应用于对象接收空间的X射线辐射的横向延伸。由源生成并且在反射镜处被反射的X射线辐射的部分被称为次级X射线辐射。不同于布拉格反射，全反射对于满足全反射条件的所有角度和能量起作用，并且保证初级辐射的许多能量分量将会经受全反射，并且因此是次级X射线辐射的一部分。该方法因此在与多色X射线谱的组合是有效地。次级X射线辐射在对象接收空间处与初级X射线辐射叠加，其中初级X射线辐射通过由源生成并且未反射地穿过所述一组反射镜和所述准直器的X射线辐射形成。因此，增加了对象接收空间处的X射线辐射的强度，同时限制了对象接收空间处的X射线辐射的横向延伸。因此，通过使用相同的源，可以实现成像质量的增加，而无需显著增加未有效用于成像的到感兴趣对象的X射线辐射的剂量。同时，防止了源的寿命的降低，因为由源提供的X射线辐射被高效地利用。
参考下文所述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的并将得以阐述。
附图说明
本发明的示范性实施例将会在下文中参考附图进行描述：
图1示出了X射线成像装置的第一范例的示意性设置；
图2示出了X射线成像装置的又一范例；
图3示出了X射线成像装置的另一范例；
图4示出了X射线成像装置的再另一范例；
图5示出了X射线成像装置的又一范例；
图6示出了X射线成像装置的又一范例；
图7示出了X射线成像装置的又一范例；
图8示出了X射线成像装置的又一范例；
图9以示意横截面图的方式示出了所述一组反射镜中的反射镜的一部分的范例；
图10示出了所述一组反射镜中的反射镜的另一范例；
图11示出了所述一组反射镜中的反射镜的又一范例；并且
图12示出了X射线成像***的范例的示意设置。
具体实施方式
图1示出了X射线成像装置2的范例。X射线成像装置2包括：源4，其用于生成X射线辐射；对象接收空间6，其用于布置感兴趣对象以进行X射线成像；X射线准直器布置8，其被布置在源4与准直器布置8之间；以及X射线反射镜布置10。X射线准直器布置8至少包括前准直器12。前准直器12被布置在源4与对象接收空间6之间，用于为对象接收空间6提供经准直的X射线辐射。X射线反射镜布置10被布置在源4与前准直器12之间。X射线反射镜布置10包括一组两个反射镜14，用于通过提供X射线辐射的一部分16的全反射来引导源4的X射线辐射，以便朝向前准直器12偏折X射线辐射的部分16，使得在对象接收空间6的区域中，增强的辐射以未反射的初级X射线辐射18与通过全反射的次级X射线辐射20的组合的形式来提供。一组反射镜14中的反射镜22以大于零的张开角θm彼此相对，使得所述一组反射镜14通过具有入口宽度UW的X射线入口24和具有出口宽度LW的(X射线)出口26，所述出口宽度LW小于所述入口宽度UW。
源4也能够被称为X射线源。源4优选是现有技术中一般已知的种类。源4优选被提供为刚性X射线源单元，特别地诸如固定或旋转阳极X射线管的X射线焦点或诸如放射性γ发射器。应注意，刚性附接或安装特征未被进一步示出。在范例中，源4是发射X射线能量的多色(白色)谱的X射线管的焦点。源4适合于生成X射线辐射。特别地，由源4生成的X射线辐射具有20keV与40keV之间的能量。优选地，源4包括波长滤波器，所述波长滤波器适合于抑制或衰减具有高于对应于多于20keV的能量的波长的波长的X射线辐射。
对象接收空间6适合于布置用于X射线成像的感兴趣对象。因此，对象接收空间6涉及被指定用于布置感兴趣对象的空间。对象接收空间6可以包括对象支撑体布置(未示出)，例如保持并临时固定***的一对衬垫，以用于X射线检查目的、特别是用于拍摄目的。
对于前准直器12，提供本现有技术中一般已知的种类的准直器。例如，前准直器12包括具有至少一个孔的板，特别地X射线吸收板，其适合于被X射线辐射穿过。因此，前准直器12的孔口36能够由孔形成。进一步优选的，孔口36被形成为狭缝。孔口36或狭缝分别适合于被X射线辐射穿过。穿过前准直器12并且特别地前准直器12的孔口36或狭缝的X射线辐射到达对象接收空间6。
指向前准直器12但是并未通过前准直器12的孔口36穿过前准直器12的源4的X射线辐射，将会替代地冲击前准直器12的表面。冲击前准直器12的该表面的X射线辐射将很可能不到达对象接收空间6。而是，该X射线辐射将很可能被前准直器12吸收。因此，X射线辐射经常不具有足够的效力以用于对被布置在对象接收空间6中感兴趣对象进行成像。
为了改善从源4发射的总的可用X射线辐射对于被布置在对象接收空间6中的感兴趣对象进行成像的利用，X射线反射镜布置10被提供并且被布置在源4与前准直器12之间。如上面提到的，X射线反射镜布置10包括至少一组两个反射镜14。所述一组两个反射镜14也被称为所述一组反射镜14。所述一组反射镜14具有朝向前准直器12引导由源4生成的X射线辐射的至少一部分16的目的。在没有反射镜的情况下，X射线辐射的该部分16将会冲击前准直器12的表面，并且因此将会被前准直器12吸收而没有足够的效果用于对感兴趣对象进行成像。因此，所述一组反射镜14适合于通过提供源4的X射线辐射的部分16的全反射来将X射线辐射的部分16偏转到前准直器12，特别地偏转到前准直器12的孔口36，从而将由源4生成的X射线辐射的一部分16引导至前准直器12，使得在对象接收空间6的区域，提供了增强的辐射。
一般地，在对象接收空间6中，提供了初级X射线辐射18，其未反射地穿过反射镜布置10和前准直器12。进一步地，次级X射线辐射20被提供在对象接收空间6中，即通过之前在反射镜布置10的所述一组反射镜14中的反射镜22中的一个处被全反射。因此，源4的X射线辐射的在反射镜22中的一个处被全反射的部分16形成了对象接收空间6中的次级X射线辐射20。初级X射线辐射18和次级X射线辐射20在对象接收空间6中被叠加，并且因此增加了向对象接收空间6提供的X射线辐射的强度。
因此，对象接收空间中的X射线辐射的更高强度增加了成像质量。替代地，源4的输出能够在不降低成像质量的情况下被减少，同时增加源4的寿命。
此外，对象接收空间中的X射线辐射的更高强度允许用于对感兴趣对象进行成像的测量时间的减少。
所述一组反射镜14中的反射镜22中的每一个适合于全反射X射线辐射。因此，反射镜22中的每一个也能够被称为X射线反射镜。
反射镜22优选地每个都涉及具有合适的低原子序数反射镜材料、特别地具有比九更低的原子数的板。反射镜22进一步优选地每个都涉及微晶玻璃的板。作为以范例，每个反射镜22能够包括锂铝硅微晶玻璃。该种类的反射镜可以具有2.53的比密度。然而，这只是针对比密度的一个范例。一般地，用于X射线反射镜22的宽范围的可能比密度是可能的。基本上，假如，反射镜22在源4与反射镜22之间的空间的边界表面处具有相对于X射线辐射光学上薄的介质，全反射在反射镜22处发生。由于X射线辐射区的折射率小于1，给定入射在临界入射角θc内发生，X射线全反射能够在任何材料上的掠入射后被观察到。简化的临界入射角能够如下地计算：θc＝1.6x10-3x(ρ)-0.5xλ，其中ρ是以g/cm3为单位的密度，并且λ表示以
Figure GDA0003259142630000071
为单位的X射线波长。临界入射角θc通常为大约几mrad(毫弧度)。例如，临界全反射角可以在0.5mrad与2mrad之间。为了以更大角度实现全反射，必须增加所使用的材料的密度，或者能够使用金属涂层，例如利用银或金。为了以更小角度实现全反射，必须减小用于反射镜的材料的密度。例如，每个反射镜可以包括至少一个塑料反射镜层，优选具有低原子序数的元素。
当使用这样的反射镜用于所述一组反射镜14，对象接收空间6中的辐射的增强成为可能。术语全反射指的是当相应X射线辐射波以相对于边界的面板水平小于临界角的角度冲击反射镜22的边界时从源4提供的X射线辐射波的反射。
为了通过组合初级X射线辐射18与次级X射线辐射20来增加对象接收空间中的辐射，所述一组反射镜14中的反射镜22以大于零的张开角θm彼此相对。因此，所述一组反射镜14提供具有入口宽度UW的X射线入口24，以用于使源4的X射线辐射进入。为了向对象接收空间6提供X射线辐射，所述一组反射镜14为X射线出口26提供出口宽度LW，所述出口宽度LW小于所述入口宽度UW。源4的X射线辐射的一部分可以未反射地穿过所述一组反射镜14，以便形成对象接收空间6中的初级X射线辐射。源4的X射线辐射的另一部分16以相对于反射镜22的边界表面的面板水平小于临界角θc的入射角θi冲击反射镜22中的至少一个，使得全反射发生。被全反射的X射线辐射至少部分地通过X射线出口26离开所述一组反射镜14，以便形成次级辐射22。
由于X射线成像装置2适合于提供对象接收空间6中的初级X射线辐射18与次级X射线辐射20的组合，因此在对象接收空间6中提供了X射线辐射的总通量的增加。应注意，该增加由所述一组反射镜14中的反射镜22的渐缩布置以及其在源4与前准直器12之间的布置引起。因此，X射线成像装置2对于增加可用于成像对象接收空间6中的感兴趣对象的X射线辐射的强度是成本有效的改善。进一步地，假如更大的或更厚的感兴趣对象被布置在对象接收空间6中用于成像，源4不一定在其功率极限处进行操作以提高足够的通量。替代地，反射镜布置10允许使用同一源4来生成足够的X射线辐射通量。因此，源4的寿命增加，并且提供了降低的过早源替换的成本。此外，在厚的感兴趣对象被放置在对象接收空间6处以进行成像的情况下可以增加成像质量，因为增强的X射线辐射的强度可以足以用于拍摄这样的感兴趣对象。假如X射线成像装置用于乳腺摄影或断层合成，能够改善对于女性的扫描时间，特别是减少。
在范例中，前准直器12包括具有孔口36的板。前准直器12的板优选地适于吸收X射线辐射，特别是适于吸收由源4提供的X射线辐射。为了利用前准直器12向对象接收空间6提供增强的X射线辐射，所述一组反射镜14中的反射镜22优选是渐缩的，使得由源4生成的X射线辐射的一部分16被全反射，并且从而聚焦到前准直器12的孔口36。在范例中，所述一组反射镜14的出口26与前准直器12的孔口36对齐。因此，被反射镜22中的一个全反射的X射线辐射可以被反射到所述一组反射镜14的出口26，并且因此被反射到前准直器12的孔口36。在前准直器12的孔口36和所述一组反射镜14的出口26对齐的情况下，反射的X射线辐射能够穿过孔口36，并且因此向对象接收空间6提供次级X射线辐射。进一步地，所述一组反射镜14和前准直器12的孔口36优选地相对于共同的纵向轴线同轴地对齐。
在范例中，前准直器12的孔口36被布置为狭缝。因此，前准直器12可以被称为狭缝前准直器。
在范例中，所述一组反射镜14中的反射镜22均被布置为具有平坦反射镜表面的平坦反射镜。特别地，表面是抛光的。根据替代的范例，所述一组反射镜14中的反射镜22被布置为弧形反射镜22，优选地均包括弧形反射镜表面。表面优选是抛光的。
在又一范例中，所述一组反射镜14中的反射镜22优选地是一个普通反射镜的反射镜节段。
在范例中，源4的源宽度SW大于所述一组反射镜14的入口24的入口宽度UW。这增加了在对象接收空间6中提供的X射线辐射的增强，因为所述一组反射镜14中的反射镜22能够在其总长度LM反射源4的X射线辐射的一部分16。
在又一范例中，出口宽度LW小于所述一组反射镜14的入口宽度UW。根据又一范例，源4的源宽度SW大于所述一组反射镜24的出口26的出口宽度LW。进一步优选的是，孔口36的宽度AW对应于所述一组反射镜14的出口26的出口宽度LW。替代地，优选的是，前准直器12的孔口36的宽度AW小于出口26的出口宽度LW。根据又一范例，源4的源宽度SW大于前准直器12的孔口36的孔口宽度AW。
图2示出了X射线成像装置2的范例，其包括源4、对象接收空间6、前准直器12和一组反射镜14，所述前准直器12被布置在对象接收空间6与源4之前，所述一组反射镜14被布置在前准直器12与源4之间。所述一组反射镜14包括两个反射镜22，其是渐缩的，使得所述一组反射镜14的入口24的入口宽度UW大于所述一组反射镜14的出口26的出口宽度LW。所述一组反射镜14的出口26优选地关于共同纵向轴线A与前准直器12的孔口36对齐。因此，未反射地穿过所述一组反射镜14和前准直器12的X射线辐射将向对象接收空间6提供初级X射线辐射18。
根据在图2中示范性地示出的又一范例，初级X射线辐射将会在源4与前准直器12之间形成初级射束锥28。优选地，初级射束锥28的宽度在一端处由源4的宽度SW定义，并且在另一端处由前准直器12的孔口36的宽度AW定义。优选地，所述一组反射镜14中的反射镜22在外部紧靠在初级射束锥28上。因此，张开角θm优选对应于初级射束锥28的锥角θk，最大偏差为锥角θk的10％。锥角θk涉及初级射束锥28的锐角，所述初级射束锥28的锐角对应于初级射束锥28的表面线30与初级射束锥28的纵向轴线之间的角度
Figure GDA0003259142630000101
的两倍。优选地，锥纵向轴线对应于所述一组反射镜14和前准直器12的孔口36的共同纵向轴线A。在范例中，所述一组反射镜14中的反射镜22直接紧靠初级射束锥28的外表面。在这种情况下，所述一组反射镜14中的反射镜22的张开角θm和初级射束锥28的锥角θk精度地对应于彼此。在所述一组反射镜14中的反射镜22的张开角θm大于或小于锥角θk的情况下，反射镜22优选地至少部分地紧靠在初级射束锥28的外表面处。锥角θk与张开角θm之间的偏差优选地被限制到10％。通过限制该偏差，阻止了在对象接收空间6处的提供的X射线辐射的横向分辨率的大的降低。
在范例中，X射线成像装置2包括用于布置探测器的探测器平面32(未示出)。优选地，反射镜布置8和准直器布置10被布置在源4与探测器平面32之间。
根据在图3中示出的又一范例，X射线成像装置2被提供有反射镜布置10，所述反射镜布置10包括所述一组反射镜14中的至少一个，其中，所述一组反射镜14中的每个反射镜22的长度LM被布置为使得满足图像质量LM≤LMmax＝LW/(θc2-θm)，其中，LW涉及所述一组反射镜14的出口26的宽度，θc2涉及在所述一组反射镜14中的反射镜22处的临界反射角，并且θm涉及所述一组反射镜14中的反射镜22的张开角。限制所述一组反射镜14中的每个反射镜22的长度LM具有由源4提供的X射线辐射的反射次数被特别地限制到所述一组反射镜14内的二阶或一阶反射的效果。应注意，被所述一组反射镜14中的反射镜22反射的X射线辐射的X射线射束相对于所述一组反射镜14的共同纵向轴线A的反射角θr随着所述一组反射镜14中的反射镜22处的每次反射而增加。因此，二阶反射的X射线射束或甚至更高阶反射的X射线射束可以穿过所述一组反射镜14的出口26、前准直器12的孔口36和对象接收空间6，而不被可布置在探测器平面32处的探测器拾取。探测器通常具有有限的宽度用于探测X射线辐射。由于二阶或甚至更高阶反射的X射线射束具有更高的反射角θr，相应的X射线射束可以越过探测器平面32处的探测器，并且在探测器未被布置的位置处冲击探测器平面32。因此，这些X射线射束将会向感兴趣对象、特别地向患者添加X射线，而不增加图像质量。由于上面的范例示出了所述一组反射镜14中的反射镜22长度LM的限制，其提供了所述一组反射镜14中的反射镜22处的二阶或更高阶反射的X射线辐射射束的显著减少，未用于图像质量的X射线剂量被显著减少。
在一个范例中，所述一组反射镜14中的每个反射镜22的长度LM在0.8xLMmax与1.2xLMmax之间，特别地在0.9xLMmax与1.0xLMmax之间。如之前解释的，针对所述一组反射镜14中的每个反射镜22的长度LM的布置提供了所述一组反射镜14内的X射线辐射射束的二阶或更高阶反射的非常好的减少。因此，通过将长度LM限制为接近长度LMmax，至少类似地提供如上面描述的技术效果。
在一个范例中，临界反射角θc2被定义为θc2＝1.6x10-3xρ(0.5)xλ，其中，ρ[g/cm3]涉及反射镜的密度，并且
Figure GDA0003259142630000111
涉及X射线辐射的波长。
在又一范例中，源4的X射线辐射被滤波，使得初级X射线辐射和X射线辐射的在所述一组反射镜14处被反射的部分具有在20keV与40keV之间、特别地在25keV与35keV之间的能量带宽内的能量。在25keV的能量处，X射线辐射的波长为大约
Figure GDA0003259142630000121
由于所述一组反射镜14中的反射镜22的优选材料是锂铝硅，其优选具有大约ρ＝2.53g/cm3的密度。
根据特别在前述图1至3中的任一个中示出的又一范例，所述一组反射镜14的出口26紧靠前准直器12的孔口36。优选地，所述一组反射镜14的面向前准直器12的一端直接紧靠前准直器的面向所述一组反射镜14的表面。进一步地，优选地，所述一组反射镜14的出口26接界到具有由前准直器12形成的孔口36的边缘。
在又一范例中，所述一组反射镜14的出口26的出口宽度LW对应于前准直器12的孔口36的孔口宽度AW。如之前示范性地指出的，所述一组反射镜14的出口26和前准直器12的孔口36优选被对齐到共同纵向轴线A。在出口26和孔口36分别具有对应的宽度(即出口宽度LW和孔口宽度AW)的情况下，非常可能的是，穿过出口26的X射线辐射也将穿过孔口36。
图4关于初级X射线辐射18和次级X射线辐射20示出了X射线成像装置2的又一范例。初级X射线辐射18未反射地穿过反射镜布置14和准直器布置8，并且因此在探测器平面32处创建初级斑34。初级斑34优选涉及探测器平面32处的面积，其中，未反射的X射线辐射关于其分布的至少75％、特别地至少85％到达探测器平面32。根据在图4中示范性地示出的又一范例，探测器平面32处的次级斑38由次级X射线辐射20创建，所述次级X射线辐射20之前已经在所述一组反射镜14中的反射镜22中的一个处被全反射。次级斑38优选涉及探测器平面32处的面积，其中，反射的X射线辐射关于其分布的至少75％、特别地至少85％到达探测器平面32。
在范例中，次级斑38的斑宽度KP大于初级斑34的斑宽度SP。优选地，均在探测器平面32处的次级斑38和初级斑34彼此交叠。因此，在对象接收空间6中提供了增强的X射线辐射。
在又一范例中，次级斑38的斑宽度KP大于前准直器12的孔口36的孔口宽度AW或者如所述一组反射镜14的出口26的出口宽度LW。初级斑34的斑宽度SP优选地大于前准直器12的孔口36的孔口宽度AW或者所述一组反射镜24的出口26的出口宽度LW。
在范例中，次级斑38的斑宽度KP在1.05x S与1.5x S之间，其中S涉及初级斑34的斑宽度SP的量。这提供了初级斑34与次级斑38之间的大的交叠，其有助于增加对象接收空间6中的X射线辐射的强度并且因此有助于增加用于成像感兴趣对象的X射线辐射的利用。
根据又一范例，反射镜布置10并且特别地所述一组反射镜14中的每个反射镜22的长度LM被布置为使得次级X射线辐射20的至少50％冲击探测器平面32处的初级斑34。
根据如在图5中示范性地示出的又一范例，所述一组反射镜14被布置为使得，对于源4的X射线辐射的要在所述一组反射镜14处被反射的部分16，在所述一组反射镜14中的反射镜22处的最多发生一次或两次全反射。假定所述一组反射镜14的出口26的出口宽度LW由X射线成像装置2的***设计给出并且张开角θm由初级射束锥28的锥角θk给出，优选的是使所述一组反射镜14中的每个反射镜22的长度LM适合于限制在所述一组反射镜14中的反射镜22处的发射次数。因此，优选的是，反射镜22的长度LM适于使得对于X射线辐射的要在所述一组反射镜14中的反射镜22中的至少一个处被全反射的部分16，在所述一组反射镜14中的反射镜22的最多发生一次或两次全反射。通过限制全反射的次数，限制了次级X射线辐射20(相对于所述一组反射镜14和前准直器12的孔口36的共同纵向轴线A)的反射角的θr。限制次级X射线辐射20，特别地相对于其X射线射束的反射角θr，将限制次级斑38的斑宽度KP，并且因此提供感兴趣对象的图像质量的增加。
根据如在图6中示范性地示出的又一范例，前准直器12包括至少两个孔口36，其中，对于前准直器12的每个孔口36，反射镜布置10包括相邻的一组两个反射镜14。因此，对于前准直器12的每个孔口36，优选地提供一组反射镜14，其中，每组反射镜14中的两个反射镜22优选地被形成为所述一组反射镜14中的一个，如之前示范性地描述的。所述一组反射镜14能够被一体地形成。特别地，所述一组反射镜优选地由相同的器件制成。在又一范例中，所述一组反射镜中的反射镜被紧固在一起，以便形成刚性固定的单元。该单元可以是预置的。包括至少两个孔口36的前准直器12允许在对象接收空间6中的两个不同区域40、42处提供增强的X射线辐射。因此，这允许提供第一对初级斑34和次级斑38与另一对初级斑34和次级斑38间隔开。因此，成像能够在两个分开的区域40、42处被并行地执行。并行成像减少了用于对感兴趣对象进行成像的总时间。
例如，如在图6中所示地提供了两个孔口36以及相关联的一组两个反射镜14。在进一步的范例中，提供了多于两个(例如三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个、或多于十个)孔口36以及相应的相关联的一组两个反射镜14。在范例中，提供了15、20、25、30或更多个或其之间的数量的孔口36以及相关联的多组反射镜14。
根据如在图7中示范性地示出的又一范例，X射线成像装置2的准直器布置10包括后准直器44。优选地，对象接收空间6被布置在前准直器12与后准直器44之间。进一步优选的是反射镜布置10和准直器布置8被布置在源4与探测器平面32之间。因此，穿过反射镜布置10和准直器布置8的X射线辐射被用于对感兴趣对象进行成像，所述感兴趣对象能够被布置在准直器布置8的前准直器12与后准直器44之间的对象接收空间6中。优选地，后准直器44包括至少一个孔口46。至少一个孔口46优选地适于被X射线辐射穿过。剩余的后准直器44优选地适于吸收X射线辐射。后准直器44的至少一个孔口46能够相对于共同纵向轴线与前准直器的孔口36对齐。
在又一范例中，后准直器44包括至少两个孔口46。对于前准直器12的每个孔口36，后准直器44优选地包括相关联的孔口46，特别地由后准直器44的孔口46中一个形成。
在范例中，前准直器12的孔口36和后准直器44的孔口46相对于共同轴线、特别地相对于与源4相交的光轴尤其在其焦点中心处对齐，使得前准直器12的孔口36和后准直器44的孔口46形成准直器布置8的孔口对。准直器布置8优选包括至少两个孔口对。在又一范例中，准直器布置8的每个孔口36、46被形成为狭缝。对应地，每个孔口对能够被形成为准直器布置8的狭缝对。
根据在图8中示范性地示出的又一范例，X射线成像装置2包括探测器布置48。优选地，探测器布置48被布置在探测器平面32处。相应地，反射镜布置10和准直器布置8优选被布置在源4与探测器布置48之间。探测器布置48包括至少一个探测器50。
在范例中，探测器50、后准直器44的至少一个孔口46中的一个、前准直器12的至少一个孔口36中的一个、和一组反射镜14的出口26相对于共同纵向轴线对齐。对齐优选相对于作为与源4相交的共同轴线的光轴，特别地其聚焦中心。这提供了良好的成像质量。
在范例中，对于后准直器44的每个孔口46，提供了探测器布置48的相关联的探测器50。优选地，后准直器44的每个孔口46的孔口宽度KW小于相关联的探测器50的探测器宽度DW。因此，每个探测器50优选适于探测穿过后准直器44的相关联的孔口46的X射线辐射。
在图9中，示出了所述一组反射镜14中的反射镜22的范例。所示出的反射镜22示范性地针对每组反射镜14中的两个反射镜22中的每个。
在范例中，所述一组反射镜14中的每个反射镜22包括基底52和涂覆层54以用于提供全反射，其中，边界56被提供在涂覆层54与基底52之间，所述边界56被配置为减少来自未被反射但是穿过反射镜表面58并进入涂覆层54的进来的辐射的散射辐射。优选地，基底52的密度高于涂覆层54的密度。
在范例中，边界56是平坦的，特别地尽可能平坦。然而，在又一范例中，边界可以具有粗糙度。因此，对于冲击边界46的每一个X射线辐射波，难以确保入射角θi小于临界角θc。在边界46处，X射线辐射可以仅以其小部分被全反射。然而，在非常低的入射角θi处，微观粗糙度呈现得越来越平坦。因此，实际上，微观粗糙度仅对针对接近临界角θc的入射角θi的X射线辐射的全反射有影响。
根据在图10中示范性地示出的又一范例，边界56具有随机粗糙结构的表面轮廓。在X射线辐射射束在边界56处被反射的情况下，边界56的任意粗糙结构的表面轮廓提供了有效的射束减少，以便以在边界56处不满足针对反射的射束部分的反射条件的方式抑制反射的射束。因此，X射线辐射的反射的射束部分在来自基底52或涂覆层54的边界56处被吸收。由于其影响，提供了当冲击边界56时来自进来的辐射的散射辐射的减少。
在图11中示范性地示出了用于边界56的替代性构造。根据一范例，边界56具有周期性轮廓，所述周期性轮廓具有0.05mm(毫米)与1.5mm之间的周期性高度和0.5mm与5mm之间的周期p。如之前关于随机粗糙表面描述的类似效果适用于周期性轮廓。因此，进行类似的参考。
根据又一范例，涂覆层的厚度t在10nm(纳米)与25nm之间。
根据又一范例，涂覆层包括原子序数最高为9的材料。
根据又一范例(未进一步示出)，在涂覆层54与基底52之间，在边界56处提供不平坦的界面区域。界面区域能够由彼此相对的基底52和涂覆层54的表面形成。
根据替代性范例，界面区域由被提供在基底52与涂覆层54之间并且连接涂覆层54与基底52的又一层形成。
根据在图12中示范性地示出的又一范例，提供了X射线成像***60。成像***60包括根据之前范例中的一个的X射线成像装置2、用于探测穿过装置2的对象接收空间6的X射线辐射的探测器50、和成像处理单元62、以及成像输出单元64。成像处理单元62被配置为从探测器50接收信息，并且基于该信号计算可布置在对象接收空间6中的感兴趣对象76的图像数据，并且成像输出单元64被配置为提供图像数据用于另外的目的。
优选地，提供了信号连接66，所述信号连接66连接探测器50与成像处理单元62。因此，成像处理单元62能够经由信号线66从探测器50获得信号。来自探测器50的信号优选地对应于探测到的X射线辐射。成像处理单元62能够被配置为处理从探测器50接收的信号，以计算感兴趣对象76的图像数据形式的图像，当所述感兴趣对象76被布置在对象接收空间6中时，所述感兴趣对象76能够被应用来自源4的X射线辐射。能够由图像处理单元62进行计算的图像数据能够被提供给输出单元64。为了传输图像数据，又一信号线68能够被提供用于连接图像处理单元62与输出单元64。输出单元64被配置为提供图像数据用于又一目的。在范例中，输出单元64能够是显示器或监测器。在又一范例中，输出单元64能够被配置为向又一单元(未示出)传输图像数据。
在范例中，***60还包括用于机械地连接源4、反射镜布置14、准直器布置8和探测器50的安装布置70。此外，能够提供被耦合到安装布置70以对安装布置70进行的致动器72和用于对致动器72进行控制的控制单元74。控制单元74可以被配置为接收来自探测器50的信号，并且基于所接收的来自探测器50的信号来计算控制信号。
在范例中，控制单元74经由又一信号线78接收来自探测器信号。来自控制单元74的控制信号能够经由又一信号线80被发送给致动器72。优选地，控制单元74经由又一信号线(未示出)从源4或相关联的控制器接收信号。
在又一范例中，控制单元74经由向致动器72发送的控制信号并且在接收到的信号的基础上控制致动器72。特别地，控制单元74控制致动器72，使得安装布置70线性地或沿着轨迹在第一位置与第二位置之间被移动。因为它们被机械地连接到安装布置70，因而源4、反射镜布置14、准直器布置8和探测器50被相应地移动。优选地，感兴趣对象76通过保持器(未示出)来进行保持。保持器未被机械地连接到安装布置，使得安装布置的移动不会被应用于保持器。因此，当致动器72移动安装布置70和被机械地连接到它的元件时，提供了相对于保持器并且因此相对于感兴趣对象76的相对移动。因此，感兴趣对象76能够在安装布置70的第一位置与第二位置之间的若干不同位置处被成像，并且因此被扫描。控制单元74能够以开环方式或以闭环方式控制致动器72。为了闭环控制，能够为***2提供用于对探测器50或安装布置70的位置进行探测的位置传感器(未示出)。探测到的位置能够被提供给控制单元74或图像处理单元62。在扫描感兴趣对象76的情况下，对于所获取的每个图像，探测到的位置能够被相关联。这允许计算感兴趣对象76的准连续图像。
在范例中，成像处理单元62或控制器单元74能够从源4或用于控制源4的控制器(未示出)接收信号，以便特别地关于其强度来控制由源4发射的X射线辐射。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个准直器或另一单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有效地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种X射线成像装置(2)，包括：
-源(4)，其用于生成X射线辐射，所述X射线辐射发射具有在20keV与40keV之间的能量带宽内的能量的X射线能量的多色谱；
-对象接收空间(6)，其用于布置感兴趣对象以进行X射线成像；
-X射线准直器布置(8)；以及
-X射线反射镜布置(14)；
其中，所述X射线准直器布置至少包括前准直器(12)，所述前准直器被布置在所述源与所述对象接收空间之间以向所述对象接收空间提供经准直的X射线辐射；
其中，所述X射线反射镜布置被布置在所述源与所述前准直器之间；
其中，所述X射线反射镜布置包括一组两个反射镜(14)，用于通过提供所述源的X射线辐射的一部分(16)的X射线能量的整个多色谱的全反射来引导所述X射线辐射，以便使所述X射线辐射的所述部分朝向所述前准直器偏转，使得在所述对象接收空间的区域中以未反射的初级X射线辐射(18)与通过全反射的次级X射线辐射(20)的组合的形式提供增强的辐射；并且
其中，所述一组两个反射镜中的反射镜(22)以大于零的张开角(θm)彼此相对，使得所述一组反射镜提供具有入口宽度(UW)的X射线入口(24)和具有出口宽度(LW)的X射线出口(26)，所述出口宽度小于所述入口宽度。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述初级X射线辐射在所述源与所述前准直器之间形成初级射束锥(28)，
其中，所述一组反射镜中的所述反射镜从外部紧靠所述初级射束锥，并且
其中，所述张开角对应于所述初级射束锥的锥角(θk)，最大偏差为所述锥角的10％。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述一组反射镜中的所述反射镜中的每个的长度LM被布置为使得满足不等式：
LM≤LMmax＝LW/(Θc2–Θm)，
其中：
LW是所述一组反射镜的所述出口的宽度，
Θc2是所述一组反射镜中的反射镜处的临界反射角，
Θm是所述一组反射镜中的所述反射镜的所述张开角。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述一组反射镜的所述出口紧靠所述前准直器的孔口(36)。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述前准直器的所述孔口由所述一组反射镜形成。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述一组反射镜被布置为使得，对于所述源的所述X射线辐射的要在所述一组反射镜处被反射的部分，在所述一组反射镜中的所述反射镜处最多发生一次或两次全反射。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述前准直器包括至少两个孔口；并且
其中，对于所述前准直器的每个孔口，所述反射镜布置包括相关联的一组反射镜。
8.根据权利要求1-7中的一项所述的装置，其中，所述准直器布置还包括后准直器(44)；并且
其中，所述对象接收空间被布置在所述前准直器与所述后准直器之间。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述一组反射镜中的每个反射镜包括基底(52)和涂覆层(54)以用于提供全反射；并且
其中，在所述涂覆层与所述基底之间，提供了边界(56)，所述边界(56)被配置为减少来自未被反射而是穿过反射镜表面(58)并进入所述涂覆层的进来的辐射的散射辐射。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，在所述涂覆层与所述基底之间，提供不平坦的界面区域作为所述边界。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述界面具有随机粗糙结构的表面轮廓。
12.根据权利要求10所述的装置，其中，所述界面具有周期性轮廓，所述周期性轮廓具有0.05mm与1.5mm之间的周期性高度(h)和0.5mm与5mm之间的周期(p)。
13.根据权利要求9至12中的一项所述的装置，其中，所述涂覆层的厚度(t)在10nm与25nm之间。
14.一种X射线成像***(60)，包括：
-根据权利要求1至13中的一项所述的装置；
-探测器(50)，其用于探测穿过所述对象接收空间的X射线辐射；
-成像处理单元(62)；以及
-图像数据输出单元(64)；
其中，所述成像处理单元被配置为接收来自所述探测器的信号；并且被配置为基于所述信号来计算对象的图像数据；并且
其中，所述图像数据输出单元被配置为提供所述图像数据用于另外的目的。
15.根据权利要求14所述的X射线成像***，还包括：
安装布置(70)，其用于机械地连接所述源、所述反射镜布置、所述准直器布置和所述探测器，
致动器(72)，其被耦合到所述安装布置以对所述安装布置进行移位，以及
控制单元(74)，其用于控制所述致动器，
其中，所述控制单元被配置为接收来自所述探测器信号，并且基于所接收的来自所述探测器的信号来计算控制信号。
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