X射线产生单元和放射线摄影装置 |
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| 申请号 | CN201480064844.0 | 申请日 | 2014-09-11 | 公开(公告)号 | CN105793953A | 公开(公告)日 | 2016-07-20 |
| 申请人 | 佳能株式会社; | 发明人 | 盐泽崇史; 上田和幸; 辻野和哉; 伊藤靖浩; | ||||
| 摘要 | 包含靶阵列和 X射线 检测单元的放射线摄影装置。靶阵列包含多个靶和前方遮蔽部件。前方遮蔽部件包含多个隔开物。X射线检测单元包含检测部分。隔开物分别具有其倾 角 沿阵列方向改变的倾斜表面。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种X射线产生单元，包括： |
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| 说明书全文 | X射线产生单元和放射线摄影装置技术领域[0001] 本发明涉及在医疗设备的领域中使用的放射线摄影装置。特别地，本发明涉及包含X射线产生单元的放射线摄影装置，该X射线产生单元包含多个靶(target)和前方(forward)遮蔽部件。 背景技术[0002] 在最近的诸如乳腺摄影的放射线摄影的领域中，断层合成(tomosynthesis)成像已经被利用为分离关于被检体的被检体深度方向上的信息的方法。在断层合成成像中，通过从多个角度向被检体施加X射线获取多个图像，并且由此获取的多个图像被重构为断层摄影图像。 [0003] 存在通过依次使用被保持静止的多个X射线源从多个角度向被检体施加X射线的断层合成成像技术。美国专利申请公开No.2004/0213378公开了包含以预定的间隔排列多个X射线源的X射线源单元和具有与排列的X射线源对应地设置的多个开口的遮蔽部件单元的放射线摄影装置。 发明内容[0004] 技术问题 [0005] 确定由放射线摄影装置获取的图像的分辨率的主要因素中的一个是X射线源的焦斑(focal spot)直径。在本发明的每个实施例中，放射线摄影装置的焦斑的大小基本上与从电子源向各个靶发射的电子束的焦斑的大小对应。在下文中，在靶上限定的电子束的焦斑被称为“焦斑”。 [0006] 从增加要被获取的图像的分辨率的观点，希望焦斑直径尽可能小。另一方面，从形成靶的材料的耐热性和X射线的强度的观点，流过靶的阳极电流的密度的上限和焦斑直径的下限被规定。一般地，有限的“焦斑直径”与考虑靶的耐热性的数十微米的下限和考虑分辨率的数毫米的上限一起利用。 [0007] 在由美国专利申请公开No.2004/0213378所公开的放射线摄影装置中，具有与包含于X射线源单元中的X射线源的阵列对应地设置的多个开口的遮蔽部件被设置在X射线源单元的前侧。 [0008] 遮蔽部件单元包含“隔开物(partition)”，使得可以以阵列的形式彼此分开地提取多个X射线束。隔开物具有用于使X射线衰减的“高度(厚度)”，以防止沿不希望的方向发射X射线。一般地，沿从焦斑向X射线检测单元的方向，包含于遮蔽部件单元中的隔开物的“高度”的范围为从0.1mm或更大到数十毫米或更小。 [0009] 在包含这样的遮蔽部件单元的放射线摄影装置中，在每个X射线束的排列多个靶的方向上的外侧不可避免地形成归因于“焦斑直径”和遮蔽部件单元的隔开物的“高度”的半阴影。该半阴影是从检测器看到的焦点图像中的强度比主X射线成分的强度低的X射线成分。半阴影是可能在获取的图像中导致伪像的不必要成分。并且，形成半阴影的X射线的强度沿排列多个靶的方向改变。因此，在触发获取图像的质量的劣化方面，半阴影也是不必要成分。 [0010] 在包含单个靶的放射线摄影装置中，通过增加前方遮蔽部件的“高度”，半阴影可以减小到可忽略的水平。另一方面，在包含多个靶和遮蔽部件单元的放射线摄影装置中，使多个X射线束彼此重合。为了这样做，隔开物的“高度”被限制。因此，产生大的半阴影区。 [0011] 并且，由于沿排列多个靶的方向在其焦斑没有缺损(eclipse)的主曝射区(exposed region)的外侧产生这样的半阴影区，因此半阴影区趋于泄漏到放射线摄影装置的外部而不是进入到主曝射区中。 [0012] 为了抑制半阴影泄漏到放射线摄影装置的外部，可利用遮蔽部件覆盖放射线摄影装置的全部。然而，在这样的配置中，重量增加并且重心上升。因此，放射线摄影装置变得不稳定，从而增加成像期间图像模糊的可能性。因此，在可用性和成像性能方面，存在对于通过遮蔽部件的有效布置来限制半阴影的范围的放射线摄影装置的需求。 [0013] 在另一提议中，包含遮蔽部件单元的放射线摄影装置被应用于通过使不同X射线束的范围彼此重合来执行成像的断层摄影。日本专利公开No.2010-115270公开了包含具有与多个透射型靶对应地设置的多个可变开口的遮蔽部件的X射线产生单元。在日本专利公开No.2010-115270中，通过调整设置在格子类型的遮蔽部件单元中的可变开口的位置使多个X射线束彼此重合。 [0014] 在包含这样的遮蔽部件单元的放射线摄影装置中，透过遮蔽部件单元的角部的射束产生半阴影。该半阴影是透过遮蔽部件单元的X射线成分。存在减小这样的半阴影的需要，因为半阴影会泄漏到放射线摄影装置的外部或者半阴影可能在得到的断层摄影图像中导致伪像。 [0015] 本发明提供减小可能泄漏到放射线摄影装置的外部的半阴影的放射线摄影装置。本发明还提供减小归因于前方遮蔽部件的形状的半阴影的X射线产生单元。 [0016] 问题的解决方案 [0017] 根据本发明的一方面，提供一种X射线产生单元，该X射线产生单元包含：多个靶，所述多个靶以行排列；前方遮蔽部件，所述前方遮蔽部件包含分别将靶中的相邻靶分开的多个隔开物；以及电子源，所述电子源分别向所述多个靶的电子入射表面发射电子束。所述隔开物分别具有分别相对于与所述电子入射表面中的相应一个正交的法线倾斜的倾斜表面，并且所述倾斜表面相对于各个法线的倾角随着倾斜表面的沿靶被排列的阵列方向的位置而改变。 [0018] 根据本发明的另一方面，提供一种放射线摄影装置，该放射线摄影装置包含：以上的X射线产生单元；X射线检测单元，所述X射线检测单元包含检测部分，所述检测部分面对靶阵列并且包含多个检测设备。 附图说明[0020] 图1A是根据本发明的一般实施例的X射线产生单元的三面图。 [0021] 图1B是示出隔开物中的一个的放大图。 [0022] 图2是示出包含于根据本发明的一般实施例的X射线产生单元中的靶阵列并且还示出X射线束如何彼此重合的放大图。 [0023] 图3是示出包含不具有倾斜表面的隔开物的已知靶阵列的放大图。 [0024] 图4A是示出根据本发明的一般实施例的X射线产生单元中的一对倾斜表面的倾角与中心轴的角度之间的关系的示图。 [0025] 图4B是示出根据本发明的第一示例性实施例的相对于沿阵列方向的位置的、一对倾斜表面的倾角和中心轴的角度的变化的示图。 [0026] 图4C是示出根据本发明的第二示例性实施例的相对于阵列方向上的位置的、一对倾斜表面的倾角和中心轴的角度的变化的示图。 [0027] 图5A是包含于根据本发明的一般实施例的X射线产生单元中的前方遮蔽部件的示意图。 [0029] 图5C是示出根据本发明的一般实施例的前方遮蔽部件的开口中的一个的放大图。 [0030] 图5D是示出根据本发明的一般实施例的修改的前方遮蔽部件的开口中的一个的放大图。 [0031] 图6是根据本发明的第三示例性实施例的放射线摄影装置的示意图。 [0032] 图7是根据本发明的第四示例性实施例的放射线摄影装置的示意图。 [0033] 图8是根据本发明的一般实施例的放射线摄影装置的系统图。 [0034] 图9是根据本发明的第五实施例的放射线摄影装置中所包含的X射线产生单元的三面图。 [0035] 图10是根据本发明的第五示例性实施例的放射线摄影装置的示意图。 具体实施方式[0037] 首先将参照图1A-5D描述根据本发明的一般实施例的X射线产生单元。 [0038] 将参照图1A、图1B和图2描述根据本发明的一般实施例的X射线产生单元2。图1A是根据本发明的一般实施例的X射线产生单元2的三面图。图1B是示出包含于前方遮蔽部件10中的隔开物39中的一个的放大图。 [0039] 如图1A所示，根据一般实施例的X射线产生单元2包含靶阵列11和电子源14。靶阵列11包含产生X射线的多个靶8和前方遮蔽部件10。电子源14包含多个电子发射部分32。 [0040] 如图1A和图1B所示，多个靶8分别是具有电子入射表面7和与电子入射表面7相对的发射表面的透射型靶。靶8沿预定阵列方向Da以行排列。 [0041] 如图1A和图1B所示，前方遮蔽部件10具有与多个靶8对应地设置的多个开口9。即，与多个靶8一样，多个开口9沿阵列方向Da排列。如图1B所示，前方遮蔽部件10还包含分别将焦斑13中的相邻焦斑彼此分开的多个隔开物39。隔开物39分别沿从电子入射表面7向靶8的发射表面的方向延伸。每一对隔开物39被视为限定沿阵列方向Da的开口9中的相应一个的开口直径。 [0042] 如图1A所示，电子源14被配置使得电子束12分别被施加到多个靶8的电子入射表面7，由此形成焦斑13。在这样的配置中，现在参照图2，X射线产生单元2从焦斑13发射X射线，使得分别从多个开口9提取通过隔开物39沿阵列方向Da彼此分开的多个主曝射区38。在图2中，在靶8的各个电子入射表面7上形成的焦斑13没有被示出。 [0043] 现在将参照图2描述表征根据本发明的一般实施例的X射线产生单元2的隔开物39和开口9的沿阵列方向Da的形状。 [0044] 图2示出其中排列的靶8的数量n为5的靶阵列11的实施例。如图2所示，多个隔开物39分别具有相对于与各个电子入射表面7正交的线倾斜的倾斜表面43。从靶阵列11发射的多个主曝射区38在面对前方遮蔽部件10的检测面41上并且在具有长度Li的区域中彼此重合。在与图2所示的电子入射表面7正交的线当中，作为代表示出其中主曝射区38彼此重合的区域的通过阵列方向Da上的曝射中心CL的中心法线44。 [0045] 如果如图2所示的情况那样相对于通过靶阵列11的阵列中心Ca的与电子入射表面7正交的线中的一个对称地布置焦斑13和靶阵列11中所包含的元素，那么中心法线44通过阵列中心Ca。如果相对于通过阵列中心Ca的法线不对称地布置焦斑13或靶阵列11中所包含的要素，那么中心法线44可能未必通过阵列中心Ca并且可能通过隔开物39中的一个。这样的配置也在本发明的范围内。 [0046] 如图2所示，在根据一般实施例的靶阵列11中，多个隔开物39的倾斜表面43限定沿阵列方向Da的各个开口9的中心轴Ac1-Ac5。在各个开口9中内接截棱锥，其中靶8的其上限定焦斑13的表面为各个截棱锥的上表面。中心轴Ac1-Ac5分别作为连接焦斑13中的相应的一个的中心与开口9处的开口面中的相应的一个的中心的直线在截棱锥中的相应的一个中被唯一地限定。开口9的开口面分别被唯一地限定为通过沿在离电子入射表面7中的相应的一个的高度h0处延伸的虚拟面虚拟地切割前方遮蔽部件10产生的缺口部分。 [0047] 通过至少包含多个靶8和具有与靶8对应地设置的开口9的前方遮蔽部件10的根据一般实施例的X射线产生单元2，随着已知的X射线产生单元的旋转移动可能出现的振动问题被避免。由此，根据一般实施例的X射线产生单元2不具有由在已知的X射线产生单元中随着X射线产生单元的旋转移动可能出现的振动导致的图像模糊的问题。 [0048] 在一般实施例中，隔开物39分别具有倾斜表面43，并且倾斜表面43中的每一个相对于中心法线44的倾角随着其沿阵列方向Da的位置而改变。因此，归因于前方遮蔽部件10的隔开物39的半阴影区45减小。因此，在根据一般实施例的X射线产生单元2中，X射线产生单元2周围的X射线的不希望的泄漏减少。 [0049] 现在将参照图3描述要在本发明中解决的归于衰减的半阴影的问题。 [0050] 图3是示出包含不具有倾斜表面的隔开物39的已知的示例性靶阵列的放大图。已知的示例与日本专利公开No.2010-115270的图2(a)中所示的实施例对应。在已知的示例中，遮蔽部件在与多个开口9的位置不同且使得从各个开口9提取的多个主曝射区38彼此重合的各个位置处被设置在隔开物39上。因此，在已知的示例中，隔开物39中的每一个具有台阶(step)，使得开口9中的每一个沿阵列方向Da具有台阶部分。主曝射区38中的每一个的沿阵列方向Da的形状由分别具有台阶部分的开口9中的相应的一个限定。 [0051] 如图3所示，在主曝射区38的沿阵列方向Da的外侧形成半阴影区45。半阴影区45包含归因于通过隔开物39中相应的一个形成焦斑图像的X射线束的部分缺损的归于缺损的半阴影区33和归因于由透过隔开物39的薄的部分的X射线束的一部分导致的X射线束的衰减的归于衰减的半阴影区46。归于衰减的半阴影区46在归于缺损的半阴影区33的沿阵列方向Da的外侧形成。 [0052] 归于衰减的半阴影区46和归于缺损的半阴影区33分别具有比主曝射区38低的X射线强度，并且其X射线强度沿阵列方向Da变化。因此，归于衰减的半阴影区46和归于缺损的半阴影区33使获取的图像的质量劣化。 [0053] 尽管图3为了便于理解仅示出在从开口9中的第四个开口提取的主曝射区38的右侧形成的半阴影区45，但是半阴影区45也在主曝射区38的左侧以及在从其它开口9提取的其它主曝射区38中的每一个的沿阵列方向Da的两个外侧中的每一个上形成。 [0054] 在包含多个隔开物39且形成其中主曝射区38彼此重合的区域的X射线产生单元中，难以减小包含于半阴影区45中的归于缺损的半阴影区33。 [0055] 因此，本发明人已发现，通过设置其倾角随着隔开物39的位置而改变的倾斜表面43，包含于半阴影区45中的归于衰减的半阴影区46减小。现在将描述通过改变对隔开物39设置的倾斜表面43的倾角减小归于衰减的半阴影区46所需要的条件和功能机构。 [0056] 第一条件如下。前方遮蔽部件10具有分别由隔开物39中的相邻隔开物限定的多个开口9，并且从各个开口9提取的多个主曝射区38(X射线束)朝向彼此定向并且使得彼此重合，其中其各个中心轴处于不同的角度。在第一条件下，在X射线束以不同的角度被施加到被检体的断层摄影中，可在被检者上限定宽的成像场。换句话说，对于给定的成像场，排列于靶阵列11中的靶8的数量n可增加，同时焦斑间距(pitch)p减小。因此，产生提高断层摄影图像的深度方向上的分辨率的效果。 [0057] 第二条件如下。多个隔开物39分别具有沿多个主曝射区38(X射线束)延伸的倾斜表面43。多个主曝射区38具有其角度随着设置在前方遮蔽部件10中的各个开口9的位置而改变的各个中心轴。因此，倾斜表面43处于随着隔开物39的沿阵列方向Da的位置而改变的各个倾角处。在第二条件下，关于从包含于靶阵列11中的多个靶8放射状发射的X射线束，透过隔开物39的薄的角部的成分减少，由此归于衰减的半阴影区46减小。 [0058] 在本发明的一般实施例中，如图4A所示，倾斜表面43中的每一个的倾角θ(i)可通过将每个倾斜表面43沿逆时针方向关于中心法线44的角度定义为正来唯一地确定。中心法线44通过曝射中心CL并且与电子入射表面7中的相应的一个垂直。同样地，中心轴Ac(i)也可通过将其沿逆时针方向关于中心法线44的角度定义为正来唯一地确定。注意，后缀“i”表示开口9中的每一个的沿阵列方向Da的顺序位置。 [0059] 图4B和图4C是示出分别根据本发明的第一和第二示例性实施例的相对于阵列方向Da上的位置的倾斜表面43的角度θ(i)和中心轴Ac(i)的角度的变化的示图。在关于图4A所示的靶阵列11的几何参数当中，仅源到图像距离DSI在第一示例性实施例与第二示例性实施例之间不同。 [0060] 在图4B所示的第一示例性实施例中，源到图像距离DSI为200mm，该距离等于主曝射区38在检测面41上彼此重合的长度Li。 [0061] 在第一示例性实施例中，随着开口9的沿阵列方向Da的顺序位置i的增大，图4A所示的处于每个开口9的右侧的倾斜表面43中的一个的倾角θR(i)从40.3度减小到8.5度。在第一示例性实施例中，前方遮蔽部件10具有相对于通过曝射中心CL的中心法线44的对称形状。因此，随着开口9的沿阵列方向Da的顺序位置i的增大，处于开口9的左侧的倾斜表面43中的一个的倾角θL(i)从-8.5度减小到-40.3度。随着开口9的沿阵列方向Da的顺序位置i的增大，中心轴Ac(i)的倾角基本上线性地从15.9度减小到-15.9度。 [0062] 在其中多个焦斑13的间距恒定的第一示例性实施例中，随着开口9的沿阵列方向Da的顺序位置i的增大，右侧的倾斜表面43的倾角θR(i)的变化率的绝对值逐渐增大，而左侧的倾斜表面43的倾角θL(i)的变化率的绝对值逐渐减小。 [0063] 另一方面，随着开口9的沿阵列方向Da的顺序位置i的增大，中心轴Ac(i)的倾角的变化率在阵列中心Ca周围变得最大。换句话说，在根据第一示例性实施例的靶阵列11中，中心轴Ac1-Ac5相对于中心法线44的倾角的绝对值随着从中心法线44到开口9的距离而增大。 [0064] 随着阵列方向Da上的位置的倾斜表面43的倾角的变化相对于通过曝射中心CL的中心法线44对称。因此，中心法线44与倾斜表面43之间的位置关系可被解释如下。 [0065] 随着从倾斜表面43到中心法线44的距离减小，如图4B中的实线箭头所示，隔开物39的那些倾斜表面43中的面对中心法线44的每一个的倾角的绝对值增大。另一方面，随着从倾斜表面43到中心法线44的距离减小，如图4B中的虚线箭头所示，隔开物39的那些倾斜表面43中的背对中心法线44的每一个的倾角的绝对值减小。 [0066] 随着从倾斜表面43到中心法线44的距离减小，如图4B中的实线箭头所示，隔开物39的那些倾斜表面43中的面对中心法线44的每一个的倾角的、相对于阵列方向Da上的位置的变化率的绝对值减小。另一方面，随着从倾斜表面43到中心法线44的距离减小，如图4B中的虚线箭头所示，隔开物39的那些倾斜表面43中的背对中心法线44的每一个的倾角的、相对于阵列方向Da上的位置的变化率的绝对值增大。 [0067] 现在将参照图4C描述第二示例性实施例，图4C示出相对于阵列方向Da上的位置的倾斜表面43的角度θ(i)和中心轴Ac(i)的角度的变化。除了源到图像距离DSI(该距离为700mm并且比长度Li大)以外，针对根据第二示例性实施例的靶阵列11阐明的几何参数与第一示例性实施例的那些相同。 [0068] 第二示例性实施例在以上倾角中的每一个中的变化率和变化范围上与第一示例性实施例不同。具体而言，相对于阵列方向Da上的顺序位置i的变化更线性，并且变化范围减小到第一示例性实施例的变化范围的约0.28倍。中心轴Ac(i)的倾角的变化范围的减小基本上等于第一示例性实施例与第二示例性实施例之间的源到图像距离DSI的比，即200:700。第一和第二示例性实施例中的倾斜表面43的倾角θR(i)和θL(i)以及中心轴Ac(i)的倾角的变化的趋势定性相同。 [0069] 在第一和第二示例性实施例中利用的计算模型共用的参数如下：主曝射区38在检测面41上彼此重合的长度Li为200mm，排列的靶8的数量为15，焦斑间距p为10mm，并且焦斑直径Φ为0.5mm。 [0070] 倾斜表面43可以不必分别在隔开物39中的相应一个的高度方向上的全部上延伸，并且如图4A所示，可以分别仅在隔开物39的前端部分中延伸。如果倾斜表面43以仅在隔开物39的高度方向上的前端部分延伸的这样的方式被设置，那么焦斑间距p可减小，由此增加断层摄影图像的深度方向上的分辨率。隔开物39的高度方向上的前端部分也被视为隔开物39的处于开口9侧并且远离电子入射表面7的部分。 [0071] 如图4A所示，处于中心轴Ac(i)的两侧的每一对倾斜表面43相对于与电子入射表面7中的相应一个正交的线倾斜，使得从所述一对倾斜表面43向靶8中的相应一个延伸的虚拟面PR和PL形成位于电子入射表面7与电子发射源14(图4A中未示出)之间的相交虚拟线LC。这样的配置减小归因于处于倾斜表面43的更靠近靶8的端部的隔开物39的部分的归于衰减的半阴影区46。在图4A中，没有示出图1A所示的面对电子入射表面7的电子发射源14。 [0072] 图5A是示出包含于根据本发明的一般实施例的X射线产生单元2中的前方遮蔽部件10的一部分的放大透视图。如图5A所示，开口9分别由一对相对的倾斜表面43和一对相对的连接部分129的侧表面限定。根据一般实施例的开口9具有由相对于中心法线44倾斜的两个倾斜表面43、由顶点V1-V4限定的下面(upper plane)、和由顶点V5-V8限定的上面(upper plane)所限定的截棱锥形状。 [0073] 图5B示出图5A所示的一般实施例的修改。在该修改中，由限定开口9的连接部分129的侧表面上的顶点V1、V5、V8和V4以及顶点V2、V6、V7和V3限定的两个面分别以与中心法线44相交的这样的方式倾斜。根据该修改的开口9具有拥有四个斜面(不包含由顶点V1-V4限定的下面和由顶点V5-V8限定的上面)的截棱锥形状。在该修改中，由归于衰减的半阴影区46限定的检测面41上的区域的大小可沿与阵列方向Da相交的方向减小。作为另一修改(未示出)，由顶点V1-V4和顶点V5-V8限定的两个面可以不必彼此平行。即，开口9具有由包含至少一对倾斜表面43的两个或更多个斜面限定的棱锥形状。 [0074] 前方遮蔽部件10至少具有对被检者或放射科医师遮蔽由靶8产生的X射线的一部分的功能。如一般实施例中那样，前方遮蔽部件10还可具有保持多个靶8的功能和作为限定多个靶8的阳极电势的电极的功能。 [0075] 靶8分别是具有电子入射表面7和与电子入射表面7相对且从其发射X射线的发射表面的透射型靶。如图1A和图1B所示，透射型靶8使电子束12沿其入射在靶8上的入射路径与主曝射区38沿其从靶8提取的提取路径分开。在一般实施例中，前方遮蔽部件10包围靶8并且以避开以上路径的这样的方式与靶8连接。 [0076] 在减少沿阵列方向Da可能出现的串扰方面，包含透射型靶8和前方遮蔽部件10的根据一般实施例的靶阵列11优于包含反射型靶的靶阵列。这样的串扰包含反向散射电子、反向散射X射线和向前发射的X射线中的至少一个。 [0077] 在透射型靶8的情况下，遮蔽部件可位于靶8附近。在这方面，在减小遮蔽部件的重量和体积以及减小X射线产生单元的大小方面透射型靶8也优于反射型靶。 [0078] 尽管根据一般实施例的电子源14被设置为其中多个电子发射部分32与各个靶8对应地排列的阴极阵列，但是电子源14的各种修改也在本发明的范围内。例如，电子源14可以包含具有偏转电极的至少一个电子发射部分32。在这样的修改中，从单个电子发射部分32发射的电子束12可沿靶阵列11的阵列方向Da扫描移动。在该修改中，使得电子发射部分32的数量比排列的靶8的数量n少。因此，电子发射部分32与靶8之间的不对准或者电子发射部分32的电流-电压(IV)特性的变化被抑制。 [0079] 在一般实施例中，靶阵列11在外封壳(envelope)37的开孔(opening)处与外封壳37连接，使得电子入射表面7面向内部空间40。在一般实施例中，靶阵列11还用作构成外封壳37的结构部件中的一个，并且靶8还被视为发射X射线的窗口。 [0080] 电子发射部分32和电子入射表面7与外封壳37的内部空间40接触，该内部空间40被抽真空。在这样的配置中，由气体分子导致的电子束12从电子发射部分32的散射被抑制，并且确实允许电子束12入射于电子入射表面7上。因此，电子发射源14的全部或靶阵列11的全部可以不必容纳于外封壳37中。即，电子发射源14的一部分或靶阵列11的一部分(不包含电子发射部分32和电子入射表面7)可以暴露于外封壳37的外部。为了电子的稳定发射，内部空间40的真空度可被设定在等于或高于10-8Pa且等于或低于10-4Pa内。 [0081] 外封壳37可由具有耐受大气压力的牢固性且同时具有保持真空的气密性的材料制成。具体而言，外封壳37可由黄铜、不锈钢、铝、铜等制成。如图1A所示，根据一般实施例的外封壳37具有使电子源14与驱动电路22彼此电连接的电流引入端子30。电流引入端子30可以如图1A所示的那样使靶阵列11与驱动电路22彼此电连接，或者可以使靶阵列11与接地端子(未示出)彼此电连接。 [0082] 现在将参照图6描述应用根据一般实施例的X射线产生单元2的、根据本发明的第三示例性实施例的放射线摄影装置1。在第三示例性实施例中，放射线摄影装置1至少包含X射线产生单元2、X射线检测单元3和被检体定位部分4。X射线检测单元3面向靶阵列11。被检体定位部分4被设置在X射线产生单元2与X射线检测单元3之间且X射线检测单元3上。 [0083] 被检体定位部分4是其中可定位被检体25的空间。被检体25可以是人体的一部分(诸如被检者的乳房、四肢或头部)、生物、用于活检的有机体等。如果被检体25是乳房，那么被检体定位部分4和放射线摄影装置1分别用作乳房插入部分5和乳腺断层摄影装置。 [0084] X射线检测单元3至少包含检测部分15和遮蔽部分16。多个检测设备(未示出)被设置在检测部分15中。多个检测设备二维地排列于检测部分15中，由此获取二维图像。 [0085] 遮蔽部分16被设置在沿阵列方向Da的检测部分15的各个外侧上，并且分别至少包含对被检者或放射科医师遮蔽X射线的部件。 [0086] 现在将描述遮蔽部分16的技术意义。 [0087] 包含前方遮蔽部件10的X射线产生单元2在其X射线检测单元3与前方遮蔽部件10彼此面对的一侧产生分别具有不缺损的焦斑的主曝射区38和分别具有部分缺损的焦斑的归于缺损的半阴影区33。通过具有其倾角改变的倾斜表面43的前方遮蔽部件10，归于缺损的半阴影区33不减小。因此，主曝射区38分别被在其沿阵列方向Da的两个相应的外侧产生的两个归于缺损的半阴影区33伴随。即，如图6所示，根据第三示例性实施例的放射线摄影装置1向X射线检测单元3施加主X射线束和归于缺损的半阴影束，并因此在X射线检测单元3上形成归于缺损的半阴影区域和具有长度Li的主曝射区域，该归于缺损的半阴影区域是在主曝射区域的两个相应的外侧形成的。 [0088] 如上所述，归于缺损的半阴影区33是X射线的不必要成分，并且分别向获取放射线摄影图像所需要的主曝射区域的外侧扩展。因此，归于缺损的半阴影区33趋于泄漏到放射线摄影装置的外部。 [0089] 为了抑制归于缺损的半阴影区33向放射线摄影装置的外部的泄漏，放射线摄影装置的全部可以利用遮蔽部件覆盖。然而，在这样的配置中，放射线摄影装置的重量可能增加并且放射线摄影装置的重心可能上升。因此，在放射线摄影装置的全部利用遮蔽部件覆盖的情况下，放射线摄影装置因重量分布不平衡而变得不稳定，从而增加成像期间图像模糊的可能性。 [0090] 可替代地，遮蔽部件可以向X射线检测单元的外周延伸超过X射线产生单元的外周。在这样的配置中，由于因归因于重量的增加和重心的上升的放射线摄影装置的重量分布不平衡而稳定性降低，也趋于出现成像期间的图像模糊。 [0091] 以上两个替代性配置分别在以下方面具有问题：遮蔽部件变高并且给予被检者其上部身体附近的压迫感，并且降低要由放射科医师执行的操作的便利性。 [0092] 本发明人已基于包含于X射线产生单元2中的前方遮蔽部件10的几何尺寸以及前方遮蔽部件10与包含于X射线检测单元3中的检测部分15之间的距离对每个归于缺损的半阴影区33的范围进行量化。并且，基于归于缺损的半阴影区33的量化范围，本发明人已发现其中以降低的遮蔽部件的比例有效地减少可经过X射线检测单元3的任何归于缺损的半阴影区33的出现的特定配置。 [0093] 在根据本发明的特定配置中，可在放射线摄影装置1的重量分布方面不降低稳定性的情况下减小归于缺损的半阴影区33，由此放射线摄影装置1可提供优越的成像性能和可用性。 [0094] 归于缺损的半阴影区33分别具有依赖于作为焦斑13的阵列方向Da上的大小的焦斑直径Φ、隔开物39的高度h0以及作为从靶8到检测部分15的距离的源到图像距离DSI的、阵列方向Da上的特定空间大小。如果隔开物39的高度h0被设定为与源到图像距离DSI相同的值，那么归于缺损的半阴影区33理论上可被消除。然而，在这样的情况下，多个主曝射区38在检测面41上彼此不重合。为了允许多个主曝射区38在检测面41上彼此重合，隔开物39的高度h0被限制为预定的最大高度hmax或更小。 [0095] 如图4A所示，高度h0被定义为沿相对于电子入射表面7的中心法线44的方向的、隔开物39从电子入射表面7的长度。检测面41包含检测部分15并且被定义为在检测部分15周围扩展的虚拟面。 [0096] 如果检测部分15如图6所示的那样为平面，那么检测面41被定义为包含检测部分15的虚拟平面。如果检测部分15如图6所示的那样与电子入射表面7平行，那么检测面41被唯一地确定为其法线与从靶阵列11的阵列方向Da上的阵列中心Ca向检测部分15垂直延伸的垂直线19对应的虚拟面。 [0097] 如图6所示，遮蔽部分16沿阵列方向Da被设置在检测部分15的各个外侧和主曝射区38在X射线检测单元3上以长度Li彼此重合的区域的各个外侧。遮蔽部分16可由具有高X射线吸收率的材料制成。只要遮蔽部分16分别具有可使X射线衰减所需要的量的厚度，遮蔽部分16就可以替代性地由诸如不锈钢或铝的金属制成。遮蔽部分16可分别被设置为至少包含以下金属元素中的任一种的部件：铅、金、铂、银、钨、钼、钽、铜、镍、铁、钛、碳化硅和铝。 [0098] 在图6所示的第三示例性实施例中，遮蔽部分16分别包含沿阵列方向Da在检测部分15的外侧延伸的外遮蔽部分35。根据第三示例性实施例的遮蔽部分16分别具有预定宽度w0。遮蔽部分16中的每一个相对于检测面41的高度D0为零。 [0099] 在第三示例性实施例中，外遮蔽部分35被设置在具有宽度w0的区域中，该区域沿阵列方向Da向外侧延伸比检测面41上的归于缺损的半阴影区33的长度wmin大的长度。长度wmin是在不设置遮蔽部分16的情况下归于缺损的半阴影区33的长度。因此，在第三示例性实施例中，在X射线检测单元3延伸的区域内至少产生归于缺损的半阴影区33。由此，归于缺损的半阴影区33向放射线摄影装置1的外部的泄漏减少。 [0100] 如上所述，在包含多个靶8和将靶8彼此分开的隔开物39的放射线摄影装置1中，遮蔽部分16在以降低的遮蔽部件的比例有效地减少至少归于缺损的半阴影区33向外部的泄漏上具有技术意义。 [0101] 现在，将描述产生减少至少归于缺损的半阴影区33向外部的泄漏的效果所需要的遮蔽部分16的高度D0和宽度w0的条件。如以下描述的那样，遮蔽部分16的高度D0和宽度w0以及隔开物39的高度h0彼此互补地限定。 [0102] 第三示例性实施例表明，本发明不仅包含高度D0为0的情况，而且包含高度D大于0的情况。遮蔽部分16分别具有比零大的预定高度D0，遮蔽部分16的高度D0和宽度w0以及隔开物39的高度h0互补地满足以下给出的表达式(1)-(3)。现在将描述细节。 [0103] 在第三示例性实施例中，隔开物39的高度h0满足表达式(1)： [0104] [数学式1] [0105] [0106] 其中，p表示焦斑间距，并且Li表示主曝射区38在检测面41上彼此重合的长度。通过使焦斑间距p相对于长度Li充分大，可使主曝射区38在检测面41上彼此重合，即使隔开物39的高度h0与源到图像距离DSI一样大。然而，增加焦斑间距p意味着限制断层摄影中的深度方向上的分辨率。因此，焦斑间距p相对于长度Li优选为小的值，更优选地，小于长度Li的1/ 10。因此，高度h0被限制为充分小于源到图像距离DSI的值。 [0107] 令作为由单个主曝射区38限定的主曝射区域的长度的主曝射长度为Lm，则由多个主曝射区38限定的主曝射区域彼此重合的长度Li满足Li≤Lm的关系。在本说明书中，由各个主曝射区38限定的主曝射区域彼此重合的长度和主曝射区38在检测面41上彼此重合的长度相同。 [0108] 令靶8的阵列的长度为L0且向各个外侧扩展超过由长度L0限定的区域的主曝射区域的部分中的每一个的长度为ΔL，则主曝射长度Lm被表达为Lm＝L0+2×ΔL。注意，阵列长度L0被唯一地定义为通过分别处于靶阵列11的最末端的两个靶8形成的两个焦斑13的中心之间的距离。 [0109] 令焦斑13的直径、包含于靶阵列11中的靶8的数量以及设置在前方遮蔽部件10中的开口9的直径分别为Φ、n和Ψ，则L0＝(n-1)×p和ΔL＝1/2×{Φ+(DSI/h0)×(Ψ-Φ)}成立。因此，阵列方向Da上的主曝射长度Lm由(n-1)×p+{Φ+(DSI/h0)×(Ψ-Φ)}表达。 [0110] 这里，焦斑直径Φ是焦斑13中的每一个的阵列方向Da上的直径，数量n是包含于靶阵列11中的靶8的数量，并且开口直径Ψ是设置在前方遮蔽部件10中的开口9中的每一个的阵列方向Da上的长度。 [0111] 表达式(1)意味着包含于前方遮蔽部件10中的隔开物39的高度h0小于或等于在表达式(1)中的不等号右侧给出的最大高度hmax。如果包含于前方遮蔽部件10中的隔开物39的高度h0满足表达式(1)，那么X射线产生单元2可使主曝射区域在X射线检测单元3的检测面41上以长度Li彼此重合。 [0112] 为了允许从不同角度向被检体25施加与主曝射区38对应的X射线束，隔开物39分别至少包含对被检者或放射科医师遮蔽X射线的部件。具体而言，隔开物39分别至少包含以下金属元素中的任一种：铅、金、铂、银、钨、钼、钽、铜、镍和铁。 [0113] 现在，将具体描述遮蔽部分16的宽度w0和高度D0的条件。遮蔽部分16的宽度w0和高度D0分别满足表达式(2)和(3)： [0114] [数学式2] [0115] [0116] [数学式3] [0117] [0118] 表达式(3)代表仅通过限定遮蔽部分16的高度D0不能产生减少归于缺损的半阴影区33的泄漏的效果的条件。在由表达式(3)代表的条件下，如果宽度w0大于或等于在表达式(2)中的不等号右侧给出的最小宽度(归于缺损的半阴影区33的长度)wmin，那么，如图6所示，可通过包含各个外遮蔽部分35的遮蔽部分16减少归于缺损的半阴影区33的泄漏。 [0119] 归于缺损的半阴影区33的长度wmin是在遮蔽部分16的高度D0为零的情况下向检测面41施加半阴影区33的区域的长度。归于缺损的半阴影区33的长度wmin与从主曝射区域的边缘沿阵列方向Da向外侧延伸被表达为{(DSI-h0)/h0}×Φ的长度的区域的长度对应。 [0120] 现在将参照图7描述根据本发明的第四示例性实施例的放射线摄影装置1，图7聚焦于要在隔开物39的高度h0与遮蔽部分16的宽度w0和高度D0之间满足的关系。第四示例性实施例与第三示例性实施例的不同在于，遮蔽部分16包含外遮蔽部分35和直立(upright)遮蔽部分36。外遮蔽部分35沿阵列方向Da分别在检测部分15的外侧延伸。直立遮蔽部分36从检测面41向靶阵列11延伸。在第四示例性实施例中，遮蔽部分16具有预定高度D0和预定宽度w0。 [0121] 在第四示例性实施例中，同样，隔开物39的高度h0需要满足在形成具有包含预定长度Li的长度Lm的主曝射区域时主曝射区38在检测面41上彼此重合的条件。因此，隔开物39的高度h0需要满足在第三示例性实施例中给出的表达式(1)。 [0122] 在图7所示的第四示例性实施例中，遮蔽部分16具有比由表达式(2)的右侧限定的最小宽度wmin小的宽度。根据第四示例性实施例的包含于X射线检测单元3中的遮蔽部分16的宽度w0和高度D0分别满足表达式(4)和(5)。 [0123] [数学式4] [0124] [0125] [数学式5] [0126] [0127] 表达式(4)代表仅通过限定遮蔽部分16的宽度w0不能产生减少归于缺损的半阴影区33的泄漏的效果的条件。在由表达式(4)代表的条件下，如果遮蔽部分16的高度D0大于或等于表达式(5)的右侧给出的最小值，那么，如图7所示，不能通过包含外遮蔽部分35和直立遮蔽部分36的遮蔽部分16减少归于缺损的半阴影区33的泄漏。因此，在第四示例性实施例中，同样如第三示例性实施例中那样，遮蔽部分16的宽度w0和高度D0以及隔开物39的高度h0彼此互补地限定。 [0128] 如上所述，在第三或第四示例性实施例中，遮蔽部分16分别至少包含在归于缺损的半阴影区33中延伸的部分和在检测面41上与归于缺损的半阴影区重叠的部分；或者，遮蔽部分16分别包含沿阵列方向Da在归于缺损的半阴影区33的外侧延伸的部分和沿检测面41且在归于缺损的半阴影区域的外侧延伸的部分。沿阵列方向Da在外侧延伸意味着在离从靶阵列11的阵列中心Ca向检测部分15延伸的垂直线19比归于缺损的半阴影区域远的区域上延伸。 [0129] 本发明还包括X射线检测单元3在阵列方向Da上的两个外侧中的一个上包含根据第三示例性实施例的遮蔽部分16且在阵列方向Da上的另一外侧上包含根据第四示例性实施例的遮蔽部分16的实施例。 [0130] 多个主曝射区38在检测面41上彼此重合的长度Li可通过向各个靶8依次施加电子束12并且对于电子束12中的每一个测量阵列方向Da上的主曝射长度Lm来识别。主曝射区域和归于缺损的半阴影区域可通过在靶8与X射线检测单元3之间设置针孔掩模(mask)并且测量焦点图像来识别。 [0131] 如在关于放射线摄影装置1的第三和第四示例性实施例中的每一个中所描述的，可以各种其它的方式设置遮蔽部分16，只要该遮蔽部分16设置在至少包含于半阴影区45中的归于缺损的半阴影区33的泄漏被减少的区域中。 [0132] 如图6或图7所示，本发明包括在检测部分15的阵列方向Da上的两个相应的外侧设置一对遮蔽部分16的实施例。 [0133] 隔开物39的高度h0满足以下给出的表达式(6)。因此，每个半阴影区33沿阵列方向Da的宽度减小，从而导致放射线摄影装置1的大小减小。 [0134] [数学式6] [0135] [0136] 从放射线摄影装置1的大小减小的观点，隔开物39的高度h0更优选处于从等于或大于2mm且等于或小于20mm的范围内。 [0137] 遮蔽部分16仅需要以位于各个归于缺损的半阴影区33中的这样的方式包含于X射线检测单元3中。如图6或图7所示，遮蔽部分16中的每一个的阵列方向Da上的外端(outer end)可延伸宽度w0，即，直到归于缺损的半阴影区33中的相应一个的外侧的位置。在图6或图7所示的第三或第四实施例中，遮蔽部分16中的每一个的阵列方向Da上的内端(inner end)位于由与主曝射长度Lm对应的长度Li限定的区域的外侧。可替代地，遮蔽部分16的阵列方向Da上的内端可与由长度Li限定的区域的端部重叠，或者可位于由长度Li限定的区域的内侧。 [0138] 如果遮蔽部分16的内端位于由长度Li限定的区域的内侧，那么希望遮蔽部分16的内端位于不与被检体25的关注部位重叠的区域中。与通过检测部分15和遮蔽部分16对被检者或放射科医师遮蔽归于缺损的半阴影区33的配置(未示出)相比，根据以上示例性实施例中的任一个的仅通过遮蔽部分16对被检者或放射科医师遮蔽归于缺损的半阴影区33的配置允许在由主曝射区38彼此重合的长度Li限定的区域中以较高的密度设置高成本X射线检测设备。因此，根据以上示例性实施例中的任一个，放射线摄影装置1可具有较高的成像分辨率并且以较低的成本设置。 [0139] 现在将参照图8描述根据本发明的一般实施例的放射线摄影装置1的示例性系统配置。 [0140] X射线产生单元2和X射线检测单元3由系统控制单元65彼此结合地控制。由系统控制单元65控制的驱动电路22向X射线产生单元2输出控制信号42。根据控制信号42，从X射线产生单元2发射的X射线束的发射状态被控制。从X射线产生单元2发射的X射线束透过被检体25并被X射线检测单元3检测。X射线检测单元3将检测到的X射线束转换成放射线摄影图像23并将该放射线摄影图像23输出到数据处理单元24。由系统控制单元65控制的数据处理单元24对放射线摄影图像23执行预定的信号处理操作，并将由此处理的放射线摄影图像23输出到系统控制单元65。在接收到已经受信号处理的放射线摄影图像23时，系统控制单元65向显示单元26输出用于在显示单元26上显示图像的显示信号。显示单元26在屏幕上显示基于显示信号的图像作为被检体25的图像。 [0141] 现在，现在将参照图8描述通过使用根据一般实施例的放射线摄影装置1执行的断层合成成像。在断层合成成像中，从多个靶8向被检体25依次施加X射线束。透过被检体25的X射线束由X射线检测单元3检测，由此拍摄多个图像。由此拍摄的多个图像通过数据处理单元24重构，由此形成断层摄影图像。 [0142] 在图6或图7所示的第三或第四示例性实施例中，被检体定位部分4可用作沿与阵列方向Da和垂直线19两者相交的方向插入被检者的乳房的乳房插入部分5。在这样的配置中，根据本发明的一般实施例的放射线摄影装置1被用于乳腺断层摄影，在乳腺断层摄影中，围绕乳腺延伸的方向以不同的角度获取多个图像。 [0143] 在根据本发明的一般实施例的放射线摄影装置1被应用于乳腺断层摄影的情况下，一般实施例包括在被检体定位部分4与前方遮蔽部件10之间设置挤压板(pressing plate)(未示出)的修改。挤压板通过减小到检测部分15的距离来挤压乳房，由此便于趋于沿乳房的厚度方向与乳腺重叠的诸如钙化部分的任何异常部分的检测。 [0144] 因此，根据本发明的一般实施例，提供具有令人满意的主曝射长度Li、令人满意的深度方向上的分辨率、并且减少归于缺损的半阴影区33向阵列方向Da上的外侧的泄漏的放射线摄影装置。通过根据本发明的一般实施例的这样的放射线摄影装置，放射科医师和被检者对泄漏X射线的不必要的曝射量减少，并且可实现以深度方向上的高分辨率的断层摄影。 [0145] 现在，将参照图9和图10描述根据本发明的第五实施例的放射线摄影装置。 [0146] 第五示例性实施例涉及根据本发明的一般实施例的放射线摄影装置1被应用于乳腺断层摄影的情况，并且意图减少被检者的身体的不必要的X射线曝射。第五示例性实施例的特征在于包含于X射线产生单元2中的前方遮蔽部件10的形状。 [0147] 图9是根据第五示例性实施例的X射线产生单元2的三面图。在第五示例性实施例中，前方遮蔽部件10沿阵列方向Da延伸并且包含在其间保持隔开物39的一对遮蔽壁29。遮蔽壁29中的至少一个具有比隔开物39的高度h0大的高度h2(h2>h0)。与高度h0一样，高度h2被定义为沿与电子入射表面7正交的线的方向从靶8的电子入射表面7向着X射线检测单元3的长度。遮蔽壁29与具有衰减X射线的性能的连接部分129的修改对应。 [0148] 如图10所示，在根据第五示例性实施例的放射线摄影装置1中，遮蔽壁29中的具有高度h2的一个被设置在沿与阵列方向Da相交的方向比开口9更靠近被检者的身体的一侧。在根据第五示例性实施例的配置中，被检者的身体的不必要的X射线曝射减少。不必要的X射线包含归因于焦斑的大小、前方遮蔽部件10的高度以及源到图像距离的归于缺损的半阴影区33。在第五示例性实施例中，在与阵列方向Da相交的方向上的各个外侧出现被视为问题的归于缺损的半阴影区33。特别地，向被检者的身体泄漏的成分是问题。 [0149] 令检测面41上的与阵列方向Da垂直的方向上的每个归于缺损的半阴影区33的长度为δq，如果高度h2满足以下的表达式(7)，那么在与阵列方向Da相交的方向上的外侧出现的归于缺损的半阴影区33的泄漏被有效地减少。 [0150] [数学式7] [0151] [0152] 尽管图10示出一对遮蔽壁29被设置的情况，但是本发明也包括仅遮蔽壁29中的具有高度h2(>h0)的一个被设置的实施例。在这样的实施例中，遮蔽壁29被设置在比开口9更靠近被检者的身体的一侧。 [0153] 通过根据第五示例性实施例的放射线摄影装置1，以向阵列方向Da上的外侧泄漏的较小的归于缺损的半阴影区33以及以沿与阵列方向Da相交的方向且向着被检者的身体泄漏的较小的归于缺损的半阴影区33，实现乳腺断层摄影。 [0154] 第五示例性实施例利用设置在乳房插入部分5与前方遮蔽部件10之间的挤压板28。在根据第五示例性实施例的放射线摄影装置1中，通过使挤压板28靠近检测部分15来挤压乳房。这样的配置提高检测趋于在沿垂直线19的方向与诸如乳腺的正常部分重叠时被忽视的诸如钙化部分的任何异常部分的性能。 [0155] 根据本发明的以上实施例中的任一个，可减小归因于前方遮蔽部件的形状的归于衰减的半阴影区。因此，可实现在成像性能和可用性上优越的放射线摄影。 [0157] 本申请要求2013年11月29日提交的日本专利申请No.2013-247132的权益，在此通过整体引用而并入本文。 |
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