DE19955848A1

DE19955848A1 - Production of X-ray images, e.g. mammograms, uses an X-ray source whose rays pass through collimating crystals and a collimator

Info

Publication number: DE19955848A1
Application number: DE19955848A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Arkadiev; Norbert Langhoff; Reiner Wedell
Original assignee: IFG INST fur GERAETEBAU GmbH
Current assignee: IFG-INSTITUTE FOR SCIENTIFIC INSTRUMENTS GMBH, 124
Priority date: 1998-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2000-05-18

Abstract

Production of an X-ray image of an object which has small differences in density, comprises using an X-ray source (1) whose rays are monochromated using monochromating crystals, and collimated, and an X-ray detector, especially for X-ray mammography. The crystals have a Rocking width in the divergence region, and the object is irradiated with X-rays matched to its width. The X-ray source , monochromating crystals (2) and collimator (3) are rotated about an axis that passes through the collimator gap.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur röntgenologischen Abbildung von Untersuchungsobjekten mit geringen Dichteunterschieden unter Verwendung einer Strahlungsquelle, deren Strahlung mittels Monochromatorkristallen monochromatisiert und kollimiert wird, und einem Röntgendetektor, insbesondere zur Röntgenmammographie. Sie betrifft weiter röntgenoptische Systeme zur Abbildung von Untersuchungsobjekten mittels monochromatischer Strahlung.The invention relates to a method for X-ray imaging of examination objects with small differences in density using a Radiation source, the radiation of which means Monochromatized and monochromatized is collimated, and an X-ray detector, especially for X-ray mammography. It affects further X-ray optical systems for imaging Objects to be examined using monochromatic Radiation.

Bekannte medizinische Röntgenröhren emittieren ein breites Röntgenbremsspektrum mit den entsprechenden charakteristischen Linien. Im Gesamtspektrum sind Quantenenergien vorhanden, sie sehr weit von der optimalen Energie für die Röntgenaufnahme entfernt sind und nicht nur die Bildqualität verschlechtern, sondern auch den Patienten mit einer unerwünscht hohen Dosis belasten. Ein Modifizierung des emittierten Spektrums, bei der die niederenergetischen und hochenergetischen Spektralanteile unterdrückt werden, ist mit Hilfe eines üblichen Kantenfilters nur teilweise möglich.Known medical x-ray tubes emit one wide X-ray brake spectrum with the corresponding characteristic lines. In the overall range are Quantum energies exist, they are very far from that optimal energy for the x-ray are removed and not only deteriorate the image quality, but also the patient with an undesirably high dose strain. A modification of the emitted spectrum, where the low-energy and high-energy Spectral components are suppressed using a usual edge filter only partially possible.

Zu den Besonderheiten bei der Bildaufnahme von Untersuchungsobjekten mit geringen Dichteunterschieden, also z. B. der Bildaufnahme von Weichteilgewebe bei der Mammographie, gehört außerdem die Notwendigkeit, diese sehr geringen Dichteunterschiede deutlich abzubilden. Deshalb sind die Anforderungen an die Qualität der Bildgebung in der Mammographie sehr hoch. Dieser Faktor führte bereits zur Entwicklung von speziellen Mammographie-Röntgenröhren.Regarding the peculiarities of taking pictures of Objects to be examined with small differences in density, so z. B. the image acquisition of soft tissue at Mammography also includes the need for this very small differences in density. That is why the quality requirements of the Imaging in mammography very high. That factor already led to the development of special Mammography X-ray tubes.

Der Bildkontrast und die absorbierte Dosis hängen von der Energie der Röntgenquanten ab. Ein hoher Bildkontrast wird in einem Bereich geringer Energien erreicht, wo sowohl die Unterschiede in der Röntgenabsorption für das Grundgewebe und die interessierenden Details als auch die Gesamtabsorption relativ hoch sind. Daher wird eine gute Bildqualität meist nur unter den Bedingungen einer hohen Dosisbelastung erreicht. Im höheren Energiebereich ist die Dosisbelastung deutlich geringer, aber auch der Kontrast schlechter. Die entstehende Streustrahlung verschlechtert ebenfalls die Bildqualität. Eine Kompromißlösung - angemessene Bildqualität bei moderater Dosisbelastung - liegt somit in einem mittleren Energiebereich. Dabei ist die Einschränkung der Quantenenergien für die Erreichung optimaler Röntgenaufnahmebedingungen von besonderer Bedeutung.The image contrast and the absorbed dose depend on the energy of the X-ray quanta. A high one Image contrast is in an area of low energies achieved where both the differences in the X-ray absorption for the base tissue and the details of interest as well as the total absorption are relatively high. Therefore, good picture quality mostly only under the conditions of a high Dose load reached. Is in the higher energy range the dose burden significantly lower, but also the Contrast worse. The resulting scattered radiation also deteriorates the image quality. A Compromise solution - adequate picture quality moderate dose burden - is therefore in one medium energy range. Here is the limitation of quantum energies for achieving optimal X-ray imaging conditions of particular importance.

Für mammographische Untersuchungen sind Energiewerte von 17-20 keV am besten geeignet, so daß Röntgenröhren mit einer Molybdänanode (Mo) eingesetzt werden, da mit Molybdän eine starke K_α-Linie bei E = 17,4 kev emittiert wird. Photonen mit Energien im Bereich 10-16 keV werden im Untersuchungsobjekt fast vollständig absorbiert und leisten keinen Beitrag zur Bildgebung, sondern nur zur Dosisbelastung. Photonen mit Energien im Bereich 20-30 keV führen dagegen nur zur Bildverschlechterung.Energy values of 17-20 keV are most suitable for mammographic examinations, so that X-ray tubes with a molybdenum anode (Mo) are used, since a strong K _α line at E = 17.4 kev is emitted with molybdenum. Photons with energies in the range of 10-16 keV are almost completely absorbed in the object under examination and make no contribution to imaging, but only to dose loading. In contrast, photons with energies in the range of 20-30 keV only lead to image deterioration.

Gegenwärtig werden üblicherweise Röhren mit einem Molybdän-Filter eingesetzt. Das Strahlungsspektrum einer solchen Röntgenröhre besteht aus zwei starken charakteristische Mo K-Linien (K_α-Linie mit E = 17,4 keV und K_β-Linie mit E = 19,6 keV) und einem Spektralband des kontinuierlichen Spektrums im Bereich zwischen 15 und 20 keV. Der Molybdän-Filter wird zur Unterdrückung des niederenergetischen Anteils des Spektrums und zur Intensitätsdämpfung im hochenergetischen Spektralbereich eingesetzt. Der Molybdän-Absorptionsfilter kann aber das Problem der Herausfilterung unerwünschter Spektralbereiche nur teilweise lösen.At present, tubes with a molybdenum filter are usually used. The radiation spectrum of such an X-ray tube consists of two strong characteristic Mo K lines (K _α line with E = 17.4 keV and K _β line with E = 19.6 keV) and a spectral band of the continuous spectrum in the range between 15 and 20 keV. The molybdenum filter is used to suppress the low-energy part of the spectrum and to attenuate the intensity in the high-energy spectral range. The molybdenum absorption filter can only partially solve the problem of filtering out unwanted spectral ranges.

Es sind deshalb Lösungen bekannt geworden, bei denen monochromatisierte Strahlung verwendet wird.Solutions have therefore become known in which monochromatized radiation is used.

So ist aus US-A 5,596,620 ein Röntgengerät zur Mammographie bekannt, bei dem die mit einer üblichen Röntgenröhre erzeugte Strahlung an einem Siliziumkristall gebeugt wird, wobei weitgehend monochromatische Strahlung entsteht. Da der Strahl nicht die gesamte Höhe des Untersuchungsobjekts erfaßt, wird die gesamte Apparatur während einer Untersuchung schrittweise transversal verschoben und bei jedem Schritt eine Aufnahme gemacht, die dann mosaikartig zu einem Gesamtbild zusammengesetzt wird. Aufgrund der mit Siliziumkristallen erreichbaren geringen Integral intensität sowie aufgrund der Breite der Rockingkurve deutlich geringeren Strahlungswinkels muß jedoch mit einer entsprechend hohen Strahlungsdosis und einer Vielzahl von Einzelaufnahmen gearbeitet werden.An X-ray device is known from US Pat. No. 5,596,620 Mammography is known in which the usual X-ray tube generated radiation on one Silicon crystal is diffracted, largely monochromatic radiation arises. Because the beam does not record the entire height of the object under investigation, the entire apparatus during an investigation gradually shifted transversely and with each Step made a picture, which is then mosaic-like an overall picture is put together. Because of the Silicon crystals achievable low integral intensity and due to the width of the rocking curve significantly lower radiation angle must, however a correspondingly high radiation dose and one Variety of individual shots can be worked on.

Aus US-A 5,787,146 ist eine weitere Apparatur bekannt, bei der ebenfalls Silizium oder Lithiumfluorid und eine ähnliche Aufnahmetechnik verwendet wird.Another apparatus is known from US Pat. No. 5,787,146, where also silicon or lithium fluoride and one similar recording technology is used.

Schließlich ist aus Gambaccini et al., Narrow energy band X-Rays via mosaic crystal for mammography application, Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, A 365 (1995), 248-254 eine Anordnung bekannt, dort zu Versuchszwecken, bei der zur Monochromatisierung ein Graphitkristall herangezogen wird. Hier wird mit einer einzigen, ungescannten Aufnahme gearbeitet.Finally, from Gambaccini et al., Narrow energy band X-Rays via mosaic crystal for mammography application, Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, A 365 (1995), 248-254 an arrangement known there for experimental purposes, at the Monochromatization used a graphite crystal becomes. Here is a single, unscanned Recording worked.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und danach arbeitende röntgenoptische Systeme anzugeben, mit denen bei deutlich geringerem Zeitaufwand für die Abbildung auch bei geringer Dosisbelastung eine gute Bildauflösung bei der Abbildung von Untersuchungsobjekten mit geringen Dichteunterschieden ermöglicht wird.The invention is therefore based on the object Procedures and X-ray optical systems working afterwards specify with which at significantly less Mapping time even with less Dose loading a good image resolution at the Illustration of objects to be examined with low Differences in density is made possible.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1, 5, 11 und 15 im Zusammenwirken mit den Merkmalen im Oberbegriff. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. The object is achieved by the Features in the characterizing part of claims 1, 5, 11 and 15 in interaction with the features in Generic term. Useful embodiments of the invention are contained in the subclaims.

Danach werden Monochromatorkristalle mit einer Breite der Rockingkurve in der Größenordnung der Strahldivergenz verwendet und das Untersuchungsobjekt wird mit einer fächerförmigen, der Breite des Untersuchungsobjekts angepaßten Strahlung durchstrahlt und mittels Objektscan durch Drehung der gesamten monochromatischen Strahlungsquelle, d. h. Röntgenstrahlungsquelle, Monochromatorkristalle und Kollimator, um eine durch den Kollimatorspalt gehende Drehachse abgebildet.Thereafter, monochromatic crystals with a width the rocking curve in the order of magnitude Beam divergence is used and the object under examination is shaped with a fan, the width of the Examined radiation irradiated and by object scan by rotating the whole monochromatic radiation source, d. H. X-ray source, monochromatic crystals and Collimator, one that passes through the collimator gap Axis of rotation shown.

Bevorzugt wird der Röntgenstrahl mittels HOPG (Graphitkristalle) erzeugt.The X-ray beam using HOPG is preferred (Graphite crystals).

Die Wirkung beim Einsatz von Monochromatorkristallen beruht auf dem Beugungseffekt. Für einen Einfallswinkel Θ reflektiert der Kristall nur Photonen einer bestimmten Energie, die der folgenden Braggschen Gleichung entspricht:
The effect when using monochromatic crystals is based on the diffraction effect. For an angle of incidence Θ, the crystal reflects only photons of a certain energy, which corresponds to the following Bragg equation:

2d sin Θ = λ,
2d sin Θ = λ,

wobei d die Periode des Kristalls und λ die Wellenlänge der Strahlung ist. Die Anwendung von Kristallen ermöglicht es sowohl die niederene rgetischen als auch die hochenergetischen Anteile des Spektrums total zu unterdrücken und eine relativ schmale Zone aus dem Gesamtspektrum auszuschneiden. Die Breite δE dieser ausgeschnittenen Zone ist die Energieauflösung und kann nach folgender Formel abgeschätzt werden:
where d is the period of the crystal and λ is the wavelength of the radiation. The use of crystals makes it possible to totally suppress both the low-energy and the high-energy components of the spectrum and to cut out a relatively narrow zone from the overall spectrum. The width δE of this cut-out zone is the energy resolution and can be estimated using the following formula:

δE/E = δΘ/tanΘ.δE / E = δΘ / tanΘ.

Zwei Anteile leisten dabei Beiträge zur Energieauflösung
Two parts make contributions to energy resolution

Der erste Anteil wird durch die Kristalleigenschaften, d. h. die charakteristische Breite der Reflexionskurve, bestimmt. Der zweite Anteil ergibt sich aus der geometrischen Anordnung. Der auf den Kristall einfallende Strahl ist nicht genau parallel, sondern hat eine bestimmte Divergenz. Die Gesamt energieauflösung kann durch Abschätzung der Werte der beiden Anteile bestimmt werden.The first part is due to the crystal properties, d. H. the characteristic width of the reflection curve, certainly. The second part results from the geometric arrangement. The one on the crystal incident beam is not exactly parallel, but has a certain divergence. The total energy resolution can be achieved by estimating the values of the both proportions can be determined.

Wegen der relativ großen Divergenz (ca. 0,2 rad bzw. ca. 12° in beiden Dimensionen) der Röntgenstrahlung wird der Röntgenstrahl kollimiert. Die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung fällt unter dem Braggschen Winkel auf den Kristall. Dieser Winkel beträgt ca. 6,1° für die Photonenenergie von E = 17 keV. Der Kristall reflektiert monochromatisierte Röntgenstrahlung in Richtung eines Kollimators. Der Kollimator stellt einen schmalen Spalt dar, dessen Breite der Quellengröße gleicht. Der Kollimator spielt die Rolle einer imaginären Strahlungsquelle, die einen monochromatischen, fächerförmigen Strahl ausstrahlt. Die Breite des Strahls auf dem Untersuchungsobjekt hängt von der Strahlenapertur Θ ab, die durch die Eigenschaften des Kristalls bedingt ist.Because of the relatively large divergence (approx. 0.2 rad or approx. 12 ° in both dimensions) of the X-rays the X-ray beam is collimated. The of the Radiation emitted radiation falls below that Bragg angle on the crystal. That angle is approximately 6.1 ° for the photon energy of E = 17 keV. The crystal reflects monochromatized X-rays towards a collimator. The Collimator represents a narrow gap, the Width of source size is the same. The collimator is playing the role of an imaginary radiation source, the one emits a monochromatic, fan-shaped beam. The width of the beam on the object to be examined depends on the radiation aperture Θ caused by the Properties of the crystal is conditional.

Als Kristalle werden gemäß der Erfindung bevorzugt Graphitkristalle eingesetzt. Diese besitzen wegen ihrer Mosaizität eine hohe Integralrefle ktivität. Am besten geeignet sind Graphitkristalle mit einer Mosaizität von 0,4-0,8°. Dabei können sowohl planare als auch gebogene Kristalle eingesetzt werden. Die beiden Varianten unterscheiden sich hauptsächlich durch die Größe der Apertur Θ und damit durch die Breite der bestrahlten Zone auf dem Untersuchungsobjekt. Gebogene Kristalle können eine größere Apertur gewährleisten, da sie besser fokussieren.According to the invention, preferred crystals are preferred Graphite crystals used. These have because of their Mosaicity a high integral reflectivity. Preferably graphite crystals with a mosaicity of 0.4-0.8 °. Both planar and curved crystals are used. The two Variants mainly differ in the Size of the aperture Θ and thus by the width of the irradiated zone on the examination subject. curved Crystals can ensure a larger aperture because focus better.

Die Apertur Θ ist durch die Kristalleigenschaften bestimmt und hat etwa den Wert der doppelten Mosaizität des Kristalls.The aperture Θ is due to the crystal properties determined and has approximately the value of double mosaicity of the crystal.

Das Untersuchungsobjekt wird mit dem fächerförmigen Strahl abgerastert, um es vollständig abzubilden. Dies wird durch die Drehung der Quelle mit dem Monochromator und dem Spalt realisiert. Die Position der Drehachse stimmt dabei zweckmäßig mit der Lage des Kollimatorspaltes überein, damit die imaginäre Quelle immer an der gleichen Stelle bleibt.The object under examination is shaped like a fan Beam scanned to fully image it. This is by rotating the source with the monochromator and realized the gap. The position of the axis of rotation appropriately agrees with the location of the Collimator gap matches the imaginary source always stays in the same place.

Die Bildqualität läßt sich durch Verwendung von Röntgenkontrastmitteln weiter steigern.The image quality can be checked using X-ray contrast media further increase.

Zur Lösung der Aufgabe ist auch ein röntgenoptisches System geeignet, das eine im Strahlungsverlauf der Röntgenstrahlungsquelle liegende, als Kollimator wirkende Polykapillarstruktur mit einer großen Anzahl von parallelen Kanälen aufweist, wobei die Polykapillarstruktur strahlungseingangsseitig mit einer dünnen Folie als Target für den Elektronenstrahl und -ausgangsseitig mit einer dünnen Folie zur Monochromatisierung der Röntgenstrahlung beschichtet ist.An X-ray optical system is also used to solve the problem System suitable that one in the radiation course of the X-ray source lying as a collimator acting polycapillary structure with a large number of parallel channels, the Polycapillary structure with a radiation input side thin film as a target for the electron beam and -Outside with a thin film Monochromatization of the X-rays coated is.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigenThe invention is based on a Embodiment will be explained in more detail. In the show associated drawings

Fig. 1 einen Aufbau eines röntgenoptischen Systems zur Durchführung des Verfahrens, Fig. 1 shows a construction of an X-ray optical system for performing the method,

Fig. 2 eine Variante des Systems mit einer drehbaren Strahlungsquelle, Fig. 2 shows a variant of the system with a rotating radiation source,

Fig. 3 die berechnete Intensitätsverteilung und Fig. 3 shows the calculated intensity distribution, and

Fig. 4 die berechnete Energieverteilung an einem Kristall mit der Mosaizität 0,4, Fig. 4, the calculated energy distribution to a crystal having the mosaicity 0.4,

Fig. 5 die berechnete Intensitätsverteilung und Fig. 5 shows the calculated intensity distribution, and

Fig. 6 die berechnete Energieverteilung an einem Kristall mit der Mosaizität 0,8, Fig. 6 shows the calculated energy distribution to a crystal having the mosaicity 0.8,

Fig. 7 eine Variante einer Mammographieanordnung mit einem speziellen Kollimator. Fig. 7 shows a variant of a mammography arrangement with a special collimator.

Fig. 1 zeigt schematisch einen möglichen Aufbau einer monochromatischen Röntgenquelle für die Mammographie. Als Strahlungsquelle dient eine hier nur angedeutete Röntgenröhre 1 mit einer Anode aus Molybdän. Der effektive Anodenbrennfleck ist ca. 0,3 mm × 0,3 mm, was den in der Mammographie üblichen Werten entspricht. Als Monochromator wird ein gebogener Graphitkristall 2 verwendet. Der Graphitkristall 2 wird unter einem Winkel Θ relativ zur Röntgenröhre 1 orientiert. Dieser Winkel Θ entspricht dem Braggschen Winkel für die Energie der Monochromatisierung. Er beträgt 6,1° für E = 17 keV. Die Strahlung wird am Graphitkristall 2 reflektiert und trifft auf einen Schlitzkollimator 3. Die Abstände F1 (Quelle-Kristall; und F2 (Kristall- Kollimator) sind gleich F1 = F2 = 50 mm. Die Länge des Graphitkristalls 2 beträgt L = 50 mm, die Breite hat den Wert w = 15 mm, sein Krümmungsradius ist R = 480 mm. Die Abmessungen des Schlitzkollimators 3 sind 0,3 mm × 30 mm. Der Abstand D (Kollimator-Untersuchungsobjekt) beträgt 400 mm. Fig. 1 shows a possible structure schematically shows a monochromatic X-ray source for mammography. An X-ray tube 1 with an anode made of molybdenum, which is only indicated here, serves as the radiation source. The effective anode focal spot is approx. 0.3 mm × 0.3 mm, which corresponds to the values usual in mammography. A curved graphite crystal 2 is used as the monochromator. The graphite crystal 2 is oriented at an angle Θ relative to the X-ray tube 1 . This angle Θ corresponds to the Bragg angle for the energy of the monochromatization. It is 6.1 ° for E = 17 keV. The radiation is reflected on the graphite crystal 2 and strikes a slot collimator 3 . The distances F1 (source-crystal; and F2 (crystal-collimator) are equal to F1 = F2 = 50 mm. The length of the graphite crystal 2 is L = 50 mm, the width has the value w = 15 mm, its radius of curvature is R = The dimensions of the slot collimator 3 are 0.3 mm × 30 mm, and the distance D (collimator examination object) is 400 mm.

Die durch ein Untersuchungsobjekt 4 durchgehende Strahlung wird mit Hilfe eines hochempfindlichen Röntgenfilmes 5 registriert. Der Abstand Unersuchungsobjekt - Film ist minimal, so daß das Untersuchungsobjekt 4 auf dem Film 1 : 1 abgebildet wird. Der Einsatz eines Detektors mit einer örtlichen Auflösung und die anschließende digitale Bildverarbeitung sind ebenfalls möglich.The radiation passing through an examination object 4 is registered with the aid of a highly sensitive X-ray film 5 . The distance between the object under examination and the film is minimal, so that the object under examination 4 is imaged 1: 1 on the film. The use of a detector with a local resolution and the subsequent digital image processing are also possible.

Die wichtigsten Parameter in der medizinischen Bildaufnahmetechnik sind die Meßzeiten und die absorbierte Dosis. Die Meßzeiten hängen von der Strahlungsintensität ab. Der Wert des Transmissionskoeffizienten durch einen 30 µm dicken Molybdänfilter würde im Energiebereich 17-20 keV zwischen 55% und 65% liegen. Der Reflexionskoeffizient des Graphitkristalls 2 in diesem Energiebereich beträgt im Maximum ca. 55%. Deshalb liegen die Werte des Transmissionskoeffizienten eines Absorptionsfilters und des Reflexionskoeffizienten eines Graphitkristalls 2 in der gleichen Größenordnung.The most important parameters in medical imaging technology are the measuring times and the absorbed dose. The measuring times depend on the radiation intensity. The value of the transmission coefficient through a 30 µm thick molybdenum filter would be between 55% and 65% in the 17-20 keV energy range. The maximum reflection coefficient of the graphite crystal 2 in this energy range is approximately 55%. Therefore, the values of the transmission coefficient of an absorption filter and the reflection coefficient of a graphite crystal 2 are of the same order of magnitude.

Um das gesamte Untersuchungsobjekt 4 mit einem fächerförmigen Strahl abzubilden, muß das Untersuchungsobjekt 4, wie gesagt, mit diesem Strahl gescant werden. Für einen solchen Scan mit einem breiten Strahl (ca. 35 mm) ist der Zeitaufwand nur um einen Faktor 3 im Vergleich zur allgemein üblichen Methode (keine monochromatische Strahlung) größer. Insgesamt sind die erforderlichen Untersuchungszeiten um den Faktor 3-4 größer als im herkömmlichen Verfahren. Da durch eine sehr gute Monochromatisierung die Photonen, die nur die absorbierte Dosis und die Streustrahlung erhöhen, unterdrückt werden, wird der Zeitaufwand für eine Bildaufnahme hervorragender Qualität eher geringer.In order to image the entire examination object 4 with a fan-shaped beam, the examination object 4 must , as said, be scanned with this beam. The time required for such a scan with a wide beam (approx. 35 mm) is only a factor of 3 greater than that of the generally used method (no monochromatic radiation). Overall, the required examination times are 3-4 times longer than in the conventional method. Since very good monochromatization suppresses the photons, which only increase the absorbed dose and the scattered radiation, the time required for an image recording of excellent quality is rather reduced.

Eine geometrische Anordnung der verschiedenen Teile der monochromatischen Strahlungsquelle zeigt Fig. 2. Durch eine Drehung der Anlage wird das Untersuchungsobjekt 4 gescant. Die Drehachse 7 befindet sich dabei am Ort des Schlitzkollimators 3, damit dieser als imaginäre Quelle seine Position während des Scannens nicht ändert. Der Drehwinkel beträgt ca. 12°. FIG. 2 shows a geometrical arrangement of the different parts of the monochromatic radiation source . The examination object 4 is scanned by rotating the system. The axis of rotation 7 is located at the location of the slot collimator 3 so that it does not change its position as an imaginary source during the scanning. The angle of rotation is approx. 12 °.

Gebogene Kristalle können eine größere Apertur gewährleisten, da diese besser fokussieren. Für einen Abstand Strahlungsquelle-Kristall von 50 mm und einem Braggschen Winkel von 6,1° beträgt der notwendige Krümmungsradius 480 mm. Fig. 3 zeigt die berechnete Intensitätsverteilung eines Kristalls mit der Mosaizität 0,4 auf einer Probe für eine Kristallänge von 50 mm. Die Breite der bestrahlten Zone auf der Probe beträgt ca. 36 mm, d. h. ein deutlich größerer Wert als die analoge Breite nach Reflexion an einem planaren Kristall. Fig. 4 zeigt die berechnete Energieverteilung auf der Probe nach der Monochromatisierung. Die Energieverteilung wurde auf die Intensität des Direktstrahls innerhalb einer 40 mm breiten Zone normiert. Die Halbwertsbreite dieser Verteilung beträgt ca. 630 eV, was einer Energieauflösung von ca. 3,5% entspricht.Curved crystals can ensure a larger aperture because they focus better. For a radiation source-crystal distance of 50 mm and a Bragg angle of 6.1 °, the required radius of curvature is 480 mm. Fig. 3 shows the calculated intensity distribution of a crystal having the mosaicity 0.4 on a sample for a crystal length of 50 mm. The width of the irradiated zone on the sample is approx. 36 mm, ie a significantly larger value than the analog width after reflection on a planar crystal. Fig. 4 shows the calculated energy distribution on the sample after the monochromatization. The energy distribution was standardized to the intensity of the direct beam within a 40 mm wide zone. The half-width of this distribution is approx. 630 eV, which corresponds to an energy resolution of approx. 3.5%.

Die Fig. 5 und 6 zeigen entsprechende Intensitäts- und Energieverteilungen auf der Probe nach Reflexion an einem gebogenen Kristall mit einer Mosaizität von 0,8°. FIGS. 5 and 6 show corresponding intensity and energy distribution on the sample by reflection at a curved crystal having a mosaicity of 0.8 °.

Die Formen der Verteilungen sind für die beiden Kristalle (Mosaizität 0,4° und 0,8°) fast gleich. Der Kristall mit einer größeren Mosaizität liefert jedoch eine größere Intensität, wobei sich die Energie auflösung auf ca. 5,5% bzw. ca. 930 eV verschlechtert.The forms of the distributions are for the two Crystals (mosaic 0.4 ° and 0.8 °) almost the same. The However, crystal with greater mosaicity provides a greater intensity, increasing the energy resolution deteriorated to approx. 5.5% or approx. 930 eV.

Die Ergebnisse der Berechnungen zeigen deutlich, daß die Strahlenapertur Θ für einen gebogenen Kristall ziemlich große Werte annehmen kann. In diesem Fall ist die Breite der beleuchteten Zone auf dem Untersuchungsobjekt auch sehr groß (bis ca. 35 mm).The results of the calculations clearly show that the radiation aperture Θ for a curved crystal can take quite large values. In this case the width of the illuminated zone on the Examination object also very large (up to approx. 35 mm).

Gegebenenfalls kann auch der hinter dem Untersuchungsobjekt 4 befindliche Detektor in einem definierten Winkel (Diffraktionswinkel) angeordnet sein, wobei dann die Diffraktionsstrahlung ausgewertet wird.If necessary, the detector located behind the examination object 4 can also be arranged at a defined angle (diffraction angle), the diffraction radiation then being evaluated.

Für die Abbildung des gesamten Untersuchungsobjektes 4 kommt neben der Drehung der Anlage auch die Vergrößerung des Kollimator-Objekt-Abstandes in Frage (z. B. bis 800 mm weit). Auch durch Kristalle mit einer komplizierten Form, z. B. elliptisch gebogene Kristalle, ist eine Vergrößerung der Apertur möglich. Diese wäre dann aber mit einer Senkung des Monochromatisierungsgrades verbunden, so daß auch hier Kompromißlösungen zu suchen sind. In addition to the rotation of the system, the enlargement of the collimator-object distance can also be used for imaging the entire examination object 4 (for example up to 800 mm). Also by crystals with a complicated shape, e.g. B. elliptically curved crystals, an enlargement of the aperture is possible. However, this would then involve a reduction in the degree of monochromatization, so that compromise solutions must also be sought here.

Fig. 7 zeigt eine Möglichkeit zur Strahlkollimierung mittels einer Polykapillarstruktur 6, die mit einer großen Anzahl von parallelen Kanälen versehen ist. Die Eingangsfläche der Struktur ist mit einer dünnen Metallfolie 8 beschichtet. Diese Folie 8 wird als Target für den Elektronenstrahl verwendet. Sie wirkt als Anode und Kollimator, wodurch ein quasiparalleler Röntgenstrahl mit geringem Querschnitt erzeugt wird, mit dem dann die Mamma mit hoher Ortsauflösung abgerastert werden kann. Fig. 7 shows a possibility for beam collimation by means of a Polykapillarstruktur 6, which is provided with a large number of parallel channels. The entrance surface of the structure is coated with a thin metal foil 8 . This film 8 is used as a target for the electron beam. It acts as an anode and collimator, whereby a quasi-parallel X-ray beam with a small cross-section is generated, with which the breast can then be scanned with high spatial resolution.

Die Polykapillarstruktur 6 hat einen großen Außendurchmesser und einen geringes Verhältnis von Kanalinnendurchmesser zur Kanallänge. Der Durchmesser des Röntgenstrahls stimmt etwa mit dem beleuchteten Brennpunkt auf dem Target überein und ist durch den Elektronenstrahlquerschnitt bestimrnt. Die Parallelität des Röntgenstrahls wird durch das Verhältnis d/L bestimmt, wobei d der Kanaldurchmesser und L die Kanallänge ist.The polycapillary structure 6 has a large outer diameter and a low ratio of the inner channel diameter to the channel length. The diameter of the X-ray beam corresponds approximately to the illuminated focal point on the target and is determined by the cross section of the electron beam. The parallelism of the X-ray beam is determined by the ratio d / L, where d is the channel diameter and L is the channel length.

Durch Ablenkung des Elektronenstrahls wird der Röntgenstrahl über die Mamma geführt.By deflecting the electron beam, the X-ray passed over the breast.

Zur Monochromatisierung wird die Ausgangsfläche der Polykapillarstruktur 6 ebenfalls mit einer Folie 9 beschichtet. Beide Folien 8 und 9 können aus dem gleichen Material, beispielsweise Molybdän, bestehen, so daß die charakteristische K-Linie eine gute Transmission durch die Folien 8 und 9 erfährt.For monochromatization, the starting surface of the polycapillary structure 6 is also coated with a film 9 . Both foils 8 and 9 can consist of the same material, for example molybdenum, so that the characteristic K-line experiences good transmission through foils 8 and 9 .

Eine zusätzliche Möglichkeit, den Anteil der Streustrahlung, deren Anteil in Abhängigkeit von der Mammadicke bis zu 50% betragen kann, zu verringern, besteht in der Vergrößerung des Untersuchungsobjekt- Detektor-Abstandes. Diese Methode ist sehr günstig, wenn eine lokale Bildaufnahme für hochauflösende Untersuchung erforderlich ist. Dann ermöglicht diese Methode nicht nur die Unterdrückung der Streustrahlung, sondern auch die Bildvergrößerung.An additional way to share the Scattered radiation, the proportion of which depends on the Mom thickness can be up to 50% to decrease consists in enlarging the object under examination Detector-spacing. This method is very cheap when taking a local image for high resolution Investigation is required. Then this enables Method not only the suppression of scattered radiation, but also the image enlargement.

Das Verfahren läßt bei Anwendung in der Mammographie eine Verbesserung des Kontrast-Dosis-Verhältnisses um einen Faktor von 2 bis 3 erwarten.The method leaves when used in mammography an improvement in the contrast-dose ratio expect a factor of 2 to 3.

Der Faktor läßt sich durch Verwendung von Röntgenkontrastmitteln weiter steigern. The factor can be determined by using X-ray contrast media further increase.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Röntgenröhre
X-ray tube

22

Graphitkristall
graphite crystal

33

Schlitzkollimator
slit collimator

44

Untersuchungsobjekt
object of investigation

55

Röntgenfilm
X-ray film

66

Polykapillarstruktur
Polykapillarstruktur

77

Drehachse
axis of rotation

88th

Folie
foil

99

Folie
Θ Winkel (Strahlenapertur)
F1 Abstand Quelle-Kristall
F2 Abstand Kristall-Kollimator
D Abstand Kollimator-Unersuchungsobjekt
L Länge des Kristalls
w Breite des Kristalls
foil
Θ angle (radiation aperture)
F1 source-crystal distance
F2 distance crystal-collimator
D Distance of collimator-examination object
L length of the crystal
w width of the crystal

Claims

1. A method for X-ray imaging of examination objects with low density differentiated using an X-ray source, the radiation of which is monochromatized and collimated by means of monochromatic crystals, and an X-ray detector, in particular for X-ray mammography, characterized in that monochromatic crystals with a width of the rocking curve are used in the order of magnitude of the beam divergence and the examination object is irradiated with a fan-shaped radiation which is adapted to the width of the examination object and is imaged by means of an object scan by rotating the entire monochromatic radiation source, that is to say an X-ray radiation source, monochromatic crystals and collimator, about an axis of rotation passing through the collimator gap.

2. The method according to claim 1, characterized in that as monochromatic crystals HOPG (graphite crystals) be used.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the detector at a defined angle (Diffraction angle) to the examination object penetrating X-rays and the Diffraction radiation is evaluated.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that X-rays with a photon energy of 16- 20 keV can be used.

5. X-ray optical system for performing the method according to one of claims 1 to 4 with an X-ray radiation source ( 1 ), one at an angle (Θ) to the X-ray radiation source ( 1 ) in the radiation course of the X-ray radiation source ( 1 ) positioned monochromatic crystal ( 2 ) and one behind one X-ray detector ( 5 ) arranged in the examination object ( 4 ), characterized in that a slot collimator ( 3 ) arranged in the fan-shaped radiation course deflected by the monochromator crystal ( 2 ) has a slot length which gives rise to an X-ray beam corresponding to the width of the examination object on the examination object ( 4 ) , and the slit collimator ( 3 ) and the upstream radiation arrangement with the X-ray source ( 1 ) and monochromatic crystal ( 2 ) can be pivoted together about an axis of rotation ( 7 ) intersecting the slit collimator ( 3 ).

6. X-ray optical system according to claim 5, characterized in that the monochromatic crystal ( 2 ) is a HOPG (graphite crystal).

7. X-ray optical system according to claim 5 or 6, characterized in that the monochromator crystal ( 2 ) is bent.

8. X-ray optical system according to one of claims 5 to 7, characterized in that the x-ray detector ( 5 ) is arranged at a defined angle (diffraction angle) to the examination object ( 4 ) penetrating radiation.

9. X-ray optical system with an X-ray source ( 1 ) and an X-ray detector ( 5 ) arranged behind an examination object ( 4 ), characterized by a polycapillary structure ( 6 ) lying in the radiation course of the X-ray source ( 1 ) and acting as a collimator with a large number of parallel channels The polycapillary structure ( 6 ) is coated on the radiation input side with a thin film ( 8 ) as a target for the electron beam and on the output side with a thin film ( 9 ) for monochromatizing the X-rays.