用于低剂量扫描束数字X-光成像系统的X-光探测器技术方案

一种用于扫描束数字Ｘ－光成像系统的Ｘ－光探测器，它包括： 一个探测器阵列，它至少由三个分立的Ｘ－光探测器组成，每个Ｘ－光探测器具有一个探测器输入表面，所说的探测器输入表面不是全部设置在一条直线上，所有所说的探测器输入表面均位于一个探测器平面中并局限在一个直径小于或者等于２．５４厘米的圆内。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及X-光诊断成像设备。更具体地说，本专利技术涉及一种实时扫描束X-光数字成像系统，该系统通过结合使用多孔准直光栅和分区X-光探测阵列而提高了分辨率并减少了X光-射线的发射。
技术介绍
随着治疗技术的进步，医学方法对于实时X-光成像的需要日益增长。例如，心脏病学的许多电子-生理诊断方法，毛细血管诊断方法，泌尿学诊断方法以及矫形外科手术方法都依赖实时X-光成像。遗憾的是，目前临床所使用的实时X-光设备对病人和在场的医务人员都有高剂量的X-射线辐射。美国食品与药物管理局(FDA)已经报告了有关造成病人严重的放射线病和过量的职业性辐射对于医生的影响的有力证据。(放射与健康会刊，XXVI卷，8分册，1992年8月)。在现有技术中已经有许多种实时X-光成像系统。这些系统中包括采用荧光透视方法的系统，在这个系统中，用X-光照射一物体，物体中相对而言不透X-光的物质所产生的阴影就在相对于该物体与X-光源相反一侧的荧光屏上显示出来。据知至少早在50年代初扫描X-光管就已经与荧光探测技术结合使用。关于这一点可参见MOON的文章，“利用扫描X-光管放大与增强荧光图象”，科学杂志，1950年10月，第389-395页。扫描束X-光数字成像系统在现有技术中也是众所周知的。在这些系统中采用了X-光管来产生X-光辐射。在X-光管中，产生一束电子束并将其聚焦到X-光管的相对而言较大的阳极(透射靶)上的一个小点上，从此点处引起X-光辐射。电子束被用电磁或者静电方法偏转从而在整个阳极上形成光栅扫描图形。一个小的X-光探测器放置在距X-光管阳极一定距离处。该探测器将辐射到它的X-光转换成与所探测到的X-光通量成正比的电信号。当将一个物体放置在X-光管与探测器之间时，X-光被物体衰减和散射，衰减和散射的程度正比于该物体上的X-光密度。当X-光管为扫描模式时，探测器的信号按正比于物体上的X-光密度加以调制。现有技术中扫描束数字X-光系统的实例包括在授予Albert的以下美国专利中记载的那些系统US-3,949,229，US-4,032,787，US-4,057,745，US-4,144,457，US-4,149,076，US-4,196,351，US-4,259,582，US-4,259,583，US-4,288,697，US-4,321,473，US-4,323,779，US-4,465,540，US-4,519,092，US-4,730,350。在现有技术的扫描束数字X-光系统的典型实施例中，探测器的输出信号被输入到视频监视器的Z-轴(亮度)输入端。该信号调节视屏的亮度。给视频监视器的X和Y输入信号都是从影响X-光管的X-光信号偏转的同一个信号得出的。所以，视屏上一个点的亮度反比于从X-光源发射，经过物体，到达探测器的X-光的吸收程度。医学X-光系统是在与诊断方法所要求的分辨率相适应的可能的最小X-射线剂量下工作的。所以，辐射剂量和分辨率都由信噪比所限制。本申请中所使用的技术术语“低剂量”指的是在设备供病人出入口处，系统工作时的X-光幅射量小于或者约等于2.0R/min(伦琴/分钟)。X-光光子的时间和空间分布为泊松(Poisson)分布，并且不可避免地具有相关的随机性。这种随机性可以表示为平均通量的标准偏差，并等于其均方根值。所以在这些条件下X-光图象的信噪比等于平均通量除以平均通量的均方根值，即当平均通量为100光子，噪声为+/-10光子时，信噪比等于10。因此，由扫描X-光成像系统所产生的X-光图象的空间分辨率和信噪比在很大程度上依赖于探测器的灵敏区域的大小。如果增大探测器的孔径面积，则可以探测到更多的散布射线，从而有效地提高灵敏度，并改善信噪比。但是，同时由于象素面积(在被成像的物体平面测量的)变大，较大的探测器孔径使得可达到的空间分辨率降低。因为在医疗应用中大部分被摄像的物体(例如，人体内各种组织)都与X-光源有一定的距离，所以这是必然的。因而，在现有技术中，探测器的孔径大小必须经过选择以兼顾分辨率和灵敏度，但不可能同时使分辨率和灵敏度都达到最佳。在医学成像应用中，病人的摄入剂量、帧速率(物体每秒被扫描的次数和图象更新的次数)、以及图象的分辨率都是关键参数。高的X-光通量可以容易地得到高的分辨率和高的帧速率，但是也对病人和在场的医务人员产生了不能接受的高的X-光辐射剂量。同样，低的辐射剂量则须以图象质量和更新速率的降低为代价。一个成功的医学成像系统必须同时提供低剂量、高分辨率和令人满意的更新率，至少要每秒15幅图象。所以，像如上所述的现有技术中扫描束数字X-光成像系统这样的系统就无法适用于许多医疗诊断方法，因为在这些方法中需要的辐照时间较长，并且由于面对的是真实的病人，所以必须将病人摄入的X-光剂量保持在最小值。所以本专利技术的一个目的是提供一种能够用于对于病人的医疗诊断方法的扫描束数字X-光成像系统。本专利技术的另一个目的是提供一种在足够的帧速率下能够生成高分辨率图象，并且最大限度地减少了对用X-光进行检查的物体的辐照的扫描束数字X-光成像系统。本专利技术的又一个目的是提供一种在保持降低了的X-光通量的同时，在距X-光源平面一定距离处具有提高的分辨率的扫描束数字X-光成像系统。通过参考附图和以下对于本专利技术的描述，本专利技术的这些目的以及其他的目的和优点对于本领域的技术人员来说将变得十分清楚。本专利技术的公开本专利技术的扫描束数字X-光成像系统(＂SBDX＂)包括一个具有一个电子束源和一个阳极靶的X-光管。为了使电子束聚焦、定向并以预定图形对阳极靶扫描，配置了电子结构。例如，预定的图形可以是光栅扫描图形，盘旋形或‘S’形图形，螺旋形图形，随机图形，中心在阳极靶的一个预定点上的高斯分布图形，或者其他适合于所作工作的图形。在X-光源与用X-光辐照的物体之间可以设置一个准直器件，最好是光栅。例如，准直器件可以由一个金属盘构成，其直径约25.4cm(10in)，并且在准直器件的中心有500×500行列的孔的阵列。准直器件最好是直接放置在X-光管的发射面前面。其他结构的准直器件也可以使用。在本专利技术的一个优选实施例中准直器件上的每一个孔都具有这样的结构，即定向于(或指向)位于距准直器件选定距离处的一个平面上的探测点。这个距离是经过选择的以使用X-光透视的物体可以放置在准直器件与探测点之间。准直器件的功能是形成细的X-光束，这些X-光束如象素一样排成阵列，并且全都从X-光管阳极上的一个点指向探测器。由一个阵列的探测器单元(可取的是一个平面阵列，诸如DETx×DETy矩形或方形，或者，更可取的是大概呈圆形的阵列)构成的一个分区探测器阵列对中于该探测点。探测器阵列最好是由一组致密封装的X-光探测器构成。根据本专利技术，这样一个阵列可以以这样的方式进行设计、设置和使用，即在不损失分辨率的前提下得到高的灵敏度，从而使X-光系统在辐射剂量至少比现有技术中的X-光系统少一个数量级的情况下具有可与现有技术的X-光系统比拟或者较好的分辨率。本专利技术的这一特性在医学和其他领域具有重要的意义。在现在的诊断方法中对于病人和在场人员的辐射量将被减少。现在由于辐射危险而不可能使用的方法将有可能加以应用。探测器阵列的输出值是在各个点上的探测器阵列中的每一个单元在X-光束穿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于扫描束数字X-光成像系统的X-光探测器，它包括一个探测器阵列，它至少由三个分立的X-光探测器组成，每个X-光探测器具有一个探测器输入表面，所说的探测器输入表面不是全部设置在一条直线上，所有所说的探测器输入表面均位于一个探测器平面中并局限在一个直径小于或者等于2.54厘米的圆内。2.如权利要求1所述的探测器，其特征在于所说的探测器输入表面设置成一个方形的阵列。3.如权利要求1所述的探测器，其特征在于所说的探测器输入表面设置成一个近似圆形的阵列。4.如权利要求1所述的探测器，其特征在于所说的每个分立X-光探测器由一个闪烁体部分和一个与所说的闪烁体部分光耦合的光探测器部分构成，其中所说的闪烁体部分是用一种X-光闪烁体材料制成。5.如权利要求4所述的探测器，其特征在于所说的X-光闪烁体材料选自由YSO、LSO、BGO以及塑料构成的一组材料中。6.如权利要求4所述的探测器，其特征在于所说的闪烁体部分制成平截头棱锥体形状。7.如权利要求4所述的探测器，其特征在于所说的闪烁体部分制成长方体形状。8.如权利要求4所述的探测器，其特征在于所说的闪烁体部分包括一个第一区域的闪烁体输入面和第二区域的闪烁体输出面，所说的闪烁体输出面平行于所说的闪烁体输入面并与其相隔一定距离，其中所说的探测器输入表面与所说的闪烁体输入表面共同扩展。9.如权利要求8所述的探测器，其特征在于所说的闪烁体部分还包括一个与所说的闪烁体输入面和所说的闪烁体输出面不同的输出表面，其中所说的输出表面覆盖有一层反光材料。10.一种用于扫描束数字X-光成像系统的X-光探测器，它包括至少由三个分立的X-光探测器构成的探测器阵列；所说的多个探测器中的每一个包括与光探测器部分光耦合的闪烁体部分，各个闪烁体部分具有一个探测器输入表面；所说的探测器输入表面不是全部沿一条直线设置，所有所说的探测器输入表面位于一个平面内，并局限在一个直径小于或者等于2.54厘米的圆内。11.一种扫描束数字X-光成像系统，包括一个扫描X-光管，其具有一个阳极和一个与所说阳极相邻的输出表面；一个准直光栅，它由相对不透X-光的材料构成，基本平行于并接近所说的输出表面放置，具有基本为平面的输入表面和基本为平面的输出表面；所说的准直光栅具有许多通孔，所说的孔在所说准直光栅输出表面上的第一区域内贯穿到所说的输出表面；至少由三个分立的X-光探测器构成的X-光探测器阵列，每个探测器具有一个探测器输入表面，所说的探测器输入表面不是全部沿一条直线设置，全部所说的探测器输入表面位于一个探测器平面内，并包含在所说的探测器平面上小于所说的第一区域的第二区域中；和所说的孔彼此不平行，各孔被设置成使X-光从所说的阳极指向所说的X-光探测器阵列。12.如权利要求11所述的装置，其特征在于它还包括用于根据所说的X-光探测器阵列的测量结果生成图象的处理器。13.如权利要求12所述的装置，其特征在于它还包括一个用于显示所说图象的显示器。14.如权利要求13所述的探测器，其特征在于它还包括根据所说X-光探测器阵列的测量结果限制所说扫描X-光管的输出的反馈环路。15.如权利要求11所述的探测器，其特征在于它还包括使X-光按照预定的图形从所选择的孔中发射的控制部分。16.一种扫描束数字X-光成像系统，其包括一个扫描X-光管，包括一具有中心的阳极，和与所说阳极相邻的输出表面；一个准直光栅，由吸收X-光的材料构成，基本平行于并接近所说的输出表面设置，具有一个基本为平面的输入表面和一个基本为平面的输出表面。所说的准直光栅上具有许多可透过X-光的通孔，所说的孔在所说的准直光栅输出表面上的第一区域内贯穿到所说的输出表面；至少由三个分立的X-光探测器构成的X-光探测器阵列，每个探测器具有一个探测器输入表面，所说的探测器输入表面不是全部沿一条直线设置，全部所说的探测器输入表面位于一个以所说阳极的中心为球心的球面内；所说的孔彼此不平行，各孔被设置成使X-光从所说的阳极指向所说的X-光探测器阵列。17.一种扫描束数字X-光成像系统，其包括一个扫描X-光管，具有一阳极，和与所说阳极相邻的输出表面；一个准直光栅，由吸收X-光的材料构成，基本平行于并接近所说的输出表面设置，具有一个基本为平面的输入表面和一个基本为平面的输出表面；所说的准直光栅上具有许多可透过X-光的通孔，所说的孔在所说的准直光栅输出表面上的第一区域内贯穿到所说的输出表面；至少由三个分立的X-光探测器构成的X-光探测器阵列，每个探测器包括与一光探测器部分光学耦合的闪烁体部分，其中每个闪烁体部分包括一探测器输入表面，所说的探测器输入表面不是全部沿一条直线设置，而是全部设置在一个探测器平面内，并局限在所说的探测器平面上比所说的第一区域小的第二区域中；所说的闪烁体部分是用X-光闪烁体材料制成；所说的孔彼此不平行，各孔设置在准直光栅中的形式使所产生的X-光从所说的阳极指向所说的X-光探测器阵列。18.如权利要求17所述的扫描束数字X-光系统，其特征在于所说的闪烁体部分均制成长方体形状。19.如权利要求17所述的扫描束数字X-光系统，其特征在于所说的闪烁体部分制成平截头棱锥体形状。20.如权利要求18所述的扫描束数字X-光系统，其特征在于所说的X-光闪烁体材料选自YSO、LSO、BGO和塑料这一组材料中。21.一种立体扫描束数字X-光成像系统，它包括一个扫描X-光管，具有一阳极，和与所说阳极相邻的输出表面；一个准直光栅，由相对来说不透X-光的材料构成，基本平行于并接近所说的输出表面设置，具有一个基本为平面的输入表面和一个基本为平面的输出表面；所说的准直光栅上具有第一组和第二组通孔，所有所说的孔在所说的准直光栅输出表面上的第一区域内贯穿到所说的输出表面；第一和第二X-光探测器阵列，设置在距所说的准直光栅一定距离处，所说的第二X-光探测器阵列与所说的第一X-光探测器阵列分开一定的距离；所说的第一探测器阵列由至少三个分立的X-光探测器组成，每个探测器具有一个探测器输入表面，所有所说的探测器输入表面位于与所说的准直光栅输出表面平行的第一探测器平面内，所说的探测器输入表面不是全部沿一条直线设置，所有所说的探测器输入表面均包含在所说的第一探测器平面中比所说的准直光栅输出表面上所说的第一区域小的第二区域内；所说的第二探测器阵列由至少三个分立的X-光探测器组成，每个探测器具有一个探测器输入表面，所有所说的探测器输入表面位于与所说的准直光栅输出表面平行的第二探测器平面内，所说的探测器输入表面不是全部沿一条直线设置，所有所说的探测器表面均包含在所说的第二探测器平面中比所说的准直光栅输出表面上所说的第一区域小的第三区域内，所说的第一组孔在所说的准直光栅上的设置方式使得从所说阳极发出的X-光指向所说的第一X-光探测器阵列；所说的第二组孔在所说的准直光栅上的设置方式使得从所说阳极发出的X-光指向所说的第二X-光探测器阵列。22.如权利要求21所述的装置，其特征在于它还包括一个用于根据由所说的第一和第二X-光探测器阵列的测量结果生成立体图象的处理器。23.如权利要求22所述的装置，其特征在于它还包括一个用于显示所说立体图象的立体显示器。24.如权利要求23所述的装置，其特征在于它还包括根据所说第一和第二X-光探测器阵列的测量结果限制所说扫描X-光管的输出的反馈环路。25.如权利要求22所述的探测器，其特征在于它还包括使X-光按照预定的图形从所选择的孔中发射的控制部分。26.如权利要求12所述的探测器，其特征在于所说的处理器进行标准褶积变换。27.如权利要求12所述的探测器，其特征在于所说的处理器进行多输出褶积变换。28.如权利要求12所述的探测器，其特征在于所说的处理器进行多图象褶积变换。29.一种多能量扫描束数字X-光成像系统，它包括一个扫描X-光管，具有一阳极，和与所说阳极相邻的输出表面；一个准直光栅，由相对来说不透X-光的材料构成，基本平行于并接近所说的输出表面设置，具有一个基本为平面的输入表面和一个基本为平面的输出表面；所说的准直光栅上具有许多通孔，所有所说的孔在所说的准直光栅输出表面上的第一区域内贯穿到所说的输出表面；所说的许多孔包括仅仅用于发射具有第一特征X-光能谱的X-光的第一组孔，和用于发射具有与所说的第一能谱不同的第二特征X-光能谱的X-光的第二组孔；一个X-光探测器阵列，它由至少三个分立的X-光探测器组成，每个探测器具有一个探测器输入表面，所有所说的探测器输入表面位于与所说的准直光栅输出表面平行的第一探测器平面内，所说的探测器输入表面不是全部沿一条直线设置，所有所说的探测器输入表面均包含在所说的第一探测器平面中比所说的准直光栅输出表面上所说的第一区域小的第二区域内；所说的许多孔在所说的准直光栅内的设置方式使得从所说阳极发出的X-光指向所说的X-光探测器阵列；和所说的分立的探测器用于测量照射到其上的X-光强度。30.如权利要求29所述的装置，其特征在于它还包括一个用于根据由所说的X-光探测器阵列的测量结果生成图象的处理器，所说的图象表示了由所说的X-光探测器阵列所测得的穿过所说的第一组孔的X-光和穿过所说的第二组孔的X-光的强度比。31.如权利要求30所述的装置，其特征在于它还包括一个用于显示所说图象的显示器。32.如权利要求31所述的装置，其特征在于它还包括根据所说的X-光探测器阵列的测量结果限制所说扫描X-光管的输出的反馈环路。33.如权利要求29所述的探测器，其特征在于它还包括使X-光按照预定的图形从所选择的孔中发射的控制器。34.如权利要求33所述的探测器，其特征在于所说的预定图形是首先扫描所说的第一组孔以形成第一组强度值，之后扫描所说的第二组孔再形成第二组强度值。35.如权利要求34所述的探测器，其特征在于通过得到所说的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·W·韦伦特，J·W·穆尔曼，B·施基里科恩，P·J·菲考斯基，V·韦伦特，
申请(专利权)人：卡迪亚航海者公司，
类型：发明
国别省市：