CN100382752C - 电离辐射的以扫描为基础的探测中的曝光控制 - Google Patents

电离辐射的以扫描为基础的探测中的曝光控制 Download PDF

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Abstract

一种用于记录目标的2D图像的设备，所述设备包括多个1D探测器单元(41)，当穿过或散射所述目标时，每个1D探测器单元(41)都暴露于电离辐射，并且所述1D探测器单元(41)被布置得用于它们所暴露于其处的各个电离辐射的一维成像。所述探测器单元被分布在密集阵列中以使得来自于所述探测器单元中的电离辐射的1D图像被分布在2D图像的主要部分上。所述设备包括：当所述探测器单元重复检测以形成所述目标的2D图像时用于使得所述探测器单元相对于所述目标移动的装置(87-89、91)；以及控制装置，所述控制装置用于(i)控制所述探测器单元以便于在移动的初始部分之前或期间在短时间内检测电离辐射；(ii)计算以短时间检测为基础的重复检测的最优曝光时间；以及(iii)控制重复检测以便于自动地获得最优曝光时间。

Description

电离辐射的以扫描为基础的探测中的曝光控制
技术领域
本发明通常涉及用于以扫描为基础的二维辐射探测的设备和方法，更具体地说，本发明涉及其中用于获得最优图像质量的自动曝光控制。
背景技术
在数字医疗X射线诊断中，必须仔细地控制所使用的X射线辐射时间、辐射能量以及辐射通量，以便于获得所记录图像的最优质量。
必须将曝光选择得在不会曝光过度(即，探测器饱和)的情况下使得图像具有高信号噪声比以及高动态范围。
控制感光二维探测器阵列(诸如CCD)的曝光的一个方法明显在于，记录图像、相对于所获得的信号强度和对比度对其进行分析，然后调节曝光，之后记录第二高质量图像。虽然这样一种方法可用于高质量图像的记录，但是该方法无疑会遇到一些缺点。首先，该方法比较耗时：在中间分析和调节的情况下必须为所要形成图像的每个目标区域进行两次读出。另外，由于被曝光以辐射两次，因此所要形成图像的目标区域辐射剂量更高了。
Yanaki在U.S.Re.33,634中披露的另一种方法借助于传感器对总曝光时间的一小部分期间穿过待检查目标的辐射进行了采样并且调节曝光时间和X射线源的电压、电流和焦斑尺寸，以使得在曝光其余时间期间由X射线管输送的辐射将在待检查目标的结构之间产生最优对比度以及胶片、静电印刷图像、荧光检查图像或其他记录介质的最优暗色化。该方法说明待射线照相的一个目标与下一个目标之间吸收系数中的变化。
其他现有技术方法是以X射线图像的通量均等化为基础的，例如，见U.S.专利No.4,953,189(WANG)和5,008,914(MOORE)。在多个点处调节光束强度以抵偿患者的X射线衰减变动。
Yanaki所披露的技术的一个缺点在于，为了产生二维图像除记录介质之外还需要传感器。这样的解决办法带来不必要的复杂性并且传感器和记录介质可能具有不同的灵敏度、不同的动态范围以及不同的噪音水平，这可使得刻度和曝光控制更为复杂。
另一个缺点在于，所使用的传感器缺乏同步检测不同位置处的信号强度的能力和/或以高空间分辨率检测差分信号的能力，为了获得具有最高密度目标区域的信号强度以及穿过图像的信号强度中的最高吸收作用和变动，不仅需要信号强度的空间综合单一值，而且所述能力是所必需的。
通量均等化方法的缺点在于，它们是非常复杂的并且在完全扫描期间必须执行亮度调制。而且，所述方法看起来不实用并且由于扫描期间的亮度变化导致所获得的图像可能有噪声和/或难于对其进行解析。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种包括自动曝光控制的电离辐射探测设备和方法，所述设备和方法克服了与现有技术相关的局限性。
在这方面，本发明的具体目的是提供这样一种设备和这样一种方法，所述设备和方法不复杂并且还可产生具有出色的信号噪声比、动态范围以及图像对比度的高质量图像。
本发明的另一个目的是提供这样一种设备和这样一种方法，所述设备和方法随意将综合屏蔽功能性与所述自动曝光控制相结合，以便于自动屏蔽穿过待记录目标外形的外部的辐射。
本发明的另一个目的是提供这样一种设备和这样一种方法，所述设备和方法是可靠的、精确的、严谨的以及便宜的。
本发明的另一个目的是提供这样一种设备，所述设备适合于批量生产并且具有较长使用寿命。
根据本发明，提供一种用于记录目标的二维图像的以扫描为基础的辐射探测器设备，所述辐射探测器设备包括多个一维探测器单元，当电离辐射穿过或散射所述目标时每个一维探测器单元都暴露于电离辐射，并且所述一维探测器单元被布置得用于它们所暴露于其处的各个电离辐射的一维成像，其特征在于，所述多个一维探测器单元被分布在密集阵列中以使得来自于所述多个一维探测器单元中的电离辐射的一维图像被分布在待记录的二维图像的主要部分上，其中，所述以扫描为基础的辐射探测器设备还包括：当所述多个一维探测器单元被布置得用于重复检测从而形成所述目标的二维图像时用于使得所述一维探测器单元的阵列相对于所述目标移动的装置；以及用于控制所述一维探测器单元的阵列的移动和重复检测的控制装置，所述控制装置适合于控制所述一维探测器单元阵列以便在移动的初始部分之前或期间的短时间内检测电离辐射；计算在所述移动的初始部分之前或期间的所述短时间内以所述电离辐射的检测为基础的每次重复检测的最优曝光时间；以及控制所述一维探测器单元阵列的重复检测以便于自动地获得每次重复检测的所述最优曝光时间从而获得最优图像质量。
根据本发明，还提供一种用于记录目标的二维图像的方法，其特征在于，包括以下步骤：提供包括多个一维探测器单元的以扫描为基础的辐射探测器设备，每个一维探测器单元都被布置得用于它们所暴露于其处的各个电离辐射的一维成像，其中，所述多个一维探测器单元被分布在密集阵列中以使得来自于所述多个一维探测器单元中的电离辐射的一维图像被分布在待记录的二维图像的主要部分上；在短时间内当穿过或散射所述目标时检测电离辐射；计算在短时间内以所述电离辐射的检测为基础的每次重复检测的最优曝光时间；以及当电离辐射穿过或散射所述目标时，在将多个一维探测器单元暴露于电离辐射的同时使得多个一维探测器单元的阵列相对于所述目标移动，并且使用所述计算的最优曝光时间重复检测以便于产生目标的二维图像。
本发明人已经发现，通过在阵列中布置较小的一维辐射探测器单元，可提供用于目标(诸如，例如乳房X线照相术诊察中的乳房)的高分辨二维成像的以扫描为基础的探测器设备，所述设备非常适合于快速并完善的自动曝光控制。探测器单元被分布在阵列中以使得来自于多个一维辐射探测器单元的辐射的一维图像被分布在待记录目标的二维图像的大部分上。两个相邻一维辐射探测器单元之间的距离应小于30mm，优选的是小于20mm，更好的是小于10mm，最好的是小于5mm。
探测器单元被布置在密集阵列中，所述密集阵列减小了扫描距离并且在无需扫描的情况下提供待成像的整个目标区域的宏观结构信息。或者可以其他方式布置探测器单元，例如，以环形方式布置，其中每个探测器单元都关于所述环形基本径向地定向。如果两个相邻—维辐射探测器单元之间的距离小于30mm的话，可确实获得边到边测量为30mm的结构的宏观图像信息。取决于它们相对于探测器阵列初始位置的位置还可观察到更小的结构。如果一维辐射探测器单元之间的距离更小的话，在曝光测量期间甚至可探测更小的结构。在多种应用(例如包括乳房X线照相术)中这是非常重要的。
通常，以扫描为基础的探测器设备至少包括百个探测器单元，每个探测器单元都具有至少百个沟道。探测器单元的这种稠密矩阵在非常短的曝光初始部分期间在基本遍布待诊察的完整目标上的非常大量的像素中提供了吸收数据。而且，从目标上衰减的所述大量的像素值中，可计算出沿每个一维探测器单元的空间衰减导数并随后将其用在最优曝光参数的确定中。
优选的线性探测器单元是光子计数探测器单元，诸如随意装有电子雪崩放大器的气态基电离探测器，特别地，所述气态基电离探测器其特征在于，使得自由电子沿基本垂直于入射电离的方向移动。与许多其他类型的探测器相比，来自于这样一种探测器单元的信号与入射光子的数量成比例而与其能量无关，所述信号合计光子的能量并且信号输出为流过的光子的合计能量的测量值，其中主要作用来自于高能光子，与低能光子相比较，所述高能光子不易被目标衰减。因此，获得了所述衰减的非常可靠的测量值，因此可确定曝光参数的更好数值。
此外，噪声完全不存在或者只存在非常低水平的噪声，这可供高灵敏度的测量。当使用上述光子计数探测器时需要非常少的光子确定曝光参数，这减少了曝光测量的时间和/或减少用于患者的辐射剂量。优选的是在100ns-1s时间间隔内的曝光时间，更好的是在1μs-100ms时间间隔内的曝光时间，以及最好在10μs-10ms时间间隔内的曝光时间用于曝光测量。
在扫描的初始部分之前或期间这样的短时间内通过使用一维探测器单元的阵列的探测电离辐射可非常迅速地获得分布在图片主要部分上的线性图像图片，所述图片对于所扫描目标的导出信息(诸如目标的平均、最大和最小密度)是卓越的。
然后根据从线性图像图片得出的信息以及根据短时间计算随后扫描或其余扫描期间的每次读出的最优曝光时间，之后该最优曝光时间用于扫描或其余扫描期间的每次读出。从而，获得了最优图像质量。
可从线性图像图片中或其有限区域中的最小或平均信号值中或基于例如线性图像图片的直方图从复杂运算法则中计算出曝光时间。最好，最小或平均信号值是从具有最低平均信号强度(对应于待扫描目标的最大吸收部分)的多个邻近线性图像中得出的。
最好提供用于各种目标特性(例如，不同受压的乳房厚度)的预期信号强度的查阅表，并且从传感器或设备的操作者那里接收其二维图像待记录的目标的特性，之后通过用所述短时间乘以预期信号强度与从线性图像图片中获得的信号强度的比率而计算出最优曝光时间。
可选地包含的本发明另一特征是布置在目标上游电离辐射的路径中的具有可变孔的准直器装置。借助于线性图像图片，可确定目标的外形，并且可变孔被调节为用于屏蔽与目标不相合的辐射。
从下文中给出的本发明优选实施例的详细描述和附图1-6中可明白本发明的其他特征以及其优点，仅出于解释的目的给出了所述详细描述和附图，因此并不是对于本发明的限制。
应该特别强调的是，虽然针对X射线辐射和X射线管详细地描述了本发明，但是本发明加以必要的变更可适用于其他类型的电离辐射和电离辐射源。
而且，本发明主要集中在医疗应用上，特别是集中在乳房X线照相术上，但是无疑也可用于其他类型的工业应用，例如包括印刷电路板和管道的非破坏性试验和检查。因此，虽然在以下的描述中将待成像的目标称作乳房，但是应该理解的是，在不脱离本发明的情况下实际上所述目标可改变为各种物质。
附图说明
图1以侧视图的方式示意性地示出了本发明一个优选实施例所涉及的用于X射线诊察的装置。
图2是当包含在图1装置中时的扇形射束准直器的示意性平面图。
图3以正视图的方式示意性地示出了当包含在图1装置中时以扫描为基础的探测器设备。
图4是本发明一个优选实施例所涉及的用于图1装置中的自动曝光控制的方法的流程图。
图5以正视图的方式示意性地示出了图2的以扫描为基础的探测器设备，其中示出了当包含在图1装置中时由准直器装置屏蔽。
图6以正视图的方式示意性地示出了本发明另一个优选实施例所涉及的以扫描为基础的探测器设备。
具体实施方式
下面将参照图1描述本发明的一个优选实施例，其中图1以侧视图的方式示意性地示出了适用于乳房X线照相术诊察的装置。
所述装置自顶到底包括X射线源81、滤波装置82、准直器装置83a、扇形射束准直器83b、压缩板84和目标表85，以及包括多个一维探测器单元的以扫描为基础的探测器设备86。
X射线源81是传统的X射线管，它具有发射电子的阴极和所述电子撞击其上的阳极，并且X射线源81是X射线的源，所述管具有操作电压、管电流以及焦斑尺寸，所述操作电压为所述阳极和所述阴极之间的电压降，所述管电流为所述阳极和所述阴极之间的电流，所述焦斑尺寸为所述电子撞击其上的所述阳极的面积。
操作电压、管电流以及焦斑尺寸都是可调节的。通过向X射线管施加较低的峰值电压可产生较低能量的X射线光子，所述较低能量的X射线光子更易于被各种组织吸收。通过在X射线管中从阴极向阳极增加电流而成比例地增加X射线通量。通过增加焦斑的尺寸，可增加X射线管的额定功率。为了针对操作电压的作用进一步描述，射线照相术诊察的管电流和焦斑尺寸参照Yanaki专利(U.S.Re.33,634)，这里合并参考所述专利的内容。
滤波装置82正好布置在X射线管的下面，滤波装置82通常包括用作用以吸收最低(有时也为最高)能量光子的过滤器的薄金属箔，所述光子不会明显有助于图像质量但是却增加了对于患者的辐射剂量。所述滤波装置可具有各种光谱透射特性。
准直器装置83a为辐射吸收的，但是具有辐射透光可控可变孔，从而不为诊察所需的大量辐射剂在达到诊察目标(即，乳房X线照相术诊察中的乳房)的水平之前可停止。从而，减少了可增加对于患者的辐射剂量并降低图像对比度的散射辐射。
图2中示意性地示出的扇形射束准直器83b可为例如具有多个蚀刻出的窄辐射透光狭缝52的薄钨箔51。所述狭缝以排53和堆54的方式布置并且与探测器设备的探测器单元的相应线形敏感区或入口狭缝对齐以使得穿过每个狭缝52的X射线将到达相应的敏感区或探测器设备。该准直器的目的是减少对于待检查乳房的辐射剂量。
图3中示出了探测器设备86并且探测器设备86包括布置在排44和堆45的二维阵列的通用支撑结构42上的多个一维探测器单元41，其中它们各自的敏感区或入口狭缝43面对所述设备的正面。尽管应该理解的是，所述设备可包括更多的单元，但是出于解释的目的，只示出了4×10矩阵的探测器单元，即，每排44包括四个探测器单元并且每堆45包括十个探测器单元。例如，如果探测器单元被隔开S1＝5mm(从探测器单元到探测器单元)并且通常覆盖20×20到50×50cm2的面积的话，每堆可包括40-100个探测器单元。每个线性探测器单元的宽度例如为40-60mm，因此在每排中通常布置5-12个探测器单元。每个探测器单元通常都包括几百个沟道以便于在探测器单元所记录的一维图像中提供高空间分辨率。
另外，图3的探测器设备可包括侧盖和前盖(未明白示出)。
在乳房X线照相术诊察中，乳房被压缩在压缩板84和目标表85之间，因此压缩板84可沿竖直方向移动和锁定。如果图1的装置将用于除乳房X线照相术诊察之外的其他类型设备的话，这两个压缩板84和目标表85可被更换为用于诊察待诊察目标的固定器或支架(未示出)。
X射线管81、扇形射束准直器83b和探测器设备86被附于通用E臂87，所述通用E臂87又通过大约X射线管81高度处的心轴89以可转动的方式被附于竖直架88。以这种方式，X射线管81、扇形射束准直器83b和探测器设备86可相对于乳房沿通用枢转移动而移动，从而扫描乳房并产生其二维图像。假定探测器设备的每堆45中的探测器单元之间的距离为5mm(相当于用于记录完整二维图像的最短可行扫描距离)并且心轴89与探测器设备之间的距离为65cm，一次扫描通常相当于0.44°的转动，这通常可在数秒内执行。扫描方向如图3中的箭头47所指示的。
准直器装置83a被牢固地附于竖直架88，而压缩板84和目标表85被牢固地附于支架90，支架90又被牢固地附于竖直架88。为此E臂87在E臂87中装有两个凹槽或类似物(由虚线示出的)。在扫描期间，准直器装置83a和乳房保持不动。
还应理解的是，图1的装置可被修正和布置得便于X射线管81、扇形射束准直器83b和探测器设备86相对于待诊察的乳房线性移动。
还应理解的是，可如此修正图1的装置，即，使得患者和准直器装置在扫描期间移动，而使得X射线管81、扇形射束准直器83b和探测器设备86保持静止。
应该注意的是，图3的探测器设备的每排44中的探测器单元41都是交错的。由于探测器单元不能在其末端部检测，因此所述单元被交错以便于覆盖20-50cm的完整距离，避免任何的“死”区域。在一个探测器单元41端部的敏感区或入口狭缝43处，另一个探测器单元的敏感区或入口狭缝又在每一排44中开始。在图3中沿虚线48可清楚地看出该特征并且在探测器单元之间需要x1的搭接量，其中x1通常可为至少0.05-10mm或更大。
应该理解的是，线性探测器单元不必布置得在一个平面衬底上相互偏心，而是可被布置得指向所使用的辐射源，以使得来自于辐射源的辐射可进入各个探测器单元。
出于相同的目的，扇形射束准直器83b具有比探测器单元隔开得小并且比探测器单元入口狭缝窄的狭缝。辐射源(点源、线源或2D源)、扇形射束准直器83b和探测器设备86之间的对齐使得来自于辐射源的多个平面辐射束穿过扇形射束准直器83b 51并进入到探测器设备86的各个探测器单元41中。
为了进一步针对探测器单元阵列及其探测器单元进行描述，参考我们2001年1月15日所申请的题为Radiation detector arrangement的未决的瑞典专利申请No.0200446-3，这里合并参考所述专利申请的内容。
此外，所述装置包括微处理器或计算机91以及电源92，微处理器或计算机91装有用于控制所述装置并读出及后处理来自于线性探测器单元的信号的适合软件，电源92用于为探测器单元和微处理器或计算机91供以动力并且用于驱动容纳于竖直架88中的步进马达或类似物以便于驱动心轴89以及E臂87。
在操作中，X射线从X射线管81中发射出来并且穿过滤波装置82。准直器装置83a和扇形射束准直器83b吸收大部分X射线。只有穿过扇形射束准直器83b的狭缝的X射线在乳房中前进。在乳房中，X射线光子可被传输、吸收或散射。被传输的X射线离开乳房并进入到探测器设备86的探测器单元41中并且被检测。
在扫描期间，支撑X射线源81、扇形射束准直器83b以及探测器设备86的E臂87沿枢转移动而移动，以使得探测器设备沿基本平行于压缩板84和目标表85并且平行于胸壁的一个方向扫过乳房。
每个线性探测器单元都连续地检测X射线。在规则移动间隔下，通常为每10-50微米，所检测的信号被读出并储存在微处理器91的存储器中。以这种方式，每个线性探测器单元都给出乳房的多个线性图像。当X射线源和扫描停止时，微处理器91将所有这些图像片段都集中在一起以形成二维图像。
在替换扫描技术中，使得一维探测器单元的阵列相对于乳房逐步移动，并且在一维探测器单元的阵列在逐步移动之间保持静止时一维探测器单元的阵列进行检测。
依照本发明，图1的装置具有最好在微处理器91中通过适当的软件执行的自动曝光控制。在最通用的型式中微处理器91适合于执行以下型式：
(i)控制一维探测器单元以便于执行曝光测量，即，以便于在乳房扫描的初始部分之前或期间在短时间内检测X射线，其中所述短时间内通常为在100ns-1s的时间间隔内，优选的是在1μs-100ms的时间间隔内，最好是在10μs-10ms的时间间隔内。
(ii)计算在乳房扫描的初始部分之前或期间以X射线的检测为基础的扫描的每次检测的最优曝光时间；以及
(iii)控制扫描以便于在扫描期间获得每次检测的最优曝光时间从而获得具有最优质量的乳房的二维图像。
最好，使用这样一种探测器设备，其中两个相邻探测器单元之间的距离s1小于约30mm，更好的是小于约20mm，最好的是小于约10mm，最优选的是小于约5mm。
在以扫描为基础的探测器设备中所执行的本发明曝光控制的重要特征在于，由于检测的短时间(预扫描设备)以及探测器单元的分布和密度，获得了这样的图片，所述图片包括分布在乳房的二维图像主要部分上的乳房的多个一维图像，所述二维图像将在随后的扫描期间被记录。因此，通过最小化的乳房辐射剂量可非常迅速地获得非常好的乳房知识和其宏观结构，这提供了剩余扫描的曝光时间的最优设定。由于在曝光测量期间可检测非常小结构的探测器单元的最高密度矩阵，并且在检测最优曝光时间时要考虑这些结构的衰减。这是不可能通过点测量技术；单个一维探测器阵列；或布置得在它们之间具有较大距离的几个一维探测器阵列而实现的。
可根据扫描初始部分之前或期间从X射线的检测中获得的最小或平均信号值或从线像的图片的特定区域(例如，如图5中所示的位于中心的区域56中)中所获得的最小或平均信号值中或从一定数量的邻近线像中计算以扫描为基础的检测的最优曝光时间。所述位于中心的区域56可具有例如2cm×2cm或3cm×3cm的尺寸。该区域最好位于信号强度最低的位置处(对应于形成图像的乳房的最大吸收部分)。
或者，可根据一个或一些一维探测器单元(例如，具有最低综合信号值的单元)的综合信号值计算以扫描为基础的检测的最优曝光时间。
此外，可根据扫描初始部分之前或期间X射线的检测或更具体地根据所计算的最优曝光时间而调节扫描期间一维探测器阵列相对于乳房移动的速度。如果例如计算出非常短的最优曝光时间的话，这可指示出将更快地执行扫描以使得不会记录过量的信号值。
现在将参照图4综述本发明的一个优选实施例，图4为用于自动曝光控制的方法的流程图。
在步骤61中，该方法首先接收待成像的乳房(或其他目标)的特征。在乳房X线照相术的情况中该信息可为在一定力被施加于压缩板上的情况下处于受压状态中的乳房厚度。或者，对于该信息的补充可涉及乳房组织的估计密度，例如，被定义为脂肪含量与腺组织的比率。可通过装置的操作者输入或通过传感器或类似物(未示出)感测而由微处理器91接收该信息。例如，通过位置传感器以及所施加的力可容易地测量压缩板之间的距离。
或者，由于脂肪含量与腺组织具有完全不同的吸收系数，因此可从对于两个不同受压状态下乳房的两次短曝光(即，两个不同力被施加于压缩板)的检测(通过多个一维探测器的设备86)中确定乳房的脂肪含量与腺组织的比率。
之后，在步骤62中，在由多个一维探测器的设备86测量所传输的辐射的同时执行研究中的乳房的短曝光。在步骤63中，从单元中读出信号并将其传输到微处理器91。由于探测器设备的结构，可极快速地执行检测和读出。
从表示多个良好分布的乳房线像的这些信号中，在步骤64中，可推算出信号值(例如，计数率)。可以多种方式推算出该信号值，例如，通过上述方式或通过将完整直方图和/或空间信号信息考虑在内的复杂方法推算出该信号值。
接下来，在步骤65中，执行对于微处理器91中或可进入存储器(未示出)中所储存的查阅表的搜索，所述查阅表包含由装置的制造者或由操作者输入的各种乳房特征的预期信号强度以及其任意厚度的图表。可从用以获得最优或可接受的信噪比水平、动态范围或随后记录的二维图像的对比度的计算中确定预期信号强度，或者可通过调节而建立预期的信号强度。所述搜索是以步骤61中的输入为基础的并且确定了扫描的预期信号强度。或者，除使用查阅表以外，可使用适当的运算法则确定预期的信号强度。
然后，在步骤66中，根据预期的信号强度、步骤64中推算出的信号值以及步骤62中所使用的曝光时间计算出了当前设定下的乳房的最优曝光时间，并且在步骤67中将该曝光时间设定调节为所计算的最优曝光时间，之后可终止该方法，并且所述装置准备扫描乳房。
所述方法的另一个特征在于，可屏蔽掉没有用于扫描的辐射。因此，在步骤68(需要在步骤63之后执行的步骤，但是也可独立于方法步骤64-67执行该步骤)中，推断出具有“满”信号强度的线像的像素，即，出现完全没有吸收的位置，这又代表X射线未被传输过乳房。这里，可确定乳房的外部形状。然后，在步骤69中，将图1装置的准直器装置83a的可变孔控制得调节为乳房的外部形状，以便于阻止未被传输过乳房的辐射穿过准直器装置。在这样的方式下可适度减少散射的辐射，所述散射的辐射可增加对于患者的辐射剂量并降低图像对比度。
所述方法的另一个特征在于，根据初始曝光测量，不仅可调节曝光时间，而且还可调节其他曝光参数，例如，滤波装置82的可变光谱透射特征和/或X射线管81的操作电压或电流。因此，在步骤70(需要在步骤63之后执行的步骤，但是也可独立于方法步骤64-67和68-69执行该步骤)中，测量表现出线像的图像中的对比度。所述测量最好有关于线像中像素的信号强度的变化，或对于由压缩单元控制的乳房不同厚度的检测X射线的信号强度。
接下来，在步骤71中，执行对于微处理器91中或可进入存储器(未明确示出)中所储存的查阅表的搜索，所述查阅表包含例如各种乳房特征的预期对比度水平的图表。所述搜索可以步骤61中的输入为基础并且确定了扫描的预期对比度水平。除使用查阅表以外，可使用适当的运算法则以确定预期的对比度水平。
另外，在乳房X线照相术的情况中，扫描的预期对比度水平可以(i)压缩力中的变化所导致的受压乳房厚度中的变化，和或(ii)在不同压缩力下从受压乳房的两次曝光中所获得的信号水平为基础。
然后，在步骤72中，将表现出线像的图像中的对比度的测量与预期对比度水平相比较，并且根据该比较结果可调节滤波装置82的可变光谱透射特征和/或X射线管81的操作电压以在随后的扫描中获得预期的对比度水平。
所述调节可要求再一次的曝光时间调节以便于考虑传输过乳房并随后检测的改变光谱，因此例如可能必须使用不同的过滤器和/或不同的乳房压缩重复步骤62-67。
另外，如果在步骤66中计算的最优曝光时间非常长的话，可能需要X射线通量的增加。非常长的曝光时间可能使得被诊察的患者感到不快，并且还存在患者移动因此导致所记录的图像模糊的危险。因此，可以以下方式修正以上所述的方法。
如果在步骤66中计算的最优曝光时间长于特定阈值(如由制造者或操作者可能根据所执行的测量类型而设定的)的话，那么X射线管的管电流增加因此也可能增加焦斑尺寸(未示出)。
应该理解的是，多个一维探测器单元41可被随意地分布在阵列中，只要它们被布置得使得来自于其中的电离辐射的一维图像被分布在待记录的二维图像的主要部分上。
例如，如图6中所示的，探测器单元41可被布置在通用圆形支架42′的圆中，其中每个探测器单元41基本都相对于所述圆沿径向定向并且使得其敏感区或入口狭缝43面对所述设备的前面。所示出的设备具有布置在支架42′整个直径上的一个非常宽的探测器单元、相对于所述非常宽的探测器单元对称布置的十个略宽的探测器单元、以及十二个较窄的探测器单元41，每个较窄的探测器单元41都对称地布置在两个相邻略宽探测器单元之间。
如箭头47′所示出的，在扫描期间该设备在支架42′的平面中相对于乳房或待成像的其他目标转动。最好，通过位于中心的从后侧连接于所述设备的锭子89′使得图6的设备转动。通过使得阵列转动与圆周距离s1相对应的角度可记录一个完整的二维图像。如果将使用扇形射束准直器的话，必须使其与探测器设备一起转动以保持扫描期间的对齐。
为了进一步描述有关于所述探测器单元的环形阵列的情况，可参考我们2001年1月15日所申请的题为“Radiation detectorarrangement”的未决的瑞典专利申请No.0200447-1，这里合并参考所述专利申请的内容。
还应该理解的是，本发明同样适用于记录除从中穿过的目标以外被散射掉的辐射的二维图像。
还应该理解的是，本发明的所述探测器单元实际上可为各种类型的，只要它们是能够记录它们所暴露于其处的电离辐射的一维图像的一维探测器就可以。
然而，优选的线形探测器单元为光子计数探测器，诸如随意装有电子雪崩放大器的气态基电离探测器，特别地，所述气态基电离探测器其特征在于，使得自由电子沿基本垂直于入射电离的方向移动。
为了进一步针对本发明中可使用的气态基电离探测器的不同种类进行描述，参照授权于Tom Frencke等人并转让给Xcounter AB的以下美国专利申请，这里合并参考所述专利申请的内容，所述专利申请为：No.08/969554(已公布为美国专利No.6,118,125)；09/443,292；09/443,320；09/443,321；09/444,569；09/550288；09/551603；09/552692；09/698147；09/708521；09/716228；以及09/760748。

Claims (52)

1.一种用于记录目标的二维图像的以扫描为基础的辐射探测器设备，所述辐射探测器设备包括多个一维探测器单元(41)，当电离辐射穿过或散射所述目标时每个一维探测器单元(41)都暴露于电离辐射，并且所述一维探测器单元(41)被布置得用于它们所暴露于其处的各个电离辐射的一维成像，其特征在于，
所述多个一维探测器单元被分布在密集阵列中以使得来自于所述多个一维探测器单元中的电离辐射的一维图像被分布在待记录的二维图像的主要部分上，其中，
所述以扫描为基础的辐射探测器设备还包括：
当所述多个一维探测器单元被布置得用于重复检测从而形成所述目标的二维图像时用于使得所述一维探测器单元的阵列相对于所述目标移动的装置(87-89、91)；以及
用于控制所述一维探测器单元的阵列的移动和重复检测的控制装置，所述控制装置适合于(i)控制所述一维探测器单元阵列以便在移动的初始部分之前或期间的短时间内检测电离辐射；(ii)计算在所述移动的初始部分之前或期间的所述短时间内以所述电离辐射的检测为基础的每次重复检测的最优曝光时间；以及(iii)控制所述一维探测器单元阵列的重复检测以便于自动地获得每次重复检测的所述最优曝光时间从而获得最优图像质量。
2.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，两个相邻一维辐射探测器单元之间的每个距离小于30mm。
3.如权利要求1或2所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，所述多个一维探测器单元(41)为至少100个，每个都具有至少100个沟道。
4.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，每个所述多个一维探测器单元(41)都是光子计数探测器。
5.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，所述控制装置适合于沿所述多个一维探测器单元(41)中的至少一个计算空间信号强度导数；并且适合于以所述计算的空间信号强度导数作为所述最优曝光时间的所述计算的依据。
6.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，所述控制装置适合于根据从移动的初始部分之前或期间的电离辐射的所述检测中获得的最小或平均信号值计算所述最优曝光时间。
7.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，所述控制装置适合于根据从移动的初始部分之前或期间的电离辐射的所述检测中获得的所述一维探测器单元阵列的区域内的最小或平均信号值计算所述最优曝光时间。
8.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，所述控制装置适合于根据从移动的初始部分之前或期间的电离辐射的所述检测中获得的所述一维探测器单元阵列的一个或一些一维探测器单元的综合信号值计算所述最优曝光时间。
9.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，所述控制装置适合于在多个一维探测器单元重复检测以形成目标的二维图像时控制所述装置(87-89、91)移动以使得所述一维探测器单元阵列相对于所述目标连续地移动。
10.如权利要求9所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，所述控制装置适合于控制所述装置(87-89、91)移动以使得所述一维探测器单元阵列相对于所述目标在基于每个重复检测的所述计算的最优曝光时间的速度下移动。
11.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，所述控制装置适合于(i)控制所述装置(87-89、91)移动以使得所述一维探测器单元阵列相对于所述目标逐步地移动、以及(ii)在所述一维探测器单元阵列相对于所述目标保持静止时控制所述多个一维探测器单元以便于进行检测。
12.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，所述一维探测器单元阵列在移动的初始部分之前或期间检测电离辐射的所述短时间在100ns-1s的时间间隔内。
13.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，所述控制装置包含用于各种目标特性的预期信号强度的查阅表或用于确定用于各种目标特性的预期信号强度的运算法则，并且适合于(i)接收其二维图像待记录的目标的特性，以及(ii)通过用所述短时间乘以预期信号强度与在移动的初始部分之前或期间的电离辐射的所述检测中获得的信号强度的比率而计算出每次重复检测的最优曝光时间。
14.如权利要求13所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，所述各种目标特性包括目标厚度，其特征在于，所述目标为受压乳房，并且所述厚度被定义为特定压缩力下的厚度。
15.如权利要求13或14所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，所述各种目标特性包括估计密度，其特征在于，所述目标为乳房并且所述估计密度被定义为脂肪含量与其他组织含量的比率。
16.如权利要求13所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，所述目标为受压乳房并且所述各种目标特性包括由压缩力中的变化所导致的乳房厚度变化。
17.如权利要求13所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，所述目标为受压乳房并且所述各种目标特性包括由压缩力中的变化所导致的吸收的变化。
18.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，包括布置在所述目标(55)上游的所述电离辐射的路径中的具有可变孔的准直器(64)，其特征在于，所述控制装置适合于(i)在移动的初始部分之前或期间从电离辐射的所述检测中推算出所述目标的外部形状，以及(ii)控制屏蔽装置的可变孔以便于屏蔽掉未穿过或散射所述目标的辐射，并且所述屏蔽装置(64)被布置得在所述一维探测器单元的阵列相对于所述目标移动期间相对于所述一维探测器单元的阵列被固定。
19.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，包括布置在所述目标(55)上游的所述电离辐射的路径中的具有可控可变光谱透射特性的滤波装置，其特征在于，所述控制装置适合于(i)在移动的初始部分之前或期间从电离辐射的所述检测中推算出所述检测的对比度的测量表示，以及(ii)根据所述检测的对比度的所述测量表示控制所述滤波装置的可变光谱透射特性。
20.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，包括用于产生电离辐射的X射线管(81)，所述X射线管(81)具有发射电子的阴极和所述电子撞击其上的阳极，并且所述X射线源(81)是X射线的源，所述管具有可控可变操作电压、管电流以及焦斑尺寸，所述操作电压为所述阳极和所述阴极之间的电压降，所述管电流为所述阳极和所述阴极之间的电流，所述焦斑尺寸为所述电子撞击其上的所述阳极的面积，其特征在于，所述控制装置适合于响应于在移动的初始部分之前或期间电离辐射的所述检测控制所述X射线管的可变操作电压。
21.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，包括用于产生电离辐射的X射线管(81)，所述X射线管(81)具有发射电子的阴极和所述电子撞击其上的阳极，并且所述X射线源(81)是X射线的源，所述管具有可控可变操作电压、可控可变管电流以及焦斑尺寸，所述操作电压为所述阳极和所述阴极之间的电压降，所述管电流为所述阳极和所述阴极之间的电流，所述焦斑尺寸为所述电子撞击其上的所述阳极的面积，其特征在于，所述控制装置适合于响应于在移动的初始部分之前或期间电离辐射的所述检测控制所述X射线管的可变管电流。
22.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，包括用于产生电离辐射的X射线管(81)，所述X射线管(81)具有发射电子的阴极和所述电子撞击其上的阳极，并且所述X射线源(81)是X射线的源，所述管具有可控可变操作电压、可控可变管电流以及可控可变焦斑尺寸，所述操作电压为所述阳极和所述阴极之间的电压降，所述管电流为所述阳极和所述阴极之间的电流，所述焦斑尺寸为所述电子撞击其上的所述阳极的面积，其特征在于，所述控制装置适合于响应于在移动的初始部分之前或期间电离辐射的所述检测控制所述X射线管的可变焦斑尺寸。
23.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，所述多个一维探测器单元被分布在通用支撑结构(42)上的二维图案中。
24.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，所述多个一维探测器单元以排(44；61；71)和堆(45；63；73)的方式布置，所述排平行于所述一维探测器单元而所述堆基本与之垂直，其中每排中的一维探测器单元能够一起完全检测一维中的目标。
25.如权利要求24所述的设备，其特征在于，每排(44；61)的一维探测器单元沿排的方向在相邻一维探测器单元之间以具有重叠(x1)的方式相互交错。
26.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，所述多个一维探测器单元以环形方式布置，其中每个探测器单元都关于所述环形基本径向地定向。
27.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，其特征在于，每个所述多个一维探测器单元都是气态基电离辐射探测器，其特征在于，通过辐射光子和气体之间的相互作用而释放的电子可沿基本垂直于进入到一维探测器单元的电离辐射的方向被提取。
28.如权利要求1所述的以扫描为基础的辐射探测器设备，包括布置在所述目标(55)上游的所述电离辐射的路径中的辐射吸收材料的准直器(51)，所述准直器包括多个辐射透光狭缝(52)，所述辐射透光狭缝(52)的数量与一维探测器单元的数量相一致，其特征在于，所述辐射透光狭缝与所述一维探测器单元相对齐，以使得当基本平坦的射线束穿过所述准直器的所述辐射透光狭缝时照射相应的一维探测器单元，并且其特征在于，所述准直器被布置得在所述一维探测器单元的阵列相对于所述目标移动期间相对于所述一维探测器单元的阵列被固定。
29.一种用于记录目标的二维图像的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供包括多个一维探测器单元(41)的以扫描为基础的辐射探测器设备，每个一维探测器单元(41)都被布置得用于它们所暴露于其处的各个电离辐射的一维成像，其中，所述多个一维探测器单元被分布在密集阵列中以使得来自于所述多个一维探测器单元中的电离辐射的一维图像被分布在待记录的二维图像的主要部分上；
在短时间内当穿过或散射所述目标时检测电离辐射；
计算在短时间内以所述电离辐射的检测为基础的每次重复检测的最优曝光时间；以及
当电离辐射穿过或散射所述目标时，在将多个一维探测器单元暴露于电离辐射的同时使得多个一维探测器单元的阵列相对于所述目标移动，并且使用所述计算的最优曝光时间重复检测以便于产生目标的二维图像。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，两个相邻一维辐射探测器单元之间的每个距离小于30mm。
31.如权利要求29或30所述的方法，其特征在于，所述多个一维探测器单元(41)为至少100个，每个都具有至少100个沟道。
32.如权利要求29所述的方法，其特征在于，每个所述多个一维探测器单元(41)都是光子计数探测器。
33.如权利要求29所述的方法，还包括以下步骤：沿所述多个一维探测器单元(41)中的至少一个计算空间信号强度导数；并且以所述计算的空间信号强度导数作为所述最优曝光时间的所述计算的依据。
34.如权利要求29所述的方法，其特征在于，根据从短时间内的电离辐射的所述检测中获得的最小或平均信号值计算所述最优曝光时间。
35.如权利要求29所述的方法，其特征在于，根据从短时间内的电离辐射的所述检测中获得的所述一维探测器单元阵列的区域内的最小或平均信号值计算所述最优曝光时间。
36.如权利要求29所述的方法，其特征在于，根据从短时间内的电离辐射的所述检测中获得的所述一维探测器单元阵列的一个或一些一维探测器单元的综合信号值计算所述最优曝光时间。
37.如权利要求29所述的方法，其特征在于，在多个一维探测器单元重复检测以形成目标的二维图像时使得所述一维探测器单元阵列相对于所述目标连续地移动。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，所述一维探测器单元阵列相对于所述目标在基于所述计算的最优曝光时间的速度下移动。
39.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述一维探测器单元阵列相对于所述目标逐步地移动，并且在所述一维探测器单元阵列相对于所述目标保持静止时在移动的每一步骤之间执行使用所述计算的最优曝光时间的所述重复检测。
40.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述一维探测器单元阵列在移动的初始部分之前或期间检测电离辐射的所述短时间在100ns-1s的时间间隔内。
41.如权利要求29所述的方法，其特征在于，
-接收其二维图像待记录的目标的特性；
-通过参照用于各种目标特性的预期信号强度的查阅表或通过运算法则建立其二维图像待记录的目标的预期信号强度；以及
-通过用所述短时间乘以预期信号强度与在所述短时间内的电离辐射的所述检测中获得的信号强度的比率而计算出每次重复检测的所述最优曝光时间。
42.如权利要求29所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
-在所述目标(55)上游的所述电离辐射的路径中布置具有可变孔的屏蔽装置(64)；
在短时间内从电离辐射的所述检测中推算出所述目标的外部形状；以及
-调节所述屏蔽装置的可变孔以便于屏蔽掉未穿过或散射所述目标的辐射，其特征在于，
-在所述一维探测器单元的阵列相对于所述目标移动期间，所述准直器装置(64)相对于所述一维探测器单元的阵列被固定。
43.如权利要求29所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
-在所述目标(55)上游的所述电离辐射的路径中布置具有可变光谱透射特性的滤波装置；
-在移动的初始部分之前或期间从电离辐射的所述检测中推算出所述检测的对比度的测量表示；以及
-根据所述检测的对比度的所述测量表示调节所述滤波装置的可变光谱透射特性。
44.如权利要求29所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
-通过X射线管(81)产生所述电离辐射，所述X射线管(81)具有发射电子的阴极和所述电子撞击其上的阳极，并且所述X射线源(81)是X射线的源，所述管具有可变操作电压、管电流以及焦斑尺寸，所述操作电压为所述阳极和所述阴极之间的电压降，所述管电流为所述阳极和所述阴极之间的电流，所述焦斑尺寸为所述电子撞击其上的所述阳极的面积；以及
-响应于短时间内的电离辐射的所述检测调节所述X射线管的可变操作电压。
45.如权利要求29所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
-通过X射线管(81)产生所述电离辐射，所述X射线管(81)具有发射电子的阴极和所述电子撞击其上的阳极，并且所述X射线源(81)是X射线的源，所述管具有操作电压、可变管电流以及焦斑尺寸，所述操作电压为所述阳极和所述阴极之间的电压降，所述管电流为所述阳极和所述阴极之间的电流，所述焦斑尺寸为所述电子撞击其上的所述阳极的面积；以及
-响应于短时间内的电离辐射的所述检测调节所述X射线管的可变管电流。
46.如权利要求29所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
-通过X射线管(81)产生所述电离辐射，所述X射线管(81)具有发射电子的阴极和所述电子撞击其上的阳极，并且所述X射线源(81)是X射线的源，所述管具有操作电压、管电流以及可变焦斑尺寸，所述操作电压为所述阳极和所述阴极之间的电压降，所述管电流为所述阳极和所述阴极之间的电流，所述焦斑尺寸为所述电子撞击其上的所述阳极的面积；以及
-响应于短时间内的电离辐射的所述检测调节所述X射线管的可变焦斑尺寸。
47.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述多个一维探测器单元被设在通用支撑结构(42)上的二维图案中。
48.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述多个一维探测器单元以排(44；61；71)和堆(45；63；73)的方式布置，所述排平行于所述一维探测器单元而所述堆基本与之垂直，其中每排中的一维探测器单元能够一起完全检测一维中的目标。
49.如权利要求48所述的方法，其特征在于，每排(44；61)的一维探测器单元沿排的方向在相邻一维探测器单元之间以具有重叠(x1)的方式相互交错。
50.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述多个一维探测器单元以环形方式布置，其中每个探测器单元都关于所述环形基本径向地定向。
51.如权利要求29所述的方法，其特征在于，每个所述多个一维探测器单元都是气态基电离辐射探测器，其特征在于，通过辐射光子和气体之间的相互作用而释放的电子可沿基本垂直于进入到一维探测器单元的电离辐射的方向被提取。
52.如权利要求29所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
-在所述目标(55)上游的所述电离辐射的路径中布置辐射吸收材料的准直器(51)，所述准直器包括多个辐射透光狭缝(52)，所述辐射透光狭缝(52)的数量与一维探测器单元的数量相一致；以及
-将所述辐射透光狭缝与所述一维探测器单元相对齐，以使得当基本平坦的射线束穿过所述准直器的所述辐射透光狭缝时照射相应的一维探测器单元，其特征在于，
-在所述一维探测器单元的阵列相对于所述目标移动期间，所述准直器相对于所述一维探测器单元的阵列被固定。
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