CN1023063C - 放射线摄影装置 - Google Patents

Abstract

放射线摄影装置是数字形式的，它这样构成，隔着被检测体，在一边设置放射线源[X射线管]和狭缝，在另一边设置数列放射线检测器列，用束流状放射线扫描被检测体。在一个图像面的扫描期间，连续照射放射线，将相当于各像素的在扫描期间各检测元件的信号进行积分，便成各像素的图像数据，然后将扫描线一致的检测器输出的各像素图像数据进行相加。本发明可改善灵敏度，缩短扫描时间，由于减少了扫描线的间隔，从而提高了像分辨率。

Description

本发明是关于诊断用的放射线摄影装置，特别是关于用放射线检测器列扫描测定区域，直接摄影数字放射线图像的技术。

X射线图像诊断法是随照相法发展起来的，它已有很长的历史。最近，由于X射线图像增强器和电视系统的发展与普及，以及采用图像贮存板的数字摄影法等的出现，X射线图像诊断法在技术上已达到了极高的水平，并已被广泛普及。在需要获得数字图像的场合，这些摄影法摄影一次模拟图像，然后将此模拟图像转换成数字图像。作为直接摄影数字X射线图像的装置，现在有被称为X射线数字狭缝摄影的装置。它是这样一种装置，即隔着被检测体，在一边设置放射线源（X射线源）和狭缝，而在另一边设置放射线检测器列，使由狭缝调成的扇形状的X射线束透过被检测体，并用一维排列的X射线检测器接收此透过的X射线，而此同时使X射线束和检测器以一定速度进行移动。

图3为X射线数字狭缝摄影装置的原理说明图。由X射线管1射出的X射线束，通过设置在被检测体6前方的狭缝3后，变成具有长方形截面的扇形束，并且透过被检测体6。狭缝3的宽度最好比置于被检测体6后方并具有屏蔽5的狭缝宽度小，而且在考虑到除去散射线的程度及X射线的利用效率时，能够自由选择。

X射线探测器DO，例如由闪烁器或具有图像贮存作用的光电二极管和其它半导体检测元件构成的检测器，在与纸面垂直的方向沿所需的纵向方向的摄影尺寸进行配置。在构成一个图像面的期间，辐照 X射线，狭缝3、屏蔽板5、X射线检测器DO保持规定的位置关系那样，对着X射线检测器的配列沿直角方向以一定速度移动，则各检测元件反复存贮和读出图像数据。

使用此摄影方法，要同时达到高分辨率和高速度是困难的。总之，如果要达到高分辨率，减少X射线检测器的元件面积时，就需要补偿由X射线受光面积的减少而引起的灵敏度的降低，并且必须延长扫描时间，因此二者不能兼得。

与此相反，不怎么花费扫描时间，且提高了像分辨率的先有发明已公布于特开昭59-230540号公报。先有的这一发明中，设有数列以一维方式排列的X射线检测器，还设有对应于此数列检测器宽度的一条狭缝，以上述数列作为一个移动节距，对着检测器列沿直角方向使上述检测器和狭缝作间歇式移动，每移动一次，照射X射线线，重复这一操作，就得到X射线图像。

但是，在此先有发明中，由于间歇式移动需要时间，因此不能保证缩短扫描时间。

在以上X射线数字狭缝摄影装置中，由各放射线检测元件输出的信号为模拟电压或电流信号，在相当于各像素的扫描时间中进行积分后被转换成数字量，成为上述像素的图象数据。与此相对，也有计数入射到检测器中的X射线光子数目的方法。因为X射线和其它放射线具有天生的粒子的性质，所以为了测定放射线的强度，计数粒子（光子）的个数是最准确的方法。

以计数X射线光子数方式的X射线数字摄影装置，示于例如欧州专利公开号第84112101.5（Publication    No.0137487）说明书中。此种装置是将许多放射线检测元件以及与这些元件的每一个元件直接连接的计数电路排列成一阵列，并用其 扫描投影了X射线透过像的区域，随着扫描，一边划分各计数道数的计数值，一边传送至图像存贮器所对应的地址（单元），得到二维数字图像。

但是，使用这种方法时，检测器的受光面积小，灵敏度不足，摄影需要长时间，难于实际使用。例如，当使用最大输出的X射线管，在100mR/sec的X射线照射下，使用35mm角宽度的检测元件时，一个检测元件可俘获的光子数约为每秒367个。由于X射线被吸收，对于透过量为10%的身体患疾部，为了将由统计变动而引起的量子噪声限止在1%以下，检测光子数须为100000个，曝光时间的变为27秒。在这样长的摄影时间中，不可能停止呼吸，因此具有身体活动要产生影响等缺点。

为了克服如上所述的先有的放射线摄影装置的缺点，在本发明中，在检测体的一边设置放射线源和狭缝，而在另一边设置放射线检测器列，使之扫描透过被检测体的X射线图像，其中，设置数列放射线检测器列，利用累积（积分或计数）相当于各像素在扫描时间中各检测元件的信号的方法，使之构成上述各像素的图像数据。

此外，在本发明中，在一对检测器列中，使检测元件的位置互相错开，使之一列的各检测器的扫描和另一列各检测器的扫描线互相交错。

使用上述的本发明，可以改善扫描型数字放射线摄影装置的灵敏度，也可以缩短扫描时间，因为缩小了扫描线的间隔，所以提高了像分辨率。

图1为本发明的放射线摄影装置的第一实施例重要部位结构图;图2为第一实施例装置的扫描时间图;图3为先有X射线数字狭缝摄影装置原理的重要部件结构图。

图1为本发明第一实施例装置，X射线检测器与纸面相平行，装有各检测器元件D₁、D₂、D₃……D_n，同时还在垂直方向排成阵列，作为整体检测元件被配置成矩阵状。阶梯人体模型F用于说明检测元件与X射线图像数据之间的关系，阶梯人体模型F的厚度是从薄依次到厚，顺序为W₁、W₂、W₃……W_n。

图2所示的为伴随扫描时各像素的图像数据的存贮（积分）及读出的状态图。若用图1的本发明第一实施例，则使狭缝2、屏蔽板4及X射线检测元件群在保持其相互位置关系的状态下进行移动。图2表示这些移动部件以速度V进行移动的情况，对应于横轴的时间，表示各检测元件在凸部存贮人体模型F的厚度W₁、W₂、W₃……的X射线图像数据，而在凹部读出扫描计时。其中，D_n（K）表示第n列的K号检测元件。此外，图中的（W₁）、（W₂）、……表示阶梯厚度W₁、W₂……的图像数据，由各个检测元件D₁（K）、D₂（K）、D₃（K）……D_n（K）分别所得的图像数据读出后进行相加。因此，在扫描相当于一个像素的被检测体所需的时间变为（n-1）d/v。

还有，各检测元件的数据的相加是与第二实施例详细叙述的情况相同，即通过检测元件后面连接的电路进行相加，但若使用CCD作为检测器，使之形成依次传送元件D₁、D₂、D₃……D_n的信号电荷那样的结构，则可使电荷传送速度和检测器移动速度相同，不用外部加法电路进行相加，这样电路结构就变得简单。

使狭缝、检测器进行移动的驱动方法与在第二实施例中所示的装置相同。

下面，就本发明的第二实施例进行说明。图4为构成第二实施例放射线摄影装置的说明图。此图中，1为X射线管;6为被检测体; 7为监控X射线强度的监测仪;8为支撑狭缝板10的支柱，在狭缝板10上开设了狭缝9。由X射线管1射出的X射线通过狭缝9，变成扇形的X射线束13，然后透过被检测体6，并被敏感元件板15上的检测器列14的各检测器检出。16为监测仪用X射线图像增强器（Ⅻ），17为摄影图像增强器Ⅻ图像的电视摄像机。狭缝板10及敏感元件板15可沿支柱11、12及8上下移动。因为移动驱动装置的详细结构不是本发明的重点，所以图中没有示出，但例如在支柱11上设有螺纹，在与敏感元件板15的支柱11相接的部分上设置与支柱11的螺纹相咬合的螺栓，在用支柱下部底盘上的马达使支柱11旋转的同时，由于敏感元件板15与支柱11平滑地构成相接的面，所以敏感元件板可上下自由运动，实现了敏感元件板的移动。狭缝板10的移动也一样，但必须防止它绕支柱8旋转。移动时，要设定移动的速度，使之通过狭缝9的X射线束13一般都入射到检测器列14上。

可是，因这种移动是使X射线束透过被检测体的位置发生移动，所以是相对移动，例如，也可以使X射线管1的移动来代替狭缝板10的移动。

图5为图4中敏感元件板15上结构的放大图。在图5中，18为检测器（检测元件）;19为放大检测器18的输出信号的放大器;20为计数检测信号脉冲数的计数电路。检测器18、放大器19及计数电路20构成一个系统，在该图中，七个系统形成一个方块，沿横的方向排列许多个方块，从而形成一列。

信号线21是将计数电路20输出数据，输至与后面相连的图像处理部的数据线，信号线22是指定读出计数电路20的地址线。上述一个方块的检测元件、放大器、计数电路形成于一片半导体基片上。 检测元件18，是例如Cd    Te（镉.碲）那样的半导体或闪烁体与光电二极管的结合体，它根据放射线的能量和种类而决定。

图6所示的为上述第二实施例放射线检测器的排列。

首先，将500个（包括每两个检测器间分开的位置）正方形检测器并列作成线状阵列，取一对这种检测器列，以互相相距约10mm平行排列，作成一组检测器列。一个检测元件的检测面的大小是边长＝0.7mm（＝350mm/500个元件）。两条检测器列错开一个检测元件的距离，即错开0.35mm的距离进行安装，并使每检测器列的扫描线互相交错，使两条检测器列分别分担扫描奇数像素行和偶数像素行，检测放射线。在图中，这种由两条检测器列构成的组是从第1组至第4组，将此4个组，互相平行安装，并相隔适当的距离。集中5个检测器18作成检测器块23，扫描线标有从1至1006的编号。24是将检测器块23连起来作成一条检测器列留出的检测器之间分开的位置。

这样，与先有的将边长为0.35mm的正方形检测器并排后形成的简单结构的检测器排列相比，接收X射线的面积为各元件面积的4倍，而且，由于具有4组检测器列，又是4倍，所以灵敏度合计提高了16倍，摄影时间也可缩短此倍数。而且，由于X射线管在短时间可发射长时间发射额定值的数倍X射线，因此再加上这一优点，摄影时间可一举缩短至0.5秒。在0.5秒的时间内，则可暂停呼吸，可摄影除心脏附近以外的无身体运动及血液流动影响的灵敏图像。摄影时间可缩短至1/50以下，而检测器的增加则只能到4倍。

图像细节的分辨率总是随一个元件面积增大而下降，但若考虑X射线焦点的直径，分辨率不至于降低一半。元件检测区要互相稍微重 复，这样，可防止元件与元件之间信息的遗漏，并使图像细节变得圆滑，这应当作为一种优点。例如，当物体尖锐边缘图像在画面上倾斜出现时，如果检测元件较小，则边线就变成不协调的阶梯状，但按照本发明，当靠近的检测范围重叠时，即使是倾斜线，横跨双像素，也能成为缓缓变化的圆滑的直线，在观察细节部图像时，反而容易识别。

其次，在实际工作中制备检测器时，由于难以获得大的半导体材料，因此一般将数个小阵列块连起来，在接合部位置的像素中，由于检测元件分开，出现数据遗漏的位置，因此须采取对策。此外，由于各元件及接合在各元件上的放大器的特性不一致，所以在每一像素中灵敏度各异，在所获取的图像中出现了不均匀性。这一点可用下述方法进行粗略的校正。即在事前或事后，将照度均匀的X射线照射整个区域，并将测得的均匀图像数据作参比，从而进行校正计算。在本发明中，将数列检测器阵列的间隙错开配置，使之互不一致，这样，就使不均匀性分散，可以得到更好的校正计算效果。

图7为使用检测器列14的扫描说明图，随着从区域26上侧扫描至下侧，各检测器列的数据（计数）被传送、读入到图像处理装置内图像存贮器25与各检测器位置相对应的地址。入射狭缝的开口的设置要使X射线只入射到这些检测器列上，而且在测定时要联动移动，使之保持上述的这种位置关系。而且，随着移动，检测元件和连接在检测元件上的各个计数电路将把透过被检测体的X射线的强度转变成脉冲记数，送入图像存贮器，在对应地址中累积，使之形成图像。检测器列相间的距离要宽到一个像素以上，使得能充分躲避在透过X射线周围扩展的杂散X射线。此外，检测器列间距离的变宽要依据扫描同一部位的时间间隔不宜过大来确定。

其次，作为实用上须解决的问题是校正由X射线源随时间的强度变化而引起的图像浓谈不均匀。X射线源强度变动的主要原因是整流电源中残留的脉动电流，即使是三相全波整流电源，也含有25%的辐射剂量的变动。使用通常的摄影法，由于同时测定整个区域，因此图像上均匀，但用本法那样的扫描形式中，具有不能放置的问题。

因此，如图4所示，利用辐射剂量敏感元件7平行测定入射前的X射线量，然后根据此测定值校正此时测定的检测输出值。校正方法可采用下列任一方法进行校正，监控值不用图示，将它作为时序数据记录在图像处理装置内的存贮器中，然后在一个图像面测定后，对所测定的图像数据进行计算校正;或在测定时，即时地对每一像素列进行计算校正;或控制扫描速度及计数时间两项中的一项，使之对每一扫描线使其入射辐射剂量测定值达到恒定，等等。需要注意的是，当辐射剂量测定值中含有误差时，则整个一行图像产生相同比例的浓度变动，使得很难观察图像，为了防止这一现象，辐射剂量检测器的测定辐射剂量，即灵敏度，必须比一般的像素检测器灵敏度大得多。若用相同尺寸的检测器，则要将数个元件的输出相加，然后使用。此外，对所得的图像进行校正计算时，一个像素所得的值应是将从数个检测器不同的时间中所得的值进行积分的值，必须对应于辐射剂量监控仪时间的4个位置的数据进行相加，再使用到基准值中。

校正计算的内容、输出值传送至图像存贮器的方法等，目前常采用一般的图像处理等系统，一般讲，这是众所周知的技术，因此不再说明。

还有，上面所作的说明是针对用数字电路进行测定的情况，当然，用模拟方式进行实施，也可得到如上所述的效果。此外，所用的放射线不仅是X射线，对于r射线和其它光线，其基本技术也是相 同。

另外，要发挥上述的精神，例如，增加检测器列的数量，进一步划分像素列的分担，则谋求提高灵敏度等的改进形式也能够容易地提出。

根据本发明，在数字放射线摄影中，可大幅度缩短扫描时间，并可防止图像质量的变坏。特别是在第二实施例装置中，虽然使用少量检测器数，而灵敏度及分辨率则被提高至实用范围。此外，由杂散X射线所引起的干扰被限止到最小，提供了性能优良的放射线摄影装置。

Claims (6)

1、一种放射线摄影装置，其中包括：放射线源；设置在该放射线源和被检测体之间的至少一条狭缝；设置在被检测体的放射线源相反侧的放射线检测器，使所述放射线源或所述狭缝和所述放射线检测器相对于被检测体连续移动的驱动机构；处理放射线检测器输出信号的处理机构；其特征在于：

具有所述放射线源在一个图像面的扫描期间，连续地照射放射线的控制机构；所述放射线检测器由设置成数列线状排列的放射线检测器组成；所述放射线源或所述狭缝和所述放射线检测器保持设定的位置关系，并相对于被检测体连续移动；所述信号处理机构具有进行积分的装置，该装置通过将与扫描线一致的放射线检测器输出的各像素图像数据进行相加，对相当于各像素的被检测体在扫描期间各放射线检测器的信号进行积分。

2、按权利要求1所述的放射线摄影装置，其特征是，至少有一对检测器列，在此一对检测器列中，检测器的配置位置要互相错开，使在一列中各检测器的扫描线与另一列中各检测器的扫描线交错。

3、按权利要求2所述的放射线摄影装置，其特征是，设置数条狭缝，与各狭缝相对应配置一条乃至数条检测器列。

4、按权利要求2或3所述的放射线摄影装置，其特征是，一对检测器列中的检测器的配置位置互相错开，错开距离为各列中相邻检测器间隔的一半。

5、按照权利要求1或2所述的放射线摄影装置，其特征是，放射线源为x射线管，并设有辐射剂量敏感元件，以监控x射线管时间性的强度变化。

6、按权利要求1或2，或3所述的放射线摄影装置，其特征是，各检测器列的配置要相离开一个像素以上。

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