CN1026267C - 带吸收元件的狭缝x射线照像装置和制作吸收元件的方法 - Google Patents

带吸收元件的狭缝x射线照像装置和制作吸收元件的方法 Download PDF

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Abstract

狭缝射线照像装置，它包括一个X射线源，该装置还包括一个吸收装置，它由若干可移动的吸收元件组成，这些元件依次排列，使用时，在适宜的控制信号作用下，它们能够或多或少地移到扇形X射线束中去，以便影响射线束各部分入射到被测物体上的X射线辐射，其特征在于：至少是邻接的吸收元件彼此面对着的边缘部分为配合结构，从X射线源观察，彼此搭接的一个吸收元件的边缘总是比另一个吸收元件的配合结构边缘更靠近X射线源一段距离，搭接的边缘处的总材料厚度与两个边缘之间的材料厚度相等。

Description

本发明涉及一种狭缝X射线照像装置，它包括一个X射线源，使用时，该射线源经一狭缝光阑的狭缝以在与狭缝长度横截的方向成扇形形式扫描检测物体。该装置还包括一个吸收装置，它由若干可移动的吸收元件组成，这些元件依次排列，使用时，在适宜的控制信号作用下，它们能够或多或少地移到扇形X射线束中去，以便影响射线束各部分入射到被测物体上的X射线辐射。
上面所述类型的装置，譬如可从4，715，056号美国专利说明书中得知。4，715，056号美国专利说明书示出并描述了多种吸收元件，它们可上下移动，以便对传输的或者穿过狭缝光阑的狭缝传输的扇形X射线束的各部分施加影响。这些吸收元件可由依次排列的小板组成，其所用材料能衰减甚至完全吸收X射线辐射，这些小板装于悬臂放置的呈舌片型装置的自由端。舌片型装置最好是压电簧片，它能控制自由端的位置，从而能用电信号直接控制吸收元件的位置。不过，也可以用不同的方法控制舌片型装置，例如，可采用各种能使吸收元件进行往复直线滑动的方法。
在各种情况下，重要的是吸收元件可彼此独立地沿与狭缝光阑的狭缝长度方向横截的方向移动。此外，相邻的吸收元件应彼此相连，以致X射线辐射不能从两吸收元件之间自由通过。
4，715，056号美国专利说明书所示的具有矩形截面的吸收元件只能满足这种最低要求，即相邻吸收元件彼此紧紧相靠。但是，这会对吸收元件自由移动的性能产生不良影响。4，715，056号美国专利说明书还示出了梯形吸收元件以及带舌片和凹槽的吸收元件，这些吸收元件确实能安装得间隙很小，使得X射线辐射不能从相邻元件之间自由通过。但是，这一来吸收元件的中央部分和彼此搭接的边缘部分对X射线辐射的吸收程度也就不一样。这样，所得到的X射线照相中就会产生人为的条纹状图样，而这是不希望出现的。
申请人对狭缝式X射线照相装置进行了研究，该照相装置带有由舌片型吸收元件构成的吸收装置，舌型元件自由端在与舌片长度方向横截的方向装有能吸收X射线辐射材料的小板。在这种情况下，舌片的长度是长短交替的，而且选择吸收材料小板的宽度，使处于离X射线源不同距离处的相邻小板极间彼此有些重叠。然而，这样布置的缺点在于，在进行的X射线照相时，小板的重叠部分会使人为的条纹状图象更为明显。小板到X射线源的距离不同还引起对X射线辐射的影响因小板的位置而不同，这些小板在其它方面是一样的。
总的来说，本发明的目的是要消除上述缺点并提供一种具有便利的吸收装置的狭缝X射线照相装置。
为此目的，本发明所表述的这种装置的特征在于，至少邻接的吸收元件彼此面对着的边缘部分为配合结构，并且从X射线源观察，彼此搭接的一个吸收元件（从X射线源看，它与邻接的吸收元件搭接一个边缘）的边缘总是比另一个吸收元件的配合结构边缘更靠近X射线源一段距离。搭接的边缘处的总材料厚度与两个边缘之间的材料厚度是相等的。
本发明制作狭缝X射线照相装置的吸收装置的吸收元件的方法的特征在于，吸收元件的形状是这样确定的，在两条相互间的距离等于吸收元件所用材料要求的吸收厚度的等距离线之间，至少有两条割线横截于其间，但并非在整个等距线之间都有;每条割线两边以割线为界确定两块边缘区，一条边界线横向延伸到等距离线，至少是延伸到等距离线的一个部分;沿着边界线在相反方向上将每条割线两边所确定的边缘区移动一段小距离，结果在每条割线位置处产生一个间隙;利用位于两个间隙间的形状就得到吸收元件截面的样板形状。
本发明将参考附图予以详细说明。
图1表示狭缝X射线照相装置一个例子的侧视图;
图2至图4表示根据已知技术依次排列的几个吸收元件例子的平面图;
图5和图6分别表示一个吸收装置的侧视图和平面图，该吸收装置具有带吸收材料的小板的长度交替变化的舌片;
图7表示的是本发明的基本想法;
图8至图11表示本发明装置中所采用的吸收元件的例子;
图12是图11沿Ⅺ-Ⅺ线的截面图。
图1表示狭缝X射线照相装置一个实施例的侧视图。所示装置包括X射线源1，焦点为F。X射线源前面有一狭缝光阑2，由它形成一个相对扁平的扇形X射线束3，且指向X射线探测器4。如图1所示，从侧面看，X射线束3的形状有点象楔形，不过它在X射线探测器处的高度很小，比如为3厘米，而在垂直于附图所在平面上。射线束的宽度为40厘米，所以，总的来说，最终X射线束可以看成是一平面。
X射线源和狭缝光阑可以这样方式一起转动，以致X射线束形成一个横截于线束宽度方向的扫描运动，正如双箭头5所示的在附图平面内竖直地运动。这种扫描运动可用一种简单方法来实现。使X射线源和狭缝光阑一起绕一轴，象箭头6所示的那样进行转动，该轴通过X射线焦点F且与附图所在平面垂直。但是，进行扫描的扇形X射线束平面也可以通过其它方式得到，例如，采用4，715，056号美国专利说明书所描述的那种方式。
在这一所示的实施例中，X射线探测器4是一个标准的大底片X射线底片盒，在X射线束扫描过程中，沿竖直方向对X射线底片盒进行条形曝光。还可以用条纹型X射线探测器代替这种固定的大图象X射线底片盒，条纹型X射线探测器可使瞬时X射线辐射转换成条纹状的光图象，使照相底片顺序地曝光。4，715，056号美国专利说明书也表达了这种使用条纹型X射线探测器的例子。
为了能够调整某一特定瞬时和X射线束的特定区段（它也调整X射线探测器相应区段曝光的程度）照射到被检查的患者或物体7上的X射线束的量，于靠近狭缝光阑2处将X射线吸收装置8放在X射线束中。X射线吸收装置在适宜的调整信号的控制下，能够调整在任意时刻X射线束每一部分的辐射量。
4，715，056号美国专利说明书表达了一些吸收装置的例子。
调整线路10为吸收装置提供调整信号。调整线路10从检测装置11接收输入信号，检测装置11检测扇形X射线束每一部分瞬时通过患者或物体7的辐射量并发出相应的电信号。
检测装置可置于患者或物体与X射线探测器4之间，（如图1所示）不过原则上也可以放在X射线探测器4所面。在这两种情况中，检测装置或者直接响应于入射X射线辐射，或者响应于X射线检测装置4因响应X射线辐射而产生的光辐射。
如果检测装置放在患者或物体7与X射线检测器4之间，检测装置对于X射线辐射的透射性应尽可能的好，以便尽可能地减小检测装置对X射线最后图象的影响。例如，8503152和8503153号荷兰专利申请表述了适用的检测装置。
图2至图4依次表示的是根据已有技术的一些狭缝X射线照相装装中的吸收装置的吸收元件例子的平面图，例如，图示的这些元件可装于悬臂支撑的舌片的自由端，舌片的角位置可由调整线路10控制，与其它舌片的位置无关。这样，吸收元件能够彼此无关地以较大或较小程度被引入到X射线束中去。
吸收元件还可以和其它类型的驱动装置配合使用，使吸收元件能够向上或向下滑动，以使吸收元件能够彼此无关地以较大或较小程度被引入到X射线束中。
因为要在邻近的吸收元件之间产生别的狭缝，所以图2所示的元件应当相互靠得很紧，这些狭缝可以让辐射的X射线自由通过。这样，就产生要在X射线照像中得到的条纹状图象。但是，让这些元件又能紧紧排列在一起，又能独立地移动是很困难的。
在图3和图4所示的吸收元件中，相邻元件之间具有匹配型结合部分，这种结合部分使得吸收元件相互排列紧密和/或部分重叠。这样，相邻元件之间具有较小的间隙，没有X射线辐射能从相邻元件之间自由地通过。相邻元件的重叠部分吸收辐射的X射线，虽然程度较小，其结果还是能在X 射线照相中产生要得到的条纹状图象。
图5和图6表示一个带压电舌片14，15的吸收装置的例子，这些舌片长短交替，而且舌片的自由端分别装有用吸收X射线辐射的材料制成的小板16和17。如图6所示，这些小板彼此有某种程度的重叠，因此，其结果还是可以产生条纹状图象。由于小板16到X射线焦点F的距离与小板17到X射线焦点F的距离不相同，所以，小板16和小板17对X射线束的关联部分的影响方式也不同。
本发明按照下列方式构成吸收元件的组件，以消除上述装置所存在的主要缺点。这些吸收元件按照一条吸收材料的长带依次排列，这条长带的横截面为矩形，其长度等于依次排列的吸收元件的总长度。带中有一些割线，产生与所要求的吸收元件数相对应的若干个部分。所说割线的形状可以是任意的，但在X射线辐射衰减的方向上，割线不能相互平行，至少不能在割线的整个长度上相互平行。此外，从与狭缝X射线照相装置其它部分的几何形状来看，被割线分割的部分最好为一样的形状。其次，割线两侧的每一对相邻部分的边缘部能够沿X射线源的方向或沿相反方向移动。
所有这些都图解式地表示在图7中。图7是平面图，表示吸收X射线辐射的材料的长带20，箭头P表示的是影响最后工作条件的X射线辐射的方向。在平面图中，长带20有两条等间距的长边21和22，工作时一个面朝向X射线源，另一面背向X射线源。在图示的例子中，等距离的长边形成平行的窄线。不过，这些长边还是可以弯曲的。这样做的好处是，这样的长边可以形成同心圆部件，它们的公共中心点在吸收元件组合使用的条件下和X射线源的X射线焦点相一致。在第一边21上的任意一点23和第二边22上的任意一点24之间有一条割线25，点24不在点23沿箭头P方向在边22上的投影点上。因此，割线把条带20分成20a和20b两部分。部分20a邻近割线25的部分，沿X射线源的方向移动一个预定距离X，同时，部分20b（最好与20a部分相等），沿相反方向移动同一个距离X。所有这些都表示图7b中。
从图7b可以看到，部分20a和20b仍然以同一方式共同影响沿箭头P入射的X射线辐射，不过，在同一时刻在两部分间产生间隙2X，其结果是两部分可相互独立地且无相互摩擦地沿垂直于附图所在平面的方向上进行移动。被移动部分的区域内离开X射线源的平均距离也维持不变。
在沿长带20的其它位置上用同样做法形成所需要的吸收元件。需要指出的是，一般来说，对每个分割可选择不同形状的割线，而且分割成的不同部分的长度不一样。
从对称的观点和与狭缝X射线照像装置的其余部分在几何关系上相适应的角度来看，同时也从生产技术尽可能简单的角度来看，最好做成同样形状部分和同样形状的吸收元件。
图7c进一步表示如何避免依然存在于图7b中的尖角。为此，由原来的点23和24形成角顶的部分26a和26b，按照箭头P1和P2所表示的方向，向长带20中对面的一条边移动。可以看出，部分26a和26b不是一样的形状。但是，实际上这些部分的形状最好是一样的。这样移动的结果可见于图7d。
应该指出的是，割线25在从点23到24的整条路线上，最好是基本保持同一方向。尽管如此，在特殊情况下，割线25可以有一个或多个倒角或弯折点。在有些情况中，彼此正好相对的两点之间可以采用弯折割线，但是，在那种情况下，最好是割线的一半及其所在的长带部分向一个方向移动，而另一半向相反的方向移动。长带的其它部分无需移动。
图8表示上述方法的一个实施例。在这个实施例中，吸收元件形状基本上为梯形，吸收元件平行的长短两边交替朝向X射线源，图8中没有表示X射线源。
图9表示的是，采用类似方法形成的形状基本为平行四边形的吸收元件。
图10表示在彼此正好相对的两点之间采用弯折割线的实施例。
图8还表明，其中的A部分给出材料长带20上的割线30、31，它们把长带分割成许多梯形。梯形部分依次相反地指向箭头P表示的X射线辐射的方向。
虚线32和33表示的是割线附近的长带部分。这些部分分别按箭头34和35所指的方向各自朝X射线辐射的方向和背向该方向移动。这样 做的结果如图8B所示。图8C表示的是按照图7C所示做法进行进一步处理的结果。
所得到的吸收元件40和41的形状基本为梯形。但是，如果割线31和32离得近一些，吸收元件40和41的形状可以变成三角形。
需要指出的是，限定移动部分的虚线32和33并非必须得出现在割线30、31与长带前面边缘及后面边缘的相交处。这些虚线可以比图7和图8所示的虚线配置得更远些或者甚至更紧靠在一起。
图9表示的是，如果图7和图8中的割线25或者30、31都选择成平行线进行处理的结果。吸收元件43基本上呈平行四边形。
需要指出的是，一般来说，分别沿X射线辐射方向或其相反方向移动的部分应该有如此之大，以致两条平行线之间的整个区域都被移动。在图8的例子中，图8A所表示的梯形部分应该沿一个方向或其它方向交替移动。在图9的例子中，平行四边形部分可以分成三组元件，其中中央的一组不动，外面两组沿相反方向移动。这种方法可以克服因X射线源到邻近吸收元件距离的不同而导致吸收元件对X射线束的影响存在极大差异的缺点。在图7到图9所示的方法中，因为每个吸收元件只有一小部分移动，所以这种问题不发生或很少发生。
需要进一步指出的是，从提到的因吸收元件的部分移动，上述方法不能不被认为是一种设计方法。当做为吸收元件的形状和大小，以及相邻吸收元件相互之间的相对位置按照上述方法确定之后，吸收元件本身能够以任何适当的方法构成，并安装到吸收装置中去。
需要指出的是，吸收元件的形状可由一条弯曲的材料长带很精确地形成，该长带对应于一条圆弧，圆弧的半径相当于X射线源的X射线焦点到狭缝X射线照像装置所需的吸收元件的距离。这样，图7及图8中的长边21和22形成同心曲线，边界线是始于狭缝X射线照像装置的X射线焦点的径向线，或者是横截于曲线而延伸的线。
作为一个良好的近似，实际上可始于一个直线长带，此带的长边21和22成平行线，且所有的边界线32、33相互平行并横截地延伸到长边21和22。之后把用这种方法制得的吸收元件沿一条圆弧安装到狭缝X射线照像装置中，这相当于离开X射线源的X射线焦点的距离。
图10也表示具有等间距长边21和22的长带20，吸收元件一旦安装在狭缝X射线照像装置后，X射线辐射到所形成的吸收元件的入射方向由箭头P表示。做为例子，在长带20上画了三条割线60，与割线25及30、31相比，割线60是弯折的。在列举的例子中，所有割线60都是等距离的，而且弯折点61精确地位于长带20轴向中心线H上。此外，沿箭头P的方向观察，每条割线与长带20的长边21、22里面的部分彼此是精确地相对着的。所以，割线关于中心线H定全对称，它们的取向相同。不过，这并不意味着是必需的。
此外，图10A还通过与箭头P平行的虚线边界线62表明在实际情况中X射线辐射较强方向的位置。
与弯折线和两条长边20、21一起，每条边界线总是围出两个三角区域63、64。
需要指出的是，边界线可以位于弯折点更左边一点，也可以位于弯折点的更右边，结果是产生两个四边形区域或小一点的三角形区域。从图中能够看到，区域63沿与箭头P相反的方向移动，而区域64顺着箭头P所指的方向移动。各区域移动的方向由箭头65和66表示。图10B表示的是移动后的结果。因为相邻吸收元件67和68在原来的弯折点61处仍然彼此接触，因此，所形成的吸收元件的内边缘延长直至它们彼此相交，这正是在原来的长带20的轴向中心线H的位置的情形。轴向中心线两侧形成的三角形部分70和71，按曲线箭头69所示的方式移至长边21和22，精确地填补因部分63和部分64向外移动而产生的凹进部分。
按照这似方法产生如图10C所示的V字形吸收元件72。与用图8的方法所产生的梯形吸收元件一样，这种V字形吸收元件也非常适于大批量生产，而且安装十分简单，全部吸收元件都是一样的。
图11表示一种吸收装置局部平面图，该装置中吸收元件50和51的形状如图8所示。图12是沿图11Ⅺ-Ⅺ线的截面图。
所用的全部吸收元件都是相同的，但是其宽边或窄边分别交替地朝向X射线源。可以看出，图 10中所有吸收元件位于同一条线上。这种安排可以用一种简单的方法来达到，例如从图8所示的安排开始，沿着图8C中箭头P所示的方向移动吸收元件41即可。在那种情况中，吸收元件按照图8B中曲线箭头所表示的移动符号处理，保持彼此的自由。
在图11和12所表示的实施例中，吸收元件采用例如粘结的方法竖立着安装到支架52和53上。支架依次安装到类似舌片样的装置54的端部，舌片装置例如可以是压电舌片。支架用透射X射线辐射的材料制作;最好提供一个凹槽55，它至少可部分地安放吸收元件的一个端面。按这种方法可以发展成一种刚性安装和精确定位吸收元件的方法。
此外，每个支架有一个第二凹槽56，它从四面紧紧夹住一个关联的舌片的端部。支架的形状应该使得沿着运动方向观察，吸收元件与舌片有一段距离。这段距离a（图12）最好至少有舌片的端部在工作条件下完成的最大行程那么大，这使得舌片本身保持在X射线束的外部。
上述吸收元件有一个附加的优点，就是在每个吸收元件的两端，对X射线辐射的吸收逐渐减少到零。这对于一个吸收元件比相邻吸收元件更加延伸到X射线束中的情况是很重要的。吸收的逐渐减少避免了在X射线照像中形成人为的影响。
需要指出的是，在经过上述表述之后，对上面表述过的例子进行各种改进，对于本领域的技术人员来说是显而易见的。原则上，吸收元件可能的形状数目是无限的，因为原则上讲，割线25;30、31;60端点的位置和在所说的端点之间割线的路线，以及边界线的位置可以有无数种变化。上面仅只描述了很少的几个例子。
此外，以上面所描述的方法确定了各个吸收元件的形状之后，吸收元件可由组合材料方便地割得，它的部件有叠加的K层。例如吸收元件可用迭层材料长带制得，其中包括一层或多层钽和/或铅和/或钨。例如，这样的材料长带可包括一个中央钽层，包在中央层两侧的是铅层。采用这种方法能够获得对X射线辐射吸收较强的吸收元件。这种改进被认为是在本发明的范围之内的。

Claims (19)

1、狭缝射线照像装置，它包括一个X射线源，使用时，该射线源经一狭缝光阑的狭缝以在与狭缝长度横截的方向成扇形形式扫描检测物体，该装置还
包括一个吸收装置，它由若干可移动的吸收元件组成，这些元件依次排列，使用时，在适宜的控制信号作用下，它们能够或多或少地移到扇形X射线束中去，以便影响射线束各部分入射到被测物体上的X射线辐射，其特征在于：至少是邻接的吸收元件彼此面对着的边缘部分为配合结构，从X射线源观察，使此搭接的一个吸收元件，(从X射线源看，它与邻接的吸收元件搭接一个边缘)的边缘总是比另一个吸收元件的配合结构边缘更靠近X射线源一段距离，搭接的边缘处的总材料厚度与两个边缘之间的材料厚度相等。
2、按照权利要求1所述的装置，其特征在于：配合成形的边缘被这样的一些面所分界，这些面基本上与吸收元件移动的方向平行，但不平行于工作时X射线辐射入射的方向。
3、按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于：吸收元件的平面形状基本上为梯形或三角形，其底边分别交替地面向X射线源或背向X射线源。
4、按照权利要求3所述的装置，其特征在于：邻接的吸收元件彼此面对着的边缘部分通过吸收元件的底边延伸。
5、按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于：吸收元件的平面形状基本上为平行四边形。
6、按照权利要求5所述的装置，其特征在于：邻接的吸收元件彼此面对着的边缘部分分别交替地通过吸收元件的一个边或者另一边而延伸，所述的吸收元件横截于X射线辐射的方向而延伸。
7、按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于：吸收元件形状为V字形。
8、按照前面任何一条权利要求所述的装置，其特征在于：吸收元件安装在由透射X射线辐射的材料制成的支架上。
9、按照权利要求8所述的装置，其特征在于：支架有一个用来安放吸收元件的一个端面的凹槽。
10、按照权利要求8所述的装置，其特征在于：每个支架装在一个舌片形装置的自由端上。
11、按照权利要求10所述的装置，其特征在于：舌片形装置是压电舌片。
12、按照权利要求10所述的装置，其特征在于：每个支架有一个从四面夹住舌片端部的凹槽。
13、按照权利要求10所述的装置，其特征在于：支架是这样的，从运动方向观察，每个吸收元件与相关联的舌片之间有一段距离，这段距离至少等于在工作条件下舌片的端部完成的最大行程那样大。
14、按照权利要求1所述的装置，其特征在于：吸收元件由其部件带有叠加的K层的组合材料制成的。
15、按照权利要求14所述的装置，其特征在于：部件由至少包含铅、钽和钨中的两种组分组成。
16、按照权利要求14或15所述的装置，其特征在于：吸收元件从一个长带出发来制得，长带的第一种材料的两侧用第二种材料层包围。
17、制作权利要求1所述装置的吸收元件的方法，其特征在于：吸收元件的形状通过下列步骤来确定。
-在两条相互间的距离等于吸收元件使用的材料所需要的吸收厚度的等间距线之间至少有两条割线，它们不通过等间距线的整个长度而是横截于等间距线，
-在每条割线的两边有两块长边构成的区域，这两个区域由割线相连，有一条边界线横截地延伸到两条等间距线，至少伸展到一条等间距线的部分，
-把每条割线两边确定的长边构成的区域沿着边界线沿相反的方向移动一小段距离，结果在每条割线的位置处产生一个间隙。
-把位于这样所得到的两个间隙之间的形状用作吸收元件横截面的样板形状。
18、按照权利要求17所述的方法，其特征在于：利用将靠近一条等间距线的凸角部分移至靠近另一条等间距线的相反的凹角位置来削去因移动而在边界线位置上所产生的直角肩部。
19、按照权利要求17所述的方法，其特征在于：
-至少有一条弯折割线，该弯折割线具有第一部分，这个第一部分延伸于弯折割线与一条等间距线的交点和弯折点之间，该弯折割线还有第二部分，这个第二部分延伸于弯折点和第二条等间距线之间。
-有一条边界线穿过弯折点横截地引向等间距线，而且由边界线、割线的第一部分以及第一条等间距线的一部分所形成的区域沿着第一方向横截地移向等间距线。
-由边界线、割线的第二部分以及第二条等间距线所形成的区域沿相反的方向移动，用移到原弯折点所在的水平面上的三角形部分填补在边界线与等间距线交点处形成的凸弯角。
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