CN103025246B - 可调式动态x射线过滤器 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于确定x射线机的x射线源的位置和调节防散射格栅中的格栅线的系统和方法。获得理想化束路径，使用所述理想化束路径调节防散射格栅中的格栅线。在一个实施方式中，本发明使用源定位器来定位x射线源、将该位置传输至所述可调式防散射格栅，能够通过附接至格栅线的伺服系统机械地将格栅线与理想化x射线束路径对准。在其他实施方式中，使用电流将格栅线与束源对准。通过将格栅线与束路径对准，能够产生具有增大的对比度和降低的噪声的图像。

Description

可调式动态X射线过滤器

优先权和相关申请

本申请要求2010年6月21日提交的名称为“可调式动态X射线过滤器”的美国专利申请系列号12/819267的优先权，在此通过引用将其全文并入。

技术领域

本发明涉及x射线成像，特别地，涉及用于便携式x射线成像设备的对准系统。

背景技术

在医院机构中，对不能移动或难以移动的患者执行移动式X射线照相检查。在三级医疗中心中，移动式X射线照相检查占所执行的X射线照相检查的相当大的百分比。穿过诸如人体的对象的x射线经历一定程度的散射。通过对象透射的原始x射线在直线路径上从x射线源(这里也称为x射线焦斑)传播至图像接收器并携带对象密度信息。散射的x射线形成弥散图像，其降级了原始x射线图像对比度。在一些患者中，散射的x射线强度超过原始x射线的强度。散射现象是公知的，并且在一般的X射线照相、荧光透视和乳房X射线照相中通常通过使用防散射格栅进行补偿。

防散射格栅通常由x射线不透明(或不透射线)材料和x射线透射(或射线可透)材料的交替条带形成。铅可以用作x射线不透明材料，塑料、铝或纤维可以用作x射线透射材料。格栅定位在关注对象和x射线图像接收器板之间，并定向为使得形成图像的原始x射线仅利用x射线不透明材料的边缘入射。因此，多数原始x射线穿过射线可透间隔条带。相比之下，散射的x射线在与目标对象相互作用后在所有方向上发射，如此，相比于原始x射线，散射的x射线在更大面积的铅条带上入射，并且仅很小百分比的散射的x射线被格栅透射。

给定格栅的散射控制程度取决于栅比，其定义为x射线路径方向上的不透射线条带厚度和与x射线束路径正交地测量的射线可透间隔材料的宽度的比值。因此，栅比越大，散射控制越大。高的栅比虽然更有效，但也更难相对于焦斑对准。为了补偿聚焦格栅中的x射线束发散，不透射线条带倾斜更大程度同时距离格栅中心的距离增大。格栅叶的平面都沿着称为焦线的线会聚。从焦线到格栅表面的距离被称为格栅的焦距。焦线与到焦斑的直线路径重合。因此，当焦斑与格栅的焦线重合时，原始x射线与不透射线铅条带具有最小交互并且获得最大的原始透射。防散射格栅的焦线与焦斑的不对准减少了原始x射线透射而散射的x射线透射保持不变。因此，最佳的原始x射线透射需要焦斑与防散射格栅焦线的对准(定位的和定向的)。

在一般的X射线照相、荧光透视和乳房X射线照相中，图像接收器和x射线管牢固地安装且彼此处于固定位置，从而使得焦斑和格栅对准是简单的过程。在移动式X射线照相中，图像接收器放置在卧床患者下方，x射线源定位在患者上方。由于焦斑和图像接收器的相对分离是可变的，所以确定患者和图像接收器之间的防散射格栅的合适位置和方向变为困难的对准问题。如果不使用格栅，则在x射线图像中仅获得小部分的可能对比度。

在格栅与移动式X射线照相一起使用时，格栅通常未对准。通过使用具有8∶1或更小的低比格栅来减少未对准问题。虽然通过使用低比格栅改进了x射线图像对比度，但该对比度仍然显著地低于利用适当对准的具有10∶1或更大栅比的高比格栅所能获得的对比度。

因此，虽然移动式X射线照相在许多方面比固定安装的X射线照相更加方便，但由于由散射辐射所引起的劣质的图像质量，其临床实用性减少。由于产生焦斑与防散射格栅的适当对准时的难度，这在移动式X射线照相中是更大问题。便于操作者使用的产生适当对准的装置将显著地改进移动式X射线照相图像对比度和图像质量，因此增加移动式X射线照相的临床实用性。

发明内容

公开了一种用于确定x射线机的x射线源的位置和用于调节防散射格栅中的格栅线的系统和方法。在一个实施方式中，本发明使用源定位器结合红外(IR)发射器及IR接收器来定位x射线源以及将格栅线与理想的x射线束路径对准。通过将格栅线与束路径对准，能够产生具有增大的对比度和降低的噪声的图像。

本发明提供了一种用于确定诸如便携式x射线机的x射线机的x射线源的位置的系统。该系统包括x射线源和源定位器。x射线源发射具有理想化束路径的x射线束。源定位器与x射线源关联并具有IR发射器。源定位器的IR发射器利用源定位器生成的位置信息发射定义x射线源的位置的位置信息。该系统还可包括具有IR接收器和调节到所发射的x射线束的x射线格栅线的x射线格栅。格栅线选择性地允许所发射的x射线束穿过所述x射线格栅并与所发射的x射线束的理想化路径对准。格栅线响应于由IR接收器所接收的IR发射而调节到理想化束路径并选择性地允许所发射的x射线束穿过x射线格栅。

本发明还提供了一种用于获得具有增大的对比度和降低的噪声的x射线图像的系统。该系统包括x射线束源和可调式x射线格栅。x射线束源发射x射线束，并关联有用于确定x射线源的位置的源定位器。x射线格栅包括多条格栅线，所述多条格栅线包括交替的不透射线材料和射线可透材料。x射线格栅的格栅线可以使用电磁场、伺服电机或其他计算机驱动机构调节至所述x射线束源。可在允许x射线束发射穿过格栅的第一无阻位置和禁止x射线束发射穿过格栅的第二阻断位置之间调节格栅线。格栅线可以包括材料条带或各个射线可透球体，其中不透射线材料布置于每个射线可透球体的中心平面中。射线可透材料具有第一带电侧和第二带电侧，其中所述第一带电侧与所述第二带电侧具有相反电荷。

本发明还提供了一种通过提供x射线源、提供可调式x射线格栅和调节所述x射线格栅线以与所述x射线源的x射线束发射对准来调节防散射格栅中的格栅线的方法。在一个实施方式中，射线可透球体包括布置于每个球体中心平面的不透射线材料层。调节装置选择性地对准所述x射线格栅线以允许所述x射线束发射穿过所述x射线格栅。调节装置还包括使用计算机，计算机接收源定位器获得的位置信息，以选择性地将所述x射线格栅线对准至所述x射线束发射的理想化路径，并允许所述x射线束发射穿过所述x射线格栅。

附图说明

图1是根据本发明的便携式x射线装置的示意图。

图2A和2D是布置在根据图1的便携式x射线装置的x射线源上的源定位器的示意图。

图3是图1中利用的x射线板的实施方式。

图4是图1中利用的x射线板的另一实施方式。

图5A-5C例示了使用射线可透球体作为x射线格栅的实施方式。

具体实施方式

图1和3示出了本发明的系统100，其用于对准来自x射线机的x射线发射以及用于调节防散射格栅中的格栅线以获得由于散射的x射线而具有增大的对比度和降低的噪声的诊断图像信息。所述系统100包括便携式x射线机110，其具有x射线头115和用于可移除地容纳x射线胶片盒或数字x射线探测器155的x射线板150。在一个实施方式中，源定位器120附接至x射线机110的x射线头115的外壳，x射线板150附接至柔性过滤器、防散射格栅160。源定位器120和柔性过滤器、防散射格栅160是用于便利相比于使用现有技术的便携式x射线机和现有技术的格栅获得的图像具有增大的对比度和降低的噪声的图像的采集的机构。

现在参照图2A，更详细地示出了源定位器120。源定位器120的目的是确定x射线源200的位置，以及将位置信息记录于合适的数字存储设备中。数字存储设备则与附加至x射线头115的电路关联，从而一旦源定位器被移除、或x射线头自身移动，则特定x射线头中x射线源的位置随时被存储和精确知晓。

图2A所示的是x射线源200(其位置必须被确定)、x射线不透明对象201和记录在胶片203上的x射线不透明的图像202。如下所述，对象201和图像202之间的尺寸差异的确定、以及基于这些差异的适当的计算机计算允许了x射线源位置的精确确定。在移动式x射线机打开时，产生x射线辐射204，其经过对象201并记录在胶片203上作为图像202。由于对象201是x射线不透明的，所以图像202的尺寸将基于x射线源200、对象201和图像202的相对位置而变化。

现在参照图2B，示出了能计算x射线源的位置的方式。更具体地，由于“Y”维度(距离205)是已知且固定的，所以点A和C的位置坐标是已知的。类似的，距离207是已知的，从而点B和D的位置是已知的，但是距离206是可变的且是未知的。使用已知技术，能够容易地确定对象201和图象202之间的尺寸差异。

知道了点D和C的位置，能够计算线208的相对角度，知道了该角度，能够计算线209的准确角度。能够计算线208和209的延长线以确定x射线源200的精确位置。应该理解的是，上面所述的已知计算将在关联于源定位器120的计算设备(未示出)上实现。图2C例示了星形对象201的使用，其表示比图2B所示的盘201具有更多明显视觉标志的形象的实例，图2B所示的盘201可以用来简化所需的计算。

图2D示出了x射线偏离中心但能够使用上述相同过程来计算其精确位置的实例。图2D也例示了上述的数字存储设备210的表征，其中存储x射线源200的位置信息。

具体参照图3，源定位器120布置在x射线机110的x射线头115上、与x射线机110的x射线头115集成或可移除地附接至x射线机110的x射线头115。定位器120用于如上所述的确定便携式x射线机110的实际x射线焦斑200的位置。源定位器120上例如布置有红外(IR)发射器130，x射线板150上例如布置有IR接收器140。来自发射器130的IR发射被IR接收器140接收以发射x射线源200的位置。应该理解的是，x射线源200的位置存储在数字设备210中，其所存储的信息由IR发射器130使用。使用IR发射器和IR接收器发射特定对象位置的一般概念是公知的。例如参见美国专利No.5,627,524。根据本发明能够使用该系统或类似已知的技术。

在已经确定了x射线源200的位置并且如下所述的调节格栅160之后，能够从x射线头115移除源定位器120。然而x射线源200的位置仍然存储在数字存储设备210中，从而源200的位置可用于便携式x射线机的后续使用。

现在参照图4，示出了x射线板150的实施方式。在一个实施方式中，柔性过滤器、防散射格栅160附接至用于可移除地容纳探测器155的x射线板150。在其他实施方式中，格栅160可以可移除地附接至x射线板150。在使用中，x射线板150将定向为使得患者将位于板150的格栅160的顶部上，探测器155布置在格栅160下方。格栅160通过阻止散射的x射线到达探测器155来降低散射效应。

探测器155可以包括x射线感光胶片或数字x射线探测器。例如，合适的数字探测器可包括具有大约100微米像素间距的非晶硅晶体管-光电二极管阵列上的碘化铯荧光体(闪烁体)。其他合适的探测器可以包括电荷耦合器件(CCD)或将x射线直接转换为数字信号的直接数字探测器。虽然感光胶片示意为平的且限定平的图像平面，但也可以适当地利用感光胶片和数字探测器的其他构造，例如弯曲状感光胶片或具有弯曲图像平面的数字探测器。

仍然参照图4，格栅160具有可调式动态格栅线162，它们被调节以响应由源定位器112所确定的x射线焦斑的位置。这产生了来自x射线源200的x射线发射的理想化束路径。格栅160通过上述的IR发射器和接收器与源定位器120通信以便确定x射线束的理想化路径，然后基于理想化路径，格栅线162调节以与该理想化路径对齐。格栅线162包括上述的各个不透射线材料条带的集合与各个射线可透材料条带的集合。

在一个实施方式中，格栅线162的不透射线材料包括平行的铅遮光栅格，其利用伺服电机来基于所计算的理想化路径调节铅遮光栅格。在该实施方式中，可以使用计算机系统来从源定位器获得理想化路径信息、计算焦斑位置、然后使用伺服电机调节遮光栅格。

图5A示出了x射线板150的另一实施方式，其包括由采取在液体基质中浮动的球体262的形式的格栅线形成的格栅260。格栅260将是平面系统或其中球体262存在于一个平面中的流体系统的一部分。球体262可以悬浮在任意类型的流体或半流体射线可透材料270中。每个球体262中布置有不透射线材料275的平面。例如，每个球体262具有在中心平面275穿过球体262的铅或类似不透射线材料275的薄层。每个球体262将具有相同的极性，从而每个球体262的每个中心平面将响应于合适电磁场的施加而对准。在确定了理想化x射线路径时，如上所述，控制计算机将施加电磁场至格栅260的平面系统，从而每个球体262的铅平面275与从x射线源200发射的理想化路径对准。通过使用电磁场，选择性地调节球体262以阻断或允许来自x射线源200的x射线束发射。图5B例示了球体262的一个特定对准，图5C例示了具有多于一个平面的球体262，在该情形中具体为两个平面，其可以增加防散射格栅的性能。

虽然已经结合具体实施方式对本发明进行了描述，但本领域的技术人员应该意识到能够在不偏离本发明的范围和精神情况下做出修改和变型。这些修改和变型被预想在所附权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种用于确定x射线机的x射线源的位置的系统，该系统包括：

x射线源，所述x射线源发射x射线束，所述发射的x射线束具有理想化束路径，所述x射线源关联有源定位器，所述源定位器包括IR发射器；

计算设备，所述计算设备用于基于确定x射线不透明对象和所述x射线不透明对象的图像之间的大小差异来确定所述x射线源的位置；

数字存储设备，所述数字存储设备用于存储从所述计算设备得到的位置结果；以及

具有x射线格栅线的x射线格栅，所述x射线格栅线响应于发射至所述IR发射器的位置信息而调节至所述x射线束源的所述理想化束路径，以选择性地允许所述发射的x射线束穿过所述x射线格栅，

其中存储在所述数字存储设备中的位置信息是由所述IR发射器发射的。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述x射线源是便携式x射线机。

3.一种用于获得具有增大的对比度和降低的噪声的x射线图像的系统，该系统包括x射线束源，所述束源发射x射线束，所述发射的x射线束具有理想化束路径，所述x射线源关联有源定位器，所述源定位器包括与之关联的IR发射器，所述系统还包括可调式x射线格栅，所述系统还包括：

包括在所述x射线格栅中的多条格栅线，所述多条格栅线包括不透射线材料；

计算设备，所述计算设备被包括为所述源定位器的部分，用于基于x射线不透明对象和所述x射线不透明对象的图像的相对位置生成指定x射线源的位置的位置信息；

调节机构，所述调节机构响应于所述位置信息调节所述格栅线，使得所述格栅线在第一位置与来自所述x射线束源的所述x射线束发射对准；

其中所述可调式x射线格栅的所述格栅线在第二位置阻断来自所述x射线束源的所述x射线束发射。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述多条格栅线还包括射线可透材料，所述不透射线材料与所述射线可透材料交替。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述多条格栅线的所述射线可透材料包括各个射线可透球体，并且所述不透射线材料布置于每个所述射线可透球体的中心平面中。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述不透射线材料具有第一磁性带电侧和第二磁性带电侧，所述第一磁性带电侧与所述第二磁性带电侧具有相反磁荷。

7.一种调节防散射格栅中的格栅线的方法，该方法包括：

提供x射线源，所述x射线源发射x射线束，所述x射线源关联有源定位器，所述源定位器包括IR发射器，所述源定位器提供指定所述x射线源的位置的位置信息；

提供固定x射线板，所述x射线板包括具有x射线格栅线的可调式x射线格栅、以及IR接收器；以及

响应于所述位置信息将所述x射线格栅线调节至所述x射线束源的所述x射线束发射，其中所述位置信息包括与由所述IR接收器接收的来自所述IR发射器的发射有关的信息。