CN103431871A - 便携式x-射线外围骨密度检测方法及成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种便携式X-射线外围骨密度检测方法及成像系统，包括：X-射线源，通过过滤器定位装置发射X-射线束，所述过滤器定位装置包括高能量过滤器、低能量过滤器，以及用于阻止X-射线束传输的开闭器；X-射线成像检测器；壳体，用于将X-射线源和X-射线成像检测器固定并保持一个前臂的距离；嵌入式系统，用于启动X-射线源，并控制过滤器定位装置的位置以及进行成像数据的采集和分析。

Description

便携式X-射线外围骨密度检测方法及成像系统

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种便携式X-射线外围骨密度检测方法及成像系统。

背景技术

骨质疏松症是一种全身性骨骼疾病，其特点是骨密度较低，并且骨组织微架构恶化，导致骨脆性增加。患有骨质疏松症的人数众多，如在欧洲、美国和日本超过75万人患有骨质疏松症。仅仅在美国，每年花费在骨质疏松性骨折病人身上的护理费用估计超多130～180亿美元。目前，对骨质疏松症的诊断一般都通过测量质量损失或骨密度（BMD）来进行。

目前常用的测量骨密度的设备是双能X-射线骨密度仪（DXA），定量超声（QUS）和定量CT（QCT），由于测量精度高，辐射低，使用DXA测量骨密度往往被认为是最优的测量方式，目前DXA全身扫描仪在美国、欧洲和加拿大得到非常广泛的应用。然而DXA测量骨密度执行的是标准测试，需要对患者进行全身扫描，因此费用昂贵。另外，DXA设备本身非常庞大，启动和运行过程中对电力的需求较高，因此目标只有城市里的大医院或者医学成像中心才能配置，在大多数社区医院或者偏远的地区由于尚无法大量配置来服务于患者。

另外，目前常用的DXA技术的X-射线束呈扇形，并且成像的质量也较差。定量超声（QUS）无法准确的测量骨密度。

发明内容

本发明实施例提供了一种便携式X-射线外围骨密度检测方法及成像系统，该系统体积较小、便于携带，并且成像质量较高。本发明可同时应用于移动双能X-线骨密度仪(DXA)和小型数码诊断影像仪(MiniC-arm)。对骨密度测量可以满足WHO和ISCD建议的标准性测量，可用于骨质疏松分析和骨折危险评估。MiniC-arm系统可用于高分辨度肢体X-线诊断,用途包括骨科手术，儿童骨龄评估和兽医/宠物医院应用等等。本发明实施例所提供的产品是一种真正具备手提、使用电池供电的X-线影像系统。最适用于基层普及诊断，不受城市、农村、房间或环境设置的限制。不仅适用于社区医院、门诊部，也适用于急救现场的紧急救护、体育俱乐部医务部及偏远地区的乡村诊所等。

在本发明的一个实施例中，一种便携式X-射线外围骨密度检测及成像系统包括：X-射线管、X-射线成像检测器、壳体、和嵌入式系统。X-射线管通过过滤器定位装置发射X-射线，该过滤器定位装置包括高能量过滤器、低能量过滤器，和用于阻止X-射线束的传输开闭器。壳体用于将X-射线源和X-射线束的检测器固定并保持一个前臂的距离，嵌入式系统，用于启动X-射线源，并控制过滤器定位装置的位置以及进行成像数据的采集和分析。在本发明另外一个实施例中，嵌入式系统是操作系统。在本发明另外一个实施例中，在另外一个实施例中，嵌入式系统用于处理数据、控制液晶显示/触摸、控制电源，以及管理USB通信和无线通信。

在本发明一个实施例中，每次曝光时所述X-射线源启动时间不超过2秒。在本发明另外一个实施例中，过滤器定位装置定位于高能量过滤器处，使包含高能量成分传输通过和限制低能量成份的传输。在本发明另外一个实施例中，高能量过滤器吸收较低的能量。在本发明另外一个实施例中，高能量过滤器提供了能通过过滤器定位装置、并且在40-50千伏以上高能量成分的传输。在本发明另外一个实施例中，高能量过滤器的材料包括铜、锡和铑等中的至少一种。在本发明另外一个实施例中，低能量过滤器提供了能通过过滤器定位装置并且能量较低的传输。在本发明另外一个实施例中，低能量过滤器提供了能通过过滤器定位装置、在40～50千伏以下的能量传输。在本发明另外一个实施例中，低能量滤波器的材料包括铝和至少一种40-50千伏之间的K边吸收类型材料。在本发明另外一个实施例中，具有40-50千伏之间的K边吸收材料包括铈、钐、钡和钆中至少一种。

在本发明一个实施例中，过滤器定位装置是由与嵌入式系统进行电子通信的步进电机来驱动的。在本发明另外一个实施例中，过滤器定位装置是过滤交换器，所述过滤交换器由步进电机可旋转或线性驱动。在本发明另外一个实施例中，步进电机是高转矩和高转速的设计，允许在100毫秒之内从一个位置转换到另一个位置。在本发明另外一个实施例中，嵌入式系统提供高速和/或高带宽的数据传输，所述嵌入式系统传输成像数据小于100毫秒。在本发明另外一个实施例中，X-射线成像检测器通过千兆以太网(Gig-Ethernet)和/或相机链路(Camera Link)传输成像数据。在本发明另外一个实施例中，嵌入式系统以值为1/60工作周期驱动X-射线源，所述值为1/60的工作周期是1秒脉冲辐射活动周期到60秒的非辐射活动周期。在本发明另外一个实施例中，嵌入式系统在工作周期内驱动X-射线源，所述工作周期包括2秒脉冲辐射活动周期到120秒非辐射活动周期。在本发明另外一个实施例中，嵌入系统包括操作系统，所述操作系统用于处理数据、控制液晶显示/触摸、控制电源，以及管理USB通信和无线通信。在本发明另外一个实施例中，系统是电池供电的移动设备。

在本发明一个实施例中，一种外围骨密度测量方法，包括：

将前臂放置在X-射线系统中的X-射线源和光束检测器之间，X-射线源通过过滤器定位装置发射X-射线束，过滤器定位装置包括第一能量过滤器、第二能量过滤器，以及用于阻止X-射线光束传输的开闭器；启动所述X-射线系统中的嵌入式芯片，所述嵌入式芯片用于启动所述X-射线源，并控制过滤器定位装置的位置。在本发明另外一个实施例中，在不超过2秒的时间内启动所述X-射线源；将高能量过滤器的过滤器定位装置从开闭器的位置移动到低能量位置，获取低能量数据；将低能量过滤器的过滤器定位装置从低能量位置移动至高能量位置，以获取高能量数据。

在本发明一个实施例中，一种外围骨密度测量方法，包括将前臂放置在X-射线系统中的X-射线源和光束检测器之间，所述X-射线源通过过滤器定位装置发射X-射线束，所述过滤器定位装置包括第一能量过滤器、第二能量过滤器，以及用于阻止X-射线光束传输的开闭器。在本发明另外一个实施例中，启动所述X-射线系统中的嵌入式芯片，所述嵌入式芯片用于启动所述X-射线源，并控制过滤器定位装置的位置。在本发明另外一个实施例中，在不超过2秒的时间内启动所述X-射线源。在本发明另外一个实施例中，第一能量过滤器将滤器定位装置从开闭器的位置移动到第一能量位置。在本发明另外一个实施例中，还包括获取第一能量的数据。在本发明另外一个实施例中，还包括第二能量过滤器将过滤器定位装置从所述第一能量位置移动至第二能量位置。在本发明另外一个实施例中，还包括获取第二能量的数据。

在本发明一个实施例中，一种便携式单能量X-射线成像系统（在另外一个实施例中，也可以叫做小型C-臂（miniC-arm）系统），包括：一体式X-射线源，用于通过过滤器定位装置发射X-射线束，所述过滤器定位装置包括理想能量过滤器，以及用于阻止X-射线束传输的开闭器。在本发明一个实施例中，理想能量过滤器可以是高能量过滤器，或低能量过滤器。在本发明另外一个实施例中，该系统还包括X-射线成像检测器。在本发明另外一个实施例中，该系统还包括防散射光栅，位于所述一体式X-射线源与X-射线成像检测器之间。在本发明另外一个实施例中，该系统还包括壳体，用于将X-射线源和X-射线束的检测器保持一个前臂的距离。在本发明另外一个实施例中，该系统还包括嵌入式系统，用于启动所述X-射线源，并控制所述过滤器定位装置的位置并进行成像数据的采集和分析。在本发明另外一个实施例中，该系统是单次曝光。在本发明另外一个实施例中，该系统是持续脉冲曝光。在本发明另外一个实施例中，该系统是电池供电的移动设备。

需要说明的是，本发明的各个实施例中的特征可以被任意的组合、取代、合并或修改。

附图说明

本发明实施例中的附图仅作为对本发明的说明，为了便于理解本发明，而不是限制本发明的范围，其中：

图1是本发明实施例所提供的X-射线系统第一方框示意图；

图2是本发明实施例所提供的X-射线系统第二方框示意图；

图3是本发明实施例所提供的X-射线系统第三方框示意图；

图4A是X-射线系统在恒定的X-射线管高电压（HV）下，在一个时间段内执行操作的示意图；

图4B是不包含过滤交换器的X-射线系统在可控的X-射线管高电压（HV）下，在一个时间段内执行操作的示意图；

图4C是包含过滤交换器的X-射线系统在可控的X-射线管高电压（HV）下，在一个时间段内执行操作的示意图；

图4D是本发明实施例中X-射线系统在一个时间段内执行单一能量操作的示意图；

图4E是本发明实施例中X-射线系统在一个时间段内执行单一能量操作和持续脉冲曝光动作的示意图；

图4F是根据本发明实施例中X-射线系统执行各个步骤的流程图；

图5A是本发明实施例中过滤器定位装置俯视示意图；

图5B是如图5A所示的过滤器定位装置的侧视示意图；

图6是如图5A所示包括X-射线管的过滤器定位装置的立体图；

图7A是根据本发明实施例的X-射线系统的立体正视图；

图7B是如图7A所示的X-射线系统的侧视图；

图7C是如图7A所示的X-射线系统的立体后视图；

图8是如图7A所示的X-射线系统的壳体的立体正视图；

图9是如图7A所示的X-射线系统的立体正视图；

图10是如图7A所示的X-射线系统的立体视图；

图11是如图7A所示的X-射线系统的立体后视图。

具体实施方式

下文中对本发明实施例的描述，并不意味着限制本发明、或者本发明的教导、应用或用途。本领域普通技术人员可以理解，在整个附图中，相应的参考标号表示相同或相应的的部分或特征。本发明各种实施例的具体描述只是为了说明其目的，而不是为了限制本发明的保护范围。

在本发明实施例中，X-射线系统100可以被用作各种用途，例如：对有骨折风险的人来说，骨折风险评估主要是通过测量骨密度或骨矿物质密度（BMD）。传统的检测设备往往体积、重量都较大，并且结构复杂、价格昂贵，不利于普及和推广。市场上也有一些成本较低的检测设备，但是其在检测骨密度和/骨折的风险时，往往不够准确或者分辨率不够，因此对骨折的识别不足，导致整体医疗成本的增加。

在本发明实施例中，X-射线系统100通过各种配置实现对骨密度和/或骨结构的评估，来评估和/或诊断骨折的风险。其中，在本发明一个实施例中，X-射线系统100可以被用来增强空间的分辨率。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以被用来增强时间的分辨率。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以被用来增强特异性。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以被用来测量BMD。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以被用来进行骨几何分析。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以被用来进行骨强度分析。在本发明另外一个实施例中，上述X-射线系统100可以进行任意组合，其组分和/或功能可以任意的组合和/或配置。

在本发明一个实施例中，X-射线系统100可以是放射显影和/或照相系统。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以是骨密度测量系统。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以是放射成像系统和骨密度的测量系统。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以是任意实施例或组件、功能和/或性能的组合。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以是双功能的系统。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以是数字X-射线成像系统。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以是双能X-射线骨密度仪（DXA）系统。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以被用在外围骨骼系统。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以是小型C-臂(Mini C-arm)影像系统。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100是可移动的前臂数字X-射线摄影和双能X线骨密度仪系统。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以是电池驱动的的移动设备。

在本发明的部分实施例中，X-射线系统100可以有一种或多种功能。在本发明的一个实施例中，X-射线系统100是小领域X-射线摄影。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以被用来成像和/或骨质密度的测量，其适用于臂、前臂、手、手指、手腕、腿、踝、愈合、脚、和/或脚趾。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100以较好的成像效果来分析骨骼结构/强度（如骨几何形状、皮质骨厚度等）。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100使用诊断结果和骨密度图像来评估儿童骨龄。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100被用来进行前臂骨质密度筛选。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100用于测试超末梢半径（UDR）和/或在33％半径为主导的臂、非主导臂，或两者的结合。由于超末梢半径（UDR）敏感区域比中间轴部的半径具有更大的梁状骨密质比率，如果测量UDR，可能更多的患者将被归类为骨质疏松。2004年，ISCD（国际临床密度测量协会）公布了其官方立场，建议敏感的区域半径为33％。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100被用来做小动物研究。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100被用来进行实验室研究。

测量骨密度可以由世界卫生组织（“世卫组织”）T评分来分类别，T分评分类这一般是基于在白人妇女的骨质密度。例如，对白人成年妇女来说，一个正常的骨T分数大于-1。骨量减少症对应的T值是在于-1和-2.5之间。骨质疏松症的T评分小于-2.5。严重骨质疏松症的患者的T值小于-2.5。在其他种族群体，男人和儿童的骨密度测量的分类，会有一些特殊的考虑和调整，本发明的部分实施例可以解决。

一般来说，儿童尚未完全发育好，其骨量比成年人少，因此儿童骨密度小于成人的参考数据（计算T评分）。世卫组织对成人骨质疏松症和骨量减少症的分类不能适用于儿童，否则将导致为儿童骨量减少的过度诊断。为了避免骨矿物质亏绌的过高估计，通过引用T-得分的数据，测量BMD指数通常要参考性别、种族和年龄。另外，除了年龄因素外，其他一些因素也会导致DXA测量骨密度的方法更加复杂化。其中一个重要的因素是骨骼的大小。对骨骼较大的受试者，DXA测量的骨密度往往比实际的大，而对于骨骼较小的受试者，DXA测量的骨密度往往比实际的小，造成这个错误的原因是由于通常使用DXA来计算BMD。在DXA中，骨矿物质含量（作为被X-射线扫描的骨骼衰减测量）是被划分为区域（也由机器测量）进行扫描的。因为通常或标准DXA测量BMD是利用区域（aBMD：区域骨矿物密度）来计算的，它不是真实的骨密度，只是一个估量。为了区分于体积骨矿物密度的区别，研究人员有时将DXA测量处的BMD称为面积骨密度（aBMD）。由于骨骼大小而导致骨密度测量差异是由于在测量骨密度时缺少深度值。解决这个问题的方法包括使用DXA测量的投影面积进行近似体积计算。这种调整后的以DXA测量BMD结果的方式被称为，骨矿物质表观密度（BMAD），即骨矿物质含量相对于骨体积立方的比例估计。与aBMD的结果类似，BMAD结果也无法准确的反映真正的骨密度，因为他们使用近似骨骼的体积。BMAD主要用于研究目的，在临床上尚未使用。有些诊所可能定期对患有营养佝偻病、软骨病、红斑狼疮、特纳氏综合症等疾病的儿童开展DXA扫描。DXA技术已被用来测量骨骼发育成熟度和身体脂肪的组份，并被用于评价药物治疗的效果。它也可以帮助专业人员在诊断和监测治疗儿童骨密度的分歧。

在本发明一个实施例中，X-射线系统100被用在人口老龄化上。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100被用在骨质疏松症的诊断上。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100被用在儿科上。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100被用在诊断或评估儿童骨龄增长上。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100被用在诊断生长障碍上。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100被用在预测成年人身高上。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100被用在配合药物治疗和/或治疗的进展监测，和/或药物或治疗的有效性。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100被用在小领域X线摄影。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100被用在小动物研究领域。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以是一个低成本的移动设备（例如，相比较对于全身DXA扫描仪或QCT系统）。

图1-图3是X-射线系统100与组成部分110（在图中未示出）在不同实施例中的结构图。任何组成部分110可以单独或者和其他组成部分一起应用在其他实施例中。在本发明一个实施例中，X-射线系统100的制造成本较低。在本发明的另外一个实施例中，X-射线系统100的服务成本比较低。在本发明的另外一个实施例中，X-射线系统100被设计为便于制造，增强了系统间的融合。在本发明的另外一个实施例中，X-射线系统100被设计为可与其他任何组成部分构造在一起。在本发明其他实施例中，组成部分110包括任何装置、模块、接口、系统、连接器，或其它单元。在本发明的一个实施例中，X-射线成像是通过千兆以太网(Gig-Ethernet)从平板成像检测器采集数据。在本发明的另外一个实施例中，X-射线成像是通过相机连接(Camera Link)从平板成像检测器获取数据。

在多个实施例中，X-射线系统100包括壳体120。在本发明的一个实施例中，壳体120包含X-射线系统100的其他组成部分。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100包括一个改进的形式因素。在本发明的另外一个实施例中，X-射线系统100是一种便携式系统。在本发明的另外一个实施例中，X-射线系统100是一个移动通信系统。在本发明的另外一个实施例中，便携式X-射线系统100与壳体120的体积较小，质量较轻，因此方便移动。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以是手提式。在本发明一些实施例中，X-射线系统100可以是40磅或更轻。在本发明另外一些实施例中，X-射线系统100可以是30磅或更轻。在本发明另外一些实施例中，X-射线系统100可以是25磅或更轻。在本发明另外一些实施例中，X-射线系统100可以是20磅或更轻。在本发明另外一些实施例中，X-射线系统100可以是15磅或更轻。在本发明另外一些实施例中，X-射线系统100可以是10磅或更轻。在本发明另外一些实施例中，X-射线系统100可以是5磅或更轻。在本发明另外一些实施例中，X-射线系统100可以在任何重量范围内的最大重量，0-50磅，10-40磅，10-30磅，10-20磅，10-15磅，15-20磅，或任何其他范围当中。在本发明另外一些实施例中，X-射线系统100是在10至15磅之间。在本发明一个实施例中，X-射线系统100是在10至20磅之间。在本发明另外一些实施例中，X-射线系统100可以是手提式。在本发明另外一些实施例中，X-射线系统100可以适合在任何房间、任何环境下，如一家诊所、医生办公室、医疗专业单位、帐篷、移动设备、分流中心、或其他地方。在本发明另外一些实施例中，X-射线系统100具有的各种尺寸的长度，宽度和/或高度以提高便携性，如约100厘米、90厘米、80厘米、70厘米、60厘米、50厘米、40厘米、30厘米、20厘米、10厘米或更小、或其中的任何范围。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100被配置为具有一个物理尺寸约35厘米长、35厘米宽、50厘米的高度尺寸。在在本发明另外一些实施例中，X-射线系统100具有的各种尺寸以提高便携性，例如长度，宽度与/或高度约为30、25、20、15、10、5英寸或更小，或其中的任何范围。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100被封装为物理大小约为14×9英寸。

在本发明的部分实施例中，X-射线系统100包含组成部分110，该组成部分110能和外部的一个或者多个组成部分110进行通信和/或连接。在本发明一个实施例中，多个组成部分110在壳体120内部相连接。在本发明另外一个实施例中，多个组件110在壳体120外部相连接。在本发明另外一个实施例中，多个组成部分110在壳体120内部和外部连接。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100被用来改进连接关系。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100包括连接其它外部电子设备的电路连接。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100包括连接其它外部电子设备的无线连接。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100包括连接器130。在本发明的多个实施例中，连接器130可以是下述连接方式中的一种或者多种：USB连接、无线连接、Blue-tooth/Wi-Fi连接，和/或其它连接。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100是自给式，并不需要额外的连接器130、电缆/电线、或外部计算机或个人计算机来操作它。在本发明的多个实施例中，X-射线系统100包括接口140。在本发明的一个实施例中，接口140是一个或多个按键、按钮、键盘、开关，或其它通信接口。在本发明另外一个实施例中，接口140是触摸屏。在本发明另外一个实施例中，接口140是显示器。在本发明另外一个实施例中，接口140是液晶显示器（LCD）。在本发明另外一个实施例中，接口140是液晶触摸屏。在本发明多个实施例中，接口140可以显示图像、数据、信息、和/或X-射线系统100的状态。在本发明的多个实施例中，接口140可用于输入数据、信息、指令、或其它到X-射线系统100中去。

在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括嵌入式系统150。在本发明多个实施例中，嵌入式系统150可以包括芯片、中央处理器（CPU）、和/或包括一个微处理器的系统芯片（SoC）、集成电路（ICs）、和/或任何的电子控制系统。在本发明一个实施例中，嵌入式系统150是一个操作系统。在本发明另外一个实施例中，嵌入式系统150管理电源的需求、处理数据、控制液晶/触摸屏和所有系统通信，包括USB和/或无线通信。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100包括由系统芯片（SoC）操作的嵌入式系统150。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100包括由定制设计的印刷电路板（PCB）或系统电路板（SoB152）操作的嵌入式系统150。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100包括由SoC和SoB152操作的嵌入式系统150。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100包括嵌入式系统150，所述嵌入式系统150用于增强系统性能，特别是对于高速/高带宽之间的连接和数据管理。在本发明一个实施例中，X-射线高压控制电路板151是用来控制X-射线管。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以降低材料成本，从而减少BOM（物料清单）成本。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100比其它常规系统使用相对较少的组件110和材料。在本发明另外一个实施例中，SoB152可以有多个芯片（集成电路）和特殊的电路设计，以控制和管理多个外围设备（如一个液晶显示器/触摸屏，电机，X-射线电源等）。在本发明另外一个实施例中，一个SoB152集成多种功能到单一的模块。在本发明多个实施例中，X-射线和步进电机控制器控制X-射线和电机行动。在本发明多个实施例中，电源管理模块可以提供任何或所有外围设备的电源要求。SoB152拥有有线、无线和显示/触摸屏界面。在多种实施方式，SoB152包括一个千兆以太网(Gib-Ethernet)，一个摄像头链接(CameraLink)，和/或DDR3内存设计用于高速/高带宽数据的传输和存储。

在本发明一个实施例中，X-射线系统100从电源160处获得动力。在本发明多个实施例中，电源160可以是AC、DC、AC/DC、电池或其它电源。在本发明一个实施例中，X-射线系统100可以是交流电源。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以是直流电源。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以是可转换成电池供电的移动设备。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以是电池供电的移动设备。

在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括X-射线源200。在本发明另外一个实施例中，X-射线源可以是一体化X-射线源200，在本发明一个实施例中，X-射线管200又可以称为X-射线源200。在本发明另外一个实施例中，X-射线管200包含X-射线管和内置的X-射线高压控制电路板。在本发明多个实施例中，X-射线源可以是一体式的X-射线。X-射线的产生原理是经过高电压加速的电子束（通常在约40到150千伏范围内），当它撞击在真空管中的金属靶（如钨、钼或铼）时，突然减速，然后产生X-射线。传统X-射线管浸没在金属壳中的高密度绝缘油或一些其他的介质中。金属外壳可以由铝、钢或铅制成。这种典型的反应造成约1％的动能被转换成X-射线辐射，剩余的大约99％的动能变成热量，这些热量需要消散以避免过热导致系统的损坏。传统X-射线管需要被冷却。冷却一般可以由泵循环绝缘油，通过空气或水或其他冷却介质。X-射线高压电源通常被埋在一体式X-射线源内，以避免人和/或外部环境与高电压接触的潜在危险。在一般情况下，许多医疗用X-射线设备工作在一个连续的工作循环。其直接结果是，效果较好的医用X-射线设备都很笨重，体积太大，不是便携式。

在产生X-射线辐射时，减少潜在的过热是通过改变工作循环210以缩短X-射线的辐射暴露时间和允许自动冷却。因此，在本发明一个实施例中，X-射线系统100可以在缩短的工作循环210下操作，而不是在连续的工作循环下连续产生热量。在本发明一个实施例中，X-射线系统100单次曝光时间小于1秒。在本发明一个实施例中，X-射线系统100单次曝光时间小于2秒。在本发明一个实施例中，X-射线系统100单次曝光时间小于3秒。在本发明一个实施例中，X-射线系统100用于快速检查，有助于消除由于患者移动造成的假影和减少辐射照射时间。在各种实施方式中，X-射线系统100在双能量密度检查时总曝光时间为1秒到1.5秒，总的检查时间小于2秒。在本发明多个实施例中，曝光时间可以是5、4.5、3.5、3、2.5、2、1.5、1、和/或0.5秒或更少。

在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括成像检测器300和质量较轻的X-射线管200，X-射线管200被封装在低密度的绝缘材料中，如硅橡胶，以减轻绝缘体的重量，以及使外壳结构简单化，并不需要外部循环冷却。在本发明多个实施例中，X-射线系统100的工作周期210可以是任意的。在本发明的多个实施例中，工作周期210可以是1/1000、1/900、1/800、1/700、1/600、1/500、1/400、1/300、1/200或1/5和/或其他任何范围。在本发明多个实施例中，工作周期210可以是1/100、1/90、1/80、1/70、1/60、1/50、1/40、1/30、1/20、1/10、1/5，和/或其他任何范围。例如，在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100的工作周期210是1/60。在本发明另外一个实施例中，X-射线源可以产生一个具有1/60工作周期和两秒钟延迟的脉冲辐射。也就是说，1/60工作周期内先产生一个脉冲，然后延迟120秒，再产生下一个顺序的脉冲。

在本发明一个实施例中，X-射线系统100使用双曝光技术，与其他外围DXA系统相比，其使用相对较大的成像视图和较大的数字数据格式。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100可以使用定量成像的方法测量骨密度，其测量骨量的分辨率的精度和准确度高达1％。

在本发明一个实施例中，X-射线系统100可以是双能量X射线骨密度仪（DXA），是一种测量骨密度（BMD）的方法。在本发明另外一个实施例中，DXA包括两个不同能量级别的X-射线束，在除去软组织吸收的信号后，可以由骨头的射线吸收率计算骨密度(BMD)。在本发明另外一个实施例中，DXA扫描用于诊断和跟踪骨质疏松症患者。

在本发明的多个实施例中，无论什么技术制成的双能量成像和骨密度仪都可以使用。多种方法都可以产生两个截然不同的能量束。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100是双能量成像和骨密度仪的系统，它使用无源被动的方法，该方法采用K边过滤使X-射线谱划分为两个能量区域。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100是双能量成像和骨密度仪系统，使用了有源主动的方法，该方法利用两个峰值电压开关（kVp的切换）交替地产生两个能量光谱。一般来说，当使用双能的医疗成像系统时，由于两个能源曝光之间的时间间隔，可能会导致病人移动造成的伪影假象问题。因此，在本发明一个实施例中，X-射线系统100被设置为保持尽可能短的时间延迟。在本发明另外一个实施例中，时间延迟是2秒或更短、1秒或更短、500毫秒或更短、250毫秒或更短、100毫秒或更短、50毫秒或更短、或10个毫秒或更短。在某些情况下，两个主要影响时间间隔的要素是双能量的交换和第一曝光数据的采集和记录。在一个实施例中，在第一个辐射照射后，每一个运作需要进行同步化操作。

在本发明的多个实施例中，X-射线系统100可以使用电子管电压的切换。在本发明一个实施例中，双能量是由供给X-射线管的两个不同的高电压（HV）产生，它不包含过滤交换器。在本发明另外一个实施例中，两个可分辨能谱的是可以通过不同方法实现。在本发明的多个实施例中，X-射线系统100可以使用能量过滤。在本发明的另外一个实施例中，能量过滤使用放置于射线束管出口前面的高能与低能滤波器得到的高能和低能量谱。这带来的两个优点是a）X-射线电源的设计简单，和b）切换时间短，切换时间可以被限制在小于100毫秒内。

在本发明的多个实施例中，X-射线系统100可以使用能量过滤交换与射线电子管电压变化的组合。在本发明的一个实施例中，利用技术上的综合优势以达到最佳的可分辨的能量谱，良好的双能量分隔，从而获得高成像信号-噪声比（SNR）和低射束硬化的假效果。在本发明的另外一个实施例中，接近单色的双能谱和良好的高低能量之间的能量分离可以是改善信噪比和减少定量成像的射束硬化度的重要因素。在本发明另外一个实施例中，本体尺寸（厚度和重量）增加，信噪比减小，射线束硬化效果增加，这可能会导致两个定量测量的损失，即精度和准确度的损失。然而，前臂是人体中最小、最薄的部分之一，骨显像和/或测量生产的不利影响也最小，如果需要可以通过后数据演算法，进行纠正。

在某些情况下，高分辨率的成像要具备大型的关联数据。由于大成像数据的格式，平板检测器数据采集和记录可能会耗费时间。一个用来提高其效率和性能的简单并且陈本较低的方式是让设备检测模块300和嵌入式系统150设置在X-射线成像系统100内部。

在本发明的一个实施例中，检测器300包括芯片倒装的检测器芯片和集成电子元件的芯片。在芯片上的集成，可以允许电子信号较快的转换和放大。每个处理后的图像帧可以通过千兆以太网(Gig-Ethernet)、摄像头链接(Camera Link)、或通过其他形式或手段被导出。在本发明的一个实施例中，集成嵌入式系统150的芯片接收和处理图像帧，并且存储在相邻DDR3SRDRAM。在本发明另外一个实施例中，处理48Mbit数据的时间大约为60毫秒。

在本发明一个实施例中，X-射线系统100可以是双能成像和密度测量。在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括过滤器定位装置400，所述过滤器定位装置400通过位置改变向X-射线系统100提供双能量成像和密度测量的功能。在本发明另外一个实施例中，过滤器定位装置400可以是过滤器交换器。在本发明另外一个实施例中，过滤器定位装置400是过滤器车轮。在本发明另外一个实施例中，过滤器定位装置400是可以滑动的。在本发明另外一个实施例中，过滤器定位装置400是皮带转动的。在本发明另外一个实施例中，过滤器定位装置400是线性交换器。在本发明另外一个实施例中，过滤器定位装置400是可旋转的交换器。在本发明另外一个实施例中，过滤器定位装置400是可移动的系统，有一、二、三、四、五、六或更多个位置的过滤器处理从X-射线管200发射X-射线。例如，过滤器定位装置400可以包括一个或多个过滤器定位装置的位置410。在本发明的多个实施例中，过滤器定位装置400可以包含1、2、3、4、5、6或更多的过滤器定位装置的位置410。在本发明一个实施例中，过滤器定位装置位置410可以包括高能量过滤器420，该高能量过滤器420允许高能量X-射线从过滤器定位装置400中通过。在本发明一个实施例中，高能量过滤器420用于帮助高能量成分传输从过滤器定位装置中通过，并限制低能量的传输。在本发明一个实施例中，高能量滤波器420吸收较低的能量。在本发明一个实施例中，一个过滤器定位装置的位置410可以包括一个低能量过滤器430，该低能量过滤器430允许低能量X-射线透射从过滤器定位装置400中通过。在本发明一个实施例中，低能量过滤器430提供较低的能量从过滤器定位装置中传输。在本发明一个实施例中，低能量过滤器430提供第二高的能量通过从过滤器定位装置中传输。在本发明一个实施例中，过滤器定位装置位置410可以包含用于阻止X-射线透射通过过滤器定位装置400的开闭器440。在本发明一个实施例中，过滤器定位装置位置410可以包括基准指示器450，该基准指示器450标明过滤器在X-射线系统100的定位机构400的位置。在本发明一个实施例中，过滤器定位装置的位置410可以包含任意数量的过滤器、开闭器、指标、或其他装置、镜片、对象、接口、或其他功能可以改变X-射线系统100的功能。在本发明一个实施例中，过滤器的交换器可以是一个高转矩和高转速的步进电机驱动。在本发明一个实施例中，过滤器的交换器从一个位置到另一个位置的变换需要100毫秒或更少的时间。

在本发明的多个实施例中，X-射线系统100被用于双能量成像和骨密度仪。在本发明一个实施例中，特定的时间范围或时间值可以作为例子提供，但可能会相应变化。在本发明一个实施例中，时间标度170显示了X-射线系统100中采取的各个步骤。在本发明一个实施例中，时间标度170显示了带有过滤器定位装置400的X-射线系统100所采取的各种措施。在本发明另外一个实施例中，时间标度170提供以2秒钟间隔的示例性时间序列。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100启动X-射线管200，显示出X-射线在时间刻度170上的状态172（例如，“开启”，“关闭”，“高压”，“低压”等）。

图4A-4C说明了由配置为双能量成像和骨密度仪的X-射线系统100在一个时间段内执行的各种操作的实施例。在图示的实施例中，提供的时间范围或时间值是特定的例子，在不同的情况下可能会有所改变，本发明实施例对此不做任何限制。在本发明一个实施例中，X-射线系统100在时间标度170处所执行的各个步骤。在本发明一个实施例中，带有过滤器定位装置400的X-射线系统100在时间刻度170处所执行的各个步骤。在本发明一个实施例中，时间尺度170提供间隔为2秒的示例性时间序列。在本发明一个实施例中，在时间尺度170的期间内，X-射线系统100启动X-射线管200，显示X-射线的状态172（例如，“打开”，“关闭”，“高压”，“低压”等），与过滤器的车轮位置174和摄像机状态176。

在本发明一个实施例中，过滤器定位装置位置174可以是过滤交换器的位置。在本发明另外一个实施例中，过滤器定位装置位置174可以是过滤器轮的位置。

在图4A所示的实施例中（恒定的高电压（HV）X-射线管），X-射线状态172显示X-射线管200从关闭位置打开，在00.8秒之间上升至“打开”状态，直到2.8秒之前，X-射线状态172仍然保持“打开”状态，然后状态可以下降到关闭状态。在本发明的多个实施例中，开关可以是一个步骤，而不是一个斜线区间，或一些其他的曲线。

在图4A所示的实施例中（恒定的高电压（HV）X-射线管），在时间尺度170之间，X-射线系统100启动过滤器定位装置400，显示过滤器定位装置的位置174（或过滤交换器的位置）。在本发明一个实施例中，在时间尺度170之间，在零时刻时，过滤器定位装置的位置174在开闭器440处，过滤器定位装置的位置174在0.81.0秒之间转换到高能量过滤器420处，并停留1.0秒至1.9秒，过滤器定位装置的位置174在1.9到2.1秒之间转换到低能滤波器430处，并停留在2.1秒到2.6秒之间，然后在2.6秒到2.8秒之间返回到开闭器440的位置处。在本发明的一个实施例中，高能量过滤器420被用来传输第一高能量。在本发明的一个实施例中，低能量过滤器430被用来传输第二高能量，第二高能量低于第一高能量。在本发明的一个实施例中，高能量过滤器420和低能滤波器430操作顺序可以对换。

在本发明的一个实施例中，数据采集的状态176可以是摄像头状态176。

在图4A所示的实施例中（恒定的高电压（HV）X-射线管），在高能量过滤器420的位置，曝光时间为0.4至0.9秒之间，X-射线系统100数据采集状态176开启至“开”位置，以采集数据。在本发明另外一个实施例中，在1.9秒至2.1秒之间，数据采集状态176切换到“传送和录制”状态。在低能量过滤器430的位置，曝光时间在0.1至0.5秒之间，X-射线系统100将数据采集状态176开启至“开”位置，以获取数据。在本发明另外一个实施例中，在2.6秒至2.8秒之间，数据采集状态176切换到“传送和录制”状态。在本发明多个实施例中，成像数据传送和/或记录手段可以通过千兆以太网(Gig-Ethernet)和/或照相机链接(Camera Link)，从检测器模块移动到SoC，也可以暂时保存在DDR3内存。在本发明另外一个实施例中，数据和/或图像可永久保存。

在图4B所示的实施例中（可切换的高压X-射线管不包含过滤器交换器），在X-射线状态172显示X-射线管200在第一高压位置被打开，在0至0.8秒之间，上升到第一高压的状态。在本发明的一个实施例中，X-射线的状态172保持第一高压状态直到1.9秒处，在1.9至2.1秒之间，电源斜线下降到第二高压状态，并保持在第二高压位置，直到第2.8秒。在本发明另外一个实施例中，X-射线的状态172保持在第一高压状态直到1.9秒标记处，在1.9至2.1秒之间，电源斜坡下降到一个低压或更低的电压的状态，并保持在低压位置，直到第2.8秒。在其它实施例中，交换可以是一个步骤，而不是一个斜线区间，或一些其他的曲线。在本发明的一个实施例中，第一高压位置和第二高压位置操作顺序可以对换。

在图4B所示的实施例中（可切换的高压X-射线管不包含过滤器交换器），在高能量过滤器420的位置，当曝光时间在0.4至0.9秒之间时，X-射线系统100将数据采集状态176开启至“开”的位置，以采集数据。在本发明的一个实施例中，在1.9秒至2.1秒之间，数据采集状态176切换到“传送和录制”状态。在低能量过滤器430的位置，当曝光时间在0.1至0.5秒之间时，X-射线系统100将数据采集状态176开启至“开”的位置，以获取数据。在本发明另外一个实施例中，在2.6秒至2.8秒之间，数据采集状态176切换到“传送和录制”状态。在本发明多个实施例中，成像数据传送和/或记录手段可以通过千兆以太网(Gig-Ethernet)和/或照相机链接(Camera Link)，从检测器模块移动到SoC，也可以暂时保存在DDR3内存。在一个实施例中，数据和/或图像可永久保存。在一些实施例中，交换可以是一个步骤，而不是一个斜线区间，或一些其他的曲线。

在图4C所示的实施例中（带有高压切换功能的过滤器交换器），X-射线状态172显示出X-射线管200在第一高压位置处打开，在0至0.8秒之间，上升到第一高压状态。在本发明的一个实施例中，X-射线的状态172保持在第一高压状态，直到1.9秒，从1.9秒到2.1秒，电源斜线下降到第二高压状态，并保持在所述第二高压状态直到第2.8秒。在本发明另外一个实施例中，X-射线的状态172保持在第一高压状态，直到1.9秒，从1.9秒到2.1秒，电源斜线下降至低压或更低的电压的位置，并保持在低压状态，直到第2.8秒。在本发明其他实施例中，交换可以是一个步骤，而不是一个斜线区间，或一些其他的曲线。在本发明的一个实施例中，第一高压位置和第二高压位置操作顺序可以对换。

在图4C所示的实施例中（带有高压切换功能的过滤器交换器），在时间尺度170之内，X-射线系统100启动过滤器定位装置400，显示过滤器定位装置174的位置。在本发明一个实施例中，在时间尺度170之内，过滤器定位装置位置174在零时刻位于开闭器440处，在0.81.0秒之间，过滤器定位装置174转换到高能量过滤器420的位置，在1.0秒至1.9秒之间保持在高能量过滤器420的位置，在1.9到2.1秒之间过滤器定位装置174转换到低能滤波器430的位置，在2.1秒到2.6秒之间保持在低能量过滤器430的位置，然后在2.6秒到2.8秒之间返回到开闭器的位置440。在本发明的一个实施例中，高能量过滤器420和低能滤波器430操作顺序可以对换。

在图4C所示的实施例中（带有高压切换功能的过滤器交换器），在高能量过滤器420的位置，当曝光时间在0.4至0.9秒之间时，X-射线系统100将数据采集状态176开启至“开”的位置以获取数据。在本发明一个实施例中，在1.9秒至2.1秒之间，数据采集状态176切换到“传送和录制”状态。在本发明另外一个实施例中，在低能量过滤器430的位置，当曝光时间在0.1至0.5秒之间时，X-射线系统100将数据采集状态176开启至“开”的位置以获取数据。在本发明另外一个实施例中，在2.6秒至2.8秒之间，数据采集状态176切换到“传送和录制”状态。在本发明多个实施例中，成像数据传送和/或记录手段可以通过千兆以太网(Gig-Ethernet)和/或照相机链接(CameraLink)，从检测器模块移动到SoC，也可以暂时保存在DDR3内存。在本发明一个实施例中，数据和/或图像可永久保存。

图4D-4E给出了在一个段时间内由单能量X线摄影成像配置的X-射线系统100在不同实施例中的具体操作。在与附图对应的实施例中，特定的时间范围或时间值是作为例子来进行说明的，在不同的实施例中可能会有变化，本发明实施例并不做限定。在本发明一个实施例中，时间尺度170显示了X-射线系统100所执行的各个步骤。在本发明另外一个实施例中，时间刻度170显示了带有过滤器定位装置400的X-射线系统100所执行的各个步骤。在本发明另外一个实施例中，时间尺度170提供了示例性的时间序列。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100启动的X-射线源200中，表示在时间尺度170期间X-射线的状态172（例如，“上”，“关闭”，“高压”，“低压”等），与过滤器的车轮位置174和摄像机状态176。

如图8所示的实施例中，一个可选的防散射格栅122可以放置在的检测器面板300的上方。在本发明一个实施例中，防散射格栅122可以在单一能量高分辨率的X线摄影中使用。在本发明另外一个实施例中，防散射格栅122通常不在双能操作（即双能量骨密度测定仪）中使用。

在图4D对应的一个实施例中（X-射线系统具有单一能量的射线照相操作，以及单一曝光），X-射线的状态172显示X-射线源200从关闭位置打开，在00.8秒之间，上升至“打开”状态。X-射线状态172保持“打开”直到1.5秒，然后电源斜坡下降至关闭位置。在本发明多个实施例中，开关可以是一个步骤，而不是一个斜线区间，或一些其他的曲线。

在图4D对应的一个实施例中（X-射线系统具有单一能量的射线照相操作，以及单一曝光），X-射线系统100启动过滤器定位装置400，显示在时间尺度170之间过滤器轮的位置174。在本发明一个实施例中，过滤器轮的位置174在零时刻位于开闭器440处，在0.81.0秒之间，过滤器轮的位置174转换为理想能量过滤器处，在1.01.5秒之间，然后转换返回到开闭器位置440。在本发明一个实施例中，理想能量过滤器可以是高能量过滤器420。在本发明一个实施例中，理想能量过滤器可以是低能量过滤器430。在本发明一个实施例中，理想能量过滤器可以是其他优化能量过滤器。

在图4D对应的一个实施例中（X-射线系统具有单一能量的射线照相操作，以及单一曝光），X-射线系统100将相机状态176开启至“开”的位置，以采集在高能量过滤器420位置曝光5-100毫秒时的数据。在本发明一个实施例中，X-射线脉冲启动5毫秒。在本发明另外一个实施例中，X-射线脉冲启动10毫秒。在本发明另外一个实施例中，X-射线脉冲启动20毫秒。在本发明另外一个实施例中，X-射线脉冲启动30毫秒。在本发明另外一个实施例中，X-射线脉冲启动40毫秒。在本发明另外一个实施例中，X-射线脉冲启动50毫秒。在本发明另外一个实施例中，X-射线脉冲启动100ms。在本发明一个实施例中，在1.5秒，相机状态176切换到“转移及录制”状态。在理想能量过滤器位置，X-射线系统100激活相机状态176到“开”的位置来采集数据。在本发明一个实施例中，相机状态176切换到“传送与存储”状态。在本发明多个实施例中，成像数据传送和/或记录手段可以通过千兆以太网(Gig-Ethernet)和/或照相机链接(CameraLink)，从检测器模块移动到SoC，也可以暂时保存在DDR3内存。在一个实施例中，数据和/或图像可永久保存。

在本发明一个实施例中，一个单能量、持续脉冲曝光的X线摄影系统可以通过滤光片轮从开闭器的位置转换到预期的位置下运作。X-射线可以被设置为理想的高电压等级。在本发明一个实施例中，检测器曝光0.05-0.1秒，并且在X-射线关闭后，这些数据可以被保存。在本发明多个实施例中，该系统可以执行曝光期间和停机时间期间的工作周期比率，如1/2、1/5、1/10、1/20、1/30或1/60，或以其他。在本发明的多个实施例中，X-射线电压等级、检测器曝光、数据保存和关X-射线关闭等动作可以重复。在本发明多个实施例中，只要有需要，该过程会持续。

在图4E所示的实施例中（单能X线摄影、持续脉冲照射），X-射线状态172表示了X-射线源200开启到步进式“开”的位置，这个过程是可以重复的。

在图4E所示的实施例中（单能X线摄影、持续脉冲照射），X-射线系统100激活相机状态176到“打开”位置，在X-射线状态172为“开”的状态下采集数据。

在图4F所示的实施例中，根据本发明多个实施例中任一所述的X-射线系统执行的各个步骤的流程图。

图5A-5B是本发明实施例中的过滤器定位装置400的结构图。在本发明一个实施例中，过滤器定位装置400具有过滤器定位装置的位置410，包括高能量滤波器420和低能量过滤器430。在本发明一个实施例中，过滤器定位装置400具有过滤器定位装置的位置410，包括高能量过滤器420、低能量过滤器430和开闭器440。在本发明一个实施例中，过滤器定位装置400具有过滤器定位装置的位置410，包括高能量过滤器420、低能量过滤器430、开闭器440以及基准指示符450。在本发明一个实施例中，过滤器定位装置400用电机进行定位。在本发明一个实施例中，过滤器定位装置400利用步进电机460的旋转或线性进行定位。在本发明一个实施例中，马达传感器462用来检测步进电机460的位置。在本发明一个实施例中，过滤器定位装置传感器470用来检测过滤器定位装置400的位置。在本发明一个实施例中，过滤器定位装置传感器470与过滤器定位装置400上的基准指示符450相互作用来注册位置。在本发明一个实施例中，基准指示符450设置在过滤器定位装置中。当基准指示符450通过或者在过滤器定位装置的传感器470之间时，过滤器定位装置传感器470包括一对用来检测的发射器/检测传感器（例如一个LED和一个光电二极管）。在本发明一个实施例中，射线束准直器480的材料由铅制成，并用来阻挡落在图像接收器的视图范围以外的以及未使用的X-射线。

根据本发明实施例中任意一个X-射线系统100，图6给出了如图5所示的包含X-射线管200的过滤器定位装置400。在本发明一个实施例中，X-射线源200发射的X-射线光束202指向成像检测器300。在本发明一个实施例中，X-射线束202是一个锥形束。

图7A-7C是如图7所示的包含过滤器定位装置400的X-射线系统的示意图。在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括壳体120，包含印刷电路板的嵌入式系统150，发射一个锥形X-射线束202的X-射线源200，液晶/触摸屏接口140，X-射线检测器300，过滤器定位装置400和电机460。患者的骨骼被放置在X-射线源200之下和在检测器300之上。例如，在本发明一个实施例中，前臂（图中未示出）被放置在X-射线系统100中进行双能量成像和骨密度测量。在本发明另外一个实施例中，X-射线系统100使用主导臂、非主导臂，或者两者的结合，用来进行超前端半径（“UD”）骨密度测量和/或在33％半径的骨密度测量。图8-11是与图7A-7C相对应的X-射线系统100的实施例。

在本发明一个实施例中，便携式摄像与骨质密度检测的X-射线系统100是体积较小和质量较轻的双能量成像设备，该双能成像设备设用来使用X-射线源和具有高的分辨率/速度成像检测器拍摄骨骼图像，并估计骨质密度。在本发明多个实施例中，骨头部位可以是外周骨骼部位，如（但不限于）的臂、前臂、手、手腕、手指、腿、膝、胫、脚踝、脚后跟、脚、脚趾、或其它身体部位。

在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括平板检测器300，X-射线源200和使用嵌入式系统150的集成设计（包括微处理器、触摸屏140和USB连接132和/或与无线接口134）。在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括单一脉冲的X-射线源（小于2秒），以获取双能成像数据。平板检测器300模块与内部高速电子设备和各种连接器130集成，例如（但不限于），以太网(Gig-Ethernet)和/或照相机连结(CameraLink)。在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括“芯片上系统”（SOC）/“系统板”（SoB）152的技术为系统集成（双能曝光，电机控制，高速数据转移和存储等）。本发明一个实施例中，X-射线系统100是类似于到pDXA设备，但也可以作为高分辨率成像设备或小领域X线摄影。本发明一个实施例中，X-射线系统100使用双能量的方法测量前臂骨密度，在从前臂的最前端（UD）到33％位点。它采集前臂或手或脚（可以选择的单或双能量成像）的放射线成像。它可以采集小动物的放射线成像（可以选择的单或双能量成像）。

在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括低重量的一体式X-射线源200和脉冲辐射的X-射线光束202。在本发明一个实施例中，X-射线源200可以是整体式的，无需额外冷却实用设备。本发明一个实施例中，X-射线源200有一个在7080千伏范围内的固定管电压和在2～5毫安范围内的固定管电流。本发明一个实施例中，X-射线管200有一个从40至80千伏，可变/可调节的管电压和在2～5毫安范围内的固定管电流。在本发明一个实施例中，X-射线源200有一个2秒（最大）的脉冲宽度和为1/60的占空比(工作周期)。本发明一个实施例中，X-射线管200从10％至90％的额定电压上升，时间小于200毫秒。本发明一个实施例中，X-射线源200有一个焦点尺寸小于0.4毫米。本发明一个实施例中，X-射线源200发射锥形束几何结构的光束202。本发明一个实施例中，X-射线系统100的质量较轻，整体式X-射线源200和控制板小于5磅的总重量。

在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括高分辨率的平板X-射线检测器模块300。在本发明另外一个实施例中，平板检测器300间距之间的像素尺寸为75至150微米。在本发明多个实施例中，有效面积可以约为13×13厘米或15×12厘米或12×7厘米。在本发明多个实施例中，有效面积是大于从最前端（UD）到33％半径位点的前臂图像。在本发明一个实施例中，像素数约为140微米尺寸的150万像素和约为75微米尺寸的300万像素。在本发明一个实施例中，数字输出是14或16位(Bit)/像素。在本发明一个实施例中，输出成像数据的大小是16位(Bit)/像素X300万像素=48兆位(Mbit)。在本发明一个实施例中，平板检测器模块包含用于数据传输的千兆比特以太网(Gig-Ethernet)。比如，一组48兆位(Mbit)80％图像的发送时间是60毫秒（=48/0.8）。在本发明一个实施例中，平板检测器模块提供了摄像头连接(Camera Link)进行数据传输。在本发明一个实施例中，X-射线的光转换可以使用碘化铯闪烁器、Gadox闪烁体、或其他闪烁体。

在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括使用系统电路板（SoB）152设计和系统芯片（SoC）动力的嵌入式系统150。在本发明一个实施例中，X-射线系统100采用了一种定制设计PCB（印刷电路板）的并有系统芯片（SoC）动力的系统电路板(SoB)152。在本发明一个实施例中，PCB是一个系统电路板(SoB)152。

在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括系统电路板(SoB)152，其中含有一个PBGA的集成电路（SoC或系统芯片），一个内部微处理器（例如，操作于500MHz，700MHz，或其他频率）用于系统控制和操作系统（OS）的支持。在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括低功耗的SoB152，例如在7毫瓦的待机功耗和700毫瓦的有功功率。在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括集成3-D图像和触摸屏控制器140的SoB152。在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括SoB152，SoB152能快速与网络连接，还可以包括千兆位以太网(Gig-Ethernet)控制器、DDR3SDRAM的接口和/或USB控制器。在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括SoB152，该SoB152带有芯片上的外围设备，如用于连接到传感器、驱动器、设备，并且成本较低。在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括SoB152，该SoB152包含印刷电路板尺寸（5“X6”）、并且高速/高带宽能力的PCB层来容纳千兆位以太网(Gig-Ethernet)和/或DDR3（双数据速率3型）的数据速率。在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括SoB152，该SoB152可以有DDR3SDRAM（同步动态随机存取记忆体）的集成电路(相邻于SoC)，允许数据被转移和存储在快速（例如，在小于100毫秒以获取和保存一组图像帧）。在本发明一个实施例中，X-射线系统100包括与一个、多个或任意个SoB152，闪速存储集成电路，步进电动机的微控制器，步进电机，电源转换器/稳压器和/或一个Wi-Fi/blue-tooth模块。

在本发明一个实施例中，X-射线系统100是双能量过滤。在本发明一个实施例中，X-射线系统100包含由步进电机和定位机构装配的过滤器交换器（或过滤器定位装置400）。在本发明一个实施例中，过滤器定位装置400包含高能量滤波器420的位置，可以提供40-50千伏以上的高能量分量。在本发明一个实施例中，高能量过滤器420包括铜（Cu）+锡（Sn）和/或铜（Cu）+铑（Rh）。

在本发明一个实施例中，过滤器定位装置400包含低能量过滤器430的位置，能够提供40-50千伏以下的低能量成分的分量。在本发明一个实施例中，低能量过滤器430的材料包括铝（Al）和具有在40至50千伏左右的K边吸收类型的材料。在不同的实施例中，K边材料可以是铈（Ce，K边-为40千伏），钐（Sm，K边-为46.8千伏），钆（Gd，K边-为50.2千伏）和钡（Ba，K边-为37.45千伏）中的一个或者多个。

在本发明一个实施例中，过滤器定位装置400包含开闭器440（永久封闭）的位置，在不检测的期间为安全目的防止辐射。在本发明多个实施例中，在需要时，过滤器定位装置400还可以添加或删除一个或多个位置和/或过滤器。

在本发明一个实施例中，过滤器定位装置400被安装在高转矩步进电机460上，在系统的指引下旋转过滤器定位装置400。在本发明一个实施例中，高转矩步进电机允许快速变换过滤器或位置。在本发明一个实施例中，估计从一个位置移动到另一个位置的切换时间约50-100毫秒。

在一个实施例中，X-射线系统100存在散射，可能对成像质量产生消极影响。散射影响随着本体尺寸的增大（厚度和重量）而增加。然而，前臂是人体最小也是最薄的部分，如果有必要，散射的影响也可以通过后数据的算法来估算和纠正。

结合图4F，在本发明多个实施例中，双能量骨密度测定仪的X-射线系统100的操作过程包括下述步骤中的一个或者多个（以下各步骤没有严格的先后顺序）：

a、打开电源，预热机器。

b、内置测试（BIT）。

c、测量患者前臂的长度（33％桡骨BMD测定）。

D、从触摸屏、或者外部电脑通过网线（USB）或无线（Wi-Fi或蓝牙）输入病人的信息。

e、放置患者前臂。

f、执行病人检查。如图4A-4C所示的实施例，X-射线管电源开启后有0.8秒的延迟（包括灯丝预热和管电压的上升时间）。定位机构保持在一个关闭的位置，以避免辐射照射。定位机构切换到低能量位置后有0.2秒的延迟。检测器开启并采集低能量数据，曝光0.1-0.5秒。SNR可以根据患者前臂的厚度，通过调整曝光时间进行优化。低能量数据的传输和记录（低能量图像的传送并保存在DDR3SDRAM暂时）总时间约0.2秒。与此同时，定位机制切换到高能量的位置（0.2秒延迟）。检测器采集高能量数据，曝光0.4-0.9秒。SNR可以通过调整曝光时间，根据患者前臂的厚度进行优化。高能量数据的传输和记录（高能量图像的传输并保存在DDR3SDRAM暂时）总时间约0.2秒。同时，定位机构切换回关闭的位置（0.2秒延迟）和X-射线管的电源并关闭（0.2秒延迟）。

g、数据处理和显示。

h、数据存储在闪存中作为永久存储。

i、用户选项：如果需要，通过有线（USB）或无线（Wi-Fi或蓝牙），将数据传输到外部电脑/存储。

j、下一个检查：从先前的的检查时间算起，系统将被锁定“电源关闭”，120秒的延迟。

在本发明一个实施例中，使用高能量的X-射线和低能量的X-射线对前臂拍摄一对X-射线图。由于前臂对高能量的X-射线和低能量的X-射线衰减系数不同，所以两个X-射线图的光密度分部不相同。单一高能或低能X-射线图均可用于单能诊断成像，作为主观的或非定量的图像。对得到的两个X-射线图进行加权相减，就可以得出前臂的双能X-射线诊断图(主观的或非定量的图像)。

在本发明一个实施例中，对于骨密度的定量成像，在高能量曝光和低能量曝光的过程中，检测器收集的数据包括区域内未衰减的辐射强度、和/或相同的能量区域内衰减的辐射强度等，根据系统的校准、衰减系数和检测器收集的收据来计算前臂的骨密度(即，骨的厚度)。

在双能X-线骨密度仪(DXA)原理中，人体被划分为两个隔室的骨和软组织。如果人体受X-射线束照射，两种材料被分解了线性衰减方程：

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{bLE}}\·L_b+{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{sLE}}\·L_s=\ln \frac{E_{0\mathrm{LE}}}{E_{\mathrm{LE}}}=I_{\mathrm{LE}}$

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{bHE}}\·L_b+{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{sHE}}\·L_s=\ln \frac{E_{0\mathrm{HE}}}{E_{\mathrm{HE}}}=I_{\mathrm{HE}}$

其中，下标b和s分别表示骨和软组织，下标LE和HE表示低能量和高能量。μ为质量衰减系数(已知的标准参数，可以根据对能量和材料的特性从数据库中获得)，和L是组织厚度。E_LE和E_HE分别表示在低和高能量区域的未衰减的辐射强度。E_0LE和E_0HE分别表示在相同的能量区域内衰减的辐射强度。在系统校准并获得低能量和高能量衰减和未衰减的强度测试数据之后，患者的骨厚度（L）可从每个像素的测量后计算得到。骨厚度（L）就是每单位面积的骨量(面积密度，g/cm2）。

结合图4A-4F的各个实施例中，单一能量X线摄影的的X-射线系统的操作过程包括下述的一个或多个步骤（步骤之间没有严格的顺序限制）：

a、打开电源，预热机器。

b、内置测试（BIT）。

c、从触摸屏、或者外部电脑通过网线（USB）或无线（Wi-Fi或蓝牙）输入病人的信息。

d、放置患者前臂或手。

e、执行病人检查。X-射线管的电源开启后有0.8秒延迟（包括灯丝预热并管电压的上升时间）。定位机构保持在一个关闭的位置，以避免辐射照射。定位机构切换到低能量的位置，或高能量位置，或理想能量位置，经过0.2秒延时，检测器采集数据，曝光0.054-0.5秒。SNR可以通过调整曝光时间，根据患者的前臂或手部的厚度进行优化。影像数据传送并暂时保存在DDR3SDRAM上，总时间约为0.2毫秒。同时，定位机制切换回关闭的位置（0.2秒延迟）和X-射线管的电源并关闭（0.2秒延迟）。

f、数据处理和显示。

g、数据存储在闪存中作为永久存储。

h、用户选项：如果需要，通过有线（USB）或无线（Wi-Fi或蓝牙），将数据传输到外部电脑/存储。

i、下一个检查：从先前的的检查时间算起，系统将被锁定“电源关闭”。延迟时间取决于先前的曝光时间和按照1/60工作周期的规则。

以上是本发明实施例一些较佳的实施方式而已，任何人在熟悉本领域技术的前提下，在不背离本发明的精神和不超出本发明涉及的技术范围的前提下，可以对本发明描述的细节作各种补充和修改。本发明的保护范围不限于实施例所列举的范围，本发明的保护范围以权利要求为准。

Claims (21)

1.一种便携式双能X-射线成像及骨质密度检测系统，其特征在于，包括：

X-射线源，通过过滤器定位装置发射X-射线束，所述过滤器定位装置包括高能量过滤器、低能量过滤器，以及用于阻止X-射线束传输的开闭器；

X-射线成像检测器；

壳体，用于将X-射线源和X-射线成像检测器固定并保持一个前臂的距离；

嵌入式系统，用于启动X-射线源，并控制过滤器定位装置的位置以及进行成像数据的采集和分析。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每次曝光时所述X-射线源启动时间不超过2秒。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高能量过滤器提供通过过滤器定位装置传输的、大于40至50千伏的高能量X-射线。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高能量过滤器的材料包括锡和铑中的至少一种、以及铜。

5.根据权利要求1所述的系统，所述低能量过滤器通过过滤器定位装置传输的X-射线的能量限制于40至50千伏。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低能量过滤器的材料包括铝和至少一种在40至50千伏之间的K边吸收材料。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低能量过滤器的材料包括至少一种在40至50千伏之间的K边吸收材料，所述K边吸收材料包括铈、钐、钆、和钡中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述过滤器定位装置是由与嵌入式系统进行电子通信的步进电机来驱动的。

9.根据权利要求8的系统，其特征在于，所述过滤器定位装置是过滤交换器，所述过滤交换器由步进电机可旋转或线性驱动。

10.根据权利要求9的系统，其特征在于，所述步进电机是高转矩和高转速的设计，允许在100毫秒之内从一个位置转换到另一个位置。

11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述嵌入式系统提供高速和/或高带宽的数据传输，所述嵌入式系统传输成像数据小于100毫秒。

12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述X-射线成像检测器通过千兆以太网(Gig-Ethernet)和/或相机链路(CameraLink)传输成像数据。

13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述嵌入式系统以值为1/60的工作周期驱动X-射线源，所述值为1/60的工作周期是1秒脉冲辐射活动周期到60秒的非辐射活动周期。

14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述嵌入式系统在工作周期内驱动X-射线源，所述工作周期包括2秒脉冲辐射活动周期到120秒非辐射活动周期。

15.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述嵌入系统包括操作系统，所述操作系统用于处理数据、控制液晶显示/触摸、控制电源，以及管理USB通信和无线通信。

16.根据权利要求1所述的系统，所述系统是电池供电的移动设备。

17.一种外围骨密度测量方法，其特征在于，包括：

将前臂放置在X-射线系统中的X-射线源和X-射线成像检测器之间，所述X-射线源通过过滤器定位装置发射X-射线束，所述过滤器定位装置包括第一能量过滤器、第二能量过滤器，以及用于阻止X-射线光束传输的开闭器；

启动所述X-射线系统中的嵌入式系统，所述嵌入式系统用于启动所述X-射线源，并控制过滤器定位装置的位置，其中所述启动嵌入式系统包括：

在不超过2秒的时间内启动所述X-射线源；

将滤器定位装置从开闭器的位置移动到第一能量位置，所述第一能量位置是所述第一能量过滤器所在的位置；

获取第一能量的数据;

将过滤器定位装置从所述第一能量位置移动至第二能量位置，所述二能量位置是所述第二能量过滤器所在的位置；

获取第二能量的数据。

18.一种便携式单能量X-射线成像系统，其特征在，包括：

一体式X-射线源，用于通过过滤器定位装置发射X-射线束，所述过滤器定位装置包括理想能量过滤器，以及用于阻止X-射线束传输的开闭器；

X-射线成像检测器；

防散射光栅，位于所述一体式X-射线源与X-射线成像检测器之间；

壳体，用于将X-射线源和X-射线束的检测器保持一个前臂的距离；

嵌入式系统，用于启动所述X-射线源，并控制所述过滤器定位装置的位置并进行成像数据的采集。

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述系统是单次曝光。

20.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述系统是持续脉冲曝光。

21.根据权利要求18的所述系统，其特征在于，所述系统是电池供电的移动设备。

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