CN104053400A - 多线性x-射线扫描系统以及x-射线扫描方法 - Google Patents

Abstract

一种x射线扫描仪，其包括产生扇形x射线的x射线源、x射线检测器阵列、安置在所述源与所述阵列之间的准直器，其固定到所述源，且界定将所述扇形x射线准直成线性x射线束的狭缝。所述阵列从所述源间隔开使得所述线性x射线束的线性程度不大于所述阵列的检测器维度。x射线处理单元处理由所述阵列对所述线性x射线束的检测。处理器控制的电动机将所述x射线源绕源运动轴移动以摇摄所述线性x射线束且建立x射线发射锥且与所述源相应地移动所述阵列。当所述线性x射线束跨所述对象摇摄时，所述x射线处理单元对安置在所述准直器与在所述x射线发射锥内的所述阵列之间的对象形成x射线扫描图像。

Description

多线性X-射线扫描系统以及X-射线扫描方法

技术领域

本发明涉及x-射线成像系统以及x-射线扫描方法，尤其涉及x-射线成像系统以及使用扫描x-射线探测器的方法。

背景技术

用于人员筛查的透射x-射线扫描仪已在市场中出现，且用于公众被限制访问的高安全性区域，例如监狱、钻石和金矿以及小型贵重或危险物品可被偷运入或偷运出安全区域的其它地方。2008年7月8日授予Linev的美国专利第7,397,892B2号中描述了一种这样的系统，该专利全文并入本文。Linev教导了x-射线源的使用，x-射线源产生被准直以产生垂直x-射线束的单个扇形x-射线束，垂直x-射线束被进一步向下准直至非常窄的狭缝。这些准直x-射线照射涂覆有闪烁磷光体的光电二极管的单个线性阵列。待扫描的人站在电动机驱动的平台上，该平台将人在源与二极管检测器阵列之间慢慢移动使其整个身体暴露于x-射线束，从而生成整个身体的x射线图像。然后，x射线图像显示这些人已摄取，隐藏在其衣服内，或插入体腔中的任何物体。

虽然Linev所教导的系统因其可显示以上描述的隐藏物品而很有效，但是却受到许多限制。Linev所教导的系统的优选实施方案所受的主要限制之一是其不能扫描无法站立或坐在轮椅内的人。用于将被筛查人员移动穿过x-射线束的平台(在授予Linev的专利中被描述为走道地板或以恒定速度移动的移动门)很小且很难接近。那么，一个人要求使用拐杖、助行器或轮椅来绕行扫描仪将是一件很容易的事情。平台的扫描速度需很慢以避免站在平台上的人掉落或受伤。扫描速度慢会降低系统的吞吐量，从而降低对人的扫描速率。该系统的另一个限制是从被扫描人员散射的x射线辐射使系统附近的任何人暴露于有害辐射。这是因为Linev教导的系统不能完全包围并屏蔽走道区域。为了缓解该问题，必须在系统周围建立大的禁止区。该禁止区大大增加了所需的空间量，并增加了安装以及操作系统的成本。与系统相邻或在系统地板之上或之下的任何房间也同样受到该散射辐射的影响。

Linev教导的系统的另一个缺点是缺乏对被扫描的人所受辐射剂量的量的控制。Linev的系统教导了固定准直器和探测器定位系统的使用。被扫描的人所受的曝光剂量受x-射线束覆盖探测器阵列的精确度的影响很大。如果x-射线源的准直扇形束的宽度大于探测器阵列的宽度，那么对形成的图像不起作用的x-射线将被扫描的人曝光，造成过量且无保证的x-射线曝光。Linev也未教导使用改变x-射线束技术来优化每一个被扫描的人的曝光参数。x-射线束技术指的是x-射线的能量(kVp)、积分强度(mAs)和用于获取图像的滤波。如果不根据具体体重和被扫描的解剖区域来调整这些x-射线曝光参数，那么用于获取图像的曝光不是最佳的，因此用于获取图像的剂量不能最小化。这可导致过度曝光或在参数对于可接受的图像不充分(曝光不足)时需要重复曝光。

Linev教导的系统的另一个缺点是系统无法形成可提供安装灵活性以及可使系统在不同设施中使用的不同构造。有些地方(例如办公楼、旅馆和私人住宅)需要安全，但是x-射线系统和设备的实际存在造成了可用空间和需要掩盖或隐藏安全设备使其不可见方面的问题。

发明内容

本文描述的多线性x-射线扫描仪以及扫描方法通过使用允许不同构造来适应用户个人需求的新颖设计克服了现有透射x-射线扫描仪的某些限制。多线性x-射线扫描仪不包括要求固定安装或限制出入扫描仪的人的运动的外部活动部件。因此，在工作流程、安全选择和美学方面，多线性x-射线扫描仪提供了明显优势。

多线性x-射线扫描仪可由二个或三个单独的柜特征件：发生器柜、成像柜和可选的扫描柜或室构造而成。扫描室可完全围绕(且如果必要的话，甚至可通过增加天花板特征件包围)发生器柜和成像柜，或系统可具有开放式构造，没有任何壳体。换句话说，扫描室可作为“封闭的”系统(其例如使用墙壁、门和/或帘式屏蔽将扫描对象完全围绕起来)或“部分封闭的”系统(该系统，可替代地例如使用墙壁、分隔物或帘将扫描对象部分地包围起来)工作。因此，这两种构造在扫描期间为从人发射的散射x射线辐射(更常称作辐射散射)提供了物理屏蔽以保护附近的其它人免受辐射散射。

在完全开放的系统构造中，发生器柜和成像柜不被任何屏蔽所围绕，而是围绕系统的禁止或缓冲区可用于保护附近的其它人免受辐射散射。

在另一个可替代的实施方案中，发生器柜和成像柜可放置在房间或走廊内或墙壁后面以将其隐藏起来。为了将这种柜放置在墙壁后面，墙壁将需要x-射线可透过的板以允许x-射线穿透墙壁和/或地板。

尽管此处以多线性x-射线扫描仪和扫描方法的具体形式来图示和描述本发明，但并非旨在将其限制于所示细节，因为可以对其作出各种修改和结构变化，而不会脱离本发明的精神，并且仍处于本权利要求的等效范围和范畴之内。此外，将不详细描述或省略本发明示例性实施方案的众所周知的元件，以免混淆本发明的相关细节。

本发明的附加优点和其它特征特性将在随后的描述中阐述，且部分将从描述中显而易见，或可通过本发明的示例性实施方案的实践获知。本发明的其它优点可通过权利要求中特别指出的任何手段、方法，或组合来实现。

被视为本发明特性的其它特征在所附权利要求中阐述。按照需要在此公开了本发明的详细实施方案，但是应当理解，所公开的实施方案仅仅是本发明的实例，可以按照多种形式来具体体现本发明。因此，此处公开的具体结构和功能细节不应解释为限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及教导本领域的技术人员在几乎任何适当详细结构中按照各种方式采用本发明的代表性基础。进一步而言，此处使用的术语和短语并非旨在限制，而是提供便于理解本发明的描述。尽管本说明书以定义了本发明的被视为新颖的特征的权利要求为结论，但是可以相信，通过结合附图考虑下面的描述，可以更好地理解本发明，在附图中沿用了相同附图标记。

附图说明

未按比例示出且连同下面的详细描述一起并入本说明书并构成本说明书一部分的附图用于进一步图示各种实施方案，并根据本发明解释各个原理和优点，其中在附图的各个视图中，相同附图标记指示相同或功能上相似的元件。通过以下对本发明示例性实施方案的详细描述，本发明的特点和优点将会显而易见，这些描述应当连同附图一起考量，在附图中：

图1是包括屏蔽外壳的x-射线束形成和成像系统的实施例的示例性实施方案的示意图，屏蔽外壳包含x射线发生器、滤波器、放射量测定器和准直器，多个水平x-射线束穿过被扫描的人并撞击在包括多个线性x-射线探测器的探测器阵列上；

图2是图像撷取系统的实施例的示例性实施方案的框图和电路原理图，其中微处理器控制器彼此交互以控制x-射线的产生和图像的形成，x射线发生器在图中未示出；

图3是从探测器侧观察的x-射线探测器的示例性实施方案的正视图；

图4是具有撞击x-射线束的图3中的x-射线探测器的局部透视图；

图5是从探测器侧对面观察的图3中的x-射线探测器的正视图；

图6是从探测器侧观察的图3中的x-射线探测器的透视图；

图7是图3中的x-射线探测器的右侧正视图；

图8是从探测器侧观察的具有多个图3中的x-射线探测器的x-射线探测器阵列的示例性实施方案的正视图；

图9是从探测器侧对面观察的图8中的x-射线探测器阵列的正视图；

图10是图8中的x-射线探测器阵列的透视图；

图11是具有部分封闭构造的多线性x-射线扫描仪的示例性实施方案的示意性侧面正视图，该构造包括带有伸缩式帘的扫描室，伸缩式帘完全覆盖入口点从而形成x-射线壳体。

图12是图11中的多线性x-射线扫描仪的俯视平面图；

图13是具有部分封闭构造的多线性x-射线扫描仪的示例性实施方案的示意性俯视平面图，该部分封闭构造包括未完全覆盖入口点但是具有从探测器阵列的平面偏移的分隔物的扫描室，以便扫描对象坐或站在类似凹室的的腔后面，该腔形成屏蔽区域以应用会减小扫描室周围的照射剂量被称为"阴影屏蔽"的技术；

图14是从扫描仪室的门侧观察的图13中的多线性x-射线扫描仪的示意性侧面正视图；

图15是其构造只包括发生器柜和成像柜(二者均非封闭的)以形成未利用理想外部屏蔽的开放扫描区域(需要很小的占地面积)的多线性x-射线扫描仪的示例性实施方案的示意性俯视平面图；

图16是图15中的多线性x-射线扫描仪的示意性侧面正视图；

图17是发生器柜和成像柜凹在墙壁内或放置于墙壁后面(墙壁与墙壁之间的空间形成扫描区域)的多线性x-射线扫描仪的另一个示例性实施方案的示意性俯视平面图；

图18是图17中的多线性x-射线扫描仪的示意性侧面正视图；

图19是发生器柜已移除但示出准直器且探测器阵列子总成处于升高位置的多线性x-射线扫描仪的示例性实施方案的侧面正视图；

图20是图19中的x-射线探测器阵列的透视图；

图21是图19中的探测器阵列子总成处于中间位置的多线性x-射线扫描仪的侧面正视图；

图22是图21中的多线性x-射线扫描仪的透视图；

图23是图19中的探测器阵列子总成处于降低位置的多线性x-射线扫描仪的侧面正视图；

图24是图23中的多线性x-射线扫描仪的透视图；

图25是图23中的多线性x-射线扫描仪的局部放大侧面正视图；

图26是发生器柜的一部分已移除且准直器和探测器阵列子总成处于升高位置对轮椅进行扫描的多线性x-射线扫描仪的示例性实施方案的侧面正视图；

图27是图26中的准直器和探测器阵列子总成处于中间位置的多线性x-射线扫描仪的侧面正视图；

图28是图26中的准直器和探测器阵列子总成处于降低位置的多线性x-射线扫描仪的侧面正视图；

图29是从图26中的发生器柜的前侧观察的发生器柜的一部分的局部放大透视图；

图30是从图29中的部分发生器柜的右侧观察的准直器处于升高位置的部分发生器柜的局部放大侧面正视图；

图31是从图29中的部分发生器柜的右侧观察的准直器处于中间位置的部分发生器柜的局部放大侧面正视图；

图32是从图29中的部分发生器柜的右侧观察的准直器处于降低位置的部分发生器柜的局部放大侧面正视图；

图33是从图32中的部分发生器柜的右侧正面观察的部分发生器柜的局部放大侧面正视图；

图34是图26中的准直器和探测器阵列子总成处于升高位置对人进行扫描的多线性x-射线扫描仪的侧面正视图；

图35是图34中的准直器和探测器阵列子总成处于中间位置的多线性x-射线扫描仪的侧面正视图；

图36是图34中的准直器和探测器阵列子总成处于降低位置的多线性x-射线扫描仪的侧面正视图；

图37是图26中的准直器和探测器阵列子总成处于升高位置的多线性x-射线扫描仪的侧面正视图；

图38是图37中的准直器和探测器阵列子总成处于中间位置的多线性x-射线扫描仪的侧面正视图；

图39是图37中的准直器和探测器阵列子总成处于降低位置的多线性x-射线扫描仪的侧面正视图；

图40是从多线性x-射线扫描仪的前侧观察的发生器柜的一部分已移除且准直器枢转至中间位置的多线性x-射线扫描仪的示例性实施方案的局部透视图；

图41是从图40中的多线性x-射线扫描仪一侧后面观察的多线性x-射线扫描仪的局部部分剖面透视图；

图42是图40中的准直器和探测器阵列处于升高位置的多线性x-射线扫描仪的透视图；

图43是图40中的准直器和探测器阵列处于中间位置的多线性x-射线扫描仪的透视图；

图44是图40中的准直器和探测器阵列处于升高位置的多线性x-射线扫描仪的俯视平面图；

图45是图40中的准直器和探测器阵列处于中间位置的多线性x-射线扫描仪的俯视平面图；

图46是图40中的准直器和探测器阵列处于降低位置的多线性x-射线扫描仪的俯视平面图；

图47是图40中的多线性x-射线扫描仪的准直器的透视图；

图48是图40中的多线性x-射线扫描仪的准直器的左侧正视图；

图49是图40中的多线性x-射线扫描仪的准直器的前侧正视图；

图50是从图40中的多线性x-射线扫描仪的左侧观察的多线性x-射线扫描仪的准直器的俯视平面侧视图；

图51是图40中的准直器枢转至升高位置以扫描轮椅的多线性x-射线扫描仪的侧面正视图；

图52是图51中的准直器枢转至中间位置的多线性x-射线扫描仪的侧面正视图；

图53是图51中的准直器枢转至降低位置的多线性x-射线扫描仪的侧面正视图；

图54是图40中的准直器枢转至升高位置以扫描人的多线性x-射线扫描仪的透视图；

图55是图54中的准直器枢转至中间位置的多线性x-射线扫描仪的透视图；

图56是图54中的准直器枢转至降低位置的多线性x-射线扫描仪的透视图；

图57是从多线性x-射线扫描仪的前侧观察的发生器柜的一部分被移除且准直器和扫描仪阵列枢转至左侧位置的多线性x-射线扫描仪的示例性实施方案的局部透视且部分透明视图；

图58是从图57中的多线性x-射线扫描仪左侧后面观察的多线性x-射线扫描仪的局部放大大透视图；

图59是从图57中的多线性x-射线扫描仪左侧后面观察的多线性x-射线扫描仪的进一步放大的局部透视图；

图60是图57中的多线性x-射线扫描仪的俯视平面图；

图61是图57中的准直器和扫描仪阵列枢转至居中位置的多线性x-射线扫描仪的俯视平面图；

图62是图57中的准直器和扫描仪阵列枢转至右边位置的多线性x-射线扫描仪的俯视平面图；

图63是图57中的准直器和扫描仪阵列枢转至中间右边位置的多线性x-射线扫描仪的俯视平面图；

图64是从图57中的多线性x-射线扫描仪的前右侧观察的正在扫描轮椅(准直器与扫描仪阵列枢转至左侧位置)的多线性x-射线扫描仪的透视图；

图65是图64中的准直器和扫描仪阵列枢转至居中位置的多线性x-射线扫描仪的透视图；

图66是图64中的准直器和扫描仪阵列枢转至右中间位置的多线性x-射线扫描仪的透视图；

图67是从图57中的多线性x-射线扫描仪的前右侧观察的正在扫描人(准直器与扫描仪阵列枢转至左中间位置)的多线性x-射线扫描仪的透视图；以及

图68是图64中的准直器和扫描仪阵列枢转至居中位置的多线性x-射线扫描仪的透视图。

具体实施方式

按需要，在本文中公开本发明的详细实施方案；然而应理解，所公开的实施方案仅为本发明的实例，其可以各种形式体现。因此，本文中公开的特定结构和功能细节不应被解译为有所限制，而是仅作为权利要求的基础，以及作为教导本领域技术人员以几乎任何适当的详细结构多样地利用本发明的代表性基础。此外，本文中使用的术语和短语并非意在限制；相反，是为了提供可理解的本发明描述。虽然本说明书以定义被认为新颖的本发明特征的权利要求结束，但是据信从结合附图的下文描述的考量中将更好地理解本发明，附图中相同参考数字在下文继续使用。

在没有脱离本发明的精神或范畴的情况下可设计替代实施方案。此外，本发明的示例性实施方案的熟知元件将不详细描述或将被省略以免模糊本发明的相关细节。

在公开和描述本发明之前，应理解，本文中使用的术语仅是出于描述特定实施方案的目的，且并非意在限制。如本文中使用的术语“一个(a或an)”被定义为一个或多于一个。如本文中使用的术语“多个”被定义为两个或多于两个。如本文中使用的术语“另一个”被定义为至少第二个或更多个。如本文中使用的术语“包括”和/或“具有”被定义为包括(即，开放式语言)。如本文中使用的术语“耦接”被定义为连接，虽然不一定直接连接，且不一定机械连接。

如第一和第二、顶部和底部和类似的关系术语可仅用于将一个实体或动作与另一实体或动作区分，而不一定要求或暗示这些实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。术语“包括(comprises，comprising)”或其任何其它变体意在覆盖非排他性的包括，使得包括元件列表的过程、方法、物品或装置不是仅包括这些元件，而是可包括没有明确列出或对于这些过程、方法、物品或装置所固有的其它元件。“包括…”后接的元件不排除(没有更多约束)存在包括所述元件的过程、方法、物品或装置中的额外相同元件。

如本文中所使用，无论是否明确指示，术语“约”或“大约”适用于所有数值。这些术语一般指本领域技术人员会认为等效于所叙述值的数字范围(即，具有相同功能或结果)。在许多情况中，这些术语可包括四舍五入至最接近的有效数字的数字。

如本文中使用的术语“程序”、“软件”、“软件应用”和类似术语被定义为设计用来执行计算机系统上的指令序列。“程序”、“软件”、“计算机程序”或“软件应用”可包括子例程、函数、进程、对象方法、对象实现、可执行应用、小程序、小服务程序、源代码、对象代码、共享库/动态加载库和/或设计用于在计算机系统上执行的其它指令序列。

本文描述本发明的各种实施方案。在许多不同实施方案中，特征是类似的。因此，为避免冗余，在一些情况中不再进行这些类似特征的重复描述。然而应理解，首先出现的特征的描述适用于后续描述的类似特征，且因此每个各自描述将在没有这种重复的情况下并入其内。

现在描述扫描系统和方法的示例性实施方案。现在详细参考附图，且首先具体参考图1和图2，示出作为单块发生器的x射线源1，其能够产生具有至少150keV的最大能量和至少3毫安的最大管电流的扇形x射线束。这种发生器的实例由纽约哈帕克的Spellman High Voltage Electronics Corporation(modelXRB201)制造。所述x射线发生器在平台2上安装到3英尺高，且罩在衬铅的柜内，其中x射线输出指向具有至少一个检测器阵列8的检测器总成6(见图2)，其实例可为光电二极管阵列。阵列8的实例由X-Scan Imaging Corporation和另一个Hamamatsu Photonics,K.K制造。含有由各种厚度的铝和铜(Al 1-2mm,Cu0.1-0.2mm)制成的一个或多个滤波器的滤波器轮2置于紧密接近(在几厘米内)发生器的输出处，以截取x射线束且对其滤波。含有多个水平狭缝的准直器3置于邻近滤波器2以截取滤波的x射线束且将其准直成多个水平x射线束，使得x射线束的高度与检测器阵列8中的光电二极管尺寸相同。准直器3由被微处理器控制器16控制的电动机13向上和向下移动。微处理器控制器16从安装在准直器总成上的编码器12接收数据，所述编码器提供关于准直器3的位置和速度的数据。由准直器3发射的X射线经过将x射线5的尺寸和运动限定在由检测器阵列8界定的有效区域内的孔隙4，所述检测器阵列8通过滑动驱动电动机11沿着垂直支撑件7移动。检测器阵列8的位置和速度由将数据发送到微处理器控制器16的编码器10监测。

光电二极管阵列的实施方案中的每个检测器阵列8是含有多个个别光电二极管的线性阵列。在示例性实施方案中，每个阵列8中具有总共320个二极管和总共三个个别线性阵列8。个别线性阵列8的长度大约为28英寸。这些线性阵列8的每个由x射线源1发射的准直x射线束5照射。当所述量的x射线在二极管阵列中被吸收以产生充足曝光时，二极管阵列被读出且形成三行x射线图像。二极管阵列的滑动电动机驱动11接着指示光电二极管的大小(2.5mm)且在二极管获取另一次曝光以在输出x射线图像中获取三行额外像素时休止。此过程重复直到图像大小的整个长度已被扫描为止。滑动电动机11将阵列8移动670mm(26英寸)的总距离，从而同时建立28英寸宽和26英寸高的三个图像。这三个图像通过工作站17中的图像处理软件或程序而叠在彼此顶部上且拼接在一起，以产生两米高(78英寸)乘0.67米宽(28英寸)的合成图像。

根据示例性实施方案，阵列8是由Detection Technology Oy(芬兰小型城市)制造的光电二极管阵列。光电二极管安装在线性阵列x射线检测器卡(X卡SE)上。在一个示例性实施方案中，十五个X卡(三个单独线性阵列8的每个上具有五个卡)连接到与工作站17和/或微控制器16相关的单个数据撷取板(X-DAQ)。每个X卡含有六十四个光电二极管。X-DAQ含有板载信号处理功能和实时图像数据撷取，以例如经由以太网发送到计算机工作站17。

本文中描述的各种实施方案中可使用的x射线检测器卡300的一个示例性实施方案在图3至图7中示出。卡300具有检测器侧310，x射线检测器312位于其上。在此，四个个别的x射线检测器312沿着将与进入的x射线束(如例如由图4中的光束5所示)对齐的轴设置。卡300的各种视图在图5、图6和图7中示出。卡300是模块化的且因此可在例如图8、图9和图10中所示的光电二极管的线性阵列8中设立。适当的连接器1000可用于将阵列8固定到检测器总成6的垂直支撑件7，以例如由滑动电动机驱动11实现运动，或固定到在本文中的各种示例性实施方案中描述的任何其它检测器总成。

用于曝光被扫描的人的技术因素(滤波物质、kV、mA和曝光时间)由安装在工作站17上的软件优化。这个软件监测阵列8的曝光级别和来自微处理器控制器16的数据，同时x射线束5将阵列8曝光以调整由x射线发生器1产生的技术因素，使得x射线图像的强度和对比度被最大化，而曝光剂量对于每个被扫描的人最小化。此程序本质上类似于被统称为自动亮度系统(ABS)且用于荧光成像以动态控制曝光和图像质量的医学诊断x射线设施所使用的程序和设备。

根据利用光电二极管阵列的示例性实施方案，ABS系统通过在曝光之后从每个光电二极管获得数字输出值，界定解剖曝光区域(这些光电二极管位于人后方，且不直接曝光到x射线源)且将这些值求平均成单个值而实行。接着将这个单个平均值与等于光电二极管的饱和值(来自刚好足够大以使光电二极管饱和的曝光)的一半的目标值比较。如果平均值低于目标值，那么在下一行曝光期间x射线强度(mA)增加或x射线光谱的kV增加以将平均值往目标值推动。相反，如果平均值高于目标值，那么kV和mA值降低。或者，扫描速度可被调整以对于每个光电二极管改变曝光时间，从而改变mA或整体曝光值。kV和mA值根据预定关系或查找表(LUT)改变，所述预定关系或查找表通过使用解剖上正确的幻影在各种x射线技术值(kV和mA)处产生的图像质量的实验来创建和优化。

在替代示例性实施方案中，专用的单个光电二极管9安装在光电二极管9的个别阵列8的每个上。这些光电二极管9被曝光且产生用于与目标值比较的数字输出值。因而，准直器开口的形状在其内具有缺口以允许x射线经过并使光电二极管9曝光。

操作x射线扫描仪的示例性方法始于操作员从工作站17上的GUI启动扫描仪时。让被扫描的人通过由例如图11和图12中所示的滑动屏蔽门19建立的扫描仪外壳18中的开口进入扫描仪。人通过从斜坡20往上走且面对平台21上的x射线发生器1站立而进入扫描仪。使用助行器、拐杖或轮椅的人也可以在斜坡20上进入扫描仪。平台21和扫描区域的所有内部表面从透射x射线且结构稳固的材料制成，如碳纤维复合物。一旦人已经适当就位，滑动门19关闭，且x射线扫描被启动。大约0.5秒后，扫描完成，且如果操作员对图像质量满意，那么打开门19。

由扫描仪产生的图像可被研究来确定在被扫描的人上是否隐藏有任何感兴趣的物体。图像可保存在工作站17的存储器(例如，硬盘驱动器)上以在往后查看。也可以存储用于获取每张图像的放射量。

扫描仪的安全操作通过使用若干个互锁15来确保，所述互锁15连接到(但不限于)滑动门19、x射线发生器1、阵列8和其它组件(如准直器3)以确保除非门关闭且x射线与阵列8的运动适当对齐，否则不发射x射线。互锁15由微处理器控制器16管理。

图13至图18示出可以若干不同方式构造以适应不同市场应用的需要的扫描系统的其它示例性实施方案。例如，如图13和图14中所示，系统可被构造来消除滑动门19且将门开口22移动到扫描仪外壳18，远离阵列8的平面以建立可屏蔽在扫描期间产生的散射x射线的屏蔽腔23。在本示例中，构造不需要滑动门19，从而减小系统的成本并简化系统的操作。

另一系统构造可通过完全消除扫描仪外壳18来建立。在本示例性构造中，如图15和图16中图示，产生扫描x射线束5的所有组件，包括x射线源1、滤波器轮2、准直器3和孔隙4都被封闭在衬铅的发生器柜30内。用于制造图像的所有组件，包括阵列8、垂直支撑件7、滑动驱动电动机11和编码器19和微处理器控制器都被封闭在成像柜31中。发生器柜30与成像柜31之间的位置和距离必须被精确控制且由扫描系统的几何结构来决定。特定而言，x射线源1的锥面光束宽度和扫描仪的阵列8(例如，阵列中的光电二极管数量)确定了两个柜之间的相对位置和距离。平台21置于柜之间的空间中以形成不具有屏蔽壁的敞开扫描区域。平台21允许阵列8在被扫描的人的脚下方水平处扫描以建立其鞋子和脚的视图。

这种“敞开”构造的优点在于系统可安装在建筑物和房间中使得系统没有一个组件是可见的。这种构造可通过将发生器柜30置于房间或走廊的壁32后方或壁32中，以及将成像柜31置于相对的壁的后方或壁中来建立，如图17和图18中所示。房间或走廊的相对的壁32比发生器柜30与成像柜31之间所需的距离更靠近在一起。壁32具有透x射线的材料，如碳纤维复合物，以使x射线的衰弱和散射最小化。为了避免需要升高的平台21，成像柜31可置于数英寸低于地面水平或更低以允许脚和鞋子的成像。在这种构造中，系统没有一个组件对于任何人可见，提供非常分立的措施以在如宾馆、私人住宅和安全装置必须保持非常不起眼的其它场地中提供设施安全。

敞开柜设计的另一优点在于扫描仪外壳18可被定制以提供额外的安全特征。在世界上恐怖分子知晓操作的地区，对这种额外特征的需求尤为重要。明确而言，将扫描仪外壳18制造成防爆和/或防弹是有利的。这种特征在面临发现时使建筑物的居住人免遭引爆炸弹的自杀式袭击者。其它特征可并入扫描仪外壳18中，包括致死和非致死措施两者以制服被扫描的武装和危险的人物。

根据图19至图25中所示的示例性实施方案，将准直器3和阵列8与绕平行于x射线源1的焦点的空间中的点枢转的臂50机械链接是有利的。准直器3在某一位置处附接到臂50使得其在位于与x射线源1的焦点相交，中心也位于x射线源1的焦点的平面中的圆的圆周上旋转。阵列8安装在第二臂52上，其附接到且垂直于臂50与枢转点51相对的端部，使得两个臂50、52一起呈大约L形。第二支撑臂52弯曲面对x射线1的焦点，其半径等于到x射线发生器1的焦点的距离。以这种方式，臂50可绕其枢转点51旋转以产生在扫描期间的所有时间将保持与安装在支撑臂52上的阵列8对齐且垂直于所述阵列8的一组扫描x射线束5。以这种方式，在扫描期间，臂50旋转使得准直器3和阵列8垂直扫掠以使平台上站立的人或物体曝光，同时x射线源1保持静止，如图19、图21和图23或图20、图22和图24的进展中所示。为清晰起见，消除了x射线源的各种部分。

站在平台21上，背靠成像柜31的前壁1900的人将使其脚在壁1900的前方伸出至少一英尺和可能的十六英寸。为获取将包括这样一个人的脚的图像，需要将扫描臂52带到低于平台21高度之下，使得最低的x射线束5可使人的脚曝光。这种定向图示于图23和图24中。在本示例性实施方案中，即使支撑臂52被向下带，直到其接触地面，如所示，平台21也将需要至少11英寸高以对支撑臂52提供足够净空以伸到平台下方足够远处以扫描成像壁橱31前方的16英寸，成像壁橱的几何结构图示于图25中。

如果被扫描的人坐在轮椅中，那么平台21将需要上升甚至更高。在这种情况中，坐着的人的向前部分可位于离开壁1900二十四英寸处或更远。这展现出图19至图25的系统将占据的总体高度和面积的问题，且是本示例性实施方案的显著限制，因为根据有关轮椅的大部分情况，轮椅斜坡20每英寸的高度必须至少十二英寸长。因而，十一英寸的平台高度的斜坡将需要十一英尺长。如果平台21甚至更高以容纳轮椅中的人，那么斜坡20将比十一英尺显著更长，其较昂贵且在许多情况中有建筑上的问题。本示例性实施方案的另一限制是机械臂50阻挡了沿着平台21的一侧的通路。特定而言，这个构造需要人从相同侧进入和离开平台。

因此，为了扫描坐在轮椅40中的人，系统的另一示例性实施方案除了成像柜31的前壁1900之外沿着平台21的底侧扫描。根据图26至图40中所示的这个示例性实施方案，检测器阵列8安装在一组水平导轨上-两个阵列8被安装在成像壁橱31的壁1900后方，且一个阵列8被安装在平台21下方。三个阵列8的每个由单独的驱动电动机11驱动。每个阵列8的位置由单独的编码器10测量。因此在这个构造中，机械臂50和52由独立控制的电动机11代替，其随着准直器3通过其竖直运动扫掠时将阵列8与x射线束5同步移动。将阵列8的运动与x射线束5的运动同步可由反馈机构完成，其中每个阵列8的最末端上的一个或多个光电二极管9的输出例如用于通过调整每个驱动电动机11的速度而控制每个阵列的运动，使得在扫描期间从光电二极管9的输出的强度维持在最大值。或者，一组定点光电二极管9直接安装在阵列8的每个的上方和下方以感测x射线束5。如果任何阵列8从与其各自的x射线束5的对齐移出，那么定点二极管9将开始产生可用于加速或减慢驱动电动机11且将阵列8保持与x射线束5同步移动的信号。图26至图28示出x射线束5随其从轮椅中的人的上方移动到下方的进展。

在本示例性实施方案中，具有多个狭缝开口300的准直器3安装到x射线源1，其具有可调整的安装支架200且随着驱动电动机111旋转。这些特征在图29至图33中的x射线源1的放大视图中示出。安装支架200具有两个可调整的滑块202和204以将准直器3与x射线源1的焦点对齐。安装支架200也具有L形支架206，其被驱动电动机111旋转以将准直器3保持和定位在与x射线源1的焦点对齐。准直器3具有被成型来发射x射线束5的一组槽2900，和允许其沿着L形支架206往复滑动使得其可与x射线源1的焦点对齐的调整总成208。一旦已实现对齐，准直器3可与固定螺钉固定在一定位置。准直器3界定发射槽290以发射x射线束5。

系统1具有许多实施方案可使用固定的x射线源1与移动的准直器3来产生一个或多个扫描x射线束5，和一个或多个阵列8。这些实施方案包括通过机械链接同步扫描x射线束5和阵列8(使用机械臂50和52)，和例如使用来自阵列8或定点二极管9的反馈信号由微处理器控制同步以在扫描期间将阵列8中的检测器保持与x射线束5对齐。为获取坐在轮椅40中的人的图像，需要在两个垂直平面中扫描(人后方的竖直平面和其下方的水平平面)以完全覆盖其占据的整个空间体积。在这些实施方案中，x射线源1具有x射线发射锥55，其至少80度高乘30度宽以覆盖足够大以对坐在轮椅40中的人成像的扫描处的体积。x射线源1置于距阵列8大约2.2米，且扫描图像的总长度是至少水平1.1米(在平台21下方)且竖直2.2米(在成像柜31的前壁1900后方)。这个示例性实施方案在图26至图33中示出。如所示，x射线源1固定且准直器3由电动机111旋转以扫掠三个x射线束5以扫描以光电二极管形式的一组三个阵列8所追踪的“L形”区域以获得平台21上坐在轮椅40中的人的图像。图34至图36示出扫描站在平台21上的人的这个相同实施方案。图37至图39示出这个示例性实施方案的扫描进展，系统1上不存在人或轮椅，且平台21下示出阵列8从系统1的后方移动到前方。

上文描述的并入固定x射线源1和移动准直器3的实施方案具有必须克服在发生器柜30的孔隙4中具有额外屏蔽组件的限制。这个问题在图29至图33中图示。如这些图中所示，x射线发射锥55被移动的准直器3随着其向上和向下移动而截取以产生扫描x射线束5。移动的准直器3和其狭缝开口300的形状由准直器3距x射线发生器1的焦点的距离确定。准直器3必须具有曲面，其半径等于从准直器3到x射线发生器1的焦点的距离，且必须沿着半径也等于到焦点的距离的弧移动。将从准直器3到焦点的距离保持较小是有利的，以减小准直器3的重量和大小且减小准直器3必须经受以扫描整个所需长度的行进长度。如果x射线源1是单块发生器，那么发生器的大小和形状防止了在扫描期间准直器3完全阻挡整个x射线发射锥55。如图29至图33中所示，x射线源1的发射锥55随着其扫描通过图像而在准直器3的位置的上方和下方延伸。例如，见图30中的箭头A。准直器3的弧长必须保持较短以防止其在扫描的顶部和底部与x射线源1碰撞。在准直器3的两侧上横向延伸的x射线发射锥55的部分可由在x射线发生器柜30的前方的孔隙4阻挡。为防止发射锥55中未被准直器3阻挡的x射线从发生器柜30逃逸，在孔隙4中并入一组铅叶片以截取未阻挡的x射线。这些铅叶片在准直器3扫描时向上和向下移动。或者，准直器3需要远离x射线源1移动开，使得准直器3的弧长可足够延伸以阻挡整个发射锥55且在扫描的顶部和底部不与x射线源1进入接触。然而，这样做增大了准直器3的大小和重量且增大了准直器3需要行进以完成扫描的弧长。

如果x射线源1被构造为单独的x射线发生器和x射线管，那么可制造具有足够大弧长的准直器3以通过其整个扫描在准直器3的上方和下方同时阻挡发射锥55中的辐射，同时将准直器3的大小和位置保持较小和紧凑。这是由于x射线管与单块发生器相比大小和形状较小。x射线管的圆柱形对于将准直器3的大小和位置保持较小和紧凑是理想的。这减小了准直器3的驱动电动机111的大小和成本。具有x射线管的系统1的示例性实施方案在图57至图68中示出。

本文中的固定x射线源/移动准直器实施方案的另一限制是将准直器3的运动与阵列8的运动保持同步所需的精确性非常严格。因为准直器3仅在阵列8距x射线源1的焦点的距离的约十分之一处，所以其行进的精确性必须比阵列8的精确性大100倍。在机械臂50用于在扫描期间将准直器3和阵列8保持对齐的实施方案中，这不是问题。相比之下，在扫描仪几何结构的微控制器控制的实施方案中，存在精确扫描的问题，虽然其消除了机械臂50存在的阻挡扫描平台21一侧的问题。减轻精确扫描问题且避免在准直器3与阵列8之间需要机械链接的一个方式是将准直器3固定到x射线源1且代替将准直器相对于x射线源1移动，向上和向下移动x射线源1自身以通过扫描运动扫掠x射线束5。以这种方式，因为其一起移动，所以准直器3总是与x射线源1的焦点保持对齐。这种示例性实施方案在图40至图56中图示。

图40至图47示出x射线源1经由两个枢转臂总成122而安装在框架120中的系统构造的示例性实施方案。枢转臂总成122在此示例性构造中附接到x射线源1的侧面和框架120的底部。枢转臂总成122安装在x射线源1上，与x射线源1的焦点对准。以这种方式，x射线源1的旋转中心与x射线源1的焦点中心对准，使得当x射线源1移动时，其绕焦点中心时这样做。枢转臂总成122包括在x射线源1的任一侧上的Y形枢转臂123。Y形枢转臂123具有固定地附接到x射线源1的内部端124和枢转地连接到框架120的外部端125。相对端部124、125的是运动端126，其枢转地连接到驱动电动机128的可伸缩臂127的远端。驱动电动机128的致动使可伸缩臂127向内和向外伸缩以平移运动端126且使Y形枢转臂123绕其枢转轴摇动以从而移动x射线源1，以通过扫描区域扫掠通过准直器3发射的x射线束5且建立x射线发射锥55。

图42图示了驱动电动机128，其使枢转臂123向下枢转以使x射线源1向上摇动使得产生x射线束5以撞击竖直移动的阵列8的最上方位置和水平移动的阵列8的最远位置。相比之下，图43图示了驱动电动机128，其使枢转臂123向上枢转以使x射线源1向下摇动使得产生x射线束5以撞击竖直移动的阵列8的下方位置和水平移动的阵列8的中间位置。类似地，图44至图47图示了x射线源1的这个实施方案的类似运动。图44图示了驱动电动机128，其使枢转臂123向下枢转以使x射线源1向上摇动使得产生x射线束5以撞击竖直移动的阵列8的最上方位置和水平移动的阵列8的最远位置。图45图示了驱动电动机128，其使枢转臂123略微向上枢转以使x射线源1向下摇动使得产生x射线束5以撞击竖直移动的阵列8的下方位置和水平移动的阵列8的中间位置。最后，图46图示了驱动电动机128，其使枢转臂123略微向上枢转以使x射线源1向下摇动使得产生x射线束5以撞击竖直移动的阵列8的最下方位置和水平移动的阵列8的最近位置。

x射线源1的运动由微控制器16控制以将阵列8的运动与x射线束5保持同步。在本实施方案中，因为准直器3固定到x射线源1，所以确保了准直器3与x射线源1的对齐。准直器3可制造地足够长和足够宽使得其完全阻挡发射锥55中的所有x射线从x射线发生器柜30逃逸。准直器的各种视图在图44至图47中示出。即使准直器3在各种附图中示出为具有敞开侧，例如在图40和图41中，以图示x射线如何经过准直器3的槽2900，但是x射线源1在使用中具有屏蔽侧以防止不期望的x射线传输。

x射线源1的安装框架120附接到x射线发生器柜30内的平台。平台具有可调整的附接点以将x射线源1固定在高出平台21某一高度的焦点的旋转中心，以对扫描区域提供完整覆盖。已描述所述构造，图51至图53示出可如何用x射线源1扫描轮椅中的人，且图54至图56示出可如何用x射线源1扫描靠壁1900站立的人。

在扫描期间使用机械链接机构以使机械机构不干涉从扫描平台21的进出运动的构造来将阵列8与x射线束5对齐是有利的。将准直器3安装在x射线源1上以消除在扫描期间维持准直器3、x射线源1的焦点与阵列8之间的对齐的任何需要也是有利的。具有这种特征的示例性实施方案在图57至图68中展现。在本实施方案中，x射线源101(其在本实施方案中是x射线管)安装在竖直圆柱形支撑柱130上。支撑柱130具有上支撑平台140以在其上安装x射线源101。安装和对齐支架150将x射线源101连接到支撑平台140使得x射线源101的焦点与圆柱形支撑柱130的中心轴(也称为x射线源运动轴)对齐。为实现这种对齐，安装和对齐支架150可在支撑平台140上的X方向和Y方向两者上移动x射线源101。

支撑柱130可旋转地安装在轴承132上，允许其绕支撑柱130的竖直中心轴自由旋转。“L形”机械臂160附接到支撑柱130的底部且具有在平台21的地面下方垂直于支撑柱130的竖直轴延伸且远离所述竖直轴的水平部分。臂160的竖直部分平行于在壁1900后方的支撑柱130的竖直轴延伸。在示例性构造中，机械臂160的水平部分离开支撑柱130延伸大约2.2米。在水平部分的远端，竖直部分竖直向上延伸大约2.2米。机械支撑臂160固定到支撑柱130使得其随着支撑柱150一起旋转。这种构造确保阵列8与x射线束5对齐。第一阵列8安装在平台21下方的水平部分处，人位于所述平台上。第二阵列8安装在臂160的竖直部分处。因此在这种构造中，仅单个x射线束5需要通过准直器3发射以与水平阵列和竖直阵列8两者相交。随着支撑柱150旋转，x射线束5在平台21上扫掠以产生图像。在这个构造中，支撑和对齐阵列8的机械臂53在平台21下方和壁1900后方移动，从而消除本文中前述实施方案中遇到的任何出口限制。图58和图59图示了平台160上方的系统的各种视图。准直器3具有一个狭缝开口300且用可调整安装支架200安装到x射线源1。

如图60至图63中所示，机械臂160随着单个驱动电动机111旋转通过某一角度，所述角度足以跨扫描平台21的整个宽度在成像柜31的地面和后壁两者上扫掠阵列8。在示例性实施方案中，驱动电动机111连接到滚珠螺钉或进一步连接到机械臂160的其它驱动机构。驱动电动机111的位置和速度由编码器测量。在本实施方案中，仅需要一个驱动电动机11以驱动包括准直器3和x射线源1的整个成像总成。机械臂160由轴承和支架支撑以使其不挠曲，且如果期望，平台中的端口170可对水平部分提供支撑，如图57中所示。x射线源1的重量由支撑栏150支撑，且机械臂160也由轴承支撑，大大减小了驱动电动机111所需的扭矩和功率。

已描述所述构造，图64至图66示出可如何用x射线源1完全扫描轮椅中的人，且图67和图68示出可如何用x射线源1完全扫描靠壁1900站立的人。

根据本发明的另一示例性实施方案，监测和控制对正在被扫描的人的x射线曝光放射量使得被扫描的每个人接收最低可能的曝光。应理解在医学诊断x射线领域中，x射线束的质量在同时减小曝光放射量且改进图像质量上起到非常重要的作用。X射线束的质量指用于获取图像的x射线光谱和强度。x射线光谱由施加到x射线管的千伏电压、x射线管的阳极材料和所使用的滤波物质来确定。x射线束的强度由施加到管的电流和所使用的滤波物质的量来确定。产生最低可能放射量和最高图像质量的光束质量是被曝光的人的解剖学结构和质量的函数。每个被扫描的人取决于其身高和体重将具有独特的解剖学轮廓和质量。因此，在本实施方案中，人的解剖学轮廓的参数在进行每次扫描之前测量以确定所需的光束质量参数以实施最低可能的放射量。

根据示例性实施方案，放射量测定器定位在x射线束5中以测量和记录每次扫描期间产生的x射线曝光。一组滤波器定位在准直器3前方以对x射线束5滤波。在人被扫描的前一刻，机械臂50、160定位在平台21中心且使用一组标称曝光参数(例如，100kV和0.3mA)获取单行图像数据。所产生的图像数据的直方图被分析以确定所述行的图像数据的至少三个分段区域中的衰减量以确定从头顶到腹部区域的距离，腹部区域的范围和到脚的距离。这些数据值用于确定在扫描期间将使用的滤波器的程度和类型以及将使用的最优x射线曝光参数(例如，kV、mA和扫描速度)以产生对于被扫描的人而言最低的放射量和最佳的图像质量。

图像数据的理想直方图是腹部区域(此处x射线被身体衰减)内的像素的平均强度大约为最大值的一半，且平均值附近的值分布尽可能大但小于平均强度的一半的直方图。在每一行图像数据内，存在图像值的至少三个分段区域：(1)未衰减的x射线撞击在检测器上的行的一部分；(2)x射线经过被扫描的人的四肢(手臂、头部和腿)处的行的一部分；和(3)x射线经过胸部和腹部区域的行的一部分。用于使人体解剖结构成像的理想x射线光谱是具有非常少的软(低能量)x射线且具有刚好足够大使得大部分x射线通过解剖结构的最大能量(kV)的x射线光谱。软x射线几乎完全由解剖结构吸收且不到达检测器，所以其仅对曝光放射量有贡献而对图像质量没贡献。更高能量的x射线更具穿透力且提供更好的放射量-图像质量关系，但也随着能量增加而产生更低的检测器响应。更高x射线能量时更低的检测器响应通过闪烁磷光体的响应来推动，其在高于60keV的x射线能量时效率减小。使用如铝和铜的滤波物质来优化医学诊断x射线成像的光束质量，因为其优选地吸收x射线光谱的软、低能量x射线，从而降低了曝光放射量并改进放射量的有效性。因而，有必要调整用于对人体解剖结构成像的x射线的最大kV和光谱以在用于制造给定图像质量的x射线曝光放射量方面使放射量的有效性最大化。

Claims (1)

1.一种x射线扫描仪，其包括：

x射线源，其可操作来产生扇形x射线束且绕源运动轴移动；

至少一个x射线检测器阵列，其具有检测器维度且可操作来沿着所述检测器维度检测来自所述x射线源的x射线；

准直器，其安置在所述x射线源与所述至少一个检测器阵列之间，固定到所述x射线源，且界定至少一个狭缝以将所述扇形x射线束准直成线性x射线束，所述至少一个x射线检测器阵列从所述x射线源间隔开使得所述至少一个x射线检测器处的所述线性x射线束的高度和宽度的至少一个不大于所述至少一个x射线检测器阵列的所述检测器维度；

x射线处理单元，其可操作以处理由所述至少一个x射线检测器阵列对所述线性x射线束的检测；

电动机，其被所述x射线处理单元控制且可操作来：

绕所述源运动轴移动所述x射线源以摇摄所述x射线束且建立x射线发射锥；和

与所述x射线源相应地移动所述至少一个x射线检测器阵列使得所述线性x射线束保持与所述至少一个x射线检测器阵列对齐；

所述x射线处理单元被操作来当所述线性x射线束跨所述对象摇摄时形成了安置在所述准直器与所述x射线发射锥内的所述至少一个x射线检测器阵列之间的对象的x射线扫描图像。