CN104584137A - 角度可变的准直器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于产生可控的射线射束的系统，该系统是可以电子控制的，并包括的任意部分均不必在形成射束的操作中相对于彼此移动。通过控制电子射束可以电子控制射束的方向和横截面。不同实施例提供了X射线准直器，其允许独立于孔径材料厚度地形成具有期望尺寸和通量的扫描X射线射束，而不必移动孔径或产生孔径的物理部件。一些实施例提供了X射线准直器，其允许独立于射束角地形成具有期望尺寸和通量的扫描X射线射束。

Description

角度可变的准直器
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2012年7月5日的第61/668,268号，名称为“VariableAngle Collimator”的美国临时专利申请的优先权，并以Martin Rommel为发明人[律师文档号1945/B62]，该申请的全部内容并入本文中，作为参考。
技术领域
本发明涉及X射线源，并更具体地，涉及准直器。
背景技术
X射线反向散射成像依赖于用良好准直的射束，通常称为“笔形射束”扫描目标。过去，这些射束也被广泛用于X射线透射成像，但是现在与像素检测器(pixelated detector)联合使用的扇形和锥形射束在透射成像中占支配地位。
有两种常用的方法形成准直的扫描射束。这两种方法均依赖固定的X射线源和移动的孔径。在这两种情况下，来自固定的X射线源的射线首先被固定的准直器准直成扇形射束。然后，具有开口的移动部件形成扫描射束。该移动部件或者是具有径向狭长切口的旋转盘，或者是在周界处具有开口的轮。旋转盘覆盖扇形射束，扫描射束由穿过狭长切口射出的射线形成，该狭长切口横贯扇形射束开口的长度。例如，在Stein和Swift的1973年美国专利3,780,291中示出了这种方法；参见图1A。在另一方法中，具有围绕X射线源自旋的径向镗孔的轮构成所述移动部分。如果该源放置在轮的中心处，则会以径向方向发射扫描射束，该扫描射束具有轮的角速度。
例如，基于在1996年美国专利5,493,596中Annis描述的具有螺旋状槽的旋转圆柱体，提出了从固定的X射线源形成准直的射束的其他方法。
已经开发出具有移动X射线源的系统配置。X射线源的移动典型地并不通过移动X射线管形成，而是通过沿延长的阳极移动(扫描)电子射束形成。这产生了移动的X射线源点(电子射束的焦斑)，该点的位置是可电子控制的。移动的X射线源点实现了用与源点相距一定距离处的简单固定孔径(针孔)形成扫描X射线射束。当X射线源点从扫描路径的一端移动到另一端时，从孔径射出的扫描X射线射束跨越了一个角范围。此概念的实施例例如是在1977年Watanabe的美国专利4,045,672中描述的系统的一部分，也参见图1B。
由于X射线射束覆盖所述角范围，该射束的横截面面积随着射束与孔径平面的法线之间的角的余弦而改变。如果角范围较小，则射束改变有限，且可以被忽略。然而，如果需要较大的角范围，该效果会变得很显著。例如，对于120°的角范围，在两极端处60°的偏离角会导致射束尺寸和输出通量减少至少50％，因为60°的余弦值为零点五。
实际上，射束变化甚至会更大，因为具有针孔的材料具有有限的厚度，这会导致射束横截面面积随着角度增大而进一步减小。对于能量更高的X射线，这个问题变得更严重，因为能量更高的X射线需要更厚的屏蔽材料，用于具有针孔的材料。
为了允许用厚的屏蔽材料和避免角的变化，已经提议用含有垂直通过轴线的镗孔的旋转圆柱体来代替针孔，如在Rothschild和Grodzins的2002年美国专利6,356,620中描述的，参见图1C。这种圆柱体不得不与扫描电子射束同步地旋转，以便在任何时候移动的X射线源点均与镗孔对齐。此方法解决了简单的针孔设计具有的两个问题：其形成与射束角无关的尺寸恒定的射束，并且不限制形成孔径的材料的厚度。然而，与被动的针孔相比，这种主动的解决方案导致成本相当高，复杂度相当大。而且这种解决方案在很大程度上消除了电子射束的电子控制提供的大的灵活性。
发明内容
一种角度可变的准直器，可控地产生准直的射线射束，而无需物理地操纵准直器的任意构件。可以通过控制撞击阳极的电子射束来完全以电子方式控制准直射束的角。
在第一实施例中，用于产生可操纵的射线射束的系统包括：射线源，其配置成产生相对于准直器成一定角度的射线，其中该角度是可电子控制的；准直器，其包括射线源产生的射线不能穿透的材料，准直器包括孔径，该孔径配置成接收来自射线源的处于多个入射角的射线，且配置成使射线的一部分以所述多个入射角中的每个入射角穿过准直器，以便形成具有一射束横截面的准直的射线射束，其中，准直器和射线源配置成在产生可操纵的射线射束时相对于彼此保持固定。
射线源可包括电子源和阳极，配置成使得电子源用可电子操纵的电子射束照射所述阳极，以便产生可移动的射线点源。
孔径可以具有多种形状中的任意形状，因此导致产生的射线射束的横截面也可以具有多种形状中的任意形状，诸如菱形的，正方形的和矩形的。在一些实施例中，孔径的形状(因此导致产生的射线射束的横截面的形状)可按照入射的射线相对于孔径的入射角的函数而变化。
准直器的多个实施例呈现多种结构。例如，在一个实施例中，准直器包括几个表面，并且孔径是通过在第一准直器表面中的第一孔径和第二准直器表面中的第二孔径之间的配合形成的复合孔径。例如，第一表面可以是第一板的表面，第二表面可以是设置成平行于第一板的第二板的表面。
准直器的另一个实施例包括：第一构件，其具有第一表面，该第一表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者；以及第二构件，其具有第二表面，该第二表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者；第一构件相对于第二构件设置成使得第一表面对向第二表面，第一表面与第二表面分隔开一间隙，以便限定贯穿过准直器的孔径。在一些实施例中，准直器是螺旋切割的圆柱体。
一种用准直的射线射束辐射目标的方法，该方法包括：提供可操纵的射线源，其配置成照射准直器；提供准直器，该准直器包括具有输入端和输出端的双曲抛物面孔径，准直器相对于可操纵的射线源设置在固定位置；通过以下步骤产生具有多个出射角的准直的射线射束：用照射射线从第一照射角照射双曲抛物面孔径的输入端，使得照射射线的一部分穿过准直器，并以第一出射角离开准直器；和用照射射线从第二照射角照射双曲抛物面孔径的输入端，第二照射角不同于第一照射角，使得照射射线的一部分穿过准直器，以第二出射角离开准直器，第二出射角不同于第一出射角，使得以第一角度和以第二角度离开准直器的射线辐射目标。
提供准直器的步骤可以包括：提供具有输入板和输出板的准直器，其中：输入板具有第一面和第二面，以及在第一面与第二面之间完全贯穿过输入板的第一细长孔径；输出板具有第三面和第四面，以及在第三面与第四面之间完全贯穿过输出板的第二细长孔径，第一面平行于第四面，且与第四面分隔开预定距离，使得第一细长孔径的投影与第二细长孔径相交成非零的角，并使得第一细长孔径的投影与第二细长孔径的交点形成菱形孔径，其中射线可以在既不会碰到输入板也不会碰到输出板的情况下穿过该菱形孔径。
可替换地，提供准直器的步骤可以包括：提供具有第一构件和第二构件的准直器，其中：该第一构件包括第一表面，该第一表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者；该第二构件包括第二表面，该第二表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者；第一构件相对于第二构件设置成，使得第一表面对向第二表面，第一表面与第二表面分隔开一个间隙，以便限定贯穿过准直器的双曲抛物面孔径。
在一些实施例中，产生处于第一角度的准直射束包括产生横截面为第一形状的准直射束，产生处于第二角度的准直射束包括产生横截面为第二形状的准直射束，其中第二形状不同于第一形状。
在另一个实施例中，一种用于产生可操纵的射线射束的系统包括：射线源装置，用于产生可电子操纵的照射射线点源；和准直装置，其具有孔径，该孔径配置成使入射到所述准直装置上的照射射线的一部分通过；射线源装置相对于准直装置设置成，以便相对于准直装置保持固定，以便用来自可操纵的射线点源的入射射线照射孔径，使得孔径产生可操纵的射线射束。
准直装置可以包括：第一构件，其包括第一双曲抛物面表面；和第二构件，其包括第二双曲抛物面表面；其中第一构件相对于第二构件设置成，使得第一双曲抛物面表面设置成与第二双曲抛物面表面相对，使得第一双曲抛物面表面与第二双曲抛物面表面分隔开孔径间隙，使得第一构件和第二构件形成所述孔径间隙宽的孔径。
可替换地，准直装置可以包括：第一构件，包括第一修正双曲抛物面表面；和第二构件，包括第二修正双曲抛物面表面；其中第一构件相对于第二构件设置成，使得第一修正双曲抛物面表面设置成与第二修正双曲抛物面表面相对，使得第一修正双曲抛物面表面与第二修正双曲抛物面表面分隔开孔径间隙，其中孔径间隙不是恒定的，使得第一构件和第二构件形成所述孔径间隙宽的孔径。
附图说明
通过参考附图考虑以下详细描述，实施例的以下特征将更容易理解，在附图中：
图1A至图1C示意性示出了现有技术的准直器；
图2A至图2I示意性示出了准直器的实施例；
图2J至图2K示意性示出了准直器的实施例；
图2L示意性示出了具有风筝形状的准直射束横截面；
图3A至图3C示意性示出了虚拟双曲抛物面；
图4A至图4C示意性示出了准直器的实施例；
图5A至图5E示意性示出了螺旋切割圆柱体准直器的实施例；
图6A至图6C示意性示出了准直器的实施例；
图7示意性示出了具有改良的双曲抛物面表面和副板的准直器块。
具体实施方式
各个实施例提供了一种X射线准直器，其允许独立于孔径材料厚度地形成具有期望尺寸和通量的扫描X射线射束，而不需要移动孔径或产生孔径的物理部件。一些实施例提供了X射线准直器，其允许独立于射束角地形成具有期望尺寸和通量的扫描X射线射束。
在各个实施例中，非移动部分构成的准直器以通过预先计划的方法使笔状射束的横截面面积随入射角而变的方式，从点状辐射源产生射束(例如，笔状射束)。具体而言，一些实施例允许产生横截面面积与入射角无关的笔状射束。在一些实施例中，角度可变的准直器包括衰减材料，其被严格布置成使得：对于入射角的一个范围，来自点状源的射线被有效地准直成射束(例如，笔形射束)，且使得射束的横截面是入射角的函数。
例如，可以通过控制冲击到阳极上的源电子射束的焦点来确定射束角。这样的电子射束可以被描述为是“可操纵的”。电子射束的源，与阳极一起，可称为辐射源，其被配置成产生相对于准直器成一定角度的射线，其中该角度是可电子控制的。
焦点变成X射线源。因为这样，可控地移动电子射束提供了对聚焦点的控制，从而提供了对X射线源的位置的控制。控制X射线源的位置，接着，又提供了对X射线冲击到准直器上的角度的控制，从而提供了对来自准直器的X射线射束的方向的控制。这些特征提供了以下能力：例如，以步进的方式扫描生成的X射线射束，和/或改变扫描速度，和/或改变扫描角度范围。这样的X射线源可以描述为“可控的”或“可操纵的”，因为其位置(例如，在阳极上；和/或相对于准直器中的孔径)是可电子控制的。
准直器200的第一实施例由图2A至图2H示意性示出，其包括第一板210和第二板220。第一板210具有第一面210A和第二面210B，并且是准直器200打算用于该板的类型的射线不能穿透的。例如，如果准直器200打算用于准直X射线，则第一板210是X射线不能穿透的。
第一板210包括细长孔径211，其在第一面210A与第二面210B之间完全贯穿过延伸，以便使否则不能穿透第一板210的射线通过。在此实施例中，细长孔径211具有矩形的形状，但在不同实施例中可以使用其他形状。
准直器200还包括第二板220，其具有第一面220C和第二面220D，且还具有细长孔径221，该孔径221在第一面220C与第二面220D之间完全贯穿过延伸，以便使否则不能穿透第二板220的射线通过。在此实施例中，细长孔径221具有矩形的形状，但在不同实施例中可以使用其他形状。当如在图2A和图2B中所观察到的时，孔径211和221处于不同的角度。
在准直器200中，第一板210和第二板220设置成彼此平行，且分隔开间隙“d”240，如图2C中示意性示出。板210、220布置成使得细长孔径设置成相对于彼此成一角度，例如，使得细长孔径211在细长孔径221上的投影形成“X”形状。在一些实施例中，细长孔径211布置成使得其在细长孔径221上的投影与孔径221相交成直角(例如，“+”)。
在这样的配置中，第一板210和第二板220阻挡了来自阳极250的几乎所有射线(254)，除了第一孔径211和第二孔径221配合地形成菱形孔径，一部分射线可以穿过该孔径而既不会碰到第一板210(可称为输入板)又不会碰到第二板220(可称为输出板)。更具体而言，第一细长孔径211的投影以非零角度与第二细长孔径221交叉，使得第一细长孔径211的投影与第二细长孔径221交叉形成菱形孔径，射线可穿过该菱形孔径而既不会碰到输入板210又不会碰到输出板220。这样，除了穿过第一细长孔径211的那部分冲击射线(impinging radiation)以外，冲击到输入板210上的所有射线均被阻挡。所有那部分辐射又被第二板220阻挡，除了穿过第二细长孔径221的那部分射线以外。换言之，除了碰巧以与第一细长孔径211和第二细长孔径221均对准的角度接近准直器200的射线以外，所有冲击射线均被准直器200阻挡。因为这样，第一细长孔径211和第二细长孔径221可以被描述为形成复合孔径270。
发明人发现，准直器200提供了一个有用的特征，因为通过第一孔径211和第二孔径221的配合形成的复合孔径270在与冲击射线有关的多个角度处存在。换言之，准直器200将对从多个方向接近准直器200的射线呈现复合孔径(即，穿过准直器200)，所有情况下均不必移动或操纵第一板210和/或第二板220。因此，射线260的准直射束离开准直器200，该准直射束的方向作为射线源的位置的函数而改变。
更具体而言，射线的源(可称为“点源”)251从几个位置中的任意位置照射准直器200。例如，在图2C中，射线的源250是电子射束在阳极250上的焦点。射线254以多个角度离开点251，但该射线的仅仅一部分，在此示例中是沿着矢量255A的射线，以允许射线穿过第一孔径211和第二孔径221的方向接近准直器200，产生经准直的射线射束260A。
在图2D至图2H中示意性示出了通过孔径211和221的配合形成的复合孔径270的说明性示例。在每幅图中，准直X射线射束是从冲击射线通过如从射线的源点(251)看到的两个孔径211、221(还可以称为狭缝)的投影的菱形交叉点形成的。在图2F中，射束角垂直于准直器板210、220(即，冲击射线(例如，255B)的矢量与垂直于板210的表面210A的矢量之间的角α为零度)，并且复合孔径270(从而导致射束，例如260B)是正方形的。为了参考，图2C中示意性示出了垂直于板210的表面210A的矢量与射束向量255A之间的非零射束角α。
随着X射线源点251向上或向下移动，射束角α改变，并且孔径菱形270的高度j(271；参见例如图2I)如cos(α)一样减小。同时，开口横向平移0.5d tan(α)，其中d(240)是准直器板之间的距离。
例如，如以上讨论的，当冲击射线垂直于准直器200的表面210A时，(从射线源的点来看)孔径270出现在准直器200中心附近。可替换地，当冲击射线从另一个角度接近准直器200的表面210A时，(从射线源的点来看)孔径出现在不同的位置(例如，偏离中心的)，例如，如图2D、图2E、图2G和图2H中所示。在此实施例200中，如果射束角在+45°与-45°之间变化，则孔径平移的横向距离应等于板之间的距离d。在一些实施例中，可调整X射线源点的路径，以补偿孔径的横向平移，以便维持直的扫描线。
因此，为了控制准直射线射束，可以通过本领域已知的方式改变或操作电子射束的方向，使得电子射束的焦点251可移动到阳极250上的不同位置。因为焦点251是照射准直器200的射线的源，通过这种方式有效地操纵射线源，并且射线从不同的角度接近准直器200。例如，可移动射线焦点251，以产生沿着矢量255B或255C照射的射线。实际上，焦点的位置可以步进式移动，或者连续地移动，以产生来自多个方向的射线。因此焦点241的每个位置产生以按照焦点251位置的函数而变化的角度离开准直器200的准直射束。例如，沿着矢量255A的射线产生准直射线260A；沿着矢量255B的射线产生准直射线260B；以及沿着矢量255C的射线产生准直射线260C。因为这样，射线的准直射束的方向是可电子控制的，而不必物理移动或操纵准直器的结构元件，并且不必物理移动或操纵射线源的结构元件。
约束X射线射束的两个开缝的准直器板210、220之间的虚拟表面，其具有双曲抛物面的形状，该双曲抛物面是通过函数z(x,y)＝xy定义的。在图3A至图3C中示意性示出了这种虚拟表面300，其中黑线301描绘了可能的射束位置。
可替换实施例280在图2J和图2K中示意性示出，且包括第三板，或中间板230。板230具有第一面230E和第二面230F，并且是准直器280打算用于该板的类型的射线不能穿透的。中间板230还具有孔径231，并且设置在板210和220之间，使得虚拟双曲抛物面表面300经过孔径231，因此形成复合孔径270的一部分，从而允许一部分射线通过准直器280。这样的实施例可增强不透过该准直器的程度(即，准直器的不透性)，并且可以进一步改善准直射束。在一些实施例中，例如在用于射束进入和离开的狭缝角均为相同的对称设计中，在中间位置的板230具有水平的狭缝231。
在另一个实施例中，准直器400不是由多个板形成的，而是由两个对向的块401、402形成的，每个块具有双曲抛物面表面，如图4A至图4C中示意性示出的。换言之，这样的实施例包括在输入孔径和输出孔径之间的两个真实的，而不是虚拟的表面。
在图4A中示意性示出了一个这样的块401，并显示了双曲抛物面表面401A。块401、402配合形成输出孔径470，类似于上述由板210和220形成的复合孔径270。简而言之，孔径470根据射线冲击到准直器400上的角度选择性地使来自源的射线通过，使得可以通过控制射线源的位置来控制产生的准直射线。在图4B和图4C中通过孔径470的不同位置示意性示出了这样的孔径470的明显移动。
图5A至图5E示意性示出了螺旋切割的圆柱体准直器500的实施例。概括而言，此实施例500是角度可变的准直器，其由具有圆柱体轴线503和狭长切口502的直圆柱体501构成。该狭长切口502完全贯穿过通过圆柱体501，并且沿轴线503扭转。
图5B中示意性示出了准直器500的实施例的剖面视图，该剖面视图示出了边界面501B。边界面501B和圆柱体表面501C限定出狭长切口边缘501D。在一些实施例中，每个狭长切口边缘501D限定围绕圆柱体轴线503的螺旋线。因为这样，边界面501B，作为螺旋状边缘501D之间的表面，可被描述为“螺旋状表面”。表面501A也是螺旋状表面，并且因为这样，狭长切口502可以被描述为“螺旋状狭长切口”。从另一方面说，狭长切口502具有螺旋状形状，使得狭长切口502的边界面501A、501B形成双螺旋面(或该双螺旋面横跨边界面)，如图5A中示意性示出。
在一个实施例中，在圆柱体501的半径504处(即，在圆柱体501的表面501C处)狭长切口502与圆柱体501的轴线503的方向形成45°的角520，导致方形孔径510。参见，例如，图5D中的狭长切口502。
在一些实施例中，狭长切口502具有恒定的宽度502A，这产生了与角度无关的射线横截面。例如，孔径510从多个角度保持正方形的形状，如图5C至图5E中示意性示出的。
在图6A至图6C中示意性示出的另一个实施例600中，在两个对向的块601,602的两个表面601A,602A之间的间隙604的高度h 605并不象例如在图4A至图4C中的实施例400中一样是恒定的，该间隙604形成扭转的准直器狭长切口603。而是，间隙604的高度h 605按照射束角α的正割(secant)增大：
h∝sec(α)＝1/cos(α)
这样，因为维持了射束的正方形或近似正方形的横截面，具有独立于射束角的恒定横截面的X射线射束，维持了双曲抛物面表面。
仅依赖与角度有关的高度来修改扭转的准直器狭长切口603，可导致表面由以下公式限定：
z ( x , y ) = x · y ± h 2 1 + y 2 .
这些表面维持射束横截面的恒定高度h；然而，在α＝0(其中α＝0是垂直于准直器表面的角度)时获得的正方形形状由于角度α的增大而丧失。为了维持射束的正方形或近似正方形的横截面，准直器的进入和离开表面上的狭缝的斜率不得不随着射束角的增大而增大。因而，狭长切口的中心表面不再由z(x,y)＝xy给出，而是由以下等式给出：
z(x，y)＝x·sinh(y)
或者是其近似值。由于高度由给出，孔径将维持正方形的形状，但是随着角度增大而尺寸减小。由cosh(y)给出的高度则维持恒定的横截面面积。
中心表面(h＝0)将沿x保持线性，因为这是直射束的方向。在图6A至图6C中示出了修正的双曲抛物面表面的示例。图6B和图6C示意性示出了由两个对向的块601、602形成的准直器600，这两个块601、602形成输出孔径670。
修正准直器的双曲抛物面表面不仅允许实现与射束横截面面积无关的射束角，还允许横截面面积作为射束角的函数刻意改变。保持射束横截面面积恒定仅仅是控制该面积的一种特殊情况。按照射束角的函数控制射束横截面面积实现了具有经调制的射束形状的设计和由准直射束提供的剂量率(通量)。在不同实施例中，在准直器中孔径的轮廓可以配置成产生多种形状中的任意一种形状的射束横截面，诸如菱形成形的(例如，图21中的菱形孔径270)、矩形或正方形成形的(例如，图5C中的正方形孔径)，或甚至是风筝形成形的(例如，图2L中的孔径299)，这仅仅是举的几个例子。通常，准直器的孔径可配置成以系统设计者认为是对设计该系统时所针对的应用有益的方式来产生具有一定尺寸和形状(横截面)的射束。
与针孔准直器相比，不同实施例可能使散射增强，该散射可以通过增大准直器(例如，准直器400)的厚度，或者更有效地通过在准直器的离开侧上添加一个或多个额外的辅助板来减少。在图7中示意性示出了这样的实施例700，实施例700包括邻近于准直器702的板701。例如，准直器702可以是以上联系图2A至图6C描述的任意准直器。板701中的狭缝包括孔径703，该孔径703设置成清理出一条从准直器702离开的主射束710的路径。
用于产生射线的准直射束的系统可以被描述为具有射线源和根据以上描述的实施例中的一者的准直器，以及用于控制射线源以便控制来自源的射线冲击到准直器上的角度的电路。产生可控的准直射线射束的方法可以包括：提供根据上述的其中一个实施例的准直器，然后用来自射线源的射线从多个角度照射准直器，以便控制离开准直器的准直射束的角度。
一些实施例提供了角度可变的准直器，该准直器包括输入板和输出板。其中输入板具有第一面和第二面，以及第一细长孔径，该第一细长孔径在第一面与第二面之间完全贯穿输入板；输出板具有第三面和第四面以及第二细长孔径，该第二细长孔径在第三面与第四面之间完全贯穿输出板，第一面平行于第四面，且与第四面分隔开预定距离，使得第一细长孔径的投影与第二细长孔径相交成非零的角，并且使得第一细长孔径的投影与第二细长孔径的交点形成菱形孔径，其中射线可以在既不会碰到输入板也不会碰到输出板的情况下穿过该菱形孔径。
在一些实施例中，该非零的角是直角。
一些实施例还包括中间板，其具有完全贯穿该中间板的第三孔径。中间板设置在输入板和输出板之间，使得第三孔径以多个角度与第一细长孔径和第二细长孔径对齐，使得第一细长孔径、第二细长孔径和第三孔径形成射线可以在不碰到输入板、输出板和中间板中的任意者的情况下穿过的菱形孔径(或另一种多边形形状的孔径)。在一些实施例中，第三孔径是细长孔径，而在一些实施例中，第三孔径是矩形孔径。
角度可变的准直器的另一个实施例包括第一构件和第二构件，该第一构件具有第一表面，该第一表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者，该第二构件也具有第一表面，该第一表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者。第一构件相对于第二构件设置成，使得第一表面对向第二表面，并且与第二表面分隔开一个间隙，以便限定出贯穿准直器的双曲抛物面孔径。
在一些实施例中，第一表面是修正双曲抛物面表面，并且第二表面是修正双曲抛物面表面，使得第一表面和第二表面之间的间隙不是恒定的。
在另一个实施例中，射线扫描系统包括射线源和准直器，该射线源配置成可控地提供成多个角度的射线射束，准直器具有双曲抛物面孔径，其具有输入端和输出端。在一些实施例中，准直器包括输入板和输出板，其中输入板具有第一面和第二面以及第一细长孔径，该第一细长孔径在第一面与第二面之间完全贯穿输入板；输出板具有第三面和第四面以及第二细长孔径，该第二细长孔径在第三面与第四面之间完全贯穿输出板，第一面平行于第四面，且与第四面分隔开预定距离，使得第一细长孔径的投影与第二细长孔径相交成非零的角，使得第一细长孔径的投影与第二细长孔径的交点形成菱形孔径，其中来自射线源处于多个角度的射线可以在既不会碰到输入板也不会碰到输出板的情况下穿过该菱形孔径。
在一些实施例中，准直器包括第一构件和第二构件，该第一构件具有第一表面，该第一表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者，该第二构件具有第二表面，该第二表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者。第一构件相对于第二构件设置成，使得第一表面对向第二表面，并且与第二表面分隔开一个间隙，以便限定贯穿准直器的双曲抛物面孔径。
一种用准直的射线射束辐射目标的方法，包括：提供准直器，其具有双曲抛物面孔径，该孔径具有输入端和输出端；用照射射线从第一照射角照射双曲抛物面孔径的输入端，使得照射射线的一部分穿过准直器，并穿过第四表面以第一出射角离开准直器；用照射射线从第二照射角照射双曲抛物面孔径的输入端，使得照射射线的一部分穿过准直器，并穿过第四表面以第二出射角离开准直器，第二出射角不同于第一出射角。
在一些实施例中，提供准直器包括提供具有输入板和输出板的准直器，其中输入板具有第一面和第二面以及第一细长孔径，该第一细长孔径在第一面与第二面之间完全贯穿输入板；输出板具有第三面和第四面以及第二细长孔径，该第二细长孔径在第三面与第四面之间完全贯穿输出板，第一面平行于第四面，且与第四面分隔开预定距离，使得第一细长孔径的投影与第二细长孔径相交成非零的角，且使得第一细长孔径的投影与第二细长孔径的交点形成菱形孔径，其中射线可以在既不会碰到输入板也不会碰到输出板的情况下穿过该菱形孔径。
在一些实施例中，提供准直器包括提供具有第一构件和第二构件的准直器，该第一构件具有第一表面，该第一表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者；该第二构件具有第二表面，该第二表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者；使得第一构件相对于第二构件设置成，使得第一表面对向第二表面，第一表面与第二表面分隔开一个间隙，以便限定贯穿准直器的双曲抛物面孔径。
在另一个实施例中，提供了一种角度可变的准直器，其具有圆柱形的外壳，该外壳具有圆柱形的表面和轴线，并且包括完全贯穿该外壳的螺旋状狭长切口，其中螺旋状狭长切口限定第一边界面和第二边界面，该第一边界面与第二边界面间隔开一间隙。在一些实施例中，在圆柱表面处，该间隙是第一边界面与第二边界面之间的恒定距离。
定义。当在此说明书以及随附权利要求中使用时，以下术语应具有指示的意义，除非上下文另有要求：
双曲抛物面表面是通过以下公式定义的表面，其中z是限定孔径的两个相对的表面之间的间隙的高度，并且x和y是在垂直于z的平面中的正交轴线上的坐标：
z c = x 2 a 2 + y 2 b 2
在一些实施例中，双曲抛物面表面是通过前述公式的以下形式定义的：
z(x,y)＝x·y
修正双曲抛物面表面是如联系图7描述的那样修改过的双曲抛物面表面。
双曲抛物面孔径是贯穿准直器的通道，该通道具有形状为双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面的至少一个轮廓。
本发明的不同实施例可以通过此段落之后(并且在此说明书结尾处提供的实际权利要求之前)的段落中列举出的可能的保护项定义。这些可能保护项形成此申请的书面描述的一部分。因此，在涉及到此申请或要求此申请优先权的任意申请的后来的程序中，以下可能的保护项的内容可以被提为实际权利要求。包括这样的可能的保护项不应被解释为意味着实际权利要求并不覆盖可能的保护项的主题。因此，在后来的程序中决定不提出这些可能的保护项并不应解释为将该内容赠予公众。
没有限制意义地，可以要求保护的可能的保护项(以字母“P”开头，以便避免与以下提出的实际权利要求混淆)包括：
P1.一种角度可变的准直器，包括：输入板，其具有第一面和第二面，以及在第一面和第二面之间完全贯穿输入板的第一细长孔径；输出板，其具有第三面和第四面，以及在第三面和第四面之间完全贯穿输出板的第二细长孔径，第一面平行于第四面，并且与第四面分隔开预定距离，使得第一细长孔径的投影与第二细长孔径交叉成非零的角度，并且使得第一细长孔径的投影与第二细长孔径的交点形成菱形孔径，射线可以在既不会碰到输入板也不会碰到输出板的情况下穿过该菱形孔径。
P2.如可能的保护项P1所述的角度可变的准直器，其中该非零的角度是直角。
P3.如可能的保护项P1所述的角度可变的准直器，进一步包括中间板，其具有完全贯穿该中间板的第三孔径，中间板设置在输入板和输出板之间，使得第三孔径以多个角度与第一细长孔径和第二细长孔径对齐，使得第一细长孔径、第二细长孔径和第三孔径形成射线可以在不碰到输入板、输出板和中间板中的任意者的情况下穿过的菱形孔径。
P4.如可能的保护项P3所述的角度可变的准直器，其中第三孔径是细长的孔径。
P5.如可能的保护项P3所述的角度可变的准直器，其中第三孔径是矩形的孔径。
P6.一种角度可变的准直器，包括：第一构件，该第一构件包括第一表面，该第一表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者；第二构件，该第二构件包括第二表面，该第二表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者；第一构件相对于第二构件设置成，使得第一表面对向第二表面，并且与第二表面分隔开一个间隙，以便限定贯穿准直器的双曲抛物面孔径。
P7.如可能的保护项P6所述的角度可变的准直器，其中第一表面是修正双曲抛物面表面，且第二表面是修正双曲抛物面表面，使得第一表面与第二表面之间的间隙不是恒定的。
P11.一种射线扫描系统，包括：射线源，其配置成可控地提供处于多个角度的射线射束；准直器，其包括双曲抛物面孔径，该孔径具有输入端和输出端。
P12.如可能的保护项P11所述的射线扫描系统，其中准直器包括：输入板，其具有第一面和第二面，以及在第一面与第二面之间完全贯穿输入板的第一细长孔径；输出板，其具有第三面和第四面，以及在第三面与第四面之间完全贯穿输出板的第二细长孔径，第一面平行于第四面，且与第四面分隔开预定距离，使得第一细长孔径的投影与第二细长孔径相交成非零的角，使得第一细长孔径的投影与第二细长孔径的交点形成菱形孔径，其中来自射线源的处于多个角度的射线可以在既不会碰到输入板也不会碰到输出板的情况下穿过该菱形孔径。
P13.如可能的保护项P11所述的射线扫描系统，其中准直器包括：第一构件，其包括第一表面，该第一表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者；第二构件，其包括第二表面，该第二表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者；第一构件相对于第二构件设置成，使得第一表面对向第二表面，第一表面与第二表面分隔开一个间隙，以便限定贯穿过准直器的双曲抛物面孔径。
P21.一种用准直的射线射束辐射目标的方法，该方法包括：提供准直器，其具有双曲抛物面孔径，该孔径具有输入端和输出端；用照射射线从第一照射角照射双曲抛物面孔径的输入端，使得照射射线的一部分穿过准直器，并穿过第四表面以第一出射角离开准直器；用照射射线从第二照射角照射双曲抛物面孔径的输入端，使得照射射线的一部分穿过准直器，穿过第四表面以第二出射角离开准直器，第二出射角不同于第一出射角。
P22.如可能的保护项P21所述的用准直的射线射束辐射目标的方法，其中提供准直器包括：提供一个准直器，该准直器具有：输入板，其具有第一面和第二面，以及在第一面与第二面之间完全贯穿输入板的第一细长孔径；输出板，其具有第三面和第四面，以及在第三面与第四面之间完全贯穿输出板的第二细长孔径，第一面平行于第四面，且与第四面分隔开预定距离，使得第一细长孔径的投影与第二细长孔径相交成非零的角，并且使得第一细长孔径的投影与第二细长孔径的交点形成菱形孔径，射线可以在既不会碰到输入板也不会碰到输出板的情况下穿过该菱形孔径。
P23.如可能的保护项P21所述的用准直的射线射束辐射目标的方法，其中提供准直器包括提供具有第一构件和第二构件的准直器，该第一构件包括第一表面，该第一表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者；该第二构件包括第二表面，该第二表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者；第一构件相对于第二构件设置成，使得第一表面对向第二表面，第一表面与第二表面分隔开一个间隙，以便限定贯穿准直器的双曲抛物面孔径。
P31.一种角度可变的准直器，包括：圆柱形的外壳，该外壳具有圆柱形的表面和轴线，并且包括完全贯穿该外壳的螺旋状狭长切口，其中螺旋状狭长切口具有第一边界面和第二边界面，该第一边界面与第二边界面间隔开一间隙。
P32.如可能的保护项P31所述的角度可变的准直器，其中在圆柱表面处，该间隙是第一边界面与第二边界面之间的恒定距离。
以上描述的本发明的实施例旨在仅仅为示例性的，许多变形和修改对于本领域技术人员来说将是明显的。所有这种变形和修改旨在处于任意所附权利要求定义的本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种用于产生可操纵的射线射束的系统，包括：
射线源，配置成产生相对于准直器成一定角度的射线，其中所述角度是可电子控制的；和
准直器，包括所述射线源产生的射线不能穿透的材料，所述准直器包括孔径，该孔径配置成接收来自所述射线源的处于多个入射角的射线，且配置成使所述射线的一部分以所述多个入射角中的每个入射角穿过所述准直器，以便形成具有射束横截面的准直的射线射束，
其中，所述准直器和射线源配置成在产生可操纵的射线射束时相对于彼此保持固定。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述射线源包括电子源和阳极，所述电子源配置成用可操纵的电子射束照射所述阳极，以便产生射线的可移动点源。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述孔径包括通过第一准直器表面中的第一孔径和第二准直器表面中的第二孔径之间的配合形成的复合孔径。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述孔径是进一步通过第三准直器表面中的第三孔径形成的复合孔径。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述孔径具有菱形的形状。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述孔径具有正方形的形状。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述孔径的形状可按照所述射线相对于所述孔径的入射角的函数而变化。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述准直器包括：
第一构件，包括第一表面，该第一表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者；以及
第二构件，包括第二表面，该第二表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者；
所述第一构件相对于所述第二构件设置成使得所述第一表面对向所述第二表面，所述第一表面与所述第二表面分隔开一间隙，以便限定贯穿所述准直器的孔径。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述第一表面是修正双曲抛物面表面，且所述第二表面是修正双曲抛物面表面，使得所述第一表面和所述第二表面之间的间隙不是恒定的。
10.如权利要求8所述的系统，其中所述准直器是螺旋切割的圆柱体。
11.一种用准直的射线射束辐射目标的方法，该方法包括：
提供可操纵的射线源，其配置成照射准直器；
提供准直器，该准直器包括具有输入端和输入端的双曲抛物面孔径，所述准直器相对于所述可操纵的射线源设置在固定位置；
通过以下步骤产生具有多个出射角的准直的射线射束：
用照射射线从第一照射角照射所述双曲抛物面孔径的输入端，使得所述照射射线的一部分穿过所述准直器，并以第一出射角离开所述准直器；
用照射射线从第二照射角照射所述双曲抛物面孔径的输入端，所述第二照射角不同于所述第一照射角，使得所述照射射线的一部分穿过所述准直器，并以第二出射角离开所述准直器，所述第二出射角不同于所述第一出射角，
使得以所述第一角度和以所述第二角度离开所述准直器的射线辐射所述目标。
12.如权利要求11所述的用准直的射线射束辐射目标的方法，其中提供准直器包括提供具有输入板和输出板的准直器，其中：
所述输入板具有第一面和第二面，以及在所述第一面与所述第二面之间完全贯穿所述输入板的第一细长孔径；以及
所述输出板具有第三面和第四面，以及在所述第三面与所述第四面之间完全贯穿所述输出板的第二细长孔径，所述第一面平行于所述第四面，且与所述第四面分隔开预定距离，使得所述第一细长孔径的投影与所述第二细长孔径相交成非零的角，并使得所述第一细长孔径的投影与所述第二细长孔径的交点形成菱形孔径，射线可以在既不会碰到所述输入板也不会碰到所述输出板的情况下穿过该菱形孔径。
13.如权利要求11所述的用准直的射线射束辐射目标的方法，其中提供准直器包括提供具有第一构件和第二构件的准直器，其中：
该第一构件包括第一表面，该第一表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者；以及
该第二构件包括第二表面，该第二表面是双曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者；
所述第一构件相对于所述第二构件设置成，使得所述第一表面对向所述第二表面，所述第一表面与所述第二表面分隔开一个间隙，以便限定贯穿所述准直器的双曲抛物面孔径。
14.如权利要求11所述的用准直的射线射束辐射目标的方法，其中以所述第一角度离开所述准直器的准直射束的横截面为第一形状，且以所述第二角度离开所述准直器的准直射束的横截面为第二形状，所述第二形状不同于所述第一形状。
15.一种用于产生可操纵的射线射束的系统，包括：
射线源装置，用于产生可电子操纵的照射射线的点源；和
准直装置，其具有孔径，该孔径配置成使入射到所述准直装置上的照射射线的一部分通过；
所述射线源装置相对于所述准直装置设置成，以便相对于所述准直装置保持固定，并以便用来自所述可操纵的射线的点源的入射射线照射所述孔径，使得所述孔径产生可操纵的射线射束。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述准直装置包括：
第一构件，包括第一双曲抛物面表面；和
第二构件，包括第二双曲抛物面表面；
其中所述第一构件相对于所述第二构件设置成，使得所述第一双曲抛物面表面设置成与所述第二双曲抛物面表面相对，使得所述第一双曲抛物面表面与所述第二双曲抛物面表面分隔开孔径间隙，使得所述第一构件和所述第二构件形成所述孔径间隙宽的孔径。
17.如权利要求15所述的系统，其中所述准直装置包括：
第一构件，包括第一修正双曲抛物面表面；和
第二构件，包括第二修正双曲抛物面表面；
其中所述第一构件相对于所述第二构件设置成，使得所述第一修正双曲抛物面表面设置成与所述第二修正双曲抛物面表面相对，使得所述第一修正双曲抛物面表面与所述第二修正双曲抛物面表面分隔开孔径间隙，其中所述孔径间隙不是恒定的，使得所述第一构件和所述第二构件形成所述孔径间隙宽的孔径。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述准直装置包括螺旋切割的圆柱体。
19.如权利要求15所述的系统，其中所述射线源装置包括电子源和阳极，所述电子源配置成用可操纵的电子射束照射所述阳极。
20.如权利要求15所述的系统，其中所述孔径包括通过第一准直器表面中的第一孔径和第二准直器表面中的第二孔径之间的配合形成的复合孔径。
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