CN1097750C

CN1097750C - X射线成象设备

Info

Publication number: CN1097750C
Application number: CN95193294A
Authority: CN
Inventors: 施蒂格·施文森; 施廷·奥利森; 马蒂·沙尔米
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-04-07
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 2003-01-01
Anticipated expiration: 2015-04-07
Also published as: NO964247L; DE69518832T2; AU2217295A; CN1154164A; JPH09511660A; FI941589A; WO1995027922A1; FI941589A0; US5790629A; EP0754315A1; CA2187372A1; DE69518832D1; EP0754315B1; AU687545B2; NO964247D0; ATE196370T1

Abstract

X射线成象设备包含荧光屏(2)和CCD相机(3)，荧光屏如磷光屏利用X射线源(13)发出的X射线的效应产生可视图象，CCD相机(3)用于接收和储存荧光屏(2)上的图象。该设备还包含与计算和控制装置相连的光敏传感器(6)，该传感器与荧光屏有光学联系而与CCD相机相分离，在信号传输通信过程中，计算和控制装置与X射线源的控制装置(14)相连，以调节合适的曝光量。

Description

X射线成象设备

本发明涉及一种X射线成象设备，包含荧光屏如磷光屏和CCD相机，该荧光屏利用X射线源发出的X射线的效应产生可视图象，CCD相机用于接收和储存荧光屏上的图象，其中，成象光学系统包括反射镜，用来将荧光屏上的图象反射到CCD相机上，该设备的光敏传感器与荧光屏有光学联系而与CCD相机相分离，光敏传感器与计算和控制装置相连，后者在信号传输通信过程中与X射线源控制装置相连，用以调节合适的曝光量。

在医疗诊断中，X射线图象的质量起着很重要的作用。此外，要在医院这样的环境里获得图象并对其进行后期处理，也对相应的X射线成象设备有着特殊的要求。提高这类设备实用性的一个因素是体积小而且重量轻。

例如，传统的X射线呼吸描记设备包含一块平板，当X射线入射到平板表面上时，其上面的底片被曝光，从而产生可视图象。平板和底片都被放在一个盒子里，每次曝光结束后，都需将盒子取出来。这里所知的另一种设备，其产生的潜影形成在表面为硒的鼓上。该设备的成象过程包含：转动鼓使其充电，形成图象后再次转动鼓以对其进行扫描。将图象存储下来，这种设备上也有移动部件，并且很笨重。

传统的X射线设备，在照相板的前面有一个测量室，用来测量入射到成象板上的X射线强度，并在达到特定的曝光量后，向与X射线发生器直接相连的自动曝光控制单元发出一个信息。通过这种方法，在每次照相时都可以尽量获得正确的曝光。

从专利US Patent 5187730中，可以得知有关X射线诊断系统和X射线照片的获取方法。通过图象增强器，将X射线转换成荧光，从而形成图象。此外另有一个光学系统，该系统含有用来转换荧光的镜头装置和用来将荧光分割成多个光路的分束仪。分束仪是一个部分透明的镜子，它使得有部分荧光能够到达光敏探测器，如光电二极管上。根据该项美国专利的诊断设备，存在着一个风险，即部分X射线透过反射镜后，可能会损坏CCD器件。由于只有部分荧光被反射到光敏传感器上，光量控制器在控制X射线发生器时，使用的是不正确的值。

从专利European Patent Application 547679中，也可得知一种能够控制亮度的X射线成象系统。在该项专利应用中，将来自X射线图象增强器的图象通过棱镜。部分光束被反射到光电二极管上，用来自动控制剂量或曝光时间。该设备同样存在一些缺点，一些X射线会透过棱镜到达CCD传感器上，这可能会损坏传感器。另一个缺点在于，光敏传感器只能接收来自图象增强器的部分光束。

从专利European Patent 264218中，也可以得知一种利用X射线生成物体图象的设备，其中的图象由X射线生成于荧光屏上并利用CCD相机存储下来，而后对所获图象进行数字处理。曝光时间由快门控制，CCD工作在低扫描模式，这要求将CCD至少冷却至零下40℃，以减少由照片的低曝光量和/或读取所带来的噪声。该设备的曝光时间通常为数分钟甚至数小时。这种设备一般用于物体的X射线检测，并没有考虑在医疗上的应用。

本发明的目的是获得一种新型的X射线成象设备，这种设备特别适用于在医疗检查中用X射线对病人进行透视，如对肺和骨骼进行X射线透视。为达到上述目的，提供了一种X射线成象设备，包含荧光屏如磷光屏和CCD相机，该荧光屏利用X射线源发出的X射线的效应产生可视图象，CCD相机用于接收和储存荧光屏上的图象，其中，成象光学系统包括反射镜，用来将荧光屏上的图象反射到CCD相机上，该设备的光敏传感器与荧光屏有光学联系而与CCD相机相分离，光敏传感器与计算和控制装置相连，后者在信号传输通信过程中与X射线源控制装置相连，用以调节合适的曝光量，其特征在于，光敏传感器被置于一个适合的位置，使得在几乎整个图象区域内，荧光屏的光照能都能照射到该传感器上。在该设备中一并被提供的还有光敏传感器，该传感器与CCD相机互相分离，并且在光学上和荧光屏上的图象相联系，该荧光屏发出的光在可见光波长范围内。该光敏传感器被置于合适的位置，使得荧光屏的光照能几乎在整个图象区域内能都照射在该传感器上。这样，所形成图象的亮度就可以被直接测出来，将传感器与控制X射线源的X射线发生器相连后，这个信息就可以用来调整合适的曝光率、曝光时间或曝光量。与此同时，可自动设定荧光标度在正确的位置，以便对图象进行处理并使其数字化。成象光学系统还包括一个反射镜，用来将荧光屏上的图象反射到CCD相机上。该反射镜所形成的光学反射表面，使得透过的X射线不会到达敏感的电子成象器件。

参照文中的附图，下面将对本发明进行详细的描述，附图分别如下：

图1为根据本发明的设备的组合图，

图2为根据本发明的另一实施方案的组合图，

图3表示如何扩展根据本发明的设备的动态范围，

图4表示该设备在更大的系统中的布置。

图1是根据本发明的设备组合图。图中表示出了设备中的网格1，用来减少来自病人的次级辐射所带来的伤害。透过病人的X射线照射到荧光屏2上，在荧光屏上产生可视图象，该图象发出可见光波长范围的辐射。荧光屏2可以是磷光屏，其本身可以从X射线辐射中获得产生图象所需的能量，换句话说，尽管该荧光屏有时被称为增强器屏，但它本身并不需要其他任何外来供应能量来进行增强。需存储图象的光束锥在图中被用虚线做上了标记，该光束锥被二维电荷耦合器件图象传感器(CCD)接收下来，该器件是CCD相机3的一部分，此外，CCD相机还包括一个传统的光学成象系统3a。接口4将该相机3与该设备的电子器件单元5相连，进行图象处理，如数字化处理及将控制信号沿传输线15进一步传送至辅助装置16上。

与该设备一并被提供的还有光敏传感器6，该传感器可以是任何已知的用来测量可见光强度的传感器。该传感器通过数字传输线7连接到电子器件单元5上，单元5上有计算和控制装置，用来处理该传感器所提供的数据。此外，从这部分伸出的传输线8连到控制X射线源的X射线发生器(RTG)上。

图1表示出了用于成象的光束锥是如何被反射镜9反射到相机3上的，这里，相机3位于该设备的下方。光敏传感器6位于光束的光锥旁边，用来存储图象，例如，如图所示，传感器6与CCD相机旁的反射镜9相对。光敏传感器6也可以位于该设备中，使其直接“看到”荧光屏2上的图象，换句话说，此时传感器6与位于反射镜9旁的荧光屏2相对。图2表示的是另外一种可选方案，其中的反射镜9将来自荧光屏2上的光锥投射反射到与其相对的另一个附加的反射镜10上，反射镜10被置于荧光屏的下部，并最终将光锥反射到位于该设备下部的CCD相机3上。在这种情况下，当上述元件被放在机壳11中时，该设备的结构会显得更为紧凑。该图还表示了在这种实施方案中，传感器6如何位于反射镜9的对面并被置于反射镜10的旁边。

虚线指明了光束的光锥，这些来自荧光屏2的光束投射到传感器上，其投射角度和到达实际图象存储器的光锥的投射角度不同。这样，传感器6并不在光束所在的光路上，该设备也不需要棱镜或诸如此类的装置来分光以便存储和测量图象。

本发明使用了反射镜或反射镜组，由于反射镜的光学反射表面只将可见光束反射到电子成象器件上，这就可能使透过的X射线避免到达敏感的电子器件上。机壳11被安排成可在垂线12方向上移动至合适的高度。由于传感器6的测量信号被传输到控制X射线源的计算和控制装置，因而可以获得正确的曝光，从而自动达到正确的剂量。实际应用中可以这样进行，当达到预定的曝光量时，就向X射线源控制装置发出一个信号，由后者将X射线发生器关闭。在这种情况下，用X射线进行医疗透视的时间大致在10毫秒的量级上。同时，从图象处理的角度出发，还可以在一个正确的范围内自动设定一个标度。由于在前后两次曝光之间，二维CCD图象传感器实际上位于机壳内部的黑暗之中，而且，在这种情况下，还可以通过测量输出信号来调整该传感器，因此，在荧光屏2和CCD传感器之间的光路中无需设置机械式快门。

图3是CCD元件的一个典型的特征曲线，反映的是该元件的信号强度和剂量之间的函数关系。由此，问题在于从单个图象点或象素获得的图象。在高剂量情况下，CCD相机的抗增长效应表明，CCD相机可以防止电子逃逸至邻近的CCD元件中去并导致图象在高剂量下变得“模糊”。该设备消除了上述所谓饱和区域S对图象的影响，使得CCD相机的动态范围随图中的直线部分，即线性范围L增长，因此当获得信号值位于饱和区域S中时，就将其修正为对应的实际值。在这种情况下，即使在处理高剂量区域的图象时，也能获得很高的精度，如处理在呼吸扫描记录过程中从病人的边缘部分获得的图象，此时与这部分区域对应的CCD元件接收的剂量要高于正常值。问题中的这种修正过程，是在将图象数据输出以供进一步处理前，在该设备的电子器件单元5中利用合适的程序完成的。

最后，图4表示的是该设备用于拍摄图象时的情形。该设备包含前面说过的机壳11和电子器件单元5，该单元与X射线源13的控制装置14，亦即X射线发生器RTG相连。该系统还包含辅助装置16，用于储存图象数据，在屏幕上显示图象或将图象输出，或进一步传输图象数据。

本发明采用了高分辨率的CCD相机3，该相机具有多个图象点或象素。这种类型相机要求温度稳定，但由于它是作为快速相机来使用(工作在闪光模式)的，其典型曝光时间小于100毫秒，因此，不需要采取冷却手段以提高信噪比。本发明很适合与传统的X射线仪器共同使用，它们不需作任何改变。

与本发明一起使用的CCD相机的图象传感器应该尽可能的灵敏，使得病人在接收X射线透视时，能够接收尽可能低的X射线辐射。一个这类灵敏CCD图象传感器的例子，是一种用于天文成象仪器上的薄CCD图象传感器。在这类图象传感器中，CCD图象传感器的后表面被做得很薄，这样，光束可以直接从CCD图象传感器的后面导入到图象传感器上，而在传统的图象传感器中，光束是从图象传感器的前面被导入的。通过增加荧光层，可以进一步提高CCD图象传感器的灵敏度，尤其当荧光层加在CCD图象传感器的前面时更为有利。上述的CCD图象传感器的灵敏度平均要比传统的CCD图象传感器高2-3倍。

Claims

1.一种X射线成象设备，包含荧光屏(2)和CCD相机(3)，该荧光屏利用X射线源(13)发出的X射线的效应产生可视图象，CCD相机(3)用于接收和储存荧光屏(2)上的图象，其中，成象光学系统包括反射镜(9)，用来将荧光屏(2)上的图象反射到CCD相机(3)上，该设备的光敏传感器(6)与荧光屏有光学联系而与CCD相机相分离，光敏传感器与计算和控制装置相连，后者在信号传输通信过程中与X射线源控制装置(14)相连，用以调节合适的曝光量，其特征在于，光敏传感器(6)被置于与反射镜相对或者位于反射镜(9)旁与荧光屏(2)相对的位置，使得在几乎整个图象区域内，荧光屏(2)的光照能都能照射到该传感器上。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，成象光学系统和光敏传感器(6)是相互分开的，使得成象光学系统和光敏传感器(6)分别接收的来自荧光屏(2)的光锥之间有一个夹角。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于光敏传感器(6)位于反射镜(9)的对面，这样就可以将反射镜反射的光照能直接传到该传感器上。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，光敏传感器(6)位于CCD相机(3)的旁边以便接收来自同一反射镜(9)的反射光。

5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，该设备包括一个附加反射镜(10)，用来将反射镜(9)反射来的图象再反射给CCD相机(3)，光敏传感器(6)位于附加反射镜(10)的旁边。

6.根据以上任一权利要求所述的设备，其特征在于，该设备的电子器件单元(5)中包括一个程序，用来修正高曝光量下来自饱和区域(S)中的亮点的信号，使其符合信号与曝光量的线性依赖关系。

7.根据权利要求1-5之一所述的设备，其特征在于，CCD相机(3)包含一个减薄的CCD图象传感器。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，CCD相机(3)包含一个减薄的CCD图象传感器。