CN1466859A - 用于平面束射线照相的装置和相对射线源对中电离射线探测器的方法 - Google Patents
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Abstract
一种平面束射线照相装置，包括电离射线源(13)和电离射线探测器(9)；电离射线源是线形的，并基本上在第一方向延伸；以及，电离射线探测器包括一个基本上在第二方向延伸的细长射线进口缝(21)，并被安排用于射线源经射线进口缝进入探测器的射线的1－维探测。按照本发明，射线源和射线探测器这样取向，使得第一和第二方向基本上是垂直的。由此实现便利的探测器相对源的对中。
Description
发明的技术领域
一般说，本发明涉及由线形射线源(例如X射线源)形成的射线束以及射线探测器对它的对中。更具体说，本发明涉及利用从线形射线源发射出的电离射线产生的平面射线束的平面束射线照相装置，还涉及相对线形射线源对中探测器的方法。
发明的有关技术和背景的说明
一般说，基于气体的电离射线探测器在低辐射量子能量方面很具吸引力。这因为它们制造便宜和因为可以利用气体倍增来很强烈放大信号的幅度。特定种类的气体探测器是，其中由辐射量子和气体原子间相互作用而释放的电子可在基本与入射射线垂直的方向上引出。这样的探测器一般是配备有伸长的窄的射线入口缝的线形探测器，将来自点形射线源的入射线准直成平面射线束。于是，二维图像一般通过扫描获得。任选地，在射线源和探测器之间安排另一个与探测器入口缝平行的幅射束限制装置。
当使用这样的探测器时碰到的问题是，难于获得相对射线源对中探测器和可能有的射线束限制装置。这样的对中必须是很准确和很精确。任何误对中都不可避免地导致需要重对中。一般地，探测器和/或射线束限制装置必须在每个单次测量前被对中。这既花费大又耗时间。另外，或许必须提供特别的对中装置，例如光学对中装置。
发明概述
因此，本发明的一个目的是，提供一种能比现有技术的装置又容易又迅速对中的平面束射线照相装置。
本发明在这方面的一个特别目的是，提供这样的平面束射线照相装置，为较快速并因此而较便宜的测量使用。
本发明的另一个目的是，提供这样的平面束射线照相装置，它是有效的、准确的和可靠的，可以以简单且成本有效的方式来实现。
本发明的再另一个目的是，提供相对射线源对中探测器的方法。该方法比现有技术的对中方法容易且迅速。
其中这些目的借助在所附的权利要求中所述的装置和方法来达到。
从以下用附图表明的优选的发明实施例的详细说明中，本发明的另外一些特征和其优点将是明显的。
附图的简要明
根据以下给出的本发明实施例的详细说明和附图1-4，本发明将成为完全被理解的。只按举例说明的方式给出这些附图，因此并非限制本发明。
图1示出一个带有切开的探测器零件的侧剖面视图，原理上表示一个按照本发明第一实施例的平面束射线照相装置。
图2示出一个带有切开的探测器零件的顶剖面视图，原理上表示图1的装置。
图3示出一个带有切开的探测器零件的侧剖面视图，原理上表示一个按照本发明第二实施例的平面束射线照相装置。
图4示出一个带有切开的探测器零件的顶剖面视图，原理上表示图3的装置。
优选实施例的详细说明
参照图1和图2分别示出带有切开的探测器零件的侧剖面视图和顶剖面视图，原理上表示平面束射线的照相装置，说明本发明的第一
实施例。
平面束射线照相装置包括一个射线探测器9和可电离物质27。射线探测器9分别包括一个基本是平面的阴极23和阳极25。在阴极23和阳极25之间能够加上一个电压。可电离的物质27布置在阴极23和阳极25之间。一般把电极23和25以及可电离的物质27封在机壳17内。还包括一个具有细长射线可透过的缝21的射线束限制装置20。缝21与电极23和25基本平行延伸，使射线能进入在电极之间并与电极平行的小路。装置20例如可以是一个薄的准直器或类似物。它的用途是限制射线束，并因此射线曝露于探测器，而不必完全准直射线束。进入探测器装置的发散平面束实际上不是问题。发散射线具有高的通过电极表面的概率，将不在可电离物质27中被吸收，因而不影响被探测的信号。另外，按将在下面详细解释的，装置20可以改进探测信号的空间分辨率。
可电离物质27可以是一种气体或者气体混合物。气体混合物，例如包含90％氪和10％二氧化碳，或者例如包含80％氙和20％二氧化碳。气体可处在压力下，最好在1-20大气压的范围。因此，机壳17最好是装有射线可透过材料的射线进入窗口的气密的机壳。另一方面，可电离物质27是一种半导体材料，例如硅或者高Z半导体材料。
阳极25包括并列安排的多个细长导电垫片26，在图2上清楚可见。垫片26最好互相电绝缘地安排在电介质衬底上。阳极25也构成探测器的读出装置，因此导电垫片26构成读出元件，用于向阳极25漂移或加速的电子的一维映像。另一方面，提供一个单独的读出装置，或者，可以在阳极25附近、阴极23附近或其它地方安排一个单独的读出装置。一般地，用电介质层或类似物将这样的读出装置与电极隔开。
应认识到，按对任何进入射线的发散进行补偿的方式来安排读出元件。因此，可以以扇形布置来安排读出元件，其中每个元件对着进入射线的射线源。
另外，读出装置连接到信号处理装置(未示出)。以对被收集的信号数据进行必要的和/或要求的后期处理。最好是，再用单独的信号导管将读出元件26单独地连接到信号处理电路。为显示被处理的信号数据，提供一个信号显示单元(也未示出)。
在工作中，一个平面束的射线经过射线束限制装置20的缝21进入到可电离的物质，所说的射线电离可电离的物质27。在阴极23和阳极25之间加一个电压，产生电场，使得从电离中释放(经基本反应和辅助反应)的电子向阳极25漂移。相应产生的正电荷载流子(即离子或洞穴)向阴极23漂移。这些电子在阳极或读出元件26感应出电脉冲。在每个读出元件具有其单独的到信号处理器的信号导管时，这些电脉冲被单独探测。然后，信号处理电子线路处理这些脉冲；它有可能形成脉冲，并从每个读出元件累计或数这些脉冲。因此，正电荷载流子感应出脉冲，这些脉冲可轮流地或附加地被探测。
应认识到，电极之间的电场可以高到足以引起电子倍增，即释放电子雪崩放大，以便借此提供具有大信噪比的强信号。可以任选地在电极23、25之间提供任何种类的雪崩电极装置，以便推进或提供电子倍增功能。
通过提供一维阵列的读出元件26获得一个射线探测器。其中，主要可从入射射线面的横向分离处的电离得到的电荷载流子，可单独探测。因此，探测器为一维成像提供。
为更容易对中探测器9，平面束射线照相装置包括一个线形电离射线源13，最好是X射线源。电离射线源如此取向，使得它基本上与探测器9的射线入口缝21的延伸相垂直延伸。从射线源13发出的发散射线束11使这种作用成为可能，即，借助射线入口缝21，在与线形射线源13的延伸方向正交的平面内，产生板形射线束22，发散的或准直的。于是，板形射线束22能够进入到探测器9，同那里的可电离物质27互相作用。
另外，要被成像的物体15安排在射线源13和探测器9之间的射线束11的幅射路径中。物体15最好不是有机生命体，而是其它研究中的材料，因为物体曝露于可观的射线剂量。另一方面，如此安排射线源和探测器，使按反射离开物体15的射线束11冲击到探测器9上，并且它的一部分经入口缝进入(未示出)。
用这样条件(即，互取向)，探测器9相对于射线源的对中是相当便利的。在图1上原理性地表示这种情况，即通过被箭头29规定的探测器9在基本上与中心轴19垂直的方向上可能移动。同时，探测器仍旧“看见”射线源，并因此被保持在同射线源对中之中。这里最好假定物体是比较大的或者比射线源的尺寸大。否则，物体对允许的对中允差加以限制。
如果要把图1的安排用于有机生命体或其一部分的成像，例如患者身体部分，射线源13具有最大允许长度，使得照射到有机体的射线剂量不超过预定的水平，例如允许的限值。
线形射线源13最好具有至少0.1mm的长度，更好的是至少1mm的长度，再更好的是至少10mm的长度，最最好是约50mm的长度。线形射线源13的宽度可以从，例如，0.05mm到2mm变化，一般为0.1mm左右。但是，应认识到，本发明不受限于这些给出的焦斑尺寸。
细长射线入口缝21具有的高度，即箭头29方向上的尺寸，最好是0.01-5mm，更好是0.02-1mm，更最好是0.02-0.3mm，最最好是约0.05mm。厚度，即在进入探测器9的射线22的方向上的尺寸，最好是0.01-5mm，更好是0.05-1mm，更最好是0.05-0.3mm。
射线入口缝21的长度，即在与箭头29方向和与进入探测器9的射线22的方向垂直的方向上的尺寸，可以分布在一个极大间隔内，取决于其中要使用该装置的应用。一般地，但是，入口缝21的长度一般比其高度大得多。缝的长度应是能够覆盖探测器宽度或至少其基本部分那样长。
要注意到，射线入口缝21的功能不是主要完全准直束，而是形成一个射线的平面板。实际上，该射线的平面板可以是发散的，即，该平面板随距离变得越来越厚，并以此限制照射到探测器的射线。另外，射线入口缝21可以改进得到的空间分辨率。
考虑一个电离探测器。这个电离探测器，与其内电极距离(即在箭头29方向上的阴极23和阳极25之间的距离)比较，很长(即沿射线束的尺寸)，并很宽(即与射线束和与图3的箭头29垂直的尺寸)。示例性的尺寸可包括约50mm的探测器长度和探测器宽度以及约0.5mm的内电极距离。在这样的一个探测器中，有效的或敏感的体积由射线入口缝21的高度，由内电极距离，或者由探测器几何形状和所加的电压绘出。在所说的有效的或敏感的体积中，在主要程度上对探测信号有贡献的电子被释放。
要区分两种情况：
1.不用雪崩放大的探测器
2.用雪崩放大的探测器
在第一种情况下，如果射线入口缝21的高度比内电极距离大，由内电极距离给出在箭头29方向上的空间分辨率；如果不大，由射线入口缝21的高度给出。
在第二种情况下，如果射线入口缝21的高度比敏感体积大，由探测器几何形状和所加的电压给出在箭头29方向上的空间分辨率；如果不大，由射线入口缝的高度给出。敏感体积的厚度依赖于探测器的几何形状和所加的电压。由于在雪崩探测器中实现的强指数放大，接近阴极的释放电子将比接近阳极的释放电子放大得多，这因为前者在放大体积内传播较长的距离，并因此对信号贡献更大。对于0.5mm的内电极间隙，敏感体积的典型厚度大约为100微米(位于邻近阴极)。
应注意到，通过射线入口缝21的发散射线很大程度上由电极鉴别，并因此原则上探测的信号基本上起源于与电极表面平行的射线。特别对于长探测器这种情况成立。在长探测器中，射线也在离射线入口缝21的相当大距离上被吸收。
因此，通过使用带有具有比敏感体积的厚度小或小得多的高度的射线入口缝(21)的探测器装置，可以获得具有改进的或很大改进的空间分辨率的探测器装置。
另外，一般通过扫描获得二维图像。最好以围绕任何轴(但最好是通过X-射线源或其附近的一个轴)的枢轴旋转运动进行扫描。扫描也可以是在箭头29方向上的横切。在不同位置进行的测量提供每个经过物体15的特定接片的信息，并因此可以重构二维图像，而不需要移动射线源13或要被成像的物体15。在射线源13可能具有沿其延伸变化的强度和波长谱的情况下，可以应用不同的技术补偿这种情况。
应认识到，可以将多个有创造力的探测器9互相并列地堆积起来。用这样条件可以进行多线扫描。这样减少总扫描距离以及扫描时间。在这方面另外参考我们共同进行的瑞典专利申请0000388-9，标题为“用于电离射线探测的探测器和方法”，2000年2月8日申请过。特此作为参考引进所说的申请。
将参照图3和图4说明本发明的第二实施例。图3和图4分 用带有切开的探测器零件的侧剖面视图和顶剖面视图原理上表示平面束射线照相装置。关于下述特征，该第二实施例与以前的实施例不同。
图3和图4的装置还包括第二射线束限制装置31。第二射线束限制装置31具有一个其本上与探测器9的入口缝21平行延伸的延长射线透过缝32。射线束限制装置31被安排在射线源13要被成像的物体15之间，使得来自射线源13的射线束11首先被射线束限制装置31限制。通过射线束限制装置31的射线束(在图3和图4上标志为11’)经要被成像的物体15传输。探测器9的入口缝21作为第二束限制器工作，进一步限制射线束。进入到探测器9的平面射线束如同在标志为22的前述的实施例中工作。
射线束限制装置缝32的尺寸最好与探测器射线入口缝21的尺寸相同。
探测器9和射线束限制装置31互相相对和相对射线源的对中比在图1和图2的实施例中所需要的对中稍微复杂。探测器9或射线束限制装置31的任何一个都首先相对射线源对中(探测器9和射线束限制装置31的对中移动分别为箭头29和箭头33所表明)。这个对中是容易的，如同充分对中探测器或射线束限制装置31以便得到到探测器中或经过射线束限制装置的平面射线束。这样对中容易直接依赖于射线源的延伸(要不然成像非常小的物体在这方面要加以限制)。接着，把另一个探测器或射线束限制装置31对中到那里。这个对中必须更准确地进行。
在该第二实施例中，大量的从射线源13发射的射线11被屏蔽，避免到达物体15。因此，该实施例对诊断用途是合适的，因为患者剂量会是较低。
然而，与当使用点形射线源时的情况比较，物体15被照射较高剂量。因此，足以表明，射线源越长，对中越容易，而射线源越长，曝露于物体15的射线越高。因此，对每种应用都存在一个最佳射线源13长度。
因此，如何选择适当的射线源是至关重要的任务。一种方法是，使用一个最大射线源长度，这个长度满足给定的最大允许照射射线剂量。
在一般情况下，可以确定有关对中容易性的第一成本函数。其中，长射线线形射线源提供比短线形射线源低的成本。相应地确定有关照射到物体15的射线剂量的第二成本函数。其中，长线形射线源提供比短线形射线源高的成本。为找到给出成本函数的最佳射线源，计算这些成本函数之和。之后，选线形射线源13的长度，使成本函数之和最小。
应认识到，为说明目的，大大简化了如图上所示的束形。在一般情况下，射线束的发散计算很复杂，如本专业技术人员所非常认可的。
显然，可以用许多方式改变本发明。这样的改变将不被认为偏离本发明的范围。所有这些修改，对本专业技术人员来说是明显的，被企图包括在所附的权利要求的范围内。
Claims (20)
1.一种平面束射线照相装置，包括电离射线源(13)和电离射线探测器(9)；
-所说的电离射线源是线形的，并基本上在第一方向延伸；以及
-所说的电离射线探测器包括一个基本上在第二方向延伸的细长射线进口缝(21)，并被安排为从所说的射线源经所说的射线进口缝进入所说的探测器的射线的一维探测，
特征是，
-所说的第一方向和第二方向基本上是垂直的，
-所说的电离射线探测器包括一种可激发的或可电离的物质(27)，所说的物质被这样安排，使得经所说的射线进口缝进入所说的探测器的所说的射线能够进入所说的物质；以及一个读出装置(25)，用于在基本上与所说的进入射线垂直的方向上探测在所说的可电离物质电离期间生成的电荷载流子或相继所说的可激发物质的激发释放的辐射量子。
2.如在权利要求1中所述的装置，其中，所说的电离射线源和所说的电离射线探测器被这样安排，使得来自传输通过或被反射离开要被成像的，最好是一个患者或其一部分的物体(15)的所说的电离射线源的射线能够经过所说的射线进口缝进入所说的探测器。
3.如在权利要求2中所述的装置，其中，所说的电离射线源基本上在所说的第一方向上有延伸，使得照射到所说的物体的射线剂量不超过允许的限值。
4.如在权利要求2或3中所述的装置，还包括一个具有一个同所说的第二方向基本平行延伸的细长射线透过缝(32)的射线束限制装置(31)，所说的射线束限制装置被安排在所说的射线源和要被成像的物体之间，使得来自所说的射线源且传输经过或反射离开要被成像的物体并经射线进口缝进入到探测器中的所说的射线最初通过所说的射线束限制装置的所说的射线透过缝。
5.如在权利要求4中所述的装置，其中，所说的同所说的细长进口缝基本平行延伸的细长射线透过缝在所说的第一方向上具有0.01-5mm的尺寸，最好是0.02-1mm的尺寸，更好是0.02-0.3mm的尺寸，最最好是约0.05mm的尺寸。
6.如在权利要求1-5的任何一个中所述的装置，其中，所说的电离射线源基本上在所说的第一方向上有至少0.1mm的延伸，最好是至少1mm的延伸，更好是至少10mm的延伸，最最好是约50mm的延伸。
7.如在权利要求1-6的任何一个中所述的装置，其中，基本上在第二方向上延伸的所说的细长射线进口缝具有0.01-5mm的高度，即在所说的第一方向上的尺寸，最好是0.02-1mm的，更好是0.02-0.3mm的，最最好是约0.05mm的。
8.如在权利要求1-5的任何一个中所述的装置，其中，基本上在第二方向上延伸的所说的细长射线进口缝具有0.01-5mm的厚度，即在第三方向上的尺寸，最好是0.05-1mm的，更好是0.05-0.3mm的，所说的第三方向与所说的第一方向和所说的第二方向垂直。
9.如在权利要求1-8的任何一个中所述的装置，其中，所说的细长射线进口缝(21)在与线形射线源(13)的延伸方向正交的平面上产生一个来自所说的射线源的射线的板形射线束(22)。
10.如权利要求1-9的任何一个中所述的装置，其中，所说的电离射线探测器包括一个雪崩放大器。
11.如权利要求1-10的任何一个中所述的装置，其中，所说的电离射线探测器包括一个阴极(23)和一个阳极(25)，并具有敏感体积在其中发生贡献于探测的主要部分的所说的物质的电离或激发，所说的敏感体积在所说的第一和第二方向上及在与所说的第一和第二方向垂直的第三方向上具有尺寸，其中在所说的第二和第三方向上的尺寸比在所说的第一方向上的尺寸大得多。
12.如在权利要求11中所述的装置，其中，基本上在所说的第二方向上延伸的所说的细长射线进口缝在所说的第二方向上具有尺寸，该尺寸基本上与所说的敏感体积在所说的第二方向上的尺寸相同。
13.如在权利要求11或12中所述的装置，其中，基本上在所说的第二方向上延伸的所说的细长射线进口缝在所说的第三方向上具有尺寸，该尺寸比所说的敏感体积在所说的第三方向上的尺寸小，从而通过所说的第三方向上的细长射线进口缝的尺寸来调整探测器在所说的第三维度上的探测空间分辨率。
14.如权利要求1-11的任何一个中所述的装置，其中，所说的细长射线进口缝限制进入到所说的探测器的射线，并因此改进所说的探测的空间分辨率。
15.一种相对射线源(13)对中电离射线探测器(9)的方法，
-所说的电离射线探测器包括一个基本上在第一方向延伸的细长射线进口缝(21)，并被安排为经所说的射线进口缝进入所说的探测器的射线的一维探测；以及
-所说的电离射线源是线形的，并基本上在第二方向延伸，
以下列步骤为特征：
-互相相对安排所说的电离射线探测器和所说的电离射线源，使得所说的第一和第二方向基本上是垂直的；
-相对所说的电离射线源对中所说的电离射线探测器，使得来自所说的X-射线源的射线经所说的射线进口缝进入所说的探测器；
-在所说的电离射线探测器中安排一种可激发的或可电离的物质(27)，使得经所说的射线进口缝进入所说的探测器的所说的射线能够进入所说的物质；以及
-在基本上与所说的进入射线垂直的方向上探测电荷载流子，这些载流子是在所说的可电离物质或相继所说的可激发物质的激发释放的辐射量子的电离期间生成的。
16.如在权利要求15中所述的方法，其中，在进入所说的探测器之前，从所说的电离射线源经所说的射线进口缝进入所说的探测器的射线通过或散射离开要被成像的物体(15)，最好是一个患者或其一部分。
17.如在权利要求15或16中所述的方法，其中，在通过或散射离开要被成像的物体之前，从所说的电离射线源经所说的射线进口缝进入所说的探测器的所说的电离射线通过基本上同所说的第二射线进口缝平行延伸的细长射线透过射线束限制装置缝(32)。
18.如在权利要求16或17中所述的方法，其中，选择所说的电离射线源基本上在所说的第一方向上延伸，使得照射到所说的物体的射线剂量不超过允许的限值。
19.如在权利要求16-18的任何一个中所述的方法，包括下列步骤：
-提供有关对中容易性的第一成本函数，其中，长射线线形射线源提供比短线形射线源低的成本；
-提供有关照射到所说的物体的射线剂量的第二成本函数，其中，长线形射线源提供比短线形射线源高的成本；
-计算所说的第一和第二成本函数之和；并且
-选择所说的线形射线源的长度，使得所说的第一和第二成本函数之和最小。
20.如在权利要求15-19的任何一个中所述的方法，包括这样步骤，即，借助所说的细长射线进口缝(21)，在与线形射线源(13)的延伸方向正交的平面内，产生来自所说的射线源的射线的板形射线束(22)。
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