CN1658794A - 检测电离辐射的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测电离辐射的方法，包括步骤：(i)将电离辐射朝着要被检测的对象(7)导向；(ii)使康普顿散射辐射(3a、3c)，优选所述对象中至少99％的康普顿散射辐射不被检测到；和(iii)检测在透过所述对象时空间解析的电离辐射，以反映所述对象的空间解析密度，其中在一频谱范围内提供所述电离辐射，使得所述电离辐射被康普顿散射的光子多于、优选非常多于在所述对象中通过光电效应被吸收的光子，从而减少对所述对象的辐射剂量。

Description

检测电离辐射的方法和装置
发明领域
本发明涉及一种用于检测电离辐射的方法和装置。
发明背景和相关技术
本领域熟知的射线照相成像检测器包括一个小的传感器阵列，以获取辐射产生的图像。经过辐射吸收对象时，准直辐射光束被强度调制，并且于是所探测到该透射光束表示该对象所吸收的倒像，其又涉及到对象的元素成分、密度和厚度。
从被成像的对象中散射出的X射线会恶化所捕获的X射线图像中的对比度和空间分辨率。长期以来，在通过所传输的还没有与对象发生作用的X射线时，人们广泛使用吸收散射X射线的抗散射栅格或所谓的Bucky栅格，例如参见Bucky 1951的US 1,164,987，Lee等人2001的US 6,181,773B1，以及其中的参考文献。然而典型地，Bucky栅格只能将散射减少至其总强度的30％或20％。同时Bucky栅格也衰减那些没有偏斜透射的X射线。
最近，开发出一种使用双检测器或双能量方法减少散射X射线量的更精密的方法，参见Chao的US 6,134,297以及其中的参考文献。
而且为了提高对比度，在用于射线照相目的之前，来自X射线管的宽带辐射被很大程度地滤波。众所周知，在典型使用的X射线光子能时，随着X射线光子能的增加，光电吸收按照幂律减少，而散射增加。
当能量高于大约20keV时，软组织光电的吸收快速减少，并且这种更高能量的X射线辐射对记录的图像并没有多少作用，而是减少了图像中的对比度。于是，要将较高的能量从辐射中滤波出来。当然，要由对象的元素组成、密度和厚度来决定光子能的最佳选择。
更进一步，较低能量的X射线辐射几乎完全被吸收到组织中，而且于是对所检测的图像没有作用，而只是增加了对象所被曝光的辐射剂量。因此，较低的能量也要从辐射中滤波出来，软组织应用典型地采用大约以18keV为中心的窄带辐射，例如：乳房X线照相术。
最后，在所有当前的X射线检测器中，随着X射线能量的增加，检测X射线的效率就快速降低。而且，位置分辨率随着X射线能量的增加而降低。
在US5,090,040、US4,864,594、US4,611,341、EP0,398,029A1和US5,247,560中描述了现有技术检测器的范例。
发明概述
已知种类的这些方法的问题是，大多数X射线管在这种诸如20keV的低光子能量下效率较低，即每单位功率提供给射线管的X射线数目较低。
而且，所有的X射线管在较宽的能谱范围内发射辐射。为了建立窄带辐射，典型地使用金属箔从X射线管对辐射进行滤波。这就可以将能谱变窄，但是这也减少了所选择的窄带内X射线的通量。于是，向X射线管施加大的负载，以在滤波器之后得到合理的辐射通量。而且相对较低的通量以相反的方式影响曝光时间，即使其更长，这显然限制了该技术的可应用性。
光电吸收衰减系数μPE与能量E之间具有较强的依赖关系，这就导致适合于X射线成像对象的不太理想的动态范围较窄。X射线通过对象的透射表示如下式：
               透射＝exp(μPE(E，Z)*ρ*t)
其中μPE是被检查材料的光电吸收系数，ρ是该材料的密度，t是该材料的厚度。由于该透射与μ×ρ×t的乘积成指数关系，因此X射线成像只适合的对象是该乘积在所要成像的对象上变化到受限程度的时候。该乘积的变化太大，导致在该乘积显著大于平均值的区域曝光不足，在乘积显著小于平均值的区域过曝光。光电吸收的吸收系数μPE同样与正被检测材料的原子序数Z关系密切，一般是幂关系Z2-3。因此对象元素组成中少量的变化会使得乘积μ×ρ×t显著改变，并使得图像的某些区域很容易就曝光不足或过曝光。
目前在X射线管与待检查的对象之间使用的厚滤波器会产生许多散射的X射线，它们透射通过对象并使得X射线图片出现污点。
当设计射线照相成像检测器的时候另一点需要高度注意的是辐射到患者的辐射剂量。虽然在最近几十年中开发的有效的准直器、适当的滤波器、以及灵敏的检测器阵列已有效地减少了患者受到的辐射剂量，但是还需要大大减少剂量。在当今的检测器设计中，进一步减少剂量是主要考虑的因素。
因此本发明的主要目的是提供一种用于检测电离辐射的方法和设备，其克服了与现有技术相关的上述问题。
关于这一点，本发明特别的目的是提供这样一种方法和这样一种设备，其在待检测的对象中只产生少量的能量沉积。
本发明进一步的目的是提供这样一种方法和这样一种设备，其有可能使用宽带辐射进行测量。
本发明再进一步的目的是提供这样一种方法和这样一种设备，其中使用特定范围中的辐射，其中图像的某些区域曝光不足或过曝光的风险被减少。
本发明再进一步的目的是提供这样一种方法和这样一种设备，其中可以高效地检测较宽能量范围上的X射线，特别是高的X射线能量。
本发明进一步的目的是提供一种检测器，对于该检测器位置分辨率在高X射线能量下并不降低。
通过所附权利要求中所要求的方法和设备来实现这些以及其它目的。
本发明人发现通过阻止检测到康普顿(Compton)散射辐射，并通过提供特定范围内的电离辐射，使得被康普顿散射的电离辐射的光子比被通过在所述对象中的光电效应吸收的光子多、优选要多的多，从而开启了放射学的一个全新领域。由于散射的概率对于宽频谱X射线能量基本上相同，因此可以使用来自X射线源的包括高能辐射至甚高能的辐射的宽带辐射进行检测。
换言之，本发明人提出一种全新的成像方式，包括：(i)使电离辐射光子与对象作用，其中该电离辐射只能透过对象或者在对象内被康普顿散射；和(ii)只检测已透过对象、空间解析的电离辐射光子。实际上，这是通过(i)使用高能光子(消除或至少大大减少光电吸收的出现)，和(ii)防止检测到全部的或至少绝大多数在对象中被散射的电离辐射光子实现的。
进一步，如果光电吸收可被忽略、或者至少非常低，就不必要考虑材料中能量与吸收过程的关系。
除此之外，散射的X射线光子在患者中只沉积其能量的一小部分，而光电吸收的X射线光子沉积其全部的能量。因此，通过利用散射的X射线而不是光电吸收的X射线进行成像，大大减少了患者受到的辐射剂量。
本发明进一步的优势是如果使用宽带辐射检测，对厚滤波器的要求就更少，X射线管的效率增加，X射线管上的负载可以降低，并可以减少曝光时间(由于具有更高的X射线光子通量)。
更进一步的优势是如果采用的光子能量足够高，使得所捕获图像中的变化基本上是由于对象中的康普顿散射产生的，假设对象的厚度是常数，或者是已知的并被校正过，这些变化只是由于对象的密度产生的。这是真实的，由于在10-300KeV的光子能量的康普顿散射的衰减系数与原子序数和光子能量关系微弱。这与光电吸收形成强烈的对比，光电吸收与能量、特别是原子序数密切相关。
本发明更进一步的优势是所得到的X射线图像是对象中密度变化的图像。该图像可以与常规X射线图像结合，其描述了对象中密度和元素组成(Z)的组合的变化。从这两幅图像可以推出第三图像，其只描述对象的元素组成(Z)。
通过本发明可以获得上述优势和特征，然而还可以得到比得上使用根据现有技术的检测器得到的图像质量的图像质量。
可以通过一维气体电离检测器防止检测到康普顿散射辐射，该检测器包括中间有可电离气体的两个电极，和辐射入口，其设置使得所述电离辐射进入该电极之间的所述检测器侧边，并且通过电离辐射与气体之间的作用所释放的电子在基本上与其垂直的方向上被加速，其中电极之间的距离保持短，使得基本上只允许准直在电极之间平面中的辐射可以电离所述气体。电极之间的距离可以低于大约2mm，优选的低于大约1mm，更优选的低于大约0.5mm，并且最优选的在大约0.1mm与0.5mm之间。电极可以为1-50cm，并且优选的为3-10cm深(在入射X射线辐射的方向)。
本申请人最近已经开始从试验上验证本发明，并且使用高能X射线的宽X射线谱，已经观测得到很好的对比，而常规检测器系统在这种条件下完全不能够看到任何结构。可以相信上述一维气体电离检测器区分开了超过99％的散射光子；并且通过适当的设计可以认为阻止了大约99.9％或更多的散射光子被检测到。
而且本发明可以用于还要更高的光子能量，并且在保留的上面提到的优点出现偶的产生。这种高能检测可以用于各种领域中材料的非破坏性测试，以及用于医疗应用中，例如肿瘤学。
而且从此后所给出的本发明优选实施例的详述和附图1-5，可以明显得出本发明的特征及其优势，其只是通过说明的方式给出，从而不对本发明具有限定性。
附图简述
图1的示意图描述了人体组织的光电吸收、康普顿散射、电子偶的产生和总衰减系数作为X射线光子能量的函数的曲线；根据现有技术的典型X射线源的连续X射线谱，和本发明中使用的连续X射线谱。
图2示意性的描述了根据本发明一般实施例的射线照相装置的侧视图。
图3示意性的描述了本发明中使用的检测器装置的实施例的横断面侧视图。
图4示意性的描述了图3的检测器的正面图，其中部分移开了入口装置。
图5示意性的描述了本发明中使用的检测器装置的另一实施例的透视图。
优选实施例的描述
图1的示意图描述了人体软组织的光电吸收、康普顿散射、电子偶产生和总衰减系数μPE、μCS、μPR、μTOT作为X射线光子能量E的函数的曲线，如图1中可见，光电衰减系数μPE随着光子能量呈幂关系下降，并且在大约25KeV的时候，康普顿散射衰减系数μCS与光电吸收衰减系数μPE相当。在大约30至几百KeV之间，康普顿散射衰减系数μCS完全占主导，而在更高(1MeV数量级)的光子能量时，电子偶产生的概率迅速增加，并成为主导的作用过程。进一步，注意到在大约30至几百KeV之间康普顿散射衰减系数μCS几乎为常数。而图1描述的范例仅用于人体软组织，该图表的相对整体结构对许多情况都保持不变。
在图1中也描述了典型的连续X射线谱，其来自于30kV的基于钨的X射线管，并用根据现有技术(虚线)的铑滤波器滤波，例如用于乳房X线照相检查，以及来自于80kV的基于钨的X射线管的X射线谱，但其根据本发明(实线)被铁滤波器滤波用于同样的应用。由于对所要记录的图像中对比度的要求，以及与能量密切相关的光电吸收，现有技术滤波后的频谱较窄。本发明滤波后的频谱较宽，并朝向更高的光子能量转移，如下进一步所述。
图2示意性的描述了根据本发明一般实施例的射线照相设备的侧视图。从左向右该设备包括：X射线源1、滤波器装置4、源孔径或准直仪5、抗散射装置8、检测器孔径或准直仪9、和检测器装置11。该源孔径5、抗散射装置8和检测器孔径9是任选的。
X射线源优选的是X射线管，其在较宽能谱范围内发射X射线辐射束。该束借助在X射线源1的输出处的滤波器装置4被滤波。滤波器装置4与常规滤波器的不同在于其传送更高的能量，并且优选的具有宽得多的频谱，例如图1中所示。被滤波的该辐射束接着通过源孔径5，以准直该束。优选的，源孔径5的形状和大小与特定大小和种类的检测器装置11配合。于是，给定一维检测器装置，源孔径5被设计具有狭缝状的透辐射窗，给定矩形二维检测器装置，源孔径5优选设计为具有矩形透辐射窗。
源孔径5用来减少患者受到的辐射剂量，这通过产生只照射检测器装置11的敏感区域的扇形X射线束而实现。在对象受到的辐射剂量不是重点的应用中，例如在工业应用中，源孔径5可以省去。
被滤波和光学准直后的辐射束3进入对象区域，其中所要成像的对象7位于这里。在对象7中某些光子可以被光电吸收，某些会被Raleigh和Compton散射(如图1中的射线3a所示)，并且某些光子在电子偶的产生过程中可以被转换为电子和正电子，其中这些电子和正电子可能引起X射线光子的发射(如图1中射线3b所示)。这些各种过程取决于对象7的元素组成、密度和厚度以及入射辐射束3的能量。
透过对象7而没有被偏转的辐射束通过抗散射装置8和检测器孔径9，并接着被检测器装置11检测到，而防止检测到被散射的辐射。然而典型的，少量的散射辐射可能进入检测器装置11，并使得记录的图像变模糊。
根据本发明，滤波器装置4与被成像对象7的元素组成、密度和厚度配合的方式使得在滤波时辐射束处于一频谱范围内，从而使得发生康普顿散射的滤波后辐射束光子要比在对象7中通过光电效应被吸收的光子多。
在人体软组织的情况下，诸如胸部组织，滤波后的辐射宽带X辐射可以位于10至300keV之间(即类似于图1中的宽带辐射线谱)，其优选位于20至100keV之间，并且更优选在30keV以上。
在其它实例中，滤波后的辐射是射线，优选高于或大大高于30keV的宽带辐射的辐射。
优选地，该滤波的辐射位于的频谱范围使得，发生康普顿散射的被滤波辐射光子是在对象7中通过光电效应被吸收的光子的至少2倍，更优选至少5倍，并且最优选至少10倍。
表1中给出了在不同的医学应用中不同种类的对象被成像时的截止能量值。50％的截止能量值表示大约50％的滤波辐射被康普顿散射而大约50％的滤波辐射通过光电效应在软组织、血液、骨骼和碘(作为体内中的对比介质)中被吸收时的能量值。
90％的截止能量值表示大约90％的滤波辐射被康普顿散射而10％的滤波辐射通过光电效应在软组织、血液、骨骼和碘中被吸收时的能量值。
截止能量典型地与成像对象的厚度无关。
当使用滤波的宽带辐射时，几乎所有的光子必须具有高于50％截止能量的能量以获得频谱范围内的辐射，该范围使得滤波后的宽带辐射发生康普顿散射的光子要比在对象7中通过光电效应被吸收的光子多。为了实现这一条件，X射线管1的电压一般必须比不使用具有甚高的较低截止能量的特殊滤波器时的高3-5倍。然而，在这种情况下得到的辐射通量非常低。
表1 在不同的医疗应用中，不同种类的对象被成像时的截止能量
软组织 血液 骨骼 碘(作为对比介质)
50％截止(keV) 22 30 85 300
90％截止(keV) 28 38 110 400
相似的，几乎滤波宽带辐射的所有光子必须具有高于90％截止能量的能量才能获得频谱范围内的辐射，该范围使得滤波后的宽带辐射发生康普顿散射的光子是在对象7中通过光电效应被吸收的光子的9倍。
滤波器装置4可以滤出低能量辐射，并允许高能辐射通过。当然，滤波器的选择取决于特定的应用，例如取决于所需要的X射线源和辐射通量。
如果可能，滤波后的辐射应位于的频谱范围应该使得在对象7中基本上不出现光电吸收。
通过主要使用大量的散射辐射，尤其是康普顿散射辐射来代替光电吸收的辐射作为所记录图像的信号影响源，具有许多优点。
·由于辐射主要散射离开对象，而不是被吸收在其中，就减少了对象受到的辐射剂量。在50keV的光子能量时，相比于光电吸收的光子，康普顿散射的光子只沉积大约了10％的能量。
·因为辐射不是必须被太强烈的过滤(由于康普顿散射衰减系数相比于光电吸收衰减系数)，所该滤波器可以做的更薄。
·在薄滤波器中比在厚滤波器中散射的辐射较少，这意味着从滤波器装置4散射的辐射比用常规滤波器装置散射的辐射更少。
·X射线管的效率增加了，因为可使用更大部分的发射频谱。这就意味着X射线管上的负载可以降低。
·曝光时间可以减少，因为可以得到更高的X射线光子通量。
·康普顿散射的衰减系数在10-300keV的光子能量时与原子序数和光子能量的依赖关系较弱，假设对象的厚度是常数、或已知并被修正，因此所捕获图像中的变化基本上只是由于对象密度中的变化引起的。
后一属性可以与常规检测器结合使用，以产生基本上只描述对象元素组成的图像，只要对象的厚度已知。如上所述，从散射辐射，尤其是康普顿散射辐射可以得到基本上只描述对象密度变化的第一X射线图像，而通过任何已知技术可以得到常规的描述结合了对象密度和元素组成的变化的第二X射线图像。最后可以从第一和第二X射线图像构建出基本上只描述对象元素组成的第三X射线图像。
在现有技术的其中主要通过对象7中的光电吸收产生图像的装置中，通过对象7的透射表示如下：
               TPE＝exp(μPE(E，Z)*ρ*t)
其中μPE是所检查材料的光电吸收系数，ρ是该材料的密度，t是该材料的厚度。
通过定义，对象11的透射TPE如下：
                 TPE＝#γOUT-PE/#γIN-PE
其中#γIN-PE是在特定位置进入对象的X射线的数目，并且#γOUT-PE是透过对象、没有被光电吸收的X射线的数目。#γOUT-PE与在现有技术的检测器中(在修正了与能量有关的检测器效率以及检测器中可能与能量有关的信号强度之后)检测到的光子数目#γDET-PE成比例。
在主要通过对象7中的康普顿散射产生图像的本发明中，以相似的方式给出穿过对象7的透射，如下：
                TCS＝exp(μCS*ρ*t)
其中μCS是所检查材料的康普顿散射衰减系数。
以相似的方式给出对象11的透射TCS，如下：
                TCS＝#γOUT-CS/#γIN-CS
其中#γIN-CS是在特定位置进入对象的X射线的数目，并且#γOUT-CS是透过对象、没有被康普顿散射的X射线的数目。#γOUT-CS与在检测器11中(在修正了与能量有关的检测器效率以及检测器中可能与能量有关的信号强度之后)检测到的光子数目#γDET-CS成比例。
如上所述，通过(逐象素地)组合每一图像中的信号，由此可以确定对象7的每一位置的元素组成。在本发明的替换实施例中，滤波器装置4的滤波功能取决于待成像的对象7，使得被滤波的辐射3位于一频谱范围之内，使得在电子偶产生过程中被转换为电子和正电子的光子比在对象7中通过光电效应被吸收的光子多；并且检测器装置11被布置为阻止源自对象7中电子偶产生的辐射被检测到。这种高能检测可以用于许多领域中对材料进行的非破坏性测试，以及医学领域，例如肿瘤学。
为了让本发明恰当的工作，必须从特别大的程度上将散射辐射区分开，使其不被检测到。优选对象7中至少90％的康普顿散射辐射被阻止，使其不被检测到，更优选阻止至少99％，并且最优选阻止至少99.9％的康普顿散射辐射。
本发明者最近已经开发出一种可以实现该要求的检测器装置，下面参照图3-4对其进行描述。
检测器装置11被取向以使这里是平面辐射束的X射线束3进入位于阴极23和阳极24之间并与之平行的侧边。在检测器装置11的前面设有狭缝状的孔径9和透辐射窗21，以形成X射线束3进入检测器装置11的入口。狭缝状的孔径9可以是例如钨的金属箔，其中蚀刻或剪切有薄狭缝；透辐射窗21可以是薄塑料或碳纤维箔。
优选的，电极23、24和窗口21以及侧壁一起限定一个气密性密腔25，其可以填充可电离气体或气体混合物。可替换的，电极23、24设置在外部气密性外壳(未示出)内部。可电离气体或气体混合物可以例如包括处于压力下的氪和二氧化碳或氙和二氧化碳，其压力优选位于1-20atm的范围。
高电压直流电源单元(在图3-4中未示出)用于将阴极23和阳极24保持在适当的电势，以在电极间密腔25中产生电场，用于电子及其中对应产生的正离子的漂移，和任选的电子雪崩放大。
还进一步，检测器装置11包括读出装置，用于检测朝向阳极24漂移的电子和/或朝向阴极23漂移的正离子。该读出装置包括阳极24本身，如图3-4中所示。可替换的，可以在邻近阳极24或邻接阴极23、或其它地方设置单独的读出装置。
为了能够进行一维成像，阳极/读出层24包括并排设置并且彼此电绝缘的导电或半导电元件或带26。为了补偿检测图像中的视差，阳极/读出带26基本上平行于在每一位置X射线束入射光子的方向。于是给定来自点光源的发散射束，阳极/读出带26设置成扇形结构。每一阳极/读出带26优选连接到读出和信号处理装置(在图3-4中未示出)，由此来自每一带的信号可以单独的被处理。由于带26也构成阳极24，因此需要用于分开的适当耦合。
应该理解的是，为了说明，图3-4中电极23、24之间的距离被过大的夸大了。作为范例几何尺寸，检测器装置的宽度x大约为40mm，厚度y大约为2mm，并且深度z大约为35mm。
电极23、24之间的距离h优选应该短到基本上只允许准直在电极之间的平面中的辐射电离气体。于是，电极之间的距离h在电离辐射进入方向上保持是电极的深度z的至少1/10，优选1/25，并且最优选1/100。特别的，距离h可以短于大约2mm，优选短于大约1mm，更优选短于大约0.5mm，并且最优选大约在0.1mm与0.5mm之间。
孔径狭缝9的宽度w，其控制着进入检测器装置11的辐射的层的厚度，可以小到10μm，或大到2mm。可替换的，该孔径可以完全移去。每一读出带26的宽度可以为10μm-2mm，这就说明在单个检测器装置中可以并排设置几百个或几千个带，即远远多于所示。
在操作中，X射线通过孔径狭缝9进入检测器装置11，平行于阴极23，并且优选的与其靠近。X射线会按照指数概率分布与检测器装置11中的气体相互作用，其中大多数X射线较早在气体容积中转换。平均作用长度典型的可以为10-100mm。
在作用的时候，X射线光子3d可以将其全部或部分能量传送给气体原子中的电子，其传播通过气体并与新的气体原子碰撞，从而释放更多的电子。在该过程中，典型的产生大约数千个电子的云27。这些电子由于施加的电场，沿方向29(图3-4中的垂直方向)被吸引向阳极，该方向基本上垂直于入射X射线光子的轨迹。如果施加的电场足够强，就会出现基于气态的电子雪崩放大。现在由于大量的电子接近阳极，它们在最接近云27的带26a中感应出电子信号。
通过连接到带的读出电子装置检测该电子信号。信号在该电子装置中被放大并与阈值电压进行比较。如果信号超过阈值电压，该带专用的计数器被激活，并将所存储的前值加一。通过这种方式，就计数照射到每一阳极带上的X射线的数目。该方法称为光子计数。可替换的，来自许多X射线的信号可以被集成到与所有的X射线共同沉积的总能量相关的单个数目。
通过孔径9阻止X射线散射光子3a，使其不能进入检测器装置11，而进入检测器装置11的散射X射线光子3c，由电极23、24本身从几何上区分开来，或者它们至少对所获得的信号不会产生任何重要的作用。实际上，假设检测器装置11工作于雪崩放大模式，读出元件26中的信号基本上只产生于最靠近阴极23的薄层内的电离，该薄层至少可以比电极间距离薄2-5倍。当放大是指数关系时可以获得这种优势，并且靠近阳极24所释放的电子不能够产生足够强的可以被检测到的信号。
在检测器装置11的替换形式中，可以使用狭缝状的准直仪或其它种类的抗散射装置8(在图3-4中未示出)替代孔径9，或与其组合使用。该准直仪可以类似于孔径9，但是在入射X射线通量的方向上要更深些，以便能够有效地准直辐射束3，并且进一步减少进入检测器装置11中的散射辐射的数量。在平面辐射束3进入检测器装置11中的时候，为了有效地减少平面辐射束的平面中的散射辐射，准直仪8可以是薄板或者是一维栅格结构，其可以让一行准直束通过。优选，相对于阳极/读出带26设置准直仪，使得每一射束平行地，并且直接在相应的一个阳极/读出带26上传播。于是，给定来自例如点光源的发散射束，该准直仪适合产生扇形结构的射束。
通过使用具有高原子序数的气体(例如氪、氙或氡)，和/或通过对气体进行加压，和/或通过将检测器制作得非常深(在入射X射线通量的方向上)，气态检测器的效率可以更高，即检测在气体中相互作用的X射线的概率更高。
在现有技术的X射线检测器中，所检测的信号源自通过光电效应与转换介质(气体)发生相互作用的X射线光子，并且将其所有的能量释放给光电子，其进一步电离该介质。由于光电吸收的概率随着X射线能量的增加而迅速降低，现有技术检测器的效率随着X射线能量的增加而迅速降低。
源自在转换介质中发生康普顿散射的X射线的信号并不会被检测到，由于散射的X射线携带了入射X射线的大部分能量(在50keV时大约90％)，并且其一般离开该转换介质。与检测器中的噪音水平相比，反冲电子具有的能量太低以至于不能被检测到。
在具有雪崩放大的气态检测器中，如上所述，检测器中的噪音水平非常低；并且反冲电子(以及它们可以电离的少量电子)在雪崩放大过程中被放大到高的水平。这就使得有可能在检测器中检测到来自转换气体中康普顿散射的反冲电子。
由于康普顿散射的衰减系数不会随着X射线能量的增加而显著降低，具有雪崩放大的气态检测器的效率在较高的X射线能量时不会降低，如上所述。
第二，康普顿散射的衰减系数与气体的原子序数的关系仅较微弱。这就说明在高的X射线能量时，该检测器使用低原子序数的转换气体，例如氩、氖、CO2、甲烷、乙烷、异丁烷(isobuthane)、氦等，可以同样地工作，并且在高X射线能量时也具有很好的效率。
在转换介质中使用光电吸收产生信号的现有技术的检测器中，随着X射线能量的增加，位置分辨率会变差。这是由于所释放的光电子能量非常高，并且可以传播很长的距离，并沿着完全的轨迹电离该转换介质，因此使得图像模糊，并且恶化了位置分辨率。
在上述气态检测器中，在转换介质中通过康普顿散射进行操作，在高X射线能量时反冲电子也具有低动能，说明其在转换介质中只能传播短的距离。这会得到更好的位置分辨率。
本领域的普通技术人员应该理解的是，可替换地或可补充地，电极23和24之间的空间可以填充可电离的液体或可激发的固体，例如半导电材料。
该检测器装置11可以更一般的为任何一维或二维检测器，其能够从很大程度上区分开散射光子。该检测器可以是气态检测器，或例如为固态检测器。
最后参照图5，将描述本发明中使用的检测器装置11的另一特定实施例。该检测器装置11优选为任何基于TFT的检测器；基于闪烁体的检测器；固态检测器，诸如基于CMOS、CCD、CdZn、或CdZnTe的检测器；基于气态的检测器；或它们的组合，用于辐射束3透过被研究的对象时的一维或二维检测。该检测器装置设有抗散射装置8，用于将大量散射辐射区分开，使其不被检测到，如上参照图2所述。
抗散射装置8可以是为此目的而设计的Buchy格栅，即高效地区分散射，其中可以接受没有被偏转的射线的较低透射率(由于本发明的方法使用散射光子产生图像信号，其降低了沉积在所要成像的对象中的能量量)。在一种形式中，抗散射装置8设置为在检测器装置11前面布置的一维或二维透辐射通道的阵列。
通过保持对象7与检测器11之间长的距离，也可以实现散射抑制。
可替换的，该检测器装置11设有基于双检测器或双能量方法的抗散射装置，如在上面标明的US6,134,297和US5,649,997和US5,771,269中分别所描述的，其内容在此全部引作参考。
本领域的熟练技术人员应该理解的是，在本发明中实际上可以采用现有技术中已知的任何种类的检测器装置和抗散射方法，只要它们具有高度的散射抑制。

Claims (41)

1.一种用于检测电离辐射的方法，其特征在于包括步骤：
将电离辐射导向要被检测的对象(7)；
防止康普顿散射的辐射(3a、3c)被检测到；和
检测在透过所述对象时空间解析的电离辐射，以显示所述对象空间解析的密度，其中
在一频谱范围内提供所述电离辐射，使得所述电离辐射被康普顿散射的光子比在所述对象中通过光电效应被吸收的光子多，从而减少对所述对象的辐射剂量。
2.权利要求1的方法，其中使所述对象中至少90％的康普顿散射辐射，优选至少99％，并且更优选至少99.9％的康普顿散射辐射不被检测到。
3.权利要求1或2的方法，其中所述对象是人体组织。
4.权利要求3的方法，其中所述人体组织是胸部。
5.权利要求3或4的方法，其中所述电离辐射提供为10-300keV之间，优选为20-100keV之间，并且更优选为30keV以上的宽带X射线辐射。
6.权利要求1-4中任何一项的方法，其中所述电离辐射提供为30keV以上的辐射。
7.权利要求1-4中任何一项的方法，其中所述电离辐射提供在一个频谱范围之内，在该频谱范围内在所述对象中基本上不出现光电吸收。
8.权利要求1-4中任何一项的方法，其中所述电离辐射提供在一个频谱范围之内，使得所述电离辐射被康普顿散射的光子是在所述对象中通过光电效应被吸收的光子的至少2倍，优选至少5倍，并且更优选至少10倍。
9.权利要求1-8中任何之一的方法，其中：
从在被检测时进行空间解析的所述透射电离辐射提供第一X射线图像，其描述所述对象的密度变化；
提供第二X射线图像，其描述所述对象的密度变化和元素组成变化的组合；
从所述第一和第二X射线图像推导出第三X射线图像，其基本上只描述所述对象的元素组成。
10.权利要求1-9中任何一项的方法，其中通过一维检测器(11)，执行透过所述对象时空间解析的电离辐射的检测步骤，该检测器包括在其间有可电离的或可激发的物质的两个电极(23、24)，并设置有辐射入口，使得所述电离辐射可以进入所述检测器电极之间的侧边，以电离或激发所述物质。
11.权利要求10的方法，其中所述可电离的或可激发的物质是可电离液体。
12.权利要求10的方法，其中所述可电离的或可激发的物质是固体，优选是半导体材料。
13.权利要求1-9中任何一项的方法，其中通过一维气体电离检测器(11)，执行透过所述对象时空间解析的电离辐射的检测步骤，该检测器包括在其间有可电离气体的两个电极(23、24)，并设置有辐射入口，使得所述电离辐射可以进入所述检测器电极之间的侧边。
14.权利要求13的方法，其中通过保持电极之间的距离(h)较短以基本上只允许准直在电极之间中心平面中的辐射对所述气体进行电离，从而执行使康普顿散射辐射不被检测到的步骤。
15.权利要求13的方法，其中保持电极之间的距离是在进入的电离辐射方向上电极的长度的至少1/10，优选至少1/25，并且最优选1/100。
16.权利要求13的方法，其中保持电极之间的距离低于大约2mm，优选低于大约1mm，更优选低于大约0.5mm，并且最优选在大约0.1mm与0.5mm之间。
17.权利要求13-16中任何一项的方法，其中所述两个电极平行，并且所述电离射线与所述两个电极平行地进入所述检测器。
18.权利要求13-17中任何一项的方法，其中作为所述可电离的气体被所述进入的电离辐射电离的结果被释放的电子，在被检测之前被雪崩放大。
19.权利要求18的方法，其中作为所述可电离的气体被所述电离辐射电离的结果被释放并接着被雪崩放大的电子，是来自所述可电离气体中的所述电离辐射的康普顿散射的反冲电子。
20.权利要求19的方法，其中所述可电离的气体是具有低原子序数的原子的气体或气体混合物，特别是氩、氖、CO2、甲烷、乙烷、异丁烷(isobuthane)、氦中的任何一种或它们的混合物。
21.权利要求13-20中任何一项的方法，其中透过所述对象的电离辐射，进入所述检测器电极之间的侧边，而不需要首先通过孔径被准直。
22.权利要求13-21中任可一项的方法，其中通过计数所述电离辐射的每一入射光子执行检测在透过所述对象时空间解析的电离辐射的步骤。
23.权利要求13-21中任何一项的方法，其中通过累积由所述电离辐射在所述气体中感应的电荷，执行检测在透过所述对象的时候空间解析的电离辐射的步骤。
24.权利要求1-9中任何一项的方法，其中通过检测器(11)执行检测在透过所述对象的时候空间解析的电离辐射的步骤，该检测器优选是基于TFT的检测器；基于闪烁体的检测器；固态检测器，诸如基于CMOS、CCD、CdZn、或CdZnTe的检测器；基于气态的检测器中的任何一种；或它们的组合。
25.权利要求24的方法，其中通过抗散射装置(8)，特别是在所述检测器前面设置透辐射通道的阵列，执行使康普顿散射辐射不被检测到的步骤。
26.一种用于检测电离辐射的方法，其特征在于包括步骤：
将电离辐射导向要被检测的对象(7)；
使源自所述对象中电子偶的产生的辐射(3b)不被检测到；和
检测在透过所述对象时空间解析的电离辐射，以反映所述对象空间解析的密度，其中
在一频谱范围内提供所述电离辐射，使得所述电离辐射在电子偶的产生过程中被转换为电子和正电子的光子比在所述对象中通过光电效应被吸收的光子多。
27.权利要求26的方法，其中使源自所述对象中电子偶的产生辐射的至少90％，优选至少99％，并且更优选至少99.9％，不被检测到。
28.一种用于对象(7)的射线照相的设备，包括：
X射线源(1)，用于发射宽带辐射；
滤波器装置(4)，设置在所述X射线源的前面，用于对所述发射的宽带辐射进行滤波；
源孔径(5)，设置在所述X射线源的前面，用于准直所述发射的宽带辐射；
对象区域，用于在所述射线照相测量期间容纳所述对象，并且被设置使得所述被滤波并被准直的宽带辐射可以透过所述对象；和
检测器装置(11)，其设置用来在所述被滤波并被准直的宽带辐射透过所述对象的时候记录其图像，其特征在于：
所述滤波器装置的滤波功能取决于所要测量的对象，使得被滤波的所述辐射位于一个频谱范围内，使得被康普顿散射的X射线光子(3a、3c)比在所述对象中通过光电效应被吸收的光子多；并且
所述检测器装置被设置用来使在所述对象中的康普顿散射辐射(3a、3c)不被检测到。
29.权利要求28的设备，其中所述检测器装置被设置用来使所述对象中至少90％，优选至少99％，并且更优选至少99.9％的康普顿散射辐射不被检测到。
30.权利要求28或29的设备，其中所述对象是人体组织，优选是胸部组织。
31.权利要求30的设备，其中滤波后的所述辐射位于10至300keV之间，优选为20至100keV之间，并且更优选为30keV以上的频谱范围之内。
32.权利要求28-31中任何之一的设备，其中滤波后的所述辐射位于一个频谱范围之内，使得所述辐射被康普顿散射的光子是在所述对象中通过光电效应被吸收的光子的至少2倍，优选至少5倍，并且更优选至少10倍。
33.任何权利要求28-32的设备，其中所述检测器装置是一维检测器，包括在其间有可电离的液体或可激发的半导体的两个电极(23、24)，并设置有辐射入口，使得所述辐射可以进入所述检测器电极之间的侧边。
34.权利要求29-33中任何之一的设备，其中所述检测器装置是一维气体电离检测器，包括在其间有可电离气体的两个电极(23、24)，并设置有辐射入口，使得所述辐射可以进入所述检测器电极之间的侧边。
35.权利要求34的设备，其中电极之间的距离(h)短以基本上只允许准直在电极之间中心平面中的辐射对所述气体进行电离，从而使康普顿散射辐射不被检测到。
36.权利要求35的设备，其中电极之间的距离(h)低于大约2mm，优选低于大约1mm，更优选低于大约0.5mm，并且最优选在大约0.1mm与0.5mm之间。
37.权利要求34-36中任何一项的设备，其中所述两个电极平行，并且所述辐射入口被设置使得所述辐射可以与所述两个电极平行地进入所述检测器。
38.权利要求34-37中任何一项的设备，其中所述所述一维气体电离检测器包括电子雪崩放大器，用于在所述气体中对作为所述可电离气体被所述辐射电离的结果而释放的电子进行雪崩放大。
39.权利要求28-32中任何一项的设备，其中所述检测器装置是基于TFT的检测器；基于闪烁体的检测器；固态检测器，诸如基于CMOS、CCD、CdZn、或CdZnTe的检测器；基于气态的检测器中的任何一种；或它们的组合，并且在所述检测器的前面设置有抗散射装置(8)，特别是透辐射通道的一维或二维阵列。
40.一种用于对象(7)的射线照相测量的设备，包括：
X射线源(1)，用于发射宽带辐射；
滤波器装置(4)，设置在所述X射线源的前面，用于对所述发射的宽带辐射进行滤波；
源孔径(5)，设置在所述X射线源的前面，用于准直所述发射的宽带辐射；
对象区域，用于在所述射线照相测量期间容纳所述对象，并且设置使得所述被滤波并被准直的宽带辐射可以透过所述对象；和
检测器装置(11)，被设置用来在所述被滤波并被准直的宽带辐射透过所述对象的时候记录其图像，其特征在于：
所述滤波器装置的滤波功能取决于所要测量的对象，使得所述被滤波的辐射位于一个频谱范围内，使得在电子偶的产生过程中被转换为电子和正电子的X射线光子比在所述对象中通过光电效应被吸收的光子多；和
所述检测器装置被设置用来使源自在所述对象中的电子偶产生的辐射(3b)不被检测到。
41.权利要求40的设备，其中所述检测器装置被设置用来使源自所述对象中电子偶产生的辐射的至少90％，优选至少99％，并且更优选至少99.9％不被检测到。
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