TWI448209B - Ｘ射線成像設備 - Google Patents

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TWI448209B TW097116311A TW97116311A TWI448209B TW I448209 B TWI448209 B TW I448209B TW 097116311 A TW097116311 A TW 097116311A TW 97116311 A TW97116311 A TW 97116311A TW I448209 B TWI448209 B TW I448209B
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Description

X射線成像設備
本發明涉及X射線成像技術，尤其涉及一種X射線成像設備。
X射線成像於人體成像及醫學中得到了廣泛應用。利用人體不同器官和組織對X射線之吸收可用組織密度進行表徵以來，發展出X射線透視、X射線照相術，為人體骨骼、內臟器官以及血管之疾病或損傷進行診斷、定位，同時亦把膠片帶進了醫學成像之領域，使之成為100多年來圖像顯示和資訊存儲之工具。
然，由於膠片顯像使用之微粒之尺寸大小已經受到限制，進一步克服微粒不均勻性等因素已經非常困難，膠片限制了圖像品質之進一步提高(請參閱張仕剛、謝耀欽及包尚聯先生於中國《物理》第33卷第10期發表之名為《醫學影像物理學科之現狀和未來》之論文)。而且，膠片顯像比較費時，從而影響診斷之速度。
有鑒於此，有必要提供一種可提高成像品質之X射線成像設備。
一種X射線成像設備包括：一個X射線光源，用於向待檢測物件發射X射線；一個光均化元件，該光均化元件上設有複數透鏡，遠離光均化元件中心之透鏡折射率大於靠近光均化元件中心之透鏡折射率；一個螢光屏，設置於該X射線光源及該光均化元件之間，用於將X射線轉換成可見光；一個影像感測器，用於感測通過 該光均化元件之光線，並將光訊號轉化為電訊號；一個圖像訊號處理模組，與該影像感測器電連接，用於對該電訊號處理得到待檢測物件之圖像訊號；一個顯示裝置，與該圖像訊號處理模組電連接，用於獲取該圖像訊號並顯示待檢測物件之圖像；及一個無線傳送模塊，與該圖像訊號處理模組電連接，用於將該圖像訊號以無線電波之形式傳輸出去。
相對於先前技術，本發明之X射線成像設備通過影像感測器於顯示裝置上直接成像，方便快捷，不需要採用膠片，從而免除膠片帶來之種種不便。而且，本發明採用了光均化元件，可修正漸暈現象和餘弦四次方定律導致之像面照度分佈不均，從而形成清晰之成像畫面，進而提高成像品質。此外，本發明之X射線成像設備包含一個無線傳送模塊，故不需要電纜即可將圖像訊號傳輸至遠端顯示裝置，從而於遠端顯示裝置觀察X射線圖像。
10‧‧‧X射線成像設備
11‧‧‧X射線光源
12‧‧‧承載台
13‧‧‧螢光屏
14‧‧‧鏡頭模組
15‧‧‧校正透鏡
16‧‧‧光均化元件
17‧‧‧影像感測器
18‧‧‧圖像訊號處理模組
19‧‧‧顯示裝置
20‧‧‧待測物體
140‧‧‧鏡筒
141‧‧‧第一透鏡
143‧‧‧第二透鏡
145‧‧‧紅外截止濾光片
142‧‧‧第一間隔體
144‧‧‧第二間隔體
181‧‧‧類比/數位轉換器
182‧‧‧數位訊號處理器
183‧‧‧電腦
30‧‧‧無線傳送模塊
162、164‧‧‧透鏡
166‧‧‧底面
172、174‧‧‧感光區
圖1係本發明實施例X射線成像設備之示意圖；圖2係圖1之X射線成像設備中之校正透鏡，光均化元件及影像感測器之立體分解圖；圖3係本發明實施例光均化元件靠近其中心區域之透鏡和影像感測器組合時之光路圖；圖4係本發明實施例光均化元件遠離其中心區域之透鏡和影像感測器組合時之光路圖。
下面將結合附圖，對本發明作進一步之詳細說明。
請參閱圖1，所示為本發明實施例之X射線成像設備10依次包括一個X射線光源11，一個承載台12，一個螢光屏13，一個鏡頭模組14，一個校正透鏡15，一個光均化元件(Optical Leveling Layer)16，一個影像感測器17，一個圖像訊號處理模組18，及一個顯示裝置19。該影像感測器17與該圖像訊號處理模組18電連接，該圖像訊號處理模組18與該顯示裝置19電連接。
該X射線光源11可採用銅靶。該X射線光源11之工作電壓於10千伏到100千伏之間，優選地，其工作電壓於20千伏到60千伏之間。該X射線光源11之工作電流於0.01毫安到1毫安之間，優選地，其工作電流於0.05毫安到0.5毫安之間。
該承載台12用於承載待測物體20。待測物體20可為人體等。根據需要，該承載台12可具有複數自由度。例如，需要獲得待測物體20之立體成像時，該承載台具有6個自由度，即3個平動自由度和3個轉動自由度。即該承載台既可沿著空間坐標軸之X軸、Y軸及Z軸平動，亦可繞X軸、Y軸及Z軸旋轉。該螢光屏13用於將X射線轉換成可見光。
該鏡頭模組14包括一個鏡筒140及設置於該鏡筒140內之第一透鏡141，第二透鏡143，紅外截止濾光片(Infrared-cut Filter)145，第一間隔體142及第二間隔體144。優選地，該第一透鏡141及第二透鏡143均為非球面透鏡，從而減少像差。紅外截止濾光片145用於濾除紅外光，從而減少紅外光於影像感測器17引起之熱噪音，進而提高成像品質。於本實施例中，該鏡頭模組14包括兩個透鏡，當然，根據需要亦可包括三個或三個以上之透鏡。
影像感測器17可為電荷耦合感測器(Charge Coupled Device, CCD)或者互補金屬氧化物半導體感測器(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)。該影像感測器17上具複數感光區和非感光區。該影像感測器17用於將光訊號轉化為模擬訊號。由於CCD之成像品質要優於CMOS，故於本實施例中，影像感測器17優選為CCD。
圖像訊號處理模組18包括一個類比/數位轉換器(Analog-to-Digital Converter)181，數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)182，及電腦(Computer)183。類比/數位轉換器181用於將來自影像感測器17之模擬訊號轉換為數位訊號，並將數位訊號傳送至數位訊號處理器182。數位訊號處理器182對數位訊號處理後將訊號傳輸給電腦183，電腦183進一步處理後得到圖像訊號，圖像訊號通過顯示裝置19顯示圖像，從而達到即時顯示之目的。顯示裝置19可為薄膜電晶體(Thin Film Trans istor,TFT)液晶顯示器。
無線傳送模塊30與電腦183電連接，用於將圖像訊號以無線電波之形式傳輸至遠端顯示裝置(圖未示)。因此，本發明實施例之X射線成像設備10不需要電纜即可將圖像訊號傳輸至遠端顯示裝置，從而於遠端顯示裝置觀察X射線圖像。無線傳送模塊30可採用WiMAX技術(Worldwide Interoperability for Microwave Access，即全球微波互聯接入)或者RF技術(Radio Frequency，即射頻/無線電頻率)等進行傳輸。遠端顯示裝置可設置於醫院或者病人之家中。
請一起參閱圖1及圖2。該光均化元件16上形成有複數透鏡(如162，164)，各個透鏡分別與影像感測器17上之感光區位置相對 應，且越靠近光均化元件16中心之透鏡折射率越小，越遠離光均化元件16中心之透鏡折射率越大。工作時，通過各個透鏡之光線分別入射至影像感測器17上與之相對應之感光區(詳後述)。
校正透鏡15用於校正入射光線，使出射光線沿著豎直方向射出。在此，豎直方向係指與光均化元件16之底面166垂直之方向。
請再次參閱圖1，本發明X射線成像設備10之工作原理如下：X射線光源11發出X射線，X射線穿過待測物體20，X射線轟擊螢光屏13，形成可見光；可見光穿過鏡頭模組14進入校正透鏡15，經過校正透鏡15校正後形成沿著豎直方向射出之出射光線，出射光線經光均化元件16之透鏡折射後入射至影像感測器17之感光區上；影像感測器17之訊號經過圖像訊號處理模組18處理後，傳送到顯示裝置19，於顯示裝置19上顯示圖像。同時，影像感測器17之訊號經過圖像訊號處理模組18處理後，傳送到無線傳送模塊30，無線傳送模塊30以無線電波之形式傳輸至遠端顯示裝置，從而顯示圖像。
請一起參閱圖2至圖4，於光均化元件16之透鏡和影像感測器17之感光區距離一定之情況下，位於光均化元件16中心處之透鏡162(僅舉出靠近中心之一個透鏡為例，請參照圖3)之折射率較小，其聚焦點亦較遠，經過透鏡162聚焦後入射到感光區172(僅舉出與透鏡162相對應之一個感光區為例)上之光量亦較少，而入射到非感光區之光量相對較多，從而減弱了此處之成像光強度。而遠離光均化元件16之透鏡164(僅舉出遠離中心之一個透鏡為例，請參照圖4)之折射率較大，其聚焦點亦較近，經過透鏡164聚焦後入射到感光區174(僅舉出與透鏡164相對應之一個感光區 為例)上之光量亦較多，而入射到非感光區之光量相對較少，從而增強了此處之成像光強度。
該光均化元件16之各透鏡之折射率係以該光均化元件16中心位置向邊緣逐漸提高，以減少影像感測器17中心處感光區之感光量，同時增加影像感測器17邊緣處感光區之感光量，由此修正漸暈現象和餘弦四次方定律導致之像面照度分佈不均。經過該光均化元件16之修正，於影像感測器17上所形成之影像中心之強度和邊緣之強度基本上一致，從而於顯示裝置19上形成清晰之圖像。
相對於先前技術，首先，本發明之x射線成像設備10係通過影像感測器17於顯示裝置19上直接成像，方便快捷，不需要採用膠片，從而免除膠片帶來之種種不便。其次，本發明採用了光均化元件16，可修正漸暈現象和餘弦四次方定律導致之像面照度分佈不均，從而形成清晰之成像畫面，進而提高成像品質。而且，本發明實施例之X射線成像設備10包含一個無線傳送模塊30，故不需要電纜即可將圖像訊號傳輸至遠端顯示裝置，從而於遠端顯示裝置觀察X射線圖像。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，於爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。
10‧‧‧X射線成像設備
11‧‧‧X射線光源
12‧‧‧承載台
13‧‧‧螢光屏
14‧‧‧鏡頭模組
15‧‧‧校正透鏡
16‧‧‧光均化元件
17‧‧‧影像感測器
18‧‧‧圖像訊號處理模組
19‧‧‧顯示裝置
20‧‧‧待測物體
140‧‧‧鏡筒
141‧‧‧第一透鏡
143‧‧‧第二透鏡
145‧‧‧紅外截止濾光片
142‧‧‧第一間隔體
144‧‧‧第二間隔體
181‧‧‧類比/數位轉換器
182‧‧‧數位訊號處理器
183‧‧‧電腦
30‧‧‧無線傳送模塊

Claims (9)

  1. 一種X射線成像設備，其包括：一個X射線光源，用於向待檢測物件發射X射線；一個光均化元件，所述光均化元件形成有複數透鏡，遠離光均化元件中心之透鏡折射率大於靠近光均化元件中心之透鏡折射率，該光均化元件之各透鏡之折射率係以該光均化元件中心位置向邊緣逐漸提高；一個螢光屏，所述螢光屏設置於該X射線光源及該光均化元件之間，用於將X射線轉換成可見光；一個鏡頭模組，該鏡頭模組設置於該螢光屏和該光均化元件之間；一個影像感測器，用於感測通過所述光均化元件之光線，並將光訊號轉化為電訊號；一個圖像訊號處理模組，所述圖像訊號處理模組與該影像感測器電連接，用於對該電訊號處理得到待檢測物件之圖像訊號；一個顯示裝置，所述顯示裝置與該圖像訊號處理模組電連接，用於獲取該圖像訊號並顯示待檢測物件之圖像；一個無線傳送模塊，所述無線傳送模塊與該圖像訊號處理模組電連接，用於將該圖像訊號以無線電波之形式傳輸出去；及一個校正透鏡，用於校正入射光線，使出射光線沿著光均化元件之底面垂直之方向射出。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之X射線成像設備，其中，該影像感測器具有複數感光區，且每個感光區分別與該光均化元件之一個透鏡相對應。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之X射線成像設備，其中，該影像感測器為電荷耦合感測器或者互補金屬氧化物半導體感測器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之X射線成像設備，其中，該校正透鏡設置於該螢光屏和該光均化元件之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之X射線成像設備，其中，該鏡頭模組包括至少一個非球面透鏡。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之X射線成像設備，其中，該鏡頭模組包括一個紅外截止濾光片。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之X射線成像設備，其中，該X射線成像設備進一步包括一個承載台，該承載台用於承載待測物體，該承載台設置於該X射線光源及該螢光屏之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之X射線成像設備，其中，該承載台具有6個自由度。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之X射線成像設備，其中，該顯示裝置係薄膜電晶體液晶顯示器。
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