X射線攝象法的製作方法

2023-05-23 22:25:11 2

專利名稱：X射線攝象法的製作方法
技術領域：
本發明涉及X射線攝象方法，特別涉及一種透射式X射線攝象方法，該方法可顯著降低其輻射劑量，且具有很高的清晰度。
所涉及的這種獲取X射線圖象的方法在醫療診斷領域中使用是特別有利的，因為用此方法能在疾病早期快速診斷人體內部的受照射部位。
為了對人體內部受照射部位進行醫療診斷，通常最常用的便是透射式X射線攝象法。即，由X射線管發射並穿過被照射目標的X射線，直接經由一個圖象增強器(下文將簡稱為「I、I」)的攝象機攝取，或由X光膠片拍攝下來。
為了攝取合用的X射線圖象，通常須要增大X射線的輻射劑量，並且還要從不同角度拍攝被照射部位的多幅X射線圖象，因此就會帶來這樣的問題在醫療部門工作的醫生或X光操作人員便不得不受到大劑量的X射線輻照。根據美國科學院1989年12月的報導，發現輻射劑量與放射產生的疾患之間有正比關係，並且發現這類諸如胃癌等放射病的發病率是在相對短時間內重複輻照，特別是低量級射線輻照的3到4倍。然而人們知道，X射線的CT方法等，雖然對實時診斷被照射部位是明顯有效的，但在須要攝取其圖象時，就必須增大X射線的輻射劑量。
另一方面，在這種X射線攝象方法中，存在所謂「輻射束凝結現象(beam hardening phenomenon)」，其中例如，骨骼的厚度與X光膠片上得到的骨骼影象的黑度不成正比。換句話說就是，當X射線呈現為連續能譜分布時，這種分布表現出一幅向一側傾斜的圖案，於是對精確攝取圖象帶來一定困難。上述X射線的CT方法已通過一種複雜的計算機瞬時校正程序消除了這種「輻射束凝結」，但這又帶來所需設備異常昂貴的問題。
本發明人已提出一種解決上述「輻射束凝結現象」這一問題的方案，該方案已在美國4727561號專利和美國第299538號專利申請中作過描述。其中，來自一個單獨的X射線管的X射線被兩個檢測器之一在X射線尚未穿過待測目標之前接收，而另一檢測器則在X射線穿過一個濾光器和穿過待測目標後接收X射線，所述濾光器的輻射吸收係數不隨待測對象的厚度而變化。於是，就可在有效地避免了「輻射束凝結現象」所造成的任何影響下，由這樣兩個檢測器所接收到的射線的強度之比對被測對象作高精度的分析。
在這種可避免「輻射束凝結現象」的上述方案基礎上，本發明提出了一種有效的攝取X射線圖象的方法。
因此，本發明的主要目的是要提供如下一種攝取X射線圖象的方法，該方法可顯著降低所暴露的X射線的劑量，以減少對病人、醫生和X射線工作人員的輻射劑量，從而使放射產生疾患的發病率受到限制而降至最低，同時又能有效地避免「輻射束凝結現象」，使拍攝高清晰度的X射線圖象成為可能。
按照本發明，上述目的可通過下述的攝取X射線圖象的方法來實現從X射線源發出的X射線先穿過一個濾光器然後穿過欲攝取其圖象的目標，在穿過該目標後再由一個攝象裝置接收，其特徵在於，所述從X射線源發出的X射線在該濾光器上，受到扼制，使其有效的X射線能量波動，限制在±10%之內。
在本發明的上述方案中，照射在目標上的X射線的有效X射線能量的波動被限制在±10%範圍之內，因此能有效地避免「輻射束凝結現象」，從而達到極佳的清晰度，特別是還能顯著降低輻射劑量。
因此，按照本發明的攝取X射線圖象的方法，所獲得的X射線圖象具有高清晰度的的效果，從而大大有助於醫療診斷之類的工作使它們精確和可靠;特別是輻射劑量可顯著降低，使不得不暴露於輻射條件下的病人、醫生和X射線工作人員所受到的輻射劑量明顯減少，從而有效防止了放射疾患的出現。
由以下參照附圖對本發明最佳實施例所作的詳細描述可清楚地了解本發明的其他目的及本發明的優點。


圖1是為了實現本發明的X射線攝象方法所需要的各部件的整體配置的說明圖;
圖2是圖1所示的本發明方法中一幅X射線能譜分布圖;
圖3a和3b是為了與圖2對照而示出的與本發明方法不同的攝象方法的X射線能譜分布圖;
圖4是表示X射線聚焦深度和被照射對象厚度之間關係的典型圖表，其中將由本發明獲得的圖象與不是由本發明獲得的圖象的關係作了對比;
圖5是表示X射線聚焦深度和被照射對象的斜度之間關係的典型圖線，其中將由本發明獲得的圖象與不是由本發明獲得的圖象作了對比;
圖6是表示本發明方法中被照射對象的厚度和X射線有效能量之間關係的曲線圖;
圖7是表示在不按本發明的方法中，被照射對象的厚度和X射線有效能量之間關係的類似曲線圖;
圖8是用本發明的方法拍攝的X光照片;
圖9是用已知方法拍攝的與圖8所示相同部位的X光照片。
以下將參照附圖中所示的實施例對本發明作詳細描述，但須指出，本發明並不只限於所述的實施例，而應包括在所附的權利要求書範圍內的所有可能的改型、變換和等價方案。
參看圖1，該圖示出可用於本發明的X射線攝象方法中的系統10。在系統10中，包括一個如X射線管的X射線源11。射線源11發出波長小於1
的硬X射線。一個轉動的濾光器盤12配置在X射線源11下面。濾光器盤12包含許多濾光部件13、13a、13b……13n等，它們各自沿盤12的圓周方向相互間隔地配置，以便當盤12在一個轉動驅動裝置14的驅動下繞軸轉動一個適當的轉角時，這些濾光部件13、13a、13b……13n中必有一個適當的部件正好處於X射線源11的下方。這些濾光部件13、13a、13b……13n被做成彼此各不相同，它們分別對應有不同於X射線源11的各種能譜分布，因此相應有與X射線源11不同的各種X射線強度，並被如此配置以便使由射線源發出的X射線的有效能量的任何波動能受到扼制而限制在±10%以內。
X射線源11和用以使濾光器盤12轉動的轉動驅動裝置14分別可由X射線控制器15和濾光器控制器16進行控制，而控制器15和16兩者互相聯動，以便配置相應一個具有有效的X射線輻射能量的濾光部件。穿過轉動濾光器盤12的X射線照射到放置在工作檯17上的物體OJ上以攝取該物體的X射線圖象，而該圖象是由放置在工作檯17下面的膠片盒18中的X光膠片拍攝下來的。
如果須要，也可以用一個配置在工作檯17下面的I、I、攝象機19拍攝X射線穿過時的該物體，攝象機19耦合到一臺攝象機控制器20上，由I、I攝象機19拍攝的X射線圖象通過控制器20而提供給一個圖象處理裝置21，於是，一個可見圖象(see-through)就由與圖象處理裝置21相連的陰極射線管(CRT)22作為其輸出而獲得。
在上述系統10中，X射線是由X射線源11發出的，其X射線的輻射能量則是受X射線控制器15調整的。如此射出的X射線再穿過由轉動濾光器盤12的旋轉而指定的濾光部件13、13a、13b……13n中的一個濾光部件，於是就使X射線的有效能量的波動被限制在±10%範圍之內。這個例子中轉動濾光器盤12的旋轉，是依據X射線控制器15對X射線源11的輸出，通過接有濾光器控制器16的轉動驅動裝置14而實現的。X射線穿過轉到被指定的濾光部件之後照射到欲成象的物體上，於是物體OJ的可見圖象就可由膠片盒18中的X光膠片顯出(即所謂直接成象程序)，或者藉助I、I、攝象機19經攝象機控制器20，圖象處理裝置21和陰極射線管22而變成可見。
例1利用本發明的X射線攝象方法對疊置的鋁板作了實驗。從0毫米到10.0毫米分5步逐漸改變作為本方法成象目標的板的厚度，其X射線能譜分布則利用一個純鍺(Ge)半導體檢測器和一臺波高分析儀(wave-height analyzer)來測定，其結果示於圖2。由圖2可見，在有效能量分布中，沒有出現傾斜，隨疊置物體厚度變化而呈現的能譜分布的中心值如一條連接這些中心值的虛線P1所示，基本上是一條垂直的直線。因此可以斷定，按照本發明的X射線攝象法，「輻射束凝結現象」的影響基本上得以避免，同時清晰度得以改善。在這個實例中，作為X射線源11的X射線管的管電壓和管電流，在本方法中是採用120KV和50μA進行實驗的。
對照例1除了不用轉動濾光器盤之外，基本上與上述例1的X射線攝象方法相同。其X射線能譜分布是利用同樣的純鍺(Ge)半導體檢測器和波高分析儀對類似方法疊置的A1板進行測定的，疊置厚度則從0毫米到2.0毫米分4步改變，其結果示於圖3a。由圖3a可見，對於各不同的厚度，有效能量分布出現了傾斜。也就是，連接各有效能量中心值的直的虛線P2是傾斜的，表明受到了「輻射束凝結現象」的影響，其有效能量的波動寬度達到約±22%，因而清晰度下降。
對照例2除了不用轉動濾光器盤之外，基本上與前述例1的X射線攝象方法相同。其X射線能譜分布是利用同樣的純Ge半導體檢測器和波高分析儀而對作為目標的疊置的銀(Ag)板進行測定的，疊置厚度則從0毫米到0.2毫米分5步改變，其測定結果示於圖3b。同圖3b可見，連接各有效能量中心值的直的虛線P3有明顯的傾斜，有效能量的波動寬度達到約±31%，因而清晰度變得更差。
由上述兩個作為對照的例子1和2可清楚地看出，較大原子序數的物體受到「輻射束凝結現象」的影響較大。因此，如果還考慮到作為參數之一的欲成象物體的原子序數，則轉動濾光器盤上被指配的一個濾光部件應選擇成適於避免出現「輻射束凝結現象」，也就是應使連接不同物體厚度的有效X射線能量中心值的連線不出現傾斜，從而有可能獲得與被照射物體類型或種類無關的極佳圖象。在對照例1和2中，這種有效能量的波動與被照物體的類型和原子序數有關;而在本發明的例1中，如圖6所示它與物體的類型或原子序數無關，因此可以實現對被照物體的定性和定量測定。
另一方面，雖然在本發明的攝取該圖象的方法中，有效能量也會因射線源的電壓、射線源電流、室溫、溼度等條件變化而波動，但是，通過對這種波動加以扼制可使有效能量的波動平穩下來，即當有效能量低於100KeV時，限制其波動在±10KeV之內，而當有效能量超過100KeV時，限制其波動在±10%範圍之內。換句話說，就是X射線在射出之後立即被濾光，使得如圖2中所示的直的虛線P1，即連接各有效能量中心值的連線的傾斜度能受到有效地扼制，使其有效能量的波動限制在±10%範圍之內，最好是接近±0%。
例2本發明的攝取X射線圖象的方法被用於攝取一個由A1板逐漸疊置而成的物體的圖象。通過I、I、攝象機用陰極射線管來檢測其黑度，直至該疊置板的中心部分的圖象因黑度增加而看不見但最高疊層A1板的輪廓線仍存在時為止，於是，就可測出尚可看見和辨認出的作為被測定目標A1板的最小厚度。進而，將一個厚0.6毫米的環形銅線放置在一疊A1板上作為攝象目標，並通過I、I攝象機用陰極射線管來檢測目標的X射線圖象的黑度，逐漸增加A1板的數量使其疊置起來，直至被檢測圖象上的銅線環因疊加A1板使黑度增加而看不見為止，於是就可測出作為被測目標仍可看見和辨認出的疊置的A1板的最大厚度。本例中該攝象法是在X射線源的射線管電壓為80KV和管電流為1mA條件下完成的。
對照例3除了不用轉動濾光器盤之外，採用了與例2相同的攝象方法，並以倒2中同樣的方式測量疊置的A1板的最小厚度和最大厚度。
例2和對照例3中A1板的疊置厚度與圖象黑度之間的關係示於圖4;而依據圖4，A1板的可見範圍(聚焦深度)和疊置的A1板厚度的斜度則示於圖5中。結果是，在本發明的例2中所需的輻射劑量被確定為54毫倫琴/分(mR/min)，這表明，在與對照例3所需的輻射劑量R2為2020mR/min。相比之下，合乎理想地減少至其2.7%[(R1/R2)×100%]。再有，由於變黑而使最上面的A1板的中心部分成為不可見的情況下的疊置A1板的最小厚度T1為2.4cm;而在對照例3中，使最上面的A1板的中心部分已變成不可見的情況下的疊置A1板的同一最小厚度T2為4.0cm，於是儘管合乎理想的輻射劑量的減少至1/37，最小厚度的減少仍可限制到約60%[(T1/T2)×100%]。還有，在例2中，疊置A1板的上部放有銅線環的欲成象的疊置A1板的最大厚度T3為7.4cm;而在對照例3中，同一最大厚度T4為8.6cm，於是最大厚度的增加可限制到約86%[(T3/T4)×100%]。因此，可求得例2中的A1板的X射線圖象可見的區域Z1是5.0cm(T3-T1)，而在對照例3中的可見區域Z2是4.6cm(T4-T2)，於是可知例2中的可見區域比對照例3中的可見區域有所擴大，為其109%[(Z1/Z2)×100%。
例3-7
在物體的X射線圖象中，輻射劑量和物體的可見區域均是用與例2中相同的方式測定的，只是欲攝象的目標和管電壓是按下表1所示改變的，其中濾光器部件也如下表1所示是適當變化的。
對照例4-8欲攝象的物體和X射線管電壓也按表1所列的改變，而輻射劑量和物體的可見區域是以與對照例3相同的方式測定的。
由例3-7和對照例4-8的測定結果可知，在以本發明的攝取X射線圖象的方法來獲得測量結果情況下，用於攝象所需的輻射劑量急劇下降到1/8至1/25，最終病人、醫生和工作人員不得不承受的輻射劑量就能減至最低，並且可獲得滿意的清晰度。因此本方法在醫療診斷中是極為有用的，被照目標的圖象清晰度大為改善，可見區域範圍更大，從而能獲得可靠的高品質的X射線圖象。圖8示出用本發明攝取X射線圖象的方法(射線管電壓為65KV，管電流為100mA)對膝關節所拍攝的X射線照片。圖9示出用已知方法(管電壓為53KV，管電流為100mA)對同一膝關節所拍攝的另一張X光照片。兩者相比可清楚地看出，用本發明的方法能獲得比用已知方法更高質量的X光照片。
再有，按照本發明的X射線攝象法，用市場上任何可用的X光膠片都能獲得極高質量的X光圖象。甚至在通常的攝象條件下將管電壓提高10%到20%，仍能使輻射劑量顯著減少。
例8和9如下表2所示，用市售X光膠片，在普通攝象條件下使管電壓增加20%來攝取X射線的圖象，結果所獲得的X射線圖象可比圖8所示的更為清晰。在表2中，將各例中的輻射劑量與一般攝象條件下的輻射劑量作了比較。
例10用與例8和9相同的方式，使管電壓相對於普通攝象條件下的管電壓增加10%和20%來獲取X圖象。在表2中，將各種管電壓下的輻射劑量與一般攝象條件下的輻射劑量作了比較。
對照例9、10和11除了不用轉動式濾光器盤之外，X射線圖象是以與上述例8、9和10相同的方式獲取的。其輻射劑量也示於表2中。
例8-10和對照例9-11，其管電流都是恆定的100mA。另外，在表2中，各例8-10的輻射劑量相對於各對照例9-11的比值(以對照例本身設為100%)分別被示出。
由表2中示出的例8-10和對照例9-11的結果可明顯看出，儘管管電壓增加了10%或20%，而輻射劑量卻急劇下降1/4至1/11。
概括來說，按照本發明可知，由於各有效能量中心值的連線緊靠一條垂直線，因此X射線的較低能量側(也就是圖2中所示的能量低於50KeV一側)被消除，因而與已知方法中的輻射劑量相比，本發明中較低能量級的輻射劑量能被有效切除，於是通常被認為是由低能量X射線照射而引起的放射疾患出現的機率就降低了，而人體就可有效地免受X射線的傷害。
權利要求
1.一種X射線攝象法，其中從X射線源發出的X射線先穿過一個濾光器，然後穿過欲攝取其圖象的物體，在穿過該物體後再由一個攝象裝置接收，其特徵在於，所述從X射線源發出的X射線在上述濾光器上受到扼制，使其有效的X射線能量的任何波動，限制在±10%範圍之內。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，該方法可用於醫療系統中。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述攝象裝置包括一個圖象增強器攝象機、圖象處理裝置和一個陰極射線管。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述攝象裝置包括一個膠片盒。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，其中所述X射線的有效能量中的低能量級部分在穿過所述濾光器後被除掉。
全文摘要
一種X射線圖象拍攝方法，使來自X射線源的X射線在穿過一個濾光器後照射到欲攝取其圖象的物體上，所述濾光器能使X射線的有效能量的波動受到扼制而限制在±10％之內，然後用攝象裝置來接收這樣穿過物體的X射線，於是，作為被照射目標的病人以及醫生或X射線工作人員所接受的輻射劑量就可顯著降低，而所獲得的圖象的清晰度卻大為提高。
文檔編號G03B42/02GK1057114SQ9110390
公開日1991年12月18日 申請日期1991年6月6日 優先權日1990年6月6日
發明者藤崎雪雄 申請人:藤崎雪雄