專利名稱：X射線攝象法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(yī)療診斷領(lǐng)域中使用是特別有利的，因?yàn)橛么朔椒茉诩膊≡缙诳焖僭\斷人體內(nèi)部的受照射部位。
為了對(duì)人體內(nèi)部受照射部位進(jìn)行醫(yī)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(fā)射并穿過(guò)被照射目標(biāo)的X射線，直接經(jīng)由一個(gè)圖象增強(qiáng)器(下文將簡(jiǎn)稱為“I、I”)的攝象機(jī)攝取，或由X光膠片拍攝下來(lái)。
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，并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(huì)帶來(lái)這樣的問(wèn)題在醫(yī)療部門工作的醫(yī)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(jù)美國(guó)科學(xué)院1989年12月的報(bào)導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)輻射劑量與放射產(chǎn)生的疾患之間有正比關(guān)系，并且發(fā)現(xiàn)這類諸如胃癌等放射病的發(fā)病率是在相對(duì)短時(shí)間內(nèi)重復(fù)輻照，特別是低量級(jí)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(duì)實(shí)時(shí)診斷被照射部位是明顯有效的，但在須要攝取其圖象時(shí)，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(jié)現(xiàn)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(shuō)就是，當(dāng)X射線呈現(xiàn)為連續(xù)能譜分布時(shí)，這種分布表現(xiàn)出一幅向一側(cè)傾斜的圖案，于是對(duì)精確攝取圖象帶來(lái)一定困難。上述X射線的CT方法已通過(guò)一種復(fù)雜的計(jì)算機(jī)瞬時(shí)校正程序消除了這種“輻射束凝結(jié)”，但這又帶來(lái)所需設(shè)備異常昂貴的問(wèn)題。
本發(fā)明人已提出一種解決上述“輻射束凝結(jié)現(xiàn)象”這一問(wèn)題的方案，該方案已在美國(guó)4727561號(hào)專利和美國(guó)第299538號(hào)專利申請(qǐng)中作過(guò)描述。其中，來(lái)自一個(gè)單獨(dú)的X射線管的X射線被兩個(gè)檢測(cè)器之一在X射線尚未穿過(guò)待測(cè)目標(biāo)之前接收，而另一檢測(cè)器則在X射線穿過(guò)一個(gè)濾光器和穿過(guò)待測(cè)目標(biāo)后接收X射線，所述濾光器的輻射吸收系數(shù)不隨待測(cè)對(duì)象的厚度而變化。于是，就可在有效地避免了“輻射束凝結(jié)現(xiàn)象”所造成的任何影響下，由這樣兩個(gè)檢測(cè)器所接收到的射線的強(qiáng)度之比對(duì)被測(cè)對(duì)象作高精度的分析。
在這種可避免“輻射束凝結(jié)現(xiàn)象”的上述方案基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了一種有效的攝取X射線圖象的方法。
因此，本發(fā)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(duì)病人、醫(yī)生和X射線工作人員的輻射劑量，從而使放射產(chǎn)生疾患的發(fā)病率受到限制而降至最低，同時(shí)又能有效地避免“輻射束凝結(jié)現(xiàn)象”，使拍攝高清晰度的X射線圖象成為可能。
按照本發(fā)明，上述目的可通過(guò)下述的攝取X射線圖象的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)從X射線源發(fā)出的X射線先穿過(guò)一個(gè)濾光器然后穿過(guò)欲攝取其圖象的目標(biāo)，在穿過(guò)該目標(biāo)后再由一個(gè)攝象裝置接收，其特征在于，所述從X射線源發(fā)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(dòng)，限制在±10%之內(nèi)。
在本發(fā)明的上述方案中，照射在目標(biāo)上的X射線的有效X射線能量的波動(dòng)被限制在±10%范圍之內(nèi)，因此能有效地避免“輻射束凝結(jié)現(xiàn)象”，從而達(dá)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(fā)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，從而大大有助于醫(yī)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，使不得不暴露于輻射條件下的病人、醫(yī)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(xiàn)。
由以下參照附圖對(duì)本發(fā)明最佳實(shí)施例所作的詳細(xì)描述可清楚地了解本發(fā)明的其他目的及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的X射線攝象方法所需要的各部件的整體配置的說(shuō)明圖;
圖2是圖1所示的本發(fā)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(duì)照而示出的與本發(fā)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(duì)象厚度之間關(guān)系的典型圖表，其中將由本發(fā)明獲得的圖象與不是由本發(fā)明獲得的圖象的關(guān)系作了對(duì)比;
圖5是表示X射線聚焦深度和被照射對(duì)象的斜度之間關(guān)系的典型圖線，其中將由本發(fā)明獲得的圖象與不是由本發(fā)明獲得的圖象作了對(duì)比;
圖6是表示本發(fā)明方法中被照射對(duì)象的厚度和X射線有效能量之間關(guān)系的曲線圖;
圖7是表示在不按本發(fā)明的方法中，被照射對(duì)象的厚度和X射線有效能量之間關(guān)系的類似曲線圖;
圖8是用本發(fā)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(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述，但須指出，本發(fā)明并不只限于所述的實(shí)施例，而應(yīng)包括在所附的權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有可能的改型、變換和等價(jià)方案。
參看圖1，該圖示出可用于本發(fā)明的X射線攝象方法中的系統(tǒng)10。在系統(tǒng)10中，包括一個(gè)如X射線管的X射線源11。射線源11發(fā)出波長(zhǎng)小于1
的硬X射線。一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dāng)盤12在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置14的驅(qū)動(dòng)下繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)角時(shí)，這些濾光部件13、13a、13b……13n中必有一個(gè)適當(dāng)?shù)牟考锰幱赬射線源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(duì)應(yīng)有不同于X射線源11的各種能譜分布，因此相應(yīng)有與X射線源11不同的各種X射線強(qiáng)度，并被如此配置以便使由射線源發(fā)出的X射線的有效能量的任何波動(dòng)能受到扼制而限制在±10%以內(nèi)。
X射線源11和用以使濾光器盤12轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置14分別可由X射線控制器15和濾光器控制器16進(jìn)行控制，而控制器15和16兩者互相聯(lián)動(dòng)，以便配置相應(yīng)一個(gè)具有有效的X射線輻射能量的濾光部件。穿過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)濾光器盤12的X射線照射到放置在工作臺(tái)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臺(tái)17下面的膠片盒18中的X光膠片拍攝下來(lái)的。
如果須要，也可以用一個(gè)配置在工作臺(tái)17下面的I、I、攝象機(jī)19拍攝X射線穿過(guò)時(shí)的該物體，攝象機(jī)19耦合到一臺(tái)攝象機(jī)控制器20上，由I、I攝象機(jī)19拍攝的X射線圖象通過(guò)控制器20而提供給一個(gè)圖象處理裝置21，于是，一個(gè)可見(jiàn)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(tǒng)10中，X射線是由X射線源11發(fā)出的，其X射線的輻射能量則是受X射線控制器15調(diào)整的。如此射出的X射線再穿過(guò)由轉(zhuǎn)動(dòng)濾光器盤12的旋轉(zhuǎn)而指定的濾光部件13、13a、13b……13n中的一個(gè)濾光部件，于是就使X射線的有效能量的波動(dòng)被限制在±10%范圍之內(nèi)。這個(gè)例子中轉(zhuǎn)動(dòng)濾光器盤12的旋轉(zhuǎn)，是依據(jù)X射線控制器15對(duì)X射線源11的輸出，通過(guò)接有濾光器控制器16的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置14而實(shí)現(xiàn)的。X射線穿過(guò)轉(zhuǎn)到被指定的濾光部件之后照射到欲成象的物體上，于是物體OJ的可見(jiàn)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)，或者借助I、I、攝象機(jī)19經(jīng)攝象機(jī)控制器20，圖象處理裝置21和陰極射線管22而變成可見(jiàn)。
例1利用本發(fā)明的X射線攝象方法對(duì)疊置的鋁板作了實(shí)驗(yàn)。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(biāo)的板的厚度，其X射線能譜分布則利用一個(gè)純鍺(Ge)半導(dǎo)體檢測(cè)器和一臺(tái)波高分析儀(wave-height analyzer)來(lái)測(cè)定，其結(jié)果示于圖2。由圖2可見(jiàn)，在有效能量分布中，沒(méi)有出現(xiàn)傾斜，隨疊置物體厚度變化而呈現(xiàn)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(fā)明的X射線攝象法，“輻射束凝結(jié)現(xiàn)象”的影響基本上得以避免，同時(shí)清晰度得以改善。在這個(gè)實(shí)例中，作為X射線源11的X射線管的管電壓和管電流，在本方法中是采用120KV和50μA進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的。
對(duì)照例1除了不用轉(zhuǎn)動(dòng)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(dǎo)體檢測(cè)器和波高分析儀對(duì)類似方法疊置的A1板進(jìn)行測(cè)定的，疊置厚度則從0毫米到2.0毫米分4步改變，其結(jié)果示于圖3a。由圖3a可見(jiàn)，對(duì)于各不同的厚度，有效能量分布出現(xiàn)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(jié)現(xiàn)象”的影響，其有效能量的波動(dòng)寬度達(dá)到約±22%，因而清晰度下降。
對(duì)照例2除了不用轉(zhuǎn)動(dòng)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(dǎo)體檢測(cè)器和波高分析儀而對(duì)作為目標(biāo)的疊置的銀(Ag)板進(jìn)行測(cè)定的，疊置厚度則從0毫米到0.2毫米分5步改變，其測(cè)定結(jié)果示于圖3b。同圖3b可見(jiàn)，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(dòng)寬度達(dá)到約±31%，因而清晰度變得更差。
由上述兩個(gè)作為對(duì)照的例子1和2可清楚地看出，較大原子序數(shù)的物體受到“輻射束凝結(jié)現(xiàn)象”的影響較大。因此，如果還考慮到作為參數(shù)之一的欲成象物體的原子序數(shù)，則轉(zhuǎn)動(dòng)濾光器盤上被指配的一個(gè)濾光部件應(yīng)選擇成適于避免出現(xiàn)“輻射束凝結(jié)現(xiàn)象”，也就是應(yīng)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(xiàn)傾斜，從而有可能獲得與被照射物體類型或種類無(wú)關(guān)的極佳圖象。在對(duì)照例1和2中，這種有效能量的波動(dòng)與被照物體的類型和原子序數(shù)有關(guān);而在本發(fā)明的例1中，如圖6所示它與物體的類型或原子序數(shù)無(wú)關(guān)，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被照物體的定性和定量測(cè)定。
另一方面，雖然在本發(fā)明的攝取該圖象的方法中，有效能量也會(huì)因射線源的電壓、射線源電流、室溫、濕度等條件變化而波動(dòng)，但是，通過(guò)對(duì)這種波動(dòng)加以扼制可使有效能量的波動(dòng)平穩(wěn)下來(lái)，即當(dāng)有效能量低于100KeV時(shí)，限制其波動(dòng)在±10KeV之內(nèi)，而當(dāng)有效能量超過(guò)100KeV時(shí)，限制其波動(dòng)在±10%范圍之內(nèi)。換句話說(shuō)，就是X射線在射出之后立即被濾光，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(dòng)限制在±10%范圍之內(nèi)，最好是接近±0%。
例2本發(fā)明的攝取X射線圖象的方法被用于攝取一個(gè)由A1板逐漸疊置而成的物體的圖象。通過(guò)I、I、攝象機(jī)用陰極射線管來(lái)檢測(cè)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(jiàn)但最高疊層A1板的輪廓線仍存在時(shí)為止，于是，就可測(cè)出尚可看見(jiàn)和辨認(rèn)出的作為被測(cè)定目標(biāo)A1板的最小厚度。進(jìn)而，將一個(gè)厚0.6毫米的環(huán)形銅線放置在一疊A1板上作為攝象目標(biāo)，并通過(guò)I、I攝象機(jī)用陰極射線管來(lái)檢測(cè)目標(biāo)的X射線圖象的黑度，逐漸增加A1板的數(shù)量使其疊置起來(lái)，直至被檢測(cè)圖象上的銅線環(huán)因疊加A1板使黑度增加而看不見(jiàn)為止，于是就可測(cè)出作為被測(cè)目標(biāo)仍可看見(jiàn)和辨認(rèn)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(duì)照例3除了不用轉(zhuǎn)動(dòng)濾光器盤之外，采用了與例2相同的攝象方法，并以倒2中同樣的方式測(cè)量疊置的A1板的最小厚度和最大厚度。
例2和對(duì)照例3中A1板的疊置厚度與圖象黑度之間的關(guān)系示于圖4;而依據(jù)圖4，A1板的可見(jiàn)范圍(聚焦深度)和疊置的A1板厚度的斜度則示于圖5中。結(jié)果是，在本發(fā)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(duì)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，由于變黑而使最上面的A1板的中心部分成為不可見(jiàn)的情況下的疊置A1板的最小厚度T1為2.4cm;而在對(duì)照例3中，使最上面的A1板的中心部分已變成不可見(jiàn)的情況下的疊置A1板的同一最小厚度T2為4.0cm，于是盡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(huán)的欲成象的疊置A1板的最大厚度T3為7.4cm;而在對(duì)照例3中，同一最大厚度T4為8.6cm，于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(jiàn)的區(qū)域Z1是5.0cm(T3-T1)，而在對(duì)照例3中的可見(jiàn)區(qū)域Z2是4.6cm(T4-T2)，于是可知例2中的可見(jiàn)區(qū)域比對(duì)照例3中的可見(jiàn)區(qū)域有所擴(kuò)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(jiàn)區(qū)域均是用與例2中相同的方式測(cè)定的，只是欲攝象的目標(biāo)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(dāng)變化的。
對(duì)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(jiàn)區(qū)域是以與對(duì)照例3相同的方式測(cè)定的。
由例3-7和對(duì)照例4-8的測(cè)定結(jié)果可知，在以本發(fā)明的攝取X射線圖象的方法來(lái)獲得測(cè)量結(jié)果情況下，用于攝象所需的輻射劑量急劇下降到1/8至1/25，最終病人、醫(yī)生和工作人員不得不承受的輻射劑量就能減至最低，并且可獲得滿意的清晰度。因此本方法在醫(yī)療診斷中是極為有用的，被照目標(biāo)的圖象清晰度大為改善，可見(jiàn)區(qū)域范圍更大，從而能獲得可靠的高品質(zhì)的X射線圖象。圖8示出用本發(fā)明攝取X射線圖象的方法(射線管電壓為65KV，管電流為100mA)對(duì)膝關(guān)節(jié)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(duì)同一膝關(guān)節(jié)所拍攝的另一張X光照片。兩者相比可清楚地看出，用本發(fā)明的方法能獲得比用已知方法更高質(zhì)量的X光照片。
再有，按照本發(fā)明的X射線攝象法，用市場(chǎng)上任何可用的X光膠片都能獲得極高質(zhì)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(lái)攝取X射線的圖象，結(jié)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(duì)于普通攝象條件下的管電壓增加10%和20%來(lái)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(duì)照例9、10和11除了不用轉(zhuǎn)動(dòng)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。其輻射劑量也示于表2中。
例8-10和對(duì)照例9-11，其管電流都是恒定的100mA。另外，在表2中，各例8-10的輻射劑量相對(duì)于各對(duì)照例9-11的比值(以對(duì)照例本身設(shè)為100%)分別被示出。
由表2中示出的例8-10和對(duì)照例9-11的結(jié)果可明顯看出，盡管管電壓增加了10%或20%，而輻射劑量卻急劇下降1/4至1/11。
概括來(lái)說(shuō)，按照本發(fā)明可知，由于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(cè)(也就是圖2中所示的能量低于50KeV一側(cè))被消除，因而與已知方法中的輻射劑量相比，本發(fā)明中較低能量級(jí)的輻射劑量能被有效切除，于是通常被認(rèn)為是由低能量X射線照射而引起的放射疾患出現(xiàn)的幾率就降低了，而人體就可有效地免受X射線的傷害。
權(quán)利要求
1.一種X射線攝象法，其中從X射線源發(fā)出的X射線先穿過(guò)一個(gè)濾光器，然后穿過(guò)欲攝取其圖象的物體，在穿過(guò)該物體后再由一個(gè)攝象裝置接收，其特征在于，所述從X射線源發(fā)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(dòng)，限制在±10%范圍之內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法可用于醫(yī)療系統(tǒng)中。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述攝象裝置包括一個(gè)圖象增強(qiáng)器攝象機(jī)、圖象處理裝置和一個(gè)陰極射線管。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述攝象裝置包括一個(gè)膠片盒。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述X射線的有效能量中的低能量級(jí)部分在穿過(guò)所述濾光器后被除掉。
全文摘要
一種X射線圖象拍攝方法，使來(lái)自X射線源的X射線在穿過(guò)一個(gè)濾光器后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(dòng)受到扼制而限制在±10％之內(nèi)，然后用攝象裝置來(lái)接收這樣穿過(guò)物體的X射線，于是，作為被照射目標(biāo)的病人以及醫(yī)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(hào)G03B42/02GK1057114SQ9110390
公開(kāi)日1991年12月18日 申請(qǐng)日期1991年6月6日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月6日
發(fā)明者藤崎雪雄 申請(qǐng)人:藤崎雪雄