專利名稱：數(shù)字式x射線攝影儀的制作方法
技術領域：
總體說來，本發(fā)明涉及X射線設備及其使用方法；具體來說，涉及配備一臺獨立的X射線檢測器的便攜式X射線設備、將此類便攜式X射線設備用作數(shù)字式X射線照相機的方法、以及配備此類便攜式X射線設備的系統(tǒng)。
背景技術：
人們對常規(guī)的X射線管和X射線設備(含有X射線管的設備)的了解和使用已有很長時間了。遺憾的是，它們通常十分龐大，并由笨重的高壓電源供電，這限制了其移動性。此外，它們使用起來一般都很困難和費時。在許多情況下，必須將分析樣本送到遠離現(xiàn)場的實驗室用X射線設備分析。
對于涉及X射線設備的眾多廣泛應用來說，這些限制是非常不便的。此類應用包括土壤、水、金屬、礦石、井孔等的X射線熒光(XRF)檢測，以及衍射和鍍層厚度測量。典型的X射線成像應用要求將需要成像的樣本放到X射線設備前。此類限制讓開發(fā)便攜式X射線設備的呼聲日益高漲。請參閱，例如，美國專利6,661,876、6,459,767、6,038,287和6,205,200，美國公開專利申請2003/0048877、2003/0002627和2003/0142788，以及歐洲專利號EP0946082、EP0524064、EP0247758、EP0784965和EPO488991。其全部內容在此引入作為參考。
許多此類現(xiàn)有設計提高了X射線設備的便攜性。但與此同時，此類設計受到幾種因素的制約。首先，大部分設計并非真正便攜，因為它們采用外置電源系統(tǒng)(即需要公共電網(wǎng)提供線電壓)。其次，某些便攜式設計(特別是XRF系統(tǒng))采用內置或“集成式”電源系統(tǒng)，此類設計沒有X射線成像應用通常所需的X射線管高電流負載。例如，能量分散式XRF通常要求X射線的射束電流在1毫安以下，而X射線成像應用通常要求在約2毫安以上。最后，此類設計通常用鉛屏蔽X射線管的輻射。鉛非常重，限制了設備的便攜性。
圖像顯示組件進一步限制了高便攜性設計。用來顯示X射線分析結果的優(yōu)質成像顯示組件很難集成到便攜式X射線設備的機殼設計中，因此，許多便攜式設計在放置X射線管的機架或機殼外部配置圖像顯示組件。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及便攜式X射線設備及其使用方法。該設備配備一個由內置式電源系統(tǒng)供電的X射線管。X射線管用一種含高Z物質的低密度絕緣材料屏蔽。該設備也可具有一個集成的顯示組件。此類組件降低了X射線設備的尺寸和重量，并增強了設備的便攜性。該設備也可配備從結構上來講不依附于X射線設備，因而是獨立的檢測組件。因此，也可將X射線設備用作數(shù)字式X射線照相機。便攜式X射線設備特別適合于對便攜性要求比較高的應用，例如現(xiàn)場作業(yè)、遠程操作、以及諸如療養(yǎng)院、家庭保健或課堂教學等移動應用。在多診室醫(yī)療診所或多手術椅牙科診所中，這種便攜性特別有用。在那里，一臺X射線設備可用作多個診室的數(shù)字式X射線照相機，而不是每個診室一臺。


對本發(fā)明的下述說明可根據(jù)圖片來理解，其中圖1-2從本發(fā)明的一個方面說明X射線設備；圖3從本發(fā)明的另一個方面說明X射線設備；圖4從本發(fā)明的再一個方面說明X射線設備；圖5從本發(fā)明的一個方面說明X射線管和X射線設備的電源；圖6-7從本發(fā)明的一個方面說明X射線設備的電源以及所述電源與X射線設備的連接方法；圖8從本發(fā)明的一個方面說明X射線設備的X射線管；圖9說明傳統(tǒng)配置中的傳統(tǒng)X射線管；圖10-12從本發(fā)明的一個方面說明X射線設備，以及；
圖13-17從本發(fā)明的另一個方面說明X射線設備；圖1-17說明本發(fā)明的某些方面并且是說明書的一部分。
圖中可能將組件的厚度和結構放大顯示，以便清晰觀看。不同圖紙中的相同編號代表相同的組件。上述圖片和下述說明一起展示并解釋本發(fā)明的原理。
具體實施例方式
以下描述詳細說明本發(fā)明的特定細節(jié)，以便對本發(fā)明有透徹的理解。但本領域技術人員都知道，沒有這些特定細節(jié)也可以實施本發(fā)明。事實上，通過修改本文所述的方法及由此生成的產(chǎn)品也可實施本發(fā)明，而且它可以與業(yè)內常用的儀器和技術一起使用。盡管本發(fā)明被描述為用于牙科的X射線成像，但也可用于其他醫(yī)療應用，如醫(yī)學成像、獸醫(yī)和骨密度計量。此外，它還可用于非牙科和非醫(yī)學應用，如工業(yè)成像、金屬疲勞檢測、針對裂縫/虛焊和縮孔的焊接檢查、以及對包裹和手提行李進行隨機檢查的安檢等。
如上所述，本發(fā)明包括一臺便攜式X射線設備。該設備主要適合于遠程使用和/或診所應用，包括多診室診所。X射線設備可設計為手持式或臨時固定在某個位置上，例如安裝在三腳架上。此外，本發(fā)明也可安裝在任何其他半穩(wěn)定儀器上，如常見于放射性應用并在上述出版物中有所描述的鉸接臂或C型臂。
X射線設備的便攜性體現(xiàn)在可以用手從一個位置移到另一個位置，而無須借助任何機械設備。由于采用內置電源系統(tǒng)，設備的使用位置不受任何外部固定電源(如家庭或辦公室常用的、由公共電網(wǎng)提供的交流電)的約束。該設備還配備檢測組件。此類檢測組件并沒有從結構上依附于X射線設備，因而是獨立的組件。對外部電源的獨立性和獨立的檢測組件是上述便攜式X射線設備的主要特性。
如圖1-2所示，本發(fā)明的X射線設備10配備一個機殼或機架20，用來放置設備的所有內部組件。機殼20內置一個X射線管30，用于產(chǎn)生X射線。X射線設備10包括一個電源系統(tǒng)(包括電源40)，為設備10及X射線檢測裝置，如膠片、CCD傳感器或成像板(未顯示)，提供電源。X射線設備10還配備顯示分析結果的組件如內置圖像顯示屏(圖4所示的60)、控制組件(如控制器70)、以及保護設備操作人員免受試樣后向散射線輻射的屏蔽器80。
X射線設備10還配備保證操作效率的本領域已知的任何其他組件(如X射線準直器32)，也包括上述文檔中描述的那些組件。
X射線設備10包括一個獨特的X射線設備供電系統(tǒng)。該X射線設備供電系統(tǒng)由電源40、電源34和轉換器組成。本發(fā)明的X射線設備所用的電源40可以是能夠提供所需電量的任何本領域已知的電源，只要符合X射線設備的尺寸限制即可。就本發(fā)明而言，電源由電池所組成，如14.4VNiCd蓄電池組。電源可以用任何適當?shù)姆绞竭M行充電，如使用可充電電池時將其連接到適當?shù)碾娫措妷骸?br> 從本發(fā)明的一個方面來說，電源40可以從X射線設備10的其余部分卸下來。就本發(fā)明的這方面而言，電源40還包括將電源40連接到X射線設備10的機械和電氣連接裝置。電氣和機械連接裝置可以是任何本領域已知的裝置。如圖6所述，電氣連接裝置由一個上部帶有電氣連接器42的延伸件41組成，機械連接器則包括釋放機構43a。
如圖7所示，X射線設備10包括一個鎖緊機構43b。要將電源40連接到X射線設備10，請將電源40輕輕推入X射線設備10的手柄15的底部。完全連接后，電氣連接器42即與X射線設備10的內部電子元件連接。鎖緊機構43b自動嚙合，將連接到X射線設備10的電源40保持就位。要拿掉電源40，需要啟動釋放機構43a以松開鎖緊機構43b，然后將電源40從手柄15輕輕滑出。
電源40采用任何已知的電氣連接方式電氣連接到轉換器，包括上述出版物所述的方式。轉換器將電源40提供的初始電壓轉換為供電源34使用的轉換后的電壓。轉換器通常將電源40提供的14.4V(或類似電壓)轉換為大約80-200V的電壓。就本發(fā)明而言，初始電壓被轉換為大約100V的轉換后電壓。以這種方式轉換電壓的任何本領域已知的轉換器都可以用在本發(fā)明中，包括電源控制板36。
轉換器采用電氣方式連接到電源34，電源34將轉換器提供的轉換后電壓(比如100V)提升到X射線管30可用的電壓。電源34產(chǎn)生的功率以及通過連接器35輸入X射線管30的電流(如圖8所示)，取決于X射線管的工作功率，以及電源可提供的最大功率。通常，電源34向X射線管30提供的功率在大約20-150kV之間。典型地，電源提供的此類功率一般在大約40-100kV之間。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，采用多個獨立電源系統(tǒng)集中供電的方式。獨立電源系統(tǒng)的數(shù)量取決于X射線管所需的電壓、電源34所需的空間、電源可提供的總功率、以及X射線管的電子加速柵極數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所采用的多個獨立電源為兩個(以圖5的45和46表示)，其中，電源45為陽極提供正電壓，電源46為陰極提供負電壓。
每個獨立電源系統(tǒng)提供的功率取決于所用的獨立電源系統(tǒng)的數(shù)量、電源可提供的最大功率、以及X射線管的熱耗散能力。通常，每個獨立電源系統(tǒng)提供的功率等于X射線管的總工作功率除以獨立電源系統(tǒng)的數(shù)量。例如，每個獨立電源系統(tǒng)(當總共兩個時)提供的功率在大約20-50kV之間。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，每個獨立電源系統(tǒng)(當總共兩個時)提供的功率大約是+35kV和-35kV。具體而言，+35kV連接到X射線管陽極，-35kV連接到X射線管陰極。陰極電源包括一個燈絲變壓器，負責向X射線管燈絲提供電流，并在射線管陰極處產(chǎn)生電子束。因此，電源產(chǎn)生的總功率等于單獨的陽極電源的功率和單獨的陰極電源的功率總和。
采用此類單獨的低壓電源時，X射線管30的便攜性更佳。傳統(tǒng)X射線管的工作電壓相當高(70kV或更高)。因為電壓如此之高，再加上需要絕緣高電壓，傳統(tǒng)的X射線管300通常浸沒在液體密封管套306的絕緣油302(或類似材料)中，如圖9所示。絕緣油302還具有消散操作中產(chǎn)生的高溫的優(yōu)點。通過將所需的工作電壓分由兩個(或更多)獨立電源系統(tǒng)提供，每個獨立電源系統(tǒng)只需提供(也只需絕緣)一半的高電壓。
由于這種較低的電壓，本發(fā)明的X射線管30可以用高密度油之外的其他材料進行封裝。這些材料只需絕緣按比例降低的電壓即可，例如只需絕緣一半的絕緣油所絕緣的電壓，因為產(chǎn)生的電壓約為傳統(tǒng)射線管所用電壓的一半?？刹捎眠@種絕緣方式的任何已知材料都可以用于本發(fā)明，包括低密度材料，如絕緣凝膠、硅橡膠、環(huán)氧樹脂及其組合物。絕緣材料以絕緣材料層33的形式提供，它基本上密封了X射線管30，除了射線管實際放射X射線(即進入X射線準直器32)的部分除外。
絕緣材料層33的厚度只要能滿足上述目的即可。通常，絕緣材料的厚度在大約1/4-1英寸之間。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，如使用硅橡膠，絕緣材料的厚度在大約1/3-1/2英寸之間。根據(jù)本發(fā)明的一方面，絕緣材料包括X射線管外面涂的兩層絕緣材料。第一層由一種絕緣材料組成，第二層由另一種絕緣材料組成。
消除了使用高密度油的需要，從而大幅度降低了設備的重量。另外一個優(yōu)勢是不需要用液體密封管套306盛放液體油302。事實上，當使用諸如硅橡膠之類的固體材料時，是不需要使用任何管套的，即便有可供選擇的管套。根據(jù)本發(fā)明的一方面，通過不使用管套，而使用與X射線管形狀一致的硅橡膠，絕緣材料的總體積會大幅度減少。
如圖9所示，傳統(tǒng)的X射線管300也還包括一個屏蔽裝置，用于吸收X射線管放射的雜散X射線。該屏蔽裝置通常用鉛制成，并結合在液體密封管套306中。傳統(tǒng)使用鉛是因為它有極好的X射線吸收特性。但鉛屏蔽非常重，制約了X射線設備的便攜性。本發(fā)明的X射線設備不使用此類鉛屏蔽，減少了X射線設備所需的額外組件，從而提高了便攜性。代替的是，絕緣材料(如硅橡膠)內部散布著一種高Z介質。高Z介質吸收任何放射的雜散X射線?？墒褂萌魏伪绢I域已知的高Z介質，包括Pb、W、Ta、Bi、Ba化合物或其組合。
絕緣材料中的高Z介質的濃度以能夠吸收預計數(shù)量的雜散X射線為宜。通常，高Z介質的濃度在大約30wt％-60wt％之間。根據(jù)本發(fā)明的一方面，高Z介質的濃度在大約45wt％-50wt％之間。根據(jù)本發(fā)明的一方面，絕緣材料還包括已知的優(yōu)化導熱性的物質，如金屬顆粒或高導熱性材料內含物。
本發(fā)明的X射線設備可選地包括一個操作人員屏蔽裝置80。操作時，X射線通常從分析對象，如患者的牙齒背向散射，使操作人員受到輻射。屏蔽裝置80使操作人員免于此類雜散輻射。根據(jù)本發(fā)明的一方面，采用填充了鉛的丙烯酸射線散射屏蔽裝置。
本發(fā)明的X射線設備還包括設備操作控制器，任何本領域已知控制器都可用于本發(fā)明。標有上下箭頭的膜片開關即為此類控制器之一，該開關配備一個調整照射時間的LED讀數(shù)器。相應的指示器包括“power on”(接通電源)、“start”(開始)和“X-rays on”(X射線開啟)LED。如圖1所示，本發(fā)明將控制裝置(控制器70)集成到機殼20中。另一方面，控制裝置(如控制器76)外置于設備，用任何已知的電子連接器與設備的其余部分相連，如電纜72(見圖3)。在上述兩種情況中，控制裝置還包括一個內置于手柄15、被操作人員用于啟動(或結束)X射線照射的觸發(fā)器74。
本發(fā)明還包括X射線檢測或傳感裝置。對X射線輻射敏感的任何本領域已知檢測裝置都可用于本發(fā)明。此類檢測裝置的例子包括X射線接收器、X射線膠片、CCD傳感器、CMOS傳感器、TFT傳感器、成像板和圖像增強器。如圖10所示，根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明的X射線設備將CCD傳感器50作為檢測裝置。
X射線設備還可以包括用于顯示檢測裝置檢測到的X射線的顯示裝置，以操作人員可以理解的方式顯示檢測到的X射線的任何顯示裝置都可用于本發(fā)明。可用的顯示裝置例子包括膠片、成像板、以及諸如陰極射線管(CRT)或液晶顯示屏(LCD)之類的數(shù)字圖像顯示器。根據(jù)本發(fā)明的一方面，顯示裝置可用作測量X射線吸收的光密度計。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，顯示裝置內置于X射線設備的機殼中。但這種做法會限制顯示裝置的尺寸，因為尺寸太大的顯示裝置會降低設備的便攜性。就本發(fā)明而言，具有足夠分辨率的任何小型顯示裝置均可用于本發(fā)明，包括液晶顯示屏(LCD)60。
另一方面，本發(fā)明的顯示裝置外置于X射線設備，此時可采用適合于大型應用(如醫(yī)學或獸醫(yī)成像)的單獨成像板(如CMOS或TFT板)。單獨成像板可連接到本領域已知X射線設備的其余部分。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，如圖10所示，本發(fā)明的X射線設備10可以包括檢測裝置(如CCD傳感器50)和集成的顯示裝置(如LCD顯示屏60)、以及控制裝置(如控制器70)。此類組件可以幫助最大程度地減少設備的尺寸，優(yōu)化X射線設備的便攜性和用途。
可以用檢測組件和顯示組件在X射線設備中臨時存儲圖像。達到此類臨時圖像的存儲容量后，可用可選的有線或無線連接裝置無縫升級至外置式電子存儲裝置或系統(tǒng)，如永久性數(shù)據(jù)庫或本領域已知的桌面電腦。有線或無線連接可用已知的方式實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，采用無線連接，因為它提供真正的便攜性，且不受線電壓限制。
在圖10中，檢測裝置(CCD傳感器50)并沒有從結構上依附于X射線設備10。因此，在本發(fā)明的這一方面，檢測裝置是獨立的。對有些已知的便攜式X射線設備來說，檢測裝置從結構上依附于X射線設備。相應地，相對于X射線設備的其他部分而言，檢測裝置的位置是固定的。X射線設備移動時，檢測裝置也相應地移動。對便攜式X射線設備來說，這種位置的變化是不利的，因為檢測裝置相對于被成像物的任何移動都會導致圖像失真和模糊。因為本發(fā)明的檢測裝置是獨立的，所以X射線設備的任何細微移動都不會導致圖像失真或模糊。另外，當檢測裝置(如CCD傳感器50)從結構上依附于X射線設備時，X射線設備經(jīng)常被配置為與這一特定類型(如尺寸和形狀)的CCD傳感器一起使用。但獨立式檢測裝置可以和任何特定給定的X射線設備互換，而無須從實質上改裝X射線設備。
在圖10中，檢測裝置(如CCD傳感器50)通過任何已知的無線傳輸機制與X射線設備10通信。此類無線傳輸機制包括802.11協(xié)議、無線應用協(xié)議(WAP)、藍牙技術或其組合。本發(fā)明采用藍牙技術作為無線傳輸機制，檢測裝置(CCD傳感器50)檢測到的X射線圖像被傳輸?shù)絏射線設備10，通過顯示裝置60即可察看圖像。
可以定制獨立式檢測裝置，用于任何類型的物體分析。本發(fā)明中的CCD傳感器可以為非扁平式配置(non-flat configurations)。另一方面，CCD傳感器可以有不同的形狀(圖中所示的正方形除外)，例如矩形、圓形、橢圓形、多邊形等等。要增加成像面積，可以將多個檢測裝置陣列用電子元件組裝起來，就像一個單一的檢測裝置一樣，成像面積較大。
采用這種獨立式檢測裝置的X射線設備10特別適合牙科行業(yè)。如圖11所示，可以用X射線設備10分析病人的牙齒90(或多顆牙齒)將牙齒90放在X射線設備10和CCD傳感器50之間，然后啟動X射線設備。在圖11中，CCD傳感器50通過任何已知連接線55(或電纜)連接到X射線設備10，讓傳感器將X射線圖像傳輸?shù)絏射線設備10。圖12所示為本發(fā)明的類似情況，唯一的區(qū)別是用無線技術代替了連接線55。
與本發(fā)明的情況類似，可以稍稍改裝X射線設備，以便用于醫(yī)療行業(yè)。在本發(fā)明中，檢測裝置(如CCD傳感器或CMOS成像板)的尺寸增加了，以捕捉更大的X射線圖像。圖像尺寸取決于被分析的物體部分和X射線設備的最大視場尺寸。通常情況下，檢測裝置的尺寸可以高達24英寸。在本發(fā)明中，這一尺寸在大約10-14英寸之間。
也可將本發(fā)明的X射線設備配置為不同的形式，如圖13-16所示。此時，X射線設備110包括與X射線設備10同樣的組件，看起來基本上就是傳統(tǒng)的照相機。這讓X射線設備110的操作員覺得和使用照相機沒什么區(qū)別，只是拍的是數(shù)字式X射線圖而已。
如圖13-16所示，X射線設備110的機殼120基本上呈矩形。在本發(fā)明中，機殼120不包括手柄。事實上，機殼120里面可以包括凸起型122，為操作員提供一個比平坦的表面更好的握持。當然，該X射線設備110也可以內置類似的特征，以對設備的處理和操作，例如在表面上進行紋理處理，或設置成鋸齒狀凹痕，實現(xiàn)輕松握持。
和X射線設備10一樣，X射線設備110也包括諸如X射線管和內置電源系統(tǒng)等類似內置組件。此類內置組件的工作方式基本上和X射線設備10一樣，但內置于機殼120中，以便采用不同的形狀。X射線設備110也配備控制裝置(未示出)，包括觸發(fā)器174、輻射屏蔽器180、以及有效操作機器所需的任何其他本領域已知組件(例如X射線準直器132)，包括上述文件中描述的一些組件。
X射線設備110還配備分析結果顯示裝置。在本發(fā)明中，X射線設備110內置一個顯示裝置(例如LCD顯示器160)。如圖16所示，可拆卸式LCD顯示器160被配置成可以輕松安裝在設備110后部的凹部176里，方便操作人員看到。當然，外置式顯示裝置也可以用在本發(fā)明中。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，將顯示裝置和控制裝置合并為一個裝置，即可控顯示裝置。該可控顯示裝置控制X射線設備的操作，也控制和操縱圖像顯示。該可控顯示裝置可以內置于X射線設備110，也可以外置于該設備。以這種方式工作的任何本領域已知可控顯示裝置都可用在本發(fā)明中，便攜式電子設備165，如個人數(shù)字助理(PDA)、掌上電腦(例如IPAQ)或常規(guī)的照相機型LCD顯示器即為其中之一。
將便攜式電子設備用于X射線設備能夠提高設備的靈活性。例如，可以給便攜式電子設備(包括硬件和軟件)升級，而無須改裝X射線設備。便攜式電子設備安裝的軟件也可以用于在捕捉圖像時進行圖像分析、圖像增強、圖像診斷。再者，可升級或改裝X射線設備，而無須改裝便攜式電子設備。實際上，可以定做便攜式電子設備，讓任何人有適合他/她的情況的設置，能夠將同一電子設備用于類似的X射線設備。
可以用有線或無線技術將可控顯示裝置連接到X射線設備110。如圖17所示，可以改裝X射線設備110(包括凹部176)，以便在凹部176設置與便攜式電子設備165的常規(guī)接口。因此，放入凹部176的便攜式電子設備165可以通過機械方式和電氣方式連接到X射線設備。便攜式電子設備165也可以通過常規(guī)的連線連接到X射線設備110。最后，還可以通過任何常規(guī)的無線技術將便攜式電子設備165遠程連接到X射線設備。
將便攜式電子設備用于X射線設備110也增加了X射線設備的功能。例如，便攜式電子設備可以臨時設置病人數(shù)據(jù)庫。借助閃存存儲設備，可以將病人數(shù)據(jù)庫存儲在便攜式電子設備中，在使用X射線設備時也可以訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。還有一個例子，便攜式電子設備安裝的成像軟件可以確定并控制圖像的特性，例如牙腔(dental carries(cavities)、骨折、焊縫或管道裂縫、安檢成像中確定可疑物形狀等。
其實，臺式機或工作站當前能夠實現(xiàn)的任何功能，所述X射線設備一樣可以做到，比如說增加對比度、圖像銳化、平滑化、反向遮蔽(reverseshading)、為不同密度的材料指定不同的顏色、確定相對密度等等。X射線設備結合便攜式電子設備使用、或讓便攜式電子設備遠程操作都可以實現(xiàn)所有此類功能及其他一些功能。隨后可以將便攜式電子設備與任何已知的外部電子設備(例如存儲設備、辦公電腦或工作站)連接，用有線或無線技術傳輸數(shù)據(jù)和/或信息。便攜式電子設備(及相應的X射線設備)也可以利用外部電子設備的其他功能。
本發(fā)明中的X射線設備可以按任何方式制造，只要能夠為該設備提供上述配置的組件。機殼、X射線管、檢測裝置、顯示裝置、控制裝置、射線屏蔽器、電源和轉換裝置都可以按本領域已知的方式和以上公開的出版物所述的方式提供。將所需數(shù)量的高Z物質(如重金屬氧化物)混入絕緣材料(如將硅樹脂的A和B兩種成分混合在一起制成的硅灌注材料)里，即可制成絕緣材料。生成的混和物徹底混合，均勻分布在X射線管上，如倒入密封模具中，用這種方法，使包括高Z物質的絕緣材料均勻分布在X射線管四周。
提供電源時，將就兩個獨立電源系統(tǒng)的過程分別說明。配置電源時應使每個電源的接地端靠近X射線管的中心。其中一個電源向X射線管的一端提供正電壓，另一個向X射線管的另一端提供負電壓。在此配置中，可沿著X射線管的整個長度將最大電壓(即正負電壓之和)與每個獨立電源系統(tǒng)絕緣，對地絕緣只為總電壓的一半。因此，絕緣路徑也只需一半長。
可以按能提供X射線圖象的任何方式操作X射線設備。一方面，可以按下列方式操作本發(fā)明的X射線設備10(或110)首先，按下控制裝置上的適當按鈕打開設備。設置照射時間后，按下“使能”按鈕。該“使能”按鈕起到安全開關的作用，避免在操作員將設備固定在正確的位置并準備按下觸發(fā)器之前啟動X射線輻射。
然后按下觸發(fā)器或“開始”按鈕，電源34提供的高電壓(HV)將升至大約70kV(即一個電源約為+35kV，另一個約為-35kV)。達到這一高電壓后，燈絲將按其完全設定值(full setpoint)供電，向X射線管提供所需的放射電流。在操作人員指定(比如，用控制器指定)的時間內，燈絲都將保持這一電壓。按下觸發(fā)器時，控制裝置LED的開始指示器會亮起。在向X射線管提供放射電流的整個時間段內，控制裝置LED的“X射線開啟”指示器會一直亮著。此外，可用一個聽得見的信號表示正在放射X射線。
在按下觸發(fā)器74(或174)后的照射過程中，X射線管30發(fā)射X射線并照射分析對象，當用于牙科用途時，其比如患者的牙齒。為符合X射線設備的標準，在整個照射過程中，按鈕或觸發(fā)器74(或174)必須一直按著。在照射過程中，人們如本領域已知那樣通過檢測裝置用X射線分析對象。操作人員可以用顯示裝置查看分析結果，可以選擇將圖像下載到外部電子設備。
用X射線照射患者后，燈絲將和“X射線開啟”指示器一起關閉，HV也將下降。HV降低后，控制器LED的開始指示器將熄滅，X射線設備也將恢復待機狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，操作人員可能需要在啟動下次照射前重新設置照射時間。設定照射時間后，完成重新設置過程，控制裝置LED的“就緒”指示器點亮。
可以修改本發(fā)明的X射線設備，以包括其他可選功能，包括上述出版物所述的任何功能。例如為延長電池壽命，可以為X射線設備配備自動關閉模塊。兩分鐘內沒有X射線照射的，該模塊將關閉X射線設備。可增加的另一個功能是用耐沖擊性較好的材料(如專為抵抗重載沖擊設計的ABS或其塑料合金、或其他材料)制造機殼或機架20(或120)，以減少損壞的風險。
本發(fā)明的X射線設備也可作為X射線分析系統(tǒng)的一部分。該系統(tǒng)可以包括任何輔助X射線設備操作或X射線分析的組件，包括上面提及的那些，如存儲X射線圖像的外部存儲設備。此外，該系統(tǒng)還可以配備一個硬殼手提箱、一個“工業(yè)強度”三腳架、一根連接到遙控器面板76的三米長操縱電纜、或其他類似組件。系統(tǒng)還可以配備一個備用電源40。最后，還可以為系統(tǒng)配備上述出版物所述的任何組件。
相對于傳統(tǒng)設備，本發(fā)明的X射線設備有好幾項改進。首先，本發(fā)明的X射線設備內置一個電源系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以由電池供電，但仍然可以提供連續(xù)高電壓，而不同于脈沖式Marx發(fā)電機或電容脈沖系統(tǒng)。X射線設備因此得以保持連續(xù)的直流高壓供電，還可以借助每次高電流放電產(chǎn)生幾秒鐘的高電壓。電池的高存儲容量允許放電幾百次，每次持續(xù)幾秒鐘，電流在大約10-20安培之間。對于大部分應用(包括牙科應用)，本發(fā)明的X射線設備每次照射所需的時間不足一秒。
但是，大部分傳統(tǒng)的X射線設備采用外置電源。即使是那些確實配備內置電源系統(tǒng)的傳統(tǒng)X射線設備，仍然無法提供上述大電流負載。因此，本發(fā)明的電源系統(tǒng)可提供恒定的放射輸出，圖像質量得以改善，也減少了照射對象(如患者)的X射線劑量。
本發(fā)明的X射線設備的另一項改進是X射線管屏蔽裝置。傳統(tǒng)的X射線管采用液體油密封和鉛屏蔽，這兩者都龐大而沉重。本發(fā)明的X射線管屏蔽裝置不采用這兩個組件，而是采用包括高Z物質的低密度絕緣材料，從而減少了材料的數(shù)量，通常也能降低設備的重量。
獨立的檢測裝置和便攜式電子設備為該X射線設備帶來其他改進。有了獨立的檢測裝置，即使在X射線設備移動時也可以獲得高質量的圖像。另外，獨立式檢測裝置與X射線設備的互換性較好。該X射線設備內置便攜式電子設備時，設備的功能(比如說圖像的顯示和控制)和互換性會大大提高。
除了上述任何變化外，本領域技術人員還可以設計其他眾多修改和其他安排，而不會偏離本發(fā)明的精神和范圍。隨附的權利要求書旨在覆蓋此類修改與安排。因此，在上文結合目前被視為最實用、最優(yōu)選的方面描述本發(fā)明的特征和細節(jié)時，對本發(fā)明的眾多修改，包括但不限于對形式、功能、操作和使用方式的修改不會偏離本文闡述的原則和概念。對本領域技術人員來說，這一點是顯而易見的。
權利要求
1.一臺便攜式X射線設備，包括包括X射線源和內置電源系統(tǒng)的機殼、以及結構上獨立于機殼的檢測裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，檢測裝置電連接到X射線設備。
3.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，檢測裝置通過無線技術與X射線設備電通信。
4.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，該設備包括內置顯示裝置。
5.根據(jù)權利要求4所述的設備，其特征在于，顯示裝置包括一個LCD屏幕。
6.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，機殼基本上呈照相機的形狀。
7.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，電源系統(tǒng)包括多個低壓電源，每個電源提供的電壓在大約20-50kV之間。
8.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，用包括高Z物質的低密度絕緣材料屏蔽X射線源。
9.一種便攜式X射線設備，包括包括X射線源、內置電源系統(tǒng)和內置顯示裝置的機殼、以及結構上獨立于機殼的檢測裝置。
10.根據(jù)權利要求9所述的設備，其特征在于，機殼基本上呈照相機的形狀。
11.根據(jù)權利要求9所述的設備，其特征在于，電源系統(tǒng)包括多個低壓獨立電源，每個電源提供的電壓在大約20-50kV之間。
12.根據(jù)權利要求9所述的設備，其特征在于，用包括高Z物質的低密度絕緣材料屏蔽X射線源。
13.一種數(shù)字式X射線照相機，包括包括X射線源、內置電源系統(tǒng)和內置顯示裝置的機殼，以及結構上獨立于機殼的檢測裝置；
14.根據(jù)權利要求13所述的設備，其特征在于，電源系統(tǒng)包括多個低壓電源，每個電源提供的電壓在大約20-50kV之間。
15.根據(jù)權利要求13所述的設備，其特征在于，用包括高Z物質的低密度絕緣材料屏蔽X射線源。
16.一種X射線分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一臺數(shù)字式X射線照相機，其具有包括X射線源、內置電源系統(tǒng)的機殼、以及結構上獨立于機殼的檢測裝置。
17.根據(jù)權利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，電源系統(tǒng)包括多個低壓電源，每個電源提供的電壓在大約20-50kV之間。
18.根據(jù)權利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，用包括高Z物質的低密度絕緣材料屏蔽X射線源。
19.一種便攜式X射線設備的制造方法，所述方法包括提供具有X射線源和內置電源系統(tǒng)的機殼；以及提供結構上獨立于機殼的檢測裝置。
20.根據(jù)權利要求19所述的方法，其特征在于，包括提供具有多個低壓電源的電源系統(tǒng)，每個電源提供的電壓在大約20-50kV之間；以及提供X射線源，其具有包括高Z物質的低密度絕緣材料屏蔽。
21.一種分析方法，包括提供數(shù)字式X射線照相機，其具有包括X射線源和電源系統(tǒng)的機殼、檢測裝置結構上獨立于機殼，由內置的電源系統(tǒng)向X射線源供電。
22.根據(jù)權利要求21所述的方法，其特征在于，包括其具有由多個低壓獨立電源提供電源系統(tǒng)，每個電源提供的電壓在大約20-50kV之間，以及提供X射線源，其具有包括高Z物質的低密度絕緣材料的屏蔽。
23.一種牙科成像法，包括提供數(shù)字式X射線照相機，其具有包括X射線源和內置電源系統(tǒng)的機殼，以及結構上獨立于機殼的檢測裝置，以及由內置的電源系統(tǒng)向X射線源供電，以便用X射線照射患者的牙齒。
24.根據(jù)權利要求23所述的方法，其特征在于，包括提供具有多個低壓電源的電源系統(tǒng)，每個電源提供的電壓在大約20-50kV之間，以及；提供X射線源，其具有包括高Z物質的低密度絕緣材料的屏蔽。
25.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，還包括一個可控顯示裝置。
26.根據(jù)權利要求25所述的設備，其特征在于，所述可控顯示裝置內置于機殼。
27.根據(jù)權利要求25所述的設備，其特征在于，所述可控顯示裝置外置于X射線設備。
28.根據(jù)權利要求25所述的設備，其特征在于，所述可控顯示裝置包括一個便攜式電子設備。
29.根據(jù)權利要求28所述的設備，其特征在于，便攜式電子設備提高X射線設備的圖像分析能力。
30.一種便攜式X射線設備，包括包括X射線源的機殼；可控顯示裝置，及結構上獨立于機殼的檢測裝置。
全文摘要
便攜式X射線設備及其使用方法。該設備具有一個由內置式電源系統(tǒng)供電的X射線管，該射線管用包括高Z物質的低密度絕緣材料屏蔽，該設備也可內置一個顯示組件。此類組件降低了X射線設備的尺寸和重量，并增強了設備的便攜性。該設備還配備一個結構上不依附于機殼，因而是獨立的X射線檢測裝置，使設備可以用作數(shù)字式X射線照相機。便攜式X射線設備特別適合于對便攜性要求比較高的應用，例如現(xiàn)場作業(yè)、遠程操作、以及諸如療養(yǎng)院、家庭保健或課堂教學等移動應用。在多診室醫(yī)療診所或多手術椅牙科診所中，這種便攜性特別有用。在那里，一臺X射線設備可用作多個診所的數(shù)字式X射線照相機，而不需要每個診所都配備一臺。
文檔編號H01J35/00GK1973586SQ200580012536
公開日2007年5月30日 申請日期2005年3月21日 優(yōu)先權日2005年3月21日
發(fā)明者D·克拉克·特納 申請人:阿里伯克斯股份有限公司