多線性x-射線掃描系統(tǒng)以及x-射線掃描方法
【專(zhuān)利摘要】一種x射線掃描儀，其包括產(chǎn)生扇形x射線的x射線源、x射線檢測(cè)器陣列、安置在所述源與所述陣列之間的準(zhǔn)直器，其固定到所述源，且界定將所述扇形x射線準(zhǔn)直成線性x射線束的狹縫。所述陣列從所述源間隔開(kāi)使得所述線性x射線束的線性程度不大于所述陣列的檢測(cè)器維度。x射線處理單元處理由所述陣列對(duì)所述線性x射線束的檢測(cè)。處理器控制的電動(dòng)機(jī)將所述x射線源繞源運(yùn)動(dòng)軸移動(dòng)以搖攝所述線性x射線束且建立x射線發(fā)射錐且與所述源相應(yīng)地移動(dòng)所述陣列。當(dāng)所述線性x射線束跨所述對(duì)象搖攝時(shí)，所述x射線處理單元對(duì)安置在所述準(zhǔn)直器與在所述x射線發(fā)射錐內(nèi)的所述陣列之間的對(duì)象形成x射線掃描圖像。
【專(zhuān)利說(shuō)明】多線性x-射線掃描系統(tǒng)以及X-射線掃描方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及X-射線成像系統(tǒng)以及X-射線掃描方法，尤其涉及X-射線成像系統(tǒng)以及使用掃描X-射線探測(cè)器的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]用于人員篩查的透射X-射線掃描儀已在市場(chǎng)中出現(xiàn)，且用于公眾被限制訪問(wèn)的高安全性區(qū)域，例如監(jiān)獄、鉆石和金礦以及小型貴重或危險(xiǎn)物品可被偷運(yùn)入或偷運(yùn)出安全區(qū)域的其它地方。2008年7月8日授予Linev的美國(guó)專(zhuān)利第7，397，892B2號(hào)中描述了一種這樣的系統(tǒng)，該專(zhuān)利全文并入本文。Linev教導(dǎo)了 X-射線源的使用，x_射線源產(chǎn)生被準(zhǔn)直以產(chǎn)生垂直X-射線束的單個(gè)扇形X-射線束，垂直X-射線束被進(jìn)一步向下準(zhǔn)直至非常窄的狹縫。這些準(zhǔn)直X-射線照射涂覆有閃爍磷光體的光電二極管的單個(gè)線性陣列。待掃描的人站在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的平臺(tái)上，該平臺(tái)將人在源與二極管檢測(cè)器陣列之間慢慢移動(dòng)使其整個(gè)身體暴露于X-射線束，從而生成整個(gè)身體的X射線圖像。然后，X射線圖像顯示這些人已攝取，隱藏在其衣服內(nèi)，或插入體腔中的任何物體。
[0003]雖然Linev所教導(dǎo)的系統(tǒng)因其可顯示以上描述的隱藏物品而很有效，但是卻受到許多限制。Linev所教導(dǎo)的系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方案所受的主要限制之一是其不能掃描無(wú)法站立或坐在輪椅內(nèi)的人。用于將被篩查人員移動(dòng)穿過(guò)X-射線束的平臺(tái)(在授予Linev的專(zhuān)利中被描述為走道地板或以恒定速度移動(dòng)的移動(dòng)門(mén))很小且很難接近。那么，一個(gè)人要求使用拐杖、助行器或輪椅來(lái)繞行掃描儀將是一件很容易的事情。平臺(tái)的掃描速度需很慢以避免站在平臺(tái)上的人掉落或受傷。掃描速度慢會(huì)降低系統(tǒng)的吞吐量，從而降低對(duì)人的掃描速率。該系統(tǒng)的另一個(gè)限制是從被掃描人員散射的X射線輻射使系統(tǒng)附近的任何人暴露于有害輻射。這是因?yàn)長(zhǎng)inev教導(dǎo)的系統(tǒng)不能完全包圍并屏蔽走道區(qū)域。為了緩解該問(wèn)題，必須在系統(tǒng)周?chē)⒋蟮慕箙^(qū)。該禁止區(qū)大大增加了所需的空間量，并增加了安裝以及操作系統(tǒng)的成本。與系統(tǒng)相鄰或在系統(tǒng)地板之上或之下的任何房間也同樣受到該散射輻射的影響。
[0004]Linev教導(dǎo)的系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)是缺乏對(duì)被掃描的人所受輻射劑量的量的控制。Linev的系統(tǒng)教導(dǎo)了固定準(zhǔn)直器和探測(cè)器定位系統(tǒng)的使用。被掃描的人所受的曝光劑量受X-射線束覆蓋探測(cè)器陣列的精確度的影響很大。如果X-射線源的準(zhǔn)直扇形束的寬度大于探測(cè)器陣列的寬度，那么對(duì)形成的圖像不起作用的X-射線將被掃描的人曝光，造成過(guò)量且無(wú)保證的X-射線曝光。Linev也未教導(dǎo)使用改變x_射線束技術(shù)來(lái)優(yōu)化每一個(gè)被掃描的人的曝光參數(shù)。X-射線束技術(shù)指的是X-射線的能量(kVp)、積分強(qiáng)度(mAs)和用于獲取圖像的濾波。如果不根據(jù)具體體重和被掃描的解剖區(qū)域來(lái)調(diào)整這些X-射線曝光參數(shù)，那么用于獲取圖像的曝光不是最佳的，因此用于獲取圖像的劑量不能最小化。這可導(dǎo)致過(guò)度曝光或在參數(shù)對(duì)于可接受的圖像不充分(曝光不足)時(shí)需要重復(fù)曝光。
[0005]Linev教導(dǎo)的系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)是系統(tǒng)無(wú)法形成可提供安裝靈活性以及可使系統(tǒng)在不同設(shè)施中使用的不同構(gòu)造。有些地方(例如辦公樓、旅館和私人住宅)需要安全，但是X-射線系統(tǒng)和設(shè)備的實(shí)際存在造成了可用空間和需要掩蓋或隱藏安全設(shè)備使其不可見(jiàn)方面的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本文描述的多線性X-射線掃描儀以及掃描方法通過(guò)使用允許不同構(gòu)造來(lái)適應(yīng)用戶個(gè)人需求的新穎設(shè)計(jì)克服了現(xiàn)有透射X-射線掃描儀的某些限制。多線性X-射線掃描儀不包括要求固定安裝或限制出入掃描儀的人的運(yùn)動(dòng)的外部活動(dòng)部件。因此，在工作流程、安全選擇和美學(xué)方面，多線性X-射線掃描儀提供了明顯優(yōu)勢(shì)。
[0007]多線性X-射線掃描儀可由二個(gè)或三個(gè)單獨(dú)的柜特征件:發(fā)生器柜、成像柜和可選的掃描柜或室構(gòu)造而成。掃描室可完全圍繞(且如果必要的話，甚至可通過(guò)增加天花板特征件包圍)發(fā)生器柜和成像柜，或系統(tǒng)可具有開(kāi)放式構(gòu)造，沒(méi)有任何殼體。換句話說(shuō)，掃描室可作為“封閉的”系統(tǒng)(其例如使用墻壁、門(mén)和/或簾式屏蔽將掃描對(duì)象完全圍繞起來(lái))或“部分封閉的”系統(tǒng)(該系統(tǒng)，可替代地例如使用墻壁、分隔物或簾將掃描對(duì)象部分地包圍起來(lái))工作。因此，這兩種構(gòu)造在掃描期間為從人發(fā)射的散射X射線輻射(更常稱(chēng)作輻射散射)提供了物理屏蔽以保護(hù)附近的其它人免受輻射散射。
[0008]在完全開(kāi)放的系統(tǒng)構(gòu)造中，發(fā)生器柜和成像柜不被任何屏蔽所圍繞，而是圍繞系統(tǒng)的禁止或緩沖區(qū)可用于保護(hù)附近的其它人免受輻射散射。
[0009]在另一個(gè)可替代的實(shí)施方案中，發(fā)生器柜和成像柜可放置在房間或走廊內(nèi)或墻壁后面以將其隱藏起來(lái)。為了將這種柜放置在墻壁后面，墻壁將需要X-射線可透過(guò)的板以允許X-射線穿透墻壁和/或地板。
[0010]盡管此處以多線性X-射線掃描儀和掃描方法的具體形式來(lái)圖示和描述本發(fā)明，但并非旨在將其限制于所示細(xì)節(jié)，因?yàn)榭梢詫?duì)其作出各種修改和結(jié)構(gòu)變化，而不會(huì)脫離本發(fā)明的精神，并且仍處于本權(quán)利要求的等效范圍和范疇之內(nèi)。此外，將不詳細(xì)描述或省略本發(fā)明示例性實(shí)施方案的眾所周知的元件，以免混淆本發(fā)明的相關(guān)細(xì)節(jié)。
[0011]本發(fā)明的附加優(yōu)點(diǎn)和其它特征特性將在隨后的描述中闡述，且部分將從描述中顯而易見(jiàn)，或可通過(guò)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的實(shí)踐獲知。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)權(quán)利要求中特別指出的任何手段、方法，或組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0012]被視為本發(fā)明特性的其它特征在所附權(quán)利要求中闡述。按照需要在此公開(kāi)了本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施方案，但是應(yīng)當(dāng)理解，所公開(kāi)的實(shí)施方案僅僅是本發(fā)明的實(shí)例，可以按照多種形式來(lái)具體體現(xiàn)本發(fā)明。因此，此處公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限制性的，而僅僅是作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)以及教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員在幾乎任何適當(dāng)詳細(xì)結(jié)構(gòu)中按照各種方式采用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。進(jìn)一步而言，此處使用的術(shù)語(yǔ)和短語(yǔ)并非旨在限制，而是提供便于理解本發(fā)明的描述。盡管本說(shuō)明書(shū)以定義了本發(fā)明的被視為新穎的特征的權(quán)利要求為結(jié)論，但是可以相信，通過(guò)結(jié)合附圖考慮下面的描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中沿用了相同附圖標(biāo)記。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]未按比例示出且連同下面的詳細(xì)描述一起并入本說(shuō)明書(shū)并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)一部分的附圖用于進(jìn)一步圖示各種實(shí)施方案，并根據(jù)本發(fā)明解釋各個(gè)原理和優(yōu)點(diǎn)，其中在附圖的各個(gè)視圖中，相同附圖標(biāo)記指示相同或功能上相似的元件。通過(guò)以下對(duì)本發(fā)明示例性實(shí)施方案的詳細(xì)描述，本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)顯而易見(jiàn)，這些描述應(yīng)當(dāng)連同附圖一起考量，在附圖中:
[0014]圖1是包括屏蔽外殼的X-射線束形成和成像系統(tǒng)的實(shí)施例的示例性實(shí)施方案的示意圖，屏蔽外殼包含X射線發(fā)生器、濾波器、放射量測(cè)定器和準(zhǔn)直器，多個(gè)水平X-射線束穿過(guò)被掃描的人并撞擊在包括多個(gè)線性X-射線探測(cè)器的探測(cè)器陣列上；
[0015]圖2是圖像擷取系統(tǒng)的實(shí)施例的示例性實(shí)施方案的框圖和電路原理圖，其中微處理器控制器彼此交互以控制X-射線的產(chǎn)生和圖像的形成，X射線發(fā)生器在圖中未示出；
[0016]圖3是從探測(cè)器側(cè)觀察的X-射線探測(cè)器的示例性實(shí)施方案的正視圖；
[0017]圖4是具有撞擊X-射線束的圖3中的X-射線探測(cè)器的局部透視圖；
[0018]圖5是從探測(cè)器側(cè)對(duì)面觀察的圖3中的X-射線探測(cè)器的正視圖；
[0019]圖6是從探測(cè)器側(cè)觀察的圖3中的X-射線探測(cè)器的透視圖；
[0020]圖7是圖3中的X-射線探測(cè)器的右側(cè)正視圖；
[0021]圖8是從探測(cè)器側(cè)觀察的具有多個(gè)圖3中的X-射線探測(cè)器的X-射線探測(cè)器陣列的示例性實(shí)施方案的正視圖；
[0022]圖9是從探測(cè)器側(cè)對(duì)面觀察的圖8中的X-射線探測(cè)器陣列的正視圖；
[0023]圖10是圖8中的X-射線探測(cè)器陣列的透視圖；
[0024]圖11是具有部分封閉構(gòu)造的多線性X-射線掃描儀的示例性實(shí)施方案的示意性側(cè)面正視圖，該構(gòu)造包括帶有伸縮式簾的掃描室，伸縮式簾完全覆蓋入口點(diǎn)從而形成X-射線殼體。
[0025]圖12是圖11中的多線性X-射線掃描儀的俯視平面圖；
[0026]圖13是具有部分封閉構(gòu)造的多線性X-射線掃描儀的示例性實(shí)施方案的示意性俯視平面圖，該部分封閉構(gòu)造包括未完全覆蓋入口點(diǎn)但是具有從探測(cè)器陣列的平面偏移的分隔物的掃描室，以便掃描對(duì)象坐或站在類(lèi)似凹室的的腔后面，該腔形成屏蔽區(qū)域以應(yīng)用會(huì)減小掃描室周?chē)恼丈鋭┝勘环Q(chēng)為"陰影屏蔽"的技術(shù)；
[0027]圖14是從掃描儀室的門(mén)側(cè)觀察的圖13中的多線性X-射線掃描儀的示意性側(cè)面正視圖；
[0028]圖15是其構(gòu)造只包括發(fā)生器柜和成像柜(二者均非封閉的)以形成未利用理想外部屏蔽的開(kāi)放掃描區(qū)域(需要很小的占地面積)的多線性X-射線掃描儀的示例性實(shí)施方案的示意性俯視平面圖；
[0029]圖16是圖15中的多線性X-射線掃描儀的示意性側(cè)面正視圖；
[0030]圖17是發(fā)生器柜和成像柜凹在墻壁內(nèi)或放置于墻壁后面(墻壁與墻壁之間的空間形成掃描區(qū)域)的多線性X-射線掃描儀的另一個(gè)示例性實(shí)施方案的示意性俯視平面圖；
[0031]圖18是圖17中的多線性X-射線掃描儀的示意性側(cè)面正視圖；
[0032]圖19是發(fā)生器柜已移除但示出準(zhǔn)直器且探測(cè)器陣列子總成處于升高位置的多線性X-射線掃描儀的示例性實(shí)施方案的側(cè)面正視圖；
[0033]圖20是圖19中的X-射線探測(cè)器陣列的透視圖；
[0034]圖21是圖19中的探測(cè)器陣列子總成處于中間位置的多線性X-射線掃描儀的側(cè)面正視圖；
[0035]圖22是圖21中的多線性X-射線掃描儀的透視圖；
[0036]圖23是圖19中的探測(cè)器陣列子總成處于降低位置的多線性X-射線掃描儀的側(cè)面正視圖；
[0037]圖24是圖23中的多線性x_射線掃描儀的透視圖；
[0038]圖25是圖23中的多線性x_射線掃描儀的局部放大側(cè)面正視圖；
[0039]圖26是發(fā)生器柜的一部分已移除且準(zhǔn)直器和探測(cè)器陣列子總成處于升高位置對(duì)輪椅進(jìn)行掃描的多線性X-射線掃描儀的示例性實(shí)施方案的側(cè)面正視圖；
[0040]圖27是圖26中的準(zhǔn)直器和探測(cè)器陣列子總成處于中間位置的多線性X-射線掃描儀的側(cè)面正視圖；
[0041]圖28是圖26中的準(zhǔn)直器和探測(cè)器陣列子總成處于降低位置的多線性X-射線掃描儀的側(cè)面正視圖；
[0042]圖29是從圖26中的發(fā)生器柜的前側(cè)觀察的發(fā)生器柜的一部分的局部放大透視圖；
[0043]圖30是從圖29中的部分發(fā)生器柜的右側(cè)觀察的準(zhǔn)直器處于升高位置的部分發(fā)生器柜的局部放大側(cè)面正視圖；
[0044]圖31是從圖29中的部分發(fā)生器柜的右側(cè)觀察的準(zhǔn)直器處于中間位置的部分發(fā)生器柜的局部放大側(cè)面正視圖；
[0045]圖32是從圖29中的部分發(fā)生器柜的右側(cè)觀察的準(zhǔn)直器處于降低位置的部分發(fā)生器柜的局部放大側(cè)面正視圖；
[0046]圖33是從圖32中的部分發(fā)生器柜的右側(cè)正面觀察的部分發(fā)生器柜的局部放大側(cè)面正視圖；
[0047]圖34是圖26中的準(zhǔn)直器和探測(cè)器陣列子總成處于升高位置對(duì)人進(jìn)行掃描的多線性X-射線掃描儀的側(cè)面正視圖；
[0048]圖35是圖34中的準(zhǔn)直器和探測(cè)器陣列子總成處于中間位置的多線性x_射線掃描儀的側(cè)面正視圖；
[0049]圖36是圖34中的準(zhǔn)直器和探測(cè)器陣列子總成處于降低位置的多線性x_射線掃描儀的側(cè)面正視圖；
[0050]圖37是圖26中的準(zhǔn)直器和探測(cè)器陣列子總成處于升高位置的多線性X-射線掃描儀的側(cè)面正視圖；
[0051]圖38是圖37中的準(zhǔn)直器和探測(cè)器陣列子總成處于中間位置的多線性X-射線掃描儀的側(cè)面正視圖；
[0052]圖39是圖37中的準(zhǔn)直器和探測(cè)器陣列子總成處于降低位置的多線性x_射線掃描儀的側(cè)面正視圖；
[0053]圖40是從多線性X-射線掃描儀的前側(cè)觀察的發(fā)生器柜的一部分已移除且準(zhǔn)直器樞轉(zhuǎn)至中間位置的多線性X-射線掃描儀的示例性實(shí)施方案的局部透視圖；
[0054]圖41是從圖40中的多線性X-射線掃描儀一側(cè)后面觀察的多線性X-射線掃描儀的局部部分剖面透視圖；
[0055] 圖42是圖40中的準(zhǔn)直器和探測(cè)器陣列處于升高位置的多線性X-射線掃描儀的透視圖；
[0056]圖43是圖40中的準(zhǔn)直器和探測(cè)器陣列處于中間位置的多線性X-射線掃描儀的透視圖；
[0057]圖44是圖40中的準(zhǔn)直器和探測(cè)器陣列處于升高位置的多線性X-射線掃描儀的俯視平面圖；
[0058]圖45是圖40中的準(zhǔn)直器和探測(cè)器陣列處于中間位置的多線性X-射線掃描儀的俯視平面圖；
[0059]圖46是圖40中的準(zhǔn)直器和探測(cè)器陣列處于降低位置的多線性X-射線掃描儀的俯視平面圖；
[0060]圖47是圖40中的多線性X-射線掃描儀的準(zhǔn)直器的透視圖；
[0061]圖48是圖40中的多線性X-射線掃描儀的準(zhǔn)直器的左側(cè)正視圖；
[0062]圖49是圖40中的多線性X-射線掃描儀的準(zhǔn)直器的前側(cè)正視圖；
[0063]圖50是從圖40中的多線性X-射線掃描儀的左側(cè)觀察的多線性X-射線掃描儀的準(zhǔn)直器的俯視平面?zhèn)纫晥D；
[0064]圖51是圖40中的準(zhǔn)直器樞轉(zhuǎn)至升高位置以掃描輪椅的多線性X-射線掃描儀的側(cè)面正視圖；
[0065]圖52是圖51中的準(zhǔn)直器樞轉(zhuǎn)至中間位置的多線性X-射線掃描儀的側(cè)面正視圖；
[0066]圖53是圖51中的準(zhǔn)直器樞轉(zhuǎn)至降低位置的多線性X-射線掃描儀的側(cè)面正視圖；
[0067]圖54是圖40中的準(zhǔn)直器樞轉(zhuǎn)至升高位置以掃描人的多線性X-射線掃描儀的透視圖；
[0068]圖55是圖54中的準(zhǔn)直器樞轉(zhuǎn)至中間位置的多線性x_射線掃描儀的透視圖；
[0069]圖56是圖54中的準(zhǔn)直器樞轉(zhuǎn)至降低位置的多線性x_射線掃描儀的透視圖；
[0070]圖57是從多線性X-射線掃描儀的前側(cè)觀察的發(fā)生器柜的一部分被移除且準(zhǔn)直器和掃描儀陣列樞轉(zhuǎn)至左側(cè)位置的多線性X-射線掃描儀的示例性實(shí)施方案的局部透視且部分透明視圖；
[0071]圖58是從圖57中的多線性X-射線掃描儀左側(cè)后面觀察的多線性X-射線掃描儀的局部放大大透視圖；
[0072]圖59是從圖57中的多線性x_射線掃描儀左側(cè)后面觀察的多線性x_射線掃描儀的進(jìn)一步放大的局部透視圖；
[0073]圖60是圖57中的多線性X-射線掃描儀的俯視平面圖；
[0074]圖61是圖57中的準(zhǔn)直器和掃描儀陣列樞轉(zhuǎn)至居中位置的多線性X-射線掃描儀的俯視平面圖；
[0075]圖62是圖57中的準(zhǔn)直器和掃描儀陣列樞轉(zhuǎn)至右邊位置的多線性x_射線掃描儀的俯視平面圖；
[0076]圖63是圖57中的準(zhǔn)直器和掃描儀陣列樞轉(zhuǎn)至中間右邊位置的多線性x_射線掃描儀的俯視平面圖；
[0077]圖64是從圖57中的多線性x_射線掃描儀的前右側(cè)觀察的正在掃描輪椅(準(zhǔn)直器與掃描儀陣列樞轉(zhuǎn)至左側(cè)位置)的多線性X-射線掃描儀的透視圖；
[0078]圖65是圖64中的準(zhǔn)直器和掃描儀陣列樞轉(zhuǎn)至居中位置的多線性x_射線掃描儀的透視圖；
[0079]圖66是圖64中的準(zhǔn)直器和掃描儀陣列樞轉(zhuǎn)至右中間位置的多線性x_射線掃描儀的透視圖；
[0080]圖67是從圖57中的多線性X-射線掃描儀的前右側(cè)觀察的正在掃描人(準(zhǔn)直器與掃描儀陣列樞轉(zhuǎn)至左中間位置)的多線性X-射線掃描儀的透視圖；以及
[0081]圖68是圖64中的準(zhǔn)直器和掃描儀陣列樞轉(zhuǎn)至居中位置的多線性X-射線掃描儀的透視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0082]按需要，在本文中公開(kāi)本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施方案；然而應(yīng)理解，所公開(kāi)的實(shí)施方案僅為本發(fā)明的實(shí)例，其可以各種形式體現(xiàn)。因此，本文中公開(kāi)的特定結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解譯為有所限制，而是僅作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)，以及作為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以幾乎任何適當(dāng)?shù)脑敿?xì)結(jié)構(gòu)多樣地利用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。此外，本文中使用的術(shù)語(yǔ)和短語(yǔ)并非意在限制；相反，是為了提供可理解的本發(fā)明描述。雖然本說(shuō)明書(shū)以定義被認(rèn)為新穎的本發(fā)明特征的權(quán)利要求結(jié)束，但是據(jù)信從結(jié)合附圖的下文描述的考量中將更好地理解本發(fā)明，附圖中相同參考數(shù)字在下文繼續(xù)使用。
[0083]在沒(méi)有脫離本發(fā)明的精神或范疇的情況下可設(shè)計(jì)替代實(shí)施方案。此外，本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的熟知元件將不詳細(xì)描述或?qū)⒈皇÷砸悦饽：景l(fā)明的相關(guān)細(xì)節(jié)。
[0084]在公開(kāi)和描述本發(fā)明之前，應(yīng)理解，本文中使用的術(shù)語(yǔ)僅是出于描述特定實(shí)施方案的目的，且并非意在限制 。如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“一個(gè)(a或an)”被定義為一個(gè)或多于一個(gè)。如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“多個(gè)”被定義為兩個(gè)或多于兩個(gè)。如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“另一個(gè)”被定義為至少第二個(gè)或更多個(gè)。如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“具有”被定義為包括(即，開(kāi)放式語(yǔ)言)。如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“耦接”被定義為連接，雖然不一定直接連接，且不一定機(jī)械連接。
[0085]如第一和第二、頂部和底部和類(lèi)似的關(guān)系術(shù)語(yǔ)可僅用于將一個(gè)實(shí)體或動(dòng)作與另一實(shí)體或動(dòng)作區(qū)分，而不一定要求或暗示這些實(shí)體或動(dòng)作之間的任何實(shí)際的這種關(guān)系或順序。術(shù)語(yǔ)“包括(comprises, comprising) ”或其任何其它變體意在覆蓋非排他性的包括，使得包括元件列表的過(guò)程、方法、物品或裝置不是僅包括這些元件，而是可包括沒(méi)有明確列出或?qū)τ谶@些過(guò)程、方法、物品或裝置所固有的其它元件?！鞍ā焙蠼拥脑慌懦?沒(méi)有更多約束)存在包括所述元件的過(guò)程、方法、物品或裝置中的額外相同元件。
[0086]如本文中所使用，無(wú)論是否明確指示，術(shù)語(yǔ)“約”或“大約”適用于所有數(shù)值。這些術(shù)語(yǔ)一般指本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)為等效于所敘述值的數(shù)字范圍(即，具有相同功能或結(jié)果)。在許多情況中，這些術(shù)語(yǔ)可包括四舍五入至最接近的有效數(shù)字的數(shù)字。
[0087]如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“程序”、“軟件”、“軟件應(yīng)用”和類(lèi)似術(shù)語(yǔ)被定義為設(shè)計(jì)用來(lái)執(zhí)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的指令序列?！俺绦颉?、“軟件”、“計(jì)算機(jī)程序”或“軟件應(yīng)用”可包括子例程、函數(shù)、進(jìn)程、對(duì)象方法、對(duì)象實(shí)現(xiàn)、可執(zhí)行應(yīng)用、小程序、小服務(wù)程序、源代碼、對(duì)象代碼、共享庫(kù)/動(dòng)態(tài)加載庫(kù)和/或設(shè)計(jì)用于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行的其它指令序列。
[0088]本文描述本發(fā)明的各種實(shí)施方案。在許多不同實(shí)施方案中，特征是類(lèi)似的。因此，為避免冗余，在一些情況中不再進(jìn)行這些類(lèi)似特征的重復(fù)描述。然而應(yīng)理解，首先出現(xiàn)的特征的描述適用于后續(xù)描述的類(lèi)似特征，且因此每個(gè)各自描述將在沒(méi)有這種重復(fù)的情況下并入其內(nèi)。
[0089]現(xiàn)在描述掃描系統(tǒng)和方法的示例性實(shí)施方案?，F(xiàn)在詳細(xì)參考附圖，且首先具體參考圖1和圖2，示出作為單塊發(fā)生器的X射線源1，其能夠產(chǎn)生具有至少150keV的最大能量和至少3毫安的最大管電流的扇形X射線束。這種發(fā)生器的實(shí)例由紐約哈帕克的SpellmanHigh Voltage Electronics Corporat1n (model XRB201)制造。所述 x 射線發(fā)生器在平臺(tái)2上安裝到3英尺高，且罩在襯鉛的柜內(nèi)，其中X射線輸出指向具有至少一個(gè)檢測(cè)器陣列8的檢測(cè)器總成6(見(jiàn)圖2),其實(shí)例可為光電二極管陣列。陣列8的實(shí)例由X-Scan ImagingCorporat1n和另一個(gè)Hamamatsu Photonics, K.K制造。含有由各種厚度的招和銅(Al1-2mm, Cu0.1-0.2mm)制成的一個(gè)或多個(gè)濾波器的濾波器輪2置于緊密接近(在幾厘米內(nèi))發(fā)生器的輸出處，以截取X射線束且對(duì)其濾波。含有多個(gè)水平狹縫的準(zhǔn)直器3置于鄰近濾波器2以截取濾波的X射線束且將其準(zhǔn)直成多個(gè)水平X射線束，使得X射線束的高度與檢測(cè)器陣列8中的光電二極管尺寸相同。準(zhǔn)直器3由被微處理器控制器16控制的電動(dòng)機(jī)13向上和向下移動(dòng)。微處理器控制器16從安裝在準(zhǔn)直器總成上的編碼器12接收數(shù)據(jù)，所述編碼器提供關(guān)于準(zhǔn)直器3的位置和速度的數(shù)據(jù)。由準(zhǔn)直器3發(fā)射的X射線經(jīng)過(guò)將X射線5的尺寸和運(yùn)動(dòng)限定在由檢測(cè)器陣列8界定的有效區(qū)域內(nèi)的孔隙4，所述檢測(cè)器陣列8通過(guò)滑動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)11沿著垂直支撐件7移動(dòng)。檢測(cè)器陣列8的位置和速度由將數(shù)據(jù)發(fā)送到微處理器控制器16的編碼器10監(jiān)測(cè)。
[0090]光電二極管陣列的實(shí)施方案中的每個(gè)檢測(cè)器陣列8是含有多個(gè)個(gè)別光電二極管的線性陣列。在示例性實(shí)施方案中，每個(gè)陣列8中具有總共320個(gè)二極管和總共三個(gè)個(gè)別線性陣列8。個(gè)別線性陣列8的長(zhǎng)度大約為28英寸。這些線性陣列8的每個(gè)由X射線源I發(fā)射的準(zhǔn)直X射線束5照射。當(dāng)所述量的X射線在二極管陣列中被吸收以產(chǎn)生充足曝光時(shí)，二極管陣列被讀出且形成三行X射線圖像。二極管陣列的滑動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)11接著指示光電二極管的大小(2.5mm)且在二極管獲取另一次曝光以在輸出x射線圖像中獲取三行額外像素時(shí)休止。此過(guò)程重復(fù)直到圖像大小的整個(gè)長(zhǎng)度已被掃描為止?；瑒?dòng)電動(dòng)機(jī)11將陣列8移動(dòng)670mm(26英寸)的總距離，從而同時(shí)建立28英寸寬和26英寸高的三個(gè)圖像。這三個(gè)圖像通過(guò)工作站17中的圖像處理軟件或程序而疊在彼此頂部上且拼接在一起，以產(chǎn)生兩米高(78英寸)乘0.67米寬(28英寸)的合成圖像。
[0091]根據(jù)示例性實(shí)施方案，陣列8是由Detect1n Technology Oy (芬蘭小型城市)制造的光電二極管陣列。光電二極管安裝在線性陣列X射線檢測(cè)器卡(X卡SE)上。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，十五個(gè)X卡(三個(gè)單獨(dú)線性陣列8的每個(gè)上具有五個(gè)卡)連接到與工作站17和/或微控制器16相關(guān)的單個(gè)數(shù)據(jù)擷取板(X-DAQ)。每個(gè)X卡含有六十四個(gè)光電二極管。X-DAQ含有板載信號(hào)處理功能和實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)擷取，以例如經(jīng)由以太網(wǎng)發(fā)送到計(jì)算機(jī)工作站17。
[0092]本文中描述的各種實(shí)施方案中可使用的X射線檢測(cè)器卡300的一個(gè)示例性實(shí)施方案在圖3至圖7中示出?？?00具有檢測(cè)器側(cè)310，X射線檢測(cè)器312位于其上。在此，四個(gè)個(gè)別的X射線檢測(cè)器312沿著將與進(jìn)入的X射線束(如例如由圖4中的光束5所示)對(duì)齊的軸設(shè)置?？?00的各種視圖在圖5、圖6和圖7中示出。卡300是模塊化的且因此可在例如圖8、圖9和圖10中所示的光電二極管的線性陣列8中設(shè)立。適當(dāng)?shù)倪B接器1000可用于將陣列8固定到檢測(cè)器總成6的垂直支撐件7，以例如由滑動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)11實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，或固定到在本文中的各種示例性實(shí)施方案中描述的任何其它檢測(cè)器總成。
[0093]用于曝光被掃描的人的技術(shù)因素(濾波物質(zhì)、kV、mA和曝光時(shí)間)由安裝在工作站17上的軟件優(yōu)化。這個(gè)軟件監(jiān)測(cè)陣列8的曝光級(jí)別和來(lái)自微處理器控制器16的數(shù)據(jù)，同時(shí)X射線束5將陣列8曝光以調(diào)整由X射線發(fā)生器I產(chǎn)生的技術(shù)因素，使得X射線圖像的強(qiáng)度和對(duì)比度被最大化，而曝光劑量對(duì)于每個(gè)被掃描的人最小化。此程序本質(zhì)上類(lèi)似于被統(tǒng)稱(chēng)為自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)且用于熒光成像以動(dòng)態(tài)控制曝光和圖像質(zhì)量的醫(yī)學(xué)診斷X射線設(shè)施所使用的程序和設(shè)備。
[0094]根據(jù)利用光電二極管陣列的示例性實(shí)施方案，ABS系統(tǒng)通過(guò)在曝光之后從每個(gè)光電二極管獲得數(shù)字輸出值，界定解剖曝光區(qū)域(這些光電二極管位于人后方，且不直接曝光到X射線源)且將這些值求平均成單個(gè)值而實(shí)行。接著將這個(gè)單個(gè)平均值與等于光電二極管的飽和值(來(lái)自剛好足夠大以使光電二極管飽和的曝光)的一半的目標(biāo)值比較。如果平均值低于目標(biāo)值，那么在下一行曝光期間X射線強(qiáng)度(mA)增加或X射線光譜的kV增加以將平均值往目標(biāo)值推動(dòng)。相反，如果平均值高于目標(biāo)值，那么kV和mA值降低。或者，掃描速度可被調(diào)整以對(duì)于每個(gè)光電二極管改變曝光時(shí)間，從而改變mA或整體曝光值。kV和mA值根據(jù)預(yù)定關(guān)系或查找表(LUT)改變，所述預(yù)定關(guān)系或查找表通過(guò)使用解剖上正確的幻影在各種X射線技術(shù)值(kV和mA)處產(chǎn)生的圖像質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)來(lái)創(chuàng)建和優(yōu)化。
[0095]在替代示例性實(shí)施方案中，專(zhuān)用的單個(gè)光電二極管9安裝在光電二極管9的個(gè)別陣列8的每個(gè)上。這些光電二極管9被曝光且產(chǎn)生用于與目標(biāo)值比較的數(shù)字輸出值。因而，準(zhǔn)直器開(kāi)口的形狀在其內(nèi)具有缺口以允許X射線經(jīng)過(guò)并使光電二極管9曝光。
[0096]操作X射線掃描儀的示例性方法始于操作員從工作站17上的⑶I啟動(dòng)掃描儀時(shí)。讓被掃描的人通過(guò)由例如圖11和圖12中所示的滑動(dòng)屏蔽門(mén)19建立的掃描儀外殼18中的開(kāi)口進(jìn)入掃描儀。人通過(guò)從斜坡20往上走且面對(duì)平臺(tái)21上的X射線發(fā)生器I站立而進(jìn)入掃描儀。使用助行器、拐杖或輪椅的人也可以在斜坡20上進(jìn)入掃描儀。平臺(tái)21和掃描區(qū)域的所有內(nèi)部表面從透射X射線且結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的材料制成，如碳纖維復(fù)合物。一旦人已經(jīng)適當(dāng)就位，滑動(dòng)門(mén)19關(guān)閉，且X射線掃描被啟動(dòng)。大約0.5秒后，掃描完成，且如果操作員對(duì)圖像質(zhì)量滿意，那么打開(kāi)門(mén)19。
[0097]由掃描儀產(chǎn)生的圖像可被研究來(lái)確定在被掃描的人上是否隱藏有任何感興趣的物體。圖像可保存在工作站17的存儲(chǔ)器(例如，硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器)上以在往后查看。也可以存儲(chǔ)用于獲取每張圖像的放射量。
[0098]掃描儀的安全操作通過(guò)使用若干個(gè)互鎖15來(lái)確保，所述互鎖15連接到(但不限于)滑動(dòng)門(mén)19、x射線發(fā)生器1、陣列8和其它組件(如準(zhǔn)直器3)以確保除非門(mén)關(guān)閉且X射線與陣列8的運(yùn)動(dòng)適當(dāng)對(duì)齊，否則不發(fā)射X射線。互鎖15由微處理器控制器16管理。
[0099]圖13至圖18示出可以若干不同方式構(gòu)造以適應(yīng)不同市場(chǎng)應(yīng)用的需要的掃描系統(tǒng)的其它示例性實(shí)施方案。例如，如圖13和圖14中所示，系統(tǒng)可被構(gòu)造來(lái)消除滑動(dòng)門(mén)19且將門(mén)開(kāi)口 22移動(dòng)到掃描儀外殼18，遠(yuǎn)離陣列8的平面以建立可屏蔽在掃描期間產(chǎn)生的散射X射線的屏蔽腔23。在本示例中，構(gòu)造不需要滑動(dòng)門(mén)19，從而減小系統(tǒng)的成本并簡(jiǎn)化系統(tǒng)的操作。
[0100]另一系統(tǒng)構(gòu)造可通過(guò)完全消除掃描儀外殼18來(lái)建立。在本示例性構(gòu)造中，如圖15和圖16中圖示，產(chǎn)生掃描X射線束5的所有組件，包括X射線源1、濾波器輪2、準(zhǔn)直器3和孔隙4都被封閉在襯鉛的發(fā)生器柜30內(nèi)。用于制造圖像的所有組件，包括陣列8、垂直支撐件7、滑動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)11和編碼器19和微處理器控制器都被封閉在成像柜31中。發(fā)生器柜30與成像柜31之間的位置和距離必須被精確控制且由掃描系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)來(lái)決定。特定而言，X射線源I的錐面光束寬度和掃描儀的陣列8 (例如，陣列中的光電二極管數(shù)量)確定了兩個(gè)柜之間的相對(duì)位置和距離。平臺(tái)21置于柜之間的空間中以形成不具有屏蔽壁的敞開(kāi)掃描區(qū)域。平臺(tái)21允許陣列8在被掃描的人的腳下方水平處掃描以建立其鞋子和腳的視圖。
[0101]這種“敞開(kāi)”構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)可安裝在建筑物和房間中使得系統(tǒng)沒(méi)有一個(gè)組件是可見(jiàn)的。這種構(gòu)造可通過(guò)將發(fā)生器柜30置于房間或走廊的壁32后方或壁32中，以及將成像柜31置于相對(duì)的壁的后方或壁中來(lái)建立，如圖17和圖18中所示。房間或走廊的相對(duì)的壁32比發(fā)生器柜30與成像柜31之間所需的距離更靠近在一起。壁32具有透x射線的材料，如碳纖維復(fù)合物，以使X射線的衰弱和散射最小化。為了避免需要升高的平臺(tái)21，成像柜31可置于數(shù)英寸低于地面水平或更低以允許腳和鞋子的成像。在這種構(gòu)造中，系統(tǒng)沒(méi)有一個(gè)組件對(duì)于任何人可見(jiàn)，提供非常分立的措施以在如賓館、私人住宅和安全裝置必須保持非常不起眼的其它場(chǎng)地中提供設(shè)施安全。
[0102]敞開(kāi)柜設(shè)計(jì)的另一優(yōu)點(diǎn)在于掃描儀外殼18可被定制以提供額外的安全特征。在世界上恐怖分子知曉操作的地區(qū)，對(duì)這種額外特征的需求尤為重要。明確而言，將掃描儀外殼18制造成防爆和/或防彈是有利的。這種特征在面臨發(fā)現(xiàn)時(shí)使建筑物的居住人免遭引爆炸彈的自殺式襲擊者。其它特征可并入掃描儀外殼18中，包括致死和非致死措施兩者以制服被掃描的武裝和危險(xiǎn)的人物。
[0103]根據(jù)圖19至圖25中所示的示例性實(shí)施方案，將準(zhǔn)直器3和陣列8與繞平行于x射線源I的焦點(diǎn)的空間中的點(diǎn)樞轉(zhuǎn)的臂50機(jī)械鏈接是有利的。準(zhǔn)直器3在某一位置處附接到臂50使得其在位于與X射線源I的焦點(diǎn)相交，中心也位于X射線源I的焦點(diǎn)的平面中的圓的圓周上旋轉(zhuǎn)。陣列8安裝在第二臂52上，其附接到且垂直于臂50與樞轉(zhuǎn)點(diǎn)51相對(duì)的端部，使得兩個(gè)臂50、52—起呈大約L形。第二支撐臂52彎曲面對(duì)X射線I的焦點(diǎn)，其半徑等于到X射線發(fā)生器I的焦點(diǎn)的距離。以這種方式，臂50可繞其樞轉(zhuǎn)點(diǎn)51旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生在掃描期間的所有時(shí)間將保持與安裝在支撐臂52上的陣列8對(duì)齊且垂直于所述陣列8的一組掃描X射線束5。以這種方式,在掃描期間，臂50旋轉(zhuǎn)使得準(zhǔn)直器3和陣列8垂直掃掠以使平臺(tái)上站立的人或物體曝光，同時(shí)X射線源I保持靜止，如圖19、圖21和圖23或圖20、圖22和圖24的進(jìn)展中所示。為清晰起見(jiàn)，消除了 X射線源的各種部分。
[0104] 站在平臺(tái)21上，背靠成像柜31的前壁1900的人將使其腳在壁1900的前方伸出至少一英尺和可能的十六英寸。為獲取將包括這樣一個(gè)人的腳的圖像，需要將掃描臂52帶到低于平臺(tái)21高度之下，使得最低的X射線束5可使人的腳曝光。這種定向圖示于圖23和圖24中。在本示例性實(shí)施方案中，即使支撐臂52被向下帶，直到其接觸地面，如所示，平臺(tái)21也將需要至少11英寸高以對(duì)支撐臂52提供足夠凈空以伸到平臺(tái)下方足夠遠(yuǎn)處以掃描成像壁櫥31前方的16英寸，成像壁櫥的幾何結(jié)構(gòu)圖示于圖25中。
[0105]如果被掃描的人坐在輪椅中，那么平臺(tái)21將需要上升甚至更高。在這種情況中，坐著的人的向前部分可位于離開(kāi)壁1900 二十四英寸處或更遠(yuǎn)。這展現(xiàn)出圖19至圖25的系統(tǒng)將占據(jù)的總體高度和面積的問(wèn)題，且是本示例性實(shí)施方案的顯著限制，因?yàn)楦鶕?jù)有關(guān)輪椅的大部分情況，輪椅斜坡20每英寸的高度必須至少十二英寸長(zhǎng)。因而，十一英寸的平臺(tái)高度的斜坡將需要十一英尺長(zhǎng)。如果平臺(tái)21甚至更高以容納輪椅中的人，那么斜坡20將比十一英尺顯著更長(zhǎng)，其較昂貴且在許多情況中有建筑上的問(wèn)題。本示例性實(shí)施方案的另一限制是機(jī)械臂50阻擋了沿著平臺(tái)21的一側(cè)的通路。特定而言，這個(gè)構(gòu)造需要人從相同側(cè)進(jìn)入和離開(kāi)平臺(tái)。
[0106]因此，為了掃描坐在輪椅40中的人，系統(tǒng)的另一示例性實(shí)施方案除了成像柜31的前壁1900之外沿著平臺(tái)21的底側(cè)掃描。根據(jù)圖26至圖40中所示的這個(gè)示例性實(shí)施方案，檢測(cè)器陣列8安裝在一組水平導(dǎo)軌上-兩個(gè)陣列8被安裝在成像壁櫥31的壁1900后方，且一個(gè)陣列8被安裝在平臺(tái)21下方。三個(gè)陣列8的每個(gè)由單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)11驅(qū)動(dòng)。每個(gè)陣列8的位置由單獨(dú)的編碼器10測(cè)量。因此在這個(gè)構(gòu)造中，機(jī)械臂50和52由獨(dú)立控制的電動(dòng)機(jī)11代替，其隨著準(zhǔn)直器3通過(guò)其豎直運(yùn)動(dòng)掃掠時(shí)將陣列8與X射線束5同步移動(dòng)。將陣列8的運(yùn)動(dòng)與X射線束5的運(yùn)動(dòng)同步可由反饋機(jī)構(gòu)完成，其中每個(gè)陣列8的最末端上的一個(gè)或多個(gè)光電二極管9的輸出例如用于通過(guò)調(diào)整每個(gè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)11的速度而控制每個(gè)陣列的運(yùn)動(dòng)，使得在掃描期間從光電二極管9的輸出的強(qiáng)度維持在最大值?；蛘撸唤M定點(diǎn)光電二極管9直接安裝在陣列8的每個(gè)的上方和下方以感測(cè)X射線束5。如果任何陣列8從與其各自的X射線束5的對(duì)齊移出，那么定點(diǎn)二極管9將開(kāi)始產(chǎn)生可用于加速或減慢驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)11且將陣列8保持與X射線束5同步移動(dòng)的信號(hào)。圖26至圖28示出x射線束5隨其從輪椅中的人的上方移動(dòng)到下方的進(jìn)展。
[0107]在本示例性實(shí)施方案中，具有多個(gè)狹縫開(kāi)口 300的準(zhǔn)直器3安裝到X射線源1，其具有可調(diào)整的安裝支架200且隨著驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)111旋轉(zhuǎn)。這些特征在圖29至圖33中的x射線源I的放大視圖中示出。安裝支架200具有兩個(gè)可調(diào)整的滑塊202和204以將準(zhǔn)直器3與X射線源I的焦點(diǎn)對(duì)齊。安裝支架200也具有L形支架206，其被驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)111旋轉(zhuǎn)以將準(zhǔn)直器3保持和定位在與X射線源I的焦點(diǎn)對(duì)齊。準(zhǔn)直器3具有被成型來(lái)發(fā)射X射線束5的一組槽2900，和允許其沿著L形支架206往復(fù)滑動(dòng)使得其可與x射線源I的焦點(diǎn)對(duì)齊的調(diào)整總成208。一旦已實(shí)現(xiàn)對(duì)齊，準(zhǔn)直器3可與固定螺釘固定在一定位置。準(zhǔn)直器3界定發(fā)射槽290以發(fā)射X射線束5。
[0108]系統(tǒng)I具有許多實(shí)施方案可使用固定的X射線源I與移動(dòng)的準(zhǔn)直器3來(lái)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)掃描X射線束5，和一個(gè)或多個(gè)陣列8。這些實(shí)施方案包括通過(guò)機(jī)械鏈接同步掃描X射線束5和陣列8 (使用機(jī)械臂50和52)，和例如使用來(lái)自陣列8或定點(diǎn)二極管9的反饋信號(hào)由微處理器控制同步以在掃描期間將陣列8中的檢測(cè)器保持與X射線束5對(duì)齊。為獲取坐在輪椅40中的人的圖像，需要在兩個(gè)垂直平面中掃描(人后方的豎直平面和其下方的水平平面)以完全覆蓋其占據(jù)的整個(gè)空間體積。在這些實(shí)施方案中，X射線源I具有X射線發(fā)射錐55，其至少80度高乘30度寬以覆蓋足夠大以對(duì)坐在輪椅40中的人成像的掃描處的體積。X射線源I置于距陣列8大約2.2米，且掃描圖像的總長(zhǎng)度是至少水平1.1米(在平臺(tái)21下方)且豎直2.2米(在成像柜31的前壁1900后方)。這個(gè)示例性實(shí)施方案在圖26至圖33中示出。如所示，X射線源I固定且準(zhǔn)直器3由電動(dòng)機(jī)111旋轉(zhuǎn)以掃掠三個(gè)x射線束5以掃描以光電二極管形式的一組三個(gè)陣列8所追蹤的“L形”區(qū)域以獲得平臺(tái)21上坐在輪椅40中的人的圖像。圖34至圖36示出掃描站在平臺(tái)21上的人的這個(gè)相同實(shí)施方案。圖37至圖39示出這個(gè)示例性實(shí)施方案的掃描進(jìn)展，系統(tǒng)I上不存在人或輪椅，且平臺(tái)21下示出陣列8從系統(tǒng)I的后方移動(dòng)到前方。
[0109]上文描述的并入固定X射線源I和移動(dòng)準(zhǔn)直器3的實(shí)施方案具有必須克服在發(fā)生器柜30的孔隙4中具有額外屏蔽組件的限制。這個(gè)問(wèn)題在圖29至圖33中圖示。如這些圖中所示，X射線發(fā)射錐55被移動(dòng)的準(zhǔn)直器3隨著其向上和向下移動(dòng)而截取以產(chǎn)生掃描X射線束5。移動(dòng)的準(zhǔn)直器3和其狹縫開(kāi)口 300的形狀由準(zhǔn)直器3距X射線發(fā)生器I的焦點(diǎn)的距離確定。準(zhǔn)直器3必須具有曲面，其半徑等于從準(zhǔn)直器3到X射線發(fā)生器I的焦點(diǎn)的距離，且必須沿著半徑也等于到焦點(diǎn)的距離的弧移動(dòng)。將從準(zhǔn)直器3到焦點(diǎn)的距離保持較小是有利的，以減小準(zhǔn)直器3的重量和大小且減小準(zhǔn)直器3必須經(jīng)受以掃描整個(gè)所需長(zhǎng)度的行進(jìn)長(zhǎng)度。如果X射線源I是單塊發(fā)生器，那么發(fā)生器的大小和形狀防止了在掃描期間準(zhǔn)直器3完全阻擋整個(gè)X射線發(fā)射錐55。如圖29至圖33中所示，x射線源I的發(fā)射錐55隨著其掃描通過(guò)圖像而在準(zhǔn)直器3的位置的上方和下方延伸。例如，見(jiàn)圖30中的箭頭A。準(zhǔn)直器3的弧長(zhǎng)必須保持較短以防止其在掃描的頂部和底部與X射線源I碰撞。在準(zhǔn)直器3的兩側(cè)上橫向延伸的X射線發(fā)射錐55的部分可由在X射線發(fā)生器柜30的前方的孔隙4阻擋。為防止發(fā)射錐55中未被準(zhǔn)直器3阻擋的X射線從發(fā)生器柜30逃逸，在孔隙4中并入一組鉛葉片以截取未阻擋的X射線。這些鉛葉片在準(zhǔn)直器3掃描時(shí)向上和向下移動(dòng)。或者，準(zhǔn)直器3需要遠(yuǎn)離X射線源I移動(dòng)開(kāi)，使得準(zhǔn)直器3的弧長(zhǎng)可足夠延伸以阻擋整個(gè)發(fā)射錐55且在掃描的頂部和底部不與X射線源I進(jìn)入接觸。然而，這樣做增大了準(zhǔn)直器3的大小和重量且增大了準(zhǔn)直器3需要行進(jìn)以完成掃描的弧長(zhǎng)。
[0110]如果X射線源I被構(gòu)造為單獨(dú)的X射線發(fā)生器和X射線管，那么可制造具有足夠大弧長(zhǎng)的準(zhǔn)直器3以通過(guò)其整個(gè)掃描在準(zhǔn)直器3的上方和下方同時(shí)阻擋發(fā)射錐55中的輻射，同時(shí)將準(zhǔn)直器3的大小和位置保持較小和緊湊。這是由于X射線管與單塊發(fā)生器相比大小和形狀較小。X射線管的圓柱形對(duì)于將準(zhǔn)直器3的大小和位置保持較小和緊湊是理想的。這減小了準(zhǔn)直器3的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)111的大小和成本。具有X射線管的系統(tǒng)I的示例性實(shí)施方案在圖57至圖68中示出。
[0111]本文中的固定X射線源/移動(dòng)準(zhǔn)直器實(shí)施方案的另一限制是將準(zhǔn)直器3的運(yùn)動(dòng)與陣列8的運(yùn)動(dòng)保持同步所需的精確性非常嚴(yán)格。因?yàn)闇?zhǔn)直器3僅在陣列8距X射線源I的焦點(diǎn)的距離的約十分之一處，所以其行進(jìn)的精確性必須比陣列8的精確性大100倍。在機(jī)械臂50用于在掃描期間將準(zhǔn)直器3和陣列8保持對(duì)齊的實(shí)施方案中，這不是問(wèn)題。相比之下，在掃描儀幾何結(jié)構(gòu)的微控制器控制的實(shí)施方案中，存在精確掃描的問(wèn)題，雖然其消除了機(jī)械臂50存在的阻擋掃描平臺(tái)21 —側(cè)的問(wèn)題。減輕精確掃描問(wèn)題且避免在準(zhǔn)直器3與陣列8之間需要機(jī)械鏈接的一個(gè)方式是將準(zhǔn)直器3固定到X射線源I且代替將準(zhǔn)直器相對(duì)于X射線源I移動(dòng)，向上和向下移動(dòng)X射線源I自身以通過(guò)掃描運(yùn)動(dòng)掃掠X(jué)射線束5。以這種方式，因?yàn)槠湟黄鹨苿?dòng)，所以準(zhǔn)直器3總是與X射線源I的焦點(diǎn)保持對(duì)齊。這種示例性實(shí)施方案在圖40至圖56中圖示。
[0112]圖40至圖47示出X射線源I經(jīng)由兩個(gè)樞轉(zhuǎn)臂總成122而安裝在框架120中的系統(tǒng)構(gòu)造的示例性實(shí)施方案。樞轉(zhuǎn)臂總成122在此示例性構(gòu)造中附接到X射線源I的側(cè)面和框架120的底部。樞轉(zhuǎn)臂總成122安裝在X射線源I上，與X射線源I的焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。以這種方式，X射線源I的旋轉(zhuǎn)中心與X射線源I的焦點(diǎn)中心對(duì)準(zhǔn)，使得當(dāng)X射線源I移動(dòng)時(shí)，其繞焦點(diǎn)中心時(shí)這樣做。樞轉(zhuǎn)臂總成122包括在X射線源I的任一側(cè)上的Y形樞轉(zhuǎn)臂123。Y形樞轉(zhuǎn)臂123具有固定地附接到X射線源I的內(nèi)部端124和樞轉(zhuǎn)地連接到框架120的外部端125。相對(duì)端部124、125的是運(yùn)動(dòng)端126，其樞轉(zhuǎn)地連接到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)128的可伸縮臂127的遠(yuǎn)端。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)128的致動(dòng)使可伸縮臂127向內(nèi)和向外伸縮以平移運(yùn)動(dòng)端126且使Y形樞轉(zhuǎn)臂123繞其樞轉(zhuǎn)軸搖動(dòng)以從而移動(dòng)X射線源1，以通過(guò)掃描區(qū)域掃掠通過(guò)準(zhǔn)直器3發(fā)射的X射線束5且建立X射線發(fā)射錐55。
[0113]圖42圖示了驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)128，其使樞轉(zhuǎn)臂123向下樞轉(zhuǎn)以使x射線源I向上搖動(dòng)使得產(chǎn)生X射線束5以撞擊豎直移動(dòng)的陣列8的最上方位置和水平移動(dòng)的陣列8的最遠(yuǎn)位置。相比之下，圖43圖示了驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)128，其使樞轉(zhuǎn)臂123向上樞轉(zhuǎn)以使x射線源I向下?lián)u動(dòng)使得產(chǎn)生X射線束5以撞擊豎直移動(dòng)的陣列8的下方位置和水平移動(dòng)的陣列8的中間位置。類(lèi)似地，圖44至圖47圖示了 X射線源I的這個(gè)實(shí)施方案的類(lèi)似運(yùn)動(dòng)。圖44圖示了驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)128，其使樞轉(zhuǎn)臂123向下樞轉(zhuǎn)以使X射線源I向上搖動(dòng)使得產(chǎn)生X射線束5以撞擊豎直移動(dòng)的陣列8的最上方位置和水平移動(dòng)的陣列8的最遠(yuǎn)位置。圖45圖示了驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)128，其使樞轉(zhuǎn)臂123略微向上樞轉(zhuǎn)以使X射線源I向下?lián)u動(dòng)使得產(chǎn)生X射線束5以撞擊豎直移動(dòng)的陣列8的下方位置和水平移動(dòng)的陣列8的中間位置。最后，圖46圖示了驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)128，其使樞轉(zhuǎn)臂123略微向上樞轉(zhuǎn)以使X射線源I向下?lián)u動(dòng)使得產(chǎn)生X射線束5以撞擊豎直移動(dòng)的陣列8的最下方位置和水平移動(dòng)的陣列8的最近位置。
[0114]X射線源I的運(yùn)動(dòng)由微控制器16控制以將陣列8的運(yùn)動(dòng)與X射線束5保持同步。在本實(shí)施方案中，因?yàn)闇?zhǔn)直器3固定到X射線源1，所以確保了準(zhǔn)直器3與X射線源I的對(duì)齊。準(zhǔn)直器3可制造地足夠長(zhǎng)和足夠?qū)捠沟闷渫耆钃醢l(fā)射錐55中的所有X射線從X射線發(fā)生器柜30逃逸。準(zhǔn)直器的各種視圖在圖44至圖47中示出。即使準(zhǔn)直器3在各種附圖中示出為具有敞開(kāi)側(cè)，例如在圖40和圖41中，以圖示X射線如何經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器3的槽2900，但是X射線源I在使用中具有屏蔽側(cè)以防止不期望的X射線傳輸。
[0115]X射線源I的安裝框架120附接到X射線發(fā)生器柜30內(nèi)的平臺(tái)。平臺(tái)具有可調(diào)整的附接點(diǎn)以將X射線源I固定在高出平臺(tái)21某一高度的焦點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)中心，以對(duì)掃描區(qū)域提供完整覆蓋。已描述所述構(gòu)造，圖51至圖53示出可如何用X射線源I掃描輪椅中的人，且圖54至圖56示出可如何用X射線源I掃描靠壁1900站立的人。
[0116]在掃描期間使用機(jī)械鏈接機(jī)構(gòu)以使機(jī)械機(jī)構(gòu)不干涉從掃描平臺(tái)21的進(jìn)出運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造來(lái)將陣列8與X射線束5對(duì)齊是有利的。將準(zhǔn)直器3安裝在X射線源I上以消除在掃描期間維持準(zhǔn)直器3、x射線源I的焦點(diǎn)與陣列8之間的對(duì)齊的任何需要也是有利的。具有這種特征的示例性實(shí)施方案在圖57至圖68中展現(xiàn)。在本實(shí)施方案中，X射線源101 (其在本實(shí)施方案中是X射線管)安裝在豎直圓柱形支撐柱130上。支撐柱130具有上支撐平臺(tái)140以在其上安裝X射線源101。安裝和對(duì)齊支架150將X射線源101連接到支撐平臺(tái)140使得X射線源101的焦點(diǎn)與圓柱形支撐柱130的中心軸(也稱(chēng)為X射線源運(yùn)動(dòng)軸)對(duì)齊。為實(shí)現(xiàn)這種對(duì)齊，安裝和對(duì)齊支架150可在支撐平臺(tái)140上的X方向和Y方向兩者上移動(dòng)X射線源101。
[0117]支撐柱130可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸承132上，允許其繞支撐柱130的豎直中心軸自由旋轉(zhuǎn)?！癓形”機(jī)械臂160附接到支撐柱130的底部且具有在平臺(tái)21的地面下方垂直于支撐柱130的豎直軸延伸且遠(yuǎn)離所述豎直軸的水平部分。臂160的豎直部分平行于在壁1900后方的支撐柱130的豎直軸延伸。在示例性構(gòu)造中，機(jī)械臂160的水平部分離開(kāi)支撐柱130延伸大約2.2米。在水平部分的遠(yuǎn)端，豎直部分豎直向上延伸大約2.2米。機(jī)械支撐臂160固定到支撐柱130使得其隨著支撐柱150 —起旋轉(zhuǎn)。這種構(gòu)造確保陣列8與X射線束5對(duì)齊。第一陣列8安裝在平臺(tái)21下方的水平部分處，人位于所述平臺(tái)上。第二陣列8安裝在臂160的豎直部分處。因此在這種構(gòu)造中，僅單個(gè)X射線束5需要通過(guò)準(zhǔn)直器3發(fā)射以與水平陣列和豎直陣列8兩者相交。隨著支撐柱150旋轉(zhuǎn)，X射線束5在平臺(tái)21上掃掠以產(chǎn)生圖像。在這個(gè)構(gòu)造中，支撐和對(duì)齊陣列8的機(jī)械臂53在平臺(tái)21下方和壁1900后方移動(dòng)，從而消除本文中前述實(shí)施方案中遇到的任何出口限制。圖58和圖59圖示了平臺(tái)160上方的系統(tǒng)的各種視圖。準(zhǔn)直器3具有一個(gè)狹縫開(kāi)口 300且用可調(diào)整安裝支架200安裝到X射線源I。
[0118]如圖60至圖63中所示，機(jī)械臂160隨著單個(gè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)111旋轉(zhuǎn)通過(guò)某一角度，所述角度足以跨掃描平臺(tái)21的整個(gè)寬度在成像柜31的地面和后壁兩者上掃掠陣列8。在示例性實(shí)施方案中，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)111連接到滾珠螺釘或進(jìn)一步連接到機(jī)械臂160的其它驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)111的位置和速度由編碼器測(cè)量。在本實(shí)施方案中，僅需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)11以驅(qū)動(dòng)包括準(zhǔn)直器3和X射線源I的整個(gè)成像總成。機(jī)械臂160由軸承和支架支撐以使其不撓曲，且如果期望，平臺(tái)中的端口 170可對(duì)水平部分提供支撐，如圖57中所示。X射線源I的重量由支撐欄150支撐，且機(jī)械臂160也由軸承支撐，大大減小了驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)111所需的扭矩和功率。
[0119]已描述所述構(gòu)造，圖64至圖66示出可如何用X射線源I完全掃描輪椅中的人，且圖67和圖68示出可如何用X射線源I完全掃描靠壁1900站立的人。
[0120]根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方案，監(jiān)測(cè)和控制對(duì)正在被掃描的人的X射線曝光放射量使得被掃描的每個(gè)人接收最低可能的曝光。應(yīng)理解在醫(yī)學(xué)診斷X射線領(lǐng)域中，X射線束的質(zhì)量在同時(shí)減小曝光放射量且改進(jìn)圖像質(zhì)量上起到非常重要的作用。X射線束的質(zhì)量指用于獲取圖像的X射線光譜和強(qiáng)度。X射線光譜由施加到X射線管的千伏電壓、X射線管的陽(yáng)極材料和所使用的濾波物質(zhì)來(lái)確定。X射線束的強(qiáng)度由施加到管的電流和所使用的濾波物質(zhì)的量來(lái)確定。產(chǎn)生最低可能放射量和最高圖像質(zhì)量的光束質(zhì)量是被曝光的人的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)和質(zhì)量的函數(shù)。每個(gè)被掃描的人取決于其身高和體重將具有獨(dú)特的解剖學(xué)輪廓和質(zhì)量。因此，在本實(shí)施方案中，人的解剖學(xué)輪廓的參數(shù)在進(jìn)行每次掃描之前測(cè)量以確定所需的光束質(zhì)量參數(shù)以實(shí)施最低可能的放射量。
[0121]根據(jù)示例性實(shí)施方案，放射量測(cè)定器定位在X射線束5中以測(cè)量和記錄每次掃描期間產(chǎn)生的X射線曝光。一組濾波器定位在準(zhǔn)直器3前方以對(duì)X射線束5濾波。在人被掃描的前一刻，機(jī)械臂50、160定位在平臺(tái)21中心且使用一組標(biāo)稱(chēng)曝光參數(shù)(例如，10kV和0.3mA)獲取單行圖像數(shù)據(jù)。所產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)的直方圖被分析以確定所述行的圖像數(shù)據(jù)的至少三個(gè)分段區(qū)域中的衰減量以確定從頭頂?shù)礁共繀^(qū)域的距離，腹部區(qū)域的范圍和到腳的距離。這些數(shù)據(jù)值用于確定在掃描期間將使用的濾波器的程度和類(lèi)型以及將使用的最優(yōu)X射線曝光參數(shù)(例如，kV、mA和掃描速度)以產(chǎn)生對(duì)于被掃描的人而言最低的放射量和最佳的圖像質(zhì)量。
[0122] 圖像數(shù)據(jù)的理想直方圖是腹部區(qū)域(此處X射線被身體衰減)內(nèi)的像素的平均強(qiáng)度大約為最大值的一半，且平均值附近的值分布盡可能大但小于平均強(qiáng)度的一半的直方圖。在每一行圖像數(shù)據(jù)內(nèi)，存在圖像值的至少三個(gè)分段區(qū)域:(1)未衰減的X射線撞擊在檢測(cè)器上的行的一部分；(2)χ射線經(jīng)過(guò)被掃描的人的四肢(手臂、頭部和腿)處的行的一部分；和(3) X射線經(jīng)過(guò)胸部和腹部區(qū)域的行的一部分。用于使人體解剖結(jié)構(gòu)成像的理想X射線光譜是具有非常少的軟(低能量)x射線且具有剛好足夠大使得大部分X射線通過(guò)解剖結(jié)構(gòu)的最大能量(kV)的X射線光譜。軟X射線幾乎完全由解剖結(jié)構(gòu)吸收且不到達(dá)檢測(cè)器，所以其僅對(duì)曝光放射量有貢獻(xiàn)而對(duì)圖像質(zhì)量沒(méi)貢獻(xiàn)。更高能量的X射線更具穿透力且提供更好的放射量-圖像質(zhì)量關(guān)系，但也隨著能量增加而產(chǎn)生更低的檢測(cè)器響應(yīng)。更高X射線能量時(shí)更低的檢測(cè)器響應(yīng)通過(guò)閃爍磷光體的響應(yīng)來(lái)推動(dòng)，其在高于60keV的X射線能量時(shí)效率減小。使用如鋁和銅的濾波物質(zhì)來(lái)優(yōu)化醫(yī)學(xué)診斷X射線成像的光束質(zhì)量，因?yàn)槠鋬?yōu)選地吸收X射線光譜的軟、低能量X射線，從而降低了曝光放射量并改進(jìn)放射量的有效性。因而，有必要調(diào)整用于對(duì)人體解剖結(jié)構(gòu)成像的X射線的最大kV和光譜以在用于制造給定圖像質(zhì)量的X射線曝光放射量方面使放射量的有效性最大化。
【權(quán)利要求】
1.一種X射線掃描儀，其包括: X射線源，其可操作來(lái)產(chǎn)生扇形X射線束且繞源運(yùn)動(dòng)軸移動(dòng)； 至少一個(gè)X射線檢測(cè)器陣列，其具有檢測(cè)器維度且可操作來(lái)沿著所述檢測(cè)器維度檢測(cè)來(lái)自所述X射線源的X射線； 準(zhǔn)直器，其安置在所述X射線源與所述至少一個(gè)檢測(cè)器陣列之間，固定到所述X射線源，且界定至少一個(gè)狹縫以將所述扇形X射線束準(zhǔn)直成線性X射線束，所述至少一個(gè)X射線檢測(cè)器陣列從所述X射線源間隔開(kāi)使得所述至少一個(gè)X射線檢測(cè)器處的所述線性X射線束的高度和寬度的至少一個(gè)不大于所述至少一個(gè)X射線檢測(cè)器陣列的所述檢測(cè)器維度； X射線處理單元，其可操作以處理由所述至少一個(gè)X射線檢測(cè)器陣列對(duì)所述線性X射線束的檢測(cè)； 電動(dòng)機(jī)，其被所述X射線處理單元控制且可操作來(lái): 繞所述源運(yùn)動(dòng)軸移動(dòng)所述X射線源以搖攝所述X射線束且建立X射線發(fā)射錐；和與所述X射線源相應(yīng)地移動(dòng)所述至少一個(gè)X射線檢測(cè)器陣列使得所述線性X射線束保持與所述至少一個(gè)X射線檢測(cè)器陣列對(duì)齊； 所述X射線處理單元被操作來(lái)當(dāng)所述線性X射線束跨所述對(duì)象搖攝時(shí)形成了安置在所述準(zhǔn)直器與所述X 射線發(fā)射錐內(nèi)的所述至少一個(gè)X射線檢測(cè)器陣列之間的對(duì)象的X射線掃描圖像。
【文檔編號(hào)】A61B6/03GK104053400SQ201280060460
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月18日
【發(fā)明者】約翰·D·考克斯, 詹姆士·吉姆利特, 肖恩·喬治斯, 戴維·克里夫斯 申請(qǐng)人:威遜有限責(zé)任公司