專利名稱:以放射性同位素作為射線源的微型ct系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于層析成像及微系統(tǒng)技術領域：
，特別涉及一種采用放射性同位素作為射線源，對微小物體進行輻照，并就其透射強度加以探測和數(shù)字化，從而對物體內(nèi)部結(jié)構實施動態(tài)成像的以放射性同位素作為射線源的微型CT(ComputerTomograph-CT)系統(tǒng)。
背景技術：
近年來，自然科學與工程技術發(fā)展的一個重要趨勢是朝微型化邁進。隨著微/納米技術的飛速發(fā)展，各式各樣的微系統(tǒng)技術及納米器件、檢測裝置等相繼被提出。微系統(tǒng)以其價格低廉和性能卓越而對世人產(chǎn)生了不可阻擋的誘惑力(劉靜，微米/納米尺度傳熱學，北京科學出版社，2000)?？梢钥吹剑斍案黝愇⑾到y(tǒng)的尺寸正被超乎尋常地降低，而同時它們卻保持了與原有大系統(tǒng)相同甚至更好的性能，各種令人驚訝的成就比肩接踵。實際上，建立盡可能緊湊的系統(tǒng)多年來一直是工程實踐的主旋律，人們?yōu)榇俗鞒龅呐梢杂萌蚍秶募夹g創(chuàng)新來衡量。為能制造出充分精細的系統(tǒng)，無數(shù)的時間和經(jīng)費被投入此類技術的研究。比如，過去司空見慣的龐大光學實驗系統(tǒng)目前已可制成相當緊湊的集成化微光路系統(tǒng)，其完成的功能可與大系統(tǒng)相匹敵，而價格則相當便宜，且操作十分簡便。此外，也有其它一些微技術相繼問世，如微能源系統(tǒng)、微傳感器、微成像系統(tǒng)等(劉靜，微米/納米尺度傳熱學，北京科學出版社，2000)。本發(fā)明著重于發(fā)展用以檢測物體內(nèi)部結(jié)構的微型成像系統(tǒng)，這也是微系統(tǒng)技術研究熱潮中的一種嘗試。
我們知道，物體的功能是與其內(nèi)部結(jié)構密切相關的，普通的光學顯微鏡主要用于觀測表面形貌，但對內(nèi)部結(jié)構的探測卻無能為力。人們?yōu)榇税l(fā)展了一系列替代方法，如基于電阻抗、磁場、聲、光、X射線、γ射線等的體視鏡。事實上，自從倫琴發(fā)現(xiàn)X-射線并獲得人手的透視影像后，這種對物體穿透能力極強的射線就被引入到攝影及成像領域，形成了許許多多的技術產(chǎn)品。
由于X射線、γ射線等穿透物體的能力很強，因而可用于對物體內(nèi)部進行透視。其中，X射線一般是由高速電子在與物質(zhì)相互作用而減速的過程中產(chǎn)生的韌致輻射，而γ射線則主要由放射性同位素在核衰變過程中釋放(安繼剛等著，鈷-60數(shù)字輻射成像裝箱檢測系統(tǒng)，北京清華大學出版社，2003)。在輻射測量中，當X、γ射線的輻射光子與物體發(fā)生相互作用時，會發(fā)生光電吸收、康普頓散射及電子對產(chǎn)生，X、γ射線穿過物質(zhì)時，其光子會被部分吸收；而且，若待測物質(zhì)的性質(zhì)及質(zhì)量厚度等不同，則探測屏上所接收到的信號強度會有所變化，因而測出這些變化，就可能推算出物質(zhì)內(nèi)部的非均勻結(jié)構特點，此即輻射成像的基本原理(如圖2所示)。
通常，射線源可采用X射線機、核素及加速器等實現(xiàn)，用于測量、記錄輻射強度分布的傳統(tǒng)載體即位置靈敏傳感器一般包括感光膠片、熒光屏及“像增強器”等，此類位置靈敏傳感器的分辨率甚至可在微米量級，因而可用于檢測微小結(jié)構。但這些傳統(tǒng)方法對曝光時間有要求，且獲得圖像的手續(xù)比較繁瑣。與此不同的是，實時性較好的數(shù)字輻射成像技術則克服了這些缺點(安繼剛等著，鈷-60數(shù)字輻射成像裝箱檢測系統(tǒng)，北京清華大學出版社，2003)。1971年由Hounsfield等首次研制出并獲得諾貝爾獎的計算機層析(Computer Tomograph-CT)成像裝置，就是數(shù)字輻射成像技術方面的重大突破。至今此類方法已拓展應用到許多領域，如集裝箱檢測(安繼剛等著，鈷-60數(shù)字輻射成像裝箱檢測系統(tǒng)，北京清華大學出版社，2003)。特別是，我國近年來在此領域內(nèi)也取得一系列重大進展，如康克軍等以加速器為輻射源，發(fā)明了雙車移動式集裝箱檢測系統(tǒng)(康克軍等，以加速器為輻射源的雙車移動式集裝箱檢測系統(tǒng)，中國發(fā)明專利99122363.2；康克軍等，一種車載機動式射線照相檢測系統(tǒng)，中國發(fā)明專利02146207.0)；安繼剛等直接采用放射性同位素作為輻射源，發(fā)明了γ數(shù)字輻射成象無損檢測裝置(安繼剛等，移動式γ數(shù)字輻射成象無損檢測方法與裝置及其用途，中國發(fā)明專利96102080.6；安繼剛等，一種大型客體數(shù)字輻射成象檢測裝置，中國發(fā)明專利99110839.6)，由于避免了X-射線加速器的建造，因而可大大簡化裝置的結(jié)構及降低設備成本。以上裝置在海關部門的大型集裝箱檢測方面正發(fā)揮著重要作用。
可以看到，前面所闡述的裝置的出發(fā)點都集中于發(fā)展大型輻射成像設備上。迄今，由上述途徑發(fā)展出的微型化數(shù)字成像裝置在全球范圍內(nèi)均鮮有報道。比利時SkyScan公司，采用類似醫(yī)用CT的原理，借助X射線顯微光學及X射線斷層重構(CT)技術，推出一類微型CT系統(tǒng)，由于其新穎性，該技術在提出后不久就被歐盟科技部列為100項重大科技產(chǎn)品。但遺憾的是，此系統(tǒng)由于仍需要設置用于產(chǎn)生X射線的機構，因而總體體積實際上不可能作得很小。此外，其他一些研究機構也相繼提出過一些微型CT系統(tǒng)(Johnson，et al，Three-dimensionalmicrotomographic analysis system，United States Patent 5,402,460；中譯三維微層析圖像分析系統(tǒng)，美國專利5,402,460)，但它們也同樣需要能產(chǎn)生X-射線的裝置，因而也存在如上所說的微型化障礙。
針對上述不足，本發(fā)明將從新的技術路線出發(fā)，提供一種無須X射線機構或加速器的微型化CT系統(tǒng)，本發(fā)明的核心在于直接采用放射性同位素作為輻射源，來對物體進行直接透視，由此實現(xiàn)的數(shù)字輻射成像系統(tǒng)甚至可作到手機大小。相比于已有的用于檢測大型物體的數(shù)字輻射成像檢測系統(tǒng)以及基于X射線的微型CT系統(tǒng)，本發(fā)明提供的裝置是一種高度微型化的系統(tǒng)，在觀念乃至應用領域、技術內(nèi)涵等方面均明顯區(qū)別于已有裝置，可望在微小物體的測試方面發(fā)揮重要作用。
由此發(fā)展出的微型CT的一種重要用途可體現(xiàn)在生物醫(yī)學方面，比如可采用此類裝置考察生命系統(tǒng)內(nèi)的細觀和微觀結(jié)構問題，并將其與生物個體的整體功能關聯(lián)起來，從而揭示出相應的生物學規(guī)律。除此，該類系統(tǒng)在其他方面的檢測價值也是顯而易見的，此處不一而足?？梢灶A見的是，這種微型化、低成本的CT裝置必然會大大有助于微器件研究的開展。以往的數(shù)字輻射成像裝置的體積往往過于龐大，價格高得驚人，僅用于極特殊部門如海關、醫(yī)療機構等，在推廣應用上存在很大困難。本發(fā)明提供的微型CT系統(tǒng)可彌補這些不足，因而具有重要的推廣應用價值。
本發(fā)明還采用大量離散布置的探測元件構成陣列探測器件，取代傳統(tǒng)的位置靈敏傳感器，可分別探測出所在位置的輻射強度，并實時給出相應的動態(tài)數(shù)字信號直至圖像，由此即可反映出所探測位置的結(jié)構特點。圖2給出的是數(shù)字輻射成像的原理過程。其中射線源發(fā)出的射線通過由兩塊重金屬板構成的前準直器的縫隙后，會形成片狀的射線束，此片狀射線束穿過被檢物后，再經(jīng)過同樣由兩塊重金屬板構成的后準直器的縫隙，入射到陣列探測器上，由探測器元件結(jié)合計算機信號處理，即可重構出物體的內(nèi)部信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高度微型化的以放射性同位素作為射線源的微型CT系統(tǒng)；從有別于現(xiàn)有的數(shù)字輻射成像系統(tǒng)主要集中于發(fā)展大型集裝箱檢測設備的觀念出發(fā)，提供一種高度集成化和微型化的計算機層析成像系統(tǒng)。該技術拓展了已有的大型設備概念，可望在微小物體的檢測上發(fā)揮重要作用。
本發(fā)明的技術方案如下本發(fā)明提供的以放射性同位素作為射線源的微型CT系統(tǒng)，包括依次集成放置在隔離室13中底座8上的帶屏蔽開關的輻射源1、前準直器2、樣品夾持裝置或樣品臺3、后準直器5和陣列探測器7；以及數(shù)據(jù)采集器儀10和計算機11；或者數(shù)據(jù)采集、處理和存儲微芯片71和微型液晶顯示器79；所述的樣品夾持裝置或樣品臺3包括樣品夾或樣品臺，固定支持樣品夾或樣品臺的轉(zhuǎn)軸31，固定安裝在底座8上的滑軌4，所述轉(zhuǎn)軸31安裝在滑軌4內(nèi)，并在所述滑軌4內(nèi)滑動；所述樣品夾上設有中心孔32；控制樣品夾持裝置或樣品臺3運動的由步進電機驅(qū)動的控制機構；所述的數(shù)據(jù)采集儀10分別連接陣列探測器7及計算機11；所述的數(shù)據(jù)采集、處理和存儲微芯片71分別連接陣列探測器7和微型液晶顯示器79；所述輻射源(1)包括放置在輻射源箱體中心處的Co-60、銥Ir-192，銩Tm-170或銫Cs-137，其初始質(zhì)量從1納克到1克范圍內(nèi)。
所述輻射源箱體為由鎢或鉛制成的箱體，其前端面設有供輻射線出射的射線出射小孔12；所述屏蔽開關為一由啟動開關控制的鎢或鉛材質(zhì)的活動金屬片67，設置在輻射源射線出射的路徑上；所述前準直器2和后準直器5分別為由鎢或鉛制成的金屬片，所述前準直器2上設有第一狹縫21，所述后準直器5上設有第二狹縫6；所述的隔離室13為由鎢或鉛制成的壁厚為1cm到1mm的箱體。
所述隔離室13的上表面上設置一透明的有機玻璃觀察窗14。所述的隔離室13的整體尺寸為30cm×30cm×30cm到2cm×2cm×2cm。所述的射線出射小孔12的直徑為1cm到0.1mm。所述的輻射源箱體的整體形狀為正方體、圓柱體或球體；其整體尺寸在5cm×5cm×5cm到1cm×1cm×1cm范圍，壁厚為2cm到0.1mm。所述的陣列探測器8為線陣閃爍晶體探測器、面陣平板探測器、影像增強器或數(shù)字X-射線冷卻CCD相機。所述的輻射源1、陣列探測器7為1至6對。所述的輻射源1與前準直器2集成為一體，前準直器2設置在輻射源1出口；所述的后準直器5、陣列探測器7，以及數(shù)據(jù)采集、處理及存儲微芯片71，微型液晶顯示屏79集成為一體。
本發(fā)明提供的采用放射性同位素對微小物體進行輻照，并對透射強度加以探測和數(shù)字化，從而對其內(nèi)部結(jié)構實施動態(tài)成像的微型計算機層析成像(ComputerTomograph-CT)系統(tǒng)，可按下列方案實施，包括輻射源探傷機、屏蔽閥門、前準直器、后準直器、隔離室、控制機構、陣列探測器、數(shù)據(jù)采集儀、計算機、步進電機、樣品平臺等。其中，輻射源探傷機、前準直器、樣品平臺、后準直器、陣列探測器等按順序集成布置在隔離室的底板上；樣品平臺通過轉(zhuǎn)軸連接有控制機構、步進電機及電路等執(zhí)行器，由計算機控制，可根據(jù)需要變動樣品的空間位置，從而獲取不同部位的圖像；數(shù)據(jù)采集儀連接陣列探測器及計算機，且數(shù)據(jù)采集儀及計算機布置在隔離室之外，便于操作。整套系統(tǒng)的結(jié)構簡單、成本低且操作簡便，是一種高度集成化的便攜式微型CT系統(tǒng)。而在傳統(tǒng)的宏觀或微型CT系統(tǒng)中，各部件均是分離放置在不同的大空間內(nèi)，如本發(fā)明所提供的以同位素為射線源并將所有部件封裝集成到一塊底板上的技術路線，至今還未在科技文獻及專利申請中報道，在微成像系統(tǒng)領域內(nèi)是一種嶄新的觀念。
本發(fā)明中，用于成像的射線源可有多種選擇，比如采用工業(yè)上常用的常規(guī)鈷Co-60探傷機，其鈷源活度不大，可在11.1TBq(300Ci)以下，且最終衰變物為穩(wěn)定的同位素鎳(Ni)，沒有任何污染，可由專業(yè)公司回收；鈷Co-60的半衰期為5.27年，其γ射線能量在1.33和1.17MeV，一般主要用來檢測厚度大于2.5cm的鐵、黃銅和其它中等密度的金屬。此外，射線源也可在以下幾類同位素中選用，如在非常需要輕便小型設備的現(xiàn)場檢測中，同位素銥Ir-192是一種理想的射線源，其半衰期為74.3天，γ射線為0.31、0.47和0.6MeV，一般主要用來檢測厚度為3～75mm的鋼；另外，也可選用銩Tm-170，其半衰期129天，γ射線0.084、0.052MeV，一般主要用來檢測厚度為0.8mm的鋼或13mm的鋁，可用于內(nèi)部組件如飛機部件和復合材料的檢測；當然，也可選用銫Cs-137，其半衰期30.1年，γ射線0.66MeV。當將上述各種同位素用作本發(fā)明提供的微型CT的射線源時，所需的量均極小，因而因其輻射而產(chǎn)生的危險性很小。這些射線源易于在專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)制作出，用戶可根據(jù)所需要的各種結(jié)構形式和尺寸直接購買或委托定制，且可定期更換而用于新的成像。所以，本發(fā)明所涉及的輻射部件易于實現(xiàn)。
在本發(fā)明提供的微型CT系統(tǒng)中，若計算系統(tǒng)(臺式機或筆記本電腦)較大時，除計算機外，整套系統(tǒng)可放置于總體尺寸范圍在30cm×30cm×30cm到2cm×2cm×2cm內(nèi)的隔離室內(nèi)；但若采用微數(shù)據(jù)采集、處理及存儲芯片代替計算機系統(tǒng)時，則所有部件均可封裝在隔離室內(nèi)，成為一體的微型CT系統(tǒng)。隔離室一般采用重金屬如鎢或鉛制成，以隔離輻射，其壁厚為0.2mm到1mm；隔離室上表面可設置一個透明的有機玻璃觀察窗，用于觀察樣品的位置，其尺寸在6cm×6cm到0.5cm×0.5cm范圍；該觀察窗也可不作設置。
具有一定放射性的同位素封裝于輻射源探傷機的容器中心處，容器形狀可呈正方體、圓柱體或球體，尺寸在5cm×5cm×5cm到1cmm×1cm×1cm范圍，壁厚為2cm到1mm。由于輻射源的發(fā)射呈各向同性，本發(fā)明在輻射源容器的右側(cè)開設有供輻射線出射的通向外界的小孔(直徑在1cm到0.1mm)，在此路徑上還設置有屏蔽開關，用于阻斷或開通射線的出射。
計算機采集及處理可采用臺式計算機或筆記本電腦完成。當然，也可將數(shù)據(jù)采集、處理及存儲功能集成到一塊微芯片上，而相應圖像則顯示在一微型屏幕上，由此發(fā)展出的微型CT系統(tǒng)甚至可與手機大小相當。
用于夾持或擺放樣品的樣品臺通過轉(zhuǎn)軸固定在隔離室底部的滑軌上，且位于前、后準直器之間，可在步進電機的控制下沿上、下、左、右移動或旋轉(zhuǎn)。由此，通過調(diào)整樣品與出射的同位素射線的相對位置，可以獲得樣品的空間結(jié)構。
本發(fā)明裝置中，陣列探測器采用常見的陣列探測器即可，比如，在系統(tǒng)中可采用線陣閃爍晶體探測器、面陣平板探測器、影像增強器或高精度數(shù)字X-射線冷卻CCD相機(High Resolution Digital X-ray cooled CCD Camera)等。而且，當前的進展已使得加工微/納米光電探測器等成為可能，這使得本裝置的空間探測分辨率可望得到更進一步提高，且由于本CT系統(tǒng)針對的是微小樣品，因而探測器的尺寸可以作得極小，這也是與傳統(tǒng)數(shù)字輻射成像裝置不同的地方。本裝置中，前、后準直器由鎢、鉛等金屬制成，其中心開有縫隙，供射線透過。
總之，本發(fā)明所涉及的各類裝置及傳感器均易于購買或制作，因而整套微型CT系統(tǒng)是不難實現(xiàn)的。
本發(fā)明的關鍵之處在于將以往的大型數(shù)字輻射成像的原理應用于發(fā)展高度微型化的CT裝置，從而提供了一種概念嶄新的微小型CT系統(tǒng)，這是對傳統(tǒng)輻射成像技術在實現(xiàn)方法及應用領域方面的一個觀念性的革新。雖然該裝置的實現(xiàn)部分采用了已有的成像原理，但設備在概念和內(nèi)涵乃至應用領域上完全不同于已有設備，至今，基于同位素射線源的微型CT系統(tǒng)在國內(nèi)外還未見報道，這種全系統(tǒng)集成化的技術有望開辟出一個嶄新的微型CT儀器領域。
當前，微型CT的研究在國際上正逐步引起研究人員的高度重視，但迄今僅有基于X-射線源的微型X-CT得以發(fā)展出，而且，一經(jīng)提出，就得到普遍的推崇；但是，由于此類裝置的運行必須有用以產(chǎn)生X-射線的裝置，而X-射線裝置在目前的水平上不可能作得很小，因而其體積的進一步微小化存在難以逾越的困難。本發(fā)明由于直接采用微量的放射性同位素作為射線源，因而省去了空間體積可觀的X-射線機或加速器裝置，大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構，并能較好地保證成像質(zhì)量，其發(fā)明將為微型成像系統(tǒng)領域增加一套強有力的工具。
本發(fā)明提供的微型CT系統(tǒng)，是對微系統(tǒng)成像技術的一個概念性突破。沿著這種采用放射性同位素充當微型CT的射線源的技術路線，還可拓展出更多實用化的微型CT系統(tǒng)模式，并不僅限于以上所闡述的設備形式，以下僅列舉出數(shù)例。



附圖1為本發(fā)明的結(jié)構示意圖；附圖2為數(shù)字輻射成像原理圖；附圖3為帶屏蔽開關67的示意圖；附圖4為本發(fā)明一實施例的結(jié)構示意圖。
附圖5為采用三對輻射源和陣列探測器的實施例示意圖。
附圖6為采用滑軌式輻射源和陣列探測器的實施例示意圖具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例進一步描述本發(fā)明
實施例1圖1為本發(fā)明提供的采用放射性同位素對微小物體進行輻照，并對透射強度加以探測和數(shù)字化，從而對其內(nèi)部結(jié)構實施動態(tài)成像的微型計算機層析成像系統(tǒng)的結(jié)構示意圖，也是本發(fā)明的一個實施例。由圖可知，本發(fā)明提供的微型CT系統(tǒng)，包括輻射源1；前準直器2；前準直器上的第一縫隙21；樣品臺3；樣品臺支撐轉(zhuǎn)軸31；滑軌4；后準直器5；后準直器上的第二縫隙6；陣列探測器7；底座8；電路連線9；數(shù)據(jù)采集儀10；計算機11；射線出射小孔12；隔離室13；隔離室觀察孔14；同位素射線源66；屏蔽開關的鎢材質(zhì)的活動金屬67。其中，輻射源1、前準直器2、樣品臺3、后準直器5、陣列探測器7等按順序集成布置在隔離室13的底座8上；隔離室13由底座8及上蓋72組成，且上蓋72可與底座脫離；樣品臺3連接有控制機構、步進電機及電路等，由計算機11控制；數(shù)據(jù)采集儀10連接陣列探測器7及計算機7，且數(shù)據(jù)采集儀10及計算機11布置在隔離室13之外。輻射源1、滑軌4均連有電路，可通過計算機控制其上的開關動作。整套系統(tǒng)的結(jié)構簡單、成本低且操作簡便，是一種高度集成化的便攜式微型CT系統(tǒng)。
本發(fā)明中，用于成像的射線源1可有多種選擇，比如采用工業(yè)上常用的常規(guī)鈷Co-60探傷機，其鈷源活度不大，可在11.1TBq(300Ci)以下，且最終衰變物為穩(wěn)定的同位素鎳(Ni)，沒有任何污染，可由專業(yè)公司回收；鈷Co-60的半衰期為5.27年，其γ射線能量在1.33和1.17MeV，一般主要用來檢測厚度大于2.5cm的鐵、黃銅和其它中等密度的金屬。此外，射線源也可在以下幾類同位素中選用，如在非常需要輕便小型設備的現(xiàn)場檢測中，同位素銥Ir-192是一個理想的射線源，其半衰期為74.3天，γ射線為0.31、0.47和0.6MeV，一般主要用來檢測厚度為3～75mm的鋼；另外，也可選用銩Tm-170，其半衰期129天，γ射線0.084、0.052MeV，一般主要用來檢測厚度為0.8mm的鋼或13mm的鋁，可用于內(nèi)部組件如飛機部件和復合材料的檢測；當然，也可選用銫Cs-137，其半衰期30.1年，γ射線0.66MeV。當將上述各種同位素用作微型CT的射線源時，所需的量均極小如在1納克到1克范圍，因而因其輻射而造成的危險性很小。這些射線源易于在專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)制作出，用戶可直接購買或定制，且可定期更換而用于新的成像。所以，本發(fā)明所涉及的輻射部件易于實現(xiàn)。
實現(xiàn)本發(fā)明時，計算機采集及處理可采用臺式計算機或筆記本式計算機完成。整套系統(tǒng)除計算機11及數(shù)據(jù)采集儀10外，放置于總體尺寸范圍在30cm×30cm×30cm到2cm×2cm×2cm內(nèi)的隔離室13內(nèi)；隔離室由重金屬鎢或鉛制成，其壁厚為1cm到1mm；隔離室13上表面可設置一個透明的有機玻璃觀察窗14，其尺寸在6cm×6cm到1cm×1cm范圍；該觀察窗14也可不作設置。
如圖3所示，放射性同位素66封裝于輻射源箱體1的中心處，其形狀可為正方體、圓柱體或球體，尺寸在5cm×5cm×5cm到1cm×1cm×1cm范圍，壁厚為2cm到1mm；由于輻射源的發(fā)射呈各向同性，本發(fā)明采用在輻射源1右側(cè)，開設出供同位素66輻射線出射的通向外界的射線出射小孔12(直徑在1cm到0.1mm)，在此路徑上設置有開關控制的鎢(或鉛)質(zhì)的活動金屬片67，用于阻斷或開通射線的出射。
用于夾持樣品的樣品臺3設置在隔離室13底部的滑軌4上，其中心為直徑在1mm到5cm的中心空孔32，利于射線穿過；樣品夾可由兩片結(jié)構尺寸完全一致的平片組成，待測樣品夾持于兩平片之間，再通過平片上的螺釘即可固定牢靠，當然也可采用其他類似固緊機構，此處不一而足。中心孔32位于前準直器2和后準直器5之間，可在步進電機的控制下沿上、下、左、右移動或旋轉(zhuǎn)。由此，通過調(diào)整樣品與出射的同位素射線的相對位置，可以獲得樣品的空間結(jié)構。
本發(fā)明裝置中，陣列探測器7采用常規(guī)的陣列探測器即可，比如，在系統(tǒng)中可采用線陣閃爍晶體探測器、面陣平板探測器、影像增強器或高精度數(shù)字X-射線冷卻CCD相機(High Resolution Digital X-ray cooled CCD Camera)等。而且，當前的進展已使得加工微/納米光電探測器成為可能，這使得本裝置的空間探測分辨率可望得到更進一步的提高。本裝置中，前、后準直器2、3由重金屬鎢、鉛制成，其中心開有尺寸在5mm×5mm到0.1mm×0.1mm的第一縫隙21、第二縫隙6，供射線透過。
應該指出的是，一般用作本發(fā)明的同位素射線源66應滿足如下要求活度小于11.1TBq(300Ci)，應與結(jié)構材料相容，且不能對周圍環(huán)境造成影響使用壽命的不利因素。而且，輻射源、陣列探測器可按1至6對組合在一起，輻射源和陣列探測器之間的位置也可相互調(diào)整，由此相互配合來對物體進行空間層析成像。
本發(fā)明所提供的采用放射性同位素作為射線源，對微小物體進行層析成像的微型CT系統(tǒng)，其使用方式如下打開隔離室13的上蓋72，將樣品夾持到樣品夾的中心孔32處并固定好，打開計算機。于是，通過計算機控制，打開射線源1的活動金屬片67，射線源即朝小孔12外進行輻射，經(jīng)由前準直器2的第一縫隙21，到達樣品，再到達后準直器5的第二縫隙6，直至陣列探測器7上，通過數(shù)據(jù)采集儀10及計算機11即可進行數(shù)字重構，由此實時得到樣品的內(nèi)部結(jié)構。
實施例2本發(fā)明提供的以放射性同位素作為射線源的微型CT，并不限于以上結(jié)構，可衍生出更多形式的微型CT成像系統(tǒng)。比如，可將數(shù)據(jù)采集及處理、存儲等功能集成到一塊芯片上，相應圖像則顯示在一微型屏幕上，則甚至可由此發(fā)展出在整體尺寸上與手機、相機大小相當或更小的微型CT系統(tǒng)。此處進一步給出一個實施例。其技術路線是將前面所述的各部件全面集成，以最大限度地縮小整套系統(tǒng)的體積。在本實施例中，我們將所有部件如射線源1，前、后準直器2、5，樣品臺3、探測器7、數(shù)據(jù)采集處理及存儲微芯片71及微型顯示器79均集成封裝到一起，即成為如圖4所示的高度一體化的微型CT成像系統(tǒng)。這種結(jié)構看上去有些像一部照相機或手機，但其內(nèi)涵和功能顯然完全不一樣。
在如圖4所示的微型CT系統(tǒng)中，前準直器2與射線源1制作成一體，此處可為固定方式直接制作在射線源1的出射小孔12路徑上，也可以制作成小孔21可在該外表面的上下、左右方向上滑動的情況(圖中未畫出)，類似地，射線源的內(nèi)部也可作成部分中空或其他復雜結(jié)構，所以，微小化的CT可采用更多有效的結(jié)構，而大型CT由于局部結(jié)構改進所帶來的效果提升并不明顯，因而在結(jié)構設計上選擇余地較??；樣品臺3的形式可采用不同于實施例1所用夾具的形式，可采用一個可轉(zhuǎn)動和升降的平臺結(jié)構，這樣可直接將待測樣品擺放其上加以透視即可；另外，后準直器6也與探測器7、數(shù)據(jù)采集與處理微芯片71、微型顯示器79制作成一體。同時，在樣品臺3的空間部位，可在上表面設置一有機玻璃蓋73作為觀察窗。測試時，可將有機玻璃蓋73掀起，將待測微小物體擱置在樣品臺3的上表面，開啟微型CT系統(tǒng)的各個電開關75，即可對物體進行透視成像并將其動態(tài)顯示在微型液晶顯示器79上。這些圖像既可存儲在存儲芯片內(nèi)供隨后分析，也可通過電纜將其信號直接傳輸?shù)狡胀ㄓ嬎銠C或筆記本電腦的大屏幕上加以處理和顯示?？梢?，采用這種掌上成像裝置，可以獲得物體的空間結(jié)構，這屬于一種新觀念下的透視相機，擴大了傳統(tǒng)照相機的內(nèi)涵。
以上實施例中，所選用材料均可與實施例1相同。但系統(tǒng)尺寸由于選擇微芯片后，得以更大限度的縮小，其中各部件相對尺寸可根據(jù)需要加以選擇配合，比如其邊長范圍可在1nm到10cm之間，由此制成的整套微型CT的尺寸可在10cm×l0cm×10cm到2cm×2cm×2cm范圍。這樣，即實現(xiàn)了一個高度集成化的微型CT系統(tǒng)。與前面所述的比利時SkyScan公司發(fā)展的微型X光CT相比，本發(fā)明達到了真正的微型化，其體積與現(xiàn)有手機尺寸相當甚至更小。這在技術上大大拓展了以往的CT概念。
本發(fā)明提供的采用放射性同位素建立的微型CT系統(tǒng)具有很多優(yōu)點，首先，射線源用量遠遠低于大型輻射成像設備的情況，因而使用十分安全；其最突出的優(yōu)點還在于，整套系統(tǒng)的尺寸可以很小，因而突破了以往大型CT或微型CT的技術思路，并易于方便地推廣應用到大量的檢測領域中；也由于這些特點，使得本發(fā)明裝置的成本很低，使用更靈活，適用面更廣。
實施例3本發(fā)明提供的以放射性同位素作為射線源的微型CT，也不限于以上給出的僅設置有單一輻射源和陣列探測器的情況，還可擴展為1至6對的相對應的輻射源和陣列探測器結(jié)構。圖5給出的是采用三對輻射源1和陣列探測器7的微型CT系統(tǒng)示意圖。其中，每對輻射源和陣列探測器用于對由該輻射源所發(fā)出的射線在傳輸路徑上所穿透的物體的透視情況進行數(shù)字化成像。這樣，綜合三對輻射源和陣列探測器的透視結(jié)果，將其采集到計算機或微芯片內(nèi)進行數(shù)據(jù)分析和圖像重構，就可一次獲得并在屏幕上顯示出所觀測物體的整體內(nèi)部結(jié)構，從而獲取其全部空間信息。
實施例4本發(fā)明提供的以放射性同位素作為射線源的微型CT，還可將一對輻射源和陣列探測器制作在環(huán)形的滑軌上，從而通過控制其滑動，來實施對物體多個角度的整體成像，由此也可得到物體的整體結(jié)構。圖6給出的是采用滑軌式輻射源和陣列探測器的微型CT系統(tǒng)示意圖，根據(jù)需要調(diào)整輻射源(1)和陣列探測器(7)在滑軌(虛線環(huán)部分)上的位置，即對射線所穿透的物體內(nèi)部結(jié)構進行成像，由此通過多次轉(zhuǎn)動，也能獲得物體的整體內(nèi)部結(jié)構信息。
權利要求
1.一種以放射性同位素作為射線源的微型CT系統(tǒng)，包括依次集成放置在隔離室(13)中底座(8)上的帶屏蔽開關的輻射源(1)、前準直器(2)、樣品夾持裝置或樣品臺(3)、后準直器(5)和陣列探測器(7)；以及數(shù)據(jù)采集儀器(10)和計算機(11)；或者數(shù)據(jù)采集、處理和存儲微芯片(71)和微型液晶顯示器(79)；所述的樣品夾持裝置或樣品臺(3)包括樣品夾或樣品臺，固定支持樣品夾或樣品臺的轉(zhuǎn)軸(31)，固定安裝在底座(8)上的滑軌(4)，所述轉(zhuǎn)軸(31)安裝在滑軌(4)內(nèi)，并在所述滑軌(4)內(nèi)滑動；所述樣品夾上設有中心孔(32)；控制樣品夾持裝置或樣品臺(3)運動的由步進電機驅(qū)動的控制機構；所述的數(shù)據(jù)采集儀(10)分別連接陣列探測器(7)及計算機(11)；所述的數(shù)據(jù)采集、處理和存儲微芯片(71)分別連接陣列探測器(7)和微型液晶顯示器(79)；所述輻射源(1)包括放置在輻射源箱體中心處的Co-60、銥Ir-192，銩Tm-170或銫Cs-137，其初始質(zhì)量從1納克到1克范圍內(nèi)；所述輻射源箱體為由鎢或鉛制成的箱體，其前端面設有供輻射線出射的射線出射小孔(12)；所述屏蔽開關為一由啟動開關控制的鎢或鉛材質(zhì)的活動金屬片(67)，設置在輻射源射線出射的路徑上；所述前準直器(2)和后準直器(5)分別為由鎢或鉛制成的金屬片，所述前準直器(2)上設有第一狹縫(21)，所述后準直器(5)上設有第二狹縫(6)；所述的隔離室(13)為由鎢或鉛制成的壁厚為1cm到1mm的箱體。
2.按權利要求
1所述的以放射性同位素作為射線源的微型CT系統(tǒng)，其特征在于，所述隔離室(13)的上表面上設置一透明的有機玻璃觀察窗(14)。
3.按權利要求
1所述的以放射性同位素作為射線源的微型CT系統(tǒng)，其特征在于，所述的隔離室(13)的整體尺寸為30cm×30cm×30cm到2cm×2cm×2cm。
4.按權利要求
1所述的以放射性同位素作為射線源的微型CT系統(tǒng)，其特征在于，所述的射線出射小孔(12)的直徑為1cm到0.1mm。
5.按權利要求
1所述的以放射性同位素作為射線源的微型CT系統(tǒng)，其特征在于，所述的輻射源箱體的整體形狀為正方體、圓柱體或球體；其整體尺寸在5cm×5cm×5cm到1cm×1cm×1cm范圍，壁厚為2cm到0.1mm。
6.按權利要求
1所述的以放射性同位素作為射線源的微型CT系統(tǒng)，其特征在于，所述的陣列探測器(8)為線陣閃爍晶體探測器、面陣平板探測器、影像增強器或數(shù)字X-射線冷卻CCD相機。
7.按權利要求
1所述的以放射性同位素作為射線源的微型CT系統(tǒng)，其特征在于，所述的輻射源(1)、陣列探測器(7)為1至6對。
8.按權利要求
1所述的以放射性同位素作為射線源的微型CT系統(tǒng)，其特征在于，所述的輻射源(1)與前準直器(2)集成為一體，前準直器(2)設置在輻射源(1)出口；所述的后準直器(5)、陣列探測器(7)，以及數(shù)據(jù)采集、處理及存儲微芯片(71)，微型液晶顯示屏(79)集成為一體。
9.按權利要求
1所述的以放射性同位素作為射線源的微型CT系統(tǒng)，其特征在于，所述的輻射源(1)和陣列探測器(7)制作在環(huán)形的滑軌上。
專利摘要
一種以放射性同位素作為射線源的微型CT系統(tǒng)，包括依次集成在隔離室底座上的帶屏蔽開關的輻射源、前準直器、樣品夾持裝置、后準直器和陣列探測器；以及數(shù)據(jù)采集器儀和計算機；樣品夾持裝置的轉(zhuǎn)軸安裝在底座上滑軌內(nèi)，其運動由步進電機驅(qū)動的控制機構控制；數(shù)據(jù)采集儀分別連接陣列探測器及計算機；輻射源包括放在鎢或鉛箱體中心處的初始質(zhì)量1納克到1克的Co－60、銥Ir－192，銩Tm－170或銫Cs－137；箱體前端面設射線出射小孔；屏蔽開關為由啟動開關控制的鎢或鉛金屬片，設在射線出射的路徑上；前、后準直器材質(zhì)鎢或鉛，其上設有狹縫。是一種高度集成化的微型CT系統(tǒng)，無須加速器或X射線機，結(jié)構緊湊、成本低、操作簡便。
文檔編號G21G4/00GKCN1854721SQ200510064709
公開日2006年11月1日 申請日期2005年4月18日
發(fā)明者劉靜, 李政 申請人:中國科學院理化技術研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan