X射線檢查中的動(dòng)態(tài)劑量減小的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)要求2013年1月4日提交的、序列號(hào)為61/748, 789的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng) 的優(yōu)先權(quán)，上述申請(qǐng)通過引用合并于本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及使用x射線輻射檢查的方法和系統(tǒng)，并且更特別地，涉及在檢查的過 程期間減小x射線劑量的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003] 圖1描繪使用x射線透射技術(shù)的典型貨物檢查系統(tǒng)。由源14(在本文中也稱為"波 束源"，或更特別地，基于用于生成x射線的電子源，稱為"加速器"）發(fā)射的穿透輻射的扇形 波束12由遠(yuǎn)離目標(biāo)對(duì)象（在這里，卡車10)的檢測(cè)器陣列16的元件檢測(cè)以便產(chǎn)生目標(biāo)對(duì) 象的圖像。波束12可以在本文中非限制地稱為"x射線束"，但是基于所使用的粒子（典型 地，光子）的能量和起源，在本發(fā)明的范圍內(nèi)波束可以是伽馬波束或其它類型的波束。
[0004] 目標(biāo)對(duì)象10(在本文中也稱為"被檢查對(duì)象"，或簡(jiǎn)稱為"對(duì)象"）的特定內(nèi)容物可 以在穿透輻射透射通過對(duì)象并且由檢測(cè)器陣列16及其單獨(dú)的檢測(cè)器模塊18檢測(cè)它的基礎(chǔ) 上被辨別和表征。（當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語"檢測(cè)器模塊"指的是一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器元件 與其關(guān)聯(lián)預(yù)處理電子器件的組合）。經(jīng)適當(dāng)預(yù)處理的來自每個(gè)檢測(cè)器模塊的信號(hào)提供到達(dá) 處理器19的輸入，在所述處理器中計(jì)算材料特性。
[0005] 在這樣的x射線檢查系統(tǒng)中，圖像質(zhì)量常常取決于穿過正在檢查的對(duì)象并且到達(dá) 檢測(cè)器的輻射的通量（完全是或取決于x射線能量）。增加的通量典型地伴隨有到達(dá)被檢 查貨物以及到達(dá)周圍環(huán)境的增加的輻射劑量。為了將到達(dá)環(huán)境的輻射量保持在低水平，使 用屏蔽以衰減直接和散射輻射。散射輻射特別難以屏蔽，原因是屏蔽散射輻射需要靠近正 被檢查的對(duì)象加入衰減材料，由此主要有助于散射輻射。對(duì)于開放式系統(tǒng)（如高能機(jī)架）， 前述的考慮是有挑戰(zhàn)的。
[0006] 被檢查對(duì)象（如貨物集裝箱）不總是填充有高衰減量的材料，并且相當(dāng)大的部分 的入射x射線束可能橫穿或散射離開集裝箱。對(duì)于低衰減部分使用x射線束全功率產(chǎn)生的 影響是增加到達(dá)貨物和環(huán)境的劑量而不提供明顯的圖像質(zhì)量改善。減小到達(dá)貨物和環(huán)境的 劑量而不影響圖像質(zhì)量的方法因此將是很期望的。
[0007] 用于調(diào)制X射線束的強(qiáng)度的方法包括用于在X射線源和源準(zhǔn)直器之間插入平移和 旋轉(zhuǎn)濾波器的方法，例如，如描述一組衰減模式的組合的US5, 107, 529 (Boone)中所示。美 國(guó)公開申請(qǐng)2006/0062353Al(Yatsenko等人）在第[0008]-[0019]段總結(jié)了調(diào)制X射線束 的方法。前述的兩個(gè)文獻(xiàn)通過引用合并于本文中。
[0008] 用于實(shí)時(shí)劑量減小的一些方法在本領(lǐng)域中是已知的，如名稱為"X射線環(huán)境水平 安全系統(tǒng)"的、通過引用合并于本文中的美國(guó)專利第6,067,344號(hào)（61" 〇(14118等人）中所述 的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例，提供用于動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)x射線劑量的方法。所述方法具有 以下步驟：
[0010] 通過在焦點(diǎn)處將電子束撞擊在X射線產(chǎn)生靶上生成X射線束；
[0011] 在源準(zhǔn)直器處準(zhǔn)直x射線束；
[0012] 檢測(cè)橫穿被檢查對(duì)象的x射線束的一部分；以及
[0013] 通過以保持橫穿所述被檢查對(duì)象的x射線束的部分低于指定限度的方式在所述 焦點(diǎn)和所述源準(zhǔn)直器之間平移濾波器，動(dòng)態(tài)地插入所述濾波器。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例，所述濾波器可以是全束濾波器，并且附加地或替代地， 可以選擇性地吸收低能量X射線。所述濾波器的吸收可以取決于濾波器位置。在另外的實(shí) 施例中，所述濾波器可以是楔形濾波器。所述濾波器的吸收可以相對(duì)于濾波器位置以階梯 方式變化。所述濾波器可以是部分束濾波器。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另外的其它實(shí)施例，提供用于動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)X射線劑量的其它方法。 這些方法具有以下步驟：
[0016] 通過在焦點(diǎn)處將電子束撞擊在x射線產(chǎn)生靶上生成x射線束；
[0017] 在源準(zhǔn)直器處準(zhǔn)直x射線束；以及
[0018] 改變所述源準(zhǔn)直器的孔徑。
[0019] 所述改變的步驟可以包括改變所述源準(zhǔn)直器的孔徑尺寸，或改變所述焦點(diǎn)和所述 源準(zhǔn)直器的相對(duì)位置。
[0020] 在另外的實(shí)施例中，提供用于動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)x射線劑量的方法，所述方法具有以下 步驟：
[0021] 通過在焦點(diǎn)處將電子束撞擊在x射線產(chǎn)生靶上生成x射線束；
[0022] 在源準(zhǔn)直器處準(zhǔn)直x射線束；以及
[0023] 改變表征所述焦點(diǎn)的尺度。
[0024] 在前述方法的任何一個(gè)中，改變表征所述焦點(diǎn)的尺度可以包括散焦所述焦點(diǎn)。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供用于通過以下方式動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)x射線劑量的方法：
[0026] 通過在焦點(diǎn)處將電子束撞擊在x射線產(chǎn)生靶上生成x射線束；以及
[0027] 響應(yīng)當(dāng)x射線束與被檢查對(duì)象相互作用時(shí)檢測(cè)到的輻射改變生成的x射線束的特 性。
[0028]例如，被改變的生成的x射線束的特性可以包括x射線束的波譜含量，或x射線束 的通量。它也可以包括x射線束的時(shí)間特性，如脈沖持續(xù)時(shí)間或頻率。它也可以包括由不 同能量表征的散布電子脈沖的每個(gè)單位時(shí)間的頻率的變化，或這樣的散布脈沖的頻率的比 率的變化。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于生成動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)劑量的x射線束的x射線系 統(tǒng)。所述x射線系統(tǒng)具有用于加速電子束以便在x射線產(chǎn)生靶上形成焦點(diǎn)并且生成x射線 束的電子加速結(jié)構(gòu)。所述x射線系統(tǒng)也具有用于準(zhǔn)直x射線束的源準(zhǔn)直器，和通過在所述 焦點(diǎn)和所述源準(zhǔn)直器之間平移動(dòng)態(tài)可插入的濾波器。所述動(dòng)態(tài)可插入濾波器可以是全束濾 波器或部分束濾波器。所述x射線系統(tǒng)具有用于接收橫穿被檢查對(duì)象的x射線束的一部分 并且用于生成檢測(cè)器信號(hào)的檢測(cè)器，和適合于在所述檢測(cè)器信號(hào)的基礎(chǔ)上在所述焦點(diǎn)和所 述源準(zhǔn)直器之間動(dòng)態(tài)地插入所述濾波器的處理器。
【附圖說明】
[0030] 參考結(jié)合附圖進(jìn)行的以下詳細(xì)描述將更容易地理解本發(fā)明的前述特征，其中：
[0031]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例可以有用地應(yīng)用的環(huán)境中的x射線透射貨物檢查系統(tǒng)的透 視圖。
[0032]圖2是描繪根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的x射線發(fā)射系統(tǒng)的典型部件的示意性橫截面。
[0033]圖3是使用平移x射線濾波器的本發(fā)明的實(shí)施例的示意性橫截面。
[0034]圖4是使用旋轉(zhuǎn)x射線濾波器的本發(fā)明的實(shí)施例的示意性橫截面。
[0035] 圖5A和5B分別是根據(jù)本發(fā)明的使用二元濾波器布置的劑量減小系統(tǒng)的俯視和透 視圖。圖5C和?分別是根據(jù)本發(fā)明的使用階梯濾波器布置的劑量減小系統(tǒng)的俯視和透視 圖。
[0036] 圖6是使用可變尺寸的孔徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)劑量率控制的本發(fā)明的實(shí)施例的示意性橫 截面。
[0037]圖7是使用旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)直器進(jìn)行動(dòng)態(tài)劑量率控制的本發(fā)明的實(shí)施例的示意性橫截面。
[0038] 圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的靶電流與時(shí)間的關(guān)系的圖形，示出使用可變脈沖持 續(xù)時(shí)間來控制x射線劑量。
[0039] 圖9A描繪通過準(zhǔn)直孔徑看到的無遮掩焦點(diǎn)，并且圖9B描繪根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例 的通過部分地阻擋x射線焦點(diǎn)投射到準(zhǔn)直孔徑中改變劑量率。
[0040] 圖10A描繪通過準(zhǔn)直孔徑看到的聚焦焦點(diǎn)，并且圖10B描繪根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例 的通過散焦x射線焦點(diǎn)投射到準(zhǔn)直孔徑中改變劑量率。
[0041] 圖11繪制根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的兩個(gè)聚焦?fàn)顟B(tài)的焦點(diǎn)分布。
[0042]圖12是描繪根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基于交錯(cuò)雙能X射線源的減小輻射印跡系統(tǒng) 的掃描方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]定義。當(dāng)在本文中使用時(shí)并且在任何附帶的權(quán)利要求中，術(shù)語"波束"指的是具有 被稱為波束的方向的主導(dǎo)方向的粒子（包括光子或其它無質(zhì)量粒子）的通量。包含波束的 方向的任何平面可以被稱為波束的平面。
[0044] 術(shù)語"圖像"應(yīng)當(dāng)指的是任何多維表示，無論是有形的還是另外可感知的形式，或 以其它形式，由此一些特性（如通過由入射波束橫穿的被檢查對(duì)象的列的分?jǐn)?shù)透射強(qiáng)度， 在x射線透射成像的情況下）的值與對(duì)應(yīng)于物理空間中的對(duì)象的維度坐標(biāo)的多個(gè)位置（或 歐幾里得空間中的向量，典型地。#)的每一個(gè)關(guān)聯(lián)，但是不必一對(duì)一地映射到其上。圖像 可以包括計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器或全息介質(zhì)中的數(shù)字的陣列。類似地，成像指的是根據(jù)一個(gè)或多個(gè) 圖像的所述物理特性的繪制。
[0045] 當(dāng)在本文中使用時(shí)，當(dāng)彼此結(jié)合使用術(shù)語"高"和"低"時(shí)，術(shù)語應(yīng)當(dāng)相對(duì)于彼此被 理解。因此，"低能量"或"較低能量"指的是由比表征為"高能量"或"較高能量"的輻射低 的端點(diǎn)能量表征的輻射。當(dāng)單獨(dú)使用時(shí)，描述輻射的術(shù)語"高能量"或"硬"指的是由每個(gè) 粒子至少IMeV的端點(diǎn)能量表征的輻射。
[0046] 當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語x射線"劑量"應(yīng)當(dāng)指的是在例如由脈沖限定的指定時(shí)間 間隔期間入射在指定區(qū)域上的總能量注量。在本說明書的上下文中，當(dāng)指示功率通量時(shí)，術(shù) 語"劑量率"應(yīng)當(dāng)為了所有目的與"劑量"可互換使用。
[0047]當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語"掃描"應(yīng)當(dāng)指的是x射線束的空間取向的變化或?yàn)榱吮?征介質(zhì)的目的（如通過成像）波束相對(duì)于正被檢查的介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0048] 術(shù)語"檢測(cè)器"可