专利汇可以提供检测电离辐射的方法和装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种用于检测 电离 辐射 的方法,包括步骤:(i)将 电离辐射 朝着要被检测的对象(7)导向;(ii)使康普顿散射辐射(3a、3c),优选所述对象中至少99%的康普顿散射辐射不被检测到;和(iii)检测在透过所述对象 时空 间解析的电离辐射,以反映所述对象的空间解析 密度 ,其中在一 频谱 范围内提供所述电离辐射,使得所述电离辐射被康普顿散射的 光子 多于、优选非常多于在所述对象中通过 光电效应 被吸收的光子,从而减少对所述对象的 辐射剂量 。,下面是检测电离辐射的方法和装置专利的具体信息内容。
1.一种用于检测电离辐射的方法,其特征在于包括步骤:
将电离辐射导向要被检测的对象(7);
使康普顿散射的辐射(3a、3c)不被检测到;和
检测在透过所述对象时空间解析的电离辐射,以反映所述对象的 空间解析密度,其中
在一频谱范围内提供所述电离辐射,使得所述电离辐射被康普顿 散射的光子是在所述对象中通过光电效应被吸收的光子的至少2倍, 从而减少对所述对象的辐射剂量。
2.权利要求1的方法,其中使所述对象中至少90%的康普顿散射 辐射不被检测到。
3.权利要求1的方法,其中所述对象是人体组织。
4.权利要求3的方法,其中所述人体组织是胸部。
5.权利要求3的方法,其中所述电离辐射提供为10-300keV之 间的宽带X射线辐射。
6.权利要求1的方法,其中所述电离辐射提供为30keV以上的辐 射。
7.权利要求1的方法,其中所述电离辐射提供在一个频谱范围之 内,在该频谱范围内在所述对象中基本上不出现光电吸收。
8.权利要求1的方法,其中所提供的所述电离辐射在一个频谱范 围之内,使得所述电离辐射被康普顿散射的光子是在所述对象中通过 光电效应被吸收的光子的至少5倍。
9.权利要求1的方法,其中:
从在被检测时进行空间解析的所述透射电离辐射提供第一X射线 图像,其描述所述对象的密度变化;
提供第二X射线图像,其描述所述对象的密度变化和元素组成变 化的组合;
从所述第一和第二X射线图像推导出第三X射线图像,其基本上 只描述所述对象的元素组成。
10.权利要求1的方法,其中通过一维检测器(11),执行透过 所述对象时空间解析的电离辐射的检测步骤,该检测器包括在其间有 可电离的或可激发的物质的两个电极(23、24),以及辐射入口,设 置该辐射入口使得所述电离辐射可以进入所述检测器电极之间的侧 边,以电离或激发所述物质。
11.权利要求10的方法,其中所述可电离的或可激发的物质是可 电离液体。
12.权利要求10的方法,其中所述可电离的或可激发的物质是固 体。
13.权利要求1的方法,其中通过一维气体电离检测器(11), 执行透过所述对象时空间解析的电离辐射的检测步骤,该检测器包括 在其间有可电离气体的两个电极(23、24),以及辐射入口,设置该 辐射入口使得所述电离辐射可以进入所述检测器电极之间的侧边。
14.权利要求13的方法,其中通过保持电极之间的距离(h)较 短以基本上只允许准直在电极之间中心平面中的辐射对所述可电离气 体进行电离,从而执行使康普顿散射辐射不被检测到的步骤。
15.权利要求13的方法,其中保持电极之间的距离是在进入的电 离辐射方向上电极的长度的至少1/10。
16.权利要求13的方法,其中保持电极之间的距离低于大约2mm。
17.权利要求13的方法,其中所述两个电极平行,并且所述电离 辐射与所述两个电极平行地进入所述检测器。
18.权利要求13的方法,其中作为所述可电离的气体被所述进入 的电离辐射电离的结果被释放的电子,在被检测之前被雪崩放大。
19.权利要求18的方法,其中作为所述可电离的气体被所述电离 辐射电离的结果被释放并接着被雪崩放大的电子,是来自所述可电离 气体中的所述电离辐射的康普顿散射的反冲电子。
20.权利要求19的方法,其中所述可电离的气体是具有低原子序 数的原子的气体或气体混合物。
21.权利要求19的方法,其中所述可电离的气体是氩、氖、CO2、 甲烷、乙烷、异丁烷(isobuthane)、氦中的任何一种或它们的混合 物。
22.权利要求13的方法,其中透过所述对象的电离辐射,进入所 述检测器电极之间的侧边,而不首先由孔径准直。
23.权利要求10的方法,其中通过计数所述电离辐射的每一入射 光子执行检测在透过所述对象时空间解析的电离辐射的步骤。
24.权利要求10的方法,其中通过累积由所述电离辐射在所述可 电离的或可激发的物质中感应的电荷,执行检测在透过所述对象的时 候空间解析的电离辐射的步骤。
25.权利要求1的方法,其中通过检测器(11)执行检测在透过 所述对象的时候空间解析的电离辐射的步骤,该检测器是基于TFT的 检测器;基于闪烁体的检测器;固态检测器;基于气态的检测器中的 任何一种;或它们的组合。
26.权利要求25的方法,其中固态检测器是基于CMOS、CCD、CdZn、 或CdZnTe的检测器。
27.权利要求25的方法,其中通过在所述检测器前面设置的抗散 射装置(8)执行使康普顿散射辐射不被检测到的步骤。
28.权利要求25的方法,其中通过在所述检测器前面设置的透辐 射通道的阵列执行使康普顿散射辐射不被检测到的步骤。
29.一种用于检测电离辐射的方法,其特征在于包括步骤:
将电离辐射导向要被检测的对象(7);
使源自所述对象中电子偶的产生的辐射(3b)不被检测到;和
检测在透过所述对象时空间解析的电离辐射,以反映所述对象空 间解析的密度,其中
在一频谱范围内提供所述电离辐射,使得所述电离辐射在电子偶 的产生过程中被转换为电子和正电子的光子比在所述对象中通过光电 效应被吸收的光子多。
30.权利要求29的方法,其中使源自所述对象中电子偶的产生的 辐射的至少90%不被检测到。
31.一种用于对象(7)的射线照相测量的设备,包括:
X射线源(1),用于发射宽带辐射;
滤波器装置(4),设置在所述X射线源的前面,用于对所述发射 的宽带辐射进行滤波;
源孔径(5),设置在所述X射线源的前面,用于准直所述发射的 宽带辐射;
对象区域,用于在所述射线照相测量期间容纳所述对象,并且被 设置使得所述被滤波并被准直的宽带辐射可以透过所述对象;和
检测器装置(11),其设置用来在所述被滤波并被准直的宽带辐 射透过所述对象的时候记录其图像,其特征在于:
所述滤波器装置的滤波功能取决于所要测量的对象,使得所述被 滤波的辐射位于一个频谱范围内,使得康普顿散射的X射线光子(3a、 3c)是在所述对象中通过光电效应被吸收的X射线光子的至少2倍; 和
所述检测器装置被设置用来使在所述对象中的康普顿散射辐射 (3a、3c)不被检测到。
32.权利要求31的设备,其中所述检测器装置被设置用来使所述 对象中至少90%的康普顿散射辐射不被检测到。
33.权利要求31的设备,其中所述对象是人体组织。
34.权利要求33的设备,其中滤波后的所述辐射位于10至300keV 之间的频谱范围之内。
35.权利要求31的设备,其中滤波后的所述辐射位于一个频谱范 围之内,使得所述辐射被康普顿散射的光子是在所述对象中通过光电 效应被吸收的光子的至少5倍。
36.权利要求31的设备,其中所述检测器装置是一维检测器,包 括在其间有可电离的液体或可激发的半导体的两个电极(23、24), 以及辐射入口,设置该辐射入口使得所述辐射可以进入所述检测器电 极之间的侧边。
37.权利要求32的设备,其中所述检测器装置是一维气体电离检 测器,包括在其间有可电离气体的两个电极(23、24),以及辐射入 口,设置该辐射入口使得所述辐射可以进入所述检测器电极之间的侧 边。
38.权利要求37的设备,其中电极之间的距离(h)短,以基本 上只允许准直在电极之间中心平面中的辐射对所述气体进行电离,从 而使康普顿散射辐射不被检测到。
39.权利要求38的设备,其中电极之间的距离(h)低于大约2mm。
40.权利要求37的设备,其中所述两个电极平行,并且所述辐射 入口被设置使得所述辐射可以与所述两个电极平行地进入所述检测 器。
41.权利要求37的设备,其中所述一维气体电离检测器包括电子 雪崩放大器,用于在所述可电离气体中对作为所述可电离气体被所述 辐射电离的结果而释放的电子进行雪崩放大。
42.权利要求31-35中任何一项的设备,其中所述检测器装置是 基于TFT的检测器;基于闪烁体的检测器;固态检测器;基于气态的 检测器中的任何一种;或它们的组合,并且在所述检测器的前面设置 有抗散射装置(8)。
43.权利要求42的设备,其中所述固态检测器是基于CMOS、CCD、 CdZn、或CdZnTe的检测器,并且在所述检测器的前面设置有透辐射通 道的一维或二维阵列。
44.一种用于对象(7)的射线照相测量的设备,包括:
X射线源(1),用于发射宽带辐射;
滤波器装置(4),设置在所述X射线源的前面,用于对所述发射 的宽带辐射进行滤波;
源孔径(5),设置在所述X射线源的前面,用于准直所述发射的 宽带辐射;
对象区域,用于在所述射线照相测量期间容纳所述对象,并且设 置使得所述被滤波并被准直的宽带辐射可以透过所述对象;和
检测器装置(11),被设置用来在所述被滤波并被准直的宽带辐 射透过所述对象的时候记录其图像,其特征在于:
所述滤波器装置的滤波功能取决于所要测量的对象,使得所述被 滤波的辐射位于一个频谱范围内,使得在电子偶的产生过程中被转换 为电子和正电子的X射线光子比在所述对象中通过光电效应被吸收的 X射线光子多;和
所述检测器装置被设置用来使源自在所述对象中的电子偶产生的 辐射(3b)不被检测到。
45.权利要求44的设备,其中所述检测器装置被设置用来使源自 所述对象中电子偶产生的辐射的至少90%不被检测到。
发明背景和相关技术
本领域熟知的射线照相成像检测器包括一个小的传感器阵列,以 获取辐射产生的图像。经过辐射吸收对象时,准直辐射光束被强度调 制,并且于是所探测到该透射光束表示该对象所吸收的倒像,其又涉 及到对象的元素成分、密度和厚度。
从被成像的对象中散射出的X射线会恶化所捕获的X射线图像中 的对比度和空间分辨率。长期以来,在通过所传输的还没有与对象发 生作用的X射线时,人们广泛使用吸收散射X射线的抗散射栅格或所 谓的Bucky栅格,例如参见Bucky 1951的US 1,164,987,Lee等人 2001的US 6,181,773B1,以及其中的参考文献。然而典型地,Bucky 栅格只能将散射减少至其总强度的30%或20%。同时Bucky栅格也衰减 那些没有偏斜透射的X射线。
最近,开发出一种使用双检测器或双能量方法减少散射X射线量 的更精密的方法,参见Chao的US 6,134,297以及其中的参考文献。
而且为了提高对比度,在用于射线照相目的之前,来自X射线管 的宽带辐射被很大程度地滤波。众所周知,在典型使用的X射线光子 能时,随着X射线光子能的增加,光电吸收按照幂律减少,而散射增 加。
当能量高于大约20keV时,软组织光电的吸收快速减少,并且这 种更高能量的X射线辐射对记录的图像并没有多少作用,而是减少了 图像中的对比度。于是,要将较高的能量从辐射中滤波出来。当然, 要由对象的元素组成、密度和厚度来决定光子能的最佳选择。
更进一步,较低能量的X射线辐射几乎完全被吸收到组织中,而 且于是对所检测的图像没有作用,而只是增加了对象所被曝光的辐射 剂量。因此,较低的能量也要从辐射中滤波出来,软组织应用典型地 采用大约以18keV为中心的窄带辐射,例如:乳房X线照相术。
最后,在所有当前的X射线检测器中,随着X射线能量的增加, 检测X射线的效率就快速降低。而且,位置分辨率随着X射线能量的 增加而降低。
在US5,090,040、US4,864,594、US4,611,341、EP0,398,029A1 和US5,247,560中描述了现有技术检测器的范例。
发明概述
已知种类的这些方法的问题是,大多数X射线管在这种诸如20keV 的低光子能量下效率较低,即每单位功率提供给射线管的X射线数目 较低。
而且,所有的X射线管在较宽的能谱范围内发射辐射。为了建立 窄带辐射,典型地使用金属箔从X射线管对辐射进行滤波。这就可以 将能谱变窄,但是这也减少了所选择的窄带内X射线的通量。于是, 向X射线管施加大的负载,以在滤波器之后得到合理的辐射通量。而 且相对较低的通量以相反的方式影响曝光时间,即使其更长,这显然 限制了该技术的可应用性。
光电吸收衰减系数μPE与能量E之间具有较强的依赖关系,这就导 致适合于X射线成像对象的不太理想的动态范围较窄。X射线通过对象 的透射表示如下式:
透射=exp(μPE(E,Z)*ρ*t)
其中μPE是被检查材料的光电吸收系数,ρ是该材料的密度,t是该材料 的厚度。由于该透射与μ×ρ×t的乘积成指数关系,因此X射线成像只 适合的对象是该乘积在所要成像的对象上变化到受限程度的时候。该 乘积的变化太大,导致在该乘积显著大于平均值的区域曝光不足,在 乘积显著小于平均值的区域过曝光。光电吸收的吸收系数μPE同样与正 被检测材料的原子序数Z关系密切,一般是幂关系Z2-3。因此对象元素 组成中少量的变化会使得乘积μ×ρ×t显著改变,并使得图像的某些区 域很容易就曝光不足或过曝光。
目前在X射线管与待检查的对象之间使用的厚滤波器会产生许多 散射的X射线,它们透射通过对象并使得X射线图片出现污点。
当设计射线照相成像检测器的时候另一点需要高度注意的是辐射 到患者的辐射剂量。虽然在最近几十年中开发的有效的准直器、适当 的滤波器、以及灵敏的检测器阵列已有效地减少了患者受到的辐射剂 量,但是还需要大大减少剂量。在当今的检测器设计中,进一步减少 剂量是主要考虑的因素。
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