[发明专利]单色X-射线方法和装置

说明书

背景技术

传统的诊断性放射摄影术和癌症治疗使用X-射线发生器，其发射在宽能带范围内的X-射线，所述能带在诊断和治疗过程中不必要地暴露正常组织。单色辐射已经用于专门的场合，以尝试减小剂量和提高图像对比度。但是，由于阻止性的尺寸、成本和/或复杂性，用于产生单色辐射的常规系统可能不适合临床或商业应用。例如，使用无效的Bragg晶体作为滤光片或使用实体靶物x-射线荧光剂来产生单色辐射，需要非常大的、昂贵的且有力的宽带同步加速器源，其尚未被证实可用于临床场合。

其它常规技术包括，使用多毛细管光学器件（polycapillary光学器件）来增加常规实验室X-射线发生器的通量，但是仍然使用Bragg晶体进行单色化。在有些治疗用途中，使用高能线性电子加速器来减小施用于皮肤的剂量。但是，能量特异性的控制是间接的和微小的。通常，使用单个辐射束不可能靶向特定类型或深度的组织，且辐射不可区分组织类型，无论恶性的还是良性的。此外，现在的治疗设施的成本、基本结构和人员要求较高，且不可能满足甚至一部分社会保健需要。使用单色γ-射线源的近距离放射疗法也可能提供治疗益处，但是，因为γ-射线能和半衰期受天然物理学规律的约束，放射性核素的适当选择受到限制。

发明内容

申请人已经认识到，用于产生宽谱辐射的标准的x-射线管可以与荧光靶物相组合，以产生适用于对靶组织成像和辐射疗法的单色辐射。本发明的方面可以用于提供相对低成本的、相对小占用面积的x-射线装置，用于产生单色x-射线辐射，所述单色x-射线辐射适用于医学/临床目的，且适用于现有的医疗场所诸如医院中。

有些实施方案包括产生单色辐射的方法，所述方法包括：从包含第一靶物的x-射线管产生宽谱x-射线辐射，所述第一靶物响应于电子的辐照而发射所述宽谱x-射线辐射，引导至少一些宽谱x-射线辐射来辐照第二靶物，所述第二靶物包含响应于该辐照而发射单色x-射线辐射的物质，并引导至少一些单色x-射线辐射来辐照靶组织。

有些实施方案包括x-射线装置，所述x-射线装置包括：能够产生电子的电子源、设置成接收来自所述电子源的电子的至少一个第一靶物（所述至少一个第一靶物包含响应于电子的辐照而发射宽谱x-射线辐射的物质）、设置成接收至少一些宽谱x-射线辐射的至少一个第二靶物（所述至少一个第二靶物包含响应于来自第一靶物的宽谱x-射线辐射的辐照的物质）、以及设置成检测从至少一个第二靶物发射的至少一些单色x-射线辐射的至少一个检测器。

附图说明

图1是常规X-射线管的示意图；

图2解释了一种情形：其中电子（比核亮许多）非常紧密地接近核，且电磁相互作用造成轨道的偏斜，其中电子丧失能量，且发射出X-射线光子；并描述了处于它的最简单形式的轫致辐射(Bremsstralung)；

图3解释了由典型的X-射线管产生的轫致辐射光谱，其中试图逃离靶物的更低能量的x-射线被吸收，造成光谱在低能量处的特征性翻转；

图4解释了产生特征线发射的物理现象；

图5解释了来自含有钼阳极的X-射线管的组合光谱，它显示了厚靶轫致辐射和特征性钼线发射；

图6A解释了光电效应；

图6B解释了来自K壳的X-射线荧光的原理；

图7解释了通过用铜x-射线辐照铝(Al)靶物而产生的X-射线荧光光谱，所述铜x-射线由具有铜阳极的x-射线管产生；

图8解释了随锆的x-射线能而变化的吸收系数，其中不连续的跃变或限显示了如何增强吸收刚好至锆中的电子的结合能以上；

图9解释了根据本发明的有些实施方案的单色x-射线系统；

图10的流程图解释了，根据本发明的有些实施方案，使用与选择的造影剂协调的上述单色x-射线装置进行成像的方法；

图11的流程图解释了，根据本发明的有些实施方案，使用上述的单色x-射线装置进行辐射疗法的方法；

图12解释了溴化钾(KBr)的质量吸收系数；

图13A和13B分别解释了由具有铑阳极的常规x-射线管产生的厚靶轫致辐射光谱，以及使用图13A中的宽带光谱由x-射线荧光产生的Zr K α和K β x-射线；

图14A分别解释了，根据本发明的实施方案，使用轫致辐射光谱的KBr仿真模型的二维等值线图（上图），以及使用单色Zr K x-射线的KBr仿真模型的二维等值线；和