[发明专利]角度可变的准直器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2012年7月5日的第61/668,268号，名称为“Variable Angle Collimator”的美国临时专利申请的优先权，并以Martin Rommel为发明人[律师文档号1945/B62]，该申请的全部内容并入本文中，作为参考。

技术领域

本发明涉及X射线源，并更具体地，涉及准直器。

背景技术

X射线反向散射成像依赖于用良好准直的射束，通常称为“笔形射束”扫描目标。过去，这些射束也被广泛用于X射线投射成像，但是现在与像素检测器(pixelated detector)联合使用的扇形和锥形射束在投射成像中占支配地位。

有两种常用的方法形成准直的扫描射束。这两种方法均依赖固定的X射线源和移动的孔径。在这两种情况下，来自固定的X射线源的射线首先被固定的准直器准直成扇形射束。然后，具有开口的移动部件形成扫描射束。该移动部件或者是具有径向狭长切口的旋转盘，或者是在周界处具有开口的轮。旋转盘覆盖扇形射束，扫描射束由穿过狭长切口射出的射线形成，该狭长切口横贯扇形射束开口的长度。例如，在Stein和Swift的1973年美国专利3,780,291中示出了这种方法；参见图1A。在另一方法中，具有围绕X射线源自旋的径向镗孔的轮构成所述移动部分。如果该源放置在轮的中心处，则会以径向方向发射扫描射束，该扫描射束具有轮的角速度。

例如，基于在1996年美国专利5,493,596中Annis描述的具有螺旋状槽的旋转圆柱体，提出了从固定的X射线源形成准直的射束的其他方法。

已经开发出具有移动X射线源的系统配置。X射线源的移动典型地并不通过移动X射线管形成，而是通过沿延长的阳极移动(扫描)电子射束形成。这产生了移动的X射线源点(电子射束的焦斑)，该点的位置是可电子控制的。移动的X射线源点实现了用与源点相距一定距离处的简单固定孔径(针 孔)形成扫描X射线射束。当X射线源点从扫描路径的一端移动到另一端时，从孔径射出的扫描X射线射束跨越了一个角范围。此概念的实施例例如是在1977年Watanabe的美国专利4,045,672中描述的系统的一部分，也参见图1B。

由于X射线射束覆盖所述角范围，该射束的横截面面积随着射束与孔径平面的法线之间的角的余弦而改变。如果角范围较小，则射束改变有限，且可以被忽略。然而，如果需要较大的角范围，该效果会变得很显著。例如，对于120°的角范围，在两极端处60°的偏离角会导致射束尺寸和输出通量减少至少50％，因为60°的余弦值为零点五。

实际上，射束变化甚至会更大，因为具有针孔的材料具有有限的厚度，这会导致射束横截面面积随着角度增大而进一步减小。对于能量更高的X射线，这个问题变得更严重，因为能量更高的X射线需要更厚的屏蔽材料，用于具有针孔的材料。

为了允许用厚的屏蔽材料和避免角的变化，已经提议用含有垂直通过轴线的镗孔的旋转圆柱体来代替针孔，如在Rothschild和Grodzins的2002年美国专利6,356,620中描述的，参见图1C。这种圆柱体不得不与扫描电子射束同步地旋转，以便在任何时候移动的X射线源点均与镗孔对齐。此方法解决了简单的针孔设计具有的两个问题：其形成与射束角无关的尺寸恒定的射束，并且不限制形成孔径的材料的厚度。然而，与被动的针孔相比，这种主动的解决方案导致成本相当高，复杂度相当大。而且这种解决方案在很大程度上消除了电子射束的电子控制提供的大的灵活性。

发明内容

一种角度可变的准直器，可控地产生准直的射线射束，而无需物理地操纵准直器的任意构件。可以通过控制撞击阳极的电子射束来完全以电子方式控制准直射束的角。

在第一实施例中，用于产生可操纵的射线射束的系统包括：射线源，其配置成产生相对于准直器成一定角度的射线，其中该角度是可电子控制的；准直器，其包括射线源产生的射线不能穿透的材料，准直器包括孔径，该孔径配置成接收来自射线源的处于多个入射角的射线，且配置成使射线的一部分以所述多个入射角中的每个入射角穿过准直器，以便形成具有一射束横截 面的准直的射线射束，其中，准直器和射线源配置成在产生可操纵的射线射束时相对于彼此保持固定。

射线源可包括电子源和阳极，配置成使得电子源用可电子操纵的电子射束照射所述阳极，以便产生可移动的射线点源。