[发明专利]层析X射线照相装置的模式化检测装置

说明书

相关申请

与本申请相关的申请有：申请人为Bernard M.Gorden、共同申请人为John Dobbs和David Banks、委托给本申请同一代理人(代理人备审卷号ANA-44)的同在审理中的美国专利申请Serial No.08/191,428和申请人为John Dobbs、共同申请人为David Banks和Leonhard Katz、委托给本申请同一代理人(代理人备审卷号ANA-47)的美国专利申请SerialNo.08/191,426。

发明领域

本发明一般涉及计算机辅助层析X射线照相术(CAT)，特别涉及层析照相的检测装置。

本发明的背景

现有CAT扫描设备一般体积大、结构笨重而十分昂贵。至少部分地由于上述原因，它的推广应用从而使用受到了限制。但直到现在，CAT扫描过程必然导致其设备十分庞大。

第三代CAT扫描设备包括分别装在一环形盘直径方向两端的一X射线源和X射线检测装置。该盘可转动地装在一台架上，从而扫描时该盘围绕一转动轴线转动，同时X射线从该X射线源穿过一放置在该盘该开口中的一物体而射到该检测装置。

该检测装置一般包括形状呈圆弧形的一排检测器阵列，该圆弧的曲率中心称为“焦点”，射线即在该“焦点”从X射线源射出。该X射线源和检测器阵列放置成该X射线源与每一个传感器之间的X射线路径都在与该盘的转动轴线正交的同一平面内(下面称为“断层平面”、“转动平面”或“扫描平面”)。由于X射线路径大致从一点光源发出而与各检测器相交成不同角度，因此这些光路呈扇形，从而常用“扇形”光束一词描述任一时刻的所有光路，扫描时某一测量时刻由一检测器检测到的X射线称为一根“光线”。该光线部分地被其光路中的所有质量衰减，从而光强测定值是该衰减值并从而是该光路中的质量的密度的函数。投影也即X射线光强的测量一般在该盘的许多角位的每一角位上进行。

根据扫描过程中从所有投影角度获得的数据重现的影象将是穿过被扫描物体的扫描平面上的一断层的影象。为了“重现”该物体的该“断层”在该转动平面中的密度影象，该影象一般以一象素阵列重现，其中，该阵列中的每一象素相当于在一表示扫描时穿过该物体的所有光线的衰减程度的值。由于X射线须和检测器围绕该物体转动，因此光线从不同方向或投射角穿透该物体，从而穿过不同的象素位置的组合。从这些测量值中可算出该物体在该断层平面中的密度分布，而每一象素的亮度值即代表该分布。结果是由不同亮度值的象素构成的一阵列表示出该断层平面的密度影象。

为再现影象，各光线的位置必须精确确定。众所周知，该检测器阵列如下安装在该转盘上：它在扫描平面中相对X射线源偏置一相当于两相邻检测器的中心之间的间距1/4的角度。在这一偏置下，第二个180°中的各测量值是与第一个180°中的检测器的间距相差1/4的检测器测得的，从而第二半圈的光线应位于第一半圈光线之间的中途的半径处。这使得光线的定位更为重要。

为了无需进行大量标准工作就能使光线精确定位，因此检测器须精确定位并在精确时刻进行测量，从而每次投影时每一检测器的角度都是预定的。

此外，由于密集物质会散射X射线，因此重要的是，检测器不测量不是以直线从X射线源传播到检测器的光线。为了除去这一散射光，一般在检测器与物体之间插入一系列与光线对准的非常薄的防散射板，从而只有在X射线与每一检测器之间以径向直线传播的光线才能通过，但不幸的是，防散射板的使用又造成新的问题，因为若它们把“阴影”投到检测器上，它们就会影响检测器的测量。不但受阴影笼罩的检测器的输出会减小，而且X射线源、防散射板和/或检测器即使发生极微小振动或横向移动，该输出也会受到调制。

若考虑到为了达到现代层析X射线照相扫描器所需的解象力，需要使用上百个检测器，从而在一扇形光束中就得有若干个检测器，那么满足这些要求的难度就可想而知了。这使得典型检测器的宽度为1毫米左右，典型防散射板的尺寸长约38毫米、宽约0.1毫米，从而要求检测器和防散射板的定位极其精确并校对得极直。使问题更复杂化的是，整个组件通常以约15-60rpm围绕被扫描物体转动，从而力的变动很大，从而需要使用坚固的安装技术。

为了满足这些困难的要求，现有的CAT机体积庞大、装配费钱费力、需精心校直防散射板与检测器。若出于某种原因需更换或重新校直一个或多个部件时，往往无法在现场进行更换或重新校直而必须把CAT机运回制造厂。

本发明的目的