X射线检查中的动态剂量减小的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请要求2013年1月4日提交的、序列号为61/748, 789的美国临时专利申请 的优先权，上述申请通过引用合并于本文中。
技术领域
[0002] 本发明涉及使用x射线辐射检查的方法和系统，并且更特别地，涉及在检查的过 程期间减小x射线剂量的方法和系统。
【背景技术】
[0003] 图1描绘使用x射线透射技术的典型货物检查系统。由源14(在本文中也称为"波 束源"，或更特别地，基于用于生成x射线的电子源，称为"加速器"）发射的穿透辐射的扇形 波束12由远离目标对象（在这里，卡车10)的检测器阵列16的元件检测以便产生目标对 象的图像。波束12可以在本文中非限制地称为"x射线束"，但是基于所使用的粒子（典型 地，光子）的能量和起源，在本发明的范围内波束可以是伽马波束或其它类型的波束。
[0004] 目标对象10(在本文中也称为"被检查对象"，或简称为"对象"）的特定内容物可 以在穿透辐射透射通过对象并且由检测器阵列16及其单独的检测器模块18检测它的基础 上被辨别和表征。（当在本文中使用时，术语"检测器模块"指的是一个或多个检测器元件 与其关联预处理电子器件的组合）。经适当预处理的来自每个检测器模块的信号提供到达 处理器19的输入，在所述处理器中计算材料特性。
[0005] 在这样的x射线检查系统中，图像质量常常取决于穿过正在检查的对象并且到达 检测器的辐射的通量（完全是或取决于x射线能量）。增加的通量典型地伴随有到达被检 查货物以及到达周围环境的增加的辐射剂量。为了将到达环境的辐射量保持在低水平，使 用屏蔽以衰减直接和散射辐射。散射辐射特别难以屏蔽，原因是屏蔽散射辐射需要靠近正 被检查的对象加入衰减材料，由此主要有助于散射辐射。对于开放式系统（如高能机架）， 前述的考虑是有挑战的。
[0006] 被检查对象（如货物集装箱）不总是填充有高衰减量的材料，并且相当大的部分 的入射x射线束可能横穿或散射离开集装箱。对于低衰减部分使用x射线束全功率产生的 影响是增加到达货物和环境的剂量而不提供明显的图像质量改善。减小到达货物和环境的 剂量而不影响图像质量的方法因此将是很期望的。
[0007] 用于调制X射线束的强度的方法包括用于在X射线源和源准直器之间插入平移和 旋转滤波器的方法，例如，如描述一组衰减模式的组合的US5, 107, 529 (Boone)中所示。美 国公开申请2006/0062353Al(Yatsenko等人）在第[0008]-[0019]段总结了调制X射线束 的方法。前述的两个文献通过引用合并于本文中。
[0008] 用于实时剂量减小的一些方法在本领域中是已知的，如名称为"X射线环境水平 安全系统"的、通过引用合并于本文中的美国专利第6,067,344号（61" 〇(14118等人）中所述 的方法。
【发明内容】
[0009] 根据本发明的各实施例，提供用于动态地调节x射线剂量的方法。所述方法具有 以下步骤：
[0010] 通过在焦点处将电子束撞击在X射线产生靶上生成X射线束；
[0011] 在源准直器处准直x射线束；
[0012] 检测横穿被检查对象的x射线束的一部分；以及
[0013] 通过以保持横穿所述被检查对象的x射线束的部分低于指定限度的方式在所述 焦点和所述源准直器之间平移滤波器，动态地插入所述滤波器。
[0014] 根据本发明的其它实施例，所述滤波器可以是全束滤波器，并且附加地或替代地， 可以选择性地吸收低能量X射线。所述滤波器的吸收可以取决于滤波器位置。在另外的实 施例中，所述滤波器可以是楔形滤波器。所述滤波器的吸收可以相对于滤波器位置以阶梯 方式变化。所述滤波器可以是部分束滤波器。
[0015] 根据本发明的另外的其它实施例，提供用于动态地调节X射线剂量的其它方法。 这些方法具有以下步骤：
[0016] 通过在焦点处将电子束撞击在x射线产生靶上生成x射线束；
[0017] 在源准直器处准直x射线束；以及
[0018] 改变所述源准直器的孔径。
[0019] 所述改变的步骤可以包括改变所述源准直器的孔径尺寸，或改变所述焦点和所述 源准直器的相对位置。
[0020] 在另外的实施例中，提供用于动态地调节x射线剂量的方法，所述方法具有以下 步骤：
[0021] 通过在焦点处将电子束撞击在x射线产生靶上生成x射线束；
[0022] 在源准直器处准直x射线束；以及
[0023] 改变表征所述焦点的尺度。
[0024] 在前述方法的任何一个中，改变表征所述焦点的尺度可以包括散焦所述焦点。
[0025] 根据本发明的另一方面，提供用于通过以下方式动态地调节x射线剂量的方法：
[0026] 通过在焦点处将电子束撞击在x射线产生靶上生成x射线束；以及
[0027] 响应当x射线束与被检查对象相互作用时检测到的辐射改变生成的x射线束的特 性。
[0028]例如，被改变的生成的x射线束的特性可以包括x射线束的波谱含量，或x射线束 的通量。它也可以包括x射线束的时间特性，如脉冲持续时间或频率。它也可以包括由不 同能量表征的散布电子脉冲的每个单位时间的频率的变化，或这样的散布脉冲的频率的比 率的变化。
[0029] 根据本发明的又一方面，提供一种用于生成动态调节剂量的x射线束的x射线系 统。所述x射线系统具有用于加速电子束以便在x射线产生靶上形成焦点并且生成x射线 束的电子加速结构。所述x射线系统也具有用于准直x射线束的源准直器，和通过在所述 焦点和所述源准直器之间平移动态可插入的滤波器。所述动态可插入滤波器可以是全束滤 波器或部分束滤波器。所述x射线系统具有用于接收横穿被检查对象的x射线束的一部分 并且用于生成检测器信号的检测器，和适合于在所述检测器信号的基础上在所述焦点和所 述源准直器之间动态地插入所述滤波器的处理器。
【附图说明】
[0030] 参考结合附图进行的以下详细描述将更容易地理解本发明的前述特征，其中：
[0031]图1是本发明的实施例可以有用地应用的环境中的x射线透射货物检查系统的透 视图。
[0032]图2是描绘根据本发明的实施例的x射线发射系统的典型部件的示意性横截面。
[0033]图3是使用平移x射线滤波器的本发明的实施例的示意性横截面。
[0034]图4是使用旋转x射线滤波器的本发明的实施例的示意性横截面。
[0035] 图5A和5B分别是根据本发明的使用二元滤波器布置的剂量减小系统的俯视和透 视图。图5C和?分别是根据本发明的使用阶梯滤波器布置的剂量减小系统的俯视和透视 图。
[0036] 图6是使用可变尺寸的孔径进行动态剂量率控制的本发明的实施例的示意性横 截面。
[0037]图7是使用旋转准直器进行动态剂量率控制的本发明的实施例的示意性横截面。
[0038] 图8是根据本发明的实施例的靶电流与时间的关系的图形，示出使用可变脉冲持 续时间来控制x射线剂量。
[0039] 图9A描绘通过准直孔径看到的无遮掩焦点，并且图9B描绘根据本发明的实施例 的通过部分地阻挡x射线焦点投射到准直孔径中改变剂量率。
[0040] 图10A描绘通过准直孔径看到的聚焦焦点，并且图10B描绘根据本发明的实施例 的通过散焦x射线焦点投射到准直孔径中改变剂量率。
[0041] 图11绘制根据本发明的实施例的两个聚焦状态的焦点分布。
[0042]图12是描绘根据本发明的实施例的基于交错双能X射线源的减小辐射印迹系统 的扫描方法的流程图。
【具体实施方式】
[0043]定义。当在本文中使用时并且在任何附带的权利要求中，术语"波束"指的是具有 被称为波束的方向的主导方向的粒子（包括光子或其它无质量粒子）的通量。包含波束的 方向的任何平面可以被称为波束的平面。
[0044] 术语"图像"应当指的是任何多维表示，无论是有形的还是另外可感知的形式，或 以其它形式，由此一些特性（如通过由入射波束横穿的被检查对象的列的分数透射强度， 在x射线透射成像的情况下）的值与对应于物理空间中的对象的维度坐标的多个位置（或 欧几里得空间中的向量，典型地。#)的每一个关联，但是不必一对一地映射到其上。图像 可以包括计算机存储器或全息介质中的数字的阵列。类似地，成像指的是根据一个或多个 图像的所述物理特性的绘制。
[0045] 当在本文中使用时，当彼此结合使用术语"高"和"低"时，术语应当相对于彼此被 理解。因此，"低能量"或"较低能量"指的是由比表征为"高能量"或"较高能量"的辐射低 的端点能量表征的辐射。当单独使用时，描述辐射的术语"高能量"或"硬"指的是由每个 粒子至少IMeV的端点能量表征的辐射。
[0046] 当在本文中使用时，术语x射线"剂量"应当指的是在例如由脉冲限定的指定时间 间隔期间入射在指定区域上的总能量注量。在本说明书的上下文中，当指示功率通量时，术 语"剂量率"应当为了所有目的与"剂量"可互换使用。
[0047]当在本文中使用时，术语"扫描"应当指的是x射线束的空间取向的变化或为了表 征介质的目的（如通过成像）波束相对于正被检查的介质的相对运动。
[0048] 术语"检测器"可