角度可变的准直器的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 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
[0003] 本发明涉及X射线源，并更具体地，涉及准直器。
【背景技术】
[0004] 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射线透射成像，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透射成像中占支配地位。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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 lB〇
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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】
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 孔径可以具有多种形状中的任意形状，因此导致产生的射线射束的横截面也可以 具有多种形状中的任意形状，诸如菱形的，正方形的和矩形的。在一些实施例中，孔径的形 状（因此导致产生的射线射束的横截面的形状）可按照入射的射线相对于孔径的入射角的 函数而变化。
[0015] 准直器的多个实施例呈现多种结构。例如，在一个实施例中，准直器包括几个表 面，并且孔径是通过在第一准直器表面中的第一孔径和第二准直器表面中的第二孔径之间 的配合形成的复合孔径。例如，第一表面可以是第一板的表面，第二表面可以是设置成平行 于第一板的第二板的表面。
[0016] 准直器的另一个实施例包括：第一构件，其具有第一表面，该第一表面是双曲抛物 面表面或修正双曲抛物面表面中的一者；以及第二构件，其具有第二表面，该第二表面是双 曲抛物面表面或修正双曲抛物面表面中的一者；第一构件相对于第二构件设置成使得第一 表面对向第二表面，第一表面与第二表面分隔开一间隙，以便限定贯穿过准直器的孔径。在 一些实施例中，准直器是螺旋切割的圆柱体。
[0017] 一种用准直的射线射束辐射目标的方法，该方法包括：提供可操纵的射线源，其配 置成照射准直器；提供准直器，该准直器包括具有输入端和输出端的双曲抛物面孔径，准直 器相对于可操纵的射线源设置在固定位置；通过以下步骤产生具有多个出射角的准直的射 线射束：用照射射线从第一照射角照射双曲抛物面孔径的输入端，使得照射射线的一部分 穿过准直器，并以第一出射角离开准直器；和用照射射线从第二照射角照射双曲抛物面孔 径的输入端，第二照射角不同于第一照射角，使得照射射线的一部分穿过准直器，以第二出 射角离开准直器，第二出射角不同于第一出射角，使得以第一角度和以第二角度离开准直 器的射线辐射目标。
[0018] 提供准直器的步骤可以包括：提供具有输入板和输出板的准直器，其中：输入板 具有第一面和第二面，以及在第一面与第二面之间完全贯穿过输入板的第一细长孔径；输 出板具有第三面和第四面，以及在第三面与第四面之间完全贯穿过输出板的第二细长孔 径，第一面平行于第四面，且与第四面分隔开预定距离，使得第一细长孔径的投影与第二细 长孔径相交成非零的角，并使得第一细长孔径的投影与第二细长孔径的交点形成菱形孔 径，其中射线可以在既不会碰到输入板也不会碰到输出板的情况下穿过该菱形孔径。
[0019] 可替换