专利名称：X－射线检查方法及x－射线检查装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于医学诊断和非破坏性检查领域中的X-射线检查方法及装置。
背景技术：
通常，诸如X-射线诊断装置或X-射线CT装置的X-射线检查装置将从X-射线管发射的X-射线束施加到物体上，并通过使用检测器等来检测透射物体的透射X-射线图像，从而将X-射线吸收图像显现为透射X-射线图像，它反映了物体中不同X-射线传输媒介之间的X-射线吸收能力的差异，例如如日本专利申请公开No.1-161645(第2-3页)中所公开的。
近来，获取X-射线折射图像的图像组分的新成像原理受到关注，例如如日本专利申请公开No.2001-194738(第2-3页、图1和2)所公开的，该新成像原理通过使用减小由X-射线管形成的焦斑的技术、结合通过增大物体和检测器之间的距离来实施放大射线照相的技术，基于X-射线吸收能力的差异来边界增强(contour-enhance)叠印在一般X-射线吸收图像上的不同X-射线传播媒介之间的边界部分。根据该成像原理，通过由于不同X-射线传输媒介之间的折射率差异造成的X-射线束经边界表面的折射，X-射线折射图像在沿物体中不同X-射线传输媒介之间的边界表面的轮廓的区域内形成折射率。该成像原理展示了比现有技术获取更清晰图像以及允许识别更细小物质的改进效果。
在使用乳房造影术等的软组织医学诊断领域中，屏幕-胶片系统、存储荧光物质、或固态成像装置通常被用作检测器，并通过设置X-射线管的管电压低到20至35kVp来使用低能量X-射线束。特别地，通常通过使用将钼(MO)或铑(RH)用作阳极靶的X-射线管，来使用包括钼(MO)或铑(RH)的特征X-射线作为主要成分的低能量X-射线束。使用低能量X-射线束使得甚至对于显示出相对较小的与相邻正常组织的X-射线吸收能力差异的异常，例如乳房中的异常组织也可获取可识别吸收对比度成为可能。
在非破坏性检查领域中，当要对较厚物体中的异物或空穴(充有空气的腔)进行X-射线检查时，因为必须确保透射X-射线剂量具有足够的强度，所以与较薄物体的情形相比，增大了X-射线管的管电压以增加入射X-射线的有效能量。
发明内容
如上所述，在使用乳房造影术等的软组织医学诊断领域中，设置X-射线管的管电压低到20至39kVp、并使用低能量X-射线束，使得甚至对于显示出相对较小的与相邻正常组织的X-射线吸收能力差异的异常，例如乳房中的异常组织也可获取可识别图像对比度成为可能。然而，当将X-射线管的管电压增大到39kVp或更高来增加X-射线能量时，人体X-射线吸收能力下降，并且不能获取由于X-射线吸收能力差别引起的吸收对比度，从而导致识别图像的困难。这种难以识别的图像被认为是无用的。
众所周知，在X-射线诊断中，当X-射线能量减少时，病人的照射剂量增加。这基于X-射线能量减小时人体的X-射线吸收能力上升、并且透射X-射线剂量减小的物理现象。即，虽然图像是通过检测透射X-射线形成的，但由于当透射X-射线剂量增加时能获得低噪声的图像，所以需要预定的透射X-射线剂量以获得类似噪声水平的图像质量。由于这个原因，入射X-射线剂量随X-射线能量减少而增大。
因此，在使用乳房造影术等软组织医学诊断领域中，因为原理上成像在X-射线管的低管电压下进行，所以很难通过增大管电压来减小照射剂量。
此外，在使用乳房造影术等的软组织医学诊断领域中，如果物体比普通的厚，则成像需要在比较薄物体情形中更高的管电压下进行。结果，对例如钙化物质的细小异常的识别能力降低。
在医学诊断领域中，当要对血管、肾盂系统、胆囊、胆管、输卵管、淋巴系统、消化道、支气管等进行X-射线检查时，必须通过注射诸如碘化物的对比介质来增大与相邻组织的X-射线吸收能力差异。然而，对比介质的注射变成为负担。
在非破坏性检查领域中，当要对厚物体内的异物或空穴(充有空气的腔)进行X-射线检查时，因为必须保证透射X-射线剂量具有足够的强度，所以与较薄物体的情形相比，增大了X-射线管的管电压以增加入射X-射线的有效能量。假设入射X-射线有效能量增加。这样，如果异物、空穴等尺寸较小、或者异物、空穴等与周围正常区域之间的X-射线吸收能力差异较小，则透射X-射线强度差别较小且识别能力可能降低。该识别能力随厚度的增大而降低。因此，超过给定厚度阈值会导致识别图像的困难。
本发明是考虑这一点作出的，并以提供X-射线检查方法和装置为目的，它在医学诊断领域中能实现照射剂量的减小、甚至能可靠检测较小异常等，并且在非破坏检查领域中甚至能可靠检测较厚物体的内部结构。
根据本发明一方面的X-射线检查方法包括将X-射线管的管电压设置成使得物体中第一X-射线传输媒介、与具有不同于第一X-射线传输媒介的X-射线吸收能力的第二X-射线传输媒介之间的X-射线吸收率差异不大于10％的管电压；当X-射线管的管电压被设置成该管电压时，向物体施加来自所述X-射线管的X-射线束；以及检测包括X-射线折射图像的透射X-射线图像，该X-射线折射图像叠印在反映所述第一X-射线传输媒介和第二X-射线传输媒介之间的X-射线吸收能力差异的X-射线吸收图像上，通过该X-射线束经边界表面的折射，在沿所述第一X-射线传输媒介和第二X-射线传输媒介之间的边界表面轮廓的区域内形成。
根据本发明另一方面的X-射线检查装置包括X-射线管，它向物体施加X-射线束，且其中管电压被设置成使物体中第一X-射线传输媒介与具有不同于第一X-射线传输媒介的X-射线吸收能力的第二X-射线传输媒介之间的吸收率差异不大于10％；检测器，它检测透射该物体的透射X-射线图像；以及排列调节单元，它设置X-射线管与物体之间的距离、以及物体与检测器之间的距离以便于获得包括X-射线折射图像的X-射线透射图像，所述X-射线折射图像叠印在反映第一X-射线传输媒介和第二X-射线传输媒介之间的X-射线吸收能力差异的X-射线吸收图像上，通过X-射线束经边界表面的折射，在沿所述第一X-射线传输媒介和第二X-射线传输媒介之间的边界表面的轮廓的区域内形成。
根据本发明又一方面的X-射线检查装置包括将X-射线束施加于物体的X-射线管；以及检测透射该物体的透射X-射线图像的检测器，其中X-射线的施加方向适用于通过环绕焦点位置旋转所述X-射线管来改变，从而当改变所述X-射线束的施加范围时使该物体适于多次地部分成像。
图1是用于说明由根据本发明第一实施例的X-射线检查装置所执行的成像的一个示例的视图；图2是用于说明从图1中所示物体的X-Z平面视图和X-Y平面视图的任意方向看到的X-射线焦斑的有效尺寸的视图；图3是示出以上X-射线检查装置的排列的视图；图4是用于说明X-射线经不同X-射线传输媒介之间的边界表面的折射的视图；图5是用于说明X-射线经不同X-射线传输媒介之间的边界表面上的全反射的视图；图6是用于说明由以上X-射线检查装置的检测器检测的透射X-射线图像的视图；图7是示出丙烯酸树脂和二氧化硅玻璃相对于以上X-射线检查装置的X-射线管的不同管电压、即不同X-射线能量的特征的表格；图8是用于说明图1至3中所示的物体和X-射线之间关系的定义的视图；图9是示出相对于不同X-射线管的管电压，即不同X-射线能量的X-射线吸收率差异，即吸收对比度，以及石英玻璃球的尺寸的表格；图10是用于说明由以上检测器所检测的透射X-射线图像的视图；图11是根据以上透射X-射线图像形成的原始图像的部分放大图；图12是对上述原始图像进行图像校正处理之后的视图；图13是按X-射线管的不同管电压即不同X-射线能量与石英玻璃球的尺寸之间的关系，来示出X-射线透射率与入射剂量的表格；图14是示出以上实施例相对于现有技术的优点的平面视图；图15是X-射线检查装置应用于乳房造影术装置的一个实施例的平面视图；图16是用于说明当X-射线传输媒介中的另一X-射线传输媒介为空穴时的透射X-射线图像的视图；图17是示出根据本发明第二实施例的X-射线检查装置应用于乳房造影术装置的一个示例的平面视图；图18是示出当通过使用图17所示的乳房造影术装置对物体的第一区域成像时对第一透射X-射线图像进行检测的状态的视图；图19是示出在图18所示的操作之后对物体的第二区域成像时对第二透射X-射线图像进行检测的状态的视图；图20是示出在图19所示操作之后对物体的第三区域成像时对第三透射X-射线图像进行检测的状态的视图；图21是示出在图10所示操作之后对物体的第四区域成像时对第四透射X-射线图像进行检测的状态的视图；以及图22是示出图17所示的乳房造影术装置的变体的平面视图。
具体实施例方式
以下参考附图详细描述根据本发明第一实施例的X-射线检查方法和装置。
图1示出由X-射线检查装置11进行成像的一个示例。该X-射线检查装置11包括向物体12施加X-射线束的X-射线管13；检测透射物体12的透射X-射线图像的检测器14；以及设置X-射线管13与物体12之间的距离L1、以及物体12与检测器14之间的距离L2以允许放大射线照相的排列调整单元15。
X-射线管13包括例如，具有设置于真空管内的焦点形成平面的旋转轴的转子结构；与该转子结构同轴装配、并可旋转地支承转子结构的固定结构；设置在该转子结构和固定结构之间的装配部分上的轴承机构；以及产生对转子结构施加旋转力的旋转磁场的线圈。例如，将旋转阳极X-射线管用作X-射线管13，它被形成为对转子结构的焦点形成平面的精整和对与固体结构同轴装配的转子结构的表面的精整进行同轴处理。
该旋转阳极X-射线管设置有控制单元，它在发射X-射线以进行成像期间的至少一部分时段停止从线圈产生旋转磁场。此外，通过在竖直和水平方向旋转阳极X-射线管形成的有效焦斑的尺寸为100微米或更小，且用于转动旋转阳极的轴承的径向间隙为50微米或更小。使用液态金属作为润滑剂的滑动轴承被用作该旋转阳极X-射线管的轴承，且直接冷却固定结构的冷却剂的路径被设置在该固定结构内部。
X-射线管13的阳极靶由钨或含有50％钨的材料制成；此外，例如以下之一被用作检测器14X-射线存储荧光屏、X-射线成像管、读出从X-射线成像管输出的荧光图像的成像单元、以及读出X-射线图像的固态成像装置。
当使用例如X-射线成像管时，其输入荧光薄膜是包含碘化铯作为基本材料的荧光薄膜，且X-射线束在透射方向的厚度在100至500微米的范围内。
以下之一被用作固态成像装置直接将X-射线转换成电信号的直接固态成像装置；以及通过荧光薄膜将X-射线转换成光、然后将光转换成电信号的间接固态成像装置。间接固态成像装置的荧光薄膜是包含例如碘化铯作为基本材料的荧光薄膜，且来自薄膜的X-射线束在传播方向上的厚度最好在100至500微米的范围内。
排列调节单元15调节距离L1和L2来获得具有X-射线折射图像的X-射线透射图像，该X-射线折射图像叠印在反映不同X-射线传播媒介之间X-射线吸收能力差异的X-射线吸收图像上，通过X-射线束经边界表面的折射，在沿物体12中包含的不同X-射线传输媒介之间的边界表面轮廓的区域内形成。
在这种情形中，如图2所示，令p(J)为在施加方向J上透射物体12的X-射线焦斑的投影图像(从给定施加方向J看到的有效焦斑)的最大跨度尺寸，且P为透射物体12的X-射线的所有施加方向的一组p(J)，最好在所有方向上保持p(J)＜100微米且最大(P)/最小(P)＜2。
图2所示的符号表示如下L聚焦长度l有效聚焦长度l’从J方向看到的有效聚焦长度W聚焦宽度w有效聚焦宽度w’从J方向看到的有效聚焦宽度JXZJ方向在X-Z平面上的投影矢量JXYJ方向在X-Y平面上的投影矢量α目标角例如，物体12包括基体材料部分以及异质材料部分，诸如被基体材料部分覆盖、且具有比基体材料部分小的对X-射线的折射率的材料；或者包括基体材料部分以及异质材料部分，诸如被基体材料成分覆盖、且具有比基体材料部分大的对X-射线的折射率的材料、气体或真空。
图3是示出X-射线检查装置11的排列。该X-射线检查装置包括根据检测器14所检测的透射X-射线图像形成原始图像的原始图像形成单元16；从由原始图像形成单元16形成的透射X-射线图像的原始图像中提取X-射线折射图像成分的图像处理单元17；显示由图像处理单元17提取的X-射线折射图像成分的显示单元18；以及记录该X-射线折射图像成分的记录单元19。
图像处理单元17包括例如，增强透射X-射线图像的原始图像的高频成分的频率增强处理、以及至少部分地从原始图像中减去从中去除X-射线折射图像的背景图像的减法处理。
在以上减法处理中使用的背景图像的至少一部分是通过经增强频率增强处理增强原始图像的低频成分而获得的图像、是通过比对原始图像更粗糙地采样像素而获得的图像、或者是通过使用近似曲面(例如通过使用最小二乘法来近似的二维多项式)来平滑通过比对原始图像更粗略地采样像素而获得的数字图像所获得的图像。
图4和5定量地示出当X-射线被不同X-射线传输媒介之间的界面折射和全反射时角度的改变。
X-射线传输媒介中X-射线的折射率n通过忽略X-射线传输媒介的X-射线吸收的近似表示如下n＝1-δδ＝2.7·1010·Z·ρ·λ2/AZ原子序数A原子量λX-射线的波长(厘米)ρ密度(克/立方厘米)通常，δ是约10-7到10-6的较小数值。
1克Z元素(原子量A)中的电子数目由NZ/A表示，其中N为阿佛伽德罗常数。氢的Z/A为1，而其它元素的约为0.5。当平均化合物和混合物的Z/A值时应该对此进行考虑。例如，对于丙烯酸树脂(C5H8O)，Z/A＝(8/14)+0.5×(6/14)＝11/14。对于石英玻璃(SiO2)，Z/A＝1。
X-射线传输媒介1和2的折射率由n1和n2表示，数值δ由δ1和δ2表示，并且δ＝δ2-δ1。在X-射线从X-射线传输媒介1入射到X-射线传输媒介2时设置的相关折射率可表示为n2/n1＝(1-δ2)/(1-δ1)～1-(δ2-δ1)＝1-Δδ如果δ2＞δ1，则X-射线可被界面全反射，全反角α的最大值(临界角)αc可以表示为αc＝{2(δ2-δ1)}1/2＝(5.4/1010·λ2)1/2{(Z2ρ2/A2)-(Z1ρ1/A1)}1/2接着将描述对用作物体12的模型的X-射线检查，该模型通过在作为第一X-射线传输介质的丙烯酸树脂12a中嵌入直径为0.1到1.0毫米的作为第二X-射线传输媒介的石英玻璃球12b来获得。在这种情形中，丙烯酸树脂12a的X-射线吸收能力不同于石英玻璃球12b。该模型对应于包含细小钙化物质的乳房。
如图6所示，当X-射线束从X-射线管施加于物质12时，检测器14检测X-射线透射图像，该图像通过叠印反映物体12中丙烯酸树脂12a和石英玻璃玻璃球12b之间的X-射线吸收能力差异的X-射线吸收图像、与在沿丙烯酸树脂12a和石英玻璃玻璃球12b之间的界面的轮廓的区域内通过X-射线束经该界面的反射而形成的X-射线折射图像来获得。
入射接近丙烯酸树脂12a和石英玻璃玻璃球12b之间界面的X-射线束路径由于折射效应而向位于外部的丙烯酸树脂12a偏斜。由于这个原因，在检测器14检测到的石英玻璃玻璃球12b的透射X-射线图像中，具有高X-射线强度的轮廓在丙烯酸树脂12a一侧形成，且具有低X-射线强度的轮廓在石英玻璃玻璃球一侧形成。该轮廓的最大强度、或最大强度与最小强度之间的差异显现为X-射线折射图像成分。这种现象说明性地如图6所示。该现象可通过在呈现折射率差异的界面上执行射线追踪模拟来表示。
设E为展现最大X-射线强度的轮廓部分和展现最小X-射线强度的轮廓部分之间的距离。
根据日本专利申请公开No.2001-194738，距离E可由下面给出的方程式(1)表示E＝2.3(1+L2/L1)1/3·(L2·Δδ·d1/2)2/3(1)其中d是石英玻璃球12b的直径(m)，且Δδ是丙烯酸树脂12a和石英玻璃球12b之间的折射率差异。L2值的测量单位也为“m”。
根据上述专利文献，设S为X-射线管13的焦斑尺寸(与距离E的线段平行的长度)，且ε为检测器14的分辨率(最小识别尺寸)，当保持下面给出的不等式(2)和(3)时，可识别X-射线折射图像成分。
9E≥S(L2/L1)(2)9E≥ε (3)对于S、ε、L1和L2的任意值的组合，通过使用表达式(1)到(3)来估计是否可识别X-射线折射图像成分。
图7示出丙烯酸树脂12a和石英玻璃玻璃球12b对于不同X-射线能量的特征。对于较低的X-射线能量，丙烯酸树脂12a和石英玻璃玻璃球12b都呈现出较大的线性吸收系数，反之亦然。还考虑丙烯酸树脂12a和石英玻璃球12b之间的线性吸收率差值Δμ时，当X-射线能量减少时，该线性吸收率差值Δμ增大，反之亦然。
如图8所示，设I0为入射X-射线剂量，Ia为透射丙烯酸树脂12a的透射X-射线剂量，Ib为透射石英玻璃球12b的透射X-射线剂量，Δt为石英玻璃球12b的厚度，Δμ为丙烯酸树脂12a和石英玻璃玻璃球12b之间的线性吸收率差值，且Is为散射X-射线剂量，吸收对比度Ia/Ib可以表示为Ia/Ib＝1-Δt·Δμ·I0/(I0+ Is)
注意，如果放大率为两倍或更大，则可忽略散射射线Is作用的影响。
图9按不同X-射线能量和石英玻璃球12b之间的相互关系示出X-射线吸收率差值，即吸收对比度。在这种情形中，为简单起见，将石英玻璃球12b视为在X-射线透射方向上具有不变厚度(＝球的直径d)的柱状物。
较小的石英玻璃球12b可被识别的程度不仅由吸收对比度的大小决定，而且由透射物体并入射到检测器的X-射线剂量决定。换言之，该程度受单位面积上入射X-射线的光子数目的很大影响。在相同光子数目和相同吸收对比度的情况下，当石英玻璃球12b的尺寸减小时，它变得更加难于识别。
在乳房造影术所允许的X-射线剂量的范围内，待识别钙化物质的有限直径约为0.02厘米。用于乳房造影术的来自传统X-射线管的X-射线光谱因特征X-射线而在约17千电子伏(keV)处具有峰值，且管电压被设置在20至39千伏的范围内。因此，X-射线的平均能量约为15到20千电子伏。如图9所示，这甚至使估算由乳房造影术识别的直径为0.02厘米的钙化物质的最小吸收对比度约为8.7％成为可能。注意，以上描述关联于Δt＝0.02厘米的丙烯酸树脂12a相对于20千电子伏X-射线能量的吸收对比度。图9是示出基于不同类型简化的计算数值。近似的估算值可从该视图中得到。
在乳房造影术领域中，日本专利申请公开No.2001-194738公开了当由于X-射线束经边界表面的折射而在沿细小钙化物质和相邻组织之间的边界表面的轮廓的区域内形成的X-射线折射图像重叠在X-射线吸收图像上时，增强边界表面部分的轮廓，并可获得更清晰的图像。
然而，在将X-射线平均能量增加到15或20千电子伏或更高之后执行成像而获得的优点并未在上述专利文献中描述。以上描述是关于当Δt＝0.01厘米的石英玻璃球12b在将X-射线平均能量增加到20千电子伏或以上之后成像时、以及当Δt＝0.02至0.1厘米的石英玻璃球12b在将X-射线平均能量增加到30千电子伏或更高之后成像时获得的优点，如图9所示。
下面结合其效果描述在将X-射线平均能量增加到15或20千电子伏或更高之后进行成像的情形。在本实施例的X-射线检查装置11中，将X-射线管13的管电压设置成使吸收率差值在5％或更小的范围内。实际上，与现有技术相比，增大X-射线管13的管电压来增加X-射线能量。
图10示意性地示出当X-射线管13将X-射线束施加到图1中的物体12上时由检测器14检测的物体12的透射X-射线图像，其中X-射线管13的管电压被设置成使X-射线吸收率差值落在5％或更小的范围内。原始图像形成单元16根据该透射X-射线图像形成图11所示的原始图像。然而，很难在原始图像中识别X-射线折射图像成分和背景。
因此，如图12所示，图像处理单元17执行在原始图像中提取X-射线折射图像成分的数字图像校正处理。例如增强原始图像的高频成分的高频增强处理可用作该数字图像校正处理。此外，执行从原始图像中部分地减去在该数字校正处理之前从中去除X-射线折射图像的背景图像的减法处理，使获得更准确地从原始图像中提取X-射线折射图像成分的效果成为可能。例如以下之一可被有效地用作从原始图像减去的背景图像的至少一部分通过频率加强处理中增强原始图像的低频部分而获得的图像、通过比对原始图像更粗略地采样像素而获得的图像、以及通过使用近似曲面(例如用最小二乘法近似两维多项式)来平滑通过比对原始图像更粗略地采样像素而获得的数字图像所获得的图像。此外，数字图像校正处理可以是使用拉普拉斯变换等进行的图像锐化处理。
通过用这种方式由数字图像校正处理仅提取折射图像成分、并在显示单元18上显示所提取的图像，石英玻璃球12b可被清晰地识别。此外，对X-射线折射图像成分起作用的X-射线光子数目大于现有技术中对X-射线折射图像成分起作用的光子数目，因此X-射线量子噪声被降低。因此，石英玻璃球12b能被清晰地识别。
图13按在从X-射线管13射出的X-射线为单能量辐射的假设下不同X-射线能量和石英玻璃球12b之间的关系，示出X-射线透过率(exp(-μ·t))和入射剂量。入射剂量在透射剂量等于X-射线能量为20千电子伏时透射剂量的情况下为相对值。
如图14所示，因为X-射线透过率随X-射线能量的减少而减小，所以成像需要较大的入射剂量。此外，由于X-射线透过率随X-射线能量的增加而增大，所以成像所需的入射剂量可减小到较小的剂量。即，可减小曝光剂量。
在根据本实施例的X-射线检查装置11中，X-射线管13的管电压被设置成使物体12中至少要通过检查识别的不同X-射线传输媒介之间的X-射线吸收率差值在5％或更小的范围内，并且与现有技术相比，基本上增大X-射线管13的管电压以增加X-射线能量。因此，与设置低X-射线能量的情形相比，可减小曝光剂量。
因为X-射线管13的管电压被设置成使X-射线吸收率差值变成5％或更小，所以基于X-射线折射图像的提取的识别能力即使在基于X-射线吸收图像的识别能力降低时也得到改进。因此，可识别Δt＝0.02厘米的细小石英玻璃球12b。这使得在医学诊断领域中减少曝光并可靠地检测更细小异常成为可能。此外，在非破坏性检查领域中，甚至能可靠地检测较厚物体的内部结构。
虽然例如曝光可通过将X-射线管13的管电压设置横使X-射线吸收率差值落在10％或更小的范围内而得到减少，但管电压较佳地被设置成使X-射线吸收率差值值落在8％或更小的范围内，且更佳地落在4％或更小的范围内，来进一步减少曝光。通过将管电压设置成使X-射线吸收率差值落在4％或更小的范围内，X-射线管13的管电压被进一步增大来增加X-射线能量。因此，可有效减小曝光剂量。
下面将描述X-射线检查装置11应用于成像作为物体12的乳房的乳房造影术装置的情形。
如图15所示，X-射线管13为旋转阳极X-射线管。焦斑大小为60微米，且焦斑的形状尽可能地近似成圆形焦斑、而非现有技术中的矩形实际焦斑，以便于在整个放射场中设置统一的焦斑尺寸。轴和目标聚焦轨迹表面(target focal track surfae)进行同轴处理，并被形成为减小转动时的轴偏转。阳极表面由钨(W)-铼(Re)合金制成，该阳极倾斜角为12°，阳极聚焦平面的直径为120毫米，且阳极的转数为180圈每秒(rps)。X-射线管13的管电压被设置在40到150kVp的范围内。
存储荧光层、固态成像装置、X-射线成像管等可被用作检测器14。这使得与现有技术相比相对高能量成分具有足够高的量子检测效率成为可能。例如当要使用X-射线成像管时，铝可被用于入射窗口和输入荧光薄膜基板。如果碘化铯荧光物质被用作输入荧光薄膜，该荧光薄膜的厚度最好设置为100微米或以上来增加高能量X-射线成分的量子检测效率，或者设置为500微米或以下来确保在入射表面位置而言0.1毫米或以下的分辨率。此外，不需要将铍用于入射窗口或输入荧光薄膜基板来增加X-射线能量，它甚至对乳房造影术装置应用而言都是昂贵的，而可使用铝。
X-射线管13和物体12之间的距离L1为65厘米，且物体12和检测器14之间的距离L2为75厘米。排列调节单元15具有夹紧乳房的夹紧部分20。铅锥21设置在从X-射线管13到检测器14的X-射线施加范围周围。
在传统的乳房造影术中，因为低能量X-射线是通过将X-射线管13的管电压设置成20至39kVp来使用的，所以曝光剂量很高。相反，在本实施例中，由于X-射线管13的管电压被增加到40至100kVp，最好增加到60至100kVp来设置X-射线管13的管电压，从而使乳房造影术中X-射线吸收率差值落在10％或以下的范围内，曝光剂量可通过使用高能量X-射线来减小。
即使在允许透射物体12的正常组织的高管电压下进行成像，由于能提取细小钙化物质的轮廓，更细小钙化物质可用比现有技术更少的曝光来检测。这使得将该技术应用于人的分组癌症筛选，包括对其从未应用过这种技术的青年一代，从而在早期发现乳癌成为可能。
在使用乳房造影术等的软组织医学诊断领域中，甚至在厚物体12中也可像在薄物体12中一样检测细小钙化物质。
在乳房造影术中，即使当要在与现有技术一样的较低管电压上对物体12中需要详细检查的病态区域的细节成像时，也可通过改变其设置使用相同的X-射线检查装置。
在涉及包括乳房造影术的给定防癌检测的分组X-射线检查中，期望通过将由于通过X-射线检查早期检测到癌症病变而幸免于癌症死亡的人数(价值)除以由于X-射线检查仍死于癌症的人数(欠缺)而得到的数值(价值系数)为1或以上，并且尽可能地大。根据X-射线检查装置11，由于分母减小且分子增大，该价值系数能可靠地增大。
如上所述的相同效果不仅可在乳房造影术中获得，而且也可在例如颈部和肢的软组织检查中获得。
此外，在胸部检查中，即使感兴趣的区域是诸如血管或支气管的软组织、或者是X-射线容易透射的诸如肺泡的器官，也可获得如上所述的效果。
此外，当要对血管、肾盂系统、胆囊、胆管、输卵管、淋巴系统、消化道、支气管等进行X-射线检查时，与现有技术相比可减少曝光剂量，并可减少现有技术中注入的高浓度对比介质的量。这允许在进一步减少对人体的负担的同时进行检查。
X-射线检查装置11也可应用于非破坏性检查领域，并且在诸如塑料或橡皮的树脂中检查例如玻璃填充物的附加物和例如空穴的缺陷时有效。该装置可检测比现有技术中更厚物体内的细小添加物、异物以及空穴。
例如，如图16示出，在树脂22a中有空穴22b的情形下，当X-射线束入射到树脂和空穴之间的界面附近时，其路径因折射效应向空穴一侧即内侧偏斜。由于这个原因，具有高X-射线强度的轮廓在检测器14检测的空穴22b的透射X-射线图形的空穴一侧形成，且低X-射线光强的轮廓在树脂一侧形成。该轮廓的最大强度或最大强度和最小强度之间的差值表现为X-射线折射图像成分。
在X-射线检查装置11中，如果X-射线管13的管电压可被设置成使物体12中不同X-射线传输媒介之间的X-射线吸收率差异超过10％的管电压，并且通过排列调节单元15将物体12和检测器14调节成彼此紧密接触，则检查可在与现有技术中相同的检查条件下进行。
下面将对根据本发明第二实施例的X-射线检查方法和装置进行详细描述。该实施例的其它安排与以上实施例的相同。相同的标号表示相同部分，并略去其中的详细描述。
如图17所示，在如X-射线检查装置11的乳房造影术装置中，与图15所示的X-射线检查装置相比，X-射线管13可靠近物体12(注意，为便于更清楚地解释，图17放大地示出实际情形中X-射线检查装置更靠近物体的状态)。在本实施例中，距离L1＝40厘米且距离L2＝75厘米。
旋转阳极X-射线管被用作X-射线管13，它具有50微米的焦斑尺寸。然而，与第一实施例中的不同，该焦斑形状为矩形，其长度尺寸大于宽度尺寸。
注意，在乳房造影术中，X-射线管13的管电压可被设置成使物体12中不同X-射线传播媒介之间的X-射线吸收率差值超过10％的管电压，检查可在物体12和X-射线管13通过排列调整单元15彼此靠近时进行。
假设X-射线管13靠近物体12。在这种情形中，如果扩大施加范围，并且将X-射线束施加到物体12上，则从检测器14的各个点看到的有效焦斑尺寸变化很大。尤其是在外围位置的有效焦斑的大小变得不期望的大。因此，在上述情形中，将物体12的X-射线施加范围划分成多个区域，并且施加对各个区域聚焦的X-射线束。同时，改变X-射线管的姿势以避免非预期地增大有效焦斑的大小。X-射线管的姿势通过基本上围绕X-射线管的聚焦位置的微小转动来改变。当物体12要分开多次成像时，X-射线管13自己在第一方向d1和第二方向d2上旋转，以将X-射线束施加到物体12的多个部分。
假设物体12要分四次成像。在这种情形中，如图17和18所示，X-射线束被施加到物体12的第一区域，以在检测器14的第一有效区域R1中形成第一X-射线透射图像。如图9所示，X-射线管13在第二方向d2上转动，并且X-射线束被施加到物体12的第二区域，以在检测器14的第二有效区域R2中形成第二X-射线透射图像。在这种情形中，X-射线束被重叠地施加到物体12的第一区域的一部分，以形成叠印在检测器14的第一有效区域R1的一部分上的第二X-射线透射图像。
如图20所示，X-射线管13在第一方向d1上转动，并将X-射线束施加到物体12的第三区域，以在检测器14的第三有效区域R3中形成第三透射X-射线图像。在这种情形中，X-射线束被重叠地施加到物体12的第一和第二区域的多个部分上，以形成叠印在检测器14的第一和第二有效区域R1和R2的多个部分上的第三透射X-射线图像。如图21所示，然后在第二方向d2上转动X-射线管13，并将X-射线束施加到物体12的第四区域，以在检测器14的第四有效区域R4中形成第四透射X-射线图像。在这种情形中，X-射线束被重叠地施加到物体12的第一、第二和第三区域的多个部分上，以形成叠印在检测器14的第一、第二和第三有效区域R1、R2和R3的多个部分上的第四X-射线透射图像。
如上所述，X-射线管13改变X-射线束的施加方向及其姿态，以在改变X-射线束的施加范围的同时对物体12多次分开成像。注意，用于乳房造影术的图像处理单元17具有图像结合单元，它通过组合在改变X-射线束施加范围的同时对物体多次成像所获得的多个图像，来形成X-射线透射图像。这使得获得通过组合在改变X-射线束施加范围的同时读出的多个图像形成的X-射线透射图像成为可能。
根据具有上述排列和X-射线检查方法的X-射线检查装置，在X-射线管13置于更靠近物体12时对物体12成像，并且焦斑形状是其长度尺寸大于宽度尺寸的矩形形状，从而减少了X-射线管上的热负载。也在这种情形中，可获得与根据上述第一实施例的X-射线检查装置和方法所获效果相同的效果。因此，在医学诊断领域中，曝光可降低，并可检测甚至细小的异常。在非破坏性检查的领域中，甚至能可靠检测甚至较厚物体的内部结构。
注意，本发明并不限于以上实施例，并可在本发明的范围内更改。例如，在图17中，成像可在将X-射线管13和物体12之间的距离设置成几乎为图5中距离而不使它们彼此靠近时进行。此外，例如在图17中，X-射线管13的焦斑大小尽可能地接近圆形焦斑的尺寸，并且通过移动X-射线防护元件改变X-射线束的施加范围。然而，不需要改变X-射线管的姿势。此外，例如，如图22所示，如X-射线检查装置11的乳房造影术装置可具有X-Y驱动单元30。该X-Y驱动单元30可在彼此垂直的X和Y方向上移动检测器14。由于这个原因，使用X-Y驱动单元30将检测器14移入X-射线束施加范围使该检测器14能没有遗漏地检测X-射线透射图像。因此，乳房造影术装置甚至可通过使用小尺寸的检测器14来代替使用如图17所示的较大尺寸检测器14，以对物体适当成像。这使得实现更加便宜的X-射线检查装置成为可能。
此外，尽管在上述所有实施例中旋转阳极X-射线管被用作X-射线管13，但是可使用固定阳极X-射线管、或透射X-射线管或除X-射线管之外的其它X-射线源。
工业实用性根据本发明，由于X-射线管的管电压被设置成使物体中不同X-射线传输媒介之间的X-射线吸收率差值变成10％或以下的管电压，所以基于反映该物体中不同X-射线传输媒介之间的X-射线吸收能力差异的X-射线吸收图像的识别能力变差。然而，识别可通过使用X-射线折射图像进行，该X-射线折射图像在沿不同X-射线传输媒介之间的边界表面的轮廓的区域内因X-射线束经边界表面的折射而形成。因此在医学诊断领域中，曝光减少，并能可靠地检测甚至较小的异常。在非破坏性检查领域中，能可靠地检测甚至较厚物体的内部结构。
权利要求
1.一种X-射线检查方法包括将X-射线管的管电压设置成使得物体中第一X-射线传输媒介和第二X-射线传输媒介之间的X-射线吸收率差值变成不大于10％，所述第二X-射线传输媒介具有不同于所述第一X-射线传输媒介的X-射线吸收能力；在设置所述X-射线管的管电压的同时将来自所述X-射线管的X-射线束施加到所述物体；以及检测包括X-射线折射图像的X-射线透射图像，所述X-射线折射图像叠印在反映所述第一X-射线传输媒介和第二X-射线传输媒介之间的X-射线吸收能力差别的X-射线吸收图像上，通过X-射线束经边界表面的折射，在沿所述第一X-射线传输媒介和第二X-射线传输媒介之间的边界表面的轮廓的区域内形成。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括从所述X-射线透射图像提取所述X-射线折射图像的图像处理。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述图像处理包括增强所述X-射线透射图像的高频成分的频率增强处理。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述图像处理包括图像锐化处理。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述图像处理包括从所述X-射线透射图像至少部分地减去其中去除了所述X-射线折射图像的背景图像的减法处理。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述透射X-射线图像低频成分通过频率增强处理在所述背景图像的至少一部分中增强。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述背景图像的至少一部分通过比对所述X-射线透射图像更粗略地采样像素来获取。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当对所述X-射线管设置管电压时，如果所述物体为乳房，则将所述X-射线管的管电压设置为40至150kVp。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述X-射线透射图像通过组合在改变所述X-射线束的施加范围时多次读出的多个图像来获取。
10.一种X-射线检查装置包括X-射线管，将X-射线施加到物体上，并且其中管电压被设置成使得物体中第一X-射线传输媒介和具有不同于所述第一X-射线传输媒介的X-射线吸收能力的第二X-射线传输媒介之间的X-射线吸收率差值变成不大于10％；检测器，检测透射所述物体的X-射线透射图像；以及排列调整单元，设置所述X-射线管与所述物体之间的距离、以及所述物体与所述检测器之间的距离，以便于获得包括X-射线折射图像的X-射线透射图像，所述X-射线折射图像叠印在反映所述第一X-射线传输媒介和第二X-射线传输媒介之间的X-射线吸收能力差异的X-射线吸收图像上，通过X-射线束经边界表面的折射，在沿所述第一X-射线传输媒介和第二X-射线传输媒介之间的边界表面的轮廓的区域内形成。
11.如权利要求10所述的装置，还包括图像处理单元，它从所述检测器所检测的所述X-射线透射图像中提取所述X-射线折射图像成分。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，如果所述物体是乳房，则所述X-射线管的管电压被设置为40至150kVp。
13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述X-射线管改变所述X-射线束的施加方向，以允许所述物体在所述X-射线束的施加范围改变的同时多次分开成像。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，通过围绕焦点位置旋转所述X-射线管来改变所述X-射线束的施加方向。
15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述检测器适于结合X-射线束在所述施加方向上的变化而移动，以接收所述X-射线束施加范围内的所有X-射线束。
16.如权利要求13所述的装置，还包括图像组合单元，它通过组合在改变所述X-射线束的施加范围的同时对所述物体多次成像而获得的多个图像，形成所述X-射线透射图像。
17.如权利要求10所述的装置，其特征在于，设p(J)为在所述施加方向J透射所述物体的X-射线焦斑的投影图像(有效焦斑)的最大跨度尺寸，且P为在透射所述物体的所述X-射线的所有施加方向上的一组p(J)，在所有方向J上保持p(J)＜100微米，并且最大(P)/最小(P)＜2。
18.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述X-射线管适于将管电压设置成使得所述第一X-射线传输媒介和第二X-射线传输媒介之间的X-射线吸收率差值大于10％，以及所述排列调整单元适于进行调整以使所述物体和所述检测器彼此紧密接触。
19.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述X-射线管适于将管电压设置成使得所述第一X-射线传输媒介和第二X-射线传输媒介之间的X-射线吸收率差值大于10％，以及所述排列调整单元适于进行调整以使所述物体和所述X-射线管彼此靠近。
20.一种X-射线检查装置，包括X-射线管，将X-射线束施加到物体上；以及检测器，检测透射所述物体的透射X-射线图像，其中所述X-射线束的施加方向适于通过围绕焦点位置转动所述X-射线管而改变，从而在所述X-射线束的施加方向改变的同时所述物体适于分开多次成像。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述检测器适于结合所述X-射线束施加方向的变化而移动，以接收所述X-射线束施加范围内的所有X-射线束。
22.如权利要求20所述的装置，其特征在于，还包括图像组合单元，通过组合在改变所述X-射线束的施加范围的同时对所述物体多次成像而获得的多个图像，形成所述X-射线透射图像。
23.如权利要求20所述的装置，其特征在于，设p(J)为在所述施加方向J上透射所述物体的X-射线焦斑的投影图像(有效焦斑)的最大跨度尺寸，且P为在透射所述物体的所述X-射线的所有施加方向上的一组p(J)，在所有方向J上保持p(J)＜100微米，并且最大(P)/最小(P)＜2。
全文摘要
在X－射线检查方法中，X－射线管的管电压被设置成使物体中的第一X－射线传输媒介与具有不同于第一X－射线传输媒介的X－射线吸收能力的第二X－射线传输媒介之间的X－射线吸收率差值不大于10％的管电压，当X－射线管的管电压被设置成该管电压时将来自X－射线管的X－射线束施加到物体上，并检测包括X－射线折射图像的X－射线透射图像，该X－射线折射图像叠印在反映第一X－射线传输媒介和第二X－射线传输媒介之间的X－射线吸收能力差异的X－射线吸收图像上，通过X－射线束经边界表面的折射，在沿第一X－射线传输媒介和第二X－射线传输媒介之间的边界表面的轮廓的区域中形成。
文档编号G01N23/04GK1937960SQ20058001058
公开日2007年3月28日 申请日期2005年7月7日 优先权日2004年7月7日
发明者阿武秀郎 申请人:株式会社东芝, 东芝电子管器件株式会社