角度可變的準(zhǔn)直器的制造方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求提交于2012年7月5日的第61/668, 268號(hào)，名稱為"Variable Angle Collimator"的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，并以Martin Rommel為發(fā)明人[律師文檔號(hào) 1945/B62]，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容并入本文中，作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及X射線源，并更具體地，涉及準(zhǔn)直器。
【背景技術(shù)】
[0004] X射線反向散射成像依賴于用良好準(zhǔn)直的射束，通常稱為"筆形射束"掃描目 標(biāo)。過(guò)去，這些射束也被廣泛用于X射線透射成像，但是現(xiàn)在與像素檢測(cè)器（pixelated detector)聯(lián)合使用的扇形和錐形射束在透射成像中占支配地位。
[0005] 有兩種常用的方法形成準(zhǔn)直的掃描射束。這兩種方法均依賴固定的X射線源和移 動(dòng)的孔徑。在這兩種情況下，來(lái)自固定的X射線源的射線首先被固定的準(zhǔn)直器準(zhǔn)直成扇形 射束。然后，具有開(kāi)口的移動(dòng)部件形成掃描射束。該移動(dòng)部件或者是具有徑向狹長(zhǎng)切口的 旋轉(zhuǎn)盤，或者是在周界處具有開(kāi)口的輪。旋轉(zhuǎn)盤覆蓋扇形射束，掃描射束由穿過(guò)狹長(zhǎng)切口射 出的射線形成，該狹長(zhǎng)切口橫貫扇形射束開(kāi)口的長(zhǎng)度。例如，在Stein和Swift的1973年 美國(guó)專利3, 780, 291中示出了這種方法；參見(jiàn)圖1A。在另一方法中，具有圍繞X射線源自 旋的徑向鏜孔的輪構(gòu)成所述移動(dòng)部分。如果該源放置在輪的中心處，則會(huì)以徑向方向發(fā)射 掃描射束，該掃描射束具有輪的角速度。
[0006] 例如，基于在1996年美國(guó)專利5, 493, 596中Annis描述的具有螺旋狀槽的旋轉(zhuǎn)圓 柱體，提出了從固定的X射線源形成準(zhǔn)直的射束的其他方法。
[0007] 已經(jīng)開(kāi)發(fā)出具有移動(dòng)X射線源的系統(tǒng)配置。X射線源的移動(dòng)典型地并不通過(guò)移動(dòng) X射線管形成，而是通過(guò)沿延長(zhǎng)的陽(yáng)極移動(dòng)（掃描）電子射束形成。這產(chǎn)生了移動(dòng)的X射線 源點(diǎn)（電子射束的焦斑），該點(diǎn)的位置是可電子控制的。移動(dòng)的X射線源點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了用與源 點(diǎn)相距一定距離處的簡(jiǎn)單固定孔徑（針孔）形成掃描X射線射束。當(dāng)X射線源點(diǎn)從掃描路 徑的一端移動(dòng)到另一端時(shí)，從孔徑射出的掃描X射線射束跨越了一個(gè)角范圍。此概念的實(shí) 施例例如是在1977年Watanabe的美國(guó)專利4, 045, 672中描述的系統(tǒng)的一部分，也參見(jiàn)圖 lB〇
[0008] 由于X射線射束覆蓋所述角范圍，該射束的橫截面面積隨著射束與孔徑平面的法 線之間的角的余弦而改變。如果角范圍較小，則射束改變有限，且可以被忽略。然而，如果 需要較大的角范圍，該效果會(huì)變得很顯著。例如，對(duì)于120°的角范圍，在兩極端處60°的 偏離角會(huì)導(dǎo)致射束尺寸和輸出通量減少至少50%，因?yàn)?0°的余弦值為零點(diǎn)五。
[0009] 實(shí)際上，射束變化甚至?xí)?，因?yàn)榫哂嗅樋椎牟牧暇哂杏邢薜暮穸?，這會(huì)導(dǎo)致射 束橫截面面積隨著角度增大而進(jìn)一步減小。對(duì)于能量更高的X射線，這個(gè)問(wèn)題變得更嚴(yán)重， 因?yàn)槟芰扛叩腦射線需要更厚的屏蔽材料，用于具有針孔的材料。
[0010] 為了允許用厚的屏蔽材料和避免角的變化，已經(jīng)提議用含有垂直通過(guò)軸線的鏜孔 的旋轉(zhuǎn)圓柱體來(lái)代替針孔，如在Rothschild和Grodzins的2002年美國(guó)專利6, 356, 620中 描述的，參見(jiàn)圖1C。這種圓柱體不得不與掃描電子射束同步地旋轉(zhuǎn)，以便在任何時(shí)候移動(dòng)的 X射線源點(diǎn)均與鏜孔對(duì)齊。此方法解決了簡(jiǎn)單的針孔設(shè)計(jì)具有的兩個(gè)問(wèn)題：其形成與射束 角無(wú)關(guān)的尺寸恒定的射束，并且不限制形成孔徑的材料的厚度。然而，與被動(dòng)的針孔相比， 這種主動(dòng)的解決方案導(dǎo)致成本相當(dāng)高，復(fù)雜度相當(dāng)大。而且這種解決方案在很大程度上消 除了電子射束的電子控制提供的大的靈活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 一種角度可變的準(zhǔn)直器，可控地產(chǎn)生準(zhǔn)直的射線射束，而無(wú)需物理地操縱準(zhǔn)直器 的任意構(gòu)件。可以通過(guò)控制撞擊陽(yáng)極的電子射束來(lái)完全以電子方式控制準(zhǔn)直射束的角。
[0012] 在第一實(shí)施例中，用于產(chǎn)生可操縱的射線射束的系統(tǒng)包括：射線源，其配置成產(chǎn)生 相對(duì)于準(zhǔn)直器成一定角度的射線，其中該角度是可電子控制的；準(zhǔn)直器，其包括射線源產(chǎn)生 的射線不能穿透的材料，準(zhǔn)直器包括孔徑，該孔徑配置成接收來(lái)自射線源的處于多個(gè)入射 角的射線，且配置成使射線的一部分以所述多個(gè)入射角中的每個(gè)入射角穿過(guò)準(zhǔn)直器，以便 形成具有一射束橫截面的準(zhǔn)直的射線射束，其中，準(zhǔn)直器和射線源配置成在產(chǎn)生可操縱的 射線射束時(shí)相對(duì)于彼此保持固定。
[0013] 射線源可包括電子源和陽(yáng)極，配置成使得電子源用可電子操縱的電子射束照射所 述陽(yáng)極，以便產(chǎn)生可移動(dòng)的射線點(diǎn)源。
[0014] 孔徑可以具有多種形狀中的任意形狀，因此導(dǎo)致產(chǎn)生的射線射束的橫截面也可以 具有多種形狀中的任意形狀，諸如菱形的，正方形的和矩形的。在一些實(shí)施例中，孔徑的形 狀（因此導(dǎo)致產(chǎn)生的射線射束的橫截面的形狀）可按照入射的射線相對(duì)于孔徑的入射角的 函數(shù)而變化。
[0015] 準(zhǔn)直器的多個(gè)實(shí)施例呈現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)直器包括幾個(gè)表 面，并且孔徑是通過(guò)在第一準(zhǔn)直器表面中的第一孔徑和第二準(zhǔn)直器表面中的第二孔徑之間 的配合形成的復(fù)合孔徑。例如，第一表面可以是第一板的表面，第二表面可以是設(shè)置成平行 于第一板的第二板的表面。
[0016] 準(zhǔn)直器的另一個(gè)實(shí)施例包括：第一構(gòu)件，其具有第一表面，該第一表面是雙曲拋物 面表面或修正雙曲拋物面表面中的一者；以及第二構(gòu)件，其具有第二表面，該第二表面是雙 曲拋物面表面或修正雙曲拋物面表面中的一者；第一構(gòu)件相對(duì)于第二構(gòu)件設(shè)置成使得第一 表面對(duì)向第二表面，第一表面與第二表面分隔開(kāi)一間隙，以便限定貫穿過(guò)準(zhǔn)直器的孔徑。在 一些實(shí)施例中，準(zhǔn)直器是螺旋切割的圓柱體。
[0017] 一種用準(zhǔn)直的射線射束輻射目標(biāo)的方法，該方法包括：提供可操縱的射線源，其配 置成照射準(zhǔn)直器；提供準(zhǔn)直器，該準(zhǔn)直器包括具有輸入端和輸出端的雙曲拋物面孔徑，準(zhǔn)直 器相對(duì)于可操縱的射線源設(shè)置在固定位置；通過(guò)以下步驟產(chǎn)生具有多個(gè)出射角的準(zhǔn)直的射 線射束：用照射射線從第一照射角照射雙曲拋物面孔徑的輸入端，使得照射射線的一部分 穿過(guò)準(zhǔn)直器，并以第一出射角離開(kāi)準(zhǔn)直器；和用照射射線從第二照射角照射雙曲拋物面孔 徑的輸入端，第二照射角不同于第一照射角，使得照射射線的一部分穿過(guò)準(zhǔn)直器，以第二出 射角離開(kāi)準(zhǔn)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離開(kāi)準(zhǔn)直 器的射線輻射目標(biāo)。
[0018] 提供準(zhǔn)直器的步驟可以包括：提供具有輸入板和輸出板的準(zhǔn)直器，其中：輸入板 具有第一面和第二面，以及在第一面與第二面之間完全貫穿過(guò)輸入板的第一細(xì)長(zhǎng)孔徑；輸 出板具有第三面和第四面，以及在第三面與第四面之間完全貫穿過(guò)輸出板的第二細(xì)長(zhǎng)孔 徑，第一面平行于第四面，且與第四面分隔開(kāi)預(yù)定距離，使得第一細(xì)長(zhǎng)孔徑的投影與第二細(xì) 長(zhǎng)孔徑相交成非零的角，并使得第一細(xì)長(zhǎng)孔徑的投影與第二細(xì)長(zhǎng)孔徑的交點(diǎn)形成菱形孔 徑，其中射線可以在既不會(huì)碰到輸入板也不會(huì)碰到輸出板的情況下穿過(guò)該菱形孔徑。
[0019] 可替換