專(zhuān)利名稱(chēng)：產(chǎn)生數(shù)字圖像的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及產(chǎn)生數(shù)字圖像的方法和裝置，主要是利用X射線(xiàn)，低劑量和具有高對(duì)比度，它可應(yīng)用于醫(yī)學(xué)或其他領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
用于獲得大尺寸X射線(xiàn)數(shù)字圖像的大面積檢測(cè)器是非常有意義的，這是由于它們有大量潛在的用途，例如，醫(yī)學(xué)，工業(yè)，或與保安有關(guān)的應(yīng)用。目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的系統(tǒng)在多方面存在若干個(gè)限制，這些限制涉及主要的缺點(diǎn)。
第一個(gè)限制是基于這樣的事實(shí)，可以得到連續(xù)圖像的表面區(qū)域一般是很小的。這意味著，僅僅在某些非常特定的應(yīng)用中可以利用這些裝置。
第二個(gè)限制是由于檢測(cè)器的低量子效率，這可以理解為檢測(cè)器產(chǎn)生圖像所俘獲的光子數(shù)與入射光子數(shù)之比率。所述效率低的事實(shí)意味著，必須提供高劑量的輻射以產(chǎn)生X光照片。所述限制的主要缺點(diǎn)是對(duì)需要得到圖像的個(gè)人或物品造成過(guò)量的輻射曝光，因?yàn)檫@種高輻射曝光可以導(dǎo)致不可修復(fù)的損傷或傷害。
第三個(gè)限制是由于散射光子產(chǎn)生的噪聲，該噪聲形成在圖像的任何部分。所述噪聲疊加到檢測(cè)器固有的噪聲上，從而限制獲得具有低對(duì)比度物體圖像的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
以下描述設(shè)法解決上述缺點(diǎn)的本發(fā)明方法和裝置并同時(shí)給出其他的優(yōu)點(diǎn)。
產(chǎn)生數(shù)字圖像的方法包括a.重復(fù)預(yù)定次數(shù)的以下步驟-利用X射線(xiàn)源發(fā)射的X射線(xiàn)通過(guò)準(zhǔn)直器曝光樣本的一個(gè)區(qū)域，僅僅曝光放置在準(zhǔn)直器與某些副板之間的部分樣本，這些副板構(gòu)成部分的主板，并固定到活動(dòng)支座-借助于電子閱讀系統(tǒng)和數(shù)據(jù)收集裝置，得到X射線(xiàn)使曝光樣本產(chǎn)生的數(shù)據(jù)；-移動(dòng)活動(dòng)支座到樣本的另一個(gè)區(qū)域；b.借助于處理單元，處理數(shù)據(jù)收集裝置得到的數(shù)據(jù)，以便獲得樣本的完整數(shù)字圖像。
因此，實(shí)現(xiàn)一個(gè)可以得到任何尺寸樣本圖像的過(guò)程，它可適用于各種應(yīng)用，例如，醫(yī)學(xué)，工業(yè)或保安。
此外，該過(guò)程可以產(chǎn)生a節(jié)步驟中重復(fù)次數(shù)與固態(tài)檢測(cè)器總面積相乘的大面積連續(xù)圖像。
最好是，每個(gè)副板包括耦合到高度集成電子閱讀裝置的固態(tài)檢測(cè)器，可編程邏輯控制單元和信息存儲(chǔ)裝置。
固態(tài)檢測(cè)器是某種類(lèi)型和厚度的室溫檢測(cè)器，它適合于提供高的量子效率，與利用曝光照相膠片的X射線(xiàn)系統(tǒng)比較，允許利用大大減小的輻射劑量俘獲圖像。
最好是，數(shù)據(jù)收集步驟和活動(dòng)支座的運(yùn)動(dòng)步驟是同時(shí)進(jìn)行的，從而減小得到樣本數(shù)字圖像所需的時(shí)間。
用于處理數(shù)據(jù)收集裝置得到數(shù)據(jù)的步驟包括把信息存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到處理單元，再現(xiàn)和處理圖像，以及顯示圖像。
最好是，信息存儲(chǔ)裝置是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)。顯然，可以利用其他類(lèi)型的存儲(chǔ)器。
最好是，處理單元是個(gè)人計(jì)算機(jī)。
按照本發(fā)明的一個(gè)特征，準(zhǔn)直器有多個(gè)通孔，這些通孔的位置和尺寸與副板上安裝的固態(tài)檢測(cè)器一致。若輻射劑量不是重要的因素，則也可以不利用準(zhǔn)直器。
因此，當(dāng)希望利用X射線(xiàn)曝光樣本得到圖像時(shí)，所述X射線(xiàn)穿透準(zhǔn)直器的通孔，僅僅曝光位于通孔以下和副板上安裝的固態(tài)檢測(cè)器以上的部分樣本。就是說(shuō)，樣本的位置是在準(zhǔn)直器與副板之間。
與使用該方法的應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)，可以選取不同的參數(shù)。因此，固態(tài)檢測(cè)器的厚度可以在10μm與1cm之間，最好是在300μm與2mm之間；固態(tài)檢測(cè)器的表面面積是在1mm×1mm與100mm×100mm之間，最好是在5mm×5mm與15mm×15mm之間；以及X射線(xiàn)源產(chǎn)生的X射線(xiàn)能量是在1KeV與2MeV之間。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，用于產(chǎn)生數(shù)字圖像裝置的特征是，包括有主板的檢測(cè)模塊，主板上排列多個(gè)副板，檢測(cè)模塊固定到活動(dòng)支座；安裝在主板與X射線(xiàn)源之間的準(zhǔn)直器；和處理單元，用于處理數(shù)據(jù)收集裝置得到的數(shù)據(jù)。
因此，我們得到一種用于產(chǎn)生沿二維掃描數(shù)字圖像的裝置，它可以產(chǎn)生與主板面積相同的連續(xù)圖像。原則上，主板的面積可以任意大，所以，它適合于各種應(yīng)用，例如，醫(yī)學(xué)，工業(yè)和保安。
此外，在數(shù)字圖像的情況下，利用合適的圖形算法，可以容易顯示，存儲(chǔ)和處理數(shù)字圖像。
此外，檢測(cè)和圖像俘獲模塊的結(jié)構(gòu)可以減小散射光子。這個(gè)特征與以下的事實(shí)相結(jié)合，補(bǔ)償來(lái)自檢測(cè)模塊的漏電流和工作在單個(gè)電子計(jì)數(shù)模式，可以?xún)?yōu)化電子閱讀裝置，從而允許被檢測(cè)對(duì)象有低的對(duì)比度。
顯而易見(jiàn)，檢測(cè)模塊是由小的單元(副板)構(gòu)成，在功能失效的情況下可以進(jìn)行替換。這意味著，檢測(cè)器有高性能和長(zhǎng)的平均壽命，從而提高它的效益。
類(lèi)似地，在選取所使用的半導(dǎo)體類(lèi)型方面，上述的特征具有靈活性。
每個(gè)副板包括耦合到集成電子閱讀裝置的固態(tài)檢測(cè)器，可編程邏輯控制單元和信息存儲(chǔ)裝置?？梢园芽删幊踢壿嬁刂茊卧托畔⒋鎯?chǔ)裝置安裝在副板之外。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，副板的相對(duì)尺寸和固態(tài)檢測(cè)器的相對(duì)尺寸取決于步驟次數(shù)，即，執(zhí)行主板掃描運(yùn)動(dòng)的方式。
最好是，信息存儲(chǔ)裝置是可以高速讀出和寫(xiě)入的存儲(chǔ)器。
按照本發(fā)明的一個(gè)特征，準(zhǔn)直器有多個(gè)通孔，這些通孔的位置和尺寸與副板上安裝的固態(tài)檢測(cè)器一致。
此外，用于處理數(shù)據(jù)收集裝置得到數(shù)據(jù)的處理單元是個(gè)人計(jì)算機(jī)。
與該裝置使用的領(lǐng)域有關(guān)，可以選取不同的參數(shù)。因此，固態(tài)檢測(cè)器的厚度可以在10μm與1cm之間，最好是在300μm與2mm之間；固態(tài)檢測(cè)器的表面面積是在1mm×1mm與100mm×100mm之間，最好是在5mm×5mm與15mm×15mm之間；以及X射線(xiàn)源產(chǎn)生的X射線(xiàn)能量是在1KeV與2MeV之間。


為了更好地理解所有上述的內(nèi)容，借助于非限制性的例子，一些附圖示意和唯一地描述實(shí)際情況的實(shí)施例。
圖1是用于測(cè)量由63塊副板構(gòu)成的25×20cm的主板示意圖，它作為本發(fā)明的目的產(chǎn)生數(shù)字圖像的部分裝置；圖2是圖1所示主板上許多相同副板中一個(gè)副板的示意圖；圖3是按照本發(fā)明的目的用于產(chǎn)生數(shù)字圖像的方法流程圖；和圖4表示本發(fā)明裝置的運(yùn)行順序，這是在四個(gè)步驟中實(shí)施掃描的情況下得到圖像所需要的。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，按照本發(fā)明的目，產(chǎn)生數(shù)字圖像的裝置中的主板1是作為多個(gè)副板2的支座，這些副板2占有相鄰的位置。主板1是高質(zhì)量和高平整度的大面積印刷電路板。
每個(gè)副板2(圖2)包括最好工作在室溫下的固態(tài)檢測(cè)器3(SSD)，固態(tài)檢測(cè)器3耦合到高度集成的電子閱讀裝置(FEE，前端電子裝置)(未畫(huà)出)；電子閱讀裝置的可編程邏輯控制單元4(PLC，可編程邏輯控制器)，它是由一個(gè)處理器或若干個(gè)可編程端口組成；和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器5(RAM)。
最好是，副板2上固態(tài)檢測(cè)器3的排列和主板1上副板2的排列具有高精確度。檢測(cè)器3，副板2和主板1上都有標(biāo)記，允許它們進(jìn)行總體對(duì)準(zhǔn)。通過(guò)提供用于對(duì)準(zhǔn)的修正文件(軟件修正)，可以減小位置的容差。
安裝了全部副板2的主板1連接到二維活動(dòng)支座(未畫(huà)出)上并可精確地調(diào)整其運(yùn)動(dòng)。與支座連接的還有安裝在主板1與X射線(xiàn)源之間的準(zhǔn)直器(未畫(huà)出)，準(zhǔn)直器通孔的尺寸和位置與副板2上安裝的固態(tài)檢測(cè)器3一致。主板1，副板2和活動(dòng)支座的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)單元的運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明的裝置還包括標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAQ)和個(gè)人計(jì)算機(jī)，個(gè)人計(jì)算機(jī)作為圖像曝光和圖像分析的單元。
因此，產(chǎn)生數(shù)字圖像的過(guò)程如以下所示。
首先，在樣本上的某個(gè)位置上開(kāi)始，在步驟6中(圖3)，通過(guò)X射線(xiàn)源與主板1之間安裝的準(zhǔn)直器，所述X射線(xiàn)源產(chǎn)生的X射線(xiàn)曝光一個(gè)區(qū)域。X射線(xiàn)僅僅穿過(guò)準(zhǔn)直器中的通孔，并僅僅曝光通孔以下和固態(tài)檢測(cè)器3以上的部分樣本，固態(tài)檢測(cè)器3安裝在副板2上。
借助于電子閱讀器部分和數(shù)據(jù)采集裝置，在X射線(xiàn)使樣本曝光期間，在步驟7立刻和同時(shí)得到固態(tài)檢測(cè)器3產(chǎn)生的數(shù)據(jù)；和在步驟8移動(dòng)活動(dòng)支座到樣本的另一個(gè)區(qū)域，然后，再次執(zhí)行步驟6使X射線(xiàn)曝光所述區(qū)域。
一旦執(zhí)行了預(yù)定次數(shù)的以上步驟，預(yù)定次數(shù)是由判定步驟9確定，執(zhí)行處理步驟10，用于處理每個(gè)副板2上隨機(jī)存取存儲(chǔ)器5存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。把所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到個(gè)人計(jì)算機(jī)，個(gè)人計(jì)算機(jī)的作用是處理單元，再現(xiàn)和處理圖像，并把它顯示在監(jiān)視器上。在此之后，可以存儲(chǔ)或改進(jìn)圖像。
以下，描述本發(fā)明一個(gè)典型但非限制性的例子，解釋如何得到數(shù)字乳房X射線(xiàn)照片。在這個(gè)例子中，重要的是副板2的尺寸小于固態(tài)檢測(cè)器3激活面積的2倍，因此，圖像是通過(guò)四次掃描過(guò)程產(chǎn)生的。
基于本發(fā)明的一個(gè)具體例子是工作在環(huán)境溫度下的鎘鋅碲CdZnTe固態(tài)檢測(cè)器，借助于壓焊技術(shù)連接到包含所有電子閱讀裝置的相同尺寸芯片上。在此情況下，固態(tài)檢測(cè)器3的尺寸是由芯片所確定，面積為1.4cm×1.4cm，這意味著，它覆蓋約2cm2的圖像面積。芯片本身規(guī)定的像素為55μm×55μm。副板2的尺寸必須小于2.8cm×2.8cm。芯片的尺寸不是重要的。本發(fā)明可應(yīng)用于較小尺寸的芯片。事實(shí)上，芯片的尺寸越小，活動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)就越小，所以，俘獲圖像所需的時(shí)間就較短。
主板1包含63(9×7)個(gè)排列成棋盤(pán)形式的副板，所以，主板的尺寸約為25cm×20cm，這是乳房X射線(xiàn)照片系統(tǒng)的典型尺寸(圖1)。在主板1有15×15個(gè)副板2的情況下，可以獲得的X射線(xiàn)照片面積為42cm×42cm，這是胸部X射線(xiàn)照片的典型尺寸。
借助于主板1的移動(dòng)，從位置1開(kāi)始(圖4)，移動(dòng)安裝主板的平臺(tái)3次，其順序?yàn)檠豿方向-1.4cm，沿y方向+1.4cm，和再沿x方向+1.4cm，如圖4所示，可以得到完整的圖像。借助于這種按順序的移動(dòng)，每個(gè)檢測(cè)器單元覆蓋的有效面積是8cm2，而X射線(xiàn)照片區(qū)域的總面積是504cm2。準(zhǔn)直器包含63個(gè)按照這樣方式排列的通孔，這些通孔與檢測(cè)單元的激活區(qū)域一致。
在副板2上安裝固態(tài)檢測(cè)器和在主板1上安裝所述副板2的方式，以及平臺(tái)移動(dòng)的步長(zhǎng)可以小于像素尺寸的事實(shí)，確保每個(gè)檢測(cè)單元所攝的兩個(gè)圖像之間略有重疊(小于像素尺寸)。
為了在檢測(cè)單元的基礎(chǔ)上再現(xiàn)8cm2的圖像，這個(gè)過(guò)程僅是如下所示在位置1(圖4)，光子束照射0.1秒。然后，檢測(cè)單元移動(dòng)到位置2，所需時(shí)間為0.2秒。在這0.2秒時(shí)間內(nèi)，把來(lái)自芯片的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)器單元，而系統(tǒng)可以進(jìn)行下一次曝光。在主板1(圖1)從位置1(圖4)移動(dòng)到位置2期間，X射線(xiàn)束停止發(fā)射。這是利用有觸發(fā)選通裝置的X射線(xiàn)管實(shí)現(xiàn)的。然后，重復(fù)到位置3和位置4(圖4)的以上所有步驟。
因此，總的曝光時(shí)間等于任何特定位置的總曝光時(shí)間(0.1秒)與4次曝光相乘，再加上移動(dòng)時(shí)間(0.2秒)與3次移動(dòng)相乘，即，4×0.1秒+3×0.2秒＝1秒盡管我們僅僅描述一個(gè)具體的實(shí)施例，本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員顯然明白，在不偏離所附權(quán)利要求書(shū)規(guī)定的保護(hù)范圍條件下，上述的方法和裝置可以有各種變化和改動(dòng)，以上的所有細(xì)節(jié)可以用技術(shù)上相當(dāng)?shù)膬?nèi)容代替。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生數(shù)字圖像的方法，包括a.重復(fù)預(yù)定次數(shù)的以下步驟-利用X射線(xiàn)源發(fā)射的X射線(xiàn)通過(guò)準(zhǔn)直器曝光(6)樣本的一個(gè)區(qū)域，僅僅曝光準(zhǔn)直器與某些副板(2)之間放置的部分樣本，這些副板(2)構(gòu)成部分的主板(1)，并固定到活動(dòng)支座-借助于電子閱讀系統(tǒng)和數(shù)據(jù)收集裝置，得到(7)X射線(xiàn)使樣本曝光產(chǎn)生的數(shù)據(jù)；-移動(dòng)(8)活動(dòng)支座到樣本的另一個(gè)區(qū)域；b.借助于處理單元，處理(10)數(shù)據(jù)收集裝置得到的數(shù)據(jù)，以便獲得樣本的完整數(shù)字圖像。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，數(shù)據(jù)收集步驟(6)和活動(dòng)支座移動(dòng)步驟(8)是同時(shí)進(jìn)行的。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，用于處理數(shù)據(jù)收集裝置得到數(shù)據(jù)的步驟(10)包括把信息存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到處理單元，再現(xiàn)和處理圖像，以及顯示圖像。
4.一種產(chǎn)生數(shù)字圖像的裝置，包括X射線(xiàn)源和數(shù)據(jù)收集裝置，其特征是，它包括有主板(1)的檢測(cè)模塊，主板(1)上排列多個(gè)副板(2)，檢測(cè)模塊固定到活動(dòng)支座；安裝在主板(1)與X射線(xiàn)源之間的準(zhǔn)直器；和處理單元，用于處理數(shù)據(jù)收集裝置得到的數(shù)據(jù)。
5.按照權(quán)利要求4的裝置，其特征是，每個(gè)副板(2)包括耦合到集成電子閱讀裝置的固態(tài)檢測(cè)器(3)，可編程邏輯控制單元(4)和信息存儲(chǔ)裝置(5)。
6.按照權(quán)利要求5的裝置，其特征是，可編程邏輯控制單元(4)和信息存儲(chǔ)裝置(5)是在副板(2)之外。
7.按照權(quán)利要求4和5的裝置，其特征是，副板(2)的相對(duì)尺寸和固態(tài)檢測(cè)器(3)的相對(duì)尺寸取決于步驟的次數(shù)，即，執(zhí)行主板(1)掃描運(yùn)動(dòng)的方式。
8.按照權(quán)利要求5的裝置，其特征是，信息存儲(chǔ)裝置是具有高速讀出和寫(xiě)入的存儲(chǔ)器單元。
9.按照權(quán)利要求4的裝置，其特征是，準(zhǔn)直器有多個(gè)通孔，它們的位置和尺寸與副板(2)上安裝的固態(tài)檢測(cè)器一致。
10.按照權(quán)利要求4的裝置，其特征是，用于處理數(shù)據(jù)收集裝置得到數(shù)據(jù)的處理單元是個(gè)人計(jì)算機(jī)。
11.按照以上權(quán)利要求中任一個(gè)的裝置，其特征是，固態(tài)檢測(cè)器(3)的厚度是在10μm與1cm之間，最好是在300μm與2mm之間。
12.按照以上權(quán)利要求中任一個(gè)的裝置，其特征是，固態(tài)檢測(cè)器(3)的表面面積是在1mm×1mm與100mm×100mm之間，最好是在5mm×5mm與15mm×15mm之間。
13.按照以上權(quán)利要求中任一個(gè)的裝置，其特征是，X射線(xiàn)源產(chǎn)生的X射線(xiàn)能量是在1keV與2MeV之間。
全文摘要
在重復(fù)以下步驟的方法中通過(guò)準(zhǔn)直器使X射線(xiàn)曝光(6)樣本的一個(gè)區(qū)域，僅僅曝光放置在準(zhǔn)直器與主板上某些副板之間的部分樣本；得到(7)曝光樣本產(chǎn)生的數(shù)據(jù)；和移動(dòng)(8)活動(dòng)支座到樣本的另一個(gè)區(qū)域。其次，處理數(shù)據(jù)以得到完整的數(shù)字圖像。該裝置包括X射線(xiàn)源，數(shù)據(jù)收集裝置，有主板的檢測(cè)模塊，主板上有排列的副板，安裝在主板與X射線(xiàn)源之間的準(zhǔn)直器，和用于處理數(shù)據(jù)的處理單元。得到?jīng)]有尺寸限制的連續(xù)圖像。
文檔編號(hào)G01T1/29GK1571929SQ02820842
公開(kāi)日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2002年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月21日
發(fā)明者莫赫塔爾·什梅薩尼, 恩里克·費(fèi)爾南德斯 申請(qǐng)人:達(dá)爾特斯能源物理學(xué)院