X射线检查中的动态剂量减小的制作方法
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 以在本文中非限制地用于表示多元件检测器阵列的元件，或整个 检测器阵列，或检测器模块，包括预处理电子器件，如上下文所述。
[0049] 当应用于参数或位置的变化时，副词"动态地"应当指的是典型地响应一些测量根 据时间改变这样的参数或位置。
[0050] 当应用于参数或位置的变化时，副词"适应性地"应当指的是响应一些测量改变这 样的参数或位置。
[0051] 当在本文中使用时并且在任何附带的权利要求中，电子束可以被说成由两种（或 更多种）"不同能量"表征，这意味着电子束包括一系列脉冲，其中的一些脉冲由第一能量 表征，并且其它脉冲由另一能量表征。第一能量例如可以被称为低能量（LE)，而另一能量例 如再次可以被称为高能量01E)。当然也可以有任何数量的中间能量。
[0052] 撞击在x射线产生靶上的不同电子能量的脉冲通过轫致辐射产生不同的x射线 谱，端点能量由相应的入射能量波束的不同能量控制。
[0053] 根据现在参考图2-13描述的本发明的实施例，提供例如用于形成各种横截面形 状的x射线束（如笔形或扇形波束）的各种技术和系统。根据本发明的实施例的x射线发 射系统200的典型部件在图2中显示。本发明的一些实施例特别适合于高能量x射线扫描 器。电子加速结构201使来自电子源205的电子束203达到期望的高能量，如上所述。
[0054] 电子束203撞击在x射线产生靶207 (通常是钨）上并且经由轫致辐射过程产生 x射线209。电子束203撞击在x射线产生靶207上的位置在本文中可以被称为x射线焦 点（或"焦点"）211。在本发明的某些实施例中，波束聚焦和控制系统可以插入电子加速结 构201和X射线产生靶207之间。加速结构201可以被理解为包含任何加速器，例如非限 制地包括直线加速器。加速结构和x射线产生靶合起来在本文中可以被称为"x射线源"。
[0055] 用于屏蔽不想要的x射线的焦点准直器211后面接着一个或多个源准直器213和 另外的屏蔽部件。源准直器213在本文中也可以被称为"内准直器"，并且后面可以接着一 个或多个后续的外准直器215。
[0056] 在电子源205产生脉冲的情况下，由x射线发射系统200发射的x射线209可以 由每个脉冲的x射线剂量表征。在本文中为了方便起见，由x射线发射系统200发射的脉 冲可以被称为"直线加速器脉冲"。
[0057] 本发明的实施例提供在x射线扫描的过程期间通过改变如上所述的x射线发射系 统200的一个或多个部件的参数动态地改变和调节每个脉冲的剂量。动态剂量控制可以在 由检测器18 (在图1中显示）生成的信号的基础上由处理器19 (在图1中显示）的命令执 行，所述检测器布置成检测来自x射线发射系统200的辐射，所述辐射典型地通过透射通 过其中与被检查对象（在图1中显示）相互作用。处理器19通过插入滤波器或通过改变 x射线发射系统的部件的一个或多个参数动态地改变和调节每个脉冲的剂量以便保持由一 个或多个检测器18生成的检测器信号低于指定值或限度。
[0058] 为了启发目的并且非限制地，根据本发明的脉冲到脉冲剂量减小的方法可以表征 如下，并且应当理解一些方法可以使用列举基础中的一个以上：
[0059] ?基于x射线束滤波器的方法
[0060] 〇全束滤波器
[0061] 〇部分束滤波器
[0062] ?基于x射线束准直的方法 [0063]〇可变束宽度
[0064]〇减小焦点开口
[0065] ?基于变化波束源参数的方法
[0066]〇每秒脉冲的数量的变化
[0067] 〇直线加速器脉冲的持续时间的变化
[0068]〇x射线产生靶上的直线加速器能量或电子电流的变化
[0069] 〇一种能量的单位时间的脉冲与第二能量的脉冲的比率的变化
[0070]?基于x射线焦点的方法
[0071] 〇焦点位置的变化
[0072] 〇焦点焦距的变化
[0073] 如上所述，前述方法不需要是相互排他的，并且对于某些应用，可以使用任何两种 或更多种方法的兼容组合。
[0074] 现在更详细地描述本发明的若干示例性实施例。
[0075]全束滤波器
[0076] 波束滤波器通过吸收一定量的x射线衰减波束。（当在本文中参考电磁辐射使用 时，术语"量"可以非限制地表示能量、功率、波谱分布或它们的任何组合）。可以利用波束 滤波器中的大量低能量x射线光子的选择性吸收。实际上，吸收典型地随着能量减小，在低 于衰减开始由康普顿散射主导的能量下显著（吸收减小的指数系数为~^ 3)。因此，插入 全束滤波器时剂量的减小远远大于图像质量减小所付出的代价。平移x射线滤波器300在 图3中被描绘并且是全束滤波器的例子。
[0077]楔形滤波器（平移）
[0078] 参考图3,由具有已知性质的x射线吸收材料（例如，如钢）形成的平移x射线滤 波器300在焦点211的前面平移预定长度以在源准直器213的入口处产生具有减小剂量率 的合成x射线束209。前述的x射线吸收材料可以在本文中称为"滤波器"。滤波器的每个 位置对应于每个脉冲的特定x射线剂量。滤波器可以在检查过程阶段期间移动到对应于下 一个脉冲或下一组脉冲追求的剂量率的位置。例如，滤波器可以响应检测到透射通过被检 查对象或在扫描货运车辆的驾驶室和拖车之间等而移动。
[0079] 插入波束中的滤波厚度的离散集的阶梯楔的使用有时是期望的。由多种材料组成 的非线性轮廓或楔也可以在本发明的范围内使用。
[0080] 旋转滤波器
[0081] 参考图4,由具有已知性质的x射线吸收材料（例如，钢）形成的旋转x射线滤波 器（或"旋转滤波器"）400在焦点211的前面旋转预定角以在源准直器213的入口处产生 具有减小剂量率的合成x射线束209。以类似于上面参考平移滤波器所述的方式，旋转滤波 器400的每个位置对应于预测量x射线剂量率。旋转滤波器在检查过程阶段期间或响应测 量到透射通过被检查对象而旋转以产生下一个脉冲追求的剂量率。
[0082] 部分束滤波器
[0083] 常常出现的情况是受到x射线检查的货物的仅仅一部分包含高衰减材料。货物的 这些致密区域常常仅仅横截竖直方向上的波束的一部分。通过部分地阻挡波束，这些致密 区域可以被隔离全通量，而在相同扫描行上在它上方或下方的不太致密区域可以被强滤波 使得它们接收减小通量。这将远多于仅仅调节全行的系统调制强度。
[0084] 现在参考图5A-?描述在本发明的范围内可以用于实现前述调制的两个系统。在 两个系统中，致动器（未显示）将一个或多个滤波器元件移动到波束中。在图5A的俯视图 和图5B的透视图中显示的一个实施例中，使用二元滤波器块的系统。每个块具有两个位 置：波束中和波束外。指定区域的滤波量由波束中的块的数量确定。波束方向上的块的数 量确定滤波水平的数量。垂直于波束方向的块的数量确定可以竖直隔离的货物的区域的数 量。
[0085] 实现前述调制的另一方式是用一系列阶梯滤波器（或楔形滤波器），如图5C中的 俯视图和图?中的透视图中所示。这类似于在前述部分中所述的系统，区别在于代替二元 滤波器块（如图5A中），每个滤波器块是阶梯，滤波水平的数量由阶梯的数量给出。该方法 的主要优点在于它需要更少的移动部件。主要缺点在于每个部件更复杂，并且滤波器到达 期望水平要走更长距离，因此响应将不那么快。
[0086]减小焦点开口
[0087] 现在参考图6,通过动态地修改如图所示的可变间隙内准直器600( -件或多件准 直器）的几何形状生成可变波束宽度。可变间隙准直器600的两侧对称地移动以改变间隙 602从而产生对称的波束剖面，同时允许剂量率在检查阶段之间或响应透射通过被检查对 象的x射线水平而变化。在到达货物的剂量和散射到环境的剂量和孔径602的尺寸之间有 线性相关。
[0088] 在图7中所示的另一实施例中，旋转准直器700通过产生波束轴线704和准直器 213的剩余部分和旋转准直器内的孔径702之间的角而产生可变间隙。
[0089] 可变脉冲率
[0090] 由操作者观察的x射线图像的每个像素通常包含从平均或处理多个直线加速器 脉冲获得的信息。在该方法中在扫描期间当被检查对象中的x射线衰减的量变化时每秒直 线加速器脉冲的数量动态地变化使得由操作者观察的图像中的每个像素的对比度-噪声 比率不会明显地减小。
[0091] 直线加速器脉冲的可变长度
[0092] 通过缩短直线加速器脉冲的持续时间可以在逐脉冲的基础上改变x射线脉冲的 通量，如图8中所示，并且如通过引用合并于本文中的美国专利第6, 459, 761和6, 067, 344 号中所述，
[0093]X射线产生靶上的可变直线加速器能量或电子电流
[0094] 通过电子撞击在x射线产生靶上经由轫致辐射产生的x射线通量与入射在靶上的 电子电流成正比。通过在逐脉冲的基础上改变电流，可以线性地调节x射线通量。
[0095] 对于在MeV范围内由轫致辐射靶产生的x射线，剂量率大致随着电子束的能量的 三次幂变化。通过甚至少量地改变波束的高能组成，可以明显地调节脉冲之间的剂量率。直 线加速器能量或电子电流的调节（因此改变合成X射线束的波谱或通量特性）可以响应在 X射线束透射通过被检查对象或由被检查对象散射之后检测到的福射而 实现。
[0096] 更特别地，在脉冲流基于在脉冲之间的多个能量之间改变电子束的情况下，每个 相应的能量脉冲的单位时间的脉冲的数量可以在透射通过被检查对象之后检测到的x射 线束的基础上变化。因此，例如，如果脉冲流由序列表征，如HE、LE、HE、LE等，该序列可以 被修改以加倍LE脉冲与HE脉冲的比率，由此降低入射在靶上的平均剂量率。
[0097] -种能量相对于另一种的单位时间的脉冲的比率可以在本文中称为"生成的x射 线束的不同能量的脉冲的比率"。
[0098] 焦点位置的变化
[0099]X射线焦点211 (在图2中显示）是穿过正被检查的对象并且散射到环境中或由检 测器记录的x射线209的起点。由于电子光学器件的物理性质强加的限制，焦点具有有限 尺寸，通常为大约一到三毫米，并且具有类似于高斯分布的典型分布。由于仅仅窄x射线束 用于使用一维检测器阵列成像，因此产生的多数x射线必须通过屏蔽和准直阻挡。如果焦 点的任何部分通过屏蔽或准直被遮掩，则到达检测器的x射线的量（如上所述）减小。为 了最大化x射线剂量率，准直典型地设计成使得焦点不被遮掩，如图9A中所示。然而，该性 质可以用于改变脉冲之间的剂量率。
[0100] 因此，当在下一脉冲上追求低剂量时，在加速器（电子加速结构201的例子）快要 启动之前，电子束聚焦和控制系统被调节使得x射线焦点将相对于准直器偏移预定距离， 如图9B中所示。偏移导致x射线的预定部分在准直器和屏蔽中被吸收，导致波束平面中的 低x射线剂量。校准图可以用于建立焦点位移和入射在被检查对象上的剂量率之间的关 系。
[0101] 焦点焦距的变化
[0102] 在逐脉冲的基础上，电子束聚焦和控制系统（电子加速结构201的一部分，在图2 中显示）可以用于在与电子束的传播重合的方向上散焦电子束203。散焦产生焦点211，所 述焦点发射与当电子束203完全聚焦在靶207上时相同的x射线量（如上所述）（如通过 图10A中的源准直器213观察的），但是在更大的表面上（如通过图10B中的准直器213观 察的）。焦点的一部分由准直器213遮掩，导致波束平面中的低剂量。再次地，基于电子束 聚焦和x射线剂量率之间的预校准关系调节剂量率。在图11中绘制两个聚焦状态的焦点 分布。
[0103] 焦点剖面和位置的联合变化是使用多种动态技术优化每个脉冲的剂量的例子。
[0104] 应当理解前述的方法可以与多个能量源结合使用（无论多种能量在离散脉冲中 还是在单脉冲过程期间被发射），或与本领域中已知的任何其它源配置或操作的方案结合 使用。
[0105] 在x射线源配置成产生具有至少两种不同能量（在本文中称为低能量（LE)和高 能量（HE))的交错脉冲的情况下，可以使用如图12的流程图中所示的算法。
[0106] 前述X射线脉冲可以被称为具有相应能量^和WH和每个脉冲的剂量IVDH(当在 本文中使用时，"能量"表征X射线脉冲，如果脉冲由单能量表征，称为波束中的最高能量X 射线）。
[0107] 为了提供本发明的实施例，进行以下假设：
[0108] 鲁x射线发射系统200能够产生具有可变比率的LE和HE脉冲（例如，LE/HE= 9:1…=1:1…=1:9)，其中LE和HE指的是由相应的端点能量WjPWH表征的脉冲的相对 发射频率。
[0109] 鲁x射线发射系统200能够以可变脉冲重复频率（PRF)(例如，在50到400pps的 范围内）运转。
[0110] ?加速器结构201可以包括双能直线加速器，或替代地，加速器结构201可以包括 多能电子回旋加速器。
[0111] 鲁多个X射线检测器可以用于监测透射信号，其中，为了本申请的目的，术语"透 射信号"表示在特定位置透射通过被检查对象的x射线束209 (在图2中显示）的部分。
[0112] 鲁根据本发明的实施例，提供适合于监测由受到扫描的货物导致的最大衰减A的 控制器，分别地，所述最大衰减对于LE脉冲为A(L)并且对于HE脉冲为A(H)。
[0113] ?控制器比较最大衰减和预设阈值并且将信号发送到X射线源以设定合适的LE/ HE比率、PRF和扫描速度。
[0114] 根据本发明的实施例，提供适合于监测由受到扫描的货物导致的最大衰减A的控 制器，分别地，所述最大衰减对于LE脉冲为A(L)并且对于HE脉冲为A(H)。控制器还适合 于比较最大衰减和预设阈值并且将信号发送到X射线源以设定合适的LE/HE比率、PRF和 扫描速度。
[0115] 现在参考图12描述可以在根据上述的系统中使用的扫描算法。
[0116]扫描在"低"PRF下开始于LE/HE=NQ(例如，NQ= 9:1;PRF=lOOpps)。控制 器然后比较低能量脉冲的最大衰减和第一阈值I；(L)(基于低能量穿透能力限定）。直到 A(L)MjL)，扫描在缺省模式下运转。
[0117] 如果以上条件（AaXTjL))不成立，则x射线源生成下一个脉冲作为HE脉冲。
[0118] 控制器分析LE和HE两个脉冲的衰减并且进一步限定如图12中所示的扫描条件， 其中LE/HE比率、PRF和扫描速度在基于直线加速器的x射线源的监测衰减的基础上变化。
[0119] 在本文中提供的例子涉及方法步骤或系统元件的特定组合的情况下，应当理解那 些步骤或那些元件可以以其它方式组合以实现x射线剂量减小的相同目的。另外，单个设 备特征可以满足权利要求的单独叙述元件的要求。本文中所述的发明的实施例旨在仅仅是 示例性的；本领域的技术人员将显而易见变化和修改。所有这样的变化修改旨在属于如任 何附带的权利要求中限定的本发明的范围内。
【主权项】
1. 一种用于动态地调节X射线剂量的方法，所述方法包括： a. 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； b. 在源准直器处准直X射线束； C.检测横穿被检查对象的X射线束的一部分；以及 d.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。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述滤波器是全束滤波器。3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述滤波器优选吸收低能量X射线。4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述滤波器的吸收取决于滤波器位置。5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述滤波器是楔形滤波器。6. 根据权利要求4所述的方法，其中所述滤波器的吸收相对于滤波器位置以阶梯方式 变化。7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述滤波器是部分束滤波器。8. -种用于动态地调节X射线剂量的方法，所述方法包括： a. 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； b. 在源准直器处准直X射线束； C.检测横穿被检查对象的X射线束的一部分；以及d.改变所述源准直器的孔径的参数。9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述改变的步骤包括改变所述源准直器的孔径尺 寸。10. 根据权利要求8所述的方法，其中所述改变的步骤包括改变所述焦点和所述源准 直器的相对位置。11. 一种用于动态地调节X射线剂量的方法，所述方法包括： a. 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； b. 在源准直器处准直X射线束；以及 c. 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改变表征所述 焦点的尺度。12. 根据权利要求11所述的方法，其中改变表征所述焦点的尺度包括散焦所述焦点。13. -种用于动态地调节X射线剂量的方法，所述方法包括： a. 通过在焦点处将至少两种不同能量的电子束的脉冲撞击在X射线产生靶上生成X射 线束；以及 b. 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射线束的不 同能量的脉冲的比率。14. 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射线系统包括： a. 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； b. 用于准直X射线束的源准直器； c. 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； d. 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；以及 e.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。15. 根据权利要求14所述的X射线系统，其中所述动态可插入滤波器是全束滤波器。16. 根据权利要求14所述的X射线系统，其中所述动态可插入滤波器是部分束滤波器。
【专利摘要】用于动态地调节x射线剂量的方法和x射线系统。x射线束被生成并且在源准直器处被准直并且在x射线束横穿被检查对象之后被检测。通过以保持横穿被检查对象的x射线束的部分低于指定限度的方式在源的焦点和源准直器之间平移滤波器，可以动态地插入所述滤波器。替代地，源准直器的孔径可以在尺寸上或相对于焦点的位置上变化。
【IPC分类】G01V5/00, G01N23/02
【公开号】CN104903708
【申请号】CN201480003927
【发明人】D-C.丁卡, M.罗梅尔, S.范里, A.萨弗斯基
【申请人】美国科技工程公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年1月2日
【公告号】CA2894235A1, EP2941634A1, US20140192958, WO2014107493A1
【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 以在本文中非限制地用于表示多元件检测器阵列的元件，或整个 检测器阵列，或检测器模块，包括预处理电子器件，如上下文所述。
[0049] 当应用于参数或位置的变化时，副词"动态地"应当指的是典型地响应一些测量根 据时间改变这样的参数或位置。
[0050] 当应用于参数或位置的变化时，副词"适应性地"应当指的是响应一些测量改变这 样的参数或位置。
[0051] 当在本文中使用时并且在任何附带的权利要求中，电子束可以被说成由两种（或 更多种）"不同能量"表征，这意味着电子束包括一系列脉冲，其中的一些脉冲由第一能量 表征，并且其它脉冲由另一能量表征。第一能量例如可以被称为低能量（LE)，而另一能量例 如再次可以被称为高能量01E)。当然也可以有任何数量的中间能量。
[0052] 撞击在x射线产生靶上的不同电子能量的脉冲通过轫致辐射产生不同的x射线 谱，端点能量由相应的入射能量波束的不同能量控制。
[0053] 根据现在参考图2-13描述的本发明的实施例，提供例如用于形成各种横截面形 状的x射线束（如笔形或扇形波束）的各种技术和系统。根据本发明的实施例的x射线发 射系统200的典型部件在图2中显示。本发明的一些实施例特别适合于高能量x射线扫描 器。电子加速结构201使来自电子源205的电子束203达到期望的高能量，如上所述。
[0054] 电子束203撞击在x射线产生靶207 (通常是钨）上并且经由轫致辐射过程产生 x射线209。电子束203撞击在x射线产生靶207上的位置在本文中可以被称为x射线焦 点（或"焦点"）211。在本发明的某些实施例中，波束聚焦和控制系统可以插入电子加速结 构201和X射线产生靶207之间。加速结构201可以被理解为包含任何加速器，例如非限 制地包括直线加速器。加速结构和x射线产生靶合起来在本文中可以被称为"x射线源"。
[0055] 用于屏蔽不想要的x射线的焦点准直器211后面接着一个或多个源准直器213和 另外的屏蔽部件。源准直器213在本文中也可以被称为"内准直器"，并且后面可以接着一 个或多个后续的外准直器215。
[0056] 在电子源205产生脉冲的情况下，由x射线发射系统200发射的x射线209可以 由每个脉冲的x射线剂量表征。在本文中为了方便起见，由x射线发射系统200发射的脉 冲可以被称为"直线加速器脉冲"。
[0057] 本发明的实施例提供在x射线扫描的过程期间通过改变如上所述的x射线发射系 统200的一个或多个部件的参数动态地改变和调节每个脉冲的剂量。动态剂量控制可以在 由检测器18 (在图1中显示）生成的信号的基础上由处理器19 (在图1中显示）的命令执 行，所述检测器布置成检测来自x射线发射系统200的辐射，所述辐射典型地通过透射通 过其中与被检查对象（在图1中显示）相互作用。处理器19通过插入滤波器或通过改变 x射线发射系统的部件的一个或多个参数动态地改变和调节每个脉冲的剂量以便保持由一 个或多个检测器18生成的检测器信号低于指定值或限度。
[0058] 为了启发目的并且非限制地，根据本发明的脉冲到脉冲剂量减小的方法可以表征 如下，并且应当理解一些方法可以使用列举基础中的一个以上：
[0059] ?基于x射线束滤波器的方法
[0060] 〇全束滤波器
[0061] 〇部分束滤波器
[0062] ?基于x射线束准直的方法 [0063]〇可变束宽度
[0064]〇减小焦点开口
[0065] ?基于变化波束源参数的方法
[0066]〇每秒脉冲的数量的变化
[0067] 〇直线加速器脉冲的持续时间的变化
[0068]〇x射线产生靶上的直线加速器能量或电子电流的变化
[0069] 〇一种能量的单位时间的脉冲与第二能量的脉冲的比率的变化
[0070]?基于x射线焦点的方法
[0071] 〇焦点位置的变化
[0072] 〇焦点焦距的变化
[0073] 如上所述，前述方法不需要是相互排他的，并且对于某些应用，可以使用任何两种 或更多种方法的兼容组合。
[0074] 现在更详细地描述本发明的若干示例性实施例。
[0075]全束滤波器
[0076] 波束滤波器通过吸收一定量的x射线衰减波束。（当在本文中参考电磁辐射使用 时，术语"量"可以非限制地表示能量、功率、波谱分布或它们的任何组合）。可以利用波束 滤波器中的大量低能量x射线光子的选择性吸收。实际上，吸收典型地随着能量减小，在低 于衰减开始由康普顿散射主导的能量下显著（吸收减小的指数系数为~^ 3)。因此，插入 全束滤波器时剂量的减小远远大于图像质量减小所付出的代价。平移x射线滤波器300在 图3中被描绘并且是全束滤波器的例子。
[0077]楔形滤波器（平移）
[0078] 参考图3,由具有已知性质的x射线吸收材料（例如，如钢）形成的平移x射线滤 波器300在焦点211的前面平移预定长度以在源准直器213的入口处产生具有减小剂量率 的合成x射线束209。前述的x射线吸收材料可以在本文中称为"滤波器"。滤波器的每个 位置对应于每个脉冲的特定x射线剂量。滤波器可以在检查过程阶段期间移动到对应于下 一个脉冲或下一组脉冲追求的剂量率的位置。例如，滤波器可以响应检测到透射通过被检 查对象或在扫描货运车辆的驾驶室和拖车之间等而移动。
[0079] 插入波束中的滤波厚度的离散集的阶梯楔的使用有时是期望的。由多种材料组成 的非线性轮廓或楔也可以在本发明的范围内使用。
[0080] 旋转滤波器
[0081] 参考图4,由具有已知性质的x射线吸收材料（例如，钢）形成的旋转x射线滤波 器（或"旋转滤波器"）400在焦点211的前面旋转预定角以在源准直器213的入口处产生 具有减小剂量率的合成x射线束209。以类似于上面参考平移滤波器所述的方式，旋转滤波 器400的每个位置对应于预测量x射线剂量率。旋转滤波器在检查过程阶段期间或响应测 量到透射通过被检查对象而旋转以产生下一个脉冲追求的剂量率。
[0082] 部分束滤波器
[0083] 常常出现的情况是受到x射线检查的货物的仅仅一部分包含高衰减材料。货物的 这些致密区域常常仅仅横截竖直方向上的波束的一部分。通过部分地阻挡波束，这些致密 区域可以被隔离全通量，而在相同扫描行上在它上方或下方的不太致密区域可以被强滤波 使得它们接收减小通量。这将远多于仅仅调节全行的系统调制强度。
[0084] 现在参考图5A-?描述在本发明的范围内可以用于实现前述调制的两个系统。在 两个系统中，致动器（未显示）将一个或多个滤波器元件移动到波束中。在图5A的俯视图 和图5B的透视图中显示的一个实施例中，使用二元滤波器块的系统。每个块具有两个位 置：波束中和波束外。指定区域的滤波量由波束中的块的数量确定。波束方向上的块的数 量确定滤波水平的数量。垂直于波束方向的块的数量确定可以竖直隔离的货物的区域的数 量。
[0085] 实现前述调制的另一方式是用一系列阶梯滤波器（或楔形滤波器），如图5C中的 俯视图和图?中的透视图中所示。这类似于在前述部分中所述的系统，区别在于代替二元 滤波器块（如图5A中），每个滤波器块是阶梯，滤波水平的数量由阶梯的数量给出。该方法 的主要优点在于它需要更少的移动部件。主要缺点在于每个部件更复杂，并且滤波器到达 期望水平要走更长距离，因此响应将不那么快。
[0086]减小焦点开口
[0087] 现在参考图6,通过动态地修改如图所示的可变间隙内准直器600( -件或多件准 直器）的几何形状生成可变波束宽度。可变间隙准直器600的两侧对称地移动以改变间隙 602从而产生对称的波束剖面，同时允许剂量率在检查阶段之间或响应透射通过被检查对 象的x射线水平而变化。在到达货物的剂量和散射到环境的剂量和孔径602的尺寸之间有 线性相关。
[0088] 在图7中所示的另一实施例中，旋转准直器700通过产生波束轴线704和准直器 213的剩余部分和旋转准直器内的孔径702之间的角而产生可变间隙。
[0089] 可变脉冲率
[0090] 由操作者观察的x射线图像的每个像素通常包含从平均或处理多个直线加速器 脉冲获得的信息。在该方法中在扫描期间当被检查对象中的x射线衰减的量变化时每秒直 线加速器脉冲的数量动态地变化使得由操作者观察的图像中的每个像素的对比度-噪声 比率不会明显地减小。
[0091] 直线加速器脉冲的可变长度
[0092] 通过缩短直线加速器脉冲的持续时间可以在逐脉冲的基础上改变x射线脉冲的 通量，如图8中所示，并且如通过引用合并于本文中的美国专利第6, 459, 761和6, 067, 344 号中所述，
[0093]X射线产生靶上的可变直线加速器能量或电子电流
[0094] 通过电子撞击在x射线产生靶上经由轫致辐射产生的x射线通量与入射在靶上的 电子电流成正比。通过在逐脉冲的基础上改变电流，可以线性地调节x射线通量。
[0095] 对于在MeV范围内由轫致辐射靶产生的x射线，剂量率大致随着电子束的能量的 三次幂变化。通过甚至少量地改变波束的高能组成，可以明显地调节脉冲之间的剂量率。直 线加速器能量或电子电流的调节（因此改变合成X射线束的波谱或通量特性）可以响应在 X射线束透射通过被检查对象或由被检查对象散射之后检测到的福射而 实现。
[0096] 更特别地，在脉冲流基于在脉冲之间的多个能量之间改变电子束的情况下，每个 相应的能量脉冲的单位时间的脉冲的数量可以在透射通过被检查对象之后检测到的x射 线束的基础上变化。因此，例如，如果脉冲流由序列表征，如HE、LE、HE、LE等，该序列可以 被修改以加倍LE脉冲与HE脉冲的比率，由此降低入射在靶上的平均剂量率。
[0097] -种能量相对于另一种的单位时间的脉冲的比率可以在本文中称为"生成的x射 线束的不同能量的脉冲的比率"。
[0098] 焦点位置的变化
[0099]X射线焦点211 (在图2中显示）是穿过正被检查的对象并且散射到环境中或由检 测器记录的x射线209的起点。由于电子光学器件的物理性质强加的限制，焦点具有有限 尺寸，通常为大约一到三毫米，并且具有类似于高斯分布的典型分布。由于仅仅窄x射线束 用于使用一维检测器阵列成像，因此产生的多数x射线必须通过屏蔽和准直阻挡。如果焦 点的任何部分通过屏蔽或准直被遮掩，则到达检测器的x射线的量（如上所述）减小。为 了最大化x射线剂量率，准直典型地设计成使得焦点不被遮掩，如图9A中所示。然而，该性 质可以用于改变脉冲之间的剂量率。
[0100] 因此，当在下一脉冲上追求低剂量时，在加速器（电子加速结构201的例子）快要 启动之前，电子束聚焦和控制系统被调节使得x射线焦点将相对于准直器偏移预定距离， 如图9B中所示。偏移导致x射线的预定部分在准直器和屏蔽中被吸收，导致波束平面中的 低x射线剂量。校准图可以用于建立焦点位移和入射在被检查对象上的剂量率之间的关 系。
[0101] 焦点焦距的变化
[0102] 在逐脉冲的基础上，电子束聚焦和控制系统（电子加速结构201的一部分，在图2 中显示）可以用于在与电子束的传播重合的方向上散焦电子束203。散焦产生焦点211，所 述焦点发射与当电子束203完全聚焦在靶207上时相同的x射线量（如上所述）（如通过 图10A中的源准直器213观察的），但是在更大的表面上（如通过图10B中的准直器213观 察的）。焦点的一部分由准直器213遮掩，导致波束平面中的低剂量。再次地，基于电子束 聚焦和x射线剂量率之间的预校准关系调节剂量率。在图11中绘制两个聚焦状态的焦点 分布。
[0103] 焦点剖面和位置的联合变化是使用多种动态技术优化每个脉冲的剂量的例子。
[0104] 应当理解前述的方法可以与多个能量源结合使用（无论多种能量在离散脉冲中 还是在单脉冲过程期间被发射），或与本领域中已知的任何其它源配置或操作的方案结合 使用。
[0105] 在x射线源配置成产生具有至少两种不同能量（在本文中称为低能量（LE)和高 能量（HE))的交错脉冲的情况下，可以使用如图12的流程图中所示的算法。
[0106] 前述X射线脉冲可以被称为具有相应能量^和WH和每个脉冲的剂量IVDH(当在 本文中使用时，"能量"表征X射线脉冲，如果脉冲由单能量表征，称为波束中的最高能量X 射线）。
[0107] 为了提供本发明的实施例，进行以下假设：
[0108] 鲁x射线发射系统200能够产生具有可变比率的LE和HE脉冲（例如，LE/HE= 9:1…=1:1…=1:9)，其中LE和HE指的是由相应的端点能量WjPWH表征的脉冲的相对 发射频率。
[0109] 鲁x射线发射系统200能够以可变脉冲重复频率（PRF)(例如，在50到400pps的 范围内）运转。
[0110] ?加速器结构201可以包括双能直线加速器，或替代地，加速器结构201可以包括 多能电子回旋加速器。
[0111] 鲁多个X射线检测器可以用于监测透射信号，其中，为了本申请的目的，术语"透 射信号"表示在特定位置透射通过被检查对象的x射线束209 (在图2中显示）的部分。
[0112] 鲁根据本发明的实施例，提供适合于监测由受到扫描的货物导致的最大衰减A的 控制器，分别地，所述最大衰减对于LE脉冲为A(L)并且对于HE脉冲为A(H)。
[0113] ?控制器比较最大衰减和预设阈值并且将信号发送到X射线源以设定合适的LE/ HE比率、PRF和扫描速度。
[0114] 根据本发明的实施例，提供适合于监测由受到扫描的货物导致的最大衰减A的控 制器，分别地，所述最大衰减对于LE脉冲为A(L)并且对于HE脉冲为A(H)。控制器还适合 于比较最大衰减和预设阈值并且将信号发送到X射线源以设定合适的LE/HE比率、PRF和 扫描速度。
[0115] 现在参考图12描述可以在根据上述的系统中使用的扫描算法。
[0116]扫描在"低"PRF下开始于LE/HE=NQ(例如，NQ= 9:1;PRF=lOOpps)。控制 器然后比较低能量脉冲的最大衰减和第一阈值I；(L)(基于低能量穿透能力限定）。直到 A(L)MjL)，扫描在缺省模式下运转。
[0117] 如果以上条件（AaXTjL))不成立，则x射线源生成下一个脉冲作为HE脉冲。
[0118] 控制器分析LE和HE两个脉冲的衰减并且进一步限定如图12中所示的扫描条件， 其中LE/HE比率、PRF和扫描速度在基于直线加速器的x射线源的监测衰减的基础上变化。
[0119] 在本文中提供的例子涉及方法步骤或系统元件的特定组合的情况下，应当理解那 些步骤或那些元件可以以其它方式组合以实现x射线剂量减小的相同目的。另外，单个设 备特征可以满足权利要求的单独叙述元件的要求。本文中所述的发明的实施例旨在仅仅是 示例性的；本领域的技术人员将显而易见变化和修改。所有这样的变化修改旨在属于如任 何附带的权利要求中限定的本发明的范围内。
【主权项】
1. 一种用于动态地调节X射线剂量的方法，所述方法包括： a. 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； b. 在源准直器处准直X射线束； C.检测横穿被检查对象的X射线束的一部分；以及 d.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。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述滤波器是全束滤波器。3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述滤波器优选吸收低能量X射线。4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述滤波器的吸收取决于滤波器位置。5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述滤波器是楔形滤波器。6. 根据权利要求4所述的方法，其中所述滤波器的吸收相对于滤波器位置以阶梯方式 变化。7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述滤波器是部分束滤波器。8. -种用于动态地调节X射线剂量的方法，所述方法包括： a. 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； b. 在源准直器处准直X射线束； C.检测横穿被检查对象的X射线束的一部分；以及d.改变所述源准直器的孔径的参数。9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述改变的步骤包括改变所述源准直器的孔径尺 寸。10. 根据权利要求8所述的方法，其中所述改变的步骤包括改变所述焦点和所述源准 直器的相对位置。11. 一种用于动态地调节X射线剂量的方法，所述方法包括： a. 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； b. 在源准直器处准直X射线束；以及 c. 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改变表征所述 焦点的尺度。12. 根据权利要求11所述的方法，其中改变表征所述焦点的尺度包括散焦所述焦点。13. -种用于动态地调节X射线剂量的方法，所述方法包括： a. 通过在焦点处将至少两种不同能量的电子束的脉冲撞击在X射线产生靶上生成X射 线束；以及 b. 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射线束的不 同能量的脉冲的比率。14. 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射线系统包括： a. 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； b. 用于准直X射线束的源准直器； c. 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； d. 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；以及 e.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。15. 根据权利要求14所述的X射线系统，其中所述动态可插入滤波器是全束滤波器。16. 根据权利要求14所述的X射线系统，其中所述动态可插入滤波器是部分束滤波器。
【专利摘要】用于动态地调节x射线剂量的方法和x射线系统。x射线束被生成并且在源准直器处被准直并且在x射线束横穿被检查对象之后被检测。通过以保持横穿被检查对象的x射线束的部分低于指定限度的方式在源的焦点和源准直器之间平移滤波器，可以动态地插入所述滤波器。替代地，源准直器的孔径可以在尺寸上或相对于焦点的位置上变化。
【IPC分类】G01V5/00, G01N23/02
【公开号】CN104903708
【申请号】CN201480003927
【发明人】D-C.丁卡, M.罗梅尔, S.范里, A.萨弗斯基
【申请人】美国科技工程公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年1月2日
【公告号】CA2894235A1, EP2941634A1, US20140192958, WO2014107493A1
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