专利名称：单曝光式双能量x射线k边成象技术的制作方法
专利说明 本发明属于X射线成像技术领域。
X射线能量减影成像是X射线数字成像技术中的一种。目前，国际上采用的双能量减影成像方法有以下三种 1.双能量扫描投影法将X射线源按一定频率交替发射高、低两种能量的扇束X射线，使用CT探头分别隔行接收，经插值组合直接得到两幅数字图象，然后减影。
2.双能量双曝光胶片法利用快速换片器分别在高低两种能量的X射线下各曝光一次，产生两幅不同能量的胶片影像，数字化后作能量减影。
3.双能量单曝光介质过滤胶片法在暗盒中同时放置两幅胶片，中间由过滤物质隔开，由于到达过滤介质后面胶片上的X射线中，低能光子被吸收，所以通过一次曝光就可得到两幅不同能量地影像。随即数字化，并减影成像。
上述已有技术的参考文献 有F.GrahamSommeretal的 DigitalPrdcessingofFilmRadicgraphs(AmericanJournalofReentgenclcgy，Vol144.pp191-195，1985.) 及Dual-energyScannedProjectionRadiography.(AppliedRadiology，Vcl.11(2)P59-66.1982.) 在传统的X射线投影图像中，由于成像时投影路径上不同组织成份(如胸部的肋骨、肺及其它软组织)的相互重叠，丢失了诊断所关心的组织器管影像信息，限制了其应用范围和使用价值。
本发明目的在于利用两种不同能量X射线下影像的减影来检测到传统方法所丢失的病变信息，从而为影像自动诊断提供有效的原始数据，扩大减影技术在胸腹、乳腺、心血管等疾病诊断中的应用。
图1为本发明的实验装置原理图，图中，1为X射线源，2为被成像的物体，3为X射线接受介质(1)，4为X射线过滤介质，5为X射线接收介质(Ⅱ)。
图2为人体各种组织成份对X射线的衰减系数曲线，图中E表示X射线的能量，μ表示物质对X射线的衰减系数，6表示软组织(B)，7表示骨头(W)，8表示碘。
假设目前成像部位由骨头(B)和软组织(W)两种物质构成，则根据放射物理学，X射线源发出的具有某一能量E的单色射线强度IE源源和经过人体衰减的X射线强度IE间有以下关系
即AE＝μWElW+μBElB(2) 式中μWE、μBE分别是能量E穿过软组织和骨头时的衰减系数，lW，lB是软组织和骨头在射线穿越路径上的厚度 AE＝-ln(IE/IE源) 若用单能量射线在低(L)、高(H)两个能量值下照射人体，则有 AL＝μWLlW+μBLlB AH＝μWHlW+μBHlB(3) 其中AL、AH是可以检测到的已知量。由于在同一能量下不同组织成份的X射线衰减系数不同，且在不同能量下它们的变化呈现非线性特征，因此，利用以上方程组可以选择性地约去一个未知量lW或lB。使得结果仅与骨头或软组织的衰减有关，相应地也就得到了骨头或软组织的影像。
本发明利用了物质对X射线衰减的K边特性，一次曝光即可获得两幅不同能量成份的影像。其主要原理是在医学影像诊断所使用的X射线能量范围内，造成X射线衰减的物理机制为光电吸收效应和康普顿散射。其中，尤其是对原子序数较高的元素，光电吸收效应占主要地位，光电吸收是指入射光子的能量被物质原子中某一能级上的电子吸收，使该电子产生跃迁，并因此造成X射线的衰减，由于原子核外电子能级的量子化特性，物质的X射线衰减系数曲线在某些能量值上出现突跳(如图2曲线3所示)称作该物质吸收边。即物质中将收有一K层电子吸收X射线光子后电离而造成的衰减系数的跳变。
当X射线光子的能量恰好能被物质中的一个K层电子吸收并使之电离时，由此造成的X射线衰减系数的跳变，称作该物质的K吸收边。若X射线在K边附近有一能量分布，则经过衰减后的射线能谱在K边的高低两侧的变化应有一定的区别性，因此，可以利用单曝光方式一次性获取两幅不同能量影像。
假设图1所示的接收介质(3)、(5)上接收到的X射线能量强度为I3和I5，并将X射线能谱中能量低或高于过滤介质K吸收的部分分别记为IL及IH，且在K边附近过滤介质的衰减曲线近似如图4所示的形状。图4为过滤介质K边附近衰减系数的变化曲线，E为X射线能量，μ为物质对X射线的衰减系数。
图3为到达接收介质(3)的X射线能谱。
图5为到达接收介质(5)的X射线的能谱。
则有方程组 I3＝IL+IH
其中，μ介L、μ介H分别是介质在K边两侧的衰减系数，l介是过滤介质的厚度。
由于μ介L≠μ介H，且I3和I5是已知的检测量所以从方程组(4)可求得IL和IH，然后利用方程组(3)送到计算机进行双能量减影。
实施例本发明可以使用X射线胶片，也可以用X射线探头加以实现，无论采用何种方法，均只用普通的医用X射线源。
用胶片实现时，需要一个特制的暗盒，其中同时放置两幅胶片，中间用特定的过滤介质隔开，经过一次曝光，即可得到两幅不同的胶片影像，影像胶片作常规的暗室处理后，送入专用的数字图象处理系统，实施能量减影。
用X射线的探头实现时可在普通X射线探头上装上特定的过滤介质片，然后将普通探头和过滤探头以适当的方式排列起来，于是两种探头各自组成一组接受介质，而得到不同能量的信息，这些信息直接数字化后送入后处理设备，根据两种探头的排列方式，组合出两幅影像，然后作能量减影。
权利要求
1、一种单曝光式双能量X射线减影成象方法，其特征在于利用了过滤介质对X射线衰减的K边特性，即到达介质后的接收射线胶片或探头(3)(5)上的X射线中高能光子衰减更加厉害，因而摄取到两幅差异明显的影像，送入计算机图象处理设备进行减影成像。
2、根据权利要求1所述的单曝光式双能量K边减影成像方法，其特征在于X射线源采用普通的X射线源(1)，影像接收装置用普通的胶片或X射线探头，在采用胶片时，有一个特制的暗盒，其型狈胖昧椒浩 )、(5)，中间用特定的过滤介质(4)分开，在采用X射线探头时，一只是普通的射线探头(3)，另一只是在普通的X射线探头上装有特定的过滤介质片(4)构成(5)，然后将其二者用适当的方式排列起来，而构成一组接收介质来获得不同能量信息。
3、根据权利要求1、2所述的单曝光式双能量K边减影成象方法及设备，其特征在于使用普通医用X射源及特制的胶片暗盒获取两幅不同的胶片影像，作常规的暗室处理后，送入专用数字图象处理系统实施能量减影。
全文摘要
单曝光式双能量X射线K边投影成像方法使用普通的医用X射线源和特制的胶片暗盒，通过一次X射曝光即可获得两幅不同的胶片影像。影像胶片作常规的暗室处理后，送入专用的数字图象处理系统，实施能量减影，可以获得比传统的X射线投影成象探测到更多的病变信息。可广泛应用于胸腹、乳腺、以及心血管系统等成像诊断之中。
文档编号H01L29/84GK1038162SQ89103429
公开日1989年12月20日 申请日期1989年5月25日 优先权日1988年5月27日
发明者章明, 韦钰 申请人:东南大学