[發(fā)明專利]CRASER裝置、成像系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210220510.0
• 申請(qǐng)日: 2012-06-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102969650A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S.M.李
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號(hào): H01S4/00
• 分類號(hào): H01S4/00;G01N23/04;A61B6/00
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 姜甜;劉春元

本發(fā)明是在美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局給予的合同號(hào)HROO11-10-(2-0045)下、利用政府支持完成的。政府在本發(fā)明中擁有某些權(quán)利。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開(kāi)涉及激光器、成像裝置和方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明公開(kāi)涉及利用從激光器的x射線能量發(fā)射的激光器、成像裝置和方法。

背景技術(shù)

已知的是使用x射線光子來(lái)產(chǎn)生諸如行李、工業(yè)部件、人或動(dòng)物的目標(biāo)的內(nèi)部部分的圖像。計(jì)算機(jī)斷層攝影和分層攝影是使用寬帶電離輻射的成像技術(shù)的示例。

對(duì)于以多個(gè)不同能級(jí)使用寬帶電離輻射或光子來(lái)說(shuō)，醫(yī)用成像中存在若干缺點(diǎn)。甚高能級(jí)可能因增加圖像中的噪聲而降低信噪比水平。據(jù)稱，在患者身體中，甚低能級(jí)被吸收，這可能導(dǎo)致基于輻射的問(wèn)題(如癌癥)的增大風(fēng)險(xiǎn)。為了解決此問(wèn)題，一些醫(yī)用成像器利用濾波器來(lái)濾除最低能量光子。這些濾波器確實(shí)濾除較低能量，但是它們也減少了較高能量光子的數(shù)量。因此，結(jié)果是醫(yī)用成像器缺乏形成清晰圖像所需的強(qiáng)度。

一些醫(yī)用成像器稱為多能量成像器，其以兩個(gè)或兩個(gè)以上能量成像。通過(guò)利用兩個(gè)能量，圖像中的成分上不同的材料比以單個(gè)能量成像時(shí)更容易區(qū)分。目前的多能量成像系統(tǒng)通過(guò)以不同電壓(例如，80?kVp和140?kVp)操作x射線源管而由不同能量域形成圖像。然后，在最簡(jiǎn)單的分析中，可以減去圖像以產(chǎn)生主要由從80至140?keV的較高能量形成的圖像，但是低于80?keV的一些能量仍存在。理想情況下，將僅由80至140?keV的光子形成的圖像與低于80?keV的能量產(chǎn)生的圖像比較，將能夠在不同成分的材料之間實(shí)現(xiàn)清晰區(qū)分。但是，在實(shí)踐中，“高能量”圖像中通常存在低于80?keV的能量，從而在最終圖像分析中引入顯著的困難和復(fù)雜性。

一些醫(yī)用成像器稱為4D成像器。此類成像器常常用于產(chǎn)生心臟圖像，以使醫(yī)務(wù)人員能夠確認(rèn)患者是否存在任何心臟有關(guān)的問(wèn)題或異常，例如動(dòng)脈梗阻或阻塞。這些成像器的工作方式是將患者置于重達(dá)數(shù)百磅的管內(nèi)。一旦妥當(dāng)?shù)貙⒒颊叨ㄎ唬瑒t管以快速的角速度旋轉(zhuǎn)。利用此類成像的一個(gè)問(wèn)題是靜息(rest)時(shí)?-?即，心跳之間的心臟的清晰圖像所需的短時(shí)間。健康成人可能具有60至80跳/分鐘(bpm)的靜息心率。該心率與如年齡、體重、身高和體質(zhì)的多個(gè)變量相適應(yīng)。健康較差的人以及坦率來(lái)說(shuō)更可能利用此類成像器的人具有遠(yuǎn)超過(guò)60?bpm，有時(shí)高達(dá)150?bpm或更高的靜息心率。已發(fā)現(xiàn)，由于x射線源的重量的原因，使該源以需要的高速自旋是非常困難的。因此，在大比例人群中獲得靜息心率的高質(zhì)量圖像是非常困難的。

正在使用的某些治療技術(shù)利用電離輻射來(lái)解決健康問(wèn)題。例如，要治療前列腺癌，一種治療技術(shù)包括將放射性微球(radioactive?bead)置入前列腺中以破壞腫瘤。利用此技術(shù)的一個(gè)問(wèn)題是，來(lái)自這些放射性微球的輻射是各向同性的，從而導(dǎo)致例如股骨的其他區(qū)域的照射，從而可能導(dǎo)致白血病的增大風(fēng)險(xiǎn)。

醫(yī)療領(lǐng)域外使用電離輻射的成像技術(shù)中存在其他缺點(diǎn)。例如，目前的貨物檢查通常包括對(duì)集裝箱自身內(nèi)的貨物內(nèi)容成像。這常常通過(guò)將貨物集裝箱放在拖車上，并將拖車引導(dǎo)到x射線源與檢測(cè)器之間的某個(gè)位置。

某些目前的x射線源配置透射發(fā)散的x射線。但是，為了能夠一次通過(guò)地對(duì)整個(gè)貨物集裝箱成像，x射線源必須與貨物集裝箱相距很遠(yuǎn)，約二分之一英里左右。因?yàn)楫?dāng)x射線到達(dá)貨物集裝箱時(shí)最終撞擊貨物集裝箱的它們已發(fā)散如此多，所以x射線通量密度極其低，從而需要長(zhǎng)曝光時(shí)間，約20分鐘或更長(zhǎng)。在港口日卸貨100與1000個(gè)貨物集裝箱之間的情況下，這樣長(zhǎng)的成像時(shí)間對(duì)于每個(gè)集裝箱是不切實(shí)際的。以100至1000倍或更大通量密度形成較小的輻射束能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)集裝箱的掃描式檢查。

用于成像印刷電路板(PCB)的成像技術(shù)通常缺乏處理層數(shù)不斷增加的PCB的必要強(qiáng)度。再者，工業(yè)部件檢查中使用的成像技術(shù)也存在所需強(qiáng)度不足的問(wèn)題。此類成像器是在幾乎連續(xù)基礎(chǔ)上使用的并利用欠強(qiáng)大但是使用壽命較長(zhǎng)的x射線管。缺乏所需的強(qiáng)度導(dǎo)致無(wú)法查看復(fù)雜的細(xì)節(jié)，例如渦輪葉片中的裂紋或檢查每個(gè)部件的不穩(wěn)定。

期望x射線成像技術(shù)檢查例如海下立管，其用于將油和/或天然氣從海底鉆井提升到水面。檢查有時(shí)用于確定立管中是否正在形成任何裂紋。但是，當(dāng)前的x射線管未提供足夠的x射線通量以使此類成像檢查切合實(shí)際。具有足夠能量(約為500?kVp)以及x射線通量的工業(yè)x射線源重達(dá)幾百磅且產(chǎn)生如此小的x射線通量，以致于用于成像的數(shù)據(jù)采集時(shí)間約為數(shù)十小時(shí)或更長(zhǎng)。在此時(shí)間期間，立管往往隨著海岸波浪移動(dòng)而移動(dòng)，這妨礙海下立管形成清晰的圖像。