[發明專利]激光驅動的X射線醫療成像設備及其成像方法

無效

• 申請號: 201310157729.5
• 申請日: 2013-05-02
• 公開（公告）號: CN103230281A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 陳黎明
• 申請（專利權）人: 陳黎明
• 主分類號: A61B6/00
• 分類號: A61B6/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及激光驅動的超快硬X射線醫療成像設備及其成像方法。

背景技術

近年來，每年患癌癥的人數呈遞增趨勢，目前已達到260萬人/年。而每年因為癌癥死亡的人數現在已經大于180萬人，平均五年的死亡率將近30％，到2015年死亡率預計將上升至50％，總數過500萬人/年。由于醫生和診斷治療的儀器水平的不足，社會不得不面臨即將到來的癌癥災難。而我們目前治療癌癥的方法包括化學藥物治療、手術治療和癌癥腫瘤放射治療，都對人體的傷害巨大，因此早期診斷的重要性要遠遠大于治療。

以乳腺癌診斷為例，傳統觀點上，當腫瘤尺寸大于等于1cm時被診斷稱為早期診斷，但臨床發現此時腫瘤大多形成已三年以上，癌細胞很大幾率已經擴散，且不可恢復。因此，有人提出新的早期診斷觀點，那就是腫瘤尺寸小于等于0.5cm時少見擴散，診斷發現時間比傳統觀點上的1cm分辨短了0.5-1年，治愈率大于90％，因此0.5cm以下的腫瘤診斷是很重要的。

同步輻射光源被證明可以廣泛應用于各種研究，但是，由于其設備巨大，操作復雜，費用高，不能進行體檢式排查，在實際醫學應用中具有很大的局限性。普通體檢用X射線光管其源尺寸太大，通常為200um-300um，成像分辨率不高，只能分辨直徑為1cm的癌細胞，也無法應用于體檢式的醫療早期診斷和早期治療。微米X光管其源尺寸也有可能做成十幾微米進行長時間的成像診斷，但源產生的X射線通量非常低不適合進行體檢式排查。

發明內容

本發明提供一種X射線醫療成像設備的成像方法，包括：輸出頻率為100Hz、能量為600mJ、中心波長為800nm、脈寬為60fs的激光脈沖束；用離軸拋物面鏡(OAP)聚焦上述激光束，焦斑直徑為10μm；將聚焦后的激光束打到固體鉬靶上，在聚焦區域與固體靶相互作用而產生十幾個keV的硬X射線；利用硬X射線進行生物體成像。

其中所述激光脈沖束的脈寬為60飛秒，聚焦區域激光平均強度大于5×1016W/cm2，所述激光脈沖束的對比度值小于10-5。

本發明還提供一種X射線醫療成像設備，包括：鈦寶石激光器，用于產生輸出頻率為100Hz、能量為600mJ、中心波長為800nm、脈寬為60fs的激光脈沖束；聚焦光學元件離軸拋物鏡(OAP)，用于聚焦上述激光脈沖束至10μm焦斑；固體鉬靶，將聚焦后的激光脈沖束打到該固體靶上，激光脈沖束在聚焦區域與固體靶相互作用而產生十幾keV的硬X射線；成像裝置(Fujifilm?SR-2025Image?Plates)和讀出裝置(Fujifilm?1800II?Scanner)。

其中固體靶可根據需要選擇Mo靶、Ta靶或Ag靶等。

本發明提供的激光驅動的用于醫療成像設備的X射線源，是超強超快的硬X射線源，其尺寸小于10μm，成像的分辨率可以得到很大的提高，并且具有高的X射線通量，特別是小尺寸源下的高通量，以其10-5高能量轉換效率，可進行短時間內高分辨率的成像，非常適合于腫瘤的早期診斷，為癌癥的早期診斷提供了可能，可以實際應用在大多數的診所和醫院。

附圖說明

以下參照附圖對本發明實施例作進一步說明，其中：

圖1.本發明的X射線醫療成像設備的結構示意圖。

圖2.本發明的X射線源得到的K殼層X射線光譜圖(2a)和能譜圖(2b)。

圖3.本發明的X射線源與傳統X射線光管在分辨率(3a)和調制傳遞函數(3b)的比較。

具體實施方式

本發明所使用的術語“超快X射線”取其在本領域內的常規含義，指的是脈沖時間尺度為飛秒(fs)量級的X射線。“超強超快激光”是指脈沖時間尺度為飛秒量級且能量密度很強的激光，該能量密度大于5×1016。激光的“對比度”是預脈沖和主脈沖強度的比值，其值越小越好，預脈沖的增大會導致電子的無效加熱，從而減小X射線流強，在本發明中采用小于10-5量級的對比度。“硬X射線”是指光子能量大于10keV的X射線，相對來說，“軟X射線”是光子能量小于1keV的X射線。“lp”是line?pair的縮寫，是指“線對”。“lp/mm”是本領域公知的用來標示分辨率的物理量。

超強超快激光與Mo等固體靶相互作用可產生等離子體并輻射出超強超快硬X射線，本發明基于該原理，利用上述超強超快硬X射線作為醫療成像源。通過改變激光和相互作用條件，如優化激光對比度和脈寬、優化激光焦斑的尺寸以及成像板與成像物的位置等，即可產生最小的超強超快硬X射線源以及得到最大的成像分辨率。

實施例1