數(shù)字式x射線攝影儀的制作方法

專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)字式x射線攝影儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總體說(shuō)來(lái)，本發(fā)明涉及X射線設(shè)備及其使用方法；具體來(lái)說(shuō)，涉及配備一臺(tái)獨(dú)立的X射線檢測(cè)器的便攜式X射線設(shè)備、將此類(lèi)便攜式X射線設(shè)備用作數(shù)字式X射線照相機(jī)的方法、以及配備此類(lèi)便攜式X射線設(shè)備的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人們對(duì)常規(guī)的X射線管和X射線設(shè)備(含有X射線管的設(shè)備)的了解和使用已有很長(zhǎng)時(shí)間了。遺憾的是，它們通常十分龐大，并由笨重的高壓電源供電，這限制了其移動(dòng)性。此外，它們使用起來(lái)一般都很困難和費(fèi)時(shí)。在許多情況下，必須將分析樣本送到遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)室用X射線設(shè)備分析。
對(duì)于涉及X射線設(shè)備的眾多廣泛應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這些限制是非常不便的。此類(lèi)應(yīng)用包括土壤、水、金屬、礦石、井孔等的X射線熒光(XRF)檢測(cè)，以及衍射和鍍層厚度測(cè)量。典型的X射線成像應(yīng)用要求將需要成像的樣本放到X射線設(shè)備前。此類(lèi)限制讓開(kāi)發(fā)便攜式X射線設(shè)備的呼聲日益高漲。請(qǐng)參閱，例如，美國(guó)專(zhuān)利6,661,876、6,459,767、6,038,287和6,205,200，美國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利申請(qǐng)2003/0048877、2003/0002627和2003/0142788，以及歐洲專(zhuān)利號(hào)EP0946082、EP0524064、EP0247758、EP0784965和EPO488991。其全部?jī)?nèi)容在此引入作為參考。
許多此類(lèi)現(xiàn)有設(shè)計(jì)提高了X射線設(shè)備的便攜性。但與此同時(shí)，此類(lèi)設(shè)計(jì)受到幾種因素的制約。首先，大部分設(shè)計(jì)并非真正便攜，因?yàn)樗鼈儾捎猛庵秒娫聪到y(tǒng)(即需要公共電網(wǎng)提供線電壓)。其次，某些便攜式設(shè)計(jì)(特別是XRF系統(tǒng))采用內(nèi)置或“集成式”電源系統(tǒng)，此類(lèi)設(shè)計(jì)沒(méi)有X射線成像應(yīng)用通常所需的X射線管高電流負(fù)載。例如，能量分散式XRF通常要求X射線的射束電流在1毫安以下，而X射線成像應(yīng)用通常要求在約2毫安以上。最后，此類(lèi)設(shè)計(jì)通常用鉛屏蔽X射線管的輻射。鉛非常重，限制了設(shè)備的便攜性。
圖像顯示組件進(jìn)一步限制了高便攜性設(shè)計(jì)。用來(lái)顯示X射線分析結(jié)果的優(yōu)質(zhì)成像顯示組件很難集成到便攜式X射線設(shè)備的機(jī)殼設(shè)計(jì)中，因此，許多便攜式設(shè)計(jì)在放置X射線管的機(jī)架或機(jī)殼外部配置圖像顯示組件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及便攜式X射線設(shè)備及其使用方法。該設(shè)備配備一個(gè)由內(nèi)置式電源系統(tǒng)供電的X射線管。X射線管用一種含高Z物質(zhì)的低密度絕緣材料屏蔽。該設(shè)備也可具有一個(gè)集成的顯示組件。此類(lèi)組件降低了X射線設(shè)備的尺寸和重量，并增強(qiáng)了設(shè)備的便攜性。該設(shè)備也可配備從結(jié)構(gòu)上來(lái)講不依附于X射線設(shè)備，因而是獨(dú)立的檢測(cè)組件。因此，也可將X射線設(shè)備用作數(shù)字式X射線照相機(jī)。便攜式X射線設(shè)備特別適合于對(duì)便攜性要求比較高的應(yīng)用，例如現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)、遠(yuǎn)程操作、以及諸如療養(yǎng)院、家庭保健或課堂教學(xué)等移動(dòng)應(yīng)用。在多診室醫(yī)療診所或多手術(shù)椅牙科診所中，這種便攜性特別有用。在那里，一臺(tái)X射線設(shè)備可用作多個(gè)診室的數(shù)字式X射線照相機(jī)，而不是每個(gè)診室一臺(tái)。


對(duì)本發(fā)明的下述說(shuō)明可根據(jù)圖片來(lái)理解，其中圖1-2從本發(fā)明的一個(gè)方面說(shuō)明X射線設(shè)備；圖3從本發(fā)明的另一個(gè)方面說(shuō)明X射線設(shè)備；圖4從本發(fā)明的再一個(gè)方面說(shuō)明X射線設(shè)備；圖5從本發(fā)明的一個(gè)方面說(shuō)明X射線管和X射線設(shè)備的電源；圖6-7從本發(fā)明的一個(gè)方面說(shuō)明X射線設(shè)備的電源以及所述電源與X射線設(shè)備的連接方法；圖8從本發(fā)明的一個(gè)方面說(shuō)明X射線設(shè)備的X射線管；圖9說(shuō)明傳統(tǒng)配置中的傳統(tǒng)X射線管；圖10-12從本發(fā)明的一個(gè)方面說(shuō)明X射線設(shè)備，以及；
圖13-17從本發(fā)明的另一個(gè)方面說(shuō)明X射線設(shè)備；圖1-17說(shuō)明本發(fā)明的某些方面并且是說(shuō)明書(shū)的一部分。
圖中可能將組件的厚度和結(jié)構(gòu)放大顯示，以便清晰觀看。不同圖紙中的相同編號(hào)代表相同的組件。上述圖片和下述說(shuō)明一起展示并解釋本發(fā)明的原理。
具體實(shí)施例方式
以下描述詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的特定細(xì)節(jié)，以便對(duì)本發(fā)明有透徹的理解。但本領(lǐng)域技術(shù)人員都知道，沒(méi)有這些特定細(xì)節(jié)也可以實(shí)施本發(fā)明。事實(shí)上，通過(guò)修改本文所述的方法及由此生成的產(chǎn)品也可實(shí)施本發(fā)明，而且它可以與業(yè)內(nèi)常用的儀器和技術(shù)一起使用。盡管本發(fā)明被描述為用于牙科的X射線成像，但也可用于其他醫(yī)療應(yīng)用，如醫(yī)學(xué)成像、獸醫(yī)和骨密度計(jì)量。此外，它還可用于非牙科和非醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如工業(yè)成像、金屬疲勞檢測(cè)、針對(duì)裂縫/虛焊和縮孔的焊接檢查、以及對(duì)包裹和手提行李進(jìn)行隨機(jī)檢查的安檢等。
如上所述，本發(fā)明包括一臺(tái)便攜式X射線設(shè)備。該設(shè)備主要適合于遠(yuǎn)程使用和/或診所應(yīng)用，包括多診室診所。X射線設(shè)備可設(shè)計(jì)為手持式或臨時(shí)固定在某個(gè)位置上，例如安裝在三腳架上。此外，本發(fā)明也可安裝在任何其他半穩(wěn)定儀器上，如常見(jiàn)于放射性應(yīng)用并在上述出版物中有所描述的鉸接臂或C型臂。
X射線設(shè)備的便攜性體現(xiàn)在可以用手從一個(gè)位置移到另一個(gè)位置，而無(wú)須借助任何機(jī)械設(shè)備。由于采用內(nèi)置電源系統(tǒng)，設(shè)備的使用位置不受任何外部固定電源(如家庭或辦公室常用的、由公共電網(wǎng)提供的交流電)的約束。該設(shè)備還配備檢測(cè)組件。此類(lèi)檢測(cè)組件并沒(méi)有從結(jié)構(gòu)上依附于X射線設(shè)備，因而是獨(dú)立的組件。對(duì)外部電源的獨(dú)立性和獨(dú)立的檢測(cè)組件是上述便攜式X射線設(shè)備的主要特性。
如圖1-2所示，本發(fā)明的X射線設(shè)備10配備一個(gè)機(jī)殼或機(jī)架20，用來(lái)放置設(shè)備的所有內(nèi)部組件。機(jī)殼20內(nèi)置一個(gè)X射線管30，用于產(chǎn)生X射線。X射線設(shè)備10包括一個(gè)電源系統(tǒng)(包括電源40)，為設(shè)備10及X射線檢測(cè)裝置，如膠片、CCD傳感器或成像板(未顯示)，提供電源。X射線設(shè)備10還配備顯示分析結(jié)果的組件如內(nèi)置圖像顯示屏(圖4所示的60)、控制組件(如控制器70)、以及保護(hù)設(shè)備操作人員免受試樣后向散射線輻射的屏蔽器80。
X射線設(shè)備10還配備保證操作效率的本領(lǐng)域已知的任何其他組件(如X射線準(zhǔn)直器32)，也包括上述文檔中描述的那些組件。
X射線設(shè)備10包括一個(gè)獨(dú)特的X射線設(shè)備供電系統(tǒng)。該X射線設(shè)備供電系統(tǒng)由電源40、電源34和轉(zhuǎn)換器組成。本發(fā)明的X射線設(shè)備所用的電源40可以是能夠提供所需電量的任何本領(lǐng)域已知的電源，只要符合X射線設(shè)備的尺寸限制即可。就本發(fā)明而言，電源由電池所組成，如14.4VNiCd蓄電池組。電源可以用任何適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行充電，如使用可充電電池時(shí)將其連接到適當(dāng)?shù)碾娫措妷骸?br> 從本發(fā)明的一個(gè)方面來(lái)說(shuō)，電源40可以從X射線設(shè)備10的其余部分卸下來(lái)。就本發(fā)明的這方面而言，電源40還包括將電源40連接到X射線設(shè)備10的機(jī)械和電氣連接裝置。電氣和機(jī)械連接裝置可以是任何本領(lǐng)域已知的裝置。如圖6所述，電氣連接裝置由一個(gè)上部帶有電氣連接器42的延伸件41組成，機(jī)械連接器則包括釋放機(jī)構(gòu)43a。
如圖7所示，X射線設(shè)備10包括一個(gè)鎖緊機(jī)構(gòu)43b。要將電源40連接到X射線設(shè)備10，請(qǐng)將電源40輕輕推入X射線設(shè)備10的手柄15的底部。完全連接后，電氣連接器42即與X射線設(shè)備10的內(nèi)部電子元件連接。鎖緊機(jī)構(gòu)43b自動(dòng)嚙合，將連接到X射線設(shè)備10的電源40保持就位。要拿掉電源40，需要啟動(dòng)釋放機(jī)構(gòu)43a以松開(kāi)鎖緊機(jī)構(gòu)43b，然后將電源40從手柄15輕輕滑出。
電源40采用任何已知的電氣連接方式電氣連接到轉(zhuǎn)換器，包括上述出版物所述的方式。轉(zhuǎn)換器將電源40提供的初始電壓轉(zhuǎn)換為供電源34使用的轉(zhuǎn)換后的電壓。轉(zhuǎn)換器通常將電源40提供的14.4V(或類(lèi)似電壓)轉(zhuǎn)換為大約80-200V的電壓。就本發(fā)明而言，初始電壓被轉(zhuǎn)換為大約100V的轉(zhuǎn)換后電壓。以這種方式轉(zhuǎn)換電壓的任何本領(lǐng)域已知的轉(zhuǎn)換器都可以用在本發(fā)明中，包括電源控制板36。
轉(zhuǎn)換器采用電氣方式連接到電源34，電源34將轉(zhuǎn)換器提供的轉(zhuǎn)換后電壓(比如100V)提升到X射線管30可用的電壓。電源34產(chǎn)生的功率以及通過(guò)連接器35輸入X射線管30的電流(如圖8所示)，取決于X射線管的工作功率，以及電源可提供的最大功率。通常，電源34向X射線管30提供的功率在大約20-150kV之間。典型地，電源提供的此類(lèi)功率一般在大約40-100kV之間。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，采用多個(gè)獨(dú)立電源系統(tǒng)集中供電的方式。獨(dú)立電源系統(tǒng)的數(shù)量取決于X射線管所需的電壓、電源34所需的空間、電源可提供的總功率、以及X射線管的電子加速柵極數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所采用的多個(gè)獨(dú)立電源為兩個(gè)(以圖5的45和46表示)，其中，電源45為陽(yáng)極提供正電壓，電源46為陰極提供負(fù)電壓。
每個(gè)獨(dú)立電源系統(tǒng)提供的功率取決于所用的獨(dú)立電源系統(tǒng)的數(shù)量、電源可提供的最大功率、以及X射線管的熱耗散能力。通常，每個(gè)獨(dú)立電源系統(tǒng)提供的功率等于X射線管的總工作功率除以獨(dú)立電源系統(tǒng)的數(shù)量。例如，每個(gè)獨(dú)立電源系統(tǒng)(當(dāng)總共兩個(gè)時(shí))提供的功率在大約20-50kV之間。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，每個(gè)獨(dú)立電源系統(tǒng)(當(dāng)總共兩個(gè)時(shí))提供的功率大約是+35kV和-35kV。具體而言，+35kV連接到X射線管陽(yáng)極，-35kV連接到X射線管陰極。陰極電源包括一個(gè)燈絲變壓器，負(fù)責(zé)向X射線管燈絲提供電流，并在射線管陰極處產(chǎn)生電子束。因此，電源產(chǎn)生的總功率等于單獨(dú)的陽(yáng)極電源的功率和單獨(dú)的陰極電源的功率總和。
采用此類(lèi)單獨(dú)的低壓電源時(shí)，X射線管30的便攜性更佳。傳統(tǒng)X射線管的工作電壓相當(dāng)高(70kV或更高)。因?yàn)殡妷喝绱酥?，再加上需要絕緣高電壓，傳統(tǒng)的X射線管300通常浸沒(méi)在液體密封管套306的絕緣油302(或類(lèi)似材料)中，如圖9所示。絕緣油302還具有消散操作中產(chǎn)生的高溫的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)將所需的工作電壓分由兩個(gè)(或更多)獨(dú)立電源系統(tǒng)提供，每個(gè)獨(dú)立電源系統(tǒng)只需提供(也只需絕緣)一半的高電壓。
由于這種較低的電壓，本發(fā)明的X射線管30可以用高密度油之外的其他材料進(jìn)行封裝。這些材料只需絕緣按比例降低的電壓即可，例如只需絕緣一半的絕緣油所絕緣的電壓，因?yàn)楫a(chǎn)生的電壓約為傳統(tǒng)射線管所用電壓的一半?？刹捎眠@種絕緣方式的任何已知材料都可以用于本發(fā)明，包括低密度材料，如絕緣凝膠、硅橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂及其組合物。絕緣材料以絕緣材料層33的形式提供，它基本上密封了X射線管30，除了射線管實(shí)際放射X射線(即進(jìn)入X射線準(zhǔn)直器32)的部分除外。
絕緣材料層33的厚度只要能滿(mǎn)足上述目的即可。通常，絕緣材料的厚度在大約1/4-1英寸之間。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，如使用硅橡膠，絕緣材料的厚度在大約1/3-1/2英寸之間。根據(jù)本發(fā)明的一方面，絕緣材料包括X射線管外面涂的兩層絕緣材料。第一層由一種絕緣材料組成，第二層由另一種絕緣材料組成。
消除了使用高密度油的需要，從而大幅度降低了設(shè)備的重量。另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是不需要用液體密封管套306盛放液體油302。事實(shí)上，當(dāng)使用諸如硅橡膠之類(lèi)的固體材料時(shí)，是不需要使用任何管套的，即便有可供選擇的管套。根據(jù)本發(fā)明的一方面，通過(guò)不使用管套，而使用與X射線管形狀一致的硅橡膠，絕緣材料的總體積會(huì)大幅度減少。
如圖9所示，傳統(tǒng)的X射線管300也還包括一個(gè)屏蔽裝置，用于吸收X射線管放射的雜散X射線。該屏蔽裝置通常用鉛制成，并結(jié)合在液體密封管套306中。傳統(tǒng)使用鉛是因?yàn)樗袠O好的X射線吸收特性。但鉛屏蔽非常重，制約了X射線設(shè)備的便攜性。本發(fā)明的X射線設(shè)備不使用此類(lèi)鉛屏蔽，減少了X射線設(shè)備所需的額外組件，從而提高了便攜性。代替的是，絕緣材料(如硅橡膠)內(nèi)部散布著一種高Z介質(zhì)。高Z介質(zhì)吸收任何放射的雜散X射線?？墒褂萌魏伪绢I(lǐng)域已知的高Z介質(zhì)，包括Pb、W、Ta、Bi、Ba化合物或其組合。
絕緣材料中的高Z介質(zhì)的濃度以能夠吸收預(yù)計(jì)數(shù)量的雜散X射線為宜。通常，高Z介質(zhì)的濃度在大約30wt％-60wt％之間。根據(jù)本發(fā)明的一方面，高Z介質(zhì)的濃度在大約45wt％-50wt％之間。根據(jù)本發(fā)明的一方面，絕緣材料還包括已知的優(yōu)化導(dǎo)熱性的物質(zhì)，如金屬顆粒或高導(dǎo)熱性材料內(nèi)含物。
本發(fā)明的X射線設(shè)備可選地包括一個(gè)操作人員屏蔽裝置80。操作時(shí)，X射線通常從分析對(duì)象，如患者的牙齒背向散射，使操作人員受到輻射。屏蔽裝置80使操作人員免于此類(lèi)雜散輻射。根據(jù)本發(fā)明的一方面，采用填充了鉛的丙烯酸射線散射屏蔽裝置。
本發(fā)明的X射線設(shè)備還包括設(shè)備操作控制器，任何本領(lǐng)域已知控制器都可用于本發(fā)明。標(biāo)有上下箭頭的膜片開(kāi)關(guān)即為此類(lèi)控制器之一，該開(kāi)關(guān)配備一個(gè)調(diào)整照射時(shí)間的LED讀數(shù)器。相應(yīng)的指示器包括“power on”(接通電源)、“start”(開(kāi)始)和“X-rays on”(X射線開(kāi)啟)LED。如圖1所示，本發(fā)明將控制裝置(控制器70)集成到機(jī)殼20中。另一方面，控制裝置(如控制器76)外置于設(shè)備，用任何已知的電子連接器與設(shè)備的其余部分相連，如電纜72(見(jiàn)圖3)。在上述兩種情況中，控制裝置還包括一個(gè)內(nèi)置于手柄15、被操作人員用于啟動(dòng)(或結(jié)束)X射線照射的觸發(fā)器74。
本發(fā)明還包括X射線檢測(cè)或傳感裝置。對(duì)X射線輻射敏感的任何本領(lǐng)域已知檢測(cè)裝置都可用于本發(fā)明。此類(lèi)檢測(cè)裝置的例子包括X射線接收器、X射線膠片、CCD傳感器、CMOS傳感器、TFT傳感器、成像板和圖像增強(qiáng)器。如圖10所示，根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明的X射線設(shè)備將CCD傳感器50作為檢測(cè)裝置。
X射線設(shè)備還可以包括用于顯示檢測(cè)裝置檢測(cè)到的X射線的顯示裝置，以操作人員可以理解的方式顯示檢測(cè)到的X射線的任何顯示裝置都可用于本發(fā)明?？捎玫娘@示裝置例子包括膠片、成像板、以及諸如陰極射線管(CRT)或液晶顯示屏(LCD)之類(lèi)的數(shù)字圖像顯示器。根據(jù)本發(fā)明的一方面，顯示裝置可用作測(cè)量X射線吸收的光密度計(jì)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，顯示裝置內(nèi)置于X射線設(shè)備的機(jī)殼中。但這種做法會(huì)限制顯示裝置的尺寸，因?yàn)槌叽缣蟮娘@示裝置會(huì)降低設(shè)備的便攜性。就本發(fā)明而言，具有足夠分辨率的任何小型顯示裝置均可用于本發(fā)明，包括液晶顯示屏(LCD)60。
另一方面，本發(fā)明的顯示裝置外置于X射線設(shè)備，此時(shí)可采用適合于大型應(yīng)用(如醫(yī)學(xué)或獸醫(yī)成像)的單獨(dú)成像板(如CMOS或TFT板)。單獨(dú)成像板可連接到本領(lǐng)域已知X射線設(shè)備的其余部分。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，如圖10所示，本發(fā)明的X射線設(shè)備10可以包括檢測(cè)裝置(如CCD傳感器50)和集成的顯示裝置(如LCD顯示屏60)、以及控制裝置(如控制器70)。此類(lèi)組件可以幫助最大程度地減少設(shè)備的尺寸，優(yōu)化X射線設(shè)備的便攜性和用途。
可以用檢測(cè)組件和顯示組件在X射線設(shè)備中臨時(shí)存儲(chǔ)圖像。達(dá)到此類(lèi)臨時(shí)圖像的存儲(chǔ)容量后，可用可選的有線或無(wú)線連接裝置無(wú)縫升級(jí)至外置式電子存儲(chǔ)裝置或系統(tǒng)，如永久性數(shù)據(jù)庫(kù)或本領(lǐng)域已知的桌面電腦。有線或無(wú)線連接可用已知的方式實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，采用無(wú)線連接，因?yàn)樗峁┱嬲谋銛y性，且不受線電壓限制。
在圖10中，檢測(cè)裝置(CCD傳感器50)并沒(méi)有從結(jié)構(gòu)上依附于X射線設(shè)備10。因此，在本發(fā)明的這一方面，檢測(cè)裝置是獨(dú)立的。對(duì)有些已知的便攜式X射線設(shè)備來(lái)說(shuō)，檢測(cè)裝置從結(jié)構(gòu)上依附于X射線設(shè)備。相應(yīng)地，相對(duì)于X射線設(shè)備的其他部分而言，檢測(cè)裝置的位置是固定的。X射線設(shè)備移動(dòng)時(shí)，檢測(cè)裝置也相應(yīng)地移動(dòng)。對(duì)便攜式X射線設(shè)備來(lái)說(shuō)，這種位置的變化是不利的，因?yàn)闄z測(cè)裝置相對(duì)于被成像物的任何移動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致圖像失真和模糊。因?yàn)楸景l(fā)明的檢測(cè)裝置是獨(dú)立的，所以X射線設(shè)備的任何細(xì)微移動(dòng)都不會(huì)導(dǎo)致圖像失真或模糊。另外，當(dāng)檢測(cè)裝置(如CCD傳感器50)從結(jié)構(gòu)上依附于X射線設(shè)備時(shí)，X射線設(shè)備經(jīng)常被配置為與這一特定類(lèi)型(如尺寸和形狀)的CCD傳感器一起使用。但獨(dú)立式檢測(cè)裝置可以和任何特定給定的X射線設(shè)備互換，而無(wú)須從實(shí)質(zhì)上改裝X射線設(shè)備。
在圖10中，檢測(cè)裝置(如CCD傳感器50)通過(guò)任何已知的無(wú)線傳輸機(jī)制與X射線設(shè)備10通信。此類(lèi)無(wú)線傳輸機(jī)制包括802.11協(xié)議、無(wú)線應(yīng)用協(xié)議(WAP)、藍(lán)牙技術(shù)或其組合。本發(fā)明采用藍(lán)牙技術(shù)作為無(wú)線傳輸機(jī)制，檢測(cè)裝置(CCD傳感器50)檢測(cè)到的X射線圖像被傳輸?shù)絏射線設(shè)備10，通過(guò)顯示裝置60即可察看圖像。
可以定制獨(dú)立式檢測(cè)裝置，用于任何類(lèi)型的物體分析。本發(fā)明中的CCD傳感器可以為非扁平式配置(non-flat configurations)。另一方面，CCD傳感器可以有不同的形狀(圖中所示的正方形除外)，例如矩形、圓形、橢圓形、多邊形等等。要增加成像面積，可以將多個(gè)檢測(cè)裝置陣列用電子元件組裝起來(lái)，就像一個(gè)單一的檢測(cè)裝置一樣，成像面積較大。
采用這種獨(dú)立式檢測(cè)裝置的X射線設(shè)備10特別適合牙科行業(yè)。如圖11所示，可以用X射線設(shè)備10分析病人的牙齒90(或多顆牙齒)將牙齒90放在X射線設(shè)備10和CCD傳感器50之間，然后啟動(dòng)X射線設(shè)備。在圖11中，CCD傳感器50通過(guò)任何已知連接線55(或電纜)連接到X射線設(shè)備10，讓傳感器將X射線圖像傳輸?shù)絏射線設(shè)備10。圖12所示為本發(fā)明的類(lèi)似情況，唯一的區(qū)別是用無(wú)線技術(shù)代替了連接線55。
與本發(fā)明的情況類(lèi)似，可以稍稍改裝X射線設(shè)備，以便用于醫(yī)療行業(yè)。在本發(fā)明中，檢測(cè)裝置(如CCD傳感器或CMOS成像板)的尺寸增加了，以捕捉更大的X射線圖像。圖像尺寸取決于被分析的物體部分和X射線設(shè)備的最大視場(chǎng)尺寸。通常情況下，檢測(cè)裝置的尺寸可以高達(dá)24英寸。在本發(fā)明中，這一尺寸在大約10-14英寸之間。
也可將本發(fā)明的X射線設(shè)備配置為不同的形式，如圖13-16所示。此時(shí)，X射線設(shè)備110包括與X射線設(shè)備10同樣的組件，看起來(lái)基本上就是傳統(tǒng)的照相機(jī)。這讓X射線設(shè)備110的操作員覺(jué)得和使用照相機(jī)沒(méi)什么區(qū)別，只是拍的是數(shù)字式X射線圖而已。
如圖13-16所示，X射線設(shè)備110的機(jī)殼120基本上呈矩形。在本發(fā)明中，機(jī)殼120不包括手柄。事實(shí)上，機(jī)殼120里面可以包括凸起型122，為操作員提供一個(gè)比平坦的表面更好的握持。當(dāng)然，該X射線設(shè)備110也可以?xún)?nèi)置類(lèi)似的特征，以對(duì)設(shè)備的處理和操作，例如在表面上進(jìn)行紋理處理，或設(shè)置成鋸齒狀凹痕，實(shí)現(xiàn)輕松握持。
和X射線設(shè)備10一樣，X射線設(shè)備110也包括諸如X射線管和內(nèi)置電源系統(tǒng)等類(lèi)似內(nèi)置組件。此類(lèi)內(nèi)置組件的工作方式基本上和X射線設(shè)備10一樣，但內(nèi)置于機(jī)殼120中，以便采用不同的形狀。X射線設(shè)備110也配備控制裝置(未示出)，包括觸發(fā)器174、輻射屏蔽器180、以及有效操作機(jī)器所需的任何其他本領(lǐng)域已知組件(例如X射線準(zhǔn)直器132)，包括上述文件中描述的一些組件。
X射線設(shè)備110還配備分析結(jié)果顯示裝置。在本發(fā)明中，X射線設(shè)備110內(nèi)置一個(gè)顯示裝置(例如LCD顯示器160)。如圖16所示，可拆卸式LCD顯示器160被配置成可以輕松安裝在設(shè)備110后部的凹部176里，方便操作人員看到。當(dāng)然，外置式顯示裝置也可以用在本發(fā)明中。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，將顯示裝置和控制裝置合并為一個(gè)裝置，即可控顯示裝置。該可控顯示裝置控制X射線設(shè)備的操作，也控制和操縱圖像顯示。該可控顯示裝置可以?xún)?nèi)置于X射線設(shè)備110，也可以外置于該設(shè)備。以這種方式工作的任何本領(lǐng)域已知可控顯示裝置都可用在本發(fā)明中，便攜式電子設(shè)備165，如個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、掌上電腦(例如IPAQ)或常規(guī)的照相機(jī)型LCD顯示器即為其中之一。
將便攜式電子設(shè)備用于X射線設(shè)備能夠提高設(shè)備的靈活性。例如，可以給便攜式電子設(shè)備(包括硬件和軟件)升級(jí)，而無(wú)須改裝X射線設(shè)備。便攜式電子設(shè)備安裝的軟件也可以用于在捕捉圖像時(shí)進(jìn)行圖像分析、圖像增強(qiáng)、圖像診斷。再者，可升級(jí)或改裝X射線設(shè)備，而無(wú)須改裝便攜式電子設(shè)備。實(shí)際上，可以定做便攜式電子設(shè)備，讓任何人有適合他/她的情況的設(shè)置，能夠?qū)⑼浑娮釉O(shè)備用于類(lèi)似的X射線設(shè)備。
可以用有線或無(wú)線技術(shù)將可控顯示裝置連接到X射線設(shè)備110。如圖17所示，可以改裝X射線設(shè)備110(包括凹部176)，以便在凹部176設(shè)置與便攜式電子設(shè)備165的常規(guī)接口。因此，放入凹部176的便攜式電子設(shè)備165可以通過(guò)機(jī)械方式和電氣方式連接到X射線設(shè)備。便攜式電子設(shè)備165也可以通過(guò)常規(guī)的連線連接到X射線設(shè)備110。最后，還可以通過(guò)任何常規(guī)的無(wú)線技術(shù)將便攜式電子設(shè)備165遠(yuǎn)程連接到X射線設(shè)備。
將便攜式電子設(shè)備用于X射線設(shè)備110也增加了X射線設(shè)備的功能。例如，便攜式電子設(shè)備可以臨時(shí)設(shè)置病人數(shù)據(jù)庫(kù)。借助閃存存儲(chǔ)設(shè)備，可以將病人數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)在便攜式電子設(shè)備中，在使用X射線設(shè)備時(shí)也可以訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。還有一個(gè)例子，便攜式電子設(shè)備安裝的成像軟件可以確定并控制圖像的特性，例如牙腔(dental carries(cavities)、骨折、焊縫或管道裂縫、安檢成像中確定可疑物形狀等。
其實(shí)，臺(tái)式機(jī)或工作站當(dāng)前能夠?qū)崿F(xiàn)的任何功能，所述X射線設(shè)備一樣可以做到，比如說(shuō)增加對(duì)比度、圖像銳化、平滑化、反向遮蔽(reverseshading)、為不同密度的材料指定不同的顏色、確定相對(duì)密度等等。X射線設(shè)備結(jié)合便攜式電子設(shè)備使用、或讓便攜式電子設(shè)備遠(yuǎn)程操作都可以實(shí)現(xiàn)所有此類(lèi)功能及其他一些功能。隨后可以將便攜式電子設(shè)備與任何已知的外部電子設(shè)備(例如存儲(chǔ)設(shè)備、辦公電腦或工作站)連接，用有線或無(wú)線技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)和/或信息。便攜式電子設(shè)備(及相應(yīng)的X射線設(shè)備)也可以利用外部電子設(shè)備的其他功能。
本發(fā)明中的X射線設(shè)備可以按任何方式制造，只要能夠?yàn)樵撛O(shè)備提供上述配置的組件。機(jī)殼、X射線管、檢測(cè)裝置、顯示裝置、控制裝置、射線屏蔽器、電源和轉(zhuǎn)換裝置都可以按本領(lǐng)域已知的方式和以上公開(kāi)的出版物所述的方式提供。將所需數(shù)量的高Z物質(zhì)(如重金屬氧化物)混入絕緣材料(如將硅樹(shù)脂的A和B兩種成分混合在一起制成的硅灌注材料)里，即可制成絕緣材料。生成的混和物徹底混合，均勻分布在X射線管上，如倒入密封模具中，用這種方法，使包括高Z物質(zhì)的絕緣材料均勻分布在X射線管四周。
提供電源時(shí)，將就兩個(gè)獨(dú)立電源系統(tǒng)的過(guò)程分別說(shuō)明。配置電源時(shí)應(yīng)使每個(gè)電源的接地端靠近X射線管的中心。其中一個(gè)電源向X射線管的一端提供正電壓，另一個(gè)向X射線管的另一端提供負(fù)電壓。在此配置中，可沿著X射線管的整個(gè)長(zhǎng)度將最大電壓(即正負(fù)電壓之和)與每個(gè)獨(dú)立電源系統(tǒng)絕緣，對(duì)地絕緣只為總電壓的一半。因此，絕緣路徑也只需一半長(zhǎng)。
可以按能提供X射線圖象的任何方式操作X射線設(shè)備。一方面，可以按下列方式操作本發(fā)明的X射線設(shè)備10(或110)首先，按下控制裝置上的適當(dāng)按鈕打開(kāi)設(shè)備。設(shè)置照射時(shí)間后，按下“使能”按鈕。該“使能”按鈕起到安全開(kāi)關(guān)的作用，避免在操作員將設(shè)備固定在正確的位置并準(zhǔn)備按下觸發(fā)器之前啟動(dòng)X射線輻射。
然后按下觸發(fā)器或“開(kāi)始”按鈕，電源34提供的高電壓(HV)將升至大約70kV(即一個(gè)電源約為+35kV，另一個(gè)約為-35kV)。達(dá)到這一高電壓后，燈絲將按其完全設(shè)定值(full setpoint)供電，向X射線管提供所需的放射電流。在操作人員指定(比如，用控制器指定)的時(shí)間內(nèi)，燈絲都將保持這一電壓。按下觸發(fā)器時(shí)，控制裝置LED的開(kāi)始指示器會(huì)亮起。在向X射線管提供放射電流的整個(gè)時(shí)間段內(nèi)，控制裝置LED的“X射線開(kāi)啟”指示器會(huì)一直亮著。此外，可用一個(gè)聽(tīng)得見(jiàn)的信號(hào)表示正在放射X射線。
在按下觸發(fā)器74(或174)后的照射過(guò)程中，X射線管30發(fā)射X射線并照射分析對(duì)象，當(dāng)用于牙科用途時(shí)，其比如患者的牙齒。為符合X射線設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，在整個(gè)照射過(guò)程中，按鈕或觸發(fā)器74(或174)必須一直按著。在照射過(guò)程中，人們?nèi)绫绢I(lǐng)域已知那樣通過(guò)檢測(cè)裝置用X射線分析對(duì)象。操作人員可以用顯示裝置查看分析結(jié)果，可以選擇將圖像下載到外部電子設(shè)備。
用X射線照射患者后，燈絲將和“X射線開(kāi)啟”指示器一起關(guān)閉，HV也將下降。HV降低后，控制器LED的開(kāi)始指示器將熄滅，X射線設(shè)備也將恢復(fù)待機(jī)狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，操作人員可能需要在啟動(dòng)下次照射前重新設(shè)置照射時(shí)間。設(shè)定照射時(shí)間后，完成重新設(shè)置過(guò)程，控制裝置LED的“就緒”指示器點(diǎn)亮。
可以修改本發(fā)明的X射線設(shè)備，以包括其他可選功能，包括上述出版物所述的任何功能。例如為延長(zhǎng)電池壽命，可以為X射線設(shè)備配備自動(dòng)關(guān)閉模塊。兩分鐘內(nèi)沒(méi)有X射線照射的，該模塊將關(guān)閉X射線設(shè)備。可增加的另一個(gè)功能是用耐沖擊性較好的材料(如專(zhuān)為抵抗重載沖擊設(shè)計(jì)的ABS或其塑料合金、或其他材料)制造機(jī)殼或機(jī)架20(或120)，以減少損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
本發(fā)明的X射線設(shè)備也可作為X射線分析系統(tǒng)的一部分。該系統(tǒng)可以包括任何輔助X射線設(shè)備操作或X射線分析的組件，包括上面提及的那些，如存儲(chǔ)X射線圖像的外部存儲(chǔ)設(shè)備。此外，該系統(tǒng)還可以配備一個(gè)硬殼手提箱、一個(gè)“工業(yè)強(qiáng)度”三腳架、一根連接到遙控器面板76的三米長(zhǎng)操縱電纜、或其他類(lèi)似組件。系統(tǒng)還可以配備一個(gè)備用電源40。最后，還可以為系統(tǒng)配備上述出版物所述的任何組件。
相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)備，本發(fā)明的X射線設(shè)備有好幾項(xiàng)改進(jìn)。首先，本發(fā)明的X射線設(shè)備內(nèi)置一個(gè)電源系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以由電池供電，但仍然可以提供連續(xù)高電壓，而不同于脈沖式Marx發(fā)電機(jī)或電容脈沖系統(tǒng)。X射線設(shè)備因此得以保持連續(xù)的直流高壓供電，還可以借助每次高電流放電產(chǎn)生幾秒鐘的高電壓。電池的高存儲(chǔ)容量允許放電幾百次，每次持續(xù)幾秒鐘，電流在大約10-20安培之間。對(duì)于大部分應(yīng)用(包括牙科應(yīng)用)，本發(fā)明的X射線設(shè)備每次照射所需的時(shí)間不足一秒。
但是，大部分傳統(tǒng)的X射線設(shè)備采用外置電源。即使是那些確實(shí)配備內(nèi)置電源系統(tǒng)的傳統(tǒng)X射線設(shè)備，仍然無(wú)法提供上述大電流負(fù)載。因此，本發(fā)明的電源系統(tǒng)可提供恒定的放射輸出，圖像質(zhì)量得以改善，也減少了照射對(duì)象(如患者)的X射線劑量。
本發(fā)明的X射線設(shè)備的另一項(xiàng)改進(jìn)是X射線管屏蔽裝置。傳統(tǒng)的X射線管采用液體油密封和鉛屏蔽，這兩者都龐大而沉重。本發(fā)明的X射線管屏蔽裝置不采用這兩個(gè)組件，而是采用包括高Z物質(zhì)的低密度絕緣材料，從而減少了材料的數(shù)量，通常也能降低設(shè)備的重量。
獨(dú)立的檢測(cè)裝置和便攜式電子設(shè)備為該X射線設(shè)備帶來(lái)其他改進(jìn)。有了獨(dú)立的檢測(cè)裝置，即使在X射線設(shè)備移動(dòng)時(shí)也可以獲得高質(zhì)量的圖像。另外，獨(dú)立式檢測(cè)裝置與X射線設(shè)備的互換性較好。該X射線設(shè)備內(nèi)置便攜式電子設(shè)備時(shí)，設(shè)備的功能(比如說(shuō)圖像的顯示和控制)和互換性會(huì)大大提高。
除了上述任何變化外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以設(shè)計(jì)其他眾多修改和其他安排，而不會(huì)偏離本發(fā)明的精神和范圍。隨附的權(quán)利要求書(shū)旨在覆蓋此類(lèi)修改與安排。因此，在上文結(jié)合目前被視為最實(shí)用、最優(yōu)選的方面描述本發(fā)明的特征和細(xì)節(jié)時(shí)，對(duì)本發(fā)明的眾多修改，包括但不限于對(duì)形式、功能、操作和使用方式的修改不會(huì)偏離本文闡述的原則和概念。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一臺(tái)便攜式X射線設(shè)備，包括包括X射線源和內(nèi)置電源系統(tǒng)的機(jī)殼、以及結(jié)構(gòu)上獨(dú)立于機(jī)殼的檢測(cè)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，檢測(cè)裝置電連接到X射線設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，檢測(cè)裝置通過(guò)無(wú)線技術(shù)與X射線設(shè)備電通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括內(nèi)置顯示裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，顯示裝置包括一個(gè)LCD屏幕。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，機(jī)殼基本上呈照相機(jī)的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，電源系統(tǒng)包括多個(gè)低壓電源，每個(gè)電源提供的電壓在大約20-50kV之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，用包括高Z物質(zhì)的低密度絕緣材料屏蔽X射線源。
9.一種便攜式X射線設(shè)備，包括包括X射線源、內(nèi)置電源系統(tǒng)和內(nèi)置顯示裝置的機(jī)殼、以及結(jié)構(gòu)上獨(dú)立于機(jī)殼的檢測(cè)裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，機(jī)殼基本上呈照相機(jī)的形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，電源系統(tǒng)包括多個(gè)低壓獨(dú)立電源，每個(gè)電源提供的電壓在大約20-50kV之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，用包括高Z物質(zhì)的低密度絕緣材料屏蔽X射線源。
13.一種數(shù)字式X射線照相機(jī)，包括包括X射線源、內(nèi)置電源系統(tǒng)和內(nèi)置顯示裝置的機(jī)殼，以及結(jié)構(gòu)上獨(dú)立于機(jī)殼的檢測(cè)裝置；
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，電源系統(tǒng)包括多個(gè)低壓電源，每個(gè)電源提供的電壓在大約20-50kV之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，用包括高Z物質(zhì)的低密度絕緣材料屏蔽X射線源。
16.一種X射線分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一臺(tái)數(shù)字式X射線照相機(jī)，其具有包括X射線源、內(nèi)置電源系統(tǒng)的機(jī)殼、以及結(jié)構(gòu)上獨(dú)立于機(jī)殼的檢測(cè)裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，電源系統(tǒng)包括多個(gè)低壓電源，每個(gè)電源提供的電壓在大約20-50kV之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，用包括高Z物質(zhì)的低密度絕緣材料屏蔽X射線源。
19.一種便攜式X射線設(shè)備的制造方法，所述方法包括提供具有X射線源和內(nèi)置電源系統(tǒng)的機(jī)殼；以及提供結(jié)構(gòu)上獨(dú)立于機(jī)殼的檢測(cè)裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，包括提供具有多個(gè)低壓電源的電源系統(tǒng)，每個(gè)電源提供的電壓在大約20-50kV之間；以及提供X射線源，其具有包括高Z物質(zhì)的低密度絕緣材料屏蔽。
21.一種分析方法，包括提供數(shù)字式X射線照相機(jī)，其具有包括X射線源和電源系統(tǒng)的機(jī)殼、檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)上獨(dú)立于機(jī)殼，由內(nèi)置的電源系統(tǒng)向X射線源供電。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，包括其具有由多個(gè)低壓獨(dú)立電源提供電源系統(tǒng)，每個(gè)電源提供的電壓在大約20-50kV之間，以及提供X射線源，其具有包括高Z物質(zhì)的低密度絕緣材料的屏蔽。
23.一種牙科成像法，包括提供數(shù)字式X射線照相機(jī)，其具有包括X射線源和內(nèi)置電源系統(tǒng)的機(jī)殼，以及結(jié)構(gòu)上獨(dú)立于機(jī)殼的檢測(cè)裝置，以及由內(nèi)置的電源系統(tǒng)向X射線源供電，以便用X射線照射患者的牙齒。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，包括提供具有多個(gè)低壓電源的電源系統(tǒng)，每個(gè)電源提供的電壓在大約20-50kV之間，以及；提供X射線源，其具有包括高Z物質(zhì)的低密度絕緣材料的屏蔽。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括一個(gè)可控顯示裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，所述可控顯示裝置內(nèi)置于機(jī)殼。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，所述可控顯示裝置外置于X射線設(shè)備。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，所述可控顯示裝置包括一個(gè)便攜式電子設(shè)備。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其特征在于，便攜式電子設(shè)備提高X射線設(shè)備的圖像分析能力。
30.一種便攜式X射線設(shè)備，包括包括X射線源的機(jī)殼；可控顯示裝置，及結(jié)構(gòu)上獨(dú)立于機(jī)殼的檢測(cè)裝置。
全文摘要
便攜式X射線設(shè)備及其使用方法。該設(shè)備具有一個(gè)由內(nèi)置式電源系統(tǒng)供電的X射線管，該射線管用包括高Z物質(zhì)的低密度絕緣材料屏蔽，該設(shè)備也可內(nèi)置一個(gè)顯示組件。此類(lèi)組件降低了X射線設(shè)備的尺寸和重量，并增強(qiáng)了設(shè)備的便攜性。該設(shè)備還配備一個(gè)結(jié)構(gòu)上不依附于機(jī)殼，因而是獨(dú)立的X射線檢測(cè)裝置，使設(shè)備可以用作數(shù)字式X射線照相機(jī)。便攜式X射線設(shè)備特別適合于對(duì)便攜性要求比較高的應(yīng)用，例如現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)、遠(yuǎn)程操作、以及諸如療養(yǎng)院、家庭保健或課堂教學(xué)等移動(dòng)應(yīng)用。在多診室醫(yī)療診所或多手術(shù)椅牙科診所中，這種便攜性特別有用。在那里，一臺(tái)X射線設(shè)備可用作多個(gè)診所的數(shù)字式X射線照相機(jī)，而不需要每個(gè)診所都配備一臺(tái)。
文檔編號(hào)H01J35/00GK1973586SQ200580012536
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月21日
發(fā)明者D·克拉克·特納 申請(qǐng)人:阿里伯克斯股份有限公司