[发明专利]使用时间数字信号处理的X射线成像

说明书

政府利益 

在具有美国海军研究局授予的批准号为N00014-98-1-0597的美国政府支持的情况下，作出本发明。美国政府在本发明中具有某些权益。 

相关申请的交叉引用 

本非临时专利申请要求享有2005年4月25日提交的美国临时申请号No.60/674,537的优先权，所述文献在此全文引入作为参考。 

技术领域

在此公开的主题涉及X射线成像。更具体地，在此公开的主题涉及使用时间数字信号(temporal digital signal processing)处理来减少噪声和通过同时获得多个图像以增强成像采集速度的X射线系统和方法。 

背景技术

X射线成像广泛地用于许多领域，包括医学诊断和治疗、工业检测和测试，安全筛查(security screening)和探测。在当前的X射线成像系统中，产生X射线束并且将其施加到三维(3-D)物体，以便将物体投影到二维(2-D)平板探测器上。该投影可以重建成2-D和3-D图像。典型地，沿着X射线束的方向产生噪声，并且噪声导致物体图像分辨率下降。噪声可以源于将要成像的物体、探测X射线辐射的X射线探测器、电子电路和各种其它源。 

一种典型的X射线成像系统是计算机断层摄影(CT)系统。CT允许通过从不同的投影角度采集数百到数千的2-D投影图像而重建物体的3-D图像。在许多当前CT扫描仪中，单一X射线管围绕物体机械旋转，以 便收集重建物体图像所需的多个投影图像。机械旋转X射线管的过程限制了数据采集的速率。此外，由于机械旋转X射线管的过程，使得对这种系统的控制复杂化。许多当前CT扫描仪一次在一个视角采集多个2-D投影图像。因而，CT扫描仪的速度受到限制。 

具有提高的物体成像速度的X射线系统包括超高速电子束CT扫描仪系统和印刷电路板(PCB)检测系统。在这些系统中，电磁场导引电子束到X射线目标上的不同位置以产生扫描X射线束。这种系统可能是大型、昂贵的，并且包括有限范围的视角。需要较小的、不太昂贵的并且包括较大范围视角的X射线成像系统。 

对于X射线成像系统的另一所需改进是提高物体图像的分辨率。通过减少包含在用于图像产生的X射线数据中的噪声，可以提高分辨率。X射线数据中的噪声减少也可以导致物体成像所需的X射线辐射强度的减小。X射线辐射强度的减小有利于乳房X射线照相术和微电子学成像、需要最小化X射线剂量的应用。 

因此，根据与X射线成像系统相关的所需改进，需要改善X射线成像系统功能性和相关方法。 

发明内容

根据本公开内容，提供了使用时间数字信号处理来减少噪声和同时获得多个图像的新X射线成像系统和方法。 

因此，本发明的一个目的是提供使用时间数字信号处理来减少噪声和同时获得多幅图像的新X射线成像系统和方法。通过在此描述的主题，至少全部和部分地实现了如从本公开内容中可以变得明显的这个和其它目的。 

附图说明

现在将参考附图描述在此所述的主题的优选实施例，其中： 

图1是根据在此描述的主题的实施例的单束(single beam)X射线成像系统的结构图； 

图2是示出根据在此描述的主题的实施例、使用单束X射线成像系统 对物体成像的典型过程的流程图； 

图3是根据在此描述的主题的实施例的场发射X射线源的示意性、横截面侧视图； 

图4A-4C是示出在一段时间内可以施加到图3中所示的场发射器上、用于产生脉冲X射线束的不同电流的图表； 

图5A-5C是示出由X射线源产生的不同脉冲频率的X射线束的X射线强度的图表； 

图6是根据在此所述的主题的实施例、用于同时采集多视图(multi view)投影图像的多像素X射线成像系统的结构图； 

图7是示出根据在此所述的主题的实施例、使用多像素X射线成像系统对物体成像的典型过程的流程图； 

图8是根据在此所述的主题的实施例的多像素场发射X射线源的示意性、横截面侧视图； 

图9是根据在此所述的主题的实施例的用于产生单一脉冲X射线束的图8中所示的X射线源的X射线单元的示意性、横截面侧视图； 

图10A和10B是示出分别来自图8中所示五个像素的实验测得的阴极电流和电压的图表； 

图11是图8中所示五个像素的X射线产生斑的针孔测量的图像； 

图12是示出图11中所示焦斑的大小的图表； 

图13A-13C是示出时间X射线信号和相应傅立叶能谱的图表；