用于放射照相术的伽马射线源 【技术领域】
本发明涉及放射照相术。特别涉及利用放射性同位素材料发射伽马射线的放射照相术。
背景技术
在医学和兽医学诊断中使用伽马射线放射照相术，要求图象分辨率与曝光时间之间的平衡。这就要求伽马射线源一方面要小到确保足够的图象分辨率，另一方面要足够活泼到要求的可接受的短曝光时间。
【发明内容】
本发明的一个目的是提供一种能在医学和兽医学的临床诊断中产生有用结果的伽马射线源。
根据本发明的第一个方面，提供了一种适用于物体放射照相成像装置中的伽马射线源，该射线源包括一个内含放射性同位素材料的主体。该主体有一个放射伽马射线的表面，该表面有一个至少比它要投射的面积大1又1/4倍的放射面。
放射伽马射线的表面应是不平坦的。主体放射表面的不平坦性可以由沟纹提供。沟纹地间距最好不超过主体厚度的四倍。更好的是，沟纹间距是主体厚度的两倍。
在本发明的一个实施例中，可替代的是主体放射表面的不平坦性由多个电线状的包含了放射性同位素材料的元件提供，电线状元件一个挨一个地紧紧地捆绑在一起。
沟纹和/或电线状元件可以同心排列，也可以相互平行地线性排列。沟纹剖面可以是半圆状的、锯齿状的、正弦状的或其它任何形状，这些形状的剖面能有效地增加主体的放射面积。
在另一个实施例中，主体放射表面的不平坦性由一个细长的电线状元件提供，电线状元件以螺旋形安放，元件中包含了放射性同位素材料。
在另一个实施例中，主体放射表面的不平坦性可以由多个珠子提供，它们互相挨着紧紧地排在一起，珠子中包含了放射性同位素材料。珠子可以有一个最大2mm的截面尺寸。珠子可以按同心圆排列，也可以按条状平行排列。珠子最好按六角型紧密排列。珠子可以是球型的，也可以是半球型的。
主体以平面图表示可以是正方形的，也可以是长方形的。主体最好以平面图表示是圆型的，可以有一个凸面的或凹面的伽马射线放射表面。主体的厚度为0.25mm至5mm之间和直径为3mm至40mm之间。
主体可以是中空半球拱型，伽马射线的放射表面可以由拱顶的内表面提供。这样的拱顶有一个盘型的投射区。此外，半球拱顶的内表面还可以是不平坦的，以进一步增加放射表面的放射面积。
可替代的另一种主体是环形的，射线源包括了一个盘，盘中含有一种原子数在40到74之间的材料，盘罩在环形主体的开口。这种射线源能提供60keV反向散射的伽马射线和X射线荧光，这也是原子数在40到74之间材料的能量特性，射线通过环型主体的孔口放射出来。这种利用反向散射放射的伽马射线源可用于获得薄物体的放射照相图象，这种物体要求软X射线。
射线源可以包括一个主体的基底，基底位于主体的一侧，远离伽马射线的放射表面。基底可以预制，可以从原子数在40到74之间的金属中选择一种金属，比如钨。基底还可以包含原子数小于40的一层材料。如果使用原子数小于40的材料，这个材料最好为石墨。基底可以最少由两层组成。第一层对伽马射线具有高吸收性和低散射性，比如钨，而第二层对伽马射线具有低吸收性和高散射性，比如铁和碳，第二层被夹在第一层和主体之间。
射线源应包括一个伽马射线无法穿透的腔，至少罩住主体，腔应有一个盖在主体伽马射线放射表面的金属窗口，该窗口允许伽马射线通过。一般情况下，腔应罩住主体和基底，于是主体就被夹在了基底和窗口之间。
腔可从铝、铜和不锈钢等类中选用，而窗口的金属可从铍、不锈钢、铝和银等类中选用。
窗口厚度最多可以达到0.5mm。一般情况下，窗口厚度在0.2至0.25mm之间，如果使用了银，厚度可以稍微再薄一些。
放射性同位素材料可以以氧化物形式存在。氧化物可以被混合在陶瓷材料中，该陶瓷材料允许伽马射线以放射性同位素材料逃逸的方式向外放射。混合物可以被烧结。
主体可以包括一种添加剂，它的原子数在40到70之间，具有能放射18到59keV的X射线的特性。但是，能产生中子的元素像铍和氟。必须被排除在混合物之外。
射线源的放射活性应至少0.1居里，最多20居里，尤其是用于医学和兽医学的临床诊断时。射线源应具有至少8毫居里/mm2的射线源填充量。
放射性同位素材料可以从包括镅-241(241Am)、铥-170(170Tm)的族和它们的混合物中选择。
根据本发明的第二个方面，提供了一种用于医学和兽医学诊断目的对物体进行放射照相的方法，该方法包括了以下步骤：
将一个物体放在放射照相图象捕获装置和一个伽马射线源之间进行放射照相，其中射线源包含镅-241(241Am)作为放射性同位素材料；和
对物体用伽马射线源发出的伽马射线进行一段时间曝光，使得在放射照相图象捕获装置上有效捕获到物体的放射照相图象，放射照相图象捕获装置包括一个电荷耦合或后门电荷耦合装置的照相机，该方法包括的步骤为对照相机捕获到的物体的放射照相图象用模拟或数字图象处理技术进行处理和将放射照相图象显示在监视器上。
根据本发明的第三个方面，提供了一种用于医学和兽医学诊断目的对物体进行放射照相的方法，该方法包括了以下步骤：
将物体如前所述放在放射照相图象捕获装置和伽马射线源之间进行放射照相；和
对物体用伽马射线源发出的伽马射线进行一段时间曝光，使得在放射照相图象捕获装置上有效捕获到物体的放射照相图象。
根据本发明的第四个方面，提供了一种对物体进行放射照相的方法，该方法包括了以下步骤：
将一个物体如前所述放在放射照相图象捕获装置和一个伽马射线源之间进行放射照相；和
对物体用伽马射线源发出的伽马射线进行一段时间曝光，使得在放射照相图象捕获装置上有效捕获到物体的放射照相图象。
本发明的方法包括将放射照相图象捕获装置尽可能放得靠近进行放射照相的物体，从而改善在放射照相图象捕获装置上产生的物体放射照相图象的清晰度。
本方法应包括至少对放射照相图象捕获装置进行部分屏蔽以防止其受到环境中的散射放射，其方法是将一个由吸收伽马射线的材料制成的遮护板放置在放射照相图象捕获装置的远离要照射的物体的一侧。这些材料可以是铅和赛罗本德(cerrobend)合金。赛罗本德合金包括铅、铋和镉。
本方法还应包括，当用于医学或兽医学诊断工作时，在患者/患畜身体的不需要放射照相的部位盖上一块填充了铅或赛罗本德合金的织物，以对患者/患畜进行保护。另一种方式是，用铅或赛罗本德合金浇铸所需形状的遮护板。
本方法和射线源还可以用于牙科临床。因此，本方法应包括将伽马射线源放置在患者的口腔内和将放射照相图象捕获装置放置在患者的口腔外，从而，伽马射线源向外放射减少了对患者的放射照射量。
本方法包括的步骤还有，对捕获装置上物体的放射照相的图象进行处理以产生物体的可视效射照相图象。因此，在放射照相图象捕获装置是放射照相胶片的情况下，处理过程应包括对放射照相胶片的显影。
另外，处理过程可以包括将图象从荧光屏上转换连接到图象增强装置或显象管和电荷耦合装置的照相机上，以产生电信号并将图象显示在观察监视器上。
放射照相图象捕获装置因此可包括一个电荷耦合或后门电荷耦合装置的照相机。本方法相应包括的步骤有，将模拟或数字图象处理技术，比如本领域技术人员熟知的帧添加和帧整合技术，应用于由照相机捕获的物体的放射照相图象和将放射照相图象在观察监视器上显示。数字图象处理技术最好为帧整合技术。
根据本发明的第五个方面，提供了一种制造伽马射线源的方法，该方法包括的步骤有，将一个由陶瓷材料和放射伽马射线的放射性同位素材料混合而成的放射性层烧结在一个预先成型的不平坦表面的基底上，该表面的表面积至少比要投射的面积大1又1/4倍。
本方法可以包括将放射性层夹在基底和由低伽马射线吸收性材料的盖子中间。
根据本发明的第六个方面，提供了一种制造伽马射线源的方法，该方法包括：
烧结由陶瓷材料和放射伽马射线的放射性同位素材料构成的混合物，以提供多个放射伽马射线的组件；和
将放射伽马射线的组件安装在基底上，以提供伽马射线源，该射线源有放射伽马射线的不平坦表面。
组件的形式可以是电线状的元件，其方法包括将电线状的元件一个挨一个地紧密地安装在基底上。
可替代的是，组件的形式可以是珠子状的，其方法包括将珠子按六角型紧密安装在基底上。
放射性同位素材料可以是前述的材料。
制造方法包括步骤还有，将主体放在一个金属护套里，比如不锈钢的护套。
制造方法可以包括将烧结过的陶瓷层用一种低伽马射线吸收性材料如矾土来覆盖。
根据本发明的第七个方面，提供了一种能产生物体放射照相图象的装置，该装置包括：
如前所述的伽马射线源；和
与对物体进行放射照相的伽马射线源有一定距离的放射照相图象捕获装置，射线源和放射照相图象捕获装置之间的距离要足以容纳要拍摄物体。
放射照相图象捕获装置可以包括在荧光屏与图象增强装置或显象管的结合体里。为了增强被荧光屏捕获到的物体的视觉图象，在荧光屏上涂了一层材料，例如，被银激活了的硫化锌镉或被铽激活了的硫氧化钆，在图象增强装置或显象管上涂了一层材料，例如，碘化铯。
放射照相图象捕获装置可以进一步包括一个电荷耦合装置的照相机，用于将图象增强装置或显象管上的视觉图象转换成电信号。因而，电荷耦合装置的照相机可以包括一个集成电路片，该集成片由一组用于图象显示的电荷耦合装置元件构成。
可替代的是，放射照相图象捕获装置可以包括在荧光屏和带后门电荷耦合装置照相机的结合体里。
在本发明的一个实施例中，放射照相图象捕获装置包括一个电荷耦合装置的照相机，照相机里有一个集成电路芯片，该芯片由一组涂上了荧光材料的电荷耦合装置元件构成。电荷耦合装置的照相机可以是后门电荷耦合装置照相机。这样的带电荷耦合装置的照相机，由于涂上了一层荧光材料，故有特殊的用途，即用于获得较小物体的放射照相图象，例如，用于牙科临床。这一组电荷耦合装置元件的排列布局方式可以从以下方式中任选一种，它们是正方形、线形、L形和曲线形。通过提供线形、L形或曲线形组件可控的循环运动，捕获到物体的一片接一片图象，就像行李扫描器一样。
放射照相图象捕获装置可以包括非荧光屏型放射照相胶片。或者放射照相图象捕获装置可包括在一个荧光屏型放射照相胶片和一个增强荧光屏的结合体里，使用增强荧光屏和例如UV-快速X射线的胶片，也可以使用对兰色敏感或对绿色敏感的X射线胶片。
本装置可以包括一个C-形的框架，伽马射线源被安放在框架的一端，放射照相图象捕获装置则安放在框架的另一端。
可替代的是，本装置可以包括一个可移动的支架，比如，一个三脚架，用于支撑伽马射线源，使其与要被放射照相的物体之间保持一定的距离关系。
进一步可选的是，本装置可以以类似于常规X射线仪的方式使用，可以将伽马射线源放在X射线仪的X射线管的位置。
本装置可以包括一个可移动的电源，以便为装置的电气部分提供电力。
本发明的方法和装置可用于医学诊断和兽医学诊断。申请人相信本发明在没有电力供应系统或电力系统供电不充分的地区，尽管不局限于这些地区，有独特的用途，比如在战地或在交通事故现场对伤员进行诊断。因此，本装置可以包括一个电池或其它如前所述的可移动供电设备，来驱动安全锁和快门。甚至，图象处理设备如计算机也可以由电池或可移动发电机来驱动。
另外，本发明的方法和装置可用于工业领域，比如在制造下列材料时的质量控制，如塑料制品、电子电路板和铝材或有着薄金属壁的物品，如钢笔；也可用于安全领域。如对钻石或毒品走私的控制或对炸药非法运输的控制。
本发明的方法和装置还可以被用于在机场扫描行李。如果理想的话，伽马射线源可以是一个由放射性同位素材料构成的能发射平行射线的射线源。
另外，本发明的方法和装置还可以用于计算机辅助的层析X射线照相法。如果理想的话，伽马射线源可以是一个圆形或椭圆形电线状的射线源。
本发明将对照附图以实例的方式进行描述，其中：
【附图说明】
图1示意表示根据本发明能产生物体放射照相图象的装置；
图2示意表示了图1中装置的机器头部；
图3表示根据本发明的伽马射线源的剖面图；
图4表示根据本发明产生物体放射照相图象的装置的一个实施例的正视图；
图5表示根据本发明产生物体放射照相图象的装置的另一个实施例的正视图；
图6示意表示根据本发明的放射照相图象捕获装置的一个实施例。
【具体实施方式】
参照图1，参考数字200通常是指产生物体放射照相图象的装置。
装置200由一个机器头部11、一个放射照相图象捕获装置80和一个结果输出系统180组成，其中机器头部罩住了一个伽马射线源(未显示)、图象捕获装置与机器头部有一定的距离，输出系统为放射照相的物体54提供所需的放射照相信息。物体54放在机器头部11上的射线源和放射照相图象捕获装置80之间。伽马射线56以平行光束从机器头部11发射出来，穿透物体54照在放射照相图象捕获装置80上。机器头部与物体54之间有一距离d。
参照图2，机器头部11被更详细地展示。
机器头部11由一个防护罩71构成，其中防护罩罩住了根据本发明的伽马射线源10。防护罩71提供了充分的保护，使得伽马射线源10的使用是安全的。防护罩71上有一个开口73，伽马射线源10发出的伽马射线通过开口73导向被放射照相的物体54。
可以在开、关状态之间转换的快门15位于开口73的上方，处于伽马射线源10和开口73之间。快门15在装置200不用时阻止伽马射线的外泄。控制器120在伽马射线对物体54进行曝光时控制着快门15的动作。
参照图3可以看得更详细，伽马射线源10有一个坚固的主体12，该主体12内含放射性同位素材料镅-241(241Am)，镅-241以氧化镅形式存在并混合在陶瓷材料中。主体12的伽马射线放射表面14是不平坦的。放射表面14的不平坦性由沟纹12.1提供，沟纹12.1增加了主体12的表面积，因而增加了伽马射线的放射。
从平面角度看过去，伽马射线源10是环形的。因此，主体12是一个波纹或沟纹状的圆盘，该圆盘的有一个线形沟纹状12.1的横切面，圆盘直径D是大约18mm。主体12的厚度T是大约2mm。沟纹之间的距离大约是4mm。
主体12被成型在一个石墨基底16上。基底16有一个像倒扣过来的平锅一样的钨合金外壳17，基底16也有一个沟纹状的表面18。因此，通过将内含放射性同位素材料镅-241的陶瓷混合物烧结在基底16的沟纹状表面18上，就形成了主体的沟纹状放射表面14。
主体12、基底16和钨合金垫层17都被套在一个不锈钢环20里。钢环20的厚度R大约是2mm。
不锈钢窗口22可以是与钢环20整体成型的，也可以是被焊接到钢环20上的。不锈钢窗口22盖住了主体12的放射表面14，其厚度P大约是0.25mm。使用窗口22的目的是把具有放射活性的氧化镅保留在伽马射线源10中。
从钨合金垫层17的中心探出一个坚固的圆柱状手柄24。手柄24也是不锈钢的。一个不锈钢垫盘15盖住了钨合金垫层17。在图1中的机器头部11定位期间，手柄24用于简化处理射线源10。
参照图4，参考数字300表示产生物体放射照相图象装置的另一个实施例，除非另有说明，上述相同数字用来指称同样的或相似的部件或特性。
一个铅制的遮护板70放在物体54和水平支持面52之间。遮护板70可以减弱来自地面的散射伽马射线放射对放射照相图象捕获装置80的影响。
参照图5，参考数字400表示产生物体放射照相图象装置的又一个实施例，除非另有说明，上述相同数字用来指称同样的或相似的部件或特性。
与图4中的装置300相对照，图5中的装置400不包括水平支持面。与图4中的伽马射线56通常垂直照射相反，图5中的伽马射线56通常水平照射。
参照图6，放射照相图象捕获装置80包括一个荧光屏90。一个光导装置85将光线从荧光屏90导入透镜系统60，透镜系统60将光线聚焦在一个电荷耦合装置的照相机95上。从照相机95的输出进入处理装置100，该装置由一个控制器190控制。处理装置100可以在一个监视器的屏幕110上显示模拟或数字图象。输出控制装置150可以将输出从处理装置100导入荧光屏110，或将其存入数据存储器130，或将其输入硬拷贝装置140，或将其同时输入两个或两个以上的装置。
在使用中，伽马射线源10经控制装置120开启快门15对物体54曝光一段理想的时间。曝光时间由物体54的几何形状和距离d决定。因为图象的清晰度随着物体54与机器头部11之间距离d的缩短而减弱，但随着物体54与机器头部11之间距离d的增长，为了获得有用的图象，伽马射线放射的曝光时间又要增加，所以，机器头部11要放置得与物体54处于最优的距离。一个合适的如前所述的放射照相图象捕获装置80应尽可能地贴近物体54，放置在物体远离机器头部11一侧。伽马射线源在物体54被放射照相之前，一直被快门15挡住(未示出)，随后快门15被打开一段时间，时间长度要足以让放射照相图象捕获装置80产生一个放射照相图象。
不想受到理论的束缚，申请人相信通过增加填充量，即通过增加含放射性同位素的陶瓷构件的厚度，或者增加陶瓷体中放射性同位素材料的含量，来增加镅-241伽马射线源的活性的方法，在超过了一定的厚度和含量后，就不划算了，因为由镅-241放射性同位素材料发射出的60ke V伽马射线有自我吸收的特性。因此，申请人相信常规主体的厚度增加四倍(即主体内镅-241放射性同位素的质量增加四倍)，射线源伽马射线的放射只会增加2倍到3倍。通过增加伽马射线源的尺寸，例如增加伽马射线源盘状主体的直径，由伽马射线源产生的物体放射照相图象的清晰度就要受到负面影响。然而，申请人相信通过增加含放射性同位素材料主体的放射表面积，对于同样的主体厚度、镅-241放射性同位素的质量和主体的直径，伽马射线的放射量可以增加大约3倍。通过既优化射线源的填充量又增加主体表面积的方法，甚至得到更好的结果也是可能的。通过选择物体与伽马射线源之间的最优距离、通过使用合适的图象捕获装置例如UV-rapid X射线胶片和把胶片放置得尽可能贴近要放射照相的物体；或通过对由伽马射线源产生在荧光屏上的放射照相图象进行电子增强或借助使用一个电荷耦合装置的照相机，申请人相信将包含镅-241放射性同位素材料的伽马射线源用于医学和兽医学诊断工作和工业应用是可行的。最小曝光时间与最大清晰度之间的最佳组合可以由本领域的技术人员通过常规实验确定。
申请人还相信，当使用根据本发明的伽马射线源时，如果伽马射线源的主体采取一个中空的半球拱顶的形式，而且伽马射线的放射表面又是不平坦的，进一步减少曝光时间是有可能的。
申请人相信，能放射26keV和60keV伽马射线的镅-241放射性同位素材料非常适用于医学和兽医学诊断工作，而且包含镅-241放射性同位素材料的伽马射线源放射的伽马射线，当用于放射照相时，就效果而论，与65keV至70keV X射线仪的效果是一样的。
本发明装置的一个优点是，它是可移动的或可运输的，尤其是因为它与常规的X射线仪一样无须使用变压器。
申请人相信，在医学和兽医学诊断工作中，使用本发明的伽马射线源可以实现，用小到几秒钟的曝光时间就产生人体或动物身体某些部位的可接受质量的放射照相图象。
本发明伽马射线源的另一个优点是，当镅-241被用做放射性同位素材料时，镅-241放射的主要是60keV的伽马辐射，而该辐射非常适于某些类型的医学和兽医学诊断工作。