CN100581470C - 三维电子束计算机断层摄影 - Google Patents

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Abstract

提供一种电子束计算机断层摄影系统，其使用锥束几何结构生成真实三维图像。可以沿着靶环(20)使用电子束的单扫描来获得所需的锥束投影。靶环(20)是非平面的，并且大致被成形为类似于鞍形的边界曲线的5/8节段。所得到的源轨迹关于围绕系统的等中心点的相当大体积满足Tuy’s完全性条件。探测器(28)具有大区域并且由多个小砖形探测器模块(32)建立，所述探测器模块沿着探测器轨迹被并排地放置，所述探测器轨迹是源轨迹的通过等中心点的镜像。由于靶环和探测器带的特殊形状，所以从靶环开始并且朝向相对的探测器带的节段的x射线的锥束未被探测器的其他部分阻挡。

Description

三维电子束计算机断层摄影
本发明涉及计算机断层摄影。更具体而言，本发明涉及一种计算机断层摄影装置，尤其涉及一种电子束计算机断层摄影装置，涉及一种操作这种装置的方法，以及涉及一种用于操作这种装置的计算机程序。
在常规的电子束计算机断层摄影系统中，例如如美国专利No.4,352,021中所述，电子束由电子枪产生并且沿着真空室的z轴在下游被加速。在更下游，电磁线圈系统将大约30度的电子束聚焦和反射到半圆形扫描路径中。偏转束撞击由诸如钨之类的合适材料制成的靶环。x射线的锥束从电子束碰撞靶环的点发出。该x射线的锥束借助于准直器被准直成横向扇束。
x射线的扇束穿透对象(例如沿着z轴安置的患者)的横向切片。x射线穿过对象的被扫描切片并且被衰减不同的量，这取决于对象内的x射线强度。布置在对象的相对侧上的x射线探测器的弧形行拦截x射线的透射和衰减扇束，因此提供了对象的被扫描切片的扇束投影。通过沿着靶环导引电子束，从大量的方位角获得对象的相同横向切片的扇束投影。所测量扇束投影然后被处理成二维图像，该二维图像表示对象的被扫描横向切片的x射线强度分布。所述处理由执行合适重建算法的计算机进行。为了允许良好的图像质量，投影角的方位角必须跨越至少180度加上扇束的角。相对的探测器行必须跨越更大的方位角。因此，不可能将靶环和探测器行放置在相同的横向切片中。在美国专利No.4,352,021中，借助于在包含靶环的平面和包含探测器行的平面之间小的轴向偏移解决了该问题。然而，该轴向偏移在所扫描切片的重建图像中产生了某种程度的伪影。扫描过程的超快速要比该缺陷重要。例如，允许相当良好地重建对象切片的一组扇束投影可以在50毫秒内被收集。对象的厚片(slab)的三维图像可以通过叠加二维图像获得。在美国专利No.4,352,021中描述的装置允许在不机械地移动对象的情况下扫描少量相邻切片。然而，成像相当大的三维体积需要步进对象，所以花费相对较长的时间。
在美国专利申请No.2003/0161434 A1中提出了克服靶环和探测器行之间的轴向偏移问题，这通过赋予二者螺旋形状或者通过使二者稍微倾斜来实现。该方法需要在扫描过程期间使对象纵向平移。因此，收集用于对象的三维图像的数据仍然是相对较费时的。
本发明的目的是提供一种计算机断层摄影装置，其允许超快速收集数据集，从所述数据集可以重建对象的精确三维图像。
根据本发明的一个典型实施例，提供一种计算机断层摄影装置，其包括从第一位置发出辐射锥束的辐射源。该辐射锥束穿透围绕空间中特异点(即在概念上被附着到计算机断层摄影装置的等中心点)的感兴趣体积。辐射源适于使得第一位置可沿着第一轨迹移动。此外，提供了辐射探测器带。辐射探测器带的中心线沿着第二轨迹延伸。基本上通过对通过计算机断层摄影装置的等中心点的第一轨迹进行镜像来获得探测器带的中心线。根据本发明的该典型实施例的一个方面，第一和第二轨迹都为非平面的和弧形的，以这种方式使得从第一轨迹的一点朝着探测器带的相对部分发出的锥束未被探测器带的任何其他部分明显阻挡。另外，第一轨迹是弧形的，使得它可以关于围绕等中心点的相当大体积满足Tuy’s完全性条件。该完全性条件的满足使得有可能重建该体积内对象的可靠图像。
根据本发明的另一典型实施例，由用于生成电子束的电子源实现辐射源，所述电子束沿着靶环被导引。靶环的中心线具有第一轨迹的曲率。根据本发明的该典型实施例，可以在不机械地移动部件的情况下执行三维电子束计算机断层摄影。
根据本发明的又一典型实施例，辐射束是x射线的锥束。
根据本发明的又一典型实施例，提供准直装置以阻挡辐射锥束的部分，通常是那些不能碰撞探测器带的部分。准直装置可以是准直狭缝，该准直狭缝位于靶环附近并且是基本类似于第一轨迹的弧形。
根据本发明的又一典型实施例，由多个探测器模块建立探测器带。这些模块中的每个本身为小探测器元件的二维阵列。根据本发明的该典型实施例，每隔一个的探测器模块被提升到稍大的等中心球上，换句话说，相邻的探测器模块被交替布置在离等中心点两个稍微不同的距离处。该布置使得有可能将探测器模块放置得如此靠近在一起，以至于从锥束的尖端观看的观察者看不到探测器模块之间的间隙。
根据本发明的又一典型实施例，第一和第二轨迹在不同半径的两个等中心球的表面上延伸。
根据本发明的又一典型实施例，提供一种操作计算机断层摄影装置的方法，其中提供用于生成辐射锥束的辐射源，所述辐射锥束从可移动的第一位置发出。操作该辐射源使得沿着第一轨迹移动第一位置，并且提供了辐射探测器带，其中心线沿着第二轨迹延伸。这两个轨迹都是非平面的和弧形的，以这样一种方式使得从第一轨迹的一点朝着探测器带的相对部分发出的锥束未被探测器带的任何其他部分明显阻挡。特别地，在操作期间，即在扫描期间，没有辐射探测器的部分阻挡辐射束。
根据本发明的操作计算机断层摄影装置的方法的另一典型实施例，该方法进一步包括以下步骤：为辐射源提供靶环和用于生成电子束的电子源；使电子束至少部分地聚焦在沿着第一轨迹延伸的靶环上；操作电子源，使得电子束在第一位置处碰撞靶环，使得所述第一位置能够沿着靶环的至少一部分移动。
有利地，根据本发明，提供一种非常快速的三维计算机断层摄影系统，其允许非常快速地锥束扫描相当大体积(大得足以包含人的心脏)，并且允许随后可靠地重建该体积内x射线密度的空间分布。
本发明还涉及一种用于操作计算机断层摄影装置的计算机程序。根据本发明的计算机程序优选地可以被装载到控制器的工作存储器中，所述控制器控制计算机断层摄影装置的操作。所述计算机程序导致计算机断层摄影装置执行本发明的方法。所述计算机程序可以被存储在计算机可读介质例如CD-ROM上。所述计算机程序也可以经由网络例如万维网来提供，并且可以从这种网络被下载到控制器的工作存储器中。可以以任何合适的编程语言例如C++来编写计算机程序。
下述可以被看作是本发明的主旨，即靶环和扫描电子束计算机断层摄影装置的辐射探测器带以这样一种方式被成形，即它们不会彼此阻挡，同时允许收集相当大感兴趣体积(大得足以包含人的心脏)的锥束投影的“完全”集。此外，提供一种电子束计算机断层摄影装置，其能够在不移动待成像对象的情况下，仅仅沿着靶环使用电子束的单扫描来收集对象的三维图像所需的数据。通过使用x射线的锥束而不是扇束来实现该目的。常规电子束计算机断层摄影装置的一维、弧形探测器行由二维、弧形探测器带代替。由合适的锥束重建算法实现重建。靶环和探测器带具有非常特殊的形状，该形状使得有可能实现感兴趣体积内非常好的图像质量。
根据下文所述的实施例和下列附图，本发明的这些和其他方面是显而易见的，并且将参考所述实施例和参考下列附图对其进行阐明：
图1是根据本发明的电子束计算机断层摄影装置的一个典型实施例的简化示意横截面图。
图2示出图1的系统的源/探测器布置的一个三维图示。
图3示出图1的系统的源/探测器布置的另一三维图示。
图4示出图3的布置的侧视图。
图5示出图3的布置的顶视图。
图6示出图3的布置的前视图。
图7示出用于进一步解释本发明的三维坐标系。
图8示出用于生成根据本发明的一个典型实施例的图2和3中所示的源/探测器布置的一个曲线图。
图9示出用于生成根据本发明的一个典型实施例的图2和3中所示的源/探测器布置的另一曲线图。
图10示出图3中所示的布置的简化透视图。
图11示出图10的布置的侧视图。
图12示出图10的布置的顶视图。
图13示出图10的布置的前视图。
图1示出电子束计算机断层摄影装置的一个典型实施例的横截面图。图1中所示的装置包括电子束管2，该电子束管包括真空管壳4，该真空管壳在圆筒端8容纳电子枪6。电子枪6沿着圆筒部分发射轴向电子束10。提供聚焦线圈12和弯曲线圈16以用于聚焦电子束和沿着靶环14导引聚焦的电子束。弯曲线圈16由合适的控制器控制，使得电子束沿着源轨迹快速地扫描。
靶环14由诸如钨之类的合适材料制成，使得x射线的锥束从电子束撞击靶环的点发出。靶环14的中心线也将被称为源轨迹。源轨迹以特殊的方式为非平面的和弧形的，这将相对于附图进一步详细描述。
靶环14可以与合适的冷却盘管(coil)18相关联，所述冷却盘管被布置成冷却该靶环。
所述装置具有特异中心点，即等中心点24。电子束22和靶环14的布置使得从靶环上的一点发出的锥束的轴线指向等中心点24。此外，所述装置具有与靶环14相对的辐射探测器布置28。在图1中仅仅示出辐射探测器布置28的横截面图。所述装置打算采集围绕等中心点24的某个感兴趣体积26的横向未截断锥束投影。感兴趣体积26大得足以包含例如人的心脏。
参考字符20表示准直器，该准直器被布置在靶环14附近并且在靶环14和辐射探测器布置28之间。准直器20阻挡不能碰撞辐射探测器布置28的x射线。
辐射探测器布置28由探测器模块32的多个复制品来建立。每个模块具有平坦的、矩形敏感区域，所述区域用防散射栅30覆盖。探测器电子器件可以被放置在敏感区域之后的隔室42中。
每个探测器模块的敏感区域面对靶环。而且，在敏感区域的中心点开始并且穿过等中心点的直线与靶环相交。防散射栅30被聚焦在该交点上。
探测器模块被并排放置，使得它们的敏感区域形成带。该带的中心线将被称为探测器轨迹。探测器轨迹也以特殊方式为非平面的和弧形的。具体而言，从源轨迹上的一点开始并且穿过等中心点的每条直线与探测器轨迹相交。因此，探测器轨迹是源轨迹的通过等中心点的镜像。然而实际上，探测器轨迹比源轨迹的该镜像稍长。其原因将在下面进一步解释。
根据本发明的一个优选实施例，源轨迹和探测器轨迹在都以等中心点24为中心的球的表面上延伸。然而，源轨迹所处的球的直径稍大于探测器轨迹所处的球的直径。
在图2-14的以下描述中将使用相同的参考数字来表示相同或相应的元件。
图2示出用于图1的系统的根据本发明的一个典型实施例的辐射探测器布置28和靶环14的布置的简化透视图。在图2-6中，靶环被描绘为虚线。探测器模块由砖形小室表示。
从图2可以得到，由靶环14限定的源轨迹在等中心球的表面上延伸并且类似于鞍形边界曲线的一部分。
从图2还可以得到，多个砖形探测器模块32沿着在等中心球的表面上延伸的非平面轨迹布置。然而，源轨道所处的球的直径稍大于探测器轨迹所处的球的直径。由探测器布置28限定的探测器轨迹也类似于鞍形边界曲线的一部分。对于每个模块，在该模块的敏感区域的中点开始并且穿过等中心点的直线与源轨迹相交。
从图2还可以得到，准直器20是狭缝，其中心线，即准直器轨迹，基本上平行于靶环14延伸。因此，准直器轨迹基本上是源轨迹的比例图像。然而实际上，准直器轨迹比源轨迹的该比例图像稍长。其原因将在下面进一步解释。
图2中所示的典型源/探测器布置具有两个重要性质。首先，从源轨迹上的一点发出并且朝着探测器带的相对部分被引导的锥束未被探测器带的任何其他部分阻挡。这由图2中的线34和40说明，所述线指示了从靶环14末端附近的位置36和40开始的两个锥束。其次，由靶环14限定的源轨迹关于围绕等中心点的相当大体积是完全的(在Tuy的意义上)。在本上下文中，如果横切V的每个平面也横切源轨迹，那么源轨迹被说成关于体积V是完全的。平面源轨迹关于真实体积不会是完全的。如果源轨迹关于V是完全的，则可以从沿着源轨迹获得的V的锥束投影重建V的内容的精确的三维图像，只要这些锥束投影未被截断。可以由若干已知锥束重建算法中的一种实现重建，例如通过M.Defrise等人的“A cone-beamreconstruction algorithm using shift-variant filtering and cone-beambackprojection”，IEEE-Trans.Med.Image，13(1)：186-195，March1994中描述的锥束滤波背投影算法，该文献被结合于此以作参考。然而，如果待成像的对象是人，那么锥束投影将被轴向地截断，尽管不是横向地。在该情况下，可取的是在重建之前扩展截断的投影。在H.Schomberg的“Complete source trajectories for C-arm systemsand a method for coping with truncated cone-beam projections，”inProceedings of the 2001 International Meeting on FullyThree-Dimensional Image Reconstruction in Radiology and NuclearMedicine，Pacific Grove，CA，October 30-November 2，2001，pp.221-224中描述了合适的扩展方法，该文献被结合于此以作参考。例如，可以选择感兴趣体积26作为最大的等中心球，其中源轨迹关于上述最大等中心球是完全的。
有利地，靶环14(辐射源)和探测器布置28的上述布置允许采集相当大体积(大得足以包含整个人的心脏)的锥束投影的“完全”集。通过激活探测器带的一个节段(segment)来采集单锥束投影，所述节段与电子束当前撞击靶环的点相对。所激活节段应当如此宽，以使锥束投影不被横向地截断。然而，由于探测器带的轴向范围有限，所以锥束投影会被轴向地截断。当电子束沿着靶环14扫描时，通过重复该过程来采集一系列锥束投影。单扫描就已足够。这允许仅仅在50毫秒的范围内的非常快速的扫描时间。准直狭缝20被成形为使得它大致仅仅让那些可以碰撞相对的探测器带的x射线锥束的部分通过。
图3从与图2相同的透视示出典型的源/探测器布置的截面。图4-6分别从侧面、顶部和前面示出该截面。
从图6显而易见，当从前面观看时，探测器带和靶环的确重叠。然而，从图4和5可以看出，由于靶环和探测器带的特殊曲率，所以从靶环上的一点发出并且朝着探测器带的相对部分被引导的锥束未被探测器带的任何其他部分阻挡。
从这些图还显而易见的是，探测器模块被交替地布置在离等中心点的两个稍微不同的距离处。这将在下面进一步解释。
在下文中，进一步详细描述图2-6的源/探测器布置的几何结构方面。这将通过规定所涉及对象的多个突出点和曲线来完成。这又将通过使用在上述的Schomberg的文章中描述的方法来完成。该方法使用分别被称为“基本参照系(frame)”和“工具参照系”的两个笛卡尔坐标系。基本参照系的原点位于扫描器的等中心点。基本参照系的y轴从等中心点水平地指向附着到装置的患者床台的远端，以及z轴垂直地指向上。x轴补充其他两个轴以便形成右手笛卡尔坐标系。
工具参照系具有与基本参照系相同的原点，并且可以相对于基本参照系采用任意的取向。特定取向由三个角θk(k＝1，2，3)来表征。这些角的定义部分地按照惯例。在工具参照系中由r(t)＝(x(t)，y(t)，z(t))表示的点在基本参照系中由r(b)＝(x(b)，y(b)，z(b))表示，对于某个3×3旋转矩阵R(θ1，θ2，θ3)，其中
r(b)＝R(θ1，θ2，θ3)r(t)                                        (1)
使用前述Schomberg的文章中的常规角定义，矩阵R(θ1，θ2，θ3)由下式给出
R ( θ 1 , θ 2 , θ 3 ) = c 1 c 2 c 3 - s 1 s 3 - c 1 c 2 s 3 - s 1 c 3 c 1 s 2 s 1 c 2 c 3 + c 1 s 3 - s 1 c 2 s 3 + c 1 c 3 s 1 s 2 - s 2 c 3 s 2 s 3 c 2 - - - ( 3 )
其中ck＝cosθk，以及sk＝sinθk，k＝1，2，3。
角θk可以由在某个区间Λ中定义的函数θk(λ)代替。于是，当λ变化时，在工具参照系中由r(t)表示的点描述了在基本参照系中由下式表示的轨迹
r(b)(λ)＝R(θ1(λ)，θ2(λ)，θ3(λ))T(t)，λ∈Λ，              (2)
由于R(θ1(λ)，θ2(λ)，θ3(λ))是旋转矩阵，因此由点r(b)(λ)描述的轨迹被限制于具有半径||r(t)||的中心球。
为了在基本参照系中获得突出点和曲线，(i)在工具参照系中定义多个“主点”；(ii)选择合适的函数θk(λ)，k＝1，2，3；(iii)调用前述Schomberg的文章中的方法以在基本参照系中获得“源轨迹”，该源轨迹限定了靶环的中心线；(iv)调用该方法以在基本参照系中获得“探测器轨迹”，并且遵循沿着该探测器轨迹放置探测器模块的诀窍(recipe)；以及(v)调用该方法以在基本参照系中获得“准直器轨迹”，并且遵循从准直器轨迹和准直狭缝的期望局部宽度导出所述狭缝的边界曲线的诀窍。
在工具参照系中的主点是“主源点”a、“主探测器点”b、“主探测器块”45的8个顶点b1，...，b8、以及“主准直器点”c。在图7中示出这些点。主探测器块45是砖形空间体积，其刚好大得足以容纳探测器模块32。探测器模块的敏感区域于是对应于由点b1-b4限定的面46。
点a、b和c的坐标取决于六个参数rs、rd、rc、wb、lb、hb。这些参数rs、rd、rc分别表示在等中心点和点a、b和c之间的距离。参数wb、lb、hb表示主探测器块45的宽度、长度和高度。主源点为
a＝-(rs，0，0).
主探测器点为
b = ( r d , 0,0 ) = - r d r s a .
主探测器块的八个顶点如下：
b1＝(Td，-lb/2，-wb/2)，                                  (6)
b2＝(Td，+lb/2，-wb/2)，                                  (7)
b3＝(Td，+lb/2，+wb/2)，                                  (8)
b4＝(Td，-lb/2，+wb/2)，                                  (9)
b5＝b1+(hb，0，0)，                                       (10)
b6＝b2+(hb，0，0)，                                       (11)
b7＝b3+(hb，0，0)，                                       (12)
b8＝b4+(hb，0，0).                                        (13)
主准直器点为
c = - ( r c , 0,0 ) = r c r s a .
以下述“主区间”的形式定义函数θk(λ)，k＝1，2，3
Λ＝[-ε，1+ε]，
其中ε≥0是参数。当设计靶环、探测器带和准直狭缝时，这些函数被限制在以下区间：
Λs＝[0，1]，Λd＝[-εd，1+εd]，Λc＝[-εc，1+εc]，    (18)
其中εd和εc是另外的参数，并且0＜εd，εc≤ε。使Λd和Λc比Λs稍宽的背后原因将在下面进一步描述。
图8和9描绘了用于生成图2-6的三个函数θ1(λ)＝0、θ2(λ)＝-200+220λ和θ3(λ)的曲线图，其将在下面进一步被描述。函数θ3(λ)容许有不封闭形式的表达，但是可以以管状形式被规定。函数值表示角，以度来衡量。
源轨迹由下式定义
a(λ)＝R(θ1(λ)，θ2(λ)，θ3(λ))a，λ∈Λs.            (19)
对于如图8和9中所示选择的函数θ1(λ)、θ2(λ)和θ3(λ)，该源轨迹关于“矢状”平面x＝0对称。而且，该源轨迹关于围绕等中心点的相当大球(大得足以容纳人的心脏)是完全的。例如可以使用前述Schomberg的文章中描述的方法来检查完全性。
在下面描述了探测器布置28的几何结构。探测器轨迹由下式定义：
b(λ)＝R(θ1(λ)，θ2(λ)，θ3(λ))b，λ∈Λd.            (20)
由于对于某个正的常数const，b＝-const a，所以探测器轨迹是源轨迹的比例镜像。
接着描述沿着探测器轨迹放置探测器模块的诀窍。首先，定义八个轨迹
bj(λ)＝R(θ1(λ)，θ2(λ)，θ3(λ))bj，λ∈Λd，j＝1，....，8  (21)
假设λ∈Λ，“探测器块”B(λ)由八个点b1(λ)，...，b8(λ)形成。探测器块B(λ)表示刚好大得足以包含探测器模块的空间体积。包含在探测器块B(λ)中的探测器模块的敏感区域对应于由四个点b1(λ)，...，b4(λ)形成的面。敏感区域的中心点对应于点b(λ)。连接b(λ)与等中心点(其等于基本参照系的原点)的直线垂直于敏感区域并在点a(λ)与源轨迹相交。
接着给出沿着探测器轨迹放置探测器块的诀窍。待放置的第一探测器块是B(λ0)，其中λ0＝0.5。第二探测器块是B(λ1)，其中λ1＞λ0，使得B(λ1)刚好接触B(λ0)。第三探测器块是B(λ2)，其中λ2＞λ1，使得B(λ2)刚好接触B(λ1)。以这种方式继续，找到序列λ0＜λ1＜...＜λM≤1+εd，使得B(λm)刚好接触B(λm-1)，其中m＝1，2，...，M，并且不能找到λM+1使得λM+1≤1+εd以及B(λM)刚好接触B(λM-1)。以类似的方式，找到序列λ0＞λ-1＞...＞λ-M’≥1-εd，使得B(λm)刚好接触B(λm -1)，其中m＝-1，-2，...，-M’，并且不能找到λ-M’-1使得λ-M’-1≥1-εd以及B(λM’)刚好接触B(λ-M’-1)。在关于矢状平面x＝0对称的探测器轨迹的优选情况下，将使M＝M’以及λ-m＝λm，m＝1，2，...，M。最后，为了探测器带的物理实现，用探测器模块填充刚刚找到的由探测器块表示的体积。
然而，这样找到的探测器块不平行。结果，从源轨迹朝着探测器带观看的观察者将看到相邻探测器模块之间的小楔形间隙。这些间隙将导致所测量锥束投影中的相应间隙，而这又将降低可获得的图像质量。
根据本发明的一个方面，通过首先将每隔一个探测器块(模块)提升到稍大的等中心球，然后移动所有探测器块(模块)使它们尽可能地靠在一起，从而除去在相邻探测器模块之间所观察到的间隙。在图6中说明了所得到的布置。新布置的探测器模块仍然不平行，但是如果较大的等中心球的半径足够大，则从源轨迹朝着探测器带观看的观察者将不再看到相邻探测器块之间的间隙。代之以，“近”探测器块将在“远”探测器模块上投下阴影，但这将不会在所测量锥束投影中导致间隙。
图10示出源轨迹50和探测器轨迹52的透视图。图11、12和13示出相同轨迹的侧视图、顶视图和前视图。从侧视图11可以看出探测器轨迹“离开”源轨迹。正是两个轨迹的这一性质允许所谓的非自身阻挡源/探测器布置。
准直器轨迹由下式定义
c(λ)＝R(θ1(λ)，θ2(λ)，θ3(λ))c，λ∈Λc        (22)
由于对于某个正的常数const，c＝const a，所以准直器轨迹是源轨迹的比例图像。准直狭缝自身由其两个边界曲线来限定。根据下式在准直器轨迹和两个另外的函数w1(λ)和w2(λ)的帮助下定义这些边界曲线
c1(λ)＝c(λ)-R(θ1(λ)，θ2(λ)，θ3(λ))(0，0，w1(λ))，λ∈Λc，(23)
c2(λ)＝c(λ)+R(θ1(λ)，θ2(λ)，θ3(λ))(0，0，w2(λ))，λ∈Λc. (24)
狭缝的局部宽度因此由w1(λ)+w2(λ)给出。从下面可以进一步看出具有下式的恒宽准直狭缝是好的选择：
w 1 ( λ ) = w 2 ( λ ) = r s - r c r s + r d ( l b / 2 ) - - - ( 25 )
在扫描期间的给定时间点，x射线管从靶环的当前源点朝着相对的探测器带发出x射线的锥束。探测器带的一个节段被激活并且测量射在它上面的x射线的强度。使所述节段足够长以避免正测量的投影被横向截断。例如，当参数rs、rd和wd被选择为rs＝900mm、rd＝675mm和wd＝40mm时，则可以使锥束的有效节段为19个探测器模块长，在该情况下所得到的横向锥角大约为30。为了即使用在靶环末端附近开始的那些锥束也能获得未被横向截断的锥束投影，探测器带的角范围需要被扩展。这是使区间Λd稍宽于区间Λs的原因。最坏情况发生在正好在靶环末端开始的那些锥束。理想地，那里所需的扩展将等于横向锥角的一半。这样多地扩展探测器带将导致自身阻挡源/探测器布置。可能更好的是代之以接受在靶环末端附近开始的锥束的减小的横向锥角。对于非肥胖患者，由于他们大致椭圆形的横截面，所以甚至那时在靶环末端附近的锥束投影也将不会被横向截断。例如，对于参数rs、rd和wd的上述值，可以使锥束的有效节段仅仅为14个探测器模块长。准直狭缝应当足够长以不再进一步减小横向锥角。这是使区间Λc稍宽于区间Λs的原因。
准直狭缝的目的是轴向地限制锥束。理想地，狭缝应当仅仅让那些将到达探测器带的有效节段的x射线通过，如果未被吸收或散射的话。这种理想的解决方案对于刚性准直狭缝是不可能的。然而，由如(22)-(25)所定义的刚性、恒宽准直狭缝提供了一种好的解决方案。该选择保证了每个锥束至少在探测器带的每个有效节段的中间具有理想的轴向锥角。
探测器布置28的每个模块32可以配备防散射栅。根据本发明的一个典型实施例，防散射栅被聚焦在与各个防散射栅所附着的探测器模块相对的靶环的该点上。由于源/探测器布置的等中心设计，所以相同的探测器栅可以用于探测器28的所有模块32。
根据本发明的另一典型实施例，探测器模块可以被定向成使得它们的敏感区域的长边平行于扫描器的长轴，以及从它们的敏感区域的中心点垂直发出的线与所述轴相交。这种布置有利地允许探测器模块的简化的包装。然而，在这种情况下对于每个探测器模块而言防散射栅必须被不同地聚焦。
可选地，探测器布置28可以被放置在围绕扫描器的长轴的圆筒的表面上。有利地，靶环和准直狭缝于是也被限制于圆筒表面。这种布置也将简化探测器模块的包装。再次同样地，对于每个探测器模块而言防散射栅必须被不同地聚焦。

Claims (14)

1.计算机断层摄影装置，包括：
辐射源(6，12，16，14)，用于生成穿透围绕等中心点(24)的感兴趣体积(26)的辐射锥束，使得从固定靶环(14)上的第一位置发出锥束；以及固定辐射探测器(28)；其中辐射源(6，12，16，14)适于使得第一位置可沿着第一轨迹(50)移动；其中辐射探测器沿着第二轨迹(52)延伸；其中第一轨迹关于围绕等中心点(24)的相当大体积是完全的；其中第一和第二轨迹使得在第一轨迹上的一点开始并且穿过等中心点(24)的直线与第二轨迹相交；以及其中第一和第二轨迹使得从沿第一轨迹的任何第一位置发出的锥束未被在第一轨迹和感兴趣体积(26)之间的辐射探测器(28)的一部分阻挡。
2.权利要求1所述的计算机断层摄影装置，其中，第一和第二轨迹都是非平面和弧形的。
3.权利要求1或2所述的计算机断层摄影装置，其中，第一和第二轨迹在都是以该等中心点(24)为中心的球的表面延伸，其中第一轨迹所处的球的直径稍大于探测器轨迹所处的球的直径。
4.权利要求3所述的计算机断层摄影装置，其中，第一和第二轨迹分别类似于鞍形边界曲线的一部分。
5.权利要求1所述的计算机断层摄影装置，其中辐射源(6，12，16，14)包括：用于生成电子束(10)的电子源(6)；以及靶环(14)；其中电子源(6)适于使得电子束(10)被至少部分地聚焦在靶环(14)上；其中电子源(6，12，16)适于使得电子束在第一位置处碰撞靶环(14)，所述第一位置可沿着靶环(14)的至少一部分移动；以及其中靶环沿着第一轨迹延伸。
6.权利要求1所述的计算机断层摄影装置，其中所述辐射锥束是x射线的锥束。
7.权利要求5所述的计算机断层摄影装置，其中提供了基本上平行于靶环(14)的准直狭缝(20)。
8.权利要求1所述的计算机断层摄影装置，其中辐射探测器(28)包括多个二维探测器模块(32)；其中所述多个二维探测器模块(32)被并排布置；其中所述多个二维探测器模块(32)包括第一探测器模块和第二探测器模块；其中第一和第二探测器模块被交替地布置；其中第一探测器模块被布置在离感兴趣体积(26)的第一中心(24)的第一距离处；以及其中第二探测器模块被布置在离感兴趣体积(26)的第一中心(24)的第二距离处。
9.权利要求1所述的计算机断层摄影装置，其中第一轨迹在具有第一中心和第一半径的第一球的表面上延伸；其中第二轨迹在具有第一中心和第二半径的第二球的表面上延伸；以及其中第一半径不同于第二半径。
10.操作计算机断层摄影装置的方法，所述方法包括以下步骤：
提供用于生成辐射锥束的辐射源(6，12，16，14)，使得锥束从固定靶环(14)上的第一位置发出并且穿透围绕等中心点(24)的感兴趣体积(26)；
提供沿着第二轨迹(52)延伸的固定辐射探测器(28)；
操作辐射源(6，12，16，14)，使得能够沿着第一轨迹(50)移动第一位置；其中第一轨迹关于围绕等中心点(24)的相当大体积是完全的；其中第一和第二轨迹使得在第一轨迹上的一点开始并且穿过等中心点(24)的直线与第二轨迹相交；以及其中第一和第二轨迹使得从沿第一轨迹的任何第一位置发出的锥束未被在第一轨迹和感兴趣体积(26)之间的辐射探测器(28)的一部分阻挡。
11.权利要求10所述的方法，其中，第一和第二轨迹都是非平面和弧形的。
12.权利要求10或11所述的方法，其中，第一和第二轨迹在都是以该等中心点(24)为中心的球的表面延伸，其中第一轨迹所处的球的直径稍大于探测器轨迹所处的球的直径。
13.权利要求12所述的方法，其中，第一和第二轨迹分别类似于鞍形边界曲线的一部分。
14.权利要求10所述的方法，进一步包括以下步骤：为辐射源(6，12，16，14)提供靶环(14)和用于生成电子束(22)的电子源(6)；使电子束(22)至少部分地聚焦在沿着第一轨迹(50)延伸的靶环(14)上；操作电子源(6，12，16)，使得电子束(22)在第一位置处碰撞靶环(14)，使得所述第一位置能够沿着靶环(14)的至少一部分移动。
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