CN101141918A - 用于层析x射线照相组合的基于扫描的电离辐射检测 - Google Patents

用于层析x射线照相组合的基于扫描的电离辐射检测 Download PDF

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CN101141918A CNA2006800086398A CN200680008639A CN101141918A CN 101141918 A CN101141918 A CN 101141918A CN A2006800086398 A CNA2006800086398 A CN A2006800086398A CN 200680008639 A CN200680008639 A CN 200680008639A CN 101141918 A CN101141918 A CN 101141918A
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Abstract

本发明提供了用于层析X射线照相组合的基于扫描的电离辐射检测。一种用于获得进行周期运动的物体(5)的层析X射线照相组合数据的装置包括：发散辐射源(1)；检测器(6)，其包括指向该辐射源的多个线检测器(6a)，以使得所述辐射的分别以不同的角度(α1、…、αn、…、αN)传播的射线束(b1、…、bn、…、bN)在透过所述物体之后进入相应的线检测器；以及移动装置(7)，用于使发散辐射源和辐射检测器相对于物体移动一距离，所述距离对于各所述线检测器对整个物体进行扫描是足够的。所述移动装置(7)被设置成重复所述移动多次，每次所述移动相对于物体的周期运动都具有不同的相移(Δ、2Δ、…)，以针对每一线检测器都获得透过所述物体的辐射的多个二维图像。

Description

用于层析X射线照相组合的基于扫描的电离辐射检测
技术领域
本发明总体上涉及基于扫描的装置和方法，用于获得检查物体的时间分辨率的层析X射线照相组合数据，该物体进行诸如心搏的周期运动。
背景技术
在层析X射线照相组合过程中，需要以不同的角度拍摄透过物体的多个辐射图像。通过组合这些图像，可以重建被照射物体中的任一平面。使用的图像数量越多，会获得图像品质越高的重建层析X射线照相组合图像。图像所越过的角度越大，在垂直于检测器平面方向上所获得的位置分辨率越好。
WO 2005/002443 A1披露了一种用于获得物体的层析X射线照相组合数据的装置，该装置包括发出以对称轴为中心的辐射的源；辐射检测器，其包括多个线检测器的堆叠，每一线检测器都以各自的角度指向所述源；和移动装置，用于使所述源和辐射检测器在垂直于所述对称轴的方向上相对于所述物体线性地移动，其中，所述多个线检测器中的每一个适合于记录辐射在以各个角度透射过物体时的线图像。通过每一线检测器在各不同的角度生成二维图像。
已知这种装置以比使用单个一维检测器来生成层析X射线照相组合数据可获得的速度更快的速度来生成物体的层析X射线照相组合数据，这可以使测量耗时更少。
发明内容
然而，在一些情况下，时间分辨率仍然不令人满意。时间分辨率是通过单个线检测器对整个物体进行扫描所用的时间而设定的。假如物体例如是心脏，在扫描方向上测量的距离大约为20cm，并假设扫描速度为6m/s，则二维层析X射线照相组合图像的时间分辨率大约为30ms。对于周期运动的物体，这样的时间分辨率一般是不够的。
因此，本发明的主要目的是分别提供一种基于扫描的装置和方法，用于获得物体的层析X射线照相组合数据，该物体进行周期的运动。通过所述的装置和方法，可以以更高的重复速率记录具有更高的时间分辨率的系列二维层析X射线照相组合图像。
本发明的另一目的是提供如下的装置和方法，该装置和方法不复杂，并且可以生成高品质的、高时间分辨率的二维层析X射线照相组合图像，该图像具有高的空间分辨率、高的信噪比、高的动态范围、高的图像对比度、以及较低的来自重叠组织的噪声。
本发明的又一目的是提供如下的装置和方法，该装置和方法是可靠的、准确的、精确的和相对便宜的。
通过在所附权利要求中要求的装置和方法实现这些目的和其他目的。
本发明人已发现：通过提供基于扫描的装置，可以得到进行周期运动的物体的层析X射线照相组合数据，该装置包括：(i)辐射源，其用于发出以对称轴为中心的辐射；(ii)辐射检测器，其包括多个线检测器，各所述线检测器都指向所述的辐射源，以使得所述辐射的以各自不同角度传播的射线束进入该线检测器，并且各所述线检测器都被设置用于重复记录进入该线检测器中的射线束的一维图像；(iii)布置在所述辐射源与辐射检测器之间的辐射路径上的物体区域，用于收容所述物体；和(iv)移动装置，其被设置用于使所述辐射源和辐射检测器沿着基本上垂直于所述的对称轴的路径、相对于所述物体基本上线性地移动，并且所述移动的距离对于各所述线检测器对整个物体进行扫描是足够的，其中所述移动装置被设置用于使所述辐射源和辐射检测器沿着所述路径、相对于所述物体移动所述距离多次，每次所述移动都相对于所述物体的周期运动具有不同的相移，可以通过各所述线探测器以更高的重复速率记录具有更高的时间分辨率的系列二维层析X射线照相组合图像。
优选地，使所述辐射源和辐射检测器相对于所述物体的移动(对物体的扫描)与所述物体的周期运动相同步。优选的是，在所述物体的周期运动的连续周期进行所述扫描，作为另外一种选择，沿相反方向进行所述扫描。
优选的是，所述相移在所述的物体周期运动的周期内基本上均匀地分布。通过组合来自各线检测器的不同二维图像的数据，来形成在所述物体的周期运动的不同周期中进行的测量所形成的多个二维图像，可以通过等于所进行的扫描的次数的系数来提高时间分辨率。
优选的但是非排他的方案是，使用线检测器，但是也可以使用方向敏感的基于气体的平行板检测器。其他可以使用的线检测器包括基于闪烁器的阵列、CCD阵列、基于TFT和基于CMOS的检测器、液体检测器和二极管阵列检测器(例如具有上升沿的PIN二极管阵列、近上升沿的PIN二极管阵列或者X射线直射PIN二极管阵列)。可以在所述的检测器的正面布置准直仪结构，以部分地排除掉散射的X射线。
本发明的其他特点和优点将通过下面给出的对本发明的实施方式的详细描述和附图1-6而变得明显，给出这些实施方式和附图仅是出于说明的目的，而不是对本发明的限制。
附图说明
图1以顶视图的方式示意性地示出了根据本发明的、用于获得物体的层析X射线照相组合数据的装置。
图2a至图2c以顶视图的方式示意性地示出了在图1的装置第一次扫描运动过程中一透过检查物体的特定X射线束。
图3至图6以顶视图的方式示意性地示出了根据本发明用于在扫描的不同阶段的过程中获得物体的层析X射线照相组合数据的装置。
具体实施方式
图1的装置包括发散X射线源1，其产生以对称轴3(平行于z轴)为中心的X射线2；准直仪4；辐射检测器6；以及装置7，用于将X射线源1、准直仪4和辐射检测器6彼此刚性地连接，并且用于使X射线源1、准直仪4和辐射检测器6沿基本上垂直于对称轴3的方向8(一般平行于x轴)线性移动，以扫描待检查的物体5。在本发明中，物体5进行周期运动。例如，这种运动是心跳或者肺的周期性进行的吸气和排气。
辐射检测器6包括堆叠的线检测器6a，每一线检测器都指向所述的发散辐射源1，使得辐射2的各个射线束b1、…、bn、…、bN进入到各个线检测器6a，所述各个射线束b1、…、bn、…、bN以相对于辐射检测器6的前表面的多个不同的角度α1、…、αn、…、αN中的对应角度传播。所述的线检测器6a沿y方向伸展，以记录在y方向上伸展的线图像。
所述的准直仪4可以是一个薄箔，例如带切开的窄的辐射可透过缝隙的钨薄箔，所述缝隙的数量对应于辐射检测器6的线检测器6a的数量。使缝隙与线检测器6a对准，使得穿过所述的准直仪4的缝隙的X射线到达所述的检测器单元6a，即作为各个射线束b1、…、bn、…、bN。准直仪4是可选的，其防止不直接指向线检测器6a的辐射照射所述的物体5，从而减少了作用到物体5的辐射剂量。这对于所述的物体是人或者动物或者人或动物的一部分的应用情况是有利的。
在扫描过程中，所述的设备7沿着箭头8所示的、平行于所述的辐射检测器的正面的线性路径，相对所述的物体5移动辐射源1、准直仪4和辐射检测器6，同时随着辐射以不同的角度α1、…、αn、…、αN中的相应角度透过物体5，每一线检测器6a重复记录辐射的线图像。
对物体5的扫描进行一定的长度，该长度要足够的长，使得每一线检测器6a可以扫描过关注的整个物体，以使每一线检测器6a获得以不同角度α1、…、αn、…、αN中的相应角度透过物体5的辐射的二维图像。
图2a至图2c示出了图1的装置扫描过程中穿过检查物体5的三种不同的X射线束b1、bn和bN的示意图。标号9表示平行于x轴的平面，该平面与扫描方向8一致并且与辐射检测器6的正面一致。
在图2a至图2c中可以看出，每一对线检测器/X线束以不同角度中的一个特定角度产生一完整的二维图像。图2a示出了以角度α1透过所述物体的辐射的二维图像的形成，图2b示出了以角度αn透过所述物体的辐射的二维图像的形成，而图2c示出了类似的二维图像的形成，不同的是角度为αN。
优选地，根据应用情况或者检查的类型，在αN-α1的角度范围上分布不同角度，角度范围至少为5°，优选地为至少10°，最优选地为至少15°，以获得用于物体检查的高品质层析X射线照相组合数据。根据检查过程中所要求的在不同角度记录的图像的数量，堆叠的线检测器中线检测器6a的数量至少为3个，优选地为至少10个，最优选地为至少25个。
在图2a至图2c中以s1表示的扫描步长取决于由一维记录形成的二维图像所需的空间分辨率。典型地，扫描步长s1可以为大约10-500微米，每一线检测器的单个检测元件可以具有类似的尺寸。
例如，由100个间距1cm的线检测器组成的检测器，该检测器的长度(在扫描方向上)为1m。假设物体在扫描方向上伸展长约0.2m，则使得每一线检测器可以扫描整个物体的整个扫描长度为1.2m。假设总扫描时间为0.2s，例如受从X射线管的X射线的影响的限制或者电子设备中的读取时间的限制，扫描速度大约为6m/s，并且在扫描中重复读取线检测器，以分别在每个单独的角度记录物体5的100个二维图像。
通过每一线检测器扫描0.2m所需的时间，大约为30ms，给出时间分辨率。对于进行诸如周期运动的运动的物体，该分辨率可能是不够的。
因此，根据本发明，提供移动装置7用于在线检测器6a重复检测线图像的同时，使辐射源1、准直仪4和辐射检测器6相对物体5沿着所述的线性路径移动上述确定的距离多次，每次相对物体5的周期运动都有不同的相移，这样每一线检测器6a都可以得到以多个不同角度中的相应角度透过物体5的辐射的多个二维图像。
图3至图6示意性地示出了本发明的装置在不同扫描阶段的顶视图。该装置与图1的装置类似，但是还包括：装置31，用于测量物体5的周期运动；以及计算机33，用于使辐射源1、准直仪4和辐射检测器6相对物体5的运动同步。
对于物体5是心脏的情况，用于测量周期运动的装置31可以是心电图装置，或者是用于测量静脉或者动脉的压力变化的装置。
计算机33可以包括用于后处理所记录的数据的多个模块，并且可用于显示在层析X射线照相组合重建处理中所形成的物体5的切片的二维图像，或者是分开的图像，或者是诸如心跳的周期运动的影像。
图3示出了该扫描开始时的本发明的装置。辐射检测器6的最右手端的线检测器刚好开始记录透过心脏5的X射线的透射。周期运动由显示三次心跳的心电图35表示。扫描在箭头37表示的时刻开始，箭头8表示扫描的方向。
图4示出了该扫描的第一次扫描运动结束时的本发明的装置。所述的装置已经扫描了距离D，该距离D等于辐射检测器6在扫描方向上的尺度和心脏5在扫描方向上的尺度之和，并且辐射检测器6的最左手端的线检测器刚好结束记录透过心脏5的X射线的透射。在箭头41表示的时刻结束第一次扫描运动，并且用st表示第一次扫描运动的扫描时间。该时间优选地大大少于心脏运动的周期。
图5示出了该扫描的第二次扫描运动开始时的本发明的装置。辐射检测器6的最右手端的线检测器6a刚好再次开始记录透过心脏5的X射线的透射。在箭头51表示的时刻开始第二次扫描运动，该时刻为第一次扫描运动开始之后的T+Δ的时刻，其中T为运动周期，Δ为小的相移。
最后，图6示出了该扫描的第三次扫描运动开始时的本发明的装置。辐射检测器6的最右手端的线检测器6a又是刚好开始记录透过心脏5的X射线的透射。在箭头61表示的时刻开始第三次扫描运动，该时刻为第一次扫描运动开始之后的2(T+Δ)的时刻。
该扫描还包括多次扫描运动，每次都在心脏运动的新的周期内并且每次都有Δ的相移。这持续到相移之和∑Δ等于整个周期T。然后就完成了所述的扫描。
有利的但非必须的是，所述的相移在物体5的周期运动的周期内基本上均匀地分布。类似地，有利的但非必须的是，在物体5的周期运动的连续周期内进行辐射源1、准直仪4和辐射检测器6相对物体5的运动。
然而，可能的是，在每次扫描运动之后所述装置尚未回到其初始状态。因此，作为另外一种选择，可以沿相反的方向进行所述的扫描运动，使得辐射检测器6在物体5上来回进行扫描。
执行层析X射线照相组合重建处理的计算机33可以根据不同的扫描运动中所记录的线图像，来形成辐射的各二维图像，所述重建基于该图像。例如，根据每次扫描运动中所记录的K/N线图像可以得到辐射的各二维图像，其中K是每次扫描运动中由各线检测器所记录的线图像的数量，N是扫描过程中执行的扫描运动的次数。
作为另外一种选择，计算机33基于辐射的二维图像进行层析X射线照相组合重建处理，根据扫描运动中的单次扫描运动所记录的线图像来形成所述辐射的二维图像的每一个。
扫描运动的次数给出了所述的重建处理中所形成的二维图像的数量，该重建处理可以用于研究周期运动的时间演化。

Claims (17)

1.一种基于扫描的装置，该装置用于获得进行周期运动的物体(5)的层析X射线照相组合数据，该装置包括：
发散辐射源(1)，被设置用于发出以对称轴(3)为中心的辐射(2)；
辐射检测器(6)，其包括多个线检测器(6a)的堆叠，各线检测器(6a)均指向所述的发散辐射源，以使得所述辐射的分别以多个不同角度(α1、…、αn、…、αN)中的相应角度传播的射线束(b1、…、bn、…、bN)进入所述线检测器，所述线检测器(6a)被设置用于重复记录进入所述线检测器中的射线束的一维图像；
布置在所述发散辐射源与所述辐射检测器之间的所述辐射路径中的物体区域，用于收容所述物体；
移动装置(7)，被设置用于使所述发散辐射源和所述辐射检测器沿着基本上垂直于所述对称轴的路径(8)、相对于所述物体基本上线性地移动，并且所述移动的距离对于各所述线检测器对整个物体进行扫描是足够的，同时所述线检测器重复检测线图像，所述装置的特征在于：
所述移动装置(7)被设置成：在所述线检测器重复检测线图像的同时，所述移动装置使所述发散辐射源和辐射检测器沿着所述路径、相对于所述物体移动所述距离多次，每次所述移动都相对于所述物体的周期运动具有不同的相移(Δ、2Δ、…)，以针对各所述线检测器获得以所述多个不同角度中的相应角度透过所述物体的辐射的多个二维图像。
2.根据权利要求1所述的基于扫描的装置，其中所述相移在所述物体的所述周期运动的周期(T)上基本上均匀地分布。
3.根据权利要求1或者2所述的基于扫描的装置，其中作为另外一种选择，所述移动装置(7)被设置用于使所述发散辐射源和辐射检测器以相反方向沿着所述路径、相对于所述物体移动所述距离。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的基于扫描的装置，其中所述辐射的多个二维图像中的每一个是根据在所述发散辐射源和辐射检测器相对于所述物体的不同移动过程中所记录的线图像而获得的。
5.根据权利要求4所述的基于扫描的装置，其中所述辐射的多个二维图像中的每一个是根据在所述移动装置的每次移动过程中所记录的K/N线图像而获得的，K是所述移动装置的每次移动过程中各所述线检测器所记录的线图像的数量，N是所述移动装置进行的移动的次数。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的基于扫描的装置，其中所述物体是心脏。
7.根据权利要求6所述的基于扫描的装置，该装置还包括：
测量装置(31)，用于测量所述物体的所述周期运动；以及
同步装置(33)，用于使所述发散辐射源和辐射检测器沿着所述路径、相对于所述物体移动所述距离的所述多次移动与所述物体的所述周期运动相同步。
8.根据权利要求7所述的基于扫描的装置，其中用于测量所述物体的所述周期运动的所述装置是心电图装置，或者是用于测量静脉或者动脉中的压力变化的装置。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的基于扫描的装置，其中
所述发散辐射源和辐射检测器相对于所述物体的各所述移动是在少于所述物体的所述周期运动的一个周期的时间内进行的；并且
所述发散辐射源和辐射检测器相对于所述物体的所述移动是在所述物体的所述周期运动的连续周期下进行的。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的基于扫描的装置，其中所述检测器在所述移动方向上的尺度比所述物体在所述移动方向上的尺度长，优选地至少长两倍。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的基于扫描的装置，其中
所述发散辐射源是X射线源(1)；并且
所述线检测器分别是基于气体的电离检测器(6a)，其中作为被相应射线束电离的结果而释放的电子在基本上垂直于该射线束方向的方向上被加速。
12.根据权利要求11所述的基于扫描的装置，其中所述基于气体的电离检测器是电子雪崩检测器(6a)。
13.根据权利要求11所述的基于扫描的装置，其中所述基于气体的电离检测器被形成为对方向高度敏感。
14.根据权利要求1至10中的任一项所述的基于扫描的装置，其中所述线检测器是二极管阵列、基于闪烁器的阵列、CCD阵列、基于TFT或基于CMOS的检测器、或者液体检测器(6a)中的任意一种。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的基于扫描的装置，该装置包括布置在所述辐射源与所述物体区域之间、所述辐射路径中的准直仪(4)，所述准直仪防止不指向所述线检测器的辐射照射到所述物体，从而减少了作用到所述物体的辐射剂量。
16.一种用于获得物体(5)的层析X射线照相组合数据的方法，该方法包括以下步骤：
通过发散辐射源(1)发出以对称轴(3)为中心的辐射(2)；
使包括多个线检测器(6a)的堆叠的辐射检测器(6)指向所述发散辐射源(1)，使得各所述线检测器(6a)指向所述发散辐射源，以使所述辐射的分别以多个不同的角度(α1、…、αn、…、αN)中的相应角度传播的射线束(b1、…、bn、…、bN)进入所述线检测器；
将进行周期运动的物体布置在所述发散辐射源与所述辐射检测器之间的辐射路径中；以及
使所述发散辐射源和所述辐射检测器沿着基本上垂直于所述对称轴的路径(8)、相对于所述物体基本上线性地移动，并且所述移动的距离对于各所述线检测器对整个物体进行扫描是足够的，同时各所述线检测器重复记录已经透过所述物体然后进入该线检测器中的射线束，所述方法的特征在于包括以下步骤：
在所述线检测器重复记录已经透过所述物体然后进入该线检测器中的射线束的同时，使所述发散辐射源和辐射检测器沿着所述路径、相对于所述物体移动所述距离多次，每次所述移动都相对于所述物体的所述周期运动具有不同的相移(Δ、2Δ、…)；以及
对于各所述线检测器，形成以所述多个不同角度中的相应角度透过所述物体的辐射的多个二维图像。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述多个辐射的二维图像中的每一个是根据所述发散辐射源和辐射检测器相对于所述物体的不同运动过程中所记录的线图像而形成的。
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