CN101304689B - 减少x射线探测器中3d伪影的方法 - Google Patents

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Abstract

一种至少减少关于对象获得的X射线图像中出现差别伪影的方法，其中至少每天执行一次所述去伪影扫描以产生潜在的强均匀伪影，以使得最小化在随后扫描期间的差别(非均匀)伪影。该去伪影扫描包括在X射线源(4)和探测器(5)间没有对象时，以相对较高探测器剂量获得“空气”图像。

Description

减少X射线探测器中3D伪影的方法
本发明涉及一种减少X射线探测器中3D伪影的方法，该方法尤其适合于但不是仅用在利用例如C形臂和体CT(计算机断层扫描)系统对软组织成像的过程中。
参照图1，通常的X射线系统包括通过机械臂3、由摆臂(C形弧或是G形弧)1支撑的病人台2。在摆臂1内，设置有X射线管4和X射线探测器5，该探测器设置并配置为接收穿过病人(未示出)的X射线，并产生表示其强度分布的电信号，从该电信号可以重建病人受照射区域的3D图像。通过移动摆臂1，X射线管4和探测器5可以相对于躺在病人台2上的病人放置在任何需要的位置和朝向。在显示屏幕6上显示病人受照射区域的3D重建图像。
X射线探测器5通常是平板探测器(FD)，其包括转换层，该转换层具有掺杂铊的碘化铯(CsI:Tl)，用于转换X辐射为光辐射，还包括多个感光元件，用于从光辐射中获得电信号。这种X射线探测器可以从T.Jing等人的论文“Amorphous silicon pixel layers with Caesium Iodide converter for medicalradiography”IEEE Transactions in nuclear science 41(1994)903-909中得知。该已知X射线探测器的转换器层形成为厚度在65μm到220μm范围之间的CsI:Tl层。非晶硅PIN型二极管用作感光元件，来探测入射到CsI:Tl层上的X辐射所产生的闪光。Tl的掺杂程度保持在0.1-0.2mol％。
尽管已知X射线探测器的转换层具有较高转换效率，但是其受到显著的余辉的影响。余辉是这样一种现象，在X射线入射后，由于转换层或闪烁体中所谓的“陷阱”效应，转换层中产生的光辐射在入射X射线停止后还继续一段(较短)时间。国际专利申请No.WO 03/100460描述了一种X射线探测器，其具有CsI:Tl转换层，其中CsI:Tl超纯且Tl掺杂程度在0.25-1.00at％的范围之内。结果，在入射X射线后继续产生的光辐射水平减少，并且因此相应地减少余辉。
老化(brightburn)或“伪影”是“陷阱”导致的另一个(更长期的)现象，这是由闪烁体中的增益效应导致的，并且其导致长久的伪影，该伪影通常在显示图像上产生圆形假像，并且使得3D重建容易受到影响。
本发明的一个目的在于提供一种改进的方法，以进一步减少X射线探测器中伪影导致的假像在3D重建图像中出现。
依照本发明，提供了这样一种方法，用于减少使用X射线系统获得的对象的X射线图像中的差别伪影，其中该X射线系统包括X射线源，用于照射所述对象；还包括X射线探测器，用于接收穿过所述对象的X辐射，并产生表示其强度分布的电信号，所述X射线探测器包括用于接收入射其上的X辐射并将所述X辐射转换成光辐射的闪烁体，该方法包括在所述X射线源和X射线探测器间没有对象时，通过使所述X射线源产生X辐射束、并使得所述探测器接收所述X辐射并产生表示均匀伪影的电信号，来周期性地获得去伪影扫描，其中所述均匀伪影是在所述X辐射入射其上的所述探测器中产生的。
由于去伪影扫描导致闪烁体(通常是CsI:Tl闪烁体)中高度的“陷阱”，使得在每个随后扫描期间不产生进一步的显著伪影，因此在获得去伪影扫描后获得的扫描中就显著减少了差别伪影的产生。
优选地，去伪影扫描至少每天执行一次，可能的话，在X射线系统打开之后自动执行。去伪影扫描最好以较高X辐射探测器剂量(detector dose)来进行，通常与相对于各个对象获得随后扫描所使用的数量级基本相同。
参照下面描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见。
本发明的实施例将参照附图仅通过例子的方式来描述，其中：
图1是使用根据本发明的示例性实施例的X射线探测器的X射线系统的示意性侧视图；
图2是具有多个探测器元件的CMOS芯片的分解图；
图3是示例性X射线系统的X射线探测器中结合的传感器矩阵的电路图；
图4是根据本发明的示例性实施例的方法中主要步骤的示例性流程图。
诸如参照图1和在图1中示出的、系统中使用的平板X射线探测器通常包括多个探测器元件，该多个探测器元件设置为多行。图2示出形成这种探测器的CMOS衬底的分解图，其中具有多个探测器元件。多个光电二极管8和相关的放大器元件(未示出)通过集成半导体技术在同一衬底上实现。因此，在设置为矩阵形式的探测器元件10(还称作图像元件或是像素)上实现CMOS芯片9；例如，在这种情况下，它们在纵向设置为六行并在横向设置为九列。完整的探测器阵列3通常包括多个连续设置的芯片9。
在每个CMOS芯片9之上，设置有闪烁体11形成的转换层，其与CMOS芯片9的大小相同。闪烁体11由掺杂Tl的CsI形成，并连接到CMOS芯片，从而通过光学粘合剂13的薄层相对其准确定位。吸收体层14设置在闪烁体的各个晶体12之间。
CMOS芯片9通过粘结层16安装在印刷电路板或PCB 15之上。通过到焊盘17的导线形成从CMOS芯片9到PCB 15的电连接。
在X辐射入射到探测器上时，在闪烁体11中吸收X射线量子(γ)并转换为可见光。参照图3，对于X射线图像中的每个像素提供传感器元件21，其包括光电传感器元件22，收集电容23以及开关元件40。通过光电传感器元件22从入射的X射线得到电荷，其中通过收集电容23来收集电荷。集电极3形成各个收集电容23的一部分。对于传感器元件的每列，设置有相应的读取线19，且每个收集电容23通过其开关元件40耦接到其相应的读取线19。光电传感器元件设置在衬底60上，并且作为一个例子，图3仅仅示出3×3的传感器元件，但是在实际的实施例中，使用很大数量的传感器元件，例如2000×2000个。
为了读出收集的电荷，相关的开关元件40闭合(close)从而使得电荷从收集电容传导到相应的读取线。分离的读取线19耦接到相应的高灵敏输出放大器24，放大器的输出信号被提供给复用电路25。电子图像信号包括来自复用电路25的输出信号。通过行驱动器电路26控制开关元件40，通过寻址线27对于每一行将该行驱动器电路耦接到开关元件。例如，该复用电路提供电子图像信号到监视器6，在该监视器上随后显示X射线图像的图像信息，或者该电子图像信号可以提供给图像处理器以用于进一步处理。
因此，回头参考图1，在公知的X射线系统中，要被检查的病人位于病人台2之上，并随后被X射线管4发出的X射线束照射。由于病人对X射线吸收的局部差异，在X射线探测器上就形成了X射线阴影图像。通过结合在X射线探测器5中的传感器矩阵，将X射线图像转换成电子图像信号。电子图像信号被供给其上显示X射线图像的图像信息的监视器6。
如上所述，平板探测器中使用的CsI:Tl闪烁体受到出现长期伪影的缺陷的影响，这对于3D重建图像的质量有不利影响，因为它们(通常)导致在其中出现圆形的假像。这种伪影是由非均匀辐射与闪烁体中陷阱效应的结合而产生的、闪烁体中差别增益效应造成的。由于伪影是一种增益效应，其可以(理论上)通过利用增益较正来校正。增益较正是基于“空气”图像(即，在X射线管和X射线探测器之间没有任何对象且没有校准而获得的图像)，并且在利用增益校正时，将伪影从对象图像中“分开”。然而，如果在闪烁体中产生余辉之前执行增益扫描(即，获得空气图像)，则这种增益较正将会失败。换句话说，伪影对于每次扫描会改变，由此增益扫描(在常规方法中)只能每天获得一次，并且上述的增益较正方法因此不能应对改变的伪影。
通过以很高(积累的)探测器剂量(ca.40mGy)获得(优选在每天的开始)“去伪影”扫描(“空气”扫描)，依照本发明的示例性实施例解决了上述问题。这可以得到很强但是均匀的伪影9(由于大多数闪烁体的陷阱被填满)，由此防止进一步产生强的差别伪影。因此，在第一例子中产生潜在的强伪影，使得在所有随后获得的扫描中都具有同样的潜在伪影，并且没有产生需要校正的进一步差别(变化)伪影。因此，通过在初始“去伪影”扫描期间产生强但是均匀的伪影，来抑制非均匀伪影。通常，在一天的时间量程左右，伪影会衰减，因此优选应该每天重复执行一次去伪影扫描。因此，几天都不使用的系统就很容易受到差别伪影的影响，除非已经初始地执行了“去伪影”扫描。
因此总的来说，参照图4，根据本发明的方法包括通过以较高探测器剂量获得“空气”图像来执行去伪影扫描100，相对于相应对象执行随后的扫描102，确定自从最后一次执行去伪影扫描已经经过了预定时间周期104，以及重复去伪影扫描。
应该注意，上述实施例是示出而不是限制本发明，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求限定的发明范围内可以设计出很多替换实施例。在权利要求中，括号中的任何参考标记不应被理解为限制该权利要求。术语“包括”和“具有”等不排除存在任何权利要求或说明书整体中没有列出的那些元件和步骤。元件的单数表示并不排除多个这样的元件，反之亦然。本发明可以通过包括若干不同元件的硬件实现，也可以通过适当设置的计算机来实现。在列举了若干装置的设备权利要求中，这些装置的一部分可以实现为一个或是同样的硬件。事实上，在不同从属权利要求中描述的某些部件并不表示不能对这些部件结合使用。

Claims (4)

1.一种减少使用X射线系统关于对象获得的X射线图像中差别伪影的方法，其中所述X射线系统包括X射线源(4)，用于照射所述对象；还包括X射线探测器(5)，用于接收穿过所述对象的X辐射并产生表示其强度分布的电信号，所述X射线探测器包括用于接收入射其上的X辐射并将所述X辐射转换成光辐射的闪烁体(11)，所述方法包括：在所述X射线源(4)和X射线探测器(5)之间没有对象的时候，通过使所述X射线源(4)产生X辐射束并使所述探测器(5)接收所述X辐射束的X辐射并产生表示均匀伪影的电信号，来周期性地获得去伪影扫描，其中所述均匀伪影是由所述X辐射束的X辐射入射其上的所述探测器(5)导致的，并且其中，以较高X辐射探测器剂量执行所述去伪影扫描，所述均匀伪影所需的剂量使得基本上所有闪烁体的陷阱被填满。
2.根据权利要求1所述的方法，其中至少每天执行一次所述去伪影扫描。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述X射线系统打开的时候自动执行所述去伪影扫描。
4.根据权利要求1所述的方法，其中通过与对各个对象获得随后扫描所使用的基本相同数量级的探测器剂量来执行所述去伪影扫描。
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