CN101379392B - 使用分布式x射线源的成像装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种成像装置。该成像装置包括多维组件，该多维组件还包括多个可单独寻址的x射线源。多个x射线源还可配置用来同时发射不同平均能量的x射线谱。此外，多维组件还包括多个x射线检测器，其被设置用来检测从至少一个x射线源发射的x射线中的至少一部分。

Description

使用分布式x射线源的成像装置

技术领域

本发明涉及x射线成像装置。本发明还涉及组合模态成像。本发明还涉及成像系统的操作方法。 

背景技术

x射线是通常波长比紫外线辐射更短但是比伽马辐射更长的电磁辐射形式。换句话说，x射线波长的范围从约10皮米到约1纳米。x射线在医学成像以及工业成像中得到应用。在医学界，x射线对于例如在骨折检测中的诊断而言极具价值。随着x射线技术的进步，如今x射线正在用于例如通过使用计算机断层扫描方法来生成各种器官的3D图像。在工业领域中，x射线扫描仪常常用来检测多种设备(电子管、PC板、芯片等)中的缺陷。 

典型地，用于医学成像中的x射线成像系统包括：x射线源、x射线检测器、患者台以及用于调节曝光持续时间、所发射的x射线能量的装置等。x射线成像系统已经发展成更加专用的成像模态，例如已经进一步发展成为形成当前一代多切片CT系统的计算机断层扫描(CT)成像系统。 

根据现有技术文献美国专利申请公开号No.2004/0213378A1，可以获知这种成像装置的实施例。该文献公开了一种包括x射线源和x射线检测单元的计算机断层扫描设备。x射线源包括阴极、阳极靶和准直仪。阴极包括在施加电场时发射电子的多个单独的可编程电子发射单元。阳极靶在受所发射电子撞击时发射x射线。该文献还公开了，电子场发射单元包括电子场发射材料，以及电子场发射材料包括纳米结构材料或多个纳米管或多个纳米线。还公开了x射线在计算机断层扫描方法中的使用。 

在该文献中公开的技术造成x射线在物体各点处的可变吸收，这导致生成的图像中分辨率不够。这是因为例如在吸收特别高或者成像物体特别厚的一些点处，图像变得更呈颗粒状。在成像过程中，生成的3D图像缺乏足以得到准确诊断的细节。在多数情况下，这导致生成了使进行恰当诊断 变得困难的模糊图像。 

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种生成具有改善的分辨率的图像的成像装置。为了实现这一目的，如权利要求1所述，本发明提供了一种成像系统。在权利要求2-14中限定了本发明的更多有利实施例。 

根据本发明的第一方面，公开了一种成像装置。该成像装置包括：多维组件，该多维组件还包括单独寻址的多个x射线源。多个x射线源还可配置用来同时发射不同平均能量的x射线谱。此外，多维组件还包括多个x射线检测器，其被配置用来检测从至少一个x射线源发射的至少一部分x射线。多个x射线源和多个x射线检测器分布在多维组件上。在随后的讨论中，术语“x射线谱”可以与术语x射线互换使用，而不应当被认为具有限定性。 

顾名思义，多维组件通常是被配置用来固定所需配置中的多个x射线源和多个x射线检测器的结构。放置多个x射线源和多个x射线检测器，使得多个x射线检测器中的至少一个x射线检测器被配置用来检测由多个x射线源中的至少一个x射线源发射的x射线中的至少一部分x射线。 

按照特征辐射和“Bremsstrahlung”产生x射线，其中“Bremsstrahlung”是在德语中用于轫致辐射的术语。其被称为制动辐射是因为电子在撞击靶时由于电子减速而产生x射线。由加速/减速粒子所发射的能量与1/m²成比例，其中m为粒子的静止质量；因此，轫致辐射对于光粒子而言起到了特别重要的作用并且为解决电子能量损失的问题做出了突出的贡献。 

通过在各x射线源中具有不同的阳极材料，可以生成不同能量的特征x射线辐射。通过在载体上配置或者切换冷发射器期间调整某些形状，可以根据具体需要，例如按照被施以x射线的物体的形状所限定的形状，对x射线束的形状进行塑形。在某些实施中，通过激活分别具有不同阳极材料的一组或多组x射线源，能够生成不同能量的x射线。在某些其它实施中，通过单独地、按组地或者针对所有x射线源同时地改变加速电压，可以从每个x射线源生成可变平均能量的x射线谱。 

在某些其它实施中，也可以在单个阳极上沉积一组阳极材料，配置各 个阳极材料以便在电子撞击时生成x射线。阳极可以为反射型或者透射型。 

通过经由多个x射线源生成不同平均能量的x射线，可能获得x射线的所需要的传输，以及从而获得由多个x射线检测器中的至少一个x射线检测器所进行的更好的x射线检测。这能够更好地采集适当的图像信号，以助于生成具有高分辨率的图像。可以将不同的平均x射线能量用来对待检查的非同质物体的不同部分进行成像，以及用来区别不同种类的组织/材料。可以将多种能量有效地用来实现在物体中不同局部或者部分之间的良好区分。例如，在医学成像中，本技术可以提供在造影剂与组织或者软组织、软骨与骨骸等之间的良好区分。 

在本发明的另一实施例中，成像装置包括一种配置，其中多个x射线源和多个x射线检测器是固定的。具有该具体化配置的成像装置的优点在于通过去除用于至少多个x射线源和多个检测器的移动部件简化了成像装置的设计。其它优点包括：减少的声学噪声、减少的材料振动、减少的功率消耗以及减少的成本。 

在本发明的另一实施例中，成像装置包括一种配置，其中多个x射线源分布在多维组件的表面上的多个x射线检测器之间。换句话说，存在x射线源和x射线检测器的交错。这使得多个x射线源能够从不同方向发射x射线到物体上，并且还使得能够在至少一部分x射线的发射路径上对其进行检测。在某些实施中，当多维组件具有多个表面时，可以在一个以上的表面上实现当前具体化配置。如这里具体化的本发明的优点在于，即使对于固定的x射线源和x射线检测器以及固定的物体，也可能生成物体的三维图像。 

在本发明的另一实施例中，成像装置包括多个x射线源和多个x射线检测器的配置，使得x射线在多维组件的至少第一表面上分组在一起，以及x射线检测器被分组在一起并被置于多维组件的至少第二表面上。换句话说，x射线源和x射线检测器相互隔开地放置。在某个实施中，例如当多维组件是比如箱体的多面结构时，x射线可以被分组在一个以上的表面上。类似地，可以将多个x射线检测器分组并放置在一个以上的表面上。此外，在某些其它实施中，可以将第一组多个x射线源和x射线检测器放置在多维组件的相对表面上。在当前实现的另一实施例中，可以与第一组x射线 源和x射线检测器成角度地放置不同的一组x射线源和x射线检测器。这与多个x射线源分布于多个x射线检测器之间的前述具体化配置相对照。本发明的当前配置的优点在于，其有助于易于将多个x射线源和多个x射线检测器作为阵列进行制造。 

在本发明的又一实施例中，多个x射线源中的各个x射线源包括冷阴极x射线源。多个x射线源中的各个独立的x射线源可以包括冷阴极器件，该器件包括单个阴极和单个阳极元件。冷阴极器件可以有利地用来避免使用热发射器，以便减少x射线源的尺寸和重量、减少功率消耗、有助于小型化和/或能够在给定区域中包括更多数量的x射线源。典型地，通过在特定行和列的各个交点处施加大于场发射阈值的电压，可以实现在多个x射线源中各个x射线源的单独寻址，可以激活特定的x射线源以发射x射线。 

冷阴极具有例如更高分辨率、更长x射线源寿命、更快脉冲操作(门控)、更低功率消耗和即时性能的优点。冷却要求不那么严格，其导致更低的安装和运行成本和设计的自由度。使用冷阴极的重要优点在于x射线的瞬时发射成为可能，在x射线源中的冷阴极与靶阳极之间施加激励场的瞬间即开始发射x射线。这有利于更快成像。使用冷阴极x射线源的其它优点包括潜在的成像装置的小型化。 

在本发明的另一实施例中，冷阴极射线源包括碳纳米管(CNT)。CNT是优良的场发射器或所谓的冷阴极管。使用冷阴极的优点包括与热离子电子源相比更低的功率消耗、更强的健壮性和更快地接通。可选地，冷阴极可以包括碳末端(也包括钻石末端)、碳合成物末端、金属末端、半导体末端、铁电材料、热电材料或者其组合的其中之一。在某些其它实施中，冷阴极也可以包括在构造上类似于碳但是实质上由非碳或者非晶形材料如硅或者钼制成的结构。在这样的实施中，冷阴极可以包括硅末端或者钼末端。在另一实施中，也有可能冷阴极实质上包括碳材料作为阳极，但是也包括实质上由非碳材料制成的阴极。这样的实施应当理解为在如这里描述的本发明的范围内。 

在本发明的另一实施例中，成像装置被配置用来当成像装置工作时对静止物体成像，其中对物体进行定位以便从至少一个x射线源接收x射线。该具体化配置的优点在于，对于被配置为静止的物体而言减少了与成像装 置的设计相关联的机械部件。例如，在要求患者接受成像的情况下并且当患者在整个成像过程中保持静止时，患者经受一点或不会紧张，以免导致任何异常的错误指示如更高的血压、更高的心率或更高的肾上腺素水平。此外，静止成像设置有助于消除因成像装置或患者的移动所致的假象。该具体化配置的一个优点在于，尽管没有移动部分但是成像装置易于生成3D图像。典型地，这是通过对使用多个x射线源和x射线检测器所拍摄的两个或更多图像进行重建来实现的。 

有利地，物体被放置为使得多个x射线源和多个x射线检测器置于物体周围，以及其中多个x射线源中的各个x射线源被配置用来在物体上发射x射线，并且多个x射线检测器中的至少一个x射线检测器被配置用来检测由至少一个x射线源所发射的并透射过物体的x射线的至少一部分。 

本发明的又一目的在于提供一种生成具有结构和功能信息内容的图像的成像装置。为了实现这一目的，组合模态成像系统包括第一成像系统和第二成像系统，其中第一成像系统包括如权利要求1-8中所限定的成像装置。第一成像系统易于结构成像，而第二成像系统易于功能成像。此外，第一和第二成像系统被配置用来同时地或分别地对物体进行成像，以及生成其各自的图像。当需要实现时间敏感成像或功能成像以及需要测量和监视不同参数时，该组合模态成像系统特别有用。例如，在成像过程中，如胸部射线透视，除了结构成像(x射线成像)之外还包括功能成像技术(例如光学成像或PET成像或磁共振(MR)成像)将是有益的，以便更好地理解和提供关于存在或不存在例如肿瘤或者微钙化的更准确的诊断。通过同时进行成像，可以避免与图像融合相关联的问题。 

在本发明的另一实施例中，第二成像系统包括：光学成像系统、正电子发射断层扫描(PET)系统、单正电子发射计算机断层扫描(SPECT)系统、MR成像系统、热成像系统或者超声系统。在某些示例性实施例中，第二成像系统也可以包括一个或多个专用成像系统的组合。例如，在组合模态成像系统中，基于冷阴极的x射线源和相应的x射线检测器可以以能够想到的任何形式，与第二成像系统所需要的不同类型的源和检测器交错。例如，所有其它x射线源可以用LED或者激光器来取代，并且相应地所有其它x射线检测器可以用光学检测器来取代。 

本发明的又一目的在于提供一种成像系统的操作方法。该方法包括以各个x射线源能够发射不同能量的x射线的方式，配置多个x射线源。该方法还包括经由至少一个x射线检测器，检测从多个x射线源发射的x射线的至少一部分。可以用在以上部分中先前所述的方式产生不同能量的x射线。这样配置的优点在于获得从成像系统生成的图像的更高的对比度和/或分辨率。换句话说，在本技术的示例性实施中，基于对物体的x射线局部吸收的信息，来优化x射线在不同区域中的吸收是有利的。典型地，这种信息来自先前在对相似物体和相似区域执行的成像过程中存储的数据。此外，可以通过使用先前生成的图像的方式从同样的成像过程中能够动态地获得这种信息，并且从而改变入射在吸收更多辐射的区域上的x射线能量。 

在x射线吸收更高的区域中需要更高的mA(表示生成的x射线光子的数目)，并且反之亦然。可以在成像工作站上执行对前一图像的分析和对下一图像的mA的控制。改变x射线光子数目的优点在于显著地提高通过使用该具体化技术所生成的任意3D图像的信噪比，同时使对成像物体的辐射量最少。 

在本发明的另一实施例中，该操作方法还包括在接收多个x射线源中的至少一个x射线源和至少一个x射线检测器之间的待成像的物体。这有助于所发射的x射线穿过物体，并使至少一部分x射线被检测器接收。一旦被接收，则物体被配置为一般性静止。物体静止的优点在前文已经讨论过。 

在本发明的另一实施例中，该操作方法包括基于由至少一个x射线检测器所检测的至少部分x射线来生成物体的影像。 

在本发明的另一实施例中，该操作方法包括配置多个x射线源在所需持续时间发射x射线。这个持续时间可以通过以所需的顺序激活各个x射线源来进行控制。这个所需的顺序是串行激活、并行激活或仅激活用于发射x射线的部分x射线源。本实施例的优点在于其对物体的辐射量最少、其通过消除少数或其余x射线源对散射x射线的检测来增加图像信号的信噪比从而有助于提取特定区域的图像数据。相反地，可以用相同方式评估散射辐射的贡献，且该结构也可以对使用例如透射和散射断层扫描的非相 干散射成像和多模态结构带来改进的可能性。在又一可能的实施例中，该操作方法包括基于影像来改变多个x射线源中的一个或多个x射线源的投影角。 

附图说明

通过参照如附图所示的下文所描述的实施例进行阐述，本发明的这些和其它方面将是显而易见的，在附图中： 

图1是成像系统的示例性配置的图示，其描绘了多维组件上的多个x射线源和多个x射线检测器； 

图2是成像系统的另一种示例性配置的图示，其描绘了多维组件上的多个x射线源和多个x射线检测器； 

图3是多维组件上的多个x射线源和多个x射线检测器的另一种示例性配置的图示；以及 

图4是示例性组合模态成像系统的图示。 

具体实施方式

现在参照附图，首先参照图1，示出了根据本发明一个方面的示例性成像装置100。成像装置100包括多维组件110。多维组件110包括分布于多个x射线检测器(一般性地用参考标号130表示)之间的多个x射线源(一般性地用参考标号120表示)。 

典型地，多维组件110具有开口140，通过该开口可以放置需要经受成像过程的物体150。根据该具体化技术的应用领域，物体150可以是各种类型。例如，在工业成像过程中，物体可以是从印刷电路板到运输的不明行李的任何物体；而在医学成像过程中，物体150可以是患者整体或者外部躯体部分，比如手部、胳膊、腿部、耳部、鼻子、胸部等。经适当修改，该具体化技术能够应用在工业领域以及医学成像领域。然而，以下部分中，为了提供更好的理解，更多地以在医学成像中使用的方式进行描述。 

回到关于图1的讨论，成像系统100还包括x射线源控制器160、x射线检测器控制器170、检测器采集电路180和成像工作站190。根据当前的任务，x射线控制器可以执行不同的采集策略。成像工作站190分析所采集 的图像信号并在显示器195上生成最佳视觉表示，并且使x射线源控制器160和x射线检测器控制器170的控制策略适应于以最低x射线量水平优化显示器上的信息。例如，在医学成像过程中，成像工作站190能够易于当干预者操纵导管通过扭矩脉管时，自动选择从x射线源发出的x射线的最佳投影角。成像工作站190也能够易于通过改变撞击x射线源阳极的电子的数量，使x射线量自适应于图像中的所关注的特定区域，例如在导管末端周围。 

成像系统100的输出是使用成像系统100的这些独特特征所组成的图像。该图像可以是具有高分辨率和对比度的三维图像、在构成物体的不同材料中分解出的图像或为某个预定任务比如操纵导管通过患者体内的弯曲脉管，从最佳视角拍摄的平面图像。此外，它可以是上述的组合(3D材料分解量的最佳视平面)。如这里所描述的，由于多个x射线源120发射的x射线具有不同的能量，实现了高分辨率和/或分解度。应当注意，通过对物体进行成像，通常意味着表示对物体上的关注区域进行成像，以便生成物体内部区域的图像。然而，在某些其它实例中，该技术可以用来直接地生成示出了其内部和外部表示的整个物体本身的图像。 

尽管在本实施例中，示出多维组件110具有一个开口140，但是应当注意，在某些其它实施中，多维组件110可以包括一个以上开口。在某些其它实施中，多维组件100可以是可伸缩型的，其中多维组件110具有包裹在物体150周围的多个x射线源120和多个x射线检测器130。实质上，应当将多维组件110设计为在待成像的物体周围实现所需要的配合。对多维组件110的这种修改应当视为在这里所描述的本发明的范围内。 

如已经说明的，多个x射线源120各自可以包括冷阴极x射线源。在本发明中使用冷阴极x射线源的优点包括：减少功率消耗、即时发射x射线、可能的高切换频率、易于设计以及热耗散少。各个冷阴极x射线源包括单个阴极和单个阳极。可以用各种方式控制由各个x射线源120发射的x射线的能量。 

在一个示例性实施中，各个x射线源中的阳极可以具有不同材料。当电子在激活后撞击阳极材料时，根据阳极材料，可以发射具有特定能量的x射线，即在轫致辐射的背景下的所谓的特征辐射。可以使用过滤器或透镜 的不同配置来在需要的情况下实现所发射的辐射的准单色性。 

在又一示例性实施中，各个x射线源120中的阳极可以包括多个阳极材料，其分别位于阳极上的特定位置。通过配置从阴极发射的电子选择性地撞击阳极的特定区域，可以从单个x射线源发射具有不同能量的x射线。在该实施的更多实施例中，可以具有取代单个大型阴极的多个阴极以及具有一个或多个阳极材料的单个阳极。应当注意，多个x射线源120可以以不同能量但是在同一时刻发射x射线。如前所述，使各个x射线源或部分x射线源以所需能量发射x射线的优点在于，可以实现在被成像物体150的不同区域中发射所需水平的x射线。如本领域技术人员应当意识到的，根据需要实现x射线的不同穿透深度将使得即使在物体可能表现不同的x射线吸收水平或不同厚度时，也能够生成具有高分辨率和对比度的图像。重要的是，这也导致减少对物体150的x射线用量。 

在又一示例性实施中，通过改变使电子在撞击阳极靶之前以不同速率行进的加速电压，也可以产生具有不同能量的轫致辐射谱。这是获得不同能量的重要方式(相比不同的阳极材料)。这是因为轫致辐射代表了多数x射线功率而特征(准单色)辐射仅构成较小部分。 

此外，应当注意，利用x射线源和x射线检测器的结构的当前几何形状，能够在物体150已经被放置于多维组件110中之后，不需要物体150任何移动的情况下，完成整个成像过程。这可以通过以所需顺序和所需持续时间选择性地激活多个x射线源120中的各个x射线源或者多组x射线源来实现。在某些实例中，可以以特定持续时间激活一个或一些x射线源120，并且一个或多个x射线检测器130可以检测来自己激活的x射线源并穿过物体150的已衰减的主x射线。 

x射线源控制器160适于控制多个x射线源。可以一次一个、一次数个或者同时全部激活多个x射线源120。x射线源控制器160适于对多个x射线源120中的各个x射线源或多组x射线源进行寻址，并且适于为它们提供激活信号。在x射线源中使用电子聚焦装置(未示出)的某些实施中，x射线源控制器160可以是可配置的，以便控制并改变电子聚焦装置的工作。 

多个x射线检测器130分别被配置用来生成指示落在x射线检测器上的x射线的能量和/或数量的信号。在某些实施中，x射线检测器控制器170 可以仅激活多个x射线检测器130中所选则的一组x射线检测器。通过仅激活选择性的一组x射线检测器，来减少一些x射线检测器对散射或杂散x射线的检测。相反地，可以通过(仅)激活那些能够仅接收来自工作源的散射辐射的检测器，来评估散射辐射的贡献。类似过程也可以用来提高非相干散射成像和多模态结构使用例如透射和散射断层扫描的可能性。检测器采集电路180被配置用来经由x射线检测器控制器170从多个x射线检测器130中分别接收信号，并将该信号提供给成像工作站190，以便生成图像195，该图像可以是3D图像、以构成被观察的物体的不同材料来分解的图像或者从最佳视角观察的图像。 

可以基于成像要求来选择检测器材料。例如，当要求增加空间分辨率时，可以使用直接转换材料，比如非晶形硒、氧化铅、碘化铅、碘化汞或碲化镉锌(CZT)。在存在对能够获得更快采集的更好时间性能的需求的可选实施例中，可以采用间接转换。在这种配置中，闪烁体可以结合光电二极管一起使用。闪烁体材料的例子包括含铊碘化铯、碘化钠、钨酸镉、氧硫化钆和其它已知材料。在某些其它实施中，也可以采用例如那些基于CZT的光子计数检测器，和例如那些在PET和SPECT系统中使用的谱解析检测器。可以使用计数模式或者积分模式(对在信号合成时间过程中所测量的x射线流量求和)。也可以将计数和积分运算进行组合。此外，可以利用具有不同能量选择性的x射线检测器和工作在不同kVp上的x射线源来提供运动关节的软组织或者骨骼的瞬间图像等。 

尽管在当前具体化成像装置中，将x射线源控制器160、x射线检测器控制器170和数据采集电路180示例为位于成像工作站190外部，但是应当特别注意，在某些实施中它们中的部分或者全部可以位于成像工作站190内部。在这种情况下，成像工作站190可以被设置用来提供所需的部分或全部功能。这样的设置应当理解为在这里描述的本发明的范围内。 

图2图示了根据本发明某些方面的成像装置200的另一个实施例。成像装置200包括多维组件210，该多维组件210还包括多个x射线源220和多个x射线检测器230。不像图1中所示的成像系统100，当前具体化的成像系统200具有与多个x射线检测器230分离开但是位于多维组件210上的多个x射线源220。换句话说，多个x射线源220被分组在一起并被设置 在多维组件210的表面235上。多个x射线检测器230被分组在一起并被设置在多维组件210的另一表面245上。尽管图2仅示出在多维组件210的两个表面上存在x射线源220和x射线检测器230，但是不应将其理解为限制性的。任何其它设置，其中多个x射线源220和多个x射线检测器230在它们各自之间进行分组并相互分开地进行放置，都应当被认为是在所述本发明的范围内。 

例如，在某个实施中，多个x射线源220可以设置在多维组件210的两个相邻表面上(为了简洁未示出该设置)，而多个x射线检测器230可以设置在与具有多个x射线源220的两个表面分别相对的两个面上。在另一实例中，在多维组件210具有可伸缩性质的情况下，多个x射线源220和多个x射线检测器230可以被设置在分开的组中，但是两个组被设置为彼此相邻。此外，在所有实施中，多个x射线源220和多个x射线检测器230不需要位于彼此相对的表面中。然而，x射线源220和x射线检测器230的任何设置都应当使得能够充分地检测由至少一个x射线源所发射的穿过物体250的x射线，以便保证适当的数据采集从而生成被成像的物体或物体250的一部分的三维图像295。与图1中所示的成像装置100相似，多个x射线源220可以被配置用来在同一时间发射不同平均能量的x射线谱。实现生成不同能量的x射线的方式与先前在对图1的讨论中讨论的方式相似。 

在本发明的另一个实施中，通过将x射线源220分组在一起使得各个x射线源或多组x射线源以特定平均能量发射x射线谱，可以发射不同能量的x射线。通过将许多这样的组置于多维组件210上，能够使被成像物体250在任何所需区域经受所需能量的x射线。 

与图1中所描述的实施例相似，图2中示出的成像装置200包括：x射线源控制器260、x射线检测器控制器270、数据采集电路280和成像工作站290。它们以与先前在对图1的描述中所描述的相似的方式工作。 

在如图1或图2中所示的本发明的另一实施例中，多个x射线源中的各个x射线源被设置用来在所需持续时间发射x射线。例如，可以按各个x射线源的特定激活顺序来激活x射线源发射x射线。该顺序可以是串行激活，或者在其它实例中并行激活部分或全部x射线源。本实施例的优点在于有助于通过减少对来自少数或其余x射线源的散射x射线的检测来增加 图像信号的信噪比，从而提取特定区域的图像数据。还应当注意，在以特定顺序激活x射线源的过程中，也会有保持未激活的一个或多个x射线源。 

必须特别注意，尽管图1和图2示出了x射线源和x射线检测器的两种不同的设置，但是x射线源和x射线检测器的其它设置也是可能的。例如，如前所述，在如图3中所示另一个实施例中，多维组件345的一个表面可以具有多个x射线源320，而多维组件的相对表面将具有多个x射线检测器330。此外，如图3中所示，多维组件345也可以包括设置在不同但是相对表面上的第二组x射线源340和x射线检测器350。这个实施例应当被理解为在如这里所记载的本发明的范围内。 

图4图示了根据本发明另一方面的组合模态成像系统400。该组合模态成像系统400包括被设置用来同时对物体450成像的第一成像系统405和第二成像系统410。组合模态成像系统400还包括被设置用来有助于生成物体450的3D图像495的数据采集电路460和图像重建电路470。 

在具体化成像系统400中，应当注意成像系统405和410被设置用来单独地成像并采集来自物体450的特征图像数据信号。例如，成像系统405可以提供结构成像而成像系统410可以便于功能成像。数据采集电路460被设置用来采集来自第一成像系统405和第二成像系统410的图像信号，并将它们提供给图像重建电路470，在所述图像重建电路470中重建物体450的图像。如上文所述，生成的图像可以是具有结构和功能图像内容的3D图像。在某些实施中，图像可以包括两个单独的图像，其分别从第一和第二成像系统405和410重建、并彼此相邻地显示在单个或不同显示装置上。在某些其它实施中，图像450可以是单个复合图像，其包括分别从两个成像系统405和410重建的图像的叠加。 

尽管在所示附图中将两个成像系统405和410表示为分离的，但不应被认为是限制性的。如这里所说明的，两个成像系统405和410中各自使用的源和检测器很可能在需要时进行内部混合。在某些其它实施中，成像系统405和410可以用来相互辅助。例如，第二成像系统410可以是光学系统，其用来校正第一成像系统生成的图像中的移动假象。 

第一成像系统405包括如图1或图2或图3中所示的成像装置，即第一成像系统405包括如图1和图2和图3中所示的至少一个实施例。第二 成像系统410可以包括下列之一：光学成像系统、正电子发射断层扫描(PET)系统、单正电子发射计算机断层扫描(SPET)系统、计算机断层扫描(CT)系统、热成像系统、磁共振(MR)系统或超声系统或其组合。 

尽管第一成像系统405独立于第二成像系统410运行，但是成像系统405、410可配置用来在基本上相同的时间采集图像信号。例如，第一成像系统405通过生成3D图像495来提供结构成像，而第二成像系统410可以在相同时间段提供相同物体的功能成像。通过经由同时执行结构成像和功能成像的成像系统来采集信息，可以实现关于存在或不存在异常状况的更好的和准确的诊断。 

根据本发明的另一方面，如图1、图2或图3中所示的成像系统的示例性操作方法包括：配置多个x射线源以便同时发射不同能量的x射线，以及通过一个/若干个x射线检测器检测从多个x射线源发射的x射线。配置或设置多个x射线源发射不同能量的x射线的方式与先前所讨论的一样。在本发明的某些实施例中，正如本领域技术人员将认识到的，该方法包括将被成像物体有利地置于x射线源与x射线检测器之间。应当注意，指定x射线源或者x射线检测器并不排除将物体放置于多个x射线源中的任意x射线源与多个x射线检测器中的任意x射线检测器之间的可能性。在某些实施中，该方法包括仅配置多个x射线源中的一些x射线源发射x射线，而在某些其它实施中，该方法包括有利地配置多个x射线源中的各个x射线源在不同时间点发射x射线。该方法还包括以下步骤：基于由x射线检测器检测的x射线来生成物体的影像。因此，应当注意，也可以通过多个x射线检测器中一个以上的x射线检测器来检测x射线，以及这种检测应当被理解为在如这里所描述的本发明的范围内。 

此外，可以生成物体的人工图像。例如，在将本技术用于引导导管通过血管的示例性应用中，可以计算出分叉附近或在弯曲脉管处的最佳视角，而且成像系统100可以自动切换到这个视点。在已经获得血管或其它所关注结构的模型(例如基于预介入CT或3D旋转x射线成像)的实施中，可以根据3个或更多真实视图生成人工视图。 

在所描述的本发明的方法的实施例中的次序不是强制的，在不偏离本发明所指原理的情况下，本领域技术人员可以改变步骤的次序或者使用线 程模型、多处理器系统或者多个处理来并行执行这些步骤。 

正如本领域技术人员将认识到的，可以通过在计算机可读介质上包括由编程指令组成的计算机可读代码的方式，来实现根据这里所描述的成像装置的各种实施例对图像进行重建。例如，代码可以配置x射线源控制器发射x射线以及基于所检测的x射线构造初始图像。代码也可以用来分析所构造的初始图像、获得用户输入并改变从多个x射线源发射的x射线的能量以及生成优化图像，该优化图像对成像部分提供了更高的分辨率和/或对比度。在更多实施例中，代码还可以用于包括成像装置的成像系统中，以便实现上述功能以及将优化图像与第二成像装置所生成的另一图像，例如从PET系统、SPECT系统、超声系统和光学系统等生成的图像，进行组合。该代码可以是实现成像系统中各种功能的一系列串行或并行指令。正如本领域技术人员所公知的，代码可以包含于磁介质或光学介质中，并且可以是机器可读指令形式或者是需要进一步编译以便将代码转换成机器可读形式的中间指令形式。 

应当注意，上述实施例是对本发明的说明而不是限定，并且在不偏离所附权利要求的范围的情况下，本领域技术人员能够设计许多替代实施例。在权利要求中，置于括号中的任何参考标记都不应当被理解为对权利要求的限制。词语“包括”并不排除存在除权利要求中列举的元件或步骤之外的元件或步骤。在元件前面的词语“一个”并不排除存在多个这种元件。可以通过包括若干不同元件的硬件装置，以及通过适当编程的计算机装置来实现本发明。在列举若干装置的系统权利要求中，若干所述装置可以一个或相同的计算机可读软件或者硬件产品中。事实上在互不相同的从属权利要求中引用了某些方法，并不表示不能使用这些方法的组合以得到益处。 

Claims (9)

1.一种组合模态成像系统(400)，包括：

第一成像系统(405)，包括多维组件，该多维组件进一步包括：

多个x射线源(120，220)，被设置为可单独寻址并且被配置用来同时发射不同平均能量的x射线谱；以及

多个x射线检测器(130，230)，被设置用来检测从所述多个x射线源(120，220)中的x射线源(120，220)发射的x射线，

所述多个x射线源和所述多个x射线检测器分布在所述多维组件上；以及

第二成像系统(410)；

其中所述第一成像系统(405)和所述第二成像系统(410)被设置用来对物体的特定区域(450)进行成像，并且

其中所述第一成像系统(405)和所述第二成像系统(410)各自的源和检测器被内部混合。

2.如权利要求1所述的组合模态成像系统(400)，其特征在于，所述第二成像系统(410)包括：光学成像系统、磁共振MR成像系统或正电子发射断层扫描PET系统或单光子发射计算机断层扫描系统SPECT或计算机断层扫描CT系统、热成像系统或超声系统。

3.如权利要求1所述的组合模态成像系统(400)，其特征在于，所述多维组件、所述多个x射线源(120，220)和所述多个x射线检测器(130，230)是静止的。

4.如权利要求1所述的组合模态成像系统(400)，其特征在于，所述多个x射线源(120)分布在所述多维组件(110)表面上的所述多个x射线检测器(130)之间。

5.如权利要求1所述的组合模态成像系统(400)，其特征在于，所述多个x射线源(220)被设置在所述多维组件(210)的至少第一表面(235)上，以及所述多个x射线检测器(230)被设置在所述多维组件(210)的至少第二表面(245)上，所述第一表面与所述第二表面不相同。

6.如权利要求1所述的组合模态成像系统(400)，其特征在于，x射线源(120，220)分别包括冷阴极x射线源。

7.如权利要求6所述的组合模态成像系统(400)，其中，所述冷阴极x射线源包括：碳纳米管、碳末端、碳合成物末端、金属末端、半导体末端、热电材料或铁电材料或其组合其中之一。

8.如权利要求1-7中任一项所述的组合模态成像系统(400)，其特征在于，所述第一成像系统(405)被设置用来在工作时对静止的物体进行成像。

9.如权利要求1所述的组合模态成像系统(400)，其中，所述多个x射线检测器分别被配置用于检测不同平均能量的x射线。

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