CN101815469B - 计算机断层摄影装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种计算机断层摄影系统，其包括支撑结构、多于一个辐射源、探测器阵列以及格栅，其中，支撑结构限定一空间以容纳可以在环中移动的感兴趣对象。借助于位于支撑结构的周界上并且可沿着所述周界移动的辐射源对感兴趣对象进行射线摄影。这些源布置成移置地位于彼此的后面。探测器阵列位于支撑结构与辐射源相对的周界上，并且可与所述源沿着环的周界同时移动。格栅布置在探测器阵列的侧面上，取向至所述源，以聚焦布置在探测器阵列上的探测器模块。借助于所述CT系统，可以从感兴趣对象实现改进的射线摄影图像。

Description

计算机断层摄影装置

技术领域

本发明通常涉及一种计算机断层摄影(CT)装置。特别地，本发明涉及一种具有双焦斑辐射源和防散射格栅的计算机断层摄影装置。此外，本发明涉及一种用于使用这样的CT装置的方法，并且，本发明涉及一种适于控制所述装置的计算机程序产品。

背景技术

X射线一般用于在包括医学诊断的各种环境中产生图像。X射线是具有极短波长和高能量的电磁辐射。这甚至在用于医学诊断的能量的范围内也是事实。当X射线遇到物质的原子时，X射线可能被吸收或偏转。偏转的X射线形成所谓的散射辐射。散射辐射降低图像分辨率并且增强图像噪声。以医学诊断领域为例，理想地仅由直接穿过患者并且沿着路径被身体衰减的那些X射线获得图像。在图像的任意给定点处，该点处的X射线的数量指示从X射线源到X射线接收器(例如，胶片)的直线上的患者中初级射束的吸收程度。散射X射线从各种角度和身体中与从所述源到所述接收器的路径无关的地方到达X射线胶片。不必要的散射X射线使得图像看起来很模糊。这降低了图像对比度，并且使正进行成像的身体内所存在的小的变化模糊不清。

如从US 2002/0176537A1所得知的，一种降低X射线散射的方法是通过使用散射降低格栅。

如从US 6,222,904B1所得知的，为了获取从其中能够确定对象在身体内的精确位置的图像，建议将立体射线摄影与防散射格栅一起使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CT系统，借助于该CT系统能够获取具有高分辨率的图像。

由相应的独立权利要求的主题解决该目的。此外，在相应的从属权利要求中描述示范性实施例。

根据示范性实施例，一种计算机断层摄影装置包括：具有第一焦斑的第一辐射源；具有第二焦斑的第二辐射源；探测器阵列，其具有以行和排布置在该探测器阵列上的多个探测器模块；以及支撑结构，用于保持第一和第二辐射源以及探测器阵列。支撑结构适于在感兴趣对象的周围沿一方向移动第一和第二辐射源以及探测器阵列，从而使得在操作期间从第一和第二辐射源发射的辐射的至少一部分在撞击探测器阵列之前横穿感兴趣对象。第一和第二辐射源布置在支撑结构上，从而使得第一和第二焦斑之间的直线以不同于n*π/2的角度与所述方向相交，其中n是不同于0的自然数。两个辐射源基本上与探测器阵列相对布置的特别方式提供了用于所获取的图像的指定高分辨率的基础。

根据另一示范性实施例，计算机断层摄影装置的探测器阵列上的探测器模块的排和行中的至少一个布置为与所述方向成所述角度。因而，探测器模块布置成直接与辐射源相对。从而，借助于对应地布置的探测器模块，更容易探测辐射源的直射射束。

根据本发明的又一示范性实施例，计算机断层摄影装置包括在探测器阵列上的防散射格栅。格栅提供了进一步改进的图像分辨率。

参照下文所描述的实施例，本发明的这些及其他方面将变得显而易见并得以阐明。

附图说明

以下，将借助于与附图有关的示范性实施例来描述本发明。

图1是单焦点辐射成像的示意图；

图2是使用单焦点辐射成像的CT系统的环的示意图；

图3是双焦点辐射成像的示意图；

图4是根据本发明的示范性实施例的两个辐射源的布置的示意图；

图5是根据本发明的示范性实施例的探测器阵列处的探测器模块的布置的示意图；

图6是根据本发明的示范性实施例的计算机断层摄影装置的示意图；

图7是示出用于使用根据本发明的示范性实施例的计算机断层摄影装置的方法的步骤的图表。

具体实施方式

首先，将描述防散射格栅的功能。图1示出单辐射源10和散射降低格栅31。格栅31放置在诸如患者40的要成像的对象和接收器30之间。理想地，格栅31将允许直接来自X射线源10的X射线束20穿过患者40的无阻碍通过，并且，将吸收被穿过患者40的通过散射的所有X射线束22。

为了改进格栅31的效果，对格栅进行聚焦。如图1所示，聚焦格栅31的条带在其纵向方向上彼此平行，但在X射线传播方向上朝向彼此倾斜。这允许更多初级射线21穿过格栅。然而，聚焦格栅31仅在离X射线源10的一个特定距离处表现良好，因为如果不在其适当的位置处，格栅31则将捕获许多初级X射线以及散射X射线。

在聚焦格栅31中，使条带逐渐倾斜，从而使得从各截面与格栅表面相交的点延伸出的直线相交于单个点。该点被定义为格栅的焦点。因而，聚焦格栅必须在离射束源10增减可接受的误差容限的合适的焦距处使用。

此外，聚焦格栅可以是线性的或交叉的。线性格栅包括单聚焦防散射格栅。交叉格栅包括两个线性格栅，一个格栅位于另一个格栅的顶部上，或者一个格栅与另一个格栅相交，从而使得一个格栅的条带垂直于另一个格栅的条带。因而，从顶部看，交叉格栅形成一种棋盘图案。交叉格栅比线性格栅吸收显著更高的百分比的散射辐射，但是必须更小心地相对于X射线束的源定位。所有格栅还可以固定在适当的位置上或者移动。移动格栅被附接至随着穿过进行射线摄影的身体的X射线而移动的机构。这具有在X射线图像中将由于格栅吸收初级X射线而引起的线最小化的效果。

格栅的其他技术参数是所使用的特殊的不透射线材料和可透射线材料、不透射线材料部分的宽度、可透射线材料部分的宽度、格栅的高度、格栅的高度与不透射线材料部分的宽度的比(称为格栅高宽比)、格栅的焦距(仅与聚焦格栅有关)以及格栅处于运动中而数字传感器板暴露于辐射的时间段(仅与移动格栅有关)。所有这些因素确定格栅吸收次级辐射的程度、格栅不期望地吸收初级辐射的程度、格栅的焦距的适当范围、在该范围外使用的格栅的公差，以及为了生成有用的单射线摄影图像而必须将正在进行摄像摄影的身体暴露于的辐射剂量。

二维图像的固有限制是现有的射线摄影术的一个严重缺点。期望医师或研究者准确地得知对象位于进行射线摄影的身体内的位置。尽管二维射线摄影图像呈现身体的内部视图，但难以从二维射线摄影识别身体内的三维结构。

存在用于确定身体内的三维信息的若干种相当复杂的技术。通过透射X射线显微术、X射线透射技术与断层摄影重建的组合可以得到三维信息。该组合允许得到关于对象的内部显微结构的三维信息。将内部区域重建成用于分析二维和三维形态参数的一组平坦横截面。所得到的射线摄影图像的对比度是密度和组分信息的混合组合。

在某些情况下，在计算机断层摄影扫描(CT扫描)的帮助下，可以将组分信息与密度信息分离。CT扫描是将X射线的使用与计算机技术结合起来的医学诊断程序。来自许多不同的角度的一系列X射线束被用于创建患者身体的横截面图像。由计算机将这些图像组合成可以非常详细地显示器官、骨头和组织的三维图。

在计算机断层摄影系统中应用时，如图2所示意性地图示说明的，X射线的源10放置在环50中，与传感器板30相对。从源10辐射的X射线20从聚焦点11出发，到达传感器板30，该传感器板30布置在CT系统的环中，与所述源10相对。如上所述，在传感器板30上存在具有倾斜薄片的格栅，其中，格栅31相对于X射线的源10良好地设置，从而使得X射线20可以仅在从聚焦点11辐射出的直接路径上击中传感器板30。现在，在成像时，在计算机断层摄影系统中，沿着环的圆周移动射线摄影源10以及传感器板30。通过该移动，从不同的(每次回转大约1000个)后续角度产生放置在环内的身体的若干图像。由环内的特定横截面制成的这些图像组合起来建立位于特定横截面的身体切片的二维图像，同时在要照射X射线的身体周围连续移动射线摄影源10连同传感器板30。在图2中示出这样的系统。在一方面，将射线摄影源10示意性地表示为与传感器板30相对。射线摄影源连同传感器板在环50内的旋转在方位角方向A上进行。在图2中，箭头将旋转方向指示为所述方位角方向A。针对射线摄影源和传感器板在方位角方向A上移动期间的后续位置，创建位于环50内的身体40的新的衰减图案。借助于计算机程序系统，可能结合由传感器板30记录的连续相继图案并重建身体40的二维图像。这构成了单切片操作。为了实现对身体的三维分析，沿z方向逐步移动身体40通过环。图2中的z方向垂直图平面向外。

但是，这样的程序的一个问题是对要照射X射线的身体进行完全图示是非常费时的。特别是如果要详细地表示身体，则必须一个接一个地以短距离取图像平面。这是指仅可以以非常小的步幅进行z方向上的移动。

一种改进为使用多排探测器单元(多探测器CT)来并行地采集多个平面，其中多排探测器单元安装成彼此相邻并且垂直于图2的平面位于彼此的后面。然后，不仅启示如图2所示的一种探测器单元的布置，而且还启示例如平行的16、64或128个探测器单元的布置。于是，大大增强了探测器在平行于患者轴位的轴方向上的延伸。同时，可以对对象的更大的部分进行扫描。总采集时间被相当大地降低。由源11生成的X射线束(“锥形束”)在轴方向上也比单切片系统的X射线束(“扇形束”)更宽。然而，出现了一个严重的基本重建问题。现在，X射线沿成角度的方向穿过对象。即，在垂直于轴方向的平面和外部X射线之间存在基本上大于零的角度。这会创建不期望的图像伪影(“锥形束伪影”)。可替代地，已发现，从在轴方向上基本上分离的两个不同的位置照明对象可以降低重建和伪影问题。已发现，借助于两个不同的透射X射线束可以获取立体射线摄影图像，这两个X射线束在传感器材料上创建交替的图像，该传感器材料定位在防散射格栅与X射线源相对的一侧上。于是，建议在CT系统中使用两个辐射源连同散射格栅。图3是图示说明了定位在防散射格栅31与传感器材料30相对的一侧上的两个分离的X射线源的示意图，第一X射线源10定位在第一焦点11处，第二X射线源12定位在分离的第二焦点13处，其中，这两个X射线源都与防散射格栅31相关联。

一条假想的线从左源10延伸至右源12，即，从左焦点11延伸至右焦点13，并且，与传感器材料30的表面平行。

与防散射格栅31相关联的焦点是假想的直线相交的点，这些线从防散射格栅31的逐渐成角度的条带与防散射格栅31的表面相交的点延伸。防散射格栅31的内部条带逐渐成角度，从而使得两个不同的焦点与防散射格栅31相关联。稍后在该部分中非常详细地解释防散射格栅31的聚焦。

从左X射线源10和右X射线源12发射X射线束20。X射线束20行进通过正在进行射线摄影的身体40，到达防散射格栅31。对防散射格栅31进行聚焦，以便于将两个不同的X射线束透射至传感器材料30，一个射束包括从左X射线源沿X射线束的方向行进的X射线，另一个射束包括从右X射线源12沿射束的方向行进的X射线。传感器材料30定位在防散射格栅31与两个X射线源相对的一侧上。

在传感器材料30上，防散射格栅31所透射的两个不同的X射线束到达传感器材料30，并且在传感器材料30上形成两个不同的交替的图像，一个图像与来自左X射线源10的X射线束相关联，另一个图像与来自右X射线源12的X射线束相关联。

实际上，对于在CT系统中的使用，已建议将射线摄影源直接放在彼此的后面，从而在源连同适当更大的传感器板旋转时，可以同时记录身体的若干平面。在图3中，两个射线摄影源布置成直接位于彼此的旁边。为了得到由两个射线摄影源产生的水平的可比较的取向，有必要将两个射线摄影源定位成在z方向上直接位于彼此的后面。这是指在射线摄影源连同传感器板旋转时，X射线从这两个源以相同的取向发送至身体，然后穿透身体，并且同时以相同的角度接触传感器板。一旦射线摄影源不布置成在z方向上直接位于彼此的后面，就会在传感器板上出现变形。这些变形会影响图像重建的精度。

若干射线摄影源布置成直接位于彼此的后面的另一方面由射线摄影源处可得到的开角给出。如图3所示，两个所表示的射线摄影源中的每个源在特定角度下辐射由阴影区域表示的身体或感兴趣区域40。为了得到该感兴趣区域的完全覆盖，射线摄影源必须始终布置成以特定距离位于彼此的后面。由于射线摄影源通常具有特定尺寸，因而两个源以合适的距离直接位于彼此的后面的组合很难，也许甚至不可能。

在图4、图5中，定义下列方向：如箭头所指示的，z方向从图的左侧延伸至图的右侧；同样如箭头所指示的，方位角方向A从一侧的底部延伸至该侧的顶部；更准确地说，方位角方向A沿着CT系统的环的周界延伸，其中，CT系统的环定位为垂直于图4以及图5的平面。此外，箭头A指示探测器阵列30的移动方向。相应地，两个辐射源10、12将在图4中沿着相反方向移动。

在图4中示出根据本发明的示范性实施例的计算机断层摄影(CT)系统的细节。在图6中示出根据本发明的完整的计算机断层摄影装置。CT系统包括环50，环50用作用于保持两个辐射源10、12的支撑结构。可以在环中放置感兴趣对象40，然后，可以逐步移动感兴趣对象40通过CT系统的环50。在移动时，可以对整个对象40进行射线摄影，或者对对象40的一部分进行射线摄影。因而，获取多个图像，其中，每个图像示出通过感兴趣对象的一个平面的图示，该平面基本上垂直于z方向。为了获取所述图示，在环中安装多于一个X射线管。在示范性实施例中，将两个X射线源10、12耦合并布置在CT系统的环50中，其中，X射线管可在方位角方向A上沿着环的周界移动。每个X射线源的辐射方向基本上在环50的平面中，并且基本上指向环的外周的相对侧。此外，这些源在z方向上位于彼此的后面，并且在方位角方向A上位于彼此的后面。这是指这些源布置成在z方向上移置地位于彼此的后面。换句话说，两个源10、12的焦点11、13之间的连线布置成与z方向成确定的角度。该角度应当不同于n*π/2，其中n是不同于零的自然数。因而，该角度在0°和90°之间，其中，可以从z方向以及从方位角方向A测量该角度。根据示范性实施例，从z方向测量，该角度在10°和70°之间，特别是在40°和60°之间。根据另一示范性实施例，从z方向测量，该角度是大约55°。

这样的布置具有如下优点：尽管使用已知的X射线管，但这些源还可以在z方向上以很小的距离相对于彼此定位。因而，无需设计新的X射线管，因为所使用的管的安装空间彼此不相交。另一优点是两个X射线管提供进行射线摄影的身体的立体视图，这带来所获取的图像的改进的分辨率。

在图4中，将探测器阵列30布置在辐射源的下方，即，在这些源辐射的方向上；格栅31位于探测器阵列30上，其中，格栅包括薄片。换句话说，从源10、12沿探测器阵列30的方向看去，格栅31的薄片布置成与这些源的布置相对应，即，与z方向成角度。如图4所示，薄片位于探测器阵列30上，基本上与两个焦点11、13之间的连线平行。薄片取向为沿着到辐射源的方向。特别地，与这些源的焦点之间的连线平行的薄片的边缘面对源10、12的焦点11、13。

如图6所图示说明的，为了适配到CT系统的环中，使探测器阵列30沿着环50的周界弯曲。根据环的曲率，格栅的薄片各自安装在探测器阵列上，并且各自取向为沿着到环的相对侧的方向，即，沿着到辐射源所在的位置的方向。因而，薄片相对于彼此倾斜。

在探测器阵列30上布置有若干探测器模块32。探测器模块成排地定位，这些排与成角度的薄片平行地延伸。矩形的探测器模块32布置为如图5所示。因此，模块形成排，其中，这些排成角度地取向至z方向。另一方面，所述排在探测器阵列30上并排放置，从而使得探测器阵列完全被探测器模块32覆盖。每排探测器模块位于两个薄片之间。由于两个辐射源的连线位于所述排的上方，即，在与所述排相对的环50中，因而所述排中的每个探测器模块可以在不受来自任何薄片的阴影影响的情况下探测两个管的辐射。因而，可以实现对要被辐射的身体的最优成像。所实现的图像具有改进的分辨率，而没有任何伪影。将借助于计算机程序产品——处理器单元60执行对由探测器模块感测的数据的处理，还具有用于监测所实现的图像的设备。

作为另一示范性实施例，探测器板的边缘处的探测器模块可以是倾斜的，从而使得来自一个X射线管的辐射束将基本上垂直于探测器模块的上表面。相一致地，除了沿着环的周界弯曲之外，探测器板还将沿z方向弯曲。

如图7所表示的，可以在下列步骤中使用计算机断层摄影装置。首先，在步骤S1中，将感兴趣对象定位于CT系统的环中，即，位于辐射源和探测器阵列之间。在步骤S2中，借助于成角度布置的探测器模块，与方位角方向成角度地收集数据。在步骤S3中，借助于CT系统的处理器单元，从所收集的数据生成图像。

虽然已在附图和前面的描述中详细地说明并描述了本发明，但这样的说明和描述应被认为是说明性的或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

通过研究附图、公开内容以及随附的权利要求书，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解并实施对所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单一处理器或其他单元可以实现在权利要求书中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能被用于取得优势。计算机程序可以被存储/分布在适当的介质上，诸如与其他硬件一起或作为其他硬件的一部分而提供的光存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，诸如经由互联网或其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何参考标记不应被解读为限制本发明的范围。

Claims (4)

1.一种计算机断层摄影装置，包括：

具有第一焦斑的第一辐射源，

具有第二焦斑的第二辐射源，

探测器阵列，具有以行和排布置在该探测器阵列上的多个探测器模块，

支撑结构，用于保持所述第一和第二辐射源以及所述探测器阵列，以及

位于所述探测器阵列上的格栅；

其中，所述支撑结构适于在感兴趣对象的周围沿一方向移动所述第一和第二辐射源以及所述探测器阵列，从而使得在操作期间从所述第一和第二辐射源发射的辐射的至少一部分在撞击所述探测器阵列之前横穿所述感兴趣对象，

其中，所述第一和第二辐射源布置在所述支撑结构上，从而使得所述第一和第二焦斑之间的直线以不同于n*π/2的角度与所述方向相交，其中n是自然数，并且，将所述格栅布置成与所述第一焦斑和所述第二焦斑之间的连线平行。

2.如权利要求1所述的计算机断层摄影装置，其中，所述探测器阵列上的所述探测器模块的排和行中的至少一个布置为与所述方向成所述角度。

3.如权利要求1所述的计算机断层摄影装置，其中，所述格栅包括布置成与所述探测器模块的排和行中的至少一个平行的薄片，其中，所述薄片的边缘面对所述辐射源。

4.如权利要求1至3中任一项所述的计算机断层摄影装置，其中，所述支撑结构形成环并且适于绕所述感兴趣对象沿一方向旋转所述第一和第二辐射源以及所述探测器阵列。

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