CN102764136A - 用于应用双能量成像的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明用于应用双能量成像的方法和装置，本发明涉及一种医学成像方法，根据该方法控制具有两个能量级的辐射源(11)用于随着时间相继地产生：处于第一能量级(E1)的辐射，以及具有不同于第一能量级(E1)的第二能量级(E2)的辐射，由此产生的辐射(12)在源(11)的输出处穿过患者(P)或待成像的患者的区域而向着检测器(13)发射，并且其中在至少一个中间阶段(T升、T降)期间，源(11)的发射被阻断或转向，在其期间该源(11)以瞬态方式从第一能量级切换到第二能量级或反之亦然。本发明也涉及一种该方法可以与其一起应用的医学成像装置。
Description
技术领域
本发明的目标一般位于医学成像领域，并且更特别地位于射线照相法领域。
本发明可特别地应用在双能量(dual-energy)扫描仪中，相继地发射具有不同能量的辐射用于提高所获取的图像的分辨率。
背景技术
双能量扫描仪可以是单源扫描仪，其周期性地发射具有两个不同能量(典型地分别为80kV和140kV级别)的辐射，并且非常迅速地从一个切换到另一个(以每扫描仪的旋转具有千次切换的级别，并且每秒旋转0.5到5次)。
因为这些具有不同能量的辐射不是以有机组织的相同的方式传输或反射，所以这允许在最终图像中获取显著的丰富的信息，并且提高其分辨率。
如这可以见于图1的表示发射的辐射的能量相对于时间的图表，然而这些扫描仪要求过渡时间(在图中称为T升和T降)用于从一个能量切换到另一个并且反之亦然，在这期间能量是可变的并且不同于用于患者成像的两个“有用的”能量E1和E2。
因此，在这些过渡时间期间所发射的辐射剂量对图像仅具有较小的影响，并且另外它们向患者提供额外的辐射剂量，然而应该使剂量最小化以便不对患者的健康产生危险。
已经对于限制有用的能量之间的过渡时间做出了努力，但是总是残余有在其期间患者接收不必要的剂量的阶段。
另外，减少过渡时间使用于扫描仪的电子电路的结构复杂化并且使扫描仪更重。
因此存在对新技术的需要，其中使用该新技术可由具有两个不同能量的辐射并且通过限制患者所吸收的无用辐射的剂量来产生图像，而这些图像不被无用能量的额外辐射所改变。
用于施加辐射源的方法已经得到了发展，其中采用这些方法可防止全部或部分辐射到达患者，以便调整该患者所接收的剂量。
为了达到这点，使用了包括电子源和靶的类型的辐射源，其被适配以便当其接收电子通量时，向着患者或待成像的患者的区域发射X射线通量。
该源还包括用于偏转电子通量的系统，其改变电子通量的路径从而电子通量到达了靶的另一点并且改变向着患者送出的剂量。
然而，使用这样的装置，仅可能实现剂量调整，但不能掩盖给定时间间隔处的某些能量；因此，获取的结果并不令人满意。
发明内容
因此，在一个实施例中，提供了一种医学成像方法，在其中能将具有两个不同能量级(energy level)的辐射施加到待成像的患者的区域，然而不使患者或检测器在这些能量级之间的中间阶段期间接收所发射的辐射。
在这方面，本发明提出了一种医学成像方法，在其中控制具有两个能量级的同一辐射源以便随着时间相继地产生：
-具有第一能量级的辐射，以及
-具有不同于第一能量级的第二能量级的辐射，由此所产生的辐射在源的输出处穿过患者或待成像的患者的区域而向着检测器发射，并且其中对于至少一个中间阶段，源的发射被阻断或转向，在此期间该源以瞬态方式从第一能量级切换到第二能量级或反之亦然。
在医学成像方法的特定实施例中，取决于患者可承受的每图像的剂量水平来调整在其期间源的输出处的辐射被阻断或转向的阶段的持续时间。
在医学成像方法的另一实施例中，辐射源为包括电子源和靶的类型，当它暴露在电子通量中时，其聚焦区域(focal area)向着检测器穿过患者或待成像的患者的区域发射辐射，并且在每个中间阶段期间，电子通量相对于该聚焦区域转向。电子通量可向着位于电子源和靶之间的电子收集器转向，该收集器吸收电子通量，或者向着靶的不同于第一聚焦区域的第二聚焦区域转向。
还提供了一种医学成像装置，其包括：
-辐射源，
-辐射检测器，以及
-用于控制该源的模块，
由控制模块控制辐射源以便随着时间相继地产生：
-处于第一能量级的辐射，以及
-处于不同于第一能量级的第二能量级的辐射，由此产生的辐射在源的输出处穿过患者或待成像的患者的区域而向着检测器发射，由源发射的辐射在至少一个中间阶段期间被阻断或转向，在此期间该源以瞬态方式从第一能量级切换到第二能量级或反之亦然。
在特定实施例中，本发明所提出的装置的辐射源可为包括电子源的类型，适配该电子源以便相继地产生：
○处于第一能量级的电子通量，
○处于不同于第一能量级的第二能量级的电子通量，以及
○在每个中间阶段期间，具有随着时间可变的能量的电子通量，
并且靶包括聚焦区域，适配其以便当它暴露在电子通量中时，向着检测器穿过患者或待成像的患者的区域发射辐射。
附图说明
通过参照作为非限制性例子而给出的附图来阅读下面的详细描述后，本发明的其它特征、目的和优势将变得明显，其中：
图1图示在双能量断层照相机(tomograph)中发射的能量与时间有关的变化。
图2图示应用本发明所提出的方法的示范性医学成像装置。
图3a示意性地图示在医学成像装置中使用的辐射源。
图3b图示允许应用本发明所提出的成像方法的辐射源。
图4a图示具有在中间阶段辐射的阻断的双能量断层照相机中所发射的能量与时间相关的变化。
图4b图示具有在中间阶段辐射的阻断以及剂量调整的双能量断层照相机中所发射的能量与时间相关的变化。
图5a至5d图示本发明所提出的成像方法的示范性实施例。
具体实施方式
参照图2，图示了位于转动支撑(support)20上的断层照相装置(tomography device)10，其包括辐射源11和辐射检测器13。辐射源11向着检测器13并且穿过躺在支撑21上的患者P或待成像的患者P的区域发射辐射束12，例如X射线。
当检测器13接收到辐射12时，采用与检测器13连接的处理单元15能存储由检测器获取的图像并且可选地对这些图像进行额外的处理，以便例如重建待成像的患者的区域的3D图像。
另外，断层照相装置10包括用于控制源11的模块14，其与源11连接并且特别地控制由源向着患者P发射的辐射的剂量和能量。
在双能量断层照相装置的情况下，源11应该仅向着患者P发射具有对形成图像有用的两个不同能量级E1和E2的辐射。在其期间必须形成在这两个能量级之间过渡的时刻，取决于转动支撑20的角位置。在这些时刻转动支撑20向控制模块14送出命令以改变辐射的能量，并且控制模块14根据这些命令改变源的能量。
该控制模块14还可以控制源11使得源11仅向着检测器13并且穿过患者P或待成像的患者的区域输送具有对形成图像有用的两个不同能量级E1和E2的辐射，并且不输送这两个能量级之间的过渡能量。
可选地，为了控制向着患者P发射的辐射的剂量，控制模块14也可连接到检测器13并且使用由检测器13接收的关于辐射剂量的信息以便适配源11所发射的辐射12的剂量。
图3中更详细地图示了辐射源11。其包括电子源111和阳极或靶114，当其接收电子通量112时，其发射例如X射线型的辐射。该结构为本领域技术人员已知的任何类型。
图3a所图示的靶114包括第一聚焦区域F1，被适配以便当其接收由电子源111发射的电子通量112时，向着检测器13穿过患者P发射辐射12。
图3b所图示的靶114还可以包括第二聚焦区域F2，当其接收由电子源111发射的全部或部分电子通量112时，该第二聚焦区域F2可发射辐射束22，该辐射束22被转向或阻断以不被患者P接收。备选地，第二聚焦区域F2在其接收电子通量时可能不发射辐射。
最后，辐射源11包括位于电子源111和靶114之间的偏转系统113，并且其可改变电子束112的轨道。这种偏转可用任何已知方式(例如通过磁偏转或静电偏转)来实现。
在患者P的检查期间，电子源111相继地产生处于第一能量级的电子通量112、处于不同于第一能量级的第二能量级的电子通量112、以及在以瞬态方式从第一能量级切换到第二能量级或反之亦然的时间期间在中间阶段期间处于可变能量级的电子通量112，适配所述能量级使得由靶114发射并来源于该电子通量112的辐射具有图1所图示的轮廓。
特别地，该电子通量112产生的辐射12随着时间相继地分别具有第一和第二能量级E1和E2，以及中间阶段T升及T降，在其期间能量级以瞬态方式从第一能量级E1切换到第二能量级E2或反之亦然。
根据图4a所图示的第一实施例，控制辐射源11使得在稳定阶段(在其期间能量级为常数或者等于E1或E2)期间，由电子源111产生的电子通量112到达聚焦区域F1，使得聚焦区域F1产生向着检测器13穿过患者P的辐射12。
另一方面，在中间阶段T升和T降期间，控制辐射源11使得电子通量112不到达聚焦区域F1，并且因此在患者P的方向上不产生辐射。
图4a中将中间阶段T升及T降加阴影，在其期间电子通量112的能量从状态E1或E2变化为另一状态，并且没有瞬态辐射向着患者P发射。
参照图4b，还可以适配在其期间不穿过患者发射辐射的阶段的持续时间以便调整由患者所接收的剂量。
实际上，尽管能将该阶段的持续时间限制为中间阶段T升和T降，但特别地为了减少由患者接收的辐射12的剂量，也能在这些阶段的每个之前和之后延伸辐射的阻断。
这些区域在图4b中也采用阴影图示。
为了实现辐射的此阻断，或者更普遍地为了阻止电子通量到达靶114的聚焦区域F1，可能有若干实施例。
通常，电子通量112在稳定阶段期间可到达第一聚焦区域F1，并且仅在中间阶段T升和T降期间被转向。
备选地，电子通量可以仅在稳定阶段期间被转向以便到达第一聚焦区域F1，或其还可以根据若干不同的轨道被转向，这取决于其处于稳定阶段或中间阶段。
另外，如何阻止电子束112在中间阶段期间到达聚焦区域F1的方式也可不同。
根据第一实施例，参照图5a，辐射源111可以包括位于偏转系统113和靶114之间的电子收集器115。
偏转系统113将电子束112的轨道转向到收集器115上，从而例如该束沿着环形轨道转向到收集器115上。为此，该电子收集器115可以是包括通孔的轴对称的固体，其中电子束112在稳定阶段期间穿过该通孔，以便到达靶114的聚焦区域F1。例如，收集器115可以是在稳定阶段期间以电子束112为中心的轴对称固体。
还可以具有限定通孔的内表面，其中电子流穿过该通孔，并且在中间阶段期间电子通量112的轨迹向着该通孔转向。
电子收集器115可由例如铜、铍或氧化铝型陶瓷(Al2O3)的材料组成，通过其可吸收所有或部分电子通量而不发射任何辐射，并且还具有高温下的良好的热性能，例如良好的热传导、热容量及耐热性。备选地，电子收集器115可发射辐射并且可以适配位于收集器115和患者之间的瞄准仪116用于阻断起源于收集器115的辐射，而传输起源于第一聚焦区域F1的辐射。
采取轴对称固体形式的收集器115的几何形状是优选的，这是因为其允许驱动收集器围绕其旋转轴转动，这允许电子通量相对于其转向的表面积的增加，并且因而可避免该表面的任何过热。
备选地，如图5b、5c和5d所图示的，在中间阶段期间所发射的电子束112可向着第二聚焦区域F2转向，该第二聚焦区域F2吸收电子而不发射任何辐射或向着与患者P和检测器13的方向不同的方向发射辐射。
靶114可以具有轴X-X的轴对称固体的形状，其相对于入射电子流112具有倾斜的表面，并且聚焦区域F1和F2可以是靶114的部分，其形式为不同于靶的同心并且不同的环。这允许驱动靶114围绕其轴X-X转动并且由此可增加聚焦区域的表面积以便避免它们在暴露于电子通量时过热。
另外，也能使电子束112在中间阶段期间散焦，用于限制靶114的升温。
根据图5b所图示的第二聚焦区域F2的第一实施例，其可以是由例如铜、铍或氧化铝型陶瓷(Al2O3)的材料组成的聚焦区域，被适配用于吸收所有或部分电子通量112而不发射任何辐射，并且还具有高温下的良好的热性能，例如良好的热传导性、热容量和耐热性。如果需要，位于源的下游的瞄准仪116(图中未示出)提供仅传输起源于第一聚焦区域F1的辐射的可能性。该瞄准仪可例如由至少两个非对准窗口组成，允许横向于入射辐射的孔的限制，但也阻断起源于除第一聚焦区域F1的方向以外的方向的辐射。
根据图5c所图示的备选实施例，可适配聚焦区域F2以便向与检测器13和患者P的方向不同的方向发射辐射22。为此，第二聚焦区域F2可例如相对于来自第一聚焦区域F1的电子的入射通量112而具有不同斜度。
在此情况下，辐射22由位于靶114的下游的瞄准仪116停止，并且被适配用于仅使起源于第一聚焦区域F1的辐射12通过，并且因此用于阻断起源于第二聚焦区域F2的辐射22。然后该瞄准仪116可具有与之前所示的瞄准仪相同的结构。
备选地，第二聚焦区域F2可以是形成于靶114中的凹槽(groove)，如图5d所图示的，其发射大部分限制在该凹槽中的辐射22。为此，可定位凹槽F2使得辐射22向着该凹槽的壁发射(图中未示出)而不向着凹槽的外部发射。然而，可以向外发射小部分的辐射，从而以与之前相同的方式被瞄准仪116阻断，这是因为其没有以与第一聚焦区域F1相同的方向发射。
最后，在患者P暴露的整个持续时间期间，源11的控制模块14测量由检测器13接收并且因此由患者P接收的辐射剂量。根据这些测量，可以命令源11根据上述实施例来阻断或转向辐射，以便取决于他/她可承受的每图像的剂量水平来限制由患者P接收的剂量。
因此在任何情况下，在中间阶段T升和T降(在其期间辐射的能量随着时间可变)期间，没有辐射到达患者或检测器，使得患者不承受过大剂量并且检测器不接收可能使获取的图像质量恶化的任何寄生辐射。
部件列表
图1
E1 第一能量级
E2 第二能量级
图2
10 医学成像装置
11 辐射源
12 辐射
13 辐射检测器
14 用于控制源的模块
15 处理单元
20 转动支撑
21 支撑
P 患者
图3
111 电子源
112 电子通量
113 偏转系统
114 靶
F1 聚焦区域
图3
22 辐射
116 瞄准仪
F2 第二聚焦区域
图5a
115-电子收集器。
Claims (15)
1.一种医学成像方法，根据所述方法来控制具有两个能量级的同一辐射源(11)以便随着时间相继地产生：
-处于第一能量级(E1)的辐射，以及
-处于不同于所述第一能量级(E1)的第二能量级(E2)的辐射，
所述由此产生的辐射(12)在所述源(11)的输出处穿过患者(P)或待成像的所述患者的区域而向着检测器(13)发射，其中在至少一个中间阶段(T升、T降)期间，所述源(11)的所述发射被阻断或转向，在所述中间阶段(T升、T降)期间所述源(11)以瞬态方式从所述第一能量级(E1)切换到所述第二能量级(E2)或反之亦然。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，取决于所述患者(P)可承受的每图像的剂量水平来调整在其期间所述源(11)的所述输出处的所述辐射(22)被阻断或转向的阶段的持续时间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述辐射源(11)为包括电子源(111)和靶(114)的类型，当其暴露在电子通量(112)中时，所述靶(114)的聚焦区域(F1)向着所述检测器(13)穿过所述患者(P)或所述待成像的所述患者的区域发射辐射(12)，并且在每个中间阶段(T升、T降)期间，所述电子通量(112)相对于所述聚焦区域(F1)转向。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，每个所述中间阶段(T升、T降)期间，所述电子通量(112)向着位于所述电子源(111)和所述靶(114)之间的电子收集器(115)转向，所述收集器(115)吸收所述电子通量(112)。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，对于每个中间阶段(T升、T降)，所述电子通量(112)向着所述靶(114)的不同于所述第一聚焦区域(F1)的第二聚焦区域(F2)转向。
6.根据权利要求3到5中的一个所述的方法，其中，通过磁偏转或静电偏转来实现对所述电子通量(112)的所述偏转。
7.一种医学成像装置(10)，包括：
-辐射源(11)，
-辐射检测器(13)，以及
-用于控制所述源的模块(14)，
由所述控制模块(14)控制所述辐射源(11)以便随着时间相继地产生：
-处于第一能量级(E1)的辐射，以及
-处于不同于所述第一能量级的第二能量级(E2)的辐射，
所述由此产生的辐射(12)在所述源(11)的输出处穿过患者(P)或待成像的所述患者的区域向着所述检测器(13)发射，
其中由所述源(11)所发射的所述辐射(22)在至少一个中间阶段(T升、T降)期间被阻断或转向，在所述中间阶段(T升、T降)期间所述源(11)以瞬态的方式从所述第一能量级(E1)切换到所述第二能量级(E2)或反之亦然。
8.根据权利要求7所述的医学成像装置(10)，其中，所述辐射源(11)为包括电子源(111)的类型，适配所述电子源(111)以便相继地产生：
-处于第一能量级的电子通量(112)，
-处于不同于所述第一能量级的第二能量级的电子通量(112)，以及
在每个中间阶段期间，随着时间可变的能量的电子通量(112)，以及适配包括聚焦区域(F1)的靶(114)以便当其暴露在电子通量(112)中时，向着所述检测器(13)穿过所述患者(P)或所述待成像的所述患者的区域发射辐射(12)，
所述医学成像装置还包括偏转系统(113)，被适配以便在每个中间阶段(T升、T降)期间改变由所述电子源(111)所发射的所述电子通量(112)的轨迹。
9.根据权利要求8所述的装置(10)，还包括位于所述偏转系统(113)和所述靶(114)之间的电子收集器(115)，并且所述电子通量(112)在所述中间阶段(T升、T降)期间向着所述电子收集器(115)转向，适配所述收集器(115)用于吸收所述电子通量(112)。
10.根据权利要求8所述的装置(10)，其中，所述靶(114)还包括至少一个第二聚焦区域(F2)，被适配以便当其暴露在电子通量时不向着所述患者(P)发射任何辐射，并且所述电子通量(112)在每个中间阶段(T升、T降)期间由所述偏转系统(113)向着所述第二聚焦区域(F2)转向。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，适配所述靶的所述第二聚焦区域(F2)用于吸收其接收的所述电子通量。
12.根据权利要求10所述的装置(10)，其中，适配所述靶(114)的所述第二聚焦区域(F2)，用于向着与所述第一聚焦区域(F1)发射的方向不同的方向发射辐射(22)，所述装置(10)还包括位于所述靶(114)和所述患者(P)之间的瞄准仪(116)，适配所述瞄准仪(116)用于阻断起源于所述源(114)的所述第二聚焦区域(F2)的所述辐射(22)。
13.根据权利要求11所述的装置(10)，其中，所述靶(114)是以轴X-X为中心的轴对称固体，所述靶执行围绕所述轴X-X的转动的运动，并且其中所述第一聚焦区域(F1)和所述第二聚焦区域(F2)为彼此不同的同心环。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第二聚焦区域(F2)是在所述靶(114)中形成的凹槽，并且所述第二聚焦区域(F2)所发射的所述辐射(22)被所述凹槽的壁阻断。
15.根据权利要求7到14中的一个所述的装置，还包括处理单元(15)，被适配用于处理在所述检测器(13)上获取的图像。
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