CN102793554A

CN102793554A - 具有积分的和计数的探测器元件的计算机断层造影系统

Info

Publication number: CN102793554A
Application number: CN2012101643767A
Authority: CN
Inventors: T.弗洛尔; G.哈拉斯; D.尼德洛纳; S.弗劳姆
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers AG
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2032-05-24
Also published as: DE102011076358A1; DE102011076358B4; CN102793554B; US20120300897A1

Abstract

本发明涉及一种计算机断层造影系统（1），其具有至少两组可同时运行的探测器元件（I、Z），其中，至少一个第一组积分探测器元件（I）被构造为用于积分的辐照测量，而至少一个第二组计数探测器元件（Z）被构造为将入射的辐射谱分解为两个能量间隔，并且具有计算机系统（10），用于控制CT系统和探测器元件的测量数据的至少一个采集，具有存储器和位于其中的计算机程序。本发明的特征在于，这样为计算机系统（10）提供编程，使得第一模式构造为仅用于运行至少一个第一组积分探测器元件（I），而第二模式构造为用于附加地运行或仅运行至少一个第二组计数探测器元件（Z）。

Description

具有积分的和计数的探测器元件的计算机断层造影系统

技术领域

本发明涉及一种计算机断层造影系统，该计算机断层造影系统具有至少两组可同时运行的用于从多个不同的投影角度同时扫描检查对象的探测器元件，其中至少一个第一组积分探测器元件被构造为用于积分的辐照测量，至少一个第二组计数探测器元件被构造为将入射的辐射谱分解为两个能量间隔（Energiebins），并且具有计算机系统，用于控制CT系统和探测器元件的测量数据的至少一个采集，该计算机系统具有存储器和位于其中的计算机程序。

背景技术

具有可同时运行的积分的和计数的探测器元件组的这样的CT系统是一般公知的。在此，通常构造具有两个角度错开地布置的探测器的双源CT系统，其中，第一探测器具有一组积分探测器元件，而第二探测器具有另一组计数探测器元件。利用两个测量系统然后可以同时扫描检查对象、通常是患者。

这样的系统的问题在于，一方面虽然对于临床的例行检查可获得具有积分探测器的CT系统的运行许可，然而具有计数探测器的CT系统还没有或者只有在非常麻烦的许可方法之后才获得这样的许可。然而，在也进行研究的医学研究院同时还存在能够运行具有计数探测器系统的CT系统的愿望，以便对于该研究能够利用这样的探测器的关于更高的位置分辨率的优点以及能量分辨的测量的可能性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，找到一种CT系统，其一方面允许临床运行，另一方面也允许能量分辨的扫描，必要时具有比积分探测器情况下更高的位置分辨率，而无需对于医学运行允许该扫描方法的必要性。

发明人具有以下认识：

在医学中使用的计算机断层造影（CT）设备目前作为现有技术构造为具有积分闪烁探测器。在其中将击中的X射线在两级的过程中首先转换为可见光，其然后由在后连接的光电二极管探测并且被转换为电信号。对于相应的闪烁器的例子是氧化钆（Gadoliniumoxid）或硫氧化钆（Gadoliniumoxidsulfid）。这样的闪烁探测器具有非常宽的动态范围并且能够无问题地处理在医学计算机断层造影技术中使用的最小和最大X射线流密度。另一方面，其空间分辨率受到限制，因为探测器像素出于机械原因由于在像素之间的用于机械和光学分离的不活跃的死区而不能任意缩小。此外积分闪烁探测器不提供光谱的信息，从而在X射线谱的不同的能量情况下X射线吸收的特定于材料的区别不能直接被采集。此外，从积分探测器探测的信号的对比度噪声比不是最佳的，因为携带大多数对比度信息的低能量的量子按照其小的能量在积分探测器中也仅小地被加权，从而特定的材料，例如脑白质和脑灰质的对比度由此被降低。

与之相反存在计数探测器，其中击中的X射线量子在直接过程中被转换为电信号并且被计数。对于相应的探测器材料的例子是碲化镉（Cadmiumtellurid）或碲化锌镉（Cadmium-Zinktellurid）。计数探测器能够在表面上非常精细地构造，因为像素不必机械地分离并且因此消除了死区。由此比传统的积分闪烁探测器明显更高的空间分辨率是可能的。此外，击中的X射线量子对于光谱的分辨率在不同的能量带被探测，由此在不同的能量的情况下X射线吸收的特定于材料的区别可以利用唯一的测量来采集。通过对整个信号的份额的取决于能量的加权可能性，此外还允许与积分闪烁探测器相比改善对象对比度和由此对比度噪声比。

然而，计数探测器由于采用的探测器材料而只具有一个有限的动态范围，在所述材料情况下不允许超过最大X射线流密度，该动态范围对于在医学CT系统中不受限制的采用是不够高的。此外，取决于前面的辐照的关于施加的剂量、剂量率和恢复阶段的历史，计数探测器具有高的信号漂移。

上面提到的实施方式变形分别涉及具有不同种类探测器元件的，也就是分别仅具有积分的或计数的探测器元件的分离的探测器。然而，属于本发明范围的还有混合的探测器，其既具有积分的也具有计数的探测器元件。

为了能够利用这样的计数探测器系统的优点，还需要极高的开发和研究开销，然而计数探测器系统通常在研究院运行，研究院同时还实施医学例行检查。然而同时还存在如下必要性：在临床运行中使用的CT系统需要许可，然而该许可目前利用合理的开销仅对于具有积分探测器的传统的探测器系统实现。

发明人认识到：为了避免一方面对于传统的CT系统和另一方面对于研究运行合适的也允许利用计数探测器元件扫描的CT系统的双重购置成本，可以利用两个原则上不同的运行模式来运行唯一的CT系统，其中，第一模式构造为仅用于临床例行运行和仅允许具有积分探测器元件的扫描。如果在具有仅具有积分探测器元件的第一辐射器-探测器系统和仅具有计数探测器元件的第二辐射器-探测器系统的双源CT系统中使用这样的运行模式，则可以在第一运行模式中仅激活第一辐射器-探测器系统并且第二辐射器-探测器系统是不活跃的。对于这样的配置，可以相对容易地实现对于临床运行的运行许可。另一方面还可以完全独立地对于研究任务在第二运行模式中开始或使用CT系统，该第二运行模式允许激活两个辐射器-探测器系统。为此于是不需要用于临床运行的许可。总之具有两个原则上独立的和分离的运行模式的CT系统的该构造通过购置一个这样的系统在唯一的设备上既可以进行授权的临床运行也可以进行扩展的研究运行。

相应于该发明思路，发明人提出了对计算机断层造影系统的改进，该计算机断层造影系统具有至少两组可同时运行的用于从不同的投影方向同时扫描检查对象的探测器元件，其中，至少一个第一组积分探测器元件构造为用于积分的射线测量，至少一个第二组计数探测器元件构造为将入射的射线光谱分解为至少两个能量间隔，并且该计算机断层造影系统具有计算机系统，用于控制CT系统和探测器元件的测量数据的至少一个采集，以及具有存储器和位于其中的计算机程序。该改进通过如下来实现：这样为计算机系统提供编程，使得第一模式构造为用于运行仅至少一个第一组积分探测器元件，而第二模式构造为用于附加地运行或仅运行至少一个第二组计数探测器元件。

在此有利的是，提供了用于运行第一模式的第一完整的软件组和用于运行第二模式的第二完整的软件组。由此，利用第一检查的软件组可以实现安全的临床运行，而在第二模式中，例如在研究工作或对非生物检查对象的材料研究领域中，无问题地给出对软件访问的可能性。

提供这样的不同的运行模式的可能性在于，设置用于启动操作软件（也就是操作系统）的引导管理器（Boot-Manager），其构造为使得在引导管理器的选择菜单中可以做出对用于运行第一模式或用于运行第二模式的选择。

作为对此的替换，计算机系统的存储器还可以被构造为可移动存储器，在其上分别仅存储唯一的运行模式的完整软件组。由此通过更换硬盘，例如HDD=硬盘驱动器或SSD=固态驱动器，存储卡或其他可移动存储器，其上具有用于各自的运行模式的整个软件系统，可以在相应的模式上设置CT系统。

补充地，可以对运行安全性做出贡献的是，提供光学和/或声学报警显示，其在选择的运行模式的运行中自动被激活。因此例如在非临床的运行模式中相应的报警显示可以报警。替换地，作为报警信号，还可以触发与设备相连的患者检查台的运行或患者检查台的特殊的静止位置的启动。同样，例如还可以为了报警而出现在其上控制CT系统的运行的显示屏的特殊的背景颜色或特殊的背景图像，或者可以选择运行菜单的特殊色彩。

用于确保仅使用为了临床目的而允许的运行模式的按照本发明的计算机断层造影系统的另一个实施方式变形在于，为了启动至少一个选择的运行模式需要输入密码或授权证明。

关于计算机断层造影系统的该另一个构造，一方面建议，至少一个第一组积分探测器元件和至少一个第二组计数探测器元件分别布置在物理上不同的探测器上。由此，基本上需要至少两个辐射器-探测器系统，其中在临床运行中仅能激活具有积分探测器的那个。

然而替换地，还可以使用至少一个混合的探测器，从而至少一个第一组积分探测器元件和至少一个第二组计数探测器元件被布置在唯一的探测器中。在此，至少一个第一组的积分探测器元件和至少一个第二组的计数探测器元件可以成行地或成排地分组地或者也可以棋盘样地分布地布置在探测器中。另一个变形在于，蜂窝状地布置为八角构造的积分探测器元件，其中在形成的四角的中间空间中安装四角的计数探测器元件。最后，也可以将至少一个第一组的积分探测器元件按照多个直接相邻的行，并且加至少一个第二组的计数探测器元件按照多个与之相邻的行布置在至少一个或唯一一个探测器中。

附图说明

以下借助附图描述本发明，其中仅示出了对于理解本发明必要的特征。使用了以下的附图标记：1：CT系统；2：第一X射线管；3：第一探测器；4：第二X射线管；5：第二探测器；6：机架壳体；6.1：机架；7：患者；8：患者卧榻；9：系统轴；10：计算机系统；10.1，10.2：存储器；10.3：容纳盒；I：积分探测器元件；Prg（I）：第一组计算机程序；Prg（II）：第二组计算机程序；Z：计数探测器元件。

附图中：

图1示出CT系统；

图2示出具有两个角度错开布置的探测器的机架，所述探测器在临床运行模式中分别具有积分的以及计数的探测器元件；

图3示出了具有两个角度错开布置的探测器的机架，所述探测器在用于研究和开发的运行模式中分别具有积分的以及计数的探测器元件；

图4示出了一方面具有成排成组的积分探测器元件另一方面具有计数探测器元件的探测器的俯视图；

图5示出了一方面具有成行成组的积分探测器元件另一方面具有计数探测器元件的探测器的俯视图；

图6示出了一方面具有多个直接相邻的具有积分探测器元件的行另一方面具有多个与之相邻的直接相邻的具有计数探测器元件的行的探测器的俯视图；

图7示出了具有蜂窝状布置的八角形积分探测器元件和在间隙中的计数探测器元件的探测器的俯视图。

具体实施方式

图1示出示例性的CT系统1，具有在机架壳体6中未详细示出的机架上的两个辐射器-探测器系统。这两个辐射器-探测器系统一方面由第一X射线管2和与第一X射线管对应的相对的探测器3组成，并且另一方面由第二X射线管4和与第二X射线管对应的相对的探测器5组成。两个辐射器-探测器系统在旋转平面中角度错开地布置在机架上。按照本发明，这两个探测器3和5分别可以配备有在其功能上不同的探测器元件，从而一个探测器被构造为具有计数的、另一个探测器具有积分的探测器元件。替换地，通过在一个探测器中构造部分积分的、部分计数的探测器元件，还存将这些探测器或至少一个探测器的混合化的可能性。关于不同工作的探测器元件的示例性划分，还可以参见图4至7。

两个辐射器-探测器系统掠过一个在中央的圆形开口中设置的测量场。患者7借助患者卧榻8沿着系统轴9被移动通过该测量场。原则上在此既可以实施螺旋形扫描也可以实施顺序扫描。

对CT系统1的控制和对患者7的扫描的分析通过与之相连的计算机系统10来进行，其中该计算机系统具有至少一个存储器10.1和10.2，在所述存储器中存储了计算机程序Prg（I）和Prg（II）的完整组。在此处示出的实施中，存储器10.1和10.2是可移动存储器，其可以分别插入到容纳盒10.3中并且由此定义用来运行CT系统的不同模式。

在此，计算机程序的完整组被理解为为了运行CT系统所需的程序，也就是至少包括了对于运行所需的所有控制软件的操作系统。这可以通过测量数据采集软件和必要时还有分析软件来补充。当然，在本发明的范围内的还有，可移动存储器不仅被理解为唯一的物理的可移动存储器（例如FDD、HDD、SSD、SD卡、CF卡），而且被理解为一组可移动存储器。因此，一组可移动存储器由多个可移动存储器组成，它们为了数据安全性而综合为RAID（=Redundant Arrayof Independent Discs=独立冗余磁盘阵列）。用于不完整的操作系统的单个存储器和对于剩余的软件的一个或多个RAID的组合也在本发明范围内。然而在此重要的是，只要CT系统的运行开始了，在单个运行模式之间不能简单地切换，而是为此需要重新启动系统。

按照本发明，在其中也包含或存储了所有其他程序和程序部分，它们构造为在系统的运行中执行按照本发明的方法的不同构造。

CT系统的实施方式变形示意性作为通过机架6.1的截面图在具有不同的操作模式的图2和3中示出。在该实施方式中示出了两个辐射器-探测器系统，其中，第一辐射器-探测器系统由X射线管（辐射器）2和仅具有（通过探测器的较粗略格栅表示的）积分探测器元件的相对的探测器3构造。第二辐射器-探测器系统由X射线管（辐射器）4和另一个仅具有（通过探测器的较精细格栅表示的）计数探测器元件的相对的探测器5组成。在辐射器和探测器之间的射线束范围内可以看出患者7和系统轴9。

在图2中描述了按照第一模式的CT系统，其可以简单地允许临床应用，因为在运行中只有具有传统的探测器的第一辐射器-探测器系统2、3是激活的。为了显示第二辐射器-探测器系统4、5的不激活的状态，没有显示射线束。图3相反则示出了用于研究和开发而考虑的运行模式，其中（通过两个标出的射线束显示的）两个辐射器-探测器系统都是激活的。

要指出的是，在仅具有计数探测器元件的探测器系统的位置上，在上面描述的实施方式变形中也可以使用由计数的和积分的探测器元件的组合构成的混合探测器系统。

图4至7示出了对于CT系统的一个，必要时唯一的一个探测器中积分的和计数的探测器元件的不同的混合布置的例子。

图4示出了具有成排交替布置的积分的（非阴影示出的）和计数的（阴影示出的）探测器元件I、Z的混合探测器的实施。这样的布置特别适合于圆形扫描的情况，因为此处在回转中每个积分探测器元件I都有一个计数探测器元件Z跟随并且可以非常简单地找到通过被扫描的测量对象的一致的射线，其由两种探测器元件I、Z扫描，以便能够将所述射线进行比较和必要时进行对计数探测器元件Z的测量数据的校正。

特别是对于在螺旋扫描中的使用，在图5中示出的划分是有利的。在此，成行交替地布置积分的（非阴影示出的）和计数的（阴影示出的）探测器元件I、Z。因为在螺旋扫描中实施在系统轴方向上的移动，所以两种探测器元件I、Z又掠过通过检查对象的相同的或至少近似相同的射线，以便能够比较所属的测量结果并且必要时能够进行对计数的探测器元件Z的测量数据的校正。如果不能由两个测量数据找到恰好重叠的射线，则存在如下的可能性：通过相应的、本身公知的插值操作，找到对于一致的、必要时也相对的射线的插值的测量数据。

要指出的是，在本发明的范围内的还有，对于计数探测器关于其投影面积使用比在积分探测器元件I的情况下更小的探测器元件Z。例如每个此处示出的计数探测器元件Z的面积也可以多重划分，例如划分为2×2、3×3或4×4分离可读的部分面积，从而得到明显更高的位置分辨率。

在图6中可以看出一侧具有多个直接相邻的具有积分探测器元件I的行而另一侧具有与之相邻的直接相邻的具有计数探测器元件Z的行的探测器的俯视图。积分探测器元件I仍然是非阴影地并且计数探测器元件Z是阴影地示出。此外，计数探测器元件Z关于其伸展仅一半大地构造或者换言之，计数探测器元件Z的空间测量分辨率是积分探测器元件I的两倍那么高。

图7示出了计数的和积分的探测器元件Z、I的混合布置的另一种有利变形。在此，将积分的（非阴影示出的）探测器元件I蜂窝状地由八角形平面建立，其中，在平面中的的形成的四角的中间空间中放入明显更小的计数探测器元件Z，其由此不仅可以实现拍摄的谱的能量分辨率，而且还限定更精细的测量射线。

如果在CT系统中仅使用混合探测器，则在临床运行模式中可以将所有计数探测器元件Z解除激活，而在非临床的运行模式中既将计数的也将积分的探测器元件Z、I或仅将计数的探测器元件Z激活，其中在运行模式中都不必将辐射器解除激活。该变形可能性在此针对的是对于临床运行的许可的规定。

总之，利用本发明描述了一种具有至少两组可同时运行的积分的和能量分辨的探测器元件的计算机断层造影系统，其中这样设置用于利用探测器元件采集测量数据的计算机系统（其具有存储器和其中的计算机程序），使得第一模式用于仅运行至少第一组积分探测器元件，而第二模式用于附加地运行或仅运行至少第二组计数探测器元件。

尽管通过优选实施方式详细解释并描述了本发明，但是本发明不受所公开的例子限制，而是可以由专业人员从中导出其他变形，而不脱离本发明的保护范围。

Claims

1.一种计算机断层造影系统（1），具有：

1.1.至少两组可同时运行的用于从多个不同的投影角度同时扫描检查对象（7）的探测器元件（I、Z），其中

1.2.至少一个第一组积分探测器元件（I）被构造为用于积分的辐照测量，并且

1.3.至少一个第二组计数探测器元件（Z）被构造为将入射的辐射谱分解为两个能量间隔，以及

1.4.计算机系统（10），用于控制CT系统以及用于控制探测器元件的测量数据的至少一个采集，带有存储器和位于其中的计算机程序，

其特征在于，

1.5.这样为计算机系统（10）提供编程，使得第一模式构造为仅用于运行至少一个第一组积分探测器元件（I），而第二模式构造为用于附加地运行或仅运行至少一个第二组计数探测器元件（Z）。

2.根据上述权利要求1所述的计算机断层造影系统（1），其特征在于，

存在用于运行第一模式的第一完整的软件组和用于运行第二模式的第二完整的软件组。

3.根据上述权利要求2所述的计算机断层造影系统（1），其特征在于，

提供了用于启动操作软件的引导管理器，其被构造为使得在引导管理器的选择菜单中可以做出对用于运行第一模式或者用于运行第二模式的选择。

4.根据上述权利要求2所述的计算机断层造影系统（1），其特征在于，所述计算机系统（10）的存储器是可移动存储器，在其上分别仅存储了唯一的运行模式的完整软件组。

5.根据上述权利要求1至4中任一项所述的计算机断层造影系统（1），其特征在于，存在光学和/或声学报警显示，其在选择的运行模式的运行中自动被激活。

6.根据上述权利要求1至5中任一项所述的计算机断层造影系统（1），其特征在于，为了启动至少一个所选择的运行模式需要输入密码或授权证明。

7.根据上述权利要求1至6中任一项所述的计算机断层造影系统（1），其特征在于，所述至少一个第一组积分探测器元件（I）和至少一个第二组计数探测器元件（Z）分别被布置在物理上不同的探测器（3，5）上。

8.根据上述权利要求1至6中任一项所述的计算机断层造影系统（1），其特征在于，所述至少一个第一组积分探测器元件（I）和至少一个第二组计数探测器元件（Z）被布置在一个的探测器（3）中。

9.根据上述权利要求1至6中任一项所述的计算机断层造影系统（1），其特征在于，至少一个第一组的积分探测器元件（I）和至少一个第二组的计数探测器元件（Z）被成行地分组地布置在探测器（3）中。

10.根据上述权利要求1至6中任一项所述的计算机断层造影系统（1），其特征在于，至少一个第一组的积分探测器元件（I）和至少一个第二组的计数探测器元件（Z）被成排地分组地布置在探测器（3）中。

11.根据上述权利要求1至6中任一项所述的计算机断层造影系统（1），其特征在于，至少一个第一组的积分探测器元件（I）和至少一个第二组的计数探测器元件（Z）棋盘状地分组地布置在探测器（3）中。

12.根据上述权利要求1至6中任一项所述的计算机断层造影系统（1），其特征在于，至少一个第一组的积分探测器元件（I）按照多个直接相邻的行并且至少一个第二组的计数探测器元件（Z）按照多个与之相邻的行被布置在至少一个探测器（3）上。