CN103181772A - 多x射线源低照射剂量的ct成像设备 - Google Patents

Abstract

一些实施例包括一种低照射剂量的CT设备。这种设备包括装于扫描架上并沿Z轴间隔布置的多个X射线源。这些射线源经过配置后主要产生重叠式扇形射线束，重叠射线基本上能够到达探测器表面。一些实施例还包括一种与多个X射线源进行电子通信的控制器。该控制器用来切换X射线源的接通和断开状态，使任意时间只有一个X射线源处于接通状态。而且，控制器电路能够与至少一个X射线探测器进行电子通信，并让X射线探测器与多个X射线源同步，使探测到的X射线能够与X射线源相匹配。

Description

多X射线源低照射剂量的CT成像设备

相关申请的交叉引用

本申请要求美国待授权临时专利申请（申请号：61/391,621；申请日期：2010年10月9日）的优先权，该申请在此全文引用。

技术领域

本发明一般涉及用于X射线计算机断层扫描系统的低照射剂量X射线源。

背景技术

一般情况下，使用装于扫描架上的X射线源（如旋转式阳极射线源）进行X射线计算机断层扫描（CT），扫描架上装有一个或多个与之相对布置的X射线闪烁探测器。扫描架上通常有一个容纳病人的中心孔，使病人处于射线源与探测器之间。这样，探测器就能测到来自射线源的X射线束穿过病人后衰减的X射线强度格局。通常，扫描架上的射线源和探测器围绕病人旋转。利用已知的滤波反投影等重建算法，可以将这种方式采集到的数据用来重建病人的二维切片影像。同理，通过按螺旋状同时旋转和平移射线源相对病人的位置，可以创建三维影像。

一些身体组织会使X射线的衰减程度大于其他组织，从而能够利用X射线生成不同身体构造的对比影像。例如，骨头对X射线的衰减系数大于软组织，因此，骨头容易成像。其他组织和器官（如血管）因其相对周围组织的衰减性质相似而较难成像。在这种情况下，可以给病人施用造影剂，使靶器官及/或组织不易让X射线穿透。这样的造影剂有钡或碘等化合物。

在数据采集期间，一般需要病人保持不动。要成像的身体部位移动会导致影像模糊及品质降低。因此，成像心脏特别具有挑战性，这是因为心脏收缩时发生显著移动，而且病人呼吸也会发生移动。目前知道可以使用心电门控方法对这种移动进行修正。

对于给定成像技术所需的具体辐射强度取决于要成像的身体构造。表1列出了病人进行不同的身体部位检查时通常受到的辐射照射剂量。

表1

检查	照射剂量(mSv)	等同胸部X射线
			四肢（如膝、踝）	0.01	0.5
胸部	0.02	1
			头颅	0.1	5
颈椎	0.1	5
			背脊骨	1.0	50
腰椎	2.4	120
			臀部	0.3	15
骨盆	1.0	50
			腹部	1.5	75
食道	2.0	100
			胃/十二指肠	5.0	250
小肠	6.0	300
			结肠	9.0	450
静脉肾盂造影(IVP)	4.6	230
			CT扫描头部	2.0	100
CT扫描胸部	8.0	400
			CT扫描腹部	8.0	400

业内大家都知道，受到X射线等电离辐射的照射会增加病人患某些辐射诱发型癌症的风险。一些组织和器官对电离辐射特别敏感，如眼组织、生殖器官及乳房等。而且，辐射照射会增大病人出现某些健康问题的风险，如造成病人患胰腺癌、增大病人患癌症、遭受新创伤、肝硬化的风险，或造成病人的病情需要进行多次CT扫描。因此，业内需要实施低照射剂量CT扫描的方法和设备，使病人仅受到基于现有成像技术所需的辐射照射量。此前，一些医务人员通过减少旋转式阳极射线源的能量，取得了减少X射线照射量至刚好足以获得合格影像品质的水平。另一种方法是在两个输出能量不同的X射线源之间进行毫秒级的瞬间切换，利用微分的衰减数据获得分辨率更高、辐射照射量较小的影像。其他人则开发出在低X光辐射能量下提高影像品质的数据处理及/或影像重建方法，使医务人员能够使用低辐射能量进行操作。

需要一种简单及/或廉价的减少X射线照射量的方法。一些实施例与先有技术比较，具有这样的优点及/或具有超过先有技术的其他益处。

发明内容

一些实施例涉及低照射剂量的CT设备，其中包括：多个装于扫描架上并沿Z轴间隔布置的X射线源，这些射线源经过配置后主要产生重叠式扇形射线束，重叠射线基本上能够到达探测器表面；至少一个X射线探测器，经配置主要用来接收来自多个X射线源的重叠式扇形射线束；以及一种与多个X射线源进行电子通信的控制器，该控制器用于切换多个X射线源的接通和断开状态，使任意时刻仅有一个X射线源接通，其中的控制器电路保持与至少一个X射线探测器进行电子通信，并让至少一个X射线探测器与多个X射线源同步，使探测到的X射线能够与X射线源相匹配。

根据一些实施例，多个X射线源包括一对或多对固定式阳极真空管射线源，或仅由一对旋转式阳极射线源组成。

根据一些实施例，每对X射线源的工作电流是10-60毫安。

根据一些实施例，X射线的强度大约是2-8mSv。

根据一些实施例，每个X射线源的接通状态约10-100毫秒。

根据一些实施例，每个X射线源的断开状态约10-100毫秒。

根据一些实施例，一次只有一个X射线源处于接通状态。

根据一些实施例，设备运行遵循静态调强（Step and Shoot）协议。

一些实施例中还包括与至少一个X射线探测器进行电子数据通信的计算机，并且采用有序子集期望值优化影像重建（Ordered Subset ExpectationOptimization Image Reconstruction）协议对计算机进行编程。

在阅读并理解以下详细说明之后，业内技术人员会清楚地知道本发明的其他优点和益处。

附图说明

本发明可能以某些实物零件及零件布置作为实施例，在本说明书中进行详细描述，并对其中的附图部分加以说明：

图1是X射线CT扫描架的主视图；

图2A是闪烁探测器的俯视图；

图2B是图2A中闪烁探测器的侧视图；

图2C是图2A中所示闪烁探测器的一对相邻像素的俯视图；

图3是一对发射重叠式扇形射线束的X射线源的主视图；以及

图4是与心电数据相关的X射线管的波形图。。

具体实施方式

根据一些实施例，断层扫描成像系统包括多个低照射剂量的X射线源。例如，这些射线源可以是一对沿Z轴间隔布置的X射线源，经配置后主要产生重叠式扇形射线束，重叠射线基本上可以完全覆盖探测器。而且，在一些实施例中，两个阳极射线源交替接通和断开，从而一次只有一个阳极射线源接通。尽管本文中的举例和图示仅讨论一对阳极射线源，一些实施例可以包括两个以上的阳极射线源。

在一些实施例中，适用的X射线源包括一个固定式阳极真空管。更具体而言，一些实施例在θ、

或Z中的一个或多个方向上包括一对这样的阳极射线源。在一些沿Z方向间隔布置有射线源的实施例中，还包括一个装于X射线闪烁探测器上并与之进行光通信的准直管，其功能是物理过滤掉分散的X射线光子。但在θ及/或方向上间隔布置有射线源的实施例中，可使用软件方法而非准直管来修正及/或过滤掉分散的X射线光子。

业内技术员知道，连续运行固定式阳极真空管会导致阳极高温，缩短阳极管的寿命。因此，一些实施例包括一对这样的阳极管，即一个管子接通时，另一个管子断开冷却。以这种方式工作的X射线源既能提供足够的X射线能量，又不会过度缩短管子的寿命。根据一些实施例，管子以规定的方位安装以产生重叠式扇形射线束，这样既能达成类似单个连续射线源的效果，又能延长管子的寿命。

根据一些实施例，X射线真空管合适的接通状态是1-200毫秒。其他合适的状态包括但不限于以下一个或多个范围：1-10毫秒、10-20毫秒、20-30毫秒、30-40毫秒、40-50毫秒、50-60毫秒、60-70毫秒、70-80毫秒、80-90毫秒、90-100毫秒、100-110毫秒、110-120毫秒、120-130毫秒、130-140毫秒、140-150毫秒、150-160毫秒、160-170毫秒、170-180毫秒、180-190毫秒、190-200毫秒，或其中的任意组合。此处与本说明书和权利要求书中的其他地方一样，各个范围可以相互组合。

同样，根据一些实施例，X射线真空管合适的断开状态是1–200毫秒。其他合适的状态包括但不限于以下一个或多个范围：1-10毫秒、10-20毫秒、20-30毫秒、30-40毫秒、40-50毫秒、50-60毫秒、60-70毫秒、70-80毫秒、80-90毫秒、90-100毫秒、100-110毫秒、110-120毫秒、120-130毫秒、130-140毫秒、140-150毫秒、150-160毫秒、160-170毫秒、170-180毫秒、180-190毫秒、190-200毫秒，或其中的任意组合。

而且，根据一些实施例，可以要求一次只有一个X射线源接通以消除“交叉谈话”。具体而言，在一些实施例中，X射线探测器无法同时分辨几个射线源。因此，探测器必须与各自的射线源同步，便于进行分辨。

合适的X射线管电流约1–60毫安。更具体而言，合适的电流包括但不限于以下一个或多个范围：1-5毫安、5-10毫安、10-15毫安、15-20毫安、20-25毫安、25-30毫安、30-35毫安、35-40毫安、40-45毫安、45-50毫安、50-55毫安、55-60毫安，或其中任意组合。

在一些实施例中，描述X射线管工作的波形可以是周期性及波幅恒定的简单方波。但在一些实施例中，波形可以是多种波的合成。例如，在心电门控实施例中，恒定的周期性方波可以与心脏的舒张期同步，当心脏收缩时，两个管子同时断开直至返回舒张期。根据这类实施例，心电门控可用来触发管子进入断开期。例如，当系统探测到指示心脏收缩开始的P波时，管子可能断开。因此，系统仅采集心脏舒张期的数据，从而能够重建较高品质的影像。

同理，一些实施例可以通过传感其他生理参数来触发管子断开。例如，可以要求在呼吸周期的某些段或在咳嗽痉挛期间停止采集数据。由此，可以对胸部起伏进行探测，如通过激光探测及测距系统（激光雷达）或其他已知方法。另外一些实施例还包括横向倾斜扫描架、激光雷达胸部/身体监视器、及/或准自适应X射线照射量控制。一些实施例也包括有序子集期望值最大化（OSEM）影像重建算法，以取代滤波反投影算法。具体而言，在一些实施例中，使用OSEM方法可以提高影像品质。

当按照本发明的一些实施例进行X射线CT扫描操作时，可以减少达50％病人受到的电离辐射照射量或者约1–2mSv。

在一些实施例中，真空管式X射线源的焦斑面积约1–2000平方微米。

参阅图1中实施例100的主视图，双X射线源110装在CT扫描架105的上部位置。根据该视图，X射线源110发射扇形射线束115。扇形射线束115沿Z轴（即图面）上间隔分布，因此在视图中无法分辨彼此。继续参阅图1中病人120的剖视图，可以看到射线束115衰减后被呈弧形132排列的多个X射线闪烁探测器130接收到。在一些实施例中，探测器130包括但不限于64x64像素阵列的硅酸钇镥闪烁晶体（LYSO），如图3所示。

图2A-C中所示的X闪烁探测器200至少与本发明的部分实施例相一致。探测器200包含一个64x64阵列LYSO闪烁晶体210，用黄铜外壳220封装。根据图2C，用紫外线反射隔膜214将各个LYSO晶体212相互分开。

图3所示的实施例300包括一对固定式阳极X射线管310a、310b。阳极管310a和310b彼此间距dz。管子310a、310b产生扇形射线束330a、330b，形成重叠区340并作用于探测器350的公共重叠区342。根据一些实施例，扇形射线束可以作用于闪烁探测器的整个表面，但在一些实施例中，扇形射线束无法作用于整个表面，以至可能部分射到探测器表面之外。

上面已经描述和在各种视图中所示的实施例旨在图示说明本发明的实施例，而实施例本身并不局限于这些。因此，本领域技术人员会清楚地知道，上述方法和设备可以在不脱离本发明的一般范围前提下有其他变化类型。据此，希望将所有这些可能的变化类型都包括在所附权利要求书或其中权利要求的范围内。

Claims (13)

1.一种低照射剂量的CT设备，其中包括：

多个装于扫描架上并沿Z轴间隔布置的X射线源，所述射线源经过配置后主要产生重叠式扇形射线束，重叠射线基本上能够完全覆盖探测器表面；

至少一个X射线探测器，经配置主要用来接收来自多个X射线源的重叠式扇形射线束；以及

与多个X射线源进行电子通信的控制器，该控制器用于切换多个X射线源的接通和断开状态，使任意时刻仅有一个X射线源接通，其中的控制器电路保持与所述至少一个X射线探测器进行电子通信，并让至少一个X射线探测器与多个X射线源同步，使探测到的X射线与X射线源相匹配。

2.根据权利要求1的设备，其中多个X射线源包括一对或多对固定式阳极真空管射线源，或一对旋转式阳极射线源。

3.根据权利要求2的设备，其中每对X射线源的工作电流是10-60毫安。

4.根据权利要求2的设备，其中X射线的强度大约是2–8mSv。

5.根据权利要求2的设备，其中每个X射线源的接通状态约10–100毫秒。

6.根据权利要求5的设备，其中每个X射线源的断开状态约10–100毫秒。

7.根据权利要求6的设备，其中一次只有一个X射线源处于接通状态。

8.根据权利要求1的设备，其中设备运行遵循静态调强协议或螺旋扫描协议。

9.根据权利要求1的设备，还包括与至少一个X射线探测器进行电子数据通信的计算机，并且采用有序子集期望值优化影像重建协议对计算机进行编程。

10.一种低照射剂量的CT设备，其中包括：

装于扫描架上并沿Z轴间隔布置的一对固定式阳极真空管射线源，所述射线源经过配置后主要产生重叠式扇形射线束，重叠射线基本上能够完全覆盖探测器表面，而且每个X射线源具有50％工作周期，工作周期的接通状态约10–100毫秒；

至少一个X射线探测器，经配置主要用来接收来自多个X射线源的重叠式扇形射线束；以及

与多个X射线源进行电子通信的控制器，该控制器用于切换多个X射线源的接通和断开状态，使任意时刻仅有一个X射线源接通，其中的控制器电路保持与至少一个X射线探测器进行电子通信，并让至少一个X射线探测器与多个X射线源同步，使探测到的X射线与X射线源相匹配。

11.根据权利要求10的设备，其中一次只有一个X射线源处于接通状态。

12.根据权利要求10的设备，其中设备运行遵循静态调强协议或螺旋扫描协议。

13.根据权利要求10的设备，还包括与至少一个X射线探测器进行电子数据通信的计算机，并且采用有序子集期望值优化影像重建协议对计算机进行编程。

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