CN103415253B

CN103415253B - 用于计算机断层摄影（ct）的患者后动态过滤器

Info

Publication number: CN103415253B
Application number: CN201180059685.1A
Authority: CN
Inventors: T·克勒; H·施米特; R·普罗克绍
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2031-12-02
Also published as: EP2648620B1; US9044187B2; CN103415253A; US20130259191A1; RU2013131283A; RU2594807C2; EP2648620A1; WO2012077027A1

Abstract

一种成像系统，包括辐射源（310），所述辐射源（310）被配置为关于z轴绕检查区域旋转并且具有发射穿过所述检查区域的辐射束的焦斑。所述系统还包括具有多个探测器像素的辐射敏感探测器阵列（314），其探测穿过所述检查区域的辐射并且生成指示所探测到的辐射的投影数据。所述系统还包括动态患者后过滤器（316），所述动态患者后过滤器（316）包括一个或多个过滤器段（402、802、902、1004、1102）。所述过滤器被配置为在扫描对象或受试者期间，基于所述对象或受试者的形状，选择性地并且动态地在所述探测器阵列前方在所述探测器阵列与所述检查区域之间移动，并且移入和移出照射所述探测器像素的所述辐射束的路径，由此对未衰减的辐射和穿过所述对象或受试者的外围的辐射进行过滤。

Description

用于计算机断层摄影（CT）的患者后动态过滤器

技术领域

以下大体涉及成像，并且更具体而言涉及用于减少计算机断层摄影（CT）扫描器中辐射束的外围或边缘的X射线通量的患者后过滤器。

背景技术

常规CT扫描器包括发射辐射的X射线管。源准直器被设置于所述X射线管与检查区域之间，并且准直所发射的辐射，以产生扇形或锥形X射线射束。经准直的射束穿过所述检查区域以及其中的对象或受试者（所述射束根据所述对象或受试者的放射密度衰减），并从所述X射线管照射述检查区域设置对面的探测器阵列。所述探测器产生指示所探测到的辐射的投影数据，并且已重建所述投影数据，以生成指示所述对象或受试者的体积图像数据。

所谓的蝴蝶结过滤器（注意，该过滤器的名称主要反映所述过滤器的典型物理形状）被定位于所述源准直器与所述检查区域之间，并使所述扇形或锥形X射线束在所述束的外部区域或外围射线衰减更大的程度，由此减少在所述扇形或锥形束外部区域的通量。这种过滤非常适合受计数速率能力不足影响的光子计数探测器。以举例的方式，在通常的CT扫描中，只有不穿过所述受试者的射束的射线（即，没有衰减的射线），或仅在外围区域中通过所述对象行进短的距离的射束的射线（即，衰减小于预定量的射线），需要过度的计数速率。这样的过滤也非常适用于带有非计数探测器的扫描器，例如，其可以改进辐射效率，等等。

图1和图2结合X射线源104、源准直器106、以及检查区域108、以及被扫描的受试者110和112的部分，图示了常规患者前蝴蝶结过滤器102的范例。理论上，所述蝴蝶结过滤器102与正被扫描的所述对象的轮廓或形状相对应，并且对仅穿过空气的射束进行重度的过滤，对穿过所述对象的射束的区域进行轻微的过滤，并且针对它们之间的过渡的过滤程度进行平滑的过渡，从而能够达到正确的X射线轮廓。进行空气扫描，以测量所述过滤器的衰减属性，并基于其生成校准用于重建期间的探测器像素归一化。

遗憾的是，由于受试者的形状对于一些受试者来说可能较大，对于其他受试者来说可能较小，因此每个受试者的轮廓并不相同，并且还可能例如较像或较不像圆柱形而不相同，如图1A和图1B中所示。而且，同一受试者的轮廓取决于所述受试者被观察的角度而大不相同，如图2A和图2B中所示。因此，蝴蝶结过滤器102可能更适合一些受试者，而不是很适合其他受试者，例如受试者110和112，因为过滤器102不匹配受试者110和112的轮廓。此外，受试者可能被偏离中心定位，使得穿过空气的射束的一部分被轻微过滤，并且穿过所述受试者的射束的一部分被重度过滤。结果，所述受试者边缘处的光子通量可能使探测器输出的保真度降低到相对于诊断上有价值的图像来说可能非常低的水平。

发明内容

本申请的各方面解决上面提到的问题以及其他问题。

根据一个方面，一种成像系统包括辐射源，所述辐射源被配置为关于z轴绕检查区域旋转并具有发射穿过所述检查区域的辐射束的焦斑。所述系统还包括具有多个探测器像素的辐射敏感探测器阵列，其探测穿过所述检查区域的辐射并生成指示所探测到的辐射的投影数据。所述系统还包括动态患者后过滤器，其包括一个或多个过滤器段。所述过滤器被配置为在扫描对象或受试者期间，基于所述对象或受试者的形状，选择性地并且动态地在所述探测器阵列前方在所述探测器阵列与所述检查区域之间移动，并且移入和移出照射所述探测器像素的所述辐射束的路径，由此对未衰减的辐射和穿过所述对象或受试者的外围的辐射进行过滤。

根据另一方面，一种方法包括以可以动态调节的过滤器段，对穿过检查区域的发射辐射束的外围射线进行过滤，所述过滤器段被配置为在扫描对象或受试者期间，基于所述对象或受试者的形状，选择性地移入和移出探测器阵列前方的区域，并且在所述探测器阵列与检查区域之间移动，由此对未衰减的辐射和穿过所述对象或受试者的外围的辐射进行过滤。

根据另一方面，一种用于减少辐射束的外围射线的通量的方法，包括在扫描对象和受试者期间，通过基于所述对象和受试者的形状，选择性地将可动态地调节的患者后过滤器的物理滤波器段定位在探测器阵列与成像系统的检查区域之间，对所述外围射线进行过滤。

附图说明

本发明可以采取各种部件和部件的布置，以及各种步骤和步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，并且不应被解读为限制本发明。

图1A结合正在被扫描的、具有第一形状的第一患者，图示了现有技术的蝴蝶结过滤器，

图1B结合正在被扫描的、具有第二形状的第二患者，图示了图1A的现有技术的蝴蝶结过滤器，

图2A结合正在被扫描的大体为椭圆柱形的患者，图示了被定位于第一角度的现有技术的蝴蝶结过滤器，

图2B结合正在被扫描的大体为椭圆柱形的患者，图示了被定位于第二角度的现有技术的蝴蝶结过滤器，

图3图示了示范性成像系统，其包括用于减小辐射束外围处的X射线通量的动态患者后过滤器，

图4图示了示范性动态患者后过滤器，其中，所述过滤器沿z轴移动，

图5、图6和图7图示了结合目标和旋转辐射源动态移动的动态过滤器的范例，

图8图示了示范性动态患者后过滤器，其中，所述过滤器沿横向于所述z轴的方向移动，

图9图示的实施例中的动态患者后过滤器包括多个过滤器段，每个对应于多于一个探测器像素，

图10图示的实施例中的动态患者后过滤器包括两行交错的探测器过滤器梳齿段，

图11图示的实施例中的动态患者后过滤器包括单行的阶梯形过滤器段，

图12图示了用于使用动态患者后过滤器减小辐射束的外围区域中X射线通量的示范性方法，其中所述动态患者后过滤器被动态调节，以基于正在被扫描的对象的形状，覆盖探测器阵列中探测器的子集。

具体实施方式

图3图示了诸如计算机断层摄影（CT）扫描器的成像系统300。

所述成像系统300包括固定机架302和旋转机架304，所述旋转机架304由所述固定机架302可旋转地支撑。所述旋转机架304关于纵轴或z轴绕检查区域306旋转。

支撑体308，例如卧榻，支撑所述检查区域306中的受试者，并且可以被用于在扫描之前、期间和/或之后，使所述对象关于x轴、y轴和/或z轴定位。

辐射源310，例如X射线管，由所述旋转机架304支撑并随着所述旋转机架304关于所述检查区域306旋转，并且发射经由焦斑穿过所述检查区域306的辐射。源准直器312准直所发射的辐射，形成穿过所述检查区域306的大体为扇形、锥形或其他形状的射束。

辐射敏感探测器阵列314被定位为跨所述检查区域306与所述辐射源310相对。所述探测器阵列314包括一行或多行，每行包括多个探测器像素，所述探测器像素探测穿过所述检查区域306的辐射并生成指示所探测到的辐射的投影数据。所述探测器阵列314可以包括光子计数探测器、能量分辨探测器，和/或积分探测器。

患者后动态过滤器316被配置为，在所述探测器阵列314与所述检查区域306之间并且在所述辐射束的路径中，移进和移出所述探测器阵列前方区域，并且对穿过所述检查区域306的所述束进行过滤。如下文更加详细地描述，所述动态扫描器316被配置为基于扫描期间正被扫描的所述受试者或对象的形状，通过它的一个或多个子过滤器或过滤器段的移动，动态地（对称地或不对称地）调节其物理属性。

所述动态调节允许所述动态过滤器316基于每位患者的轮廓动态地调节，其允许所述动态过滤器316被调整到每位患者的轮廓。这样，所述动态过滤器316可以被用于，例如，结合计数探测器，对所述辐射束进行过滤和/或减小所述辐射束外围处的X射线通量，和/或结合积分探测器改进辐射效率。此外，可以不对称地调节所述过滤器，例如，当所述对象偏离中心定位时。

所述一个或多个子过滤器或过滤器段的移动可以通过一个或多个电机318来实现，所述电机与所述一个或多个子过滤器或过滤器段、感测电机位置的一个或多个位置传感器320（例如，编码器），以及控制电机318中的一个单独地或以预定组合移动的控制器322机械连通，所述一个或多个过滤器子过滤器或过滤器段沿预定义的路径（例如轨迹、轨道等等）移动。所述动态过滤器316可以结合常规的患者前蝴蝶结过滤器使用，和/或代替常规患者前蝴蝶结过滤器使用。

重建器324重建经处理的投影数据，并且生成指示所述检查区域306的体积图像数据。可以通过图像处理器等处理得到的体积图像数据，以生成一个或多个图像。

通用型计算系统充当操作者控制台326，并且包括诸如显示器的输出设备以及诸如键盘、鼠标等等的输入设备。驻留于所述控制台326上的软件允许所述操作者控制所述系统300的运行，例如，允许所述操作者选择使用所述动态过滤器316的协议，启动扫描，等等。

图4结合源310、探测器阵列314以及正在被扫描的对象400图示了动态过滤器316的非限制性范例。在该范例中，所述过滤器316包括N个子过滤器（或过滤器段）402₁、……、402_N（其中N为等于或大于一的整数），所述N个子过滤器在此统称为子过滤器402。如所示出地，所述子过滤器402中的每个对应于所述探测器阵列314中的单个并且不同的探测器像素404。

在该实施例中，所述电机318包括针对每个子过滤器42的子电机，并且每个子电机选择性地并且单独地使单个子过滤器402在第一位置406与第二位置410之间移动，在所述第一位置406，所述过滤器402在照射所述探测器像素404的辐射束408的路径外部，在所述第二位置408，所述子过滤器402在探测器像素404的前方，从而对照射所述探测器像素404的辐射进行过滤。

在另一实例中，所述电机318可以包括单个电机，其被配置为独立地驱动每个所述子过滤器402。在又一实例中，所述电机318可以包括多个但少于子过滤器402的数目的电机，其中所述电机318中的一个或多个被配置为控制多于一个的子过滤器402。本文中还预期其他电机配置。

在图示的实施例中，所述电机318被配置为使所述子过滤器402足够快地移动，以针对每个采集角，覆盖和/或不覆盖一个数据采集间隔内的像素。以举例的方式，在一个实例中，过滤器可以以每毫秒半毫米至每毫秒两毫米的速率之间移动。本文中也预期更快或更慢的速率。

可以利用各种方法来确定给定采集间隔期间哪个子过滤器402覆盖探测器像素404。例如，在一个实例中，进行预扫描（例如，侦察、领航等），并且将得到的数据用于规划所述扫描，包括识别所述对象400的外围。在另一实例中，在扫描期间，基于所探测到的数据的相对强度值，估计所述对象400的所述外围。

当所述对象400在所述检查区域306中心时，可以关于所述探测器阵列的中心区域对称地控制所述子过滤器402，使得在所述中心区域的两侧使用相等数目的子过滤器402。在其中所述对象400偏离中心定位的实例中，可以不对称地控制所述子过滤器402，其中在所述中心区域的两侧上使用不同数目的子过滤器402。

图5、图6和图7图示了根据具有宽度504和高度506的大体椭圆形状的对象400动态地调节所述子过滤器402的范例。在该实施例中，所述子过滤器402在z轴方向并且垂直于所述射束408的方向移动。

首先参考图5，（经由所述准直器312或以其他方式）准直所述射束408，使得所述射束408在成像平面510的宽度508比所述对象400的宽度504更宽，并且所述子过滤器402被定位在所述束408的外部。该特定配置用于解释性目的，并且是非限制性的。例如，在另一实例中，所述过滤器416可以覆盖所述阵列314的整体或子部分。

在图6中，所述源310移动通过十二点钟位置。在该位置，根据所述对象400的所述宽度504在所述探测器阵列314的所述探测器像素的子集604之上移动所述子过滤器402的子集602。通过这样的子过滤器402，所述辐射束408在外部射线608和610与（穿过沿所述宽度508在所述对象400的外围（外围的边缘以内或附近）处的路径的）射线612和614之间的部分606，在照射所述探测器像素的所述子集604之前，被所述子过滤器402的子集602过滤。

在图7中，所述源310移动通过三点钟位置。在该位置，根据所述对象400的所述高度506，在所述探测器阵列314的所述探测器像素的子集702之上移动所述子过滤器402的子集702。以这样的子过滤器402，所述辐射束408在外部射线608和610与（穿过沿所述对象400的所述高度506在所述对象400的外围（外围的边缘以内或附近）处的路径的）射线708和710之间的部分706，在照射所述探测器像素的所述子集704之前，被子过滤器402的子集702过滤。

关于图5至图7，注意所述对象400的轮廓，以及因此被定位在所述探测器阵列314上的所述子集602和702中子过滤器402的数目，在所述十二点钟位置（图6）和所述三点钟位置（图7）是不同的，其中子过滤器402的数目遵循所述对象400的轮廓。在扫描期间，可以例如经由编码器等，追踪和/或估计移动的子过滤器402的相对位置。而且，随着所述源310绕所述检查区域306旋转通过一个或多个观察角度，可以连续地或（以预定的均匀或非均匀间隔）离散地动态调节所述子过滤器402。

图8图示了过滤器316的另一非限制性范例。在该范例中，所述过滤器316被分成两个不同的过滤器段802₁和802₂，它们在横向于所述z轴的方向、垂直于所述束408的方向、并且沿所述探测器阵列314的（弯曲或线形）长轴，相反地移动。每个过滤器段可以用相同或不同的电机控制。类似地，所述过滤器段802₁和802₂在扫描期间与所述对象400的所述外围协调移动。

图9图示了过滤器316的另一非限制性范例。在该范例中，所述过滤器316包括单行的过滤器段902。每个所述过滤器段902对应于多个（例如，在图示的范例中为四（4）个）探测器像素404。所述电机318包括针对每个所述过滤器段902的电机，并且每个电机被配置为使对应的过滤器段902在各自的多个探测器像素之上并且在其前方移动，或者从多个探测器像素移开。

图10图示了过滤器315的另一范例。在该范例中，所述过滤器316被分成两行1002₁和1002₂交错的梳齿段1004，其中每一行沿所述z轴方向位于所述探测器阵列314的对侧。在该范例中，所述两行1002₁和1002₂交替地在探测器像素上移动，使得在任意给定时间，所述两行中仅一行覆盖探测器像素404的对应集合（例如，在图示的范围中为四个（4））。这样，仅每隔一组探测器像素404可能是不可用的，在于针对给定的采集间隔，其可能包括仅被所述行部分地覆盖的探测器像素。当像素仅被过滤器部分覆盖时，可以弃用该读数，并且通过从未过滤的探测器像素对两个相邻探测读数进行插值，推导新的读数。

图11图示了所述过滤器316的另一非限制性范例。在该范例中，所述过滤器316包括单行的梯级形过滤器段1102。在该实施例中，每行均被配置为在至少三个位置——第一位置、第二位置和第三位置——之间移动，在所述第一位置中，所述段不覆盖所述探测器像素（如所示的）；在所述第二位置中，过滤器段1102的第一部分1104覆盖探测器像素；在所述第三位置中，所述第一部分和第二部分1106（或整个过滤器段1102）覆盖探测器像素。在其他实施例中，所述梯级形过滤器段1102可以包括多于两个阶梯（过滤器区域）。而且，也可以以与图10的实施例类似的两行交错的方式，使用梯级形过滤器段1102。

相对于图5至图7的实施例，图8至图12的实施例包括更少的电机318，因为每个过滤器段均覆盖多于一个探测器像素，这可以减少硬件（例如，电机、编码器等）的量、硬件的占地面积，以及用于移动所述过滤器316的硬件的成本。

图12图示了方法。

应该理解，动作的顺序是非限制性的。这样，在其他实施例中，动作的排序可以不同。此外，可以省略所述动作中的一个或多个和/或可以增加一个或多个其他动作。

在1202，确定正在被扫描的受试者（或对象）的形状。如本文中所描述，可以通过预扫描和/或在扫描期间确定所述形状。

在1204，在扫描所述对象期间，基于所确定的形状在所述探测器阵列之上动态地调节动态患者后过滤器。

在1206，所述动态患者后过滤器对从所述受试者的外围以内和其附近到所述辐射束的外部射线穿过所述辐射束外围的区域的辐射进行过滤。

在1208，探测经过滤的和未经过滤的穿过所述检查区域辐射，并生成指示所述辐射的投影数据。

在1210，重建所述投影数据，生成体积图像数据。

以上内容可以通过执行一条或多条计算机可读指令的一个或多个处理器的方式来实现，所述计算机可读指令被编码在诸如物理存储器的计算机可读存储介质上。额外地或可选地，所述计算机可读指令可以被包括在信号或载波中。

应该理解，减小的剂量使用的任何缺点均为小的影响，因为所述过滤器316主要衰减未衰减的X射线，以及穿过所述患者外围的射线中仅非常小的部分。

已经参考优选的实施例描述了本发明。他人在阅读和理解前面的详细描述后可以想到多种修改和变型。本发明旨在被解读为包括所有这样的修改和变型，只要它们落入所附权利要求书或其等同的范围内。

Claims

1.一种成像系统，包括：

辐射源(310)，其被配置为关于z轴绕检查区域(306)旋转，所述辐射源(310)包括发射穿过所述检查区域的辐射束的焦斑；

辐射敏感探测器阵列(314)，其包括多个探测器像素，所述多个探测器像素探测穿过所述检查区域的辐射并生成指示所探测到的辐射的投影数据；以及

动态患者后过滤器(316)，其包括一个或多个过滤器段(402、802、902、1004、1102)，所述动态患者后过滤器(316)被配置为在扫描对象或受试者期间，基于所述对象或受试者的形状，选择性地并且动态地在所述探测器阵列前方在所述探测器阵列与所述检查区域之间移动，并且移入和移出照射所述探测器像素的所述辐射束的路径，由此对未衰减的辐射和穿过所述对象或受试者的外围的辐射进行过滤。

2.如权利要求1所述的系统，还包括：

至少一个电机(318)，其用于移动所述一个或多个过滤器段；以及

控制器(322)，其在扫描所述对象或受试者期间，控制所述电机以动态地将所述一个或多个过滤器段移入和移出所述辐射束的所述路径。

3.如权利要求1至2中任一项所述的系统，其中，基于所述对象或受试者的形状，不同数目的所述一个或多个过滤器段针对不同的数据采集间隔，在不同的采集角度在所述探测器阵列前方移动，并且移入所述辐射束的所述路径。

4.如权利要求2所述的系统，所述至少一个电机，包括：

用于控制所述一个或多个过滤器段中的每个的不同子电机，其中，每个过滤器段与所述探测器像素中不同的一个相对应。

5.如权利要求2所述的系统，所述至少一个电机，包括：

至少一个子电机，所述至少一个子电机控制与多于一个的所述探测器像素相对应的过滤器段。

6.如权利要求1至2中任一项所述的系统，其中，所述一个或多个过滤器段被配置为在所述z轴方向、垂直于所述辐射束的所述路径移动。

7.如权利要求1至2中任一项所述的系统，其中，所述一个或多个过滤器段被配置为在横向于所述z轴并且垂直于所述辐射束的所述路径的方向移动。

8.如权利要求1至2中任一项所述的系统，其中，所述过滤器包括两行交错的过滤器梳齿段，所述两行交错的过滤器梳齿段交替地移入所述辐射束的所述路径，给每隔一组探测器像素提供过滤。

9.如权利要求8所述的系统，其中，用由邻近的未被覆盖的探测器像素导出的读数代替与被部分地覆盖的探测器像素相对应的探测器读数。

10.如权利要求1至2中任一项所述的系统，其中，所述过滤器段中的至少一个包括两个不同的过滤器区域(1104、1106)，所述两个不同的过滤器区域(1104、1106)每个对应于不同数目的探测器像素。

11.如权利要求10所述的系统，其中，所述过滤器区域中的一个被移动到所述探测器像素前方以针对第一套探测器像素对辐射进行过滤，并且另一个所述过滤器区域被移动到所述探测器像素前方以针对第二套探测器像素对辐射进行过滤，所述第二套探测器像素包括比所述第一套的所述探测器像素更大数目的探测器像素。

12.如权利要求1至2中任一项所述的系统，其中，所述辐射敏感探测器阵列包括至少一个光谱探测器。

13.如权利要求1至2中任一项所述的系统，其中，所述一个或多个过滤器段相对于所述探测器阵列的中心不对称地移动。

14.如权利要求1至2中任一项所述的系统，其中，基于对所述对象或受试者的预扫描确定所述对象或受试者的所述形状，或者在扫描期间基于所探测到的辐射的相对强度值估计所述对象或受试者的所述形状。

15.一种用于减少辐射束的外围射线的通量的方法，包括：

在扫描对象或受试者期间，通过基于所述对象或受试者的形状，选择性地将能够动态地调节的患者后过滤器的物理过滤器段定位在探测器阵列与成像系统的检查区域之间，动态地对所述外围射线进行过滤。