CN103620694A - X射线束传输分布整形器 - Google Patents

Abstract

一种成像系统（300），包含辐射源（308），所述辐射源（308）从焦斑（312）向检查区域的方向发出辐射。所述成像系统还包含束整形器（314），所述束整形器（314）设置于所述焦斑和所述检查区域之间，对从所述源发出的并入射到所述束整形器上的所述辐射的x射线传输分布进行整形，使得离开所述束整形器的所述辐射具有预定的传输分布。

Description

X射线束传输分布整形器

技术领域

以下总体涉及对x射线束传输分布（transmission profile）进行整形，并以计算机断层摄影（CT）的特定应用来进行描述；然而，以下也适宜于诸如x射线的其它成像方式。

背景技术

典型的CT扫描仪包含x射线管，该射线管从焦斑向检查区域的方向发出辐射。源准直器安置在焦斑和检查区域之间，并且对发出的辐射进行准直以产生具有预定几何形状（例如，扇形、圆锥形、楔形等）的束。准直的束穿过检查区域和其中的对象或受试者的部分（其根据对象或受试者的放射密度（radiodensity）使束衰减）并照射跨检查区域与x射线管相对安置的检测器阵列。检测器产生指示检测的辐射的投影数据。能够重建该投影数据以生成指示对象或受试者的部分的体积图像数据。

患者前面的辐射滤光器（由于其形状，经常被称为蝴蝶结状（bow-tie）滤光器）已经安放于焦斑和准直器之间，以空间上使发出的辐射衰减，以对传输分布进行整形。图1结合焦斑104、源准直器106、x射线束108、检测器阵列110、检查区域112、以及其中的受试者或对象114的部分示意性地示例了蝴蝶结状滤光器102的范例。由于其形状，蝴蝶结状滤光器102对束108的仅仅穿过空气的区域进行重度过滤，对束108的穿过受试者114的区域进行轻度过滤，并对于束108的仅仅穿过空气的区域与束108的穿过受试者114的区域之间的过渡区改变过滤的程度。图2示例了作为束角度的函数的范例得到的传输分布200，其中，y轴202表示传输，且x轴204表示束角度。应当指出，分布200作为滤光器102的厚度的函数改变。

不幸的是，蝴蝶结状滤光器102也相对于较高能量射线优先对较低能量射线进行过滤，由此使相对于进入滤光器102的束，离开滤光器102的束的x射线谱发生变化。同样，用于对受试者或对象进行扫描的束的谱可以不是最优的或期望的谱。此外，由蝴蝶结状滤光器102散射的x射线使图像质量劣化，并且可以需要图像处理散射校正来减轻。来自蝴蝶结状滤光器102的散射也可以对患者剂量起作用，而不对重建的图像中的诊断信息起作用。此外，蝴蝶结状滤光器102的几何结构限定焦斑104和准直器106之间最小的间隔，该最小的间隔对于给定的焦斑位置限制了检查区域112的尺寸和/或对于给定的检查区域尺寸需要移动x射线管。

至少鉴于以上，存在未解决的对用于对CT扫描仪的辐射束的传输分布进行整形的其它途径的需求。

发明内容

当前申请的方面处理以上提到的问题和其它问题。

根据一方面，一种成像系统包含辐射源，所述辐射源从焦斑向检查区域的方向发出辐射。所述成像系统还包含束整形器，所述束整形器设置于所述焦斑和所述检查区域之间，对从所述源发出的并入射到所述束整形器上的所述辐射的x射线传输分布进行整形，使得离开所述束整形器的所述辐射具有预定的传输分布。

在另一方面，一种方法，使用束整形器对用于对受试者或对象进行扫描的x射线束的传输分布进行整形，使得所述传输分布从所述束的中心区域至所述束的边缘减小，所述束整形器包含单独的衰减器的二维阵列，所述单独的衰减器彼此分离，并且布置为使得较小密度的所述衰减器较靠近所述中心区域设置且较大密度的所述衰减器较远离所述中心区域设置；以及使用具有经整形的传输分布的所述束来对所述受试者或对象进行扫描。

在另一方面，一种被配置为用于成像系统中的束整形器，包含单独的辐射衰减元件的二维阵列，所述单独的辐射衰减元件彼此分离，并且相对于彼此地布置为使得所述衰减元件的密度沿着x轴方向改变，其中，所述单独的辐射衰减元件使x射线完全或基本上完全衰减。

本领域技术人员一旦阅读和理解下文的详细描述，就将意识到当前发明的更进一步的方面。

附图说明

本发明可以采取各种组件和组件的布置以及各种步骤和步骤的布置的形式。图样仅仅是为了示例优选实施例，而不理解为限制本发明。

图1示意性地示例了对用于CT扫描仪的辐射束的传输分布进行整形的现有途径。

图2示例了使用图1的现有技术途径的范例整形的传输分布。

图3示意性地示例了范例成像系统，该范例成像系统包含对由成像系统发出的辐射的传输分布进行整形的束整形器。

图4示意性地示例了包含由辐射透明区域分离的多个辐射衰减元件的范例束整形器。

图5示意性地示例了具有聚焦在焦斑处的衰减器的束整形器。

图6示意性地示例了束整形器的以使由束整形器的辐射衰减元件造成的任何阴影模糊的范例物理移动。

图7示例了衰减元件的厚度是如何确定束整形器的传输的。

图8示例了通过束整形器的x射线的谱。

图9示意性地示例了包含多个隔片的束整形器，每一个隔片包含多个衰减器。

图10示意性地示例了被配置为对x-z平面中的传输分布进行整形的束整形器。

图11示例了范例方法。

具体实施方式

图3示例了诸如计算机断层摄影（CT）扫描仪的成像系统300。成像系统300包含固定构台302和旋转构台304，旋转构台304由固定构台302能够旋转地支撑。旋转构台304围绕检查区域306绕着纵或z轴旋转。

诸如x射线管的辐射源308由旋转构台304支撑，并且与旋转构台一起绕着检查区域306旋转。辐射源308从源308的阳极（不可见）的焦斑312实质上向所有的方向发出辐射310，该所有的方向包含检查区域306的方向。

束整形器314布置在焦斑312和检查区域306之间。示例的束整形器314被配置为对束310的传输分布进行整形。如下面更详细地描述的，束整形器314对发出的辐射的传输分布进行整形，使得传输在较靠近束310的中心射线316处较大，并且在远离射线316并朝向外部射线318的方向上减小。同样，束整形器314能够用于取代诸如图2描绘的蝴蝶结状滤光器的常规蝴蝶结状滤光器或与其组合。传输能够在单个维度上（例如，沿着x方向）或者在多个维度上（例如，在x-z平面中）改变（线性地或非线性地，以确定性的或局部随机但总体上限定的方式）。

此外，能够相对于焦斑312设置束整形器314，使得束整形器314基本过滤离焦射线，其可以降低患者剂量，并且减轻对离焦图像处理校正的需求。另外，束整形器314能够是薄的并且造成少许散射或没有散射，其可以降低来自散射的患者剂量并且减轻对散射图像处理校正的需求。进一步，束整形器314对x射线谱具有少许影响或没有影响，使得离开束整形器314的辐射的x射线谱与入射到束整形器314上的辐射的x射线谱大致相同。而且，相对于使用蝴蝶结状滤光器的配置，束整形器314的覆盖区（footprint）在y轴方向上相对较小，对于给定的焦斑312位置容许较大的检查区域306。

源准直器320将束310准直至预定的感兴趣的几何形状，包含穿过检查区域306的扇形、圆锥形、楔形或其它整形的束310。

辐射敏感的检测器阵列322设置为跨检查区域306与辐射源308相对。检测器阵列322包含检测穿过检查区域306的辐射并生成指示该辐射的投影数据的检测器像素的二维（2D）阵列。

诸如床的支撑物324支撑检查区域306中的受试者，并且能够用于在扫描之前、期间和/或之后相对于x、y和/或z轴安放受试者。

重建器326重建投影数据并生成指示检查区域306和其中的对象或受试者的三维（3D）体积图像数据。所得到的体积图像数据能够由图像处理器等处理，以生成一个或多个图像。

通用计算系统用作操作员控制台328，且包含诸如显示器的输出设备和诸如键盘、鼠标和/或等的东西的输入设备。控制台328上驻留的软件容许操作员控制系统300的操作，例如，容许操作员发起扫描等。

图4示意性地示例了束整形器314的非限制性范例，按沿着y方向从焦斑至检查区域的方向观察束整形器314。

在此范例中，束整形器314包含支撑物或基底402。基底402包含诸如铝、塑料等的低Z材料。同样，基底402对x射线辐射基本上是透明的，因为x射线少许衰减或没有衰减地穿过基底402。结果，离开束整形器314的束的x射线谱与入射到束整形器314上的束的x射线谱大致相同。在一个实例中，这使得束整形器314非常适合谱应用或多能量应用。

示例的基底402是长度小于六英寸（但是大于零）且宽度小于三英寸（但是大于零）的几何结构的矩形形状的。吸收材料能够具有四分之一毫米至10毫米的范围中的厚度。在一个实例中，厚度是这样的：使得束整形器314能够装配到常规的CT扫描仪x射线管中的设置于焦斑312和准直器320之间并且接近焦斑312的x射线管的束端口中，并且因此不需要额外的空间。在其它的实施例中，基底402是其它形状的（如，正方形的、圆形的、椭圆形的、八边形的等），和/或长度、宽度和/或厚度分别能够大于六英寸、六英寸和半毫米。在示例的实施例中，基底402的厚度跨基底402总体是一致的。在其它实施例中，厚度能够是不一致的。

束整形器314还包含单独的x射线衰减元件或衰减器410（图4中示为黑点）的二维阵列。衰减器410包含诸如钨、钽、金、铂、和/或其它高Z材料的高Z材料。同样，衰减器410使入射其上的x射线完全或基本上完全衰减。结合图12中的基底402示出了单独的x射线衰减衰减器410的子集1200的范例。在图12中，x射线衰减衰减器410是圆柱形状的杆、线、棒等，具有从三百（300）至一千（1000）微米的范围中的长度1202和从十（10）至六十（60）微米的范围中的直径1204。在另一个实施例中，单独的x射线衰减衰减器410能够是圆锥形的、矩形的或其它形状的。

在图12中，基底402的示例的衰减器410逐个朝向焦斑312聚焦，其通过过滤离焦射线来方便降低离焦射线、剂量、离焦校正等。通过进一步的范例，图5示意性地示例了束整形器314的按z轴方向观察的侧视图，示出了聚焦于焦斑312处的衰减器410，其中，从焦斑312发出的聚焦（on-focal）射线502、504、以及506分别通过衰减器410之间的空隙508、510、以及512，并且从源308的阳极518的另一个区域516发出的离焦射线514由衰减器410进行衰减。在另一个实施例中，衰减器410不聚焦于焦斑312处。

返回到图4，在示例的实施例中，衰减器410充分小（例如，直径为10-30微米），使得衰减器410没有造成投射到检测器阵列322上的破坏性的阴影。然而，在衰减器410造成该阴影的情况下，基底402能够在扫描期间移动，以使阴影模糊。结合图6示出了非限制性的途径，其示出了自顶向下的视图，按沿着y方向从焦斑312至检查区域的方向观察束整形器314。在图6中，衰减器410的密度以灰度表示，其中较暗的灰的区域表示衰减器410的较大密度，而较淡的灰的区域表示衰减器410的较小密集的区域。

在图6的途径中，当执行扫描时，束整形器314的中心区域600移动通过z-x平面中的预定义轨道602一次或多次，例如从位置604、至位置606、至位置608、至位置610、至位置612、并且回到位置604。应当理解的是，示例的移动不是限制性的。例如，于此预期其它轨道。另外，可以存在更多或更少的位置。而且，用于随后轨道的位置可以重叠或可以不重叠（overlap）。为了移动束整形器314，在一个非限制性实例中，束整形器能够安装在能够移动的支撑物上或附加至该能够移动的支撑物，该能够移动的支撑物经由由马达控制器控制的马达来移动。于此也预期包含但不限于本领域技术人员会想到的那些途径的其它途径。

返回到图4，衰减器410嵌入于低Z材料中，该低Z材料能够是固体或诸如凝胶的半固体。在另一个实施例中，衰减器410能够是基底402的部分。以使得较靠近基底402的中心区域412的衰减器410的密度低于较远离的中心区域412的诸如区域414和416中的衰减器410的密度的图案来布置示例的衰减器410，并且衰减器410在基底402中彼此分离或彼此间隔开。在此范例中，密度线性地改变。在其它实施例中，密度能够以非线性方式改变。在图4中，衰减器410的密度由点之间的距离表示，较多点的集群指示较高的密度。

衰减器410的示例的图案是确定性的和关于中心区域412对称的。在此范例中，x射线吸收的径向空间梯度在从扫描仪的中心区域412中的大致零至束的在区域414和416中的边缘处的大致70%的范围中。在其它实施例中，图案可以是随机的和/或非对称的。衰减器410可以具有相同的直径或衰减器410中的至少两个衰减器可以具有不同的直径。衰减器410的形状和/或长度能够是相同的或者衰减器410中的两个或更多衰减器能够具有不同的形状和/或长度。

衰减器410的厚度确定束整形器314的传输。这示例于图7中，其中，y轴表示曝光量或传输，而x轴表示衰减器410的区域。较高的区域数与衰减器410的较大密度对应。图7示出了对于三个不同的钨衰减器厚度，作为区域数（钨衰减器410的密度）的函数的x射线传输的三条范例曲线。该三条曲线示出了，钨衰减器410的密度越高，则离开束整形器314的射线数的降低越大，并且因此曝光量越低。

图8示例了通过束整形器314的x射线的谱。y轴表示平均能量，并且x轴以区域数来表示衰减器410的密度，其中，较高的区域数与衰减器410的较大密度对应。图8示出了对于三个不同的钨衰减器厚度，作为区域数（衰减器410的密度）的函数的平均能量的三条范例曲线。

包含但不限于激光烧结、光刻、先进印刷技术等的各种技术能够用于制造束整形器314。

变形是预期的。

在图4中，束整形器314包含总体辐射透明的基底402，该基底402具有嵌入于其中的多个辐射衰减器410。图9示例了变形，其中束整形器314包含沿着x轴方向布置的多列902隔片（每一列隔片沿着z轴方向延伸，并且每一列隔片具有彼此分离的多个辐射衰减器410），由此形成二维束整形器。列902能够由支撑物或以其他方式固定就位。

继续针对图9，在类似的变形中，束整形器314能够包含沿着z轴方向布置的多行隔片（每一行隔片沿着z轴方向延伸，并且每一行隔片具有彼此分离的多个辐射衰减器410），由此形成二维束整形器。

对于示例于图4中的束整形器314，衰减器410的密度沿着x方向改变。图10示出了其中束整形器314在x-z平面中的多个维度上改变的变形，图10示出了自顶向下的视图，按在y方向上从焦斑312至检查区域的方向观察束整形器314。对于此变形，束整形器314是圆形形状的，并且衰减器410的密度从中心区域1002以径向对称的方式增大。在此范例中，束整形器314具有小于六英寸的直径。于此也预期较大的直径。同样，厚度能够小于半毫米或大于半毫米。与图6类似，密度以灰度表示，较暗的灰色的阴影具有衰减器410的较大密度，而较淡的灰色的阴影具有衰减器410较小密度。同样，图案可以是或可以不是确定性的和/或对称的。

继续针对图10，也能够改变衰减器410在z轴方向上的密度，以方便对离开阳极的射线的“足跟”效应进行强度补偿。由于“足跟”效应，束的较靠近阳极而较远离阴极一侧上的束的强度总体低于束的较靠近阴极而较远离阳极一侧上的束的强度。在一个实施例中，能够改变衰减器410在z轴方向上的密度，使得强度跨束更一致。例如，较远离阳极的密度能够较大，以减小强度，使得束的较靠近阴极一侧上的束的强度较接近束的阴极侧上的束的强度。

继续针对图10，用于减轻模糊的途径包含与图6中讨论的其中束整形器314移动通过轨道602的途径类似的途径，其中束整形器314诸如在x-z平面中绕着中心区域1002（如图10所示出的）和/或以其它方式旋转的途径。

在示例的实施例中，通过移动束整形器314来减轻阴影。附加地或替代地，能够通过抖动焦斑312以造成投影的模糊来减轻阴影。焦斑的运动能够通过静电偏转、磁偏转和/或其它方式来控制。也可以通过有意地对阳极进行整形，使得在阳极旋转（例如，目标摇晃）时焦斑稍微地移动，来抖动焦斑。

图11示例了系统300的范例操作。

应该意识到，下面行为的排序是用于解释的目的，而非限制性的。同样，于此也预期其它的排序。另外，可以忽略行为中的一个或多个行为和/或可以包含一个或多个其它的行为。

在1102，启动扫描仪的x射线管以生成x射线。

在1104，x射线的子部分沿着束整形器的方向穿过。

在1106，束整形器使穿过束整形器的x射线，在靠近中心区域较小程度地衰减，并且在远离中心区域较大程度地衰减。如于此所描述的，使用束整形器314能够实现行为1106，该束整形器314包含衰减器410的至少跨x方向的改变的密度。

在1108，对离开束整形器的束进行准直。

在1110，准直的束穿过检查区域和其中的受试者或对象的部分。

在1112，由扫描仪的检测器阵列来检测穿过其中的受试者或对象的部分的束。

在1114，检测器阵列生成指示检测的辐射的信号。

在1116，重建信号，生成指示受试者或对象的扫描的部分的体积图像数据。

以上可以经由执行编码或具体化于计算机可读存储介质上的一个或多个计算机可读指令的一个或多个处理器来实施，计算机可读存储介质诸如是使得该一个或多个处理器执行各种行为和/或其它的功能和/或行为的物理存储器。附加地或替代地，该一个或多个处理器能够执行由诸如信号或载波的暂时性介质携带的指令。

于此已经参照各种实施例描述了本发明。一旦阅读了于此的描述，其它人可以想到做出修改和变更。旨在将本发明理解为包含所有这些修改和变更，只要它们落入所附权利要求或其等效物的范围内。

Claims (26)

1.一种成像系统（300），包括：

辐射源（308），所述辐射源（308）从焦斑（312）向检查区域的方向发出辐射；以及

束整形器（314），所述束整形器（314）设置于所述焦斑和所述检查区域之间，并且对从所述源发出的并入射到所述束整形器上的所述辐射的x射线传输分布进行整形，使得离开所述束整形器的所述辐射具有预定的传输分布。

2.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述束整形器具有中心区域（412,600,1002），并且所述束整形器包括：

单独的辐射衰减元件（410）的二维阵列，所述单独的辐射衰减元件（410）彼此分离，并且布置为使得所述衰减元件的密度从所述中心区域起在沿着x轴方向远离所述中心区域的方向上改变，其中，所述单独的辐射衰减元件使x射线完全或基本上完全衰减。

3.根据权利要求2所述的成像系统，其中，所述衰减元件布置为使得所述衰减元件的密度从所述中心区域起在x-y平面中在远离所述中心区域的方向上放射状地改变。

4.根据权利要求2至3中的任一项所述的成像系统，其中，所述衰减元件聚焦在所述焦斑处。

5.根据权利要求4所述的成像系统，其中，所述衰减元件使离焦射线衰减。

6.根据权利要求2至5中的任一项所述的成像系统，其中，所述束整形器中的所述衰减元件的图案是确定性的。

7.根据权利要求2至5中的任一项所述的成像系统，其中，所述束整形器中的所述衰减元件的图案是随机的。

8.根据权利要求2至7中的任一项所述的成像系统，还包括：

基底（402），所述基底（402）包含基本上x射线透明的材料，其中，所述衰减元件嵌入于所述基底中。

9.根据权利要求2至7中的任一项所述的成像系统，还包括：

多行或多列隔片（902），其中，每一行或每一列隔片包含彼此分离的多个所述衰减元件，并且所述隔片布置为彼此分离。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的成像系统，其中，所述衰减器具有相同的几何结构。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的成像系统，其中，所述衰减器中的至少两个衰减器具有不同的几何结构。

12.根据权利要求1至10中的任一项所述的成像系统，其中，所述束整形器具有长度小于六英寸且宽度小于六英寸的几何结构或者直径小于六英寸的几何结构。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的成像系统，其中，所述束整形器具有四分之一毫米至十毫米的范围中的厚度。

14.根据权利要求1至13中的任一项所述的成像系统，还包括：

能够移动的支撑物，其中，所述束整形器附加至所述能够移动的支撑物，所述能够移动的支撑物被配置为在扫描期间能够控制地移动，由此在扫描期间移动所述束整形器。

15.根据权利要求14所述的成像系统，其中，所述束整形器在扫描期间沿着轨道移动或者在扫描期间旋转。

16.根据权利要求14至15中的任一项所述的成像系统，其中，移动所述束整形器引入模糊，所述模糊使由所述衰减器410投射的阴影模糊。

17.一种方法，包括：

使用束整形器（314）对用于对受试者或对象进行扫描的x射线束的传输分布进行整形，使得所述传输分布从所述束的中心区域至所述束的边缘减小，所述束整形器（314）包含单独的衰减器（410）的二维阵列，所述单独的衰减器（410）彼此分离，并且布置为使得较小密度的所述衰减器较靠近所述中心区域设置且较大密度的所述衰减器较远离所述中心区域设置；以及

使用具有经整形的传输分布的所述束来对所述受试者或对象进行扫描。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述密度沿着单个维度减小。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述密度沿着多个维度减小。

20.根据权利要求17至19中的任一项所述的方法，其中，所述衰减器包含使入射于其上的x射线基本衰减的材料。

21.根据权利要求17至20中的任一项所述的方法，还包括：

当对所述受试者或对象进行扫描时，使所述束整形器移动通过平面中的轨道。

22.一种被配置为用于成像系统中的束整形器（314），包括：

单独的辐射衰减元件（410）的二维阵列，所述单独的辐射衰减元件（410）彼此分离，并且相对于彼此地布置为使得所述衰减元件的密度沿着x轴方向改变，其中，所述单独的辐射衰减元件使x射线完全或基本上完全衰减。

23.根据权利要求22所述的束整形器，其中，所述单独的辐射衰减元件彼此分离，并且相对于彼此地布置为使得所述衰减元件的密度沿着z轴方向改变。

24.根据权利要求22至23中的任一项所述的束整形器，还包括：

基底（402），所述基底（402）包含基本上x射线透明的材料，其中，所述衰减元件嵌入于所述基底中。

25.根据权利要求22至24中的任一项所述的束整形器，还包括：

多行或多列隔片（902），其中，每一行或每一列隔片包含彼此分离的多个所述衰减元件，并且所述隔片布置为彼此分离。

26.根据权利要求22至25中的任一项所述的束整形器，其中，所述整形器是圆锥状的或棒状的。

Images