CN106232008B - 计算机断层摄影(ct)混合数据采集 - Google Patents
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Abstract
一种成像系统(200)包括发射横贯检查区域的辐射的辐射源(208)。所述成像系统还包括混合数据采集系统(212)，其接收横贯所述检查区域的辐射。所述混合数据采集系统包括跨全视场的子部分的相位对比子部分(304)。所述混合数据采集系统还包括跨所述全视场的积分部分(302、702、804、806、902)或谱部分(402、704、706、803、1002)中的至少一个。所述混合数据采集系统生成相位对比信号并且生成积分信号或谱信号中的至少一个。所述成像系统还包括重建器(216)，其重建所述相位对比信号以及所述积分信号或所述谱信号中的至少一个，以生成指示所述检查区域的体积图像数据。
Description
技术领域
下文总体涉及数据采集，并且更具体涉及用于计算机断层摄影(CT)的混合相位对比数据采集系统和/或方法。
背景技术
利用CT，通过被扫描目标的构成的吸收截面中的差异来获得对比度。这产生了良好的结果，其中，诸如骨骼的高度吸收的结构被嵌入在相对弱的吸收材料(例如，人体的周围组织)的基质中。然而，在调查(例如，乳腺摄影或腹部成像)具有相似吸收截面的不同形式的组织的情况下，X射线吸收对比度是相对差的。因此，针对特定组织而言，在利用当前基于医院的X射线系统获得的吸收射线照片中，在病理学上与非病理性组织进行区分仍然是困难的。
相位对比成像克服了上文所提到的对比度限制。一般地，这样的成像利用X射线光栅，其允许在相位对比中对X射线图像的采集，提供关于被扫描目标的附加信息。利用相位对比成像生成图像，所述图像基于由被扫描目标衍射的X射线辐射的散射分量。然后，能够以非常高的分辨率示出被扫描目标中的非常轻微的强度差异。在于2010年12月3日提交的题为“Phase Contrast Imaging”的专利申请US 20120243658A1中论述了范例相位对比成像系统，其整体内容通过引用并入本文。图1示出了来自US20120243658A1的范例配置。
在图1中，X射线源102和探测器阵列104跨检查区域106彼此相对地定位。源光栅108邻近源102，吸收器(或分析器)光栅110邻近探测器阵列104，并且相位光栅112在目标114与吸收器光栅110之间。源光栅108与相位光栅112分离距离(“l”)116。相位光栅112与吸收光栅110分离距离(“d”)118，其对应于塔尔博特(Talbot)距离(d＝p1 2/8λ，其中，λ是入射辐射的波长)。源光栅108、相位光栅12和吸收器光栅110分别具有光栅线周期p0、p1和p2，其中，并且
源光栅108创建个体地相干但是相互不相干的源的阵列。射束路径中的目标114引起针对X射线的每个相干子集的轻微折射，其与目标的局部相位梯度成比例。该小的角偏差通过相位光栅112和吸收器光栅110的组合导致局部发射强度的改变。相位光栅112充当射束分裂器并且将入射X射线束基本上划分为两个第一衍射级。衍射的射束以塔尔博特距离干涉并且形成具有周期性的线性周期性干涉图样，所述周期性等于相位光栅乘以由l/(l+d)定义的几何放大因子的一半。
入射波前的扰动(诸如由射束中的目标114上的折射引起那些)导致条纹的局部位移。吸收器光栅110充当针对探测器阵列104的透射掩模并且将局部条纹位置变换为信号强度变化。因此，所探测到的信号分布包含关于由目标114引起的相位偏移的定量信息。为了编码和提取相位信息，已经利用相位步进方法。利用该方法，经由光栅线周期期间的预定步长大小移动，在垂直于光栅的线的横向方向上相对于相位光栅112来平移吸收器光栅110。
在每个光栅步长处，取得测量结果，并且针对投影取得若干(例如，八个)光栅步长和测量结果。对于3D采集而言，目标114相对于源102、光栅108、110和112以及探测器阵列104旋转，或者源102、光栅108、110和112以及探测器阵列104围绕目标114(在至少180度加上扇角)旋转，其中，从旋转的不同的角度视角采集预定数目的投影(例如，1000个)。遗憾的是，针对相位对比成像配置的CT系统以及包括谱(例如，能量分辨和/或光子计数)探测器的那些常常相对于非相位对比系统是昂贵的，这可能使得它们在成本上是不划算的。
发明内容
在本文中所描述的各方面解决了以上提到的问题和其他问题。
下文描述一种具有混合数据采集系统的CT扫描器。所述混合数据采集系统包括与积分探测器区段和/或能量分辨和/或光子计数区段中的至少一个连接的相位对比子区段。这样，相对于具有全(非混合)相位对比数据采集系统的相位对比CT扫描器，在本文中所描述的CT扫描器允许以降低的成本进行相位对比成像。
在一个方面中，一种成像系统，包括发射横贯检查区域的辐射的辐射源。所述成像系统还包括混合数据采集系统，其接收横贯所述检查区域的辐射。所述混合数据采集系统包括跨全视场的子部分的相位对比子部分。所述混合数据采集系统还包括跨全视场的积分部分或谱部分中的至少一个。所述混合数据采集系统生成相位对比信号并且生成积分信号或谱信号中的至少一个。所述成像系统还包括重建器，其重建所述相位对比信号以及所述积分信号或所述谱信号中的至少一个，以生成指示所述检查区域的体积图像数据。
在另一方面中，一种方法，包括利用辐射源发射通过检查区域的辐射。所述方法还包括利用混合数据采集系统接收横贯所述检查区域的辐射。所述混合数据采集系统包括跨全视场的积分部分或跨所述全视场的谱部分中的至少一个以及跨所述视场的子部分的相位对比子部分。所述混合数据采集系统生成积分信号或谱信号中的至少一个以及相位对比信号。
在另一方面中，一种成像系统，包括接收横贯检查区域的辐射的混合数据采集系统。所述混合数据采集系统包括至少两个不同类型的探测器子系统，包括相位对比探测器子系统和非相位对比探测器子系统。
附图说明
本发明可以采取各种部件和部件布置以及各种步骤和步骤安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，而不应当被解释为对本发明的限制。
图1图示了现有技术的相位对比数据采集系统。
图2示意性图示了具有包括至少相位对比子部分的混合数据采集系统的成像系统。
图3示意性图示了具有对称定位的相位对比部分和积分部分的混合数据采集系统的范例。
图4示意性图示了具有对称定位的相位对比部分和积分部分的混合数据采集系统的另一范例。
图5示意性图示了具有对称定位的相位对比部分和谱部分的混合数据采集系统的另一范例。
图6示意性图示了具有非对称定位的相位对比部分和谱部分的混合数据采集系统的另一范例。
图7示意性图示了具有对称定位的相位对比部分和积分子部分以及谱子部分的混合数据采集系统的另一范例。
图8示意性图示了具有对称定位的相位对比部分和谱子部分以及积分子部分的混合数据采集系统的另一范例。
图9示意性图示了具有覆盖积分子部分的子部分并且没有谱子部分的对称定位的相位对比部分的混合数据采集系统的另一范例。
图10示意性图示了具有覆盖谱子部分的子部分并且没有积分子部分的对称定位的相位对比部分的混合数据采集系统的另一范例。
图11示意性图示了具有覆盖谱子部分和积分子部分的子部分的非对称定位的相位对比部分的混合数据采集系统的另一范例。
图12示意性图示了具有覆盖积分子部分和谱子部分的子部分的非对称定位的相位对比部分的混合数据采集系统的另一范例。
图13图示了根据在本文中所描述的实施例的方法。
具体实施方式
初始参考图1，示意性图示了范例成像系统100，诸如计算机断层摄影(CT)扫描器。
旋转机架204由固定机架202旋转地支持并且关于纵轴或z轴围绕检查区域206旋转。诸如X射线管的辐射源208由旋转机架204旋转地支持，并且与旋转机架204一起旋转并且发射横贯检查区域206和其中的对象或目标的一部分的辐射。源光栅210被设置在源208附近并且对辐射射束的子部分进行过滤，使得横贯检查区域206的辐射包括具有个体相干但是相互不相干射线的至少子部分。在辐射源208产生这样的射线的情况下，能够省略源光栅210。
混合数据采集系统210跨检查区域206与辐射源208相对地定位。混合数据采集系统212包括具有沿着z轴方向延伸的多行探测器像素的一维或二维阵列。混合数据采集系统212探测横贯检查区域206的辐射并且生成指示其的信号或投影数据。如下文更详细描述的，在一个实例中，混合数据采集系统212包括不同的探测部分，包括与积分部分、谱部分或者(一个或多个)积分子部分和(一个或多个)谱子部分连接的相位对比成像子部分。一般而言，未由相位对比成像子部分覆盖的探测器像素列的数量是至少一个，但小于全部。
积分部分/子部分生成吸收投影：p吸收(u，v，θ)，其中u/v是行/列坐标，并且θ是投影角。谱部分/子部分生成光电效应投影：p照片(u，v，θ)、康普顿效应投影：p康普顿(u，v，θ)、吸收投影：p吸收(u，v，θ)(前两者的组合结果)和/或具有针对每个选择的基函数的相对贡献的投影。当如果谱探测器包括两个或更多个信道时，则能够提取两个或更多个基函数。相位对比子部分生成吸收投影：p吸收(u，v，θ)、差分相位投影：p相位(u，v，θ)和暗场投影p暗(u，v，θ)。相位投影和康普顿投影是相关的：p相位(u，v，θ)＝K*p康普顿(u，v，θ)。
计算系统用作操作员控制台214并且包括诸如监视器的人类可读输出设备以及诸如键盘、鼠标等等的输入设备。控制台214允许操作员经由图形用户接口(GUI)和/或以其他方式与扫描器200交互。例如，用户能够使用操作员控制台214的输入设备来选择相位对比成像协议、谱成像协议和/或非相位对比、非谱(或常规)成像协议。重建器216重建投影数据并且生成指示其的体积数据。诸如卧榻的对象支撑体218例如在扫描之前、期间和/或之后支撑检查区域206中的对象。
图3-12示意性图示了混合数据采集系统212的各种不同配置。应当理解，所图示的配置是非限制性的，并且在本文中预期其他配置。如上文结合图2简要论述的，源光栅210可以覆盖整个视场或者仅覆盖视场的子部分。图3-12示出了辐射射束300，其是在其已经横贯源光栅210和检查区域206中的对象或目标的一部分之后的射束。出于解释的目的，图3-12的范例中的探测器阵列全部被示为平面。然而，它们可以是中心聚焦的，例如，如在图2中所示。
初始参考图3，混合数据采集系统212包括跨整个视场的积分部分302。混合数据采集系统212还包括相位对比部分304，其包相位光栅306和被设置在积分部分302与相位光栅306之间的分析器光栅308。在该范例中，相位对比部分304跨视场的子部分。具体而言，所图示的相位对比部分304关于积分部分302的中心区域而非关于定位在积分部分302的相对端处的外围端部区域312和314来对称地设置。
所图示的范例示出了至少两个重建视场的直径，包括关于混合数据采集系统212的大的或全重建视场(RFOV)直径316以及小的或中心重建视场(RFOV)直径318。利用图3的配置，能够针对180度(加上扇角)和360度扫描两者来采集针对全RFOV的吸收投影，并且能够针对180度(加上扇角)和360度扫描两者的小RFOV来采集相位投影和暗场投影。
在图3中，对相位对比部分304的长度进行配置，使得能够针对覆盖至少180度(加上扇角)的扫描的特定目标(诸如头、心脏等)的小场RFOV获得相位对比投影的完整集合。对于大于小RFOV的目标而言，相位对比投影将是不完整的，并且针对相位和暗场的对应的图像将仅覆盖小RFOV。来自这些部分投影的图像重建可以导致将显示在图像中的截断伪影，例如，当使用滤波反向投影类型的重建时。这样的小视场的非限制性范例在直径方面大约为二百五十毫米。
转到图4，混合数据采集系统212包括跨整个视场的积分部分302。混合数据采集系统212还包括相位对比部分304，其具有相位光栅306和被设置在积分部分302与相位光栅306之间的分析器光栅308。然而，在该范例中，相位对比部分304关于积分部分302非对称地设置，跨中心区域310和外围端部区域314。在未示出的变型中，相位对比部分304关于积分部分302非对称地设置，跨中心区域310和外围端部区域312。能够针对180度(加上扇角)和360度扫描两者获得针对全RFOV的吸收投影，并且针对180度(加上扇角)扫描的小RFOV并且针对360度扫描的大RFOV能够获得相位投影和暗场投影。
接下来，在图5处，混合数据采集系统212包括跨整个视场的谱部分502。混合数据采集系统212还包括相位对比部分304，其具有相位光栅306和被设置在谱部分502与相位光栅306之间的分析器光栅308。相位对比部分304关于中心区域310对称地设置，类似于图3。能够针对180度(加上扇角)和360度扫描两者来采集针对全RFOV的光电效应投影和康普顿投影。能够针对180度(加上扇角)扫描和360度扫描两者的大RFOV来获得相位投影。能够针对180度(加上扇角)扫描和360度扫描两者的小RFOV采集暗场投影。能够通过将光电效应投影和康普顿投影进行组合来导出针对全RFOV的吸收投影。
在图6中，混合数据采集系统212包括跨整个视场的谱部分502。混合数据采集系统212还包括相位对比部分304，其具有相位光栅306和被设置在谱部分502与相位光栅306之间的分析器光栅308。相位对比部分304关于谱部分502非对称地设置，跨中心区域310和外围端部区域314。在未示出的变型中，相位对比部分304关于谱部分502非对称地设置，跨中心区域310和外围端部区域312。
利用图6，能够针对180度(加上扇角)和360度扫描两者来采集针对全RFOV的光电效应投影和康普顿投影。能够针对180度(加上扇角)和360度扫描两者来采集相位投影。能够针对180度(加上扇角)扫描的小RFOV并且针对360度扫描的大RFOV来采集暗场投影。能够通过将光电效应投影和康普顿投影进行组合针对180度和360度扫描两者来导出针对全RFOV的吸收投影。
现在参考图7，混合数据采集系统212包括中心积分子部分702以及外围谱部分704和706，其被设置为邻近积分子部分702，形成跨整个视场的邻接探测器阵列，并且子部分702-706中的每个仅组成探测器阵列的子部分。混合数据采集系统212还包括相位对比部分304，其具有相位光栅306以及被设置在积分子部分702与相位光栅306之间的分析器光栅308。相位对比部分304关于未覆盖谱部分704和706的积分子部分702对称地设置。能够针对180度(加上扇角)和360度扫描两者来获得针对全RFOV的吸收投影和相位投影，并且能够针对180度(加上扇角)扫描的小RFOV并且针对360度扫描的大RFOV来获得暗场投影。
利用该配置，数据截断将发生在针对全视场的相位对比的两侧处。例如，相位对比数据截断将发生在全视场的周围区域312和314处。在将来自中心区域310中的相位对比信号和来自周围区域312和314的谱信号组合时，能够从这两种模态导出至少散射信息。亦即，由于谱信号和相位对比信号两者表示电子密度，因而能够根据谱信号和相位对比信号生成康普顿图像。这样，能够减轻在周围区域312和314处的截断。
除探测器阵列的中心子部分是谱部分802并且探测器阵列的周围子部分包括积分子部分804和806之外，在图8中所示的实施例基本上类似于图7的实施例。能够针对180度(加上扇角)和360度扫描两者获得针对全RFOV的吸收投影，并且能够针对180度(加上扇角)和360度扫描两者的小RFOV获得相位投影、暗场投影、光电投影和康普顿投影。
除积分子部分902跨中心区域310和周围区域314之外，图9基本上类似于图7的那个。能够针对180度(加上扇角)和360度扫描获得针对全RFOV的吸收投影，并且能够针对180度(加上扇角)和360度扫描两者的小RFOV获得相位投影和暗场投影。
除谱部分1002跨中心区域310和周围区域314之外，图10基本上类似于图8的那个。在图9和/或图10中，积分子部分902和/或谱部分1002能够备选地跨中心区域310和周围区域312。能够针对180度(加上扇角)和360度扫描两者获得针对全RFOV的吸收投影，能够针对360度扫描的全RFOV获得相位和康普顿投影，能够针对180度(加上扇角)扫描的小RFOV获得相位和康普顿投影，并且能够针对180度(加上扇角)和360度扫描的小RFOV获得暗场投影和光电投影。
除相位对比部分304非对称地设置并且覆盖整个谱部分704和仅积分子部分902的子部分之外，图11基本上类似于图9的那个。能够针对180度(加上扇角)和360度扫描两者获得针对全RFOV的吸收投影，能够针对306度扫描的全RFOV获得相位和暗场投影，并且能够针对180度(加上扇角)扫描的小RFOV获得相位和暗场投影。
除相位对比部分304非对称地设置并且覆盖整个积分子部分902和仅谱子部分1002的子部分之外，图12基本上类似于图10的那个。能够针对180度(加上扇角)和360度扫描获得针对全RFOV的吸收投影和相位投影，能够针对360度扫描的全RFOV获得暗场投影和光电投影，并且能够针对180度(加上扇角)扫描的小RFOV获得暗场投影和光电投影。
此外，图3-12示意性图示了非限制性范例，并且在本文中预期其他配置。例如，在另一实例中，混合数据采集系统212包括超过两个谱子部分和/或积分部分。在该实例中，谱子部分中的两个或更多个能够与积分部分中的两个或更多个交错。在又一实例中，混合数据采集系统212能够包括超过一个相位对比部分304。
图13图示了根据在本文中所描述的实施例的方法。
应当意识到，如下动作的排序是出于解释的目的并且是非限制性的。因此，在本文中还预期其他排序。另外，可以省略动作中的一个或多个和/或可以包括一个或多个其他动作。
在1302处，利用辐射源生成辐射。
在1304处，通过邻近辐射源、在所述辐射源与检查区域之间设置的源光栅对所生成的辐射的至少子部分进行过滤。如在本文中所描述的，源光栅创建个体地相干但是相互不相干的源的阵列。在辐射源生成这样的源的情况下，能够省略动作1304。
在1306处，辐射射束横贯检查区域，包括被设置在检查区域中的对象或目标。
在1308处，混合数据采集系统探测横贯检查区域以及被设置在检查区域中的对象或目标的辐射。如在本文中所描述的，混合数据采集系统包括至少两种不同的类型的探测器子系统，包括相位对比探测器子系统和非相位对比探测器子系统，其可以包括积分部分或子部分以及谱部分或子部分。
在1310处，混合数据采集系统产生至少相位对比信号。混合数据采集系统还可以产生积分信号和/或谱信号。
在1312处，相位对比信号被重建以产生相位对比图像。在混合数据采集系统还产生积分信号和/或谱信号的情况下，所述信号能够被组合并且然后重建，和/或个体地重建并且然后进行组合，和/或能够重建积分信号和/或谱图像。
已经参考优选实施例描述了本发明。他人在阅读并理解前述详细说明之后能够做出修改和变型。本发明旨在被理解为包括所有这样的修改和变型，只要其落入权利要求或其等价方案的范围之内。
Claims (13)
1.一种成像系统(200)，包括：
辐射源(208)，其被配置为发射横贯检查区域的辐射；
混合数据采集系统(212)，其被配置为接收横贯所述检查区域的辐射，所述混合数据采集系统包括：相位对比子部分(340)，其跨全视场的子部分；以及积分部分(302、702、804、806、902)和谱部分(402、704、706、802、1002)，其跨所述全视场，其中，所述混合数据采集系统被配置为生成相位对比信号并且生成积分信号或谱信号中的至少一个；以及
重建器(216)，其被配置为重建所述相位对比信号以及所述积分信号或所述谱信号中的至少一个以生成指示所述检查区域的体积图像数据，
其中，所述混合数据采集系统包括总体跨所述全视场的所述积分部分和所述谱部分。
2.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述谱部分被设置在周围区域处，并且所述积分部分被设置在所述周围区域之间的中心区域附近。
3.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述积分部分被设置在周围区域处，并且所述谱部分被设置在所述周围区域之间的中心区域附近。
4.根据权利要求2至3中的任一项所述的成像系统，其中，所述相位对比子部分关于所述中心区域被对称地设置。
5.根据权利要求2至3中的任一项所述的成像系统，其中，所述相位对比子部分被非对称地设置，覆盖所述中心区域并且覆盖所述周围区域中的一个周围区域。
6.根据权利要求3所述的成像系统，其中，所述谱部分和所述积分部分邻近于彼此并且被定位在相对端处。
7.根据权利要求6所述的成像系统，其中，所述谱部分包括具有第一长度的谱子部分，并且所述积分部分包括具有第二长度的积分子部分，并且所述第一长度长于所述第二长度。
8.根据权利要求6所述的成像系统，其中，所述谱部分包括具有第一长度的谱子部分，并且所述积分部分包括具有第二长度的积分子部分，并且所述第一长度短于所述第二长度。
9.根据权利要求7至8中的任一项所述的成像系统，其中，所述相位对比子部分关于所述中心区域并且在所述谱子部分所述积分子部分中的仅一个之上对称地设置。
10.根据权利要求7至8中的任一项所述的成像系统，其中，所述相位对比子部分关于所述中心区域并且在所述谱部分或所述积分部分的至少子部分之上非对称地设置。
11.根据权利要求1至3中的任一项所述的成像系统，其中，所述重建器被配置为根据所述谱信号生成康普顿散射图像并且被配置为将所述康普顿散射图像与根据所述相位对比信号生成的相位对比图像进行组合。
12.根据权利要求1至3中的任一项所述的成像系统，其中，所述相位对比信号包括截断误差，并且所述重建器被配置为利用所述谱信号来降低所述截断误差。
13.一种成像方法，包括：
利用辐射源发射通过检查区域的辐射；并且
利用混合数据采集系统接收横贯所述检查区域的辐射，
其中，所述混合数据采集系统包括：
如下中的至少一项：跨全视场的积分部分，或者跨所述全视场的谱部分；以及
跨所述全视场的子部分的相位对比子部分，
其中，所述混合数据采集系统生成积分信号或谱信号中的至少一个并且生成相位对比信号，
在至少一百八十度加上扇角上采集数据；并且
重建针对所述全视场的子部分的相位对比图像，
根据所述谱信号生成康普顿散射图像；并且
组合所述康普顿散射图像和所述相位对比图像以创建针对所述全视场的导出的相位对比图像。
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