CN106340340B

CN106340340B - X射线滤波

Info

Publication number: CN106340340B
Application number: CN201610651637.6A
Authority: CN
Inventors: J·D·佩克; V·S·罗宾逊
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2021-07-27
Anticipated expiration: 2036-06-01
Also published as: CN106340340A; US10082473B2; US20170011815A1

Abstract

本发明题为“X射线滤波”。公开了具有X射线衰减片堆的X射线滤波器组件，X射线衰减片成角度以具有焦点。在成像系统中实施时，滤波器组件的焦点空间地偏离(例如，在后面)X射线发射位置。滤波器组件可用于(例如，平移、旋转等)以调节成像容积内观察的X射线的强度轮廓。

Description

X射线滤波

背景技术

非侵入性成像技术允许获得患者的内部结构或特征的图像而无需在患者上执行侵入性操作。特别地，该非侵入性成像技术依靠各种物理原理，诸如X射线穿过靶标容积的差分传输或声波的反射，从而采集数据以及构建图像或其他的表示患者的所观察的内部特征。

例如，在计算机断层摄影(CT)和其他基于X射线的成像技术中，X射线辐射穿过感兴趣对象，诸如人类患者，以及部分辐射碰撞收集图像数据的探测器。在数字X射线系统中，光电探测器产生表示碰撞探测器表面的离散像素区域的辐射的量或强度的信号。该信号然后可以被处理以生成显示用于观察的图像。在由这些系统生成的图像中，能够识别并检查患者体内的内部结构和器官。在CT系统中，包括一系列探测器元件的探测器阵列随着机架绕患者发生位移生成穿过不同位置的类似信号。

实际上，医师可能仅感兴趣于检查患者解剖结构的有限部分以用于制定诊断。在该情形中，期望的是最小化或减少患者的X射线曝光，而仍提供足够信息以生成精确诊断。也就是说，通常期望减少或最小化不是当前感兴趣的那些患者解剖结构部分的X射线曝光，而仍获得感兴趣解剖区域的质量图像。在许多情境中，这可能难以有效地实现，这是因为感兴趣区域通常根据随着X射线源绕患者旋转的观察角将位于关于X射线束的不同扇形角度范围。

解决该问题的传统方法可包括使用bowtie滤波器或准直器以适应X射线束的强度，诸如在给定观察角度处成像区域中响应明显的患者厚度。然而，实际上难以以提供合适结果的方式快速地前后移动bowtie滤波器或准直器。

发明内容

根据第一实施方式，提供X射线滤波器组件。X射线滤波器组件包括在堆中布置的多个X射线衰减片。X射线衰减片关于彼此成角度从而具有通过X射线衰减片之间的传输路径聚集的焦点。

根据第二实施方式，提供X射线成像系统。X射线成像系统包括X射线探测器，其配置为生成响应入射的X射线辐射的信号；X射线源，其配置为从X射线发射点发射X射线并穿过成像容积朝向X射线探测器；以及数据采集系统，其配置为从X射线探测器读出信号。X射线成像系统还包括至少一个X射线滤波器，其定位于X射线源和成像容积之间。一个或多个X射线滤波器具有从X射线发射点空间偏移的焦点。

根据第三实施方式，提供了用于滤波X射线的方法。根据该方法，在X射线源的X射线发射点处生成X射线。通过X射线源和成像容积之间定位的X射线滤波器组件对至少部分X射线滤波。X射线滤波器组件具有从X射线发射点空间偏移的焦点。在与X射线源及X射线滤波器穿过成像容积相对定位的探测器处探测X射线。

技术方案1：一种X射线滤波器组件，其包括：

在堆中布置的多个X射线衰减片，其中X射线衰减片关于彼此成角度从而具有通过X射线衰减片之间的传输路径聚集的焦点。

技术方案2：如技术方案1所述的X射线滤波器组件，还包括多个X射线传输片，其与多个X射线衰减片交替地布置，从而使得X射线传输片定位在每个相邻对的X射线衰减片之间。

技术方案3：如技术方案2所述的X射线滤波器组件，其中X射线传输片限定X射线衰减片之间的传输路径。

技术方案4：如技术方案2所述的X射线滤波器组件，其中X射线传输片具有渐缩的轮廓以使得在堆积时，相邻X射线衰减片关于彼此成角度。

技术方案5：如技术方案2所述的X射线滤波器组件，其中X射线传输片至少由聚酰亚胺膜形成。

技术方案6：如技术方案2所述的X射线滤波器组件，其中每个X射线传输片具有大约1-50密耳的厚度。

技术方案7：如技术方案1所述的X射线滤波器组件，其中X射线衰减片由钼、钨、铁、镍、锌、铜、银、锡、钽、金、铅、或铼薄膜中的一个或多个形成。

技术方案8：如技术方案1所述的X射线滤波器组件，其中每个X射线衰减片具有大约0.1至5密耳的厚度。

技术方案9：如技术方案1所述的X射线滤波器组件，还包括安装组件，其配置为保持X射线衰减片的堆对准。

技术方案10：如技术方案9所述的X射线滤波器组件，其中安装组件配置为在X射线源和成像容积之间与计算机断层成像(CT)成像机的机架一起定位。

技术方案11：一种X射线成像系统，其包括：X射线探测器，其配置为生成响应入射X射线辐射的信号；X射线源，其配置为从X射线发射点发射X射线并穿过成像容积朝向X射线探测器；数据采集系统，其配置为从X射线探测器读出信号；以及至少一个X射线滤波器，其定位于X射线源和成像容积之间；其中一个或多个X射线滤波器具有从X射线发射点空间偏移的焦点。

技术方案12：如技术方案11所述的X射线成像系统，其中一个或多个X射线滤波器具有关于X射线源和各自X射线滤波器的在X射线发射点之后的焦点。

技术方案13：如技术方案11所述的X射线成像系统，其中一个或多个X射线滤波器的每个包括交替的X射线衰减片和X射线传输片的堆。

技术方案14：如技术方案11所述的X射线成像系统，其中一个或多个X射线滤波器靠近X射线源的窗口安装。

技术方案15：如技术方案11所述的X射线成像系统，其中一个或多个X射线滤波器配置为关于X射线发射点平移或旋转中的一者或两者。

技术方案16：如技术方案11所述的X射线成像系统，其中一个或多个X射线滤波器配置为在X射线发射点移动时保持静止。

技术方案17：一种用于滤波X射线的方法，其包括：在X射线源的X射线发射点处生成X射线；通过X射线源和成像容积之间定位的X射线滤波器组件对至少部分X射线滤波；其中X射线滤波器组件具有从X射线发射点空间偏移的焦点；以及在与X射线源及X射线滤波器组件跨成像容积相对定位的探测器处探测X射线。

技术方案18：如技术方案17所述的方法，其中滤波X射线包括在对应扇形角方向的第一方向上和对应0扇形角的X射线传播方向的第二方向中的一个或两个方向上移动X射线滤波器组件。

技术方案19：如技术方案17所述的方法，其中滤波X射线包括旋转X射线滤波器组件。

技术方案20：如技术方案17所述的方法，其中滤波X射线包括关于X射线滤波器组件移动X射线发射点。

附图说明

在参照附图阅读下面详细描述时将更好地理解本发明主题的这些和其他特征、方面、和优势，其中整个附图中相似符号表示相似部件，其中：

图1是根据本发明各方面的计算机断层摄影(CT)系统的实施方式的示意表示，该系统配置用于采集患者的CT图像和处理图像；

图2描绘了根据本发明各方面的在制造过程中的X射线滤波器组件；

图3描绘了根据本发明各方面的滤波器组件的一个实施方式在X射线传输上的效果；

图4图解描绘了根据本发明各方面的可归因于X射线滤波器组件的模拟X射线衰减；

图5图解描绘了根据本发明各方面的可归因于X射线滤波器组件的模拟X射线强度；

图6描绘了根据本发明各方面的X射线滤波器组件用于生成聚焦于感兴趣区域上的高透射X射线束的示意图；

图7A、7B、7C描绘了根据本发明各方面的X射线滤波器组件在X维度上平移以导引高强度X射线束；

图8A、8B、8C描绘了根据本发明各方面的X射线滤波器组件在x，y平面上旋转以导引高强度X射线束；

图9A、9B、9C、9D描绘了根据本发明各方面的X射线焦点“摇摆”使用以导引高强度X射线束；

图10A、10B、10C描绘了根据本发明各方面的X射线滤波器组件在Y维度上平移以调节高强度X射线束的大小；以及

图11描绘了根据本发明各方面的多个X射线滤波组件的使用。

具体实施方式

下面将描述一个或多个特定实施方式。为了提供这些实施方式的简明描述，在说明书中没有描述实际实现方式的所有特征。应该意识到的是，在任意这些实际实现方式的开发中，如在任意工程或设计项目中，需要做出多个特定的实现方式决策以实现开发者的特定目标，诸如遵从关于系统的和关于商业的约束，这可能从一种实现方式至另一种也不同。此外，应该意识到的是，这种开发努力会是复杂且耗时的，但对于获得本发明益处的本领域普通技术人员来说进行设计、加工、和制造不过是例行公事。

虽然下述讨论通常提供于医学成像的情境中，应该意识到的是，本技术不限于这些医学情境。而是，在该医学情境中提供的示例和解释仅通过提供真实世界的实现方式和应用来辅助解释。然而，本方法还可利用于其他情境，诸如制造用零件或商品的无损检测(即，质量控制或质量检查应用)、和/或包装、箱子、行李等的无损检测(即，安全或筛选应用)。

本X射线滤波方法利用源侧滤波器组件(即，该组件定位在X射线源和患者之间，而不是患者和探测器之间)，其能够仅使用滤波器组件或X射线发射焦点的小的或有限的运动来控制X射线束强度轮廓。在某些实施方式中，X射线滤波器组件由一系列薄层组成，其通常聚集在不同于X射线焦点(即，生成X射线的源点)的位置。通过示例，薄层可关于整个成像情境聚焦在X射线焦点后(即远离)的点上。滤波器组件或焦点的小运动或有限运动导致患者处观察的X射线强度轮廓的变化并能够用于限制患者中非感兴趣的那些区域的X射线曝光。这些方法中所需的机械运动是小的(或在被操纵的焦点运动实现方式的情形中为零)。

考虑到前述讨论，图1示意了根据本发明各方面的成像系统10的实施方式，其用于采集和处理图像数据。在所示意实施方式中，系统10是计算机断层摄影(CT)系统，其设计用于采集X射线投影数据，将投影数据重建至断层摄影图像，以及处理图像数据用于显示和分析。CT成像系统10包括X射线源12。如本文中所详细讨论的，源12可包括一个或多个X射线源，诸如X射线管或固态发射结构。根据某些构思的实施方式，X射线源12配置为从一个或多个发射点(例如，焦点)发射X射线束20，其可对应于由引导的电子束撞击的靶标结构(例如，阳极结构)上的X射线发射区域。

在某些实现方式中，源12可靠近滤波器组件22定位，如本文中所讨论的，其可用于限定给定时刻的X射线束22的强度轮廓。例如，如本文中所讨论的，滤波器组件22可用于导引X射线束20，用于限定X射线束20的高强度区域的形状或尺寸，和/或用于另外地限制X射线束在患者24的不属于感兴趣区域内的那些部位上的X射线的入射。实际上，滤波器组件22可结合在源12和成像容积之间的机架内。

在传输通过滤波器组件22后，X射线束20进入对象(例如，患者24)或感兴趣受试者所定位的区域内。患者24衰减至少部分X射线20，导致撞击由多个探测器元件(例如，像素)形成的探测器阵列28的衰减的X射线26。每个探测器元件生成表示射线束撞击探测器28时在该探测器元件位置处入射的X射线束的强度的电信号。采集电信号并处理以生成一个或多个扫描数据集。

系统控制器30指挥成像系统10的操作以执行滤波、检查、和/或校准协议，以及处理所采集的数据。关于X射线源12，系统控制器30提供用于X射线检查系列的能量、焦点位置、控制信号等。根据某些实施方式，系统控制器30(或通过下文讨论的X射线控制器38和/或马达控制器36)也可在整个检查过程中控制滤波器组件22的操作(例如，线性或旋转移动)。

探测器28耦接至系统控制器30，其命令进行由探测器28生成的信号的采集。另外，系统控制器30通过马达控制器36可控制线性定位子系统32和/或旋转子系统34的操作，其用于移动成像系统10和/或受试者24的部件。系统控制器30可包括信号处理电路和相关存储器电路。在该实施方式中，存储器电路可储存由系统控制器30执行的程序、例行程序、和/或编码算法，以根据本文讨论的步骤和过程操作包括X射线源12和/或滤波器组件22的成像系统10并处理由探测器28采集的数据。在一个实施方式中，系统控制器30可作为基于处理器的系统的全部或一部分来实现。

源12可由包含在系统控制器30内的X射线控制器38控制。X射线控制器38可配置为提供能量、时序信号、和/或焦点位置至源12。另外，在一些实施方式中，X射线控制器38可配置为选择性地激活源12以使得系统10的不同位置处的管或发射器可以彼此同步地或彼此独立地操作。

系统控制器30可包括数据采集系统(DAS)40。DAS 40接收由探测器28的读出电子元件收集的数据，诸如从探测器28采样的模拟信号。DAS 40然后可将该数据转换为数字信号用于由基于处理器的系统如计算机42进行后续处理。在其他实施方式中，探测器28可在传输至数据采集系统40之前将所采样的模拟信号转换为数字信号。计算机42可包括一个或多个非瞬态存储器设备46或与一个或多个非瞬态存储器通信，所述一个或多个非瞬态存储器能够存储由计算机42处理过的数据、将要由计算机42处理的数据、或将要由计算机42的处理器44执行的指令。例如，计算机42的处理器可执行存储在存储器46上的一组或多组指令，存储器可以是计算机42的存储器、处理器的存储器、固件、或类似体现。

计算机42还可以适于控制由系统控制器30使能的特征(即，扫描操作和数据采集)，诸如响应由操作者通过操作者工作站48提供的命令和扫描参数。系统10还可包括耦接至操作者工作站48的显示器50，其允许操作者观察相关系统数据、成像参数、原始成像数据、重建数据、根据本发明产生的造影剂密度图、等。另外，系统10可包括打印机52，其耦接至操作者工作站48并配置为打印任意期望的测量结果。显示器50和打印机52也可以直接地或通过操作者工作站48连接至计算机42。此外，操作者工作站48可包括或耦接至图像存储与传输系统(PACS)54。PACS 54可耦接至远程系统56、放射科信息系统(RIS)、医院信息系统(HIS)、或内部或外部网络，从而在不同位置的其他人能够访问图像数据。

考虑到了上述参照图1讨论的系统10的操作、以及尤其是X射线源12的操作，现在将描述滤波器组件22的操作和构造的示例。应该意识到的是，本方法在各种X射线成像情境中具有应用，包括除了当前描述的CT实现方式之外的传统X射线摄影。在某些实施方式中，滤波器组件22形成为一堆薄片，每个薄片是衰减X射线的材料片(例如，金属，诸如钨、钼、铁、镍、铜、锌、银、锡、钽、金、铅、铼、或其他高原子数材料)。相比在X射线光子会撞击一个或多个片(例如，以相对于片的一定角度穿过)的方向穿过的X射线来说，穿过滤波器组件22的、没有撞击这些片的(例如基本平行于片行进)X射线将不太可能由滤波吸收。在某些实现方式中，这些片的焦点偏离(即，不重合于)X射线束的发射点(即，X射线发射靶标结构上的焦点)。滤波器组件的位置和/或方向因此能够控制哪些扇角有效地穿透以及哪些没有。

通过示例，以及如下文更加详细地讨论的，在某些实现方式中，如果滤波器组件22在X维度(即，扇角方向)上相对于X射线发射焦点稍微平移，则X射线束20的高强度发射部将在系统10的扇角方向上扫描。在这以通常的正弦模式实现时，以及与绕患者24的旋转12同步，结果是射线束20的高强度部分保持指向患者24内的基本相同区域(例如，感兴趣区域)。可替代地，在其他实现方式中，滤波器组件22能够关于X射线发射焦点旋转而不是平移。用于波束导引的其他选择是可以移动(即导引)X射线源的焦点而不是移动滤波器组件。该方法不需要滤波器组件的机械运动，这是因为能够使用与源12关联的电磁光学元件操纵焦点。能够以该方式实现波束控制，这是因为滤波器组件22相对于焦点的位置和/或方向是决定因子。

此外，滤波器组件22(或焦点)在Y维度上(即X射线在零扇角的传播方向)的相对运动能够控制射线束20的高强度部分的尺寸(例如宽度)。因此允许操作者能够具有更大(或更小)感兴趣区域的高图像质量。同样，通过堆积离散数量的滤波器组件22或使得衰减片在z方向上扭曲，能够根据z位置(扫描轴方向)调节焦距，从而使得z(而不是y)上的运动能够用于控制射线束20的高强度部分的光圈。另外，应该意识到的是，本方法能够用于其他方向上(例如锥角方向)。例如，两个这样的滤波器组件22能够用于执行锥形波束的高强度部分的2D导引。

在一个实施方式中，操作者能够指定需要高图像质量的1D或2D区域，在动态调节mA(可选地)的同时随时间扫描焦点(或平移滤波器组件22)。在这期间能够捕获一系列数字图像帧并组合为单个图像，其中感兴趣区域中的图像质量最高，而减少对图像质量(例如，噪声级)对于诊断不太重要的解剖结构的其他部分的剂量。

考虑到前述，本文中将讨论根据某些实施方式的滤波组件22的加工和结构的某些示例。例如，在一个这样的实现方式中，滤波器组件22可形成为X射线衰减材料(诸如钼箔)的一堆分离的片或层。在该实施方式中，X射线衰减片可以间隔开以使得存在用于X射线光子无阻碍地穿过该堆的一些路径，而其他路径导致一片或多片X射线衰减材料被撞击。

通过示例，并转向图2，滤波器组件22的一个实施方式可以由X射线衰减材料片80(例如，钼)和X射线穿透(即，非衰减)片82(例如，聚酰亚胺，诸如

或具有低质量密度和/或主要由低原子数元素，诸如氢、氮、碳、或氧，组成的其他材料)交替堆叠制成。片80、82的堆叠可通过使用一个或多个端块或板86(例如，铝块)以及一个或多个对准杆88或其他类似对准和间隔特征辅助完成。例如，每个片80、82可包含对齐的贯通孔(或其他外部或内部对准特征)，其允许片被穿在对准杆88上以形成片的堆叠。对准杆88可固定到端块或板86或螺纹贯穿于端块或板86，一旦片80、82的堆叠组装，相应的端块或板86可以与第一端块86相对地固定以固定堆叠。

通过示例，衰减片80可由0.1至5密耳(例如1密耳)厚度的钼箔形成，其已经被切割(例如激光切割)为合适尺寸并包括用于对准杆88的引导孔或其他对准特征。在该实施方式中，穿透片82可由1至50密耳(例如，10密耳)厚度的聚酰亚胺摸形成，其已经被切割(例如，激光切割)为合适尺寸并包括引导孔或其他对准特征。基于该实施方式，堆叠可由200至1000对的衰减片或穿透片80、82组成(即，400至2000的总片数)，或可包括在由该申请经过授权的该范围外的大量片。在一个示例中，大约365片衰减片80和相应数量的穿透片82以交替布置堆叠以形成堆叠，其大约是4英寸高(设定1密耳厚的衰减片80和～10密耳厚的穿透片82)，以及其形成用于滤波器组件22的实施方式的基础。如能够意识到的，也可以利用用于对准并保持X射线衰减片80的其他机构或几何形状，诸如使用狭槽固定架组件、或外侧设置的导轨或对堆特征。因此，这里特定加工方法的描述和讨论应该仅作为示例提供并仅提供用于促进本方法的解释。

在某些实现方式中，穿透片82可以是在它们长度的全部或部分上在厚度上是渐缩的或其他方式的变化，这导致所堆叠的衰减片80在堆叠时关于彼此成角度(即不平行)。如下面将讨论的，诸如可利用渐缩的穿透片82以在组装穿透片和衰减片82、80的堆叠时确定滤波器组件22的焦点。特别地，X射线衰减片80可以关于彼此稍微成角度(诸如由于堆叠中渐缩穿透片80的使用)，从而确定由穿过相邻的衰减片80的相应路径(其中该路径通常对应将衰减片80隔开的穿透片82的位置)的汇聚确定或限定的“焦点”。也就是说，针对给定滤波器组件22限定的焦点对应衰减片80之间的穿透途径的汇聚点。

这在图3中图解地示出，其中滤波器组件22中衰减片80的堆叠结合X射线源12的X射线发射点90(即，X射线焦点)示出。在所描绘示例中，滤波器组件22的焦点92描绘为对应于穿过滤波器组件22的穿透路径的虚线94的交点。根据某些当前实现方式，焦点92不对应X射线发射点90的空间位置，而是聚焦在不同位置，诸如如本示例中所描绘的相时于细件22在发射点90后。

由于滤波器组件22的焦点不在X射线发射点90上，滤波器组件22不同地衰减并成形所发射X射线的强度轮廓。通过示例，并图3中所示，在关于滤波器组件22的位置102处测量的X射线平均地穿过至少两个衰减片80(例如，两个、三个、或多个衰减片80)。因此，在这些区域102中的所观察X射线强度将平均地或整体地减少。相反，在关于滤波器组件22的位置104处测量的X射线将平均地穿过不超过一个、并且通常是零个衰减片80。因此，在这些区域104中的所观察X射线强度将是完整地成高强度的，几乎没有衰减。在关于滤波器组件22的位置106处测量的X射线将穿透至少一个衰减片80(例如一个或两个衰减片80)。因此，在这些区域106中的所观察X射线强度将平均地或总体地减小，但小于区域102中所观察的，区域102中观察到更大的衰减。

该结果图形地示意于图4和5中。特别地，在图4中，X轴对应于任意单元中的扇角区域，其中0至100在该示例中对应针对X射线的最低扇角范围，而y轴描绘相应扇角处的衰减。该扇角范围的X射线交叉零个或一个衰减片80。在该示例中，在x轴上的0扇角，10％的X射线交叉衰减片80，而90％不交叉衰减片80(即，零个衰减片)。由于X射线在该扇角基本平行于衰减片80行进，穿过被撞击的那些衰减片的路径长度非常高，以及在0扇角处撞击X射线的这10％的衰减因此非常高，产生了大约90％的净传输(即，在零扇角处未撞击衰减片80的X射线的百分比)。衰减(y轴上示出)可因此给定为0.9的负对数(即.1054)。随着扇角增加，继续沿X轴向右，针对撞击这些片80的那些X射线来说，穿过被撞击的衰减片80的平均路径长度(即，平均交叉路径长度)减小，其相应地减少针对这些X射线的衰减。然而，相应地，在增加扇角处(沿X轴向右移动)，在与衰减片80交叉的路径上移动的X射线的分数通常随着扇角增加以线性方式增长。随着扇角增加，该二阶观察具有更大撞击(这是因为更多的衰减片在增加的扇角处穿过)，导致随扇角增加，衰减整体增加，诸如从0至100。

在100的扇角处，所有X射线与一个衰减片80交叉。在100和200之间的扇角内，X射线与一个和两个之间的衰减片80交互(即，撞击或交叉)。因此，在该扇角范围内，图4描绘了分别对应一个交叉(线120)和两个交叉(线122)的标绘衰减，与0至100范围内的零个交叉(线120)和一个交叉(线122)相反。也就是说，在图4中，在每个限定扇角范围内，线120对应该范围内最小数量的交叉，线122对应该范围内最大数量的交叉，以及线124对应相应的角度范围内所观察的平均衰减。因此，在从200至300的扇角内，衰减标绘为对应两个交叉(线120)和三个交叉(线122)，这是因为该范围内的X射线将交叉两个或三个衰减片80。从100至200的扇角范围(以及后续更高范围)与从0至100的扇角范围不同在于前面提及的两个效果(即，交叉路径长度以及交叉的衰减片的数量)在从100至200稍微相互抵消，其中在点124到达局部最小值之前主导效果是该范围的初期部分中的衰减减小，以及高于该局部最小值时主导效果变为穿过扇角范围部分时具有两个交叉而不是一个交叉的射线分数(在从100至200的扇角范围)的增加。

转向图6，该图对应于图5，除了替换衰减标绘在y轴上，而是强度标绘在y轴上。在该示例中，通过跳过上述用于推导衰减的负对数步骤来计算强度。与图5一样，在每个限定扇角范围内，线120对应交叉的最小数量，线122对应该范围内交叉的最大数量，以及线124对应该相应扇角范围处观察的平均衰减。

考虑了前述X射线滤波器的讨论和示例，下述附图和讨论涉及各种方法，其示意该滤波器组件22如何用于成像情境。通过示例，所描述的滤波示例通常涉及感兴趣区域(ROI)成像情境，这里期望的是将高强度X射线束聚焦在患者解剖结构的有限部分上而限制患者其余部分的曝光至无关紧要的X射线剂量。如将意识到的，该任务在某些成像模态中是困难的，诸如患者和/或成像扫描仪中一者或两者可在整个检查过程中运动的计算机断层成像(CT)、断层合成、或介入/导航情境中。例如，在CT情境中，X射线源12可绕患者快速地旋转(例如，每秒旋转两至三次)，使得难以将狭窄X射线束在整个检查中聚焦在解剖结构的有限部分上。

本X射线滤波器组件22解决了这些困难中的若干个，允许使用紧凑的滤波器组件来生成聚焦的X射线束，其需要最小的运动来实现期望的滤波和X射线束的瞄准。特别地，本滤波器组件22将小运动(旋转和/或平移)放大为关于该患者的穿透点相对大的变化(尺寸或位置)。

考虑到这一点，图6描绘了如本文所讨论的X射线滤波器组件22的示意配置，其具有从X射线发射点90空间上偏移的焦点92。在所描绘的示例中，y维度对应零扇角处X射线传播的方向，x维度对应扇角方向，以及z维度对应扫描轴方向(即，患者定位的镗孔的轴方向)。

在图6的示意图中，生成X射线束20的高强度(即，高穿透)部140(诸如，撞击零个或一个衰减片80的X射线束的部分)而X射线束20的其余部分由于片80的衰减处于减小的强度。在所描绘示例中，使高强度射线束140的尺寸和/或形状对应患者24内的感兴趣区域142，从而不处于高强度部140的路径内的患者24的其余部分接收较少射线剂量。

考虑到图6的配置，图7A、7B和7C描绘了x维度上的滤波器组件22的平移，从而在检查期间导引射线束20的高强度部140。这样，X射线束的高强度部140可在患者扫描期间保持引导到感兴趣区域142上。应该意识到的是，在图7A-7C中，扫描器部件(例如，X射线发射点90和滤波器组件22)以通常恒定的方向呈现以使得更好地转换滤波器组件22关于发射点90的运动(即在x维度上的平移)。因此，患者24看起来关于扫描器组件转动。然而，实际上，扫描部件将通常关于患者24旋转。在图7A-7C中所示的方式中，滤波器组件22的相对小的动作导致X射线束的高强度部140在发射点90和滤波器组件22绕患者24旋转时保持引导朝向感兴趣区域142。在所描绘示例中，滤波器组件22在x维度上的运动改变了高强度射线束部140的方向，而不会改变在感兴趣区域142处观察的该部140的入射大小。

类似地，图8A、8B和8C描绘了滤波器组件22在x，y平面内的旋转运动作为检查期间操纵束20的高强度部140的技术。这样，X射线束的高强度部140可在患者扫描期间保持引导到感兴趣区域142上。与先前示例一样，在图8A-8C中，扫描器部件(例如，X射线发射点90和滤波器组件22)以通常恒定的方向呈现以使得更好地转换滤波器组件22关于发射点90的运动(即在x，y平面内的旋转)。因此，与先前示例一样，患者24看起来关于扫描器组件转动。然而，实际上，扫描部件将通常关于患者24旋转。在图8A-8C中所示的方式中，滤波器组件22的相对小的动作导致X射线束的高强度部140在发射点90和滤波器组件22绕患者24转动时保持引导朝向感兴趣区域142。在该示例中，滤波器组件22在x，y平面内的旋转运动改变了高强度射线束部124的方向，而不会改变在感兴趣区域142处观察的该部140的入射大小。

图9A、9B、9C和9D分别示出了可替代方法。特别地，在该示例中，滤波器组件22不运动(平移或旋转)而是与X射线发射相关的焦点90在关于源目标上中心参照148的不同发射位置之间“摆动”(例如，交替地或顺序地运动)。发射位置可以是由用于生成X射线的电子束顺序地靶标的不同离散位置，或可以是连续表面(线性或其他)，成像期间电子束在其上运动从而沿靶标上的连续表面引起X射线生成。

这样，X射线发射点90的运动实现了与滤波器组件22在x方向上运动时所看到的类似的结果，但不需要滤波器组件的机械运动。如该示例中所示，x射线束的高强度部140可在患者扫描期间保持导引到感兴趣区域142上。特别地，以及如图9A-9D中所示，发射点90相对于滤波器组件22的运动导致x射线束的高强度部140在发射点90和滤波器组件22绕患者24旋转时保持导引朝向感兴趣区域142。在所描绘示例中，发射点90位置中引入的“摆动”允许高强度射线束部140的重新定向，而不会改变在感兴趣区域142处所观察到的该部140的入射大小。

前面示例演示了操纵或引导滤波器组件22的技术，从而保持导引朝向感兴趣区域而通常保持感兴趣区域处的相同尺寸(即，视野)。下面示例相反地示出了如何关于患者移动(即平移)滤波器组件22从而改变射线束方向所对的视野的尺寸(即高强度部140的尺寸或宽度)。该方法可允许用户限制感兴趣区域142外侧的患者24的高强度X射线曝光，而仍提供了感兴趣区域内的良好图像质量。应该指出的是，与先前示例不同，本示例以静止的患者24和扫描器(即，没有绕患者24旋转)的情境示出，然而应该意识到的是，本方法能够结合关于患者24和扫描器的相对运动(旋转或其他的)来实现。

考虑到这点，图10A、10B和10C描绘了滤波器组件22在y维度上平移的示例，这有效地移动滤波器组件22更加靠近、或更加远离X射线发射点90。由于滤波器组件22的偏焦，该维度上的运动改变了患者处所观察的X射线束的高强度部140的直径或宽度(即，孔径)。这样，用户可以改变与射线束部140相关的视野的大小，允许射线束的直径或宽度大小对应于感兴趣区域142的大小。相应地，可以最小化或另外地减小感兴趣区域142外侧的患者24的X射线曝光。

类似的结果可以在不利用y维度上运动的情况下实现。特别地，在其他实施方式中，可以提供在z方向上并排的或相邻的两个(或多个)滤波组件22。在该实施方式中，滤波组件22可具有不同焦点92(例如，与X射线发射点90不同偏移的焦点92)。在该布置中，该系统可在不同的滤波组件22之间切换，诸如通过在z维度上移动滤波器组件22以选择X路径20上在给定时间处选择哪个组件22。由于各自组件的不同焦点90，每个滤波器将具有传递至患者的不同有效宽度或直径的高强度部140。

一个这样布置的示例示于图11中，其中两个滤波器组件22A和22B在z方向上并排示出，其中组件22A在所描绘布置中更加靠近观察者。在所描绘示例中，能够看出滤波组件22A和22B分别由衰减片80A和80B组成，它们关于彼此成不同角度，引起针对不同滤波组件的不同焦点。因此，在z方向上移动相邻组件可有效地在X射线路径上将一个组件取代另一个，以及可因此通过z维度上的该运动改变患者处观察的X射线点的大小，而无需在y维度上运动。

需要指出的是前面示例已经为了简单起见而单独地说明并通常促进了X射线滤波器组件的使用的解释和理解，如本文所讨论的。应该意识到的是，可以组合地使用一些或全部上述方法(例如，x维度上的平移，x，y平面上的旋转，y维度上的平移，焦点摆动、和/或使用可切换的多个组件)以实现期望滤波效果。例如，某些上述技术可以组合地使用以允许患者处所观察的X射线焦点大小的射线束导引和动态调节。

所公开实施方式的技术效果包括具有X射线衰减片的堆的X射线滤波器组件，X射线衰减片成角度以具有焦点。在成像系统中实施时，滤波器组件的焦点空间地偏离(例如，在后面)X射线发射位置。本滤波器组件可用于(例如，平移、旋转等)以调节成像容积(例如患者)内观察的X射线的强度轮廓。在某些实施方式中，本公开X射线滤波器组件的使用允许滤波器组件的小运动，以导致X射线焦点的相对大的运动和X射线焦点的相对大的变化。

所写的说明书使用示例来公开该主题，其包括最佳模式，以及来使得本领域任意技术人员能够实施本主题，包括制造和使用任意装置或系统以及执行任意组合方法。本主题的可专利范围由权利要求书限制，并可包括对于本领域技术人员显而易见的其他示例。这些其他示例在它们具有不与权利要求书的字面语言不通的结构元件时，或在它们包括与权利要求书的字面语言没有实质差异的等效结构元件时，旨在落于权利要求书的范围内。

Claims

1.一种X射线滤波器组件，其包括：

在堆中布置的多个X射线衰减片，其中X射线衰减片关于彼此成角度从而具有通过X射线衰减片之间的穿透路径聚集的焦点，所述焦点从X射线发射点空间偏移；

多个X射线穿透片，其与多个X射线衰减片交替地布置，从而使得相应的X射线穿透片定位在每个相邻对X射线衰减片之间，其中所述X射线穿透片具有渐缩轮廓以使得在堆积时，相邻X射线衰减片关于彼此成角度；

其中所述穿透片的渐缩在组装所述堆时确定所述滤波器组件的焦点，并且其中所述滤波器组件相对于所述焦点的位置和/或方向允许在没有所述滤波器组件的机械运动的情况下进行波束导引，和/或对患者处所观察的X射线点大小的动态调节。

2.如权利要求1所述的X射线滤波器组件，其中X射线穿透片限定X射线衰减片之间的穿透路径。

3.如权利要求1所述的X射线滤波器组件，其中X射线穿透片至少由聚酰亚胺膜形成。

4.如权利要求1所述的X射线滤波器组件，其中每个X射线穿透片具有1-50密耳的厚度。

5.如权利要求1所述的X射线滤波器组件，其中X射线衰减片由钼、钨、铁、镍、锌、铜、银、锡、钽、金、铅、或铼薄膜中的一个或多个形成。

6.如权利要求1所述的X射线滤波器组件，其中每个X射线衰减片具有0.1至5密耳的厚度。

7.如权利要求1所述的X射线滤波器组件，还包括安装组件，其配置为保持X射线衰减片的堆对准。

8.如权利要求7所述的X射线滤波器组件，其中安装组件配置为在X射线源和成像容积之间与计算机断层成像（CT）成像机的机架一起定位。

9.一种X射线成像系统，其包括：

X射线探测器，其配置为生成响应入射X射线辐射的信号；

X射线源，其配置为从X射线发射点发射X射线并穿过成像容积朝向X射线探测器；

数据采集系统，其配置为从X射线探测器读出信号；以及

至少一个X射线滤波器，其定位于X射线源和成像容积之间；其中一个或多个X射线滤波器具有从X射线发射点空间偏移的焦点，并且其中所述一个或多个X射线滤波器各自包括交替的X射线衰减片和X射线穿透片的堆，其中所述X射线穿透片具有渐缩轮廓以使得在堆积时，相邻X射线衰减片关于彼此成角度；

其中所述穿透片的渐缩在组装所述堆时确定所述一个或多个X射线滤波器的焦点，并且其中所述一个或多个X射线滤波器相对于所述焦点的位置和/或方向允许在没有所述一个或多个X射线滤波器的机械运动的情况下进行波束导引，和/或对患者处所观察的X射线点大小的动态调节。

10.如权利要求9所述的X射线成像系统，其中一个或多个X射线滤波器具有关于X射线源和各自X射线滤波器的在X射线发射点之后的焦点。

11.如权利要求9所述的X射线成像系统，其中一个或多个X射线滤波器靠近X射线源的窗口安装。

12.如权利要求9所述的X射线成像系统，其中一个或多个X射线滤波器配置为关于X射线发射点平移或旋转中的一者或两者。

13.如权利要求9所述的X射线成像系统，其中一个或多个X射线滤波器配置为在X射线发射点移动时保持静止。

14.一种用于滤波X射线的方法，其包括：

在X射线源的X射线发射点处生成X射线；

通过X射线源和成像容积之间定位的X射线滤波器组件对至少部分X射线滤波，其中X射线滤波器组件具有从X射线发射点空间偏移的焦点；

与在堆中布置的多个X射线衰减片交替地布置多个X射线穿透片，从而使得相应的X射线穿透片定位在每个相邻对X射线衰减片之间，其中所述X射线穿透片具有渐缩轮廓以使得在堆积时，相邻X射线衰减片关于彼此成角度；以及

在与X射线源及X射线滤波器组件跨成像容积相对定位的探测器处探测X射线；

15.如权利要求14所述的方法，其中滤波X射线包括在对应扇形角方向的第一方向上和对应0扇形角的X射线传播方向的第二方向中的一个或两个方向上移动X射线滤波器组件。

16.如权利要求14所述的方法，其中滤波X射线包括旋转X射线滤波器组件。

17.如权利要求14所述的方法，其中滤波X射线包括关于X射线滤波器组件移动X射线发射点。