CN106793987B

CN106793987B - 成像系统

Info

Publication number: CN106793987B
Application number: CN201580049031.9A
Authority: CN
Inventors: T·克勒; M·格拉斯; R·普罗克绍
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2021-04-20
Anticipated expiration: 2035-09-11
Also published as: EP2995254A1; CN106793987A; EP3190972B1; JP6835708B2; WO2016038179A1; US20170258411A1; JP2018503407A; EP3190972A1

Abstract

本发明涉及一种立体管辐射成像系统，其中从每个辐射源发射的辐射覆盖检测器表面的不同区域。另外，本发明还涉及一种立体的管成像方法，其中两个辐射源被独立地操作，并且每个覆盖检测器表面区域的一部分。这是有利的，在于其与已知的立体管成像相比可以降低辐射剂量，并为立体管成像引入了新的可能性，例如，改进在主体内的对象跟踪。

Description

成像系统

技术领域

本发明总体上涉及一种包括检测单元和辐射单元的成像系统，其中检测单元包括检测器表面，辐射单元包括被配置成朝向检测器表面区域的第一区域发射辐射的第一辐射发射区域和被配置成朝向检测器表面区域的第二区域发射辐射的第二辐射发射区域。本发明还涉及一种利用该成像系统扫描所关注对象的方法。

背景技术

在诸如X射线成像系统或计算机断层摄影的辐射成像系统中，辐射通常呈波束的形式发射，例如可以被准直的锥形波束。其已知的变体是所谓的立体管辐射成像系统，该成像系统包括具有两个焦点的X射线辐射单元，其中，所关注区域由从所述两个焦点发出的辐射照射。两个焦点的辐射在穿过所关注区域之后由检测单元检测。由于所关注区域被两个偏置的辐射波束同时成像，因此可以根据检测到的辐射数据生成所关注区域的立体(3D)图像。

立体管辐射成像装置尚未被广泛实施，因为立体成像的优点常常被诸如增加辐射剂量和技术复杂性的缺点所压过。

发明内容

本发明的目的是例如通过减少辐射剂量或通过添加仅能通过立体管成像获得的独特特征来平衡立体管成像的优点和缺点，这可以改善立体管成像的接受度。

根据本发明的实施例涉及根据权利要求6-13所述的成像系统。

本发明的另一实施例涉及根据权利要求1-5和14-16所述的一种利用成像系统扫描所关注对象的方法。

本领域普通技术人员在阅读和理解以下详细描述后将理解本发明的其它方面和实施例。在阅读下面对优选实施例的详细描述后，许多附加的优点和益处对于本领域普通技术人员来说将变得明显。

附图说明

本发明通过附图来例示，其中：

图1示出了示例性的立体管计算机断层摄影成像系统；

图2a-d示出了操作具有两个或更多个源的辐射单元和检测单元的示意性实施例，其中图2a绘示了已知的操作；

图3a-d示出了操作具有两个源的辐射单元和检测单元的其它示意性实施例；

图4a-d示出了根据本发明的对穿过主体行进的对象进行成像的示意性顺序，其中由于变窄，该对象具有针对穿过主体的路径的一部分的较低速度；

图5a-d示出了根据本发明的对穿过主体行进的对象进行成像的示意性顺序，其中由于变宽，该对象具有针对穿过主体的路径的一部分的较高速度；

图6a-d示出了根据本发明的实施例的对穿过主体行进的对象进行成像的示意性顺序，其中，辐射单元具有三个辐射源。

图7示出了根据本发明的利用成像系统扫描所关注对象的方法的流程图；

图8示出了根据本发明的利用成像系统跟踪穿过主体的所关注对象的方法的流程图。

本发明可以采取各种部件和部件的布置结构，以及各种过程操作和过程操作的排列的形式。附图仅用于例示优选实施例的目的，而不应被解释为限制本发明。为了更好地可视化，某些特征可以省略，或者尺寸可以不按比例。

具体实施方式

使用立体管计算机断层摄影(CT)系统作为示例来解释本发明。本发明也适用于其它基于辐射的成像系统中，包括介入和诊断X射线成像系统或包括这些或CT的组合。

图1示出了已知的立体管计算机断层摄影装置1的示意图。X射线辐射检测器2和x射线单元31、32安装在可旋转的门架4上。被扫描主体，例如患者，位于可移动的台5上，该可移动的台在扫描期间沿通过检查区域6的z方向移动，同时门架4围绕检查区域旋转，并且从两个分离的x射线发射区域31、32发射x射线辐射，其中这两个发射区域在门架4上沿z方向在空间上偏置。这可以通过使用各自具有其自己的焦点的两个辐射源或具有两个焦点的一个源或者通过使用外部滤波器系统或准直器系统来实现。穿过受试者的x射线辐射由x射线检测器2检测，其中检测到的x射线辐射被转换为电子信息，该电子信息在另外处理设备(未示出)中被进一步处理为可视信息，该可视信息显示给用户，例如医生。检测器2可使用各种原理，例如闪烁(scintillation)，将x射线辐射转换为电子信息，其中x射线辐射被转换成另一波长的辐射。备选的转换方法是直接转换，其中x射线在直接转换材料(例如碲化锌镉或碲化镉)中直接转换成电子。

图2a示出立体管成像系统的已知操作，其中来自两个辐射发射区域31、32的辐射朝向检测器2照射，这两个辐射基本上都覆盖整个检测器区域，其中发射区域可以以交替的方式操作。如此生成的检测数据可以被重建以形成可以提供对被扫描对象的附加的深入了解的三维图像(与二维图像相比)。这种已知的立体管成像的另一个优点是，在给定的物理检测器尺寸下，该系统比单源扫描器提供更大的覆盖度(即，每次旋转扫描的体积)。另一方面，有效锥角由此增加，因此，重建的图像与单个源扫描器相比，能更强烈地受到锥束伪影的影响。

图2b绘示了本发明的成像系统的实施例，该实施例保留了立体管辐射成像的优点，但以显著降低的锥角，从而产生较少的锥束伪影，因此如果扫描时间或覆盖度没有图像质量(锥束伪影)重要，则这是一种优选的获取模式。在该实施例中，来自辐射发射区域31、32的辐射波束61、62每个仅照射检测器2的表面的一部分，从而减小从每个发射区域发射的射线的最大锥角。已知立体管成像的另一个潜在问题是余辉不再只是导致角度模糊，而是它可能导致伪影，因为实际上，来自另一个焦点的一小部分可能总是在投影数据中可见。这可能成为问题，尤其是对于对图像质量的要求非常高的情况(例如，头部成像)。这个问题也通过使检测器表面的不同部分被两个发射区域31、32照射来克服。重叠越小，由余辉造成伪影的机会越小。

在图2b中，两个辐射波束61、62是对称的并且覆盖尺寸上基本相等的检测器表面区域。然而，来自每个发射区域31、32的辐射可以被不同地，或者甚至可变地准直，以获得覆盖检测器表面的不同尺寸区域的辐射束61、62。这可有利于将大部分辐射引导到预期的检测器表面区域，而在其它区域接收到的辐射剂量较低。

图2c中所示的实施例是本发明的成像系统的尤其有利的实施例，其中检测器的基本上相邻的部分被每个辐射发射区域31、32照射。在该获取模式中，两个发射区域31、32可以同时操作，这改善了数据的角度采样，导致在重建图像中有较少的采样伪影和较高的空间分辨率。同时，覆盖度以及扫描速度是具有与两个发射区域中的每一个的锥角相同的锥角的单源系统的两倍，同时提供相同的图像质量。两个辐射波束61、62可被准直得更强，从而导致更小的锥角，但是以增加扫描时间为代价。根据该实施例，术语“基本上相邻”应当被认为是指两个辐射波束61、62的重叠不超过检测器总表面积的10％，更优选地不超过5％，并且最优选地是不重叠(例如仅在边缘处接触)。

本发明的成像系统不限于具有两个辐射成像区域61、62。如图2d所示，可以简单地添加第三辐射发射区域33，由此辐射波束61、62、63中的每一个部分地、优选地基本上相邻地照射检测器表面。这可能有利于生成更多选项，其中一些将在本文档中进一步描述。

通过从辐射发射区域61、62仅照射检测器表面的一部分，当独立地操作发射区域61、62时，即当并非总是同时从这两个区域发射辐射时，可以获得另外的有利实施例。可以仅用打开的单个发射区域(如图3a-d所示)扫描主体的一部分，例如所关注区域的周围区域，该周围区域仅仅需要提供背景或者不需要像所关注区域那样详细地成像(例如，确定接近所关注区域的开始)。对被扫描主体的尤其关注的区域，第二发射区域也可以被打开(如图2b或2c所示)以生成关于该区域的更多图像数据，从而允许更精细的图像重建。当所关注区域已经移出检查区域6时，波束61、62中的一个可以再次关闭。显然，当波束61、62的重叠较小时(例如图3c-d对比于3a-b)，减小了单位表面积接收的辐射剂量，但是图像质量将随着较小或没有重叠而劣化。

如上所述，出现于本发明的成像系统的尤其关注的选项是进一步能够分别操作从每个发射区域发射的辐射，这是改进的跟踪穿过主体的对象的能力，其中所述主体本身被平移通过成像系统1的检查区域6。本发明将使用跟踪穿过狭窄血管的造影剂注团(bolus)的示例进一步解释。本发明不限于该示例或者甚至医学成像，只要成像系统可以检测主体内的对象，它可以容易地适于跟踪穿过任何主体的任何对象，其中，对象的行进速度被局部地改变。

在医学成像中使用造影剂注团跟踪来使穿过患者身体100中的血管101的血流可视化，并且由此提供了量化狭窄部的功能性影响的手段。在将造影剂注团103注射到患者的血管101内之后，从在成像系统1的检查区域6中达到预定强度水平的时刻由成像系统跟踪。以与注团103移动穿过血管101的速率相对应的速率来获取成像数据。尽管所述源可以环绕检查区域6，但是检查区域通常不改变相对于所关注区域的移动方向的位置，这意味着，当所关注区域以恒定速度移动通过检查区域6时，以与所关注区域的特性无关的规律性间隔进行获取。

跟踪注团103，或换句话说：确保注团103保留在检查区域6内，通常是复杂的，因为注团103穿过血管101的速度可能不是恒定的。其可能受到例如由于狭窄部导致的血管局部变窄处102的影响。造影剂注团103通常在遇到动脉变窄处102时加速。注团103对于足够的可视化而言实际上太快，并且成像系统可能“超过(outrun)”检查区域。可能有必要基于动脉解剖结构来影响包含血管101的身体100的平移速度，这在技术上相当难以实现，特别是因为事先并不总是知道动脉变窄处102正好位于何处。

可以想到的是，在扫描期间确定和/或调整获取间隔、平移速度和确定所关注区域的位置全部，以避免该注团跑出去。然而，这需要在几秒钟之内或甚至更快的时间中在这些操作中的每一个之间的精确的相互作用，这将需要严重的计算工作，并且机械上不简单，因为这将涉及成像系统的重大的重新设计和成本增加。

图4a-d示出了本发明的一实施例，其改进了注团跟踪，且没有成像系统的重大的重新设计，从而增加了立体管辐射成像的附加特征，这可以增加对这种系统的接受度。在图4a-d中，示出了造影剂注团103移动穿过血管101，例如人体或动物的身体100中的动脉或静脉。为清楚起见，注团103被示意性地示为可变形颗粒，其不同于真实的情况，其中注团103或多或少是伸出一定长度并具有逐渐增加和减少的不透明度的流体。血管101包括变窄处102，在该示例中是形成在血管壁上的狭窄部。造影剂注团沿主方向x以对象速度v行进。所述主体平移通过辐射成像系统的检查区域，该辐射成像系统包括具有第一发射区域31和第二发射区域32的检测器3和检测器2。当造影剂注团103到达检查区域6(或者至少如果对比度增加到预定强度水平以上)时，主体100沿方向x以速度v移动通过检查区域6，使得注团103和主体100的相对速度基本上相同，并且注团103保持在成像系统1的检查区域6内。

在图4a中，注团103处在血管101的在变窄处102之前(近侧)的一部分内。注团103由仅从第一发射区域31发射的辐射波束61成像。没有来自发射区域32的辐射被发射穿过检查区域(例如，通过关闭发射区域32或在发射区域32前面设有关闭的快门)。在该示例中，辐射波束61被准直，使其仅照射检测器2的表面的一部分，大致覆盖后半部分(对应于图3c中所示的实施例)。辐射被束61还可以被准直，使其覆盖检测器2的较小或较大(例如，整个的)检测器区域(例如，对应于图3a的情况)。

在图3b中，注团103已经到达变窄处102，导致对象速度v增加，并且注团103超过检查区域61。在这一点上，如图3c所示，辐射单元3将发射区域32打开而使用辐射束波62对整个注团103成像，辐射波束62也被准直，使其现在仅照射检测器2的表面的一部分，大致覆盖前半部分(对应于图3d)。发射区域31可立即或逐渐地被关闭(通过降低强度)，但是也可以保持打开或以较低的强度操作。类似地，发射区域32可立即或逐渐地打开(通过增加强度)。因此，不仅注团103总是被完全成像，而且变窄处的区域和恰好在变窄处周围的区域被成像时间更长且具有更大的强度，提供更多的数据以形成图像，而非变窄的区域潜在地接收相对于检测器的完全照射更少的剂量(在相同的辐射强度下)。

在变窄处102之后(远侧)，速度v恢复到大致与变窄处近侧相同的速度，但是在图3d所示的情况下，注团103仍然被辐射波束62完全成像。如果速度减小，使得发射波束62将超过注团103，则辐射单元可再次打开发射区域31以对注团进行成像(并且可选地关闭发射区域62)。

图5a至5d示出了与图4a至图4d类似的情况，除了血管101现在包括局部加宽处104，这使速度v局部地减小，并且检查波束61可超过注团103。这可以通过打开在发射区域32后面的发射区域31来解决。这种情况与先前所述并且如图4a-4d所示的局部变窄的情况进一步相反，但类似。

确定注团103是否完全在发射波束61、62中可以在线进行，其中处理单元分析检测数据并且确定注团103是否仍然在发射波束61、62内。这当然需要快速处理以及与驱动器的即时通信，其中驱动器能够切换成从另一发射区域发射辐射。

作为选择或另外地，成像装置可以包括所关注对象位置预测单元，其能够针对所关注对象将行进穿过的主体的剩余长度的至少一部分，预测所关注对象相对于检查区域的位置。然后可以预料在辐射发射区域31、32之间的切换。所关注对象位置预测单元例如可以利用同一主体的前一次扫描，例如低强度定位扫描，或者关于主体已知的其他已经获得的数据。

通过使分离的发射区域31、32各自照射检测器2的表面的基本上相邻的部分，与两个波束在检测器2的至少大部分表面上彼此重叠的已知立体管成像相比，甚至能有更多的优点。

图6a至6d示出了其中在辐射单元3中存在第三发射区域33的实施例，这允许补偿对象速度v的甚至进一步的改变。所关注的行进对象103(例如，行进穿过身体100内的血管的造影剂注团)可以由发射区域31、32或33中的任一个单独地、顺序地或一起成像。这种配置可能需要更多的技术和计算复杂性，但是允许有更大的灵活性来跟踪以非恒定速度行进通过身体100的注团103。在该实施例中，辐射波束61、62和63各自照射覆盖检测器2的表面的大约三分之一的区域，进一步减少单位表面积接收到的辐射。该实施例甚至可以进一步扩展到使用四个或更多个发射区域，但是成像系统1的门架4上的空间是有限的，并且驱动机构和计算将变得更加复杂，使得实践上更具挑战性。

图7示出了利用本发明的成像系统扫描所关注对象的方法的流程图。首先，在步骤701中，从第一辐射发射区域照射所关注对象，然后在步骤702中，从第二辐射发射区域照射所关注对象。

图8示出了利用本发明的成像系统跟踪行进穿过主体的所关注对象的方法的流程图。在主体已经被放置在成像系统的检查区域内之后，在步骤801中，从第一辐射发射区域发射辐射。在步骤802中，从所关注对象到达检查区域的时刻开始，以与所关注对象相同的速度和方向将主体移动通过检查区域。在步骤803中，确定所关注对象的位置，并且确定所关注对象的位置是否在检查区域内。在步骤805中，当所确定的所关注对象的位置在检查区域的外部时，从第二辐射发射区域发射辐射。作为可选步骤，在步骤805中，针对所关注对象将行进穿过的主体的剩余长度的至少一部分，预测所关注对象相对于检查区域的位置，并且当所关注对象的即将到来的位置被预测将处在检查区域之外时从第二辐射发射区域发射辐射。

虽然在附图和前面的描述中已经示出和详细地描述了本发明，但是这样的图示和描述被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

Claims

1.一种利用成像系统扫描所关注对象的方法，所述成像系统包括检测器单元和辐射单元，所述检测器单元具有检测器表面，所述辐射单元包括被配置成朝向所述检测器表面的第一区域发射辐射的第一辐射发射区域以及被配置成朝向所述检测器表面的第二区域发射辐射的第二辐射发射区域，其中，所关注对象以对象速度并沿对象方向穿过主体行进，所述方法包括：

-将所述主体放置在所述成像系统的检查区域内；

-从所述第一辐射发射区域发射辐射；以及

-从所关注对象到达所述检查区域的时刻起，使所述主体以所述对象速度并沿所述对象方向移动通过所述检查区域；其特征在于：

-所述成像系统进一步包括所关注对象定位器单元；并且

所述方法进一步包括以下步骤：

-利用所述所关注对象定位器确定所关注对象的位置；

-确定所关注对象的位置是否在所述检查区域内；

-当所确定的所关注对象的位置在所述检查区域的外部时，从所述第二辐射发射区域发射辐射；

其中，在同时从所述第一辐射发射区域和所述第二辐射发射区域发射辐射时，从所述第一辐射发射区域发射的辐射强度逐渐减小，并且从所述第二辐射发射区域发射的辐射强度能够逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二辐射发射区域就所述对象方向而言位于所述第一辐射发射区域的后面，并且当所述检查区域超过所关注对象时从所述第二辐射发射区域发射辐射。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一辐射发射区域就所述对象方向而言位于所述第二辐射发射区域的后面，并且当所关注对象超过所述检查区域时从所述第二辐射发射区域发射辐射。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述检测器单元包括所关注对象位置预测单元，其用于针对所关注对象将行进穿过的所述主体的剩余长度的至少一部分，预测所关注对象相对于所述检查区域的位置，并且当所关注对象的即将到来的位置被预测处于所述检查区域的外部时，从所述第二辐射发射区域发射辐射。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述主体是血管，并且所关注对象是造影剂注团。

6.一种成像系统，包括：检测器和辐射单元，所述检测器包括检测器表面，所述辐射单元包括被配置成朝向所述检测器表面的区域的第一区域发射辐射的第一辐射发射区域以及被配置成朝向所述检测器表面的区域的第二区域发射辐射的第二辐射发射区域，其中，所述检测器表面的所述第一区域不同于所述检测器的所述第二区域，并且所述辐射单元被配置成使得在同时从所述第一辐射发射区域和所述第二辐射发射区域发射辐射时，从所述第一辐射发射区域发射的辐射强度能够逐渐减小，并且从所述第二辐射发射区域发射的辐射强度能够逐渐增大。

7.根据权利要求6所述的成像系统，其中，所述成像系统进一步包括：

-用于确定以对象速度并沿对象方向穿过主体行进的所关注对象何时到达所述成像系统的检查区域的装置，

-用于使所述主体以所述对象速度并沿所述对象方向移动穿过所述检查区域的装置；

-所关注对象定位器单元；

-用于确定所关注对象的位置是否在所述检查区域内的装置。

8.根据权利要求6或7所述的成像系统，其中，所述检测器表面的所述第一区域和所述检测器表面的所述第二区域基本上不重叠。

9.根据权利要求6或7所述的成像系统，其中，所述检测器表面的所述第一区域和所述检测器表面的所述第二区域一起基本上覆盖整个检测器表面。

10.根据权利要求6或7所述的成像系统，其中，所述辐射单元被配置成在仅从所述第一辐射发射区域发射辐射、仅从所述第二辐射发射区域发射辐射或同时从两者发射辐射之间切换。

11.根据权利要求6或7所述的成像系统，其中，所述成像系统进一步包括用于可变地准直来自所述第一辐射发射区域的辐射的第一准直器和用于可变地准直来自所述第二辐射发射区域的辐射的第二准直器。

12.根据权利要求6或7所述的成像系统，其中，所述检测器是连续的。

13.根据权利要求6或7所述的成像系统，其中，所述成像系统是x射线成像系统。

14.根据权利要求6或7所述的成像系统，其中，所述成像系统是计算机断层摄影成像系统。

15.一种利用成像系统扫描所关注对象的方法，所述成像系统包括检测器单元和辐射单元，所述检测器单元具有检测器表面，所述辐射单元包括被配置成朝向所述检测器表面的第一区域发射辐射的第一辐射发射区域和被配置成朝向所述检测器表面的第二区域发射辐射的第二辐射发射区域，所述方法包括以下步骤：

- 从所述第一辐射发射区域照射所关注对象，以及

- 从所述第二辐射发射区域照射所关注对象；

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述检测器表面的所述第一区域和所述检测器表面的所述第二区域不重叠。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述检测器表面的所述第一区域和所述检测器表面的所述第二区域彼此相邻。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，首先仅从所述第一辐射发射区域照射所关注对象，然后仅从所述第二辐射发射区域照射所关注对象。