CN107072617B

CN107072617B - 动态波束成形器

Info

Publication number: CN107072617B
Application number: CN201580057336.4A
Authority: CN
Inventors: T·罗伊施
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2020-12-18
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: US10483009B2; JP6894368B2; CN107072617A; US20170309361A1; EP3210212A1; EP3210212B1; JP2018500056A; WO2016062504A1

Abstract

本发明给出一种用于辐射成像的波束成形器，所述波束成形器包括填充有辐射衰减气体的中空的波束成形器主体。通过将压力增加至气体或包含气体的壳体或移除压力，可改变辐射衰减，使该波束成形器适于在3D辐射成像中用作动态波束成形器。

Description

动态波束成形器

技术领域

本发明总体上涉及一种用于3D成像系统的动态波束成形器，涉及一种利用动态波束成形器使辐射波束衰减的方法以及涉及一种3D成像系统。

背景技术

在比如计算机x射线断层摄影或3D介入x射线成像的3D辐射成像(参见图1)中，从不同的观察点获取受试者的投影图像并且从所获取的投影重建出体积图像数据。如果希望在空间上有各向同性的分辨率，则投影图像中的信息内容的角度范围必须跨越180°加辐射波束的扇形角度。即便不是全部，在多数的现有3D辐射成像系统中，受试者的某一视场由跨越某一扇形角度的x射线波束照射。为减少由受试者接收到的辐射，波束通常由辐射滤波器进行滤波，该辐射滤波器通常是均匀辐射吸收的固体或液体，而且不太常见的是均匀充气的x射线滤波器，如DE 102 27 808A1中所公开的。因为x射线波束的衰减强烈地取决于待成像的受试者的局部厚度(如患者身体)，所以受试者的较薄部分(例如，边缘)相对于较厚部分被过度照射。此外，典型的对象或患者的形状并不是圆柱形的，因此x射线波束的最佳准直取决于每一投影的角度方向。

为克服这个问题，波束成形器是已知的。这些是能够根据每一投影的角度方向而使x射线波束成形的x射线滤波装置。最常见的波束成形器是所谓的蝴蝶结滤波器，由于其形状而被如此称呼。蝴蝶结滤波器在滤波器外侧使较多x射线衰减并且在滤波器内侧使较少x射线衰减，借此减少受试者边缘上的x射线剂量。然而，这类波束成形器对于在3D成像系统中使用具有某些缺点。这借助于图2a和图2b来例示说明。

图2a在3D成像器10、10’的有效区域上放大。待成像的受试者30在检查区14中被放置在辐射源11与检测器12之间。利用从源11朝向检测器12发射的(x射线)辐射波束13对受试者30进行成像。蝴蝶结形波束成形器20被放置在源11与检查区14之间。波束成形器20包括辐射吸收材料。辐射波束13被滤波，使得中心处的光子比侧边上的光子遇到较少的辐射吸收材料。受试者30被成形，使得在中心处较厚并且在侧边上较薄(如用于人体的通常情况)。受试者30的中心由于波束成形器20的蝴蝶结形状而比侧边接收更高的辐射剂量，以考虑到与侧边相比存在于中心处的附加质量。图2a中所示的情形示出了第一极端情形：受试者大致覆盖整个辐射波束13。单独的波束131、132和133全部(部分地)被受试者30吸收。由于这个原因并且因为外波束131和133被波束成形器20更强烈地滤波并且与中心波束132相比遇到较少的受试者质量，所以在检测器处实现了均匀的强度轮廓(intensity profile)。

在全部的辐照角度受试者都是对称的情况是理想的情形。然而，在非对称的受试者(如图2a和图2b中所示或在人类的情况下)的3D成像中，出现非理想的情形。图2b示出第二极端情形：辐射源11旋转至辐射波束13在受试者的最窄侧边上辐照受试者30的位置。受试者30现在并不覆盖整个辐射波束。中心波束132仍然被受试者30完全地衰减，但是穿过受试者30的路径比在图2a的情形中长得多，从而导致较多的衰减且由检测器12接收的辐射较少，潜在地导致降低的图像品质。另一方面，外辐射波束131和133根本没遇到受试者30，并且在波束成形器20之后没有任何进一步衰减的情况下到达检测器12。检测器处的强度轮廓强烈地不平衡：检测器12的侧边被过度照射，而中心潜在地照射不足。对于这个位置，不同的波束成形器配置将是期望的，例如相较于图2a和图2b中所示的配置在中心处较薄并且在边缘处较厚的配置。

最佳的波束成形器配置针对辐射源11相对于受试者30的每一位置(或至少多个位置)改变，因此发展成动态波束成形器。这些可考虑到受试者厚度的角度不均匀性。然而，已知的动态波束成形装置可能并不能在3D辐射系统的所有操作模式期间使用。

第一，x射线波束成形器的硬(即，高对比度)边缘导致在投影图像上产生高对比度阴影，这对于重建算法具有含义。第二，衰减轮廓的非常高的再现性是必要的，以便允许3D(断层摄影)重建和一致的图像品质，这对于已知的动态波束成形器来说是极具挑战的。第三，根据位置，x射线波束必须被衰减到低至初始强度的10％-20％。由于这个吸收过程而生成的散射辐射的量可能是相当大的，并且强烈地取决于滤波器材料的实际选择。散射的x射线辐射通常修饰投影图像的对比度。第四，动态波束成形器需要能够足够快速地改变x射线波束轮廓，以考虑到现有技术的3D成像系统的快速旋转。在已知的动态波束成形器的情况下，与先前所述其它问题结合，已经证明是相当具有挑战的。

用于3D x射线成像器的若干动态波束成形器已被提出，例如在DE 10 20122217616A1或DE 10 2012 223748A1中。在这些公开内容中，动态波束滤波器是基于将液体泵送至滤波器中的。然而，这些和其它已知的动态波束成形器在不同程度上受上述技术问题的限制，尤其是使衰减与源的旋转速度匹配。另外，液体的泄漏可能对下面的设备或部件的电子器件或机械结构造成严重损坏。由于这些原因，这些已知的动态波束成形器仍未获得相当多的临床和商业接受。

发明内容

本发明的目的在于至少在相较于当前已知的动态波束成形器更好的程度上克服上述技术问题，并且因而得到市场和临床接受。

根据本发明的第一实施例涉及根据权利要求1所述的一种用于成像系统的动态波束成形器。使用辐射吸收气体来使辐射衰减的优点在于泄漏将潜在地不具有不利影响。另外，可减少波束成形器的重量。

在本发明的上下文中，术语“压力引发装置”涵盖通过从外侧或从内侧引发压力而将压力直接地或间接地施加至中空的波束成形器主体的任何装置。通过引发压力施加至波束成形器主体，气体的衰减轮廓(attenuation profile)可通过(局部地)增加或减少x射线波束的路径中的气体分子的量来改变。

术语“衰减轮廓在波束成形器主体内局部地变化”在本发明的上下文中意味在辐射波束的路径中在波束成形器的长度上不存在均匀的衰减轮廓。在本发明中，强度轮廓(intensity profile)在辐射波束的路径中沿波束成形器的长度改变，例如逐渐变化或一个或离散的局部变化。

本发明的又一实施例涉及根据权利要求2所述的波束成形器。刚性壳体在机械方面是坚固的，并且可保持相对不复杂并类似于大多数已知的波束成形器。蝴蝶结形状是用于波束成形器的常见形状，该波束成形器可针对在中心处较厚并且在边缘处较薄(如例如大多数人体的情况)的受试者输送均匀的强度轮廓。

本发明的又一实施例涉及根据权利要求3所述的波束成形器。填充有衰减气体的柔性壳体可被操纵成不同的形状，以允许经过波束成形器主体的不同路径长度并影响辐射波束的衰减。可使用根据权利要求4中所述的波束成形器主体操纵器来实现操纵。所述波束成形器主体操纵器可在波束成形器主体的整个表面上操纵所述波束成形器主体，或可在一个或多个离散的表面处操纵(如权利要求5中所主张的)。后一实施例的优点在于所述波束成形器主体可被操纵成非常具体的形状，例如，蝴蝶结或哑铃形状。

本发明的又一实施例涉及根据权利要求6所述的波束成形器。通过将气体增加至波束成形器主体或从波束成形器主体移除气体，波束成形器主体中的衰减气体分子的量增加或减少。在刚性的波束成形器主体壳体中压力增加，而柔性壳体可能膨胀成预期的形状。气体流动控制装置可以是阀、泵、排气孔、其组合或用来控制在两个腔室之间的气体流动的任何其它已知装置。

本发明的又一实施例涉及根据权利要求7所述的波束成形器。氙气是在实践上确定尺寸的波束成形器主体中在大气压力下充分地衰减辐射的尤其适合的气体。氪气需要较高的操作压力和/或较大壳体，从而使其相较于氙气稍微不太理想，但是当将氪气用作辐射衰减气体时，波束硬化效应被减轻。两种气体的混合物可用于在气体中的每一种的优点之间优化。

本发明的又一实施例涉及根据权利要求8所述的波束成形器。用这种方式，衰减轮廓可被确定(并且设定)至所确定的主体轮廓，从而导致对于被扫描的受试者的每一部分来说是最佳调谐的接收到的辐射强度。

本发明的又一实施例涉及根据权利要求9至14中的任一项所述的对应方法。尤其是，权利要求14的方法使得波束成形器适于与3D成像系统一起使用，因为波束成形器的衰减轮廓可根据源相对于检查区的位置(和待成像的受试者的形状)加以调整。

本发明的又一实施例涉及根据权利要求15所述的3D成像系统，所述3D成像系统包括根据本发明的动态波束成形器。

在阅读和理解了以下详细描述后，本领域的普通技术人员将认识到本发明的其他方面和实施例。对于本领域的普通技术人员来说，许多附加优点和益处将在阅读下面对优选实施例的详细描述后变得明显。

附图简要说明

本发明通过附图来例示说明，在附图中：

图1示意性地示出两个示例性的3D辐射成像器：计算机断层摄影装置(1a)和3D X射线成像装置(1b)。

图2示意性地示出在两个扫描位置(2a：照射受试者的宽侧；2b：照射受试者的窄侧)中波束成形器在检测器与检查区之间的定位。

图3示意性地示出根据本发明的波束成形器的第一实施例。

图4示意性地示出根据本发明的波束成形器的第二实施例。

图5示意性地示出根据本发明的波束成形器的第三实施例。

图6示意性地示出根据本发明的波束成形器的第四实施例。

图7示意性地示出根据本发明的波束成形器的第五实施例。

图8示意性地示出根据本发明的波束成形器的第六实施例。

图9示意性地示出根据本发明的波束成形器的第七实施例。

图10示意性地示出如何基于所确定的主体类型调适根据本发明的波束成形器。

图11示意性地示出使用根据本发明的用于成像系统成形器的波束成形器来使辐射波束衰减的方法。

本发明可采取各种部件和部件的布置结构的形式，以及各种过程操作和过程操作的排布的形式。附图仅是出于例示优选实施例的目的，并且不应解释为限制本发明。为较好地可视化，某些特征可能省略或尺寸可能并不是按照比例。

具体实施方式

本发明通过3D辐射成像来解释，尤其是但不限于x射线成像，以及尤其是计算机断层摄影(在图1a中示意性地示出)和3D X射线成像(在图1b中示意性地示出)，其中使用经过检查区14朝向辐射检测器12、12’发射辐射的辐射源11、11’。波束成形器20、20’被放置在源11、11’附近以在辐射波束到达检查区14之前使该辐射波束衰减。待成像的受试者30(例如，出于医疗原因的动物或人体，或例如，出于安全原因的对象)，被移动通过检查区。所发射的辐射被主体内的不同主体部分以不同的水平衰减，并且在检测之后，所发射的辐射被处理并重建成主体的被辐照区段的图像切片。重复这个操作，直到已对主体或至少是所关注的主体部分进行充分地成像为止。所产生的系列图像切片可被组合以构造主体及其内部的硬主体部分和软主体部分的三维图像。

本发明基于的见解是辐射波束可以利用气体辐射吸收材料来衰减，并且通过改变辐射波束路径中的气体分子的量可以实现不同水平的衰减。在下文中，描述根据本发明的动态波束成形器的各种非限制性实施例，以例示说明这一原理。

根据本发明的波束成形器的第一实施例包括中空的波束成形器主体21，该中空的波束成形器主体填充有辐射吸收气体22。可选择气体和气体压力，以使辐射以任何预定的水平衰减。这种波束成形器可能已经有利地用于2D成像系统中，而代替已知的波束成形装置，例如因为根据本发明的波束成形器较轻便或潜在地较便宜。另外，使用充气的波束成形器，辐射波束的强度轮廓可在没有安装不同装置的情况下被调节至不同的形状(当与以下实施例中的一个结合使用时)。并且，在从2D模式切换至3D模式(例如用于C弧系统)时，波束成形器可能无须被移除。

然而，尤其有利的是使用充气的波束成形器作为用于3D成像的动态波束成形器。通常，以下实施例和构思克服了已知的动态波束成形器的先前提到的缺点。例如，改变辐射波束的路径中的气体分子的量可非常快地进行，使得这个操作是足够快速的，以考虑到辐射源的旋转，其中辐射源的旋转通常是约每秒4转。另外，能够以非常可再现和精确的方式操纵气体，这允许断层摄影重建和一致的图像品质。另外，使用气体，可通过局部地改变衰减强度而以各种方式获得波束成形器的预期的衰减轮廓，例如蝴蝶结轮廓，如将进一步示出的。此外，当波束成形器损坏并且气体泄漏时，与基于液体的动态波束成形器相比，损坏周围设备和电子器件的机会要小得多。在适用的情况下，针对实施例中的每一个论述其它优点。

在图3中示出根据本发明的波束成形器的第二实施例。波束成形器20包括刚性中空的波束成形器主体21，该波束成形器主体填充有在初始气体压力p1下的辐射吸收气体。中空主体21通过气体导管23连接至气体储器25。气体储器25填充有与中空主体21中相同但在不同压力p2下的气体22。该气体储器可具有任何尺寸或形状。导管23包括阀24以影响储器25与中空主体23之间的气体流动。双向气体泵(未示出)可用来代替阀24，或可与阀24结合使用。刚性的波束成形器主体的优点在于其类似于已知的波束成形器并且机械复杂性受到限制。

在情形(a)中，中空的波束成形器主体21中的气体压力p1低于气体储器25中的气体压力p2。打开阀24使气体从储器25流动至中空主体21，从而使刚性的中空主体21内的气体压力p1增加，如情形(b)中所示。因为现在波束成形器主体21中存在较多的气体分子，所以较多辐射被波束滤波器衰减。当气体被泵送出中空的波束成形器主体时，衰减被减弱。流入和流出波束成形器主体21的气体流动可被逐步地或连续地调整以使其匹配检测器12围绕检查区的旋转，并且被调谐以使其利用来自不同辐照角度的被不同衰减的辐射来辐照受试者30，以考虑到非对称的受试者。

在图4、图5、图6和图7中示出了根据本发明的波束成形器的第三系列的实施例。在所有这些图中，情形(a)示出波束成形器20，该波束成形器包括在初始低压力p1下的柔性的波束成形器主体21，在此示为平坦的类似球囊的结构，但该波束成形器主体可具有任何其它的形状或压力。如在先前的实施例中，波束成形器主体21利用具有阀24(和/或泵)的气体导管23连接至气体储器25。通过打开阀(或泵送)可将气体供应至柔性的波束成形器主体21。柔性主体21在接收气体后膨胀。当较多气体存在于柔性壳体中时，辐射的衰减增强。正如先前描述的实施例的情况，可循环地调整气体流动以匹配源的旋转。

通常希望获得类似蝴蝶结的形状。柔性的波束成形器主体可以明显地已预成形为蝴蝶结(或任何其它预期的)形状，并且实现这种形状的其它方式也可被实现。图4、图5、图6和图7中的每一个提供用以实现蝴蝶结形状的替代性实施例。技术人员可容易地发现也可工作的改变的或其它的实施例。

在图4中，柔性的波束成形器主体21包括在波束成形器主体21的中心区段处的加厚部分26a、26b。该加厚部分26a、26b可以是两个(或更多个)离散的加厚部或围绕波束成形器主体21的一个连续的环形加厚部。当波束成形器主体21膨胀时，中心区段对于增加的压力更具抵抗性并且将不扩张(或仅最小地扩张一点)，而非加厚的外区段扩张较多(情形(b))。这产生类似哑铃的形状，类似于蝴蝶结的形状，该形状相当适于根据图2b中所示的配置而最佳地衰减：在中心处衰减最小并且在外侧处强烈地受阻。关于这种情况的变化形式容易想到例如更多区域，所述区域包含加厚部以迫使波束成形器主体21成为不同形状或在某些方向(例如侧边)上限制扩张以获得不同的形状。

图5示出了类似的实施例，除了在这种情况下阻挡元件26a’、26b’位于波束成形器主体21的中心区段上方、下方和/或围绕所述中心区段之外。在膨胀时，波束成形器主体21被中心区段处的阻挡元件26a’、26b’限制扩张，而在未限制的端部处，波束成形器主体21自由地扩张，再次导致产生类似哑铃的形状。

图6示出图5的实施例的变化形式，其中一系列阻挡元件26a’、26b’和端部阻挡元件27沿柔性壳体21放置，使得在膨胀时，迫使波束成形器主体21成为蝴蝶结形状。

图7示出进一步的变化形式，其中单独的阻挡元件被形成包围柔性的波束成形器主体21的连续的蝴蝶结形腔室。阻挡元件26a’、26b’可以可替换地安装，以使其与匹配其它受试者尺寸的不同地成形的阻挡元件交换。

图8示出具有与前一实施例中类似的阻挡元件的实施例，但是在这个实施例中，柔性的波束成形器主体21并未连接至气体储器。在这种情况下，阻挡元件26a’、26b’能够朝向和远离波束成形器主体21移动，借此将波束成形器主体压缩成蝴蝶结形状。

图9示出了本发明的另一个实施例，其中柔性的波束成形器主体21并未连接至气体储器。在这个实施例中，操纵器26a’、26b’(在这个实施例中，一系列类似杆的结构，例如伸缩的类似杆的结构)被围绕波束成形器主体21定位。操纵器26a’、26b’可单独地朝向柔性壳体21延伸。在接触时，操纵器26a’、26b’使柔性壳体21变形。在情形(b)中，示出如何利用这个实施例实现蝴蝶结形状。这个实施例的优点在于其提供了获得任何预期形状的灵活性。

在图10中，更详细地示出这种情形。根据受试者30的主体轮廓，可将波束成形器主体操纵成不同的(蝴蝶结)形状。例如，相较于针对较厚的受试者(情形(b))，蝴蝶结滤波器可针对较薄的受试者(情形(a))形成为较厚。在3D成像中，对于定位成照射受试者30的宽面积的源11来说，可如情形(a)中所示地形成蝴蝶结滤波器，而对于当源被定位成使得该源照射对象的窄面积时，可如情形(c)中所示地形成蝴蝶结滤波器，并且蝴蝶结滤波器应在中心处较薄且在外侧区域处尽可能多地阻挡以避免在检测器12的边缘处过度照射。通过使操纵器26a’、26b’的移动与源11的旋转匹配，可获得真实动态的波束成形器，该波束成形器在检测器处产生对于所有照射角度来说均匀的强度轮廓。然而，由于其复杂的形状和操纵器的单独操纵并且因为操纵器需要具有对于辐射的波长来说是透明的材料，这个实施例的技术实现相较于先前论述的实施例可能更难以在实践上实现。

如在图10的下排中所示，利用阻挡元件26a’、26b’可以以稍微较简单的方式实现类似的效果，类似于图8中所示的实施例所描述的那些，但是阻挡元件自身是可变形成不同形状的(例如通过使所述阻挡元件填充具有低原子序数的气体或液体)。

辐射吸收气体的良好选择是非常重要的。气体应能够在相对小的体积内使辐射衰减高达80％至90％。许多气体出于这个原因而是不适合的，因为它们将需要非常大的体积或极高的压力来实现这一效果，这在实践上是不可能的和/或是不希望的。另外，希望限制危险(例如有毒、腐蚀性或放射性)气体，如果泄漏发生，危险气体可能导致设备、电子器件或待成像的受试者的问题。

进行广泛的筛选，以确定用于与本发明的波束成形器一起使用的适合气体。首先，计算与整体上初级x射线强度衰减至30％相对应的滤波器厚度，假设用于测试气体为1个大气压并且使用100keV的钨阳极(10度的阳极角度)的x射线谱，通过2.7mm的Al滤波器预硬化，以便衰减射线谱的低能部分。较低的滤波器厚度意味气体较适合于与本发明的波束成形器一起使用。高厚度将需要大滤波器，这在实践上是有问题的，或高压力将是必须的，这将需要波束成形器主体的较高结构需求或可能是危险的。此外，通过分析估计来确定散射与初级辐射的比率(SPR)。这些估计是基于各种假设并且可能取决于各种边界条件，例如系统的几何形状。使用不同的假设或边界条件可导致产生不同的值。用于各种气体的选择出的结果在表1中给出。即使对于每一气体使用相同的假设和边界条件，所给出的值也仅用于例示说明不同气体之间的比较并且应被视为任意单位(a.u.)。

表1：气体筛选结果

元素	滤波器厚度(mm)	SPR(a.u.)
			氢	380016	2.2
氙	103	3.3
			氪	688	3.9
镭	131	4.6
			氦	370179	5.0
氩	8763	10.0
			氯	5286	11.3
氮	43482	13.4
			氧	34270	15.8
氟	27325	16.6
			氖	43855	17.0

表2提供了用于通常使用的(固体)基于铝或碳(例如聚四氟乙烯)的波束成形器的比较结果。滤波器厚度和SPR是类似于表1的气体来确定的。

表2：固体波束成形器材料筛选结果

元素	滤波器厚度(mm)	SPR(a.u.)
			碳	26.1	13.2
铝	10.4	13.3

具有高于1000mm的计算出的滤波器厚度的气体将是不切实际的，或需要非常高的压力，因此根据本发明是不太优选的。镭具有相对低的滤波器厚度和低的SPR，但由于其放射性而是不适合的。

当需要在厚度与气体压力之间良好平衡时，氙气是最优选的气体。它组合了低的滤波器厚度与低的SPR。虽然滤波器厚度高于固体波束成形器的滤波器厚度，但散射特性(SPR)明显更好，并且，显然具有基于气体的波束成形器的所有先前提到的优点。x射线辐射的吸收通常通过朗伯-比尔(Beer-Lambert’s)定律来描述：相对吸收以指数方式取决于路径长度。因此，总体而言，气体压力或滤波器厚度的小变化导致局部x射线衰减的强烈变化。由于这个原因，波束成形器主体中的气体压力的仅相对小的操纵(如在例如类似于图3至图7的实施例中)或波束成形器主体形状的变化(如在例如类似于图8至图10的实施例中)是必要的，从而以具体的辐射角度实现必要的衰减。这利于波束成形器的快速和可再现的变化以及受限的结构复杂性。为实现100keV的x射线谱(钨，如前所述)衰减至入射的整体光子通量的30％，将需要经过填充有大气压力(1个大气压)的氙气的波束成形器主体的10cm的路径长度。这种波束成形器的尺寸将很好地配合当前的3D成像器。另外，因为压力接近于1个大气压(并且因而接近于大气压力)，所以波束成形器主体的结构要求不是关键的。此外，氙气是对几乎所有材料是惰性的无毒惰性气体。附加效果涉及吸收材料的所谓的K边缘(其是随能量变化的衰减系数的突然增加)。如果吸收材料的K边缘(K-edge)位于用于成像目的的能量范围内，则其将在衰减x射线谱中导致边缘。

氪气也适合于使用。然而，对于近似相同的SPR来说，需要6.7倍大的滤波器厚度或压力以实现相同的辐射衰减。然而，氪(原子序数(Z)＝36)将具有相较于氙(Z＝56)较低的波束硬化效应，因为被衰减波束的波谱对于具有较高原子序数的材料来说转变至较高的光子能量。由于这个原因，填充有高于大气压力的压力的氪气的较厚的波束成形器可以是用于填充氙气的波束成形器的良好替代方案，在填充氙气的波束成形器中波束硬化将成为问题。当然，对于壳体来说自然存在较强的结构要求。

气体混合物，如氙气-氪气混合物，可用来降低针对纯氙气的波束硬化，同时滤波器厚度或气体压力可保持低于纯氪的滤波器厚度或气体压力。如果气体压力可保持低于将波束成形器分类为法规要求的压力容器的阈值，则将是有益的。

波束成形器壳体的机械构造需要能够经得住适度的压力差(例如对于示例性氙气吸收器来说介于0.95个大气压与2个大气压之间)且没有塑性变形。另外的机械挑战可起因于对于快速和循环压力变化的要求。波束成形器主体的壳体材料的厚度另一方面受x射线物理效应(衰减、波束硬化和散射)限制。出于粗略的可行性评估，用于衰减器两侧的2mm厚的碳纤维增强的塑料是适合的，因此材料将通常以极好的机械强度和刚性仅导致x射线波束的轻微衰减。经过4mm碳(滤波器壳体的两侧上2mm)的通道使整体的光子通量衰减至83％。经过2mm碳(滤波器壳体的两侧上1mm)的通道将使整体的光子通量衰减至91％。这种波束衰减，直到第一阶，在空间上是不变的。由于碳的低原子序数(Z＝6)，对于任一情况来说预期没有显著的波束硬化。对于4mm的材料厚度，预期在检测器表面处有大约SPR＝2a.u.的散射与初级的比率，对于2mm的材料厚度，预期有大约SPR＝1a.u.的散射与初级辐射的比率。这些SPR值也是任意单位并且使用与气体筛选相同的边界条件和假设来确定。考虑到的波束成形器主体的其它设计参数包括对于典型患者形状来说使波束成形器调谐至预期的衰减轮廓和在成像装置内用于波束成形器的可容许空间。

使用填充气体的波束成形器的另一优点是通过在波束成形器中将衰减气体交换为空气而强烈地利于成像系统(没有蝴蝶结滤波器)的“空气校准”。没有滤波器部件的机械移动是必要的。此外，基于气体的动态波束成形器的构思可与通常“刚性”的波束成形装置组合来使复杂性最小化。尤其希望设计基于气体的衰减器的波束成形器主体，以使其衰减轮廓类似于通常在任何角度需要的最小的衰减变化。

在图11中，示意性地示出根据本发明的方法。基于各种(任选的)输入参数将压力引发(103)施加至波束成形器主体。例如，待成像的受试者的主体轮廓可被确定(100)并且使用(101)以选择预期的波束成形器强度轮廓，例如基于主体类型选择强度轮廓(101)、选择标准强度轮廓(101’)(例如蝴蝶结轮廓)，或选择另一轮廓(101”)。另外，辐射源的位置可被确定(102)并且用作用于引发压力的输入参数(103)。压力可通过增加气体或从波束成形器主体移除气体(104)或通过将外部压力施加至波束成形器主体(104’)或两者来引发。在围绕受试者移动的辐射源的情况下，这个过程可针对源相对于受试者的每一位置进行重复。

尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但这样的图示和描述被认为是图示性或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。例如，压力还可潜在地通过非机械方式引发，如通过加热或冷却装置，假定由于温度变化造成的气体扩张或收缩是足够快速并且可再现的。

尺寸也可能未按比例。某些特征可能已被放大、简化或重新定位以更清楚地例示本发明。

通过研究附图、说明书和从属权利要求，本领域技术人员在实践所主张的本发明时，能够理解并实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”并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在权利要求中记载的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中记载的特定措施并不表示不能有利地使用这些措施的组合。在权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

Claims

1.一种用于3D成像系统(10、10’)的动态波束成形器(20、20’)，所述动态波束成形器包括：

中空的波束成形器主体(21)，所述波束成形器主体具有柔性壳体，所述柔性壳体包含用于使辐射波束的辐射衰减的辐射吸收气体(22)；

压力引发装置(23、24、25、26a、26b、26a’、26b’)，所述压力引发装置被布置成引发压力施加至中空的所述波束成形器主体，其中施加至中空的所述波束成形器主体的所述压力是通过将所述辐射吸收气体增加至所述波束成形器主体或从所述波束成形器主体移除所述辐射吸收气体来引发的，

其中，所述波束成形器主体的衰减轮廓能够基于引发的所述压力进行调适，且其中所述衰减轮廓在所述波束成形器主体内局部地变化，使得在所述辐射波束的路径内在所述波束成形器主体的长度上不存在均匀的衰减轮廓。

2.根据权利要求1所述的波束成形器，其中，所述压力引发装置包括气体储器(25)，所述气体储器利用气体导管(23)连接至所述波束成形器主体中的开口，所述气体导管具有用于允许所述气体储器与所述波束成形器主体之间受控的气体流动的气体流动控制装置(24)。

3.根据权利要求1或2所述的波束成形器，其中，所述辐射吸收气体是氙气、氪气或其混合物。

4.根据权利要求1或2所述的波束成形器，其中，所述波束成形器进一步包括：

主体轮廓确定器，所述主体轮廓确定器用于确定待成像的受试者的主体轮廓；以及

衰减轮廓确定器，所述衰减轮廓确定器至少基于确定出的所述主体轮廓来确定所述波束成形器主体的衰减轮廓。

5.一种用于3D成像系统使辐射波束衰减的方法，包括：

提供动态波束成形器，所述动态波束成形器包括中空的波束成形器主体，所述波束成形器主体具有柔性壳体，所述柔性壳体包含用于使所述辐射波束的辐射衰减的辐射吸收气体；以及

引发压力施加至中空的所述波束成形器主体，其中施加至中空的所述波束成形器主体的所述压力是通过将所述辐射吸收气体增加至所述波束成形器主体或从所述波束成形器主体移除所述辐射吸收气体来引发的，且其中所述波束成形器主体的衰减轮廓是基于引发的所述压力进行调适的，且其中所述衰减轮廓在所述波束成形器主体内局部地变化，使得在所述辐射波束的路径内在所述波束成形器主体的长度上不存在均匀的衰减轮廓。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，主体轮廓是针对待成像的受试者来确定的(100)并且用作用于操纵所述波束成形器主体的形状的输入参数(101’)。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，被引发施加至中空的所述波束成形器主体的所述压力是基于辐射源相对于检查区的位置来确定的(102)。

8.一种3D成像系统(10、10’)，包括根据权利要求1至4中的任一项所述的动态波束成形器(20)。