CN109646027A - 乳腺成像系统及其光路装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种乳腺成像系统及其光路装置，该光路装置包括：干涉仪，用于使X射线管发出的X射线发生衍射；滤光片，用于对X射线管发出的X射线进行过滤；X射线管，用于同时向所述干涉仪和所述滤光片输出X射线；探测器，包括第一探测部和第二探测部，所述第一探测部用于探测穿过乳腺组织和所述干涉仪的X射线对应的第一X射线成像数据；所述第二探测部用于探测穿过所述滤光片和乳腺组织的X射线对应的第二X射线成像数据。解决了现有技术的乳腺成像系统不能兼顾乳腺吸收图像、乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像的图像质量的困难，达到了在保证得到高质量的乳腺吸收图像的同时，提供额外的乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像的技术效果。
Description
技术领域
本发明实施例涉及医疗设备领域，尤其涉及一种乳腺成像系统及其光路装置。
背景技术
近年来，X射线光栅相位衬度成像方法引起了人们广泛的研究兴趣。通常，X射线光栅相位衬度成像系统除了包含传统的X射线管和X射线探测器外，还包含一套由三个光栅组成的Talbot-Lau干涉仪。其中，源光栅(G0)用来增加X射线管的空间相干性，相位光栅(G1)用来编码物体的相位信息，分析光栅(G2)用来辅助探测相位光栅产生的干涉条纹。现有的扫描式X射线光栅相位衬度成像系统能够实现全乳腺视野相衬成像，即可以根据探测器采集到的X射线数据生成乳腺相位衬度图像、乳腺暗场衬度图像和乳腺吸收图像，其中，乳腺相位衬度图像对探测某些特定的乳腺癌变组织具有极高的灵敏性，乳腺暗场衬度图像有助于探测乳腺组织内部的微小钙化点，同时还可以帮助区分两种不同的钙质，而吸收衬度图像则是乳腺诊断的金标准。但基于该系统所采集到的X射线数据所生成的吸收衬度图像，容易受Talbot-Lau干涉仪衍射条纹伪影的影响，这类图像伪影严重影响了吸收成像的图像质量。
综上，现有技术的乳腺成像系统存在不能兼顾乳腺吸收图像、乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像的图像质量的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种乳腺成像系统及其光路装置，解决了现有技术的乳腺成像系统不能兼顾乳腺吸收图像、乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像的图像质量的问题，在保证得到高质量的乳腺吸收图像的同时，提供额外的乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像。
第一方面，本发明实施例提供了一种用于乳腺成像系统的光路装置，包括：
干涉仪，用于使X射线管发出的X射线发生衍射；
滤光片，用于对X射线管发出的X射线进行过滤；
X射线管，用于同时向所述干涉仪和所述滤光片输出X射线，
探测器，包括第一探测部和第二探测部，所述第一探测部用于探测穿过乳腺组织和所述干涉仪的X射线对应的第一X射线成像数据；所述第二探测部用于探测穿过所述滤光片和乳腺组织的X射线对应的第二X射线成像数据。
进一步，所述干涉仪为Talbot-Lau干涉仪，该干涉仪沿X射线传输方向包括：
源光栅，用于接收X射线管输出的X射线，以及增加所接收X射线的空间相干性；
相位光栅，用于接收依次经过源光栅和乳腺组织后的X射线，以及编码所接收X射线的相位信息；
分析光栅，用于接收依次经过源光栅、乳腺组织和相位光栅后的X射线，以及辅助探测所述相位光栅产生的干涉条纹。
进一步，所述源光栅与所述滤光片拼接在一起以构成源光栅-滤波片组，且所述X射线管输出的X射线到达所述源光栅和所述滤光片的距离相同。
进一步，所述探测器包括沿扫描方向相邻分布的第一探测部和第二探测部，且所述第一探测部的面积为所述探测器总面积的20％-50％。
进一步，所述探测器为线阵式平板探测器，该探测器的探测单元在扫描方向上的尺寸小于或等于3cm，在垂直于所述扫描方向且非X射线传输方向上的尺寸为20-30cm。
进一步，所述X射线管为旋转阳极X射线管，且焦斑直径小于0.3mm。
第二方面，本发明实施例还提供了一种乳腺成像系统，包括：
如第一方面所述的用于乳腺成像系统的光路装置，用于获取第一X射线成像数据和第二X射线成像数据；
图像处理装置，用于根据所述第一X射线成像数据重建出乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像，以及根据所述第二X射线成像数据重建出乳腺吸收图像。
进一步，所述图像处理装置包括；
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器执行如下步骤：
获取由所述第一探测部采集的第一X射线成像数据，并基于第一预设图像重建方法对所述第一X射线成像数据进行图像重建以生成并输出乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像；
获取由所述第二探测部采集的第二X射线成像数据，并基于第二预设图像重建方法对所述第二X射线成像数据进行图像重建以生成并输出乳腺吸收图像。
进一步，还包括：
等中心C臂，所述等中心C臂包括位于顶部的机头、位于中部的探测板，以及位于所述机头和所述探测板之间的压迫板，所以机头用于承载所述X射线管和源光栅-滤波片组，所述探测板用于承载包括第一探测部和第二探测部的探测器，所述压迫板用于将所述乳腺组织限定在所述压迫板与所述探测板之间，其中，所述探测板还承载有设置于所述第一探测部上表面的分析光栅，以及设置于所述分析光栅上表面的相位光栅，所述源光栅-滤波片组由源光栅与所述滤光片同平面拼接而成；
控制机构，连接所述等中心C臂，用于带动所述等中心C臂沿预设扫描方向绕乳腺组织旋转。
进一步，还包括：
准直装置，所述准直装置设置于所述源光栅-滤波片组与所述压迫板之间，用于使照射到所述探测器表面的X射线正好覆盖所述探测器的有效成像面积。
本发明实施例提供的用于乳腺成像系统的光路装置的技术方案，通过干涉仪使X射线管发出的X射线发生衍射；通过滤光片对X射线管发出的X射线进行过滤；通过X射线管同时向干涉仪和滤光片输出X射线，探测器包括第一探测部和第二探测部，通过第一探测部探测穿过乳腺组织和干涉仪的X射线对应的第一X射线成像数据；通过第二探测部探测穿过所述滤光片和乳腺组织的X射线对应的第二X射线成像数据。由于第一X射线成像数据和第二X射线成像数据是通过不同途径同时采集到的，因此用于重建乳腺吸收图像的第二X射线成像数据完全不受衍射条纹伪影的影响，同时基于第一X射线成像数据还能重建出相高质量的乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像，从而可以在保证得到高质量的乳腺吸收图像的同时，提供额外的乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的光路装置的示意图；
图2是本发明实施例一提供的光路装置的另一示意图；
图3是本发明实施例二提供的乳腺成像系统的框图示意图；
图4是本发明实施例二提供的乳腺成像系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例提供了一种用于乳腺成像系统的光路装置。如图1和图2所示，该光路装置包括干涉仪2、滤光片31、X射线管1和探测器4；干涉仪2用于使所X射线管1发出的X射线111产生衍射；滤光片31用于对X射线管1发出的X射线111进行过滤；X射线管1用于同时向干涉仪2和滤光片31输出X射线111，探测器4包括第一探测部41和第二探测部42，第一探测部41用于探测穿过乳腺组织5和干涉仪的X射线对应的第一X射线成像数据；第二探测部42用于探测穿过滤光片和乳腺组织5的X射线对应的第二X射线成像数据。
其中，本实施例的X射线管1为旋转阳极X射线管，其靶材料为钨，且最大电压一般小于50kV。为了提高图像的空间分辨率，该X射线管1的焦斑11的尺寸小于0.3mm。
其中，滤光片31的材料可以是铝、铜、银等，滤光片厚度可以根据实际需求进行调整，本实施例在此不予限定。优选地，本实施例的Talbot-Lau干涉仪的源光栅21与滤光片31在同一平面拼接在一起以构成源光栅-滤波片组3，以使X射线管1输出的X射线111到达源光栅21和滤光片31的距离相同。
其中，本实施例的干涉仪为现有技术的干涉仪，且优选但不限于Talbot-Lau干涉仪。对于Talbot-Lau干涉仪，包括源光栅21、相位光栅22和分析光栅23。源光栅21靠近X射线管1，用于接收X射线管1输出的X射线111，以及增加所接收到的X射线111的空间相干性；相位光栅22和分析光栅23靠近探测器4的第一探测部41，且相位光栅22用于接收依次经过源光栅21和乳腺组织5后的X射线，以及编码所接收的X射线的相位信息；分析光栅23用于接收依次经过源光栅21、乳腺组织5和相位光栅22后的X射线，以及辅助探测相位光栅22产生的干涉条纹。
其中，探测器4可以是基于普通晶体(如CsI等)的能量积分型平板探测器，也可以是基于半导体材料(如Si或Se等)的能量积分型平板探测器，还可以是基于半导体材料(如CdTe等)的能量分辨型光子计数平板探测器。但无论哪一种平板探测器，本实施例探测器的探测单元的分布方式均是线阵式的，具体为，探测单元沿其扫描方向的尺寸小于其沿垂直于扫描方向且非X射线传输方向的尺寸。在沿其扫描方向上，探测单元的尺寸小于或等于3.0cm；在沿垂直于扫描方向且非X射线传输的方向上，探测单元的尺寸优选为20-30cm，以保证可以覆盖住挤压后的乳腺组织。
为了防止Talbot-Lau干涉仪的干涉条纹影响乳腺吸收图像的图像质量，本实施例将探测器4表面分成相邻的两部分，即第一探测部41和第二探测部42。第一探测部41的面积优选为整个探测器总面积的20％-50％，用于分别探测穿过乳腺组织5和干涉仪2的X射线对应的第一X射线成像数据，第二探测部42用于探测穿过滤光片31和乳腺组织5的X射线对应的第二X射线成像数据。即将X射线管1输出的X射线111分成两部分，Talbot-Lau干涉仪仅对其中一部分X射线产生衍射作用，而另一部分没有穿过Talbot-Lau干涉仪的X射线穿过了滤光片31。具体为，X射线管1同时朝向Talbot-Lau干涉仪和滤光片31输出X射线，经过Talbot-Lau干涉仪的X射线的传输路径为：先穿过靠近X射线管1的源光栅21，然后穿过乳腺组织5，然后依次穿过靠近第一探测部41的相位光栅22和分析光栅23，最后进入第一探测部41；而经过滤光片31的X射线的传输路径为：先穿过靠近X射线管1的滤光片31，然后穿过乳腺组织5，最后进入第二探测部42，因此，Talbot-Lau干涉仪的光栅仅能覆盖探测器4的第一探测部41。
相较于现有技术的X射线光栅相位衬度成像系统，本实施例的Talbot-Lau干涉仪的光栅所对应的探测器的表面积很小，有利于降低Talbot-Lau干涉仪的成本，从而降低整个成像系统的制造成本。
本发明实施例提供的用于乳腺成像系统的光路装置的技术方案，通过干涉仪使X射线管发出的X射线发生衍射；通过滤光片对X射线管发出的X射线进行过滤；通过X射线管同时向干涉仪和滤光片输出X射线，探测器包括第一探测部和第二探测部，通过第一探测部探测穿过乳腺组织和干涉仪的X射线对应的第一X射线成像数据；通过第二探测部探测穿过所述滤光片和乳腺组织的X射线对应的第二X射线成像数据。由于第一X射线成像数据和第二X射线成像数据是通过不同途径同时采集到的，因此用于重建乳腺吸收图像的第二X射线成像数据完全不受衍射条纹伪影的影响，同时基于第一X射线成像数据还能重建出相高质量的乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像，从而可以在保证得到高质量的乳腺吸收图像的同时，提供额外的乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像像。
实施例二
本发明实施例提供了一种乳腺成像系统，如图3所示，该乳腺成像系统包括图像处理装置02和前述实施例所述的用于乳腺成像系统的光路装置01，该光路装置01用于获取第一X射线成像数据和第二X射线成像数据；该图像处理装置02用于根据第一X射线成像数据重建出乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像，以及根据第二X射线成像数据重建出乳腺吸收图像。
其中，图像处理装置02包括一个或多个处理器，以及用于存储一个或多个程序的存储装置。当所述一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器执行步骤：获取由第一探测部41采集的第一X射线成像数据，并基于第一预设图像重建方法对第一X射线成像数据进行图像重建以生成并输出乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像；获取由第二探测部42采集的第二X射线成像数据，并基于第二预设图像重建方法对第二X射线成像数据进行图像重建以生成并通过输出界面输出乳腺吸收图像。需要说明的是，本实施例中的第一预设图像重建方法为现有技术的图像重建方法，本实施例对其不予限定，只要能够基于第一X射线成像数据重建出乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像即可。同时，本实施例中的第二预设图像重建方法也为现有技术的图像重建方法，本实施例同样对其不予限定，只要能够基于第二X射线成像数据重建出乳腺吸收图像即可。
如图4所示，本实施例的乳腺成像系统还包括等中心C臂6和运动控制机构，结合图1和图2，等中心C臂6包括位于等中心C臂顶部的机头61、位于等中心C臂中部的探测板62，以及位于机头61和探测板62之间的压迫板63，机头61用于承载X射线管1和源光栅-滤波片组3，探测板62用于承载包括第一探测部41和第二探测部42的探测器4，压迫板63用于使乳腺组织5限定在压迫板63与探测板62之间，其中，探测板62还承载有设置于第一探测部41上表面的分析光栅23，以及设置于分析光栅23上表面的相位光栅22。控制机构连接等中心C臂6，用于带动等中心C臂6沿预设扫描方向绕乳腺组织5旋转，以使第一探测部41能够得到重建全乳腺的乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像的第一X射线成像数据，以及使第二探测部42能够得到重建全乳腺的乳腺吸收图像的第二X射线成像数据。
本实施例的乳腺成像系统还包括准直装置，该准直装置设置于机头61，位于源光栅-滤波片组的下面，以使照射到探测器4表面的X射线刚好覆盖探测器4的有效成像面积。具体地，该准直装置包括第一限束器和第二限束器，其中，第一线束器的输入端连接源光栅-滤波片组的输出端，第二线束器的输出端连接压迫板。这两个线束器用于准直从X射线管出射的X射线，保证照射到探测器表面的光束刚好覆盖线阵探测器的有效成像面积。其中，有效成像面积为参与成像数据获取的面积。
相较于现有技术的乳腺成像系统，本实施例的Talbot-Lau干涉仪的光栅所对应的探测器的表面积很小，有利于降低Talbot-Lau干涉仪的成本，从而降低整个系统的制造成本。而且，由于第一X射线成像数据和第二X射线成像数据是通过不同途径同时采集到的，因此用于重建乳腺吸收图像的第二X射线成像数据完全不受衍射条纹伪影的影响，同时基于第一X射线成像数据还能重建出高质量的乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像，从而可以在保证得到高质量的乳腺吸收图像的同时，提供额外的乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种用于乳腺成像系统的光路装置，其特征在于，包括：
干涉仪，用于使X射线管发出的X射线发生衍射；
滤光片，用于对X射线管发出的X射线进行过滤；
X射线管，用于同时向所述干涉仪和所述滤光片输出X射线，
探测器，包括第一探测部和第二探测部，所述第一探测部用于探测穿过乳腺组织和所述干涉仪的X射线对应的第一X射线成像数据；所述第二探测部用于探测穿过所述滤光片和乳腺组织的X射线对应的第二X射线成像数据。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述干涉仪为Talbot-Lau干涉仪，该干涉仪沿X射线传输方向包括：
源光栅，用于接收X射线管输出的X射线，以及增加所接收X射线的空间相干性；
相位光栅，用于接收依次经过源光栅和乳腺组织后的X射线，以及编码所接收X射线的相位信息；
分析光栅，用于接收依次经过源光栅、乳腺组织和相位光栅后的X射线，以及辅助探测所述相位光栅产生的干涉条纹。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述源光栅与所述滤光片拼接在一起以构成源光栅-滤波片组，且所述X射线管输出的X射线到达所述源光栅和所述滤光片的距离相同。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述探测器包括沿扫描方向相邻分布的第一探测部和第二探测部，且所述第一探测部的面积为所述探测器总面积的20％-50％。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述探测器为线阵式平板探测器，该探测器的探测单元在扫描方向上的尺寸小于或等于3cm，在垂直于所述扫描方向且非X射线传输方向上的尺寸为20-30cm。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述X射线管为旋转阳极X射线管，且焦斑直径小于0.3mm。
7.一种乳腺成像系统，其特征在于，包括：
权利要求1-6所述的用于乳腺成像系统的光路装置，用于获取第一X射线成像数据和第二X射线成像数据；
图像处理装置，用于根据所述第一X射线成像数据重建出乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像，以及根据所述第二X射线成像数据重建出乳腺吸收图像。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述图像处理装置包括；
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器执行如下步骤：
获取由所述第一探测部采集的第一X射线成像数据，并基于第一预设图像重建方法对所述第一X射线成像数据进行图像重建以生成并输出乳腺相位衬度图像和乳腺暗场衬度图像；
获取由所述第二探测部采集的第二X射线成像数据，并基于第二预设图像重建方法对所述第二X射线成像数据进行图像重建以生成并输出乳腺吸收图像。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：
等中心C臂，所述等中心C臂包括位于顶部的机头、位于中部的探测板，以及位于所述机头和所述探测板之间的压迫板，所以机头用于承载所述X射线管和源光栅-滤波片组，所述探测板用于承载包括第一探测部和第二探测部的探测器，所述压迫板用于将所述乳腺组织限定在所述压迫板与所述探测板之间，其中，所述探测板还承载有设置于所述第一探测部上表面的分析光栅，以及设置于所述分析光栅上表面的相位光栅，所述源光栅-滤波片组由源光栅与所述滤光片同平面拼接而成；
控制机构，连接所述等中心C臂，用于带动所述等中心C臂沿预设扫描方向绕乳腺组织旋转。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括：
准直装置，所述准直装置设置于所述源光栅-滤波片组与所述压迫板之间，用于使照射到所述探测器表面的X射线正好覆盖所述探测器的有效成像面积。
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