CN110338826A - 一种放射治疗能谱cbct的成像装置、方法及放射治疗装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种放射治疗能谱CBCT的成像装置、方法及放射治疗装置，涉及医疗技术领域。该装置包括双层探测器和影像处理传输装置，双层探测器包括上层探测器和下层探测器，X射线穿过上层探测器后照射到下层探测器上，上层探测器用于感测低能X射线，下层探测器用于感测高能X射线，影像处理传输装置包括第一和第二影像处理传输装置，第一影像处理传输装置与上层探测器对应设置并用于处理传输上层探测器的感测信号，第二影像处理传输装置与下层探测器对应设置并用于处理传输下层探测器的感测信号。通过采用分别感测低能X射线和高能X射线的两层探测器，可以实现能谱成像，能够有效去除射线伪影，提供丰富的解剖信息，从而提高CBCT的影像质量。
Description
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，具体涉及一种放射治疗能谱CBCT的成像装置、方法及放射治疗装置。
背景技术
放射治疗用锥形束电子计算机断层扫描(Cone Beam Computed Tomography，CBCT)是目前放射治疗领域应用最为广泛的影像引导技术。它一般使用大面积非晶硅数字化X射线探测板，加速器机架旋转一周或大半周即可获取并重建一定体积范围内的电子计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)影像，主要用于放疗摆位时及放射治疗过程中的位置验证，以引导当次治疗和(或)后续分次治疗。
然而，由于射线伪影的存在、密度分辨率低(尤其是低对比度密度分辨率)等原因，放射治疗用CBCT的影像质量较差。锥形束图像的伪影主要来自X射线散射、扫描物体运动、平板探测器本身的性能。探测器中心部分散射信号会在投影图像上产生“杯状”伪影；与扇形束CT相比，到达CBCT探测板的X线散射明显增加，对图像质量的影像更为明显。此外，扇形束CT的硬化伪影在锥形束CT中同样难以消除，所谓X射线硬化是指：由球管产生混合X射线，受照物质对不同能量X射线具有选择性，一般来说低能量的X射线会被吸收得更多，因此经过受照物质后，X射线会发生“硬化”。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种放射治疗能谱CBCT的成像装置、方法及放射治疗装置，以解决CBCT的影像质量差的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种放射治疗能谱CBCT的成像装置，该装置包括：双层探测器和影像处理传输装置，双层探测器包括上层探测器和下层探测器，来自X射线发射装置的X射线穿过上层探测器后照射到下层探测器上，上层探测器用于感测低能X射线，下层探测器用于感测高能X射线，影像处理传输装置包括第一影像处理传输装置和第二影像处理传输装置，第一影像处理传输装置与上层探测器对应设置并且用于处理并传输上层探测器的感测信号，第二影像处理传输装置与下层探测器对应设置并且用于处理并传输下层探测器的感测信号。
可选地，该装置还包括设置在上层探测器与下层探测器之间的滤波器滤波器用于滤除穿过上层探测器之后的X射线中的低能X射线。
可选地，该装置还包括运动控制装置，运动控制装置用于控制双层探测器、影像处理传输装置和滤波器的整体运动。
可选地，双层探测器的形状为平板形或弧形。
可选地，上层探测器的闪烁体的材质为ZnSe或CsI，并且下层探测器的闪烁体的材质为Gd2O2S。
可选地，构成滤波器的材质包括如下中的至少一者：空气、铜、钛、铝、碘、钆。
可选地，滤波器的结构为由单一材质或多种材质混合后形成的圆形结构或方形结构。
可选地，滤波器的结构为由多种材质中的不同材质交错布置形成的棋盘形结构或者同心圆形结构。
第二方面，本发明还提供了一种放射治疗能谱CBCT的成像方法，该方法用于根据如上第一方面所述的装置，该方法包括：
开启X射线发射装置和双层探测器；
通过上层探测器采集低能X射线图像；
通过下层探测器采集高能X射线图像；
利用低能X射线图像和高能X射线图像进行能谱CBCT图像重建，以获得断层图像。
第三方面，本发明还提供了一种放射治疗装置，所述放射治疗装置包括根据第一方面所述的放射治疗能谱CBCT的成像装置，或者采用根据第二方面所述的放射治疗能谱CBCT的成像方法来进行成像。
本发明的有益效果包括：
本发明提出的放射治疗能谱CBCT的成像装置包括：双层探测器和影像处理传输装置，双层探测器包括上层探测器和下层探测器，来自X射线发射装置的X射线穿过上层探测器后照射到下层探测器上，上层探测器用于感测低能X射线，下层探测器用于感测高能X射线，影像处理传输装置包括第一影像处理传输装置和第二影像处理传输装置，第一影像处理传输装置与上层探测器对应设置并且用于处理并传输上层探测器的感测信号，第二影像处理传输装置与下层探测器对应设置并且用于处理并传输下层探测器的感测信号。通过采用分别感测低能X射线和高能X射线的上下两层探测器，可以实现能谱成像，能够有效去除射线的伪影，提供丰富的解剖信息，从而提高了CBCT的影像质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1示出了常规加速器上CBCT的结构示意图；
图2示出了本发明一实施例提供的放射治疗能谱CBCT的成像装置的结构示意图；
图3示出了本发明另一实施例提供的放射治疗能谱CBCT的成像装置的结构示意图；
图4A和图4B示出了本发明实施例提供的双层探测器的结构示意图；
图5A、图5B、图5C和图5D示出了本发明实施例提供的滤波器的结构示意图；
图6A和图6B示出了本发明实施例提供的成像装置的打开方式示意图；
图7示出了本发明实施例提供的成像装置的移动方向示意图；
图8示出了本发明实施例提供的放射治疗能谱CBCT的成像方法的流程示意图。
附图标记：101-X射线球管；102-平板探测器；200-双层探测器；201-上层探测器；202-下层探测器；203-第一影像处理传输装置；204-第二影像处理传输装置；205-待测物体；206-加速器治疗床；207-电子束；208-阳极靶；209-滤波器；210-运动控制装置；700-成像装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。
如图1所示，常规放射治疗CBCT装置安装于放疗加速器机架垂直于放射治疗射束的方向上，包括X射线球管101及平板探测器102。本发明提供的放射治疗能谱CBCT双层探测器系统的安装位置位于平板探测器102的位置，用以替代常规的平板探测器102。
图2示出了本发明一实施例提供的放射治疗能谱CBCT的成像装置的结构示意图，如图2所示，该装置包括双层探测器200和影像处理传输装置，双层探测器200包括上层探测器201和下层探测器202，位于加速器治疗床206上的待测物体205处于X射线发射装置与双层探测器200之间，来自X射线发射装置的X射线(例如，图2中所示的电子束207轰击阳极靶208所产生的X射线)穿过上层探测器201后照射到下层探测器202上，上层探测器201用于感测低能X射线，下层探测器202用于感测高能X射线，影像处理传输装置包括第一影像处理传输装置203和第二影像处理传输装置204，第一影像处理传输装置203与上层探测器201对应设置并且用于处理并传输上层探测器201的感测信号，第二影像处理传输装置204与下层探测器202对应设置并且用于处理并传输下层探测器202的感测信号。
在成像过程中，穿过待测物体205的X射线首先到达上层探测器201，由上层探测器201吸收并感测X射线中的低能X射线，未被上层探测器201吸收的高能X射线穿过上层探测器201并到达下层探测器202，从而被下层探测器202吸收并感测。
综上所述，通过采用分别感测低能X射线和高能X射线的上下两层探测器，可以实现能谱成像，能够有效去除射线的伪影，提供丰富的解剖信息，从而提高了CBCT的影像质量。
可选地，如图3所示，本发明提供的成像装置还包括设置在上层探测器201与下层探测器202之间的滤波器209，滤波器209用于滤除穿过上层探测器201之后的X射线中的低能X射线。通过设置预定厚度的滤波器209可以使得X射线在穿过上层探测器201后实现能谱可调，可以进一步加大在下层探测器202成像之前的X射线的能谱区分度，从而提高下层探测器202的成像质量。滤波器209的厚度可以调节，可以根据滤波器209的实际材料并结合X射线能谱来进行调节。
可选地，本发明提供的成像装置还包括运动控制装置210，运动控制装置210的控制端可以接收数字或模拟控制信号，运动控制装置210响应于控制信号来控制包括双层探测器200、影像处理传输装置(包括第一影像处理传输装置203和第二影像处理传输装置204)和滤波器209的整个成像装置的整体运动。具体低，运动控制装置210可以包括驱动机构和控制机构，其中驱动机构为压电材料制成，控制机构能够接收控制信号并处理为控制电平，以使得驱动机构按实际需求带动整个成像装置系统运动。控制信号可以是数字信号，也可以是模拟信号如脉冲、正弦波等。通过设置运动控制装置210，整个探测器系统实现可移动化，以解决临床可能出现的成像范围偏小的问题。
如图4A和图4B所示，双层探测器200的形状可以为平板形或弧形。也就是说，双层探测器200的结构可以是双层平板形探测器(图4A)，也可以是带有一定弧度的双层弧形探测器(图4B)。例如，本发明实施例中可以采用双层平板形探测器，通过设置两个常规单层平板探测器即可形成双层平板形探测器，其中单层平板探测器应用广泛，技术比较成熟。
对于本发明实施例提供的双层探测器200，通过设计，双层探测器200为两种不同敏感度的闪烁体，上层对低能X射线敏感，下层对高能X射线敏感。具体地，上层探测器201的闪烁体的材质可以是多重复合材料，例如，可以为ZnSe或CsI。下层探测器202的闪烁体的材质可以是多重复合材料，例如，可以为Gd2O2S，加入滤波器209后，下层探测器202的闪烁体材质的选择更为丰富。
构成滤波器209的材质为射线滤过材料，例如，包括如下中的至少一者：空气、铜、钛、铝、碘、钆。
如图5A至图5D所示，滤波器209可以是单一材料或混合材料制成的结构，例如，滤波器209的结构可以为由单一材质或多种材质混合后形成的圆形结构(图5A)或方形结构(图5B)。滤波器209的结构也可以是两种或多种材质组成的结构，例如，滤波器209的结构可以为由两种不同材质交错布置形成的棋盘形结构(图5D)或者同心圆形结构(图5C)。例如，可以采用方形铜片作为滤波器209的结构，其优点是工艺简单、材料易获取、延展性较好，可以根据实际情况调整其厚度。通过设计滤波器209可以增大上下两层探测器的能谱的区分度，有效解决伪影及解剖信息不丰富等问题对图像质量的影响。
图6A和图6B示出了本发明实施例提供的成像装置的打开方式示意图。例如，成像装置的打开方式可以采用旋转式(图6A)或者伸缩式(图6B)。
如图7所示，本发明实施例中的成像装置700的可移动方向为加速器三维坐标的z方向。成像装置700可以为本发明上述实施例中提供的任一成像装置。通过成像装置700的移动，可以增大物体在影像板上的成像范围。
本发明实施例还提供了一种放射治疗能谱CBCT的成像方法，该方法用于本发明上述实施例中提供的成像装置。
如图8所示，首先通过运动控制信号开启X射线发射装置及双层探测器系统，当X射线曝光时采集图像，上层探测器采集低能X射线图像，下层探测器采集高能X射线图像，采图完成后得到两组能谱CBCT图像；然后进行能谱CBCT图像重建，以获得并显示断层图像。如发现被测物理采集图像范围不够，在采集完成后还可以通过运动控制装置移动双层探测器，再获取两组能谱CBCT图像。
另外，本发明还提供了一种放射治疗装置，所述放射治疗装置包括本发明上述提供的放射治疗能谱CBCT的成像装置，或者采用本发明上述提供的放射治疗能谱CBCT的成像方法来进行成像。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种放射治疗能谱CBCT的成像装置，其特征在于，包括：双层探测器和影像处理传输装置，所述双层探测器包括上层探测器和下层探测器，来自X射线发射装置的X射线穿过所述上层探测器后照射到所述下层探测器上，所述上层探测器用于感测低能X射线，所述下层探测器用于感测高能X射线，所述影像处理传输装置包括第一影像处理传输装置和第二影像处理传输装置，所述第一影像处理传输装置与所述上层探测器对应设置并且用于处理并传输所述上层探测器的感测信号，所述第二影像处理传输装置与所述下层探测器对应设置并且用于处理并传输所述下层探测器的感测信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括设置在所述上层探测器与所述下层探测器之间的滤波器，所述滤波器用于滤除穿过所述上层探测器之后的X射线中的低能X射线。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括运动控制装置，所述运动控制装置用于控制所述双层探测器、所述影像处理传输装置和所述滤波器的整体运动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述双层探测器的形状为平板形或弧形。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述上层探测器的闪烁体的材质为ZnSe或CsI，并且所述下层探测器的闪烁体的材质为Gd2O2S。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，构成所述滤波器的材质包括如下中的至少一者：空气、铜、钛、铝、碘、钆。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述滤波器的结构为由单一材质或多种材质混合后形成的圆形结构或方形结构。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述滤波器的结构为由多种材质中的不同材质交错布置形成的棋盘形结构或者同心圆形结构。
9.一种放射治疗能谱CBCT的成像方法，其特征在于，用于根据权利要求1至8中任一项所述的装置，所述方法包括：
开启X射线发射装置和双层探测器；
通过上层探测器采集低能X射线图像；
通过下层探测器采集高能X射线图像；
利用所述低能X射线图像和所述高能X射线图像进行能谱CBCT图像重建，以获得断层图像。
10.一种放射治疗装置，其特征在于，所述放射治疗装置包括根据权利要求1至8中任一项所述的放射治疗能谱CBCT的成像装置，或者采用根据权利要求9所述的放射治疗能谱CBCT的成像方法来进行成像。
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