CN115530860A - 体模以及辐射线摄像装置、光子计数型检测器的校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供体模以及辐射线摄像装置、光子计数型检测器的校正方法，即使是大的照射场也能缩短校正数据的取得所需的时间。体模在取得输出与所入射的辐射线的光子能量对应的电信号的光子计数型检测器的校正数据时使用，体模包含作为已知的物质的第1基底物质和第2基底物质，所述第1基底物质与所述第2基底物质相比，针对所述辐射线的减弱系数小，在与所述辐射线的照射场正交的方向上，厚度按阶梯变化，在各梯级，在所述光子计数型检测器的检测元件所排列的方向上，厚度随着距所述照射场的中心的距离变长而变薄。
Description
技术领域
本发明涉及具备光子计数型检测器的辐射线摄像装置，涉及在光子计数型检测器的校正中使用的体模。
背景技术
具备采用光子计数方式的检测器即光子计数型检测器的PCCT(Photon CountingComputed Tomography，光子计数计算机断层扫描)装置的开发正在推进。光子计数型检测器由于能测量所入射的辐射线光子的能量即光子能量，因此，在PCCT装置中，能得到辨别出不同组成的物质的医用图像，例如能得到辨别出血管造影中所用的碘造影剂和血管中的钙化斑块的医用图像。另外，为了得到辨别出物质的医用图像，需要将用光子计数型检测器对由作为组成、厚度为已知的物质的多种基底物质的组合构成的体模进行测量时的输出与光子能量的关系作为校正数据，按每个检测器元件来预先取得。
在非专利文献1中公开了：使用由2.54cm厚度的0～4个丙烯酸平板和0.635cm厚度的0～4个铝平板构成的阶梯状体模，来取得25种校正数据。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Taly Gilat Schmidt et al.″A Spectral CT method todirectly estimate basis material maps from experimental photon-countingdata″，in IEEE Transactions on Medical Imaging，vol.36，no.6，pp.1808-1819，September 2017
但非专利文献1只是公开了13cm程度的小的照射场中所用的体模。在将非专利文献1的阶梯状体模扩张到50cm程度的大的照射场的情况下，成为具有难以处理的重量的体模，光子计数型检测器的校正数据的取得需要时间。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供即使是大的照射场也能缩短校正数据的取得所需的时间的体模以及辐射线摄像装置、光子计数型检测器的校正方法。
为了达成上述目的，本发明是一种体模，在取得输出与所入射的辐射线的光子能量对应的电信号的光子计数型检测器的校正数据时使用，所述体模的特征在于，包含作为已知的物质的第1基底物质和第2基底物质，所述第1基底物质与所述第2基底物质相比，针对所述辐射线的减弱系数小，在与所述辐射线的照射场正交的方向上，厚度按阶梯变化，在各梯级，在所述光子计数型检测器的检测元件所排列的方向上，厚度随着距所述照射场的中心的距离变长而变薄。
此外，本发明是一种辐射线摄像装置，具备输出与所入射的辐射线的光子能量对应的电信号的光子计数型检测器，所述辐射线摄像装置的特征在于，具备：存储使用所述体模取得的校正数据的存储部。
此外，本发明是一种校正方法，是输出与所入射的辐射线的光子能量对应的电信号的光子计数型检测器的校正方法，所述校正方法的特征在于，使用体模来取得所述光子计数型检测器的校正数据，所述体模包含作为已知的物质的第1基底物质和第2基底物质，所述第1基底物质与所述第2基底物质相比，针对所述辐射线的减弱系数小，在与所述辐射线的照射场正交的方向上，厚度按阶梯变化，在各梯级，在所述光子计数型检测器的检测元件所排列的方向上，厚度随着距所述照射场的中心的距离变长而变薄。
发明效果
根据本发明，能提供即使是大的照射场也能缩短校正数据的取得所需的时间的体模以及辐射线摄像装置、光子计数型检测器的校正方法。
附图说明
图1是表示PCCT装置的整体结构的图。
图2是说明光子计数型检测器的校正的图。
图3是说明现有的阶梯状体模的图。
图4是表示现有的阶梯状体模与台架的开口部的关系的图。
图5A是表示实施例1的椭圆连结体模的立体图。
图5B是表示实施例1的椭圆连结体模的侧视图。
图5C是表示实施例1的椭圆连结体模与台架的开口部的关系的图。
图6是按每个通道示出实施例1的椭圆连结体模的透过长度的图表。
图7A是说明照射场中的X射线透过长度的图。
图7B是说明实施例2的第1分配体的图。
图7C是说明实施例2的第2分配体的图。
图7D是说明实施例2的第3分配体的图。
图8是按每个通道示出实施例2的分配体连结体模的透过长度的图表。
图9是说明体模的驱动的图。
图10是表示第2基底物质体模的配置例的图。
附图标记说明
101：X射线CT装置、102：台架、103：X射线管、104：蝴蝶结滤波器、105：床台、106：被检测体、107：检测器面板、108：运算装置、109：输入装置、110：显示装置、111：X射线、112：开口部、201：基底物质的组合、202：第1基底物质、203：第2基底物质、204：校正数据、301：阶梯状体模、401：台车、402：驱动部、404：照射场、501：椭圆连结体模、701：第1分配体、702：第2分配体、703：第3分配体、710：焦点、711：切点、712：圆弧、901：支承部、902：第2基底物质体模
具体实施方式
以下参考附图来说明本发明的实施方式。本发明运用于具备辐射线源和光子计数型检测器的辐射线摄像装置。在以后的说明中，叙述辐射线为X射线且辐射线摄像装置为X射线CT装置的示例。
【实施例1】
在图1示出本实施例的X射线CT装置101的整体结构图。另外，将纸面的横向设为X轴，将纵向设为Y轴，将与XY面正交的方向设为Z轴。X射线CT装置101具备台架102、X射线管103、蝴蝶结滤波器104、床台105、检测器面板107、运算装置108、输入装置109、显示装置110。
将被检测体106载置于床台105，配置在设于台架102的开口部112之中。从X射线管103辐射的X射线111通过蝴蝶结滤波器104而被成形为适于被检测体106的大小的束形状，并照射到被检测体106，在透过被检测体106后由检测器面板107检测到。X射线管103和检测器面板107以夹着被检测体106对置配置的方式安装于台架102，且通过台架102的旋转驱动部而绕被检测体106旋转。通过同X射线管103和检测器面板107的旋转一起，重复进行来自X射线管103的X射线照射和检测器面板107中的X射线测量，来取得各种投影角度下的投影数据。
通过由运算装置108对所取得的投影数据进行图像重构处理，来生成被检测体106的断层图像，并显示于显示装置110。此外，若在载置有被检测体106的床台105和台架102在Z轴方向上相对移动的同时取得投影数据，就生成被检测体106的体图像。另外，从X射线管103照射的X射线量、台架102的旋转速度、台架102与床台105的相对移动速度基于操作者经由输入装置109输入的扫描条件来设定。此外，运算装置108是与一般的计算机装置同样的硬件结构，具备CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、存储器、HDD(Hard DiskDrive，硬盘驱动器)等，进行针对投影数据等的补正处理、各部的控制。
检测器面板107通过将多个检测元件P配置成以X射线管103的X射线焦点为中心的圆弧形状来构成。检测元件P是测量所入射的X射线光子的能量即光子能量的光子计数型检测器，进行与光子能量相应的输出。
在具备光子计数型检测器的X射线CT装置101中，由于能取得与被检测体106的投影数据相关的光子能谱，因此能生成辨别出不同组成的物质的医用图像、被分成多个能量分量的医用图像。另外，为了得到辨别出不同组成的物质的医用图像等，需要按每个检测器元件预先校正用光子计数型检测器对作为组成、厚度为已知的物质的多种基底物质的组合进行测量时的输出与光子能量的关系。
使用图2来说明光子计数型检测器的校正。光子计数型检测器的校正使用组成、厚度为已知的多种基底物质、例如第1基底物质202与第2基底物质203这两种基底物质的组合201。基底物质的组合201可以按每种基底物质使用多种不同厚度的板。例如，若第1基底物质202的厚度为J种，第2基底物质203的厚度为K种，就使用J×K种基底物质的组合201，按每个检测器元件对各组合取得光子能谱。在图2中，由于J＝3、K＝3，因此示出9种光子能谱作为校正数据204。将所取得的校正数据204存储于运算装置108的存储部中，并使用在被检测体106的投影数据的校正中。
使用图3来说明非专利文献1例示的现有的阶梯状体模301。阶梯状体模301包含第1基底物质202和第2基底物质203，第1基底物质202使用丙烯酸，第2基底物质203使用针对X射线的减弱系数比丙烯酸大的铝。此外，第1基底物质202形成4级阶梯，在第1基底物质202的各梯级载置形成4级阶梯的第2基底物质203。即，通过包括厚度零在内的5种厚度的第1基底物质202和第2基底物质203在Z轴方向上排列的阶梯状体模301来形成25种基底物质的组合。另外，将第2基底物质203的各梯级的Z轴方向的长度设定得比入射到检测器面板107的X射线111的Z轴方向的长度长，以使得入射到检测器面板107的X射线111透过相同厚度的基底物质。
阶梯状体模301经由驱动部402搭载于台车401，通过驱动部402而使其在Z轴方向上移动。通过阶梯状体模301向Z轴方向的移动，来将给定的基底物质的组合配置在X射线111的照射场404。为了生成一般的被检测者的断层图像，照射场404具有50cm程度的直径，因此第1基底物质202也需要相同程度的最大厚度。此外，第2基底物质203需要如下厚度，即，与最大厚度的第1基底物质202相同程度地使X射线减弱的厚度。包含最大厚度50cm程度的第1基底物质202的阶梯状体模301成为超过100kg的重量，变得难以处理，校正数据的取得需要时间。
使用图4来说明阶梯状体模301与台架102的开口部112的关系。若将阶梯状体模301配合照射场404进行扩展，则阶梯状体模301就会变得比开口部112大，无法通过开口部112。即，阶梯状体模301不仅是重量，在大小的方面也难以处理。因此，在实施例1中，通过将体模轻量化或小型化，来缩短校正数据的取得所需的时间。
使用图5A～图5C来说明实施例1的体模即椭圆连结体模501。另外，图5A是椭圆连结体模501的立体图，图5B是侧视图，图5C是主视图，且是用于说明椭圆连结体模501与开口部112的关系的图。
椭圆连结体模501由针对X射线的减弱系数比第2基底物质203小的第1基底物质202形成，在与照射场404正交的方向即Z轴方向上，厚度按阶梯变化。此外，在Z轴方向上的椭圆连结体模501的各梯级，在检测器面板107的检测元件P所排列的方向上，厚度随着距照射场404的中心的距离变长而变薄。
更具体地，椭圆连结体模501通过将长轴的长度相等而短轴的长度不同的多个椭圆柱在Z轴方向上连结而形成。另外，优选多个椭圆柱当中的一个是短轴和长轴的长度相等的圆柱。如图5C例示的那样，由于椭圆连结体模501是收于照射场404的大小，因此并不具有难以处理的重量，能缩短校正数据的取得所需的时间。此外，椭圆柱由于与被检测体106的形状类似，因此在校正数据中包含由被检测体106产生的散射射线的影响。
另外，在N是椭圆柱的数量、即Z轴方向上的梯级的数量时，优选Z轴方向的一个端部起的第i个椭圆柱的短轴的长度是长轴的长度的i/N倍。通过第i个椭圆柱的短轴与长轴的比是i/N，由于Z轴方向上相邻的椭圆柱之间的X射线透过长度的差异变得大致均等，因此所取得的校正数据的处理变得容易。
图6是表示检测器面板107的各通道中的椭圆连结体模501的X射线透过长度的图表的一例。在图6例示的图表中，纵轴是进行了标准化的X射线透过长度，横轴是检测器面板107的通道。另外，椭圆连结体模501通过将4个椭圆柱连结而形成，各椭圆柱的短径与长径的比是1/4、2/4、3/4、4/4。此外，由于检测器面板107左右对称，因此使横轴的左端与照射场404的中心对应，并利用短径与长径的比为4/4的圆柱的最大厚度即直径来将纵轴标准化。如图6所示那样，由于Z轴方向上相邻的椭圆柱之间的X射线透过长度的差异在检测器面板107的大部分通道中大致均等，因此，使用椭圆连结体模501取得的校正数据就能容易地进行处理。
如以上说明的那样，实施例1的椭圆连结体模501不具有难以处理的重量，能缩短校正数据的取得所需的时间。此外，若Z轴方向的一个端部起的第i个椭圆柱的短轴的长度是长轴的长度的i/N倍，则所取得的校正数据的处理就变得容易。另外，将使用椭圆连结体模501取得的校正数据存储于运算装置108的存储部中，并使用在被检测体106的投影数据的校正中。
【实施例2】
在实施例1中，说明了将多个椭圆柱在Z轴方向上连结而形成的椭圆连结体模501。在实施例2中，说明具有被分配了照射场404中的X射线透过长度的厚度、即乘以1以下的系数而得的厚度的分配体在Z轴方向上连结而形成的分配体连结体模。
分配体连结体模与椭圆连结体模501同样由第1基底物质202形成，在与照射场404正交的方向即Z轴方向上，厚度按阶梯变化。此外，在Z轴方向上的分配体连结体模的各梯级，在检测器面板107的检测元件P所排列的方向上，厚度随着距照射场404的中心的距离变长而变薄。
使用图7A～图7D来说明分配体连结体模。另外，分别地，图7A是说明照射场404中的X射线透过长度的图，图7B是说明作为分配体连结体模的一部分的第1分配体701的图，图7C是说明第2分配体702的图，图7D是说明第3分配体703的图。
如图7A所示那样，照射场404中的X射线透过长度按检测器面板107的每个检测元件而不同，穿过照射野照射场404的中心的L0最长，如L1、L2那样，随着远离中心而变短。图7B～图7D所示的第1分配体701、第2分配体702、第3分配体703具有在照射场404中的X射线透过长度上乘以1以下的系数而得的厚度。即，分配体连结体模由于与椭圆连结体模501同样地是收于照射场404的大小，因此并不具有难以处理的重量，能缩短校正数据的取得所需的时间。此外，由于各分配体与被检测体106的形状类似，因此在校正数据中包含由被检测体106产生的散射射线的影响。
另外，在N是分配体的数量即Z轴方向上的梯级的数量时，优选Z轴方向的一个端部起的第i个分配体的X射线透过长度是照射场404中的X射线透过长度的i/N倍。例如，在4个分配体当中的第1分配体701设定照射场404的1/4倍的X射线透过长度，在第2分配体702设定2/4倍，在第2分配体702设定3/4倍。通过第i个分配体的X射线透过长度与照射场404中的X射线透过长度的比是i/N，从而Z轴方向上相邻的分配体之间的X射线透过长度的差异就会在检测器面板107的全部通道中变得均等，因此所取得的校正数据的处理就变得容易。
此外，各分配体的X射线透过长度优选将穿过切点711的以X射线的焦点710为中心的圆弧712作为基准来设定，其中，该切点711是穿过X射线的焦点710的照射场404的切线与照射场404的切点。更具体地，优选在圆弧712的焦点710侧和其相反侧分别设定各分配体的X射线透过长度的一半的长度。通过将圆弧712作为基准来设定各分配体的X射线透过长度，各分配体的X射线透过长度成为零的通道就会对齐。
图8是表示检测器面板107的各通道中的分配体连结体模的X射线透过长度的图表的一例。图8例示的图表与图6同样，纵轴是进行了标准化的X射线透过长度，横轴是检测器面板107的通道。另外，分配体连结体模通过将第1分配体701、第2分配体702、第3分配体703和圆柱连结而形成，各分配体的X射线透过长度是具有与照射场404的直径相等的外径的圆柱的X射线透过长度的1/4倍、2/4倍、3/4倍。此外，由于检测器面板107左右对称，因此使横轴的左端与照射场404的中心对应，并利用圆柱的最大厚度即直径来对纵轴进行标准化。如图8所示那样，Z轴方向上相邻的各分配体之间的X射线透过长度的差异在检测器面板107的全部通道中均等，X射线透过长度成为零的通道也对齐。其结果，能容易地处理使用分配体连结体模取得的校正数据。
如以上说明的那样，实施例2的分配体连结体模并不具有难以处理的重量，能缩短校正数据的取得所需的时间。此外，若Z轴方向的一个端部起的第i个分配体的X射线透过长度是照射场404的X射线透过长度的i/N倍，则所取得的校正数据的处理就会变得容易。另外，将使用分配体连结体模取得的校正数据存储于运算装置108的存储部中，并使用在被检测体106的投影数据的校正中。
实施例1的椭圆连结体模501和实施例2的分配体连结体模由于由第1基底物质202形成，因此与由第2基底物质203形成的第2基底物质体模进行组合而使用在校正数据的取得中。在将第1基底物质202和第2基底物质203组合使用时，优选将两者单独驱动。
使用图9来说明体模的驱动。在图9中，由第1基底物质202形成的椭圆连结体模501经由支承部901安装于床台105，由第2基底物质203形成的第2基底物质体模902安装于驱动部402。即，使椭圆连结体模501通过床台105的驱动，而且使第2基底物质体模902通过驱动部402的驱动，单独地在台架102的开口部112之中移动而配置到照射场404。通过使椭圆连结体模501和第2基底物质体模902单独移动，与阶梯状体模301相比，能缩短Z轴方向的移动距离。
使用图10来说明第2基底物质体模902的配置。第2基底物质203由于针对X射线的减弱系数比第1基底物质202小，因此成为比椭圆连结体模501薄的厚度。另外，第2基底物质体模902也可以是不包含圆柱的分配体连结体模的形状。在第2基底物质体模902更接近于X射线管103来配置的情况下，能使X轴方向上的第2基底物质体模902的大小更小。
以上说明了本发明的体模以及辐射线摄像装置、光子计数型检测器的校正方法的实施例。另外，本发明的体模以及辐射线摄像装置、光子计数型检测器的校正方法并不限定于上述实施例，能在不脱离发明的要旨的范围内将构成要素变形来具体化。此外，可以适当组合上述实施例公开的多个构成要素。进而，也可以从上述实施例所示的全部构成要素中删除几个构成要素。
Claims (8)
1.一种体模，在取得输出与所入射的辐射线的光子能量对应的电信号的光子计数型检测器的校正数据时使用，所述体模的特征在于，
包含作为已知的物质的第1基底物质和第2基底物质，
所述第1基底物质与所述第2基底物质相比，针对所述辐射线的减弱系数小，在与所述辐射线的照射场正交的方向上，厚度按阶梯变化，在各梯级，在所述光子计数型检测器的检测元件所排列的方向上，厚度随着距所述照射场的中心的距离变长而变薄。
2.根据权利要求1所述的体模，其特征在于，
所述照射场中的所述第1基底物质的截面形状是具有沿着穿过所述照射场的中心的辐射线的短轴的椭圆，
所述短轴的长度按与所述照射场正交的方向上的每个梯级而不同，
所述椭圆的长轴的长度在与所述照射场正交的方向上的全部梯级中相等。
3.根据权利要求2所述的体模，其特征在于，
在N是与所述照射场正交的方向上的梯级的数量时，与所述照射场正交的方向的一个端部起的第i个椭圆的短轴的长度是长轴的长度的i/N倍。
4.根据权利要求1所述的体模，其特征在于，
在N是与所述照射场正交的方向上的梯级的数量时，在与所述照射场正交的方向的一个端部起的第i个梯级，所述辐射线透过所述第1基底物质的方向上的所述第1基底物质的厚度是所述辐射线透过所述照射场的长度的i/N倍。
5.根据权利要求4所述的体模，其特征在于，
所述辐射线透过所述第1基底物质的方向上的所述第1基底物质的厚度的中心形成圆弧，该圆弧穿过通过所述辐射线的焦点的所述照射场的切线与所述照射场的切点且以所述焦点为中心。
6.根据权利要求1所述的体模，其特征在于，
使所述第1基底物质和所述第2基底物质在与所述照射场正交的方向上单独移动。
7.一种辐射线摄像装置，具备输出与所入射的辐射线的光子能量对应的电信号的光子计数型检测器，所述辐射线摄像装置的特征在于，
具备：
存储使用权利要求1所述的体模取得的校正数据的存储部。
8.一种校正方法，是输出与所入射的辐射线的光子能量对应的电信号的光子计数型检测器的校正方法，所述校正方法的特征在于，
使用体模来取得所述光子计数型检测器的校正数据，
所述体模包含作为已知的物质的第1基底物质和第2基底物质，
所述第1基底物质与所述第2基底物质相比，针对所述辐射线的减弱系数小，在与所述辐射线的照射场正交的方向上，厚度按阶梯变化，在各梯级，在所述光子计数型检测器的检测元件所排列的方向上，厚度随着距所述照射场的中心的距离变长而变薄。
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