CN115541633A - 一种能谱ct采集装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种能谱CT采集装置，包括射线源、探测器和被扫描物体，所述射线源发出的X射线穿过被扫描物体后被所述探测器探测到，以形成被扫描物体的扫描图像；所述射线源与所述被扫描物体之间设有能谱调节器，所述能谱调节器包括至少两种不同材料；所述能谱调节器为旋转件，当所述能谱调节器旋转时，所述射线源发出的X射线周期性穿过所述不同材料从而产生不同能谱。还公开了一种能谱CT采集方法，基于上述的能谱CT采集装置，所述能谱调节装置以预设速度旋转，相邻两次投影采集间隔内，所述射线源发出的X射线周期性经过所述能谱调节装置的两种或两种以上的材料，从而产生不同能谱。
Description
技术领域
本发明涉及及CT辐射成像技术领域，尤其涉及一种能谱CT采集装置及方法。
背景技术
CT设备利用X射线的衰减特性，可以观察被成像物体内部结构，在医学诊断领域发挥着重要的作用。传统X射线计算机断层成像技术，在一次扫描中采用同一个电压，产生同一个能谱，照射被扫描物体，并用被扫描物体的对X射线衰减能力的强弱显示该物体。但是，物体对X射线衰减的强弱是与X射线能量相关的，因此，单一能谱所提供的信息无法精确表征被扫描物体。在诊断所用X射线能级范围内，物体对X射线的衰减由两种光子和物质的相互作用组成：光电效应和康普顿散射。这两种相互作用随X射线能级变化，并能够反映被扫描物体的等效原子序数和电子密度。因此，在不同能谱上的两次测量可以将衰减信息分成这两个基本相互作用，从而可以更好地识别物体中存在的物质、对比特定物质图像或两种相互作用的加权总和。这中技术被称为能谱CT技术。其中，采集不同能谱数据是实现该技术的关键之一。
现有的获取能谱CT数据的方法包括以下几种：连续采集、快速电压切换、分离滤过、双层探测器、双源双能CT和光子计数型探测器等。采集能谱数据后，能谱CT的重建，可以在投影域进行，也可以在图像域进行。
专利US20120314834A1采用的是快速电压切换方法。在扫描过程中，相邻角度数据采集之间进行快速的管电压切换，得到不同能谱下的衰减数据。由于相邻角度投影数据的采集时快速且连续的，运动造成的影响可以忽略。因此，上述数据适用于投影域能谱CT重建。投影域能谱重建能够避免射束硬化效应对图像质量的影响。专利US20120314834A1通过反复地迅速切换施加在X射线源上的电压，控制X射线源发射不同能谱X射线，实现相邻角度采集的CT投影具有不同能谱的功能。但是，管电压切换时间非常短，需要专门的高压发生器来实现，技术难度和经济成本都很高。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种不需要反复快速切换施加在X射线球管上的电压的能谱CT采集装置及方法。
本发明公开了一种能谱CT采集装置，包括射线源和探测器，所述射线源发出的X射线穿过被扫描物体后被所述探测器探测到，以形成被扫描物体的扫描图像；所述射线源与所述被扫描物体之间设有能谱调节器，所述能谱调节器包括至少两种不同材料；所述能谱调节器为旋转件，当所述能谱调节器旋转时，所述射线源发出的X射线周期性穿过所述不同材料从而产生不同能谱。
优选的，所述能谱调节器为金属材料。
优选的，所述两种不同材料为金材和锡材。
优选的，所述能谱调节器的同一种材料的厚度均匀。
优选的，所述能谱调节器为圆盘件，所述至少两种不同材料以圆盘的圆心为中心呈均匀对称分布；所述射线源的X射线仅穿过圆盘的中心的一侧的材料。
优选的，还包括过滤器，所述过滤器设于所述射线源与所述能谱调节器之间，所述射线源的X射线经过所述过滤器后穿设所述能谱调节器。
优选的，所述过滤器朝向所述射线源的一面为凹面。
本发明还公开了一种能谱CT采集方法，基于上述的能谱CT采集装置，包括如下步骤：所述能谱调节装置以预设速度旋转，相邻两次投影采集间隔内，所述射线源发出的X射线周期性经过所述能谱调节装置的两种或两种以上的材料，从而产生不同能谱。
优选的，所述所述能谱调节装置以预设速度旋转，相邻两次投影采集间隔内，所述射线源发出的X射线周期性经过所述能谱调节装置的两种或两种以上的材料，从而产生不同能谱包括：所述能谱调节装置的旋转速度与所述探测器的采样脉冲发射时间同步(相关联)，且使得所述探测器的采样脉冲发射的持续时间内，所述射线源发出的X射线仅穿过所述能谱调节装置的同一材料。
优选的，所述能谱调节装置旋转一周的时间为
其中，T为探测器机架旋转一周的时间；α为两个采样之间的扫描间隔角度。
采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.通过设置旋转的所述能谱调节装置，X射线源在同一电压下连续发射X射线，不需要反复快速切换施加在X射线球管上的电压，避免了控制电压难度大成本高的问题；且当所述能谱调节装置的组成材料超过两种时，则可以产生多种X射线能谱，得到类似于光子计数型探测器的多能谱投影数据。
附图说明
图1为本发明提供的能谱CT采集装置的结构示意图；
图2为本发明提供的仅具备两种不同的材质的所述能谱调节器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
参见附图1，本发明公开了一种能谱CT采集装置，包括射线源和探测器，射线源包括X射线焦点，用于发出X射线。射线源发出的X射线穿过被扫描物体后被探测器探测到，以形成被扫描物体的扫描图像。更具体的还包括准直器。在优选实施例中，采用锥束CT扫描方式，射线源与探测器相互成对立并围绕扫描区域安装，借助旋转机架的转动可围绕被测体在平面内旋转。X射线源发出X射线，经过准直器产生满足要求的X射线束，X射线束通过被测体后投影在探测器的成像面，生成投影的数据经数据线由数据采集系统采样保存至计算机。X射线的CT装置能够实现透视扫描、螺旋扫描、高精度定点扫描采集模式，能够实现被测体的高精度断层成像，并为PET或SPECT装置提供解剖结构信息，进行多模态融合成像。
本发明在射线源与被扫描物体之间设有能谱调节器，具体的设于准直器与被扫描物体之间，即X射线源发出的X射线经过准直器产生满足要求的X射线束后，还经过能谱调节器以产生不同的能谱。
具体的，能谱调节器包括至少两种不同材料，能谱调节器为旋转件，当能谱调节器旋转时，射线源发出的X射线周期性穿过不同材料从而产生不同能谱。
参见附图2，在本发明的优选实施例中，能谱调节器包括两种不同材料，在CT扫描过程中，能谱调节器以一定速度进行旋转，当X射线穿过其中一种材料时，产生具有相应能谱特征的X射线；当X射线穿过另一种材料，又会产生另一种能谱的X射线。协调CT扫描的转速和圆盘的转速，即可实现相邻角度采集的CT投影具有不同能谱的功能。
本发明通过机械装置(旋转的能谱调节器)使得X射线源发射的X射线被能谱调节器的不同材料的滤过周期性地过滤，从而得到周期性变化地X射线能谱。当上述变化周期与扫描过程中相邻两次投影采集间隔时间一致(即相邻两次投影采集间隔内，X射线经过两种不同材料)时，相邻角度两次采集即可得到不同能谱下的衰减数据，即实现了现有技术中通过高低压切换实现的能谱切换功能，但由于本发明的X射线源在同一电压下连续发射X射线，不需要反复快速切换施加在X射线球管上的电压，从而避免了现有技术的高低压快速切换的需求，从而降低了电气控制难度和实现该功能的经济成本。
较佳的，能谱调节器为金属材料。
进一步的，两种不同的金属材料为金材和锡材。
当然本发明的能谱调节器的材料并不限于金属材料，更不限于金材和锡材，例如还可以是金材和铝材。
较佳的，能谱调节器的同一种材料的厚度均匀，从而使得穿过同一种材料的X射线的强度分布和能谱形状分布一致。从而保证穿过不同材料的X射线的能谱的差别。
当然，在另外优选实施例中，也可以在能保证X射线的能谱的差别的情况下，将同一种材料的厚度设置为不均，配合后续投影计算，可以得到更丰富的投影数据。
需要说明的是，不论何种材料，能谱调节器中的不同材料的厚度应确保X射线源发射的X射线穿过该材料后剩余的能量满足CT成像质量对X射线剂量的要求。
较佳的，能谱调节器为圆盘件，至少两种不同材料以圆盘的圆心为中心呈均匀对称分布，例如图2所示的两种材料分别以圆心为对称点对称分布。且能谱调节器应设置为：穿过X射线焦点和圆盘的旋转中心(即圆心)的直线与探测器沿z方向的中心线相交，从而使得射线源的X射线仅穿过圆盘的中心的一侧的材料，避免X射线同时经过两种材料。
较佳的，还包括过滤器，过滤器设于射线源与能谱调节器之间，更具体的设于准直器与能谱调节器之间，射线源的X射线经过过滤器后穿设能谱调节器。
在本发明提供的优选实施例中，过滤器为凹面过滤器，即过滤器朝向射线源的一面为凹面。
本发明还公开了一种能谱CT采集方法，基于上述的能谱CT采集装置，包括如下步骤：
能谱调节装置以预设速度旋转；
相邻两次投影采集间隔内，所述射线源发出的X射线周期性经过所述能谱调节装置的两种或两种以上的材料，从而产生不同能谱。
较佳的，能谱调节装置的旋转速度与探测器的采样脉冲发射时间同步，可以理解为能谱调节装置的旋转速度与探测器的采样脉冲发射时间相关联，例如，能谱调节装置每旋转一周，探测器的采样脉冲都发射固定次数。
由于存在射线穿过两种材料连接处的情况，故本发明需要保证在探测器的采样脉冲发射的持续时间内，射线源发出的X射线仅穿过能谱调节装置的同一材料，避免采集到材料连接处的数据。
能谱调节装置(圆盘)的旋转由专门的运动控制组件控制，这里不限制该运动控制组件的结构，只要能实现对能谱调节装置(圆盘)的旋转即可。
较佳的，能谱调节装置(圆盘)的旋转速度需要根据两个相邻扫描角度的间隔以及扫描时机架的旋转速度共同决定，在本发明提供的优选实施例中，能谱调节装置旋转一周的时间为
其中，T为探测器机架旋转一周的时间；α为两个采样之间的扫描间隔角度。
例如，扫描时机架转速为1秒，即T＝1s，设定的采样间隔为
则能谱调节装置(圆盘)的旋转速度为
秒，即每秒旋转360圈。
在设定好能谱调节装置(圆盘)的旋转速度后，等待能谱调节装置(圆盘)加速到匀速状态即可进行能谱CT采样扫描。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种能谱CT采集装置，其特征在于，包括射线源和探测器，所述射线源发出的X射线穿过被扫描物体后被所述探测器探测到，以形成被扫描物体的扫描图像；
所述射线源与所述被扫描物体之间设有能谱调节器，所述能谱调节器包括至少两种不同材料；
所述能谱调节器为旋转件，当所述能谱调节器旋转时，所述射线源发出的X射线周期性穿过所述不同材料从而产生不同能谱。
2.根据权利要求1所述的能谱CT采集装置，其特征在于，所述能谱调节器为金属材料。
3.根据权利要求2所述的能谱CT采集装置，其特征在于，所述两种不同材料为金材和锡材。
4.根据权利要求1所述的能谱CT采集装置，其特征在于，所述能谱调节器的同一种材料的厚度均匀。
5.根据权利要求1所述的能谱CT采集装置，其特征在于，所述能谱调节器为圆盘件，所述至少两种不同材料以圆盘的圆心为中心呈均匀对称分布；
所述射线源的X射线仅穿过圆盘的中心的一侧的材料。
6.根据权利要求1所述的能谱CT采集装置，其特征在于，还包括过滤器，所述过滤器设于所述射线源与所述能谱调节器之间，所述射线源的X射线经过所述过滤器后穿设所述能谱调节器。
7.根据权利要求1所述的能谱CT采集装置，其特征在于，所述过滤器朝向所述射线源的一面为凹面。
8.一种能谱CT采集方法，其特征在于，基于上述权利要求1-7任一所述的能谱CT采集装置，包括如下步骤：
所述能谱调节装置以预设速度旋转；
相邻两次投影采集间隔内，所述射线源发出的X射线周期性经过所述能谱调节装置的两种或两种以上的材料，从而产生不同能谱。
9.根据权利要求8所述的能谱CT采集方法，其特征在于，所述所述能谱调节装置以预设速度旋转，相邻两次投影采集间隔内，所述射线源发出的X射线周期性经过所述能谱调节装置的两种或两种以上的材料，从而产生不同能谱包括：
所述能谱调节装置的旋转速度与所述探测器的采样脉冲发射时间同步(相关联)，且使得所述探测器的采样脉冲发射的持续时间内，所述射线源发出的X射线仅穿过所述能谱调节装置的同一材料。
10.根据权利要求9所述的能谱CT采集方法，其特征在于，所述能谱调节装置旋转一周的时间为
其中，T为探测器机架旋转一周的时间；α为两个采样之间的扫描间隔角度。
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