CN117064424B - 一种多能级能谱ct系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多能级能谱CT系统，包括若干套影像装置，每套影像装置包括一个X射线源、一套高压发生器、一个限束器、一个探测器，若干套影像装置在旋转机架上呈指定角度排布。根据射线滤过材料配置不同，分为以下几种实现方式：高压发生器独立工作、每个限束器内的滤过材料由两种不同材质组成、其中某1个、2个或3个限束器中采用双组分滤过材料。本发明提供了一种多能谱CT的实现方法，能够通过单次扫描实现3至6个能级能谱图像采集，为多造影剂跟踪等临床应用提供实现载体，支持多造影剂跟踪等高级临床应用；限束器内采用1至3个低成本的双组分滤过装置即可实现4至6个能级能谱图像采集，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及一种医用X射线影像设备，具体是一种多能级能谱CT系统。
背景技术
能谱CT是医用CT发展的重要方向，通过能谱图像可实现物质成分鉴别，在临床上有改善射术硬化效应、造影剂跟踪等重要应用。现有CT通过双X射线源、双层探测器、高压瞬切等技术，可以实现双能级能谱图像采集，基于这些双能级能谱CT，可以实现单造影剂跟踪临床应用，但这些技术除了带来系统复杂性和成本的增加外，无法通过单次扫描实现3个或以上多能级能谱图像采集。
能谱CT能够实现物质成分鉴别，CT系统能够采集的能级数目决定了能谱图像的物质成分鉴别能力。现有CT系统主要通过以下几种方式实现双能级能谱图像采集。
实现方式1，CT系统影像链由1个X射线源、1个高压发生器、1个探测器组成。其采用的高压发生器具有快速切换kV值的特殊功能，在一次连续扫描过程中，可按照奇、偶投影分别设置高、低kV值。美国通用电气公司采用了该实现方式，核心专利为US8199875B2，J Hsieh发表在期刊Med ica l Phys ics,Vo l36,i ssue 6,part 24,June 2009的文章Dua l-Energy CT with Fast-KVp Switch详细介绍了该方案。受限于高压发生器高压kV值的切换速度，该方案系统在高转速、高采样率的应用条件下受到限制。
实现方式2，如德国西门子公司专利US20030076920A1、US20040213371A1、US20050089134A1所述。该CT系统影像链由两个X射线源、两个高压发生器、两个探测器组成。两组影像装置呈90°排布，工作时两组高压发生器产生不同kV值，两组探测器采集不同能级能谱图。基于该方案的CT系统，由于两组影像装置排布不具有对称性，在球管焦点到探测器距离相同的情况下，能谱图像采集视野小于常规CT，其双能能谱图像采集以牺牲扫描视野为代价，如附图2所示，双源CT的成像视野小于其它CT系统。
实现方式3，该CT系统影像链由1个X射线源、1个高压发生器、1个探测器组成。其探测器具有双层结构，X射线经过探测器上层检测面后，能量被部分俘获，剩余未被吸收的X射线继续进入探测器下层检测面。经过上层探测器吸收与滤过后，到达下层的X射线中高能光子占比高，即探测器上层检测低能级能谱图，探测器下层检测高能级能谱图。双层探测器的结构组成为“闪烁体1+光电二极管1+读出电路1+闪烁体2+光电二极管2+读出电路2”，常规探测器结构为“闪烁体+光电二极管+读出电路”，因此1套双层探测器本质上等效于2个常规探测器叠放并封装在一个壳体内，成本几乎是常规探测器的2倍。该实现方案中，下层探测器接收到的X射线为透射射线，其通量低，限制了下层探测器采集图像的信噪比。荷兰飞利浦公司的能谱CT采用了该方式。
上述技术均无法实现3个或以上能级能谱图像采集，临床上无法实现碘、钙双造影剂跟踪等应用。
荷兰飞利浦公司专利US20110096892A1、CN102076263B披露了一种基于双层探测器的多能级CT实现方法，该方法采用多个射线源、多个双层探测器，每个射线源与1套双层探测器组成1组影像装置，每组影像装置通过双层探测器可实现2个能级能谱图像采集；通过2组或3组该影像装置的排布，可以输出4个以上能级能谱图像采集。该方案基于3个X射线源、3组滤过与3套双层探测器，其中3套双层探测器成本高昂，且底层探测器采集的X射线入射通量低，采集的图像信噪比发生衰减。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种多能谱CT的实现方法，能够通过单次扫描实现3至6个能级能谱图像采集，为多造影剂跟踪等临床应用提供实现载体，支持多造影剂跟踪等高级临床应用的多能级能谱CT系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多能级能谱CT系统，包括若干套影像装置，每套影像装置包括一个X射线源、一套高压发生器、一个限束器、一个探测器，若干套影像装置在旋转机架上呈指定角度排布。根据射线滤过材料配置不同，分为以下几种实现方式：高压发生器独立工作、每个限束器内的滤过材料由两种不同材质组成、其中某1个、2个或3个限束器中采用双组分滤过材料。
优选地，该系统包括3个X射线源、3个限束器、3个探测器，三套影像装置之间呈120°排布，具有中心对称性，空间利用率与单源CT相同，实现三能级能谱图采集的同时扫描视野不会像双源CT一样减小。
采用3个常规探测器实现能谱图采集，与采用特制的3个双层探测器(近似等效6个常规探测器)方案相比，探测器采集的6个能级图具有相同信噪比，不存在双层探测器底层图像信噪比衰减的缺陷，且成本低廉；
三套影像装置之间呈120°排布，具有中心对称性，空间利用率与单源CT相同，在X射线焦点到探测器表面距离相同的情况下，实现三能级能谱图采集的同时扫描视野不会像双源CT一样减小。
优选地，高压发生器独立工作，可同时产生不同kV值的管电压，进而使X射线源发出能量分布不同的3组X射线；3组X射线经过限束器内特定的滤过材料后，光子能量分布交叠部分进一步减小，能级间对比度得到增强；3个探测器分别采集不同能量分布的X射线衰减图像，即获得增强型3能级能谱图。
优选地，每个限束器内的滤过材料由两种不同材质组成，两种材质相接触，分布在Z方向的两侧；两种材质组成元素与厚度不同，其对X射线的衰减特征亦不相同，X射线经过双组分滤过装置后照射到同一探测器的两个不同区域上，在1个探测器上分区域同时采集2个能级的图像。
优选地，CT扫描过程中，随着床的移动，两个能级区域均能独立覆盖被检测体，采用3套射线源、3个双组分滤过、3个探测器，CT系统可以实现6个能级的能谱图像采集。
优选地，在其中1个、2个或3个限束器中采用双组分滤过，可以实现4个、5个或6个能级能谱图像采集。
本发明提供了一种多能谱CT的实现方法，能够通过单次扫描实现3至6个能级能谱图像采集，为多造影剂跟踪等临床应用提供实现载体，支持多造影剂跟踪等高级临床应用；限束器内采用1～3个低成本的双组分滤过装置即可实现4～6个能级能谱图像采集，成本低廉。
附图说明
图1为本发明实施例1中的系统组成图；
图2为本发明实施例1中单源、双源与三源CT能谱图像成像视野尺寸对照示意图；
图3为本发明实施例2中通过双组分滤过实现单源双能级的原理图；
图4为本发明中实施例2中基于3个双组分滤过的6能级能谱CT实现示意图。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明基于具有3个X射线源、3套高压发生器、3个限束器、3个探测器的CT系统，3套影像装置之间呈120°排布，根据射线滤过材料配置不同，本发明可以由以下几种方式实现。
实施例1
本发明的一个实施例如附图1所示，系统包含3个X射线源、3个限束器、3个探测器，高压发生器独立工作，可同时产生不同kV值的管电压，进而使X射线源发出能量分布不同的3组X射线；3组X射线经过限束器内特定的滤过材料后，光子能量分布交叠部分进一步减小，能级间对比度得到增强；3个探测器分别采集不同能量分布的X射线衰减图像，即获得增强型3能级能谱图。
实施例2
本发明的另一个实施例，如附图3和4所示，能谱CT系统包含3个X射线源、3个限束器、3个探测器，每个限束器内的滤过材料由两种不同材质组成，两种材质相接触，分布在附图3所示Z方向的两侧；两种材质组成元素与厚度不同，其对X射线的衰减特征亦不相同，X射线经过双组分滤过后照射到同一探测器的两个不同区域上，在1个探测器上同时采集2个能级的图像。CT扫描过程中，随着床的移动，两个能级区域均能独立覆盖被检测体。
实施例3
如附图4所示采用3套射线源、3个双组分滤过、3个探测器，CT系统可以实现6个能级的能谱图像采集。扫描过程中，配合扫描床的运动，每个探测器能级区域均可独立覆盖完整的被检测体。
Claims (6)
1.一种多能级能谱CT系统，其特征在于：其包括3套影像装置，每套影像装置包括一个X射线源、一套高压发生器、一个限束器、一个探测器，3套影像装置在旋转机架上呈指定角度排布；根据射线滤过材料配置不同，分为以下几种实现方式：高压发生器独立工作、每个限束器内的滤过材料由两种不同材质组成、其中某1个或2个限束器中采用双组分滤过材料。
2.根据权利要求1所述的一种多能级能谱CT系统，其优选特征在于：该系统包括3个X射线源、3个限束器、3个探测器，三套影像装置之间呈120°排布，具有中心对称性，在X射线焦点到探测器表面距离相同的情况下，空间利用率与单源CT相同，实现三能级能谱图采集的同时扫描视野不会像双源CT一样减小。
3.根据权利要求2所述的一种多能级能谱CT系统，其优选特征在于：高压发生器独立工作，可同时产生不同kV值的管电压，进而使X射线源发出能量分布不同的3组X射线；3组X射线经过限束器内特定的滤过材料后，光子能量分布交叠部分进一步减小，能级间对比度得到增强；3个探测器分别采集不同能量分布的X射线衰减图像，即获得增强型3能级能谱图。
4.根据权利要求2所述的一种多能级能谱CT系统，其优选特征在于：每个限束器内的滤过材料由两种不同材质组成，两种材质相接触，分布在Z方向的两侧；两种材质组成元素与厚度不同，其对X射线的衰减特征亦不相同，X射线经过双组分滤过装置后照射到同一探测器的两个不同区域上，在1个探测器上分区域同时采集2个能级的图像。
5.根据权利要求4所述的一种多能级能谱CT系统，其优选特征在于：CT扫描过程中，随着床的移动，两个能级区域均能独立覆盖被检测体，采用3套射线源、3个双组分滤过、3个探测器，CT系统可以实现6个能级的能谱图像采集。
6.根据权利要求2所述的一种多能级能谱CT系统，其优选特征在于：在其中1个或2个限束器中采用双组分滤过，可以实现4个或5个能级能谱图像采集。
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