CN1875264A - 相干散射成像 - Google Patents
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Abstract
一种用于获取物体(5)的相干散射成像数据的装置，包括一组线探测器(6a1－6an－1，6an+1－6aN)，每一个都被引导朝向经过物件(5)的辐射束(2a)的轨迹(2b)的一小部分，从而使得在物体中发生相干散射的辐射束(2a)的射线束(b1－bn－1，bn+1－bN)进入线探测器并在那里被检测。每一个线探测器都具备一个用于使相应的散射射线束进入的延长开口(30)；设置成与所述开口平行的一排探测器元件(27)；并且属于这样的类型，其中，由相应散射射线束与探测介质之间的作用所产生的并以与相应散射射线束垂直的方向行进的电荷或光子由探测器元件检测。所述线探测器及其相应的探测器元件取向成使得可同时记录足以形成多个一维图象的散射数据，其每一个图像都由在所述物体中以相应角度散射的辐射组成。
Description
技术领域
本发明总的涉及用于获取检查物体的相干散射成像数据的装置和方法。
发明背景及相关技术
X-射线医疗诊断方法如乳房造影术为一种低剂量的疗法，它产生待检查病人一个部位如其胸部的一个或多个图象，例如用于探测早期癌症。
乳房造影术诊断方法通常包括获取病人每一个乳房的两个图象，一个来自上面而一个来自侧面。内科医生或放射科医师随后观察胸部的图象即乳房X线照片，以识别任何乳腺癌。
尽管该方法是检测早期乳腺癌的最好方法之一，内科医生或放射科医师在观察乳房X线照片时仍可能遗漏对乳腺癌的检测。例如，乳腺癌可能由于受到放射图的密度、纤维腺胸部组织的遮蔽而被遗漏。
已经努力地对相干散射成像进行了研究以探测早期乳腺癌，例如参见相干散射计算断层摄影术—一种新型的医疗成像技术(Coherent Scatter ComputedTomography-A Novel Medical Imaging technique)，J.-P.Schlomka，A.Harding，U.van Stevendaal，M.Grass和G.Harding，医疗成像(Medical Imaging)2003年：医疗成像物理学(Physics of Medical Imaging)，M.J.Yaffe和L.E.Antonuk，编者，SPIE进展，第5030卷，2003年，第256页。
该方法源于在文献中描述的ART方法，并基于利用来自测量从待检查物体内的一个受照射切片所散射的光子的角传输分布的数据的背投影步骤。
发明概述
但是，由J.-P.Schlomka等人揭示的方法受制于有限的空间分辨率。沿入射射线束与检查物体之间的交互作用区域的全部长度即沿着射线束在物体中的辐射光子全部轨迹来收集每一个单个的信号。实验设备无疑包括放置在探测器前面的由薄钨层制成的准直器，但这些薄层只在那里提供一个具备低空间分辨率的图象；一个二维探测器是用基于GSO晶体的一单个的一维垂直探测器柱和光电倍增管建模的。
因此，本发明的一个主要目的在于分别提供用于提供具有比由上述的先前技术方法所获取的空间分辨率更高的相干散射成像数据的装置和方法。
在这一方面，一个特定的目的是提供这样的装置和方法，它们提供相干散射成像数据，通过该数据可产生具备高空间分辨率、散射角分辨率、信噪比、动态范围和图象对比度的高质量的一维、二维甚至三维的图象。
本发明的另一目的在于提供这样的装置和方法，它们在即时测量中提供常规的透射成像数据，同时也提供相干散射成像数据。
本发明的又一个目的在于提供这样的装置和方法，它们可靠、准确、简单和廉价。
除了别的以外，这些目的由在附属的权利要求书中所要求保护的装置和方法获得。
为使本发明正常运行，必须在特别大的程度上从探测中鉴别不希望有的散射辐射。本发明所基于的线探测器中的每一个均有用于供相应的扇形相干散射射线束进入的延长开口；设置成与该延长开口基本平行的一排单个的延长探测器元件；并且属于这样的类型，其中由该相应的扇形相干散射射线束与该线探测器中的探测介质之间的交互作用所产生的并以与该相应扇形相干散射射线束基本上垂直的方向传输的电荷或光子，是由那排单个的探测器元件检测的。这样的边缘工作(edge-on)探测器可做得对方向极其敏感。
通过对在下文以及附图1-3中给出的本发明优选实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得很清楚，优选的实施例仅仅是用于解释，并因此不限制本发明。
附图简述
图1示意性地描述了按照本发明一个优选实施例的对物体进行X射线检查以获取相干散射成像数据的装置的侧视图。
图2a示意性地描述了包含在图1的装置中的线探测器的横截面侧视图。
图2b示意性地描述了图2a中的探测器沿线I-I的横截面图。
图3a示意性地描述了按照本发明另一优选实施例的用于获取物体X射线检查的相干散射成像数据的装置的侧视图。
图3b示意性地描述了图3b中装置的部分透视图。
相同的参考数字用在所有的图中用于代表各种实施例的相同或相似的部件、部分、细节和等同物。
优选实施例的详细描述
图1的装置包括一个发散的X射线源1，它产生以对称轴3为中心的X-射线2；一个孔准直器4，具备用于将发射的X-射线2准直以形成良好限定的经准直的辐射束2a的圆形开口；一个辐射探测器装置6；以及一个用于将X-射线源1、准直器4和辐射探测器装置6相互牢固地连接并相对于要检查的物体5来移动X-射线源1、准直器4以及辐射探测器装置6以扫描物体5的设备7。可选择的，在扫描期间X-射线源1、准直器4和辐射探测器装置6保持静止而物体5移动。
辐射探测器装置6包括一组线探测器6a1-6an-1，6an+1-6aN，它们指向辐射束2a在检查物体5中的轨迹2b的不同位置，以使得辐射束2a在检查物体5的不同的小型部分发生相干散射时的不同扇形射线束b1、…、bn-1、bn+1…、bN沿轨迹2b进入线探测器并在那里被检测。线探测器6a1-6an-1、6an+1-6aN优选地指向沿着辐射束2a在物体5中的轨迹2b的不同位置，其方向限定了相对于xz-平面内的对称轴3的角α1、…、αn-1、αn+1、…αN，其中存在该对称轴3和该组线探测器6a1-6an-1、6an+1-6aN，角度α1、…、αn-1、αn+1、…αN具有相同的值。
在图2a+b中更为详细地解释了线探测器6a1-6an-1、6an+1-6aN中的一个。线探测器包括一个用于供扇形相干散射射线束进入的延长开口30；设置成与延长开口30基本平行的一排延长的单个探测器元件或细条27；并且属于这样的类型，其中由进入探测器的扇形相干散射射线束与线探测器中的探测介质24之间的作用所产生的并以与扇形相干散射射线束基本垂直的方向传输的电荷或光子可由那排单个的探测器元件27所检测。
优选的，所述线探测器为气基的平行板探测器，特别是一个包括基本上为平板的阴极25、26和组合阳极/读出装置27、28的探测器，其中进行雪崩放大以放大信号。每一个电极装置25、26；27、28包括一个由相应绝缘基片26、28支撑的导电电极层25、27，其中所述装置被取向成使得导电的阴极25和阳极27层相互面对。
优选的，绝缘基片26、28和窗口30并与侧壁29、31、32一起确定一个能够填充可电离的气体或气体混合物的气体密封容器。可选择的，所述电极装置设置在一个外部的气体密封箱(未图示)中。可电离的气体或气体混合物可以例如包括氪和二氧化碳或氙和二氧化碳。
已经发现能够将这些气基平行板探测器做得对方向极其敏感，并且因此非常适合用于那些不需要的散射辐射必须被强烈衰减的应用。实际上，气基平行板探测器的观察视野如在图2a中由b示意性地表明的那样是非常薄的——远比窗口30的宽度薄并且比进入探测器的扇形相干散射射线束的典型厚度薄。已发现该特征对于发明一种用于对物件进行高能X光照相测量的装置是一个绝对的前提，它防止了康普顿散射辐射被检测到，参见公开号为20030227996A1的美国专利申请，其内容作为参考并入本文。相似地，为了获取足够的空间分辨率，该特征对于本发明是十分重要的。
为得到关于用于本发明的不同类型探测器的更多详细内容，参照了下述Tom Francke等的并转让给了瑞典的XCounter AB的美国专利，这些专利作为参考并入本文：号码为No.6,118,125；6,373,065；6,337,482；6,385,282；6,414,317；6,476,397；6,477,223；6,518,578；6,522,722；6,546,070；6,556,650；6,600,804和6,627,897。
用于本发明的可选择的探测器包括其它类型的方向敏感探测器，例如具备边缘工作入射辐射的硅PIN-二极管。
将单个的导电阳极/读出组件27与xz-平面垂直且并排设置成一排并确定了相对于xz-平面的相应角β1，…，βM，从而使所有的阳极/读出元件27指向辐射束2a在物体5内的作用轨迹2b的单独一个点，并且因此探测进入到线探测器中的扇形射线束的不同角部分β1，…，βM。
线探测器6a1-6an-1、6an+1-6aN被设置成同时并即时记录足以形成多个一维图象的相干散射成像数据，每一个都由在检杳物体5中以相应角度β1，…，βM发生相干散射的辐射组成-来自每一个线探测器6a1-6an-1、6an+1-6aN的一个信号被用于形成多个一维图象中的每一个。
在不同角度即时记录的一维图象提供了有关物体5的结构和基本组成的宝贵信息。
图1装置的辐射探测器装置6也包括一个设置在辐射束2a的路径上以同时测量经过检查物体5的传输并同时记录相干散射成像数据的探测器6an。所述探测器6an可以是一个点探测器或是一个参照图2a-b所描述的那种类型的探测器，不仅用将β角设置为0°的(即相对于xz-平面的角)的阳极/读出组件来测量发射，而且还测量在yz-平面上发生相干散射的辐射光子。
进一步，提供装置7被设置成用于相对于物体5沿xy-平面(即与对称轴3垂直的平面)上的一个方向移动辐射源1、准直器4和辐射探测器装置6，而单个的线探测器6a1-6an-1、6an+1-6aN一起记录多个辐射的线图象，该辐射在物体5中以角度β1，…，βM发生相干散射从而产生足以形成多个两维图象的相干散射成像数据，每一个图像都由在物体5中以一个对应角度β1，…，βM发生相干散射的辐射组成。透过物体的辐射的线图象同时由探测器6an获得。
所述设备7可另外适用于以相对于所述物体5以在xy-平面上的第二方向来移动发散的辐射源1和辐射探测器装置6，而线探测器6a1-6an-1、6an+1-6aN一起记录多个辐射的线图象，该辐射在物体5中以角度β1，…，βM发生相干散射从而产生足以形成多个三维图象的相干散射成像数据，每一个图像都由在物体5中以一个对应角度β1，…，βM发生相干散射的辐射组成。透过所述物体的辐射的两维图象同时由探测器6an获得。
现在转到图3a-b，将描述本发明的一个第二实施例。在这里，准直器4包括一个槽形开口，其中的槽沿y-方向延伸，并因此辐射束2a基本上是片状的。线探测器6a1-6an-1、6an+1-6aN的开口与基本上与片状的辐射束2a平行，而且线探测器6a1-6an-1、6an+1-6aN指向辐射束2a在检查物体5中轨迹2b的同一小部分，并且每一个线探测器6a1-6an-1、6an+1-6aN的探测器元件27是分离、延长的和设置成即时提供足以形成多个沿y方向延伸的一维图象之一的相干散射成像数据。所述线探测器6a1产生一个在xz-平面上以角度α1散射的辐射线图象，所述线探测器6a2产生一个在xz-平面上以角度α2散射的辐射线图象，等等。
然而，必须采取行动以减少在探测器平面中的散射辐射；否则所述图象将会模糊。一个解决方案在于把探测器装置6设置得距物体5非常远。可选择的，或者另外，可以把探测器6a1-6an-1、6an+1-6aN在待测的入射方向上制作得非常长，所述阳极/读出元件27可仅设置在探测器的远端，所述探测器可以被设置成在其前端具备反散射栅格，和/或可以在每一个阳极/读出元件27之间提供辐射吸收隙间屏障，以防止在探测器平面上不需要的散射辐射经过几个阳极/读取出元件27，并且因此模糊记录的图象。
线探测器6a1-6an-1、6an+1-6aN相对于在xz-平面(即其中存在对称轴3和那组线探测器的平面)内的对称轴3确定了不同的角α1-αn-1、αn+1-αN。
辐射探测器装置6可以如同前面的实施例，包括一个设置在辐射束2a路径上以同时测量经过检查物体5的传输并同时记录相干散射成像数据的探测器6an。优选的，探测器6an为一个与在该说明书中描述的其它线探测器相似的线探测器，该线探测器6an对基本上是片状的辐射束2a的横截面进行即时的一维成像。
图3a的装置可进一步包括用于相对于物体5移动辐射探测器装置6并任选地一起移动辐射源1的设备7，而所述线探测器6a1-6an-1、6an+1-6aN一起记录多个辐射的线图象，该辐射在物体5中以多个不同角度α1-αn-1、αn+1-αN散射从而产生足以形成多个图象的相干散射成像数据，每一个图像都由在检查物体中以相应角度α1-αn-1、αn+1-αN发生相干散射的辐射组成。所述设备可在xz-平面上以任何方向相对于物体5移动辐射源1和所述辐射探测器装置6。如果在两个不同方向进行扫描，将会产生三维的相干散射成像数据。透过物体的两维甚至三维的辐射图象可同时由探测器6an获取。
总之，通过图1-2的实施例，在检查物体中发生相干散射的辐射的一维图象可在z-方向即时获取。每一个一维图象上的象素数为N-1，图象数为M，并且它们由在yz-和xz-平面上远离辐射束而散射的辐射产生。获得了发射的同时的点测量。扫描是在xy-平面上进行的。通过图3的实施例，在检查物体中发生相干散射的辐射的一维图象可在y-方向上即时获得。每一个一维图象中的像素数是M，图象数是N-1，并且它们由在xz-平面上远离辐射束而散射的辐射产生。获得了发射的同时的一维测量。扫描是在xz-平面中进行。
Claims (17)
1、一种用于获取检查物体(5)的相干散射成像数据的装置，其特征在于：
一个辐射源装置(1，4)，用于产生以对称轴(3)为中心的电离辐射的辐射束(2a)，该辐射束(2a)被引导经过所述检查物体(5)；以及
一个辐射探测器装置(6)，它包括一组线探测器单元(6a1-6an-1，6an+1-6aN)，每一个都指向所述辐射束(2a)在所述检测查物体(5)中轨迹(2b)的一小部分，以使得在所述检查物体中发生相干散射的所述辐射束(2a)的基本呈扇形的射线束(b1-bn-1，bn+1-bN)进入线探测器单元并在那里被检测；其中，
每一个所述的线探测器单元都具备一个用于供相应的扇形相干散射射线束进入的延长开口(30)；设置得与所述延长开口基本平行的一排单个的探测器元件(27)；并且属于这样的类型，其中由相应扇形散射射线束与在线探测器单元中的探测介质之间的交互作用所产生的并以与相应扇形相干散射射线束基本垂直的方向传输的电荷或光子由所述那排单个探测器元件所检测；并且
将所述线探测器单元及其相应的单个探测器元件形成并取向成允许同时记录足以形成多个一维图象的相干散射成像数据，每一个图像都由在所述检查物体中以相应角度(β1-βM；α1-αn-1，αn+1-αN)发生相干散射的辐射组成。
2、如权利要求1所述的装置，其中所述的线探测器单元指向沿所述辐射束(2a)在所述检查物体(5)中的路径(2b)的不同位置，以允许在所述检查物体的不同的小部分发生相干散射的所述辐射束的不同扇形射线束进入所述线探测器单元并在那里被检测，从而使来自每一个所述线探测器单元的信号对形成所述多个一维图象中的一个是必需的。
3、如权利要求2所述的装置，其中
每一个所述线探测器单元的该排探测器元件基本上与一个平面(xz)垂直，在该平面(xz)中存在所述对称轴(3)和所述的那组线探测器单元；和
每一个所述线探测器单元的探测器元件是分离、延长的，并被引导成使其延长线在所述小部分中的单个点上汇聚，并且因此检测已进入相应线探测器单元的扇形射线束的不同的角度部分，从而使来自每一个所述线探测器单元的信号对形成所述多个一维图象中的每一个是必需的。
4、如权利要求2或3所述的装置，其中所述线探测器单元指向沿所述辐射束(2a)在所述检查物体(5)中的路径(2b)的不同位置，该方向确定了在所述平面(xz)上相对于所述对称轴(3)的角度(α1-αn-1、αn+1-αN)，在该平面(xz)中存在所述对称轴和所述的那组线探测器单元，这些角度具备相同的大小。
5、如权利要求2-4中任何一项所述的装置，其中所述辐射探测器装置(6)包括一个设置在所述辐射束(2a)路径上的探测器单元(6αn)，以同时测量经过所述检查物体(5)的传输，并同时记录相干散射成像数据。
6、如权利要求2-5中任何一项所述的装置，其中每一个所述线探测器单元是气基的平行板(25-28)探测器。
7、如权利要求6所述的装置，其中每一个所述线探测器单元为雪崩放大探测器。
8、如权利要求2-7中任何一项所述的装置，进一步包括一个用于在与所述对称轴(3)垂直的平面(xy)上的一个方向相对于所述检查物体移动所述辐射源和所述辐射探测器装置的设备(7)，而所述线探测器单元一起适配于记录多个在所述检查物体中以多个不同角度(β1-βM)散射的辐射线图象，从而产生足以形成多个两维图象的相干散射成像数据，其每一个图像都由以相应角度在所述检查物体中发生相干散射的辐射组成。
9、如权利要求2-7中任何一项所述的装置，进一步包括一个用于在与所述对称轴(3)垂直的平面(xy)中沿两个不同方向相对于所述检查物体来移动所述辐射源和所述辐射探测器装置的设备(7)，而所述的线探测器单元一起适配于记录多个在所述检查物体中以多个不同角度(β1-βM)散射的辐射线图象，从而产生足以形成多个三维图象的相干散射成像数据，每一个图像都由在检查物体中以相应角度发生相干散射的辐射组成。
10、如权利要求1所述的装置，其中，
-所述电离辐射的辐射束(2a)具备一个基本上是线形的横截面；
-所述线探测器单元的开口与所述辐射束的基本上是线形的横截面平行；
-所述线探测器单元指向所述辐射束在所述检查物体(5)中的同一小部分轨迹(2b)；并且
-每一个所述线探测器单元的探测器元件是分离、延长的并设置成提供足以形成所述多个一维图象中的一个图像的相干散射成像数据。
11、如权利要求10所述的装置，其中所述线探测器单元指向所述辐射束(2a)在所述检查物体(5)中的同一小部分轨迹(2b)；它们的方向限定了在平面(xz)中相对于所述对称轴(3)的不同角度，在该平面(xz)中存在所述对称轴和所述的该线探测器单元。
12、如权利要求10或11所述的装置，其中所述辐射探测器装置(6)包括一个设置在所述辐射束(2a)路径上以同时测量经所述检查物体(5)的传输并同时记录相干散射成像数据的探测器单元(6an)。
13、如权利要求10-12中任何一项所述的装置，其中每一个所述线探测器单元是气基的平行板(25-28)探测器，特别是一种气基的雪崩放大平行板(25-28)探测器。
14、如权利要求10-13中任何一项所述的装置，进一步包括一个用于相对于所述检查物体移动所述辐射探测器装置并任选地一起移动所述辐射源的设备(7)，而所述线探测器单元一起适配于记录多个辐射的线图象，该辐射在所述检查物体中以多个不同角度散射从而产生足以形成多个图象的相干散射成像数据，每一个图像都由在检查物体中以相应角度发生相干散射的辐射组成。
15、一种用于获取检查物体(5)的相干散射成像数据的方法，其特征在于包括以下步骤：
引导以对称轴(3)为中心的电离辐射的辐射束(2a)经过所述检查物体(5)；以及，
引导设置在一组中的多个线探测器单元(6a1-6an-1，6an+1-6aN)的每一个单元朝向所述辐射束在所述检查物体(5)中的一小部分轨迹(2b)，以使得在检查物体中发生相干散射的所述辐射束(2a)的基本呈扇形的射线束(b1-bn-1，bn+1-bN)进入线探测器单元；并且，
-检测进入所述线探测器单元的所述扇形射线束，其中，
-每一个线探测器单元均有一个用于供相应的扇形相干散射射线束进入的延长开口(30)；设置成基本上与所述的延长开口平行的一排单个探测器元件(27)；并且属于这样的类型，其中由相应扇形相干散射射线束与线探测器单元中的探测介质之间的交互作用所产生的并以与相应扇形相干散射射线束垂直的方向行进的电荷或光子由所述成排的单个探测器元件所检测；并且，
-所述线探测器单元及其相应的单个探测器元件被形成并取向成允许同时地记录足以形成多个一维图象的相干散射成像数据，每一个图像都由在所述检查物体中以相应角度发生相干散射的辐射组成。
16、如权利要求15所述的方法，其中：
引导所述线探测器单元朝向沿所述辐射束(2a)在所述检查物体(5)中的轨迹(2b)的不同位置，以允许在所述检查物体的不同小部分中发生相干散射的所述辐射束的不同扇形射线束进入所述线探测器单元并在那里被检测；
-每一个所述线探测器单元的成排探测器元件(27)与平面(xz)基本垂直，在该平面(xz)中存在所述的对称轴(3)和所述的该组线探测器单元；并且，
-每一个所述线探测器单元的探测器元件是分离、延长的并被引导成使得它们的延长线在所述小部分中的单个点上汇聚，并且因此检测进入相应线探测器单元的扇形射线束的不同角度部分，从而使来自每一个所述线探测器单元的信号对形成所述多个一维图象的每一个图像是必需的。
17、一种用于获取检查物体(5)的相干散射成像数据的装置，其特征在于：
-一个辐射源装置(1，4)，用于产生以对称轴(3)为中心的电离辐射的经准直的辐射束(2a)，该辐射束(2a)被引导经过所述检查物体(5)；并且，
-一个线探测器单元(6a1)，它被指向所述辐射束(2a)在所述检查物体(5)中的一小部分轨迹(2b)，以使得在所述检查物体中发生相干散射的所述辐射束(2a)的基本呈扇形的射线束(b1)进入所述线探测器单元并在那里被检测；其中，
所述线探测器单元具有一个用于供扇形相干散射射线束进入的延长开口(30)；设置得与所述延长开口基本平行的一排单个的探测器元件(27)；并且属于这样的类型，其中由扇形相干散射射线束与在线探测器单元中的探测介质之间的相互作用所产生的并以与扇形相干散射射线束基本垂直的方向行进的电荷或光子由所述成排的单个探测器元件所检测；
-每一个所述线探测器单元的成排探测器元件与所述对称轴(3)基本垂直；并且
所述线探测器单元的探测器元件是分离、延长的并被引导成使其延长线在所述小部分中的单个点上汇聚，并且因此检测进入所述线探测器单元的扇形射线束的不同的角度部分。
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