SE527138C2 - Skanningsbaserad detektering av joniserande strålning för tomosyntes - Google Patents

Description

25 30 flertalet avbildningar är det möjligt att rekonstruera vilket plan som helst i bröstet som avbildas, som är parallellt med detektorn.

Vidare är olika linjedetektorer för detektering av joniserande strålning kända inom området. Medan sådana detektorer tillhandahåller ögonblicklig endimensionell avbildning, kan tvådimensionell avbildning endast utföras genom att skanna linjedetektorn, och valfritt strålningskällan, i en riktning tvärgående mot den endimensionella detektorarrayen. Att använda en sådan detektor vid tomosyntes, där ett flertal avbildningar måste erhållas vid olika vinklar, skulle bli väldigt tidsödande. uppfinningen i sammandrag Ett huvudsyfte med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma en skanningsbaserad anordning respektive ett förfarande för att erhålla tomosyntesdata för ett objekt med ,en högre hastighet än vad som är möjligt att erhålla medelst användning av skanningsbaserade anordningar och förfaranden enligt tidigare känd teknik.

Det är i detta avseende ett särskilt syfte med föreliggande uppfinning att åstadkomma en sådan anordning och ett sådant förfarande, som är okomplicerade och kan skapa högkvalitativa tvådimensionella avbildningar med hög spatial upplösning, högt signalbrusförhållande, stort dynamiskt omfång och hög bildkontrast.

Ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en sådan anordning och ett sådant förfarande, vilka är tillförlitliga, noggranna och billiga. 10 15 20 25 30 527 125,3 Dessa syften uppnås, enligt föreliggande uppfinning, medelst anordningar och förfaranden enligt de bifogade patentkraven.

Uppfinnarna har funnit att genom att (i) åstadkomma en divergent strålningskälla som emitterar strålning centrerad kring en symmetriaxel och en strålningsdetektor innefattande en stack med linjedetektorer, där var och en riktad mot den divergenta strålningskällan för att tillåta ett strålknippe från strålningen, som breder ut sig i en respektive av ett flertal olika vinklar, att komma in i linjedetektorn efter att ha transmitterats genom ett undersökningsobjekt och (ii) förflytta strålningskällan och strålningsdetektorn relativt objektet linjärt i en riktning vinkelrät mot symmetriaxeln, medan var och en av linjedetektorerna registrerar linjeavbildningar av strålning som transmitterats genom objektet i en respektive av de olika vinklarna, kan ett flertal tvådimensionella avbildningar skapas, där varje tvådimensionell avbildning är skapad från ett flertal linjeavbildningar som registrerats av en enda av linjedetektorerna. Således skapas ett flertal tvådimensionella avbildningar vid olika vinklar i en enda skanning, vilket reducerar detekteringstiden med en faktor motsvarande antalet skapade tvådimensionella avbildningar.

Data från anordningen lämpar sig utmärkt för tomosyntes eller laminografisk avbildning.

Linjedetektorerna som används är företrädesvis, men inte nödvändigtvis, gasbaserade detektorer av plattelektrodtyp.

Andra linjedetektorer som kan användas innefattar scintillatorbaserade arrayer, CCD-arrayer, TFT- och CMOS- baserade detektorer, vätskedetektorer och diodarrayer, t.ex. 10 15 20 25 30 fj1 *Q ._ J ....\ »N CC PIN-diodarrayer med kant-, nära kant- eller vinkelrätt infall av röntgenstrålar.

Ytterligare särdrag hos och fördelar med uppfinningen framgår nedan av den detaljerade beskrivningen av föredragna utföringsformer av den föreliggande uppfinningen, vilka visas i de bifogade figurerna 1-2, som endast är åskådliggörande och således inte begränsande för uppfinningen.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Fig. 1 visar schematiskt, i en vy ovanifrån, en anordning för att erhålla tomosyntesdata för röntgenundersökning av ett objekt enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning.

Fig. 2 a-c visar var och en schematiskt, i en vy ovanifrån, ett speciellt röntgenstrålknippe när det färdas genom undersökningsobjektet under skanning medelst anordningen i Fig.1.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Anordningen i Fig.1 innefattar en divergent röntgenkälla 1, som skapar röntgenstrålar 2 centrerade kring en symmetriaxel 3, en kollimator 4, en strâlningsdetektor 6 och en anordning 7 för att stelt förbinda röntgenkällan 1, kollimatorn 4 och strålningsdetektorn 6 med varandra och förflytta röntgenkällan 1, kollimatorn 4 och strålningsdetektorn 6 linjärt i en riktning 8 huvudsakligen vinkelrät mot symmetriaxeln 3 för att skanna ett objekt 5, som ska undersökas. 10 15 20 25 30 57.7 158 Strålningsdetektorn 6 innefattar en stack med linjedetektorer 6a, där var och en riktad mot den divergenta strålningskällan 1 så att ett respektive strålknippe bl, N, bn, m, bu från nämnda strålning 2, som breder ut sig i en respektive av ett flertal olika vinklar du nu an,.“,c% med avseende på frontytan hos strålningsdetektorn 6, tillåts komma in i den respektive linjedetektorn 6a.

Kollimatorn 4 kan vara en tunn folie av t.ex. volfram med smala strålningstransparenta spalter bortetsade, vars antal motsvarar strålningsdetektorns 6 antal linjedetektorer 6a.

Spalterna är inriktade i linje med linjedetektorerna 6a så att röntgenstrålarna som passerar genom kollimatorns 4 spalter kommer att nä detektorenheterna 6a, dvs. som .", bn, förhindrar strålning, strålknippe b,, m, bn. Kollimatorn 4, vilken är valfri, som inte är riktad direkt mot linjedetektorerna 6a, från att träffa objektet 5, och reducerar därigenom strålningsdosen till objektet. Detta är fördelaktigt i alla tillämpningar där objektet är en människa eller ett djur, eller delar därav.

Under skanning förflyttar anordningen 7 strålningskällan 1 och strålningsdetektorn 6 relativt objektet 5 på ett linjärt sätt parallellt med strålningsdetektorns front, som visas med pil 8, medan var och en av linjedetektorerna Ga registrerar ett flertal linjeavbildningar av strålning som transmitterats genom objektet 5 i en respektive av de olika vinklarna a1,.“, an y nu 1 au o I Fig. 2a-c visas schematiskt tre olika röntgenstrålknippen bu kn och bnnär de passerar genom undersökningsobjektet 5 under skanning medelst anordningen i Fig. 1. 10 15 20 25 30 52? l>8 Hänvisningsnummer 9 visar ett plan parallellt med skanningsriktningen 8 och med strålningsdetektorns 6 front.

Såsom kan ses i Fig. 2a-c skapar varje linjedetektor/röntgenstrålknippe-par en komplett tvådimensionell avbildning i en särskild vinkel av de olika vinklarna. Fig. 2a visar bildande av en tvådimensionell avbildning av strålning som transmitterats genom objektet i en vinkel al, Fig. 2b visar bildande av en tvådimensionell avbildning av strålning som transmitterats genom samma objekt, men i en vinkel am och Fig. 2c visar bildande av en liknande tvådimensionell avbildning, men i en vinkel dn, Företrädesvis är de olika vinklarna fördelade över ett vinkelomfång av-alav åtminstone 5°, hellre åtminstone lO°, och allra helst åtminstone l5° beroende på tillämpningen eller typ av undersökning, för att erhålla högkvalitativa tomosyntesdata för undersökning av objektet. Antalet linjedetektorer 6a i linjedetektorstacken är åtminstone 3, hellre åtminstone 5, och allra helst åtminstone 10 beroende på antalet registrerade avbildningar vid olika vinklar som erfordras för undersökningen.

Skanningssteget, i Fig. 2a-c betecknat med sl, beror på den spatiala upplösningen av de tvådimensionella avbildningarna bildade från de endimensionella registreringarna. Typiskt kan skanningssteget sl vara cirka 100 mikroner, och var och en av linjedetektorernas individuella detekteringselement kan vara av liknande storlek.

Det skall observeras att föreliggande uppfinning är tillämpbar för alla typer av undersökningar som använder sig av tomosyntes eller laminografisk avbildning, innefattande 10 15 20 25 30 en ;\> g¿ .à nu -3: t.ex. mammografiundersökning och andra undersökningar av mjuk vävnad.

En föredragen linjedetektor för användning i föreliggande uppfinning är en gasbaserad detektor av plattelektrodtyp, företrädesvis försedd med en elektronlavinförstärkare. En sådan gasbaserad detektor av plattelektrodtyp är en joniseringsdetektor, vari elektronerna frigjorda som ett resultat av jonisering medelst joniserande strålning accelereras i en riktning huvudsakligen vinkelrät mot strålningsriktningen.

För ytterligare detaljer avseende sådan typ av gasbaserade linjedetektorer för användning i föreliggande uppfinning, hänvisas till följande US Patent av Tom Francke med flera och överlåtna till XCounter AB i Sverige, vilka patent härmed innefattas genom dessa hänvisningar: Nr. 6,546,070; 6,522,722; 6,5l8,578; 6,1l8,l25; 6,373,065; 6,337,482; 6,385,282; 6,4l4,3l7; 6,476,397 och 6,477,223.

Det skall speciellt påpekas att sådan typ av detektor väldigt effektivt hindrar Compton-spridd strålning från att detekteras. Denna egenskap är av yttersta vikt för att erhålla högkvalitativa tomosyntesdata.

Avståndet mellan linjedetektorns parallella plattor, dvs. elektroderna, kan vara mindre än omkring 2 mm, hellre mindre än omkring 1 mm, ännu hellre mindre än omkring 0,5 mm och allra helst mellan omkring 0,1 mm och 0,5 mm. XCounter AB har nyligen experimentellt börjat verifiera linjedetektorns egenskaper avseende avskärmning av Compton-spridning och god kontrast har observerats vid användning av ett brett röntgenspektrum med röntgenstrålar av hög energi, vid vilka 10 15 20 25 30 (fl b) Q -4 .DC förhållanden ett konventionellt detektorsystem inte skulle vara kapabelt att se någon struktur alls. Det antas att den ovan beskrivna gasbaserade linjedetektorn diskriminerar mer än 99 % av de spridda fotonerna och med en lämplig utformning antas att omkring 99,9 % eller fler av de spridda fotonerna kan hindras från att upptäckas.

Det skall icke desto mindre inses att vilken annan typ av linjedetektor som helst kan användas i föreliggande uppfinning. Sådana linjedetektorer innefattar scintillatorbaserade arrayer, CCD-arrayer, TFT- och CMOS- baserade detektorer, vätskedetektorer och halvledararrayer, t.ex. PIN-diodarrayer med kant-, nära kant- eller vinkelrätt infall av röntgenstrålar.

Det skall vidare inses att anordningen 7 för att stelt förbinda röntgenkällan 1, strålningsdetektorn 6 och den valfria kollimatorn 4 kan bytas ut mot separata anordningar (ej visade) för röntgenkällan l, strålningsdetektorn 6 och den valfria kollimatorn 4, vilka kan styras elektroniskt för att erhålla synkrona linjära rörelser av de separata anordningarna för att erhålla samma skanningsrörelse.

Ytterligare alternativt kan anordningen i Fig. l modifieras så att objektet 5 förflyttas under skanning, medan röntgenkällan 1, strålningsdetektorn 6 och den valfria kollimatorn 4 hålls stilla.

Det skall också vidare inses att strålningsdetektorn 6 i anordningen enligt Fig. l kan modifieras så att linjedetektorerna, istället för att anordnas i en linjär stack, anordnas längs periferin av en cirkel, vars centrum sammanfaller med positionen för strålningskällan 1.

Claims (8)

10 15 20 25 30 LPAEEHTRRÄV

1. Skanningsbaserad anordning för att erhålla tomosyntesdata för ett objekt (5), kännetecknad av: - en divergent strålningskälla (1) som emitterar strålning (2) centrerad kring en symmetriaxel (3), - en strålningsdetektor (6) innefattande en stack med linjedetektorer (6a), där var och en är riktad mot den divergenta strålningskällan så att ett strålknippe (bl, M, bn, m, bn) från nämnda strålning, som breder ut sig i en respektive av ett flertal olika vinklar (dl, a, dn, W, om), tillåts komma in i detektorn, - ett objektområde anordnat i strålningsvägen mellan nämnda divergenta strålningskälla och nämnda strålningsdetektor för att inryma nämnda objekt och - en anordning (7) för att förflytta nämnda divergenta strålningskälla och nämnda strålningsdetektor relativt nämnda objekt huvudsakligen linjärt i en riktning (8) huvudsakligen vinkelrät mot nämnda symetriaxel, varvid var och en av nämnda linjedetektorer är inrättade att registrera ett flertal linjeavbildningar av strålning, som transmitterats genom nämnda objekt, i en respektive av nämnda flertal olika vinklar, varvid - nämnda anordning (7) för förflyttning är inrättad att förflytta nämnda divergenta strålningskälla och nämnda strâlningsdetektor relativt nämnda objekt en sträcka som är tillräcklig för att skanna var och en av nämnda linjedetektorer över hela objektet, för att, för var och en 10 15 20 25 30 527 1.19 l 10 av nämnda linjedetektorer, erhålla en tvådimensionell avbildning av strålning som transmitterats genom nämnda objekt i en respektive av nämnda flertal olika vinklar;

2. Anordning enligt patentkrav 1, varvid nämnda flertal olika vinklar är fördelade över ett vinkelomfång (om-a,) av åtminstone 5°, hellre åtminstone 10° och allra helst åtminstone 15°.

3. Anordning enligt patentkrav 1 eller 2, varvid antalet linjedetektorer (6a) i nämnda stack med linjedetektorer är åtminstone 3, hellre åtminstone 5 och allra helst åtminstone 10.

4. Anordning enligt något av patentkraven l-3, varvid - nämnda divergenta strålningskälla är en röntgenkälla (1) och - nämnda linjedetektorer är, var och en, en gasbaserad joniseringsdetektor (6a), varvid elektroner frigjorda som ett resultat av jonisering av ett respektive strålknippe, accelereras i en riktning huvudsakligen vinkelrät mot det strålknippets riktning.

5. Anordning enligt patentkrav 4, varvid nämnda gasbaserade joniseringsdetektor är en elektronlavindetektor (6a).

6. Anordning enligt något av patentkraven l-3, varvid nämnda linjedetektorer är, var och en, något av en diodarray, en scintillatorbaserad array, en CCD-array, en TFT- eller CMOS- baserad detektor eller en vätskedetektor (6a). 10 15 20 25 30 ( fl FO 'Q ...a CN OS 11

7. Anordning enligt något av patentkraven 1-6, innefattande en kollimator (4) anordnad i strålningsvägen mellan nämnda strålningskälla och nämnda objektområde, varvid nämnda kollimator förhindrar strålning, som inte är riktad mot nämnda linjedetektorer, från att träffa nämnda objekt, varigenom strålningsdosen till nämnda objekt reduceras.

8. Skanningsbaserat förfarande för att erhålla tomosyntesdata för ett objekt (5) medelst användning av en divergent strålningskälla (1), som emitterar strålning (2) centrerad kring en symmetriaxel (3), och en strålningsdetektor (6) innefattande en stack med linjedetektorer (6a), där var och en är riktad mot den divergenta strålningskällan så att ett strålknippe (bl, m,-bn, m, bn) av nämnda strålning, som breder ut i en respektive av ett flertal olika vinklar (al, -, an, s, an) , tillåts komma in i linjedetektorn, k ä n n e t e c k n a t av' stegen att - nämnda objekt anordnas i strålningsvägen mellan nämnda divergenta strålningskälla och nämnda strålningsdetektor, och - nämnda divergenta strålningskälla och nämnda strålningsdetektor förflyttas relativt nämnda objekt huvudsakligen linjärt i en riktning (8) huvudsakligen vinkelrät mot nämnda symmetriaxel, medan ett flertal linjeavbildningar av strålning, som transmitterats genom nämnda objekt i en respektive av nämnda flertal olika vinklar, registreras av var och en av nämnda linjedetektorer, varvid - nämnda divergenta strålningskälla och nämnda strålningsdetektor förflyttas relativt nämnda objekt en sträcka som är tillräcklig för att skanna var och en av 527 *Kfë 12 ' ' nämnda linjedetektorer över hela objektet för att, för var och en av nämnda linjedetektorer, erhålla en tvådimensionell avbildning av strålning, som transmitterats genom nämnda objekt i en respektive av nämnda flertal olika vinklar.