立體管衰減濾波器的制作方法

專利名稱：立體管衰減濾波器的制作方法
技術領域：
本申請涉及計算機斷層攝影成像。其尤其可與衰減系統聯合使用來可變地過濾輻 射束，從而在對對象進行輻照時，使得對重建成像對象貢獻較小的輻射衰減。
背景技術：
在典型的計算機斷層攝影(CT)成像裝置中，將χ射線管安裝在旋轉掃描架上，該 掃描架限定了其中設置有成像對象的檢查區域。X射線管圍繞旋轉掃描架上的對象旋轉，并 且投射楔形、扇形、錐形或其他形狀的X射線束通過檢查區域。跨越檢查區域設置在旋轉掃 描架上的二維X射線探測器從X射線管接收通過檢查區域后的X射線束。合適的電子器件 根據所探測的X射線強度估計X射線吸收數據，并且圖像重建處理器基于吸收數據重建圖 像表示。在錐束重建方法中，對于適于通過相同體素的反投影的多束射線(pi partners), 根據它們的錐角進行加權。與較不傾斜射線相比，傾斜射線被更強烈地降加權 (downweighted)。這導致這些射線之間的劑量效用不匹配。受輻照的對象因而不必要地完 全暴露于對最終圖像幾乎沒有貢獻的射線。本申請提供了一種新的和改進的裝置和方法，其克服了前述及其他問題等。

發明內容
根據一方面，計算機斷層攝影裝置包括間隔開的輻射源，每個輻射源將錐束輻射 傳播進入檢查區域。探測器探測已經通過檢查區域的輻射。衰減系統插入輻射源和檢查區 域之間，用于對錐束進行取決于錐角的濾波。根據另一方面，一種計算機斷層攝影成像方法包括朝向檢查區域投射第一和第二 錐束輻射，并且在檢查區域之前衰減第一和第二錐束以形成經衰減的第一和第二錐束，該 衰減取決于錐角。從檢查區域采集輻射數據。根據另一方面，成像裝置包括輻射源，其將錐束輻射傳播進入檢查區域。探測器探 測已經通過檢查區域的輻射。由使輻射衰減的材料形成的濾波器插入在輻射源和檢查區域 之間，濾波器提供對錐束的取決于錐角的濾波，由此與傾斜角較小的射線相比，傾斜角較大 的射線受到更多的濾波。一個優點是患者較少暴露于對最終圖像幾乎沒有貢獻的χ射線。另一優點是來自立體χ射線管的輻射更平均地散布在沿掃描方向的視場中。本領域普通技術人員在閱讀和理解下列詳細說明之后，將意識到本發明的更進一 步優點。


本發明可以實現為各種部件和部件的排列，以及各種步驟和步驟的排列。附圖僅 用于說明優選實施例，而不應理解為限制本發明。
圖1示出了根據典型實施例一方面的計算機斷層攝影成像裝置；圖2示出了根據典型實施例另一方面的由取決于錐角的濾波器衰減之后的輻照 對象的雙錐束；圖3是根據典型實施例的另一方面的對于取決于錐角的濾波器的χ射線強度和錐 角的示意圖線；圖4是根據典型實施例的另一方面的對于取決于錐角的濾波器的χ射線強度和錐 角的示意圖線；圖5是根據典型實施例的另一方面的具有取決于錐角的濾波器的立體χ射線管的 示意性橫截面；圖6是圖2的取決于錐角的濾波器的透視圖；圖7是取決于錐角的濾波器的另一實施例的透視圖；圖8示意性地示出了在旋轉過程中產生χ射線的立體χ射線管；圖9示意性地示出了在旋轉過程中產生χ射線的立體χ射線管，其中取決于錐角 的濾波使得傾斜X射線比較不傾斜X射線衰減得更多；圖10示意性地示出了在立體χ射線管旋轉期間視場中的劑量。
具體實施例方式參考圖1，計算機斷層攝影成像掃描儀10包括對象支撐裝置12，用于將諸如醫學 患者、正經受安全掃描的一件行李等移入由旋轉掃描架16限定的檢查區域14中或者在其 中移動。諸如布置在掃描架16上的χ射線管20的輻射源將至少一束錐形χ射線束(“錐 束”)投射進入檢查區域14，在檢查區域中其與成像對象相互作用。一些部分χ射線被成像 對象吸收，以產生對錐束通常空間改變的衰減。跨越檢查區域14設置在掃描架16上的二 維χ射線探測器22從χ射線管20測量χ射線束穿過檢查區域14之后的χ射線束的空間 改變的強度。通常，χ射線探測器22安裝在旋轉掃描架16上。探測器22因而在成像期間 相對于對象移動。在另一合適的布置中，探測器圓周地布置在圍繞旋轉掃描架的固定掃描架上 ο在螺旋計算機斷層攝影成像中，掃描架16旋轉的同時對象支撐裝置12在ζ方向 上線性移動，以實現X射線管20圍繞檢查區域14的螺旋軌跡。對于該應用，驅動系統24 包括用于控制掃描架旋轉的旋轉控制器26和用于控制線性推進的線性推進控制器28。在 軸向計算機斷層攝影成像中，掃描架16旋轉的同時對象支撐裝置12保持固定，以實現χ射 線管20圍繞檢查區域14的環形軌跡。在測定體積的軸向成像中，對象支撐裝置12重復地 線性步進，其中對每一步執行軸向掃描以沿著軸向采集多個圖像切片。所采集的成像投影數據具有錐形頂點和錐形內軌跡的索引，該數據從探測器22 傳送，并且存儲在數字數據存儲器30中。重建處理器32使用經濾波的反投影或另一重建 方法重建所采集的投影數據，以生成對象或其所選部分的三維圖像表示，該三維圖像表示 存儲在圖像存儲器34中。該圖像表示由視頻處理器36繪制或者以其他方式操作以產生人 類可視的圖像，該圖像顯示在圖形用戶界面38或另一顯示設備、打印設備等上以便于操作 者觀察。在一個實施例中，圖形用戶界面38被編程以使得放射學家能夠與計算機斷層攝影 掃描儀10交互，以允許放射學家執行和控制計算機斷層攝影成像過程。
在錐束40中，如圖2中以橫截面視圖示意性所示，射線從焦點42發出。射線具有 最大波束角α，從而射線在通常圓形區域46中通過對象44，所述圓形區域46具有在ζ方 向具有一大小的中心軸。最大波束角α的值決定了該區域的大小。圖2示出了雙波束布 置，其中第一和第二錐束40、50從焦點42、52發出，其在ζ方向上間隔有例如大約10-20cm、 例如12cm的距離d。雙錐束40、50輻照對象的同一基本區域。正如可見的，兩波束40、50 在探測器22的視場54中的覆蓋區中重疊。在一個實施例中，波束40、50交替脈動，從而在 給定時間，對象和探測器22僅接收來自兩波束40、50中之一的輻射。脈沖重復率可以高于 掃描架的旋轉速度，例如，至少約20000轉/秒。在一個實施例中，波束以及因而得到的焦 點對于每個采樣階段能夠改變。如圖2中所示的雙波束掃描系統10的一個優點是可以在每個圓弧中采集更大量 的數據。這在例如心臟掃描中尤其有利，在心臟掃描中心肌的有節奏的跳動引起在掃描期 間正掃描的特征位置有節奏地改變。這種系統的另一優點是可以采用第二通過錐束偽影校 正方案。典型的探測器22具有等于與兩個焦點42、52(兩者與探測器間距相等)的距離的 曲率半徑，并且包括多段。每段包括多個探測器元件，其輸送入射其上的兩個輻射束的成對 射線(pi-partners)的測量值。任選地在初始預處理之后，所累積的測量值形成發送至重 建處理器32的數據。繼續參考圖2，衰減系統55插入在焦點42、52和檢查區域14之間，用于對錐束40、 50進行取決于錐角的濾波。一般地，使用本文所述的衰減系統55可執行的計算機斷層攝影 成像方法包括將第一和第二輻射錐束40、50投射向檢查區域14。在到達檢查區域之前，第 一和第二錐束被衰減以形成經衰減的第一和第二錐束。衰減的程度取決于錐角。從檢查區 域采集輻射數據，并且基于輻射數據重建圖像。繼續參考圖2，在一個實施例中，衰減系統55包括第一和第二濾波器56、58。濾波 器56、58由能夠衰減χ射線、而不顯著地影響射線行進的光譜或角度的任意合適的材料形 成。用于形成濾波器56、58的典型材料包括鋁、石墨和全氟化聚合體、諸如特氟隆 。典型 的濾波器是物理(硬件)濾波器，其借助于它們改變的厚度而可變地使輻射衰減(與軟件 濾波器相比)。所示的錐束40、50彼此成鏡像，并且典型的濾波器56、58同樣彼此成鏡像。每個濾波器56、58向各個波束40、50提供取決于錐角的濾波。特別地，隨著射線 的錐角增加，濾波器56、58逐漸增多地衰減ζ方向(線性掃描方向)上的波束。錐角是如 從平面確定的波束中給定射線的角度，焦點位于所述平面中且該平面的方向與ζ方向垂直 (90° )。濾波器56、58的衰減對于射線R1最低，對于射線R2最高，其中射線R1以最小的波 束傾斜角接近對象，而射線R2以最大的波束傾斜角接近對象。在圖2中，最小傾斜角為0°， 即垂直于ζ方向，而最大傾斜角與ζ方向的法向成最大波束角α。衰減指的是隨著χ射線束穿過濾波器56、58，χ射線束的強度減少的程度。因而， 當濾波器衰減最低時，透過的輻射強度最大，I最大。進入視場54的χ射線的濾波器56、58的 最大衰減對應于透過的輻射的最小強度，I·、。濾波器56、58對進入視場的那些χ射線所 提供的最小衰減(在可以是約0% (基本上無衰減，因而IItl，入射在濾波器上 的輻射強度)。濾波器56、58對進入視場的那些χ射線所提供的最大衰減(在I·、)可以高達100% (全部衰減，無χ射線透過)。在一個實施例中，適于360°全掃描，位于I·、的 衰減為0% 在其他實施例中，適于局部掃描，Ι@、>0% ΙΛλ，例如，至少約20%，而 在一些實施例中，高達約的80%，例如，約50% ΙΛλ。在兩個極值之間，衰減可以隨著 角度的傾斜度而線性改變，例如，如圖3中所示。例如，如果最大錐角α是15°，位于法向 (0° )的強度I是100% (I最大)，而在15°的全角α時，強度I約為I最大的50% (I最小)， 而在7. 5°時，其約為1 ±的75%。在其他實施例中，例如如圖4中所示，透射在上下值Ie ±和I ■、之間非線性、例如對數地改變。雖然圖2示出了兩個間隔開的濾波器56、58，應當理解可以備選地使用單一組合 濾波器60，如圖5中所示，其組合了上述的兩個濾波器56、58的功能。組合濾波器60包括 第一和第二濾波器62、64，其連接在一起形成一件，并且以與分離的濾波器56、58相同的方 式實現功能。一般地，由濾波器56、58、62、64提供的衰減是濾波器的厚度t (正如穿過的射線所 經歷的，即在與各個錐束交叉的方向上經歷的)的函數。因此，在典型實施例中，濾波器的 厚度t在ζ方向上改變，其中最大的厚度位于最接近傾斜射線處，而最小厚度可能為零或接 近零，其最接近最不傾斜射線。在另一實施例中，濾波器中衰減物質的濃度可以隨著錐角改 變，并且因而濾波器厚度不需在ζ方向上改變。如圖6中所示，在透視圖中，取決于錐角的濾波器56、58是楔形的，其上下表面66、 68在公共邊沿70和側面72接觸，所述側面72在上下表面66、68之間與邊沿70相對延伸。 所示的表面66、68是彎曲的，即朝向焦點凹入，但是在其他實施例中，一個或兩個表面66、 68是平面的。濾波器56、58的橫截面沿著其長度1是均勻的(即，在垂直于ζ方向延伸的 方向上)。圖2的組合濾波器60可以進行類似配置，但是兩個濾波器62、64接觸，并且因而 不具有側面。在另一實施例中，如圖7中所示，取決于錐角并且領結(bowtie)組合的濾波器74 將組合濾波器60與領結濾波器結合，從而組合的濾波器74沿ζ方向和xy平面兩者而厚度 改變。這樣，將要經受輻照的對象、諸如橫截面在xy平面上改變的人類患者，可以接收與對 象的橫截面厚度最緊密相關的劑量。在另一實施例中，掃描裝置10包括領結濾波器，其與 取決于錐角的濾波器56、58分離。在圖5的實施例中，雙波束40、50由單一立體χ射線管20提供。立體χ射線管20 包括一對公共驅動旋轉鎢陽極82、84。所示的陽極82、84安裝在同一可旋轉軸86上。同 樣可預期地，陽極可以安裝在各個軸上，并且可以在χ射線管80中分別驅動。分別對應于 每個陽極82、84的陰極燈絲88、90關于陽極負向偏置。陰極杯92、94局部地圍繞燈絲88、 90，并且被負向偏置以將電子聚焦至電子束中。由熱電子發射在陰極燈絲88、90處產生的 電子由電壓差加速，并且撞擊各個旋轉陽極82、84，從而產生χ射線束。χ射線穿過χ射線 管80的外殼80中的每個窗口 96從而作為錐束40、50。雖然圖5示出了雙窗口 96，在一個 實施例中存在一個通用窗口，每個波束40、50具有其自身的準直儀。在所示實施例中，通過 交替激活各個柵極100、102，例如通過在安裝至陰極杯92、94的電極之間施加電壓，來自相 對的燈絲88、90的電子交替脈動，所述陰極杯92、94容納各個燈絲88、90。柵極100、102和 /或燈絲電源104、106(圖1)處于公共脈沖控制器108的控制下。正如將意識到的，在其它實施例中，兩個波束40，50可以從位于各個χ射線管中的焦點42、52投射，第一管的陽極產生第一錐束40，而第二管的陽極產生第二錐束50。在該 實施例中，正如在立體管實施例中，兩個陽極的焦點42、52在ζ方向上對齊。在圖5的實施例中，濾波器62、64 (或者備選地，濾波器58、60或74)定位在外殼 98外部以對各個波束40、50進行濾波。隨著波束圍繞對象旋轉，濾波器維持與波束成固定 方向。在一個實施例中，濾波器固定地安裝在外殼98上，或者安裝在χ射線管20的另一部 件上，以最小化焦點42、52和各個濾波器62、64之間的任何相對移動。在另一實施例中，濾 波器56、58、62、64安裝在承載χ射線管20的掃描架上。在一個實施例中，濾波器相對于各 個錐束40、50的位置或方向可調整以提供取決于不同錐束角度的濾波(例如，更高或更低 的最大和/或最小透射)。例如，在圖2的實施例中，濾波器56、58可以垂直于和/或平行 于波束移動，以改變波束所經歷的厚度。在又一實施例中，濾波器可以替換為不同形狀的濾 波器，這取決于所需的最大和/或最小透射。例如，在圖6的實施例中，壁72的高度可以改 變。一般地，每個濾波器56、58、62、64僅接收位于錐束40、50中相應的一個的射線。每 個濾波器56、58、62、64因而用以僅衰減在波束40、50之一中的射線。例如，如圖2和5中 所示，濾波器56、58、62、64定位在相應波束的焦點42、52和兩個波束40、50開始彼此重疊 的點110之間。如圖8中所示，在缺少如本文中所述的衰減系統的立體錐束CT裝置中，多條射線 (pi-partners)適于通過相同體素112的反投影。重建處理器根據射線的角度加權射線。 與諸如射線R1的較不傾斜射線相比，諸如射線R2的傾斜射線更強烈地被降加權。射線隊、 R2具有相同的強度，但是在軟件重建中，傾斜射線R2事實上將由于其大錐角而被放棄。在 典型實施例中，可見到重建柵格中的每個體素位于其下的立體管20的可預測固定錐角范 圍有助于使用固定硬件濾波器56、58、62、64，以用于進行射線強度最優化。如圖9中所示， 濾波器56、58根據錐角而對射線RpR2進行衰減。與較不傾斜射線R1相比，傾斜射線R2接 受更多的濾波。本文公開的典型衰減系統55因而允許減少對象接收的總χ射線劑量，同時 對重建期間產生的圖像質量幾乎不或完全不產生不利的影響，因為由濾波器對其強度產生 最大衰減的射線是在軟件重建中傾向于被降加權的那些射線。在一個實施例中，濾波器的最大衰減T 是掃描覆蓋度的函數。例如，對于360 ° 全掃描，最大衰減可能高于局部掃描(小于360°，例如180° )。這是由于劑量分布對于 全掃描和局部掃描是不同的。在圖10所示的360度全掃描中，標注為A的區域經受僅一個 陽極的χ射線輻照，區域B經受兩個陽極的局部χ射線輻照，而區域C經受兩個陽極的完 全360° χ射線輻照。正如圖2中可見的，在局部掃描中，兩個波束重疊的視場區域接收的 劑量高于僅由一個波束進行χ射線輻照的兩個相鄰區域。因而，為了減少噪聲的影響，對于 180°的局部掃描，最大濾波器衰減可以是例如約50%。再次參考圖1，探測器22對于每個錐束脈沖采集的成像投影數據由重建處理器32 處理。在典型實施例中，對分別相應于每個錐束40、50的第一和第二數據集120、122在重 建圖像之前分別進行處理。典型重建處理器32包括校準部件124，其允許在無對象的情況 下采集基線數據，用于校準成像投影數據。數字濾波部件126處理成像投影數據，以根據從 其獲得數據的所確定的射線錐角，對重建柵格中體素的數據進行濾波(例如，降加權)。由 于校準部件124使得掃描儀測量輸出強度Ifl^ (具有對象)與輸入強度Ι λ (無對象)的
8比率，取決于錐角的濾波器的影響被抵償，并且在重建算法中使用的線積分，無論有無濾波 器都相同(除了在任何噪聲的范圍內)。因此，用于處理數據的重建算法需要與無衰減系統 55所使用的相同。雖然根據兩個錐束40、50討論了典型實施例，應當意識到，可以使用單一錐束。在 其他實施例中，兩個以上的錐束可以從各自的焦點輻照對象，所述焦點在ζ方向上線性間 隔開。多個錐束中每一個具有其自身相關的取決于錐角的濾波器。雖然根據單一探測器22討論了典型實施例，但是在另一實施例中，可以采用在ζ 方向上間隔開的多個探測器，例如分別對應于每個錐束。已經參考優選實施例描述了本發明。對于本領域技術人員而言，在閱讀和理解前 述詳細說明書之后，易于進行修改和改變。其目的是，本發明應當理解為包括迄今落入隨附 權利要求或其等效范圍中的所有這種修改和改變。
權利要求
一種計算機斷層攝影裝置(10)，包括間隔開的輻射源(82、84)，每個輻射源將錐束輻射(40、50)傳播進入檢查區域(14)；探測器(22)，其探測已經穿過所述檢查區域的輻射；以及衰減系統(55)，其插入在所述輻射源和所述檢查區域之間，用于對所述錐束進行取決于錐角的濾波。
2.根據權利要求1所述的計算機斷層攝影裝置，其中，所述衰減系統包括對第一錐束 進行濾波的第一濾波器(56、62)和對第二錐束進行濾波的第二濾波器(58、64)。
3.根據權利要求2所述的計算機斷層攝影裝置，其中，每個濾波器(56、58、62、64)的厚 度(t)在最大厚度和最小厚度之間改變。
4.根據權利要求3所述的計算機斷層攝影裝置，其中，所述厚度在掃描方向(ζ)上改變。
5.根據權利要求3所述的計算機斷層攝影裝置，其中，所述最大厚度位于最傾斜錐角 (α)處。
6.根據權利要求1所述的計算機斷層攝影裝置，其中，所述錐角(α)是波束射線和垂 直于掃描方向(ζ)的方向之間的角度。
7.根據權利要求1所述的計算機斷層攝影裝置，其中，所述衰減系統(55)對以傾斜角 穿過所述檢查區域內所述探測器的視場的第一射線(R2)進行的濾波多于以較不傾斜角穿 過所述視場的第二射線(R1)。
8.根據權利要求1所述的計算機斷層攝影裝置，其中，所述衰減系統(55)向以最小錐 角進入視場的射線提供最小衰減，而向以最大錐角進入所述視場的射線提供最大衰減。
9.根據權利要求8所述的計算機斷層攝影裝置，其中，所述最大衰減至少為20%。
10.根據權利要求8所述的計算機斷層攝影裝置，其中，所述最大衰減至少約50%。
11.根據權利要求8所述的計算機斷層攝影裝置，其中，所述最大和最小錐角之間的射 線衰減隨著所述錐角而改變。
12.根據權利要求1所述的計算機斷層攝影裝置，其中，所述間隔開的輻射源包括第一 和第二陽極(82,84) 0
13.根據權利要求1所述的計算機斷層攝影裝置，其中，所述第一和第二陽極是共用立 體χ射線管(20)的陽極。
14.根據權利要求1所述的計算機斷層攝影裝置，其中，所述第一和第二源在掃描方向 (ζ)上間隔開。
15.根據權利要求1所述的計算機斷層攝影裝置，還包括脈沖控制器(108)，用于交替 地脈動所述第一和第二輻射源。
16.根據權利要求1所述的計算機斷層攝影裝置，還包括重建處理器(32)，其從所述探 測器接收圖像數據，所述重建處理器對所述圖像數據數字地施加取決于錐角的加權。
17.一種計算機斷層攝影成像方法，包括朝向檢查區域(14)投射第一和第二錐束輻射(40、50)；在所述檢查區域之前使所述第一和第二錐束衰減，以形成經衰減的第一和第二錐束，所述衰減取決于錐角 (α)；以及從所述檢查區域采集輻射數據。
18.根據權利要求17所述的方法，還包括 基于所采集的輻射數據重建圖像。
19.根據權利要求17所述的方法，還包括 圍繞所述檢查區域同時旋轉所述錐束輻射。
20.根據權利要求17所述的方法，其中，所述衰減包括使得每束錐束通過具有變化厚 度的相應濾波器(56、58、62、64)。
21.—種成像裝置，包括輻射源(20、82、84)，其將錐束輻射(40、50)傳播進入檢查區域(14)； 探測器(22)，其探測已經穿過檢查區域的輻射；以及濾波器(56、58、60、62、64、74)，其由使所述輻射衰減的材料制成，所述濾波器插入在所 述輻射源和所述檢查區域之間，所述濾波器提供對所述錐束的取決于錐角的濾波，由此與 傾斜角較小的射線相比，傾斜角較大的射線受到更多濾波。
全文摘要
一種計算機斷層攝影裝置(10)，包括間隔開的輻射源(82、84)，諸如陽極，每個輻射源將錐束輻射(40、50)傳播進入檢查區域(14)。探測器(22)探測已經穿過檢查區域的輻射。衰減系統(55)插入在輻射源和檢查區域之間，用于對錐束進行取決于錐角的濾波。該衰減系統允許對重建圖像幾乎沒有貢獻的射線與貢獻較大的射線相比受到更多的衰減。
文檔編號A61B6/03GK101902965SQ200880121122
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月12日 優先權日2007年12月20日
發明者A·特倫, P·福斯曼, R·普羅克紹 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司