用于應用雙能量成像的方法和裝置的制作方法

專利名稱：用于應用雙能量成像的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明的目標一般位于醫學成像領域，并且更特別地位于射線照相法領域。本發明可特別地應用在雙能量(dual-energy)掃描儀中，相繼地發射具有不同能量的輻射用于提高所獲取的圖像的分辨率。
背景技術：
雙能量掃描儀可以是單源掃描儀，其周期性地發射具有兩個不同能量(典型地分別為SOkV和140kV級別)的輻射，并且非常迅速地從一個切換到另一個(以每掃描儀的旋轉具有千次切換的級別，并且每秒旋轉0. 5到5次)。因為這些具有不同能量的輻射不是以有機組織的相同的方式傳輸或反射，所以這允許在最終圖像中獲取顯著的豐富的信息，并且提高其分辨率。如這可以見于圖I的表示發射的輻射的能量相對于時間的圖表，然而這些掃描儀要求過渡時間(在圖中稱為T#和Tpf)用于從一個能量切換到另一個并且反之亦然，在這期間能量是可變的并且不同于用于患者成像的兩個“有用的”能量El和E2。因此，在這些過渡時間期間所發射的輻射劑量對圖像僅具有較小的影響，并且另外它們向患者提供額外的輻射劑量，然而應該使劑量最小化以便不對患者的健康產生危險。已經對于限制有用的能量之間的過渡時間做出了努力，但是總是殘余有在其期間患者接收不必要的劑量的階段。另外，減少過渡時間使用于掃描儀的電子電路的結構復雜化并且使掃描儀更重。因此存在對新技術的需要，其中使用該新技術可由具有兩個不同能量的輻射并且通過限制患者所吸收的無用輻射的劑量來產生圖像，而這些圖像不被無用能量的額外輻射所改變。用于施加輻射源的方法已經得到了發展，其中采用這些方法可防止全部或部分輻射到達患者，以便調整該患者所接收的劑量。為了達到這點，使用了包括電子源和靶的類型的輻射源，其被適配以便當其接收電子通量時，向著患者或待成像的患者的區域發射X射線通量。該源還包括用于偏轉電子通量的系統，其改變電子通量的路徑從而電子通量到達了靶的另一點并且改變向著患者送出的劑量。然而，使用這樣的裝置，僅可能實現劑量調整，但不能掩蓋給定時間間隔處的某些能量；因此，獲取的結果并不令人滿意。

發明內容
因此，在一個實施例中，提供了一種醫學成像方法，在其中能將具有兩個不同能量級(energy level)的福射施加到待成像的患者的區域,然而不使患者或檢測器在這些能量級之間的中間階段期間接收所發射的輻射。
在這方面，本發明提出了一種醫學成像方法，在其中控制具有兩個能量級的同一輻射源以便隨著時間相繼地產生-具有第一能量級的輻射，以及-具有不同于第一能量級的第二能量級的輻射，由此所產生的輻射在源的輸出處穿過患者或待成像的患者的區域而向著檢測器發射，并且其中對于至少一個中間階段，源的發射被阻斷或轉向，在此期間該源以瞬態方式從第一能量級切換到第二能量級或反之亦然。在醫學成像方法的特定實施例中，取決于患者可承受的每圖像的劑量水平來調整在其期間源的輸出處的輻射被阻斷或轉向的階段的持續時間。
在醫學成像方法的另一實施例中，輻射源為包括電子源和靶的類型，當它暴露在電子通量中時，其聚焦區域(focal area)向著檢測器穿過患者或待成像的患者的區域發射輻射，并且在每個中間階段期間，電子通量相對于該聚焦區域轉向。電子通量可向著位于電子源和靶之間的電子收集器轉向，該收集器吸收電子通量，或者向著靶的不同于第一聚焦區域的第二聚焦區域轉向。還提供了一種醫學成像裝置，其包括-輻射源，-輻射檢測器，以及-用于控制該源的模塊，由控制模塊控制輻射源以便隨著時間相繼地產生-處于第一能量級的輻射，以及-處于不同于第一能量級的第二能量級的輻射，由此產生的輻射在源的輸出處穿過患者或待成像的患者的區域而向著檢測器發射，由源發射的輻射在至少一個中間階段期間被阻斷或轉向，在此期間該源以瞬態方式從第一能量級切換到第二能量級或反之亦然。在特定實施例中，本發明所提出的裝置的輻射源可為包括電子源的類型，適配該電子源以便相繼地產生〇處于第一能量級的電子通量，〇處于不同于第一能量級的第二能量級的電子通量，以及〇在每個中間階段期間，具有隨著時間可變的能量的電子通量，并且靶包括聚焦區域，適配其以便當它暴露在電子通量中時，向著檢測器穿過患者或待成像的患者的區域發射輻射。


通過參照作為非限制性例子而給出的附圖來閱讀下面的詳細描述后，本發明的其它特征、目的和優勢將變得明顯，其中圖I圖示在雙能量斷層照相機(tomograph)中發射的能量與時間有關的變化。圖2圖示應用本發明所提出的方法的示范性醫學成像裝置。圖3a示意性地圖示在醫學成像裝置中使用的輻射源。圖3b圖示允許應用本發明所提出的成像方法的輻射源。圖4a圖示具有在中間階段輻射的阻斷的雙能量斷層照相機中所發射的能量與時間相關的變化。圖4b圖示具有在中間階段輻射的阻斷以及劑量調整的雙能量斷層照相機中所發射的能量與時間相關的變化。圖5a至5d圖示本發明所提出的成像方法的示范性實施例。
具體實施例方式參照圖2,圖示了位于轉動支撐(support) 20上的斷層照相裝置(tomographydevice) 10，其包括輻射源11和輻射檢測器13。輻射源11向著檢測器13并且穿過躺在支撐21上的患者P或待成像的患者P的區域發射輻射束12，例如X射線。當檢測器13接收到輻射12時，采用與檢測器13連接的處 理單元15能存儲由檢測器獲取的圖像并且可選地對這些圖像進行額外的處理，以便例如重建待成像的患者的區域的3D圖像。另外，斷層照相裝置10包括用于控制源11的模塊14，其與源11連接并且特別地控制由源向著患者P發射的輻射的劑量和能量。在雙能量斷層照相裝置的情況下，源11應該僅向著患者P發射具有對形成圖像有用的兩個不同能量級El和E2的輻射。在其期間必須形成在這兩個能量級之間過渡的時刻，取決于轉動支撐20的角位置。在這些時刻轉動支撐20向控制模塊14送出命令以改變輻射的能量，并且控制模塊14根據這些命令改變源的能量。該控制模塊14還可以控制源11使得源11僅向著檢測器13并且穿過患者P或待成像的患者的區域輸送具有對形成圖像有用的兩個不同能量級El和E2的輻射，并且不輸送這兩個能量級之間的過渡能量。可選地，為了控制向著患者P發射的輻射的劑量，控制模塊14也可連接到檢測器13并且使用由檢測器13接收的關于輻射劑量的信息以便適配源11所發射的輻射12的劑量。圖3中更詳細地圖示了輻射源11。其包括電子源111和陽極或靶114，當其接收電子通量112時，其發射例如X射線型的輻射。該結構為本領域技術人員已知的任何類型。圖3a所圖示的靶114包括第一聚焦區域F1，被適配以便當其接收由電子源111發射的電子通量112時，向著檢測器13穿過患者P發射輻射12。圖3b所圖示的靶114還可以包括第二聚焦區域F2，當其接收由電子源111發射的全部或部分電子通量112時，該第二聚焦區域F2可發射輻射束22，該輻射束22被轉向或阻斷以不被患者P接收。備選地，第二聚焦區域F2在其接收電子通量時可能不發射輻射。最后，輻射源11包括位于電子源111和靶114之間的偏轉系統113，并且其可改變電子束112的軌道。這種偏轉可用任何已知方式(例如通過磁偏轉或靜電偏轉)來實現。在患者P的檢查期間，電子源111相繼地產生處于第一能量級的電子通量112、處于不同于第一能量級的第二能量級的電子通量112、以及在以瞬態方式從第一能量級切換到第二能量級或反之亦然的時間期間在中間階段期間處于可變能量級的電子通量112，適配所述能量級使得由靶114發射并來源于該電子通量112的輻射具有圖I所圖示的輪廓。特別地，該電子通量112產生的輻射12隨著時間相繼地分別具有第一和第二能量級El和E2，以及中間階段T卩及Tpf，在其期間能量級以瞬態方式從第一能量級El切換到第二能量級E2或反之亦然。根據圖4a所圖示的第一實施例，控制輻射源11使得在穩定階段(在其期間能量級為常數或者等于El或E2)期間，由電子源111產生的電子通量112到達聚焦區域Fl，使得聚焦區域Fl產生向著檢測器13穿過患者P的輻射12。另一方面，在中間階段T#和1^期間，控制輻射源11使得電子通量112不到達聚焦區域F1，并且因此在患者P的方向上不產生輻射。圖4a中將中間階段T卩及Tpf加陰影，在其期間電子通量112的能量從狀態El或E2變化為另一狀態，并且沒有瞬態輻射向著患者P發射。參照圖4b，還可以適配在其期間不穿過患者發射輻射的階段的持續時間以便調整由患者所接收的劑量。 實際上，盡管能將該階段的持續時間限制為中間階段T#和Tpf，但特別地為了減少由患者接收的輻射12的劑量，也能在這些階段的每個之前和之后延伸輻射的阻斷。這些區域在圖4b中也采用陰影圖示。為了實現輻射的此阻斷，或者更普遍地為了阻止電子通量到達靶114的聚焦區域Fl，可能有若干實施例。通常，電子通量112在穩定階段期間可到達第一聚焦區域F1，并且僅在中間階段T升和T降期間被轉向。備選地，電子通量可以僅在穩定階段期間被轉向以便到達第一聚焦區域F1，或其還可以根據若干不同的軌道被轉向，這取決于其處于穩定階段或中間階段。另外，如何阻止電子束112在中間階段期間到達聚焦區域Fl的方式也可不同。根據第一實施例，參照圖5a，輻射源111可以包括位于偏轉系統113和靶114之間的電子收集器115。偏轉系統113將電子束112的軌道轉向到收集器115上，從而例如該束沿著環形軌道轉向到收集器115上。為此，該電子收集器115可以是包括通孔的軸對稱的固體，其中電子束112在穩定階段期間穿過該通孔，以便到達靶114的聚焦區域F1。例如，收集器115可以是在穩定階段期間以電子束112為中心的軸對稱固體。還可以具有限定通孔的內表面，其中電子流穿過該通孔，并且在中間階段期間電子通量112的軌跡向著該通孔轉向。電子收集器115可由例如銅、鈹或氧化鋁型陶瓷(A1203)的材料組成，通過其可吸收所有或部分電子通量而不發射任何輻射，并且還具有高溫下的良好的熱性能，例如良好的熱傳導、熱容量及耐熱性。備選地，電子收集器115可發射輻射并且可以適配位于收集器115和患者之間的瞄準儀116用于阻斷起源于收集器115的輻射，而傳輸起源于第一聚焦區域Fl的輻射。采取軸對稱固體形式的收集器115的幾何形狀是優選的，這是因為其允許驅動收集器圍繞其旋轉軸轉動，這允許電子通量相對于其轉向的表面積的增加，并且因而可避免該表面的任何過熱。備選地，如圖5b、5c和5d所圖示的，在中間階段期間所發射的電子束112可向著第二聚焦區域F2轉向，該第二聚焦區域F2吸收電子而不發射任何輻射或向著與患者P和檢測器13的方向不同的方向發射輻射。
靶114可以具有軸X-X的軸對稱固體的形狀，其相對于入射電子流112具有傾斜的表面，并且聚焦區域Fl和F2可以是靶114的部分，其形式為不同于靶的同心并且不同的環。這允許驅動靶114圍繞其軸X-X轉動并且由此可增加聚焦區域的表面積以便避免它們在暴露于電子通量時過熱。另外，也能使電子束112在中間階段期間散焦，用于限制靶114的升溫。根據圖5b所圖示的第二聚焦區域F2的第一實施例，其可以是由例如銅、鈹或氧化鋁型陶瓷(A1203)的材料組成的聚焦區域，被適配用于吸收所有或部分電子通量112而不發射任何輻射，并且還具有高溫下的良好的熱性能， 例如良好的熱傳導性、熱容量和耐熱性。如果需要，位于源的下游的瞄準儀116(圖中未示出)提供僅傳輸起源于第一聚焦區域Fl的輻射的可能性。該瞄準儀可例如由至少兩個非對準窗口組成，允許橫向于入射輻射的孔的限制，但也阻斷起源于除第一聚焦區域Fl的方向以外的方向的輻射。根據圖5c所圖示的備選實施例，可適配聚焦區域F2以便向與檢測器13和患者P的方向不同的方向發射輻射22。為此，第二聚焦區域F2可例如相對于來自第一聚焦區域Fl的電子的入射通量112而具有不同斜度。在此情況下，輻射22由位于靶114的下游的瞄準儀116停止，并且被適配用于僅使起源于第一聚焦區域Fl的輻射12通過，并且因此用于阻斷起源于第二聚焦區域F2的輻射22。然后該瞄準儀116可具有與之前所示的瞄準儀相同的結構。備選地，第二聚焦區域F2可以是形成于靶114中的凹槽(groove)，如圖5d所圖示的，其發射大部分限制在該凹槽中的輻射22。為此，可定位凹槽F2使得輻射22向著該凹槽的壁發射(圖中未示出)而不向著凹槽的外部發射。然而，可以向外發射小部分的輻射，從而以與之前相同的方式被瞄準儀116阻斷，這是因為其沒有以與第一聚焦區域Fl相同的方向發射。最后，在患者P暴露的整個持續時間期間，源11的控制模塊14測量由檢測器13接收并且因此由患者P接收的輻射劑量。根據這些測量，可以命令源11根據上述實施例來阻斷或轉向輻射，以便取決于他/她可承受的每圖像的劑量水平來限制由患者P接收的劑量。因此在任何情況下，在中間階段T#和Tpf (在其期間輻射的能量隨著時間可變)期間，沒有輻射到達患者或檢測器，使得患者不承受過大劑量并且檢測器不接收可能使獲取的圖像質量惡化的任何寄生輻射。部件列表S IEl第一能量級E2第二能量級S 210醫學成像裝置11輻射源12 輻射13輻射檢測器14用于控制源的模塊
15處理單元20轉動支撐21 支撐P 患者IS 3
111電子源112電子通量113偏轉系統114 靶Fl聚焦區域IS 322 輻射116瞄準儀F2第二聚焦區域圖5a115-電子收集器。
權利要求
1.ー種醫學成像方法，根據所述方法來控制具有兩個能量級的同一輻射源(11)以便隨著時間相繼地產生 -處于第一能量級(El)的輻射，以及 -處于不同于所述第一能量級(El)的第二能量級(E2)的輻射， 所述由此產生的輻射(12)在所述源(11)的輸出處穿過患者(P)或待成像的所述患者的區域而向著檢測器(13)發射，其中在至少ー個中間階段(TpTpf)期間，所述源(11)的所述發射被阻斷或轉向，在所述中間階段(TpTpf)期間所述源(11)以瞬態方式從所述第一能量級(El)切換到所述第二能量級(E2)或反之亦然。
2.根據權利要求I所述的方法，其中，取決于所述患者(P)可承受的每圖像的劑量水平來調整在其期間所述源(11)的所述輸出處的所述輻射(22)被阻斷或轉向的階段的持續時間。
3.根據權利要求I所述的方法，其中，所述輻射源(11)為包括電子源(111)和靶(114)的類型，當其暴露在電子通量(112)中時，所述靶(114)的聚焦區域(Fl)向著所述檢測器(13)穿過所述患者(P)或所述待成像的所述患者的區域發射輻射(12)，并且在每個中間階段(T^Tpf)期間，所述電子通量(112)相對于所述聚焦區域(Fl)轉向。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，每個所述中間階段(TpTpf)期間，所述電子通量(112)向著位于所述電子源(111)和所述靶(114)之間的電子收集器(115)轉向，所述收集器(115)吸收所述電子通量(112)。
5.根據權利要求3所述的方法，其中，對于每個中間階段(IV、Tpf)，所述電子通量(112)向著所述靶(114)的不同于所述第一聚焦區域(Fl)的第二聚焦區域(F2)轉向。
6.根據權利要求3到5中的一個所述的方法，其中，通過磁偏轉或靜電偏轉來實現對所述電子通量(112)的所述偏轉。
7.ー種醫學成像裝置(10)，包括 -輻射源(11)， -輻射檢測器(13)，以及 -用于控制所述源的模塊(14)， 由所述控制模塊(14)控制所述輻射源(11)以便隨著時間相繼地產生 -處于第一能量級(El)的輻射，以及 -處于不同于所述第一能量級的第二能量級(E2)的輻射， 所述由此產生的輻射(12)在所述源(11)的輸出處穿過患者(P)或待成像的所述患者的區域向著所述檢測器(13)發射， 其中由所述源(11)所發射的所述輻射(22)在至少ー個中間階段(TpTpf)期間被阻斷或轉向，在所述中間階段(TpTpf)期間所述源(11)以瞬態的方式從所述第一能量級(El)切換到所述第二能量級(E2)或反之亦然。
8.根據權利要求7所述的醫學成像裝置(10)，其中，所述輻射源(11)為包括電子源(111)的類型，適配所述電子源(111)以便相繼地產生 -處于第一能量級的電子通量(112)， -處于不同于所述第一能量級的第二能量級的電子通量(112)，以及 在每個中間階段期間，隨著時間可變的能量的電子通量(112)，以及適配包括聚焦區域(Fl)的靶(114)以便當其暴露在電子通量(112)中時，向著所述檢測器(13)穿過所述患者(P)或所述待成像的所述患者的區域發射輻射(12)， 所述醫學成像裝置還包括偏轉系統(113)，被適配以便在每個中間階段(TpTpf)期間改變由所述電子源(111)所發射的所述電子通量(112)的軌跡。
9.根據權利要求8所述的裝置(10)，還包括位于所述偏轉系統(113)和所述靶(114)之間的電子收集器(115)，并且所述電子通量(112)在所述中間階段(T#、TK)期間向著所述電子收集器(115)轉向，適配所述收集器(115)用于吸收所述電子通量(112)。
10.根據權利要求8所述的裝置(10)，其中，所述靶(114)還包括至少一個第二聚焦區域(F2)，被適配以便當其暴露在電子通量時不向著所述患者(P)發射任何輻射，并且所述電子通量(112)在每個中間階段OV、TK)期間由所述偏轉系統(113)向著所述第二聚焦區域(F2)轉向。
11.根據權利要求10所述的裝置，其中，適配所述靶的所述第二聚焦區域(F2)用于吸收其接收的所述電子通量。
12.根據權利要求10所述的裝置(10)，其中，適配所述靶(114)的所述第二聚焦區域(F2)，用于向著與所述第一聚焦區域(Fl)發射的方向不同的方向發射輻射(22)，所述裝置(10)還包括位于所述靶(114)和所述患者(P)之間的瞄準儀(116)，適配所述瞄準儀(116)用于阻斷起源于所述源(114)的所述第二聚焦區域(F2)的所述輻射(22)。
13.根據權利要求11所述的裝置(10)，其中，所述靶(114)是以軸X-X為中心的軸對稱固體，所述靶執行圍繞所述軸X-X的轉動的運動，并且其中所述第一聚焦區域(Fl)和所述第二聚焦區域(F2)為彼此不同的同心環。
14.根據權利要求13所述的裝置，其中，所述第二聚焦區域(F2)是在所述靶(114)中形成的凹槽，并且所述第二聚焦區域(F2)所發射的所述輻射(22)被所述凹槽的壁阻斷。
15.根據權利要求7到14中的一個所述的裝置，還包括處理單元(15)，被適配用于處理在所述檢測器(13)上獲取的圖像。
全文摘要
本發明用于應用雙能量成像的方法和裝置，本發明涉及一種醫學成像方法，根據該方法控制具有兩個能量級的輻射源(11)用于隨著時間相繼地產生處于第一能量級(E1)的輻射，以及具有不同于第一能量級(E1)的第二能量級(E2)的輻射，由此產生的輻射(12)在源(11)的輸出處穿過患者(P)或待成像的患者的區域而向著檢測器(13)發射，并且其中在至少一個中間階段(T升、T降)期間，源(11)的發射被阻斷或轉向，在其期間該源(11)以瞬態方式從第一能量級切換到第二能量級或反之亦然。本發明也涉及一種該方法可以與其一起應用的醫學成像裝置。
文檔編號A61B6/03GK102764136SQ201210251060
公開日2012年11月7日 申請日期2012年5月2日 優先權日2011年5月2日
發明者D·佩里拉-阿梅德, U·維德曼 申請人:通用電氣公司