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专利名称：用为受检者定制的能量射束作x射线照相成像的方法和设备的制作方法
用为受检者定制的能量射束作χ射线照相成像的方法和设备
本申请是申请日为2004年10月27日、申请号为200410090100. 4、发明名称为“用为受检者定制的能量射束作X射线照相成像的方法和设备”的发明专利申请的分案申请。技术领域
本发明一般涉及诊断成像，更具体地说，涉及以适合待成像的受检者的形状和/ 或位置的方式、在X射线照相成像过程中动态过滤发往对象的辐射的方法和设备。
背景技术：
通常，在X射线照相成像系统中，X射线源向受检者或对象、如患者或一件行李发出X射线。下文中，术语“受检者”和“对象”可以互换地用以描述能够被成像的任何物体。 射束被受检者衰减之后，照在辐射检测器阵列上。检测器阵列上接收的衰减后的射束辐射的强度通常取决于X射线的衰减。检测器阵列的各检测器元件产生表示各检测器元件接收的衰减射束的独立电信号。把电信号发送到数据处理系统进行分析，最终产生图像。
在计算机层析X射线照相术(CT)成像系统中，X射线源和检测器阵列在成像平面内绕台架以及绕受检者旋转。X射线源通常包括X射线管，它在焦点发出射束形式的X射线。X射线检测器通常包括用于校准检测器上接收的X射线束的准直仪、用于把X射线转换成接近准直仪的光能的闪烁器、以及用于从邻近的闪烁器接收光能并从中产生电信号的光电二极管。通常，闪烁器阵列的各闪烁器把X射线转换成光能。各光电二极管检测光能并产生相应的电信号。然后把光电二极管的输出发送到数据处理系统进行图像重构。
目前，越来越需要减少患者在成像期间接收的辐射剂量。一般众所周知的是，可通过使用“蝴蝶结”滤波器对X射线束的强度分布进行整形来获得剂量的显著减少。利用蝴蝶结滤波器，表面剂量减少可多达50%。一般还知道，患者的不同组织部位可有利地指定不同形状的蝴蝶结滤波器以用来减少辐射剂量。例如，患者的头部或小的部位的扫描可要求形状不同于在大的身体扫描期间使用的滤波器的蝴蝶结滤波器。因此，需要成像系统具有大量可用的蝴蝶结滤波器形状以最佳地适合各患者。但是，用足够数量的蝴蝶结滤波器来改造成像系统以适应在大量患者扫描期间遇到的特质可能很困难，因为无法设想出每个独特的患者。此外，制造具有大量蝴蝶结滤波器的成像系统增加了成像系统的总制造成本。
此外，为了得到最佳剂量效率，即以最低可能的剂量获得最佳的图像质量，蝴蝶结滤波器所产生的衰减分布应当是患者所特有的。也就是说，当选择前置患者滤波器时，希望且优选地将患者的体积、形状和相对位置考虑在内。通过把患者的体积、形状和位置考虑在内，辐射曝光可适合特定的患者。此外，一般众所周知的是，光子计数(PT)和能量区分(ED) CT系统在今天是不可能的，主要是因为光子流量的大的动态范围超过了当前PT和ED检测器的计数率能力。使前置患者滤波器适合要扫描的受检者还考虑到使滤波器能够让在允许 PT和ED CT系统持续显影的适当范围中光子流量最小。如上所述，在潜在受检者池中的患者的差异相当大，使带有前置患者滤波器的CT系统适合于每个可能的患者轮廓不止是成本过高、简直不实际。
因此，希望设计一种以适合受检者的特定物理特性的方式动态过滤用于数据捕获的发往患者的辐射的设备和方法。还希望有一种在数据捕获过程中根据对受检者的探测扫描来定制发往受检者的辐射的系统。发明内容
本发明针对一种用于定义克服上述缺点的前置患者射束整形滤波器的定制衰减分布的方法和设备。提供滤波器组件，其中具有一对滤波器，在数据捕获过程中，各滤波器可通过电动机组件来动态控制。这些滤波器可定位在X射线束中，以便对X射线束的分布进行整形。在一个示范实施例中，滤波器可在CT数据捕获过程中根据受检者的形状来动态定位。还公开了一种在CT数据捕获之前确定受检者形状的方法。
因此，根据本发明的一个方面，提供一种射束整形滤波器组件。该滤波器组件包括具有非均勻厚度的第一可移动滤波器以及独立于第一可移动滤波器并且具有非均勻厚度的第二可移动滤波器。各滤波器配置成放在高频电磁能量射束中，以便衰减用于χ射线照相数据捕获的射束。
根据另一方面，公开一种CT系统，它包括具有容纳要扫描的受检者的开口的可旋转台架以及配置成向受检者投射高频电磁能量射束的高频电磁能量投射源。还提供包括一对滤波器的前置受检者滤波器组件和具有多个闪烁器单元的闪烁器阵列，其中各单元配置成检测透过受检者的高频电磁能量。所述CT系统还包括光电二极管阵列，它与闪烁器阵列光耦合，并且包括多个配置成检测相应闪烁器单元输出的光的光电二极管；以及数据捕获系统(DAQ，它连接到光电二极管阵列并且配置成接收光电二极管输出。提供一种图像重构器，它连接到DAS，且配置成从DAS接收的光电二极管输出来重构受检者的图像。所述 CT系统还包括控制器，该控制器配置成把滤波器对中的各个滤波器独立地定位在高频电磁能量射束中，以便把射束调制成具有基本上匹配受检者的至少大致形状的分布。
根据另一方面，本发明包括一种具有第一滤波器和第二滤波器的X射线滤波器组件。第一电动机组件连接到第一滤波器，第二电动机组件连接到第二滤波器。第一和第二电动机组件配置成独立地把相应的滤波器定位在X射线路径中，以便定义基本上接近目标形状的衰减分布。
从以下详细描述和附图中可以明白本发明的各种其它特征、目的和优点。


目前为实施本发明设想的优选实施例。
图中
图1是CT成像系统的图示。
图2是图1中说明的系统的原理框图。
图3是典型X射线系统的平面图。
图4是图1中所示的X射线系统的一部分的剖视图。
图5是根据本发明的前置受检者射束整形滤波器组件的一个实施例的简图。
图6是根据本发明的前置受检者射束整形滤波器的另一个实施例的简图。
图7是根据本发明的滤波器组件的另一实施例的简图。
图8是供非侵入行李检查系统使用的CT系统的图示。
具体实施方式
参照诸如图1-2和8中所示的CT系统和图3-4中所示的X射线系统之类的X射线照相成像系统来描述本发明。但是，本领域的技术人员应当知道，本发明同样适用于其它 X射线照相成像系统。此外，参照X射线的发射和检测来描述本发明。但是本领域的技术人员还应当知道，本发明同样适用于其它高频电磁能量的发射和检测。
参照图1和2，“第三代”CT成像系统10被表示为包括台架12。但是，本发明适用于其它CT系统。台架12具有X射线源14，将X射线束16通过滤波器组件15向台架12另一侧的检测器阵列18投射。检测器阵列18由多个检测器20构成，这些检测器共同检测透过内科病人22的所投射的X射线。各个检测器20产生表示照射的X射线束以及当其穿过患者22时产生的衰减射束的强度的电信号。在用于捕获X射线投影数据的扫描期间，台架 12和安装在其上的部件绕旋转中心M旋转。
台架12的旋转和X射线源14的操作由CT系统10的控制机构沈控制。控制机构沈包括X射线控制器28，向X射线源14提供电力和定时信号；台架电动机控制器30， 控制台架12的旋转速度和位置；以及滤波器组件控制器33，控制滤波器组件15。控制机构 26中的数据捕获系统(DAQ 32对来自检测器20的模拟数据抽样，并将数据转换成数字信号，以供后续处理。图像重构器34从DAS 32接收抽样且数字化的X射线数据，并且执行高速重构。重构的图像作为输入加至计算机36，计算机36将图像存储在大容量存储装置38 中。
计算机36还接收操作者经由具有键盘的控制台40输入的命令和扫描参数。相关联的阴极射线管显示器42允许操作者观察重构图像和来自计算机36的其它数据。操作者提供的命令和参数被计算机36用来向DAS32、X射线控制器观以及台架电动机控制器30 提供控制信号和信息。此外，计算机36操作工作台电动机控制器44，它控制电动工作台46 以定位患者22和台架12。特别是，工作台46移动患者22的各部位通过台架开口 48。
现在参照图3-4，图中表示了结合本发明的X射线系统50。X射线系统50包括油泵52、阳极端M以及阴极端56。中心机壳58设置和定位在阳极端M与阴极端56之间。 装在中心机壳58内的是X射线发生装置或X射线管60。容液腔62设置和安装在铅衬外壳 64内。容液腔62通常充满冷却剂66，用于驱散X射线发生装置60内的热量。冷却剂66通常是介电油，但是也可实现包括空气在内的其它冷却剂。油泵52使冷却剂循环通过X射线系统50，以便冷却X射线发生装置60以及把外壳64与真空容器68内出现的高电荷隔离。 为了把冷却剂降至适当温度，设置了散热器70，它位于中心机壳58的一侧。此外，可在散热器70附近安装风扇72、74，以便当介电油循环通过散热器70时在散热器70上方提供冷却风流。在阳极插孔76与阴极插孔78之间设置电连接，允许电子79流经X射线系统50。
外壳64通常由基于铝的材料制成，并且用铅作衬里，以防止杂散X射线放射。还在真空容器68附近且在外壳64内设置了导叶70。设置窗口 82以允许系统50内产生的X 射线辐射从系统中出来，并射向对象、例如要进行诊断成像的内科病人。通常，在外壳64中形成窗口 82。外壳64设计成阻挡大部分产生的X射线84，只有少量通过窗口 82射出。X射线系统50包括前置受检者滤波器组件86，设计成控制X射线84的衰减分布。
现在参照图5，图中简要表示了根据本发明并且至少可适用于上述CT和X射线系统的X射线发生和过滤组件。组件87包括X射线源88，用于向受检者(未示出)投射X射线束90或其它高频电磁能量射束。下面将会描述，射束90具有至少适合受检者的大致物理特征、如形状的分布92。前置受检者射束整形滤波器组件94在X射线束90被受检者衰减之前将其衰减，以便定义分布92。
滤波器组件94包括一对滤波器，即滤波器部件96和98，它们一般在形状和取向上互相成镜像。在这方面，各滤波器96和98大致构成滤波器组件的一半。下面将要描述，在一个优选实施例中，滤波器在尺寸上不相等。尽管尺寸上有差异，各滤波器仍由底部100和 102、尾部104和106以及弯曲或弧形部分108和110来定义。在这方面，各滤波器对X射线的衰减在整个滤波器体上不均勻。也就是说，由于各滤波器的底部比各滤波器的尾部厚， 因此各滤波器的底部比各滤波器的尾部让X射线衰减得更多。在一个实施例中，各滤波器的底部的厚度为30mm，各尾部的厚度为0. 25mm。衰减度是用于制造滤波器的衰减材料以及各滤波器部分的相对厚度的函数。
各滤波器96、98可操作地分别连接到电动机组件112、114。各电动机组件从成像系统的控制器和/或计算机接收控制信号，当收到这些控制信号时，使各电动机组件在X射线束或路径90中定位相应的滤波器。在一个实施例中，各电动机组件包括步进电动机，但是可以设想，其它类型的电动机可用于定位滤波器。电动机组件112、114还被设计成在整个数据捕获期间独立地重新定位各滤波器。在这方面，在整个数据捕获期间，可以独立地和动态地控制或定位各个滤波器，以便获得特定的衰减分布92。此外，两个滤波器最好都是通过相应的电动机组件来连接和控制。此外，一个滤波器可以固定，并且相对于另一滤波器保持静止。还可设想，可采用两个以上的滤波器。
在一个示范实施例中，滤波器96的末端(相对于X射线源)与X射线源88相隔 117mm。在此示范实施例中，滤波器98的末端设置成与X射线源相隔148mm。此外，在此示范实施例中，滤波器96的底部沿X轴的长度为45mm，尾部的长度为135mm，连接弯曲部分的长度为24. 9mm。与之相比，滤波器98的底部沿X方向的长度为53mm，尾部的长度为168mm， 连接弯曲部分的长度为34. 2mm。各弯曲部分的尺寸在下表中列出。本领域的技术人员容易理解，上述尺寸仅是说明多个可能的实施例其中之一。
曲率X、Y坐标尺寸
权利要求
1.一种X射线滤波器组件，包括具有弯曲部分的第一可移动滤波器和具有弯曲部分的第二可移动滤波器，所述第一可移动滤波器和第二可移动滤波器被布置成相对于彼此移动，以便允许在其间形成间隙，其中所述第一可移动滤波器和第二可移动滤波器关于自X射线源朝向对象的X射线投影的中心轴彼此镜像；具有垂直于自X射线源朝向对象的X射线投影的中心轴的长度的第三滤波器，所述长度比垂直于X射线投影的中心轴的第一可移动滤波器和第二可移动滤波器中的至少一个要长，并且所述第三滤波器被定位成与所述第一可移动滤波器和第二可移动滤波器中的一个相比更靠近所述对象并且被定位成允许通过第一可移动滤波器和第二可移动滤波器之间的间隙的X射线的衰减；连接到第一可移动滤波器的第一电动机组件和连接到第二可移动滤波器的第二电动机组件；以及其中所述第一电动机组件和第二电动机组件被配置成在X射线路径中独立定位相应的滤波器以便限定实质上接近目标形状的衰减分布。
2.如权利要求1所述的X射线滤波器组件，其中每个可移动滤波器由底部、弯曲部分和尾部来限定，其中第一电动机组件和第二电动机组件进一步被配置成定位第一可移动滤波器和第二可移动滤波器，使得第一可移动滤波器的尾部靠近第二可移动滤波器的尾部。
3.如权利要求1所述的X射线滤波器组件，其中在第一可移动滤波器和第二可移动滤波器未重合时第三滤波器提供非零的最小衰减。
4.如权利要求1所述的X射线滤波器组件，其中CT系统。
5.如权利要求4所述的X射线滤波器组件，其中CT系统包括被编程为由将要被成像的对象的探测扫描来确定目标形状的计算机。
全文摘要
本发明涉及用为受检者定制的能量射束作X射线照相成像的方法和设备。本发明公开一种为特定受检者(22，134)定制用于X射线照相成像的X射线束(90)的分布(92)的方法和设备。本发明包括具有一对滤波器(96，98)的滤波器组件(94)，各滤波器在数据捕获期间可由电动机组件 (112，114)来动态控制。滤波器(96，98)定位在X射线束(90)中，以便对X射线束(90)的强度分布(92)进行整形。在一个示范实施例中，在CT数据捕获期间根据受检者(22，134)的形状动态定位滤波器(96，98)。还公开一种在CT数据捕获之前确定受检者(22，134)的形状的方法。
文档编号G01N23/04GK102512194SQ20111041495
公开日2012年6月27日 申请日期2004年10月27日 优先权日2003年10月27日
发明者E·J·特卡卓司卡, J·黄, T·L·托特 申请人:Ge医疗系统环球技术有限公司