X射线成像设备及使用X射线成像设备进行成像的方法与流程

本申请涉及x射线成像领域，并且更具体地涉及能够扩大射源对投照体的扫描范围的x射线成像设备以及使用该x射线成像设备进行成像的方法。

背景技术：

目前使用的ct(computedtomography，计算机断层扫描)设备(下文称为ct设备)或胸部dr等x射线成像设备通常设置有一个射源和一个探测器，或者设置有两套扫描成像系统，即具有两个射源和两个探测器。例如，锥形束计算机断层扫描(cbct)设备设置有可发射锥形光束的射源和探测器，由于探测器尺寸及形状受到限制，有效光(即可由探测器接收到的光)所及范围有限。另外，射源、投照体以及探测器之间的可调距离有限，所以由射源发射的光的扫描范围也会受到限制。当投照体较大时，可由探测器接收到的光不能完全覆盖投照体上的需要进行扫描的部分(下文称为兴趣区)，这样则不能获得兴趣区的全部扫描图像。具有两套扫描成像系统的ct设备，两套x射线的发生装置和两套探测器系统呈一定角度安装在同一平面，进行同步扫描。虽然能实现能谱成像或提高时间分辨率，但是纵向扫描范围依然受限。另外，采用两套扫描成像系统来扩大纵向扫描范围时，一方面两个射源产生的光之间的散射会使成像分辨率降低另一方面采用两个探测器会加大成本。

技术实现要素：

针对上述技术问题中的至少之一，本申请提供包括两个射源和一个探测器的x射线成像设备。

根据本申请的一方面，提供一种x射线成像设备，该x射线成像设备包括：转动机构，转动机构设置有包括第一射源和第二射源的射源，第一射源和第二射源分别发射第一光和第二光，第一光和第二光交替地照射至投照体，转动机构环绕或部分地环绕投照体，并且配置为绕投照体转动；以及探测器，探测器检测经过投照体的第一光和第二光。

在一个实施方式中，探测器可设置在转动机构上。

在一个实施方式中，探测器可与射源位于投照体的两侧。

在一个实施方式中，第一射源和第二射源可以为脉冲射源。

在一个实施方式中，x射线成像设备还可包括光切换机构，光切换机构包括交替地阻挡第一光和第二光的挡板。

在一个实施方式中，x射线成像设备还可包括光切换机构，光切换机构包括第一挡板和第二挡板，第一挡板和第二挡板分别交替地阻挡第一光和第二光。

在一个实施方式中，第一光和第二光可为锥形束x射线或扇形x射线。

在一个实施方式中，转动机构环绕或部分地环绕投照体，并且配置为绕投照体转动。

在一个实施方式中，第一射源和第二射源可在转动机构的转动轴方向或垂直于转动轴的方向上互相间隔开。

在一个实施方式中，第一射源和第二射源布置成使得第一光和第二光在一次扫描中扫描投照体上的相同部分，第一射源和第二射源加载有不同的管电压。

在一个实施方式中，第一光和第二光的波形为方波，第一光和第二光的周期相同，所述周期为探测器的探测周期的偶数倍。

在一个实施方式中，转动机构还可配置为在转动的同时沿转动机构的转动轴的方向移动。

根据本申请的另一方面，公开了一种通过如上所述的x射线成像设备进行成像的方法。该方法包括：将第一光和第二光交替地照射至投照体；以及通过探测器检测经过投照体的第一光和第二光。

根据如上所述的x射线成像设备通过使用两个射源，在能够在增大扫描范围的同时，一方面通过交替地照射第一光和第二光消除或部分地消除由两个射源产生的光的散射导致的分辨率降低，另一方面通过仅使用一个探测器降低成本。另外，根据本申请的x射线成像设备还可通过使第一射源和第二射源加载有不同的管电压而实现能谱成像。

附图说明

通过参考附图详细描述本申请的示例性实施方式，本申请的上述及其他方面、特征和优点将变得更加明显，在附图中：

图1是根据本申请的示例性实施方式的x射线成像设备的示意图；

图2是根据本申请的一个示例性实施方式的x射线成像设备中的射源与探测器布置以及射源与探测器之间的光路的示意图；

图3是根据本申请的另一示例性实施方式的x射线成像设备中的射源和探测器的布置以及射源和探测器之间的光路的示意图；

图4至图6示出第一射源110和第二射源120为脉冲射源时的实施例的示意图；

图7是整体地示出转动机构转动时第一射源、第二射源、探测器和投照体之间的光路的示意性平面图；

图8是独立地示出第一射源、第二射源、探测器和投照体之间的光路的示意性平面图；以及

图9是示出根据本申请又一实施方式的x射线成像设备中的射源和探测器的布置以及射源和探测器之间的光路的示意图。

具体实施方式

现在，将在下文中参照示出各实施方式的附图更充分地描述本申请。然而，本申请能以诸多不同的形式来实现，而不应解释为局限于本文阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式以使得本公开为透彻和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本申请的范围。在说明书全文和所有附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。

将理解，当元件被称为处于另一元件“上”时，它可直接地处于该另一元件上，或者其间可存在中间元件。相反，当元件被称为直接在另一元件上时，不存在中间元件。

将理解，虽然可在本文中使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在没有脱离本文的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可被称为第二元件、组件、区域、层或部分。

本文使用的术语仅是出于描述具体实施方式的目的，而并非旨在进行限制。如本文所使用的那样，除非内容清楚地另行指出，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在包括复数形式，包括“至少一个”。如本文所使用的那样，措辞“和/或”包括相关所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。还将理解，当措辞“包括”在本说明书中使用时指出所阐述的特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。

此外，在本文中可使用诸如“在……下方”或“在……上”以及“在……上方”等的空间相对术语来描述如附图中所示的一个元件与另一元件的关系。将理解，除了附图中所描绘的定向之外，相对术语还旨在涵盖设备的不同定向。例如，如果附图之一中的设备翻转，则描述为在其他元件“下方”的元件于是将定向成在所述其他元件“上方”。示例性术语“下方”或“下面”因此可涵盖上方和下方两个定向。

如本文所使用的，“约”或“近似”包括所阐述的值以及在对于特定值的如由本领域普通技术人员在考虑正在进行的测量和与特定量的测量相关的误差(即，测量系统的局限性)所确定的可接受偏差范围内的平均值。

除非另行限定，否则本文所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本公开所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。还将理解，术语，诸如通常使用的词典中所定义的术语，应解释为具有与它们在相关技术的上下文和本公开中的含义相一致的含义，并且将不在理想化或过于正式的意义上进行解释，除非本文明确地限定成这样。

图1是根据本申请示例性实施方式的x射线成像设备10的示意图。图2是根据本申请的一个示例性实施方式的x射线成像设备10中的射源与探测器布置以及射源与探测器之间的光路的示意图。图3是根据本申请的另一示例性实施方式的x射线成像设备10中的射源和探测器的布置以及射源和探测器之间的光路的示意图。

参照图1至图3，根据本申请的x射线成像设备10包括设置有射源100的转动机构300和探测器200。探测器200可以为二维面状探测器。例如，探测器200可以是平板探测器，平板探测器在z轴方向上的覆盖宽度可达到例如约300mm或更大。在图1所示的实施方式中，探测器200可设置在转动机构300上，但是这仅是示例性的且本申请不限于此。探测器200还可设置在除转动机构300外的机构上，并且可配置为能够接收到经过投照体a的第一光s1和第二光s2。射源100和探测器200可位于投照体a两侧。

在图1所示的实施方式中，转动机构300可例如与机架400连接，并且机架400可固定安装至或放置在地面上。

在本申请的一个实施方式中，转动机构300中可设置有驱动装置(例如电机)，并且转动机构300可由驱动装置驱动以进行转动或其它运动，但这仅是示例性的。驱动装置可设置在转动机构300中或其它适当的位置。

参照图2和图3，射源100包括第一射源110和第二射源120。第一射源110和第二射源120分别发射第一光s1和第二光s2。第一射源110和第二射源120可以为x射线发生器，并且第一光s1和第二光s2为x射线。第一光s1和第二光s2可为锥形束x射线、扇形束x射线等，但是本申请不限于此。通过设置两个射源(即第一射源110和第二射源120)，可扩大x射线成像设备10的扫描范围。

在图2所示的实施方式中，当第一射源110和第二射源120在z轴方向上互相间隔开时，可在纵向方向(即与x轴和y轴限定的平面b垂直的方向，即z轴方向)上扩大第一光s1和第二光s2在投照体a上的扫描范围。在图3所示的实施方式中，当第一射源110和第二射源120在例如由x轴和y轴形成的平面b上(即与z轴垂直的平面b上)并排排列时，可增大与平面b平行的方向上的扫描范围。图2和图3中所示出的射源100的布置仅是示例性的，且本申请不限于此。通过射源100中的第一射源110和第二射源120的不同布置(即通过第一射源110和第二射源120相对于投照体a的不同位置关系)，可实现扫描范围在不同方向上的扩展，也就是说，扫描范围的扩展不限于在水平方向和竖直方向上的扩展。

在本申请的一个实施方式中，x射线成像设备10还可包括控制器(未示出)。控制器可控制射源100的开关，例如控制器可独立地控制第一射源110和第二射源120的开关。控制器还可与驱动装置联接，以控制驱动装置的转动速度和转动方向。

第一光s1和第二光s2交替地照射至投照体a。探测器200检测经过投照体a的第一光s1和第二光s2。当第一光s1和第二光s2同时照射投照体a时，第一光s1和第二光s2之间的散射造成的干扰可能导致成像精度降低。在根据本申请的x射线成像设备10中，第一光s1和第二光s2交替地照射至投照体a。这样可减少第一光s1和第二光s2在照射至投照体a之前或之后发生的干涉和/或散射。根据本申请的一个实施方式，第一光s1和第二光s2可连续且交替地照射至投照体。根据本申请的另一个实施方式，第一光s1和第二光s2可相隔预定的时间交替地照射至投照体a。另外，可根据需要设置第一光s1和第二光s2照射投照体a的时间。

图4至图6是第一射源110和第二射源120为脉冲射源的情况下第一光s1和第二光s2的示例性波形图。

根据本申请的一个实施方式，第一射源110和第二射源120可为脉冲射源，即第一射源110和第二射源120可发射x射线脉冲。例如，第一射源110和第二射源120可为脉冲激光器，第一光s1和第二光s2的波形可为矩形波。第一射源110和第二射源120可设置成使得第一光s1和第二光s2交替地照射至投照体a。第一光s1和第二光s2的强度可相同或不同。

参照图4，根据本申请的一个可选的实施方式，分别由第一射源110和第二射源120发射的第一光s1和第二光s2可具有相同的周期t1，且第一光s1和第二光s2的占空比可均为50％，即第一光s1和第二光s2可为方波。第一射源110和第二射源120可设置成使得在第一光s1处于上升沿时第二光s处于下降沿并且在第二光s2处于上升沿时第一光s1处于下降沿，即，使得第一光s1和第二光s2不同时照射至投照体a。在这种情况下，第一光s1或第二光s2的周期t1可以为探测器200的探测周期的偶数倍。探测器200的探测周期是指探测器200完成一次探测所需的时间。这样，便于对由探测器200采集的数据进行区分，例如，区分由探测器200采集照射投照体a后的第一光s1而产生的数据和由探测器200采集照射投照体a后的第二光s2而产生的数据。

参照图5，图5的实施方式除第一光s1和第二光s2的占空比外与图4的实施方式大致相同。第一光s1和第二光s2可具有相同的周期t2，第一光s1和第二光s2可具有不同的占空比且第一光s1和第二光s2的占空比之和为1。例如，第一光s1的占空比可为70％，且第二光的占空比可为30％，但本申请不限于此。在本实施方式中，第一光s1和第二光s2的占空比可大于0且小于100％但是不等于50％。在第一光s1处于上升沿时第二光s2处于下降沿，在第一光s1处于下降沿时第二光s2处于上升沿。也就是说，第一光s1和第二光s2不同时照射至投照体a。在一个示例中，可根据第一光s1和第二光s2的占空比，确定探测器200在第一预定时间内检测的光是经过投照体a的第一光s1并且在第二预定时间内检测的光是经过投照体a的第二光s2。第一预定时间和第二预定时间可根据第一光s1和第二光s2的占空比来确定，即根据第一光s1和第二光s2在一个周期t2中照射在投照体a上的时间来确定。例如，第一光s1的占空比可为70％，且第二光的占空比可为30％，则可确定探测器200在开始检测后的0.7×t2的时间内检测的光为经过投照体a的第一光s1，并且可确定在接下来的0.3×t2的时间内检测的光为经过投照体a的第二光s2。以上实施方式便于对由探测器200采集的数据进行区分且仅是示例，且本申请不限于此。

参照图6，第一光s1和第二光s2可具有相同的周期t3且第一光s1和第二光s2的占空比之和小于1。例如第一光s1的占空比为70％，且第二光s2的占空比为20％。在图6的实施方式中，第一光s1首先处于上升沿，即首先照射第一光s1，在第一光s1处于下降沿时，第二光s2也处于下降沿，则此时第一光s1和第二光s2均不照射至投照体a，在第一光s1的占空比为70％，且第二光s2的占空比为20％的情况中，第一光s1和第二光s2在一个周期t3中均不照射至投照体a的时间可持续0.1×t3的时间。在一个周期t3中，第二光s2可照射0.2×t3的时间。可根据扫描的需要，循环以上过程。以上实施方式便于对由探测器200采集的数据进行区分且仅是示例，且本申请不限于此。

上述实施方式仅是示例性的。第一光s1和第二光s2可为非周期性脉冲。在这种情况下，第一射源110和第二射源120可设置成使得第一光s1和第二光s2交替地照射至投照体a，即第一光s1和第二光s2不同时照射至投照体a。

根据本申请另一实施方式，x射线成像设备10可包括光切换机构，光切换机构可包括交替地阻挡第一光s1和第二光s2的挡板。这样可使得第一光s1和第二光s2交替地照射至投照体a。光切换机构例如可由包括在x射线成像设备10中的控制器控制，例如当x射线成像设备10包括计算机系统时，光切换结构可由包括在计算机系统中的控制器控制，但是本申请不限于此。

根据本申请又一实施方式，x射线成像设备10可包括光切换机构，光切换机构包括第一挡板和第二挡板，第一挡板和第二挡板分别交替地阻挡第一光s1和第二光s2。这样可使得第一光s1和第二光s2交替地照射至投照体a。光切换机构例如可由包括在x射线成像设备10中的控制器控制，例如当x射线成像设备10包括计算机系统时，光切换结构可由包括在计算机系统中的控制器控制，但是本申请不限于此。

上述实施例仅是示例性的，并且可通过除了如上所述的实施方式之外的方式实现第一光s1和第二光s2对投照体a的交替照射。

图7是整体地示出转动机构300转动时第一射源、第二射源、探测器和投照体之间的光路的示意性平面图。图8是独立地示出第一射源、第二射源、探测器和投照体之间的光路的示意性平面图。

根据本申请的一个实施方式，转动机构300可环绕或部分地环绕投照体a，并且可配置为绕投照体a转动。当转动机构300环绕投照体a时，转动机构300可为闭合环形，但是转动机构300的形状不限于此。当转动机构300部分地环绕投照体a时，转动机构300可为具有开口的环形、半圆形、c形等，但是转动机构300的形状不限于此。如图7和图8所示，转动机构300的转动轴c可与投照体a重叠，但本申请不限于此，转动轴c可处于其它位置。转动机构300的转动方向r不限于图7和图8中所示的方向，并且可与图7和图8中所示的方向相反或可相对于投照体a倾斜地转动。转动机构300绕投照体a速度可根据成像需要进行设置。

如图7和图8所示，当第一射源110和第二射源120在转动轴c的方向上间隔开时，第一光s1可照射至投照体a的一部分(例如投照体a的约上3/4部分)，第二光s2可照射至投照体a的一部分(例如投照体的约下3/4部分)，这样第一光s1和第二光s2可在一次扫描中扫描整个投照体，从而x射线成像设备10可扩展纵向方向(即转动轴c的方向)上的扫描范围。一次扫描可以指根据本申请的x射线扫描设备完成对投照体a上的要进行成像的区域扫描的动作。所述动作可根据需要进行设置，例如，可根据需要设置第一光s1和第二光s2的扫描时间和扫描次数、使用第一光s1和第二光s2进行扫描的时间间隔以及第一光s1和第二光s2进行扫描时的扫描方向和扫描速度(例如通过设置转动机构300的转动方向和转动速度来设置)等。所述动作可例如为使用第一光s1对要进行成像的区域扫描两次、每次扫描45秒，并且在第二次使用第一光s1进行扫描之前使用第二光s2对要成像的区域扫描60秒，且第一光s1和第二光s2进行扫描的间隔可以为5秒，但这仅是示例，且本申请不限于此。

在转动机构300可绕投照体a转动的情况下，第一射源110和第二射源120还可在垂直于转动轴c的方向上互相间隔开，但是本申请不限于此。

通过设置有在转动轴c方向上间隔开的第一射源110和第二射源120的转动机构300绕投照体a转动，例如可在实现容积扫描的同时增大x射线成像设备10的纵向(转动轴c的方向)扫描范围。另外，由于第一光s1和第二光s2交替地照射至投照体a，因此还可还避免同时照射第一光s1和第二光s2时产生的散射或干涉。

探测器200可与射源100一起设置在转动机构300上，并且探测器200和射源100分别设置在投照体a的两侧。这样探测器200可与射源100一起随转动机构300绕投照体a转动。

图9是示出根据本申请又一实施方式的x射线成像设备10中的射源和探测器的布置以及射源和探测器之间的光路的示意图。

根据本申请的另一实施方式，转动机构300可环绕或部分地环绕投照体a，并且可配置为绕投照体a转动。例如，转动机构300可由设置在x射线成像设备10中的驱动装置驱动。驱动装置如何驱动转动机构300进行旋转或其它运动属于现有技术，因此不再赘述。第一射源110和第二射源120可设置在转动机机构上。第一射源110和第二射源120可布置成使得第一光s1和第二光s2在一次扫描中扫描投照体a上的相同部分，其中，一次扫描可以指根据本申请的x射线扫描设备完成对投照体a上的要进行成像的区域扫描的动作，如上面参照图7和图8所述。所述相同部分可以为x射线成像设备10针对投照体a的图像采集区。在图9所示的实施方式中，第一射源110和第二射源120可例如设置成在与平面b平行的方向上互相间隔开。在这种情况下，第一光s1和第二光s2可照射在投照体a相对于平面b的相同高度上。这样，在第一射源110和第二射源120与转动机构300一起转动的一次扫描中，第一光s1和第二光s2扫描到投照体a上的相同部分。第一光s1和第二光s2扫描到投照体a上的相同部分可表示第一光s1和第二光s2在一次扫描中相对于投照体a所扫描的部分(即实现容积扫描的部分)完全重合或部分重合。当转动机构300环绕投照体a时，转动机构300可为闭合环形，但是转动机构300的形状不限于此。当转动机构300部分地环绕投照体a时，转动机构300可为具有开口的环形、半圆形、c形等，但是转动机构300的形状不限于此。

在图9中所示的实施方式中，第一射源110和第二射源120可加载有不同的管电压。例如第一射源110可加载有高的管电压，第二射源120可加载有低的管电压，那么由探测器200检测的与第一射源110对应的数据可为高能信号，并且由探测器200检测的与第二射源120对应的数据可为低能信号，基于所得到的高能信号和低能信号可通过图像重建算法得出投照体a被照射部位的能谱ct图像。因此，通过根据本实施方式的x射线成像设备10可实现能谱x射线成像。由于，在具有单个射源的能谱ct中，需要使施加有不同管电压的单个射源分别对图像采集区进行扫描，这种能谱ct的时间分辨率低，使得能谱ct的使用受限。根据本申请的x射线成像设备10使用两个射源，这样可通过单次扫描实现对投照体a上相同部分(图像采集区)的扫描，从而在较短的时间内实现图像的采集。

根据本申请的实施方式，在图7至图9所示的实施方式中，转动机构300还可配置为在绕转动轴c转动的同时在所述转动机构300的转动轴的方向上移动。通过转动机构300在转动轴c的方向上移动，例如向上(z轴方向)移动或向下(z轴的反方向)移动，可进一步增大x射线成像机构的扫描范围。

第一射源110和第二射源120的位置关系不限于上述的实施方式。第一射源110和第二射源120可一体地形成、可拆卸地连接或者独立地形成，但本申请不限于此。

在图2、图3以及图7至图9中，为了便于描述，分别用两条线示意性地示出第一光s1和第二光s2，但第一光s1和第二光s2不限于图中所示的形式。

根据本申请的另一方面。本申请还公开了一种通过如上所述的x射线成像设备10进行成像的方法。该方法包括：使第一光和第二光交替地照射至投照体；以及通过探测器检测经过投照体的第一光和第二光。

通过本申请的x射线成像设备以及使用其进行成像的方法，可扩大x射线的扫描范围，例如横向(例如与平面b平行的方向)扫描范围和纵向(z轴方向)扫描范围。另外，x射线成像设备10配置有在纵向方向(例如z轴方向)上互相间隔开的第一光源110和第二光源120时，可在使用x射线成像设备10时，转动机构300绕投照体a转动，这样可在增大扫描范围的同时实现对投照体a的容积扫描。在转动机构300可绕投照体a转动情况下，x射线成像设备可通过使第一射源110和第二射源120加载有不同的管电压来实现能谱x射线成像。

虽然本文已经描述某些示例性实施方式和实施例，但是通过如上的描述，其他实施方式和修改将是明显的。在不背离本申请教导的情况下，本领域技术人员可对本申请的实施方式做出各种改变和修改。因此，本发明构思不限于这些实施方式，而是由所附权利要求及各种明显的修改和等同布置的更宽范围来限定。