专利名称：利用多个探测器面板的容积测定ct系统和方法
技术领域：
本发明总体上涉及非侵入式成像领域，且更具体地，涉及利用计算机断层造影术系统的医疗成像领域。
背景技术：
计算机断层造影术(CT)成像系统从众多角度测量穿过病人的X射线束的衰减。基于这些测量，计算机能够重建对辐射衰减负有责任的病人身体部分的图像。正如本领域那些普通技术人员将理解到的，这些图像是基于对一序列按角度放置的投影图像的单独检查。应该指出CT系统产生表示被扫描对象的线性衰减系数的线积分的数据。然后这个数据被重建以产生典型地被显示在阴极射线管上或可被打印或在胶片上被再现的图像。通过CT检查也可产生虚拟的3D图像。
通过将来自X射线源的经准直且穿过随后被探测器元件组所探测的对象(如病人)的扇形或锥形X射线束进行投影，CT扫描器进行操作。探测器元件基于X射线束的衰减而产生信号，并且数据被加以处理以产生表示沿着射线路径的对象的衰减系数线积分的信号。这些信号典型地被称为投影。通过利用重建技术，如经滤波的反投影(backprojection)，根据投影形成有用的图像。于是病理的位置既可自动地如通过计算机辅助诊断(CAD)算法也可更传统地由受过培训的放射科医生进行定位。
然而，CT探测器不可能提供足够的分辨率以精确地分辨在0.5至1.5mm数量级的结构，这可能仍然是诊断及病理学的兴趣所在。在其中希望有更高分辨率的应用，如内耳成像、心脏及血管的成像、小动物的成像及肿瘤甄别中，分辨率的缺乏便可成为问题。
此外，经常希望在维持所希望的X射线剂量的同时对身体内的大量容积进行成像。例如，在心脏的CT成像中通常希望在扫描器的一次旋转中捕获整个心脏。同样，在整体器官灌注评估中通常希望在单次旋转当中捕获整个器官。然而，其它CT成像应用可能不要求如此大的视场，并且的确，可存在与较小视场相联系的扫描速度益处。因此，可有利地是能够变化视场，从而均衡所希望的视场与所希望的扫描速度。因此可能希望提供与可配置的视场相结合的高分辨度。
发明内容
本技术提供一种用于增加成像系统可获得的视场而同时还增加成像系统可获得的分辨率的装置。尤其是，提供这样的一种成像系统，其中探测器包括总体上彼此相邻的两个或更多个平面板X射线探测器。由所述两个或更多个平面板所包围的视场是可配置的，以便于根据扫描应用可对视场、扫描时间以及扫描分辨率进行优化。
根据本技术的一个实施例，提供一种用于非侵入式地获取表示目标内部特征的图像的方法。X射线束从X射线源发射，以便于至少X射线的一部分穿过目标。所述X射线的一部分在探测器上被加以探测。所述探测器包括两个或更多个平面板X射线探测器，其产生任意视场内的响应于所述X射线的一部分的两个或更多个信号。所述任意视场被限定在由两个或更多个平面板X射线探测器所包围的面积内。在任意视场内的两个或更多个信号被获取且被加以处理以重建表示目标内部特征的图像。
根据本技术的另一方面，提供用于产生表示目标内部特征的图像的有形介质。所述有形介质包括一在由两个或更多个平面板X射线探测器所包围的面积所限定的任意视场内用于获取两个或更多个信号的例行程序。此外，所述有形介质包括一例行程序，用于处理来自任意视场用来重建表示目标内部特征的图像的两个或更多个信号。
根据本技术的另外方面，提供有一成像系统。所述成像系统包括被配置成向成像目标发射X射线束的X射线源以及被配置成探测所述X射线束且响应于所述X射线束产生两个或更多个信号的探测器。所述探测器包括包围可配置视场的两个或更多个平面板X射线探测器。成像系统还包括被配置成控制X射线源的X射线控制器以及被配置成接收来自探测器的两个或更多个信号的数据获取电路。此外，所述系统包括被配置成接收来自数据获取电路和存储器电路当中至少之一的两个或更多个信号并且重建表示成像目标内部特征的图像的计算机。被配置成将一个或更多个命令传递到计算机、数据获取电路和X射线控制器当中至少之一的操作员工作站也被提供。
根据本发明的另一方面，提供有一成像系统。所述成像系统包括被配置成向成像目标发射X射线束的X射线源以及被配置成探测所述X射线束且响应于所述X射线束产生两个或更多个信号的探测器。所述探测器包括两个或更多个平面板X射线探测器。成像系统还包括被配置成控制X射线源的X射线控制器以及被配置成接收来自探测器的两个或更多个信号的数据获取电路。此外，所述系统包括被配置成接收来自数据获取电路和存储器电路当中至少之一的两个或更多个信号并且重建表示成像目标内部特征的图像的计算机。被配置成将一个或更多个命令传递到计算机、数据获取电路和X射线控制器当中至少之一的操作员工作站也被提供。所述系统还包括用于配置由两个或更多个平面板X射线探测器所包围的任意视场的装置。
附图的简要说明在阅读下述详细说明且参考所述附图时，本发明的上述及其它优点和特点将变得显而易见，在所述附图中
图1是根据本发明的方面采用用于产生被处理图像的CT成像系统的形式的示范性成像系统的示意图；图2是图1中CT系统的物理实施的另一示意图；图3是从扫描架孔径向下看的图1和2中探测器配置的示意图；图4是从扫描架孔径侧面看的图1和2中探测器配置的示意图；图5是从三维透视看的图1和2中探测器配置的示意图。
具体实施例的详细说明图1示意性地示例用于获取和处理图像数据的成像系统10。在所示例的实施例中，系统10是根据本技术被设计成既获取原始的图像数据又处理所述图像数据用于显示和分析的计算机断层造影术(CT)系统。在图1所示例的实施例中，成像系统10包括相邻于准直器14被放置的X射线辐射源12。在这个示范性实施例中，X射线辐射源12典型地是X射线管。准直器14允许辐射流16穿进其中放置有对象如受检者病人18的区域。
辐射20的一部分穿过或穿绕过受检者且冲击到总体上由参考数字22表示的探测器。探测器22的元件产生表示入射X射线束强度的电信号。这些信号被获取且被加以处理以重建受检者内部特征的图像。
源12被给CT检查顺序提供功率和控制信号的系统控制器24所控制。此外，探测器22被耦合到系统控制器24，所述系统控制器24命令对产生于探测器22的信号进行获取。系统控制器24还可执行各种信号处理和滤波功能，如用于动态范围的初始调节、数字图像数据的交插等等。总体上，系统控制器24命令成像系统的操作以执行检查规程并且处理所获取的数据。在本文中，系统控制器24还包括典型地基于通用目的或具体应用的数字计算机的信号处理电路、用于存储由计算机所执行的程序和例行程序以及配置参数和图像数据所相联系的存储器电路、接口电路等。
在图1所示例的实施例中，系统控制器24被耦合到旋转子系统26和线性定位子系统28。旋转子系统26使X射线源12、准直器14和探测器22能够围绕病人18被旋转一周或多周。应该注意到旋转子系统26可包括扫描架。因此，系统控制器24可被用来操作扫描架。线性定位子系统28使病人18或更具体地使病人床或平台能够被线性放置。因此，病人床可在扫描架范围内被线性地移动，以产生病人18的特定面积的图像。
此外，正如本领域中那些普通技术人员将理解的，辐射源可以由系统控制器24内的X射线控制器30进行控制。具体地，X射线控制器30被配置成向X射线源12提供功率和时序信号。电机控制器32可被利用来控制旋转子系统26和线性定位子系统28的运动。
此外，系统控制器24还被示例出包括数据获取系统34。在这个示范性实施例中，控制器22被耦合到系统控制器24，且更具体地被耦合到数据获取系统34。数据获取系统34接收由探测器22的读出电子装置所收集的数据。数据获取系统34典型地接收来自探测器22的被采样的模拟信号并且将数据转换成数字信号用于由计算机36进行随后的处理。
计算机36典型地被耦合到系统控制器24。由数据获取系统34所收集的数据可被传递到计算机36且此外传递到存储器38。应该理解到用来存储大量数据的任何类型存储器可被这样的示范性系统10所利用。计算机36还被配置成通过典型地装备有键盘和其它输入设备的操作员工作站40接收来自操作员的命令和扫描参数。操作员可通过输入设备控制系统10。因此，操作员可观察来自计算机36的有关系统的被重建图像和其它数据、对成像进行初始化等。
被耦合到操作员工作站40的显示器42可以被利用来观察被重建的图像并且用来控制成像。另外，还可在可被耦合到计算机36和操作员工作站40的打印机43上打印被扫描的图像。此外，操作员工作站40还可被耦合到图片存档和通信系统(PACS)44。应该注意到PACS 44可被耦合到远程系统46、放射科信息系统(RIS)、医院信息系统(HIS)或耦合到内部或外部网络，以便于在不同位置的其它人可获得对图像和图像数据的访问。
应该进一步注意到计算机36和操作员工作站40可被耦合到其它的输出设备上，所述其它的输出设备可包括标准或特殊目的的计算机监视器及相联系的处理电路。一个或更多个操作员工作站40可被进一步链接在系统中，用于输出系统参数、请求检查、观看图像等。总体上，在系统内所提供的显示器、打印机、工作站及类似设备可就近于数据获取计算机、或可远离于这些部件，如位于研究院或医院的其它任何地方、或者位于经由一个或更多个可配置网络如因特网、虚拟私人网络等被链接到图像获取系统的完全不同的地点。
总体上参考图2，在本实施例中被利用的示范性成像系统可是CT扫描系统50。CT扫描系统50被示例出带有具有孔径56的扫描架54及框架52。孔径56的直径可典型地是50cm。此外，病人床58被示例出定位在框架52和扫描架54的孔径56中。病人床58被加以适应，以便于在检查过程中病人18可舒服地躺下。另外，病人床58被配置成由线性定位子系统进行线性定位(见图1)。扫描架54被示例出带有辐射源12，其典型地为从焦点62发射X射线辐射的X射线管。辐射流被导引向病人18的特定区域。应该注意到病人18的特定区域典型地由操作员进行选择，以便于区域内大多数有用的扫描可被加以成像。
在典型的操作中，X射线源12将来自焦点62且朝向探测器22的X射线束进行投影。探测器22通常由多个探测器元件形成，所述多个探测器元件探测到穿过及穿绕过所关注受检物，如特定的身体部分例如肝脏、胰脏等的X射线。每个探测器元件产生表示在元件位置处当X射线束照到探测器时的X射线强度的电信号。
此外，扫描架54围绕着所关注的受检物被加以旋转，以便于可由计算机36收集多个X射线照相的视图。因此，获取这样的图像或片层，其在某些模式结合了用来形成图像的小于或大于360度的投影数据。通过使用X射线源12前面的任一铅挡板和不同的探测器开孔22，所述图像被准直到所希望的厚度，典型地小于40mm。准直器14(见图1)典型地限定从X射线源12发出的X射线束的大小和形状。
因此，当X射线源12和探测器22旋转时，探测器22收集已衰减的X射线束的数据。然后从探测器22所收集的数据经过预处理和校准，以将数据调节成表示被扫描受检物的衰减系数的线积分。然后通常被称为投影的经处理数据被加以滤波并被反投影，以形成被扫描区域的图像。正如上面所提到的，计算机36被典型地用来控制整个CT系统10。控制系统操作的主计算机可被适用于对由系统控制器24使能的功能部件进行控制。此外，操作员工作站40被耦合到计算机及显示器上，以便于可观看被重建的图像。
由图1和2中系统所产生的图像一旦被重建，则所述图像揭示出病人的内部特征。正如图2中总体上所示例的那样，图像64可被加以显示以示出这些特征，如图2中由参考数字66所指示的。在传统的医疗条件如疾病状态、且更通常地医疗事件的诊断方法中，放射科医生或外科医生将考虑图像64的显示的硬拷贝，以鉴别所关注的特征性特征。这些特征可包括特定解剖体或器官的损伤、大小和形状以及基于从业医生个体的技能和知识在图像中可鉴别的其它特征。其它的分析可基于各种CAD算法的能力。然后接下来的处理和数据获取完全地听凭且基于从业医生的专门技能。
然而，出于各种原因被重建图像64的诊断值可能是有限的的。例如，在CT扫描器中所采用的X射线探测器典型地被配置成由一排或更多排探测器元件所组成的线性阵列。例如，虽然在单片层CT扫描器中存在单排，但是在多片层CT扫描器中可存在四或八排探测器元件。甚至在多片层系统中，有限的探测器元件排数量也提供可能对于在所希望的X射线剂量下的某些CT图像应用并不令人满意的沿着病人轴线的覆盖范围，即z覆盖范围。例如，心脏和整个器官灌注成像可得益于沿着病人轴线较大的覆盖范围，其将允许在单旋转内对完整器官的图像数据获取。
此外，每排可包含大约1000个经常被称为象素的探测器元件，其具有约为1mm的象素间距。这个象素间距提供了足够的分辨率，用以在被获取的图像数据的后处理之后探测直径上为1-2mm数量级的解剖特征。然而，某些成像应用如内耳成像、心脏和血管成像、小动物成像、以及肿瘤甄别可得益于较大的CT图像分辨率。尤其地，通过能够可靠地分辨具有尺寸小于上述提到的1-2mm的结构，这些应用类型可得到改善。
可被用来增加在扫描平面上和沿着病人轴线上可获得的视场、以及图像分辨率的一个方案是如图1和2所描绘由两个或更多个平面板X射线探测器68形成探测器22。平面板68拥有高的各向同性分辨率和大的视场。平面板68可基于在应用于医疗成像的数字X射线成像系统中所发现的非晶硅技术。这些平面板68可由被耦合到连续X射线闪烁体的按照照相平版所建立的高密度光电二极管的大的单块阵列组成。当闪烁体被X射线辐射如X射线束16或20照射时，它产生可被光电二极管探测的可见光。光电二极管依次被连接到测量且记录这些信号的数据获取电路。光电二极管的间距可为约200微米，从而在所获取图像数据的后处理之后提供对直径在0.2-0.4mm之间的结构的分辨率。
面板68可总体上处于彼此相邻或正切于扫描架的圆弧。通过将平面板探测器68平铺在一起，可建立大到足以容纳人类或大型动物的临床扫描的视场。虽然在图2中平面板探测器68被描绘成总体上被线性地加以设置，但是面板68还可以交插方式被加以设置，即以便于边缘并不精确地对准，或以可适合于各种扫描技术如螺旋状扫描的其它方式而被加以设置。
然而，对于许多应用可能并不希望通过使用平铺的平面板68所提供的沿着病人轴线增加的视场。在并不希望有增加的视场的应用中，与较大视场相联系所增加的扫描时间还可能并不是所希望的。例如，在其中探测器22包括两个具有本帧频为30Hz的20cm数字平面板68的实施例中，在大约30秒内可获取900个全面板的投影视图。然而，如果数据读出被限制到面板中央的360个排，则在大约8秒内可得到1000个局部面板的视图。
因此，希望提供一种可由操作员进行配置的任意视场，以便于基于成像应用对由视场所包围的体积以及扫描时间进行优化。通过配置由系统中所采用的探测器面板数量所决定的平面内视场、以及由从每个面板所读出的排数量所决定的沿着病人轴线的视场即z覆盖范围两者中的任何一个或全部，可确定所述的任意视场。改变这些参数中的任何一个将影响由系统所读出的数据数量。
例如，参考图3，平面板68可主要地包围由确定平面内视场的弧70所限定的一个尺度，仅使探测器22的末端部分72位于由获取电路34所读出的区域的外面。然而，如图4所描绘，沿着第二尺度，可减少沿着由数据获取电路34所读出的病人轴线的视场，从而减少所获取的总计图像数据并且允许图像获取发生得更快速。在图4中这被描绘成将数据获取局限到平面板68的中央区域74，从而使末端区域76未被读取，即限制z覆盖范围。总体上根据图3和4所描绘配置的任意视场的三维表示通过图5来提供。
取决于所希望的视场和扫描速度，当然其它的选项可是可能的。例如，在图3中被表示为弧70的视场尺度可相反被减少或者在图4中所表示尺度中被读取的区域74的范围可被增加或减少以调节被成像的体积和相联系的扫描时间。同样，并没有必要使组成探测器22的每个面板68被完全相同地读出，而是被读出的每个面板68的面积可加以变化，以适用于各种扫描技术，如螺旋状扫描获取。
同样，在面板68内，通过将两个或更多个相邻排或列重新结合(binning)来以图像分辨率为代价减少数据获取时间，则可实现读出。在这个实施例中，图像分辨率，而不是图像容积可被牺牲以降低扫描时间。类似地，如操作员和应用所确定的那样，在平面板68内的光电二极管可被选择性地读出，以在由平面板68所包围的面积内建立定制的或任意的视场。
虽然本发明容许各种修改和另外的形式，但是在此通过实例在附图中已经示出具体的实施例并且对其已经进行了说明。然而，应该理解到本发明并不旨在被局限于所公开的特定形式。事实上，本在此所讨论的技术可适用于非医疗成像应用，如包装和行李甄别及其中被成像对象的外部将被视觉化的其它形式的安全和非侵入式甄别中。确实如此，本发明将覆盖属于由下面所附权利要求所定义的本发明实质和范围之内的所有修改、等效物及其它选择。
权利要求
1.一种用于非侵入式获取表示目标内部特征的图像的方法，包括从X射线源(12)发射X射线束(16)，以便于至少X射线束(16)的一部分(20)穿过目标；在探测器(22)上探测至少所述X射线束(16)的所述一部分(20)，所述探测器(20)包括两个或更多个平面板X射线探测器(68)，其产生在任意视场内的响应于所述X射线束(16)的所述一部分(20)的两个或更多个信号，其中所述任意视场被限定在由所述两个或更多个平面板X射线探测器(68)所包围的面积之内；获取在所述任意视场内的所述两个或更多个信号；以及处理来自所述任意视场的所述两个或更多个信号，以重建表示目标内部特征(66)的图像(64)。
2.如权利要求1所叙述的方法，其中获取在任意视场内的两个或更多个信号包括获取由所述两个或更多个平面板X射线探测器(68)上的中央区域(74)所探测的两个或更多个信号。
3.如权利要求1所叙述的方法，其中获取在任意视场内的两个或更多个信号包括选择地读出所述两个或更多个平面板X射线探测器(68)的两排或更多排光电二极管，其中即将被读出的所述光电二极管由操作员和计算机算法当中的至少一个进行选择。
4.如权利要求3所叙述的方法，其中所述即将被读出的光电二极管被加以选择，以便于针对成像应用，任意视场和扫描时间被加以优化。
5.如权利要求3所叙述的方法，其中所述即将被读出的光电二极管被加以选择，以便于针对成像应用，任意视场、扫描时间和图像分辨率被加以优化。
6.一种能够产生表示成像目标内部特征的图像的成像系统(10)包括被配置成向成像目标发射X射线束(16)的X射线源(12)；被配置成探测所述X射线束(16)并且响应于所述X射线束(16)产生两个或更多个信号的探测器(22)，其中所述探测器(20)包括两个或更多个包围可配置的视场的平面板X射线探测器(68)；被配置成控制X射线源(12)的X射线控制器(30)；被配置成接收来自探测器(22)的两个或更多个信号的数据获取电路(34)；被配置成接收来自数据获取电路(34)和存储器电路(38)当中至少一个的两个或更多个信号以及重建表示成像目标内部特征(66)的图像(64)的计算机(36)；以及被配置成向计算机(36)、数据获取电路(34)和X射线探测器(30)当中的至少一个传递一个或更多个命令的操作员工作站(40)。
7.如权利要求6所叙述的成像系统(10)，进一步包括结合有X射线源(12)和探测器(22)的扫描架(54)；被配置成被定位在所述扫描架(54)内的平台(58)；被配置成旋转所述扫描架(54)的旋转子系统(26)；以及被配置成将所述平台(58)定位在扫描架(54)内的线性定位子系统(28)。
8.如权利要求6所叙述的成像系统(10)，其中根据从计算机(36)和操作员工作站(40)当中的至少一个所接收的一个或更多个参数，确定可配置的视场的大小。
9.如权利要求6所叙述的成像系统(10)，其中基于所希望的视场和所希望的扫描时间配置所述可配置的视场。
10.如权利要求9所叙述的成像系统(10)，其中从操作员工作站(40)和计算机(36)当中的至少一个所接收的一个或更多个获取命令建立所希望的视场。
11.如权利要求6所叙述的成像系统(10)，其中基于所希望的视场、所希望的扫描时间和所希望的图像分辨率对可配置的视场进行配置。
12.如权利要求11所叙述的成像系统(10)，其中从操作员工作站(40)和计算机(36)当中的至少一个所接收的一个或更多个获取命令建立所希望的视场。
13.如权利要求6所叙述的成像系统，其中成像系统(10)是一个CT成像系统(50)。
全文摘要
一种用于在非侵入式成像系统(10)，如CT医疗成像系统(50)中提供可配置的视场的方法和装置。提供有包括两个或更多个平面板X射线探测器(68)的探测器结构(22)，以便于可配置的视场可包围两个或更多个X射线探测器(68)的全部面积或所述全部面积的任何适宜的子集(74)。基于可接受的视场并且结合可接受的扫描速度，可对视场加以配置。
文档编号G01T1/20GK1513419SQ20031012405
公开日2004年7月21日 申请日期2003年12月31日 优先权日2002年12月31日
发明者W·罗斯, P·M·埃迪克, S·巴苏, N·伊沙克, D·沃尔特, J·麦克莱奥, W 罗斯, 埃迪克, 晨, 死嘲 申请人:通用电气公司