专利名称：放射线断层成像装置和方法
技术领域：
本发明涉及放射线断层成像装置和方法，而且尤其是涉及一种放射线断层成像装置和方法，用于产生具有一个宽度和厚度的放射线束通过的一个区域的多切片断层图像。
X-射线CT装置被配置成围绕着一个受测者旋转的放射线发射/探测系统，即X-射线发射/探测系统，以便于扫描该受测者；在围绕受测者的多个视角方向，由X-射线测量该受测者的投射数据；以及基于投射数据产生(重建)一个断层图像。
在X-射线发射/探测系统中的X-射线发射装置发射出X-射线束，该X-射线束具有包围一块要被成像区域的一个宽度和沿着与宽度方向相垂直方向的一定厚度。
借助控制准直器上X-射线经过的开口(孔隙)的开口大小，X-射线束的厚度可以被改变，这样一个视图的切片厚度可以被调节。
在X-射线发射/探测系统中的X-射线探测装置由一个多通道X-射线探测器探测X-射线，在该多通道X-射线探测器中，大数目的(例如大约1000个)X-射线探测器单元在X-射线束的宽度方向上被布置在一个线性阵列(随后它有时被称为探测器单元排)里。
在X-射线束的宽度方向上多通道X-射线探测器的长度(即宽度)等于在X射线束宽度方向上X-射线束的宽度。在X-射线束的厚度方向它也具有大于X-射线束厚度的一个长度(即厚度)。
这样的多通道X-射线探测器包括一个X-射线探测器，在该X-射线探测器中，例如在X-射线束的厚度方向(即在将受测者运送进入X-射线所照射空间的方向(身体轴线方向)上)多个探测器单元排被并排布置，这样多个探测器单元排同时接收X-射线束。
因为这种X-射线探测器在一次扫描中可以获取多个切片的所有经X-射线探测的信号，所以它被用作用于执行具有良好效率的多切片扫描的X-射线探测器，。
在这种X-射线探测器中，每个X-射线探测器单元排被配置成具有等于最小切片厚度(例如1mm)的厚度(在X-射线束厚度方向上的长度)，而且例如几个至几十个这样的排被并排地布置在X-射线束的厚度方向，这样由X-射线探测器单元排探测出的信号可以在具有相同索引的通道中任意地组合。
在包括这种X-射线探测器的X-射线CT装置中，例如通过采用中央三个探测器单元排，每个具有切片厚度为1mm的三个切片的多切片扫描同时被执行。
作为选择地，通过采用中央六个探测器单元排，以便通过组合邻近的一对排来形成三组探测器单元排，每个具有切片厚度为2mm的三个切片的多切片扫描同时被执行。
相似地，通过采用等于切片厚度与切片数量的乘积的若干探测器单元排，并通过组合等于切片厚度的若干邻近探测器单元排的信号，以形成等于切片数量的若干探测器单元排组，对每个具有不同厚度的多个切片同时执行多切片扫描。
虽然传统的放射线断层成像装置，如X-射线CT装置具有如上所述改变切片厚度的能力，然而，在扫描期间，断层成像仅在切片厚度被固定为一个预先规定值时被执行，而且切片厚度在扫描时不能被动态地转换。
此外，在传统的放射线断层成像装置中，靠近X-射线探测器探测器单元排的整组中心的部分通常地被采用，且较靠近旁边的部分不被采用。
换言之，传统的放射线断层成像装置并不能够使放射线发射中心有意地沿着将停在支架上的受测者运送进入放射线所照射空间的方向(通常，沿着受测者的身体轴线方向)移动。
在用于执行多切片扫描的放射线断层成像装置中，由于在扫描期间，切片厚度不能被动态地转换，而且放射线发射中心不能任意地沿着受测者的身体轴线方向被移动，则在执行例如CT荧光(荧光图象fluorography)成像时，出现下述的缺点。
为了执行CT荧光成像，支撑在支架上的受测者必须被准确定位在X-射线所照射空间里，而且一根针必须被插入受测者，以到达要被检查的部位。
在插入针时，可以由CT确切地确认针的顶端到达了所要检查的部位然而，在传统的放射线断层成像装置中，当停在支架上的受测者的位置由于受测者的身体运动而被移动时，支架必须沿着将支架运送进入X-射线所照射空间的方向或者沿着相反方向被移动，以精确调节受测者的位置，而且当例如针已经插入时，受测者可能要遭到危险。
为了获取这样的一个目的，在本发明第一个方面中的放射线断层成像装置包括放射线发射装置，能够发射放射线束且能够响应一个控制信号来改变由放射线束照射的范围；探测器单元阵列，包括多个被照射表面朝向放射线束照射方向的放射线探测器单元，在这个探测器单元阵列中，放射线探测器单元被布置在两个互相垂直方向中的一个方向上，以形成一个探测器单元排，而且多个探测器单元排被并排布置在两个相互垂直方向中的另一方向上；控制装置，用于接收所照射范围的信息并相应于所述信息将控制信号输出到放射线发射装置；以及断层成像产生装置，基于由探测器单元阵列探测出的相应于所照射范围信息的多个视角的放射线探测信号，该成像装置用于产生放射线束通过的一个区域的多切片断层图像。
此外，在本发明的第一个方面中，放射线断层成像装置进一步包括旋转装置，用于使放射线发射装置和探测器单元阵列围绕被运送进入放射线所照射空间的一个受测者旋转。
此外，在本发明的第一个方面中，放射线断层成像装置进一步包括显示装置，该显示装置用于显示由断层图像产生装置产生的断层图像。
在本发明的第二个方面中的放射线断层成像装置包括放射线发射装置，能够发射放射线束且能够响应第一个控制信号来改变由放射线束所照射的范围；探测器单元阵列，包括多个被照射表面朝向放射线束照射方向的放射线探测器单元，在这个探测器单元阵列中，放射线探测器单元被布置在两个互相垂直方向中的一个方向上，以形成一个探测器单元排，而且多个探测器单元排被并排布置在两个相互垂直方向中的另一方向上；数据采集装置，用于响应第二控制信号通过选择或变化地组合来自探测器单元阵列中的探测器单元排的探测信号采集所需要的数据；控制装置，用于接收所照射范围的信息并相应于所述信息将第一控制信号输出到放射线发射装置且将第二控制信号输出到数据采集装置；以及断层图像产生装置，用于基于由探测器单元阵列探测出的相当于所述照射范围信息的和由数据采集装置所采集的多个视角放射线探测信号来产生放射线束通过的一个区域的多切片断层图像。
此外，在本发明的第二个方面中，放射线断层成像装置进一步包括旋转装置，用于使放射线发射装置和探测器单元阵列围绕被运送进入放射线所照射空间的一个受测者旋转。
此外，在本发明的第二个方面中，放射线断层成像装置进一步包括显示装置，该显示装置用于显示由断层图像产生装置产生的断层图像。
此外，在本发明的第二个方面中，数据采集装置包括转换装置，用于响应于第二控制信号通过选择或变化地组合来自探测器单元阵列中的探测器单元排的探测信号采集所需要的数据；以及变换装置，用于将来自转换装置的数据转变成数字数据并将数字数据输出到断层图像产生装置。
此外，在本发明的第二个方面中，数据采集装置包括变换装置，用于将来自探测器单元阵列中的探测器单元排的探测信号转变成数字数据；以及转换装置，用于响应于第二控制信号通过选择或变化地组合来自变换装置的数字数据采集所需要的数据并将该数据输出到断层图像产生装置。
在本发明的第三个方面中的放射线断层成像装置包括用于发射放射线的放射线球管；准直器，它能够将放射线球管发射出的放射线变成放射线束，以便于发射出该放射线束，并能够响应第一控制信号来改变由放射线束照射的范围；探测器单元阵列，它包括多个被照射表面朝向放射线束照射方向的放射线探测器单元，在这个探测器单元阵列中，放射线探测器单元被布置在两个互相垂直方向中的一个方向上，以形成一个探测器单元排，而且多个探测器单元排被并排布置在两个相互垂直方向中的另一方向上；放射线球管移动装置，能够响应第二个控制信号将放射线球管的发射中心向两个相互垂直方向的另一个方向上移动；控制装置，用于接收放射线所照射范围的信息并相应于所述信息，将第一控制信号输出到准直器且将第二控制信号输出到放射线球管移动装置；以及断层图像产生装置，用于基于由探测器单元阵列探测出的相应于所照射范围信息的多个视角放射线探测信号产生放射线束通过的一个区域的多切片断层图像。
此外，在本发明的第三个方面中，放射线断层成像装置进一步包括旋转装置，用于使放射线球管、准直器和探测器单元阵列围绕被运送进入被放射线所照射空间的一个受测者旋转。
此外，在本发明的第三个方面中，放射线断层成像装置进一步包括显示装置，该显示装置用于显示由断层图像产生装置产生的断层成像。
在本发明的第四个方面中的放射线断层成像装置包括用于发射放射线的放射线球管；准直器，其能够将放射线球管发射出的放射线变成放射线束，以便于发射出该放射线束，并能够响应第一控制信号来改变由放射线束照射的范围；探测器单元阵列，包括多个所照射表面朝向放射线束照射方向的放射线探测器单元，在这个探测器单元阵列中，放射线探测器单元被布置在两个互相垂直方向中的一个方向上，以形成一个探测器单元排，而且多个探测器单元排被并排布置在两个相互垂直方向中的另一方向上；放射线球管移动装置，其能够响应第二个控制信号将放射线球管的发射中心向两个相互垂直方向的另一个方向上移动；数据采集装置，用于响应第三控制信号通过选择或变化性地组合来自探测器单元阵列中的探测器单元排的探测信号来采集所需要的数据；控制装置，用于接收放射线所照射范围的信息并相应于所述信息将第一控制信号输出到准直器、将第二控制信号输出到放射线球管移动装置并将第三控制信号输出到数据采集装置；以及断层图像产生装置，用于基于由相应于所照射范围信息的探测器单元阵列探测出的和由采集装置所采集的多个视角放射线探测信号来产生放射线束通过的一个区域的多切片断层图像。
此外，在本发明的第四个方面中，放射线断层成像装置进一步包括旋转装置，用于使放射线球管、准直器和探测器单元阵列围绕被运送进入被放射线所照射空间的一个受测者旋转。
此外，在本发明的第四个方面中，放射线断层成像装置进一步包括显示装置，该显示装置用于显示由断层图像产生装置产生的断层成像。
此外，在本发明的第四个方面中，数据采集装置包括转换装置，用于响应于第三控制信号通过选择或变化地组合来自探测器单元阵列中的探测器单元排的探测信号来采集所需要的数据；以及变换装置，用于将来自转换装置的数据转变成数字数据并将数字数据输出到断层图像产生装置。
此外，在本发明的第四个方面中，数据采集装置包括变换装置，用于将来自探测器单元阵列中的探测器单元排的探测信号转变成数字数据；以及转换装置，用于响应第三控制信号通过选择或变化地组合来自变换装置的数字数据来采集所需要的数据并将该数据输出到断层图像产生装置。
在本发明第五个方面的放射线断层成像方法包括下列步骤向处在探测器单元阵列中的第一范围发射放射线，该探测器单元阵列包括多个所照射表面朝向放射线束照射方向的放射线探测器单元，在这个探测器单元阵列中，放射线探测器单元被布置在两个互相垂直方向中的一个方向上，以形成一个探测器单元排，而且多个探测器单元排被并排布置在两个相互垂直方向中的另一方向上；基于由探测器单元阵列探测的多个视角的放射线探测信号，产生被放射线束照射的第一范围的多切片断层图像；向第二范围发射放射线，所述第二范围处在探测器单元阵列中，比第一范围小；基于由探测器单元阵列探测的多个视角的放射线探测信号，产生被放射线束照射的第二范围的多切片断层图像。
按照本发明，所照射范围信息通过例如一个输入装置被输入，并被供给到控制装置。
控制装置接收该所照射范围信息、产生相应于该信息的一个控制信号，并将该控制信号输出到放射线发射装置。
利用相应于控制信号的一个范围，放射线发射装置将放射线束发射到探测器单元阵列上所需要的区域。
然后，基于由探测器单元阵列探测出的相应于所照射范围信息的多个视角放射线探测信号，断层成像产生装置产生放射线束通过的一个区域的多切片断层图像。
如上所述，按照本发明，在扫描期间切片厚度可以被动态地转换，而且放射线焦点可以在运送受测者的方向任意地被移动。因此，可以获得断层成像在安全且具有高的精确度下被执行的优点。
从如所附附图举例说明的本发明优选实施方案的下述说明中，本发明进一步的目的和优点将是很明显的。
图2是显示X-射线CT装置主要部分的第一实施方案的系统配置图，按照本发明该X-射线CT装置用作放射线断层成像装置。
图3用示意图显示了按照本发明的探测器单元阵列的一个配置实例。
图4显示了按照本发明的X-射线球管、准直器和探测器单元阵列之间的相互关系。
图5是解释按照本发明的X-射线球管、准直器、探测器单元阵列和受测者之间的相互关系的示意图。
图6示范性地显示了按照第一实施方案从输入装置供给的状态信息、在数据采集部分中的选择/加法转换电路中的数据采集范围、以及探测器单元排的一个组合。
图7是解释第一实施方案操作的简图。
图8是显示X-射线CT装置主要部分的第二实施方案的系统配置图，按照本发明该X-射线CT装置用作放射线断层成像装置。
图9是显示X-射线CT装置主要部分的第三实施方案的系统配置图，按照本发明该X-射线CT装置用作放射线断层成像装置。
如
图1所示，X-射线CT装置1包括扫描机架2、操作台3和成像床(支架)4。
扫描机架2包括X-射线球管20、X-射线球管移动部分21、准直器22、探测器单元阵列23、数据采集部分24、X-射线控制器25、准直器控制器26、旋转部分27和旋转控制器28，它们作为该扫描机架的主要部件。
在这些部件中，X-射线球管20、准直器22、X-射线控制器25和准直器控制器26构成根据本发明的放射线发射装置。
基于来自X-射线控制器25的控制信号CTL251，X-射线球管20向准直器22发射出已预先确定强度的X-射线。
响应来自X-射线控制器25的控制信号CTL252，在运送停放受测者的成像床进和出扫描机架2中的X-射线所照射空间29的方向(如图2所示，即与图1的图纸平面相正交的方向，该方向随后有时将被称为z-方向)，X-射线球管移动部分21将X-射线球管20，尤其是X-射线球管20的发射中心的位置移动一个相应于控制信号CTL252命令的距离。
X-射线球管移动部分21通常保持X-射线球管20的发射中心处在相应于z-方向上探测器单元阵列23中心部分的一个位置。
基于来自准直器控制器26的控制信号261，准直器23将X-射线球管发射出的X-射线变成扇形的X-射线束5，即具有一定的宽度和一定的厚度(一个切片厚度)的扇形束，以便于利用该扇形束照射探测器单元阵列23上的一个所需要区域。
X-射线束5的厚度通过对准直器22上孔隙221的张开度控制来限定，该张开度控制是基于控制信号261。
响应来自中央处理设备30的一个控制命令，借助于准直器控制器26，准直器22上孔隙221的张开度控制被动态地转换，以便于在扫描期间(即在旋转部分27旋转期间)具有任意的一个宽度，所述中央处理设备30被包括在操作部分3中，后面对将此操作部分3将加以说明。
探测器单元阵列23包括作为放射线探测单元的X-射线探测器单元。X-射线探测器单元被布置在沿着由准直器22所限定的扇形X-射线束5宽度方向(x-方向)和厚度方向(z-方向)的一个阵列(矩阵)中。
图3显示了按照本发明的探测器单元阵列23的一个示范性配置。
如图3所示，探测器单元阵列23被配置成一个多通道、多排X-射线探测器，其中多个(i×j)X-射线探测器单元231(i，j)以两维的方式被布置在i×j阵列(矩阵)中。
以两维方式被布置的多个X-射线探测器单元231(i，j)形成了整体上被弯曲成具有圆柱形凹面的X-射线照射表面。
符号‘I’是指通道索引，而且，例如，i＝1至1000。符号‘j’是指排的索引，而且，例如，j＝1至16；然而，在这个实施方案中，为了获得多切片扫描，‘j’被定义为不小于4，例如8。图2所示为一个实例，在此实例中排的数量为8，而且排由符号A至H所命名。
每个X-射线探测器单元231(i，j)借助于例如一个闪烁器和一个光电二极管的组合而构成。
但是，X-射线探测器单元231(i，j)并不局限于这样的组合，而可以是采用例如镉-碲(CdTe)的半导体X-射线探测单元，或者是采用氙(Xe)气的离子室式X-射线探测器单元。
具有相同排号‘j’的X-射线探测器单元231(i，j)构成了探测器单元排。多个探测器单元排被相互平行地并排布置。
图4显示了按照本发明的X-射线球管20、准直器22和探测器单元阵列23之间的相互关系。图4(a)是正视图(在z-方向)且图4(b)是侧视图(在x-方向)。
所图4(a)和(b)所示，由X-射线球管20所发射出的X-射线被准直器22变成扇形X-射线束5，而且该扇形X-射线束5照射到探测器单元阵列23上。
图4(a)显示了扇形X-射线束5的范围，即X-射线束5的宽度。X-射线束5的宽度方向与探测器单元阵列23中的通道排列方向(i-方向)相一致。
图4(b)显示了X-射线束5的厚度。X-射线束5的厚度方向与探测器单元阵列23中的探测器单元排的排列方向(j-方向)相一致。
如图5示范性所示，停在成像床4上的受测者6被运送进入X-射线所照射空间29，受测者的身体轴线横断X-射线束5的扇形平面。
因而，由X-射线束5所切片的受测者6的投影图像被投影到探测器单元阵列23上。
如上所述，应用到受测者6上的X-射线束5的厚度通过对准直器22上孔隙221的张开度控制来限定。
数据采集部分24采集由探测器单元阵列23中单独的X-射线探测器单元231(i，j)所探测的数据，并将探测的数据输出到操作台3。
如图2示范性所示，数据采集部分24由选择/加法转换电路(MUX，ADD)和模拟-数字变换器(ADC)242组成。
在扫描期间，响应于来自随后将说明的操作台3中的中央处理设备30的控制信号(第三控制信号)，选择/加法转换电路241以变化的组合动态地选择或相加从探测器单元阵列23中的探测器单元排(例如，8排(A-H))供给的探测信号输入，并将结果输出到ADC242。
ADC242将在选择/加法转换电路241中以任意组合选择或相加的模拟信号形式的探测信号转变成数字信号，并将此数字信号输出到操作台3上的中央处理设备30。
响应于来自操作台3上的中央处理设备30的控制信号CTL301，X-射线控制器25将控制信号CTL251输出到X-射线球管20，以便于控制X-射线的发射。
此外，响应于来自操作台3上的中央处理设备30的控制信号(第二控制信号)CTL301，X-射线控制器25将控制信号CTL252输出到X-射线球管移动部分21，以便于沿着运送用于支撑受测者的成像床进和出扫描机架2中的X-射线所照射空间29的方向(即z-方向)，将X-射线球管20，尤其是X-射线球管20的发射中心的位置移动一个所命令的距离。
此外，X-射线控制器25通常保持X-射线球管移动部分21处在这样的一个位置，使X-射线球管20的发射中心与z-方向上探测器单元阵列23的中心部分相一致。
响应于来自操作台3上的中央处理设备30的控制信号(第一控制信号)CTL302，准直器控制器26将控制信号CTL261输出到准直器22，以便于调节准直器22上孔隙221的张开度，因而将由X-射线球管20所发射出的X-射线变成具有一个所命令的宽度和厚度(切片厚度)的扇形X-射线束5，以便于利用X-射线束5照射探测器单元阵列23上所需要的区域。
基于来自旋转控制器28的控制信号CTL28，旋转部分27以一定的方向旋转。在旋转部分27上安装有X-射线球管20、X-射线球管移动部分21、准直器22、探测器单元阵列23、数据采集部分24、X-射线控制器25和准直器控制器26，而且当旋转部分27旋转时，这些部件改变了它们相对于被运送进入X-射线所照射空间29的受测者的位置关系。
响应于来自操作部分3上的中央处理设备30的控制信号CTL304，旋转控制器28将控制信号CTL28输出到旋转部分27，以便于在一定方向上将旋转部分27旋转到所需要的时间数。
操作部分3包括作为控制装置和断层图像产生装置的中央处理设备30、输入装置31、显示装置32和存储装置33，它们作为该操作部分3的主要部件。
中央处理设备30包括，例如微型计算机，并且响应来自输入装置31的一个命令输入，该中央处理设备30将控制信号CTL30b输出到成像床4，用来引起用于支撑受测者的成像床4在z-方向被运送进和出扫描机架2中的X-射线所照射空间29。
响应于一个命令，例如一个由输入装置31所输入的启动多切片扫描的命令，中央处理设备30将控制信号CTL304输出到扫描机架2上的旋转控制器28，以便于引起扫描机架2上的旋转部分27在一定的方向上旋转所命令的时间数，所述扫描机架2上安装有X-射线球管20、X-射线球管移动部分21、准直器22、探测器单元阵列23、数据采集部分23、X-射线控制器25和准直器控制器26。
中央处理设备30也将控制信号CTL301输出到X-射线控制器25，以引起扫描机架上的X-射线球管20发射X-射线。
此外，响应于由输入装置31所输入的状态信息，该状态信息作为所照射范围信息用于定义切片厚度，中央处理设备30将控制信号CTL301输出到X-射线控制器25，以便于沿着运送支撑受测者的成像床进和出扫描机架2中的X-射线所照射空间29的方向(即z-方向)，将X-射线球管20的发射中心的位置移动一个所命令的距离；并将控制信号302输出到准直器控制器26，以引起准直器22发射出具有一定张开度的X-射线束5。
此外，响应于由输入装置31输入的用于限定切片厚度的状态信息，中央处理设备30将控制信号CTL303输出到数据采集部分24中的选择/加法转换电路241，这样在扫描期间，选择/加法转换电路241以变化的组合动态地选择或相加由探测器单元阵列23中探测器单元排(例如，八排(A-H))提供的探测信号输入。
图6示范性地显示了由输入装置31输入的状态信息、在数据采集部分24中的选择/加法转换电路241的数据采集范围、以及探测器单元排的一个组合。
图6所示的实例是这样的一个实例，其中探测器单元排的数量为八，即这些排为A-H，并且四排的数据被输入到ADC242。
在图6所示的实例中，状态信息‘a’规定为宽范围的数据采集，例如为所有排。
在这种情况下，选择/加法转换电路241定义排A和B为组①，排C和D为组②，排E和F为组③且排G和H为组④，并且选择组①-④的信息作为四排的数据。
状态信息‘b’规定为较窄范围的数据采集，例如为处在中心部分的四排C-F。
在这种情况下，选择/加法转换电路241定义排C为组①，排D为组②，排E为组③且排F为组④，并且选择组①-④的信息作为四排的数据。
在这个实例中，当在状态‘a’下输入状态信息‘b’时，选择/加法转换电路241被来自中央处理设备30的控制信号CTL303所命令，来执行为中心四排的数据采集。
此外，当在状态‘b’下输入状态信息‘a’时，选择/加法转换电路241被来自中央处理设备30的控制信号CTL303所命令，来执行为所有排的数据采集。
状态信息‘c’规定为窄范围的数据采集，例如为朝向图纸左方向的四排A-D。
在这种情况下，选择/加法转换电路241定义排A为组①，排B为组②，排C为组③且排D为组④，并且选择组①-④的信息作为四排的数据。
在这个实例中，当在状态‘b’下输入状态信息‘c’时，选择/加法转换电路241被来自中央处理设备30的控制信号CTL303所命令，来执行为左侧四排的数据采集。
此外，当在状态‘c’下输入状态信息‘b’时，选择/加法转换电路241被来自中央处理设备30的控制信号CTL303所命令，来执行中心四排的数据采集。
状态信息‘d’规定为较窄范围的数据采集，例如为朝向图纸右侧方向的四排E-H。
在这种情况下，选择/加法转换电路241定义排E为组①，排F为组②，排G为组③且排H为组④，并且选择组①-④的信息作为四排的数据。
在这个实例中，当在状态‘c’下输入状态信息‘d’时，选择/加法转换电路241被来自中央处理设备30的控制信号CTL303所命令，来执行右侧四排的数据采集。
此外，当在状态‘d’下输入状态信息‘c’时，选择/加法转换电路241被来自中央处理设备30的控制信号CTL303所命令，来执行左侧四排的数据采集。
此外，基于如上所述的在数据采集部分24上所采集的多个视角数据，中央处理设备30执行图像的重建，在多切片上产生多个断层图像，而且在显示装置32上显示图像。
在中央处理设备30上的图像重建使用例如一种经滤波的反向投影技术。
被装备有输入装置31，操作员用其向中央处理设备30输入包括状态信息在内所需要的成像条件及类似条件，并且它由例如键盘和鼠标组成。输入装置31可以被连接到扫描机架或成像床。
显示装置32显示由中央处理设备提供的重建图像和其它信息。
存储装置33存储几种类型的数据、重建的图像和程序，并且所存储的数据由中央处理设备30按需要来存取。
现在上述配置中的操作将参见图7被说明。
在图7中，符号I代表在状态‘a’-‘d’下输入到ADC242的信号强度；参考数字61代表位于在X-射线所照射空间29下大的受测者，且62代表位于在X-射线所照射空间29下比受测者61小的受测者；而且‘*’代表X-射线球管20的发射中心。
首先，操作员通过输入装置31，将涉及成像床4将要移向的位置信息输入到中央处理设备30。
响应于由输入装置31输入的命令，中央处理设备30将控制信号CTL30b输出到成像床4，以便于在z-方向上运送用于支撑受测者6的成像床4进和出扫描机架2上的X-射线所照射空间29；执行细调以及类似的调整；并将受测者6需要检查的部位定位在扫描机架2中X-射线所照射空间29内的一个所需要的位置上。
其次，通过输入装置31，中央处理设备30被供给多切片扫描的起动命令和状态信息。在这种情况下，状态信息‘a’被输入，以便于在开始时利用一个大的切片厚度执行粗扫描。中央处理设备30然后将控制信号CTL301输出到X-射线控制器25。基于这个信号，X-射线控制器25将控制信号CTL251输出到X-射线球管20，且从而X-射线球管20发射X-射线。
此外，X-射线控制器25将控制信号CTL252输出到X-射线球管移动部分21以保持X-射线球管20，以便于X-射线球管20的发射中心被定位在z-方向上的探测器单元阵列23的中心，即如图7(a)所示粗略地在排D和E之间的边界上。
然后，中央处理设备30将控制信号CTL302输出到准直器控制器26，并且准直器控制器26提供控制信号CTL261，该控制信号CTL261指导准直器控制器26驱动部分来调节孔隙221的张开度，使所有的排A-H被X-射线束5所照射。
此外，中央处理设备30将控制信号CTL303输出到选择/加法转换电路241。从而，选择/加法转换电路241对由探测器单元阵列23中所有排探测出的信号执行数据采集；将排A和B定义为组①，排C和D为组②，排E和F为组③且排G和H为组④；选择组①-④的信息作为四排的数据；并且符数据供给到ADC242。
ADC242将来自选择/加法转换电路241的模拟信号转变成数字信号，并将转变后的信号作为视角数据输出到中央处理设备30。
基于由数据采集部分24所采集的多个视角数据，中央处理设备30执行图像的重建，在多切片上产生多个断层图像，而且在显示装置32上显示图像。
因为大的受测者61和小的受测者62被容纳在由显示装置32所显示的断层图像中的所成像范围内，大和小的受测者61和62的图像以如图7(a)所示的强度分布被显示。
在这种情况下，当例如荧光成像被执行时，则一根针被插入到达受测者6内要被检查的所要求部位。如果这根针由例如受测者61来表示，则这根针与所要检查的部位的位置关系可以通过输入状态信息‘a’被粗略地知道。
其次，为了确定减小切片厚度时的准确位置，例如状态信息‘b’通过输入装置31被输入到中央处理设备30。
在这种情况下，同上面相类似，中央处理设备30将控制信号CTL301输出到X-射线控制器25，以便于随着X-射线球管20的发射中心被定位在z-方向上探测器单元阵23的中心，即如图7(b)所示被粗略地定位在排D和E之间的边界上，X-射线发射被执行。
然后，中央处理设备30将控制信号CTL302输出到准直器控制器26，并且准直器控制器26提供控制信号CTL261，该控制信号CTL261指导准直器控制器26驱动部分来调节孔隙221的张开度，使中心四排C-F被X-射线束5所照射。
此外，中央处理设备30将控制信号CTL303输出到选择/加法转换电路241。从而，选择/加法转换电路241对由探测器单元阵列23探测出的信号之中的由中心四排探测出的信号执行数据采集；将排C定义为组①，排D为组②，排E为组③且排F为组④；选择组①-④的信息作为四排的数据；并且将数据供给到ADC242。
ADC242将来自选择/加法转换电路241的模拟信号转变成数字信号，并将转变后的信号作为视角数据输出到中央处理设备30。
基于由数据采集部分24所采集的多个视角数据，中央处理设备30执行图像的重建，在多切片上产生多个断层图像，而且在显示装置32上显示图像。
因为大受测者61的局部和小受测者62的局部被容纳在由显示装置32所显示的断层图像中的所成像范围内，大和小的受测者61和62局部的图像以如图7(b)所示的强度分布被显示。
在这种情况下，受测者61和62末端部分之间的位置关系可以被更精确地知道。
其次，当要确定受测者61的精确位置时，例如状态信息‘c’通过输入装置31被输入到中央处理设备30。
在这种情况下，中央处理设备30将控制信号CTL301输出到X-射线控制器25，以便于随着X-射线球管20的发射中心被定位在朝向z-方向的探测器单元阵23的部分上，即如图7(c)所示被粗略地定位在排B和C之间的边界上，X-射线发射被执行。
然后，中央处理设备30将控制信号CTL302输出到准直器控制器26，并且准直器控制器26提供控制信号CTL261，该控制信号CTL261指导准直器控制器26驱动部分来调节孔隙221的张开度，使朝向一侧的四排A-D被X-射线束5所照射。
此外，中央处理设备30将控制信号CTL303输出到选择/加法转换电路241。从而，选择/加法转换电路241对由探测器单元阵列23探测出的信号之中的由如图7所示朝向左侧的四排A-D探测出的信号执行数据采集；将排A定义为组①，排B为组②，排C为组③且排D为组④；选择组①-④的信息作为四排的数据；并且将数据供给到ADC242。
ADC242将来自选择/加法转换电路241的模拟信号转变成数字信号，并将转变后的信号作为视角数据输出到中央处理设备30。
基于由数据采集部分24所采集的多个视角角数据，中央处理设备30执行图像的重建，在多切片上产生多个断层图像，而且在显示装置32上显示图像。
由于仅有大的受测者61被容纳在由显示装置32所显示的断层图像中的所成像范围内，受测者61的概观以如图7(c)所示的强度分布被显示。
在这种情况下，受测者61上的位置关系可以被更精确地知道。
其次，当要确定受测者62的精确位置时，例如状态信息‘d’通过输入装置31被输入到中央处理设备30。
在这种情况下，中央处理设备30将控制信号CTL301输出到X-射线控制器25，以便于随着X-射线球管20的发射中心被定位在朝向z-方向的探测器单元阵23的部分上，即如图7(d)所示被粗略地定位在排F和G之间的边界上，X-射线发射被执行。
然后，中央处理设备30将控制信号CTL302输出到准直器控制器26，并且准直器控制器26提供控制信号CTL261，该控制信号CTL261指导准直器控制器26驱动部分来调节孔隙221的张开度，使朝向一侧的四排E-H被X-射线束5所照射。
此外，中央处理设备30将控制信号CTL303输出到选择/加法转换电路241。从而，选择/加法转换电路241对由探测器单元阵列23探测出的信号之中的由如图7所示朝向右侧的四排E-H探测出的信号执行数据采集；将排E定义为组①，排F为组②，排G为组③且排H为组④；选择组①-④的信息作为四排的数据；并且将数据供给到ADC242。
ADC242将来自选择/加法转换电路241的模拟信号转变成数字信号，并将转变后的信号作为视角数据输出到中央处理设备30。
基于由数据采集部分24所采集的多个视角数据，中央处理设备30执行图像的重建，在多切片上产生多个断层图像，而且在显示装置32上显示图像。
由于仅有小的受测者62被容纳在由显示装置32所显示的断层图像中的所成像范围内，受测者62的概观以如图7(d)所示的强度分布被显示。
在这种情况下，受测者62上的位置关系可以被更精确地知道。
如上所述，按照第一实施方案，装备有用于发射X-射线的X-射线球管20；X-射线球管移动部分21，具有将X-射线球管20的发射中心沿着运送用于支撑受测者6的成像床4进和出扫描机架2上的X-射线所照射空间29的方向(即z-方向)移动的能力；准直器22，它具有一个孔隙，该孔隙的张开度可以被调节，使由X-射线球管20发射出的X-射线变成具有一定宽度和一定厚度(切片厚度)的扇形X-射线束5，以便于利用X-射线束5照射探测器单元阵列23上所需要的区域；数据采集部分24，在扫描期间，用于响应控制信号CTL303，以变化的组合动态地选择或相加从探测器单元阵列23中的探测器单元排供给的探测信号输入；以及中央处理设备30，用于响应来自输入装置31的状态信息来改变X-射线球管20发射中心、改变准直器22上孔隙的张开度以及改变将由数据采集部分24所采集的数据；以及因此在扫描期间切片的厚度可以被动态地转换。
另外，放射线焦点可以在运送受测者的方向任意地被移动，因此，可以获得断层成像在安全且具有高的精确度下被执行的优点。
特别地，当例如为了成像一根针被插入受测者6的荧光成像被执行时，因为在扫描期间切片厚度可以被动态地转换，所以切片的厚度可以首先被增加，以便于粗略地指示针的位置，而最后切片的厚度可以被减小，以显示出一个精确的位置。因此，当受测者6的位置由于身体动作或者类似动作被移动时，在z-方向(即身体轴线方向)上可以容易地进行修正，而不需移动支架。
因此，断层成像可以以安全和高精确度被执行。-第二实施方案-图8是显示X-射线CT装置主要部分的第二实施方案的系统配置图，按照本发明该X-射线CT装置用作放射线断层成像装置。
第二实施方案与第一实施方案的不同在于数据采集部分24a。特别地，数据采集部分24a被如此配置，使由探测器单元阵列23探测出的信号首先在ADC242a被转变成数字信号，而且然后响应来自中央处理设备30的控制信号CTL303，来自探测器单元阵列23中的探测器单元排(例如，八排A-H)的数字探测信号以变化的组合被动态地选择或相加。
其它的配置和操作与第一实施方案的相同。
按照第二实施方案，可以获得与第一实施方案同样的效果。-第三实施方案-图9是显示X-射线CT装置主要部分的第三实施方案的系统配置图，按照本发明该X-射线CT装置用作放射线断层成像装置。
第三实施方案与第一实施方案的不同在于数据采集部分24b。特别地，在数据采集部分24b中仅装备有ADC242b，而且来自探测器单元阵列23中的探测器单元排(例如，八排A-H)的数字探测信号被直接输入到中央处理设备30b，重建参数根据来自输入装置31的输入被动态地改变，以改变切片厚度和在z-方向的重建位置。
其它的配置和操作与第一实施方案的相同。
按照第三实施方案，可以获得与第一实施方案同样的效果。
虽然在前述的实施方案中，X-射线被用作放射线的这种情况已经被说明，但是放射线并不局限于X-射线，而可以是任何其它类型的放射线，如γ-射线。但是，目前X-射线被优选，因为用于X-射线的产生、探测、控制和类似行为的各种实际装置发展得最好而且可以广泛地得到。
许多相差大的发明实施方案可以被配置，而不背离本发明的精神和范围。应理解为本发明并不局限于技术说明中所说明的具体实施方案，除非在附加的权利要求中被定义。
权利要求
1.一种放射线断层成像装置包括放射线发射装置，具有发射放射线束的能力和响应控制信号改变放射线束所照射范围的能力；探测器单元阵列，包括多个被照射表面朝向所述放射线束入射方向的放射线探测器单元，在这个探测器单元阵列中，所述放射线探测器单元被布置在两个互相垂直方向中的一个方向上，以形成一个探测器单元排，而多个探测器单元排被并排布置在所述两个相互垂直方向中的另一方向上；控制装置，用于接收所照射范围的信息并将相应于所述信息的控制信号输出到所述放射线发射装置；以及断层图像产生装置，用于基于由所述探测器单元阵列探测出的相应于所照射范围信息的多个视角放射线探测信号来产生所述放射线束通过的一个区域的多切片断层图像。
2.根据权利要求1的放射线断层成像装置进一步包括旋转装置，用于使所述放射线发射装置和探测器单元阵列围绕被运送进入放射线所照射空间的一个受测者旋转。
3.根据权利要求1或2的放射线断层成像装置进一步包括显示装置，该显示装置用于显示由所述断层图像产生装置产生的断层图像。
4.一种放射线断层成像装置包括放射线发射装置，能够发射放射线束且能够响应第一个控制信号来改变由放射线束照射的范围；探测器单元阵列，包括多个所照射表面朝向所述放射线束入射方向的放射线探测器单元，在这个探测器单元阵列中，所述放射线探测器单元被布置在两个互相垂直方向中的一个方向上，以形成一个探测器单元排，而多个所述探测器单元排被并排布置在所述两个相互垂直方向中的另一方向上；数据采集装置，用于响应第二控制信号通过选择或变化地组合来自所述探测器单元阵列中的探测器单元排的探测信号来采集所需要的数据；控制装置，用于接收所照射范围的信息并相应于所述信息将第一控制信号输出到所述放射线发射装置且将第二控制信号输出到所述数据采集装置；以及断层图像产生装置，用于基于由所述探测器单元阵列探测出的相应于所照射范围信息的和由所述数据采集装置所采集的多个视角放射线探测信号来产生所述放射线束通过的一个区域的多切片断层图像。
5.根据权利要求4的放射线断层成像装置，进一步包括旋转装置，用于使所述放射线发射装置和探测器单元阵列围绕被运送进入放射线所照射空间的一个受测者旋转。
6.根据权利要求4或5的放射线断层成像装置，进一步包括显示装置，该显示装置用于显示由所述断层图像产生装置产生的断层成像。
7.根据权利要求4、5或6的放射线断层成像装置，其中所述的数据采集装置包括转换装置，用于响应第二控制信号通过选择或变化地组合来自探测器单元阵列中的探测器单元排的探测信号来采集所需要的数据；以及变换装置，用于将来自所述转换装置的数据转变成数字数据并将数字数据输出到所述断层图像产生装置。
8.根据权利要求4、5或6的放射线断层成像装置，其中所述的数据采集装置包括变换装置，用于将来自探测器单元阵列中的探测器单元排的探测信号转变成数字数据；以及转换装置，用于响应第二控制信号通过选择或变化地组合来自所述变换装置的数字数据来采集所需要的数据并将该数据输出到所述断层图像产生装置。
9.一种放射线断层成像装置包括用于发射放射线的放射线球管；准直器，能够将所述放射线球管发射出的放射线变成放射线束，以便于发射出该放射线束，并能够响应第一控制信号来改变由放射线束照射的范围；探测器单元阵列，包括多个所照射表面朝向所述放射线束入射方向的放射线探测器单元，在这个探测器单元阵列中，所述放射线探测器单元被布置在两个互相垂直方向中的一个方向上，以形成一个探测器单元排，而多个所述探测器单元排被并排布置在所述两个相互垂直方向中的另一方向上；放射线球管移动装置，能够响应第二个控制信号将所述放射线球管的发射中心在所述两个相互垂直方向的所述另一个方向上移动；控制装置，用于接收放射线所照射范围的信息并相应于所述信息将第一控制信号输出到所述准直器且将第二控制信号输出到所述放射线球管移动装置；以及断层成像产生装置，用于基于由所述探测器单元阵列探测出的相应于所述所照射范围信息的多个视角放射线探测信号来产生所述放射线束通过的一个区域的多切片断层图像。
10.根据权利要求9的断层成像装置进一步包括旋转装置，用于使所述放射线球管、准直器和探测器单元阵列围绕被运送进入放射线所照射空间的一个受测者旋转。
11.根据权利要求9或10的断层成像装置，进一步包括显示装置，用于显示由所述断层图像产生装置产生的断层成像。
12.放射线断层成像装置包括用于发射放射线的放射线球管；准直器，能够将所述放射线球管发射出的放射线变成放射线束，以便于发射出该放射线束，并能够响应第一控制信号来改变由放射线束照射的范围；探测器单元阵列，包括多个所照射表面朝向所述放射线束入射方向的放射线探测器单元，在这个探测器单元阵列中，所述放射线探测器单元被布置在两个互相垂直方向中的一个方向上，以形成一个探测器单元排，而多个所述探测器单元排被并排布置在所述两个相互垂直方向中的另一方向上；放射线球管移动装置，能够响应第二个控制信号将所述放射线球管的发射中心在所述两个相互垂直方向的另一个方向上移动；数据采集装置，用于响应第三控制信号通过选择或变化地组合来自所述探测器单元阵列中的探测器单元排的探测信号来采集所需要的数据；控制装置，它用于接收放射线所照射范围的信息并相应于所述信息将第一控制信号输出到所述准直器、将第二控制信号输出到所述放射线球管移动装置并将第三控制信号输出到所述数据采集装置；以及断层图像产生装置，用于基于由所述探测器单元阵列探测出的相应于所述所照射范围信息的和由所述采集装置所采集的多个视角放射线探测信号来产生所述放射线束通过的一个区域的多切片断层图像。
13.根据权利要求12的断层成像装置，进一步包括旋转装置，用于使所述放射线球管、准直器和探测器单元阵列围绕被运送进入放射线所照射空间的一个受测者旋转。
14.根据权利要求12或13的断层成像装置，进一步包括显示装置，用于显示由所述断层图像产生装置产生的断层成像。
15.根据权利要求12、13或14的放射线断层成像装置，其中所述的数据采集装置包括转换装置，用于响应第三控制信号通过选择或变化地组合来自探测器单元阵列中的探测器单元排的探测信号来采集所需要的数据；以及变换装置，用于将来自所述转换装置的数据转变成数字数据并将数字数据输出到所述断层图像产生装置。
16.根据权利要求12、13或14的放射线断层成像装置，其中所述的数据采集装置包括变换装置，用于将来自探测器单元阵列中的探测器单元排的探测信号转变成数字数据；以及转换装置，用于响应第三控制信号通过选择或变化地组合来自所述变换装置的数字数据来采集所需要的数据并将该数据输出到所述断层图像产生装置。
17.一种放射线断层成像方法，包括下列步骤向第一范围发射放射线，所述第一范围处在探测器单元阵列中，该探测器单元阵列包括多个所照射表面朝向所述放射线束入射方向的放射线探测器单元，在这个探测器单元阵列中，所述放射线探测器单元被布置在两个互相垂直方向中的一个方向上，以形成一个探测器单元排，而且多个探测器单元排被并排布置在所述两个相互垂直方向中的另一方向上；基于由所述探测器单元阵列探测的多个视角的放射线探测信号来产生被所述放射线束照射的第一范围的多切片断层图像；向比处在所述探测器单元阵列中的第一范围小的第二范围发射放射线；基于由所述探测器单元阵列探测的多个视角的放射线探测信号产生被所述放射线束照射的第二范围的多切片断层图像。
全文摘要
提供有一种放射线断层成像装置和方法,在此装置和方法中,在扫描期间切片的厚度可以动态地被转换,而且放射线发射中心可以沿着运送受测者的方向被任意地移动。装备有:X－射线球管移动部分21,它具有将X－射线球管20的发射中心在z－方向移动的能力;准直器22,它具有一个孔隙,该孔隙的张开度可以被调节,使发射出的X－射线变成具有一定宽度和一定厚度的X－射线束5,以便于利用X－射线束5照射探测器单元阵列23上所需要的区域;数据采集部分24,它用于在扫描期间,响应控制信号CTL303,以变化的组合动态地选择或相加从探测器单元阵列23中的探测器单元排供给的探测信号输入;以及中央处理设备30,相应于由输入装置31输入的状态信息,它用于改变X－射线球管20发射中心、改变准直器22上孔隙的张开度以及改变将由数据采集部分24采集的数据。
文档编号A61B6/03GK1358479SQ0114366
公开日2002年7月17日 申请日期2001年12月17日 优先权日2000年12月15日
发明者黑田义康 申请人:Ge医疗系统环球技术有限公司