用于计算机断层摄影成像的扫描仪设备和方法

专利名称：用于计算机断层摄影成像的扫描仪设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对目标物进行计算机断层摄影(CT)成像的扫描仪设备，特 别涉及一种扫描仪设备，其包括带源和探测器设备的测量设备和容纳目标物的承载设备， 其中测量设备和承载设备能够相对彼此进行扫描移动。更进一步，本发明涉及一种用于对 目标物进行CT成像的扫描方法。扫描仪设备和扫描方法可用于CT成像的所有应用，特别 是在材料科学、医学检查、建筑技术、关于安全问题的技术等领域中的应用。
背景技术：
CT成像是基于对待查目标物的照射，用源设备生成的X射线从不同的投影方向照 射通过采样平面，紧接着是根据探测器设备在不同投影方向上测量到的衰减数据对采样平 面进行重建。对完整图像的重建是基于收集覆盖至少180°的投影角度的投影图像。目标 物被布置在承载设备上。为了设定不同的投影方向，源和探测器设备和承载设备的组合能 够相对彼此进行扫描移动。在过去，已经研究出各种用于实现扫描移动的扫描技术。对于第一代CT扫描仪来说，源设备包括一个单独的笔形波束源，而探测器设备包 括一个单独的X射线探测器。所谓的旋转-平移系统通过接下来的程序而获得。从特定角 度开始，源-探测器系统线性地横跨视场(FOV)平移，其中获取的横跨FOV多条平行射线的 数据可用于在该特定角度的投影。完成该平移之后，整个系统发生旋转，然后用另一平移来 获取下一次投影方向的数据。重复平移和旋转的这些步骤直到获取了完整的一系列投影方 向的数据集为止。在第二代CT扫描仪中，探测器设备包括若干探测器的线性阵列，然而X 射线管生成的是窄扇形角X射线波束。如第一代扫描仪那样，第二代的扫描仪是旋转-平 移系统，但所述系统具有简少旋转数量的步骤。第一代和第二代CT扫描仪的主要局限在于平移运动，这是因为每次平移结束时， 源-探测器系统就必须停止，整个系统必须旋转然后平移运动必须再重新开始。已经证实 了用这些CT扫描仪很难构建出快速扫描仪设备。因此，第一和第二代CT扫描仪不在当前 的CT成像中使用。第三代CT扫描仪，例如在WO 2007/034357或US 4149079中所公开的，其特征在 于旋转-旋转系统，指的是源和探测器设备的旋转。一般的第三代CT扫描仪100在图8 (现 有技术)中被示意性地画出。传统的CT扫描仪100’包括具有源设备20’和探测器设备30’ 的测量设备，以及容纳待查目标物1’的承载设备4’。源设备20’包括单个的X射线管，其 利用X射线扇形波束照射目标物1’。探测器设备30’包括多个探测器元件，其探测通过目 标物1’传输的辐射。源和探测器设备20’，30’具有相对彼此固定不变的位置。为了设定 各种投影方向，源和探测器设备20 ’，30 ’绕着目标物1’旋转，S卩，包括源设备20，和探测器 设备30’的测量设备的空间方位在扫描期间连续地发生改变。作为主要的优点，第三代CT扫描仪能够提供实质上较短的扫描时间。CT图像重建 所需的完整的一系列衰减数据可在几毫秒内收集好。但是，对来自探测器元件的信号的输 送需要从探测器设备30’到处理计算机的电线或提供数据和能量传输的接触环(contactrings)。电线具有的缺点是在测量设备连续改变空间方位时可能会有问题产生。特别地， 连续的旋转是不可能的，而接触环可能会在探测器信号校准中引发错误。因此，在重建图像 中会生成所谓的环状伪影(ring artefacts)。作为进一步的缺点，第三代扫描仪中收集的 数据扇形波束几何结构的效率通过计算可知低于平行波束几何结构的效率。对于第四代CT扫描仪来说，探测器元件从旋转系统中去除并被放置在绕目标物 的静止环带上。在这种情况下，第三代CT扫描仪的接线和环状伪影问题可以避免。但是第 四代CT扫描仪的一个本质缺点是它们的价格很高。这是由于形成完整的环需要大量的探 测器元件。第四代CT扫描仪的另一个缺陷是由于X射线几何结构的非均勻性造成。源-探 测器的距离及射线厚度对于不同的探测器元件来说可能是不同的。这可能会导致进一步的 成像伪影。已经提出的还有另外的CT扫描仪，它们所需的机械结构甚至比第三或第四代CT 扫描仪更为复杂。作为例子，SU 766 264 Al公开了一种具有测量设备的扫描机构，所述测 量设备带一个单独X射线源和对每个要测量的目标物都有一个单独的探测器元件。为了收 集多个投影方向的数据，目标物在源和探测器元件之间被平移和旋转，即，目标物承载器的 空间方位在扫描期间被连续地改变。具有旋转目标物承载器的另外扫描仪在US 5 119408 A和WO 02/056752 A2中有所介绍。与CT成像相反，传统的断层合成成像(tomosynthesis imaging)可适用于当目标 物在源和探测器元件之间做直线平移期间收集投影图像(例如，US 2007/0116175 Al)。但 是，这覆盖的仅是有限范围的投影角度，因此对完整的断层摄影图像的重建用断层合成成 像技术是不可能的。发明目的本发明的目标是提供一种用于对目标物进行CT成像的改进的扫描仪设备，能够 避免传统扫描技术的局限性。更进一步说，本发明的目标是提供一种用于CT成像的改进的 扫描方法。特别地，改进的扫描技术要能够直接地实现平行波束几何结构同时提供与第三 或第四代CT扫描仪一样短的扫描时间。更进一步说，用改进的扫描技术避免成像伪影。这些目标是通过扫描仪设备或扫描方法实现的，所述设备和方法分别包括权利要 求1或10的特征。本发明有利的实施方式和应用在从属权利要求中有所限定。

发明内容
根据本发明的第一个总的方面，适用于CT成像的扫描仪设备包括测量设备，所述 测量设备具有相对彼此位置固定不变的源设备和探测器设备，和承载设备，其适于将待查 目标物定位于源设备和探测器设备之间的视场(FOV)中，其中测量设备和承载设备相对彼 此可移动以便执行扫描移动，并且其中测量设备和承载设备在扫描移动期间具有固定不变 的空间方位。探测器设备包括多个探测器元件，其中探测器元件包括X射线感应元件，所述 感应元件具有单个像素的形状或具有多个像素的线或面的形状。根据本发明的第二个总的方面，用于CT成像的扫描方法包括的步骤有用源设备 生成的X射线照射待查目标物，和用探测器设备沿着多个不同投影方向探测通过所述目标 物传输的辐射，其中投影方向是根据支撑所述目标物的承载设备的扫描移动以及源和探测 器设备相对彼此的组合设定的，其中所述源和探测器设备以及承载设备在扫描移动期间具有固定不变的空间方位。有利地，本发明的扫描仪设备和扫描方法适用于采集与第一和第二代CT扫描仪 相像的平行波束几何结构的衰减数据。与这些扫描仪类型相反，源设备的位置和探测器设 备的位置在空间上是固定不变的，或者说，如果源和探测器设备适于执行扫描移动，那么它 们两者以相同的速率(方向、数值)同时移动。作为进一步的优点，对数据集的收集，这是 重建图像平面(切片)必不可少的步骤，要完成该数据集的收集所用的时间可以比得上第 三代CT扫描仪的时间，甚至更快。根据本发明并与第三代CT扫描仪相比，具有源和探测器 设备的测量设备不按照传统方式绕承载设备旋转。测量设备和承载设备两者在空间和相对 彼此都具有预定的方位。它们被布置和移动以便该固定不变的方位能在扫描移动期间保持 恒定。有利地，该扫描设计方案排除了第三代CT扫描仪典型会存在的校准错误。更进一步 说，与第三代CT扫描仪相比，探测器设备的每个探测器元件相对于目标物都具有固定不变 的空间位置，即，每个探测器元件采集的是在预定的固定投影角度的数据。最终，与第四代 CT扫描仪相比，本发明的扫描技术的数据几何结构实现了均勻性。由于源和探测器设备固 定不变的相互位置，避免了源和探测器设备之间发生任何距离的改变。更进一步说，为每切 片收集完整的数据集可通过仅使用二分之一个甚至更少的探测器环实现。代表本发明实质特征的是源设备相对于探测器设备固定不变的位置，以及具有源 和探测器设备的测量设备和承载设备之间固定不变的方位。表述“固定不变的位置”指的 是源设备的参考点，例如X射线管的支撑点或焦点(focal spot)，和探测器设备的参考点， 例如预定探测器元件的位置，它们具有恒定的相对空间坐标。特别地，表述“固定不变的位 置”覆盖了第一种变形，其中源设备的至少一个X射线管和探测器设备的探测器元件是刚性 元件，它们是不可移动的，和第二变形，其中源和探测器设备中的至少一个在空间内具有固 定不变的位置但是可变的方位。换句话说，即使源设备包括一个单独的X射线管的话，所述 源设备也具有相对于探测器元件固定不变的位置，其可被轴向旋转从而将X射线指向变化 的探测器元件。表述“固定不变的空间方位”意思是空间中的方位(角度位置)对于测量设备和 承载设备两者都是恒定的。空间方位由设备几何结构预定的参考方向表示，例如正交参考 方向。作为例子，测量设备空间方位由将源设备的焦点和探测器设备的探测器元件连接起 来的第一直线和垂直于所述第一直线的第二直线来表示。更进一步说，承载设备空间方位 的由垂直于承载设备承载表面上的第一直线和沿承载表面上的第二直线来表示。表述“扫描移动”指的是测量设备和承载设备相对于彼此发生的移动，其目的是为 了设定对目标物照射的不同投影方向。一般地，扫描移动导致承载设备相对于测量设备沿 着弯曲的，特别是圆形的或多边形的路径(扫描线)平移。扫描移动可包括多个部分平移 阶段，以便调整投影方向的某些范围(参见下文)。一般地，扫描移动或至少一个部分平移 阶段是沿参考平面执行的，所述参考平面包括从源设备到探测器设备的波束路径。作为特别的优点，用本发明的扫描技术收集到的衰减数据可被用于利用传统的重 建算法进行图像重建。特别地，图像重建可以通过例如，筛选反向投影(FBP)算法或基于 多项式(OPED)算法实现(参见W02006/069708)。应当注意到本发明的扫描技术为FBP和 OPED算法两者都提供了有利因素。FBP算法可被实质地加速，而本发明获得的平行波束几 何结构有利地适用于OPED算法。
扫描移动可适用于本发明技术的一种特殊应用的需求。根据本发明的优选实施方 式，测量设备被固定，而承载设备被移动从而执行扫描移动。该实施方式特别优选用于对可 移动的目标物成像，如工件、行李或医学样品。更进一步说，便于对测量设备进行操作和维 修。根据备选实施方式，带有待查目标物的承载设备被固定住，而测量设备执行扫描移动。 该实施方式对不可移动的目标物成像可以是有利的。根据本发明的另外优选实施方式，扫描移动是沿着圆形线执行的。对于上面的实 施方式来说，承载设备在圆形线上平移，源设备或探测器设备被布置在所述圆形线的中心， 或者测量设备的源设备或探测器设备之一在圆形线上平移，承载设备被布置在所述圆形线 的中心。沿圆形线的扫描移动具有特别的优点，它使承载设备和源或探测器设备之间的距 离在扫描移动期间或至少在扫描移动的部分平移阶段期间保持恒定。相应地，无需对收集 到的数据进行另外校正即可避免成像伪影。本发明另外的优选实施方式其特征在于探测器设备的探测元件所覆盖的角度范 围大小。根据第一种变形，探测器元件相对于源设备被布置在沿至少180°的角度范围上。 作为主要的优点，探测器设备可至少沿半环被布置，其中源设备的焦点位于所述半环的中 心。本设计方案的主要优点是通过以下事实给出的，即扫描移动可以由目标物通过源设备 和探测器设备的探测器元件之间沿至少180°的整个角度范围空间的一次单独平移来实 施。相应地，可以获得与第三代CT扫描仪一样短乃至更短的扫描时间。根据第二种变形，探测器元件相对于源设备沿小于180°的角度范围布置。这种设 计方案对于目标物的某些区域成像有利，特别是如果不要求有完整的断层摄影数据集的话 就更有利了。否则，要为图像重建收集完整数据集，扫描移动就可包括多个部分平移阶段， 其中测量设备和承载设备中至少一个的空间方位在每次部分平移阶段之后会发生改变。作为例子，对于沿180° /n(n为自然数)的角度范围布置的探测器元件来说，要 收集整个投影集就需要η个部分平移阶段，所述η个平移阶段具有带目标物的承载设备的 η个不同方位。特别地，如果角度范围选定在180°到90°之间，那么扫描移动包括承载设 备相对于测量设备以第一空间方位的第一部分平移阶段，紧接着的步骤是将方位改变一个 角度，该角度等于探测器元件的角度范围，和承载设备的第二部分平移阶段。即便对于本设 计方案，扫描与第一和第二代CT扫描仪相比也得到了实质性地加速。本发明的扫描技术可适于为二维或三维成像收集衰减数据。在第一种情况下，探 测器元件优选包括沿着弯曲线延伸的一维阵列，特别是沿着圆形线和/或多边形线延伸的 一维阵列。作为例子，阵列的至少一部分可表现为弯曲线，而至少第二部分表现为多边形 线。为了获得二维图像，探测器元件可被布置为二维阵列。阵列的形状被选择成呈现弯曲 的，特别是圆柱形面和/或多边形面。备选地，三维图像可通过使用探测器元件的一维阵列 和执行多次扫描移动获得，每次扫描移动适于为目标物的预定成像平面收集衰减数据。优选地，探测器设备的探测器元件可被布置为中心到中心间隔相等的样式。对于 该实施方式来说，优点在于将收集的衰减数据分布在等角度投影方向上。根据本发明另外有利的实施方式，承载器和源设备之间的距离可以调整。衰减数 据集合的空间分辨率随距离减小而增加。通过增加该距离，照射的范围变宽，其优点在于减 少了目标物的射线暴露量(radiationexposure)。承载设备和源设备之间距离的可变性允许了两步式成像程序。对于第一步骤，可以用低分辨率执行预览扫描。在确认出目标物内的某个感兴趣区之后，承载设备和源设备 之间的距离可被减小，从而为第二成像步骤提供增大的空间分辨率。该两步式程序在医学 成像和行李筛查中特别有利。根据本发明的另外有利的实施方式，承载设备相对于测量设备的主要照射平面的 距离被调整。承载设备可垂直于其承载表面移动。通过该移动可以设定目标物的水平成像 平面。通过对承载设备的多次调整重复扫描移动，可以收集到三维成像的完整数据集。本发明的另一个优点是从源设备设计方案的可变性而得。根据第一种变形，源设 备仅包括一个单独的X射线管，其适于用一个单独的扇形波束照射目标物。X射线管被布 置成与探测器元件保持固定不变的距离，例如，探测器元件被布置在圆形线的中心。对于该 实施方式来说，优点在于源设备的低复杂度和与传统X射线管的兼容性。根据特定优选特 征，X射线管产生的扇形波束具有至少为180°的扇形角。相应地，完整探测器设备可被一 条单独的扇形波束同时照射到。如果扇形波束具有与角度相关的不均勻性，那么应在探测 器信号估算中考虑到这点。根据备选的特征，X射线管产生的扇形波束具有小于180°的 扇形角，优选小于90°，例如低于80°，例如处于5°到10°的范围内，特别是处于12°到 65°的范围内。对于小于180°的扇形角，X射线管适于在扫描移动期间被轴向旋转。对于 X射线管的轴向旋转来说，扇形波束与承载设备和布置在承载设备上的目标物对齐，而源设 备(X射线管)相对于探测器设备(探测器元件)的位置保持恒定。根据第二种变形，源设备可包括多个波束元件，其沿预定的照射线布置。波束元件 可适于生成扇形波束或笔形波束。照射线可具有弯曲的，特别是圆形，和/或多边形的形 状，如上面关于探测器设备所提到的。在本例中，照射线绕探测器设备布置。作为例子，带 多个探测器元件的探测器设备被布置在圆形照射线的中心。该几何结构被称为“逆几何结 构”(”inversegeometry")，其对于本发明的特定应用，例如在医学成像领域中都是有利 的。根据本发明另外的有利实施方式，准直器掩膜(collimator mask)可被布置在源 设备和目标物之间以便用多个波束元件照射目标物。优选地，准直器掩膜被连接到探测器 设备上。备选地，准直器掩膜可被布置作为位于源设备和承载设备之间空间中的单独结构。 准直器掩膜提供的特殊优点在于减少了施加到目标物，例如患者上的辐射剂量、减少了在 源设备处可能产生的散射辐射、为探测器元件屏蔽了可用于散射信号校正的信号、和/或 补偿源设备X射线管可能发生的调整错误。更进一步说，准直器掩膜可被用于在源设备到 目标物的波束路径中布置能量过滤器和/或使用激光校准相对于目标物调整源设备。


本发明另外的细节和优点在接下来通过参见附图进行介绍，其显示在图1和2 对本发明的实施方式的示意性图解，其具有被探测器设备围绕的源设 备；图3和4:对本发明另外的实施方式的示意性图解，其具有设有准直器掩膜的源设 备；图5 对本发明的另一个实施方式的示意性图解，其具有被探测器设备围绕的源 设备；
图6 对扫描仪驱动设备的示意性图解，其用于相对于测量设备调整承载设备的 位置；图7 对本发明的另一个实施方式的示意性图解，其中探测器设备被源设备围绕 (“逆几何结构”)；和图8 对传统的第三代CT扫描仪设备的示意性图解(现有技术)。
具体实施例方式本发明的实施方式在接下来进行介绍，特别是参见本发明CT扫描仪的几何结构 和为收集CT成像衰减数据的扫描方法的程序步骤。CT设备的细节内容，特别是控制设备、 显示设备、供电设备、控制X射线管的细节、探测X射线、处理收集到的衰减数据和重建目标 物或其某些部分区域的二维或三维CT图像的细节内容不在此做介绍，因为这些都是传统 CT技术已知的内容。更进一步说，接下来对优选实施方式的介绍指的是探测器元件沿半圆形(图1，2) 或多边形线(图幻的布置形式或扇形波束元件沿半圆形(图7)的布置形式。要着重强调 的是本发明不局限于探测器或扇形波束元件它们各自的这些布置形式。作为例子，探测器 或扇形波束元件可沿整圆或沿小于180°的角度范围布置。更进一步说，探测器或扇形波束 元件布置形式可根据本发明的应用而被提供带有弯曲的和/或多边形区段的几何结构。图1示意性画出本发明的CT扫描仪设备100的第一实施方式，包括带源设备20和 探测器设备30的测量设备10。更进一步说，扫描仪设备100包括承载设备40，其可移动地 布置在源和探测器设备20，30之间。图1画出了本发明的实施方式，其中测量设备10在一 个空间内，例如，在实验室或医学设施中固定不动，而承载设备40适于相对于测量设备10 执行扫描移动。相反的系统，即承载设备固定而测量设备可移动的扫描仪参见图2在下文 进行介绍。更进一步说，图1画出了本发明的实施方式，其中探测器设备30沿围绕源设备 20的探测器线布置。逆几何结构，即多个笔形波束元件沿围绕探测器设备的照射线布置的 扫描仪参见图7在下文进行介绍。源设备20包括X射线管，其焦点21布置在探测器设备30的半圆形探测器线的中 心。为了简化介绍，下面假设X射线管产生扇形角为180°的扇形波束。实际上，扇形波束2 的扇形角α典型较小，例如，处于12°到75°的范围内。在第一例(180°扇形波束)中， X射线管的方位是固定不变的，而在第二例(扇形角α低于180° )中，X射线管可轴向旋 转以便与承载设备对齐。优选地，由X射线管产生的扇形波束2的扇形角α被调整使得待查的完整目标物 1或目标物1内的某个待查区域在扫描移动期间被照射到。源设备20可被设有掩膜22，其 适于调整所述扇形角。掩膜22可具有的优点是使扇形角适应具有非圆形横截面的目标物。 扇形角可根据扫描移动期间目标物的位置进行控制。更进一步说，掩膜22可被用来使扇形 角适应目标物内感兴趣的区域，例如，如果X射线波束被聚焦到目标物1的某个部分上。备 选地或额外地，提供了准直器掩膜23，如参见图3和4在下文的介绍。探测器设备30包括探测器元件31的半圆形一维阵列或多个单独探测器沿半圆形 布置的装置。探测器元件(或单独的探测器)可如传统的CT扫描仪设备，例如第三代或第 四代CT扫描仪设备已知的使用方式来使用。探测器元件的尺寸和数目是根据本发明特殊应用的要求选择的。作为例子，至少180个探测器元件31，例如至少180个探测器元件31 可沿直径为20cm的半圆形布置。根据扇形波束2的扇形角，探测器元件31的弧32能够感 应通过目标物1传输的辐射衰减数值。备选地，探测器设备30可包括探测器元件的半圆形 二维阵列(未示出)。源设备20和探测器设备30相对彼此被固定地连接起来。焦点21和探测器元件 31之间的距离选自，例如，5m到20cm的范围内，优选120cm到60cm的范围内。对特殊应用， 该距离甚至可低于5cm。承载设备40包括带承载表面41的平台(同样参见图6)。承载表面41是适于容 纳目标物1的平的表面。固定设备(未示出)可被设在承载表面41上用于如传统CT扫描 仪技术已知的那样固定住目标物1。承载设备40被连接到扫描仪驱动设备50，其一般地适 于执行承载设备(或测量设备，分别地)的扫描移动。扫描仪驱动设备50包括导轨51和驱动单元52(图1中未示出，参见图6)。导轨 51沿着扫描线3，例如沿着圆形延伸。通过驱动单元，承载设备40沿导轨51平移。驱动单 元包括，例如，电动机。扫描仪驱动设备50被设计成使得承载设备40能够在整个扫描移动 期间保持在其初始的空间方位不变，例如，经由带两个自由度的平台，每个自由度都仅允许 发生平移。由于测量设备10在空间上被固定住了，测量设备10的空间方位也被保持不变。为了介绍本发明的扫描方法，假设目标物1中的成像平面如图1中所画在x-y平 面(例如，水平或垂直对齐)中延伸。相应地，从焦点21到探测器设备30的投影线被包括 在x-y平面中。为了使扇形波束2与目标物1对齐，源设备20的X射线管可同掩膜22 — 起轴向旋转，ζ轴作为旋转轴。例如，带目标物1的承载设备40的位置相对于源设备20位于其正χ方向处，扫描 开始。目标物1中示意性画出的水平平行条纹数据被角度φο的探测器元件收集到。随着扫 描移动，目标物1沿扫描线3移动。在图1描绘出的位置上，以φο标记的投影已经完成。此 时，所收集到的是与角度Cpk的探测器元件相关联的投影的平行数据。探测器设备30中的每 个探测器元件都收集与该探测器元件相关联的投影角的平行数据。在扇形角小于180°的 实施例中，扫描处理是通过将源设备20的扇形波束与目标物1的位置对齐的方式实现的。如果探测器元件跨越了小于180°的弧而打算收集超过180°的投影完整集，沿 扫描线3的扫描移动就被分成多个部分平移的阶段，其中在两个独立的平移阶段之间会发 生对承载设备的重新定位。部分平移阶段中的每一个都包括承载设备40沿导轨51的完整 平移。部分平移阶段按照承载设备40相对于测量设备10方位而存在差异。为此，承载设 备40可在部分平移阶段之间进行旋转，例如，在正或负的χ方向上的位置。扫描还可在测量设备10移动时执行，而此时承载设备40被固定住(图幻。在本 例中，测量设备10绕固定不动的承载设备40移动(图2中的逆时针)，承载设备40的空间 方位保持成参见图1所介绍的那样。测量设备10与扫描仪驱动设备(未示出)一起平移， 所述扫描仪驱动设备适用于进行模拟图1和6中所示的扫描仪驱动设备50功能的操作。焦 点21的扫描线3 (轨迹)是包括有目标物1的圆形。水平的平行条纹数据又一次被角度φο 的探测器元件收集到。在扇形角小于180°的实施例中，源设备20被旋转以便使扇形波束 与目标物1的位置对齐。只要焦点21 —结束其沿着长度为180° +α (α 扇形角)的弧的 平移，超过180°的投影整集就完成了。
目标物1的扫描移动可被称为如下文所介绍的双重旋转。表述“双重旋转”可被 用作可被描述为彼此相反的两种旋转的扫描移动。双重旋转是相对于第二代CT扫描仪中 的扫描移动而提出的，其是平移和旋转的组合。对于图2的实施方式来说，源设备20的焦 点21在逆时针方向上旋转(参见箭头A)。该第一旋转可用旋转速度Q1描述。与此同时， 探测器元件31的弧32与焦点21在顺时针方向上以旋转速度Ω2绕目标物1的中心旋转。 如果Q1 = -Ω2的话，弧32相对于目标物1的空间方位被保持不变。图3和4进一步画出了图1的实施方式，其中扫描仪设备100设有准直器掩膜23。 在本例中，探测器设备30包括探测器元件31，其沿弧32以一定距离布置。准直器掩膜23 被布置在源设备20和承载设备40上的目标物1之间，从而用多个扇形波束元件M对从源 设备20的焦点21上发出的扇形波束塑形。准直器掩膜23包括弯曲的，例如球形的屏蔽材 料片，其具有例如4mm的厚度，并包括例如用于180个探测器元件的180个掩膜开口(每个 收集1°角的投影数据)。选择掩膜开口的数目、直径和分布情况以便为每一个探测器元件 31提供一个波束元件。准直器掩膜23可覆盖180°从而产生了指向所有探测器元件的波束元件，而源设 备可发出180°的扇形波束(图3)或具有较小扇形角的扇形波束(图4)。在后者的实施 例中，当源设备20在扫描移动期间可被轴向旋转时，覆盖了角度间隔低于180°的准直器 掩膜可被用来覆盖当前位于源设备20扇形角外面的探测器元件。优选地，准直器掩膜被固 定住并相对于探测器设备对齐。准直器掩膜23与探测器元件31离散的布置形式的组合所具有的优点是减少了收 集不到投影数据的角度区中的剂量。备选地，准直器掩膜23可与探测器元件31阵列一起 使用，其中未照射到的探测器元件31被用于散射校正。图5画出了本发明的扫描仪设备100的另一种实施方式，包括带源设备20和探测 器设备30的测量设备10，并进一步包括承载设备40。测量设备10和承载设备40之一可 与扫描仪驱动设备(未示出)一起移动。图5画出了探测器设备30不必一定沿弯曲的探 测器线4布置。对于所画出的实施例来说，探测器元件31沿多边形线布置，包括多条笔直 段。承载设备40可沿圆形或其他弯曲的，例如多边形的线移动。图5的几何结构比图1或 2的实施方式更复杂，因为平行投影不再是在180°的扫描范围内等间隔隔开。但是，图5 的几何结构可能对本发明的某些特殊应用有利，例如对工件或其他物品，如行李的成像。探测器设备30可包括沿探测器线布置的多个X射线照相机或平板(flatpanel) 探测器。备选地，多个探测器像素可为每个投影角在垂直方向上布置，以获得多层扫描仪。 作为例子，线形探测器元件可垂直于扫描平面定位。图6示意性地画出了扫描仪驱动设备50，其用于实现扫描移动和/或对目标物1 的进一步调整。扫描仪驱动设备50显示于垂直于χ方向的扫描仪设备100的示意性横截 面视图中。特别地，扫描仪驱动设备50可被用于调整目标物1与源设备20的焦点21以及 扫描移动期间要照射到的成像平面(ζ方向)之间的距离。扫描仪驱动设备50包括导轨51 (参见图1)、沿导轨51移动承载设备40的驱动单 元52、和在径向方向和/或ζ方向(参见箭头B，C)上移动承载设备40的调整单元53。图7画出了本发明的扫描仪设备100的另一种实施方式，其表示为所谓的逆几何 结构。扫描仪设备100包括带源设备20和探测器设备30的测量设备10。更进一步说，扫描仪设备100包括承载设备40。与上面介绍的实施方式相比，源设备20包括沿弯曲的，特 别是圆形的或多边形的照射线5布置的多个焦点21。作为例子，源设备20包括多个窄波束 元件25，每个都具有单独的焦点21。波束元件25产生小角度扇形波束，扇形角接近于笔形 几何结构或笔形波束(由实施例画出的两条波束)。提供笔形波束可能具有的优点是获得 的照射几何结构等于上面图1至5的实施方式的几何结构。备选地，源设备20可包括共用 的X射线管，其阳极沿半圆形照射线5延伸。焦点21是通过对X射线管阴极的适当控制而 产生出来的。探测器设备30包括单个的探测器元件或探测器元件阵列33 (如所画)。提供单个 的探测器元件可具有的优点是扫描仪结构的复杂度降低。使用探测器元件阵列可具有的优 点是衰减数据的收集速度快。承载设备40相对于测量设备10 (或测量设备10相对于承载设备40)的扫描移 动如上关于图1至5的实施方式所介绍的那样执行。在上面介绍、附图和权利要求中公开的本发明的特征无论是个体还是组合在其各 种实施方式中实现本发明都是极其重要的。
权利要求
1.适用于对目标物(1)进行计算机断层摄影成像的扫描仪设备(100)，包括测量设备(10)，其包括用至少一条波束( 照射所述目标物(1)的源设备(20)，和用 于探测穿过所述目标物(1)的辐射的探测器设备(30)，其中源设备00)具有相对于探测器 设备(30)固定不变的位置，和承载设备(40)，其将所述目标物(1)容纳在源设备00)和探测器设备(30)之间的位 置中，其中测量设备(10)和承载设备GO)能够沿弯曲的扫描线(3)相对彼此进行扫描移动， 其特征在于测量设备(10)和承载设备GO)在扫描移动期间具有固定不变的空间方位。
2.如权利要求1所述的扫描仪设备，其中测量设备(10)被布置成固定不变的位置，而承载设备GO)是相对于测量设备(10)可 移动的，或者承载设备GO)被布置成固定不变的位置，而测量设备(10)是相对于承载设备GO)可 移动的。
3.如前述权利要求之一所述的扫描仪设备，其中测量设备(10)或承载设备G0)被布置成使得所述扫描移动分别沿着包括承载设备 (40)或源设备O0)的圆形线(3)执行。
4.如前述权利要求之一所述的扫描仪设备，其中探测器设备(30)包括多个探测器元 件(31)，并且其中探测器元件(31)相对于源设备O0)沿等于或大于180°的角度范围布置，或 探测器元件(31)相对于源设备O0)沿小于180°的角度范围布置，并且测量设备 (10)和承载设备G0)能够在扫描移动的部分平移阶段之间相对彼此发生旋转。
5.如前述权利要求之一所述的扫描仪设备，其中探测器元件(31)被布置成 沿弯曲线和/或多边形线的一维阵列，沿弯曲面和/或多边形面的二维阵列，和/或 中心到中心等间距。
6.如前述权利要求之一所述的扫描仪设备，其中承载设备G0)和测量设备(10)中至 少一个是可移动的，以便源设备O0)和承载设备G0)之间的距离能够被调整，和/或 承载设备G0)相对于扫描移动平面的距离能够被调整。
7.如前述权利要求之一所述的扫描仪设备，其中源设备O0)包括一个单独的X射线管(21)，其用一个单独的扇形波束( 照射所述目 标物(1)。
8.如权利要求7所述的扫描仪设备，其中X射线管Ol)能够生成扇形角等于或大于180°的扇形波束O)，或者 X射线管Ol)能够生成扇形角小于180°的扇形波束O)，并且X射线管Ol)适于被 轴向旋转以便扇形波束( 在扫描移动期间与承载设备G0)对齐。
9.如权利要求1至6之一所述的扫描仪设备，其中源设备O0)具有多个波束元件 (22)，其能够生成多条扇形或笔形波束O)，并且其中波束元件02)相对于探测器设备(30)沿大于或等于180°的角度范围布置，或者波束元件02)相对于探测器设备(30)沿小于180°的角度范围布置，并且测量设备 (10)和承载设备GO)能够在扫描移动的部分平移阶段之间相对彼此发生旋转。
10.如前述权利要求之一所述的扫描仪设备，其中准直器掩膜被布置在源设备O0)和承载设备00)之间，用于用多个波束元件 (24)照射所述目标物(I)0
11.用于对目标物(1)进行计算机断层摄影成像的扫描方法，包括的步骤有在测量设备(10)中的源设备O0)和探测器设备(30)之间的承载设备GO)上提供所 述目标物(1)，其中源设备O0)具有相对于探测器设备(30)固定不变的位置，用源设备O0)产生的至少一条波束(2)照射所述目标物(1)，用探测器设备(30)探测穿过所述目标物(1)的辐射，和使测量设备(10)和承载设备GO)沿弯曲的扫描线(3)相对彼此进行扫描移动，其中 照射和探测步骤以波束( 相对于所述目标物(1)的多个不同的投影角重复进行，其特征在于测量设备(10)和承载设备GO)的空间方位在扫描移动期间固定不变。
12.如权利要求11所述的扫描方法，其中测量设备(10)被布置成固定不变的位置，而承载设备G0)是相对于测量设备(10)可 移动的，或者承载设备G0)被布置成固定不变的位置，而测量设备(10)是相对于承载设备G0)可 移动的。
13.如权利要求11或12之一所述的扫描方法，其中扫描移动沿着包括源设备O0)或承载设备G0)的圆形线执行。
14.如权利要求11至13之一所述的扫描方法，其中其中探测器设备(30)包括多个探测器元件(31)并且其中探测器元件(31)相对于源设备O0)沿等于或大于180°的角度范围布置，并且所述 扫描移动包括测量设备(10)和承载设备G0)相对彼此覆盖所述角度范围的一个单独的平 移，或探测器元件(31)相对于源设备O0)沿小于180°的角度范围布置，并且所述扫描移 动包括测量设备(10)和承载设备G0)相对彼此的多个部分平移阶段，其中测量设备(10) 和承载设备G0)在扫描移动的部分平移阶段之间相对彼此发生旋转。
15.如权利要求11至14之一所述的扫描方法，其中承载设备00)和测量设备(10)中 至少一个被移动以便调整源设备O0)和承载设备G0)之间的距离，和/或承载设备G0)相对于扫描移动平面的距离。
16.如权利要求11至15之一所述的扫描方法，其中源设备O0)包括一个单独的X射线管(21)，并且所述目标物(1)被一个单独的扇形波 束⑵照射。
17.如权利要求16所述的扫描方法，其中X射线管Ol)能够生成扇形角等于或大于180°的扇形波束O)，或者X射线管能够生成扇形角小于180°的扇形波束O)，并且X射线管被轴向 旋转以便扇形波束( 在扫描移动期间与承载设备GO)对齐。
18.如权利要求11至15之一所述的扫描方法，其中源设备OO)具有多个波束元件 (25)，其能够生成多条扇形或笔形波束O)并且其中波束元件05)相对于探测器设备(30)沿等于或大于180°的角度范围布置，或者 波束元件05)相对于探测器设备(30)沿小于180°的角度范围布置，并且测量设备 (10)和承载设备GO)能够在扫描移动的部分平移阶段之间相对彼此发生旋转。
19.如权利要求11至18之一所述的扫描方法，包括的步骤有用形成有准直器掩膜的多个波束元件04)照射所述目标物(1)，所述准直器掩膜 被布置在源设备OO)和承载设备00)之间。
全文摘要
用于对目标物(1)进行计算机断层摄影成像的扫描仪设备(100)，包括测量设备(10)，其包括用至少一条波束(2)照射所述目标物(1)的源设备(20)，和用于探测穿过所述目标物(1)的辐射的探测器设备(30)，其中源设备(20)具有相对于探测器设备(30)固定不变的位置，和将所述目标物(1)容纳在源设备(20)和探测器设备(30)之间的位置中的承载设备(40)，其中测量设备(10)和承载设备(40)能够沿弯曲的扫描线(3)相对彼此进行扫描移动，和测量设备(10)和承载设备(40)在扫描移动期间具有固定不变的空间方位。更进一步，介绍了用于对目标物进行计算机断层摄影成像的扫描方法。
文档编号A61B6/03GK102056545SQ200980121018
公开日2011年5月11日 申请日期2009年6月5日 优先权日2008年6月6日
发明者C·赫申, M·克拉夫顿, M·赫劳贝德安杰利斯, O·蒂申科 申请人:健康与环境慕尼黑德国研究中心赫姆霍茨中心(有限公司)