专利名称：使用多能量x射线源采集计算机断层数据的系统和方法
技术领域：
一般来说，本发明涉及采集计算机断层数据的系统和方法，具体来说，涉及使用多能量X射线源来采集计算机断层数据的系统和方法。
背景技术：
在现代医学中，医疗专业人员惯常期望实施患者成像检查从而以非侵入性方式评估患者的内部组织。对于通常的单能量计算机断层(CT)成像来说，所产生的X射线图像主要是基于X射线源与X射线探测器之间的由患者组织造成的X射线衰减的各个被分析体素的平均密度的表征。然而，对于多能量X射线成像来说，针对每个体素可以收集更大量的成像数据。例如，在双能量X射线成像系统中，利用了两种不同能量(即，不同频率)的X射线，而较高能量X射线相比较低能量X射线与患者组织的相互作用一般小的多。为了重建 多能量CT投影数据，来认识X射线的基本物理效应，S卩，在被称为材料分解(MD)的过程中的散射效应和光电效应。在多能量CT数据采集期间，可以使用多能量X射线源提供具有不同能量的X射线，并且该多能量X射线源还能够从发射具有一种平均能量的X射线快速转换到发射具有另一种不同平均能量的X射线(即，快速切换源)。例如，X射线源可以是X射线管，并通过在较低电压和较高电压之间调制所施加的偏压(例如，每秒数次)，可以发射具有较高能量和较低能量的X射线。然而，快速切换多能量X射线源在发射具有两种不同能量的X射线之间切换源时还会发射具有中间能量的X射线。也就是说，例如，虽然双能量源配置成在施加较低偏压时发射特定较低能量的X射线，以及在施加较高偏压时发射较高能量的X射线，但在实际中，在施加到源的偏压以在较低和较高偏压之间切换时，该源还会发射具有在较低和较高能量之间能量的X射线。在重建多能量CT成像期间采集的投影数据中，在没有清楚分辨X射线的能量时，试图使用MD计算来从光电效应中识别散射效应变得愈加困难并且计算代价高昂。也就是说，在实际上是X射线能量的连续能谱而不只是具有两种或多种已分辨能量的X射线出现在X射线探测器上时，从计算上分离这些物理效应是不切实际的。
发明内容
在一实施例中，多能量计算机断层(CT)成像系统包括X射线源，在施加低稳定偏压、高稳定偏压以及低稳定偏压和高稳定偏压之间的过渡偏压时发射X射线。成像系统还包括X射线探测器，配置成产生与X射线源发射的X射线到达X射线探测器的强度对应的电信号。成像系统还包括数据处理电路，配置成仅在低稳定偏压或高稳定偏压施加到X射线源时采集与X射线探测器所产生电信号对应的第一数据组。成像系统还包括处理器，配置成处理第一所采集数据组并构建一个或多个多能量CT图像。在一实施例中，多能量辐射成像系统包括辐射源，通过施加两个或多个稳定偏压以及各稳定偏压之间的相应的不稳定偏压来发射辐射。成像系统还包括辐射探测器，配置成从辐射源接收辐射并产生与所接收辐射的强度对应的电信号。成像系统还包括数据处理电路，配置成在提供激活信号时从辐射探测器所产生的电信号采集第一数据组，以及配置成在不提供激活信号时从辐射探测器所产生的电信号采集第二数据组。成像系统还包括控制器单元，耦合至辐射源和数据处理电路，并且被配置成使到辐射源的稳定偏压的施加和到数据处理电路的激活信号的施加同步。在一实施例中，一种多能量切换X射线成像系统中改进能量间距的方法，包括X射线源在低偏压和高偏压之间切换并发射X射线时监测切换X射线源的源偏压。该方法还包括使用X射线探测器探测所发射的X射线，所述X射线探测器产生与所探测X射线对应的电信号。该方法还包括激活数据处理电路以在源偏压稳定在低偏压或高偏压时从探测器采集第一数据组。该方法还包括使用处理器处理第一所采集数据组以构建一个或多个多能量计算机断层(CT)图像。
通过参考附图阅读下面详细描述，将更好的理解本发明实施例的这些和其他特征·和方面，贯穿附图中相似参考标记指代相似的部件，其中图I示出根据本公开多个方面的多能量CT成像系统的一实施例；图2示出根据本公开多个方面的施加至多能量X射线源的一实施例的偏压的关于时间的曲线图；图3示出根据本公开多个方面的施加至另一多能量X射线源的一实施例的偏压的关于时间的曲线图；以及图4描述了根据本公开多个方面的说明患者成像系统采集和处理X射线投影数据过程的流程图。单元列表
权利要求
1.一种多能量计算机断层(CT)成像系统(10)，包括 X射线源(12)，在施加低稳定偏压(58)、高稳定偏压(56)以及所述低稳定偏压(58)与所述高稳定偏压(56)之间的过渡偏压(60)时发射X射线(16、20)； X射线探测器(22)，配置成产生与所述X射线源发射的所述X射线(16、20)到达所述X射线探测器(22)的强度对应的电信号； 数据处理电路(34)，配置成仅在所述低稳定偏压(58)或所述高稳定偏压(56)施加到所述X射线源(12)时，采集与所述X射线探测器产生的所述电信号对应的第一数据组；以及 处理器(36)，配置成处理所述第一所采集数据组并构建一个或多个多能量CT图像。
2.根据权利要求I所述的系统(10)，其中所述X射线源(12)包括过滤器，所述过滤器配置成仅在所述低稳定偏压(58)或所述高稳定偏压(56)施加到所述X射线源(12)时允许所述X射线源(12)发射X射线(16、20)。
3.根据权利要求I所述的系统(10)，包括时钟，所述时钟配置成提供在时间上将所述低稳定偏压(58)或所述高稳定偏压(56)到所述X射线源(12)的施加与通过所述数据处理电路(34)的所述第一数据组的采集相关的信号。
4.根据权利要求I所述的系统(10)，其中所述数据处理电路(34)配置成在所述低稳定偏压(58)与所述高稳定偏压(56)之间的所述过渡偏压施加至所述X射线源(12)时，采集与所述X射线探测器(22)产生的所述电信号对应的第二数据组。
5.根据权利要求4所述的系统(10)，包括时钟，所述时钟配置成 提供在时间上将所述低稳定偏压(58)或所述高稳定偏压(56)到所述X射线源(12)的施加与通过所述数据处理电路(34)的所述第一数据组的采集相关的信号；以及 提供在时间上将所述过渡偏压￠0)到所述X射线源(12)的施加与通过所述数据处理电路(34)的所述第二数据组的采集相关的信号。
6.根据权利要求4所述的系统，其中所述处理器(36)配置成处理所述第一所采集数据组、所述第二所采集数据组或二者，以构建非多能量CT图像。
7.根据权利要求4所述的系统，其中所述处理器(36)利用加权计算使用所述第一所采集数据组和所述第二所采集数据组来构建多能量CT图像，所述加权计算中所述第一所采集数据组的加权不同于所述第二所采集数据组。
8.一种多能量辐射成像系统(10)，包括 辐射源(12)，通过施加两个或多个稳定偏压(56、58、82、84、86)以及各稳定偏压(56、·58、82、84、86)之间的相应的不稳定偏压(60,88)来发射辐射(16,20)； 辐射探测器(22)，配置成从所述辐射源(12)接所述收辐射(16、20)并产生与所接收辐射(16、20)的强度对应的电信号； 数据处理电路(34)，配置成在激活信号被提供时从所述X射线探测器(22)产生的所述电信号采集第一数据组，以及配置成在所述激活信号未被提供时从所述X射线探测器(22)产生的所述电信号采集第二数据组；以及 控制器单元(30)，耦合至所述辐射源(12)和所述数据处理电路(34)，并配置成使到所述辐射源(12)的所述稳定偏压(56、58、82、84、86)的施加与到所述数据处理电路(34)的所述激活信号的施加同步。
9.根据权利要求8所述的系统(10)，还包括栅，所述栅配置成允许所述辐射源(12)仅在所述稳定偏压的施加期间发射辐射(16、20)。
10.根据权利要求8所述的系统(10)，还包括处理器(36)，所述处理器(36)配置成处理所述第一所采集数据组和所述第二所采集数据组之一或二者来构建一个或多个计算机断层(CT)图像。
11.根据权利要求10所述的系统(10)，其中所述处理器(36)使用第一所采集数据组、第二所采集数据组或二者，来构建一个或多个单频CT图像。
12.根据权利要求10所述的系统(10)，其中所述一个或多个CT图像至少包括一个多能量CT图像，所述多能量CT图像使用加权计算从所述第一所采集数据组和所述第二所采集数据组来构建。
13.根据权利要求12所述的系统(10)，其中所述加权计算包括加权最小二乘估计、力口权平均或加权减法。
全文摘要
本文公开的主题涉及X射线成像系统(10)，以及更具体而言，涉及多能量计算机断层(CT)X射线成像系统(10)。在一实施例中，多能量计算机断层(CT)成像系统(10)包括X射线源(12)，在施加低稳定偏压(58)、高稳定偏压(56)以及低稳定偏压(58)与高稳定偏压(56)之间的过渡偏压(60)时发射X射线(16、20)。成像系统(10)还包括X射线探测器(22)，配置成产生与X射线源(12)发射的X射线(16、20)到达X射线探测器(22)的强度对应的电信号。成像系统(10)还包括数据处理电路(34)，配置成仅在低稳定偏压(58)或高稳定偏压(56)施加到X射线源(12)时采集与X射线探测器(22)产生的电信号对应的第一数据组。成像系统(10)还包括处理器(36)，配置成处理第一所采集数据组并构建一个或多个多能量CT图像。
文档编号A61B6/03GK102871682SQ20121033620
公开日2013年1月16日 申请日期2012年6月29日 优先权日2011年6月30日
发明者B·K·B·德曼, 谢强, N·S·钱德拉, 范家华, J·D·佩克 申请人:通用电气公司