本发明涉及一种成像装置和对应的成像方法，具体涉及用于CT(计算机断层摄影)的成像装置和成像方法。
背景技术：
光子计数CT探测器遭受所谓的堆积(pile-up)效应。在非常高的通量(即撞击在探测器上的辐射)的极端情况下，当探测器完全饱和并且根本不输出任何计数时出现完全的瘫痪。遗憾的是，对于仅测量通过检查对象(例如患者)的辐射束的非常小的射线长度的所有探测器像素，这始终会发生。换言之，所有的投影都可能被截断，尤其是在辐射未穿透对象或仅穿透对象的薄的部分的两侧上被截断。对于图像的重建，这类截断的投影是非常不希望的。具体而言，定量重建变得几乎不可能。
已经做出了克服这种堆积效应和截断的投影的问题的若干尝试。例如，WO2013/093726A1公开了一种探测装置，其包括堆积确定单元，堆积确定单元用于确定指示探测到的光子的探测信号脉冲是由堆积事件引起的还是由非堆积事件引起的，其中，探测值生成单元取决于探测信号脉冲并且取决于关于相应探测信号脉冲是由堆积事件引起还是由非堆积事件引起的确定来生成探测值。当生成探测值时，如果探测信号脉冲是由堆积事件引起的，则其可以被排除。这允许改善所生成的探测值的质量。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种成像装置和对应的成像方法，所述成像装置和成像方法提供用于克服由堆积效应和截断的投影引起的问题的备选解决方案。
在本发明的第一方面中，提出了一种成像装置，其包括：
-辐射源，其用于将辐射从聚焦区发射通过成像区域，
-探测单元，其用于探测来自所述成像区域的辐射，所述探测单元包括防散射光栅和探测器，
-机架，所述辐射源和所述探测单元被安装到所述机架，并且所述机架允许所述辐射源和所述探测单元围绕所述成像区域旋转，以及
-控制器，其用于控制所述探测单元在围绕所述成像区域旋转期间在多个投影位置处探测辐射，并且用于操纵所述辐射源和/或所述探测单元的至少部分在第一投影位置处的位置、设定和/或取向，使得与表示剩余投影位置的第二投影位置相比，在所述第一投影位置处入射在所述探测器上的辐射在更大程度上被所述防散射光栅衰减。
在本发明的另一方面中，提出了一种对应的成像方法，包括：
-通过辐射源将辐射从聚焦区发射通过成像区域，
-通过探测单元来探测来自所述成像区域的辐射，所述探测单元包括防散射光栅和探测器，
-在辐射发射和探测期间使所述辐射源和所述探测单元围绕所述成像区域旋转，并且
-控制所述探测单元在围绕所述成像区域旋转期间在多个投影位置处探测辐射，并且用于操纵所述辐射源和/或所述探测单元的至少部分在第一投影位置处的位置、设定和/或取向，使得与表示剩余投影位置的第二投影位置相比，在所述第一投影位置处入射在所述探测器上的辐射在更大程度上被所述防散射光栅衰减。
在本发明的又一方面中，提供了一种包括程序代码单元的计算机程序，当在计算机上执行所述计算机程序时，所述程序代码单元令所述计算机执行本文中公开的方法的步骤；并且提供了一种非瞬态计算机可读记录介质，在其中存储有计算机程序产品，所述计算机程序产品当由处理器运行时令本文中公开的方法得到执行。
在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的方法具有与要求保护的设备以及与在从属权利要求中限定的相似和/或相同的优选实施例。
本发明基于这样的构思，即减小偶尔(即在所有的投影位置中围绕成像区域探测到辐射的特定数量的投影位置处，其中，检查对象被布置在成像区中，投影位置围绕成像区域分布)击中探测器的通量。在此上下文下，术语“投影位置”应当被理解为与机架位置、机架角度或投影角度(即探测到辐射的辐射源和探测单元的角度位置)相对应的位置。初级通量(即到达探测器的初级辐射的强度)的减小根据本发明通过操纵辐射源和/或探测单元的至少部分的位置、设定和/或取向来实现，使得防散射光栅提供对所述辐射的额外衰减，其中，所述防散射光栅一般被提供用于仅抑制经散射的辐射以使得探测器像素完全由从成像区域入射的辐射来照射。换言之，在所述第一投影位置处，所述防散射光栅提供对所述探测器(具体为每个探测器像素)的部分遮蔽，以减小在每个探测器像素处的初级通量，从而避免所述探测器像素中的堆积效应。对通量的这种减小将促进对完整投影的准确测量，即减小的通量不会(或者至少在较低的程度上)导致在所述第一投影位置处在探测器像素中的堆积效应。
应当注意，“第一投影位置”应当被理解为在其处利用对所述辐射源和/或所述探测单元的(即相对于彼此的)位置和/或取向的设定来采集投影的投影位置，所述设定与在所述“第二投影位置”处使用的所述参数的设定不同。在所述第二投影位置处使用的是如常规扫描中的标准(标称)设定，其中，对于所有的第二投影位置，所述设定一般是相同的。在所述第一投影位置处使用的设定与在所述第二投影位置处的设定不同，其中，在所有的第一投影位置处能够使用相同的设定，或者能够针对每个单个的第一投影位置或投影位置的组而使用不同的设定。
在实施例中，所述投影位置围绕所述成像区域分布。例如，所述第一投影位置围绕所述成像区域均等地分布，或者根据检查对象的位置、取向和/或大小来布置。换言之，在一个实施例中，所述第一投影位置优选地不被布置为在角度方向上彼此相邻，而是被布置在后续的第一投影位置之间。在第二投影位置处，所述辐射源和/或所述探测单元被定位和/或取向为使得所述防散射光栅不造成对探测器元件的额外遮蔽(即造成对入射辐射的额外衰减)，而是完整的辐射撞击在相应探测器元件之下。这改善根据在第一投影位置和第二投影位置处探测到的辐射而重建的重建图像的质量。在另一实施例中，在特定的较大的角度范围处仅布置第一投影位置，这是因为在该角度范围处的投影位置可能例如由于患者的位置而出现不期望的堆积效应，这可能使得初级辐射直接击中所述探测器而不在所述探测器的侧面区域处经过所述患者。
在另一实施例中，所述控制器被配置为控制所述辐射源和/或所述探测单元以在围绕所述成像区域旋转期间改变所述辐射源和/或所述探测单元的至少部分在第一投影位置处相对于彼此的位置和/或取向。例如，如果直接从所述患者上面和下面得到投影，则所有发射的辐射可能都经过所述患者并且由此被所述患者衰减。但是如果从患者的侧面得到投影，则(所述患者上面和下面的)辐射的部分可能直接击中所述探测器，这是因为所述辐射的所述部分不经过所述患者。因此，在该角度范围中，所述辐射源和所述探测单元所述辐射源和所述探测单元的至少部分相对于彼此的位置和/或取向可以被操纵以具有在这些角度范围中的第一位投影位置，从而在那里获得上述的(人工)遮蔽，而第二投影位置被布置在剩余角度范围中。
在另外的实施例中，甚至可以使该控制更具自适应性，使得在一次旋转期间对相关的取向和/或位置和/或设定的操纵的量可以被连续改变或被改变多次。例如，将来自所述患者的左侧的投影与来自所述患者的右侧的投影进行比较，甚至可以在相反的方向上进行操纵。
优选地，提前针对所述辐射源和/或所述探测单元的至少部分的位置、设定和/或取向的不同操纵进行校准测量以找出到达不同的探测器元件的辐射被衰减到何种程度，这是因为取决于所述辐射源和所述探侧单元的设计，探测元件可能沿完整的探测器被不均等地遮蔽。这些校准测量接着可以被使用在重建过程中以校正在第一投影位置处探测到的辐射。
为了实现对所述辐射源和/或所述探测单元的至少部分的位置、设定和/或取向的操纵，存在可以被单独地或以任意组合使用的各种选项。
在一个实施例中，所述控制器被配置为控制所述辐射源或所述辐射源的至少部分以与所述第二投影位置相比改变所述辐射源或所述辐射源的至少部分在所述第一投影位置处相对于所述探测单元的相对位置和/或取向。换言之，在所述第二投影位置处，所述辐射源处于其相对于所述探测单元的“标称”(或“标准”)位置和取向处；而在所述第一投影位置处，不再给出该“标称”位置和取向，而是出于实现对所述探测器元件的期望遮蔽的目的而在某种程度上被改变。
在另一实施例中，所述控制器被配置为控制所述辐射源以与所述第二投影位置相比改变所述辐射源在所述第一投影位置处相对于所述探测器的焦斑。具体而言，所述焦斑在通过所述焦斑的经轴平面中的位置可以被改变。焦斑位置可以是针对所有的第一投影位置都相同的，或者甚至可以在各第一投影位置之间变化，例如基于检查对象的参数(例如以下将解释的对象的位置)而被调整。这提供简单的措施以通过仅改变对辐射源的(例如聚焦单元的)设定或对辐射源的部分(例如聚焦单元)的位置和/或取向的操纵来实现在所述第一投影位置处的期望的遮蔽。具有可变且可控的焦斑的辐射源在本领域中例如从WO2010/133920A1是公知的，，其中，例如可以通过适当的电子光学器件来获得焦斑的改变。焦斑的改变可以是几mm至几cm。对应的强度变化因此可以是百分之几十。
在又一实施例中，所述控制器被配置为控制所述探测单元或所述探测单元的至少部分以与所述第二投影位置相比改变所述探测单元或所述探测单元的至少部分在所述第一投影位置处相对于所述辐射源的相对位置和/或取向。因此在该实施例中，不是操纵所述辐射源，而是操纵所述探测单元或所述探测单元的至少部分。用于操纵所述探测单元的位置和/或取向的方式在本领域中是公知的。例如，WO2010/133920A1描述了使防散射光栅倾斜，这可以被用作实现对所述探测单元的至少部分的位置、设定和/或取向的期望改变的一种可能的手段。因此，在具体的实施方式中，可以仅控制所述防散射光栅(即所述探测单元的部分)、仅控制所述探测器或这两种元件来改变它们相对于所述辐射源的相对位置和/或取向。例如，可以在围绕所述成像区域旋转的方向上将完整的探测单元在一定程度上移位。
在实施例中，可以通过控制所述防散射光栅以与所述第二投影位置相比改变其片晶(lamellae)在所述第一投影位置处的角度来实现所述探测单元或所述探测单元的至少部分的位置、设定和/或取向的这种改变。因此，尽管当所述辐射源和所述探测单元在所述第二投影位置处时所述片晶处于“标称”位置中以便于仅抑制经散射的辐射，但是所述片晶相对于辐射源的焦斑不同地被偏斜使得它们提供对探测元件的期望的遮蔽。因此在该实施例中，所述片晶至少能在一定程度上倾斜。
在另一实施例中，提供了致动器，其用于操纵所述辐射源相对于所述探测单元的相对位置和/或取向，并且/或者用于操纵所述探测单元相对于所述辐射源的相对位置和/或取向。这样的致动器可以以任意的方式来实现，例如通过电机、压电元件或任何其他适当的器件来实现。
在又一实施例中，所述成像装置包括重建单元，所述重建单元用于根据探测到的辐射来重建图像。这样的根据探测到的辐射的重建在本领域中是公知的，并且在本文中将不做详细描述。
优选地，所述重建单元被配置为使用在所述第一投影位置处探测到的辐射来对根据在第二投影位置处探测到的辐射获得的截断的投影进行数据外推。截断的投影是CT中公知的问题。为此，本发明旨在通过完全避免探测器瘫痪来避免所述问题。在截断的投影不可避免但截断的程度适中的情况下，能够利用合理的成像结果来完成投影(对于<20％的截断的情况)。优势在于更少的图像伪影并且还有更少的由于探测器遭受大量堆积而使
DQE(探测量子效率)降低所引起的噪声。如果初级通量被减小，则尽管更少的光子击中探测器，DQE也会上升。这将转化为经重建图像中的更少的噪声。
这最终提供重建图像的改善的准确度。
优选地，所述控制器被配置为操纵所述辐射源和/或所述探测单元的至少部分在第一投影位置处的位置、设定和/或取向，所述第一投影位置合计为全部投影位置的大于0.1％且小于50％，并且具体为大于1％且小于25％。
在另一优选实施例中，所述控制器被配置为取决于检查对象在所述成像区域内的位置来操纵所述辐射源和/或所述探测单元的至少部分在第一投影位置处的位置、设定和/或取向。因此，所述检查对象(例如患者)的位置优选地是例如通过使用初始定位扫描(scoutscan)或通过使用其他位置确定手段来提前获得的。
另外，在实施例中，所述控制器被配置为操纵所述辐射源和/或所述探测单元的至少部分在第一投影位置处的位置、设定和/或取向，以使得在所述第二投影位置处利用最高辐射通量入射在所述探测器的区域上的辐射被所述防散射光栅衰减得最多。
附图说明
本发明的这些和其他方面将参考下文描述的实施例变得显而易见，并且将参考下文描述的实施例得到阐述。在附图中：
图1示出了根据本发明的成像装置的示意图，
图2示出了在第二投影位置处(图2A)以及在第一投影位置处(图2B)辐射源相对于探测单元的定位，
图3示出了在第二投影位置处(图3A)以及在第一投影位置处(图3B)探测单元相对于辐射源的定位，
图4示出了在第二投影位置(图4A)与第一投影位置(图4B)之间防散射光栅的片晶倾斜的变化，
图5示出了第一投影位置和第二投影位置围绕成像区域的分布，并且
图6示出了根据本发明的成像方法的流程图。
具体实施方式
图1示意性且示范性地示出了根据本发明的用于对对象进行成像的成像装置12，在该实施例中，所述成像装置是计算机断层摄影(CT)装置。CT装置12包括能够绕旋转轴R旋转的机架1，所述旋转轴平行于z方向延伸。辐射源2(也被称为光子源，在该实施例中为多色X射线管)被安装在机架1上。辐射源2被提供有准直器3，在该实施例中，所述准直器利用由辐射源2生成的辐射(光子)形成锥形辐射束。辐射贯穿被布置在成像区域5(也被称为检查区)中的检查对象(例如患者)，在该实施例中，所述成像区域是圆柱形的。在已经贯穿成像区域5之后，辐射束4入射在包括二维探测表面的探测单元6上。探测单元6也被安装在机架1上。
CT装置12包括两个电机7、8。机架1由电机7以优选为恒定但可调节的角速度驱动。电机8被提供用于使被布置在成像区域5中的患者台上的对象(例如患者)平行于旋转轴R或z轴的方向移位。这些电机7、8由控制单元9控制，例如使得辐射源2、探测单元6和成像区域5沿螺旋方向相对于彼此移动。然而，对象也能够不移动，而是仅辐射源2和探测单元6被旋转，即辐射源2沿相对于对象或成像区域5的圆形轨迹移动。另外，在另一实施例中，准直器3能够适于形成另一射束形状，具体为扇形射束，并且探测单元6能够包括对应于其他射束形状(具体对应于扇形射束)来成形的探测表面。
在辐射源2和成像区域5的相对移动期间，探测单元6取决于入射在探测单元6的探测表面上的辐射来生成探测值(优选地为每像素一个探测值，即探测元件的优选的二维阵列中的每个探测元件一个探测值)。探测值优选地被提供到重建单元10，以基于探测值来重建对象的图像。由重建单元10重建的图像可以被提供到显示单元11以显示经重建的图像。控制单元9优选地还适于控制辐射源2、探测单元6和重建单元10。
根据本发明，探测单元6包括探测器61和防散射光栅62，如图2A所示，所述防散射光栅优选地包括多个片晶63。防散射光栅一般被提供用于抑制经散射的辐射，以确保仅初级辐射(初级通量)入射在探测器61的探测器元件64上。另外，控制单元9被配置为控制所述探测单元6在围绕所述成像区域旋转期间在多个投影位置处探测辐射，并且被配置用于操纵所述辐射源2和/或所述探测单元6的至少部分在第一投影位置(或机架位置、机架角度或投影角度)处的位置、设定和/或取向，使得与表示剩余投影位置的第二投影位置相比，在所述第一投影位置处入射在探测器61上的辐射在更大程度上被所述防散射光栅62衰减。
在图2中示意性地描绘了用于图示该控制的第一实施例。图2A示出了在第二投影位置处辐射源2的焦斑20的位置，并且图2B示出了在第一投影位置处焦斑的位置(在该附图中由20’指示)。图2A示出了从辐射源2的焦斑20发射的并且在穿透成像区域之后通过防散射光栅62的相应的片晶对63a、63b到达对应的探测元件64a、64b的两个示范性辐射束4a、4b。如图2A所示，图示了辐射源的焦斑20相对于探测单元6的“标准”位置，探测器元件64完全被照射并且防散射光栅62仅抑制经散射的辐射而不使辐射束4a、4b的初级通量衰减。
图2B示出了另一种情况，其中，由20’指示的焦斑相对于“标准”位置或设定(作为对比，由20指示)被偏转。现在辐射束4a’、4b’不再直接击中相应的探测单元64a、64b，而是至少部分地击中片晶63a、63b，因此所述片晶部分地遮蔽探测器元件64a、64b，即与图2A中描绘的情况相比，最终撞击在探测器元件64a、64b上的辐射束4a’、4b’的初级通量被减小。
在该实施例中，可以提供致动器(未示出)以用于机械地改变焦斑的位置(即通过改变辐射源的部分的位置)，或者焦斑可以以电子方式被移位(即可以改变辐射源的设定)。在其他实施例中，(完整的)辐射源2的位置可以被稍微改变，例如通过电机7或用于使辐射源相对于机架1移动的单独的电机(未示出)来改变。
优选地，在实施例中，取决于检查对象在成像区域5内的位置而在第一投影位置中使焦斑移位。对象的位置是例如通过使用初始定位扫描来提前获得的，利用所述初始定位扫描能够相当好地估计所述位置。例如，如果患者躺在患者台上但不是确切地躺在中间，而是较靠近患者台的左侧边缘，则初级辐射的部分直接击中(图2中的)探测器61的右侧上的探测器区域61a，而不穿透患者，即存在较大的辐射通量。因此，在该区域61a内的探测器元件处可能发生所描述的堆积。在这种情况下，使焦斑(如图2B所示)移位到右侧是有用的，这具有以下效果，即与入射在探测器61的左侧的探测器元件上(即具体在区域61b中)的辐射相比，入射在探测器61的右侧的探测器元件上(即具体在区域61a中)的辐射在更大的程度上被所述防散射光栅62衰减。因此，堆积效应被有效地减小或被完全避免。
因此，一般能够使用焦斑的移位的量来控制辐射的衰减的区域和量(即遮蔽的区域和量)。出于该目的，也可以使用以上提到的初始校准测量。
另外，当焦斑被改变时，包括非常陡的边缘的常用的领结(bowtie)滤波器也将对通量变化具有重大影响。在该上下文下，领结滤波器也能够被移动。
图3图示了另一实施例，其中，不是与第二投影位置相比针对第一投影位置来操纵辐射源2的位置、设定和/或取向，而是操纵探测单元6的位置、设定和/或取向。图3A图示了如已经在图2A中示出的“标准”位置，并且图3B示出了探测单元6的被操纵的位置。如由箭头70指示的，与标准位置相比，(完整的)探测单元6围绕垂直于绘图平面的轴而被倾斜。这具有以下效果，即与图3A所示的情况相比，探测器61的探测元件64被遮蔽，从而得到对初级通量的期望的减小。
在其他实施例(未示出)中，可以使(完整的)探测单元6在平移方向上(例如在竖直方向上或在沿垂直于绘图平面的轴的方向上)或在旋转方向上(即围绕轴或围绕成像区域旋转)移位，从而得到遮蔽探测元件的基本相同的技术效果。在另外的其他实施例中，可以为了该目的而提供对探测单元6的位置和/或取向的在一个或多个方向上和/或沿一个或多个轴的两个或更多个操纵。
在该实施例中，致动器71可以被提供用于机械地改变探测单元6的位置和/或取向，或者甚至仅改变探测器61的位置和/或取向。在其他实施例中，探测单元6(或探测器61)的位置可以被稍微改变，例如通过电机7或者例如通过使探测单元6相对于机架1移动的单独的电机(未示出)来稍微改变。
图4图示了根据本发明的另一实施例。该附图示出了探测器单元的一小部分，其中，能够操纵防散射光栅62的片晶以改变它们相对于入射辐射偏斜。图4A示出了(由示范性片晶63a、63b图示的)片晶的“标准”位置，使得在第二投影位置处入射辐射4a、4b击中探测器元件64a、64b。图4b示出了在第一投影位置处用于探测辐射的被操纵的位置，其中，与辐射束4a、4b相比，现在由附图标记63a’、63b’指示的片晶的偏斜被布置在不同角度处。这也具有以下的技术效果，即探测元件64a、64b被部分地遮蔽，使得与图4A所示的情况相比撞击在探测元件上的初级通量被减小。
在该实施例中，致动器72可以被提供用于机械地改变片晶的偏斜，所述致动器例如压电元件或小电机。
图5示意性地图示了第一投影位置和第二投影位置围绕成像区域5的分布的范例。由“x”来指示第一投影位置80，并且由“o”来指示第二投影位置81。在实际的情况下，全部投影位置中的大于0.1％且小于50％或者大于1％且小于25％是第一投影位置。另外，如图5所示，第一投影位置80优选地被分布在(例如在成像区域5的左右两侧上的)预定第一角度范围90、91中，而仅仅第二投影位置81被布置在其他的第二角度范围92、93中。
例如取决于检查对象在成像区域内的大小、位置和/或取向，甚至可以存在更多的第一角度范围和/或第二角度范围。该信息例如可以在初始定位扫描或任何其他探测单元(例如使用对象探测算法的成像单元)中获得，或者甚至可以由用户(例如设备的操作员或护士)输入。该信息接着可以被用于提供对第一投影位置的位置以及对辐射源和探测单元在第一投影位置处相对于彼此的位置和/或辐射的操纵的量的更精确的控制。
例如，针对围绕成像区域5的每个角度位置一般可以确定其是第一投影位置还是第二投影位置，并且如果其是第一投影位置，则确定应当在多大程度上对辐射源和探测单元相对于彼此的位置和/或取向进行操纵以获得期望的遮蔽。因此一般地，针对每个第一位置，能够使用对辐射源和探测单元相对于彼此的位置和/或取向的不同操纵(或设定)。例如利用电子聚焦光学器件能够进行这样的快速改变，通过所述电子聚焦光学器件，能够将辐射源的焦斑从一个角度位置改变到下一角度位置。在较不精确的实施例中，可以仅在数量x个投影位置之后进行这样的控制(x例如在从2到500的范围中)或者操纵可以针对所有第一投影位置是相同的。
应当理解，第一投影位置和第二投影位置的数量和它们的分布的百分比，以及它们围绕成像区域5的分布仅被理解为范例。许多其他实施方式也是可能的，并且图5所示的总数也并不示出真实的范例，而是表示仅出于图示该分布的目的而提供的简化范例。
图6示出了根据本发明的成像方法的流程图。在第一步骤101中，通过辐射源将辐射从聚焦区(焦斑)发射通过成像区域。在第二步骤102中，通过探测单元来探测来自所述成像区域的辐射，所述探测单元包括防散射光栅和探测器。在第三步骤103中，在辐射发射和探测期间使所述辐射源和所述探测单元围绕所述成像区域旋转。在第四步骤104中，控制所述探测单元在围绕所述成像区域旋转期间在多个投影位置处探测辐射，并且用于操纵所述辐射源和/或所述探测单元的至少部分在第一投影位置处的位置、设定和/或取向，使得与表示剩余投影位置的第二投影位置相比，在所述第一投影位置处入射在探测器上的辐射在更大程度上被所述防散射光栅衰减。清楚的是，存在基本上与根据本发明的成像装置的上述实施例相对应的成像方法的另外的实施例。
尽管已经在附图和前文的描述中详细说明并描述了本发明，但这种说明和描述被视为说明性或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，在实践要求保护的本发明时，能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以满足权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
计算机程序可以被存储/分布在适合的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由因特网或其他的有线或无线的电信系统。
权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。