一种多能级能谱CT系统的制作方法

本发明涉及一种医用x射线影像设备，具体是一种多能级能谱ct系统。

背景技术：

1、能谱ct是医用ct发展的重要方向，通过能谱图像可实现物质成分鉴别，在临床上有改善射术硬化效应、造影剂跟踪等重要应用。现有ct通过双x射线源、双层探测器、高压瞬切等技术，可以实现双能级能谱图像采集，基于这些双能级能谱ct，可以实现单造影剂跟踪临床应用，但这些技术除了带来系统复杂性和成本的增加外，无法通过单次扫描实现3个或以上多能级能谱图像采集。

2、能谱ct能够实现物质成分鉴别，ct系统能够采集的能级数目决定了能谱图像的物质成分鉴别能力。现有ct系统主要通过以下几种方式实现双能级能谱图像采集。

3、实现方式1，ct系统影像链由1个x射线源、1个高压发生器、1个探测器组成。其采用的高压发生器具有快速切换kv值的特殊功能，在一次连续扫描过程中，可按照奇、偶投影分别设置高、低kv值。美国通用电气公司采用了该实现方式，核心专利为us8199875b2，j hsieh发表在期刊med ica l phys ics,vo l36,i ssue 6,part 24,june 2009的文章dua l-energy ct with fast-kvp switch详细介绍了该方案。受限于高压发生器高压kv值的切换速度，该方案系统在高转速、高采样率的应用条件下受到限制。

4、实现方式2，如德国西门子公司专利us20030076920a1、us20040213371a1、us20050089134a1所述。该ct系统影像链由两个x射线源、两个高压发生器、两个探测器组成。两组影像装置呈90°排布，工作时两组高压发生器产生不同kv值，两组探测器采集不同能级能谱图。基于该方案的ct系统，由于两组影像装置排布不具有对称性，在球管焦点到探测器距离相同的情况下，能谱图像采集视野小于常规ct，其双能能谱图像采集以牺牲扫描视野为代价，如附图2所示，双源ct的成像视野小于其它ct系统。

5、实现方式3，该ct系统影像链由1个x射线源、1个高压发生器、1个探测器组成。其探测器具有双层结构，x射线经过探测器上层检测面后，能量被部分俘获，剩余未被吸收的x射线继续进入探测器下层检测面。经过上层探测器吸收与滤过后，到达下层的x射线中高能光子占比高，即探测器上层检测低能级能谱图，探测器下层检测高能级能谱图。双层探测器的结构组成为“闪烁体1+光电二极管1+读出电路1+闪烁体2+光电二极管2+读出电路2”，常规探测器结构为“闪烁体+光电二极管+读出电路”，因此1套双层探测器本质上等效于2个常规探测器叠放并封装在一个壳体内，成本几乎是常规探测器的2倍。该实现方案中，下层探测器接收到的x射线为透射射线，其通量低，限制了下层探测器采集图像的信噪比。荷兰飞利浦公司的能谱ct采用了该方式。

6、上述技术均无法实现3个或以上能级能谱图像采集，临床上无法实现碘、钙双造影剂跟踪等应用。

7、荷兰飞利浦公司专利us20110096892a1、cn102076263b披露了一种基于双层探测器的多能级ct实现方法，该方法采用多个射线源、多个双层探测器，每个射线源与1套双层探测器组成1组影像装置，每组影像装置通过双层探测器可实现2个能级能谱图像采集；通过2组或3组该影像装置的排布，可以输出4个以上能级能谱图像采集。该方案基于3个x射线源、3组滤过与3套双层探测器，其中3套双层探测器成本高昂，且底层探测器采集的x射线入射通量低，采集的图像信噪比发生衰减。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种多能谱ct的实现方法，能够通过单次扫描实现3至6个能级能谱图像采集，为多造影剂跟踪等临床应用提供实现载体，支持多造影剂跟踪等高级临床应用的多能级能谱ct系统。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多能级能谱ct系统，包括若干套影像装置，每套影像装置包括一个x射线源、一套高压发生器、一个限束器、一个探测器，若干套影像装置在旋转机架上呈指定角度排布。根据射线滤过材料配置不同，分为以下几种实现方式：高压发生器独立工作、每个限束器内的滤过材料由两种不同材质组成、其中某1个、2个或3个限束器中采用双组分滤过材料。

3、优选地，该系统包括3个x射线源、3个限束器、3个探测器，三套影像装置之间呈120°排布，具有中心对称性，空间利用率与单源ct相同，实现三能级能谱图采集的同时扫描视野不会像双源ct一样减小。

4、采用3个常规探测器实现能谱图采集，与采用特制的3个双层探测器(近似等效6个常规探测器)方案相比，探测器采集的6个能级图具有相同信噪比，不存在双层探测器底层图像信噪比衰减的缺陷，且成本低廉；

5、三套影像装置之间呈120°排布，具有中心对称性，空间利用率与单源ct相同，在x射线焦点到探测器表面距离相同的情况下，实现三能级能谱图采集的同时扫描视野不会像双源ct一样减小。

6、优选地，高压发生器独立工作，可同时产生不同kv值的管电压，进而使x射线源发出能量分布不同的3组x射线；3组x射线经过限束器内特定的滤过材料后，光子能量分布交叠部分进一步减小，能级间对比度得到增强；3个探测器分别采集不同能量分布的x射线衰减图像，即获得增强型3能级能谱图。

7、优选地，每个限束器内的滤过材料由两种不同材质组成，两种材质相接触，分布在z方向的两侧；两种材质组成元素与厚度不同，其对x射线的衰减特征亦不相同，x射线经过双组分滤过装置后照射到同一探测器的两个不同区域上，在1个探测器上分区域同时采集2个能级的图像。

8、优选地，ct扫描过程中，随着床的移动，两个能级区域均能独立覆盖被检测体，采用3套射线源、3个双组分滤过、3个探测器，ct系统可以实现6个能级的能谱图像采集。

9、优选地，在其中1个、2个或3个限束器中采用双组分滤过，可以实现4个、5个或6个能级能谱图像采集。

10、本发明提供了一种多能谱ct的实现方法，能够通过单次扫描实现3至6个能级能谱图像采集，为多造影剂跟踪等临床应用提供实现载体，支持多造影剂跟踪等高级临床应用；限束器内采用1～3个低成本的双组分滤过装置即可实现4～6个能级能谱图像采集，成本低廉。

技术特征：

1.一种多能级能谱ct系统，其特征在于：其包括若干套影像装置，每套影像装置包括一个x射线源、一套高压发生器、一个限束器、一个探测器，若干套影像装置在旋转机架上呈指定角度排布。根据射线滤过材料配置不同，分为以下几种实现方式：高压发生器独立工作、每个限束器内的滤过材料由两种不同材质组成、其中某1个、2个或3个限束器中采用双组分滤过材料。

2.根据权利要求1所述的一种多能级能谱ct系统，其优选特征在于：该系统包括3个x射线源、3个限束器、3个探测器，三套影像装置之间呈120°排布，具有中心对称性，在x射线焦点到探测器表面距离相同的情况下，空间利用率与单源ct相同，实现三能级能谱图采集的同时扫描视野不会像双源ct一样减小。

3.根据权利要求2所述的一种多能级能谱ct系统，其优选特征在于：高压发生器独立工作，可同时产生不同kv值的管电压，进而使x射线源发出能量分布不同的3组x射线；3组x射线经过限束器内特定的滤过材料后，光子能量分布交叠部分进一步减小，能级间对比度得到增强；3个探测器分别采集不同能量分布的x射线衰减图像，即获得增强型3能级能谱图。

4.根据权利要求2所述的一种多能级能谱ct系统，其优选特征在于：每个限束器内的滤过材料由两种不同材质组成，两种材质相接触，分布在z方向的两侧；两种材质组成元素与厚度不同，其对x射线的衰减特征亦不相同，x射线经过双组分滤过装置后照射到同一探测器的两个不同区域上，在1个探测器上分区域同时采集2个能级的图像。

5.根据权利要求4所述的一种多能级能谱ct系统，其优选特征在于：ct扫描过程中，随着床的移动，两个能级区域均能独立覆盖被检测体，采用3套射线源、3个双组分滤过、3个探测器，ct系统可以实现6个能级的能谱图像采集。

6.根据权利要求2所述的一种多能级能谱ct系统，其优选特征在于：在其中1个、2个或3个限束器中采用双组分滤过，可以实现4个、5个或6个能级能谱图像采集。

技术总结
本发明公开了一种多能级能谱CT系统，包括若干套影像装置，每套影像装置包括一个X射线源、一套高压发生器、一个限束器、一个探测器，若干套影像装置在旋转机架上呈指定角度排布。根据射线滤过材料配置不同，分为以下几种实现方式：高压发生器独立工作、每个限束器内的滤过材料由两种不同材质组成、其中某1个、2个或3个限束器中采用双组分滤过材料。本发明提供了一种多能谱CT的实现方法，能够通过单次扫描实现3至6个能级能谱图像采集，为多造影剂跟踪等临床应用提供实现载体，支持多造影剂跟踪等高级临床应用；限束器内采用1至3个低成本的双组分滤过装置即可实现4至6个能级能谱图像采集，成本低廉。

技术研发人员：王鑫,于淼,赵伟强,李万锋,高娜,徐昊
受保护的技术使用者：北京富通康影科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16