，分时控制16个扫描X射线源中的4个同 步工作，分四次扫描完成一个圆周体块的数据采集，采用隔点隔行的发射时序，同时控制相 对应的光子计数探测器像素，采用隔点隔行的方式采集窄束X射线的曝光信息，即第一行 采集序号为奇数的像素的曝光信息，第二行采集序号为偶数的像素的曝光信息。扫描时序 控制器控制X射线源发射窄束X射线以及光子计数探测器的时序，最后的扫描结果参见图 20C的下半部分。对于一个每层256点共64层的扫描X射线源单元矩阵来讲，若扫描频率为 25KHz，隔点扫描时每层的扫描时间为128* (1/25000) = 0. 00512秒，扫描速度为25000/128 =195fps，隔行扫描只需要32层的时间，实际扫描时间为（128*32)/25000 = 0. 16384秒。 采用8/16个扫描X射线源并行工作，全部体块采集完成时间为0. 16384*2 = 0. 32768秒。
[0090] 同理，如果采用4*8个准直孔的扫描X射线源，在径向等效4次飞焦点，在圆周上 等效8次飞焦点，与前述的64*256准直孔的扫描X射线源相比可以提升64倍速率。
[0091] 此外，如图21A~图21D所示，扫描X射线源在扫描时序控制器的控制下还可以完 成多种扫描组合，用来配合不同的应用需求。例如可以16组扫描X射线源同步并行工作，也 可以分为8组+8组两次完成，也可以4组分四次完成等；可以逐行扫描，也可以隔行扫描， 也可以间隔数行进行扫描；可以逐点扫描，也可以隔点扫描，也可以间隔数点进行扫描。这 些不同的扫描组合方式即构成了本静态实时CT成像系统的不同工作模式，例如图21A所示 的快速高精度模式、图21B所示的高精度低散射模式、图21C所示的低散射精密扫描模式、 图21D所示的快速实时扫描模式等。在这些扫描组合方式下，当点频为25KHz的条件（实 际可以将点频设置为10~200KHZ不等）下，可以实现不同的扫描速度，在此就不一一计算 和叙述了。
[0092] 需要说明的是，本发明中的光子计数探测器也可以用积分式探测器替代，用于实 现相同的功能。只是积分式探测器成像的效果相对于光子计数探测器较差，但是由于积分 式探测器技术比较成熟，其功能也相对稳定一些。
[0093] 本发明采用呈环形分布的扫描X射线源和光子计数探测器，取消了高速旋转的机 械运动系统，在整体系统构成上完全不同于当前普遍应用的CT成像系统，其制造加工难度 大幅度降低，可以显著地提升CT成像系统的检测精度和速度。通过电子控制X射线束依次 切换投照位置，利用静态扫描方式替代传统的旋转扫描方式，使扫描速度提高数十倍，可以 实现每秒25圈以上的扫描速度，配合后续的高速实时重建系统可以获得动态的三维立体 图像，避免了传统方式机械高速旋转带来的巨大惯性。由于其实时重建速度达到了每秒25 个体块，将确保这种CT成像系统应用在介入治疗手术中的可能性。另外，由于采用了窄束 X射线投照到较小的光子计数探测器面积上，可以大幅度地降低散射线对信号的干扰，在较 低的剂量下获得较高的信号噪声比。
[0094] 综上所述，本发明所提供的静态实时CT成像系统可以在传统CT成像系统十分之 一的辐射剂量下获得更优质的实时图像，使患者在更安全的剂量下进行更加精确的诊断。 [0095] 以上对本发明所提供的静态实时CT成像系统及其成像控制方法进行了详细的说 明。对本领域的技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易 见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
【主权项】
1. 一种静态实时CT成像系统，包括床控单元、CT主机及人机交互单元、电源控制单元、 高压控制单元、主控制单元和扫描主机，其特征在于所述扫描主机中包括平行设置的环形 扫描X射线源和环形光子计数探测器； 所述环形扫描X射线源由紧密排列成环形的多个扫描X射线源组成，所述环形光子计 数探测器由紧密排列成环形的多个光子计数探测器模组组成； 各所述扫描X射线源轮流发射窄束X射线，透过被测物体后投照到对应的光子计数探 测器模组上，所述光子计数探测器模组将相应的曝光信息通过所述扫描主机和所述主控制 单元送入所述CT主机及人机交互单元，在所述CT主机及人机交互单元中完成图像的实时 重建和可视化再现。2. 如权利要求1所述的静态实时CT成像系统，其特征在于： 所述主控制单元中具有扫描时序控制器，不同区域内的单个或者多个所述扫描X射线 源在所述扫描时序控制器的控制下同时或分时工作。3. 如权利要求2所述的静态实时CT成像系统，其特征在于： 在所述扫描时序控制器的控制下，所述扫描X射线源逐点或者隔点、逐行或者隔行发 射窄束X射线。4. 如权利要求1所述的静态实时CT成像系统，其特征在于： 所述光子计数探测器模组由多个光子计数探测器单元构成； 所述光子计数探测器单元由排列成矩形的多个光子计数探测器构成，通过引线连接所 述扫描主机中的多路光子计数探测器采集电路。5. 如权利要求1~4中任意一项所述的静态实时CT成像系统，其特征在于： 不同区域内的单个或者多个所述光子计数探测器模组在扫描时序控制器的控制下同 时或分时工作，接收逐点或者隔点、逐行或者隔行发射的窄束X射线。6. 如权利要求1所述的静态实时CT成像系统，其特征在于： 每个光子计数探测器模组有独立的数据采集模块和数据传输通道，并以GHz或THz的 频率进行数据传输。7. 如权利要求1所述的静态实时CT成像系统，其特征在于： 所述扫描X射线源的每个准直孔与所述光子计数探测器模组一一对应，且每个所述准 直孔发出的窄束X射线正好落入所对应的所述光子计数探测器模组的采集范围内，所述窄 束X射线的投影与所述光子计数探测器模组的物理尺寸相适应。8. 如权利要求1或4所述的静态实时CT成像系统，其特征在于： 所述扫描主机进一步包括高速栅极控制器、行场偏转控制器、光子计数探测器控制器、 多路光子计数探测器采集电路、多路数据传输通道和数据预处理模块； 所述光子计数探测器模组对采集到的数据做初步整合后输入多路光子计数探测器采 集电路，多路数据传输通道接收多路光子计数探测器采集电路传送来的数据，并发送给数 据预处理模块。9. 如权利要求1、2或8所述的静态实时CT成像系统，其特征在于： 所述CT主机及人机交互单元包括实时重建系统及主控制计算机，所述实时重建系统 及主控制计算机与主控制单元中的多模式扫描时序单元相连接； 扫描时序控制器与所述多模式扫描时序单元相连接，并且分别与行场偏转控制器、光 子计数探测器控制器相连接。10. 如权利要求8或9所述的静态实时CT成像系统，其特征在于： 所述数据预处理模块处理来自多路数据传输通道所传输过来的数据，将数据进行数据 帧的整合和重排后按照帧排列方式传递给主控制单元中的高速数据传输通道，通过所述高 速数据传输通道将数据传递给实时重建系统及主控制计算机。11. 如权利要求1或8所述的静态实时CT成像系统，其特征在于： 所述高压控制单元中的高压直流发生器与所述高速栅极控制器相连接，所述高速栅极 控制器与所述扫描X射线源的栅控阴极相连接，由栅控阴极的电压决定是否使电子枪发射 电子束；所述电子束在所述行场偏转控制器和偏转线圈的磁场引导下使行进路线得到控 制，并最终轰击阳极靶面产生窄束X射线。12. 如权利要求1~11中任意一项所述的静态实时CT成像系统，其特征在于： 所述光子计数探测器由积分式探测器替代。13. 如权利要求1~12中任意一项所述的静态实时CT成像系统，其特征在于： 所述环形扫描X射线源由多焦点环形X射线管替代。14. 一种静态实时CT成像控制方法，基于权利要求1或2所述的静态实时CT成像系统 实现，其特征在于包括如下步骤： 由扫描时序控制器控制不同空间位置的光子计数探测器模组以及与之对应的窄束X射线源以不同的扫描时序进行工作； 所述扫描X射线源按照预定的发射时序发射窄束X射线，相对应的所述光子计数探测 器模组采集所述窄束X射线透过被测物体后在光子计数探测器模组上的曝光信息。15. 如权利要求14所述的静态实时CT成像控制方法，其特征在于包括如下步骤： 所述扫描X射线源的发射时序包括逐点逐行、隔点逐行、隔点隔行中的任意一种。
【专利摘要】本发明公开了一种静态实时CT成像系统，包括环形光子计数探测器、环形扫描X射线源和扫描时序控制器。其中，在扫描时序控制器的控制下，环形扫描X射线源发射窄束X射线，透过被测物体后投照到对应的环形光子计数探测器上。环形光子计数探测器将相应的曝光信息通过扫描主机和主控制单元送入CT主机及人机交互单元，在CT主机及人机交互单元中完成图像重建。本发明通过电子控制依次切换X射线投照位置，使扫描速度提高数十倍，可以获得动态三维立体图像；采用光子计数探测器，可以获得吸收数据和能量数据，并由此实现实时数据重建；采用窄束X射线，可以在传统CT成像系统的十分之一剂量下获得优质的图像，避免患者过量辐射。
【IPC分类】A61B6/03
【公开号】CN105361900
【申请号】CN201410425061
【发明人】曹红光, 李运祥, 常彤, 崔志立, 郑海亮
【申请人】曹红光, 李运祥, 常彤, 崔志立, 郑海亮
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2014年8月26日
【公告号】WO2016029845A1