專利名稱：使用多能量x射線源采集計算機斷層數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來說，本發(fā)明涉及采集計算機斷層數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法，具體來說，涉及使用多能量X射線源來采集計算機斷層數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中，醫(yī)療專業(yè)人員慣常期望實施患者成像檢查從而以非侵入性方式評估患者的內(nèi)部組織。對于通常的單能量計算機斷層(CT)成像來說，所產(chǎn)生的X射線圖像主要是基于X射線源與X射線探測器之間的由患者組織造成的X射線衰減的各個被分析體素的平均密度的表征。然而，對于多能量X射線成像來說，針對每個體素可以收集更大量的成像數(shù)據(jù)。例如，在雙能量X射線成像系統(tǒng)中，利用了兩種不同能量(即，不同頻率)的X射線，而較高能量X射線相比較低能量X射線與患者組織的相互作用一般小的多。為了重建 多能量CT投影數(shù)據(jù)，來認(rèn)識X射線的基本物理效應(yīng)，S卩，在被稱為材料分解(MD)的過程中的散射效應(yīng)和光電效應(yīng)。在多能量CT數(shù)據(jù)采集期間，可以使用多能量X射線源提供具有不同能量的X射線，并且該多能量X射線源還能夠從發(fā)射具有一種平均能量的X射線快速轉(zhuǎn)換到發(fā)射具有另一種不同平均能量的X射線(即，快速切換源)。例如，X射線源可以是X射線管，并通過在較低電壓和較高電壓之間調(diào)制所施加的偏壓(例如，每秒數(shù)次)，可以發(fā)射具有較高能量和較低能量的X射線。然而，快速切換多能量X射線源在發(fā)射具有兩種不同能量的X射線之間切換源時還會發(fā)射具有中間能量的X射線。也就是說，例如，雖然雙能量源配置成在施加較低偏壓時發(fā)射特定較低能量的X射線，以及在施加較高偏壓時發(fā)射較高能量的X射線，但在實際中，在施加到源的偏壓以在較低和較高偏壓之間切換時，該源還會發(fā)射具有在較低和較高能量之間能量的X射線。在重建多能量CT成像期間采集的投影數(shù)據(jù)中，在沒有清楚分辨X射線的能量時，試圖使用MD計算來從光電效應(yīng)中識別散射效應(yīng)變得愈加困難并且計算代價高昂。也就是說，在實際上是X射線能量的連續(xù)能譜而不只是具有兩種或多種已分辨能量的X射線出現(xiàn)在X射線探測器上時，從計算上分離這些物理效應(yīng)是不切實際的。

發(fā)明內(nèi)容
在一實施例中，多能量計算機斷層(CT)成像系統(tǒng)包括X射線源，在施加低穩(wěn)定偏壓、高穩(wěn)定偏壓以及低穩(wěn)定偏壓和高穩(wěn)定偏壓之間的過渡偏壓時發(fā)射X射線。成像系統(tǒng)還包括X射線探測器，配置成產(chǎn)生與X射線源發(fā)射的X射線到達(dá)X射線探測器的強度對應(yīng)的電信號。成像系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)處理電路，配置成僅在低穩(wěn)定偏壓或高穩(wěn)定偏壓施加到X射線源時采集與X射線探測器所產(chǎn)生電信號對應(yīng)的第一數(shù)據(jù)組。成像系統(tǒng)還包括處理器，配置成處理第一所采集數(shù)據(jù)組并構(gòu)建一個或多個多能量CT圖像。在一實施例中，多能量輻射成像系統(tǒng)包括輻射源，通過施加兩個或多個穩(wěn)定偏壓以及各穩(wěn)定偏壓之間的相應(yīng)的不穩(wěn)定偏壓來發(fā)射輻射。成像系統(tǒng)還包括輻射探測器，配置成從輻射源接收輻射并產(chǎn)生與所接收輻射的強度對應(yīng)的電信號。成像系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)處理電路，配置成在提供激活信號時從輻射探測器所產(chǎn)生的電信號采集第一數(shù)據(jù)組，以及配置成在不提供激活信號時從輻射探測器所產(chǎn)生的電信號采集第二數(shù)據(jù)組。成像系統(tǒng)還包括控制器單元，耦合至輻射源和數(shù)據(jù)處理電路，并且被配置成使到輻射源的穩(wěn)定偏壓的施加和到數(shù)據(jù)處理電路的激活信號的施加同步。在一實施例中，一種多能量切換X射線成像系統(tǒng)中改進(jìn)能量間距的方法，包括X射線源在低偏壓和高偏壓之間切換并發(fā)射X射線時監(jiān)測切換X射線源的源偏壓。該方法還包括使用X射線探測器探測所發(fā)射的X射線，所述X射線探測器產(chǎn)生與所探測X射線對應(yīng)的電信號。該方法還包括激活數(shù)據(jù)處理電路以在源偏壓穩(wěn)定在低偏壓或高偏壓時從探測器采集第一數(shù)據(jù)組。該方法還包括使用處理器處理第一所采集數(shù)據(jù)組以構(gòu)建一個或多個多能量計算機斷層(CT)圖像。


通過參考附圖閱讀下面詳細(xì)描述，將更好的理解本發(fā)明實施例的這些和其他特征·和方面，貫穿附圖中相似參考標(biāo)記指代相似的部件，其中圖I示出根據(jù)本公開多個方面的多能量CT成像系統(tǒng)的一實施例；圖2示出根據(jù)本公開多個方面的施加至多能量X射線源的一實施例的偏壓的關(guān)于時間的曲線圖；圖3示出根據(jù)本公開多個方面的施加至另一多能量X射線源的一實施例的偏壓的關(guān)于時間的曲線圖；以及圖4描述了根據(jù)本公開多個方面的說明患者成像系統(tǒng)采集和處理X射線投影數(shù)據(jù)過程的流程圖。單元列表
權(quán)利要求
1.一種多能量計算機斷層(CT)成像系統(tǒng)(10)，包括 X射線源(12)，在施加低穩(wěn)定偏壓(58)、高穩(wěn)定偏壓(56)以及所述低穩(wěn)定偏壓(58)與所述高穩(wěn)定偏壓(56)之間的過渡偏壓(60)時發(fā)射X射線(16、20)； X射線探測器(22)，配置成產(chǎn)生與所述X射線源發(fā)射的所述X射線(16、20)到達(dá)所述X射線探測器(22)的強度對應(yīng)的電信號； 數(shù)據(jù)處理電路(34)，配置成僅在所述低穩(wěn)定偏壓(58)或所述高穩(wěn)定偏壓(56)施加到所述X射線源(12)時，采集與所述X射線探測器產(chǎn)生的所述電信號對應(yīng)的第一數(shù)據(jù)組；以及 處理器(36)，配置成處理所述第一所采集數(shù)據(jù)組并構(gòu)建一個或多個多能量CT圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(10)，其中所述X射線源(12)包括過濾器，所述過濾器配置成僅在所述低穩(wěn)定偏壓(58)或所述高穩(wěn)定偏壓(56)施加到所述X射線源(12)時允許所述X射線源(12)發(fā)射X射線(16、20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(10)，包括時鐘，所述時鐘配置成提供在時間上將所述低穩(wěn)定偏壓(58)或所述高穩(wěn)定偏壓(56)到所述X射線源(12)的施加與通過所述數(shù)據(jù)處理電路(34)的所述第一數(shù)據(jù)組的采集相關(guān)的信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(10)，其中所述數(shù)據(jù)處理電路(34)配置成在所述低穩(wěn)定偏壓(58)與所述高穩(wěn)定偏壓(56)之間的所述過渡偏壓施加至所述X射線源(12)時，采集與所述X射線探測器(22)產(chǎn)生的所述電信號對應(yīng)的第二數(shù)據(jù)組。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)(10)，包括時鐘，所述時鐘配置成 提供在時間上將所述低穩(wěn)定偏壓(58)或所述高穩(wěn)定偏壓(56)到所述X射線源(12)的施加與通過所述數(shù)據(jù)處理電路(34)的所述第一數(shù)據(jù)組的采集相關(guān)的信號；以及 提供在時間上將所述過渡偏壓￠0)到所述X射線源(12)的施加與通過所述數(shù)據(jù)處理電路(34)的所述第二數(shù)據(jù)組的采集相關(guān)的信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述處理器(36)配置成處理所述第一所采集數(shù)據(jù)組、所述第二所采集數(shù)據(jù)組或二者，以構(gòu)建非多能量CT圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述處理器(36)利用加權(quán)計算使用所述第一所采集數(shù)據(jù)組和所述第二所采集數(shù)據(jù)組來構(gòu)建多能量CT圖像，所述加權(quán)計算中所述第一所采集數(shù)據(jù)組的加權(quán)不同于所述第二所采集數(shù)據(jù)組。
8.一種多能量輻射成像系統(tǒng)(10)，包括 輻射源(12)，通過施加兩個或多個穩(wěn)定偏壓(56、58、82、84、86)以及各穩(wěn)定偏壓(56、·58、82、84、86)之間的相應(yīng)的不穩(wěn)定偏壓(60,88)來發(fā)射輻射(16,20)； 輻射探測器(22)，配置成從所述輻射源(12)接所述收輻射(16、20)并產(chǎn)生與所接收輻射(16、20)的強度對應(yīng)的電信號； 數(shù)據(jù)處理電路(34)，配置成在激活信號被提供時從所述X射線探測器(22)產(chǎn)生的所述電信號采集第一數(shù)據(jù)組，以及配置成在所述激活信號未被提供時從所述X射線探測器(22)產(chǎn)生的所述電信號采集第二數(shù)據(jù)組；以及 控制器單元(30)，耦合至所述輻射源(12)和所述數(shù)據(jù)處理電路(34)，并配置成使到所述輻射源(12)的所述穩(wěn)定偏壓(56、58、82、84、86)的施加與到所述數(shù)據(jù)處理電路(34)的所述激活信號的施加同步。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)(10)，還包括柵，所述柵配置成允許所述輻射源(12)僅在所述穩(wěn)定偏壓的施加期間發(fā)射輻射(16、20)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)(10)，還包括處理器(36)，所述處理器(36)配置成處理所述第一所采集數(shù)據(jù)組和所述第二所采集數(shù)據(jù)組之一或二者來構(gòu)建一個或多個計算機斷層(CT)圖像。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)(10)，其中所述處理器(36)使用第一所采集數(shù)據(jù)組、第二所采集數(shù)據(jù)組或二者，來構(gòu)建一個或多個單頻CT圖像。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)(10)，其中所述一個或多個CT圖像至少包括一個多能量CT圖像，所述多能量CT圖像使用加權(quán)計算從所述第一所采集數(shù)據(jù)組和所述第二所采集數(shù)據(jù)組來構(gòu)建。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)(10)，其中所述加權(quán)計算包括加權(quán)最小二乘估計、力口權(quán)平均或加權(quán)減法。
全文摘要
本文公開的主題涉及X射線成像系統(tǒng)(10)，以及更具體而言，涉及多能量計算機斷層(CT)X射線成像系統(tǒng)(10)。在一實施例中，多能量計算機斷層(CT)成像系統(tǒng)(10)包括X射線源(12)，在施加低穩(wěn)定偏壓(58)、高穩(wěn)定偏壓(56)以及低穩(wěn)定偏壓(58)與高穩(wěn)定偏壓(56)之間的過渡偏壓(60)時發(fā)射X射線(16、20)。成像系統(tǒng)(10)還包括X射線探測器(22)，配置成產(chǎn)生與X射線源(12)發(fā)射的X射線(16、20)到達(dá)X射線探測器(22)的強度對應(yīng)的電信號。成像系統(tǒng)(10)還包括數(shù)據(jù)處理電路(34)，配置成僅在低穩(wěn)定偏壓(58)或高穩(wěn)定偏壓(56)施加到X射線源(12)時采集與X射線探測器(22)產(chǎn)生的電信號對應(yīng)的第一數(shù)據(jù)組。成像系統(tǒng)(10)還包括處理器(36)，配置成處理第一所采集數(shù)據(jù)組并構(gòu)建一個或多個多能量CT圖像。
文檔編號A61B6/03GK102871682SQ20121033620
公開日2013年1月16日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者B·K·B·德曼, 謝強, N·S·錢德拉, 范家華, J·D·佩克 申請人:通用電氣公司