X射線成像裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及X射線成像裝置和方法，特別涉及對(duì)X射線能量敏感的材料使用的X 射線成像裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線成像裝置廣泛用于醫(yī)療和獸醫(yī)領(lǐng)域以獲得肉眼無法看到的組織的圖像。人 們普遍都知道，雖然X射線成像能夠?qū)υ\斷起到輔助作用，但使患者受X射線照射本身就具 有危險(xiǎn)。就像計(jì)算機(jī)斷層（CT)掃描設(shè)備，對(duì)患者構(gòu)成的危險(xiǎn)非常顯著。英國(guó)健康保護(hù)局發(fā) 布的數(shù)據(jù)顯示，在CT掃描中，患者接受的X射線能量如此之高，以致做CT掃描的每一千人 中，就有一人因掃描而死。在一些轄區(qū)，在患者確定接受CT掃描前，要求顧問醫(yī)師給出正在 調(diào)查的身體狀況對(duì)患者生命構(gòu)成的危險(xiǎn)高于做CT掃描對(duì)患者生命構(gòu)成的危險(xiǎn)的意見。
[0003]因此非常希望能夠在X射線成像裝置中降低患者接受的X射線劑量，特別是CT掃 描儀。
[0004] 眾所周知，能量較低的X射線比能量較高的X射線對(duì)患者更加有害。這是因?yàn)檩^ 低能量的X射線更容易被人體組織吸收，而能量越高的X射線通常在穿過人體組織時(shí)吸收 率較低。
[0005] 眾所周知，可用一種通常所說的射束硬化的方法去除X射線譜中能量較低的X射 線。但這會(huì)降低對(duì)患者的有效劑量。然而，X射線探測(cè)器看到的對(duì)比度降低，因而圖像質(zhì)量 也會(huì)降低。
[0006] 劑量降低問題已經(jīng)解決，特別是對(duì)過度暴露X射線問題最嚴(yán)重的CT掃描儀。
[0007] 例如，如美國(guó)專利US8, 243, 875中舉例說明的，可使用阻擋濾光片。發(fā)明人Xu在 該專利中描述在X射線源前面設(shè)置一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的孔徑以限制X射線束角度，從而使X 射線僅輻照到正被檢查的物體上需要關(guān)注的那些區(qū)域。
[0008] 另一種方法涉及X射線衰減的主動(dòng)反饋，將劑量降至需要的最小信噪比，如美國(guó) 專利US8, 406, 373中舉例說明。在該專利中，發(fā)明人Graham描述了一種使用調(diào)制器使X射 線通量在圖像的不同部位具有變化的設(shè)備，以在圖像中細(xì)節(jié)至關(guān)重要的區(qū)域提供高信噪比 和相應(yīng)的高劑量，而在圖像中細(xì)節(jié)較不重要的其他區(qū)域提供較低的信噪比和相應(yīng)的劑量。
[0009]另一種降低劑量的方法是將X射線成像與其他技術(shù)結(jié)合。例如，在美國(guó)專利US 8, 155, 729中，發(fā)明人Hsieh描述了一種在心臟成像中收集X射線和超聲數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn) 行組合的裝置。據(jù)說這可減少CT掃描中需要的切片數(shù)量，從而降低劑量。
[0010] 另一種方法涉及數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)處理。在美國(guó)專利US8, 363, 779和US8, 199, 875中， 發(fā)明人Chandra描述了能對(duì)用X射線束得到的數(shù)據(jù)集進(jìn)行無縫集成的發(fā)明，所述X射線束 設(shè)定為兩種不同的能量。數(shù)據(jù)集的集成增強(qiáng)了對(duì)比度，而提供材料的特異性。該方法的時(shí) 間設(shè)置必須要非常謹(jǐn)慎，以便在收集數(shù)據(jù)集時(shí)不會(huì)增加提供給患者的劑量。與標(biāo)準(zhǔn)儀器相 比，它們最多為中間劑量，但能提供附加信息。
[0011] 還有另一種方法涉及改進(jìn)部件設(shè)備。在美國(guó)專利US8, 378, 310中，發(fā)明人 Bournefalk描述了一種調(diào)節(jié)光子計(jì)數(shù)器中脈沖堆積的方法，改善了探測(cè)器的信號(hào)質(zhì)量，從 而使得在有脈沖堆積的情況下能對(duì)患者使用較低的劑量。在美國(guó)專利US7, 200, 201中，發(fā) 明人Unger描述了一種利用準(zhǔn)直降低進(jìn)入探測(cè)器的散射輻射的量的方法，從而提高了得到 的對(duì)比度并降低了劑量。
[0012] 雖然上述裝置可降低X射線劑量，但大家知道它的劑量降低量微小。因此，需要提 供一種能顯著降低X射線劑量但不損害X射線成像效果的裝置。
[0013] 這種X射線裝置的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槿祟惡蛣?dòng)物醫(yī)學(xué)。然而，事實(shí)上其也被應(yīng)用于 其他應(yīng)用領(lǐng)域，，這種裝置還在分析對(duì)X射線損傷敏感的任何物體或物質(zhì)上有功用，例如植 物材料和聚合物等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種X射線成像裝置，所述裝置包括X射線或γ射線探測(cè)器、被測(cè)物體/對(duì)象的擺放臺(tái)、X射線或γ射線源和配置成擾動(dòng)輻射能譜的結(jié)構(gòu)， 這些均位于公共軸上，所述探測(cè)器包括配置成探測(cè)入射X射線/γ射線波長(zhǎng)光子的像素化 構(gòu)件，其中所述X射線/γ射線源布置成使X射線/γ射線能譜沿著公共軸以撞擊配置成 擾動(dòng)X射線述能譜的所述結(jié)構(gòu)和固定的被測(cè)物體；所述結(jié)構(gòu)和所述被測(cè)物體擺放臺(tái)位于所 述X射線源和所述像素化構(gòu)件之間；所述結(jié)構(gòu)位于X射線源和被測(cè)物體擺放臺(tái)之間或位于 被測(cè)物體擺放臺(tái)和探測(cè)器之間，二者均與公共軸相交；所述結(jié)構(gòu)包括至少三個(gè)相鄰區(qū)域，每 個(gè)區(qū)域與緊鄰區(qū)域不同并配置成對(duì)X射線能譜產(chǎn)生不同的干擾。
[0015] 所述結(jié)構(gòu)可包括重復(fù)陣列，每個(gè)陣列包括至少三個(gè)相鄰區(qū)域，每個(gè)區(qū)域與緊鄰區(qū) 域不同并配置成對(duì)X射線能譜產(chǎn)生不同的干擾。
[0016] 所述X射線成像裝置可包括配置成校準(zhǔn)X射線源發(fā)射的X射線波長(zhǎng)光子的準(zhǔn)直 器，重復(fù)陣列結(jié)構(gòu)的每個(gè)陣列可校準(zhǔn)成與準(zhǔn)直器產(chǎn)生的X射線能的射束在一條直線上。
[0017] 配置成探測(cè)入射X射線/γ射線輻射的所述構(gòu)件可為間接探測(cè)器并包括閃爍體。
[0018] 其他探測(cè)器包括：硅二極管探測(cè)器、鋰漂移硅探測(cè)器、高純鍺（HPGe)探測(cè)器、鎘探 測(cè)器（碲化鎘、碲鋅鎘、碲錳鎘等）、正比計(jì)數(shù)器、充氣式探測(cè)器。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種權(quán)利要求1所述的X射線/γ射線成像裝置。
[0020] 優(yōu)選地，所述結(jié)構(gòu)位于所述X射線源和被測(cè)物體擺放臺(tái)之間，每個(gè)均穿過公共軸。
[0021] 優(yōu)選地，所述結(jié)構(gòu)位于被測(cè)物體擺放臺(tái)和所述探測(cè)器之間，每個(gè)均穿過公共軸。
[0022] 優(yōu)選地，其中一個(gè)所述區(qū)域?yàn)榭讖健?br>[0023] 優(yōu)選地，探測(cè)器構(gòu)件的像素?cái)?shù)量大于等于所述結(jié)構(gòu)中區(qū)域的數(shù)量。
[0024] 所述裝置可進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)記錄工具，所述記錄工具配置成記錄各個(gè)像素和/或 各組像素的被測(cè)入射X射線/γ射線波長(zhǎng)光子。探測(cè)器像素輸出與數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的信息之 間的差異可記錄在數(shù)據(jù)記錄工具中。
[0025] 優(yōu)選地，圖像處理軟件配置成消除所述結(jié)構(gòu)對(duì)被測(cè)X射線/γ射線光子的影響。
[0026] 優(yōu)選地，所述降噪算法為隨機(jī)降噪算法。
[0027] 優(yōu)選地，所述降噪算法將探測(cè)器相鄰像素輸出的差異與識(shí)別的數(shù)據(jù)庫(kù)條目的相鄰 像素的輸出間的差異進(jìn)行比較，并修正探測(cè)器相鄰像素的輸出，以使這些輸出的差異更接 近識(shí)別出與探測(cè)器相鄰像素輸出類似的數(shù)據(jù)庫(kù)條目的相鄰像素的輸出之間的差異。
[0028] 優(yōu)選地，所述圖像處理軟件配制成使修正一組像素中像素的輸出為該組中每個(gè)像 素的輸出所共有，所述一組像素與所述結(jié)構(gòu)的一個(gè)區(qū)域相關(guān)。
[0029] 優(yōu)選地，所述圖像處理軟件配置成輸出修正程度為可控的，所述修正為修正輸出 以使其更接近識(shí)別出與探測(cè)器相鄰像素輸出類似的數(shù)據(jù)庫(kù)條目的相鄰像素的輸出之間的 差異。
[0030] 優(yōu)選地，所述圖像處理軟件配置成根據(jù)一組像素表示相同材料的確定度選擇修正 程度，其中確定度越大，探測(cè)器相鄰像素輸出的修正越大。
[0031] 優(yōu)選地，所述降噪算法識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)中最接近探測(cè)器像素輸出的信息并用數(shù)據(jù)庫(kù)中 的識(shí)別信息替換像素輸出。
[0032] 優(yōu)選地，與所述結(jié)構(gòu)的一個(gè)區(qū)域相關(guān)的一組像素中像素的輸出用相同的識(shí)別信息 替換。
[0033] 優(yōu)選地，所述圖像處理軟件配置成提供與某一材料類型和/或材料厚度探測(cè)相關(guān) 的特征的輸出。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種權(quán)利要求18所述的醫(yī)療設(shè)備。優(yōu)選地，所 述設(shè)備包括多個(gè)探測(cè)器，且更優(yōu)選地，所述多個(gè)探測(cè)器安裝成能繞患者支架轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種權(quán)利要求21所述的圖像分析過程。
[0036] 所述圖像分析過程可包括將各個(gè)像素和/或各組像素的被測(cè)入射X射線/γ射線 波長(zhǎng)光子記錄在數(shù)據(jù)記錄工具中這一步。
[0037] 所述圖像分析過程可包括消除所述結(jié)構(gòu)對(duì)被測(cè)X射線/γ射線光子的影響這一 步。
[0038] 所述圖像分析過程可包括將具有類似輸出的像素分一組這一步。
[0039] 所述圖像分析過程可包括將相同輸出分配給一組像素中的所有像素這一步。
[0040] 所述圖像分析過程可包括將探測(cè)器像素輸出與數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的信息之間的差異 記錄在數(shù)據(jù)記錄工具中。
[0041] 所述圖像分析過程中執(zhí)行所述算法以確定材料類型和/