專利名稱：用于對(duì)能量輸入束整形的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于成像目的的能量輸入束的整形方法，尤其是涉及這樣一種輻射方法，該方法用至少一束能量輸入束對(duì)對(duì)象的研究區(qū)域成像。進(jìn)一步，本發(fā)明涉及一種以該輻射方法為基礎(chǔ)的對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行成像的方法和設(shè)備，尤其是用于斷層掃描成像的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
對(duì)樣品進(jìn)行非破壞性研究是各種技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要目標(biāo)，這些技術(shù)領(lǐng)域比如是材料科學(xué)、醫(yī)療檢查、考古學(xué)、建筑技術(shù)、關(guān)于安全問題的技術(shù)等。一種例如通過計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)獲取樣品圖像的方式，是基于以x射線從不同投射方向穿過對(duì)象平面的輻射，然后基于在不同方向測(cè)得的衰減數(shù)據(jù)來重構(gòu)對(duì)象平面。圖9示意性描述了使用由x射線源210’產(chǎn)生的常規(guī)扇形束5’輻射研究區(qū)域2’。扇形束5’包含根據(jù)x射線源210’的發(fā)射特性而成形的電磁場(chǎng)的連續(xù)分布。由探測(cè)器310’測(cè)得的全部衰減數(shù)據(jù)可用Radon空間中所謂的Radon數(shù)據(jù)描述。
目前所知道的最相關(guān)的常規(guī)重構(gòu)方法可總結(jié)為基于迭代重構(gòu)的方法或那些基于所謂的濾波反投射(back-projection)的方法。迭代重構(gòu)方法需要極長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間，因此具有本質(zhì)上的缺陷。另一方面，濾波反投影方法具有這樣一種一般的缺陷，即重構(gòu)中所包含的插值步驟會(huì)導(dǎo)致誤差和假像，這種誤差和假象甚至有隨著空間頻率的增加而增加的趨勢(shì)。濾波反投影方法的另一個(gè)問題涉及用以從中重構(gòu)圖像數(shù)據(jù)的Radon數(shù)據(jù)的離散化。要得到最佳的濾波反投影重構(gòu)，需要使得探測(cè)器上的探測(cè)器單元與投射的輻射射線準(zhǔn)確地匹配。但通常情況并非如此。因此，就引入了由使用濾波反投影算法的Radon數(shù)據(jù)重構(gòu)導(dǎo)致的不確定性和平滑效應(yīng)。
T.Bortfeld等人描述了一種所謂的Chebyshev域?yàn)V波反投影(CD-FBP)算法，其用于由沿投射方向的多個(gè)投射來重構(gòu)二維圖像(“Phys.Med.Biol.”，Vol.44，1999，p.1105-1120)。使用該CD-FBP算法，以分解形式表示該投射，其中該投射經(jīng)歷上述濾波反投影重構(gòu)。可以例如使用扇形束幾何結(jié)構(gòu)來測(cè)量該投射，其中可以測(cè)量與彼此之間具有等角度間隔的各個(gè)單獨(dú)投射線相應(yīng)的衰減值。用扇形束的不同投射方向所測(cè)得的各個(gè)單獨(dú)投射線可用于提供圖像重構(gòu)使用的平行投射。該CD-FBP算法沒有產(chǎn)生實(shí)際的實(shí)現(xiàn)。該算法假定了實(shí)際無法得到的理想扇形束幾何形狀。因此，T.Bortfeld等人的算法需要與常規(guī)的濾波反投影類似的插值步驟。進(jìn)一步，因?yàn)樵揅D-FBP算法本質(zhì)上是離散的，所以它不適應(yīng)于常規(guī)輻射源的連續(xù)輻射特性。最后，該CD-FBP算法因在重構(gòu)的圖像中出現(xiàn)假像而具有本質(zhì)上的缺陷。
以上缺陷不僅與常規(guī)CT成像相關(guān)，而且與涉及Radon數(shù)據(jù)的所有可用重構(gòu)方法都相關(guān)。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)對(duì)象進(jìn)行輻射的改進(jìn)方法，該方法可避免上述常規(guī)技術(shù)的缺點(diǎn)并且尤其是該方法可用于改善成像。尤其是，本發(fā)明的目的是提供一種改善了輻射源對(duì)所用圖像重構(gòu)算法的適應(yīng)性的輻射方法。進(jìn)一步，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的成像設(shè)備，其可改善對(duì)研究區(qū)域的成像，特別是可以減少假像。
使用包含如權(quán)利要求1、14、及26所述特征的方法或設(shè)備可實(shí)現(xiàn)上述目的。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例及應(yīng)用由獨(dú)立權(quán)利要求限定。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一一般方面，提供了一種輻射方法，其中使用至少一個(gè)束掩模對(duì)至少一個(gè)能量輸入束進(jìn)行整形，以提供多個(gè)單獨(dú)能量輸入束分量。該束掩模由輸入能量屏蔽材料制成，其上有通孔以提供多個(gè)束分量并在其上形成分布。由掩模(格子)的屏蔽效果所形成的單獨(dú)能量輸入束分量沿多條投射線被引導(dǎo)穿過對(duì)象，以便對(duì)該對(duì)象中的研究區(qū)域成像。
使用能量輸入束源可以產(chǎn)生作為扇形束或錐形束的具有原本連續(xù)輻射特性的能量輸入束。然后，用束掩模對(duì)能量輸入束進(jìn)行整形。對(duì)能量輸入束進(jìn)行整形以形成能量輸入束分量的本質(zhì)上的優(yōu)點(diǎn)是通過固有地提供了一種離散的輻射特性而得到的。該輻射特性可適用于對(duì)研究區(qū)域成像的圖像重構(gòu)算法。簡(jiǎn)單地選擇一種預(yù)定的束掩模和/或相對(duì)于能量輸入束源調(diào)整束掩模就可獲得這種適應(yīng)性。束掩模具有預(yù)定的幾何形狀，其具有固定的通孔分布和固定的通孔尺寸。進(jìn)一步，能量輸入(例如，射線劑量)可被實(shí)質(zhì)上地降低。
可對(duì)扇形束或錐形束進(jìn)行調(diào)整，以使得投射方向設(shè)置在越過所研究區(qū)域的至少一個(gè)共同平面內(nèi)，或者，可選地，在越過所研究區(qū)域的變化的傾斜平面內(nèi)以獲得螺旋狀投射數(shù)據(jù)。
這里所用的術(shù)語“研究區(qū)域”(ROI)一般指所研究的對(duì)象或它的一部分。ROI可描述為二維或三維的實(shí)體。這里所用的術(shù)語“投射方向”一般指能量輸入通過ROI的線性路徑。投射方向可由相對(duì)于所使用的坐標(biāo)系的角度來限定。如果考慮扇形束或錐形束，術(shù)語“投射方向”指扇形束或錐形束的中心(或主)束分量的朝向。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，能量輸入束源相對(duì)于該對(duì)象是可移動(dòng)的，其中束掩模和能量輸入束源相互連接。在此情況下，束掩模稱做源掩模。通過相對(duì)所研究區(qū)域移動(dòng)能量輸入束源和源掩模，可選擇投射方向。特別優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例，其中通過將具有束掩模的能量輸入束源圍繞對(duì)象旋轉(zhuǎn)來隨后設(shè)定投射方向。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可選實(shí)施例，在相對(duì)于ROI的預(yù)定位置提供了多個(gè)束掩模。在此情況下，束掩模叫做框架掩模。束掩模圍繞ROI分布。在此情況下，可通過在每個(gè)框架掩模處驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)能量輸入束源來選擇投射方向。作為示例，多個(gè)能量輸入束源可根據(jù)束掩模的分布來設(shè)置。可選地，一個(gè)能量輸入束源連續(xù)地移動(dòng)到每個(gè)束掩模。
為了適應(yīng)離散重構(gòu)算法，以相等角度間隔形成能量輸入束分量。通過掩模通孔的投射線以相等的弧長(zhǎng)間隔穿過圍繞該源的球形表面。為達(dá)此目的，束掩?？梢詾槠矫嫘螤罨蚯嫘螤?例如柱形)。如果根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定優(yōu)選實(shí)施例，使用都具有相同尺寸通孔的平面束掩?；蚓哂胁煌叽缤椎那媸谀＃湍塬@得對(duì)所研究區(qū)域的完全輻射，而不會(huì)使得平行于特定投射方向的能量輸入束分量重疊。在此情況下，可減少圖像重構(gòu)中的假像?；蛘?，可以使用都具有相同尺寸通孔的平面束掩?；蚴褂镁哂胁煌叽缤椎那嫜谀?。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，能量輸入束的整形不僅與形成能量輸入束分量相關(guān)，而且與能量輸入束的外部邊界相關(guān)。為達(dá)此目的，本發(fā)明的成像方法還包括設(shè)置能量輸入束的束角度的步驟。此實(shí)施例在關(guān)于束源(可能與束掩模結(jié)合)對(duì)所研究的特定對(duì)象的適應(yīng)性方面具有特別的好處。為了輻射較小的對(duì)象，可減小束角以減小整體輻射量。
優(yōu)選地，該束角被設(shè)定為具有用作光闌或快門的孔徑。有優(yōu)勢(shì)地，該孔徑具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。而且，可簡(jiǎn)單地將其安裝在常規(guī)的成像設(shè)備上，例如適應(yīng)于本發(fā)明的常規(guī)CT設(shè)備。該孔徑的進(jìn)一步好處源于可以以兩個(gè)自由度來調(diào)節(jié)束角。對(duì)于第一可選方案，可通過設(shè)定孔徑的直徑來調(diào)節(jié)束角。這使得孔徑可靈活地適應(yīng)于所研究的對(duì)象。根據(jù)第二可選方案，可通過設(shè)定孔徑和束源之間的距離來調(diào)節(jié)束角。隨著距離的減小，束角增加。兩個(gè)可選方案還可以結(jié)合應(yīng)用。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)一般方面，提供了一種對(duì)ROI成像的成像方法，其中用根據(jù)上述第一個(gè)一般方面的方法輻射ROI，而且確定對(duì)應(yīng)于多個(gè)投射方向的多個(gè)投射函數(shù)。每個(gè)投射函數(shù)包含用平行于當(dāng)前投射方向的能量輸入束分量測(cè)得的衰減值。測(cè)得的衰減值經(jīng)歷已知為如此的圖像重構(gòu)過程。
測(cè)得的衰減值提供了表示投射函數(shù)的離散投射輪廓，其中每個(gè)離散投射輪廓的投射值包含對(duì)應(yīng)于具有相同投射方向的預(yù)定能量輸入束分量的衰減值。
本發(fā)明在數(shù)據(jù)處理方面提供了另一種本質(zhì)上的優(yōu)點(diǎn)。由于以束掩模調(diào)整能量輸入束分量的橫截面，可用探測(cè)器設(shè)備的預(yù)定探測(cè)器單元組來測(cè)量衰減值。探測(cè)器單元組有預(yù)定的，例如，對(duì)所有束分量相等的尺寸。僅讀出這些預(yù)定的組而不必重新調(diào)整尺寸，從而使得待處理的數(shù)據(jù)量減小。優(yōu)選地，衰減值用至少一個(gè)一維直線(straight)探測(cè)器或至少一個(gè)二維平面探測(cè)器來進(jìn)行測(cè)量。
有優(yōu)勢(shì)地，本發(fā)明的成像方法可以用各種圖像重構(gòu)過程來實(shí)施。優(yōu)選地，使用如EP04031043.5中所描述的圖像重構(gòu)過程，本申請(qǐng)要求了該專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。用這種方法，可由包含與多個(gè)預(yù)定投射方向?qū)?yīng)的所測(cè)量的多個(gè)投射函數(shù)的Radon數(shù)據(jù)來確定圖像函數(shù)。該圖像函數(shù)確定為與投射函數(shù)值相乘的多項(xiàng)式的總和。實(shí)際的實(shí)施中，此圖像重構(gòu)基于與相互間有相同角度的離散輻射束分量相對(duì)應(yīng)的衰減值測(cè)量?；蛘撸瑘D像重構(gòu)過程可以包含由T.Bortfeld等人更詳細(xì)描述的衰減值分解(參見上述)。
本發(fā)明本質(zhì)上的優(yōu)點(diǎn)是，該成像可用于與醫(yī)療成像中的許多應(yīng)用類似的各種應(yīng)用，例如CT、PET、SPECT等。然而，有大量更有可能的應(yīng)用，像光斷層掃描、用于工業(yè)測(cè)試或生物研究的任意多維成像等。優(yōu)選地，成像函數(shù)由用x射線計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)設(shè)備、PET成像設(shè)備、SPECT成像設(shè)備，或基于中子的透射探測(cè)系統(tǒng)測(cè)得的Radon數(shù)據(jù)來確定。所研究的對(duì)象包含，例如，生物組織或其一部分、流體成分、固體材料、工件、和/或因安全原因而被研究的對(duì)象。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)一般方面，提供了一種為對(duì)象的研究區(qū)域成像的成像設(shè)備，其中該成像設(shè)備包含具有通孔的、由能量輸入屏蔽材料制成的至少一個(gè)束掩模。該束掩模適于形成單獨(dú)、離散的能量輸入束分量。進(jìn)一步，該成像設(shè)備包含用于測(cè)量對(duì)應(yīng)于多個(gè)投射方向的投射函數(shù)的測(cè)量設(shè)備。該測(cè)量設(shè)備包含至少一個(gè)能量輸入束源和至少一個(gè)用于測(cè)量投射函數(shù)的探測(cè)器設(shè)備。該能量輸入束源設(shè)置為用于產(chǎn)生至少一個(gè)將通過束掩模來整形的能量輸入束。進(jìn)一步，該成像設(shè)備包含基于測(cè)得的投射函數(shù)來重構(gòu)圖像函數(shù)的重構(gòu)電路。
優(yōu)選地，適于產(chǎn)生扇形束源或錐形束源的能量輸入束源可移動(dòng)地設(shè)置在源載體上。尤其優(yōu)選的是源載體具有環(huán)形形狀，使得能量輸入束源能夠例如圍繞對(duì)象在一個(gè)圓周上或是以螺旋形狀的路徑旋轉(zhuǎn)。
探測(cè)器設(shè)備包含至少一個(gè)探測(cè)器單元組成的探測(cè)器陣列，用于探測(cè)表示對(duì)應(yīng)于多個(gè)預(yù)定投射方向的能量輸入衰減的衰減值。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例，成像設(shè)備包含至少如下設(shè)備之一用于調(diào)節(jié)源掩模和能量輸入束源間距離的第一調(diào)節(jié)設(shè)備，和用于調(diào)節(jié)束角孔徑的直徑和/或該孔徑和能量輸入束源間距的第二調(diào)節(jié)設(shè)備。
如果所述至少一個(gè)束掩模包含一個(gè)可隨能量輸入束源移動(dòng)的源掩模，尤其是隨扇形束源或錐形束源移動(dòng)的源掩模，可以獲得在源相對(duì)于掩模的調(diào)節(jié)這方面的好處。優(yōu)選地，源掩模可分離地連接到能量輸入束源，使得僅通過改變?cè)囱谀＞涂墒钩上裨O(shè)備適于特定應(yīng)用。
如果以束掩模(多個(gè))的形式提供用于整形能量輸入束源的能量分布函數(shù)的多個(gè)框架掩模，就可獲得在設(shè)置投射方向方面的好處。優(yōu)選地，框架掩模以相等弧長(zhǎng)安裝在公共的源載體上。作為示例，源載體為包含框架掩模的環(huán)形屏蔽物。有優(yōu)勢(shì)地，可以用環(huán)形屏蔽物在不同于框架掩模所在位置的位置屏蔽能量輸入束源。因此，能獲得實(shí)質(zhì)上能量束量的減少。
根據(jù)用框架掩模對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步修改，探測(cè)器設(shè)備包含多個(gè)固定的框架探測(cè)器，用于探測(cè)表示對(duì)應(yīng)于多個(gè)預(yù)定投射方向的能量輸入衰減的衰減值。在這種情況下，框架探測(cè)器可以在預(yù)定的位置安裝在源載體上。優(yōu)選地，框架探測(cè)器位于與框架掩模鄰近的位置。
根據(jù)本發(fā)明的各種優(yōu)選應(yīng)用，測(cè)量設(shè)備包含x射線計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)設(shè)備、超聲斷層掃描設(shè)備、PET成像設(shè)備、光斷層掃描設(shè)備、γ射線成像設(shè)備、SPECT成像設(shè)備、或基于中子的透射探測(cè)系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)一般方面，提供了一種束掩模，其具有通孔、并由能量輸入屏蔽材料制成。該能量輸入屏蔽材料包含，例如鎢、鉛或銅。優(yōu)選的材料是鎢，因?yàn)槠溆懈叩奈招?屏蔽效果)和高的機(jī)械穩(wěn)定性。束掩模能夠形成用于輻射對(duì)象的研究區(qū)域的能量輸入束分量。
附圖簡(jiǎn)述以下參照附圖描述本發(fā)明的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的束整形的實(shí)施例的示意圖；圖2至圖5是根據(jù)本發(fā)明所使用的束掩模的實(shí)施例的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的具有束角孔徑(angle aperture)的束源與源掩模的組合的示意圖；圖7是引導(dǎo)離散的扇形束穿過所研究對(duì)象的進(jìn)一步的圖解；圖8是根據(jù)本發(fā)明的成像設(shè)備的實(shí)施例的示意圖；以及圖9是引導(dǎo)常規(guī)扇形束穿過所研究區(qū)域的示意圖(現(xiàn)有技術(shù))。
具體實(shí)施例方式
參照計(jì)算機(jī)斷層掃描中的應(yīng)用在下面描述本發(fā)明。在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明的成像設(shè)備包含當(dāng)前醫(yī)療CT系統(tǒng)的主要部件，該系統(tǒng)的能量輸入束為x射線束。要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明可以用與上面所提到的其它應(yīng)用類似的方法實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步，優(yōu)選實(shí)施例的以下描述主要是關(guān)于用束掩模對(duì)能量束整形的步驟。這里不描述CT或其它成像設(shè)備的細(xì)節(jié)及用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的圖像重構(gòu)的細(xì)節(jié)，因?yàn)樗鼈儚某Ｒ?guī)技術(shù)或EP 04031043.5可得知。
圖1示意性地描述CT系統(tǒng)中引導(dǎo)離散的扇形束或錐形束3穿過具有ROI2的對(duì)象1，以便采集投射數(shù)據(jù)。該CT系統(tǒng)(沒有完全示出，更多的部件參考圖8)包括環(huán)形的源載體220(CT環(huán))，在該載體上，輻射源210(x射線管)和探測(cè)器設(shè)備310以一種能使整個(gè)系統(tǒng)在例如0.3到0.5秒內(nèi)完成完整轉(zhuǎn)動(dòng)的方式旋轉(zhuǎn)。
源掩模211用作束掩模，它可分離地安裝在輻射源210上。源掩模211適于整形輻射源210的能量分布函數(shù)。要達(dá)此目的，源掩模211具有通孔、由能量輸入屏蔽材料制成。形成了穿過通孔的、離散的單獨(dú)x射線束分量3.1、3.2、3.3...以用于上述圖像重構(gòu)方法，其中該重構(gòu)方法不需要由射線管的幾何形狀和重構(gòu)探測(cè)器的幾何形狀導(dǎo)致的所有可能的射線分量。
扇形束3以變化的投射方向被引導(dǎo)穿過ROI2。調(diào)節(jié)投射方向以使得對(duì)于該成像條件獲得預(yù)定數(shù)目的平行x射線束分量。每個(gè)扇形束3表示一束扇形束分量3.1、3.2、3.3...。每個(gè)扇形束分量3.1、3.2、3.3...可當(dāng)作是直線筆形束。而一個(gè)扇形束的這些筆形束不具有相同的投射方向，通過對(duì)束分量進(jìn)行再分類(resorting)可獲得用于圖像重構(gòu)的離散投射輪廓的確定，該束分量屬于束3的不同的投射方向。因此，可獲得平行束分量組。
探測(cè)器設(shè)備310為探測(cè)器單元的線性或二維陣列，該陣列根據(jù)適于CT環(huán)半徑的球形參考表面進(jìn)行整形?？蛇x地，可以使用由直線(一維)或平面(二維)排列的探測(cè)器單元構(gòu)成的探測(cè)器設(shè)備。探測(cè)器設(shè)備310由例如1至64行探測(cè)器單元(如果超過一行，將其稱作多切片CT)構(gòu)成，而且每行約有700和1000個(gè)探測(cè)器單元。當(dāng)前探測(cè)器單元的尺寸為例如0.5至1.0mm。在每個(gè)單獨(dú)的轉(zhuǎn)動(dòng)之中，數(shù)據(jù)被讀出約1000次。對(duì)象1，例如病人，通過使用連續(xù)移動(dòng)的病人檢查臺(tái)而移動(dòng)穿過CT環(huán)。通過此方法，可得到一個(gè)所謂的螺旋或盤旋CT數(shù)據(jù)組，因?yàn)樵摬杉臄?shù)據(jù)位于螺旋網(wǎng)上。
圖2至圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明使用的各種源掩模的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。源掩模211包含例如由鎢制成的具有通孔213的屏蔽板212。源掩模通過可分離固定元件，例如夾片元件或撳壓連接(snap connection)，安裝于輻射源(例如x射線管)上，特別是安裝于輻射源210的輸出窗口215的框架214上。
屏蔽板212可以是柱形(圖2、4)或平面形(圖3、5)或適于成像設(shè)備幾何條件的任何其它合適形狀。柱形屏蔽板212被定向?yàn)槭沟脠A柱軸平行于CT環(huán)的軸。屏蔽板212的厚度為例如100μm到5mm。通孔213如此排列，使得起始于輻射源210的投射線與在預(yù)定位置的探測(cè)器單元共線地穿過圓環(huán)，特別地，它們可以以相等的弧長(zhǎng)間隔排列。根據(jù)成像條件，各個(gè)通孔213被設(shè)置為線形分布或以區(qū)域分布。
通孔213的數(shù)目和尺寸(多個(gè))的選擇依賴于成像方法的特定應(yīng)用。對(duì)于CT成像，例如在約1mm2到100mm2范圍的區(qū)域內(nèi)設(shè)置有200個(gè)通孔213。因此，離散的扇形束3包含例如200個(gè)直線扇形束分量。通過增加射線和投射的數(shù)量，可獲得更高的分辨率，也就是說，能夠增加在無假像情況下進(jìn)行重構(gòu)的像素的數(shù)目。
根據(jù)圖2和3，選擇通孔213的尺寸使得所有束分量有相同的橫截面，即柱形掩模的所有通孔有同樣的尺寸(例如10到200μm)而平面源掩模束211中心的通孔小于平面源掩模211外部邊緣的通孔。另一方面，根據(jù)圖4和5，選擇通孔213的尺寸使得束分量在探測(cè)器域內(nèi)有不同的橫截面。優(yōu)選地，該橫截面在例如100μm到4mm的范圍內(nèi)選擇。特別地，依賴于探測(cè)器分辨率來設(shè)定橫截面，該分辨率可由特定的探測(cè)器獲得。在束3的中心提供了最大的橫截面，而在束3的邊緣提供了最小的橫截面。
圖6示意性地顯示了將輻射源210與源掩模211和束角孔徑216結(jié)合的實(shí)施例。可調(diào)載體217設(shè)置在輸出窗口215的框架214上，以支承組件211和216中的至少一個(gè)。一般地，可調(diào)載體217用作至少一個(gè)可調(diào)設(shè)備。束角孔徑216由帶有中心孔的屏蔽板制成。直徑和/或在束角孔徑216和輻射源210的輻射發(fā)射器210.1之間的垂直距離可以通過可調(diào)載體217調(diào)整，以限定扇形束3的束角α。源掩模211整形成上述形狀以限定束分量。可改變?cè)囱谀?11和輻射發(fā)射器210.1間的距離以獲得所需的成像分辨率?？烧{(diào)載體217可手動(dòng)操作或例如用壓電驅(qū)動(dòng)單元來電動(dòng)操作。
使用由上述掩模產(chǎn)生的離散扇形束3，可僅在輻射源和探測(cè)器設(shè)備的特定位置處，讀出來自沿著相應(yīng)投射線探測(cè)衰減的探測(cè)器設(shè)備的探測(cè)單元的信號(hào)。該讀出位置是環(huán)形源載體上的那些弧長(zhǎng)位置，它們滿足選擇具有相同投射方向的平行的扇形束分量的條件。
為了減少對(duì)所研究對(duì)象的輻射或粒子曝光，優(yōu)選地，僅在上述讀出位置將能量輸入(例如，輻射)引導(dǎo)到所研究的對(duì)象中，即僅當(dāng)輻射源和探測(cè)器設(shè)備的組合朝向合適的位置時(shí)，才讀出探測(cè)器單元信號(hào)。在輻射源運(yùn)動(dòng)的期間，對(duì)于某些時(shí)刻和/或輻射源的某些弧長(zhǎng)位置可以滿足該條件。只要不滿足該讀出條件，該輻射源就被關(guān)斷或屏蔽。優(yōu)選屏蔽輻射源以保持輻射條件穩(wěn)定。
圖7中示意性示出的有多個(gè)輻射窗口223的環(huán)形屏蔽物222能夠?qū)崿F(xiàn)該屏蔽功能。環(huán)形屏蔽物222能夠可分離地安裝到源載體220上以使屏蔽物222的幾何屬性適合實(shí)際應(yīng)用，尤其適用于所用的掩模。作為示例，環(huán)形屏蔽物222包含201個(gè)輻射窗口223，每個(gè)輻射窗口直徑為6mm(CT環(huán)直徑80cm)。
如果環(huán)形屏蔽物222的每個(gè)輻射窗口223設(shè)置有圖7中僅作為示例描述的框架掩模224，則可以省略上述的源掩模211。實(shí)際上，不必同時(shí)設(shè)置源掩模和框架掩模211、224?？蓪⒖蚣苎谀?24設(shè)計(jì)為與圖2至5所示的源掩模一樣。
圖8示意性地描述了成像設(shè)備100的實(shí)施例。該成像設(shè)備100包含具有能量發(fā)生器200和探測(cè)器設(shè)備300的測(cè)量設(shè)備，以及連接到測(cè)量設(shè)備200、300的重構(gòu)設(shè)備400。進(jìn)一步，提供了支承設(shè)備500，其例如是CT系統(tǒng)中公知的載物臺(tái)，或是任何其它載體或基底支承器，用于在測(cè)量設(shè)備中放置所研究的對(duì)象，以及調(diào)節(jié)對(duì)象相對(duì)于能量發(fā)生器200和探測(cè)器設(shè)備300的幾何關(guān)系。還提供了從現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備中公知的部件如控制設(shè)備、顯示設(shè)備等(未示出)。
能量發(fā)生器200包含輻射源210，例如，在源載體220(例如，導(dǎo)軌或托臺(tái))上設(shè)置的具有源掩模的可移動(dòng)的x射線管。探測(cè)器設(shè)備包含探測(cè)器陣列310，其可移動(dòng)地設(shè)置在源載體220上且相對(duì)于輻射源210處于相對(duì)的關(guān)系。用這種結(jié)構(gòu)，通過繞支承設(shè)備500來旋轉(zhuǎn)部件210、310的組合，可以設(shè)定通過ROI的投射方向(平行于繪圖平面)。
示出的源載體220為圓環(huán)，其允許圍繞對(duì)象旋轉(zhuǎn)能量發(fā)生器200和探測(cè)器設(shè)備300。根據(jù)修改，源載體可具有橢圓形狀或其它形狀。這在對(duì)待研究對(duì)象幾何結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性方面能表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求
1.一種輻射方法，尤其用于給對(duì)象(1)的研究區(qū)域(2)成像，所述方法包含下面的步驟以至少一個(gè)能量輸入束源(210)產(chǎn)生至少一個(gè)能量輸入束(3)，其中所述至少一個(gè)能量輸入束(3)包含多個(gè)單獨(dú)的能量輸入束分量(3.1，3.2，3.3...)，以及以所述至少一個(gè)能量輸入束(3)沿多個(gè)投射方向輻射所述研究區(qū)域(2)，其特征在于利用具有通孔(213)的、由能量輸入屏蔽材料制成的至少一個(gè)束掩模(211)形成所述能量輸入束分量(3.1，3.2，3.3...)。
2.如權(quán)利要求1所述的輻射方法，其中所述束掩模(211)安裝在所述能量輸入束源(210)上，以及通過相對(duì)于所述研究區(qū)域(2)移動(dòng)具有所述束掩模(211)的所述能量輸入束源(210)來設(shè)定所述多個(gè)投射方向。
3.如權(quán)利要求1所述的輻射方法，其中多個(gè)所述束掩模(211)和所述研究區(qū)域(2)相互之間具有固定的位置，以及通過在每個(gè)所述束掩模(211)上操作所述至少一個(gè)能量輸入束源來設(shè)定所述多個(gè)投射方向。
4.如前面任意一個(gè)權(quán)利要求所述的輻射方法，其中形成所述能量輸入束分量(3.1，3.2，3.3...)的步驟包含將所述能量輸入束透射通過具有不同尺寸的通孔(213)的平面束掩模(211)或通過都具有相同尺寸的通孔(213)的曲面束掩模(211)。
5.如權(quán)利要求1至3中任意一個(gè)所述的輻射方法，其中形成所述能量輸入束分量(3.1，3.2，3.3...)的步驟包含將所述能量輸入束透射通過都具有相同尺寸的通孔(213)的平面束掩模(211)或通過具有不同尺寸的通孔(213)的曲面束掩模(211)。
6.如前面任意一個(gè)權(quán)利要求所述的輻射方法，還包含調(diào)節(jié)所述束掩模(211)和所述能量輸入束源(210)間距離的步驟。
7.如前面任一權(quán)利要求所述的輻射方法，還包含設(shè)置所述能量輸入束(3)的束角(α)的步驟。
8.如權(quán)利要求7所述的輻射方法，其中以孔徑(216)設(shè)置所述束角(α)。
9.如權(quán)利要求8所述的輻射方法，還包含調(diào)整所述孔徑(216)的直徑和所述孔徑(216)與所述能量輸入束源(210)間距離中至少一個(gè)的步驟。
10.一種用于給對(duì)象(1)的研究區(qū)域(2)成像的成像方法，包含下面的步驟以根據(jù)前面任意一個(gè)權(quán)利要求所述的方法輻射所述研究區(qū)域(2)，確定對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)投射方向的多個(gè)投射函數(shù)，其中每個(gè)所述投射函數(shù)包含用平行于當(dāng)前投射方向的能量輸入束分量測(cè)得的衰減值，以及使得所述多個(gè)衰減值經(jīng)歷圖像重構(gòu)過程。
11.如權(quán)利要求10所述的成像方法，其中所述衰減值用探測(cè)器設(shè)備(300)測(cè)量，而且其中，讀出所述探測(cè)器設(shè)備(300)中專用預(yù)定的多組探測(cè)器單元以獲得所述衰減值。
12.如權(quán)利要求10或11中任意一個(gè)所述的成像方法，其中所述圖像重構(gòu)過程包含確定作為與所述投射函數(shù)的值相乘的多項(xiàng)式的總和的圖像函數(shù)，或分解所述衰減值，其中所述分解經(jīng)歷濾波反投射重構(gòu)。
13.如權(quán)利要求10至12中任意一個(gè)所述的成像方法，其中測(cè)量所述衰減值以提供Radon數(shù)據(jù)，所述Randon數(shù)據(jù)在下面的設(shè)備中測(cè)量X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)設(shè)備，PET成像設(shè)備，光斷層掃描器，SPECT成像設(shè)備，或基于中子的透射探測(cè)系統(tǒng)。
14.一種用于給對(duì)象(1)的研究區(qū)域(2)成像的成像設(shè)備(100)，包含測(cè)量設(shè)備(200，300)，用于測(cè)量對(duì)應(yīng)于多個(gè)投射方向的投射函數(shù)，所述測(cè)量設(shè)備(200，300)包含至少一個(gè)能量輸入束源(200，210)和探測(cè)器設(shè)備(300)，所述能量輸入束源(200，210)用于產(chǎn)生至少一個(gè)具有多個(gè)單獨(dú)能量輸入束分量(3.1，3.2，3.3...)的能量輸入束(3)，其特征在于包含由能量輸入屏蔽材料制成的、具有通孔(213)的至少一個(gè)束掩模(211)，其用于形成所述能量輸入束分量(3.1，3.2，3.3...)。
15.如權(quán)利要求14所述的成像設(shè)備，其中所述束掩模(211)包含具有不同尺寸的通孔(213)的平面束掩模(211)或都具有相同尺寸的通孔(213)的曲面源掩模(211)。
16.如權(quán)利要求14所述的成像設(shè)備，其中所述束掩模(211)包含都具有相同尺寸的通孔(213)的平面束掩模(211)或具有不同尺寸的通孔(213)的曲面源掩模(211)。
17.如權(quán)利要求14至16中任意一個(gè)所述的成像設(shè)備，還包含調(diào)節(jié)所述束掩模(211)與所述能量輸入束源(200，210)間距離的第一調(diào)節(jié)設(shè)備(217)。
18.如權(quán)利要求14至17中任意一個(gè)所述的成像設(shè)備，其中所述能量輸入束源(200，210)相對(duì)于所述對(duì)象(1)是可移動(dòng)的。
19.如權(quán)利要求14至18中任意一個(gè)所述的成像設(shè)備，其中所述束掩模包含可隨所述能量輸入束源(210)移動(dòng)的源掩模(211)。
20.如權(quán)利要求19所述的成像設(shè)備，其中所述源掩模(211)是可從所述能量輸入束源(200，210)拆除的。
21.如權(quán)利要求14至18中任意一個(gè)所述的成像設(shè)備，包含用于整形所述能量輸入束源(200，210)的能量分布函數(shù)的多個(gè)框架掩模(224)，所述框架掩模(221)以預(yù)定位置固定在源載體(220)上。
22.如權(quán)利要求21所述的成像設(shè)備，其中所述框架掩模(224)的所述位置間隔相等弧長(zhǎng)。
23.如權(quán)利要求21或22所述的成像設(shè)備，其中所述源載體(220)包含具有所述框架掩模(224)的環(huán)形屏蔽物(222)，所述環(huán)形屏蔽物(222)在與所述框架掩模(224)的位置不同的位置處屏蔽所述能量輸入束源(200，210)。
24.如權(quán)利要求21至23中任意一個(gè)所述的成像設(shè)備，其中所述探測(cè)器設(shè)備(300)包含多個(gè)框架傳感器(320)，用于探測(cè)表示與多個(gè)預(yù)定投射方向?qū)?yīng)的所述能量輸入的衰減的衰減值，所述框架傳感器(320)以預(yù)定位置固定在所述源載體(220)上。
25.如權(quán)利要求14至24中任意一個(gè)所述的成像設(shè)備，其中所述測(cè)量設(shè)備(200，300)包含X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)設(shè)備，超聲斷層掃描設(shè)備，PET成像設(shè)備，光斷層掃描器，γ射線成像設(shè)備，SPECT成像設(shè)備，或基于中子的透射探測(cè)系統(tǒng)。
26.一種由能量輸入屏蔽材料制成的、具有通孔(213)的束掩模(211)，其用于形成給對(duì)象(1)的研究區(qū)域(2)成像的能量輸入束分量(3.1，3.2，3.3...)。
全文摘要
一種輻射方法，尤其是用于給對(duì)象(1)的研究區(qū)域(2)成像的方法，包含以至少一個(gè)能量輸入束源(210)產(chǎn)生至少一個(gè)能量輸入束(3)的步驟，其中至少一個(gè)能量輸入束(3)包含多個(gè)單個(gè)能量輸入束分量(3.1，3.2，3.3…)，并以至少一個(gè)能量輸入束(3)沿多個(gè)投射方向輻射研究區(qū)域(2)，其中能量輸入束分量(3.1，3.2，3.3…)由能量輸入屏蔽材料制成的具有通孔的至少一個(gè)束掩模(211)形成。進(jìn)一步，描述了一種用于輻射對(duì)象或給對(duì)象成像的成像方法和設(shè)備。
文檔編號(hào)A61B6/06GK101095164SQ200580045368
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者C·赫申, O·蒂深科, 徐源 申請(qǐng)人:Gsf-環(huán)境與健康研究中心有限公司, 由高等教育局代表的俄勒岡大學(xué)代表的俄勒岡州