專利名稱：一種復(fù)合濾波補(bǔ)償光譜調(diào)制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及乳腺成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合濾波補(bǔ)償光譜調(diào)制裝置。
背景技術(shù)：
目前，乳腺疾病是女性疾病中最為常見的，乳腺癌的致死率居于女性腫瘤中的第二位。對乳腺癌的早期檢查是提高其治愈率的有效手段，為了減少乳腺切片活檢的診斷，產(chǎn)生了大量針對乳腺疾病的無損診斷方法，主要包括鑰靶乳腺X射線攝影，超聲乳腺檢查，磁共振(MRI)乳腺檢查及其他功能成像方法。其中鑰靶乳腺X射線攝影是當(dāng)前使用最廣泛也是最有效的乳腺癌早期檢測方法，但是其將三維的乳腺結(jié)構(gòu)信息疊加到二維的平面上，導(dǎo)致檢測靈敏度相對較低，除此以外，鑰靶攝影對于致密性的乳腺診斷成功率也很低。為了提高對乳腺疾病的診斷成功率，近年來興起了一種新的乳腺成像技術(shù)，SP乳 腺專用CT技術(shù)(DBCT)，其通過乳腺在不同方向的投影數(shù)據(jù)來重建乳腺內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)。DBCT系統(tǒng)能在與兩幀鑰靶攝影相同的劑量下提供較高的圖像對比度和空間分辨率，具備可以分辨100到200微米量級的微鈣化點(diǎn)及幾毫米病灶(腫塊)的能力，與傳統(tǒng)的鑰靶攝影相比，DBCT系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)，如能提供乳腺三維結(jié)構(gòu)圖，能對較致密的乳腺組織成像，成像時(shí)乳腺腺體劑量分布更均勻，病人檢測時(shí)舒適度提高，同時(shí)能為病理檢測及治療提供更高的空間定位精度等等。但上述DBCT系統(tǒng)存在的不足之處就是對于微鈣化點(diǎn)的檢測還不如鑰靶攝影，為了進(jìn)一步改善對微鈣化點(diǎn)的檢測能力，提高DBCT系統(tǒng)對乳腺疾病的診斷性能，需要在有限的射線劑量下充分利用光子信息。一種可行的辦法就是對入射的X射線光譜進(jìn)行調(diào)制優(yōu)化，即通過改變光譜的分布強(qiáng)度來提高成像時(shí)的劑量效率和成像質(zhì)量，這種能對光譜進(jìn)行調(diào)制的裝置稱為光譜調(diào)制器。但DBCT系統(tǒng)作為一種新型的乳腺成像設(shè)備，針對其使用的光譜調(diào)制器研制尚處于初步階段，故有必要針對乳房這種特殊的成像構(gòu)型進(jìn)行光譜調(diào)制器的設(shè)計(jì)，以提高DBCT系統(tǒng)的整體性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合濾波補(bǔ)償光譜調(diào)制裝置，能夠針對DBCT系統(tǒng)在保證重建圖像質(zhì)量的前提下，降低病人接受的劑量，同時(shí)顯著提高系統(tǒng)對乳腺疾病的診斷成功率，并提供更適合乳腺成像的光譜分布。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種復(fù)合濾波補(bǔ)償光譜調(diào)制裝置，所述裝置包括由具有特征吸收邊材料制作而成的高密度濾波優(yōu)化片，由與乳腺線性衰減系數(shù)接近的材料制作而成的低密度濾波補(bǔ)償片，濾片連接裝置及外部支撐支架，其中所述濾片連接裝置將所述高密度濾波優(yōu)化片和所述低密度濾波補(bǔ)償片連接在一起形成復(fù)合光譜調(diào)制器，且所述低密度濾波補(bǔ)償片位于靠近X射線光源的一側(cè)；所述外部支撐支架將所述復(fù)合光譜調(diào)制器支撐設(shè)置在X射線光源與待檢測乳房之間的特定位置，且所述外部支撐支架固定在支撐板上；
從所述X射線光源發(fā)出的X射線經(jīng)過所述復(fù)合光譜調(diào)制器調(diào)制后穿過待檢測乳房，并攜帶所述待檢測乳房的結(jié)構(gòu)信息被X光探測器接收。所述復(fù)合光譜調(diào)制器的結(jié)構(gòu)大小及位置根據(jù)X射線光源和X光探測器的位置及待檢測乳房的形狀確定，使不同的X射線在所述復(fù)合光譜調(diào)制器和所述待檢測乳房中總的貫穿長度保持不變。所述低密度濾波補(bǔ)償片的結(jié)構(gòu)為一帶有凹槽的長方體，所述凹槽與所述待檢測乳房的姿態(tài)和形狀有關(guān)，所述凹槽的截面為CT旋轉(zhuǎn)軸所在垂直平面的二維對稱曲面，凹槽面所在的一側(cè)為接近待檢測乳房的一側(cè)；從所述X射線光源發(fā)出的不同發(fā)射角內(nèi)的X射線經(jīng)過所述低密度濾波補(bǔ)償片，被厚度不同的濾片調(diào)制補(bǔ)償。所述高密度濾波優(yōu)化片的結(jié)構(gòu)為厚度均等的薄片，其厚度由入射X射線光譜的衰 減比例及所述待檢測乳房成像時(shí)允許接受的劑量來決定；所述高密度濾波優(yōu)化片通過其材料原子的K層電子對入射光子的共振吸收實(shí)現(xiàn)對入射X射線光譜的調(diào)制，且所述高密度濾波優(yōu)化片吸收由所述低密度濾波補(bǔ)償片通過康普頓Compton散射產(chǎn)生的光子,實(shí)現(xiàn)復(fù)合濾波。所述高密度濾波優(yōu)化片由鈰或釓材料制作而成；所述低密度濾波補(bǔ)償片由有機(jī)玻璃制作而成。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，所述裝置包括由具有K層特征吸收邊材料制作而成的高密度濾波優(yōu)化片，由與乳腺線性衰減系數(shù)接近的材料制作而成的低密度濾波補(bǔ)償片，濾片連接裝置及外部支撐支架，其中所述濾片連接裝置將所述高密度濾波優(yōu)化片和所述低密度濾波補(bǔ)償片連接在一起形成復(fù)合光譜調(diào)制器，且所述低密度濾波補(bǔ)償片位于靠近X射線光源的一側(cè)；所述外部支撐支架將所述復(fù)合光譜調(diào)制器支撐設(shè)置在X射線光源與待檢測乳房之間的特定位置，且所述外部支撐支架固定在支撐板上；從所述X射線光源發(fā)出的X射線經(jīng)過所述復(fù)合光譜調(diào)制器調(diào)制后穿過待檢測乳房，并攜帶所述待檢測乳房的結(jié)構(gòu)信息被X光探測器接收。通過該裝置能夠針對DBCT系統(tǒng)在保證重建圖像質(zhì)量的前提下，降低病人接受的劑量，同時(shí)顯著提高系統(tǒng)對乳腺疾病的診斷成功率，并提供更適合乳腺成像的光譜分布。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。圖I為本發(fā)明實(shí)施例提供的復(fù)合濾波補(bǔ)償光譜調(diào)制裝置在乳腺專用CT系統(tǒng)中應(yīng)用的結(jié)構(gòu)不意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的復(fù)合光譜調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中入射光譜被具有K層特征吸收邊的高密度濾波優(yōu)化片調(diào)制后的分布示意圖；圖4為同種強(qiáng)度的入射光譜穿過不同厚度有機(jī)玻璃后的出射光譜示意圖5為同種強(qiáng)度光譜穿過現(xiàn)有技術(shù)中所采用鋁材料后的出射光譜示意圖；圖6為入射光譜穿過兩種材料后后平均能量的變化示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明實(shí)施例所提供的復(fù)合濾波補(bǔ)償光譜調(diào)制裝置結(jié)合待檢測乳房成像時(shí)的姿態(tài)和形狀，通過高密度濾波優(yōu)化片和低密度濾波補(bǔ)償片對入射X射線光譜同時(shí)實(shí)現(xiàn)水平方向和旋轉(zhuǎn)軸所在垂直面的調(diào)制，兩種濾片組成的復(fù)合光譜調(diào)制器通過對連接光源和探測器像素的不同X射線束的濾波補(bǔ)償和共振吸收，達(dá)到對掃描待檢測乳房的入射X射線光譜的調(diào)制和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)降低乳房接受劑量、提高成像質(zhì)量的目的。下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施 例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，如圖I所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的復(fù)合濾波補(bǔ)償光譜調(diào)制裝置在乳腺專用CT系統(tǒng)中應(yīng)用的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的復(fù)合光譜調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖I和圖2，所述復(fù)合濾波補(bǔ)償光譜調(diào)制裝置主要包括由具有特征(例如K層特征)吸收邊材料制作而成的高密度濾波優(yōu)化片2，由與乳腺線性衰減系數(shù)接近的材料制作而成的低密度濾波補(bǔ)償片1，濾片連接裝置及外部支撐支架7，其中所述濾片連接裝置將高密度濾波優(yōu)化片2和低密度濾波補(bǔ)償片I連接在一起形成復(fù)合光譜調(diào)制器4，且低密度濾波補(bǔ)償片I位于靠近X射線光源3的一側(cè)；所述外部支撐支架7將所述復(fù)合光譜調(diào)制器4支撐設(shè)置在X射線光源3與待檢測乳房5之間的特定位置，且所述外部支撐支架固定在支撐板8上；從所述X射線光源3發(fā)出的X射線經(jīng)過所述復(fù)合光譜調(diào)制器4調(diào)制后穿過待檢測乳房5，并攜帶所述待檢測乳房5的結(jié)構(gòu)信息被X光探測器6接收，在具體實(shí)現(xiàn)中還可利用電機(jī)9轉(zhuǎn)動獲取待檢測乳房5在不同角度的投影，最終利用重建算法重建乳房的三維結(jié)構(gòu)影像進(jìn)而診斷乳腺疾病。在具體實(shí)現(xiàn)中，上述低密度濾波補(bǔ)償片I使用同乳房衰減系數(shù)接近的材料，除了使用有機(jī)玻璃外，還可使用其他易成型的低密度材料，如聚氯乙烯(PVC)等；上述高密度濾波優(yōu)化片2使用具有K特征吸收邊的材料，且吸收邊對應(yīng)的特征能量在30keV到60keV之間，除了使用鈰以外，還可使用其他材料，如釓等。具體實(shí)現(xiàn)中，所述復(fù)合光譜調(diào)制器4的結(jié)構(gòu)大小及位置根據(jù)X射線光源3和X光探測器6的位置及待檢測乳房5的形狀確定。對于不同的乳腺CT設(shè)備，復(fù)合光譜調(diào)制器設(shè)計(jì)的原則是保證待檢測乳房在X光探測器上的投影最終幾乎是不變的，即不同的X射線在復(fù)合光譜調(diào)制器和待檢測乳房中總的貫穿長度幾乎保持不變，且入射光子能量被優(yōu)化至最適合待檢測乳房成像的能量段。如圖2所示低密度濾波補(bǔ)償片I的結(jié)構(gòu)為一帶有凹槽的長方體，所述凹槽與所述待檢測乳房的姿態(tài)和形狀有關(guān)，所述凹槽的截面為CT旋轉(zhuǎn)軸所在垂直平面的二維對稱曲面，凹槽面所在的一側(cè)為接近待檢測乳房的一側(cè)；從所述X射線光源3發(fā)出的不同發(fā)射角內(nèi)的X射線經(jīng)過所述低密度濾波補(bǔ)償片I，被厚度不同的濾片調(diào)制補(bǔ)償。具體來說，X射線從遠(yuǎn)端的X射線光源發(fā)出，不同發(fā)射角內(nèi)的X射線經(jīng)過所述低密度濾波補(bǔ)償片被厚度不同的濾片調(diào)制補(bǔ)償，調(diào)制補(bǔ)償?shù)脑瓌t是當(dāng)X射線需要在待檢測乳房中貫穿較長距離時(shí)，X射線在所述低密度濾波補(bǔ)償片中衰減的長度就較小，當(dāng)X射線在待檢測乳房中貫穿長度較小時(shí)，其在所述低密度濾波補(bǔ)償片中的衰減長度就較大，以保證總的衰減長度幾乎保持不變，例如在水平面內(nèi)靠近胸腔的乳房組織，中心射線在其中的貫穿長度最長，則X射線在低密度濾波補(bǔ)償片中衰減的長度就最小。圖2中高密度濾波優(yōu)化片2的結(jié)構(gòu)為厚度均等的薄片，其厚度由入射X射線光譜的衰減比例及所述待檢測乳房成像時(shí)允許接受的劑量來決定；高密度濾波優(yōu)化片2通過其材料原子的K層電子對入射光子的共振吸收實(shí)現(xiàn)對入射X射線光譜的調(diào)制，且高密度濾波優(yōu)化片2吸收由所述低密度濾波補(bǔ)償片通過康普頓散射Compton散射產(chǎn)生的光子，實(shí)現(xiàn)復(fù)合濾波，進(jìn)一步提高乳腺成像質(zhì)量；具體來說，對于乳腺專用CT設(shè)備，入射光子為多色譜，僅當(dāng)入射光子為某種特定的能量時(shí)，系統(tǒng)成像時(shí)能獲 得最大的劑量效率，高密度濾波優(yōu)化片2的作用就是將多色的入射光譜調(diào)制為最適合乳房成像的能量范圍。下面以具體的實(shí)例來對上述復(fù)合濾波補(bǔ)償光譜調(diào)制裝置的具體工作過程進(jìn)行描述，結(jié)合圖I和圖2來說低密度濾波補(bǔ)償片I的基底為大小為70mmX IOOmmX 130mm的有機(jī)玻璃長方體，在面向乳房的一側(cè)，去掉一對稱凹槽，凹槽截面為二維曲面ABCD，該二維曲面可通過如下方式來確定首先在水平面內(nèi)，根據(jù)乳房成像時(shí)截面為圓形的條件確定不同射線發(fā)射角對應(yīng)的補(bǔ)償厚度，補(bǔ)償?shù)慕K點(diǎn)在有機(jī)玻璃上形成曲線ACB ;其次在過中心的垂直平面內(nèi)，根據(jù)乳房成像時(shí)截面為橢圓形的條件確定不同射線垂直張角時(shí)對應(yīng)的補(bǔ)償厚度，確定補(bǔ)償曲線CD ；然后在平行于X射線探測器平面用同樣的方法確定有機(jī)玻璃對應(yīng)的補(bǔ)償曲線ADB，最終根據(jù)這三條曲線利用二維曲面插值的方法得到整個補(bǔ)償曲面ABCD。在本實(shí)例中，最薄的補(bǔ)償厚度為20mm，對應(yīng)乳房中最大的貫穿長度。圖2中在上述有機(jī)玻璃靠近乳房的端面連接高密度濾波優(yōu)化片2，在本實(shí)施例中，該高密度濾波優(yōu)化片2采用K吸收邊特征能量對應(yīng)40. 4keV的鈰(Ce)材質(zhì)，其厚度(由入射X光強(qiáng)度和乳腺成像要求決定)為O. 15mm，在實(shí)際使用過程中，可以根據(jù)成像條件對厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于不同能量的光子對乳房成像時(shí)的劑量效率不同，因此成像時(shí)希望劑量效率最大的光子在光譜中所占的比分最大，通過鈰材質(zhì)的優(yōu)化過濾，可將用于入射光譜中40keV附近光子所占的比分顯著提高，如圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例中入射光譜被具有K層特征吸收邊的高密度濾波優(yōu)化片調(diào)制后的分布示意圖，從圖3中可知優(yōu)化后的光譜能在保證成像質(zhì)量的情況下，乳房接受的輻射劑量最小，從而實(shí)現(xiàn)最高的光子劑量效率。圖I中X射線光源到X射線探測器和旋轉(zhuǎn)中心的距離分別為740mm，560mm,復(fù)合光譜調(diào)制器靠近光源一側(cè)到光源焦點(diǎn)的距離為280mm。在本實(shí)施例中，該復(fù)合光譜調(diào)制器沒有安裝在X射線光源出射口，因此對于微小的位移誤差并不敏感，降低了安裝的難度。除本實(shí)施例所述的結(jié)構(gòu)以外，還可以根據(jù)不同的乳腺專用CT設(shè)備，設(shè)計(jì)不同尺寸的復(fù)合光譜調(diào)制器。本發(fā)明實(shí)施例所提供的復(fù)合濾波補(bǔ)償光譜調(diào)制裝置有利于提供空間一致性更好的光譜，如圖4所示為同種強(qiáng)度的入射光譜穿過不同厚度有機(jī)玻璃后的出射光譜示意圖，如圖5所示為同種強(qiáng)度光譜穿過現(xiàn)有技術(shù)中所采用鋁材料后的出射光譜示意圖，如圖6所示為入射光譜穿過兩種材料后后平均能量的變化示意圖，從上述圖4、圖5和圖6中可知本發(fā)明實(shí)施例對不同衰減長度的光譜影響更小，也就是說能提供一致性更好的成像光譜，有利于降低成像偽影，提高成像質(zhì)量。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合濾波補(bǔ)償光譜調(diào)制裝置，其特征在于，所述裝置包括由具有特征吸收邊材料制作而成的高密度濾波優(yōu)化片，由與乳腺線性衰減系數(shù)接近的材料制作而成的低密度濾波補(bǔ)償片，濾片連接裝置及外部支撐支架，其中 所述濾片連接裝置將所述高密度濾波優(yōu)化片和所述低密度濾波補(bǔ)償片連接在一起形成復(fù)合光譜調(diào)制器，且所述低密度濾波補(bǔ)償片位于靠近X射線光源的一側(cè)； 所述外部支撐支架將所述復(fù)合光譜調(diào)制器支撐設(shè)置在X射線光源與待檢測乳房之間的特定位置，且所述外部支撐支架固定在支撐板上； 從所述X射線光源發(fā)出的X射線經(jīng)過所述復(fù)合光譜調(diào)制器調(diào)制后穿過待檢測乳房，并攜帶所述待檢測乳房的結(jié)構(gòu)信息被X光探測器接收。
2.如權(quán)利要求I所述復(fù)合濾波補(bǔ)償光譜調(diào)制裝置，其特征在于，所述復(fù)合光譜調(diào)制器的結(jié)構(gòu)大小及位置根據(jù)X射線光源和X光探測器的位置及待檢測乳房的形狀確定，使不同 的X射線在所述復(fù)合光譜調(diào)制器和所述待檢測乳房中總的貫穿長度保持不變。
3.如權(quán)利要求I所述復(fù)合濾波補(bǔ)償光譜調(diào)制裝置，其特征在于， 所述低密度濾波補(bǔ)償片的結(jié)構(gòu)為一帶有凹槽的長方體，所述凹槽與所述待檢測乳房的姿態(tài)和形狀有關(guān)，所述凹槽的截面為CT旋轉(zhuǎn)軸所在垂直平面的二維對稱曲面，凹槽面所在的一側(cè)為接近待檢測乳房的一側(cè)； 從所述X射線光源發(fā)出的不同發(fā)射角內(nèi)的X射線經(jīng)過所述低密度濾波補(bǔ)償片，被厚度不同的濾片調(diào)制補(bǔ)償。
4.如權(quán)利要求I所述復(fù)合濾波補(bǔ)償光譜調(diào)制裝置，其特征在于， 所述高密度濾波優(yōu)化片的結(jié)構(gòu)為厚度均等的薄片，其厚度由入射X射線光譜的衰減比例及所述待檢測乳房成像時(shí)允許接受的劑量來決定； 所述高密度濾波優(yōu)化片通過其材料原子的K層電子對入射光子的共振吸收實(shí)現(xiàn)對入射X射線光譜的調(diào)制，且所述高密度濾波優(yōu)化片吸收由所述低密度濾波補(bǔ)償片通過康普頓Compton散射產(chǎn)生的光子,實(shí)現(xiàn)復(fù)合濾波。
5.如權(quán)利要求I所述復(fù)合濾波補(bǔ)償光譜調(diào)制裝置，其特征在于，所述高密度濾波優(yōu)化片由鈰或釓材料制作而成； 所述低密度濾波補(bǔ)償片由有機(jī)玻璃制作而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合濾波補(bǔ)償光譜調(diào)制裝置。所述裝置包括由具有K層特征吸收邊材料制作而成的高密度濾波優(yōu)化片，低密度濾波補(bǔ)償片，濾片連接裝置及外部支撐支架，其中所述濾片連接裝置將所述高密度濾波優(yōu)化片和所述低密度濾波補(bǔ)償片連接在一起形成復(fù)合光譜調(diào)制器，且所述低密度濾波補(bǔ)償片位于靠近X射線光源的一側(cè)；所述外部支撐支架將所述復(fù)合光譜調(diào)制器支撐設(shè)置在X射線光源與待檢測乳房之間的特定位置，且所述外部支撐支架固定在支撐板上。通過該裝置能夠針對DBCT系統(tǒng)在保證重建圖像質(zhì)量的前提下，降低病人接受的劑量，同時(shí)顯著提高系統(tǒng)對乳腺疾病的診斷成功率，并提供更適合乳腺成像的光譜分布。
文檔編號A61B6/03GK102961160SQ20121042501
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者趙維, 楊勝宇, 舒航, 唐曉, 曹大泉, 王哲, 魏存峰, 王燕芳, 孫翠麗, 闕介民, 史戎堅(jiān), 魏龍 申請人:中國科學(xué)院高能物理研究所