專利名稱：固定式計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及計(jì)^l幾斷層成像領(lǐng)域，更具體地，涉及用于固定式計(jì)算 機(jī)斷層攝影系統(tǒng)的幾何形狀和構(gòu)造，其中檢測(cè)器和分布式源元件固定地設(shè)置在 成像系統(tǒng)掃描器內(nèi)。
背景技術(shù)：
計(jì)tm斷層成像系統(tǒng)有許多應(yīng)用。經(jīng)過(guò)最近幾傳的開(kāi)發(fā)，這種成像系統(tǒng) 典型地以切片和體積形式提供了對(duì)感興^W象內(nèi)部特征成像的有力工具。通常， 系統(tǒng)包括源，其弓l導(dǎo)方婦t線穿過(guò)感興M^照射到檢測(cè)器上。雖然，所述源可 以是肖,穿透感興 象的倒可類型的放射線，但在這里的描述中重點(diǎn)指X射 線源。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，X射線源和檢測(cè)器安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)架上，并以相對(duì)高的 旋自度旋轉(zhuǎn)，例如每秒旋轉(zhuǎn)兩次的量級(jí)，雖然也可以用更快些或慢些的速度。 在旋轉(zhuǎn)期間，在檢測(cè)器的許多位置上獲駄射X射線纟鵬的觀i還值，并且這些 測(cè)量值可以被存儲(chǔ)用于以后的分析和處理。然后，系統(tǒng)通過(guò)處理獲得的強(qiáng)度測(cè) 量值計(jì)算有用的重建圖像，允許確定特征在對(duì)象內(nèi)的位置。雖然對(duì)這種基本設(shè) 計(jì)的各種改變已經(jīng)提出并且目前也在使用中，但當(dāng)前的技術(shù)禾擁源和檢測(cè)器的 旋轉(zhuǎn)，并帶有采集窗口的選辭卩 的專門(mén)處理，用于提高重建圖像清晰度。
雖然這種結(jié)構(gòu)被證明對(duì)識(shí)別對(duì)象內(nèi)感興趣的特征非常有用，但它們受到需 要旋轉(zhuǎn)源和檢測(cè)器的限制。X射線源典型地包括傳統(tǒng)X射線管，所述X射線管 有些重并且在旋轉(zhuǎn)期間必須需要供電和冷卻。同樣，檢湖幡體積變得越來(lái)繊大，在較高分辨率時(shí)橫跨了成像系統(tǒng)的視野，并在一次檢查中采用多行的結(jié)構(gòu) 以獲得相當(dāng)多的數(shù)據(jù)。與檢測(cè)器相關(guān)的電路必須也被旋轉(zhuǎn)，以執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和 初始處理過(guò)程。生產(chǎn)帶有電源和數(shù)據(jù)傳輸互連的精細(xì)平衡系統(tǒng)以及需要除去操 作中產(chǎn)生的熱量的機(jī)構(gòu)需要工程熟練性。
目前，在計(jì)#^兒斷層攝影中需要改進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，尤其是，迫切需要一種 能夠減輕旋轉(zhuǎn)負(fù)荷，或者甚至不需要使系統(tǒng)元件一起旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)。尤其需要這 樣一種系統(tǒng)該系統(tǒng)能夠產(chǎn)生高質(zhì)量圖像，同時(shí)減小與源和檢測(cè)器的旋轉(zhuǎn)相關(guān) 的機(jī)械的、電子的、熱量的和其他方面的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠符合這種需要的用于計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)系統(tǒng)的新 穎的幾何開(kāi)別犬和結(jié)構(gòu)。該技術(shù)可應(yīng)用于廣泛的領(lǐng)域，包括醫(yī)學(xué)診斷環(huán)境、零件 檢查，包裹和行李處理應(yīng)用等。本技術(shù)允許在系統(tǒng)中包括分布式X射線源和檢 測(cè)器，而不需要旋轉(zhuǎn)BW源或檢測(cè)器。
提供了分布式源和檢測(cè)器的各種有用的結(jié)構(gòu)，出于圖像重建的目的，其中 的一些可與另一些結(jié)合使用提高圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高獲取數(shù)據(jù)的完整性，提供
得到最佳重建圖像的覆蓋范圍等。不過(guò)，該技術(shù)可以使用一列^l寸器或源，所 述發(fā)射器或源按照各種技術(shù)進(jìn)行操作，所述技術(shù)能夠特定地、唯一地尋址，以 產(chǎn)生進(jìn)行成像檢查的一束方謝線。同樣地，該技術(shù)可以用于大范圍檢測(cè)器結(jié)構(gòu)， 許多幾何形狀是基于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)器陣列。雖然該系統(tǒng)的某些元件可以被旋 轉(zhuǎn)，例如準(zhǔn)直器或其他元件，但是本技術(shù)允許主要元件，即源和檢測(cè)器在檢査 階段基本上保持固定。


圖1是根據(jù)本技術(shù)的示范性固定式CT系統(tǒng)的圖示。
圖2是與圖1所示類型的系統(tǒng)一起使用的示范性分布式源的圖示。
圖3是與圖1中的系統(tǒng)一起使用的部分檢測(cè)器的圖示。 圖4是固定式CT結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例的圖示，其包括環(huán),和環(huán)形檢測(cè)器。 圖5是使用環(huán)形源、環(huán)形檢測(cè)器和線形源的進(jìn)一步結(jié)構(gòu)。 圖6是在兩個(gè)環(huán)形檢測(cè)器之間使用環(huán)形源的可替換結(jié)構(gòu)。 圖7是使用在兩個(gè)帶有線形源的環(huán)形檢測(cè)器之間的環(huán)形源的可替換結(jié)構(gòu)的 圖示。圖8是使用一對(duì)帶有環(huán)形檢測(cè)器的環(huán)開(kāi)M的可替換結(jié)構(gòu)的圖示。
圖9是j頓一對(duì)帶有環(huán)形檢測(cè)器的環(huán)臓禾職開(kāi)鄉(xiāng)的可替換結(jié)構(gòu)的圖示；
圖10是使用一X寸帶有環(huán)形檢測(cè)器的部分環(huán)形源的可替換結(jié)構(gòu)的圖示。
圖11是^頓帶有環(huán)形檢測(cè)器和線幵鄉(xiāng)的部分環(huán),的可替換結(jié)構(gòu)的圖示。
圖12是使用一系列環(huán)JPI和環(huán)形檢測(cè)器的可替換結(jié)構(gòu)的圖示。
圖13是使用一系列帶有環(huán)形檢測(cè)器的環(huán)形源和線,的可替換結(jié)構(gòu)的圖示。
圖14是使用帶有一系列環(huán)形檢測(cè)器的一系列環(huán)形源的可替換結(jié)構(gòu)的圖示。 圖15是使用帶有一系列環(huán)形檢測(cè)器的一系列環(huán),和線形源的可替換結(jié) 構(gòu)的圖示。
圖16是使用一個(gè)或多個(gè)帶有線形源的環(huán)形源，和部分環(huán)形檢測(cè)器的可替換 結(jié)構(gòu)的圖示。
圖17是使用一系列線形/弧形源和環(huán)形檢測(cè)器的可替換結(jié)構(gòu)的圖示 圖18是使用在有凹槽的結(jié)構(gòu)中的部分環(huán)幵鄉(xiāng)和部分環(huán)形檢測(cè)的可替換結(jié) 構(gòu)的圖示
圖19是使用部分環(huán)，和線形/弧，的可替換結(jié)構(gòu)的圖示，其中一部分
源部分地覆蓋了部分環(huán)形檢測(cè)器。
圖20是使用環(huán),和環(huán)形檢測(cè)器的可替換結(jié)構(gòu)的圖示。
圖21是使用螺旋單圈環(huán)形源和環(huán)形檢測(cè)器的可替換結(jié)構(gòu)的圖示；
圖22是使用螺旋多圈環(huán)形源和環(huán)形檢測(cè)器的可替換結(jié)構(gòu)的圖示；
圖23是4頓設(shè)置為弓l導(dǎo)方謝線通過(guò)環(huán)形檢測(cè)器上開(kāi)孔的環(huán)臓的可替換
結(jié)構(gòu)的圖示；
圖24是使用設(shè)置為引導(dǎo)方婦寸線通過(guò)環(huán)形檢測(cè)器上縫隙的環(huán)形源的可替換 結(jié)構(gòu)的圖示；
圖25是使用傾斜的環(huán)形源和環(huán)形檢測(cè)器的可替換結(jié)構(gòu)的圖示； 圖26是j頓用于傾斜的環(huán),和環(huán)形檢測(cè)器的進(jìn)一步結(jié)構(gòu)的可替換結(jié)構(gòu) 的圖示；
圖27是使用兩個(gè)傾斜的環(huán)臓和環(huán)形檢測(cè)器的可替換結(jié)構(gòu)的圖示； 圖28是jtffl兩^j頃斜的環(huán),和環(huán)形檢測(cè)器的可替換結(jié)構(gòu)的圖示； 圖29是在互補(bǔ)的帶有缺口的結(jié)構(gòu)中使用部分環(huán)形源和環(huán)形檢測(cè)器的結(jié)合
5的可替換結(jié)構(gòu)的圖示；
圖30是使用環(huán)，和環(huán)形檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，用于伸縮式或組合式相互作用的可
替換結(jié)構(gòu)的圖示；禾口
圖31是f柳環(huán)形、部分環(huán),與環(huán)形檢測(cè)器的組合的可替換結(jié)構(gòu)的圖示；
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在回到附圖，首先參考圖1，圖1中描述了固定式計(jì)^m斷層攝影(CT) 系統(tǒng)，其通常用參考數(shù)字10表示。CT系統(tǒng)10包括由支撐結(jié)構(gòu)形成的掃描器12， 并且內(nèi)部包含一個(gè)或多個(gè)固定和分布式X射線源(圖1中未示出)和一個(gè)或多 個(gè)固定式數(shù)字檢測(cè)器(圖1中未示出)，下面將^4行詳細(xì)說(shuō)明。掃描器設(shè)置為 接收平臺(tái)14或其他用于支撐病人，或在更通常情況下用于支撐掃描對(duì)象的支撐 結(jié)構(gòu)。平臺(tái)能夠移動(dòng)通過(guò)掃描器中的開(kāi)孔，以在成像階段將m適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉?掃描的成像體積或平面內(nèi)。
系鄉(xiāng)一步包括方J(lt源控制器16，平臺(tái)控制器18和翻采餓制器20， 它們都在系統(tǒng)控制器22的控制下起作用。方j(luò)^lt源控制器16調(diào)節(jié)釋放X射線的 定時(shí)，戶;Mlt線從圍繞著掃描器12的點(diǎn)指向在相對(duì)一側(cè)的檢測(cè)器部分，這在下 面織行說(shuō)明。在本發(fā)明的固定式CT結(jié)構(gòu)中，方婦中源控制器16可以在各個(gè)時(shí) 亥憤蟲(chóng)發(fā)一個(gè)或多個(gè)在分布式X射線源內(nèi)的激寸器，產(chǎn)^t刻寸的X射線強(qiáng)度數(shù) 據(jù)的多個(gè)采集。例如，在某種設(shè)置中，X射線方婦中源控制器16可以順7効蟲(chóng)劃寸 線的劃寸，以便收驗(yàn)掃描器周?chē)檀绲腦射線強(qiáng)度鄰近或非鄰近的采集。許 多這種測(cè)量值可以在一次檢査序列中收集，并且，如下面所述連接到檢測(cè)器元 件上的 采,制器20接M自檢測(cè)器元件的信號(hào)，并處理信號(hào)用于存儲(chǔ)或 后面的圖像重建。然后，平臺(tái)控制器18用于將平臺(tái)和病AM當(dāng)定位鄉(xiāng)線^I寸 的平面，或在本發(fā)明的情況下，通常在成像的體積內(nèi)。平臺(tái)可以在成像序列之 間或在某個(gè)成像序列期間移動(dòng)位置，這取決于所〗頓的成像協(xié)議。
系統(tǒng)控制器22通常調(diào)節(jié)方婦中源控帝ij器16、平臺(tái)控制器18和翻采集控制 器20的操作。從而，系統(tǒng)控制器22可以使方婦t源控制器16觸發(fā)X射線的mt， 以及在系統(tǒng)控制器定義的成像序列期間調(diào)整這種發(fā)射。系統(tǒng)控制器也可以調(diào)節(jié) 平臺(tái)的移動(dòng)，使之和這種激材目協(xié)調(diào)，以艦集特定感興謝禍只的魁寸的X射 線強(qiáng)度測(cè)量 ，戯用各種成像模式，例如螺旋模式。系統(tǒng)控制器22也接收 由 釆集控制器20獲取的M并調(diào)整繊的存儲(chǔ)和處理。應(yīng)當(dāng)記住控制器和這里實(shí)際上描述的各禾中電路實(shí)際可以用硬件電路、固件 或軟件定義。例如，用于成像序列的特定協(xié)議通常可以用系統(tǒng)控制器執(zhí)行的代 碼定義。而且，初始處理、調(diào)節(jié)、搶波和其他需要對(duì)由掃描器獲取的鄉(xiāng)的X 射線強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行的操作可以用圖1中示出的一種或多種部{，行。例如，如 卜面所述，檢測(cè)器元件將產(chǎn)生模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)表示位于對(duì)應(yīng)于檢測(cè)器采 集象素位置上的光電二極管的電荷耗損。這種模擬信號(hào)通過(guò)掃描器內(nèi)的電子元 件轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送到數(shù)據(jù)采集控制器20。此時(shí)誠(chéng)行部分處艦程， 并且信號(hào)最終皿到信號(hào)控制器用，一步搶波和處理。
系統(tǒng)控制器22也連接到操作者界面24和一個(gè)或多個(gè)存M^g 26。操作者 界面可以與系統(tǒng)控制，合，并通常包括操作控制站，其用于初始化成像序列、 控制這種序列，和操作在成像序列期間獲取的 。存M^置26也可以設(shè)置在 成像系統(tǒng)的本地，和可以部分地或完全地設(shè)置在系統(tǒng)遠(yuǎn)端，因此，成{魏置26 可包括本地、磁或光存儲(chǔ)器，或用于存儲(chǔ)重建的成像數(shù)據(jù)的本地或遠(yuǎn)端的存儲(chǔ) 庫(kù)中。而且，存儲(chǔ)裝置可以設(shè)置為接收用于重建的原始的、經(jīng)部分處理或完全 處理的數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)控制器22或操作者界面24，或倒可遠(yuǎn)端系統(tǒng)和工作站可以包繊行 圖像處理和重建的軟件。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，這種CTi(^的處理可以由多種 數(shù)學(xué)算法和技術(shù)實(shí)現(xiàn)，例如，可以使用傳統(tǒng)的濾波背投影技術(shù)處理和重建成像 系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)。也可以使用其他技術(shù)，以及與濾波背投影結(jié)合使用的技術(shù)。 遠(yuǎn)端接口 28可以包括在系統(tǒng)中，用于從成像系統(tǒng)向這種遠(yuǎn)端處理站或存^^S 傳輸數(shù)據(jù)。
固定式CT系統(tǒng)10的掃描器12 ,地包括一個(gè)或多個(gè)分布式X射線源， 和一個(gè)和多個(gè)接收方謝線和處理相應(yīng)信號(hào)以產(chǎn)生 的數(shù)字檢測(cè)器。圖2描述 了一種可用于固定式CT系統(tǒng)的類型的示范性分布式X射線源的一部分。如圖2 所示，在示范性實(shí)施方式中，分布式X射線源30可包括一系列與圖1中的方Mt 源控制器16耦合的電子束鄉(xiāng)器32，并且在掃描器操作期間由源控制器觸發(fā)。 電子束發(fā)射器32設(shè)置在靶34附近， 一旦由源控制器觸發(fā)，電子束發(fā)射器32可 以向耙34刻寸電子束36。靶34可以通過(guò)電子束的撞擊激寸X射線束，如參考 數(shù)字38所示，所述耙34可以是諸如鎢軌^;件。X射線源可以釆用反射皿 射模式操作，在如圖2所示的反射模式中，X射線主要產(chǎn)生在電子元倂童擊的靶的同側(cè)。在翻模式中，X射線主要產(chǎn)生在電子元裕童擊的耙相反的一側(cè)。
然后，X射線束38被導(dǎo)向準(zhǔn)直器40，準(zhǔn)直器40通常不MX射線，但包括開(kāi) 口42。開(kāi)口42可以是尺寸固定的，也可以是可調(diào)整的。開(kāi)口42允許一部分X 射線束ffl:準(zhǔn)直器形成經(jīng)準(zhǔn)直的X射線束44，經(jīng)準(zhǔn)直的X射線束44將穿過(guò)感 興趣的膽被導(dǎo)向掃描器的成像體積，并且撞擊掃描器對(duì)頂啲檢測(cè)器元件。
當(dāng)然，也可以設(shè)想多種用于鄉(xiāng)器或分布式源的結(jié)構(gòu)。而且，在分布式源 內(nèi)的MX射線源可以刻寸各種類型和糊犬的X射線束。這可以包括，例如， 扇形束、錐形束和各種幾何形狀的橫截面的射線束。同樣地，包括分布式X射 線源的各種元件也可以進(jìn)行改變。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，使用了容納在真空 外殼中的冷陰極劃寸器。然后，固定式陽(yáng)極被放置在外殼內(nèi)并與劃寸器隔開(kāi)。 這種類型的結(jié)構(gòu)通常對(duì)應(yīng)于圖2中的圖示。當(dāng)然，其他材料、結(jié)構(gòu)和操作原理 也可以用于分布式源。例如，熱電子對(duì)寸器，碳基(Carbon—based)激寸器， 光子發(fā)射器，鐵電發(fā)射器、激光二極管、單片集成半導(dǎo)體(monolithic semiconductor)等。
如下面詳細(xì)說(shuō)明的，該固定式CT技術(shù)基于多個(gè)分布式和可尋址的X射線 方婦t源的使用。而且，分布式放射源可以與單獨(dú)的單一外殼或管或多個(gè)設(shè)計(jì)為 協(xié)同操作的管關(guān)聯(lián)。下面描述的某些源結(jié)構(gòu)是弧形或環(huán)形，以便可設(shè)置地位于 掃描器內(nèi)開(kāi)孔附近。其他源是線形結(jié)構(gòu)，以便沿著成像^f只在傳統(tǒng)CT術(shù)語(yǔ)所指 的"Z方向"延伸。各個(gè)源可獨(dú)立地各自尋址，使得方謝線能夠在由成像協(xié)議 定義的成像序列期間的時(shí)間點(diǎn)從各個(gè)源觸發(fā)。在另一種結(jié)構(gòu)中，源可以以邏輯 組形式尋址，例如，成對(duì)或成三的^l寸器線連接在一起。需要時(shí)，可以在任意 時(shí)刻同時(shí)觸發(fā)一個(gè)以上的這種源，或在特定序列中觸發(fā)以模擬臺(tái)架的旋轉(zhuǎn)，或 在圍繞成像體積或平面的任何需要的序列中觸發(fā)。
多個(gè)檢測(cè)器元件形成一個(gè)或多個(gè)接受由分布式源鄉(xiāng)的方謝線的檢測(cè)器。 圖3描述了可用于本發(fā)明目的的檢測(cè)器的一部分。每個(gè)檢測(cè)器可包括帶有可變 分辨率的檢測(cè)器元件，以滿足特定成像應(yīng)用。所述檢測(cè)器結(jié)構(gòu)通常與在傳統(tǒng)旋 轉(zhuǎn)式CT系統(tǒng)中使用的檢測(cè)^^似，但其繞著檢測(cè)器的大部分或全部?jī)?nèi)表面延 伸。下面將簡(jiǎn)述一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器的特定結(jié)構(gòu)。不過(guò)，通常檢測(cè)器46包括一系 列檢測(cè)器元件48和相關(guān)信號(hào)處理電路50。旨檢測(cè)器元件可以包括一個(gè)光電二 極管和相關(guān)的薄膜晶體管的陣列。撞擊檢測(cè)器的X射線被閃爍體轉(zhuǎn)換為較低能量的光子，這些光子撞擊光電二極管。因此，在光電二極管間保持的電荷被損 耗，并且晶體管可以受控對(duì)光電二極管再充電并因此測(cè)量電荷的損耗。通幼頓 序地測(cè)量在各種光電二極管中的電荷損耗，收^t每個(gè)象素位置的穿透輻射進(jìn) 行編碼的數(shù)據(jù)，所述每個(gè)光電二極管對(duì)應(yīng)于每次采集所收集的數(shù)據(jù)的象素。數(shù)
據(jù)由信號(hào)處理電路50處理，信號(hào)處理電路50通常將模擬損耗信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字
值，執(zhí)行任何需要的濾波，并將獲取的數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺缟纤龅某上裣到y(tǒng)的處理 電路。雖然所述檢測(cè)器是用基于閃爍體的能量整合裝置的術(shù)語(yǔ)描述的，但直接
轉(zhuǎn)換、光子計(jì)數(shù)或能量區(qū)分式(enei^ydiscriminating)檢測(cè)器也同樣適用。
大量檢測(cè)器元件48可以和檢測(cè)器相關(guān)聯(lián)，以便定義象素的多個(gè)行和列。如 下面戶/M，本技術(shù)的檢測(cè)器結(jié)構(gòu)將檢測(cè)器元件設(shè)置穿過(guò)3fci可尋址X射線源， 以便允許能夠獲得大量用于圖像重建的視圖釆集。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，CT系統(tǒng)中的重建技術(shù)M獲取的數(shù)據(jù)的使用和用 于圖像重建的技術(shù)和假設(shè)是不同的。本技術(shù)中已發(fā)現(xiàn)，可獲得多種用于高速和 有效地操作固定式CT系統(tǒng)的幾何形狀，它們提供了進(jìn)行準(zhǔn)確地圖像重建的數(shù) 據(jù)。圖4—31描述了用于分布式源和檢測(cè)器的示范性幾何糊犬和結(jié)構(gòu)，戶欣檢 測(cè)器在CT系統(tǒng)中是固定的，但能夠與傳統(tǒng)或改進(jìn)的圖像處理和圖像重建算法一 起艦。
目前設(shè)計(jì)的許多幾何開(kāi)m包括360度源和/或檢測(cè)器，但是，肖,通過(guò)在這
些結(jié)構(gòu)中除去一部分完整的環(huán)，使得這里的某些方面能夠削減為費(fèi)用較少但能
夠得到同樣或通常滿意的性能的結(jié)構(gòu)。這取決于所4頓的圖像重建技術(shù)，例如，
繞著180度延伸的檢測(cè)器加上鄉(xiāng)的X射線束的扇形角足以進(jìn)行極好的 采
集和圖像重建。而且，由于機(jī)械制造的原因，在源和檢測(cè)器接口之間會(huì)有縫隙。
這種縫隙可以通過(guò)來(lái)自源和/或檢測(cè)器的額，的測(cè)劐魏解決，這些測(cè)量〗辦決
了丟失的數(shù)據(jù)。而且，下面描述的結(jié)構(gòu)是為軸向和螺旋掃描模式設(shè)計(jì)的。不過(guò)， 這些結(jié)構(gòu)中的某些可以更適合于這些模式中的一種或另一種，這取決于特定的
應(yīng)用，例如對(duì)于醫(yī)學(xué)應(yīng)用適合用軸向掃描，對(duì)諸如行李掃描之類的應(yīng)用適合用 螺旋掃描。最后，在下面結(jié)構(gòu)中描述的源和檢測(cè)器可以具有不同的直徑、尺寸、 長(zhǎng)度等。而且，源和檢測(cè)器可以分別包括直線或平面部分，這接近于下面討論 的結(jié)構(gòu)。
在圖4所描述的結(jié)構(gòu)中，環(huán)形檢測(cè)器52包括多個(gè)如圖3所示的檢測(cè)器元件，戶腿檢測(cè)器元件通常完全圍繞成像體積延伸。采用環(huán)開(kāi)鄉(xiāng)54的分布式源位于環(huán)形檢測(cè)器52附近，并包括大量如上戶腿的各自可尋址的源或劍寸器。戶艦源能夠由系統(tǒng)控制器觸發(fā)，通常向正對(duì)相反位置上的檢測(cè)器刻寸方婦寸線，方婦寸線穿過(guò)感興趣的對(duì)象，被感興艦象的特征衰減，并撞擊在用于數(shù)據(jù)收集的檢測(cè)器上。
圖5所示的結(jié)構(gòu)包括圖4所述類型的環(huán)形檢測(cè)器52，帶有環(huán)形源54。這種結(jié)構(gòu)也包括一Xt沿著Z方向的線形源，用線形源56表示。單個(gè)的環(huán)形源設(shè)置在檢測(cè)器一邊，線形源56從環(huán)開(kāi)鄉(xiāng)延伸以有助于系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。環(huán)形檢測(cè)器52可以包括容納線形源56的間隙。雖然這種線,可以增加 采集操作的S^爭(zhēng)性，但它們被認(rèn)為會(huì)瀕提高衝本的數(shù)據(jù)采集的數(shù)學(xué)完整性。雖然在圖5中描述了這樣兩種線形源，但這種結(jié)構(gòu)可以包括少至單個(gè)的線形源，或多于兩個(gè)線扁。
圖6中的結(jié)構(gòu)包括一對(duì)中間設(shè)置有環(huán)形源54的環(huán)形檢測(cè)器52。這種結(jié)構(gòu)被認(rèn)為尤其適合低劑量效率，并M"檢測(cè)某種感興趣物質(zhì)尤其有用，例如爆炸物。
圖7中的結(jié)構(gòu)包括一對(duì)環(huán)形檢測(cè)器52， 一個(gè)環(huán)幵鄉(xiāng)54和一個(gè)或多個(gè)線形源56。環(huán)開(kāi)鄉(xiāng)設(shè)置在環(huán)形檢測(cè)器之間，并且線開(kāi)須通常平行于環(huán)形檢測(cè)器延伸。通常在環(huán)形檢測(cè)器上劍賄間隙，以容納線,。和如圖5所示的結(jié)構(gòu)中一樣，在該結(jié)構(gòu)中增加了線,來(lái)觀糧為了所獲取 的數(shù)學(xué)完整性的額外 。
圖8描述了進(jìn)一步的可選擇的實(shí)施方式，其中兩個(gè)環(huán)形源54設(shè)置在環(huán)形檢測(cè)器52的任意側(cè)面。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種結(jié)構(gòu)育嫩樹(shù)共可靠的數(shù)據(jù)完整性，并且倉(cāng),減少圍繞掃描器中間平面的任何感興趣區(qū)域的丟失。而且，對(duì)于成像系統(tǒng)的視野中心相同的軸向覆蓋，檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)育,比前面提到的結(jié)構(gòu)制造得更小些。同樣的，由于對(duì)于源使用較小的錐角，育嫩顯著地減小翻寸。在這種結(jié)構(gòu)中如顆每個(gè)環(huán)臓保持同樣數(shù)量的視圖，那么需要較高的織采集采樣率。
圖9中的結(jié)構(gòu)包括環(huán)形檢測(cè)器52， 一對(duì)環(huán)開(kāi)鄉(xiāng)54設(shè)置在其側(cè)面，并且環(huán)
形檢測(cè)器包括一個(gè)或多個(gè)線幵^！ 56。如前面戶;M，線幵鄉(xiāng)提供了一種獲取額外
數(shù)據(jù)的方式，這些額外數(shù)據(jù)增加了整體 采集的 完整性，并且所述環(huán)形源提供了圖8所示結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。
圖10中的結(jié)構(gòu)基于部分環(huán),58的組合，其設(shè)置在上面描述的類型的環(huán)形檢測(cè)器52的偵靦，在圖中描述的部分環(huán)形源58是兩個(gè)，雖然可以包括其他數(shù)目的環(huán)形源，并且這些環(huán)形源可以位于環(huán)形檢測(cè)器的任一側(cè)?？梢韵嘈艌DIO的這種結(jié)構(gòu)與完整的環(huán)形源相比減小了源的成本，雖然會(huì)導(dǎo)致缺少某些數(shù)學(xué)上完整的數(shù)據(jù)。為了在環(huán)形檢測(cè)器的任一側(cè)提供部分環(huán)形源，可以使用偶數(shù)個(gè)部分環(huán)形源，兩個(gè)環(huán) ^會(huì)得到較好的結(jié)果，四個(gè)部分環(huán) 效果稍差些。
圖11的結(jié)構(gòu)與圖10相似，盡管其結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括線,56和部分環(huán),58。在前面使用線形源56的例子中，在環(huán)形檢測(cè)器52上提^^縫隙，以允許放射線從線開(kāi)鄉(xiāng)沿著Z軸對(duì)寸。沿著Z軸的線,增加了采集數(shù)據(jù)整體的數(shù)學(xué)完整性。在圖ll的說(shuō)明中，可以使用兩個(gè)或四個(gè)這樣的部分環(huán)形源，盡管數(shù)目可以變得更多。
圖12所示的結(jié)構(gòu)使用了和前面結(jié)構(gòu)一樣的環(huán)形檢測(cè)器， 一對(duì)環(huán)形源54位于其側(cè)面。在這個(gè)實(shí)施例中，在緊鄰環(huán)形檢測(cè)器52處提f^"兩個(gè)這種環(huán)形源，在檢測(cè)器任一側(cè)間隔開(kāi)的位置提供有額外的環(huán)形源。期望外部環(huán)在與內(nèi)部環(huán)結(jié)合使用時(shí)可以提供冗余數(shù)據(jù)。同樣地，圖13所示的結(jié)構(gòu)使用了在Z方向上與一對(duì)線，56結(jié)合的環(huán)開(kāi)鄉(xiāng)和環(huán)形檢測(cè)器。如前面戶脫，期望線，56可以幫助提供用于圖像重建的更完整的數(shù)據(jù)。
圖14和15所示的結(jié)構(gòu)與圖12和13所示結(jié)構(gòu)類似，盡管圖中多個(gè)檢測(cè)器位于間隔開(kāi)的環(huán)形源之間。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，與圖8和圖9的結(jié)構(gòu)相比，圖14和15的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致對(duì)于在Z軸方向上給定的X^覆蓋范圍，劃寸放射線所要求的錐角較小。在需要時(shí)，圖14和15中的檢測(cè)器52可以具有不同的分辨率，中心檢測(cè)器具有高于外部檢測(cè)器的分辨率。圖15所示的結(jié)構(gòu)與圖14所示的結(jié)構(gòu)相似，但在沿軸的方向增加了線形檢測(cè)器，以增強(qiáng)獲取數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)完整性。
圖14中的一個(gè)或多個(gè)環(huán)臓54和一個(gè)或多個(gè)環(huán)形檢測(cè)器52可以用于某種成像協(xié)議，這取決于應(yīng)用程序。在檢湖ij器的分辨率可以依賴于所使用的環(huán)形檢測(cè)器52和環(huán)形源54的數(shù)目設(shè)置時(shí)，可以設(shè)想幾種數(shù)據(jù)采集方案~f，據(jù)采集系統(tǒng)中檢測(cè)器所要求的元件最小化。圖14所使用的結(jié)構(gòu)對(duì)于圖15也同樣適用；不過(guò)，額外的 通過(guò){頓可得到的線 56獲取。
圖16所示的結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)與部分環(huán)形檢測(cè)器60結(jié)合的部分環(huán)開(kāi)鄉(xiāng)58。該結(jié)構(gòu)也可以包括一個(gè)或多個(gè)沿Z軸的線形源56。如圖16所示的這些結(jié)構(gòu)提供了對(duì)成像體積相關(guān)部分的覆蓋，例如由檢測(cè)器提供的體積的180度覆蓋，和由源樹(shù)共的4輛只的180度覆蓋。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)包括源和檢測(cè)器能夠設(shè)置在相同的通用成像平面的事實(shí)。不過(guò)，這種結(jié)構(gòu)得到的數(shù)據(jù)可能有些不完整。
圖17所示的結(jié)構(gòu)通常包括環(huán)形檢測(cè)器52和傾斜放置的弓形部分環(huán)開(kāi)，62。該源適合穿過(guò)檢測(cè)器^l寸方婦寸線，戶，檢測(cè)器提供有容納源的狹縫或開(kāi)口。所得到的結(jié)構(gòu)提供了一般的弓形剖面、直線剖面、正弦曲線、傾斜環(huán)或兩個(gè)傾斜環(huán)。從 采集的數(shù)學(xué)完整性的觀點(diǎn)來(lái)看，這種設(shè)計(jì)旨,非常靈活。
圖18描述了包括修改后的部分環(huán)形檢測(cè)器，該部分環(huán)形檢測(cè)器用參考數(shù)字64表示。部分環(huán)M58設(shè)置為在檢測(cè)器的凹槽66內(nèi)延伸。圖18所示的結(jié)構(gòu)允許源和檢測(cè)器都覆蓋180度以上的成像體積。在 的結(jié)構(gòu)中，源將至少覆蓋180度加上放射線的扇形角的角度范圍，所述方謝線是由獨(dú)立尋址和分布式源發(fā)射的。
圖19所示的結(jié)構(gòu)與圖18所示的結(jié)構(gòu)相似，但M31沿Z軸將多個(gè)部分環(huán)形源58與線開(kāi)鄉(xiāng)組合使得能夠鶴額外的體積，戶誠(chéng)線幵鄉(xiāng)用參考數(shù)字56標(biāo)。然后，合成的、源可以覆蓋大于180度的成像體積，并且，180度加上方婦寸線
的扇角或更大角度。然后，固定式檢測(cè)器成為如上戶;M的部分環(huán)，這也能夠覆
蓋大約180度的成像體積。
圖20所示的結(jié)構(gòu)與上面圖6所示的結(jié)構(gòu)有些相似，該結(jié)構(gòu)由環(huán)形檢測(cè)器52和環(huán)形源54組成。不過(guò)，在圖20所示的結(jié)構(gòu)中，檢測(cè)器是不帶有中間縫隙的斜蟲(chóng)元件。中心檢測(cè)器元件可以物理上設(shè)置為允許分布式源54穿過(guò)一偵啲檢測(cè)器刻寸方婦寸線，由位于這種結(jié)構(gòu)的相對(duì)一偵啲檢測(cè)器元件檢測(cè)i謝線。
圖21所示的結(jié)構(gòu)包括螺旋臓68，其位于鄰^i旋形檢測(cè)器70的位置。戶誠(chéng)源和檢測(cè)器通?？梢允桥c戰(zhàn)結(jié)構(gòu)相似的結(jié)構(gòu)，但圖21所示的螺旋形結(jié)構(gòu)允許采用與傳統(tǒng)螺旋式體積采集相對(duì)應(yīng)的方式進(jìn)行掃描。相應(yīng)地，圖21所示的結(jié)構(gòu)可獲ff^似于由圖6所示結(jié)構(gòu)得到的 采集結(jié)果，但需要進(jìn)行平臺(tái)平移。圖21所示的結(jié)構(gòu)允許這種采集，而沒(méi)有成像體積的任何丟失的部分或切片。
圖22所示結(jié)構(gòu)與圖21所示結(jié)構(gòu)相似，但其中螺旋式源68像并置的螺旋檢測(cè)器70 —樣繞著成像體積形成多個(gè)圈，圖22所示的結(jié)構(gòu)提供了相對(duì)完整的數(shù)據(jù)，除了在螺旋線的邊緣，和在源和檢測(cè)器之間的縫隙，
在圖23所示的另一種結(jié)構(gòu)中，環(huán)形源54圍繞著環(huán)形檢測(cè)器52設(shè)置，戶;M
12環(huán)MM 54包括多個(gè)aS:可尋址mf源，在圖23中用圓點(diǎn)，。最終的結(jié)構(gòu)與圖6所示的結(jié)構(gòu)相似，不過(guò)，在圖23所示的結(jié)構(gòu)中，檢測(cè)器衝將孔徑72，所述源能夠通過(guò)該孑L徑刻寸放射線。這種結(jié)構(gòu)允許在分布式源穿過(guò)檢測(cè)器^l寸放射線的位置之間收集額外的數(shù)據(jù)。
如圖24所示，在有些不同的結(jié)構(gòu)中，環(huán),54至少部分地圍繞著環(huán)形檢測(cè)器，戶，檢測(cè)器包括多個(gè)節(jié)段74，所述節(jié)段由狹縫或開(kāi)口76彼此分開(kāi)。尤其是，可以使用一個(gè)或多個(gè)這種環(huán)形源。所述源M通常沿著Z軸定向的狹縫76鄉(xiāng)鵬機(jī)。
圖25—28說(shuō)明了包括與環(huán)形檢測(cè)器52結(jié)合j頓的傾斜環(huán)臓的示范結(jié)構(gòu)，戶服傾斜環(huán)開(kāi)M用參考數(shù)字78表示。例如，在圖25的結(jié)構(gòu)中，檢測(cè)器設(shè)置為提供在環(huán)形源和檢測(cè)器相交的位置上^M方婦寸線的空間，其方式與上面參考圖17的方式相似。在圖26所示的可替換結(jié)構(gòu)中，環(huán)形檢測(cè)器52與傾斜的環(huán)開(kāi)鄉(xiāng)78 —起^ffl，但沒(méi)有J^共用于使方婦對(duì)生M檢測(cè)器的通道。在圖27的可替換結(jié)構(gòu)中，采用與圖25中所述類似的方式使用帶有環(huán)形檢測(cè)器52的兩個(gè)傾斜的環(huán)形源78。在這種實(shí)施方式中，如圖25所提至啲，通道允許劃寸的方婦寸線穿過(guò)環(huán)形檢測(cè)器。在圖28所示的結(jié)構(gòu)中，用與圖26中對(duì)以的方式，再次1頓了兩個(gè)環(huán)形源78，但沒(méi)有提供用于，穿過(guò)環(huán)形檢測(cè)器52的方婦寸線的通道。雖然圖25—28中的源是環(huán)形的，它們可以被截平并由線性節(jié)段組成。而且，在圖26和28中，激寸的放射線被檢測(cè)器擋住的源的部分被省略。
圖29所述的結(jié)構(gòu)實(shí)際上是兩個(gè)帶有凹槽的檢測(cè)器和對(duì)應(yīng)源元件的組合，所述源元件類型已在前面圖18進(jìn)行了描述。即，兩個(gè)用于接收部分環(huán)開(kāi)鄉(xiāng)58的凹槽66的檢測(cè)器64端對(duì)端組合以掛共通常繞著成像體積的完整結(jié)構(gòu)。圖29所示的結(jié)構(gòu)被認(rèn)為在獲取數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)完整性上具有優(yōu)勢(shì)。而且，可以在這種結(jié)構(gòu)中加入沿著Z軸延伸的線臓56，以提高戰(zhàn)數(shù)據(jù)完整性。
圖30所示的結(jié)構(gòu)包括一對(duì)環(huán)開(kāi)鄉(xiāng)54，其與各個(gè)環(huán)形檢測(cè)器52相關(guān)聯(lián)。這對(duì)檢測(cè)器和源在圖30中用參考數(shù)字80和82表示，它們具有不同直徑，允許一個(gè)在另一個(gè)中伸縮運(yùn)動(dòng)。在某些方面，圖30所示的結(jié)構(gòu)與圖8所示的雙環(huán)^！1結(jié)構(gòu)相似，但其中檢測(cè)親皮分成兩個(gè)同心部分，以允許自適應(yīng)的Z軸覆蓋。在只需要小的Z軸覆蓋的地方，這種自適應(yīng)的覆蓋可以允許較低齊糧并可以M^只期望小的Z軸覆蓋的檢查中的翻寸。這種結(jié)構(gòu)并不限于一對(duì)環(huán)開(kāi)《和環(huán)形檢測(cè)器，可包括2個(gè)或更多環(huán)形源和環(huán)形檢測(cè)器。
一種如圖31所示的進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)，包括與部分環(huán)形源58 —起使用的多個(gè)
環(huán)形源，朋述多個(gè)環(huán),在圖中描述為兩個(gè)，用參考數(shù)字54表示。在環(huán) 54之間劍將經(jīng)修改的環(huán)形檢測(cè)器，用參考數(shù)字84表示。經(jīng)修改的檢測(cè)器84包括開(kāi)口86，用于容納部分環(huán)形源58。圖31中的結(jié)構(gòu)和包括環(huán)開(kāi)，和部分環(huán)形源組合的類型的結(jié)構(gòu)在獲取數(shù)據(jù)中可以提供比前述結(jié)構(gòu)更好的數(shù)學(xué)完整性。為了進(jìn)一步提高所測(cè)量的數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)完整性，可以在這種結(jié)構(gòu)中包括沿著Z軸延伸的線形源，不過(guò)，它們?cè)趫D31中沒(méi)有示出。
雖然對(duì)本發(fā)明容易進(jìn)行各種修改和采用可替換形式，已通過(guò)附圖實(shí)施例的方式顯示了特定實(shí)施方式，并在這里進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明?？墒牵瑧?yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不意味著受到這里所公開(kāi)的特定形式的限制，而是，本發(fā)明覆蓋了所有落入由后附權(quán)利要求定義的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的修改、等價(jià)物和替換形式。
權(quán)利要求
1. 一種體積式固定計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)，包括至少一個(gè)固定式環(huán)形檢測(cè)器，其繞著成像體積的至少一部分延伸；至少兩個(gè)的部分環(huán)形源，所述部分環(huán)形源設(shè)置在環(huán)形檢測(cè)器的任一側(cè)面并設(shè)置為向環(huán)形檢測(cè)器發(fā)射放射線；以及放射源控制器，用于觸發(fā)一個(gè)或多個(gè)在至少兩個(gè)部分環(huán)形源內(nèi)的發(fā)射器，以由至少一個(gè)固定式環(huán)形檢測(cè)器獲取體積的數(shù)據(jù)，其中所述至少一個(gè)固定式環(huán)形檢測(cè)器和至少兩個(gè)部分環(huán)形源設(shè)置為相互配合，以有利于圖像重建所采集的體積的數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)上的完整性。
2 如權(quán)利要求1戶脫的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)線 (56)，戶誠(chéng)線開(kāi)M沿著Z方向延伸，以增加用于圖像重建的所獲取數(shù)據(jù)的完整性。
3.—種體積式固定計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)，包括至少一個(gè)固定式檢測(cè)器，其通常繞著成像體積的至少一部分延伸；至少一個(gè)固定分布式X射線源，其設(shè)置在至少一個(gè)固定式檢測(cè)器的近端；以及方婦t源控制器，用于觸發(fā)一個(gè)或多個(gè)在至少一個(gè)固定分布式X射線源內(nèi)的激t器，以由至少一個(gè)固定式檢測(cè)器獲取體積的 ，其中所述至少一個(gè)固定式檢測(cè)器和戶，至少一個(gè)固定分布式X射線源設(shè)置為相互配合，以有利于圖像重建所采集的數(shù)據(jù)內(nèi)的完整性，并且至少一個(gè)固定式檢測(cè)器包括一個(gè)螺旋檢測(cè)器，并且其中所述至少一個(gè)固定分布式X射線源包括一個(gè)螺旋源，其設(shè)置在鄰近螺旋檢測(cè)器的位置。
全文摘要
本發(fā)明提供了固定式成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可包括對(duì)分布式X射線放射源的各種類型的組合，其通常包括可尋址發(fā)射器元件，該發(fā)射器元件可被觸發(fā)，以采用理想的序列和組合進(jìn)行發(fā)射。源(30)可以是環(huán)形(54)、部分環(huán)形(58)，或線形(典型地沿Z軸)(56)等。這些組合是可以設(shè)想的。對(duì)應(yīng)的檢測(cè)器(46)也可以是與源相關(guān)的完整的環(huán)形檢測(cè)器(52)或部分環(huán)形檢測(cè)器(60)，以提供對(duì)成像體積充分的覆蓋，并提供所采集數(shù)據(jù)的理想的數(shù)學(xué)完整性。
文檔編號(hào)G01N23/04GK101480341SQ200910003449
公開(kāi)日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月26日
發(fā)明者B·K·B·德曼, C·R·威爾遜, E·L·薩拉內(nèi)斯, M·E·弗米利耶, P·M·埃迪克, R·F·森茲, S·K·巴蘇, W·R·羅斯, 吳小頁(yè) 申請(qǐng)人:通用電氣公司