具有稳定光束位置的计算断层扫描系统技术方案

一种计算断层扫描系统，光束位置检测器放置在主扇形光束周围的边缘并且相对于主检测器固定，以表示主检测器上的光束位置。光束位置检测器的取向使得其对光束移动的最大灵敏度在由于热效应和重力造成的焦点漂移导致的光束移动的方向上，短期焦点漂移由位于主扇形光束之外的辅助光束来检测，并且通过调整主光束的准直仪的位置可以实时地纠正，焦点位置的长期变化由使用来自光束位置检测器的信息重复校对焦点一光束准直仪数据组来纠正。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及一种计算断层扫描系统，其中X射线源和X射线检测器都绕待扫描物旋转，本专利技术更具体地涉及这种扫描仪中用来在检测器上保持准直X射线光束所需的平均位置的子系统。计算断层扫描系统通常包括一个射线源，其向阳极发射一光束电子光束并射到其上，以定义产生射线的焦点。一或多个光束准直仪定义一从焦点发射出来的扇形光束，而和射线源处于相对位置处的X射线检测器阵列接收X射线束。在第三代计算断层扫描系统中，射线源和X射线检测器都安装在可旋转抬架上以便绕待扫描物体旋转。阳极由于电子光束轰击到其上而处于过热状态。因此将其设计成快速旋转，使得电子光束轰击阳极任意单独位置的时间不超过一秒的一部分，从而减少了阳极局部过热和可能部分熔化的危险。尽管阳极在旋转，但是电子光束的热量使得阳极和它的支撑结构膨胀，这导致阳极的焦点漂移。重力作用和射线源的旋转也导致了焦点的漂移。这种焦点漂移通常出现在轴，或者Z方向，并导致扇形光束也沿Z方向改变其在主X射线检测器上的位置。光束在主检测器上位置的改变会对检测器的增益和能量灵敏度产生变化，特别是当检测器校验后过了一段时间(几天或几周)才使用的情形。这将会导致在再现图像中出现环形伪影。已知使用例如在Z方向上高度一致并且在Z方向上对光束的移动不敏感的检测器，来纠正或者补偿焦点漂移。但是，具有这种特性的固态检测器的生产成本很昂贵。气体检测器是一种较便宜的替代装置。虽然氙气检测器比固态检测器的灵敏度更一致，但是它们明显效率太低，因此不是适合的替代装置。纠正焦点漂移的另一种方法是使用放在待扫描体和检测器之间的后患者准直仪(post-patient)。后患者准直仪最好在实际中最大限度地靠近检测器并限定光束的尺寸，使得到达检测器的光束小于到达患者的光束。当光束沿Z方向移动时光束的边缘被后患者准直仪遮住，永远轰击不到检测器。从而使轰击到检测器上的准直光光束保持在相对于检测器的固定位置上。此技术的缺点是有可能潜在着很大剂量的通过患者的射线没有被检测到。这样患者将被超过用于提供诊断信息的射线照射。在现有技术中，照射到X射线检测器上的光束可以由，例如，位于光束的周围边缘处的参考检测器来测量，射到周边放置的参考检测器上的光束部分通常不被在它路径上的任何物体封挡或遮挡。这样，来自参考检测器的信号数值为一个常数，除非当参考检测器被干扰或者封挡。这种方法公开在，例如，Glover等人的美国专利第4,559,639号，Gard等人的第5,550,889号，Gard的第5,706,326号，Styrnol等人的第5,299,250号，Gard等人的第5,131,021号，Levene的第5,065,420号，Boomgaarden等人的第4,991,189号，和Uno等人的4,769,827号专利申请中。使用位于扇形光束周围边缘的一或多个参考检测器的缺点是它们有时会被患者封挡或遮挡。如果发生此情况，参考检测器提供的信号数值将是变化的，而不是常数，这说明或者光束在主检测器上的位置发生了改变，或者由于遮挡了参考检测器而导致了信号数值的变化。这样靠参考检测器提供具有常数数值的信号将不可靠，因此不能用于确定主检测器上一个固定的光束位置。为避免参考检测器放置在周围被遮挡的问题，可以将参考检测器重新放置使得到达参考检测器的X射线束部分永远不被封闭，像，例如，放置在光束定义预准直仪和X射线管之间。在这种方法中，一个分立的、辅助光束从焦点射向辅助检测器，辅助检测器可能不在主光束平面内，或者超出了主光束的边缘。辅助光束相对于参考检测器的移动表明焦点的漂动。响应于来自参考检测器的信号可以监测并保持主检测器上所需的光束位置，该信号驱动光束定义准直仪以便将光束放在所需的位置处。此技术公开在例如，这里引用作为参考的Dobbs等人的美国专利第5,550,886号、Yamazaki等人的美国专利第5,469,429号和Tsjii等人的第4,803,711号专利文件中。参考检测器必须经校对以获得作为焦点位置函数的所需的主光束位置。参考检测器的长期稳定性是其校对稳定性的函数。现有技术指出了焦点和其它系统元件长期热漂移的问题，但未指出重力产生的焦点漂移问题，它是在系统元件旋转一周过程中出现的正弦变化量。这样，需要一种计算断层扫描仪，它在长期和短期，即，在可能会延续几天、几周、几月或者更长的源和检测器的多次旋转过程中，以及在源和检测器旋转一周的过程中，都能在主检测器上提供稳定的光束位置本专利技术通过对短期和长期影响引起的焦点漂移进行补偿，提供了短期和长期的光束位置稳定性。根据本专利技术的一个方面，提供的计算机断层术系统，包括一个射线源，一个适于接收产生于源的焦点处的X射线光束的X射线检测器主阵列，和一个扇形光束准直仪，其放置在焦点和主检测器阵列之间以限定义扇形光束。射线源和主检测器由可旋转的台座支撑以便沿待扫描物体旋转。该断层术扫描系统在源和检测器的旋转中在扇形光束和主阵列的检测器之间保持准直，并且在源和检测器的整数周旋过程中不断地校对光束准直仪和焦点位置以便在主阵列检测器上保持所需的扇形光束位置。该系统包括检测焦点位置的变化并根据焦点位置的变化移动光束准直仪的装置，以便在主检测器阵列的检测器上保持所需的光束位置；将扇形光束准直仪的位置和焦点位置相关联并建立一组相应的校对数据的装置；在主阵列检测器上定义所需的平均扇形光束位置，并通过系统的整周旋转，检测在系统一次给定的旋转中主阵列的检测器上实际平均扇形光束位置相对于主阵列检测器上所需的平均扇形光束位置的偏差的装置；和纠正校对数据以便在主阵列的检测器上保持所需的平均扇形光束位置的装置。检测焦点位置变化并响应于该变化移动扇形光束准直仪的装置，最好包括定义一个在焦点处产生并被导向与扇形光束方向不同，如射出扇形光束所在的平面或者超出扇形光束边缘的辅助射线光束的装置。响应于该辅助射线光束的辅助光束检测器检测焦点在Z轴方向上位置的变化并产生一个控制扇形光束准直仪移动的控制信号。检测实际扇形光束位置相对于所需平均扇形光束位置的偏差的装置最好包括一个靠近主检测器阵列并大致位于扇形光束中的光束位置检测器。光束位置检测器最好放在扇形光束周围的边缘上。在优选实施例中，最好将光束位置检测器的取向定为使得其在Z方向的对光束位置变化的灵敏度最高。因此，光束位置检测器的主轴最好大致与主阵列检测器的主轴横截。在一个特别优选的实施例中，光束位置检测器的主轴和主阵列检测器的主轴大约构成82°度。纠正校对数据的装置，最好包括确定在轰击到光束位置检测器上的扇形光束部分中存在或不存在可检测器物体的装置。只有当在扇形光束部分中不存在可检测物体时光束位置检测器产生的信息被用于纠正准直数据。将任意时刻来自光束位置检测器的信号与在确知未被任何光束中的物体遮挡的时刻来自光束位置检测器的信号进行比较。因为光束在主检测器上位置的变化是作用在X射线源和检测器上的重力的正弦函数，所以主阵列检测器上所需的光束位置是在源和检测器的整数周旋转过程中确定的平均光束位置，而不是由一周或几周的部分旋转确定的。下面，本专利技术的这些和其它的目的和优点将会逐步变得明显。包含具有上述结构的装置的本专利技术，其各部件的组合和排布将会在以下部分中，通过实施例进行描述，本专利技术要求保护的范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
在计算断层扫描系统中包括一个射线源，一个适于接收在该源的焦点处产生的Ｘ射线光束的Ｘ射线检测器主阵列，其中射线源和主检测器阵列支撑在可旋转的台座上，以便沿待扫描物体旋转，一个放置在焦点和主检测器阵列之间用来定义扇形光束的扇形光束准直仪，用来在源和检测器的旋转过程中在扇形光束和主阵列检测器之间保持准直并在系统的整数周旋转中不断地校对系统以在主阵列检测器上保持所需的扇形光束位置的装置，包括：用于检测焦点位置变化以及根据所述变化移动扇形光束准直仪以便在主检测器阵列的检测器上保持所 需的光束位置的装置；将扇形光束准直仪的位置与焦点的位置相关联以建立相应的校对数据组的装置；在主阵列检测器上定义所需的平均扇形光束位置，并经过系统的整数周旋转确定主阵列检测器上实际的平均扇形光束位置相对于主阵列检测器上所需的平均扇形光 束位置的偏移的装置；和纠正校对数据使得在主阵列检测器上保持所需的平均扇形光束位置的装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约翰M多布斯，鲁文戴希，詹姆斯鲍尔斯，
申请(专利权)人：模拟技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]