增强型光谱X射线成像制造技术

提供了一种用于x射线成像的装置(100)，该装置包括x射线源(10)和具有多个检测器元件的x射线检测器(20)，其中，该x射线源(10)和该x射线检测器(20)被布置在能够围绕要成像的受试者或物体旋转的支撑物上，以实现在不同视角下的一组投影。该装置(100)被配置为在切换kVp模式下操作x射线源(10)，用于在旋转期间交替地施加包括较低电压和较高电压的至少两个不同的电压，以在该组投影上实现较低能量和较高能量的曝光，从而提供较低能量的投影和较高能量的投影。该x射线检测器(20)是光子计数多仓检测器，被配置为将光子计数分配给多个能量仓，并且该装置被配置为从这些能量仓的至少一个子集中选择计数，以便为较低能量的投影和较高能量的投影二者提供对应的光子计数信息。该装置(100)被配置为基于该对应的光子计数信息，针对多个较低能量的投影和较高能量的投影中的每个投影和/或针对至少一个较低能量的投影与至少一个较高能量的投影的多个组合中的每个组合来执行材料基础分解。个组合来执行材料基础分解。个组合来执行材料基础分解。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增强型光谱X射线成像


[0001]所提出的技术总体上涉及x射线成像，并且更具体地涉及一种用于x射线成像的装置和一种对应的x射线成像系统。

技术介绍

[0002]射线照相成像，比如x射线成像，已经在医学应用和无损测试中使用了多年。
[0003]通常，x射线成像系统包括x射线源和由多个检测器元件组成的x射线检测器。x射线源发射x射线，这些x射线穿过要成像的受试者或物体并且然后由检测器记录。图1是展示了入射x射线光谱与在x射线检测器中实际蓄积的能量的示例的示意图。由于一些材料比其他材料吸收更大部分的x射线，因此可以形成受试者或物体的内部的图像。
[0004]x射线计算机断层摄影(CT)系统包括x射线源和x射线检测器，该x射线源和该x射线检测器的布置方式使得可以在不同视角(通常覆盖至少180度)获取受试者或物体的投影图像。这通常是通过将源和检测器安装在能够围绕受试者或物体旋转的支撑物或台架上来实现的。包含记录在不同检测器元件中的针对不同视角的投影的图像称为正弦图。通常，即使检测器是二维的，使得正弦图成为三维图像，记录在不同检测器元件中的针对不同视角的投影集合也称为正弦图。
[0005]x射线成像的令人关注的发展是能量分辨x射线成像，也称为光谱x射线成像，其中x射线透射被测量为几个不同的能级。
[0006]举例来说，这可以通过让x射线源在两个不同的发射光谱之间快速切换来实现，或者通过使用发射不同x射线光谱的两个或更多个x射线源以所谓的双能量x射线成像方式来实现。典型的实施方式包括：
[0007]i)双重曝光(也称为自旋
‑
自旋或旋转
‑
旋转技术，其中，在一个完整旋转期间使用低加速电压，然后在更高的加速电压下进行第二个完整旋转)，
[0008]ii)双源(为两个旋转的x射线管馈送不同的高电压，通常约为80kV和140kV)，
[0009]iii)快速kV切换(用交替的高电压对x射线管加以脉冲，通常约为80kV和140kV)，以及
[0010]iv)双层技术(夹层检测器，其中，检测器的下部部分比靠近源的部分有效地看到更高的x射线能量)。
[0011]在光谱x射线成像的不同方法中，使用能量区分检测器来测量两个或更多个能级的入射辐射。这样的检测器的示例是光子计数多仓检测器，其中，每个记录的光子生成电流脉冲，该电流脉冲与一组阈值进行比较，由此计算入射到多个能量仓中的每一个能量仓中的光子的数量。
[0012]举例来说，参考文献[1,2]中概述了光子计数检测器。
[0013]在参考文献[3]中，根据辐射源使用的kV波形来调整至少一个能量阈值，使得各个光谱仓中检测到的光子计数基本上均衡。
[0014]想要执行光谱x射线成像的方法和原因在文献中有详细描述。x射线计算机断层摄
影成像的临床原因包括伪影去除和对比度增强。这些方法基于执行材料基础分解的能力，简而言之，可以通过使用人体组织的线性衰减系数被很好地描述为两个能量基函数的线性组合这一事实来确定人体组织的线性衰减系数的完全能量依赖性。
[0015]Faby等人[4]提出了一项模拟研究，其中探讨了使用基于CdTe的光子计数检测器结合双源光谱(见上文第ii点)的潜在好处(两个x射线管)。Faby等人的表II表明，如果使用CdTe的现实响应模型，则可以获得比具有能量积分检测器的双源的图像质量益处和单源光子计数多仓CT的图像质量益处更好的图像质量益处。
[0016]来自基于CdTe的实验多源(双源)光子计数检测器CT的测量结果已于2018年11月在RSNA[5]上发表。实验设置基于光子计数检测器结合两个x射线光谱(双源)，但是由于系统限制应用了双能量的自旋
‑
自旋或旋转
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旋转方法，即，使用低加速电压进行一个完整旋转，然后在高加速电压下进行第二个完整旋转。
[0017]利用光子计数多仓检测器的光子计数光谱CT改进了双能量CT的能力。在两个以上不同能量下估计线性衰减系数允许更高级的图像重建，例如k边缘成像。还有一个普遍的理解，即使对于较简单的重建任务，例如2基础材料分解(即，不使用任何造影剂(比如碘、钆或金纳米粒子)的k边缘)，图像质量也会由于光谱重叠的减少而增强。
[0018]光谱重叠是指用于在双能量成像(一种低能量分布和一种高能量分布)中生成两种信号的光子能量的最大后验(MAP)分布的重叠。通常，在双源或切换kVp中用Sn或某种其他金属对高能谱应用重度过滤，以减少重叠量。这增加了高能谱和低能谱的平均能量之间的差异(增加了光谱分离)，从而允许更好地估计线性衰减系数。光子计数检测器(至少如果它们是理想的光电吸收器)在仓之间具有有限的重叠并且具有较大的光谱分离。
[0019]如果理想的光子计数检测器将事件放置在由上限T
i
和下限T
i+1
(以keV为单位)限定的能量仓中，人们就会知道原始x射线能量遵循T
i
<E<T
i+1
而不是相对更不确定的知识，即像双能技术那样，它来自低能谱或高能谱。这在图2A和图2B中进行了展示，其中针对两个示例系统展示了实际光子能量的入射概率密度函数的最大后验(MAP)估计。
[0020]图2A是展示了对于由80kV和140kV馈电的切换kV系统，光子能量的入射概率密度函数的最大后验(MAP)估计的示例的示意图。如果当管在80kV下操作时检测到光子，则实线展示了可以对其原始能量做出的最佳有根据猜测(就分布而言)。虚线是当管在140kV下操作时入射能量的最大后验估计。这些只是入射射线光谱，因为没有附加信息可用。
[0021]图2B是展示了以光电效应作为唯一相互作用机制的理想光子计数多仓系统的类似最大值后验估计的示例的示意图。如果在由其边缘74keV和91keV限定的第三个仓中检测到来自120kVp光谱的光子，则以80keV为中心的线是实际光子能量的最佳估计。重叠源于有限但现实的能量分辨率，并且清楚地示出了减少光谱重叠并从而获得更准确的入射能量估计的概念，这对图像重建是有益的。
[0022]换句话说，图2A示出了双能量系统的入射x射线能量的MAP概率分布(没有对140
‑
kVp光谱的重度过滤)，并且图2B描绘了光子计数多仓检测器系统的入射x射线能量的MAP概率分布。说明性的光子计数系统具有光电检测器，即入射光子的所有能量都被转换。
[0023]在图2A中，80kVp谱线是x射线能量的最佳估计，因为它是在80
‑
kV曝光期间检测到的，这同样适用于140
‑
kV曝光。它们是高度无信息的，并且仅描绘了两个入射x射线光谱，并且可以看到从30keV到80keV的光谱重叠。在图2B中，存在更清晰的能量分离并且能量的MAP
估计的重叠(这取决于在哪个仓1至5中检测到事件)更小。
[0024]真正的光子计数检测器通常具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于x射线成像的装置(100)，该装置包括x射线源(10)和具有多个检测器元件的x射线检测器(20)，其中，该x射线源(10)和该x射线检测器(20)被布置在能够围绕要成像的受试者或物体旋转的支撑物(12)上，以实现在不同视角下的一组投影，其中，该装置(100)被配置为在切换kVp模式下操作x射线源(10)，用于在旋转期间交替地施加包括较低电压和较高电压的至少两个不同的电压，以在该组投影上实现较低能量和较高能量的曝光，从而提供较低能量的投影和较高能量的投影，其中，该x射线检测器(20)是光子计数多仓检测器，被配置为将光子计数分配给多个能量仓，并且该装置(100)被配置为从这些能量仓的至少一个子集中选择计数，以便为较低能量的投影和较高能量的投影二者提供对应的光子计数信息，其中，该装置(100)被配置为基于该对应的光子计数信息，针对多个较低能量的投影和较高能量的投影中的每个投影和/或针对至少一个较低能量的投影与至少一个较高能量的投影的多个组合中的每个组合来执行材料基础分解。2.如权利要求1所述的装置，其中，该装置(100)被配置为提供快速kV切换，用于在旋转期间向该x射线源(10)交替地施加至少两个不同的电压。3.如权利要求1或2所述的装置，其中，该光子计数多仓检测器(20)被配置为在低能量或高能量曝光下，针对每个投影、即针对每个检测器元件和每个视角，将光子计数分配给能量仓，并且该装置(100)被配置为从这些能量仓的至少一个子集中提取计数以便为该投影提供对应的光子计数信息。4.如权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，该装置(100)被配置为基于关于所应用的x射线光谱的信息来执行材料基础分解。5.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，该装置(100)被配置为：针对多个较低能量的投影和较高能量的投影中的每个投影和/或针对至少一个较低能量的投影与至少一个较高能量的投影的多个组合中的每个组合来执行...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯，
申请(专利权)人：棱镜传感器公司，
类型：发明
国别省市：