專利名稱：使用多能量x射線源采集計算機斷層數據的系統和方法
技術領域：
一般來說，本發明涉及采集計算機斷層數據的系統和方法，具體來說，涉及使用多能量X射線源來采集計算機斷層數據的系統和方法。
背景技術：
在現代醫學中，醫療專業人員慣常期望實施患者成像檢查從而以非侵入性方式評估患者的內部組織。對于通常的單能量計算機斷層(CT)成像來說，所產生的X射線圖像主要是基于X射線源與X射線探測器之間的由患者組織造成的X射線衰減的各個被分析體素的平均密度的表征。然而，對于多能量X射線成像來說，針對每個體素可以收集更大量的成像數據。例如，在雙能量X射線成像系統中，利用了兩種不同能量(即，不同頻率)的X射線，而較高能量X射線相比較低能量X射線與患者組織的相互作用一般小的多。為了重建 多能量CT投影數據，來認識X射線的基本物理效應，S卩，在被稱為材料分解(MD)的過程中的散射效應和光電效應。在多能量CT數據采集期間，可以使用多能量X射線源提供具有不同能量的X射線，并且該多能量X射線源還能夠從發射具有一種平均能量的X射線快速轉換到發射具有另一種不同平均能量的X射線(即，快速切換源)。例如，X射線源可以是X射線管，并通過在較低電壓和較高電壓之間調制所施加的偏壓(例如，每秒數次)，可以發射具有較高能量和較低能量的X射線。然而，快速切換多能量X射線源在發射具有兩種不同能量的X射線之間切換源時還會發射具有中間能量的X射線。也就是說，例如，雖然雙能量源配置成在施加較低偏壓時發射特定較低能量的X射線，以及在施加較高偏壓時發射較高能量的X射線，但在實際中，在施加到源的偏壓以在較低和較高偏壓之間切換時，該源還會發射具有在較低和較高能量之間能量的X射線。在重建多能量CT成像期間采集的投影數據中，在沒有清楚分辨X射線的能量時，試圖使用MD計算來從光電效應中識別散射效應變得愈加困難并且計算代價高昂。也就是說，在實際上是X射線能量的連續能譜而不只是具有兩種或多種已分辨能量的X射線出現在X射線探測器上時，從計算上分離這些物理效應是不切實際的。

發明內容
在一實施例中，多能量計算機斷層(CT)成像系統包括X射線源，在施加低穩定偏壓、高穩定偏壓以及低穩定偏壓和高穩定偏壓之間的過渡偏壓時發射X射線。成像系統還包括X射線探測器，配置成產生與X射線源發射的X射線到達X射線探測器的強度對應的電信號。成像系統還包括數據處理電路，配置成僅在低穩定偏壓或高穩定偏壓施加到X射線源時采集與X射線探測器所產生電信號對應的第一數據組。成像系統還包括處理器，配置成處理第一所采集數據組并構建一個或多個多能量CT圖像。在一實施例中，多能量輻射成像系統包括輻射源，通過施加兩個或多個穩定偏壓以及各穩定偏壓之間的相應的不穩定偏壓來發射輻射。成像系統還包括輻射探測器，配置成從輻射源接收輻射并產生與所接收輻射的強度對應的電信號。成像系統還包括數據處理電路，配置成在提供激活信號時從輻射探測器所產生的電信號采集第一數據組，以及配置成在不提供激活信號時從輻射探測器所產生的電信號采集第二數據組。成像系統還包括控制器單元，耦合至輻射源和數據處理電路，并且被配置成使到輻射源的穩定偏壓的施加和到數據處理電路的激活信號的施加同步。在一實施例中，一種多能量切換X射線成像系統中改進能量間距的方法，包括X射線源在低偏壓和高偏壓之間切換并發射X射線時監測切換X射線源的源偏壓。該方法還包括使用X射線探測器探測所發射的X射線，所述X射線探測器產生與所探測X射線對應的電信號。該方法還包括激活數據處理電路以在源偏壓穩定在低偏壓或高偏壓時從探測器采集第一數據組。該方法還包括使用處理器處理第一所采集數據組以構建一個或多個多能量計算機斷層(CT)圖像。


通過參考附圖閱讀下面詳細描述，將更好的理解本發明實施例的這些和其他特征·和方面，貫穿附圖中相似參考標記指代相似的部件，其中圖I示出根據本公開多個方面的多能量CT成像系統的一實施例；圖2示出根據本公開多個方面的施加至多能量X射線源的一實施例的偏壓的關于時間的曲線圖；圖3示出根據本公開多個方面的施加至另一多能量X射線源的一實施例的偏壓的關于時間的曲線圖；以及圖4描述了根據本公開多個方面的說明患者成像系統采集和處理X射線投影數據過程的流程圖。單元列表
權利要求
1.一種多能量計算機斷層(CT)成像系統(10)，包括 X射線源(12)，在施加低穩定偏壓(58)、高穩定偏壓(56)以及所述低穩定偏壓(58)與所述高穩定偏壓(56)之間的過渡偏壓(60)時發射X射線(16、20)； X射線探測器(22)，配置成產生與所述X射線源發射的所述X射線(16、20)到達所述X射線探測器(22)的強度對應的電信號； 數據處理電路(34)，配置成僅在所述低穩定偏壓(58)或所述高穩定偏壓(56)施加到所述X射線源(12)時，采集與所述X射線探測器產生的所述電信號對應的第一數據組；以及 處理器(36)，配置成處理所述第一所采集數據組并構建一個或多個多能量CT圖像。
2.根據權利要求I所述的系統(10)，其中所述X射線源(12)包括過濾器，所述過濾器配置成僅在所述低穩定偏壓(58)或所述高穩定偏壓(56)施加到所述X射線源(12)時允許所述X射線源(12)發射X射線(16、20)。
3.根據權利要求I所述的系統(10)，包括時鐘，所述時鐘配置成提供在時間上將所述低穩定偏壓(58)或所述高穩定偏壓(56)到所述X射線源(12)的施加與通過所述數據處理電路(34)的所述第一數據組的采集相關的信號。
4.根據權利要求I所述的系統(10)，其中所述數據處理電路(34)配置成在所述低穩定偏壓(58)與所述高穩定偏壓(56)之間的所述過渡偏壓施加至所述X射線源(12)時，采集與所述X射線探測器(22)產生的所述電信號對應的第二數據組。
5.根據權利要求4所述的系統(10)，包括時鐘，所述時鐘配置成 提供在時間上將所述低穩定偏壓(58)或所述高穩定偏壓(56)到所述X射線源(12)的施加與通過所述數據處理電路(34)的所述第一數據組的采集相關的信號；以及 提供在時間上將所述過渡偏壓￠0)到所述X射線源(12)的施加與通過所述數據處理電路(34)的所述第二數據組的采集相關的信號。
6.根據權利要求4所述的系統，其中所述處理器(36)配置成處理所述第一所采集數據組、所述第二所采集數據組或二者，以構建非多能量CT圖像。
7.根據權利要求4所述的系統，其中所述處理器(36)利用加權計算使用所述第一所采集數據組和所述第二所采集數據組來構建多能量CT圖像，所述加權計算中所述第一所采集數據組的加權不同于所述第二所采集數據組。
8.一種多能量輻射成像系統(10)，包括 輻射源(12)，通過施加兩個或多個穩定偏壓(56、58、82、84、86)以及各穩定偏壓(56、·58、82、84、86)之間的相應的不穩定偏壓(60,88)來發射輻射(16,20)； 輻射探測器(22)，配置成從所述輻射源(12)接所述收輻射(16、20)并產生與所接收輻射(16、20)的強度對應的電信號； 數據處理電路(34)，配置成在激活信號被提供時從所述X射線探測器(22)產生的所述電信號采集第一數據組，以及配置成在所述激活信號未被提供時從所述X射線探測器(22)產生的所述電信號采集第二數據組；以及 控制器單元(30)，耦合至所述輻射源(12)和所述數據處理電路(34)，并配置成使到所述輻射源(12)的所述穩定偏壓(56、58、82、84、86)的施加與到所述數據處理電路(34)的所述激活信號的施加同步。
9.根據權利要求8所述的系統(10)，還包括柵，所述柵配置成允許所述輻射源(12)僅在所述穩定偏壓的施加期間發射輻射(16、20)。
10.根據權利要求8所述的系統(10)，還包括處理器(36)，所述處理器(36)配置成處理所述第一所采集數據組和所述第二所采集數據組之一或二者來構建一個或多個計算機斷層(CT)圖像。
11.根據權利要求10所述的系統(10)，其中所述處理器(36)使用第一所采集數據組、第二所采集數據組或二者，來構建一個或多個單頻CT圖像。
12.根據權利要求10所述的系統(10)，其中所述一個或多個CT圖像至少包括一個多能量CT圖像，所述多能量CT圖像使用加權計算從所述第一所采集數據組和所述第二所采集數據組來構建。
13.根據權利要求12所述的系統(10)，其中所述加權計算包括加權最小二乘估計、力口權平均或加權減法。
全文摘要
本文公開的主題涉及X射線成像系統(10)，以及更具體而言，涉及多能量計算機斷層(CT)X射線成像系統(10)。在一實施例中，多能量計算機斷層(CT)成像系統(10)包括X射線源(12)，在施加低穩定偏壓(58)、高穩定偏壓(56)以及低穩定偏壓(58)與高穩定偏壓(56)之間的過渡偏壓(60)時發射X射線(16、20)。成像系統(10)還包括X射線探測器(22)，配置成產生與X射線源(12)發射的X射線(16、20)到達X射線探測器(22)的強度對應的電信號。成像系統(10)還包括數據處理電路(34)，配置成僅在低穩定偏壓(58)或高穩定偏壓(56)施加到X射線源(12)時采集與X射線探測器(22)產生的電信號對應的第一數據組。成像系統(10)還包括處理器(36)，配置成處理第一所采集數據組并構建一個或多個多能量CT圖像。
文檔編號A61B6/03GK102871682SQ20121033620
公開日2013年1月16日 申請日期2012年6月29日 優先權日2011年6月30日
發明者B·K·B·德曼, 謝強, N·S·錢德拉, 范家華, J·D·佩克 申請人:通用電氣公司