頻譜ct的制作方法

專利名稱：頻譜ct的制作方法
頻譜CT本發明總體上涉及一種頻譜成像，尤其適用于頻譜計算機斷層攝影(CT)。常規計算斷層攝影(CT)掃描器包括與一個或多個積分探測器相對安裝于可旋轉 掃描架上的X射線管。X射線管繞位于X射線管和一個或多個探測器之間的檢查區域旋轉， 并且發射多色輻射，多色輻射穿過檢查區域以及設置于檢查區域中的受試者和/或對象。 一個或多個探測器探測穿過檢查區域的輻射并生成指示檢查區域及設置于其中的受試者 和/或對象的信號或投影數據。投影數據用于重建其體圖像數據，體數據可用于生成受試者和/或對象的一個或 多個圖像。所得的圖像包括像素，通常是根據對應于相對放射密度的灰度值表示像素的。這 種信息反映了被掃描的受試者和/或對象的衰減特性，并且大體示出諸如患者體內的解剖 結構、無生命對象的內部物理結構等結構。探測到的輻射還包括頻譜信息，因為受試者和/或對象對輻射的吸收取決于穿過 其的光子的能量。這種頻譜信息提供了額外信息，例如指示受試者和/或對象的組織和/ 或材料的元素或材料組成(例如原子序數)的信息。然而，對于常規CT而言，投影數據不 反映頻譜特性，因為一個或多個探測器輸出的信號與在能譜上積分的能量注量成正比。在頻譜CT中，利用頻譜特性來提供更多的信息，例如指示元素組成的信息。令人 遺憾的是，常規頻譜CT技術可能很復雜和/或對噪聲敏感，這影響了在材料之間進行區分 的能力。于是，對其他頻譜技術的需要一直未得到解決。本申請的各方面提供了解決上述問題和其他問題的新的改進的頻譜CT技術。根據一個方面，一種成像系統包括繞檢查區域旋轉并發射穿過檢查區域的輻射的 輻射源。輻射源發射的輻射具有在成像程序期間在至少兩個不同能量譜之間有選擇地交替 切換的能量譜。該系統還包括探測穿過檢查區域的輻射的能量分辨探測器陣列。能量分辨 探測器陣列在至少兩個不同能量范圍上分辨所探測的輻射并根據發射能量譜和能量范圍 兩者產生能量分辨的輸出信號。該系統還包括對能量分辨的輸出信號執行頻譜重建的重建器。根據另一方面，一種方法包括生成有選擇地交替具有至少第一和第二發射頻譜的 輻射；利用至少兩種具有不同頻譜吸收性質的材料探測并過濾所生成的輻射；在至少兩個 能量范圍上對經過濾的輻射進行能量分辨；以及重建經能量分辨的輻射。根據另一方面，一種成像系統包括發射第一輻射的第一輻射源，所述第一輻射具 有在成像程序期間在至少兩個不同能量譜之間有選擇地交替切換的第一能量譜；以及發射 第二輻射的第二輻射源，所述第二輻射具有在成像程序期間在至少兩個不同能量譜之間有 選擇地交替切換的第二能量譜，其中所述第一和第二輻射源彼此偏移非零角度。該成像系 統還包括第一能量分辨探測器陣列，所述第一能量分辨探測器陣列在至少第一組兩個不 同能量范圍上探測并分辨所述第一輻射并根據所述第一能量譜和第一組能量范圍產生能 量分辨的第一輸出信號；以及第二能量分辨探測器陣列，所述第二能量分辨探測器陣列在 至少第二組兩個不同能量范圍上探測并分辨所述第二輻射并根據所述第二能量譜和第二 組能量范圍產生能量分辨的第二輸出信號。該成像系統還包括對能量分辨的第一和第二輸出信號執行頻譜重建的重建器。根據另一方面，一種成像系統包括發射光子的第一輻射源。該成像系統還包括配 置成在成像程序中有選擇地交替切換所述輻射源的第一輻射源電壓的第一輻射源電壓確 定器。光子計數探測器陣列探測所述成像程序期間由所述第一輻射源發射的第一光子并生 成幅度指示所探測的第一光子的能量的第一信號。信號處理電子設備基于所述第一信號將 所探測的第一光子與第一能量范圍相關聯，所述第一能量范圍與所探測的第一光子的能量 對應。根據另一方面，一種方法包括切換成像程序期間發射的輻射的發射頻譜；與切換 所述發射頻譜協調地設置一組能量閾值；探測所發射的輻射；以及基于所述組能量閾值識 別所探測的輻射的能量。可以通過各種部件或部件布置以及通過各種步驟或步驟布置體現本發明。附圖的 作用僅在于對優選實施例進行圖示，且不應被解釋為對本發明構成限制。

圖1示出了一種具有能量分辨探測器陣列的示例性成像系統；圖2示出了一種示例性能量分辨探測器；圖3示出了另一種示例性能量分辨探測器；圖4示出了一種示例性雙管成像系統；圖5示出了一種示例性三管成像系統；圖6示出了一種示例性方法；圖7示出了一種具有光子計數探測器陣列的示例性成像系統；圖8示出了一種示例性能量鑒別器比較器；圖9示出了一種具有光子計數探測器陣列和閾值設置器的示例性成像系統；圖10示出了一種用于能量鑒別器比較器的示例性閾值設置器；圖11示出了一種用于能量鑒別器比較器的另一示例性閾值設置器。參考圖1，計算機斷層攝影(CT)掃描器100包括一般靜止的掃描架部分102和旋 轉掃描架部分104。旋轉掃描架部分104由一般靜止的掃描架部分102經由軸承等可旋轉 地支撐。諸如X射線管的輻射源106由旋轉掃描架部分104支撐并與其一同繞縱軸或ζ軸 110在檢查區域108周圍旋轉。源準直器114等對輻射源106發射的輻射進行準直，產生穿 過檢查區域108的大致錐形、扇形、楔形或其他形狀的輻射束。輻射源電壓確定器112有選擇地確定(平均)發射電壓。在一種情況下，輻射源電 壓確定器112切換或改變同一受試者/對象的相繼掃描之間的發射電壓。或者，輻射源電壓 確定器112在同一個掃描期間——例如在視圖之間、在視圖之內和/或在其他情況下—— 切換發射電壓。結果，可以使用具有不同能量譜的輻射束掃描受試者/對象。由于材料對 光子的吸收取決于光子能量，所以可以使用來自兩個掃描的數據確定指示被掃描的受試者 /對象中組織/材料的元素組成的信息，例如原子序數。作為非限制性示例，輻射源電壓確定器112可以在掃描之間、在視圖之間、在視圖 之內和/或在其他情況下在大約80kV和大約140kV之間切換發射電壓。可以使用過濾器過 濾較高發射電壓下的低能量光子，這可以改進系統的頻譜敏感度。切換發射電壓的結果是， 輻射源106產生具有第一能量譜的第一輻射束和具有不同的第二能量譜的第二輻射束。當然，可預期其他發射電壓，輻射源電壓確定器112可以在超過兩種不同發射電壓之間進行 切換。能量分辨探測器陣列116跨過相對于輻射源106與檢查區域108相對的角度弧， 并探測穿過檢查區域108的輻射。圖示的能量分辨探測器陣列116包括光電傳感器陣列 118和閃爍體陣列120，光電傳感器陣列118具有諸如光電二極管等的光電傳感器，閃爍體 陣列120在光電傳感器陣列118的感光側上光耦合到光電傳感器陣列118。能量分辨探測 器陣列116布置在掃描器100中，使得閃爍體120接收入射輻射。盡管僅示出了單行能量 分辨探測器陣列116，但這里也可預期二維能量分辨探測器陣列，其行沿著ζ軸方向延伸， 列沿著橫向方向延伸。圖示的閃爍體陣列120包括兩個或更多個具有不同頻譜敏感度的區域122、124。 如下文更詳細所述，頻譜敏感度可以是區域(在入射光子方向上的)厚度和/或閃爍材料 的類型的函數，并且對應于一能量范圍。通常，限定距輻射源最近的閃爍材料的厚度以優化 頻譜性能，因為能量吸收是深度相關的。光電傳感器陣列118中的光電傳感器的頻譜敏感 度與閃爍區域122、124的發射頻譜匹配。例如，光電傳感器陣列118中的一些光電傳感器 探測閃爍區域122發射的光，而光電傳感器陣列118中的其他光電傳感器探測閃爍區域124 發射的光。通常，較低能量的光子在閃爍區域122中被吸收，而穿過閃爍區域122的光子在 閃爍區域124中被吸收。能量分辨探測器陣列116輸出指示所探測輻射的信號或投影數據。陣列116可以 是雙層探測器陣列，作為能量敏感光子計數探測器陣列或其他能量分辨探測器陣列。由于 掃描期間發射電壓可能變化且能量分辨探測器陣列116對光子能量敏感，所以能量分辨探 測器陣列116生成能量分辨的投影數據dn，其中η表示針對第η個能量范圍的能量分辨的 數據。例如，在發射電壓在掃描期間在兩個不同發射電壓之間切換且探測器陣列116包括 兩組具有不同頻譜敏感度的光電傳感器的情況下，所得的投影數據包括四個(4)獨立的能 量分辨的測量值，表示兩個發射電壓和兩個光電傳感器頻譜敏感度的不同組合。重建器1 重建來自探測器陣列的投影數據并生成指示檢查區域108的體圖像數 據。如上所述，重建器126接收指示在η個能量范圍中探測到的能量的能量分辨的探測器 信號《。重建器1 采用一種或多種頻譜分解算法1 和/或一種或多種頻譜重建算法 130，例如重建頻譜數據的最大似然(ML)重建算法，其考慮了所探測的頻譜信息。在一個實施例中，分解算法1 包括將數據建模為具有衰減頻譜P (E)的光電效應 和具有衰減頻譜C(E)的康普頓效應的組合的算法。可以根據以下關系將每一探測信號dn 中這些分量的密度長度積，即光電效應分量P和康普頓效應分量c的密度長度積，建模為非 線性系統方程1 dn = / dE T (E) Dn (E) exp (- (ρ P (E) +c C(E))),其中T(E)為輻射源106的發射頻譜，Dn(E)為第η測量值的頻譜敏感度。在對于至少兩個能量范圍有至少兩個探測信號屯、d2可用的情況下，形成至少兩 個方程的方程組，其具有兩個未知數，可以利用已知的數值方法求解。可以單獨地或組合地 使用結果P和c以利用常規重建方法重建期望分量的圖像。對于K邊緣探測而言，還考慮感興趣材料(例如造影劑)的K邊緣的衰減頻譜K(E)，根據以下關系將每一探測信號dn中光電效應分量P、康普頓效應分量c和K邊緣分量 K的密度長度積建模為離散的非線性系統方程2 dn = / dE T (E) Dn (E) exp (- (ρ P (E) +c C (E) +k K (E)))。在這種情況下，需要至少三個探測信號屯、d2、d3來形成具有三個未知數的至少三 個方程的方程組。可以單獨地或組合地使用結果P、c和k以利用常規重建方法重建期望分 量的圖像。對于方程1和2，一般都可以通過改進輸入信號的能量分辨率，例如通過增加范圍 的數量，來獲得改進的敏感度和噪聲魯棒性。在我們的以上示例中，包括在兩個發射電壓之 間切換以及探測兩個不同能量范圍的輻射，對于四個(4)不同的頻譜測量值有四個(4)探 測信號屯、d2、d3和d4可用。這樣一來，可以改進噪聲特性，這可以便于材料之間的區分。在另一實施例中，分解算法包括將能量分辨的數據^重建成獨立的圖像并利用基 于圖像的分析技術獲得有意義的臨床信息。一種非限制性方式是執行N維聚類分析以將圖 像分解成諸如軟組織、鈣、碘或其他材料的分量，其中N是針對每條幾何射線執行的不同頻 譜測量的次數。掃描器100還包括支撐檢查區域108內的人或對象的患者床或患者支撐132。支 撐132是可移動的，使得操作者或系統能夠在掃描之前、期間和/或之后在檢查區域108之 內適當定位受試者。諸如操作者控制臺134的計算系統便于用戶與掃描器100交互。操作 者控制臺134執行的軟件應用程序允許用戶配置和/或控制掃描器100的運行。例如，用 戶能夠與操作者控制臺134交互，以選擇包括發射電壓切換、能量分辨的探測和/或頻譜重 建的協議。通過組合發射電壓切換和能量分辨探測器陣列116，不僅能夠像利用常規CT那樣 獲得密度信息，而且可以確定元素或材料組成、新陳代謝和/或其他信息。例如，心臟程序 可能利用造影劑。使用常規投影重建，可能難以將造影劑與冠狀動脈斑塊區分開。不過，通 過獲取頻譜信息，盡管造影劑和冠狀動脈斑塊可能具有類似的放射密度特性，但也可以基 于它們的元素組成區分它們。此外，這里的系統可以通過考慮發射頻譜和探測器頻譜敏感 度兩者來改進結果。圖2示出了示例性的適當的能量分辨探測器陣列116。在本示例中，第一區域122 是具有第一厚度Tl的第一層第一閃爍材料，第二區域IM是具有第二厚度T2的第二層第 二閃爍材料。第一和第二閃爍體層122、IM按照雙層配置耦合，其中第一層122在閃爍體 120的第一側202上，第二層在閃爍體120的第二側204上。光電傳感器陣列118耦合到第二側204，光電二極管206、208在襯底210上并面對 光電傳感器118的光接收側，這是與閃爍體120的第二側204相鄰的一側。這樣一來，第二 層1 設置于或夾在第一層122和光電傳感器118之間。布置探測器陣列116，使得第一側 202面對入射光子。如上文簡述，能量吸收取決于用于形成第一和第二層122、124的材料及其厚度。 在本示例中，第一層122的厚度Tl比第二層124的厚度T2薄。在其他實施例中，厚度可以 基本相等，或厚度T2可以比厚度Tl薄。根據期望的頻譜敏感度選擇層厚度Tl和T2。通 常，同樣材料較厚的層比同樣材料較薄的層吸收更高能量的光子。
閃爍材料也是根據期望的頻譜敏感度選擇的。在這一實施例中，第一和第二閃爍 材料包括硫氧化釓(“G0S”)，其在大約五十(50)千電子伏特(keV)處具有K邊緣。在其 他實施例中，可以使用具有閃爍性質的其他材料，例如硒化鋅(&1%)、鎢酸鎘(CdWO4)或其 他閃爍材料。此外，第一和第二閃爍材料可以包括具有不同頻譜敏感度的不同材料。如上文簡述，光電二極管206、208的發射頻譜與對應的閃爍層122、124的頻譜敏 感度匹配。例如，光電二極管206可以具有與第一閃爍層122的頻譜敏感度或發射波長匹 配的頻譜敏感度，光電二極管208可以具有與第二閃爍層124的頻譜敏感度或發射波長匹 配的頻譜敏感度。結果，僅有第一閃爍層122發射的光被第一光電二極管206吸收，且僅有 第二閃爍層1 發射的光被第二光電二極管208吸收。穿過檢查區域108的光子撞擊第一閃爍層122，其將已通過檢查區域的最軟或最 低能量的光子轉換成第一波長或能量的光。穿過第一閃爍層122的光子撞擊第二閃爍層 124，其將已通過檢查區域的較硬或較高能量的光子轉換成第二較低波長或較高能量的光。 作為非限制性示例，第一閃爍層122的厚度Tl和/或材料可以使得第一層122基本將所 有50keV或更低的光子轉換成光并使基本所有90keV或更高的光子通過以到達第二閃爍層 124，第二閃爍層IM具有厚度T2和/或材料，使其基本將所有高達90keV的光子轉換成光。 光電二極管206和208分別探測由第一和第二層122和IM產生的光。圖3示出了備選能量分辨探測器陣列116，其中光電傳感器陣列118在垂直于碰撞 光子的方向上耦合到閃爍體120的一側。在該實施例中，可以在第一和第二層122和IM 的表面上包括光反射涂層302以分別將光引導到光電二極管206和208。這里也可預期 其他探測器布置。例如，2006年4月10日提交的申請號為PCT/IB2006/051091，公開號為 W02006114716A2，名稱為“DOUBLE DECKER DETECTOR FOR SPECTRAL CT”的專利中描述的探 測器，以引用的方式將其整體并入本文。圖4和圖5分別示出了利用雙管和三管系統的備選實施例。當然，這里也可預期 具有超過三個管的實施例。一開始參考圖4，雙管系統400包括第一輻射源Tl和具有第一和第二閃爍體層 402和404的對應的第一探測器陣列D1，以及第二輻射源T2和具有第一和第二閃爍體層 406和408的對應的第二探測器陣列D2。在本示例中，輻射源Tl和T2彼此偏移大約九十 (90)度。在其他實施例中，輻射源Tl和T2可以彼此偏移小于或大于九十(90)度。注意， 閃爍體層402、404、406和408的厚度是不同的。如這里論述，可以根據期望的頻譜敏感度 并根據例如管電壓設置閃爍體層402、404、406和408的厚度。為了清楚起見，省略了光電 傳感器陣列118。在圖5中，系統500包括第一輻射源Tl和具有第一和第二閃爍體層502和504的 對應的第一探測器陣列D1、第二輻射源T2和具有第一和第二閃爍體層506和508的對應 的第二探測器陣列D2，以及第三輻射源T3和具有第一和第二閃爍體層510和512的對應 的第三探測器陣列D3。在本示例中，輻射源T1、T2和T3彼此偏移大約一百二十(120)度。 在其他實施例中，輻射源Τ1-Τ3可以彼此偏移小于或大于一百二十(120)度。同樣地，閃爍 體層502、504、506、508、510和512的厚度是不同的，并根據期望的頻譜敏感度并根據例如 管電壓進行設置。同樣，為了清楚起見，省略了光電傳感器陣列118。對于系統400和500中的每個而言，可以針對相應系統中的所有輻射源共同采用kV切換或針對每個輻射源獨立采用kV切換。這樣一來，系統400可以生成八(8)個獨立的 能量分辨的測量值，其中每個輻射源/探測器陣列對四⑷個，系統500可以生成十二(12) 個獨立的能量分辨的測量值，其中同樣每個輻射源/探測器陣列對四(4)個。在一種情況下，這樣的系統400和500允許通過不同輻射源采集具有不同頻譜特 性的相同射線。此外，系統400和500允許通過獨立設置用于各管的管電流而在“高能量” 采集和“低能量”采集之間選擇性地分布劑量。此外，減小了與過濾器切換(與kV切換并 行)相關的困難。盡管出于說明的目的在兩層的背景下描述了以上示例，但要理解的是，這里可預 期具有一層或超過兩層的探測器。例如，可以使用具有三種不同過濾器材料的一層、具有 kVp切換的雙管系統、三管系統和/或其他配置。圖6示出了方法600。在602，生成輻射，該輻射有選擇地交替具有至少第一和第 二發射頻譜。如上所述，輻射穿過檢查區域并撞擊具有閃爍體120和光電傳感器陣列118 的能量分辨探測器陣列116。在604，探測器陣列116交替探測具有每種能量譜的輻射。在 606，探測器陣列116的閃爍體120利用至少兩種具有不同頻譜吸收性質的材料過濾所生成 的輻射并生成指示所探測輻射的能量的光信號。在608，探測器陣列116中至少兩個均具有與兩種材料中不同的一種匹配的頻譜 敏感度的光電傳感器206、208接收光信號并基于發射頻譜和材料頻譜特性生成能量分辨 的輸出信號。在輻射束在兩種發射頻譜之間切換且過濾器包括兩種具有不同能量吸收性質 的材料的情況下，能量分辨的輸出信號將包括四種獨立的能量分辨的信號。在610，利用頻
譜重建算法重建能量分辨的輸出信號。可以應用這里所述的系統和方法的示例性應用包括但不限于行李檢查、醫療應 用、動物成像、心臟掃描、材料測試、非破壞性成像、機器視覺和材料科學。此外，可應用于在 單個CT掃描架上使用多個射線管(和多個探測器)的X射線CT系統。其他適當的應用包 括期望通過更高頻譜性能進行組織區分加上能夠基于當前的積分探測器在CT系統中實現 K邊緣成像的應用。圖7示出了系統100的另一實施例。在該實施例中，探測器陣列116是光子計數 探測器陣列。如這里論述，輻射源106發射穿過檢查區域108的輻射，輻射源電壓確定器112基 于來自控制臺134的掃描信息，通過在程序期間，例如在掃描期間(例如在視圖之內、在視 圖之間等)、在掃描之間和/或在其他情況下切換源電壓，有選擇地確定輻射源106發射的 輻射的發射頻譜。探測器陣列116探測穿過檢查區域108的光子。在本示例中，探測器陣列116生 成峰值幅度指示所探測光子的能量的信號，例如電流或電壓信號。信號處理電子設備基于 該信號識別所探測的光子和/或將其與對應于所探測的光子的能量的能量范圍相關聯。信號處理電子設備包括脈沖整形器702，其處理信號并生成指示所探測光子的能 量的諸如電壓的脈沖或其他脈沖。要認識到，在被脈沖整形器702處理之前，信號可以被放 大和/或以其他方式進行處理。能量鑒別器704對脈沖進行能量鑒別。在圖示的示例中，能量鑒別器704包括比 較器706，比較器706將脈沖幅度與兩個或更多個對應于不同感興趣能量的不同能量閾值進行比較。比較器706基于該比較產生指示光子的能量的輸出信號。簡要參考圖8，示出了示例性比較器706。在本示例中，比較器706包括N個子比 較器706”……、706N，其中N為整數。子比較器706”……、70 中的每個包括第一輸入， 第一輸入接收脈沖整形器702的輸出。子比較器706”……、70&中的每個還包括第二輸 入，第二輸入接收閾值THp……THno在本示例中，使用靜態的一組閾值，即同一組閾值對于每個發射頻譜都是可用的。 在一種情況下，使用相同的閾值區分不同發射頻譜的光子能量。在另一種情況下，可以為不 同的發射頻譜使用不同的子組閾值。子比較器706”……、70&中的每個產生指示進入的脈沖的幅度是否超過對應的 閾值的輸出。例如，子比較器70 的輸出可以基于進入的脈沖的峰值幅度和閾值1 之間 的比較而在諸如高和低、0和1等狀態之間轉變。控制臺134提供可用于出于重建目的而將 發射頻譜與子比較器706”……、70&的輸出相關聯的信息。返回到圖7，計數器708基于能量鑒別器704的輸出針對每個閾值增加計數值。例 如，在比較器706針對特定閾值的輸出指示脈沖的幅度超過對應的閾值時，將針對該閾值 的計數值增加。分箱器(birmer)710基于計數將信號，并因而將光子按能量劃分到兩個或更多個 能量箱中。能量箱可以包含能量范圍或窗口。例如，可以針對兩個閾值之間的能量范圍定 義能量箱，其中向該箱中分配導致針對較低閾值的計數而非針對較高閾值的計數的光子。重建器1 基于信號的頻譜特性有選擇地重建探測器116生成的信號。在圖9中，系統100還包括閾值設置器902，其便于為比較器706設置適當組的閾 值。輻射源電壓確定器112設置源電壓，且與之同步或協調地，閾值設置器902便于設置對 應組的閾值，使得對于每個源電壓都有適當組的閾值可用。在圖示的示例中，控制臺134向 輻射源電壓確定器112和鑒別器704發送源電壓和閾值切換觸發信號。在另一種情況下，在其切換源電壓時，輻射源電壓確定器112向鑒別器704發送閾 值切換觸發信號。在又一示例中，另一部件向鑒別器704發送閾值切換觸發信號。在又一 種情況下，輻射源電壓確定器112和/或閾值設置器902基于定時算法、輻射源106的角位 置和/或以其他方式分別切換源電壓和/或閾值。圖10示出了示例閾值設置器902。在本示例中，閾值設置器902包括N套閾值 1002、……、1004。每一套閾值包括基于對應的源電壓的一組閾值。閾值設置器902的開 關1006從控制臺134接收切換信號并基于該信號設置閾值。要認識到，可以針對不同的源 電壓使用閾值組中的一個或多個。還要認識到，可以針對不同的源電壓使用閾值組中的單 組閾值。圖11示出了另一示例閾值設置器902。在本示例中，閾值設置器902在運行中動 態地生成閾值。這可以包括使用算法、查找表或其他技術來基于源電壓生成一組閾值。這 還可以包括使用用戶定義的預編程指令集來確定和設置閾值。要理解的是，圖7和圖9中所示的單輻射源實施例可以包括超過一個輻射源(以 及一個或多個對應的輻射源電壓確定器11 ，例如M個輻射源(其中M為整數)，這類似于 但不限于圖4和圖5中所示的多源實施例。在這種情況下，每個輻射源106都具有對應的光子計數探測器陣列116和對應的信號處理電子設備，信號處理電子設備包括脈沖整形器702、鑒別器704和比較器706，包括 圖8、圖10和圖11中所示的比較器配置之一和/或其他比較器配置。每個信號處理電子設 備還可以包括對應的計數器708和分箱器710，或者可以與多個輻射源中的兩個或更多個 結合使用共享的計數器708和/或分箱器710。這樣一來，可以如這里所述那樣控制源電壓和比較器閾值。例如，可以同步設置針 對至少兩個輻射源106和對應的探測器陣列116的源電壓和比較器閾值，包括彼此獨立地設置。可以通過多種方式確定閾值的數量，包括預先確定，根據探測器陣列116的探測 器能量分辨率設置，和/或以其他方式確定。在中間情形下，可以從經驗上、從理論上和/ 或以其他方式確定探測器陣列116的一個或多個探測元件的分辨率。根據這種信息可以確 定閾值的適當數量。例如，對于從IOkeV到1 OOkeV的頻譜范圍，20keV的探測器陣列116的能量分 辨率以及可配置數量的閾值，閾值的適當數量可以是四⑷個或[(100-10)/20]舍位 (truncation)。這一數量的閾值考慮了探測器陣列的能量分辨率。當然，可以使用更多或 更少的閾值。可以通過各種方式確定閾值。例如，在針對每個發射頻譜使用單組閾值的情況下， 可以設置該組閾值，使得沒有閾值高于最高的kVp設置。例如，當在80和120kVp之間切 換輻射源時，可以將最高閾值設置成等于或小于80keV。這樣設置閾值可以比設置為高于 SOkeV的閾值改進效率，因為這樣的閾值高于SOkVp的較低源電壓。然而，閾值不受這樣的 限制，當在80和120kVp之間或在其他情況下切換時，可以將閾值設置為高于80keV。如上 所述，也可以使一個或多個閾值無效。在另一種情況下，可以根據向被掃描對象或受試者施予的造影劑中的造影材料的 K邊緣來設置一個或多個閾值。在造影劑包括兩種或更多種這樣的材料時，可以根據兩種或 更多種材料的K邊緣來設置兩個或更多個閾值。在一種情況下，基于K邊緣設置閾值包括 將閾值設置在K邊緣能量處或剛低于K邊緣能量。例如，在造影劑包括釓(K邊緣 50keV) 時，可以將閾值設置在50keV或剛低于50keV。當然，可以使用與造影劑中其他K邊緣材料 對應的閾值。已經參考優選實施例描述了本發明。在閱讀并理解了前述詳細說明后，其他人員 可以想到修改和變化。意在將本發明解釋為包括所有這種修改和變化，只要它們落在隨附 的權利要求書及其等同要件的范圍之內。
權利要求
1.一種成像系統，包括繞檢查區域旋轉并發射穿過所述檢查區域的輻射的輻射源(106，Tl，T2，T3)，其中，所 述輻射源(106，Τ1，Τ2，Τ;3)發射的輻射具有在成像程序期間在至少兩個不同能量譜之間有 選擇地交替切換的能量譜；探測穿過所述檢查區域的輻射的能量分辨探測器陣列(116，Dl, D2，D3)，其中，所述能 量分辨探測器陣列(116，Dl, D2，D3)在至少兩個不同能量范圍上分辨所探測的輻射，且所 述能量分辨探測器陣列(116，D1，D2，D;3)根據發射能量譜和能量范圍兩者產生能量分辨的 輸出信號；以及對所述能量分辨的輸出信號執行頻譜重建的重建器(126)。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述能量分辨的輸出信號包括取決于所述輻射 源(106，T1，T2，T3)的第一能量譜和所述探測器陣列(116，D1，D2，D3)的第一能量范圍的 第一信號、取決于所述輻射源(106，Τ1，Τ2，Τ;3)的所述第一能量譜和所述探測器陣列(116， Dl, D2，D3)的第二能量范圍的第二信號、取決于所述輻射源(106，Tl，Τ2，Τ3)的第二能量 譜和所述探測器陣列(116，Dl, D2，D3)的所述第一能量范圍的第三信號、取決于所述輻射 源(106，Τ1，Τ2，Τ3)的所述第二能量譜和所述探測器陣列(116，D1，D2，D3)的所述第二能 量范圍的第四信號。
3.根據權利要求1或2所述的系統，其中，所述重建器(126)在頻譜上將所述能量分辨 的輸出信號分解成不同的能量相關衰減分量。
4.根據權利要求3所述的系統，其中，所述能量相關衰減分量包括光電效應分量和康 普頓效應分量。
5.根據權利要求3或4所述的系統，其中，所述能量相關衰減分量包括K邊緣分量。
6.根據權利要求1到5中的任一項所述的系統，其中，所述重建器(126)基于頻譜吸收 性質在頻譜上將從所述輸出信號生成的圖像分解成不同類型的材料。
7.根據權利要求1到6中的任一項所述的系統，其中，所述輻射源(106，T1，T2，T3)和 所述能量分辨探測器陣列(116，D1，D2，D3)形成第一源/探測器測量對(106/116，T1/D1， T2/D2，T3/D3)，并且還包括第二源 / 探測器測量對(106/116，Tl/Dl，T2/D2，T3/D3)。
8.根據權利要求7所述的系統，還至少包括第三源/探測器測量對(106/116，T1/D1， T2/D2, T3/D3)。
9.根據權利要求7或8所述的系統，其中，所述源/探測器測量對(106/116，T1/D1， T2/D2,T3/D3)中的至少兩個包括不同組的輻射源能量譜和不同組的探測器陣列能量范圍。
10.根據權利要求1到9中的任一項所述的系統，還包括源電壓確定器(112)，其在掃 描之間、掃描的視圖之間和掃描的視圖之內在至少兩個不同能量譜之間有選擇地切換所述能量譜。
11.根據權利要求1到10中的任一項所述的系統，所述能量分辨探測器陣列(116，D1， D2，D3)包括第一閃爍體層(122)，其在頻譜上對能量在第一能量范圍中的所探測光子敏感，產生指 示所述第一閃爍體層(12 吸收的第一光子的第一能量的第一光信號；第二閃爍體層(IM)，其在頻譜上對能量在不同的第二能量范圍中的所探測光子敏感， 產生指示所述第二閃爍體層(124)吸收的第二光子的第二能量的第二光信號；探測所述第一光信號的第一光電傳感器O06)；以及 探測所述第二光信號的第二光電傳感器O08)；其中，所述第一和第二光電傳感器(206，208)基于所發射的輻射的能量譜和對應的閃 爍體層(122，124)的頻譜敏感度分別生成第一和第二能量分辨的信號。
12.一種方法，包括生成有選擇地交替具有至少第一和第二發射頻譜的輻射； 利用至少兩種具有不同頻譜吸收性質的材料探測并過濾所生成的輻射； 在至少兩個能量范圍上對經過濾的輻射進行能量分辨；以及 重建經能量分辨的輻射。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，所述經能量分辨的輻射包括取決于第一發射 頻譜和第一頻譜吸收性質的第一信號、取決于所述第一發射頻譜和第二頻譜吸收性質的第 二信號、取決于第二發射頻譜和所述第一頻譜吸收性質的第三信號、取決于所述第二發射 頻譜和所述第二頻譜吸收性質的第四信號。
14.根據權利要求12或13所述的方法，其中，所述重建步驟包括在頻譜上將所述經能 量分辨的輻射分解成光電效應分量、康普頓效應分量和K邊緣分量。
15.根據權利要求12到14中的任一項所述的方法，其中，所述輻射是利用第一輻射源 (106，T1，T2，T3)生成的并利用第一探測器陣列(116，D1，D2，D3)進行探測和過濾，并且所 述方法還包括利用第二輻射源(106，Tl，T2，T3)同時生成第二輻射，所述第二輻射有選擇地交替具 有至少第三和第四發射頻譜；使用第二探測器陣列(116，D1，D2，D;3)利用至少兩種具有不同頻譜吸收性質的材料同 時探測和過濾所生成的輻射；在至少兩個能量范圍上對經過濾的第二輻射進行能量分辨；以及 重建經能量分辨的輻射和第二輻射。
16.根據權利要求12到15中的任一項所述的方法，還包括 從所述經能量分辨的輻射生成圖像；以及基于頻譜吸收性質在頻譜上將圖像分解成不同類型的材料。
17.根據權利要求12到16中的任一項所述的方法，還包括在同一對象的兩個掃描之間 改變所述輻射的發射頻譜。
18.根據權利要求12到16中的任一項所述的方法，還包括在掃描的視圖之間改變所述 輻射的發射頻譜。
19.根據權利要求12到16中的任一項所述的方法，還包括在掃描的視圖之內改變所述 輻射的發射頻譜。
20.—種成像系統，包括發射第一輻射的第一輻射源(106，T1，T2，T3)，所述第一輻射具有在成像程序期間在至 少兩個不同能量譜之間有選擇地交替切換的第一能量譜；發射第二輻射的第二輻射源(106，Tl，Τ2，Τ3)，所述第二輻射具有在成像程序期間在 至少兩個不同能量譜之間有選擇地交替切換的第二能量譜，其中，所述第一和第二輻射源 (106，Tl，Τ2，Τ3)彼此偏移非零角度；第一能量分辨探測器陣列(116，D1，D2，D3)，所述第一能量分辨探測器陣列在至少第一 組兩個不同能量范圍上探測并分辨所述第一輻射，并根據所述第一能量譜和第一組能量范 圍產生能量分辨的第一輸出信號；第二能量分辨探測器陣列(116，D1，D2，D3)，所述第二能量分辨探測器陣列在至少第二 組兩個不同能量范圍上探測并分辨所述第二輻射，并根據所述第二能量譜和第二組能量范 圍產生能量分辨的第二輸出信號；以及對所述能量分辨的第一和第二輸出信號執行頻譜重建的重建器(126)。
21.—種成像系統，包括發射光子的第一輻射源(106，Tl，T2，T3)；配置成在成像程序中有選擇地交替切換所述輻射源(106，Τ1，Τ2，Τ;3)的第一輻射源電 壓的第一輻射源電壓確定器(112)；光子計數探測器陣列(116)，所述光子計數探測器陣列探測所述成像程序期間由所述 第一輻射源(106，Τ1，Τ2，Τ;3)發射的第一光子并生成幅度指示所探測的第一光子的能量的第一信號；以及信號處理電子設備(702，704，706，708，710)，所述信號處理電子設備基于所述第一信號將所探測的第一光子與第一能量范圍相關聯，所述第一能量范圍與所探測的第一光子的 能量對應。
22.根據權利要求21所述的系統，其中，所述信號處理電子設備(702，704，706，708， 710)包括采用第一能量閾值來識別所述第一能量范圍的比較器(706)。
23.根據權利要求22所述的系統，其中，所述比較器(706)采用同一組能量閾值來識別 針對至少兩個不同源電壓的所述第一能量范圍。
24.根據權利要求22所述的系統，其中，所述比較器(706)采用不同組能量閾值來識別 針對至少兩個不同源電壓的所述第一能量范圍。
25.根據權利要求M所述的系統，還包括基于所述源電壓在所述不同組能量閾值之間 切換的閾值設置器(902)。
26.根據權利要求25所述的系統，其中，與切換所述輻射源電壓協調地切換所述組能 量閾值。
27.根據權利要求25或沈所述的系統，其中，所述閾值設置器(90 動態地生成所述閾值。
28.根據權利要求22到27中的任一項所述的系統，還至少包括第二輻射源(106，Tl， Τ2，Τ;3)、對應的第二輻射源電壓確定器(112)、對應的第二光子計數探測器陣列(116)和對 應的第二信號處理電子設備(702，704，706，708，710)，所述第二信號處理電子設備采用第 二組能量閾值來識別針對所述第二光子計數探測器陣列(116)探測的第二光子的能量范 圍，其中，所述第二組能量閾值對應于所述第二輻射源(106，Τ1，Τ2，Τ;3)的源電壓。
29.根據權利要求觀所述的系統，其中，所述第一和第二能量閾值是不同的。
30.根據權利要求21到觀中的任一項所述的系統，其中，所述第一能量范圍對應于所 述成像程序期間掃描的受試者或對象中存在的材料的K邊緣。
31.根據權利要求21到四中的任一項所述的系統，其中，所述第一能量范圍是由所述 源電壓確定的。
32.一種方法，包括切換成像程序期間發射的輻射的發射頻譜； 與切換所述發射頻譜協調地設置一組能量閾值； 探測所發射的輻射；以及 基于所述組能量閾值識別所探測的輻射的能量。
33.根據權利要求32所述的方法，其中，第一組能量閾值對應于第一發射頻譜，第二組 能量閾值對應于第二發射頻譜。
34.根據權利要求32所述的方法，其中，所述組能量閾值對于至少兩個不同發射頻譜 是相同的。
35.根據權利要求32所述的方法，其中，所述組能量閾值對于至少兩個不同發射頻譜 是不同的。
36.根據權利要求32所述的方法，其中，設置所述組能量閾值的動作包括在至少兩組 閾值之間切換。
37.根據權利要求32到36中的任一項所述的方法，其中，在掃描期間或在所述成像程 序的分離的掃描期間切換所述發射頻譜。
全文摘要
一種成像系統包括繞檢查區域旋轉并發射穿過檢查區域的輻射的輻射源(106，T1，T2，T3)。輻射源(106，T1，T2，T3)發射的輻射具有在成像程序期間在至少兩個不同能量譜之間有選擇地交替切換的能量譜。該系統還包括探測穿過檢查區域的輻射的能量分辨探測器陣列(116，D1，D2，D3)。能量分辨探測器陣列(116，D1，D2，D3)在至少兩個不同能量范圍上分辨所探測的輻射并根據發射能量譜和能量范圍兩者產生能量分辨的輸出信號。該系統還包括對能量分辨的輸出信號執行頻譜重建的重建器(126)。在另一實施例中，探測器陣列(116)包括光子計數探測器陣列(116)。
文檔編號H05G1/60GK102076263SQ200980125044
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月1日 優先權日2008年6月30日
發明者E·勒斯爾, J-P·施洛姆卡, M·格拉斯, P·福斯曼, R·普羅克紹, U·范斯特文達勒 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司