КОЛЛИМАТОР ДЛЯ СКВОЗНОГО СКАНИРОВАНИЯ Российский патент 2013 года по МПК A61B6/03 G21K1/04 

Настоящее изобретение относится, в общем, к системам визуализации, включающим в себя, в частности, спиральную компьютерную томографию (CT). Однако, следует понимать, что описанный метод может также найти применение в других системах визуализации, других сценариях медицинской визуализации или других методах сбора данных изображений.

Обычные CT-системы с коническими пучками содержали детекторы для многослойной регистрации, которые позволяли упомянутым системам сканировать представляющие интерес области/объемы большего размера за меньшие периоды времени по сравнению с предшествовавшими им однослойными системами. Один из методов визуализации увеличенных объемов заключается в спиральном сканировании. При спиральном сканировании, объект перемещается аксиально относительно конического пучка таким образом, чтобы конический пучок проходил сквозь пациента по спиральному пути. Упомянутое сканирование можно выгодно использовать для быстрого сканирования целиком всех или больших участков органов и повышения временного разрешения.

Однако обычные CT-системы обеспечивают постоянный коллимированный конический пучок на протяжении сканирования. В начале и конце спирального сканирования, только участок излучения пересекает реконструируемый объем и создает данные, которые служат для реконструкции. Остальной конический пучок облучает соседние участки объекта, но не создает никаких данных, которые используют при реконструкции.

Настоящая заявка предлагает новые и усовершенствованные сканирующие CT-системы и способы, которые решают вышеупомянутые и другие проблемы.

В соответствии с одним аспектом, система для ограничения дозы облучения пациента во время компьютерно-томографического сканирования содержит источник рентгеновского излучения на поворотном гентри, выполненном с возможностью аксиального перемещения параллельно представляющему интерес объему (VOI) на стационарной опоре объекта в то время, как источник рентгеновского излучения поворачивается вокруг VOI, динамический коллиматор, расположенный между источником рентгеновского излучения и VOI и перемещаемый вместе с источником рентгеновского излучения, и рентгеновский детектор, расположенный противоположно источнику рентгеновского излучения и коллиматору, для приема рентгеновского излучения, которое прошло сквозь VOI. Источник рентгеновского излучения начинает получение CT (компьютерной томограммы) для VOI в положении включения рентгеновского излучения и заканчивает получение CT для VOI в положении выключения рентгеновского излучения. Динамический коллиматор начинает открываться в положении включения рентгеновского излучения, чтобы ограничивать рентгеновское излучение, проходящее через коллиматор, рентгеновским излучением, которое будет проходить сквозь VOI, открывается согласованно с осевым перемещением, чтобы допускать проход полного конического рентгеновского пучка для сканирования VOI, и закрывается согласованно с осевым перемещением, чтобы сокращать проход рентгеновского излучения через коллиматор, когда коллиматор приближается к положению выключения рентгеновского излучения.

В соответствии с другим аспектом, способ уменьшения дозы облучения объекта во время CT-сканирования содержит этапы, на которых запускают аксиальное перемещение источника рентгеновского излучения и динамического коллиматора в начальной точке, запускают получение CT источником рентгеновского излучения в положении включения рентгеновского излучения, и открывают шторки затвора на динамическом коллиматоре в положении включения рентгеновского излучения, чтобы пропускать участок конического рентгеновского пучка, который проходит сквозь VOI, и блокировать участок конического рентгеновского пучка, который не проходит сквозь VOI. Способ дополнительно содержит этапы, на которых увеличивают, по меньшей мере, аксиальную ширину конического рентгеновского пучка, пока VOI не будет облучен полным коническим рентгеновским пучком, по мере того, как источник рентгеновского излучения и динамический коллиматор перемещаются аксиально к средней точке VOI, и уменьшают, по меньшей мере, аксиальную ширину конического рентгеновского пучка по мере того, как источник рентгеновского излучения и динамический коллиматор перемещаются аксиально от средней точки VOI к положению выключения рентгеновского излучения, при этом, динамический коллиматор блокирует рентгеновское излучение, которое не проходит сквозь VOI.

В соответствии с другим аспектом, способ сканирования VOI содержит этапы, на которых перемещают конический пучок излучения от первого конца VOI ко второму концу вдоль, по существу, спирального пути, срезают задний участок конического пучка, смежный с первым концом VOI, и срезают передний участок конического пучка, смежный со вторым концом VOI.

В соответствии с другим аспектом, система для управления излучением во время CT-сканирования содержит динамический коллиматор, связанный с источником рентгеновского излучения и расположенный между источником рентгеновского излучения и VOI, и который перемещается аксиально вдоль и поворотно вокруг VOI по спиральному пути, и первый аксиально неподвижный коллиматор, расположенный между положением включения рентгеновского излучения и первым концом VOI, для ограничения участка конического пучка излучения, проходящего от источника рентгеновского излучения через динамический коллиматор, рентгеновским излучением, которое проходит сквозь VOI. Система дополнительно содержит второй аксиально неподвижный коллиматор, расположенный между положением выключения рентгеновского излучения и вторым концом VOI, для ограничения участка конического пучка, проходящего от источника рентгеновского излучения через динамический коллиматор, рентгеновским излучением, которое проходит сквозь VOI.

В соответствии с другим аспектом, система, которая помогает ограничить дозу облучения, получаемую объектом во время CT-сканирования по наклонной оси, содержит источник рентгеновского излучения, который поворачивается вокруг VOI, при аксиальном перемещении вдоль VOI, и динамический коллиматор, связанный с источником рентгеновского излучения и расположенный между источником рентгеновского излучения и VOI и с возможностью поворота вместе с упомянутым источником вокруг упомянутого VOI. Динамический коллиматор открывается для излучения конического рентгеновского пучка по наклонной оси, при ограничении рентгеновского излучения через динамический коллиматор только рентгеновским излучением, которое проходит сквозь VOI и пригодно для реконструкции изображения VOI.

Одно из преимуществ состоит в том, что минимизируется доза облучения пациента рентгеновским излучением.

Дополнительные преимущества настоящего изобретения будут понятны специалистам со средним уровнем компетентности в данной области техники после прочтения и изучения нижеследующего подробного описания.

Изобретение может быть в форме различных компонентов и схем расположения компонентов и в форме различных этапов и схем расположения этапов. Чертежи приведены только с целью иллюстрации различных аспектов и не подлежат истолкованию в смысле ограничения изобретения.

Фигура 1 - система CT-визуализации, содержащая CT-сканер с участком поворотного гентри, который поворачивается вокруг исследуемой области.

Фигура 2 - система, содержащая динамический коллиматор, синхронизированный с движением осевого источника рентгеновского излучения, как, например, при сквозном сканировании, когда опора объекта является стационарной, и источник (или комбинация из источника/детектора) перемещается аксиально для охвата VOI.

Фигура 3 - другой вариант осуществления системы, в котором динамический коллиматор перемещается вместе с источником рентгеновского излучения и сохраняет постоянный размер апертуры, чтобы давать проход рентгеновскому излучению, генерируемому источником.

Фигура 4 - вариант осуществления с 1+ оборотом со стационарным цилиндрическим детектором.

Фигура 5 - вариант осуществления, в котором систему применяют для выполнения коллимации наклонного пучка для осевого сканирования.

Ниже описаны системы и способы, которые относятся к сквозному CT-сканеру, но применимы к спиральному CT-сканеру любого типа. Во время спирального CT-сканирования, источник рентгеновского излучения формирует конический (или клиновидный) пучок излучения, который перемещается относительно пациента. К концам сканирования, участки конического пучка излучения обычно не проходят сквозь объем, подлежащий реконструкции. Упомянутое дополнительное излучение не оказывает негативного влияния на реконструированное изображение, но увеличивает больше, чем необходимо облучение пациента. В соответствии с вышеизложенным, различные варианты осуществления, описанные в настоящей заявке, относятся к замене традиционного фиксированного коллиматора динамически регулируемым коллиматором. Динамический коллиматор работает под управлением электромеханической сервосистемы (например, контроллера) и блока электронного управления, который реагирует на датчик для измерения осевого положения источника рентгеновского излучения относительно реконструируемого объема. По мере того, как источник рентгеновского излучения приближается к одному концу хода, коллиматор регулируется на сужение конического пучка и блокирует любые посторонние лучи излучения, которые либо не пересекают объем, подлежащий реконструкции, либо будут пересекать полностью дискретизированный участок представляющего интерес объема.

Как показано на фигуре 1, CT-система 100 визуализации содержит CT-сканер 102 с участком 104 поворотного гентри, который поворачивается вокруг исследуемой области 108 и перемещается аксиально вдоль нее. Участок 104 поворотного гентри служит опорой для источника 112 рентгеновского излучения, например, рентгеновской трубки, который излучает конический или клиновидный рентгеновский пучок, который коллимируется для получения, в общем, конической геометрии. Приводной механизм 116 перемещает источник рентгеновского излучения продольно вдоль z-оси 120. В одном исполнении, перемещение источника рентгеновского излучения и испускание им излучения согласуются со сканированием представляющего интерес объема (VOI) 122, например, анатомической структуры, расположенной в пределах исследуемой области 108, которая, по желанию, выделена контрастным веществом. Как описано ниже, упомянутое согласование можно использовать, например, при сквозном сканировании. В одном варианте осуществления, источник рентгеновского излучения и детектор перемещаются согласовано с движением контрастного вещества через объект так, чтобы VOI сканировался согласовано с протеканием вещества по мере того, как упомянутое вещество отслеживается сквозь VOI. В другом варианте осуществления, аксиальная подача согласована с движением объекта для сбора данных о требуемом состоянии движения.

Участок 104 поворотного гентри служит также опорой для рентгеночувствительной детекторной решетки 124, которая расположена возле участка 104 поворотного гентри, расположенного противоположно источнику 112 рентгеновского излучения. Детекторная решетка 124 содержит детектор для многослойной съемки, содержащий множество детекторных элементов, продолжающихся в осевом и поперечном направлениях. Каждый детекторный элемент регистрирует излучение, испускаемое источником 112 рентгеновского излучения, которое пересекает исследуемую область 108, и формирует соответствующие выходные сигналы или данные проекций, характеризующие зарегистрированное излучение. Кроме расстановки в конфигурации третьего поколения, возможно также применение других конфигураций, например, конфигураций четвертого поколения, в которых стационарные детекторы окружают исследуемую область.

CT-система 100 визуализации дополнительно содержит стол или опору 126 для пациента, которая поддерживает объект, например, человека, в котором задан VOI в пределах исследуемой области 108. Опора 126 является стационарной, а поворотный гентри 104 выполнен с возможностью аксиального перемещения по направляющим 128, которые проходят параллельно оси 120, что дает возможность оператору системы соответствующим образом задавать VOI для охвата сканированием всего объекта или его участка. В одном варианте осуществления, CT-сканер выполняет спиральное сканирование VOI поворотом вокруг оси 120 в то время, как гентри перемещается аксиально параллельно оси.

Данные проекций, формируемые детекторной решеткой 124, сохраняются в памяти 130 данных и обрабатываются реконструирующим процессором или средством 132, которое реконструирует проекции и формирует из них воспроизведение объемного изображения. Данные реконструированного изображения сохраняются в памяти 134 объемного изображения и отображаются для пользователя посредством пользовательского интерфейса 136. Данные изображения обрабатываются для формирования, по меньшей мере, одного изображения сканированной представляющей интерес области или поднабора упомянутых данных.

Пользовательский интерфейс 136 облегчает взаимодействие пользователя со сканером 102. Прикладные программы, исполняемые пользовательским интерфейсом 136, позволяют пользователю выполнять настройку конфигурации и/или управлять работой сканера 102. Например, пользователь может взаимодействовать с пользовательским интерфейсом 136 для выбора протоколов сканирования и запуска, приостановки и завершения сканирования. Пользовательский интерфейс 136 позволяет также пользователю наблюдать изображения, манипулировать данными, измерять различные характеристики данных (например, номер CT, шумы и т.п.) и т.п.

Дополнительный физиологический монитор (не показанный) контролирует сердечное, дыхательное или другое движение VOI. В одном примере, монитор контролирует электрокардиографическое (ЭКГ) или другое устройство, которое контролирует электрическую активность сердца. Упомянутая информация служит для запуска, по меньшей мере, одного сквозного сканирования или для синхронизации сквозного сканирования с электрической активностью сердца. Для введения в объект таких веществ, как контрастное вещество, применяют дополнительное инъекционное устройство (не показанное) или что-то подобное. Аналогично, введение вещества можно использовать для запуска, по меньшей мере, одного сквозного сканирования.

Система 100 дополнительно содержит CT-контроллер 138, который управляет поворотным и осевым перемещением источника 112 рентгеновского излучения и рентгеновским детектором 124. CT-сканер и CT-контроллер дополнительно связаны с контроллером 140 коллиматора, который управляет перемещением и открытием и закрытием коллиматора 142, расположенного между источником рентгеновского излучения и исследуемой областью 108. В одном варианте осуществления, контроллер коллиматора предписывает коллиматору функционировать в качестве затвора для блокирования излучения между сканированиями и открываться с предварительно заданной скоростью, когда поворотный гентри 104 (и, соответственно, источник 112 и связанный с ним детектор 124) начинают аксиальное перемещение вдоль VOI 122 в начале сканирования. В одном варианте осуществления, контроллер 140 коллиматора содержит электромеханический серводвигатель. В другом варианте осуществления, контроллер 140 коллиматора содержит электронный контроллер. При постепенном открывании коллиматора 142, передний конец VOI и смежные области получают рентгеновское излучение в конусе, меньшем, чем полный конус пучка, что снижает дозу рентгеновского облучения. По мере того, как источник перемещается вдоль пациента, коллиматор открывается дополнительно, с расширением до полного конического пучка, чтобы обеспечивать охват VOI. По мере того, как источник приближается к заднему концу VOI, коллиматор закрывается с предварительно заданной скоростью относительно скорости аксиального перемещения, чтобы ограничивать дозу рентгеновского облучения, получаемую пациентом, при обеспечении сбора достаточного объема данных сканирования.

В другом варианте осуществления, управление апертурой коллиматора определяется не предварительно заданной скоростью открывания или закрывания, а измеренным положением источника 112 относительно VOI. То есть, когда источник находится вблизи или приближается к концу VOI во время сканирования, апертура коллиматора может уменьшаться для ограничения дозы рентгеновского облучения границами VOI. В указанном варианте осуществления, CT-сканер 102 может содержать подходящие датчики 150 (например, инфракрасные датчики, датчики в виде камеры и т.п.) для обнаружения положения VOI.

На фигуре 2 изображена система 190, содержащая динамический коллиматор 142, синхронизированный с движением аксиального источника 112 рентгеновского излучения, что, например, имеет место при сквозном сканировании, при котором опора объекта (фиг. 1) является стационарной, и источник 112 (или комбинация из источника 112/детектора 124) перемещается аксиально для охвата VOI 122. Коллиматор содержит, по меньшей мере, две высокоскоростных шторки 194 затвора или коллиматора, которые можно независимо регулировать для задания апертуры коллиматора, через которую допускается прохождение рентгеновских лучей. Коллиматор может быть зафиксирован на поворотной плите на гентри CT-сканера или прикреплен к самому источнику 112. Коллиматор 142, источник 112 и детектор 124 показаны в нескольких положениях 202, 204, 206 вдоль представляющего интерес объема. Перемещение комбинации из источника/детектора задает спиральную траекторию пучка вокруг стационарной опоры. Профиль перемещения источника задает перемещение динамического коллиматора 142. Таким образом, лишнее излучение подавляется в начале и в конце сканирования, при котором источник или комбинации из источника/детектора перемещается для задания траектории пучка рентгеновского излучения, как при сквозном сканировании. Динамический коллиматор ограничивает излучения с каждой стороны сканирования до минимальной величины для реконструкции представляющего интерес объема. Кроме того, профили движения могут содержать траектории для некоторых типов сканирования, включая спиральное, сквозное, седловидное и т.п.

В одном варианте осуществления, коллиматор 142 прикреплен к источнику 112. В другом варианте осуществления, например, когда коллиматор расположен вблизи представляющего интерес объема, коллиматор 142 может быть отдельным от источника 112. Таким образом, коллиматор уменьшает дозу рентгеновского облучения пациента посредством блокирования любого неиспользуемого или ненужного рентгеновского излучения (например, рентгеновского излучения, которое не проходит сквозь представляющий интерес объем) и пропускания насквозь только рентгеновского излучения, используемого для реконструкции.

Коллиматор 142 закрыт в начале сканирования, пока источник 112 рентгеновского излучения не ускорился до его поворотной скорости, например, 240 об/мин или выше. Затем коллиматор открывается так, чтобы все излучение, которое применяется при реконструкции в начале сканирования, пропускалось через коллиматор. Коллиматор открывается полностью, пока не приблизится к концу сканирования. По мере того, как коллиматор приближается к концу области обзора, он закрывается согласованно с аксиальным движением, чтобы допускать прохождение только такого рентгеновского излучения, которое требуется для реконструкции конца сканирования. Коллиматор полностью закрывается, и источник может прекратить испускание рентгеновского излучения и замедлиться до положения останова.

Если коллиматор прикреплен к поворотной плите (не показанной) гентри, как в сценарии, в котором коллиматор расположен в непосредственной близости от пациента, то затвор обычно соединен с источником. Когда сканирование начинается, задняя шторка 194T, которая сначала закрыта, постепенно открывает апертуру коллиматора по мере того, как продолжается сканирование, чтобы допускать проход только такого рентгеновского излучения, которое необходимо для реконструкции. То есть, задняя шторка срезает задний участок конического пучка, чтобы блокировать излучение, которое не пересекает выбранный VOI. Если к источнику прикреплен фиксированный коллиматор, чтобы задавать полную протяженность конического пучка, то динамический коллиматор может прекращать сужение апертуры коллиматора, когда сканирование продолжается через среднее сечение представляющего интерес объема. Затем осуществляется симметричное движение передней шторки 194L по мере того, как источник приближается к концу VOI. Передняя шторка перемещается к задней шторке для срезания переднего участка конического пучка, который не будет проходить через VOI.

В одном варианте осуществления, источник 112 рентгеновского излучения и коллиматор 192 запускаются в положении 220 запуска и ускоряются до предварительно заданной скорости параллельно z-оси 120 до того, как начинается сбор CT в первом положении 202 (например, положении включения рентгеновского излучения, в котором начинается сканирование VOI). Коллиматор открывается с задней стороны в первом положении 202 или непосредственно перед ним и открывается до полностью открытого состояния к моменту, когда коллиматор достигает второго положения 204. Затем коллиматор начинает закрываться от передней стороны по мере того, как коллиматор приближается к положению 206, чтобы уменьшать ширину конического пучка, испускаемого источником 112 рентгеновского излучения. Затем коллиматор и источник рентгеновского излучения замедляют движение во время перемещения в конечное положение 222, в котором коллиматор и источник рентгеновского излучения приходят в состояние покоя. В альтернативном варианте возможен немедленный запуск дополнительного сканирования в обратном направлении, чтобы продолжить визуализацию VOI. Следует понимать, что рентгеновский детектор может быть (например, аксиально и/или поворотно) неподвижным рентгеновским детектором или может быть выполнен с возможностью движения вместе с источником рентгеновского излучения и коллиматором вдоль представляющего интерес объема параллельно z-оси. В случае подвижного детектора, возможно использование антирассеивающей сетки 224 для повышения качества реконструкции изображения и уменьшения дозы облучения пациента.

В соответствии с примером, систему 190 используют, чтобы обеспечивать динамическую коллимацию для сквозного сканирования представляющего интерес объема. Например, широкоугольный конический пучок и широкий детектор, например, для съемки 500-1000 слоев, имеют такие размеры, чтобы формировать полный набор данных за, приблизительно, один оборот с очень большим шагом спирали. Расстояние между положением 202 и положением 206 может составлять, приблизительно, 40 см, хотя, возможны меньшее или большее расстояния хода с рентгеновским облучением.

В другом примере, коллиматор и источник рентгеновского излучения перемещаются параллельно z-оси, с одновременным поворотом вокруг VOI 122. Коллиматор открывается во время хода по предварительно заданным дугам вдоль окружности поворота и закрывается во время прохода других участков окружности. Например, коллиматор может открываться на протяжении 30° дуги и затем закрываться на протяжении 45° дуги, чтобы облегчать получение перекрывающихся данных сканирования пациента, без непрерывного облучения пациента. Описанным способом можно ограничить дозу рентгеновского облучения пациента, при применении высокоскоростного поворотного CT-сканера, который делает несколько оборотов вокруг пациента во время прохода вдоль z-оси.

Так, на фигуре 2 изображено примерное движение источника 112 рентгеновского излучения вдоль направления z и соответствующая геометрия рентгеновского пучка. В приведенном примере показано, что источник 112 рентгеновского излучения перемещается из первого положения 202, через второе положение 204, в третье положение 206. По мере поступательного перемещения между первым и третьим положениями 202 и 206, источник 112 рентгеновского излучения поворачивается вокруг исследуемой области (фиг. 1) и испускает рентгеновское излучение. Источник 112 рентгеновского излучения может также перемещаться из третьего положения 206, через второе положение 204, в первое положение 202, например, при выполнении первоначального или последующего сканирования. Физическое перемещение источника 112 рентгеновского излучения продолжается за пределы области, задаваемой первым и третьим положениями 202 и 206, чтобы обеспечивать возможность ускорения или разгона источника рентгеновского излучения до подходящей скорости до сканирования и торможение или замедление источника рентгеновского излучения после сканирования.

Во время ускорения до полной скорости поворота, источник рентгеновского излучения остается в местоположении за пределами положения 202 (или 206) вдоль z-оси. После того, как источник рентгеновского излучения разгоняется до подходящей скорости сканирования, он перемещается в направлении положения 206 (или 202). После достижения положения 202 (или 206) включения сканирования, рентгеновское излучение испускается в течение периода дискретизации, когда выполняется полная дискретизация для 180-градусной реконструкции для каждого вокселя по объему. Следует понимать, что источник рентгеновского излучения может перемещаться с постоянной или переменной скоростью. После достижения положения 206 (или 202), источник рентгеновского излучения тормозится при движении к другому местоположению за пределами положений 206 (или 202). В другом варианте осуществления, источник рентгеновского излучения изменяет направление движения вдоль z-оси на обратное и продолжает сканирование в противоположном направлении.

Геометрия конического пучка задается коллиматором 142, показанным также в положениях 202, 204 и 206. Коллиматор 142 перемещается с возможностью изменения коллимации (например, возможностью изменения размера апертуры коллиматора) согласованно с перемещением источника 112 рентгеновского излучения. Как показано, коллиматор имеет узкую апертуру и смещен в положении 202, чтобы направлять узкий конический пучок на участке VOI 122 без облучения VOI излишним излучением. В положении 204, коллиматор полностью открыт, чтобы допускать прохождение широкого конического пучка сквозь VOI. В положении 206, коллиматор снова сузил апертуру, чтобы пропускать через апертуру только такое рентгеновское излучение, которое требуется для реконструкции.

На фигуре 3 показан другой вариант осуществления системы 190, в которой динамический коллиматор 142 перемещается вместе с источником 112 рентгеновского излучения и сохраняет постоянный размер апертуры для пропускания через нее рентгеновского излучения, сформированного источником 112. В одном варианте осуществления, коллиматоры 230, 232 являются цилиндрическими, при этом, упомянутые коллиматоры являются как аксиально, так и поворотно неподвижными. В другом варианте осуществления, коллиматоры 230, 232 являются, по существу, плоскими и неподвижными относительно z-оси, но поворачиваются вместе с источником рентгеновского излучения. Неподвижные цилиндрические коллиматоры 230, 232 на противоположных сторонах пути движения источника и динамический коллиматор ограничивают облучение рентгеновским излучением границами VOI 122 на его концах. Неподвижные коллиматоры 230 и 232 расположены, приблизительно, в положениях, соответственно, 202 и 206 вдоль z-оси 120. Неподвижные коллиматоры расположены для фильтрации или блокирования участков рентгеновского пучка в то время, как источник 112 рентгеновского излучения приближается к первому и третьему положениям 202 и 206, и выполнены с возможностью коллимации рентгеновского пучка таким образом, чтобы рентгеновский пучок облучал VOI 122 в то время, как источник 112 рентгеновского излучения перемещается между первым и третьим положениями 202 и 206, при вращении вокруг VOI. В частности, стационарный детектор расположен так, чтобы срезать участок конического пучка, который не пересекает VOI. Приведенная конфигурация обеспечивает полную дискретизацию. Лучевая нагрузка на пациента или VOI, создаваемая рентгеновским излучением, проходящим по путям за пределами представляющей интерес области 122, ослабляется блокированием участков рентгеновского пучка коллиматорами 230 и 232 таким образом, чтобы внешние проекции рентгеновского пучка, облучающего детекторную решетку 124, соответственно, пересекали углы VOI 122.

В одном варианте осуществления, источник 112 рентгеновского излучения и коллиматор 192 запускаются в положении 220 запуска и ускоряются до предварительно заданной скорости параллельно z-оси 120 до того, как запускается рентгеновское излучение в первом положении 202 (например, в положении включения рентгеновского излучения, в котором начинается CT-сканирование VOI). Коллиматор 192 сохраняет постоянную апертуру во время хода из положения 202 включения рентгеновского излучения в третье положение 206 (например, положение выключения рентгеновского излучения, в котором заканчивается сканирование VOI в заданном направлении). Затем коллиматор 192 и источник рентгеновского излучения замедляют движение во время перемещения в конечное положение 222, в котором коллиматор 192 и источник рентгеновского излучения приходят в состояние покоя. Следует понимать, что рентгеновский детектор может быть неподвижным цилиндрическим рентгеновским детектором или может быть выполнен с возможностью движения вместе с источником рентгеновского излучения и коллиматором вдоль представляющего интерес объема параллельно z-оси. То есть, в одном варианте осуществления, детектор является цилиндрическим, при этом, детектор может быть как аксиально, так и поворотно неподвижным. В другом, варианте осуществления, детектор является, по существу, плоским детектором, который аксиально неподвижен и поворачивается вместе с источником рентгеновского излучения и коллиматором для сохранения, приблизительно, 180° ориентации относительно них.

На фигуре 4 показан вариант осуществления с 1+ оборотом со стационарным цилиндрическим детектором 124. В центре сканирования, источник 112 расположен в положении, произвольно обозначенном 0°. В положении 0°, коллиматор 142 полностью открывается, чтобы задавать пучку излучения точный охват VOI 122 по его центральной оси 120. Когда источник 112 поворачивается после положения 0° к положению +180°, передняя шторка 194L коллиматора начинает перемещаться к задней шторке 194T коллиматора таким образом, чтобы передний луч конического пучка касался угла VOI. В положении +180°, задний край конического пучка пересекает конец VOI на центральной оси, и передний край конического пучка, по прежнему, пересекает угол VOI. Источник поворачивается на несколько градусов за положение +180° до тех пор, пока только один слой конического пучка не будет пересекать угол VOI. В продолжение упомянутых нескольких градусов хода, коллиматор 142 сужает конический пучок в поперечном направлении так, чтобы ширина конического пучка точно охватывала пересекаемый участок цилиндрического VOI. При этом, конический пучок сужается до одного луча по мере того, как он сужается в осевом направлении до одного слоя. То есть, конический пучок сужается до одного луча в конце VOI.

Аналогично, при приближении к положению -180°, конический пучок начинается с единственного луча и расширяется в обоих направлениях. В положении -180°, конический пучок имеет свою полную поперечную ширину. Осевая ширина продолжает увеличиваться, пока источник не достигнет положения 0°.

В других вариантах осуществления возможны также другие значения шагов спиральных траекторий и значения ширины конического пучка.

На фигуре 5 показан вариант осуществления, в котором система 190 применяется для коллимации наклонного пучка для осевого сканирования.

Источник 112 рентгеновского излучения и коллиматор 142 показаны в противостоящих на 180° ориентациях, когда источник рентгеновского излучения и коллиматор поворачиваются вокруг VOI 122. Например, источник рентгеновского излучения может включаться на одном конце VOI и перемещаться вдоль z-оси по мере того, как упомянутый источник поворачивается вокруг VOI по спиральной траектории. Кроме того, коллиматор 142 можно динамически регулировать для сохранения постоянного и переменного размера рентгеновского конического пучка, с пересечением VOI 122 без пропускания излишнего рентгеновского излучения (например, рентгеновских лучей, которые не проходят через VOI или не используются для реконструкции) через коллиматор 142. То есть, коллиматор перемещается вместе с источником рентгеновского излучения для создания поля обзора наклонного конического пучка, которое поворачивается вокруг VOI в то время, как источник и коллиматор перемещаются аксиально вдоль VOI. Апертуру коллиматора можно регулировать для компенсации небольших изменений величины, обусловленных наклоном конического пучка.

Изобретение описано выше со ссылкой на несколько вариантов его осуществления. После изучения и разбора вышеприведенного подробного описания, специалистам могут стать очевидными модификации и изменения. Предполагается, что изобретение следует интерпретировать как содержащее все упомянутые модификации и изменения в той степени, в которой они находятся в пределах объема притязаний прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.

Изобретение относится к медицине, а именно к средствам для регулирования дозы облучения пациента во время СТ-сканирования. Система для ограничения дозы облучения содержит источник рентгеновского излучения, динамический и стационарный коллиматоры и рентгеновский детектор. Источник выполнен с возможностью аксиального перемещения параллельно VOI на стационарной опоре объекта. Динамический коллиматор расположен между источником рентгеновского излучения и VOI. Рентгеновский детектор расположен противоположно источнику рентгеновского излучения и коллиматору. При этом в способе уменьшения дозы коллиматор открывается и закрывается согласованно с осевым перемещением, по мере того, как коллиматор приближается к положению выключения рентгеновского излучения, система заканчивает получение СТ для VOI. Полный конический рентгеновский пучок, пропускаемый через динамический коллиматор, на конце VOI ограничен стационарным коллиматором. В способе сканирования VOI перемещают конический пучок излучения от первого конца VOI ко второму концу вдоль спирального пути, срезают задний участок конического пучка, смежный с первым концом VOI, и передний участок конического пучка, смежный со вторым концом VOI. Система для управления излучением во время СТ-сканирования содержит динамический коллиматор и два аксиально неподвижных коллиматора. Динамический коллиматор содержит заднюю и переднюю шторку затвора. Первый аксиально неподвижный коллиматор расположен между положением включения излучения и первым концом VOI. Второй аксиально неподвижный коллиматор расположен между положением выключения излучения и вторым концом VOI. Использование изобретения обеспечивает минимизацию дозы облучения пациента рентгеновским излучением. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система (100, 190) для ограничения дозы облучения пациента во время компьютерно-томографического сканирования, содержащая:
источник (112) рентгеновского излучения на поворотном гентри (104), выполненном с возможностью аксиального перемещения параллельно представляющему интерес объему (VOI) (122) на стационарной опоре (126) объекта по мере того, как источник (112) рентгеновского излучения поворачивается вокруг VOI (122);
динамический коллиматор (142), расположенный между источником (112) рентгеновского излучения и VOI (122) и перемещаемый вместе с источником рентгеновского излучения;
рентгеновский детектор (124), расположенный противоположно источнику (112) рентгеновского излучения и коллиматору (142), для приема рентгеновского излучения, которое прошло сквозь VOI (122);
причем система выполнена с возможностью начинать получение СТ (компьютерной томограммы) для VOI (122) в положении источника (112) рентгеновского излучения в точке (202) включения рентгеновского излучения и заканчивать получение СТ для VOI (122) в положении источника (112) рентгеновского излучения в точке (206) выключения рентгеновского излучения;
динамический коллиматор (142) выполнен с возможностью начинать открываться в положении (202) включения рентгеновского излучения, чтобы ограничивать рентгеновское излучение, проходящее через коллиматор (142), рентгеновским излучением, которое будет проходить сквозь VOI (122), открываться согласованно с осевым перемещением, чтобы допускать проход полного конического рентгеновского пучка для сканирования VOI (122), и закрываться согласованно с осевым перемещением, чтобы сокращать проход рентгеновского излучения через коллиматор (142), по мере того, как коллиматор (142) приближается к положению (206) выключения рентгеновского излучения и
полный конический рентгеновский пучок, пропускаемый через динамический коллиматор (142), на конце VOI (122) ограничен стационарным коллиматором (230, 232), который является цилиндрическим и как аксиально, так и поворотно неподвижным.

2. Система по п.1, в которой динамический коллиматор (142) прикреплен к поворотной плите на поворотном гентри (104), к которому прикреплен источник (112) рентгеновского излучения.

3. Система по п.1, в которой динамический коллиматор (142) связан с источником (112) рентгеновского излучения.

4. Система по п.1, в которой рентгеновский детектор (124) установлен неподвижно относительно гентри (104) таким образом, чтобы, когда источник (112) рентгеновского излучения и динамический коллиматор (142) поворачиваются и перемещаются аксиально и параллельно z-оси (120) вдоль VOI (122), детектор (124) оставался аксиально неподвижным, и при этом рентгеновский детектор (124) установлен на гентри (104) для обеспечения возможности его аксиального перемещения вместе с источником (112) рентгеновского излучения и динамическим коллиматором (142), и причем гентри (104) поворачивается по мере того, как источник (112) рентгеновского излучения, динамический коллиматор (142) и рентгеновский детектор (124) перемещаются аксиально параллельно z-оси (120) вдоль VOI (122) для выполнения спирального СТ-сканирования.

5. Система по п.1, в которой гентри (104) выполнен с возможностью перемещения вперед и назад вдоль z-оси (120) для сканирования VOI (122) попеременно в обоих направлениях.

6. Система по п.1, дополнительно содержащая:
датчик (150), который измеряет положение VOI (122) относительно источника (112) рентгеновского излучения; и
контроллер (140) коллиматора, который управляет размером апертуры динамического коллиматора (142) в зависимости от положения VOI (122) относительно источника (112) рентгеновского излучения.

7. Система по п.1, в которой динамический коллиматор содержит шторки (194) затвора, которые полностью открыты в положении (202) включения рентгеновского излучения.

8. Способ уменьшения дозы облучения объекта с использованием системы (100, 190) по п.1, при этом упомянутый способ содержит этапы, на которых:
запускают аксиальное перемещение источника (112) рентгеновского излучения и динамического коллиматора (142) в точке (220) запуска;
запускают получение СТ в положении источника (112) рентгеновского излучения в точке (202) включения рентгеновского излучения;
открывают шторки (194) затвора на динамическом коллиматоре (142) в положении (202) включения рентгеновского излучения, чтобы пропускать участок конического рентгеновского пучка, который проходит сквозь VOI (122), и блокировать участок конического рентгеновского пучка, который не проходит сквозь VOI (122);
увеличивают, по меньшей мере, аксиальную ширину конического рентгеновского пучка, пока VOI (122) не будет облучен полным коническим рентгеновским пучком, по мере того, как источник (112) рентгеновского излучения и динамический коллиматор (142) перемещаются аксиально к средней точке VOI (122);
уменьшают, по меньшей мере, аксиальную ширину конического рентгеновского пучка по мере того, как источник (112) рентгеновского излучения и динамический коллиматор (142) перемещаются аксиально от средней точки VOI (122) к положению (206) выключения рентгеновского излучения и
ограничивают полный конический рентгеновский пучок, пропускаемый через динамический коллиматор (142), на конце VOI (122) стационарным коллиматором (230, 232), который является цилиндрическим и как аксиально, так и поворотно неподвижным.

9. Способ уменьшения дозы облучения объекта во время СТ-сканирования, содержащий этапы, на которых:
запускают аксиальное перемещение источника (112) рентгеновского излучения и динамического коллиматора (142) в точке (220) запуска;
запускают получение СТ в положении источника (112) рентгеновского излучения в точке (202) включения рентгеновского излучения;
открывают шторки (194) затвора на динамическом коллиматоре (142) в положении (202) включения рентгеновского излучения, чтобы пропускать участок конического рентгеновского пучка, который проходит сквозь VOI (122), и блокировать участок конического рентгеновского пучка, который не проходит сквозь VOI (122);
увеличивают, по меньшей мере, аксиальную ширину конического рентгеновского пучка, пока VOI (122) не будет облучен полным коническим рентгеновским пучком, по мере того, как источник (112) рентгеновского излучения и динамический коллиматор (142) перемещаются аксиально к средней точке VOI (122);
уменьшают, по меньшей мере, аксиальную ширину конического рентгеновского пучка по мере того, как источник (112) рентгеновского излучения и динамический коллиматор (142) перемещаются аксиально от средней точки VOI (122) к положению (206) выключения рентгеновского излучения, причем динамический коллиматор (142) блокирует рентгеновское излучение, которое не будет проходить сквозь VOI (122), и ограничивают полный конический рентгеновский пучок, пропускаемый через динамический коллиматор (142), на конце VOI (122) стационарным коллиматором (230, 232), который является цилиндрическим и как аксиально, так и поворотно неподвижным.

10. Способ по п.9, дополнительно содержащий этапы, на которых:
перемещают заднюю шторку (194Т) затвора от передней шторки (194L) затвора, пока не будет получен полный конический рентгеновский пучок, по мере того, как динамический коллиматор (142) и источник рентгеновского излучения перемещаются от положения (202) включения рентгеновского излучения к средней точке VOI (122); и перемещают переднюю шторку (194L) затвора к задней шторке (194Т) затвора для сужения конического рентгеновского пучка по мере того, как динамический коллиматор (142) и источник рентгеновского излучения перемещаются к положению (206) выключения рентгеновского излучения.

11. Способ по п.9, дополнительно содержащий этап, на котором:
уменьшают поперечную ширину конического рентгеновского пучка по мере того, как он перемещается к положению (206) выключения рентгеновского излучения.

12. Способ по п.9, дополнительно содержащий этап, на котором:
перемещают конический пучок вперед и назад между положением (202) включения рентгеновского излучения и положением (206) выключения рентгеновского излучения.

13. Способ сканирования VOI (122), содержащий этапы, на которых:
перемещают конический пучок излучения от первого конца VOI (122) ко второму концу вдоль, по существу, спирального пути;
срезают задний участок конического пучка, смежный с первым концом VOI (122); и
срезают передний участок конического пучка, смежный со вторым концом VOI (122).

14. Система (100, 190) для управления излучением во время СТ-сканирования, содержащая:
динамический коллиматор (142), связанный с источником (112) рентгеновского излучения и расположенный между источником (112) рентгеновского излучения и VOI (122), и который выполнен с возможностью перемещаться аксиально вдоль и поворотно вокруг VOI (122) по спиральному пути;
первый аксиально неподвижный коллиматор (230), расположенный между положением (202) включения рентгеновского излучения и первым концом VOI (122), для ограничения участка конического пучка излучения, проходящего от источника (112) рентгеновского излучения через динамический коллиматор (142), рентгеновским излучением, которое проходит сквозь VOI (122); и
второй аксиально неподвижный коллиматор (232), расположенный между положением (206) выключения рентгеновского излучения и вторым концом VOI (122), для ограничения участка конического пучка, проходящего от источника (112) рентгеновского излучения через динамический коллиматор (142), рентгеновским излучением, которое проходит сквозь VOI (122);
причем динамический коллиматор содержит переднюю шторку (194L) затвора и заднюю шторку (194Т) затвора, которые открываются для пропускания полного конического рентгеновского пучка через динамический коллиматор (142), причем передняя шторка (194L) затвора отрезает передний участок конического пучка, зависимый от аксиального положения, смежный со вторым концом VOI (122), задняя шторка (194Т) затвора отрезает задний участок конического пучка, зависимый от аксиального положения, смежный с первым концом VOI (122).