Способ двухэнергетической томографии в коническом пучке и схема устройства двухэнергетического детектора Российский патент 2019 года по МПК A61B6/03 G21K1/00 G01T1/161 

Изобретение относится к радиационным методам контроля и используется для неразрушающего послойного исследования внутреннего строения объекта контроля и получения информации о плотности и атомном составе.

Известны технологии, алгоритмы и средства проекционного просвечивания и получения томограммы объекта исследования в двухэнергетическом диапазоне, например, промышленный рентгеновский томограф в коническом пучке с использованием детекторов с различными сцинтилляторами - DRZ-Plus Gd2O2S:Tb и CsI:Tl, получающих проекционные данные поочередно и при разных напряжениях на рентгеновской трубке и отличающихся комбинациях фильтров [1].

Известен способ получения проекционных данных при различных напряжениях на рентгеновской трубке - 70 кВ и 120 кВ, при этом детектор не меняется, а получение данных также является поочередным - сначала делается томограмма на 70 кВ, а затем на 120 кВ [2].

Известен способ получения данных с использованием различных фильтров, позволяющих получить томограммы при разных спектрах рентгеновского излучения [3].

За прототип взята система, в которой используется фильтр секторальной формы, расположенный перед выходным окном рентгеновской трубки, при этом происходит вращение фильтра по заранее заданному алгоритму, что позволяет получать поочередно потоки рентгеновского излучения с различной средней энергией [4].

Недостатками прототипа являются необходимость устанавливать перед рентгеновской трубкой дополнительное устройство, что влечет за собой увеличение габаритов излучателя. Наличие дополнительного устройства влечет необходимость контролировать синхронность вращения с импульсами рентгеновской трубки.

Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение конструктивного исполнения фильтра и устранение необходимости синхронизировать работу фильтра с питающим рентгеновским устройством.

Указанный технический результат достигается за счет разделения низкоэнергетической и высокоэнергетической составляющих рентгеновского спектра, поглощенного в детекторе, благодаря тому, что профиль системы фильтрации прошедшего излучения создает такой поток излучения, что часть пикселей детектора регистрирует излучение, не взаимодействовавшее с фильтром, а другая половина пикселей регистрирует излучение, прошедшее через фильтр. При этом должно обеспечиваться условие, что комбинация четырех рядом стоящих пикселей состоит из двух пикселей, регистрирующих излучение, не взаимодействовавшее с фильтром, и двух пикселей, регистрирующих излучение, прошедшее через фильтр.

Для реализации способа представлена схема устройства (фиг. 1 и 2), содержащего: рентгеновский аппарат 1, создающий направленный поток рентгеновского излучения 2 изучаемой области тела пациента 3, через которое проходит направленный поток рентгеновского излучения, плоскопанельный детектор рентгеновского излучения 5 с закрепленным на его торце фильтром 4, расположенным на минимально возможном расстоянии до сцинтиллятора и перекрывающим половину пикселей детектора в шахматном порядке (фиг. 2а) или в виде параллельных ламелей (фиг. 2b).

Устройство работает следующим образом: объект контроля 3 располагается в исходном положении, после чего рентгеновский аппарат 1 создает поток рентгеновского излучения, направленный на объект контроля. Прошедшее сквозь объект излучение попадает на фильтр рентгеновского излучения 4. Часть излучения, а именно, низкоэнергетическая составляющая спектра, поглощается в фильтре. В дальнейшем детектор рентгеновского излучения 5 осуществляет детектирование всего поля рентгеновского излучения, как прошедшего, так и не прошедшего через фильтр. В процессе сбора данных объект контроля или детектор с рентгеновским аппаратом вращаются вокруг оси объекта контроля для получения проекций с различных углов, позволяя математической обработкой получить томограмму.

После завершения экспонирования происходит обработка данных с детектора. Суть обработки данных заключается в следующем: берутся данные с четырех близлежащих пикселей, два из которых регистрируют излучение, не взаимодействовавшее с фильтром, т.е. полный спектр излучения (группа 1), а два других пикселя регистрируют излучение после взаимодействия с фильтром, т.е. высокоэнергетическую часть спектра излучения (группа 2). Далее происходит сложение сигналов в каждой из групп пикселей и вычитание сигнала второй группы пикселей из первой, что дает информацию о низкоэнергетической составляющей спектра. Информация о низкоэнергетической составляющей спектра, полученной в группе из четырех пикселей, приписывается к средней координате этих пикселей.

Литература

[1] «Dual-energy cone-beam CT with a flat-panel detector: Effect of reconstruction algorithm on material classification)). W. Zbijewski G.J. Gang, J. Xu, A.S. Wang, J.W. Stayman, K. Taguchi, J.A. Carrino, and J.H. Siewerdsen. Med Phys. 2014 Feb; 41(2):021908. DOI: 10.1118/1.4863598

[2] «Dual-energy imaging method to improve the image quality and the accuracy of dose calculation for cone-beam computed tomography)). Kuo Men Jianrong Dai, Xinyuan Chen, Minghui Li, Ke Zhang, Peng Huang. Phys Med. 2017 Apr;36:l 10-118. DOI: 10.1016/j.ejmp.2017.03.023.

[3] «Dual-energy imaging method to improve the image quality and the accuracy of dose calculation for cone-beam computed tomography)). Kuo Men, Jianrong Dai, Xinyuan Chen, Minghui Li, Ke Zhang, Peng Huang. Phys Med. 2017 Apr; 36:110-118. DOI: 10.1016/j.ejmp.2017.03.023

[4] «Portable radiographic X-ray peripheral bone density and imaging systems and methods». Ma George W. US 9211100 B2

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к двухэнергетической томографии. Способ двухэнергетической томографии в коническом пучке включает формирование посредством рентгеновского аппарата направленного потока рентгеновского излучения через тело пациента, разделение прошедшего сквозь область тела пациента излучения на низкоэнергетическую и высокоэнергетическую составляющие рентгеновского спектра посредством фильтра, регистрацию прошедшего излучения на плоскопанельном детекторе рентгеновского излучения, обработку данных с детектора после завершения экспонирования и получения томограммы, при этом фильтр закреплен на торце плоскопанельного детектора рентгеновского излучения, поглощает низкоэнергетическую составляющую рентгеновского спектра и перекрывает половину пикселей детектора в шахматном порядке или посредством параллельных ламелей, половина пикселей детектора регистрирует излучение, не взаимодействовавшее с фильтром, и образует первую группу пикселей, а другая половина пикселей детектора регистрирует излучение, прошедшее через фильтр, и образует вторую группу пикселей, при этом обеспечивается условие регистрации излучения, когда комбинация четырех рядом стоящих пикселей состоит из двух пикселей первой группы, регистрирующих излучение, не взаимодействующее с фильтром и представляющее полный спектр рентгеновского излучения, и двух пикселей второй группы, регистрирующих излучение, прошедшее через фильтр и представляющее высокоэнергетическую составляющую спектра рентгеновского излучения, при обработке данных в каждой из групп пикселей проводят сложение сигналов, вычитают сигнал второй группы пикселей из первой и получают информацию о низкоэнергетической составляющей спектра рентгеновского излучения, полученной для четырех пикселей первой и второй групп, которую относят к средней координате этих пикселей при получении томограммы. Устройство содержит рентгеновский аппарат, фильтр, выполненный с возможностью разделения прошедшего сквозь область тела пациента излучения на низкоэнергетическую и высокоэнергетическую составляющие рентгеновского спектра, и плоскопанельный детектор рентгеновского излучения, при этом фильтр закреплен на торце плоскопанельного детектора рентгеновского излучения. Использование изобретений позволяет устранить необходимость синхронизировать работу фильтра с питающим рентгеновским устройством, при упрощении конструкции фильтра. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ двухэнергетической томографии в коническом пучке, включающий формирование посредством рентгеновского аппарата направленного потока рентгеновского излучения через тело пациента, разделение прошедшего сквозь область тела пациента излучения на низкоэнергетическую и высокоэнергетическую составляющие рентгеновского спектра посредством фильтра, регистрацию прошедшего излучения на плоскопанельном детекторе рентгеновского излучения, обработку данных с детектора после завершения экспонирования и получения томограммы, отличающийся тем, что фильтр закреплен на торце плоскопанельного детектора рентгеновского излучения, поглощает низкоэнергетическую составляющую рентгеновского спектра и перекрывает половину пикселей детектора в шахматном порядке или посредством параллельных ламелей, половина пикселей детектора регистрирует излучение, не взаимодействовавшее с фильтром, и образует первую группу пикселей, а другая половина пикселей детектора регистрирует излучение, прошедшее через фильтр, и образует вторую группу пикселей, при этом обеспечивается условие регистрации излучения, когда комбинация четырех рядом стоящих пикселей состоит из двух пикселей первой группы, регистрирующих излучение, не взаимодействующее с фильтром и представляющее полный спектр рентгеновского излучения, и двух пикселей второй группы, регистрирующих излучение, прошедшее через фильтр и представляющее высокоэнергетическую составляющую спектра рентгеновского излучения, при обработке данных в каждой из групп пикселей проводят сложение сигналов, вычитают сигнал второй группы пикселей из первой и получают информацию о низкоэнергетической составляющей спектра рентгеновского излучения, полученной для четырех пикселей первой и второй групп, которую относят к средней координате этих пикселей при получении томограммы.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее рентгеновский аппарат, фильтр, выполненный с возможностью разделения прошедшего сквозь область тела пациента излучения на низкоэнергетическую и высокоэнергетическую составляющие рентгеновского спектра, и плоскопанельный детектор рентгеновского излучения, отличающееся тем, что фильтр закреплен на торце плоскопанельного детектора рентгеновского излучения, выполнен с возможностью поглощения низкоэнергетической составляющей рентгеновского спектра и перекрытия половины пикселей детектора рентгеновского излучения в шахматном порядке или посредством параллельных ламелей, при этом детектор установлен таким образом, что половина его пикселей регистрирует излучение, не взаимодействовавшее с фильтром, и образует первую группу пикселей, а другая половина пикселей детектора регистрирует излучение, прошедшее через фильтр, и образует вторую группу пикселей, и выполнен таким образом, что обеспечивается условие регистрации излучения, когда комбинация четырех рядом стоящих пикселей состоит из двух пикселей первой группы, регистрирующих излучение, не взаимодействующее с фильтром и представляющее полный спектр рентгеновского излучения, и двух пикселей второй группы, регистрирующих излучение, прошедшее через фильтр и представляющее высокоэнергетическую составляющую спектра рентгеновского излучения.