СОКРАТИТЕЛЬ РЕНТГЕНОВСКОГО ПОТОКА ДЛЯ ДЕТЕКТОРА ПОДСЧЕТА ФОТОНОВ Российский патент 2019 года по МПК A61B6/00 A61B6/03 A61B6/10 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Приведенное ниже в целом относится к управлению рентгеновским потоком, падающим на детектор подсчета фотонов системы визуализации, и описано с конкретным приложением к компьютерной томографии (КТ). Однако приведенное ниже также подходит для плоских панелей, рентгеновских лучей, радиотерапии и/или других приложений визуализации.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сканер компьютерной томографии содержит рентгеновскую трубку, которая испускает рентгеновский пучок. Часть рентгеновского пучка пересекает субъект или объект, расположенный в поле обзора области исследования, и ослабляется как функция радионепроницаемости субъекта или объекта. Другая подчасть рентгеновского пучка пересекает поле обзора области исследования, не пересекая субъект или объект. Детекторная матрица обнаруживает излучение, пересекающее поле обзора, и создает указывающий на него сигнал. Реконструктор реконструирует сигнал, выдавая объемные данные визуализации.

Формирователь пучка был помещен на траектории рентгеновского пучка между рентгеновской трубкой и областью исследования. Формирователь пучка назывался фильтр типа «галстук-бабочка», поскольку его общая физическая форма напоминает галстук-бабочку. Формирователь пучка сформирован так, чтобы ослаблять пучок в большей степени на периферии пучка. Это делает формирователь пучка подходящим для сокращения потока на периферии в отношении детекторов подсчета фотонов с прямым преобразованием, которые страдают от недостаточных возможностей по скорости подсчета при более высоких скоростях потока.

Соответствующий формирователь пучка раскрыт в WO 2013/132361. Формирователь пучка расположен на траектории пучка излучения, испускаемого источником излучения. Формирователь пучка установлен на гентри перед источником излучения и вращается согласованно с фокусной точкой пучка излучения вдоль траектории вокруг области исследования.

К сожалению, для объектов или частей субъекта (например, конечностей, таких как ноги и руки) без ослабляющей структуры (или со слабо ослабляющей структурой) между ослабляющими структурами (например, пространство между ногами) формирователь пучка не является подходящим для детекторов подсчета фотонов с прямым преобразованием. Это происходит потому, что, например, формирователь пучка не снижает в достаточной степени поток в этой более центральной области. В результате некоторые расположенные в центре детекторные элементы детекторной матрицы могут принимать и детектировать чрезмерный поток, который может ухудшить качество изображения в реконструированных объемных данных визуализации.

Это можно видеть на фигуре 10 по отношению к объектам 1002 и 1004, разделенным промежутком 1006. На фигуре 10 испущенный пучок 1008 фильтруется формирователем пучка 1010, который является более толстым в периферийных областях 1012 и более тонким в центральной области 1014, производя фильтрованный пучок 1016, который отфильтрован до большей степени в периферийных областях 1018 и до меньшей степени в центральной области 1020. Область 1022 детекторной матрицы 1024, которая находится близко к промежутку 1006, представляет область детекторной матрицы 1024, которая принимает чрезмерный поток.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном из аспектов система визуализации включает в себя источник излучения, выполненный с возможностью вращения вокруг области исследования и испускания излучения, которое пересекает область исследования. Система визуализации дополнительно включает в себя матрицу чувствительных к излучению пикселей, выполненную с возможностью обнаружения излучения, пересекающего область исследования, и выдачи сигнала, указывающего на обнаруженное излучение. Матрица чувствительных к излучению пикселей размещена напротив источника излучения через область исследования. Система визуализации дополнительно включает в себя жесткое устройство фильтрации потока, которое размещено в области исследования между источником излучения и чувствительной к излучению детекторной матрицей и не вращается вместе с источником излучения. Жесткое устройство фильтрации потока выполнено с возможностью фильтрации излучения, пересекающего область исследования и падающего на него. Излучение, выходящее из жесткого устройства фильтрации потока, имеет предварительно заданный поток.

В другом аспекте способ включает в себя вращение источника излучения вокруг области исследования. Источник излучения испускает излучение, которое пересекает область исследования. Способ дополнительно включает в себя фильтрацию излучения, которое пересекает область исследования, с помощью жесткого устройства фильтрации потока, которое размещено в области исследования и не вращается вместе с источником излучения. Способ дополнительно включает в себя обнаружение, с помощью детекторных пикселей, расположенных напротив источника излучения через область исследования, излучения, пересекающего жесткое устройство фильтрации потока, и генерацию сигнала, указывающего на него.

Жесткое устройство фильтрации потока выполнено с возможностью размещения в области исследования между источником излучения и чувствительной к излучению детекторной матрицей из пикселей подсчета фотонов, при этом жесткое устройство фильтрации потока выполнено с возможностью фильтрации излучения, пересекающего область исследования и падающего на него, и при этом излучение, выходящее из жесткого устройства фильтрации потока, имеет предварительно заданный поток. Жесткое устройство фильтрации потока содержит по меньшей мере одно из политетрафторэтиленового материала или алюминия и имеет толщину, соответствующую заданному напряжению источника излучения и заданному току источника излучения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение может принимать форму различных компонентов и конструкций компонентов, и различных этапов и схем расположения этапов. Чертежи приведены только в целях иллюстрирования предпочтительных вариантов осуществления, и не должны рассматриваться как ограничение изобретения.

Фигура 1 схематично иллюстрирует примерную систему визуализации с детекторной матрицей из детекторных пикселей подсчета фотонов в соединении с устройством фильтрации потока.

Фигура 2 схематично иллюстрирует пример устройства фильтрации потока.

Фигура 3 схематично иллюстрирует другой пример устройства фильтрации потока.

Фигура 4 схематично иллюстрирует другой пример устройства фильтрации потока.

Фигура 5 схематично иллюстрирует другой пример устройства фильтрации потока.

Фигура 6 схематично иллюстрирует другой пример устройства фильтрации потока.

Фигура 7 схематично иллюстрирует другой пример устройства фильтрации потока.

Фигура 8 иллюстрирует способ для применения устройства фильтрации потока с типовой системой визуализации.

Фигура 9 иллюстрирует другой способ для применения устройства фильтрации потока с типовой системой визуализации.

Фигура 10 иллюстрирует пример устройства фильтрации потока уровня техники.

Фигура 11 схематично иллюстрирует вид в перспективе типового устройства фильтрации потока, выполненного с возможностью размещения в крышке стола опоры субъекта.

Фигура 12 схематично иллюстрирует вид сверху вниз примерного устройства фильтрации потока с фигуры 11.

Фигура 13 схематично иллюстрирует первый вид в разрезе примерного устройства фильтрации потока с фигуры 11.

Фигура 14 схематично иллюстрирует второй вид в разрезе типового устройства фильтрации потока с фигуры 11.

Фигура 15 схематично иллюстрирует примерное устройство фильтрации потока с фигуры 11 в отношении сканирования грудной клетки.

Фигура 16 схематично иллюстрирует примерное устройство фильтрации потока с фигуры 11 в отношении сканирования нижних оконечностей.

Фигура 17 схематично иллюстрирует пример, в котором устройство фильтрации потока с фигуры 11 устанавливают и удаляют с боковых сторон крышки стола.

Фигура 18 схематично иллюстрирует пример, в котором устройство фильтрации потока с фигуры 11 устанавливают и удаляют с задней части крышки стола.

Фигура 19 схематично иллюстрирует вариацию примерного устройства фильтрации потока с фигуры 11.

Фигура 20 схематично иллюстрирует другую вариацию примерного устройства фильтрации потока с фигуры 11.

Фигура 21 иллюстрирует способ для применения устройства фильтрации потока с фигуры 11.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фигура 1 схематично иллюстрирует типовую систему визуализации 100, такую как сканер компьютерной томографии (КТ). Система визуализации 100 включает в себя вращающийся гентри 102 и стационарный гентри 104. Вращающийся гентри 102 поддерживается с возможностью вращения стационарным гентри 104. Вращающийся гентри 102 выполнен с возможностью вращения вокруг области исследования 106 вокруг продольной оси или z-оси.

Система визуализации 100 дополнительно включает в себя источник излучения 108, такой как рентгеновская трубка, который поддерживается с возможностью вращения вращающимся гентри 102. Источник излучения 108 вращается с помощью вращающегося гентри 102 вокруг области исследования 106 и выполнен так, чтобы испускать излучение, которое пересекает область исследования 106. Система визуализации 100 дополнительно включает в себя контроллер источника излучения 110. Контроллер источника излучения 110 выполнен с возможностью модулирования испускания излучения. С этой целью контроллер излучения 110 может изменять ток нагрева катода, напряжение, подаваемое к источнику излучения 108, управлять переключателем решетки, что позволяет или запрещает протекать потоку электронов, перемещает физический фильтр в пучок излучения и из него, и т.д.

Система визуализации 100 дополнительно включает в себя формирователь пучка 109. Формирователь пучка 109 размещен на траектории рентгеновского пучка между источником излучения 108 и областью исследования 106. Формирователь пучка 109 сформирован так, чтобы ослаблять пучок в большей степени на периферии пучка. Это делает формирователь пучка подходящим для снижения потока на периферии в отношении детекторов подсчета фотонов с прямым преобразованием, которые страдают от недостаточных возможностей по скорости подсчета при более высоких скоростях потока. Примером формирователя пучка 109 является фильтр типа «галстук-бабочка», который имеет форму, напоминающую галстук-бабочку.

Система визуализации 100 дополнительно включает в себя матрицу 112 чувствительных к излучению пикселей, расположенную вдоль z-направления. Пиксели расположены напротив источника излучения, через область исследования, обнаруживают излучение, пересекающее область исследования, и выдают сигналы, указывающие на обнаруженное излучение. В проиллюстрированном примере пиксели 112 включают в себя пиксели детектора подсчета фотонов с прямым преобразованием. Для таких пикселей генерируемый сигнал будет включать в себя электрический ток или напряжение, имеющие пиковую амплитуду или пиковую высоту, которая указывает энергию обнаруженного фотона. Пиксели детектора подсчета фотонов с прямым преобразованием могут содержать любой подходящий материал прямого преобразования, такой как CdTe, CdZnTe, Si, Ge, GaAs или другой материал прямого преобразования.

Система визуализации 100 дополнительно включает в себя формирователь импульсов 114, который обрабатывает электрический сигнал, выданный детекторными пикселями 112, и генерирует импульс, такой как напряжение или другой импульс, указывающий энергию обнаруженного фотона. Система визуализации 100 дополнительно может включать в себя энергетический дискриминатор 116, который различает импульсы по энергии. В проиллюстрированном примере энергетический дискриминатор 116 содержит по меньшей мере один компаратор 118, который сравнивает амплитуду импульса с по меньшей мере одним энергетическим порогом, который соответствует интересующей энергии. Компаратор 118 выдает выходной сигнал, указывающий, находится ли энергия обнаруженного фотона выше или ниже порога.

Система визуализации 100 дополнительно включает в себя счетчик 120, который увеличивает (или уменьшает) значение счета для каждого порога. Например, когда выход компаратора 118 для конкретного порога указывает, что амплитуда импульса превышает соответствующий порог, значение счета для этого порога увеличивается. Система визуализации 100 может дополнительно включать в себя группировщик 122, который присваивает подсчитанные импульсы энергетическим ячейкам, которые соответствуют различным энергетическим диапазонам. Например, ячейка может быть задана для энергетического диапазона между двумя порогами. В этом примере группировщик 122 присвоил бы фотон, дающий счет для более низкого порога, но не для более высокого порога, к ячейке, заданной для энергетического диапазона между двумя порогами.

Система визуализации 100 дополнительно включает в себя реконструктор 124, который реконструирует отнесенные к ячейкам данные с применением спектрального и/или обычного алгоритма реконструкции и генерирует спектральные и/или обычные данные объемной визуализации. Система визуализации 100 дополнительно включает в себя вычислительную систему, которая служит консолью оператора 126 и включает в себя устройство вывода, такое как дисплей, и устройство ввода, такое как клавиатура, «мышь», и/или т.п. Программное обеспечение, размещенное в консоли 126, управляет функционированием системы 100 посредством управления модуляцией тока в трубке в ответ на выбранный протокол сканирования.

Система визуализации 100 дополнительно включает в себя опору субъекта 128 с основанием 132 и крышкой стола 134. Крышка стола 134 подвижно присоединена к основанию 132 и выполнена с возможностью горизонтального перемещения в область исследования 106 и из нее до, в течение и после сканирования в целях загрузки пациента, сканирования пациента и выгрузки пациента. Основание 132 присоединено к полу или опирается на пол 136 в кабинете для исследований. Основание 132 выполнено с возможностью перемещения вертикально вверх и вниз и, таким образом, для перемещения крышки стола 134 вверх и вниз, например, для загрузки и выгрузки пациента и для позиционирования пациента на соответствующей высоте для сканирования, например, на основании области, которую будут сканировать, изоцентра поля обзора сканера и/или других факторов.

Устройство фильтрации потока 130 обеспечено для сканирования части объекта или субъекта, которая не включает в себя структуру или включает в себя структуру с низким ослаблением между ослабляющими структурами. Для такого сканирования устройство фильтрации потока 130 выполнено так, чтобы, по меньшей мере ослаблять излучение, проходящее в направлении внутренней области детекторных пикселей матрицы чувствительных к излучению пикселей (которая соответствует отсутствию структуры или структуре с низким ослаблением), так, чтобы излучение, выходящее из устройства фильтрации потока 130 и падающее на внутреннюю область детекторных пикселей, имело поток в пределах предварительно заданного диапазона потока. Обычно, устройство фильтрации потока 130 выполнено для равномерного ослабления излучения по пучку излучения.

Обратимся кратко к фигурам 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8, на которых проиллюстрированы неограничивающие примеры устройства фильтрации потока 130.

На фигуре 2 показан вариант осуществления, в котором устройство фильтрации потока 130 размещено и опирается на структуры 202 и 204 (например, ноги), при этом воздушный зазор 206 находится между структурами 202 и 204. В этом примере устройство фильтрации 130 равномерно ослабляет излучение через структуры 202 и 204 и воздушный зазор 206. Фигура 3 также указывает вариант осуществления, в котором устройство фильтрации потока 130 размещено и опирается на структуры 202 и 204, при этом воздушный зазор 206 находится между структурами 202 и 204. Однако, в этом примере, устройство фильтрации 130 включает в себя внутреннюю область 300, которая ослабляет излучение, пересекающее воздушный зазор 206, так чтобы препятствовать тому, чтобы чрезмерный поток достигал детекторной матрицы 112, и внешние области 302, которые только немного ослабляют излучение.

Фигура 4 аналогична фигуре 2, за исключением того, что устройство фильтрации потока 130 включает в себя часть фильтра 400 и держатели 402 и 404, которые выполнены для нахождения на опоре субъекта 128 и которые удерживают часть фильтра 400 над структурами 202 и 204 и воздушным зазором 206, находящимся между ними. Держатели 402 и 404 являются удлиненными и жесткими и содержат материал, который только слегка ослабляет рентгеновское излучение. Фигура 5 аналогична фигуре 3 за исключением того, что устройство фильтрации потока 130 включает в себя держатели 502 и 504, которые удерживают внутренние и внешние части 300 и 302 над структурами 202 и 204 и воздушным зазором 206 между ними. Аналогично, держатели 502 и 504 содержат материал, который только немного ослабляет рентгеновское излучение.

Фигура 6 аналогична фигуре 5 за исключением того, что устройство фильтрации потока 130 не включает в себя внешние части 302. В конфигурациях, показанных на фигурах 4-6, следует понимать, что устройство фильтрации потока 130 может включать в себя только один держатель 402, 404, 502 или 504 или более двух держателей 402, 404, 502 или 504. Кроме того, один или более держателей 402, 404, 502 или 504 могут быть выполнены так, чтобы они являлись расширяемыми, что позволило бы осуществлять настройку высоты устройства фильтрации потока 130 на основании размера сканируемого объекта. Пример расширяемого держателя может включать в себя телескопический элемент, базовый элемент и один или более элементов расширения, которые могут прикрепляться к базовому элементу, множество взаимозаменяемых и имеющих разные размеры держателей, и т.д.

На фигуре 7 показан пример, в котором устройство фильтрации потока 130 с фигуры 2 помещено под структурами 202 и 204 и воздушным зазором 206 между структурами 202 и 204.

Продолжим рассмотрение фигур 1-7; в одном из случаев устройство фильтрации потока 130 является жесткой структурой, то есть, оно не сгибается и не соответствует форме объекта, на котором оно размещено. Напротив, устройство фильтрации потока 130 сохраняет свою форму, независимо от формы объекта. Проиллюстрированное устройство фильтрации потока 130 содержит материал, который ослабляет излучение так, чтобы детекторные пиксели 112 подсчета фотонов, принимающие неослабленное излучение или немного ослабленное излучение, не становились насыщенными. Проиллюстрированное устройство фильтрации потока 130 содержит материал, который ослабляет излучение посредством фотоэлектрического поглощения и комптоновского рассеяния. Соответствующий материал включает материал с высоким атомарным весом, Z (например, Z≥13), который имеет относительно более высокое фотоэлектрическое поглощение, чем вода или типичная мягкая ткань.

Обычно, устройство фильтрации потока 130 обеспечивает предварительно заданный компромисс между фотоэлектрическим поглощением и увеличением жесткости пучка. Пример такого материала включает политетрафторэтилен (PTFE), который является синтетическим фторполимером тетрафторэтилена, алюминий (Al) и т.п. Примером соответствующего PTFE-материала является Teflon®, который является продуктом корпорации Дюпон, США.

Толщина устройства фильтрации потока 130 зависит от параметров протокола сканирования, таких как напряжение трубки (V), ток трубки (I), настроек предварительного формирователя пучка (например, фильтр до пациента) (B). Максимальный поток центрального детекторного пикселя может быть оценен на основании функции F (V,B,I) посредством теоретической физической модели сканера или градуировочной процедуры. В последнем случае поток F_Calib(V,B,I_Calib) на центральном детекторе измеряют для всех возможных V и настроек B и одного тока (I_calib). Для максимального потока F_Max на детекторе для сканирования с параметрами протокола сканирования F_Scan,B_Scan,I_Scan, устройство фильтрации потока 130 будет иметь линейное поглощение μ_A и толщину t_A, которые удовлетворяют:.

Множество устройств фильтрации потока 130 может быть создано для одного или более различных комбинаций параметров протокола сканирования F_Scan,B_Scan,I_Scan. Конкретное устройство фильтрации потока 130 для сканирования может затем быть выбрано клиницистом из множества устройств фильтра потока 130, которое включает в себя устройство фильтрации потока 130 для одной или более различных комбинаций параметров протокола сканирования F_Scan,B_Scan,I_Scan. В одном из случаев пользователь выбирает протокол, и консоль 126 представляет информацию, которая идентифицирует соответствующее устройство фильтрации потока 130 для протокола. Устройство фильтрации потока 130 в зависимости от конфигурации может быть помещено на объект или субъекта (фигура 2) в целях покрытия структур и любой области без ослабления или со слабым ослаблением между структурами или на опору субъекта 128 (фигура 3) в целях покрытия структуры и любой области без ослабления или со слабым ослаблением между структурами.

Фигура 8 иллюстрирует способ в соответствии с вариантом осуществления, описанным в настоящем раскрытии.

Следует понимать, что порядок указанных ниже действий предназначен для целей объяснения и не является ограничивающим. Таким образом, другие порядки также предусмотрены настоящим раскрытием. Кроме того, одно или более действий могут быть пропущены и/или одно или более других действий могут быть включены.

На этапе 802 объект или субъект загружают на опору субъекта.

На этапе 804 протокол сканирования выбирают в консоли.

На этапе 806 устройство фильтрации потока выбирают на основании параметров протокола сканирования и объекта или субъекта.

На этапе 808 выбранное устройство фильтрации потока размещают на объекте или субъекте.

На этапе 810 выполняют сканирование.

На этапе 812 проекционные данные реконструируют с целью генерации данных объемной визуализации.

Фигура 9 иллюстрирует другой способ в соответствии с вариантом осуществления, описанным в настоящем раскрытии. В этом примере субъект представляет собой пациента-человека или пациента-животного, а устройство фильтрации потока 130 помещают так, чтобы пациент находился между устройством фильтрации потока 130 и опорой субъекта 128, например, как показано на фигурах 2-6.

Следует понимать, что порядок указанных ниже действий предназначен для целей объяснения и не является ограничивающим. Таким образом, другие порядки также предусмотрены настоящим раскрытием. Кроме того, одно или более действий могут быть пропущены и/или одно или более других действий могут быть включены.

На этапе 902 пациента помещают на опору субъекта 128.

На этапе 904 протокол сканирования выбирают в консоли 126. В этом примере выбранный протокол сканирования вызывает осуществление контроллером источника излучения 110 модуляции испускания излучения с профилем модуляции, который модулирует испускание излучения между по меньшей мере первым потоком и вторым другим потоком. Как описано далее, такая модуляция может зависеть от угла источника излучения 108.

Например, один из профилей модуляции будет вызывать осуществление контроллером 110 модуляции испускания излучения так, чтобы поток был ниже, когда источник излучения вращается из 3-часового положения через 6-часовое положение, в котором источник излучения 108 находится под частью опоры субъекта, расположенной в области исследования 106, к 9-часовому положению (или из 9-часового положения, через 6-часовое положение, к 3-часовому положению, если система вращается против часовой стрелки).

Кроме того, этот профиль модуляции вызовет осуществление контроллером 110 модуляции излучения так, чтобы поток был более высоким, когда источник излучения вращается из 9-часового положения, через 12-часовое положение, в котором источник излучения 108 находится напротив части опоры субъекта, расположенной в области исследования 106, к 3-часовому положению (или из 3-часового положения, через 12-часовое положение, к 9-часовому положению).

Поток может быть модулирован посредством управления током нагрева в катоде источника излучения 108. В другом случае меньший из двух потоков является отсутствием потока, например, с использованием переключателя решетки, физического фильтра, и т.д., так чтобы подавить пересечение излучением области исследования 106.

На этапе 906 устройство фильтрации потока 130 выбирают из множества устройств фильтрации потока 130 на основании параметров протокола сканирования.

На этапе 908 выбранное устройство фильтрации потока 130 помещают на или над пациентом, как описано в настоящем раскрытии и/или другим способом.

На этапе 910 пациент подвергается сканированию с использованием профиля модуляции.

Например, во время сканирования, контроллер источника излучения 110 модулирует испускание излучения так, чтобы поток являлся более низким потоком, когда источник излучения вращается из 3-часового положения, через 6-часовое положение, к 9-часовому положению (или из 9-часового положения, через 6-часовое положение, к 3-часовому положению для вращения против часовой стрелки), и являлся более высоким потоком, когда источник излучения вращается из 9-часового положения, через 12-часовое положение, к 3-часовому положению (или из 3-часового положения, через 12-часовое положение, к 9-часовому положению для вращения против часовой стрелки).

На этапе 912 проекционные данные реконструируют с целью генерации данных объемной визуализации.

На фигуре 9 устройство фильтрации 130 помещено напротив опоры субъекта 128 с объектами 202 и 204 между устройством фильтрации 130 и опорой субъекта 128, как показано на фигурах 2-6. В варианте осуществления, в котором устройство фильтрации 130 помещено между объектами 202 и 204 и опорой субъекта 128, как показано на фигуре 7, поток модулирован так, чтобы поток находился на более низком уровне, когда источник излучения вращается из 9-часового положения, через 12-часовое положение, к 3-часовому положению, и чтобы поток был более высоким, когда источник излучения вращается из 3-часового положения, через 6-часовое положение, к 9-часовому положению. Как правило, конкретный используемый профиль модуляции выбирают так, чтобы он ослаблял поток до его прохождения через пациента, а не после этого, поскольку любое ослабление перед пациентом подразумевает снижение рентгеновской дозы, тогда как ослабление после пациента подразумевает растрачивание дозы.

Более конкретно, посредством модулирования испускания излучения таким способом дозу облучения пациента снижают, когда источник излучения 108 находится в положении, в котором излучение, пересекающее объект или субъект, впоследствии подвергается фильтрации, относительно положения, в котором излучение фильтруется до прохождения через пациента. Когда источник излучения 108 находится в положении, в котором излучение фильтруется до прохождения через пациента, поток, видимый детектором, снижают, и доза для пациента снижается. Когда источник излучения 108 находится в положении, в котором излучение, проходящее через объект или субъект, фильтруется после прохождения, поток, видимый детектором, снижают, но без снижения дозы для пациента, что приводит к растрачиванию дозы, заключающемуся в том, что рентгеновское излучение, пересекающее пациента, фильтруется и не вносит вклад в генерацию данных объемной визуализации. Указанный выше профиль модуляции снижает эту неэффективность дозы, которая включает дозу для пациента, которая не используется для генерации данных объемной визуализации.

Фигуры 11-14 иллюстрируют вариант осуществления, в котором устройство фильтрации потока 130 съемно устанавливают в пределах или внутри крышки стола 134. Фигура 11 указывает вид в перспективе устройства фильтрации потока 130. Фигура 12 указывает вид сверху вниз устройства фильтрации потока 130. Фигура 13 указывает первый вид в разрезе устройства фильтрации потока 130 вдоль линии A-A с фигуры 12. Фигура 14 указывает второй вид в разрезе устройства фильтрации потока 130 вдоль линии B-B с фигуры 12.

Устройство фильтрации потока 130 включает в себя один или более сокращающих поток элементов. Ради ясности и краткости, два сокращающих поток элемента 1102 и 1104 показаны в этом примере. Каждый сокращающий поток элемент 1102 (или 1104) имеет форму прямоугольного треугольника, первая сторона 1106 (или 1108) которого простирается вдоль оси z, вторая сторона 1110 (или 1112) простирается вдоль перпендикуляра оси х из первой стороны 1106 (или 1108), и третья сторона 1114 (или 1116), находится напротив прямого угла, сформированного на пересечении первой и второй сторон 1106 (или 1108) и 1110 (или 1112). Другие формы также предусматриваются в настоящем раскрытии.

Элементы сокращения потока 1102 и 1104 выровнены в полости крышки стола 134 друг относительно друга в плоскости x/z, при этом первые стороны 1106 и 1108 обращены друг к другу. Позиция одного или более сокращающих поток элементов 1102 и 1104 регулируется вручную и/или внешним регулятором в направлениях x и/или z. На основании предварительного сканирования и/или другого сканирования один или более сокращающих поток элементов 1102 и 1104 позиционируют так, чтобы они добавляли поглощающий рентгеновские лучи материал к областям с низким поглощением и/или отсутствием поглощения.

Фигура 15 схематично иллюстрирует пример, в котором один или более сокращающих поток элементов 1102 и 1104 ослабляют рентгеновские лучи 1502, проходящие через легкие 1504 (то есть, низкое поглощение) пациента 1506. Фигура 16 схематично иллюстрирует пример, в котором один или более сокращающих поток элементов 1102 и 1104 ослабляют рентгеновские лучи 1602, пересекая вакуум 1604 между ногами 1606 (то есть, отсутствие поглощения) пациента 1608 и/или внутреннюю периферию 1610 ног 1606 (то есть, низкое поглощение). Рентгеновские лучи, пересекающие части тела пациентов, имеющие более высокое поглощение, 1506 и 1608, не показаны ради ясности.

Для сканирования, покрывающего грудную клетку и по меньшей мере подчасть нижних конечностей, один или более сокращающих поток элементов 1102 и 1104 перемещают в по меньшей мере х-направлении из положения, в котором имеется ненулевой зазор 1508 между одним или более сокращающими поток элементами 1102 и 1104 с целью сканирования легких (Фигура 15), в другую позицию, в которой один или более сокращающих поток элементов 1102 и 1104 примыкают друг к другу и формируют непрерывную дополнительную поглощающую рентгеновское излучение область между ногами с целью сканирования нижних конечностей (Фигура 16). Перемещение может быть непрерывным или дискретным. Перемещение сокращающего поток устройства 130 во время сканирования хорошо подходит для сканирования в значительной степени в z-направлении, когда сокращающие поток элементы 1102 и 1104 не будут полностью покрывать области низкого поглощения без такого перемещения. В противном случае сокращающие поток элементы 1102 и 1104 остаются неподвижными относительно крышки стола 134.

На фигурах 11-16 устройство фильтрации потока 130 установлено так, чтобы первые стороны 1106 и 1108 были ближайшими к вращающемуся гентри 104. Эта конфигурация хорошо подходит, когда пациент лежит на крышке стола 134 так, что его голова находится ближе и его ступни находятся дальше от вращающегося гентри 104. В одной из вариаций устройство фильтрации потока 130 установлено так, чтобы первые стороны 1106 и 1108 были удаленными относительно вращающегося гентри 104. Эта конфигурация хорошо подходит, когда пациент лежит на крышке стола 134 так, что его голова находится дальше и его ступни находятся ближе к вращающемуся гентри 104. Кроме того, устройство фильтрации потока 130 показано на фигурах 13-16 с искривленными сторонами. Следует понимать, что показанное искривление не является ограничивающим, и устройство фильтрации потока 130 может иметь другие радиусы кривизны, плоские стороны, неправильные стороны, и/или стороны другой формы.

Фигура 17 схематично иллюстрирует вариант осуществления, в котором один или более сокращающих поток элементов 1102 и 1104 устанавливают и удаляют из крышки стола 134 из сторон 1702 крышки стола 134. Фигура 18 схематично иллюстрирует вариант осуществления, в котором один или более сокращающих поток элементов 1102 и 1104 устанавливают и удаляют из крышки стола 134 из задней части 1802 крышки стола 134. В другом случае один или более сокращающих поток элементов 1102 и 1104 могут быть установлены в крышке стола 134 и удалены из крышки стола 134 с передней стороны 1804 и/или другой области крышки стола 134. Один или более сокращающих поток элементов 1102 и 1104 устанавливают и удаляют через отверстие.

На фигуре 19 показана вариация, в которой устройство фильтрации потока 130 включает в себя множество пластин 1902. Множество пластин 1902 имеет инвариантные поперечные сечения по z-направлению, которое составляет больше, чем размер пучка в z-направлении. В течение сканирования множество пластин 1902 может быть перемещено в пределах крышки стола 134 так, чтобы положение множества пластин 1902 не изменилось относительно вращающегося гентри 102. Множество пластин 1902 может быть установлено и удалено из крышки стола 134, как описано в отношении фигур 17 и 18, и/или другим способом.

На фигуре 20 показана вариация, в которой одни или более полых контейнеров 2002 расположены в крышке стола 134. В этой вариации один или более полых контейнеров 2002 могут быть заполнены сильно абсорбирующим газом 2004 (например, ксеноном) через трубопроводы 2006. Поглощение одним или более полыми контейнерами 2002 может быть изменено путем корректировки давления газа в одном или более полых контейнеров 2002 через регулятор давления 2008. Газ 2004 и/или полые контейнеры, 2002 могут находиться в основании 132 опоры субъекта 128, стационарном гентри 104, части крышки стола 134, которая не подвергается облучению и/или в другом месте.

В вариации с фигуры 20 один или более полых контейнеров 2002 могут включать в себя расширяемый и/или гибкий контейнер, такой как мешок, баллон, и т.д. Расширяемый и/или гибкий контейнер может использоваться внутри и/или за пределами крышки стола 134. Например, расширяемый и/или гибкий контейнер может быть заполнен (или предварительно заполнен) сильно абсорбирующим газом 2004 и/или другим абсорбирующим газом, а затем помещен между конечностями за пределами крышки стола 134. В этом случае расширяемый и/или гибкий контейнер ослабляет излучение, пересекающее воздушные зазоры 206 и 1604, показанные на фигурах 2-6 и 16, в целях препятствования достижения детекторной матрицы 112 чрезмерным потоком. Расширяемый и/или гибкий контейнер может быть сжат и может удерживаться на месте конечностями, опорой или удерживающим устройством, и/или другим способом.

В конфигурациях с фигур 11-20 ток в трубке может быть модулирован в соответствии с описанным в настоящем раскрытии в целях снижения потока, когда дополнительный ослабляющий материал находится между пациентом 1506 и 1608 и детекторной матрицей 112, в результате чего рентгеновские лучи сначала пересекают пациента 1506 и 1608 и затем дополнительный ослабляющий материал устройства фильтрации потока 130, и в целях повышения потока, когда дополнительный ослабляющий материал не находится между пациентом 1506 и 1608 и детекторной матрицей 112, в результате чего рентгеновские лучи сначала пересекают дополнительный ослабляющий материал и затем пациента 1506 и 1608. Указанное будет способствовать снижению неэффективности дозы, как описано в настоящем раскрытии.

Фигура 21 иллюстрирует другой способ в соответствии с вариантом осуществления, описанным в настоящем раскрытии.

Следует понимать, что порядок указанных ниже действий предназначен для целей объяснения и не является ограничивающим. Таким образом, другие порядки также предусмотрены настоящим раскрытием. Кроме того, одно или более действий могут быть пропущены и/или одно или более других действий могут быть включены.

На этапе 2102 пациента помещают на опору субъекта 128.

На этапе 2104 протокол сканирования выбирают в консоли 126. В этом примере выбранный протокол сканирования вызывает осуществление контроллером источника излучения 110 модуляции испускания излучения с профилем модуляции, который модулирует испускание излучения между по меньшей мере первым потоком и вторым другим потоком. Как описано далее, такая модуляция может зависеть от угла источника излучения 108.

На этапе 2106 устройство фильтрации потока 130 выбирают из множества устройств фильтрации потока 130 на основании параметров протокола сканирования.

На этапе 2108 выбранное устройство фильтрации потока 130 помещают в положение в крышке стола 134. Как описано в настоящем раскрытии, это может включать в себя перемещение физических механических устройств 1102 и 1104 в положение и/или внесение одного или более полых контейнеров 2002 с сильно поглощающим газом 2004.

На этапе 2110 пациент подвергается сканированию с использованием профиля модуляции и с перемещением устройства фильтрации потока 130 при необходимости.

На этапе 2112 проекционные данные реконструируют с целью генерации данных объемной визуализации.

Как правило, различные варианты осуществления устройства фильтрации потока 130, описанные в настоящем раскрытии, могут применяться в рентгеновских или КТ-системах с детекторами подсчета фотонов в целях решения проблемы скорости подсчета. Различные варианты осуществления устройства фильтрации потока 130 могут применяться для медицинских приложений, сканирующих грудную клетку, конечности, и т.д., а также для стоматологических и/или немедицинских приложений, таких как испытание без разрушения, и т.д.

Изобретение было описано в отношении предпочтительных вариантов осуществления. Модификации и изменения могут быть придуманы другими после прочтения и понимания приведенного выше подробного описания. Предполагается, что изобретение создается как включающее в себя все такие модификации и изменения до степени, в которой они находятся в пределах объема пунктов прилагаемой формулы изобретения или их эквивалентов.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к управлению рентгеновским потоком, падающим на детектор подсчета фотонов системы визуализации. Система визуализации для медицинских приложений включает в себя источник излучения, выполненный с возможностью вращения вокруг области исследования и испускания излучения, которое пересекает область исследования, матрицу чувствительных к излучению пикселей, выполненную с возможностью обнаружения излучения, пересекающего область исследования, и выдачи сигнала, указывающего на обнаруженное излучение, при этом матрица чувствительных к излучению пикселей размещена напротив источника излучения через область исследования, жесткое устройство фильтрации потока, размещенное в области исследования между источником излучения и чувствительной к излучению детекторной матрицей пикселей, при этом устройство фильтрации потока не вращается вместе с источником излучения и выполнено с возможностью фильтрации излучения, пересекающего область исследования и падающего на него, и при этом излучение, выходящее из устройства фильтрации потока, имеет предварительно заданный поток, причем жесткое устройство фильтрации потока включает в себя сокращающий поток элемент, который увеличивается или уменьшается в области вдоль z-направления. Способ визуализации для медицинских приложений выполняется системой. Использований группы изобретений позволяет формировать профиль модуляции рентгеновского излучения для снижения рентгеновской дозы для объекта исследований. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 21 ил.

1. Система (100) визуализации для медицинских приложений,

включающая в себя:

источник (108) излучения, выполненный с возможностью вращения вокруг области (106) исследования и испускания излучения, которое пересекает область (106) исследования;

матрицу чувствительных к излучению пикселей (112), выполненную с возможностью обнаружения излучения, пересекающего область (106) исследования, и выдачи сигнала, указывающего на обнаруженное излучение, при этом матрица чувствительных к излучению пикселей размещена напротив источника (108) излучения через область (106) исследования; и

жесткое устройство (130) фильтрации потока, размещенное в области (106) исследования между источником (108) излучения и чувствительной к излучению детекторной матрицей пикселей (112), при этом устройство (130) фильтрации потока не вращается вместе с источником (108) излучения и выполнено с возможностью фильтрации излучения, пересекающего область (106) исследования и падающего на него, и при этом излучение, выходящее из устройства (130) фильтрации потока, имеет предварительно заданный поток, причем жесткое устройство (130) фильтрации потока включает в себя сокращающий поток элемент (1102, 1104, 2002), который увеличивается или уменьшается в области вдоль z-направления.

2. Система (100) визуализации по п. 1, причем жесткое устройство (130) фильтрации потока включает в себя внутреннюю область (300) с первыми характеристиками ослабления и внешние области (302) со вторыми характеристиками ослабления, при этом внутренняя область (300) ослабляет излучение в большей степени, чем внешние области (302).

3. Система (100) визуализации по любому из пунктов 1-2, причем жесткое устройство (130) фильтрации потока содержит по меньшей мере одно из синтетического фторполимера из тетрафторэтиленового материала или алюминия.

4. Система (100) визуализации по любому из пп. 1, 2, причем чувствительная к излучению детекторная матрица (112) включает в себя пиксели подсчета фотонов.

5. Система (100) визуализации по любому из пп. 1-4, причем жесткое устройство (130) фильтрации потока имеет толщину, соответствующую заданному напряжению источника излучения и заданному току источника излучения.

6. Система (100) визуализации по п. 5, причем жесткое устройство (130) фильтрации потока представляет собой одно жесткое устройство фильтрации потока из множества устройств фильтрации потока, каждое из которых имеет толщину, соответствующую различной комбинации из различной установки заданного напряжения источника излучения и заданного тока источника излучения.

7. Система (100) визуализации по любому из пп. 1-6, причем жесткое устройство (130) фильтрации потока по меньшей мере фильтрует излучение, направленное к внутренней области детекторных пикселей матрицы чувствительных к излучению пикселей (112), на основании предварительно заданной величины потока.

8. Система (100) визуализации по любому из пп. 1-7, дополнительно включающая в себя:

контроллер источника (110), выполненный с возможностью модулирования тока источника (108) излучения между по меньшей мере первым потоком и вторым другим потоком.

9. Система (100) визуализации по любому из пп. 1-7, дополнительно включающая в себя:

контроллер источника (110), выполненный с возможностью поддержания одного и того же потока в течение сканирования.

10. Система (100) визуализации по любому из пп. 8, 9, причем контроллер источника (110) использует предварительно заданную модель, которая модулирует ток источника излучения на основании текущего угла источника излучения относительно области (106) исследования.

11. Система (100) визуализации по любому из пп. 1-10, дополнительно включающая в себя

опору (128) субъекта, и причем жесткое устройство фильтрации потока включает в себя фильтр (130) и по меньшей мере один держатель (402, 404, 502, 504), выполненный с возможностью нахождения на опоре (128) субъекта и поддержания фильтра над опорой (128) субъекта.

12. Система (100) визуализации по любому из пп. 1-10, дополнительно включающая в себя:

опору (128) субъекта с крышкой стола (134), имеющей длинную ось вдоль z-направления, при этом жесткое устройство (130) фильтрации потока размещено в крышке стола (134).

13. Система (100) визуализации по п. 12, причем жесткое устройство (130) фильтрации потока включает в себя сокращающие поток элементы (1902), имеющих инвариантное поперечное сечение вдоль z-направления по z-диапазону, большему протяженности рентгеновского пучка в z-направлении.

14. Способ визуализации для медицинских приложений,

включающий в себя:

вращение источника (108) излучения вокруг области (106) исследования, при этом источник (108) излучения испускает излучение, которое пересекает область (106) исследования;

фильтрацию излучения, которое пересекает область (106) исследования, с помощью жесткого устройства (130) фильтрации потока, которое размещено в области (106) исследования и не вращается вместе с источником (108) излучения;

причем жесткое устройство (130) фильтрации потока включает в себя сокращающий поток элемент (1102, 1104, 2002), который увеличивается или уменьшается в области вдоль z-направления, обнаружение с помощью детекторных пикселей (112), расположенных напротив источника (108) излучения через область (106) исследования, излучения, пересекающего устройство (130) фильтрации потока, и генерацию сигнала, указывающего на него.