АППАРАТ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ДВУХЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ДАННЫХ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК A61B6/03 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к аппарату для формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения, к системе для формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения и способу формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения, а также к элементу компьютерной программы и машинно-читаемому носителю.

Уровень техники

Базовая проблематика настоящего изобретения лежит в области рентгеновской спектральной компьютерной томографии (КТ). В системе КТ рентгеновский источник испускает рентгеновское излучение. Испускаемое излучение пересекает область исследования, в которой находится человек или объект, и детектируется матрицей детекторов, которая расположена напротив рентгеновского источника. Матрица детекторов детектирует излучение, пересекающее область исследования и человека, и формирует проекционные данные, например, необработанные данные детектирования или проекционный изображения. Программа реконструкции обрабатывает проекционные данные и восстанавливает объемное изображение человека или объекта. Рентгеновская спектральная КТ - это средство получения изображения, которое расширяет возможности традиционной системы КТ. В двухэнергетической КТ (ДЭКТ), которая представляет собой особую конфигурацию спектральной КТ, используются два значения ослабления излучения, полученные в двух различных энергетических спектрах с целью разрешения фотоэлектрического и комптоновского вклада, который состоит из массового коэффициента ослабления для материала, и таким образом, идентифицировать неизвестный материал по его значению фотоэлектрического и комптоновского вклада. Данная схема работает особенно хорошо с материалами, такими как йод, поскольку йод можно отличать, например, от кальция, благодаря фотоэлектрическим/комптоновским свойствам. Поскольку любые две линейно независимые суммы двух базовых функций охватывают все пространство коэффициентов ослабления, любой материал может быть представлен линейной комбинацией двух других материалов, так называемых базовых материалов, таких как вода и йод. Изображения базового материала обеспечивают новые направления практического применения, такие как монохроматическое изображение, изображение затухания материала, изображение среднего атомного номера, и диаграмму электронной плотности. Существуют несколько подходов к получению данных ДЭКТ, такие как использование двух источников, быстрое переключение ускоряющего напряжения (kVp) и схемы с двухслойными детекторами. Однако, такие подходы могут быть дорогостоящими. В то же самое время, исследуемый объект, такой как тело пациента, не является осесимметричным. Например, обычно пациенты в поперечном сечении имеют несколько эллиптическую форму, при этом сечение в направлении грудь-спина обычно более тонкое, чем в направлении от плеча к плечу. Дозу облучения можно сократить путем уменьшения потока рентгеновского излучения (аналога интенсивности рентгеновского излучения для его поглощения в течение заданного периода времени), когда гентри сориентирован в направлении грудь-спина или спина-грудь. Однако при быстром вращении гентри (несколько Гц) модулировать дозу облучения непросто. Изменение тока обычно происходит слишком медленно из-за большой электрической емкости высоковольтных кабелей, и необходимости контроля температуры катода. Переключение посредством управляющего модулятора - это быстрый способ управления током электронного луча в рентгеновской трубке путем электростатического сжатия пучка. В идеальном случае пучок можно переключать от полного тока до нулевого тока за несколько микросекунд. Это делает возможной широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) интенсивности рентгеновского излучения путем изменения коэффициента заполнения тока электронного пучка. ШИМ является гибким способом для быстрой модуляции интенсивности. Однако, для этого требуется дорогостоящая электроника генератора, и не все рентгеновские трубки в данной области оснащены такой электроникой, а обеспечение двухэнергетического приема сигнала в то же самое время может сделать такие системы непозволительно дорогими.

Существует необходимость решения указанных проблем.

Раскрытие изобретения

Было бы полезно иметь усовершенствованный аппарат для формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения.

Задача настоящего изобретения решается посредством объекта изобретения, раскрытого в независимых пунктах формулы изобретения, в то время как дополнительные варианты осуществления включены в зависимые пункты. Следует отметить, что рассматриваемые ниже аспекты и примеры изобретения относятся также к аппарату для формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения, системе для формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения, способу формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения, а также к элементу компьютерной программы и машинно-читаемому носителю.

В соответствии с изобретением в его первом аспекте, предлагается аппарат для формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения, содержащий:

- источник рентгеновского излучения;

- растровый фильтр; и

- детектор рентгеновского излучения.

Источник рентгеновского излучения выполнен с возможностью создания фокусного пятна на мишени с целью получения рентгеновского излучения. Источник рентгеновского излучения также выполнен с возможностью перемещения фокусного пятна по поверхности мишени в первом направлении. Источник рентгеновского излучения также выполнен с возможностью перемещения фокусного пятна по поверхности мишени во втором направлении, которое ортогонально первому направлению. Детектор рентгеновского излучения расположен относительно источника рентгеновского излучения так, что по меньшей мере часть зоны между источником рентгеновского излучения и детектором рентгеновского излучения представляет собой область исследования для размещения объекта. Растровый фильтр расположен между областью исследования и источником рентгеновского излучения. Растровый фильтр содержит структуру с первой ориентацией, так что перемещение фокусного пятна в первом направлении в результате дает соответствующее изменение интенсивности рентгеновского излучения, которое пропускает растровый фильтр. Растровый фильтр содержит структуру со второй ориентацией, которая ортогональна первой ориентации, так что перемещение фокусного пятна во втором направлении в результате дает соответствующее изменение энергетического спектра рентгеновского излучения, которое пропускает растровый фильтр. Детектор рентгеновского излучения выполнен с возможностью детектирования по меньшей мере части рентгеновского излучения, которое пропускает растровый фильтр.

Другими словами, растровый фильтр используется, чтобы обеспечить модуляцию интенсивности, и таким образом, когда источник рентгеновского излучения и детектор вращаются вокруг объекта, такого как тело человека, которое не обладает постоянным поперечным сечением в зависимости от углового положения, интенсивность рентгеновского излучения можно модулировать, чтобы интенсивность была согласована с глубиной прохождения рентгеновского излучения через целевой объект в целях оптимизации дозы облучения. Это делается посредством перемещения фокусного пятна, из которого из мишени происходит испускание рентгеновского излучения (или манипуляции пятном, заключающейся в том, что фокусное пятно электронного луча не обязательно должно быть включено при его перемещении из одного положения в другое) в первом направлении, так что испускание рентгеновского излучения теперь происходит из другого положения от источника рентгеновского излучения, и рентгеновское излучение тогда распространяется через растровый фильтр немного по другому пути, при этом изменение пути приводит к изменению общей интенсивности в силу структуры растрового фильтра в соответствующем направлении перемещения. В то же самое время (здесь «то же время» относится к состоянию, когда гентри вращается, и не обязательно означает «точно то же самое время») за счет перемещения точки испускания рентгеновского излучения в ортогональном направлении, и благодаря тому, что растровый фильтр имеет такую структуру, что на различных путях своего распространения через фильтр рентгеновское излучение взаимодействует с различными материалами, можно таким образом изменять спектр рентгеновского излучения, например, от первого энергетического спектра до второго энергетического спектра. Из этого следует, что таким образом получается двухэнергетический аппарат, который способен осуществлять очень быструю модуляцию энергетического спектра, когда источник рентгеновского излучения и детектор рентгеновского излучения вращаются вокруг целевого объекта, за счет фокусирования электронного луча в двух точках, отстоящих друг от друга в одном направлении, и в то же самое время за счет менее быстрого перемещения фокусного пятна в ортогональном направлении можно модулировать интенсивность рентгеновского излучения в целях оптимизации дозы облучения, когда изменяется толщина объекта.

Таким образом, для каждого уровня интенсивности, получаемого за счет установки фокусного пятна в первое «положение» путем перемещения пятна в первом направлении для получения данного уровня интенсивности, фокальное пятно в том «положении» можно перемещать во втором направлении для изменения спектра рентгеновского излучения от одного энергетического спектра до другого энергетического спектра, обеспечивая таким образом возможность реализации двухэнергетического режима и режима переменной интенсивности.

Другими словами, модуляция обеспечивается за счет изменения прохождения рентгеновского излучения через растровый фильтр, вызванного смещением положения точки эмиссии рентгеновского излучения из источника рентгеновского излучения в первом направлении, что позволяет адаптировать профиль интенсивности рентгеновского излучения обратно пропорционально толщине тела пациента, зависящей от углового положения гентри. Это дает возможность получать оптимальные профили интенсивности. В то же время обеспечивается спектральная модуляция за счет изменения прохождения рентгеновского излучения через растровый фильтр, вызванного смещением положения точки эмиссии рентгеновского излучения из источника рентгеновского излучения во втором направлении, ортогональном первому направлению, при этом такое изменение положения можно получать от кадра к кадру (или от множества кадров к множеству кадров, или асимметрично, когда один кадр соответствует одному заданному спектру, а N кадров - второму заданному спектру, например, в пропорции 1:2, 1:3, 1:5 …), что дает возможность получать двухэнергетический массив данных при всех угловых положениях, когда быстрое переключение фокусного пятна во втором направлении позволяет получать для пациента данные в двух различных энергетических спектрах фактически при одном и том же угловом положении гентри.

Управление точкой эмиссии рентгеновского излучения из источника рентгеновского излучения в двух ортогональных направлениях, обеспечивающее соответствующие изменения направления прохождения рентгеновского луча сквозь растровый фильтр в целях модуляции как интенсивности, так и энергетического спектра, обеспечивает высокую функциональную гибкость протоколов сбора данных, и также позволяет получать изображения, совместимые с большинством старых систем КТ (другими словами, функции аппарата, соответствующего настоящему изобретению, могут быть в рамках модернизации встроены в существующие системы КТ), обеспечивая эффективный и рентабельный способ получения двухэнергетических данных при требуемых уровнях дозы облучения.

Согласно примеру, растровый фильтр характеризуется фокусным расстоянием, связанным со структурой с первой ориентацией, причем растровый фильтр отстоит от фокусного пятна источника рентгеновского излучения на расстоянии, равном указанному фокусному расстоянию.

Таким образом, при одном положении фокусного пятна растровый фильтр обеспечивает максимальную интенсивность, при этом перемещение пятна в первом направлении приводит к общему уменьшению интенсивности во всей области рентгеновского пучка и для всех энергий. Любые эффекты зависимости от энергии выражены гораздо слабее, чем те же эффекты для спектрального растра, при этом, на основе знания свойств материала для используемого растрового фильтра эффекты зависимости от энергии могут быть рассчитаны и учтены. Вместо расчетов может быть предпринята калибровка спектров при перемещении фокусного пятна.

Другими словами, фильтр, выполненный из решетки или структуры подобной направленному растру, и установленный близко к рентгеновской трубке, также может быть использован для модуляции потока рентгеновского излучения, выходящего из фильтра, путем использования отклонения фокусного пятна в первом направлении. Указанное отклонение может быть использовано для быстрой и динамичной модуляции потока рентгеновского излучения совместно с решеткой или структурой подобной растру, расположенной близко к рентгеновской трубке. Таким образом, это дает возможность изменять поток рентгеновского излучения трубки путем размещения структуры подобной растру очень близко к рентгеновской трубке (следовательно, с другой стороны пациента по сравнению с обычным использованием отсеивающего растра). Благодаря использованию направленного растра с фокусным расстоянием равным расстоянию до фокусного пятна, гарантируется, что характеристика пропускания рентгеновского излучения через растр будет иметь плоскую форму для всех смещений фокусного пятна. Однако, только для одного (номинального) положения коэффициент пропускания максимален, а смещение фокусного пятна в сторону от указанного положения дает более низкое общее значение коэффициента пропускания. Таким образом, можно осуществлять очень быструю модуляцию потока, не имея никаких движущихся механических частей, обеспечивая быстрое изменение интенсивности, которое соответствует изменению поперечного сечения пациента, которое можно наблюдать при вращении гентри.

Согласно примеру, структура с первой ориентацией содержит множество первых ламелей, отстоящих на расстоянии друг от друга. Первые ламели выполнены из первого материала, и при этом растровый фильтр между первыми ламелями выполнен из первого материала, или материала сравнительно прозрачного для рентгеновского излучения.

Таким образом, смещение фокусного пятна в первом направлении приводит к тому, что рентгеновские лучи проходят через другие толщины первого материала, и таким образом осуществляется модуляция общей интенсивности, а энергетический спектр остается тем же самым, поскольку имеет место изменение только количества материала, через которое приходится проходить рентгеновскому излучению. Как говорилось выше, любое изменение в спектрах может быть учтено посредством расчетов или калибровки.

Согласно примеру, множество первых ламелей нацелены на линию на мишени, так что фокусное пятно, будучи сосредоточенным в каком-либо месте на указанной линии, соответствует максимуму пропускания рентгеновского излучения относительно смещения пятна в первом направлении.

Другими словами, одномерная решетка или структура фильтра оснащена ламелями, отходящими от плоскости решетки, которые нацелены на фокальную линию на мишени. Когда фокусное пятно сфокусировано на указанной линии, получается локальный максимум интенсивности, поскольку рентгеновское излучение, взаимодействующее с решеткой и растром, распространяется через растр параллельно ламелям, при это большая часть рентгеновских лучей взаимодействует с более тонким материалом между ламелями (или прозрачным материалом между ламелями), и только малая доля рентгеновского излучения взаимодействует с ламелями. Однако, смещение фокусного пятна в первом направлении приводит к тому, что рентгеновское излучение теперь проходит через растр под углом, так что рентгеновские лучи теперь не параллельны ламелям, и таким образом смещение в первом направлении вызывает соответствующее известное изменение интенсивности рентгеновского излучения. Таким образом осуществляется модуляция интенсивности для неизменного энергетического спектра. Как говорилось выше, может происходить определенное увеличение жесткости излучения, но это поддается коррекции.

Согласно примеру, структура с первой ориентацией обуславливает характеристику пространственного изменения поглощения рентгеновского излучения, при которой минимум поглощения находится в центре множества первых ламелей, а увеличение поглощения происходит в любую сторону от центра множества первых ламелей.

Другими словами, одномерная решетка, соответствующая структуре с первой ориентацией, обладает базовой характеристикой поглощения в форме «бабочки» (Bowtie-характеристика), которая обеспечивает максимальную интенсивность рентгеновского излучения в центральной плоскости, и уменьшение интенсивности при уходе из центральной плоскости, что может учитывать такой объект, как тело человека при фиксированном угле зрения, когда толщина тела максимальна в центре и становится тоньше к краям. Однако, из-за того, что тело не является цилиндрическим с круговым поперечным сечением, а скорее имеет сечение эллиптического типа, когда направление наблюдения изменяется, то толщина объекта в направлении осевой линии изменяется, при этом смещение фокусного пятна приводит к изменению общей интенсивности по закону обратному «бабочке», чтобы поддерживать требуемую дозу облучения. Таким образом, при одной ориентации растровый фильтр действует как динамический фильтр-бабочка, который позволяет изменять интенсивность при смещении фокусного пятна в первом направлении. И в то же самое время, за счет смещения фокусного пятна во втором, ортогональном направлении обеспечивается двухэнергетический режим.

Согласно примеру, характеристика пространственного изменения поглощения обусловлена изменением толщины индивидуальных элементов из множества первых ламелей.

Согласно примеру, структура с первой ориентацией содержит множество дополнительных ламелей, отстоящих на расстоянии друг от друга и отнесенных в сторону от множества первых ламелей. Структура с первой ориентацией обуславливает характеристику пространственного изменения поглощения, при которой минимум поглощения соответствует центру множества дополнительных ламелей. При этом, в каждую сторону от центра множества дополнительных ламелей структура растра с первой ориентацией демонстрирует увеличение поглощения, которое отличается от характеристики увеличения поглощения структурой с первой ориентацией в каждую сторону от центра множества первых ламелей.

Согласно примеру, множество дополнительных ламелей нацелены на линию на мишени, так что фокусное пятно, будучи сосредоточенным в каком-либо месте на указанной линии, соответствует максимуму пропускания рентгеновского излучения относительно смещения пятна в первом направлении.

Другими словами, при первой ориентации растровый фильтр демонстрирует не одну динамическую Bowtie-характеристику, соответствующую одному набору ламелей, но обладает и второй динамической Bowtie-характеристикой, соответствующей другому набору ламелей, отнесенному в сторону от первого набора ламелей. Таким образом, смещения фокусного пятна в первом направлении могут приводить к изменению интенсивности Bowtie-характеристики, связанной с одним набором ламелей. Тогда, более значительное смещение фокусного пятна в первом направлении может приводить к взаимодействию рентгеновского излучения с другим набором ламелей растра, чтобы получить вторую динамическую Bowtie-характеристику. Например, одна Bowtie-характеристика может быть адекватна для взаимодействия с небольшими объектами, такими как тело ребенка, обеспечивая требуемые уровни облучения тела, в то время как вторая Bowtie-характеристика может соответствовать взаимодействию с телом взрослого человека. Также могут дополнительно существовать третья или четвертая Bowtie-характеристики, получаемые таким же способом.

Согласно примеру, растровый фильтр обладает фокусным расстоянием, соответствующим структуре со второй ориентацией. Растровый фильтр отнесен от фокусного пятна источника рентгеновского излучения на расстояние, равное указанному фокусному расстоянию.

Таким образом, при одном положении фокусного пятна растровый фильтр обеспечивает максимум интенсивности.

Согласно примеру, структура со второй ориентацией содержит множество вторых ламелей, отстоящих на расстоянии друг от друга. Указанные вторые ламели выполнены из другого материала нежели первые ламели.

Согласно примеру, структура со второй ориентацией содержит ряд секций с другими материалами для другой базовой фильтрации.

Таким образом, когда при максимальной интенсивности лучи, испускаемые источником рентгеновского излучения, распространяются только через первый материал и через определенную часть другого материала вторых ламелей, указанные лучи характеризуются первым энергетическим спектром. Однако, движение фокусного пятна во втором направлении приводит к тому, что рентгеновские лучи теперь распространяются также в большей степени через второй материал - материал вторых ламелей, и как таковой энергетический спектр изменяется. Другими словами, перемещение фокусного пятна во втором направлении от первого положения ко второму положению позволяет получить первый луч с первым энергетическим спектром, соответствующим первому положению пятна, а затем позволяет получить второй луч со вторым энергетическим спектром, соответствующим второму положению пятна. Таким образом, могут быть эффективно получены рентгеновские лучи двух энергетических диапазонов, а при одновременном перемещении точки эмиссии рентгеновского излучения в первом направлении можно изменять интенсивность рентгеновского излучения без изменения энергетического спектра.

Таким образом, вторые ламели расположены ортогонально первым ламелям. Согласно примеру, вторые ламели поставлены пакетом поверх первых ламелей. Согласно другому примеру, первые ламели поставлены пакетом поверх вторых ламелей. Согласно примеру, первые и вторые ламели расположены практически в одной плоскости, образуя в этой плоскости крестообразный рисунок, так что определенные ламели из набора первых ламелей проходят сквозь определенные ламели из набора вторых ламелей, и наоборот.

Согласно примеру, множество вторых ламелей нацелены на фокусное пятно, когда пятно находится в положении, соответствующем максимальному пропусканию рентгеновского излучения.

Другими словами, растровый фильтр содержит вторую одномерную решетку, или структура фильтра оснащена ламелями, которые отходят от плоскости решетки и нацелены на фокальную линию мишени, причем указанная фокальная линия на мишени ортогональна фокальной линии, соответствующей множеству первых ламелей. Когда фокусное пятно сосредоточено на указанной линии, получается локальный максимум интенсивности, поскольку рентгеновские лучи, взаимодействующие с решеткой или растровым фильтром, распространяются сквозь растровый фильтр параллельно ламелям, при этом большая часть рентгеновского излучения взаимодействует с более тонким материалом между ламелями, и лишь некоторая доля рентгеновского излучения взаимодействует с самими ламелями. Таким образом, рентгеновское излучение будет иметь характеристический спектр, соответствующий пропусканию излучения сквозь первые ламели и материал между ламелями, т.е. такой же, как в случае первых ламелей, а также соответствующий пропусканию рентгеновского излучения через небольшое количество материала вторых ламелей. Однако, смещение фокусного пятна во втором направлении приводит к тому, что рентгеновские лучи теперь проходят через растровый фильтр под углом, так что лучи теперь не параллельны множеству вторых ламелей, но при этом нет изменений в их взаимодействии с первыми ламелями, и как таковой спектр рентгеновского излучения, проходящего через растровый фильтр теперь характеризуется той составляющей, которая соответствует увеличенному прохождению излучения через материал вторых ламелей. Таким образом, перемещение фокусного пятна во втором направлении позволяет осуществлять модуляцию рентгеновского излучения, которое пропускает растровый фильтр, между двумя известными энергетическими спектрами, обеспечивая двухэнергетический режим с модуляцией интенсивности, позволяющей учитывать асимметричную (некруговую) геометрию целевого объекта.

В соответствии с настоящим изобретением в его втором аспекте, предлагается система для формирования рентгеновского изображения объекта, содержащая:

- аппарат для формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения, соответствующий первому аспекту изобретения,

- обрабатывающее устройство, и

- выходное устройство.

Обрабатывающее устройство выполнено с возможностью управления указанным аппаратом и выходным устройством. Детектор рентгеновского излучения выполнен с возможностью снабжения обрабатывающего устройства данными, относящимися к детектированию рентгеновского излучения. Выходное устройство выполнено с возможностью вывода данных, которые представляют объект.

В соответствии с настоящим изобретением в его третьем аспекте, предлагается способ формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения, включающий этапы, на которых:

a) располагают детектор рентгеновского излучения относительно источника рентгеновского излучения так, чтобы по меньшей мере часть зоны между источником рентгеновского излучения и детектором рентгеновского излучения представляла собой область исследования для размещения объекта,

b) между областью исследования и источником рентгеновского излучения располагают растровый фильтр,

c) с помощью источника рентгеновского излучения создают фокусное пятно на мишени с целью получения рентгеновского излучения,

d) с помощью источника рентгеновского излучения перемещают фокусное пятно по поверхности мишени в первом направлении, при этом растровый фильтр содержит структуру с первой ориентацией, так что перемещение фокусного пятна в первом направлении приводит к соответствующему изменению интенсивности рентгеновского излучения, пропускаемого растровым фильтром,

e) с помощью источника рентгеновского излучения перемещают фокусное пятно по поверхности мишени во втором направлении, ортогональном первому направлению, при этом растровый фильтр содержит структуру со второй ориентацией, ортогональной первой ориентации, так что перемещение фокусного пятна во втором направлении приводит к соответствующему изменению энергетического спектра рентгеновского излучения, пропускаемого растровым фильтром,

f) посредством детектора рентгеновского излучения детектируют по меньшей мере часть рентгеновского излучения, пропускаемого растровым фильтром.

В соответствии с настоящим изобретением в другом его аспекте, предлагается элемент компьютерной программы, управляющий вышеописанным аппаратом, который при исполнении элемента компьютерной программы обрабатывающим устройством, выполнен с возможностью для осуществления этапов вышеописанного способа.

В соответствии с настоящим изобретением в еще одном его аспекте, предлагается машинно-читаемый носитель, на котором хранится вышеупомянутый элемент компьютерной программы.

Полезные качества, обеспечиваемые любым из вышеупомянутых аспектов изобретения, равным образом относятся ко всем остальным аспектам и наоборот.

Рассмотренные ниже варианты осуществления изобретения помогут разъяснить и сделать понятными аспекты изобретения и примеры, о которых шла речь выше.

Краткое описание чертежей

Примеры вариантов осуществления изобретения будут рассмотрены ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 изображает блок-схему примера аппарата для формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения,

фиг. 2 изображает блок-схему примера системы для формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения,

фиг. 3 изображает схему способа для формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения,

фиг. 4 схематически изображает пример структуры растрового фильтра с первой ориентацией, при которой перемещение точки эмиссии рентгеновского излучения в первом направлении приводит к изменению интенсивности рентгеновского излучения,

фиг. 5 схематически изображает пример структуры растрового фильтра с первой ориентацией, который действует как фильтр с Bowtie-характеристикой,

фиг. 6 схематически изображает пример структуры растрового фильтра с первой ориентацией, при которой перемещение точки эмиссии рентгеновского излучения в первом направлении приводит к переходу от одного фильтра с Bowtie-характеристикой к другому фильтру с Bowtie-характеристикой, и

фиг.7 изображает пример растрового фильтра, содержащего одномерную структуру модуляции интенсивности луча, и ортогонально расположенную структуру модуляции энергетического спектра луча.

Осуществление изобретения

На фиг.1 схематически изображен пример аппарата 10 для формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения. Аппарат 10 содержит источник 20 рентгеновского излучения, растровый фильтр 30, и детектор 40 рентгеновского излучения. Источник 20 рентгеновского излучения выполнен с возможностью формирования фокусного пятна на мишени с целью получения рентгеновского излучения. Источник 20 рентгеновского излучения выполнен также с возможностью перемещения фокусного пятна по поверхности мишени в первом направлении. Источник 20 рентгеновского излучения выполнен также с возможностью перемещения фокусного пятна по поверхности мишени во втором направлении, которое ортогонально первому направлению. Детектор 40 рентгеновского излучения расположен относительно источника 20 рентгеновского излучения так, что по меньшей мере часть зоны между источником 20 рентгеновского излучения и детектором 40 рентгеновского излучения представляет собой область исследования для размещения объекта. Растровый фильтр 30 расположен между областью исследования и источником 20 рентгеновского излучения. Растровый фильтр 30 содержит структуру с первой ориентацией, так что перемещение фокусного пятна в первом направлении приводит к соответствующему изменению интенсивности рентгеновского излучения, пропускаемого растровым фильтром 30. Растровый фильтр 30 также содержит структуру со второй ориентацией, ортогональной первой ориентации, так что перемещение фокусного пятна во втором направлении вызывает соответствующее изменение в энергетическом спектре рентгеновского излучения, пропускаемого растровым фильтром 30. Детектор 40 рентгеновского излучения выполнен с возможностью детектирования по меньшей мере части рентгеновского излучения, пропускаемого растровым фильтром 30.

Согласно примеру, материал структуры растрового фильтра с первой ориентацией может представлять собой один или более из следующих материалов: молибден, вольфрам, свинец, алюминий, а материал структуры растрового фильтра со второй ориентацией может представлять собой один или более из следующих материалов: молибден, вольфрам, свинец, алюминий, титан, олово (и др.), однако он является материалом или комбинацией материалов, отличающихся от материала структуры с первой ориентацией, так что перемещение фокусного пятна во втором направлении вызывает изменение энергетического спектра рентгеновского излучения.

Согласно примеру, частота перемещения фокусного пятна во втором направлении больше частоты перемещения фокусного пятна в первом направлении. Согласно примеру, частота перемещения во втором направлении более, чем на порядок выше частоты перемещения в первом направлении. Таким образом, модуляция интенсивности, достигаемая за счет перемещения фокусного пятна в первом направлении, может быть реализована посредством сравнительно низкочастотных перемещений, которые постепенно изменяют интенсивность луча рентгеновского излучения, чтобы соответствовать изменению толщины исследуемого объекта. При этом, чтобы получить полунепрерывное изменение интенсивности, можно было бы выполнять тонкую подстройку в первом направлении. Следовательно, имеется связь между точностью перемещения и частотой модуляции, при этом, чем больше перемещение, тем более часто выполняется тонкая подстройка. В то же самое время, перемещение во втором направлении, вместо монотонного изменения, может представлять собой скачкообразное перемещение из первого положения во второе положение, и затем снова назад в первое положение, чтобы получить рентгеновское излучение с двумя различными энергетическими спектрами. Такое переключение вперед и назад может производиться с очень высокой частотой, так чтобы для двух разных по спектру рентгеновских лучей, вращающийся вокруг объекта гентри не успевал совершить существенное перемещение, что обеспечивает двухлучевое формирование сигналов изображения, на базе которого могут быть определены свойства материала объекта и/или коэффициенты комптоновского рассеяния и фотоэлектрического рассеяния, чтобы обеспечить получение из рентгеновского аппарата дополнительной информации. В самом деле, во втором направлении перемещение можно совершать из первого во второе и в третье положение с обратным перемещением в первое положение с повторением, или можно осуществлять другие комбинации перемещений. При этом при каждом положении фокусного пятна рентгеновский луч будет иметь индивидуальный энергетический спектр, и поэтому дополнительно к двухэнергетическому формированию изображения возможно трехэнергетическое или даже четырехэнергетическое формирование изображения, что позволяет увеличить число материалов, которые можно отличать друг от друга после соответствующей обработки.

Согласно примеру, растровый фильтр характеризуется фокусным расстоянием, которое соответствует структуре с первой ориентацией. При этом растровый фильтр отодвинут от фокусного пятна источника рентгеновского излучения на дистанцию, равную фокусному расстоянию.

Согласно примеру, структура с первой ориентацией содержит множество отстоящих на расстоянии друг от друга первых ламелей. Первые ламели выполнены из первого материала, при этом между первыми ламелями растровый фильтр выполнен из первого материала или материала, сравнительно прозрачного для рентгеновских лучей.

Согласно примеру, за счет расположения растрового фильтра не ближе к детектору рентгеновского излучения, а ближе к источнику рентгеновского излучения, а также благодаря структуре растрового фильтра с первой ориентацией и очень короткому фокусному расстоянию растрового фильтра равному расстоянию до источника рентгеновского излучения, можно использовать явление однородного изменения пропускания растрового фильтра при перемещении фокусного пятна в первом направлении с целью модуляции потока рентгеновского излучения, проходящего через растровый фильтр, путем электрического отведения электронного луча в первом направлении от его идеального номинального положения. Чтобы получить сравнительно большое уменьшение пропускания растрового фильтра, требуются лишь небольшие отклонения электронного луча порядка миллиметров. Аналитическая формула, которую можно использовать для расчета пропускания для произвольных смещений в первом направлении, выглядит следующим образом:

Где r - отношение растра (т.е. отношение высоты ламели к толщине материала, заполняющего промежутки), a f - номинальное фокусное расстояние растра. Для умеренного отношения растра равного 10 и фокусного расстояния равного 100 мм, смещение фокусного пятна на 1 мм приводило бы к уменьшению пропускания на 10%.

Согласно примеру, множество первых ламелей нацелены на линию на мишени, так что фокусное пятно, будучи сосредоточенным в некотором месте на указанной линии, соответствует максимальному пропусканию рентгеновского излучения относительно перемещения пятна в первом направлении.

Согласно примеру, структура с первой ориентацией обуславливает характеристику пространственного изменения поглощения, при которой минимум поглощения соответствует центру множества первых ламелей. При этом, в каждую сторону от центра множества первых ламелей структура растра с первой ориентацией демонстрирует увеличение поглощения.

Согласно примеру, характеристика пространственного изменения поглощения обусловлена изменением толщины материала между первыми ламелями. Другими словами, растровый фильтр может быть тоньше в центре множества первых ламелей, и может становиться толще при движении от центра множества первых ламелей.

Согласно примеру, характеристика пространственного изменения поглощения обусловлена изменением толщины индивидуальных ламелей в множестве первых ламелей.

Согласно примеру, характеристика пространственного изменения поглощения обусловлена изменением угла наклона индивидуальных ламелей в множестве первых ламелей.

Согласно примеру, структура с первой ориентацией содержит множество дополнительных ламелей, отстоящих на расстоянии друг от друга, и отнесенных в сторону от множества первых ламелей. Тогда структура с первой ориентацией обуславливает характеристику пространственного изменения поглощения, при которой минимум поглощения соответствует центру множества дополнительных ламелей. При этом, в каждую сторону от центра множества дополнительных ламелей структура растрового фильтра с первой ориентацией демонстрирует увеличение поглощения, которое отличается от характеристики увеличения поглощения структурой с первой ориентацией в каждую сторону от центра множества первых ламелей.

Согласно примеру, дополнительные ламели выполнены из первого материала, при этом промежутки между дополнительными ламелями выполнены из первого материала или материала сравнительно прозрачного для рентгеновского излучения.

Согласно примеру, что касается более протяженного «скачка» фокусного пятна в другие суб-секции ламелей (также определяющие интенсивность), чтобы взаимодействовать со структурами, обеспечивающими другую Bowtie-характеристику, то может быть необходимой некоторая компенсация положения для смещения отсеивающего растра (ASG, Anti-Scatter Grid) целиком относительно суб-сегментов. При таком способе, настройка отсеивающего растра на фокусное пятно позволяет получить симметричную характеристику.

Согласно примеру, множество дополнительных ламелей нацелены на некоторую линию на мишени, так что фокусное пятно, будучи сосредоточенным в некотором месте на указанной линии, соответствует максимальному пропусканию рентгеновского излучения относительно перемещения пятна в первом направлении.

Согласно примеру, множество дополнительных ламелей выполнены из такого же материала, что первые ламели, при этом получение требуемого профиля поглощения с Bowtie-характеристикой реализуется за счет толщин и углов наклона индивидуальных ламелей в множестве дополнительных ламелей.

Согласно примеру, растровый фильтр характеризуется фокусным расстоянием, соответствующим структуре со второй ориентацией. Тогда растровый фильтр располагают от фокусного пятна источника рентгеновского излучения на расстоянии, равном указанному фокусному расстоянию.

Согласно примеру, структура со второй ориентацией содержит множество вторых ламелей, отстоящих на расстоянии друг от друга. Вторые ламели выполнены из другого материала нежели первые ламели.

Согласно примеру, множество вторых ламелей нацелены на фокусное пятно, когда пятно находится в положении, соответствующем максимальному пропусканию рентгеновского излучения.

На фиг.2 представлен пример системы 100 для формирования рентгеновского изображения объекта. Система 100 содержит аппарат 10 для формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения, который был рассмотрен выше согласно фиг.1. Система 100 также содержит обрабатывающее устройство 110, и выходное устройство 120. Обрабатывающее устройство 110 выполнено с возможностью управления аппаратом 10, а также с возможностью управления выходным устройством 120. Детектор 40 рентгеновского излучения выполнен с возможностью снабжения обрабатывающего устройства данными, относящимися к детектированию рентгеновского излучения. Выходное устройство 120 выполнено с возможностью вывода данных, которые представляют объект.

Согласно примеру, выходное устройство выполнено с возможностью вывода данных, представляющих пропускание рентгеновских лучей по меньшей мере частью объекта.

Согласно примеру, выходное устройство выполнено с возможностью вывода двухэнергетических данных. Таким образом, к примеру, система дает возможность на основе двухэнергетических данных формировать для объекта два базовых набора мультиэнергетических данных. Указанные два базовых набора могли бы представлять собой такие данные, как данные комптоновского рассеяния и данные фотоэлектрического рассеяния, или наборы данных для двух материалов, таких как вода и йод. Указанные базовые наборы (комптоновские, фотоэлектрические, воды, йода) можно рассматривать как «базовые материалы», при этом они не обязательно должны относиться к реальным материалам, но их можно также рассматривать как виртуальные материалы. При этом, интересующая зона объекта может затем быть представлена в мультиэнергетической области, например, в виде двух изображений - одного для воды и одного для йода, или одного для комптоновского рассеяния и одного для фотоэлектрического рассеяния и т.п. Таким образом, система, соответствующая настоящему изобретению, позволяет формировать двухэнергетические данные, из которых может быть выведена дальнейшая информация дополнительно к данным ослабления излучения, причем система делает это простым способом, который можно сочетать с рентгеновским лучом, интенсивность которого изменяется, чтобы она соответствовала размеру объекта.

Фиг.3 в виде основных этапов иллюстрирует способ 200 для формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения. Способ 200 содержит:

этап 210 позиционирования (также называемый этапом «а»), на котором располагают детектор рентгеновского излучения относительно источника рентгеновского излучения так, чтобы по меньшей мере часть зоны между источником рентгеновского излучения и детектором рентгеновского излучения представляла собой область исследования для размещения объекта,

этап 220 позиционирования (также называемый этапом «b»), на котором между областью исследования и источником рентгеновского излучения располагают растровый фильтр,

этап 230 получения рентгеновского излучения (также называемый этапом «с»), на котором с помощью источника рентгеновского излучения создают фокусное пятно на мишени с целью получения рентгеновского излучения,

этап 240 перемещения (также называемый этапом «d»), на котором с помощью источника рентгеновского излучения перемещают фокусное пятно по поверхности мишени в первом направлении, при этом растровый фильтр содержит структуру с первой ориентацией, так что перемещение фокусного пятна в первом направлении приводит к соответствующему изменению интенсивности рентгеновского излучения, пропускаемого растровым фильтром,

этап 250 перемещения (также называемый этапом «е»), на с помощью источника рентгеновского излучения перемещают фокусное пятно по поверхности мишени во втором направлении, ортогональном первому направлению, при этом растровый фильтр содержит структуру со второй ориентацией, ортогональной первой ориентации, так что перемещение фокусного пятна во втором направлении приводит к соответствующему изменению энергетического спектра рентгеновского излучения, пропускаемого растровым фильтром,

этап 260 детектирования (также называемый этапом «f»), на котором посредством детектора рентгеновского излучения детектируют по меньшей мере часть рентгеновского излучения, пропускаемого растровым фильтром.

Согласно примеру, позади растрового фильтра могут быть расположены дополнительные детекторы для измерения сигнала сравнения в целях проверки правильности положения в первом и втором направлениях, а также того, что ослабление излучения и спектральная фильтрация вне луча, просвечивающего объект, соответствует требованиям для указанного излучения. В результате, это обеспечивает проверку работоспособности, проводимую путем соответствующей калибровки.

Согласно примеру, растровый фильтр характеризуется фокусным расстоянием, связанным со структурой с первой ориентацией, причем этап «b» содержит отнесение растрового фильтра от фокусного пятна источника рентгеновского излучения на расстояние, равное указанному фокусному расстоянию.

Согласно примеру, структура с первой ориентацией содержит множество первых ламелей, отстоящих на расстоянии друг от друга, причем первые ламели выполнены из первого материала, а растровый фильтр между первыми ламелями выполнен из первого материала или материала сравнительно прозрачного для рентгеновского излучения.

Согласно примеру, множество первых ламелей нацелены на некоторую линию на мишени, так что фокусное пятно, будучи сосредоточенным в некотором месте на указанной линии, соответствует максимальному пропусканию рентгеновского излучения относительно перемещения пятна в первом направлении.

Согласно примеру, структура с первой ориентацией обуславливает характеристику пространственного изменения поглощения, при которой минимум поглощения соответствует центру множества первых ламелей, при этом, в каждую сторону от центра множества первых ламелей структура растра с первой ориентацией демонстрирует увеличение поглощения.

Согласно примеру, характеристика пространственного изменения поглощения обусловлена изменением толщины индивидуальных элементов в множестве первых ламелей.

Согласно примеру, структура с первой ориентацией содержит множество дополнительных ламелей, отстоящих на расстоянии друг от друга, и отнесенных в сторону от множества первых ламелей. Тогда структура с первой ориентацией обуславливает характеристику пространственного изменения поглощения, при которой минимум поглощения соответствует центру множества дополнительных ламелей, при этом, в каждую сторону от центра множества дополнительных ламелей структура растра с первой ориентацией демонстрирует увеличение поглощения, которое отличается от характеристики увеличения поглощения структурой с первой ориентацией в каждую сторону от центра множества первых ламелей.

Согласно примеру, множество дополнительных ламелей нацелены на некоторую линию на мишени, так что фокусное пятно, будучи сосредоточенным в некотором месте на указанной линии, соответствует максимальному пропусканию рентгеновского излучения относительно перемещения пятна в первом направлении.

Согласно примеру, растровый фильтр характеризуется фокусным расстоянием, соответствующим структуре со второй ориентацией, при этом растровый фильтр расположен от фокусного пятна источника рентгеновского излучения на расстоянии, равном указанному фокусному расстоянию.

Согласно примеру, структура со второй ориентацией содержит множество вторых ламелей, отстоящих на расстоянии друг от друга, причем вторые ламели выполнены из другого материала нежели первые ламели.

Согласно примеру, множество вторых ламелей нацелены на фокусное пятно, когда пятно находится в положении, соответствующем максимальному пропусканию рентгеновского излучения.

Далее, согласно фиг.4-7 будут более подробно рассмотрены различные элементы аппарата, системы и способа для формирования двухэнергетических данных изображений.

Фиг. 4 схематически изображает конструкцию растрового фильтра с первой ориентацией. Данная конструкция растрового фильтра расположена ближе к выходному окну источника рентгеновского излучения, между источником рентгеновского излучения и пациентом. Конструкция растрового фильтра с такой ориентацией представляет собой одномерную решетку или структуру подобную решетке, состоящую из рядов ламелей, которые наклонены под углом в сторону фокусного пятна источника рентгеновского излучения, в котором электроны сфокусированы на поверхности мишени - аноде, из которого происходит эмиссия рентгеновских лучей. Когда фокусное пятно находится в данном положении совмещения, имеет место максимум пропускания рентгеновского излучения через указанную одномерную решетку растра. Однако, перемещение фокусного пятна, например, посредством перефокусирования в смещенное в боковом направлении положение приводит к тому, что теперь рентгеновские лучи идут под углом через ламели, и это вызывает падение интенсивности рентгеновского излучения, поскольку растровый фильтр с рассматриваемой ориентацией демонстрирует более низкое пропускание. Это показано на фиг.4. Таким образом, растровый фильтр, выполненный на основе решетки или направленной структуры подобной решетке, и установленный близко к источнику рентгеновского излучения, может быть использован для модуляции потока рентгеновского излучения, выходящего из растрового фильтра, за счет отклонения фокусного пятна. У большинства современных рентгеновских трубок имеются средства смещения электронного пучка, падающего на анод. Такое смещение часто используют, чтобы обойти определенные проблемы при реконструкции изображений. Благодаря использованию алгоритма реконструкции, которому такое отклонение пятна не требуется, само отклонение может быть использовано для быстрой и динамичной модуляции потока рентгеновского излучения наряду с размещением решетки или структуры подобной решетке близко к рентгеновской трубке. Таким образом, новый способ обеспечивает возможность изменения интенсивности потока рентгеновского излучения трубки за счет размещения структуры подобной решетке очень близко к рентгеновской трубке (с противоположной стороны от пациента по сравнению с использованием обычного отсеивающего растра), при этом за счет использования направленного растра с фокусным расстоянием равным дистанции до фокусного пятна трубки гарантируется, что характеристика пропускания рентгеновского излучения сквозь растр будет иметь плоскую форму для всех смещений фокусного пятна в данном направлении. Однако, только для одного (номинального) положения пропускание имеет максимальный уровень, а смещение фокусного пятна от данного положения в направлении перпендикулярном ламелям будет давать уменьшение общего пропускания. При этом обеспечивается однородное уменьшение пропускания, когда фокусное пятно перемещается от идеального положения перпендикулярно направлению ламелей в целях модуляции потока рентгеновского излучения, проходящего сквозь растровый фильтр, посредством электрического отведения электронного пучка от его идеального, номинального положения. При таком способе поток (интенсивность) рентгеновского излучения можно изменять (модулировать) очень быстрым образом, и при этом нет необходимости в использовании каких-либо механических подвижных частей, к тому же данный способ можно использовать в большинстве существующих систем КТ. Также следует отметить, что при такой одномерной структуре перемещение фокусного пятна в ортогональном направлении не будет приводить к изменению пропускания фильтра, поскольку рентгеновские лучи будут проходить сквозь ламели с одним и тем же и углом наклона.

Можно напомнить, что в современных системах, когда сканер КТ вращается вокруг пациента, поперечное сечение пациента не остается постоянным, а является несколько эллиптическим. В случае переднезадней или заднепередней проекции пациент обычно тоньше, чем в случае боковой проекции при абдоминальном исследовании. В современных системах КТ потоком рентгеновского излучения управляют таким образом, чтобы для самой важной проекции было обеспечено достаточное отношение сигнал/шум (SNR, Signal-to-Noise Ratio); таким образом для реконструкции изображения можно использовать каждую проекцию, при этом для переднезадней и заднепередней проекции отношение сигнал/шум лучше, чем минимально требуемое, и можно было бы сократить дозы облучения, если уменьшить поток рентгеновского излучения для этих видов проекции. В существующих системах из-за высокой частоты вращения гентри трудно изменять поток рентгеновского излучения с требуемой скоростью и точностью. Обычно потоком рентгеновского излучения управляют посредством тока электронного луча в трубке, который зависит от температуры катода и в небольшой степени от ускоряющего напряжения (в зависимости от конкретной конструкции трубки). Температурой катода управляют посредством тока, который накладывается на высокое напряжение, при котором работают большинство катодов рентгеновских трубок. В существующих системах из-за высокой электрической емкости высоковольтных кабелей трудно коммутировать ток катода быстрым образом. Дополнительно к этому, катоду требуется некоторое время для разогрева и остывания, поэтому изменение тока электронного луча указанным способом по своей природе является медленным процессом. В последнее время в конструкцию рентгеновских трубок вводят электростатическую апертуру (управляющий электрод быстрой коммутации), которая может быстро включать и выключать ток электронного луча. При таком способе средним током луча можно управлять путем широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Однако, это дорогостоящее решение, которое требует дополнительных кабелей и высоковольтных источников питания. Поэтому данное техническое решение ограничено только рентгеновскими трубками очень высокого класса для КТ.

Однако, в случае применения растрового фильтра с одномерной структурой, о которой шла речь выше в отношении фиг.4, дорогостоящие аппаратные изменения не требуются; вместо этого используется простая и дешевая в изготовлении решетчатая структура и способность многих рентгеновских трубок для КТ к небольшому смещению фокусного пятна относительно анода. Эти возможности тогда позволяют модулировать поток рентгеновского излучения (интенсивность рентгеновского излучения), проходящий сквозь пациента. Могут быть использованы и другие рентгеновские трубки, которые позволяют смещать фокусное пятно в большей степени.

Далее, что касается одномерной структуры растрового фильтра с указанной ориентацией, показанной на фиг.4, то заполняющий промежутки материал, ламели, выполненные из свинца, или вольфрама или молибдена, расположены таким образом, что все ламели нацелены на одну точку или линию в пространстве. Если указанная точка находится на конечном расстоянии, то такое сочетание элементов образует направленный растр. Растр может быть снабжен закрывающей пластиной, чтобы защитить хрупкий пакет ламелей от механических повреждений и/или влаги. Для изготовления растра может быть использован процесс пакетирования, при котором очень точно задают положение каждой ламели, и затем приклеивают ее к уже имеющемуся пакету. Таким образом, при помощи современного технологического оборудования можно изготавливать растры с различными параметрами, например, частотой ламелей N/см, отношением растра или фокусным расстоянием. Благодаря расположению такой одномерной решетчатой структуры близко к рентгеновской трубке, предпочтительно, внутри коллиматора или сразу под коллиматором, можно получать резкое уменьшение прозрачности растра при незначительном смещении фокусного пятна. Это получается, когда одномерная решетчатая структура имеет достаточное отношение (отношение сторон материала, заполняющего промежутки между ламелями, поглощающими рентгеновского излучения), позволяющее варьировать (модулировать) поток рентгеновского излучения, который входит в пациента.

Фиг 5 схематически изображает дополнительные детали, касающиеся одномерной структуры растрового фильтра, который был рассмотрен согласно фиг.4. Характеристика поглощения такой одномерной структуры обычно имеет форму «бабочки» (Bowtie-характеристика). Таким образом, дополнительно к способности однородного изменения интенсивности всего рентгеновского луча посредством смещения фокусного пятна (что обсуждалось в отношении фиг.4), центр луча имеет более высокую интенсивность, чем его края, чтобы соответствовать поперечному сечению человеческого тела. Этого достигают, обеспечивая соответствующую характеристику поглощения внутренней структуры между ламелями, так чтобы поглощение было меньше в центре и увеличивалось к краям, и/или изменяя толщину ламелей, т.е. увеличивая их толщину в направлении от центра, и/или слегка наклоняя ламели, так чтобы не все ламели были нацелены на фокусное пятно при номинальном положении максимума, так чтобы имело место увеличение поглощения в направлении краев.

Таким образом, согласно фиг.4 и 5, одномерная структура растрового фильтра обеспечивает динамическую Bowtie-характеристику, т.е. Bowtie-характеристику, которая может обеспечивать модуляцию интенсивности.

Кроме того, пациенты, поступающие на обследование, имеют разные габариты; например, грудная клетка у детей меньше, чем у взрослых. Поэтому, как показано на фиг.6, конструкция растрового фильтра с указанной ориентацией содержит не просто одну одномерную структуру с динамической Bowtie-характеристикой, а содержит более, чем одну такую структуру, которые собраны в пакет боковыми сторонами друг к другу. Небольшое смещение фокусного пятна позволяет модулировать интенсивность для конкретной Bowtie-характеристики, которая, например, оптимизирована для взрослых пациентов. Тогда при обследовании ребенка может быть применено более сильное смещение фокусного пятна, чтобы использовать другую Bowtie-характеристику, которая оптимизирована для детей. Для этой Bowtie-характеристики небольшие смещения фокусного пятна можно использовать для модуляции интенсивности для детей таким же образом, как было рассмотрено выше.

Однако, при рентгеновском обследовании может быть получена и дополнительная диагностическая информация, если предусмотреть получение множества двухэнергетических данных. Поэтому, как показано на фиг.7, растровый фильтр содержит вторую одномерную структуру, которая ортогональна первой одномерной структуре. Первую одномерную структуру можно для простоты назвать растром модуляции луча, а вторую одномерную структуру можно назвать растром спектральной фильтрации. Растр спектральной фильтрации аналогичен растру модуляции луча, причем он изготовлен из ламелей, материал которых отличается от материала первых ламелей. Таким образом, как говорилось выше, когда фокусное пятно перемещают в первом направлении, имеет место равномерное изменение интенсивности рентгеновского луча, причем данный луч характеризуется первым энергетическим спектром. Однако, фокусное пятно можно перемещать в направлении перпендикулярном ламелям растра спектральной фильтрации, что приводит к изменению энергетического спектра. Таким образом, когда гентри вращается вокруг пациента, может осуществляться постепенная модуляция интенсивности по возможности с низкой частотой, чтобы соответствовать угловой асимметрии профиля пациентов. Но, от одного кадра сбора данных к следующему кадру, фокусное пятно можно смещать во втором направлении из первого положения во второе положение, и обратно в первое положение с повторением. Согласно такому способу, при каждом угле визирования, несмотря на незначительное вращательное смещение гентри между моментами сбора данных, может осуществляться сбор двухэнергетических данных, на основе которых могут быть путем восстановления из свертки получены результирующие изображения и преобразованы в множества базовых материалов. Таким образом, модуляция интенсивности может производиться с частотой порядка единиц герц, десятков герц или сотен герц, в то время как спектральная модуляция может производиться с частотой 5 кГц, 10 кГц или подобной. Также может быть ситуация, когда для одного кадра фильтрация не применяется, а затем сбор данных с фильтрацией производится для 2, 3, 4 или 5 последующих кадров.

Таким образом, растровый фильтр содержит первый растр, оптимизированный для реализации динамической Bowtie-характеристики и соответствующий медленному управлению изменением положения фокусного пятна в одном направлении. Растровый фильтр также содержит второй растр, находящийся сверху (или снизу) от первого растра, который вращается и главным образом рассчитан как спектральный фильтр. Перемещение фокусного пятна в ортогональном направлении задает путь через ламели фильтра, или прямой путь без фильтрации, чтобы получить два различных энергетических спектра рентгеновского луча. Благодаря вращению пакета из двух совмещенных растров, возможно независимое управление модуляцией интенсивности (медленной) при быстрой спектральной модуляции.

Как говорилось выше, структуры ламелей для обоих растров могут быть получены путем пакетирования фольги. Тогда для связывания обоих растров в пакет, удлиненный участок некоторой ламели (например, каждой k-й ламели) мог бы механически пересекаться с другим растром, заходя в нарезанный паз, с которым затем производится склейка или сварка. Дополнительные технологии изготовления также обеспечивают получение сложных структур, например, технология крепления элементов двух растров в раме, или просто организация рамы вокруг двух индивидуальных слоев с элементами точного механического позиционирования перед склеиванием слоев друг с другом или закрепления в найденном положении. Технологией, которая может быть применена при построении рамы для пакетированных ламелей из фольги, может послужить изготовление индивидуальной рамы на 3-D принтере посредством лазерного спекания с использованием материалов, поглощающих рентгеновского излучения, таких как свинец, вольфрам или молибден.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, предлагается компьютерная программа или элемент компьютерной программы, выполненный с возможностью исполнения этапов способа, который соответствует одному из предшествующих вариантов осуществления, в соответствующей системе.

Следовательно, элемент компьютерной программы может быть сохранен в компьютерном устройстве, которое может также являться частью данного варианта осуществления изобретения. Компьютерной устройство может быть выполнено с возможностью выполнения или инициирования выполнения этапов вышеописанного способа. Кроме того, компьютерное устройство может быть выполнено с возможностью приведения в действие компонентов вышеописанного аппарата и/или системы. Компьютерной устройство может быть выполнено с возможностью автоматической работы и/или исполнения команд пользователя. Компьютерная программа может быть загружена в рабочую память процессора данных. Процессор данных, таким образом, может быть подготовлен для исполнения способа, соответствующего одному из предшествующих вариантов осуществления изобретения.

Данный пример осуществления изобретения охватывает как компьютерную программу, которая с самого начала используется в изобретении, так и компьютерную программу, посредством которой обновление превращает существующую программу в программу, которая используется в изобретении.

Кроме того, элемент компьютерной программы может быть способен обеспечить все необходимые этапы для выполнения процедуры примера варианта осуществления способа, описанного выше.

Далее, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, представлена машинно-читаемый носитель, такая как CD-ROM, при этом машинно-читаемый носитель содержит записанный в нее элемент компьютерной программы, который упомянут в предыдущем фрагменте.

Компьютерная программа может быть сохранена и/или распространена на соответствующем носителе, таком как оптический носитель или твердотельный носитель, который поставляется вместе с аппаратными средствами или является частью аппаратных средств, но может также быть распространена и в других формах, например, через интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.

Однако, компьютерная программа может также быть предоставлена через сеть связи, такую как глобальная сеть интернет (WWW, англ. World Wide Web), и может быть загружена в рабочую память процессора данных из такой сети. В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, предусмотрены средства для того, чтобы сделать элемент компьютерной программы доступным для загрузки, при этом элемент компьютерной программы выполнен с возможностью выполнения способа, соответствующего одному из ранее рассмотренных вариантов осуществления изобретения.

Следует отметить, что варианты осуществления изобретения были выше рассмотрены по отношению к различным объектам изобретения. В частности, некоторые варианты были описаны по отношению к пунктам формулы, в которых рассмотрен способ, в то время как другие варианты были описаны по отношению к пунктам формулы, в которых рассмотрено устройство. Однако, из вышеизложенного материала и последующего описания специалисту в данной области должно быть понятно, что, если не оговорено иное, то следует считать, что в настоящей заявке дополнительно к любой комбинации отличительных признаков, относящихся к одному объекту изобретения, раскрыта также и любая комбинация отличительных признаков, относящихся к другому объекту изобретения. При этом можно комбинировать все отличительные признаки, создавая синэргетические эффекты, которые обладают большей силой, чем простая сумма отличительных признаков.

Хотя изобретение было проиллюстрировано и подробно рассмотрено посредством чертежей и вышеприведенного описания, не следует считать, что иллюстрации и описание выполняют функцию ограничения. Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Изучив чертежи, описание и зависимые пункты формулы изобретения, специалисты могут представить себе и реализовать на практике иные модификации раскрытых вариантов осуществления изобретения.

В формуле изобретения термин «содержащий» не исключает существования других элементов или этапов, а единственное число существительных не исключает возможности множественного числа. Один процессор или иное устройство может выполнять функции нескольких элементов, которые перечислены в формуле изобретения. Тот факт, что определенные средства перечислены во взаимно отличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация указанных средств не может быть эффективно использована. Никакие ссылочные номера в формуле изобретения не следует истолковывать как ограничивающие объем изобретения.

Группа изобретений относится к медицине. Детектор рентгеновского излучения аппарата для формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения располагают относительно источника рентгеновского излучения так, что по меньшей мере часть зоны между источником рентгеновского излучения и детектором рентгеновского излучения представляет собой область исследования для размещения объекта. Между областью исследования и источником рентгеновского излучения располагают растровый фильтр. С помощью источника рентгеновского излучения создают фокусное пятно на мишени с целью получения рентгеновского излучения. С помощью источника рентгеновского излучения перемещают фокусное пятно по поверхности мишени в первом направлении. Растровый фильтр содержит структуру с первой ориентацией, так что перемещение фокусного пятна в первом направлении приводит к соответствующему изменению интенсивности рентгеновского излучения, пропускаемого растровым фильтром. С помощью источника рентгеновского излучения перемещают фокусное пятно по поверхности мишени во втором направлении, ортогональном первому направлению. Растровый фильтр содержит структуру со второй ориентацией, ортогональной первой ориентации, так что перемещение фокусного пятна во втором направлении приводит к соответствующему изменению энергетического спектра рентгеновского излучения, пропускаемого растровым фильтром. Посредством детектора рентгеновского излучения детектируют по меньшей мере часть рентгеновского излучения, пропускаемого растровым фильтром. Применение данной группы изобретений позволит расширить арсенал технических средств. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Аппарат (10) для формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения, содержащий:

- источник (20) рентгеновского излучения;

- растровый фильтр (30);

- детектор (40) рентгеновского излучения;

причем источник рентгеновского излучения выполнен с возможностью создания фокусного пятна на мишени с целью получения рентгеновского излучения;

при этом источник рентгеновского излучения выполнен с возможностью перемещения фокусного пятна по поверхности мишени в первом направлении;

при этом источник рентгеновского излучения выполнен с возможностью перемещения фокусного пятна по поверхности мишени во втором направлении, которое ортогонально первому направлению;

при этом детектор рентгеновского излучения расположен относительно источника рентгеновского излучения так, что по меньшей мере часть зоны между источником рентгеновского излучения и детектором рентгеновского излучения представляет собой область исследования для размещения объекта;

причем растровый фильтр расположен между областью исследования и источником рентгеновского излучения;

при этом растровый фильтр содержит структуру с первой ориентацией,

при этом предусмотрена возможность того, что перемещение фокусного пятна в первом направлении приводит к соответствующему изменению интенсивности рентгеновского излучения, пропускаемого растровым фильтром;

при этом растровый фильтр содержит структуру со второй ориентацией, ортогональной первой ориентации, при этом предусмотрена возможность того, что перемещение фокусного пятна во втором направлении приводит к соответствующему изменению энергетического спектра рентгеновского излучения, пропускаемого растровым фильтром; и

при этом детектор рентгеновского излучения выполнен с возможностью детектирования по меньшей мере части рентгеновского излучения, пропускаемого растровым фильтром.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что растровый фильтр характеризуется фокусным расстоянием, соответствующим структуре с первой ориентацией, причем растровый фильтр отнесен от фокусного пятна источника рентгеновского излучения на расстояние, равное фокусному расстоянию.

3. Аппарат по п. 1 или 2, отличающийся тем, что структура с первой ориентацией содержит первые ламели, отнесенные на расстояние друг от друга, причем первые ламели выполнены из первого материала, а промежутки растрового фильтра между первыми ламелями выполнены из первого материала или материала по существу прозрачного для рентгеновского излучения.

4. Аппарат по п. 3, отличающийся тем, что первые ламели нацелены на линию на мишени, так что фокусное пятно, будучи сосредоточенным в положении на указанной линии, соответствует максимуму пропускания рентгеновского излучения относительно своего перемещения в первом направлении.

5. Аппарат по п. 3 или 4, отличающийся тем, что структура с первой ориентацией обуславливает характеристику пространственного изменения поглощения, при которой минимум поглощения соответствует центру группы первых ламелей, при этом в каждую сторону от центра группы первых ламелей структура растра с первой ориентацией демонстрирует увеличение поглощения.

6. Аппарат по п. 5, отличающийся тем, что характеристика пространственного изменения поглощения обусловлена изменением толщины индивидуальных элементов первых ламелей.

7. Аппарат по п. 5 или 6, отличающийся тем, что структура с первой ориентацией содержит группу дополнительных ламелей, отстоящих на расстоянии друг от друга и отнесенных в сторону от группы первых ламелей, причем структура с первой ориентацией обуславливает характеристику пространственного изменения поглощения, при которой минимум поглощения соответствует центру группы дополнительных ламелей, при этом в каждую сторону от центра группы дополнительных ламелей структура растра с первой ориентацией демонстрирует увеличение поглощения, которое отличается от характеристики увеличения поглощения структурой с первой ориентацией в каждую сторону от центра группы первых ламелей.

8. Аппарат по п. 7, отличающийся тем, что дополнительные ламели нацелены на линию на мишени, так что фокусное пятно, будучи сосредоточенным в положении на указанной линии, соответствует максимуму пропускания рентгеновского излучения относительно своего перемещения в первом направлении.

9. Аппарат по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что растровый фильтр характеризуется фокусным расстоянием, соответствующим структуре со второй ориентацией, причем растровый фильтр отнесен от фокусного пятна источника рентгеновского излучения на расстояние, равное фокусному расстоянию.

10. Аппарат по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что структура со второй ориентацией содержит вторые ламели, отнесенные на расстояние друг от друга, причем вторые ламели выполнены из другого материала нежели первые ламели.

11. Аппарат по п. 10, отличающийся тем, что вторые ламели нацелены на фокусное пятно, когда последнее находится в положении, соответствующем максимуму пропускания рентгеновского излучения.

12. Система (100) для формирования рентгеновского изображения объекта, содержащая:

- аппарат (10) для формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения по любому из предшествующих пунктов;

- обрабатывающее устройство (110); и

- выходное устройство (120);

при этом обрабатывающее устройство выполнено с возможностью управления указанным аппаратом и выходным устройством;

причем детектор рентгеновского излучения выполнен с возможностью обеспечения обрабатывающего устройства данными, относящимися к детектированию рентгеновского излучения;

при этом выходное устройство выполнено с возможностью выдачи данных, которые являются представлением объекта.

13. Способ (200) формирования двухэнергетических данных рентгеновского изображения, включающий:

a) располагают (210) детектор рентгеновского излучения относительно источника рентгеновского излучения так, чтобы по меньшей мере часть зоны между источником рентгеновского излучения и детектором рентгеновского излучения представляла собой область исследования для размещения объекта;

b) располагают (220) растровый фильтр между областью исследования и источником рентгеновского излучения;

c) создают (230) с помощью источника рентгеновского излучения фокусное пятно на мишени с целью получения рентгеновского излучения;

d) перемещают (240) с помощью источника рентгеновского излучения фокусное пятно по поверхности мишени в первом направлении, при этом растровый фильтр содержит структуру с первой ориентацией, так что перемещение фокусного пятна в первом направлении приводит к соответствующему изменению интенсивности рентгеновского излучения, пропускаемого растровым фильтром;

e) перемещают (250) с помощью источника рентгеновского излучения фокусное пятно по поверхности мишени во втором направлении, ортогональном первому направлению, при этом растровый фильтр содержит структуру со второй ориентацией, ортогональной первой ориентации, так что перемещение фокусного пятна во втором направлении приводит к соответствующему изменению энергетического спектра рентгеновского излучения, пропускаемого растровым фильтром;

f) детектируют (260) посредством детектора рентгеновского излучения по меньшей мере часть рентгеновского излучения, пропускаемого растровым фильтром.

14. Машиночитаемый носитель, на котором сохранен элемент компьютерной программы для управления аппаратом по любому из пп. 1-11 и/или для управления системой по п. 12, который выполнен с возможностью, при его исполнении процессором, осуществления способа по п. 13.