專利名稱：計算機層析x射線攝影儀的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種計算機層析X射線攝影儀。
在目前用在醫(yī)學工程中的計算機層析X射線攝影儀中，采集斷層圖象所需的投影數(shù)據(jù)的方式在于，X射線發(fā)射器的射線束中的一細的扇形射線束被遮擋并且透射過被測物體的射線被一個單行的探測器組探測。各個探測器元件沿Z方向(系統(tǒng)軸的方向)的長度的選擇準則在于，應使這些探測器可探測用于最大的、可調(diào)的斷層厚度(一般為10毫米厚的斷層)的輻射。
通過對設在X射線管附近的光闌和一個處于探測器側(cè)的光闌的相應調(diào)整產(chǎn)生不同的斷層厚度。因為以這種結(jié)構(gòu)只能采集一個斷層的數(shù)據(jù)，所以由X射線發(fā)射器發(fā)射的X射線輻射的使用效率很低。因此，對三維攝影技術(shù)而言，可覆蓋的體積總受到X射線發(fā)射器的可供使用的持續(xù)功率的限制。需要的攝影時間或者檢查時間也相應延長。
在按照美國專利US-PS5291402使用面結(jié)構(gòu)探測器(Flaechendetektor)的情況下，在很大程度上克服了檢測系統(tǒng)的上述限制。該面結(jié)構(gòu)探測器是一種探測器元件的二維陣列(嵌鑲結(jié)構(gòu))，換言之，該面結(jié)構(gòu)探測器是由多個平行的探測器組構(gòu)成的，據(jù)此，可用一個也沿Z方向延伸的X射線束代替細的扇形射線束用于成象。與傳統(tǒng)的單行探測器不同，面結(jié)構(gòu)探測器由也沿Z方向的分立的探測器元件構(gòu)成。在測量系統(tǒng)轉(zhuǎn)動的情況下，根據(jù)面結(jié)構(gòu)探測器沿Z方向的延伸狀況可同時拍攝很多斷層。屆時，面結(jié)構(gòu)探測器的相鄰組覆蓋相鄰的斷層。因此，探測器元件沿Z方向的長度的選擇的準則在于，一個探測器組覆蓋最薄的、所需要的斷層(一般為一毫米厚的斷層)。
就是說，一個面結(jié)構(gòu)的探測器由N個探測器組沿Z方向構(gòu)成，其中，在一組中例如可沿垂直于Z軸的方向設置M個探測器元件，即一個面結(jié)構(gòu)的探測器由N×M個探測器元件構(gòu)成。垂直于Z軸的探測器元件最好布置成一個圓弧結(jié)構(gòu)，X射線的焦點作為該圓弧的中心。
一個由N×M個探測器元件嵌鑲體構(gòu)成的面結(jié)構(gòu)探測器的一大優(yōu)點在于，通過同時拍攝一個體積或一個分體積可很有效地利用X射線的效率。
在有上述優(yōu)點的同時，也有如下缺點1)在各個探測器元件讀數(shù)時，需要數(shù)量相應多的N×M個電子通道。
2)與目前的、具有單行式探測器的計算機層析X射線攝影儀相比，需控制的參數(shù)傳送率與行N的數(shù)量成比例地增加。
3)對處于射線束邊緣區(qū)域的斷層而言，在平面斷層造影中所公知的、具有經(jīng)濾光的背面投影的圖象重顯變得不精確，至少需進行費用很高的并且計算工作量很大的圓錐校正(Cone-korrekturen)。作為取代，應用用于圖象重顯的典型的三維方法(E-PS0526157A1)是可能的。但在該情況下，其計算量遠遠大于傳統(tǒng)的、經(jīng)濾光的背面投影或直接的傅里葉重顯所需的計算量。所需的計算機容量也相應增大。
本發(fā)明的目的在于，在一個具有面結(jié)構(gòu)探測器的計算機層析X射線攝影儀中提出一種折衷方案，其中，在讀數(shù)、數(shù)據(jù)傳送率和重顯方面在很大程度上避免面結(jié)構(gòu)探測器的完全綜合或者把這種綜合降到一個可實現(xiàn)的程度并同時使重要的優(yōu)點得到保留。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，提供一種計算機層析X射線攝影儀，其具有一個發(fā)射扇形X射線束的X射線發(fā)射器和一個被扇形X射線束擊中的探測器，探測器由多個平行的探測器組構(gòu)成，其中的每個探測器組由一行探測器元件組成，其中，X射線束可繞系統(tǒng)軸旋轉(zhuǎn)并且在不同的投影下形成的探測器信號被輸往計算機，計算機從中計算出被測物體的圖象，并且其中，具有一個可調(diào)光闌用于選擇被X射線束擊中的探測器組的數(shù)量以及一個多路轉(zhuǎn)換器用于把確定數(shù)量的輸出通道連接到被選出的探測器組上，在被選出的探測器組的數(shù)量大于輸出通道的數(shù)量的情況下；多路轉(zhuǎn)換器把相鄰的探測器組的輸出信號歸納成組。
其中基本構(gòu)思如下具有N行且每行有M個探測器元件的面結(jié)構(gòu)探測器是為拍攝最小斷層厚度W0(如W0＝1毫米)的N個斷層而設計的。根據(jù)實際的拍攝模式，例如斷層厚度W＞W(wǎng)0，一列探測器元件的輸出信號組被相宜地組合，以便得出所需要的讀出通道的數(shù)量n＜N0其中，當然希望n能保持恒定。如果因此不能利用面結(jié)構(gòu)探測器的所有的N行，則可通過可調(diào)的光闌產(chǎn)生一個相應的X射線輪廓。
下面借助一個在附圖中所示的實施例詳細說明本發(fā)明。附圖所示為

圖1為本發(fā)明的計算機層析X射線攝影儀的主要部分，
圖2至5為圖1所示計算機層析X射線攝影儀的、具有附屬的多路轉(zhuǎn)換器的、用于不同斷層厚度的探測器。
在圖1中示出了一個X射線發(fā)射器的焦點1，從該焦點發(fā)出一束被一個圖中未示出的光闌聚焦的、扇形的X射線束2，該扇形的X射線束2透過物體3撞擊到探測器4上。探測器4由多個平行的探測器組構(gòu)成，其中的每個探測器組由一行探測器元件構(gòu)成。測量系統(tǒng)1、4可繞一個系統(tǒng)軸6旋轉(zhuǎn)，使物體3在不同的投影下被透射。計算機7從在此間形成的探測器信號中計算物體3的圖象，該圖象被反映在監(jiān)視器8上。探測器信號的采集是通過多路轉(zhuǎn)換器9進行的。結(jié)合圖2至5，將對多路轉(zhuǎn)換器9做詳細說明。
在圖1中只是示意地示出了探測器4。圖2至5表明，在這些圖中所示的實施例中，探測器4是由16個平行的探測器組4a至4q構(gòu)成的。沿輻射方向看，在探測器4之前設有一個可沿Z方向調(diào)整的光闌10。通過光闌10可選擇被X射線束撞擊的探測器組4a至4q的數(shù)量。多路轉(zhuǎn)換器9把預定數(shù)量的輸出通道，在該實施例中是4個輸出通道接在所選擇的探測器組4a至4q上。在所選擇的探測器組4a至4q的數(shù)量大于輸出通道的數(shù)量的情況下，多路轉(zhuǎn)換器9把相鄰的探測器組的輸出信號歸納成組。
在光闌處在圖2所示的位置時，4個探測器組4g至4k被接到4個輸出通道11至14上。在光闌處在圖3所示的位置時，探測器組4e至4n被接到輸出通道11至14上。與采集8個探測器組的輸出信號相應的是，每兩個相鄰的探測器組，如4e和4f的輸出信號被歸納成組。在光闌處在圖4所示的位置時，探測器組4c至4o的輸出信號被采集并且相應地每3個相鄰的探測器組的輸出信號被歸納成一組。最后在圖5中，光闌10是完全敞開的，因此每4個相鄰的探測器組的輸出信號被歸納為一組。
在該實施例中，探測器4由N＝16個探測器組4a至4q構(gòu)成，它適于測16個其厚度為一毫米的斷層。為了進行讀數(shù)，采用n＝4個通道。通道的總數(shù)就為4×M。
通過相應的集焦，對于一毫米厚的斷層，只用最內(nèi)的4個探測器組4g至4k，其輸出信號被單個地接到可供使用的通道11至14上(圖2)。
為了透射2毫米厚的斷層，利用最內(nèi)的8個探測器組4e至4n，其輸出信號成對疊加。如此形成的各個對的4個合成信號被接到通道11至14上(圖3)。
以此類推，通過每3個相鄰的探測器元件的信號疊加建立4個其厚度為3毫米的斷層(圖4)或者通過每4個相鄰的探測器元件的信號疊加建立其厚度為4毫米的斷層(圖5)。
從這些具有1至4毫米的臨床重要的斷層厚度的基本模式中，通過進一步的疊加步驟可生成更大的，如6毫米或8毫米的斷層厚度。在這些情況下，探測器4作為有效的雙行式探測器運行。
為了切實地執(zhí)行，按照圖2至5，要求加法元件具有至少4個輸入端。根據(jù)所選擇的斷層厚度，探測器元件的不同的、最多達4個的輸出信號與加法元件的輸入端相連。加法元件的輸出端可與讀數(shù)電子裝置的4個通道11至14固定相連。
顯而易見的是，所選擇的數(shù)例只具有示范的性質(zhì)并且可任意擴充(例如N＝32個探測器組，n＝8個讀出通道)。
對探測器信號到加法元件的連接過程的時間要求是低的，因為該連接是在攝影模式開始時確定的并且可在攝影過程中保護不變。也可想像得到的是，在螺旋掃描體積攝影過程中可以進行斷層厚度的轉(zhuǎn)換。
如前所述，本發(fā)明建議的探測器結(jié)構(gòu)與可全面讀出的面結(jié)構(gòu)探測器相比，在讀數(shù)電子裝置、數(shù)據(jù)傳送率和圖象重顯等方面均有所簡化。與傳統(tǒng)的計算機層析X射線攝影儀的單行式探測器相比，本發(fā)明的探測器具有如下重要優(yōu)點1)根據(jù)對n和N的選擇，可同時拍攝n個其最大斷層厚度通過N/n確定的斷層，2)螺旋掃描中的體積攝影。
在與所選擇的加法電路相應的結(jié)構(gòu)中，n個對斷層寬度W有效的單行探測器用于數(shù)據(jù)采集?？蛇x擇大的螺距P(Pitch)＝[病床在測量系統(tǒng)每旋轉(zhuǎn)360°時的進給量(單位毫米)]/[斷層厚度(單位毫米)]，例如P＝n或P＝n＋1，使體積掃描比單行式探測器快n倍或n＋1倍。就一個有效的P1＝1(或P1＝1＋1/n)的探測器組而言，P＝n(或P＝n＋1)在此情況下相當于一個有效的螺距P1，因此，雖然加快了體積掃描速度，但實際上沿Z方向仍達到相同的掃描密度，3)P的選擇取決于實際要求。概括而言，n應被選為偶數(shù)，P應被選為奇數(shù)(如P＝n＋1)，以避免在螺旋方式中的多次掃描。如果n為奇數(shù)，則可也選擇P＝n。
4)特別是在拍攝薄斷層的情況下，沿Z方向的過量掃描會是人們所希望的。通過選擇1＜P＜n可達到此目的。相對于一個具有相應的P1＜1的單行探測器組，拍攝時間方面的時間因子保持P/P1＞＞1。
5)通過本發(fā)明的、對探測器元件的多路連接可直接應用用以減弱非線性的部分體積效應(Teilvolumeneffekte)的方法。如通過讓探測器按4×1毫米的模式運作并使信號(數(shù)字式)疊加到相鄰的、厚度為1毫米的斷層上，就可產(chǎn)生大約2毫米的斷層。據(jù)此，在減少部分體積膺象(Teilvolumenaritefakte)的同時，相應地改善了圖象中的信/噪比。該情況也適用于其它斷層厚度。
權(quán)利要求
一種計算機層析X射線攝影儀，其具有一個發(fā)射扇形X射線束(2)的X射線發(fā)射器(1)和一個被扇形X射線束(2)擊中的探測器(4)，其特征在于，探測器(4)由多個平行的探測器組(4a至4q)構(gòu)成，其中的每個探測器組由一行探測器元件組成，其中，X射線束(2)可繞系統(tǒng)軸(6)旋轉(zhuǎn)并且在不同的投影下形成的探測器信號被輸往計算機(7)，計算機(7)從中計算出被測物體(3)的圖象，并且其中，具有一個可調(diào)光闌(10)用于選擇被X射線束(2)擊中的探測器組(4a至4q)的數(shù)量以及一個多路轉(zhuǎn)換器(9)用于把確定數(shù)量的輸出通道(11至14)連接到被選出的探測器組(4a至4q)上，在被選出的探測器組(4a至4q)的數(shù)量大于輸出通道(11至14)的數(shù)量的情況下，多路轉(zhuǎn)換器(9)把相鄰的探測器組(4a至4q)的輸出信號歸納成組。
全文摘要
一種具有由多個平行的探測器組構(gòu)成的探測器的計算機層析X射線攝影儀，可簡單地進行讀數(shù)和對控制數(shù)據(jù)傳送率重顯。在探測器(4)之前設有一可調(diào)的光闌(10)，用以對被X射線束擊中的探測器組(4a至4q)的數(shù)量進行選擇；以及一多路轉(zhuǎn)換器(9)，用以把確定數(shù)量的輸出通道(11至14)連接到被選出的探測器組上，在被選出的探測器組的數(shù)量大于輸出通道(11至14)的數(shù)量的情況下，多路轉(zhuǎn)換器(9)把相鄰的探測器組(4e至4n)的輸出信號歸納成組。
文檔編號G01N23/04GK1133973SQ9610131
公開日1996年10月23日 申請日期1996年1月24日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月27日
發(fā)明者克勞斯·克林根貝克-雷格 申請人:西門子公司