Анодный сканер с модуляцией для компьютерной томографии
Группа изобретений относится к области медицины. Способ реализуется системой компьютерной томографии. Система содержит анод, окружающий исследуемую область, источник электронного луча (катод), детекторную матрицу для детектирования рентгеновских лучей, сумматор для объединения сигналов, соответствующих рентгеновским лучам, и устройство реконструкции для формирования данных объемного изображения. Способ заключается во вращении электронного луча по аноду в течение множества интервалов выборки. В течение каждого интервала выборки модулируют электронный луч для формирования множества последовательных фокусных пятен. Фокусные пятна в заданном интервале выборки включают в себя поднабор фокусных пятен из предыдущего интервала выборки. Детекторная матрица производит выборку рентгеновских проекций, излучаемых каждым из множества фокусных пятен, для каждого интервала выборки. Устройство реконструкции реконструирует рентгеновские проекции для создания данных объемного изображения. Применение данной группы изобретений позволит повысить разрешающую способность и улучшить качество изображения. 3 н. и 29 з.п. ф-лы, 13 ил.
Настоящая заявка, в целом, относится к системам получения изображения. Она находит конкретное применение в компьютерной томографии (CT) и, более конкретно, в системе и способе создания и обнаружения рентгеновского излучения.
Традиционные сканеры CT с коническим лучом содержали рентгеновскую трубку с катодом и анодным диском. Обычно рентгеновская трубка вращается вокруг исследуемой области. При таком вращении катод испускает электронный луч, который ударяет по анодному диску, чтобы создать источник излучения или фокусное пятно. Анодный диск обычно вращается относительно электронного луча и рассеивает теплоту, выделяющуюся при генерации рентгеновского излучения. Результирующее излучение пересекает объект в пределах исследуемой области и облучает, по меньшей мере, один детектор. Детектор создает проекционные данные, показывающие обнаруженное излучение, и проекционные данные реконструируются для создания объемных данных изображения объекта.
Часто бывает желательно с помощью таких систем получать данные с относительно высокой временной разрешающей способностью. Например, данные с высокой временной разрешающей способностью часто желательны при сканировании движущихся объектов таких, которые встречаются при выполнении CT-сканирования сердца. В одном примере данные с высокой временной разрешающей способностью получаются путем увеличения скорости вращения рентгеновской трубки. Однако при таком подходе в течение каждого интервала сбора данных обнаруживается меньше рентгеновских лучей или потока рентгеновских лучей, что может в результате приводить к ухудшающей статистике фотонов и качества изображения. Кроме того, скорость, с которой рентгеновская трубка может вращаться относительно исследуемой области, механически ограничена. Чтобы компенсировать уменьшающийся рентгеновский поток и улучшить качество изображения, при таком сканировании мощность трубки должна увеличиваться.
Однако выходная мощность традиционных рентгеновских трубок ограничена. Одним из факторов, который ограничивает выходную мощность, является относительно большое повышение температуры по мере того, как по вращающемуся аноду бьет электронный луч. Температура в месте расположения фокусного пятна является функцией, помимо прочего, количества времени, за которое электронный луч проходит ширину фокусного пятна. Это время обратно пропорционально связано со скоростью вращения анода, которая также механически ограничена. Как результат, коммерчески доступные рентгеновские трубки с вращающимся анодом обычно ограничивались приблизительно ста (100) киловаттами (кВт) мощности электронного луча.
Аспекты настоящей заявки обращены к вышеупомянутым вопросам и прочему.
В одном аспекте способ компьютерной томографии включает в себя вращение электронного луча вдоль анода, расположенного вокруг исследуемой области в течение множества интервалов выборки, в которых производятся выборки рентгеновских проекций. Электронный луч модулируется в течение каждого интервала выборки, чтобы генерировать множество последовательных фокусных пятен в различных местах расположения фокусных пятен в течение каждого интервала выборки, причем фокусные пятна, генерированные в заданном интервале выборки, включают в себя поднабор фокусных пятен, генерированных в предыдущем интервале выборки. Выборка рентгеновских проекций, излучаемых каждым из множества фокусных пятен, производится в течение каждого интервала выборки. Результирующие данные реконструируются, чтобы создать данные объемного изображения.
В другом аспекте система компьютерной томографии включает в себя источник электронного луча, который вращается и модулирует электронный луч по кольцеобразному аноду в течение множества интервалов выборки, в которых детектируются рентгеновские проекции. Электронный луч модулируется в течение каждого интервала выборки, чтобы создать множество фокусных пятен в различных местах расположения фокусных пятен и последующие модулирования частично перекрываются. Детекторная матрица производит выборку проекций рентгеновских лучей, излучаемых каждым из множества фокусных пятен, которые пересекают исследуемую область в каждом интервале выборки. Устройство реконструкции реконструирует рентгеновские проекции, чтобы создать данные объемного изображения.
В другом аспекте система компьютерной томографии включает в себя кольцеобразный анод, который окружает исследуемую область. Катод вращается вдоль анода и периодически модулирует электронный луч сквозь движущееся окно модулирования, охватывающее множество мест расположения фокусных пятен, чтобы периодически генерировать множество фокусных пятен, одно за другим в различных местах расположения фокусных пятен, по мере того, как катод вращается вокруг исследуемой области. Движущееся окно модулирования движется таким образом, чтобы, по меньшей мере, одно подобное фокусное пятно было генерировано в течение двух последовательных модулирований электронного луча. Детекторная матрица обнаруживает рентгеновские лучи, испускаемые из каждого фокусного пятна, и создает показывающие их сигналы. Сумматор объединяет сигналы, соответствующие рентгеновским лучам, которые пересекли исследуемую область, по существу, по подобной траектории. Устройство реконструкции реконструирует сигналы, чтобы создать данные объемного изображения.
Изобретение может принимать форму различных компонент и совокупностей компонент, и этапов и совокупностей этапов. Чертежи приводятся только с целью иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не должны рассматриваться как ограничение изобретения.
Фиг.1 - пример системы получения изображения.
Фиг.2-5 - пример методики модулирования фокусного пятна.
Фиг.6 - другой пример методики модулирования фокусного пятна.
Фиг.7 и 8 - пример пути избыточного луча через исследуемую область.
Фиг.9, 10 и 11 - примеры систем объединения данных.
Фиг.12 - пример системы "катод/анод".
Фиг.13 - пример способа.
Со ссылкой на фиг.1, система 100 получения изображения включает в себя, по меньшей мере, один обычно кольцевой или кольцеобразный анод 104, расположенный внутри портальной рамы 108 таким образом, чтобы окружить исследуемую область 112. Анод 104 является неподвижным, то есть он не вращается относительно исследуемой области 112. Система также включает в себя вращающуюся часть портальной рамы или элемент 120, вращающийся относительно продольной или z-оси.
Катод 116 располагается рядом с анодом 104 и смещен относительно него в продольном направлении. Катод 116 вращается вдоль анода 104 и вокруг исследуемой области 112 с помощью вращающегося элемента 120. Во время сканирования катод 116 вращается таким образом, что для множества кадров или угловых интервалов выборки излучались и производились выборки рентгеновских проекций.
Катод 116 испускает электронный луч, который ударяет по аноду 104, чтобы создать фокусное пятно (или источник рентгеновской проекции) в месте на аноде 104, куда ударяет электронный луч. В настоящем примере электронный луч является пульсирующим, например включается в первый период времени и, по существу, выключается в течение другого периода времени. Управляющая решетка 124 формирует импульсы электронного луча для создания каждого фокусного пятна. Блок 128 отклонения и фокусировки луча направляет пульсирующий электронный луч к аноду 104. Например, блок 128 модулирует по углу или перемещает пульсирующий луч по аноду 104.
В одной реализации система 100 выполнена с возможностью координации пульсации и модулирования электронного луча с вращением катода 116 вокруг оси z. В такой реализации электронный луч во время кадра многократно пульсирует, чтобы в пределах этого кадра генерировать множество фокусных пятен. Одновременно, электронный луч модулируется так, чтобы эти фокусные пятна генерировались одно за другим в различных угловых положениях на аноде 104. Для примера, приведенный вариант осуществления показывает наложение фокусных пятен 132, 136 и 140, генерированных путем модулирования пульсирующего электронного луча в течение одного и того же кадра.
В то время как катод 116 движется через следующий непрерывный кадр, электронный луч снова многократно пульсирует и модулируется, чтобы генерировать множество фокусных пятен в различных угловых положениях на аноде 104. Система 100 выполнена с возможностью повторного генерирования в течение заданного кадра поднабора фокусных пятен, генерированного в течение предыдущего кадра, как описано ниже более подробно. В результате каждое фокусное пятно и, таким образом, рентгеновские проекции от них генерируются в течение более чем одного кадра.
На вращающемся элементе 120 также крепится детекторная матрица 144, чувствительная к рентгеновскому излучению, которая противолежит угловой дуге, противоположной катоду 116. В представленном варианте осуществления детекторная матрица 144 вращается в координации с катодом 116 в третьей конфигурации для генерации. Описанный выше модулированный электронный луч позволяет катоду 116 и детекторной матрице 144 вращаться с примерно одной и той же скоростью или, если желательно, медленнее (по сравнению с конфигурацией, в которой луч не модулируется), чтобы снизить выделение анодного тепла, что позволяет увеличивать подаваемую мощность для улучшения статистики фотонов или качества изображения.
Детекторная матрица 144 включает в себя один или более многослойных детекторов, имеющих детекторные элементы как в продольном направлении или в направлении оси z, так и в поперечном направлении. Каждый элемент детектора создает проекционные данные, показывающие детектируемое излучение. Детекторная матрица 144 выполнена с возможностью расположения соответствующего количества элементов детектора в поперечном направлении так, чтобы проекции рентгеновских лучей, исходящих из различных положений фокусных пятен в пределах кадра, детектировались детекторной матрицей 144 в течение этого кадра. Для примера, представленная детекторная матрица 144 выполнена с возможностью освещения каждой из рентгеновских проекций 148, 152 и 156 от фокусных пятен 132, 136 и 140, соответственно, поднабора элементов детектора в течение представленного кадра.
Так как каждое фокусное пятно генерируется во время многочисленных кадров, то во время многочисленных кадров для каждого фокусного пятна производится выборка. В результате для траектории рентгеновских лучей через исследуемую область 112 производится выборка во время более одного кадра. Производя выборку траектории рентгеновской проекции во время более одного кадра, время выборки в течение каждого кадра может снижаться, сохраняя, в то же время, совокупное время выборки для каждой рентгеновской проекции.
Избыточные выборки передаются в сумматор 164 данных, который объединяет проекционные данные, собранные вдоль одной и той же траектории, если желательно, как описано ниже более подробно. Результирующие данные передаются в устройство 168 реконструкции, которое реконструирует эти данные, используя известные алгоритмы, такие как, в частности, алгоритмы FDK и осевого взвешивания, для создания данных объемного изображения, но не ограничиваясь ими. Данные изображения обрабатываются для создания одного или более изображений интересующей сканируемой области или поднабора данных для них.
Система 100 дополнительно включает в себя кушетку или опору 160 для пациента для удержания объекта, такого как человек, в пределах исследуемой области 112. Кушетка 160 может двигаться вдоль оси z, оси x и оси y. Такое перемещение используется для направления объекта в исследуемую область 112 до, в течение и после сканирования.
Пульт 172 оператора облегчает взаимодействие пользователя со сканером 100. Приложения программного обеспечения, исполняемые пультом 172, обеспечивают пользователю интерфейс для операции конфигурирования и/или управления сканером 100. Например, пользователь может взаимодействовать с пультом 172 оператора, чтобы выбрать протокол сканирования, изменить параметры сканирования, инициализировать, приостановить и прекратить сканирование и т. д. Пульт 172 также используется для просмотра изображений, манипулирования данными, измерения различных характеристик данных (например, число CT и уровень шума) и т.д.
Путем вращения и модулирования фокусного пятна, как описано выше, чтобы генерировать каждое фокусное пятно более чем в одном кадре, временной интервал, в котором фокусное пятно генеририруется в каждом кадре, можно уменьшить. Посредством примера, не служащего для ограничения, вместо генерации производства фокусного пятна в едином кадре для какого-то временного периода K, фокусное пятно может быть генерировано в М кадрах во временном периоде K/M или некоторой другой доле времени K в каждом кадре. Таким способом фокусное пятно генерируется совокупно для временного периода K. Однако уменьшение временного периода, в котором фокусное пятно генерируется в каждом кадре, снижает повышение температуры в месте расположения фокусного пятна на аноде 104. В результате величина мощности, которая может быть приложена к аноду 104 в каждом фокусном пятне в течение каждого кадра, увеличивается по сравнению с конфигурацией, в который электронный луч, как таковой, не модулируется. В одном примере это дает дополнительную поддержку при выполнении сканирования с высокой временной разрешающей способностью. Например, мощность трубки может быть увеличена по сравнению с традиционными методиками сканирования, чтобы увеличить поток фотонов для повышения или получения желаемого качества изображения.
На фиг.2, 3, 4 и 5 показан пример подхода к вращению и модулированию электронного луча во время каждого кадра. Обращаясь сначала к фиг.2, анод 104 показан как имеющий множество мест 204, 208, 212, 216, 220, …, 222, …, 224, 228,…, 232, 236, 240, … и 244 расположения фокусных пятен. Катод 116 располагается под начальным углом 248, который в этом примере является точкой отсчета от положения 222 фокусного пятна на аноде 104. Начальный угол 248 является угловым положением места расположения первого фокусного пятна (место 224 расположения фокусного пятна на чертеже), которое будет генерировано во время модулирования электронного луча в пределах угла 252 модулирования.
Угол 252 модулирования определяется на основе количества кадров, интервала выборки в течение каждого кадра и времени вращения катода 116 относительно исследуемой области 112. Например, в одном случае, угол модулирования шестьдесят один и семь десятых (61,7) градусов соответствует конфигурации, имеющей тысячу восемьдесят (1080) кадров, интервал выборки одна (1) микросекунда (мкс) и время вращения двести (200) миллисекунд (мс). При такой конфигурации обычно имеются двести (200) положений фокусных пятен в пределах одного модулирования. Если каждый кадр смещается относительно предыдущего кадра на одно (1) положение фокусного пятна, система должна иметь тысячу восемьдесят (1080) кадров. Скорость модулирования электронного луча по углу 252 модулирования в течение каждого кадра составляет приблизительно три (3) километра в секунду (км/с).
На фиг.3 и 4 показан пульсирующий электронный луч, модулированный, начиная с местоположения 224 первого фокусного пятна по углу 252 модулирования, чтобы последовательно генерировать фокусные пятна в местах 224, 228, …, 232 и 236 расположения фокусных пятен в пределах угла 252 модулирования. После генерации и выборки данные рентгеновской проекции, излучаемые из мест 224-236 расположения фокусных пятен, катод 116 и детекторная матрица 144 перемещаются по углу к положению следующего кадра, как показано на фиг.5.
На фиг.5 угловое положение следующего кадра смещается на одно место расположения фокусного пятна. В результате электронный луч снова модулируется по углу 252 модулирования со следующим начальным углом 504, начинающимся в месте 228 расположения фокусного пятна. Аналогично катод 120 и детекторная матрица 144 вращаются в этом кадре и каждое из фокусных пятен в местах 228-244 их расположения генерируется и выборки производятся одна за другой. Вышесказанное повторяется для каждого углового кадра по мере того, как катод 116 вращается вокруг оси z.
Используя описанный выше подход, в течение каждого кадра, для которого производится выборка, электронный луч модулируется по углу по аноду 104 в направлении вращения катода 116, начиная с другого начального угла. При модулировании электронный луч, по существу, модулирует фокусное пятно от первого или начального места расположения фокусного пятна в пределах угла 252 модулирования до последнего места расположения фокусного пятна в пределах угла 252 модулирования, причем одно или более других мест расположения фокусных пятен расположены между первым и последним местами расположения фокусных пятен. Для последующего кадра электронный луч снова модулируется по аноду 104, начиная с первого места расположения фокусного пятна в пределах угла 252 модулирования. Первому месту расположения фокусного пятна дается приращение, по меньшей мере, на одно место расположения фокусного пятна в направлении вращения катода 116 относительно предыдущего кадра.
Как описано выше, вращение и модулирование электронного луча, по существу, создает каждое фокусное пятно более чем в одном кадре, так что количество времени, за которое создается фокусное пятно в каждой проекции, уменьшается. Это, в свою очередь, понижает увеличение температуры в месте расположения фокусного пятна, поскольку электронный луч проходит по этому фокусному пятну в течение времени заданного мгновенного теплового рассеивания анода 104. Это можно видеть из уравнения 1, которое оценивает температуру в месте расположения фокусного пятна.
Уравнение 1
где Р представляет мощность, подводимую к аноду, (которая составляет приблизительно 60% мощности электронного луча), А представляет площадь фокуса, λ представляет коэффициент теплопроводности, cv представляет удельную теплоемкость на единицу объема материала фокусного следа и t - время, за которое электронный луч проходит фокусное пятно. Из этого уравнения следует, что уменьшение времени прохождения пятна (t) уменьшает температуру (T) в месте расположения фокусного пятна и позволяет для данной температуры (T) увеличить мощность (P), подводимую к аноду 104.
На фиг.6 представлен другой чертеж, показывающий модулирование фокусного пятна во время кадра. В этом примере электронный луч модулируется через ns мест расположения фокусных пятен, начиная с позиции 604 фокусного пятна и кончая позицией 608 фокусного пятна. Если ti обозначает время прохождения каждого фокусного пятна, то полное время для одного модулирования ts равно nsti. После того как модулирование закончено, оно запускается снова с тем же самым диапазоном модулирования ns, но со смещением вперед, по меньшей мере, на одну позицию фокуса в направлении модулирования.
Другими словами, во время каждого модулирования электронный луч облучает ns позиций фокусных пятен последовательно одну за другой. Для следующего кадра луч затем отскакивает назад к соседнему фокусному пятну первой позиции фокусного пятна предыдущего модулирования и модулируется снова по ns позиций пятен. Эта модель повторяется для каждого последующего кадра, в течение которого модулирование смещается вперед в направлении модулирования и каждая позиция фокусного пятна облучается ns раз.
В этом примере модулирование электронным лучом ns фокусных пятен синхронизировано с вращением катода 116 в каждом кадре, так что угол модулирования смещается вперед на одну (1) позицию фокусного пятна после каждого модулирования. Расстояние между фокусными пятнами, когда угол модулирования между модулированиями смещается вперед на одну (1) позицию фокусного пятна, может быть выражено уравнением 2.
Уравнение 2
в котором rg представляет радиус портальной рамы, fg представляет частоту вращения портальной рамы, ts представляет общее время модулирования для одного модулирования и n представляет общее количество позиций фокусов вокруг анода 104.
На фиг.7 и 8 показан пример траектории рентгеновского луча от фокусного пятна, для которого производится выборка в течении множества кадров, приводя в результате к избыточным выборкам. На фиг.7 показана траектория 704 рентгеновского луча от места 240 расположения фокусного пятна, в котором луч ударяет по элементу 708 детектора во время первого кадра. На фиг.8 катод 116 и детекторная матрица 144 переместили место угловой выборки на величину приращения, равную позиции одного фокусного пятна. Представленная система выполнена с возможностью того, что элементы детектора располагаются так, что имеют то же самое угловое приращение, что и фокусные пятна. В результате луч, испускаемый от одного и того же места 236 расположения фокусного пятна, пересекает исследуемую область 112 по той же самой траектории 704, но ударяет по элементу 804 детектора, являющемуся смежным с элементом 708 детектора.
Если элементы детектора размещаются иначе, лучи, пересекающие исследуемую область по подобным, но не совпадающим траекториям, считаются пересекшими ее по одной и той же траектории. В одном примере интерполяция или что-либо подобное используется для создания выборок вдоль одной и той же траектории из выборок, соответствующих подобным траекториям.
В результате для множества избыточных лучей или рентгеновских лучей, пересекающих исследуемую область 112 по одной и той же траектории, выборки производятся во время разных кадров. Эти избыточные лучи объединяются сумматором 164, как более подробно описано ниже.
На фиг.9, 10 и 11 показаны примеры соответствующих конфигураций сумматора 156 для суммирования каждого набора избыточных лучей. На фиг.9 множество элементов 904, 908, 912, … и 916 детектора внутри детекторной матрицы 144 подсчитывают рентгеновские лучи, которые пересекают исследуемую область 112 по одной и той же траектории в различных кадрах. В этой реализации элементы детектора являются элементами детектора для подсчета фотонов, такими как кадмий-цинк-теллуридные (CZT) детекторы или подобные им. Каждый из элементов 904-916 детектора обеспечивает соответствующий выходной сигнал или импульс, подаваемый на счетчик 924 импульсов. Предварительные усилители используются для усиления сигналов перед их передачей на счетчик 924 импульсов, если это желательно.
Цифровые переключатели 928 расположены в линиях передачи сигналов между элементами 904-916 детектора и счетчиком 924 импульсов. Замыкание переключателя 928 устанавливает электрическое соединение между одним из элементов 904-916 детектора и счетчиком 924 импульсов. Это электрическое соединение обеспечивает путь передачи сигнала от элемента детектора к счетчику 924 импульсов. Замыкая переключатель 928 в соответствующее время, избыточные сигналы, соответствующие одному и тому же пути прохождения, передаются на счетчик 924 импульсов. Счетчик 924 импульсов суммирует сигналы и совокупный сигнал или значение цифрового счета передается на устройство 168 реконструкции.
На фиг.9 показан только один счетчик 924 импульсов. Однако система 100 включает в себя множество счетчиков 924. Количество используемых счетчиков 924 является функцией количества позиций фокусов в пределах каждого угла модулирования и количества элементов детектора в детекторной матрице 144. Например, если количество позиций фокусных пятен в пределах угла модулирования равно Ns и количество элементов детектора в детекторной матрице равно Nd, то тогда общее количество счетчиков 924 равно произведению количества позиций фокусных пятен в пределах угла модулирования и количества элементов детектора в детекторной матрице или Ns×Nd. Переключаемая матрица счетчиков 924 используется между Nd элементами детектора и Ns×Nd счетчиками 924, как показано на фиг.10. Объединяя, таким образом, данные, количество данных, передаваемых от системы обнаружения до устройства 160 реконструкции уменьшается, что уменьшает нагрузку передачи данных системы 100.
На фиг.10 показан подход, подобный приведенному на фиг.9, но использующий кристаллические/фотодиодные или прямого преобразования элементы 1004, 1008, 1012, … и 1016 детектора, чтобы детектировать избыточные лучи и создавать и обеспечивать аналоговый токовый выходной сигнал. Выходной сигнал каждого элемента детектора передается на соответствующие преобразователи 1024, 1028, 1032, … и 1036 тока в частоту. Выходные сигналы преобразователей 1024-1036 передаются на счетчик 1044 импульсов через цифровые переключатели 1048. Подобно переключателям 928, каждый из переключателей 1048 индивидуально замыкается в соответствующее время, чтобы обеспечить электрический путь прохождения между соответствующим одним из элементов 1004-1016 детектора и счетчиком 1044 импульсов для сигналов, показывающих на избыточные лучи. Счетчик 1044 импульсов суммирует эти сигналы и передает совокупный сигнал на устройство 168 реконструкции. Подобно описанному выше подходу показан только один счетчик 1044 импульсов и используется матрица таких счетчиков 1044, в которой один счетчик 1044 используется для каждого набора избыточных лучей. На фиг.11 показан другой подход, использующий кристаллические/фотодиодные или прямого преобразования элементы 1104, 1108, 1112, … и 1116 детектора. В этой конфигурации аналоговый ток, соответствующий избыточным лучам от элементов 1104-1116 детектора, передается на аналого-цифровой (A/D) преобразователь 1124 через аналоговые переключатели 1128. Преобразователь 1124 интегрирует и преобразует ток. Аналого-цифровой преобразователь 1124 является преобразователем тока в частоту или преобразователем другого типа. Выходной сигнал преобразователя 1124 подается на устройство 168 реконструкции. В этом примере показан только один преобразователь 1124, но следует понимать, что преобразователь 1124 обеспечивается для каждого набора избыточных лучей.
На фиг.12 показан вид в поперечном разрезе примера анодной/катодной системы. В этом примере неподвижный анод 104 и вращающийся катод 116 расположены в корпусе 1200. Корпус 1200 имеет кольцеобразную форму с отверстием, внутри которой находится исследуемая область 112. Катод 116 включает в себя катодную чашу 1202 и излучатель 1204, который испускает электроны для формирования электронного луча 1208. Излучатель 1204 является тепловым излучателем, холодным излучателем поля или другим типом излучателя.
Для направления электронного луча на анод 104 имеются одна или более управляющих решеток 124, ускоряющая решетка 1216 и электростатическая отклоняющая пластина 1220. Как описано выше, управляющая решетка 124 создает пульсирующее излучение электронов. В представленном примере управляющая решетка 124 для создания каждого импульса "включает" излучение электронов и, по существу, "выключает" его. В одном примере этот процесс включает в себя запуск излучения электронов в первом периоде времени и уменьшает или прекращает излучение электронов в течение второго периода времени.
Как описано выше, блок 328 фокусировки и отклонения модулирует пульсирующий электронный луч 1208 по аноду 104. В показанной на чертеже реализации с вращающимся катодом напряжение, приложенное к катодной чаше 1202, подается через высоковольтное контактное кольцо 1228 или подобное устройство. Необязательный механизм 1232 рассеивания тепла охлаждает анод 104 по мере того, как генерируется фокусное пятно. Механизм рассеивания тепла включает в себя охлаждающую среду, такую как вода, жидкий металл или тому подобное.
На фиг.13 представлен способ сканирования с помощью системы 100. Способ включает в себя вращение фокусного пятна вокруг исследуемой области 108 для одного или более кадров (1304). В течение каждого кадра фокусное пятно также модулируется по аноду, чтобы генерировать множество фокусных пятен (1308), как описано выше. Траектории от каждого фокусного пятна до детекторов выбраны для каждого фокусного пятна в течение множества кадров (1312). Избыточные лучи, соответствующие лучам, пересекающим исследуемую область по одним и тем же или, по существу, подобным траекториям, объединяются (1316). Полученные в результате данные реконструируются, чтобы создать данные объемного изображения (1320).
Представлены другие аспекты.
Например, приведенное выше обсуждение было сосредоточено на схеме, в которой соответствующие фокусные пятна, генерированные в различных кадрах, имеют общие угловые положения. Следует, однако, понимать, что фокусные пятна могут смещаться, например, в одном или в обоих продольных направлениях. В одной такой реализации соответствующие фокусные пятна чередуются с двумя или более кадрами. Одно из преимуществ такой схемы состоит в том, что рассеяние энергии может более равномерно распределяться по поверхности анода.
В представленном варианте осуществления вращающийся катод 120 генерирует и испускает электронный луч, генерирующий фокусные пятна. В другом варианте осуществления неподвижная электронная пушка или катод модулирует электронный луч по аноду 104. Еще в одном варианте осуществления множество катодных излучателей неподвижны и распределены вокруг исследуемой области 108. Каждый из излучателей индивидуально адресуется или переключается, чтобы последовательно генерировать фокусные пятна на аноде 104.
В другом варианте осуществления сканер включает в себя два или более электронных лучей для одновременной генерации двух или более фокусных пятен, перемещающихся по неподвижному кольцевому аноду. В одном примере электронные лучи смещаются по углу относительно исследуемой области 108 при одном и том же расположении оси z. В другом примере электронные лучи смещаются по углу при различных расположениях оси z. Еще в одном другом примере электронные лучи находятся в одном и том же угловом положении относительно исследуемой области 108 и смещаются вдоль оси z.
В другом варианте осуществления электронный луч непрерывно модулируется по всему расстоянию модулирования. Непрерывное модулирование обычно приводит, в основном, к более однородному распределению энергии луча по поверхности анода 116. Хотя это может иметь в результате некоторую пространственную размытость, преимуществом такого распределения энергии является то, что оно может понижать основную температуру анода.
В представленной системе элементы детектора выполнены с возможностью наличия того же самого углового приращения, что и фокусные пятна. В альтернативном варианте осуществления элементы детектора размещаются иначе и лучи, пересекающие исследуемую область по подобной, но не совпадающей траектории, считаются проходящими по одним и тем же траекториям. В одном примере лучи, считающиеся подобными, объединяются сумматором 164, чтобы создать совокупный сигнал для каждого фокусного пятна. В другом примере интерполяция или подобное ей используется для создания выборок вдоль одной и той же траектории из тех выборок, которые считаются прошедшими по одной и той же траектории.
В другой реализации фокусное пятно дополнительно или альтернативно модулируется по аноду в продольном направлении.
В представленном варианте осуществления сумматор 164 данных показывается как внешний по отношению к портальной раме 108. В другом варианте осуществления сумматор 164 данных может располагаться внутри портальной рамы 108. Еще в одном другом варианте осуществления сумматор 164 данных может быть распределен таким образом, что часть его располагается внутри портальной рамы 108, а другая часть расположена снаружи портальной рамы 108.
В другом варианте осуществления анод 104 вращается вокруг исследуемой области 112. В одном примере вращающийся анод имеет кольцеобразную форму, как описано здесь. В другом примере вращающийся анод имеет дугообразную форму сегмента или какую-либо другую форму.
Изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. При прочтении и осознании приведенного выше подробного описания могут возникнуть свои модификации и изменения. Подразумевается, что изобретение должно истолковываться так, что оно включает в себя все такие модификации и изменения настолько, насколько они попадают в границы объема прилагаемых пунктов формулы изобретения или их эквивалентов.
1. Способ компьютерной томографии, содержащий этапы, на которых:
вращают электронный луч по аноду (104), расположенному вокруг исследуемой области (112), в течение множества интервалов выборки, в которых производится выборка рентгеновских проекций;
модулируют электронный луч в течение каждого интервала выборки для формирования множества последовательных фокусных пятен в различных местах расположения фокусных пятен, причем фокусные пятна, создаваемые в заданном интервале выборки, включают в себя поднабор фокусных пятен, создаваемых в предыдущем интервале выборки;
производят выборку рентгеновских проекций, излучаемых из каждого из множества фокусных пятен для каждого интервала выборки; и реконструируют рентгеновские проекции для создания данных объемного изображения.
2. Способ по п.1, в котором интервал выборки смещают, по меньшей мере, на одну позицию фокусного пятна относительно предыдущего интервала выборки.
3. Способ по п.1, в котором электронный луч вращают одну позицию фокусного пятна для каждого интервала выборки.
4. Способ по п.1, в котором выборку траектории рентгеновской проекции от фокусного пятна производят в течение более чем одного интервала выборки.
5. Способ по п.1, в котором дополнительно объединяют индивидуальные выборки траектории для создания совокупного сигнала для траектории.
6. Способ по п.1, в котором осуществляют пульсацию электронного луча для генерации множества дискретных фокусных пятен.
7. Способ по п.1, в котором электронный луч вращают в координации с вращающейся детекторной матрицей (144), которая делает выборку рентгеновских проекций.
8. Способ по п.1, в котором электронный луч генерируют катодом (116), вращающимся вокруг продольной оси исследуемой области.
9. Способ по п.1, в котором электронный луч генерируют множеством излучателей, распределенных вокруг исследуемой области (112) и расположенных рядом и смещенных относительно анода (104).
10. Способ по п.1, в котором используют анод (104), являющийся кольцеобразным, который окружает исследуемую область (112).
11. Способ по п.1, в котором используют анод (104), являющийся сегментом в форме дуги.
12. Способ по п.1, в котором электронный луч во время каждого интервала выборки модулируют по угловому расстоянию приблизительно 61,7 град.
13. Способ по п.1, в котором электронный луч вращают относительно продольной оси в
первом направлении;
места расположения фокусных пятен, генерированных в первом интервале выборки, размещают противоположно первому угловому диапазону относительно продольной оси;
места расположения фокусных пятен, генерированных во втором, последующем интервале выборки, размещают противоположно второму угловому диапазону относительно продольной оси; и
второй угловой диапазон смещают по углу относительно первого углового диапазона в первом направлении на ненулевое угловое расстояние, которое меньше, чем первый угловой диапазон.
14. Система (100) компьютерной томографии, содержащая:
анод (104);
источник (116) электронного луча, который вращается и модулирует электронный луч по аноду (104) в течение множества интервалов выборки, в которых детектируются проекции рентгеновских лучей, причем луч электронов модулируется в течение каждого интервала выборки, чтобы генерировать множество фокусных пятен в различных местах расположения фокусных пятен, и последующие модуляции частично перекрываются;
детекторную матрицу (144), которая производит выборки рентгеновских проекций, излучаемых каждым из множества фокусных пятен, пересекающих исследуемую область (112); и
устройство (168) реконструкции, которое реконструирует рентгеновские проекции для создания данных объемного изображения.
15. Система по п.14, в которой обеспечивается продвижение электронного луча вперед, по меньшей мере, на одну позицию фокусного пятна во время последующего интервала выборки, и модулирование электронного луча, начиная с фокусного пятна, которое было сгенерировано в предыдущем интервале выборки.
16. Система по п.14, в которой обеспечивается модулирование электронного луча по углу модулирования в течение каждого интервала выборки, начиная с начальной позиции фокусного пятна в пределах угла модулирования, причем угол модулирования для непрерывных интервалов выборки включает в себя перекрывающиеся фокусные пятна.
17. Система по п.14, в которой каждое фокусное пятно генерируется и выбирается более чем в одном интервале выборки.
18. Система по п.14, в которой детекторная матрица (114) предназначена для детектирования избыточных лучей для фокусного пятна с помощью детектирования рентгеновских лучей, пересекающих исследуемую область (112), в сущности, по схожим траекториям для фокусного пятна во время различных интервалов выборки.
19. Система по п.18, дополнительно включающая в себя сумматор (164) данных для каждого набора избыточных лучей, конфигурированный для объединения сигналов, представляющих избыточные лучи, для создания совокупного сигнала для каждого фокусного пятна.
20. Система по п.19, в которой сумматор (164) включает в себя счетчик (924, 1044) импульсов для суммирования отдельных сигналов.
21. Система по п.19, в которой сумматор (164) включает в себя аналого-цифровой преобразователь (1124) для интегрирования и преобразования аналоговых сигналов, представляющих избыточные лучи.
22. Система по п.19, в которой сумматор (164) включает в себя преобразователь (1024-1036) тока в частоту для преобразования аналогового тока, указывающего на избыточные лучи.
23. Система по п.14, в которой источник (116) электронного луча включает в себя решетку (124), создающую импульсы электронного луча, чтобы генерировать каждое фокусное пятно.
24. Система по п.14, в которой источник (116) электронного луча включает в себя блок (128) отклонения, магнитным образом модулирующий электронный луч.
25. Система по п.14, в которой источник электронного луча является вращающимся катодом, который вращается вдоль анода (104), или неподвижным катодом, который отклоняет электронный луч по аноду (104), или множеством излучателей поля, расположенных рядом с анодом (104).
26. Система по п.14, в которой детекторная матрица (144) установлена с возможностью вращения координированно с источником (116) электронного луча.
27. Система по п.14, в которой детекторная матрица (144) включает в себя детекторы с подсчетом фотонов.
28. Система по п.14, в которой детекторная матрица (144) включает в себя кадмий-цинк-теллуридные, кристаллические/фотодиодные или прямого преобразования детекторные элементы.
29. Система по п.14, дополнительно включающая в себя систему (1232) охлаждения анода, электрически соединенную с анодом (104), для рассеивания выделяющейся на аноде теплоты во время генерации рентгеновских лучей.
30. Система по п.29, в которой в системе (1232) охлаждения используется вода или жидкий металл для охлаждения анода (104).
31. Система по п.14, в которой электронный луч является непрерывным лучом.
32. Система (100) компьютерной томографии, содержащая:
анод (104), окружающий исследуемую область (112);
катод (116), вращающийся вдоль анода (104) и периодически модулирующий электронный луч через движущееся окно модулирования, охватывающее множество мест расположения фокусных пятен, чтобы периодически генерировать одно за другим множество фокусных пятен в различных местах расположения фокусных пятен по мере того, как катод (116) вращается вокруг исследуемой области (112), в которой движущееся окно модулирования движется так, что, по меньшей мере, одно схожее фокусное пятно генерируется во время двух последовательных модулирований электронного луча;
детекторную матрицу (144) для детектирования рентгеновских лучей, испускаемых из каждого фокусного пятна, и генерирования сигналов, индикативных для этих пятен;
сумматор (164), объединяющий сигналы, соответствующие рентгеновским лучам, которые пересекают исследуемую область (112), по существу, по схожей траектории; и
устройство (132) реконструкции, предназначенное для реконструкции сигналов для формирования данных объемного изображения.
