[发明专利]使用纵向浮动焦点的计算机化层析X射线摄影扫描仪

说明书

在第三代计算机化层析X射线摄影(CT)扫描仪中，在一个可围绕待扫描对象转动的盘组件上装有X射线源和检测器阵列。转动盘组件由刚性的固定机架支承。检测器阵列包括从一个中心通道横向延伸的多个通道。在扫描期间，该源和检测器以递增的转动角度扫描对象。一个被称为“重建”的处理根据所取得的数据产生对象的一系列两维图象、或断层面。

图1是第三代X射线CT扫描仪的轴向或前视图，该扫描仪包括一个X射线源20和安装在可绕对象以角速度ω转动的盘组件上的检测器阵列22。该检测器阵列22典型地以圆弧形布置成排，并以称为“焦点”的点26为中心，其中X射线从X射线源20放射出来。X射线束从焦点放射出来并入射到检测器阵列上，由此确定了一个扇形束。在图1中和后面的图中使用了相对盘组件固定的旋转坐标系x’，y’，z’，以表示X射线源20的焦点相对检测器阵列22的位置。该z’轴与静止坐标系(x，y，z)中的z轴相一致。x’y’平面与xy平面共面并以角速度ω绕z’轴转动。源20和检测器阵列22位于x’y’平面上，y’轴与旋转中心或等角点24和检测器阵列的中心通道22A相交。在传统固定焦点系统中，焦点位置在整个扫描中被保持固定在y’轴上。

为了讨论起见，x’y’平面的方向，即在扇形束旋转平面内、平行于或基本上平行于x’轴的方向被称为“横向”，平行于或基本上平行于z’轴的方向被称为“纵向”。

大家理解，在扫描期间x’y’平面中焦点的振荡运动可改善CT扫描仪的图象质量，例如在美国专利No.5841829所述并结合于此作为参考。这被称为“浮动焦点(flying focal spot)”。在此构型中，焦点26在图1所示的位置a与b之间的上振动。焦点在横向平行于x’轴的横向上的位移相对于时间的关系被描绘在图2上，其作为简单横向运动谐振的标准情况。

在扫描期间，当盘组件以角速度ω转动并且当X射线源连续照射被扫描对象时，在一转动范围或多个观察角上每个监测通道监测X射线的强度。在每个转动角上所有检测器信号通常被同时采样。入射到检测器上的X射线强度信号在短时间间隔上被积分或滤波。在此时间间隔中，在接近正弦振荡的峰值上焦点位移稍有变化。图1和2中所示的横向位置a和b代表信号积分或滤波后的平均位移。

在平行于x’轴的横向上振动的焦点位移等同于检测器阵列的切线方向的偏移。通常，浮动焦点具有位于等于正、负四分之一个检测器的偏移量上的位移a和b。在此情况下，从位置a的焦点采集的数据相对于从位置b的焦点采集的数据位移了半个检测器宽度。

通过在相继的转动角上在位移位置a与b之间改变焦点，检测器有效数目将加倍。在交替偶数和奇数转动角增量上，在偶数和奇数检测位置上分别采样数据，就产生了交错在采样空间中的数据。其结果是，重建图象的空间分辨率加倍。浮动焦点可用于步进放射扫描(step-andshoot scanning)和螺旋式扫描。

在本发明中，焦点在纵向上振动，换言之，沿平行于或基本上平行于z’轴或扫描器转动轴的方向上振动。以此方式，获得了扫描通过率的提高。

第一方面，本发明在于计算机化层析X射线摄影(CT)扫描的装置和方法。本发明的装置包括一个CT扫描仪，该扫描仪包括一个具有一焦点的能源和用于绕纵轴以相继递增转角使对象成象的检测器阵列。在扫描对象时焦点具有沿纵向路径的变化位置。

在一个优选实施例中，焦点沿着预定路径移动，该路径包括在每个相继转动角上、在纵向上彼此间位移的一组多个位置。焦点最好根据从由方波、梯形波和正弦波函数组成的组中选出的振荡波函数进行纵向运动。

焦点可在第一与第二峰值位置之间根据正弦波函数振荡。在此情况下，当焦点基本上位于第一与第二峰值位置中的每个上时，可在短时间间隔上获得被检测信号。

能源最好包括X射线源，检测器阵列可包括单排(或更普遍地，单组阵列检测器)或双排检测器阵列(或更普遍地，两组阵列检测器)。可包括一个准直器，用来校直由能源焦点放射的射线。

在焦点沿一纵向路径在第一与第二位置之间振荡的一个实施例中，准直器还可包括：相应于第一与第二位置的第一和第二孔孔，和一个隔板，例如做成一个挤压件、设计用来阻止从第一位置的焦点放射的射线进入第二孔，并阻止从第二位置的焦点放射的射线进入第一孔。

焦点也可设计成在一个或多个焦点旋转平面内沿横向改变位置。