[发明专利]X射线计算机断层摄影系统

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及调制(modulate)管电压(tube voltage)的X射线计算机断层摄影装置。

背景技术

以往的计算机断层摄影系统在数据收集(扫描)期间中，原则上固定管电压与管电流(tube current)。由于衰减(attenuation)很大程度地取决于视场角，因此画质变得不稳定。身体部分的物理尺寸(X射线透过长度)由于通过表示在被检体的周围旋转的X射线管的位置的视角(view angle)而大大不同，因此X射线以不同的等级衰减。即，由于与身体部分的物理尺寸没有关系地通过同一光谱(spectrum)与通量(flux)的X射线束来收集投影数据组(projection data set)，因此画质因物理尺寸等而发生变化。当为了提高画质而增高管电压与管电流时，被辐射增加。当为了抑制被辐射而降低管电压与管电流时，将产生伪影(artifact)。

因此，调制管电压与管电流中的某一个。例如，根据来自X射线检测器的反馈信号(feedback signal)调制管电压。假设X射线的衰减系数(attenuation coefficient)相同，在厚的部分上照射高能量X射线，在更薄的部分上照射低能量X射线。在被检体中被衰减的X射线以基准能量为中心进行分布。

管电压与管电流在假设衰减系数为固定的基础上被控制。但是实际上衰减系数并不是固定的。管电压在扫描期间中被调制。管电压针对每个视角而被设定。管电压针对每个体轴的位置而被设定。被收集到的投影数据在图像重建处理中不存在互换性。某投影数据与某管电压对应。其他投影数据与其他管电压对应。衰减系数的能量依赖性否定管电压不同的投影数据的互换。

为了在视角与位置中实质性地保持衰减等级而存在管电流调制技术。为了使现在的视角与位置中的衰减值与之前检测出的视角与位置中的衰减值近似而调制电流。不调制管电压，而只调制管电流。

电流调制在控制噪音等级(noise level)上有效。但是在与辐射剂量效率相关联的X射线衰减上无效。管电流越高，噪音等级(投影数据的分散)就越下降。噪音等级与管电流成反比例。辐射剂量与管电流成比例。电流调制改善画质。通过改善X射线的辐射剂量效率，可以优化辐射剂量。

减少被辐射与提高画质是通过优化辐射剂量效率来实现。即，将被辐射抑制到必需最小量，且不损坏画质。辐射剂量效率一般被定义为(S/N)²除以辐射剂量等级，在此(S/N)为信噪比。辐射剂量效率取决于X射线光谱、检测器特性、X射线衰减。通过利用管电压调制使光谱发生变化，可以优化辐射剂量效率。

仅通过电流调制，不能使减少被辐射与提高画质并存。为了优化辐射剂量效率而需要管电压调制。电压调制拒绝投影数据的互换。为了能够互换投影数据，试用双能量成像技术。

双能量成像技术是有前景的技术。其根本概念可以根据基于低能量的X射线所收集到的投影数据与基于高能量X射线所收集到的投影数据的一对数据组来推定患者信息。

双能量成像的物理依据是处于30keV至140keV的具有临床意义的能量范围内的X射线的两个相互作用。两个相互作用是光电吸收(optical/electrical absorption)与康普顿散射(Compton scattering)。光电吸收使用能量的急减函数(rapidly decreasing function)来表示。康普顿散射使用能量的缓函数(gentle function)来表示。光电吸收是吸收组织的有效原子序数(Z)的强函数，散射几乎不依赖于Z。Alvarez和Macovski(1976)通过物理学开发了被称为双能量分解的使用双能量信息的数学方法。

能量分解除了能量依赖性之外还必须考虑X射线管。商用临床CT扫描仪大多数使用多色光源。双能量成像的数学方法是重要的。在具有多色光源的单一能量成像中不存在正确分析的方法。使用多色光源的双能量分解的一种数学方法在美国专利申请12/361,280号(2009年1月28日申请)以及美国专利申请12/106,907(2008年4月21日申请)号等中被记载。在双能量计算机断层摄影方法中，管电压的高速开关技术一般对每个视角交替切换高电压与低电压。双能量数据域分解的迭代解通过支配性的线性项急速收敛。