[发明专利]静态实时CT成像系统及其成像控制方法

说明书

本发明公开了一种静态实时CT成像系统，包括环形光子计数探测器、环形扫描X射线源和扫描时序控制器。其中，在扫描时序控制器的控制下，环形扫描X射线源发射窄束X射线，透过被测物体后投照到对应的环形光子计数探测器上。环形光子计数探测器将相应的曝光信息通过扫描主机和主控制单元送入CT主机及人机交互单元，在CT主机及人机交互单元中完成图像重建。本发明通过电子控制依次切换X射线投照位置，使扫描速度提高数十倍，可以获得动态三维立体图像；采用光子计数探测器，可以获得吸收数据和能量数据，并由此实现实时数据重建；采用窄束X射线，可以在传统CT成像系统的十分之一剂量下获得优质的图像，避免患者过量辐射。

技术领域

本发明涉及一种CT成像系统，尤其涉及一种利用环形扫描X射线源和环形光子计数探测器实现静态采集方式的实时CT成像系统，同时也涉及基于该CT成像系统实现实时成像的方法，属于医疗影像技术领域。

背景技术

CT(Computed Tomography)是电子计算机断层扫描技术的简称。它的成像原理是这样的：利用X射线束与灵敏度极高的X射线探测器围绕人体的某一部位进行逐层的断面扫描，由X射线探测器上的闪烁材料接收透过该层面的X射线，转变为可见光后，由光电转换器转变为电信号，放大后再经模拟/数字转换转为数字信号，输入计算机进行处理。在计算机中，将选定层面分成若干个体积相同的立方体，称之为体素(Voxel)。逐层断面扫描所得到的信息经计算后，获得每个体素的X射线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即体素数字矩阵。将体素数字矩阵中的数字信息转为由黑到白不等灰度的小方块，在二维投影上称为像素(Pixel)，按照断层方式排列即构成CT图像。

现有的医用CT成像系统诞生于1972年，其发明者获得了诺贝尔奖。在40余年的应用实践中，其技术得到不断发展及提升(具体可以参见图1，其中A所示为第一代CT，B为第二代CT，C为采用扇束探测器和射线源机械旋转的第三代CT，D为X射线球管及发生器机械旋转运动的第四代CT，E为电子束旋转的第五代CT，F为采用窄束X射线顺序并行发射的本静态实时CT成像系统)。例如，早期的CT成像系统由单光子计数探测器和窄束射线源组成，采用平行束进行多个角度的平行扫描获得重建前的数据，再经过拉东变换(Radon Transform)等重建算法恢复出三维立体数据。这种CT成像系统的缺点是X射线的利用率很低，扫描时间长，重建的图像质量较差。后来，出现了采用旋转扫描方式的扇束CT成像系统。如图2所示，该扇束CT成像系统由多个排列成弧形的X射线探测器和具有大扇角发散的X射线源构成，可以一次包络人体的全部范围，通过一次360度的扫描就可以完成一个层面的三维重建，大大加快了成像速度。近年来，进一步出现了采用锥束扫描方式的CT成像系统。该锥束CT成像系统使用面阵探测器代替线阵探测器，使用锥束扫描代替扇束扫描，因此X射线利用率更高，需要的扫描时间更短，并能获得各向均匀、高精度的空间分辨率。但是，锥束CT成像系统在成像时的散射线很严重，较小的像素难以带来扇束CT成像系统相同的信号噪声比，这些也是目前难以提高图像质量的主要瓶颈，目前仅仅在较小的身体部位得到较好的应用。

随着X射线探测器制造技术的不断提升，在一个较大扇角的范围内集成大量的X射线探测器单元构成多排CT探测器，可以在一次旋转采集中获得64排～320排甚至更多的数据。为了获得更多的物体吸收特性信息，CT成像系统还采用了具有多个能级的X射线源来获取人体组织对不同能级X射线吸收的数据，从而获得具有能量标定的CT图像。但是，现有的CT成像系统仍然存在成像速度不够快、存在运动伪影等问题。例如在医学临床工作中，期待能在一个旋转周期内获得完整的心脏重建图像，这就需要将CT旋转速度提升到每秒2圈甚至更快。由于X射线源和X射线探测器需要设置在高速旋转机架上，工作时以每秒旋转2圈甚至更快速度运行，X射线源、高压发生器等部分需要承受较大的离心力，成为现有制造技术难以突破的瓶颈。