CN107072610A - X射线成像装置和x射线成像方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种X射线成像装置，其可提供通过窄宽度传感器和低剂量X射线暴露的方式捕捉的、物体的预期部分的精确和直观的X射线图像。根据本发明的X射线成像装置，包括：发生器单元和传感器单元，其彼此面对且还具有在其间的待捕捉区域；台架，用于绕发生器单元和传感器单元之间的旋转轴线旋转彼此面对的发生器单元和传感器单元；一个或多个传感器，设置在传感器单元上，用于检测X射线；传感器操作单元，设置在传感器单元上，用于在发生器单元和传感器单元绕旋转轴线旋转期间以传感器单元的旋转轨迹的方向或者旋转轨迹的切线方向移动传感器；以及图像处理器具，用于通过传感器的检测结果产生待捕捉的区域的整个区域的3D的X射线图像。

Description

X射线成像装置和X射线成像方法

技术领域

本发明大体涉及X射线成像模式。更特别地，本发明涉及X射线成像装置和X射线成像方法，所述X射线成像装置和X射线成像方法可通过使用窄宽度传感器和小剂量X射线暴露来提供具有期望的尺寸和形状的视场的三维X射线图像。

背景技术

X射线根据X射线衰减系数衰减，诸如置于X射线的路径中的物质的光电效应、康普顿散射等。

X射线成像模式是使用X射线的渗透性的射线照相术，其中物体的内部结构的X射线图像基于在X射线通过物体的过程中累积的衰减的量来获得。为了实现此方法，X射线成像装置包括：X射线源，其朝向物体发射X射线；X射线传感器，其布置为面向X射线源，物体在X射线源和X射线传感器之间，并且所述X射线传感器配置为接收已经通过物体的X射线；以及图像处理器，其配置为通过使用X射线传感器的检测结果产生视场(FOV)的X射线图像。

同时，近来，由于半导体和信息处理技术的发展，X射线成像模式已经被使用数字传感器的数字射线照相术(DR)取代，并且X射线成像方法也以各种方式被发展。

例如，牙科X射线全景图像通过以下过程获得：当X射线源和X射线传感器面向彼此时，通过沿着物体(即，受检者的颚骨)移动X射线源和X射线传感器来射线照相；并且通过将颚骨轨迹上的期望的焦点层的牙齿和围绕其的组织的传播布置关系与射线照片结合来显示透射图像。为实现此，X射线源和X射线传感器在预定角度范围内、沿着其间的旋转轴线执行旋转移动，并且在预定长度范围内、沿着受检者的向前和向后方向执行线性移动。

X射线全景图像被用作标准图像，其对于牙医来说是最熟悉的，因为牙齿和围绕其的组织的整个布置关系可以被容易地识别。然而，获得X射线全景图像是有问题的，需要多轴线驱动***以将X射线源和X射线传感器的线性移动和旋转移动链接。

作为另一个例子，牙科X射线计算机断层照相(CT)图像通过以下过程获得：当X射线源和X射线传感器面向彼此时，通过沿着物体(即，受检者的头部)旋转X射线源和X射线传感器来射线照相；并且通过重构射线照片来显示包括头部的视场的三维X射线图像。为实现此，X射线源和X射线传感器当面向彼此时在预定角度范围内、沿着通过物体的旋转轴线旋转。

X射线CT图像不仅能够显示物体的三维X射线图像，还能够根据期望的位置和方向精确和清楚地显示层析成像图像，由此其被用于需要高精度的领域，诸如植入过程等。然而，其是有问题的，问题在于辐射至受检者的辐射剂量是高的，以获得一般的X射线CT图像，并且需要具有大面积的昂贵的X射线传感器。

对于后者更具体地说，当执行一般的X射线CT时，传感器应接收沿所有方向通过视场的整个区域的X射线。因此，需要具有面积比用于全景X射线图像的传感器大得多的传感器。

例如，在通过使用主要用于牙科领域的锥束X射线成像方法来获得具有第一高度t1和第一宽度w1的视场的X射线CT图像的情况下，假设X射线源和X射线传感器之间的旋转轴线通过视场的中心，传感器的第二高度t2应与放大率*第一高度t1的值相等或更大(即，t2≥放大率*t1)，其中放大率被限定为X射线源和旋转轴线之间的距离与X射线源和X射线传感器之间的距离的距离比；并且传感器的第二宽度w2应与放大率*第一宽度w1的值相等或更大(即，w2≥放大率*w1)，由此可能接收通过视场的整个区域的X射线。这里，如果必须的话，可以使用半束X射线成像方法，其被配置为通过使用覆盖大于一半的视场的非对称X射线束来将传感器的第二宽度减少至最大放大率*(w1)/2。

然而，不管是哪种成像方法，用于X射线CT的传感器的面积是大的。另外，通用传感器的成本根据其面积显著增加，所以X射线CT成像器具是有问题的，问题在于需要具有大面积的传感器。因此，其成本由于传感器的尺寸而增加。

发明内容

技术问题

因此，本发明着眼于发生在相关领域中的上述问题，且本发明旨在提出一种X射线成像装置和X射线成像方法，与包括半束方法的常规X射线CT器具相比，所述X射线成像装置和X射线成像方法能够通过使用窄宽度的传感器和低剂量的X射线暴露来提供具有预期尺寸和形状的视场的三维X射线图像。

本发明进一步旨在提出一种X射线成像装置，其可通过使用单独的固定旋转轴线而不增加或者移动X射线源和X射线传感器之间的物理旋转轴线来扩展视场或选择所述视场使其具有自由形式形状，并且可甚至提供全景图像。

技术方案

为了实现上述目标，根据本发明的一个方面，提供了一种X射线成像装置，其包括：发生器和传感器单元，彼此面对并在其间具有视场；台架，配置为绕发生器和传感器单元之间的旋转轴线旋转彼此面对的发生器和传感器单元；至少一个传感器，设置在传感器单元中，且配置为检测X射线；传感器移动部分，设置在传感器单元中，且配置为当发生器和传感器单元绕旋转轴线旋转时沿传感器单元的旋转轨迹的方向或者沿旋转轨迹的切向方向移动传感器；以及图像处理器，配置为通过使用传感器的检测结果来产生视场的整个区域的三维X射线图像。

在此，当视场的宽度是w1时，传感器的宽度w2小于放大率*第一宽度(w1)/2的值(即，w2<放大率*(w1/2))，所述放大率可被限定为发生器和旋转轴线之间的距离与发生器和传感器之间的距离的距离比。

传感器移动部分可以以恒定的速度或者以加速的速度移动传感器。

发生器可朝向传感器发射X射线。在此情况下，发生器可包括：发射X射线的X射线源；以及将X射线调整为对应到传感器的瞄准器。X射线成像装置可进一步包括发生器移动部分，所述发生器移动部分配置为移动或旋转发生器，使得发生器朝向传感器发射X射线。

为了实现上述目标，根据本发明的另一个方面，提供了一种X射线成像方法，其中使用以下部件：发生器和传感器单元，彼此面对并在其间具有视场；台架，配置为绕发生器和传感器单元之间的旋转轴线旋转彼此面对的发生器和传感器单元；以及至少一个传感器，设置在传感器单元中以检测X射线，所述方法包括：绕旋转轴线旋转发生器和传感器单元，且同时沿传感器单元的旋转轨迹的方向或者沿旋转轨迹的切向方向移动传感器；并且通过使用传感器的检测结果来产生视场的整个区域的三维X射线图像。

当视场的宽度是w1时，传感器的宽度w2小于放大率*第一宽度(w1)/2的值(即，w2<放大率*(w1/2))，且放大率可被限定为发生器和旋转轴线之间的距离与发生器和传感器之间的距离的距离比。

有利效果

根据具有上述特征的本发明，可提供一种X射线成像装置和X射线成像方法，与包括半束方法的常规X射线CT器具相比，所述X射线成像装置和X射线成像方法可通过使用窄宽度的传感器和低剂量的X射线暴露来提供具有预期尺寸和形状的视场(例如，具有大于传感器宽度两倍的宽度的视场)的精确三维X射线图像。

另外，可提供X射线成像装置，其可通过使用单独的固定旋转轴线而不增加或者移动X射线源和X射线传感器之间的物理旋转轴线来扩展视场或选择所述视场、使其具有自由形式形状，并且可甚至提供全景图像。

附图说明

图1是示出了根据本发明的实施例的X射线成像装置的透视图；

图2是示出了根据本发明的实施例的X射线成像装置的配置以及根据传感器的移动的视场的延伸的示意图；

图3示出了通过使用根据图2的实施例的X射线成像装置中的传感器的移动来选择视场的位置的示意图；

图4是示出了通过本发明的X射线成像装置实现的具有自由形式形状的视场的例子的视图；以及

图5是示出了通过使用根据本发明的实施例的X射线成像装置的拍摄X射线全景图像的示意图。

具体实施方式

发明模式

将更详细地讨论本发明的示例性实施例，其例子在附图中例示。尽管本发明的优选实施例已被描述用于牙科X射线成像装置，但本领域技术人员将理解本发明可被应用至所有X射线成像装置，而不偏离如所附权利要求所公开的发明的范围和精神。

图1是示出了根据本发明的实施例的X射线成像装置的透视图。

根据实施例的X射线成像装置包括：支撑在地面上的基部；从基部竖直直立的柱；以及沿着柱升高至对应物体的高度的升高部分10。旋转臂支撑部20联接至升高部分的侧部。旋转臂支撑部20可旋转地设置有旋转臂30。旋转臂30包括：基于旋转轴线25C设置在其第一侧部上的发生器32；以及基于旋转轴线25C设置在其第二侧部上以面对发生器32的传感器单元31。当拍摄X射线图像时，沿纵向方向的旋转轴线25C的延长线通过包括牙弓50的受检者的头部(其作为物体的示例)，并且具***置可以根据待检查的区域而被调整。

除旋转臂30之外，根据实施例的X射线成像装置可进一步包括X射线传感器单元40，所述X射线传感器单元40直接或者经由旋转臂支撑部20连接至升高部分10。例如，X射线成像装置可进一步设置有用于头影测量图像的X射线传感器单元40。

另外，未在图中示出地，根据实施例的X射线成像装置包括配置为通过使用传感器单元31的检测结果产生X射线图像的图像处理器，其中图像处理器可以被设置在X射线成像装置中，或者可以设置为离开X射线成像装置并且无线或者通过电线连接至X射线成像装置。

发生器32可包括：X射线源，其配置为使得，例如，具有高动能的电子撞击金属靶以发射X射线；以及调整X射线的辐射方向或辐射范围的瞄准器。X射线源可以根据电子发射方法而分为两种类型：丝型，其中使用高电流发射热电子；以及电场发射型，其中使用纳米结构(诸如碳纳米管)的场发射效应。

传感器单元31配置为通过接收通过物体的X射线、通过位置来根据强度生成电信号。在本发明的实施例中，众所周知的技术可以根据X射线转换方法(例如，直接从X射线获得电信号而不需要中间步骤的直接转换方法，或者是通过将X射线转换为可见射线来间接获得电信号的间接转换方法)被广泛应用。

旋转臂30和/或旋转臂支撑部20设置有旋转驱动部25，所述旋转驱动部25配置为将旋转臂与旋转臂支撑部连接，并且通过使用移动电源而使得旋转臂30绕旋转轴线25C旋转。旋转驱动部25用来在物体的视场被射线照相时将旋转臂30旋转预期的角度。换句话说，实施例的X射线成像装置，作为配置为将传感器单元31和发生器32与其间的物体一起旋转的装置，包括台架(gantry)，其中所述台架包括旋转臂30和旋转驱动部25。将详细讨论发生器32和传感器单元31的总体配置的实施例。

图2是示出了根据本发明的实施例的X射线成像装置的配置以及根据传感器的移动的视场的延伸的示意图。

传感器单元31设置有朝向发生器32的至少一个传感器311。这里，当视场的高度和宽度分别为t1和w1时，传感器311的高度t2与放大率*第一高度t1相同或比其更大(即，t2≥放大率*t1)，且传感器311的宽度w2小于放大率*第一宽度(w1)/2(即，w2<放大率*(w1/2))。

另外，传感器311可移动地设置为沿传感器单元31的旋转轨迹的方向移动，例如，在射线照相期间(即在发生器32和传感器单元31绕旋转轴线25C旋转期间)沿圆形轨迹的切向方向或者沿圆形轨迹的方向；并且，发生器32结合传感器311的移动朝向传感器311瞄准发射X射线束XC。

在图2中，以旋转轴线25C为中心的同心圆F、FA、FB和FC示出了根据传感器311的移动范围的视场。例如，在传感器311被固定在以实线标出的初始位置中的状态下，当发生器32和传感器单元31旋转预定角度时拍摄X射线图像，由此可获得第一视场F(其为同心圆中最小的)的三维X射线图像。这与常规地半束X射线CT器具相同。

另外，在以旋转轴线25C为中心射线照相期间，在传感器311从用实线标出的位置沿旋转轨迹的方向或者沿旋转轨迹的切向方向移动其宽度311A时，第二视场FA的半径被扩大，扩大量为传感器311的宽度。类似地，在射线照相期间，当传感器311移动其宽度的两倍311B或者三倍311C时，视场被分别扩展至与其对应的第三和第四视场FB和FC。因此，即使当传感器311的宽度小于整个视场F、FA、FB和FC的半径*放大率的值时，也可获得整个视场F、FA、FB和FC的三维X射线图像。

供参考地，在以上描述和附图中，为了易于理解，在发生器32和传感器单元31的旋转期间，即在射线照相期间，传感器逐步移动其宽度，但是优选地是，传感器311在射线照相期间结合发生器32和传感器单元31的旋转以加速的速度或者恒定的速度移动。

换句话说，当传感器单元31和发生器32的旋转速率以及传感器311的移动速率被合适地调整时，视场被实际上以螺旋形式或者与其相似的形式扩展；并且如果传感器单元31和发生器32的旋转速率以及传感器311的移动速率被调整以获得具有足够的角度范围的视场的整个面积的X射线图像，则可实现整个视场的三维X射线图像。

对于装置的配置，传感器单元31包括传感器移动部分312，所述传感器移动部分312配置为在有限的范围内、沿传感器单元的旋转轨迹的方向或者沿旋转轨迹的切向方向移动传感器311。传感器移动部分312可包括：产生功率的马达315；传输功率的驱动轴314；以及连接传感器311和驱动轴314的连接器313，其中优选的是传感器单元包括配置为引导传感器311的移动的传感器引导部。然而，上述配置仅是一例子，因此各种形状和修改是可能的。

同时，结合传感器311的移动，发生器32发射瞄准传感器311的X射线束XC，其宽度对应于传感器311的宽度。作为实现此的配置的例子，发生器32可包括：X射线源321，其配置为发射具有覆盖传感器的移动范围的宽广宽度的X射线束XT；以及瞄准器XT，其配置为调整宽的X射线束XT并且发射X射线束XC，所述X射线束XC具有对应于传感器311的宽度的窄的宽度，并且响应于传感器的移动朝向传感器瞄准。瞄准器322可包括：至少一个叶片，其配置为部分地阻挡X射线束；马达324，配置为例如产生功率以移动叶片323；驱动轴325，其配置为传输功率；以及连接器326，将叶片323的部分与驱动轴325连接。瞄准器322可以被配置使得带有具有预定宽度的狭缝(瞄准的X射线束XC通过所述狭缝)的一个叶片通过一个马达驱动，或者两个或更多的叶片被各自的马达驱动。

然而，发生器32的上述配置仅是一例子，因此各种形状和修改是可能的。例如，发生器32可包括：X射线源，配置为发射具有对应于传感器311的宽度的窄宽度的X射线束；以及瞄准器，其中发生器32被物理地移动和/或旋转，使得X射线束的辐射方向与传感器311的位置移动关联。在这种情况下，发生器32可进一步包括发生器移动部分用于移动和/或旋转。除此之外，各种形状和修改是可能的。

同时，根据所提到的实施例的X射线成像装置可包括控制器60，所述控制器60连接至发生器32和传感器单元31，并且配置为控制所述发生器32和传感器单元31，使得发生器32结合传感器311的位置移动发射瞄准传感器311的X射线束XC。

更具体地，控制器60可被配置为连接传感器移动部分312以控制马达315，且配置为通过使用其控制信号或者已从传感器311的位置信息反馈的信号来控制从发生器32发射的X射线束的方向。X射线束的方向的控制可以通过控制驱动瞄准器322的马达324来执行，如附图的实施例所示。然而，在发生器32通过另一配置来配置的情况下，接收控制器60的控制信号的具体部件可改变。

另外，控制器60可控制台架(以及发生器32和传感器单元31)的操作。换句话说，控制器60可将台架的旋转、传感器的移动、以及来自发生器32的X射线束的方向控制为彼此关联，且其细节的描述已在上文给出。

图3示出了通过使用根据图2的实施例的X射线成像装置中的传感器的移动来选择视场的位置的示意图。

当使用根据图2的实施例或者根据上述修改的实施例的X射线成像装置时，不仅可扩展视场，还可在可获得的传感器311的移动范围内自由地选择视场的位置。当然，可基于所选择的位置，通过使用传感器311的移动来扩展视场。

在图3中示出了，在通过绕旋转轴线25C旋转包括传感器311的传感器单元和发生器32来进行射线照相期间的，在发生器32的轨迹上的位置32D和32E处的宽的X射线束XT、XTD和XTE；窄的射线束XC、XCD和XCE；以及当宽的X射线束和窄的X射线束彼此重叠时生成的视场FF。当发生器设置在位置32D和32E处时，传感器311可以通过被移动到宽的X射线束XT、XTD和XTE内的位置311D和311E来接收瞄准的X射线束XC、XCD和XCE。

图4是示出了通过本发明的X射线成像装置实现的具有自由形式形状的视场FT的例子的视图。当所述装置被如参考图3所述的那样***作时，在物体(例如受检者的头部H)保持不动的状态下，可自由地选择视场FT的位置；并且参考图2，通过结合沿竖直方向的瞄准器的操作和装置的所述操作，可扩展具有自由形式形状的视场FT。由此，可获得具有对应于受检者的头部的待检查区域的自由形式形状的视场FT的三维X射线图像。

图5是示出了通过使用根据本发明的实施例的X射线成像装置的拍摄X射线全景图像的示意图。如图5中所示，包括传感器311的传感器单元和发生器32绕单独的固定旋转轴线25C旋转，其中传感器311的位置沿传感器单元的旋转轨迹的方向或者沿旋转轨迹的切向方向移动，由此可实现与在常规全景X射线成像器具中移动旋转轴线相同的效果，而不实际上移动旋转轴线25C。因此，根据本发明的X射线成像装置不仅能够提供X射线CT图像和三维X射线图像，还能够通过使用所述性质来提供对应于牙弓50的焦点层的全景X射线图像。

Claims (8)

1.一种X射线成像装置，包括：

彼此面对的发生器和传感器单元，在其间具有视场；

台架，配置为绕发生器和传感器单元之间的旋转轴线旋转面向彼此的发生器和传感器单元；

至少一个传感器，设置在传感器单元中，且配置为检测X射线；

传感器移动部分，设置在传感器单元中，且配置为当发生器和传感器单元绕旋转轴线旋转时沿传感器单元的旋转轨迹的方向或者沿旋转轨迹的切向方向移动传感器；以及

图像处理器，配置为通过使用传感器的检测结果而产生视场的整个区域的三维X射线图像。

2.如权利要求1所述的X射线成像装置，其中，当视场的宽度是w1时，传感器的宽度w2小于放大率*第一宽度(w1)/2的值(即w2<放大率*(w1/2))，所述放大率是发生器和旋转轴线之间的距离与发生器和传感器之间的距离的距离比。

3.如权利要求2所述的X射线成像装置，其中传感器移动部分以恒定的速度或者以加速的速度移动传感器。

4.如权利要求1所述的X射线成像装置，其中发生器朝向传感器发射X射线。

5.如权利要求4所述的X射线成像装置，其中发生器包括：

X射线源，其发射X射线；以及

瞄准器，将X射线调整为对应到传感器。

6.如权利要求4所述的X射线成像装置，进一步包括：

发生器移动部分，配置为移动或旋转发生器，使得发生器朝向传感器发射X射线。

7.一种X射线成像方法，其中使用彼此面对的发生器和传感器单元，在发生器和传感器单元之间具有视场，且使用配置为绕发生器和传感器单元之间的旋转轴线旋转彼此面对的发生器和传感器单元的台架，以及设置在传感器单元中以检测X射线的至少一个传感器，所述方法包括：

绕旋转轴线旋转发生器和传感器单元，并且同时沿传感器单元的旋转轨迹的方向或者沿旋转轨迹的切向方向移动传感器；以及

通过使用传感器的检测结果来产生视场的整个区域的三维X射线图像。

8.如权利要求7所述的X射线成像方法，其中，当视场的宽度是w1时，传感器的宽度w2小于放大率*第一宽度(w1)/2的值(即，w2<放大率*(w1/2))，所述放大率是发生器和旋转轴线之间的距离与发生器和传感器之间的距离的距离比。