CN1679447A - 带有孔径光阑的计算机层析x射线摄影仪 - Google Patents

带有孔径光阑的计算机层析x射线摄影仪 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有至少一个X射线管的计算机层析X射线摄影仪，该X射线管与一位置相对置的包括多个探测器行的探测器相结合围绕一Z轴圆形或螺旋形旋转地扫描一对象，其中，每个探测器行有一个沿Z方向的孔径ΔZ和多个探测元件，以及在所述X射线管与探测器之间设有一个探测器光阑，它使探测器行的孔径ΔZ沿Z方向缩小，其中，所述X射线管有一个相对于该X射线管位置可变的焦点(跳跃焦点)，它在扫描期间至少交替地占据两个不同的位置(F1、F2)，这些位置相对于所述X射线管(R)有不同的Z坐标。其中，沿Z方向的扫描速率按照跳跃焦点相对于该X射线管(R)不同Z坐标的数量沿Z方向倍增。

Description

带有孔径光阑的计算机层析X射线摄影仪
技术领域
本发明涉及一种具有至少一个X射线管的计算机层析X射线摄影仪，该X射线管与一位置相对的包括多行探测器的探测器相结合绕一Z轴圆形或螺旋形旋转地扫描一对象，其中，每个探测器行有一个沿Z方向的孔径ΔZ和多个探测元件，以及此外在X射线管与探测器之间设一探测器光阑，它使探测器行沿Z方向的孔径ΔZ缩小。
背景技术
由德国公开文件DE 10211948A1已知一种计算机层析X射线摄影仪，它配备有一个具有位置固定焦点的X射线管和相对置地有一个多行探测器，该多行探测器按第一方案(图3)配备有一个所谓的Z向-梳(Z-Kamm)，它对于探测器行起沿Z方向的孔径光阑的作用。按第二方案(图4)，此公开文件公开了一种探测器光阑，它除了沿Z方向的孔径光阑外还有一个沿探测器周向或纵向的孔径光阑，并因而从各个方面缩小各探测元件的有效横截面和由此二维地减小其孔径。
原则上有效横截面的这种减小改善了探测器的分辨率。当然，减小横截面同时伴随着探测器灵敏度的降低，并至少在人体诊断时导致不希望地增加了对人体的辐射。因此，探测器灵敏度的降低对孔径的减小形成限制。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是提供一种具有多行探测器的计算机层析X射线摄影仪，它有更好的分辨率，同时不必增大所使用的照射剂量。
上述技术问题通过一种具有至少一个X射线管的计算机层析X射线摄影仪达到，该X射线管与一位置相对的包括多个探测器行的探测器相结合绕一Z轴圆形或螺旋形旋转地扫描一对象，其中，每个探测器行有一个沿Z方向的孔径ΔZ和多个探测元件，以及在X射线管与探测器之间设有一探测器光阑，它使探测器行沿Z方向的孔径ΔZ缩小，按照本发明，所述X射线管有一个相对于该X射线管位置可变的焦点(跳跃焦点)，它在扫描期间至少交替地占据两个不同的位置，这些位置相对于该X射线管有不同的Z坐标，其中，沿Z方向的扫描速率按照跳跃焦点相对于该X射线管不同Z坐标的数量沿Z方向倍增。
发明人认为，通过减小孔径提高纵向分辨率，亦即沿Z轴方向或沿***轴线方向的分辨率，不仅以不希望的方式增大需要的照射剂量，而且导致同样不希望地增大有效辐射范围之间的死腔。本振频率f(z)＝1/aKamm(aKamm表示孔径光阑(Z向梳)沿Z方向的开口宽度)由此提高的极限频率也不能有效利用，因为尼奎斯特频率在1/(2*a)附近不变(a表示孔径光阑的孔径)并由此导致混淆的假象。然而，若通过采用跳跃焦点提高扫描速率，则可以绕过此问题，跳跃焦点沿Z方向交替跳跃到两个或多个位置，亦即相对于X射线管有不同Z坐标的位置。
因此，发明人建议对本身业已公知的具有至少一个X射线管的计算机层析X射线摄影仪(其中，该X射线管与一位置相对置的包括多个探测器行的探测器相结合绕一Z轴圆形或螺旋形旋转地扫描一对象，其中，每个探测器行有一个沿Z方向的孔径ΔZ和多个探测元件，此外在X射线管与探测器之间设有一个探测器光阑，它使探测器行的孔径ΔZ沿Z方向缩小)作如下进一步改进：所述X射线管具有一个相对于该X射线管位置可变动的焦点，它在扫描期间至少交替地占据两个不同的相对于该X射线管有不同的Z坐标的位置。
采用这种设计达到，扫描速率按照跳跃焦点的不同位置数量沿Z方向倍增，并由此增大纵向本振频率可利用的范围。
此外，发明人建议，所述焦点的至少两个不同的位置有附加的沿周向相对于该X射线管的不同坐标。这种设计因此还可以按照跳跃焦点沿周向不同位置的数量进一步提高沿探测器周向或纵向的扫描速率，并因而增大沿周向本振频率可利用的范围。
为了进一步改善沿周向的分辨率，在按本发明的计算机层析X射线摄影仪中将探测器的孔径光阑设计为，使它在周向上限制出各探测元件的有效面积。
例如，探测器的孔径光阑设计为，各探测元件的有效面积设计为方形。
若使用一种计算机层析X射线摄影仪，它具有台架相对于诊查对象可变的进给速度，则按本发明用于控制跳跃焦点的跳跃位置的控制器可设计为，它根据X射线管和探测器的所选择的进给量来改变沿Z方向跳跃焦点位置的间距。在这种情况下特别有利的是，跳跃焦点位置的间距与X射线管和探测器的进给量成比例。也就是说在进给量较小时，同时也选择各跳跃焦点位置有较窄的间距，由此实现用射线轨迹尽可能均匀地覆盖检查对象。相应地，若进给量变大，则可以增大跳跃焦点的间距。
附图说明
下面借助附图详细说明本发明，在这里应说明，图中只表示对于直接理解本发明而言重要的构件。其中使用了下列附图标记：1：没有孔径光阑时传递函数的变化曲线；2：有孔径光阑时传递函数的变化曲线；I：没有孔径光阑时可利用的本振频率范围；II：有孔径光阑时附加可利用的本振频率范围；III：有孔径光阑和包括两个位置的跳跃焦点时可利用的本振频率范围；a：没有孔径光阑时一多行探测器的一个探测器行沿Z方向的孔径；aKamm：一多行探测器的一个孔径光阑沿Z方向的孔径；b：没有孔径光阑时一多行探测器的探测器行沿Z方向的周期宽度/光栅宽度；d：两行探测元件之间的间距；fZ：沿Z方向的本振频率；A：孔径光阑；B：诊断对象；C：计算机；D：探测器；E：探测元件；Fn：焦点位置；L：探测器沿行的方向/周向的长度；H：探测器沿Z方向的宽度；M：显示器；Pn：程序/程序模块；Q：垂直于中心射线的平面；R：X射线管；S：X射线；SZ：中心射线；U(f)：传递函数；Z：***轴线/Z轴线。附图中：
图1示意性地表示一CT***，其具有沿Z方向的跳跃焦点和沿Z方向在多行探测器上起作用的孔径光阑；
图2表示沿Z方向剖切一多行探测器获得的剖面图；
图3图解性地表示在具有和没有跳跃焦点时所述传递函数与本振频率的关系；以及
图4示意性地表示一CT***，其具有沿Z方向和周向的跳跃焦点以及包括沿Z方向和周向在多行探测器上起作用的孔径光阑。
具体实施方式
图1示意性地表示一按本发明的计算机层析X射线摄影仪，它有一个包含两个跳跃焦点位置F1和F2的跳跃焦点，这两个跳跃焦点位置分别发射射线S到一探测器D上并与此同时穿过一诊断对象B，在此过程中射线的削弱通过探测器D来测量。该探测器D沿周向具有一长度L以及沿Z方向具有一宽度H，它被分成多个探测器行，这些探测器行又由一个个探测元件组成，在图示的例子中，一个仅沿Z方向起作用的孔径光阑设在各探测器行上方。焦点位置的控制和从探测器中的数据提取借助一计算单元C进行，该计算单元有相应的控制程序Pn，包括跳跃焦点位置和探测器数据记录的控制程序、CT图像和实施按本发明的方法的数据处理装置。
图2和3通过所示的传递函数U(f)与纵向本振频率fZ的关系，示意性地表示按本发明方法的基本思想。
图2表示沿Z方向剖切一多行探测器获得的剖面，其中总共表示4行探测器D中的4个探测元件E。各个探测元件彼此有间距d和宽度a，宽度与没有孔径光阑时的孔径一致。探测器行的扫描宽度b或它们的周期由宽度a和距离b之和：b＝a+d得出。在探测元件E上面设一个孔径光阑A，它对每一行有一个开口宽度或孔径aKamm，以及探测元件的有效扫描面积以此宽度为界。
图3中表示了在具有唯一的一个不跳跃的焦点和探测器孔径为a时的传递函数U(f)的曲线1。孔径a决定频率响应，所以传递函数在数值1/a处与横坐标相交。但与此同时，多行探测器的扫描宽度b通过尼奎斯特条件限制扫描特性，从而通过1/2b左边画阴影线的区域I描述了实际上可利用的本振频率范围。
相比之下，由曲线2表示相同的探测器但装有具有减小的孔径aKamm的孔径光阑时的传递函数。在这里，在通过尼奎斯特条件作相同的限制的情况下，在传递函数内与没有孔径光阑时的探测器相比获得如在面积II内所表示的增益。但是，若尼奎斯特条件或其限制移向更高的频率，这通过在简单的扫描上叠加一个或多个在其他位置进一步移动的扫描，如在跳跃焦点***时的情况那样，则获得有关传递函数的更大附加增益，如通过面积III表示的那样。因为对于传递函数而言，传递函数U(f)的值越大，图像的显示越好，通过结合跳跃焦点和孔径光阑可相应地得到明显更高的分辨率。
因此，首先在表面观察时出现这种现象，即随着孔径任意变小也可以扫描任意小的本振频率。然而按照用于扫描的模拟信号的尼奎斯特条件和由离散值回收的模拟信号，基于最大可分辨的本振频率获得此严重限制的因素。有关尼奎斯特条件理论背景的推导，例如可参阅“用于医学诊断的成像***(Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik)”，第2.2.3节，编者Heinz Morneburg，第3版，ISBN 89578-002-2。
因此，若按本发明的方式使用一种跳跃焦点***与更大的扫描密度的组合(图3表示有两个跳跃焦点位置的状况)，则扫描密度借助一个附加的孔径光阑从b增加到b/2，从而一方面导致限制性尼奎斯特频率从1/2b到1/b移到两倍的频率值，并与此同时，由于附加使用与图1中具有孔径a的孔径光阑相比具有较小孔径1/aKamm的孔径光阑，导致传递函数U(f)的曲线2相对于曲线1形成了一跨距。
应当指出，通过使用一沿观察方向有数量更多的跳跃焦点位置的跳跃焦点，可以比图示的举例得到进一步的改善。尤其有利的是，除了沿Z方向多个跳跃焦点位置外，也可以沿X射线管的周向改变跳跃焦点位置，因为由此也提高沿探测器周向或纵向探测元件的分辨能力，在这种情况下对应于上面已说明的沿Z方向的基本思想，这特别有利地通过与沿周向的探测元件的附加孔径光阑相结合来实现。
为此，图4举例和示意性地表示出这种焦点探测器***，它有4个跳跃焦点位置F1至F4与具有一孔径光阑的探测元件D结合，该孔径光阑使各个探测元件的开口面积既沿Z方向也沿周向缩小。4个跳跃焦点位置布置在一矩形Q的角上，该矩形围绕诊查对象B切向地贴靠在X射线管的环形面上。通过4个焦点位置的这种布置，不仅沿Z方向而且沿周向的扫描频率均按本发明的方式加倍，所以，与同时减小的沿探测器Z方向和周向的孔径相结合，获得所期望的不仅沿探测器的Z方向而且沿其周向亦即纵向改善本振频率传递函数的效果。
因此，本发明建议选择一种至少沿Z方向跳跃焦点***与多行探测器以及孔径光阑的组合，由此不仅实现改善本机传递函数，而且达到提高所述限制分辨率的尼奎斯特频率。
显然，以上所述本发明的特征，不仅可以采用已说明的各种组合，而且也可以采用其他组合或独立使用，均不脱离本发明的范围。除此之外，在本发明的范围内显然一CT仪不仅指有封闭式台架的传统计算机层析X射线摄影仪，也指所谓的C形弓架式设备。

Claims (6)

1.一种具有至少一个X射线管(R)的计算机层析X射线摄影仪，该X射线管与一位置相对的包括多个探测器行的探测器(D)相结合绕一Z轴圆形或螺旋形旋转地扫描一对象(B)，其中，每个探测器行有一个沿Z方向的孔径ΔZ和多个探测元件，以及在所述X射线管与探测器之间设有一探测器光阑，它使探测器行沿Z方向的孔径ΔZ缩小，其特征为：所述X射线管有一个相对于该X射线管位置可变动的焦点(跳跃焦点)，它在扫描期间至少交替地占据两个不同的位置(F1-F4)，这些位置相对于该X射线管(R)有不同的Z坐标，其中，沿Z方向的扫描速率按照跳跃焦点相对于该X射线管(R)不同Z坐标的数量沿Z方向倍增。
2.按照权利要求1所述的计算机层析X射线摄影仪，其特征为：所述焦点的至少两个不同的位置(F1-F4)有附加的沿周向相对于所述X射线管(R)的不同坐标。
3.按照权利要求1或2所述的计算机层析X射线摄影仪，其特征为：所述探测器(D)的孔径光阑(A)设计为，使它沿周向剪切出各探测元件(E)的有效面积。
4.按照权利要求3所述的计算机层析X射线摄影仪，其特征为：所述探测器(D)的孔径光阑(A)设计为，使各探测元件(E)的有效面积设计为方形。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的计算机层析X射线摄影仪，其特征为：设有一用于控制所述跳跃焦点的跳跃位置的控制器(C、Pn)，它根据X射线管(R)和探测器(D)所选择的进给量改变跳跃焦点位置(F1-F4)沿Z方向的间距。
6.按照权利要求5所述的计算机层析X射线摄影仪，其特征为：所述跳跃焦点位置(F1-F4)的间距与所述X射线管(R)和探测器(D)的进给量成正比。
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