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CN108652656B - 复合探测器、体层成像系统及方法 - Google Patents

复合探测器、体层成像系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合探测器，用于接收射线并将所述射线转换为电信号用以生成影像，其特征在于，包括若干拼接的探测器，所述拼接探测器之间设置间隙。本发明还提供一种体层成像系统和体层成像方法。而本发明将小尺寸的探测器按照预定设计进行拼接，能够替代整块全景探测器进行射线探测。还公开了使用该‑复合探测器的成像系统及方法。

Description

复合探测器、体层成像系统及方法
技术领域
本发明涉及医学影像设备技术领域，特别涉及一种复合探测器和一种使用所属复合探测器进行体层合成的成像系统及方法。
背景技术
使用射线成像在工业上进行内部探测或者在医学上检测人体病灶，是射线比较常规的使用方式。在使用时，一般使用射线源照射待检测物体，例如人体，具体是检测人体的特定待检测区域，例如检测乳腺。然后使用影像接收器接收穿过待检测物体的射线用以生成影像。目前流行的影像接受器采用全景平板数字探测器，将射线转换成电信号，生成数字影像。这里“全景“意味着涵盖整个被检测对象，要求探测器面积较大。例如，数字乳腺机目前探测器有效成像面积为24cm x 30cm。
然而，大尺寸的全景数字探测器造价比较昂贵，并且有些小尺寸探测器(例如光子计数器型)有非常好的成像特性，但是很难做到大面积。
体层成像技术提供了有效使用非全景探测器的可能性。
发明内容
本发明提供一种使用多个非全景探测器实现体层合成的方法。多个非全景探测器进行拼接形成足够的影像接收面积的复合探测器，非全景拼接探测器之间设置间隙。
根据本发明的目的，提供一种复合探测器，用于接收射线并将所述射线转换为电信号用以生成影像，包括若干拼接的探测器，所述探测器之间设置间隙。
在其中一个实施例中，所述拼接探测器的分布和拼接探测器之间的间隙根据设计设置。
在其中一个实施例中，所用拼接探测器种类相同或者不同。
在其中一个实施例中，所述拼接探测器为X射线探测器或γ射线探测器。
在其中一个实施例中，所述拼接探测器形成具有X行和Y列的探测器阵列，其中，X≥1，Y≥1。
根据本发明的目的，还提供一种体层成像系统，包括：
射线源，用于在不同角度发射射线进行扫描或射线发射；
探测器，所述探测器为权利要求1-5任一所述的复合探测器，用于接收所述射线源发射的射线；
成像装置，用于根据所述复合探测器接收的射线成像。
在其中一个实施例中，所述射线源与复合探测器根据预定方式设置，以使待照射部位中的任何一点不会在所有角度都被射线源投影落于拼接探测器之间的间隙内。
在其中一个实施例中，所述复合探测器距所述待检测部位设置预定距离。
在其中一个实施例中，所述体层成像系统适用于乳腺体层合成及身体其他部位体层合成；并且/或者
适用于CT成像。
根据本发明的目的，还提供一种体层成像方法，用于根据上述任一所述的体层成像系统进行扫描时获取的图像进行体层合成，包括如下步骤：
在每个投影角度，获取复合探测器阵列中各个拼接探测器获得的投影图像，并根据各个拼接探测器的有效成像区实际位置将所获得的影像拼成该角度的“拼接全景图像”，拼接探测器的有效成像区之间的间隙也标注在“拼接全景图像”中；
进行三维重建时，计算每一个体层像素的位置；
对于某个体层像素，根据其位置，在每个投影角度，计算该像素投影到“拼接全景图像”中的位置：如果该位置在某个拼接探测器有效成像区内，则获得图像信号；如果该位置在拼接探测器之间的间隙，则不做信号记录；
对于某个体层像素，获得了所有投影角度的信号之后，计算生成该体层像素的像素值。
本发明的有益效果在于：本发明上述复合探测器，包括若干拼接的探测器，所述拼接探测器之间设置间隙，用于接收射线并将所述射线转换为电信号用以生成影像。使用该复合探测器的体层成像系统，以及使用该体层成像系统获取的图像进行体层成像方法，使用了小探测器拼接而成的复合探测器，可以把具有高成像特性的小探测器-充分运用到体层合成成像应用。
附图说明
图1为本发明一实施例的复合探测器的示意图；
图2为本发明另一实施例的复合探测器的示意图；
图3为本发明一实施例的体层成像系统模块图；
图4为本发明体层成像系统A角度扫描示意图；
图5为本发明体层成像系统B角度扫描示意图；
图6为本发明体层成像系统C角度扫描示意图；
图7为本发明一实施例的体层成像方法流程图。
具体实施方式
如前所述，大尺寸的全景数字探测器造价比较昂贵，并且有些小尺寸探测器(例如光子计数器型)有非常好的成像特性，但是很难做到大面积。而本发明使用了复合探测器，其将小尺寸的探测器按照预定规则进行拼接，能够替代全景探测器进行射线探测成像。还公开了使用该-复合探测器的成像系统，通过设置射线源与复合探测器之间的位置，射线源进行多角度扫描，也能够获取与使用全景探测器效果基本一致的图像。体层成像时，以一定信噪比为代价，赢得了使用多个小型拼接探测器替代大面积全景探测器的效果，使低成本小探测器的使用成为可能，减少了探测器的生产成本，也可以充分利用具有高成像特性的小探测器，使体层合成成像技术的设计更加灵活。
以下将参考附图更全面地描述本发明，在附图中显示了本发明的示例性实施方式。如同本领域的技术人员能了解的，所描述的实施方式可以以各种不同的方式修改，所有修改都不脱离本发明的精神或范围。
下面结合附图1-7详细阐述本发明的技术方案。
图1所示，为本发明一实施例的-复合探测器的示意图；
图2所示，为本发明另一实施例的-复合探测器的示意图；
图3所示，为本发明一实施例的体层成像系统模块图；
图4所示，为本发明体层成像系统A角度扫描示意图；
图5所示，为本发明体层成像系统B角度扫描示意图；
图6所示，为本发明体层成像系统C角度扫描示意图；
图7所示，为本发明一实施例的体层成像方法流程图。
请参阅图1，为本发明一实施例的-复合探测器100，该探测器100包括若干小尺寸的拼接探测器120，这些小尺寸拼接探测器120拼接形成大尺寸的探测器，用于替代大尺寸的全景探测器，接收射线并将所述射线转换为电信号生成影像。参考图1-2，探测器之间设置间隙。间隙距离较小，或者间隙的面积较小。并且，探测器之间的间隙尽量保持一致，相同或者按照预先设计计算。或者，探测器120之间可以通过常规的方式连接，例如粘结。
本发明使用了-复合探测器，其将小尺寸的探测器按照预定规则进行拼接，能够替代全景探测器进行射线探测。本发明复合探测器使用多个小型探测器替代大面积全景探测器的效果，避免直接使用昂贵的全景数字探测器，减少了探测器的生产成本，也可以使用具有高成像特性的小探测器，可以使成像效果在一定程度上变得更好，更灵活。
其中，上述探测器种类材质相同或者不同。根据射线源的特性，可以设置探测器的材质。当射线源为X线时，探测器为X线探测器。当射线源为γ射线时，探测器为γ射线探测器。或者，为了提高探测器的功能应用，可以设置相邻探测器之间材质不同，例如相邻材质分别为X线探测器和γ射线探测器。这样，就可以同时探测X射线和γ射线。在另一个实施例中，还可以设置相邻的探测器种类相同或者不同。这样，同一个拼接的全景探测器可以用于接收不同的射线源发射的不同种类的射线。
其中，所述探测器可以形成具有X行和Y列的探测器阵列，其中，X≥1，Y≥1。参考图2，为本发明不同设施方式实施例。图2表示为X＝2，Y＝2时的探测器。在其他实施例中，X和Y的数值可以根据实际需求进行变更。
这样，改变了探测器领域常规探测器生产方式，不仅可以节约成本减少制作难度，还可以集成小而好的探测器。并且，还可以增加探测器应用方式和成像系统的设计方式。
参考图3，为本发明一种体层成像系统200，包括：射线源210，探测器230，成像装置250。其中，射线源210，用于在不同角度发射射线进行扫描或射线发射；探测器230，所述探测器为上述描述的-复合探测器，用于接收所述射线源发射的射线；成像装置250，用于根据所述复合探测器接收的射线成像。
其中，所述射线源210与探测器230根据预定方式设置，以使待照射部位中的任何一点不会在所有角度都被射线源投影落于拼接探测器之间的间隙内。当射线源为X线源，用于进行乳腺扫描时，以附图4-6所示为例进行详细描述。但本发明这一描述并不是对体层成像系统200的限制，其也可以适用于其他体层合成技术，或应用于CT领域，使用离散探测器(有间隔)完成CT成像。
参考图4-6，为从不同角度(A、B、C三个角度)进行扫描的示意图。这样的设置，是为了防止待检测部位在扫描时完全不能被拼接探测器接收到。可以参考附图4-6，在图4中，此病灶信息被左数第1个小型拼接探测器接收到；在图5中，此病灶信息被左数第2个小型拼接探测器接收到；在图6中，此病灶信息投射到间隙间隙中，未被拼接探测器采集到。因此，本发明这样的设置使得，尽管在某些角度投影中存在信息遗漏，但只要保证有足够的、包含该病灶的有效投影，体层合成三维-重建即可进行。比如，一共采集了M个投影，其中N个投影包含病灶的信息(有效投影)，L个投影中该病灶信息投射到拼接探测器间隙，那么对于该病灶的影像重建，只需使用N个“有效投影“(包含病灶的信息)进行。本发明成像系统200以一定信息损失为代价，赢得了使用多个小型拼接探测器替代整块大面积全景探测器的效果。
其中，所述探测器230距所述待检测部位预定距离。这样的设置是为了防止某些待检测部位永远处于拼接探测器的间隔区域中。例如进行乳腺检测时，本发明成像系统需要乳腺和探测器之间保持一个小距离，防止出现某些部位永远处于拼接探测器的间隔区域。并且，该距离较小，并不会影像图像信号的接收。
具体到体层成像系统的部件，可以通过于所述复合探测器上设置挡板实现预定距离的设置。其中，挡板用于支撑待检测部位；所述挡板与所述复合探测器之间设置预定距离。
参考图7，为本发明一种体层成像方法300，用于根据上述体层成像系统200进行扫描时获取的图像进行体层合成，该方法包括如下步骤：
步骤S320：在每个投影角度，获取复合探测器阵列中各个拼接探测器获得的投影图像，并根据各个拼接探测器的有效成像区实际位置将所获得的影像拼成该角度的“拼接全景图像”，拼接探测器有效成像区之间的间隙也标注在“拼接全景图像”中。
步骤S340：进行三维重建时，计算每一个体层像素的位置。
步骤S360：对于某个体层像素，根据其位置，在每个投影角度，计算该像素投影到“拼接全景图像”中的位置：如果该位置在某个拼接探测器有效成像区内，则获得图像信号；如果该位置在拼接探测器之间的间隙，则不做信号记录。
步骤S380：对于某个体层像素，获得了所有投影角度的信号之后，计算生成该体层像素的像素值。
其中，获取每一个体层像素的像素值的步骤，具体包括：
步骤S382：获取每个角度所获图像中与所述像素相关的信号数值。
步骤S384：如果在某个角度，该像素的投影如果落入探测器有效成像区的间隙，则在该角度没有获得信息。
步骤S386：将各个角度获取的有效的信息计算所述体层像素的像素值。
参考图4-6，为从不同角度(A、B、C三个角度)进行扫描的示意图。这样的设置，是为了防止待检测部位在扫描时完全不能被拼接探测器接收到。可以参考附图4-6，在图4中，此病灶信息被左数第1个小型拼接探测器接收到；在图5中，此病灶信息被左数第2个小型拼接探测器接收到；在图6中，此病灶信息投射到间隙中，未被任何拼接探测器采集到。因此，本发明成像方法，尽管在某些角度投影中存在信息遗漏，但只要保证有足够的、包含该病灶的投影，三维乳腺的重建即可进行。比如，一共采集了M个投影，其中N个投影包含病灶的信息，L个投影中该病灶信息投射到拼接探测器间隙，那么对于该病灶的影像重建，只需使用N个“有效投影“(包含病灶的信息)进行。本发明成像方法以一定信息损失为代价，赢得了使用多个小型探测器拼接替代大面积整块全景探测器的效果。
本发明使用-复合探测器，其将小尺寸的探测器按照预定规则进行拼接，能够替代全景探测器进行射线探测。本发明-复合探测器的成像系统，通过设置射线源与复合探测器之间的位置，射线源进行多角度扫描，也能够获取与使用全景探测器效果基本一致的图像。本发明体层成像方法体层成像时，以一定信息损失为代价，赢得了使用多个小型探测器拼接替代大面积整块全景探测器的效果，减少了探测器的生产成本，也可以使用具有高成像特性的小探测器，使成像效果在一定程度上可以变得更好。
另，本发明所述体层成像系统及方法适用于乳腺体层合成及身体其他部位体层合成或者适用于CT成像。本发明提供的技术不仅适用于医学影像，还适用于工业、安全行业等技术领域。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种体层成像方法，用于体层成像系统进行扫描时获取的图像进行体层合成，所述体层成像系统包括：
射线源，用于在不同角度发射射线进行扫描或射线发射；
探测器，所述探测器为复合探测器，用于接收所述射线源发射的射线；
成像装置，用于根据所述复合探测器接收的射线成像；
所述复合探测器用于接收射线并将所述射线转换为电信号用以生成影像，所述复合探测器包括若干拼接的探测器，所述探测器之间设置间隙，
其特征在于，所述体层成像方法包括如下步骤：
步骤S320：在每个投影角度，获取复合探测器阵列中各个拼接探测器获得的投影图像，并根据各个拼接探测器的有效成像区实际位置将所获得的影像拼成该角度的“拼接全景图像”，拼接探测器有效成像区之间的间隙也标注在“拼接全景图像”中；
步骤S340：进行三维重建时，计算每一个体层像素的位置；
步骤S360：对于某个体层像素，根据其位置，在每个投影角度，计算该像素投影到“拼接全景图像”中的位置：如果该位置在某个拼接探测器有效成像区内，则获得图像信号；如果该位置在拼接探测器之间的间隙，则不做信号记录；
步骤S380：对于某个体层像素，获得了所有投影角度的信号之后，计算生成该体层像素的像素值；
其中，获取每一个体层像素的像素值的步骤，具体包括：
步骤S382：获取每个角度所获图像中与所述像素相关的信号数值；
步骤S384：如果在某个角度，该像素的投影如果落入探测器有效成像区的间隙，则在该角度没有获得信息；
步骤S386：将各个角度获取的有效的信息计算所述体层像素的像素值；
所述拼接探测器的分布和拼接探测器之间的间隙根据设计设置；
所用拼接探测器种类相同或者不同；
所述拼接探测器为X射线探测器或γ射线探测器；
所述拼接探测器形成具有X行和Y列的探测器阵列，其中，X≥1，Y≥1；
所述射线源与复合探测器根据预定方式设置，以使待照射部位中的任何一点不会在所有角度都被射线源投影落于拼接探测器之间的间隙内；
所述复合探测器距待检测部位设置预定距离；
所述体层成像系统适用于乳腺体层合成及身体其他部位体层合成；并且/或者适用于CT成像。
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