用于计算机断层摄影成像的扫描仪设备和方法技术

用于对目标物（１）进行计算机断层摄影成像的扫描仪设备（１００），包括测量设备（１０），其包括用至少一条波束（２）照射所述目标物（１）的源设备（２０），和用于探测穿过所述目标物（１）的辐射的探测器设备（３０），其中源设备（２０）具有相对于探测器设备（３０）固定不变的位置，和将所述目标物（１）容纳在源设备（２０）和探测器设备（３０）之间的位置中的承载设备（４０），其中测量设备（１０）和承载设备（４０）能够沿弯曲的扫描线（３）相对彼此进行扫描移动，和测量设备（１０）和承载设备（４０）在扫描移动期间具有固定不变的空间方位。更进一步，介绍了用于对目标物进行计算机断层摄影成像的扫描方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于对目标物进行计算机断层摄影(CT)成像的扫描仪设备，特 别涉及一种扫描仪设备，其包括带源和探测器设备的测量设备和容纳目标物的承载设备， 其中测量设备和承载设备能够相对彼此进行扫描移动。更进一步，本专利技术涉及一种用于对 目标物进行CT成像的扫描方法。扫描仪设备和扫描方法可用于CT成像的所有应用，特别 是在材料科学、医学检查、建筑技术、关于安全问题的技术等领域中的应用。
技术介绍
CT成像是基于对待查目标物的照射，用源设备生成的X射线从不同的投影方向照 射通过采样平面，紧接着是根据探测器设备在不同投影方向上测量到的衰减数据对采样平 面进行重建。对完整图像的重建是基于收集覆盖至少180°的投影角度的投影图像。目标 物被布置在承载设备上。为了设定不同的投影方向，源和探测器设备和承载设备的组合能 够相对彼此进行扫描移动。在过去，已经研究出各种用于实现扫描移动的扫描技术。对于第一代CT扫描仪来说，源设备包括一个单独的笔形波束源，而探测器设备包 括一个单独的X射线探测器。所谓的旋转-平移系统通过接下来的程序而获得。从特定角 度开始，源-探测器系统线性地横跨视场(FOV)平移，其中获取的横跨FOV多条平行射线的 数据可用于在该特定角度的投影。完成该平移之后，整个系统发生旋转，然后用另一平移来 获取下一次投影方向的数据。重复平移和旋转的这些步骤直到获取了完整的一系列投影方 向的数据集为止。在第二代CT扫描仪中，探测器设备包括若干探测器的线性阵列，然而X 射线管生成的是窄扇形角X射线波束。如第一代扫描仪那样，第二代的扫描仪是旋转-平 移系统，但所述系统具有简少旋转数量的步骤。第一代和第二代CT扫描仪的主要局限在于平移运动，这是因为每次平移结束时， 源-探测器系统就必须停止，整个系统必须旋转然后平移运动必须再重新开始。已经证实 了用这些CT扫描仪很难构建出快速扫描仪设备。因此，第一和第二代CT扫描仪不在当前 的CT成像中使用。第三代CT扫描仪，例如在WO 2007/034357或US 4149079中所公开的，其特征在 于旋转-旋转系统，指的是源和探测器设备的旋转。一般的第三代CT扫描仪100在图8 (现 有技术)中被示意性地画出。传统的CT扫描仪100’包括具有源设备20’和探测器设备30’ 的测量设备，以及容纳待查目标物1’的承载设备4’。源设备20’包括单个的X射线管，其 利用X射线扇形波束照射目标物1’。探测器设备30’包括多个探测器元件，其探测通过目 标物1’传输的辐射。源和探测器设备20’，30’具有相对彼此固定不变的位置。为了设定 各种投影方向，源和探测器设备20 ’，30 ’绕着目标物1’旋转，S卩，包括源设备20，和探测器 设备30’的测量设备的空间方位在扫描期间连续地发生改变。作为主要的优点，第三代CT扫描仪能够提供实质上较短的扫描时间。CT图像重建 所需的完整的一系列衰减数据可在几毫秒内收集好。但是，对来自探测器元件的信号的输 送需要从探测器设备30’到处理计算机的电线或提供数据和能量传输的接触环(contactrings)。电线具有的缺点是在测量设备连续改变空间方位时可能会有问题产生。特别地， 连续的旋转是不可能的，而接触环可能会在探测器信号校准中引发错误。因此，在重建图像 中会生成所谓的环状伪影(ring artefacts)。作为进一步的缺点，第三代扫描仪中收集的 数据扇形波束几何结构的效率通过计算可知低于平行波束几何结构的效率。对于第四代CT扫描仪来说，探测器元件从旋转系统中去除并被放置在绕目标物 的静止环带上。在这种情况下，第三代CT扫描仪的接线和环状伪影问题可以避免。但是第 四代CT扫描仪的一个本质缺点是它们的价格很高。这是由于形成完整的环需要大量的探 测器元件。第四代CT扫描仪的另一个缺陷是由于X射线几何结构的非均勻性造成。源-探 测器的距离及射线厚度对于不同的探测器元件来说可能是不同的。这可能会导致进一步的 成像伪影。已经提出的还有另外的CT扫描仪，它们所需的机械结构甚至比第三或第四代CT 扫描仪更为复杂。作为例子，SU 766 264 Al公开了一种具有测量设备的扫描机构，所述测 量设备带一个单独X射线源和对每个要测量的目标物都有一个单独的探测器元件。为了收 集多个投影方向的数据，目标物在源和探测器元件之间被平移和旋转，即，目标物承载器的 空间方位在扫描期间被连续地改变。具有旋转目标物承载器的另外扫描仪在US 5 119408 A和WO 02/056752 A2中有所介绍。与CT成像相反，传统的断层合成成像(tomosynthesis imaging)可适用于当目标 物在源和探测器元件之间做直线平移期间收集投影图像(例如，US 2007/0116175 Al)。但 是，这覆盖的仅是有限范围的投影角度，因此对完整的断层摄影图像的重建用断层合成成 像技术是不可能的。专利技术目的本专利技术的目标是提供一种用于对目标物进行CT成像的改进的扫描仪设备，能够 避免传统扫描技术的局限性。更进一步说，本专利技术的目标是提供一种用于CT成像的改进的 扫描方法。特别地，改进的扫描技术要能够直接地实现平行波束几何结构同时提供与第三 或第四代CT扫描仪一样短的扫描时间。更进一步说，用改进的扫描技术避免成像伪影。这些目标是通过扫描仪设备或扫描方法实现的，所述设备和方法分别包括权利要 求1或10的特征。本专利技术有利的实施方式和应用在从属权利要求中有所限定。
技术实现思路
根据本专利技术的第一个总的方面，适用于CT成像的扫描仪设备包括测量设备，所述 测量设备具有相对彼此位置固定不变的源设备和探测器设备，和承载设备，其适于将待查 目标物定位于源设备和探测器设备之间的视场(FOV)中，其中测量设备和承载设备相对彼 此可移动以便执行扫描移动，并且其中测量设备和承载设备在扫描移动期间具有固定不变 的空间方位。探测器设备包括多个探测器元件，其中探测器元件包括X射线感应元件，所述 感应元件具有单个像素的形状或具有多个像素的线或面的形状。根据本专利技术的第二个总的方面，用于CT成像的扫描方法包括的步骤有用源设备 生成的X射线照射待查目标物，和用探测器设备沿着多个不同投影方向探测通过所述目标 物传输的辐射，其中投影方向是根据支撑所述目标物的承载设备的扫描移动以及源和探测 器设备相对彼此的组合设定的，其中所述源和探测器设备以及承载设备在扫描移动期间具有固定不变的空间方位。有利地，本专利技术的扫描仪设备和扫描方法适用于采集与第一和第二代CT扫描仪 相像的平行波束几何结构的衰减数据。与这些扫描仪类型相反，源设备的位置和探测器设 备的位置在空间上是固定不变的，或者说，如果源和探测器设备适于执行扫描移动，那么它 们两者以相同的速率(方向、数值)同时移动。作为进一步的优点，对数据集的收集，这是 重建图像平面(切片)必不可少的步骤，要完成该数据集的收集所用的时间可以比得上第 三代CT扫描仪的时间，甚至更快。根据本专利技术并与第三代CT扫描仪相比，具有源和探测器 设备的测量设备不按照传统方式绕承载设备旋转。测量设备和承载设备两者在空间和相对 彼此都具有预定的方位。它们被布置和移动以便该固定不变的方位能在扫描移动期间保持 恒定。有利地，该扫描设计方本文档来自技高网...

【技术保护点】
适用于对目标物（１）进行计算机断层摄影成像的扫描仪设备（１００），包括：　　测量设备（１０），其包括用至少一条波束（２）照射所述目标物（１）的源设备（２０），和用于探测穿过所述目标物（１）的辐射的探测器设备（３０），其中源设备（２０）具有相对于探测器设备（３０）固定不变的位置，和　　承载设备（４０），其将所述目标物（１）容纳在源设备（２０）和探测器设备（３０）之间的位置中，其中　　测量设备（１０）和承载设备（４０）能够沿弯曲的扫描线（３）相对彼此进行扫描移动，　　其特征在于测量设备（１０）和承载设备（４０）在扫描移动期间具有固定不变的空间方位。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2008-6-6 08010393.0;US 2008-6-6 61/059,4361.适用于对目标物(1)进行计算机断层摄影成像的扫描仪设备(100)，包括测量设备(10)，其包括用至少一条波束( 照射所述目标物(1)的源设备(20)，和用 于探测穿过所述目标物(1)的辐射的探测器设备(30)，其中源设备00)具有相对于探测器 设备(30)固定不变的位置，和承载设备(40)，其将所述目标物(1)容纳在源设备00)和探测器设备(30)之间的位 置中，其中测量设备(10)和承载设备GO)能够沿弯曲的扫描线(3)相对彼此进行扫描移动， 其特征在于测量设备(10)和承载设备GO)在扫描移动期间具有固定不变的空间方位。2.如权利要求1所述的扫描仪设备，其中测量设备(10)被布置成固定不变的位置，而承载设备GO)是相对于测量设备(10)可 移动的，或者承载设备GO)被布置成固定不变的位置，而测量设备(10)是相对于承载设备GO)可 移动的。3.如前述权利要求之一所述的扫描仪设备，其中测量设备(10)或承载设备G0)被布置成使得所述扫描移动分别沿着包括承载设备 (40)或源设备O0)的圆形线(3)执行。4.如前述权利要求之一所述的扫描仪设备，其中探测器设备(30)包括多个探测器元 件(31)，并且其中探测器元件(31)相对于源设备O0)沿等于或大于180°的角度范围布置，或 探测器元件(31)相对于源设备O0)沿小于180°的角度范围布置，并且测量设备 (10)和承载设备G0)能够在扫描移动的部分平移阶段之间相对彼此发生旋转。5.如前述权利要求之一所述的扫描仪设备，其中探测器元件(31)被布置成 沿弯曲线和/或多边形线的一维阵列，沿弯曲面和/或多边形面的二维阵列，和/或 中心到中心等间距。6.如前述权利要求之一所述的扫描仪设备，其中承载设备G0)和测量设备(10)中至 少一个是可移动的，以便源设备O0)和承载设备G0)之间的距离能够被调整，和/或 承载设备G0)相对于扫描移动平面的距离能够被调整。7.如前述权利要求之一所述的扫描仪设备，其中源设备O0)包括一个单独的X射线管(21)，其用一个单独的扇形波束( 照射所述目 标物(1)。8.如权利要求7所述的扫描仪设备，其中X射线管Ol)能够生成扇形角等于或大于180°的扇形波束O)，或者 X射线管Ol)能够生成扇形角小于180°的扇形波束O)，并且X射线管Ol)适于被 轴向旋转以便扇形波束( 在扫描移动期间与承载设备G0)对齐。9.如权利要求1至6之一所述的扫描仪设备，其中源设备O0)具有多个波束元件 (22)，其能够生成多条扇形或笔形波束O)，并且其中波束元件02)相对于探测器设备(30)沿大于或等于180°的角度范围布置，或者波束元件02)相对于探测器设备(30)沿小于180°的角度范围布置，并且测量设备 (10)和承载设备GO)能够在扫描移动的部分平移阶段之间相对彼此发生旋转。10.如前述权利要求之一所述的扫描仪设备，其中准直器掩膜被布...

【专利技术属性】
技术研发人员：O蒂申科，M克拉夫顿，C赫申，M赫劳贝德安杰利斯，
申请(专利权)人：健康与环境慕尼黑德国研究中心赫姆霍茨中心有限公司，
类型：发明
国别省市：DE