Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ВИЗУАЛИЗАЦИИ С МАССИВОМ ИЗ МНОЖЕСТВА ДЕТЕКТОРОВ

Область техники, к которой относится изобретение

Следующее в целом относится к системе визуализации, которая выполнена с возможностью принимать и использовать более чем один массив детекторов и описана применительно к компьютерной томографии (КТ). Однако также оно подходит для других применений в медицинской и немедицинской визуализации.

Уровень техники

Сканер компьютерной томографии (КТ), как правило, содержит рентгеновскую трубку и массив детекторов, которые установлены на поворотном портале напротив друг друга через область исследования. Поворотный портал установлен с возможностью вращения на по существу стационарном портале и выполнен с возможностью вращения вокруг области исследования. Массив детекторов содержит одномерный или двухмерный массив фотосенсоров. В стандартном интегрирующем сканере массив детекторов содержит массив сцинтилляционных пикселей, оптически связанных с массивом фотодиодных пикселей.

Для целей сканирования поворотный портал, и, таким образом, рентгеновскую трубку, и массив детекторов вращают вокруг области исследования. Рентгеновская трубка испускает излучение, которое проходит через область исследования (объект или субъект, расположенный в ней) и освещает массив детекторов. Сцинтилляционные пиксели определяют излучение и генерируют свет, указывающий на него. Фотодиодные пиксели определяют свет и генерируют сигнал, указывающий на него. Реконструктор обрабатывает сигнал и генерирует данные объемного изображения, которые характеризуют сканируемый объект или субъект. Данные объемного изображения можно обработать для генерации одного или более изображений объекта или субъекта.

Массив детекторов в таком сканере выполнен с возможностью выполнения предварительно определяемого набора стандартных режимов сканирования, а не усовершенствованных режимов сканирования, таких как спектральная КТ, счет фотонов или высокое разрешение. К сожалению, адаптация массива детекторов для обеспечения таких усовершенствованных режимов сканирования может привести к значительному повышению общей стоимости сканера. Кроме того, адаптация массива детекторов по существу может снизить эффективность сканера в неусовершенствованных режимах сканирования. Примеры сниженной эффективности включают в себя уменьшенное покрытие, сниженная скорость сканирования, сниженный максимальный ток трубки и сниженная геометрическая эффективность.

Раскрытие изобретения

Аспекты настоящей заявке решают не только указанные выше, но и другие проблемы.

В одном из аспектов система визуализации содержит источник излучения, который испускает излучение, которое проходит через область исследования, и систему обнаружения, которая обнаруживает излучение, которое проходит через область исследования, и генерирует сигнал, характеризующий его. Система обнаружения содержит первый массив детекторов и второй массив детекторов. Первый и второй массивы детекторов представляют собой разнесенные отдельные массивы детекторов, и, по меньшей мере, один массив детекторов можно перемещать относительно луча излучения. Реконструктор реконструирует сигнал и генерирует данные объемного изображения, характеризующие его.

В другом аспекте способ сканирования с использованием системы визуализации включает в себя получение сигнала, который указывает на протокол сканирования для сканирования объекта или субъекта с использованием системы визуализации, и идентификацию типа массива детекторов на основе сигнала. Идентифицированный тип массива детекторов соответствует одному из множества массивов детекторов, установленных в системе визуализации. Способ дополнительно содержит перемещение перемещаемого массива детекторов, расположенного за пределами пути, по которому проходит излучение, испускаемое источником излучения системы, на этот путь или удержание перемещаемого массива детекторов на этом пути в ответ на идентификацию перемещаемого массива детекторов в качестве типа массива детекторов.

В другом аспекте способ содержит установку стационарного массива детекторов на пути, по которому проходит излучение, испускаемое системой визуализации, и установку перемещаемого массива детекторов в системе визуализации, причем перемещаемый массив детекторов выполнен с возможностью избирательного перемещения на этот путь или с него для визуализации объекта или субъекта.

Изобретение может принимать форму различных компонентов и схем компонентов, а также различных этапов и последовательностей этапов. Чертежи приведены лишь с целью иллюстрирования предпочтительных вариантов осуществления и их не следует толковать в качестве ограничения изобретения.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 проиллюстрирована примерная система визуализации.

На Фиг.2 и 3 проиллюстрировано относительное движение межу массивами детекторов.

На Фиг.4 и 5 проиллюстрирован способ перемещения массива детекторов.

На Фиг.6, 7, 8 и 9 проиллюстрированы различные сканирующие конфигурации.

На Фиг.10 и 11 проиллюстрирован перемещаемый разделенный массив детекторов.

На Фиг.12 и 13 проиллюстрирован другой перемещаемый разделенный массив детекторов.

На Фиг.14 проиллюстрирован вариант осуществления с массивами детекторов равного размера.

На Фиг.15 проиллюстрирован избирательно позиционируемый массив детекторов.

На Фиг.16 и 17 проиллюстрированы примерные способы.

Осуществление изобретения

На Фиг.1 проиллюстрирована система 100 визуализации, такая как КТ сканер. Сканер 100 содержит стационарный портал 102 и поворотный портал 104, который установлен с возможностью вращения на стационарном портале 102. Поворотный портал 104 вращают вокруг области 106 исследования вокруг продольной оси или оси z.

Источник 108 излучения, такой как рентгеновская трубка, установлен на поворотном портале 104 и вращается вместе с ним, а также испускает излучение из фокусного пятна 110. Коллиматор 112 источника коллимирует испускаемое излучение вдоль осей x и z, чтобы сформировать в целом конический, веерообразный, клиновидный или иной формы пучок излучения, который проходит область 106 исследования.

Система 114 обнаружения излучения, поддерживаемая поворотным порталом 104, стягивает дугу угла напротив источника 108 излучения, по другую сторону от области 106 исследования. Система 114 обнаружения излучения содержит N физически разделенных массивов 114₁-114_N детекторов, где N представляет собой целое число, которое больше или равно двум. Следует отметить, что проиллюстрированное разделение между массивами 114 детекторов и проиллюстрированные размеры или покрытие по оси x массивов 114 детекторов приведены с целью объяснения, а не ограничения.

Далее более подробно описано, что, по меньшей мере, один массив 114 детекторов можно избирательно позиционировать относительно пучка излучения, и массивы 114 детекторов можно использовать по отдельности и/или в сочетании, в зависимости от конфигурации системы 100. Это позволяет выполнять систему 100, по меньшей мере, с двумя различными массивами детекторов, включая, по меньшей мере, один неусовершенствованный массив детекторов (например, массив сцинтилляционных/фотосенсорных детекторов низкого разрешения) и, по меньшей мере, один усовершенствованный массив детекторов (например, спектральный, со счетом фотонов, высокого разрешения и т.д.). Альтернативно, можно выполнить систему 100, по меньшей мере, с двумя усовершенствованными массивами детекторов, которые содержат одинаковые или различные детекторы. В любом случае, усовершенствованный массив детекторов может содержать усовершенствованный детектор одного типа или усовершенствованные детекторы множества типов.

Массив 114 детекторов, используемый во время сканирования, обнаруживает излучение, проходящее через область 106 исследования, и генерирует сигнал, характеризующий его. Реконструктор 116 реконструирует сигнал и генерирует данные объемного изображения, характеризующие область 106 исследования, которая содержит объект или субъект. Когда во время сканирования используют более чем один массив 114 детекторов, сигнал, генерируемый одним или более массивами детекторов, реконструируют для генерации данных объемного изображения. Подходящие алгоритмы реконструкции включают в себя алгоритм фильтрованной обратной проекции, итеративный алгоритм и т.п. Данные объемного изображения можно использовать для генерации одного или более изображений объекта или субъекта.

Опора 118, такая как кушетка, поддерживает объект или субъекта в области 106 исследования. Опору 118 можно перемещать вдоль оси z согласованно с вращением поворотного портала 104, чтобы облегчить сканирование по спиральной, осевой или другой желаемой траектории. Вычислительная система общего назначения выполняет функцию консоли оператора 120, которая содержит понятные человеку устройства вывода, такие как дисплей и/или принтер, и устройства ввода, такие как клавиатура и/или мышь. Программное обеспечение, хранимое на консоли 120, позволяет оператору выбирать протокол сканирования, который использует конкретный один из, по меньшей мере, двух массивов 114 детекторов или одновременно более чем один из, по меньшей мере, двух массивов 114 детекторов.

Как кратко изложено выше, примеры усовершенствованных массивов детекторов включают в себя в качестве неограничивающих примеров спектральные массивы детекторов, массивы детекторов со счетом фотонов и массивы детекторов высокого разрешения. Неограничивающий пример спектрального массива детекторов включает в себя двухъярусный детектор со стопками сцинтилляторов и фотосенсоров, которые расположены или ниже сцинтилляторов в направлении визуализирующего излучения или смежно со стопкой сцинтилляторов в направлении, перпендикулярном визуализирующему излучению. Подходящий массив детекторов со счетом фотонов содержит вещество с прямым преобразованием, такое как теллурид кадмия (CdTe), теллурид кадмия цинка (CZT) или им подобное. Подходящий массив детекторов высокого разрешения, как правило, имеет по оси x и/или z отверстие диаметром менее одного (1) миллиметра (мм) в плоскости детектора, которое меньше отверстия для неусовершенствованного массива детекторов.

Указанные выше усовершенствованные массивы детекторов (т.е. спектральные, со счетом фотонов, высокого разрешения и т.д.), как правило, стоят дороже на единицу площади обнаружения, чем неусовершенствованные массивы детекторов. В таких случаях, можно выполнить усовершенствованный массив детекторов с уменьшенным покрытием по оси x и/или z, чтобы снизить стоимость. Конфигурация системы с, по меньшей мере, одним неусовершенствованным массивом детекторов и, по меньшей мере, одним усовершенствованным массивом детекторов с уменьшенным покрытием может снизить общую стоимость системы 100 относительно системы с усовершенствованным массивом детекторов с не уменьшенным покрытием, при этом сохраняя покрытие для неусовершенствованного массива детекторов.

Усовершенствованные массивы детекторов, такие как массивы детекторов со счетом фотонов, могут обладать более низкой характеристикой интенсивности потока по отношению к неусовершенствованному массиву детекторов. Это может снизить предел максимального тока источника излучения и/или максимальную скорость вращения поворотного портала при использовании усовершенствованного массива детекторов по отношению к использованию неусовершенствованного массива детекторов. Выполнение системы с, по меньшей мере, одним неусовершенствованным массивом детекторов и, по меньшей мере, одним усовершенствованным массивом детекторов со счетом фотонов позволяет системе 100 работать в режиме счета фотонов, при этом сохраняя предел тока источника излучения и скорость вращения поворотного портала при сканировании с использованием неусовершенствованного массива детекторов.

Усовершенствованные массивы детекторов, такие как массивы детекторов высокого разрешения, могут обладать более низкой геометрической эффективностью по отношению к неусовершенствованному массиву детекторов. Выполнение системы с, по меньшей мере, одним неусовершенствованным массивом детекторов и, по меньшей мере, одним усовершенствованным массивом детекторов высокого разрешения позволяет системе 100 работать в режиме высокого разрешения, при этом сохраняя геометрическую эффективность при сканировании с использованием неусовершенствованного массива детекторов. Кроме того, усовершенствованный массив детекторов высокого разрешения может повысить эффективность дозы (и снизить дозу пациента) по отношению к конфигурации, в которой используют гребень или другое устройство в сочетании с неусовершенствованным массивом детекторов для сканирования с высоким разрешением.

На Фиг.2 и 3 проиллюстрирован образцовый вариант осуществления системы 114 обнаружения излучения при N=2. В этом примере массив 114₁ детекторов стационарно закреплен в системе 114 обнаружения, и массив 114_N детекторов подвижно закреплен в системе 114 обнаружения. Массив 114_N детекторов выполнен с возможностью перемещения между, по меньшей мере, первым и вторым положениями 202 и 204.

Как показано на Фиг.2, в первом положении 202 массив 114_N детекторов расположен между массивом 114₁ детекторов и фокусным пятном 110, поверх массива 114₁ детекторов и на пути 206, по которому идет центральный луч, испускаемый источником 108 излучения. Как показано на Фиг.3, во втором положении 204 массив 114_N детекторов расположен за пределами пути 206.

В этом варианте осуществления покрытие по оси x массива 114_N детекторов меньше покрытия по оси x массива 114₁ детекторов. В другом варианте осуществления покрытие по оси x массива 114_N детекторов и покрытие по оси x массива 114₁ детекторов по существу равны. В еще одном другом варианте осуществления покрытие по оси x массива 114_N детекторов превышает покрытие по оси x массива 114₁ детекторов. Аналогичным образом покрытие по оси z массива 114_N детекторов может быть по существу равным (как показано), большим или меньшим, чем покрытие по оси z массива 114₁ детекторов.

В проиллюстрированном варианте осуществления массив 114₁ детекторов содержит неусовершенствованные детекторы, а массив 114_N детекторов содержит усовершенствованные детекторы. В другом варианте осуществления массив 114₁ детекторов содержит усовершенствованные детекторы, а массив 114_N детекторов содержит неусовершенствованные детекторы. В еще одном другом варианте осуществления массивы 114₁ и 114_N детекторов содержат неусовершенствованные детекторы или усовершенствованные детекторы.

В проиллюстрированном варианте осуществления, массив 114_N детекторов перемещают вдоль оси z. В другом варианте осуществления массив 114_N детекторов перемещают вдоль оси x. В еще одном другом варианте осуществления массив 114_N детекторов перемещают вдоль осей z и x.

На Фиг.4 и 5 проиллюстрирован неограничивающий подход к перемещению массива 114_N детекторов по отношению к пучку излучения и между первым и вторым положениями 202 и 204, представленными на Фиг.2 и 3.

В проиллюстрированном варианте осуществления платформа или перемещаемая опора 402 поддерживает массив 114_N детекторов. Перемещаемая опора 402 может представлять собой часть (как показано) первой части 404 несущей 406 или может быть прикреплена к ней. Вторая часть 408 несущей 406 стационарно прикреплена в системе 114 обнаружения. Подходящие несущие включают в качестве неограничивающих примеров шарикоподшипники, скользящие несущие, магнитные или гидравлические несущие.

Двигатель 410 приводит в движение перемещаемую опору 402 (и, таким образом, массив 114_N детекторов) между первым положением 202 (Фиг.4) и вторым положением 204 (Фиг.5). Контроллер 412 управляет двигателем 410 на основе выбранного протокола сканирования или иным образом. Устройство кодирования или ему подобное можно использовать для предоставления информации о положении перемещаемой опоры для контроллера 412. В другом варианте осуществления перемещаемую опору 402 перемещают между положениями 202 и 204 посредством гидравлики или иным образом. На Фиг.6, 7, 8 и 9 проиллюстрированы различные режимы сканирования для конфигурации, описанной применительно к Фиг.2 и 3.

Как показано на Фиг.6, в этом варианте осуществления массив 114_N детекторов находится в первом положении 202. В этом положении массив 114_N детекторов расположен поверх массива 114₁ детекторов и на пути пучка 602 излучения. Коллиматор 112 коллимирует пучок 602 и генерирует пучок с углом α 604 пучка относительно оси x и углом β 605 пучка относительно оси z. В этом варианте осуществления сигнал, генерируемый массивом 114_N детекторов, реконструируют для генерации данных объемного изображения.

Как показано на Фиг.7, в этом варианте осуществления массив 114_N детекторов находится во втором положении 204. В этом положении массив 114_N детекторов расположен за пределами пути пучка 602 излучения. Коллиматор 112 коллимирует пучок 602 и генерирует пучок с углом γ 702 пучка относительно оси x и углом δ 703 пучка относительно оси z. В этом варианте осуществления сигнал, генерируемый массивом 114₁ детекторов, реконструируют для генерации данных объемного изображения. Кроме того, массив 114₁ детекторов может работать, как если бы массив 114_N детекторов был опущен в системе 100, включая сохранение того же покрытия, скорости, геометрической эффективности и/или интенсивности потока.

Следует отметить, что на Фиг.6 и 7 покрытия по оси z массивов 114₁ и 114_N детекторов (как определено углами β и δ) по существу равны, тогда как покрытие по оси x массива 114_N детекторов (определено углом α) меньше покрытия по оси x массива 114₁ детекторов (определено углом γ). В другом варианте осуществления покрытия по оси z массивов 114₁ и 114_N детекторов по существу равны, и покрытия по оси x массивов 114₁ и 114_N детекторов по существу равны. В еще одном другом варианте осуществления покрытия по оси x массивов 114₁ и 114_N детекторов по существу равны, тогда как покрытие по оси z массива 114_N детекторов меньше покрытия по оси z массива 114₁ детекторов. В другом варианте осуществления покрытие по оси z и покрытие по оси x массива 114_N детекторов меньше покрытия по оси z и покрытия по оси x массива 114₁ детекторов соответственно.

Как показано на Фиг.8, в этом варианте осуществления массив 114_N детекторов находится в первом положении 202, как описано в связи с Фиг.6. Однако коллиматор 112 коллимирует пучок 602 для генерации пучка с углом γ 702 пучка, как описано в связи с Фиг.7. Пучок 602 излучения освещает массив 114_N детекторов и подмассивы 802 и 804 массива 114₁ детекторов, не покрываемые массивом 114_N детекторов.

В этом варианте осуществления сигналы, генерируемые одним или обоими массивами 114₁ и 114_N детекторов, реконструируют для генерации данных объемного изображения. В качестве примера, массив 114_N детекторов может генерировать неполные или усеченные проекции вследствие уменьшенного покрытия по оси x. Сигнал от подмассивов 802 и 804 массива 114₁ детекторов можно комбинировать с сигналом от массива 114_N детекторов для «завершения» неполных проекций.

На Фиг.9 проиллюстрирован вариант осуществления, в котором коллиматор 112 коллимирует пучок для генерации пучка, который асимметрично освещает массивы 114_N детекторов.

На Фиг.10 и 11 проиллюстрирован вариант осуществления, в котором массив 114_N детекторов содержит первую и вторую независимо перемещаемые части 114_N1 и 114_N2. Перемещаемые части 114_N1 и 114_N2 перемещают вдоль оси z и сближают поверх массива 114₁ детекторов, чтобы сформировать массив 114_N детекторов.

На Фиг.12 и 13 проиллюстрирован другой вариант осуществления, в котором массив 114_N детекторов содержит первую и вторую независимо перемещаемые части 114_N1 и 114_N2. В этом варианте осуществления перемещаемые части 114_N1 и 114_N2 перемещают вдоль оси x и сближают поверх массива 114₁ детекторов, чтобы сформировать массив 114_N детекторов.

На Фиг.14 проиллюстрирован вариант осуществления, в котором массивы 114₁ и 114_N детекторов имеют по существу одинаковое покрытие.

На Фиг.15 проиллюстрирован вариант осуществления, в котором массив 114_N детекторов избирательно позиционируют в пучке. В проиллюстрированном варианте осуществления массив 114_N детекторов можно перемещать вдоль осей x и z и размещать асимметрично или вне центра по отношению к массиву 114₁ детекторов. В проиллюстрированном варианте осуществления, край 1502 массива 114_N детекторов расположен около центральной линии 206 излучения. В другом варианте осуществления край 1502 проходит через центральную линию 206 излучения. Использование такого асимметричного пучка позволяет уменьшить область детектора, как показано, что может уменьшить стоимость детектора.

В описанных выше вариантах осуществления массив 114₁ детекторов стационарен, а массив 114_N детекторов подвижен. В другом варианте осуществления массив 114₁ детекторов подвижен, а массив 114_N детекторов стационарен. В еще одном другом варианте осуществления оба массива 114₁ и 114_N детекторов подвижны.

На Фиг.16 проиллюстрирован образцовый способ. На стадии 1602 первый массив детекторов устанавливают в систему визуализации. Первый массив детекторов устанавливают напротив источника излучения, с противоположной стороны от области 106 исследования. На стадии 1604 второй массив детекторов устанавливают в систему визуализации. Аналогичным образом, второй массив детекторов устанавливают напротив источника излучения, с противоположной стороны от области 106 исследования. Один из первого или второго массивов 114₁, 114_N детекторов стационарно закреплен в системе 100, а другой массив 114₁, 114_N детекторов подвижно закреплен в системе 100. На стадии 1606 систему 100 выполняют с возможностью избирательного перемещения перемещаемого детектора на путь, по которому испускаемое излучение проходит, или за пределы пути на основе выбранного протокола сканирования. На стадии 1608 систему 100 выполняют с возможностью коллимации испускаемого излучения и обработки данных от одного или обоих массивов детекторов на основе выбранного протокола сканирования.

На Фиг.17 проиллюстрирован образцовый способ. На стадии 1702 получают сигнал, характеризующий выбранный протокол сканирования. На стадии 1704 идентифицируют тип массива детекторов на основе протокола сканирования. Тип массива детекторов выбирают из нескольких типов массивов детекторов, установленных в системе 100 визуализации. На стадии 1706, если идентифицированный массив детекторов соответствует стационарно закрепленному массиву детекторов, то на стадии 1708 любой подвижно закрепленный массив детекторов сохраняют или перемещают за пределы пути, по которому проходит испускаемое излучение. Альтернативно, на стадии 1710, если идентифицированный массив детекторов соответствует подвижно закрепленному массиву детекторов, то подходящий подвижно закрепленный массив детекторов сохраняют или перемещают на путь, по которому проходит испускаемое излучение. На стадии 1712 осуществляют сканирование.

Изложенное выше можно реализовать машиночитаемых инструкций, которые при исполнении процессором(ами) компьютера управляют процессором(ами) для осуществления описанных действий. В таком случае, инструкции хранят в машиночитаемом носителе, который связан с подходящим компьютером или иным образом доступен для него.

Следует принимать во внимание, что систему 100 визуализации можно выполнить, как описано в настоящем документе, и она может содержать только один массив детекторов. В таком случае один или несколько дополнительных массивов детекторов можно последовательно устанавливать в систему. Это позволяет покупателю купить сканер 100 с массивом 114 детекторов конкретного типа, а затем добавить массив 114 детекторов другого типа. В другом случае, массивы детекторов другого типа альтернативно можно менять на один массив детекторов. В еще одном случае один массив детекторов может представлять собой неусовершенствованный или усовершенствованный массив детекторов. Дополнительно или альтернативно дополнительный массив детекторов может представлять собой неусовершенствованный или усовершенствованный массив детекторов.

В настоящем документе изобретение описано со ссылкой на различные варианты осуществления. Модификации и изменения могут прийти на ум после прочтения описанного в настоящем документе. Подразумевают, что изобретение следует толковать в качестве включающего все такие модификации и изменения в такой мере, в какой они входят в объем прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.