Спектральная компьютерная томография

Спектральная компьютерная томография

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится, в общем, к спектральной визуализации и, в частности, находит применение в спектральной компьютерной томографии (CT).

Обычный компьютерный томографический (CT) сканер содержит рентгеновскую трубку, смонтированную на поворотном гентри противоположно, по меньшей мере, одному интегрирующему детектору. Рентгеновская трубка поворачивается вокруг области исследования, расположенной между рентгеновской трубкой и, по меньшей мере, одним детектором, и испускает полихроматическое излучение, которое пересекает область исследования и субъекта и/или объекта в области исследования. По меньшей мере, один детектор регистрирует излучение, которое пересекает область исследования, и формирует сигнал или данные проекций, характеризующие область исследования и субъекта и/или объекта в области исследования.

Данные проекций служат для реконструкции по ним объемных данных изображения, и объемные данные можно использовать для формирования, по меньшей мере, одного изображения субъекта и/или объекта. Полученное(ные) изображение(ия) содержит(ат) пиксели, которые обычно представлены в виде значений уровня серого, соответствующих относительной рентгеноконтрастности. Упомянутая информация отражает характеристики ослабления сканируемого субъекта и/или объекта и, в общем, показывает структуру, например, анатомические структуры внутри пациента, физические структуры внутри неживого объекта и т.п.

Зарегистрированное излучение содержит также спектральную информацию, так как поглощение излучения субъектом и/или объектом зависят от энергии пролетающих сквозь них фотонов. Упомянутая спектральная информация обеспечивает дополнительную информацию, например, информацию, характеризующую химический состав или состав материала (например, атомный номер) ткани и/или материала субъекта и/или объекта обследования. Однако, в обычной CT, данные проекций не отражают спектральных характеристик, так как сигнал на выходе, по меньшей мере, одного детектора пропорционален флюенсу потока энергии, интегрированный по энергетическому спектру.

В спектральной CT, спектральные характеристики используют для обеспечения дополнительной информации, например, информации, характеризующей химический состав. К сожалению, обычные методы спектральной CT могут быть сложными и/или чувствительными к шумам, которые оказывают влияние на способность различения материалов. Следовательно, существует неудовлетворенная потребность в других спектральных методах.

В соответствии с аспектами настоящей заявки, предлагается новый усовершенствованный метод спектральной CT, который устраняет вышеупомянутые и другие проблемы.

В соответствии с одним аспектом, система визуализации содержит источник излучения, который поворачивается вокруг области исследования и испускает излучение, которое пересекает область исследования. Источник излучения испускает излучение, обладающее энергетическим спектром, который селективно поочередно переключается между, по меньшей мере, двумя разными энергетическими спектрами в течение процедуры визуализации. Система дополнительно содержит детекторную матрицу с энергетическим разрешением, которая регистрирует излучение, пересекающее область исследования. Детекторная матрица с энергетическим разрешением разрешает зарегистрированное излучение в, по меньшей мере, двух разных энергетических диапазонах и формирует выходные сигналы с энергетическим разрешением, в зависимости как от энергетического спектра испускания, так и от энергетического диапазона. Система дополнительно содержит блок реконструкции, который выполняет спектральную реконструкцию выходных сигналов с энергетическим разрешением.

В соответствии с другим аспектом, способ содержит этап генерации излучения, селективно поочередно обладающего, по меньшей мере, первым и вторым спектрами испускания, этап регистрации и фильтрации сгенерированного излучения, по меньшей мере, двумя материалами, обладающими разными характеристиками спектрального поглощения, этап разрешения по энергии фильтрованного излучения в, по меньшей мере, двух энергетических диапазонах и этап реконструкции излучения с энергетическим разрешением.

В соответствии с другим аспектом, система визуализации содержит первый источник излучения, который испускает первое излучение, обладающее первым энергетическим спектром, который селективно поочередно переключается между, по меньшей мере, двумя разными энергетическими спектрами в течение процедуры визуализации, и второй источник излучения, который испускает второе излучение, обладающее вторым энергетическим спектром, который селективно поочередно переключается между, по меньшей мере, двумя разными энергетическими спектрами в течение процедуры визуализации, при этом, первый и второй источники излучения сдвинуты один от другого на ненулевой угол. Система визуализации дополнительно содержит первую детекторную матрицу с энергетическим разрешением, которая регистрирует и разрешает первое излучение в, по меньшей мере, первом наборе из двух разных энергетических диапазонов и формирует первые выходные сигналы с энергетическим разрешением, в зависимости как от первого энергетического спектра, так и от первого набора энергетических диапазонов, и вторую детекторную матрицу с энергетическим разрешением, которая регистрирует и разрешает второе излучение в, по меньшей мере, втором наборе из двух разных энергетических диапазонов и формирует вторые выходные сигналы с энергетическим разрешением, в зависимости как от второго энергетического спектра, так и от второго набора энергетических диапазонов. Система визуализации дополнительно содержит блок реконструкции, который выполняет спектральную реконструкцию по первого и второго выходных сигналов с энергетическим разрешением.

В соответствии с другим аспектом, система визуализации содержит первый источник излучения, который испускает фотоны. Система визуализации содержит также первый блок установки напряжения источника излучения, выполненный с возможностью селективного поочередного переключения напряжения первого источника излучения в источнике излучения в течение процедуры визуализации. Детекторная матрица, работающая в режиме счета фотонов, регистрирует первый(ые) фотон(ы), испущенный(ые) первым источником излучения, в течение процедуры визуализации и формирует первый сигнал, имеющий амплитуду, характеризующую энергию зарегистрированного первого фотона. Электронная система обработки сигналов ставит зарегистрированный первый фотон в соответствие первому энергетическому диапазону, который соответствует энергии зарегистрированного первого фотона, на основании первого сигнала.

В соответствии с другим аспектом, способ содержит этап переключения спектра испускания излучения, испускаемого в течение процедуры визуализации, этап установки набора энергетических порогов согласованно с переключением спектра испускания, этап регистрации испускаемого излучения и этап идентификации энергии зарегистрированного излучения на основании набора энергетических порогов.

Изобретение может быть реализовано в форме различных компонентов и схем расположения компонентов и в форме различных этапов и схем расположения этапов. Чертежи приведены только в целях пояснения предпочтительных вариантов осуществления и не подлежат истолкованию как ограничивающие изобретение.

Фигура 1 - пример системы визуализации с детекторной матрицей с энергетическим разрешением.

Фигура 2 - пример детектора с энергетическим разрешением.

Фигура 3 - другой пример детектора с энергетическим разрешением.

Фигура 4 - пример системы визуализации с двумя трубками.

Фигура 5 - пример системы визуализации с тремя трубками.

Фигура 6 - пример способа.

Фигура 7 - пример системы визуализации с детекторной матрицей, работающей в режиме счета фотонов.

Фигура 8 - пример компаратора дискриминатора по энергии.

Фигура 9 - пример системы визуализации с детекторной матрицей, работающей в режиме счета фотонов, и блоком установки порога.

Фигура 10 - пример блока установки порога для компаратора дискриминатора по энергии.

Фигура 11 - другой пример блока установки порога для компаратора дискриминатора по энергии.

Как показано на фигуре 1, компьютерный томографический (CT) сканер 100 содержит, в основном, стационарный участок 102 гентри и поворотный участок 104 гентри. Поворотный участок 104 гентри установлен с возможностью поворота в, в основном, стационарном участке 102 гентри на подшипниках или подобным образом.

Источник 106 излучения, например, рентгеновская трубка, установлена на поворотном участке 104 гентри и поворачивается вместе с ним вокруг области 108 исследования относительно продольной или z-оси 110. Коллиматор 114 источника или подобное устройство коллимирует излучение, испускаемое источником 106 излучения, и, тем самым, формирует, в основном, конический, веерный, клиновидный или иной по форме пучок излучения, который пересекает область 108 исследования.

Блок 112 установки напряжения источника излучения селективно задает (среднее) напряжение испускания. В одном примере, блок 112 установки напряжения источника излучения переключает или изменяет напряжение испускания между последовательными сканированиями одного субъекта и/или объекта. В качестве альтернативы, блок 112 установки напряжения источника излучения переключает напряжение испускания в течение одного сканирования, например, между проекциями, в пределах одной проекции и/или иным способом. В результате, для сканирования субъекта и/или объекта можно использовать пучки излучения с разными энергетическими спектрами. Поскольку поглощение фотонов материалом зависит от энергии фотонов, то данные двух сканирований можно использовать для определения информации, характеризующей химический состав, например, атомный номер, ткани/материала в сканируемом субъекте и/или объекте.

В неограничивающем примере, блок 112 установки напряжения источника излучения может переключать напряжение испускания между значениями приблизительно 80 кВ и приблизительно 140 кВ между сканированиями, между проекциями, в пределах одной проекции и/или иным способом. Для фильтрации низкоэнергетических фотонов при более высоком напряжении испускания можно применить фильтр, что может повысить спектральную чувствительность системы. Вследствие переключения напряжений испускания, источник 106 излучения создает пучок первого излучения с первым энергетическим спектром и пучок второго излучения со вторым отличающимся энергетическим спектром. Разумеется, предполагаются другие напряжения испускания, и блок 112 установки напряжения источника излучения может переключаться между, по меньшей мере, тремя разными напряжениями испускания.

Детекторная матрица 116 с энергетическим разрешением расположена по дуге угла области 108 исследования относительно источника 106 излучения, противоположно последнему, и регистрирует излучение, которое проходит через область 108 исследования. Показанная детекторная матрица 116 с энергетическим разрешением содержит матрицу 118 фотоприемников, с такими фотоприемниками, как фотодиоды или подобные фотоприемники, и матрицу 120 сцинтилляторов, которые оптически связаны с матрицей 118 фотоприемников, на светочувствительной стороне матрицы 118 фотоприемников. Детекторная матрица 116 с энергетическим разрешением расположена в сканере 100 таким образом, что сцинтиллятор 120 принимает падающее излучение. Хотя показана только однорядная детекторная матрица 116 с энергетическим разрешением, настоящее изобретение предполагает также применение двумерной детекторной матрицы с энергетическим разрешением, с рядами, продолжающимися в направлении z-оси и столбцами, продолжающимися в поперечном направлении.

Показанная матрица 120 сцинтилляторов содержит, по меньшей мере, две области 122, 124, обладающие разными спектральными чувствительностями. Как подробно поясняется ниже, спектральные чувствительности могут зависеть от толщины областей (в направлении падения фотонов) и/или типа сцинтилляционного материала и соответствуют диапазону энергий. В общем, толщина сцинтилляционного материала, расположенного ближе всего к источнику излучения, задана такой, чтобы оптимизировать спектральные характеристики, поскольку поглощение энергии зависит от глубины. Спектральные чувствительности фотоприемников в матрице 118 фотоприемников согласованы со спектрами испускания областей 122, 124 сцинтилляции. Например, некоторые из фотоприемников в матрице 118 фотоприемников регистрируют свет, испускаемый областью 122 сцинтилляции и другие фотоприемники в матрице 118 фотоприемников регистрируют свет, испускаемый областью 124 сцинтилляции. В общем, фотоны с меньшей энергией поглощаются в области 122 сцинтилляции, а фотоны, которые проходят сквозь область 122 сцинтилляции, поглощаются в области 124 сцинтилляции.

Детекторная матрица 116 с энергетическим разрешением выдает сигнал или данные проекций, характеризующие регистрируемое излучение. Матрица 116 может быть двухслойной детекторной матрицей, как детекторная матрица, работающая в режиме счета фотонов, или другая детекторная матрица с энергетическим разрешением. Так как напряжение испускания может изменяться в течение сканирования, и детекторная матрица 116 с энергетическим разрешением обладает чувствительностью к энергии фотонов, то детекторная матрица 116 с энергетическим разрешением генерирует данные d_n проекций с энергетическим разрешением, где n означает данные, имеющие разрешение по энергии для n-го энергетического диапазона. Например, в случае, когда напряжение испускания переключается между двумя разными напряжениями испускания в течение сканирования, и детекторная матрица 116 содержит два набора фотоприемников с двумя разными спектральными чувствительностями, получаемые данные проекций содержат четыре (4) независимых результата измерений с энергетическим разрешением, отражающие разные комбинации двух напряжений испускания и двух спектральных чувствительностей фотоприемников.

Блок 126 реконструкции реконструирует данные проекций из детекторной матрицы и формирует объемные данные изображения, характеризующие область 108 исследования. Как отмечено выше, блок 126 реконструкции получает зарегистрированные сигналы d_n с энергетическим разрешением, характеризующие энергию, зарегистрированную в n энергетических диапазонах. Блок 126 реконструкции использует, по меньшей мере, один алгоритм 128 спектральной декомпозиции и/или, по меньшей мере, один алгоритм 130 спектральной реконструкции, например, алгоритм реконструкции методом максимального правдоподобия (ML), который реконструирует спектральные данные, который учитывает зарегистрированную спектральную информацию.

В одном варианте осуществления, алгоритм 128 декомпозиции содержит алгоритм, который моделирует данные как комбинацию фотоэлектрического эффекта со спектром P(E) ослабления и комптоновского эффекта со спектром C(E) ослабления. Произведение плотность-длина для данных составляющих, а именно, составляющей p фотоэлектрического эффекта и составляющей c комптоновского эффекта, в каждом зарегистрированном сигнале d_n можно моделировать в виде нелинейной системы в соответствии со следующей зависимостью:

Уравнение 1:

,

где T(E) означает спектр испускания источника 106 излучения, и D_n(E) означает спектральную чувствительность n-го измерения.

Когда в наличии имеются, по меньшей мере, два зарегистрированных сигнала d₁, d₂ для, по меньшей мере, двух энергетических диапазонов, то формируется система из, по меньшей мере, двух уравнений, содержащих два неизвестных, и данную систему решить известными численными методами. Результаты, p и c, можно использовать по отдельности или в комбинации для реконструкции изображений искомой составляющей, с использованием обычных способов реконструкции.

В случае регистрации вблизи K-края поглощения, учитывается также спектр ослабления K(E) K-края поглощения представляющего интерес материала (например, контрастной среды), и произведение плотность-длина для составляющей p фотоэлектрического эффекта, составляющей c комптоновского эффекта и составляющей k K-края поглощения в каждом зарегистрированном сигнале d_n моделируется в виде дискретной нелинейной системы в соответствии со следующей зависимостью:

Уравнение 2:

.

В данном случае, по меньшей мере, три зарегистрированных сигнала d₁, d₂, d₃ необходимы для формирования системы из, по меньшей мере, трех уравнений с тремя неизвестными. Результаты p, c и k можно использовать по одиночке или в комбинации для реконструкции изображений искомой составляющей, с использованием обычных способов реконструкции.

При использовании как уравнения 1, так и уравнения 2, можно, как правило, получить повышенную чувствительность и устойчивость к шумам посредством повышения энергетического разрешения входного сигнала, например, повышением числа диапазонов. В вышеописанном примере, который содержал переключение между двумя напряжениями испускания и регистрацию излучения для двух разных энергетических диапазонов, в наличии имеется четыре (4) зарегистрированных сигнала d₁, d₂, d₃ и d₄ для четырех (4) различных результатов спектральных измерений. По существу, характеристики шумов можно усовершенствовать, что может способствовать распознаванию материалов.

В другом варианте осуществления, алгоритм декомпозиции содержит реконструкцию отдельных изображений по зарегистрированным данным d_n с энергетическим разрешением и использование методов анализа, основанных на изображениях для получения значимой клинической информации. Один неограничивающий подход состоит в выполнении N-мерного кластерного анализа для декомпозиции изображений на такие компоненты, как мягкая ткань, материалы, содержащие кальций, йод или другие материалы, где N означает номер для результатов отличающихся спектральных измерений, выполняемых для каждого геометрического луча.

Сканер 100 дополнительно содержит стол или опору 132 для пациента, который(ая) поддерживает человека или объект внутри области 108 исследования. Опора 132 является подвижной, что дает возможность оператору или системе надлежащим образом позиционировать субъект в области 108 исследования до, во время и/или после сканирования. Вычислительная система, например, операторский пульт 134 облегчает взаимодействие пользователя со сканером 100. Прикладные программы пакета программного обеспечения, исполняемые операторским пультом 134, позволяют пользователю настраивать конфигурацию сканера 100 и/или управлять его работой. Например, пользователь может взаимодействовать с операторским пультом 134 для выбора протокола, который содержит переключение напряжения испускания, регистрацию с разрешением по энергии и/или спектральную реконструкцию.

При комбинированном подходе с переключением напряжения испускания и детекторной матрицы 116 с энергетическим разрешением, можно получить не только информацию о плотности, как в случае обычной CT, но можно определить химический состав или состав материала, метаболическую и/или другую информацию. Например, при сердечной процедуре, возможно применение контрастного вещества. При использовании традиционной реконструкции по проекциям, установление отличия контрастного вещества от бляшки коронарной артерии может вызывать осложнения. Однако, при сборе спектральной информации, контрастное вещество и бляшку коронарной артерии можно различить по их химическому составу, даже несмотря на то, что они могут иметь одинаковые характеристики рентгеноконтрастности. Кроме того, представляемая здесь система повышает качество результатов благодаря учету как спектра испускания, так и спектральной чувствительности детектора.

На фигуре 2 представлен пример подходящей детекторной матрицы 116 с энергетическим разрешением. В приведенном примере, первая область 122 является первым слоем первого сцинтилляционного материала, имеющим первую толщину T1, и вторая область 124 является вторым слоем второго сцинтилляционного материала, имеющим вторую толщину T2. Первый и второй сцинтилляционные слои 122, 124 соединены в двухъярусной конфигурации, в которой первый слой 122 находится на первой стороне 202 сцинтиллятора 120 и второй слой находится на второй стороне 204 сцинтиллятора 120.

Матрица 118 фотоприемников присоединена ко второй стороне 204, при этом фотодиоды 206, 208 расположены на подложке 210 и обращены к светоприемной стороне фотоприемника 118, которая является стороной, прилегающей ко второй стороне 204 сцинтиллятора 120. По существу, второй слой 124 расположен или вложен между первым слоем 122 и фотоприемником 118. Детекторная матрица 116 расположена так, что первая сторона 202 обращена к падающим фотонам.

Как кратко изложено выше, поглощение энергии зависит от толщины первого и второго слоев 122, 124 и материала(ов), использованного(ных) для их формирования. В приведенном примере, толщина T1 первого слоя 122 меньше толщины T2 второго слоя 124. В других вариантах осуществления, толщины могут быть, по существу, равными, или толщина T2 может быть меньше толщины T1. Толщины слоев T1 и T2 выбирают в соответствии со спектральными чувствительностями. Как правило, более толстый слой материала поглощает фотоны с более высокими энергиями, чем менее толстый слой того же материала.

Сцинтилляционный материал также подбирают в соответствии с требуемыми спектральными чувствительностями. В настоящем варианте осуществления, первый и второй сцинтилляционные материалы содержат оксисульфид гадолиния («GOS»), который характеризуется K-краем поглощения около, приблизительно, пятидесяти (50) килоэлектрон-вольт (кэВ). В других вариантах осуществления, можно применить другие материалы со сцинтилляционными свойствами, например, селенид цинка (ZnSe), вольфрамат кадмия (CdWO₄) или другой сцинтилляционный материал. Кроме того, первый и второй сцинтилляционные материалы могут содержать разные материалы, обладающие разными спектральными чувствительностями.

Как кратко изложено выше, фотодиоды 206, 208 обладают спектрами испускания, которые согласуются со спектральными чувствительностями соответствующих сцинтилляционных слоев 122, 124. Например, фотодиод 206 может обладать спектральной чувствительностью, которая согласуется со спектральной чувствительностью или длинами волн испускания первого сцинтилляционного слоя 122, и фотодиод 208 может обладать спектральной чувствительностью, которая согласуется со спектральной чувствительностью или длинами волн испускания второго сцинтилляционного слоя 124. В результате, первым фотодиодом 206 поглощается только свет, испускаемый первым сцинтилляционным слоем 122, и вторым фотодиодом 208 поглощается только свет, испускаемый вторым сцинтилляционным слоем 124.

Фотоны, пересекающие область 108 исследования, попадают на первый сцинтилляционный слой 122, который превращает так называемые, мягкие фотоны или фотоны с наименьшей энергией, которые прошли сквозь область исследования, в свет первой длины волны или энергии. Фотоны, которые проходят первый сцинтилляционный слой 122, падают на второй сцинтилляционный слой 124, который превращает так называемые, более жесткие фотоны или фотоны с более высокой энергией, которые прошли сквозь область 108 исследования, в свет второй, более короткой длины волны или более высокой энергии. В соответствии с неограничивающим примером, толщина T1 и/или материал первого сцинтилляционного 122 могут быть такими, что первый слой 122 превращает, по существу, все фотоны с энергиями 50 кэВ или ниже в свет и пропускает, по существу, все фотоны с энергиями 90 кэВ или выше второй сцинтилляционный слой 124, который имеет такие толщину T2 и/или материал, что упомянутый второй слой превращает, по существу, все фотоны с энергиями до 90 кэВ в свет. Фотодиоды 206 и 208, соответственно, отражают свет, генерируемый первым и вторым слоями 122 и 124.

На фигуре 3 представлена альтернативная детекторная матрица 116 с энергетическим разрешением, в котором матрица 118 фотоприемников соединена со стороной сцинтиллятора 120 в направлении, перпендикулярном направлению падения фотонов. В данном варианте осуществления, на поверхности первого и второго слоев 122 и 124 могут быть нанесены светоотражательные покрытия 302, чтобы соответственно направлять свет к фотодиодам 206 и 208. В настоящем изобретении предполагаются также другие схемы расположения детекторов. Например, детекторы, описанные в заявке на патент № PCT/IB2006/051091, опубликованной под № WO2006114716 A2, поданной 10 апреля, 2006 г. под названием «DOUBLE DECKER DETECTOR FOR SPECTRAL CT», которая полностью включена в настоящее описание посредством ссылки.

На фигурах 4 и 5, соответственно, представлены альтернативные варианты осуществления, применяющие систему с двумя трубками и тремя трубками. Разумеется, в настоящем изобретении предполагаются также варианты осуществления с, по меньшей мере, четырьмя трубками.

Как видно из фигуры 4, система 400 с двумя трубками содержит первый источник T1 излучения и соответствующую первую детекторную матрицу D1, содержащую первый и второй сцинтилляционные слои 402 и 404, и второй источник T2 излучения и соответствующую вторую детекторную матрицу D2, содержащую первый и второй сцинтилляционные слои 406 и 408. В данном примере, источники T1 и T2 излучения сдвинуты один от другого, приблизительно, на девяносто (90) градусов. В других вариантах осуществления, источники T1 и T2 могут быть сдвинуты между собой на менее или более, чем девяносто (90) градусов. Следует отметить, что толщины сцинтилляционных слоев 402, 404, 406 и 408 различаются. Как здесь пояснялось, толщины сцинтилляционных слоев 402, 404, 406 и 408 могут быть установлены в соответствии с требуемыми спектральными чувствительностями и в зависимости от, например, напряжения трубок. Матрица 118 фотоприемников не показана для ясности.

На фигуре 5, система 500 содержит первый источник T1 излучения и соответствующую первую детекторную матрицу D1, содержащую первый и второй сцинтилляционные слои 502 и 504, второй источник T2 излучения и соответствующую вторую детекторную матрицу D2, содержащую первый и второй сцинтилляционные слои 506 и 508, и третий источник T3 излучения и соответствующую третью детекторную матрицу D3, содержащую первый и второй сцинтилляционные слои 510 и 512. В данном примере, источники T1, T2 и T3 излучения сдвинуты один от другого на, приблизительно, сто двадцать (120) градусов. В других вариантах осуществления, источники T1-T3 излучения могут быть сдвинуты один от другого меньше или больше, чем на сто двадцать (120) градусов. Аналогичным образом, толщины сцинтилляционных слоев 502, 504, 506, 508, 510, и 512 различны и установлены в соответствии с требуемыми спектральными чувствительностями и в зависимости от, например, напряжения трубки. И, вновь, матрица 118 фотоприемников не показана для ясности.

При использовании каждой из систем 400 и 500, переключение напряжения в кВ, обычно, можно применять для всех источников излучения в соответствующей системе или независимо применять для каждого источника излучения. По существу, система 400 может формировать восемь (8) независимых результатов измерений с энергетическим разрешением, по четыре (4) для каждой пары источника излучения/детекторной матрицы, и система 500 может формировать двенадцать (12) независимых результатов измерений с энергетическим разрешением, по четыре (4) для каждой пары источника излучения/детекторной матрицы.

В одном примере, упомянутые системы 400 и 500 допускают получение идентичных лучей с разными спектральными характеристиками посредством разных источников излучения. Кроме того, системы 400 и 500 допускают селективное распределение дозы между сбором данных в «высокоэнергетической» области и сбором данных в «низкоэнергетической» области посредством независимых настроек токов трубок для различных трубок. Кроме того, смягчаются трудности, связанные с переключением фильтров (параллельно переключению напряжения в кВ).

Хотя, в целях пояснения, вышеприведенные примеры описаны в контексте двух слоев, следует понимать, что в настоящем изобретении предполагается использование детектора, содержащего один слой или, по меньшей мере, три слоя. Например, один слой можно применять с тремя разными материалами фильтра, системой с двумя трубками с переключением напряжения (кВпик), системой с тремя трубками и/или в других конфигурациях.

На фигуре 6 представлен способ 600. На этапе 602 генерируется излучение, которое селективно поочередно содержит, по меньшей мере, первый и второй спектры испускания. Как изложено выше, излучение пересекает область исследования и падает на детекторную матрицу 116 с энергетическим разрешением, содержащую сцинтиллятор 120 и матрицу 118 фотоприемников. На этапе 604, детекторная матрица 116 поочередно регистрирует излучение с каждым энергетическим спектром. На этапе 606, сцинтиллятор 120 детекторной матрицы 116 фильтрует генерируемое излучение, по меньшей мере, двумя материалами, обладающими разными характеристиками спектрального поглощения, и генерирует оптические сигналы, характеризующие энергию регистрируемого излучения.

На этапе 608, по меньшей мере, два фотоприемника 206, 208 детекторной матрицы 116, обладающие, каждый, спектральной чувствительностью, согласованной с разным из двух материалов, принимают оптические сигналы и формируют выходные сигналы с энергетическим разрешением на основе спектра испускания и спектральных свойств материала. В случае, когда пучок излучения переключается между двумя спектрами испускания, и фильтр содержит два материала с разными характеристиками поглощения по энергии, выходные сигналы с разрешением по энергии будут содержать четыре независимых сигнала с разрешением по энергии. На этапе 610, выходные сигналы с разрешением по энергии реконструируются с использованием алгоритма спектральной реконструкции.

Примеры областей возможного применения систем и способов, описанных в настоящей заявке, содержат, но без ограничения, контроль багажа, медицинские задачи, визуализация животных, сканирование сердца, контроль материалов, неразрушающую визуализацию, техническое зрение и материаловедение. Кроме того, области применения относятся к рентгеновским CT-системам, использующим несколько трубок (и нескольким детекторам) на одном CT-гентри. Другие подходящие области применения содержат такие области применения, в которых требуется различение тканей благодаря более высоким спектральным характеристикам, плюс возможность осуществления визуализации вблизи K-края поглощения в CT-системе на основе детекторов с интегрированием тока.

На фигуре 7 представлен другой вариант осуществления системы 100. В данном варианте осуществления, детекторная матрица 116 является детекторной матрицей, работающей в режиме счета фотонов.

Как пояснялось в настоящей заявке, источник 106 излучения испускает излучение, которое пересекает область 108 исследования, и блок 112 установки напряжения источника излучения селективно задает спектр испускания излучения, испускаемого источником 106 излучения, переключением напряжения источника в ходе процедуры, например, в течение сканирования (например, в пределах одной проекции, между проекциями и т.п.), между сканированиями и/или иным способом, на основании информации о сканировании с пульта 134.

Детекторная матрица 116 регистрирует фотоны, которые проходят сквозь область 108 исследования. В настоящем примере, детекторная матрица 116 формирует сигнал, например, электрические сигналы тока или напряжения, имеющие максимальную амплитуду, которая характеризует энергию зарегистрированного фотона. Электронная система обработки сигналов идентифицирует и/или ставит зарегистрированный фотон в соответствие энергетическому диапазону, соответствующему энергии зарегистрированного фотона, на основании сигнала.

Электронная система обработки сигналов содержит формирователь 702 импульсов, который обрабатывает сигнал и формирует импульс, например, напряжения, или другой импульс, характеризующий энергию зарегистрированного фотона. Следует понимать, что сигнал может усиливаться и/или подвергаться другой обработке перед обработкой в формирователе 702 импульсов.

Дискриминатор 704 по энергии выполняет селекцию импульса по энергии. В показанном примере, дискриминатор 704 по энергии содержит компаратор 706, который сравнивает амплитуду импульса с, по меньшей мере, двумя разными энергетическими порогами, которые соответствуют разным представляющим интерес энергиям. Компаратор 706 вырабатывает выходной сигнал, характеризующий энергию фотона на основании сравнения.

На фигуре 8 представлен пример компаратора 706. В данном примере, компаратор 706 содержит N составляющих компараторов 706₁, …, 706_N, где N означает целое число. Каждый из составляющих компараторов 706₁, …, 706_N содержит первый вход, который получает выходной сигнал формирователя 702 импульсов. Каждый из составляющих компараторов 706₁, …, 706_N содержит также второй вход, который получает пороговое значение TH₁, …, TH_N.

В данном примере применяется статический набор порогов в том смысле, что один и тот же набор порогов доступен для каждого спектра испускания. В одном примере, одинаковые пороги служат для дискриминации энергий фотонов для разных спектров испускания. В другом примере, разные поднаборы порогов можно использовать для разных спектров испускания.

Каждый из составляющих компараторов 706₁, …, 706_N формирует выходной сигнал, указывающий, превышает ли амплитуда поступающего импульса соответствующий порог. Например, выходной сигнал составляющего компаратора 706_J может переходить между такими состояниями, как высокий и низкий, 0 и 1 и т.п. на основании сравнения между максимальной амплитудой поступающего импульса и порогом TH_J. Пульт 134 обеспечивает информацию, которую можно использовать для установки спектра испускания в соответствие выходному сигналу составляющих компараторов 706₁, …, 706_N в целях реконструкции.

Как показано на фигуре 7, счетчик 708 наращивает сосчитанное значение для каждого порога на основании выходного сигнала дискриминатора 704 по энергии. Например, когда выходной сигнал компаратора 706 для конкретного порога указывает, что амплитуда импульса превышает соответствующий порог, сосчитанное значение для данного порога наращивается.

Блок 710 сортировки по выбранным диапазонам значений сортирует сигналы по выбранным диапазонам значений энергии и, следовательно, фотоны, по меньшей мере, двум диапазонам значений энергии на основании сосчитанных значений. Диапазон значений энергии может охватывать энергетический диапазон или окно. Например, диапазон значений энергии может быть задан для энергетического диапазона между двумя порогами, в котором фотон, приводящий к отсчету для нижнего порога, но не для верхнего порога, назначенного упомянутому выбранному диапазону значений.

Блок 126 реконструкции селективно реконструирует сигналы, сформированные детектором 116, на основе спектральных характеристик сигналов.

На фигуре 9, система 100 содержит также блок 902 установки порогов, который облегчает установку подходящего набора порогов для компаратора 706. Блок 112 установки напряжения источника излучения устанавливает напряжение источника и, синхронно или согласованно с установкой напряжения, блок 902 установки порогов облегчает установку соответствующего набора порогов так, чтобы подходящий набор порогов был в наличии для каждого напряжения источника. В показанном примере, пульт 134 передает запускающие сигналы переключения напряжения источника и порога в блок 112 установки напряжения источника излучения и дискриминатор 704.

В другом примере, блок 112 установки напряжения источника излучения передает запускающий сигнал переключения порога в дискриминатор 704, когда он переключает напряжение источника. В еще одном примере, другой компонент передает запус