КОМПЕНСАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ДЕТЕКТОРНОГО ЭЛЕМЕНТА ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ДОЗЫ ИЗЛУЧЕНИЯ
COMPENSATING PARAMETERS OF IMAGING DETECTOR ELEMENT BASING ON RADIATION DOSE

Нижеследующее, в общем случае, относится к компенсации различных рабочих параметров детекторного элемента на основании внесенной дозы и находит конкретное применение к компьютерной томографии (КТ, СТ). Однако оно также пригодно для других медицинских приложений построения изображения и для немедицинских приложений построения изображения.
Сканер для компьютерной томографии (КТ) включает в себя рентгеновскую трубку, установленную на поворотной платформе, которая вращается вокруг области исследования относительно продольной оси или оси z. Рентгеновская трубка испускает ионизирующее излучение, которое проходит через область исследования и субъект или объект в ней. Детекторная матрица стягивает угловую дугу, противоположную области исследования от рентгеновской трубки. Детекторная матрица регистрирует излучение, которое проходит через область исследования, и генерирует сигнал, указывающий его. Блок реконструкции реконструирует данные объемного изображения, указывающие сигнал. Данные объемного изображения можно дополнительно обрабатывать для генерации одного или нескольких изображений субъекта или объекта.
В зависимости от сканера, детекторная матрица может включать в себя пиксели, чувствительные к излучению, имеющие функцию интегрирования и/или отсчета фотонов. В одном примере детекторная матрица включает в себя множество модулей детектора, причем каждый модуль включает в себя множество детекторных элементов. Детекторный элемент включает в себя сцинтиллятор, оптически подключенный к двухмерной матрице фотодатчиков, которая электрически подключена к электронному блоку. Отклик различных компонентов элемента чувствителен к радиационному воздействию и может изменяться в зависимости от него. По этой причине рабочие параметры, например коэффициент усиления, термический коэффициент и т.д. различных компонентов и, таким образом, элемента могут изменяться со временем при использовании сканера для сканирования объекта и/или субъектов и освещении элемента излучением.
К сожалению, изменяющийся отклик рабочих параметров может приводить к внесению артефактов в данные изображения.
Аспекты настоящей заявки призваны решать вышеупомянутые и прочие проблемы.
Согласно одному аспекту детекторный элемент системы построения изображения включает в себя матрицу фотодатчиков и электронный блок, электрически подключенный к матрице фотодатчиков, причем электронный блок включает в себя блок определения дозы, который определяет внесенную дозу для детекторного элемента и генерирует сигнал, указывающий ее.
В другом варианте осуществления способ включает в себя этапы, на которых регистрируют излучение, освещающее детекторный элемент системы построения изображения, генерируют сигнал, указывающий зарегистрированное излучение, и корректируют параметр электронного блока детекторного элемента на основании, по меньшей мере частично, сигнала.
В другом варианте осуществления способ включает в себя этапы, на которых корректируют параметр электронного блока детекторного элемента на основании, по меньшей мере частично, зарегистрированной дозы излучения, связанной со сроком службы детекторного элемента.
Изобретение может быть реализовано в различных компонентах и конфигурациях компонентов, и в различных этапах и конфигурациях этапов. Чертежи предназначены исключительно для иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления, но не для ограничения изобретения.
Фиг.1 - иллюстративная система построения изображения с детекторной матрицей, которая включает в себя множество модулей детектора.
Фиг.2A и 2B - иллюстративные детекторные элементы модуля детектора.
Фиг.3 - иллюстративная двухмерная матрица фотодатчиков и сетка противодействия рассеянию детекторного элемента.
Фиг.4 - двухмерная матрица фотодатчиков с электрически подключенным к ней электронным блоком.
Фиг.5 - график параметра электронного блока как функция радиационного воздействия.
Фиг.6 - иллюстративный электронный блок элемента.
Фиг.7 - иллюстративное поведение датчика излучения электронного блока как функция радиационного воздействия.
Фиг.8, 9, 10 и 11 - иллюстративное размещение датчика излучения, связанного с электронным блоком.
Фиг.12 - способ.
На фиг.1 показана система 100 построения изображения, например сканер для компьютерной томографии (КТ). Система 100 построения изображения включает в себя, в общем случае, неподвижную платформу 102 и вращающуюся платформу 104. Вращающаяся платформа 104 поддерживается с возможностью вращения неподвижной платформой 102, и вращается вокруг области 106 исследования относительно продольной оси или оси z. Источник 108 излучения, например рентгеновская трубка, поддерживается вращающейся платформой 104 и вращается вместе с ней, и испускает излучение, которое проходит через область 106 исследования.
Детекторная матрица 112, чувствительная к излучению, стягивает угловую дугу, противоположную источнику(ам) 108 излучения, через область 106 исследования и регистрирует излучение, проходящее через область 106 исследования. В иллюстрируемом варианте осуществления детекторная матрица 112, чувствительная к излучению, включает в себя множество модулей 114 детектора, размещенных относительно друг друга в направлении, перпендикулярном оси z. Как показано, модуль 114 детектора включает в себя множество мозаичных элементов или элементов 116 детектора, размещенных относительно друг друга вдоль оси z. Неограничительный пример такой детекторной матрицы более подробно описан в патенте США 6510195B1, поданном 18 июля 2001 г. и озаглавленном “Solid State X-Radiation Detector Modules and Mosaics thereof, and an Imaging Method and Apparatus Employing the Same”, который включен в данное описание изобретения посредством ссылки в полном объеме.
Согласно фиг.2A элемент 116 показанной детекторной матрицы 112 включает в себя сцинтилляторную матрицу 202, первая сторона которой обращена к излучению, проходящему через область 106 исследования, и вторая сторона которой физически и оптически подключена к двухмерной матрице 204 фотодатчиков. Согласно фиг.3 двухмерная матрица 204 фотодатчиков включает в себя конфигурацию N×M пикселей 302 детектора и соответствующую двухмерную сетку 304 противодействия рассеянию, которая включает в себя тонкий слой, который окружает отдельные пиксели 302 детектора. Количество пикселей 302 детектора, показанное на фиг.3, является иллюстративным и не предусматривает никаких ограничений. Согласно фиг.2A показанная двухмерная матрица 204 фотодатчиков электрически подключена к электронному блоку 208 через подложку 206. Электрические проводники 212, например штырьки разъема и пр., предназначены для подвода питания и передачи входных/выходных цифровых сигналов.
Неограничительный пример такого элемента 116 более подробно описан в “A New 2D-Tiled Detector for Multislice СТ”, Luhta et al., Medical Imaging 2006: Physics of Medical Imaging, Vol. 6142, pp. 275-286 (2006). На фиг.2B представлен альтернативный вариант осуществления элемента 116, в котором подложка 206 упразднена, и электронный блок 208 подключен к матрице 204 фотодатчиков, тем самым предотвращая экранирование излучения. Как отмечено выше, отклик различных компонентов элемента 116 чувствителен к радиационному воздействию и может изменяться в зависимости от него. Поэтому отклик элемента в этом варианте осуществления, по сравнению с вариантом осуществления с экранированием излучения, вероятно, будет подвергаться влиянию радиационного воздействия. Неограничительный пример такого элемента 116 описан в патентной заявке № 12/293842, № публикации US 2009/0121146 A1, поданной 30 марта 2006 г. и озаглавленной “Radiation Detector Array”, которая включена в данное описание изобретения в полном объеме посредством ссылки. В еще одном варианте осуществления элемент 116 включает в себя материал преобразования направления (например, CdTe), и электронный блок 208 подключен к материалу преобразования направления.
Согласно фиг.4 показанный электронный блок 208 включает в себя блок 402 определения дозы, который определяет внесенную дозу, связанную со сроком службы для детекторного элемента 116, и генерирует сигнал, указывающий ее. Как описано более подробно ниже, блок 402 определения дозы включает в себя один или более компонентов, которые регистрируют излучение, освещающее один или более участков детекторного элемента 116, и определяет сигнал на основании зарегистрированного излучения. Сигнал можно использовать для компенсации или коррекции рабочих параметров (например, коэффициента усиления, термического коэффициента и т.д.) элемента 116, которые могут изменяться в соответствии с внесенной дозой на протяжении срока службы элемента 116 в системе 100 построения изображения. Хотя это не показано, электронный блок 208 включает в себя различные другие компоненты.
На фиг.5 изображена кривая 502, которая, в общем случае, демонстрирует соотношение поведения такого параметра как функции радиационного воздействия. В этом примере параметр линейно уменьшается с увеличением радиационного воздействия. В порядке более конкретного примера, коэффициент усиления пикселя 302 детектора может уменьшаться на 0,1, с 1,0 до 0,9, в результате радиационного воздействия определенной величины. В другом примере термический коэффициент сцинтиллятора 202 и/или матрицы 204 фотодатчиков может уменьшаться на 0,1%/C, с 0,2%/C до 0,1%/C, в результате радиационного воздействия определенной величины. Конечно, можно рассматривать другие параметры с кривыми другой формы (например, нелинейными, возрастающими и т.д.). Конкретную кривую можно определить для конкретного элемента 116 посредством тестирования срока службы элемента, спецификации на изготовление и/или иным образом.
Согласно фиг.1 результирующий сигнал также можно использовать для корреляции наблюдаемого снижения качества изображения (например, артефактов) с внесенной дозой для элемента 116 и/или прогнозирования или предсказания, когда может потребоваться замена элемента 116 на основании внесенной дозы.
Опора 118 для пациента, например кушетка, поддерживает объект или субъект, например пациента-человека, в области 106 исследования. Опора 118 для пациента выполнена с возможностью перемещать объект или субъект в и/или из области 106 исследования до, в ходе и/или после сканирования объекта или субъекта.
Блок реконструкции 120 реконструирует сигнал от детекторной матрицы 112 и генерирует данные объемного изображения, указывающие его. Данные объемного изображения можно дополнительно обрабатывать для генерации одного или нескольких изображений, которые можно отображать на дисплее, фотопленке или выводить иным образом.
Вычислительная система общего назначения выступает в роли операторского пульта 122. Пульт 122 включает в себя один или более процессоров, которые выполняют одну или более компьютерно-считываемых инструкций (программное обеспечение), хранящихся или закодированных на компьютерно-считываемом носителе, расположенном внутри или вне системы 100. Программное обеспечение, выполняющееся на пульте 122, позволяет оператору управлять работой системы 100, инициируя сканирование и т.д. Пульт 122 также включает в себя устройство вывода, например дисплей, и устройство ввода, например клавиатуру, мышь, сенсорный экран и т.д.
На фиг.6 показан иллюстративный электронный блок 208 элемента 116. В этом примере электронный блок 208 включает в себя рассмотренный выше блок 402 определения дозы. Показанный блок 402 определения дозы включает в себя, по меньшей мере, один датчик 602 излучения, который регистрирует излучение, проходящее через область 106 исследования и освещающее элемент 116, и вырабатывает выходной сигнал, указывающий зарегистрированное излучение. Показанный, по меньшей мере, один датчик 602 излучения может включать в себя полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник (MOSFET) или другой электрический компонент, электрические характеристики которого претерпевают известные или измеримые изменения вследствие радиационного воздействия.
D
GS
T
D
GS
T
T
T
На фиг.7 показан пример, как изменяется пороговое напряжение MOSFET на основании радиационного воздействия. Как показано, первая кривая 702 представляет ток стока (I) как функцию напряжения между затвором и истоком (V) с первым пороговым напряжением (V) до воздействия излучения или с первым радиационным воздействием. Вторая кривая 702' представляет ток стока (I) как функцию напряжения между затвором и истоком (V) со вторым пороговым напряжением (V') в результате радиационного воздействия определенной величины или со вторым радиационным воздействием. Как показано, вторая кривая 702' смещена относительно первой кривой 702, обуславливая сдвиг второго порогового напряжения (V') относительно первого порогового напряжения (V). Сдвиг измерим и пропорционален радиационному воздействию, и, таким образом, сдвиг в любое данное время можно использовать для определения информации, указывающей внесенную дозу в это время.
Согласно фиг.6 блок 604 отображения отображает сдвиг в значение, представляющее дозу излучения, например значение, указывающее внесенную дозу в единицах, представляющих поглощенную дозу излучения, например грэях, радах, кюри, бэрах или других единицах. Блок 606 коррекции параметра корректирует параметры (например, коэффициент усиления, термический коэффициент и т.д.), определенные блоком 608 определения параметра, на основании одной или более кривых 610 коррекции в регистре 612 и значения, сгенерированного блоком 604 отображения. Блок 608 определения параметра может определять параметры, например коэффициент усиления, термический коэффициент и т.д., как описано в патентной заявке № 61/163493, поданной 26 марта 2009 г. и озаглавленной “Data Acquisition”, и в патентной заявке № 61/237056, поданной 26 августа 2009 г. и озаглавленной “Imaging Detector Thermal Controls”, которые, обе, включены в данное описание изобретения посредством ссылки в полном объеме.
Примеры подходящих кривых включают в себя кривую, показывающую, как коэффициент усиления изменяется как функция радиационного воздействия, кривую, показывающую, как термический коэффициент изменяется как функция радиационного воздействия, и т.д. Как отмечено выше, такие кривые можно получить на основании тестирования, спецификации на изготовление и/или иным образом. Блок 608 определения параметра может идентифицировать коэффициент коррекции для коэффициента усиления, термического коэффициента и т.д. из кривой на основании значения и корректировать соответствующий параметр от блока 608 определения параметра посредством коэффициента коррекции. Дополнительно или альтернативно, в регистре 612 может храниться поисковая таблица (LUT) коэффициентов коррекции, математическая функция и т.д., которую можно использовать для определения коэффициента коррекции на основании значения, и/или другая информация, которую можно использовать для определения коэффициента коррекции. В другом варианте осуществления блок 604 отображения упразднен, и измеренный сдвиг используется для определения коэффициента коррекции из кривой, таблицы, математической функции и т.д.
Значение, указывающее внесенную дозу и/или сдвиг, может сохраняться в регистре 612 и/или другом регистре и, при необходимости, считываться. Считанное значение можно использовать для корреляции наблюдаемого снижения качества изображения с внесенной дозой для элемента 116. Например, можно создавать журнал, который включает в себя информацию, например тип артефакта, степень артефакта, номер партии, название производителя и т.д., совместно со считанным значением внесенной дозы. Журнал можно подвергать статистическому или иному анализу для создания информации, например распределения, показывающего замену элемента, и/или типа артефакта как функции радиационного воздействия. Такая информация может облегчать идентификацию подозрительной партии элементов, прогнозирование или предсказание, когда может потребоваться замена элемента, установленного в системе, и т.д. Такая информация может предоставляться различному персоналу, например, приобретающему, изготавливающему, обслуживающему и т.д.
В иллюстрируемом варианте осуществления датчик 602 излучения, блок 402 определения дозы, блок 604 отображения, блок 608 определения параметра, блок 606 коррекции параметра и регистр 612 располагаются в электронном блоке 208 детекторного элемента 116. В других вариантах осуществления один или более из вышеупомянутых компонентов могут располагаться вне электронного блока 208. В порядке неограничительного примера, в другом варианте осуществления блок 604 отображения, блок 608 определения параметра, блок 606 коррекции параметра и регистр 612 располагаются вне элемента 116, например, связаны с блоком реконструкции 120 пультом 122 и/или другим вычислительным устройством.
На фиг.8 показан неограничительный пример размещения единичного датчика 602 излучения в блоке 402 определения дозы. Как рассмотрено выше, матрица 204 фотодатчиков включает в себя двухмерную матрицу пикселей 302 детектора и двухмерную сетку 304 противодействия рассеянию с тонким слоем, который окружает отдельные пиксели 302 детектора. Согласно фиг.8 существует зазор 802 (или щель) между тонким слоем сетки 304 противодействия рассеянию и соответствующим(и) соседним(и) пикселем(ями) 302 детектора. Часть излучения, освещающего элемент 116 над блоком 402 определения дозы, может проходить через зазор 802 и падать на блок 402 определения дозы. Согласно фиг.8 единичный датчик 602 излучения располагается в соединении зазоров для зазоров 802 между четырьмя (4) пикселями 302 детектора. Очевидно, что соотношение между различными деталями на фиг.8, например относительная ширина зазоров 802, показано исключительно в иллюстративных целях и может не отражать фактическое соотношение.
На фиг.9, 10 и 11 показаны различные другие возможные положения одного или более датчиков 602 излучения. Согласно фиг.9 четыре (4) датчика 602 излучения располагаются в четырех (4) углах блока 402 определения дозы, и ни один не располагается под зазором 802. Сигнал, генерируемый блоком 402 определения дозы, может представлять собой среднее или другую комбинацию сигналов от четырех (4) датчиков 602 излучения. В другом варианте осуществления один или более датчиков 602 излучения можно обеспечить про запас, в качестве резервного датчика, и т.д. На фиг.10 показан вариант осуществления с тремя (3) датчиками 602 излучения, включающий в себя один (1) датчик 602 излучения под зазором 802 и два (2) датчика 602 излучения, расположенные в других местах. Согласно фиг.11 датчики 602 излучения располагаются на электронном блоке 208, вне блока 402 определения дозы, и проводники 1102 передают сигналы на блок 402 определения дозы.
Можно предположить и другие положения и/или группирования, включающие в себя комбинации и/или подкомбинации проиллюстрированных примеров.
На фиг.12 представлен иллюстративный способ.
На этапе 1202, по меньшей мере, один датчик 602 излучения блока 402 определения дозы регистрирует излучение, освещающее детекторный элемент 116 на протяжении срока детекторного элемента 116 в системе 100 построения изображения. Как описано выше, по меньшей мере, один из датчиков 602 может располагаться под зазором 802, и/или, по меньшей мере, один из датчиков 602 может располагаться в другом месте.
На этапе 1204 блок 402 определения дозы генерирует сигнал, указывающий зарегистрированное излучение.
На этапе 1206 сигнал используется для идентификации коэффициента коррекции для параметра электронного блока. Параметр может относиться к коэффициенту усиления, термическому коэффициенту, температуре и т.д. электронного блока 208.
На этапе 1208 параметр корректируется на основании коэффициента коррекции.
В необязательном порядке, на этапе 1210 сигнал можно использовать для корреляции наблюдаемого снижения качества изображения с внесенной дозой для элемента 116 и/или прогнозирования или предсказания, когда может потребоваться замена элемента 116 на основании внесенной дозы.
Изобретение описано здесь со ссылкой на различные варианты осуществления. На основании вышеприведенного описания можно предложить модификации и изменения. Предполагается, что изобретение охватывает все подобные модификации и изменения, если они не выходят за рамки объема формулы изобретения или ее эквивалентов.