专利名称：视场扩大的断层合成乳腺摄影系统的制作方法为了检测和分析乳腺癌，已知有各种乳腺摄影系统。在常规的乳腺摄影筛查系统中，将女性乳房压在两个板之间，并且软X射线传输通过被挤压的组织，之后由X射线探测器进行探测。然而，平面乳腺摄影固有的局限是在2D平面中表达3D信息。尽管可以实现高的横向分辨率，即可以在x-y平面中获得高的分辨率， 但无法获得深度分辨率，即在z方向上的分辨率。为了也实现深度分辨率并且此外为了放松在检查期间强烈挤压乳房的要求，已经开发出了断层合成乳腺摄影系统，也称为数字乳房断层合成(DBT)系统。在这些系统中，可以在从多个断层摄影角度利用X射线束照射乳房的同时采集多幅X射线图像。常规上，X射线源被沿着圆弧路径移动，同时始终朝向固定探测器，在固定探测器上方支撑乳房。常规上，在多达2X25°的断层摄影角度的最大范围之内采集X射线图像。从多幅所采集的二维X射线图像可以生成乳房的最终的三维图像。这样的三维图像可以实现良好的横向分辨率和充分高的深度分辨率，其中，深度分辨率通常与断层摄影角度的范围成反比地增大(I/α )。用于乳腺摄影检查的另一种备选方案是乳房计算机断层摄影(CO。其中，患者躺在俯卧台上，使其乳房通过台中的孔。在乳房基本不受挤压的同时，绕着乳房水平地旋转包括X射线源和相对的X射线探测器的X射线成像系统，并在大的断层摄影角度范围(>180° )之内拍摄超过100幅投影X射线图像。然而，X射线管电压通常比常规乳腺摄影系统(通常为>49kV)高很多。因此，探测器的X射线敏感层通常必须更厚，导致横向分辨率较差。深度分辨率可能比数字乳房断层合成系统中高得多。因此，空间分辨率的各向异性可能相当大。通常注射造影剂进行检查，因此这种模态可能不是很适合筛查检查。
可能需要一种经改进的断层合成乳腺摄影系统，其能够实现高的空间图像分辨率和/或大视场，同时优选提供改善的患者舒适度。根据本发明的一方面，提出了一种断层合成系统，其用于生成对象的三维图像，诸如女性乳房的三维乳腺摄影图像。所述系统包括X射线源、X射线探测器、支撑装置和移动机构。X射线源和X射线探测器适于在从多个断层摄影角度α利用X射线束照射对象的同时采集多幅X射线图像。支撑装置适于在所述断层合成系统工作期间支撑所述对象。移动机构适于将所述X射线探测器绕枢轴旋转到一定位置，使得对于每个断层摄影角度α，Χ射线探测器的探测表面被取向为基本垂直于入射的X射线束。此外，该移动机构适于将所述X射线探测器移动到一定位置，使得X射线源与探测器之间的距离(SID (源图像距离))随着断层摄影角度α增大而增大。所提出的断层合成系统的要点可以视为基于以下发现和构思在常规数字乳房断层合成系统中，在沿着拱形路径移动X射线源以便从多个断层摄影角度对待观测的对象进行照射的同时，常规上X射线探测器在空间上是固定的。尽管这样可以允许仅须移动X射线源的简单移动机构，但在与正常筛查模式的乳腺摄影成像相比时，所得的三维视场可能减小。此外，由于X射线探测器是固定的，仅对于0°位置的X射线源，来自X射线源的X射线束才垂直撞击到X射线探测器上。在任何其他断层摄影角度α古0°，X射线束将在对应角度α下撞击到X射线探测器的表面上，可能导致如下情况并非所有X射线都可以撞击到探测表面上并被探测器探测到。这可能将断层摄影角度的可能范围限制到小于25°(α ≤ 25° )。 为了克服这样的局限，本文提出为断层合成系统提供移动机构，使得不仅X射线源可以位移，以便在各种断层摄影角度α下进行照射，并且可以通过特定的方式使X射线探测器位移。具体而言，移动机构适于以某种方式绕枢轴旋转X射线探测器，使得来自X射线源的X射线束始终垂直撞击到X射线探测器的探测表面。换言之，尽管可以沿着拱形路径在各个位置处定位X射线源以便从各种断层摄影角度α照射待检查的对象，但调节X射线探测器的定位，使得独立于所选择的断层摄影角度α，X射线束垂直于探测器的探测表面。在本文中，“垂直”可以表示X射线束的方向与探测表面的平面正交，并且X射线束的中心轴在探测表面的中央轴上与探测表面相交。对于乳腺摄影应用，X射线束的中心轴通常不在探测表面的中央点处与探测表面相交，而是在接近探测表面边缘的中央轴上的某处相交，以便能够还采集接近患者胸廓的乳房组织的图像。在可以沿着圆弧移动X射线源并且X射线源始终取向成X射线束的中心轴指向圆弧的中央的同时，可以使X射线探测器以相当复杂的运动发生位移。例如，对于X射线源的0°位置，可以将X射线探测器定位在支撑装置下方中心，用于支撑对象，使得探测表面的中心基本与圆拱形路径的中心重合。在这样的0°位置，X射线源与探测器之间的距离最小。在这一 0°位置，源-探测器布置实质上对应于用于常规乳腺摄影筛查应用的布置。对于圆拱形路径中心外部的X射线源位置，S卩α>0°，偏离中心移动X射线探测器。应当指出的是，X射线探测器不仅绕着例如其对称轴旋转，而且绕着枢轴旋转，即旋转运动与平移运动组合。可以选择这样的旋转运动，使得在始终旋转X射线探测器以取向为朝向X射线源时，同时平移X射线探测器，以便使X射线探测器始终保持在支撑待检查对象的支撑装置下方。可以选择这样的平移运动，使得X射线源与X射线探测器之间的距离(SID)随着断层摄影角度增大而增大。例如，SID可以与断层摄影角度α的正切成正比，即SID=a*tan( α )，其中a为常数。根据本发明的实施例，所提出的断层合成系统还包括包封X射线探测器的外壳。其中，设定外壳的尺寸，并调节移动机构，使得对于移动机构可以将X射线探测器移动到的所有位置，外壳都包封X射线探测器。换言之，与将X射线探测器容纳在仅比探测器自身稍大的外壳中的常规系统相反，本文提出了一种用于X射线探测器的外壳，该外壳比X射线探测器显著更大。于是，可以在外壳之内移动并绕枢轴旋转X射线探测器，以便满足上述条件，例如垂直的X射线入射。具体而言，对外壳和由移动机构引导的X射线探测器的运动进行调整，使得对于X射线源的所有可能角位置，探测器都取向为垂直于入射的X射线，并保持完全在外壳之内。根据实施例，外壳包括平坦或凹陷的表面，形成用于支撑待检查对象的支撑装置。换言之，X射线探测器的外壳可以不仅充当探测器的保护，而且还可以用于支撑对象，即，例如女性乳房。优选地，外壳的平坦或凹陷表面形成X射线源与X射线探测器之间的光路之内的唯一 X射线吸收表面。换言之，在所提出的断层合成系统中，X射线探测器包括在这样的大外壳中，使得支撑被检查对象的外壳的平坦或凹陷表面是X射线束之内(除对象自身之外)的吸收X射线的唯一的材料层。备选方式是不要既包封探测器又支撑对象的这种外壳，而是替代地在空气中自由移动探测器并在分离的支撑/挤压板之间支撑/挤压对象。在这种情况下，探测器将需要其自己的覆盖外壳，并且此外，支撑装置将需要支撑表面，从而将必须在X射线束之内提供至少两个X射线吸收材料层。由于任何材料层(例如由碳纤维制成)具有大约15%的X射线吸收，额外的材料层将导致系统的DQE (量子检测效率)下降同样的数量级。根据另一实施例，所提出的断层合成系统的移动机构适于绕枢轴旋转和移动所述X射线探测器，使得对于所有断层摄影角度α，所述X射线探测器的一个边缘被定位成与所述外壳的平坦或凹陷表面相邻。换言之，移动机构可以移动X射线探测器，使得在满足上述尤其是垂直入射的条件的同时，X射线探测器始终最大程度地接近支撑待检查对象的外壳表面。根据另一实施例，所述外壳包括柔性前盖。其中，前盖可以是探测器外壳的指向患者的表面，患者站立，使其乳房倚靠在外壳的支撑表面上。由于前盖是柔性的，因此在例如筛查检查期间，当例如与肥胖女性的腹部机械接触时，可能会变形。根据另一优选实施例，所提出的断层合成系统包括可布置于X射线探测器与支撑装置之间的抗散射栅格。可以提供这样的抗散射栅格以衰减散射的X射线，由此能够改善所采集的X射线图像的信噪比。抗散射栅格可以包括X射线吸收壁，其取向为平行于垂直撞击到X射线探测器探测表面上的X射线束的X射线。在具有固定探测器的常规断层合成系统中，根据所选的断层摄影角度α在X射线束以各种角度撞击到X射线探测器上时可能没有这种抗散射栅格可以使用，因此针对一个具体入射角特定调整的抗散射栅格对于所有其他入射角将会不是最优的。与此相反，根据本发明，始终定位X射线探测器使得取向垂直于入射的X射线，针对这种垂直入射调整的抗散射栅格可能适于所有断层摄影角度α。具体而言，可以将抗散射栅格机械连接到X射线探测器。因此，可以由移动机构将抗散射栅格连同X射线探测器一起移动，以便以最优方式将其取向为朝向X射线源。然而，对于一些应用而言，可能不希望在射束路径之内提供抗散射栅格。因此，可以有栅格位移机构，可以将栅格位移到射束路径外部的停放位置。此外，可以提供栅格移动机构，用于平行于所述X射线探测器的探测表面来移动所述抗散射栅格。抗散射栅格的这种运动可以避免在所采集的X射线图像之内形成条纹。通常，直线运动可以在大约2cm的范围中。当抗散射栅格处于极限位置时，可以停止其运动并将其沿反向移动。根据所提出的断层合成系统的另一实施例，移动机构还适于移动探测器，以便增大X射线源与探测器之间的距离(SID)，同时探测器的取向保持固定。换言之，除了上述第一运动模式之外，其中以枢轴旋转运动移动X射线探测器以便始终面向X射线源，该移动机构还实现了第二运动模式，其中仅改变X射线源与探测器之间的距离，而不旋转/绕枢轴旋转X射线探测器。这种改变源-探测器距离SID的可能性可以实现所采集X射线图像的适当放大，从而例如在采集小乳房的图像时可以改进空间分辨率和DQE。在这样的应用中，可能不希望提供抗散射栅格，因为抗散射栅格通常是针对一种具体的源-探测器距离SID优化的。因此，可以将抗散射栅格位移到射束路径外部的停放位置中。利用所提出的断层合成系统，X射线源和X射线探测器可以适于在超过+/-25°，例如超过+/-45°，优选高达+/-60°的断层摄影角度的范围之内采集X射线图像。这种增大的采集范围可能主要是由于X射线探测器始终面向X射线源的事实。因此，即使在高断层摄影角度下，也可能不发生显著的图像失真。此外，即使在这样的高断层摄影角度下，也可以使用抗散射栅格以改善信噪比。利用所提出的断层合成乳腺摄影系统，大于45°的断层摄影角度可能是可行的， 导致更好的深度分辨率连同高的2D清晰度。所提出的断层合成系统与常规几何结构兼容，并且允许普通筛查模式和断层合成模式两者。此外，立体定向(引导的)活检也是可能的。尤其对于丰满的乳房，由于可能使用抗散射栅格，可以获得更好的对比度分辨率。此外，对于小的乳房，可变的源-探测器距离可以允许使用放大技术，这也可以实现改进的图像质量。应当指出的是，这里部分相对于断层合成系统及其结构或功能特征，部分相对于这种断层合成系统的可能使用模式，描述了本发明实施例的各方面。然而，本领域技术人员从以上和以下描述应当认识到，除非另行指出，除了属于一种描述的特征的任何组合之外，与不同实施例相关的特征之间的任何组合也被视为被本申请公开。将结合附图所示的具体实施例进一步描述本发明的特征和优点，但本发明不应限于具体实施例。图I示出了根据本发明实施例的断层合成系统的侧视图。图2示意性示出了在不同断层摄影角度根据本发明实施例的断层合成系统前视图中X射线探测器的不同位置。图3 (a) - (C)示意性图示了用于根据本发明实施例的断层合成系统的X射线探测器的绕枢轴旋转运动。图4示出了曲线图，图示了源-探测器距离SID根据断层摄影角度的增大。图5示出了根据本发明实施例的断层合成系统的X射线探测器的外壳。图6示出了根据本发明另一实施例的断层合成系统的X射线探测器的外壳。图7示出了根据本发明实施例的断层合成系统中采集偏离中心的筛查图像的装置。图8示出了根据本发明实施例的断层合成系统中X射线探测器发生位移的放大模式。图9示出了根据本发明实施例用于断层合成系统中的具有抗散射栅格的X射线探测器。图10示出了图I的断层合成系统，其中，X射线探测器的外壳具有柔性前盖。图11示出了根据本发明实施例的断层合成系统的操作方法的流程图。所有附图都仅仅是示意性的，并且不成比例。在所有附图中用类似或相同的附图标记表示类似特征。附图标记列表I 断层摄影系统3 X射线源
5 外壳7 X射线探测器9 框架11 移动机构13 上表面15 支撑装置17 女性乳房19 X射线源的拱形路径21 X射线束23 X射线束的中心轴25 探测表面27 X射线探测器的边缘29 X射线探测器的相对边缘31 外壳的平坦表面33 外壳的凹陷表面35 外壳的下表面37 抗散射栅格39 栅格移动机构41 薄片43 柔性前盖45 腹部

之间沿X射线束21的中心轴23的距离SID。因此，移动机构可以适于引导两个运动分量，一个运动分量是绕y方向的旋转，一个运动分量是与探测器表面正交的径向平移。其中，源-探测器距离的变化ASID可以与断层摄影角度α的正切成正比，如图4所示。然而，尤其对于小的断层摄影角度而言，源-探测器距离变化ASID与断层摄影角度α之间的依从性也可以遵循另一函数；例如，Λ SID可以随着断层摄影角度α线性或多项式地增大。为了如图2所示绕枢轴转动探测器7，移动机构11可以适于既绕着I轴旋转探测器7，又沿着与其探测表面25正交的方向平移X射线探测器7。其中，应当旋转并平移X射线探测器7，使其始终面向X射线源3，即被布置成其法线轴对应于断层摄影角度α，并使得X射线探测器7保持在外壳5之内，即不会碰到外壳5的任何壁。有利地，如图2所示，绕枢轴转动X射线探测器7，使得在每个角位置，其保持与支撑的上表面13尽可能接近，同时满足前述条件。这意味着，X射线探测器7的一个边缘27保持与支撑表面13相邻，而X射线探测器7的相对边缘29沿着拱形路径移动到外壳5的深度中，同时布置X射线探测器7以便对应于断层摄影角度α。如图5所示，外壳5可以具有平坦的上表面31，在乳腺摄影成像期间充当要设置于其上的女性乳房17的支撑装置。或者，如图6所示，外壳5可以具有凹陷的上表面33。在断层摄影期间，可以如图2中所示使X射线源3和X射线探测器7发生位移，以便在各种断层摄影角度α下采集多幅X射线图像，其中还可以有其他应用模式。例如，如图7中所示，在X射线探测器7位于外壳5的一个边缘处并平行于外壳5的上支撑表面13时，可能采集到偏离中心的筛查图像。例如，在MLO投影(中层横向倾斜投影)中，源-探测器-装置是倾斜的，重要的是探测器7的有源区域接近外壳7的边缘。例如，可以通过相应地移动外壳5来获得这样的位置。图8中示出了备选应用模式。为了采集位于外壳5的支撑表面13上的例如小乳房17的筛查图像，可能有利的是将探测器7从与上表面13相邻的位置位移到外壳5的相对下表面35的位置(由7’表示)。利用探测器7的这种平行位移，对于待检查的乳房小的情况，可以专门改进空间分辨率和DQE。然而在这种特定应用中，源-探测器距离SID增加了距离ASID，ASID大致对应于外壳5的深度，探测器7的取向基本保持不变。因此，为了改变源-探测器距离SID，移动机构11可以沿径向平移探测器7而无需使其旋转。如图9中所示，可以为探测器7配备抗散射栅格37。抗散射栅格37可以布置在探测器7的探测表面25前方，并且可以附接至探测器7，使其与X射线探测器7 —起移动/绕枢轴旋转。抗散射栅格37可以包括薄片41，其大致平行于要通过抗散射栅格37向探测表面25传输的X射线束21进行布置。由于X射线束21可以具有扇状形状，所以抗散射栅格37的外部区域处的薄片41可能布置在倾斜角度下，而抗散射栅格37的中心处的薄片41可能布置得垂直于探测表面25。通常，针对具体的源-探测器距离SID设计抗散射栅格37。如果用于另一 SID，根据栅格比率可以减少抗散射栅格37的透射。在乳腺摄影应用中，这一比率通常约为4。因此，根据断层摄影角度α改变SID可能不理想，但对于所提出的断层摄影系统中提供的小变化，这样的影响应当可以忽略。此外，特定的探测器校准可以改善其余的均匀性问题。为了避免所采集的X射线图像中出现条纹，可以通过栅格移动机构39 (仅示意性示出)平行于探测表面25移动抗散射栅格37，如图9中箭头所示。这通常可以是范围大约为2cm的直线运动。在抗散射栅格37处于其极限位置时，停止其运动并将其沿反向移动。在抗散射栅格37的这种停止期间，可以中断来自X射线源3的X射线辐射。
在常规的DBT系统中，没有抗散射栅格可以用作栅格，薄片方向通常与不同断层摄影角度α的X射线束的成角不一致。在本文所提出的断层摄影系统中，可以有利地使用抗散射栅格37，以便减小由X射线散射诱发的噪声，并由此改善所采集的X射线图像中的信噪比。可以将抗散射栅格运动的转向点设置到X射线两次曝光之间的间隔中。然而，每个个体X射线投影图像的曝光时间可以低(比单个筛查图像最多短25倍)，因此运动模糊可能是有限的并且可能不够充分。可能残余一些由抗散射栅格37诱发的条纹。然而，在原始图像中甚至可以接受无运动抗散射栅格的栅格可见度，因为可以利用例如FFT(快速傅里叶变换)域中的图像处理方法消除它。作为备选选择，可以在位置空间中使用栅格滤波器。为了与常规乳腺摄影筛查系统兼容，可以如图10所示特别地调整所提出的断层摄影乳腺摄影系统。例如，在采集肥胖女性的乳房17的筛查X射线图像时，可能存在着肥胖女性的腹部45可能干扰所提出的断层摄影系统I的X射线探测器7外壳5的问题。对于这样的特定应用，可以为外壳5提供柔性前盖43，允许在接触患者腹部45时发生弹性形变。因此，对于探测器7定位于外壳5的上支撑表面13正下方并且平行于上支撑表面13的筛查应用，柔性盖43的内部变形不会干扰X射线探测器7，因为在这种筛查应用中外壳5的下部基本是空的。然而，应当注意，对于探测器7借枢轴支撑于外壳5的整个体积之内的断层合成应用，可能无法避免探测器外壳5的大体积，从而由于腹部45与大体积外壳5干扰可能对肥胖患者带来不适。将参考图11中所示的流程图解释所提出的断层合成系统的工作模式。在开始DBT采集(步骤SI)之后，运动控制单元(S2)被启动并控制X射线源和X射线探测器的角运动α (S3)。同时或接下来，计算源-探测器距离的充分变化ASID (S4)并控制探测器的径向平移运动(S5)。然后连同相应图像一起，将关于旋转α和平移ASID的所有数据存储在例如图像的报头中(S6)。对于相应断层摄影角度α的每次图像采集，重复图11右侧的方框。X射线源受到控制(S7)并生成X射线闪光(S8)。触发并读出X射线探测器(S9)。同时，控制抗散射栅格的运动(SlO)并线性地移动栅格(S11)。在极限位置，停止栅格(S12)，同时中断从X射线源发射X射线，并翻转栅格方向，用于下一次X射线闪光(S13)。最后，保存所采集的X射线图像数据，可以从在各种断层摄影角度α采集的多个二维投影图像生成女性乳房的所得三维图像。
简而言之，已经描述了一种新颖的断层合成乳腺摄影系统，其能够以更高的空间分辨率和更大的视场进行改进的断层摄影。大于2X45°的断层摄影角度是可行的。X射线束始终垂直于探测器撞击，从而可以使用抗散射栅格来改善对比度分辨率。创新背后的推动力是找到一种几何结构，其能够实现这些改进，但保持与一般筛查模式兼容。立体定向(引导的)活检也是可能的。基本想法是在大的外壳之内绕枢轴旋转探测器，外壳具有平坦或稍微弯曲的上表面，上表面同时充当要检查的女性乳房的支撑表面。在旋转运动中，在根据断层摄影角度旋转的同时，沿着与探测器探测表面正交的轴平移探测器。利用提出的系统，x-y分辨率可以与常规筛查乳腺摄影系统中的几乎一样好，而z分辨率可以介于常规具有固定探测器的DBT系统和乳房计算机断层摄影系统之间的某处。 应当指出，术语“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除复数。也可以组合结合不同实施例描述的元件。还应当指出，权利要求中的参考符号不应被解释为限制权利要求的范围。

提出了一种断层合成系统，用于采集对象的三维图像，诸如女性乳房的乳腺摄影图像。该断层合成系统(1)包括X射线源(3)、X射线探测器(7)、支撑装置(15)和移动机构(11)。X射线源(3)和X射线探测器(7)适于在从多个断层摄影角度α利用X射线束(21)照射对象(17)的同时采集多幅X射线图像。移动机构(11)适于将所述X射线探测器(7)绕枢轴旋转到一定位置，使得对于每个断层摄影角度α，X射线探测器(7)的探测表面(25)取向基本垂直于所述X射线束(21)。移动机构(11)适于将X射线探测器(7)移动到一定位置，使得X射线源(3)和探测器(7)之间的距离随着断层摄影角度α增大而增大，由此使得X射线探测器(7)能够在整个层析图像采集流程期间保持在扩大的外壳(5)之内。