X射線計算機斷層攝影系統和方法
2023-05-06 11:29:21 2
專利名稱：X射線計算機斷層攝影系統和方法
技術領域：
本發明涉及醫學成像領域，尤其涉及一種X射線計算機斷層攝影系統和方法。
背景技術：
在X射線計算機斷層成像(CT)系統中，劑量特性是一項非常重要的性能指標。使掃描劑量儘可能低已經成為當前CT系統發展的一個通用規則。在CT系統中，測量域(field of measurement, F0M)定義為在單次旋轉掃描中，X射線管旋轉360度的過程中待檢對象得到全輻射的橫截面區域，其決定了直接對待檢對象施加的掃描劑量和X射線照射區域的大由於人體大多數器官或組織的橫截面有近似橢圓形的外輪廓，對單次旋轉掃描而言，當X射線管在不同投影角度照射待檢對象時，目前大多數CT系統採用的固定圓形FOM 和不變開口的Phi準直器(即，扇束準直器)將會帶來對待檢對象周圍區域的額外曝光， 其中phi平面為機架中人體橫截面所在的平面。如圖1所示，為待檢對象為脊柱時，採用固定圓形FOM和不變開口的phi準直器進行CT掃描，對脊柱周圍區域帶來額外曝光的示意圖。圖中，當X射線管1發出的X射線對一脊柱橫截面13進行掃描時，由於採用固定圓形 FOM(如圖中圓形區域3所示，其直徑為50cm)和不變開口的phi準直器2，從而帶來額外的曝光區域41和42。儘管用這種方法對待檢對象進行CT掃描時，人體接受的X射線仍在安全劑量範圍內，但是我們總是希望在不影響成像質量的前提下，進一步減少待檢對象周圍區域接受到的X射線劑量。另一方面，由於脊柱橫截面13在X射線管不同投影角度下所需曝光的區域大小不等，所以在所述不同投影角度下帶來的額外曝光區域大小也不同，圖中區域42明顯多於區域41。如果準直器的開口能根據待檢對象各橫截面的不同大小對X射線管發出的X射線進行調整，同時還能根據X射線管的不同投影角度下同一橫截面曝光區域的變化來調整X射線，則FOM就能與準直器的開口寬度進行同步調整，這樣就可以進一步減少待檢對象周圍區域接受到的額外曝光。基於動態準直器預先定義感興趣區(Region of Interest, R0I)來確定FOM的大小方法是一種現有技術，其中ROI通常是指病變部位所在的人體區域，相當於本發明的待檢對象。但是這種方法僅對單次旋轉掃描用固定FOM提出了解決方案，而沒有考慮ROI在掃描方向上的大小變化和形狀變化，其中掃描方向為CT系統中檢查床進出機架的水平方向， 與phi平面垂直，通常為ζ軸方向。公開號為CN 1446517A的專利申請公開了一種X射線數據採集系統，其採用橢圓形截面或圓形截面，根據圖像的標準偏差的目標值、圖像的標準偏差的預計值和厚度因子計算出透過待檢對象體軸方向的預定角度範圍內的X射線的劑量值，並通過改變X射線管的管電流大小得以實現，但卻沒有改變準直器的開口，也沒有根據待檢對象在掃描方向的大小變化來相應地調整待檢對象的曝光區域
發明內容
有鑑於此，本發明提出一種X射線計算機斷層攝影系統和方法，以減少對待檢對象周圍區域的額外曝光，同時減少病人接受的X射線劑量。本發明提供一種包括X射線管、準直器和探測器的X射線計算機斷層攝影系統，用於對待檢對象在掃描方向上的複數個橢圓截面進行攝影，所述探測器包括複數個探測器通道，所述X射線管、準直器和探測器圍繞待檢對象同步旋轉，其特徵在於，所述準直器為一開口可調的準直器，所述系統還包括計算組件和調整組件，其中所述計算組件，用於計算分別照射每一橢圓截面所需準直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度，並將所述開口寬度傳送給所述調整組件；所述調整組件，用於根據所述開口寬度來調整所述準直器的開口。優選地，所述計算組件包括橢圓截面計算模塊和開口寬度計算模塊，其中所述橢圓截面計算模塊，用於分別計算每一橢圓截面的長軸和短軸在探測器上的投影值，並將所述投影值傳送給所述開口寬度計算模塊；所述開口寬度計算模塊，用於根據所述長軸和短軸的投影值，計算分別照射每一橢圓截面所需準直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度，並將所述開口寬度傳送給所述調整組件。優選地，所述橢圓截面計算模塊包括通道數目計算單元和比較單元，其中所述通道數目計算單元，用於根據待檢對象的前後位定位像和側位定位像，計算每一橢圓截面在兩幅定位像上分別覆蓋的探測器通道數目，並作為寬度投影值和厚度投影值傳送給所述比較單元；所述比較單元，用於比較所述每一橢圓截面的寬度投影值和厚度投影值，取二者中的較大者作為所述長軸的投影值，較小者作為所述短軸的投影值，並將所述長軸和短軸的投影值傳送給所述開口寬度計算模塊。進一步，所述橢圓截面計算模塊還包括外包絡生成單元，用於為待檢對象的前後位定位像和側位定位像分別生成一個關於掃描中心線對稱的外包絡，並將前後位定位像的外包絡作為所述前後位定位像、側位定位像的外包絡作為所述側位定位像傳送給所述通道數目計算單元。進一步，所述橢圓截面計算模塊還包括修正單元，用於在所述寬度投影值和/或所述厚度投影值上加一經驗值，並傳送給比較單元。優選地，所述開口寬度計算模塊包括弦投影值計算單元和開口寬度計算單元，其中所述弦投影值計算單元，用於根據所述橢圓截面計算模塊的長軸和短軸的投影值來分別計算每一橢圓截面在X射線管不同投影角度下在探測器上所覆蓋的通道數目，並作為弦投影值傳送給所述開口寬度計算單元；所述開口寬度計算單元，用於根據所述弦投影值計算單元的弦投影值來計算分別照射每一橢圓截面所需準直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度。優選地，所述準直器包括複數個葉片，所述葉片的間距通過調整組件來調整。優選地，所述準直器包括遮光板，所述遮光板通過調整組件來調整。本發明還提供一種X射線計算機斷層攝影方法，所述方法對待檢對象在掃描方向上的複數個橢圓截面進行攝影，包括如下步驟計算分別照射每一橢圓截面所需準直器在 X射線管不同投影角度下的開口寬度；根據所述開口寬度來調整所述準直器的開口。優選地，所述計算開口寬度包括計算每一橢圓截面的長軸和短軸在探測器上的投影值；根據所述長軸和短軸的投影值，計算分別照射每一橢圓截面所需準直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度。
優選地，所述計算長軸和短軸的投影值包括根據待檢對象的前後位定位像，分別計算每一橢圓截面所覆蓋的探測器通道數目，得到複數個寬度投影值，根據待檢對象的側位定位像，分別計算每一橢圓截面所覆蓋的探測器通道數目，得到複數個厚度投影值；比較每一橢圓截面的寬度投影值和厚度投影值，取二者中的較大者作為所述長軸的投影值，較小者作為所述短軸的投影值。優選地，所述計算長軸和短軸的投影值進一步包括為待檢對象的前後位定位像和側位定位像分別生成一個關於掃描中心線對稱的外包絡，將前後位定位像的外包絡作為所述前後位定位像、側位定位像的外包絡作為所述側位定位像。優選地，所述計算長軸和短軸的投影值進一步包括在所述寬度投影值和/或所述厚度投影值上加一經驗值。優選地，所述計算準直器的開口寬度包括根據所述長軸和短軸的投影值，分別計算每一橢圓截面在X射線管不同投影角度下在探測器上所覆蓋的通道數目，得到複數個弦投影值；根據所述弦投影值來計算所述準直器的開口寬度。 優選地，根據下述公式來計算所述準直器的開口寬度，^^ (α) = β· · Dfc，
其中，α為X射線管投影角度，W。pm(a)為所述準直器的開口寬度，W(ci)為當X射線管投影角度為α時，一橢圓截面的弦投影值，N為探測器的通道總數，β為覆蓋N個探測器通道的X射線扇形束角度，Dfc為X射線管焦點到所述準直器的距離。優選地，所述調整包括通過改變所述準直器的葉片間距或加在所述葉片上的遮光板來調整所述開口。從上述方案中可以看出，由於本發明根據待檢對象在掃描方向上複數個橢圓截面的不同大小以及同一橢圓截面在X射線管不同投影角度下的弦投影值來調整準直器的開口寬度，形成覆蓋待檢對象的複數個橢圓形F0M(即橢圓截面)，從而對待檢對象進行X射線斷層攝影，這就極大地減小了對待檢對象周圍區域的額外曝光，同時減少了病人接受的X 射線劑量。同時，本發明的橢圓截面與基於輪廓識別技術的定位像相結合，從而能依據不同的待檢對象得到減少X射線劑量的最佳設置，即設置準直器的開口寬度和橢圓截面的大小。另外，由於本發明可採用遮光板來調整準直器的開口，基於現有的CT系統容易實現。
圖1為在常規CT掃描中用固定圓形FOM和不變開口的phi準直器對脊柱進行CT 掃描，對脊柱周圍區域帶來額外曝光的示意圖。圖2為模擬人體平躺時脊柱的定位像及其外輪廓示意圖，其中圖2A是脊柱的前後位定位像及其外輪廓的示意圖，圖2B是脊柱的側位定位像及其外輪廓的示意圖。圖3為分別為圖2的前後位定位像和側位定位像生成的關於掃描中心線對稱的外包絡示意圖，其中圖3A是為圖2A的前後位定位像生成的關於掃描中心線對稱的外包絡示意圖，圖3B是為圖2B的側位定位像生成的關於掃描中心線對稱的外包絡示意圖。圖4是一脊柱橢圓截面的長軸和短軸的投影值的示意圖。圖5是根據X射線管不同投影角度下的弦投影值來計算phi準直器的開口寬度的幾何關係示意圖。
圖6是本發明CT系統的組件示意圖。圖7是本發明CT系統的計算組件第一實施例的組成示意圖。圖8是本發明CT系統的計算組件第二實施例的組成示意圖。圖9是本發明CT系統的計算組件第二實施例的組成示意圖。圖10是本發明CT攝影方法第一實施例的流程圖。圖11是本發明CT攝影方法第二實施例的流程圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，以下舉實施例對本發明進一步詳細說明。由於人體大多數器官或組織的橫截面有近似橢圓形的外輪廓，所以本發明中待檢對象的橫截面為橢圓截面，通過分別計算待檢對象在掃描方向上複數個橢圓截面的長軸和短軸在探測器處的投影值，利用相似三角形的性質可以反推出這複數個橢圓截面各自的長軸和短軸的大小，也就確定了每一個橢圓截面的壓扁程度和大小。本發明根據待檢對象在掃描方向上複數個橢圓截面的不同大小以及同一橢圓截面在X射線管不同投影角度下的弦投影值來計算準直器的開口寬度，並根據所述開口寬度來調整準直器的開口，從而對待檢對象進行CT掃描，以減少對待檢對象周圍區域的額外曝光，同時減少病人接受的X射線劑量。在本發明中，待檢對象可以是人體的某個區域，也可以是人體的某個器官或組織。 本發明的實施例中待檢對象為脊柱，掃描方向(即檢查床進出機架的水平方向)為ζ軸方向。由於目前CT系統中通常採用phi準直器，因此本發明的所有實施例中，以phi準直器為例進行說明。本發明的CT系統用於對脊柱在掃描方向上的複數個橢圓截面進行攝影，如圖6所示是本發明CT系統的組件示意圖，包括計算組件30、調整組件31、準直器32和圖6中未示出的X射線管和探測器，其中X射線管、準直器和探測器圍繞脊柱同步旋轉，探測器包括複數個探測器通道，準直器32為一開口可調的準直器，計算組件30用於計算分別照射每一橢圓截面所需扇束準直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度，並將所述開口寬度傳送給調整組件31，調整組件31用於根據所述開口寬度來調整準直器32的開口。這裡的準直器 32也就是實施例中開口可調的phi準直器。圖7是本發明CT系統的計算組件第一實施例的組成示意圖。本實施例中計算組件30包括橢圓截面計算模塊301和開口寬度計算模塊302。其中橢圓截面計算模塊301用於分別計算每一橢圓截面的長軸和短軸在探測器上的投影值，並將所述投影值傳送給開口寬度計算模塊302，開口寬度計算模塊302用於根據所述長軸和短軸的投影值，計算分別照射每一橢圓截面所需扇束準直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度，並將所述開口寬度傳送給調整組件31。圖8是本發明CT系統的計算組件第二實施例的組成示意圖。本實施例中，計算組件30包括橢圓截面計算模塊40和開口寬度計算模塊41 ；具體地，橢圓截面計算模塊40又包括通道數目計算單元401和比較單元402，開口寬度計算模塊41又包括弦投影值計算單元411和開口寬度計算單元412。其中
通道數目計算單元401，用於根據脊柱的前後位定位像和側位定位像，計算每一橢圓截面在兩幅定位像上分別覆蓋的探測器通道數目，並作為寬度投影值和厚度投影值傳送給所述比較單元402。圖2示意了待檢對象為脊柱時，模擬了人體平躺時脊柱的前後位定位像及其外輪廓和側位定位像及其外輪廓。其中圖2A為人體平躺時，X射線管在90度或270度(即豎直方向)對脊柱進行照射，得到脊柱的前後位(A.P)定位像的示意圖。圖2B為人體平躺時，X 射線管在0度或180度(即水平方向)對脊柱進行照射，得到脊柱的側位(Lat)定位像的示意圖。這兩幅圖的橫坐標都是沿ζ軸方向的掃描位置，單位是mm，縱坐標為在探測器處覆蓋的通道數目，單位為通道個數。這兩幅圖中的區域16為脊柱，區域18為胸腔。另外，圖 2A中脊柱16的A. P定位像的外輪廓19和圖2B中脊柱16的Lat定位像的外輪廓17都是由CT系統基於輪廓識別技術得到的，相比醫生根據A. P定位像和Lat定位像來粗略估計脊柱輪廓的方法，CT系統的輪廓識別技術能得到更為精確的脊柱輪廓，從而使對脊柱進行CT 掃描時能較佳地減少X射線對脊柱周圍區域的額外曝光。在得到脊柱16的A. P定位像的外輪廓19和Lat定位像的外輪廓17後，就可以按照下式(1)來計算在ζ軸方向上脊柱16的每一橢圓截面在兩幅定位像上分別覆蓋的探測器通道數目。V(90) = %(90)- (90)+1V(O) = %(0)-nL(0)+l(1)其中V(90)是寬度投影值，V(O)是厚度投影值。如圖4所示，為一脊柱橢圓截面的長軸和短軸的投影值的示意圖，區域13即圖1所示的脊柱橫截面13，該脊柱橫截面13所在的橢圓FOM即橢圓截面15。寬度投影值V(90)是根據A. P定位像的外輪廓19得到在ζ 軸方向上脊柱16的一橢圓截面15在探測器處覆蓋的通道數目，％(90)和 (90)分別是該橢圓截面15所覆蓋的探測器通道的上端通道編號51和下端通道編號52，厚度投影值V(O) 是根據Lat定位像的外輪廓17得到該橢圓截面15在探測器處覆蓋的通道數目，％(0)和 (0)分別是該橢圓截面15所覆蓋的探測器通道的上端通道編號53和下端通道編號54。比較單元402，用於比較所述每一橢圓截面的寬度投影值和厚度投影值，取二者中的較大者作為所述長軸的投影值W_g，較小者作為所述短軸的投影值wsh。rt，並將所述長軸和短軸的投影值傳送給弦投影值計算單元411。如圖4所示，由於圖中該橢圓截面15的寬度投影值V(90) >厚度投影值V(0)，所以V(90)為長軸的投影值Wkmg,即通道編號51和通道編號52之間所包括的通道，如附圖標記6所示，V (0)為短軸的投影值Wsh。,，即通道編號53和通道編號54之間所包括的通道，如附圖標記7所示。於是根據Wtalg和Wstot並利用相似三角形的性質就可以反推出該橢圓截面15的長軸和短軸的大小，也就確定了橢圓截面15的壓扁程度和大小。進一步，橢圓截面計算模塊40又包括修正單元403，用於在所述寬度投影值和/或所述厚度投影值上加一經驗值，並傳送給比較單元402。根據掃描對象的特點和醫生的經驗在V(90)和/或V(O)上加一經驗值，以得到待檢對象所覆蓋通道數目的更精確值，如下式(2)所示。V' (90) =V (90)+ AlongV' (0) =V(O)+ Ashort (2)
其中，V' (90)為修正後的寬度投影值，V' (0)為修正後的厚度投影值，八_8和 Δ sh。rt都為經驗值，可根據掃描對象的特點和醫生的經驗設置為正值，負值，或者0，為了簡化計算，在本發明的所有實施例中將這兩個經驗值都設為0，於是在本發明的所有實施例中都是直接比較寬度投影值和厚度投影值的大小。弦投影值計算單元411，用於根據所述橢圓截面計算模塊的長軸的投影值Wkmgt和短軸的投影值Wstot來分別計算每一橢圓截面在X射線管不同投影角度下在探測器上所覆蓋的通道數目，並作為弦投影值傳送給開口寬度計算單元412。根據橢圓形的弦長計算公式，按下式(3)來計算該橢圓截面在X射線管不同投影角度下在探測器處的弦投影值。
W 參妒 Tjri \Long Short『⑷=ι22 , =T ⑶ y ^Long .(sinar+^io,,.(cos ar其中α是X射線管的投影角度，如圖5中的角度10所示，W(a)為弦投影值14， 即在投影角度為α時橢圓截面15在探測器處覆蓋的通道數目。開口寬度計算單元412，用於根據弦投影值計算單元411的弦投影值來計算分別照射每一橢圓截面所需扇束準直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度。在圖5中示意了根據在X射線管不同投影角度下的弦投影值來計算phi準直器開口寬度的幾何關係。開口寬度計算單元412首先根據弦投影值計算單元411的弦投影值W( α)按下式 ⑷來計算X射線扇形束角度β open(a )。βορεη{α) = β.^ψ-(4)其中，N是探測器5的所有通道數目，β是X射線扇形束的最大角度，如圖5中的角度8所示，其覆蓋了探測器的N個通道，β。ρ (α)是弦投影值為W(a)時的X射線扇形束角度，如圖5中的角度9所示。接著，開口寬度計算單元412再根據β。ρ (α)按下式(5)來計算phi準直器21 在X射線管投影角度為α時的開口寬度w。pm(a)。Wopen(a) = βορεη(α) -Dfc(5)其中，Df。是X射線管1的焦點到phi準直器21的距離，如圖5中距離12所示， W。pm(a)是phi準直器21在投影角度為α時的開口寬度，如圖5中開口寬度11所示。圖 5中的phi準直器21不同於圖1中的phi準直器2，這裡的phi準直器21是可調開口的。圖9是本發明CT系統的計算組件第三實施例的組成示意圖。本實施例中，計算組件30包括橢圓截面計算模塊50和開口寬度計算模塊51 ；具體地，橢圓截面計算模塊50又包括外包絡生成單元501、通道數目計算單元502和比較單元503，開口寬度計算模塊51又包括弦投影值計算單元511和開口寬度計算單元512。其中外包絡生成單元501，用於為脊柱的前後位定位像和側位定位像分別生成一個關於掃描中心線對稱的外包絡，並將前後位定位像的外包絡作為所述前後位定位像、側位定位像的外包絡作為所述側位定位像傳送給通道數目計算單元502。如圖2所示，為脊柱的前後位定位像及其外輪廓和側位定位像及其外輪廓的示意圖。由於前後位定位像外輪廓和側位定位像外輪廓不一定關於掃描中心線對稱，如圖2B所示，脊柱的側位定位像的外輪廓17關於掃描中心線(如圖2B中的點劃線所示)並不是對稱
9的，圖2A中脊柱的前後位定位像的外輪廓19關於掃描中心線(如圖2A中的點劃線所示) 大致是對稱的，而通常X射線管發出的X射線束關於掃描中心線是對稱的，於是當關於掃描中心線對稱的X射線束對如圖2B所示的待檢對象進行掃描時，就會導致一部分待檢對象的周圍區域接受了 X射線的額外曝光，而另一部分待檢對象則仍有一小部分沒有接受到X射線的曝光。因此有必要為前後位定位像和側位定位像分別生成一個關於掃描中心線對稱的外包絡。這種對稱外包絡可通過CT系統的一個外包絡函數或程序來實現，以能更完整地包含待檢對象。如3所示，是分別為圖2的前後位定位像和側位定位像生成的關於掃描中心線對稱的外包絡示意圖，其中圖3A是為圖2A的前後位定位像生成的關於掃描中心線對稱的外包絡示意圖，圖3B是為圖2B的側位定位像生成的關於掃描中心線對稱的外包絡示意圖。圖 3A和3B的橫坐標都是沿ζ軸方向的掃描位置，單位是mm，縱坐標都是在探測器處覆蓋的通道數目，單位是通道個數。圖3A的虛線是CT系統為脊柱的前後位定位像生成的關於掃描中心線對稱的外包絡W(90)，圖3B的點線是CT系統為脊柱的側位定位像生成的關於掃描中心線對稱的外包絡W(O)。接著外包絡生成單元501將圖3的前後位定位像的外包絡W(90)作為所述前後位定位像、側位定位像的外包絡W(O)作為所述側位定位像傳送給通道數目計算單元502。
通道數目計算單元502，同通道數目計算單元401。比較單元503，同比較單元402。進一步，橢圓截面計算模塊50又包括修正單元504，同修正單元403。弦投影值計算單元511，同弦投影值計算單元411。開口寬度計算單元512，同開口寬度計算單元412。在本發明CT系統的計算組件的三個實施例中，經過計算得到phi準直器在X射線管投影角度為α時的開口寬度W。pm(a)，接下來圖6中的調整組件31就根據來自計算組件的開口寬度W。pen( α)來調整準直器32的開口。優選地，準直器32包括複數個葉片，所述葉片的間距是可調整的，這樣就可根據W。pm( α )由調整組件來直接調整phi準直器的葉片的間距。不過這種設計改變了 Phi準直器的原有設計，在實現方式上比較複雜。可替代地，本發明的發明人提出一種在準直器上增加遮光板的設計，根據 Wopen(a)由調整組件來調整遮光板從而達到調整準直器開口的目的。由於現有技術中phi 準直器是不變開口的，本發明只需用遮光板遮住其部分開口，即能達到改變其開口寬度的目的。這種設計相比準直器葉片可調整的設計，由於不需要改變準直器的原有設計在實現方式上更加簡單，也節省了成本。調整組件根據W。pm(a)按照如下方式來調整遮光板對某一橢圓截面進行掃描時，可以選擇常規CT系統中phi準直器的一個大開口，其能對該橢圓截面進行完全曝光，接著調整組件根據接收到的W。pm( a )來調整遮光板，使遮光板遮住phi準直器的部分開口從而達到改變Phi準直器開口寬度的目的，隨著CT系統的檢查床向機架方向移動和X射線管投影角度的變化，調整組件接收到下一個開口寬度W。pm( δ ) ( δ為X射線管投影角度)，再根據W。pm(S)來調整遮光板，若W。pm(S) Wopen (a )，則使遮光板朝向使phi準直器開口寬度變大的方向移動，這樣就實現了調整組件根據來自計算組件的開口寬度來調整準直器的開口的目的。本發明還提供一種X射線計算機斷層攝影方法，所述方法對脊柱在掃描方向上的複數個橢圓截面進行攝影，如圖10所示為本發明CT攝影方法第一實施例的流程圖，包括步驟 601-605。步驟601，根據脊柱的前後位定位像，分別計算在ζ軸方向上脊柱每一橢圓截面所覆蓋的探測器通道數目，得到複數個寬度投影值，根據脊柱的側位定位像，分別計算在ζ軸方向上脊柱每一橢圓截面所覆蓋的探測器通道數目，得到複數個厚度投影值。 本步驟中，如在通道數目計算單元401中所述，在得到脊柱的A. P定位像的外輪廓和Lat定位像的外輪廓後，按照式(1)來計算在ζ軸方向上脊柱的每一橢圓橫截在兩幅定位像的外輪廓上分別覆蓋的探測器通道數目，得到寬度投影值V (90)和厚度投影值V(O)。步驟602，比較每一橢圓截面的寬度投影值V(90)和厚度投影值V(0)，取二者中的較大者作為該橢圓截面長軸的投影值l。ng，較小者作為該橢圓截面短軸的投影值Wsh。rt。步驟603，根據每一橢圓截面的長軸的投影值W^mg和短軸的投影值義！^㈣，分別計算每一橢圓截面在χ射線管不同投影角度下在探測器上所覆蓋的通道數目，得到複數個弦投影值。本步驟中，可按式(3)來計算每一橢圓截面在X射線管不同投影角度α下在探測器處的弦投影值W(a)。步驟604，根據弦投影值W(a)來計算phi準直器的開口寬度。本步驟中，可根據式(4)_(5)來計算phi準直器的開口寬度。步驟605，根據所述開口寬度來調整phi準直器的開口。所述調整包括通過改變所述準直器的葉片的間距或加在所述準直器上的遮光板來調整所述開口。在本發明CT系統的調整組件中已具體說明了這兩種調整方式，這裡不再贅述。進一步，本發明CT攝影方法還包括步驟606，在所述寬度投影值和/或所述厚度投影值上加一經驗值。可根據掃描對象的特點和醫生的經驗按式(2)在V(90)和/或V(O)上加一經驗值，以得到待檢對象所覆蓋通道數目的更精確值，正如在通道數目計算單元401中所述，將這兩個經驗值都設為0以簡化計算。圖11是本發明CT攝影方法第二實施例的流程圖，包括步驟701-706。步驟701，為脊柱的前後位定位像和側位定位像分別生成一個關於掃描中心線對稱的外包絡，如圖3所示，並將前後位定位像的外包絡作為所述前後位定位像、側位定位像的外包絡作為所述側位定位像。在本發明CT系統的計算組件第三實施例中的外包絡生成單元501已說明了為脊柱的兩幅定位像生成關於掃描中心線對稱的外包絡的原因和作用，這裡不再贅述。在本步驟中，CT系統通過一個外包絡函數或程序為脊柱的前後位定位像生成一個關於掃描中心線對稱的外包絡，為脊柱側位定位像也生成關一個於掃描中心線對稱的外包絡。步驟702，同步驟601。步驟703，同步驟602。步驟704，同步驟603。
步驟705，同步驟604。步驟706，同步驟605。進一步，本發明CT攝影方法還包括步驟707，同步驟606。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種包括X射線管、準直器和探測器的X射線計算機斷層攝影系統，用於對待檢對象在掃描方向上的複數個橢圓截面進行攝影，所述探測器包括複數個探測器通道，所述X射線管、準直器和探測器圍繞待檢對象同步旋轉，其特徵在於，所述準直器為一開口可調的準直器，所述系統還包括計算組件和調整組件，其中所述計算組件，用於計算分別照射每一橢圓截面所需準直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度，並將所述開口寬度傳送給所述調整組件；所述調整組件，用於根據所述開口寬度來調整所述準直器的開口。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述計算組件包括橢圓截面計算模塊和開口寬度計算模塊，其中所述橢圓截面計算模塊，用於分別計算每一橢圓截面的長軸和短軸在探測器上的投影值，並將所述投影值傳送給所述開口寬度計算模塊；所述開口寬度計算模塊，用於根據所述長軸和短軸的投影值，計算分別照射每一橢圓截面所需準直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度，並將所述開口寬度傳送給所述調整組件。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述橢圓截面計算模塊包括通道數目計算單元和比較單元，其中所述通道數目計算單元，用於根據待檢對象的前後位定位像和側位定位像，計算每一橢圓截面在兩幅定位像上分別覆蓋的探測器通道數目，並作為寬度投影值和厚度投影值傳送給所述比較單元；所述比較單元，用於比較所述每一橢圓截面的寬度投影值和厚度投影值，取二者中的較大者作為所述長軸的投影值，較小者作為所述短軸的投影值，並將所述長軸和短軸的投影值傳送給所述開口寬度計算模塊。
4.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述橢圓截面計算模塊進一步包括外包絡生成單元，用於為待檢對象的前後位定位像和側位定位像分別生成一個關於掃描中心線對稱的外包絡，並將前後位定位像的外包絡作為所述前後位定位像、側位定位像的外包絡作為所述側位定位像傳送給所述通道數目計算單元。
5.根據權利要求3的系統，其特徵在於，所述橢圓截面計算模塊進一步包括修正單元，用於在所述寬度投影值和/或所述厚度投影值上加一經驗值，並傳送給所述比較單元。
6.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述開口寬度計算模塊包括弦投影值計算單元和開口寬度計算單元，其中所述弦投影值計算單元，用於根據所述橢圓截面計算模塊的長軸和短軸的投影值來分別計算每一橢圓截面在X射線管不同投影角度下在探測器上所覆蓋的通道數目，並作為弦投影值傳送給所述開口寬度計算單元；所述開口寬度計算單元，用於根據所述弦投影值計算單元的弦投影值來計算分別照射每一橢圓截面所需準直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度。
7.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述準直器包括複數個葉片，所述葉片的間距通過調整組件來調整。
8.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述準直器包括遮光板，所述遮光板通過調整組件來調整。
9.一種X射線計算機斷層攝影方法，所述方法對待檢對象在掃描方向上的複數個橢圓截面進行攝影，包括如下步驟計算分別照射每一橢圓截面所需準直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度；根據所述開口寬度來調整所述準直器的開口。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述計算開口寬度包括計算每一橢圓截面的長軸和短軸在探測器上的投影值；根據所述長軸和短軸的投影值，計算分別照射每一橢圓截面所需準直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述計算長軸和短軸的投影值包括根據待檢對象的前後位定位像，分別計算每一橢圓截面所覆蓋的探測器通道數目，得到複數個寬度投影值，根據待檢對象的側位定位像，分別計算每一橢圓截面所覆蓋的探測器通道數目，得到複數個厚度投影值；比較每一橢圓截面的寬度投影值和厚度投影值，取二者中的較大者作為所述長軸的投影值，較小者作為所述短軸的投影值。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述計算長軸和短軸的投影值進一步包括為待檢對象的前後位定位像和側位定位像分別生成一個關於掃描中心線對稱的外包絡，將前後位定位像的外包絡作為所述前後位定位像、側位定位像的外包絡作為所述側位定位像。
13.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述計算長軸和短軸的投影值進一步包括在所述寬度投影值和/或所述厚度投影值上加一經驗值。
14.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述計算準直器的開口寬度包括根據所述長軸和短軸的投影值，分別計算每一橢圓截面在X射線管不同投影角度下在探測器上所覆蓋的通道數目，得到複數個弦投影值；根據所述弦投影值來計算所述準直器的開口寬度。
15.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於，根據下述公式來計算所述準直器的開口寬度，^=其中，α為X射線管投影角度，W。pm(a)為所述準直器的開口寬度，W(ci)為當X射線管投影角度為α時，一橢圓截面的弦投影值，N為探測器的通道總數，β為覆蓋N個探測器通道的X射線扇形束角度，Dfc為X射線管焦點到所述準直器的距離。
16.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述調整包括通過改變所述準直器的葉片的間距或加在所述準直器上的遮光板來調整所述開口。
全文摘要
本發明公開了一種X射線計算機斷層攝影系統，其包括X射線管、準直器和探測器，用於對待檢對象在掃描方向上的複數個橢圓截面進行攝影，所述探測器包括複數個探測器通道，所述X射線管、準直器和探測器圍繞待檢對象同步旋轉，所述準直器為一開口可調的準直器，所述系統還包括計算組件和調整組件，所述計算組件用於計算分別照射每一橢圓截面所需準直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度，並將所述開口寬度傳送給所述調整組件；所述調整組件用於根據所述開口寬度來調整所述準直器的開口。本發明還公開了一種X射線計算機斷層攝影方法。採用本發明的系統和方法，能減少對待檢對象周圍區域的額外曝光，並減少病人接受的X射線劑量。
文檔編號A61B6/03GK102397079SQ201010286358
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月19日 優先權日2010年9月19日
發明者田毅, 陳馬昊 申請人:上海西門子醫療器械有限公司