專利名稱：X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，尤其涉及一種X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在X射線計(jì)算機(jī)斷層成像(CT)系統(tǒng)中，劑量特性是一項(xiàng)非常重要的性能指標(biāo)。使掃描劑量盡可能低已經(jīng)成為當(dāng)前CT系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)通用規(guī)則。在CT系統(tǒng)中，測(cè)量域(field of measurement, F0M)定義為在單次旋轉(zhuǎn)掃描中，X射線管旋轉(zhuǎn)360度的過程中待檢對(duì)象得到全輻射的橫截面區(qū)域，其決定了直接對(duì)待檢對(duì)象施加的掃描劑量和X射線照射區(qū)域的大由于人體大多數(shù)器官或組織的橫截面有近似橢圓形的外輪廓，對(duì)單次旋轉(zhuǎn)掃描而言，當(dāng)X射線管在不同投影角度照射待檢對(duì)象時(shí)，目前大多數(shù)CT系統(tǒng)采用的固定圓形FOM 和不變開口的Phi準(zhǔn)直器(即，扇束準(zhǔn)直器)將會(huì)帶來對(duì)待檢對(duì)象周圍區(qū)域的額外曝光， 其中phi平面為機(jī)架中人體橫截面所在的平面。如圖1所示，為待檢對(duì)象為脊柱時(shí)，采用固定圓形FOM和不變開口的phi準(zhǔn)直器進(jìn)行CT掃描，對(duì)脊柱周圍區(qū)域帶來額外曝光的示意圖。圖中，當(dāng)X射線管1發(fā)出的X射線對(duì)一脊柱橫截面13進(jìn)行掃描時(shí)，由于采用固定圓形 FOM(如圖中圓形區(qū)域3所示，其直徑為50cm)和不變開口的phi準(zhǔn)直器2，從而帶來額外的曝光區(qū)域41和42。盡管用這種方法對(duì)待檢對(duì)象進(jìn)行CT掃描時(shí)，人體接受的X射線仍在安全劑量范圍內(nèi)，但是我們總是希望在不影響成像質(zhì)量的前提下，進(jìn)一步減少待檢對(duì)象周圍區(qū)域接受到的X射線劑量。另一方面，由于脊柱橫截面13在X射線管不同投影角度下所需曝光的區(qū)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(qū)域大小也不同，圖中區(qū)域42明顯多于區(qū)域41。如果準(zhǔn)直器的開口能根據(jù)待檢對(duì)象各橫截面的不同大小對(duì)X射線管發(fā)出的X射線進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)還能根據(jù)X射線管的不同投影角度下同一橫截面曝光區(qū)域的變化來調(diào)整X射線，則FOM就能與準(zhǔn)直器的開口寬度進(jìn)行同步調(diào)整，這樣就可以進(jìn)一步減少待檢對(duì)象周圍區(qū)域接受到的額外曝光。基于動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直器預(yù)先定義感興趣區(qū)(Region of Interest, R0I)來確定FOM的大小方法是一種現(xiàn)有技術(shù)，其中ROI通常是指病變部位所在的人體區(qū)域，相當(dāng)于本發(fā)明的待檢對(duì)象。但是這種方法僅對(duì)單次旋轉(zhuǎn)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?yàn)镃T系統(tǒng)中檢查床進(jìn)出機(jī)架的水平方向， 與phi平面垂直，通常為ζ軸方向。公開號(hào)為CN 1446517A的專利申請(qǐng)公開了一種X射線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其采用橢圓形截面或圓形截面，根據(jù)圖像的標(biāo)準(zhǔn)偏差的目標(biāo)值、圖像的標(biāo)準(zhǔn)偏差的預(yù)計(jì)值和厚度因子計(jì)算出透過待檢對(duì)象體軸方向的預(yù)定角度范圍內(nèi)的X射線的劑量值，并通過改變X射線管的管電流大小得以實(shí)現(xiàn)，但卻沒有改變準(zhǔn)直器的開口，也沒有根據(jù)待檢對(duì)象在掃描方向的大小變化來相應(yīng)地調(diào)整待檢對(duì)象的曝光區(qū)域
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提出一種X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)和方法，以減少對(duì)待檢對(duì)象周圍區(qū)域的額外曝光，同時(shí)減少病人接受的X射線劑量。本發(fā)明提供一種包括X射線管、準(zhǔn)直器和探測(cè)器的X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)，用于對(duì)待檢對(duì)象在掃描方向上的復(fù)數(shù)個(gè)橢圓截面進(jìn)行攝影，所述探測(cè)器包括復(fù)數(shù)個(gè)探測(cè)器通道，所述X射線管、準(zhǔn)直器和探測(cè)器圍繞待檢對(duì)象同步旋轉(zhuǎn)，其特征在于，所述準(zhǔn)直器為一開口可調(diào)的準(zhǔn)直器，所述系統(tǒng)還包括計(jì)算組件和調(diào)整組件，其中所述計(jì)算組件，用于計(jì)算分別照射每一橢圓截面所需準(zhǔn)直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度，并將所述開口寬度傳送給所述調(diào)整組件；所述調(diào)整組件，用于根據(jù)所述開口寬度來調(diào)整所述準(zhǔn)直器的開口。優(yōu)選地，所述計(jì)算組件包括橢圓截面計(jì)算模塊和開口寬度計(jì)算模塊，其中所述橢圓截面計(jì)算模塊，用于分別計(jì)算每一橢圓截面的長軸和短軸在探測(cè)器上的投影值，并將所述投影值傳送給所述開口寬度計(jì)算模塊；所述開口寬度計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述長軸和短軸的投影值，計(jì)算分別照射每一橢圓截面所需準(zhǔn)直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度，并將所述開口寬度傳送給所述調(diào)整組件。優(yōu)選地，所述橢圓截面計(jì)算模塊包括通道數(shù)目計(jì)算單元和比較單元，其中所述通道數(shù)目計(jì)算單元，用于根據(jù)待檢對(duì)象的前后位定位像和側(cè)位定位像，計(jì)算每一橢圓截面在兩幅定位像上分別覆蓋的探測(cè)器通道數(shù)目，并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，用于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，并將所述長軸和短軸的投影值傳送給所述開口寬度計(jì)算模塊。進(jìn)一步，所述橢圓截面計(jì)算模塊還包括外包絡(luò)生成單元，用于為待檢對(duì)象的前后位定位像和側(cè)位定位像分別生成一個(gè)關(guān)于掃描中心線對(duì)稱的外包絡(luò)，并將前后位定位像的外包絡(luò)作為所述前后位定位像、側(cè)位定位像的外包絡(luò)作為所述側(cè)位定位像傳送給所述通道數(shù)目計(jì)算單元。進(jìn)一步，所述橢圓截面計(jì)算模塊還包括修正單元，用于在所述寬度投影值和/或所述厚度投影值上加一經(jīng)驗(yàn)值，并傳送給比較單元。優(yōu)選地，所述開口寬度計(jì)算模塊包括弦投影值計(jì)算單元和開口寬度計(jì)算單元，其中所述弦投影值計(jì)算單元，用于根據(jù)所述橢圓截面計(jì)算模塊的長軸和短軸的投影值來分別計(jì)算每一橢圓截面在X射線管不同投影角度下在探測(cè)器上所覆蓋的通道數(shù)目，并作為弦投影值傳送給所述開口寬度計(jì)算單元；所述開口寬度計(jì)算單元，用于根據(jù)所述弦投影值計(jì)算單元的弦投影值來計(jì)算分別照射每一橢圓截面所需準(zhǔn)直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度。優(yōu)選地，所述準(zhǔn)直器包括復(fù)數(shù)個(gè)葉片，所述葉片的間距通過調(diào)整組件來調(diào)整。優(yōu)選地，所述準(zhǔn)直器包括遮光板，所述遮光板通過調(diào)整組件來調(diào)整。本發(fā)明還提供一種X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影方法，所述方法對(duì)待檢對(duì)象在掃描方向上的復(fù)數(shù)個(gè)橢圓截面進(jìn)行攝影，包括如下步驟計(jì)算分別照射每一橢圓截面所需準(zhǔn)直器在 X射線管不同投影角度下的開口寬度；根據(jù)所述開口寬度來調(diào)整所述準(zhǔn)直器的開口。優(yōu)選地，所述計(jì)算開口寬度包括計(jì)算每一橢圓截面的長軸和短軸在探測(cè)器上的投影值；根據(jù)所述長軸和短軸的投影值，計(jì)算分別照射每一橢圓截面所需準(zhǔn)直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度。
優(yōu)選地，所述計(jì)算長軸和短軸的投影值包括根據(jù)待檢對(duì)象的前后位定位像，分別計(jì)算每一橢圓截面所覆蓋的探測(cè)器通道數(shù)目，得到復(fù)數(shù)個(gè)寬度投影值，根據(jù)待檢對(duì)象的側(cè)位定位像，分別計(jì)算每一橢圓截面所覆蓋的探測(cè)器通道數(shù)目，得到復(fù)數(shù)個(gè)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(yōu)選地，所述計(jì)算長軸和短軸的投影值進(jìn)一步包括為待檢對(duì)象的前后位定位像和側(cè)位定位像分別生成一個(gè)關(guān)于掃描中心線對(duì)稱的外包絡(luò)，將前后位定位像的外包絡(luò)作為所述前后位定位像、側(cè)位定位像的外包絡(luò)作為所述側(cè)位定位像。優(yōu)選地，所述計(jì)算長軸和短軸的投影值進(jìn)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(jīng)驗(yàn)值。優(yōu)選地，所述計(jì)算準(zhǔn)直器的開口寬度包括根據(jù)所述長軸和短軸的投影值，分別計(jì)算每一橢圓截面在X射線管不同投影角度下在探測(cè)器上所覆蓋的通道數(shù)目，得到復(fù)數(shù)個(gè)弦投影值；根據(jù)所述弦投影值來計(jì)算所述準(zhǔn)直器的開口寬度。 優(yōu)選地，根據(jù)下述公式來計(jì)算所述準(zhǔn)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(zhǔn)直器的開口寬度，W(ci)為當(dāng)X射線管投影角度為α?xí)r，一橢圓截面的弦投影值，N為探測(cè)器的通道總數(shù)，β為覆蓋N個(gè)探測(cè)器通道的X射線扇形束角度，Dfc為X射線管焦點(diǎn)到所述準(zhǔn)直器的距離。優(yōu)選地，所述調(diào)整包括通過改變所述準(zhǔn)直器的葉片間距或加在所述葉片上的遮光板來調(diào)整所述開口。從上述方案中可以看出，由于本發(fā)明根據(jù)待檢對(duì)象在掃描方向上復(fù)數(shù)個(gè)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(diào)整準(zhǔn)直器的開口寬度，形成覆蓋待檢對(duì)象的復(fù)數(shù)個(gè)橢圓形F0M(即橢圓截面)，從而對(duì)待檢對(duì)象進(jìn)行X射線斷層攝影，這就極大地減小了對(duì)待檢對(duì)象周圍區(qū)域的額外曝光，同時(shí)減少了病人接受的X 射線劑量。同時(shí)，本發(fā)明的橢圓截面與基于輪廓識(shí)別技術(shù)的定位像相結(jié)合，從而能依據(jù)不同的待檢對(duì)象得到減少X射線劑量的最佳設(shè)置，即設(shè)置準(zhǔn)直器的開口寬度和橢圓截面的大小。另外，由于本發(fā)明可采用遮光板來調(diào)整準(zhǔn)直器的開口，基于現(xiàn)有的CT系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)。


圖1為在常規(guī)CT掃描中用固定圓形FOM和不變開口的phi準(zhǔn)直器對(duì)脊柱進(jìn)行CT 掃描，對(duì)脊柱周圍區(qū)域帶來額外曝光的示意圖。圖2為模擬人體平躺時(shí)脊柱的定位像及其外輪廓示意圖，其中圖2A是脊柱的前后位定位像及其外輪廓的示意圖，圖2B是脊柱的側(cè)位定位像及其外輪廓的示意圖。圖3為分別為圖2的前后位定位像和側(cè)位定位像生成的關(guān)于掃描中心線對(duì)稱的外包絡(luò)示意圖，其中圖3A是為圖2A的前后位定位像生成的關(guān)于掃描中心線對(duì)稱的外包絡(luò)示意圖，圖3B是為圖2B的側(cè)位定位像生成的關(guān)于掃描中心線對(duì)稱的外包絡(luò)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(jù)X射線管不同投影角度下的弦投影值來計(jì)算phi準(zhǔn)直器的開口寬度的幾何關(guān)系示意圖。
圖6是本發(fā)明CT系統(tǒng)的組件示意圖。圖7是本發(fā)明CT系統(tǒng)的計(jì)算組件第一實(shí)施例的組成示意圖。圖8是本發(fā)明CT系統(tǒng)的計(jì)算組件第二實(shí)施例的組成示意圖。圖9是本發(fā)明CT系統(tǒng)的計(jì)算組件第二實(shí)施例的組成示意圖。圖10是本發(fā)明CT攝影方法第一實(shí)施例的流程圖。圖11是本發(fā)明CT攝影方法第二實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。由于人體大多數(shù)器官或組織的橫截面有近似橢圓形的外輪廓，所以本發(fā)明中待檢對(duì)象的橫截面為橢圓截面，通過分別計(jì)算待檢對(duì)象在掃描方向上復(fù)數(shù)個(gè)橢圓截面的長軸和短軸在探測(cè)器處的投影值，利用相似三角形的性質(zhì)可以反推出這復(fù)數(shù)個(gè)橢圓截面各自的長軸和短軸的大小，也就確定了每一個(gè)橢圓截面的壓扁程度和大小。本發(fā)明根據(jù)待檢對(duì)象在掃描方向上復(fù)數(shù)個(gè)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(jì)算準(zhǔn)直器的開口寬度，并根據(jù)所述開口寬度來調(diào)整準(zhǔn)直器的開口，從而對(duì)待檢對(duì)象進(jìn)行CT掃描，以減少對(duì)待檢對(duì)象周圍區(qū)域的額外曝光，同時(shí)減少病人接受的X射線劑量。在本發(fā)明中，待檢對(duì)象可以是人體的某個(gè)區(qū)域，也可以是人體的某個(gè)器官或組織。 本發(fā)明的實(shí)施例中待檢對(duì)象為脊柱，掃描方向(即檢查床進(jìn)出機(jī)架的水平方向)為ζ軸方向。由于目前CT系統(tǒng)中通常采用phi準(zhǔn)直器，因此本發(fā)明的所有實(shí)施例中，以phi準(zhǔn)直器為例進(jìn)行說明。本發(fā)明的CT系統(tǒng)用于對(duì)脊柱在掃描方向上的復(fù)數(shù)個(gè)橢圓截面進(jìn)行攝影，如圖6所示是本發(fā)明CT系統(tǒng)的組件示意圖，包括計(jì)算組件30、調(diào)整組件31、準(zhǔn)直器32和圖6中未示出的X射線管和探測(cè)器，其中X射線管、準(zhǔn)直器和探測(cè)器圍繞脊柱同步旋轉(zhuǎn)，探測(cè)器包括復(fù)數(shù)個(gè)探測(cè)器通道，準(zhǔn)直器32為一開口可調(diào)的準(zhǔn)直器，計(jì)算組件30用于計(jì)算分別照射每一橢圓截面所需扇束準(zhǔn)直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度，并將所述開口寬度傳送給調(diào)整組件31，調(diào)整組件31用于根據(jù)所述開口寬度來調(diào)整準(zhǔn)直器32的開口。這里的準(zhǔn)直器 32也就是實(shí)施例中開口可調(diào)的phi準(zhǔn)直器。圖7是本發(fā)明CT系統(tǒng)的計(jì)算組件第一實(shí)施例的組成示意圖。本實(shí)施例中計(jì)算組件30包括橢圓截面計(jì)算模塊301和開口寬度計(jì)算模塊302。其中橢圓截面計(jì)算模塊301用于分別計(jì)算每一橢圓截面的長軸和短軸在探測(cè)器上的投影值，并將所述投影值傳送給開口寬度計(jì)算模塊302，開口寬度計(jì)算模塊302用于根據(jù)所述長軸和短軸的投影值，計(jì)算分別照射每一橢圓截面所需扇束準(zhǔn)直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度，并將所述開口寬度傳送給調(diào)整組件31。圖8是本發(fā)明CT系統(tǒng)的計(jì)算組件第二實(shí)施例的組成示意圖。本實(shí)施例中，計(jì)算組件30包括橢圓截面計(jì)算模塊40和開口寬度計(jì)算模塊41 ；具體地，橢圓截面計(jì)算模塊40又包括通道數(shù)目計(jì)算單元401和比較單元402，開口寬度計(jì)算模塊41又包括弦投影值計(jì)算單元411和開口寬度計(jì)算單元412。其中
通道數(shù)目計(jì)算單元401，用于根據(jù)脊柱的前后位定位像和側(cè)位定位像，計(jì)算每一橢圓截面在兩幅定位像上分別覆蓋的探測(cè)器通道數(shù)目，并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(duì)象為脊柱時(shí)，模擬了人體平躺時(shí)脊柱的前后位定位像及其外輪廓和側(cè)位定位像及其外輪廓。其中圖2A為人體平躺時(shí)，X射線管在90度或270度(即豎直方向)對(duì)脊柱進(jìn)行照射，得到脊柱的前后位(A.P)定位像的示意圖。圖2B為人體平躺時(shí)，X 射線管在0度或180度(即水平方向)對(duì)脊柱進(jìn)行照射，得到脊柱的側(cè)位(Lat)定位像的示意圖。這兩幅圖的橫坐標(biāo)都是沿ζ軸方向的掃描位置，單位是mm，縱坐標(biāo)為在探測(cè)器處覆蓋的通道數(shù)目，單位為通道個(gè)數(shù)。這兩幅圖中的區(qū)域16為脊柱，區(qū)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(tǒng)基于輪廓識(shí)別技術(shù)得到的，相比醫(yī)生根據(jù)A. P定位像和Lat定位像來粗略估計(jì)脊柱輪廓的方法，CT系統(tǒng)的輪廓識(shí)別技術(shù)能得到更為精確的脊柱輪廓，從而使對(duì)脊柱進(jìn)行CT 掃描時(shí)能較佳地減少X射線對(duì)脊柱周圍區(qū)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后，就可以按照下式(1)來計(jì)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(cè)器通道數(shù)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(qū)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(jù)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(cè)器處覆蓋的通道數(shù)目，％(90)和 (90)分別是該橢圓截面15所覆蓋的探測(cè)器通道的上端通道編號(hào)51和下端通道編號(hào)52，厚度投影值V(O) 是根據(jù)Lat定位像的外輪廓17得到該橢圓截面15在探測(cè)器處覆蓋的通道數(shù)目，％(0)和 (0)分別是該橢圓截面15所覆蓋的探測(cè)器通道的上端通道編號(hào)53和下端通道編號(hào)54。比較單元402，用于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，并將所述長軸和短軸的投影值傳送給弦投影值計(jì)算單元411。如圖4所示，由于圖中該橢圓截面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(hào)51和通道編號(hào)52之間所包括的通道，如附圖標(biāo)記6所示，V (0)為短軸的投影值Wsh。,，即通道編號(hào)53和通道編號(hào)54之間所包括的通道，如附圖標(biāo)記7所示。于是根據(jù)Wtalg和Wstot并利用相似三角形的性質(zhì)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(jìn)一步，橢圓截面計(jì)算模塊40又包括修正單元403，用于在所述寬度投影值和/或所述厚度投影值上加一經(jīng)驗(yàn)值，并傳送給比較單元402。根據(jù)掃描對(duì)象的特點(diǎn)和醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)在V(90)和/或V(O)上加一經(jīng)驗(yàn)值，以得到待檢對(duì)象所覆蓋通道數(shù)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)為修正后的寬度投影值，V' (0)為修正后的厚度投影值，八_8和 Δ sh。rt都為經(jīng)驗(yàn)值，可根據(jù)掃描對(duì)象的特點(diǎn)和醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)設(shè)置為正值，負(fù)值，或者0，為了簡化計(jì)算，在本發(fā)明的所有實(shí)施例中將這兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)值都設(shè)為0，于是在本發(fā)明的所有實(shí)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(jì)算單元411，用于根據(jù)所述橢圓截面計(jì)算模塊的長軸的投影值Wkmgt和短軸的投影值Wstot來分別計(jì)算每一橢圓截面在X射線管不同投影角度下在探測(cè)器上所覆蓋的通道數(shù)目，并作為弦投影值傳送給開口寬度計(jì)算單元412。根據(jù)橢圓形的弦長計(jì)算公式，按下式(3)來計(jì)算該橢圓截面在X射線管不同投影角度下在探測(cè)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?xí)r橢圓截面15在探測(cè)器處覆蓋的通道數(shù)目。開口寬度計(jì)算單元412，用于根據(jù)弦投影值計(jì)算單元411的弦投影值來計(jì)算分別照射每一橢圓截面所需扇束準(zhǔn)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(jù)在X射線管不同投影角度下的弦投影值來計(jì)算phi準(zhǔn)直器開口寬度的幾何關(guān)系。開口寬度計(jì)算單元412首先根據(jù)弦投影值計(jì)算單元411的弦投影值W( α)按下式 ⑷來計(jì)算X射線扇形束角度β open(a )。βορεη{α) = β.^ψ-(4)其中，N是探測(cè)器5的所有通道數(shù)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(cè)器的N個(gè)通道，β。ρ (α)是弦投影值為W(a)時(shí)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(jì)算單元412再根據(jù)β。ρ (α)按下式(5)來計(jì)算phi準(zhǔn)直器21 在X射線管投影角度為α?xí)r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(diǎn)到phi準(zhǔn)直器21的距離，如圖5中距離12所示， W。pm(a)是phi準(zhǔn)直器21在投影角度為α?xí)r的開口寬度，如圖5中開口寬度11所示。圖 5中的phi準(zhǔn)直器21不同于圖1中的phi準(zhǔn)直器2，這里的phi準(zhǔn)直器21是可調(diào)開口的。圖9是本發(fā)明CT系統(tǒng)的計(jì)算組件第三實(shí)施例的組成示意圖。本實(shí)施例中，計(jì)算組件30包括橢圓截面計(jì)算模塊50和開口寬度計(jì)算模塊51 ；具體地，橢圓截面計(jì)算模塊50又包括外包絡(luò)生成單元501、通道數(shù)目計(jì)算單元502和比較單元503，開口寬度計(jì)算模塊51又包括弦投影值計(jì)算單元511和開口寬度計(jì)算單元512。其中外包絡(luò)生成單元501，用于為脊柱的前后位定位像和側(cè)位定位像分別生成一個(gè)關(guān)于掃描中心線對(duì)稱的外包絡(luò)，并將前后位定位像的外包絡(luò)作為所述前后位定位像、側(cè)位定位像的外包絡(luò)作為所述側(cè)位定位像傳送給通道數(shù)目計(jì)算單元502。如圖2所示，為脊柱的前后位定位像及其外輪廓和側(cè)位定位像及其外輪廓的示意圖。由于前后位定位像外輪廓和側(cè)位定位像外輪廓不一定關(guān)于掃描中心線對(duì)稱，如圖2B所示，脊柱的側(cè)位定位像的外輪廓17關(guān)于掃描中心線(如圖2B中的點(diǎn)劃線所示)并不是對(duì)稱
9的，圖2A中脊柱的前后位定位像的外輪廓19關(guān)于掃描中心線(如圖2A中的點(diǎn)劃線所示) 大致是對(duì)稱的，而通常X射線管發(fā)出的X射線束關(guān)于掃描中心線是對(duì)稱的，于是當(dāng)關(guān)于掃描中心線對(duì)稱的X射線束對(duì)如圖2B所示的待檢對(duì)象進(jìn)行掃描時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致一部分待檢對(duì)象的周圍區(qū)域接受了 X射線的額外曝光，而另一部分待檢對(duì)象則仍有一小部分沒有接受到X射線的曝光。因此有必要為前后位定位像和側(cè)位定位像分別生成一個(gè)關(guān)于掃描中心線對(duì)稱的外包絡(luò)。這種對(duì)稱外包絡(luò)可通過CT系統(tǒng)的一個(gè)外包絡(luò)函數(shù)或程序來實(shí)現(xiàn)，以能更完整地包含待檢對(duì)象。如3所示，是分別為圖2的前后位定位像和側(cè)位定位像生成的關(guān)于掃描中心線對(duì)稱的外包絡(luò)示意圖，其中圖3A是為圖2A的前后位定位像生成的關(guān)于掃描中心線對(duì)稱的外包絡(luò)示意圖，圖3B是為圖2B的側(cè)位定位像生成的關(guān)于掃描中心線對(duì)稱的外包絡(luò)示意圖。圖 3A和3B的橫坐標(biāo)都是沿ζ軸方向的掃描位置，單位是mm，縱坐標(biāo)都是在探測(cè)器處覆蓋的通道數(shù)目，單位是通道個(gè)數(shù)。圖3A的虛線是CT系統(tǒng)為脊柱的前后位定位像生成的關(guān)于掃描中心線對(duì)稱的外包絡(luò)W(90)，圖3B的點(diǎn)線是CT系統(tǒng)為脊柱的側(cè)位定位像生成的關(guān)于掃描中心線對(duì)稱的外包絡(luò)W(O)。接著外包絡(luò)生成單元501將圖3的前后位定位像的外包絡(luò)W(90)作為所述前后位定位像、側(cè)位定位像的外包絡(luò)W(O)作為所述側(cè)位定位像傳送給通道數(shù)目計(jì)算單元502。
通道數(shù)目計(jì)算單元502，同通道數(shù)目計(jì)算單元401。比較單元503，同比較單元402。進(jìn)一步，橢圓截面計(jì)算模塊50又包括修正單元504，同修正單元403。弦投影值計(jì)算單元511，同弦投影值計(jì)算單元411。開口寬度計(jì)算單元512，同開口寬度計(jì)算單元412。在本發(fā)明CT系統(tǒng)的計(jì)算組件的三個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)過計(jì)算得到phi準(zhǔn)直器在X射線管投影角度為α?xí)r的開口寬度W。pm(a)，接下來圖6中的調(diào)整組件31就根據(jù)來自計(jì)算組件的開口寬度W。pen( α)來調(diào)整準(zhǔn)直器32的開口。優(yōu)選地，準(zhǔn)直器32包括復(fù)數(shù)個(gè)葉片，所述葉片的間距是可調(diào)整的，這樣就可根據(jù)W。pm( α )由調(diào)整組件來直接調(diào)整phi準(zhǔn)直器的葉片的間距。不過這種設(shè)計(jì)改變了 Phi準(zhǔn)直器的原有設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)方式上比較復(fù)雜?？商娲?，本發(fā)明的發(fā)明人提出一種在準(zhǔn)直器上增加遮光板的設(shè)計(jì)，根據(jù) Wopen(a)由調(diào)整組件來調(diào)整遮光板從而達(dá)到調(diào)整準(zhǔn)直器開口的目的。由于現(xiàn)有技術(shù)中phi 準(zhǔn)直器是不變開口的，本發(fā)明只需用遮光板遮住其部分開口，即能達(dá)到改變其開口寬度的目的。這種設(shè)計(jì)相比準(zhǔn)直器葉片可調(diào)整的設(shè)計(jì)，由于不需要改變準(zhǔn)直器的原有設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)方式上更加簡單，也節(jié)省了成本。調(diào)整組件根據(jù)W。pm(a)按照如下方式來調(diào)整遮光板對(duì)某一橢圓截面進(jìn)行掃描時(shí)，可以選擇常規(guī)CT系統(tǒng)中phi準(zhǔn)直器的一個(gè)大開口，其能對(duì)該橢圓截面進(jìn)行完全曝光，接著調(diào)整組件根據(jù)接收到的W。pm( a )來調(diào)整遮光板，使遮光板遮住phi準(zhǔn)直器的部分開口從而達(dá)到改變Phi準(zhǔn)直器開口寬度的目的，隨著CT系統(tǒng)的檢查床向機(jī)架方向移動(dòng)和X射線管投影角度的變化，調(diào)整組件接收到下一個(gè)開口寬度W。pm( δ ) ( δ為X射線管投影角度)，再根據(jù)W。pm(S)來調(diào)整遮光板，若W。pm(S) <W。pm(a)，則使遮光板朝向使phi準(zhǔn)直器開口寬度變小的方向移動(dòng)，若W。pm( δ ) > Wopen (a )，則使遮光板朝向使phi準(zhǔn)直器開口寬度變大的方向移動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了調(diào)整組件根據(jù)來自計(jì)算組件的開口寬度來調(diào)整準(zhǔn)直器的開口的目的。本發(fā)明還提供一種X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影方法，所述方法對(duì)脊柱在掃描方向上的復(fù)數(shù)個(gè)橢圓截面進(jìn)行攝影，如圖10所示為本發(fā)明CT攝影方法第一實(shí)施例的流程圖，包括步驟 601-605。步驟601，根據(jù)脊柱的前后位定位像，分別計(jì)算在ζ軸方向上脊柱每一橢圓截面所覆蓋的探測(cè)器通道數(shù)目，得到復(fù)數(shù)個(gè)寬度投影值，根據(jù)脊柱的側(cè)位定位像，分別計(jì)算在ζ軸方向上脊柱每一橢圓截面所覆蓋的探測(cè)器通道數(shù)目，得到復(fù)數(shù)個(gè)厚度投影值。 本步驟中，如在通道數(shù)目計(jì)算單元401中所述，在得到脊柱的A. P定位像的外輪廓和Lat定位像的外輪廓后，按照式(1)來計(jì)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(cè)器通道數(shù)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(jù)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(jì)算每一橢圓截面在χ射線管不同投影角度下在探測(cè)器上所覆蓋的通道數(shù)目，得到復(fù)數(shù)個(gè)弦投影值。本步驟中，可按式(3)來計(jì)算每一橢圓截面在X射線管不同投影角度α下在探測(cè)器處的弦投影值W(a)。步驟604，根據(jù)弦投影值W(a)來計(jì)算phi準(zhǔn)直器的開口寬度。本步驟中，可根據(jù)式(4)_(5)來計(jì)算phi準(zhǔn)直器的開口寬度。步驟605，根據(jù)所述開口寬度來調(diào)整phi準(zhǔn)直器的開口。所述調(diào)整包括通過改變所述準(zhǔn)直器的葉片的間距或加在所述準(zhǔn)直器上的遮光板來調(diào)整所述開口。在本發(fā)明CT系統(tǒng)的調(diào)整組件中已具體說明了這兩種調(diào)整方式，這里不再贅述。進(jìn)一步，本發(fā)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(jīng)驗(yàn)值?？筛鶕?jù)掃描對(duì)象的特點(diǎn)和醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)按式(2)在V(90)和/或V(O)上加一經(jīng)驗(yàn)值，以得到待檢對(duì)象所覆蓋通道數(shù)目的更精確值，正如在通道數(shù)目計(jì)算單元401中所述，將這兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)值都設(shè)為0以簡化計(jì)算。圖11是本發(fā)明CT攝影方法第二實(shí)施例的流程圖，包括步驟701-706。步驟701，為脊柱的前后位定位像和側(cè)位定位像分別生成一個(gè)關(guān)于掃描中心線對(duì)稱的外包絡(luò)，如圖3所示，并將前后位定位像的外包絡(luò)作為所述前后位定位像、側(cè)位定位像的外包絡(luò)作為所述側(cè)位定位像。在本發(fā)明CT系統(tǒng)的計(jì)算組件第三實(shí)施例中的外包絡(luò)生成單元501已說明了為脊柱的兩幅定位像生成關(guān)于掃描中心線對(duì)稱的外包絡(luò)的原因和作用，這里不再贅述。在本步驟中，CT系統(tǒng)通過一個(gè)外包絡(luò)函數(shù)或程序?yàn)榧怪那昂笪欢ㄎ幌裆梢粋€(gè)關(guān)于掃描中心線對(duì)稱的外包絡(luò)，為脊柱側(cè)位定位像也生成關(guān)一個(gè)于掃描中心線對(duì)稱的外包絡(luò)。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(jìn)一步，本發(fā)明CT攝影方法還包括步驟707，同步驟606。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種包括X射線管、準(zhǔn)直器和探測(cè)器的X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)，用于對(duì)待檢對(duì)象在掃描方向上的復(fù)數(shù)個(gè)橢圓截面進(jìn)行攝影，所述探測(cè)器包括復(fù)數(shù)個(gè)探測(cè)器通道，所述X射線管、準(zhǔn)直器和探測(cè)器圍繞待檢對(duì)象同步旋轉(zhuǎn)，其特征在于，所述準(zhǔn)直器為一開口可調(diào)的準(zhǔn)直器，所述系統(tǒng)還包括計(jì)算組件和調(diào)整組件，其中所述計(jì)算組件，用于計(jì)算分別照射每一橢圓截面所需準(zhǔn)直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度，并將所述開口寬度傳送給所述調(diào)整組件；所述調(diào)整組件，用于根據(jù)所述開口寬度來調(diào)整所述準(zhǔn)直器的開口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算組件包括橢圓截面計(jì)算模塊和開口寬度計(jì)算模塊，其中所述橢圓截面計(jì)算模塊，用于分別計(jì)算每一橢圓截面的長軸和短軸在探測(cè)器上的投影值，并將所述投影值傳送給所述開口寬度計(jì)算模塊；所述開口寬度計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述長軸和短軸的投影值，計(jì)算分別照射每一橢圓截面所需準(zhǔn)直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度，并將所述開口寬度傳送給所述調(diào)整組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述橢圓截面計(jì)算模塊包括通道數(shù)目計(jì)算單元和比較單元，其中所述通道數(shù)目計(jì)算單元，用于根據(jù)待檢對(duì)象的前后位定位像和側(cè)位定位像，計(jì)算每一橢圓截面在兩幅定位像上分別覆蓋的探測(cè)器通道數(shù)目，并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，用于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，并將所述長軸和短軸的投影值傳送給所述開口寬度計(jì)算模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述橢圓截面計(jì)算模塊進(jìn)一步包括外包絡(luò)生成單元，用于為待檢對(duì)象的前后位定位像和側(cè)位定位像分別生成一個(gè)關(guān)于掃描中心線對(duì)稱的外包絡(luò)，并將前后位定位像的外包絡(luò)作為所述前后位定位像、側(cè)位定位像的外包絡(luò)作為所述側(cè)位定位像傳送給所述通道數(shù)目計(jì)算單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其特征在于，所述橢圓截面計(jì)算模塊進(jìn)一步包括修正單元，用于在所述寬度投影值和/或所述厚度投影值上加一經(jīng)驗(yàn)值，并傳送給所述比較單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述開口寬度計(jì)算模塊包括弦投影值計(jì)算單元和開口寬度計(jì)算單元，其中所述弦投影值計(jì)算單元，用于根據(jù)所述橢圓截面計(jì)算模塊的長軸和短軸的投影值來分別計(jì)算每一橢圓截面在X射線管不同投影角度下在探測(cè)器上所覆蓋的通道數(shù)目，并作為弦投影值傳送給所述開口寬度計(jì)算單元；所述開口寬度計(jì)算單元，用于根據(jù)所述弦投影值計(jì)算單元的弦投影值來計(jì)算分別照射每一橢圓截面所需準(zhǔn)直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述準(zhǔn)直器包括復(fù)數(shù)個(gè)葉片，所述葉片的間距通過調(diào)整組件來調(diào)整。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述準(zhǔn)直器包括遮光板，所述遮光板通過調(diào)整組件來調(diào)整。
9.一種X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影方法，所述方法對(duì)待檢對(duì)象在掃描方向上的復(fù)數(shù)個(gè)橢圓截面進(jìn)行攝影，包括如下步驟計(jì)算分別照射每一橢圓截面所需準(zhǔn)直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度；根據(jù)所述開口寬度來調(diào)整所述準(zhǔn)直器的開口。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算開口寬度包括計(jì)算每一橢圓截面的長軸和短軸在探測(cè)器上的投影值；根據(jù)所述長軸和短軸的投影值，計(jì)算分別照射每一橢圓截面所需準(zhǔn)直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算長軸和短軸的投影值包括根據(jù)待檢對(duì)象的前后位定位像，分別計(jì)算每一橢圓截面所覆蓋的探測(cè)器通道數(shù)目，得到復(fù)數(shù)個(gè)寬度投影值，根據(jù)待檢對(duì)象的側(cè)位定位像，分別計(jì)算每一橢圓截面所覆蓋的探測(cè)器通道數(shù)目，得到復(fù)數(shù)個(gè)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(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算長軸和短軸的投影值進(jìn)一步包括為待檢對(duì)象的前后位定位像和側(cè)位定位像分別生成一個(gè)關(guān)于掃描中心線對(duì)稱的外包絡(luò)，將前后位定位像的外包絡(luò)作為所述前后位定位像、側(cè)位定位像的外包絡(luò)作為所述側(cè)位定位像。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算長軸和短軸的投影值進(jìn)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(jīng)驗(yàn)值。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算準(zhǔn)直器的開口寬度包括根據(jù)所述長軸和短軸的投影值，分別計(jì)算每一橢圓截面在X射線管不同投影角度下在探測(cè)器上所覆蓋的通道數(shù)目，得到復(fù)數(shù)個(gè)弦投影值；根據(jù)所述弦投影值來計(jì)算所述準(zhǔn)直器的開口寬度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，根據(jù)下述公式來計(jì)算所述準(zhǔn)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(zhǔn)直器的開口寬度，W(ci)為當(dāng)X射線管投影角度為α?xí)r，一橢圓截面的弦投影值，N為探測(cè)器的通道總數(shù)，β為覆蓋N個(gè)探測(cè)器通道的X射線扇形束角度，Dfc為X射線管焦點(diǎn)到所述準(zhǔn)直器的距離。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述調(diào)整包括通過改變所述準(zhǔn)直器的葉片的間距或加在所述準(zhǔn)直器上的遮光板來調(diào)整所述開口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)，其包括X射線管、準(zhǔn)直器和探測(cè)器，用于對(duì)待檢對(duì)象在掃描方向上的復(fù)數(shù)個(gè)橢圓截面進(jìn)行攝影，所述探測(cè)器包括復(fù)數(shù)個(gè)探測(cè)器通道，所述X射線管、準(zhǔn)直器和探測(cè)器圍繞待檢對(duì)象同步旋轉(zhuǎn)，所述準(zhǔn)直器為一開口可調(diào)的準(zhǔn)直器，所述系統(tǒng)還包括計(jì)算組件和調(diào)整組件，所述計(jì)算組件用于計(jì)算分別照射每一橢圓截面所需準(zhǔn)直器在X射線管不同投影角度下的開口寬度，并將所述開口寬度傳送給所述調(diào)整組件；所述調(diào)整組件用于根據(jù)所述開口寬度來調(diào)整所述準(zhǔn)直器的開口。本發(fā)明還公開了一種X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影方法。采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，能減少對(duì)待檢對(duì)象周圍區(qū)域的額外曝光，并減少病人接受的X射線劑量。
文檔編號(hào)A61B6/03GK102397079SQ201010286358
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月19日
發(fā)明者田毅, 陳馬昊 申請(qǐng)人:上海西門子醫(yī)療器械有限公司