X射线计算层析摄影的装置和方法 相关申请的交叉参考
本申请基于2003年3月28日提交的在先日本专利申请2003-091970号并要求其优先权权益，在此引用其全部内容作为参考。
【技术领域】
本发明涉及X射线计算层析摄影的装置和方法。
背景技术
X射线计算层析摄影装置(也称作CT扫描仪)基于已经通过受检者的X射线的强度以图像形式提供受检者的信息，并且在包括疾病诊断、治疗和操作计划等许多医学实践中扮演重要的角色。螺旋扫描的出现使得能够在短时间内完成宽范围的数据采集。
患者吞吐量已经变成与这种完成相关的关键问题之一。因为近年来X射线管的超速扫描以及重量减轻，螺旋扫描的广泛应用，检测器阵列的数目递增，和检测灵敏度的增强，患者吞吐量受受检者预扫描设置所需时间的影响比受扫描时间的影响更多。受检者背部躺在诊断台的台面上，并且按照放射科医师的指导来细微调节体位。但是，仅有限时间允许用于体位的细微调节。因此，如图1A中所示，经常扫描被执行，而受检者的体轴相对于扫描范围的中心线(Z轴，X射线管地旋转轴)倾斜。这导致事件，即如图1B和1C中所示，受检者的中心从图像的中心偏移并且偏移的程度从图像到图像各不相同，这使得观察十分困难。
【发明内容】
因此，本发明的目的在于针对这种事件，即扫描被执行，而受检者的体轴相对于扫描范围的中心线(Z轴，X射线管的旋转轴)倾斜。
本发明的X射线计算层析摄影装置包括：显示部分，在屏幕上显示与受检者相关的扫描图以及指定重构(reconstruction)范围的四边形框架线；输入部分，输入命令以将指定重构范围的框架线变形为平行四边形或者旋转指定重构范围的框架线；台架，在与重构范围相对应的扫描范围中执行扫描；以及重构部分，基于扫描所获取的投影数据，逐个切片地重构与彼此平行且包括于重构范围中的多个切片相关的图像数据。
本发明的另外目的和优点将在下面的描述中提出，并且部分地将从描述中变得明显，或者可以通过本发明的实践来学习。本发明的目的和优点可以通过特别在下文指出的手段和组合来实现和获得。
【附图说明】
包括于说明书中并构成说明书一部分的附随附图，本发明的说明目前优选实施方案，以及与上面给出的一般描述和下面给出的优选实施方案详细描述一起，用来说明本发明的原理。
图1A，图1B，和图1C是用来说明相关技术中的问题的视图；
图2是显示根据本发明实施方案的X射线计算层析摄影装置的结构的视图；
图3A和3B是图2的X射线检测器的透视图；
图4是显示图2的X射线管的螺旋路径的视图；
图5是显示由图2的扫描程序系统构造的扫描程序屏幕的实例的视图；
图6是显示使用图5“变形图标”上的点击而变形的、指定重构范围的框架线的视图；
图7是显示使用图5“旋转图标”上的点击而旋转的、指定重构范围的框架线的视图；
图8A，图8B，和图8C是用来说明与图6的变形后重构范围相对应的重构处理的视图；
图9A，图9B，和图9C是用来说明与图7的旋转后重构范围相对应的重构处理的视图；以及
图10A和图10B是显示与图7的旋转后重构范围相对应的两种类型的扫描范围的视图。
【具体实施方式】
本发明的X射线计算层析摄影装置的实施方案现在将参考附随附图来描述。X射线计算层析摄影装置包括各种类型，例如旋转/旋转型，其中包括X射线管和辐射检测器的单元都关于受检者旋转，以及静止/旋转型，其中许多检测元件以环形阵列排列，而仅X射线管关于受检者旋转，并且本发明可适用于任何类型。在这里，目前最通行的旋转/旋转型将被描述。而且，为了对一个切片重构(reconstruct)层析摄影数据，必须获得受检者的全圆、大约360°的投影数据，并且180°加上视角的投影数据是需要的，即使在半扫描方法中。本发明可适用于二者中任何一种重构方法。在这里，前者方法将作为实例来描述。而且，将入射的X射线转换成电荷的通行机理是：间接转换模式，通过该模式，X射线首先由荧光材料例如闪烁剂转换成光，然后光由光电转换元件例如光电二极管转换成电荷；以及直接转换模式，通过该模式，半导体中的电子-空穴对由X射线产生并且它们运动到电极。也就是，利用光电现象。采用二者中任何一种模式的X射线检测元件可以使用，并且在这里，采用前者间接转换模式的那些将被描述。另外，所谓多管型X射线计算层析摄影装置，其中多对X射线管和X射线检测器安装到旋转环，最近已经变得在市场上可买到，并且外围技术也正在研制中。本发明可适用于常规单管型X射线计算层析摄影装置或者多管型X射线计算层析摄影装置。在这里，单管型X射线计算层析摄影装置将被描述。
图2显示根据本实施方案的X射线计算层析摄影装置的结构。X射线计算层析摄影装置包括台架1，其配置以获取与受检者相关的投影数据。台架1包括X射线管10和X射线检测器23。X射线管10和X射线检测器23都安装到环形旋转框架12上，该环形旋转框架12由台架驱动设备25驱动以关于Z轴旋转。旋转框架12在其中心处提供有孔径，并且躺在诊断台2的台面2a上的受检者P插入到孔径中。用来依赖于切片厚度改变X射线照射宽度的裂缝22位于X射线管10和孔径之间。
来自高压变压器装配21的管电压施加在X射线管10的阴极和阳极之间，同时来自高压变压器装配21的灯丝电流供给到X射线管10的灯丝。X射线由管电压的施加和灯丝电流的供给来产生。
如图3A和图3B中所示，X射线检测器23包括多个X射线检测元件100，每个具有例如0.5mm×0.5mm四方形光接收表面。在图3A的情况下，例如，916个X射线检测元件100沿着通道方向以阵列排列。在图3B的情况下，图3A的阵列例如沿着切片方向平行地以40行来提供。图3A的检测器称作单切片型，而图3B的检测器称作多切片型。X射线检测器23可以是二者中任何一种类型。
数据采集设备24，通常称作DAS(数据采集系统)，将从检测器23输出的每个通道中的信号转换成电压信号，放大该电压信号，并且将放大后的电压信号转换成数字信号。这样获得的数据(原始数据)供给到安装在台架外部的计算机单元3。计算机单元3的预处理单元34基于从数据采集设备24输出的原始数据执行补偿处理，例如灵敏度补偿，并且输出投影数据。然后，投影数据发送到并存储于计算机系统3的数据存储设备35中。
除前述预处理单元34和存储设备35之外，计算机系统3包括系统控制器29，提供有键盘、鼠标等的输入设备39，显示器38，扫描控制器30，重构单元36，和扫描程序系统42。重构单元36能够根据下面二者中任何一种选择性地执行重构处理：典型的扇形射束重构方法(也称作扇形射束卷积背面投影方法)；以及在不同于螺旋插值，投影射线象锥面射束一样与重构平面相交的情况下的一种重构方法，其通过从例如两个旋转的投影数据中插值，可以与扇形射束重构方法一起在重构平面上探测投影数据中使用，该方法包括Feldkamp方法，即近似图像重构方法，通过该方法，假设在扫描的时候锥角小并且背面投影沿着射线执行，卷积通过将射束视为扇形投影射束来执行，以及锥面射束重构方法，即与Feldkamp方法相比较能够抑制锥角导致的误差的方法，通过该方法，投影数据响应射线相对于重构平面的角度而补偿。
扫描程序系统42提供以在确定扫描程序的工作中帮助操作员，并且构造用来设置扫描条件的扫描程序屏幕，扫描条件例如如图4中所示指示当X射线管10旋转一次时台面移动距离的螺矩(HP)，以及指示X射线管10旋转一次所需时间的扫描速度(SS)。
图5显示扫描程序屏幕的实例。扫描程序屏幕包括患者信息，台架信息，和屏幕底部的扫描条件详细信息，以及扫描图像99。扫描图像99以使得其Z轴(旋转中心)平行于屏幕的垂直方向(在某些情况下，可能是水平方向)的方向来显示。因此，当扫描成像被执行而受检者的体轴相对于Z轴倾斜时，扫描图像99同样相对于屏幕的垂直方向倾斜地显示在屏幕上。
扫描条件包括激活(手动触发器与自动触发器之间起动扫描的区别)，扫描起动时间(起动时间)，螺旋扫描的起动位置，扫描间的间歇，螺旋扫描的终点位置，扫描方式(单切片/多切片/螺旋之间的区别)，扫描的起动位置，扫描的终点位置，管电压kV，管电流mA，扫描速度(圆括号中的时间指示整个扫描所需的时间)，切片的数目(使用的阵列数目)，螺距，重构方式，以及FOV(重构范围的宽度)。
指定重构范围的四边形框架线101显示在扫描图像99上。指定与重构范围相对应的扫描范围、通常为虚线的框架线在某些情况下与指定重构范围的框架线101一起显示。指定重构范围的四边形框架线101最初提供为其中心线109平行于Z轴(旋转的中心轴)的长方形。
并且，用于垂直地按比例放大/缩小范围的菱形图标102和水平地按比例放大/缩小范围的菱形图标103显示在指定重构范围的框架线101的四角，使得操作员能够通过使用例如输入设备39的鼠标移动指针104到图标102和103的任何一个并且拖动指针104，按照需要按比例放大/缩小重构范围。并且，操作员能够通过使用例如输入设备39的鼠标移动指针104到框架线101上并且拖动指针104，垂直地和/或水平地平行移动重构范围。
此外，在扫描图像99上，叠加有变形图标105和106以及旋转图标107和108。变形命令使用变形图标105上的点击来输入。当输入变形命令时，如图6中所示，指定重构范围的框架线101变形为平行四边形。变形的程度，也就是中心线109相对于屏幕垂直方向的倾斜，由例如点击的数目来确定。例如，2.5°的倾斜用一次点击来给出。使用另外一个变形图标106上的点击，指定重构范围的框架线101在与图6的方向相反的方向上变形。变形的程度也由点击的数目来确定。
旋转命令使用旋转图标107上的点击来输入。当输入旋转命令时，如图7中所示，指定重构范围的框架线101关于其中心旋转。旋转的程度，也就是中心线109相对于屏幕垂直方向的倾斜，由例如点击的数目来确定。例如，2.5°的旋转用一次点击来给出。使用另外一个旋转图标108上的点击，指定重构范围的框架线101在与图7的方向相反的方向上旋转。旋转的程度也由点击的数目来确定。基本上，变形和旋转二者择一地执行。
如已经描述的，扫描图像99以使得其Z轴(旋转中心)平行于屏幕垂直方向的方向来显示。因此，当扫描成像被执行而受检者相对于Z轴倾斜时，倾斜如图6和图7中所示反映在屏幕上的扫描图像99上。
因此，操作员平行地拖动和移动指定重构范围的框架线101，并且按照需要多次点击正向的变形图标105或者反向的变形图标106，使得指定重构范围的框架线101的中心线109变得平行于并且尽可能地与倾斜的扫描图像99上受检者的体轴一致。而且，操作员平行地拖动和移动指定重构范围的框架线101，并且按照需要多次点击正向的旋转图标107或者反向的旋转图标108，使得指定重构范围的框架线101的中心线109变得平行于并且尽可能地与呈现在倾斜的扫描图像99上的受检者的体轴一致。作为选择，能够使用变形图标105或106以及旋转图标107或108一起来变形和旋转指定重构范围的框架线101。
图6和图7的实例之间在图像重构方面存在轻微差别。当指定重构范围的框架线101如图6中所示变形时，扫描程序系统42如图8A中所示确定重构范围111以对应于框架线101，并且确定扫描范围112以对应于重构范围111。扫描范围112设置成圆柱形状，其纵向横截面是Z轴(旋转轴)位于中心处并且覆盖重构范围111的长方形。
如图8B中所示，重构单元36从扫描所获取的投影数据中提取与各个切片相对应的投影数据，并且基于这样提取的投影数据重构图像数据。各个切片的宽度根据指定重构范围的框架线101的水平宽度来设置，并且各个切片的中心设置在指定重构范围的框架线101的中心线109上。因为重构范围的中心线109被设置具有相对于扫描范围的中心线的倾斜，各个切片的水平位置，也就是从扫描范围的中心线到每个切片的中心的距离从切片到切片各不相同。但是，各个切片的中心都位于受检者的体轴上。
因为切片的中心可以以上述方式响应受检者的倾斜体位为每个切片而设置，即使当扫描被执行而受检者的体轴相对于Z轴倾斜时，受检者的体轴也可以如图8C中所示位于几乎图像的中心上。这消除图像上的位置与受检者上的位置之间的偏移，使得观察十分容易。而且，通过基于框架线101的倾斜将受检者的水平距离转换成实际距离，能够减少距离或体积测量中的误差。
然后，在指定重构范围的框架线101如图7中所示旋转的情况下，扫描程序系统42如图9A中所示确定与框架线101相对应的重构范围111，以及扫描范围112。在这种情况下，扫描范围112设置成圆柱形状，其纵向横截面是Z轴(旋转轴)位于中心处并且覆盖重构范围111的长方形。
扫描范围112可以从图10A中所示的范围以及比图10A中所示的范围宽的图10B中所示的范围中选择。在螺旋重构中，众所周知，切片位置处的投影数据通过从两个，前面和后面的旋转的投影数据中插值来产生。换句话说，螺旋重构需要覆盖较宽范围113的投影数据，该范围113比重构范围111内的最外切片向外宽至少一个旋转。图10B显示当扫描范围112被设置以获取该较宽范围113的全部投影数据时的实例。相反，图10A显示窄扫描范围112的实例，其中由对角线表现阴影的投影数据的部分通过外插法插值补充。操作员可以在这两种类型之间做选择，或者可以依赖于待成像的区域的各种条件自动地做选择。
如图9B中所示，重构单元36基于扫描所获取的投影数据，通过锥面射束重构方法或者倾斜重构方法，为与响应受检者体轴的倾斜而旋转的重构范围中心线109正交的多个切片(重构平面)的每个来重构图像数据。换句话说，相对于扫描范围的中心轴倾斜的切片内每个象素的象素值被计算，作为与每个象素对角相交的多个X射线路径的投影数据的过滤器整数值。
每个切片的宽度根据指定重构范围的框架线101的宽度来设置，并且每个切片的中心设置在指定重构范围的框架线101的中心线109上。因为重构范围的中心线109被设置具有相对于扫描范围中心线的倾斜，各个切片的水平位置，也就是从扫描范围的中心线到每个切片的中心的距离，从切片到切片各不相同。
因为切片的中心可以以上述方式响应受检者的倾斜体位为每个切片而设置，即使当扫描被执行而受检者的体轴相对于Z轴倾斜时，受检者的体轴也可以如图9C中所示位于几乎图像的中心上。而且，在该实例中，正交于受检者体轴的平面的图像可以获得，这减少与体轴相对于Z轴的倾斜相关的水平距离的误差。简而言之，能够基本上消除受检者的体轴相对于Z轴倾斜的情况。因为距离的误差不仅可以垂直地而且可以水平地消除，距离或体积测量中的误差可以减少；而且，MPR(多平面重构)处理或3D处理可以直接执行，而不需要特殊的补偿处理。
本发明可以适用于例如PET(正电子发射计算层析摄影)，作为基于在多个方向上获取的受检者的数据重构平面图像的一种类型的图像诊断装置，如同X射线计算层析摄影装置一样。
另外的优点和修改将容易由本领域技术人员想到。因此，本发明在其更广泛的方面并不局限于这里显示并描述的具体细节和代表实施方案。因此，可以不背离由附加的权利要求及其等价物所定义的一般发明概念的本质或范围而做各种修改。