CN100409810C - X射线ct设备和成像方法 - Google Patents

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Abstract

为了允许通过对象的任意横截面进行容易和快速的图像重构而不取决于X射线发射的方向或扫描台架的旋转方向，一种用于X射线CT设备的成像方法，其中该X射线CT设备具有X射线源和被设置以面向X射线源的X射线检测器，在X射线源和X射线检测器之间设置对象，该设备用于围绕对象旋转X射线源和X射线检测器中的至少一个，并通过X射线检测器检测从X射线源朝向对象发射的X射线，所述方法包括步骤：在与由X射线源和X射线检测器中的至少一个围绕对象旋转而形成的平面不平行的平面中为对象限定(ST1-ST3)重构平面；通过从X射线源发射锥形形状X射线来扫描(ST5)对象；以及基于限定的重构平面重构(ST6)对象的层析图像。

Description

X射线CT设备和成像方法
技术领域
本发明涉及一种X射线CT设备和成像方法，并且更具体地涉及一种用于发射锥形X射线以扫描对象的X射线CT设备和成像方法。
背景技术
已知用于捕获层析图像的设备，例如用于发射X射线作为辐射、检测通过对象的X射线并算术地产生层析图像的X射线CT(计算机层析)设备。
X射线CT设备具有由X射线管和被设置以面向X射线管的检测器阵列组成的扫描台架，对象设置于X射线管和检测器阵列之间，并通过X射线检测器阵列检测从X射线管朝对象发射的X射线。X射线CT设备扫描对象，同时围绕对象旋转扫描台架。因此，在多个视图中获得对象的投影数据。X射线CT设备重构得到的投影数据以产生预定片厚度的对象的层析图像。
通常，X射线CT设备实施重构以在平行于扫描台架的旋转方向的平面、或平行于来自X射线源的扇形束等的X射线发射的方向的平面中产生对象的层析图像。例如，设备在垂直于从头至脚趾的身体轴的方向的平面中产生对象的层析图像，也就是，它产生轴向图像。
为了在不同于旋转方向或X射线发射方向的方向上产生层析图像，通过重构产生轴向图像，并在其后，例如再次施加图像处理以在不同方向上产生层析图像。
另一方面，已知具有两维设置的多个X射线检测器的X射线CT设备。由于设置一组多个X射线检测器以具有沿着关于对象的确定轴的方向上的宽度，所以它被称为多行X射线检测器阵列。
利用多行X射线检测器阵列重构层析图像的一种已知技术是锥形束重构技术(见专利文献1)。例如，当X射线源发射锥形X射线(有时被称为锥形束)时，X射线CT设备围绕预定轴旋转X射线源和多行X射线检测器以扫描对象。由于多个X射线检测器行存在于预定轴方向，所以可以在一次扫描中获得与X射线检测器行的数目相对应的对象的多个层析图像。
在锥形束重构技术中，如在利用扇形束的扫描中，通过重构产生平行于旋转方向或检测器行的方向的层析图像。
[专利文献1]日本公开专利申请No.2002-336239。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能够容易地产生对象的任意层析图像的X射线CT设备和成像方法，而不取决于X射线发射方向、扫描台架的旋转方向或检测器行的方向。
为了获得前述目的，本发明的X射线CT设备具有X射线源和被设置以面向X射线源的X射线检测器，其中对象设置于X射线源和X射线检测器之间，其用于围绕对象旋转X射线源和X射线检测器中的至少一个，并通过X射线检测器检测从X射线源朝对象发射的X射线，并且该X射线CT设备包括：用于在与由X射线源和X射线检测器中的至少一个围绕对象旋转而形成的平面不平行的平面中为对象限定重构平面的限定装置。
依据本发明的X射线CT设备，预先在任意的三维方向上限定重构平面。
为了获得上述目的，本发明的成像方法用于具有X射线源和被设置以面向X射线源的X射线检测器的X射线CT设备，其中对象设置于X射线源和X射线检测器之间，其用于围绕对象旋转X射线源和X射线检测器中的至少一个，并通过X射线检测器检测从X射线源朝对象发射的X射线，并且该方法包括步骤：在与由X射线源和X射线检测器中的至少一个围绕对象旋转而形成的平面不平行的平面中为对象限定重构平面；在从X射线源发射锥形X射线的同时扫描对象；并且基于限定的重构平面重构对象的层析图像。
依据本发明的成像方法，在与由X射线源和X射线检测器中的至少一个围绕对象旋转而形成的平面不平行的平面中限定对象的重构平面。
接下来，从X射线源发射锥形X射线以扫描对象。
接下来，基于限定的重构平面重构对象的层析图像。
依据本发明的X射线CT设备可以容易地产生对象的任意层析图像。
依据本发明的成像方法可以容易地产生对象的任意层析图像。
从如附图中所示的本发明的优选实施例的下面描述中，本发明的其它目的和优点将变得明显。
附图说明
图1是示意性示出了依据本发明的一个实施例的X射线CT设备1的框图；
图2是示意性示出了图1示出的X射线CT设备1中的输入装置32的框图；
图3是示意性示出了图1示出的X射线CT设备1中的中央处理设备31的框图；
图4是解释了图1示出的X射线CT设备1操作的流程图；
图5是示出了在图1示出的X射线CT设备1中限定重构平面的步骤的一部分的示意图；
图6是示出了在图1示出的X射线CT设备1中指定扫描条件的步骤的一部分的示意图。
具体实施方式
现在参照附图描述用于实现本发明的最佳模式。
图1是示出了依据本发明的X射线CT设备1的整体结构的框图。
如图1所示，X射线CT设备1包括扫描台架2、操作控制台3和成像台(支架)4。成像台4使设置于其上的对象处于确定位置。
扫描台架2包括X射线管21、准直仪22、检测器阵列23、数据收集部件24、X射线控制器25和准直仪控制器26。
X射线管21发射X射线。通过准直仪22将由X射线管21发射的X射线成形为锥形束，并将其投射于检测器阵列23之上。用X射线管21代表本发明的X射线源的一个实施例。
检测器阵列23例如是具有两维设置的多个X射线检测器元件的多行检测器。用检测器阵列23代表本发明的X射线检测器阵列的一个实施例。
检测器阵列23通常形成半圆-圆柱形凹入的X射线接收表面。例如，检测器阵列23由闪烁器和光电二极管的组合制成。然而，X射线检测器阵列23不局限于具有这种结构，而是可以包括：例如，采用隔-碲(CdTe)的半导体X射线检测器元件或采用氙(Xe)气的电离室X射线检测器元件。检测器阵列23连接至数据收集部件24。
数据收集部件24收集通过检测器阵列23中的各个X射线检测器元件检测的数据。
X射线控制器25控制来自X射线管21的X射线发射。
准直仪控制器26控制准直仪22。
在附图中省略了X射线管21和X射线控制器25之间的相互连接以及准直仪22和准直仪控制器26之间的相互连接。
在扫描台架2的旋转部件27上安装X射线管21、准直仪22、检测器阵列23、数据收集部件24、X射线控制器25和准直仪控制器26。对象设置于在旋转部件27的中央的孔29中的支架上。
旋转部件27在旋转控制器28的控制下旋转。旋转部件27在X射线管21处发射X射线，并在检测器阵列23处检测通过对象的X射线作为用于每一视图的投影信息。在附图中省略旋转部件27和旋转控制器28之间的相互连接。
操作控制台3包括中央处理设备31、输入装置32、显示装置33和存储装置34。
例如，中央处理设备31由微处理器和存储器组成。中央处理设备31依据存储于存储装置34中的程序控制扫描台架2的操作。中央处理设备31还至少具有以下功能：收集通过在检测器阵列23处检测通过对象的X射线而获得的投影数据的功能，以及基于收集的X射线投影数据重构对象的层析图像的功能。
随后将讨论通过中央处理设备31进行的图像重构处理。
中央处理设备31与显示装置33和输入装置32连接。
显示装置33显示从中央处理设备31输出的层析图像信息等。
由使用者操作输入装置32，并向中央处理设备31提供几种命令和信息。
使用者使用显示装置33和输入装置32以交互地操作本设备。
图2是示意性地示出了输入装置32的示范性结构的框图。
输入装置32包括重构平面限定部件35和操作部件36。由使用者操作输入装置32，并将输入信息输出至中央处理设备31。
重构平面限定部件35包括：例如跟踪球和键盘。通过利用跟踪球等移动显示于显示装置33上的游标，重构平面限定部件35选择重构平面，并通过使用者的操作来限定重构平面。此外，重构平面限定部件35例如通过使用者的键盘操作来设置产生重构平面的间隔。用重构平面限定部件35代表本发明的用于限定重构平面的装置的一个实施例。
操作部件36包括：例如键盘。操作部件36用于设定不同于重构平面的限定的参数。可以在它们之间共享包括重构平面限定部件35和操作部件36的跟踪球、键盘等。
图3是示意性示出了中央处理设备的示范性结构的框图。
中央处理设备31包括图像重构部件37。
图像重构部件37由例如程序等组成。为图像重构部件37提供通过数据收集缓冲器(未示出)在数据收集部件24处收集的数据，并且部件37利用收集的投影数据实施图像重构。用图像重构部件37代表本发明的重构装置的一个实施例。
接下来，参照附图描述依据本发明的X射线CT设备1的操作。
图4是示出了本发明的X射线CT设备1操作的流程图。利用本发明的X射线CT设备1执行本发明的成像方法。
使用者首先利用输入装置32指定用于勘察(scout)成像的方向和范围，并基于指定的范围实施勘察成像(ST1)。在至少两个方向上实施勘察成像。在本实施例中，例如，产生对象的矢状(sagittal)和冠状(coronal)平面中的勘察图像。
中央处理设备31控制扫描台架2以基于指定条件在范围和方向中扫描对象。此时，扫描台架2实施扫描，与此同时平移而不旋转，使得X射线管21和检测器阵列23保持在恒定的位置处。检测器阵列23通过数据收集部件24输出获得的数据至中央处理设备31。中央处理设备31基于获得的数据产生勘察图像，并输出图像至显示装置33。
接下来，使用者观察显示于显示装置33上的对象的勘察图像，并利用两个勘察图像选择任意的重构平面(ST2)。
图5(a)是示出了设置关于矢状平面S上的交叉线CL形成任意角度的直线SL的步骤的示意图；图5(b)是示出了设置关于冠状平面C上的交叉线CL形成任意角度的直线SL的步骤的示意图；而图5(c)是示出了基于直线SL选择重构平面RP的步骤的示意图。
如图5(a)所示，使用者首先通过利用游标等操作重构平面限定部件35，在矢状平面S中的勘察图像上限定矢状平面S和冠状平面C之间的交叉线CL上的参照位置P。接下来，使用者操作重构平面限定部件35以根据勘察图像和对象中的成像区域来设置通过参照位置P的直线SL，从而使得线SL相对于交叉线CL形成确定的角度。使用者按压重构平面限定部件35上的设置键等以使中央处理设备31将设置存储到存储装置34中。
接下来，如图5(b)所示，使用者类似地在冠状平面C中的勘察图像中操作重构平面限定部件35，并设置通过参照位置P的直线SL，从而使得线SL相对于交叉线CL形成确定的角度。此时，中央处理设备31将在矢状平面S中的勘察图像中限定的交叉线CL上的参照位置P转置到冠状平面C中的勘察图像。再次，使用者按压重构平面限定部件35上的设置键等以使中央处理设备31将设置存储到存储装置34中。
接下来，如图5(c)所示，中央处理设备31在显示装置33上显示通过设置于矢状平面S和冠状平面C中的勘察图像中的直线SL选择的重构平面RP。使用者观察显示的图像并进行确认。可能根据需要细微地调节重构平面RP。通过用游标等操作重构平面限定部件35来移动线，使用者可以调节用于选择显示于显示装置33上的重构平面RP的两条直线。
接下来，使用者指定通过重构产生的图像的范围和产生图像的间隔(ST3)。
图6是通常示出了指定图像范围和图像产生间隔的步骤的一部分的示意图。
图6中示出的示意图基本上代表如例如在图5中示出的冠状平面中的相同的层析图像。如图6所示，使用者利用重构平面限定部件35在显示装置33上指定开始位置S1、结束位置E1和图像产生间隔I1，以用于在第一区域R1中产生图像。此外，通过使用者操作操作部件36，也可以指定扫描速度、要产生的图像的片厚度、螺旋节距等。
而且，可以在一次扫描中指定不同的图像产生间隔。在这种情况下，在指定第一区域R1之后，使用者通过重构平面限定部件35类似地在显示装置33上指定开始位置S2、结束位置E2和图像产生间隔I2，以用于在第二区域R2中产生图像。
在第一和第二区域R1和R2之间不同地指定图像产生间隔I1和I2。此外，例如，可以将在第一和第二区域R1和R2中指定的重构平面指定为在区域R1和R2之间不平行。此时，通过执行上面描述的步骤ST2，使用者在第二区域R2中指定重构平面。
此外，使用者通过操作部件36可以在第一和第二区域R1和R2之间指定不同的扫描速度。在这种情况下，中央处理设备31实施控制以在从第一区域R1的结束位置E1到第二区域R2的开始位置S2的范围中线性地改变速度。
通过使用者在观察显示于显示装置33上的图像的同时操作输入装置32来设置指定，并通过中央处理设备31存储于存储装置34中。
用步骤ST1-ST3代表本发明的限定重构平面的步骤的一个实施例。
接下来，确认选择的重构平面、重构条件和扫描条件，并且如果需要，重复从步骤ST2开始的过程(ST4)。
可替代地，由于在上面描述的情况中在第一和第二区域R1和R2之间平行限定重构平面，所以使用者可以在另一区域中以不同于在第一和第二区域R1和R2中指定的方向来选择重构平面。
一旦已经建立了重构平面、重构条件和扫描条件，中央处理设备31就基于图像产生间隔和成像区域来选择比如螺旋节距的锥形束扫描条件，并将它们显示在显示装置33上。通过存储于存储装置34中的程序等预置这些扫描条件作为默认条件。使用者根据需要通过输入装置32修改显示的扫描条件。中央处理设备31将修改的扫描条件存储到存储装置34中。
而且，中央处理设备31基于指定的重构平面、图像产生间隔和片厚度来限定锥形束重构条件。具体地，中央处理设备31将在确定帧中检测到的检测器阵列23的地址数据设置为用于在重构平面中重构确定区域。在下面将要描述的步骤ST5之后可以实施如上面所述的重构条件的设置。
在限定重构平面、重构条件和扫描条件之后，基于限定的条件扫描对象(ST5)。
中央处理设备31基于提供了前述修正的存储装置34上的程序发送命令至扫描台架2和成像台4。因此，扫描台架2基于指定的扫描速度从扫描开始位置至扫描结束位置扫描设置于预定位置处的对象。检测器阵列23通过数据收集部件24输出检测的投影数据至中央处理设备31。中央处理设备31将输入数据存储到存储装置34中。用步骤ST5代表本发明的扫描步骤的一个实施例。
接下来，中央处理设备31基于在步骤ST5处获得的投影数据和在步骤ST2和ST3处限定的条件来实施重构处理(ST6)。
中央处理设备31基于比如存储于存储装置34中的现有维形束重构程序的程序来实施重构处理。中央处理设备31在显示装置33上显示选择的重构平面中的层析图像。因此，使用者可以观察指定区域中的预选的重构平面。用步骤ST6代表本发明的重构步骤的一个实施例。
依据本发明的成像方法，通过利用锥形形状X射线和锥形束重构对对象实施扫描，可以以三维方式无限制地限定重构平面，而不必取决于发射的X射线的发射角度或方向、X射线检测器设置的方向或扫描台架的旋转方向。
而且，由于产生重构平面的间隔等在多个区域中是可变的，所以例如可以以螺旋扫描来实施具有变化速度的扫描。此外，由于在扫描之前限定重构平面，所以可以获得在任意平面中的层析图像，而不产生轴向图像。此外，可以将重构平面限定为在区域之间不平行。
依据本发明的X射线CT设备，通过利用锥形形状X射线和锥形束重构对对象实施扫描，可以以三维方式无限制地限定重构平面，而不必取决于发射的X射线的发射角度或方向、X射线检测器设置的方向或扫描台架的旋转方向。
而且，通过在扫描之前在显示装置上独立地选择在勘察图像上限定的直线的角度，可以以在视觉上简单的方式来指定重构平面。此外，除了产生重构平面的间隔之外，可能在显示屏幕上指定片厚度，并因此可以在视觉上确认图像重叠的存在。
本发明的成像设备不局限于前述实施例。
例如，在步骤ST3处限定的在图6中示出的第一和第二区域中的重构平面可以是平行的。在这种情况下，可以省略在第二区域中重构平面的设置。此外，虽然是在矢状和冠状平面中捕获勘察图像，但是勘察图像的成像平面并不特别局限于此。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以构造本发明的许多广泛不同的实施例。可以理解，除了在所附权利要求中限定的之外，本发明不局限于在说明中描述的具体实施例。
部件清单：
2、扫描台架
3、操作控制台
4、成像台
21、X射线管
22、准直仪
23、检测器阵列
24、数据收集部件
25、X射线控制器
26、准直仪控制器
27、旋转部件
28、旋转控制器
31、中央处理设备
32、输入装置
33、显示装置
34、存储装置
35、重构平面限定部件
36、操作部件
37、图像重构部件
     开始
ST1、实施勘察成像
ST2、利用2个勘察图像选择任意的重构平面
ST3、指定层析图像产生的范围和间隔
ST4、设置完成？
ST5、扫描对象
ST6、基于投影数据实施重构处理
     结束

Claims (9)

1. 一种具有X射线源和被设置以面向所述X射线源的X射线检测器的X射线CT设备，其中在X射线源和X射线检测器之间设置对象，所述设备用于围绕所述对象旋转所述X射线源和所述X射线检测器中的至少一个，并通过所述X射线检测器检测从所述X射线源朝向所述对象发射的锥形形状X射线，所述设备包括：
限定装置，用于在与由所述X射线源和所述X射线检测器中的至少一个围绕所述对象旋转而形成的平面不平行的平面中为所述对象限定重构平面，其中：所述限定装置利用平行于连接所述对象的头至脚趾的身体轴的方向的勘察图像来限定任意的重构平面。
2. 权利要求1的X射线CT设备，其中：
所述限定装置限定相邻重构平面之间的间隔。
3. 权利要求1的X射线CT设备，进一步包括：
重构装置，用于利用由所述X射线检测器检测的投影数据，在由所述限定装置限定的所述重构平面中锥形束重构所述对象的层析图像。
4. 权利要求1的X射线CT设备，其中：
所述限定装置限定多个所述勘察图像的交叉线上的参照位置，以限定通过参照位置的所述重构平面。
5. 权利要求4的X射线CT设备，其中：
在每个勘察图像中，所述限定装置限定穿过所述参照位置的、与所述交叉线形成任意角度的直线，并且通过在所述参照位置处交叉的两条所述直线来限定所述重构平面。
6. 权利要求1的X射线CT设备，其中：
所述限定装置限定用于产生所述重构平面的开始位置和结束位置，以及所述开始和结束位置之间的扫描速度。
7. 权利要求6的X射线CT设备，其中：
所述限定装置限定其中产生所述重构平面的多个区域，这些区域由所述开始和结束位置限制。
8. 权利要求7的X射线CT设备，其中：
所述限定装置将所述重构平面限定为在限定区域之间不平行。
9. 一种用于X射线CT设备的成像方法，该X射线CT设备具有X射线源和被设置以面向X射线源的X射线检测器，其中在X射线源和X射线检测器之间设置对象，该设备用于围绕所述对象旋转所述X射线源和所述X射线检测器中的至少一个，并通过所述X射线检测器检测从所述X射线源朝向所述对象发射的X射线，所述方法包括步骤：
在与由所述X射线源和所述X射线检测器中的至少一个围绕所述对象旋转而形成的平面不平行的平面中为所述对象限定重构平面，其中，所述限定重构平面的步骤包括如下步骤：
产生与连接预定位置处的所述对象的头至脚趾的身体轴的方向平行的勘察图像；
使用所述勘察图像来选择任意的重构平面；以及
限定相邻重构平面之间的间隔；
在从所述X射线源发射锥形X射线的同时扫描所述对象；以及
基于所述限定的重构平面重构所述对象的层析图像。
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