CN100444799C - 检查床位置测量方法、下垂补偿方法和x射线ct设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用普通X射线CT设备功能的检查床位置测量和检查床下垂补偿方法。在通过X射线照射和探测装置扫描安置在检查床上的受检者的X射线CT设备中，根据沿切线方向向检查床背侧附近外侧前进的X射线被探测的通道位置和X射线照射和探测装置的几何结构，找到检查床在扫描平面中的位置。确定当前检查床位置从标称位置的下垂，以将检查床升高下垂量。只有当下垂超出阈值时，检查床的升高才被执行。

Description

检查床位置测量方法、下垂补偿方法和X射线CT设备

技术领域

本发明涉及检查床位置测量方法、检查床下垂补偿方法和X射线CT(计算机断层成像)设备，更具体而言涉及测量检查床在扫描平面内位置的方法、补偿检查床下垂的方法和能够执行检查床位置测量和检查床下垂补偿的X射线CT设备，在X射线CT设备中该设备在X射线照射和探测位置扫描位于检查床上的受检者。

背景技术

X射线CT设备通过在台架中旋转的X射线照射和探测装置采集患者的透射X射线信号的多个视图，以便根据透射X射线信号重建断层图像。X射线照射和探测装置的旋转被称作扫描。

受检者被放置在检查床上，以便被传送到扫描平面内。与悬臂类似，检查床从支撑工作台中伸出。因为负载使伸出的悬臂状检查床偏移(下垂)，所以下垂量应当被测量并被补偿。

通过使用安装在检查床各个位置上的传感器，包括下垂的工作台位置测量可以被执行，同时通过在由下垂引起的检查床倾斜的反方向上倾斜支撑检查床的工作台，可以进行下垂补偿(例如，参见专利文献1)。

[专利文献1]

JP-A-2004-180846(第4到8页，图1到8)

发明内容

[本发明解决的问题]

如上所述，工作台位置测量需要特殊类型的传感器。此外，为了在检查床倾斜的反方向上倾斜工作台以补偿下垂，需要特殊的工作台机构。

因此，本发明的一个目的是提供一种通过使用X射线CT设备的普通功能执行检查床位置测量的方法。本发明的另一个目的是提供一种通过使用X射线CT设备的普通功能执行检查床位置测量和检查床下垂补偿的方法。本发明的另一个目的是提供一种X射线CT设备，该设备允许在没有使用任何特殊传感器或工作台机构的情况下执行检查床位置测量和下垂补偿。

[解决问题的手段]

在解决上述问题的一个方面中，本发明提供一种检查床位置测量的方法，该方法用于测量X射线CT设备的扫描平面中的检查床位置，其中上述X射线CT设备通过使用X射线照射和探测装置扫描安置检查床上的受检者；该方法包括步骤：基于x射线照射和探测装置的几何结构，确定检查床背侧附近外侧沿切线方向通过的X射线的探测通道位置和扫描平面中检查床的位置。

为了确定所需的下垂补偿量，优选根据检查床标称位置确定下垂。

在解决上述问题的另一个方面中，本发明提供一种检查床下垂补偿的方法，该方法用于补偿X射线CT设备的扫描平面中的检查床下垂，其中上述X射线CT设备通过使用X射线照射和探测装置扫描安置检查床上的受检者；该方法包括下述步骤：基于x射线照射和探测装置的几何结构，确定检查床背侧附近外侧沿切线方向通过的X射线的探测通道位置和扫描平面中检查床的位置；确定检查床位置偏离标称位置的下垂量；并将检查床升高下垂量。

为了改善下垂补偿的稳定性，当下垂量超出预定阈值时，优选抬高检查床。

在解决上述问题的另一个方面，本发明提供一种使用X射线照射和探测装置扫描安置在检查床上的受检者的X射线CT设备，该设备包括检查床位置测量装置，用于根据X射线照射和探测装置的几何结构，确定检查床背侧附近外侧沿切线方向通过的X射线的探测通道位置和扫描平面中的检查床位置。

优选进一步包括下垂计算装置，用于确定上述检查床位置偏离标称位置的下垂量，以便明确确定所需的下垂补偿量。

也可以优选进一步包括将检查床升高下垂量的高度调整装置，以便补偿由于下垂引起的工作台位置的偏离。

当下垂量超出预定阈值时，优选通过上述高度调整装置抬高检查床，以便改善下垂补偿的稳定性。

[发明效果]

在本发明的一个方面，对于在通过X射线照射和探测装置扫描安置在检查床上受检者的X射线CT设备的扫描平面中测量检查床位置，因为扫描平面中检查床位置是根据在检查床背侧附近外侧沿切线方向通过的X射线的探测通道位置和X射线照射和探测装置的几何结构确定的，所以本发明可以通过使用X射线CT设备普通功能实现检查床位置测量的方法。

在本发明的另一个方面，对于在通过X射线照射和探测装置扫描安置在检查床上受检者的X射线CT设备的扫描平面中补偿检查床下垂，因为扫描平面中检查床位置是根据在检查床背侧附近外侧沿切线方向通过的X射线的探测通道位置和X射线照射和探测装置的几何结构确定的，当前检查床位置从标称位置的下垂被确定，并且将检查床升高下垂量，所以本发明可以通过使用X射线CT设备的普通功能实现检查床位置测量和下垂补偿的方法。

在本发明的另一个方面，通过X射线照射和探测装置扫描安置在检查床上的受检者的X射线CT设备可以包括检查床位置测量装置，该装置根据在检查床背侧附近外侧沿切线方向通过的X射线的探测通道位置和X射线照射和探测装置的几何结构确定扫描平面中的检查床位置，使得本发明可以实现一种不使用任何特殊传感器就能执行检查床位置测量的X射线CT设备。

此外，本发明的X射线CT设备可以包括下垂计算装置和高度调节装置，上述下垂计算装置用于确定检查床位置从标称位置的下垂量，上述高度调整装置用于将检查床升高下垂量，以实现不使用任何特殊工作台机构就能补偿下垂的X射线CT设备。

附图说明

图1是用于执行本发明的示例性最佳模式的X射线CT设备的示意图；

图2是用于执行本发明的示例性最佳模式的X射线CT设备的示意图；

图3是X射线照射和探测装置的示意图；

图4是X射线探测器的X射线入射面的示意图；

图5是检查床下垂的示意图；

图6是说明安置在检查床上的受检者和X射线照射和探测装置之间几何关系的示意图；

图7是说明安置在检查床上的受检者和X射线照射和探测装置之间几何关系的示意图；

图8是说明安置在检查床上的受检者和X射线照射和探测装置之间几何关系的示意图；

图9是台架倾斜时真实距离和表观距离的示意图；

图10是X射线焦点连续经过3个触发点时X射线传播的示意图；

图11是探测信号的信号强度的示意图；

图12是多个通道中的X射线传播的示意图；

图13是多个通道中的X射线传播的示意图；

图14是探测信号的信号强度的示意图；

图15所示流程图显示了用于执行本发明的示例性最佳模式的X射线CT设备的操作；

图16是显示下垂补偿的示意图；

图17所示流程图显示了用于执行本发明的示例性最佳模式的X射线CT设备的操作。

[附图标记]

10受检者

100台架

110X射线照射和探测装置

130X射线管

132焦点

134X射线

150X射线探测器

152X射线入射面

154探测器单元

200工作台

202工作台顶

204检查床

206支架

208底座

300操作人员控制台

302显示器

具体实施方式

参考附图，执行本发明的最佳模式将被详细描述。应当理解本发明不限于执行本发明的最佳模式。图1显示了根据本发明的X射线CT设备的示意图。该设备是用于执行本发明的示例性最佳模式。该设备的结构显示了用于执行本发明的X射线CT设备的示例性最佳模式。该设备的操作显示了用于执行本发明的检查床位置测量方法的示例性最佳模式，并且显示了用于执行本发明的检查床下垂补偿方法的示例性最佳模式。

该设备包括台架100、工作台200和操作人员控制台300。台架100使用X射线照射和探测装置110扫描被工作台200传送到其中的受检者10，以采集透射X射线信号(扫描数据)的多个视图并传送给操作人员控制台300。操作人员控制台300根据从台架100输入的扫描数据重建图像，并在显示器302上显示重建图像。

操作人员控制台300也控制台架100和工作台200的操作。在操作人员控制台300的控制下，台架100按照预定扫描条件进行扫描，同时工作台200对准受检者10以便使预定部分接受扫描。借助内部对准机构，通过调节工作台顶202的高度和检查床204在工作台顶上的平移距离，执行该对准。

通过保持检查床204静止不动进行扫描，能够执行轴向扫描。在检查床204被连续移动时连续进行多次扫描，能够执行螺旋扫描。在检查床204被断续平移时，每当检查床204保持静止时进行顺序扫描，能够执行簇(cluster)扫描。

通过围绕底座208的连接中心摆动支架206，进行工作台顶202的高度调整。摆动支架206允许在垂直和水平方向上移动工作台顶202。检查床204可以在工作台顶202上水平平移，以便抵消工作台顶202的水平移动。在某些扫描状态下，可以在台架100倾斜的情况下执行扫描。台架100的倾斜由内部倾斜机构执行。

工作台200也可以采用图2所示的类型，即工作台顶202相对于底座208向上和向下垂直移动。工作台台面202的上下移动由内部升降机机构执行。在这种类型的工作台200中，工作台顶202不与其升降一起平移运动。

图3显示了X射线照射和探测装置110结构的示意图。X射线照射和探测装置110从X射线管130的焦点132发射X射线束134，并用X射线探测器150探测。

X射线束134被准直器(图中未显示)定形，以形成具有横向对称形状的锥形束或扇形束。X射线探测器150具有X射线入射面152，该入射面在与扩展的X射线一致的二维平面上延伸。X射线入射面152被弯曲以形成圆柱的弧形部分。圆柱的中心轴通过焦点132。

X射线照射和探测装置110围绕通过成像中心(也就是，等角点)的中心轴旋转。中心轴和X射线探测器150的弧形的中心轴平行。

现在定义坐标轴：旋转中心轴为z方向，从等角点O到焦点132的方向为y方向，和z方向和y方向均垂直的方向为x方向。x、y、z轴是围绕z轴的旋转坐标系的三个轴。

图4显示了X射线探测器150的X射线入射面152的示意性平面图。X射线入射面152由在x方向和z方向二维排列的探测器单元154形成。也就是说，X射线入射面152形成探测器单元154的二维阵列。当使用扇形X射线束时，X射线入射面152可以是探测器单元154的一维阵列。

探测器单元154中的每一个均形成X射线探测器150的探测通道。由此，X射线探测器150可以被用作多通道X射线探测器。例如，探测器单元154可以由例如闪烁体和光电二极管的组合体组成。

检查床204作为悬臂从工作台顶202中伸出。在这种结构中，负荷使检查床204的伸出部分偏转，导致偏离标称位置，即下垂。上述情况如图5虚线所示。图5所示的下垂多少有些夸张。下垂量随着检查床伸出长度的增加和负荷的增加而增加。

该设备通过使用X射线CT设备的功能，测量具有上述下垂的检查床204的实际高度，以便与下垂量一致地进行补偿。在下面的描述中，测量检查床204高度的方法和补偿下垂的方法将被描述。

图6显示了其上安置有受检者10的检查床204和X射线照射和探测装置110之间的几何关系。在图6中，X射线照射和探测装置110用从焦点132射出的X射线束134和接收该射束的X射线探测器150表示。

X射线束134的扇形角被定义成θ。扇形角θ是由系统说明书定义的已知数，即X射线照射和探测装置的几何结构。对应于具有扇形角θ的X射线束134的X射线探测器150的通道数目为N。通道数从右边到左边依次指定为1、2、3、...、N。通道数N也是由系统说明书定义的已知数，即X射线照射和探测装置的几何结构。

例如，X射线照射和探测装置110例如按顺时针方向绕等角点O旋转，以扫描受检者10和检查床204。受检者10和检查床204被放置在X射线照射和探测装置110的扫描平面内。

在扫描期间，焦点132在围绕等角点O的半径为R的圆周上运动。半径R是由系统说明书定义的已知数，即X射线照射和探测装置的几何结构。在下面的描述中，焦点132在圆周上的位置将代表X射线照射和探测装置110的旋转位置。

焦点132顺序通过位于圆周上的M个触发点。M个触发点中的每一个均收集透射X射线信号。触发点的数目M是由系统说明书定义的已知数。

如图7所示，在M个触发点中存在一些触发点，在这些触发点从焦点132射出的X射线136在检查床204背侧附近外侧上沿切线方向经过。假设连接焦点132和等角点O的直线和X射线136之间的夹角是α，那么从等角点O到X射线136的距离h能够由下述等式给出：

[等式1]

h＝Rsinα(1)

距离h代表等角点O到检查床204背侧的距离。X射线136进入的X射线探测器150的通道数n能够由下述等式给出：

[等式2]

$n=\mathrm{int}[\frac{\frac{\mathrm{\θ}}{2}-\mathrm{\α}}{\mathrm{\θ}}\×N+0.5]---\left(2\right)$

因此，当通道数n已知时，角度α能够从等式(2)中给出，或使用角度α从等式(1)中导出距离h。

如图8所示，在M个触发点中存在一些触发点，在这些触发点从焦点132射出的X射线136′沿切线方向经过检查床204背侧附近的外侧。X射线136′和图7所示的X射线136传播路径相同，但是方向相反。上述触发点被称为镜像点。

连接焦点132和等角点O的直线和X射线136′之间的角度相对于等角点O到X射线136的距离h之间的关系，能够通过上述等式(1)给出。X射线136′进入的X射线探测器150的通道数n′能够由下述等式给出：

[等式3]

$n^{\′}=\mathrm{int}[\frac{\frac{\mathrm{\θ}}{2}+\mathrm{\α}}{\mathrm{\θ}}\×N+0.5]---\left(3\right)$

因此，当通道数n′已知时，角度α能够从上述等式(3)中确定，或使用角度α从等式(1)中导出距离h。

因为距离h是扫描平面内的距离，所以当如图9(a)所示通过倾斜台架100而使扫描平面倾斜时，表观距离H_tilt要大于真实距离H，如图9(b)和(c)所示。

假设台架100的倾斜角是Ψ，距离H_tilt能够由下述等式给出：

[等式4]

$\mathrm{Htilt}=\frac{H}{\cos \mathrm{\ψ}}---\left(4\right)$

当台架100被倾斜时，那么等式(3)被用于确定真实距离H。

因为等角点O距离地板的高度由系统说明书定义，即X射线照射和探测装置的几何结构，所以如果距离h被确定，则检查床204的高度能够被给出。因为检查床204的标称高度由系统说明书定义，所以下垂能够根据其差值确定。下垂被确定后，下垂补偿量能够被确定。

现在将描述规定通道数n的方法。图10显示了当焦点132连续通过相邻的3个触发点时X射线的传播状态。图中触发点之间的距离被夸张了。

在图10中，触发点*1_T是X射线在检查床204背侧附近外侧沿切线通过的触发点。触发点*1_T-1和*1_T+1分别是前一个和后一个触发点。在这些触发点的两个触发点中，X射线束穿过检查床204的一部分。

现在将通道n在这些触发点*1_T-1、*1_T和*1_T+1的探测信号定义成Y_T-1、Y_T和Y_T+1。探测信号Y_T-1、Y_T和Y_T+1按照这一顺序在不同时刻被获取。现在假设获取这些信号的时刻是T-1、T和T+1，那么在这些时刻的信号强度可以如图11所示。信号强度和X射线的衰减率有关。

如图11所示，信号Y_T的信号强度最小。这是因为X射线完全在空气中传播。信号Y_T-1和Y_T+1比信号Y_T具有更大的信号强度。信号Y_T-1和Y_T+1比信号Y_T的强度大。这是因为这两条X射线均部分地通过检查床204。在信号Y_T和信号Y_T-1、Y_T+1之间存在信号电平的突然变化。

如上所述，沿切线方向经过检查床204背侧附近外侧的X射线探测信号代表其前一个和后一个触发点的信号强度的特殊模式。下文中，这种特殊的变化模式被称为检查床底部模式。

通过使用上述检查床底部模式，可以实现通道数n的识别。更具体而言，从X射线探测器150的通道中，确定代表探测信号的检查床底部模式的通道。在镜像点处的通道数n′也能够用类似方式识别。

可以根据系统说明书估计，当X射线沿切线方向经过检查床204背侧附近外侧时的触发点的近似位置，而且上述X射线入射的近似位置通道数n(或n′)也可以根据系统说明书估计。

如果按上述方式估计的触发点和通道数的附近被搜索，那么通道数n(或n’)的确定是有效的。优选通过平均基于通道数n的计算值和基于通道数n′的计算值确定距离h的值，以改进精度。

为了改进通道数n的特异性保证，使用通道数n附近的多个通道的探测信号。更具体而言，如图12所示，当考虑通道数n附近的通道数n-1、n-2、n-3、n-4时，入射到这些通道的X射线的角度差足够小，使得来自这些通道数的探测信号将表现出和通道数n的探测信号类似的变化模式。

因此，当考虑到在编号降序方向上相邻的多个通道的探测信号均表现出与检查床底部模式类似的模式的条件时，可以改善通道数n的特异性。

通道数n′的特异性保证也可以按照类似的方式得到改善。但是，应当考虑这样的条件，即，使得在标号升序方向上相邻的多个通道的探测信号全都表现出和检查床底部模式类似的模式。

为了改善通道数n的特异性保证，也优选使用触发点*1T附近触发点的多个通道的探测信号。更具体而言，如图13所示，当考虑与触发点*1_T邻接的触发点*1_T+1时，触发点*1_T+1和触发点*1_T的X射线角度差足够小，以致于来自触发点*1_T+1的探测信号组如图14所示表现出和来自触发点*1_T的探测信号组类似的值。

然后当考虑后续时刻方向上的相邻触发点的探测信号组的情况时，通道数n的特异性能够被很好地改善。

通道数n′的特异性保证也可以按照类似方式被改进。但是，应当考虑下述情况，即，使得与先前时刻邻接的触发点的探测信号表现出类似值。

图15显示了表示本发明设备操作的流程图。在步骤101中，触发点和通道数被估计。更具体而言，根据系统说明书，估计X射线在切线方向上经过检查床204背侧附近外侧的触发点和该X射线入射的通道数。

在步骤103中，扫描被执行。扫描可以是轴向、螺旋或簇扫描。通过进行上述扫描收集数据。

在步骤105中，规定通道数以计算检查床204高度。通过使用步骤101中估计的触发点和通道数来在扫描数据中搜索检查床底部模式，可以完成通道数的识别。在每一次单独扫描中，都进行通道数的识别和检查床高度的计算。按照上述方式，检查床204的高度测量值能够被实时获得。

通道数的识别和检查床高度计算在操作人员控制台300中被执行。操作人员控制台300是根据本发明的示例性检查床位置测量装置。

在步骤107中，检查床高度测量值被提供给图像重建单元。在图像重建单元，检查床高度测量值用于重建图像的位置补偿。

在步骤109中，计算检查床204下垂。通过检查床204的标称高度和检查床204的实际高度测量值之间的差值，给出下垂。下垂计算在操作人员控制台300中进行。操作人员控制台300是根据本发明的示例性下垂计算装置。

在步骤111中确定下垂是否大于阈值。阈值对应于容许的下垂量。如果下垂大于阈值，那么在步骤113中下垂被补偿。通过将支撑检查床204的工作台顶202的高度升高下垂值，进行下垂补偿。另一个方面，如果下垂位于阈值以内，则不补偿下垂。

在图1所示的支架206摆动的类型中，当工作台顶202的高度发生变化时，横向位置相应地被移动，以致于检查床204应当在水平方向上被移动一段距离以抵消上述移动。另一方面，如图2所示，在工作台顶202相对于底座208上下垂直运动的类型中，不需要上述工作台操作。

在操作人员控制台300的控制下，由工作台200进行下垂补偿。操作人员控制台300和工作台200是根据本发明的示例性高度调整装置。

在步骤115中确定扫描是否完成，如果扫描还没有完成，那么处理前进到步骤103。当扫描没有完成时，从步骤103到115的操作将被重复执行。由此，在扫描期间，对于每一次单独扫描均进行检查床高度测量，而且每当下垂超出阈值时进行下垂补偿。

图16中显示了示例性的扫描补偿。随着检查床204的延伸，下垂(细线)在逐渐增加，图16显示了针对上述情况的基于阈值的补偿。如图16所示，每当下垂超出阈值时，检查床204的下垂被补偿，而且检查床204的下垂总是位于容许范围内。如上所述，只有当下垂超出阈值时检查床才被抬高，下垂补偿的稳定性可以被改善。

应当理解对于不需要下垂补偿的情况，如图17的流程图所示，检查床高度测量值可以只提供给图像重建单元，以省略下垂计算和下垂补偿。

Claims (8)

1.一种检查床位置测量方法，用于通过X射线照射和探测装置扫描安置在检查床上的受检者的X射线CT设备中，用于测量检查床在扫描平面中的位置，上述方法包括下述步骤：

根据沿切线方向向检查床背侧附近外侧前进的X射线被探测的通道位置和X射线照射和探测装置的几何结构，确定检查床在扫描平面中的位置。

2.根据权利要求1所述的检查床位置测量方法，进一步包括下述步骤：

确定上述检查床位置从标称位置的下垂。

3.一种检查床下垂补偿方法，用于通过X射线照射和探测装置扫描安置在检查床上的受检者的X射线CT设备中，用于补偿检查床在扫描平面内的下垂，上述方法包括下述步骤：

根据沿切线方向向检查床背侧附近外侧前进的X射线被探测的通道位置和X射线照射和探测装置的几何结构，确定检查床在扫描平面中的位置；

确定上述检查床位置从标称位置的下垂；和

将检查床升高上述下垂的量。

4.根据权利要求3所述的检查床下垂补偿方法，进一步包括步骤：

当上述下垂超出预定阈值时，升高检查床。

5.一种X射线CT设备，通过X射线照射和探测装置扫描安置在检查床上的受检者，该设备包括：

检查床位置测量装置，该装置根据沿切线方向向检查床背侧附近外侧前进的X射线被探测的通道位置和X射线照射和探测装置的几何结构，确定检查床在扫描平面中的位置。

6.根据权利要求5所述的X射线CT设备，进一步包括：

下垂计算装置，用于确定当前检查床位置从标称位置的下垂的量。

7.根据权利要求6所述的X射线CT设备，进一步包括：

高度调整装置，用于将检查床升高所述下垂的量。

8.根据权利要求7所述的X射线CT设备，其中当上述下垂超过预定阈值时，上述高度调整装置升高检查床。

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