CN100508892C - 用于剂量报告的计算机断层摄影剂量索引人体模型选择 - Google Patents

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Abstract

提出了一种计算机断层摄影装置，它包括：x射线台架组件；投射x射线束的x射线源；位于x射线源对面并接收x射线束的检测器组件；以及与x射线源和检测器组件通信的控制机构。控制机构包括的逻辑部分，所述逻辑部分适合于：对对象进行至少一次探测扫描，以便产生第一探测扫描图像；基于第一探测扫描图像产生椭圆患者模型；使椭圆患者模型与人体模型直径近似值匹配；基于人体模型直径近似值产生剂量报告；以及将所述剂量报告显示在与控制机构通信的显示器上。

Description

用于剂量报告的计算机断层摄影剂量索引人体模型选择
技术领域
本发明一般涉及计算机断层摄影装置，更具体地说，涉及具有用于剂量报告的改进的人体模型选择的计算机断层摄影装置。
背景技术
计算机断层摄影术已应用于各种成像应用。这种应用的一大类是医学成像。虽然已知在医学界中计算机断层摄影术可以有许多种配置，但通常还是基于发射穿透人体结构的低能量射线。这种能量射线随后被接收并处理，形成人体结构的图像，通常是三维图像，由医生进行分析作为诊断辅助。
能量射线(例如伽玛射线或x射线)的接收常常通过使用称之为检测器组件的装置来实现。检测器组件通常由多个协同工作的结构组成，接收并处理已通过人体结构的入射能量射线。检测器组件利用闪烁体来吸收光子并将它们的能量转换为可见光。这使得可以把由闪烁体检测器接收的能量射线转换为有用的信息。闪烁体元件可以具有许多形式并且可以适合于各种入射射线。闪烁体元件产生的光通常用诸如光敏光电二极管等器件处理，所述器件将来自闪烁体元件的光转换成电信号。这样，来自闪烁体元件的信息就可容易地由电子模块传送、转换和处理，便于医生观看和操作。
虽然CT扫描提供了极为有用和关键的医学诊断元件，但它们仍应认为是一种工具，如果使用不当，则会使接受CT扫描的患者感到忧虑。所述方法学通过使用伽玛射线和x射线来工作，而这些射线仅适合于在一定限度内照射人体。在接受CT成像过程时人体要吸收辐射。过多暴露于这种辐射之下会带来附加的医学问题。患者的身材、成像区域的截面积、成像区域的面积，在确定获得清晰成像所需的最小辐射曝光方面都起一定的作用。计算机断层摄影剂量索引(CTDI)是要求所有计算机断层摄影机制造商使用的一种标准剂量测量方法学。所述方法学利用人体模型来报告典型的头部和身体剂量。新规定要求在选择扫描后但进行扫描前将CTDIvol(CTDI容量)显示给操作者。确定CTDIvol的方法学一般利用对患者身材的假定在成像之前提供估计的CTDIvol。适合的人体模型尺寸不仅取决于患者的身材，还取决于被成像的身体部位。除了依赖操作者的估计，例如成人/头部或儿童/身体，最好能有更精确和一致的CTDIvol剂量报告。
所以，非常需要一种计算机断层摄影装置，它具有改进的CTDIvol报告可靠性。而且，非常需要一种计算机断层摄影装置，它提供的CTDIvol报告是针对当前被成像的具体患者/部位的。
发明内容
提出一种计算机断层摄影装置，它包括：x射线台架组件；投射x射线束的x射线源；位于x射线源对面并接收x射线束的检测器组件；以及与x射线源和检测器组件通信的控制机构。控制机构包括的逻辑部分，所述逻辑部分适合于：对对象执行至少一次探测扫描，以便产生第一探测扫描图像；基于第一探测扫描图像产生椭圆患者模型；使所述椭圆患者模型与人体模型直径近似值匹配；基于人体模型直径近似值产生剂量报告；以及将剂量报告显示在与控制机构通信的显示器上。
在阅读了结合附图和所附权利要求书对优选实施例所作的详细说明后，将明白本发明的其它特征。
附图说明
图1示出按照本发明的计算机断层摄影装置；
图2是图1中图解说明的计算机断层摄影装置的方框图；
图3是用于图1中图解说明的计算机断层摄影装置的控制机构的流程图说明；
图4是探测扫描图像到椭圆患者模型的转换过程的图解说明，用于图1中图解说明的计算机断层摄影装置；
图5是人体模型直径近似法的图解说明，用于图1中图解说明的计算机断层摄影装置；
图6是能产生图4中所示的患者椭圆模型的替代的组件的图解说明；
图7是用于图1中图解说明的计算机断层摄影装置的可变蝴蝶结(bow-tie)元件的图解说明；以及
图8是关于人体模型直径近似法的CTDIvol数据库的图解说明，用于图1中图解说明的计算机断层摄影装置。
具体实施方式
参阅图1和2，图中示出计算机断层摄影(CT)成像系统10，它和本发明的检测器组件18一起使用。虽然示出的是特定的CT成像系统10，但应理解，本发明的检测器组件18可用于各种成像系统中。CT成像系统10包括以台架组件的形式示出的扫描器组件12。扫描器组件12包括x射线源14，用于将x射线束投射到位于射线源14对面的检测器组件18上。检测器组件18包括多个检测器元件20，称为检测器阵列，它们组合在一起以便检测通过对象例如患者22的所述投射的x射线16。每一个检测器元件20产生电信号，所述电信号代表照射的x-射线的强度，因此代表射束16通过对象-患者22时的衰减。通常，为获取x射线投影数据而进行扫描时，扫描器组件12围绕旋转中心24旋转。在图2中图解说明的一个实施例中，可以把检测器组件20排列成多个平行的行，以便在一次扫描中可以同时获取对应于多个平行切片的投影数据。
扫描器组件12的旋转和x射线源14的工作最好由控制机构26控制。控制机构26最好包括：x射线控制器29，它向x射线源14提供电源和定时信号；以及扫描器电动机控制器30，它控制扫描器组件12的转速和位置。控制机构26中的数据获取系统(DAS)32对来自检测器元件20(通常是光电检测器阵列)的模拟数据采样，因而将模拟数据转换成数字信号供后续处理。图像重构器34从DAS32接收已采样的数字化x射线数据并进行高速图像重构。重构的图像输入到计算机36，存储在大容量存储装置38中。
计算机36还可以通过具有键盘和类似输入装置的操作台40接收来自操作员的指令和扫描参数。关联的显示器42使操作员能够观察来自计算机36的重构图像和其它数据。操作员提供的指令和参数由计算机36用来向DAS32、x射线控制器29和扫描器电动机控制器30提供控制信号和信息。此外，计算机36操作工作台电动机控制器44，后者控制电动工作台46以便将患者22定位在扫描器组件22中适当的位置。具体地说，工作台46移动患者22的各部位使之通过扫描器开孔48。
计算机断层摄影装置10的重要工作特征是在执行扫描之前显示计算机断层摄影的剂量索引容量。这样就可以使操作员在患者22实际经受这种曝光之前能恰当地评估患者22将会经受的辐射剂量。为了正确提供这种CTDIvol数值，本发明必需首先对实际患者22的身材和位置研发一种精确的概念。所以本发明在控制机构26中包括了逻辑部分50，逻辑部分50独特地适合于提供这种信息。逻辑部分50的说明示于图3。逻辑部分50适合于执行至少一次对对象/患者52的探测扫描。探测扫描54是低强度扫描，用来在正式的计算机断层摄影(CT)成像前获取位置和常用信息。所述至少一次探测扫描54可以包括横向探测扫描56、前后探测扫描58、或多次正交探测扫描。每个探测扫描54产生探测扫描图像60，所述探测扫描图像可以用来计算用于剂量计算的对患者身材的估算。应理解，患者轮廓扫描62可以用来与探测扫描54协作或代替探测扫描54，用于患者身材的计算。
本发明提供一种装置，用于根据一次或多次探测扫描54或患者轮廓扫描63来计算患者22的身材、形状和对中。图4示出利用探测扫描54产生椭圆患者模型64的原理。各种已知的成像处理方法例如边缘检测等都已考虑在内。椭圆患者模型64是患者截面积的近似，用基于投影面积(PA)和作用范围(投影量度PM)的椭圆来表示。利用单次探测扫描，利用椭圆面积公式X＝4A/PieY(式中椭圆比＝x/y)来计算正交投影量度(OPM)。将代表预期临床体积和形状的一组人体模型(见图5)与OPM进行比较，就可得到适当的椭圆患者模型64。其中虽考虑了多次扫描或三维扫描，但应理解，是针对z扫描轴上的每个位置来估算椭圆患者模型64的。所以本发明可用于复杂扫描，例如螺旋状扫描。本发明设想利用单一探测扫描图像60或多个图像来估算椭圆患者模型64。可以根据两次正交探测投影来计算探测扫描图像60的形心(质量中心)。形心距等角点通道的距离可以用来从几何上计算患者22的X和Y对中误差。使用形心计算优于边缘检测法，因为它得出应位于最大X射线场的最大衰减中心，而不只是相对于对象22边缘的物理中心。所以探测扫描图像60可以用来不仅确定患者22的身材，也可确定是否对准中心。
当使用单次探测扫描54时，例如前后探测扫描58，在不知道患者的取向的情况下很难计算垂直对中误差。所以，本发明通过利用图6所述的位移传感器66采用了表面上升信息。所示的一种方法学使用仰角基准68，即工作台仰角，来确定Y轴对中误差。但当患者22被用枕头或其它定位装置垫高时(这是很常见的)，这种估算就不精确。所以本发明利用激光位移传感器70或声位移传感器72，按照患者22的轮廓来提供垂直对中调节。最后，可以使用多个位移传感器70来测量患者的轮廓72，此时可以省去利用探测扫描54的计算。
因此，本发明已经利用探测扫描54或其它传感器扫描为z轴上的每个扫描点产生椭圆患者模型64。本发明可以针对患者的尺寸、位置和正确对中进行调节，以便提供精确的椭圆表示。本发明还利用这种椭圆患者模型64来产生剂量最小化的成像序列74。这种剂量最小化成像序列74提供了改进的分辨率，又减少了患者22所接收的剂量。在一个实施例中，本发明用剂量最小化成像序列74来调节位于x射线源14中的蝴蝶结元件76的大小。其作法可以是替代蝴蝶结元件76或通过使用可调节的蝴蝶结组件(见图7)。而且，x射线源14的电流调制78可以根据椭圆患者模型64来调节。蝴蝶结元件76和电流调制78还可以用来补偿患者22相对于x射线源的对中失调。
在计算能使患者22经受最小辐射的成像序列74的同时，本发明还可正确计算CTDIvol并在实际进行成像84之前将此剂量传送到显示器82。本发明的作法是将椭圆患者模型64与人体模型直径近似值86之一进行比较(见图5)。选出最接近椭圆患者模型64的人体模型直径近似值86。人体模型代表放置在CT装置10中的已知物理装置，它们测量对于给定的曝光设定值(成像序列)的剂量。还可以包括人体模型尺寸与CTDI的关系(对于恒定的kv和mA)的数据库，使得可以针对给定的人体模型尺寸和给定电流计算具体的剂量。虽然可以产生各种尺寸的人体模型，但CTDI的两种标准尺寸是16cm和32cm人体模型。所以，本发明是根据与剂量最小化成像序列74进行比较所选的人体模型直径近似值86来产生剂量报告的。通过改变患者22每个成像切片的剂量最小化成像序列74和人体模型直径近似值86，本发明可以提供比现有方法可靠和精确得多的剂量报告。
虽然已示出和说明了本发明的特定实施例，但本专业的技术人员会想到许多变型和替代的实施例。所以，申请人的意图是：本发明仅受所附权利要求书的限制。

Claims (8)

1.一种计算机断层摄影装置(10)，它包括：
x射线台架组件；
投射x射线束(16)的x射线源(14)；
检测器组件(18)，它位于所述x射线源(14)对面，所述检测器组件(18)在所述x射线束(16)通过对象后接收所述x射线束(16)；
控制机构(26)，它与所述x射线源(14)和所述检测器组件(18)通信；
仰角基准，
所述控制机构包括逻辑部分，所述逻辑部分适合于：
对所述对象(52)执行至少一次探测扫描(54)，所述至少一次探测扫描(54)产生第一探测扫描图像；
基于所述第一探测扫描图像(60)产生椭圆患者模型(64)；
使所述椭圆患者模型(64)与人体模型直径近似值(86)匹配；
基于所述人体模型直径近似值(86)产生剂量报告；
将所述剂量报告显示在显示器(82)上，所述显示器(82)与所述控制机构(26)通信；以及
利用所述仰角基准与所述至少一次探测扫描(54)结合来产生所述椭圆患者模型(64)。
2.如权利要求1所述的计算机断层摄影装置(10)，其中所述至少一次探测扫描
Figure C200510088445C0002114526QIETU
包括两次正交探测扫描。
3.如权利要求1所述的计算机断层摄影装置，其中所述至少一次探测扫描(54)包括：
横向探测扫描(56)；以及
前后探测扫描(58)。
4.一种计算机断层摄影装置(10)，包括：
x射线台架组件；
投射x射线束(16)的x射线源(14)；
检测器组件(18)，它位于所述x射线源(14)对面，所述检测器组件(18)在所述x射线束(16)通过对象后接收所述x射线束(16)；
控制机构(26)，它与所述x射线源(14)和所述检测器组件(18)通信；
与所述控制机构(26)通信的至少一个激光位置测量装置，所述控制机构(26)包括逻辑部分，所述逻辑部分适合于：
利用所述激光位置测量装置结合至少一次探测扫描(54)产生椭圆患者模型(64)；
使所述椭圆患者模型(64)与人体模型直径近似值(86)匹配；
基于所述人体模型直径近似值(86)产生剂量报告；
将所述剂量报告显示在显示器(82)上，所述显示器与所述控制机构(26)通信。
5.一种计算机断层摄影装置(10)，它包括：
x射线台架组件；
投射x射线束(16)的x射线源(14)；
检测器组件(18)，它位于所述x射线源(14)对面，所述检测器组件(18)在所述x射线束(16)通过对象后接收所述x射线束(16)；
控制机构(26)，它与所述x射线源(14)和所述检测器组件(18)通信，所述控制机构(26)包括逻辑部分，所述逻辑部分适合于：
对所述对象(52)执行至少一次扫描，所述至少一次扫描产生第一扫描图像；
基于所述第一扫描图像产生椭圆患者模型(64)；
使所述椭圆患者模型(64)与人体模型直径近似值匹配；
基于所述人体模型直径近似值(86)产生剂量报告；
将所述剂量报告显示在显示器(82)上，所述显示器与所述控制机构通信；以及
利用所述椭圆患者模型(64)产生剂量最小化成像序列；
其中所述剂量最小化成像序列包括：
计算对象对中信息；以及
调节所述x射线源的电流调制，对所述对象对中信息进行补偿。
6.如权利要求5所述的计算机断层摄影装置(10)，其中所述剂量最小化成像序列包括：
调节位于所述x射线源中的蝴蝶结元件(76)，以便把对所述对象的辐射曝光量减至最小。
7.如权利要求5所述的计算机断层摄影装置(10)，其中所述剂量最小化成像序列包括：
调节所述x射线源(14)的电流调制，以便把对所述对象的辐射曝光量减至最小。
8.一种利用计算机断层摄影装置(10)将对象成像的方法，所述方法包括：
对所述对象(52)执行至少一次探测扫描(54)，所述至少一次探测扫描(54)产生第一探测扫描图像；
使用控制机构，利用仰角基准结合所述至少一次探测扫描来产生椭圆患者模型；
利用控制机构(26)基于所述第一探测扫描图像(60)产生椭圆患者模型(64)；
利用所述控制机构(26)使所述椭圆患者模型(64)与人体模型直径近似值(86)匹配；
基于所述人体模型直径近似值(86)产生剂量报告；以及
将所述剂量报告显示在显示器上，所述显示器与所述控制机构(26)通信。
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