CN100556364C - X射线计算机断层摄影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的X射线计算机断层摄影装置具备：产生X射线的X射线管；检测透过了被检体的X射线的X射线检测器；绕着旋转轴自由旋转地支持X射线管和X射线检测器的支持机构；根据X射线检测器的输出对图像进行重构的重构部件；在与基于X射线管和X射线检测器的扫描图像摄影有关的视野夹着摄影中心线在与旋转轴垂直的方向上为非对称时，产生与相对于被检体的非对称的视野配置有关的信息的信息产生部件；显示与所产生的配置有关的信息的显示部件。

Description

X射线计算机断层摄影装置
技术领域
本发明涉及具有非对称型的X射线检测器的X射线计算机断层摄影装置。
背景技术
非对称型的X射线检测器是透过了被检体的X射线的检测区域在信道方向上，夹着摄影中心线为非对称，换一种说法就是夹着摄影中心线的一方侧的X射线检测信道数比另一方侧的X射线检测信道数多的X射线检测器。进而，也可以说就是多信道型的X射线检测器的中心相对于将X射线焦点和管球的旋转中心连接起来的线(摄影中心线)在信道方向上向一方侧偏移(shift)了的X射线检测器。
与该检测器的非对称性对应地，X射线束也裂开地形成为非对称的扇形。非对称型的X射线检测器与相同的信道数的对称型的X射线检测器相比，能够扩大摄影视野(摄影FOV)。该效果例如在为了进行治疗的定位而举起右腕进行摄影的情况下有效。
在实际进行断层图像的重构处理时，针对缺失了数据的部分，通过用相对数据进行补足，来确保与摄影视野(摄影FOV)相同的重构视野(重构FOV)。
在进行作为X射线像那样的平面透过像的所谓扫描图像(scanogram)的摄影时，由于非对称的信道排列原样地构成图像，所以摄影区域的左右是不均等的，因此，在对象比较大的情况下，无法避免部分地缺失图像的问题。在理解该问题的基础上，必须设置扫描图像的摄影角度。
但是，由于部分地缺失图像的一侧与X射线管球位置对应地上下左右变动，所以难以直观地知道，操作性变差。
发明内容
本发明的目的在于：在具有非对称型的多信道型的X射线检测器的X射线计算机断层摄影装置中，提高扫描图像的摄影角度的设置操作性。
在本发明的第一方面中，X射线计算机断层摄影装置具备：产生X射线的X射线管；检测透过了被检体的X射线的X射线检测器；绕着旋转轴自由旋转地支持X射线管和X射线检测器的支持机构；根据X射线检测器的输出对图像进行重构的重构部件；在与基于X射线管和X射线检测器的扫描图像摄影有关的视野夹着摄影中心线在与旋转轴垂直的方向上为非对称时，产生与相对于被检体的非对称的视野配置有关的信息的信息产生部件；显示与所产生的配置有关的信息的显示部件。
在本发明的第二方面中，X射线计算机断层摄影装置具备：产生X射线的X射线管；相对于摄影中心线具有非对称性的X射线检测器；根据X射线检测器的输出对图像进行重构的重构部件；根据与X射线检测器的非对称性对应的非对称的大致扇形的图形，显示被检体与扫描图像摄影视野的位置关系的显示部件。
在本发明的第三方面中，X射线计算机断层摄影装置具备：产生X射线的X射线管；检测透过了被检体的X射线的X射线检测器；相对于摄影中心线将X射线形成为非对称的校准仪；根据X射线检测器的输出对图像进行重构的重构部件；根据与形成为非对称的X射线对应的非对称的大致扇形的图形，显示被检体与扫描图像摄影视野的位置关系的显示部件。
本发明的其他优点和特征可以从以下的说明了解。但本发明并不只限于这些说明，可以有各种变形。
附图说明
图1是表示本发明的实施例的X射线计算机断层摄影装置的结构的图。
图2是图1的非对称型X射线检测器的详细图。
图3是表示从图1的扫描专家系统(scan expert system)的扫描计划到扫描结束为止的一连串的流程的图。
图4是表示与图3的S14对应的显示画面例子的图。
图5是表示与图3的S16对应的显示画面例子的图。
图6是图3的S17的补足说明图。
图7是表示与图3的S18对应的显示画面例子的图。
图8是表示与图3的S19对应的扫描图像角度0°的子窗口(subwindow)的图。
图9是表示与图3的S19对应的扫描图像角度180°的子窗口的图。
图10A是表示图8、图9的子窗口的其他例子的图。
图10B是表示图8、图9的子窗口的其他例子的图。
图10C是表示图8、图9的子窗口的其他例子的图。
图10D是表示图8、图9的子窗口的其他例子的图。
图10E是表示图8、图9的子窗口的其他例子的图。
图11是表示图8、图9的子窗口的其他例子的图。
图12是表示2管球型的X射线CT装置的情况下的与图7对应的画面显示例子的图。
图13是表示2管球型的X射线CT装置的情况下的与图8对应的扫描图像角度0°/90°的画面显示例子的图。
图14是表示2管球型的X射线CT装置的情况下的与图8对应的扫描图像角度180°/90°的画面显示例子的图。
图15是表示与图13的扫描图像角度对应的子窗口的图。
图16是表示在按下扫描图像摄影开始键的时刻显示扫描图像角度子窗口的一连串的流程的图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施例。为了通过X射线计算机断层摄影装置重构一个切片(slice)的断层图像数据，就需要被检体的周围1周约360°量的投影数据，即使在半扫描(half scan)法中也需要180°+视野角的投影数据。可以将本发明适用于任意的重构方式中。在此，以半扫描法为例进行说明。另外，将入射X射线变换为电荷的机构的主流是：用闪烁器等荧光体将X射线变换为光，进而用光电二极管等光电变换元件将该光变换为电荷的间接变换型；利用通过X射线在半导体内产生电子空穴对和向其电极移动，即利用光导电现象的直接变换型。作为X射线检测元件，可以采用它们的任意一种方式，但在此作为前者的间接变换型进行说明。进而，随着检测器的多列化，最近，64列(64段(segment))进而更多列的检测器正处于实用阶段。本发明可以适用于具备现有的单切片型检测器的X射线计算和断层摄影装置，当然还可以适用于具有多切片型(也称为2维阵列型)的检测器的X射线计算机断层摄影装置。在此，以具备单切片型检测器的X射线计算机断层摄影装置为例进行说明。
图1表示了本实施例的X射线计算机断层摄影装置的结构。架台100具有X射线管101、多信道型的X射线检测器103。使X射线成形的校准仪119与X射线管101连接。X射线管101和X射线检测器103被安装在围绕旋转轴RA能够旋转地被支持的圆环状的框架102上。X射线检测器103与X射线管101相对。在基于架台驱动部件107的驱动的旋转过程中，从高电压产生装置109经由汇电环(slip ring)108向X射线管101持续或间断地施加管电压。由此，从X射线管101持续或间断地照射X射线。X射线检测器103在信道方向上例如排列916信道量的用于检测透过了被检体的X射线的多个检测元件。
如图2所示，X射线检测器103以扩大摄影视野(摄影FOV)为目的，被非对称地设置在框架102上。在该配置中，与扫描图像摄影有关的视野夹着摄影中心线在垂直于旋转轴的方向上是非对称的。另外，摄影中心线被定义为将X射线管101的焦点和旋转轴RA连接起来的线。
X射线检测器103被配置为透过了被检体的X射线的检测区域(灵敏度范围)在信道方向(与旋转轴RA垂直的方向)上夹着摄影中心线为非对称的。X射线检测器103的中心位置相对于摄影中心线在信道方向上向一方侧偏移。具体地说，夹着摄影中心线的一方侧的X射线检测信道数(M)比另一方侧的X射线检测信道数(N)多，一方侧的灵敏度范围比另一方侧的灵敏度范围广。检测透过了被检体的X射线的检测元件夹着摄影中心线被配置为非对称。
装备在X射线管101中的校准仪119与X射线检测器103的配置对应地将X射线形成为非对称。另外，也可以对称地配置X射线检测器103，只有校准仪119的X射线成形是非对称的。
另外，在上述非对称的配置中，并不只限于将X射线检测器103固定地设置在框架102上，也可以将X射线检测器103在信道方向上可移动地设置在框架102上。在该情况下，X射线检测器103可以选择性地非对称/对称地配置，进而还可以使非对称的比例任意地变化。
返回图1。一般被称为DAS(data acquisition system：数据采集系统)的数据收集电路104将从检测器103按照每个信道输出的信号变换为电压信号并放大，进而变换为数字信号。该数据(原始数据)经由非接触数据传送装置105被发送到容纳在架台外部的控制台(console)内的前处理装置106，在此接受灵敏度修正等修正处理，作为重构处理之前的阶段的所谓投影数据存储在辅助存储装置112中。
辅助存储装置112与重构装置114、显示装置116、输入装置115、扫描专家系统117(扫描计划部件)、项目数据存储部件118连接的同时，还经由数据/控制总线与系统控制器110连接。
管电压、管电流、X射线照射时间等扫描条件的最优化、切片厚度、切片张数、矩阵大小等重构条件的最优化都需要专业知识。以该专业知识为基础，为了即使是经验比较少或专业知识比较少的人也能够进行同等的条件设置而开发的系统就是扫描专家系统117。该扫描专家系统117的特征在于：具有通过使用了预先存储在项目数据存储部件118中的项目数据的图形用户界面(GUI)，支持扫描图像的摄影角度(以下简称为扫描图像角度)的设置操作的功能。
在项目数据存储部件118中，作为项目数据存储以下的数据。
·模式化地表现X射线管的图形的数据，
·模式化地表现扇形或三角形的X射线照射区域的图形的数据，
·模式化地表现从头部侧看到的人体的图形的数据，
·模式化地表现从足部侧看到的人体的图形的数据，
·包含表示从头部插入到架台100的文字信息的数据，
·包含表示从足部插入到架台100的文字信息的数据，
·包含表示X射线照射区域在被检体的左侧宽并在右侧窄的文字信息的数据，
·包含表示X射线照射区域在被检体的右侧宽并在左侧窄的文字信息的数据，
·包含表示X射线照射区域在被检体的上侧(正面)宽并在下侧(背面)窄的文字信息的数据，
·包含表示X射线照射区域在被检体的下侧宽并在上侧窄的文字信息的数据，
另外，也可以代替上述图形的数据使用各个的照片的数据。
图3表示了从扫描专家系统117的扫描计划到扫描结束为止的一连串流程。经由输入装置115将检查对象部位的选择信息输入到扫描专家系统117(S11)。扫描专家系统117列表显示与选择部位相关的与各种检查目的对应的多个专家方案，并显示在显示装置116上(S12)。专家方案由从适合于各个检查部位和目的的扫描图像的摄影、到扫描计划、进而一个或多个主扫描(投影数据收集)为止的一连串的作业步骤、各个的推荐的摄影条件和扫描条件的组构成。摄影条件包含扫描图像角度(扫描图像的摄影角度(管球位置))、将被检体插入到架台100中的方向(从头部或足部插入)、管电压、管电流、摄影长度、摄影方向(顶板的移动方向)等。扫描条件包含扫描之间的休止时间、扫描开始位置、扫描结束位置、扫描模式(单/螺旋)、管电压、管电流、摄影视野大小(FOV)、摄影切片厚度。摄影长度表示扫描图像的摄影区域的大小，被定义为通过了旋转轴并且与摄影中心线垂直的平面上的、典型的是正方形的摄影区域的边长。数值输入或从如图6所示例的那样预先规定的规格大小(S、M、L、LL)中选择信道方向上的摄影长度。初始地向这些摄影条件和扫描条件的各参数设置推荐值。
经由输入装置115向扫描专家系统117输入专家方案的选择信息(S13)。通过扫描专家系统117，作成用于与摄影条件和扫描条件一起显示选择出的专家方案的图像数据。依照该图像数据，例如如图4所示那样显示在显示装置116上(S14)。
在该专家方案的显示画面上点击了扫描图像标签时，显示扫描图像摄影的摄影条件(S15)。如图5所示，通过在扫描图像摄影的行上配置指针并点击，而将扫描图像摄影的行设置为选择状态(黑白反转)，如果在“扫描图像”上点击指针，则显示扫描图像摄影的模式选择用的子窗口(S16)。作为扫描图像摄影的模式，例如有：只使用一个管球从一个方向摄影扫描图像的扫描图像(单)；典型地使用相互错开90°的2个管球同时从2个方向摄影扫描图像的扫描图像(双)，从它们中选择任意的位置，将该选择信息输入到扫描专家系统117。其他还根据需要对管电压、管电流、摄影长度、摄影方向等条件进行修正。
接着，扫描专家系统117将所设置的摄影长度与规定的长度进行比较(S17)。根据在非对称型的X射线检测器103中能够左右均等地摄影扫描图像的最大区域，来决定规定的长度。如图6所示，摄影长度的规格大小S、M是能够左右均等地摄影的大小，比它大的大小L、LL会成为左右不均等的摄影。与设置了的摄影长度相比较的规定的长度作为大小M、或与之对应的长度例如被规定为500mm。
在所设置的摄影长度没有超过500mm时，如图7所示例的那样，基于扫描专家系统117显示扫描图像角度选择用的子窗口(S18)。TOP(0)表示X射线管101位于旋转轨道的顶点(0°)而从正面摄影被检体，R-side(90)表示X射线管101在从旋转轨道的顶点旋转了90°的位置例如从右侧面摄影被检体，DOWM(180)表示X射线管101位于旋转轨道的最下部(180°)而从背面摄影被检体，L-side(270°)表示X射线管101在从旋转轨道的顶点旋转了270°的位置例如从左侧面摄影被检体。现在处于选择状态的扫描图像角度的显示形式与其他扫描图像角度不同。根据需要修正为其他扫描图像角度(S20)。
另一方面，在设置了的摄影长度超过了500mm时，通过扫描专家系统117，作成并显示扫描图像角度选择用的子窗口、以及图8、图9所示例的用模式化的图形表现与处于选择状态的扫描图像角度对应的非对称的X射线照射区域的子窗口(扫描图像角度确认用的子窗口)(S19)。
如图10A详细地所示那样，以与处于选择状态的扫描图像角度对应的方向配置用扇形或三角形的图形表示非对称的X射线照射区域的X射线标记(mark)205。向X射线标记205引出摄影中心线210。摄影中心线210是通过X射线焦点和旋转轴RA的线。与X射线标记205一起配置用图形表示与0°、90°、180°、270°的各位置对应的X射线管的图标201、202、203、204。位于选择位置的图标(在图10A中是202)与位于非选择位置的图标(在图10A中是201、203、204)的显示形式不同。例如，选择的图标通过用黑色填涂了的图案表示，没有选择的图标用空白的图案表示。另外，与这些X射线标记205、X射线管图标201、202、203、204一起用文字显示扫描图像角度。在图10A中，标记为“90°”。根据需要，通过点击其他位于非选择位置的图标201、203、204并点击确定(C0nfirm)，来修正为所点击的扫描图像角度(S20)。
另外，在图10A的子窗口中，也可以将如图10B、图10C所示用图形表示从头部向架台100插入被检体的状态的身体标记220、或如图10D、图10E所示用图形表示从足部向架台100插入被检体的状态的身体标记221配置在摄影中心附近。可以根据摄影条件来判断对它们的选择。身体标记220、221的显示可以容易地在视觉上掌握X射线照射区域的宽窄的方向与被检体的左右的方向的关系。也可以与身体标记220、221一起，如“头入”、“足入”那样作为文字信息提供从头部插入被检体的状态、从足部插入被检体的状态。进而，也可以如“左侧窄、右侧宽”、“上侧窄、下侧宽”、“左侧宽、右侧窄”、“上侧宽、下侧窄”那样作为文字信息提供X射线照射区域的宽窄的方向与被检体的左右的方向的关系。当然，以被检体为基准表示左右的方向。
另外，图10A的子窗口的图形也可以如图11所示，与被检体标记一起，使用立体的图形。在该情况下，扫描图像角度的选择除了点击图标201、202、203、204以外，还可以通过用指针指定希望拓宽视野的区域或部位来自动地设置扫描图像角度。
另外，在S16(图5)中，在选择了从2个方向摄影扫描图像的扫描图像(双)时，显示用于选择图12所示的2个方向的扫描图像角度的子窗口。将2个方向中的一个作为主的扫描图像进行摄影，将另一个作为子的扫描图像进行摄影。在子窗口中，用“(主的扫描图像的摄影角度)→(子的扫描图像的摄影角度)”的标记列表显示选择项目。在选择了任意的主/子的扫描图像的摄影角度时，如图13、图14所示例的那样，作成用模式化的图形表示2个非对称的X射线照射区域的表现处于选择状态的扫描图像角度的子窗口。如图15详细地所示那样，在与主的扫描图像的角度对应的方向上，配置表示夹着与主的扫描图像摄影对应的摄影中心线306而非对称的X射线照射区域的X射线标记305。同样，在与子的扫描图像的角度对应的方向上，配置表示夹着与子的扫描图像摄影对应的摄影中心线308而非对称的X射线照射区域的X射线标记307。与X射线标记305、307一起，在与0°、90°、180°、270°对应的位置上配置模拟X射线管的图标301、302、303、304。位于选择位置的图标301、302与位于非选择位置的图标303、304的显示形式不同。根据需要，通过点击其他位于非选择位置的图标303、304，并点击确定(Confirm)，而修正为点击了的扫描图像角度。
通过点击“Confirm”按键而包含扫描图像角度的扫描图像摄影条件的设置结束。在点击“Confirm”按键的时刻，依照扫描图像摄影条件基于系统控制器110的控制，开始进行扫描图像摄影的设置。即，X射线管101移动到所设置的扫描图像角度的位置，开始进行X射线管101的阴极灯丝的加热、高电压产生装置109的升压等的准备工作。
在设置完成后，通过由操作者按下输入装置115上的闪烁的扫描图像摄影开始键(S21)，在系统控制器110的控制下，开始扫描图像摄影(S22)。将摄影的扫描图像的数据从辅助存储装置112发送到扫描专家系统117。扫描专家系统117产生包含扫描图像的扫描计划画面的图像数据。依照该图像数据将扫描计划画面显示在显示装置116上。在扫描计划画面上设置各扫描的扫描区域等的详细条件，并确定(S23)。依照该扫描条件，在系统控制器110的控制下，执行扫描(S24)。
另外，在上述中，在扫描图像摄影设置完成后，在扫描图像摄影开始键闪烁显示的前阶段，显示扫描图像角度确认用的子窗口(S19)，但也可以如图16所示，在闪烁显示扫描图像摄影开始键，由操作者按下它的阶段，显示扫描图像角度确认用的子窗口。
这样，用模式化的图形提示与处于选择状态的扫描图像角度对应的非对称的X射线照射区域，因此能够良好地理解X射线照射范围的宽侧和窄侧，能够直观地理解扫描图像的摄影范围。由此，能够提高设置操作性。另外，通过用模式化的图形显示X射线照射区域并且作为图标显示X射线管标记，并指定任意的图标，能够设置扫描图像角度，因此能够提高其设置操作性。
另外，本发明并不只限于上述实施例自身，在实施阶段，在不脱离其宗旨的范围内可以对构成要素进行变形并具体化。另外，通过适当地组合上述实施例所揭示的多个构成要素，能够形成各种发明。例如也可以从实施例所示的全部构成要素中删除几个构成要素。进而也可以适当地组合不同的实施例中的构成要素。

Claims (14)

1.一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于包括：
产生X射线的X射线管；
检测透过了被检体的X射线的X射线检测器；
绕着旋转轴自由旋转地支持上述X射线管和上述X射线检测器的支持机构；
根据上述X射线检测器的输出对图像进行重构的重构部件；
在与基于上述X射线管和上述X射线检测器的扫描图像摄影有关的视野夹着摄影中心线在与上述旋转轴垂直的方向上为非对称时，产生与相对于上述被检体的上述非对称的视野的配置有关的信息的信息产生部件；以及
显示与所产生的上述配置有关的信息的显示部件，
上述信息产生部件产生用于在与上述扫描图像摄影的角度对应的方向上显示与上述非对称的视野对应的非对称的扇形的图形的信息。
2.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述X射线检测器被配置为透过了上述被检体的X射线的灵敏度范围夹着上述摄影中心线为非对称。
3.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述X射线检测器将检测出透过了上述被检体的X射线的检测元件排列为夹着上述摄影中心线为非对称。
4.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于还包括：
在与上述旋转轴垂直的方向上使上述X射线检测器移动的机构。
5.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于还包括：
夹着上述摄影中心线将来自上述X射线管的X射线成形为非对称的校准仪。
6.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
在上述非对称的扇形的图形中包含表示摄影中心线的线。
7.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述信息产生部件产生用于将上述非对称的扇形图形和多个图标一起显示的信息，其中，上述多个图标模拟了分别与上述扫描图像摄影的角度0°、90°、180°、270°对应的上述X射线管。
8.根据权利要求7所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
在选择了上述图标的任意一个时，变更上述非对称的扇形的图形的方向。
9.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述信息产生部件产生用于将上述非对称的扇形的图形和与上述被检体有关的身体标记一起显示的信息。
10.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述信息产生部件产生用于将上述非对称的扇形的图形和与上述被检体有关的从头部或足部看的身体标记一起显示的信息。
11.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述信息产生部件产生用于将上述非对称的扇形的图形和相对于上述被检体的上述非对称的视野宽的一侧和/或窄的一侧的方向一起显示为文字的信息。
12.一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于包括：
产生X射线的X射线管；
检测透过了被检体的X射线的X射线检测器；
绕着旋转轴自由旋转地支持上述X射线管和上述X射线检测器的支持机构；
根据上述X射线检测器的输出对图像进行重构的重构部件；
在与基于上述X射线管和上述X射线检测器的扫描图像摄影有关的视野夹着摄影中心线在与上述旋转轴垂直的方向上为非对称时，产生与相对于上述被检体的上述非对称的视野的配置有关的信息的信息产生部件；以及
显示与所产生的上述配置有关的信息的显示部件，
上述信息产生部件产生用于将相对于上述被检体的上述非对称的视野宽的一侧和/或窄的一侧的方向显示为文字的信息。
13.一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于包括：
产生X射线的X射线管；
检测透过了被检体的X射线的X射线检测器；
绕着旋转轴自由旋转地支持上述X射线管和上述X射线检测器的支持机构；
根据上述X射线检测器的输出对图像进行重构的重构部件；
在与基于上述X射线管和上述X射线检测器的扫描图像摄影有关的视野夹着摄影中心线在与上述旋转轴垂直的方向上为非对称时，产生与相对于上述被检体的上述非对称的视野的配置有关的信息的信息产生部件；以及
显示与所产生的上述配置有关的信息的显示部件，
上述信息产生部件在为了上述扫描图像摄影的设置完成的阶段，产生上述信息。
14.一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于包括：
产生X射线的X射线管；
检测透过了被检体的X射线的X射线检测器；
绕着旋转轴自由旋转地支持上述X射线管和上述X射线检测器的支持机构；
根据上述X射线检测器的输出对图像进行重构的重构部件；
在与基于上述X射线管和上述X射线检测器的扫描图像摄影有关的视野夹着摄影中心线在与上述旋转轴垂直的方向上为非对称时，产生与相对于上述被检体的上述非对称的视野的配置有关的信息的信息产生部件；以及
显示与所产生的上述配置有关的信息的显示部件，
上述信息产生部件在为了上述扫描图像摄影的条件设置的阶段，产生上述信息。
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