CN101080629A - 电子计算机断层摄影方法和电子计算机断层摄影装置 - Google Patents

Abstract

提供一种记录运动对象(27)的电子计算机断层摄影方法，其中电子束偏转到阳极弧状体(14)上以生成X射线辐射，X射线辐射穿过对象(27)并由检测器设备(28)拾取，其中X射线辐射以扇形束的形式离开阳极弧状体(14)，具有围绕对象(27)的圆形段形式的源轨迹(40)并且源轨迹(40)的开始点(41)可以改变。还提供一种记录运动对象(27)的电子计算机断层摄影装置，包括电子枪(8)，聚焦线圈(12)，曲率线圈(16)，用于通过受电子枪(8)的电子束的撞击而生成X射线束的阳极弧状体(14)，和用于检测透过体积(26)的X射线辐射的检测器设备(28)，所述X射线辐射在阳极弧状体(14)处具有圆形段形式的源轨迹(40)以及可变化的源轨迹(40)的开始点(41)。

Description

电子计算机断层摄影方法和电子计算机断层摄影装置

技术领域

本发明涉及如权利要求1前序部分所要求的电子计算机断层摄影方法和如权利要求11前序部分所要求的电子计算机断层摄影装置。

背景技术

在计算机断层摄影领域中，在产业上采用各种方法。特别是当需要较短记录时间或扫描时间时，就会利用电子束计算机断层摄影装置(EBCT)。这些不需要辐射源的任何机械运动，因为在这种情况下，辐射源不会在对象周围移动，而是撞击到X射线管的亦被称为靶的阳极弧状体上的偏转电子束沿阳极弧状体偏转，从而以这种方式，在靶处生成的X射线辐射向被检查对象运动。特别地，达到高剂量功率的X射线辐射是较短记录时间或扫描时间的前提。通常，电子束沿完全的阳极弧状体围绕对象进行360°的迁移，并且电子计算机断层通过检测器设备记录与X射线辐射衰减值相关的数据，检测器设备通常是静止的并且沿待检查对象布置成弧形。而后将从对象周围的不同位置记录的这些数据进行重建以形成图像。

发明内容

本发明的目的是在电子计算机断层摄影中提供具有高图像质量的短记录时间。

根据本发明，该目的通过权利要求1和11的特征实现。

提供一种记录运动对象的电子计算机断层摄影方法，其中电子束偏转到阳极弧状体上以生成X射线辐射，该X射线辐射穿过对象并由检测器设备拾取，其中X射线辐射以扇形束的形成离开阳极弧状体，具有围绕对象的圆形段形式的源轨迹且源轨迹的开始点可以改变。还提供一种记录运动对象的电子计算机断层摄影装置，包括电子枪，聚焦线圈，曲率线圈，用于通过受电子枪的电子束的撞击而生成X射线束的阳极弧状体，和用于检测透射过体积的X射线辐射的检测器设备，所述X射线辐射在阳极弧状体处具有圆形段形式的源轨迹以及可变化的源轨迹的开始点。通过采用从源轨迹的不同开始点开始记录的数据可重建该对象以形成图像。根据本发明，即使由于通常较短的源轨迹，不是从穿过对象的辐射获得的全部数据都用于重建，也能实现具有高图像质量的稳定图像重建。

本发明的特定实施例在从属权利要求中进行描述。

在一个实施例中，源轨迹的开始点可以按照对象运动状态的函数变化。特别地，源轨迹的开始点选择为在对象尽可能没有移动的时间点处的对象移动状态的函数，从而来自开始点的扇形束准确覆盖体积内的对象并且没有对象的任何部分会由于对象的移动而被扇形束遗漏。从而，由于对象的移动几乎不会产生图像伪影。

在另一个实施例中，源轨迹的开始点可以基于对象的心电图结果确定。为确定移动状态，例如通过心电图记录对象的相位。而后，计算机断层摄影装置基于来自心电图的结果控制源轨迹的开始点。

而且，源轨迹的开始点可以按照对象垂直位置的函数进行改变。如果根据患者台的高度调整使对象的垂直位置改变，则对象可能移出扇形束的范围，从而图像重建会变得不稳定。为此原因，在对象垂直位置改变的情形下，阳极弧状体处的源轨迹开始点以这样一种方式改变：整个对象，例如心脏，由来自阳极弧状体扇形束覆盖。

此外，为重建图像，实行滤波反投影，其中已发现，具有良好结果的稳定重建可通过该重建方法实现，即使选择比现有技术更短的源轨迹，这种源轨迹导致比通常更少的记录数据。

附图说明

本发明将参照在附图中所示实施例的实例进行进一步描述，然而本发明不受其限制。

图1示出部分电子束计算机断层摄影装置的示意侧视图。

图2示出围绕体积用于记录检查对象的X射线束路径。

图3示出围绕体积用于记录检查对象的改进的X射线束路径。

图4示出围绕体积用于记录检查对象的另一改进的X射线束路径。

具体实施方式

图1示出部分电子束计算机断层摄影装置的实例的的示意图。该图示出具有真空腔4的电子束管，真空腔4在其圆筒形端部8处具有电子枪6。电子枪沿圆筒部分发射轴向电子束10。聚焦线圈12和曲率线圈16设置用于使电子束10聚焦并用于控制电子束10沿着阳极弧状体14或靶环，只示出的其一部分。曲率线圈16由合适的控制器以这样一种方式控制：电子束10可迅速沿着沿阳极弧状体16的路径或轨迹枢转。该轨迹和阳极弧状体14因而具有相同的轮廓。

阳极弧状体14由合适的材料制成，例如钨，从而从电子束撞击阳极弧状体14的点处产生X射线束。作为发射X射线辐射源的阳极弧状体14中心线也被称为源轨迹40。源轨迹40不是平坦的，而是以对应于阳极14轮廓的方式弯曲，如下所述，但像后者一样不会具有全部圆形路径。

合适的冷却线圈18可以固定到阳极14上，所述冷却线圈设计成用于冷却阳极14。电子束计算机断层摄影装置具有特定的中心点，即等角点24。电子束22和阳极14的取向是使来自阳极弧状体14上一点的X射线辐射的扇形束轴指向等角点24。

此外，电子束计算机断层摄影装置具有布置在阳极弧状体14对面的检测器设备28。图1仅示出检测器设备28的横截面。电子束计算机断层摄影装置记录待检查对象27位于其中的等角点24周围给定体积26的扇形束的垂直投影。感兴趣体积26足够大以包括对象27，例如人的心脏。

附图标记20表示靠近阳极弧状体14并在阳极弧状体和检测器设备之间布置的准直器。准直器20对从阳极弧状体14发射并且不能撞击到检测器设备上的X射线进行过滤。

检测器设备28由较大数目的检测器模块32形成。每个检测器模块32具有由栅格30覆盖的扁平矩形拾取区，以防止散射辐射。检测器电子可以布置在相对于撞击X射线处于拾取区后方的腔室42的后面。

检测器设备28的拾取区朝向阳极弧状体14。于拾取区的中心点开始并通过等角点24的直线与阳极弧状体14相交。防止散射辐射的栅格30聚焦于阳极弧状体14上的该相交点。

检测器模块32并排布置，从而它们的拾取区形成条带。条带的中心线被称为检测器轨迹。检测器轨迹不是平面的而是以对应于检测器设备28的方式形成弯曲形。特别地，任何从原轨迹30上的一点开始并穿过等角点24的直线与检测器轨迹相交。因而，检测器轨迹是源轨迹40在等角点24处的反射的镜像。

而后对这样由检测器设备28获得的值施加重建方法，或简称为重建，以获得对象27的图像。特别地，为此目的采用滤波反投影。滤波反投影的优点是它与其它重建方法相比需要较低的计算复杂性，得到非常良好质量的图像，允许重建检查区或体积26的任何子区域并允许同时处理不同投影或测量值，也就是说，测量值的平行处理。

滤波反投影可由下面的公开描述

$\widetilde{\mathrm{\μ}}=\frac{1}{N}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{B}_i{F}_i{p}_i---\left(1\right)$

其中

是重建的图像，而N是辐射源位置数，用于重建的测量值或投影所来自的阳极弧状体14的撞击点由检测器设备28采集。

此外，F_i是被赋予辐射源位置或投影p_i的投影方向的滤波算子。

反投影算子B_i沿第i个辐射源位置将投影投射回检查区内。

图2示出围绕也称为视场(FOV)的体积26的整圆路径，其是从图1中箭头方向看的，其中源轨迹40由圆形实线表示，而源轨迹40外面的阳极弧状体14上的路径区域由虚线表示。源轨迹40沿阳极弧状体14行进。电子束随后在实线处撞击到阳极14并产生X射线辐射。从其发射X射线辐射的源轨迹40的开始点41和结束点42为解释说明目的由虚线表示。图2内的弯曲箭头表示电子束沿阳极弧状体14和源轨迹40移动的方向。由电子束撞击阳极弧状体14产生的扇形X射线辐射束从阳极弧状体出发并总是覆盖体积26。如已提到的，电子束沿源轨迹40移动并总是向体积26的方向发射扇形X射线束。待检查对象27，在此情形中是心脏，位于体积26内，因而总是由X射线束覆盖。在此处示出为实线的源轨迹40，在此情形下占据围绕体积26的180°圆形路径加上X射线束的扇形角，这些一起总计围成220°至240°。

图3示出撞击阳极弧状体14的电子束围绕体积26的另一路径。与图2不同，源轨迹40在此处较短并且沿阳极弧状体14占据较少的长度；电子束比图2中围绕体积26迁移短得多的距离。在这种情形下，源轨迹40仅形成围绕对象27的一段圆弧。该圆弧段小于围绕体积26的180°圆形路径加上X射线束的扇形角，小于约220°至240°。电子束的开始点41与图2相比沿弯曲箭头向右移动，而电子束的结束点42位于与图2所示结束点的相同点处左右。源轨迹40的开始点41和结束点42，其示出为图中圆形实线的开始和结束处，尤其依赖于体积26内对象27的位置。例如，可能改变患者床的高度，其中患者和对象27向垂直方向移动。在该过程中对象27可能离开X射线束的覆盖区。在这种情形下，可以改变源轨迹40上的开始点41，从而尽管位置上的垂直改变和较小的圆形段，对象27也能得到覆盖。如果对象27向下降低，则X射线束的开始点41就向左迁移，例如向图3中弯曲箭头方向的相反方向，从而X射线束覆盖整个对象27。选择该开始点41以使在该开始点处，X射线束从源轨迹40的开始点41到检测器设备28形成扇形正好覆盖27的边缘，如图2、3和4中由开始点41和结束点41之间的直虚线所示。

尽管源轨迹40较小，位于体积26内的对象完全由来自阳极弧状体14上任何点的X射线束覆盖，并且对象27的完整图像总是由相对的检测器设备28从源轨迹40的任何点拾取。由于源轨迹40与整个圆形路径相比较小，可达到较高的时间分辨率且重建所需要的测量值的记录比当采用具有围绕体积26的全圆路径或大于180°的路径的更长源轨迹40快得多。对象27上的辐射剂量随后减少并且对象27的关键运动，例如心脏运动，对图像不会具有这样大的影响，因为记录时间或扫描时间减少了。根据目前的观点，如果测量穿过对象27的所有线积分，则只能进行对象27的稳定二维重建。根据本方法，如果，作为前提，每条穿过体积26的线与围绕体积26的圆形路径以非相切方式相交，则可实现图像的稳定重建。

特别地，对象27的不同运动状态通过比较从检测器设备28的测量数据重建的图像而进行相互比较。该测量数据包括不同的运动状态或运动对象27的相位。重建图像优选为对象27的切片图像，其经历相关计算机设备中的比较方法以确定切片的重建图像相互之间的相似度。如果存在高相似度的图像，则存在对象27的相似运动状态；例如，如果对象27的两切片图像相似，则运动对象27在两个图像中处于其运动的相似运动状态或相位。结合这些通过比较方法确定的相似切片图像以形成整个图像，从而确保运动状态的高重合性，从而确保高图像质量。

图4示出围绕体积26的撞击阳极弧状体14的电子束的另一路径或源轨迹40，其与图3中的方式类似。再一次，电子枪6的电子束仅撞击体积26周围的一段圆形，如实线所示。电子束的开始点41和结束点42与图3中的不同；电子束的开始点41位于例如图2中所示的开始41处，而结束点42以这样一种方式定位以使得它已沿类似于图3中弯曲箭头在阳极弧状体14上向右移动。已显示出，电子在阳极弧状体14上的撞击点的开始点41和结束点42是可变化的。这些可以以依赖于体积26内对象27的位置的方式设定。

此外，可确定对象27的相位，其中只有极小的对象27的固有运动。为此目的，例如通过采用心电图或传感器进行记录以及选择具有极小对象27的固有运动的相位来确定对象27的固有运动。用于记录心脏运动的传感器包括超声设备或心音描记设备。对象27的记录开始于具有极小对象27运动的该选定相位，此时将电子束引导到阳极弧状体14上。具有极小运动的对象27的相位，在心脏的实例中，可以是舒张晚期或收缩末期。获得具有极小固有运动的相位的另一种可能在于采用检测器设备28记录独立于对象27运动状态的全部运动相位。对象27的每个切片以n种不同的运动相位记录。从所记录的数据，对n种不同相位的每一个重建图像，而且通过电子计算机断层摄影装置的计算机设备选择那些具有最少运动伪影的切片图像。这样就从n个不同相位中选出其中出现最小运动的相位。

为获得三维图像的目的，以所描述的方式记录和重建许多切片图像。为获得高图像质量，需要具有相似相位或运动状态的切片图像。然而，对象27的运动相位不是恒定的；例如，心跳不断改变其相位，从而产生具有不同运动状态的切片图像记录，另外这还导致图像失真。采用心电图机以防止三维图像中的图像失真，记录对象27的相位且电子计算机断层摄影装置的计算机设备用于基于心电图控制对于每个切片图像将源轨迹40的开始点41设定为阳极弧状体14的哪一点。例如，如果对象27的相位变得较短，当运动状态比预期反转得更快时，则计算机设备以使源轨迹40的开始点41向与弯曲箭头方向相反的方向移动这样一种方式控制电子计算机断层摄影的曲率线圈16，从而记录较早开始。以相应的方式，源轨迹40的结束点42向与弯曲箭头方向相反的方向移动相同的长度。另一方面，如果对象的相位增加，当对象27的运动状态滞后时，则计算机设备以使源轨迹40的开始点41向弯曲箭头方向移动这样一种方式控制电子计算机断层摄影的曲率线圈16，从而记录较晚开始。以相应的方式，源轨迹40的结束点42向弯曲箭头方向移动相同的长度。如果，例如，对象27的相位变得较短，则要记录的具有较小运动的对象27的运动状态就会更快出现。在这种情形下，下一记录比恒定情形下发生得更快，且电子枪6的电子束撞击的开始点41从图3的切片记录n的情形示意性变化成例如如图4中所示的切片记录n+1的开始点41。在对象27的后续切片记录n+x中，其中后者通常向图像平面方向移动，开始点41因而沿阳极弧状体14改变。这样就确保总能为每个切片图像记录对象27的相似运动状态。换句话说，源轨迹40的开始点41可以按照对象27运动状态的函数改变。

在此，尽管开始点41发生变化，由于采用较短圆形段，保持了较短的记录时间和扫描时间，其中电子束仅沿整个圆形的一部分迁移，如图3和4所特别示出的。

如上所述，记录具有极小运动的切片图像，而且考虑这些切片图像运动状态或具有阳极弧状体14上变化的开始点41的相位的相似性来记录这些图像切片，从而从各个X射线记录的切片图像获得高质量的三维图像。而后，对象27的三维图像优选由对象27的以极小的运动记录并呈现出相似的运动状态的切片图像组成。

Claims (11)

1、一种用于记录运动对象(27)的电子计算机断层摄影方法，其中电子束偏转到阳极孤状体(14)上以生成X射线辐射，该X射线辐射穿过对象(27)并由检测器设备(28)拾取，其中该X射线辐射以扇形束的形式离开阳极孤状体(14)，具有围绕对象(27)的圆形段形式的源轨迹(40)且源轨迹(40)的开始点(41)可以改变。

2、如权利要求1所述的电子计算机断层摄影方法，其中源轨迹(40)的开始点(41)可按照对象(27)的运动状态的函数进行改变。

3、如权利要求1或2所述的电子计算机断层摄影方法，其中基于对象(27)心电图的结果确定源轨迹的开始点(41)。

4、如前面任一权利要求所述的电子计算机断层摄影方法，其中源轨迹(40)的开始点(41)可按照对象(27)的垂直位置的函数进行改变。

5、如前面任一权利要求所述的电子计算机断层摄影方法，其中源轨迹(40)的圆形段小于220°。

6、如前面任一权利要求所述的电子计算机断层摄影方法，其中实现滤波反投影以便重建图像。

7、如前面任一权利要求所述的电子计算机断层摄影方法，其中比较对象(27)不同运动状态的重建图像并且选择相似的图像以创建对象(27)的总图像。

8、如权利要求7所述的电子计算机断层摄影方法，其中采用平均绝对差值方法来比较对象(27)的运动状态。

9、如权利要求7所述的电子计算机断层摄影方法，其中采用互相关方法来比较对象(27)的运动状态。

10、如前面任一权利要求所述的电子计算机断层摄影方法，其中用于比较不同运动状态的重建图像是对象(27)的切片图像。

11、一种用于记录运动对象(27)的电子计算机断层摄影装置，包括电子枪(8)，聚焦线圈(12)，曲率线圈(16)，用于通过受电子枪(8)的电子束的撞击而生成X射线束的阳极孤状体(14)，和用于检测透射过体积(26)的X射线辐射的检测器设备(28)，所述X射线辐射在阳极孤状体(14)处具有圆形段形式的源轨迹(40)以及可变化的源轨迹(40)的开始点(41)。

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