CN101156781A - 双重照射方式乳房拍摄装置及运用其装置的乳房拍摄方法 - Google Patents

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CN101156781A CNA2007101543838A CN200710154383A CN101156781A CN 101156781 A CN101156781 A CN 101156781A CN A2007101543838 A CNA2007101543838 A CN A2007101543838A CN 200710154383 A CN200710154383 A CN 200710154383A CN 101156781 A CN101156781 A CN 101156781A
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Abstract

本发明是有关双重照射方式的乳房拍摄装置的技术，该装置在从X光线发生器中放射的光束上形成多个笔形波束，并使这些多个光束分别以不同角度扫描乳房，然后根据这些来自不同角度的图像，以3维方式重组乳房，用于掌握乳房的异常现象，并在乳房出现病变时，能够准确判断病变的位置及大小。本发明装置由如下结构组成：即，生成X光线光束的X光线发生器(10)；形成多个透射孔(22)，以便于从通过上述X光线发生器(10)放射出的X光线圆锥形光束中，透射一定大小的多个光束的第1瞄准仪(20)；反射通过上述第1瞄准仪(20)的多个透射孔(22)透射的多个光束，仅让特定能量带以一定角度反射的多个多层过滤器(30)；固定被上述多层过滤器(30)反射的多个光束扫描的乳房(B)的乳房固定器(50)；将被上述乳房固定器(50)固定的乳房(B)置于扫描的多个光束上，并通过上述分别以不同角度反射的多个光束获取的2维图像重组成3维图像后输出的图像输出器(60)。

Description

双重照射方式乳房拍摄装置及运用其装置的乳房拍摄方法
技术领域
本发明是有关双重照射方式的乳房拍摄装置的技术。即，在从X光线发生器中放射的光束上形成多个笔形波束，并使这些多个光束分别以不同角度扫描乳房，然后根据这些来自不同角度的图像，以3维方式重组乳房，用于掌握乳房的异常现象，并在乳房出现病变时，能够准确判断病变的位置及大小。
背景技术
通常而言，使用乳房X光线拍摄法(mammography)的乳房拍摄装置(又称乳房癌诊断装置)是大部分属于旋转靶(Rotating Target)形态的X光线发生装置，Target物质主要采用钼(Molybdenum)和铑(Rhodium)。此外，施加到X光线发生器两极的最大管(tube)电压为40kVp，利用从X光线发生器的灯丝放射出的电子光束电击上述两极，以生成X光线光源，并用该光源拍摄诊断用图像。
此时，在乳房的X光线图像中，除了软部组织和瘤的对比度(contrast)较高的能量带——15-20keV之外，其它能量带并不能给实际图像起到什么作用，尤其低能量带(8-15keV)大部分被乳房吸收，增加X光线的覆盖率，而高能量带(20keV)则会引发由于康普顿散射(Compton scattering)所造成的图像模糊(Bluring)现象。
在以往的常规技术中，为了最大限度地减少低能量带的X光线乳房覆盖率，多采用铝(Al)过滤器或钼(Molybdenum)过滤器、铑(Rhodium)过滤器，以筛选特定部分的能量带，但此时会降低有利于图像的特性X光线，如17.48keV(Mo Target)的线量本身因过滤器的过滤被大大降低，从而导致照射时间延长，获取的图像质量也不是很理想。
最近，为了筛选特性X光线部分，又曾试图通过单晶矽(Si Single Crystal)，从布喇格角(Braggangle)中选用特性X光线的单色射束(Monochromatic Beam)，但此时由于特定能量带宽(Band Width)过窄，虽可减少X光线的覆盖量和散射(Scattering)现象，但由于光子通量(Photon Flux)过弱，从而导致获取图像时间过长。
近来使用的乳房拍摄装置通常采用X光线发生器放射出圆锥形(solidangle)X光线，并利用瞄准仪照射整个领域的乳房，以获取诊断用图像，或采用特殊的瞄准仪，生成一个笔形波束(fan beam)，以此扫描乳房并获取图像。
图1是现有乳房拍摄装置的概念图。如图所示，利用圆锥形X光线，通过一次X光线扫描拍摄整个乳房，这样虽可缩短拍摄时间，但由于乳房吸收了与拍摄无关的低能量带(8-15keV)的X光线，从而增加了覆盖量，降低了图像分辨率。
为了解决上述问题，最近研制出了利用笔形波束的乳房拍摄装置。该装置中放射出的X光线经过特殊瞄准仪，仅让有利于拍摄的X光线照射到乳房上，其覆盖量远低于圆锥形乳房拍摄装置，并可获取高分辨率的图像。
但现有乳房拍摄装置的X光线发生器和图像检测器位于垂直线上，因此当病变重叠于垂直线上时，只能获取一个病变的图像，从而很难掌握病变的准确位置和病变大小。此外，由于只能获取病变的2维平面图像，因而也不能准确掌握病变的位置，只能确认乳房有无异常。
为了解决上述问题，常规技术利用X光线发生器和图像检测器左右旋转15°～30°进行反复拍摄，以确认重叠于垂直线上的病变位置，这种方式以分别独立地方式反复拍摄并获取图像，然后需要查找可综合独立获取图像的连贯性，通过繁琐复杂的操作过程方能掌握病变位置。
在确认病变位置后，为了进行组织检查，而需提取病变组织时，最少要拍摄3次以上，从而增加了对患者的覆盖量，并需要很长的拍摄时间，且只能通过2维图像凭感觉掌握病变位置或需要一点点地插入病变提取用针(needle)，进行追加拍摄方能接近病变位置。
由于上述方法需要长时间压迫乳房，从而增加了患者的痛苦，并因覆盖量的增加而导致诱发第二次事故。此外，利用乳房拍摄装置拍摄的2维图像，判断病变的位置及大小，根本无法给诊断医生准确判断乳房状态的能力起到补助作用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明旨在提供一个利用从X光线发生器放射的光束，以不同照射角度的多个笔形波束扫描乳房，并通过几何性的逆变换，对上述以各自不同角度拍摄到的多个乳房图像进行数值计算处理，获取3维图像，当乳房出现病变或异常时，准确掌握病变的位置及大小，并收集能有效帮助治疗的资料，又通过缩短乳房拍摄时间，减轻患者因覆盖量及乳房压迫导致痛苦的双重照射方式的乳房拍摄装置以及利用该装置的乳房拍摄方法。
附图说明
图1是现有乳房拍摄装置的概念图。
图2是根据本发明的双重照射方式乳房拍摄装置概念示意图。
图3是根据图2的双重照射方式乳房拍摄装置概念图。
图4是在本发明中，通过双重照射方式乳房拍摄装置拍摄的病变图像重组概念图。
图5是根据本发明的双重照射方式乳房拍摄方法工序图。
<附图主要部分符号说明>
10：X光线发生器    20：第1瞄准仪
30：多层过滤器     40：第2瞄准仪
50：乳房固定器     52：压力传感器
60：图像输出器
具体实施方式
为了实现上述目的，本发明中双重照射方式的乳房拍摄装置为判断乳房有无异常而采用X光线拍摄乳房。本发明中的乳房拍摄装置由如下结构组成：即，生成X光线光束的X光线发生器；形成多个透射孔，以便于从通过上述X光线发生器放射出的X光线圆锥形光束中，透射一定大小的多个光束的第1瞄准仪；反射通过上述第1瞄准仪的多个透射孔透射的多个光束，仅让特定能量带以一定角度反射的多个多层过滤器；固定被上述多层过滤器反射的多个光束扫描的乳房的乳房固定器；将被上述乳房固定器固定的乳房置于扫描的多个光束上，并通过上述分别以不同角度反射的多个光束获取的2维图像重组成3维图像后输出的图像输出器。
在本发明装置中，还应设置如下两个结构：即，通过多层过滤器过滤反射特定能量带的多个光束扫描乳房时，用于维持光束线宽的第2瞄准仪；在乳房固定器上还应设置能够控制固定压力，以确保对乳房的压迫固定力度均衡的压迫传感器。
本发明中为了判断乳房有无异常而利用X光线进行双重照射方式的乳房拍摄方法由如下几个阶段构成：即，给乳房提供一定压力，以固定上述乳房的乳房固定阶段；在通过X光线发生器生成的圆锥形光束中，仅透射一定大小的多个光束，并切断其它光束，以生成多个透射光束的多个光束生成阶段；分别过滤反射通过多个光束生成阶段生成的多个光束，并分别以不同角度入射具有特定能量带的多个光束的过滤反射阶段；使通过上述过滤反射阶段，以各自不同角度过滤入射的多个光束扫描被固定的乳房的乳房扫描阶段；从通过上述乳房扫描阶段扫描乳房的具有各自不同角度的多个光束中，获取2维扫描图像，并组和上述每个2维扫描图像，重组为3维图像的图像获取及输出阶段。此外，还应在通过上述过滤反射阶段过滤的多个光束分别扫描乳房时，增加一个为确保多个光束线宽均衡而过滤多个光束的光束线宽维持阶段。
下面将参照附图对本发明进行详细说明。
图2是根据本发明的双重照射方式乳房拍摄装置概念示意图，图3是根据图2的双重照射方式乳房拍摄装置概念图。如图所示，本发明中的乳房拍摄装置由如下结构组成：即，生成X光线光束的X光线发生器(10)；从通过上述X光线发生器(10)放射出的X光线圆锥形光束中，透射一定大小的多个光束的第1瞄准仪(20)；使通过上述第1瞄准仪(20)放射的多个光束，分别以不同角度放射的多层过滤器(30)；确保通过上述多层过滤器(30)，各自以不同角度放射的多个光束线宽均衡的第2瞄准仪(40)；固定乳房(B)的乳房固定器(50)；利用通过上述第2瞄准仪(40)，各自以不同角度照射的光束扫描乳房(B)，并将从各自不同角度获取的乳房拍摄图像重组成3维图像的图像输出器(60)。
上述X光线发生器(10)的结构与常规结构相同，也将钼(Mo)或铑(Rh)用作Target物质，过电压及过电流的条件设定也相同，因此具有与现有X光线发生器相同的放射频谱(Spectrum)。
上述第1瞄准仪(20)上设有多个透射孔(22)，用于透射X光线发生器(10)放射的圆锥形光束中一定大小的多个光束。为使通过上述多个透射孔(22)透射的光束呈笔形波束(fan beam)状，上述多个透射孔(22)应为笔形波束形状。
上述第1瞄准仪(20)由铅或钨制成，笔形波束形状的多个透射孔(22)，即通过两个笔形波束状的透射孔(22)，仅透射部分圆锥形光束，其余部分被切断，一致不会照射到患者身上。
上述多层过滤器(30)对通过上述第1瞄准仪(20)透射的多个光束进行分别过滤处理，以一定角度仅反射特定能量带。上述特定能量带应为15～23keV，上述多层过滤器(30)由钼(Mo)、铑(Rh)或铝(Al)制成，过滤低能量带，减少对患者的覆盖量。
此时，通过上述多层过滤器(30)更换角度的多个光束，即两个光束中的一个光束对乳房进行垂直入射，而另一个光束则以偏离于垂直线的角度进行入射。
上述第2瞄准仪(40)确保通过上述多层过滤器(30)，以不同角度照射的多个光束照射乳房(B)的线宽均衡，其材料应与上述第1瞄准仪(20)相同。
上述第2瞄准仪(40)上设有与图像检测器(60)的像素(pixel)大小相同的过滤孔(42)，通过上述过滤孔(42)，仅放行特定能量带，其余被切断，从而明显减少了对患者的覆盖量，上述缝隙为40～60μm，更准确的缝隙应是50μm。
这是为使通过多层过滤器(30)过滤反射的多个笔形波束不被直射，而以圆锥形状散射到乳房(B)上，以防止不必要的光束覆盖到乳房(B)上，并获取清晰的图像。
上述乳房固定器(50)上设有固定乳房的固定架(paddle)，以便于通过上述第2瞄准仪(40)入射的特定能量带的光束准确透射到乳房，该固定架的材料与现有乳房拍摄装置的乳房固定器相同，通常为碳(carbon)材质的板状物质，压迫乳房的压迫板应由PMMA(Poly Methyl Metaacrylate)或碳材料制成，但并不局限于此，只要便于透射光束，并能最大限度地减少乳房固定器造成图像损失的材质或结构即可使用。
上述乳房固定器(50)上还应设有压力传感器(52)，通过上述压力传感器(52)，控制乳房固定器(50)以一定的压力压迫乳房(B)，以最大限度地减少患者的痛苦。
上述图像输出器(60)大可分为图像获取器、图像扫描器、图像处理器。上述图像获取器根据上述第2瞄准仪(40)照射的光束幅度串联排列，并对上述乳房的扫描前图像和扫描后的图像进行组和处理，生成完整的乳房图像。上述图像获取器应采用设有CCD或CMOS摄像机的数码检测仪(Digital Detector)，以此最大限度地降低产品价格，并加大暴露线量的运用程度。
上述图像获取器应分别设在多个光束上，此时为了提高图像分辨率，而应垂直于光束。
图像扫描器(scanning system)为使多个笔形波束(fan beam)能够扫描整个乳房，而应设在电动stage上，以便于扫描整个领域的乳房或多个X光线在固定状态下，慢慢移动乳房固定器(50)，扫描整个乳房。
图像处理器利用以垂直及一定角度照射的多个光束中获取的每个图像，通过几何性的逆变换，以数值形式进行分析处理，并将其重组成3维图像，以便于诊断医生准确掌握病变的位置，并最大限度地提高诊断医生的判断能力。
下面对具有上述结构特点的双重照射方式的乳房拍摄装置拍摄乳房的方法及其作用进行详细说明。
乳房固定阶段(S10)是固定需要诊断的乳房的阶段。即，利用设在乳房固定器(50)上的固定架，压迫固定需要诊断的乳房(B)。上述乳房固定器(50)上设有压力传感器(52)，通过上述压力传感器(52)的控制，确保施加到乳房(B)上的压力均衡，以最大限度地减轻患者的痛苦。
上述压力传感器(52)可根据患者的乳房(B)大小控制压力。在乳房拍摄装置固定乳房(B)前，X光线发生器(10)和第1及第2瞄准仪(20)(40)、多层过滤器(30)、乳房固定器(50)及图像输出器(60)均通过电动stage处在初始化安装结束的状态。
多个光束生成阶段(S20)是在通过X光线发生器生成的圆锥形光束中，生成一定大小的多个光束的阶段。即，通过X光线发生器(10)生成的X光线通为圆锥形光束，除了通过设在第1瞄准仪(20)上的多个透射孔(22)透射的光束以外，其余的将被切断，以生成一定大小的多个光束。
过滤反射阶段(S30)是调整通过上述多个光束生成阶段(S20)生成的多个光束的幅度，以便于照射乳房的相应部位，并入射特定能量带以及以一定角度反射的阶段。即，通过第1瞄准仪(20)透射的多个光束将被分别入射到设在上述多个光束上的多层过滤器(30)上。
上述多层过滤器(30)可调整光束线宽，以便入射的多个光束照射到乳房(B)的相应领域，尤其只反射具有特定能量带(15～23keV)的光束，过滤低能量带，减少了对患者的覆盖量，并以一定的反射角度进行反射。
在通过上述多层过滤器(30)反射的多个光束中，一个光束垂直入射到乳房(B)上，而另一个光束则以一定角度偏利于垂直线入射乳房，以分别获取入射到上述乳房(B)的光束透视图像。
光束线宽维持阶段(S32)是在通过上述过滤反射阶段(S30)，以一定角度偏离入射的多个光束中，使光束线宽保持可获取图像的像素的阶段。即，通过多层过滤器(30)反射的多个光束被入射到第2瞄准仪(40)中，据此可将上述多个光束转换成图像拍摄器(60)的像素大小，并确保透射到乳房(B)的光束线宽均衡。
乳房扫描阶段(S40)是通过上述光束线量维持阶段(S32)，照射线宽均衡的多个光束被入射到乳房上，并利用上述多个光束扫描乳房的阶段。即，通过第2瞄准仪(40)，照射线宽均衡的多个光束被入射到固定在乳房固定器(50)上的乳房(B)上，并利用上述多个光束扫描整个领域的乳房(B)。
图3是根据图2的双重照射方式乳房拍摄装置概念图。如图所示，假设乳房上有3个病变，即出现了a1、a2、a3三个病变，上述病变a1和a2位于垂直线上，而病变a3则位于病变a2的水平一侧，那么通过第2瞄准仪(40)照射的多个光束将从乳房(B)的一侧沿着另一侧移动，并以笔形波束的宽度扫描乳房(B)。
此外，垂直照射的光束在重叠于垂直线上的病变a1和a2中，将扫描病变a1的位置及垂直截面大小，并向一侧移动，扫描病变a3的位置及垂直截面大小。
以一定角度透射的光束在扫描以一定角度扭曲的乳房截面的同时，还将扫描病变a1～a3的位置及大小。
图像获取及输出阶段(S50)是通过上述乳房透射阶段(S40)，由多个光束扫描乳房，并将在扫描上述乳房的多个光束中获取的2维扫描图像重组成3维图像，然后判断乳房有无病变情况，如有病变，就会输出病变大小及位置的阶段。
即，图像输出器(60)位于对固定在上述乳房固定器(50)上的乳房(B)进行扫描的多个光束上，将从上述扫描的多个光束中获取的2维图像，通过上述图像输出器(60)的几何性逆变换，进行数值上的分析后重组成3维图像。
图4是在本发明中，通过双重照射方式乳房拍摄装置拍摄的病变图像重组概念图。如图所示，通过垂直线上的笔形波束，获取病变a1和a3的2维图像，并通过一定角度弯曲的笔形波束，获取病变a1～a3的2维图像，然后对上述每个2维图像进行几何性的数值逆变换处理，将其重组成3维图像，以判断病变的位置及大小。据此，诊断医生可向患者准确说明诊断及手术范围。
尤其可通过一次性拍摄，可最大限度地减少对患者的覆盖量及乳房压迫导致的痛苦。
以上是对本发明中双重照射方式的乳房拍摄装置以及利用该装置的乳房拍摄方法实施例进行的详细说明，但本发明技术并不局限于上述实施例，在不脱离下面权利要求书要求的本发明宗旨的前提下，只要拥有属于本发明技术领域中的通常知识的人，均可进行多种变更，而这些均属于本发明的技术范围。
如上所述，通过本发明中双重照射方式的乳房拍摄装置以及利用该装置的乳房拍摄方法，可从X光线发生器放射的光束，以不同照射角度的多个笔形波束扫描乳房，并通过几何性的逆变换，对上述以各自不同角度拍摄到的多个乳房图像进行数值计算处理，获取3维图像，当乳房出现病变或异常时，准确掌握病变的位置及大小，并收集能有效帮助治疗的资料，又通过缩短乳房拍摄时间，减轻患者因覆盖量及乳房压迫导致痛苦。

Claims (5)

1.本发明中为了判断乳房有无异常而利用X光线拍摄乳房的双重照射方式的乳房拍摄装置应由如下结构组成：即，生成X光线光束的X光线发生器(10)；形成多个透射孔(22)，以便于从通过上述X光线发生器(10)放射出的X光线圆锥形光束中，透射一定大小的多个光束的第1瞄准仪(20)；反射通过上述第1瞄准仪(20)的多个透射孔(22)透射的多个光束，仅让特定能量带以一定角度反射的多个多层过滤器(30)；固定被上述多层过滤器(30)反射的多个光束扫描的乳房(B)的乳房固定器(50)；将被上述乳房固定器(50)固定的乳房(B)置于扫描的多个光束上，并通过上述分别以不同角度反射的多个光束获取的2维图像重组成3维图像后输出的图像输出器(60)。
2.根据权利要求1，本发明中双重照射方式的乳房拍摄装置上还应设置通过多层过滤器(30)过滤反射特定能量带的多个光束扫描乳房(B)时，用于维持光束线宽的第2瞄准仪(40)。
3.根据权利要求1，本发明中双重照射方式的乳房拍摄装置上的乳房固定器(50)上还应设置能够控制固定压力，以确保对乳房(B)的压迫固定力度均衡的压迫传感器(52)。
4.本发明中为了判断乳房有无异常而利用X光线进行双重照射方式的乳房拍摄方法由如下几个阶段构成：即，给乳房提供一定压力，以固定上述乳房的乳房固定阶段(S10)；在通过X光线发生器生成的圆锥形光束中，仅透射一定大小的多个光束，并切断其它光束，以生成多个透射光束的多个光束生成阶段(S20)；分别过滤反射通过多个光束生成阶段(S20)生成的多个光束，并分别以不同角度入射具有特定能量带的多个光束的过滤反射阶段(S30)；使通过上述过滤反射阶段(S30)，以各自不同角度过滤入射的多个光束扫描被固定的乳房的乳房扫描阶段(S40)；从通过上述乳房扫描阶段(S40)扫描乳房的具有各自不同角度的多个光束中，获取2维扫描图像，并组和上述每个2维扫描图像，重组为3维图像的图像获取及输出阶段(S50)。
5.根据权利要求4，还应在通过上述过滤反射阶段(S30)过滤的多个光束分别扫描乳房时，增加一个为确保多个光束线宽均衡而过滤多个光束的光束线宽维持阶段(S32)。
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