CN101453953A - 多管成像系统重建 - Google Patents
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Abstract
一种断层摄影设备(10)包括至少两个x射线源(14)，所述x射线源围绕成像区域(22)旋转并交替地向成像区域内发射辐射。所述至少两个x射线源(14)在第一数据采集周期内从第一组角位置发射辐射，并在后续数据采集周期内从不同组角位置发射辐射。至少两组探测器(24)探测由所述至少两个x射线源(14)中相应的一个发射的主辐射，并产生代表所探测的辐射的数据。交织器(32)针对所述至少两个x射线源(14)中的每个使与第一数据采集周期和后续数据采集周期相关的数据交叉。
Description
本发明涉及医学成像系统。它特别适用于计算机断层摄影(CT)，并且更特别地适用于数据采集和重建技术。
当扫描对象时，常规的双x射线管CT成像系统中的x射线管典型地同时或交替地受驱动。当同时受驱动时，两个管至少在扫描的一部分同时发射辐射。在这些同时发射期间，探测来自其中一个管的主辐射的探测器也探测与另一个管相关的交叉散射辐射。交叉散射辐射的探测增加了由每个探测器所探测的散射辐射的总量。较高散射辐射的贡献一般导致伪影并能降低减半时间分辨率的可视性。
随着交替驱动x射线管，每个管切换“开”和“关”，从而仅有其中一个管在任何给定时间发射辐射。由于另一个x射线管不发射辐射，这种切换减轻了探测主辐射的探测器对交叉散射辐射的探测。然而，相对于在数据采集期间连续地驱动(或不切换)每个管，交替地切换每个管也导致每个管在约一半的时间内发射辐射。因此，相对于通过连续驱动的x射线管所获得的角度采样，每个射线管的角度采样下降。这样可能由于较低的重建空间分辨率而降低减半时间分辨率的可视性。
有鉴于此，存在对于能够克服常规多管系统的这些和/或其他缺陷的系统和/或方法的尚未解决的需求。
本发明的各方面解决了这些问题及其他问题。
根据一个方面，图示说明了一种断层摄影设备。该断层摄影设备包括至少两个x射线源，所述x射线源围绕成像区域旋转并交替地向成像区域内发射辐射。所述至少两个x射线源在第一数据采集周期内从第一组角位置并在后续数据采集周期内从不同组角位置发射辐射。至少两组探测器探测由所述至少两个x射线源中相应的一个发射的主辐射，并产生代表所探测到的辐射的数据。交织器(interleaver)针对所述至少两个x射线源中的每个使与第一数据采集周期和后续数据采集周期相关的数据交叉。
图1图示说明了具有多个x射线源的示例性医学成像系统；
图2图示说明了用于在数据采集周期内交替地切换多个x射线源的示例性切换模式；
图3图示说明了用于在后续数据采集周期内交替地切换多个x射线源的示例性的移位的切换模式；
图4图示说明了在多个数据采集周期上所交替地切换的x射线源；
图5图示说明了用于交替地切换多个x射线源的示例性方法。
参照图1，图示说明了医学成像系统10。所述医学成像系统10包括多个交替地受驱动的x射线源和在一个或多个数据采集周期内探测主辐射的探测器(例如，x射线源围绕成像区域的旋转或部分旋转)。在一个示例中，利用在两个或更多数据采集周期内所探测的辐射形成重建数据集。例如，可以使与两个或更多数据采集周期相关的数据(整个数据集或其子集)交叉或者否则相结合以形成数据集。在此示例中，可以在于与先前周期不同的角位置处(例如，以角增量移位)采集在后续(一个或多个)数据采集周期中所采集的数据，从而使得在后续(一个或多个)周期内所探测到的数据包括在先前(一个或多个)周期内未采集的角度采样。相对于与任何独立数据采集周期相关的角度采样，所得到的数据集可以包括更高的角度采样。
医学成像系统10包括具有N个x射线源141…14N(此处合称为x射线源14)的扫描器12，其中，N是等于或大于1的整数。将x射线源14以相对于彼此角偏移(例如，90、120度等)的方式定位于轴向或横向平面16内，所述平面垂直于纵轴或Z轴18。在一个示例中，所述x射线源14设置为围绕旋转扫描架20。这样，当扫描架20围绕成像区域22旋转时，可使x射线源14围绕成像区域22旋转。在另一个示例中，通过诸如电子偏转x射线束的其他技术使x射线源14围绕成像区域22旋转。在扫描期间，可以交替地驱动x射线源14，以便在任何时刻仅有一个x射线源14在向成像区域22内发射辐射。
扫描器12还包括N组探测器241…24N(此处合称为探测器24)。探测器24中的每组探测器对向与x射线源14中的一个相对的角度弧，以在其间限定成像区域22。在一个示例中，每组探测器24中的每个探测器随着x射线源14中的特定一个旋转并与其相对应(例如，用第三生成系统)。在另一个示例中，每组探测器24中的探测器处于固定的位置，并且，在任何时刻由x射线源14的角位置所确定(例台，用第四生成系统)。当x射线源14中的相应一个发射辐射时，探测器24中的每组探测器探测主辐射。
对象(或患者)支架28在成像区域22内支撑诸如人的对象。支架28是可移动的，以使操作者在执行螺旋、轴向和/或其他扫描之前、期间和/或之后，例如通过沿Z轴18移动支架28，将对象引导到成像区域22内的适当位置。
控制部件26控制x射线源14中的每个。在一个示例中，所述控制包括交替地切换x射线源14中的每个至“开”和“关”，从而使得x射线源14交替地向成像区域22内发射辐射。所述控制包括以适当的占空比和/或切换频率来驱动x射线源14中的每个，这针对每个数据采集周期确定了在每个角度采样间隔期间，x射线源14中的哪个发射辐射以及何时发射辐射。这可以包括确定x射线源14进行数据采样的角位置。在一些示例中，这包括确定每个数据采集周期的角增量，所述角增量将x射线源14的角位置移位一角偏移，从而使得在后续周期内所探测到的数据包括在先前周期内未采集的角样本。
通过非限制性示例，在第一数据采集周期内，控制部件26可以交替地切换x射线源14至“开”和“关”，从而使得x射线源141在切换期的第一部分期间发射辐射，并且使得x射线源14N在切换期的第二部分期间发射辐射。在这个示例中，x射线源141在切换期的第二部分期间不发射辐射，并且x射线源14N在切换期的第一部分期间不发射辐射。因此，可以通过用与活动的x射线源14相对的探测器来采集数据而探测主辐射。在后续数据采集周期内，可以将x射线源14的角位置移位该角增量，以采集在第一数据采集周期内未采样的样本。通过所述移位，现在x射线源14N在切换期的第一部分期间发射辐射，而x射线源141切换期的第二部分期间发射辐射。因此，在后续数据采集周期内针对每个x射线源14探测的主辐射包括在先前数据采集周期内未探测的样本。
探测器24中的每个产生指示所探测到的主辐射的信号。处理部件30至少处理这些信号的部分。在一个示例中，处理部件30包括交织器(32)，其使在不同数据采集周期内所采集的数据交叉。例如，针对源14中的每个，交织器(32)能够通过使来自不同周期的数据交叉，来合并在一个或多个周期内所收集的数据。在一个示例中，相对于任何单个数据采集周期的角度采样，通过所述交叉而产生的合成数据集包括相对于任何单独数据采集周期的角度采样的更大的角度采样。可利用各种技术来确定将来自哪些周期的哪些数据用于形成重建数据集。
通过示例的方式，通过利用心脏门控CT，可以以单周期模式执行重建，其中，重建在x射线源14的单次旋转或回转的至少部分期间所采集的数据。在此重建中，也可利用在一个或多个其他数据采集周期中所收集的数据。用于确定利用来自哪些数据采集周期的哪些数据的适当方法包括定义心脏相位中的相点和围绕该相点的窗。通过利用这种方法，基于相点和窗从不同周期中选择数据。例如，相点可以在角度范围内代表心动周期的静息相位(quiet phase)。可以将围绕相点的窗宽度设定为收集设定点周围的足够数据形成预期重建数据集。例如，可以将宽度设定为获取用于180度回顾性心脏重建的足够数据。可以将该宽度设定为获取用于重建的最小量数据(180度加源角度)。在另一示例中，可以将窗宽度设定为获取额外的重叠数据，可以将所述重叠数据合并以减少运动伪影。
将所处理的数据提供给重建系统34，该重建系统重建所述数据以生成指示对象的扫描区域的体积数据的数据。如以上所描述的，所述数据可以包括经交叉的在不同数据采集周期内在不同角度采样位置处所采集的数据。图像处理器36处理由重建系统34所生成的体积图像数据。然后将所生成的图像显示、制成影片(filmed)、存档、转发给治疗医师(例如通过电子邮件等)、与来自其他成像形态的图像相融合、(例如经过测量和/或可视化应用和/或专用可视化系统)进一步处理、存储等。
计算系统(或控制台)38利于操作者与扫描仪12进行交互和/或控制扫描仪12。由计算系统34执行的软件应用程序允许操作者配置和/或控制扫描仪12的操作。例如，操作者可以与计算系统(或控制台)38进行交互以选择扫描协议，启动、暂停和终止扫描，查看图像，处理体积图像数据，测量各种数据特征(例如，CT数、噪声等)等。计算系统(或控制台)38向控制部件26通信各种信息，包括但不限于，诸如x射线管电压和电流、切换模式、占空比、数据合并技术等的指令和/或参数。控制部件26利用如上所述的这种信息来控制扫描器12。
图2图示说明了用于交替地切换x射线源14的示例性切换模式。为简洁和清楚起见，仅显示了两个所述切换模式401、40N(此处合称为切换模式40)。切换模式401用于切换x射线源14中的一个(例如x射线源141)，而切换模式40N用于切换x射线源14中的另一个(例如x射线源14N)。如所示出的，在每个期42内，切换模式40交替地触发“开”和“关”，这在每个期42内交替地切换源14开关至“开”和“关”。在该示例中，切换模式40包括具有大约相等的占空比的方波脉冲。然而，在其他示例中，占空比、脉冲形状、脉冲的辐值等均可以不同。
图3图示说明了用于在后续数据采集周期内切换x射线源14的示例性的移位的切换模式。如所示出的，将初始切换模式401、40N移位一角增量44以呈现切换模式461和46N。在该示例中，角增量44与将在后续周期内导致角样本的获取(其在先前周期内未被采样)的角距离相对应。在一个示例中，角增量44作为
的函数而被确定，其中，K是角样本数。对于任何数量的x射线源14和任何周期数，均可利用该方法确定角增量44。此处也预期用于确定角增量44的其他技术。例如，在替代方法中，当合并来自多个周期的数据时，可以将角增量44设定为呈现同源性角度采样。
图4提供了一示例，其中，源141、14N分别在第一数据采集周期48内随着切换模式401、40N而被切换，并且在第二数据采集周期50内随着切换模式461、46N(移位角增量44)而被切换。如所示出的，通过切换模式401切换源141，以便在第一周期48内发射辐射，而在采样期42的第一部分52期间收集数据。在第二周期50内，通过切换模式461切换源141，以便在采样期42的第二部分54期间发射辐射并收集数据。在第一周期48内，通过切换模式40N切换源14N，以便在采样期42的第二部分54期间发射辐射并收集数据；并且通过切换模式46N切换源14N，以便在采样期42的第一部分52期间发射辐射并收集数据。
在该非限制性示例中，角增量约为0.5度。例如，如果每个周期48、50代表扫描架旋转并且初始角度为0(或360)度，则在周期48内x射线源141的角位置是0、1、2…和359，并且在周期50内是0.5、1.5、2.5…359.5。在周期48内，x射线源14N的角位置为0.5、1.5、2.5…359.5，并且在周期50内是0、1、2…和359。在该示例中，对于这两个x射线源14，角增量44与将在周期50内导致角样本的获取(其在周期48内未被采样)的角距离相对应。应当意识到的是，尽管联系360度描述以上示例，在另一示例中，可以在小于360度内收集数据。例如，对于180度重建，可以在180度加一扇角的范围内收集数据。
图5图示说明了利用医学成像系统10扫描对象的非限制性方法。在附图标记56处，启动扫描参数。这包括选择扫描方案并配置扫描仪12以在成像区域22内扫描对象。这还包括提供以下信息：比如数据合并技术、相点和窗宽度(对于心脏应用)、要合并的周期数等。在附图标记58处，交替驱动x射线源14并在一个或多个数据采集周期内收集数据。当每个x射线源14活动时，相应组探测器24探测由那个源14所发射的主辐射。在一个示例中，利用角增量44对每个周期每个x射线源14偏移角度采样。可以如此设定角增量44使得在后续周期内所采集的样本代表在先前周期内未采集的样本。
在60处，选择来自每个周期的数据以形成重建数据集。如以前所讨论的，可以基于相点和窗宽度来选择数据以便检索例如用于180度心脏门控回顾性重建的适量的数据。在62处，合并所选择的数据以形成重建数据集。在一个示例中，这包括使来自不同采集周期的与每个源相对应的数据进行交叉以形成单独数据集。通过在不同角位置在每个周期内采集样本，可以增加合成数据集的时间分辨率。在64处，重建系统34重建所述数据以生成相应的图像。
在此描述的系统和/或方法和/或可由其导出的系统及方法可以应用于医学成像应用，比如但不限于，心脏CT、小型动物x射线成像、安全扫描系统、非破坏性材料分析或缺陷检测、机器视觉、并入分布源的系统等。
已参考优选实施方式对本发明进行了描述。当然，在阅读和理解前面的描述的基础上，其他人员可以进行修改和改变。意在将本发明解释为包括所有这些修改和改变，只要它们在所附权利要求的范围之内。
Claims (20)
1、一种断层摄影设备(10)，包括：
至少两个x射线源(14)，其围绕成像区域(22)旋转并交替地向所述成像区域内发射辐射，其中所述至少两个x射线源(14)在第一数据采集周期内从第一组角位置发射辐射，并在后续数据采集周期内从不同组角位置发射辐射；
至少两组探测器(24)，每一组探测由所述至少两个x射线源(14)中相应的一个发射的主辐射，并产生代表所探测的辐射的数据；以及
交织器(32)，其选择性地使与所述第一数据采集周期和所述后续数据采集周期相关的数据交叉，以形成重建数据集。
2、如权利要求1所述的设备(10)，其中，在所述第一数据采集周期和所述后续数据采集周期内收集的样本包括不同的样本。
3、如权利要求1所述的设备(10)，其中，与所述后续数据采集周期相关的一组角位置包括与偏移一角增量(44)的所述第一数据采集周期相关的一组角位置。
4、如权利要求3所述的设备(10)，其中，所述角增量(44)是
的函数，其中K是角样本数。
5、如权利要求3所述的设备(10)，其中，所述角增量(44)设定为当合并来自多个数据采集周期的数据时进行同源性角度采样。
6、如权利要求1所述的设备(10)，其中，所交叉的数据集包括相对于与所述第一数据采集周期或所述后续数据采集周期相关的角度采样的更高角度采样。
7、如权利要求1所述的设备(10)，其中，在心脏扫描期间获得所述主辐射。
8、如权利要求1所述的设备(10)，其中，将与至少一个另外数据采集周期和另一组不同角位置相关的数据，和来自所述第一数据采集周期及所述后续数据采集周期的数据交叉以形成重建数据集。
9、如权利要求1所述的设备(10)，其中，所交叉的数据包括用于180度回顾性门控心脏重建的数据。
10、如权利要求1所述的设备(10)，其中，所交叉的数据与在一个心动周期的静息相位内围绕相点的窗内的数据相对应。
11、如权利要求1所述的设备(10)，还包括重建系统(32)，所述重建系统重建所交叉的数据以生成所述成像区域(22)内的对象的图像。
12、如权利要求1所述的设备(10)，其中，所述至少两个x射线源(14)中的每个根据切换模式进行切换。
13、如权利要求12所述的设备(10)，其中，每个切换模式在采样期的不同部分交替地“开”或“关”所述至少两个x射线源(14)中相应的一个。
14、一种计算机断层摄影重建方法，包括：
交替地驱动至少两个x射线源(14)，以在第一数据采集周期内从第一组角位置并在后续数据采集周期内从不同组角位置交替地向成像区域(22)内发射辐射；
探测针对每个数据采集周期在每个角位置处由所述至少两个x射线源(14)发射的主辐射；以及
合并指示从所述数据采集周期所探测的主辐射的数据以形成重建数据集。
15、如权利要求14所述的方法，还包括使每个后续数据采集周期的角位置增加一角增量(44)，以获取在每个后续数据采集周期内的不同组样本。16、如权利要求15所述的方法，其中，所述角增量(44)由
确定，其中，K是角样本数。
17、如权利要求15所述的方法，其中，所述角增量(44)设定为当合并来自多个数据采集周期的数据时进行同源性角度采样。
17、如权利要求14所述的方法，还包括使所述数据交叉以形成一数据集，所述数据集具有相对于与任何一个数据采集周期相关的角度采样的更高角度采样。
18、如权利要求14所述的方法，其中，在门控心脏扫描期间探测所述主辐射。
19、如权利要求14所述的方法，还包括选择数据以形成用于180度回顾性重建的数据集。
20、一种设备(10)，包括：
用于在两个或更多数据采集周期内，在针对所述两个或更多数据采集周期中的每个的不同角位置处向成像区域(22)内交替地发射辐射的装置；
用于探测横跨所述成像区域(22)的主辐射并产生指示所探测的主辐射的数据的装置；
用于选择与所述两个或更多数据采集周期中的每个相关的数据的装置；和
用于合并所选择的数据以通过预期角度采样形成重建数据集的装置。
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