CN101756709A - X射线ct设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及X射线CT设备。本发明实现了具有大扫描FOV的经济型X射线CT设备,并且实现了同时获得大扫描FOV和低曝光量的X射线CT设备。该X射线CT设备包括:X射线辐射器,辐射扇形束X射线;多通道X射线探测器,面对所述X射线辐射器放置;透射X射线数据收集装置,其在旋转所述X射线辐射器和X射线探测器时扫描对象,以便收集两个或更多个视角的透射X射线数据;扫描控制装置,其控制所述扫描;以及图像重建装置,其重建图像。该X射线辐射器辐射的扇形束X射线被偏转到旋转中心的一侧,该X射线探测器具有应对展开的扇形束X射线的多个通道;并且扫描控制装置允许X射线辐射器和X射线探测器进行至少旋转一圈的扫描。
Description
技术领域
本发明涉及X射线CT(计算机断层摄影)设备。具体而言,本发明涉及具有X射线辐射器和面对该X射线辐射器放置的多通道X射线探测器的X射线CT设备,所述X射线辐射器辐射扇形束X射线。
背景技术
X射线CT设备利用辐射扇形束X射线的X射线辐射器和面对X射线辐射器放置的多通道X射线探测器对对象进行扫描。然后,X射线CT设备基于由此获得的透射X射线数据重建图像。
扫描FOV(扫描视野)需要尽可能大以便也能够对大的对象进行成像。然而,为了实现该目的,必须使X射线辐射/探测机构的几何结构更大。因此,当从经济方面考虑时,难以获得足够大的扫描FOV。
因此,当扫描比扫描FOV大的对象时,通过估计来产生与延伸出视野的部分相对应的透射X射线数据。然后,将这种数据与实际数据组合以重建图像(见例如日本未审专利公开No.2004-065706(第[0032]段,图6))。
发明内容
由于CT值的偏移、伪影的发生等,与根据全部是真实数据的透射X射线数据所重建的图像相比,根据含有估计数据的透射X射线数据重建的图像质量较差。
考虑到上述问题,本发明的目的是实现一种具有大扫描FOV的经济型X射线CT设备,以及实现一种扫描FOV大且同时曝光量低的X射线CT设备。
作为解决上述问题的手段,根据本发明的第一方面,提供了一种X射线CT设备,其包括:X射线辐射器,用于辐射扇形束X射线;多通道X射线探测器,面对该X射线辐射器放置;透射X射线数据收集装置,通过在旋转X射线辐射器和X射线探测器时扫描对象,收集两个或更多个视角(view)的透射X射线数据;扫描控制装置,用于控制所述扫描;以及图像重建装置,用于基于所述透射X射线数据重建图像。根据该X射线CT设备,X射线辐射器辐射的扇形束X射线偏转到旋转中心的一侧。X射线探测器具有多个通道以应对展开的扇形束X射线。扫描控制装置允许X射线辐射器和X射线探测器执行至少旋转一圈的扫描。
作为解决上述问题的手段,在本发明的第二方面,提供了一种根据第一方面的X射线CT设备,其中X射线辐射器辐射扇形束X射线,所述扇形束X射线的中心束在所述扇形束的平面相对于扫描中心偏转到一侧,偏转角等于扇角的1/n。
作为解决问题的手段,在本发明的第三方面,提供一种根据第二方面的X射线CT设备,其中所述X射线辐射器辐射的扇形束X射线的中心束在该扇形束的平面中相对于扫描中心,偏转到一侧,偏转角等于扇角的1/2。
作为解决问题的手段,在本发明的第四方面,提供一种根据第一方面的X射线CT设备,其中所述扫描控制装置包括用于控制的装置,该用于控制的装置使得在所述X射线辐射器和所述X射线探测器之间的两个或更多个不同相对位置关系,从X射线辐射器辐射X射线,并且所述图像重建装置基于由所述透射X射线数据收集装置收集的在所述两个或更多个不同相对位置处的透射X射线数据的组合,重建图像。
作为解决问题的手段,在本发明的第五方面,提供一种根据第四方面的X射线CT设备,其中所述扫描控制装置关于每个视角调整在扫描轨迹中的所述X射线辐射器的X射线焦点的位置,使其相对于两个时机(timing)是相同的,所述两个时机即扫描的旋转量变成等于所述X射线探测器的通道间距的一半之前和之后。
作为解决问题的手段,在本发明的第六方面,提供一种根据第五方面的X射线CT设备,其中所述扫描控制装置通过使焦点飞行来调整所述X射线焦点的位置。
作为解决问题的手段,在本发明的第七方面,提供一种根据第五方面的X射线CT设备,其中所述图像重建装置基于在各个视角调整所述X射线焦点的位置时获得的透射X射线数据的组合,重建图像。
作为解决问题的手段,在本发明的第八方面,提供一种根据第七方面的X射线CT设备,其中所述透射X射线数据的组合是交错的组合。
作为解决问题的手段,在本发明的第九方面,提供一种根据第一方面的X射线CT设备,其中所述X射线探测器放置成使得其向着通道偏移。
作为解决问题的手段,在本发明的第十方面,提供一种根据第九方面的X射线CT设备,其中所述偏移是1/n偏移。
作为解决问题的手段,在本发明的第十一方面,提供一种根据第十方面的X射线CT设备,其中所述偏移是1/4偏移。
作为解决问题的手段,在本发明的第十二方面,提供一种根据第一方面的X射线CT设备,其中所述X射线辐射器具有用于形成偏转的扇形束X射线的准直器。
作为解决问题的手段,在本发明的第十三方面,提供一种根据第十二方面的X射线CT设备,其中所述准直器包括X射线阻挡材料,该X射线阻挡材料具有使X射线通过的孔。
作为解决问题的手段,在本发明的第十四方面,提供一种根据第一方面的X射线CT设备,其中X射线辐射器具有用于偏转的扇形束X射线的过滤器。
作为解决问题的手段,在本发明的第十五方面,提供一种根据第十四方面的X射线CT设备,其中所述过滤器对应于蝴蝶结型过滤器(bowtie filter)的一侧。
作为解决问题的手段,在本发明的第十六方面,提供一种根据第一方面的X射线CT设备,其中对象被支撑在工作台顶部上,该工作台顶部通过摆动支撑垂直移动。
作为解决问题的手段,在本发明的第十七方面,提供一种根据第一方面的X射线CT设备,其中对象被支撑在工作台顶部上,该工作台顶部通过支撑的伸展和收缩垂直移动。
作为解决问题的手段,在本发明的第十八方面,提供一种根据第一方面的X射线CT设备,其中扫描控制装置允许进行轴扫描。
作为解决问题的手段,在本发明的第十九方面,提供一种根据第一方面的X射线CT设备,其中扫描控制装置允许进行螺旋扫描。
作为解决问题的手段,在本发明的第二十方面,提供一种根据第一方面的X射线CT设备,其中扫描控制装置允许进行簇扫描。
发明效果
根据本发明,提供了一种X射线CT设备,其包括:X射线辐射器,其辐射扇形束X射线;多通道X射线探测器,面对所述X射线辐射器放置;透射X射线数据收集装置,其在旋转X射线辐射器和多通道X射线探测器时扫描对象并收集两个或更多个视角的透射X射线数据;扫描控制装置,其控制所述扫描;以及图像重建装置,其基于所述透射X射线数据重建图像。所述X射线辐射器辐射的扇形束X射线偏转到旋转中心的一侧,所述X射线探测器具有多个通道以应对展开的扇形束X射线,并且所述扫描控制装置允许所述X射线辐射器和X射线探测器执行至少旋转一圈的扫描。因此,可以获得具有大扫描FOV的经济型X射线CT设备。同样,可以获得同时实现大扫描FOV和低曝光量的X射线CT设备。
附图说明
图1示出了根据实施本发明的最佳模式的一个例子的X射线CT设备的配置。
图2示出了根据实施本发明的最佳模式的一个例子的X射线CT设备的配置。
图3示出了X射线辐射/探测单元的配置。
图4示出了X射线辐射/探测单元的配置。
图5是飞行焦点(flying focus)的概念性图示。
图6是被交错的透射X射线数据的概念性图示。
具体实施方式
现在将参考附图描述实施本发明的最佳模式。注意,本发明不限于实施本发明的最佳模式。
图1示出了X射线CT设备的典型配置。该设备将作为实施本发明的最佳模式的例子。关于X射线CT设备的实施本发明的最佳模式的例子通过该设备的配置示出。
该设备具有台架100、工作台200、操作人员控制台300。台架100利用X射线辐射/探测单元110扫描在工作台200上承载的对象10,收集两个或更多个视角的透射X射线数据,并将其输入到操作人员控制台300。此后,透射X射线数据也称为“扫描数据”。
操作人员控制台300基于从台架100输入的扫描数据重建图像,并且在显示器302上显示重建图像。操作人员控制台300是本发明的图像重建装置的例子。
操作人员控制台300控制台架100和工作台200的操作。操作人员控制台300是本发明的扫描控制装置的例子。在操作人员控制台300的控制下,台架100以预定扫描条件进行扫描,并且工作台200定位对象10使得预定部分可以被扫描。内置位置调整机构通过调整工作台顶部202的高度以及工作台顶部上的托架204的水平移动距离来进行所述定位。
通过连续移动托架204并且连续进行2次或更多次扫描,可以进行螺旋扫描。通过间歇地移动托架204并且在每个停止位置执行扫描,可以进行簇扫描。通过在托架204停止的情况下进行扫描,可以进行轴向扫描。
通过围绕基座208的附件部件摆动支撑206,调整工作台顶部202的高度。通过支撑206的摆动,工作台顶部202垂直地以及水平地移位。托架204在工作台顶部202上水平移动,以抵消工作台顶部202的水平位移。根据扫描条件,扫描可以在台架100倾斜时进行。台架100的倾斜通过内置的倾斜机构实现。
此外,如图2所示,工作台200可以构造成使得工作台顶部202垂直于基座208上下移动。工作台顶部202能够通过内置升降机构来上下移动。关于工作台200,没有由其上升和下降导致的工作台顶部202的水平移动。
图3示出了X射线辐射/探测单元110的典型配置。X射线辐射/探测单元110利用X射线探测器150检测从X射线辐射器130的焦点132辐射的X射线134。在保持这种关系的同时,X射线辐射器130和X射线探测器150围绕旋转中心C旋转。X射线辐射器130是根据本发明的X射线辐射器的例子。X射线探测器150是根据本发明的X射线探测器的例子。
通过准直器将X射线134整形为扇形束X射线。该扇形束X射线的扇角是α。X射线探测器150具有放置成应对展开的扇形束X射线134的多个探测通道。所述探测通道沿圆弧设置,焦点132为其中心。
形成扇形束X射线134,使得其中心束134c在扇形束平面中相对于扫描中心C偏转到一侧,偏转角等于扇角α的一半。因此,X射线仅仅辐射到扫描FOV 160的一半,所述扫描FOV 160由与扫描中心C同心的圆形区域限定。
尽管X射线仅仅辐射到半侧,但是通过将X射线辐射/探测单元110旋转一圈,扫描整个扫描FOV 160。因此,可以获得关于整个扫描FOV160的透射X射线数据。通过利用这种透射X射线数据,可以重建关于整个扫描FOV 160的图像。
假设从焦点132到扫描中心C的距离是D,扫描FOV 160的大小如下表示:
SFOV大小=2×sin(α)×D....(1)
另一方面,当扇形束X射线不以相同的几何学偏转时,即,当扇形束X射线134的中心束134c穿过扫描中心C时,扫描FOV的大小如下表示:
SFOV大小=2×sin(α/2)×D....(2)
当比较上述二者时,扇形束X射线134偏转时正弦项中的角度是扇形束X射线不偏转时的两倍。因此,扇形束X射线134偏转时的扫描FOV的大小几乎是扇形束X射线134不偏转时的两倍。
由于在没有扩展几何形状的情况下实现了这种大的扫描FOV,可以既实现大的扫描FOV又实现经济效率。或者,当不需要扫描FOV比常规FOV大时,通过将X射线探测器的通道数减半,可以实现成本降低。
此外,由于X射线仅辐射扫描FOV的一半,与X射线辐射整个扫描FOV的情况相比,曝光量减半。因此,可以既实现大的扫描FOV又实现低曝光量。
如图4所示,X射线辐射器130包括准直器172和过滤器174。如图4所示,准直器172将扇形束X射线134仅应用到一侧,并且防止所述辐射到达另一侧。X射线阻挡部件包括铅板等。过滤器174用于优化偏转的扇形束X射线的强度分布,并配置成对应于常用蝴蝶结型过滤器的半侧部分。
在扫描期间,X射线辐射器130的焦点132的位置动态变化。焦点的位置在操作人员控制台300的控制下变化。之后,扫描期间焦点位置的变化也称为“飞行焦点(flying focus)”
图5示出了飞行焦点的概念性图示。如图5所示,在扫描期间的时刻t1,焦点132位于位置a。在此处,如实线所示,X射线进入X射线探测器150的各个探测通道。此外,每个探测通道由通道的中心表示。
焦点132和X射线探测器150旋转等于通道间距的1/2的角度,直至时刻t2。因此,焦点132移动到位置b,并且每个探测通道移位通道间距的一半,如虚线所示。
在这种状态下,焦点132回到原始位置a。因此,用虚线指示的X射线进入各个探测通道。此时的X射线是与在时刻t1进入探测通道的X射线分别交错的X射线。
图6详细示出了关于通道0附近的这种关系。在图6中,通道0是连接焦点132和扫描中心C的线的延长部分上的探测通道。以该通道为起始点,在向左的方向上依次有通道1、2、3、......。就这点而言,每个探测通道向左偏移1/4间距。然而,这种偏移并不是必不可少的。
如图6所示,探测通道的位置在时刻t1和时刻t2之间移动了1/2间距。同时,在这两种状态下,从相同焦点施加X射线。因此,可以获得交错1/2间距的透射X射线数据。
针对所有视角进行这种数据收集,并且对于所有视角,可以获得交错1/2间距的透射X射线数据。通过利用这种透射X射线数据的组合来重建图像,可获得空间分辨率等于X射线探测器150的通道间距的一半的重建图像。
Claims (10)
1.一种X射线CT设备,包括:
X射线辐射器,用于辐射扇形束X射线;
多通道X射线探测器,面对所述X射线辐射器放置;
透射X射线数据收集装置,通过在旋转所述X射线辐射器和所述X射线探测器时扫描对象,收集两个或更多个视角的透射X射线数据;
扫描控制装置,用于控制所述扫描;以及
图像重建装置,用于基于所述透射X射线数据重建图像,
其中所述X射线辐射器辐射的扇形束X射线偏转到所述旋转的中心的一侧;
其中所述X射线探测器具有应对展开的所述扇形束X射线的多个通道;并且
其中所述扫描控制装置允许所述X射线辐射器和所述X射线探测器进行至少旋转一圈的扫描。
2.根据权利要求1所述的X射线CT设备,其中所述X射线辐射器辐射的扇形束X射线的中心束在该扇形束的平面中相对于扫描中心,偏转到一侧,偏转角等于扇角的1/n。
3.根据权利要求2所述的X射线CT设备,其中所述X射线辐射器辐射的扇形束X射线的中心束在该扇形束的平面中相对于扫描中心,偏转到一侧,偏转角等于扇角的1/2。
4.根据权利要求1所述的X射线CT设备,其中所述扫描控制装置包括用于控制的装置,该用于控制的装置使得在所述X射线辐射器和所述X射线探测器之间的两个或更多个不同相对位置关系下,从X射线辐射器辐射X射线,并且所述图像重建装置基于由所述透射X射线数据收集装置收集的在所述两个或更多个不同相对位置处的透射X射线数据的组合,重建图像。
5.根据权利要求4所述的X射线CT设备,其中所述扫描控制装置关于每个视角调整在扫描轨迹中所述X射线辐射器的X射线焦点的位置相对于两个时机是相同的,所述两个时机即扫描的旋转量变成等于所述X射线探测器的通道间距的一半之前和之后。
6.根据权利要求5所述的X射线CT设备,其中所述扫描控制装置通过使焦点飞行来调整所述X射线焦点的位置。
7.根据权利要求5所述的X射线CT设备,其中所述图像重建装置基于在各个视角调整所述X射线焦点的位置时获得的透射X射线数据的组合,重建图像。
8.根据权利要求7所述的X射线CT设备,其中所述透射X射线数据的组合是被交错的组合。
9.根据权利要求1所述的X射线CT设备,其中所X射线探测器放置成使得其向着通道偏移。
10.根据权利要求9所述的X射线CT设备,其中所述偏移是1/n偏移。
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