CN101983034A - 基于在用于锥束体积ct乳房x线照相术成像的连续管移动期间无焦斑运动的旋转步进-扫描图像采集的快速断层合成扫描器装置和基于ct的方法 - Google Patents

基于在用于锥束体积ct乳房x线照相术成像的连续管移动期间无焦斑运动的旋转步进-扫描图像采集的快速断层合成扫描器装置和基于ct的方法 Download PDF

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Abstract

本发明一般涉及基于计算机断层摄影(CT)的成像系统,并且更具体地,涉及在绕待检查的感兴趣对象(O)或者组织区域(M)(这里也称为“对象”)的连续管移动期间无焦斑运动的快速3D断层合成扫描器装置和基于CT的方法,其可以有利地用于锥束体积CT乳房X线照相术成像中,从而避免运动失真和模糊效应。根据本发明,所述3D断层合成扫描器装置适于:当X射线管(101)绕所述对象(O,M)旋转时,在X射线管(101)沿着圆形轨迹的弧片段在方位角方向中连续旋转移动期间,执行用于采集一组2D投影图像的旋转步进-扫描图像采集程序,并且对这些2D投影图像进行3D重建程序。根据本发明,预见到在对每个2D投影图像的图像采集期间,在X射线管的阳极上的焦斑从起始位置(bs)到终止位置(be)关于旋转X射线管的机架以相反的方向移动,使得在该时间期间由于连续旋转管移动所造成的由X射线管(101)覆盖的方位角路径距离(Δb)得以补偿。3D断层合成扫描器还包括用于在开始用于采集下一个2D投影图像的图像数据的新的图像采集过程之前将X射线管的阳极上的焦斑切换回其关于所述管机架的起始位置的机构。关于管机架的焦斑移动和X射线管(101)沿着所述弧片段的连续旋转移动的叠加导致相对于对象(O,M)的静止焦斑位置,以及对于各个2D投影图像中的每幅图像与X射线管(101)关于所述对象(O)直径方向上相反布置的静止X射线检测器(104)。

Description

基于在用于锥束体积CT乳房X线照相术成像的连续管移动 期间无焦斑运动的旋转步进-扫描图像采集的快速断层合 成扫描器装置和基于CT的方法

技术领域

[0001] 本发明大体涉及基于计算机断层摄影(CT)的成像系统,并且更具体地,涉及在绕 待检查乳房组织的连续管移动期间无焦斑运动的、用于旋转步进_扫描(st印-and-shoot) 图像采集的快速3D断层合成扫描器装置和基于CT的方法,可以将其有利地用于锥束体积 CT乳房X线照相术成像从而避免运动失真和模糊效应。

背景技术

[0002] CT和MRI乳房X线照相术是当前最有效的乳房癌症显影技术。传统的乳房X线照 相术技术取决于从两个不同方向拍摄的女性乳房的一对2D X射线图像:从顶到底以及从 一侧到另一侧。对待检查的乳房组织进行压缩并容纳在两个玻璃板之间,以确保观看到整 个乳房组织。当今,通常使用基于诸如实时非晶硅(α-Si)或者非晶硒(α-Se)平板检测 器(FPD)技术的全数字化平板乳房X线照相(FFDM)系统。

[0003] 虽然大量临床研究显示乳房X线照相术有助于实现乳房癌死亡率减少30%至 50%,但是乳房X线照相术并不是完美的成像技术,这是由于其通常遗漏大约30%的乳房 癌。由于乳房组织的叠印使得解释乳房照相片很困难,这使得有时候检测不到较小的癌组 织区域和其它患病组织异常。在临床乳房成像中,由于位于感兴趣平面之外的正常乳房组 织部分会模糊肿瘤和其它组织异常,所以导致假阴性结果并且降低灵敏度。相反,已知叠印 的组织部分也会呈现出组织异常的表象,并且可能导致在乳房照相片上看起来像癌症肿瘤 的假阳性病变,这就是在传统2D乳房成像术中不必要地召回病人的一个原因。

[0004] 与传统2D乳房X线照相术相比,数字乳房断层合成(DBT)是乳房成像方面令人 兴奋的新进展,其在乳房体积内产生多个位于不同深度的高分辨率图像切片。由此,DBT通 过从一系列(例如十一个)经压缩乳房的低剂量二维投影图像来重建(例如,基于标准逆 3D Radon变换结合经过滤的反向投影算法)体视图来提供女性乳房的三维结构信息,该低 剂量二维投影图像是在X射线管在诸如50°圆弧分段上扫过期间在多个投影角度所采集 的。在乳房中的不同高度处的对象被以不同角度不同地投影。随后的图像重建得到一堆平 行于检测器表面的、不同深度层的切片图像。切片内分辨率主要由检测器分辨率决定,并且 由于在相对较小的角度扫描范围内对对象的不完全采样,所以切片内分辨率通常比不同切 片(“深度分辨率”)之间的分辨率高得多。该技术使得医师能够“翻阅”女性乳房内部而 不受周围叠印组织阻挡。

[0005] 结果,DBT大大减少了可能模糊肿瘤或者造成癌症假象的叠印组织的问题。其它 研究者已经研究了用于诸如血管造影术、胸腔成像、手关节成像以及牙齿成像的应用的断 层合成。通过使用提供乳房病变的“功能”信息的造影剂可以进一步改善DBT的诊断性能。

[0006] 然而,由于使用已知为最大似然期望最大法(MLEM)的复杂算法计算DBT体积图 像,所以DBT方法包括巨量计算,其应用在临床装置中之前需要花费过长时间。尽管如此,采用DBT的早期结果是有前途的。研究者认为该新乳房成像技术将使在密集乳房组织中更 容易看到乳房癌,并且将使乳房造影更舒适。

[0007] 研究者表示他们不仅将能够更早找到更多癌症,而且他们还将能够减少许多当使 用传统乳房X线照相术时由于乳房中正常结构的重叠出现的假警报。DBT实质上消除了这 些假阳性研究。这将免除许多女性的大量焦虑,并且将减少乳房癌症造影的总开销同时改 善其精确性。

[0008] 早期临床研究的结果表明诊断乳房断层合成改善了对病变边界进行分析并且将 恶性肿瘤与良性肿瘤进行区分的能力。这种经改善的诊断信息导致更好识别用于活组织切 片检查的正确目标,有助于对肿瘤边界以及乳房癌症的程度进行分析,同时有助于减少所 执行的活组织切片检查的总数。

发明内容

[0009] 在传统DBT系统中,由所有所需图像(图像数目N将可能是诸如在大约11和55 之间)的总整合时间Tint和在图像位置之间移动X射线管所需的总时间τ·来确定图像采 集所需的总时间。为了获得所采集X射线图像的最佳可能质量,图像采集程序应该使用在 图像整合时间Tint期间X射线管是静止的停止-扫描(stop-and-shoot)方法。那么,在X 射线管移动期间(包括在停止预期移动之后变成机械稳定的非预期运动的时间)不能发生 图像采集。然而,当使用该流程时,总采集时间!^^二!^斤!^豸相对较长。由于优选应该将 可用采集时间限制到小于例如10秒或者优选小于例如8秒,所以实际上为成像剩余的 总时间Tint变得更短。一些供应商似乎甚至接受当X射线管在图像采集期间移动时所出现 的焦斑运动。然面,这可能导致严重的、显著降低所获得图像质量的图像模糊。

[0010] 因此,本发明的目标是提供具有无运动失真和模糊效应的增强图像质量的断层合 成扫描器装置和基于CT的方法,在传统DBT系统中,由于X射线管及其焦斑位置沿待检查 乳房组织周围的圆形轨迹的弧片段的连续旋转移动,可能出现运动失真和模糊效应。

[0011] 考虑到该目标,本发明的第一示例性实施例专注于新3D断层合成扫描器装置,其 适于当旋转X射线管绕感兴趣对象或者待检查组织区域(下文中也称为“对象”)旋转时,在 旋转X射线管沿着圆形轨迹的弧片段在方位角方向中连续旋转移动期间执行旋转步进-扫 描图像采集程序以采集一组2D投影图像,并且对这些2D投影图像进行3D重建程序。根据 本发明,可预见到在对于每个2D投影图像的图像采集期间,在旋转X射线管的阳极上的电 子束焦斑沿着相同的弧片段从起始位置到终止位置相对于旋转X射线管的机架以相反的 方向移动,从而使得在该时间期间由于连续旋转管移动所造成的由旋转X射线管覆盖的方 位角路径距离得以补偿。在该上下文中,应该注意到,焦斑的补偿移动不需要精确到微米量 级,这是因为具有最多几百微米的公差的精确性将已经带来实际系统中很大的改善。

[0012] 3D断层合成扫描器还可以包括用于在开始用于采集所述感兴趣对象或者待检查 组织区域的下一个2D投影图像的图像数据的新的图像采集程序之前将电子束焦斑切换回 其相对于所述管机架的起始位置的机构。

[0013] 因此,所述3D断层合成扫描器装置适于执行电子束焦斑的补偿移动与X射线管的 连续旋转移动的叠加。因此,可以通过时变不连续锯齿函数定义所述补偿移动,该时变不连 续锯齿函数对所述电子束焦斑在所述X射线管随着时间沿其移动的圆形轨迹的弧片段上的瞬时位置进行描述。可以有利地预见,通过步进式线性函数给出所述时变不连续锯齿函 数,该步进式线性函数具有与对X射线管随时间的瞬时位置进行描述的线性时变函数的斜 率因子相比相反的斜率因子。待补偿的方位角路径距离是当电子束焦斑相对于旋转X射 线管的机架从所述起始位置移动到所述终止位置时由其所覆盖的方位角差异的线性函数 (旋转中心和在圆形弧片段上的焦斑位置之间的径向距离是该线性函数的比例因子)。因 而,焦斑相对于管机架的移动和旋转X射线管沿着圆形弧片段的连续旋转移动的叠加导致 相对于对象的静止焦斑位置以及与X射线管相对于所述对象直径方向相反布置的静止X射 线检测器。

[0014] 根据本发明的另一方面,可以预见,所提出的3D断层合成扫描器装置包括用于检 测电子束焦斑相对于所述X射线管机架在旋转X射线管的阳极上的瞬时位置的第一位置传 感器单元。除此之外,所述3D断层合成扫描器装置可以包括用于将旋转X射线管的阳极上 的电子束焦斑从所述起始位置移动到所述终止位置的致动单元,以及用于在闭环控制中基 于由所述第一位置传感器单元所连续检测到的电子束焦斑的瞬时位置以及旋转X射线管 在圆形轨迹的弧片段上的瞬时位置来控制该致动单元的致动控制单元,后一个瞬时位置通 过第二位置传感器单元检测。由此,可以给致动单元装配用于生成电和/或磁场的场发生 器设备,需要其对入射在所述旋转X射线管的阳极的X射线发射表面上的电子束进行偏转, 使得所得到的电子束焦斑沿着圆形轨迹从所述起始位置移动到所述终止位置。

[0015] 本发明的第二示例性实施例涉及图像采集、处理、可视化以及存档系统,其包括根 据前述权利要求中的任何一个所述的3D断层合成扫描器装置。

[0016] 本发明的第三示例性实施例致力于对3D断层合成扫描器装置进行操作的方法, 该3D断层合成扫描器装置包括旋转X射线管和如上参考所述第一示例性实施例描述的直 径方向上与X射线管相反布置的静止X射线检测器的。所述方法因此包括这样的步骤:当旋 转X射线管绕待检查的感兴趣对象或者组织区域旋转时,执行用于在旋转X射线管沿着圆 形轨迹的弧片段在方位角方向中连续旋转移动期间采集一组2D投影图像的旋转步进_扫 描图像采集程序,并且对这些2D投影图像进行3D重建程序。根据本发明,预见到在对每个 2D投影图像的图像采集期间,在旋转X射线管的阳极上的电子束焦斑沿着相同弧片段从起 始位置到终止位置相对于旋转X射线管的机架在相反的方向移动,使得在该时间期间由于 连续旋转管移动被旋转χ射线管所覆盖的方位角路径距离得以补偿。以这种方式,在旋转χ 射线管的连续旋转移动期间从多个不同投影角度示出所述对象的一系列单独2D投影图像 中的每个图像的采集期间,X射线焦点(从静止惯性系统中的任意点看)在空间中是静止 的。

[0017] 除此之外,所述方法可以包括用于在开始用于采集所述感兴趣对象或者待检查组 织区域的下一个2D投影图像的图像数据的新的图像采集过程之前将焦斑切换回其相对于 所述管机架的起始位置的步骤。

[0018] 因此,通过所述电子束焦斑的补偿移动与X射线管的连续旋转移动的叠加可以实 现所述方位角路径距离的补偿,通过对所述电子束焦斑随时间的瞬时位置进行描述的时变 不连续锯齿函数定义所述补偿移动。优选可以通过步进式线性函数给出所述锯齿函数,该 步进式线性函数具有与对X射线管随时间的瞬时位置进行描述的线性时变函数的斜率因 子相比相反的斜率因子。[0019] 上述方法还可以包括在绕感兴趣对象或者待检查组织区域连续旋转移动期间连 续检测旋转X射线管的瞬时位置并且控制用于根据旋转X射线管的瞬时位置将旋转X射线 管的阳极上的焦斑沿着所述圆形轨迹的弧片段相对于旋转X射线管的机架从所述起始位 置移动到所述终止位置的致动单元的步骤。

[0020] 最后,本发明的第四示例性实施例涉及用于当在3D断层合成扫描器装置的图像 采集控制单元上实现并且运行时执行如上参考所述第三示例性实施例描述的方法的计算 机程序。

附图说明

[0021] 将参照下文中所描述的实施例并且参照附图阐述本发明的这些以及其它有利方 面,其中:

[0022] 图1以示意性横截面侧视图示出了从现有技术中已知的、用于在CT乳房X线照相 术中使用的传统数字乳房断层合成扫描器装置;

[0023] 图2是根据本发明及其系统需求所提出的3D断层合成系统的示意视图;

[0024] 图3示出了用于图示说明根据本发明的所述第三示例性实施例所提出的图像采 集方法的位置_时间特性,本发明的所述第三示例性实施例示出了圆形轨迹的弧片段的方 位角方向中的净(net)焦斑位置,其中X射线管作为时间的函数在该圆形轨迹的弧片段上 绕旋转轴移动,其中该净焦斑位置给定为当沿着该弧片段绕所述旋转轴旋转时的连续管移 动和在所述X射线管的管机架内沿着相同弧片段在相反方向中的焦斑移动的叠加;

[0025] 图4示出了用于控制电子束焦斑在关于X射线管机架的方位角方向中在旋转X射 线管的阳极上移动的闭环控制电路的示意性方框图;以及

[0026] 图5示出了用于图示说明根据本发明的所述第三示例性实施例所提出的图像采 集方法的流程图。

具体实施方式

[0027] 在下文中,将根据本发明关于特别改进并参考附图更详细解释所提出的3D断层 合成扫描器装置的结构以及图像采集方法的特定步骤。

[0028] 在图1中,在示意性横截面侧视图中示出了从现有技术中已知的、用于在CT乳房 X线照相术中使用的传统数字乳房断层合成扫描器装置的典型结构。该断层合成扫描器装 置包括旋转X射线管101,该旋转X射线管101沿着圆形轨迹的弧片段以半径r绕水平旋转 轴102移动,该水平旋转轴在跨越正交坐标轴χ、y和ζ的静止三维笛卡尔坐标系的y方向 中延伸,并且因此垂直于制图平面。此外,静止X射线检测器104(例如,平板检测器、条带 检测器、CT检测器或者任何其它类型的X射线检测器)相对于待检查的女性乳房组织M与 X射线管101直径方向上相反的布置,预见到借助于水平压缩板103在垂直方向ζ中对待检 查的女性乳房组织M稍微进行压缩。在该例子中,将旋转轴102选择在距离待检查的经压 缩乳房组织M相对较大距离dAM = wp+dAD-dPD处,其中,wp代表压缩板的宽度,(Iad是旋转轴和 平面检测器104的受辐射表面之间的距离,并且dPD代表压缩板103和所述平面检测器104 之间的距离。然而,距离dAM的实际长度取决于各自采用的系统设计。

[0029] 在图1所描述的结构中,可以在经过点102的直线[AB]的任何位置上选择X射线管101的旋转中心,所述线的起始点A(这里示例性地描述为)位于待检查的经压缩乳房组 织M之上的位置的中心线102’上,并且所述线的终止点B是中心线102’与X射线管101沿 其移动的圆形轨迹的弧片段的交叉点。作为对该结构的替换,所述起始点A还可以位于将 要借助于X射线照相术进行检查的经压缩乳房组织M中或者下面的任何位置上(未示出)。

[0030] 还可以预见,通过经过点B、优选在垂直于线[AB]的方向中延伸的直线给出对X射 线管101的移动进行描述的轨迹。那么,需要据此对计算所得到的2D投影图像所需的计算 进行改编,这比沿着具有半径r的绕在直线[AB]上的旋转中心的圆形轨迹的弧片段上移动 X射线管101的情况更加困难,该旋转中心例如由具有参考数字102所代表的点给出。

[0031] 代替用于传统乳房X线照相术的每个乳房的两个X射线视图,所描述的数字乳房 断层合成扫描器装置诸如允许每个成像进程采集多达大约55个2D投影图像,从沿着前述 圆形弧片段的不同方位角位置拍摄每幅图像,同时将病人暴露在不多于传统乳房X线照相 术的辐射。基于这些视图,计算机(未示出)通过使用最大似然期望最大法对所检查乳房 组织内的病理结构(例如,肿瘤或者其它癌组织区域)的位置进行估计,该最大似然期望最 大法是由 Brandeis 大学和 Massachusetts General Hospital (MGH)联合开发的。

[0032] 如在图2中所描述的,其根据示出了本发明所提出的3D断层合成系统的示意性视 图及其系统需求,旋转X射线管101在诸如大=45°如/180°)的方位角范围上、沿着半径 为r的圆形轨迹的的弧片段绕水平旋转轴移动,该水平旋转轴位于紧邻待检查的感兴趣对 象0或者采样乳房组织11的位置处,所述弧片段在方位角位置6^ =〖。)=厂9^ = /())处开始, 并且在方位角位置= = 处终止,其中t> e {0,1,2, ...,N})代表N+1个 离散采集时间。因而,?^ = 和炉(Z = G)代表分别在离散时间t =、和t = tN上以弧度为 单位给出的对应的方位角。在该旋转移动期间,在诸如Ta。q= 10秒的总图像采集时间内拍 摄从不同等距离投影角度所获得的大约15和45幅2D投影图像。因此,Tacq代表离散时间 tQ和、之间的时间差。本发明因此使用这样的方法:其中通过使用当从静止惯性系统看时 是静止的电子束焦斑来将图像采集过程与X射线管的旋转移动并行执行。整合时间Tint和 在特定图像位置之间移动X射线管所需要的时间Tea的重叠得到在短得多的总采集时间 Tacq内无运动模糊的图像。此外,可以表明所提出的3D断层合成系统和图像采集方法导致 静止的净焦斑位置,同时需要比基于结合简单停止-扫描方法的连续旋转管移动的传统断 层合成系统少得多的机械控制,其仅在所述X射线管静止的整合时间期间可以采集2D投影 图像。

[0033] 现在参考如图3的图中所示的位置_时间特性,应该更详细描述在此根据本发明 的所述第三示例性实施例所提出的图像采集方法。该图示出了在方位角方向中沿着半径为 r的圆形轨迹的长度为b的弧片段的净焦斑位置,在该弧片段上,旋转X射线管101作为时 间t的函数绕所述旋转轴移动,其中,将焦斑的净位置给定为当绕旋转轴沿着前述弧片段 旋转时的连续管移动和方位角焦斑沿着该弧片段相对于X射线管的管机架移动的叠加,在 所述图中表示为不连续锯齿函数的图形。

[0034] 由于锯齿函数6ra/^) = r,ra»的斜率因子是方位角管位置函数•◦二 Γ·〜(ί)的

相反斜率因子,其中以弧度为单位给出的⑴和卿M分别代表作为时间t的函数的焦斑 的对应方位角角度以及X射线管在前述圆形轨迹的相同弧片段上的对应方位角角度,所得到的不连续函数描述了电子束焦斑在所述旋转X射线管的阳极的X辐射发射表面上的净位 置具有在每个时间帧[tn,tn+1],n e {0,1,2,...,N-1}内等于0的斜率因子。

[0035] 作为替换,可以设计阳极形状,使得在旋转X射线管内电子束焦点的方位角位置 bFSH(t)中相对小的变化AbFSH造成在焦点净位置(t) =bT(t)+bFSH(t)中每时间间隔 Ai = L-I1Vw相对大的变化Ab,其补偿了前述管位置函数bT(t)的斜率因子。因此,所述 阳极的X辐射发射表面应该具有相对陡峭的轮廓。

[0036] 为了得到X射线焦点在管中必须移动的距离的概念,给出下列估计:当旋转X射线 管101的电子束焦斑和旋转轴102之间的径向距离是诸如r = 60cm并且前述圆形弧片段 具有=50°。(;r/180°)弧度的角宽度时,可以如下计算该圆形弧片段的总长度b并且由 此计算由所述X射线管覆盖的方位角路径:

[0037] 6 = 广Δ作大[cm] (la)其中,

n=l

[0038]

大=T^ · I 识(矿= ^)-= rO J Μ] (Ib)

[0039] 其得到b〜52厘米。其中,&代表电子束焦斑沿着该圆形弧片段的两个相邻图像 采集位置之间的弧距离,对于每个η值(n e {1,2,..., N-1}),比具有相同长度。

[0040] 当所采集的图像数目是诸如N= 30时,由此,通过下式给出X射线焦点在旋转X 射线管的阳极上需要行进的最大距离:

[0041] b„=—^— b[cm\ V«^(Ic)

N-I

[0042] 由此得到b〜1.8厘米。当需要采集更多或者更少图像时,该数字将变化。同时, 不是绝对必须获得100%占空比。然而,大约2cm的长度将是典型的值。

[0043] 在图4中,示出了用于控制电子束焦斑相对于X射线管的机架在方位角方向中在 旋转X射线管的阳极上移动的闭环控制电路400的示意性方框图。在反馈线路中,闭环控 制电路400包括用于连续检测电子束焦斑相对于所述X射线管机架在旋转X射线管的阳极 上的瞬时位置bFSH(t)的第一位置传感器单元,把所述第一位置检测器的输出信号反馈回所 述致动控制单元的输入端口。前馈线路包括用于将旋转X射线管的阳极上的电子束焦斑从 所述起始位置bs移动到所述终止位置的致动单元403。在所述致动单元之前的致动控 制单元401,用于在闭环控制中基于由所述第一位置传感器单元402所连续检测到的电子 束焦斑的瞬时位置bFSH(t)并且基于如通过第二位置传感器单元404所检测到的旋转X射 线管在圆形轨迹的弧片段上的瞬时位置bT (t)来控制致动单元403。

[0044] 图5示出了用于图示说明所提出的用于操作如上参考所述第三示例性实施例所 述的3D断层合成扫描器装置的方法的流程图。在接收到用于启动新的断层合成图像采集 进程的控制命令(或者上电信号)(Si)之后,当所述X射线管101绕感兴趣对象0或者待检 查的组织区域M旋转时,执行(S3)用于在旋转X射线管101沿着圆形轨迹的弧片段在方位 角方向(+ P)中连续旋转移动期间采集一组2D投影图像的旋转步进-扫描图像采集程序。 否则,程序在循环中继续步骤Si,直到接收到这种控制命令或者上电信号为止。当接收到用 于终止断层合成图像采集进程运行的控制命令(或者关电信号)(S4)时,结束程序。否则, 继续步骤S2以在回路中循环重复,直到接收到这种控制命令或者关电信号为止。[0045] 本发明的应用

[0046] 本发明和上述示例性实施例可以有利地应用在如在锥束体积CT乳房X线照相术 成像中所使用的数字乳房断层合成系统的范围内,从而避免运动失真和模糊效应。因此,每 图像运行所采集的图像数目N可以从诸如大约11到55变化。

[0047] 例如,可以给如上所述的X射线或者CT扫描系统装配使用闪烁体或者直接转换材 料的、基于非晶硅(α-Si)或者CMOS传感器阵列的平板检测器、条带检测器、CT检测器、或 者任何其它类型的X射线检测器,用于与前一个图像的读出并行采集图像信息。

[0048] 以这种方式,旋转X射线管持久用于图像采集而不由于X射线管的旋转移动而中 断(这意味着Tint等于TaM1),使得获得100%占空比:

[0049]

Figure CN101983034AD00101

[0050] 因此,最小化获得如后续3D重建算法所需的、由N个2D投影图像组成的完整图像 序列所需要的总图像采集时间!;。,,并且由此最小化病人保持完全静止的时间。然而,当使 用不可以并行使用图像整合和图像读出的检测器时,占空比不能是100%,但仍然可以获得 总共所需图像采集时间Ta。q的明显减少。

[0051] 虽然基于旋转X射线管在绕旋转轴延伸的圆形轨迹的弧片段上移动的应用情形 描述了如在本发明的范围内所提出的电子束焦斑移置的概念,但是所述概念还可以应用于 包括可顺序开关的、空间分布的X射线管阵列的X射线或者CT扫描系统的结构,其中可由 非旋转接附于静止扫描架的可编程开关序列该χ射线管阵列寻址。因此,为了避免损害所 应用的阳极材料(例如,由于在每个X射线管的焦斑位置出现的热造成熔化或者破裂),可 以提供对通过特定X射线管的各个阳极靶所暴露于的由阴极所发射的电子束焦斑进行移 置。例如,静止X射线管可以是碳纳米管(CNT)类型,其意味着高空间分辨率和快切换能力 的优势。

[0052] 除在本应用中描述的所提出的涉及数字乳房断层合成扫描器装置和方法的系统 结构之外,还可以预期,这里所描述的发明的益处可以用于除了 CT乳房X线照相术之外的 3D断层合成应用。另外,虽然把这里所描述的方法和装置描述为属于医疗设施,但是预期本 发明的益处还可以增进非医疗成像系统,诸如在工业或者运输设施中所使用的那些典型系 统、例如但是不限于用于机场或者任何其它类型运输中心的行李扫描系统。

[0053] 虽然已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本发明,但是把这种说明和描述 视为说明性或者示例性而不是限制性的,这意味着本发明不限于所公开的实施例。本领域 的技术人员在实现所要求的发明中可以根据对附图、公开和所附权利要求的研究理解并且 实现对所公开实施例的其它变更。在所附权利要求中,单词“包括”不排斥其它要素或者步 骤,并且不定冠词“一”或者“一个”不排斥多个。在互相不同的从属权利要求中陈述某些 措施的仅有事实不表明不可以使用这些措施的组合进行改进。可以把计算机程序存储/分 布在诸如光存储介质或者与其它硬件一起或者作为其它硬件一部分供给的固态介质的合 适介质上,但是还可以以诸如经因特网或者其它有线或无线电信系统的其它形式分布。此 外,不应将权利要求中的任何参考符号解释为限制本发明的范围。

Claims (15)

  1. 一种3D断层合成扫描器装置,包括旋转X射线管(101)和与所述X射线管(101)在直径方向上相反布置的静止X射线检测器(104),所述3D断层合成扫描器装置适于:当X射线管(101)绕待检查的感兴趣对象(O)或者组织区域(M)旋转时,在所述X射线管(101)沿着圆形轨迹的弧片段在方位角方向上连续旋转移动期间,所述3D断层合成扫描器装置执行采集一组2D投影图像的旋转步进‑扫描图像采集程序,并且对这些2D投影图像进行3D重建程序,其中,在对每个2D投影图像的图像采集时间期间,在所述旋转X射线管的阳极上的电子束焦斑相对于所述旋转X射线管的机架从起始位置(bs)到终止位置(be)沿着相同的弧片段以相反的方向移动,使得在该时间期间由于所述连续旋转管移动所造成的由所述X射线管(101)覆盖的方位角路径距离(Δb)得以补偿。FPA00001233850200011.tif,FPA00001233850200012.tif
  2. 2.如权利要求1所述的3D断层合成扫描器装置,包括用于在开始用于采集待检查的所述感兴趣对象(0)或者组织区域(M)的下一个2D 投影图像的图像数据的新的图像采集过程之前将所述电子束焦斑切换回其相对于所述管 机架的起始位置(bs)的机构。
  3. 3.如权利要求2所述的3D断层合成扫描器装置,所述3D断层合成扫描器装置适于执行所述电子束焦斑的补偿移动与所述X射线管的 连续旋转移动的叠加,其中,通过对随时间的所述电子束焦斑的瞬时位置进行描述的时变 不连续锯齿函数(bFSH(t))定义所述补偿移动。
  4. 4.如权利要求3所述的3D断层合成扫描器装置,其中,通过步进式线性函数给出所述时变不连续锯齿函数,所述步进式线性函数具有 与对随时间的所述X射线管的瞬时位置进行描述的线性时变函数(bT(t))的斜率因子相比 相反的斜率因子。
  5. 5.如权利要求4所述的3D断层合成扫描器装置,其中,要补偿的所述方位角路径距离是所述电子束焦斑当相对于所述旋转X 射线管的机架从所述起始位置(bs)移动到所述终止位置OO时所覆盖的方位角的差异 (Abpsa)的线性函数,其中,所述旋转的中心和在所述圆形弧片段上的焦斑位置之间的径向 距离是该线性函数的比例因子。
  6. 6.如权利要求1至5中的任何一项所述的3D断层合成扫描器装置,包括用于检测所述旋转X射线管的阳极上的所述电子束焦斑相对于所述X射线管的机 架的瞬时位置(bFSH(t))的第一位置传感器单元(402)。
  7. 7.如权利要求6所述的3D断层合成扫描器装置,包括用于将所述旋转X射线管的阳极上的所述电子束焦斑从所述起始位置(bs)移动 到所述终止位置(be)的致动单元(403),以及用于在闭环控制中基于由所述第一位置传感 器单元(402)所连续检测到的所述电子束焦斑的瞬时位置(bFSH(t))以及所述旋转X射线 管在所述圆形轨迹的所述弧片段上的瞬时位置(bT(t))来控制所述致动单元(403)的致动 控制单元(401),所述旋转X射线管在所述圆形轨迹的所述弧片段上的瞬时位置是通过第 二位置传感器单元(404)检测的。
  8. 8.如权利要求7所述的3D断层合成扫描器装置,其中,给所述致动单元(403)装备以用于生成电和/或磁场的场发生器设备,以对撞击 在所述旋转X射线管的阳极的X辐射发射表面上的电子束进行偏转,使得所得到的电子束焦斑沿着所述圆形轨迹从所述起始位置(bs)移动到所述终止位置(be)。
  9. 9. 一种图像采集、处理、可视化和存档系统,包括根据前述权利要求中的任何一项所述 的3D断层合成扫描器装置。
  10. 10. 一种用于操作3D断层合成扫描器装置的方法,所述3D断层合成扫描器装置包括 旋转X射线管(101)和与所述X射线管(101)在直径方向上相反布置的静止X射线检测器 (104),所述方法包括下列步骤:-当所述旋转X射线管(101)绕待检查的感兴趣对象(0)或者组织区域(M)旋转时,在 所述旋转X射线管(101)沿着圆形轨迹的弧片段在方位角方向(+ P)上连续旋转移动期间 执行用于采集一组2D投影图像的旋转步进-扫描图像采集程序(S2);以及-对这些2D投影图像进行3D重建程序(S3),其中,在对于每个2D投影图像的图像采 集时间期间,在所述X射线管的阳极上的电子束焦斑相对于所述旋转X射线管的机架从起 始位置(bs)到终止位置(bj沿着相同的弧片段以相反的方向^)移动,使得在该时间期 间由于所述连续旋转管移动所造成的由所述旋转X射线管(101)覆盖的方位角路径距离 (Ab)得以补偿。
  11. 11.如权利要求10所述的方法,包括在开始用于采集待检查的所述感兴趣对象(0)或者组织区域(M)的下一个2D投 影图像的图像数据的新的图像采集过程之前将所述电子束焦斑切换(S2d)回其相对于所 述管机架的起始位置(bs)的步骤。
  12. 12.如权利要求11所述的方法,其中,通过所述电子束焦斑的补偿移动与所述X射线管的连续旋转移动的叠加实现对 所述方位角路径距离的所述补偿,通过对随时间的所述焦斑的瞬时位置进行描述的 时变不连续锯齿函数(bFSH(t))定义所述补偿移动。
  13. 13.如权利要求12所述的方法,其中,通过步进式线性函数给出所述时变不连续锯齿函数,所述步进式线性函数具有 与对随时间的所述X射线管的瞬时位置进行描述的线性时变函数(bT(t))的斜率因子相比 相反的斜率因子。
  14. 14.如权利要求10至13中的任何一项所述的方法,包括如下步骤:-在绕待检查的所述感兴趣对象(0)或者组织区域(M)的所述连续旋转移动期间连续 检测(S2a)所述旋转X射线管(101)的瞬时位置(b(t));以及-控制(S2c)致动单元(403),所述致动单元(403)应用于根据所述旋转X射线管(101) 的瞬时位置(b(t))将所述旋转X射线管的阳极上的所述焦斑沿着所述圆形轨迹的所述弧 片段相对于所述旋转X射线管的机架从所述起始位置(bs)移动到所述终止位置(bj。
  15. 15. 一种计算机程序,其用于当在3D断层合成扫描器装置的图像采集控制单元上实现 并且运行时执行根据权利要求10至14中的任何一项所述的方法。
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