CN102100562A - 一种x射线ct机的在线剂量调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X射线CT机的在线剂量调制方法，包括以下步骤：扫描平片数据，提取人体Z方向衰减信息，沿Z方向计算每个切片内的人体衰减面积；根据衰减面积，计算每个切片内的X射线平均剂量，形成沿Z方向的剂量分布曲线，作为初始建议值提供给用户；用户根据需求调整Z方向剂量的分布；对病人进行扫描，同时在线估计病人旋转方向的衰减值，得到衰减估计值；结合Z方向上的剂量分布以及旋转方向人体衰减估计值，计算球管mA值；将mA值发送给高压系统进行高频剂量调整；若扫描完成则结束一次剂量在线调制过程。本发明减少假设正弦规律可能导致的过度曝光和曝光不足，本发明并不假设中心通道经过的是最大衰减，使得剂量的调制更加匹配实际物体的形状。

Description

一种X射线CT机的在线剂量调制方法

技术领域

本发明涉及一种CT机设备中X射线剂量的控制技术，具体的说是一种X射线CT机的在线剂量调制方法。

背景技术

CT(computed tomography，计算机断层成像)机设备是一种功能齐全的病情探测仪器。对X射线CT机设备，其主要部件包括X射线球管，X射线检测器，机架，扫描床等；X射线球管是X射线的发射源，从球管焦点位置发射X射线，经过人体到达检测器，检测器接受X射线并转化为能量强度信号用于后续处理，X射线球管和检测器安装在机架上，由机架带动围绕旋转中心转动，实现对病人的扫描，其中旋转中心是由CT机几何设计决定的一个几何中心。CT机扫描过程中，病人躺在扫描床上，扫描床带动病人移动，实现对病人不同部位的探测。随着X射线CT机扫描的普及和发展，如何在保证图像质量的前提下降低X射线剂量日益成为焦点话题。

降低X射线剂量的方法之一，是根据人体衰减值的大小应用匹配的剂量，对大衰减应用大剂量，对小衰减应用小剂量，使图像噪声能够满足诊断的需求即可。由于人体的衰减值在一次扫描中随Z方向位置和旋转位置(球管角度)变化，所以需要根据Z方向(即床体运动方向)位置和球管的旋转位置实时调制X射线的剂量。对X射线剂量的调整，一般是通过调整CT机球管mA值来实现的。调整主要分为两个步骤，首先要估计人体的衰减值，其次是根据衰减值计算合适的球管mA。

现有一部分衰减估计技术需要将人体的形状进行假设，比如假设X射线球管旋转方向人体的衰减分布是正弦规律的，并针对不同人体部位使用了统计的平均衰减系数，比如专利“使用单个内存储信息位置图控制X射线管电流调制的方法”(中国专利申请号：200410085526.0，中国专利公开号：CN 1593345A)，该假设在旋转方向部分角度下可能会引起球管mA的过曝光或曝光不足；或者在估计衰减过程中假设人体的对称性(每半圈衰减分布的近似性)，比如专利“用于自适应减少计算机X射线断层造影系统中的剂量的方法”(中国专利申请号：98106003.X，中国专利公开号：CN1236727C)，当人体偏心扫描时，这种假设存在一定误差，且并没有考虑螺旋扫描中半圈之间人体在Z方向位置上的移动，也可能会引起球管mA的过曝光或曝光不足。

发明内容

针对现有技术中存在的球管mA的过曝光或曝光不足，本发明要解决的技术问题是提供一种利用已扫描位置的衰减对未扫描位置的衰减进行估计，并利用平片信息减小Z方向位置变化带来的估计误差的X射线CT机的在线剂量调制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种X射线CT机的在线剂量调制方法包括以下步骤：

1)扫描平片数据，提取人体Z方向衰减信息，沿Z方向计算每个切片内的人体衰减面积；

2)根据衰减面积，计算每个切片内的X射线平均剂量，形成沿Z方向的剂量分布曲线，作为初始建议值提供给用户；

3)用户根据需求调整Z方向剂量的分布；

4)对病人进行扫描，同时在线估计病人旋转方向的衰减值，得到衰减估计值；

5)结合Z方向上的剂量分布以及旋转方向人体衰减估计值，计算球管mA值；

6)将mA值发送给高压系统进行高频剂量调整；

7)若扫描完成则结束一次剂量在线调制过程；若扫描没完成则返回对病人进行扫描，同时在线估计病人旋转方向的衰减值，得到衰减估计值步骤。

每个切片内人体的衰减面积通过以下公式计算得到：

$\mathrm{AttArea}=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{ChannelNum}-1}{\mathrm{\Σ}}}(p\left(i\right)+p(i+1))*\mathrm{dl}*0.5---(1-1)$

其中，p(i)，p(i+1)为检测器各个通道的衰减值，i＝1～ChannelNum-1，ChannelNum是检测器X方向的通道数量，dl为检测器通道的物理宽度映射到物体中心所在位置的宽度，单位为mm。

所述检测器通道的物理宽度映射到物体中心所在位置的宽度dl通过以下公式得到：

dl＝PhyDetWid*(OffCenterDis+FocalToIso)/FocalToDet  (1-4)PhyDetWid是检测器通道X方向的物理宽度，FocalToIso为X射线球管焦点到机架旋转中心的距离，FocalToDet为X射线球管焦点到检测器的距离；OffCenterDis为Y方向人体距离旋转中心的距离。

所述计算每个切片的X射线平均剂量mAProfile采用以下公式计算得到：

$\mathrm{mAProfile}\left(z\right)=m{A}_{\mathrm{protocal}}*{({\mathrm{\σ}}_x^2/{\mathrm{\σ}}_0^2)}^{\mathrm{\α}}---(2-5)$

其中σ₀ ²为临床扫描协议的参考噪声，σ_x ²为各层的估计图像噪声；z表示Z方向位置，mA_protocal为临床扫描协议的默认剂量，α是调制强度，一般选取0～1之间的数值。

所述对人体在线扫描和衰减估计通过以下步骤实现：

寻找近似的X射线扫描路径；以该路径上的已知衰减值做为未扫描投影采样的衰减估计值；

利用预先得到的衰减面积，提高上述近似的扫描路径估计值的准确度，通过平片数据获得的衰减面积对Z方向偏移导致的误差进行修正。

所述寻找近似的X射线扫描路径包括以下步骤：

设机架旋转方向为角度的正方向，设第i投影采样对应的球管角度为γ，被估计的通道到检测器中心通道的角度为β，从第i投影采样起始沿机架旋转方向倒退角度180°-2*β，从角度γ-(180°-2*β)对应的投影采样中寻找距离检测器中心通道角度量为-β的通道，得到近似的X射线扫描路径。

所述利用预先得到的衰减面积，提高上述近似的扫描路径估计值的准确度，通过平片数据获得的衰减面积对Z方向偏移导致的误差进行修正通过以下公式实现：

$\mathrm{AttPred}\left(i\right)=\exp (\mathrm{Ln}\left(\mathrm{Att}\left(k\right)\right)*\frac{\mathrm{AttArea}\left(i\right)}{\mathrm{AttArea}\left(k\right)})---(4-2)$

其中AttPred(i)是第i个投影采样的通道衰减的估计值，Att(k)是第k个投影采样的通道中和第i个投影采样的通道有近似路径的通道的衰减值。AttArea为根据平片数据计算出的衰减面积；

若扫描没完成则返回对病人进行扫描，同时在线估计病人旋转方向的衰减值，得到衰减估计值步骤。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明利用平片信息将衰减值在Z方向的变化纳入估计过程，在估计衰减值时摆脱了周期性的限制，对于尺寸变化剧烈的部位(比如从脖子到肩膀)，以及宽切片、大螺距的扫描，在一定程度上减少了过曝光或曝光不足的问题；同时本发明预测过程不需要假设一圈的衰减分布是正弦规律的，减少了假设正弦规律可能导致的过度曝光和曝光不足。

2.本发明并不假设中心通道经过的是最大衰减，使得剂量的调制更加匹配实际物体的形状。

附图说明

图1为常见CT机系统的简要部件图；

图2为本发明方法流程图；

图3为本发明方法使用的CT机系统坐标轴定义示意图；

图4为本发明方法中球管角度定义示意图；

图5为本发明方法中计算切片内的衰减面积示意图；

图6为本发明方法中调整切片内衰减面积计算的示意图；

图7为本发明方法中噪声值的计算图；

图8为本发明实施例的X射线输入强度分布曲线图；

图9为本发明允许调整Z方向剂量示意图；

图10为本发明方法中寻找近似路径的方法示意图；

图11为本发明利用Z方向衰减面积提高衰减估计值准确度的示意图；

图12为本发明方法中预估计旋转方向衰减值的流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

如图1所示，为常见CT机系统的简要部件图，其中球管，检测器，高压系统都是安装在机架上，检测器一般由数百通道构成。主控台计算机接收检测器数据，进行运算，将剂量(球管mA)控制命令发送给高压系统；高压系统接受命令并实现对球管mA的控制。

如图2所示，本发明X射线CT机扫描在线剂量调制方法包括以下步骤：

1)扫描平片数据，提取人体Z方向衰减信息，沿Z方向计算每个切片内的人体衰减面积；

2)根据衰减面积，计算每个切片内的X射线平均剂量，形成沿Z方向的剂量分布曲线，作为初始建议值提供给用户，X射线剂量的强弱通过球管mA值的大小体现。

3)用户根据需求调整Z方向剂量的分布；

4)对病人进行扫描，同时在线估计病人旋转方向的衰减。

5)结合Z方向上的剂量分布，以及旋转方向人体衰减估计值，计算球管mA。

6)将mA值发送给高压进行高频剂量调整；

7)若扫描没完成则返回对病人进行扫描，同时在线估计病人旋转方向的衰减步骤，若扫描完成则结束剂量在线调制过程。

本实施例根据用户操作和计算流程的顺序描述了在线剂量调制的实现和计算过程，本发明涉及的CT机系统坐标轴定义和球管角度定义如图3、图4所示，图3中的Z方向为床体水平运动方向，X方向为在水平方向上垂直于床体运动方向的方向，Y为床体垂直运动的方向。本发明涉及的CT机系统部件如图1所示。

本发明中涉及的部分术语解释如下：

View：表示一次投影采样。CT机在扫描时，将每圈扫描等分为多份(一般大于1000)，对每份内的扫描进行X光子的积分和归一化，作为一次投影采样。

平片：球管静止在0°、90°、180°或270°的位置不旋转，仅CT机扫描床进行Z方向移动，同时球管放线采样，它一般用于在断层或螺旋扫描前进行感兴趣部位的定位。

实施例步骤：

(一)扫描平片数据，提取人体Z方向衰减信息，沿Z方向计算每个切片内的人体衰减面积。

计算衰减面积时是在Z方向上平片范围内计算每1mm厚度切片内的衰减面积，步长也是1mm。如图5和公式(1-1)所示。

$\mathrm{AttArea}=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{ChannelNum}-1}{\mathrm{\Σ}}}(p\left(i\right)+p(i+1))*\mathrm{dl}*0.5---(1-1)$

其中，p(i)，p(i+1)为检测器各个通道的衰减值，i＝1～ChannelNum-1，ChannelNum是检测器X方向的通道数量，dl为检测器通道的物理宽度映射到物体中心所在位置的宽度，单位为mm。

计算dl需要知道被扫描物体相对于检测器的位置，才能比较准确的计算出检测器通道的物理宽度映射到物体中心所在位置的宽度。

一般来说，安装精度可以保证在X方向上扫描床的中心和旋转中心基本重合，同时为了防止扫描床走床过程中病人碰触机架外罩，医师会指导病人使在X方向上病人的中心基本和扫描床中心近似重合，所以这里忽略X方向上病人的偏心。X方向上的偏心主要影响利用侧位平片(球管在90度或270度扫描的平片)计算衰减面积的精度。本实施例主要考虑Y方向上病人的偏心，Y方向上病人的偏心主要影响利用正位平片(球管在0度或180度时扫描的平片)计算人体衰减面积的精度。

如图6所示，相同大小物体Y方向偏心对射线经过物体最厚的那一部分时得到的投影值pm影响很小，将pm结合人体的衰减系数μbodypart(根据人体部位有差异，但近似水的衰减系数)，可以近似计算出人体的厚度BodyThick，如公式(1-2)所示：

BodyThick＝(pm-couchProj)/μ_bodypart    (1-2)

其中couchProj是扫描床的衰减值，这里减去couchProj是排除扫描床的影响。

Y方向人体距离旋转中心的距离可以计算为：

OffCenterDis＝CouchHeight+

BodyThick*0.5-OnCenterCo uchHeight    (1-3)

OnCenterCouchHeight是预先总结的，当扫描床上表面和旋转中心重合时的Y方向床高值(mm)。CouchHeight是扫描平片数据时的扫描床Y方向床高值(mm)。

利用公式(1-4)计算dl：

dl＝PhyDetWid*(OffCenterDis+FocalToIso)/FocalToDet(1-4)

PhyDetWid是检测器通道X方向的物理宽度(本实施例为1.4083mm)，FocalToIso为X射线球管焦点到机架旋转中心的距离(本实施例为570mm)，FocalToDet为X射线球管焦点到检测器的距离(本实施例为1040mm)。

经过步骤(一)可以得到Z方向上各个切片的衰减面积AttArea(z)，其中z表示Z方向位置。

(二)根据衰减面积，计算每个切片内的X射线平均剂量，形成沿Z方向的剂量分布曲线，作为初始建议值提供给用户。X射线剂量的强弱通过球管mA值的大小体现。

在剂量调制过程中，对衰减较大的部位应采用高剂量，防止过大的噪声，保证图像质量；对衰减较小的部位应采用低剂量，减少辐射。两种剂量都是以图像噪声为参考的，图像噪声高于可接受范围，增加剂量；图像噪声低于可接受范围，减小剂量。所以剂量调制过程也提高了图像噪声的一致性。

图像噪声的一致性分两个方面：

一是每幅图像在旋转方向上的噪声一致性，旋转方向上的噪声不一致会导致条状伪影，在旋转方向上，根据物体的衰减调节剂量，可以减少条状伪影。这种一致性是通过在旋转方向调制剂量达到的，属于一种高频调制。

二是Z方向各个图像之间噪声的一致性，保持一次扫描的图像的噪声都在用户可接受范围内。这种一致性是通过在Z方向各个位置根据人体衰减的大小设定合适的剂量达到的，属于一种低频调制。

本步骤主要描述对低频调制剂量的计算，高频剂量调制过程在步骤(五)中描述。

噪声值的计算图和公式如图7和公式(2-1)。实施例中将人体等效于一个圆形的模体，圆心和旋转中心重合，但公式(2-1)其实对非圆形或非中心的模体同样适用，所以本发明不限于只将人体等效于圆形的情况。在本实施例中，使用圆形模体进行说明，由于是用于计算低频调制，所以这种近似的准确度不会有大的损失。为简便，使用公式(2-1)的化简式(2-2)。

${\mathrm{\σ}}^2=\frac{1}{\mathrm{ViewNum}}\underset{i=1}{\overset{\mathrm{ViewNum}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{\mathrm{COINum}\left(i\right)}*\left(\underset{j=\mathrm{COISt}\left(i\right)}{\overset{\mathrm{COIEd}\left(i\right)}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{\mathrm{Intensity}(i,j)}\right)---(2-1)$

${\mathrm{\σ}}^2=\frac{1}{\mathrm{ViewNum}}\underset{i=1}{\overset{\mathrm{ViewNum}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{\mathrm{COINum}}*\left(\underset{j=\mathrm{COISt}}{\overset{\mathrm{COIEd}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{\mathrm{Intensity}\left(j\right)}\right)---(2-2)$

利用公式(2-2)，既可以计算临床扫描协议的参考噪声σ₀ ²，也可以估计各层的图像噪声σ_x ²。计算σ₀ ²时使用临床扫描协议默认的等效人体尺寸，计算σ_x ²时使用的等效人体具有和平片数据相同的衰减面积。

ViewNum是扫描一圈的View数。

COISt是被等效人体覆盖的起始检测器通道，COIEd是被等效人体覆盖的最后一个检测器通道。而COINum＝COIEd-COISt+1

COISt和COIEd的计算方法如公式(2-3)。

$\mathrm{COISt}=\mathrm{CenterChan}-\frac{\arcsin (R/\mathrm{FTC})}{\mathrm{DMSFan}}*\mathrm{ChannelNum}---(2-3)$

$\mathrm{COIEd}=\mathrm{CenterChan}-\frac{\arcsin (R/\mathrm{FTC})}{\mathrm{DMSFan}}*\mathrm{ChannelNum}$

其中CenterChan为检测器的中心通道值，R为等效人体的半径，FTC为球管焦点到旋转中心的距离，DMSFan为检测器扇形角度，ChannelNum为检测器通道数。

Intensity(j)的计算如公式(2-4)所示：

Intensity(j)＝InputInten(j)/Att(j)

Att(j)＝exp(μ*l(j))                                      (2-4)

j＝COISt～COIEd

其中，InputInten(输入强度)是指刚刚没有入射物体的X射线强度，它和具体机型相关。μ是水的衰减系数，l(j)是X射线经过被扫描物体的长度。

图8是本实施例的InputInten分布曲线图。

计算出σ₀ ²和σ_x ²后，Z方向每层切片的平均X射线剂量(通过mA来体现)的计算如公式(2-5)：

$\mathrm{mAProfile}\left(z\right)=m{A}_{\mathrm{protocal}}*{({\mathrm{\σ}}_x^2/{\mathrm{\σ}}_0^2)}^2---(2-5)$

公式(2-5)中z表示和Z方向位置一一对应。其中mA_protocal是协议的默认剂量。α是调制强度，一般选取0～1之间的数值。

利用上述步骤，在Z方向上，以1mm为步长，计算出每1mm厚度的切片对应的mA值，得到Z方向的剂量分布曲线mA Pr ofile，该剂量分布曲线用于Z方向上低频剂量调试。

(三)用户根据需求调整Z方向剂量的分布。

经过步骤(二)后，得到Z方向上每1mm切片的mA值，可以直接使用这些mA值用于在线剂量调制，也可以让用户对Z方向上的剂量分布进行调整后再扫描。

本实施例提供两种调整方法：针对整体的和针对局部的。通过鼠标移动不同的控件，分别达到调整整体平均剂量和调整局部剂量的目的。如图9所示。

经过用户调整，得到最终的Z方向剂量分布曲线，依然命名为mA Profile。

(四)对病人进行扫描，同时在线估计病人旋转方向的衰减。

本实施例扫描过程中，同时在旋转方向和Z方向上进行剂量调制，在旋转方向进行的是一种高频的剂量调制，在Z方向上则参考第(三)步输出的Z方向剂量分布曲线。也就是剂量的调整不仅仅参考球管对应的扫描床Z位置，同时参考球管所处的角度。

本步骤描述了在旋转方向估计病人衰减的过程，旋转方向衰减的估计值用于高频剂量调制。本实施例的高频剂量调试方法并不基于椭圆模型，而是利用已扫描的平片和螺旋数据，估计出后续还未扫描的View的最大衰减值，作为调制球管mA的依据。这主要分两个步骤：

步骤1：寻找近似的路径

图10显示了寻找近似路径的方法，其中扫描先后顺序是View k-cn+1→...→View k→...→View i，简单的，先不考虑扫描床在Z方向移动的情况，并假设检测器有cn个通道c(1)～c(cn)。

举例来说，设机架旋转方向为角度的正方向，现在想估计View i的c(1)通道的衰减值，而c(1)通道到检测器中心通道的角度是β(中心通道是指检测器通过旋转中心的通道)，则需要从View i所对应的球管角度(设为γ)沿机架旋转方向倒退角度180°-2*β，从角度γ-(180°-2*β)对应的View中寻找距离检测器中心通道角度量为-β的通道，取该通道的衰减值，作为Viewi的c(1)通道的衰减值的估计。

于是，若要估计View i的任何一个通道的衰减值(设View i对应的球管角度为γ，被估计的通道到检测器中心通道的角度是β)，就从View i起始沿机架旋转方向倒退角度180°-2*β，从角度γ-(180°-2*β)对应的View中寻找距离检测器中心通道角度量为-β的通道，取该通道的衰减值，作为Viewi的距离检测器中心通道角度量为β的通道的衰减值的估计。

参考图10，假设当前刚扫描完View k，要想估计View i的各个通道的衰减值，就需要在View k-cn+1～View k中寻找和View i的各个通道经过相同路径的通道。根据图10所示，和View i的c(1)～c(cn)有相同射线路径的分别是view k的c(cn)通道，View k-1的c(cn-1)通道，......，以及Viewk-cn+1的c(1)通道。由此在View k扫描完成后，就可以估计出View i的各个通道的衰减值。

步骤2：利用事先得到的Z方向衰减面积AttArea(z)，提高步骤1估计值的准确度

由上述步骤1得到的衰减估计值对于扫描床在Z方向不移动的扫描来说具有足够高的准确度，但对于螺旋扫描，每圈扫描床会在Z向移动，因此图10当中所谓的相同路径在Z方向存在偏移。如果被扫描的相邻部位的衰减存在较大差异(比如“脖→肩→胸腔(存在空气)”)，这种Z向的偏移可能导致步骤1的估计值有较大误差。

本发明方法利用事先得到的Z方向衰减面积AttArea(z)对这种Z向偏移导致的误差进行修正。

如图11所示，在上述步骤1中，当利用View k的c(cn)通道估计Viewi的c(1)通道的衰减值时，假设View k的c(cn)通道的衰减值是Att(Att＝exp(μ*l)，其中μ是衰减系数，l是X射线经过物体的长度)，而Viewk所在Z方向位置对应的切片的的衰减面积是AttArea(k)，View i所在Z方向位置对应的切片的衰减面积是AttArea(i)，则利用公式(4-1)修正后的AttPred(i，c(1))就作为View i的c(1)通道的衰减估计值。

$\mathrm{AttPred}(i,c\left(1\right))=\exp (\mathrm{Ln}\left(\mathrm{Att}\right)*\frac{\mathrm{AttArea}\left(i\right)}{\mathrm{AttArea}\left(k\right)})---(4-1)$

公式(4-1)中，Ln为取自然对数，exp是取指数。AttArea为在第(一)步输出的根据平片数据计算出的衰减面积，它和Z方向位置对应。

根据上述步骤，可以估计出View i的所有通道c(1)～c(cn)的衰减值AttPred(i，c(1))～AttPred(i，c(cn))，取其中最大值作为计算View i的调制球管mA的依据。

公式(4-1)的更一般化的公式为：

$\mathrm{AttPred}\left(i\right)=\exp (\mathrm{Ln}\left(\mathrm{Att}\left(k\right)\right)*\frac{\mathrm{AttArea}\left(i\right)}{\mathrm{AttArea}\left(k\right)})---(4-2)$

其中AttPred(i)是View i的通道衰减的估计值，Att(k)是View k的通道中和View i的通道有近似路径的通道的衰减值。公式(4-1)和公式(4-2)的具有相同的数学意义。

图12为本步骤的流程图，描述如下：

假设检测器有cn个通道c(1)～c(cn)。

A.扫描过程从k＝0开始，k为扫描过程中View的序号，从0起始，每扫描完一个view则增加1；

B.等待新的view扫描完的信号，每完成一个view的扫描则k＝k+1；

C.若k大于或等于cn-1则进入步骤D，否则回到步骤B；

D.置m＝0；m为每次估计旋转方向的衰减过程中的临时计数器；

E.取第k-m个View的c(cn-m)通道衰减值Att(k-m，c(cn-m))；

F.第i个View的c(m+1)通道衰减估计值AttPred(i，c(m+1))为

AttPred(i，c(m+1))＝exp(Ln(Att(k-m，c(cn-m))*AttArea(i)/AttArea(k-m))

上述公式和公式(4-1)是一致的；

G.判断m＜cn-1是否成立，如成立则m＝m+1，并返回步骤E；否则取AttPred(i，c(m+1))(m＝0～cn-1)中的最大值做为第i个View的旋转方向最大衰减的估计值，并存储待用；

H.判断扫描是否结束，如没有结束否则返回步骤B。

经过本步骤后，得到还未扫描的View的旋转方向的最大衰减的估计值，用于随后高频剂量调制的计算。

(五)结合Z方向上的剂量分布曲线(第(三)步的输出)，以及旋转方向人体衰减估计值(第(四)步的输出)，计算球管mA。

实际剂量调制过程中，由于受到数据传输速度和硬件计算速度的限制，无法针对每个View进行旋转方向衰减值估计和剂量的调整，而是每大约3°计算一次球管mA并发送给高压系统调整剂量。球管mA计算方法如下：

$\mathrm{mA}\left(i\right)=\mathrm{mAProfile}\left(z\right)*\frac{{\left({\mathrm{AttPred}}_{\max }\left(i\right)\right)}^{\mathrm{\α}}}{\underset{J=S}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left({\mathrm{Att}}_{\max }\left(j\right)\right)}^{\mathrm{\α}}+{\left(\mathrm{Att}{\mathrm{Pred}}_{\max }\left(i\right)\right)}^{\mathrm{\α}}}---(5-1)$

s＝i-SN+1

其中：i为扫描过程中View的索引值，Att_max(j)为已扫描的View的通道衰减的最大值，AttPred_max(i)为第(四)步输出的未扫描View的最大衰减估计值，SN为每圈高频调整球管mA的次数，一般是120左右；mAProfile(z)为根据第i个View对应的Z方向位置取Z方向的低频剂量曲线值，mAProfile是第(三)步骤的输出，mA(i)是将被应用于第i个View的剂量。

从公式5-1看出，本发明的剂量调制过程相当于同时实现了Z方向的低频调制和旋转方向的高频调制。

Claims (8)

1.一种X射线CT机的在线剂量调制方法，其特征在于包括以下步骤：

1)扫描平片数据，提取人体Z方向衰减信息，沿Z方向计算每个切片内的人体衰减面积；

2)根据衰减面积，计算每个切片内的X射线平均剂量，形成沿Z方向的剂量分布曲线，作为初始建议值提供给用户；

3)用户根据需求调整Z方向剂量的分布；

4)对病人进行扫描，同时在线估计病人旋转方向的衰减值，得到衰减估计值；

5)结合Z方向上的剂量分布以及旋转方向人体衰减估计值，计算球管mA值；

6)将mA值发送给高压系统进行高频剂量调整；

7)若扫描完成则结束一次剂量在线调制过程。

2.按权利要求1所述的X射线CT机的在线剂量调制方法，其特征在于：

每个切片内人体的衰减面积通过以下公式计算得到：

$\mathrm{AttArea}=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{ChannelNum}-1}{\mathrm{\Σ}}}(p\left(i\right)+p(i+1))*\mathrm{dl}*0.5---(1-1)$

其中，p(i)，p(i+1)为检测器各个通道的衰减值，i＝1～ChannelNum-1，ChannelNum是检测器X方向的通道数量，dl为检测器通道的物理宽度映射到物体中心所在位置的宽度，单位为mm。

3.按权利要求2所述的X射线CT机的在线剂量调制方法，其特征在于：所述检测器通道的物理宽度映射到物体中心所在位置的宽度dl通过以下公式得到：

dl＝PhyDetWid*(OffCenterDis+FocalToIso)/FocalToDet  (1-4)

PhyDetWid是检测器通道X方向的物理宽度，FocalToIso为X射线球管焦点到机架旋转中心的距离，FocalToDet为X射线球管焦点到检测器的距离；OffCenterDis为Y方向人体距离旋转中心的距离。

4.按权利要求1所述的X射线CT机的在线剂量调制方法，其特征在于：所述计算每个切片的X射线平均剂量mAProfile采用以下公式计算得到：

$\mathrm{mAProfile}\left(z\right)=m{A}_{\mathrm{protocal}}*{({\mathrm{\σ}}_x^2/{\mathrm{\σ}}_0^2)}^{\mathrm{\α}}---(2-5)$

其中σ₀ ²为临床扫描协议的参考噪声，σ_x ²为各层的估计图像噪声；z表示Z方向位置，mA_protocal为临床扫描协议的默认剂量，α是调制强度，一般选取0～1之间的数值。

5.按权利要求1所述的X射线CT机的在线剂量调制方法，其特征在于所述对人体在线扫描和衰减估计通过以下步骤实现：

寻找近似的X射线扫描路径；以该路径上的已知衰减值做为未扫描投影采样的衰减估计值；

利用预先得到的衰减面积，提高上述近似的扫描路径估计值的准确度，通过平片数据获得的衰减面积对Z方向偏移导致的误差进行修正。

6.按权利要求5所述的X射线CT机的在线剂量调制方法，其特征在于所述寻找近似的X射线扫描路径包括以下步骤：

设机架旋转方向为角度的正方向，设第i投影采样对应的球管角度为γ，被估计的通道到检测器中心通道的角度为β，从第i投影采样起始沿机架旋转方向倒退角度180°-2*β，从角度γ-(180°-2*β)对应的投影采样中寻找距离检测器中心通道角度量为-β的通道，得到近似的X射线扫描路径。

7.按权利要求5所述的X射线CT机的在线剂量调制方法，其特征在于所述利用预先得到的衰减面积，提高上述近似的扫描路径估计值的准确度，通过平片数据获得的衰减面积对Z方向偏移导致的误差进行修正通过以下公式实现：

$\mathrm{AttPred}\left(i\right)=\exp (\mathrm{Ln}\left(\mathrm{Att}\left(k\right)\right)*\frac{\mathrm{AttArea}\left(i\right)}{\mathrm{AttArea}\left(k\right)})---(4-2)$

其中AttPred(i)是第i个投影采样的通道衰减的估计值，Att(k)是第k个投影采样的通道中和第i个投影采样的通道有近似路径的通道的衰减值。AttArea为根据平片数据计算出的衰减面积。

8.按权利要求1所述的X射线CT机的在线剂量调制方法，其特征在于：若扫描没完成则返回对病人进行扫描，同时在线估计病人旋转方向的衰减值，得到衰减估计值步骤。

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