CN102365051A

CN102365051A - X射线成像装置、其控制方法以及计算机程序

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Publication number: CN102365051A
Application number: CN2010800154264A
Authority: CN
Inventors: 辻井修
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: US8290118B2; US20100329416A1; US20110188628A1; WO2010113415A1; US9279775B2; US20130003920A1; JP5460106B2; US7940888B2; JP2010240106A; CN102365051B

Abstract

X射线成像装置包括：X射线源，包含多个X射线焦点；X射线检测器，检测从所述X射线焦点发射并且透射通过被检体的X射线；和控制装置，控制X射线源和X射线检测器。X射线成像装置选择所述多个X射线焦点中的通过作为被检体的成像区域的关注区域而在X射线检测器上投影图像的X射线焦点中的一对X射线焦点，从所述一对X射线焦点发射的X射线在所述关注区域中限定与预定角度一致的交角，并且从所选择的一对X射线焦点之间的X射线焦点中决定要用于成像的X射线焦点。通过从决定的X射线焦点发射X射线并且使X射线检测器检测X射线来摄取X射线图像。

Description

X射线成像装置、其控制方法以及计算机程序

技术领域

本发明涉及X射线成像装置、其控制方法以及计算机程序。

背景技术

断层摄影装置可根据成像区域决定X射线装置或二维检测器的移动范围。专利文献1公开了用来自可移动放射线源的放射线对被检体进行放射线摄影的放射线摄影装置。放射线摄影装置通过使用检测单元来检测被支撑部分支撑的被检体的放射线摄影图像。此时，基于放射线源的位置和被检体的成像目标区域的信息，控制单元控制检测单元和支撑部分中的至少之一的移动以检测成像目标区域的投影图像。

被设计为用来自放射线源的放射线对被检体进行放射线摄影的断层摄影装置控制二维分布的放射线源的电子源中的每一个，以产生多X射线束(multi X-ray beams)，并且通过使用检测器来检测被检体的放射线摄影图像(参见专利文献2)。使用这种多X射线束可以在不移动放射线源和检测器两者的情况下执行断层摄影。

引文列表

专利文献

专利文献1：日本专利特开No.2004-041702

专利文献2：国际公布WO/2007/100105

发明内容

技术问题

但是，在断层摄影中，除非以预定的或更大的断层角执行成像，否则不可能保持Z轴(厚度)方向的分辨率。还未提供能够在诸如手术室之类的有限空间中在保持预定的或更大的断层角的同时执行断层摄影的技术。还没有提出当以预定的或更大的断层角执行断层摄影时选择多个X射线源的有效的技术。

本发明提供能够在成像时在不同时移动X射线装置和二维检测器的情况下在保持预定的或更大的断层角的同时执行断层摄影的技术。

解决问题的方案

为了解决以上的问题，根据本发明，提供一种X射线成像装置，该X射线成像装置包括：X射线源，包含多个X射线焦点；X射线检测器，检测从所述X射线焦点发射并且透射通过被检体的X射线；和控制装置，用于控制X射线源和X射线检测器，该X射线成像装置包括：

选择装置，用于选择所述多个X射线焦点中的被配置为通过作为被检体的成像区域的关注区域而在X射线检测器上投影图像的X射线焦点中的一对X射线焦点，从所述一对X射线焦点发射的X射线在所述关注区域中限定与预定角度一致的交角；和

决定装置，用于从由选择装置选择的所述一对X射线焦点之间的X射线焦点中决定要用于成像的X射线焦点，

其中，所述控制装置通过使得从由决定装置决定的X射线焦点发射X射线并且使X射线检测器检测X射线来摄取X射线图像。

本发明的有利效果

本发明可提供能够在成像时在不同时移动X射线装置和二维检测器的情况下在保持预定的或更大的断层角的同时执行断层摄影的技术。

根据结合附图进行的以下的描述，本发明的其它特征和优点将变得清晰，在这些附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部分。

附图说明

被包含于说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并且与描述一起用于说明本发明的原理。

图1是示出根据本发明的实施例的X射线成像系统的布置的例子的透视图；

图2是用于说明根据本发明的实施例的多X射线源26的结构的视图；

图3是用于说明根据本发明的实施例的决定关注区域的方法的视图；

图4是根据本发明的实施例的X射线焦点选择处理的流程图；

图5是用于说明根据本发明的实施例的选择X射线焦点的方法的视图；

图6是根据本发明的实施例的光阑单元的侧视图；以及

图7是根据本发明的实施例的光阑单元的平面图。

具体实施方式

将参照附图对本发明的优选实施例进行详细描述。图1示出根据本发明的实施例的X射线成像系统10正在摄取人体的X射线断层图像的情况。二维X射线检测器28和多X射线源26被固定到C臂25。光阑单元27被固定于多X射线源26的发射侧。多X射线源26被放置在病人的背面。多X射线源26包含二维布置的N×M的X射线焦点。从多X射线源26的透射靶发射的X射线透射通过作为被检体的人体34并且到达二维X射线检测器28。二维X射线检测器28输出入射的X射线的强度分布，计算X射线断层图像，并且将其显示在显示单元31上。控制面板30与控制单元29连接。控制单元29根据医生经由控制面板30的操作来决定关注区域(后述)和断层摄影用成像模式(最大断层角模式或固定断层角模式)。另外，基于从二维X射线检测器28读取的图像计算断层图像并将其显示在显示单元31上。

以下将参照图2对多X射线源26的结构进行描述。多X射线源26包含元件阵列16。布置于元件阵列16上的多电子发射元件15中的每一个发射电子。发射的电子被透镜电极19整形并且被加速电场加速以与透射靶13碰撞。真空内X射线遮蔽部件23限制由透射靶13产生的X射线的方向。可通过使用大气内X射线遮蔽部件41进一步限制X射线的方向。但是，注意，作为大气内X射线遮蔽部件41的替代，本实施例使用光阑单元27。将在后面参照图6和图7对使用光阑单元27的布置进行描述。

以下将描述本实施例中的决定关注区域的方法。关注区域是与被检体34的成像区域对应的区域，要从所述区域摄取X射线断层图像，并且，从多X射线源26的多个X射线焦点发出的X射线共同透射通过所述区域。可通过以下的三种类型的方法决定关注区域。第一种方法是使操作员通过眼睛测量来将装置设定为与由包括计算机的控制单元29事先设定的规定值匹配的方法。在这种情况下，所述规定值包括从二维X射线检测器28到关注区域的距离、从多X射线源26到关注区域的距离以及关注区域的尺寸。第二种方法是使操作员在对病人设定装置之后向控制单元29输入目测值的方法。第三种方法是使用X射线图像的决定方法。第三种方法的优点在于它牵涉很少的误差。

以下将参照图3对第三种方法中的决定关注区域的方法进行描述。关于关注区域33应决定的项目包括从二维X射线检测器28到关注区域33的距离、从多X射线源26到关注区域33的距离以及关注区域33的尺寸。关注区域33的尺寸可用球形或长方体来表达。在这种情况下，为方便起见，尺寸用长方体表达，并且，从二维X射线检测器28和多X射线源26到关注区域33的距离是到作为终点的立方体中心的距离。此装置在断层摄影之前摄取来自曝光焦点A和曝光焦点B的X射线图像。操作员可在从来自各曝光焦点的X射线获得的两个X射线图像上指定关注点(由黑圆圈表示的关注的解剖学部分)301和302。参照图3，连接曝光焦点A和关注点301的线段与连接曝光焦点B与关注点302的线段之间的交角θ将被称为断层角35。

X射线图像被输出到显示单元31。由于X射线图像与二维X射线检测器28的检测表面对应，因此，用直线连接曝光焦点A和B与关注点301和302可获得关注区域33的中心。假定从多X射线源26的中心到二维X射线检测器28的距离(FDD：焦点检测器距离)是已知的。另外，曝光焦点A与曝光焦点B之间的距离和关注点301与关注点302之间的距离也是已知的。能够基于这些的比值获得从二维X射线检测器28到关注区域33的距离(CDD：中心检测器距离)和从多X射线源26到关注区域33的距离(FCD：焦点中心距离)。操作员可用鼠标等指定关注区域33的尺寸。在本实施例中，关注区域33被假定为立方体。因此，操作员甚至可通过X射线图像平面上的指定来指定关注区域33的尺寸(立方体的一条边：P)。

另外，能够通过图像处理来自动决定关注区域33。在外科手术期间，能够在实际的关注区域33中放置对放射线不透明的物体(珠体(bead))。因此，只需要通过图像处理来搜索对放射线不透明的物体。如果不能放置对放射线不透明的物体，那么可将高对比度病变或医疗部件设为关注点的目标。根据以上的描述，使用两幅X射线图像。但是，为了提高精度可以使用三幅或更多幅X射线图像。

以下将参照图4的流程图和图5的示意图对从多个X射线焦点中选择要用于成像的X射线焦点的方法进行描述。首先，在步骤S401，操作员对被检体(病人)34设定图1所示的X射线成像系统10。在步骤S402，通过按照以上的方式执行X射线照射来决定关注区域33。但是，注意，决定关注区域33的方法包括不用以上的X射线照射的方法。在步骤S403，该系统基于操作员的输入操作而设定成像模式。本实施例包括两种成像模式。一种是在断层摄影中将断层角35设为最大值时成像的模式。另一种是将断层角35设为作为固定值(预设值)的预定角时成像的模式。断层角35影响断层图像的Z方向(关注区域33的厚度方向或从多X射线源26到检测器28的方向)上的分辨率。

在步骤S404，系统判断设定的模式。如果将断层角35设为最大值的模式被设定，那么处理转移到步骤S405。如果将断层角35设为作为固定值的预定角的模式被设定，那么处理转移到步骤S408。

首先将对在步骤S405～S408中将断层角35设为最大值时成像的模式进行描述。在将断层角35设为最大值时成像的模式中，系统在步骤S405选择使断层角35最大化的多X射线源26的最外侧的X射线焦点。在步骤S406，当X射线从选择的X射线焦点发出以在关注区域33的中心彼此相交时，系统判断透射的X射线是否落在二维X射线检测器28外面(发生渐晕(vignetting))。在该判断中，系统使用从二维X射线检测器28到关注区域33的距离CDD与从多X射线源26到关注区域33的距离FDD之间的比率。即，系统通过使用断层角35被设为最大值时的X射线焦点之间的长度和该比率来获得二维X射线检测器28的X射线照射区域。如果照射区域比二维X射线检测器28的检测表面大，那么系统可判断为将发生渐晕。如果将不发生渐晕(在步骤S406中为否)，那么系统在步骤S408中基于所选的节距决定选择最外侧的X射线焦点内侧的特定的X射线焦点。图5中的5a表示透射的X射线未落在二维X射线检测器28的检测表面外面的情况。如果将发生渐晕(在步骤S406中为是)，那么系统在步骤S407中再次选择多X射线源26的X射线焦点中的位置更向内的X射线焦点。然后，处理返回步骤S406以继续处理。图5中的5b表示当透射的X射线落在二维X射线检测器28外面时最外侧的X射线焦点被限制以防止透射的X射线漏过检测的情况。

在本实施例中，系统重复从步骤S405到步骤S407的处理，并且在使得能够在不导致渐晕的情况下通过关注区域在二维X射线检测器28上投影图像的X射线焦点中选择位于多X射线源最外侧的一对X射线焦点。这使得能够规定一对X射线焦点，能够从所述一对X射线焦点发射透射通过在步骤S402中决定的关注区域33的X射线，并且，所述一对X射线焦点可使断层角35最大化。

以下将描述步骤S408中的处理。在断层摄影中，Z轴方向上的图像分辨率依赖于断层角35，并且，SN依赖于要摄取的帧数量。但是，注意，增加帧数量将增加对病人的曝光量。如果设定帧数量N(N是大于或等于2的整数)，那么可基于断层角θ35和帧数量N而由θ/(N-1)来表示选择角度节距ρ。能够使用从多X射线源26到关注区域33的距离FCD，通过以下给出的式(1)来近似多X射线源26上的X射线焦点的选择节距p(用于选择X射线焦点的间隔)。

p≈FCD＊tan(θ/(N-1)) ...(1)

但是，由于多X射线源26上的X射线源的实际布置间隔w在物理上被固定，因此，p/w未必是整数。在本实施例中，能够通过使n为自然数(n＝1，2，...)并且舍去n＊(p/w)的小数部分而将要选择的X射线焦点表示为X(trunc(n＊(p/w))+a)。注意，a表示用于规定要选择的第一X射线焦点的偏移值，并且取整数值。注意，如果选择角度节距ρ是固定值，那么，不管断层角θ35如何，都可通过式(2)来近似多X射线源26上的选择节距p1。

p1≈FCD＊tan(ρ) ...(2)

此时要选择的X射线焦点由X(trunc(n＊(p1/w))+a)表示。在这种情况下重要的是，即使断层摄影中的帧数量N或选择角度节距ρ被固定，也根据FCD来决定多X射线源26的X射线源节距。如果按照以上的方式决定在X射线成像时要使用的X射线焦点，那么该系统通过从决定的X射线焦点依次发射X射线并且使得控制单元29从二维X射线检测器28接收透射的X射线图像而在步骤S409摄取X射线图像。在这种情况下，多X射线源26可从多个X射线焦点同时发射X射线。但是，为了避免由于散射的放射线导致的对比度的降低，多X射线源26优选在依次切换X射线焦点的同时发射X射线。可以将切换定时设为约30msec。当使用例如30个X射线焦点时，系统可在一秒内执行断层摄影。当系统要执行高速成像时，光阑单元27在开始成像之前事先准备与所选的多个X射线焦点对应的光阑孔径。

以下将描述在步骤S410～S414中将断层角35设为固定值(预设值)时成像的模式。首先，在步骤S410中，系统计算使得断层角35与预定的角度一致的X射线焦点。系统通过使用关注区域33的位置和尺寸、从多X射线源26的中心到关注区域33的距离FCD、从二维X射线检测器28到关注区域33的距离CDD以及多X射线源26和二维X射线检测器28的尺寸，执行该计算。假定几何系统，在该几何系统中，穿过二维X射线检测器28的中心的垂直线穿过多X射线源26的中心。还假定所选的X射线焦点被布置为在多X射线源26和二维X射线检测器28上关于所述中心而点对称(point-symmetric)。

在步骤S411，系统判断是否可在多X射线源26上选择在步骤S410中决定的X射线焦点。如果可以选择它们，那么处理转移到步骤S413。如果没有可选择的X射线焦点，那么处理转移到步骤S412。例如，如图5中的5c所指示，当关注区域位于二维X射线检测器28附近时，在步骤S410中决定的位置可能落在多X射线源26外面。在这种情况下，显示单元31在步骤S412中显示表示X射线焦点不能被设定(不能被选择)的错误。显示单元31还显示距离FCD和CDD的当前值以及用于使X射线焦点能够被选择的各距离的希望值。这使操作员能够通过参照在显示单元31上显示的希望值来调整多X射线源26和二维X射线检测器28之间的位置关系。因此，处理返回步骤S410，以在与步骤S412中的错误显示对应的调整之后的多X射线源26和二维X射线检测器28之间的位置关系中执行处理。注意，作为手动的替代，可以自动执行位置调整。

以下将对系统在步骤S411中判断为X射线焦点可被选择的情况进行描述。在这种情况下，处理转移到步骤S413，以判断来自所选的X射线焦点的透射的X射线是否落在二维X射线检测器28外面(发生渐晕)。这种情况下的判断方法与步骤S406中的判断方法相同。如图5中的5d所指示，例如，如果不发生渐晕(在步骤S413中为否)，则处理转移到步骤S408。在步骤S408，系统根据如上所述的式(1)和(2)计算选择节距，并且选择要用于断层摄影的X射线焦点。与此相对，如图5中的5e所指示，如果发生渐晕(在步骤S413中为是)，那么处理转移到步骤S414。在步骤S414中，显示单元31在执行错误显示的同时显示距离FCD和CDD的当前值以及用于防止渐晕的希望值。这使操作员能够如步骤S412的情况中那样通过参照在显示单元31上显示的希望值来调整多X射线源26和二维X射线检测器28之间的位置关系。处理返回步骤S410，以在与步骤S414中的错误显示对应的调整之后的多X射线源26和二维X射线检测器28之间的位置关系中执行处理。注意，作为手动的替代，可以自动执行位置调整。

虽然为方便起见参照图5以一维方法对以上的情况进行了描述，但是，能够将以一维方式执行的方法扩展到二维方法。以上描述是系统在步骤S412或S414中执行错误显示以使操作员能够手动调整多X射线源26和二维X射线检测器28之间的位置关系或者自动调整位置关系的情况。但是，本发明的实施例不限于位置关系的调整。例如，可以改变断层角35的固定值。更具体而言，断层角35的值可以减小预定值。在这种情况下，如果系统在步骤S411中判断为X射线焦点不能被选择或者在步骤S413中判断为发生渐晕，那么系统每次依次将断层角35的值减小预定值以将该值缩小为使X射线焦点能够被选择并且防止渐晕发生的值。

以下将参照图6对光阑单元27的功能进行描述。为了描述的简单，参照图6进行的描述限于一维方向。但是，由于各维度上的操作相互独立，因此能够容易地将一维操作扩展到二维操作。图6中的6a表示系统控制光阑板32以使得构成多X射线源26的各X射线源在二维X射线检测器28上的同一位置中具有照射区域的情况。光阑板32是遮蔽X射线的部件，并且由钨、铅、铜、铁或它们的合金制成。如图7所示，光阑板32可由四种类型的光阑板32A、32B、32C和32D构成。光阑单元27包括光阑板32的集合和驱动它们的驱动单元(未示出)。参照图6，真空隔板14被设置在光阑单元27与透射靶13和真空内X射线遮蔽部件23之间。

图6中的6b表示系统通过使用光阑单元27执行关注区域33的断层摄影的情况。控制单元29控制光阑板以使得由透射靶ti和另一透射靶tj形成的照射区域包括关注区域33，由此形成X射线透射窗口。能够仅对于与选择的透射靶(X射线焦点)对应的部分(光阑孔径42)执行使用光阑板32的X射线透射窗口形成控制。但是，出于控制的目的，可以改变未选择的光阑孔径。图7示出光阑板32的控制的例子。图7中的7a和7b对应于图6中的6a和6b，并且表示在减小照射场时执行断层摄影的情况。优选在断层摄影开始之前完成光阑孔径42的控制。这使得能够执行高速断层摄影并且避免由于病人或器官的移动导致的图像劣化。

如上所述，根据本发明的实施例，能够在不同时移动(移位)X射线源或二维X射线检测器的情况下通过使用多X射线源高速地执行断层摄影。

也通过执行以下的处理实现本发明。该处理是经由网络或各种存储介质向系统或装置供给用于实现以上的实施例的功能的软件(程序)并且使得该系统或装置的计算机(或CPU或MPU等)读出并且执行程序的处理。

本发明不限于以上的实施例，并且，可以在本发明的精神和范围内提出各种的变化和修改。因此，为了向公众告知本发明的范围，提出以下的权利要求。

本申请要求在2009年4月3日提交的日本专利申请第2009-091480号的权益，在此以引用方式包含其全部内容。

Claims

1.一种X射线成像装置，该X射线成像装置包括：X射线源，包含多个X射线焦点；X射线检测器，检测从所述X射线焦点发射并且透射通过被检体的X射线；和控制装置，用于控制X射线源和所述X射线检测器，所述X射线成像装置包括：

选择装置，用于选择所述多个X射线焦点中的通过作为被检体的成像区域的关注区域而在X射线检测器上投影图像的X射线焦点中的一对X射线焦点，从所述一对X射线焦点发射的X射线在所述关注区域中限定与预定角度一致的交角；和

决定装置，用于从由所述选择装置选择的所述一对X射线焦点之间的X射线焦点中决定要用于成像的X射线焦点，

其中，所述控制装置通过使得从由所述决定装置决定的X射线焦点发射X射线并且使X射线检测器检测X射线来摄取X射线图像。

2.根据权利要求1的X射线成像装置，其中，当所述一对X射线焦点不被包括在所述多个X射线焦点中时，所述选择装置减小预定角度的值之后再次选择所述一对X射线焦点。

3.根据权利要求1的X射线成像装置，还包括显示装置，所述显示装置用于在所述一对X射线焦点不被包括在所述多个X射线焦点中时执行错误显示，

其中，当X射线源和X射线检测器之间的位置关系根据错误显示而被改变时，所述选择装置再次选择所述一对X射线焦点。

4.根据权利要求3的X射线成像装置，其中，通过错误显示而显示的内容包括X射线源和关注区域之间的距离的当前值和希望值，以及X射线检测器和关注区域之间的距离的当前值和希望值。

5.一种X射线成像装置，该X射线成像装置包括：X射线源，包含多个X射线焦点；X射线检测器，检测从所述X射线焦点发射并且透射通过被检体的X射线；和控制装置，用于控制X射线源和X射线检测器，所述X射线成像装置包括：

选择装置，用于选择通过作为被检体的成像区域的关注区域而在X射线检测器上投影图像的X射线焦点中的位于所述多个X射线焦点的最外侧的一对X射线焦点；和

其中，控制装置通过使得从由所述决定装置决定的X射线焦点发射X射线并且使X射线检测器检测X射线来摄取X射线图像。

6.根据权利要求1～5中的任一项的X射线成像装置，其中，所述决定装置基于关注区域和X射线源之间的距离和要摄取的X射线图像的帧数量来决定要用于成像的X射线焦点。

7.根据权利要求1～6中的任一项的X射线成像装置，其中，X射线源包括光阑装置，该光阑装置由用于对从X射线焦点发射的X射线进行整形的遮蔽部件构成，并且

所述光阑装置形成与由所述决定装置决定的X射线焦点对应的X射线透射窗口。

8.一种控制X射线成像装置的方法，该X射线成像装置包括：X射线源，包含多个X射线焦点；X射线检测器，检测从所述X射线焦点发射并且透射通过被检体的X射线；和控制装置，用于控制X射线源和X射线检测器，所述方法包括：

选择步骤，使得选择装置选择所述多个X射线焦点中的通过作为被检体的成像区域的关注区域而在X射线检测器上投影图像的X射线焦点中的一对X射线焦点，从所述一对X射线焦点发射的X射线在所述关注区域中限定与预定角度一致的交角；

决定步骤，使得决定装置从在选择步骤中选择的所述一对X射线焦点之间的X射线焦点中决定要用于成像的X射线焦点；和

成像步骤，使得控制装置通过使得从在决定步骤中决定的X射线焦点发射X射线并且使X射线检测器检测X射线来摄取X射线图像。

9.一种控制X射线成像装置的方法，该X射线成像装置包括：X射线源，包含多个X射线焦点；X射线检测器，检测从所述X射线焦点发射并且透射通过被检体的X射线；和控制装置，用于控制X射线源和X射线检测器，所述方法包括：

选择步骤，使得选择装置选择通过作为被检体的成像区域的关注区域而在X射线检测器上投影图像的X射线焦点中的位于所述多个X射线焦点的最外侧的一对X射线焦点；

10.一种计算机程序，用于使与X射线源和X射线检测器连接的计算机用作根据权利要求1～7中的任一项的X射线成像装置，所述X射线源包含多个X射线焦点，所述X射线检测器检测从所述X射线焦点发射并且透射通过被检体的X射线。