CN102805633A

CN102805633A - 一种用于保持扫描间隔不变的自适应时间触发装置和方法

Info

Publication number: CN102805633A
Application number: CN2011101451847A
Authority: CN
Inventors: 张纪庄; 王薇
Original assignee: Siemens Shanghai Medical Equipment Ltd
Current assignee: Siemens Shanghai Medical Equipment Ltd
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2012-12-05

Abstract

本发明涉及医疗设备领域，特别是一种用于保持扫描间隔不变的自适应时间触发装置。所述装置包括：一个接近开关，其通过对X射线球管的位置进行采样来获取当前X射线球管旋转一周所需的旋转时间；和一个间隔时间调整组件，用于根据所述旋转时间来调整所述间隔时间，使得与所述旋转时间对应的X射线管旋转角速度在调整后的间隔时间内的积分仍为所述扫描间隔的大小。本发明还提供一种用于保持扫描间隔不变的自适应时间触发方法。本发明的装置和方法相比固定时间触发的方式提高了成像质量，降低了对机架旋转的稳定性需求，同时节省了产品成本。

Description

一种用于保持扫描间隔不变的自适应时间触发装置和方法

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，特别是一种用于保持扫描间隔不变的自适应时间触发装置和方法。

背景技术

在X射线计算机断层成像(Computed Tomography，CT)设备中，有两种方法来采集X射线投影数据。一种方法为固定时间触发方法，该方法中检测器(DMS，Datameasurement system)在固定的时间间隔t内读片(reading，即采集X射线投影数据)。在该时间间隔t内，X射线球管的旋转角度称为扫描间隔

其为X射线管旋转角速度ω在间隔时间t内的积分，理论上角速度ω是固定不变的，所以两次读片间的扫描间隔应该是一个常数。但是在CT扫描中，由于旋转机架不能保持绝对的平衡和稳定，且机架的旋转部分与静止部分间的摩擦会随着温度而变化，所以机架的旋转速度并不是固定不变的。当旋转速度的变化超过门限值时，图像质量就会变得很差。其中旋转速度ν与角速度ω的关系为：ω＝ν/r，r为机架孔的半径，因此当旋转速度变化时，角速度也相应地发生变化，进而两次读片间的扫描间隔也发生变化，这种变化会影响CT成像质量，如产生伪影等。所以，在实际应用中需要实时计算或测量两次连续读片间的扫描间隔

另一种方法是固定位置触发方法，该方法中检测器在X射线管的固定角度位置处读片。如利用安装在CT机架静止部分的复数个位置传感器和机架旋转部分的复数个感应部件来获取X射线球管的角度位置。其中感应部件例如为金属头(metal head)或凹槽(slot)，这里一个位置传感器可与一个金属头(或一个凹槽)组成一个接近开关，只有当金属头或凹槽接近位置传感器到一定距离时，位置传感器才会有“感应”，接近开关才会动作，如产生高电平“1”或低电平“0”。在高端CT系统中通常设置有1000个以上的金属头用于采样X射线球管的角度位置，于是检测器可以每隔360°/1000＝0.36°就进行一次读片，即在X射线管位于0.36°、0.72°、1.08°、1.44°……处进行读片，这种方式极大地减少了误差，从而极大地改善了成像质量。不过由于设置有大量金属头和复杂的信号采集和控制系统，使产品成本也极大地提高，而无法用于低端CT设备上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于保持扫描间隔不变的自适应时间触发装置和方法，以用较低的成本来保持两次连续读片间的扫描间隔的大小基本不变，从而获得较高的成像质量。

有鉴于此，本发明提出一种用于保持扫描间隔不变的自适应时间触发装置，所述装置包括：一个接近开关，其通过对X射线球管的位置进行采样来获取当前X射线球管旋转一周所需的旋转时间；和一个间隔时间调整组件，用于根据所述旋转时间来调整所述扫描间隔的间隔时间，使得与所述旋转时间对应的X射线管旋转角速度在调整后的间隔时间内的积分仍为所述扫描间隔的大小。以用较低的成本保持两次连续读片间X射线球管的扫描间隔得大小基本不变。

其中，所述间隔时间调整组件包括：一个固定单元，用于存储一间隔时间曲线；和一个调整单元，用于根据所述旋转时间来得到一个系数，并用该系数来调整所述固定单元中间隔时间曲线的幅度，使得与所述旋转时间对应的X射线管旋转角速度在调整后的间隔时间内的积分仍为所述扫描间隔的大小。

根据本发明的一个实施例，所述间隔时间调整组件为一个可编程计时器。

进一步，所述装置包括：一个执行组件，用于根据调整后的间隔时间进行读片。

本发明还提供一种用于保持扫描间隔不变的自适应时间触发方法，所述方法包括：提供一个接近开关对X射线球管的位置进行采样，以获取当前X射线球管旋转一周所需的旋转时间；根据所述旋转时间来调整所述扫描间隔的间隔时间，使得与所述旋转时间对应的X射线管旋转角速度在调整后的间隔时间内的积分仍为所述扫描间隔的大小。

所述调整包括：预先存储一间隔时间曲线；根据所述旋转时间来得到一个系数，并用该系数来调整所述间隔时间曲线的幅度，使得与所述旋转时间对应的X射线管旋转角速度在调整后的间隔时间内的积分仍为所述扫描间隔的大小。

进一步，所述方法包括：根据调整后的间隔时间进行读片。

从上述方案中可以看出，由于本发明能保持两次连续读片间X射线球管的扫描间隔的大小基本不变，相比固定时间触发的方式而言提高了成像质量；同时，由于所述扫描间隔不会因机架的旋转速度而改变，所以也降低了对机架旋转的稳定性需求；而且本发明只需一个感应部件，从而极大地减少了产品成本；而且只用一个接近开关也减少了数据量，简化了数据采集系统控制电路板的结构，从而降低了数据采集系统的成本。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的实施例，使本领域技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为本发明用于保持扫描间隔不变的自适应时间触发装置的示意图。

图2为本发明X射线管旋转一周过程中机架旋转速度的变化示意图、与机架旋转速度的变化反向变化的间隔时间示意图、及二者积分得到的扫描间隔的示意图。

图3为本发明用于保持扫描间隔不变的自适应时间触发方法的示意图。

附图标记

1自适应时间触发装置

11接近开关

12间隔时间调整组件

13执行组件

步骤101～103本发明用于保持扫描间隔不变的自适应时间触发方法。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

以下以CT设备为例，具体说明本发明用于保持扫描间隔不变的自适应时间触发装置和方法。

本发明提供一种用于保持两次读片间X射线球管扫描间隔不变的自适应时间触发装置和方法，通过改进现有的固定时间触发方法，以用较低的成本来获得一种改变间隔时间曲线的幅度的装置和方法，从而获得较高的图像质量。

图1为本发明用于保持扫描间隔不变的自适应时间触发装置的示意图。该自适应时间触发装置1包括一个接近开关11和一个间隔时间调整组件12，具体地：

接近开关11包括一个位置传感器和一个感应部件(图中未示出)，通过对X射线球管的位置进行采样来获取当前X射线球管旋转一周所需的旋转时间。

由于只有当感应部件接近位置传感器到检出距离时，位置传感器才会有“感应”，接近开关才会产生响应信号，如高电平“1”，所以在X射线管旋转一周的过程中，位于机架旋转部分上的感应部件只有一次机会能与位于机架静止部分上的位置传感器达到检出距离，也就是说X射线管旋转一周的过程中，接近开关只能输出一次高电平响应信号，这样接近开关第i次输出高电平与第(i+1)次输出高电平的间隔时间即为X射线球管第i次旋转一周所需的旋转时间Ti，其中i为正整数。

间隔时间调整组件12，用于根据旋转时间Ti来调整扫描间隔的间隔时间t，使得与旋转时间Ti对应的X射线管旋转角速度ωi在调整后的间隔时间t_i内的积分仍为所述扫描间隔的大小。其包括一个固定单元和一个调整单元(图中未示出)。间隔时间调整组件12例如为一个可编程计时器。

如在背景技术中所述，在CT扫描中机架的旋转速度并不是固定不变的，旋转速度可分解为四个分量：不变的基线速度分量、重力感应变量、摩擦感应变量和随机变量。其中重力感应变量和摩擦感应变量是依赖于CT系统且可预测的，例如可以根据机架配重重心的偏移来得到重力感应变量。而随机变量对成像质量的影响相比重力感应变量和摩擦感应变量对成像质量的影响就相对小很多。基于此，可以预先存储X射线管旋转一周的过程中旋转速度的变化曲线V₀，然后利用接近开关11来获取X射线球管第i次旋转一周所需的旋转时间Ti，再根据Ti来得到一速度系数a_i，并用a_i来调整预先存储的旋转速度变化曲线的幅度V_0，AM，如a_i*V_0，AM，得到如图2a所示X射线球管第i次旋转过程中旋转速度的变化曲线V_i，其中横坐标为读片序号，图2a中在X射线管第i次旋转过程中进行1100次以上的读片，纵坐标为旋转速度的相对大小。V_i与V₀相比，曲线形状基本一致，只是幅度大小不一致。例如根据X射线管第100次旋转一周的时间T₁₀₀，得到一速度系数a₁₀₀，进而得到旋转速度变化曲线的幅度V_100，AM＝a₁₀₀*V_0，AM；同样根据X射线管第101次旋转一周的时间T₁₀₁，得到一速度系数a₁₀₁，进而得到旋转速度变化曲线的幅度V_101，AM＝a₁₀₁*V_0，AM。假设a₁₀₀＞a₁₀₁，则V_100，AM＞V_101，AM，于是从曲线形状上看，尽管V_100，AM和V_101，AM都为近似正弦的曲线，但是二者纵坐标的大小不同，V_101，AM是压扁的正弦曲线，V_100，AM则是拉伸的正弦曲线。

由于扫描间隔

为X射线管旋转角速度ω在间隔时间t内的积分，而ω＝ν/r，为保证扫描间隔

不变，可以根据

和预先存储的旋转速度变化曲线V₀来得到一间隔时间变化曲线t₀，并将其存储在间隔时间调整组件12固定单元中。接着根据X射线球管第i次旋转一周所需的旋转时间Ti又得到一时间系数b_i，并用b_i来调整间隔时间变化曲线的幅度t_0，AM，如b_i*t_0，AM，得到如图2b所示的X射线球管第i次旋转过程中间隔时间的变化曲线t_i，其中横坐标为读片序号，纵坐标为间隔时间的相对大小。比较图2a和图2b可发现，间隔时间t_i与旋转速度V_i呈反向变化。另外，t_i与t₀相比，曲线形状基本一致，只是幅度大小不一致。例如根据X射线管第100次旋转一周的时间T₁₀₀，得到一时间系数b₁₀₀，进而得到间隔时间变化曲线的幅度t_100，AM＝b₁₀₀*t_0，AM；同样根据X射线管第101次旋转一周的时间T₁₀₁，得到一时间系数b₁₀₁，进而得到间隔时间变化曲线的幅度t_101，AM＝b₁₀₁*t_0，AM。假设b₁₀₀＞b₁₀₁，则t_100，AM＞t_101，AM，于是从曲线形状上看尽管t_100，AM和t_101，AM的曲线相似，但是二者纵坐标的大小不同，t_101，AM是压扁的曲线，t_100，AM则是拉伸的曲线。

将图2a所示的旋转速度V_i除以机架孔半径r后得到旋转角速度ωi，再在图2b所示的间隔时间V_i内对ωi积分，就得到如图2c所示的扫描间隔

根据角速度ω、速度ν和时间T的数学关系，可以得到

图2c的横坐标为读片序号，纵坐标为扫描间隔的相对大小(进行了归一化处理)，图2c中可见在X射线管旋转一周的过程中，每次读片的扫描间隔(纵坐标)均在1左右，可见本发明的装置很好地保证了X射线球管的扫描间隔基本不变。

举例而言，假设图2a为X射线管第200次旋转的过程中旋转速度的变化曲线，其中第500次读片的旋转速度为V_200，500，第501次读片的旋转速度为V_200，501，根据旋转速度的变化曲线可知，V_200，500＞V_200，501；对应地，图2b为X射线管第200次旋转的过程中间隔时间的变化曲线，其中第500次读片的间隔时间为t_200，500，第501次读片的间隔时间为t_200，501，根据扫描间隔的变化曲线可知，t_200，500＜t_200，501；而图2c为在X射线管第200次旋转的过程中扫描间隔的变化曲线，第500次读片时扫描间隔为

第501次读片时扫描间隔为

根据扫描间隔的变化曲线可知，

进一步，本发明的自适应时间触发装置1还包括：一个执行组件13，用于根据调整后的间隔时间t_i进行读片。

可见用本发明的装置可使在X射线管旋转一周的过程中，连续两次读片间的扫描间隔的大小基本相等，从而最小化扫描间隔的变化，减少了CT图像中的伪影，使低端CT设备无需通过增加位置传感器和感应部件等昂贵的校正系统就能提高成像质量。另外，相比现有的固定时间触发方法，本发明只需要增加一种可编程计时器，且只需要一个接近开关来获取X射线球管的旋转时间即可实现保持扫描间隔基本不变得目的，节省了产品成本。另外，由于之需要读取一个位置传感器和感应部件的信号，也大大简化了数据采集系统控制电路板的结构。

图3为本发明用于保持扫描间隔不变的自适应时间触发方法的示意图，该方法包括：

步骤101，提供一个接近开关11对X射线球管的位置进行采样，以获取当前X射线球管旋转一周所需的旋转时间Ti。

步骤102，根据旋转时间Ti来调整间隔时间，使得与所述旋转时间对应的X射线管旋转角速度在调整后的间隔时间内的积分仍为所述扫描间隔的大小。首先根据旋转时间Ti来得到一个系数，并用该系数来调整前述固定单元中预先存储的间隔时间曲线的幅度。

进一步，所述方法包括：

步骤103，根据调整后的间隔时间t_i进行读片。

本发明涉及医疗设备领域，特别是一种用于保持扫描间隔不变的自适应时间触发装置。所述装置包括：一个接近开关，其通过对X射线球管的位置进行采样来获取当前X射线球管旋转一周所需的旋转时间；和一个间隔时间调整组件，用于根据所述旋转时间来调整所述间隔时间。本发明还提供一种用于保持扫描间隔不变的自适应时间触发方法。本发明的装置和方法相比固定时间触发的方式提高了成像质量，降低了对机架旋转的稳定性需求，同时节省了产品成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于保持扫描间隔不变的自适应时间触发装置(1)，其特征在于，所述装置包括：

一个接近开关(11)，其通过对X射线球管的位置进行采样来获取当前X射线球管旋转一周所需的旋转时间；和

一个间隔时间调整组件(12)，用于根据所述旋转时间来调整所述扫描间隔的间隔时间，使得与所述旋转时间对应的X射线管旋转角速度在调整后的间隔时间内的积分仍为所述扫描间隔的大小。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述间隔时间调整组件(12)包括：

一个固定单元，用于存储一间隔时间曲线；和

一个调整单元，用于根据所述旋转时间来得到一个系数，并用该系数来调整所述固定单元中间隔时间曲线的幅度，使得与所述旋转时间对应的X射线管旋转角速度在调整后的间隔时间内的积分仍为所述扫描间隔的大小。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述间隔时间调整组件(12)为一个可编程计时器。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括：

一个执行组件(13)，用于根据调整后的间隔时间进行读片。

5.一种用于保持扫描间隔不变的自适应时间触发方法，其特征在于，所述方法包括：

提供一个接近开关(11)对X射线球管的位置进行采样，以获取当前X射线球管旋转一周所需的旋转时间；

根据所述旋转时间来调整所述扫描间隔的间隔时间，使得与所述旋转时间对应的X射线管旋转角速度在调整后的间隔时间内的积分仍为所述扫描间隔的大小。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述调整包括：

预先存储一间隔时间曲线；

根据所述旋转时间来得到一个系数，并用该系数来调整所述间隔时间曲线的幅度，使得与所述旋转时间对应的X射线管旋转角速度在调整后的间隔时间内的积分仍为所述扫描间隔的大小。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

根据调整后的间隔时间进行读片。