CN102846329A - 一种用于x射线照相的成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于X射线照相的成像方法。所述成像方法包括：当利用X光机和X射线探测器进行乳腺X射线成像时，在所述X光机的光源中心位置设置铝制异形过滤器；通过该铝制异形过滤器吸收所述X光机发出的低能光子，缩小所述X射线探测器上接收到的光子数量范围，并调节乳腺模体区域不同位置上的X射线强度和区域剂量；其中，所述铝制异形过滤器从中心到外沿的厚度逐渐增加。该成像方法能够缩小X射线探测器上接收到的光子数量范围，并调节X射束强度和区域剂量，提高成像质量。

Description

一种用于X射线照相的成像方法

技术领域

本发明涉及X射线成像技术领域，尤其涉及一种用于X射线照相的成像方法。

背景技术

目前，在乳腺X射线成像技术，例如钼靶成像或乳腺专用CT成像过程中，均利用X光机和X射线探测器对乳腺结构进行二维或三维成像。在这种结构下，病人乳腺置于X光机所发射的锥形束射线中，X射线探测器用来捕捉穿过病人乳腺的X射线束。

乳腺X射线成像技术仅以乳腺受体作为检测对象，根据乳腺受体的规则结构，X射线穿过乳腺受体后到达探测器上的射线强度具有一定特点，乳腺受体的横截面接近椭圆形状，且X射线在乳腺中的衰减路径长度各有不同，在靠近乳腺中心位置的X射线衰减较大，而远离乳腺中心位置的X射线衰减较小，因此导致探测器上接受到的光子数量范围较大。

由于从X光管发出的射线都有很宽的能谱，其中存在着大量的低能光子，由于低能光子很容易被病人吸收，因此对于X射线成像没有太大贡献，另外由于X射线的衰减系数与X射线的能量直接相关，经过硬化的射束，在穿过后面的物体时衰减减弱，所以总的衰减与乳腺受体的厚度不再满足线性的关系，如果不校正这些非线性的投影数据，那么重建的图像就会发生畸变，影响了成像质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于X射线照相的成像方法，能够缩小X射线探测器上接收到的光子数量范围，并调节X射束强度和区域剂量，提高成像质量。

一种用于X射线照相的成像方法，所述成像方法包括：

当利用X光机和X射线探测器进行乳腺X射线成像时，在所述X光机的光源中心位置设置铝制异形过滤器；

通过该铝制异形过滤器吸收所述X光机发出的低能光子，缩小所述X射线探测器上接收到的光子数量范围，并调节乳腺模体区域不同位置上的X射线质量和区域剂量；

其中，所述铝制异形过滤器从中心到外沿的厚度逐渐增加，且中心到外沿的厚度变化具有多种不同的给定曲率。

所述铝制异形过滤器的制作过程具体包括：

通过数字化X射线摄影以及理论计算，获取在使用不同厚度的铝制异形过滤器时，X射线探测器上空扫区域的读数变化以及乳腺模体区域的读数变化情况，并确定所述铝制异形过滤器的厚度区间；

根据乳腺CT系统的几何结构，进一步计算所述铝制异形过滤器各个位置的尺寸大小。

所述铝制异形过滤器的横截面具有抛物线形的曲率变化形式；

或，所述铝制异形过滤器的横截面为凹字形状；

或，所述铝制异形过滤器的横截面具有椭圆的形状。

所述通过该铝制异形过滤器吸收所述X光机发出的低能光子的具体过程包括：

在CT扫描时所述异形过滤器随X光机和X射线探测器一起转动，并在转动时三者相对位置保持不变；

所述X光机发出的X射线穿过所述异形过滤器，经过病人乳腺后，到达所述X射线探测器，当X射线穿过所述异形过滤器时，接近射束中心的X射线衰减较小，光子数较多，而远离射束中心的X射线衰减较大，光子数较少。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，所述成像方法包括：当利用X光机和X射线探测器进行乳腺X射线成像时，在所述X光机与病人乳腺之间设置铝制异形过滤器；通过该铝制异形过滤器吸收所述X光机发出的低能光子，缩小所述X射线探测器上接收到的光子数量范围，并调节乳腺模体区域不同位置上的X射束强度和区域剂量；其中，所述铝制异形过滤器从中心到外沿的厚度逐渐增加。该成像方法能够缩小X射线探测器上接收到的光子数量范围，并调节X射束强度和区域剂量，提高成像质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的铝制异形过滤器的横截面结构示意图；

图2为本发明实施例所述铝制异形过滤器运行的工作过程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在利用X光机和X射线探测器进行乳腺X射线成像过程中，由于乳腺模体的横截面接近椭圆形状，X射线在乳腺模体中的衰减路径长度各有不同，在靠近乳腺模体中心位置X射线衰减较大，而远离乳腺模体中心位置X射线衰减较小，因此导致探测器上接受到的光子数量范围较大。从X光管发出的射线都有很宽的能谱，其中存在着大量的低能光子，由于低能光子很容易被乳腺模体吸收，因此对于X射线成像没有太大贡献，本发明实施例根据乳腺模体的形状特点，采用铝制异形过滤器以吸收低能光子来调节乳腺模体不同位置上的X射束强度和区域剂量，且缩小探测器上接收到的光子数量范围。下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述：

本发明实施例所述方法是当利用X光机和X射线探测器进行乳腺X射线成像时，在所述X光机的光源中心位置设置铝制异形过滤器；

通过该铝制异形过滤器吸收所述X光机发出的低能光子，缩小所述X射线探测器上接收到的光子数量范围，并调节病人乳腺区域不同位置上的X射线强度和区域剂量；

其中，在具体实现中，异形过滤器可以采用铝材质制成（也可选用铜等其他材料），并根据乳腺模体的结构特点进行针对设计。由于乳腺模体的横截面近似椭圆形状，即X射线穿过乳腺模体时，接近乳腺中心的X射线穿过乳腺的路径较长，其衰减较大，到达探测器的光子数量较少。而远离乳腺中心的X射线穿过乳腺的路径较短，其衰减较小，到达探测器的光子数量较多。

为了降低到达探测器时X射线的强度差异，异性过滤器横截面可以设计为中间薄，而两侧厚的结构，而中间到两侧的厚度变化具有多种不同的给定曲率，通过以上设计，异形过滤器就能够达到降低图像硬化伪影、减小受体辐射剂量和缩小到达X射线探测器的光子数量差异等目的，并且通过设计不同的厚度变化规则，能够具有不同的调制效果。

下面举例来对上述铝制异形过滤器的设计过程进行说明：

乳腺CT系统中采用的锥形束CT成像方式具有三维立体成像、各向同性的高分辨率等特点，其X光机的光源到转动中心距离为D_SO，到探测器距离为D_SD，D_FO是乳腺受体半径，这里主要考虑适合亚洲女性的大小（直径为10cm、12cm、14cm），在以上条件下为确定铝制异形过滤器的合理尺寸，其制作过程具体包括：

在数字化X射线摄影中，采用铝质平板过滤器，测试了在不同厚度的过滤器下，X射线探测器上空扫区域的读数变化I₁以及模体区域的读数变化情况I₂。然后，对模体的质量衰减系数μ_p进行估计。在经过一定厚度的平板过滤器后，X射线可以近似为单能射束，根据比尔定律，在已知入射模体的X射线强度I₁和出射强度I₂时，模体的质量衰减系数为

${\mathrm{\μ}}_p=\ln \left(\frac{I_1}{I_2}\right)/\mathrm{\Δx}$

其中，Δx为射线穿过模体长度。

如果期望模体横向各个位置在探测器上对应的最终读数均为I_f，可以得到如下的异形过滤器设计。已知任意角度β的X射线穿过异形过滤器及模体后的探测器读数I_f(β)，在单能X射线的假设下，根据比尔定律和模体的质量衰减系数μ_p，可以得到任意角度β的X射线穿过异形过滤器后的读数

$I_1\left(\mathrm{\β}\right)=I_f\left(\mathrm{\β}\right)e^{{{\mathrm{\μ}}_p}^{*\mathrm{GH}}}$

其中，GH为X射线穿过乳腺模体长度，然后，根据任意厚度铝制平板过滤器的空扫计数I₁，可以获得任意角度β的X射线穿过异形过滤器的厚度CI(β)，并确定异形过滤器的最终尺寸。

如图1所示为本发明实施例提供的铝制异形过滤器的三种横截面结构示意图，若采用铝制材料，异形过滤器最薄处需小于8mm，水平方向宽度需大于10mm，竖直方向高度需大于10mm。图中该铝制异形过滤器包括三种形状，具体来说：

图1a所示的异形过滤器横截面具有抛物线形的曲率变化形式，因此随着y方向厚度的增加，其凹空处在x方向的宽度逐渐增大。该过滤器具有较优的图像硬化伪影调制能力。

图1b所示的异形过滤器横截面为“凹”字形状，因此随着y方向厚度的增加，其凹空处在x方向的宽度保持不变，并需大于5mm。该过滤器加工较为简单，并具有较好的辐射剂量控制能力。

图1c所示的异形过滤器横截面具有近似椭圆的形状，因此随着y方向厚度的增加，其凹空处在x方向的宽度逐渐增大，然后又逐渐减小，但最终需大于5mm宽，该异形过滤器在缩小达到探测器的光子数量差异上具有较优效果。

另外，在具体实现过程中，如图2所示为本发明实施例所述铝制异形过滤器运行的工作过程示意图，首先将异形过滤器安装于X光机后，病人前的位置，要求异形过滤器的中心尽可能的与X光源中心、CT旋转中心和探测器中心在同一直线上。

其次，病人俯卧于乳腺CT床体上，利用低剂量X射线照相或者光学照相技术，确定病人乳腺中心的空间位置；

然后利用马达驱动乳腺CT床体，通过床体移动将病人乳腺中心置于乳腺CT旋转中心位置，使得异形过滤器中心、乳腺模体中心和探测器中心尽可能在同一直线上，然后再进一步进行CT重建扫描，上述通过该铝制异形过滤器吸收所述X光机发出的低能光子的具体过程包括：

在CT扫描时，病人俯卧于乳腺CT床体上，保持静止不同；异形过滤器随X光机和X射线探测器一起进行转动，并在转动时三者相对位置保持不变。

在CT扫描时，X射束中心、异形过滤器中心和探测器中心始终与病人乳腺中心在同一直线上，X射束首先穿过异形过滤器，然后经过病人乳腺，最后到达X射线探测器上。

由于异形过滤器被设计为中间薄，两侧厚的结构，当X射线穿过异形过滤器后，接近射束中心的X射线衰减较小，光子数较多，而远离射束中心的X射线衰减较大，光子数较少。

接着调制后的X射束穿过病人乳腺，由于病人乳腺的横截面具有近似椭圆的结构，因此射束中心的X射线在乳腺受体中的穿过路径较长，其衰减较多，而远离射束中心的X射线在乳腺受体中的穿过路径较短，其衰减较少。经过异形过滤器的调制及病人乳腺的衰减后，X射线到达探测器时的光子数差异得到降低，并且与平板过滤器相比其带给病人乳腺的辐射危害也得到减弱。

此外，异形过滤器还可以与准直器搭配使用，准直器的位置可以置于异形滤片前，或者异形滤片后；异形过滤器还可以与平板过滤器搭配使用，平板过滤器的位置可以置于异形滤片前，或者异形滤片后。

上述扫描方式包括常规扫描和高增益（高剂量）扫描，这里常规扫描方式为当前CT成像中的常用扫描方式，通过在CT上装置异形过滤器后，采用常规扫描方式进行CT成像，能够发挥异形过滤器在辐射剂量、图像硬化伪影和图像质量等方面的调制能力，并能够降低探测器接受光子的数量差异，达到提高探测器动态范围的目的；高增益扫描方式具备了常规扫描方式的优点，并且能够进一步提高探测器的动态范围，当X射线探测器采用较高的增益设置或者乳腺CT需要采用较高的X射线强度进行成像时，采用常规扫描方式会超过探测器的动态范围，不能完成CT成像，而采用高增益扫描方式能够有效避免探测器计数溢出，更适用于在探测器高增益模式或高X射线强度时进行CT成像。具体来说：

1）在使用常规扫描时，首先在乳腺CT扫描条件下，对X射线探测器进行offset和gain校正，并得到该条件下X射线探测器的空扫数据I₀(x,y)。然后在该CT扫描条件下，采集360度的投影图像I₁(x,y,β)，接着采集360度的投影图像。

采集结束后，利用X射线探测器空扫数据对所有投影图像进行归一化校正，如下：

$P(x,y,\mathrm{\β})=-\ln \left(\frac{I_1(x,y,\mathrm{\β})}{I_0(x,y)}\right).$

最后，利用CT重建算法对投影图像p(x,y,β)进行三维重建。

2）在使用高增益（或高剂量）扫描时，由于在高增益下（或者使用高剂量扫描条件时），设置铝制异形过滤器后仍会导致X射线探测器空扫计数溢出，为了获取X射线探测器的空扫数据I₀(x,y)，可以采用在低剂量扫描条件下对X射线探测器进行offset和gain校正，保证X射线探测器工作在正常的线性响应区内，并得到该条件下的空扫数据

然后，根据正常扫描条件和低剂量扫描条件的剂量关系，可以得到正常剂量与低剂量下空扫数据的增益g，并计算出正常扫描条件下的空扫数据

接着在乳腺CT正常扫描条件下，采集360度的投影图像I₁(x,y,β)。采集结束后，利用X射线探测器空扫数据对所有投影图像进行归一化校正，如下：

$P(x,y,\mathrm{\β})=-\ln \left(\frac{I_1(x,y,\mathrm{\β})}{I_0(x,y)}\right).$

最后，利用CT重建算法对投影图像p(x,y,β)进行三维重建。

综上所述，本发明实施例能够缩小X射线探测器上接收到的光子数量范围，并调节X射束强度和区域剂量，提高成像质量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种用于X射线照相的成像方法，其特征在于，所述成像方法包括：

当利用X光机和X射线探测器进行乳腺X射线成像时，在所述X光机的光源中心位置设置铝制异形过滤器；

通过该铝制异形过滤器吸收所述X光机发出的低能光子，缩小所述X射线探测器上接收到的光子数量范围，并调节乳腺模体区域不同位置上的X射线质量和区域剂量；

其中，所述铝制异形过滤器从中心到外沿的厚度逐渐增加，且中心到外沿的厚度变化具有多种不同的给定曲率。

2.根据权利要求1所述用于X射线照相的成像方法，其特征在于，所述铝制异形过滤器的制作过程具体包括：

通过数字化X射线摄影以及理论计算，获取在使用不同厚度的铝制异形过滤器时，X射线探测器上空扫区域的读数变化以及乳腺模体区域的读数变化情况，并确定所述铝制异形过滤器的厚度区间；

根据乳腺CT系统的几何结构，进一步计算所述铝制异形过滤器各个位置的尺寸大小。

3.根据权利要求1或2所述用于X射线照相的成像方法，其特征在于，所述铝制异形过滤器的横截面具有抛物线形的曲率变化形式；

或，所述铝制异形过滤器的横截面为凹字形状；

或，所述铝制异形过滤器的横截面具有椭圆的形状。

4.根据权利要求1所述用于X射线照相的成像方法，其特征在于，所述通过该铝制异形过滤器吸收所述X光机发出的低能光子的具体过程包括：

在CT扫描时所述异形过滤器随X光机和X射线探测器一起转动，并在转动时三者相对位置保持不变；

所述X光机发出的X射线穿过所述异形过滤器，经过病人乳腺后，到达所述X射线探测器，当X射线穿过所述异形过滤器时，接近射束中心的X射线衰减较小，光子数较多，而远离射束中心的X射线衰减较大，光子数较少。

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