CN103284740B - Ct机的扫描控制方法、扫描控制装置及ct机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CT机的扫描控制方法、扫描控制装置及CT机。其中，方法包括：实时测量CT机旋转机架的角速度；在每个扫描周期内，从初始零点开始对实时测得的所述角速度进行积分，得到旋转机架的当前旋转角度；判断所述当前旋转角度是否达到与当前投影位置对应的当前投影角，若达到，则触发当前投影角的曝光和/或采集。本发明提供的技术方案基于位置触发方式实现扫描控制，并在较低成本的前提下，进一步提升重建图像的质量。

Description

CT机的扫描控制方法、扫描控制装置及CT机

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，特别是一种计算机X射线断层成像(computedtomography，CT)机的扫描控制方法、扫描控制装置及CT机。

背景技术

CT机作为一种医疗设备广泛应用于医疗卫生领域以协助医生对病人的身体进行成像。图1中示出了目前的一种CT机的结构示意图。如图1所示，该CT机包括：一个底部支撑部件11、一个旋转机架(gantry)12、一个X光球管13、一个X光探测器14、一个控制装置15和一个图像重建装置16。

其中，旋转机架(gantry)12通常为环形结构，且安装在底部支撑部件11上，能够绕自身的轴线旋转。通常情况下，将与旋转机架12的轴线平行的方向称为Z方向，将与Z方向垂直的水平方向称为X方向，并将分别与X方向和Z方向相垂直的方向称为Y方向。

X光球管13安装在旋转机架12上，能够在垂直于Z方向的方向上发射X射线。

X光探测器14安装在旋转机架12上与X光球管13相对的位置，用于采集X光球管发射的X射线，并将其转换为图像信息输出给图像重建装置16。

在进行CT扫描时，对于每个扫描切面，一般可以先从多个角度采集目标对象的信息，再根据从多个角度采集到的信息进行目标对象的图像重建。

为了获取目标对象多个角度的信息，通常由控制装置15控制旋转机架12带动X光球管13和X光探测器14绕旋转机架12的轴线旋转，并在旋转过程中，基于时间触发或位置触发方式控制X光探测器14对X光球管13发射的X射线进行采集，实现多角度的扫描控制。其中，X光球管13发射X射线以实现投影的位置通常称为投影位置，X光球管13发射X射线的投影位置相对于预设零点的夹角通常称为投影角。X光球管13每旋转一周并发射X射线的过程称为一个扫描周期。实际应用中，预设零点通常为X正方向的位置。

图像重建装置16用于接收X光探测器14输出的图像信息，并根据每个扫描周期中所有投影位置对应的图像信息及其投影角的信息进行图像重建。

在传统的基于时间触发方式的扫描控制中，是在旋转机架12的旋转过程中，基于等角度均匀分布的原则周期性的触发X光探测器14对X光球管13发射的X射线进行采集。这种方式中，如果由于环境或装置传动结构调整等各种因素的影响，万一造成旋转机架12的旋转速度不均匀，即X光球管13的运动速度不均匀，那么在按照等时间间隔来采集X光球管13发射的X射线时，所获得的图像信息对应的投影位置并不是等角度均匀分布的，此时图像重建装置16在基于等角度均匀分布的原则利用各投影位置的图像信息进行图像重建时，所获得的重建图像的质量便会受到影响。

在传统的基于位置触发方式的扫描控制中，是在旋转机架12外围的各投影位置安装若干个传感器，在旋转机架12的旋转过程中，每当X光球管13旋转至一个传感器的位置时，便触发X光探测器14对X光球管13发射的X射线进行采集接收。这种方式中，由于每个扫描周期中需要对X射线进行大量的采集接收，因此需要设置大量的传感器，一方面会增加CT机的成本，一方面由于受旋转机架12的尺寸限制，传感器的数量也无法设置太多，因此限制了重建图像的质量提升。

为了在较低成本的前提下，进一步提升重建图像的质量。目前提出了一些改进的方案。

例如，图2a和图2b示出了一种改进的基于时间触发方式的CT机扫描控制方法。如图2a所示，该方案中，在旋转机架12的周围均匀分布有24个小金属块，这样两个小金属块之间的角度(如A、B之间的角度)便是α＝360°/24＝15°。在旋转机架12的旋转过程中，通过设置的传感器来探测这24个小金属块，并通过对各部分的角度进行累加，便可得到当前小金属块所对应的旋转机架12的旋转角度。由于实际应用中，CT扫描需要更小的角度分辨率，因此，如图2b所示，该方案在每个15°的区间内设置一些等分的虚拟角度。该方案假定在每个15°的区间内旋转机架12的旋转速度是固定的，因此将每个15°的区间在时域内划分N等分，这样每个虚拟角度为α′＝15°/N。这样通过在每个15°的区间内进行时域的累加，可以得到每个15°的区间内的旋转角度。之后通过确定当前旋转角度是否满足各预设投影位置的投影角，来触发X光探测器14进行X射线的采集接收。

又如，申请号为200810003229.5、授权公告号为CN101496726B的中国专利中给出了一种投影角的获取方法。

除此之外，本领域内的技术人员还在寻求其他的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明一方面提出了一种CT机的扫描控制方法，另一方面提出了一种CT机的扫描控制装置及一种CT机，用以基于位置触发方式实现扫描控制，并在较低成本的前提下，进一步提升重建图像的质量。

本发明提出的CT机的扫描控制方法，包括：

实时测量CT机旋转机架的角速度；

在每个扫描周期内，从初始零点开始对实时测得的所述角速度进行积分，得到旋转机架的当前旋转角度；

判断所述当前旋转角度是否达到与当前投影位置对应的当前投影角，若达到，则触发当前投影角的曝光和/或采集。

其中，所述角速度信号为模拟信号；所述在每个扫描周期内，从初始零点开始对实时测得的所述角速度进行积分，得到旋转机架的当前旋转角度为：利用模拟积分电路在每个扫描周期内，从初始零点开始对实时测得的所述角速度进行积分处理，之后对模拟积分电路得到的积分信号进行模数转换，得到旋转机架的当前旋转角度。

或者，所述角速度信号为数字信号；所述在每个扫描周期内，从初始零点开始对实时测得的所述角速度进行积分，得到旋转机架的当前旋转角度为：利用数字计算单元在每个扫描周期内，从初始零点开始对实时测得的所述角速度进行积分运算，得到旋转机架的当前旋转角度。

在本发明的一个实施方式中，所述在判断所述当前旋转角度是否达到预设的当前投影位置对应的投影角之前，进一步包括：根据预设的各投影位置之间的角度间隔计算得到所述当前投影角。

本发明提出的CT机的扫描控制装置，包括：

一个角速度测量单元，用于实时测量CT机旋转机架的角速度；

一个积分单元，用于从初始零点开始对所述角速度测量单元实时测得的角速度进行积分，得到旋转机架的当前旋转角度；

一个触发控制单元，用于判断所述积分单元得到的当前旋转角度是否达到与当前投影位置对应的当前投影角，若达到，则触发当前投影角的曝光和/或采集。

其中，所述角速度测量单元输出的角速度信号为模拟信号；

所述积分单元包括：一个用于从初始零点开始对所述角速度测量单元实时测得的角速度进行积分处理的模拟积分电路，和一个用于对所述模拟积分电路得到的积分信号进行模数转换从而得到旋转机架的当前旋转角度的模数转换器。

或者，所述角速度测量单元输出的角速度信号为数字信号；

所述积分单元为：一个用于在每个扫描周期内，从初始零点开始对实时测得的角速度进行积分运算的数字计算单元。

在本发明的一个实施方式中，所述触发控制单元包括：

一个投影角计算单元，用于根据预设的各投影位置之间的角度间隔计算得到与当前投影位置对应的当前投影角；和

一个比较控制单元，用于判断所述积分单元得到的当前旋转角度是否达到所述投影角计算单元得到的当前投影角，若达到，则触发当前投影角的曝光和/或采集。

其中，所述角速度测量单元为陀螺仪。

较佳地，所述陀螺仪为微机电陀螺仪。

本发明提出的CT机，包括：旋转机架和如权利要求4至9中任一项所述的CT机的扫描控制装置；

所述扫描控制装置中的角速度测量单元安装在所述旋转机架上。

其中，所述角速度测量单元为微机电陀螺仪，所述微机电陀螺仪的敏感轴与所述旋转机架的轴线平行。

从上述方案中可以看出，由于本发明中基于位置触发方式实时测得旋转机架的角速度，并通过对该实时测得的角速度进行积分，从而可以得到旋转机架的旋转角度，由于旋转机架的旋转角度是通过对旋转机架的角速度的积分得到的，因此无论该旋转机架的旋转速度是否均匀，积分得到的旋转角度都非常接近于旋转机架的实际旋转角度。利用该积分得到的旋转角度与预设的投影位置的投影角进行比较并触发曝光和/采集时，可以得到与预设投影位置的投影角误差较小的图像信息，从而在利用该图像信息进行图像重构时，可以得到较高的图像质量。并且，该技术方案相较传统基于位置触发方式的扫描控制，结构简单，易于安装和实现，且成本较低。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通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为一种CT机的结构示意图。

图2a和图2b为一种基于时间触发方式的CT机扫描控制方法示意图。

图3为本发明实施例中基于位置触发方式的CT机扫描控制方法的示例性流程图。

图4a和图4b为本发明实施例中一种角速度测量单元17的安装示意图。

图5为本发明实施例中基于位置触发方式的CT机扫描控制装置的示例性结构图。

图6为图5所示装置中积分单元的一种结构示意图。

图7为图5所示装置中触发控制单元的一种结构示意图。

图8为本发明一个示例中基于位置触发方式的CT机扫描控制装置的结构示意图。

其中，附图标记如下：

11-底部支撑部件12-旋转机架13-X光球管14-X光探测器15-控制装置16-图像重建装置

301-测量旋转机架的角速度302-对角速度进行积分，得到旋转机架的当前旋转角度303-在当前旋转角度达到与投影位置对应的投影角时，触发曝光和/或采集

17、501-角速度测量单元502-积分单元503-触发控制单元

601、802-模拟积分电路602、803-模数转换器

701-投影角计算单元702-比较控制单元

801-微机电陀螺仪804-微控制器

具体实施方式

为了实现更优的效果及更高的图像质量，本申请中提出一种基于位置控制方式的扫描控制方案。

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。

图3为本发明实施例中的基于位置触发方式的CT机扫描控制方法的示例性流程图。如图3所示，该方法包括如下步骤：

步骤301，实时测量CT机旋转机架的角速度。

具体实现时，可如图4a所示利用一个角速度测量单元17进行测量。在本发明的一个实施方式中，该角速度测量单元17可以为陀螺仪。例如，可以采用微机电陀螺仪，这种陀螺仪采用机械加电子的结构形式，体积较小。具体实现时，该角速度测量单元17安装在旋转机架12上。若采用微机电陀螺仪，则可如图4b所示，使该微机电陀螺仪的敏感轴与旋转机架的轴线平行即可。

实际应用中，可以采用输出模拟信号的角速度测量单元，也可以采用输出数字信号的角速度测量单元。

步骤302，在每个扫描周期内，从初始零点开始对实时测得的所述角速度进行积分，得到旋转机架的当前旋转角度。

实际应用中，若步骤301中的角速度信号为模拟信号，则本步骤中，可利用模拟积分电路在每个扫描周期内，从初始零点开始对所述实时测得的角速度进行积分处理，之后对模拟积分电路得到的积分信号进行模数转换，得到旋转机架的当前旋转角度。

若步骤301中的角速度信号为数字信号，则本步骤中，可利用数字计算单元在每个扫描周期内，从初始零点开始对所述实时测得的角速度进行积分运算，得到旋转机架的当前旋转角度。其中，数字计算单元可以位于智能芯片或微处理器中，也可以是包括能被微处理器和智能芯片执行的代码的外在存储介质。

步骤303，判断所述当前旋转角度是否达到预设的当前投影位置对应的投影角，若达到，则触发当前投影角的曝光和/或采集。

在本步骤中，如果X光探测器一直在采集X光球管发出的X射线，那么可以只触发X光球管发射X射线(即，曝光)。如果X光球管一直在发射X射线，那么可以只触发X光探测器对X光球管发射的X射线进行采集(即，采集)。如果X光球管没有一直在发射X射线且X光探测器没有一直在采集，那么可以触发X光球管发射X射线并且触发X光探测器进行采集(即，曝光和采集)。

实际应用中，可预设各投影位置之间的角度间隔，则步骤303之前，可进一步包括：根据预设的各投影位置之间的角度间隔计算得到预设的当前投影位置对应的投影角。或者，也可以直接预设与各投影位置对应的投影角。具体如何设置，可根据实际需要确定。其中，各投影位置之间的角度间隔可以是相同的，也可以是不同的。

具体实现时，本步骤可由触发控制单元执行，并且触发控制单元也可以位于智能芯片或微处理器中，或者也可以是包括能被微处理器和智能芯片执行的代码的外在存储介质。

之后，就可以接收所述采集得到的图像信息及其对应的投影角的信息，并根据每个扫描周期中所有投影位置对应的图像信息及其投影角的信息进行图像重建了。

图5为本发明实施例中的基于位置触发方式的CT机扫描控制装置的示例性结构图。如图5所示，该装置包括：一个角速度测量单元501、一个积分单元502和一个触发控制单元503。

其中，角速度测量单元501用于实时测量CT机旋转机架的角速度。在本发明的一个实施方式中，该角速度测量单元可以为陀螺仪。例如，可以采用微机电陀螺仪，这种陀螺仪采用机械加电子的结构形式，体积较小。实际应用中，可以采用输出模拟信号的角速度测量单元，也可以采用输出数字信号的角速度测量单元。具体实现时，该角速度测量单元501安装在旋转机架上，若采用微机电陀螺仪，只需使该微机电陀螺仪的敏感轴与旋转机架旋转所绕的轴线平行即可。

积分单元502用于从初始零点开始对所述角速度测量单元实时测得的角速度进行积分，得到旋转机架的当前旋转角度。

触发控制单元503用于判断所述积分单元502得到的当前旋转角度是否达到预设的当前投影位置对应的投影角，若达到，则触发当前投影角的曝光和/或采集。

具体实现时，若所述角速度测量单元501输出的角速度信号为模拟信号，则所述积分单元502可如图6所示，包括：用于从初始零点开始对所述角速度测量单元实时测得的角速度进行积分处理的模拟积分电路601，和用于对所述模拟积分电路得到的积分信号进行模数转换，得到旋转机架的当前旋转角度的模数转换器602。

或者，若所述角速度测量单元输出的角速度信号为数字信号，则所述积分单元502可以为：用于在每个扫描周期内，从初始零点开始对所述实时测得的角速度进行积分运算的数字计算单元。该数字计算单元可以位于智能芯片或微处理器中，也可以是包括能被微处理器和智能芯片执行的代码的外在存储介质。

实际应用中，可预设各投影位置之间的角度间隔，则触发控制单元503可如图7所示包括：用于根据预设的各投影位置之间的角度间隔计算得到预设的当前投影位置对应的投影角的投影角计算单元701；和用于判断所述积分单元得到的当前旋转角度是否达到所述投影角计算单元得到的预设的当前投影位置对应的投影角，若达到，则触发当前投影角的曝光和/或采集的比较控制单元702。

或者，也可以直接预设与各投影位置对应的投影角，此时触发控制单元503中无需投影角计算单元701。具体如何设置各投影位置，可根据实际需要确定。其中，各投影位置之间的角度间隔可以是相同的，也可以是不同的。

具体实现时，触发控制单元503也可以位于智能芯片或微处理器中，或者也可以是包括能被微处理器和智能芯片执行的代码的外在存储介质。

本申请中的CT机可以包括上述任一具体实现形式的CT机的扫描控制装置。其中，角速度测量单元501安装在旋转机架12上，若采用微机电陀螺仪，只需使该微机电陀螺仪的敏感轴与旋转机架旋转所绕的轴线平行即可。

图8为本发明一个示例中基于位置触发方式的CT机扫描控制装置的结构示意图。如图8所示，该装置包括：一个微机电陀螺仪801、一个模拟积分电路802、一个模数转换器(ADC)803和一个微控制器(MCU)804。

其中，微机电陀螺仪801用于安装在旋转机架上，实时测量旋转机架的角速度ω，并输出与该角速度ω成正比的电+压信号ν。

模拟积分电路802用于在每个扫描周期内，从初始零点开始对所述实时测得的与旋转机架角速度ω成正比的电压信号ν进行积分处理V＝∫ν(t)dt，该积分处理结果等效于对旋转机架角速度ω的积分处理结果

ADC803用于对模拟积分电路802得到的积分信号进行模数转换，得到旋转机架的当前旋转角度的数字信号并将该数字信号输出给MCU804。

MCU804用于判断所述当前旋转角度是否达到预设的当前投影位置对应的投影角若达到，则触发X光探测器(DMS)14对X光球管13当前投影角的采集。(图8中未示出触发曝光的连接电路。)其中，MCU804中设置有各投影位置之间的角度间隔则预设的当前投影位置对应的投影角可通过对角度间隔的累加计算得到，即

之后，图像重建装置16就可以接收所述MCU804采集得到的图像信息及MCU804传输的投影角的信息，并根据每个扫描周期中所有投影位置对应的图像信息及其投影角的信息进行图像重建。

本发明公开了一种CT机的扫描控制方法、扫描控制装置及CT机。其中，方法包括：实时测量CT机旋转机架的角速度；在每个扫描周期内，从初始零点开始对实时测得的所述角速度进行积分，得到旋转机架的当前旋转角度；判断所述当前旋转角度是否达到与当前投影位置对应的当前投影角，若达到，则触发当前投影角的曝光和/或采集。本发明提供的技术方案基于位置触发方式实现扫描控制，并在较低成本的前提下，进一步提升重建图像的质量。

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 (11)

1.一种CT机的扫描控制方法，包括：

实时测量CT机旋转机架的角速度(301)；

在每个扫描周期内，从初始零点开始对实时测得的所述角速度进行积分，得到旋转机架的当前旋转角度(302)；

判断所述当前旋转角度是否达到与当前投影位置对应的当前投影角，若达到，则触发当前投影角的曝光和/或采集(303)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述角速度信号为模拟信号；得到当前旋转角度的步骤包括：利用模拟积分电路在每个扫描周期内，从初始零点开始对实时测得的所述角速度进行积分处理，之后对模拟积分电路得到的积分信号进行模数转换，得到旋转机架的当前旋转角度；

或者，

所述角速度信号为数字信号；得到当前旋转角度的步骤包括：利用数字计算单元在每个扫描周期内，从初始零点开始对实时测得的所述角速度进行积分运算，得到旋转机架的当前旋转角度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述在判断所述当前旋转角度是否达到与当前投影位置对应的当前投影角之前，进一步包括：根据预设的各投影位置之间的角度间隔计算得到所述当前投影角。

4.一种CT机的扫描控制装置，包括：

一个角速度测量单元(17、501)，用于实时测量CT机旋转机架的角速度；

一个积分单元(502)，用于从初始零点开始对所述角速度测量单元(501)实时测得的角速度进行积分，得到旋转机架的当前旋转角度；

一个触发控制单元(503)，用于判断所述积分单元(502)得到的当前旋转角度是否达到与当前投影位置对应的当前投影角，若达到，则触发当前投影角的曝光和/或采集。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述角速度测量单元(17、501)输出的角速度信号为模拟信号；

所述积分单元(502)包括：一个用于从初始零点开始对所述角速度测量单元(17、501)实时测得的角速度进行积分处理的模拟积分电路(601、802)，和一个用于对所述模拟积分电路(601、802)得到的积分信号进行模数转换从而得到旋转机架的当前旋转角度的模数转换器(602、803)。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述角速度测量单元输出(17、501)的角速度信号为数字信号；

所述积分单元(502)为：一个用于在每个扫描周期内，从初始零点开始对所述角速度测量单元(17、501)实时测得的角速度进行积分运算的数字计算单元。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述触发控制单元(503)包括：

一个投影角计算单元(701)，用于根据预设的各投影位置之间的角度间隔计算得到与当前投影位置对应的当前投影角；和

一个比较控制单元(702)，用于判断所述积分单元得到的当前旋转角度是否达到所述投影角计算单元得到的当前投影角，若达到，则触发当前投影角的曝光和/或采集。

8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述角速度测量单元(17、501)为陀螺仪。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述角速度测量单元(17、501)为微机电陀螺仪(801)。

10.一种CT机，包括：旋转机架和如权利要求4至9中任一项所述的CT机的扫描控制装置；

所述扫描控制装置中的角速度测量单元安装在所述旋转机架上。

11.根据权利要求10所述的CT机，其特征在于，所述角速度测量单元为微机电陀螺仪，所述微机电陀螺仪的敏感轴与所述旋转机架旋转所绕的轴线平行。