CN103505231B - 调整计算机断层扫描系统的半扇形束角度的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调整X射线计算机断层扫描系统的半扇形束角度的方法及其相关X射线计算机断层扫描系统。该方法包括以下步骤：确定待检对象的视野横截面的大小和中心；根据所述视野横截面的大小和中心计算测量域半径；根据所述测量域半径计算中间角度；将所述半扇形束角度调整为所述中间角度。由于本发明根据视野的大小和位置减小了半扇形束角度，从而缩短了病床移动的距离，因此在给定的转速下缩短了前扫描和后扫描的时间，也即减小了辐射剂量。

Description

调整计算机断层扫描系统的半扇形束角度的方法及其系统

技术领域

本发明涉及医学成像领域，特别是计算机断层扫描系统。

背景技术

X射线计算机断层扫描系统通常有两种扫描方式，即序列扫描和螺旋扫描。发明名称为《一种X射线计算机断层扫描系统和方法》的中国专利申请（公开号CN102397078A）公开了一种采用序列扫描方式的X射线计算机断层扫描系统和方法，其中的重建角度根据视野横截面的大小而被减小，从而缩短了扫描时间，减少了病人接受的X射线剂量，同时提高了时间分辨率。

对于采用螺旋扫描的X射线计算机断层扫描系统，在病床行进到可重建范围的前后分别需要进行前扫描（pre-scan）和后扫描（post-scan）。前扫描和后扫描期间虽然不重建图像，但是会产生有效的投影（readings），在从螺旋原始数据重建第一幅图像和最后一幅图像时需要这些读片。由于X射线管在前扫描的开始时刻就发射X射线，直到后扫描完成，因此需要尽可能地缩短前扫描和后扫描的时间。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种调整X射线计算机断层扫描系统的半扇形束角度的方法及其相关X射线计算机断层扫描系统，以缩短前扫描和后扫描的时间。

根据本发明的第一方面，提供一种调整X射线计算机断层扫描系统的半扇形束角度的方法，包括以下步骤：确定待检对象的视野横截面的大小和中心；根据所述视野横截面的大小和中心计算测量域半径；根据所述测量域半径计算中间角度；将所述半扇形束角度调整为所述中间角度。

根据本发明的第二方面，提供一种X射线计算机断层扫描系统，用于调整半扇形束角度，所述系统包括：一视野横截面确定单元，其用于确定待检对象的视野横截面的大小和中心；一测量域半径计算单元，其用于根据所述视野横截面的大小和中心计算测量域半径；一中间角度计算单元，其用于根据所述测量域半径计算中间角度；一半扇形束角度调整单元，其用于将所述半扇形束角度调整为所述中间角度。

从上述方案中可以看出，由于本发明根据视野的大小和位置减小了半扇形束角度，从而缩短了病床移动的距离，因此在给定的转速下缩短了前扫描和后扫描的时间，也即减小了辐射剂量。

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X射线计算机断层扫描系统的半扇形束角度的示意图。

图2为根据本发明的一实施例的调整X射线计算机断层扫描系统的半扇形束角度的方法的流程图。

图3为根据本发明的一实施例的X射线计算机断层扫描系统的方框图。

在上述附图中，所采用的附图标记如下：

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。

图1为X射线计算机断层扫描系统的半扇形束角度β的示意图。图1所示的平面是X射线计算机断层扫描系统的机架的旋转平面，机架旋转中心示于102，视野横截面示于104，测量域示于108，X射线管的焦点示于110。视野横截面104是一个矩形区域，其中心示于106。测量域108是一个圆形区域，机架旋转中心102同时也是测量域108的圆心，测量域108的半径为r。焦点110与机架旋转中心102之间的距离为dis_FC。如图1所示，半扇形束角度β是焦点110与机架旋转中心102之间的连线和焦点110与测量域108的切线之间的夹角。现有技术中，半扇形束角度β取决于探测器宽度。不同的测量域对应不同的半扇形束角度，因此本发明的关键在于确定测量域108的半径r。

图2为根据本发明的一实施例的调整X射线计算机断层扫描系统的半扇形束角度β的方法200的流程图。调整半扇形束角度β的方法200适用于采用螺旋扫描的X射线计算机断层扫描系统。在图2所示的实施例中，调整半扇形束角度β的方法200包括步骤S202、S204、S206、S208。

同时参考图1，在步骤S202中，确定待检对象的视野横截面104的大小和中心106。在机架不倾斜时，根据待检对象的前后位定位像和侧位定位像确定视野，进而得到视野横截面104的大小和中心106。在机架不倾斜时，步骤S202可以是根据待检对象的前后位定位像和侧位定位像确定视野，进而得到视野横截面104的大小和中心106。可通过如下方式获得待检对象的前后位定位像和侧位定位像：人体平躺时，X射线管在90度或270度（即竖直方向）对待检对象进行照射即得到前后位定位像，X射线管在0度或180度（即水平方向）对待检对象进行照射即得到侧位定位像。视野横截面104的宽度与长度中的较大者可定义为L_FOV，视野横截面104的中心106相对于机架旋转中心102的横坐标和纵坐标分别为x_0、y_0。在机架倾斜时，步骤S202可以是根据待检对象的前后位定位像和侧位定位像确定复数个视野，进而得到对应的复数个视野横截面的大小和中心。第i个视野横截面的宽度与长度中的较大者可定义为第i个视野横截面的中心相对于机架旋转中心102的横坐标和纵坐标分别为x_i_0、y_i_0，其中i≥n，正整数n、层位置SP和层厚SL满足n≤SP-0.5·SL<n+1。

在步骤S204中，根据视野横截面104的大小和中心106计算测量域半径r或r_i。在机架不倾斜时，步骤S204可以是根据如下公式计算测量域半径r：其中，max是求最大值的函数，|·|是求绝对值运算。

在机架倾斜时，定义r_i是与第i个视野对应的测量域半径，则步骤S204可以是根据如下公式计算测量域半径r_i： $r_i=\sqrt{2}(\frac{L_{\mathrm{FO}{V}_i}}{2}+\max \{|x_i\_0|,|y_i\_0|\left\}\right).$

在步骤S206中，根据测量域半径r或r_i计算中间角度α。在机架不倾斜时，步骤S206可以是根据如下公式计算中间角度α：在机架倾斜时，步骤S206可以包括：根据计算次中间角度，其中，α_i是与第i个视野对应的次中间角度；根据α=max{α_i,...,α_i+X}计算中间角度α，其中，X是正整数且满足(α_n+X-α_n+1)≤SL<(α_n+X-α_n+2)。

在步骤S208中，将半扇形束角度β调整为中间角度α。

在本实施例中，调整前的半扇形束角度β由探测器宽度决定，其大小为28°。此外，焦点110与机架旋转中心102之间的距离为dis_FC为535mm，L_FOV为250mm，视野横截面104的中心106相对于机架旋转中心102的坐标（x_0，y_0）为（0，-5）。因此，根据上述步骤，中间角度α为20°，即调整后的半扇形束角度β为20°。由于本发明的调整半扇形束角度β的方法200根据视野的大小和位置减小了半扇形束角度，从而缩短了病床移动的距离，因此在给定的转速下缩短了前扫描和后扫描的时间，也即减小了辐射剂量。

图3为根据本发明的一实施例的X射线计算机断层扫描系统300的方框图。X射线计算机断层扫描系统300采用螺旋扫描，并可用于实施调整半扇形束角度β的方法200，其包括一视野横截面确定单元302、一测量域半径计算单元304、一中间角度计算单元306、一半扇形束角度调整单元308。

同时参考图1，X射线计算机断层扫描系统300的视野横截面确定单元302用于确定待检对象的视野横截面104的大小和中心106。在机架不倾斜时，视野横截面确定单元302根据待检对象的前后位定位像和侧位定位像确定视野，进而得到视野横截面104的大小和中心106。可通过如下方式获得待检对象的前后位定位像和侧位定位像：人体平躺时，X射线管在90度或270度（即竖直方向）对待检对象进行照射即得到前后位定位像，X射线管在0度或180度（即水平方向）对待检对象进行照射即得到侧位定位像。视野横截面104的宽度与长度中的较大者可定义为L_FOV，视野横截面104的中心106相对于机架旋转中心102的横坐标和纵坐标分别为x_0、y_0。在机架倾斜时，视野横截面确定单元302根据待检对象的前后位定位像和侧位定位像确定复数个视野，进而得到对应的复数个视野横截面的大小和中心。第i个视野横截面的宽度与长度中的较大者可定义为第i个视野横截面的中心相对于机架旋转中心102的横坐标和纵坐标分别为x_i_0、y_i_0，其中i≥n，正整数n、层位置SP和层厚SL满足n≤SP-0.5·SL<n+1。

X射线计算机断层扫描系统300的测量域半径计算单元304用于根据视野横截面104的大小和中心106计算测量域半径r或r_i。在机架不倾斜时，测量域半径计算单元304根据如下公式计算测量域半径r：其中，max是求最大值的函数。在机架倾斜时，定义r_i是与第i个视野对应的测量域半径，则测量域半径计算单元304根据如下公式计算测量域半径r_i： $r_i=\sqrt{2}(\frac{L_{\mathrm{FO}{V}_i}}{2}+\max \{|x_i\_0|,|y_i\_0|\left\}\right).$

X射线计算机断层扫描系统300的中间角度计算单元306根据测量域半径r或r_i计算中间角度α。在机架不倾斜时，中间角度计算单元306根据如下公式计算中间角度：在机架倾斜时，中间角度计算单元306包括一次中间角度计算单元和一最大值获取单元。次中间角度计算单元用于根据如下公式计算次中间角度：其中，α_i是与第i个视野对应的次中间角度。最大值获取单元用于根据如下公式计算中间角度α：α=max{α_i,...,α_i+X}。其中，X是正整数且满足(α_n+X-α_n+1)≤SL<(α_n+X-α_n+2)。

X射线计算机断层扫描系统300的半扇形束角度调整单元308用于将半扇形束角度β调整为中间角度α。

在本实施例中，调整前的半扇形束角度β由X射线计算机断层扫描系统300的探测器宽度决定，其大小为28°。此外，焦点110与机架旋转中心102之间的距离为dis_FC为535mm，L_FOV为250mm，视野横截面104的中心106相对于机架旋转中心102的坐标（x_0，y_0）为（0，-5）。因此，X射线计算机断层扫描系统300的中间角度α为20°，即调整后的半扇形束角度β为20°。由于本发明的X射线计算机断层扫描系统300根据视野的大小和位置减小了半扇形束角度，从而缩短了病床移动的距离，因此在给定的转速下缩短了前扫描和后扫描的时间，也即减小了辐射剂量。

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 (14)

1.一种调整X射线计算机断层扫描系统的半扇形束角度的方法，包括以下步骤：

确定待检对象的视野横截面的大小和中心；

根据所述视野横截面的大小和中心计算测量域半径；

根据所述测量域半径计算中间角度；

将所述半扇形束角度调整为所述中间角度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述确定待检对象的视野横截面的大小和中心的步骤包括：

在机架不倾斜时，根据所述待检对象的前后位定位像和侧位定位像确定视野，进而得到所述视野横截面的大小和中心。

3.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述计算测量域半径的步骤是根据如下公式计算所述测量域半径：

$r=\sqrt{2}(\frac{L_{\mathrm{FOV}}}{2}+\max \{|x\_0|,|y\_0|\left\}\right)$

其中，r是所述测量域半径，L_FOV是所述视野横截面的宽度与长度中的较大者，max是求最大值的函数，x_0是所述视野横截面中心的横坐标，y_0是所述视野横截面中心的纵坐标。

4.如权利要求3所述的方法，其特征是，所述计算中间角度的步骤是根据如下公式计算所述中间角度：

$\mathrm{\&alpha;}=2\&times;\arcsin \left(\frac{r}{\mathrm{dis}\_\mathrm{FC}}\right)$

其中，α为所述中间角度，dis_FC是从X射线管的焦点到所述机架的旋转中心的距离。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述确定待检对象的视野横截面的大小和中心的步骤包括：

在机架倾斜时，根据所述待检对象的前后位定位像和侧位定位像确定复数个视野，进而得到对应的复数个视野横截面的大小和中心。

6.如权利要求5所述的方法，其特征是，所述计算测量域半径的步骤是根据如下公式计算所述测量域半径：

$r_i=\sqrt{2}(\frac{L_{\mathrm{FO}{V}_i}}{2}+\max \{|x_i\_0|,|y_i\_0|\left\}\right)$

其中，i≥n，正整数n、层位置SP和层厚SL满足n≤SP-0.5·SL<n+1，r_i是与第i个视野对应的测量域半径，是第i个视野的横截面的宽度与长度中的较大者，max是求最大值的函数，x_i_0是第i个视野的横截面中心的横坐标，y_i_0是第i个视野的横截面中心的纵坐标。

7.如权利要求6所述的方法，其特征是，所述计算中间角度的步骤包括：

根据如下公式计算次中间角度：

${\mathrm{\&alpha;}}_i=2\&times;\arcsin \left(\frac{r_i}{\mathrm{dis}\_\mathrm{FC}}\right)$

其中，α_i是与第i个视野对应的次中间角度，dis_FC是从X射线管的焦点到所述机架的旋转中心的距离；

根据如下公式计算所述中间角度：

α=max{α_i,...,α_i+X}

其中，X是正整数且满足(α_n+X-α_n+1)≤SL<(α_n+X-α_n+2)。

8.一种X射线计算机断层扫描系统，用于调整半扇形束角度，所述系统包括：

一视野横截面确定单元，其用于确定待检对象的视野横截面的大小和中心；

一测量域半径计算单元，其用于根据所述视野横截面的大小和中心计算测量域半径；

一中间角度计算单元，其用于根据所述测量域半径计算中间角度；

一半扇形束角度调整单元，其用于将所述半扇形束角度调整为所述中间角度。

9.如权利要求8所述的系统，其特征是，所述视野横截面确定单元在机架不倾斜时，根据所述待检对象的前后位定位像和侧位定位像确定视野，进而得到所述视野横截面的大小和中心。

10.如权利要求9所述的系统，其特征是，所述测量域半径计算单元根据如下公式计算所述测量域半径：

$r=\sqrt{2}(\frac{L_{\mathrm{FOV}}}{2}+\max \{|x\_0|,|y\_0|\left\}\right)$

其中，r是所述测量域半径，L_FOV是所述视野横截面的宽度与长度中的较大者，max是求最大值的函数，x_0是所述视野横截面中心的横坐标，y_0是所述视野横截面中心的纵坐标。

11.如权利要求10所述的系统，其特征是，所述中间角度计算单元根据如下公式计算所述中间角度：

$\mathrm{\&alpha;}=2\&times;\arcsin \left(\frac{r}{\mathrm{dis}\_\mathrm{FC}}\right)$

其中，α为所述中间角度，dis_FC是从X射线管的焦点到所述机架的旋转中心的距离。

12.如权利要求8所述的系统，其特征是，所述视野横截面确定单元在机架倾斜时，根据所述待检对象的前后位定位像和侧位定位像确定复数个视野，进而得到对应的复数个视野横截面的大小和中心。

13.如权利要求12所述的系统，其特征是，所述测量域半径计算单元根据如下公式计算所述测量域半径：

$r_i=\sqrt{2}(\frac{L_{\mathrm{FO}{V}_i}}{2}+\max \{|x_i\_0|,|y_i\_0|\left\}\right)$

其中，i≥n，正整数n、层位置SP和层厚SL满足n≤SP-0.5·SL<n+1，r_i是与第i个视野对应的测量域半径，是第i个视野的横截面的宽度与长度中的较大者，max是求最大值的函数，x_i_0是第i个视野的横截面中心的横坐标，y_i_0是第i个视野的横截面中心的纵坐标。

14.如权利要求13所述的系统，其特征是，所述中间角度计算单元包括：

一次中间角度计算单元，其用于根据如下公式计算次中间角度：

${\mathrm{\&alpha;}}_i=2\&times;\arcsin \left(\frac{r_i}{\mathrm{dis}\_\mathrm{FC}}\right)$

其中，α_i是与第i个视野对应的次中间角度，dis_FC是从X射线管的焦点到所述机架的旋转中心的距离；

一最大值获取单元，其用于根据如下公式计算所述中间角度：

α=max{α_i,...,α_i+X}

其中，X是正整数且满足(α_n+X-α_n+1)≤SL<(α_n+X-α_n+2)。