CN105828717A - 投影数据采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于采集将用于重建计算机断层摄影图像的投影数据的投影数据采集装置(14)。在采集区间中，仅在辐射源(2)的相对于对象的特定采集旋转位置处采集投影数据，其中，当前采集区间的采集旋转位置将覆盖尚未在其中采集投影数据的旋转位置的最大非采集角度区域划分成两个较小的非采集角度区域。由于对投影数据的这种采集，在每个采集区间之后，已经在其中采集了投影数据的采集旋转位置相对均匀地分布。这允许基于采集到的投影数据而重建的计算机断层图像具有经提高的图像质量。
Description
技术领域
本发明涉及用于采集对象的投影数据的投影数据采集装置、方法和计算机程序。本发明还涉及用于生成对象的计算机断层摄影图像的计算机断层摄影装置，所述计算机断层摄影装置包括所述投影数据采集装置。
背景技术
A.Kaestner等人的文章“Spatiotemporalcomputedtomographyofdynamicprocesses”(OpticalEngineering，第50卷(12),第123201-1至123201-9页，2011年)公开了使用非连续的采集方案来采集投影数据的计算机断层摄影系统，其中，基于采集到的投影数据来重建计算机断层摄影图像。计算机断层摄影系统尤其适于使用二元分解采集方案和黄金比例分解采集方案。
M.A.Speidel等人的文章“ECG-gatedHYPRreconstructionforundersampledCTmyocardialperfusionimaging”(ProceedingsofSPIE，第6510卷，MedicalImaging2007:PhysicsofMedicalImaging，SanDiego，CA，USA，651014，2007年)中公开了用于采集将被用于重建计算机断层摄影(CT)图像的投影数据的投影数据采集装置。所述投影数据采集装置包括：X射线源，其用于生成穿过待成像的对象的X射线；X射线探测器，其用于在X射线已经穿过对象之后探测X射线，并且用于基于探测到的X射线生成投影数据；以及移动单元，其用于围绕对象移动X射线源。投影数据采集装置适于仅在X射线源的每个第n采集旋转位置处在每个旋转投影数据中进行采集，其中，采集投影数据的采集旋转位置在每次旋转之后前进一个旋转位置。采集到的投影数据与心电图(ECG)信号一起被用于重建ECG门控计算机断层摄影图像，所述心电图信号是在采集投影数据的期间测得的。由于在较少(特别是两次)的后续旋转期间采集到的投影数据是非常不均匀分布的，所以经重建的计算机断层摄影图像的图像质量可能是相对低的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于采集对象的投影数据的投影数据采集装置、方法和计算机程序，其允许重建具有经提高的图像质量的计算机断层摄影图像。本发明的另一目的在于提供一种用于生成对象的计算机断层摄影图像的计算机断层摄影装置，所述计算机断层摄影装置包括所述投影数据采集装置。
在本发明的第一方面中，提出了一种用于采集对象的投影数据的投影数据采集装置，其中，所述投影数据采集装置包括：
-辐射源，其用于生成用于穿过所述对象的辐射；
-探测器，其用于在所述辐射已经穿过所述对象之后探测所述辐射，并且用于基于探测到的辐射生成所述投影数据；
-移动单元，其用于使所述辐射源和所述对象相对于彼此移动，其中，所述移动包括所述辐射源围绕所述对象的若干旋转；
-控制单元，其用于控制所述辐射源和所述移动单元，以使得：
-在采集区间中，仅在所述辐射源相对于所述对象的特定采集旋转位置处采集投影数据，其中，当前采集区间的采集旋转位置将覆盖尚未在其处采集投影数据的旋转位置的最大非采集角度区域划分为两个较小的非采集角度区域；
-第n个采集区间的采集旋转位置之间的角度距离等于第(n-1)个采集区间的采集旋转位置之间的角度距离，其中，在采集区间的采集旋转位置之间的角度距离等于第k个斐波那契数，其中，采集区间的旋转位置被连续编号，并且依照旋转位置的编号通过所述旋转位置之间的差异来定义在所述旋转位置之间的角度距离；并且
-所述第n个采集区间的第一采集旋转位置等于(n乘以第(k-1)个斐波那契数)模除(modulo)第k个斐波那契数，其中，采集区间的旋转位置被从零开始连续编号。
由于当前采集区间的采集旋转位置将覆盖尚未在其处采集投影数据的旋转位置的最大非采集角度区域划分为两个较小的非采集角度区域，所以在每个采集区间之后，尚未在其处采集投影数据的采集旋转位置相对均匀地分布。这允许基于采集到的投影数据重建的计算机断层摄影图像的经提高的图像质量。具体而言，由于采集旋转位置甚至在不同采集区间之间都是相对均匀地分布的，因此可以以高图像质量基于来自任何角度范围的投影数据来回顾性重建计算机断层摄影图像。
所述辐射源优选地是X射线源，特别是栅极开关X射线管。因此，探测器优选地适于探测X射线。所述辐射源和所述探测器优选地被布置在围绕所述对象所位于的检查区域的机架的相对侧处。所述机架优选地适于围绕所述检查区域旋转，以便使所述辐射源围绕所述对象移动。所述移动单元优选地包括用于使机架旋转的马达。
所述旋转位置优选地是离散旋转位置，其中，所述控制单元优选地适于使得各个最大非采集角度区域被划分成两个较小的非采集角度区域，其中，所述较小的非采集角度区域中的每个包括尚未在其处采集投影数据的至少一个旋转位置，只要所述各个最大非采集角度区域覆盖尚未在其处采集投影数据的三个或更多个离散旋转位置。如果关于当前采集区间存在覆盖尚未在其处采集投影数据的旋转位置的若干最大非采集角度区域，则在当前采集区间期间这些非采集角度区域中的仅一个、若干或全部可以被划分成两个较小的非采集角度区域。
在实施例中，所述控制单元适于控制所述辐射源和所述移动单元，使得采集区间与所述辐射源围绕所述对象的旋转相对应。在采集投影数据期间，与相同的采集旋转位置但不同的旋转相对应的所有投影数据可以被视为相对于图像点的冗余，只要所述图像点被辐射穿过。因此，可以有利地避免采集与相同的采集旋转位置但不同的旋转相对应的投影数据，其中，后续旋转的采集旋转位置的分布仍将是相对均匀的。在当前旋转的采集旋转位置将覆盖尚未在其处采集投影数据的旋转位置的最大非采集角度区域划分为两个较小的非采集角度区域的情况下，这是可以实现的。
在实施例中，所述对象是周期性移动的对象，并且所述投影数据采集装置还包括用于确定所述对象的移动的移动周期的移动周期确定单元，其中，所述控制单元适于控制所述辐射源和所述移动单元，使得采集区间与所述对象的所述移动的移动周期相对应。例如，如果执行门控多循环重建，则当后续移动周期的采集旋转位置相匹配时，图像质量可能被降低。因此，可以有利地避免这样的匹配，其中，后续移动周期的采集旋转位置的分布仍将是相对均匀的。在当前移动周期的采集旋转位置将覆盖尚未在其处采集投影数据的旋转位置的最大非采集角度区域划分为两个较小的非采集角度区域的情况下，这是可以实现的。
所述对象优选地是人类(如人或动物)的一部分，所述部分由于心脏运动和/或呼吸而移动。例如，该部分可以是肿瘤或包括肿瘤的一部分。移动周期确定单元可以适于确定描述由心脏运动引起的移动周期的心脏移动周期，和/或描述由呼吸运动引起的移动的呼吸移动周期。所述移动周期确定单元可以包括ECG设备或用于生成指示心脏运动的信号的另一设备。备选地或额外地，所述移动周期确定单元可以包括呼吸带或用于确定指示所述呼吸运动的信号的另一单元。
所述控制单元优选地适于控制所述辐射源和所述移动单元，使得当前采集区间的采集旋转位置根据黄金比例来对最大非采集角度区域进行划分。如果根据黄金比例来对各个最大非采集角度区域进行划分，则由两个或更多个后续采集区间的采集旋转位置定义的采样模式能够是相同的，除了不同的开始角度。这允许非常有效地采集投影数据。
优选的是，所述控制单元适于控制所述辐射源和所述移动单元，使得当前采集区间的采集旋转位置之间的角度距离等于先前采集区间的采集旋转位置之间的角度距离，并且使得当前采集区间的第一采集旋转位置相对于当前采集区间的开始时的旋转位置的角度偏移与先前采集区间的第一采集旋转位置相对于先前采集区间的开始时的旋转位置的角度偏移是不同的。采集区间的采集旋转位置之间的角度距离等于斐波那契数，其中，采集区间的旋转位置是离散的且被连续地编号，并且依照旋转位置的编号通过所述旋转位置之间的差异来定义所述旋转位置之间的角度距离。
还优选的是，所述控制单元适于控制所述辐射源和所述移动单元，使得在：a)当前采集区间的第一采集旋转位置相对于当前采集区间的开始时的旋转位置与b)先前采集区间(尤其是紧接的先前采集区间)的第一采集旋转位置相对于先前采集区间的开始时的旋转位置之间的角度偏移等于斐波那契数，其中，采集区间的旋转位置是离散的并且被连续地编号，并且依照旋转位置的编号通过旋转位置之间的差异来定义旋转位置之间的角度距离。
控制单元适于控制所述辐射源和所述移动单元，使得：a)第n个采集区间的采集旋转位置之间的角度距离等于第(n-1)个采集区间的采集旋转位置之间的角度距离，其中，采集区间的采集旋转位置之间的角度距离等于第k个斐波那契数，其中，采集区间的旋转位置是离散的并且被连续地编号，并且依照旋转位置的编号通过旋转位置之间的差异来定义旋转位置之间的角度距离；以及b)第n个采集区间的第一采集旋转位置等于(n乘以第(k-1)个斐波那契数)模除第k个斐波那契数，其中，采集区间的旋转位置是离散的并且被从零开始连续地编号。如果基于斐波那契数以这种方式来采集投影数据，则根据黄金比例对投影数据的采集是近似的，这将导致采集旋转位置的非常均匀的角度分布。
所述辐射源相对于所述对象的移动可以是圆形移动，即所述辐射源可以沿着围绕所述对象的圆形轨迹移动。然而，所述辐射源与所述对象之间的移动还能够是包括旋转的另一移动。例如，所述移动单元能够适于使所述辐射源和所述对象相对于彼此移动，使得所述移动还包括所述辐射源和所述对象相对于彼此的平移移动，即所述辐射源可以相对于所述对象沿着螺旋轨迹或包括旋转和平移的其它轨迹移动。
在本发明的另外的方面中，提出了一种用于生成对象的计算机断层摄影图像的计算机断层摄影装置，其中，所述计算机断层摄影装置包括：
-根据权利要求1所述的用于采集所述对象的投影数据的投影数据采集装置；
-用于基于采集到的投影数据来重建所述计算机断层摄影图像的重建单元。
优选地，所述重建单元适于迭代地重建所述计算机断层摄影图像。迭代重建算法具有相对于采样密度和采样均匀度的较不严格的角度采样要求，因此这能够得到具有经提高的图像质量的计算机断层摄影图像。所述对象是周期性移动的对象，并且所述投影数据采集装置还可以包括用于确定所述对象的移动的移动周期的移动周期确定单元，其中，所述重建单元可以适于基于采集到的投影数据和所确定的移动周期来重建所述计算机断层摄影图像。例如，所述重建单元可以适于执行门控重建算法，其中，为了重建图像，仅使用与移动周期的特定部分相对应(即与特定门控窗相对应)的投影数据。这能够得到经重建的计算机断层摄影图像的进一步提高的质量。
在本发明的另一方面中，提出了一种用于采集对象的投影数据的投影数据采集方法，其中，所述投影数据采集方法包括：
-通过辐射源来生成用于穿过所述对象的辐射；
-通过探测器在所述辐射已经穿过所述对象之后探测所述辐射并基于探测到的辐射来生成所述投影数据；
-通过移动单元使所述辐射源和所述对象相对于彼此移动，其中，所述移动包括所述辐射源围绕所述对象的若干旋转；并且
-通过控制单元来控制所述辐射源和所述移动单元，使得：
-在采集区间中，仅在所述辐射源相对于所述对象的特定采集旋转位置处采集投影数据，其中，当前采集区间的采集旋转位置将覆盖尚未在其中采集投影数据的旋转位置的最大非采集角度区域划分为两个较小的非采集角度区域；
-第n个采集区间的采集旋转位置之间的角度距离等于第(n-1)个采集区间的采集旋转位置之间的角度距离，其中，采集区间的采集旋转位置之间的角度距离等于第k个斐波那契数，其中，采集区间的旋转位置被连续编号，并且依照旋转位置的编号通过旋转位置之间的差异来定义旋转位置之间的角度距离；并且
-第n个采集区间的第一采集旋转位置等于(n乘以第(k-1)个斐波那契数)模除第k个斐波那契数，其中，采集区间的旋转位置被从零开始连续编号。
在本发明的另一方面中，提出了一种用于采集对象的投影数据的投影数据采集计算机程序，其中，所述投影数据采集计算机程序包括程序代码单元，当在根据权利要求1所述的投影数据采集装置的控制单元上运行投影数据采集计算机程序时，所述程序代码单元用于令所述投影数据采集装置执行根据权利要求12所述的投影数据采集方法的步骤。
应当理解，权利要求1的投影数据采集装置，权利要求9的计算机断层摄影装置，权利要求12的投影数据采集方法以及权利要求13的计算机程序具有类似和/或相同的优选实施例，尤其是在从属权利要求中所定义的优选实施例。
应当理解，本发明的优选实施例还可以是从属权利要求或上述实施例与各独立权利要求的任意组合。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是显而易见的，并且将参考下文描述的实施例对本发明的这些和其他方面进行说明。
附图说明
在附图中：
图1示意性且示范性地示出了用于生成对象的计算机断层摄影图像的计算机断层摄影装置的实施例；
图2-图4示意性且示范性地示出了用于采集投影数据的采样模式；
图5示出了示范性说明用于生成对象的计算机断层摄影图像的计算机断层摄影方法的实施例的流程图；以及
图6示意性且示范性地图示了取决于每分钟的呼吸循环的次数的时间分辨率。
具体实施方式
图1示意性且示范性地示出了用于生成对象的计算机断层摄影图像的计算机断层摄影装置15。计算机断层摄影装置15包括用于采集对象的投影数据的投影数据采集装置14，以及基于所采集的投影数据重建计算机断层摄影图像的重建单元11。然后可以在显示器13上示出重建的计算机断层摄影图像。计算机断层摄影装置15还包括输入单元12，如键盘、计算机鼠标、触摸板等，以便允许用户输入例如开始采集投影数据的命令，输入例如采集参数或重建参数等的参数。
投影数据采集装置14包括机架1，其能够关于平行于z方向延伸的旋转轴R旋转。在该实施例中辐射源2是栅极开关X射线管，其安装在机架1上。辐射源2被提供有准直器3，在该实施例中，所述准直器3形成来自由辐射源2生成的辐射的圆锥辐射束4。辐射穿过在检查区5(在该实施例中是圆柱形的)内的对象(未示出)，所述对象例如是患者的包括肿瘤一部分或其它感兴趣区域。在已经穿过检查区5之后，辐射束4入射到探测器6上，探测器6包括二维探测表面，其中，探测器6也被安装在机架1上。
投影数据采集装置14还包括两个马达7、8。通过马达7以优选恒定但可调节的角速度驱动机架。马达8被提供用于使对象位移，其优选地与旋转轴R或z轴方向平行地被布置在支撑器件(如患者台)上。这些马达7、8由控制单元9控制，使得辐射源2和对象例如沿着螺旋轨迹相对于彼此移动。然而，也可能不移动对象，而只有辐射源2旋转，即辐射源2相对于对象沿圆形轨迹移动。此外，在另一实施例中，准直器3可以适于形成另一射束形状，具体是扇形射束，并且探测器6可以包括探测表面，其被定形为与其它射束形状相对应，具体与扇形射束相对应。
在辐射源2和对象相对移动期间，探测器6根据入射到探测器6的探测表面上的辐射来生成投影数据。将采集到的投影数据提供给重建单元11，以允许重建单元11基于采集到的投影数据来重建计算机断层摄影图像。控制单元9还适于控制重建单元11。然而，还可以提供另一控制单元来控制重建单元11，或用于控制计算机断层摄影装置15的其它部件。
由于马达7、8使辐射源2和对象彼此相对移动，所以它们可以被视为形成用于使辐射源2和对象相对于彼此移动的移动单元，其中，所述移动包括辐射源2围绕对象的若干旋转。控制单元9适于控制辐射源2和移动单元(即马达7、8)，使得在采集区间中，仅在辐射源2相对于对象的特定采集旋转位置(即在机架的特定旋转位置)处采集数据，其中，当前采集区间的采集旋转位置将覆盖尚未在其中采集投影数据的旋转位置的最大非采集角度区域划分成两个较小的非采集角度区域。如果在当前采集区间中存在覆盖尚未在其中采集投影数据的旋转位置的若干最大非采集角度区域，则这些最大非采集角度区域中的一个、多个或全部将被划分为两个较小的非采集角度区域。优选地，只要各个最大非采集角度区域覆盖尚未在其中采集投影数据的至少四个或至少三个旋转位置，则各个最大非采集角度区域被划分成两个较小非采集角度区域。如果各个最大非采集角度区域仅覆盖两个旋转位置，则各个最大非采集角度区域当然不能够被划分成两个较小的非采集角度区域。在这种情况下，在当前采集区间中，在各个最大非采集角度区域的旋转位置之一处采集投影数据。这同样可以应用于仅覆盖单个尚未在其中采集投影数据的旋转位置的各个最大非采集角度区域。
在该实施例中，控制单元9适于控制辐射源2以及移动单元7、8，使得采集区间与辐射源2围绕对象的旋转相对应。然而，尤其是如果对象是周期性移动的对象，其由于心脏运动或呼吸运动而被移动，则控制单元9可以适于控制辐射源2和移动单元7、8，使得采集区间与对象的移动的移动周期相对应，这可以通过移动周期确定单元10来提供。在该实施例中，移动周期确定单元10适于生成ECG信号，并适于基于所生成的ECG信号来确定移动周期。在另一实施例中，例如，移动周期确定单元10还可以适于通过使用例如呼吸带来确定呼吸运动。
控制单元9可以适于控制辐射源2和移动单元7、8，使得当前采集区间的采集旋转位置(即当前采集区间的采集投影数据的旋转位置)根据黄金比例对最大非采集角度区域进行划分，即两个较小的非采集角度区域之一覆盖已经被划分的先前最大非采集角度区域的大约61.8％，而另一较小的非采集角度区域覆盖先前最大非采集角度区域的大约38.2％，其中，考虑到当前采集区间内的能采集投影数据的可用离散旋转位置，即考虑到离散旋转采样位置，试图尽可能好地获得这些比例。
控制单元9优选适于控制辐射源2和移动单元7、8，使得当前采集区间的采集旋转位置之间的角度距离等于先前采集区间(尤其是紧接的先前采集区间)的采集旋转位置之间的角度距离，并且使得当前采集区间的第一采集旋转位置相对于当前采集区间开始时的旋转位置的角度偏移以及先前采集区间(即紧接的先前区间)的第一采集旋转位置相对于在先前采集区间的开始时的旋转位置的角度偏移是不同的。具体而言，采集区间的采集旋转位置之间的角度距离可以等于斐波那契数，其中，采集区间的离散旋转位置被连续编号，并且依照旋转位置的编号通过旋转位置之间的差异来定义旋转位置之间的角度距离。此外，优选地，控制单元9适于控制辐射源2和移动单元7、8，使得在a)当前采集区间的第一采集旋转位置相对于当前采集区间开始时的旋转位置与b)先前采集区间(即紧接的先前采集区间)的第一采集旋转位置相对于在先前采集区间的开始时的旋转位置之间的角度偏移等于斐波那契数，其中，采集区间的离散旋转位置被连续编号，且依照旋转位置的编号通过旋转位置之间的差异来定义旋转位置之间的角度距离。
在实施例中，控制单元9适于控制辐射源2和移动单元7、8，使得第n个采集区间的采集旋转位置之间的角度距离等于第(n-1)个采集区间的采集旋转位置之间的角度距离，其中，采集区间的采集旋转位置之间的角度距离等于第k个斐波那契数F(k)，并且使得第n个采集区间的第一采集旋转位置In由以下公式定义：
In＝[nF(k-1)]modF(k),
其中，F(k-1)定义第(k-1)个斐波那契数，其中，F(1)＝0、F(2)＝1、F(3)＝1、F(4)＝2、F(5)＝3、F(6)＝5、F(7)＝8等，mod是模除算子，且在相应的第n个采集区间内的旋转位置是离散的并且被从零开始连续编号。在后文中，将参考图2示例性描述在采集投影数据期间该基于斐波那契数的采样。
在图2所示的范例中采集区间包括21个离散旋转位置，其中，在图2中，点指示没有或者尚未在其中采集投影数据的旋转位置；并且十叉指示当前采集区间中采集了或已经采集了投影数据的旋转位置。采集区间包括21个旋转位置仅出于说明的目的。实际上，采集区间可以包括多于21个旋转位置。例如，如果采集区间由辐射源2围绕对象的完全旋转定义，则采集区间的离散旋转位置的数量可以在一千或几千的范围内。此外，在实施例中，不同采集区间的旋转位置的数量可以不同，尤其是当采集区间由可能稍微不同的移动周期定义时。
在图2中示出的范例中，k是7，使得第n个采集区间的采集旋转位置之间的角度距离等于8(F(7)＝8)。例如在图2的线20中示出了这些角度距离21。线20指示第一采集区间，使得第一采集旋转位置40是1·F(6)modF(7)＝5，其中，旋转位置被从零开始连续编号。在线22中示出的下一采集区间中，采集旋转位置之间的角度距离仍是F(7)，但是第二采集区间的第一采集旋转位置41等于2(2·F(6)modF(7)＝2)。线23指示在两个采集区间之后的采集旋转位置，其中，最大非采集角度区域由附图标记24指示。在线25中示出的第三采集区间中，第一采集旋转位置42是7(3·F(6)modF(7)＝7)，这得到在三个采集区间之后出现的线26中示出的采集旋转位置。在该线26中，最大非采集角度区域由附图标记27指示。在第四采集区间中，如线50中所示，第一采集旋转位置43是4(4·F(6)modF(7)＝4)，在已经完成第四个采集区间之后这得到如线28中所示的采集旋转位置，示出了剩余的最大非采集角度区域27。在第五采集区间中，如线29所示，第一采集旋转位置44是1(5·F(6)modF(7)＝1)，在已经完成第五采集区间之后这得到如线30中所示的具有最大非采集角度区域31的采集旋转位置。在线32所示的第六采集区间中，第一采集旋转位置45是6(6·F(6)modF(7)＝6)，在已经完成第六采集区间之后这得到如线33中所示的包括剩余最大非采集角度区域31的采集旋转位置。在第七采集区间中，如线34所示，第一采集旋转位置46是3(7·F(6)modF(7)＝3)，这得到如线35中所示的具有剩余最大非采集角度区域31的采集旋转位置。最后，在线36所指示的第八采集区间中，第一采集旋转位置47是0(8·F(6)modF(7)＝0)，使得采集旋转位置在线36中处于位置0、8和16。在已经完成第八采集区间之后，如线37所示，已经在所有的旋转位置处采集了投影数据。
图3示意性且示范性地示出了对旋转位置的采样的另一图示，其中，在该范例中，由辐射源2围绕对象的完全旋转来定义采集区间，完全旋转与144个离散旋转位置相对应并且k是7。图3中的数字与采集区间有关，即与该实施例中的旋转有关。因此，在第一旋转期间，在由数字1指示的旋转位置处采集投影数据；在第二旋转期间，在由数字2指示的旋转位置处采集投影数据等。在图3中，在圆圈的里面以放大视图示出了圆圈的一部分。图4示意性且示范性地示出了另一范例，其中，还是在该范例中，采集区间与辐射源围绕对象的完整旋转相对应，并且覆盖144个旋转位置。然而，在图4示出的范例中k是6。
重建单元10优选适于基于采集到的投影数据和所确定的移动周期来迭代地重建计算机断层摄影图像。具体而言，重建单元11可以适于用于仅重建与移动周期的特定部分相对应的投影数据，即重建单元可以适于执行门控重建。已知的迭代门控重建算法可以被用于对计算机断层摄影图像的这种重建，是算法如US7596204B2中公开的重建算法，在此通过引用将其并入本文。
在后文中，将参考图5中示出的流程图来示范性地描述计算机断层摄影方法的实施例。
在步骤101中，采集投影数据。因此，辐射源2生成用于穿过对象的辐射，移动单元7、8使辐射源2和对象相对于彼此移动，其中，所述移动包括辐射源2围绕对象的若干旋转，并且在旋转期间，在辐射已经穿过对象之后探测辐射，并且基于由探测器6探测到的辐射来生成投影数据。此外，在步骤101中，通过控制单元9控制投影数据的采集，使得在采集区间中，仅在辐射源2相对于对象的特定采集旋转位置处采集投影数据，其中，当前采集区间的采集旋转位置将覆盖尚未在其中采集投影数据的旋转位置的最大非采集角度区域划分为两个较小的非采集角度区域。具体而言，在步骤101中，可以如上所述地根据斐波那契数来采集投影数据。在步骤101中执行的对投影数据这类采集可以被视为定义用于采集投影数据的投影数据采集方法。
在步骤102中，重建单元11基于在步骤101中采集到的投影数据来重建对象的计算机断层摄影图像，并在步骤103中在显示器13上示出经重建的计算机断层摄影图像。
重建单元可以适于基于投影数据和所确定的移动周期针对移动周期内的不同阶段重建不同的计算机断层摄影图像，其中，针对不同移动阶段重建的这些计算机断层摄影图像可以被视为形成四维计算机断层摄影图像，其可以被用于辐射治疗规划(RTP)，尤其是在待处置的肿瘤位于胸腔或腹部中并由于呼吸而移动时。因此，在实施例中，重建了其四维计算机断层摄影图像的对象可以是肿瘤或包括肿瘤的胸腔或腹部，其中，移动周期确定单元可以适于通过使用例如呼吸带或用于检测呼吸周期的其它单元来确定呼吸移动周期。
如果计算机断层摄影装置适于生成将被用于RTP的四维计算机断层摄影图像，则计算机断层摄影装置优选适于提供具有呼吸周期的大约5％到10％的时间分辨率的四维计算机断层摄影图，即对于典型的6s的呼吸周期，时间分辨率优选为大约300至600ms。虽然能够相信的是该时间分辨率能被容易地实现，因为其看起来例如比门控心脏计算机断层摄影成像的要求的挑战性要小，其中，门控心脏计算机断层摄影成像要求高得多的可能小于100ms的时间分辨率，但实际上不行，以下将参考图6进行解释。
图6示意性且示范性示出了具有不同的节距的几秒钟内作为每分钟的呼吸循环的次数c的函数的时间分辨率r。在该范例中，旋转时间固定为0.5s，重建视场被设定为500mm，未应用稀疏采样，并且使用针对待重建的每个图像点需要至少180度照明的重建算法。时间分辨率被定义为在特定相位点处重建计算机断层摄影图像所需的呼吸循环的时间范围。如在图6中看出的，如果未使用稀疏采样，则在较低呼吸率处时间分辨率不是很好。在较低呼吸率处的强烈恶化的原因在于，每个相位点的门控窗需要覆盖甚至比短扫描区间更多，以便针对视场中的所有体素保持充足的条件。可以通过降低螺距来缓解这个问题。然而，降低螺距暗示在更多的投影数据上分布全部的剂量，这会导致在投影数据中更显著的电子噪声。这可以通过使用稀疏采样方案来避免，其中，当前采集区间的采集旋转位置将覆盖尚未在其中采集投影数据的旋转位置的最大非采集角度区域划分为两个较小非采集角度区域。
辐射源优选是栅极开关X射线管。例如，其可以是如WO2010/061332A1中公开的栅极开关X射线管，在此通过引用将其并入本文。然而，辐射源还可以是另一X射线管，具体为另一栅极开关管，其允许在不同的旋转位置打开和关闭X射线束。优选地，辐射源适于允许在几微秒内打开和关闭X射线束。辐射源的开关能力提供了在机架的任意期望的角位置处(即在任意期望的旋转位置处)对投影数据进行采样的自由。
如果X射线束被不断地开启并且如果辐射源沿螺旋轨迹相对于对象移动，则在若干旋转中对象点将保留在圆锥内，尤其是按1/节距因子的次序，这将导致大量冗余。自然，如果辐射源沿着圆形轨迹相对于对象移动，则也存在大量冗余。因此，尝试放置角度样本使得来自不同旋转的样本(即投影数据)交错是有益的。当由重建单元用于重建计算机断层摄影图像的门控窗口被加宽以用于重建时，交错可以提供好得多的角度采样。相对宽的重建窗口可以用于生成运动平均计算机断层摄影图像的情况，可以重建所述运动平均计算机断层摄影图像以为正电子发射断层摄影(PET)或单光子发射计算机断层摄影(SPECT)成像提供衰减校正。当执行运动补偿重建时，也可以使用相对宽的门控窗口。具体而言，可以使用运动补偿重建算法，其通过使用若干门控重建的计算机断层摄影图像来估计移动周期内的运动，所述移动周期可以由心脏周期或呼吸周期定义，并且所述算法将该运动信息馈送到并入了外部提供的运动信息的迭代重建中。例如，在A.Isola等人的文章“Motion-compensatediterativecone-beamCTimagereconstructionwithadaptedblobsasbasisfunctions”(PhysicsinMedicineandBiology，第53卷，第6777至6797页，2008年)中公开了运动补偿重建算法，其可以基于稀疏采样的投影数据而被用于重建计算机断层摄影图像。还可以使用其它运动补偿重建算法，如在H.Schomberg的文章“Time-ResolvedCardiacCone-BeamCT”(Proceedingsofthe9thInternationalMeetingonFullyThree-DimensionalImageReconstructioninRadiologyandNuclearMedicine，第362至365页，2007年)中公开的算法，其中，利用在参考相位处的图像来联合地估计运动向量场。
计算机断层摄影装置优选适于使用从斐波那契数导出的交错方案，尤其是参考图2-图4描述的方案。从斐波那契数导出的交错方案可以具有以下优势：采样模式是循环的，这能够得到其中任意两个或更多个后续采集区间具有相同的采样模式的总体采样模式。在实施例中，全角度采样具有N个角度样本，即完全采集区间包括N个离散的旋转位置。此外，在该范例中，稀疏因子可以是l，即只有在采集区间的N个总旋转位置中的每个第l旋转位置处才采集投影数据，并且在每个第l次旋转，采样模式重复其本身。
可以通过旋转源围绕对象的旋转来定义采集区间，或者可以用另一方式定义采集区间。具体而言，如已经提及的，采集区间可以与运动周期(如心脏运动周期或呼吸运动周期)相对应。例如，稀疏采样可以被用于涉及呼吸周期所施加的对角度样本的选择的肺门控重建。如果在范例中旋转时间是0.5s、节距是0.1并且呼吸周期是2.5s，则对象点将通常在辐射圆锥内停留5s，覆盖两个呼吸循环。在该场景中，优选提供稀疏采样，使得两个呼吸循环的样本交错，从而多循环重建受益于经改进的角度采样。例如，可以使用与图2至图4中示出的相同方案，其中，可以在每次呼吸循环的开始时而不在新旋转的开始时改变采样偏移。为了执行这种采样，由运动周期确定单元提供的呼吸信号需要被反馈到控制辐射源的控制单元。可以根据实际的呼吸循环长度和位置来连续更新采样模式。
本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，在实践要求保护的本发明时，能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。
单个元件或其他单元可以满足权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
如由一个或多个单元或设备执行的计算机断层摄影图像的重建的流程可以由任意其它数量的单元或设备来执行。这些流程和/或根据计算机断层摄影方法的对计算机断层摄影装置的控制和/或根据投影数据采集方法的对投影数据采集装置的控制可以被实现为计算机程序的程序代码单元和/或专用硬件。
计算机程序可以被存储/分布在适合的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由因特网或其他的有线或无线的电信系统。
权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
本发明涉及用于采集将用于重建计算机断层摄影图像的投影数据的投影数据采集装置。在采集区间中，仅在辐射源的相对于对象的特定采集旋转位置处采集投影数据，其中，当前采集区间的采集旋转位置将覆盖尚未在其中采集投影数据的旋转位置的最大非采集角度区域划分成两个较小的非采集角度区域。由于对投影数据的这种采集，在每个采集区间之后，已经在其中采集了投影数据的采集旋转位置相对均匀地分布。这允许基于采集到的投影数据而重建的计算机断层图像具有经提高的图像质量。
Claims (13)
1.一种用于采集对象的投影数据的投影数据采集装置，其中，所述投影数据采集装置(14)包括：
-辐射源(2)，其用于生成穿过所述对象的辐射；
-探测器(6)，其用于在所述辐射穿过所述对象之后探测所述辐射，并且用于基于探测到的辐射生成所述投影数据；
-移动单元(7、8)，其用于使所述辐射源(2)和所述对象相对于彼此移动，其中，所述移动包括所述辐射源(2)围绕所述对象的若干旋转；
-控制单元(9)，其用于控制所述辐射源(2)和所述移动单元(7、8)，使得：
-在采集区间中，仅在所述辐射源(2)相对于所述对象的特定采集旋转位置处采集投影数据，其中，当前采集区间的采集旋转位置将覆盖尚未在其中采集投影数据的旋转位置的最大非采集角度区域划分为两个较小的非采集角度区域；
-第n个采集区间的采集旋转位置之间的角度距离等于第(n-1)个采集区间的采集旋转位置之间的角度距离，其中，采集区间的采集旋转位置之间的角度距离等于第k个斐波那契数，其中，采集区间的旋转位置被连续编号，并且依照旋转位置的编号通过所述旋转位置之间的差异定义所述旋转位置之间的角度距离；以及
-第n个采集区间的第一采集旋转位置等于(n乘以第(k-1)个斐波那契数)模除第k个斐波那契数，其中，采集区间的旋转位置被从零开始连续编号。
2.根据权利要求1所述的投影数据采集装置，其中，所述控制单元(9)适于控制所述辐射源(2)和所述移动单元(7、8)，使得采集区间与所述辐射源(2)围绕所述对象的旋转相对应。
3.根据权利要求1所述的投影数据采集装置，其中，所述对象是周期性移动对象，并且所述投影数据采集装置(14)还包括用于确定所述对象的移动的移动周期的移动周期确定单元(10)，其中，所述控制单元(9)适于控制所述辐射源(2)和所述移动单元(7、8)，使得采集区间与所述对象的移动的移动周期相对应。
4.根据权利要求1所述的投影数据采集装置，其中，所述控制单元(9)适于控制所述辐射源(2)和所述移动单元(7、8)，使得当前采集区间的采集旋转位置根据黄金比例来对最大非采集角度区域进行划分。
5.根据权利要求1所述的投影数据采集装置，其中，所述控制单元(9)适于控制所述辐射源(2)和所述移动单元(7、8)，使得当前采集区间的采集旋转位置之间的角度距离等于先前采集区间的采集旋转位置之间的角度距离，并且使得当前采集区间的第一采集旋转位置相对于所述当前采集区间开始时的旋转位置的角度偏移以及先前采集区间的第一采集旋转位置相对于在所述先前采集区间开始时的旋转位置的角度偏移是不同的。
6.根据权利要求1所述的投影数据采集装置，其中，所述控制单元(9)适于控制所述辐射源(2)和所述移动单元(7、8)，使得在a)当前采集区间的第一采集旋转位置相对于所述当前采集区间开始时的旋转位置与b)先前采集区间的第一采集旋转位置相对于所述先前采集区间开始时的旋转位置之间的角度偏移等于斐波那契数，其中，采集区间的旋转位置被连续编号，并且依照旋转位置的编号通过所述旋转位置之间的差异定义所述旋转位置之间的角度距离。
7.根据权利要求1所述的投影数据采集装置，其中，所述辐射源(2)是栅极开关X射线管。
8.根据权利要求1所述的投影数据采集装置，其中，所述移动单元(7、8)适于使所述辐射源(2)和所述对象相对于彼此移动，使得所述移动还包括所述辐射源(2)和所述对象相对于彼此的平移移动。
9.一种用于生成对象的计算机断层摄影图像的计算机断层摄影装置，所述计算机断层摄影装置(15)包括：
-根据权利要求1所述的用于采集所述对象的投影数据的投影数据采集装置(14)；
-用于基于采集到的投影数据来重建所述计算机断层摄影图像的重建单元(11)。
10.根据权利要求10所述的计算机断层摄影装置，其中，所述重建单元(10)适于迭代地重建所述计算机断层摄影图像。
11.根据权利要求10所述的计算机断层摄影装置，其中，所述对象是周期性移动的对象，并且所述投影数据采集装置(14)还包括用于确定所述对象的移动的移动周期的移动周期确定单元(10)，其中，所述重建单元(11)适于基于采集到的投影数据和所确定的移动周期来重建所述计算机断层摄影图像。
12.一种用于采集对象的投影数据的投影数据采集方法，其中，所述投影数据采集方法包括：
-通过辐射源(2)来生成穿过所述对象的辐射；
-通过探测器(6)在所述辐射穿过所述对象之后探测所述辐射并基于探测到的辐射来生成所述投影数据；
-通过移动单元(7、8)使所述辐射源(2)和所述对象相对于彼此移动，其中，所述移动包括所述辐射源(2)围绕所述对象的若干旋转；并且-通过控制单元(9)控制所述辐射源(2)和所述移动单元(7、8)，使得：
-在采集区间中，仅在所述辐射源(2)相对于所述对象的特定采集旋转位置处采集投影数据，其中，当前采集区间的采集旋转位置将覆盖尚未在其中采集投影数据的旋转位置的最大非采集角度区域划分为两个较小的非采集角度区域；
-第n个采集区间的采集旋转位置之间的角度距离等于第(n-1)个采集区间的采集旋转位置之间的角度距离，其中，采集区间的采集旋转位置之间的角度距离等于第k个斐波那契数，其中，采集区间的旋转位置被连续编号，并且依照旋转位置的编号通过所述旋转位置之间的差异来定义在所述旋转位置之间的角度距离；以及
-第n个采集区间的第一采集旋转位置等于(n乘以第(k-1)个斐波那契数)模除第k个斐波那契数，其中，采集区间的旋转位置被从零开始连续编号。
13.一种用于采集对象的投影数据的投影数据采集计算机程序，所述投影数据采集计算机程序包括程序代码单元，当在根据权利要求1所述的投影数据采集装置(14)的控制单元(9)上运行所述投影数据采集计算机程序时，所述程序代码单元令所述投影数据采集装置(14)执行根据权利要求12所述的投影数据采集方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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