CN107072615A - 乳腺x线照相系统和乳腺x线照相拍摄方法 - Google Patents

乳腺x线照相系统和乳腺x线照相拍摄方法 Download PDF

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Abstract

本发明的实施例提供了一种乳腺X线照相系统和一种乳腺X线照相成像方法，其可以通过根据对象的乳房的厚度设定最佳成像条件而防止对象暴露于不必要的辐射，并且其可以通过设定最佳FOV和根据乳房厚度校正投影数据而获取高质量医学图像。为此，所述乳腺X线照相系统包括检测器和X射线管，且根据本发明实施例的乳腺X线照相成像装置包括：厚度获取单元，其获取关于乳房厚度的信息；以及旋转角度计算单元，其基于乳房的厚度信息来计算X射线管的旋转角度范围，其中，乳腺X线照相成像装置通过在执行X射线照相的同时在旋转角度范围内旋转X射线管而从多个角度获取X射线图像数据。

Description

乳腺X线照相系统和乳腺X线照相拍摄方法
技术领域
本发明大体涉及一种医学成像系统。更具体地，本发明涉及一种乳腺X线照相系统和一种乳腺X照相拍摄方法。
背景技术
通常，乳腺X线照相系统是用于乳腺癌的早期检测的X射线成像系统，其被构造为通过向对象的乳房发送预定量的X射线、并通过检测使用图像传感器传送的X射线的量来获取二维图像。
最近，为了克服使用用于诊断乳腺癌的二维图像的传统技术的局限性，提出了数字乳房层析合成(DBT：digital breast tomosynthesis)，其使用三维图像以诊断乳腺癌。
DBT是一种这样的技术：其被构造为使得X射线管在有限的角度范围内旋转，以从多个角度获取二维图像，并且重构二维图像以获取三维层析图像。
应用DBT技术的常规乳腺X线照相系统被构造为使得乳房压缩器件被布置在X射线源和X射线检测器之间，并且放射线照相由乳房压缩器件执行，该乳房压缩器件在乳房放置在X射线检测器的上部部分处的状态下压缩乳房。
这里，由于乳房的尺寸和乳房组织的密度随对象而变化，当乳房被乳房压缩器件压缩用于放射线照相时，乳房的厚度随对象而变化，由此允许X射线管被旋转以获取DBT角度的最大角度根据乳房的厚度而变化。
例如，如图1所示，图1A中的乳房的厚度T比图1B中的乳房的厚度T'更厚，由此为了用具有固定的X射线照射角度的X射线对整个乳房进行成像，图1A中的X射线管的旋转角度范围小于图1B中的X射线管的旋转角度范围。
然而，常规的乳腺X线照相系统的问题在于，由于无法根据乳房的厚度调整X射线管的旋转角度范围，一些对象暴露于不必要的辐射。
常规的乳房X线拍照系统的问题还在于，当将放射拍摄的二维图像重构为三维图像时，系统可能重构包括非对象区域的图像，由此重构可能需要更长时间。
发明内容
技术问题
在考虑到现有技术中出现的上述问题的基础上，提出了本发明。
因此，本发明意于提出一种乳腺X线照相成像系统和乳腺X线照相成像方法，其能够通过根据对象的乳房厚度设定最佳成像条件而成像，并且能够通过根据最佳视场(FOV：field of view)设置乳房的厚度来校正投影数据和重构图像。
从下面的说明的考虑中，本发明的上述和其它目的和特征将在下文中更全面地示出。此外，应当理解，在所附权利要求的范围内，可以实施本发明的目的和特征。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种乳腺X线照相系统，包括：乳腺X线照相成像装置，其包括检测器和X射线管，并被构造为从多个角度获取对象的乳房的X射线图像数据；厚度获取单元，其被构造为获取关于乳房厚度的信息；以及旋转角度计算器，其被构造为基于乳房的厚度信息来计算X射线管的旋转角度范围，其中，乳腺X线照相成像装置通过在执行X射线照相的同时在旋转角度范围内旋转X射线管而从多个角度获取X射线图像数据。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种乳腺X线照相成像方法，其中，使用了彼此面对的检测器和X射线管，同时对象的乳房在该检测器和X射线管之间，所述乳腺X线照相成像方法包括：获取关于乳房厚度的信息；基于乳房的厚度信息，计算X射线管的旋转角度范围；通过在执行X射线照相的同时在旋转角度范围内旋转X射线管而从多个角度获取X射线图像数据。
有益效果
根据本发明的具有上述特征的实施例，通过根据对象的乳房的厚度设定最佳成像条件，防止对象暴露于不必要的辐射是可行的。
根据本发明的具有上述特征的另一实施例，通过设置最佳视场(FOV)、和通过在使用乳腺X线照相系统执行射线照相之后经由使用根据乳房厚度确定的补偿系数校正投影数据，获取高质量的医学图像是可行的。此外，通过在设定的FOV区域上执行图像重构，减少图像重构时间是可行的。
附图说明
图1示出X射线管根据对象的乳房的厚度的旋转角度的视图；
图2示出根据本发明的实施例的乳腺X线照相系统的示意图；
图3示出根据本发明的实施例的乳腺X线照相成像装置的示意性视图；
图4示出根据本发明的实施例的用于计算X射线管旋转角度的方法的视图；
图5示出根据本发明的实施例的用于设定视场(FOV)的方法的视图；
图6示出来自根据本发明的实施例的乳腺X线照相成像装置的X射线通过对象的路径长度的视图；
图7示出来自根据本发明的实施例的乳腺X线照相成像装置的X射线通过对象的能量衰减的视图；
图8示出根据本发明的实施例的乳腺X线照相成像装置的流程图。
具体实施方式
通过阅读以下对附图中公开的内容的说明，本发明的上述和其它相关目的和特征将是显而易见的。因此，本领域技术人员可以容易地理解本发明。在本发明的以下说明中，当并入本文的已知功能和组件的详细描述使得本发明的主题不清楚时，将省略并入本文的已知功能和组件的详细描述。现在将更详细地参考本发明的示例性实施例，其示例在附图中示出。
还将理解，当在本文中使用术语“包括”，“包含”时，明确了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。
图2示出根据本发明的实施例的乳腺X线照相系统的示意图；图3示出根据本发明的实施例的乳腺X线照相成像装置的示意性视图；
参考图2，根据本发明的实施例的乳腺X线照相系统包括：乳腺X线照相成像装置100；成像条件设定装置200；和图像重构装置300。
为了参考，成像条件设置装置200和图像重构装置300可以一体地设置在乳腺X线照相成像装置100中，可以在功能上被包括在其中，或者可以有线或无线连接到乳腺X线照相成像装置100。此外，在说明中，各种图像数据统称为可通过预定图像处理而作为图像显示的一组信息。因此，除非另有说明，术语“各种图像”还指用于实现图像的“各种图像数据”。
如图3所示，乳腺X线照相成像装置100包括：支撑件110；台架120；压缩板130a；和支撑板130b。在此，X射线管(未示出)可被设置在台架120内；X射线检测器可被设置在支撑板130b内。
在本发明的一个实施例中，为了获取数字乳房层析合成(DBT)的图像(其中，使用三维图像来诊断乳腺癌)，在对象的乳房被放置在支撑板130b的上部部分的状态下，压缩板130a通过压缩乳房来保持乳房，然后在台架120或X射线管在预定角度范围内旋转的同时执行放射照相。
此外，成像条件设定装置200包括：厚度获取单元210，其被构造为获取关于对象的乳房的厚度的信息；旋转角度计算器220，其被构造为根据乳房的厚度信息，计算乳腺X线照相成像装置100的X射线管的旋转角度范围。
下面将详细说明厚度获取单元210和旋转角度计算器220。
首先，厚度获取单元210被构造为通过从乳腺X线照相成像装置100获取关于对象乳房厚度的信息，将关于对象乳房厚度的信息传送到旋转角度计算器200和图像重构装置300的FOV设定器310。
在此，厚度获取单元210可以包括设置在乳腺X线照相成像装置100的压缩板130a和支撑板130b中的至少一个中的距离测量传感器(未示出)，其中，距离测量传感器测量压缩板130a和支撑板130b之间的距离，由此获取关于对象乳房厚度的信息是可行的。为了参考，对于距离测量传感器，红外线传感器、超声波传感器或激光传感器可以被使用。
此外，厚度获取单元210可以通过检测齿轮(未示出)的旋转数来获取关于对象乳房的厚度的信息，该齿轮设置在支撑压缩板130a和支撑板130b的支撑件中并被旋转以调节压缩板130a的高度。
接下来，旋转角度计算器220基于从厚度获取单元210接收的关于对象乳房的厚度的信息，计算乳腺X线照相成像装置100的X射线管的旋转角度范围。这里，用于计算旋转角度范围的等式如下。
图4示出根据本发明的一实施例的用于计算X射线管旋转角度的方法的视图。
参考图4，从X射线管发射的X射线的宽度L(即X射线在X轴线上的照射野的长度L)的半值D可以通过[等式1]获取。
[等式1]
这里，X射线的X射线照射角度α、以及从X射线管到支撑板130b(即到X射线检测器)的距离H，是根据乳腺X线照相成像装置100的特征和规格预先确定的常数。
此外，在处于表示X射线管的X射线照射野的两个线段的最大旋转角度m(对应于乳房厚度信息)时的X射线管的位置坐标(Xm，Ym)处，与对象接触(即与乳房区域400接触)的左侧线段t1的等式可以表示为[等式2]。
[等式2]
这里，乳房厚度的值Th是通过厚度获取单元210获取的值，并且乳房宽度的半值W是预定常数，其中值W可以被设定为女性乳房的宽度平均值的一半。
在[等式2]中，当斜率值用K替换、然后X射线管在对应于乳房厚度的最大旋转角度m处的位置坐标(Xm，Ym)被应用时，其可以被表示为[等式3]。
[等式3]
Ym＝KXm+KD
此外，连接X射线管在对应于关于乳房厚度的信息的最大旋转角度m处的位置坐标(Xm，Ym)和原点的线段t2的长度H的表达式可以被表示为[等式4]。
[等式4]
这里，如上所述，从X射线管到X射线检测器的距离H是根据乳腺X线照相成像装置100的特征和规格预定的常数。
当[等式3]和[等式4]被一起计算时，可以获取X射线管在对应于乳房厚度信息的最大旋转角度m处的位置坐标(Xm，Ym)的值，并且可以通过[等式5]获取最大旋转角度m。
[等式5]
换句话说，基于从厚度获取单元210接收的关于乳房的厚度的信息计算的乳腺X线照相成像装置100的X射线管的旋转角度范围被确定为自-m°至m°。
这里，乳房的厚度越厚，通过[等式1]至[等式5]计算的旋转角度范围越小，相反，乳房的厚度越薄，旋转角度范围越大。
乳腺X线照相成像装置100可以通过在执行射线照相的同时在计算出的旋转角度范围内旋转X射线管而从多个角度获取X射线图像数据，由此，防止对象暴露于不必要的辐射是可行的。
同时，旋转角度计算器220可以被构造为，每当获取关于对象的乳房厚度的信息时，通过[等式1]至[等式5]来计算和输出旋转角度范围，或者可以被构造为在厚度获取单元210获取了关于乳房厚度的信息时输出根据所获取的乳房厚度预定的旋转角度范围。
此外，成像条件设定装置200可以根据关于乳房厚度的信息另外设定乳腺X线照相成像装置100的管电压kVp和剂量mAs。例如，在关于管电压和剂量的信息依乳房的厚度根据推荐标准被制成表格的形式后，表中的对应于关于所获取的乳房厚度的信息的管电压和剂量可被选择，由此设定管电压和剂量是可行的。此外，成像条件设定装置200可以使用作为公知技术的自动曝光控制(AEC)来设定管电压和剂量，所述自动曝光控制即能够根据乳房的厚度通过预拍摄而设定主拍摄的管电压和剂量的技术。
接下来，将详细说明图像重构装置300。
图像重构装置300包括：FOV设定器310，其被构造为通过从乳腺X线照相成像装置100接收以多个角度射线照相的X射线图像数据，来设定与对象的乳房的尺寸相对应的视场(FOV)，即来自多个角度的投影数据、以及来自厚度获取单元210的关于对象的乳房厚度的信息；数据校正器320，其被构造为通过从FOV设定器310接收投影数据和设定的FOV信息来校正投影数据；以及图像重构器330，其被构造为通过从数据校正器320接收校正的投影数据和设定的FOV信息而将数据重构成三维层析图像。
下面将详细地说明FOV设置器310、数据校正器320和图像重构器330。
图5示出根据本发明的一实施例的用于设定FOV的方法的视图，其中，图5A是示出对对象的左边界检测的视图；图5B是示出对对象的右边界检测的视图。图5C是示出对对象的上边界检测的视图。
首先，FOV设定器310接收由乳腺X线照相成像装置100从多个角度射线拍摄的投影数据，然后基于从多个角度接收的X射线图像数据、使用X射线图像从多个角度检测对象的(即对象的乳房的)右、左、上和下边缘，由此确定FOV的X轴和Y轴的坐标及其长度。这里，下边界可以是X射线检测器的下端，因此FOV的X轴和Y轴的坐标及其长度可以通过检测右、左和上边界来确定。
此外，FOV设定器310从成像条件设定装置200的厚度获取单元210接收乳房厚度的信息，并将该信息设定为Z轴的长度。换句话说，由FOV设定器310设定的FOV区域为三维的长方体形状。
FOV设定器310将关于设定的FOV的信息和从乳腺X线照相成像装置100接收的以多个角度的投影数据发送到数据校正器320。
图6示出来自根据本发明的一实施例的乳腺X线照相成像装置的X射线通过对象的路径长度的视图；图7示出来自根据本发明的一实施例的乳腺X线照相成像装置的X射线通过对象的能量衰减的视图；
参考图6，数据校正器320首先从FOV设定器310接收关于设定的FOV的信息，并且通过X射线管的每个旋转角度计算从X射线管发射的X射线通过设定的FOV区域(即对象区域)的路径长度。
换句话说，如图6所示，X射线通过FOV区域的路径长度(即，X射线透射长度)通过计算连接两个表面上的点的线段的长度而认定，所述点是连接X射线管和X射线检测器的像素的矢量在穿透设定的FOV区域时遇到的点。
然后，在预确定的补偿表中的补偿系数中，对应于X射线透射长度的补偿系数和预定的X射线能量keV被反映于在投影数据的像素中测得的X射线衰减量值，因此X射线衰减的量被补偿，由此校正投影数据是可行的。
这里，可以通过初步实验来设定补偿表，其中，通过对具有类似于人类乳房的组织和形状的拟人体模型进行射线照相来进行实验。更具体的过程如下。
首先，基于通过对拟人体模型进行射线照相而测得的X射线衰减量，制成采集值表。这里，获取值表可以是X射线能量keV和X射线通过拟人体模型的路径长度(即，X射线透射长度)的指标的形式。
然后，通过计算获取值表中的每个值与对应的理论值之间的比率关系来确定补偿表中的补偿系数。这里，理论值是理想值，即，X射线衰减的理想量值，其可以在对拟人形体模型进行射线照相时根据X射线能量keV和X射线透射长度获取，且本领域技术人员可以容易地理解可以通过X射线衰减原理等来计算理论值。
换句话说，通过将X射线能量keV和X射线透射长度作为指标而产生补偿表；并且补偿表中与获取值的X射线能量keV和X射线透射长度相对应的补偿系数被反映到获取值，由此建立了用于计算理论值的关系。
参考图7，作为测量通过拟人体模型的X射线衰减量的结果，可以理解的是，实际获取的值被衰减到小于理论值，特别地，X射线通过对象的路径长度越长，获取值和理论值之间的X射线衰减量的差异越大。这是由于光束硬化现象等，其中，光束硬化现象是图像劣化的原因，诸如在获取的X射线图像上出现伪影的情况。
在本发明的一个实施例中，通过使用上述补偿表，获取值被补偿，使得获取值被校正为具有与理论值相同的值，由此获取高质量的投影数据是可行的。
数据校正器320将通过上述数据校正处理而获取的校正投影数据和由FOV设定器310设定的FOV信息发送到图像重构器330。
图像重构器330通过对所接收的投影数据执行图像重构来产生三维层析图像数据。这里，图像重构器330在设定的FOV区域上执行图像重构，由此减少图像重构时间是可行的。
图8示出了根据本发明的实施例的乳腺X线照相成像装置的流程图，并且本实施例的具体说明与上述说明相同，因此下文将描述其操作过程。
首先，厚度获取单元210获取关于对象的乳房的厚度的信息(810)。
在此，厚度获取单元210可以被构造为使得在乳腺X线照相成像装置100的压缩板130a和支撑板130b中的至少一个中设置的距离测量传感器测量压缩板130a和支撑板130b之间的距离，由此获取关于对象的乳房厚度的信息。
此外，厚度获取单元210可以通过检测齿轮的旋转数来获取关于对象乳房的厚度的信息，该齿轮设置在支撑压缩板130a和支撑板130b的支撑件中，并被旋转以调节压缩板130a的高度。
接下来，旋转角度计算器220基于从厚度获取单元210接收的关于对象乳房的厚度的信息，通过[等式1]至[等式5]计算乳腺X线照相成像装置100的X射线管的旋转角度范围(820)，并将旋转角度范围发送到乳腺X线照相成像装置100。
这里，乳房的厚度越厚，通过[等式1]至[等式5]计算的旋转角度范围越小，相反，乳房的厚度越薄，旋转角度范围越大。
同时，旋转角度计算器220可以被构造为每当获取关于对象的乳房厚度的信息时，通过[等式1]至[等式5]来计算旋转角度范围并输出，或者可以被构造为在厚度获取单元210获取了关于乳房厚度的信息时输出根据所获取的乳房厚度而预先确定的旋转角度范围。
乳腺X线照相成像装置100在接收到的旋转角度范围内旋转X射线管(830)、同时对对象进行X射线照相，并将射线照相投影数据发送到图像重构装置300的FOV设定器310。
首先，FOV设定器310从乳腺X线照相成像装置100接收射线照相投影数据，然后基于投影数据检测对象的(即对象的乳房的)右、左、上和下边界，由此确定FOV的X轴和Y轴坐标及其长度，并且从厚度获取单元210接收乳房的厚信息，从而将该信息设定为Z轴的长度(840)。
然后，数据校正器320通过接收投影数据和来自FOV设定器310的设定的FOV信息，计算从X射线管发射的X射线通过FOV(即对象)区域的路径长度，然后，在预确定的补偿表中的补偿系数中，对应于X射线透射长度的补偿系数和预定的X射线能量keV被反映于在投影数据的像素中测得的X射线衰减量值中，以补偿X射线衰减的量，由此校正投影数据(850)。
然后，数据校正器320将设定的FOV信息和校正的投影数据发送到图像重构器330。
图像重构器330通过对所接收的投影数据执行图像重构来产生三维层析图像数据(860)。这里，图像重构器330在设定的FOV区域上执行图像重构，由此减少图像重构时间是可行的。
虽然所描述的实施例代表了本发明的优选形式，但是应当理解，在不脱离本发明的精神的情况下，修改对于本领域技术人员将是显而易见的。
因此，本发明的范围仅由所附权利要求书来确定。

Claims (12)

1.一种乳腺X线照相系统，包括：
乳腺X线照相成像装置，其包括检测器和X射线管，并被构造为从多个角度获取对象的乳房的X射线图像数据；
厚度获取单元，其被构造为获取关于乳房厚度的信息；以及
旋转角度计算器，其被构造为基于乳房厚度信息来计算X射线管的旋转角度范围，
其中，通过在执行X射线照像的同时在旋转角度范围内旋转X射线管，乳腺X线照相成像装置从多个角度获取X射线图像数据。
2.如权利要求1所述的乳腺X线照相系统，其中，所述乳腺X线照相成像装置还包括压缩板和支撑板，所述压缩板被构造为在所述X射线管和所述检测器之间压缩乳房，
所述厚度获取单元被构造为基于所述压缩板和所述支撑板之间的距离获取乳房的厚度信息。
3.如权利要求2所述的乳腺X线照相系统，其中，所述支撑板是所述检测器。
4.如权利要求1所述的乳腺X线照相系统，其中，所述旋转角度范围与乳房厚度成反比。
5.如权利要求1所述的乳腺X线照相系统，还包括：
FOV设定器，其被构造为，基于乳房厚度信息和来自多个角度的X射线图像数据，设定对应于乳房尺寸的视场(FOV)；以及
图像重构器，其被构造为基于来自多个角度的X射线图像数据，重构FOV的三维层析图像数据。
6.如权利要求5所述的乳腺X线照相系统，其中，所述FOV设定器被构造为依据来自多个角度的X射线图像数据检测乳房的边界，并基于乳房边界和乳房厚度二者设定FOV。
7.如权利要求5所述的乳腺X线照相系统，还包括：数据校正器，其被构造为通过计算X射线衰减值而校正来自多个角度的X射线图像数据，所述X射线衰减值与以X射线管的多个角度通过FOV的透射长度对应，
其中所述图像重构器被构造为基于来自多个角度的被校正的X射线图像数据产生FOV的三维层析图像数据。
8.一种乳腺X线照相成像方法，其中，彼此面对的检测器和X射线管被使用，对象的乳房在所述检测器和X射线管之间，所述乳腺X线照相成像方法包括：
(a)获取关于乳房的厚度信息；
(b)基于乳房的厚度信息，计算X射线管的旋转角度范围；
(c)通过在执行X射线照相的同时在所述旋转角度范围内旋转所述X射线管，获取来自多个角度的X射线图像数据。
9.如权利要求8所述的乳腺X线照相成像方法，其中，所述旋转角度范围与乳房厚度成反比。
10.如权利要求8所述的乳腺X线照相成像方法，还包括：在步骤(c)之后，
(c1)设定视野(FOV)，其对应于乳房的尺寸；以及
(c2)基于来自多个角度的X射线图像数据，重构FOV的三维层析图像。
11.如权利要求10所述的乳腺X线照相成像方法，其中，通过依据来自多个角度的X射线图像数据检测乳房边界、并通过基于乳房边界和乳房厚度二者设定FOV而执行步骤(c1)。
12.如权利要求10所述的乳腺X线照相成像方法，还包括：在步骤(c1)之后且在步骤(c2)之前，
通过计算X射线衰减量而校正来自多个角度的X射线图像数据，所述X射线衰减量与在X射线管的多个角度处的FOV透射长度对应。
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