CN1109732A - 放射ct仪 - Google Patents

Abstract

一种探测引入被检查体的体内并积聚于某一关 心部位的放射性核素的辐射，得到该关心部位各截面 上核素的密度分布象的放射CT仪，它包括：探测辐 射的γ摄象机；使摄像机绕被检查体步进旋转的旋转 装置；图象存贮器；用以计算每一时帧的图像数据重 心的计算单元；用来在把各时帧的重心移至同一位置 后，将各时帧的图像数据相加起来以得到每一角位置 的图像数据的加法装置；以及根据每一视图修正后的 图像数据重建图像的图像重建装置。

Description

本发明涉及一种具有可绕被检查体旋转的二维辐射探测器（如γ摄像机）类型的放射CT仪。

具有可绕被检查体旋转的γ摄像机类型的放射CT仪，利用摄像机在不同的角位置（视图），探测施加于被检查体并积聚于其某一内部器官的发射单光子的核素所发出的辐射，从每一视图得到一个二维图像。只有排列在一预定平面内（该平面垂直于γ摄像机的旋转轴）的一维分布数据可以从作为每一视图的二维图像而得到的图像数据中取出。可以用反投影算法将这些一维分布数据作为投影数据处理，从而重建核素在该平面上的密度分布象（切片象）。

可以用步进旋转方式或连续旋转方式收集各视图的数据。在步进旋转方式，γ摄像机每步例如旋转6度，而数据在每段停留时间（例如20-60秒）内收集。这样，获得分布在360°内各个方向上的60幅视图的数据，需要数十分钟。在连续旋转方式，γ摄像机连续旋转，在一分钟内旋转一整圈。每秒钟收集一次数据，在一圈中可得到60幅视图的数据。旋转可以沿一固定方向进行，或交替地以相反方向进行，约旋转数十圈，将各圈中所得到的相同视图的数据相加起来。不论哪种情形，如果这两种方式的视图数目相同，而且每一视图的总的数据收集时间相同，则得到的图像具有相同的信噪比和相同的分辨率。

上述γ摄像机旋转型的放射CT仪的缺点，是收集数据要花费几十分钟这样比较长的时间。被检查体在这期间发生移动将会导致赝象的产生。在大多数情况，被检查体是人，其呼吸或其它动作将不可避免使他或她的内部器官之类移动。当数据收集要进行一个长时期时，这种运动就会产生赝象从而损害图象的质量。

考虑到上述现有技术的情况，本发明的目的就在于提供一种改进的放射CT仪，它能有效地抑制因被检查体移动而产生的赝象，从而得到质量优良的截面象。

按照本发明，上述目的是这样达到的，用一放射CT仪在被检查体周围的各个位置上，探测引入被检查体的体内并积聚于某一关心部位的放射性核素发出的辐射，以得到该关心部位各截面上核素的密度分布象（截面象），该CT仪包括：

用以探测辐射的二维辐射探测装置；

用以使二维辐射探测装置绕被检查体以预定角度步进旋转的旋转装置；

收集图像数据的数据存贮装置，用以收集将探测装置停留于预定角度的时间分割成各个时帧所对应的图象数据；

用以确定上述每一时帧中图像数据的重心的计算单元；

将图像数据相加的加法器，用来在把每一时帧的重心移至同一位置后，将各时帧的数据相加，以得到该预定角度方向上（即该视图）的图像数据；

图像重建单元，用来把上述相加后得到的每一视图的图像数据作为投影数据，通过反投影而重建图像。

具有上述结构的本发明第一种放射CT仪称为步进旋转/收集型放射CT仪。为了从每幅视图收集数据，把二维辐射探测器在每一角度所停留的时间分为许多时帧。数据存贮器由二维辐射探测器收集每一时帧的图像数据。然后，求出每一时帧收集在存贮器内的图像数据的重心（计数中心）。将各时帧的图像移动使它们的重心重合，同时将属于同一视图的多个时帧的图像数据相加，得到该视图的图像数据。于是，即使被检查体在该视图的数据收集期间发生了移动，所收集的数据已相应于被检查体的移动作了修正。利用每一视图的已作移动修正的图像数据，就可重建图像。结果得到质量优良的截面图，由移动引起的赝象被抑制。

在上述第一种放射CT仪中，最好是计算单元能求出简单相加的图像数据的重心（这简单相加的图像数据是将属于每一视图的全部时帧的图像数据简单地相加而得），而且能求出每一视图的每一时帧的重心；加法器能求出每一视图的每一时帧中图像数据的重心与简单相加的图像数据的重心之差，将每一时帧中的图像数据移动该差值，从而修正位移，并将已修正的每一时帧的图像数据相加起来。

计算单元和加法器最好能在对某一视图收集数据时，对前一视图的每一时帧的图像数据进行位移修正，并将修正后的图像数据相加起来。

本发明的第二种放射CT仪包括：

用以探测辐射的二维辐射探测装置；

用以使二维辐射探测器连续地绕被检查体旋转的旋转装置；

用以在二维辐射探测装置连续旋转时，收集对应于每一预定角度范围的图像数据的数据存贮装置；

用以确定上述每一角度范围内图像数据的重心的计算装置；

将图像数据相加的加法装置，用来在将各次旋转中各对应角度范围的重心移至同一位置后，把各个角度范围的图像数据相加，从而得到在每一角度范围（视图）的图像数据；以及

图像重建单元，它把上述相加而得到的每一视图的图像数据作为投影数据，通过反投影而重建图像。

具有上述结构的本发明第二种放射CT仪称为连续旋转/收集型CT仪。二维辐射探测器在连续旋转中获取图像数据。这些图象数据就对应于旋转的每一预定的角度范围存贮在数据存贮器内。这些图像数据可看作是对应于该角度范围的一幅视图的图像数据。从每连续旋转一周中，可相继地获取所有视图的图像数据。将同一视图的图像数据相加起来。此时，将每圈中每一视图的图像数据的重心求出，在将各重心移至同一位置后再将图像数据相加起来。当旋转了所要求的圈数以后，可以得到全部视图的图象数据，它们是多次旋转结果的累加值。如果被检查体在多次旋转过程中移动了，由一次旋转得到的一个视图的图像数据，与下一次旋转得到的同一个视图的图像数据之间，将会因该移动而发生位移。这时通过将各视图的重心移至同一位置后再将这些图像数据相加，可将位移修正，从而抑制移动的影响。由此得到已作了移动修正的各视图的图像数据，可用来重建图像。由之获得的截面象具有优良的质量，因移动而产生的赝象被抑制。

在上述的第二种放射CT仪中，旋转装置可使二维辐射探测器连续地旋转并交替地沿相反方向旋转；或者可使二维辐射探测器连续地在一个固定方向上旋转。

而且，在这第二种放射CT仪中，加法器最好能把二维辐射探测器在第一圈收集的每一视图的图像数据的重心与由第二圈和相继各圈所收集的每一视图的图像数据的重心之差求出，并将由第二圈和相继各圈所收集的每一视图的图象数据移动该差值进行修正，再把经过修正的每一视图的图像数据，与由第一圈收集的对应视图的图像数据相加。

加法器最好能在第n圈收集数据时（n是大于或等于2的整数），求出在第（n-1）圈所收集的每一视图的图像数据的重心，对数据进行位移修正，并将修正后的图像数据与由第一圈收集的对应视图的图像数据相加。

在上述的第一种和第二种放射CT仪中，二维辐射探测器可以包括一个γ摄像机，或者包括多个等角距安装的γ摄像机。

在第一种和第二种放射CT仪中，旋转装置最好使二维辐射探测装置沿一椭圆轨道移动，二维辐射探测装置的探测平面循着一个基本上围绕被检查体剖面轮廓的椭圆运动。

为了说明本发明，在附图中显示了几种目前较佳的方式，但应理解，本发明并不局限于所示的具体设置。

图1是本发明第一个实施例中放射CT仪的侧视图；

图2是第一个实施例的方框图；

图3是第一个实施例中数据收集的说明图；

图4是本发明第二个实施例的方框图；

图5是第二个实施例中数据收集的说明图；

图6是本发明可适用的，具有三个γ摄像机的放射CT仪的正视图。

以下参照附图详细说明本发明的较佳实施例。

实施例1

图1是本发明放射CT仪的侧视图，该CT仪以步进旋转方式收集数据。图2是其方框图。

在图1和图2中，被检查体1（大多数情况下是人）放置在床10上。γ摄像机2固定于支持臂11上。支持臂11以枢轴连接于机架12内所装的旋转装置3。旋转装置3使γ摄像机2绕被检查体1旋转，并使γ摄像机2移近或离开被检查体1。γ摄像机2可沿一椭圆轨道旋转（如图2中的箭头所示），γ摄像机2的探测平面循着一个包围被检查体剖面轮廓的椭圆移动（如虚线所示）。在这种运动中，为了以高灵敏地探测辐射，γ摄像机2尽可能地靠近被检查体的周边。旋转装置3使γ摄像机2步进地沿椭圆轨道依次从位置A移至位置B、C等。机架12的上表面装有一显示器13，用以显示RI（放射性同位素）分布象。

在本实施例，γ摄像机2在步进旋转过程中于每一A、B、C等位置停留40秒。在停留期间由γ摄像机2得到的图像数据存贮在图像存贮器4，由此收集对应于每一停留位置的视图的图像数据。每一视图的数据收集周期分为多个时帧，每一时帧持续数百毫秒至数秒。本实施例提供20个时帧，每帧持续2秒。图像贮存器4由控制器5控制，将图像数据存贮在对应于这些时帧的各个不同存贮区。在完成了第一个位置A的多个时帧的图像数据收集以后，下一位置B的各个时帧的图像数据以相似方式存贮于不同的存贮区。

在对位置B的数据收集期间，首先将前一视图（位置A）各时帧的图像数据简单地相加。这一加法运算由控制器5所控制的加法器7进行。相加后的图像数据存回到图像存贮器4的不同存贮区。由于是简单相加的结果，相加后的图像数据会受到被检查体1在40秒数据收集期间内所发生运动的影响。也就是说，被检查体的运动会引起模糊。

而且，在对位置B的数据收集期间，将位置A的上述简单相加后的图像数据的重心（计数中心）以及每一时帧中图像数据的重心（计数中心）算出。

计数中心是指入射在γ摄像机2二维探测平面上各点的辐射（γ射线）计数分布的重心。图像数据的计数中心（X，Y）由下式算得：

$计数中心(X,Y)=(\frac{\underset{y}{\mathrm{\Σ}}\underset{x}{\mathrm{\Σ}}(Y\·C(x,y))}{\underset{y}{\mathrm{\Σ}}\underset{x}{\mathrm{\Σ}}C(x,y)},\frac{\underset{x}{\mathrm{\Σ}}\underset{y}{\mathrm{\Σ}}(X\·C(x,y))}{\underset{x}{\mathrm{\Σ}}\underset{y}{\mathrm{\Σ}}C(x,y)})$

其中C（x，y）表示在γ摄像机2的二维探测平面给定位置（x，y）上γ射线的计数。

这一运算由控制器5所控制的计算单元6进行。具体地说，如图3所示，获得了从位置A至位置N各时帧的图像数据。但是，要检查的内部器官在每一位置的40秒数据收集期间会因呼吸或其它活动而移动。在这种情况下，就算出每一时帧中要检查器官的图像的重心（图中以+号表示）。然后，求出每一时帧的图像数据的重心与简单相加后图像数据的重心之差。将每一时帧的图像数据移动一个对应于该差值的量，再把各时帧的图像数据相加。这样，对应于位置A的、覆盖整个40秒数据收集期间的图像数据就贮存在图像存贮器4的不同单元上，被检查体运动而产生的影响已得到修正，亦即由运动而引起的模糊已被修正而得到清晰的象。在位置A视图的未经运动修正和已作运动修正的图像数据已存贮在图像存贮器4以后，就将存贮位置A视图各时帧图像数据的各存贮区清除，以用于存贮下一位置B视图各时帧的图像数据。

于是，γ摄像机2步进地旋转而依次收集各视图的图像数据。当收集一个视图的数据时，前一视图的已作运动修正和未作运动修正的图像数据被存贮在图像存贮器4中。将各视图的已作运动修正的图像数据传送到图像重建单元8，数据在其中用反投影算法处理而重建剖面图像。这些剖面图像是由已作运动修正的图像数据重建的，因而不存在模糊。所以，剖面图像具有优良的质量，由运动而产生的赝像得到抑制，且由运动而引起的图像分辨率变劣现象得以去除。

实施例2

图4是本发明另一个实施例的方框图。在这实施例2中，本发明应用于一种具有可连续地旋转以收集数据的γ摄像机的放射CT仪。在图4中，γ摄像机2可由旋转装置3驱动沿着与图2相似的椭圆轨道绕被检查体旋转。但是在本实施例中，γ摄像机2是沿两个相反的方向连续旋转，每完成一整圈旋转（360°）时，就由旋转装置3使它反方向旋转。

γ摄像机2在连续旋转时所得到的图像数据存贮在缓冲存贮器9中。缓冲存贮器9在控制器5的控制下，将每秒得到的数据存贮于不同区域。γ摄像机2每分钟旋转一整圈，得到60幅视图的图像数据。因此，每幅视图的角度范围为6度。由图5可见，第一圈可得到所示各角度范围的视图1至60的图像数据。

第一圈之后是沿相反方向从360°至0°的第二圈。缓冲存贮器9分为4个大存贮区IB1，IB2，IB3和IB4。每个大存贮区包括用以存贮视图1-60的图像数据的分区。由第一圈得到的视图1-60的图像数据同时、并行地存贮在两个大存贮区IB1和IB2中。在第二圈中逐秒得到的各视图的图像数据被加至大存贮区IB2中的各分区内，且并行地存贮在大存贮区IB3中。

在旋转第二圈期间，对第一圈所收集的每一视图的图像数据算出要检查的内部器官的重心（计数中心）。重心在图5中用+号表示。确定重心的运算与实施例1相似，由控制器5所控制的计算单元6进行。

随后进行第三圈旋转，依次收集视图1-60的图像数据，将数据并行地存贮于大存贮区IB2和IB4。在旋转第三圈期间，对存贮于大存贮区IB3内第二圈所收集的每一视图的图像数据算出要检查的内部器官的重心。将此重心与存贮在大存贮区IB1内各相应视图图像的重心比较。将大存贮区IB3内各分区的图像偏移，使对应的视图具有相同的重心。然后将对应视图的图像数据加至大存贮区IB1中的各分区内。图像的偏移和相加运算由控制器5所控制的计算单元6和加法器7进行。当第二圈所收集的各视图的图像数据由大存贮区IB3转移至大存贮区IB1以后，大存贮区IB3就被清除。然后，在第4圈所得到的各视图的图像数据就并行地存贮于大存贮区IB2和IB3。在收集这些数据期间，算出大存贮区IB4内每一视图的图像数据的重心，并将图像数据偏移。再将经过处理的图像数据加至大存贮区IB1，并将大存贮区IB4清除。

旋转了例如10圈以后，缓冲存贮器9的大存贮区IB1中各分区内就存贮了由10圈所得到的各视图的图像数据，已对应于因被检查体1运动而引起的待检查器官的位移作了修正。另一方面，在缓冲存贮器9的大存贮区IB2中各分区内，则存贮了由10圈所得到的各视图的图像数据简单相加的结果。亦即在图5中，由各圈旋转所得到的各视图的图像数据按垂直方向相加，在每转完一圈后就得到各视图相加的图像数据。旋转10圈，总共要用10分钟。对于某一视图来说，在两圈之间的平均时间间隔是1分钟。在这时间间隔内，待检查的内部器官会因被检查体1的呼吸动作而移动。因而，如果将各视图的图像数据简单地按图5的垂直方向相加，就会因位移而产生模糊。对这种位移进行修正，将第二圈及随后各圈所得各视图的图像数据偏移，使其重心与第一圈所得的图像数据的重心重合，然后再把各视图的图像数据相加起来，就可以得到不存在这种模糊的各视图的图像数据。

再把存贮在缓冲存贮器9中已作和未作移动修正的各视图的图像数据传送至图像存贮器4。进一步把已作移动修正的图像数据传送至图像重建单元，数据在其中用反投影算法处理而重建剖面图像。这些剖面图像是由已作运动修正的图像数据重建的，因而不存在模糊。所以，剖面图像具有优良的质量，由运动而产生的赝像被抑制，且由运动而引起的图像分辨率变劣现象得以去除。

在上述两个实施例中，未作运动修正的各视图的图像数据也随同已作运动修正的数据一起收集。前者是为了将修正前后的图像数据进行比较和确认。不过这种未经修正的数据并不需要收集。两个实施例中存贮器4和9的结构只是示例性的；只要能完成相似的数据存贮功能，其它结构也可使用。在实施例2中，每旋转一整圈后，旋转的方向反过来，这是为了避免使连接γ摄像机2的电缆过份扭转。使用滑环或螺旋形软电缆以吸收扭曲，也可以使γ摄象机2连续地在同一方向旋转。上述两个实施例都是旋转一个γ摄像机2的单探测器类型。当然，本发明也完全可用于具有两个、三个（如图6所示）或三个以上等角距安装而一致地旋转的γ摄像机2的多探测器类型CT仪。

本发明可在不背离其本质或基本特性的条件下以其它具体方式实施，因此应参照后附的权利要求而不是参照前面的说明书，来指定本发明的范围。

Claims (14)

1、一种用来在被检查体周围的各个位置上，探测引入至被检查体的体内并积聚于某一关心部位的放射性核素发出的辐射，以得到该关心部位各截面上核素的密度分布象，即截面象的放射CT仪，其特征在于它包括：

用以探测所述辐射的二维辐射探测装置；

用以使上述二维辐射探测装置绕所述被检查体以预定角度步进旋转的旋转装置；

收集图像数据的数据存贮装置，用以由上述二维辐射探测装置收集将该探测装置停留于所述预定角度的时间分割成各个时帧所对应的图像数据；

用以求出上述每一时帧中图像数据的重心的计算装置；

将图像数据相加的加法装置，用来在把每一时帧的重心移至同一位置后，将各时帧的数据相加，以得到该预定角度方向上、亦即该视图的图像数据；以及

图像重建装置，用来把上述相加后得到的每一视图的图像数据作为投影数据，通过反投影而重建图象。

2、如权利要求1所述的CT仪，其特征在于所述二维辐射探测装置包括一个γ摄像机。

3、如权利要求1所述的CT仪，其特征在于所述二维辐射探测装置包括多个等角距安装的γ摄像机。

4、如权利要求1所述的CT仪，其特征在于所述旋转装置可使所述二维辐射探测装置沿一椭圆轨道移动，而且该二维辐射探测装置的探测平面循着一个基本上围绕所述被检查体剖面轮廓的椭圆运动。

5、如权利要求1所述的CT仪，其特征在于所述计算装置可以将每一视图的全部时帧的图像数据简单相加而得到简单相加的图像数据，并确定其重心；并求出每幅视图的所述每一时帧的重心；而所述加法装置可以求出所述每一时帧中图像数据的重心与上述每一视图简单相加图像数据的重心之差，将每一时帧内的图像数据移动该差值，从而修正位移，并将修正后的每一时帧的图像数据相加。

6、如权利要求5所述的CT仪，其特征在于所述的计算装置和加法装置可以在进行某一视图的数据收集时，对前一视图每一时帧的所述图像数据进行位移修正，并将修正后的所述图像数据相加。

7、一种用来在被检查体周围的各个位置上，探测引入至被检查体的体内并积聚于某一关心部位的放射性核素发出的辐射，以得到该关心部位各截面上核素的密度分布象、即截面象的放射CT仪，其特征在于它包括：

用以探测所述辐射的二维辐射探测装置；

用以使上述二维辐射探测装置绕被检查体连续地旋转的旋转装置；

用以在二维辐射探测装置连续旋转时，收集对应于每一预定角度范围的图像数据的数据存贮装置；

用以求出上述每一角度范围内图像数据的重心的计算装置；

将图像数据相加的加法装置，用来在将各次旋转中各对应角度范围的上述重心移至同一位置后，把各角度范围的图像数据相加，从而得到在所述角度范围内、亦即该视图的图像数据；以及

图像重建装置，用来把上述相加后得到的每幅视图的所述图像数据作为投影数据，通过反投影而重建图像。

8、如权利要求7所述的CT仪，其特征在于所述二维辐射探测装置包括一个γ摄像机。

9、如权利要求7所述的CT仪，其特征在于所述二维辐射探测装置包括多个等角距安装的γ摄像机。

10、如权利要求7所述的CT仪，其特征在于所述旋转装置可使所述二维辐射探测装置沿一椭圆轨道移动，而且该二维辐射探测装置的探测平面循着一个基本上围绕所述被检查体剖面轮廓的椭圆运动。

11、如权利要求7所述的CT仪，其特征在于所述旋转装置可使所述二维辐射探测装置连续地旋转并交替地沿相反方向旋转。

12、如权利要求7所述的CT仪，其特征在于所述旋转装置可使所述二维辐射探测装置在一个固定方向上连续旋转。

13、如权利要求7所述的CT仪，其特征在于所述加法装置可求出所述二维辐射探测装置在旋转第一圈时所收集的每一视图的图像数据的重心、在旋转第二圈和随后各圈时这些图像数据的重心、以及后面这些重心与第一圈时的重心之差，将第二圈和随后各圈所收集的图像数据移动这个差值而进行修正，并将每一视图的经过修正的图像数据与旋转第一圈时所收集的对应视图的图像数据相加。

14、如权利要求13所述的CT仪，其特征在于所述加法装置可以在进行第n圈数据收集时，求出旋转第（n-1）圈时所收集的每一视图的图像数据的重心并进行位移修正，并将修正后的所述图像数据与第一圈所收集的对应视图的图像数据相加；这里n是大于或等于2的整数。

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