CN112107325A - 数字乳腺断层摄影设备及数字乳腺断层重建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医学影像设备技术领域，特别是涉及一种数字乳腺断层摄影设备及数字乳腺断层重建方法。一种数字乳腺断层摄影设备，可包括位于乳腺相对两侧的曝光单元和平板探测器，用于对所述乳腺进行扫描；所述曝光单元包括顺序布置在扫描轨迹线上的多个X射线源；其中，在对所述乳腺进行所述扫描的过程中，所述曝光单元沿所述扫描轨迹线从第一位置运动到第二位置，并在所述曝光单元处于静止状态时用于对所述乳腺进行曝光，以使得X射线源在一次扫描过程中能够被重复利用，不仅能降低所需X射线源数量来减小设备成本，同时还能有效的提升各个射线源的一致性，进而提升成像质量，减小扫描耗时。

Description

数字乳腺断层摄影设备及数字乳腺断层重建方法

技术领域

本发明涉及医学影像设备技术领域，特别是涉及一种数字乳腺断层摄影设备及数字乳腺断层重建方法。

背景技术

数字乳腺断层摄影(Digital Breast Tomosynthesis，简称DBT)是基于平板探测器技术的成像应用，一般是利用射线源对乳腺进行多角度的曝光，以获得不同投影角度下的小剂量投影图像数据，并经图像重建得到与探测器平面平行的任意层面乳腺X射线密度图像。

但是，传统的DBT的乳腺扫描不仅耗时长，且成像质量不理想，同时还存在光源差异等缺陷。

发明内容

针对上述至少一个技术问题，本申请实施例提供了一种数字乳腺断层摄影设备，可包括位于乳腺相对两侧的曝光单元和平板探测器，用于对所述乳腺进行扫描；

所述曝光单元包括顺序布置在扫描轨迹线上的多个X射线源；

其中，在对所述乳腺进行所述扫描的过程中，所述曝光单元沿所述扫描轨迹线从第一位置运动到第二位置，并在所述曝光单元处于静止状态时用于对所述乳腺进行曝光。

本申请实施例中的数字乳腺断层摄影设备，通过设置包括顺序布置在扫描轨迹线上的多个X射线源的曝光单元，并使得该曝光单元沿预设的扫描轨迹线进行运动，以实现对乳腺的曝光，从而使得X射线源在一次扫描过程中能够被重复利用，不仅能降低所需X射线源数量来减小设备成本，同时还能有效的提升各个射线源的一致性，进而提升成像质量，减小扫描耗时。

在一个可选的实施例中，所述扫描轨迹线为与所述平板探测器的接收表面平行的直线，或者具有共同圆心的弧线。

在一个可选的实施例中，所述多个X射线源沿所述扫描轨迹线延伸方向并排排列。

在一个可选的实施例中，所述数字乳腺断层摄影设备的扫描角满足以下公式：

其中，m为所述数字乳腺断层摄影设备的扫描角的度数，a为在同一个所述曝光单元中相邻X射线源之间的曝光夹角角度，n为在一次所述扫描的过程中所述曝光单元沿所述扫描轨迹线运动的次数，x为每个所述曝光单元所包含的X射线源的数量，0＜a＜m，且

m、n和x均为大于等于1的整数。

在一个可选的实施例中，在同一个所述曝光单元中，相邻X射线源之间的曝光夹角为1°。

在一个可选的实施例中，所述曝光单元所包含的X射线源的数量在8-23之间。

在一个可选的实施例中，在同一次所述扫描的过程中，沿所述曝光单元的运动方向，每次运动后，至少一个X射线源的位置与运动前的另一个X射线源位置重叠。

在一个可选的实施例中，在同一次所述扫描的过程中，沿所述曝光单元的运动方向，每次运动后，位于所述曝光单元之首的X射线源的位置与运动前位于所述曝光单元之尾的X射线源的位置重叠。

在一个可选的实施例中，所述X射线源包括场致发射的冷阴极X射线管。

在一个可选的实施例中，上述的设备还可包括：

机架，用于带动所述曝光单元沿所述扫描轨迹线运动；以及

运动控制系统，与所述机架连接，用于控制所述机架的运动。

一种数字乳腺断层重建方法，包括：

保持曝光单元在第一位置，其中，所述曝光单元包括顺序布置在扫描轨迹线上的多个X射线源；

在所述第一位置，由所述多个X射线源分别对目标采集各自的第一投影数据；

移动所述曝光单元从所述第一位置到第二位置；

在所述第二位置，由所述多个X射线源分别对所述目标采集各自的第二投影数据；

至少基于所述第一投影数据和第二投影数据，重建所述目标的图像。

在一个可选的实施例中，所述X射线源包括场致发射的冷阴极X射线管。

附图说明

图1为一个可选实施例中采用两个曝光单元进行乳腺扫描的示意图；

图2为一个可选实施例中采用四个曝光单元进行乳腺扫描的示意图；

图3为一个可选实施例中采用两个曝光单元平移进行乳腺扫描的示意图；

图4为一个可选实施例中数字乳腺断层摄影设备的模块结构示意图；

图5为一个可选实施例中数字乳腺断层重建方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

传统的，一般是采用热阴极X射线管或冷阴极X射线管作为射线源，对乳腺进行多角度的曝光。例如，采用热阴极X射线管作为射线源时，可通过旋转该热阴极X射线管，对乳腺进行多角度的动态扫描；采用多个冷阴极X射线管作为射线源时，该多个冷阴极X射线管设置在同一圆弧形轨迹线上，以对乳腺进行多角度的静态扫描。

但是，采用热阴极X射线管作为射线源对乳腺进行多角度的动态扫描时，由于曝光过程中热阴极X射线管需要运动，因此会增大曝光时间，使得乳腺的压迫时间较长，且动态扫描还会使得曝光的等效焦点大于实际焦点，进而会减低所采集图像的质量。

针对上述问题，本申请发明人创造性的提出了一种数字乳腺断层摄影设备，通过在一次扫描过程中重复利用X射线源实现静态的扫描，相较于传统的采用热阴极X射线管对乳腺进行多角度的动态曝光的设备，能有效减小曝光时间，缩短乳腺的压迫时间，还能避免出现曝光的等效焦点大于实际焦点的缺陷，进而提升所采集图像的质量。另外，相对于传统的采用冷阴极X射线管对乳腺进行多角度的曝光设备，既能够减少冷阴极X射线管数量来降低器件成本，还能够提升曝光光源的一致性，降低系统的校正难度，确保系统的稳定性。

在一个可选的实施例中，一种数字乳腺断层摄影设备，可包括位于乳腺相对两侧的曝光单元和平板探测器，以利用曝光单元所发射的X射线照射乳腺，而平板探测器则接收透过乳腺的X射线，以用于实现对乳腺进行扫描及成像操作；其中，曝光单元包括多个，例如至少两个(如两个、四个、八个或十六个等)X射线源，进一步的，曝光单元所包含的X射线源的数量在8-23之间。例如X射线源可以为冷阴极X射线源或者热阴极X射线源，且在对上述乳腺进行任意一次扫描的过程中，曝光单元能够沿弧线形或直线形的扫描轨迹线至少从第一位置运动到第二位置，并在曝光单元处于静止状态时才对乳腺进行曝光投影操作，且每次运动停止保持静止后对乳腺进行多角度的曝光投影，以实现X射线源的重复利用及快速切换；即在完成一个位置的曝光投影后，曝光单元运动到下一位置，并继续完成同样的曝光投影(即扫描)操作，以获得预设扫描角中各个角度下的投影图像数据，最后可将所有的投影图像数据进行汇总重建，得到乳腺的断层图像。本实施例中的曝光单元中的多个X射线源可以沿扫描轨迹线延伸方向并排排列。通常地，数字乳腺断层摄影设备的射线源的射束中心垂直于探测器表面的位置为0°位置，例如，如图2中垂直于探测器11的竖直方向所在的中央扫描位置。

在一个可选的实施例中，在曝光单元所包括的X射线源的数量大于2时，且在同一次扫描的过程中，沿曝光单元的运动方向，在从第一位置运动到第二位置时，在第二位置处，存在至少一个X射线源位置与在第一位置处另一个X射线源的位置重叠；例如，在第二位置，可以包括一个、两个或三个等数量的X射线源，在处于第二位置时所处的位置与处于第一位置时其他X射线源所处的位置重叠，且同一个X射线源在第二位置时的位置与第一位置时的位置不会重叠。比如，曝光单元的第一扫描角度范围为0-10度，第二位置的扫描角度范围为9-19度。在其他实施例中，在曝光单元处于第二位置和在第一位置处的X射线源位置也可以完全不重叠，比如，曝光单元的第一位置的扫描角度范围为0-10度，第二位置的扫描角度范围为11-21度。

需要说明的是，当曝光单元在第二位置的X射线源位置和在第一位置的X射线源位置有重叠时，较优地，需要控制重叠部分的X射线源不曝光。即，优选地，在上述实施例中需要保证在每个位置X射线源仅曝光一次，以避免患者受到过多的辐射。在一种实施例中，曝光单元在第二位置的X射线源和第一位置的X射线源可以完全不重叠；在另一个实施例中，在第二位置的曝光单元中的至少两个X射线源与处于第一位置的曝光单元中的至少两个X射线源重叠(即，多点重叠)，此时，重叠的多点在第一和第二位置较优地仅曝光一次。

在一个可选的实施例中，在同一次扫描的过程中，沿曝光单元的运动方向，每次运动后，位于曝光单元之首的X射线源的位置与运动前位于曝光单元之尾的X射线源的位置重叠，每个曝光单元所包含的X射线源的数量及运动次数可满足以下公式：

其中，m为数字乳腺断层摄影设备的扫描角的度数，a为在同一个曝光单元中相邻X射线源之间的曝光夹角角度，n为在一次扫描的过程中曝光单元沿扫描轨迹线运动的次数，x为每个曝光单元所包含的X射线源的数量，0＜a＜m，且m/a、m、n和x均为大于等于1的整数。

例如，若在同一个曝光单元中，相邻X射线源之间的曝光夹角a为1°，数字乳腺断层摄影设备的扫描角的度数m为30°，每个曝光单元所包含的X射线源的数量x为16，则对应的：

即，曝光单元运动1次(即，从第一位置运动到不同于第一位置的第二位置，其中，在第二位置有一个X射线源与第一位置的一个X射线源重合)即可满足数字乳腺断层摄影设备30°扫描角要求的一次扫描操作。在本实施例中，设置X射线源数量为16(即曝光单元所包含的X射线源的数量x为16)个即可，而且只需要曝光单元从第一位置运动到第二位置即可满足数字乳腺断层摄影设备30°扫描角要求的一次扫描操作。

又例如，若在同一个曝光单元中，相邻X射线源之间的曝光夹角a为1°，数字乳腺断层摄影设备的扫描角的度数m为45°，在一次扫描的过程中曝光单元沿扫描轨迹线运动的次数n为4，则对应的：

即，在本实施例中，曝光单元运动4次，则只需设置10(即曝光单元所包含的X射线源的数量x为10)个X射线源即可，从而节省36个X射线源也可以满足数字乳腺断层摄影设备45°扫描角要求。

需要注意的是，在本申请实施例中，每个曝光单元所设置的X射线源数量和曝光单元运动次数可依据具体的需求而设定，且在每次运动前后只要确保曝光的角度能够满足成像需求即可。例如，针对数字乳腺断层摄影设备的扫描角的范围为[15°,45°]，曝光单元所包含的X射线源的数量x为[8,23]，而在一次扫描的过程中曝光单元沿扫描轨迹线运动的次数n为[1,4]。

下面结合附图，对本申请实施例中的数字乳腺断层摄影设备进行详细说明(在以下实施例中X射线源采用冷阴极X射线源进行举例)：

图1为一个可选实施例中采用两个曝光单元进行乳腺扫描的示意图。如图1所示，数字乳腺断层摄影设备可包括位于乳腺两侧的平板探测器11和曝光单元12，且该曝光单元12上设置有多个冷阴极X射线源121，曝光单元12可在箭头14所示方向上绕旋转中心13沿具有共同圆心的弧线进行移动，且曝光单元12处于静止状态时，冷阴极X射线源121所发射的X射线能够经旋转中心13照射至平板探测器11上的接收面上，以对乳腺进行曝光成像。例如，针对扫描角为30°的乳腺断层摄影成像需求，曝光单元12可包括16个冷阴极X射线源121，先在图1中所示位置利用16个冷阴极X射线源121对乳腺进行中线左侧15°的曝光成像，然后再使得曝光单元12绕旋转中心沿箭头14所示方向向右旋转至中心线右侧，再利用上述16个冷阴极X射线源121对乳腺进行中线右侧15°的曝光成像，即通过使得曝光单元12运动一次，各冷阴极X射线源121重复曝光一次，即可实现30°扫描角中各角度投影图像数据的采集。

图2为一个可选实施例中采用四个曝光单元进行静态乳腺扫描的示意图。如图2所示，基于图1所示结构的基础上，为了进一步地减少乳腺断层扫描所需的冷阴极X射线源121，可针对扫描角为30°的乳腺断层摄影成像需求，曝光单元15可包括8个冷阴极X射线源121(即只要冷阴极X射线源的数量与曝光单元15的运动次数的乘积大于等于需要采集的投影图像的数量即可)，先在图2中所示位置利用该8个冷阴极X射线源151对乳腺进行中线左侧一部分(大于等于7.5°)的区域曝光成像，然后再使得曝光单元15绕旋转中心沿箭头14所示方向向右旋转，并利用上述8个冷阴极X射线源151对中线即0°左侧剩余角度进行曝光成像，依次地，直至将30°的扫描角中各角度投影图像数据均予以采集，即通过使得曝光单元15运动三次，各冷阴极X射线源151重复曝光四次，即可实现30°扫描角中各角度投影图像数据的采集，相较于图1所示的结构，本实施能够将所需的冷阴极X射线源数量减少至8个。

图3为一个可选实施例中采用两个曝光单元平移进行静态乳腺扫描的示意图。如图3所示，基于图1和图2所示结构基础上，本实施例中的曝光单元22可为与平板探测器21接收表面平行的平板结构，且其运动轨迹为与平板探测器21接收表面延伸方向平行的直线，而不是图1和图2所示的圆弧线，即可采用与图1所示相同数量的冷阴极X射线源221来构成曝光单元22。在扫描过程中，曝光单元22可沿箭头24所示的直线方向进行移动，以使得冷阴极X射线源221出射X射线的方向在下一位置均通过旋转中心23，以在重复利用冷阴极X射线源221的基础上，对乳腺进行扫描角中各角度投影图像数据的采集。

选择性地，本申请实施例中的X射线源均可包括场致发射的冷阴极X射线管。

选择性地，本申请实施例中的曝光单元的运动方式可以是变化的，例如，若扫描轨迹线依次地包括三个停止位置，例如，第一位置、第二位置和第三位置，假定为图2中的左侧三个，则，曝光单元15可以先运动到第一位置，再运动到第三位置，最后再运动到第二位置。也可以先运动到第二位置，再运动到第一位置，最后再运动到第三位置。

图4为一个可选实施例中数字乳腺断层摄影设备的模块结构示意图。如图4所示，数字乳腺断层摄影设备可包括曝光单元31、平板探测器32、机架33和运动控制系统34，曝光单元31和平板探测器32位于待检测乳腺的两侧，曝光单元31固定设置在机架33上，而机架33与运动控制系统34连接，即运动控制系统34控制机架33的运动，以驱动曝光单元31移动，从而通过该曝光单元31至少两次的曝光，以对乳腺进行预定扫描角中各角度投影图像数据的采集；其中，曝光单元31包括多个冷阴极X射线源，且该X射线源的数量与曝光单元的运动次数的乘积大于等于预定扫描角中各角度投影图像数据的数量。

图5为一个可选实施例中数字乳腺断层重建方法的流程图。如图5所示，数字乳腺断层重建方法包括以下步骤：

步骤S41，保持曝光单元在第一位置。

其中，曝光单元包括顺序布置在扫描轨迹线上的多个X射线源。

步骤S42，在第一位置，由多个X射线源分别对目标采集各自的第一投影数据。

步骤S43，移动曝光单元从第一位置到第二位置。

步骤S44，在第二位置，由多个X射线源分别对目标采集各自的第二投影数据。

步骤S45，至少基于第一投影数据和第二投影数据，重建目标的图像。

在一个实施例中，X射线源包括场致发射的冷阴极X射线管。

本实施例中提供的实施数字乳腺断层重建方法的各步骤可以采用上述数字乳腺断层摄影设备在进行曝光投影时实施的对应步骤，具体做法不再赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种数字乳腺断层摄影设备，其特征在于，包括位于乳腺相对两侧的曝光单元和平板探测器，用于对所述乳腺进行扫描；

所述曝光单元包括顺序布置在扫描轨迹线上的多个X射线源；

其中，在对所述乳腺进行所述扫描的过程中，所述曝光单元沿所述扫描轨迹线从第一位置运动到第二位置，并在所述曝光单元处于静止状态时用于对所述乳腺进行曝光。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述扫描轨迹线为与所述平板探测器的接收表面平行的直线，或者具有共同圆心的弧线。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个X射线源沿所述扫描轨迹线延伸方向并排排列。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述数字乳腺断层摄影设备的扫描角满足以下公式：

其中，m为所述数字乳腺断层摄影设备的扫描角的度数，a为在同一个所述曝光单元中相邻X射线源之间的曝光夹角角度，n为在一次所述扫描的过程中所述曝光单元沿所述扫描轨迹线运动的次数，x为每个所述曝光单元所包含的X射线源的数量，0＜a＜m，且

m、n和x均为大于等于1的整数。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述曝光单元中，相邻X射线源之间的曝光夹角为1°。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述曝光单元所包含的X射线源的数量在8-23之间。

7.如权利要求3所述的设备，其特征在于，在同一次所述扫描的过程中，沿所述曝光单元的运动方向，每次运动后，至少一个X射线源的位置与运动前的另一个X射线源位置重叠。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，在同一次所述扫描的过程中，沿所述曝光单元的运动方向，每次运动后，位于所述曝光单元之首的X射线源的位置与运动前位于所述曝光单元之尾的X射线源的位置重叠。

9.如权利要求1-8任意一项所述的设备，其特征在于，所述X射线源包括场致发射的冷阴极X射线管。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，还包括：

机架，用于带动所述曝光单元沿所述扫描轨迹线运动；以及

运动控制系统，与所述机架连接，用于控制所述机架的运动。

11.一种数字乳腺断层重建方法，包括：

保持曝光单元在第一位置，其中，所述曝光单元包括顺序布置在扫描轨迹线上的多个X射线源；

在所述第一位置，由所述多个X射线源分别对目标采集各自的第一投影数据；

移动所述曝光单元从所述第一位置到第二位置；

在所述第二位置，由所述多个X射线源分别对所述目标采集各自的第二投影数据；

至少基于所述第一投影数据和第二投影数据，重建所述目标的图像。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述X射线源包括场致发射的冷阴极X射线管。

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