CN113367718A - 一种稀疏角度采样的ct扫描装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种稀疏角度采样的CT扫描装置，包括旋转机架、辐射源、探测器、图像重建单元；辐射源安装在旋转机架上，辐射源发射的X射线穿透扫描对象至探测器生成X射线投影，图像重建单元将探测器生成的X射线投影重建为CT图像；装置还包括挡板和驱动机构，挡板位于辐射源与探测器之间，驱动机构用于驱动挡板，以使挡板间歇性阻挡X射线的照射路径。本发明的设备通过间歇性遮挡旋转照射的X射线，实现了稀疏角度采样。在扫描过程中辐射源处于连续发射的状态，不需要反复快速开关辐射源，避免了电压和电流的控制问题。

Description

一种稀疏角度采样的CT扫描装置及方法

技术领域

本发明属于CT扫描领域，具体涉及一种稀疏角度采样的CT扫描装置及方法。

背景技术

CT成像技术在医学领域获得了非常广泛的应用，已经成为了极其常见的诊断方式，随CT扫描的使用频率增高，患者在诊疗过程中接受的X射线辐射剂量也不断增高。过高的辐射剂量会增加患者罹患癌症或其它严重疾病的风险，因此，低剂量CT扫描的重要性日渐提升。降低CT扫描辐射剂量的方案可以分为两大类：一种是通过调节辐射源的电压和电流，降低患者受到的辐射剂量，电流/电压越低，患者受到的辐射剂量越低；另一种是减少CT扫描中的采样角度，也即稀疏角度采样方法，通过稀疏角度采样降低患者受到的辐射剂量。其中稀疏角度采样方案想降低患者受到的辐射剂量需要在扫描过程中控制X射线在特定的扫描角度照射患者，并被探测器采集；在非特定扫描角度的其它时刻没有X射线穿过患者。如此降低了患者在扫描过程中承受X射线辐射的时间，从而降低辐射剂量。因此，稀疏角度采样的关键是控制X射线在何时照射患者。

为了控制X射线在特定角度照射患者而在其它角度不照射，现有的解决方案是反复开关辐射源，即在特定角度，给辐射源迅速加载需要的电压和电流，使辐射源发射X射线，完成投影采集。然后迅速关闭所施加的电压和电流，使辐射源不再发出X射线。该方案存在的问题是，反复的迅速施加和关闭所需电压和电流对于辐射源的电压和电流控制要求非常高，想要实现控制需要付出较大成本。

发明内容

基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种稀疏角度采样的CT扫描装置及方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种稀疏角度采样的CT扫描装置，包括旋转机架、辐射源、探测器、图像重建单元；辐射源安装在旋转机架上，辐射源发射的X射线穿透扫描对象至探测器生成X射线投影，图像重建单元将探测器生成的X射线投影重建为CT图像；

装置还包括挡板和驱动机构，挡板位于辐射源与探测器之间，驱动机构用于驱动挡板，以使挡板间歇性阻挡X射线的照射路径。

作为优选方案，驱动机构驱动挡板旋转，挡板具有透射窗，透射窗与挡板的旋转中心错位；挡板的透射窗用于X射线的透过。

作为进一步优选的方案，挡板为圆形，旋转中心为挡板的圆心。

作为优选方案，图像重建单元中包括筛选模块，筛选模块用于筛选并删除挡板阻挡X射线时，X射线泄露而在探测器生成的无效X射线投影。

作为进一步优选的方案，筛选模块根据探测器接收X射线的照射面积筛选无效X射线投影；若照射面积小于挡板不阻挡X射线时的照射面积，则所生成的X射线投影为无效X射线投影。

作为优选方案，挡板的厚度能阻挡辐射源发射的最高剂量X射线穿透。

作为优选方案，辐射源和挡板之间还设有准直器和过滤板，准直器用于限制X射线以指定宽度和厚度的扇角出射，过滤板用于过滤X射线中的低能量部分。

另一方面，本发明还提供一种稀疏角度采样的CT扫描方法，应用于如前述任一项的装置，包括：

辐射源发射X射线；

驱动挡板间歇性阻挡X射线的照射路径，生成若干X射线投影；

将X射线投影重建为CT图像。

作为优选方案，方法还包括：

筛选并删除挡板阻挡X射线时，X射线泄露而在探测器生成的无效X射线投影。

作为进一步优选的方案，无效X射线投影的筛选根据探测器接收X射线的照射面积判断；若照射面积小于挡板不阻挡X射线时的照射面积，则所生成的X射线投影为无效X射线投影。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

本发明的设备及方法，通过间歇性遮挡旋转照射的X射线，实现了在特定角度用X射线照射扫描对象，在其他角度则没有X射线照射的稀疏角度采样。在扫描过程中辐射源处于连续发射的状态，不需要反复快速开关辐射源，避免了电压和电流的控制问题。

附图说明

图1是本发明实施例1的一种稀疏角度采样的CT扫描装置的结构示意图；

图2是本发明实施例1的挡板的俯视图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

实施例1：

本实施例的稀疏角度采样的CT扫描装置，其结构如图1所示，包括：

安装在旋转机架上的辐射源1，安装于辐射源1出射方向的挡板2；与挡板2连接、用于驱动挡板2的驱动机构；同样安装于辐射源1出射方向的探测器；与探测器连接的图像重建单元；安装于辐射源1和挡板2之间的准直器和过滤板。其中辐射源1的X射线出射方向朝向CT扫描对象，挡板2安装于辐射源1的前方，位于其与扫描对象之间。探测器安装于辐射源1与扫描对象所成直线上，并设于扫描对象之后以接收穿透过挡板2和扫描对象的X射线。

驱动机构驱动挡板2进行间歇性动作，间歇性地阻挡于辐射源1和探测器之间，使X射线无法发射至探测器。

在本实施例中，挡板2被配置为俯视图如图2所示的圆盘形结构，在圆形结构上与圆心错位地开设有矩形的透射窗4，并在圆心处设有转轴3，转轴3与驱动机构连接。挡板2的转轴3相平行地布置于X射线的路径中心，使挡板2被驱动机构驱动旋转时透射窗4能够间歇性经过X射线的照射路径。当透射窗4位于照射路径上时，X射线能够从透射窗4中穿过、再穿透扫描对象至探测器。而其他时间透射窗4不处于照射路径上，使X射线被挡板2阻挡，无法抵达探测器。

挡板2的厚度设置为在阻挡时能够完全阻挡辐射源1所发出的最高剂量的X射线，从而使得被挡板2阻挡的X射线完全无法穿透。本实施例中的挡板2材质选用铅，在其他方案中，也可以使用其他具有射线阻挡能力的重金属材料。

作为一种改进的方案，透射窗4的面积被配置为：使穿过透射窗4的X射线能够覆盖探测器的所有排探测器及所有通道。

穿过挡板的X射线在穿透扫描对象后照射于探测器，探测器根据所探测到的X射线生成各个稀疏角度采样的X射线投影，并将X射线投影发送至图像重建单元，由图像重建单元根据X射线投影重建出扫描对象各个截面的扫描图像。

上述结构中安装于辐射源和挡板之间的准直器用于限制辐射源所发射X射线以指定宽度和厚度的扇角出射，安装于准直器之前的过滤板用于过滤X射线中的低能量部分，避免扫描对象接收到无效辐射及由于低能量X射线被吸收而产生伪影。

应当额外说明的是，辐射源、准直器、过滤板、挡板间的位置顺序并不仅限于上述的辐射源-准直器-过滤板-挡板，而是可以加以变动，如辐射源-过滤板-准直器-挡板，或辐射源-挡板-过滤板-准直器的位置顺序。只要能达成辐射源发射的射线经过准直器的扇角限制、过滤板的低能量过滤、挡板的间歇性阻挡这一技术效果，使X射线被限制以指定的范围和时机对扫描对象进行照射，并在探测器上形成正确的X射线投影，它们的位置顺序就可以任意选取。

根据上述结构的CT扫描装置，本实施例还提供一种CT扫描方法：使用辐射源1发射X射线，由于辐射源1安装在旋转机架上，所以X射线能够在不同时间从不同角度照射扫描对象。

在辐射源1环绕扫描对象旋转并发射X射线的同时，驱动机构控制挡板2间歇性阻挡X射线的照射路径。在上述结构中，间歇性阻挡的实现方式为挡板2的透射窗4间歇性经过X射线的路径，使X射线能够间歇性地从挡板2中穿过，而其余时间则被阻挡。穿过挡板2的X射线在透射过扫描对象后照射于探测器上。

探测器根据接收的X射线生成扫描对象在各个稀疏角度上生成的X射线投影，将X射线投影数据发送至图像重建单元，由图像重建单元根据X射线投影数据重建出各个截面的扫描图像。

关于驱动机构驱动挡板2阻挡X射线的方式，是结合稀疏角度采样方案中每次采样的角度、旋转机架速度来计算挡板2阻挡X射线的时机，再根据计算的阻挡时机驱动挡板2动作。以下进一步额外进行举例说明：

设旋转机架旋转一周所需时间为T，稀疏采样方案中相邻两个采样之间的采样角度夹角为α，则上述圆盘形挡板2旋转一周的时间T_c应以如下公式计算：

假如旋转机架旋转一周时间为1秒，即T＝1s，相邻两个采样之间的夹角α为π/180，则挡板2旋转一周时间应为1/360s。在扫描前先将挡板加速至指定转速，保持匀速状态后开始扫描。

作为一种改进的方案，上述圆形挡板2上的透射窗4可以设有多个，环向均布于挡板2上，使用该结构的挡板时，驱动机构对挡板的驱动方案应进行相应调整，使各个透射窗4依次经过X射线路径的时间与本次扫描的稀疏角度采样方案中的各个相邻采样时间相配合。

显而易见，本实施例中的挡板不仅限于圆盘形结构，可以任选其他形状的挡板。透射窗也不仅限于矩形，可以任选其他形状的透射窗。只要能达成在挡板动作时可以让X射线按照预期的稀疏角度采样方案间歇性被阻挡或从透射窗中穿过的效果，挡板的结构就可以任意选取。

本发明的设备与方法不要求辐射源根据稀疏角度采样方案随时切换开启或关闭状态，只需通过控制挡板的动作即可实现X射线在特定角度照射扫描对象，在其它角度不照射扫描对象的稀疏角度采样方案，不需要反复迅速改变辐射源的电压和电流，降低了电气控制难度及成本。且上述方案中的挡板在扫描时能够以匀速转动，无需频繁加减速，进一步简化了电气控制的复杂度和难度。

实施例2：

本实施例的稀疏角度采样的CT扫描方法，与实施例1的不同之处在于：

在阻挡或透射状态的切换过程中，受限于机械部件的动作速度，虽然此时挡板应阻挡X射线，但X射线仍有可能会泄露出部分至探测器，并在探测器内产生不完整的无效X射线投影。以实施例1中带有透射窗的圆形挡板为例，当透射窗部分到达射线的照射路径时，会有射线穿过透射窗的边缘部分而在探测器上产生投影，但此投影并不完整，无法用于生成扫描图像，且这部分无效的射线还会增加对扫描对象的辐射。

故本实施例增加筛选及删除过程，在探测器接收到X射线照射时，比较照射面积，判断是否已达到挡板不阻挡X射线时的照射面积大小，若小于挡板不阻挡X射线时的照射面积，则判断本次照射产生的投影为无效X射线投影，将其筛选并删除。

为实现上述方法，本实施例的稀疏角度采样的CT扫描装置也进行了相应调整：在图像重建单元中增加筛选模块，筛选模块根据探测器接收X射线的照射面积筛选无效X射线投影；若照射面积小于挡板不阻挡X射线时的照射面积，则所生成的X射线投影为无效X射线投影。

其他方法及结构可以参考实施例1。

实施例3：

本实施例的稀疏角度采样的CT扫描装置，与实施例1的不同之处在于：

本实施例中的挡板为板型结构，安装在与驱动结构连接的滑轨上，滑轨垂直于X射线的照射路径布置，驱动机构能够驱动挡板在滑轨上运动。当挡板沿滑轨运动至照射路径时，阻挡X射线的照射，当挡板远离照射路径时，X射线能够不受阻挡地照射至扫描对象和X射线探测器。

应当说明的是，本发明的挡板形式不仅限于实施例1和本实施例中所举例的旋转或往复运动形式，而只需要能实现根据稀疏角度采样方案间歇性阻挡X射线的照射路径即可。在此思想上，挡板的形式还可以选用如平移的双板式结构、当双板相向运动至相贴时阻挡射线、背向远离时使射线从双板的间隔透射；或选用摆动式结构，当档板摆动至照射路径时阻挡射线、摆动远离照射路径时使射线穿透等众多方案。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种稀疏角度采样的CT扫描装置，包括旋转机架、辐射源、探测器、图像重建单元；所述辐射源安装在旋转机架上，辐射源发射的X射线穿透扫描对象至所述探测器生成X射线投影，所述图像重建单元将探测器生成的X射线投影重建为CT图像；其特征在于：

所述装置还包括挡板和驱动机构，所述挡板位于辐射源与探测器之间，所述驱动机构用于驱动挡板，以使挡板间歇性阻挡X射线的照射路径。

2.如权利要求1所述的一种稀疏角度采样的CT扫描装置，其特征在于，所述驱动机构驱动挡板旋转，所述挡板具有透射窗，透射窗与挡板的旋转中心错位；挡板的透射窗用于X射线的透过。

3.如权利要求2所述的一种稀疏角度采样的CT扫描装置，其特征在于，所述挡板为圆形，旋转中心为挡板的圆心。

4.如权利要求1所述的一种稀疏角度采样的CT扫描装置，其特征在于，所述图像重建单元中包括筛选模块，所述筛选模块用于筛选并删除所述挡板阻挡X射线时，X射线泄露而在探测器生成的无效X射线投影。

5.如权利要求4所述的一种稀疏角度采样的CT扫描装置，其特征在于，所述筛选模块根据所述探测器接收X射线的照射面积筛选无效X射线投影；若照射面积小于挡板不阻挡X射线时的照射面积，则所生成的X射线投影为无效X射线投影。

6.如权利要求1所述的一种稀疏角度采样的CT扫描装置，其特征在于，所述挡板的厚度能阻挡辐射源发射的最高剂量X射线穿透。

7.如权利要求1所述的一种稀疏角度采样的CT扫描装置，其特征在于，所述辐射源和所述挡板之间还设有准直器和过滤板，所述准直器用于限制X射线以指定宽度和厚度的扇角出射，所述过滤板用于过滤X射线中的低能量部分。

8.一种稀疏角度采样的CT扫描方法，应用于如权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，包括：

辐射源发射X射线；

驱动挡板间歇性阻挡所述X射线的照射路径，生成若干X射线投影；

将所述X射线投影重建为CT图像。

9.如权利要求8所述的一种CT扫描方法，其特征在于，所述方法还包括：

筛选并删除所述挡板阻挡X射线时，X射线泄露而在探测器生成的无效X射线投影。

10.如权利要求9所述的一种CT扫描方法，其特征在于，所述无效X射线投影的筛选根据所述探测器接收X射线的照射面积判断；若照射面积小于挡板不阻挡X射线时的照射面积，则所生成的X射线投影为无效X射线投影。

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