CN1191788C

CN1191788C - 爱克斯射线计算机体层扫描方法和装置

Info

Publication number: CN1191788C
Application number: CNB981226167A
Authority: CN
Inventors: 堀内哲也
Original assignee: GE Yokogawa Medical System Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2018-09-30
Also published as: CN1224602A

Abstract

为了使多片的图像数据像素值范围处于同一个最佳范围内，提供了一种X射线计算机体层扫描的方法和装置，包括X射线源，X射线检测器，以及控制装置，其中控制装置这样进行控制，使得在被检查者的体层成像之前，通过把X射线源固定在两个不同的角度位置并分别进行被检查者的搜索成像来产生搜索图像；参考基于投影显示数据的面积的图像数据的标准偏差，图像数据的所需的标准偏差，以及在X射线源的两个角度位置分别获得的搜索图像之间的像素值衰减比计算扫描条件；以及如此进行控制，使得按照扫描条件进行被检查者的体层扫描成像。

Description

爱克斯射线计算机体层扫描方法和装置

技术领域

本发明涉及一种X射线计算机体层扫描方法和装置，尤其涉及这样一种X射线计算机体层扫描方法和装置，其被设置用于包含在同一最佳范围内的若干片的图像数据像素值范围。

背景技术

在常规的X射线计算机体层扫描装置中，从X射线源发出的扇形X射线束照射到被检查者上，透射的X射线由X射线检测元件的一维阵列进行测量，所述阵列包括沿着扇形X射线束的范围设置的多个检测元件。

透射的X射线在X射线源和检测元件围绕被检查者转动的同时被从几个观察方向进行测量。测量透射的X射线的过程叫做“扫描”。根据由扫描获得的多个视图的测量数据，重构被检查者的体层扫描图像。

当这样产生的被检查者的体层扫描图像的图像数据被显示在图像显示装置例如CRT(阴极射线管)显示器上时，在图像数据中的像素值(即在X射线计算机体层扫描装置情况下的CT值)被按照X射线的透射系数确定，并且一般确定空气的值为-1000，水的值为0。

通过把这些图像数据像素值转换成具有256个等级的层次的显示数据来显示图像。虽然显示数据的层次数随图像显示电路或CRT显示装置的电路结构而变，但一般具有256个等级(强度数据用8位进行处理)，因而不能提供层次范围宽的显示，例如范围从-1000到+2000的图像数据像素值的显示。

例如，考虑到要被观察的被检查者的内部器官给出范围为-150和+150CT值的像素值的情况。在这种情况下，引入了“窗口宽度”的概念。显示数据被转换，以便利用256个层次显示相应于窗口宽度的范围。图像利用阴影进行显示，其中具有高于上限的CT值的部分用白或黑表示，具有低于下限值的部分用黑或白表示。这处理可以适用于被包含在可显示的层次范围内的要被观察的区域的图像数据，并且图像数据可用不同的对比度显示。

在进行体层扫描成像之前，有时进行搜索扫描，以便确定最佳的成像位置。在搜索扫描中，在移动被检查者所在的并固定有X射线管和X射线检测器的台面的同时，被检查者被照射，以便获得X射线显影的图像。

日本专利申请公开1-293844(1989)披露了一种技术，其中通过计算X射线相对于在搜索扫描期间发射的X射线的平均检测值的衰减来确定作为扫描条件的X射线剂量。

然而，因为几个被检查者的体形是不同的，根据在X射线源的一个角度位置进行的搜索扫描中检测的值确定最佳扫描条件是困难的。

此外，因为被检查者的各片截面形状是不同的，所以在这些片之间发生所获得的图像数据的像素值范围的分散。这便提出了一个问题，即从几个片获得的图像数据的各个像素值范围对于每一片是不同的。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种X射线计算机体层扫描(CT)方法和装置，其中对于几个片的图像数据像素值可被包含在同一个最佳范围内。

现在说明用于解决上述问题的本发明。

(1)按照本发明的第一方面，本发明提供一种X射线计算机体层扫描方法，其中从X射线源发出的X射线照射在被置于测量容积内的被检查者上，发射的X射线利用X射线检测元件的阵列检测，该方法包括以下步骤：在对被检查者进行体层扫描成像之前，通过把X射线源固定在两个不同的角度位置产生搜索图像，并在所述角度位置分别进行被检查者的搜索成像；参考基于投影显示数据的面积的图像数据的标准偏差，图像数据的所需的标准偏差，以及在X射线源的两个角度位置分别获得的搜索图像之间的像素值衰减比计算扫描条件；以及按照扫描条件进行被检查者的体层扫描成像。

在本发明的第一方面中，基于投影显示数据的面积和在X射线源的两个角度位置分别获得的搜索图像之间的像素值衰减比的图像数据的标准偏差σ给出在规定为缺省值的扫描条件‘缺省的-mAs”下的图像数据的标准偏差σ’。并且标准偏差σ’和所需的标准偏差σ_目标给出为获得所需的标准偏差而要求的扫描条件‘扫描-mAs’。按照这样获得的扫描条件进行被检查者的体层扫描成像。

结果，每片的扫描条件可以被如此控制，使得图像数据的标准偏差等于σ_目标，这能够使几个片的像素值的分散范围被包含在同一个最佳范围内。

(2)按照第二方面，本发明提供一种X射线计算机体层扫描装置，该装置包括用于向被检查者发射X射线的X射线源，用于检测发射的X射线的被检查者透射的信息的X射线寄存器，以及控制装置，用于控制X射线的发射和检测，其中控制装置这样进行控制，使得在被检查者的体层成像之前，通过把X射线源固定在两个不同的角度位置并分别进行被检查者的搜索成像来产生搜索图像；参考基于投影显示数据的面积的图像数据的标准偏差，图像数据的所需的标准偏差，以及在X射线源的两个角度位置分别获得的搜索图像之间的像素值衰减比计算扫描条件；以及如此进行控制，使得按照扫描条件进行被检查者的体层扫描成像。

在按照第二方面的本发明中，通过控制装置的作用，基于投影显示数据的面积的标准偏差σ，图像数据的所需的标准偏差，以及在X射线源的两个角度位置分别获得的搜索图像之间的像素值衰减比给出在规定为缺省值的扫描条件‘缺省的-mAs”下的图像数据的标准偏差σ’。并且标准偏差σ’和所需的标准偏差σ_目标给出为获得所需的标准偏差而要求的扫描条件‘扫描-mAs’。按照这样获得的扫描条件进行被检查者的体层扫描成像。

(3)按照第三方面，本发明提供一种如第二方面所述的X射线计算机体层扫描装置，其中控制装置把X射线源固定在几个角度位置上，使得在X射线源的这些角度位置分别获得的搜索图像中的各个最大像素值预期为目标值或最小值。

在按照本发明的第三方面中，对于用于确定扫描条件的沿两个方向获得的搜索图像，因为其中搜索图像中的各个最大像素值预期是目标值或最小值的搜索成像的方向被选择为X射线源的发射方向，所以实际被检查者的图像数据的标准偏差σ’可以利用基于投影显示数据的面积和衰减比的图像数据的标准偏差σ被精确地计算。

结果，每一片的扫描条件可以被如此控制，使得图像数据的标准偏差等于一个所需的值，这使得几个片的像素值的分散范围被包含在同一最佳范围内。

(4)按照第四方面，本发明提供一种如第三方面所述的X射线计算机体层扫描装置，其中搜索图像的最大像素值为目标值的X射线源的一个角度位置被选择为平行于径向平面的方向，搜索图像的最大像素值是最小值的X射线源的其它角度位置被选择为平行于冠状平面的方向。

在按照第四方面的本发明中，对于沿两个方向取的用于确定扫描条件的搜索图像，因为搜索成像的两个方向被选择为径向和冠状平面的方向，此时搜索图像中的各个最大像素值预期为目标值和最小值，所以实际被检查者的图像数据的标准偏差σ’可以利用基于投影显示数据的面积和衰减比的图像数据的标准偏差σ被精确地计算。

结果，结果，每一片的扫描条件可以被如此控制，使得图像数据的标准偏差等于一个所需的值，这使得几个片的像素值的分散范围被包含在同一最佳范围内。

这就是说，本发明提供了以下的效果。

(1)在按照第一方面的本发明的X射线计算机体层扫描的方法中，基于投影显示数据的面积、在X射线源的两个角度位置分别获得的搜索图像之间的像素值衰减比的图像数据的标准偏差σ给出在规定为缺省值的扫描条件‘缺省的-mAs”下的图像数据的标准偏差σ’。并且标准偏差σ’和所需的标准偏差σ_目标给出为获得所需的标准偏差而要求的扫描条件‘扫描-mAs’。按照这样获得的扫描条件进行被检查者的体层扫描成像。

(2)在按照本发明的第二方面的X射线计算机体层扫描装置中，通过控制装置的功能，基于投影显示数据的面积、以及在X射线源的两个角度位置分别获得的搜索图像之间的像素值衰减比的标准偏差σ给出在规定为缺省值的扫描条件‘缺省的-mAs”下的图像数据的标准偏差σ’。并且标准偏差σ’和所需的标准偏差σ_目标给出为获得所需的标准偏差而要求的扫描条件‘扫描-mAs’。按照这样获得的扫描条件进行被检查者的体层扫描成像。

(3)在按照本发明的第三方面的X射线计算机体层扫描装置中，对于用于确定扫描条件的沿两个方向获得的搜索图像，因为其中搜索图像中的各个最大像素值预期是目标值或最小值的搜索成像的方向被选择为X射线源的发射方向，所以实际被检查者的图像数据的标准偏差σ’可以利用基于投影显示数据的面积和衰减比的图像数据的标准偏差σ被精确地计算。

(4)在按照本发明的第四方面的X射线体层扫描装置中，对于沿两个方向取的用于确定扫描条件的搜索图像，因为搜索成像的两个方向被选择为径向和冠状平面的方向，此时搜索图像中的各个最大像素值预期为目标值和最小值，所以实际被检查者的图像数据的标准偏差σ’可以利用基于投影显示数据的面积和衰减比的图像数据的标准偏差σ被精确地计算。

附图说明

本发明的其它的特点和优点从下面结合附图对最佳实施例的说明可以看得更加清楚。

图1是说明按照本发明一个实施例的X射线计算机体层扫描方法的例子的流程图；

图2是说明使用按照本发明一个实施例的X射线计算机体层扫描装置配置的方块图；

图3是用于说明按照本发明的一个实施例进行搜索成像的图。

具体实施方式

现在参照附图说明本发明的一些最佳实施例。

<X射线计算机体层扫描装置的配置>

下面参照图2说明利用X射线CT扫描器的X射线计算机体层扫描装置的配置。

台架1是X射线CT扫描器的机械部分，在其中X射线管2和检测器3按照几种扫描技术在被检查者周围进行机械的或电气的操作。

台面4上具有被检查者5，台面4被送进台架1。由台面/台架控制器6控制台架1的倾斜和台面4的运动。

X射线管2由X射线管驱动/产生控制器7控制，以便转动或停止，并且产生X射线或者停止产生X射线。台面/台架控制器6和后面将要说明的系统控制器构成驱动控制装置。

检测器3在检测器驱动装置8的控制下围绕被检查者随X射线管2转动。

在由X射线管2发射X射线时，通过被检查者5的X射线被检测器3检测，并且由数据获取系统(DAS)获得它们的数据。获得的数据被传递到搜索图像产生部分10和重构装置11。

搜索图像产生部分10根据由搜索成像获得的被检查者的透射投影数据产生搜索图像。搜索图像被用来确定扫描位置和扫描条件。

图像重构装置11根据收到的数据进行图像重构，从而产生图像数据，并在显示装置20上显示图像数据，同时在数据存储装置12中存储图像数据。

在数据存储装置12中存储的图像数据被读出，以便在图像处理器13中产生投影图像，如后面所述，并且投影图像在显示装置20上显示。

操作部分14是用于输入若干指令的输入装置。系统控制器5按照由操作部分14提供的指令和预定的操作程序以及扫描方案控制整个系统。

<X射线计算机体层扫描方法>

下面参照图1的流程图说明由上述的X射线计算机体层扫描装置执行的X射线计算机体层扫描方法。

[产生搜索图像]

在对被检查者进行体层成像之前，首先从几个方向对被检查者5进行搜索成像。

通过第一搜索成像开始产生第一搜索图像(图1S1)。如图3所示，选择互相垂直的两个方向作为搜索成像的方向。例如，X射线管2被设置在0°位置(在被检查者的正上方)，检测器3被设置在180°位置(在被检查者的正下方)，如图3所示。在台架转动部分被按上述固定的条件下，台面4沿着人体轴线的方向(垂直于图3中画面的方向)平移的同时，发射X射线，并测量被检查者透射的投影数据。然后，通过搜索图像产生部分11产生第一搜索图像。

接着，由第二搜索成像产生第二搜索图像(图1S2)。如图3所示，X射线管2被设置在90°位置(在被检查者的一侧)，检测器3被设置在270°位置(在被检查者的另一侧)。在台架转动部分被按上述固定的条件下，台面4沿着人体轴线的方向(垂直于图3中画面的方向)平移的同时，发射X射线，并测量被检查者透射的投影数据。然后，通过搜索图像产生部分11产生第二搜索图像。

假定搜索图像沿许多方向被如此产生，使得第一和第二搜索图像被在这些图像当中按照需要这样选择，使得预期具有最大的最大图像值的搜索图像被选择作为一个搜索图像，而预期具有最小的最大图像值的另一个搜索图像被选择作为另一个搜索图像。

如果被检查者具有平的横截面，如图3所示，则所需的搜索图像从相互垂直的两个方向选取，例如在0°方向和90°方向(或270°方向)。这种搜索成像能够利用衰减比校正标准偏差，这将在下面说明。

[初始化]

现在操作者进行X射线计算机体层扫描的初始化，例如选择射线管电压，片的厚度和重构功能(图1S3)。在这初始化步骤中，X射线计算机体层扫描所需的若干参数由操作者通过操作部分14确定。此外，参照由搜索图像产生部分11产生的搜索图像，系统控制器15确定X射线体层扫描的扫描位置(图1S4)。

[由标准偏差确定扫描条件]

(1)计算图像的SD(图1S5)

图像数据的标准偏差(称为“图像SD”)在下面由σ表示。在确省的成像条件下成像的被检查者(人体或人体的组织)的投影显示数据的面积(“投影面积”)和图像SDσ_pixel之间的关系由下式给出：

σ_pixel＝f(投影面积)，

其中，投影显示数据的面积可以从搜索图像粗略地获得，“f”是预定的函数。这一图像SD根据假定被检查者具有圆形截面而获得。代替使用由作为显示图像而导出的投影显示数据的面积，可以使用在预处理之后立即获得的透射投影数据的面积。

图像SDσ_pixel的一些值以函数或以表的形式被预先存储，用于按照从搜索图像得到的投影显示数据的面积确定每片的图像SD。

(2)图像SD的校正(图1S6)

从(1)获得的每片的图像sD按照两个正交方向的搜索图像之间的衰减比被校正。这样，对于每片得到相应于被检查者的实际截面形状的图像SDσ｀。

图像SDσ｀_pixel可以按照下面的公式由σ和衰减比进行计算：

σ｀_pixel＝σ_pixel×g(投影max-90°/投影max-0°)

当投影max-90°＞投影max-0°时，

以及

σ｀_pixel＝σ_pixel×g(投影max-0°/投影max-90°)

当投影max-0°＞投影max-90°时，

其中投影max-0°是从在0°的搜索图像获得的最大像素值，投影max-90°是从在90°的搜索图像获得的最大像素值。它们之间的比是衰减比。

此外‘g’是一阶或较高阶例如二阶或三阶函数，并且相应于被检查者的横截面形状的图像SDσ｀可以由圆形截面的σ和被检查者的搜索成像衰减比获得。代替像素值，可以使用透射投影数据值。

(3)扫描条件的确定

已知图像SD和成像条件(即mAs：管电流和时间的乘积)一般具有以下关系：

σ_target/σ｀_pixel＝(确省的-mAs/扫描-mAs)^1/2

因此，通过规定所需的图像SD值作为σ_target(图7中S7)，从σ｀_pixel和确省的图像条件‘确省的-mAs’可以获得满足σ_target的扫描条件‘扫描-mAs’。

然后，这样获得的成像条件‘扫描-mAs’通过系统控制器15在显示装置20上显示，操作者确定该值是否合适(图7S9)。当确定完成后，则完成扫描计划，处理转向“等待状态”等待进行扫描。

[进行扫描]

根据由上述规定和计算确定的参数，进行X射线计算机体层扫描(图1S10)。即，台架转动部分开始转动，同时接通X射线发射，从X摄像管2发射X射线。

根据获得的成像条件‘扫描-mAs’发射X射线，从而如上所述，对于每片，都满足图像SDσ_target。

然后，由检测器3获得扫描数据。根据这样获得的数据，图像重构器11进行图像重构，从而产生在显示装置20上显示的图像数据，该数据同时被存储在数据存储装置12中。

<实施例的效果>

(1)基于投影显示数据的面积的图像数据的标准偏差和分别在X射线源的两个角度位置获得的搜索图像之间的像素值衰减比给出在被规定为确省值的扫描条件‘确省的-mAs’下的图像数据的标准偏差σ｀。标准偏差σ｀和所需的标准偏差σ_target给出为维持所需的标准偏差所需的扫描条件‘扫描-mAs’。

结果，每一片的扫描条件可以被这样控制，使得图像数据的标准偏差等于σ_target，这能使许多片的像素值的分散范围保持在同一个最佳范围内。

(2)对于用于确定扫描条件的沿两个方向取的搜索图像，因为搜索成像的方向被选择为两个方向，在这两个方向上搜索图像的各个最大像素值预期等于最大值和最小值，对于实际的被检查者的图像数据的标准偏差σ｀可以使用基于投影显示数据的面积的图像数据的标准偏差σ和衰减比被精确地计算。

结果，对于每一片的扫描条件可以被这样控制，使得图像数据的标准偏差等于所需的值，这能使许多片的像素值的分散范围保持在同一个最佳范围内。

(3)对于用于确定扫描条件的沿两个方向取的搜索图像，因为搜索成像的方向被选择为径向和光圈的方向，在这两个方向上搜索图像的各个最大像素值预期等于最大值和最小值，对于实际的被检查者的图像数据的标准偏差σ｀可以使用基于投影显示数据的面积的图像数据的标准偏差σ和衰减比被精确地计算。

不脱离本发明的构思可以作出许多不同的实施例。应该理解，本发明不限于所述的实施例，而是由所附权利要求所限定。

Claims

1.一种X射线计算机体层扫描装置，该装置包括：

用于向被检查者发射X射线的X射线源；

用于检测发射的X射线的被检查者透射的信息的X射线检测器；以及

控制装置，用于控制X射线的发射和检测，其中控制装置这样进行控制，使得在被检查者的体层成像之前，通过把X射线源固定在两个不同的角度位置并分别进行被检查者的搜索成像来产生搜索图像；参考基于投影显示数据的面积的图像数据的标准偏差，图像数据的所需的标准偏差，以及在X射线源的两个角度位置分别获得的搜索图像之间的像素值衰减比计算扫描条件；以及如此进行控制，使得按照扫描条件进行被检查者的体层扫描成像。

2.如权利要求1所述的X射线计算机体层扫描装置，其特征在于，所述控制装置如此把X射线源固定在角度位置上，使得在X射线源的所述角度位置分别获得的搜索图像中的各个最大像素值预期为最大值和最小值。

3.如权利要求2所述的X射线计算机体层扫描装置，其特征在于，所述X射线源的一个角度位置被选择为平行于径向的方向，在此方向搜索图像的最大像素值是最大值，X射线源的另一个角度位置被选择为平行于光圈方向的方向，在此方向搜索图像的最大像素值是最小值。