CN1781459B - 剂量评估方法和x射线ct设备 - Google Patents

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Abstract

出于评估剂量是否对患者过量的目的，在以侦察扫描采集的投影数据为基础的轴向扫描上，估计图像噪声达到小于或等于预定值的剂量。将该剂量设置成最大剂量。在轴向扫描获得的图像中，将除空气以外的区域分割成多个小区域i。计算各个小区域i中的图像噪声N(i)。建立和显示警告图像G1，其中图像噪声N(i)小于或等于预定值的小区域中像素的所有像素值用以黑色电平表示的像素值替代。

Description

剂量评估方法和X射线CT设备
技术领域
本发明涉及剂量评估方法和X射线CT(计算机断层成像)设备，更具体而言本发明涉及用于估计剂量对患者是否过量的剂量评估方法和由此得到的X射线CT设备。
背景技术
迄今为止，已知一种X射线设备可以根据表示预图像像素值的直方图控制患者实时成像时的X射线管输出，其中上述预图像通过X射线设备对患者的预成像获得(例如，参考专利文献1)。
[专利文献1]日本专利公开号No.Hei 10(1998)-308899
传统X射线设备能够防止实时成像时的剂量对患者过量。
但是，这需要传统X射线设备通过预成像收集和重建预图像所需的所有视图对应的投影数据，从而导致预成像过于复杂。同时，传统X射线设备还存在不能估计已重建图像在摄影时的剂量是否过量的问题。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种即使和图像重建所需的所有视图对应的投影数据没有被收集也能够估计剂量对患者过量的剂量评估方法，一种能够估计已重建图像在摄影时的剂量是否过量的剂量评估方法，和一种能够恰当实现这些方法的X射线CT设备。
在第一方面，本发明提供了一种剂量评估方法，包括下述步骤：在X射线管和X射线探测器未绕患者体轴旋转的情况下，收集投影数据(称为固定视图投影数据)，并根据固定视图投影数据估计当X射线管和X射线探测器中至少有一个围绕患者体轴旋转收集投影数据时的剂量。
根据第一方面的剂量评估方法，由于是根据固定视图投影数据估计剂量，所以不需要收集和图像重建所需的所有视图对应的投影数据。
在第二方面，本发明提供一种剂量评估方法，其中在根据第一方面的剂量评估方法中，由固定视图投影数据确定平均穿透密度和最大穿透长度，由平均穿透密度和最大穿透长度估计图像噪声达到小于或等于预定值的剂量，并将该剂量设置为评估标准。
在根据第二方面的剂量评估方法中，从固定视图投影数据中提取患者固有的平均穿透密度和最大穿透长度。接着，估计图像噪声相对于患者固有的平均穿透密度和最大穿透长度达到或小于预定值(根据要成像的区域和成像目的确定)的剂量。然后，估计剂量是否超过了作为评估标准的估计剂量。
此外，图像噪声例如能够用像素值的离差值(dispersionvalue)作为索引。
在第三方面，本发明提供了一种剂量评估方法，其中在根据第二方面的剂量评估方法中，当操作人员指定当X射线管和X射线探测器中至少有一个围绕患者体轴旋转以收集投影数据时的剂量时，已设置成评估标准的剂量被显示成最大剂量。
在根据第三方面的剂量评估方法中，操作人员指定的剂量要小于或等于所显示的最大剂量。因此，能够防止剂量对患者过量。
在第四方面，本发明提供了一种剂量评估方法，包括下述步骤：在X射线管和X射线探测器未绕患者体轴旋转的情况下，通过相对于其体轴的方向移动X射线管和X射线探测器，在多个z坐标位置上收集投影数据(称为固定视图投影数据)，并根据固定视图投影数据估计当X射线管和X射线探测器中至少有一个围绕患者体轴旋转以收集投影数据时在各个z轴位置上的剂量。
根据第四方面的剂量评估方法，由于是根据侦察扫描获得的固定视图投影数据估计在多个z轴位置上的剂量。因此，不需要在多个z坐标位置收集和图像重建所需的所有视图对应的投影数据。
在第五方面，本发明提供一种剂量评估方法，其中在根据第四方面的剂量评估方法中，在各个z坐标位置上的平均穿透密度和最大穿透长度由各自的固定视图投影数据确定，图像噪声在各个z坐标位置处达到小于或等于预定值的剂量由各自的平均穿透密度和最大穿透长度估计，并在各个z坐标位置上将各自的剂量设置成评估标准。
在根据第五方面的剂量评估方法中，从位于各个z坐标位置上的固定视图投影数据中提取位于多个z坐标位置上的患者固有平均穿透密度和最大穿透长度。接着，估计图像噪声在多个z坐标位置上相对于患者固有的平均穿透密度和最大穿透长度达到或小于预定值(根据要成像的区域和成像目的确定)时的剂量。然后，估计各个z坐标位置上的剂量是否超过了作为评估标准的这些估计剂量。
此外，图像噪声例如能够用各个小区域中的像素值的离差值作为索引。
在第六方面，本发明提供一种剂量评估方法，其中在根据第五方面的剂量评估方法中，当操作人员指定当X射线管和X射线探测器中至少有一个围绕患者体轴旋转以收集投影数据时的剂量时，在指定的z坐标位置上已设置成评估标准的剂量被显示成最大剂量。
在根据第六方面的剂量评估方法中，操作人员指定的剂量要小于或等于所显示的最大剂量。因此，能够防止剂量对患者过量。
在第七方面，本发明提供一种剂量评估方法，包括下述步骤：将除空气以外的目标图像区域分割成多个小区域，计算每一个小区域中的图像噪声，如果存在图像噪声小于或等于预定值的小区域，则可以确定目标图像摄影时的剂量为过量。
在根据第七方面的剂量评估方法中，已重建图像摄影时的剂量是否过量能够被估计。
此外，图像噪声例如能够用各个小区域中像素值的离差值作为索引。
在第八方面，本发明提供一种剂量评估方法，其中在根据第七方面的剂量评估方法中，在剂量被确定为过量时，小区域的显示形式被改变以建立和显示警告图像，其使得能够和图像噪声大于预定值的每一个小区域区分开。
在根据第八方面的剂量评估方法中，警告图像被建立和显示，例如在警告图像中只有剂量被确定为过量时的小区域才用闪烁表示。因此，能够向操作人员显示目标图像摄影时的剂量是否过量。
在第九方面，本发明提供一种剂量评估方法，其中在根据第七或第八方面的剂量评估方法中，水平轴表示图像噪声值、垂直轴表示小区域数目的直方图被建立和显示。
根据第九方面的剂量评估方法，操作人员能够视觉上识别出剂量被确定为过量的每一个小区域和整个成像区域之间的比值。
在第十方面，本发明提供一种包括固定视图投影数据采集装置和剂量评估装置的X射线CT设备，其中固定视图投影数据采集装置用于收集X射线管和X射线探测器未绕患者体轴旋转时的投影数据(称为固定视图投影数据)，剂量评估装置根据固定视图投影数据估计当X射线管和X射线探测器中至少有一个围绕患者体轴旋转以收集投影数据时的剂量。
根据第十方面的X射线CT设备能够恰当地实现根据第一方面的剂量评估方法。
在第十一方面，本发明提供一种X射线CT设备，其中在根据第十方面的X射线CT设备中，剂量评估装置从固定视图投影数据中确定平均穿透密度和最大穿透长度，从平均穿透密度和最大穿透长度中估计图像噪声到达小于或等于预定值的剂量，并将上述剂量设置成评估标准。
根据第十一方面的X射线CT设备能够恰当地实现根据第二方面的剂量评估方法。
在第十二方面，本发明提供一种X射线CT设备，其中在根据第十一方面的X射线CT设备中，剂量指定装置和最大剂量显示装置被提供，上述剂量指定装置允许操作人员指定当X射线管和X射线CT探测器中至少有一个围绕患者体轴旋转以收集投影数据时的剂量，上述最大剂量显示装置将已设置成评估标准的剂量显示为最大剂量。
根据第十二方面的X射线CT设备能够恰当地实现根据第三方面的剂量评估方法。
在第十三方面，本发明提供一种包括固定视图投影数据采集装置和剂量评估装置的X射线CT设备，上述固定视图投影数据采集装置在X射线管和X射线探测器未绕患者体轴旋转的情况下，通过相对于其体轴的方向移动X射线管和X射线探测器，在多个z坐标位置上收集投影数据(称为固定视图投影数据)，上述剂量评估装置根据固定视图投影数据估计当X射线管和X射线探测器中至少有一个围绕患者体轴旋转以收集投影数据时各个z坐标位置上的剂量。
根据第十三方面的X射线CT设备能够恰当地实现根据第四方面的剂量评估方法。
在第十四方面，本发明提供一种X射线CT设备，其中在根据第十三方面的X射线CT设备中，剂量评估装置从各个固定视图投影数据中确定位于各个z坐标位置上的平均穿透密度和最大穿透长度，从各个平均穿透密度和最大穿透长度中估计在各个z坐标位置上的图像噪声达到小于或等于预定值的剂量，并在各个z坐标位置上将各个剂量设置成评估标准。
根据第十四方面的X射线CT设备能够恰当地实现根据第五方面的剂量评估方法。
在第十五方面，本发明提供一种X射线CT设备，其中在根据第十四方面的X射线CT设备中，剂量指定装置和最大剂量显示装置被提供，上述剂量指定装置允许操作人员指定当X射线管和X射线CT探测器中至少有一个在给定的z坐标位置处围绕患者体轴旋转以收集投影数据时的剂量，上述最大剂量显示装置将在给定的z坐标位置处已设置成评估标准的剂量显示为最大剂量。
根据第十五方面的X射线CT设备能够恰当地实现根据第六方面的剂量评估方法。
在第十六方面，本发明提供一种包括图像噪声计算装置和剂量评估装置的X射线CT设备，上述图像噪声计算装置将除空气以外的目标图像区域分割成多个小区域并计算每一个小区域中的图像噪声，并且如果存在图像噪声小于或等于预定值的小区域，则上述剂量评估装置用于确定目标图像摄影时的剂量为过量。
根据第十六方面的X射线CT设备能够恰当地实现根据第七方面的剂量评估方法。
在第十七方面，本发明提供一种X射线CT设备，其中在根据第十六方面的X射线CT设备中，警告图像建立/显示装置用于建立和显示警告图像，上述警告图像能够在剂量被确定为过量时，通过改变小区域的显示形式，和图像噪声大于预定值的每一个小区域区分开。
根据第十七方面的X射线CT设备能够恰当地实现根据第八方面的剂量评估方法。
在第十八方面，本发明提供一种X射线CT设备，其中在根据第十六或第十七方面的X射线CT设备中，提供了一种直方图建立/显示装置，该装置用于建立和显示水平轴表示图像噪声值、垂直轴表示小区域数目的直方图。
根据第十八方面的X射线CT设备能够恰当地实现根据第九方面的剂量评估方法。
根据本发明的剂量评估方法和X射线CT设备，即使图像和重建所需的全部视图对应的投影数据未被收集，也能估计患者的剂量过量。同时，还能评估已重建图像摄影时的剂量是否过量。
根据本发明的剂量评估方法和X射线CT设备能够用于评估每一位患者的剂量是否过量。
从附图描述的本发明优选实施例的下述说明中，本发明的其它目的和优点显而易见。
附图说明
图1中的框图显示了根据实施例1的X射线CT设备。
图2中的流程图说明了执行最大剂量设置过程的步骤。
图3中的示意图显示了在多个z坐标位置上的投影数据P。
图4中的示意图说明了z坐标位置和最大剂量间的关系。
图5中的流程图显示了执行剂量输入过程的步骤。
图6中的示意图显示了执行剂量评估过程的步骤。
图7是说明目标图像的示意图。
图8是显示目标图像被分割成小区域的示意图。
图9是说明直方图的示意图。
图10是显示警告图像的示意图。
具体实施方式
下面将根据附图所述实施例对本发明进行详细地说明。此外，本发明不受所述实施例的限制。
[实施例1]
图1中的框图显示了根据实施例1的X射线CT设备。
X射线CT设备100装有操作控制台1、工作台装置10和扫描台架20。
操作控制台1装有接收操作人员输入的输入装置2，执行各种处理操作的中央处理器3，收集通过扫描台架20获取的投影数据的数据采集缓冲区5，显示CT图像或从投影数据重建的类似图像的显示装置6和其中存储程序、数据和图像的存储装置7。
工作台装置10包括其上躺有患者的支架12，支架12可以进入孔(空腔部分)并从其中退出。通过安装在工作台装置10中的马达，支架12被抬升和线性移动。
扫描台架20装有X射线管21、X射线控制器22、准直器23、X射线探测器24、DAS(数据采集系统)25、旋转部分控制器26、倾斜控制器27、调节控制器29和滑环30，其中旋转部分控制器26用于控制X射线管21围绕患者体轴等的旋转，倾斜控制器27用于在扫描台架20沿其旋转轴被向前或向后倾斜时执行扫描台架20的控制，调节控制器29用于在操作控制台1和工作台装置10之间传递控制信号或类似信号，滑环30则用于供电、传递控制信号和已收集的投影数据。
图2中的流程图显示了由X射线CT设备执行的最大剂量设置过程的步骤。
在步骤A1中，通过对患者的侦察扫描收集或采集投影数据P(z，ch)。图3示意性显示了位于多个z坐标位置的投影数据P(z，ch)。
在步骤A2中，平均穿透密度D(z)和最大穿透长度L(z)由位于每一个预定z坐标位置上的投影数据P(z，ch)确定。
在步骤A3中，图像噪声相对于平均穿透密度D(z)和最大穿透长度L(z)小于或等于预定值的剂量将被估计，并被作为最大剂量mAs_max(z)保存。通过参考和平均穿透密度、最大穿透长度、剂量和图像噪声相关的通过例如实际测量或预先模拟建立起来的数据，这种估计有可能确定图像噪声相对于平均穿透密度D(z)和最大穿透长度L(z)变得小于或等于预定值的剂量。作为另一种选择，最大剂量能够从使用函数f和g的下述方程中计算得出，在函数f和g中图像噪声变成了预定值，并且这些函数已经由实际测量或预先的模拟确定。
mAs_max(z)＝max(f(D(z))，g(L(z))}
在这里max{，}表示取最大值的函数。f(D(z))表示从平均穿透密度D(z)中确定图像噪声达到预定值时的所需剂量的函数。g(L(z))表示从最大穿透长度L(z)中确定图像噪声变成预定值时的所需剂量的函数。
此外，例如图像噪声能够使用离差值作为索引。
图4示意性显示了最大剂量mAs_max(z)。
图5中的流程图显示了由X射线CT设备100执行的剂量输入操作的过程。
在步骤B1中，使操作人员输入扫描平面的每一个z坐标位置。
在步骤B2中，和输入z坐标位置对应的最大剂量mAs_max(z)作为可输入的最大剂量显示给操作人员。
在步骤B3中，使操作人员输入用于轴向扫描的剂量。如果操作人员输入的剂量小于呈现给操作人员的最大剂量，则能够防止该剂量变成过量。此外，操作人员也敢于输入大于所示最大剂量的剂量。
图6中的流程图显示了由X射线CT设备执行的剂量评估操作的过程。
在步骤C1中，目标图像(用于评估的CT图像)被输入。尽管目标图像可以是由X射线CT设备100成像或摄影的CT图像，但是它也可以是由另一个CT设备摄影的CT图像。图7示意性显示了目标图像GO。
在步骤C2中，除空气之外的目标图像区域被分割成如图8所示的多个小区域i。
在步骤C3中，每一个小区域i中的图像噪声N(i)被确定。此外，图像噪声N(i)例如能够使用每一个小区域i中的像素值的离差值作为索引。
在步骤C4中，如图9所示，以图像噪声值为水平轴、小区域数目为垂直轴的直方图被创建和显示。
在步骤C5中，警告图像被创建，其中图像噪声N(i)小于或等于预定值的每一个小区域的显示形式均被转换成能够和图像噪声N(i)大于预定值的每一个小区域区分开的显示形式。例如，在图像噪声N(i)小于或等于预定值的每一个小区域中，所有像素的像素值均用以黑色电平表示的像素值替代。作为另一种选择，图像噪声N(i)小于或等于预定值的每一个小区域均可以用诸如橙色这样的特定颜色覆盖。作为另一种选择，图像噪声N(i)小于或等于预定值的每一个小区域中像素的像素值均可以转换成用闪烁或高亮度表示的像素值。
图10示意性显示了警告图像G1。
此外，如果不存在图像噪声N(i)小于或等于预定值的小区域，则不会建立警告图像。
在步骤C6中，如果警告图像G1未被建立，则过程进入步骤C7。如果警告图像已建立，则过程进入步骤C10。
在步骤C7中，X射线CT设备100通知剂量未过量。
在步骤C8中，原始目标图像GO被显示。
在步骤C9中，剂量评估过程处于等待状态，直到操作人员发出“结束”指令。如果发出“结束”指令，则中止剂量评估过程。
在步骤C10中，警告图像G1被显示。
在步骤C11中，如果操作人员已经发出“目标图像显示”指令，则过程进入步骤C8。如果操作人员未发出上述指令，则过程进入步骤C12。
在步骤C12中，如果操作人员发出“结束”指令，则中止剂量评估过程。如果操作人员未发出“结束”指令，则过程返回到步骤C11。
[实施例2]
如果在线性移动范围内(在每一个z坐标位置的范围内变化)的最大剂量mAs_max(z)的最小值被假定为最大剂量，其中在恒定剂量下执行螺旋扫描，那么在线性移动范围内的任何一个点上均不会存在剂量过量。另一方面，如果在线性移动范围内的最大剂量mAs_max(z)的最大值被假定为最大剂量，那么在线性移动范围内的任何一个点上图像噪声均达到小于等于预定值。
在不背离本发明精神和范围的情况下，可以形成本发明多种不同形式的实施例。应当理解本发明除了受所附权利要求的限定之外，不受说明书中描述的特定实施例的限制。

Claims (2)

1.一种X射线CT设备(100)，包括：
图像噪声计算装置，该图像噪声计算装置将除空气以外的目标图像区域分割成多个小区域并计算每一个小区域中的图像噪声；和
剂量评估装置，如果图像噪声小于或等于预定值的小区域存在，则该剂量评估装置确定目标图像被摄影时的剂量为过量；以及
警告图像建立/显示装置，用于建立和显示警告图像，该警告图像建立/显示装置通过当剂量被确定为过量时改变小区域的显示形式使警告图像能够和图像噪声大于预定值的每一个小区域区分开。
2.根据权利要求1所述的X射线CT设备(100)，还包括：
直方图建立/显示装置，该直方图建立/显示装置用于建立和显示直方图，在上述直方图中水平轴表示图像噪声值，垂直轴表示小区域数目。
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