CN1839759A - 快速立体扫描检查区域的断层造影设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用至少两个拍摄系统(1,2)对检查区域(3)进行快速立体扫描的方法和断层造影设备。在对检查区域(3)进行螺旋形扫描时可以这样特别快速地扫描该区域,使得在用第一拍摄系统(1)采集的投影(4,6,8)中的检查区域(3)的投影空隙(10,11)通过利用第二拍摄系统(2)采集的投影(5,7)来填补。

Description

快速立体扫描检查区域的断层造影设备及方法
技术领域
本发明涉及一种用于对检查区域进行快速立体扫描的断层造影设备,具有至少两个分别采集检查区域的投影的拍摄系统。本发明还涉及一种利用这样的断层造影设备对检查区域进行快速立体扫描的方法。
背景技术
具有两个拍摄系统的断层造影设备例如由US4991190、DE2951222A1和DE10302565A1公开。在这些文献中公开的断层造影设备的优点与只具有一个拍摄系统的设备相比是以更高的扫描速度或更大的扫描分辨率来检查对象。
当应当在再现后的图像中最小化运动伪影时高扫描速度具有很大的优点。高扫描速度保证来自不同的旋转角位置的所有用于再现图像的投影都采集对象的相同运动状态,如心脏的相同心脏阶段。在公知的断层造影设备中两个拍摄系统围绕共同的旋转轴设置,并在旋转方向上相互之间错开90度地设置,从而扫描速度在使用合适的再现方法的情况下可以加倍。
具有多个拍摄系统的断层造影设备还可以用于产生具有更大分辨率的图像。为此将拍摄系统围绕共同的旋转轴设置,使得对同一个投影方向两个拍摄系统的投影相互之间具有小于一个检测元件的位移。通过对两个拍摄系统时间上先后从各自的投影方向采集的投影进行分析,可以计算出分辨率更高的图像。更高的分辨率例如在必须扫描小检查区域的血管检查时是有利的。
在用于提高扫描速度的运行方式和在用于提高扫描分辨率的运行方式中,一起计算两个拍摄系统产生的投影以再现图像。在此对数据的计算在已知系统角的情况下进行,拍摄系统以该系统角在方位角方向上围绕共同的旋转轴设置。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于扩展具有多个拍摄系统的断层造影设备的功能。
根据本发明的断层造影设备具有至少两个分别采集检查区域的投影的拍摄系统,其中在断层造影设备的所谓螺旋扫描运行中使两个拍摄系统围绕共同的旋转轴旋转,并且检查区域和两个拍摄系统在旋转轴方向上的移动这样相对进行,使得在用第一拍摄系统采集投影时的检查区域的投影空隙由利用第二拍摄系统采集的投影填补。
当两个拍摄系统在旋转方向上相互错开一固定角地设置时,可以实现投影空隙的填补。由此在每次旋转时在不同的时刻分别对每个投影方向采集两个投影。通过螺旋扫描时检查区域在旋转轴方向上同时存在的移动,对同一个投影方向在沿着旋转轴的不同位置上拍摄投影,从而第二拍摄系统的投影采集了检查区域的未被第一拍摄系统的投影覆盖的子区域。因此,在只利用一个拍摄系统进行螺旋扫描时由于高移动速度而在检查区域中形成的投影空隙可以由第二拍摄系统的投影填补。
在利用计算机断层造影设备进行的螺旋形扫描中,螺距值给出了每次支架旋转时卧榻或者说检查区域的移动与检测器的层厚之间的关系。在只用一个拍摄系统对直径例如为250mm的检查区域进行螺旋形扫描时,其中将X射线的锥形角设置在约为25度以照射32×0.6mm的行检测器,最大的螺距值可以预先给定为1.7,此时在检查区域内不会出现投影间隙。相反,在本发明的计算机断层造影设备中,利用两个在方位角方向上相互错开90度设置的拍摄系统可以高出大约1.75倍的螺距值3来进行扫描而不会出现投影空隙。
不出现检查区域投影空隙的快速移动在只采用一个拍摄系统时只能在检测器在旋转轴方向上具有相应大的延伸,并且由X射线辐射器产生的X射线束具有相应大的锥形角时才有可能。
但在旋转轴方向上具有大延伸的检测器结构造价高,并且X射线束的展宽对X射线辐射器造成很高的热负荷,该热负荷由于阳极盘相对于电子辐射的强烈倾斜而形成。此外还提高了用于通过采用在每次投影时采集多个检测器行的检测器来计算再现图像的算法的复杂程度。
因此本发明提出了对只具有一个拍摄系统的断层造影设备的有效替换,该断层造影设备是专门用于快速立体扫描的。通过本发明还可以扩展具有至少两个拍摄系统的断层造影设备的功能。除了已经知道的用于以可以减小运动伪影的高扫描速度和以保证能采集特别小的扫描立体的高分辨率扫描检查区域的运行方式之外,本发明的断层造影设备还以能够进行非常快速的立体扫描的另一种运行方式运行。
原理上,对于本发明的用于快速立体扫描的断层造影设备来说,两个拍摄系统在旋转轴方向上如何相互设置不是很重要。但考虑到断层造影设备尽可能宽的使用领域,将两个拍摄系统设置在一个测量平面中、也就是在旋转轴方向上没有错位是有利的。在这种情况下,不仅可以借助螺旋扫描进行快速立体扫描,还可以本文开始所述的方式实现高扫描速度的扫描,其中必须由两个拍摄系统在旋转轴方向采集相同的扫描立体。
两个拍摄系统优选在旋转方向上相互错开90度地设置。通过将两个拍摄系统相互错开90度,使得在两个针对一个投影平面采集的相继投影之间的时间差最大,从而在螺旋形扫描中通过检查区域在旋转轴方向上的移动使得由第二拍摄系统的投影采集的可以用于填补投影空隙的子区域也最大。
两个拍摄系统优选和在计算机断层造影中的情况一样分别具有一个用于产生射线的辐射器和一个用于采集投影的检测器。两个检测器优选包括多个排列为行和列的检测器元件,其中这些检测器元件分别产生取决于射线衰减的衰减值。
在本发明的优选实施方式中,两个拍摄系统具有相同大小的测量区域。但还可以考虑这些测量区域具有不同的大小。在这种情况下优选基于两个拍摄系统的投影的覆盖了尽可能大的共同测量区域的各子区域来进行快速立体扫描。但还可以采用比两个拍摄系统中较小的测量区域更大的测量区域来扫描检查区域。在这种情况下根据测量区域的子区域来再现图像。该测量区域的对应于两个拍摄系统的最大共同测量区域的内部子区域被两个拍摄系统的投影无空隙地覆盖,从而可以进行在旋转轴方向上不损耗图像分辨率的再现。与此相反,外部测量区域具有由于测量场更小而不能被第二拍摄系统覆盖的投影空隙。在该子区域中,只能在旋转轴方向上损失分辨率的情况下进行再现,其中所缺少的信息由相邻的投影代替或插值出来。
但在理想情况下可以移动两个拍摄系统的测量区域,使得可以进行与检查条件相匹配的设置。
图像的再现优选基于所获得的两个拍摄系统的投影来进行,其中为了唯一的几何对应于每个投影而采集和后处理旋转轴方向上的移动位置以及拍摄系统的旋转方向上的角位置。
附图说明
在附图中示出本发明的实施例和其它优选结构。其中:
图1以透视总体图示出本发明的用于快速立体扫描检查区域的具有两个拍摄系统的断层造影设备,
图2示出两个拍摄系统的截面图,
图3示出两个拍摄系统在一个用于无空隙扫描检查区域的投影平面中的投影。
具体实施方式
在图1中以透视图示出本发明的断层造影设备,在此是计算机断层造影设备30。
在计算机断层造影设备30的内部具有两个可旋转地设置在支架上的拍摄系统1,2以从多个不同的投影方向31,32采集检查区域3的投影4,5,6,7,8。第二拍摄系统2在所示旋转方向28上相对于第一拍摄系统1具有90度的角位移。两个拍摄系统1、2基本上位于相同的测量平面12中。
计算机断层造影设备30配备了具有可移动卧榻23的支撑装置22,在卧榻上可以放置诸如患者29的对象24。卧榻23可在旋转轴9的方向上移动,从而与对象24相关的检查区域3穿过计算机断层造影设备外壳27内的开口而进入两个拍摄系统1、2的测量区域18、19中。对象24的检查区域3和两个拍摄系统1、2可以这种方式在旋转轴9的方向上相对移动。
为了采集投影4、5、6、7、8,两个拍摄系统1、2分别具有X射线管形式的辐射器13、14和设置在该X射线管对面的检测器15、16,其中每个检测器15、16包括多个排列成行和列的检测器元件17。每个辐射器14、15产生扇形X射线束形式的射线,该X射线束穿过拍摄系统1、2的各测量区域18、19。X射线接着到达各检测器15、16的检测器元件17。检测器元件17产生取决于穿过系统1、2的各测量区域18、19的X射线的衰减的衰减值。将X射线转换为衰减值例如分别利用与闪烁器光耦合的光电二极管或利用直接转换的半导体来进行。每个检测器15、16以该方式产生一组衰减值,其是针对拍摄系统1、2的具体投影方向31、32而记录的。
通过在支架旋转的同时使检查区域3在旋转轴9方向连续移动,在沿着旋转轴9或沿着检查区域3的不同位置33、34、35、36上采集来自多个不同投影方向31、32的投影4、5、6、7、8。两个拍摄系统1、2通过该方式获得的投影4、5、6、7、8被传送到计算单元25并计算为图像。在实际再现图像之前根据公知的插值方法从旋转轴9方向上的相邻的螺旋扫描的投影中插值出那些在不移动检查区域3、也就是只在拍摄系统1、2旋转的情况下会在垂直于计算机断层造影设备30的测量平面12的投影平面中获得的投影。但这种预处理根据常见方法只能在扫描检查区域3过程中不出现检查区域3的投影空隙10、11时才能不损失图像分辨率。根据本发明的断层造影设备或本发明的方法避免了这种投影空隙10、11从而可以将公知的预处理方法用于再现图像。再现后的图像可以显示在操作人员的显示单元26上。
图2示出两个拍摄系统1、2的细节。在该截面图中,分别示出具有多个检测器元件17的检测器15、16的一行,其中分别只有一个检测器元件17具有附图标记。检测器15、16的两个测量场的大小不同,从而针对两个拍摄系统1、2给出了不同大小的可检测X射线束。一束可检测的X射线的最大扇形开口角例如对第一拍摄系统1来说是55度,对第二拍摄系统2来说是25度。由于对检查区域3的旋转扫描而对第一拍摄系统1给出了直径为500mm的最大测量区域,对第二拍摄系统给出了直径为250mm的最大测量区域。第一测量区域18通常用于扫描患者的整个身体截面,而第二测量区域19用于扫描患者的心脏区域。
两个拍摄系统1、2分别对应于可调节的光阑20、21,利用该光阑可以将各拍摄系统1、2的X射线调节到任意测量区域。对下面的例子来说,通过光阑调节来选择扇形开口角,使得两个拍摄系统1、2如所示那样覆盖直径为250mm的相同测量区域19。此外通过相应的光阑调节设置锥形角,使得可以照射到各检测器1、2的32×0.6mm的行。两个测量区域因此在旋转轴方向和方位角方向上都具有相同的延伸。
在螺旋形扫描检查区域3过程中,计算机断层造影设备30可以在仅采用一个具有这样设置的测量区域19的拍摄系统1时以最大螺距值1.7运行,而不会在被扫描的检查区域3中出现投影空隙。在此该螺距值是由检查区域3在每次支架旋转时在旋转轴9方向上的卧榻移动或检查区域3的移动和通过测量区域19或者说检测器15采集的层厚之间的关系计算出的。
在本发明的计算机断层造影设备中,通过如图2所示将在利用第一拍摄系统1采集的投影4、6、8中的检查区域3的投影空隙10、11通过利用第二拍摄系统2采集的投影5、7来填补,可以大大提高最大可预先给定的螺距值。图3详细示出两个拍摄系统1、2的投影4、5、6、7、8,这些投影是在一次螺旋扫描期间在同一个投影平面12中从两个相互错开180度的投影方向31、32中获得的。
对每个投影方向31、32都在两个拍摄系统1、2的每次旋转时采集两个投影4、5;6、7。通过两个拍摄系统1、2在旋转方向28的错开使得两个拍摄系统1、2不同时扫过相同的投影方向31、32,而是在不同的时刻33、34;35、36。由于这个原因不是在相同的位置、而是根据检查区域的移动在旋转轴9方向上的不同位置33、34;35、36拍摄到投影4、5;6、7。在只用第一拍摄系统1以所设置的大螺距值进行扫描时出现的投影空隙10、11通过第二拍摄系统2的投影5、7在每次旋转时加以填补。
在预先给定直径为250mm的测量区域19时可以该方式将螺距值一直调节到最大值3,而不会在检查区域3内出现投影空隙10、11。因此与只具有一个这样的拍摄系统的计算机断层造影设备10相比,该例中的立体扫描的速度可以提高1.75倍。只用一个拍摄系统进行这样的快速立体扫描只在检测器由56×0.6mm而不是32×0.6mm的行组成的情况下才可能。此外由于扩大了辐射几何形状,必须用来根据投影计算图像信息的再现算法也变得更为复杂。本发明的断层造影设备由此提供了对检查区域进行快速立体扫描的有效途径。
可预先给定的最大螺距值和相对于只用一个拍摄系统进行扫描的优势取决于各种因素。重要的影响因素是两个拍摄系统在方位角方向上相互错开,测量区域在扫描平面中的大小(这对扫描检查区域是很必要的),以及检测器和辐射器的几何布置。
但不只是在辐射器辐射出扇形射线的情况下才可以进行快速立体扫描。还可以考虑用两个可围绕共同旋转轴旋转的拍摄系统进行快速立体扫描,其中辐射器产生发散或平行的射线束。
为了再现诸如断层或立体图像的图像,一起计算两个拍摄系统1、2的投影4、5、6、7、8。为此例如将所采集的投影4、5、6、7、8传送到计算单元25或为此分开设置的再现单元。利用公知的再现算法在已知旋转角位置和旋转轴9方向上的拍摄位置的情况下计算图像。

Claims (18)

1.一种用于对检查区域(3)进行快速立体扫描的断层造影设备,具有至少两个分别采集检查区域(3)的投影(4,5,6,7,8)的拍摄系统(1,2),其中该两个拍摄系统(1,2)围绕共同的旋转轴(9)旋转,并且检查区域(3)和两个拍摄系统(1,2)在旋转轴(9)方向上的移动这样相对进行,使得在用第一拍摄系统(1)采集投影(4,6,8)时检查区域(3)的投影空隙(10,11)通过利用第二拍摄系统(2)采集的投影(5,7)来填补。
2.根据权利要求1所述的断层造影设备,其中,所述两个拍摄系统(1,2)设置在一个测量平面(12)中。
3.根据权利要求1或2所述的断层造影设备,其中,所述两个拍摄系统(1,2)在旋转方向(29)上相互错开90度地设置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的断层造影设备,其中,所述两个拍摄系统(1,2)分别具有一个用于产生射线的辐射器(13;14)和一个用于采集投影(4,5,6,7,8)的检测器(15;16)。
5.根据权利要求4所述的断层造影设备,其中,所述两个检测器(15;16)包括多个排列为行和列的检测器元件(17),并且这些检测器元件(17)分别产生取决于射线衰减的衰减值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的断层造影设备,其中,所述两个拍摄系统(1,2)具有相同大小的测量区域(19)。
7.根据权利要求6所述的断层造影设备,其中,所述两个拍摄系统(1,2)的测量区域(18,19)可以移动。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的断层造影设备,其中,图像的再现根据两个拍摄系统(1,2)的投影(4,5,6,7,8)来进行。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的断层造影设备,其中,所述断层造影设备是计算机断层造影设备(30)。
10.一种利用断层造影设备对检查区域(3)进行快速立体扫描的方法,该断层造影设备具有至少两个分别采集检查区域(3)的投影(4,5,6,7,8)的拍摄系统(1,2),其中该两个拍摄系统(1,2)围绕共同的旋转轴(9)旋转,并且检查区域(3)和两个拍摄系统(1,2)在旋转轴(9)方向上的移动这样相对进行,使得在用第一拍摄系统(1)采集的投影(4,6,8)中的检查区域(3)的投影空隙(10,11)通过利用第二拍摄系统(2)采集的投影(5,7)来填补。
11.根据权利要求10所述的方法,其中,由所述两个拍摄系统(1,2)在一个测量平面(12)中采集投影(4,5,6,7,8)。
12.根据权利要求10或11所述的方法,其中,所述两个拍摄系统(1,2)在旋转方向(29)上相互错开90度地设置。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法,其中,所述两个拍摄系统(1,2)分别具有一个用于产生射线的辐射器(13;14)和一个用于采集投影(4,5,6,7,8)的检测器(15;16)。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,所述两个检测器(15;16)包括多个排列为行和列的检测器元件(17),并且这些检测器元件(17)分别产生取决于射线衰减的衰减值。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法,其中,所述两个拍摄系统(1,2)的投影采集相同大小的测量区域(19)。
16.根据权利要求15所述的方法,其中,所述测量区域(18,19)可以移动。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的方法,其中,图像的再现根据两个拍摄系统(1,2)的投影(4,5,6,7,8)进行。
18.根据权利要求10至17中任一项所述的方法,其中,所述断层造影设备是计算机断层造影设备(30)。
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