CN201365928Y - 计算机断层成像扫描系统 - Google Patents

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Mosesain-Gore
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Abstract

本实用新型公开了一种计算机断层成像(CT)扫描系统，该扫描系统包括：能操作用于向对象发射辐射锥束的源，能操作用于检测所述源发射的辐射并产生与对象衰减的投影有关的检测器值的检测器，能操作用于使所述对象围绕旋转轴旋转的转台，以及能操作用于移动所述源从而改变所述锥束与所述旋转轴之间的角度的源移动装置。

Description

计算机断层成像扫描系统
技术领域
本实用新型总体上涉及患者旋转的计算机断层成像(CT)扫描系统，并且具体涉及为此改进的源轨迹。
背景技术
CT扫描通常包括围绕躺着的患者旋转的辐射源和相匹配的检测器。在这种称为“患者旋转”的计算机断层成像(CT)扫描仪中，患者位于X射线源与X射线检测器组之间的垂直位置，所述源与检测器相对于彼此固定。当X射线从所述源通过患者至检测器时，所述患者通过小的步进角度围绕竖直旋转轴旋转。对于任何给定的焦点和检测器位置，获得的视图或投影提供了有关患者的解剖构造在水平扫描平面内的给定二维切片的数据。然后使患者旋转至新的角度位置以在相同的水平扫描平面中获得另一视图。在给定的水平扫描平面中获得所需数量的视图之后，将X射线源和检测器相对于患者沿着竖直平移轴一起移动至新的水平扫描平面，以在该平面中获得有关患者的图像信息。可进行一系列这种水平扫描并使数据再现以提供患者解剖构造的图像。
以下背景用于理解该技术的概念和术语(特别是螺旋形源轨迹和锥束的概念)：
在至少一种已知的CT成像系统构造中，X射线源投射经准直的扇束，到位于笛卡儿坐标系的X-Y平面内，通常称为“成像平面”。X射线束通过成像对象，如患者。被对象衰减后的束撞击辐射检测器的阵列。检测器阵列接收的衰减束辐射的强度取决于对象对X射线束的衰减。阵列的各检测器元件产生单独的电信号，该电信号是在检测器位置处的束衰减的测量结果。分别采集来自所有检测器的衰减测量结果，以产生透射分布图。
在其它已知的CT系统中，X射线源和检测器阵列随着机架在成像平面内并围绕成像对象旋转，使得X射线束与对象相交处的角度不断改变。检测器阵列在一个机架角度下的一组X射线衰减测量结果，即投影数据，称为“视图”。对象的“扫描”包括X射线源和检测器的一次旋转期间在不同的机架角度或视角下得到的一套视图。在轴向扫描中，处理投影数据以构建与通过对象采集的二维切片相对应的图像。
一种由一套投影数据再现图像的方法在现有技术中称为滤波反投影技术。该方法将扫描的衰减测量结果转化为称作“CT数”或“豪斯菲尔德(Hounsfield)单元”的整数，该整数可用于控制阴极射线管显示器上对应像素的亮度。
上面讨论的二维方法可再现测量对象的切片。如果需要再现体积区段，可在各切片间少许移动对象或源-检测器系统以逐片进行完整的过程。
容积CT(volumetric CT)更有效的采集配置使用二维检测器。射线进而形成锥形，其锥底位于检测器上而其顶点位于源上。X射线源本身产生射线锥，因此锥束的采集不仅提高了扫描速度，而且还使得更好地利用原本由于准直而浪费的发射束。
现代CT扫描仪从扇束向着锥束几何形状快速移动。目前的微型CT扫描仪已经是锥束几何形状。半扫描CT算法在时间分辨率方面是有利的并且广泛用于扇束和锥束几何形状。
螺旋源轨迹在性质上用于长对象的容积扫描。连续平移的对象和旋转的源-检测器系统围绕对象产生螺旋形轨迹。螺旋扫描使用一维检测器已应用了多年，并且现在已扩展到使用多排检测器，这在医学成像领域中具有潜在应用的是二维检测器。
实用新型内容
本实用新型力图提供在患者旋转CT扫描中用于实现新的源轨迹的设备和技术，这在下文更详细说明。
因此根据本实用新型的实施方案提供计算机断层成像扫描系统，该系统包括：能操作用于向对象发射辐射锥束的源，能操作用于检测所述源发射的辐射并产生与对象衰减的投影有关的检测器值的检测器(可以是固定的)，能操作用于使所述对象围绕旋转轴(如竖直的)旋转的转台，以及能操作用于移动所述源从而改变锥束与旋转轴之间角度的源移动装置。
所述源移动装置可在一个方向上或一个以上方向上平行于所述旋转轴移动所述源。附加地或替代地，所述源移动装置可在一个方向上或一个以上方向上沿着弧线移动所述源。
可设置处理器以处理检测器值并再现与对象衰减有关的空间分布。根据本实用新型的实施方案，源移动装置能操作用于周期性地移动源。
根据本实用新型的实施方案，还提供计算机断层成像的方法，包括：从源向对象发射辐射锥束，检测所述源发射的辐射并产生与对象衰减的投影有关的检测器值，使所述对象围绕旋转轴旋转，并且移动所述源从而改变锥束与旋转轴之间的角度。
根据本实用新型的实施方案，所述方法进一步包括在反复移动源的同时旋转对象从而产生多个源位移，各源位移与所述对象的数个旋转角有关联。在移动源的同时旋转对象可产生多螺旋形的源轨迹、正弦形的源轨迹和/或三角形的源轨迹。
附图说明
结合附图，从以下详细描述中将更完全地理解和领会本实用新型，其中：
图1是根据本实用新型实施方案构建和操作的CT扫描系统的简化框图说明；
图2A是源扫描带的简图；
图2B是显示源、锥束和旋转轴的源轨迹的简图；
图2C是在X-φ平面内描绘为平行于φ轴的直线的圆形源轨迹的简图；
图2D是在X-φ平面内描绘为斜线的螺旋形轨迹的简图；以及
图3A、3B和3C是根据本实用新型实施方案的源轨迹的简图，比现有技术具有明显更大的源轨迹域覆盖度，所述源轨迹分别为多螺旋形、正弦形和三角形。
具体实施方式
现在参照图1，其说明了根据本实用新型的非限制性实施方案构建和操作的CT扫描系统10。
CT扫描系统10包括如现有技术中已知的、向对象16(例如患者中的靶)发射辐射锥束14(例如X射线或其它辐射)的源12。检测器18检测通过对象16衰减的源12所发射的辐射。如现有技术中已知的，检测器18产生与对象衰减的投影有关的检测器值。检测器18优选是固定的。
如现有技术中已知的，转台20使对象16围绕旋转轴22旋转。在示出的实施方案中，旋转轴22是竖直的，但是本实用新型可在其它角度进行，例如但不限于，在水平轴进行。这种转台是现有技术中所熟知的。
源移动装置24有效连接至源12。根据本实用新型的实施方案，源移动装置24移动源12从而改变锥束14与旋转轴22之间的角度θ。源移动装置24连续地或周期性地移动源12。
处理器26处理检测器值并再现与对象衰减有关的空间分布28。
源移动装置24用于产生用现有技术的扫描系统迄今无法获得的新的源轨迹，现在参照图2A-3C进行解释。
首先参照图2A-2B。称为扫描对象的源轨迹可视作位于宽度一定的圆形扫描带30上，其中扫描带的轴与旋转轴22共线。轨迹可描绘在X-φ(X-Phi)或θ-φ(Theta-Phi)平面内，其中φ是旋转角，X是源沿着旋转轴的位移且θ是锥束与旋转轴之间的角度。X-φ平面中的扫描带由所有使得0＜X＜XMAX，0＜φ＜φMAX的点X，φ限定，其中XMAX和φMAX分别是扫描仪的平移限和旋转限。
如图2B所示，扫描带是“源轨迹域”。该源轨迹域限定了扫描范围内相对于对象的可能源位置的几何限制。
圆形源轨迹32通常通过使源在垂直于旋转轴的平面内旋转而获得——描绘为X-φ平面内平行于φ轴的直线(图2C)。螺旋形轨迹34(图2B)通常通过在源旋转期间连续平移对象而获得——在X-φ平面内描绘为斜线(图2D)。
通常源辐射是脉冲式的和/或检测器值是离散的。因此，称为视点(view point)的源轨迹上的点表示获得视图的离散源位置。“源轨迹域覆盖度”指有关的视图点覆盖扫描范围或分布在扫描范围内的量。使用该术语，圆形源轨迹，例如，由于所有的视图点集中在扫描范围的单一X位置上，因此具有非常低的源轨迹域覆盖度。这种扫描伴有再现精度随着远离旋转源平面而不断降低。螺旋形源轨迹，虽然具有比圆形源轨迹大的源轨迹域覆盖度，但其源轨迹域覆盖度仍是低的。
如上所述，源移动装置24移动源12从而改变锥束14与旋转轴22之间的角度θ。源12的移动与对象16的旋转相协调。以这种方式，本实用新型产生的源轨迹的源轨迹域覆盖度明显大于迄今可能的源轨迹域覆盖度。例如，对象16可在源12反复移动的同时旋转使得存在多个源位移并且每一个都与数个旋转角相关联。源移动装置24按照处理器26的控制移动源12。源移动装置24可在一个或多于一个方向上平行于旋转轴22移动源12。附加地或替代地，源移动装置24可在一个或多于一个方向上沿着弧线移动源12。
通过源12和对象16的协调移动产生的示例性源轨迹有多螺旋形36、正弦形38和三角形40轨迹，它们分别描绘在图3A、3B和3C中。
本实用新型的范围包括上述特征的组合和子组合，以及本领域的普通技术人员在阅读上述说明后将产生的、现有技术中没有的其改进和变化。

Claims (9)

1.一种计算机断层成像扫描系统，其特征在于，包括：
源，能操作用于向对象发射辐射锥束；
检测器，能操作用于检测所述源发射的辐射并产生与对象衰减的投影有关的检测器值；
转台，能操作用于使所述对象围绕旋转轴旋转；以及
源移动装置，能操作用于移动所述源从而改变所述锥束与所述旋转轴之间的角度。
2.根据权利要求1的计算机断层成像扫描系统，其特征在于，所述源移动装置在一个方向上平行于所述旋转轴移动所述源。
3.根据权利要求1的计算机断层成像扫描系统，其特征在于，所述源移动装置在多于一个方向上平行于所述旋转轴移动所述源。
4.根据权利要求1的计算机断层成像扫描系统，其特征在于，所述源移动装置在一个方向上沿着弧线移动所述源。
5.根据权利要求1的计算机断层成像扫描系统，其特征在于，所述源移动装置在多于一个方向上沿着弧线移动所述源。
6.根据权利要求1的计算机断层成像扫描系统，其特征在于，所述旋转轴是竖直的。
7.根据权利要求1的计算机断层成像扫描系统，其特征在于，所述检测器是固定的。
8.根据权利要求1的计算机断层成像扫描系统，其特征在于，进一步包括处理器，该处理器能操作用于处理所述检测器值并再现与所述对象衰减有关的空间分布。
9.根据权利要求1的计算机断层成像扫描系统，其特征在于，所述源移动装置能操作用于周期性地移动所述源。
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