WO2012159279A1 - Ct图像采集装置及ct扫描成像系统 - Google Patents

Ct图像采集装置及ct扫描成像系统 Download PDF

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rays
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朱洵
王一秀
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    • A61B6/5205—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving processing of raw data to produce diagnostic data

Definitions

  • a CT scan imaging system comprising: an image collection device for collecting projection data, comprising: a first image that is perpendicular to each other
  • the first image collection device or the second image collection device includes: an X-ray tube for emitting X-rays; a detector disposed at the X-ray tube a vertically opposite position for receiving X-rays and obtaining projection data according to X-rays; and an image processing apparatus for acquiring a three-dimensional image by reconstructing projection data, the three-dimensional image including one or more tomographic images.
  • an image collection device is used for collecting projection data, the device comprising: a first image collection device and a second image collection device that are perpendicular to each other, wherein the first image collection device or the second
  • the image collecting device comprises: an X-ray tube for emitting X-rays; a detector disposed at a position opposite to the X-ray tube in a vertical direction for receiving X-rays and obtaining projection data according to X-rays;
  • the processing device is configured to reconstruct the projection data to obtain the three-dimensional image, and the three-dimensional image includes one or more tomographic images, which solves the problem that the prior art CT machine cannot be real-time imaged, and the imaging efficiency is high, and the production cost is high, thereby realizing The CT machine can be used for fast real-time imaging with low cost.
  • the system of the present application includes at least one display for displaying a three-dimensional image, and selecting one, two or more displays to display an image can be determined based on the needs of the actual work environment.
  • the detector in Figure 1 can be a flat panel detector. Each row of pixels of the flat panel detector can be regarded as an array of detectors. The average flat panel detector has thousands of rows, which greatly increases the number of detector layers.
  • the pixel size of the flat panel detector in the present application is smaller than the pixel size of the ordinary detector, and the spatial resolution is improved, and the flat panel detector of the present application has high X-ray conversion efficiency, can reduce the dose, and has a short reading time. Fast, can be used for dynamic CT imaging of the heart and the like.
  • the working principle of the flat panel detector used in the present application is that when X-rays are incident on the scintillation light crystal layer of the detector, the X-ray photon energy is converted into visible light photon emission, and the visible light excites the photodiode to generate a current. Integrating the capacitance of the photodiode itself to form a stored charge, the amount of stored charge of each pixel is proportional to the amount of incident X-ray photon energy and the corresponding range, and finally the analog electrical signal is A/D converted into a digital signal.
  • the digital signal is projection data of a certain level of the human body.
  • the flat panel detectors 1B, 2B detect that the motor drives the G-shaped arm to rotate at a constant speed, and the flat panel detectors 1B, 2B input projection data of various directions of the human body to the image processing device 4, and the image processing device 4
  • This series of projection data is reconstructed by CT to obtain a tomographic image of a certain level of the human body, and the three-dimensional image of the human body can be reconstructed three-dimensionally.
  • the tomogram ⁇ can be obtained by calculation. Specifically, as shown in FIG. 3, the X-ray tube emits six X-rays through the human body, and the total attenuation coefficient P' 6 ' 7 ' 1 ' 5 ' 3 can be measured on the detector. For 1, no ray passes through to the front of the array A is

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Abstract

一种CT图像采集装置及CT扫描成像系统，CT扫描成像系统包括图像采集装置，该装置包括互相垂直的第一图像采集装置（1Α，1Β）和第二图像采集装置（2A，2B）；第一图像采集装置（1Α，1Β）或第二图像采集装置（2A，2B）包括：X线球管（1A，2A），用于发射X射线；探测器（1B，2B），设置于与X线球管在垂直方向上相对的位置，用于接收X射线，并根据X射线获得投影数据；图像处理装置（4），用于通过重建投影数据来获取三维图像，三维图像包括一个或多个断层图像。

Description

CT图像釆集装置及 CT扫描成像系统 技术领域 本发明涉及医疗器械领域， 具体而言， 涉及一种 CT 图像釆集装置及 CT 扫描成像系统。 背景技术 现有技术的 CT机通常具有一个可旋转的扫描架， 扫描架的内侧安装有一 个 X线球管， 以及一个与其相对应的探测器， 通过旋转扫描架釆集人体各个方 位的投影数据。 该 X线 CT机通过旋转射线源， 釆集人体各个方向的 X线投影 数据， 再重建投影数据形成断层图像。 为了在短时间内得到高质量的断层图像， 现有的较为先进的 CT机有以下 两种：
1、 釆用多球管的 CT机： 通过在扫描架内侧同一平面安装多个 X线球管和多个探测器的方法，多个 球管同时发出射线， 多个探测器同时接收各个方向的投影数据， 便可减小扫描 架的旋转角度， 缩短扫描时间。 但是， 这种 CT机也存在一定的缺陷， 由于传 统的单层线型探测器厚度有限， 因此每次只能釆集人体有限厚度的断层图像， 对于釆集心脏等动态图像有极大的局限性。
2、 釆用多层探测器的 CT机： 为了解决层厚的问题， 近几年出现了多层螺旋 CT。 多层螺旋 CT技术在探 测器阵列设计、 层厚选择、 重建算法以及提高扫描速度等几个方面都取得了较 大突破， 如今已出现 8层、 16层、 32层、 64层图像的螺旋 CT机。 但是， 目 前最高层数也仅达到 128层， 如何获得更大层厚的技术还有待突破。 但上述两种 CT机由于受限于探测器阵列单元像素尺寸的大小， 很难达到 更高的空间分辨率， 且射线的转换效率低， 辐射剂量大； 其次， 目前的 CT机 体型巨大、 不可移动， 接受检查只能去固定的 CT室， 增加了其使用的局限性， CT室的建造也在一定程度上增加了使用成本。 目前针对相关技术的 CT机不可实时成像， 且成像效率氏， 生产成本艮高 的问题， 目前尚未提出有效的解决方案。 发明内容 针对相关技术的 CT机不可实时成像， 且成像效率低, 生产成本艮高的问 题， 目前尚未提出有效的问题而提出本发明， 为此， 本发明的主要目的在于提 供一种 CT图像釆集装置及 CT扫描成像系统， 以解决上述问题。 为了实现上述目的， 根据本发明的一个方面， 提供了一种 CT图像釆集装 置， 该 CT图像釆集装置包括： 第一图像釆集装置， 包括： 第一 X线球管， 用 于发射横向的 X射线； 第一探测器， 设置于与第一 X线球管在垂直方向上相 对的位置， 用于接收横向的 X射线， 并根据横向的 X射线获得投影数据； 第 二图像釆集装置， 包括： 第二 X线球管， 用于发射纵向的 X射线； 第二探测 器， 设置于与第二 X线球管在垂直方向上相对的位置， 用于接收纵向的 X射 线， 并根据纵向的 X射线获得投影数据。 为了实现上述目的， 才艮据本发明的另一方面， 提供了一种 CT扫描成像系 统， 该 CT扫描成像系统包括： 图像釆集装置用于釆集投影数据， 包括： 相互 垂直的第一图像釆集装置和第二图像釆集装置， 其中， 第一图像釆集装置或第 二图像釆集装置包括： X线球管， 用于发射 X射线； 探测器， 设置于与 X线 球管在垂直方向上相对的位置， 用于接收 X射线， 并根据 X射线获得投影数 据； 图像处理装置， 用于通过重建投影数据来获取三维图像， 三维图像包括一 个或多个断层图像。 通过本发明， 釆用图像釆集装置， 用于釆集投影数据， 该装置包括： 相互 垂直的第一图像釆集装置和第二图像釆集装置， 其中， 第一图像釆集装置或第 二图像釆集装置包括： X线球管， 用于发射 X射线； 探测器， 设置于与 X线 球管在垂直方向上相对的位置， 用于接收 X射线， 并根据 X射线获得投影数 据； 图像处理装置， 用于重建投影数据， 以获取三维图像， 三维图像包括一个 或多个断层图像， 解决了现有技术的 CT机不可实时成像， 且成像效率氐， 生 产成本很高的问题， 进而实现 CT机可以快速实时成像， 且成本低的效果。 附图说明 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解， 构成本申请的一部 分， 本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不 当限定。 在附图中： 图 1是根据本发明实施例的 CT扫描成像系统的结构示意图； 图 2是基于图 1所示 CT扫描成像系统的投影数据重建的示意图； 图 3是基于图 1所示 CT扫描成像系统的重建算法的示意图； 以及 图 4是根据本发明实施例的 CT图像釆集装置的结构示意图。 具体实施方式 需要说明的是， 在不冲突的情况下， 本申请中的实施例及实施例中的特征 可以相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。 图 1是根据本发明实施例的 CT扫描成像系统的结构示意图。如图 1所示， 该 CT扫描成像系统包括： 图像釆集装置以及图像处理装置 4。 其中， 图像釆集装置用于釆集投影数据， 可以包括： 相互垂直的第一图像 釆集装置（由 1A和 1B构成）和第二图像釆集装置（由 2A和 2B构成）， 其中， 第一图像釆集装置或第二图像釆集装置包括： X线球管， 用于发射 X射线； 探 测器， 设置于与 X线球管在垂直方向上相对的位置， 用于接收 X射线， 并根 据 X射线获得投影数据； 图像处理装置 4, 用于通过重建投影数据来获取三维 图像， 三维图像包括一个或多个断层图像。 本发明上述实施例中的第一图像釆集装置可以包括： 第一 X线球管 1A, 用于发射横向的 X射线； 第一探测器 1B, 设置于与第一 X线球管 1A在垂直 方向上相对的位置， 用于接收横向的 X射线， 并根据横向的 X射线获得投影 数据； 第二图像釆集装置可以包括： 第二 X线球管 2A, 用于发射纵向的 X射 线； 第二探测器 2B , 设置于与第二 X线球管 2A在垂直方向上相对的位置， 用 于接收纵向的 X射线， 并根据纵向的 X射线获得投影数据。 第一图像釆集装 置和第二图像釆集装置的扫描范围均为全扫描角度的一半。 上述图 1所示的实施例， 实现通过两套 X线球管和两套平板探测器共四个 组件来釆集人体的投影数据， 并对该投影数据进行 CT重建， 以得到人体的断 层图像。 由于该设备具有两套图像釆集装置， 即两套发射和接收设备， 则实现 可将扫描角度缩小一倍， 缩短了扫描时间， 因此 CT机可以快速实时成像， 且 由于减少了发射和接收设备的数量， 使得成本降低。 同时由于整个装置为可移 动式， 可在手术室、 重症监护室等地方使用， 避免了搬动病人。 如图 1所示， 本申请涉及到的图像釆集装置安装在 G形臂 3的内壁上， G 形臂 3为具有四分之一开口的环形体， 且可以旋转。 每个图像釆集装置包括一 个 X线球管和一个探测器。 具体的，本申请实施例中的两个 X线球管和两个探测器作为两套发射和接 收设备， 可以分别安装在 G形臂上下、 左右相对的位置上， 曝光时同时旋转釆 集同一层面上各个方向的投影数据，将传统 CT机的扫描旋转角度减小了一半， 缩短了扫描时间。 两套发射和接收设备可实现双向实时的釆集， 其帧频达到每 秒 25 帧以上， 可实时的显示图像。 优选地， 本申请的系统包括至少一台显示 器， 用于显示三维图像， 选择一台、 两台或多台显示器来显示图像可以基于实 际工作环境的需求来确定。 图 1中的探测器可以是平板探测器， 该平板探测器的每行像素都可看成是 一层阵列探测器， 一般的平板探测器都有上千行， 大大增加了探测器的层数， 本申请中的平板探测器的像素尺寸小于普通探测器的像素尺寸， 提高了空间分 辨率， 且本申请中的平板探测器的 X线的转换效率高， 可以减少剂量， 且读出 时间短、 速度快， 可用于心脏等的动态 CT成像。 在本申请中所釆用平板探测器的工作原理是， 当有 X射线入射到探测器的 闪烁发光晶体层时， X射线光子能量转化为可见光光子发射， 可见光激发光电 二极管产生电流， 这电流就在光电二极管自身的电容上积分形成储存电荷， 每 个像素的储存电荷量和与之对应范围内的入射 X射线光子能量与数量成正比， 最后将模拟电信号经 A/D转换成数字信号。该数字信号便为人体某一层面的投 影数据。 优选地， 本申请所釆用的 G形臂厚度远小于传统 CT扫描仓的厚度， 小巧 可移动， 可在外科手术中使用； 而且不需要专门建立 CT室， 降低了成本。 以下参照附图 1来详细说明本发明的实施例。 如图 1所示， X线球管 1A、
2A发出 X射线， 穿过位于 G形臂中央位置的人体后， 分别被安装在对应位置 的平板探测器 1B、 2B探测到， 电机带动 G形臂匀速旋转， 平板探测器 1B、 2B将探测到人体某一层面各个方向的投影数据输入到图像处理装置 4,在图像 处理装置 4中对这一系列的投影数据进行 CT重建， 得到人体某一层面的断层 图像， 进而可三维重建出人体的三维图像。 优选地， 上述实施例中的图像釆集装置还可以包括： 驱动装置， 用于接收 外部设备的控制信号， 通过控制信号来带动 G形臂按照预定方向勾速旋转， 具 体的可以是顺时针也可以是逆时针旋转。且可以在 G型壁底部安装可移动的移 动装置， 比如滚轮， 可以方便搬动。 本申请的实施例中， 通过控制装置来生成控制信号， 该控制信号用于控制 G形臂 3中的图像釆集装置按照顺时针方向或逆时针方向旋转， 以获取多方位 的投影数据。 即控制装置带动 G形臂匀速旋转， 具体的， 该控制装置可以包括 一个控制面板， 用于接收用户的操作， 以生成控制信号， 系统通过控制信号来 控制图像釆集装置每秒顺时针或者逆时针旋转 1度， 且用户通过控制面板执行 的操作可以显示在监视器上或在存储在计算机中。 本申请为了得到探测器获取的人体一个或多个断层图像， 需要通过一定的 重建算法对上述的投影数据进行重建。 如图 2所示， 设^ x， 为某一层面的断 层图像。 首先， 我们可以测得通过人体后投射到平板探测器上的每一束 X射线 的总衰减系数 6 , 每一束 X射线所经过路径上的元素组成矩阵 ^， 矩阵 、 总 衰减系数 与断层图像 χ， 存在以下关系： = , 因此， 通过计算便 可得到断层图像 χ， 。 具体的， 如图 3所示， X线球管发出六条 X射线通过人体， 在探测器上可 以测得总衰减系数 P'6'7'1'5'3] 有射线穿过的元素值设为 1 , 没有射线穿过 到 头£ 阵 A 为
Figure imgf000007_0001
带入公式 (χ' = 即为 x3 x5
0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0
0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 x7
0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0
= [2 6
0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0
1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1
0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0
即：
P1 =X, +X7+XU +Xl5 =2
P3 =X5+X6 +X7+X, =7
P4 = xg + xw + x + xu = 1
P6 =X4+X7+XW +XU =3 再根据反投影算法： X, = =5 最终计算出 A… A6 , 即断层图像 X， 。 上述实施例中， 实现在对投影数据进行重建时， 运用反投影重建算法。 断 层平面中任一点的密度值可看作是该平面内所有经过该点的射线投影值的和 的平均值， 将某一角度下的投影数据， 按其投影方向的反向， 向回涂抹于整个 空间， 从而得到一个二维分布， 该二维分布即为一个近似于原图的重建图像。 综上所述， 本优选实施例的 G形臂 CT装置的突出特点就是： 通过一定的 重建算法，即可用普通的 G形臂 X光机扫描得到只有 CT机才可得到的断层图 像， 进而重建出人体的三维图像。 图 4是根据本发明实施例的 CT图像釆集装置的结构示意图。如图 4所示， 该 CT图像釆集装置包括： 第一图像釆集装置和第二图像釆集装置， 其中， 第 一图像釆集装置可以包括： 第一 X线球管 1A, 用于发射横向的 X射线； 第一 探测器 1B ,设置于与第一 X线球管 1A在相对垂直的方向上的相对位置， 用于 接收横向的 X射线， 并根据横向的 X射线获得投影数据； 第二图像釆集装置 可以包括： 第二 X线球管 2Α, 用于发射纵向的 X射线； 第二探测器 2Β, 设置 于与第二 X线球管 2Α在相对垂直的方向上的相对位置，用于接收纵向的 X射 线， 并根据纵向的 X射线获得投影数据。 本申请 CT图像釆集装置还包括 G形臂， 可以将第一图像釆集装置和第二 图像釆集装置安装在 G形臂 3的内侧壁上， G形臂 3为具有四分之一开口的环 形体， 第一图像釆集装置与第二图像釆集装置相互垂直的重心与环形体的几何 中心重合。 本申请上述实施例中，可以将两套 X线球管和两套平板探测器共四个组件 平均分布在 G形臂上， 构成两套相互垂直的 X线源和接收系统， 该 G形臂可 绕体轴大角度旋转， 从而釆集各个方位的投影数据， 对这一系列的投影数据进 行重建， 获得人体的断层图像， 实现了仅利用普通 G形臂 X光机便可通过重 建算法得到断层图像的目的。 且由于所具有的两套发射和接受设备（两套 X线 球管和两套平板探测器） 可将扫描角度缩小一倍， 从而缩短了扫描时间。 优选地， 本申请的 CT 图像釆集装置还可以包括驱动装置 4, 用于接收外 部设备的控制信号， 以带动 G形臂 3按照预定规定的方向勾速旋转， 可以包括 顺时 4十方向或逆时 4十方向。 且本申请的整个装置底部装有滚轮， 为可移动式， 可直接推入手术室、 重 症监护室等地方使用， 避免了搬动病人。 如图 4所示的 CT图像釆集装置， 该装置的最大长度为 1960mm, 最大宽 度为 800mm, 占地面积小， 不需要建立专门的 CT室存放， 减少了使用成本； 并且在 G形臂的底部具有四个滚轮， 方便移动， 可直接推入手术室或重症监护 室中使用， 避免了病人的搬动。 从以上的描述中， 可以看出， 本发明实现了如下技术效果： 该设备包括两 套 X线球管和两套平板探测器， 可旋转的 G形臂， G形臂可以绕体轴大角度 旋转， 从而双向同时釆集多个方位的投影数据， 重建人体的断层图像， 缩短了 扫描时间， 提高了成像效率。 由于该平板探测器的像素尺寸远远小于传统 CT 探测器的像素尺寸， 可以使图像拥有更好的空间分辨率， 且射线转换率高， 降 低了辐射剂量， 读出速度快， 可用于心脏等动态成像。 同时， 由于整个装置底 部装有滚轮， 为可移动式， 则本系统可以直接推入手术室、 重症监护室等地方 使用。 显然， 本领域的技术人员应该明白， 上述的本发明的各模块或各步骤可以 用通用的计算装置来实现， 它们可以集中在单个的计算装置上， 或者分布在多 个计算装置所组成的网络上， 可选地， 它们可以用计算装置可执行的程序代码 来实现， 从而， 可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行， 或者将它们 分别制作成各个集成电路模块， 或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集 成电路模块来实现。 这样， 本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。 以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领 域的技术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的 ^"神和原则 之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之 内。

Claims

权 利 要 求 书 一种 CT图像釆集装置， 其特征在于， 包括:
第一图像釆集装置， 包括：
第一 X线球管， 用于发射横向的 X射线；
第一探测器， 设置于与所述第一 X线球管在垂直方向上相对的 位置， 用于接收所述横向的 X射线， 并根据所述横向的 X射线获得 投影数据；
第二图像釆集装置， 包括：
第二 X线球管， 用于发射纵向的 X射线；
第二探测器， 设置于与所述第二 X线球管在垂直方向上相对的 位置， 用于接收所述纵向的 X射线， 并才艮据所述纵向的 X射线获得 投影数据。 根据权利要求 1所述的装置， 其特征在于， 所述装置还包括：
G形臂， 所述第一图像釆集装置和第二图像釆集装置安装在所述 G 形臂的内侧壁上， 所述 G形臂为具有四分之一开口的环形体， 所述第一 图像釆集装置与所述第二图像釆集装置相互垂直的重心与所述环形体的 中心重合。 根据权利要求 2所述的装置， 其特征在于， 所述装置还包括： 驱动装置， 用于接收外部设备的控制信号， 通过所述控制信号来带动所述 G形臂按 照预定方向勾速旋转。 一种 CT扫描成像系统， 其特征在于， 包括：
图像釆集装置， 用于釆集投影数据， 包括： 相互垂直的第一图像釆 集装置和第二图像釆集装置， 其中， 所述第一图像釆集装置或所述第二 图像釆集装置包括：
X线球管， 用于发射 X射线；
探测器， 设置于与所述 X线球管在垂直方向上相对的位置， 用 于接收所述 X射线， 并根据所述 X射线获得所述投影数据； 图像处理装置， 用于通过重建所述投影数据来获取三维图像， 所述 三维图像包括一个或多个断层图像。
5. 根据权利要求 4所述的系统， 其特征在于，
所述 X线球管包括第一 X线球管或第二 X线球管， 其中， 所述第一 X线球管， 用于发射横向的 X射线； 所述第二 X线球管， 用于发射纵向的 X射线； 所述探测器包括第一探测器或第二探测器， 其中，
所述第一探测器， 设置于在垂直方向上与所述第一 X线球管相 对的位置， 用于接收所述横向的 X射线；
所述第二探测器， 设置于在垂直方向上与所述第二 X线球管相 对的位置， 用于接收所述从向的 X射线。
6. 根据权利要求 4所述的系统， 其特征在于， 所述系统还包括 G形臂， 所 述图像釆集装置安装在所述 G形臂的内侧壁上，所述 G形臂为具有四分 之一开口的环形体。
7. 根据权利要求 5所述的系统， 其特征在于， 所述系统还包括：
控制装置， 用于生成控制信号， 通过所述控制信号控制所述 G形臂 按照预定方向匀速旋转， 以获取多方位的所述投影数据。
8. 根据权利要求 6所述的系统， 其特征在于， 所述控制装置还包括： 控制 面板， 用于接收用户的操作， 以生成所述控制信号， 所述控制信号控制 所述图像釆集装置每秒转 1度。
9. 根据权利要求 4-7 中任一项所述的系统， 其特征在于， 所述图像处理装 置包括：
计算装置， 根据公式 (x， = 6来获取所述断层图像 (x， , 其中， Α为任意一束所述 X射线中的多条射线穿过人体时获得的元素矩阵， b 为衰减系数， 所述投影数据包括所述元素矩阵和所述衰减系数。 10. 才艮据权利要求 8所述的系统， 其特征在于， 所述系统还包括： 至少一台 显示器， 用于显示所述三维图像。
11. 根据权利要求 4所述的系统， 其特征在于， 所述图像釆集装置还包括： 驱动装置， 用于接收外部设备的控制信号， 通过所述控制信号来带动所 述 G形臂按照预定方向勾速旋转。
12. 根据权利要求 4所述的系统， 其特征在于， 所述探测器是平板探测器， 且所述第一图像釆集装置和所述第二图像釆集装置的扫描范围均为全扫 描角度的一半。
13. 根据权利要求 5所述的系统， 其特征在于， 所述系统还包括： 移动装置， 安装在所述 G形臂的底部。
14. 根据权利要求 5所述的系统， 其特征在于， 所述 G形臂的长度小于等于 1960mm, 宽度小于等于 800mm。
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