專利名稱：電子計算機斷層攝影方法和電子計算機斷層攝影裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及如權利要求1前序部分所要求的電子計算機斷層攝影方法和如權利要求11前序部分所要求的電子計算機斷層攝影裝置。
背景技術：
在計算機斷層攝影領域中，在產(chǎn)業(yè)上采用各種方法。特別是當需要較短記錄時間或掃描時間時，就會利用電子束計算機斷層攝影裝置(EBCT)。這些不需要輻射源的任何機械運動，因為在這種情況下，輻射源不會在對象周圍移動，而是撞擊到X射線管的亦被稱為靶的陽極弧狀體上的偏轉電子束沿陽極弧狀體偏轉，從而以這種方式，在靶處生成的X射線輻射向被檢查對象運動。特別地，達到高劑量功率的X射線輻射是較短記錄時間或掃描時間的前提。通常，電子束沿完全的陽極弧狀體圍繞對象進行360°的遷移，并且電子計算機斷層通過檢測器設備記錄與X射線輻射衰減值相關的數(shù)據(jù)，檢測器設備通常是靜止的并且沿待檢查對象布置成弧形。而后將從對象周圍的不同位置記錄的這些數(shù)據(jù)進行重建以形成圖像。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是在電子計算機斷層攝影中提供具有高圖像質量的短記錄時間。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過權利要求1和11的特征實現(xiàn)。
提供一種記錄運動對象的電子計算機斷層攝影方法，其中電子束偏轉到陽極弧狀體上以生成X射線輻射，該X射線輻射穿過對象并由檢測器設備拾取，其中X射線輻射以扇形束的形成離開陽極弧狀體，具有圍繞對象的圓形段形式的源軌跡且源軌跡的開始點可以改變。還提供一種記錄運動對象的電子計算機斷層攝影裝置，包括電子槍，聚焦線圈，曲率線圈，用于通過受電子槍的電子束的撞擊而生成X射線束的陽極弧狀體，和用于檢測透射過體積的X射線輻射的檢測器設備，所述X射線輻射在陽極弧狀體處具有圓形段形式的源軌跡以及可變化的源軌跡的開始點。通過采用從源軌跡的不同開始點開始記錄的數(shù)據(jù)可重建該對象以形成圖像。根據(jù)本發(fā)明，即使由于通常較短的源軌跡，不是從穿過對象的輻射獲得的全部數(shù)據(jù)都用于重建，也能實現(xiàn)具有高圖像質量的穩(wěn)定圖像重建。
本發(fā)明的特定實施例在從屬權利要求中進行描述。
在一個實施例中，源軌跡的開始點可以按照對象運動狀態(tài)的函數(shù)變化。特別地，源軌跡的開始點選擇為在對象盡可能沒有移動的時間點處的對象移動狀態(tài)的函數(shù)，從而來自開始點的扇形束準確覆蓋體積內的對象并且沒有對象的任何部分會由于對象的移動而被扇形束遺漏。從而，由于對象的移動幾乎不會產(chǎn)生圖像偽影。
在另一個實施例中，源軌跡的開始點可以基于對象的心電圖結果確定。為確定移動狀態(tài)，例如通過心電圖記錄對象的相位。而后，計算機斷層攝影裝置基于來自心電圖的結果控制源軌跡的開始點。
而且，源軌跡的開始點可以按照對象垂直位置的函數(shù)進行改變。如果根據(jù)患者臺的高度調整使對象的垂直位置改變，則對象可能移出扇形束的范圍，從而圖像重建會變得不穩(wěn)定。為此原因，在對象垂直位置改變的情形下，陽極弧狀體處的源軌跡開始點以這樣一種方式改變整個對象，例如心臟，由來自陽極弧狀體扇形束覆蓋。
此外，為重建圖像，實行濾波反投影，其中已發(fā)現(xiàn)，具有良好結果的穩(wěn)定重建可通過該重建方法實現(xiàn)，即使選擇比現(xiàn)有技術更短的源軌跡，這種源軌跡導致比通常更少的記錄數(shù)據(jù)。


本發(fā)明將參照在附圖中所示實施例的實例進行進一步描述，然而本發(fā)明不受其限制。
圖1示出部分電子束計算機斷層攝影裝置的示意側視圖。
圖2示出圍繞體積用于記錄檢查對象的X射線束路徑。
圖3示出圍繞體積用于記錄檢查對象的改進的X射線束路徑。
圖4示出圍繞體積用于記錄檢查對象的另一改進的X射線束路徑。
具體實施例方式
圖1示出部分電子束計算機斷層攝影裝置的實例的的示意圖。該圖示出具有真空腔4的電子束管，真空腔4在其圓筒形端部8處具有電子槍6。電子槍沿圓筒部分發(fā)射軸向電子束10。聚焦線圈12和曲率線圈16設置用于使電子束10聚焦并用于控制電子束10沿著陽極弧狀體14或靶環(huán)，只示出的其一部分。曲率線圈16由合適的控制器以這樣一種方式控制電子束10可迅速沿著沿陽極弧狀體16的路徑或軌跡樞轉。該軌跡和陽極弧狀體14因而具有相同的輪廓。
陽極弧狀體14由合適的材料制成，例如鎢，從而從電子束撞擊陽極弧狀體14的點處產(chǎn)生X射線束。作為發(fā)射X射線輻射源的陽極弧狀體14中心線也被稱為源軌跡40。源軌跡40不是平坦的，而是以對應于陽極14輪廓的方式彎曲，如下所述，但像后者一樣不會具有全部圓形路徑。
合適的冷卻線圈18可以固定到陽極14上，所述冷卻線圈設計成用于冷卻陽極14。電子束計算機斷層攝影裝置具有特定的中心點，即等角點24。電子束22和陽極14的取向是使來自陽極弧狀體14上一點的X射線輻射的扇形束軸指向等角點24。
此外，電子束計算機斷層攝影裝置具有布置在陽極弧狀體14對面的檢測器設備28。圖1僅示出檢測器設備28的橫截面。電子束計算機斷層攝影裝置記錄待檢查對象27位于其中的等角點24周圍給定體積26的扇形束的垂直投影。感興趣體積26足夠大以包括對象27，例如人的心臟。
附圖標記20表示靠近陽極弧狀體14并在陽極弧狀體和檢測器設備之間布置的準直器。準直器20對從陽極弧狀體14發(fā)射并且不能撞擊到檢測器設備上的X射線進行過濾。
檢測器設備28由較大數(shù)目的檢測器模塊32形成。每個檢測器模塊32具有由柵格30覆蓋的扁平矩形拾取區(qū)，以防止散射輻射。檢測器電子可以布置在相對于撞擊X射線處于拾取區(qū)后方的腔室42的后面。
檢測器設備28的拾取區(qū)朝向陽極弧狀體14。于拾取區(qū)的中心點開始并通過等角點24的直線與陽極弧狀體14相交。防止散射輻射的柵格30聚焦于陽極弧狀體14上的該相交點。
檢測器模塊32并排布置，從而它們的拾取區(qū)形成條帶。條帶的中心線被稱為檢測器軌跡。檢測器軌跡不是平面的而是以對應于檢測器設備28的方式形成彎曲形。特別地，任何從原軌跡30上的一點開始并穿過等角點24的直線與檢測器軌跡相交。因而，檢測器軌跡是源軌跡40在等角點24處的反射的鏡像。
而后對這樣由檢測器設備28獲得的值施加重建方法，或簡稱為重建，以獲得對象27的圖像。特別地，為此目的采用濾波反投影。濾波反投影的優(yōu)點是它與其它重建方法相比需要較低的計算復雜性，得到非常良好質量的圖像，允許重建檢查區(qū)或體積26的任何子區(qū)域并允許同時處理不同投影或測量值，也就是說，測量值的平行處理。
濾波反投影可由下面的公開描述μ~=1NΣiBiFipi---(1)]]>其中 是重建的圖像，而N是輻射源位置數(shù)，用于重建的測量值或投影所來自的陽極弧狀體14的撞擊點由檢測器設備28采集。
此外，F(xiàn)i是被賦予輻射源位置或投影pi的投影方向的濾波算子。
反投影算子Bi沿第i個輻射源位置將投影投射回檢查區(qū)內。
圖2示出圍繞也稱為視場(FOV)的體積26的整圓路徑，其是從圖1中箭頭方向看的，其中源軌跡40由圓形實線表示，而源軌跡40外面的陽極弧狀體14上的路徑區(qū)域由虛線表示。源軌跡40沿陽極弧狀體14行進。電子束隨后在實線處撞擊到陽極14并產(chǎn)生X射線輻射。從其發(fā)射X射線輻射的源軌跡40的開始點41和結束點42為解釋說明目的由虛線表示。圖2內的彎曲箭頭表示電子束沿陽極弧狀體14和源軌跡40移動的方向。由電子束撞擊陽極弧狀體14產(chǎn)生的扇形X射線輻射束從陽極弧狀體出發(fā)并總是覆蓋體積26。如已提到的，電子束沿源軌跡40移動并總是向體積26的方向發(fā)射扇形X射線束。待檢查對象27，在此情形中是心臟，位于體積26內，因而總是由X射線束覆蓋。在此處示出為實線的源軌跡40，在此情形下占據(jù)圍繞體積26的180°圓形路徑加上X射線束的扇形角，這些一起總計圍成220°至240°。
圖3示出撞擊陽極弧狀體14的電子束圍繞體積26的另一路徑。與圖2不同，源軌跡40在此處較短并且沿陽極弧狀體14占據(jù)較少的長度；電子束比圖2中圍繞體積26遷移短得多的距離。在這種情形下，源軌跡40僅形成圍繞對象27的一段圓弧。該圓弧段小于圍繞體積26的180°圓形路徑加上X射線束的扇形角，小于約220°至240°。電子束的開始點41與圖2相比沿彎曲箭頭向右移動，而電子束的結束點42位于與圖2所示結束點的相同點處左右。源軌跡40的開始點41和結束點42，其示出為圖中圓形實線的開始和結束處，尤其依賴于體積26內對象27的位置。例如，可能改變患者床的高度，其中患者和對象27向垂直方向移動。在該過程中對象27可能離開X射線束的覆蓋區(qū)。在這種情形下，可以改變源軌跡40上的開始點41，從而盡管位置上的垂直改變和較小的圓形段，對象27也能得到覆蓋。如果對象27向下降低，則X射線束的開始點41就向左遷移，例如向圖3中彎曲箭頭方向的相反方向，從而X射線束覆蓋整個對象27。選擇該開始點41以使在該開始點處，X射線束從源軌跡40的開始點41到檢測器設備28形成扇形正好覆蓋27的邊緣，如圖2、3和4中由開始點41和結束點41之間的直虛線所示。
盡管源軌跡40較小，位于體積26內的對象完全由來自陽極弧狀體14上任何點的X射線束覆蓋，并且對象27的完整圖像總是由相對的檢測器設備28從源軌跡40的任何點拾取。由于源軌跡40與整個圓形路徑相比較小，可達到較高的時間分辨率且重建所需要的測量值的記錄比當采用具有圍繞體積26的全圓路徑或大于180°的路徑的更長源軌跡40快得多。對象27上的輻射劑量隨后減少并且對象27的關鍵運動，例如心臟運動，對圖像不會具有這樣大的影響，因為記錄時間或掃描時間減少了。根據(jù)目前的觀點，如果測量穿過對象27的所有線積分，則只能進行對象27的穩(wěn)定二維重建。根據(jù)本方法，如果，作為前提，每條穿過體積26的線與圍繞體積26的圓形路徑以非相切方式相交，則可實現(xiàn)圖像的穩(wěn)定重建。
特別地，對象27的不同運動狀態(tài)通過比較從檢測器設備28的測量數(shù)據(jù)重建的圖像而進行相互比較。該測量數(shù)據(jù)包括不同的運動狀態(tài)或運動對象27的相位。重建圖像優(yōu)選為對象27的切片圖像，其經(jīng)歷相關計算機設備中的比較方法以確定切片的重建圖像相互之間的相似度。如果存在高相似度的圖像，則存在對象27的相似運動狀態(tài)；例如，如果對象27的兩切片圖像相似，則運動對象27在兩個圖像中處于其運動的相似運動狀態(tài)或相位。結合這些通過比較方法確定的相似切片圖像以形成整個圖像，從而確保運動狀態(tài)的高重合性，從而確保高圖像質量。
圖4示出圍繞體積26的撞擊陽極弧狀體14的電子束的另一路徑或源軌跡40，其與圖3中的方式類似。再一次，電子槍6的電子束僅撞擊體積26周圍的一段圓形，如實線所示。電子束的開始點41和結束點42與圖3中的不同；電子束的開始點41位于例如圖2中所示的開始41處，而結束點42以這樣一種方式定位以使得它已沿類似于圖3中彎曲箭頭在陽極弧狀體14上向右移動。已顯示出，電子在陽極弧狀體14上的撞擊點的開始點41和結束點42是可變化的。這些可以以依賴于體積26內對象27的位置的方式設定。
此外，可確定對象27的相位，其中只有極小的對象27的固有運動。為此目的，例如通過采用心電圖或傳感器進行記錄以及選擇具有極小對象27的固有運動的相位來確定對象27的固有運動。用于記錄心臟運動的傳感器包括超聲設備或心音描記設備。對象27的記錄開始于具有極小對象27運動的該選定相位，此時將電子束引導到陽極弧狀體14上。具有極小運動的對象27的相位，在心臟的實例中，可以是舒張晚期或收縮末期。獲得具有極小固有運動的相位的另一種可能在于采用檢測器設備28記錄獨立于對象27運動狀態(tài)的全部運動相位。對象27的每個切片以n種不同的運動相位記錄。從所記錄的數(shù)據(jù)，對n種不同相位的每一個重建圖像，而且通過電子計算機斷層攝影裝置的計算機設備選擇那些具有最少運動偽影的切片圖像。這樣就從n個不同相位中選出其中出現(xiàn)最小運動的相位。
為獲得三維圖像的目的，以所描述的方式記錄和重建許多切片圖像。為獲得高圖像質量，需要具有相似相位或運動狀態(tài)的切片圖像。然而，對象27的運動相位不是恒定的；例如，心跳不斷改變其相位，從而產(chǎn)生具有不同運動狀態(tài)的切片圖像記錄，另外這還導致圖像失真。采用心電圖機以防止三維圖像中的圖像失真，記錄對象27的相位且電子計算機斷層攝影裝置的計算機設備用于基于心電圖控制對于每個切片圖像將源軌跡40的開始點41設定為陽極弧狀體14的哪一點。例如，如果對象27的相位變得較短，當運動狀態(tài)比預期反轉得更快時，則計算機設備以使源軌跡40的開始點41向與彎曲箭頭方向相反的方向移動這樣一種方式控制電子計算機斷層攝影的曲率線圈16，從而記錄較早開始。以相應的方式，源軌跡40的結束點42向與彎曲箭頭方向相反的方向移動相同的長度。另一方面，如果對象的相位增加，當對象27的運動狀態(tài)滯后時，則計算機設備以使源軌跡40的開始點41向彎曲箭頭方向移動這樣一種方式控制電子計算機斷層攝影的曲率線圈16，從而記錄較晚開始。以相應的方式，源軌跡40的結束點42向彎曲箭頭方向移動相同的長度。如果，例如，對象27的相位變得較短，則要記錄的具有較小運動的對象27的運動狀態(tài)就會更快出現(xiàn)。在這種情形下，下一記錄比恒定情形下發(fā)生得更快，且電子槍6的電子束撞擊的開始點41從圖3的切片記錄n的情形示意性變化成例如如圖4中所示的切片記錄n+1的開始點41。在對象27的后續(xù)切片記錄n+x中，其中后者通常向圖像平面方向移動，開始點41因而沿陽極弧狀體14改變。這樣就確?？偰転槊總€切片圖像記錄對象27的相似運動狀態(tài)。換句話說，源軌跡40的開始點41可以按照對象27運動狀態(tài)的函數(shù)改變。
在此，盡管開始點41發(fā)生變化，由于采用較短圓形段，保持了較短的記錄時間和掃描時間，其中電子束僅沿整個圓形的一部分遷移，如圖3和4所特別示出的。
如上所述，記錄具有極小運動的切片圖像，而且考慮這些切片圖像運動狀態(tài)或具有陽極弧狀體14上變化的開始點41的相位的相似性來記錄這些圖像切片，從而從各個X射線記錄的切片圖像獲得高質量的三維圖像。而后，對象27的三維圖像優(yōu)選由對象27的以極小的運動記錄并呈現(xiàn)出相似的運動狀態(tài)的切片圖像組成。
權利要求
1.一種用于記錄運動對象(27)的電子計算機斷層攝影方法，其中電子束偏轉到陽極孤狀體(14)上以生成X射線輻射，該X射線輻射穿過對象(27)并由檢測器設備(28)拾取，其中該X射線輻射以扇形束的形式離開陽極孤狀體(14)，具有圍繞對象(27)的圓形段形式的源軌跡(40)且源軌跡(40)的開始點(41)可以改變。
2.如權利要求1所述的電子計算機斷層攝影方法，其中源軌跡(40)的開始點(41)可按照對象(27)的運動狀態(tài)的函數(shù)進行改變。
3.如權利要求1或2所述的電子計算機斷層攝影方法，其中基于對象(27)心電圖的結果確定源軌跡的開始點(41)。
4.如前面任一權利要求所述的電子計算機斷層攝影方法，其中源軌跡(40)的開始點(41)可按照對象(27)的垂直位置的函數(shù)進行改變。
5.如前面任一權利要求所述的電子計算機斷層攝影方法，其中源軌跡(40)的圓形段小于220°。
6.如前面任一權利要求所述的電子計算機斷層攝影方法，其中實現(xiàn)濾波反投影以便重建圖像。
7.如前面任一權利要求所述的電子計算機斷層攝影方法，其中比較對象(27)不同運動狀態(tài)的重建圖像并且選擇相似的圖像以創(chuàng)建對象(27)的總圖像。
8.如權利要求7所述的電子計算機斷層攝影方法，其中采用平均絕對差值方法來比較對象(27)的運動狀態(tài)。
9.如權利要求7所述的電子計算機斷層攝影方法，其中采用互相關方法來比較對象(27)的運動狀態(tài)。
10.如前面任一權利要求所述的電子計算機斷層攝影方法，其中用于比較不同運動狀態(tài)的重建圖像是對象(27)的切片圖像。
11.一種用于記錄運動對象(27)的電子計算機斷層攝影裝置，包括電子槍(8)，聚焦線圈(12)，曲率線圈(16)，用于通過受電子槍(8)的電子束的撞擊而生成X射線束的陽極孤狀體(14)，和用于檢測透射過體積(26)的X射線輻射的檢測器設備(28)，所述X射線輻射在陽極孤狀體(14)處具有圓形段形式的源軌跡(40)以及可變化的源軌跡(40)的開始點(41)。
全文摘要
提供一種記錄運動對象(27)的電子計算機斷層攝影方法，其中電子束偏轉到陽極弧狀體(14)上以生成X射線輻射，X射線輻射穿過對象(27)并由檢測器設備(28)拾取，其中X射線輻射以扇形束的形式離開陽極弧狀體(14)，具有圍繞對象(27)的圓形段形式的源軌跡(40)并且源軌跡(40)的開始點(41)可以改變。還提供一種記錄運動對象(27)的電子計算機斷層攝影裝置，包括電子槍(8)，聚焦線圈(12)，曲率線圈(16)，用于通過受電子槍(8)的電子束的撞擊而生成X射線束的陽極弧狀體(14)，和用于檢測透過體積(26)的X射線輻射的檢測器設備(28)，所述X射線輻射在陽極弧狀體(14)處具有圓形段形式的源軌跡(40)以及可變化的源軌跡(40)的開始點(41)。
文檔編號A61B6/03GK101080629SQ200580043468
公開日2007年11月28日 申請日期2005年12月8日 優(yōu)先權日2004年12月17日
發(fā)明者M·格拉斯, T·科勒 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司