專利名稱:在劑量減小的分段式螺旋掃描中再現(xiàn)投影數(shù)據(jù)組的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及在醫(yī)療中用于檢查患者的計(jì)算機(jī)斷層造影。在此，本發(fā)明尤其是涉及用于在分段式劑量減小的螺旋掃描中再現(xiàn)圖像的方法。
背景技術(shù)：
利用現(xiàn)代醫(yī)療診斷方法、例如X射線計(jì)算機(jī)斷層造影可以獲得待檢查測量對象的圖像數(shù)據(jù)。通常被檢查測量對象是指患者。
X射線計(jì)算機(jī)斷層造影(下面簡稱CT)是一種特殊的X射線拍攝方法，其在構(gòu)造圖像時基本不同于經(jīng)典的X射線斷層拍攝方法。在CT拍攝時獲得橫向截面圖像，也就是基本上垂直于身體軸的身體斷層的圖像。顯示在圖像中的、特定于組織的物理參數(shù)是X射線輻射在該截面中衰減值的分布μ(x，y)。通過再現(xiàn)由采用的測量系統(tǒng)提供的、μ(x，y)二維分布從很多不同視角的一維投影來獲得CT圖像。
根據(jù)吸收定律lnI0I=∫Lμ(x,y)dl]]>從X射線輻射束在其穿過待成像斷層后的強(qiáng)度I以及該X射線輻射束在X射線源的原始強(qiáng)度I0中獲得投影數(shù)據(jù)。積分路徑L表示所觀察的X射線輻射束穿過二維衰減分布μ(x，y)的軌跡。然后，將用一個視角方向的X射線輻射束獲得的、穿過對象斷層的線性積分的測量數(shù)據(jù)組合成一個圖像投影。
通過在斷層平面內(nèi)圍繞對象旋轉(zhuǎn)的、組合的X射線管-探測器系統(tǒng)(支架)獲得來自不同方向的投影(以投影角φ為特征)。目前最常用的設(shè)備是所謂的“扇形輻射設(shè)備”，其中X射線管和探測器陣列(具有確定寬度S的探測器的線性結(jié)構(gòu))在斷層平面內(nèi)一起圍繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)中心也是圓形測量場的中心。在此不解釋具有很長測量時間的“平行輻射設(shè)備”。但是應(yīng)當(dāng)指出，可以從扇形轉(zhuǎn)換為平行投影及相反，從而將借助扇形輻射設(shè)備解釋的本發(fā)明可以沒有限制地用于平行輻射設(shè)備。
在圖6中示意性示出用于扇形輻射方法的計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備。在該設(shè)備中，共同稱為“支架”的X射線管7和輻射接收器13(線性設(shè)置的探測器元件陣列)一起圍繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)中心也是圓形測量場5(支架開口)的中心，并且在該中心內(nèi)待檢查患者1位于患者臥榻4上。為了能檢查患者1的不同平行平面，患者臥榻可以沿著身體縱軸平移。從圖中可以看出，在CT拍攝中給出橫向截面圖像，也就是基本上垂直于身體軸的身體斷層的圖像。CT需要在很多角度φ下進(jìn)行投影。為了產(chǎn)生一幅斷層照片，這樣來遮蔽由X射線管7發(fā)射的輻射錐，即形成一個平面的輻射扇形，其投射出被穿透斷層的一維中央投影。為了精確再現(xiàn)衰減值的分布μz(x，y)(z是身體縱軸上的位置)，該輻射扇形必須垂直于旋轉(zhuǎn)軸，比外還必須擴(kuò)展得足以從每個投影方向都與測量對象的被對準(zhǔn)的斷層完全重疊。穿透對象的輻射扇形由線性設(shè)置在一個扇形上的探測器接收。對于市場上常見的設(shè)備，最多達(dá)到1000個探測器。各探測器用電信號對到達(dá)的輻射束做出反應(yīng)，該電信號的振幅與該輻射束的強(qiáng)度成正比。在所謂的多行探測器中，平行設(shè)置多行探測行。
每個屬于投影φ的探測器信號分別由測量電路7接收，并傳遞至計(jì)算單元(計(jì)算機(jī)或系統(tǒng)計(jì)算機(jī))16。利用該計(jì)算單元16可以按照合適方式處理所測量的數(shù)據(jù)，并以所謂的Hounsfield單位的X射線圖像形式顯示于監(jiān)視器14上。
檢查對象的較大體積通常借助螺旋掃描來拍攝。在螺旋形掃描中，具有輻射源的支架連續(xù)圍繞檢查對象旋轉(zhuǎn)，同時患者臥榻相對于支架連續(xù)沿著系統(tǒng)軸方向(通常是患者縱軸或z軸)平移。
就檢查對象來說，直到掃描完該檢查前被確定的體積為止輻射源都劃了一螺旋軌跡。然后，根據(jù)這樣獲得的螺旋數(shù)據(jù)計(jì)算出各斷層的圖像。
螺旋CT中的參數(shù)選擇對應(yīng)于傳統(tǒng)CT中的參數(shù)選擇。
作為螺旋掃描中的附加參數(shù)，必須選擇每旋轉(zhuǎn)360°的臥榻進(jìn)動量d(以mm為單位)。臥榻進(jìn)動量d與斷層校準(zhǔn)M·S(探測器行數(shù)M與探測器行寬度S的乘積)的比例作為無維參數(shù)一般稱為節(jié)距(Pitch)或節(jié)距因子(Pitchfaktor)pp=dM·S]]>通常節(jié)距值選擇在1和2之間。節(jié)距越大覆蓋掃描立體的速度越快。
一般來說，在傳統(tǒng)CT和螺旋CT中患者劑量都取決于很多參數(shù)，除了CT系統(tǒng)的技術(shù)特征和所選擇的檢查參數(shù)之外，尤其是還取決于患者大小和所選擇的解剖檢查區(qū)域。
由于CT成像基于X射線輻射束在有機(jī)組織中的衰減或者說吸收，因此在輻射期間會產(chǎn)生可能會損害細(xì)胞的能量沉積(輻射劑量)。
因此CT成像的目標(biāo)是，在CT拍攝時將用于患者的劑量保持得盡可能的少。尤其是要注意，使特別容易受輻射的器官盡可能少地被曝射。根據(jù)“ICRPPublication 60-Recommendation of the International Commission on RadiologialProtection；Pergamon Press，Oxford，1990”，對輻射特別敏感的器官包括性腺、女性乳腺、甲狀腺和眼球晶狀體等等。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在CT成像中用于患者的劑量是例如通過降低總X射線管電流來減小的。簡單降低X射線管電流減小了對患者的劑量。但同時惡化了圖像質(zhì)量。
但是，不能輕視劑量減小對圖像質(zhì)量的影響。與此有關(guān)的、對劑量減小的進(jìn)一步發(fā)展出現(xiàn)在取決于衰減的X射線管電流調(diào)制中(CAREDose，Gies，Kalender，Wolf，SuessDose reduction in CT by anatomically adopted tube currentmodulation，1 Simulation Studies Med.Phys.26(11)2231-2247，199)。在這種技術(shù)中，對于具有高衰減的投影(例如沿著患者肩軸的橫向)稍微提高X射線管電流；對于具有低衰減的投影(例如從前到后(a.p.)或相反(p.a.))則劇烈減小X射線管電流。在此利用的是，圖像點(diǎn)噪聲主要由其中穿過對象的衰減很高的投影來確定。由此，在具有低衰減的投影中減小X射線管電流對圖像質(zhì)量不會產(chǎn)生負(fù)面影響。
通過類似方式，在CT熒光鏡檢查中連續(xù)獲取同一個斷層的數(shù)據(jù)并立即進(jìn)行再現(xiàn)。拍攝在沒有臥榻移動的條件下進(jìn)行。通過這種方式，可以例如在穿刺或活組織檢查時跟蹤分別采用的醫(yī)療儀器的位置?？偸悄転闄z查醫(yī)生提供當(dāng)前的圖像。為了保護(hù)醫(yī)生的手，在熒光鏡檢查的可能實(shí)施方式(HandCARE)中強(qiáng)烈減小或者說完全切斷在前-后方向上的X射線輻射。由此，該方法(HandCARE)的目標(biāo)是，最小化輸入檢查者的輻射劑量，也就是對檢查者的手的劑量。在HandCARE中通過合適的算法重建具有減小或者說缺少輻射的投影的缺少的數(shù)據(jù)。
如已提到的，在以前所示方法中的數(shù)據(jù)獲取是按照斷層或按照薄片的方式進(jìn)行，而且沒有選擇減小劑量。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種快速CT立體拍攝和再現(xiàn)方法，通過該方法可以針對性地減小對特別容易受到輻射的器官的輻射劑量。
根據(jù)本發(fā)明，要求保護(hù)一種用于借助具有加載了管電流的輻射源的CT設(shè)備、沿著位于可在z方向上平移的臥榻上的患者的z軸、在劑量減小的分段式螺旋掃描中再現(xiàn)不完整投影數(shù)據(jù)組的方法，其中所述輻射源發(fā)射出落在探測器系統(tǒng)上的射線束，該探測器系統(tǒng)提供用于在圖像計(jì)算裝置中獲得檢查對象的二維和三維掃描圖像的掃描數(shù)據(jù)，其中，在節(jié)距大于等于1和z位置具有不完整投影數(shù)據(jù)組時，為了再現(xiàn)在該z位置的圖像，在預(yù)處理步驟中將該投影的另一行的數(shù)據(jù)和/或前一次或后一次360°旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)用于計(jì)算完整的投影數(shù)據(jù)組。
此外，根據(jù)本發(fā)明，通過插值來進(jìn)行所述完整投影數(shù)據(jù)組的計(jì)算。此外有利的是，線性地進(jìn)行所述插值。
尤其是在節(jié)距等于1時，在本發(fā)明的可能實(shí)施方式中，為了再現(xiàn)在兩個輻射段之間的一個z位置的圖像，對來自相鄰旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新分類。
優(yōu)選的，在前面進(jìn)行劑量減小，而且是在β＝180°-α的角度范圍內(nèi)，其中α是輻射源的扇形角。
同樣優(yōu)選的是，在本發(fā)明的可能實(shí)施方式中，通過在劑量減小的片段內(nèi)切斷管電流來進(jìn)行劑量減小。
此外，根據(jù)本發(fā)明，還要求保護(hù)一種用于實(shí)施上述方法的裝置。
此外，根據(jù)本發(fā)明，還要求保護(hù)一種計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品，當(dāng)該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品在與CT設(shè)備相連的計(jì)算裝置上運(yùn)行時實(shí)現(xiàn)上述方法。



下面借助附圖中的實(shí)施例詳細(xì)解釋本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、特征和特性。
圖1以正視圖示意性示出本發(fā)明掃描方法中的投影的角度比例，圖2以透視圖示意性示出通過沿著患者縱軸z的臥榻進(jìn)動量d引起的掃描的螺旋軌跡，圖3示意性示出多行探測器在接通X射線管和節(jié)距因子小于1時采集哪些數(shù)據(jù)，圖4示意性示出多行探測器在接通X射線管和節(jié)距因子等于1時采集哪些數(shù)據(jù)，
圖5示意性示出多行探測器在接通X射線管和節(jié)距因子大于1時采集哪些數(shù)據(jù)，圖6示意性示出計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備。
具體實(shí)施方式
圖1以正視圖示意性示出在患者臥榻2上的患者1?；颊?平躺著，從而容易受到輻射的器官(示出有乳腺4和眼球晶狀體3)面對支架開口5的上部區(qū)域(前面)。掃描這樣進(jìn)行，X射線管-探測器單元(支架)圍繞患者圓形旋轉(zhuǎn)，同時患者以均勻的速度(恒定的臥榻進(jìn)動量d)沿著患者縱軸z移動。根據(jù)圖2，支架旋轉(zhuǎn)與患者平移的組合給出螺旋形掃描軌跡6，如在螺旋CT中常見的那樣。
本發(fā)明的目的在于，在螺旋掃描時保護(hù)所提到的對輻射敏感的器官，或者說在圖像質(zhì)量盡可能最佳或信息損失最小的條件下施加盡可能少的輻射劑量。根據(jù)本發(fā)明該目的是這樣來實(shí)現(xiàn)的，只在支架開口的下部區(qū)域的γ＝180°+α角度范圍內(nèi)向X射線管施加電流。
幾何情況如下患者位于支架開口5的中心。該支架開口由患者的肩軸(橫向投影)水平分為兩半。上半部稱為前面，而下半部稱為后面。如果從前到后輻射，則稱為a.p投影，如果反過來從后到前輻射，則稱為p.a投影。
根據(jù)本發(fā)明，只在角度范圍γ＝α/2+180°+α/2＝180°+α(也就是橫向的以及p.a.)內(nèi)入射，其中這樣選擇X射線管7的扇形角α，即患者在X射線管的每個投影角度下都能被完全采集，并由此通過來自下半部(γ＝α/2+180°+α/2，橫向的以及p.a.)的輻射扇形被完全采集。
根據(jù)本發(fā)明，對于a.p.范圍(β＝180°-α在支架開口5的上半部中的虛線)內(nèi)的管位置不進(jìn)行輻射。這意味著，在輻射源的橫向投影或橫向位置中也進(jìn)行輻射，從而總共獲得在γ＝2*α/2+180°(也就是180°加上扇形角)的范圍內(nèi)每次360°旋轉(zhuǎn)的投影數(shù)據(jù)。通過這種方式，省掉了患者的a.p.側(cè)，并顯著降低了對主要位于a.p.側(cè)的輻射敏感器官(例如性腺、乳腺、甲狀腺和眼球晶狀體)的劑量。
但是，在p.a.區(qū)域上的入射或投影區(qū)域的這種限制導(dǎo)致在p.a.側(cè)β＝180°-2·α/2＝180°-α的范圍內(nèi)不存在測量數(shù)據(jù)，所述范圍代表沿著整個螺旋的一個鈍角圓柱體扇形切塊8。但是，可以重建缺乏的該區(qū)域數(shù)據(jù)，如在圖5的說明中簡短描述的那樣。根據(jù)本發(fā)明，重建算法是計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品的一部分，該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)在與CT設(shè)備(參見圖6)連接的計(jì)算單元16中。
圖3、4、5示意性示出了如何根據(jù)節(jié)距來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。分別繪出相對于探測器的z位置的投影角。在圖3中示出對于節(jié)距小于1、圖4中示出對于節(jié)距等于1，在接通X射線管時(100％區(qū)域或輻射分段)探測器采集哪些數(shù)據(jù)。對于a.p.投影β＝180°-α切斷管電流(0％)。節(jié)距表征在旋轉(zhuǎn)期間的探測器變化。每一行9都對應(yīng)于根據(jù)一定寬度的探測器行的一個探測器元件的變化而拍攝的數(shù)據(jù)。行變化的斜度或斜率通過臥榻進(jìn)動量來定義。節(jié)距或節(jié)距因子(如前所述)一方面通過探測器通道的數(shù)量和寬度另一方面通過(沿著z軸的)臥榻進(jìn)動量來表征。如果節(jié)距等于1或小于1(圖3和圖4)，則在每個z位置可能都會出現(xiàn)足以劃分到前一個和后一個100％分段(輻射分段)上的數(shù)據(jù)，以便能對該z位置再現(xiàn)一幅斷層圖像。完整的數(shù)據(jù)組在圖3和圖4中都表示為白色方格。尤其是對于節(jié)距p＝1，為了再現(xiàn)圖像必須在將數(shù)據(jù)劃分到相鄰輻射分段上時進(jìn)行重新分類。
在圖5中示出當(dāng)節(jié)距大于1時的數(shù)據(jù)獲取的情況。對于z位置10也出現(xiàn)足夠的數(shù)據(jù)(180°加上扇形角)，以再現(xiàn)出完整的圖像。但是，對于再現(xiàn)z位置11的圖像并不滿足該條件，因?yàn)樵陉幱皡^(qū)域12中沒有獲得數(shù)據(jù)。由此，對于z位置11的投影數(shù)據(jù)組是不完整的，但可以根據(jù)本發(fā)明的方法使其完整。對此需要在預(yù)處理步驟中計(jì)算陰影區(qū)域的數(shù)據(jù)。這例如可以通過在同一投影角(在圖5的情況下是7π/2左右的范圍)的相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)之間進(jìn)行(線性)插值來進(jìn)行。合適的數(shù)據(jù)點(diǎn)位于同一投影的另一行上(黑色區(qū)域13)或位于此前(黑色區(qū)域14)或此后(未示出)的360°旋轉(zhuǎn)中。在該預(yù)處理步驟之后可以象對z位置10那樣進(jìn)行。
總之，利用本發(fā)明的方法可以顯著減小在患者a.p.側(cè)的輻射劑量。尤其是a.p.側(cè)的對輻射敏感的器官(如性腺、女性乳腺、甲狀腺和眼球晶狀體)可以通過這種方式得到極好的保護(hù)。根據(jù)本發(fā)明方法的劑量減小明顯大于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的mAs值的純恒定減小。此外，顯著減小了對患者的有效劑量，根據(jù)國際有效建議(ICRP，1990)該有效劑量給出對所有器官的根據(jù)其輻射靈敏度加權(quán)的和值。與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的其它劑量減小方法(例如HandCARE)相反，根據(jù)本發(fā)明的、以螺旋模式的減小劑量的拍攝和再現(xiàn)方法針對大立體的快速拍攝方法。在此，所闡述的再現(xiàn)方法可以對不同節(jié)距值計(jì)算任意z位置上的圖像。
權(quán)利要求
1.一種用于借助具有加載了管電流的輻射源(7)的CT設(shè)備、沿著位于可在z方向上平移的臥榻(2)上的患者(1)的z軸、在劑量減小的分段式螺旋掃描中再現(xiàn)不完整投影數(shù)據(jù)組的方法，所述輻射源(7)發(fā)射出落在探測器系統(tǒng)上的射線束，該探測器系統(tǒng)提供用于在圖像計(jì)算裝置中獲得檢查對象(1)的二維和三維掃描圖像的掃描數(shù)據(jù)，其中，在節(jié)距大于等于1以及z位置具有不完整投影數(shù)據(jù)組時，為了再現(xiàn)在該z位置的圖像，在預(yù)處理步驟中將該投影的另一行的數(shù)據(jù)和/或前一次或后一次360°旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)用于計(jì)算完整的投影數(shù)據(jù)組。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，通過插值來進(jìn)行所述完整投影數(shù)據(jù)組的計(jì)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的方法，其特征在于，線性地進(jìn)行所述插值。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，在節(jié)距等于1時，為了再現(xiàn)在兩個輻射段之間的一個z位置的圖像，對來自相鄰旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新分類。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在前面進(jìn)行劑量減小，而且是在β＝180°-α的角度范圍內(nèi)，其中α是輻射源的扇形角。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過在劑量減小的片段內(nèi)切斷管電流來進(jìn)行劑量減小。
7.一種用于實(shí)施按照權(quán)利要求
1至6中任一項(xiàng)所述方法的裝置。
8.一種計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品，其特征在于，當(dāng)該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品在與CT設(shè)備相連的計(jì)算裝置上運(yùn)行時實(shí)現(xiàn)根據(jù)上述權(quán)利要求
1至6中任一項(xiàng)所述方法。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種用于借助具有加載了管電流的輻射源(7)的CT設(shè)備、沿著位于可在z方向上平移的臥榻(2)上的患者(1)的z軸、在劑量減小的分段式螺旋掃描中再現(xiàn)不完整投影數(shù)據(jù)組的方法，所述輻射源(7)發(fā)射出落在探測器系統(tǒng)上的射線束，該探測器系統(tǒng)提供用于在圖像計(jì)算裝置中獲得檢查對象(1)的二維和三維掃描圖像的掃描數(shù)據(jù)，其中，在節(jié)距大于等于1和z位置具有不完整投影數(shù)據(jù)組時，為了再現(xiàn)在該z位置的圖像，在預(yù)處理步驟中將該投影的另一行的數(shù)據(jù)和/或前一次或后一次360°旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)用于計(jì)算完整的投影數(shù)據(jù)組。
文檔編號G21K1/12GKCN1689525SQ200510066996
公開日2005年11月2日 申請日期2005年4月26日
發(fā)明者威利·卡倫德, 斯蒂芬·沙勒, 伯恩哈德·施米特 申請人:西門子公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan