專利名稱：計(jì)算機(jī)斷層造影裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用X射線的計(jì)算機(jī)斷層造影裝置(X射線CT裝置)和一種計(jì)算機(jī)斷層造影方法。更具體地說，本發(fā)明涉及X射線錐形束CT裝置。
背景技術(shù)：
X射線CT裝置通常在將目標(biāo)對(duì)象繞著與X射線源和X射線探測器之間的X射線光軸正交的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)將X射線施加到要造影的目標(biāo)對(duì)象，并從360度的每個(gè)方向收集熒光圖像。對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)處理，由此提供X射線斷層圖。
一般的X射線CT裝置將從X射線源一維展開的每條線(每個(gè)切片)的熒光圖像數(shù)據(jù)作為收集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，并從該數(shù)據(jù)計(jì)算出各個(gè)切片(slice)的X射線斷層圖。
與此不同，在一種稱為錐形束CT(簡而言之，錐形CT)的技術(shù)中，使用具有二維有效視場(field of view)的X射線探測器。這種X射線錐形束CT裝置在將目標(biāo)對(duì)象繞著正交于X射線源的X射線光軸的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)將錐形X射線束施加到待檢查的目標(biāo)對(duì)象以獲取二維熒光圖像。每次收集二維熒光圖像，由此可以提供多個(gè)切片的X射線斷層圖。
在錐形CT中，與現(xiàn)有技術(shù)的一般CT相比由一次成像提供的數(shù)據(jù)大大地增加。因此，收集目標(biāo)對(duì)象的三維數(shù)據(jù)所需的時(shí)間與現(xiàn)有技術(shù)的一般CT相比可以大大地縮短。然而，不管是一般CT還是錐形CT，要在一個(gè)小的區(qū)域內(nèi)提供高分辨率的斷層圖，從X射線源到目標(biāo)對(duì)象旋轉(zhuǎn)軸中心的距離(SOD)和從X射線源到X射線探測器的距離(SID)都需要調(diào)整以增加熒光圖像的成像放大倍數(shù)。但是，當(dāng)圖像放大倍數(shù)如此增加時(shí)，錐形束的視場卻減小并且只能提供一小區(qū)域的斷層圖。因此，要在高分辨率下得到相對(duì)較大目標(biāo)對(duì)象的三維數(shù)據(jù)是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供能夠容易地在較寬區(qū)域上收集高分辨率三維數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)斷層造影裝置及方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，采用下面手段。根據(jù)本發(fā)明，提供一種計(jì)算機(jī)斷層造影裝置，包括X射線源，用于將錐形X射線束施加到待檢查的目標(biāo)對(duì)象上；二維X射線探測器，設(shè)置在X射線源的X射線光軸上從而使之與X射線源相對(duì)，用于獲取目標(biāo)對(duì)象的X射線熒光數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)臺(tái)，設(shè)置在X射線源和二維X射線探測器之間，用于在其上安裝目標(biāo)對(duì)象并繞著正交于X射線光軸的軸旋轉(zhuǎn)目標(biāo)對(duì)象；數(shù)據(jù)處理部分，用于重構(gòu)目標(biāo)對(duì)象的在正交于轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸的平面上截出的多個(gè)斷層圖；成像次數(shù)設(shè)置部分，用于設(shè)置成像次數(shù)；以及移動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于每次執(zhí)行成像時(shí)沿轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸方向?qū)⑥D(zhuǎn)臺(tái)移動(dòng)二維X射線探測器的有效視場大小直到成像次數(shù)達(dá)到設(shè)置的成像次數(shù)。進(jìn)一步地說，上述計(jì)算機(jī)斷層造影裝置還包括方向設(shè)置部分，用于設(shè)置沿轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸方向移動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的方向，其中移動(dòng)機(jī)構(gòu)沿方向設(shè)置部分設(shè)定的方向移動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)。
在上述計(jì)算機(jī)斷層造影裝置中，最好是數(shù)據(jù)處理部分拼接多個(gè)重構(gòu)的斷層圖以獲取目標(biāo)對(duì)象的三維數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明中，預(yù)設(shè)成像次數(shù)和轉(zhuǎn)臺(tái)移動(dòng)的方向。從而，邊旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)邊收集360度X射線熒光數(shù)據(jù)的成像操作以及沿旋轉(zhuǎn)軸方向?qū)⑥D(zhuǎn)臺(tái)移動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸方向的視場大小的操作自動(dòng)重復(fù)。因此，即使成像放大倍數(shù)增加并且轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸方向的視場變窄，也可將經(jīng)多次成像提供的熒光數(shù)據(jù)拼接起來，從而擴(kuò)大旋轉(zhuǎn)軸方向的實(shí)際視場。
即，當(dāng)每次將轉(zhuǎn)臺(tái)沿旋轉(zhuǎn)軸方向移動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸方向的設(shè)定視場大小時(shí)以設(shè)定的次數(shù)多次執(zhí)行成像。因此，對(duì)整個(gè)成像數(shù)據(jù)而言，可以提供與下面數(shù)據(jù)等價(jià)的數(shù)據(jù)，即通過沿轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸方向其寬度是實(shí)際視場的許多倍(與設(shè)定次數(shù)一樣多)的視場內(nèi)成像提供的數(shù)據(jù)。從而，如果在以高成像放大倍數(shù)執(zhí)行成像以提供高分辨率斷層圖時(shí)沿旋轉(zhuǎn)軸方向的實(shí)際視場變窄，通過增加成像次數(shù)可以提供較寬區(qū)域上的三維數(shù)據(jù)。
進(jìn)一步而言，在本發(fā)明中，將多個(gè)對(duì)每次成像收集的熒光數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)所提供的斷層圖拼接成目標(biāo)對(duì)象的三維數(shù)據(jù)。從而，提供的三維數(shù)據(jù)即為具有寬視場的高分辨率數(shù)據(jù)，并且，例如，可以容易地提供在一個(gè)方向上較長，比如條形或柱狀目標(biāo)對(duì)象的待檢查目標(biāo)對(duì)象的高分辨率三維數(shù)據(jù)。


圖1是說明本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算機(jī)斷層造影裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖；以及圖2是說明本發(fā)明實(shí)施例的處理過程的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1是說明本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算機(jī)斷層造影裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖1用示意圖說明了計(jì)算機(jī)斷層造影裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)并用方框圖說明了其電子結(jié)構(gòu)。
該計(jì)算機(jī)斷層造影裝置包括X射線源1、二維X射線探測器2和轉(zhuǎn)臺(tái)3。X射線源1放置在使X射線源的X射線光軸L指向水平方向(x方向)的狀態(tài)。二維X射線探測器2放置在X射線光軸L上以使之與X射線源1相對(duì)。轉(zhuǎn)臺(tái)3放置在X射線源1和二維X射線探測器2之間。
X射線源1由X射線控制器11提供的管電壓和管電流驅(qū)動(dòng)和控制，并且沿水平光軸L輸出錐形X射線束。X射線控制器11包含高壓生成電路并由控制部分40控制。
二維X射線探測器2包括圖像增強(qiáng)器21和CCD(電荷耦合器件)攝像(照相)機(jī)22。從CCD攝像機(jī)22輸出的每個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)處理部分45?？梢酝ㄟ^驅(qū)動(dòng)包含一個(gè)馬達(dá)(沒有顯示)的探測器移動(dòng)機(jī)構(gòu)2a在x方向上移動(dòng)二維X射線探測器2。即，可以朝X射線源1移動(dòng)二維X射線探測器2或?qū)⑵鋸腦射線源1移開。
轉(zhuǎn)臺(tái)3將待檢查的目標(biāo)對(duì)象W安裝其上并旋轉(zhuǎn)該目標(biāo)對(duì)象W。即，可以通過驅(qū)動(dòng)內(nèi)部馬達(dá)(沒有示出)繞著轉(zhuǎn)臺(tái)3的旋轉(zhuǎn)軸，即，沿垂直方向(z方向)旋轉(zhuǎn)它?？梢酝ㄟ^驅(qū)動(dòng)包含一個(gè)馬達(dá)(沒有示出)的z方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)3a在z方向，即，旋轉(zhuǎn)軸方向移動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)3。還可以通過驅(qū)動(dòng)包含一個(gè)馬達(dá)(沒有示出)的x方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)3b在x方向移動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)3。
探測器移動(dòng)機(jī)構(gòu)2a、轉(zhuǎn)臺(tái)3以及轉(zhuǎn)臺(tái)3的z方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)3a和x方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)3b的馬達(dá)分別由探測器移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器41、轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器42、轉(zhuǎn)臺(tái)z方向移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器43及轉(zhuǎn)臺(tái)x方向移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器44提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)和控制。驅(qū)動(dòng)器41、42、43、44中每一個(gè)都由控制部分40控制。
從二維X射線探測器2的CCD攝像機(jī)22輸出的每一個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)都輸入到數(shù)據(jù)處理部分45。數(shù)據(jù)處理部分45然后用該像素?cái)?shù)據(jù)執(zhí)行各種處理并執(zhí)行斷層圖的重構(gòu)計(jì)算。由對(duì)目標(biāo)對(duì)象W的熒光圖像的重構(gòu)計(jì)算提供的斷層圖顯示在顯示器46上。
包括鍵盤、開關(guān)等的操作部分47連接到控制部分40。操作員可以通過操作該操作部分47給出各種命令并如后面所述輸入各種設(shè)置。
圖2是說明本發(fā)明實(shí)施例的處理程序的流程圖。
開始，一邊看著顯示器46上的X射線熒光圖像，操作員對(duì)操作部分47進(jìn)行操作，以通過探測器移動(dòng)機(jī)構(gòu)2a或x方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)3b來在x方向上移動(dòng)二維X射線探測器2或轉(zhuǎn)臺(tái)3，用于調(diào)整SID和SOD以確定成像放大倍數(shù)并調(diào)整X射線條件。此時(shí)，如果成像放大倍數(shù)很高并且垂直方向上的視場FOV(z)不能覆蓋進(jìn)行一次成像時(shí)能夠提供目標(biāo)對(duì)象的三維信息的區(qū)域，操作員應(yīng)選擇連續(xù)錐形CT項(xiàng)。
當(dāng)操作員選擇了連續(xù)錐形CT項(xiàng)時(shí)，操作員需設(shè)置轉(zhuǎn)臺(tái)3的初始位置(在z方向)、z方向的視場FOV(z)、當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)3從初始位置沿z方向移動(dòng)時(shí)的方向、成像次數(shù)n、以及其它用以提供斷層圖的條件然后給出連續(xù)錐形CT的開始命令。
該CT裝置根據(jù)二維X射線探測器2和轉(zhuǎn)臺(tái)3在x方向上的位置計(jì)算z方向上視場FOV(z)的最大值。z方向上的最大視場FOV(z)顯示在顯示器47上。從而，為設(shè)置z方向的視場FOV(z)，操作員可以使用顯示在顯示器47上的z方向的最大視場FOV(z)或考慮到二維X射線探測器2的失真等，設(shè)置任何期望的在z方向上寬度較窄的視場FOV(z)。在這種情況下，z方向上的設(shè)置視場FOV(z)通常設(shè)置成以下狀態(tài)，即，其中從該視場中心到其一邊的寬度與從該視場中心到其另一邊的寬度相等。只有在設(shè)定的視場FOV(z)范圍內(nèi)的像素?cái)?shù)據(jù)才用以重構(gòu)斷層圖。
當(dāng)給出了連續(xù)CT的開始命令時(shí)，將轉(zhuǎn)臺(tái)3從設(shè)定的初始位置開始旋轉(zhuǎn)并且收集X射線熒光數(shù)據(jù)。在完成數(shù)據(jù)收集后，執(zhí)行斷層圖重構(gòu)處理計(jì)算并保留提供的數(shù)據(jù)。接著，當(dāng)成像(數(shù)據(jù)收集)次數(shù)沒有達(dá)到設(shè)定的成像次數(shù)n時(shí)，在設(shè)定的方向沿z方向?qū)⑥D(zhuǎn)臺(tái)3移動(dòng)z方向的設(shè)定視場FOV(z)大小，然后收集X射線熒光數(shù)據(jù)。用該數(shù)據(jù)執(zhí)行斷層圖重構(gòu)處理計(jì)算，并保留提供的數(shù)據(jù)。當(dāng)成像次數(shù)達(dá)到設(shè)定的成像次數(shù)n時(shí)，將到目前為止保留的所有數(shù)據(jù)拼接起來并在顯示器46上顯示結(jié)果數(shù)據(jù)并終止處理。
根據(jù)上述本發(fā)明的實(shí)施例，如果增大成像放大倍數(shù)以收集高空間分辨率數(shù)據(jù)，從而z方向上的視場FOV(z)變窄而不能覆蓋進(jìn)行一次成像時(shí)能夠提供目標(biāo)對(duì)象W的三維數(shù)據(jù)的區(qū)域，操作員僅需簡單選擇連續(xù)錐形CT項(xiàng)并設(shè)置執(zhí)行連續(xù)錐形CT需要的條件。以如此簡單的操作，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)3在z方向自動(dòng)移動(dòng)時(shí)，可以收集到X射線熒光數(shù)據(jù)。因此，可以以高分辨率提供較寬區(qū)域上的三維數(shù)據(jù)。
在所述實(shí)施例中，本發(fā)明以X射線光軸沿水平方向的方式應(yīng)用到CT裝置，但當(dāng)然也可以以X射線光軸沿垂直方向的方式應(yīng)用到CT裝置。關(guān)鍵在于每次轉(zhuǎn)臺(tái)沿其旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)其旋轉(zhuǎn)軸方向的設(shè)定視場大小時(shí)，可以收集到X射線熒光數(shù)據(jù)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，操作員只需選擇連續(xù)錐形CT項(xiàng)并設(shè)置轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸方向上的視場、轉(zhuǎn)臺(tái)在旋轉(zhuǎn)軸方向上移動(dòng)時(shí)的方向、以及成像次數(shù)。因此，在執(zhí)行完一次數(shù)據(jù)收集后，轉(zhuǎn)臺(tái)自動(dòng)地每次沿設(shè)定的方向移動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸方向的視場大小，并且重復(fù)數(shù)據(jù)收集。結(jié)果，如果增大成像放大倍數(shù)以設(shè)置高分辨率，可以提供較寬區(qū)域上的連續(xù)斷層圖并且可以以高空間分辨率提供相對(duì)較大目標(biāo)對(duì)象的三維信息。進(jìn)一步地說，隨著連續(xù)成像次數(shù)的增加，可以基本上消除轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸方向視場上的限制。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算機(jī)斷層造影裝置，包括X射線源，用于將錐形X射線束施加到待檢查的目標(biāo)對(duì)象上；二維X射線探測器，設(shè)置在X射線源的X射線光軸上從而使之與X射線源相對(duì)，用于獲取目標(biāo)對(duì)象的X射線熒光數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)臺(tái)，設(shè)置在X射線源和二維X射線探測器之間，用于在其上安裝目標(biāo)對(duì)象并繞著正交于X射線光軸的軸旋轉(zhuǎn)目標(biāo)對(duì)象；數(shù)據(jù)處理部分，用于重構(gòu)目標(biāo)對(duì)象的在正交于轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸的平面上截出的多個(gè)斷層圖；成像次數(shù)設(shè)置部分，用于設(shè)置成像次數(shù)；以及移動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于每次執(zhí)行成像時(shí)沿轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸方向?qū)⑥D(zhuǎn)臺(tái)移動(dòng)二維X射線探測器的有效視場(view field)大小直到成像次數(shù)達(dá)到設(shè)定的成像次數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)斷層造影裝置，還包括方向設(shè)置部分，用于設(shè)置沿轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸方向移動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)的方向，其中移動(dòng)機(jī)構(gòu)沿方向設(shè)置部分設(shè)定的方向移動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)。
3.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)斷層造影裝置，其中數(shù)據(jù)處理部分拼接多個(gè)重構(gòu)的斷層圖以獲取目標(biāo)對(duì)象的三維數(shù)據(jù)。
4.一種使用包括X射線源、轉(zhuǎn)臺(tái)、以及二維X射線探測器的計(jì)算機(jī)斷層造影裝置的計(jì)算機(jī)斷層造影方法，該方法包括設(shè)置成像次數(shù)及X射線探測器的有效視場；將目標(biāo)對(duì)象繞著正交于X射線光軸的軸旋轉(zhuǎn)并將錐形X射線束施加到安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上的待檢查的該目標(biāo)對(duì)象上；收集該目標(biāo)對(duì)象的X射線熒光數(shù)據(jù)并重構(gòu)該目標(biāo)對(duì)象的在正交于轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸的平面上截出的斷層圖；如果成像次數(shù)沒有達(dá)到設(shè)定的成像次數(shù)沿轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸方向?qū)⒃撧D(zhuǎn)臺(tái)移動(dòng)二維X射線探測器的有效視場大小并重復(fù)收集步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的計(jì)算機(jī)斷層造影方法，還包括設(shè)置沿轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸方向移動(dòng)該轉(zhuǎn)臺(tái)的方向。
6.如權(quán)利要求4所述的計(jì)算機(jī)斷層造影方法，還包括拼接多個(gè)重構(gòu)的斷層圖以獲取目標(biāo)對(duì)象的三維數(shù)據(jù)。
全文摘要
在操作員設(shè)置了轉(zhuǎn)臺(tái)移動(dòng)的方向、在該轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸方向上的X射線探測器的視場(view field)FOV(z)、以及成像次數(shù)n并給出連續(xù)成像命令后,重復(fù)邊旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)邊收集X射線熒光數(shù)據(jù)的成像操作和沿設(shè)定的方向?qū)⑥D(zhuǎn)臺(tái)移動(dòng)視場FOV(z)大小的操作并且執(zhí)行成像n次。然后,將提供的數(shù)據(jù)重構(gòu)以提供斷層圖。即使設(shè)置了高成像放大倍數(shù)以提供高分辨率三維數(shù)據(jù)并且X射線探測器的視場不能覆蓋該三維數(shù)據(jù)的必要區(qū)域,仍然可以提供連續(xù)的斷層圖。
文檔編號(hào)G01N23/04GK1389723SQ02121649
公開日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2002年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月1日
發(fā)明者鹽田忠弘 申請(qǐng)人:株式會(huì)社島津制作所