專利名稱：計算對象的正交x射線衰減的方法及相應(yīng)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)在計算機(jī)斷層造影照片的前視場中測量的參考X射線衰減來計算對象的正交X射線衰減的方法，以及一種相應(yīng)的裝置。
背景技術(shù)：
特殊的醫(yī)療技術(shù)計算機(jī)斷層造影通常包括X射線拍攝單元，后者帶有一個X射線輻射器和一個與該輻射器相對設(shè)置的X射線檢測器。X射線拍攝單元被可圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)地支撐，使得可以在X射線拍攝單元轉(zhuǎn)動的條件下在不同投影方向上拍攝相對于轉(zhuǎn)動軸大致中央設(shè)置的對象的X射線投影圖像(放射照片)。然后，從這些X射線投影圖像中通過數(shù)字反投影方法產(chǎn)生出對象的一個或多個斷層的圖像(層析照片)。在醫(yī)學(xué)計算機(jī)斷層造影中待檢查的對象是患者的身體部位。
為了安置對象、特別是患者，計算機(jī)斷層造影儀通常在X射線拍攝單元的射線路徑上包括一個可以調(diào)節(jié)高度的對象臺。
患者的待進(jìn)行計算機(jī)斷層造影檢查的身體部位一般會造成對于不同投影方向的不同強(qiáng)度的X射線衰減(下面簡稱為衰減)。當(dāng)代的計算機(jī)斷層造影儀(CT)經(jīng)常配備有劑量自動裝置，其根據(jù)投影方向使射線強(qiáng)度與各衰減值相匹配，使得在特別小的X射線劑量下可以實現(xiàn)盡可能好的圖像質(zhì)量。為了對劑量自動裝置設(shè)置參數(shù)，典型地測量在兩個相互正交的參考投影方向上、特別是在前-后向(ap)和橫向上的衰減，例如借助于兩幅在實際斷層造影之前拍攝的概貌放射照片進(jìn)行測量。將ap衰減和橫向衰減的測量值作為參考值引入劑量自動裝置，后者借助于這些參考值在CT拍攝期間根據(jù)投影方向調(diào)整射線強(qiáng)度。ap衰減和橫向衰減尤其是按照軸向衰減特征的形式、即作為軸向身體位置的函數(shù)上升并輸入到劑量自動裝置中，以便還考慮在身體縱向上衰減的不同。
為了加速與醫(yī)學(xué)CT拍攝相關(guān)的工作流程，還可以僅在一個投影方向上、特別是在ap投影方向上進(jìn)行對衰減的參考測量；而根據(jù)對象在X射線檢測器上的陰影投射來對正交衰減、即特別是與之垂直的橫向衰減進(jìn)行估計。但是，如果對象在投影方向上被精確地相對于旋轉(zhuǎn)軸在中央定位，這種方法通常才帶來對正交衰減的正確估計，并從而帶來對X射線劑量的精確調(diào)整。但是，不可能總能將對象相對于旋轉(zhuǎn)軸精確定位，特別是不能同時在整個軸向身體長度上進(jìn)行精確定位。而在對對象的不精確調(diào)整的情況下，通過通常的方法會使正交衰減被低估或高估，其結(jié)果是，產(chǎn)生的X射線投影圖像具有不足的信噪比，或者在CT拍攝期間施加了不必要多的X射線劑量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種特別簡單、特別節(jié)省時間并且同時精確的方法，其用來根據(jù)在計算機(jī)斷層造影照片的前視場中測量的參考(X射線)衰減計算對象的正交(X射線)衰減。該技術(shù)問題的一個特別的方面在于，提供一種可以對按照常規(guī)方法估計的正交衰減進(jìn)行校正的方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題還在于，提供一種用于實施該方法的裝置。
按照本發(fā)明的方法，根據(jù)沿參考投影方向所測量的參考(X射線)衰減導(dǎo)出位于對象臺上的對象的正交(X射線)衰減，其中，在該計算過程中通過采集對象臺的臺高來考慮在垂直方向上對象相對于旋轉(zhuǎn)軸的垂直定位、特別是對象的平面中心相對于旋轉(zhuǎn)軸的偏差。
由于對臺高的采集和在對正交衰減的計算以及校正中對其加以考慮，即使待檢查的對象相對于旋轉(zhuǎn)軸不是垂直地精確位于中心，按照本發(fā)明的方法也能夠僅在參考測量的基礎(chǔ)上精確地進(jìn)行劑量計算。由此，對臺高進(jìn)行精確地調(diào)整。這尤其對于下列事實是具有巨大優(yōu)勢的通過調(diào)整臺高通常不能同時將對象的所有軸向區(qū)域?qū)χ?zentriert)。
本發(fā)明的方法尤其用來對這樣的正交衰減值進(jìn)行校正，即，如在常規(guī)方法的框架中、在假設(shè)對象相對于旋轉(zhuǎn)軸在垂直地對中的條件下估計的衰減值。在該應(yīng)用中將(例如由常規(guī)CT按照標(biāo)準(zhǔn)提供的)估計的正交衰減作為對于該方法的輸入量引入，并且在引入臺高的條件下計算校正的正交衰減。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，將對象臺和旋轉(zhuǎn)軸之間構(gòu)成的距離作為臺高引入。合適的是，由臺高和對象在參考投影方向的厚度導(dǎo)出對象的垂直定位。而在這種情況下，對象厚度又是由參考衰減確定的。
與這類的常規(guī)方法一樣，在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中優(yōu)選測量前-后向衰減作為參考衰減，并且計算橫向上的衰減作為正交衰減。
優(yōu)選地，按照下列公式計算正交衰減 (公式1)在公式1中-Alat是待計算的(相對于由于未調(diào)節(jié)的臺高而造成變形的)校正的正交衰減，-A′lat是未校正的正交衰減，-rf是X射線拍攝單元的焦點軌道半徑，即在旋轉(zhuǎn)軸和X射線輻射器的焦點之間的距離，-ht是作為臺高的度量的對象臺至旋轉(zhuǎn)軸的距離，以及-d0＝μ-1log(Aap)是在參考投影方向上的對象厚度，其中-μ是預(yù)先給定的對象物質(zhì)的平均衰減系數(shù)，以及-Aap是在參考投影方向上所測量的參考衰減。
如果對于對象的多個軸向位置存在參考衰減，或者參考衰減是作為一個(與計算機(jī)斷層造影儀的旋轉(zhuǎn)軸平行的)軸向坐標(biāo)的函數(shù)測量的，則合適的是，還對應(yīng)于該軸向位置或者作為該軸向坐標(biāo)的函數(shù)來計算正交衰減。
本發(fā)明的關(guān)于裝置的技術(shù)問題是通過一種校正模塊和一種(特別是在劑量自動裝置框架中)包括這樣的校正模塊的計算機(jī)斷層造影儀來解決的。該模塊構(gòu)造來實施根據(jù)本發(fā)明的方法。這種校正模塊尤其可以用來裝備現(xiàn)有的常規(guī)計算機(jī)斷層造影儀。


下面對照附圖對本發(fā)明的實施方式作進(jìn)一步的說明。圖中圖1以示意性框圖示出了帶有校正模塊的計算機(jī)斷層造影儀，該校正模塊用于根據(jù)所測量的參考衰減自動地計算對象的正交衰減，圖2以截面圖的方式示出了圖1的計算機(jī)斷層造影儀的X射線拍攝單元和對象臺，并且圖3以圖表示出了根據(jù)臺高按照本發(fā)明的方法利用臺高計算出的檢查對象的橫向衰減與在沒有臺高校正的條件下所測量的橫向衰減的比較。
在所有附圖中相互對應(yīng)的部件和參數(shù)總是標(biāo)有相同的附圖標(biāo)記。
具體實施例方式
圖1和圖2示意地示出的醫(yī)療技術(shù)的計算機(jī)斷層造影儀1包括X射線拍攝單元2，X射線發(fā)生器3，圖像分析單元4，其帶有后接的顯示設(shè)備5、特別是顯示屏，對象臺6以及劑量自動裝置7。圖像分析單元4和劑量自動裝置7尤其是作為軟件模塊構(gòu)成的并且實現(xiàn)在(沒有詳細(xì)示出的)計算機(jī)斷層造影儀1的計算機(jī)設(shè)備中。
X射線拍攝單元2包括(X射線管形式的)X射線輻射器8和X射線檢測器9。X射線輻射器8和X射線檢測器9設(shè)置在圖1中僅簡單勾畫的轉(zhuǎn)動框架10(也被稱為支架)上，使得X射線輻射器8和X射線檢測器9關(guān)于該轉(zhuǎn)動框架10的隧道形的開口11相互相對地固定，并且可以通過轉(zhuǎn)動框架10的轉(zhuǎn)動在轉(zhuǎn)動方向上共同地圍繞旋轉(zhuǎn)軸12(也被稱為同心軸)旋轉(zhuǎn)。在此，從X射線輻射器8發(fā)出的、穿過旋轉(zhuǎn)軸12并到達(dá)X射線檢測器9的中心的射線路徑一般地定義了依賴于轉(zhuǎn)動框架10以及固定在其上的X射線拍攝單元2的位置的投影方向P。
在按照圖1和圖2的表示中例如垂直地朝向下方的投影方向P，在下面被稱為參考投影方向P0。在參考投影方向P0和任意的第二個參考投影方向P之間構(gòu)成的角度被稱為投影角α(圖2)。參考投影方向P0是對應(yīng)于投影角α＝0設(shè)置的。
為了進(jìn)行斷層造影檢查，可以將待檢查的對象13放置在對象臺6上，并且可與該對象臺6一起移入轉(zhuǎn)動框架10的開口11中。在此，對象13尤其是指患者的頭部或軀干(在圖1中示意地通過帶有陰影的橢圓形示出)，或者是模擬人體的檢查對象、例如水模型。為了進(jìn)行對象13的高度調(diào)整，可以通過電機(jī)將對象臺6沿著調(diào)整方向Y相對于轉(zhuǎn)動框架10以及其上固定的X射線拍攝單元2進(jìn)行高度調(diào)整。此外，對象臺6可以與旋轉(zhuǎn)軸12平行地在縱向上移動。相對于通常在對象臺6上仰臥的患者，參考投影方向P0相當(dāng)于前-后(ap)投影。
在計算機(jī)斷層造影儀1的運(yùn)行中，X射線輻射器8產(chǎn)生至少基本上相對于投影方向P居中的X射線扇形輻射R，由該輻射在圖1中用虛線表示的輻射片段S通過對象13傳送，并在此由于對象13內(nèi)的X射線吸收而被衰減。這樣形成的X射線扇形輻射R的衰減模式由在投影方向P上設(shè)置在對象13之后X射線檢測器9記錄為(一維)X射線投影圖像B(放射照片)，并且引入到圖像分析單元4。在CT拍攝過程中，圖像分析單元4從多個在不同投影方向P上拍攝的X射線投影圖像B中計算出對象13的一個或者多個層的斷層造影T。該斷層造影T尤其可以作為三維立體表示或者作為任意的二維截面表示被顯示在顯示設(shè)備5上。
由于對象13通常不具有旋轉(zhuǎn)對稱的橫截面，由對象13引起的平均X射線衰減A(下面簡稱衰減A)取決于投影方向P和由此的投影角α。
一般地，(X射線)衰減A是通過在給定的投影角α下按照每檢測器面積占有的對象13測量的射線強(qiáng)度與在對應(yīng)的條件下沒有對象13時所測量的射線強(qiáng)度的比值給出的。
為了節(jié)省X射線劑量，通過調(diào)整由X射線輻射器8產(chǎn)生的射線強(qiáng)度來(至少部分地)補(bǔ)償衰減A的依賴于投影角的波動。在此，如下地調(diào)整射線強(qiáng)度通過相應(yīng)的控制信號SI將用于X射線輻射器8的管電流I的大小調(diào)整到產(chǎn)生該管電流I的X射線發(fā)生器3的電流的大小。
管電流I的調(diào)整是通過劑量自動裝置7的控制模塊14進(jìn)行的。該控制模塊14根據(jù)預(yù)定的投影角α的函數(shù)來確定電流大小I，其中，作為該函數(shù)的參數(shù)輸入前-后向衰減Aap(下面簡稱為ap衰減Aap)和橫向衰減Alat。ap衰減Aap表示在參考投影方向P0中出現(xiàn)的衰減A，橫向衰減Alat表示沿與其垂直的第二投影方向P1的衰減A(圖2)，該第二投影方向相對于患者在身體橫向方向上延伸。ap衰減Aap和橫向衰減Alat作為尤其是從軸向?qū)ο笈_位置導(dǎo)出的軸向坐標(biāo)的函數(shù)出現(xiàn)。由此，ap衰減Aap和橫向衰減Alat反映出了在對象13的預(yù)先給定的軸向片段上衰減的變化。
對ap衰減Aap以及橫向衰減Alat的確定是在對對象13的實際計算機(jī)斷層造影拍攝的前期用于使劑量自動裝置與患者幾何關(guān)系匹配的準(zhǔn)備步驟中進(jìn)行的。在此，首先在參考投影方向P0上拍攝參考X射線投影圖像B0，圖像分析單元4據(jù)此確定作為參考衰減的ap衰減Aap，并且將其輸入到劑量自動裝置7的匹配模塊15中。
匹配模塊15根據(jù)常規(guī)技術(shù)在假設(shè)對象相對于旋轉(zhuǎn)軸12中央定位的條件下估計出橫向衰減A′lat，其中根據(jù)對象13在X射線檢測器9上的陰影投射(在圖2中通過射線橫截面b″p示出)換算回估計的對象寬度、即在旋轉(zhuǎn)中心12的高度上的射線橫截面b′p。
匹配模塊15尤其根據(jù)下列公式計算出橫向衰減A′lat
A′lat＝exp(μ·b′p)，(公式2)其中，引用了作為常數(shù)存放的、實驗確定的衰減系數(shù)μ。
對象13相對于旋轉(zhuǎn)軸12越偏心地定位，則這樣估計出的橫向衰減A′lat與實際由對象13引起的橫向衰減偏差就越大。對于對象13相對于旋轉(zhuǎn)軸12的垂直定位的量度，尤其是通過對象13的橫截面的平面中心點16與旋轉(zhuǎn)軸12的垂直距離h0給出。
在構(gòu)成本發(fā)明方法核心的隨后的校正步驟中，針對對象13的實際定位對或多或少錯誤的橫向衰減A′lat進(jìn)行校正。
該校正步驟由校正模塊17實施，該校正模塊在數(shù)據(jù)流技術(shù)上連接在匹配模塊15和控制模塊14之間。
校正模塊17根據(jù)上述公式1計算校正后的橫向衰減Alat。在公式1中給出的焦點軌道半徑rf是通過計算機(jī)斷層造影儀1的大小來確定的并且作為常數(shù)預(yù)先給定。通過對象臺6和旋轉(zhuǎn)軸12之間的垂直距離給出的臺高h(yuǎn)t由(沒有詳細(xì)示出的)設(shè)備控制器提供給匹配模塊15。如前面所述，在參考投影方向P0上的對象厚度d0是從ap衰減Aap和衰減系數(shù)μ中導(dǎo)出的。
校正模塊17將校正后的橫向衰減Alat以及ap衰減Aap提供給控制模塊14。
與上面描述的校正方法不同，還可以直接從ap衰減Aap、射線橫截面b′p和臺高h(yuǎn)t中計算出校正后的橫向衰減Alat，其中，使用在附錄中介紹的、在數(shù)學(xué)上等效的公式4來替代公式1。
為了說明上面所描述的方法，在圖2中作為其它的幾何參數(shù)還給出了焦點-檢測器距離d以及垂直于參考投影方向P0測量的對象寬度bp。從圖2中尤其還可以看出，距離h0是根據(jù)h0＝ht-1/2·d0通過臺高h(yuǎn)t確定的。
公式1的數(shù)學(xué)推導(dǎo)參見附錄。
圖3示出了根據(jù)校正后的橫向衰減Alat的圖表(線18)、按照上面描述的方法實驗的結(jié)果與未校正的橫向衰減A′lat(線19)的比較。兩個量Alat和A′lat分別是相對于臺高h(yuǎn)t記錄的。
對于該實驗將一個直徑為30cm的圓柱形水模型作為對象13引入。在根據(jù)圖1放置在對象臺6上的水模型上，分別對于八個不同臺高h(yuǎn)t的設(shè)置從在參考投影方向P0上進(jìn)行的參考測量中確定ap衰減Aap和未校正的橫向衰減A′lat。從中根據(jù)本發(fā)明的方法在使用公式1、即考慮臺高h(yuǎn)t的條件下，計算出校正后的橫向衰減Alat。
從圖3中可以看出，在使用本發(fā)明的方法的條件下對于不同的(對應(yīng)于實際的比例)臺高h(yuǎn)t的橫向衰減Alat(線18)被確定為極好地接近于恒定，而未校正的橫向衰減A′lat(線19)具有明顯取決于臺高h(yuǎn)t的誤差。附錄公式1的數(shù)學(xué)推導(dǎo)從公式A1出發(fā)A(α)＝exp(μ·dp(α))，(公式A1)通過其確定了對于任意投影角α衰減A對一般的對象厚度dp的依賴性。對象厚度dp一般地表示在投影角α下確定的射線在對象13的內(nèi)部經(jīng)歷的最大路徑長度。對于橫向投影方向P1(即，α＝90°)有dp(α＝90°)＝bp，見圖2。從公式A1中對于橫向衰減得出Alat＝A(α＝90°)＝exp(μ·bp)。(公式A2)從幾何考慮(見圖2)對于bp得出bP=rf+ht-12·d0rf·bP′.]]>(公式A3)將公式A3帶入公式A2有Alat=exp(μ·rf+ht-12·d0rf·bP′)=exp(μ·bP′)(rf+ht-12·d0rf).]]>(公式A4)將公式2帶入公式4得到公式1。
因此，在公式4以及公式1右側(cè)的指數(shù)中的括號表達(dá)式rf-1(rf+ht-·d0)表示校正，通過該校正(與公式2比較)考慮了對象13的偏心定位、即不等于零的距離h0＝ht-1/2·d0。
對于ap衰減Aap(即，α＝0°以及d0＝dp(α＝90°))從公式A1中給出Aap＝A(α＝0°)＝exp(μ·b0)。
(公式A5)由此，對于在公式4中給出的對象厚度d0有d0=1μ·log(Aap).]]>(公式A6)在公式1中給出的射線橫截面b′p可以簡單的近似根據(jù)下式
bP′=rfd·bP′′]]>(公式A7)從對象13在X射線檢測器9上的陰影投影中估計出，其中，在此將X射線檢測器9簡單地假設(shè)為平坦的。實踐中在確定b′p時還尤其考慮X射線檢測器9的彎曲。
注釋exp(…)表示指數(shù)函數(shù)log(…)表示自然對數(shù)
權(quán)利要求
1.一種用于計算對象(13)的正交X射線衰減(Alat)的方法，其中該對象(13)位于計算機(jī)斷層造影儀(1)的對象臺(6)上，該計算根據(jù)沿參考投影方向(P0)測量的參考X射線衰減(Aap)進(jìn)行，其中，通過采集所述對象臺(6)的臺高(ht)考慮所述對象(13)關(guān)于該計算機(jī)斷層造影儀(1)的旋轉(zhuǎn)軸(12)的垂直定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將根據(jù)所述對象(13)在所述參考投影方向(P0)上的陰影投射(b″p)以及在假設(shè)該對象(13)相對于該計算機(jī)斷層造影儀(1)的旋轉(zhuǎn)軸(12)中央定位的條件下根據(jù)所述參考X射線衰減(Aap)估計出的正交X射線衰減(A′lat)作為輸入量引入，并且在考慮所述臺高(ht)的條件下從中導(dǎo)出校正后的正交X射線衰減(Alat)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，確定所述對象臺(6)和旋轉(zhuǎn)軸(12)之間的距離作為所述臺高(ht)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，由所述臺高(ht)和從所述參考X射線衰減(Aap)中確定的對象厚度(d0)在參考投影方向上確定所述對象(13)的垂直定位。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的方法，其特征在于，按照下列公式確定所述校正后的正交X射線衰減(Alat) 其中，-Alat是待計算的校正正交X射線衰減，-A′lat是在假設(shè)該對象(13)的中央定位的條件下估計出的正交X射線衰減，-rf是計算機(jī)斷層造影儀(1)的X射線拍攝單元(2)相對于旋轉(zhuǎn)軸(12)的焦點軌道半徑，-ht是作為臺高的度量的對象臺(6)至旋轉(zhuǎn)軸(12)的距離，-d0＝μ-1log(Aap)是在參考投影方向P0上的對象厚度，-μ是預(yù)先給定的平均衰減系數(shù)，以及-Aap是所測量的參考衰減。
6.一種用于計算機(jī)斷層造影儀(1)的校正模塊(17)，該模塊構(gòu)造用來實施根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法。
7.一種計算機(jī)斷層造影儀(1)，包括可以圍繞旋轉(zhuǎn)軸(12)轉(zhuǎn)動的X射線拍攝單元(2)和與該旋轉(zhuǎn)軸(12)按照距離(ht)定位的對象臺(6)以及校正模塊(17)，該模塊構(gòu)造用來實施根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種簡單的、特別是節(jié)省時間并同時是精確的方法，用來根據(jù)沿參考投影方向(P
文檔編號G06F19/00GK1857164SQ20061007785
公開日2006年11月8日 申請日期2006年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月6日
發(fā)明者雷納·勞佩克, 安德烈亞斯·沙勒, 克里斯托弗·蘇斯, ?？啤の譅柗?申請人:西門子公司