CN1216573C - 辐射线断层摄影法和装置 - Google Patents

Abstract

实现一种辐射线断层摄影法和装置，它能一次形成有不同薄层厚度的多个断层摄影图象。由具有一定宽度和厚度的辐射线束40投射的对象的投影图象，在辐射线束的厚度方向上被探测器阵列240和242所划分，并且在多个观察方向上测量它们各自的投影数据。然后，分别基于关于每个分投影图象的投影数据和关于所有分投影图象的投影数据，产生断层摄影图象。

Description

辐射线断层摄影法和装置

本发明涉及辐射线断层摄影法和装置，更准确地说，涉及这样一种辐射线断层摄影法和装置，它能利用有一定宽度和厚度的辐射线束，基于在多个观察方向上的对象的投影图象，产生断层摄影图象。

辐射线断层摄影装置包括例如x射线CT(计算断层摄影)装置。在x射线CT装置中，x射线作为辐射线使用。这种装置用绕对象转动的辐射线发射/探测系统扫描对象，来测量对象周围多个观察方向上对象的x射线投影数据，并且基于投影数据产生(重建)断层摄影图象。

辐射线发射系统具有复盖成象范围的宽度，并且发射在与所述宽度正交的方向上有预先确定的厚度的x射线束。辐射线探测系统用多通道探测器来探测投影数据，在这多通道探测器中，多个x射线探测器在x射线束的宽度方向上布置成阵列的形式。

x射线束的厚度决定断层摄影的薄层厚度。根据断层摄影的目的，把薄层厚度设置为一个适当的值。为了设置薄层厚度，使用用于调整x射线束的厚度的准直器或类似的仪器。即使使用x射线以外的辐射线，例如使用γ射线，也要用准直器或类似的仪器来调整辐射线束的厚度，即薄层厚度。

在检查肺癌的情况下，例如以相对厚的层进行多层扫描，以便有效地和连续地以有限数目的层来把整个肺部成象。此外，以薄的层进行多层扫描来获得细节清晰度高的图象。可是，因为层的数目有限，所以以薄层的形式进行关于间隔分布的各层的多层扫描。

在整个一连串的断层摄影图象的成象过程中，设置的薄层厚度保持不变。因此，当如上述那样进行多层扫描时，首先对整个肺部以厚的层进行连续的扫描，然后，用准直器或类似的仪器重新设置薄层厚度，以薄的层重新起动另一次多层扫描。这样的程序的效率很差。

本发明的一个目的是实现一种辐射线断层摄影法和装置，它能一次形成具有不同薄层厚度的多个断层摄影图象。

根据第一方面，本发明提供一种辐射线断层摄影法，它包括下面的步骤：借助于由具有一定宽度和厚度的辐射线束所投影的并在辐射线束的厚度方向上被划分成多个分投影图象的对象投影图象，在多个观察方向上测量它们各自的投影数据；以及分别基于关于每个分投影图象的投影数据和关于所有分投影图象的投影数据，产生断层摄影图象。

在就第一方面所描述的本发明中，划分最好是不等分划分，这是因为能获得有明显不同薄层厚度的多个断层摄影图象。

此外，在就第一方面所描述的本发明中，辐射线最好是x射线，这是因为用于x射线的产生、控制等的实用装置可以在最广泛的范围内获得。

根据第二方面，本发明提供一种辐射线断层摄影装置，它包括：测量装置，它借助于由具有一定宽度和厚度的辐射线束所投影的并在辐射线束的厚度方向上被划分成多个分投影图象的对象投影图象，在多个观察方向上测量它们各自的投影数据；以及断层摄影产生装置，用于分别基于关于每个分投影图象的投影数据和关于所有分投影图象的投影数据，产生断层摄影图象。

在就第二方面所描述的本发明中，测量装置最好包括划分装置，它把被辐射线束投影的对象在辐射线束的厚度方向上作不等分划分，这样，就能获得有明显不同薄层厚度的多个断层摄影图象。

此外，在就第二方面所描述的本发明中，所述测量装置最好包括厚度调整装置，用于调整被辐射线束投影的对象的投影图象的在辐射线束的厚度方向上被划分的厚度，这样，就能调整断层摄影图象的薄层厚度。

此外，在就第二方面所描述的本发明中，辐射线最好是x射线，这是因为用于x射线的产生、控制等的实用装置可以在最广泛的范围内获得。

根据第三方面，本发明提供一种辐射线断层摄影装置，它包括：测量装置，它利用在辐射线束的厚度方向并排地设置的多个辐射线探测器，在多个观察方向上测量被具有一定宽度和厚度的辐射线束投影的对象的投影图象；以及断层摄影产生装置，用于分别基于由所述测量装置中的所述多个辐射线探测器中的每一个所获得的投影数据和由所有所述多个辐射线探测器所获得的投影数据，产生断层摄影图象。

在就第三方面所描述的本发明中，测量装置最好包括分配装置，用于把被辐射线束投影的对象的投影图象不等分地分配到在辐射线束的厚度方向上的多个探测器，这样，就能获得有明显不同薄层厚度的多个断层摄影图象。

此外，在就第三方面所描述的本发明中，测量装置最好包括厚度调整装置，用于调整被辐射线束投影的对象的投影图象的厚度，这样，就能调整断层摄影图象的薄层厚度。

此外，在就第三方面所描述的本发明中，辐射线最好是x射线，这是因为用于x射线的产生、控制等的实用装置可以在最广泛的范围内获得。

根据本发明，对于在辐射线束的厚度方向被划分的对象的分投影图象，测量它们各自的投影数据，以便获得多个系列的投影数据。然后，基于所有系列的投影数据，产生具有对应于辐射线束厚度的薄层厚度的断层摄影图象，并且基于一个系列的投影数据，产生有较薄厚度的断层摄影图象。

因此，根据本发明，就实现了这样的辐射线断层摄影法或装置，它能一次形成多个薄层厚度不同的断层摄影图象，因为，借助于由具有一定宽度和厚度的辐射线束所投影的并在辐射线束的厚度方向上被划分成多个分投影图象的对象投影图象，在多个观察方向上测量它们各自的投影数据，另外基于关于每个分投影图象的投影数据和关于所有分投影图象的投影数据，分别产生断层摄影图象。

从以下对附图中举例说明的本发明的最佳实施例的描述，就会清楚本发明的另外的目的和优点。

图1是根据本发明的一个实施例的装置的方框图。

图2是说明根据本发明的一个实施例的装置中的x射线探测器的配置的原理图。

图3是说明根据本发明的一个实施例的装置中的x射线发射/探测系统的配置的原理图。

图4是说明根据本发明的一个实施例的装置中的x射线发射/探测系统的配置的原理图。

图5是说明根据本发明的一个实施例的装置中，由x射线束投射的投影图象的示范性的划分的原理图。

图6是说明根据本发明的一个实施例的装置的操作的流程图。

图7是说明由根据本发明的一个实施例的装置作多层扫描的例子的原理图。

下面将参考附图，更详细地描述本发明的一些实施例。

图1表示一种x射线CT装置的方框图。这种装置是本发明的作为范例的实施形式。它的配置代表本发明的一个实施例。它的操作代表了本发明的另一个实施例。

现在将描述本发明的装置的配置。如图1所示，这装置包括扫描仪台架2、成象台4和操作者控制台6。

扫描仪台架2有作为辐射线源的x射线管20。从x射线管20发射的x射线(未示出)被准直器22成形为例如扇形的x射线束，并且这x射线束射到探测器阵列24上。

探测器阵列24在扇形的x射线束的宽度方向上有布置成阵列的多个x射线探测器。后面将描述探测器阵列24的详细配置。

x射线管20、准直器22和探测器阵列24构成x射线发射/探测系统。后面将描述其详细配置。探测器阵列24与数据采集部分26相连接。数据采集部分26采集在探测器阵列24内的各个x射线探测器所探测到的数据。

x射线控制器28支配来自x射线管20的x射线的发射。在附图中未示出x射线管20与x射线控制器28的连接。

通过准直器22的孔的x射线被准直器控制器30调节。在附图中，未示出准直器22与准直器控制器30的连接。

x射线管20直到准直器控制器30都装在扫描仪台架内的转动部分32上。转动部分32的转动由转动控制器34支配。在附图中，未示出转动部分32与转动控制器34的连接。

成象台4承载对象(未示出)进入/离开扫描仪台架2内的x射线辐射空间。将在后面描述对象与x射线辐射空间之间的关系。

操作者控制台6有CPU(中央处理单元)60，后者例如是以计算机的形式实施的。CPU 60与控制接口62连接。控制接口62与扫描仪台架2和成象台4连接。

CPU 60通过控制接口62控制着扫描仪台架2和成象台4。通过控制接口62来控制在扫描仪台架2内的数据采集部分26、x射线控制器28、准直器控制器30和转动控制器34。在附图中，未示出这些组成部分与控制接口62的连接。

CPU 60也与数据采集缓冲器64连接。数据采集缓冲器64连接到在扫描仪台架2内的数据采集部分26。在数据采集部分26所采集到的数据被送到数据采集缓冲器64。数据采集缓冲器64暂时存储送来的数据。CPU 60还连接到存储装置66。存储装置66存储着各种数据、重建的图象、程序等等。

CPU 60还连接到显示装置68和操作装置70。显示装置68显示从CPU 60送来的重建后的图象和其它信息。操作装置70由操作者操纵，并向CPU 60送去各种指令和信息。

图2以图示的方式说明探测器阵列24的配置。探测器阵列24有结合在一起的第一行探测器阵列240和第二行探测器阵列242。第一和第二行探测器阵列240和242是本发明的多辐射探测器的一个例子。

第一行探测器阵列240构成多通道x射线探测器阵列，在这阵列中，多个(例如1,000个)x射线探测器240(i)布置成弧形。符号“i”代表通道号，例如i＝1，...，1,000。与此相似，第二行探测器阵列242构成多通道x射线探测器阵列，在这阵列中，多个x射线探测器242(i)布置成弧形。

图3说明在x射线发射/探测系统中x射线管20、准直器22和探测器阵列24之间的相互关系。图3(a)是正视图，而图3(b)是侧视图。如图所示，从x射线管20发射的x射线被准直器22成形为扇形x射线束40，并且束40射到探测器阵列24上。扇形x射线束40是本发明的有一定宽度和厚度的辐射线束的一个例子。

以对象的身体轴与x射线束40的扇平面相交的方式把对象插入。图4说明了这一点。如图所示，被x射线束40分层的对象8的投影图象被投影到探测器阵列24。在对象8的等角点(isocenter)，x射线束40的厚度是对象8的层厚度‘th’。层厚度‘th’由通过准直器22的孔的x射线来决定。准直器22是本发明的厚度调整装置的一个例子。

有厚度‘th’的投影图象被投影到并复盖第一行探测器阵列240和第二行探测器阵列242。换而言之，被x射线束40投影的对象的投影图象在x射线束40的厚度方向上被分成两部分，被分的部分被投影为两个投影图象。因此，能从第一行探测器阵列240和第二行探测器阵列242分别获得在厚度方向上并列的两相邻层的投影图象的两套投影数据。这投影数据是本发明的投影数据的一个例子。

可以用准直器22来调节所述层的厚度‘th’的划分比。例如，如图5所示，通过在一个方向上移动准直器22的准直器挡板222、从而使通过孔的x射线变窄，就能够减小在第二行探测器阵列242上的投影图象的薄层厚度(即减小所述划分比)。与此相似，通过移动另一个准直器挡板220、从而使通过孔的x射线变宽，就能够增加在第一行探测器阵列240上的投影图象的薄层厚度(即增加所述划分比)。如果要相反地设置划分比，就把准直器挡板220和222的移动方向反过来。

另一种办法是，在把准直器22的孔固定在层厚度‘th’的同时，可以在层厚度‘th’的方向上相对于准直器22移动探测器阵列24，如虚线箭头所指出的那样。最好是把薄层厚度的调节和划分比的调节分开。另一方面，最好如上述那样在准直器中实现所有调节，因为所述被调节部分是做成整体的。

这样就获得关于两个投影图象的各自的投影数据，这两个投影图象在厚度的方向上被第一行探测器阵列240和第二行探测器阵列242不对称地分开。也就是说，能够获得薄层厚度不同的两个投影图象的投影数据。这两个投影图象在薄层厚度的方向上是相邻的。准直器22和探测器阵列24是本发明的划分装置的例子。它们也是本发明的分配装置的例子。有两行探测器阵列240和242的探测器阵列24是最佳的，因为能简化所述分配装置的配置。

包含x射线管20、准直器22和探测器阵列24的x射线发射/探测系统围绕对象8的身体轴转动(即扫描)，同时保持它们的相互关系不变。对于每次扫描转动在多个(例如1,000个)观察角获得代表对象8的投影数据。含有探测器阵列24、数据采集部分26与数据采集缓冲器64的系统获得投影数据。两个相邻的层的投影图象的投影数据的获得是并行地进行的。x射线管20直到数据采集部分26与数据采集缓冲器64是本发明的测量装置的例子。

基于在数据采集缓冲器64内获得的等效于两层的数据的投影数据，CPU 60产生断层摄影图象，即进行图象重建。CPU 60是本发明的断层摄影产生装置的例子。例如，通过滤波后的反投影，处理在转一圈期间扫描所获得的例如1,000张视图的投影数据，来重建图象。下面将描述由CPU 60进行的图象重建操作。

现在将描述本装置的操作。图6表示本装置的操作的流程图。由操作者通过操作装置70对CPU 60送出指令或类似的信息来起动操作。

在步骤100，首先做扫描计划。由操作者通过例如显示装置68和操作装置70与CPU 60对话来决定扫描计划。扫描计划要确定对象8的成象范围和适合于这成象范围的成象条件。

作为例子，把整个肺部作为成象范围，并确定适应于肺部成象的x射线强度和其它成象条件。此外，假定，在顺序地改变薄层位置以便把整个肺部成象的同时，应用所谓多层扫描技术来产生多个断层摄影图象。

在步骤102，确定薄层厚度和它的划分。在这例子中，薄层厚度设为10mm，它的划分设为7∶3的划分比。这些设定也由操作者通过例如显示装置68和操作装置70与CPU 60对话来决定。

在步骤104，调节和分配x射线束的厚度。由CPU 60基于薄层厚度和它的划分的设置，通过准直器控制器30控制准直器22来做到这一点。

这样，如作为例子的图5所示，当x射线束的厚度‘th’被设为10mm，并且它被按照7∶3的比例分配，射到第一行探测器阵列240的x射线束的厚度为7mm，而射到第二行探测器阵列242的x射线束的厚度为3mm。

在步骤106，开始扫描。此后，CPU 60控制扫描仪台架2和成象台4进行多层扫描。因此，成象台4周期性地在x射线发射/探测系统每转一圈时就移动10mm，并且按顺序地扫描出一系列每个有10mm厚度的相邻的层。

在步骤108和108’，对于每个扫描位置，分别通过两行探测器阵列240和242，并行地获得关于7mm层(‘厚’)和3mm层(‘薄’)的投影数据组。

这过程图示于图7。在图中，厚层对应于7mm层，薄层对应于3mm层，组合的层对应于10mm层。

其后，在步骤110和110’中，对每个扫描位置的关于所述两层的数据组分别进行预处理。这预处理包括例如对于与每层厚度对应的每行探测器阵列，进行灵敏度修正。

然后，在步骤112，对每个扫描位置，把关于所述两层的投影数据组相加。把各个投影数据组中的相同视图相加。这种相加产生对应于组合的两层的层厚度的投影数据，即等效于10mm层的投影数据。

在步骤114，114’和114”，对于每个扫描位置进行图象重建。在步骤114，基于7mm层的投影数据组进行图象重建。在步骤114’，基于3mm层的投影数据组进行图象重建。在步骤114”，基于实际上是10mm层的投影数据组进行图象重建。这样，对于每个扫描位置，就获得了三个薄层厚度不同的断层摄影图象。

多个10mm的断层摄影图象代表多个在薄层厚度方向上相邻的层。多个7mm的断层摄影图象代表多个在薄层厚度方向上间隔开3mm放置的层。多个3mm的断层摄影图象代表多个在薄层厚度方向上间隔开7mm放置的层。

在重建这些图象时应用适合于每一薄层厚度的重建功能。作为例子，对于10mm层和7mm层的投影数据组，使用低频带增强重建功能。这提供一种在内部组织的软组织部分有高清晰度的断层摄影图象。对于3mm层的投影数据组，使用高频带增强重建功能。这提供了一种在内部组织的细节方面有高清晰度的断层摄影图象。

结果，在一次多层扫描的过程中，一次就能获得多个代表在肺部上毗邻地成象的10mm层的断层摄影图象和多个代表以有规则的间隔以类似于取样的方式成象的3mm层的详细的断层摄影图象。换而言之，能够一次就获得薄层厚度很不同的两类断层摄影图象。不需要象传统的做法那样改变薄层厚度来重复两次扫描，从而得到很高的效率。

随后，在步骤116，116’和116”，把图象显示和存储起来。用显示装置68来显示图象。用存储装置66来存储图象。

通过观察显示在显示装置68上的代表10mm层的多个断层摄影图象，人们能够连接地详尽地察看整个肺部。此外，通过观察显示在显示装置68上的代表3mm层的多个断层摄影图象，人们能够按照规则的间隔精细地察看肺部。此外，如果需要，也可以用代表7mm层的断层摄影图象来检查。

虽然已经就具有两行的示范性的探测器阵列作了上面的描述，但探测器阵列不限于有两行，而是可以有多行，例如三行或更多，而x射线可以投射到这些行上。最好是，能够一次就获得多达四种或更多种的断层摄影图象。

此外，已经解释了应用多层扫描技术的情况，但即使在应用单层扫描技术时，也能一次成象出多个薄层厚度不同的层，从而对成象效率改进有好的效果。

此外，在上面的描述中，应用x射线作为辐射线，但辐射线不限于x射线，而是可以是其它种类的辐射线，例如γ射线。可是，当前首选x射线，这是因为产生和控制x射线的实用装置可以在最广泛的范围内获得。

可以形成许多很不相同的本发明的实施例，而不超出本发明的精神和范围。应理解，除了所附的权利要求书中所确定的内容之外，本发明不限于说明书中所描述的特定的实施例。

Claims (11)

1.一种辐射线断层摄影法，包括以下步骤：

以扫描用辐射线束对对象作多个薄层的扫描；

通过把扫描线束的厚度方向划分为至少两个不等的部分，将每个薄层划分为至少两个不等的部分；

对于每个薄层，以同时和并行的方式获取扫描线束中所述至少两个不等的部分中各部分的投影数据；以及，

根据所述至少两个不等的部分的投影数据，给出各薄层的断层摄影图象，从而使具有各薄层的至少一个相应部分的多个薄层同时地被成象。

2.如权利要求1的方法，其中，所述的获取步骤备有至少两组平行地设置的检测器，这些检测器分别检测分扫描线束中所述的至少两个不等的部分。

3.如权利要求1的方法，其中，组合一起的具有每个薄层的至少两个不等的划分部分的多个薄层同时地被成象。

4.如权利要求1的方法，其中，具有所述的每个薄层的至少两个不等的划分部分并具有每个薄层的一个相应部分的所述的多个薄层同时地被成象。

5.如权利要求1的方法，其中，所述的扫描线束在所述的厚度方向上的划分是通过所述的扫描线束所穿过并得以导引的准直器来设置的。

6.如权利要求1的方法，其中，所述的扫描线束在所述的厚度方向上的划分是通过检测器阵列来设置的。

7.一种辐射线断层摄影设备，包括：

用于以扫描用辐射线束对对象作多个薄层的扫描的装置；

用于通过把扫描线束的厚度方向划分为至少两个不等的部分，将每个薄层划分为至少两个不等的部分的装置；

用于对于每个薄层，以同时和并行的方式获取扫描线束中所述至少两个不等的部分中各部分的投影数据的装置；以及，

用于根据所述至少两个不等的部分的投影数据，给出各薄层的断层摄影图象，从而使具有各薄层的至少一个相应部分的多个薄层同时地被成象的装置。

8.如权利要求7的设备，其中，所述的用于获取的装置包括至少两组平行地设置的检测器，这些检测器分别检测分扫描线束所产生的至少两个不等部分的图象。

9.如权利要求8的设备，其中，所述的用于给出断层摄影图象的装置包括用于同时地给出组合的具有每个薄层的至少两个不等的划分部分的多个薄层的图象的装置。

10.如权利要求7的设备，其中，所述的用于给出断层摄影图象的装置包括用于同时地给出所述的具有每个薄层的至少两个不等的划分部分和每个薄层的一个相应部分的组合的多个薄层的图象的装置。

11.如权利要求7的设备，其中，所述的用于划分的装置包括一个准直器。

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