CN101401727A - X射线ct设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及X射线CT设备。提供了一种X射线CT设备，它降低图像质量的退化，减少在螺旋穿梭扫描中不必要地受到X射线的照射。X射线CT设备包括：机架旋转装置，具有产生X射线的X射线发生器和探测X射线发生器产生的透过受检者的X射线的X射线探测器；机架控制器，通过往复移动机架旋转装置和支架的相对位置执行螺旋穿梭扫描；扫描条件设定装置，用于在受检者的身体轴线方向上的预定范围内设定螺旋穿梭扫描的扫描条件；X射线投影数据采集装置，用于采集螺旋穿梭扫描获得的X射线投影数据；扫描控制器，用于执行对以扫描条件中指定的方式进行扫描的控制；和图像重建装置，其基于X射线投影数据执行图像重建处理。

Description

X射线CT设备

技术领域

本发明涉及用在X射线CT(计算机断层摄影)设备中的螺旋穿梭扫描(helical shuttle scan)技术。

背景技术

如日本未经审查的专利公布号2006-320523所公开的，螺旋穿梭扫描是一种成像方法，其中在旋转X射线发生器和X射线探测器的同时在受检者的Z方向上来回相对地移动它们，受检者的Z方向是身体轴线的方向。图14显示螺旋穿梭扫描中扫描时间和支架(cradle)速度之间的关系，以及扫描时间与机架旋转装置和支架的相对位置之间的关系。图14显示在受检者的身体轴线方向上的预定成像范围z0和z1之间往复运动的例子，这是通过减速、停止在z0和z1位置、停止之后加速并在中间范围过程中维持速度进行的。

发明内容

然而，在如上所述的螺旋穿梭扫描中，由于该设备支架的特性差异，或者由于受检者的重量差异，再或者由于支架的速度波动，螺旋穿梭扫描可能不是如图14中所示地以理想方式进行的，而是可能出现位置位移或时间偏差，这给按照计划采集X射线投影数据带来困难，结果成为图像质量降低的原因。此外，当将成像时间完全设定为扫描方案(scanproject)时，螺旋穿梭扫描可能在受检者的身体轴线方向上的预定成像范围中间终止，这可能引起不必要的照射(exposure)。

本发明的目的是提供一种X射线CT设备，其允许在螺旋穿梭扫描中获得图像质量降低较少、不必要照射(waste exposure)较少的断层摄影图像。

根据本发明第一方面的X射线CT设备包括：机架旋转装置，其包括用来产生X射线的X射线发生器和用来探测由X射线发生器所产生的透射穿过受检者的X射线的X射线探测器；用来将受检者支撑于其上的支架；机架控制器，其相对往复地移动机架旋转装置和支架来执行螺旋穿梭扫描；扫描条件设定装置，其用来设定在受检者的身体轴线方向上的预定范围内的螺旋穿梭扫描的扫描条件；X射线投影数据采集装置，其用来采集通过螺旋穿梭扫描获得的X射线投影数据；扫描控制器，其用于控制以便执行根据扫描条件设定的螺旋穿梭扫描；和图像重建装置，其基于由X射线投影数据采集装置采集的X射线投影数据执行图像重建处理。

根据本发明第二方面的X射线CT设备提供根据本发明第一方面的X射线CT设备，其中扫描条件设定装置设定螺旋穿梭扫描的单向的次数或往复的次数，并且扫描控制器在受检者的身体轴线方向上的预定范围内控制螺旋穿梭扫描，以便执行由扫描条件设定装置设定的单向次数或往复次数，而不管在扫描条件设定时设定或估计的扫描时间如何。

根据本发明第三方面的X射线CT设备提供根据本发明第一方面的X射线CT设备，其中扫描条件设定装置设定螺旋穿梭扫描的扫描时间；以及扫描控制器控制扫描，以便在螺旋穿梭扫描已经到达受检者的身体轴线方向的预定范围的一端后，提供使运动停止的某一等待时间，以在该等待时间之后在相反方向上开始下一次扫描，以便在扫描时间内执行预定次数的单向螺旋穿梭扫描，或预定次数的往复螺旋穿梭扫描。

根据本发明第四方面的X射线CT设备提供根据本发明第三方面的X射线CT设备，其中X射线输出在等待时间期间被最小化。

根据本发明第五方面的X射线CT设备提供根据本发明第一方面的X射线CT设备，其中扫描条件设定装置设定螺旋穿梭扫描的扫描时间；以及不管在扫描条件中受检者的身体轴线方向上的预定范围如何，扫描控制器与在螺旋穿梭扫描中预定时间内的一个方向上的扫描同步地开始相反方向上的扫描。

根据本发明第六方面的X射线CT设备提供根据本发明第一方面到第五方面中任一方面的X射线CT设备，其中当螺旋穿梭扫描中身体轴线方向上的坐标与在扫描条件设定时间中设定或估计的位置不同时，扫描控制器校正身体轴线方向上的位置，以便位于在扫描条件时设定或估计的位置。

根据本发明第七方面的X射线CT设备提供根据本发明第六方面的X射线CT设备，其中校正是通过控制螺旋穿梭扫描的速度或加速度来执行的。

根据本发明第八方面的X射线CT设备提供根据本发明第二方面或第三方面的X射线CT设备，其中扫描条件设定装置在受检者的身体轴线方向上的预定范围内的每个身体轴线方向上的每个坐标位置处为断层摄影图像设定图像质量指标值；以及X射线投影数据采集装置在身体轴线方向上的坐标位置处采集X射线投影数据，以便使图像质量指标值在扫描条件设定装置上设定。

根据本发明第九方面的X射线CT设备提供根据本发明第四方面或第五方面的X射线CT设备，其中扫描条件设定装置在扫描时间的每个时刻在身体轴线方向上的每个坐标位置处为断层摄影图像设定图像质量指标值；以及X射线投影数据采集装置在每个时刻采集X射线投影数据，以便得到由扫描条件设定装置设定的图像质量指标值。

在根据本发明的X射线CT设备中，通过并入用来对如扫描条件规定的螺旋穿梭扫描进行控制的扫描控制器，X射线投影数据采集可以按照计划执行，同时阻止出现相对于扫描方案的位置位移和时间偏差，允许以降低的图像质量恶化及降低的不必要照射对断层摄影图像进行成像。

附图说明

图1是图解说明根据本发明优选实施例的X射线CT设备100的示意框图；

图2是图解说明在该优选实施例中的X射线CT设备100的操作概况的流程图；

图3是图解说明在位置优先化控制的螺旋穿梭扫描中相对于扫描时间的支架速度，支架位置，X射线输出和X射线管电流的示意图；

图4是图解说明位置优先化控制的螺旋穿梭扫描的流程图；

图5(a)是图解说明在扫描条件设定显示屏上显示的定位图像(scout image)的示意图；图5(b)是图解说明在位置优先化控制的螺旋穿梭扫描中的扫描条件设定输入显示屏的示意图；以及图5(c)是图解说明在时间优先化控制的螺旋穿梭扫描中的扫描条件设定输入显示屏的示意图；

图6(a)是图解说明发生扫描范围未对准的示意图；图6(b)是图解说明执行位置校正控制时的扫描范围的示意图；

图7(a)是图解说明X射线照射区域和图像重建区域的示意图；图7(b)是图解说明使用固定扫描(stationary scan)时图像重建区域的示意图；

图8是图解说明当固定扫描被加入到位置优先化控制的螺旋穿梭扫描时相对于扫描时间的支架速度，支架位置，X射线输出和X射线管电流的控制的示意图；

图9是图解说明在时间优先化控制的螺旋穿梭扫描中，相对于扫描时间的支架速度，支架位置，X射线输出和X射线管电流的控制的示意图；

图10是时间优先化控制的螺旋穿梭扫描的流程图；

图11是图解说明当固定扫描被加入到时间优先化控制的螺旋穿梭扫描时相对于扫描时间的支架速度，支架位置，X射线输出和X射线管电流的控制的示意图；

图12是图解说明当固定扫描和X射线自动照射控制(automaticexposure control)被加入到时间优先化控制的螺旋穿梭扫描时相对于扫描时间的支架速度，支架位置，X射线输出和X射线管电流的控制的示意图；

图13是图解说明当固定扫描和X射线自动照射控制被加入到时间优先化控制的螺旋穿梭扫描时相对于扫描时间的支架速度，支架位置，X射线输出和X射线管电流的控制的示意图；和

图14是图解说明在螺旋穿梭扫描中相对于扫描时间的支架速度，支架位置控制的示意图。

具体实施方式

<X射线CT设备100总述>

现在参考图1，它显示了根据本发明的优选实施例的X射线CT设备100的布置的示意框图。X射线CT设备100包括操作控制台1，成像台10和扫描机架20。

操作控制台1包括用来接收来自操作员的输入的诸如键盘或鼠标的输入装置2，用来执行预处理、图像重建和后处理的中央处理单元3和用来采集由扫描机架20获得的X射线探测器数据的数据采集装置5。操作控制台1进一步包括用来显示断层摄影图像的监视器6和用于存储如程序、X射线探测器数据、投影数据和X射线断层摄影图像的项目的存储装置7，其中断层摄影图像是根据通过预处理X射线探测器数据获得的投影数据重建的。扫描条件的输入是从输入装置2输入的，该输入被存储在存储装置7中。成像台10包括支架12，它用来将受检者HB支撑于其上以将受检者传送到扫描机架20的开口中并从开口传送出来。支架12借助于置于成像台10中的电机上下移动，并在z方向平移。

扫描机架20包括X射线管21，X射线控制器22，多X射线探测器24和数据采集***。准直器(collimeter)23，X射线射束形成滤波器28和X射线滤波器31被放置在X射线管21和受检者HB之间。扫描机架20进一步包括旋转控制器26和机架控制器29，旋转控制器26用来控制旋转装置15的旋转，旋转装置15具有绕受检者HB的身体轴线旋转的X射线管21，机架控制器29用来将控制信号发送到操作控制台1或成像台10，并从操作控制台1或成像台10接收控制信号。X射线控制器22控制注入X射线管21的X射线管电流mA。

X射线射束形成滤波器28是用来增加朝向旋转中心的X射线并降低周边的X射线量的滤波器，旋转中心是成像中心。通过使用此滤波器，具有类似圆形或椭圆形状的受检者HB的身体表面的照射可以被最小化。

中央处理单元3包括预处理器33、图像重建装置34、扫描条件设定装置35和扫描控制器36。

预处理器33执行诸如X射线量校正的预处理，这校正由数据采集***25采集的原始数据在通道之间的灵敏性的不一致，并且校正由X射线吸收器更具体地是金属部分引起的极端信号强度(extreme signalintensity)的降低或信号损失，并且预处理器33还执行射束硬化(beamhardening)处理。

图像重建装置34接收已经由预处理器33预处理过的X射线投影数据以基于由此接收的X射线投影数据重建图像。X射线投影数据经过快速傅立叶变换(FFT)以变换到频域，然后与重建函数相乘，并经过逆快速傅立叶变换。简言之，执行实空间中的重建函数覆盖过程。之后，图像重建装置34对重建函数覆盖过的投影数据执行三维反投影处理，以确定受检者HB的每个身体轴线方向(z轴方向)的断层摄影图像(x-y平面)。图像重建装置34然后将断层摄影图像存储在存储装置7中。

扫描条件设定装置35指示在受检者的身体轴线方向上的预定范围内的螺旋穿梭扫描的扫描条件，例如支架12的加速度、减速度、最大速度和类似值，并且为了设定扫描条件，操作员从输入装置2输入任何必要的输入。扫描条件设定装置35将在下文实施例部分作详细描述。

扫描控制器36将执行对实施由扫描条件设定的螺旋穿梭扫描的控制。扫描控制器36也在下文实施例部分作详细描述。

<X射线CT设备100的操作流程图>

现在参考图2，它显示了图解说明X射线CT设备100的操作概况的流程图。

在步骤P1中，受检者HB被放在支架12上以对准位置。在此步骤中，放在支架12上的受检者HB对准到扫描机架20的具有切片光(slicelight)的中心位置的每个部分的参考标记。然后，获取定位图像。在定位扫描(scout scan)中，X射线管21和多X射线探测器24被固定不能移动，而支架12被直线移动以执行X射线探测器数据的数据采集操作。在此例子中，定位图像通常是在0度和90度的视角位置处获取的。图2的右侧显示在胸部周围以0度获取的定位图像SC。断层摄影图像的成像位置可以根据定位图像SC设计。

在步骤P2中，要获取的断层摄影图像的位置和尺寸被显示在定位图像上，同时执行扫描条件设定。在定位图像上标出的虚线指示断层摄影图像的位置。在根据此优选实施例的X射线CT设备中，可以进行螺旋穿梭扫描。螺旋穿梭扫描是一种扫描方法，其中机架旋转装置15以类似于螺旋扫描的方式旋转，且支架12加速或减速以在z轴的正方向或负方向上往复运动，从而采集X射线投影数据。在此步骤中，设计在受检者的身体轴线方向上的预定范围内的螺旋穿梭扫描的扫描安排(schedule)。在本发明的该优选实施例中，也可以执行包括常规扫描和螺旋扫描等在内的多种扫描。常规扫描是每次支架12在z轴方向上以预定间隔移动时，通过旋转X射线管21和多X射线探测器24来获得X射线投影数据的一种扫描方法。螺旋扫描是在支架12以恒定速度移动的同时通过旋转机架旋转装置15来采集X射线投影数据的一种扫描方法。

在断层摄影图像的扫描条件设定中，可以使用X射线控制器22的自动照射机构以最优化照射到受检者HB的照射量。

在步骤P3到步骤P9中，获得断层摄影图像。在步骤P3中，采集X射线投影数据。当由螺旋穿梭扫描执行数据采集时，X射线管21和多X射线探测器24绕受检者HB旋转，并且成像台10上的支架12被直线移动，同时对X射线探测器数据执行数据采集操作。然后，z轴坐标的位置信息Ztable(view)被加入到由视角view、探测器行号j和通道号i表示的X射线探测器数据D0(view，j，i)(j＝1-ROW，i＝1-CH)。通过使用成像台10中的编码器测量z方向坐标的位置，并且通过将测量数据传送到数据采集***25，可以在预定间隔加入Z轴的坐标位置信息，该间隔如X射线投影数据的每个视图或每几个视图。尽管如上所述，z轴坐标的位置信息可以被加入到X射线投影数据(X射线探测器数据)中，但该信息也可以作为另一个文件使用，该文件可以关联到X射线投影数据。

在步骤P4中，对X射线探测器数据D0(view，j，i)执行预处理以将其转化成X射线投影数据。更具体地，执行偏移校正，执行对数变换，执行X射线量的校正然后执行灵敏度校正。

在步骤P5中，预处理器33执行射束硬化校正。在这种情况下，对X射线投影数据D1(view，j，i)执行射束硬化校正。此时因为射束硬化校正可以对每j行探测器独立执行，所以如果在扫描条件中每个机架旋转装置15的X射线管的电压不同，则每行探测器的X射线能量的特性差异可以得到校正。在此实施例中，相应受检者HB的轮廓表面区域或椭圆比率(oval ratio)，改变射束硬化校正的处理。

在步骤P6中，图像重建装置34执行z滤波器覆盖处理。在此情况下，执行z滤波器覆盖处理以在z轴方向(在行的方向上)对已经过射束硬化校正的X射线投影数据D11(view，j，i)进行滤波。更具体地，在每个视角的预处理之后，在行方向上具有滤波器大小(如5行)的滤波器被应用于投影数据D11(view，j，i)，该投影数据D11(view，j，i)已经过射束硬化校正。

在步骤P7中，图像重建装置34执行重建函数覆盖处理。更具体地，执行将X射线投影数据变换到频域的傅立叶变换，然后乘以重建函数，最后将逆傅立叶变换应用到其上。

在步骤P8中，图像重建装置34执行三维反投影处理。在此例子中，三维反投影处理被应用到X射线投影数据D3(view，j，i)以确定反投影数据D3(x，y，z)，X射线投影数据D3(view，j，i)已经被应用重建函数覆盖处理。要图像重建的图像是基于z轴坐标的位置信息垂直于z轴的平面。本文下面的重建区域被假设为平行于x-y平面。

在步骤P9中，图像重建装置34执行后处理。诸如图像滤波器覆盖，图像空间z滤波器、CT值转换的后处理将被应用到反投影数据D3(x，y，z)从而获得断层摄影图像。

在步骤P10中，监视器6显示这样图像重建的断层摄影图像。作为断层摄影图像的例子，TM显示在图2的右侧。

根据本发明的优选实施例的X射线CT设备的扫描控制将在下文通过一些优选实施例进行详细描述。

[第一实施例]

<位置优先化控制中的螺旋穿梭扫描>

在该优选实施例中，将详细描述这样的情况：支架12的操作控制是在为螺旋穿梭扫描采集X射线投影数据时给予扫描位置优先权的情况下进行的。现在参考图3，它示出的示意图图解说明了扫描速度相对于扫描时间t的变化，z坐标位置相对于扫描时间t的变化和正在使用的X射线管电流相对于扫描时间t的变化。图4显示了根据本发明的优选实施例的流程图。

在图4所示的步骤H1中，操作员将获取定位图像。

在步骤H2中，操作员在用于扫描条件设定装置35的监视器6上输入X射线投影数据采集的通过次数Pass(这里，通过(pass)表示由单向扫描构成的扫描单位)以及z方向的扫描范围Range。扫描条件设定装置35确定此时的扫描时间T并显示扫描时间T。扫描条件设定装置35能够选择并改变单向方向上数据采集通过的加速度Accel，减速度Decel，最大速度MaxSpeed等。

例如，如图5(a)中所示的定位图像SC可以显示在监视器6上，使得z方向上的扫描范围“Range”[z0，z1]，通过次数“pass”[N]，螺距‘H-螺距’准备好在如图5(b)中显示的扫描条件设定显示屏上输入。扫描条件设定装置35能够基于预定的支架12的加速度“Accel”[a](mm/s2)、减速度“Decel”[-a](mm/s2)和最大速度‘MaxSpeed’[v1](mm/s)确定如图3中所示的一次通过的估计时间t，加速时间t1，恒定速度时间t2-t1。此外，扫描时间T可以由下列等式(等式1)确定：

[等式1]

$T=N\&CenterDot;t=N\&CenterDot;\frac{a\&CenterDot;(z1-z0)+{v1}^2}{a\&CenterDot;v}$ (等式1)

可看出，扫描时间T可以由支架12的加速度a，减速度-a、支架12的最大速度v1，z方向的扫描范围[z0，z1]和通过次数N确定，并被显示在扫描条件设定显示屏上。

在步骤H3中，数据采集装置5采集X射线投影数据。对于每个视图，或每几个视图，X射线投影数据可以被附加上移动支架12的z方向坐标的位置数据。可替代地，数据采集装置5也可以将位置数据文件存储为单独文件。

在步骤H4中，图像重建装置34将对如此采集的X射线投影数据进行图像重建。图像重建装置34使用X射线投影数据和z方向坐标的位置数据来对支架12的加速范围、恒定速度范围和减速范围中的每个范围分别执行三维图像重建处理以执行在z方向上连续的断层摄影图像的图像重建。

在螺旋穿梭扫描的三维图像重建处理中，螺距的量发生变化，在加速过程中每当X射线投影数据采集***完成一次旋转，螺距增加。然而，对应于图像重建平面中每个象素的多X射线探测器24的X射线探测器通道数据或在对应于图像重建平面内的每个象素的点的附近的X射线探测器通道数据可以被加权处理，以基于来自X射线管21的X射线焦点的X射线射束对图像重建平面内的每个象素执行三维反投影处理。

此外，在螺旋穿梭扫描的三维反投影处理中，图像重建平面以及X射线焦点的距离在恒定速度范围的范围内以恒定速度变化，而图像重建平面以及X射线焦点的距离在加速范围和减速范围内变化，这两个范围是螺旋穿梭扫描的特征。

在步骤H5中，监视器6显示断层摄影图像。

在步骤H6中，机架控制器29确定在指定的z方向范围内X射线投影数据的采集是否已经完成，并且如果已经完成则该过程前进到步骤H7，如果没有完成，则该过程返回步骤H3。对于图3中所示的例子，即便X射线投影数据的采集在z方向的范围[z0，z1](它是第一向外路径(outward route))已经完成的时刻是比估计时间t短Δta的完成时刻，即t3＝t-Δta，该过程也会前进到步骤H7。

存在时间Δta可能比估计时间t短或长的情况。它之所以变化是由于要支撑在支架12上的受检者的重量、支架12的z方向坐标的位置或每个支架12的特性造成的。在任何情况下，机架控制器29将反转方向以在已经采集了在扫描条件设定时指定的z方向上的范围[z0，z1]的X射线投影数据时，开始下一个单向方向上的X射线投影数据采集。换言之，在位置优先的条件下控制机架控制器29是。因此X射线输出Output将持续不断被接通。

在步骤H7，机架控制器29确定是否存在X射线投影数据的下一次采集通过，如果存在，则该过程前进到步骤H3，否则如果不存在，则该步骤前进到步骤H8。此情况也类似于上文已经描述过的情况，如果存在X射线投影数据采集的返回路径(homeward route)，那么即使估计的时间t还没有过去，该过程就返回步骤H3而不等待那段时间，并且执行X射线投影数据的下一次采集。

在步骤H8，监视器6执行在z方向上连续的断层摄影图像的电影(cine)显示，或以时间序列的方式执行三维图像的电影显示。例如，监视器6通过将z方向上连续的三维图像用作对于X射线投影数据的采集通过次数的四维图像以通过在恒定间隔使用MIP(最大强度投影)显示或者通过体绘制(VR)图像来显示，而执行电影显示。

接下来，详细描述另一种情况，其中在每次通过中X射线投影数据的采集范围是未对准的。例如，在图6(a)中，通过迭代地重复X射线投影数据的采集范围L1＝z1-z0，尽管想要采集L1的X射线投影数据，但实际上存在向外路径中的过冲(overshoot)Δz。但是在返回路径上，如果存在过冲Δz，则采集范围会变成L2，因此存在z方向上不匹配累积的风险。

为了校正这种未对准，机架控制器29能够在其已经终止一侧的采集范围时校正扫描位置。例如，机架控制器29可以在单向方向的X射线投影数据的采集通过时刻执行位置校正控制RP，如图6(b)所示。即使对于每次往复运动，X射线投影数据的采集通过未对准了如所示的Δz，但通过使用z方向上的位置信息，断层摄影图像可以被恰当准确地重建，该位置信息被附加到每个视图或每几个视图。

通过这种方式，机架控制器29可以通过优先考虑z方向的位置，并通过在向外路径和返回路径完成的时刻相对于在扫描条件设定时指定的z方向范围[z0，z1]控制位置对准来执行多个通过次数(aplurality of numbers of passes)中的准确控制。

此外，如图7(a)所示，在机架旋转装置相对于支架12的可移动范围被假定为L，且旋转中心的X射线孔径被假定为D的情况下，在可移动范围L的两端的范围D/2是从未被使用的X射线照射的范围NonA。另一方面，如图7(b)所示，通过在机架旋转装置的可移动范围L的两端执行传统扫描的成像(称作固定扫描cScan)，能够进行图像重建的范围将是L+D。更具体地，图像重建的范围UseA将能够对可移动范围L的两侧的范围D/2的端部进行图像重建，这又会改善X射线的使用效率。象固定扫描cScan之类的传统扫描在扫描位置会旋转大约180度到360度。

现在参考图8，它示出的示意图图解说明了在具有固定扫描cScan的位置优先化控制的情况下，通过X射线控制器22对螺旋穿梭扫描的支架12的移动速度v(t)、支架12的位置z(t)、X射线的输出时间和X射线管电流A(z(t))的控制。从该图可看出，通过具有固定扫描cScan的位置优先化控制，螺旋穿梭扫描能够进行扫描。

在不执行图3的固定扫描cScan的情况下，在可移动范围L的末端z0，z1，X射线管电流A(z(t))几乎是“0”或是“0”。然而，当配置图8的固定扫描cScan时，X射线管电流在可移动范围L的两端z0，z1不是“0”，使得X射线控制器22通过将X射线管电流值降低到mA1来执行固定扫描cScan。

从前述描述中可以认识到，在如该实施例中示出的位置优先化控制情况下的螺旋穿梭扫描通过优选考虑z方向上的坐标位置在向外方向的通过中采集X射线投影数据。机架控制器29可以通过在可移动范围的两端执行位置对准控制来改善往复运动的迭代准确度。而且，机架控制器29可以通过在可移动范围的两端提供固定扫描cScan有效地使用X射线。

[第二实施例]

<时间优先化控制中的螺旋穿梭扫描>

在此优选实施例中，示出了这样一种情况：螺旋穿梭扫描的操作是用时间优先化控制来控制的。现在参考图9，它示出的示意图图解说明了扫描速度相对于扫描时间t的变化、z坐标的位置相对于扫描时间t的变化和正被使用的X射线管电流相对于扫描时间t的变化。图10显示了根据本实施例的流程图。

在步骤H21中，操作员获取定位图像。

在步骤H22中，操作员在扫描条件设定显示屏上输入扫描时间T和扫描范围Range。此时扫描条件设定装置35根据输入数据确定并显示X射线投影数据采集的通过次数。

例如，监视器6将如图5(a)所示的定位图像SC显示在扫描条件设定显示屏上。操作员将浏览定位图像，同时从显示屏上输入扫描时间T，z方向上的扫描范围“Range”[z0，z1]，螺距“H-螺距”以优先考虑如图5(c)所示的扫描时间的输入。此时扫描条件设定装置35能够基于之前确定的支架12的加速度“Accel”[a](mm/s2)和减速度“Decel”[-a](mm/s2)以及支架12的最大速度“MaxSpeed”[v1](mm/s)确定单向方向一次通过的估计时间t，加速时间t1，恒定速度时间t2-t1，如图9所示。

同样，扫描时间T应该是单向方向一次通过的估计时间t的倍数。鉴于此，扫描条件设定装置35将调整通过次数以便总是整数。

在步骤H23，数据采集装置5将执行X射线投影数据的采集。例如，支架12的速度v(t)将以恒定加速度加速，直到被加速到最大速度v1，从时间t1执行以恒定速度采集X射线投影数据，从时间t2用减速度-a开始减速，最终在时刻t3速度为0。对于每个视图或每几个视图，数据采集装置5能够将扫描位置信息附加到X射线投影数据。此外，数据采集装置5可以将扫描位置数据文件存储为单独文件。

此时一次通过的估计时间t应该被设定得稍大于由扫描条件设定装置35确定的一次通过的计算时间。估计时间t被设定为扫描时间，在该扫描时间中，通过考虑支架12的扫描位置、特性差异或受检者HB的重量差，扫描总是适应此范围。估计时间t应当被设定成使得对每次通过，扫描时间可以留有余量Δta，Δtb，Δtc和Δtd。因此，估计时间t是总是终止的一次通过时间。如果通过次数被假定为N，则扫描时间T将变为N·t，因此可确定准确时间。在等待时间Δta，Δtb，Δtc和Δtd中，希望关断X射线输出，以便拟制无用照射。

在步骤H24中，图像重建装置34将执行X射线投影数据的图像重建。图像重建装置34读取X射线投影数据，其中该数据附加了z方向上的位置信息或者z方向上的位置信息在单独的文件中，从而允许在准确的扫描位置产生断层摄影图像。

在步骤H25中，监视器6显示已经被图像重建的断层摄影图像。

在步骤H26中，机架控制器29确定在扫描范围内是否已经采集了X射线投影数据。如果已经采集，则该过程前进到步骤H27，如果没有，则该步骤返回步骤H23。

在步骤H27中，机架控制器29确定对于X射线投影数据的采集是否存在单向方向上的通过，如果存在则该过程前进到步骤H28，否则，如果不存在，则该过程前进到步骤H29。

在步骤H28中，机架控制器29等到估计时间t。之后，该过程返回步骤H23。例如，机架控制器29在时刻t3已经到达扫描范围的z1，如图9中所示，控制将使得台的运动和X射线输出被停止以等到估计时间t。该等待时间是Δta，Δtb，Δtc和Δtd。

在步骤H29中，监视器6以z方向上连续的断层摄影图像的时间序列执行电影显示，或者以三维图像的时间序列执行电影显示。类似于之前的第一优选实施例，通过在恒定间隔使用MIP或体绘制图像执行三维图像的电影显示。以类似于之前的第一优选实施例的方式，由于每次通过都存在X射线投影数据的采集范围可能未对准的风险，所以机架控制器29将在单向方向上的扫描范围已经终止的时候执行位置校正控制RP。

从前面的描述中可以理解，在时间优先化控制的螺旋穿梭扫描中，为X射线投影数据采集的通过时间的估计时间t将是正确的，该扫描可以用于其中应该观察到随时间的变化的对比成像。

在类似于第一优选实施例的第二优选实施例中，可以如图11中所示的设定固定扫描cScan，固定扫描cScan是旋转180度到360度的常规扫描。还是在这种情况下，在等待时间Δta，Δtb，Δtc和Δtd中可以关断X射线输出。因此，时间优先化控制中的螺旋穿梭扫描可以通过在单向方向的X射线投影数据的采集通过的两端提供固定扫描cScan以扩展断层摄影图像在z方向上的图像重建范围到两端方向，来更加有效地使用X射线。

[第三实施例]

<X射线自动照射控制的使用>

在该优选实施例中，将详细描述一个例子，在该例子中，X射线自动照射控制是用在扫描条件设定时设定的图像质量指标值执行的。首先，在下文将详细描述这样一种情况：X射线自动照射控制是用上文第一优选实施例中描述的位置优先化控制执行的。

现在参考图12，其是图解说明在位置优先化控制的螺旋穿梭扫描中执行X射线自动照射控制的示意图，其中提供了固定扫描cScan。图中的符号z(t)表示在每个时刻(时间)支架12的位置，v(t)表示移动速度，mA(z)表示在接通和关断X射线输出时的X射线管电流。

当操作员引入X射线自动照射控制时，图像质量指标值被加到第一优选实施例的步骤H2中所示的扫描条件设定显示屏上。在此情况下，操作员在扫描条件设定显示屏上输入X射线投影数据采集的通过次数，扫描范围，以及图像质量指标值。此时扫描条件设定装置35根据定位图像的X射线投影数据、或者根据定位图像SC的z方向上的坐标位置处的X射线轮廓(profile)确定几何特征量，以确定并设定最优X射线管电流以便成为设定的图像质量指标值，从而显示成数字值或图形。

扫描条件设定装置35还确定并显示此会话的时间。

几何特征量使用例如投影数据轮廓的表面积或椭圆比率。X射线管电流的设定将使得当螺旋穿梭扫描的z方向上的每个坐标位置处的X射线管电流被假定为mA(z)时，通过考虑z方向位置的螺距HP(z)而设定X射线管电流的值，使得下列等式(等式2)是常量const。

[等式2]

$\frac{\mathrm{mA}\left(z\right)}{\mathrm{HP}\left(z\right)}=\mathrm{const}$ (等式2)

特别地，在螺旋穿梭扫描的速度增加和速度减慢范围中，因为在z方向上每个坐标位置的螺距HP(z)连续变化，所以对X射线管电流值mA(z)的控制是重要的。

在螺距HP(z)小于1的范围内，通过使用多于一次旋转的X射线投影数据来进行三维图像重建。因为这个原因，在过扫描(over-scan)范围中的S/N将被提高，当三维图像重建处理使用r次旋转的X射线投影数据时，需要在(等式2中)加入对过扫描的考虑。作为考虑过扫描的一个例子，等式3是常量const。

[等式3]

$\frac{\mathrm{mA}\left(z\right)}{\mathrm{HP}\left(z\right)\&CenterDot;r\left(z\right)}=\mathrm{const}$ (等式3)

这里通过将z方向上加入的坐标和z方向上设定了X射线管电流的坐标位置对准，设定的X射线管电流值的X射线被准确地发射。

在上面的例子中，X射线自动照射控制被加入到第一优选实施例的螺旋穿梭扫描中，但X射线自动照射控制也可以类似地被加入到第二优选实施例中所示的时间优先化控制的螺旋穿梭扫描中。图15显示的示意图图解说明了当进一步提供固定扫描cScan时在时间优先化控制的螺旋穿梭扫描中的X射线自动照射控制。

在此情况中，扫描条件设定装置35将设定此时(时间)的X射线管电流值mA(t)，而不是执行对z方向上的位置处的X射线管电流值的控制。X射线控制器22将X射线自动照射控制加入到时间优先化控制，以便获得螺旋穿梭扫描中每个时刻的最优X射线控制。通过将如上文所述的X射线管电流值mA(z)改为在每个时刻的X射线管电流值mA(t)，确定z方向上的位置处的X射线管电流值mA(t)的方法可得以确定。

[第四实施例]

<更宽扫描范围的控制>

在第一优选实施例或者在第二优选实施例中，每当通过终止时机架控制器29执行位置校正控制RP，但当扫描范围更宽时，可能发生未对准。因为这个原因，机架控制器29将扫描范围划分成给定数量的部分，并且在每个扫描位置进行校正以便在更宽范围的螺旋穿梭扫描中获得没有位置未对准或时间偏差的断层摄影图像。

例如，在具有位置优先化控制的螺旋穿梭扫描中，机架控制器29将单向方向上的扫描范围划分成M个部分(这里，M是自然数)，对z方向上如此分割的每个位置进行位置对准，以避免即使执行X射线自动照射控制时相对于X射线管电流值出现位置未对准。因此，通过对z方向上的位置处的断层摄影图像以X射线管电流的最优值进行扫描，生成与噪声指标值一致的断层摄影图像，噪声指标值是图像质量指标值，从而在z方向上获得一致的图像质量。

同样，如果存在位置未对准并且在估计的到达时间之后实现扫描，则机架控制器29可以通过增加成像台的速度进行调整，以便在下一个检查点匹配。以与此类似的方式，如果扫描较早到达，则机架控制器29可以通过降低成像台的速度来进行调整。

接着，在时间优先化控制的螺旋穿梭扫描中，机架控制器29将单向方向上的估计时间t划分成M个部分(这里M是自然数)，对每个划分部分执行位置对准，以便防止未对准发生。如果在被划分的估计时间中存在未对准，则通过以类似于上述的方式增加或降低成像台的速度来完成调整。

尽管在上述的优选实施例中，已经通过操作支架12的例子描述了X射线CT设备100，但当成像台10是可移动的时候可以类似方式处理这种操作。

这里应该注意不应认为本发明局限于如上文所述的优选实施例。尽管在上文所述的优选实施例中，扫描机架20是不倾斜的，但在扫描机架20是倾斜的倾斜扫描的情况下，可以达到类似效果。尽管在上文所述的优选实施例中，X射线投影数据的采集与生物信号是不同步的，但通过与生物信号同步，特别是与心率信号同步可以达到类似效果。

此外，尽管在上文所述的优选实施例中，已经描述了多X射线探测器，但同样也可以使用平板X射线探测器或单行X射线探测器。在该优选实施例中，螺旋穿梭扫描是通过在z方向上移动成像台10的支架12实现的。不过通过相对移动扫描机架20中的旋转装置15，或者相对于支架12移动扫描机架20本身，可以实现类似效果。

三维重建方法可以是任何一种三维图像重建方法，如已知的Feldkamp方法，或者可以是另一种方法，或者可以是二维图像重建方法。

Claims (9)

1.一种X射线CT设备(100)，包括：

机架旋转装置(15)，其包括用于产生X射线的X射线发生器(21)和用于探测由所述X射线发生器所产生的透射穿过受检者的X射线的X射线探测器(24)；

支架(12)，用于将所述受检者支撑于其上；

机架控制器(29)，其相对往复地移动所述机架旋转装置和所述支架来执行螺旋穿梭扫描；

扫描条件设定装置(35)，用于在所述受检者的身体轴线方向上的预定范围内设定所述螺旋穿梭扫描的扫描条件；

X射线投影数据采集装置(5)，用于采集通过所述螺旋穿梭扫描获得的X射线投影数据；

扫描控制器(36)，用于控制以便执行根据所述扫描条件设定的所述螺旋穿梭扫描；和

图像重建装置(34)，其基于由所述X射线投影数据采集装置采集的X射线投影数据执行图像重建处理。

2.如权利要求1所述的X射线CT设备(100)，其中：

所述扫描条件设定装置(35)设定所述螺旋穿梭扫描的单向的次数或往复的次数；和

所述扫描控制器(36)在受检者的身体轴线方向上的预定范围内控制螺旋穿梭扫描，以便执行由扫描条件设定装置设定的单向次数或往复次数，而不管在扫描条件设定时设定或估计的扫描时间如何。

3.如权利要求1所述的X射线CT设备(100)，其中：

所述扫描条件设定装置(35)设定所述螺旋穿梭扫描的扫描时间；以及

所述扫描控制器(36)控制所述扫描，以便在螺旋穿梭扫描已经到达受检者的身体轴线方向上的预定范围的一端后，提供使运动停止的一定等待时间，以在该等待时间之后在相反方向上开始下一次扫描，以便在扫描时间内执行预定次数的单向螺旋穿梭扫描，或预定次数的往复螺旋穿梭扫描。

4.如权利要求3所述的X射线CT设备(100)，其中：

X射线输出在所述等待时间期间被最小化。

5.如权利要求1所述的X射线CT设备(100)，其中：

所述扫描条件设定装置(35)设定所述螺旋穿梭扫描的扫描时间；以及

不管扫描条件中在受检者的身体轴线方向上的预定范围如何，扫描控制器(36)与在螺旋穿梭扫描中预定时间内的一个方向上的扫描同步地开始相反方向上的扫描。

6.如权利要求1-5中任一项权利要求所述的X射线CT设备(100)，其中：

当螺旋穿梭扫描中在身体轴线方向上的坐标与在扫描条件设定时间中设定或估计的位置不同时，扫描控制器(36)校正身体轴线方向上的位置，以便位于在扫描条件时设定或估计的位置。

7.如权利要求6所述的X射线CT设备(100)，其中：

所述校正是通过控制所述螺旋穿梭扫描的速度或加速度来执行的。

8.如权利要求2或权利要求3所述的X射线CT设备(100)，其中：

扫描条件设定装置(35)在所述受检者的身体轴线方向上的预定范围内的每个身体轴线方向上的每个坐标位置处为断层摄影图像设定图像质量指标值；以及

所述X射线投影数据采集装置(25)在所述身体轴线方向上的坐标位置处采集X射线投影数据，以便使所述图像质量指标值在扫描条件设定装置中设定。

9.如权利要求4或权利要求5所述的X射线CT设备(100)，其中：

所述扫描条件设定装置(35)在扫描时间的每个时刻在所述身体轴线方向上的每个坐标位置处设定断层摄影图像的图像质量指标值；以及

所述X射线投影数据采集装置(25)在每个时刻采集X射线投影数据，以便具有由扫描条件设定装置设定的图像质量指标值。

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