CN101472381B - 控制x射线ct***中的x射线曝光的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供控制X射线CT***中的X射线曝光的方法，包括如下步骤：建立投影面积值的比例因子r与扫描截面的几何中心的偏移量Cy的对应关系表或函数关系；对受检对象进行平扫，根据平扫数据计算出“测量的投影面积值”和投影测量值；计算扫描截面的几何中心与旋转中心的偏移量Cy；将获得的偏移量Cy带入所述的对应关系表中或函数关系中，获得与之相对应的比例因子r；根据比例因子r与测量的投影面积值计算出标准投影面积值；自动曝光功能根据计算出的标准投影面积值、投影测量值以及其它***参数自动确定曝光所需要的管电流值并进行曝光。
Description
技术领域
本发明涉及X射线的曝光，特别是关于CT***在扫描过程中的X射线的曝光的控制方法。
背景技术
X射线CT***给对象(患者)发射X射线，通过检测器检测在器官、血液、灰质等中的人体组织的X射线吸收系数，并通过计算机处理(重建)该吸收系数提供要检查的区域的截面平面(片层平面)的图像(断层图像)。
医生根据通过X射线CT***所重建的要检查的预定区域的患者断层图像诊断患者的病情。为止，所重建的断层图像必须具有能够以良好的精度区别人体组织的X射线吸收系数的差值并与检查的目的相匹配的图像质量。为获得这种图像质量，需要减小图像噪声，即为减少图像噪声并获得高质量的断层图像，穿过对象并在检测器上检测的所透射的X射线量必须较大；因此，为在检测器上获得足够的透射的X射线，发射到对象上的X射线量必须较大。
然而，仅注意改善图像质量而增加发射到对象上的X射线量，会导致不希望的增加对象所接收的曝光量。因此，在实际中需要实时控制以使从X射线管中发射的X射线量为确保所需的图像质量所需的最小量。
从X射线管发射的X射线量由传递到X射线管的电流(下称管电流)控制。常规的X射线CT***通常提供控制管电流以实现这种最小的X射线发射的功能(包括自动管电流控制功能)。如图1所示，这种常规的X射线CT***中的自动管电流控制功能包括如下步骤：步骤100在预定方向上对对象的预定区域进行平扫，获取所需的平扫数据；步骤101根据步骤100所获得的数据进行分析处理，计算出平扫位置上要检查的区域的椭圆形切片的偏心率(投影测量值反映椭圆切片的长轴或短轴的长度，根据投影面积值和投影测量值可以推导出偏心率)和投影面积值，该切片接近于椭圆；步骤102)基于投影测量值、投影面积值、以及医生所期望的噪声以及***所固有的参数计算曝光用的管电流。系 统根据计算出的管电流对该切片进行曝光、轴扫描。即自动管电流控制中的管电流m A与投影面积Pa、投影测量值存在如下的函数关系：mA＝f(Pa，投影测量值，期望的图像噪声值，***参数)。即可知在X射线CT***确定的情况下，管电流主要由平扫所得的投影测量值及切片的投影面积值来决定，所以正确的计算切片的投影测量值和投影面积值才能得出真正的与要扫描的切片相匹配的管电流。
但在实际应用中，由于被扫描对象的中心随着扫描床的上下移动而与X射线CT***的扫描装置的旋转中心有所偏离，导致平扫时获得的数据不准确，致使计算出来的切面的投影面积值与真正的切片的投影面积值有误差，最终的结果就是导致计算出来的管电流要么过大要么过小，致使受检病人要么受到的X射线剂量过多而损害身体要么受到的剂量不足而不能使医生准确地判断出病情。例如，如图3所示，当病人躺在与CT***的旋转中心ISO有偏离的床上，在使用0度和180度平扫时，医生同样的使用该自动的管电流控制功能对病人进行扫描，即使是在相同的扫描位置，轴扫结果的管电流值和影像噪声值是有很大的不同的。临床实践中经常会出现这样的结果：用180度平扫后进行实际轴扫的管电流值是用0度平扫后的2倍。而过大的管电流值会给病人带来额外的伤害。这种管电流控制功能会产生相互矛盾的结果，使得医生难以对管电流控制功能的临床应用进行推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种消除由于病人中心偏离CT***的旋转中心而对切片的投影面积产生的影响的管电流控制方法，从而提高X射线CT***中的曝光***的稳定性和鲁棒性。
本发明提供的一种控制X射线CT***中的X射线自动曝光的方法，包括如下步骤：
步骤10：建立投影面积值的比例因子r与扫描截面的几何中心的偏移量Cy的对应关系表或函数关系，该投影面积值的比例因子r是表示受检对象的扫描截面几何中心偏移旋转中心情况下的投影面积值与受检对象的扫描截面的几何中心位于旋转中心情况下的标准投影面积值之比；
步骤11：对受检对象进行平扫，根据平扫数据计算出“测量的投影面积值”和投影测量值；
步骤12：计算扫描截面的几何中心与旋转中心的偏移量Cy；
步骤13：将步骤12中获得的偏移量Cy带入步骤10中所述的对应关系表中或函数关系中，获得与之相对应的比例因子r；
步骤14：根据比例因子r与测量的投影面积值计算出标准投影面积值；步骤15：自动曝光功能根据计算出的标准投影面积值、投影测量值以及其它***参数自动确定曝光所需要的管电流值并进行曝光。
其中，步骤11中的偏移量Cy的计算，可以通过如下的方法进行：
设定人体等同于一个均匀的水体，则人体的被扫描的扫描截面的短轴b可以通过如下的公式得出：
b＝k*pm/2；其中，pm为所述的投影测量值，k是为常数；则
偏移量Cy等于扫描截面的短轴b和扫描床偏离旋转中心的距离之和；
其中，所述的扫描截面的短轴b可以通过如下的拟合公式获得：
b＝f(pm)＝a0+a1xpm+a2xpm2+a3xpm3+...
其中a0，a1，a2和a3为多项式的系数。
其中，所述的步骤11中的偏移量Cy的计算，还可以通过如下的方法进行：首先给定先前截面的图像，进行图像分割确定人体扫描截面的轮廓；其次求出截面轮廓图像上所有像素点的Y轴坐标的平均值；该平均值作为该扫描截面的偏移量Cy。
其中，所述的步骤11中的偏移量Cy的计算，还可以通过如下的方法获得：在前一轴向扫描扫中，收集所有的原始的投影数据，在这些投影数据中，找出最大投影值p(β0)所对应的球管旋转角度β0，在该旋转角度β0处，球管焦点和病人的中心点是在同一水平线上，则根据公式可以计算出扫描截面的偏移量Cy：
Cy＝L*cos(β0)
其中，L为球管焦点到旋转中心的距离。
其中，对于步骤10中的偏移量Cy与比例因子r之间的函数关系可以通过如下方式获得：给定一个椭圆形模体，其长轴、短轴和偏移量分别为a、b、Cy；或者一个圆形模体，其半径和偏移量分别为R、Cy，对模体进行仿真扫描，求出偏移量Cy在0位置处的投影面积值pa(0)以及偏移量Cy不为0的各状态下的投影面积值pa(Cy)，并求出在各偏移量Cy时的比例因子r，建立索引表(Cy，r)来描述Cy和r的对应关系。
其中，对于步骤10中的偏移量Cy与比例因子r之间的函数关系可以通过如下函数表示：
r＝3.69x10-6xCy2+1.946x10-3xCy+0.999。
本发明还提供一种控制X射线CT***中的X射线自动曝光的方法，该方法是在对扫描区域进行平扫，获取扫描截面的平扫数据，并且前一扫描的轴向扫描已完成，当前切片的轴向扫描曝光尚未开始的情况进行；包括如下步骤：步骤21：基于前一片轴向扫描的投影数据计算出该切片的标准投影面积值；
步骤22：根据平扫的投影数据计算出前一切片的“测量的投影面积值”以及当前切片的“测量的投影面积值”和投影测量值；
步骤23：根据步骤21和22中的前一切片的标准投影面积值和测量的投影面积值，计算出前一切片的比例因子ra(Cy)，该前一切片的比例因子ra(Cy)为标准的投影面积值与测量的投影面积值之比；
步骤24：根据前两切片的比例因子，运用线性插值预测出当前切片的比例因子；
步骤25：根据步骤24算出的当前切片的比例因子和步骤22算出的当前切片的测量的投影面积值计算出预测的当前切片的标准投影面积值；
步骤26：根据预测的当前切片的标准投影面积值、投影测量值和有关***参数，CT***中的自动曝光功能自动的确定当前切片的曝光所需要的管电流值而进行曝光。
其中，所述的步骤21中的前一切片的标准投影面积值可以通过如下的方式实现：当病人位于离CT***旋转中心的偏离量为Cy处时，在对前一切片扫描过程中，根据平扫数据可以计算出该切片位于偏移量(Cy)处的投影面积值(pa(i-1，Cy))，以及球管在0度时的投影测量值(pm0)；找出投影数据中的最大值(p(β0))所对应的球管旋转角度(β0)，在该旋转角度(β0)处，相对于中心通道的扇束张角为((π/2-β0))的通道的X射线通过被扫描的椭圆切片的长轴，因此根据该旋转角度(β0)处的投影测量值(pm90)；则根据下述公式可以计算出该前一切片在偏移量(Cy)为0处的标准投影面积值(pa(i-1，Cy＝0))：
pa(i-1，Cy＝0)＝pm0*pm90*S+I
其中：#(i-1)表示前一切片，S和I为常 数。。
其中，所述的步骤24中的获得的当前切片的比例因子可以通过外向插值方法得出。
其中，所述的步骤22和25中的当前切片的测量的投影面积值为由步骤22中根据平扫投影数据计算出来的前一切片的测量的投影面积值。
本发明在提供一种控制X射线CT***中的X射线自动曝光的方法，该方法用于在前一切片轴向扫描已经完成，但前切片轴向扫描曝光尚未开始的情况进行；包括如下步骤：，包括如下步骤：
步骤30：建立自动管电流mA值与平行束投影面积值、投影测量值的函数关系；
步骤31：根据该前一切片的轴向扫描的投影数据，计算该前一切片的平行束投影面积值；
步骤32：根据前一切片或前两切片的平行束投影面积值，推断出当前切片平行束投影面积值；
步骤33：根据步骤30中的函数关系，基于推断出的当前切片的平行束投影面积值以及其它所需要的信息，确定部分扫描当前切片所需要的管电流值mA1；
步骤34：球管在[0，2γm]旋转范围内使用该mA1值进行曝光，其中该γm为X射线光束张开的扇形张角的一半；
步骤35：根据步骤34扫描得到的当前切片在球管在[0，2γm]旋转范围内的投影数据，计算出当前切片的实际的平行束投影面积值；
步骤36：将步骤35计算出的当前切片的平行束投影面积值，以及其他***参数带入步骤30中的函数关系中，确定球管在[2γm，2π]旋转范围内扫描当前切片所需要的管电流值mA2；
步骤37：球管在[2γm，2π]旋转范围内使用该管电流值mA2进行曝光。
其中，所述的平行束投影面积的获取方法如下：
步骤1：通过插值或者光束重排的方法将扇形光束投影转换成平行光束投影；
步骤2：通过插值的方法对对步骤1中获得的平行光束进行等距离化处理获得等间距的平行光束投影；
步骤3：计算所有等间距平行光束的通道的投影值的总和，该总和 即为所求的平行光束投影面积值。
其中，所述的步骤32中的当前切片的平行束投影面积值等同于与前一切片的平行束投影面积值，将预估出来的当前切片的平行光束投影面积值及投影测量值带入步骤30中的函数关系中，产生当前切片曝光所需要的管电流值mA1，且该管电流值mA1只适用于球管在[0，2γm]旋转范围内扫描当前切片时曝光使用。
其中，所述的对于步骤35中的当前切片的实际的平行束投影面积值通过如下的方法获得：
首先收集当前切片在[0，2γm]球管旋转角度范围内的所有投影数据，找出一组唯一的平行光束，该平行光束与y轴的夹角为γm，使其满足公式：
β+γ＝γm，
其中β表示球管的旋转角度，表示γ某一通道的光束相对于中心通道的扇形张角；
根据所找出得平行光束，计算出当前切片的实际的平行束投影面积值。
本发明中的方法消除了在计算投影面积值时受扫描截面的几何中心与旋转中心ISO的偏移的影响，不管是从0度平扫还是180度平扫或是有偏移量的情况下进行的平扫，计算出来的投影面积都非常接近于实际的截面的投影面积值，使得曝光所需的管电流值更接近实际的需求，从而提高了自动曝光功能的稳定性、自动曝光功能的临床有效性，以及减少了过剂量扫描而使病人接受过多的射线的情况。
附图说明
图1为现有的X射线CT***的自动曝光功能的流程图。
图2为本发明的控制自动曝光的方法的第一实施例的流程图。
图3为第一实施例中计算偏移量的第一种方法所用到的示意图。
图4为第一实施例中计算偏移量的第二种方法所用到的示意图。
图5为第一实施例中表示比例因子与偏移量之间的关系的示意图。
图6为本发明的控制自动曝光的方法的第二实施例的流程图。
图7为本发明的控制自动曝光的方法的第三实施例的流程图。
图8为本发明中第三实施例中的在一个扫描旋转中双管电流值的示意图。
图9和图10为本发明的第三实施例中为计算平行束投影面积值而找出唯一的平行光线的示意图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细说明本发明的实施形态。本发明不限于实施形态。
本发明中主要是通过消除病人的扫描截面的几何中心与CT***的扫描架的旋转中心ISO(ISO：等中心)的距离偏差(下称偏移量)对平扫的切片的投影面积值的影响，实现具有精确稳定的管电流值的自动曝光控制功能。本发明中所指的“病人位置”是从CT扫描架的旋转中心ISO到病人受检的扫描截面的切片的几何中心的垂直距离，也即上述的偏移量。以下所举的例子均为假设人体是左右对称的，面向上的，同时是在0度平扫情况下进行的。
在管电流自动曝光控制功能的程序中，投影面积(Projection area，PA)是指在平扫中所有通道的投影值的和，投影测量值(ProjectionMeasure，PM)是指最大的100个通道的投影值的和。
在本发明的实施例中，需要通过校准来设计自动曝光控制函数的形式及其系数。校准设计时，所有的测试模体的几何中心都是位于旋转中心ISO位置。我们定义在这种扫描对象无偏移的情况下测量得到的扫描截面的投影面积值为标准投影面积值。
第一实施例
如图2所示，为本实施例的自动曝光控制方法的流程图。
步骤10：离线建立投影面积值的比例因子r与扫描截面的几何中心的偏移量Cy的对应关系表或函数关系，该投影面积值的比例因子r是表示受检对象的扫描截面几何中心偏移旋转中心ISO情况下的投影面积值与受检对象的扫描截面的几何中心位于旋转中心ISO情况下的标准投影面积值之比；步骤11：对受检对象进行平扫，根据平扫数据计算出“测量的投影面积值”和投影测量值；步骤12：计算扫描截面的几何中心与旋转中心ISO的偏移量Cy；步骤13：将步骤12中获得的偏移量Cy带入步骤10中所述的对应关系表中或函数关系中，获得与之相对应的比 例因子r；步骤14：根据比例因子r与测量的投影面积值计算出标准投影面积值；步骤15：自动曝光功能根据计算出的标准投影面积值、投影测量值以及其它***参数自动确定曝光所需要的管电流值并进行曝光。
对于步骤11中的偏移量Cy的计算，可以通过如下的方法进行：
请再参阅图3所示，为第一种方法的示意图，是基于投影测量值计算扫描截面的几何中心偏移量Cy：假设人体等同于一个均匀的水体，则人体的被扫描的扫描截面的短轴b可以通过公式(3)得出：
b＝k*pm/2 (3)
其中，pm是投影测量值，k是为常数；
偏移量Cy等于扫描截面的短轴b和床8偏离旋转中心ISO的距离h之和，如公式(4)所示：
Cy＝b+h (4)；
如果想要使得扫描截面的短轴b更精确，则可以通过建立拟合公式(5)获得：
b＝f(pm)＝a0+a1xpm+a2xpm2+a3xpm3+... (5)
该公式描述短轴b的长度为以pm为自变量的多项式形式的函数，其中a0，a1，a2和a3为多项式的系数。
为了提高公式(5)的适用性，应该为各种组织比如骨头、肺和软组织建立各自的拟合公式。
第二种方法是基于以前的扫描图像计算出扫描截面几何中心的偏移量Cy：由于偏移量Cy沿着z轴方向基本上变化很小，可以用前一个断层扫描图像预测出该扫描截面的偏移量Cy。给定先前截面的图像，进行图像分割确定人体扫描截面的轮廓。那么偏移量Cy(即人体截面的几何中心的Y坐标)可以通过取“截面轮廓图像上所有像素点的Y轴坐标的平均值”作为该扫描截面的偏移量Cy。
第三种方法是基于以前扫描投影数据计算出扫描截面的几何中心的偏移量Cy：如图4所示，在前一轴向扫描扫中，收集所有的原始的投影数据，在这些投影数据中，找出最大投影值p(β0)所对应的球管旋转角度β0，在该旋转角度β0处，球管焦点和病人的中心点是在同一水平线上，则根据公式(6)可以计算出扫描截面的偏移量Cy：
Cy＝L*cos(β0) (6)
其中，L为球管焦点到旋转中心ISO的距离。
当然，上述三种方法可以单独使用来计算出扫描截面几何中心的偏移量，也可以组合使用来求出扫描截面的几何中心的偏移量。
对于步骤10中的偏移量Cy与比例因子r之间的函数关系可以通过如下仿真的方式获得：给定一个椭圆形模体，其长轴、短轴和偏移量分别为a、b、Cy；或者一个圆形模体，其半径和偏移量分别为R、Cy，对模体进行仿真扫描，求出偏移量Cy在0位置处的投影面积值pa(0)以及偏移量Cy不为0的各状态下的投影面积值pa(Cy)，并求出在各偏移量Cy时的比例因子r，建立索引表(Cy，r)来描述Cy和r的对应关系，该比例因子r通过下式(7)表示：
r＝pa(Cy)/pa(0) (7)
其中pa(Cy)表示在偏移量Cy不为0时的投影面积值，pa(0)表示偏移量Cy为0时的投影面积值。
在上述仿真实验中，变量Cy的范围在[-150mm，+150mm]之间，圆形模体的半径R允许的范围在[50mm，225mm]。对于椭圆形模体，对10种典型的短轴b和椭圆偏心率(这里偏心率定义为椭圆长轴a与短轴b之比，椭圆偏心率大于1)进行设置作仿真试验。发现当偏移量Cy较小时，所有的椭圆模体和圆形模体的比例因子r的特性几乎是相同的，对于大的模体在大的偏移量(大于80mm)的情况下，比例因子r的特性会有较大的差异。然而，如果偏移量太大会使得模体超出最大的扫描视野(常规的扫描视野的直径为500mm)。通过筛除掉那些使得模体超出最大扫描视野的偏移量的试验情形，最后的结果显示该比例因子r只与变量Cy有关，与其它因素像模体的形状和尺寸无关。图5所示为比例因子r与偏移量Cy之间的关系。
比例因子r除了通过对上述建立的对应关系进行查表获取外，还可以通过函数的方式获取，如公式(8)
r＝3.69x10-6xCy2+1.946x10-3xCy+0.999 (8)
在实际扫描病人时，一旦变量偏移量Cy确定下来，通过公式(8)可以求出比例因子r，那么根据公式(7)可以求出标准的投影面积值，即当偏移量为0时的投影面积值，即，
Standard_pa＝pa(Cy＝0)＝pa(Cy)/r
表1显示了本发明的第一实施例的应用，对聚乙烯模体B3进行了4次扫描。首先，将模体B3置于旋转中心ISO位置处，执行0度和180度平扫，并记录相应的投影面积值。然后将模体B3置于旋转中心ISO下的60mm位置处，执行0度和180度平扫，并记录相应的投影面积值。通过表1中可以查出偏移量为+60mm和-60mm的比例因子，并计算出各自位置下的标准投影面积值，从该表1中可以看出，通过本方法算出的标准投影面积值与模***于旋转中心时的实际投影面积值的误差小于1.5％，而对于所有的扫描模体，误差范围在+/-2％都是可以接受的。
表1
| Cy | pa(Cy) | ra(Cy) | pa(Cy＝0) | 误差 (％) |
| 0 | 2278.32 | 1 | ||
| 60mm | 2527.4 | 1.1228 | 2250.979694 | -1.20002 |
| 0 | 2197.29 | 1 | ||
| -60mm | 2001.49 | 0.8983 | 2228.086385 | 1.401562 |
第二实施例
如图6所示，为本发明实现自动曝光控制功能的第二实施例的流程图。本实施例通过在线的方式实时校准当前扫描截面曝光所需的管电流。首先，对扫描区域进行平扫，获取扫描截面的平扫数据；步骤20：前一扫描的轴向扫描已完成，当前切片的轴向扫描曝光尚未开始；步骤21：基于前一片轴向扫描的投影数据计算出该片的标准投影面积值；步骤22：根据平扫的投影数据计算出前一切片的“测量的投影面积值”以及当前切片的“测量的投影面积值”和投影测量值；步骤23：根据步骤21和22中的前一切片的标准投影面积值和测量的投影面积值，计算出前一切片的比例因子ra(Cy)，本实施例中，该前一切片的比例因子ra(Cy)为标准的投影面积值除以测量的投影面积值，当然也可以采用其他的表示方式如测量的投影面积值除以标准的投影面积值；步骤24：根据前两切片的比例因子，运用线性插值预测出当前切片的比例因子；步骤25：根据步骤24算出的当前切片的比例因子和步骤22算出的当前切片的测量的投影面积值计算出预测的当前切片的标准投影面积值；步骤26：根据预测的当前切片的标准投影面积值、投影测量值和有关***参数，CT
***中的自动曝光功能自动的确定当前切片的曝光所需要的管电流值而进行曝光。
对于步骤21中的前一切片(下用#(i-1)表示)的标准投影面积值可以通过如下的方式实现：当病人位于偏离量Cy处，在对前一切片#(i-1)扫描过程中，根据平扫数据可以计算出该切片位于偏移量Cy处的投影面积值pa(i-1，Cy)，以及球管在0度时的投影测量值pm0(与短轴长度有关)。请再参阅图4，利用实施例1中的计算偏移量的第三种方法，找出投影数据中的最大值p(β0)所对应的球管旋转角度β0，在该旋转角度β0处，相对于中心通道的扇束张角为(π/2-β0)的通道的X射线通过被扫描的椭圆切片的长轴，因此根据该旋转角度β0处的投影测量值pm90，可以获得与该椭圆的长轴相关的信息，则根据公式(9)可以计算出该切片#(i-1)在偏移量Cy＝0处的标准投影面积值pa(i-1，Cy＝0)：
pa(i-1，Cy＝0)＝pm0*pm90*S+I (9)
其中：S和I为常数。。
步骤23中的前一切片的比例因子ra(i-1)可以采用如下的公式(10)表示：
ra(i-1)＝pa(i-1，Cy＝0)/pa(i-1，Cy) (10)
其中，pa(i-1，Cy)为该前一切片#(i-1)位于偏移量Cy时，通过步骤22根据平扫的投影数据计算出来的测量的投影面积值。
步骤24中的获得的当前切片#i的比例因子ra(i)可以通过外向插值方法得出，本实施例中是通过线性外插的方法得出，如公式(11)
ra(i)＝2xra(i-1)-ra(i-2) (11)
其中，ra(i-2)表示切片#(i-2)的比例因子。
步骤25中的当前切片的标准投影面积值pa(i，Cy＝0)可以通过如下的公式(12)获得
pa(i，Cy＝0)＝pa(i，Cy)*ra(i) (12)
其中，pa(i，Cy)为由步骤22中根据平扫投影数据计算出来的当前切片的“测量的投影面积值”。
步骤26中自动曝光控制功能根据计算出的当前切片的标准投影面积值pa(i，Cy＝0)和投影测量值以及其它相关的***参数(比如期望的图像噪声指标)，自动的确定当前切片的曝光所需要的管电流而进行曝光。
第三实施例
本实施例通过扇形光束转化为平行光束投影的方法来对曝光所需的管电流进行控制。对于平行光束，在每一平行方向上的所有通道的投影值的和都是一样的，也就是说，一旦投影面积值被定义为某一平行方向上所有通道的投影值的和，则其不会受受检体的偏移量的影响。在本实施例中，投影面积值被定义为某一平行方向上的所有通道的投影值的和。
请参阅图7所示，为本发明实现自动曝光控制功能的第三实施例的流程图：
步骤30：建立自动管电流mA值与平行束投影面积值、投影测量值的函数关系，即mA＝f(平行束投影面积值，投影测量值，***参数，其它输入变量)，其中，***参数、其它输入变量为***固有或由操作者根据需要输入；步骤31：前一切片的轴向扫描已完成，当前切片的轴向扫描曝光尚未开始；步骤32：根据该前一切片的轴向扫描的投影数据，计算该前一切片的平行束投影面积值；步骤32-2：根据前一切片或前两切片的平行束投影面积值，推断出当前切片平行束投影面积值；步骤33：根据步骤30中的函数关系，基于推断出的当前切片的平行束投影面积值以及其它所需要的信息，确定部分扫描当前切片所需要的管电流值mA1；步骤34：球管在[0，2γm]旋转范围内使用该mA1值进行曝光，其中该γm为X射线光束张开的扇形张角的一半；步骤35：根据步骤34扫描得到的当前切片在球管在[0，2γm]旋转范围内的投影数据，计算出当前切片的实际的平行束投影面积值；步骤36：将步骤35计算出的当前切片的平行束投影面积值，以及其他***参数带入步骤30中的函数关系中，确定球管在[2γm，2π]旋转范围内扫描当前切片所需要的管电流值mA2；步骤37：球管在[2γm，2π]旋转范围内使用该管电流值mA2进行曝光。
本实施例中的平行束投影面积的获取方法如下：
步骤1：将扇形光束投影转换成平行光束投影，可以通过插值或者光束重排的方法进行转换；
步骤2：对步骤1中获得的平行光束进行等距离化处理，即通过插值的方法对平行光束进行等距离化处理获得等间距的平行光束投影；
步骤3：计算所有等间距平行光束的通道的投影值的总和，该总和即为所求的平行光束投影面积值。
请同时参阅图8，本实施例中的方法，对于当前切片#i的扫描，有两个不同的管电流值mA1、mA2分别被应用到[0，2γm]和[2γm，2π]两个不同的球管旋转角度范围内进行曝光。
步骤32-2中的当前切片#i的平行束投影面积值ppa(i)可以通过如下的方式获得：根据前两切片#(i-1)、#(i-2)的平行光束投影面积值ppa(i-1)和ppa(i-2)，通过外推的方法获得当前切片#i的平行束投影面积ppa(i)(比如像公式(11)的线性外推差值法)。较为简单的处理方法是将ppa(i)等同于ppa(i-1)(保持处理)。将预估出来的当前切片#i的平行光束投影面积值ppa(i)及投影测量值带入步骤30中的函数关系中，产生当前切片曝光所需要的管电流值mA1，且该管电流值mA1只适用于球管在[0，2γm]旋转范围内扫描当前切片#i时曝光使用。
对于步骤35中的当前切片#i的实际的平行束投影面积值通过如下的方法获得：请同时参阅图9和图10，首先收集当前切片#i在[0，2γm]球管旋转角度范围内的所有投影数据，找出一组唯一的平行光束，该平行光束与y轴的夹角为γm，即如公式(14)
β+γ＝γm (14)
其中β表示球管的旋转角度，表示γ某一通道的光束相对于中心通道的扇形张角。
则根据该平行光束，可计算出当前切片#i的实际的平行束投影面积值ppa(i)。
本实施例中，考虑到球管和高压发生器的响应速度，可以利用调制或滤波的方法很平缓的将管电流值从mA1转换到mA2。
Claims (15)
1.一种控制X射线CT***中的X射线自动曝光的方法，包括如下步骤：
步骤10：建立投影面积值的比例因子r与扫描截面的几何中心的偏移量Cy的对应关系表或函数关系，该投影面积值的比例因子r是表示受检对象的扫描截面几何中心偏移旋转中心情况下的投影面积值与受检对象的扫描截面的几何中心位于旋转中心情况下的标准投影面积值之比；
步骤11：对受检对象进行平扫，根据平扫数据计算出“测量的投影面积值”和投影测量值；
步骤12：计算扫描截面的几何中心与旋转中心的偏移量Cy；
步骤13：将步骤12中获得的偏移量Cy代入步骤10中所述的对应关系表中或函数关系中，获得与之相对应的比例因子r；
步骤14：根据比例因子r与测量的投影面积值计算出标准投影面积值；步骤15：自动曝光功能根据计算出的标准投影面积值、投影测量值以及其它***参数自动确定曝光所需要的管电流值并进行曝光。
2.如权利要求1所述的控制X射线CT***中的X射线自动曝光的方法，其特征在于，步骤12中的偏移量Cy的计算，可以通过如下的方法进行：
设定人体等同于一个均匀的水体，则人体的被扫描的扫描截面的短轴b可以通过如下的公式得出：
b＝k*pm/2；其中，pm为所述的投影测量值，k是为常数；则偏移量Cy等于扫描截面的短轴b和扫描床偏离旋转中心的距离之和。
3.如权利要求2所述的控制X射线CT***中的X射线自动曝光的方法，其特征在于，所述的扫描截面的短轴b可以通过如下的拟合公式获得：
b＝f(pm)＝a0+a1xpm+a2xpm2+a3xpm3+...
其中a0，a1，a2和a3为多项式的系数。
4.如权利要求1所述的控制X射线CT***中的X射线自动曝光的方法，其特征在于，步骤12中的偏移量Cy的计算，可以通过如下的方法进行：首先给定先前截面的图像，进行图像分割确定人体扫描截面的轮廓；其次求出截面轮廓图像上所有像素点的Y轴坐标的平均值；该平均值作为该扫描截面的偏移量Cy。
5.如权利要求1所述的控制X射线CT***中的X射线自动曝光的方法，其特征在于，步骤12中的偏移量Cy的计算，可以通过如下的方法获得：在前一轴向扫描中，收集所有的原始的投影数据，在这些投影数据中，找出最大投影值p(β0)所对应的球管旋转角度β0，在该旋转角度β0处，球管焦点和病人的中心点是在同一水平线上，则根据公式可以计算出扫描截面的偏移量Cy：
Cy＝L*cos(β0)
其中，L为球管焦点到旋转中心的距离。
6.如权利要求1所述的控制X射线CT***中的X射线自动曝光的方法，其特征在于，对于步骤10中的偏移量Cy与比例因子r之间的函数关系可以通过如下方式获得：给定一个椭圆形模体，其长轴、短轴和偏移量分别为a、b、Cy；或者一个圆形模体，其半径和偏移量分别为R、Cy，对模体进行仿真扫描，求出偏移量Cy在0位置处的投影面积值pa(0)以及偏移量Cy不为0的各状态下的投影面积值pa(Cy)，并求出在各偏移量Cy时的比例因子r，建立索引表(Cy，r)来描述Cy和r的对应关系。
7.如权利要求1所述的控制X射线CT***中的X射线自动曝光的方法，其特征在于，对于步骤10中的偏移量Cy与比例因子r之间的函数关系可以通过如下函数表示：
r＝3.69x10-6xCy2+1.946x10-3x Cy+0.999。
8.一种控制X射线CT***中的X射线自动曝光的方法，该方法是在对扫描区域进行平扫，获取扫描截面的平扫数据，并且前一切片的轴向扫描已完成，当前切片的轴向扫描曝光尚未开始的情况进行；包括如下步骤：步骤21：基于前一切片的轴向扫描的投影数据计算出该切片的标准投影面积值；
步骤22：根据平扫的投影数据计算出前一切片的“测量的投影面积值”以及当前切片的“测量的投影面积值”和投影测量值；
步骤23：根据步骤21和22中的前一切片的标准投影面积值和测量的投影面积值，计算出前一切片的比例因子ra(Cy)，该前一切片的比例因子ra(Cy)为标准的投影面积值与测量的投影面积值之比；
步骤24：根据前两切片的比例因子，运用线性插值预测出当前切片的比例因子；
步骤25：根据步骤24算出的当前切片的比例因子和步骤22算出的当前切片的测量的投影面积值计算出预测的当前切片的标准投影面积值；
步骤26：根据预测的当前切片的标准投影面积值、投影测量值，CT***中的自动曝光功能自动的确定当前切片的曝光所需要的管电流值而进行曝光。
9.如权利要求8所述的控制X射线CT***中的X射线自动曝光的方法，其特征在于：步骤21中的前一切片的标准投影面积值可以通过如下的方式实现：当病人位于离CT***旋转中心的偏离量为Cy处时，在对前一切片扫描过程中，根据平扫数据可以计算出该切片位于偏移量(Cy)处的投影面积值(pa(i-1，Cy))，以及球管在0度时的投影测量值(pm0)；找出投影数据中的最大值(p(β0))所对应的球管旋转角度(β0)，在该旋转角度(β0)处，相对于中心通道的扇束张角为((π/2-β0))的通道的X射线通过被扫描的椭圆切片的长轴，因此根据该旋转角度(β0)处的投影测量值(pm90)；则根据下述公式可以计算出该前一切片在偏移量(Cy)为0处的标准投影面积值(pa(i-1，Cy＝0))：
pa(i-1，Cy＝0)＝pm0*pm90*S+I
其中：#(i-1)表示前一切片，S和I为常数。
10.如权利要求8所述的控制X射线CT***中的X射线自动曝光的方法，其特征在于：步骤24中的获得的当前切片的比例因子可以通过外向插值方法得出。
11.如权利要求8所述的控制X射线CT***中的X射线自动曝光的方法，其特征在于：步骤22和25中的当前切片的测量的投影面积值为由步骤22中根据平扫投影数据计算出来的前一切片的测量的投影面积值。
12.一种控制X射线CT***中的X射线自动曝光的方法，该方法用于在前一切片轴向扫描已经完成，但前切片轴向扫描曝光尚未开始的情况进行；包括如下步骤：
步骤30：建立自动管电流mA值与平行束投影面积值、投影测量值的函数关系；
步骤31：根据该前一切片的轴向扫描的投影数据，计算该前一切片的平行束投影面积值；
步骤32：根据前一切片或前两切片的平行束投影面积值，推断出当前切片平行束投影面积值；
步骤33：根据步骤30中的函数关系，基于推断出的当前切片的平行束投影面积值，确定部分扫描当前切片所需要的管电流值mA1；
步骤34：球管在[0，2γm]旋转范围内使用该mA1值进行曝光，其中该γm为X射线光束张开的扇形张角的一半；
步骤35：根据步骤34扫描得到的当前切片在球管在[0，2γm]旋转范围内的投影数据，计算出当前切片的实际的平行束投影面积值；
步骤36：将步骤35计算出的当前切片的平行束投影面积值，以及其他***参数代入步骤30中的函数关系中，确定球管在[2γm，2π]旋转范围内扫描当前切片所需要的管电流值mA2；
步骤37：球管在[2γm，2π]旋转范围内使用该管电流值mA2进行曝光。
13.如权利要求12中所述的控制X射线CT***中的X射线自动曝光的方法，其特征在于，所述的平行束投影面积的获取方法如下：
步骤1：通过插值或者光束重排的方法将扇形光束投影转换成平行光束投影；
步骤2：通过插值的方法对步骤1中获得的平行光束进行等距离化处理获得等间距的平行光束投影；
步骤3：计算所有等间距平行光束的通道的投影值的总和，该总和即为所求的平行光束投影面积值。
14.如权利要求13中所述的控制X射线CT***中的X射线自动曝光的方法，其特征在于，步骤32中的当前切片的平行束投影面积值等同于与前一切片的平行束投影面积值，将预估出来的当前切片的平行光束投影面积值及投影测量值代入步骤30中的函数关系中，产生当前切片曝光所需要的管电流值mA1，且该管电流值mA1只适用于球管在[0，2γm]旋转范围内扫描当前切片时曝光使用。
15.如权利要求12中所述的控制X射线CT***中的X射线自动曝光的方法，其特征在于，对于步骤35中的当前切片的实际的平行束投影面积值通过如下的方法获得：
首先收集当前切片在[0，2γm]球管旋转角度范围内的所有投影数据，找出一组唯一的平行光束，该平行光束与y轴的夹角为γm，使其满足公式：
β+γ＝γm，
其中β表示球管的旋转角度，表示γ某一通道的光束相对于中心通道的扇形张角；
根据所找出的平行光束，计算出当前切片的实际的平行束投影面积值。
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