CN102202578B - 锥形射束z轴覆盖 - Google Patents
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Abstract
一种成像***，包括具有阳极(202)的辐射源(110)。所述辐射源关于纵轴(108)绕检查区域(106)旋转并从所述阳极(202)上的焦斑(206)发射辐射。源准直器(112)准直所发射的辐射，以产生贯穿检查区域的大致为锥形的辐射束。所述大致为锥形的辐射束具有沿纵轴扩展的锥角，所述锥角大于由阳极(202)的阳极角所确定的有效最大锥角。探测器阵列(116)探测贯穿所述检查区域的辐射并生成指示所述辐射的信号。重建器(118)重建所述信号以生成指示所述检查区域的体积图像数据。
Description
下文总体涉及锥形射束计算机断层摄影(CT)。然而，它还适于其他医学成像应用和非医学成像应用。
锥形射束计算机断层摄影(CT)扫描器一般包括x射线管和二维探测器阵列，它们在检查区域的对侧固定于转子上。转子由静止框架可旋转地支撑并关于纵轴或z轴绕检查区域旋转，由此关于纵轴并绕检查区域旋转x射线管和探测器阵列。x射线管从管的阳极上的焦斑发射辐射，辐射贯穿检查区域并照射探测器阵列。源准直器准直所发射的辐射，使得大致为锥形的辐射束贯穿检查区域。患者支撑物支撑检查区域内的对象或受检者。
锥形射束沿纵轴的角度限定了z轴宽度或扫描覆盖范围，并被称为锥角(cone angle)。通常，锥角的范围受到足跟效应(heel effect)的限制，足跟效应是阳极角(例如，通常为八度(8°))的函数。相对于射束的中心射线而言，从更靠近阳极的射束一侧发射的射线相对于从更靠近阴极的射束一侧发射的射线被衰减和硬化。因此，阳极一侧上的射线的强度小于阴极一侧上的射线强度，随着沿阳极方向的角度增大，硬化和强度下降以及平均能量的增加越来越大。结果，阳极角一般限定有效最大锥角，因为对于更大角度的射线的强度和能量一般不适于CT应用。
这样一来，阳极角限定了可以在任意时刻扫描的有效最大体积或z轴覆盖范围。遗憾的是，这一体积对于某些扫描而言可能不够，例如，无需沿z轴方向平移辐射束或患者而覆盖整个器官(诸如整个心脏)的扫描。因此，扫描时间可能增加，并且针对整个器官得到的数据可能包括运动伪影。对于一个CT扫描器而言，使用具有更大阳极角(例如，十二度(12°))的x射线管来增大有效最大体积或z轴覆盖范围。然而，增大阳极角还可能减小阳极上的焦斑尺寸、x射线管的额定功率和成像分辨率并增加锥形射束伪影。此外，z轴扫描覆盖范围可能仍然不够在无需沿z轴方向平移辐射束或患者的情况下覆盖整个器官。
本申请的各个方面解决了上述问题和其他问题。
根据一方面，一种医学成像***，包括具有阳极的辐射源。所述辐射源关于纵轴绕检查区域旋转并从阳极上的焦斑发射辐射。源准直器准直所发射的辐射以产生贯穿检查区域的大致为锥形的辐射束。大致为锥形的辐射束具有沿纵轴扩展的锥角，所述锥角大于阳极的阳极角所确定的有效最大锥角。探测器阵列探测贯穿检查区域的辐射并生成指示所述辐射的信号。重建器重建所述信号以生成指示检查区域的体积图像数据。
根据另一方面，一种方法，包括准直从成像***的辐射源阳极上的焦斑发射的辐射束以产生大致为锥形的辐射束，所述辐射束具有沿纵轴扩展的锥角，所述锥角大于阳极的阳极角所确定的有效最大锥角；以及采集指示贯穿检查区域并照射探测器阵列的所述辐射的投射数据。
根据另一方面，一种计算机可读存储介质，利用指令对其进行编码，当计算机处理器执行所述指令时，令计算机处理器提供控制信号以定位准直器的准直器叶片，以准直从成像***的辐射源阳极上的焦斑发射的辐射束，从而有选择地产生大致为锥形的辐射束，所述辐射束备选地具有沿纵轴对称或不对称扩展的锥角，所述锥角大于阳极的阳极角所确定的有效最大锥角。
可以通过各种部件和部件布置，以及通过各种步骤和步骤安排实现本发明。附图仅用于图示说明优选实施例，而不应认为其对本发明构成限制。
图1图示了一种范例成像***。
图2图示了具有基于阳极角的有效最大锥角的对称锥形射束。
图3图示了锥角大于有效最大角度但同时保持相同管功率的扩展的对称锥形射束。
图4图示了锥角大于有效最大角度但同时保持相同管功率的扩展的不对称锥形射束。
图5图示了用于范例螺旋扫描的相对锥形射束之间的角度。
图6图示了一种范例方法。
图1图示了成像***100，诸如计算机断层摄影扫描器。成像***100包括静止机架102，尽管可以将静止机架102配置成倾斜的和/或以其他方式移动，但在扫描期间静止机架102通常保持静止不动。***100还包括旋转机架104，由静止机架102经由轴承等可旋转地支撑旋转机架104。旋转机架104被配置成关于纵轴或z轴108绕检查区域106旋转。
旋转机架104支撑辐射源110，诸如x射线管。在图示的实施例中，辐射源110包括八度(8°)的阳极(不可见)并从阳极上的焦斑(不可见)发射辐射。发射的辐射贯穿检查区域106以及置于其中的任意对象或受检者。在旋转机架104，以及因此辐射源110和焦斑在螺旋或轴向扫描期间绕z轴108旋转时，或处在引导或侦察扫描时处于静止位置时，焦斑发射辐射。
在图示的实施例中，可以通过例如沿z轴物理地和/或电子地平移辐射源110来沿z轴平移焦斑。在一种非限制性情况下，焦斑与置于检查区域106内的诸如像心脏的器官的对象的运动或造影剂等通过置于检查区域106内的对象的流动协调地平移。这种协调可能与飞越式(fly-by)扫描有关，在飞越式扫描中，辐射源110沿着z轴108物理地平移。至少在2007年9月11日提交的题为“Fly-By Scanning”的专利申请No.PCT/US 07/78130中论述了这种扫描的范例，在此通过引用将其全文并入。
源准直器112与辐射源110协调地平移，并沿z轴方向准直所发射的辐射，以产生贯穿检查区域106的大致为锥形的辐射束。在其他实施例中，准直器112用于产生大致为扇形、楔形或其他形状的辐射束。准直器112包括至少一个准直器叶片114，其被配置成相对于辐射源110沿z轴方向平移。图示的扫描器100包括N个准直器叶片114，其中，N为二(2)。在其他实施例中，N可以比二(2)更大或更小。
在图示的实施例中，采用源准直器112产生锥形射束，锥形射束沿z轴具有锥角，所述锥角限定z轴宽度或扫描覆盖范围。如下文更为详细的描述，在一种情况下，源准直器112在沿z轴的两个方向上都增大有效最大锥形射束角。这可以包括在沿z轴的两个方向上关于假想轴对称或不对称地增加锥形射束角，该假想轴从焦斑通过检查区域106的中心区域，通过z轴108垂直延伸。应当认识到，通过这样增大锥形射束角，相对于不将锥形射束角增大到超过有效最大锥形射束角的配置，可以扩展z轴覆盖范围，同时保持同样的辐射源功率，所述有效最大锥形射束角一般由辐射源110的阳极(不可见)角度限定。
控制器115基于扫描规程，包括，但不限于飞越式扫描或其他扫描规程和/或其他方式控制源准直器112。
旋转机架104还支撑辐射敏感探测器阵列116，辐射敏感探测器阵列116设置在旋转机架部分104附近并跨过与辐射源110相对的一定角度弧。探测器阵列116包括多切片探测器，所述多切片探测器具有多个沿轴向和横向延伸的探测器元件。每个探测器元件在至少一百八十度(180°)加数据的扇形角上探测辐射源110发射的、贯穿检查区域106的辐射，并生成指示所探测到的辐射的对应输出信号或投射数据。适当探测器的非限制性范例包括如2001年6月18日提交，题为“Solid State X-Radiation DetectorModules and Mosaics Thereof，and an Imaging Method and ApparatusEmploying the Same”，授予Chappo等人的美国专利6510195B1中所述的瓦片(tile)探测器，在此通过引用将其全文并入。
可以结合探测器阵列116采用一维或二维抗散射网格来缓解或减少对散射辐射的探测。
将探测器阵列116生成的投影数据传送到重建器118，重建器重建所述投影并生成体积图像数据。图像数据可以由图像处理器处理以生成被扫描感兴趣区域或其子集的一幅或多幅图像。
可以使用数据校正器120校正数据进行重建。在一种情况下，这包括应用通过提供用于增大衰减和/或射束硬化的校正来减小足跟效应的校正。当所采用的锥形射束角超过如阳极角限定的有效最大锥形射束角时，可以使用这样的校正。由于足跟效应沿着z轴变化，校正可以沿着z轴变化，其中最大的校正一般应用于锥形射束足跟一侧上的末端射线。
操作员控制台122便于用户与成像***100交互。操作员控制台122执行的软件应用程序允许用户配置和/或控制成像***100的运行。例如，用户能够与操作员控制台122交互，以选择飞越式或其他扫描规程、启动、暂停和/或终止扫描，等等。
卧榻或患者支撑物124支撑检查区域106内的诸如人或动物的对象或受检者。支撑物124可以是可活动的，这使得操作员或***能够在扫描之前、期间和/或之后在检查区域106内适当定位对象或受检者。
可以将以上***100用于各种应用。作为非限制性范例，***100适于对整个器官的扫描，诸如在单次心搏中扫描整个心脏，或者如果希望，扫描心脏的大部分。这种扫描可以是如下所述的飞越式或其他扫描：利用具有八度(8°)或其他角度的阳极的辐射源，使用全辐射源功率以覆盖八(8)到四十(40)厘米(cm)之间的范围，诸如8cm、9cm、10cm、11cm、12cm等扫描执行，使得最小到基本没有运动伪影，以及最小到基本没有锥形射束伪影。对于飞越式扫描而言，无需牺牲功率和图像质量就可以获得充分大的覆盖范围。
如上简述，图示的辐射源110可以包括八度(8°)的阳极。图2结合准直器叶片1141和1142图示了这样的阳极202。如图所示，打开准直器叶片1141和1142以形成八度(8°)的锥角，使轴204每一侧的量值(magnitude)为四(4)度，轴204从焦斑206通过z轴108垂直延伸。对于这种构造，在一个非限制性范例中，探测器阵列116沿z轴108包括一百二十八(128)排探测器像素，每个像素大约为0.625mm。当然，在其他实施例中可以使用更多或更少排和/或其他尺寸的像素。
通常，阳极角限定关于轴204对称的锥形射束208的有效最大锥角，因为当锥角大于有效最大锥角时，足跟效应会衰减和硬化源自轴204的阳极一侧上的焦斑206的射束射线。在锥角增加超过有效最大锥角时，射线强度显著下降，并且射线被显著衰减，使得射线的强度和能量通常对于CT应用而言无效。这样的数据不会提供诊断数据，同时仍然辐照患者。对于八(8)度的阳极角而言，在轴204的每一侧上这个角度大约为八度(8°)或四度(4°)。
如图2中所示，可以定位准直器叶片114以基本或完全以大于有效最大锥角的角度准直源于焦斑206的射线。对于阳极角为八度(8°)的阳极202而言，可以以全功率操作辐射源110，使得在阳极202旋转并沿阳极202斜坡径向扩展时，来自电子束210的局部升温在阳极202附近扩展。对于这种构造而言，在探测器阵列116处看到的有效焦斑尺寸足够小，可以保持沿z轴的适当分辨率，同时提供适当的z轴覆盖范围并使辐射源功率最大化。
如图3所示，可以对称地打开***100的准直器叶片1141和1142以允许更大角度的锥形射束。在本范例中，打开准直器叶片1141和1142，从而将锥角从图2所示的八度(8°)增大到大约十度(10°)，其中轴204的每一侧为五度(5°)。相对于图2所示的配置，所得射束302具有沿z轴扩展的宽度，从而允许更多排探测器像素，例如一百六十(160)排探测器像素，其中，每个像素大约为0.625mm。
应当注意，射束在足跟一侧变得更硬，并且应用足跟校正来补偿这种硬化。这样一来，可以执行z轴覆盖范围扩展的，例如扩展到十厘米(10cm)的螺旋锥形射束扫描，同时保持辐射源功率，而不会引入显著更大的锥形射束伪影和/或降低分辨率。此外，可以减少扫描时间和/或运动伪影。类似地，在其他实施例中可以使用更多或更少排和/或其他尺寸的像素。对于图2的***而言，覆盖范围更小，而对于阳极角更大以便实现10cm覆盖的***，必须减小功率，这可能降低图像质量。
如图4所示，不对称地打开准直器叶片1141和1142，从而允许更大角度的锥形射束。在本范例中，不对称地打开准直器叶片1141和1142，从而将锥角从图2所示的八度(8°)增大到十二度(12°)，其中轴204的足跟一侧为五度(5°)轴204的另一侧为七度(7°)。同样地，相对于图2所示的配置，所得射束402具有沿z轴扩展的宽度，从而允许更多排探测器像素，例如一百九十二(192)排探测器像素，其中，每个像素大约为0.625mm。
这样一来，可以执行z轴覆盖范围扩展的，例如扩展到十二厘米(12cm)的螺旋锥形射束扫描，同时保持辐射源功率，而不会显著增大锥形射束伪影和/或降低分辨率，并可能减少扫描时间和/或运动伪影。应当注意，对于这种配置而言，对于结合图2的实施例所使用的相同辐射源功率，扩展的锥形射束提供了多出百分之五十(50％)的覆盖范围。同样地，在其他实施例中可以使用更多或更少排和/或其他尺寸的像素。此外，对于图2的***而言，覆盖范围更小，而对于阳极角更大以便实现12cm覆盖范围的***，必须减小管功率，这可能降低图像质量。
在另一实施例中，仅打开阳极202一侧的准直器叶片1141以增大锥形射束角，使其大于足跟效应和阳极角所确定的有效最大锥形射束角。可以将准直器叶片1141打开一(1)到三(3)厘米。同样地，相对于图2所示的配置，所得射束具有沿z轴扩展的宽度。此外，进行射束硬化或足跟校正以补偿射束硬化伪影。
可以将以上***100用于各种应用。作为非限制性范例，***100适于进行整个器官的扫描，诸如在单次心搏中扫描整个心脏，或者如果希望，扫描心脏的大部分。这种扫描可以是如下所述的飞越式或其他扫描：利用具有八度(8°)或其他角度的阳极的辐射源，使用全辐射源功率以覆盖八(8)到四十(40)厘米(cm)之间，例如8cm、9cm、10cm、11cm、12cm等扫描执行，使得最小到基本没有运动伪影，以及最小到基本没有锥形射束伪影。对于飞越式扫描而言，无需牺牲功率和图像质量就可以获得充分大的覆盖范围。
可以将上述扩展的覆盖范围用于飞越式扫描。在这种情况下，相对于锥形射束角最多等于由阳极角所确定的有效最大锥角的配置，可以减少运动。
提供以上范例是为了说明的目的，并非加以限制。在其他实施例中，想到过具有更大或更小阳极角的辐射源和/或具有更大或更小对称或不对称锥角的锥形射束。例如，从七(7)到十二(12)度角度的适当阳极角范围对应于直到十(10)到二十(20)度角度的适当扩展锥形射束角，等等。
可以将成像***100用于各种应用，包括螺旋和/或轴向扫描。通常，相对于轴向扫描，螺旋扫描的锥形射束伪影更小(例如，小于百分之二十(20％))，而对于一些螺旋扫描而言，锥形射束伪影是最小的。结合图5示出了这种情况，图5示出了在第一位置504和第二位置506处的锥形射束502，第二位置506从第一位置504偏移一百八十(180)度。阳极角为八度(8°)，并且定位准直器叶片114，使得锥形射束具有十二度(12°)角，如上文结合图4所示。间距因数是一又四分之三(1.75)。利用这些参数，在位置504、506处从焦斑通过z轴108垂直延伸的射线510之间的距离508大约为十又半厘米(10.5cm)，两个位置504、506处射束502之间的相对角度512小于一点八度(1.8°)。
相对于轴向扫描，螺旋扫描的切片灵敏度一般也更加均匀。亦即，对于螺旋重建中的给定体素而言，如图4所示，在针对具有十二度(12°)扩展锥角的锥形射束定位准直器叶片114时，z轴响应将从标称尺寸的大约百分之六十(60％)变化到标称尺寸的大约百分之一百八十八(188％)。例如，对于这种配置，锥的中心处给定体素的尺寸大约将为半个毫米(0.5mm)，而轴204的足跟一侧上体素的尺寸将大约为十分之三毫米(0.3mm)，轴另一侧上体素的尺寸大约为十分之九毫米(0.9mm)。体素的标称尺寸将是以上响应的组合。这样一来，所有体素都可以有几乎相同的标称切片宽度灵敏度。
如本文所述，相对于基于阳极角限定的有效最大锥角定位准直器叶片114的实施例(针对8度阳极采用4度的最大足跟角)，在一个实施例中，可以定位准直器叶片114以增大z轴覆盖范围，而不牺牲辐射源功率或分辨率或显著增大锥形射束伪影，应当注意，可以对数据进行足跟效应校正，以校正增大的衰减和射束硬化。可以在2004年12月6日提交的题为“CORRECTION OF ARTIFACTS CAUSED BY THE HEEL EFFECT”的专利申请WO/2005/059592，PCT/IB 2002/052673中找到非限制性适当的足跟效应校正，在此通过引用将其全文并入。
结合图6论述***100的范例运行。应当认识到，以下动作的次序不是限制性的，可以通过其他方式发生。此外，可以在其他实施例中采用更多或更少动作，包括类似或不同的动作。
在602，产生锥形射束，该锥形射束具有沿z轴扩展的锥角，从而具有扩展的z轴扫描覆盖范围。如上所述，这可以包括关于中央射线轴204对称或不对称地打开准直器叶片114，以产生锥角大于阳极角所确定的有效最大锥角的锥形射束。
在604，利用锥形射束执行扫描。这种扫描可以是螺旋扫描，例如飞越式或其他扫描、轴向扫描和/或另一种扫描。此外，扫描可以涉及扫描整个器官，例如静态或运动的器官，而无需移动或显著移动辐射源110和/或被扫描的对象或受检者。
在606，在执行扫描时，将辐射源功率维持在诸如锥形射束角未扩展时的满功率的功率水平，但等于有效最大锥形射束角。在一种情况下，这可以由2(α-4)限定。
在608，进行任选的足跟效应校正。可以向原始数据、重建的体积图像数据和/或作为重建体积图像数据的一部分而生成的一幅或多幅图像施加这种校正。
可以通过计算机可读指令实现以上内容，当由计算机处理器执行时，所述指令令处理器执行前述动作。在这种情况下，将所述指令存储在与相关计算机相关和/或能够为其所访问的计算机可读存储介质上，相关计算机诸如是专用工作站、家用计算机、分布式计算机***、控制台和/或其他计算机。不必与数据采集同时执行动作。
可以将以上所述用于各种应用中，包括可能希望在较短时间内实现较大覆盖范围而无需移动患者支撑物的应用，例如心脏、损伤、灌注和/或其他应用。
已经参考优选实施例描述了本发明。在阅读并理解前述详细说明的情况下，他人可以想到修改和变化。这意味着，应当将本发明解释为包括所有此类落在权利要求以及与其等价的范围内的修改和变化。
Claims (15)
1.一种成像***，包括：
辐射源（110），其包括阳极（202），所述辐射源关于纵轴（108）绕检查区域（106）旋转并从所述阳极（202）上的焦斑（206）发射辐射；
源准直器（112），所述源准直器准直所发射的辐射以产生贯穿所述检查区域的为锥形的辐射束；
探测器阵列（116），所述探测器阵列探测贯穿所述检查区域的辐射并生成指示所述辐射的信号；
重建器（118），所述重建器重建所述信号以生成指示所述检查区域的体积图像数据，并且
其特征在于，所述为锥形的辐射束具有沿所述纵轴的扩展的锥角，所述扩展的锥角大于由所述阳极（202）的阳极角所确定的有效最大锥角，其中，所述有效最大锥角是最大锥形射束角，在所述最大锥形射束角时，从仅仅由于足跟效应而被衰减和硬化的射束的所有射线仍然获得诊断数据。
2.根据权利要求1所述的***，其中，所述扩展的锥角在所述阳极（202）的方向上沿所述纵轴扩展。
3.根据权利要求1所述的***，其中，所述扩展的锥角在沿所述纵轴的两个方向上对称地扩展。
4.根据权利要求1所述的***，其中，所述扩展的锥角在沿所述纵轴的两个方向上不对称地扩展。
5.根据权利要求1到4中的任一项所述的***，其中，所述辐射源（110）的功率水平是与等于所述足跟效应所确定的所述有效最大锥角的锥角所使用的相同的功率水平，所述有效最大锥角是由所述阳极（202）的阳极角确定的。
6.根据权利要求1到4中的任一项所述的***，其中，所述辐射源（110）在飞越式扫描期间沿所述纵轴（108）物理地平移。
7.根据权利要求1到4中的任一项所述的***，还包括数据校正器（120），所述数据校正器针对与所述为锥形的辐射束的足跟一侧对应的射束硬化校正由所述探测器阵列生成的所述信号，使得与所述有效最大锥角之外的射束的射线对应的数据包括诊断数据。
8.根据权利要求7所述的***，其中，所述数据校正器（120）还针对与所述为锥形的辐射束的足跟一侧对应的增大的衰减校正所述信号。
9.根据权利要求1到4中的任一项所述的***，其中，所述有效最大锥角为八度，而所述扩展的锥角为十度到十二度。
10.根据权利要求9所述的***，其中，所述扩展的锥角沿所述阳极的方向扩展一度，而沿阴极的方向扩展一度到三度。
11.根据权利要求1到4中的任一项所述的***，其中，所述***执行螺旋扫描，并且至少两个体素具有相同的标称切片宽度灵敏度。
12.根据权利要求1到4中的任一项所述的***，其中，所述阳极角为八度。
13.一种成像方法，包括：
准直从成像***（100）的辐射源（110）的阳极（202）上的焦斑（206）发射的辐射束以产生为锥形的辐射束；
采集指示贯穿检查区域（106）并照射探测器阵列（116）的辐射的投射数据，并且
其特征在于，所述为锥形的辐射束具有沿纵轴的扩展的锥角，所述扩展的锥角大于由所述阳极（202）的阳极角所确定的有效最大锥角，其中，所述有效最大锥角是最大锥形射束角，在所述最大锥形射束角时，从仅仅由于足跟效应而被衰减和硬化的射束的所有射线仍然获得诊断数据。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述扩展的锥角沿与足跟对应的方向扩展一度，而沿相反的方向扩展一度到三度。
15.根据权利要求13到14中的任一项所述的方法，还包括在飞越式扫描期间沿所述纵轴（108）物理地平移所述辐射源（110）。
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