CN110368018A - 一种ct***扫描动态调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CT***扫描动态调节方法，通过调节CT***中两个相对独立的开口挡片A和开口挡片B，对X射线源发出的锥形束进行调节，具体分为三个阶段：开始阶段：当检测到X射线源发出的锥形束接触到待扫描区域时，扫描开始，驱动开口挡片A打开，锥形束在X轴上的覆盖范围为[g(dx A ),g(dx B )]，当g(dx A )=‑g(dx B )时，进入中间阶段；中间阶段：开口挡片A和开口挡片B均处于完全打开状态；结束阶段：当‑g(dx A )>g(dx B )时，进入结束阶段，驱动开口挡片B开始关闭，开口挡片A处于完全打开状态。本发明根据患者待扫描区域的体型，对锥形束的形状/范围进行有效的控制，使得在临床螺旋CT扫描中，能够尽可能的减少无效扫描区域，减少整体的扫描剂量，并保证有效区域的图像质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种CT***扫描动态调节方法，属于医学成像技术领域。
背景技术
目前主流的CT***采用是多排探测器，这个通常使用的是锥形X射线束对人体进行扫描。由于螺旋扫描能够得到更好的图像质量，扫描速度快，病人在床上保持平稳和连续的运动，因此，螺旋扫描在临床使用中有着广泛的应用。绝大多数CT检查都是采用的螺旋扫描方式。但是这个扫描方式并不完美，还有需要改进的方面。比如在现有的大多数***中，***是通过一对准直刀片来对射线束的大小来进行控制的。这两片刀片的运动通常是相对于开口中心对称移动，因此射线束的覆盖范围通常是相对于中心平面对称的。但是由于锥形束的特点，为了完全覆盖扫描区域，必须要多扫描一段范围，如图1所示。普通CT***的螺旋扫描会因为无效扫描区域的影像，给病人带来额外的辐射剂量。这个问题在16排一下的CT***中并不明显，因为锥形束的锥角很小，但是对于现在越来越多排数的多排CT***，这个问题变得尤为突出，比如64排及以上***，如果不采用任何措施，无效扫描区域会变得很大。
为了降低无效扫描区域，理想情况下的调节应该是可以开关或者调制锥形束的形状，避开不需要扫描的区域。这就需要把射线束调节成非对称的形状，通常需要额外的机构来对射线束进行控制。美国专利(US7113570)提出了一种能够开关射线束的机构，射线束的边界是通过旋转两个独立的椭圆柱来对射线进行遮挡，以达到锥形射线束调节的目的，这里调节是固定的范围，并没有根据物体的形状做自适应的调节。椭圆柱的转动使得射线束的边缘挡住或者打开，两边同时配合就能起到控制锥形束形状的作用。
常规的***并不具备对锥形束动态调节的能力，使得多排CT的无效扫描区域变大，增加对病人的辐射剂量。上述美国专利中所提到的方法，需要增加额外的运动机构。这个不仅需要更大的空间也需要更复杂的控制。而且基于椭圆柱的方法，限于椭圆柱的尺寸，对锥形束的控制有限，尤其是对于64排及以上的大锥角的CT***。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种CT***扫描动态调节方法，能够有效控制射线束形状，使得螺旋CT扫描的无效扫描区域降到最低，减少整个扫描剂量。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种CT***扫描动态调节方法，CT***扫描动态调节方法，其特征在于，该方法通过调节CT***中两个相对独立的开口挡片A和开口挡片B，对X射线源发出的锥形束进行调节，具体分为以下三个阶段：
扫描开始阶段：
扫描未开始时，开口挡片A处于完全关闭状态，即开口挡片A将X射线源发出的锥形束完全挡住，开口挡片B处于完全打开状态；当检测到X射线源发出的锥形束接触到待扫描区域时，扫描开始，驱动开口挡片A往左移动，开口挡片A、开口挡片B分别与锥形束的中轴线之间的距离满足公式：
定义锥形束的中轴线与待扫描区域的中轴线相交的点为坐标系原点，锥形束向待扫描区域移动的方向为X轴正向，dxA、dxB分别表示开口挡片A、开口挡片B与锥形束的中轴线之间的距离，sid表示X射线源与待扫描区域的中轴线之间的距离，R表示待扫描区域的半径，z表示锥形束的中轴线与待扫描区域开始或结束位置之间的距离，s2b表示X射线源与开口挡片A或开口挡片B之间的距离，x_max表示开口挡片A和开口挡片B完全打开时锥形束在X轴正向的坐标值；
扫描开始阶段，锥形束在X轴上的覆盖范围为[g(dxA),g(dxB)]，g(dxA)、g(dxB)分别表示锥形束左边界、右边界在X轴上的坐标值，当g(dxA)＝-g(dxB)时，即开口挡片A完全打开时，扫描进入中间阶段；
扫描中间阶段：
开口挡片A和开口挡片B均处于完全打开状态，即X射线源发出的锥形束未被遮挡；
扫描结束阶段：
当-g(dxA)>g(dxB)时，扫描进入结束阶段，此时驱动开口挡片B往右移动，开口挡片A处于完全打开状态，开口挡片A、开口挡片B分别与锥形束的中轴线之间的距离满足公式：
作为本发明的一种优选方案，所述扫描开始或者结束阶段，将待扫描区域在每个时刻的截面视为椭圆形，每个时刻椭圆形的长、短轴分别为患者仰卧时每个时刻对应的水平、垂直方向的宽度，则R的表达式为：
R(θ)＝(1-w(θ))a+w(θ)b
其中，R(θ)表示在开始或者结束阶段椭圆形中心与交点之间的距离，交点为球管与椭圆形中心连线和椭圆边界的交点，a、b分别表示每个时刻椭圆形的长半轴、短半轴，θ表示为球管与椭圆截面中心连线与坐标系y轴之间的夹角。
作为本发明的一种优选方案，所述扫描开始阶段，锥形束左边界、右边界在X轴上的坐标值g(dxA)、g(dxB)，公式为：
g(dxB)＝x_max
其中，sid表示X射线源与待扫描区域的中轴线之间的距离，R表示待扫描区域的半径，z表示锥形束的中轴线与待扫描区域开始或结束位置之间的距离，x_max表示开口挡片A和开口挡片B完全打开时锥形束在X轴正向的坐标值。
作为本发明的一种优选方案，所述扫描中间阶段，锥形束左边界、右边界在X轴上的坐标值g(dxA)、g(dxB)，公式为：
g(dxA)＝-x_max
g(dxB)＝x_max
其中，x_max表示开口挡片A和开口挡片B完全打开时锥形束在X轴正向的坐标值，-x_max表示开口挡片A和开口挡片B完全打开时锥形束在X轴负向的坐标值。
作为本发明的一种优选方案，所述扫描结束阶段，锥形束左边界、右边界在X轴上的坐标值g(dxA)、g(dxB)，公式为：
g(dxA)＝-x_max
其中，sid表示X射线源与待扫描区域的中轴线之间的距离，R表示待扫描区域的半径，z表示锥形束的中轴线与待扫描区域开始或结束位置之间的距离，x_max表示开口挡片A和开口挡片B完全打开时锥形束在X轴正向的坐标值。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明通过开口挡片片组的左右移动，实现对锥形束形状的改变，来达到锥形束在开始和结束位置附近的区域，尽量减少对无效区域的照射。
2、本发明提出了一种能够对X射线***锥形束形状进行调节的方法，通过对锥形束形状的调节可以减少对无效扫描区域的辐射剂量，并保证有效区域的图像质量。
3、本发明利用独立运动的刀片实现射线束的控制，不需要增加额外的机构，独立运动的刀片成本更低，更容易控制。
附图说明
图1是传统锥形束螺旋扫描中的扫描区域和有效扫描范围。
图2是扫描的整个过程，开始和结束位置锥形束调制的形状图。
图3是扫描中间、开始和结束阶段，锥形射线束的覆盖范围。
图4是开口挡片移动和锥形束范围的调制关系。
图5是扫描开始阶段的示意图。
图6是扫描结束阶段的示意图。
图7是扫描开始或结束阶段待扫描区域截面视为椭圆形示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本专利提出了一种锥形束调节方法，能够对锥形束的形状/范围进行有效的控制。使得在常用的临床螺旋CT扫描中，能够尽可能的减少无效扫描区域，减少整体的扫描剂量，并保证有效区域的图像质量。具体的实现可以通过在X射线的光路中通过独立运动的准直器刀片对锥形束的形状进行调节。如图2所示，为扫描的整个过程，开始和结束位置锥形束调制的形状图。左刀片打开，右边关上，右边的锥形束就被挡住，射线束往左偏，反之，左边的锥形束就被衰减。扫描开始的时候，准直器左边刀片在右侧，右边刀片打开，开口向右偏移，这样锥形束的右边保持正常输出，左侧基本都被衰减，随着球管的平移，准直器的开口左边也逐渐打开，锥形束全部打开。随着球管移动到扫描区域的末端，准直器开口右边刀片向左逐渐关闭，使得射线束的右侧基本关闭。上述的过程就可以有效的控制无效扫描区域的辐射剂量。图3是扫描中间、开始和结束阶段，锥形射线束的覆盖范围。
通常CT***中的准直器的开口刀片是由电机驱动的，用以切换不同扫描模式下的射线开口。两个刀片通常是对称的协调运动。这里同样可以利用原有的步进电机来驱动这两个开口刀片独立运动，达到调制锥形束的目的。本发明通过改变开口刀片的控制方式实现调节锥形束的目标，具体的坐标系定义如图4所示。当滤波器在横向有偏移的时候，锥形束的左边界和右边界的位置被改变。具体的对应关系是g函数。
将患者待扫描区域视为圆柱形，定义锥形束的中轴线与待扫描区域的中轴线相交的点为坐标系原点，锥形束向待扫描区域移动的方向为X轴正向，锥形束在X轴上的覆盖范围为[g(dxA),g(dxB)]，g(dxA)、g(dxB)分别表示锥形束左边界、右边界在X轴上的坐标值。
在扫描的过程中的锥形束的调制可以按照图5和图6的关系来计算。在扫描开始阶段，假设锥形束的中轴线距离扫描开始位置的距离是z。锥形束的左边界和右边界满足以下公式，开口刀片相对于锥形束的中轴线距离dxA和dxB也是满足以下关系。
g(dxA)＝x
g(dxB)＝x_max
则
在扫描结束阶段，假设锥形束的中轴线距离扫描结束位置的距离是z。锥形束的左边界和右边界满足以下公式，开口刀片相对于锥形束的中轴线距离dxA和dxB也是满足以下关系。
g(dxA)＝-x_max
g(dxB)＝x
则
为了进一步减少开始阶段以及结束阶段的无效扫描区域，减少整体的扫描剂量。在开始以及结束阶段，将患者待扫描区域在开始以及结束阶段每个时刻的截面视为椭圆形，则R在开始或者结束阶段表示为椭圆截面中心与交点之间的距离，交点为球管与椭圆截面中心连线和椭圆边界的交点，如图7所示。
椭圆截面的长、短轴分别为患者仰卧时水平、垂直方向的宽度。
R(θ)＝(1-w(θ))a+w(θ)b
其中，θ表示为球管与椭圆截面中心连线与坐标轴y轴之间的夹角。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.一种CT***扫描动态调节方法，其特征在于，该方法通过调节CT***中两个相对独立的开口挡片A和开口挡片B，对X射线源发出的锥形束进行调节，具体分为以下三个阶段：
扫描开始阶段：
扫描未开始时，开口挡片A处于完全关闭状态，即开口挡片A将X射线源发出的锥形束完全挡住，开口挡片B处于完全打开状态；当检测到X射线源发出的锥形束接触到待扫描区域时，扫描开始，驱动开口挡片A往左移动，开口挡片A、开口挡片B分别与锥形束的中轴线之间的距离满足公式：
定义锥形束的中轴线与待扫描区域的中轴线相交的点为坐标系原点，锥形束向待扫描区域移动的方向为X轴正向，dxA、dxB分别表示开口挡片A、开口挡片B与锥形束的中轴线之间的距离，sid表示X射线源与待扫描区域的中轴线之间的距离，R表示待扫描区域的半径，z表示锥形束的中轴线与待扫描区域开始或结束位置之间的距离，s2b表示X射线源与开口挡片A或开口挡片B之间的距离，x_max表示开口挡片A和开口挡片B完全打开时锥形束在X轴正向的坐标值；
扫描开始阶段，锥形束在X轴上的覆盖范围为[g(dxA),g(dxB)]，g(dxA)、g(dxB)分别表示锥形束左边界、右边界在X轴上的坐标值，当g(dxA)＝-g(dxB)时，即开口挡片A完全打开时，扫描进入中间阶段；
扫描中间阶段：
开口挡片A和开口挡片B均处于完全打开状态，即X射线源发出的锥形束未被遮挡；
扫描结束阶段：
当-g(dxA)>g(dxB)时，扫描进入结束阶段，此时驱动开口挡片B往右移动，开口挡片A处于完全打开状态，开口挡片A、开口挡片B分别与锥形束的中轴线之间的距离满足公式：
2.根据权利要求1所述CT***扫描动态调节方法，其特征在于，所述扫描开始或者结束阶段，将待扫描区域在每个时刻的截面视为椭圆形，每个时刻椭圆形的长、短轴分别为患者仰卧时每个时刻对应的水平、垂直方向的宽度，则R的表达式为：
R(θ)＝(1-w(θ))a+w(θ)b
其中，R(θ)表示在开始或者结束阶段椭圆形中心与交点之间的距离，交点为球管与椭圆形中心连线和椭圆边界的交点，a、b分别表示每个时刻椭圆形的长半轴、短半轴，θ表示为球管与椭圆截面中心连线与坐标系y轴之间的夹角。
3.根据权利要求1所述CT***扫描动态调节方法，其特征在于，所述扫描开始阶段，锥形束左边界、右边界在X轴上的坐标值g(dxA)、g(dxB)，公式为：
g(dxB)＝x_max
其中，sid表示X射线源与待扫描区域的中轴线之间的距离，R表示待扫描区域的半径，z表示锥形束的中轴线与待扫描区域开始或结束位置之间的距离，x_max表示开口挡片A和开口挡片B完全打开时锥形束在X轴正向的坐标值。
4.根据权利要求1所述CT***扫描动态调节方法，其特征在于，所述扫描中间阶段，锥形束左边界、右边界在X轴上的坐标值g(dxA)、g(dxB)，公式为：
g(dxA)＝-x_max
g(dxB)＝x_max
其中，x_max表示开口挡片A和开口挡片B完全打开时锥形束在X轴正向的坐标值，-x_max表示开口挡片A和开口挡片B完全打开时锥形束在X轴负向的坐标值。
5.根据权利要求1所述CT***扫描动态调节方法，其特征在于，所述扫描结束阶段，锥形束左边界、右边界在X轴上的坐标值g(dxA)、g(dxB)，公式为：
g(dxA)＝-x_max
其中，sid表示X射线源与待扫描区域的中轴线之间的距离，R表示待扫描区域的半径，z表示锥形束的中轴线与待扫描区域开始或结束位置之间的距离，x_max表示开口挡片A和开口挡片B完全打开时锥形束在X轴正向的坐标值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191025 |