CN1315437C - 计算机断层造影的光阑调节方法及计算机断层造影设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在计算机断层造影设备中调节光阑的方法以及一种计算机断层造影设备，该设备具有一个光阑调节装置和多行探测器(6)，其中，将用于产生调节信号的图像探测器信号用于调节光阑，并为此在计算机***(10)中提供相应的工具(18)。

Description

计算机断层造影的光阑调节 方法及计算机断层造影设备

技术领域

本发明涉及一种用于计算机断层造影光阑调节的方法，其中，一个由射线源和射线接收器组成的测量单元，以及一个设置于该射线源和射线接收器之间、并用于承载待检查对象的对象支架围绕***轴相互旋转，并借助计算机***，通过探测器区域测量从该射线源向该射线接收器扇形发射的辐射的强度分布，其中该探测器区域具有至少一行设置于射线源焦点周围的对射线灵敏的图像探测器，以便在待检查对象的至少一个平面中计算衰减分布，其中该对象仅遮蔽一部分射线接收器的扇形辐射。

此外，本发明还涉及一种具有可移动测量单元的计算机断层造影设备，该测量单元包括一个射线源，其通过可调光阑限定性放射出射线束，一个包括探测器区域的射线接收器，该探测器区域具有至少一行优选为圆形、并设置于射线源周围的图像探测器，一个具有数据和程序存储器的计算机***，用于处理测量和计算在至少一个用图像探测器行校正的平面中的衰减分布，以及用于光阑定位的工具。

背景技术

在DE 199 05 974 A1和US 5,287,396中描述了传统的X射线装置，该装置为了调节光阑而例如用轮廓识别进行图像处理。

计算机断层造影设备是广泛公知的。其借助穿透组织的射线，产生待检查对象(至少一位患者)的断层照片。关于计算机断层造影的原理，特别是X射线计算机断层造影，可以参阅Heinz Morneburg(HRSG.)的“Bildgebende Systeme für die mediyinische Diagnostik(医疗诊断成像***)”第3版，尤其是第5章“Prinzipien der Rtgen-Computertomographie(X射线计算机断层造影的原理)”。

这里介绍的发明主要包括一种所谓的扇形辐射设备，其中由射线源发射并由可调光阑限定的X射线射线束穿透待检查对象。接着，在一个围绕射线源的弯曲探测器区域中测量在患者的另一侧的X射线辐射的衰减，其中，由射线源和射线接收器组成的全部测量单位围绕该对象旋转。在此，将旋转轴称为***轴。根据在各扇区中测量的辐射衰减以及在测量单位的旋转角度不同的条件下，在一个或多个平面中计算被辐射对象的衰减特性，并在显示屏或图像载体上进行再现。在此，作为射线，可以采用各种电离射线，其中，一般采用通过具有旋转阳极的X射线管产生的X射线，该X射线管产生普遍应用的射线。

为了高质量地拍摄断层，需要在整个拍摄过程中尽量使探测器区域保持很好的照射。由于应当尽量减小在产生断层造影照片时患者的射线负担，因此，尽量始终将通过可移动光阑的扇形射线束限制得很窄。相应的光阑例如已在DE 199 05 974 A1中公开。

然而，由于光阑调节很窄，很少的运动或除此之外改变的边界条件，例如热焦点移动或测量单元的弛张(＝Gantrykippung，台架弛张)，经常会对照射的质量造成不利影响。

本申请人的专利DE 42 07 006 C2公开了一种X射线计算机断层造影设备，其根据上述原因而对光阑调节进行控制。该光阑调节是这样来进行的，即通过在探测器区域的边缘设置特殊的位置探测器，以扇形发射的射线照射在这些探测器上，通过测量该射线在这些特殊位置探测器上的强度分布，识别出由于X射线管中焦点位置变化而引起的辐射偏移，从而可以立即重新调节光阑，以便使探测器区域进行很好的照射。

用于光阑调节的该装置和该方法的缺陷在于，需要额外的特殊位置探测器，况且它们的结构还比较复杂，因为这些探测器必须确定其上的辐射位置分布。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，找到一种用于在计算机断层造影设备中调节光阑的改进方法，可以不再使用额外的花费较高的位置探测器。

本发明还要解决的一个技术问题是，提供一种计算机断层造影设备，在没有额外和特殊的位置探测器的情况下也可以进行相应的光阑调节。

发明人已经了解，在计算机断层造影设备具有多行或多列探测器区域时，可以将上述本来用于产生图像的探测信号(图像探测器信息)用于光阑调节，以便确定例如照射品质(Güte)以及照射中可能出现的偏移，从而可以建立通过该信号控制光阑的调节回路。

由此本发明人建议，改进本身已公知的用于调节计算机断层造影设备光阑的方法，其中，该计算机断层造影设备拥有由射线源和射线接收器组成的测量单元，以及设置于射线源和射线接收器之间、并承载待检查对象的对象支架，其中，该测量单元和对象支架围绕***轴相互旋转。借助计算机***，通过探测器区域测量从该射线源向该射线接收器扇形发射的射线的强度分布，其中该探测器区域具有至少一行设置于射线源焦点周围的对射线灵敏的图像探测器，并在待检查对象的至少一个平面中计算衰减分布。本发明的改进在于，对于其探测器区域采用至少两行平行图像探测器的计算机断层造影设备，用于计算衰减分布的图像探测器信息至少部分用于调节光阑位置。该图像探测器信息可以被逐行处理。

通过比较在不同探测器行列的相同扇区中所探测的强度，例如可以根据该扇区中强度分布的变化来推测照射的变化，并由此向光阑发送调节信号，从而可以快速地调节光阑。

在此，优选地只采用来自未被探测器区域遮蔽的区域的探测器信息，从而可以在对象具有不同分布的衰减系数时，消除对象自身的影响。但在对患者的检查中，应当始终仅采用来自未遮蔽区域的探测器信息。

根据本发明，例如通过超过所探测的辐射强度的临界值来确定未遮蔽区域，因为在未遮蔽区域中，辐射强度自然被减小。在此还具有优点的是，在未遮蔽区域和用于调节光阑的遮蔽区域之间排除一定的安全区域。

作为用于光阑定位的调节大小，根据本发明，在各相同信道角度分段(Kanalwinkelsegment)中，在至少两行图像探测器之间采用一种差度大小，其中，优选根据各探测器组的平均值确定该差度大小。在此，为了防止中断(Ausreissern)，各组都去掉至少一个最小单值和至少一个最大单值。通过这些措施，可以抑制在测量过程中可能出现的干扰。

如果该计算机断层造影设备和具有作为射线源的旋转阳极的X射线管一起运行，或者如果其它效应可以导致辐射强度在时间上快速波动，则本发明人建议，在允许平衡该时间波动的时间段上平均化所有测量的大小。

由于对象自身一般位于探测器区域上方中央，且在该区域一定没有未遮蔽区域，因此，具有优点的是，仅将预先给定的信道角度分段，优选总是边缘的信道角度分段，及其探测器信息用于调节光阑位置。

此外，可以仅采用这样的测量来调节光阑位置，即它们是在测量单元具有确定旋转角度的条件下获得的。因此，离心力和重力不会被加减在被支撑的旋转阳极上。

从所述计算机断层造影设备的运行中可以知道，如果测量单位移动，也就是围绕***轴旋转，则尤其需要调节光阑。在此，产生了离心力，重力作用的效果有所不同，其效果可以获得补偿。当测量单元静止时，基本上只需要补偿热条件变化。因此，这样做是充分且具有优点的，即适应给定的条件，并在测量单位不旋转时使用于调节光阑位置的测量数据处理频率保持恒定，而在测量单元旋转时增大处理测量数据的频率。这例如可以直接成比例地或与旋转速度成比例地进行调节。此外，还可以基于基本频率，仅与旋转速度成比例地匹配该增大本身。

如果使用超过两行图像探测器，则为了减小测量和计算花费而具有优点的是，仅使用合适行，优选第一行和最后一行探测器的测量来调节光阑位置。

另一方面，也可以在使用超过两行图像探测器时，为了调节光阑位置，采用来自多行相同信道角度分段的测量，以便计算出这些行上的辐射强度变化曲线，并采用该强度变化曲线的最大值位置作为光阑定位的调节大小。

如果通过产生冗余而额外改善了光阑调节，则还可以另外采用本身已公知的特殊位置探测器。该位置探测器即可以设置在射线源侧，也可以设置在接收器测。在这种情况下，如果没有未遮蔽图像探测器信号可供使用，则额外的位置探测器可以用于调节光阑。

在这样的实施方式中，可以采用两个叠加的调节回路，其中，第一调节回路从图像探测器中获得信号作为调节大小，而第二调节回路从特殊的位置探测器中获得信号作为调节大小。在此优选的是，根据调节大小的品质和/或可靠性对调节回路进行加权，从而使光阑调节获得总的优化效果。

根据通过上述方法描述的发明思想，本发明人也建议，对本身已公知的计算机断层造影设备，其具有可移动的测量单元，该测量单元包括一个射线源，其通过可调光阑受限制地送出射线束，一个包括探测器区域的射线接收器，该探测器区域具有至少一行优选为圆形、并设置于射线源周围的图像探测器，一个具有数据和程序存储器的计算机***，用于处理测量和计算在至少一个用图像探测器行校正的平面中的衰减分布，以及用于光阑定位的工具，这样进行改进，即，该探测器区域支配至少两行并列的图像探测器，且用于光阑定位的工具包括一个传输图像探测器信息的输入。

根据本发明的方法的优点和扩展也适用于该计算机断层造影设备。

根据本发明，用于光阑定位的工具至少包括一个调节回路，其中，在此所具有的工具优选计算机程序或程序模块，用于实施上述方法之一的方法步骤。

除了可以选择去掉特殊位置探测器之外，本发明的优点还在于，由于极其精确的射线源侧的光阑，可以放弃使用可以处理的探测器光阑。由此，还可以使剂量使用的效果更好，从而减小被检查患者的总射线负担。

由于具有控制光阑的调节信号，也可以将该信号用于在产生用于校准计算机断层造影设备的校准表时，仅对其中剂量特性能在***轴方向上被精确定位的照片进行处理。其结果是，由此产生质量更好、更具有说服力的校准表，用这些校准表可以消除对光阑的可能错误调节。

附图说明

下面结合附图，通过实施方式进一步说明本发明。其中示出了：

图1为包括计算机单元的垂直于对称轴的X射线计算机断层造影设备的横截面示意图；

图2为沿***轴具有两行图像探测器的X射线计算机断层造影设备的纵向图；

图3为沿***轴具有四行图像探测器的X射线计算机断层造影设备的纵向图。

具体实施方式

图1中，根据本发明实施方式的示意图示出了一种计算机断层造影设备，在此为X射线计算机断层造影设备的横截面图。该截面垂直于***轴4，计算机断层造影设备的测量单元或台架在产生断层图像期间可以围绕该***轴转动。测量单元由X射线管2组成，该射线管与旋转阳极2.1一起用于产生X射线。借助具有在横向上集成的光阑3.1和纵向上的光阑3.2的光阑调节装置3，限制和调节旋转阳极2的X射线。在X射线管2下面是具有探测器区域6的探测器，该阵列由m行n列的多个探测器6.1.1至6.n.m构成。但在该图中，无法直接根据该截面视图识别出设置在后面的探测器行，而只能示出第一行探测器6.1.1至6.n.1。

在X射线管2和探测器区域或射线接收器6之间是患者床或对象桌9，其上示意性地示出了待检查患者5(对象)的躯干和头部。该患者位于扇形分布的X射线7的辐射下，探测器区域相对X射线管2，在通过虚线射线8示出的分段内进行探测。在通过射线8限制的分段外，探测器区域无法探测到X射线。

在探测器区域中，借助m行n列的图像探测器，通过信号导线16.1.1至16.n.1以及总线16将测量的辐射强度值传送到信号获取装置15。当然，其它在此无法看见的探测器行也通过该信号获取装置15处理，并以数字形式传送到计算机单元10中，以便在那里用于图像处理。

然而，根据本发明，探测器区域的信号不仅用于处理图像，还用于通过扇形X射线获得探测器区域的照射。在此，探测器区域照射的不均匀性及其变化触发调节回路，该回路通过控制导线17将信号传送到光阑调节装置3中，从而可以进行相应的光阑调节，以便重新获得均匀的探测器区域照射。

除了根据本发明的用途之外，所测量的探测器信号迄今为止也用于产生断层照片，这些照片随后可以被显示在由键盘12控制的显示装置11上。

由于在此要注意特别窄的辐射场，因此在***轴4的方向上调节该扇形。因为该辐射场在***轴上的宽度本质上共同决定在产生CT照片期间注入患者的剂量负担。因此，图2和图3再次示出了本发明X射线CT设备的纵向截面，其中，图2示出了设置为两列的探测器区域6，而图3示出了设置为4列的探测器区域。

在探测器6下面，各自在一个坐标***中示出了依赖于位于其上的探测器位置的强度分布I(z)。坐标***的z轴与计算机断层造影设备的***轴4一致，而其纵坐标是X射线辐射的强度I。从本实施方式中知道，X射线的最大值和边缘在拍摄时轻微地向右移动。相应的，在不同列、相同行的探测器上测量出不同的X射线辐射强度。该差信号可以从通常用于产生断层照片的信息中提取出来，从而通过调节回路控制相应的光阑变化，该光阑变化接着会导致重新产生均匀的探测器区域照射。

相应的，也适用于图3所示的控制4行探测器区域6.1.1和6.n.4的计算机断层造影设备，其中，在此，根据上述与光阑调节有关的用于调节探测器照射的方法，可以只采用各外侧的探测器列并确定其差信号，然后，该差信号可以作为调节大小用于调节光阑。最简单的情况是，例如只将探测器6.1.1、6.1.m、6.n.1和6.n.m用于控制光阑，其中，如果需要的话，由此甚至为了另外调节宽度和长度，可以调节围绕垂直轴(Hochachse)旋转的光阑孔径。

或者，在超过3行探测器时，也可以采用单列的测量值，以便通过近似计算或直接解方程组产生z方向的强度轮廓图。由此，所计算的该强度变化曲线的最大值位置及其与探测器行实际中部的偏离可以作为调节大小用于调节光阑控制装置。如果最大值位置确定为探测器区域的两侧，则由此也可以探测垂直于***轴的射线扇形旋转，并在必要时进行平衡。

在图1至图3的示意图中，为清楚起见，所示的图像探测器及其之间的距离相对较大。典型的扇形角度为50°。探测器在z方向上的延伸典型的约为20mm。

通过计算机断层造影设备按照本发明的实施方式，特别是光阑调节的实施方式，以及所述用于光阑调节的方法，也可以将最初仅用于产生图像的探测器信号用于调节回路，以用于X射线管的光阑控制，由此可以实现非常有效和廉价的光阑调节。

此外还要说明，在此示出的X射线计算机断层造影示例只描述了本发明的优选实施方式。这类光阑控制同样也可用于Gamma射线、Beta射线和其它电离辐射，或者用于超声断层造影。

应当理解，本发明的所述特征不仅能以给定组合应用，还能以其它组合或单独应用而不背离本发明的范围。

Claims (24)

1.一种用于在具有多行探测器的计算机断层造影设备中调节光阑的方法，其中，将图像探测器信息用于光阑调节。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述图像探测器信息以行方式被采用。

3.一种用于调节计算机断层造影设备的光阑(3)的方法，其中，一个由射线源(2)和射线接收器(6)组成的测量单元(1)，以及一个设置于该射线源和射线接收器之间、并用于承载待检查对象(5)的对象桌(9)围绕***轴(4)相对旋转，并借助计算机***(10)，通过探测器区域测量从该射线源(2)向该射线接收器(6)扇形发射的辐射(7)的强度分布，所述探测器区域具有至少一行设置于射线源焦点(14)上的对射线灵敏的图像探测器(6.1.1-6.n.m)，以便在待检查对象(5)的至少一个平面中计算衰减分布，其中，该对象(5)仅遮蔽一部分射线接收器(6)的扇形辐射(7)，

其特征在于，在所述射线接收器(6)中使用了至少两行平行的图像探测器(6.1.1-6.n.m)，其中，用于计算所述衰减分布的图像探测器信息至少部分用于调节光阑位置。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，仅采用来自未遮蔽区域的探测器信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据超过所探测的辐射强度的临界值来确定所述未遮蔽区域。

6.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，作为用于光阑定位的调节大小采用在相同的信道角度分段中、在至少两行图像探测器(6.1.1-6.n.m)的各自对应的信道之间的差度大小。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据各探测器组的平均值确定所述差度大小，其中各组都去掉至少一个最小单值和一个最大单值。

8.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，在允许平衡所述测量的辐射强度时间波动的时间段上，平均化所有测量的大小。

9.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，仅将预先给定的信道角度分段(6.1.1，6.1.m，6.n.1，6.n.m)及其探测器信息用于调节光阑位置。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述信道角度分段(6.1.1，6.1.m，6.n.1，6.n.m)是边缘的信道角度分段。

11.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，仅采用这样的测量来调节光阑位置，即它们是在所述测量单元具有确定旋转角度的条件下获得的。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述旋转角度是在该角度下对产生的各种力进行补偿而不是叠加的旋转角度。

13.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，在测量单位(1)不旋转时，用于调节光阑位置的测量数据处理频率保持恒定，而在测量单元(1)旋转时与旋转速度成比例地设定处理测量数据的频率。

14.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，使用超过两行的图像探测器(6.1.1-6.n.m)，其中，仅使用合适行探测器的测量来调节光阑位置。

15.根据权利要求1 4所述的方法，其特征在于，所述探测器的合适行为第一行和最后一行。

16.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，在使用超过两行图像探测器时，为了调节光阑位置，采用来自多行相同信道角度分段的测量，以便计算出这些行上的辐射强度变化曲线，并采用该强度变化曲线的最大值位置作为调节大小。

17.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，采用分开的位置探测器。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，如果没有未遮蔽的图像探测器信号可供使用，则将所述位置探测器用于调节光阑。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，采用两个叠加的调节回路，其中，第一调节回路从所述图像探测器中获得信号作为调节大小，而第二调节回路从所述位置探测器中获得信号作为调节大小。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，根据所述调节大小的品质和/或可靠性对所述调节回路进行加权。

21.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，为了产生校准表，仅处理那些根据调节信号在***轴方向指明了测量辐射的精确定位以及所述探测器区域的均匀照射的照片。

22.一种计算机断层造影设备，具有：

-一个可移动的测量单元(1)，该测量单元包括

-一个射线源(2)，通过可调光阑(3)受限制地送出扇形射线束(7)，

-一个包括探测器区域的射线接收器(6)，该探测器区域具有至少一行设置于射线源(2)焦点(14)周围的图像探测器(6.1.1-6.n.m)，

-一个具有数据和程序存储器(19)的计算机***(10)，用于处理测量和计算在至少一个用图像探测器行校正的平面中的衰减分布，

-用于光阑定位的工具(20)，

其特征在于，所述探测器区域支配至少两行并列的图像探测器(6.1.1-6.n.m)，且用于光阑定位的装置(20)包括一个传输图像探测器信息的输入。

23.根据权利要求22所述的计算机断层造影设备，其特征在于，用于光阑定位的所述工具至少包括一个调节回路。

24.根据权利要求22或23所述的计算机断层造影设备，其特征在于，用于光阑定位的所述工具(20)包括用于实施权利要求1或3所达的方法步骤的工具。

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