CN1389723A - 计算机断层造影装置和方法 - Google Patents

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Abstract

在操作员设置了转台移动的方向、在该转台旋转轴方向上的X射线探测器的视场(view field)FOV(z)、以及成像次数n并给出连续成像命令后,重复边旋转转台边收集X射线荧光数据的成像操作和沿设定的方向将转台移动视场FOV(z)大小的操作并且执行成像n次。然后,将提供的数据重构以提供断层图。即使设置了高成像放大倍数以提供高分辨率三维数据并且X射线探测器的视场不能覆盖该三维数据的必要区域,仍然可以提供连续的断层图。

Description

计算机断层造影装置和方法
                         技术领域
本发明涉及一种使用X射线的计算机断层造影装置(X射线CT装置)和一种计算机断层造影方法。更具体地说，本发明涉及X射线锥形束CT装置。
                         背景技术
X射线CT装置通常在将目标对象绕着与X射线源和X射线探测器之间的X射线光轴正交的轴旋转时将X射线施加到要造影的目标对象，并从360度的每个方向收集荧光图像。对收集的数据进行重构处理，由此提供X射线断层图。
一般的X射线CT装置将从X射线源一维展开的每条线(每个切片)的荧光图像数据作为收集到的数据存储起来，并从该数据计算出各个切片(slice)的X射线断层图。
与此不同，在一种称为锥形束CT(简而言之，锥形CT)的技术中，使用具有二维有效视场(field of view)的X射线探测器。这种X射线锥形束CT装置在将目标对象绕着正交于X射线源的X射线光轴的轴旋转时将锥形X射线束施加到待检查的目标对象以获取二维荧光图像。每次收集二维荧光图像，由此可以提供多个切片的X射线断层图。
在锥形CT中，与现有技术的一般CT相比由一次成像提供的数据大大地增加。因此，收集目标对象的三维数据所需的时间与现有技术的一般CT相比可以大大地缩短。然而，不管是一般CT还是锥形CT，要在一个小的区域内提供高分辨率的断层图，从X射线源到目标对象旋转轴中心的距离(SOD)和从X射线源到X射线探测器的距离(SID)都需要调整以增加荧光图像的成像放大倍数。但是，当图像放大倍数如此增加时，锥形束的视场却减小并且只能提供一小区域的断层图。因此，要在高分辨率下得到相对较大目标对象的三维数据是困难的。
                        发明内容
本发明的目的是提供能够容易地在较宽区域上收集高分辨率三维数据的计算机断层造影装置及方法。
为实现上述目标，采用下面手段。根据本发明，提供一种计算机断层造影装置，包括：X射线源，用于将锥形X射线束施加到待检查的目标对象上；二维X射线探测器，设置在X射线源的X射线光轴上从而使之与X射线源相对，用于获取目标对象的X射线荧光数据；转台，设置在X射线源和二维X射线探测器之间，用于在其上安装目标对象并绕着正交于X射线光轴的轴旋转目标对象；数据处理部分，用于重构目标对象的在正交于转台旋转轴的平面上截出的多个断层图；成像次数设置部分，用于设置成像次数；以及移动机构，用于每次执行成像时沿转台的旋转轴方向将转台移动二维X射线探测器的有效视场大小直到成像次数达到设置的成像次数。进一步地说，上述计算机断层造影装置还包括方向设置部分，用于设置沿转台旋转轴方向移动转台的方向，其中移动机构沿方向设置部分设定的方向移动转台。
在上述计算机断层造影装置中，最好是数据处理部分拼接多个重构的断层图以获取目标对象的三维数据。
在本发明中，预设成像次数和转台移动的方向。从而，边旋转转台边收集360度X射线荧光数据的成像操作以及沿旋转轴方向将转台移动旋转轴方向的视场大小的操作自动重复。因此，即使成像放大倍数增加并且转台旋转轴方向的视场变窄，也可将经多次成像提供的荧光数据拼接起来，从而扩大旋转轴方向的实际视场。
即，当每次将转台沿旋转轴方向移动旋转轴方向的设定视场大小时以设定的次数多次执行成像。因此，对整个成像数据而言，可以提供与下面数据等价的数据，即通过沿转台的旋转轴方向其宽度是实际视场的许多倍(与设定次数一样多)的视场内成像提供的数据。从而，如果在以高成像放大倍数执行成像以提供高分辨率断层图时沿旋转轴方向的实际视场变窄，通过增加成像次数可以提供较宽区域上的三维数据。
进一步而言，在本发明中，将多个对每次成像收集的荧光数据进行重构所提供的断层图拼接成目标对象的三维数据。从而，提供的三维数据即为具有宽视场的高分辨率数据，并且，例如，可以容易地提供在一个方向上较长，比如条形或柱状目标对象的待检查目标对象的高分辨率三维数据。
                         附图说明
图1是说明本发明实施例的计算机断层造影装置的结构的示意图；以及
图2是说明本发明实施例的处理过程的流程图。
                         具体实施方式
现在参照附图说明本发明的优选实施例。
图1是说明本发明实施例的计算机断层造影装置的结构的示意图。图1用示意图说明了计算机断层造影装置的机械结构并用方框图说明了其电子结构。
该计算机断层造影装置包括X射线源1、二维X射线探测器2和转台3。X射线源1放置在使X射线源的X射线光轴L指向水平方向(x方向)的状态。二维X射线探测器2放置在X射线光轴L上以使之与X射线源1相对。转台3放置在X射线源1和二维X射线探测器2之间。
X射线源1由X射线控制器11提供的管电压和管电流驱动和控制，并且沿水平光轴L输出锥形X射线束。X射线控制器11包含高压生成电路并由控制部分40控制。
二维X射线探测器2包括图像增强器21和CCD(电荷耦合器件)摄像(照相)机22。从CCD摄像机22输出的每个像素数据输入到数据处理部分45。可以通过驱动包含一个马达(没有显示)的探测器移动机构2a在x方向上移动二维X射线探测器2。即，可以朝X射线源1移动二维X射线探测器2或将其从X射线源1移开。
转台3将待检查的目标对象W安装其上并旋转该目标对象W。即，可以通过驱动内部马达(没有示出)绕着转台3的旋转轴，即，沿垂直方向(z方向)旋转它。可以通过驱动包含一个马达(没有示出)的z方向移动机构3a在z方向，即，旋转轴方向移动转台3。还可以通过驱动包含一个马达(没有示出)的x方向移动机构3b在x方向移动转台3。
探测器移动机构2a、转台3以及转台3的z方向移动机构3a和x方向移动机构3b的马达分别由探测器移动驱动器41、转台旋转驱动器42、转台z方向移动驱动器43及转台x方向移动驱动器44提供的驱动信号驱动和控制。驱动器41、42、43、44中每一个都由控制部分40控制。
从二维X射线探测器2的CCD摄像机22输出的每一个像素数据都输入到数据处理部分45。数据处理部分45然后用该像素数据执行各种处理并执行断层图的重构计算。由对目标对象W的荧光图像的重构计算提供的断层图显示在显示器46上。
包括键盘、开关等的操作部分47连接到控制部分40。操作员可以通过操作该操作部分47给出各种命令并如后面所述输入各种设置。
图2是说明本发明实施例的处理程序的流程图。
开始，一边看着显示器46上的X射线荧光图像，操作员对操作部分47进行操作，以通过探测器移动机构2a或x方向移动机构3b来在x方向上移动二维X射线探测器2或转台3，用于调整SID和SOD以确定成像放大倍数并调整X射线条件。此时，如果成像放大倍数很高并且垂直方向上的视场FOV(z)不能覆盖进行一次成像时能够提供目标对象的三维信息的区域，操作员应选择连续锥形CT项。
当操作员选择了连续锥形CT项时，操作员需设置转台3的初始位置(在z方向)、z方向的视场FOV(z)、当转台3从初始位置沿z方向移动时的方向、成像次数n、以及其它用以提供断层图的条件然后给出连续锥形CT的开始命令。
该CT装置根据二维X射线探测器2和转台3在x方向上的位置计算z方向上视场FOV(z)的最大值。z方向上的最大视场FOV(z)显示在显示器47上。从而，为设置z方向的视场FOV(z)，操作员可以使用显示在显示器47上的z方向的最大视场FOV(z)或考虑到二维X射线探测器2的失真等，设置任何期望的在z方向上宽度较窄的视场FOV(z)。在这种情况下，z方向上的设置视场FOV(z)通常设置成以下状态，即，其中从该视场中心到其一边的宽度与从该视场中心到其另一边的宽度相等。只有在设定的视场FOV(z)范围内的像素数据才用以重构断层图。
当给出了连续CT的开始命令时，将转台3从设定的初始位置开始旋转并且收集X射线荧光数据。在完成数据收集后，执行断层图重构处理计算并保留提供的数据。接着，当成像(数据收集)次数没有达到设定的成像次数n时，在设定的方向沿z方向将转台3移动z方向的设定视场FOV(z)大小，然后收集X射线荧光数据。用该数据执行断层图重构处理计算，并保留提供的数据。当成像次数达到设定的成像次数n时，将到目前为止保留的所有数据拼接起来并在显示器46上显示结果数据并终止处理。
根据上述本发明的实施例，如果增大成像放大倍数以收集高空间分辨率数据，从而z方向上的视场FOV(z)变窄而不能覆盖进行一次成像时能够提供目标对象W的三维数据的区域，操作员仅需简单选择连续锥形CT项并设置执行连续锥形CT需要的条件。以如此简单的操作，当转台3在z方向自动移动时，可以收集到X射线荧光数据。因此，可以以高分辨率提供较宽区域上的三维数据。
在所述实施例中，本发明以X射线光轴沿水平方向的方式应用到CT装置，但当然也可以以X射线光轴沿垂直方向的方式应用到CT装置。关键在于每次转台沿其旋转轴移动其旋转轴方向的设定视场大小时，可以收集到X射线荧光数据。
如上所述，根据本发明，操作员只需选择连续锥形CT项并设置转台旋转轴方向上的视场、转台在旋转轴方向上移动时的方向、以及成像次数。因此，在执行完一次数据收集后，转台自动地每次沿设定的方向移动旋转轴方向的视场大小，并且重复数据收集。结果，如果增大成像放大倍数以设置高分辨率，可以提供较宽区域上的连续断层图并且可以以高空间分辨率提供相对较大目标对象的三维信息。进一步地说，随着连续成像次数的增加，可以基本上消除转台旋转轴方向视场上的限制。

Claims (6)

1.一种计算机断层造影装置，包括：
X射线源，用于将锥形X射线束施加到待检查的目标对象上；
二维X射线探测器，设置在X射线源的X射线光轴上从而使之与X射线源相对，用于获取目标对象的X射线荧光数据；
转台，设置在X射线源和二维X射线探测器之间，用于在其上安装目标对象并绕着正交于X射线光轴的轴旋转目标对象；
数据处理部分，用于重构目标对象的在正交于转台旋转轴的平面上截出的多个断层图；
成像次数设置部分，用于设置成像次数；以及
移动机构，用于每次执行成像时沿转台的旋转轴方向将转台移动二维X射线探测器的有效视场(view field)大小直到成像次数达到设定的成像次数。
2.如权利要求1所述的计算机断层造影装置，还包括：
方向设置部分，用于设置沿转台旋转轴方向移动转台时的方向，其中移动机构沿方向设置部分设定的方向移动转台。
3.如权利要求1所述的计算机断层造影装置，其中数据处理部分拼接多个重构的断层图以获取目标对象的三维数据。
4.一种使用包括X射线源、转台、以及二维X射线探测器的计算机断层造影装置的计算机断层造影方法，该方法包括：
设置成像次数及X射线探测器的有效视场；
将目标对象绕着正交于X射线光轴的轴旋转并将锥形X射线束施加到安装在转台上的待检查的该目标对象上；
收集该目标对象的X射线荧光数据并重构该目标对象的在正交于转台旋转轴的平面上截出的断层图；
如果成像次数没有达到设定的成像次数沿转台的旋转轴方向将该转台移动二维X射线探测器的有效视场大小并重复收集步骤。
5.如权利要求4所述的计算机断层造影方法，还包括：
设置沿转台的旋转轴方向移动该转台的方向。
6.如权利要求4所述的计算机断层造影方法，还包括：拼接多个重构的断层图以获取目标对象的三维数据。
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