專利名稱：優(yōu)化的計算機x射線斷層造影規(guī)程的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及計算機X射線斷層造影(CT)并且，更具體地說，涉及供在立體CT掃描系統(tǒng)中使用的儀器和方法，為了優(yōu)化用于特定用途的掃描作業(yè)，該掃描系統(tǒng)使分辨率、掃描速率、軸向覆蓋(正在被成象患者的范圍)及其他與區(qū)域檢測器相聯(lián)系的參數(shù)能夠被改變。
計算機X射線斷層造影(CT)是一種技術(shù)，它通常包含使患者承受X射線，獲取患者身體一部分的數(shù)字化的X射線投射數(shù)據(jù)，以及處理并反向投射數(shù)字化的X射線投射數(shù)據(jù)以生成隨后被顯示在CT系統(tǒng)顯示監(jiān)視器上的圖象。CT系統(tǒng)一般包含臺架、平臺、X射線管、X射線檢測器陣列，計算機及顯示監(jiān)視器。計算機發(fā)送命令給臺架的控制器以使控制器按特定的轉(zhuǎn)動速率去轉(zhuǎn)動X射線管和/或檢測器陣列。
在第三代CT系統(tǒng)中，在檢測器陣列與X射線管之間生成圍繞患者身體的相對轉(zhuǎn)動。當這種相對轉(zhuǎn)動被生成時，計算機操縱由X射線管和檢測器陣列所執(zhí)行的數(shù)據(jù)采集過程以獲取數(shù)字化的X射線照相。計算機隨后通過執(zhí)行重建算法處理并反向投影數(shù)字化的X射線照相數(shù)據(jù)并將重建的CT圖象顯示在顯示監(jiān)視器上。
現(xiàn)今使用著的許多CT系統(tǒng)在臺架中應(yīng)用單獨一行檢測器，它通常被稱為線狀陣列檢測器元件。先進的CT系統(tǒng)使用二個至四個檢測器的線狀陣列以構(gòu)成多行檢測器。雖然兩種檢測器結(jié)構(gòu)都能以螺旋狀掃描規(guī)程被使用，但多行檢測器便于患者的掃描，由于借助增大CT系統(tǒng)的螺距患者的指定的軸向覆蓋能在較短的時間內(nèi)被掃描。螺距一般被定義為在臺架轉(zhuǎn)動一周期間支持患者平臺的位移與檢測器間距之比。例如，螺距為1指的是在CT系統(tǒng)的CT臺架轉(zhuǎn)動一周期間患者平臺移動的數(shù)量等于檢測器間距。
多行檢測器的使用是革命化的掃描規(guī)程，它使整個器官的掃描能在患者的一次屏息內(nèi)完成(即在掃描期間患者能抑止他的/她的呼吸從而使患者被成象部分的運動減至最小的時間段)。
在X射線照相領(lǐng)域中最新的改進是數(shù)字化檢測器陣列，一般稱為區(qū)域檢測器，的出現(xiàn)。區(qū)域檢測器是具有線度量級為幾百微米的單個檢測器元件(象素)的矩形柵格。矩形檢測器柵格每邊可有幾千個象素。當區(qū)域檢測器被使用在CT系統(tǒng)中時，CT系統(tǒng)一般被稱為立體CT系統(tǒng)，或CVT系統(tǒng)。這種區(qū)域檢測器技術(shù)在臨床環(huán)境的現(xiàn)代化設(shè)備中正在替代X射線膠片用于平面的X射線照相，從而制出患者在X射線管和檢測器的某個取向的簡單二維圖象，它對應(yīng)于X射線束穿過患者的衰減。因此這些設(shè)備正在移居到“無膠片”X射線照相領(lǐng)域。
區(qū)域檢測器技術(shù)的一個顯著的優(yōu)點是它使掃描時間能夠縮短。在臺架的一次轉(zhuǎn)動中，完整器官的軸向覆蓋能被獲得。相反，應(yīng)用多行的CT系統(tǒng)需要臺架的多次轉(zhuǎn)動去實現(xiàn)相同的軸向覆蓋。在本技術(shù)領(lǐng)域中已普遍了解到，使用區(qū)域檢測器技術(shù)需要獲取額外的數(shù)據(jù)以生成數(shù)學上的完整數(shù)據(jù)組。然而，這些額外的數(shù)據(jù)能在患者的單個線性掃描，一般被稱作搜索掃描，中被獲取。通常，患者的搜索掃描一般在軸向掃描開始并保證患者被正確地放置在VCT掃描儀中以前被取得。這也保證了患者的合適的軸向覆蓋被掃描。因此通常有可能使用區(qū)域檢測器技術(shù)將患者的掃描時間減少一至兩個量級。
因為檢測器元件具有限定的線度或分辨率，CT圖象的一個特點是它的空間分辨率，它一般被稱為圖象的面內(nèi)分辨率。面內(nèi)分辨率受檢測器分辨率和CT成象系統(tǒng)實際幾何結(jié)構(gòu)的影響。使用多行檢測器技術(shù)所收集數(shù)據(jù)的CT重建的面內(nèi)分辨率約為0.5毫米。假定沒有使用過掃描技術(shù)去有效地改善分辨率，軸向分辨率能高達1.25mm。在區(qū)域檢測器陣列中單個檢測器元件具有能小于其多行對應(yīng)物一個量級的分辨率。因此，從用區(qū)域檢測器技術(shù)所收集數(shù)據(jù)重建的CT數(shù)據(jù)的面內(nèi)分辨率也能比從用多行檢測器技術(shù)所收集數(shù)據(jù)被計算重建的小一個量級。
由于在檢測器陣列中單個檢測器元件通常是方形的，重建的體積具有各向同性的體元分辨率，即CT重建的面內(nèi)分辨率與重建的軸向分辨率相匹配(即CT重建的有效切片厚度與檢測器的有限線度直接有關(guān))。換句話說，由于檢測器元件是方形的，在重建的體積中單個軸向CT圖象的面內(nèi)分辨率和切片厚度是相等的。重建數(shù)據(jù)的這種特點使數(shù)據(jù)能被重新格式化以產(chǎn)生數(shù)據(jù)的弧矢的和冠狀的視圖，這些視圖在幾個軸向平面內(nèi)被重建而不在重新格式化數(shù)據(jù)方面損失分辨率。
通常，線狀的或多行的檢測器都不是方形的。重建圖象的切片厚度或軸向分辨率一般大于面內(nèi)分辨率。如果觀察患者的軸向圖象，這通常是優(yōu)選的取向，則在兩個線度上分辨率是相同的。然而，通過在弧矢的或冠狀的橫截面中重新格式化數(shù)據(jù)，觀察者將注意到在圖象中水平的和豎直的分辨率是不相等的。從應(yīng)用區(qū)域檢測器技術(shù)所獲得的X射線照相重建的數(shù)據(jù)中各向同性體元分辨率的積極影響仍然有待認清，因為臨床界以前尚未認識到高分辨圖象的能力和適應(yīng)性。
現(xiàn)今的醫(yī)用CT系統(tǒng)未考慮到諸如掃描時間、軸向覆蓋和/或空間分辨率等參數(shù)之間的協(xié)調(diào)能被利用以優(yōu)化區(qū)域檢測技術(shù)使用的方式。掃描時間是患者承受X射線期間的時間間隔。軸向覆蓋是在CT檢查期間由X射線源在成象的患者上所投射的覆蓋的范圍?？臻g分辨率是在重建圖象中象素單元的線度并在這里被用于表示面內(nèi)和/或軸向分辨率。空間分辨率受檢測器元件的線度并受CT臺架的幾何結(jié)構(gòu)的影響。
因此，為了對于給定的用途選擇區(qū)域檢測器技術(shù)運行的優(yōu)化模式，存在著對于應(yīng)用區(qū)域檢測器技術(shù)并且考慮到這些參數(shù)協(xié)調(diào)的方法和儀器的需要。如以下被詳細描述的，通過考慮到這些協(xié)調(diào)并且通過選擇對應(yīng)于最合適協(xié)調(diào)的運行模式，對于給定的用途掃描作業(yè)能被優(yōu)化。
發(fā)明概述本發(fā)明提供在立體計算機X射線斷層造影(VCT)系統(tǒng)中使用的方法和儀器。VCT系統(tǒng)包含X射線源、區(qū)域檢測器、在特定的掃描時間期間在對象與X射線源及區(qū)域檢測器之間產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動的臺架。VCT系統(tǒng)還包含數(shù)據(jù)采集組件和讀出電子設(shè)備。在臺架轉(zhuǎn)動到X射線的特定軸向覆蓋出現(xiàn)在對象上的狀態(tài)時，X射線源將X射線投射在對象上。檢測器元件響應(yīng)投射在其上的X射線生成電信號。與檢測器元件連接的開關(guān)裝置有選擇地被操縱以選擇哪些由檢測器的某些檢測器元件所生成的電信號在任何特定的時間從檢測器元件被輸出并傳送到將它們轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的一些模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADCs)。通過按這種方式有選擇地操縱開關(guān)裝置，重建圖象的空間分辨率可借助使被連接在一起并傳送到ADCs的檢測器元件信號的數(shù)目能被改變而被有選擇地調(diào)節(jié)。其他掃描參數(shù)同樣可被改變，諸如，例如，軸向覆蓋、掃描時間、以及當臺架轉(zhuǎn)動時由區(qū)域檢測器所獲取的視圖數(shù)。通過在這些掃描參數(shù)中的某些之間作協(xié)調(diào)，患者的掃描對于給定的成象用途能被優(yōu)化。
對那些熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員本發(fā)明的這些和其他特點及優(yōu)點將從下面的描述、附圖及權(quán)利要求變得顯而易見。
附圖簡述

圖1是說明根據(jù)優(yōu)選實施方案本發(fā)明的立體CT掃描系統(tǒng)的方框圖。
圖2是說明根據(jù)一種方案本發(fā)明的方法的流程圖。
圖3是說明根據(jù)另一種方案本發(fā)明的方法的流程圖。
圖4是說明根據(jù)又一種方案本發(fā)明的方法的流程圖。
發(fā)明詳述為了證明本發(fā)明的某些優(yōu)點，某些現(xiàn)有技術(shù)將在這里被討論以便清楚地表明本發(fā)明的各種特性。例如，單片CT掃描器應(yīng)用線狀檢測器陣列提供前置于患者的平行光管以使沿患者軸向的可變切片厚度能被獲得。然而，在這種掃描器中面向分辨率一般不是可配置的。多片CT掃描器組合幾行線狀檢測器獲取在臺架各個視角的X射線投射數(shù)據(jù)以重建幾個切片。這些系統(tǒng)的大多數(shù)包含專用電路以使用戶能改變軸向切片厚度。而且，通常不可能改變在這些系統(tǒng)中的面內(nèi)分辨率。
通過在立體CT(VCT)掃描器中使用區(qū)域檢測器技術(shù)，對于特定的成象用途有可能優(yōu)化數(shù)據(jù)采集規(guī)程。更準確地說，例如，協(xié)調(diào)可在患者掃描時間、面內(nèi)分辨率、軸向分辨率、方位角取樣、及通過VCT掃描器可實現(xiàn)的覆蓋之間被選擇或被確定。到目前為止這些協(xié)調(diào)還沒有被實現(xiàn)。因此，如將被熟悉本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員理解的區(qū)域檢測器技術(shù)的全部好處尚未被發(fā)現(xiàn)并被實現(xiàn)。
區(qū)域檢測技術(shù)提供了檢測器元件的高分辨率二維(2D)直線柵格，由于檢測器的線度通常是對稱的，它通常可供各向同性圖象重建之用。盡管最好檢測器元件是對稱的，但對于本發(fā)明這種要求是不必要的。
如上所述，在現(xiàn)有的CT檢測器技術(shù)中，有可能規(guī)定或改變軸向切片厚度，在該厚度使用線狀的或多行的檢測器陣列去獲取X射線投射數(shù)據(jù)。然而面內(nèi)分辨率一般是不可調(diào)節(jié)的。因此，不可能生成具有各向同性體元線度的三維(3D)重建。這些技術(shù)有幾種限制，最顯著的是沿著患者中冠狀的和弧矢的平面重建數(shù)據(jù)的重新格式化在2D重新格式化數(shù)據(jù)中具有變化的分辨率。應(yīng)用重建的3D數(shù)據(jù)組的表面和立體繪制技術(shù)也都受到數(shù)據(jù)本性的限制。
通過在VCT系統(tǒng)中使用區(qū)域檢測器，與現(xiàn)今存在的可供使用的單片或多片掃描器相比較，有可能在明顯較短的時間間隔內(nèi)在患者的較大區(qū)域上獲取X射線的投射數(shù)據(jù)。區(qū)域檢測器技術(shù)的空間分辨率能比由線狀的或多行的檢測器技術(shù)所獲得的好一個量級。此外，區(qū)域檢測器比多片檢測器具有多許多行的檢測器元件，在大多數(shù)情況，二至三個量級更多的行。在區(qū)域檢測器中檢測器元件較高的分辨率和較多的行具有許多優(yōu)點，但如下面詳細討論的，由于較大數(shù)目的檢測器元件也導致在給定掃描時間內(nèi)在臺架的每個視角下在區(qū)域檢測器內(nèi)各個檢測器單元中使信號數(shù)字化的顯著困難。
區(qū)域陣列檢測器技術(shù)通常使用存儲二極管技術(shù)以使每個檢測器元件能被順序地讀出。每個檢測器元件匯集與射到那個特定元件上的X射線能量有關(guān)的信號并存儲這個信息。根據(jù)本發(fā)明，在檢測器元件中的信號然后利用多路復用器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADCs)順序地被數(shù)字化。這種結(jié)構(gòu)顯著地降低了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6的讀出電子設(shè)備的復雜性，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在整個檢測器陣列中被要求去將信號數(shù)字化。通過使用模擬開關(guān)改變被多路傳送到特定的ADC的元件數(shù)，有可能對特定的用途配置數(shù)字檢測器的分辨率。
例如，通過有選擇地將幾組檢測器元件(可變的分辨率)連接在一起，對于由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6(可變的掃描時間)所獲取的每個投射數(shù)據(jù)的視片的讀出時間減少了，這對于成象用途，例如，患者或器官運動在那里是焦點，可能是必要的。此外，如果X射線束是相當準直的，在臺架的每個視角將只有一部分檢測器陣列被X射線照射(即，可變的覆蓋)。有可能改變掃描器的分辨率、掃描時間和/或軸向覆蓋以符合特定掃描規(guī)程的目標。然而，在描述本發(fā)明的方法和儀器能被實施的方式之前，對本發(fā)明的VCT系統(tǒng)的一般性討論將參考圖1被提供。
圖1是適合于實現(xiàn)本發(fā)明的方法和儀器的立體CT掃描系統(tǒng)的方框圖。立體CT掃描系統(tǒng)將根據(jù)它在重建患者的解剖學部件圖象方面的應(yīng)用被討論，雖然應(yīng)理解到本發(fā)明不局限于對任何特定的對象成象、正如將被熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的那些人員所了解的那樣，本發(fā)明也可用于工業(yè)生產(chǎn)過程。另外，本發(fā)明也不局限于醫(yī)用CT設(shè)備，而包括在掃描期間對象被轉(zhuǎn)動時X射線源和檢測器的幾何結(jié)構(gòu)被保持固定的工業(yè)系統(tǒng)。
在立體CT掃描系統(tǒng)中，臺架圍繞對象，比如患者，轉(zhuǎn)動而投射數(shù)據(jù)被獲取。計算機1控制立體CT掃描系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。當在這里提到臺架的轉(zhuǎn)動時，該詞組是用來表示X射線管2的轉(zhuǎn)動和/或檢測器3的轉(zhuǎn)動，檢測器最好是高分辨率的區(qū)域檢測器。X射線管2和區(qū)域檢測器3都被臺架所包含?？刂破?A和4B都由立體CT掃描系統(tǒng)計算機1操縱并分別連接到X射線管2和到檢測器3。控制器4A和4B引起待傳給X射線管2和/或檢測器3的適當?shù)南鄬D(zhuǎn)動，專用的控制器是不需要的。單獨的控制器部件可被用于轉(zhuǎn)動臺架。還應(yīng)注意到為了實現(xiàn)本發(fā)明的方法計算機1操縱在圖象掃描時間，圖象分辨率和/或軸向覆蓋方面的改變。
計算機1通過指示數(shù)字采集系統(tǒng)6關(guān)于何時對檢測器3取樣并通過控制臺架的速率來操縱數(shù)據(jù)采集過程。另外，計算機1指示數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6以配置由區(qū)域檢測器3所獲得的X射線照相的分辨率，從而使系統(tǒng)的分辨率能被改變。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6包含如所示出的讀出電子設(shè)備，如下面被詳細討論的，它能以系統(tǒng)的分辨率可被改變的方式被操縱。
區(qū)域檢測器3包含檢測器元件的陣列(未示出)。每個檢測器元件測量與此相聯(lián)系的強度值，該值與射到檢測器元件上的X射線能量的數(shù)量有關(guān)，當本發(fā)明的儀器和方法被引入立體CT掃描系統(tǒng)時，一種新的立體CT掃描系統(tǒng)被建立了。因此，本發(fā)明也提供了一種新的立體CT掃描系統(tǒng)。
還應(yīng)注意到本發(fā)明不局限于供完成本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集和處理任務(wù)用的任何特定的計算機。術(shù)語“計算機”在這里是用來表示任何能夠完成本發(fā)明所必須任務(wù)的計算或電腦操作的機器被使用的。因此，被使用去完成本發(fā)明的控制算法10的計算機可以是任何能完成所需任務(wù)的機器。
幾種成象方案現(xiàn)在將被討論以論證按照本發(fā)明的數(shù)字區(qū)域檢測器技術(shù)的好處和適應(yīng)性。如果，例如，患者的高分辨率掃描使用整個檢測器面板被獲得，這種操作模式將需要VCT系統(tǒng)較慢的掃描速度，由于在2D陣列中各個檢測器元件中的信號需要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)被數(shù)字化。最好，多個ADCs將被用于這個目的，以使來自各個檢測器元件的信號數(shù)字化所需的時間將不過分長。
通過限制X射線束的軸向覆蓋，可能減小掃描時間，即掃描患者的目標區(qū)域所需的時間，由于較少的信號需要被數(shù)字化。假定軸向覆蓋是相同的，則通過將幾個檢測器元件多路傳送進入ADCs，患者的掃描時間會進一步減少。然而，在這種情況所獲得的投射數(shù)據(jù)的分辨率也減小了，由于幾個檢測器元件的輸出被多路傳送在一起并輸出到ADCs。
也可能通過減少方位角的采樣(即當患者被掃描時通過減少所獲得的X射線投射的數(shù)目)來減小患者的掃描時間。換句話說，當臺架圍繞患者轉(zhuǎn)動時所獲得的視圖數(shù)目被減少。這種方法導致圖象質(zhì)量問題。當然，圖象質(zhì)量方面的下降在某些成象用途中是可被接受的，但不在其他方面。
對于給定的掃描時間，可能為患者的軸向覆蓋調(diào)整空間分辨率。換句話說，可能在給定的掃描時間內(nèi)減小軸向覆蓋并獲取高分辨率數(shù)據(jù)。另一方面，有可能在較寬的軸向覆蓋上獲取低分辨率數(shù)據(jù)。在這些情況中，掃描時間可被保持恒定，由于待數(shù)字化的通道的有效數(shù)保持不變。大體上，和需要一樣多的信號被在一起多路傳送以使待數(shù)字化的信號總數(shù)保持恒定。這種方案由示于圖2的流程圖表示。如方框12所表明，一旦掃描時間被選定，如方框13所表明，為特定掃描時間和用途所需的分辨率和軸向覆蓋就能被確定，能在分辨率和軸向覆蓋之間作出協(xié)調(diào)的方式在下面被詳細討論。
一旦這些變量被選定和/或被確定，如方框14所表明，由VCT系統(tǒng)獲取的投射數(shù)據(jù)被重建。這種類型的投射數(shù)據(jù)能被重建的方式在本領(lǐng)域中是已知的。如將被熟悉本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員所了解的，適合于完成重建的各種算法是已知的，例如，F(xiàn)eldkamp算法適合于這個目的并被本領(lǐng)域所熟知。
下列的方案描述某些基本的協(xié)調(diào)，它們能在保持特定的成象參數(shù)恒定，即不改變特定的參數(shù)時被作出。
(1)對于選定的(即，不改變的)掃描時間當保持恒定的掃描時間時，軸向覆蓋可被犧牲，或，換句話說，被減小，有利于增大空間分辨率。相反，空間分辨率可被犧牲，或，換句話說，被減小，以有利于增大軸向覆蓋。
作為可供選擇的方法，在增大空間分辨率和/或軸向覆蓋的同時掃描時間可被保持恒定，但這樣做將要求在臺架圍繞患者轉(zhuǎn)動時所獲取的視圖數(shù)被減少。而且，在臺架圍繞患者轉(zhuǎn)動并且增加所獲取的視圖數(shù)的同時掃描時間可保持恒定，但這樣做將要求空間分辨率和/或軸向覆蓋被減小。
(2)對于恒定的軸向覆蓋在掃描時間和空間分辨率被增加時恒定的軸向覆蓋可被保持。反之，在掃描時間和空間分辨率被減小時，恒定的軸向覆蓋也可被保持。
作為可供選擇的方法，在增大空間分辨率和/或減小掃描時間的同時軸向覆蓋可保持恒定，但這樣做要求當臺架圍繞患者轉(zhuǎn)動時所獲取的視圖數(shù)被減少。此外，在臺架圍繞患者轉(zhuǎn)動而且所獲取的視圖數(shù)被增加的同時只要空間分辨率被減小和/或掃描時間被增大，軸向覆蓋可保持恒定。
(3)對于恒定的空間分辨率在掃描時間被增大時恒定的空間分辨率可被保持。在這種情況下，軸向覆蓋也可被增大而不使空間分辨率被改變。相反，如果對于給定的空間分辨率掃描時間被減小，軸向覆蓋可被減小以使由ADC數(shù)字化的檢測器信號保持恒定。
作為可供選擇的方法，在增大軸向覆蓋和/或減小掃描時間的同時空間分辨率可被保持恒定，但這樣做將要求在臺架圍繞患者轉(zhuǎn)動時所獲取的視圖數(shù)被減少。此外，在臺架圍繞患者轉(zhuǎn)動而且所獲取的視圖數(shù)被增加的同時只要軸向覆蓋被減小和/或掃描時間被增大，空間分辨率可被保持恒定。
為了便于說明本發(fā)明的基本概念并且為了簡潔，在下文將假定在臺架轉(zhuǎn)動時所獲取的視圖數(shù)被保持恒定。然而，如從上面三種方案中能被看到的，在臺架轉(zhuǎn)動時所獲取的視角數(shù)是在作出上述協(xié)調(diào)決定中可被考慮到的另一個參數(shù)。
方案(1)概括地表明如果掃描時間被選定而且不是可變的，如方框12所表明，空間分辨率能被增大，但為了在相同的時間間隔內(nèi)獲取數(shù)據(jù)軸向覆蓋將必須被減小。另一方面，如果掃描時間被保持恒定，或為了某些理由不是可變的(例如，掃描有運動的區(qū)域，比如肺)，軸向覆蓋能被增大，但這樣做將減小空間分辨率。在某些情況下兩種情況都將是有用的。這個方案概括地由圖2表示。圖2表明對于選定的掃描時間和恒定的投射視圖數(shù)，軸向覆蓋和空間分辨率應(yīng)被確定，如方框13所表明。對于恒定的掃描時間，空間分辨率和軸向覆蓋彼此成反比。因此，在這些變量中任何一個被改變，為了保持掃描時間恒定必須在它們之間作出適當?shù)膮f(xié)調(diào)。這些決定能通過操作人員操作VCT系統(tǒng)或由執(zhí)行控制算法的計算機，比如計算機1，作出。一旦適當?shù)膮f(xié)調(diào)已被作出，圖象就按所確定的分辨率被重建，如方框14所表明。
方案(2)概括地表明如果希望使用特定的軸向覆蓋，這能通過增大掃描時間來實現(xiàn)，它能導致空間分辨率的增大，由于讀出電子設(shè)備有更多的時間去讀出檢測器元件的信號。反之，通過減小掃描時間能獲得特定的軸向分辨率，這導致更多的檢測器元件信號被多路傳送到相同的ADCs。這同樣也導致較低分辨率的圖象被獲得。這種方案由圖3被概括地表示。如在圖3中所示，如果特定的軸向覆蓋被選定，如方框18所表明，分辨率和掃描時間或是通過計算機或是通過系統(tǒng)操作人員被選定或被確定，如方框19所表明，協(xié)調(diào)能在分辨率和掃描時間之間作出以對特定用途實現(xiàn)所想要的掃描規(guī)程。一旦投射數(shù)據(jù)已被數(shù)字化，圖象就被重建，如方框20所表明。
方案(3)概括地表明如果所選定的空間分辨率不改變或為了某種理由被保持恒定，掃描時間和軸向覆蓋可被增大而不使空間分辨率被改變。然而，如果掃描時間被增大特定的數(shù)量，必須小心考慮選擇在軸向覆蓋方面的適當增加。大體上，在掃描時間被增大時，軸向覆蓋能被增大的數(shù)量是受掃描時間被增大的量所限制的。相反，如果軸向覆蓋被增大，為了保持所選定的空間分辨率掃描時間必須被增大適當?shù)臄?shù)量。
另一方面，掃描時間和軸向覆蓋兩者都可被減少而不使空間分辨率改變。在這種情況下，通過減少軸向覆蓋和掃描時間兩者，特定的分辨率能被保持。這意味著較小的區(qū)域用較短的一段時間被掃描，這能導致獲得象前一種情況同樣的分辨率。然而，為了保持恒定的空間分辨率，掃描時間的減少將會限制軸向覆蓋被減小的數(shù)量。同樣，為了保持恒定的空間分辨率，軸向覆蓋的減小也將限制掃描時間被減小的數(shù)量。
這種方案概括地由圖4的流程圖表示?？臻g分辨率首先被選擇，如方框23所表明。掃描時間和軸向覆蓋然后根據(jù)想要的空間分辨率被確定或被選定，如方框24所表明，因此，為了達到所想要的分辨率，按照想要的掃描規(guī)程和特定的用途協(xié)調(diào)能在掃描時間與軸向覆蓋之間被作出。一旦投射數(shù)據(jù)已被ADCs數(shù)字化，圖象就被重建，如方框25所表明。
這些方案中的每一種已在特定的用途中被使用。然而，如從以上方案中所能看到的，在大多數(shù)情況下，為了優(yōu)化對于特定用途的運行模式某些參數(shù)必須被調(diào)整以支持其他參數(shù)。下面的實例將有助于說明對于特定的用途這些協(xié)調(diào)如何能被確定并被優(yōu)化以實現(xiàn)最佳的掃描方案。
X射線束能被平行校準以獲得某種軸向覆蓋的方式是已知的。如果想要獲得較大的軸向覆蓋(例如，在相同數(shù)量的時間內(nèi)獲得整個胸部的圖象)，則在掃描時間被保持恒定時較大的切片厚度應(yīng)該被獲得。由于更多的數(shù)據(jù)被得到由于在相同的一段時間期間有更多的數(shù)據(jù)被獲取，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6的讀出電子設(shè)備在將更多的檢測器元件信號傳送到ADCs時必須將它們混合在一起，。這同樣對應(yīng)于較低的分辨率，由于更多的檢測器元件信號被組合在一起被傳送到ADCs。因此，平行光管(未示出)被打開以獲得這個較大的軸向覆蓋，但空間分辨率被犧牲。
相反，如果胸部的較低分辨率圖象揭示出應(yīng)該被更仔細地檢查的所關(guān)心的某些物件，那么平行光管應(yīng)變窄以獲得所關(guān)心區(qū)域的較高分辨率的圖象并降低對患者的總劑量。由于較少的數(shù)據(jù)可被獲取，當檢測器元件信號被多路傳送到ADCs時，讀出電子設(shè)備不必將同樣多的信號組合在一起。因此，信號在一起的多路傳送被控制以獲得所想要的分辨率，同軸向覆蓋一樣。掃描時間可以不需被增大，由于軸向覆蓋已被減小，這與方案(1)相一致。
重要的是注意用于特定的用途的臨床驅(qū)動程序?qū)㈩A先確定VCT系統(tǒng)運行的正確模式。重要的是注意對于恒定的掃描時間，有可能為軸向覆蓋調(diào)整空間分辨率，而且反過來也是一樣。這種系統(tǒng)好處的典型實例是比如對肺結(jié)核熒光屏檢查的用途。在熒光屏檢查中，第一次掃描以低分辨率遍及整個胸部。這要求較大的軸向覆蓋，并且由于希望在一次屏息期間對患者掃描，掃描時間將需要被減小。這兩方面因素都會減小分辨率。
如果結(jié)核被檢查出來，對于胸部薄的橫截面(被減小的軸向覆蓋)高分辨率掃描可被實施。為了獲得高分辨率圖象，掃描時間可增大以便較少的檢測器元件輸出被一起多路傳送到特定的ADCs，即讀出電子設(shè)備有較多的時間去讀出各個檢測器元件的輸出。然而，如果所減小的軸向覆蓋偏離所增加的信道讀出，在這種情況下掃描時間可愈加減小。換句話說，或許可能同時減小掃描時間并增大分辨率，只要由降低軸向覆蓋引起的在數(shù)字化時間上的減小多于偏離數(shù)字化高分辨數(shù)據(jù)所需的時間上的增大。
作為另一個實例，螺旋狀掃描能被實施，它能保持一定的掃描時間并減小軸向覆蓋。這同樣可使分辨率能增大，由于讀出電子設(shè)備有較多的時間去讀出檢測器元件信號(即較少數(shù)量的檢測器元件信號需要被多路傳送到相同的ADCs)。
因此，本發(fā)明使掃描速率能為分辨率和/或軸向覆蓋被調(diào)整。而且，分辨率能為掃描速率和/或軸向覆蓋被調(diào)整。同樣地，軸向覆蓋能為掃描速率和/或分辨率被調(diào)整。這些協(xié)調(diào)，到目前為止，在VCT技術(shù)的領(lǐng)域尚未被認識到并且未被實現(xiàn)。因此，區(qū)域檢測器技術(shù)的好處并未被充分地認可或被發(fā)揮出它們?nèi)康膬?yōu)點。應(yīng)該注意到當短語空間分辨率在這里被提到時，這是用來表示面內(nèi)和/或軸向分辨率的。
應(yīng)該注意到本發(fā)明已根據(jù)某些實施方案被討論。然而，本發(fā)明并不局限于這些實施方案。例如，被討論的三個方案，并不意味著全部包括上述參數(shù)的協(xié)調(diào)方式在內(nèi)，這些方式能被使用以獲得VCT系統(tǒng)的適當運行模式。這些方案被討論是為了說明本發(fā)明的基本概念以及為實現(xiàn)適當?shù)膾呙枰?guī)程基本參數(shù)能被協(xié)調(diào)的方式。此外，協(xié)調(diào)并不局限于掃描規(guī)程，即，它們適用于軸向掃描(患者平臺在掃描階段期間不被移動)和螺旋狀掃描規(guī)程兩者。那些熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員將理解到這些基本概念能被利用并被外推以達到其他區(qū)域檢測器掃描規(guī)程的方式，這些規(guī)程對于特定的用途是有用的。
權(quán)利要求
1．用于獲得對象的投射數(shù)據(jù)的立體計算機X射線斷層造影(VCT)系統(tǒng)，VCT系統(tǒng)包含X射線源，X射線源投射X射線以使特定軸向覆蓋的X射線射到對象上；區(qū)域檢測器，區(qū)域檢測器接收穿過對象的X射線，X射線源和區(qū)域檢測器被包含作為臺架的一部分，在特定的掃描時間內(nèi)臺架在對象與X射線源之間和對象與區(qū)域檢測器之間生成相對轉(zhuǎn)動，當臺架圍繞對象轉(zhuǎn)動時X射線被投射到對象上用于借助區(qū)域檢測器獲取給定數(shù)目的視圖，區(qū)域檢測器包含檢測器元件的陣列，各個檢測器元件響應(yīng)射到其上的X射線生成電信號；與區(qū)域檢測器的至少多個檢測器元件保持聯(lián)系的開關(guān)裝置，開關(guān)裝置被有選擇地操縱以選擇哪些由某些檢測器元件所生成的電信號在任何特定的時間從那里被輸出；以及與開關(guān)裝置保持聯(lián)系的多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADCs)，開關(guān)裝置有選擇地使由某些檢測器元件所生成的某些電信號被輸出到特定的ADCs用于轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，開關(guān)裝置有選擇地被操縱從而調(diào)節(jié)，由投射數(shù)據(jù)所重建的圖象的空間分辨率，其中軸向覆蓋、掃描時間、視圖數(shù)目和空間分辨率中的至少一個被改變以獲得用于對象在給定成象用途方面的最佳成象規(guī)程。
2．權(quán)利要求1的VCT系統(tǒng)，其中開關(guān)裝置是多路復用器裝置而其中多路復用器裝置和ADCs被包含在VCT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集組件的旁邊，VCT系統(tǒng)另外包含計算機，計算機執(zhí)行一個控制算法，其中在對象的掃描作業(yè)期間當計算機執(zhí)行控制算法時計算機確定軸向覆蓋、掃描時間、視角數(shù)目和空間分辨率中的該至少一個的哪一個被改變以獲得用于對象在給定成象用途方面的最佳成象規(guī)程。
3．權(quán)利要求2的VCT系統(tǒng)，其中當掃描時間被保持恒定時，如果軸向覆蓋被減小，空間分辨率可被增大，并且為了保持掃描時間恒定，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定軸向覆蓋應(yīng)被減小多少和/或空間分辨率可被增大多少。
4．權(quán)利要求2的VCT系統(tǒng)，其中當掃描時間被保持恒定時，如果空間分辨率被減小，軸向覆蓋可被增大，并且為了保持掃描時間恒定，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定軸向覆蓋可被增大多少和/或空間分辨率應(yīng)被減小多少。
5．權(quán)利要求2的VCT系統(tǒng)，其中當掃描時間被保持恒定時，如果當臺架圍繞對象轉(zhuǎn)動時由區(qū)域檢測器所獲取的對象的視圖數(shù)目被減少，空間分辨率和軸向覆蓋可被增大，并且在保持掃描時間恒定時其中執(zhí)行控制算法的計算機確定視圖數(shù)目應(yīng)被減少多少，空間分辨率可被增大多少，和/或軸向覆蓋可被增大多少。
6．權(quán)利要求2的VCT系統(tǒng)，其中當掃描時間被保持恒定時，如果空間分辨率和/或軸向覆蓋都被減小，由區(qū)域檢測器所獲取的視圖數(shù)目可被增加，并且為了保持掃描時間恒定，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定該視圖數(shù)目可被增加多少，空間分辨率應(yīng)被減小多少和/或軸向覆蓋應(yīng)被減小多少。
7．權(quán)利要求2的VCT系統(tǒng)，其中當軸向覆蓋被保持恒定時，掃描時間和空間分辨率可被增大，并且為了保持軸向覆蓋恒定，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定掃描時間應(yīng)被減小多少和空間分辨率應(yīng)被增大多少。
8．權(quán)利要求2的VCT系統(tǒng)，其中在空間分辨率和掃描時間被減小時，軸向覆蓋可被保持恒定，并且為了保持軸向覆蓋恒定，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定掃描時間應(yīng)被減小多少和空間分辨率應(yīng)被減小多少。
9．權(quán)利要求2的VCT系統(tǒng)，其中當軸向覆蓋被保持恒定時，在增大空間分辨率和/或減小掃描時間的同時，由區(qū)域檢測器所獲取的該視圖數(shù)目可被減少，并且為了保持軸向覆蓋恒定，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定該視圖的數(shù)目應(yīng)減少多少，空間分辨率要被增大多少和/或掃描時間應(yīng)被減小多少。
10．權(quán)利要求2的VCT系統(tǒng)，其中當軸向覆蓋保持恒定時，在減小空間分辨率和/或增大掃描時間的同時由區(qū)域檢測器所獲取的該視圖數(shù)目可被增加，并且為了保持軸向覆蓋恒定，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定該視圖數(shù)目應(yīng)被增加多少，空間分辨率可被減小多少和/或掃描時間應(yīng)被增大多少。
11．權(quán)利要求2的VCT系統(tǒng)，其中在掃描時間被增大時空間分辨率可被保持恒定以及其中在掃描時間被增大時軸向覆蓋可被增大，而且在保持空間分辨率恒定的同時其中執(zhí)行控制算法的計算機確定掃描時間應(yīng)被增大多少和軸向覆蓋可被增大多少。
12．權(quán)利要求2的VCT系統(tǒng)，其中在掃描時間和軸向覆蓋被減小時空間分辨率可被保持恒定，并且為了保持空間分辨率恒定，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定掃描時間應(yīng)被減小多少和軸向覆蓋應(yīng)被減小多少。
13．權(quán)利要求2的VCT系統(tǒng)，其中在由區(qū)域檢測器所獲取的該視圖數(shù)目被增加和掃描時間被增大和/或軸向覆蓋被減小時空間分辨率可被保持恒定，并且為了保持空間分辨率恒定，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定該視圖數(shù)目應(yīng)被增加多少，軸向覆蓋應(yīng)被減小多少和/或掃描時間應(yīng)被增大多少。
14．權(quán)利要求2的VCT系統(tǒng)，其中在增大軸向覆蓋和/或減小掃描時間及減少由區(qū)域檢測器所獲取的該視圖數(shù)目的同時，空間分辨率可被保持恒定，并且為了保持空間分辨率恒定，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定該視圖數(shù)目應(yīng)被減少多少，軸向覆蓋可被增大多少和/或掃描時間應(yīng)被減小多少。
15．用于使用立體計算機X射線斷層造影(VCT)系統(tǒng)獲得對象的投射數(shù)據(jù)的方法，該方法包含步驟從X射線源投射X射線以使在特定的掃描時間間隔內(nèi)特定軸向覆蓋的X射線射到對象上；在區(qū)域檢測器中接收穿過對象的X射線，X射線源和區(qū)域檢測器被包含作為臺架的一部分；在該特定掃描時間內(nèi)在對象與X射線源之間和對象與區(qū)域檢測器之間生成相對轉(zhuǎn)動，當臺架圍繞對象轉(zhuǎn)動時X射線被投射在對象上由區(qū)域檢測器獲取給定數(shù)目的視圖，區(qū)域檢測器包含檢測器元件的陣列，至少有些檢測器元件響應(yīng)射到其上的X射線生成電信號；利用開關(guān)裝置有選擇地操縱哪些由某些檢測器元件所生成的電信號在任何特定的時間從那里被輸出；接收該至少某些檢測器元件所輸出的電信號并將所接收的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，開關(guān)裝置有選擇地被操縱以使由某些檢測器元件所生成的某些電信號被輸出到特定的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADCs)并被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，從而調(diào)節(jié)由投射數(shù)據(jù)所重建的圖象的空間分辨率；以及改變軸向覆蓋、掃描時間、視圖數(shù)目和空間分辨率中的至少一種以獲得用于對象在給定成象用途方面的最佳成象規(guī)程。
16．權(quán)利要求15的方法，其中應(yīng)用開關(guān)裝置的步驟借助利用多路復用器裝置被執(zhí)行，并且其中接收電信號及使由某些檢測器元件所生成的某些電信號被輸出并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的步驟由多路復用器和ADCs共同被執(zhí)行。
17．權(quán)利要求16的方法，其中在改變的步驟期間掃描時間被保持恒定，而其中在軸向覆蓋被減小時空間分辨率可被增大，并且為了保持掃描時間恒定，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定軸向覆蓋應(yīng)被減小多少和/或空間分辨率可被增大多少。
18．權(quán)利要求16的方法，其中在改變的步驟期間掃描時間被保持恒定，而其中在空間分辨率被減小時軸向覆蓋可被增大，并且為了保持掃描時間恒定，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定軸向覆蓋可被增大多少和/或空間分辨率應(yīng)被減小多少。
19．權(quán)利要求16的方法，其中在改變的步驟期間掃描時間被保持恒定，而其中如果當臺架圍繞對象轉(zhuǎn)動時由區(qū)域檢測器所獲取的對象的視圖數(shù)目被減少，空間分辨率和軸向覆蓋可被增大，并且在保持掃描時間恒定的同時其中執(zhí)行控制算法的計算機確定該視圖數(shù)目應(yīng)被減少多少，空間分辨率可被增大多少和/或軸向覆蓋可被增大多少。
20．權(quán)利要求16的方法，其中在改變的步驟期間掃描時間被保持恒定，而其中在空間分辨率和/或軸向覆蓋被減小時由區(qū)域檢測器所獲取的視圖數(shù)目可被增加，并且為了保持掃描時間恒定，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定該視圖的數(shù)目可被增加多少，空間分辨率應(yīng)被減小多少和/或軸向覆蓋應(yīng)被減小多少。
21．權(quán)利要求16的方法，其中在改變的步驟期間軸向覆蓋被保持恒定而其中掃描時間及空間分辨率可被增大，并且為了保持軸向覆蓋恒定，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定掃描時間應(yīng)被增大多少和/或空間分辨率應(yīng)被增大多少。
22．權(quán)利要求16的方法，其中在改變的步驟期間，在空間分辨率和掃描時間被減小時軸向覆蓋可被保持恒定，并且為了保持軸向覆蓋恒定其中執(zhí)行控制算法的計算機確定掃描時間應(yīng)被減小多少和/或空間分辨率應(yīng)被減小多少。
23．權(quán)利要求16的方法，其中在改變的步驟期間，軸向覆蓋被保持恒定，而在增大空間分辨率和/或減小掃描時間的同時由區(qū)域檢測器獲取的該視圖數(shù)目可被減少，并且為了保持軸向覆蓋的恒定，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定該視圖的數(shù)目應(yīng)被減少多少，空間分辨率可被增大多少和/或掃描時間應(yīng)被減小多少。
24．權(quán)利要求16的方法，其中在改變的步驟期間軸向覆蓋被保持恒定，而其中在減小空間分辨率和/或增大掃描時間的同時由區(qū)域檢測器所獲取的該視圖數(shù)目可被增加，并且為了保持軸向覆蓋恒定，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定該視圖數(shù)目應(yīng)被增加多少，空間分辨率可被減小多少和/或掃描時間應(yīng)被增大多少。
25．權(quán)利要求16的方法，其中在改變的步驟期間，在掃描時間被增大時空間分辨率可保持恒定，而其中如果掃描時間被增大，軸向覆蓋可被增大，并且在保持空間分辨率恒定的同時，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定掃描時間應(yīng)被增大多少和軸向覆蓋可被增大多少。
26．權(quán)利要求16的方法，其中在改變的步驟期間，在掃描時間和軸向覆蓋被減小時，空間分辨率可被保持恒定，并且為了保持空間分辨率恒定其中執(zhí)行控制算法的計算機確定掃描時間應(yīng)被減小多少和軸向覆蓋應(yīng)被減小多少。
27．權(quán)利要求16的方法，其中在改變的步驟期間，在由區(qū)域檢測器所獲取的該視圖數(shù)目被增加和掃描時間被增大和/或軸向覆蓋被減小時，空間分辨率可被保持恒定，并且為了保持空間分辨率恒定，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定該視圖應(yīng)被增加的數(shù)目，軸向覆蓋應(yīng)被減小多少和/或掃描時間可被增大多少。
28．權(quán)利要求16的方法，其中在改變的步驟期間，通過減少由區(qū)域檢測器所獲取的該視圖數(shù)目和通過增大軸向覆蓋和/或減小掃描時間，空間分辨率可被保持恒定，并且為了保持空間分辨率恒定，其中執(zhí)行控制算法的計算機確定該視圖的數(shù)目應(yīng)被減少多少和軸向覆蓋可被增大多少和/或掃描時間應(yīng)被減小多少。
全文摘要
立體計算機X射線斷層造影(CT)系統(tǒng)具有通過開關(guān)裝置(6)被連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADCs)的區(qū)域檢測器(3)。通過操縱開關(guān)裝置,空間分辨率能被調(diào)節(jié)。這可以改變軸向覆蓋、掃描時間及視圖數(shù)。
文檔編號G01T1/29GK1313736SQ00801121
公開日2001年9月19日 申請日期2000年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月15日
發(fā)明者P·M·埃迪克, A·N·伊沙奎, M·雅烏茲 申請人:通用電氣公司