专利名称：用于心脏轴位ct的高频鞍形轨迹的制作方法
用于心脏轴位CT的高频鞍形轨迹
本发明涉及断层摄影成像领域。具体而言，本发明涉及一种用于检査 感兴趣对象的检査装置、 一种X射线管、 一种检査感兴趣对象的方法、一 种计算机可读介质以及一种程序单元。
鞍形轨迹是为了改善用未来的大面积探测器进行的轴位扫描所建议的 测量中的一种。鞍形轨迹由于其可以得到完整的数据集因而非常具有吸引 力。对于相当大的体积内的每个对象点至少存在两条pi线。pi线的存在很 重要，因为pi线与精确重建方法的反向投影间隔有关。
在J.D. Pack等人于Phys. Med. Biol. (49 (11) (2004) 2317)中已经讨论 了一大类鞍形轨迹的一些特性，该文献的内容以引用方式并入本文中。J.D. Pack等人已经证明对于相当大的体积内的每个对象点至少存在两条pi线。 最近由H. Yang等人于Phys. Med. Biol. (51 (5) (2006) 1157)公开了一种精 确滤波的反向投影重建算法，该文献的内容以引用方式并入本文中。
除了技术可行性以及是否可重建足够的图像空间的问题之外，在临床 应用方面对所述轨迹进行评估同样重要。鞍形轨迹的最受关注的应用之一 是心脏CT。该应用要求在心脏周期的预定相位点处的高时间分辨率，其涉 及投影数据间隔。利用了存在pi线的精确重建算法典型的是短扫描方法、 甚至超短扫描方法。然而，并不能自由地选择反向投影间隔，而是由pi线 确定出反向投影间隔。对于标准鞍形而言，这可以得到有效相位点的强空 间变异。
对于心脏CT而言，通常要对心脏时间窗进行选择，所述心脏时间窗 确定出对进行重建有用的数据。要想获得好的时间分辨率所述窗应当小。 如果所述窗与扫描架的完全旋转所需的时间相比变得更短，则精确方法所 重建的体积由于不存在相关的pi线而变小了 。
人们希望提供一种能够在心脏CT中进行精确图像重建的改进的焦斑轨迹。
根据本发明的示范性实施例，提供了一种用于检查感兴趣对象的检查 装置，所述检查装置包括辐射源，所述辐射源适于向感兴趣对象发射具有 焦斑的电磁辐射束，并且适于以一旋转频率围绕关于感兴趣对象的Z轴进 行旋转，其中，进一步将所述辐射源调整成使所述束的焦斑以高于所述源
的旋转频率的振荡频率沿着z轴的z方向来回移动。
因此，所述检査装置可以适于在辐射源的旋转期间执行往复的焦斑移 动。往复的焦斑可以使得精确体积图像重建在没有额外地移动感兴趣对象 (其可以是患者)的情况下变得可能。
因而，所述检查装置包括能够使焦斑在扫描架旋转期间沿着患者的轴 进行高频移动的辐射源。这样，可以避免由于图像重建产生的锥束伪影。
根据本发明的另一示范性实施例，振荡频率高于辐射源的旋转频率两 倍以上。根据本发明的另一示范性实施例，振荡频率高于所述旋转频率大 约六倍。.
这可以为这样的高频鞍形轨迹内的对象点提供相当均匀的pi线分布。
根据本发明的另一示范性实施例，所述束的焦斑在辐射源围绕z轴旋 转期间于鞍形轨迹上移动。
此外，根据本发明的另一示范性实施例，所述束的焦斑在辐射源围绕z 轴旋转期间于三角形轨迹上移动。
根据本发明的另一示范性实施例，辐射源或辐射源的一部分适于执行 沿着z方向的移动，以便沿着z方向移动焦斑。
因此，根据本发明的这一示范性实施例，辐射源或辐射源的某些元件 的纯机械移动可以提供沿着z方向的往复的焦斑移动。
根据本发明的另一示范性实施例，辐射源包括阳极和用于生成电子束 的电子源，其中，为了沿着z方向移动焦斑，辐射源适于在电子束撞击到 阳极之前使所述电子束发生偏转。
因而，为了提供沿着z方向的焦斑移动可以不需要进行机械移动。可
以通过提供适于借助于电力使电子束发生偏转的偏转元件来实现这样的电 子束偏转。
根据本发明的另一示范性实施例，为了沿着z方向移动焦斑，所述阳极适于作为具有焦轨的旋转阳极，其中，所述旋转阳极适于围绕旋转轴进 行旋转，并且其中，所述焦轨具有正弦曲线形状、三角形形状和鞍形形状 之一。
因此，所述检査装置可以适于通过简单地旋转x射线管的阳极来执行
往复的焦斑移动。
根据本发明的另一示范性实施例，在所述检査装置内包括用于探测来 自辐射源的电磁辐射的探测器和用于基于所探测的辐射重建感兴趣对象的 图像的重建单元。
根据本发明的另外的示范性实施例，所述探测器适于沿着与所述源相
反方向上的z方向进行移动。
因此，图像质量可以得到进一步改善。
根据本发明的另一示范性实施例，所探测的辐射包括由焦斑的来回移 动产生的振荡数据和由焦斑的圆形轨迹产生的圆形数据及其组合。
此外，根据本发明的另一示范性实施例，所述振荡数据是在辐射源的 第一旋转期间探测到的，其中，所述圆形数据是在辐射源的第二旋转期间 探测到的。
因而，所述圆形数据和所述振荡数据是在所述源的不同旋转期间探测 到的。
根据本发明的另一示范性实施例，所述辐射源适于作为双管系统，其 中，所述振荡数据和所述圆形数据是同时探测到的。 这可以进一步降低测量时间。
根据本发明的另一示范性实施例，将所述检查装置配置为由材料测试 装置、医学应用装置和微型CT系统组成的组中的一个。
本发明的应用领域可以是医学成像，具体而言是心脏CT。
根据本发明的另一示范性实施例，所述检査装置适于作为三维计算机 断层摄影装置和三维旋转X射线装置中的一个。
在该背景下应当注意，本发明并不局限于计算机断层摄影，而是可以 总是应用于X射线束的焦斑必须以往复或振荡的方式进行移动时。
此外，根据本发明的另一示范性实施例，电磁辐射束适于作为多色X 射线束。
8根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种用于检査装置的x射线
管，其适于向所要检查的感兴趣对象发射具有焦斑的电磁辐射束，并且适
于以一旋转频率围绕关于所述感兴趣对象的z轴进行旋转，其中，进一步 将所述X射线管调整成使所述束的焦斑以高于所述源的旋转频率的振荡频 率沿着z轴的z方向来回移动。
此外，根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种用检查装置检査
感兴趣对象的方法，所述方法包括如下步骤由辐射源向感兴趣对象发射 具有焦斑的电磁辐射束，以一旋转频率围绕关于感兴趣对象的Z轴旋转所 述源，并且以高于所述源的旋转频率的振荡频率使所述束的焦斑沿着Z轴 的Z方向来回移动。
这可以提供能够在不必来回移动感兴趣对象的情况下对增加的感兴趣 体积进行精确图像重建的焦斑轨迹生成。
根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种计算机可读介质，其中 存储有检査感兴趣对象的计算机程序，所述计算机程序在由处理器运行时， 使所述处理器执行上述的方法步骤。
此外，根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种检查感兴趣对象 的程序单元，所述程序单元在由处理器运行时，使所述处理器执行上述的 方法步骤。
应当注意，具有Z移动焦点的X射线管还可以包括介于所述管的输出 窗和感兴趣对象之间的准直单元(或窗孔系统)，并且应当注意，该准直单 元能够针对所述焦点的不同z位置进行非常快速的调整，从而使得对于所
述焦点的每个位置，都可以借助于x射线束将整个感兴趣对象投影到探测
器上。这一快速可调整的准直器例如可以具有移动部件，或者可以以多个 固定准直狭缝的形式对其进行调整。
所述检查感兴趣对象的方法可以具体化为计算机程序，即软件，或者 可以使用一种或多种专用电子优化电路，即硬件来具体化，或者所述方法 可以以混合形式，即，借助于软件部件和硬件部件来具体化。
将根据本发明的实施例的程序单元优选地装载到具有数据处理器的工 作存储器中。因而，可以配备数据存储器以执行本发明的方法的实施例。
可以以任意适合的编程语言，例如0++来编写计算机程序，并且将所述计
9算机程序存储在诸如CD-ROM的计算机可读介质上。同样，所述计算机程 序可以从诸如万维网的网络上获得，从所述网络上将所述计算机程序下载 到图像处理单元或处理器中，或者下载到任意适合的计算机中。
可以将检査装置设置有生成在所述源旋转期间沿着患者的轴往复的焦 斑的辐射源看作是本发明的示范性实施例的主旨。由于焦斑的振荡频率高 于所述源的旋转频率，因此存在多条pi线，所述pi线对于这样的高频轨迹 内的对象点而言是相当均匀分布的。这甚至可以为大的体积提供精确的重 建。
本发明的这些及其他方面将从参考后面描述的实施例中变得明显，并 且将参考其进行阐述。
本发明的示范性实施例将在下文参照附图进行描述。
图1示出了根据本发明的示范性实施例的检査装置的简化示意性表示；
图2示出了根据本发明的示范性实施例的pi曲线；
图3示出了根据本发明的另 一示范性实施例的pi曲线；
图4示出了根据本发明的另一示范性实施例的pi曲线；
图5示出了根据本发明的示范性实施例的高频鞍形轨迹的示意性表示；
图6示出了用于这样的高频鞍形轨迹的对象点的pi线；
图7示出了与根据本发明的示范性实施例的圆形轨迹相组合的鞍形轨
迹；
图8示出了用于三个不同振荡频率的存在pi线的对象点的体积； 图9示出了根据本发明的示范性方法的流程图IO示出了根据本发明的图像处理设备的示范性实施例，该图像处理 设备用于执行根据本发明的方法的示范性实施例。
附图中的图示是示意性的。在不同的附图中，相似或等同的元件设置 有相同的附图标记。
图l示出了根据本发明的计算机断层摄影扫描器系统的示范性实施例。 图1中所描绘的计算机断层摄影设备100为锥束CT扫描器。所述CT扫描 器包括扫描架101，所述扫描架101可围绕旋转轴102旋转。扫描架101借助于马达103驱动。附图标记104指示诸如X射线源的辐射源，根据本 发明的一方面，所述辐射源发射多色或单色辐射，并且包括X射线管。
附图标记105指示将从辐射源104发射的辐射束形成锥形辐射束106 的窗孔系统。对锥束106进行导引使得其穿透布置在扫描架101的中央， 即布置在CT扫描器的检査区域中的感兴趣对象107，并且撞击到探测器 108上。正如从图1中可以看到的，将探测器108布置在扫描架101上辐射 源104的对面，从而使得探测器108的表面被锥束106所覆盖。图1中所 描绘的探测器108包括多个探测器元件123，每个探测器都能探测已经被感 兴趣对象107散射或者已经通过感兴趣对象107的X射线。
在对感兴趣对象107进行扫描期间，辐射源104、窗孔系统105和探测 器108沿着扫描架101在箭头116所指示的方向上进行旋转。为了进行扫 描架101、辐射源104、窗孔系统105和探测器108的旋转，将马达103连 接到马达控制单元117，所述马达控制单元连接到重建单元118。
感兴趣对象107例如可以是被放置在操作床119上的患者。在对患者 107的例如心脏130扫描期间，扫描架101围绕患者107旋转而焦斑沿着鞍 形轨迹移动。因此，执行圆形扫描而不会发生操作床119平行于旋转轴102 的位移。
此外，可以设置心电图设备135，其测量患者107的心脏130的心电图， 同时由探测器108探测通过心脏130后衰减的X射线。之后，将与所测量 的心电图有关的数据传输至重建单元118。
将探测器108连接至重建单元118。重建单元118接收探测结果，即来 自探测器108的探测器元件123的读出，并且重建单元118基于这些读出 确定扫描结果。此外，重建单元118与马达控制单元117通信，以便用马 达103和120使扫描架101的移动与操作床119相协调。
重建118可以适于根据探测器108的读出重建图像。可以将由重建单 元118生成的重建图像经由接口 122输出到显示器(图1中未示出)。
重建单元118可以实现为数据处理器，以处理来自探测器108的探测 器元件123的读出。
所测量的数据，即心脏计算机断层摄影数据和心电图数据通过重建单 元118进行处理，所述重建单元118可以进一步经由图形用户接口 140控制。
然而，应当注意，本发明并不局限于这一具体的数据获取重建。
图2示出了根据本发明的示范性实施例的pi曲线。水平轴表示所述源
的旋转角度而垂直轴表示在具体的坐标(x，y)处具体的Pi线到xy平面的距离 (如在图3和4中的那样)。
这里所考虑的鞍形轨迹例如可以位于在z方向上具有谐振荡的圆柱面 上。 一般而言，可以将这样的鞍形参数化为
y(s)=(Rcos(s),Rsin(s),z0cos(fs))，
其中，色2。这里，R对应于圆柱半径，z。对应于z振荡的幅度，而s为角 度变量。在下文中，f的值被限制为整数值，并且将任何具有的鞍形表 示为高频鞍形。然而，应当注意，f也可以是非整数值。
Pi线是一条包含轨迹的两个点的线。对于pi线上的每个对象点，理论 上都能够进行精确重建。
在下文中，固定任意的坐标(x，y)，并且将平行于z轴的线考虑作为包 含的点(x，y,O)。对于轨迹y(s)上的每个点，存在唯一一条在某一2=21处与这 一指定的线相交的pi线。在图2中，描绘出se
，且(x，y"(150,0)， y=6的Zl(s)。将与图2中所描绘的曲线对应的曲线表示为pi曲线。
作为示例，考虑点(x,y，z) = (150,0,15)，其对应于图2中上面的虚线。 虚线201具有12个与pi曲线202相交的点。换言之，针对对象点(x,y，z)= (150，0,15)找到六条pi线，这是由于每条pi线与所述轨迹相交两次。图2 中下面的虚线203对应于点(x，y，z): (150,0,-30)。显然，对于该点仅存在四 条pi线。具有六条pi线的对象点的数量随着到旋转轴的距离减小而增力口。
图3在(x,y)-(-50,50)内示出了这一情况。再次，如图2中的那样，f 6， R:570而zo-腦。
针对介于图3中的两条点线301、 302之间的z范围内的所有对象点都 能够找到六条pi线。对于一些对象点而言，在f^6时甚至存在八条pi线， 如图4中所示出的那样。图4中的虚线对应于(x,y,z) = (200,0,-25)，台6， R=570， z0=100。
12图5示出了焦斑在z方向102上振荡的高频鞍形轨迹，同时管探测器 系统围绕患者旋转。
图6示出了对于这样的高频鞍形轨迹601均匀分布的对象点608的pi 线602-607。图6中所描绘的对象点608位于(x,y,z) = (-50,50,40)，其对应于 图3中的虚线303。
如已经述及的那样，这样的高频鞍形601可以通过所述管或所述管的 部分在z方向上的移动来实现。可替代地或附加地，可以使用其中只有电 子束被例如多个探测元件偏转的管。
图7示出了与圆形轨迹702相结合的鞍形轨迹701 。这里，圆形数据可 以是在其他旋转期间利用与用于鞍形轨迹相同的管获得的。圆形数据还可 以利用双管系统与鞍形数据同时获得。
图8示出了相对于不同的焦斑轨迹801、 802、 803存在pi线的对象点 的体积。图8中的三幅图像分别对应于P2,6，7。应当注意，对于P7的情 况，大量靠近旋转轴的对象点不存在pi线。
pi线的概念可以只有在整个反向投影间隔期间照射对象点时才有用。
如果在与所述源相反方向的z方向上同样实现了探测器移动，则可以 获得对于固定z。的进一步改善。
图9示出了根据本发明的示范性方法用于检査感兴趣对象的流程图。 所述方法开始于步骤1，其中从阴极朝阳极发射电子束。之后，在步骤2 中，电子束击中阳极，从而生成具有焦斑的被导引朝向感兴趣对象的电磁 辐射束。
之后，在步骤3中，X射线管围绕关于感兴趣对象的z轴旋转。之后， 在步骤4中，X射线束的焦斑以高于X射线管的旋转频率的振荡频率沿着 z方向来回移动。
在步骤5中，探测到已经通过感兴趣对象的X射线。同时，由心电图 检测ECG数据。在最终步骤6中，根据精确重建方案重建出心脏的图像。
图10描绘出根据本发明的数据处理设备400的示范性实施例，该数据 处理设备用于执行根据本发明的方法的示范性实施例。
图10中所描绘的数据处理设备400包括中央处理单元(CPU)或图像 处理器401，将所述CPU或图像处理器连接至用于存储描绘出诸如患者或
13行李物品的感兴趣对象的图像的存储器402。可以将数据处理器401连接至 多个输入/输出网络或诊断设备，例如CT设备。还可以将数据处理器401 连接至显示设备403，例如计算机监视器，用于显示在数据处理器401中经 计算或调整的信息或图像。操作员或用户经由键盘404和/或其他输出设备 (其未在图10中描绘出)与数据处理器401进行交互。
此外，经由总线系统405，还有可能将图像处理和控制处理器401连接 至例如监测感兴趣对象的运动的运动监测器。在例如对患者的肺进行成像 的情况下，运动传感器可以是呼气传感器。在对心脏进行成像的情况下， 运动传感器可以是心电图。
本发明的示范性实施例可以作为CT扫描器控制台、成像工作站或 PACS工作站的软件选项进行销售。
应当注意，术语"包括"并不排除其他元件或步骤，"一"或"一个" 并不排除多个。同样，可以对结合不同实施例描述的各元件进行组合。
还应当注意，权利要求中的附图标记不应理解为对权利要求的范围的 限定。
权利要求
1、一种用于检查感兴趣对象(107)的检查装置(100)，所述检查装置包括辐射源(104)，其适于向所述感兴趣对象(107)发射具有焦斑的电磁辐射束，并且适于以一旋转频率围绕关于所述感兴趣对象(107)的z轴(102)进行旋转；进一步将所述辐射源(104)调整成使所述束的所述焦斑以高于所述源(104)的所述旋转频率的振荡频率沿着所述z轴(102)的z方向来回移动。
2、 根据权利要求1所述的检查装置(100)， 其中，所述振荡频率高于所述旋转频率大约六倍。
3、 根据权利要求1所述的检查装置(100)，其中，所述束的所述焦斑在所述辐射源围绕所述z轴旋转期间在鞍形 轨迹上移动。
4、 根据权利要求1所述的检查装置(100)，其中，所述束的所述焦斑在所述辐射源围绕所述z轴旋转期间在三角 形轨迹上移动。
5、 根据权利要求1所述的检査装置(100)，其中，为了沿着所述z方向移动所述焦斑，所述辐射源或所述辐射源 的一部分适于执行沿着所述z方向的移动。
6、 根据权利要求1所述的检査装置(100)，其中，所述辐射源包括阳极和用于生成电子束的电子源； 其中，为了沿着所述z方向移动所述焦斑，所述辐^f源适于在所述电 子束撞击到所述阳极之前使所述电子束发生偏转。
7、 根据权利要求1所述的检查装置(100)，其中，为了沿着所述z方向移动所述焦斑，所述阳极适于作为具有焦 轨的旋转阳极；其中，所述旋转阳极适于围绕旋转轴进行旋转，并且其中，所述焦轨具有正弦曲线形状、三角形形状和鞍形形状之一。
8、 根据权利要求1所述的检査装置(100)，还包括-探测器(108)，其用于探测来自所述辐射源的电磁辐射；以及 重建单元(118)，其用于基于所探测的辐射重建所述感兴趣对象(107)的图像。
9、 根据权利要求8所述的检查装置(100)，其中，所述探测器(108)适于沿着与所述源(104)相反方向上的所 述z方向进行移动。
10、 根据权利要求8所述的检査装置(100)，其中，所探测的辐射包括由所述焦斑的来回移动产生的振荡数据和由 所述焦斑的圆形轨迹产生的圆形数据及其组合。
11、 根据权利要求10所述的检査装置(100)，其中，所述振荡数据是在所述辐射源的第一旋转期间探测到的；并且 其中，所述圆形数据是在所述辐射源的第二旋转期间探测到的。
12、 根据权利要求10所述的检査装置(100)， 其中，所述辐射源适于作为双管系统；并且其中，所述振荡数据和所述圆形数据是同时探测到的。
13、 根据权利要求1所述的检查装置(100)，将所述检査装置(100) 配置为由材料测试装置、医学应用装置和微型CT系统组成的组中的一个。
14、 根据权利要求1所述的检查装置(100)，所述检査装置(100)适 于作为3D计算机断层摄影装置和3D旋转X射线装置中的一个。
15、 根据权利要求1所述的检查装置(100)， 其中，所述电磁辐射束为多色X射线束。
16、 一种用于检査装置(100)的X射线管(104)，其适于向所要检查 的感兴趣对象(107)发射具有焦斑的电磁辐射束，并且适于以一旋转频率 围绕关于所述感兴趣对象(107)的z轴(102)进行旋转；其中，进一步将所述X射线管(104)调整成使所述束的所述焦斑以高 于所述源(104)的所述旋转频率的振荡频率沿着所述z轴(102)的z方 向来回移动。
17、 一种用检查装置(100)检查感兴趣对象(107)的方法，所述方 法包括如下步骤由辐射源向所述感兴趣对象(107)发射具有焦斑的电磁辐射束； 以一旋转频率围绕关于所述感兴趣对象(107)的z轴(102)旋转所 述源；并且以高于所述源(104)的所述旋转频率的振荡频率使所述束的所述焦斑 沿着所述z轴(102)的z方向来回移动。
18、 一种计算机可读介质(402)，其中存储有检查感兴趣对象的计算 机程序，所述计算机程序在由处理器(401)运行时，使所述处理器执行如 下步骤由辐射源向所述感兴趣对象(107)发射具有焦斑的电磁辐射束； 以一旋转频率围绕关于所述感兴趣对象(107)的z轴(102)旋转所 述源；以高于所述源(104)的所述旋转频率的振荡频率使所述束的所述焦斑 沿着所述z轴(102)的z方向来回移动。
19、 一种检查感兴趣对象的程序单元，所述程序单元在由处理器(401)运行时，使所述处理器执行如下步骤由辐射源向所述感兴趣对象(107)发射具有焦斑的电磁辐射束； 以一旋转频率围绕关于所述感兴趣对象(107)的z轴(102)旋转所述源；以高于所述源(104)的所述旋转频率的振荡频率使所述束的所述焦斑 沿着所述z轴(102)的z方向来回移动。
20、 根据权利要求1所述的检査装置(100)，其适于心脏CT。
21、 根据权利要求1所述的检查装置(100)，其中，所述轨迹是通过所述对象在z方向上的移动而不是通过所述辐 射源的移动来实现的。
全文摘要
如果在心脏CT中，时间窗与扫描架的完全旋转所需的时间相比变得更短，则所重建的体积由于不存在相关的pi线而变小了。根据本发明的示范性实施例，提供了一种检查装置，其生成以高于源的旋转频率的振荡频率在z方向上进行振荡的辐射束。这可以提供对大体积的精确图像重建。
文档编号A61B6/03GK101528134SQ200780038513
公开日2009年9月9日 申请日期2007年10月16日 优先权日2006年10月18日
发明者C·邦图斯, R·普罗克绍, T·克勒 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司