计算机化断层扫描设备及其机架旋转控制装置和方法
【专利摘要】本发明提供一种计算机化断层扫描设备及其机架旋转控制装置和方法。所述装置包括确定将要发射到目标对象的每个待扫描部位的X射线的辐射剂量的辐射剂量确定单元、根据确定的辐射剂量中的最大辐射剂量来确定机架的最小旋转速率的最小速率确定单元、根据确定的最小旋转速率来确定机架的最大旋转速率的最大速率确定单元、根据确定的最小旋转速率和最大旋转速率来确定机架在扫描目标对象过程中的任意时刻的旋转速率的旋转速率确定单元、在对目标对象进行扫描时控制机架在根据确定的旋转速率进行旋转的同时对目标对象进行扫描的机架旋转控制单元。因此，可以获得具有期望的信噪比的扫描图像，缩短扫描时间，降低目标对象接受的辐射剂量。
【专利说明】计算机化断层扫描设备及其机架旋转控制装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明通常涉及计算机化断层扫描（Computed Tomography, CT)领域，更具体地 讲，涉及一种计算机化断层扫描设备及其机架旋转控制装置和方法。
【背景技术】
[0002] 计算机化断层扫描（CT)设备通常包括能够在旋转的同时向目标对象（例如，待扫 描的用户）发射X射线以进行扫描的机架。机架包括固定在机架上的X射线发生器。因此， X射线发生器将随着机架的旋转而旋转，同时向目标对象发射X射线，从而可以对目标对象 的各个待扫描部位进行扫描。机架还包括接收从X射线发生器发射的X射线（其中，包括 穿过目标对象的X射线）的成像装置。成像装置将接收的X射线转化成电信号，并将这样 的电信号发送到CT设备的控制台。CT设备的控制台包括接收从成像装置发送的电信号并 进行处理以得到包括目标对象的各个待扫描部位的图像的目标对象的扫描图像。此外，控 制台还包括显示扫描图像的显示器。
[0003] CT设备还可以包括控制机架的运动的机架旋转控制装置。现有的机架旋转控制装 置控制机架按照匀速旋转。然而，当CT设备的X射线发生器的额定X射线发射能力（通常 以mA值来表示）较小和/或目标对象的某些待扫描部位的尺寸较大时，可能无法得到具有 期望的图像信噪比的扫描图像；或者，当CT设备的X射线发生器的额定X射线发射能力较 大和/或目标对象的某些待扫描部位的尺寸较小时，可能向目标对象的这些尺寸较小的待 扫描部位福射了福射剂量过量的X射线。
[0004] 因此，期望一种可以以变化的速率来控制机架进行旋转的CT设备。
【发明内容】
[0005] 本发明的一个示例性实施例提供了一种计算机化断层扫描设备的机架旋转控制 装置。该计算机化断层扫描设备可以包括能够在旋转的同时向目标对象发射X射线以进行 扫描的机架。所述装置可以包括确定将要发射到目标对象的每个待扫描部位的X射线的辐 射剂量的辐射剂量确定单元、根据确定的辐射剂量中的最大辐射剂量来确定机架的最小旋 转速率的最小速率确定单元、根据确定的最小旋转速率来确定机架的最大旋转速率的最大 速率确定单元、根据确定的最小旋转速率和最大旋转速率来确定机架在扫描目标对象过程 中的任意时刻的旋转速率的旋转速率确定单元、在对目标对象进行扫描时控制机架在根据 确定的旋转速率进行旋转的同时对目标对象进行扫描的机架旋转控制单元。
[0006] 本发明的一个示例性实施例提供了一种计算机化断层扫描设备的机架运动控制 方法。该计算机化断层扫描设备可以包括能够在旋转的同时向目标对象发射X射线以进行 扫描的机架。所述方法可以包括：确定将要发射到目标对象的每个待扫描部位的X射线的 辐射剂量；根据确定的辐射剂量中的最大辐射剂量来确定机架的最小旋转速率；根据确定 的最小旋转速率来确定机架的最大旋转速率；根据确定的最小旋转速率和最大旋转速率来 确定机架在扫描目标对象过程中的任意时刻的旋转速率；当对目标对象进行扫描时，控制 机架在根据确定的旋转速率进行旋转的同时对目标对象进行扫描。
[0007] 本发明的一个示例性实施例提供了一种计算机化断层扫描设备，其特征在于，所 述计算机化断层扫描设备包括如上所述的机架旋转控制装置。
[0008] 通过下面的详细描述、附图以及权利要求，其他特征和方面会变得清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 通过结合附图对于本发明的示例性实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在 附图中：
[0010] 图1是示出根据示例性实施例的计算机化断层扫描（CT)系统的示意图；
[0011] 图2是详细示出根据示例性实施例的旋转控制装置的示意性框图；
[0012] 图3是示出根据示例性实施例的机架运动控制方法的流程图；
[0013] 图4是示出了根据示例性实施例的确定机架的最大旋转速率的步骤的详细流程 图；
[0014] 图5是示出了根据示例性实施例的机架的旋转位置与辐射剂量的关系的曲线图。
【具体实施方式】
[0015] 以下将描述本发明的【具体实施方式】，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述 过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详 尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工 程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商 业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施 方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂 并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开 揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不 应当理解为本公开的内容不充分。
[0016] 除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发 明所属【技术领域】内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权 利要求书中使用的"第一"、"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而 只是用来区分不同的组成部分。"一个"或者"一"等类似词语并不表示数量限制，而是表示 存在至少一个。"包括"或者"包含"等类似的词语意指出现在"包括"或者"包含"前面的 元件或者物件涵盖出现在"包括"或者"包含"后面列举的元件或者物件及其等同元件，并 不排除其他元件或者物件。"连接"或者"相连"等类似的词语并非限定于物理的或者机械 的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。
[0017] 图1是示出根据示例性实施例的计算机化断层扫描（CT)设备的示意图。如图1中 所示，根据示例性实施例的CT设备可以包括机架100和控制机架旋转的旋转控制装置200。
[0018] 机架100可以旋转，并可以同时向目标对象发射X射线，以对目标对象（例如，目 标对象的各个待扫描部位）进行扫描。因此，机架100可以包括安装并固定在机架100上的 X射线发生器110。X射线发生器110可以产生X射线（X光），并可以向目标对象（例如， 待扫描的用户）发射X射线。机架100还可以包括成像装置130。成像装置130可以接收 从X射线发生器110发射的X射线（其中，包括穿过目标对象的X射线），并可以将接收的 X射线转换成电信号（即，图像信号）。
[0019] 虽然在图中没有示出，但是根据示例性实施例的CT设备还可以包括图像处理器 和显示器。成像装置130可以将图像信号发送到图像处理器，图像处理器可以对接收的图 像信号进行处理，以产生包括目标对象的各个待扫描部位的图像的扫描图像。此外，图像处 理器可以将产生的扫描图像发送到显示器，从而通过显示器显示目标对象的扫描图像。
[0020] 旋转控制装置200可以连接到机架100,以控制机架100旋转并执行扫描操作。例 如，旋转控制装置200可以向用于驱动机架100的旋转的例如电机的驱动器（未示出）发 送控制信号，从而通过控制驱动器的操作来控制机架100以不同的旋转速率进行旋转，这 将在下面进行详细描述。
[0021] 根据示例性实施例，旋转控制装置200可以根据CT设备中包括的各个组件的硬件 规格、目标对象的尺寸或大小和/或将通过对目标对象进行扫描而得到的扫描图像的期望 的图像信噪比来确定机架在对目标对象进行扫描的扫描过程中的旋转速率，并可以因此根 据确定的旋转速率来控制机架100旋转。这里，CT设备的硬件规格可以包括X射线发生器 110的额定X射线发射能力（由mA (毫安）值来表示）、机架100的额定最大旋转速率和额 定最大加速度等。
[0022] 图2是详细示出根据示例性实施例的旋转控制装置的示意性框图。如图2中所 示，根据示例性实施例的旋转控制装置200可以包括辐射剂量确定单元210,最小速率确定 单元230、最大速率确定单元250、旋转速率确定单元270和机架控制单元290。
[0023] 辐射剂量确定单元210可以确定机架100 (即，包括在机架100中的X射线发生 器110)在对目标对象的各个待扫描部位进行扫描时将要发射到每个待扫描部位的X射线 的辐射剂量。例如，辐射剂量确定单元210可以首先使机架100对目标对象进行定位扫描 (scout scan)，并可以得到定位图像（scout image)。然后，福射剂量确定单元210可以根 据得到的定位图像和期望的图像信噪比来确定机架100将要发射到每个待扫描部位的X射 线的辐射剂量。辐射剂量可以用mAs (毫安?秒）来表示，S卩，X射线发生器110的额定X射 线发射能力（mA)乘以X射线发生器110对该待扫描部位的扫描时间（s)。
[0024] 图5是示出了根据示例性实施例的机架100的旋转位置与辐射剂量的关系的曲线 图。
[0025] 在当前的示例性实施例中，当执行扫描操作时，机架100可以旋转360°，从而对 目标对象的各个待扫描部位进行扫描。因为目标对象的待扫描部位的大小或尺寸不同，和/ 或因为目标对象的待扫描部位对于X射线的吸收能力不同，所以为了得到具有期望的图像 信噪比的扫描图像，机架100在旋转到不同位置处时发射到目标对象的X射线的辐射剂量 可以是不同的。如图5中所示，当开始扫描操作时，机架100可以从初始位置（即，0° )开 始旋转，并同时向目标对象发射X射线。当机架100旋转到90°附近的位置处时，辐射剂量 可以最大值，并且当机架100旋转到180°附近的位置处时，辐射剂量可以是最小值。将机 架100旋转一周并回到初始位置（即，0° )时，可以停止向目标对象发射X射线，并可以结 束扫描操作。
[0026] 在当前的示例性实施例中，可以通过本领域技术人员已知的mA调制技术来实现 这里描述的辐射剂量确定单元210的功能和操作，从而可以得到如图5中所示的旋转位置 与辐射剂量的关系的曲线。
[0027] 当确定了机架100将要发射到目标对象的每个待扫描部位的X射线的辐射剂量 时，辐射剂量确定单元210可以将与确定的辐射剂量相关的信息发送到最小速率确定单元 230。这里，与确定的辐射剂量相关的信息可以包括与如图5中所示的曲线相关的信息。然 而，示例性实施例不限于此，在其他的示例性实施例中，与确定的辐射剂量相关的信息可以 是记录了旋转位置与辐射剂量的关系的查找表。
[0028] 当接收到与确定的辐射剂量相关的信息时，最小速率确定单元230可以根据确定 的辐射剂量中的最大辐射剂量来确定机架100的最小旋转速率。将进行扫描时，机架100 的旋转速率越小，从机架100发射到目标对象的X射线的辐射剂量越大。因此，在与最大辐 射剂量对应的旋转位置处，机架100的旋转速率可以是最小的。
[0029] 然而，示例性实施例不限于此，在其他的示例性实施例中，辐射剂量确定单元210 可以仅将与确定的辐射剂量中的最大辐射剂量相关的信息发送到最小速率确定单元230。
[0030] 例如，最小速率确定单元230可以根据下面的式1来计算机架的最小旋转速率 Vmin。
[0031] Vmin = rnAmax/rnAsmax (1)
[0032] 在式1中，HiAmax为机架100(即，机架100中包括的X射线发生器110)的额定最大 X射线发射能力，HiAsmax为确定的辐射剂量中的最大辐射剂量（例如，图5中的与90°附近 的旋转位置处对应的峰值）。在当前的示例性实施例中，机架100的旋转速率的单位可以为 rps(每秒旋转周数）。
[0033] 当确定了确定机架100的最小旋转速率时，最小速率确定单元230可以将与确定 的最小旋转速率相关的信息发送到最大速率确定单元250和旋转速率确定单元270。当接 收到与确定的最小旋转速率相关的信息时，最大速率确定单元250可以根据确定的最小旋 转速率来确定机架100的最大旋转速率。
[0034] 例如，最大速率确定单元250可以根据下面的式2来计算第一最大旋转速率Vmaxl。
【权利要求】
1. 一种计算机化断层扫描设备的机架旋转控制装置，该计算机化断层扫描设备包括能 够在旋转的同时向目标对象发射X射线以进行扫描的机架，所述装置包括： 辐射剂量确定单元，被构造为确定将要发射到目标对象的每个待扫描部位的X射线的 福射剂量； 最小速率确定单元，被构造为根据确定的辐射剂量中的最大辐射剂量来确定机架的最 小旋转速率； 最大速率确定单元，被构造为根据确定的最小旋转速率来确定机架的最大旋转速率； 旋转速率确定单元，被构造为根据确定的最小旋转速率和最大旋转速率来确定机架在 扫描目标对象过程中的任意时刻的旋转速率； 机架旋转控制单元，被构造为在对目标对象进行扫描时，控制机架在根据确定的旋转 速率进行旋转的同时对目标对象进行扫描。
2. 如权利要求1所述的装置，其中，辐射剂量确定单元被构造为： 控制机架对目标对象进行定位扫描，以得到定位图像，并被构造为根据得到的定位图 像和期望的图像信噪比来确定机架将要发射到每个待扫描部位的X射线的辐射剂量。
3. 如权利要求1所述的装置，其中，最小速率确定单元被构造为： 根据式1来计算机架的最小旋转速率Vmin Vmin = mAmaxZfflAsmax ⑴ 其中，HlAnlax为机架的额定最大X射线发射能力，HiAsniax为确定的辐射剂量中的最大辐射 剂量。
4. 如权利要求1所述的装置，其中，最大速率确定单元被构造为： 根据式2来计算第一最大旋转速率Vmaxl
其中，S为机架从与目标对象的对应于最大辐射剂量的待扫描部位对应的位置转动到 与目标对象的对应于确定的辐射剂量中的最小辐射剂量的待扫描部位对应的位置所经过 的距离，Vmin为确定的机架的最小旋转速率，a为机架的额定最大加速度； 根据式3来计算第二最大旋转速率Vmax2 VmaX2 = mAmaxZmAsmin (3) 其中，mAmax为机架的额定最大X射线发射能力，mAsmin为确定的福射剂量中的最小福射 剂量； 确定第一最大旋转速率是否大于第二最大旋转速率； 当确定第一最大旋转速率大于第二最大旋转速率时，将第二最大旋转速率确定为机架 的最大旋转速率，且当第一最大旋转速率不大于第二最大旋转速率时，将第一最大旋转速 率确定为机架的最大旋转速率。
5. 如权利要求4所述的装置，其中，最大速率确定单元被构造为在根据式2计算的Vmaxl 大于机架的额定最大旋转速率时，将机架的额定最大旋转速率确定为第一最大旋转速率。
6. -种计算机化断层扫描设备的机架运动控制方法，该计算机化断层扫描设备包括能 够在旋转的同时向目标对象发射X射线以进行扫描的机架，所述方法包括： 确定将要发射到目标对象的每个待扫描部位的X射线的辐射剂量； 根据确定的辐射剂量中的最大辐射剂量来确定机架的最小旋转速率； 根据确定的最小旋转速率来确定机架的最大旋转速率； 根据确定的最小旋转速率和最大旋转速率来确定机架在扫描目标对象过程中的任意 时刻的旋转速率； 当对目标对象进行扫描时，控制机架在根据确定的旋转速率进行旋转的同时对目标对 象进行扫描。
7. 如权利要求6所述的方法，其中，确定辐射剂量的步骤包括： 控制机架对目标对象进行定位扫描，以得到定位图像； 根据得到的定位图像和期望的图像信噪比来确定机架将要发射到每个待扫描部位的X 射线的福射剂量。
8. 如权利要求6所述的方法，其中，确定最小旋转速率的步骤包括： 根据式1来计算机架的最小旋转速率Vmin Vmin = mAmaxZfflAsmax ⑴ 其中，HlAnlax为机架的额定最大X射线发射能力，HiAsniax为确定的辐射剂量中的最大辐射 剂量。
9. 如权利要求6所述的方法，其中，确定机架的最大旋转速率的步骤包括： 根据式2来计算第一最大旋转速率Vmaxl
其中，S为机架从与目标对象的对应于最大辐射剂量的待扫描部位对应的位置转动到 与目标对象的对应于确定的辐射剂量中的最小辐射剂量的待扫描部位对应的位置所经过 的距离，Vmin为确定的机架的最小旋转速率，a为机架的额定最大加速度，t为机架从最小旋 转速率V min以额定最大加速度a加速到第一最大旋转速率Vmaxl所需要的时间； 根据式3来计算第二最大旋转速率Vmax2 VmaX2 = mAmaxZmAsmin (3) 其中，mAmax为机架的额定最大X射线发射能力，mAsmin为确定的福射剂量中的最小福射 剂量； 确定第一最大旋转速率是否大于第二最大旋转速率； 当确定第一最大旋转速率大于第二最大旋转速率时，将第二最大旋转速率确定为机架 的最大旋转速率，且当第一最大旋转速率不大于第二最大旋转速率时，将第一最大旋转速 率确定为机架的最大旋转速率。
10. 如权利要求9所述的方法，其中，在计算第一最大旋转速率的步骤中，当根据式2计 算的Vmaxi大于机架的额定最大旋转速率时，将机架的额定最大旋转速率确定为第一最大旋 转速率。
11. 一种计算机化断层扫描设备，所述计算机化断层扫描设备包括如权利要求1至权 利要求5中的任意一项权利要求所述的机架旋转控制装置。
【文档编号】A61B6/03GK104510486SQ201310461166
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】邢占峰 申请人:Ge医疗系统环球技术有限公司