专利名称：X射线计算断层摄影设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有监视诸如在X射线管单元中的异常放电等之类的异常操作的功能的X射线计算断层摄影设备。
背景技术：
如已知的那样，一种通过其以高速能连续和无缝地获得在要检查物体的宽广区域内的投影数据的螺旋扫描，通过同步运动，即X射线管、多通道型X射线探测器等的连续转动及其上放置物体的床的台面的运动实现。
大多数当前适用的X射线计算断层摄影设备具有根据管电压、管电流、灯丝加热电流、内部管温度、冷却泵的操作状态等监视X射线管的状态及停止包括所需要的X射线照射的扫描操作的互锁功能。
按常规，当致动这种互锁功能以便停止X射线照射时，寻找和消除原因。此外，如果操作者给出无误清楚的指令，则停止包括X射线照射的整体扫描操作。
这样一种互锁功能是非常便利的，并且在改进安全性方面是一种不可缺少的功能。另一方面，必须常常再次全面启动扫描。在对比度介质检查等中，例如，CT值对时间的变化是最重要的信息之一。如果由互锁功能半路停止扫描，则几乎失去对比度增强效果。为此原因，必须再次注射对比度介质以从开始重新进行扫描。在以上螺旋扫描中，即使从扫描停止时刻开始扫描操作，由于在停止扫描时间期间要检查的物体的姿势等的变化，也可能得到不连续的数据。也在这样一种情况下，必须从开始重新进行扫描。
一般地，X射线管装有一个隔膜装置，并且设计成通过调节隔膜的孔径宽度改变切片厚度。由于依据隔膜孔径宽度确定切片厚度，所以必须在数据获得之前确定隔膜孔径，并且在数据获得之后基本上没有切片厚度变化的自由度。因此，如果需要具有不同切片厚度的断层摄影图像，则操作者必须在改变隔膜孔径宽度时重复扫描。Jpn.Pat.Appln.KOKAI出版物No.9-215688，公开了一种通过使用双重探测器同时获得具有不同切片厚度的技术。然而，在不同的切片位置(不同的切片中心位置)处得到数据。因此，当在相同的切片位置处需要具有不同切片厚度的断层摄影图像时，也必须重复扫描。
最近，已经开发了一种直接把透过要检查的物体的X射线转换成电荷的半导体探测器，并且X射线照射剂量，即曝光剂量往往随探测器灵敏度的改进而减小。然而，曝光剂量的减小具有其极限。当曝光剂量成为一个预定量或更小时，密度分辨率显著减小，导致不能保证适于诊断的图像质量。
在对比度介质成像时，重要的是在注入要检查的物体的对比度介质流入成像区域中时进行扫描(在这种情况下的螺旋扫描；把监视扫描与主扫描辨别开)。为此原因，在成像区域的位置上游必须监视对比度介质的流动。就是说，在监视位置处连续地重复扫描，并且由生成投影数据实时地重新构造和显示断层摄影图像数据。
操作者观察这种断层摄影图像，并且在计时感兴趣血管染色程度增大到一定程度时输入用于主扫描的触发。在接收到这种触发时，设备停止监视扫描，并且把台面运动到在成像区域中的扫描开始位置。此外，设备等待用于来自操作者的主扫描的扫描条件(X射线发射条件、螺旋节距等)的建立，按照建立条件切换高压发生单元的输出电压，并且预加热灯丝。在完成这种准备之后，设备通过给出管电压和触发实际启动主扫描。如上所述，在实际启动主扫描之前，需要台面运动、建立、及发射准备。
这些操作需要的时间不短。为此原因，相对于对比度介质开始流入成像区域中的适当计时，主扫描可能以延迟开始。为了防止这样一种情形，考虑到操作时间，当血管染色程度不太高时，必须输入用于主扫描的触发。这种计时确定需要熟练的知识和经验。
发明内容
本发明的一个目的在于即使异常情形出现也允许X射线计算断层摄影设备继续扫描。
本发明的另一个目的在于，允许X射线计算断层摄影设备在一次扫描中在相同的切片位置处获得关于具有不同切片厚度的切片的数据。
本发明的又一个目的在于，在X射线计算断层摄影设备中减小曝光量并且同时保证高图像质量。
本发明的又一个目的在于，通过缩短从其中把对比度介质注射到主扫描的监视扫描移开所需要的时间，减小与主扫描启动计时的偏差。
根据本发明的一方面，提供一种X射线计算断层摄影设备，包括一个第一数据探测系统，包括一个第一X射线管和一个第一X射线探测器；一个第二数据探测系统，包括一个第二X射线管和一个第二X射线探测器；及一个重新构造单元，根据来自第一X射线探测器的输出重新构造与一个第一切片厚度相对应的第一图像数据，并且根据来自第二X射线探测器的输出重新构造与比第一切片厚度小的第二切片厚度相对应的第二图像数据。
根据本发明的另一方面，提供一种X射线计算断层摄影设备，包括一个第一探测系统，配置成带有一个用X射线照射要检查的物体的第一X射线管、一个限制来自第一X射线管的X射线的发散角度并且能改变孔径宽度的第一X射线准直仪、及一个探测从第一X射线管发射的和透过物体的X射线的第一X射线探测器；一个第二探测系统，配置成带有一个用X射线照射要检查的物体的第二X射线管、一个限制来自第二X射线管的X射线的发散角度并且能改变孔径宽度的第二X射线准直仪、及一个探测从第二X射线管发射的和透过物体的X射线的第二X射线探测器；一个扫描控制单元，配置成把第二X射线准直仪的孔径宽度设置成比第一X射线准直仪的孔径宽度低；及一个重新构造单元，配置成根据由第一X射线探测器得到的投影数据和由第二X射线探测器得到的投影数据重新构造图像数据。
根据本发明的另一方面，提供一种X射线计算断层摄影设备，包括多个探测系统，每个配置成带有一个用X射线照射要检查的物体的X射线管、一个限制来自X射线管的X射线的发散角度并且能改变孔径宽度的X射线准直仪、及一个探测从X射线管发射的和透过物体的X射线的X射线探测器；一个扫描控制单元，配置成把至少一个所述多个数据探测系统的X射线准直仪的孔径宽度设置成比其余数据探测系统的X射线准直仪的孔径宽度小；及一个重新构造单元，配置成根据由所述多个X射线探测器得到的投影数据重新构造图像数据。
根据本发明的另一方面，提供一种X射线计算断层摄影设备，包括多个探测系统，每个配置成带有一个用X射线照射要检查的物体的X射线管、一个限制X射线管的X射线的发散角度并且能改变孔径宽度的X射线准直仪、及一个探测从X射线管发射的和透过物体的X射线的X射线探测器，所述多个数据探测系统的至少一个的X射线准直仪具有比其余数据探测系统的X射线准直仪的孔径宽度小的孔径宽度；及一个重新构造单元，配置成根据由所述多个X射线探测器得到的投影数据重新构造图像数据。
根据本发明的另一方面，提供一种X射线计算断层摄影设备，包括多个探测系统，每个配置成带有一个用X射线照射要检查的物体的X射线管、一个限制X射线管的X射线的发散角度并且能改变孔径宽度的X射线准直仪、及一个探测从X射线管发射的和透过物体的X射线的X射线探测器，所述多个X射线准直仪的孔径宽度能够独立地设置；及一个重新构造单元，配置成根据由所述多个X射线探测器得到的投影数据重新构造图像数据。
根据本发明的另一方面，提供一种X射线计算断层摄影设备，包括一个第一探测系统，带有一个以第一照射剂量用X射线照射要检查的物体的第一X射线管、和一个探测透过物体的X射线的第一X射线探测器；一个第二探测系统，带有一个以比第一照射剂量高的第二照射剂量用X射线照射物体的第二X射线管、和一个探测透过物体的X射线的第二X射线探测器；及一个运动机构，配置成在物体的本体轴线方向上运动第一和第二数据探测系统的至少一个。
根据本发明的另一方面，提供一种X射线计算断层摄影设备，包括多个数据探测系统，其每一个带有一个用X射线照射要检查的物体的X射线管和一个探测透过物体的X射线的X射线探测器；一个重新构造单元，配置成根据来自所述多个数据探测系统的至少一个的探测器的输出实时重新构造图像数据；及一个控制单元，配置成根据图像数据监视注射到物体中的对比度介质向主扫描区域中的流动，并且当对比度介质流入主扫描区域中时使所述多个数据探测系统的另一个数据探测系统开始数据获得。
本发明的另外目的和优点在随后的描述中叙述，并且由描述部分将是显然的，或者可以通过本发明的实施学习。借助于下文特别指出的手段和组合可以实现和得到本发明的目的和优点。
并入和构成本说明书一部分的
本发明的当前最佳实施例，并且与以上给出的一般描述和下面给出的最佳实施例的详细描述一起，用来解释本发明的原理。
图1是方块图，表示根据本发明第一实施例的X射线计算断层摄影设备的主要部分；图2是立体图，表示在图1中第一和第二探测器的布置；图3是曲线图，表示根据该实施例在螺旋扫描中第一和第二X射线管的轨道；图4是曲线图，用来解释根据该实施例在螺旋扫描中的一种扫描连续功能；图5是曲线图，用来详细解释根据该实施例在螺旋扫描中的一种扫描连续功能；图6是曲线图，用来解释根据该实施例在单切片扫描中的扫描连续功能；图7是曲线图，用来详细解释根据该实施例在单切片扫描中的扫描连续功能；图8是方块图，表示根据本发明第二实施例的X射线计算断层摄影设备的主要部分的布置；图9是视图，表示图8中高压发生单元的布置；图10A和10B是视图，表示图8中第一和第二数据探测系统的切片厚度；图11A和11B是图8中第一和第二X射线探测器的平面视图；图12是视图，表示在第一位置模式中图8中第一和第二数据探测系统的位置；图13是视图，表示在第二位置模式中图8中第一和第二数据探测系统的位置；图14A和14B是视图，表示在本实施例的改进中第一和第二数据探测系统的切片厚度；图15A和15B是图14B和14B中第一和第二X射线探测器的平面视图；图16A和16B是视图，表示在该实施例的另一种改进中第一和第二数据探测系统的切片厚度；图17是视图，表示在图16A和16B中第一和第二数据探测系统的位置；图18是方块图，表示根据本发明第三实施例的X射线计算断层摄影设备的主要部分的布置；图19是视图，表示在图18中第一和第二准直仪的孔径宽度；图20是曲线图，表示图18中第一和第二X射线管的轨道；图21是视图，示意表示由在图18中的第一和第二数据探测系统分别得到的投影数据；
图22是视图，表示一种其中当感兴趣的区域在转动轴上存在时在转动下第二X射线准直仪的孔径宽度和孔径位置在该实施例中不改变的状态；图23是视图，表示一种其中当感兴趣的区域在离开转动轴的一个位置处存在时在转动下第二X射线准直仪的孔径宽度和孔径位置在该实施例中改变的状态；图24是方块图，表示根据本发明第四实施例的X射线计算断层摄影设备的主要部分的布置；图25是流程图，表示通过在图24中真实预备控制单元的第一控制操作；图26是视图，表示当台面在向前方向上运动时在图24中的第一与第二数据探测系统之间的距离；图27是视图，表示当台面在相反方向运动时在图24中的第一与第二数据探测系统之间的距离；图28是流程图，表示通过在图24中真实预备控制单元的第二控制操作；图29是曲线图，表示在图28中的第二控制操作中相对于时间在第一和第二X射线管中的管电压变化和由一个床驱动单元运动的台面的运动速度变化；图30是流程图，表示通过在图24中真实预备控制单元的第三控制操作；图31是曲线图，表示在图30中的第三控制操作中相对于时间由监视扫描得到的第一断层摄影图像中的感兴趣区域中像素的CT值的平均值的变化、在第一和第二X射线管中的管电压的和床驱动单元相对于时间的变化；图32A是流程图，表示通过在图24中的真实预备控制单元的第四控制操作的第一半；图32B是流程图，表示通过在图24中的真实预备控制单元的第四控制操作的第二半；及图33是曲线图，用来解释一种计算在图32B中的第四控制操作中在监视扫描到主扫描启动之间的延迟时间DLT1的方法，表示在第一和第二数据探测系统中的CT值的平均值相对于时间的变化。
具体实施例方式
下面参照附图的视图更详细地解释根据本发明最佳实施例的X射线计算断层摄影设备。注意X射线计算断层摄影设备包括各种类型的设备，例如其中X射线管和X射线探测器一起绕要检查的物体转动的转动/转动型设备、和其中以环形式布置的多个探测元件固定而仅一个X射线管绕要检查的物体转动的静止/转动型设备。本发明能应用于任一种类型。在这种情况下，将说明当前是主流的转动/转动型设备。
为了重新构造单切片断层摄影图像数据，需要与绕要检查的物体一转相对应的约360°的一个投影数据组，或者在半扫描方法中需要一组210°至240°投影数据。本发明能应用于这些方案的任一种。在这种情况下，将说明是通用方案的由约360°的投影数据组重新构造一个断层摄影图像的前一种方案。
作为把入射X射线转换成电荷的机理，如下技术是主流一种通过诸如闪烁剂之类的磷把X射线转换成光并且通过诸如光电二极管之类的光电转换元件把光转换成电荷的间接转换类型、和使用通过X射线在半导体中的电-空穴对的产生和电子-空穴对向电极的运动，即光电导现象，的直接转换类型。作为一种X射线探测元件，能使用这些方案的任一种。在这种情况下，将说明前一种类型，即间接转换类型。
断层摄影图像是具有一定厚度的组织的切片显示；组织切片的厚度称为层面厚度。X射线从X射线管的焦点径向发散，穿过要检查的物体，并且到达X射线探测器。因此，X射线的厚度随离开X射线管的焦点的距离的增大而增大。按常规，把在转动中心轴线上的X射线的厚度定义为切片厚度。根据习惯，在这种情况下，在转动中心轴线上的X射线的厚度称为切片厚度。这适用于在切片方向上探测元件的宽度。在表示“探测元件具有与一定切片厚度相对应的灵敏度宽度”中，灵敏度宽度实际上大于切片厚度。更具体地说，按照在X射线焦点与转动中心轴线之间的距离与在X射线焦点与探测元件之间的距离的比，把这种灵敏度宽度设计成大于切片厚度。
(第一实施例)图1表示根据该实施例的X射线计算断层摄影设备的主要部分。根据该实施例的X射线计算断层摄影设备包括一个扫描台架1001、计算机装置1002、及床1003。扫描台架1001是一个用来获得关于要检查的物体的投影数据的组元。这种投影数据装载到计算机装置1002中，并且经受到诸如图像重新构造之类的处理。物体平放在床的台面上的同时，插入到扫描台架1001的成像区域中。床1003装有一个用来沿其纵向轴线(几乎等效于平放在床上的物体的本体轴线)运动台面1031的台面运动单元1032。计算机装置1002包括一个中央控制单元1021、一个经数据/控制总线1022连接到中央控制单元1021上的预处理器1023、一个操纵台1027、一个数据存储单元1028、一个重新构造单元1024、一个图像显示单元1025、及一个通道失效监视单元1026。
扫描台架1001是多管型的，即带有多个数据探测系统，每个包括一个X射线管组件和X射线探测器，安装在一个环形转动台架上。在这种情况下，扫描台架1001将作为两管型台架描述。如图2中所示，一个第一数据探测系统1011带有一个安装在转动台架上的第一X射线管组件1110和第一X射线探测器1113。在第二数据探测系统1012中，一个第二X射线管组件1120和一个面对着它的第二X射线探测器1123安装在转动台架上，从而第二数据探测系统1012的中央轴线以预定角度(这里假定为90°)交叉在第一转动轴线RA处的第一数据探测系统1011的中央轴线。其上安装第二数据探测系统1012的转动台架可以与其上安装第一数据探测系统1011的台架相同，或者与其不同。
第二数据探测系统1012由一个运动单元1016如此支撑，从而可沿转动轴线RA运动。这使得有可能把在转动轴线RA上的第二数据探测系统1012的位置(下文称作Z位置)设置在一个位置处，其中它与第一数据探测系统1011的Z位置重合，或者离开其一个预定距离。在该实施例中，在螺旋扫描中，第二数据探测系统1012的Z位置从第一数据探测系统1011的Z位置向后移开一个预定距离。在单片扫描中，第二数据探测系统1012的Z位置设置在与第一数据探测系统1011的Z位置相同的位置或几乎相同的位置处。
第一X射线管组件1110包括一个X射线管1111、一个基准探测器1112、及诸如冷却系统、滤波器、和隔膜之类的外围元件(未表示)。类似地，第二X射线管组件1120包括一个X射线管1121、一个基准探测器1122、及诸如冷却系统、滤波器、和隔膜之类的外围元件(未表示)。基准探测器1112和1122布置在其中X射线的周缘部分入射的位置处。一个失效监视单元1015根据来自基准探测器1112和1122的输出或来自其输出的变化由X射线照射剂量的突然减小，探测X射线管1111和1121的操作状态，即异常放电(电弧)的出现。注意，根据其它方案基准探测器1112和1122能用传感器代替。如果使用管流表，则失效监视单元1015由管流的突然增大能探测X射线管1111和1121的操作状态。
一个高压发生单元1013把管电压施加到X射线管组件1110和1120上，向其供给灯丝加热电流，并且控制冷却系统、滤波器、和隔膜的操作。除对高压发生单元1013的控制外，扫描控制单元1014负责扫描所要求的所有操作控制，包括转动台架的转动、台面1031的运动、通过运动单元1016的第二数据探测系统1012的Z位置的变化、及通过数据获得单元1114和1124的处理，例如，信号输入/输出操作和放大/量化。
扫描控制单元1014连接到失效监视单元1015上。当失效监视单元1015探测到在X射线管1111或1121中异常放电的发生时，扫描控制单元1014相对于高压发生单元1013，进行停止把管电压施加到其中异常放电已经发生的X射线管1111或1121上和停止供给一个灯丝加热电流所需要的处理。如果X射线管组件1110和1120装有X射线快门，则在管电压施加的同时或独立于其闭合快门。
假定已经发生异常放电。已知当电压施加中断一个短时间段之后重新开始电压施加时，异常操作常常恢复。扫描控制单元1014具有这样一种自动恢复功能。就是说，扫描控制单元1014停止把管电压施加到X射线管1111或1121上，其中失效已经发生，并且相对于高压发生单元1013进行在停止之后重新开始管电压施加一个预定时间段所需要的处理。
由数据获得单元1114和1124获得的数据(称为粗数据)经一个允许连续转动的滑环(未表示)发送到计算机装置1002的预处理器1023。预处理器1023校正粗数据。校正的粗数据处于紧在重新构造之前的阶段，并且称作投影数据。投影数据供给到数据存储单元1028，并且存储在其中。重新构造单元1024根据保持在数据存储单元1028中的投影数据重新构造断层摄影图像数据。从数据存储单元1028读出到用于断层图像重新构造的重新构造单元1024的投影数据的地址由中央控制单元1021管理。在进行断层图像重新构造时，中央控制单元1021按照预定规则能任意切换一种使用由第一数据探测系统1011获得的数据的模式、一种使用由第二数据探测系统1012获得的数据的模式、及一种使用由两个系统获得的数据的模式。
与数据获得一道，通道失效监视单元1026根据粗数据或投影数据监视通道失效的出现。通道失效监视单元1026比较在探测器1113和1123的相邻通道上的数据。如果在相邻通道之间的数据值的差大于一个预定阈值，则通道失效监视单元1026确定在相邻通道之一上已经出现失效。容易确定在哪个相邻通道上失效已经出现。这是因为在故障通道与右侧的相邻通道之间的数据值的差与在故障通道与左侧相邻通道之间的数据值的差都大于阈值。
当构成其上失效已经出现的探测器1113的多个通道的通道数量超过一个预定数量时，通道失效监视单元1026确定探测器1113有故障并且不能使用。类似地，当构成其上失效已经出现的探测器1123的多个通道的通道数量超过一个预定数量时，通道失效监视单元1026确定探测器1123有故障并且不能使用。在确定探测器1113或1123不能使用时，通道失效监视单元1026把一个与确定相对应的信号供给到中央控制单元1021。
在从通道失效监视单元1026接收到指示不能使用探测器1113或1123的信号时，中央控制单元1021把一个与不能使用探测器1113或1123相对应的信号供给到扫描控制单元1014。在接收到与不能使用探测器1113或1123相对应的信号时，扫描控制单元1014执行与当电弧已经出现时要进行的相同的控制操作。扫描控制单元1014相对于高压发生单元1013，进行停止把管电压施加到与确定不能使用的探测器1113或1123相对应的X射线管1111或1121上和停止向其供给一个灯丝加热电流所需要的处理。如果X射线管组件1110和1120装有X射线快门，则在电压施加的同时或与其独立地闭合快门。
图3表示在螺旋扫描中第一和第二X射线管1111和1121的轨道，纵坐标和横坐标分别表示转动角度和Z位置。当指示螺旋扫描模式时，运动单元1016把第二数据探测系统1012的Z位置设置在从第一数据探测系统1011的Z位置向后移动一个预定距离Δd的位置处。此外，根据移动距离Δd在扫描控制单元1014的控制下设置转动台架的转动角度和台面1031的运动速度，从而第二X射线管1121跟随与第一X射线管1111相同或几乎相同的螺旋轨道。更具体地说，设置以上值，从而定义为台面每转的运动距离的螺旋节距与四倍的移动距离Δd(360°/移动角度(在这种情况下为90°))相一致。
在这种螺旋扫描操作中，在第一X射线管1111是正常的同时，由第一数据探测系统1011获得投影数据，并且第二数据探测系统1012在所谓的空闲状态下转动而不获得任何投影数据。就是说，在其期间第一X射线管1111是正常的时段中，X射线实际发射到物体，并且透射的X射线由第一X射线管1113探测。在该时段中，物体不用来自第二X射线管1121的X射线照射。通过停止管电压对第二X射线管1121的施加、用快门堵塞X射线、或另一种装置可以禁止第二X射线管1121发射X射线。在其期间第一X射线管1111是正常的时段中，停止管电压对第二X射线管1121的施加，但把灯丝加热电流实际供给到第二X射线管1121。这是一种缩短在管电压开始施加到第二X射线管1121上的瞬时与实际发射X射线并且用X射线照射物体的瞬时之间的时间滞后的技术。
图4和5是曲线图，用来解释当诸如异常放电之类的失效已经出现在第一X射线管1111中或者因为通道失效的发生不能使用第一X射线探测器1113时要进行的操作。应该考虑到如下几点参照图4和5。参照图4，纵坐标表示转动角度；而横坐标表示Z位置。与此不同，参照图5，纵坐标表示时间；而横坐标表示转动角度。
下面将描述一种其中诸如异常放电之类的失效已经发生在第一X射线管1111中的情形。以与其中诸如异常放电之类的失效已经发生在第一X射线管1111中的情形相同的方式处理一种其中因为通道失效的发生不能使用第一X射线探测器1113的情形。
参照图4和5，诸如异常放电之类的失效在时刻t已经发生在第一X射线管1111中。在时刻t，第一X射线管1111位于转动角度θ1处，而第二X射线管1121位于转动角度θ2处，转动角度θ2比转动角度θ1滞后90°。在时刻t，扫描控制单元1014停止把管电压施加到第一X射线管1111上，并且停止向其供给一个灯丝加热电流。在时刻t，扫描控制单元1014开始把一个管电压施加到第二X射线管1121上，并且也开始通过X射线探测器1123的探测和通过数据获得系统1124的数据获得。
由于数据获得在失效发生时以这种方式从第一数据探测系统1011切换到第二数据探测系统1012，所以即使由于失效发生在第一数据探测系统1011中停止数据获得，第二数据探测系统1012也把操作接过来。这使得有可能继续螺旋扫描。
关于断层摄影图像重新构造，由在当失效已经发生时的时刻t之前在一次扫描循环中由第一数据探测系统1011获得的数据，重新构造断层摄影图像。一次扫描循环定义为其中X射线管1111从一个基准位置(一般为0°位置；位移在一个时刻周期地发生(180°+扇形角α)转动过重新构造一个断层摄影图像所需要的角度范围(360°或180°+α)的循环。
断层摄影图像处理可以与螺旋扫描同时进行以实现所谓的CT荧光检查，或者可以是在螺旋扫描之后开始的非实时处理。
在包括失效发生时刻t的扫描循环中，通过准备与从由第一数据探测系统1011在失效发生之前获得的数据和由第二数据探测系统1012在失效发生之后获得的数据重新构造一个断层摄影图像必需的角度(360°或180°+α(扇形角))相对应的投影数据，重新构造断层摄影图像。注意，由于第二数据探测系统1012相对于第一数据探测系统1011以预定时间滞后运动，所以与紧在时刻t之前的90°相对应的数据由第一数据探测系统1011和第二数据探测系统1012冗余地获得。重新构造单元1024具有一种平均这样的冗余数据的功能。这使得有可能抑制归因于第一数据探测系统1011和第二数据探测系统1012的灵敏度变化的图像质量突然变化。
在包括该失效发生时刻t的扫描循环之后的扫描循环中，设备完全切换到使用由第二数据探测系统1012获得的数据的断层图像重新构造处理。
如上所述，即使诸如异常放电之类的失效发生在扫描过程中，或者由于通道失效不能使用探测器，通过把数据获得从第一数据探测系统1011切换到第二数据探测系统1012也能继续螺旋扫描。显然，在这种情况下，失效指示一种其中不能进行数据获得的情形。在这种意义上，失效因素不限于在X射线管中的异常放电，并且可能包括归因于诸如冷却系统中失效之类的其它因素的发射失效、和在X射线探测器或数据获得单元中的失效。显然，本发明能适用于这样的失效因素。
其次将描述单切片扫描的情形。在这种情况下，将说明半扫描。注意也将描述其中诸如异常放电之类的失效已经发生在第一X射线管1111中的情形。以与其中诸如异常放电之类的失效已经发生在第一X射线管1111中的情形相同的方式，处理一种其中由于通道失效发生不能使用第一X射线探测器1113的情形。
单切片扫描是通过在固定台面的同时连续地转动X射线管重复扫描单切片的操作。图6表示在单切片扫描中第一和第二X射线管1111和1121的轨道，纵坐标和横坐标分别表示时间和转动角度。当指定单切片扫描模式时，运动单元1016把第二数据探测系统1012的Z位置设置在与第一数据探测系统1011的Z位置相同的位置处，即在其中第二数据探测系统1012连续地获得与由第一数据探测系统1011扫描相同的切片的投影数据的位置处。
在这种单切片扫描操作中，在其期间第一和第二X射线管1111和1121是正常的时段期间，投影数据由第一和第二数据探测系统1011和1012获得，并且混合由两个数据探测系统获得的数据以准备与一个断层图像重新构造需要的180°+α相对应的数据，由此根据混合数据重新构造断层图像数据。作为结果，如图6中所示，扫描循环能缩短到对于90°转动需要的时间Δt。就是说，与其中使用一个数据探测系统的情形相比能加倍断层摄影图像的时间分辨率。
图7是曲线图，用来解释当诸如异常放电之类的失效发生在第一X射线管1111中时进行的操作。参照图7，在时刻t1，诸如异常放电之类的失效已经发生在第一X射线管1111中。在时刻t1，第一X射线管1111位于转动角度θ1处，而第二X射线管1121位于转动角度θ2处，转动角度θ2比转动角度θ1滞后90°。在时刻t1，扫描控制单元1014停止把管电压施加到第一X射线管1111上，并且停止向其供给一个灯丝加热电流。在相同时刻，扫描控制单元1014停止由第一数据探测系统1011进行的数据获得。同时，扫描控制单元1014继续把管电压施加到第二X射线管1121上，并且向其供给一个灯丝加热电流。此外，扫描控制单元1014继续由第二数据探测系统1012进行的数据获得。
另外，按照自动恢复功能，扫描控制单元1014重新开始把管电压施加到第一X射线管1111上和向其供给一个灯丝加热电流。当失效因素是异常放电时，自动恢复成功的可能性较高。
断层摄影图像重新构造处理可以与单切片扫描同时进行以实现所谓的CT荧光检查，或者可以是在单切片扫描之后开始的非实时处理。
如上所述，关于断层图像重新构造，在失效发生时间t1之前的扫描循环中，混合由第一和第二数据探测系统1011和1012获得的数据以准备与一个断层图像重新构造需要的180°+α相对应的数据，并且根据混合数据重新构造断层图像数据。
在从失效发生时刻t1到恢复时刻t2的时段中，仅根据由与一个断层图像的重新构造需要的角度(360°或180°+α(扇形角度))相对应的第二数据探测系统1012获得的投影数据重复重新构造断层图像数据。在该时间段中，如在单管系统中那样，把在第二数据探测系统1012中的扫描循环延长到对于180°+α转动需要的时间Δt，并且断层摄影图像的时间分辨率在该时段内减小到1/2。然而，能没有停止地继续扫描。
在恢复时刻t2之后，重新开始高时间分辨率操作，其中混合由第一和第二数据探测系统1011和1012获得的数据以准备与重新构造一个断层图像需要的180°+α相对应的数据，并且根据混合数据重新构造断层图像数据。
如上所述，即使诸如异常放电之类的失效发生，扫描本身也能继续，尽管时间分辨率减小。显然，在这种情况下，失效指示一种其中不能进行数据获得的情形。在这种意义上，失效因素不限于在X射线管中的异常放电，并且可以包括归因于诸如在冷却系统中的失效、和在X射线探测器或数据获得单元中的失效之类的其它因素的发射失效。显然，本发明能适用于这样的失效因素。
(第二实施例)图8表示根据第二实施例的X射线计算断层摄影设备的主要部分的布置。根据该实施例的X射线计算断层摄影设备包括一个扫描台架2001和一个计算机装置2002(未表示)。在计算机装置2002中，一个预处理器2023、一个重新构造单元2024、一个图像显示单元2025、及一个操纵台2026经数据/控制总线2022连接到一个中央控制单元2021上。
扫描台架2001是多管型的，即带有多个数据探测系统，每个包括一个X射线管组件和X射线探测器。在这种情况下，扫描台架2001将作为两管型台架描述。一个第一数据探测系统2011包括一个第一X射线管组件2110和第一X射线探测器2113。第一X射线管组件2110与第一X射线探测器2113一起安装在绕一根转动中心轴线RA转动的转动台架上。由一个第二X射线管组件2120和第二X射线探测器2123构成的一个第二数据探测系统2012也通过一个Z移动机构2015安装在相同的转动台架或不同的转动台架上。
第一X射线管组件2110包括一个第一X射线管2111和隔膜装置2112。第二X射线管组件2120包括一个第二X射线管2121和隔膜装置2122。在这种情况下，连接第一X射线管2111的X射线焦点和第一X射线探测器2113的中心的一条线称作第一中心线。类似地，连接第二X射线管2121的X射线焦点和第二X射线探测器2123的中心的一条线称作第二中心线。第一和第二数据探测系统2011和2012的位置这样设计，从而第一和第二中心线交叉转动中心轴线RA，并且第二中心线离开绕转动中心轴线RA的第一中心线一个预定角度，例如90°。
Z移动机构2015具有一种结构、和沿转动中心轴线RA运动第一和第二数据探测系统2011和2012的至少一个，在这种情况下为第二数据探测系统2012，需要的电源。借助于Z移动机构2015运动第二数据探测系统2012允许第二数据探测系统2012的中心线相对于第一数据探测系统2011的中心线，从其中第二数据探测系统2012的中心线交叉第一数据探测系统2011的中心线的初始状态，向前/向后移动一个任意距离。
一个高压发生单元2013设计成，分别把管电压施加到第一和第二X射线管2111和2121上和向其供给灯丝加热电流。
图9表示高压发生单元2013的管电压发生部分的布置的一个例子。高压发生单元2013由第一X射线管2111和第二X射线管2121共享。然而，可以为第一X射线管2111和第二X射线管2121分别提供高压发生装置。高压发生单元2013产生要施加在阳极与阴极之间的管电压。另外，高压发生单元2013产生用来加热灯丝的灯丝加热电流。高压发生单元2013带有多个电源2131-1、2131-2、...、2131-n。多个电源2131-1、2131-2、...、2131-n具有相同的固定输出容量，例如40kV。然而，多个电源不必具有相同的输出性能。例如，其正终端连接到第一和第二X射线管2111和2121的阳极2231-1和2231-2上的第一电源2131-1可以具有60kV的容量，而剩余电源2131-2、...、2131-n可以具有20kV的容量。
电源2131-1、...、2131-n的负终端经一个选择器2133选择性地连接到第一X射线管2111的阴极2232-1上。施加在第一X射线管2111的阳极与阴极之间的电压通过由选择器2133进行的选择能以20kV的步长在从60kV到(60+20×(n-1))kV的范围内变化。
类似地，电源2131-1、...、2131-n的负终端经一个选择器2132选择性地连接到第二X射线管2121的阴极2232-2上。施加在第二X射线管2121的阳极与阴极之间的电压通过由选择器2132进行的选择能以20kV的步长在从60kV到(60+20×(n-1))kV的范围内变化。
由选择器2133进行的选择独立于由选择器2132进行的选择。高压发生单元2013因此能把不同的管电压施加到第一和第二X射线管2111和2121上。显然，高压发生单元2013能把相同的管电压施加到第一和第二X射线管2111和2121上。
来自第一和第二X射线探测器2113和2123的输出经数据获得单元2114和2124及一个允许连续转动的滑环(未表示)分别供给到计算机装置2002的预处理器2023。预处理器2023负责把从数据获得单元2114和2124发送的数据(在该阶段的数据一般叫做粗数据)处理成用于重新构造处理的数据(在该阶段的数据一般叫做投影数据)。这种处理典型地包括所谓的基准校正处理，其中归因于到X射线管2111和2121的管电压和管电流变化的X射线照射剂量的变化由基准探测器探测，并且按照探测值标准化粗数据，由此校正X射线照射剂量的变化；和水校正处理，其中通过从要检查的物体P的粗数据减去预先已经获得的水幻象的粗数据，抵消通过楔形滤波器等的X射线吸收和在探测器通道之间的灵敏度差。这种处理也可以包括束硬化校正处理、本体运动校正处理等。
重新构造单元2024根据由预处理器2023预处理的投影数据，重新构造断层摄影图像数据。这种断层图像数据显示在图像显示单元2025上。
图10A是第一X射线探测器2113的侧视图。图11A是第一X射线探测器2113的俯视图。第一X射线探测器2113带有多个(在这种情况下为四个)第一探测元件线2116。四个第一探测元件线2116并列，从而其纵向变得平行于切片方向(转动中心轴线RA)。每个第一探测元件线2116由在切片方向上布置在线中的多个第一探测元件2115构成。每个第一探测元件2115具有一个在切片方向有第一宽度的敏感区域。第一宽度设置成与切片厚度s1，例如8mm，相对应。因此，第一数据探测系统2011能同时获得四个连续8-mm厚切片数据。注意，切片厚度s1与元件线数量的乘积将称作第一数据探测系统2011的总切片厚度S1。
图10B是第二X射线探测器2123的侧视图。图11B是第二X射线探测器2123的俯视图。第二X射线探测器2123带有多个(在这种情况下为四个)第二探测元件线2126。四个第二探测元件线2126并列，从而其纵向变得平行于切片方向(转动中心轴线RA)。每个第二探测元件线2126由在切片方向上排布在线中的多个第二探测元件2125构成。每个第二探测元件2125具有一个敏感区域，敏感区域具有与第一探测元件2115在通道方向上的宽度相同的宽度和一个在切片方向上小于第一宽度的第二宽度。第二宽度设计成是例如0.5mm的切片厚度s2。因此，第二数据探测系统2012能同时获得四个连续0.5-mm厚切片数据。注意，切片厚度s2与元件线数量的乘积将称作第二数据探测系统2012的总切片厚度S2。
关于第一和第二数据探测系统2011和2012，中央控制单元2021具有用于Z移动机构2015的三种类型的控制模式。这三种类型的控制模式由操作者通过操纵台2026选择。如图12中所示，在第一模式中，进行控制以保持或重新开始其中第二数据探测系统2012的中心线交叉第一数据探测系统2011的中心线的初始状态。因此在第一模式中，在相同位置由第一和第二数据探测系统2011和2012能同时获得具有不同切片厚度的切片数据。
从诊断观点看，一次扫描允许操作者通过在宽区域中以大切片厚度获得数据粗略地获得整体内部信息和通过以小切片厚度获得数据获得靠近区域中心的部分的详细内部信息。
在第二模式中，如图13中所示，进行控制以把第二数据探测系统2012的中心线从第一数据探测系统2011的中心线移动一个预定距离Ad。在第一数据探测系统2011的中心线与第二数据探测系统2012的中心线之间的距离由与第一数据探测系统2011的1/2总切片厚度S1相对应的距离与第二数据探测系统2012的1/2总切片厚度S2相对应的距离之和确定。如上所述，在第二模式中，切片厚度半路变化的多个(在这种情况下为八个)连续切片数据能通过以预定距离(S1/2+S2/2)设置第一和第二数据探测系统2011和2012同时获得。
从诊断观点看，一次扫描允许操作者通过在宽区域中以大切片厚度获得数据粗略地获得整体内部信息和通过以小切片厚度在与宽区域相邻的较窄区域中获得数据获得详细内部信息。
在第三模式中，按照来自第二数据探测系统2012的指令进行控制以任意设置在第一数据探测系统2011的中心线与第二数据探测系统2012的中心线之间的距离。在第三模式中，在不同的任意位置处通过使用第一和第二数据探测系统2011和2012同时获得具有不同切片厚度的切片的数据。从诊断观点看，一次扫描允许操作者通过在宽区域中以大切片厚度获得数据粗略地获得整体内部信息和通过以小切片厚度在其中影响部分存在的感兴趣区域中获得数据获得详细内部信息。
在一种扫描中，第一和第二数据探测系统2011和2012以相同的角速度转动，并且第二数据探测系统2012的每个探测元件2125的敏感区域小于第一数据探测系统2011的每个探测元件2115的敏感区域，即第二数据探测系统2012在灵敏度方面比第一数据探测系统2011低。为了校正这种灵敏度差别，中央控制单元2021在执行扫描时把从第二X射线管2121发射的X射线的剂量设置成高于从第一X射线管2111发射的X射线的剂量。更具体地说，把施加到第一X射线管2111上的管电压TV1设置成等于或几乎等于施加到第二X射线管2121上的管电压，而把供给到第一X射线管2111的灯丝加热电流(管电流TC1)设置成小于供给到第二X射线管2121的灯丝加热电流(管电流TC2)。例如，把供给到第二X射线管2121的管电流设置成250mA，而把供给到第一X射线管2111的管电流设置成50mA。
第二数据探测系统2012的切片厚度较小，而第一数据探测系统2011的切片厚度较大。在第一数据探测系统2011中，硬辐射在改进高对比度性能和微小区域的可见性方面是有效的。相反，在第二数据探测系统2012中，软辐射在改进低对比度性能和增大密度方面是有效的。为此目的，一个较低的管电压，例如80kV，从高压发生单元2013施加到第一数据探测系统2011的X射线管2111上，而一个较高管电压，例如140kV，从高压发生单元2013施加到第二X射线管2121上。
如上所述，根据该实施例，通过一次扫描能同时获得关于具有不同切片厚度和位于相同位置处的切片的数据，通过一次扫描作为连续切片能同时获得关于具有不同切片厚度的多个切片的数据，及通过一次扫描能同时获得关于具有不同切片厚度的多个切片的数据。
如图14A、14B、15A、及15B中所示，一个第一X射线探测器2213可以由与例如2mm的切片厚度相对应的一个探测元件线2213构成，而一个第二X射线探测器2223可以由与例如0.5mm的切片厚度相对应的四个探测元件线2213构成，从而总切片厚度变得等于探测元件线2213的切片厚度。在这种情况下，能同时获得关于约2-mm厚切片的数据和关于其总切片厚度是0.5mm×4的四个切片的数据。从诊断观点看，以一个厚切片能粗略地观察在相同区域中的数据，并且以多个薄切片能详细观察内部。
如图16A和16B中所示，一个第一X射线探测器2313可以由与例如2mm的切片厚度相对应的四个探测元件线2316构成，而一个第二X射线探测器2323可以由与例如1mm的切片厚度相对应的四个探测元件线2326构成，从而总切片厚度变得等于两个探测元件线2316的总切片厚度。在这种情况下，如图17中所示，在中部区域中以四个薄切片进行数据获得，并且同时，以具有2mm的切片厚度的厚切片能获得数据，这些厚切片与位于中部区域中的四个切片的两侧相邻。从诊断观点看，以四个薄切片能详细观察中部区域，并且以厚切片能粗略地观察中部区域的两侧。
(第三实施例)图18表示根据该实施例的X射线计算断层摄影设备的主要部分的布置。根据该实施例的X射线计算断层摄影设备包括一个扫描台架3001、一个计算机装置3002、和一个床(未表示)。扫描台架3001是一个用来获得关于要检查的物体的投影数据的组元。这种投影数据装载到计算机装置3002中，并且经受到诸如图像重新构造之类的处理。物体平放在床的台面上的同时，插入到扫描台架3001的成像区域中。
计算机装置3002包括一个中央控制单元3021和经一根数据/控制总线3022连接到其上的如下单元一个数据补充单元3023、图像重新构造单元3024、及图像显示单元3025。
扫描台架3001是多管型的，即带有多个数据探测系统，每个包括一个X射线管组件和X射线探测器，安装在一个环形转动台架上。在这种情况下，扫描台架3001将作为一种两管型台架描述。在一个第一数据探测系统3011中，一个第一X射线管组件3110和面对着它的一个第一X射线探测器3113安装在转动台架上。在一个第二数据探测系统3012中，一个第二X射线管组件3120和一个面对着它的第二X射线探测器3123安装在转动台架上，从而第二数据探测系统3012的中心轴线以预定角度(这里假定是90°)交叉在一根转动轴线RA处的第一数据探测系统3011的中心轴线，并且第二数据探测系统3012位于一个它扫描与由第一数据探测系统3011扫描的相同的切片。
第一X射线管组件3110包括一个第一X射线管3111和布置在第一X射线管3111与物体之间的周缘元件，例如安装在第一X射线管3111的X射线辐射窗口紧前面的一个位置处的第一X射线准直仪3112。第一X射线准直仪3112限制从第一X射线管3111发射的X射线的发散角度(扇形角或视角)。第一X射线准直仪3112带有多块可动屏蔽板和分别运动板的驱动单元。通过控制多块可动屏蔽板的每一块的位置能任意调节孔径宽度和孔径中心位置。
第二X射线管组件3120也包括一个第二X射线管3121和诸如第二X射线准直仪3122之类的周缘元件。第二X射线准直仪3122也限制从第二X射线管3121发射的X射线的发散角度(扇形角)。第二X射线准直仪3122带有多块可动屏蔽板和分别运动板的驱动单元。通过控制多块可动屏蔽板的每一块的位置能任意调节孔径宽度和孔径中心位置。
一个高压发生单元3013带有与第一和第二X射线管3111和3121相对应的两个系统的高压发生器，以便分别向第一和第二X射线管3111和3121施加和供给管电压和灯丝加热电流(管电流由灯丝加热电流控制)。管电压和灯丝加热电流在扫描控制单元3014的控制下从两个系统的这些高压发生器施加/供给到第一和第二X射线管3111和3121。除对于高压发生单元3013的控制之外，扫描控制单元3014负责扫描要求的所有操作控制，例如第一和第二X射线准直仪3112和3122的孔径宽度和孔径中心位置的设置、转动台架的转动、及台面的运动。
来自第一和第二X射线探测器3113和3123的输出作为投影数据经数据获得单元3114和3124、一个允许连续转动的滑环(未表示)、及预处理器供给计算机装置3002。计算机装置3002的数据补充单元3023用由第一X射线探测器3113得到的投影数据补充由第二X射线探测器3123得到的投影数据的丢失部分。图像重新构造单元3024根据补充投影数据重新构造断层摄影图像数据。这种数据然后显示在图像显示单元3025上。
图19表示由扫描控制单元3014调节的第一和第二X射线准直仪3112和3122的孔径宽度。把第二X射线准直仪3122的孔径宽度设置成大于第一X射线准直仪3112的孔径宽度。第一X射线准直仪3112的孔径宽度A1按照视场FOV设置，以用来自第一X射线管3111的X射线照射物体切片的整个区域。第二X射线准直仪3122的孔径宽度A2按照ROI设置成较小，以用来自第二X射线管3121的X射线专门仅照射在物体切片中感兴趣的区域ROI，而不照射除感兴趣区域之外的部分。在实际中，可以把各孔径宽度设置为与诸如物体的体格和感兴趣区域的类型之类的参数相对应的标准值，或者由通过在低剂量下的预扫描得到的断层摄影图像可以设置成对于物体唯一的值。
如上所述，借助于不同的孔径宽度进行扫描。在一次扫描中，从第一X射线管3111发射的X射线剂量低于从第二X射线管3121发射的X射线剂量。更具体地说，把施加到第一X射线管3111的管电压TV1设置成等于或几乎等于施加到第二X射线管3121上的管电压TV2，而把供给到第一X射线管3111的灯丝加热电流(管电流TC1)设置成小于供给到第二X射线管3121的灯丝加热电流(管电流TC2)。例如，把供给到第二X射线管3121的管电流设置为250mA，而把供给到第一X射线管3111的管电流设置为50mA。通过以这种方式设置相同的管电压和不同的管电流，能专门设置软或硬辐射，尽管设置不同的照射剂量。
借助于这些设置在一次扫描中由第一和第二X射线探测器3113和3123探测的投影数据供给到计算机装置3002的数据补充单元3023。在第二数据探测系统3012中，X射线不覆盖物体切片的整个区域，并因此仅由第二X射线探测器3123探测的投影数据实际上不能重新构造断层摄影图像。就是说，在第二X射线探测器3123的通道的一些中由于较小孔径宽度省略数据。数据补充单元3023用在第一X射线探测器3113的对应通道上的投影数据补充这样的省略通道数据。
图20表示第一和第二X射线管3111和3121的轨道。第二X射线管3121相对于第一X射线管3111位于与90°滞后相对应的位置处，并因此画出与由第一X射线管3111画出的轨道延迟90°的轨道。考虑到转动角度α°。图21表示当第二X射线管3121位于转动角度α°处时由第二X射线探测器3123探测的投影数据分布。显然，省略与没有用X射线照射的部分相对应的通道上的数据。当第一X射线管3111位于相同的转动角度α°处时，借助于在由第一X射线探测器3113探测的相同通道上的投影数据完成在其中已经发生数据省略的通道上的投影数据。
在实际中，由于设置不同的X射线照射剂量，并因而设置不同的基准电平，所以加权/添加投影数据以使基准电平均匀。让θ是转动角度，ch是通道，PD1是由第一X射线探测器3113探测的投影数据，及PD2是由第二X射线探测器3123探测的投影数据，从数据补充单元3023输出的投影数据PD由下式给出PD(θ，ch)＝a·PD1(θ，ch)+b·PD2(β，ch)其中a和b是加权因数，其关系表示为a＞b，并且把这些值设置为满足a＝c●b，其中c是第一X射线管3111与第二X射线管3121的照射剂量比。假定照射剂量c是(50mA/250mA)＝1/5，设置a＝5和b＝1。
在实际中，如下处理是典型的。在其上已经发生数据省略的第二数据探测系统3012中的通道上把加权因数变化到a＝5和b＝0，并且在其上没有发生数据省略的第二数据探测系统3012中的通道上把加权因数变化到a＝0和b＝1，由此用由第一数据探测系统3011获得的投影数据仅补充其上已经发生数据省略的通道的数据。
通过使用具有窄扇形角和高照射剂量的X射线和具有宽扇形角和低照射剂量的X射线，相对于必要的部分，即感兴趣区域，能实现高分辨率和高图像质量，同时与其中以高照射剂量用X射线照射感兴趣区域和整个剩余区域的情形相比，能把曝光剂量抑制得较低。
在实际成像过程中，需要如下过程。在以低照射剂量用X射线照射物体切片的整个区域的情况下，通过使用数据探测系统3011和3012之一进行预扫描。然后由生成断层摄影图像以较低分辨率辨别感兴趣的区域。按照感兴趣区域的大小设置第二X射线准直仪3122的孔径宽度。另外，如图22中所示，通过在水平和垂直方向上调节台面保证其中位于转动轴线RA上的感兴趣区域的状态。在这种状态下，在转动期间可以固定第二X射线准直仪3122的孔径位置。
如图23中所示，保证其中感兴趣区域位于转动轴线RA上的状态可能是不可能的或困难的。在这种情况下，必须把宽孔径设置成总是捕获在X射线的视场内的感兴趣区域而与在一转中第二X射线管3121的转动角度无关。然而，借助于这种设置，不能使曝光剂量最小。为此原因，如下操作是有效的。按照感兴趣区域ROI的大小减小第二X射线准直仪3122的孔径。其后，为了总是捕获在X射线的窄视场内的感兴趣区域而与一转中第二X射线管3121的转动角度无关，借助于转动角度同步地运动第二X射线准直仪3122的孔径位置。
由在预扫描中获得的断层摄影图像上的感兴趣区域的位置、转动轴线RA的位置、及第二X射线管3121的焦点位置之间的位置关系，能用几何方法得到在第二X射线准直仪3122的孔径位置与转动角度之间的关系。按照在第二X射线准直仪3122的孔径位置与转动角度之间的关系，扫描控制单元3014能控制第二X射线准直仪3122，以与转动角度同步地运动第二X射线准直仪3122的孔径位置。
(第四实施例)图24表示根据第四实施例的X射线计算断层摄影设备的主要部分的布置。根据该实施例的X射线计算断层摄影设备包括一个扫描台架4001和计算机装置4002。扫描台架4001是一个用来获得关于要检查的物体的投影数据的组元。这种投影数据装载到计算机装置4002中，并且经受到诸如图像重新构造之类的处理。计算机装置4002包括一个真实预备控制单元4021和经一根数据/控制总线4028连接到其上的如下单元一个预处理器4023、图像重新构造单元4024、图像显示单元4025、操纵台4026、及存储器4027。
物体在平放在一个床4010的台面4020上的同时，插入到扫描台架4001中。床4010的台面4020由一个床驱动单元4017驱动以沿纵向运动。一般地，床4010这样安装，从而该纵向变得平行于转动轴线RA(与本体轴线和Z轴线相同)。一个台面位置传感器4018提供成探测台面4020的位置，并且由例如一个旋转编码器形成。
为扫描台架4001提供一个环形转动台架(未表示)，以便由一个台架驱动单元4016驱动以绕转动轴线RA转动。每个由X射线管组件构成的多个数据探测系统安装在该转动台架上。在这种情况下，将说明两个数据探测系统。在一个是两个系统之一的第一数据探测系统4011中，一个第一X射线管组件4110和相对第一X射线管组件4110的多通道型的一个第一X射线探测器4113安装在转动台架上。在一个第二数据探测系统4012中，一个第二X射线管组件4120和相对第二数据探测系统4012的多通道型的一个第二X射线探测器4123安装在转动台架上，从而第二数据探测系统4012的中心轴线以预定角度(在这里假定为90°)交叉在转动轴线RA处的第一数据探测系统4011的中心轴线。
第一X射线管组件4110包括一个第一X射线管4111和一个用来除去低能分量以减小曝光剂量的第一X射线滤波器4112。类似地，第二X射线管组件4120包括一个第二X射线管4121和一个第二X射线滤波器4122。一个Z移动机构4013放置在第一X射线管组件4110和第一X射线探测器4113、及转动台架之间。Z移动机构4013具有需要支持第一X射线管组件4110和第一X射线探测器4113以便允许它们在平行于或几乎平行于转动轴线RA的方向上运动的一种结构和电源。Z移动机构4013接收从Z移动机构驱动单元4019供给的功率，并且电气运动第一X射线管组件4110和第一X射线探测器4113。
两个系统的变换器型高压发生单元4014和4015为第一和第二X射线管4111和4121提供以便向其分别供电。高压发生单元4014和4015的每一个包括一个管电压开关和灯丝电流开关，以便任意或步进地调节管电压和灯丝电流。
来自第一和第二X射线探测器4113和4123的输出作为投影数据经数据获得单元4114和4124、一个允许连续转动的滑环(未表示)、及一个预处理器4023供给到一个图像重新构造单元4024，并且经受断层摄影图像数据的重新构造处理。这种断层摄影图像数据显示在一个图像显示单元4025上，并且也供给到一个要用于例如确定以后将描述的主扫描操作的开始点的处理的真实预备控制单元4021。
提供一个操纵台4026以允许操作者输入诸如扫描条件(要在以后描述)、主扫描触发、预触发等之类的各种信息(要在以后描述)。提供一个存储器4027，以存储输入扫描条件的数据和随着成像程序的进行在适当计时把数据供给到真实预备控制单元4021。
下面将描述通过真实预备控制单元4021的涉及对比度介质成像的控制操作。关于这种控制操作，真实预备控制单元4021装有能按照操作者的指令选择使用的四种类型的操作模式。下面顺序描述这四种类型的操作模式。
(第一控制操作)图25表示用于第一操作控制的过程。首先，操作者通过操纵台4026设置扫描条件(S1)。然后把扫描条件存储在存储器4027中。如图26中所示，扫描条件包括通过第一数据探测系统4011的监视扫描的位置P1、在用于通过第二数据探测系统4012的主扫描(螺旋扫描)的成像区域中的开始位置P3、及一个结束位置P4。扫描条件也包括用于监视扫描的X射线条件(监视扫描管电压和监视扫描管电流)和用于主扫描的X射线条件(主扫描管电压和主扫描管电流)。典型地，把监视扫描管电压设置成等于主扫描管电压以便专门设置软/硬辐射。把监视扫描管电流设置成小于主扫描管电流以便抑制曝光剂量。另外，扫描条件包括台面速度和扫描时间(一转需要的时间)，作为用来确定螺旋节距(每转台面的运动距离)的参数。
当设置描述条件时，真实预备控制单元4021通过把一个经其在台面从台面的停止状态达到螺旋扫描中的台面速度的接近运行期间需要的距离DA添加到在监视扫描的位置P1与在用于主扫描的成像区域中的开始位置P3之间的距离上，计算在第一与第二数据探测系统4011与4012的扫描平面之间的距离AD(S2)。当台面在相反方向运动时，通过从在监视扫描的位置P1与在用于主扫描的成像区域中的开始位置P3之间的距离减去一个经其在台面从台面的停止状态达到螺旋扫描中的台面速度的接近运行期间需要的距离DA，计算在第一和第二数据探测系统4011和4012的扫描平面之间的距离ΔD，如图27中所示。
真实预备控制单元4021控制Z移动机构驱动单元4019以把第一数据探测系统4011的扫描平面与第二数据探测系统4012的扫描平面分离一个计算距离AD(S3)。操作者然后手动操作台面4020以把要检查的物体的特定区域定位到监视扫描位置P1。在这时，第二数据探测系统4012处于位于在用于主扫描的成像区域中的开始位置P3之前接近运行距离DA的一个备用位置P2。
当完成以上位置设置时，真实预备控制单元4021控制台架驱动单元4016以开始转动台架(S4)，并且按照用于监视扫描的X射线条件建立第一高压发生单元4014。同时，真实预备控制单元4021按照用于在该阶段中的主扫描的X射线条件完成第二高压发生单元4015的建立。更具体地说，真实预备控制单元4021按照监视扫描管电压和主扫描管电压设置高压发生单元4014和4015的管电压开关，并且按照监视扫描管电流和主扫描管电流设置高压发生单元4014和4015的灯丝电流开关。真实预备控制单元4021然后开始把灯丝加热电流供给到第一和第二X射线管4111和4121以预加热灯丝(S5)。
在完成以上预备操作并且台架转动速度达到恒定速度时，真实预备控制单元4021开始监视扫描(S6)。就是说，真实预备控制单元4021通过把发射触发供给到第一高压发生单元4014开始发射X射线，并且也开始在第一X射线探测器4113中的电荷存储/读循环、数据获得单元4114的信号放大、模拟/数字转换、及一个数据读循环。真实预备控制单元4021进一步控制图像重新构造单元4024，以便由通过在实时中的监视扫描得到的投影数据重新构造衰减系数分布作为断层摄影图像数据，并且使图像显示单元4025显示它(S7)。连续地重复这种监视扫描、图像重新构造、及显示，直到在步骤S12中停止处理(要在以后描述)。
操作者观察这种断层摄影图像，特别是在切片中感兴趣区域(目标血管)的染色程度，并且在染色程度增大到一定程度时通过操纵台4026输入用于主扫描的预触发(S8)。
响应这种预触发，真实预备控制单元4021控制床驱动单元4017以开始运动台面4020，并且也控制Z移动机构驱动单元4019以在相同方向上以与台面运动相同的速度开始运动第一数据探测系统4011(S9)。随着这种运动，在主扫描区域中的开始位置P3逐渐接近第二数据探测系统4012的备用位置(主扫描位置)P2。也在该时段期间，继续监视扫描、图像重新构造和显示，并且操作者观察断层摄影图像，特别是在切片中感兴趣区域(目标血管)的染色程度，因而在适当时间通过操纵台4026输入用于主扫描的触发(S10)。
响应用于主扫描的这种触发，真实预备控制单元4021启动主扫描(螺旋扫描)(S11)。就是说，真实预备控制单元4021通过把发射触发供给到第二高压发生单元4015开始发射X射线，并且也开始在第二X射线探测器4123中的电荷存储/读循环、数据获得单元4124的信号放大、模拟/数字转换、及数据读循环。注意，如果当在主扫描区域中的开始位置P3达到第二数据探测系统4012的备用位置P2时不输入用于主扫描的触发，则真实预备控制单元4021自动开始主扫描。
这种主扫描继续，直到在主扫描区域中的结束位置P4达到第二数据探测系统4012的备用位置P2(S12)。当在主扫描区域中的结束位置P4达到第二数据探测系统4012的备用位置P2时，真实预备控制单元4021与主扫描一起停止监视扫描(S13)。
如上所述，根据这种控制过程，由于第一数据探测系统4011的扫描平面与第二数据探测系统4012的扫描平面预先隔开一个距离ΔD，所以能把用于台面运动的等待时间缩短到接近运行所需要的时间。另外，由于监视扫描由第一数据探测系统4011进行，而主扫描由第二数据探测系统4012进行，所以紧在主扫描之前能监视染色程度。此外，由于监视扫描和主扫描分别由第一和第二数据探测系统4011和4012进行，所以按照主扫描条件能预先完成用于X射线发射的建立。这使得有可能在接收到触发时迅速开始主扫描。
(第二控制操作)在第一控制操作中手动输入主扫描触发。然而，在第二控制操作中，在预触发的输入之后的操作是自动的。图28表示用于第二控制操作的过程。与在图25中相同的标号指示图28中相同的步骤，并且省略其描述。图29表示施加到第一和第二X射线管4111和4121上的管电压对于时间的变化和台面速度对于时间的变化，以便给出对于第二控制操作的描述的另外解释。
在这种第二控制操作中，作为扫描条件，设置如下除通过第一数据探测系统4011的监视扫描的位置P1之外在监视扫描停止(预触发输入)至主扫描开始之间的延迟时间DLT1、在用于通过第二数据探测系统4012的主扫描的成像区域中的开始位置P3、结束位置P4、用于监视扫描的X射线条件、用于主扫描的X射线条件、及用来确定螺旋节距的台面速度和扫描时间(S1′)。考虑到对比度介质以及血流从通过第一数据探测系统4011的监视扫描的位置P1流到主扫描开始位置P3(在时刻T3与第二数据探测系统4012的扫描位置P3一致)需要的时间，设置这种延迟时间DLT1。通过预先设置这种延迟时间DLT1，当断层摄影图像的染色程度达到用于主扫描开始的最佳程度时，操作者能输入一个预触发。就是说，考虑到对比度介质以及血流从监视扫描位置P1流到成像区域中的开始位置P3需要的时间，不必故意延迟输入预触发的计时。
由于在预触发输入之后的操作是自动的，所以真实预备控制单元4021控制第一X射线探测器4113和第一数据获得单元4114以响应在步骤S8中的预触发输入停止监视扫描(S21)，因而防止对于辐射的不必要曝光。
真实预备控制单元4021然后在仅过去通过从自预触发输入时间T1起的预置延迟时间减去接近运行时间Ta得到的一个时间DLT2之后的时间T2，开始运动台面4020(S22)。在当台面4020已经完成接近运行时的时间T3，在主扫描区域中的开始位置P3达到第二数据探测系统4012的备用位置P2(S23)。在这时，开始主扫描(S24)。由于监视扫描已经停止，所以当在主扫描区域中的结束位置P4达到第二数据探测系统4012的位置P2时(S12)，真实预备控制单元4021停止主扫描(S13′)。
如上所述，根据第二控制操作，除通过第一控制操作得到的效果之外，通过在预触发输入之后的自动操作，能消除主扫描开始计时的差别和各个差别。这使得有可能稳定地进行主扫描。
(第三控制操作)在第一控制操作中，手动输入预触发和主扫描触发。在第二控制操作中，手动输入预触发。然而，在第三控制操作中，预触发输入操作以及主扫描触发输入操作是完全自动的。图30表示用于第三操作控制的过程。与在图25和28中相同的标号指示图30中相同的步骤，并且省略其描述。图31表示施加到第一和第二X射线管4111和4121上的管电压对于时间的变化、台面速度对于时间的变化、及在通过监视扫描得到的断层摄影图像中感兴趣区域中的象素的CT值的平均值对于时间的变化，以便给出对于第三控制操作的描述的另外解释。
在第三控制操作中，作为扫描条件，设置如下除通过第一数据探测系统4011的监视扫描的位置P1之外用于预触发输入操作的自动的感兴趣区域和一个阈值、在用于通过第二数据探测系统4012的主扫描的成像区域中的开始位置P3、结束位置P4、用于监视扫描的X射线条件、用于主扫描的X射线条件、用来确定螺旋节距的台面速度和扫描时间、及对比度介质以及血流从通过第一数据探测系统4011的监视扫描的位置P1流到主扫描开始位置P3需要的时间，即在监视扫描停止(预触发输入)与主扫描开始之间的延迟时间DLT1(S1″)。
真实预备控制单元4021从在步骤S7中得到的断层摄影图像数据抽取当前感兴趣区域中的多个象素的CT值，并且计算CT值的平均值(S31)。真实预备控制单元4021然后把计算的CT值(平均值)与预置阈值相比较(S32)。如果CT值不超过阈值，则真实预备控制单元4021确定在监视位置P1处的染色程度太低，并且相对于顺序得到的断层摄影图像数据，重复CT值抽取、平均值计算、及与阈值的比较。
在当CT值超过阈值时的时间T1，真实预备控制单元4021确定在监视位置P1处的染色程度是适当的，并且停止监视扫描(S21)。在步骤S22中那样，在从当CT值已经超过阈值时的时间T1起当通过从预置延迟时间减去接近运行时间TA得到的时间DLT2已经过去时的时间T2，真实预备控制单元4021开始运动台面4020(S33)。在当在主扫描区域中的开始位置P3已经达到第二数据探测系统4012的备用位置P2(S23)时的时间T3，真实预备控制单元4021开始主扫描(S24)。当在主扫描区域中的结束位置P4达到第二数据探测系统4012的位置P2时(S12)，真实预备控制单元4021停止主扫描(S13′)。
如上所述，根据第三控制操作，除第一和第二控制操作的效果之外，包括预触发输入操作的操作能是完全自动的。
(第四控制操作)在第二和第三控制操作中，预先设置从监视扫描停止到主扫描开始的延迟时间DLT1。在第四控制操作中，该延迟时间DLT1通过由真实预备控制单元4021进行的计算得到。图32A和32B表示用于第四操作控制的过程。与在图25、28和30中相同的标号指示图32A和32B中相同的步骤，并且省略其描述。图33表示在基于由第一数据探测系统4011在监视扫描中获得的投影数据的断层摄影图像数据中的感兴趣区域中相对于时间，象素CT值的平均值的变化；和在基于由第二数据探测系统4012在监视扫描中获得的投影数据的断层摄影图像数据中的感兴趣区域中相对于时间，象素CT值的平均值的变化，以便给出对于第四控制操作的描述的另外解释。
在这种第四控制操作中，监视扫描不仅由第一数据探测系统4011而且也由第二数据探测系统4012进行。因此，在步骤S5′中，按照用于监视扫描的X射线条件，建立第二高压发生单元4015以及第一高压发生单元4014。
真实预备控制单元4021控制第一和第二高压发生单元4014和4015、第一和第二X射线探测器4113和4123、及第一和第二数据获得单元4114和4124，以在两个数据探测系统4011和4012中开始监视扫描(S41)。根据由数据获得单元4114通过监视扫描获得的投影数据，重新构造断层摄影图像数据(第一断层摄影图像数据)。与这种操作一道，根据由数据获得单元4124通过监视扫描获得的投影数据，重新构造断层摄影图像数据(第二断层摄影图像数据)(S42)。
真实预备控制单元4021从在步骤S42中得到的第一断层摄影图像数据抽取预置感兴趣区域中的多个象素的CT值，并且计算CT值的平均值(第一平均值)。与这种操作一道，真实预备控制单元4021从在步骤S42中得到的第二断层摄影图像数据抽取感兴趣区域中的多个象素的CT值，并且计算CT值的平均值(第二平均值)(S41)。真实预备控制单元4021然后把计算的第一平均值与一个预置阈值CT2相比较(S44)。
如果第一平均值不超过阈值CT2，则真实预备控制单元4021确定在监视位置P1处的染色程度太低，并且相对于顺序得到的断层摄影图像数据，重复第一和第二平均值计算和在第一平均值与阈值之间的比较。真实预备控制单元4021然后把每个时刻的第一和第二平均值存储在存储器4027中。当第一平均值超过阈值CT2时，真实预备控制单元4021停止通过第一和第二数据探测系统4011和4012的监视扫描(S45)。
真实预备控制单元4021然后根据存储的第一和第二平均值相对于时间的变化计算延迟时间DLT1(S46)。这种延迟时间DLT1表示对比度介质以及血流从通过第一数据探测系统4011的监视扫描的位置P1流到主扫描开始位置P3需要的时间，即在监视位置P1处的染色程度已经达到特定值(阈值CT2)的时刻与在主扫描开始位置P3处的染色程度已经达到特定值的时刻之间的时间差。由于在第二数据探测系统4012的备用位置P2处的CT值相对于时间的变化几乎跟随在监视位置P1处的CT值相对于时间的变化，所以指定在当在监视位置P1处的CT值已经达到阈值CT2时的时间T12在第二数据探测系统4012的备用位置P2处的CT值，并且从存储数据抽取当在监视位置P1处的CT值是CT1时的时间T11。这使得有可能把在T11与T12之间的时间宽度估计为延迟时间DLT1。
当从在第一平均值已经超过阈值CT2时的时间T12起已经过去通过从计算延迟时间DLT1减去接近运行时间TA得到的时间DLT2时，真实预备控制单元4021开始运动台面4020(S47)，并且按照用于主扫描的X射线条件建立第二高压发生单元4015(S48)。
当在主扫描区域中的开始位置P3已经达到第二数据探测系统4012的备用位置P2时(S23)，第二数据探测系统4012开始主扫描(S24)。当在主扫描区域中的结束位置P4达到第二数据探测系统4012的位置P2时(S12)，真实预备控制单元4021停止主扫描(S13′)。
如上所述，根据第四控制操作，除第一、第二和第三控制操作的效果之外，能消除设置从监视扫描停止到主扫描开始的延迟时间DLT1的必要性。
对于熟悉本专业的技术人员容易想到另外的优点和修改。因此，本发明在其更宽广方面不限于这里表示和描述的具体细节和代表性实施例。因而，可以进行各种修改，而不脱离由附属权利要求书和其等效物定义的一般性发明概念的精神和范围。
权利要求
1.一种X射线计算断层摄影设备，包括一个第一探测系统，带有一个以第一照射剂量用X射线照射要检查的物体的第一X射线管、和一个探测透过物体的X射线的第一X射线探测器；一个第二探测系统，带有一个以比第一照射剂量高的第二照射剂量用X射线照射物体的第二X射线管、和一个探测透过物体的X射线的第二X射线探测器；及一个运动机构，配置成在物体的本体轴线方向上运动第一和第二数据探测系统的至少一个。
2.根据权利要求1所述的设备，其中第一探测系统用于监视扫描以便监视CT值或对比度介质密度，而第二数据探测系统用于主扫描。
3.根据权利要求2所述的设备，进一步包括一个控制单元，配置成控制运动机构，以便把第一数据探测系统设置在第一位置处而把第二数据探测系统设置在第二位置处。
4.根据权利要求2所述的设备，进一步包括一个重新构造单元，配置成根据来自第一数据探测系统的第一探测器的输出实时重新构造第一图像数据。
5.根据权利要求4所述的设备，其中控制单元根据第一图像数据确定主扫描的开始计时。
6.根据权利要求5所述的设备，其中控制单元在主扫描之前停止用来自第一X射线管的X射线照射物体。
7.根据权利要求5所述的设备，其中控制单元在主扫描之前开始把一个灯丝加热电流供给到第二X射线管。
8.根据权利要求5所述的设备，其中控制单元把在第一图像数据中在感兴趣区域中的一个象素值或从其导出的一个值与一个阈值相比较，以确定主扫描的开始计时。
9.根据权利要求8所述的设备，其中控制单元把在从当在第一图像数据中在感兴趣区域中的一个象素值或从其导出的值已经达到阈值时的时间点起已经过去一个预定时间段时的时间点，确定为主扫描的开始计时。
10.根据权利要求3所述的设备，其中把在第一与第二位置之间的距离设置成在监视扫描的位置与主扫描的开始位置之间的距离。
11.根据权利要求3所述的设备，其中把在第一与第二位置之间的距离确定为通过对在监视扫描的位置与主扫描的开始位置之间的距离加上或减去其上放置物体的台面的接近运行所需要的距离而得到的距离。
12.根据权利要求2所述的设备，其中控制单元按照来自操作者的开始主扫描的指令开始主扫描。
13.根据权利要求2所述的设备，其中在当从来自操作者的开始主扫描的指令起已经过去一个预定时间段时的时间点，控制单元开始主扫描。
14.根据权利要求2所述的设备，其中在监视扫描结束之前，控制单元开始把灯丝加热电流供给到第二X射线管。
全文摘要
本发明的一种X射线计算断层摄影设备包括一个第一探测系统，带有一个以第一照射剂量用X射线照射要检查的物体的第一X射线管、和一个探测透过物体的X射线的第一X射线探测器；一个第二探测系统，带有一个以比第一照射剂量高的第二照射剂量用X射线照射物体的第二X射线管、和一个探测透过物体的X射线的第二X射线探测器；及一个运动机构，配置成在物体的本体轴线方向上运动第一和第二数据探测系统的至少一个。
文档编号G01N23/00GK1736335SQ200510103739
公开日2006年2月22日 申请日期2002年10月18日 优先权日2001年10月18日
发明者新野俊之, 柳田祐司, 中岛成幸, 八百井佳明, 奥村美和, 堀之内实, 山崎正彦, 矶真知子, 中西知 申请人:株式会社东芝