专利名称：锥束ct半周期闭合螺旋轨迹的制作方法
锥束CT半周期闭合螺旋轨迹
本发明涉及医学成像系统。其具体涉及计算机断层摄影(CT)，并且更 具体地涉及用于有效利用辐射探测器采集基本完整的感兴趣体积(VOI)采 样的CT成像方法。
通过采用锥束CT， VOI的完整数据集或采样可用于重建该VOI。传统 的锥束CT扫描技术采用环绕成像区域的圆形(或轴向)辐射源轨道(路径、 轨迹等)，其不能提供完整的采样。代替地，由于在任一端对样本VOI的采 样都不完整，因而结果数据集不完整。 一种利用圆形轨道获取完整采样的 方法是进行圆周扫描和/或线扫描，然后将这两种扫描结合在一起。
在可替换方法中，利用鞍形辐射源轨道来实现对VOI的完整采样。这 种鞍形轨道在Pack等人发表在Phys. Med. Biol.第49巻第11期(2004)第 2317-2336页的"Investigation of a saddle trajectory for cardiac CT imaging in cone-beam geometry"中有所描述。然而，利用鞍形轨道的Z方向辐射探测 器宽度相对地大于利用圆形轨道的探测器宽度。这归因于较大的源轨迹。 因此，通过利用鞍形轨道，可以以损失探测器效率为代价来实现完整采样。 探测器尺寸的增加可能导致制造CT系统成本的整体增加，这是因为辐射探 测器占据该系统总成本的相对大的比例。
考虑到传统技术的上述缺陷，存在对用于采集完整的VOI采样来重建 VOI同时减轻这些以及其他缺陷的改进技术的尚未解决的需求。
根据一个方面，描述了一种断层摄影设备，其具有辐射源、至少一个 辐射敏感探测器以及重建系统。该辐射源以一频率沿z轴掠过并且在辐射 源围绕成像区域旋转约两周的同时返回其初始位置，其中所述频率约为辐 射源围绕成像区域旋转的频率的一半。所述至少一个辐射敏感探测器探测 由辐射源发射的横贯成像区域内感兴趣体积的辐射，并且生成表示探测到 的辐射的数据。所述重建系统重建探测到的数据以生成感兴趣体积内对象的图像。
图1图示说明了具有至少有效使用辐射探测器宽度的辐射源轨道的示
例性医学成像系统；
图2图示说明了在扫描架旋转两周期间的示例性半周期闭合螺旋 (HCCH)辐射源轨道；
图3图示说明了作为扫描架旋转角度(以度为单位)的函数的沿Z轴 的HCCH轨道；
图4图示说明了沿Z轴的HCCH路径的示例性剖面图5图示说明了使用HCCH辐射源轨道扫描对象的方法。
参考图l，其图示说明了医学成像系统IO。医学成像系统10利用各种 技术来采集对象的感兴趣区域或体积的适当数据和图像层，由此得到感兴 趣区域或体积的多维呈现或其他，同时有效使用探测器。例如，医学成像 系统10可以利用一个或多个不同的x射线源轨道、路径、轨迹等环绕对象， 同时照射对象并且探测透射、散射等辐射。这种轨道的示例包括圆形(或 轴向)、圆形/线形、鞍形、椭圆形、螺旋段，和/或半周期闭合螺旋，和域 由其产生的形状(derivations),和/或其他轨道路径。
通过利用半周期闭合螺旋，医学成像系统10可以采集感兴趣体积 (VOI)的完整数据集或完整采样(例如以单纯的连续运动的方式)，用于 (例如通过180度重建等)生成VOI的图像。可以在实现这种采集的同时 有效使用探测器(例如，最小化探测器沿z轴的宽度等)、减少扫描架旋转 次数(从而减少扫描时间和/或患者剂量)和/或增加重复的简易性。
如所示出的，医学成像系统10包括CT扫描仪12。 CT扫描仪12包括 旋转扫描架14,该旋转扫描架14绕z轴16旋转。旋转扫描架14支撑一个 或多个x射线管18，所述一个或多个x射线管18在一个或多个辐射源20 的一个或多个位置(比如焦斑)处产生至少一个辐射射束(例如，锥形、 扇形等)。所述焦斑中的一个或多个可以是动态的，这是因为在x射线管18 绕扫描架14旋转的过程中所述焦斑中的一个或多个可以快速移位或偏转到 多个位置。在一个实例中，辐射源20可至少沿z轴16移动。这种移动可以通过 以下操作来实现物理或者机械地沿z轴移动x射线管18，从而使辐射源 20沿z轴16掠过；和域电子地偏转x射线管18的电子束，从而使其在沿 z轴16的各种位置处撞击x射线管18的阳极。X射线管18和辐射源20沿 z轴16的物理移动与扫描架14的旋转运动相配合，以便提供预期辐射源轨 道或轨迹。扫描架轨道存储体22存储用于扫描仪12的轨道路径。如所示 出的，适当的轨道包括半周期闭合螺旋(HCCH)轨道24和任选的其他轨 道，该半周期闭合螺旋轨道24将在下面更详细地进行描述。
扫描架14还支撑x射线敏感探测器30，将x射线敏感探测器30围绕 扫描架14设置以对向与x射线源18相对的角形弧，从而在它们之间限定 成像区域32。如所示出的，将这些探测器30布置在第三发生器配置中。然 而，此处也可考虑其他探测器布置，包括第四发生器、静止源系统、电子 束扫描仪和/或其他系统几何布置。每个探测器30包括一个或多个单层或多 层区域。探测器30探测由辐射源20发射的横贯成像区域32的辐射，并且 生成表示探测到的沿多条射线的辐射的相应的输出信号。
CT扫描仪12还包括对象(或患者)支架34，该支架34在成像区域 32内支撑对象。该支架34可以静止或沿x、 y和/或z轴移动。这种移动允 许操作者通过移动支架34或配合扫描架14 (例如倾斜、z方向等)移动支 架14来将对象引导到成像区域32内的适当位置，从而产生预期扫描轨迹 或轨道。
计算系统36利于操作者与扫描仪12进行交互和/或控制扫描仪12。计 算系统36可以是计算机，比如工作站、桌上型电脑、机箱或膝上型电脑等。 在一个实例中，计算系统36是独立的通用系统，其执行应用程序，和/或包 括硬件、固件和/或软件以便与扫描仪12通信。在另一个实例中，计算系统 36是扫描仪12的专用控制台。
由计算系统36执行的软件应用程序允许操作者配置和/或控制扫描仪 12的操作。例如，操作者可以与计算系统36进行交互以选择扫描协议，启 动、暂停和终止扫描，浏览图像，处理体积图像数据，测量各种数据特征 (例如，CT数、噪声等)等。计算系统36与控制器38进行通信，该控制 器38基于扫描参数来控制扫描仪12。这种通信可以包括传送计算机可读指
7令以针对具体扫描协议配置和/或控制扫描仪12。例如，这种指令可以包括 诸如x射线管电压和电流、辐射源和x射线管位置、辐射源轨道等参数。
将探测器30收集的数据传送给重建系统40，该重建系统40重建该数 据以生成表示对象的扫描区域的体积数据。重建系统40可以是用于扫描仪 12的专用系统和/或独立的通用计算机。此外，重建系统40可以是集成的 和/或分布式系统，其中子系统(未示出)是相同系统的一部分或分布在独 立的子系统或计算机中，这些子系统例如但不限于巻积器、反投影器 (backprojectorO等。
图像处理器44处理由重建系统40生成的体积图像数据。在一个实例 中，图像处理器44生成扫描的解剖结构的图像，这些图像被显示、制成影 片(filmed)、存档、转发给治疗医师(例如通过电子邮件等)、与来自其他 成像形态的图像相融合、(例如经过测量和/或可视化应用和/或专用可视化 系统)进一步处理、存储在存储部件42中等。
图2图示说明了对HCCH轨道24先前限定的在扫描架旋转两周期间的 示例性轨道、路径、轨迹等。在图2中，x射线管18的辐射源20沿z轴 16移动，并且随着扫描架14围绕成像区域32旋转而遵循螺旋轨道48。辐 射源20沿z轴16的两个方向以连续运动掠过，从而使得辐射源20在扫描 架旋转两周或720度后返回其初始位置(或闭合螺旋)。因此，辐射源20 在扫描架每旋转一周或360度时螺旋形地移动过半周运动，并且在扫描架 旋转两周后螺旋闭合。
HCCH轨道48的周期性比其他轨道路径如鞍形轨道相对更可行地呈现 基于机械的辐射源掠过实现方式(例如，经由x射线管18的物理移动)，这 是因为可以以相对较低速率移动x射线管18。各种硬件和/或软件技术可用 于补偿x射线管18沿轴16的移动的加速度和/或速度差。
图3图示说明了在扫描架旋转720度期间作为扫描架旋转角度(以度 为单位)的函数的沿z轴16的HCCH轨道路径48。在图3中，路径48显 示为光滑连续函数(正弦曲线)；然而，尽管诸如非连续或三角形等其他路 径不是优选的，但在此处也可以考虑。如下文更详细地描述的，通过利用 在大约一又四分之一个旋转周或大约450度期间收集的数据来实现VOI的 完整采样。图4图示说明了辐射源20的示例性轮廓50，其遵循扫描架旋转两周期 间(例如从58或60开始行进360度至60或58然后经过360度返回到58 或60)沿z轴16的HCCH路径48。对于圆柱形VOI 52的完整采样，辐射 源轨迹48包围所示的VOI 52。用于采集VOI 52的每个探测器30的近似范 围(或z轴宽度)由X射线束的射线54来限定并且图示在56处。源轨迹 48沿z轴16有效使用探测器，用于对VOI 52中的基本上所有体素的180 度重建。作为非限制性示例，对120mm长的VOI利用HCCH源轨迹48， 光斑掠过大约226.5mm，并且探测器范围接近210mm。通过对相同VOI利 用鞍形轨迹，探测器范围将增加到约328mm。
在辐射源20移动过一周并且在扫描架旋转两周后辐射源20返回到其 起始位置的过程中，探测器30探测辐射。在720度上探测到的数据的全部 或子集用于重建(一个或多个)图像。例如，可以从至少180度加扇形角 度重建每个体素。为了重建VOI52中所有体素，使用从约一又四分之一旋 转周内收集的数据的子集。因此，当执行180度重建时，重建系统40利用 在扫描架旋转两周期间收集的探测数据的适当部分来重建图像。也就是说， 可以选择在旋转两周期间收集的数据的预期子集用于重建。在另一实例中， 因为对于180度重建不需要720度上的数据，所以在收集到足够的数据用 于重建后，可以关闭x射线管18。
在采集数据时，可以执行体素相关的180度重建来对VOI 52成像。在平 行重排投影之后，可以识别在给定的成对源角度处交叉VOI 52的pi表面。 利用在成对源角度之间180度的视野范围来重建交叉处的体素。对于每个 180度重建，如果需要，可以使用大于180度加扇形角度上的数据，以最小 化每个数据子集在起始和终止处的运动差。例如，可以对在不同时间采集 的重叠数据进行平均。
图5图示说明了利用医学成像系统10对对象进行扫描的非限制性方 法。在附图标记62处，操作者与由计算系统36执行的扫描仪软件应用程 序进行交互，以配置和/或控制扫描仪12的操作，从而扫描在成像区域32 中的对象。对于这一示例，假设操作者已经以直接和/或间接的任一方式通 过选择利用180度重建的扫描协议等，来选择180度重建技术。还假设对 于所选择的程序，通过机械地移动x射线源18 (例如物理移动)和/或电子地使所生成的射束掠过HCCH轨道24(己存储在扫描架轨道存储体22中)， 而沿z轴16移动辐射源20。如上所述，通过利用HCCH轨道24,辐射源 20沿z轴16的两个方向以连续运动的方式掠过，从而使得辐射源20沿螺 旋路径移动并在扫描架旋转两周后闭合螺旋路径(或返回到其初始位置)。 计算系统36将该信息或其他信息通信至控制器38。
在附图标记64处，控制系统38将控制命令传送到扫描仪12，该控制 命令包括指令和/或用于经由HCCH轨道24移动辐射源20的参数。如上所 述，通过机械和/或电子技术来实现辐射源20的移动。在66处，扫描仪12 按照控制命令操作，并且辐射源20在生成x射线束的同时经由HCCH轨道 24移动。在68处，探测器30探测所发射的辐射并且产生表示该辐射的信 号。在70处，重建部件40基于所选择的180度重建技术重建该信号，并 且图像处理器44处理所重建的数据以生成相应的图像。如上所述，在720 度上的全部数据或数据子集用于重建图像。在扫描架旋转一又四分之一周 上的数据提供用于重建图像的完整的数据集。可以将这些图像存储在存储 部件42中，和/或提供给计算部件36用于操作员的可视观察，影印以及进 一步处理等。
本文描述的系统和/或方法和/或其派生物可以与低端、中端和/或高端系 统一起使用，包括对诸如心脏局部和/或整体器官成像的应用、心脏和脑等 灌注成像的应用以及其他应用。
已参考优选实施例对本发明进行了描述。当然，在阅读和理解前面的 描述的基础上，其他人员可以进行修改和改变。意在将本发明解释为包括 所有这些修改和改变，只要它们在所附权利要求的范围之内。
权利要求
1、一种断层摄影设备(10)包括辐射源(20)，其以一频率沿z轴(16)掠过并且在所述辐射源(20)围绕成像区域(32)旋转约两周的同时返回其初始位置，其中所述频率约为所述辐射源(20)围绕所述成像区域(32)旋转的频率的一半；至少一个辐射敏感探测器(30)，其探测由所述辐射源(20)发射的横贯所述成像区域(32)内感兴趣体积(52)的辐射，并且生成表示所探测到的辐射的数据；以及重建系统(40)，其重建所探测到的数据以生成所述感兴趣体积(52)的图像。
2、 根据权利要求1所述的设备(10)，其中，所探测到的辐射表示所 述感兴趣体积(52)的完整采样。
3、 根据权利要求1所述的设备(10)，其中，所述重建系统(40)利 用在所述辐射源(20)围绕所述成像区域(32)旋转至少一又四分之一周 期间收集的数据重建所述感兴趣体积VOI (52)。
4、 根据权利要求1所述的设备(10)，还包括扫描架轨道存储体(22)， 其存储半周期闭合螺旋轨道(24)，其中，在所述辐射源(20)围绕所述成 像区域(32)旋转时，所述辐射源(20)遵循所述半周期闭合螺旋轨道(24)。
5、 根据权利要求1所述的设备(10)，其中，所述重建系统(40)利 用180度重建技术重建所述数据。
6、 根据权利要求1所述的设备(18)，其中，所述辐射源(20)通过 物理地移动x射线源(18)而沿所述z轴(16)掠过，从而沿所述z轴(16) 产生所述辐射源(20)。
7、 根据权利要求1所述的设备(18)，其中，所述辐射源(20)电子 地沿所述z轴(16)掠过。
8、 根据权利要求1所述的设备(18)，其中，所述辐射源(20)沿所 述z轴(16)以连续运动的方式掠过并且形成闭合路径。
9、 根据权利要求1所述的设备(18)，其中，所述至少一个辐射敏感 探测器(30)采集数据以对心脏和灌注扫描的至少之一重建图像。
10、 一种计算机断层摄影重建方法，包括使辐射源(20)以约为围绕成像区域(32)旋转的所述辐射源(20) 发射的射束频率的一半的频率在闭合螺旋路径中沿z轴(16)掠过，所述 辐射源(20)在所述闭合螺旋路径中返回其最初的起始位置；探测从所述辐射源(20)发射的横贯所述成像区域(32)的辐射；生成表示所探测到的辐射的数据；并且根据所述数据重建所述成像区域(32)内对象的图像。
11、 根据权利要求10所述的方法，其中，使所述辐射源(20)掠过和 使所述射束旋转是在所述射束围绕所述成像区域(32)旋转两周期间协调 进行的。
12、 根据权利要求10所述的方法，其中，所探测到的辐射表示所述成 像区域(32)内所述对象的感兴趣体积(52)的完整数据集。
13、 根据权利要求10所述的方法，还包括利用所述数据的子集来重建 所述图像。
14、 根据权利要求10所述的方法，还包括重建与所述辐射源(20)围 绕所述成像区域(32)旋转一又四分之一周相对应的数据，以生成所述图 像。
15、 根据权利要求10所述的方法，还包括使所述辐射源(20)掠过半 周期闭合螺旋轨道。
16、 根据权利要求10所述的方法，还包括利用180度重建技术来重建 所述图像。
17、 根据权利要求10所述的方法，还包括物理地沿所述z轴(16)移 动x射线源(18)以使所述辐射源(20)掠过。
18、 根据权利要求10所述的方法，还包括电子地使所述辐射源(20) 掠过。
19、 根据权利要求10所述的方法，还包括探测用于对心脏和灌注扫描 的至少之一重建图像的辐射。
20、 一种设备，包括用于使辐射源(20)以一频率沿z轴(16)掠过的装置，其中所述频 率约为所述辐射源(20)围绕成像区域(32)旋转的频率的一半；用于探测在所述辐射源旋转至少一又四分之一周期间从所述辐射源 (20)发射的辐射，并且生成表示所探测到的辐射的数据的装置；以及用于利用所述数据重建位于所述成像区域(32)中的感兴趣体积(52) 内每个体素的装置。
全文摘要
一种断层摄影设备(10)，包括辐射源(20)、至少一个辐射敏感探测器(30)以及重建系统(40)。该辐射源(20)以一频率沿z轴(16)掠过并且在辐射源(20)围绕成像区域(32)旋转约两周的同时返回其初始位置，其中所述频率约为辐射源(20)围绕成像区域(32)旋转的频率的一半。所述至少一个辐射敏感探测器(30)探测由所述辐射源(20)发射的横贯成像区域(32)内感兴趣体积(52)的辐射，并且生成表示探测到的辐射的数据。重建系统(40)重建探测到的数据以生成感兴趣体积(52)内对象的图像。
文档编号A61B6/03GK101453951SQ200780019137
公开日2009年6月10日 申请日期2007年5月9日 优先权日2006年5月25日
发明者D·J·霍伊施尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司