专利名称：双x射线管选通的制作方法
双X射线管选通
本申请涉及医学成像系统。它特别应用于计算机断层摄影(CT)，更 具体地应用于多管选通技术D
在常规多管CT成像系统中的x射线管可以同时被驱动使得两个管同 时发射辐射通过公共成像区域。当照这样同时驱动管时，成像系统可以相 对于单管系统提供更大的时间分辨率和更快的数据采集时间。例如，带有 两个沿着纵轴彼此角度移位大约90度的管的系统可以在大约一半的时间内 采集与单管系统相同的数据。在另一例子中，使用这样的系统用于心脏CT， 在180度中一小部分的机架角上的数据采集探测用于180度重建的足够数 据。
用多个x射线管同时辐照患者的结果是患者剂量的增加(例如用双源 系统增加到大约两倍)。可以通过x射线管选通技术减小这样的剂量增加， 所述选通技术仅仅在每个数据采集循环的一个或多个期望采样周期期间同 时"打开"x射线管并且在这些采样周期之外"关闭"x射线管。例如，对 于心脏CT应用，前瞻性ECG选通可以用于在围绕期望心脏相位的窗口期 间"打开"x射线管。在该窗口之外x射线管被"关闭"或几乎不发射辐射。
尽管选通管减小了患者剂量，但它也减小了在数据采集循环期间收集 的信息量。例如，如果管仅仅在一个心脏相位被选通，探测到的辐射重建 以在一个相位中生成一幅图像。从探测到的信息既不能导出四维信息(例 如，随时间观察的三维图像)也不能导出关于其他心脏相位的信息。另外， 由于管同时发射辐射，因此每个探测器也探测交叉散射辐射，并且交叉散 射辐射会严重损害信噪比并且将伪影引入重建图像中。
本申请的各方面提供了一种新的和改进的x源管选通技术，其克服了 上述和其他问题。
根据一个方面， 一种计算机断层摄影系统包括至少两个x射线源、相应的探测器、和重建系统。在数据采集循环期间第一 X射线源连续地发射 辐射而第二 X射线源周期性地发射辐射。第一组探测器探测对应于第一 X 射线源的投影辐射并且生成指示所探测辐射的第一投影数据，第二组探测 器探测对应于第二 X射线源的投影辐射并且生成指示所探测辐射的第二投 影数据。重建系统重建第一投影数据以生成第一组图像，重建第二投影数 据以生成第二组图像，和/或重建两个数据采集的组合以生成另一组图像。
本发明可以采用各种部件和部件的布置，以及各种步骤和步骤的排列。 附图仅仅是为了图示优选实施例而不应当被理解成限制本发明。
图1示出了一种多源医学成像系统，其利用X射线源选通技术在每个 数据采集循环期间采集不同分辨率数据；
图2示出了用ECG信号选通多个x射线源的示范性技术；
图3示出了用于选通多源医学成像系统的多个x射线源的示范性方法。
参照图l，示出了一种医学成像系统IO。医学成像系统10包括多个x 射线源，并且可以利用x射线源选通方法选通不同的x射线源，使得一个 或多个x射线源在数据采集循环期间连续地发射辐射，而至少另一个x射 线源在相同数据采集循环期间的期望采样周期期间周期性地发射辐射。在 一个实例中，医学成像系统IO可以与心脏CT应用结合使用。在该实例中， 可以通过诸如ECG选通，记波图(kymogram)选通这样的技术，或者能 够以前瞻性或回顾性(假设来自预扫描的信息是可用的)方式探测成像目 标的运动的任何其他传感器控制选通。对于心脏CT应用，这样的选通可 以用于从不同x射线源采集时间分辨率、空间分辨率和对比度分辨率不同 的数据。例如，在一个实例中，至少一个x射线源可以用于采集相对较高 分辨率数据而至少一个x射线源可以用于采集相对较低分辨率数据。较低 分辨率数据可以用于重建单个心脏相位的较低分辨率图像和/或四维信息， 例如随着时间变化的一系列三维图像。这样的图像/信息可以用于监测心动 周期期间心肌的动力学和/或通过较低分辨率图像进行的其他观察。较高分 辨率数据可以用于重建心脏相位的较高分辨率图像(例如用于冠状动脉成 像)。医学成像系统io包括具有N个x射线源14" 14N (在这里总称为x 射线源14)的扫描器12，其中N是大于一的整数。x射线源14被定位成 在轴向或横向平面16内并且与纵向或z轴18正交地相对于彼此角偏移(例 如60、 90、 120等度)。在一个实例中，x射线源14围绕旋转机架20布置。 围绕成像区域22旋转机架20使x射线源14围绕成像区域22旋转。在另 一实例中，x射线源14通过其他技术例如电子偏转电子射束围绕成像区域 22旋转。在扫描期间， 一个或多个x射线源14连续地和/或周期性地发射 辐射通过成像区域22。
扫描器12还包括N组探测器2+、 24N (在这里总称为探测器24)。每 组探测器24对着与x射线源14之一相对的角弧以在其间限定成像区域22 。 在一个实例中，每组探测器24内的每个探测器随着x射线源14(例如带有 第三生成系统)中的特定一个旋转并且与其对应。在另一实例中，每组探 测器24内的探测器位于角位置，并且在任何时刻，由x射线源14(例如带 有第四生成系统)的角位置确定。每组探测器24内的每个探测器探测来自 正在发射x射线源14的辐射。
应当领会到，在一个实例中探测器24可以具有不同的尺寸、分辨率、 形状等，源14可以发射谱分布、强度等不同的辐射，并且不同的源-探测 器系统可以被定位在相同平面中或者可以具有沿着z轴18的偏移。
支座26支撑成像区域22内的受试者，例如人。支座26可以是可移动 的，以便在执行螺旋、轴向和/或其他扫描之前、期间和/或之后(例如)通 过沿着z轴18和/或一个或多个其他轴移动支座26将受试者引导到成像区 域22内的合适位置。
控制部件28控制每个x射线源14，包括"打开"和"关闭"x射线源 14以开始和终止辐射的发射和管理每个x射线源14的输出。在一个实例中， x射线源14中的至少一个被驱动以在数据采集循环期间连续地发射辐射。 对应于至少一个x射线源14的一组探测器24探测穿过成像区域22的辐射。 所探测辐射用于生成相应信号，所述信号可以被重建以生成位于成像区域 22内的受试者的图像。
对于心脏CT应用，所探测辐射和生成信号提供关于心动周期的信息。 这样的数据可以用于生成对应于一个或多个心脏相位的一幅或多幅图像。
7例如，所述数据可以用于生成每个心脏相位的三维图像。在另一实例中， 代表不同心脏相位的一系列图像可以按照时间的函数进行观察以产生随着 心动周期变化的四维信息。当使用这样的图像观察心动周期期间心肌的动 力学时较低分辨率图像是合适的。结果，可以在连续扫描期间减小X射线 源功率，这减小了患者剂量。功率可以被设置成使得结果数据仍然提供合 适的时间分辨率、空间分辨率和对比度分辨率以允许临床医生观察感兴趣 的结构。较低分辨率数据可以被重建以生成较低分辨率图像，包括单个心 脏相位的图像和/或四维信息。
当如上所述驱动至少一个X射线源14以连续地发射辐射时，控制部件
28可以同时驱动所述至少一个x射线源14中的至少另一个以在相同数据采
集循环的一个或多个采样周期期间周期性地辐射。同样地，对应于至少一 个x射线源14的一组探测器24探测穿过成像区域22的发射投影辐射，并 且所探测数据用于生成相应信号，所述信号可以被重建以生成位于成像区 域22内的受试者的图像。
对于心脏CT应用，可以选择性地"打开"至少一个周期性发射x射 线源14以在一个或多个采样期期间发射辐射，从而俘获对应于围绕感兴趣 心脏相位的窗口的信息，否则的话"关闭"。重建指示所探测辐射的结果信 号并将其用于生成所扫描心脏相位的图像。在一些实例中，临床医生更喜 欢单个心脏相位的详细图像。例如，典型地使用较高分辨率技术执行冠状 动脉成像程序。在这样的实例中，周期性发射x射线源14可以以比连续驱 动x射线源14分辨率更高的模式进行驱动。即使使用较高分辨率技术，仍 然可以减小患者剂量(相对于连续驱动x射线源)，原因是当至少一个x射 线源14在心脏窗口之外时关闭"它们"。结果数据包括较高分辨率数据， 可以重建所述较高分辨率数据以生成所扫描心脏相位的较高分辨率图像。
通过控制x射线源14使得至少一个x射线源14在数据采集循环期间 连续地发射辐射而另一个x射线源14在相同数据采集循环期间周期性地发 射辐射，x射线源14至少在一部分数据采集循环期间同时发射辐射。在辐 射同时发射的周期期间，用于每个x射线源14的各组探测器24同时探测 投影数据。结果，可以组合来自连续扫描和周期性扫描的投影数据。这包 括组合上述的较低分辨率数据和较高分辨率数据。结果，可以提高时间分辨率、空间分辨率和对比度分辨率并且可以减小扫描时间。作为例子，如
果两个x射线源14相对于轴向16并且与z轴18正交地彼此角偏移大约90 度，则可以组合至少两个源14的投影数据以在比用单x射线源系统采集相 同数据需要花费的时间更短的时间内形成用于重建(例如180度重建)的 数据集。
在一个实例中，控制(例如剂量调节)连续发射辐射的x射线源14的 输出使得它的输出在数据采集循环期间变化。例如，x射线源14的功率可 以取决于采样帧而增加或减小。在仅仅收集用于较低分辨率图像的数据的 采样间隔期间，可以如上所述地将x射线源功率减小到合适的水平。然而， 在收集用于较低分辨率和较高分辨率图像的数据的采样间隔期间，可以增 加连续发射辐射的至少一个x射线源14的x射线源功率。这包括将功率增 加到大约与另一x射线源14的功率相同。结果，可以通过连续驱动和周期 性驱动x射线源14采集较高分辨率数据。组合来自这些x射线源14的投 影数据可以进一步提高时间分辨率、空间分辨率和对比度分辨率。
可以使用各种技术来选通周期性地发射辐射的x射线源14。例如，可 以通过前瞻性选通32、回顾性选通34、或记波图选通36来对x射线源14 进行选通。对于前瞻性选通32方法，在成像程序期间通过ECG设备38同 时监测心电活动。控制部件28或其他部件可以监测电活动并且当感测到电 活动内的界标例如R波的波峰时，选通周期性发射x射线源14以发射用于 采样周期的辐射。对于回顾性选通36方法，与记录ECG—起执行初始扫 描(例如预扫描)，并且在结果图像中识别感兴趣的心脏相位。这可以通过 较低分辨率图像获得以减小患者剂量。该数据在随后的扫描期间用于在心 脏CT程序期间选通周期性驱动x射线源14。或者，在对应于连续驱动x 射线源14的程序期间重建的图像用于识别期望心脏相位和选通周期性发射 x射线源14。对于记波图选通36，分析原始投影数据。例如，根据原始数 据确定跳动心脏的质心的轨迹并且对其进行分析以确定和/或定位心脏相 位。可以计算并监测质心的力矩的变化，所述变化指示不同心脏相位。
当同时驱动x射线源14和周期性驱动x射线源14正在发射辐射时， 每个x射线源14同时发射辐射通过成像区域22。结果，在每组探测器24 中的每个探测器探测由相应的一个x射线源14发射的原始辐射和来自其他
9X射线源14的交叉散射辐射。通过附加地探测仅仅在每个探测器的交叉散 射辐射(没有原始辐射)，可以生成每个探测器的散射校正信号。散射校正 信号可以用于散射校正投影以从投影数据中基本去除交叉散射分量。
对于周期性发射X射线源14，可以在X射线源14未发射辐射时启动相
应的一组探测器24以便探测来自其他x射线源14的交叉辐射。可以在x 射线源14未发射辐射的至少一部分时间期间探测这样的辐射。可以与上述 的x射线源选通方法(例如前瞻性、回顾性和记波法)和/或其他技术结合 确定这一间隔。可以采用各种方式确定在这一间隔期间交叉散射辐射的采 样。例如，它可以基于交叉散射辐射随着x射线源14围绕成像区域22的 旋转角变化的角速率。对于未采样交叉散射的帧，所采集样本可以用于导 出样本。例如，插值或其他技术可以用于生成样本。所探测样本和/或导出 样本然后可以用于产生用于散射校正投影数据的散射校正信号。
类似技术可以与连续驱动x射线源14结合使用。例如，可以在周期性 驱动x射线源14正在发射辐射时在交叉散射采样周期内关闭连续驱动x射 线源14。可以启动相应的一组探测器24以探测来自这些x射线源14的交 叉散射辐射。同样地，所采集样本可以用于导出附加样本并形成散射校正 数据。如果需要的话，也可以在周期性发射x射线源14未发射辐射的周期 期间探测交叉散射辐射。例如，在这些周期期间，可以在交叉散射采样周 期内"关闭"连续驱动x射线源14并且"打开"周期性发射x射线源14。 再次地，对应于连续驱动x射线源14的一组探测器24可以探测来自周期 性驱动x射线源14的交叉散射辐射。
交叉散射辐射的采样可以基于较低分辨率图像的期望分辨率、交叉散 射角频率、统计学、散射校正的质量等。在一个实例中，只有对应于较高 分辨率图像的投影数据被散射校正；用于生成较低分辨率图像的投影数据
未被散射校正，例如，在无需散射校正情况下将结果图像适合于临床医生 的实例中。这些样本也可以用于导出附加样本并形成散射校正数据。
将来自连续驱动和周期性驱动x射线源14的数据传送到重建系统40， 所述重建系统重建信号以生成指示受试者的被扫描区域的体积数据。图像 处理器42处理由重建系统40生成的体积图像数据。如上所述，这可以包 括生成心动周期和/或一个或多个期望心脏相位的较低和/或较高分辨率图
10像(例如，3D和4D)。然后可以将生成的图像进行显示、成片、归档、传 送给主治医生(例如发电子邮件等)、与来自其他成像模态的图像融合、进 一步处理(例如通过测量和/或可视化实用程序和/或专用可视化系统)、存 储、等等。
计算系统(或控制台)44便于操作者与扫描器12相互作用和/或控制 扫描器12。由计算系统46执行的软件应用程序允许操作者配置和/或控制 扫描器12的操作。例如，操作者可以与计算系统44相互作用以选择扫描 协议，初始化、暂停和终止扫描，观察图像，处理体积图像数据，测量数 据的各种特性(例如CT数、噪声等)，等等。计算系统44将各种信息传 递给控制部件28，包括但不限于指令和/或参数，例如x射线源分辨率、选 通方法、x射线源功率、数据组合方案、交叉散射校正技术等。控制部件 28使用如上所述的这样的信息控制扫描器12。
图2示出了示范性的选通技术，其中通过ECG信号选通周期性发射x 射线源14。为了简洁和清楚起见仅仅示出了两个x射线源14。在这一非限 定性例子中，x射线源14i在每个数据采集循环期间是"打开的"使得它在 数据采集循环期间连续地发射辐射。这由在数据采集期间连续"打开的" 驱动信号46示出。在每个数据采集循环期间x射线源1 周期性地发射辐 射。
根据在执行CT程序时采集的ECG信号48选通周期性发射x射线源 14N。在ECG信号48内识别期望心脏相位50和52。 ECG信号48的特征 用于触发周期性发射x射线源14N的选通。例如，ECG 48的R波54的波 峰可以用于与心脏相位50结合选通周期性发射x射线源14N，而ECG 48 的R波56的波峰可以用于与心脏相位52结合选通周期性发射x射线源 14N。
当感测到波峰54、 56时，可以启动(立即或在时间延迟内)周期性发 射x射线源14N以开始发射辐射。在一段时间过去或完成角移动之后，"关 闭"周期性发射x射线源14N。在该例子中，启动周期性发射x射线源14N 以在期望心脏相位50和52期间发射辐射。这由信号58示出，所述信号分 别在心脏相位50和52期间处于"打开"状态60和62，并且在心脏相位 50和52之外处于"关闭"状态64、 66、 68。图3示出了用于选通多源医学成像系统10的X射线源14的非限定性
方法。在附图标记70处，控制部件28控制至少两个x射线源14使得至少 一个x射线源14在数据采集循环期间连续地发射辐射。该辐射可以用于生 成各种图像，例如心脏相位的一幅或多幅三维图像、代表不同心脏相位的 作为时间的函数的一系列图像、等等。这样的图像可以用于观察心肌随着 心动周期变化的动力学。由于低分辨率图像适合于这样的图像，因此可以 在连续扫描期间减小x射线源功率，这可以减小患者剂量。
在72处，控制部件28同时控制至少另一个x射线源14在数据采集循 环的一个或多个采样间隔(例如期望心脏相位)期间周期性地发射辐射。 这可以通过用合适的选通机制选通周期性发射x射线源14实现，所述选通 机制包括但不限于前瞻性选通32、回顾性选通34和记波图选通36技术。 所探测数据可以用于生成被扫描心脏相位的详细图像。在这样的实例中， 可以相对于连续驱动x射线源14在较高分辨率模式中驱动周期性发射x射 线源14以产生较高分辨率图像。
在74处，对应于连续驱动的投影数据用来自各组探测器24的相应探 测器进行探测，而对应于周期性驱动x射线源14的投影数据用来自各组探 测器24的相应探测器进行探测。在一个实例中，将投影数据进行散射校正， 原因是所述数据包括交叉散射辐射。散射校正信号可以通过仅仅探测交叉 散射采样周期期间的交叉散射获得，如上所述在所述交叉散射采样周期中 只有一个x射线源14正在发射辐射。投影数据然后用于生成指示所探测辐 射的信号。对应于连续驱动x射线源14的投影数据和对应于周期性驱动x 射线源14的投影数据都这样做。
在76处，可以将两组投影数据传送到重建系统40并且将其进行重建 以生成一幅或多幅图像。如上所述，这可以包括生成用与周期性发射x射 线源14对应的数据生成的期望心脏相位的较高分辨率详细图像，和用与连 续发射x射线源14对应的数据生成的包括4D图像的较低分辨率图像。另 外，可以组合与连续发射x射线源14和周期性发射x射线源14关联的投 影数据以生成可以用于进一步提高图像分辨率的数据。而且，可以调制连 续驱动x射线源14的输出，从而当与周期性驱动x射线源14同时发射辐 射时增加与连续驱动x射线源14关联的数据的分辨率。组合这样的数据可以进一步提高图像的分辨率。
参考优选实施例描述了本发明。他人在阅读并理解说明书的基础上可 以想到修改和变化。本发明应当被理解成包括在权利要求书及其等价物的 范围内的所有这样的修改和变化。
权利要求
1、一种计算机断层摄影系统，包括至少第一x射线源(14)，其在数据采集循环期间在围绕成像区域(22)旋转的同时连续地发射辐射通过所述成像区域(22)；至少第二x射线源(14)，其在所述数据采集循环期间在围绕所述成像区域(22)旋转的同时周期性地发射辐射通过所述成像区域(22)；第一组探测器(24)，其探测对应于所述至少第一x射线源(14)的投影辐射并且生成指示所探测辐射的第一投影数据；第二组探测器(24)，其探测对应于所述至少第二x射线源(14)的投影辐射并且生成指示所探测辐射的第二投影数据；重建系统(32)，其进行下列操作中的至少一个重建所述第一投影数据以生成一组图像、重建所述第二投影数据以生成一组图像、以及重建所述第一和第二投影数据的组合以生成另一组图像。
2、 根据权利要求1所述的系统，其中，在所述数据采集循环的选择数 据采集采样间隔期间选通所述至少第二x射线源(14)以发射辐射。
3、 根据权利要求2所述的系统，其中，选通技术包括下列的至少一个 前瞻性选通(32)技术、回顾性选通(34)技术、ECG选通技术和记波图 选通(36)技术。
4、 根据权利要求1所述的系统，其中，在感兴趣心脏相位期间启动所 述至少第二x射线源(14)以发射辐射。
5、 根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少第一和所述至少第二 x射线源(14)发射指示不同分辨率的辐射。
6、 根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少第一x射线源(14) 发射第一分辨率辐射而所述至少第二x射线源(14)发射第二分辨率辐射，其中，所述第二分辨率辐射代表比所述第一分辨率辐射更高的分辨率辐射。
7、 根据权利要求6所述的系统，其中，所述第一分辨率辐射和所述第 二分辨率辐射是相同和不同两种情况之一 。
8、 根据权利要求1所述的系统，其中，由所述至少第一x射线源(14) 发射的辐射被调制，从而当所述至少第二 x射线源(14)未发射辐射时产 生较低分辨率数据而当所述至少第二 x射线源(14)正在发射辐射时产生 较高分辨率数据。
9、 根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一投影数据的一部分与 所述第二投影数据组合并且使用所述组合的投影数据以生成一组图像，这 组图像比用所述第一和所述第二投影数据生成的所述组图像具有更高的分 辨率。
10、 根据权利要求1所述的系统，其中，所述重建图像包括一幅或多 幅心脏相位的较高分辨率图像和作为时间的函数的一系列三维图像。
11、 根据权利要求1所述的系统，其中，当所述第二x射线源(14) 未发射辐射时所述第二组探测器(24)探测来自所述第一x射线源(14) 的交叉散射辐射并且所述交叉散射辐射用于散射校正所述第二投影数据。
12、 根据权利要求1所述的系统，其中，当所述第一x射线源(14) 未发射辐射时所述第一组探测器(24)探测来自所述第二x射线源(14) 的交叉散射辐射并且所述交叉散射辐射用于散射校正所述第一投影数据。
13、 一种计算机断层摄影x射线源控制方法，包括 在数据采集循环期间用第一 x射线源(14)连续地发射辐射通过成像区域(22);在所述数据采集循环的一个或多个采样间隔期间用第二 x射线源(14) 周期性地发射辐射通过所述成像区域(22);探测对应于所述第一x射线源(14)的第一投影辐射； 探测对应于所述第二x射线源(14)的第二投影辐射； 重建所述第一投影数据、所述第二投影数据以及所述第一和第二投影 数据的组合中的至少一个以生成一组或多组相应的图像。.
14、 根据权利要求13所述的方法，还包括在期望心脏相位期间选通所 述第二x射线源(14)以发射辐射。
15、 根据权利要求13所述的方法，还包括使用前瞻性选通(32)、回 顾性选通(34)、和记波图选通(36)中的一个来选通所述第二 x射线源(14) 以发射辐射。
16、 根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一x射线源(14)发 射第一分辨率辐射而所述第二 x射线源(14)发射第二分辨率辐射，所述 第一分辨率辐射比所述第二分辨率辐射分辨率低。
17、 根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一组图像包括心脏相 位的高分辨率图像。
18、 根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二组图像包括一个或 多个心脏相位的低分辨率图像和四维信息中的一个。
19、 根据权利要求13所述的方法，还包括用来自所述第一x射线源(14) 的交叉散射辐射散射校正所述第二投影数据。
20、 一种CT成像系统(10)，包括用于用一个x射线源(14)连续地发射辐射通过成像区域(22)并且 用不同x射线源(14)周期性地发射辐射通过所述成像区域(22)的装置; 用于选通所述不同x射线源(14)以控制它何时发射辐射的装置； 用于探测与所述x射线源(14)关联的辐射的装置；以及 用于重建所述探测到的辐射以生成图像的装置。
全文摘要
一种计算机断层摄影系统包括至少第一x射线源(14)，其在数据采集循环期间在围绕成像区域(22)旋转的同时连续地发射辐射通过成像区域(22)；和至少第二x射线源(14)，其在数据采集循环期间在围绕成像区域(22)旋转的同时周期性地发射辐射通过成像区域(22)。第一组探测器(24)探测对应于所述至少第一x射线源(14)的投影辐射并且生成指示所探测辐射的第一投影数据，第二组探测器(24)探测对应于所述至少第二x射线源(14)的投影辐射并且生成指示所探测辐射的第二投影数据。重建系统(32)重建第一投影数据以生成一组图像，重建第二投影数据以生成一组图像，和/或重建第一和第二投影数据的组合以生成另一组图像。
文档编号A61B6/00GK101472522SQ200780022988
公开日2009年7月1日 申请日期2007年6月13日 优先权日2006年6月22日
发明者M·格拉斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司