专利名称：用于放大的3d视场的半圆反向偏移扫描的制作方法
技术领域：
本申请涉及用于计算机层析成像(CT)和X射线CT设备中的方法。其在用于医学应用的X射线CT中具有特别的应用。其还在商品和安全检查、无损测试、临床前成像、以及其它状况中具有应用，在该其它状况中，CT数据能够提供关于对象的结构或功能的有用信息。此外，本申请涉及成像系统，例如X射线成像系统，精确地C臂系统；控制装置，配置为致动用于对辐射探测器进行移位的构件；与所述方法相关的计算机可读介质和程序元件。
背景技术：
CT成像系统获得了广泛认可的一个领域是医学，其中，CT扫描仪由放射线学者和其它医学专业人员结合疾病的诊断和治疗而广泛应用。相对近的多切片系统的采用进一步展宽了 CT系统的临床应用范围。图1中示出了具有平板探测器的常规第三代χ射线CT系统的数据获取几何结构。 图1描绘了系统的横断面(transaxial plane)，例如锥束系统的中心平面。χ射线源102 和χ射线敏感探测器104设置于检查区106的相反侧上，并且从旋转中心114径向移位。待检查的人患者或其它对象108由合适的支撑体110支撑于检查区106中。源102发出辐射 112，辐射112横过检查区106并且在源102和探测器104绕旋转中心114旋转时由探测器 104探测。在示例的全束(full beam)获取几何结构中，χ射线束112的中心射线116与旋转中心106相交，并且垂直于探测器横向中心119。探测器横向尺寸120是使得探测器104 探测以每个投射角横过整个横向视场(FOV) 118的辐射112。从而，横向FOV的完整角度采样需要在约180°加χ射线束114横向扇角的范围上收集数据。虽然关于平板探测器进行了示例，但是应当理解，全束获取几何结构可应用于探测器104通常为弓形的系统中。然而，通常期望减小获取给定的横向FOV所需的探测器的物理大小。例如，相对较大的探测器往往制造更复杂且昂贵。此外，可用的探测器阵列的大小是系统设计中的限制因素。随着多切片系统的日益普及，并且特别是随着相对较大的多切片探测器成为整个系统成本的较大部分，这些考虑变得日益敏锐。换句话说，在常规3D旋转χ射线系统中，例如 3DRA、XperCT, CT扫描仪、门静脉成像等，3D重建的FOV受到探测器的放大倍数和探测器大小的限制(F0V =探测器宽度/放大倍数)。放大倍数是χ射线焦点至探测器的距离与χ射线焦点至等深点的距离的比率。典型值为40cm的探测器宽度、1. 6x的放大倍数，从而3D上 25cm的F0V。这些系统典型地扫描180度加扇角( 2Xarctan(0. 5X探测器宽度/ “焦点至探测器的距离”)，典型地18度的扇角。还有，提出了半束获取几何结构。见例如Gregor等的Conebeam X-ray Computed Tomography with an Offset Detector, IEEE 2003(2003) ；Wang等的X-ray Micro-CT with a Displaced Detector Array,Med. Phys. 29 (7)，2002年 7 月；Lin等的Half Field of View Reduced-Size CT Detector，2000 年 10 月 26 日的 PCT 公开 WO 00/62647。因此，存在改进的余地。例如，期望在保持合适的图像质量的同时改进探测器应用。还期望简化系统构造。本发明的一方面处理这些事情和其它事情。
发明内容
根据本发明的第一方面，提出了一种使用辐射探测器和辐射源的计算机层析成像方法，所述辐射探测器和所述辐射源均安装于支撑体上，所述支撑体可绕旋转轴旋转。所述方法包括按字母顺序的以下步骤a)将所述辐射探测器从具有中心横向视场且具有中心探测器几何结构的位置侧向移位至第一偏移位置；b)由所述辐射源发射第一辐射、由所述辐射探测器探测所述第一辐射、并获取表示所述第一辐射的投射数据；C)绕所述旋转轴旋转所述支撑体180° ；d)由所述辐射源发射第二辐射、由所述辐射探测器探测所述第二辐射、并获取表示所述第二辐射的投射数据；e)以与所述第一移位(a)相反的方向和所述第一移位(a)两倍的长度将所述辐射探测器从所述第一偏移位置侧向移位至第二偏移位置；f)由所述辐射源发射第三辐射、由所述辐射探测器探测所述第三辐射、并获取表示所述第三辐射的投射数据；g)绕所述旋转轴旋转所述支撑体180° ；h)由所述辐射源发射第四辐射、由所述辐射探测器探测所述第四辐射、并获取表示所述第四辐射的投射数据。此方案增大了 3D视场并引入探测器相对于等深点的χ射线阴影的偏移。探测器未放置在中心，而是侧向移动了优选小于探测器宽度的一半。如果利用此系统进行360度扫描，则能够重建有效视场，该视场几乎是中心探测器系统的视场的两倍大。这是非常期望的，因为例如患者腹部典型地大于中心探测器3D扫描仪的典型的所谓25cm的F0V。然而， 使用标准“修改的费尔德坎普(feldkamp)技术”，发现360度+偏移探测器扫描仪的重建受到不存在于中心探测器几何结构中的复杂因素的影响。以简单的话语如下解释这些复杂因素。为了良好重建3D体，反向(opposing)视野(从180度不同的方向拍摄的χ射线图像) 必须在它们的边缘非常良好地匹配是必要的，该边缘是等深点的阴影落下之处。该要求是非常难以满足的，因为χ射线散射在反向视野中不同，并且难以足够精确地进行估计用于校正，并且因为未校正的任何几何结构不精确性(振动、弯曲)将被作为重建中的假象放大许多倍。这里，发明描述了用于所述问题的实用方案，防止重建中的所述复杂因素，并且在一定程度上甚至简化系统的构造。本发明的一个想法是使用正探测器偏移并旋转180度移动探测器(可选地也聚焦)至负偏移，并最终在每个移动/旋转步骤后以相应的数据获取最终往回旋转180度，或换句话说，实施反向和正向扫描系统，其能够以权利要求1中描述的方式在180度扫描之间移动探测器。根据另一方面，所述探测器是平板探测器。
根据另一方面，所述移位发生在平行于探测器的平面的方向上。根据另一方面，所述探测器包括过渡区，在所述过渡区中，所述探测器生成重复的 (redundant)投射数据。根据另一方面，根据所述辐射探测器的移位对所述辐射源进行移动。根据另一方面，所述旋转轴为所述横向视场的中心。根据另一方面，所述源发射的辐射束具有大体扇形的横向截面，所述截面包括第一和第二最外射线，并且所述最外射线以不同入射角与所述探测器相交。根据另一方面，从所述源至所述探测器的焦斑路径在第一、第二、第三、和第四发射辐射和探测辐射期间距所述旋转轴保持非零距离。根据另一方面，从具有中心探测器几何结构的位置至所述第一位置和至所述第二位置的所述移位距离小于所述移位的方向上的探测器宽度的一半。根据另一方面，所述方法使用反向视野来重建3D成像数据体。根据另一方面，所述计算机层析成像设备包括χ射线源、χ射线探测器、以及重建器。所述X射线源被根据方法步骤从旋转中心横向移位并绕旋转中心旋转。X射线探测器探测由X射线源发射的辐射并从旋转中心横向移位。X射线探测器相对于X射线源以固定的机械关系绕旋转中心旋转，以便以上述方式以多个投射角获取成像数据。X射线源发射具有横向扇角的辐射，并且横向视场的完整角度采样需要在大于180°加该扇角的角度范围上获取投射数据。重建器重建投射数据以生成表示横向视场的体数据。此外，在一个实施例中，提供了用于获取物理对象的投射图像的成像系统。该系统包括辐射源，生成X射线；辐射探测器，用于探测源自辐射源的辐射线；以及支撑体，可绕旋转轴旋转地支撑源和探测器。辐射探测器被配置为从具有中心横向视场(FOV)并具有中心探测器几何结构的位置侧向移位至第一偏移位置并从所述第一偏移位置侧向移位至第二偏移位置。优选地，对于由计算机终端执行的成像几何结构反算，第二移位发生在与第一移位相反的方向上并具有第一移位两倍的长度。从而，在第二移位期间，探测器越过其中心位置。在实施例的另一方面，源被配置为根据探测器移位被从中心源位置调节。所述源调节防止在探测器偏移位置期间未探测的区域上的辐射。根据另一方面，提出了一种控制装置，所述控制装置被配置为致动用于使辐射探测器从具有中心横向视场(FOV)并具有中心探测器几何结构的位置侧向移位至第一偏移位置并从所述第一偏移位置侧向移位至第二偏移位置的构件。该构件可以包括在优选平板探测器的每一侧上的至少一个马达驱动器和另外的导轨。可以利用连接至马达驱动器的至少一个齿轮和安装于探测器平面的至少一侧上的齿轮杆来执行探测器和马达驱动器之间的耦合，其中，齿轮和齿轮杆彼此啮合。利用控制装置的控制信号，可以由马达驱动器在两个反向偏移端位置之间的每个选择的中间位置移位探测器。此外，在一方面，一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有计算机可执行指令，所述可执行指令使得计算机执行使用辐射探测器和辐射源的方法，所述辐射探测器和所述辐射源均安装于支撑体上，所述支撑体可绕旋转轴旋转，所述方法包括对方法提到的步骤根据另一方面，一种计算机程序元件，所述计算机程序元件被配置并布置为在所述计算机程序元件被在计算机上执行时，控制使用辐射探测器和辐射源的方法，所述辐射探测器和所述辐射源均安装于支撑体上，所述支撑体可绕旋转轴旋转，所述方法包括以下顺序的步骤将所述辐射探测器从具有中心横向视场并具有中心探测器几何结构的位置移位至第一偏移位置；由所述辐射源发射第一辐射、由所述辐射探测器探测所述第一辐射、并获取表示所述第一辐射的投射数据；绕所述旋转轴旋转所述支撑体180° ；由所述辐射源发射第二辐射、由所述辐射探测器探测所述第二辐射、并获取表示所述第二辐射的投射数据； 以与第一移位相反的方向和第一移位两倍的长度将所述辐射探测器从所述第一偏移位置移位至第二偏移位置；由所述辐射源发射第三辐射、由所述辐射探测器探测所述第三辐射、 并获取表示所述第三辐射的投射数据；绕所述旋转轴旋转所述支撑体180° ；以及由所述辐射源发射第四辐射、由所述辐射探测器探测所述第四辐射、并获取表示所述第四辐射的投射数据。在阅读并理解以下详细描述后，本领域技术人员将理解本发明的进一步的方面。
本发明可以采取各种部件和部件的布置、以及各种步骤和步骤的布置的形式。附图仅为示例优选实施例的目的，而不应视为限制本发明。图1示出了现有技术全束CT获取几何结构的横断视图；图2示出了根据本发明的探测器在第一偏移位置的视图；图3示出了在图2进行第一 180度旋转后获得的几何结构；图4示出了在图3进行探测器移动至第二偏移位置获得的几何结构；图5示出了在图4进行第二 180度旋转后获得几何结构。
具体实施例方式相对于全束几何结构，图2中所示的成像系统的探测器204在横向方向上移动了约其横向尺寸或宽度120的一半。至旋转中心214具有小距离的射线或投射222垂直于探测器204的平面。在给定的投射角，探测器204探测已经横过了图4中所示的FOV 218的约一半的辐射(注意交叠或过渡区2M确保在横向FOV 218的中心区获取投射数据)。虽然相对于图1的实施例中所示的全束几何结构，半束获取几何结构实现了相对较大的横向 F0V，但是横向FOV的完整的角度采样需要在约360°的角度范围上收集数据。计算机层析成像方法使用X辐射源202，在于此未示出的支撑体上安装有探测器204。源(20 发射具有大体扇形横截面的辐射束，该横截面包括第一和第二最外射线M2J44，且最外射线以不同入射角与探测器相交。支撑体可绕旋转轴214旋转。在第一步骤a)中，发生旋转探测器从具有中心横向视场且具有中心探测器几何结构的位置至图2中所示的第一偏移位置212 的侧向移位。在由辐射源202发射第一辐射、由辐射探测器探测第一辐射、并且获取表示第一辐射的投射数据后，在步骤c)中发生由箭头208表示的支撑体绕旋转轴180°的旋转。在步骤d)中旋转至图3中所示的位置后，在第四步骤d)中，发生以下操作由成像系统的辐射源202发射第二辐射，由辐射探测器204对第二辐射进行探测，并且获取表示第二辐射的投射数据。此外，在图4中所示的步骤e)中，探测器将以与第一移位(步骤a) 相反的(opposite)方向和第一移位(步骤a)两倍的长度从第一偏移位置212移位(箭头228)至平面探测器方向上的第二偏移位置226(实线)。在接下来的步骤中，在由辐射源发射第三辐射、由辐射探测器探测第三辐射、且获取表示第三辐射的投射数据后，支撑体绕旋转轴214进一步旋转180°，由图5中的箭头230表示。在图5的位置中，最终由辐射源发射第四辐射、由辐射探测器探测第四辐射、并获取表示第四辐射的投射数据，以完成一个旋转角的数据。图2至5示出了改进的双移位CT获取几何结构，其中，源和探测器均从成像等深点(isocenter)移位。本领域技术员员明白，仅移位探测器，而不脱离本发明的范围是可能的。虽然上面已经集中于χ射线CT系统，其中源202是χ射线管的焦斑并且因此基本为点源，但是也可以考虑其它替代方式。例如，源202可以实施为线源。也可以考虑楔形和其它束几何结构。也可以使用伽玛和其它辐射源。也可以设置多个源202和探测器204，在该情况下，源和探测器的对应设定可以彼此在角度上和/或纵向偏移。需要注意，在具有多个角度偏移源和探测器的系统中，与具有单个源/探测器对的系统相比，提供完整的角度采样范围所需的旋转通常减小了，并且可以相应地调整轨迹。已经参照优选实施例描述了本发明。在阅读并理解前述详细描述后，人们也可以进行修改和更改。其意在将本发明视为包括在所附权利要求或其等同物的范围内的所有该修改和更改。
权利要求
1.一种使用辐射探测器(204)和辐射源Q02)的计算机层析成像方法，所述辐射探测器(204)和所述辐射源(20 均安装于支撑体上，所述支撑体可绕旋转轴(214)旋转，所述方法包括a)将所述辐射探测器(204)从具有中心横向视场且具有中心探测器几何结构的位置侧向移位至第一偏移位置012)；b)由所述辐射源(20 发射第一辐射、由所述辐射探测器(204)探测所述第一辐射、并获取表示所述第一辐射的投射数据；c)绕所述旋转轴(214)旋转所述支撑体180°；d)由所述辐射源(20 发射第二辐射、由所述辐射探测器(204)探测所述第二辐射、并获取表示所述第二辐射的投射数据；e)以与所述第一移位(a)相反的方向和所述第一移位(a)两倍的长度将所述辐射探测器(204)从所述第一偏移位置侧向移位至第二偏移位置0 )；f)由所述辐射源(20 发射第三辐射、由所述辐射探测器(204)探测所述第三辐射、并获取表示所述第三辐射的投射数据；g)绕所述旋转轴(214)旋转所述支撑体180°；h)由所述辐射源(20 发射第四辐射、由所述辐射探测器(204)探测所述第四辐射、并获取表示所述第四辐射的投射数据。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述探测器(204)为平板探测器。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述移位发生在平行于所述探测器的平面的方向上。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述探测器(204)包括过渡区OM)， 在所述过渡区0 )中，所述探测器生成重复的投射数据。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，根据所述辐射探测器(204)的所述移位对所述辐射源(20 进行移动。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述旋转轴(214)为所述横向视场 (218)的中心。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述源(20 发射的辐射束具有大体扇形的横截面，所述截面包括第一和第二最外射线042、244)，并且所述最外射线以不同入射角与所述探测器(204)相交。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，从所述源(20 至所述探测器(204) 的焦斑路径在第一、第二、第三、和第四发射和探测辐射期间距所述旋转轴(214)保持非零距离。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，从所述具有中心探测器几何结构的位置至所述第一位置和至所述第二位置的移位距离小于所述移位0 )的方向上的所述探测器的宽度O20)的一半。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，包括使用反向视野来重建3D成像数据体的步骤。
11.一种用于获取物理对象的投射图像的成像系统，所述系统包括辐射源002)，生成X射线；辐射探测器004)，用于探测源自所述辐射源的辐射射线；支撑体，可绕旋转轴(214)旋转地支撑所述源和所述探测器；其中，所述辐射探测器(204)被配置为从具有中心横向视场(FOV)并具有中心探测器几何结构的位置侧向移位至第一偏移位置(212)并以与所述第一移位(a)相反的方向和所述第一移位(a)两倍的长度从所述第一偏移位置侧向移位至第二偏移位置0沈)。
12.如权利要求11所述的成像系统，其中，所述源被配置为根据所述探测器的移位被从中心源位置调节。
13.—种控制装置，被配置为致动用于使辐射探测器(204)从具有中心横向视场(FOV) 并具有中心探测器几何结构的位置侧向移位至第一偏移位置(212)并以与所述第一移位 (a)相反的方向和所述第一移位(a)两倍的长度从所述第一偏移位置侧向移位至第二偏移位置0 )的构件。
14.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有计算机可执行指令，所述可执行指令使得计算机执行使用辐射探测器(204)和辐射源(202)的方法，所述辐射探测器 (204)和所述辐射源(20 均安装于支撑体上，所述支撑体可绕旋转轴(214)旋转，所述方法包括以下顺序的步骤a)将所述辐射探测器(204)从具有中心横向视场且具有中心探测器几何结构的位置侧向移位至第一偏移位置(212)；b)由所述辐射源(20 发射第一辐射、由所述辐射探测器(204)探测所述第一辐射、并获取表示所述第一辐射的投射数据；c)绕所述旋转轴(214)旋转所述支撑体180°；d)由所述辐射源(20 发射第二辐射、由所述辐射探测器(204)探测所述第二辐射、并获取表示所述第二辐射的投射数据；e)以与所述第一移位(a)相反的方向和所述第一移位(a)两倍的长度将所述辐射探测器(204)从所述第一偏移位置侧向移位至第二偏移位置0 )；f)由所述辐射源(20 发射第三辐射、由所述辐射探测器(204)探测所述第三辐射、并获取表示所述第三辐射的投射数据；g)绕所述旋转轴(214)旋转所述支撑体180°；h)由所述辐射源(20 发射第四辐射、由所述辐射探测器(204)探测所述第四辐射、并获取表示所述第四辐射的投射数据。
15.一种计算机程序元件，所述计算机程序元件被配置并布置为在所述计算机程序元件被在计算机上执行时，控制使用辐射探测器(204)和辐射源(20 的方法，所述辐射探测器(204)和所述辐射源(20 均安装于支撑体上，所述支撑体可绕旋转轴(214)旋转，所述方法包括以下顺序的步骤a)将所述辐射探测器(204)从具有中心横向视场且具有中心探测器几何结构的位置移位至第一偏移位置012)；b)由所述辐射源(20 发射第一辐射、由所述辐射探测器(204)探测所述第一辐射、并获取表示所述第一辐射的投射数据；c)绕所述旋转轴(214)旋转所述支撑体180°；d)由所述辐射源(20 发射第二辐射、由所述辐射探测器(204)探测所述第二辐射、并获取表示所述第二辐射的投射数据；e)以与所述第一移位(a)相反的方向和所述第一移位(a)两倍的长度将所述辐射探测器(204)从所述第一偏移位置移位至第二偏移位置0 )；f)由所述辐射源(20 发射第三辐射、由所述辐射探测器(204)探测所述第三辐射、并获取表示所述第三辐射的投射数据；g)绕所述旋转轴(214)旋转所述支撑体180°；h)由所述辐射源(20 发射第四辐射、由所述辐射探测器(204)探测所述第四辐射、并获取表示所述第四辐射的投射数据。
全文摘要
一种计算机层析成像获取方法、一种成像系统、一种计算机可读介质提供将辐射探测器(204)从具有中心横向视场并具有中心探测器几何结构的位置侧向移位至第一偏移位置(212)；由所述辐射源(202)发射第一辐射、由所述辐射探测器(204)探测所述第一辐射、并获取表示所述第一辐射的投射数据；绕所述旋转轴(214)旋转所述支撑体180°；由所述辐射源(202)发射第二辐射、由所述辐射探测器(204)探测所述第二辐射、并获取表示所述第二辐射的投射数据；以与所述第一移位(a)相反的方向和所述第一移位(a)两倍的长度将所述辐射源(204)从所述第一偏移位置侧向移位至第二偏移位置(226)；由所述辐射源(202)发射第三辐射、由所述辐射探测器(204)探测所述第三辐射、并获取表示所述第三辐射的投射数据；绕所述旋转轴(214)旋转所述支撑体180°；以及由所述辐射源(202)发射第四辐射、由所述辐射探测器(204)探测所述第四辐射、并获取表示所述第四辐射的投射数据。
文档编号A61B6/03GK102245107SQ200980150149
公开日2011年11月16日 申请日期2009年12月8日 优先权日2008年12月15日
发明者N·J·努尔德霍尔克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司