CT成像装置及成像方法与流程

本发明涉及一种ct成像装置及成像方法，属于医学影像领域。

背景技术：

cbct(conebeamcomputertomography)是本世纪初开始应用于临床的一种新型的ct技术。它采用低能锥束状射线，通过围绕患者被拍摄部位旋转成像，具有成像时间短，辐射剂量低等特点。

目前ct系统中常用的增大成像视野的方式包括多次扫描进行图像拼接，以及将探测器进行偏置成像等方法。但是图像拼接法易在拼接处产生拼接伪影，影响成像效果。而将探测器进行偏置成像的方法，虽然能够包含整个人体截面，但由于人体的断层截面较宽且大体呈椭圆状，传统的圆形大视野成像在人体截面外的成像区域存在空白，造成x射线的浪费。

有鉴于此，确有必要提出一种ct成像装置及成像方法，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种ct成像装置及成像方法，实现非拼接形式的大视野、宽物体成像，以消除伪影并减小x射线剂量。

为实现上述目的，本发明提供了一种ct成像装置，包括x射线源、探测器、用于连接所述x射线源的旋转机构以及用于连接所述探测器的第一导轨，且所述旋转机构与所述第一导轨位于同一平面上，所述x射线源和所述探测器相对设置在所述旋转机构的旋转轴线的两侧，所述x射线源可沿所述旋转机构的周向转动；所述探测器可在所述第一导轨上滑动，其中，所述x射线源以锥形半扇束作为出射光束，所述x射线源沿所述旋转机构旋转一定角度、所述探测器沿所述第一导轨同步滑动，以使得所述出射光束的中心线与所述第一导轨之间形成一成像夹角α，且0°＜α≤90°。

作为本发明的进一步改进，所述旋转机构呈优弧状设置，具有用于连接所述第一导轨的第一端和第二端，所述探测器滑动连接在所述第一导轨上，并位于所述第一端和所述第二端之间，且所述探测器在所述第一导轨上滑动的范围小于所述第一端和所述第二端之间的间距。

作为本发明的进一步改进，所述第一导轨包括固定部和连接在所述固定部上的驱动部，所述探测器连接在所述驱动部上并在所述驱动部的驱动下沿第一导轨的延伸方向往复运动。

作为本发明的进一步改进，所述x射线源与所述探测器在成像过程中联动，使得所述探测器始终能够接收到所述x射线源发出的x射线。

作为本发明的进一步改进，定义所述x射线源和所述探测器的中心所在直线与所述旋转轴线共面时，所述x射线源和所述探测器处于正置位置，所述探测器自正置位置沿所述第一导轨向两侧的最大移动距离为20cm。

作为本发明的进一步改进，所述旋转机构上还设有与所述第一导轨相垂直的第二导轨，所述旋转机构和所述第一导轨处于同一平面，所述第二导轨垂直于所述旋转机构的旋转平面，所述第一导轨和第二导轨均与所述探测器相连，可分别带动所述探测器在所述旋转平面内平移或沿垂直于所述旋转平面的方向相对平移。

作为本发明的进一步改进，所述旋转机构上还设有与所述x射线源相连的第三导轨和第四导轨，所述旋转机构和所述第三导轨处于同一平面，所述第四导轨分别垂直于所述第三导轨和旋转平面设置，可分别带动所述x射线源在所述旋转平面内平移或沿垂直于所述旋转平面的方向相对平移。

作为本发明的进一步改进，所述第一导轨和所述第三导轨正对且平行设置，所述第二导轨和所述第四导轨正对且平行设置，所述ct成像装置中还设有用于控制所述旋转机构旋转的控制组件，所述控制组件可控制所述探测器沿所述第一导轨和所述第二导轨平移，以及控制所述x射线源沿所述第三导轨和所述第四导轨平移。

作为本发明的进一步改进，所述x射线源至所述旋转轴线的距离为60cm，所述探测器至所述旋转轴线的距离为40cm，所述探测器的面积为43cm*43cm。

为实现上述目的，本发明还提供了一种ct成像方法，应用于如上所述的ct成像装置，主要包括以下步骤：

步骤s1、定义所述x射线源和所述探测器的中心所在直线与所述旋转轴线共面时，所述x射线源和所述探测器处于正置位置；则控制组件控制所述旋转机构移动至待成像物体的感兴趣区域，并带动所述x射线源和所述探测器移动至所述正置位置；

步骤s2、所述旋转机构带动所述x射线源和/或所述探测器沿所述旋转机构的延伸方向转动，使得所述x射线源和所述探测器自所述正置位置转动至偏置位置，以获取所述待成像物体在其宽度方向上的多个宽度投影数据；

步骤s3、所述旋转机构带动所述x射线源和/或所述探测器沿平行于所述旋转轴线的方向平移，使得所述x射线源和所述探测器自所述正置位置转动至平移位置，以获取所述待成像物体在其长度方向上的多个长度投影数据；

步骤s4、所述控制组件接收多个所述宽度投影数据以及多个所述长度投影数据对所述待成像物体的感兴趣区域进行三维图像重建，以获取所述感兴趣区域的宽视野成像图像。

本发明的有益效果是：本发明可实现非拼接形式的大视野、宽物体成像，以消除伪影并减小x射线剂量。

附图说明

图1是本发明第一实施例的ct成像装置在正置位置时的投照结构图。

图2是图1中探测器在偏置位置时的投照结构图。

图3是图1中探测器与x射线源相对位置关系的变化图。

图4是本发明第二实施例的ct成像装置在正置位置时的投照结构图。

图5是图4的侧视图。

图6是图3中x射线源位于0°时对成像物的投照范围示意图。

图7是图3中x射线源位于90°时对成像物的投照范围示意图。

图8是图3中x射线源位于180°时对成像物的投照范围示意图。

图9是图3中x射线源位于270°时对成像物的投照范围示意图。

图10是现有技术与本发明成像的视野对比图，其中图10a为现有技术的成像视野图，图10b为本发明的成像视野图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

如图1和图2所示，本发明揭示了一种ct成像装置100，用于对人体进行医学成像。所述ct成像装置100设有底座(未图示)以及设置在所述底座上的旋转机构3，所述底座安装有用于移动所述ct成像装置100的移动组件，所述移动组件可以是滑轮或其他结构，在此不作限制。

所述旋转机构3中设有x射线源1和探测器2，所述x射线源1和所述探测器2相对设置在所述旋转机构3的旋转轴线的两侧，所述旋转机构3在旋转时可带动所述x射线源1和所述探测器2同步旋转，以使得所述x射线源1在旋转中始终朝向所述探测器2的方向，并且所述所述x射线源1发出的x射线能够正确地被所述探测器2接收。

进一步地，所述x射线源1和所述探测器2在同步旋转时处于相对静止，在相对静止的条件下所述探测器2可沿所述旋转机构3并围绕所述旋转轴线转动，以使得所述探测器2相对于所述x射线源1偏置，如此可使得成像中心偏离旋转轴线，进而增大成像视野。具体地，可以是所述探测器2沿着所述旋转机构3移动，也可以是所述x射线源1沿着所述旋转机构3移动，只要是使得所述探测器2和所述x射线源1发生相对运动即可，在此不做限制。

在此基础上，所述x射线源1与所述探测器2在成像过程中联动，使得所述探测器2始终能够接收到所述x射线源1发出的x射线，即所述x射线源1可根据所述探测器2移动的位置调整x射线发出的方向，并调整发出的锥形束x射线的角度。由于所述探测器2在正对所述x射线源1时，所述探测器2接收到的投影面积最大，此时所述x射线源1发出的锥形束x射线的角度最大，当所述探测器2移动时，所述探测器2相对于所述x射线源1的投影面积发生变化，此时x射线源1应当跟随所述探测器2移动，并减小发出的锥形束x射线的角度，以使得所述探测器2能够完整地接收到锥形束x射线。

在本发明的一较佳的实施例中，所述旋转机构3包括固定在与所述旋转机构3同一平面内的第一导轨21，所述探测器2设置在所述第一导轨21上并可沿所述第一导轨21来回运动。由于所述第一导轨21固定在所述旋转机构3上，所以所述第一导轨21相对于所述旋转机构3静止，此时在所述旋转机构3带动所述x射线源1和所述探测器2的旋转过程中，所述x射线源1相对于所述第一导轨21处于静止状态，当所述探测器2沿所述第一导轨21进行移动，所述探测器2即可相对于所述x射线源1发生相对移动。

如图1和图2所示，所述旋转机构3与所述第一导轨21位于同一平面上，所述x射线源1和所述探测器2相对设置在所述旋转机构3的旋转轴线的两侧，所述x射线源1可沿所述旋转机构3的周向转动；所述探测器2可在所述第一导轨21上滑动，其中，所述x射线源1以锥形半扇束作为出射光束，所述x射线源1沿所述旋转机构3旋转一定角度、所述探测器2沿所述第一导轨21同步滑动，以使得所述出射光束的中心线与所述第一导轨21之间形成一成像夹角α，且0°＜α≤90°。

进一步地，所述旋转机构3呈优弧状设置，具有用于连接所述第一导轨21的第一端和第二端，所述探测器2滑动连接在所述第一导轨21上，并位于所述第一端和所述第二端之间，且所述探测器2在所述第一导轨21上滑动的范围小于所述第一端和所述第二端之间的间距。更进一步的，所述第一导轨21包括固定部(未图示)和连接在所述固定部上的驱动部(未图示)，所述探测器2连接在所述驱动部上并在所述驱动部的驱动下沿第一导轨21的延伸方向往复运动。

具体地，所述x射线源1正对所述第一导轨21设置，且所述x射线源1到所述旋转轴线的距离设置为60cm，所述第一导轨21到所述旋转轴线的距离设置为40cm，所述探测器2的面积为43cm*43cm。即所述x射线源1到所述第一导轨21的距离为100cm，所述探测器2到所述旋转轴线的距离设置也为40cm。

如图3所示，为所述探测器2相对于所述第一导轨21与所述x射线源1的位置变化关系图。定义所述x射线源1和所述探测器2的中心所在直线与所述旋转轴线共面时，所述x射线源1和所述探测器2处于正置位置。所述探测器2相对于所述第一导轨21可以位移的范围为[-20，20](cm)，该范围即是偏置位置的范围。其中，所述探测器2相对于所述第一导轨21位移的距离为0cm时，所述探测器2位于正置位置。而在成像过程中，当所述探测器2在与所述x射线源1同步旋转并处于正置位置时，所述探测器2相对于所述第一导轨21位移的范围为[0，20](cm)。值得注意的是，所述探测器2仅在所述第一导轨21相对于正置位置一侧或另一侧的范围内移动。即在单次成像过程中，所述探测器2相对于正置位置移动的范围为[-20，0)(cm)或(0，20](cm)。在本发明的实施例中，基于上述移动范围所得到的最大成像视野的范围为39cm*26cm。更进一步地，由于所述探测器2相对于所述第一导轨21位移的范围为[-20，20](cm)，且所述探测器2的长宽均为43cm，因此所述第一导轨21的长度至少为83cm。在所述第一导轨21的长度大于83cm时，所述探测器2的移动的范围也相应增大，如此设置可进一步扩大在成像物的宽度方向上的视野。所述第一导轨21具体的的长度可根据需要进行设置，在此不作限制。

如图4和图5所示，在本发明的第二实施例中，还包括了一种ct成像装置200，所述ct成像装置200包括x射线源1、探测器2、旋转机构3以及设置在所述旋转机构上的第一导轨21和第二导轨22，所述x射线源1和所述探测器2相对设置在所述旋转机构3的旋转轴线的两侧，且所述旋转机构3用于带动所述x射线源1和所述探测器2在旋转平面内同步旋转，所述第一导轨21和第二导轨22均与所述探测器2相连，以分别带动所述探测器2在所述旋转平面内平移，或沿垂直于所述旋转平面的方向相对平移。在本实施例中，所述旋转机构3和所述第一导轨21处于同一平面，所述第二导轨22分别垂直于所述第一导轨21和旋转平面设置。

进一步地，所述旋转机构3上还设有与所述x射线源1相连的第三导轨11和第四导轨12，以分别带动所述x射线源1在所述旋转平面内平移，或沿垂直于所述旋转平面的方向相对平移。所述旋转机构3和所述第三导轨11处于同一平面，所述第四导轨12分别垂直于所述第三导轨11和旋转平面设置。

具体地，所述第二导轨22、第三导轨11和第四导轨12的具体参数和所述第一导轨21相同，在此不再赘述。在本实施例中，所述第一导轨21和所述第三导轨11正对且平行设置，所述第二导轨22和所述第四导轨12正对且平行设置，且所述第一导轨21和所述第三导轨11的中心为正置位置，所述x射线源1和所述探测器2初始时设置在正置位置。在该实施例中，所述第一导轨21和第二导轨22大致呈十字形，所述第三导轨11和第四导轨12也大致呈十字形，当然，所述第一导轨21和第二导轨22，以及所述第三导轨11和第四导轨12也可以是其他结构形式，包括但不限于l形等结构，只要是能够实现所述探测器2和x射线源1在相互垂直的两个方向上平移即可。

基于上述实施例，所述探测器2和x射线源1可分别在所述第二导轨22和第四导轨12上沿水平方向互相远离。由于所述第一导轨21和所述第三导轨11平行设置，所述第二导轨22和第四导轨12也平行，即所述x射线源1可相对于所述旋转机构3沿垂直于旋转平面的方向位移，所述探测器2可相对于所述旋转机构3沿垂直于旋转平面的方向位移，以此在轴向方向上扩大成像范围。

优选地，所述旋转机构3为环形，以便在所述旋转机构3转动时带动所述x射线源1和所述探测器2旋转。在本发明的其他实施例中，所述第一导轨21和所述第三导轨11设置在所述旋转机构3径向的内侧，且所述第一导轨21和所述第三导轨11可分别绕所述旋转机构3转动。进一步地，所述ct成像装置100中还设有用于控制所述旋转机构3旋转的控制组件，所述控制组件可控制所述探测器2沿所述第一导轨21和所述第二导轨22平移，以及控制所述x射线源1沿所述第三导轨11和所述第四导轨12平移。

如图6至图9所示，本发明还提供了一种ct成像方法，主要包括以下步骤：

步骤s1、定义所述x射线源1和所述探测器2的中心所在直线与所述旋转轴线共面时，所述x射线源1和所述探测器2处于正置位置；则控制组件控制所述旋转机构3移动至待成像物体的感兴趣区域，并带动所述x射线源1和所述探测器2移动至所述正置位置；

步骤s2、所述旋转机构3带动所述x射线源1和/或所述探测器2沿所述旋转机构3的延伸方向转动，使得所述x射线源1和所述探测器2自所述正置位置转动至偏置位置，以获取所述待成像物体在其宽度方向上的多个宽度投影数据；

步骤s3、所述旋转机构3带动所述x射线源1和/或所述探测器2沿平行于所述旋转轴线的方向平移，使得所述x射线源1和所述探测器2自所述正置位置转动至平移位置，以获取所述待成像物体在其长度方向上的多个长度投影数据；

步骤s4、所述控制组件接收多个所述宽度投影数据以及多个所述长度投影数据对所述待成像物体的感兴趣区域进行三维图像重建，以获取所述感兴趣区域的宽视野成像图像。

以下将对步骤s1-s4进行详细说明。

在步骤s1中，初始时刻，当x射线源1与探测器2处于同一旋转平面内时，控制组件控制所述旋转机构3带动所述x射线源1和探测器2同步旋转，此时所述x射线源1与所述探测器2正对设置，所述旋转机构3和第一导轨21分别带动所述x射线源1与所述探测器2同步围绕成像物旋转进行成像。

在步骤s2中，定义垂直于旋转轴线的水平方向为宽度方向，旋转轴线所在方向为长度方向，即以人体侧卧为例，人体宽度的延伸方向即为所述宽度方向，人体高度的延伸方向即为所述长度方向。

当x射线源1位于正置位置时，探测器2相对于x射线源1围绕成像物自正置位置移动至偏置位置，对成像物的宽度部分进行检测，以增大在成像物的宽度方向上的视野。

当所述旋转机构3带动所述x射线源1，转动至正置位置且正对成像物时，此时由于x射线源1发出的锥形束x射线的角度有限，无法涵盖整个成像物的宽度部分，因此可以通过将整个成像物在宽度方向分成相等的两部分，分别对这两部分进行连续180°的投照，以获得扩大视野后的成像图。具体地，当所述x射线源1位于正置位置且正对成像物时，此时所述探测器2移动至偏置位置，所述x射线源1发出的锥形束x射线的方向跟随所述探测器2变化，以涵盖成像物两部分之中的一个，并进行连续180°的投照；待所述x射线源1旋转至正置位置的另一侧时，涵盖成像物两部分之中的另一个，并同样进行连续180°的投照。由此，在扩大了成像物宽度方向的视野的同时，可得到关于成像物非拼接形式的完整成像图。

如图10所示，而当x射线源1位于成像物的宽度方向上时，探测器2自偏置位置复位至正置位置，以使成像物的宽度方向上的视野适应成像物的范围。由于成像物近似椭圆形，此时无需对宽度部分偏置以扩大成像视野。若保持所述探测器2的偏置状态进行投照，所获得的成像图在人体的高度方向将存在大量空白，造成了浪费。具体地，当x射线源1位于成像物的宽度方向上且正对成像物时，此时人体截面均落在锥形束x射线的范围内，所述探测器2无需偏置进行投照，应当移动至正置位置，以使正置位置上的视野适应成像物的范围，如此以获取所述待成像物体在其宽度方向上的多个宽度投影数据。

在步骤s3中，当x射线源1与探测器2不处于同一旋转平面内时，x射线源1与探测器2沿垂直于旋转平面的方向相互远离，以对成像物在倾斜方向上进行成像，进而获取所述待成像物体在其长度方向上的多个长度投影数据。

由于所述x射线源1与探测器2沿垂直于旋转平面的方向相互远离，即所述x射线源1与所述探测器2分别沿所述第二导轨和第四导轨运动，具体可沿相同或相反方向进行平移。当所述x射线源1与所述探测器2自初始位置向两侧的相反方向平移时，所述x射线源1与所述探测器2的竖直距离不变，水平距离增大，所述x射线源1发出的x射线呈一定倾角被所述探测器2接收，如此以对成像物在倾斜方向上进行成像。在实际应用中，无需成像物体进行移动，即可从各个不同的角度进行成像，如此设置，在所述旋转机构3均水平或竖直设置时，无需转动所述旋转机构3使其倾斜扫描，以简化装置结构。

在步骤s4中，在多次扫描成像后，所述控制组件对采集的成像物的多个所述宽度投影数据以及多个所述长度投影数据，进行三维图像重建。此外，需要说明的是，控制组件可包括软件、硬件或它们的组合。例如，控制组件可以是虚拟部件，其功能可以通过计算机执行相应的软件来实现。在某些实施方式中，控制组件可以是单独的部件，还可以是其他部件，例如计算机中的一部分。

特别地，以上对于所述探测器2相对于所述x射线源1进行移动的说明，并不代表对所述探测器2进行限制，仅代表所述探测器2与所述x射线源1之间的相对移动。也就是说，在本发明的其他实施例中，所述x射线源1也可以进行移动，在此不做限制。

综上所述，本发明可实现非拼接形式的大视野、宽物体成像，以消除伪影并减小x射线剂量。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。