輻射成像設備及方法
【專利摘要】公開了一種輻射成像設備及方法。該設備在CT設備上增加非輻射傳感器，用來獲取射線源及探測器表面距離被掃描物體表面的距離，進一步的得到被掃描物體的尺寸和外輪廓信息，并通過該信息實時控制自動準直系統(tǒng)調節(jié)射線束流寬度、強度和/或探測器位置，并將該信息發(fā)送給數(shù)據(jù)重建系統(tǒng)用于CT斷層重建。
【專利說明】輻射成像設備及方法
【技術領域】
[0001]本技術涉及輻射成像領域，尤其是CT成像【技術領域】，例如涉及一種輻射成像設備及相應的方法。
【背景技術】
[0002]在輻射成像領域，如何在保證圖像質量的情況下降低病人的吸收劑量一直是重點的研究方向。為了降低病人的有效吸收劑量，最直接的做法就是減少到達病人的光子數(shù)，通常可以采取降低光源劑量率、減小照射面積、縮短照射時間等方法。比如，有一種通過縮短照射時間來減小病人劑量的方法，它采用脈沖式X光機，并通過控制程序保證只在探測器在光子累積期間出束，而在探測器在A/D轉換期間停止出束。再如，采用蝶形濾過裝置，將劑量分布均整為符合人體性狀的分布，從而提高劑量利用率(等效為降低光源劑量率)，使得在減少病人劑量的同時保證圖像質量成為可能。另外，在放射治療領域中采用的多葉準直器(MLC)是將減少照射面積應用較為典型的示例。
[0003]在常規(guī)的技術手段都應用較為成熟之后，近年來發(fā)展出一些更為高級的應用。專利文獻1(中國專利公告:CN1236727C，)公開了“用于自適應減少計算機X射線斷層造影系統(tǒng)中的劑量的方法，它通過CT掃描中的旋轉對稱特性，采用前半圈投影數(shù)據(jù)的衰減情況用來預測后半圈的衰減分布，并據(jù)此動態(tài)設定X射線功率，減少不必要的劑量。這種方法的局限性在于只在螺旋掃描時有意義，因為在圓周掃描時可以采取半掃描技術有效降低劑量。而在螺旋掃描時，又要求人體在軸向變化較小，否則可能引起曝光不足或者過曝。
[0004]專利文獻2(中國專利公開:CN102100562A)公開了一種X射線CT機的在線劑量調制方法，通過先掃描一張平片圖像再據(jù)此信息進行X射線功率估計。該方法不僅增加了一次掃描過程，使病人多增加了額外的劑量，而且在其他角度都是估算得到的，存在一定誤差。
[0005]另外一方面，在CT成像領域，由于有數(shù)據(jù)完備性的要求，不允許探測器在垂直于旋轉軸的方向有截斷。在感興趣區(qū)(ROI)重建時，會有額外的劑量照射到ROI區(qū)域以外的器官。在近年的研究中，對數(shù)據(jù)重建方法不斷改進，如非專利文獻I (Paul S.Cho等:Cone-BeamCT From Width-Truncated Projections,Computerized Medical Imaging and Graphics，Vol 20,N0.1，pp49-57，1996)給出一種使用能完全覆蓋掃描物體的探測器寬度的一半的方法。該方法要求探測器寬度不得少于能完整覆蓋掃描物體的探測器的寬度的一半，并且只能放在旋轉軸偏心的一側。實際上所有器官仍要被完整的照射180°，并沒有有效控制劑量。
[0006]非專利文獻 2 (K.Sourbelle 等:Reconstruction from truncated projectionsin CT using adaptive detruncation, Eur Radiol,N0.15,pp 1008-1014, 2005)給出了一種處理在某些角度有截斷情況的處理方法，可以用于胸腔內臟器成像，但也不能解決所有角度探測器全部截斷的問題。
【發(fā)明內容】

[0007]考慮到現(xiàn)有技術中的一個或多個問題，提出了一種輻射成像設備及方法。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種輻射成像設備，包括:射線源，發(fā)出射線；探測器，與所述射線源相對設置；承載機構，設置在射線源與探測器之間；射線源控制器，控制所述射線源；其中，所述輻射成像設備還包括測量裝置，測量被檢物相對于所述射線源和探測器的位置信息和該被檢物的輪廓信息；所述射線源控制器基于所述輪廓信息控制所述射線源以調節(jié)出束劑量。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提出了一種輻射成像設備，包括:射線源，發(fā)出射線；探測器，與所述射線源相對設置；承載機構，設置在射線源與探測器之間；射線源控制器，控制所述射線源；所述輻射成像設備還包括測量裝置，測量被檢物相對于所述射線源和探測器的位置信息和該被檢物的輪廓信息；準直器，設置在所述射線源的射線出口，對射線源發(fā)出的射線進行準直；準直控制器，基于所述位置信息和該被檢物的輪廓信息控制所述準直器來調節(jié)所述射線的照射范圍。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提出了一種輻射成像設備，包括:射線源，發(fā)出射線；探測器，與所述射線源相對設置；承載機構，設置在射線源與探測器之間；射線源控制器，控制所述射線源；其中，所述輻射成像設備還包括測量裝置，測量被檢物相對于所述射線源和探測器的位置信息和該被檢物的輪廓信息；輻射成像裝置還包括數(shù)據(jù)處理中心，基于所述距離計算被檢物的輪廓信息，基于所述位置信息和該被檢物的輪廓信息以及所述探測裝置所產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)來重建所述被檢物體的圖像。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提出了一種控制輻射成像設備的方法，所述輻射成像設備包括相對放置的射線源和探測器，以及控制所述射線源的射線源控制器，所述方法包括:測量被檢物相對于所述射線源和探測器的位置信息和該被檢物的輪廓信息；以及基于所述輪廓信息控制所述射線源以調節(jié)出束劑量。
[0012]該技術由于采用了基于物體信息的實時準直系統(tǒng)和/或束流功率調節(jié)系統(tǒng)，使得病人只有ROI范圍內被合適的束流強度的射線照射，從而降低病人劑量。此外，用該系統(tǒng)可以解決CT系統(tǒng)中的探測器截斷問題，從而降低設備成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面的附圖表明了本技術的實施方式。這些附圖和實施方式以非限制性、非窮舉性的方式提供了本技術的一些實施例，其中:
[0014]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的輻射成像系統(tǒng)的示意圖；
[0015]圖2示出了根據(jù)本申請實施例的輻射成像設備的結構示意圖；
[0016]圖3是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的輻射成像設備的掃描過程的流程圖；
[0017]圖4是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的輻射成像設備在0°和90°下對感興趣區(qū)進行掃描的示意圖；
[0018]圖5是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的輻射成像設備中的掃描區(qū)域的示意圖；
[0019]圖6是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的輻射成像設備中的自動準直系統(tǒng)的示意圖；
[0020]圖7是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的輻射成像設備中的準直器的形狀的示意圖；
[0021]圖8是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的輻射成像設備執(zhí)行的數(shù)據(jù)重建過程的流程圖；[0022]圖9示例了一種典型的人體掃描場景；
[0023]圖10示出了在根據(jù)本發(fā)明實施例中對投影數(shù)據(jù)進行融合的例子；以及
[0024]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例中設置非輻射傳感器的例子。
【具體實施方式】
[0025]下面將詳細描述本發(fā)明的具體實施例，應當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細節(jié)。然而，對于本領域普通技術人員顯而易見的是:不必采用這些特定細節(jié)來實行本發(fā)明。在其他實例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的結構、材料或方法。
[0026]在整個說明書中，對“ 一個實施例”、“實施例”、“ 一個示例”或“示例”的提及意味著:結合該實施例或示例描述的特定特征、結構或特性被包含在本發(fā)明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，這里使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的項目的任何和所有組合。
[0027]如圖1所示，根據(jù)現(xiàn)有技術的輻射成像系統(tǒng)通常由輻射源101及與之相對放置的探測器105所組成。被掃描物體106則置于輻射源101和探測器105之間，當射線由輻射源101發(fā)射經(jīng)過被掃描物體106后，由探測器105探測并成像。通常為了減少不必要的照射，還要根據(jù)實際使用情況在輻射源101和被掃描物體106之間增加束流準直器107，將射線限制在一定范圍內。這種現(xiàn)有技術的輻射成像系統(tǒng)的缺陷是準直器是固定的，在一次掃描過程中不能更換，射線源強度也不能夠實時調節(jié)，從而導致病人接受不必要的劑量。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的實施例，給CT設備上增加非輻射傳感器(如激光掃描儀、紅外掃描儀)，用來獲取射線源及探測器表面距離被掃描物體表面的距離，進一步的得到被掃描物體的尺寸和外輪廓信息，并通過該信息實時控制自動準直系統(tǒng)調節(jié)射線束流寬度、強度和/或探測器位置。例如，將該非輻射傳感器設置在射線源端和探測器端。根據(jù)其他實施例，還可以進一步將該信息發(fā)送給數(shù)據(jù)重建系統(tǒng)用于CT斷層重建。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的實施例，由于采用了基于物體信息的實時準直系統(tǒng)和束流功率調節(jié)系統(tǒng)，保證病人只有ROI范圍內被合適的束流強度的射線照射，從而降低病人劑量。另外，根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)還可以解決CT系統(tǒng)中的探測器截斷問題，從而降低設備成本。
[0030]圖2示出了根據(jù)本申請實施例的輻射成像設備的結構示意圖。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的輻射成像設備包括射線源204及其運動機構201、射線探測器205及其運動機構202。被掃描物體206由被掃描物體運動機構203承載。置于射線源204和射線探測器205之間。運動機構201，202，203由機械控制器210控制完成相應運動動作，并將運動部件的位置信息、速度信息等傳回數(shù)據(jù)處理中心215用于數(shù)據(jù)處理。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的實施例，射線探測器205采集到的投影數(shù)據(jù)通過圖像數(shù)據(jù)采集器214，發(fā)送到數(shù)據(jù)處理中心215用于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。例如，在射線源一側安裝位置采集器208，用來探測光源到被掃描物體206表面的距離。在探測器一側安裝位置采集器209，用來探測射線探測器到被掃描物體206表面的距離。上述距離信息由距離信息采集器211采集，并將其發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心215。[0032]圖3是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的輻射成像設備的掃描過程的流程圖。如圖3所示，啟動掃描后(S301)，由距離信息采集器211將獲取距離信息(S302)，并發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心215。數(shù)據(jù)處理中心215則通過對掃描條件、距離和位置信息、和/或數(shù)據(jù)庫存儲的先驗知識等進行分析計算，得出合適的掃描條件(S303)，通過自動準直系統(tǒng)控制器212調節(jié)自動準直系統(tǒng)207 (S304)，并通過X光機控制器213自動調節(jié)射線源功率(S305)，通過機械系統(tǒng)控制器210調節(jié)運動機構202 (S306)和201。運動機構201，202，203的位置和速度信息由機械系統(tǒng)控制器210傳輸給數(shù)據(jù)處理中心215，用于后續(xù)處理。調節(jié)完成后，由圖像數(shù)據(jù)采集器214采集圖像數(shù)據(jù)并發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心215 (S307)。掃描完成后，數(shù)據(jù)處理中心215通過對物體輪廓信息，物體和探測器的位置信息，和/或射線功率及投影數(shù)據(jù)進行處理，重建得出被掃描物體206的斷層圖像(S309)。[0033]在本發(fā)明實施例中位置采集器208和209可以包括激光測距儀等。
[0034]在本發(fā)明實施例中位置米集器208和209還可以是光學相機,它結合對掃描物體(如人體)的先驗知識(如人臉信息)，計算出感興趣區(qū)域的位置及此時射線所穿過掃描物體長度，從而將此信息發(fā)送給自動準直系統(tǒng)控制器212和射線源控制器213。
[0035]圖4是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的輻射成像設備在0°和90°下對感興趣區(qū)進行掃描的示意圖。如圖4所示，在第一個投影位置(假設為0°，該假設并不影響通用性)，由位置采集器208得到光源到物體表面距離S0，由位置采集器209得到探測器到物體表面距離D0,由于光源到探測器距離S2D已知，因此可以得出物體厚度f0(f0 = S2D-S0-D0)。
[0036]同理，在第二個投影位置(假設為90°，該假設并不影響通用性)，由位置采集器208得到光源到物體表面距離S90，由位置采集器209得到探測器到物體表面距離D90?？梢缘贸鲈谠摻嵌认挛矬w厚度f90(f90 = S2D-S90-D90)。物體越薄所需射線強度越低，根據(jù)物體厚度即可適度的調節(jié)射線功率，從而降低劑量。
[0037]在CT系統(tǒng)中射線源204和探測器205需要與被檢查物體206做相對旋轉運動，此時不在旋轉中心上的點，在探測器上的投影圖像會呈現(xiàn)為正弦曲線。如在圖4中示意的灰度區(qū)域ROI，在投影圖中的有效范圍即為圖5所示E1，E2所含區(qū)域之內。在常規(guī)的CT掃描中，采用將探測器完全覆蓋被掃描物體的方式，其覆蓋范圍為圖5中Al所含區(qū)域。而在不采用本發(fā)明的局部掃描設備中，其將準直系統(tǒng)窗口調小至在任意角度均可覆蓋感興趣區(qū)如圖5中A2所含區(qū)域。而本發(fā)明實施例中根據(jù)位置信息進行準直窗口的自動調節(jié)，保證只照射包含感興趣區(qū)的最小范圍，即圖5中E1-E2所包含的范圍，從而避免了額外的劑量。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的實施例，準直窗口的自動調節(jié)可以是在掃描前由用戶設定ROI位置及尺寸，在掃描過程中，位置檢測系統(tǒng)將位置信息發(fā)送給自動準直系統(tǒng)控制器212，由該自動準直系統(tǒng)控制器212對自動準直系統(tǒng)207進行調節(jié)。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，準直窗口的自動調節(jié)還可以是用戶設定掃描類型(如心臟掃描)則系統(tǒng)根據(jù)內部數(shù)據(jù)庫存儲的先驗知識(或經(jīng)過投影預定位)，結合當前病人的外輪廓信息(由距離信息采集器211給出)，通過計算得出感興趣區(qū)的尺寸和位置(如心臟的位置)，并據(jù)此對自動準直系統(tǒng)207進行調節(jié)。
[0040]圖6是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的輻射成像設備中的自動準直系統(tǒng)的示意圖。如圖6所示，本發(fā)明實施例中的自動準直系統(tǒng)207可以按如下方式實現(xiàn)，但不限于此。在上、下、左、右四個方向分別安裝高衰減的準直塊CUD02，CUDOl，CLROl，CLR02 (如鎢塊)，并為每個準直塊配套驅動電機願002，1^)01^1^01^1^02。使得通過自動準直系統(tǒng)控制器212對四個驅動電機的控制，能夠調節(jié)出束口(由四個準直塊限制)的位置和尺寸。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的實施例，準直塊限制的出束口形狀可以不僅是方形，也可以是圓弧形等形狀，用于對心臟等特殊形狀器官進行掃描中進一步的降低劑量。圖7是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的輻射成像設備中的準直器的形狀的示意圖。如圖7示意，當被掃描物體近似成圓形時，即可用一套弧形準直器對其射線進行限制，從而減少周邊組織的劑量照射。
[0042]再進一步的，在本發(fā)明實施例中可以根據(jù)實際需要的成像范圍選擇尺寸較小的探測器，并在掃描過程中根據(jù)位置信息對探測器進行移動。在圖5中可以看到，采用本發(fā)明的輻射成像設備，只需配備寬度能夠覆蓋E1-E2的探測器即可滿足成像要求。
[0043]圖8是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的輻射成像設備執(zhí)行的數(shù)據(jù)重建過程的流程圖本發(fā)明實施例中的數(shù)據(jù)處理過程包括射線強度校正、斷層數(shù)據(jù)重建等主要步驟。
[0044]圖9示例了一種典型的人體掃描場景，光源為S91，人體器官模型為Oi，共有M個器官組成。穿過人體的射線為Lp共有N條。
[0045]在獲取物體外輪廓尺寸信息并且光源、探測器位置已知的情況下，可以根據(jù)人體的解剖信息，計算出每條射線h經(jīng)過每個器官的長度設器官Oi的衰減系數(shù)為Ui，則
可對射線h的衰減進行預測:
【權利要求】
1.一種輻射成像設備，包括: 射線源，發(fā)出射線； 探測器，與所述射線源相對設置； 承載機構，設置在射線源與探測器之間； 射線源控制器，控制所述射線源； 其中，所述輻射成像設備還包括測量裝置，測量被檢物相對于所述射線源和探測器的位置信息和該被檢物的輪廓信息； 所述射線源控制器基于所述輪廓信息控制所述射線源以調節(jié)出束劑量。
2.如權利要求1所述的輻射成像設備，所述測量裝置包括: 第一位置采集器，測量射線源到被檢物體表面的距離； 第二位置采集器，測量探測器到被檢物體表面的距離； 所述輻射成像裝置還包括數(shù)據(jù)處理中心，基于所述距離計算被檢物的輪廓信息。
3.如權利要求2所述 的輻射成像設備，其中所述第一位置采集器和所述第二位置采集器的每一個包括激光測距儀、紅外測距儀、或光學相機。
4.一種輻射成像設備，包括: 射線源，發(fā)出射線； 探測器，與所述射線源相對設置； 承載機構，設置在射線源與探測器之間； 射線源控制器，控制所述射線源； 所述輻射成像設備還包括測量裝置，測量被檢物相對于所述射線源和探測器的位置信息和該被檢物的輪廓信息； 準直器，設置在所述射線源的射線出口，對射線源發(fā)出的射線進行準直； 準直控制器，基于所述位置信息和該被檢物的輪廓信息控制所述準直器來調節(jié)所述射線的照射范圍。
5.如權利要求4所述的輻射成像設備，其中所述準直器包括多個準直塊，所述準直控制器根據(jù)所述位置信息和被檢物的輪廓信息控制所述多個準直塊使得出束口的形狀與被檢物體的感興趣區(qū)的形狀適配。
6.如權利要求4所述的輻射成像設備，所述測量裝置包括: 第一位置采集器，測量射線源到被檢物體表面的距離； 第二位置采集器，測量探測器到被檢物體表面的距離； 所述輻射成像裝置還包括數(shù)據(jù)處理中心，基于所述距離計算被檢物的輪廓信息。
7.如權利要求6所述的輻射成像設備，其中所述第一位置采集器和所述第二位置采集器的每一個包括激光測距儀、紅外測距儀、或光學相機。
8.一種輻射成像設備，包括: 射線源，發(fā)出射線； 探測器，與所述射線源相對設置； 承載機構，設置在射線源與探測器之間； 射線源控制器，控制所述射線源； 其中，所述輻射成像設備還包括測量裝置，測量被檢物相對于所述射線源和探測器的位置信息和該被檢物的輪廓信息； 輻射成像裝置還包括數(shù)據(jù)處理中心，基于所述距離計算被檢物的輪廓信息，基于所述位置信息和該被檢物的輪廓信息以及所述探測裝置所產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)來重建所述被檢物體的圖像。
9.如權利要求8所述的輻射成像設備，所述數(shù)據(jù)處理中心給予所述位置信息確定穿過被檢物體的射線的長度，并基于所述射線的長度重建所述被檢物體的圖像。
10.如權利要求8所述的輻射成像設備，還包括探測器控制器，基于所述位置信息和輪廓信息控制所述探測器的位置。
11.如權利要求8所述的輻射成像設備，所述測量裝置包括: 第一位置采集器，測量射線源到被檢物體表面的距離； 第二位置采集器，測量探測器到被檢物體表面的距離； 所述輻射成像裝置還包括數(shù)據(jù)處理中心，基于所述距離計算被檢物的輪廓信息。
12.如權利要求11所述的輻射成像設備，其中所述第一位置采集器和所述第二位置采集器的每一個包括激光測距儀、紅外測距儀、或光學相機。
13.—種控制輻射成像設備的方法，所述輻射成像設備包括相對放置的射線源和探測器，以及控制所述射線源的射線源控制器，所述方法包括: 測量被檢物相對于所述射線源和探測器的位置信息和該被檢物的輪廓信息；以及 基于所述輪廓信息控制所述射線源以調節(jié)出束劑量。
14.如權利要求13所述的方法，所述測量步驟包括: 測量射線源到被檢物體表面的距離； 測量探測器到被檢物體表面的距離； 基于所述距離計算被檢物的輪廓信息。
15.如權利要求13所述的方法，還包括: 基于所述位置信息和該被檢物的輪廓信息控制準直器來調節(jié)所述射線的照射范圍。
16.如權利要求15所述的方法，其中所述準直器包括多個準直塊，所述準直控制器根據(jù)所述位置信息和被檢物的輪廓信息控制所述多個準直塊使得出束口的形狀與被檢物體的感興趣區(qū)的形狀適配。
17.如權利要求14所述的方法，其中數(shù)據(jù)處理中心基于所述位置信息和該被檢物的輪廓信息以及所述探測裝置所產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)來重建所述被檢物體的圖像。
18.如權利要求17所述的方法，所述數(shù)據(jù)處理中心基于所述位置信息確定穿過被檢物體的射線的長度，并基于所述射線的長度重建所述被檢物體的圖像。
19.如權利要求13所述的方法，還包括: 基于所述位置信息和輪廓信息控制所述探測器的位置。
【文檔編號】A61B6/03GK103462628SQ201210352549
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年9月20日 優(yōu)先權日:2012年9月20日
【發(fā)明者】張文宇, 吳宏新, 王亞杰, 楊光明 申請人:北京朗視儀器有限公司