辐射成像设备及方法
【专利摘要】公开了一种辐射成像设备及方法。该设备在CT设备上增加非辐射传感器，用来获取射线源及探测器表面距离被扫描物体表面的距离，进一步的得到被扫描物体的尺寸和外轮廓信息，并通过该信息实时控制自动准直系统调节射线束流宽度、强度和/或探测器位置，并将该信息发送给数据重建系统用于CT断层重建。
【专利说明】辐射成像设备及方法
【技术领域】
[0001]本技术涉及辐射成像领域，尤其是CT成像【技术领域】，例如涉及一种辐射成像设备及相应的方法。
【背景技术】
[0002]在辐射成像领域，如何在保证图像质量的情况下降低病人的吸收剂量一直是重点的研究方向。为了降低病人的有效吸收剂量，最直接的做法就是减少到达病人的光子数，通常可以采取降低光源剂量率、减小照射面积、缩短照射时间等方法。比如，有一种通过缩短照射时间来减小病人剂量的方法，它采用脉冲式X光机，并通过控制程序保证只在探测器在光子累积期间出束，而在探测器在A/D转换期间停止出束。再如，采用蝶形滤过装置，将剂量分布均整为符合人体性状的分布，从而提高剂量利用率(等效为降低光源剂量率)，使得在减少病人剂量的同时保证图像质量成为可能。另外，在放射治疗领域中采用的多叶准直器(MLC)是将减少照射面积应用较为典型的示例。
[0003]在常规的技术手段都应用较为成熟之后，近年来发展出一些更为高级的应用。专利文献1(中国专利公告:CN1236727C，)公开了“用于自适应减少计算机X射线断层造影系统中的剂量的方法，它通过CT扫描中的旋转对称特性，采用前半圈投影数据的衰减情况用来预测后半圈的衰减分布，并据此动态设定X射线功率，减少不必要的剂量。这种方法的局限性在于只在螺旋扫描时有意义，因为在圆周扫描时可以采取半扫描技术有效降低剂量。而在螺旋扫描时，又要求人体在轴向变化较小，否则可能引起曝光不足或者过曝。
[0004]专利文献2(中国专利公开:CN102100562A)公开了一种X射线CT机的在线剂量调制方法，通过先扫描一张平片图像再据此信息进行X射线功率估计。该方法不仅增加了一次扫描过程，使病人多增加了额外的剂量，而且在其他角度都是估算得到的，存在一定误差。
[0005]另外一方面，在CT成像领域，由于有数据完备性的要求，不允许探测器在垂直于旋转轴的方向有截断。在感兴趣区(ROI)重建时，会有额外的剂量照射到ROI区域以外的器官。在近年的研究中，对数据重建方法不断改进，如非专利文献I (Paul S.Cho等:Cone-BeamCT From Width-Truncated Projections,Computerized Medical Imaging and Graphics，Vol 20,N0.1，pp49-57，1996)给出一种使用能完全覆盖扫描物体的探测器宽度的一半的方法。该方法要求探测器宽度不得少于能完整覆盖扫描物体的探测器的宽度的一半，并且只能放在旋转轴偏心的一侧。实际上所有器官仍要被完整的照射180°，并没有有效控制剂量。
[0006]非专利文献 2 (K.Sourbelle 等:Reconstruction from truncated projectionsin CT using adaptive detruncation, Eur Radiol,N0.15,pp 1008-1014, 2005)给出了一种处理在某些角度有截断情况的处理方法，可以用于胸腔内脏器成像，但也不能解决所有角度探测器全部截断的问题。
【发明内容】
[0007]考虑到现有技术中的一个或多个问题，提出了一种辐射成像设备及方法。
[0008]根据本发明的实施例，提供了一种辐射成像设备，包括:射线源，发出射线；探测器，与所述射线源相对设置；承载机构，设置在射线源与探测器之间；射线源控制器，控制所述射线源；其中，所述辐射成像设备还包括测量装置，测量被检物相对于所述射线源和探测器的位置信息和该被检物的轮廓信息；所述射线源控制器基于所述轮廓信息控制所述射线源以调节出束剂量。
[0009]根据本发明的另一实施例，提出了一种辐射成像设备，包括:射线源，发出射线；探测器，与所述射线源相对设置；承载机构，设置在射线源与探测器之间；射线源控制器，控制所述射线源；所述辐射成像设备还包括测量装置，测量被检物相对于所述射线源和探测器的位置信息和该被检物的轮廓信息；准直器，设置在所述射线源的射线出口，对射线源发出的射线进行准直；准直控制器，基于所述位置信息和该被检物的轮廓信息控制所述准直器来调节所述射线的照射范围。
[0010]根据本发明的另一实施例，提出了一种辐射成像设备，包括:射线源，发出射线；探测器，与所述射线源相对设置；承载机构，设置在射线源与探测器之间；射线源控制器，控制所述射线源；其中，所述辐射成像设备还包括测量装置，测量被检物相对于所述射线源和探测器的位置信息和该被检物的轮廓信息；辐射成像装置还包括数据处理中心，基于所述距离计算被检物的轮廓信息，基于所述位置信息和该被检物的轮廓信息以及所述探测装置所产生的投影数据来重建所述被检物体的图像。
[0011]根据本发明的另一实施例，提出了一种控制辐射成像设备的方法，所述辐射成像设备包括相对放置的射线源和探测器，以及控制所述射线源的射线源控制器，所述方法包括:测量被检物相对于所述射线源和探测器的位置信息和该被检物的轮廓信息；以及基于所述轮廓信息控制所述射线源以调节出束剂量。
[0012]该技术由于采用了基于物体信息的实时准直系统和/或束流功率调节系统，使得病人只有ROI范围内被合适的束流强度的射线照射，从而降低病人剂量。此外，用该系统可以解决CT系统中的探测器截断问题，从而降低设备成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]下面的附图表明了本技术的实施方式。这些附图和实施方式以非限制性、非穷举性的方式提供了本技术的一些实施例，其中:
[0014]图1示出了根据现有技术的辐射成像系统的示意图；
[0015]图2示出了根据本申请实施例的辐射成像设备的结构示意图；
[0016]图3是描述根据本发明实施例的辐射成像设备的扫描过程的流程图；
[0017]图4是描述根据本发明实施例的辐射成像设备在0°和90°下对感兴趣区进行扫描的示意图；
[0018]图5是描述根据本发明实施例的辐射成像设备中的扫描区域的示意图；
[0019]图6是描述根据本发明实施例的辐射成像设备中的自动准直系统的示意图；
[0020]图7是描述根据本发明实施例的辐射成像设备中的准直器的形状的示意图；
[0021]图8是描述根据本发明实施例的辐射成像设备执行的数据重建过程的流程图；[0022]图9示例了一种典型的人体扫描场景；
[0023]图10示出了在根据本发明实施例中对投影数据进行融合的例子；以及
[0024]图11示出了根据本发明的实施例中设置非辐射传感器的例子。
【具体实施方式】
[0025]下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是:不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、材料或方法。
[0026]在整个说明书中，对“ 一个实施例”、“实施例”、“ 一个示例”或“示例”的提及意味着:结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
[0027]如图1所示，根据现有技术的辐射成像系统通常由辐射源101及与之相对放置的探测器105所组成。被扫描物体106则置于辐射源101和探测器105之间，当射线由辐射源101发射经过被扫描物体106后，由探测器105探测并成像。通常为了减少不必要的照射，还要根据实际使用情况在辐射源101和被扫描物体106之间增加束流准直器107，将射线限制在一定范围内。这种现有技术的辐射成像系统的缺陷是准直器是固定的，在一次扫描过程中不能更换，射线源强度也不能够实时调节，从而导致病人接受不必要的剂量。
[0028]根据本发明的实施例，给CT设备上增加非辐射传感器(如激光扫描仪、红外扫描仪)，用来获取射线源及探测器表面距离被扫描物体表面的距离，进一步的得到被扫描物体的尺寸和外轮廓信息，并通过该信息实时控制自动准直系统调节射线束流宽度、强度和/或探测器位置。例如，将该非辐射传感器设置在射线源端和探测器端。根据其他实施例，还可以进一步将该信息发送给数据重建系统用于CT断层重建。
[0029]根据本发明的实施例，由于采用了基于物体信息的实时准直系统和束流功率调节系统，保证病人只有ROI范围内被合适的束流强度的射线照射，从而降低病人剂量。另外，根据本发明实施例的系统还可以解决CT系统中的探测器截断问题，从而降低设备成本。
[0030]图2示出了根据本申请实施例的辐射成像设备的结构示意图。如图2所示，根据本发明实施例的辐射成像设备包括射线源204及其运动机构201、射线探测器205及其运动机构202。被扫描物体206由被扫描物体运动机构203承载。置于射线源204和射线探测器205之间。运动机构201，202，203由机械控制器210控制完成相应运动动作，并将运动部件的位置信息、速度信息等传回数据处理中心215用于数据处理。
[0031]根据本发明的实施例，射线探测器205采集到的投影数据通过图像数据采集器214，发送到数据处理中心215用于后续的数据处理。例如，在射线源一侧安装位置采集器208，用来探测光源到被扫描物体206表面的距离。在探测器一侧安装位置采集器209，用来探测射线探测器到被扫描物体206表面的距离。上述距离信息由距离信息采集器211采集，并将其发送给数据处理中心215。[0032]图3是描述根据本发明实施例的辐射成像设备的扫描过程的流程图。如图3所示，启动扫描后(S301)，由距离信息采集器211将获取距离信息(S302)，并发送给数据处理中心215。数据处理中心215则通过对扫描条件、距离和位置信息、和/或数据库存储的先验知识等进行分析计算，得出合适的扫描条件(S303)，通过自动准直系统控制器212调节自动准直系统207 (S304)，并通过X光机控制器213自动调节射线源功率(S305)，通过机械系统控制器210调节运动机构202 (S306)和201。运动机构201，202，203的位置和速度信息由机械系统控制器210传输给数据处理中心215，用于后续处理。调节完成后，由图像数据采集器214采集图像数据并发送给数据处理中心215 (S307)。扫描完成后，数据处理中心215通过对物体轮廓信息，物体和探测器的位置信息，和/或射线功率及投影数据进行处理，重建得出被扫描物体206的断层图像(S309)。[0033]在本发明实施例中位置采集器208和209可以包括激光测距仪等。
[0034]在本发明实施例中位置米集器208和209还可以是光学相机,它结合对扫描物体(如人体)的先验知识(如人脸信息)，计算出感兴趣区域的位置及此时射线所穿过扫描物体长度，从而将此信息发送给自动准直系统控制器212和射线源控制器213。
[0035]图4是描述根据本发明实施例的辐射成像设备在0°和90°下对感兴趣区进行扫描的示意图。如图4所示，在第一个投影位置(假设为0°，该假设并不影响通用性)，由位置采集器208得到光源到物体表面距离S0，由位置采集器209得到探测器到物体表面距离D0,由于光源到探测器距离S2D已知，因此可以得出物体厚度f0(f0 = S2D-S0-D0)。
[0036]同理，在第二个投影位置(假设为90°，该假设并不影响通用性)，由位置采集器208得到光源到物体表面距离S90，由位置采集器209得到探测器到物体表面距离D90。可以得出在该角度下物体厚度f90(f90 = S2D-S90-D90)。物体越薄所需射线强度越低，根据物体厚度即可适度的调节射线功率，从而降低剂量。
[0037]在CT系统中射线源204和探测器205需要与被检查物体206做相对旋转运动，此时不在旋转中心上的点，在探测器上的投影图像会呈现为正弦曲线。如在图4中示意的灰度区域ROI，在投影图中的有效范围即为图5所示E1，E2所含区域之内。在常规的CT扫描中，采用将探测器完全覆盖被扫描物体的方式，其覆盖范围为图5中Al所含区域。而在不采用本发明的局部扫描设备中，其将准直系统窗口调小至在任意角度均可覆盖感兴趣区如图5中A2所含区域。而本发明实施例中根据位置信息进行准直窗口的自动调节，保证只照射包含感兴趣区的最小范围，即图5中E1-E2所包含的范围，从而避免了额外的剂量。
[0038]根据本发明的实施例，准直窗口的自动调节可以是在扫描前由用户设定ROI位置及尺寸，在扫描过程中，位置检测系统将位置信息发送给自动准直系统控制器212，由该自动准直系统控制器212对自动准直系统207进行调节。
[0039]根据本发明的另一实施例，准直窗口的自动调节还可以是用户设定扫描类型(如心脏扫描)则系统根据内部数据库存储的先验知识(或经过投影预定位)，结合当前病人的外轮廓信息(由距离信息采集器211给出)，通过计算得出感兴趣区的尺寸和位置(如心脏的位置)，并据此对自动准直系统207进行调节。
[0040]图6是描述根据本发明实施例的辐射成像设备中的自动准直系统的示意图。如图6所示，本发明实施例中的自动准直系统207可以按如下方式实现，但不限于此。在上、下、左、右四个方向分别安装高衰减的准直块CUD02，CUDOl，CLROl，CLR02 (如钨块)，并为每个准直块配套驱动电机願002，1^)01^1^01^1^02。使得通过自动准直系统控制器212对四个驱动电机的控制，能够调节出束口(由四个准直块限制)的位置和尺寸。
[0041]根据本发明的实施例，准直块限制的出束口形状可以不仅是方形，也可以是圆弧形等形状，用于对心脏等特殊形状器官进行扫描中进一步的降低剂量。图7是描述根据本发明实施例的辐射成像设备中的准直器的形状的示意图。如图7示意，当被扫描物体近似成圆形时，即可用一套弧形准直器对其射线进行限制，从而减少周边组织的剂量照射。
[0042]再进一步的，在本发明实施例中可以根据实际需要的成像范围选择尺寸较小的探测器，并在扫描过程中根据位置信息对探测器进行移动。在图5中可以看到，采用本发明的辐射成像设备，只需配备宽度能够覆盖E1-E2的探测器即可满足成像要求。
[0043]图8是描述根据本发明实施例的辐射成像设备执行的数据重建过程的流程图本发明实施例中的数据处理过程包括射线强度校正、断层数据重建等主要步骤。
[0044]图9示例了一种典型的人体扫描场景，光源为S91，人体器官模型为Oi，共有M个器官组成。穿过人体的射线为Lp共有N条。
[0045]在获取物体外轮廓尺寸信息并且光源、探测器位置已知的情况下，可以根据人体的解剖信息，计算出每条射线h经过每个器官的长度设器官Oi的衰减系数为Ui，则
可对射线h的衰减进行预测:
【权利要求】
1.一种辐射成像设备，包括: 射线源，发出射线； 探测器，与所述射线源相对设置； 承载机构，设置在射线源与探测器之间； 射线源控制器，控制所述射线源； 其中，所述辐射成像设备还包括测量装置，测量被检物相对于所述射线源和探测器的位置信息和该被检物的轮廓信息； 所述射线源控制器基于所述轮廓信息控制所述射线源以调节出束剂量。
2.如权利要求1所述的辐射成像设备，所述测量装置包括: 第一位置采集器，测量射线源到被检物体表面的距离； 第二位置采集器，测量探测器到被检物体表面的距离； 所述辐射成像装置还包括数据处理中心，基于所述距离计算被检物的轮廓信息。
3.如权利要求2所述 的辐射成像设备，其中所述第一位置采集器和所述第二位置采集器的每一个包括激光测距仪、红外测距仪、或光学相机。
4.一种辐射成像设备，包括: 射线源，发出射线； 探测器，与所述射线源相对设置； 承载机构，设置在射线源与探测器之间； 射线源控制器，控制所述射线源； 所述辐射成像设备还包括测量装置，测量被检物相对于所述射线源和探测器的位置信息和该被检物的轮廓信息； 准直器，设置在所述射线源的射线出口，对射线源发出的射线进行准直； 准直控制器，基于所述位置信息和该被检物的轮廓信息控制所述准直器来调节所述射线的照射范围。
5.如权利要求4所述的辐射成像设备，其中所述准直器包括多个准直块，所述准直控制器根据所述位置信息和被检物的轮廓信息控制所述多个准直块使得出束口的形状与被检物体的感兴趣区的形状适配。
6.如权利要求4所述的辐射成像设备，所述测量装置包括: 第一位置采集器，测量射线源到被检物体表面的距离； 第二位置采集器，测量探测器到被检物体表面的距离； 所述辐射成像装置还包括数据处理中心，基于所述距离计算被检物的轮廓信息。
7.如权利要求6所述的辐射成像设备，其中所述第一位置采集器和所述第二位置采集器的每一个包括激光测距仪、红外测距仪、或光学相机。
8.一种辐射成像设备，包括: 射线源，发出射线； 探测器，与所述射线源相对设置； 承载机构，设置在射线源与探测器之间； 射线源控制器，控制所述射线源； 其中，所述辐射成像设备还包括测量装置，测量被检物相对于所述射线源和探测器的位置信息和该被检物的轮廓信息； 辐射成像装置还包括数据处理中心，基于所述距离计算被检物的轮廓信息，基于所述位置信息和该被检物的轮廓信息以及所述探测装置所产生的投影数据来重建所述被检物体的图像。
9.如权利要求8所述的辐射成像设备，所述数据处理中心给予所述位置信息确定穿过被检物体的射线的长度，并基于所述射线的长度重建所述被检物体的图像。
10.如权利要求8所述的辐射成像设备，还包括探测器控制器，基于所述位置信息和轮廓信息控制所述探测器的位置。
11.如权利要求8所述的辐射成像设备，所述测量装置包括: 第一位置采集器，测量射线源到被检物体表面的距离； 第二位置采集器，测量探测器到被检物体表面的距离； 所述辐射成像装置还包括数据处理中心，基于所述距离计算被检物的轮廓信息。
12.如权利要求11所述的辐射成像设备，其中所述第一位置采集器和所述第二位置采集器的每一个包括激光测距仪、红外测距仪、或光学相机。
13.—种控制辐射成像设备的方法，所述辐射成像设备包括相对放置的射线源和探测器，以及控制所述射线源的射线源控制器，所述方法包括: 测量被检物相对于所述射线源和探测器的位置信息和该被检物的轮廓信息；以及 基于所述轮廓信息控制所述射线源以调节出束剂量。
14.如权利要求13所述的方法，所述测量步骤包括: 测量射线源到被检物体表面的距离； 测量探测器到被检物体表面的距离； 基于所述距离计算被检物的轮廓信息。
15.如权利要求13所述的方法，还包括: 基于所述位置信息和该被检物的轮廓信息控制准直器来调节所述射线的照射范围。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述准直器包括多个准直块，所述准直控制器根据所述位置信息和被检物的轮廓信息控制所述多个准直块使得出束口的形状与被检物体的感兴趣区的形状适配。
17.如权利要求14所述的方法，其中数据处理中心基于所述位置信息和该被检物的轮廓信息以及所述探测装置所产生的投影数据来重建所述被检物体的图像。
18.如权利要求17所述的方法，所述数据处理中心基于所述位置信息确定穿过被检物体的射线的长度，并基于所述射线的长度重建所述被检物体的图像。
19.如权利要求13所述的方法，还包括: 基于所述位置信息和轮廓信息控制所述探测器的位置。
【文档编号】A61B6/03GK103462628SQ201210352549
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年9月20日 优先权日:2012年9月20日
【发明者】张文宇, 吴宏新, 王亚杰, 杨光明 申请人:北京朗视仪器有限公司