專利名稱：錐形束計(jì)算機(jī)斷層攝影中用于減少患者照射的動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直的制作方法
錐形束計(jì)算機(jī)斷層攝影中用于減少患者照射的動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直本申請(qǐng)大體涉及成像系統(tǒng)，具體涉及螺旋狀計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)。但是，應(yīng)該認(rèn)識(shí) 到所描述的技術(shù)也可以應(yīng)用于其他成像系統(tǒng)、其他醫(yī)學(xué)成像場(chǎng)景或其他圖像數(shù)據(jù)采集技術(shù) 中。常規(guī)錐形束CT系統(tǒng)已經(jīng)包括了多切片探測(cè)器，這使得這種系統(tǒng)相對(duì)于它們的前 身單切片系統(tǒng)能夠在更短的時(shí)段內(nèi)掃描更大的感興趣區(qū)域/體積。一種用于成像更大體積 的技術(shù)是螺旋狀掃描。在螺旋狀掃描中，對(duì)象相對(duì)于錐形束軸向移動(dòng)，從而使得該錐形束沿 螺旋狀路徑橫穿患者?？梢岳眠@種掃描來快速掃描整個(gè)或大部分器官并提高時(shí)間分辨率。然而，常規(guī)CT系統(tǒng)在整個(gè)掃描中提供恒定準(zhǔn)直的錐形束。在螺旋狀掃描開始和結(jié) 束時(shí)，僅有一部分輻射橫穿被重建體積并產(chǎn)生用于重建的數(shù)據(jù)。剩余的錐形束照射對(duì)象的 鄰近部分但不提供用于重建的數(shù)據(jù)。本申請(qǐng)?zhí)峁┬滦偷暮透倪M(jìn)的CT掃描系統(tǒng)和方法，其克服了上述問題和其他問題。根據(jù)一個(gè)方面，一種用于限制在計(jì)算機(jī)斷層攝影掃描過程中對(duì)患者的輻射劑量的 系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)掃描架上的X射線源，該旋轉(zhuǎn)掃描架配置用于隨著X射線源圍繞感興趣體 積(VOI)旋轉(zhuǎn)而平行于靜止對(duì)象支架上的VOI軸向移動(dòng)；動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀，其定位在X射線源與 VOI之間并且相對(duì)于X射線源可移動(dòng)；以及，X射線探測(cè)器，其定位成與X射線源和準(zhǔn)直儀相 對(duì)以便接收已經(jīng)穿過VOI的X射線。X射線源在X射線初始位置處開始VOI的CT采集，并 在X射線終止位置處結(jié)束VOI的CT采集。動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀在X射線初始位置處開始打開以將 穿過準(zhǔn)直儀的X射線限制于將要穿過VOI的X射線，其配合軸向運(yùn)動(dòng)而打開以允許完整的 X射線錐形束穿過來掃描VOI，并且配合軸向運(yùn)動(dòng)而關(guān)閉以便隨著準(zhǔn)直儀接近X射線終止位 置而減少穿過準(zhǔn)直儀的X射線。根據(jù)另一個(gè)方面，一種在CT掃描過程中減少到對(duì)象的輻射劑量的方法包括在開 始點(diǎn)處開始X射線源和動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀的軸向移動(dòng)，在X射線初始位置處啟動(dòng)通過X射線源的 CT采集，以及在X射線初始位置處打開動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀上的快門葉片以允許穿過VOI的X射線 錐形束的部分，并阻擋未穿過VOI的X射線錐形束的部分。該方法還包括隨著X射線源和 動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀朝向VOI的中點(diǎn)軸向移動(dòng)，至少增加X射線錐形束的軸向?qū)挾戎钡綄OI暴露 于完整X射線錐形束，以及隨著X射線源和動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀遠(yuǎn)離VOI的中點(diǎn)、朝向X射線終止位 置軸向移動(dòng)，至少減小X射線錐形束的軸向?qū)挾龋渲袆?dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀阻擋將不穿過VOI的X射 線。根據(jù)另一個(gè)方面，一種掃描VOI的方法包括沿著大致螺旋狀路徑將輻射的錐形束 從VOI的第一端移動(dòng)到第二端，截?cái)噜徑黇OI的第一端的錐形束的拖尾部分，以及截?cái)噜徑?VOI的第二端的錐形束的前導(dǎo)部分。根據(jù)另一個(gè)方面，一種用于在CT掃描過程中控制輻射的系統(tǒng)包括動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀， 其耦合到X射線源并定位在X射線源和VOI之間，且其沿著螺旋狀的路徑軸向移動(dòng)并圍繞 VOI旋轉(zhuǎn)移動(dòng)；以及第一軸向靜止準(zhǔn)直儀，其定位在X射線初始位置與VOI的第一端之間用 于將從X射線源起穿過動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀的輻射錐形束的部分限制于穿過VOI的X射線。該系統(tǒng)還包括第二軸向靜止準(zhǔn)直儀，其定位在X射線終止位置與VOI的第二端之間以將從X射線 源起穿過動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀的錐形束的部分限制于穿過VOI的X射線。根據(jù)另一個(gè)方面，一種便于限制在傾斜軸線CT掃描過程中由對(duì)象接收的輻射劑 量的系統(tǒng)包括x射線源，其圍繞VOI旋轉(zhuǎn)且同時(shí)沿著VOI軸向移動(dòng)；以及動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀，其耦 合到X射線源并定位在X射線源與VOI之間且可以和X射線源一起圍繞VOI旋轉(zhuǎn)。動(dòng)態(tài)準(zhǔn) 直儀打開以發(fā)射傾斜軸線的X射線錐形束，同時(shí)將發(fā)射穿過動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀的X射線限制于僅 穿過VOI并可用于VOI的圖像重建的X射線。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是到患者的X射線劑量被最小化。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀并理解以下詳細(xì)說明后將認(rèn)識(shí)到目標(biāo)革新的更多優(yōu)
點(diǎn)O本發(fā)明可以表現(xiàn)為各種部件及部件的布置，并表現(xiàn)為各種步驟及步驟的布置。附 圖僅用于圖示說明各種方面的目的而不應(yīng)被解讀為限制本發(fā)明。

圖1圖示說明包括CT掃描器的CT成像系統(tǒng)，該CT掃描器具有圍繞檢查區(qū)域旋轉(zhuǎn) 的旋轉(zhuǎn)掃描架部分；圖2圖示說明包括與軸向X射線源的運(yùn)動(dòng)同步的動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀的系統(tǒng)，例如發(fā)生在 飛越式(fly-by)掃描中的情況，其中對(duì)象支架是靜止的而源(或源/探測(cè)器組合)軸向移 動(dòng)以覆蓋VOI ；圖3示出該系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例，其中動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀與X射線源一起移動(dòng)并維持恒 定孔徑尺寸以便允許由該源產(chǎn)生的X射線穿過；圖4圖示說明具有靜止圓柱形探測(cè)器的1+回轉(zhuǎn)實(shí)施例；圖5圖示說明一種實(shí)施例，其中采用該系統(tǒng)來執(zhí)行軸向掃描的傾斜波束準(zhǔn)直。下面描述的系統(tǒng)和方法涉及飛越式CT掃描器，不過它們可以應(yīng)用于任何類型的 螺旋狀CT掃描器。在螺旋狀CT掃描過程中，X射線源產(chǎn)生相對(duì)于患者移動(dòng)的錐形(或楔 形)輻射束。接近該掃描結(jié)束時(shí)，錐形輻射束的一些部分通常不穿過將被重建的體積。雖 然這種額外的輻射對(duì)重建的圖像沒有不利的影響，但它確實(shí)使患者承受比所需量更多的輻 射。因此，本文描述的各種實(shí)施例涉及用動(dòng)態(tài)可調(diào)整的準(zhǔn)直儀替換常規(guī)的固定準(zhǔn)直儀。這 種動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀由電機(jī)械伺服系統(tǒng)(例如控制器)和電子控制器來控制，該電子控制器對(duì)用 于感測(cè)X射線源相對(duì)于被重建體積的軸向位置的傳感器作出響應(yīng)。隨著X射線源接近行程 的一個(gè)端，調(diào)整準(zhǔn)直儀以縮窄錐形束并阻擋不與將被重建的體積相交或與感興趣體積的完 整采樣部分相交的任何無關(guān)輻射線。參考圖1，CT成像系統(tǒng)100包括具有旋轉(zhuǎn)掃描架部分104的CT掃描器102，該旋 轉(zhuǎn)掃描架部分圍繞檢查區(qū)域108旋轉(zhuǎn)并沿著該檢查區(qū)域軸向移動(dòng)。旋轉(zhuǎn)掃描架部分104支 撐X射線源112，例如X射線管，其輻射出被準(zhǔn)直到具有大致圓錐形幾何形狀的錐形或楔形 X射線束。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)116沿著ζ軸120縱向移動(dòng)X射線源。在一個(gè)實(shí)施方式中，X射線源的 運(yùn)動(dòng)和由該X射線源發(fā)射的輻射相互配合以掃描感興趣體積(VOI) 122，例如放置在檢查區(qū) 域108內(nèi)的解剖體，可選地用造影劑對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)。如下所述，這種配合可以用于例如飛越 式掃描。在一個(gè)實(shí)施例中，X射線源和探測(cè)器與造影劑配合移動(dòng)穿過對(duì)象，從而使得當(dāng)跟蹤 造影劑發(fā)現(xiàn)其經(jīng)過VOI時(shí)配合該造影劑的流動(dòng)來掃描該VOI。在另一個(gè)實(shí)施例中，該軸向前 進(jìn)與對(duì)象的運(yùn)動(dòng)相互配合以捕獲期望的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
旋轉(zhuǎn)掃描架部分104還支撐χ射線敏感探測(cè)器陣列124，該陣列繞旋轉(zhuǎn)掃描架部分 104與χ射線源112相對(duì)的設(shè)置。探測(cè)器陣列124包括具有在軸向方向及橫向方向上延伸 的多個(gè)探測(cè)器元件的多切片探測(cè)器。每個(gè)探測(cè)器元件探測(cè)由χ射線源112發(fā)射并橫穿檢查 區(qū)域108的輻射，并且產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)或指示被探測(cè)輻射的投影數(shù)據(jù)。除了布置于第 三代配置中以外，在此也預(yù)期其他配置，例如在其中靜止探測(cè)器圍繞檢查區(qū)域的第四代配 置。CT成像系統(tǒng)100還包括支撐如人類患者的對(duì)象的長(zhǎng)椅或患者支架126，其中在檢 查區(qū)域108內(nèi)限定VOI。支架126是靜止的，而旋轉(zhuǎn)掃描架104是沿著與軸線120平行的軌 道128軸向可移動(dòng)的，這使得系統(tǒng)的操作員能夠適當(dāng)限定VOI以包含用于掃描的整個(gè)目標(biāo) 或其一部分。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)掃描架平行于軸線軸向移動(dòng)時(shí)，CT掃描器通過圍繞軸線 120旋轉(zhuǎn)來執(zhí)行VOI的螺旋狀掃描。由探測(cè)器陣列124產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器130并由重建處理器或工 具132處理，該重建處理器重建這些投影并由此產(chǎn)生體積圖像表示。將被重建的圖像數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)在體積圖像存儲(chǔ)器134中并經(jīng)由用戶界面136顯示給用戶。處理圖像數(shù)據(jù)以產(chǎn)生被掃 描感興趣區(qū)域或其子集的一個(gè)或多個(gè)圖像。用戶界面136便于用戶與掃描器102交互。由用戶界面136執(zhí)行的軟件應(yīng)用程序 允許用戶配置和/或控制掃描器102的操作。例如，用戶可以與用戶界面136交互以選擇 掃描協(xié)議，并啟動(dòng)、暫停和終止掃描。用戶界面136也允許用戶觀察圖像、操縱數(shù)據(jù)、測(cè)量數(shù) 據(jù)(例如CT數(shù)、噪聲等)的各種特性等?？蛇x的生理監(jiān)護(hù)儀(未示出)監(jiān)測(cè)VOI的心臟運(yùn)動(dòng)、呼吸運(yùn)動(dòng)或其他運(yùn)動(dòng)。在一 個(gè)示例中，該監(jiān)護(hù)儀包括監(jiān)測(cè)心臟的電活動(dòng)的心電圖(ECG)或其他設(shè)備。使用該信息來觸 發(fā)一次或多次飛越式掃描或者使飛越式掃描與心臟電活動(dòng)同步。使用可選的注射器(未示 出)或類似裝置將諸如造影劑的藥劑引入到對(duì)象內(nèi)。同樣地，可以使用該藥劑的引入來觸 發(fā)一次或多次飛越式掃描。系統(tǒng)100還包括CT控制器138，其控制X射線源112和X射線探測(cè)器124的旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)和軸向運(yùn)動(dòng)。另外，將CT掃描器和CT控制器耦合到準(zhǔn)直儀控制器140，該準(zhǔn)直儀控制 器控制位于X射線源和檢查區(qū)域108之間的準(zhǔn)直儀142的移動(dòng)和打開及關(guān)閉。在一個(gè)實(shí) 施例中，準(zhǔn)直儀控制器促使準(zhǔn)直儀作為快門以阻擋掃描之間的輻射并且隨著可旋轉(zhuǎn)掃描架 104 (且相應(yīng)地與其耦合的源112和探測(cè)器124)在開始掃描時(shí)開始沿著VOI 122軸向移動(dòng) 來以預(yù)定速率打開。在一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)直儀控制器140包括電機(jī)械伺服馬達(dá)。在另一個(gè) 實(shí)施例中，準(zhǔn)直儀控制器140包括電子控制器。通過逐漸打開準(zhǔn)直儀142，VOI的前導(dǎo)端和 相鄰區(qū)域接收少于X射線的完整錐形束，由此減少X射線劑量。當(dāng)該源沿著患者移動(dòng)時(shí)，準(zhǔn) 直儀被進(jìn)一步打開、加寬完整錐形束以確保VOI的覆蓋。當(dāng)該源接近VOI的拖尾端時(shí)，準(zhǔn)直 儀相對(duì)于軸向運(yùn)動(dòng)的速度以預(yù)定速率關(guān)閉以限制患者所接收的X射線劑量同時(shí)確保收集 足夠的掃描數(shù)據(jù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)直儀孔徑的控制不是通過打開或關(guān)閉的預(yù)定速率支配的， 而是由所感測(cè)的源112相對(duì)于VOI的位置控制的。也就是說，當(dāng)源在掃描過程中靠近或接 近VOI的端時(shí)，可以減小準(zhǔn)直儀孔徑以限制到VOI的X射線劑量。在這一實(shí)施例中，CT掃 描器102可以包括適當(dāng)?shù)膫鞲衅?50 (例如，紅外傳感器、攝像傳感器等)以探測(cè)VOI位置。
圖2圖示說明包括與軸向X射線源112的運(yùn)動(dòng)同步的動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀142的系統(tǒng)190， 諸如在掠射掃描中發(fā)生的，其中對(duì)象支架(圖1)是靜止的且源112 (或源112/探測(cè)器124 組合)軸向移動(dòng)以覆蓋VOI 122。準(zhǔn)直儀包括至少兩個(gè)高速快門或準(zhǔn)直儀葉片194，這些快 門或葉片是獨(dú)立可調(diào)節(jié)的以限定允許X射線穿過的準(zhǔn)直儀孔徑。準(zhǔn)直儀可以被固定到CT 掃描器掃描架上的轉(zhuǎn)子板或者接附到源112自身上。在沿著感興趣體積的若干位置202、 204,206圖示準(zhǔn)直儀142、源112和探測(cè)器124。源/探測(cè)器組合的運(yùn)動(dòng)限定圍繞靜止支架 的螺旋狀束軌跡。源運(yùn)動(dòng)輪廓限定動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀142的運(yùn)動(dòng)。以這種方式，在掃描開始和結(jié) 束時(shí)減少過度的輻射，在掃描中源或源/探測(cè)器組合移動(dòng)以限定X射線束軌跡，如在飛越掃 描中那樣。動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀將掃描的任一端處的輻射限制到用于重建感興趣體積的最小量。另 外，運(yùn)動(dòng)輪廓可以包括針對(duì)掃描類型的軌跡，這些掃描類型包括螺旋狀、飛越、鞍狀等。在一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)直儀142接附到源112。在另一個(gè)實(shí)施例中，諸如在準(zhǔn)直儀接 近感興趣體積定位的情況下，準(zhǔn)直儀142可以與源112分離。以這種方式，準(zhǔn)直儀通過阻擋 任何未使用或不必要的X射線(例如，不穿過感興趣體積的X射線)并僅允許那些用于重 建的X射線穿過來減少到患者的X射線劑量。在掃描開始時(shí)準(zhǔn)直儀142是關(guān)閉的，直到X射線源112加速到其旋轉(zhuǎn)速度，例如 240rpm或更高。該準(zhǔn)直儀然后打開以使得允許掃描開始時(shí)用于重建的所有射線穿過該準(zhǔn)直 儀。該準(zhǔn)直儀完全打開，直到接近掃描結(jié)束。隨著準(zhǔn)直儀接近視場(chǎng)的端，它與軸向運(yùn)動(dòng)相互 配合著關(guān)閉以僅允許用于重建掃描端所需的那些X射線通過。該準(zhǔn)直儀完全關(guān)閉且該源可 以停止發(fā)射X射線并且減速到停止位置。如果準(zhǔn)直儀接附到掃描架的轉(zhuǎn)子板(未示出)上，比如在準(zhǔn)直儀非常接近患者的 情形中，快門通常與源相連。當(dāng)掃描開始時(shí)，初始關(guān)閉的拖尾葉片194T隨著掃描行進(jìn)而逐 漸打開準(zhǔn)直儀孔徑，以僅允許用于重建所需的那些X射線穿過。也就是說，拖尾葉片截?cái)噱F 形束的拖尾部分以阻擋不與所選擇VOI相交的輻射。如果靜止的準(zhǔn)直儀接附到源以限定錐 形束的完整范圍，則隨著掃描行進(jìn)經(jīng)過感興趣體積的中間段，動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀可以停止縮窄準(zhǔn) 直儀孔徑。然后隨著源接近VOI的端，對(duì)于前導(dǎo)葉片194L發(fā)生對(duì)稱的運(yùn)動(dòng)。該前導(dǎo)葉片朝 向拖尾葉片移動(dòng)以截?cái)鄬⒉淮┻^VOI的錐形束的前導(dǎo)部分。在一個(gè)實(shí)施例中，X射線源112和準(zhǔn)直儀192在開始位置220處啟動(dòng)并平行于ζ軸 120加速到預(yù)定速度，之后在第一位置202 (例如開始VOI的掃描的X射線初始位置)處開 始CT采集。準(zhǔn)直儀在第一位置202或剛好在第一位置202之前從拖尾側(cè)打開，并且在其達(dá) 到第二位置204時(shí)打開到完全打開狀態(tài)。然后隨著該準(zhǔn)直儀接近位置206其開始從前導(dǎo)側(cè) 關(guān)閉，以減小由X射線源112發(fā)射的錐形束的寬度。然后該準(zhǔn)直儀和X射線源在行進(jìn)到結(jié) 束位置222的過程中減速，在結(jié)束位置處準(zhǔn)直儀和X射線源停止移動(dòng)。作為替代，可以在返 回方向立即開始進(jìn)一步的掃描以繼續(xù)對(duì)VOI進(jìn)行成像。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到該X射線探測(cè)器可以是 靜止的(例如在軸向或旋轉(zhuǎn)方向上)X射線探測(cè)器或者可以是可移動(dòng)的，以與X射線源和準(zhǔn) 直儀一起沿著平行于ζ軸的感興趣體積行進(jìn)。在可移動(dòng)探測(cè)器的情況下，可以采用抗散射 柵格224來改善圖像重建質(zhì)量并減少到患者的輻射劑量。根據(jù)一個(gè)示例，采用系統(tǒng)190來為感興趣體積的飛越掃描提供動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直。例如，確 定廣角錐形束和寬探測(cè)器(例如500-1000個(gè)切片)的尺寸以在大約一次回轉(zhuǎn)中以非常大 螺距的螺旋線產(chǎn)生一組完整的數(shù)據(jù)。位置202和位置206之間的距離可以是大約40cm，但是預(yù)期存在更小或更大的X射線行進(jìn)距離。在另一個(gè)示例中，準(zhǔn)直儀和X射線源平行于Z軸行進(jìn)且同時(shí)圍繞V0I122旋轉(zhuǎn)。準(zhǔn) 直儀在沿著旋轉(zhuǎn)周線的預(yù)定弧線行進(jìn)的過程中打開，并且在沿著該周線的其他部分行進(jìn)時(shí) 關(guān)閉。例如，該準(zhǔn)直儀可以在30°弧線內(nèi)打開且然后在45°弧線內(nèi)關(guān)閉，以便有助于采集 患者的重疊掃描數(shù)據(jù)而不連續(xù)照射患者。以這種方式，當(dāng)使用高速旋轉(zhuǎn)CT掃描器時(shí)可以限 制到患者的X射線劑量，該高速旋轉(zhuǎn)CT掃描器在橫越ζ軸的過程中圍繞患者進(jìn)行多次回 轉(zhuǎn)。這樣，圖2圖示說明X射線源112沿著ζ方向的示例性運(yùn)動(dòng)和對(duì)應(yīng)的X射線束幾 何形狀。在這一示例中，示出X射線源112從第一位置202經(jīng)過第二位置204移動(dòng)到第三 位置206。在第一位置202和第三位置206之間平移的過程中，X射線源112圍繞檢查區(qū)域 旋轉(zhuǎn)(圖1)并發(fā)射X射線。X射線源112也可以從第三位置206經(jīng)過第二位置204移動(dòng)到 第一位置202，例如當(dāng)執(zhí)行初始或后續(xù)掃描時(shí)。X射線源112的物理移動(dòng)延伸到由第一位置 202和第三位置206限定的區(qū)域以外，以允許在掃描之前將X射線源加速或緩升(ramping up)到適當(dāng)?shù)乃俣?，并且在掃描之后使X射線源減速或緩降速度(ramping down) 0在加速到其完整旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，X射線源沿著ζ軸保持在位置202 (或206)以外的 位置處。然后在X射線源緩升到適當(dāng)掃描速度之后，它在位置206 (或202)的方向上移動(dòng)。 在達(dá)到初始掃描位置202 (或206)后，發(fā)射X射線持續(xù)一采樣周期，在此期間，執(zhí)行貫穿體 積的每個(gè)體元的180度重建的完整采樣。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到X射線源可以以恒定的或可變的速度 移動(dòng)。在到達(dá)位置206 (或202)后，X射線源減速到位置206(或202)之外的另一個(gè)位置。 在另一個(gè)實(shí)施例中，X射線源沿著ζ軸反轉(zhuǎn)方向并在相反方向上繼續(xù)掃描。錐形束的幾何形狀由準(zhǔn)直儀142限定，其也在在位置202、204和206處示出。準(zhǔn) 直儀142與X射線源112的移動(dòng)配合以可變準(zhǔn)直(例如可變的準(zhǔn)直儀孔徑尺寸)移動(dòng)。如 圖所示，準(zhǔn)直儀在位置202處具有窄孔徑并且偏移以將窄錐形束指向到VOI 122的一部分 而不將VOI暴露于無關(guān)的輻射。在位置204處，準(zhǔn)直儀完全打開以允許寬錐形束穿過到達(dá) VOL·在位置206處，準(zhǔn)直儀再次縮窄孔徑以僅允許用于重建所需的X射線穿過該孔徑。圖3示出系統(tǒng)190的另一個(gè)實(shí)施例，其中動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀142與X射線源112 —起移 動(dòng)并且維持恒定的孔徑尺寸以便允許由源112產(chǎn)生的X射線穿過。在一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)直 儀230、232是圓柱形的，在該情況下它們?cè)谳S向和旋轉(zhuǎn)方向是靜止的。在另一實(shí)施例中，準(zhǔn) 直儀230、232是基本上平的并相對(duì)于ζ軸靜止，但是與X射線源一起旋轉(zhuǎn)。在源和動(dòng)態(tài)準(zhǔn) 直儀的行進(jìn)路徑的相對(duì)的端處的靜止圓柱形準(zhǔn)直儀230、232限制在所述端處對(duì)V0I122的 X射線曝光。靜止準(zhǔn)直儀230和232沿著ζ軸120分別大致位于位置202和206處。定位 靜止準(zhǔn)直儀用于當(dāng)X射線源112接近第一位置202和第三位置206時(shí)過濾或阻擋X射線束 的部分，并且靜止準(zhǔn)直儀配置用于準(zhǔn)直X射線束，從而使得當(dāng)X射線源112在第一位置202 和第三位置206之間移動(dòng)同時(shí)圍繞VOI旋轉(zhuǎn)時(shí)，X射線束照射VOI 122。更具體地，定位靜 止探測(cè)器用于截?cái)嗖慌cVOI相交的錐形束的部分。這種配置提供完整的采樣。通過由準(zhǔn)直 儀230和232阻擋部分X射線束而減少由穿越感興趣區(qū)域120外部的路徑的X射線對(duì)患者 或VOI的輻射曝光，從而使得照射探測(cè)器陣列124的X射線束及其外投影分別跨過VOI 122 及其角落。在一個(gè)實(shí)施例中，X射線源112和準(zhǔn)直儀192在開始位置220處開始并平行于ζ軸120加速到預(yù)定速度，之后在第一位置202 (例如，開始VOI的CT掃描的X射線初始位置) 處啟動(dòng)X射線發(fā)射。準(zhǔn)直儀192在從X射線初始位置202到第三位置206 (例如，VOI在給 定方向上的掃描結(jié)束的X射線終止位置)的行進(jìn)過程中保持恒定的孔徑。然后準(zhǔn)直儀192 和X射線源在到端位置222的行進(jìn)過程中減速，在端位置處準(zhǔn)直儀192和X射線源停止移 動(dòng)。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到該X射線探測(cè)器可以是靜止的圓柱形X射線探測(cè)器，或者可以是可移動(dòng)的 以便與X射線源和準(zhǔn)直儀一起沿著平行于ζ軸的感興趣體積行進(jìn)。也就是說，在一個(gè)實(shí)施 例中，該探測(cè)器是圓柱形的，在該情況下它在軸向和旋轉(zhuǎn)方向是靜止的。在另一實(shí)施例中， 該探測(cè)器是基本上平的探測(cè)器，其軸向靜止并且與X射線源和準(zhǔn)直儀一起旋轉(zhuǎn)以維持相對(duì) 于其大約180°的取向。圖4圖示說明具有靜止圓柱形探測(cè)器124的1+回轉(zhuǎn)實(shí)施例。在掃描的中心處，源 112位于一位置，將其任意表示為0°。在0°位置處，準(zhǔn)直儀142完全打開以限定正好在 其中心軸線120上橫跨VOI 122的輻射束。隨著源112旋轉(zhuǎn)經(jīng)過0°位置并朝向+180°位 置，前導(dǎo)準(zhǔn)直儀葉片194L開始朝向拖尾準(zhǔn)直儀葉片194T移動(dòng)，從而使得錐形束的前導(dǎo)射線 剛好與VOI的一角相切。在+180°位置處，錐形束的拖尾邊緣在中心軸線處與VOI的一端 相交，且錐形束的前導(dǎo)邊緣仍然與VOI的角相交。該源旋轉(zhuǎn)一些度數(shù)越過+180°位置，直到 僅有錐形束的單一切片與VOI的該角相交。這幾度的行進(jìn)過程中，準(zhǔn)直儀142在橫向方向 縮窄錐形束，從而使得錐形束的寬度剛好橫跨圓柱形VOI的橫斷部分。以這種方式，當(dāng)其在 軸向方向縮窄到單一切片時(shí)，錐形束縮窄到單一射線。也就是說，錐形束在VOI的端處縮窄 到單一射線。類似地，接近-180°的位置，錐形束作為單一射線開始并在兩個(gè)維度上加寬。 在-180°位置處，錐形束具有其完整的橫向?qū)挾?。軸向?qū)挾瘸掷m(xù)增加直到源到達(dá)0°位置。在其他實(shí)施例中，也預(yù)期螺旋狀軌跡的其他節(jié)距和其他錐形束寬度。圖5圖示說明一個(gè)實(shí)施例，其中采用系統(tǒng)190來執(zhí)行軸向掃描的傾斜束準(zhǔn)直。X射線源112和準(zhǔn)直儀142被圖示為成180°相對(duì)取向，隨著X射線源和準(zhǔn)直儀圍 繞VOI 122旋轉(zhuǎn)。例如，X射線源可以在VOI的一端啟動(dòng)并沿著Z軸移動(dòng)，隨著它沿著螺旋 狀軌跡圍繞VOI旋轉(zhuǎn)。另外，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整準(zhǔn)直儀142以維持X射線錐形束在恒定或可變 的尺寸，同時(shí)與VOI 122相交而不允許無關(guān)的X射線(例如，將不橫穿VOI或?qū)⒉槐挥糜谥?建的X射線)穿過準(zhǔn)直儀142。也就是說，準(zhǔn)直儀與X射線源一起移動(dòng)以產(chǎn)生傾斜的錐形束 視場(chǎng)，當(dāng)源和準(zhǔn)直儀沿著VOI軸向行進(jìn)時(shí)，該視場(chǎng)圍繞VOI旋轉(zhuǎn)?？梢哉{(diào)整準(zhǔn)直儀孔徑以補(bǔ) 償由于錐形束的傾斜帶來的放大倍率的輕微變化。已經(jīng)參考若干實(shí)施例描述了本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀和理解前面的詳細(xì)描 述后容易想到各種修改和變化。本發(fā)明旨在被解讀為包括所有這些修改和變化，只要它們 包含在隨附權(quán)利要求或其等同替代的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于在計(jì)算機(jī)斷層攝影掃描過程中限制到患者的輻射劑量的系統(tǒng)(100、190)，包括旋轉(zhuǎn)掃描架(104)上的X射線源(112)，所述旋轉(zhuǎn)掃描架(104)配置用于隨著所述X射線源(112)繞靜止對(duì)象支架(126)上的感興趣體積(VOI)(122)旋轉(zhuǎn)而平行于所述感興趣體積(122)軸向移動(dòng)；動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)，其定位在所述X射線源(112)與所述感興趣體積(122)之間并且可與所述X射線源一起移動(dòng)；以及X射線探測(cè)器(124)，其定位成與所述X射線源(122)和所述準(zhǔn)直儀(142)相對(duì)以便接收已經(jīng)穿過所述感興趣體積(122)的X射線；其中，所述X射線源(112)在X射線初始位置(202)處開始所述感興趣體積(122)的CT采集，并在X射線終止位置(206)處終止所述感興趣體積(122)的CT采集；其中，所述動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)在所述X射線初始位置(202)處開始打開以將穿過所述準(zhǔn)直儀(142)的X射線限制于將要穿過所述感興趣體積(122)的X射線，所述動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)配合軸向移動(dòng)而打開以允許完整X射線錐形束穿過來掃描所述感興趣體積(122)，并且配合軸向運(yùn)動(dòng)而關(guān)閉以便隨著所述準(zhǔn)直儀(142)接近所述X射線終止位置(206)而減少穿過所述準(zhǔn)直儀(142)的X射線。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述準(zhǔn)直儀(142)接附到可旋轉(zhuǎn)掃描架(104)上的 轉(zhuǎn)子板，所述X射線源(112)接附到該可旋轉(zhuǎn)掃描架(104)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述準(zhǔn)直儀(142)耦合到所述X射線源(112)。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述X射線探測(cè)器(124)安裝成相對(duì)于所述掃描 架(104)靜止，從而使得當(dāng)所述X射線源(112)和所述準(zhǔn)直儀(142)旋轉(zhuǎn)并平行于穿過所 述感興趣體積(122)的ζ軸(120)軸向移動(dòng)時(shí)，所述探測(cè)器(124)保持軸向靜止。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述X射線探測(cè)器(124)安裝到所述掃描架(104) 以可與所述X射線源(112)和所述準(zhǔn)直儀(142) —起軸向移動(dòng)，并且其中，隨著所述X射線 源(112)、所述準(zhǔn)直儀(142)和所述X射線探測(cè)器(124)平行于穿過所述感興趣體積(122) 的ζ軸(120)軸向移動(dòng)所述掃描架(104)旋轉(zhuǎn)以執(zhí)行螺旋狀CT掃描。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述掃描架(104)配置用于沿著所述ζ軸(120)往 復(fù)移動(dòng)以交替地在兩個(gè)方向掃描所述感興趣體積(122)。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括傳感器(150)，其感測(cè)所述感興趣體積(122)和所述X射線源(112)的相對(duì)位置；和準(zhǔn)直儀控制器(140)，其根據(jù)所述感興趣體積(122)和所述X射線源(112)的所述相對(duì) 位置來控制所述準(zhǔn)直儀(142)的孔徑尺寸。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀包括在所述X射線初始位置(202) 處完全打開的快門葉片(194)，并且其中，在所述感興趣體積(122)的端部處，發(fā)射穿過 所述動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)的完整X射線錐形束被所述動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)和所述感興趣體積 (122)之間的軸向靜止的可旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)直儀(230、232)限制。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，在所述感興趣體積(122)的端部處，發(fā)射穿過所述 動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)的完整X射線錐形束被靜止準(zhǔn)直儀(230、232)限制，所述靜止準(zhǔn)直儀是 圓柱形的，并且在軸向和旋轉(zhuǎn)方向上均靜止。
10.一種使用如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100、190)減少到對(duì)象的輻射劑量的方法，包括在開始點(diǎn)(220)處開始所述X射線源(112)和所述動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)的軸向移動(dòng)； 在所述X射線初始位置(202)處啟動(dòng)通過所述X射線源(112)的CT采集； 在所述X射線初始位置(202)處打開所述準(zhǔn)直儀(142)上的快門葉片(194)以允許穿 過所述感興趣體積(122)的X射線錐形束的部分，并阻擋不穿過所述感興趣體積(122)的 所述X射線錐形束的部分；隨著所述X射線源(112)和所述準(zhǔn)直儀(142)朝向所述感興趣體積(122)的中點(diǎn)軸向 移動(dòng)，至少增加所述X射線錐形束的軸向?qū)挾龋钡綄⑺龈信d趣體積(122)暴露于完整X 射線錐形束為止；以及隨著所述X射線源(112)和所述準(zhǔn)直儀(142)遠(yuǎn)離所述感興趣體積(122)的所述中點(diǎn)、 朝向所述X射線終止位置(206)軸向移動(dòng)，至少減小所述X射線錐形束的軸向?qū)挾取?br> 11.一種在CT掃描過程中減少到對(duì)象的輻射劑量的方法，包括在開始點(diǎn)(220)處開始X射線源(112)和動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)的軸向移動(dòng)； 在X射線初始位置(202)處啟動(dòng)通過所述X射線源(112)的CT采集； 在所述X射線初始位置(202)處打開所述動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)上的快門葉片(194)以允 許穿過感興趣體積(122)的X射線錐形束的部分，并阻擋不穿過所述感興趣體積(122)的 所述X射線錐形束的部分；隨著所述X射線源(112)和所述動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)朝向所述感興趣體積(122)的中點(diǎn) 軸向移動(dòng)，至少增加所述X射線錐形束的軸向?qū)挾?，直到將所述感興趣體積(122)暴露于完 整X射線錐形束為止；以及隨著所述X射線源(112)和動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)遠(yuǎn)離所述感興趣體積(122)的所述中點(diǎn)、 朝向X射線終止位置(206)軸向移動(dòng)，至少減小所述X射線錐形束的軸向?qū)挾?，其中，所?動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)阻擋將不穿過所述感興趣體積(122)的X射線。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括隨著所述動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)和所述X射線源從所述X射線初始位置(202)朝向所述感 興趣體積(122)的所述中點(diǎn)移動(dòng)，移動(dòng)拖尾快門葉片(194T)遠(yuǎn)離前導(dǎo)快門葉片(194L)，直 到獲得所述完整X射線錐形束為止；以及隨著所述動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)和所述X射線源朝向所述X射線終止位置(206)移動(dòng)，朝 向所述拖尾快門葉片(194T)移動(dòng)所述前導(dǎo)快門葉片(194L)以縮窄所述X射線錐形束。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括隨著所述X射線錐形束朝向所述X射線終止位置(206)移動(dòng)，減小所述X射線錐形束 的橫向?qū)挾取?br> 14.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括在所述X射線初始位置(202)與所述X射線終止位置(206)之間往復(fù)移動(dòng)所述錐形束。
15.一種掃描感興趣體積(122)的方法，包括沿著大致螺旋狀路徑將輻射的錐形束從所述感興趣體積(122)的第一端移動(dòng)到所述 感興趣體積(122)的第二端；截?cái)噜徑龈信d趣體積(122)的所述第一端的所述錐形束的拖尾部分；以及截?cái)噜徑龈信d趣體積(122)的所述第二端的所述錐形束的前導(dǎo)部分。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括截?cái)噜徑龈信d趣體積(122)的所述第一端和所述第二端的所述錐形束的橫向?qū)挾取?br> 17.—種CT系統(tǒng)，其包括準(zhǔn)直儀(142)和準(zhǔn)直儀控制處理器(140)，所述準(zhǔn)直儀控制處 理器(140)被編程用于執(zhí)行如權(quán)利要求15所述的方法。
18.—種準(zhǔn)直儀控制處理器(140)，其被編程用于控制準(zhǔn)直儀(142)中的至少一個(gè)快門 (194)來執(zhí)行如權(quán)利要求15所述的方法。
19.一種用于在CT掃描過程中控制輻射的系統(tǒng)(100、190)，包括動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)，其耦合到X射線源(122)并定位在所述X射線源(112)和感興趣體 積(122)之間，并且所述動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀沿著螺旋狀路徑沿著所述感興趣體積(122)軸向移動(dòng) 并繞所述感興趣體積(122)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)；第一軸向靜止準(zhǔn)直儀(230)，其定位在X射線初始位置(202)與所述感興趣體積(122) 的第一端之間以將從所述X射線源(112)起穿過所述動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)的輻射的錐形束的 部分限制于穿過所述感興趣體積(122)的X射線；以及第二軸向靜止準(zhǔn)直儀(232)，其定位在X射線終止位置(206)與所述感興趣體積(122) 的第二端之間以將從所述X射線源(112)起穿過所述動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)的所述錐形束的部 分限制于穿過所述感興趣體積(122)的X射線。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀包括打開以允許完整X射線錐形 束穿過所述動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)的前導(dǎo)快門葉片(194L)和拖尾快門葉片(194T)，所述前導(dǎo)快 門葉片(194L)截?cái)噜徑龈信d趣體積(122)的所述第二端的所述錐形束的軸向位置相 關(guān)的前導(dǎo)部分，所述拖尾快門葉片(194T)截?cái)噜徑龈信d趣體積(122)的所述第一端的 所述錐形束的軸向位置相關(guān)的拖尾部分。
21.一種便于在傾斜軸線CT掃描過程中限制由對(duì)象接收的輻射劑量的系統(tǒng)，包括X射線源(112)，其繞感興趣體積(122)旋轉(zhuǎn)且同時(shí)沿著所述感興趣體積(122)軸向移 動(dòng)；以及動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)，其耦合到所述X射線源(112)并定位在所述X射線源(112)與所述 感興趣體積(122)之間且可與所述X射線源(112) —起繞所述感興趣體積(122)旋轉(zhuǎn)；其中，所述動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)打開以發(fā)射傾斜軸線的X射線錐形束，同時(shí)將發(fā)射穿過所 述動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)的X射線限制于僅穿過所述感興趣體積(122)并可用于所述感興趣體 積(122)的圖像重建的X射線。
全文摘要
當(dāng)執(zhí)行對(duì)象的飛越式或螺旋狀CT掃描時(shí)，通過將動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀(142)定位在該對(duì)象和X射線源(112)之間來限制輻射劑量。該準(zhǔn)直儀與X射線源(112)一起沿著該對(duì)象中的感興趣體積(VOI)(122)軸向移動(dòng)并逐漸打開，從而使得在VOI(122)的端處允許X射錐形束的窄部分穿過該準(zhǔn)直儀(142)，并且在VOI(122)的中心部分處發(fā)射更寬的完整錐形束。以這種方式，圍繞VOI(122)的組織不必被暴露于X射線，而如果全寬度錐形束被用于VOI(122)的整個(gè)掃描時(shí)則有可能使圍繞VOI的組織暴露于X射線。
文檔編號(hào)A61B6/03GK101902969SQ200880122311
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者D·J·霍伊施爾, F·G·P·佩特斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司