专利名称：连续扫描rad层析x-射线照相合成系统及方法
技术领域：
本发明通常涉及RAD层析X-射线照相合成系统，更特别的是涉及一种用于在RAD层析X-射线照相合成系统中连续扫描的系统和方法。
背景技术：
RAD层析X-射线照相合成系统通常用在医学领域来产生一个物体的三维(3D)图像，一种典型的层析X-射线照相合成系统包括一个X-射线源、一个X-射线检测器、一个运动控制装置和一个处理电路。典型地是，X-射线源沿线形路径移动并且将X-射线(X-射线辐射)投射到物体上，通常是患者。该X-射线检测器检测X-射线并产生一个对应的层析X-射线照相合成的数据集，该数据集包括投影X-射线照片。该处理单元将该投影X-射线照片进行处理形成该物体的一个3D图像。
一种用于将X-射线投射到物体上的方法是分步拍摄方法。在该方法中，该X-射线源沿一线形路径移动并且指向该物体上的一个位置。X-射线投射到该位置处并且获得一张投影X-射线照片。之后该X-射线源移向第二位置并且获得第二张投影X-射线照片。该X-射线源这样相对于物体移向几个位置从而获得一组投影X-射线照片。然后该投影照片经过处理形成一个三维图像。
通常在获取投影X-射线照片时希望将被拍照物体保持在一个静止位置。为了减小物体运动，需要减小采集投影X-射线照片所需的时间(“采集时间”)。在该分步拍摄的方法中，由于采集时间是每一位置曝光时间和X-射线源移动到不同位置所用时间的总和，因此采集时间相当长。
该分步拍摄方法的另一问题是由于系统振动所以产生的图像是�：�。为了减小系统振动，在采集投影X-射线照片之前需要有一短暂时间来将剩余振动降低到一个可以接受的水平。该短暂时间进一步增加了采集时间，这也是不希望的。
因此希望在减小系统振动的同时通过一个层析X-射线照相合成系统来减小生成3D图像的采集时间。
发明内容
简要地，根据本发明的一个实施例，一种用于在一个物体的一个区域上进行层析X-射线照相的成像系统包括一个X-射线源、运动控制装置、一个X-射线检测器和一个处理单元。该X-射线源位于距所述物体为一预定距离处并且沿一线性路径相对于所述物体连续移动。该X-射线源在其沿所述路径相对于该物体移动时，在沿该路径的许多预定位置处发送X-射线穿过所述物体的区域。运动控制装置与X-射线源连接并且使所述X-射线源沿所述路径相对于所述物体连续移动。由于连续移动，X-射线源的运动控制使所述成像系统中的振动减到最小。X-射线检测器与所述X-射线源相距预定距离。该X-射线检测器检测穿过所述物体的所述区域射出的X-射线，从而采集表示所述物体的所述区域的X-射线图像数据。处理单元与所述X-射线检测器连接，用于将X-射线图像数据处理成一个所述物体的所述区域的至少一个层析X-射线照相合成图像。
本发明的另一实施例提供了一种采用一成像系统生成一个物体的一个区域的层析X-射线照相合成图像的方法。该方法包括第一步骤，沿一与所述物体成预定距离的线性路径连续移动X-射线源，其中连续移动X-射线源使成像系统中的振动减到最小。在第二步骤中，当X-射线源沿所述路径相对于物体连续运动时，X-射线在沿所述路径的许多预定位置处被发射穿过该物体的该区域。第三步骤包括检测穿过物体该区域射出的X-射线以及第四步骤包括采集表示该物体的该区域的X-射线图像数据。第五步骤包括将X-射线图像数据处理成该物体的该区域的至少一个层析X-射线照相合成图像。
在另一实施例中，提供了一个用于在一个物体的一个区域上进行层析X-射线照相合成的成像系统。该成像系统包括一个X-射线源，该X-射线源位于距该物体为一预定距离处并且当在许多预定位置处发送X-射线穿过该物体的该区域时沿一线性路径相对于该物体连续移动。一个运动控制装置与该X-射线源连接并且使所述X-射线源沿所述路径连续移动。连续地移动X-射线源使该成像系统中的振动减到最小。一个X-射线检测器与所述X-射线源相距预定距离并且检测穿过所述物体的所述区域射出的X-射线。所述X-射线检测器采集表示所述物体的所述区域的X-射线图像数据。一个与所述X-射线检测器连接的处理单元，用于将X-射线图像数据处理成所述物体的所述区域的至少一个层析X-射线照相合成图像。
一个可选择的实施例中提供了一种采用一成像系统生成一个物体的一个区域的层析X-射线照相合成图像的方法。该方法包括沿一与所述物体成预定距离的线性路径连续移动X-射线源的步骤，其中连续移动X-射线源使成像系统中的振动减到最小。下一步骤包括当X-射线源沿所述路径相对于物体连续移动时，在沿所述路径的许多预定位置处发射X-射线穿过该物体的该区域。该方法进一步包括检测穿过物体该区域射出的X-射线、采集表示该物体的该区域的X-射线图像数据并将该X-射线图像数据处理成该物体的该区域的至少一个层析X-射线照相合成图像。
本发明的这些和其它特征、方面、和优点将通过参考附图来阅读下面的详细描述更容易理解，其中在整个附图中相同的符号代表相同的部分，其中图1是根据本发明的一个方面实施的成像系统的一个实施例的简图；图2是在成像系统的一个实施例中，表示X-射线源相对于物体运动的一个简图；以及图3是一个表示用于生成一个层析X-射线照相合成图像的一般方法的流程图。
具体实施例方式
如图1所示，一个成像系统100包括一个与一运动控制装置120相连接的X-射线源110。一个处理单元170连接于运动控制装置120、X-射线检测器150和图像显示单元190之间。应当理解的是处理单元可以包括一个微处理器、中央处理单元、一个个人计算机、一个工作站、一个微型计算机、一个大型计算机或者一个巨型计算机。还应当理解的是该运动控制装置120可以作为用命令语言来移动X-射线源110的软件而包括在处理单元170中。进一步应当理解的是理单元170可以通过，例如电话机或者电缆网、以太网、局域网(LAN)、广域网(WAN)、综合业务数字网(ISDN)、数字用户路(DSL)与运动控制装置120、X-射线检测器150和图像显示单元190连接。还应理解的是该图像显示单元可以包括，例如，一个视频监视器、一个液晶显示器或者其它的监视器。由于在X-射线的扫描和传输期间该成像系统100连续地移动X-射线源110，因此有关这种成像系统100构造和组件的成本一般低于常规成像系统，例如分步拍摄系统(STEP AND SHOOT)。
在一个操作实施例中，该X-射线源110位于一个位置上，该位置与X-射线检测器150和物体130的一个平面的距离是预定的。例如，该预定距离是一个在整个X-射线成像(扫描)过程中保持不变的固定距离。在另一个实施例中，该预定距离在X-射线源110沿路径200移动时可以相对于X-射线检测器150和/或物体130变化。例如，如果该物体130相对于路径200有不规则的或不同的形状/轮廓，该预定距离在X-射线源110沿路径200移动时相对于物体130而变化。该X-射线源110受运动控制装置120的控制沿路径200相对于物体130连续运动并且将X-射线辐射(X-射线)发射到物体130的不同区域。运动控制装置120与X-射线源110连接并且控制X-射线源110沿路径200相对于物体130做连续运动。在一个实施例中，X-射线源110是活动连接的，其中X-射线源110指向物体130上的或与物体130相关的一个公共点和/或固定点。可以理解的是，该物体可以包括人、动物或其它物体(有机的或无机的)，例如，机械/金属部件或行李。进一步可以理解的是通过改变物体130和/或成像系统100彼此之间的位置可以使X-射线源110适于沿任何轴线相对于物体130移动。例如，物体130为一患者时，路径200可以是从头到脚移动或从肩到肩移动。既然X-射线源110相对于物体130连续运动，因此与X-射线源110在不同点处的启动和停止有关的成像系统100内的震动基本消除。系统100的另一个优点是X-射线源110的连续运动减少了扫描物体130的时间。因此在曝光过程中由物体130运动引起的任何图像数据的失真减少了，这是因为相对于常规系统，例如分步拍摄系统来说总的采集时间减少了。
当X-射线源110在物体130上方连续运动时，X-射线检测器150检测从X-射线源110发送并穿过物体130不同区域的X-射线。相应地，X-射线检测器150采集代表物体130该区域的X-射线图像数据。典型地，X-射线检测器110处于与X-射线源150相距为一预定距离处。在一个实施例中，在物体130相对于来自X-射线源110的X-射线曝光前、后和/或曝光过程中，X-射线检测器150相对于物体130是固定不动的。在另一实施例中，在物体130相对于来自X-射线源110的X-射线曝光前、后和/或曝光过程中，X-射线检测器150能够相对于物体130移动。在该实施例中，X-射线检测器150与运动控制装置120连接。另外，在该实施例中，X-射线检测器150可以适合于随X-射线源110线性移动或者以其他方式移动，例如以相对于X-射线源110的一维、两维和/或三维路径移动。可以理解的是该X-射线检测器150可以包括一数字X-射线检测器、一个PAD检测器或者一个平板检测器。
处理单元170与X-射线检测器190相连接并处理X-射线检测器150所检测到的X-射线图像数据(例如，大量的X-射线投影)来生成一个与物体130的该区域和/或多区域对应的层析X-射线照相合成图像。层析X-射线照相合成图像的产生包括将X-射线图像数据(X-射线投影)重组成一个表示所扫描物体130的三维(3D)体积。在一个实施例中，该层析X-射线照相合成图像通过一个图像显示单元190显示给用户。通常如以上所述，处理单元170也向运动控制装置120产生控制信号来控制X-射线源110的运动。运动控制装置120能够沿路径200相对于物体130移动X-射线源110的一些示范性的方式将在下文中进一步详细描述。
在图2中，X-射线源110相对于物体130的运动设置成X-射线源110在物体130上方移动。应理解的是X-射线源110沿其移动的路径200可以包括一个在物体130之上的线性路径(直线)。在物体130包括一病人的实施例中，X-射线源110沿患者的长轴(头到足尖)线性移动。如图2所示，在一个实施例中，X-射线检测器150处于物体130下面。进一步可以理解，在其它实施例中，在扫描过程中X-射线源110也可以在一维、两维和/或三维路径上相对于X-射线检测器150运动。
X-射线源110处于相对于物体130有预定距离的位置处。在一个实施例中，该预定距离大约等于180厘米(cm)。X-射线源110沿路径200相对于物体130连续移动。在一个实施例中，X-射线源110以一个预定的速度从点S1到点S2连续运动。可以理解的是术语连续运动定义为X-射线源110由点S1到点S2不停地运动。在一个实施例中X-射线源从点S1到点S2之间行进的距离为130cm。当X-射线源110沿路径200从点S1到点S2相对于物体130连续运动时，X-射线源110分别沿路径200在预定的位置A、B、C处将X-射线发送穿过物体130的区域。在该实施例中，当X-射线源110处于除预定位置A、B、C之外的其他位置时，X-射线源110不被指示发送X-射线。例如，在一个实施例中，X-射线源110从点S1移动到点S2所需的扫描时间大约是5秒。如图2进一步示出的，在一个实施例中，物体130具有25cm的深度或厚度并且X-射线检测器150处于物体下面7cm处。在该实施例中，X-射线源110在扫描过程中的平均速度大约是26cm/秒。在每一预定位置处X-射线源110发送X-射线穿过物体130的时间(曝光时间)大约是2.5毫秒(msec)，该时间相应于在曝光过程中X-射线源移动0.65mm。在具有上述速度和尺寸的该实施例中，当X-射线检测器130包括一个RAD检测器时，在X-射线检测器150上的一个最大�：�(blurring)大约是0.12毫米(mm)或者粗略地为二分之一(1/2)像素。可以理解的是这种数量的�：潭�(大约0.12mm或1/2像素)实际上对X-射线图像数据的质量没有影响。该X-射线检测器150从在预定位置A、B、C处发送的穿过物体130的X-射线中检测X-射线图像数据。可以进一步理解的是X-射线源110可以在比图2所示的多或少的预定位置处发送X-射线。在另一个实施例中，X-射线检测器150在X-射线源110从点S1到点S2连续运动的过程中在预定的时间间隔内获得X-射线图像数据。可以理解的是，在该实施例中，该X-射线检测器150获得X-射线图像数据的预定时间间隔可以对应于X-射线源位于预定位置处时的时间，例如，点A、B、C。
在另一实施例中，当X-射线源110从点S1到点S2连续运动时，控制器120以不同的速度移动X-射线源110。在该实施例中，该X-射线源110以第一速度从点S1运动到点A。当该X-射线源110到达点A时，该X-射线源以第二速度运动一段预定的时间。在一个实施例中，在每一点的曝光时间大约为2.5msec。另外，在X-射线源110已经以第二速度运动预定时间后，X-射线源110可以再以第一速度从点A运动到点B。此外，一旦X-射线源110到达点B，X-射线源110可以以第二速度运动一段预定时间。当该预定时间过后，该X-射线源110可以以第一速度从点B移动到点C。一旦X-射线源110到达点C，X-射线源110以第二速度移动一段预定时间。在预定时间过后，X-射线源110可以以第一速度从点C移动到点S2，之后X-射线源110可以停在点S2处。在一个实施例中，在以第二速度运动时X-射线源110可以发送X-射线，并且X-射线检测器150在X-射线源以第二速度运动时获取X-射线图像数据。在另一实施例中，X-射线源110在其沿路径200运动时连续地发送X-射线。在该实施例的一个方面，当X-射线源110沿路径200移动发射X-射线时，X-射线检测器150连续地获取X-射线图像数据。在该实施例的另一个方面，X-射线检测器150在各预定时间获取图像，并且该预定时间对应于X-射线源110以第二速度运动时的时间。在一个实施例中，第一速度大于第二速度。可以理解的是，在其他实施例中，X-射线源110当其从点S1连续运动到点S2时可以以不同的速度运动。在一个实施例中，该第一速度可以在约20cm/sec到约26cm/sec的范围内并且第二速度可以为第一速度的大约一半。在另一个实施例中，该第一速度有一个约大于26cm/sec的速度(26cm/sec加一个预定的增量(delta))，第二速度有一个约为13cm/sec的速度。在其他实施例中，第一速度和第二速度在沿路经200的不同的预定位置处不必相同。可以进一步理解的是在其他的实施例中第一速度向第二速度和第二速度向第一速度之间的转变分别包括X-射线源110的转变减速和加速以便减小成像系统100中的震动。
在其他实施例中，第一速度和第二速度在沿路经200的不同预定位置处不必相同。在一个实施例中，来自X-射线源110的X-射线的发射之间的时间至少对应于X-射线检测器150的读出时间。例如，X-射线检测器150的读出时间可以在125到180msec之间，并且，因此，第一速度可以减小大约2倍或更多以在X-射线传送期间获得第二速度，这对各发送之间的速度影响最小。在另一实施例中，一个高功率的X-射线源110也可以减小当发送X-射线时由移动X-射线源110而产生的�：馐且蛭酶吖β蔢-射线源110允许所需的X-射线曝光在少于2.5msec时间内完成。一种高功率X-射线源110的例子可以包括一个具有一个约20到约30千瓦(kw)功率范围的X-射线管。在另一实施例中，一个高功率X-射线源110包括一个功率约为64kw的X-射线管。
如图3所示，提供了一种用于在物体130周围连续地移动一X-射线源110以获得X-射线图像数据的方法。该X-射线源110相对于检测器200(步骤310)沿一线性路径作连续运动。该X-射线源110处于一个相对于物体130预定的距离处。通过连续运动，X-射线源110沿路径200线性移动，因为X-射线源110沿路径200不停止和重新启动，成像系统100内的震动减小。X-射线穿过物体130的一个区域发送(步骤330)。在一个实施例中，当X-射线源110到达沿路径200的多个预定位置时发送该X-射线。在另一实施例中，在X-射线源110沿路径200相对于物体130连续运动时，X-射线从X-射线源110中发射并且穿过物体130的区域。X-射线检测器150检测穿过物体130透射出的X-射线(步骤350)。一个处理单元170获得表示物体130的该区域的X-射线图像数据(步骤370)。该处理单元170将该X-射线图像数据处理成物体130该区域的至少一个层析X-射线照相合成图像(步骤390)。
如上文所述，与常规的分步拍摄系统和方法相比，由成像系统100的震动所引起的图像模糊减小。另外，�：赡苁窃赬-射线检测器130采集X-射线图像数据时由X-射线源110移动引起的，但这种�：梢酝ü档蜕杵诩鋁-射线的发射时间来减少或消除。然而产生的层析X-射线照相合成图像可能会由其它各种不同的因素引起�：缭谏韫讨杏蒟-射线源110运动引起的震动、由X-射线检测器130运动引起的震动、以及物体130的运动。有代表性地，当物体130为一个患者时，表现为在三种运动类型中的扫扫描过程中物体130的运动。这种运动可以定义为总体运动(患者的大动作)、心脏运动(心跳)和呼吸运动(肺运动)。所有这些类型的运动都可能在算法重组中引起患者结构的错误表示，但是总体运动麻烦最大。成像系统100利用X-射线源110的连续运动来减少总的采集时间，并且因此，减少患者运动所用的总时间。同样的，通过减少总的采集时间，其可减少由于患者运动造成的患者结构错误表示的数量，成像系统100提供了比其它系统更大的优势。
如上文所述，X-射线图像数据中的这种�：梢酝ü谋鋁-射线检测器130采集X-射线图像数据时X-射线源110行进的速度来减小。有代表性的，由X-射线源110运动引起的�：衫酶靡贫疿-射线源110的速度、成像系统100的几何形状和已成像物体的已知特性，例如，X-射线吸收特性来表征。有代表性地，移动X-射线检测器150消除和/或可以控制扫描期间由X-射线源110的移动引起的扫描期间的模糊。在一个实施例中，移动X-射线检测器150和X-射线源110可以减少由X-射线源110的运动引起的模糊。在一个实施例中，当X-射线源110发送X-射线时，X-射线检测器150被移动。在另一实施例中，X-射线检测器150可以随X-射线源110连续运动。在再一实施例中，用采集到的X射图像数据产生的层析X-射线照相合成图像和/或最终的层析X-射线照相合成图像可以用不同的数据重组技术来使其清晰。
本发明前面的论述已经体现了例示和说明的目的。另外，该说明不将本发明限制于在此所公开的形式。因此，与上述教导和相关领域的技术和知识相应的改变和改进都在本发明的范围之内。在此描述的上述实施例意欲进一步解释目前所知的实施本发明的最佳方式，并使本领域其它技术人员能够照此，或者在其他实施例中，以及他们的特殊应用或本发明的使用所需要的各种改进来利用本发明。要达到的意图是所附的权利要求被解释为包括现有技术允许范围的可选择的实施例。
权利要求
1.一种用于在物体(130)的一个区域上进行层析X-射线照相合成的成像系统(100)，所述成像系统包括一个X-射线源(110)，该X-射线源(110)位于距所述物体(130)一预定距离处并且沿一线性路径(200)相对于所述物体(130)连续移动，当所述X-射线源(110)沿所述路径(200)相对于所述物体(130)连续移动时，所述X-射线源(110)在沿所述路径(200)的多个预定位置处发射X-射线穿过所述物体(130)的所述区域；一个运动控制装置(120)，连接于X-射线源(110)并且沿所述路径(200)相对于所述物体(130)连续移动所述X-射线源(110)，其中连续地移动X-射线源(110)使所述成像系统(100)中的振动减到最�。灰桓鲇胨鯴-射线源(110)相距预定距离的X-射线检测器(150)，该X-射线检测器(150)检测穿过所述物体(130)所述区域所射出的X-射线，所述X-射线检测器(150)采集表示所述物体(130)的所述区域的X-射线图像数据；以及一个处理单元(170)，连接于所述X-射线检测器(150)，用于将所述X-射线图像数据处理成所述物体(130)的所述区域的至少一个层析X-射线照相合成图像。
2.如权利要求1所述的成像系统(100)，其中所述运动控制装置(120)在沿路径(200)的所述多个预定位置处以一第一速度移动所述X-射线源(110)并且所述运动控制装置(120)在沿路径(200)的所述多个预定位置之外以一第二速度移动所述的X-射线源(110)。
3.如权利要求2所述的成像系统(100)，其中所述第二速度大于所述第一速度。
4.如权利要求1所述的成像系统，其中所述的X-射线图像数据包括多个低剂量投影X-射线图象。
5.如权利要求1所述的成像系统(100)，其中所述处理单元(170)在至少一个层析X-射线照相合成图像上执行一个去�：僮饕约跎僦辽儆闪匾贫疿-射线源(110)所引起的�：挠跋�。
6.如权利要求1所述的成像系统(100)，其中在所述多个预定位置处发射所述X-射线穿过所述物体(130)的所述区域的曝光时间是一预定时间。
7.如权利要求6所述的成像系统(100)，其中所述的预定时间为2.5毫秒。
8.如权利要求1所述的成像系统(100)，其中该X-射线检测器(150)包括一个RAD X-射线检测器。
9.如权利要求1所述的成像系统(100)，其中所述X-射线检测器(150)与该与运动控制装置(120)连接并且可选择地相对于所述物体(130)移动。
10.如权利要求1所述的成像系统(100)，其中所述X-射线检测器(150)相对于所述物体(130)是固定的。
全文摘要
一种用于在一物体(130)的一个区域上进行层析X－射线照相的成像系统(100)，包括一个X－射线源(110)、运动控制装置(120)、一个X－射线检测器(150)和一个处理单元(170)。该X－射线源(110)位于距所述物体(130)一预定距离处并且沿一线性路径(200)相对于该物体(130)连续移动。该X－射线源(110)在多个预定位置处发送X－射线穿过所述物体(130)的该区域。运动控制装置(120)与X－射线源(110)连接并且使所述X－射线源(110)沿所述路径(200)相对于所述物体(130)连续移动。由于连续运动X－射线源(110)使所述成像系统(100)中的振动减到最小。X－射线检测器(150)与所述X－射线源(110)相距预定距离并且检测穿过所述物体(130)所述区域射出的X－射线，从而采集表示所述物体(130)的所述区域的X－射线图像数据。处理单元(170)与所述X－射线检测器(150)连接，用于将X－射线图像数据处理成所述物体(130)的所述区域的至少一个层析X－射线照相合成图像。
文档编号G01N23/00GK1496711SQ20031011961
公开日2004年5月19日 申请日期2003年10月7日 优先权日2002年10月7日
发明者杰弗里·W·埃伯哈德, 伯恩哈德·E·H·克劳斯, 阿布杜拉曼·A·阿尔克哈利迪, 詹姆斯·T·多宾斯第三, 德文·J·戈德弗雷, T 多宾斯第三, J 戈德弗雷, 德 E H 克劳斯, 拉曼 A 阿尔克哈利迪, 杰弗里 W 埃伯哈德 申请人:通用电气公司, 杜克大学
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